JP2015035469A - Solid-state laser device - Google Patents
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Description
本発明は、固体レーザ装置に関し、特に、第3高調波を出力する固体レーザ装置に関する。 The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly to a solid-state laser device that outputs a third harmonic.
従来より、第3高調波のパルス出力のピーク強度を安定化できる固体レーザ装置が知られている(特許文献1)。この特許文献1に記載され且つ第3高調波を出力する固体レーザ装置は、基本波を第2高調波に変換するための第2高調波発生用結晶(以下、SHG素子と称する)と、基本波と第2高調波の和周波により第3高調波を出力する第3高調波発生用結晶(以下、THG素子と称する)とを備えている。
Conventionally, a solid-state laser device capable of stabilizing the peak intensity of the third harmonic pulse output is known (Patent Document 1). A solid-state laser device described in
各波長変換素子としてのSHG素子及びTHG素子の温度をスイープさせ、一定のエネルギーを保つ状態で、半導体レーザの駆動電流が最小となるように各波長変換素子の温度を設定している。波長変換素子の温度は、第3高調波の出力が最大、即ち光学素子の変換効率が最大になるように予め設定されている。 The temperature of each SHG element and THG element as each wavelength conversion element is swept, and the temperature of each wavelength conversion element is set so that the drive current of the semiconductor laser is minimized while maintaining constant energy. The temperature of the wavelength conversion element is set in advance so that the output of the third harmonic is maximized, that is, the conversion efficiency of the optical element is maximized.
また、特許文献2には、レーザ共振器外において、出力ミラーから漏れてくる基本波の縦モードをモニターしながらその信号をフィードバックして、出力ミラーの位置を圧電素子等により制御することで、共振器長の調整を行い、エタロンの透過ピークとレーザ発振波長を同調していた。
Further, in
しかしながら、特許文献1では、環境温度や経時変化などにより第3高調波の出力が最大となる波長変換素子の最適温度が変化する可能性がある。このため、波長変換素子の温度をスイープさせて、波長変換素子に対する最適温度を割り出すための温度チューニングを行う。しかし、SHG素子やTHG素子の変換効率が低下している場合には、共振器内で波長が基本波から高調波に変換されず、残存する基本波のパワーが増加する。このため、共振器を構成している光学素子のコーティング損傷が生じてしまう。
However, in
また、特許文献2の技術を用いても、共振器を構成している光学素子のコーティング損傷が生じるという課題を解決することができなかった。
Moreover, even if the technique of
本発明の課題は、共振器内の光学素子の損傷を防止することができる固体レーザ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid-state laser device capable of preventing damage to an optical element in a resonator.
上記の課題を解決するために、本発明に係る固体レーザ装置は、レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されるレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む共振器内に配置され、前記共振器内で発生する基本波の第3高調波を出力するための第2高調波発生用結晶および第3高調波発生用結晶と、前記第2高調波発生用結晶および前記第3高調波発生用結晶の各々の温度を制御する温度調整機構と、共振器外に配置され、前記共振器外に出力される基本波を検出する光検出器とを備え、前記温度調整機構は、前記光検出器で検出された基本波の出力値が所定値以下となるように前記第2高調波発生用結晶の温度を調整することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a solid-state laser device according to the present invention includes a semiconductor laser that generates laser light, a solid-state laser medium that is excited by laser light output from the semiconductor laser, and the solid-state laser medium. A second harmonic generation crystal and a third harmonic generation crystal disposed in a resonator including the second harmonic generation crystal for outputting a third harmonic of a fundamental wave generated in the resonator, and the second harmonic generation A temperature adjusting mechanism that controls the temperature of each of the crystal for crystal generation and the third harmonic generation crystal, and a photodetector that is disposed outside the resonator and detects a fundamental wave output to the outside of the resonator, The temperature adjustment mechanism adjusts the temperature of the second harmonic generation crystal so that the output value of the fundamental wave detected by the photodetector is not more than a predetermined value.
また、前記温度調整機構は、前記光検出器で検出された基本波の出力値が所定値以下となるように前記第3高調波発生用結晶の温度を調整することを特徴とする。 In addition, the temperature adjustment mechanism adjusts the temperature of the third harmonic generation crystal so that the output value of the fundamental wave detected by the photodetector is not more than a predetermined value.
また、前記光検出器で検出された基本波の出力値が一定値を超えないように、前記半導体レーザを駆動する駆動電流の電流値を制御することを特徴とする。 The current value of the drive current for driving the semiconductor laser is controlled so that the output value of the fundamental wave detected by the photodetector does not exceed a certain value.
本発明に係る固体レーザ装置によれば、温度調整機構は、光検出器で検出された基本波の出力値が所定値以下となるように第2高調波発生用結晶の温度を調整するので、共振器内で波長が基本波から高調波に変換され、残存する基本波のパワーが減少して、共振器内の光学素子の損傷を防止することができる。 According to the solid-state laser device of the present invention, the temperature adjustment mechanism adjusts the temperature of the second harmonic generation crystal so that the output value of the fundamental wave detected by the photodetector is not more than a predetermined value. In the resonator, the wavelength is converted from the fundamental wave to the harmonic, and the power of the remaining fundamental wave is reduced, so that damage to the optical element in the resonator can be prevented.
以下、本発明の固体レーザ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the solid-state laser device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。この固体レーザ装置は、半導体レーザ1、固体レーザ媒質2、入射ミラー3、SHG素子4、ペルチェ素子4a、THG素子5、ペルチェ素子5a、ビームスプリッタ6、光検出器7、読出回路8、温度調整機構10を有するCPU(中央処理装置)9、出射ミラー11を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solid-state laser apparatus according to
なお、固体レーザ媒質2、2つのミラー3,11、SHG素子4、THG素子5から構成される部分を共振器20と呼ぶ。
A portion composed of the solid-
半導体レーザ1は、例えばレーザダイオードによって構成されており、レーザ光を発生する。半導体レーザ1で発生されたレーザ光は、入射ミラー3を透過して固体レーザ媒質2に照射される。
The
固体レーザ媒質2は、レーザ発振の元となる物質であり、例えば、YAGレーザと呼ばれる固体レーザにおいては、イットリウム、アルミニウムおよびガーネット(Yttrium Aluminum Garnet)などといった物質が用いられる。この固体レーザ媒質2は、半導体レーザ1からレーザ光が照射されることにより励起されて誘導放出光を発生する。この固体レーザ媒質2で発生された誘導放出光は、SHG素子4に送られる。
The solid-
SHG素子4は、第2高調波発生用結晶からなるLBO(type1)であり、固体レーザ媒質2からの基本波から第2高調波を発生する。THG素子5は、第3高調波発生用結晶からなるLBO(type2)であり、基本波およびSHG素子4で発生した第2高調波から第3高調波を発生し、出射ミラー11を通してビームスプリッタ6に導く。
The
出射ミラー11には、基本波と第2高調波とを反射し且つ第3高調波を透過するコーティングが施されている。このコーティングの基本波反射率は、99.9%であり、約0.1%の基本波は共振器外に透過するように設計されている。 The exit mirror 11 is provided with a coating that reflects the fundamental wave and the second harmonic wave and transmits the third harmonic wave. The fundamental wave reflectance of this coating is 99.9%, and about 0.1% of the fundamental wave is designed to be transmitted outside the resonator.
ビームスプリッタ6は、共振器外に配置され、出射ミラー11からの第3高調波を透過してパルスレーザとして出力し、出射ミラー11からの基本波を反射して光検出器7に導く。 The beam splitter 6 is arranged outside the resonator, transmits the third harmonic from the output mirror 11 and outputs it as a pulse laser, reflects the fundamental wave from the output mirror 11 and guides it to the photodetector 7.
光検出器7は、フォトダイオードなどからなり、ビームスプリッタ6からの基本波のパワーを検出する。読出回路8は、光検出器7で検出された基本波のパワーを読み出して、基本波のパワーを温度調整機構10に出力する。
The photodetector 7 is composed of a photodiode or the like, and detects the power of the fundamental wave from the beam splitter 6. The
温度調整機構10は、ペルチェ素子4a,5aによりSHG素子4及びTHG素子5の各々の温度を制御する。また、温度調整機構10は、読出回路8からの基本波のパワーに基づき基本波のパワーが所定値以下となるようにSHG素子4の温度チューニング(温度調整)を行う。
The
また、温度調整機構10は、SHG素子4の温度チューニングを行った後に、光検出器7で検出された基本波の出力値が所定値以下となるようにTHG素子5の温度チューニングを行う。
Further, the
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係る固体レーザ装置の動作を説明する。 Next, the operation of the solid-state laser device according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.
まず、波長変換素子の温度は、第3高調波の出力が最大になるように予め設定されているが、環境温度や経時変化などにより波長変換素子の最適温度が変化する。このとき、SHG素子4やTHG素子5の変換効率が低下し、共振器内で波長が基本波から高調波に変換されず、残存する基本波のパワーが増加する。
First, the temperature of the wavelength conversion element is set in advance so that the output of the third harmonic is maximized. However, the optimum temperature of the wavelength conversion element changes depending on the environmental temperature, changes with time, and the like. At this time, the conversion efficiency of the
共振器外に配置した光検出器7は、増加された基本波のパワーを検出し、読出回路8は、光検出器7で検出された基本波のパワーを読み出して、基本波のパワーを温度調整機構10に出力する。
The photodetector 7 arranged outside the resonator detects the increased fundamental wave power, and the
温度調整機構10は、読出回路8からの基本波のパワーに基づき基本波のパワーが所定値以下となるようにSHG素子4の温度チューニングを行う。SHG素子4の共振器内での温度パワー特性は、図2に示すように、例えば35℃から45℃までの温度範囲が平坦特性であるが、この温度範囲外の温度では急激にパワーが低下している。
The
経時変化によりSHG素子4の温度パワー特性が変化した場合、例えば、温度パワー特性が矢印の方向(右方向)にシフトした場合には、同じ温度例えば35℃では、パワーが低下する。このため、高調波に変換されなかった残存する基本波が共振器外に出ることから、読出回路8からの基本波のパワーを所定値以下となるようにSHG素子4の温度を上昇させる温度チューニングを行う。
When the temperature power characteristic of the
この温度チューニングにより、例えば、40℃でのSHG素子4の共振器内でのパワーが上昇し、例えば、40℃〜50℃の温度範囲を平坦特性にすることができる。従って、共振器内で波長が基本波から高調波に変換され、残存する基本波のパワーが減少して、共振器内の光学素子の損傷を防止することができる。
By this temperature tuning, for example, the power in the resonator of the
また、読出回路8からの基本波のパワーがさらに増加した場合には、温度調整機構10は、読出回路8からの基本波のパワーに基づき基本波のパワーが所定値以下となるようにTHG素子5の温度チューニングを行う。
When the fundamental wave power from the
THG素子5の温度パワー特性は、図3に示すように、例えば、40℃を中心とする単峰特性であり、40℃から離れると急激にパワーが低下している。
As shown in FIG. 3, the temperature power characteristic of the
経時変化によりTHG素子5の温度パワー特性が変化した場合、例えば、温度パワー特性が矢印の方向(左方向)にシフトした場合には、同じ温度例えば40℃では、パワーが低下する。このため、高調波に変換されなかった残存する基本波が共振器外に出ることから、読出回路8からの基本波のパワーを所定値以下となるようにTHG素子5の温度を上昇させる温度チューニングを行う。
When the temperature power characteristic of the
この温度チューニングにより、例えば、35℃でのTHG素子5の共振器内でのパワーが上昇し、例えば、35℃で単峰特性とすることができる。従って、共振器内で波長が基本波から高調波に変換され、残存する基本波のパワーが減少して、共振器内の光学素子の損傷を防止することができる。
By this temperature tuning, for example, the power in the resonator of the
(第2の実施形態)
図4は、本発明の実施例2に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図4に示す実施例2に係る固体レーザ装置は、図1に示す実施例1に係る固体レーザ装置に対して、さらに、光検出器7で検出された基本波の出力値に基づき半導体レーザ1の駆動電流を制御するLD駆動回路12を設けたことを特徴とする。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the solid-state laser apparatus according to
このように構成された実施例2の固体レーザ装置によれば、SHG素子4による温度チューニングを行っても、光検出器7で検出された基本波の出力値がさらに増加した場合には、LD駆動回路12は、読出回路8からの基本波のパワーが一定値を超えないように半導体レーザ1の駆動電流を減少させる。
According to the solid-state laser device of Example 2 configured in this way, even if the temperature tuning by the
そして、SHG素子4による温度チューニングとTHG素子5による温度チューニングとを行う。SHG素子4の温度とTHG素子5の温度とが最適温度になった後に、半導体レーザ1の駆動電流を元の電流値に戻し、温度チューニングを完了する。
Then, temperature tuning by the
即ち、読出回路8からの基本波のパワーが一定値を超えないように駆動電流の値を制御しながら、SHG素子4とTHG素子5との温度チューニングを行うので、共振器内の光学素子の損傷を防止することができる。
That is, the temperature tuning of the
なお、本発明は前述した実施例1及び実施例2の固体レーザ装置に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to the solid-state laser apparatus of Example 1 and Example 2 mentioned above.
本発明は、固体パルスレーザ装置に利用できる。 The present invention can be used for a solid-state pulse laser device.
1 半導体レーザ
2 固体レーザ媒質
3 入射ミラー
4 SHG素子
4a,5a ペルチェ素子
5 THG素子
6 ビームスプリッタ
7 光検出器
8 読出回路
9 CPU
10 温度調整機構
11 出射ミラー
12 LD駆動回路
20 共振器
100 固体レーザ装置
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
20 Resonator 100 Solid-state laser device
Claims (3)
前記半導体レーザから出力されるレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質を含む共振器内に配置され、前記共振器内で発生する基本波の第3高調波を出力するための第2高調波発生用結晶および第3高調波発生用結晶と、
前記第2高調波発生用結晶および前記第3高調波発生用結晶の各々の温度を制御する温度調整機構と、
共振器外に配置され、前記共振器外に出力される基本波を検出する光検出器とを備え、
前記温度調整機構は、前記光検出器で検出された基本波の出力値が所定値以下となるように前記第2高調波発生用結晶の温度を調整することを特徴とする固体レーザ装置。 A semiconductor laser for generating laser light;
A solid-state laser medium excited by laser light output from the semiconductor laser;
A second harmonic generation crystal and a third harmonic generation crystal disposed in a resonator including the solid-state laser medium and outputting a third harmonic of a fundamental wave generated in the resonator;
A temperature adjustment mechanism for controlling the temperature of each of the second harmonic generation crystal and the third harmonic generation crystal;
A photodetector that is disposed outside the resonator and detects a fundamental wave that is output outside the resonator;
The temperature adjustment mechanism adjusts the temperature of the second harmonic generation crystal so that an output value of a fundamental wave detected by the photodetector is not more than a predetermined value.
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