JP2586200B2 - Macro chip solid-state laser device - Google Patents
Macro chip solid-state laser deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、半導体レーザー励起固体レーザ装置に関
する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor laser-excited solid-state laser device.
(従来の技術) 励起用半導体レーザーダイオードと固体発振素子とを
密着させたマイクロチップ固体レーザーは、超小型、長
寿命で簡単に単一横モード、単一縦モード発振が可能で
あり、高周波変調が可能であるなど多くの利点をもつ。
最近、励起用のレーザーダイオードとして出力1ワット
以上の高光出レーザー実用化されたため、マイクロチッ
プレーザーのレーザー研究が活発になった。通常励起用
レーザーには発振波長800nm帯の出力数十ミリワット以
上の半導体レーザーが、また、固体発振素子にはNd:YAG
(ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット、
Nd:Y3Al5O12)単結晶が用いられてきた。(Prior art) A microchip solid-state laser in which a semiconductor laser diode for excitation and a solid-state oscillating element are adhered to each other is ultra-small, has a long service life, can easily perform single transverse mode and single longitudinal mode oscillation, and has a high frequency modulation. It has many advantages such as being possible.
Recently, laser research on microchip lasers has been actively pursued because high-output lasers with an output of 1 watt or more have been put into practical use as laser diodes for excitation. A semiconductor laser with an output of several tens of milliwatts or more in an oscillation wavelength of 800 nm is usually used for the excitation laser, and Nd: YAG is used for the solid-state oscillation device.
(Yttrium aluminum garnet with neodymium,
Nd: Y 3 Al 5 O 12 ) single crystals have been used.
(発明が解決しようとする課題) 半導体レーザー励起固体レーザーでは半導体レーザー
の出力が効率良く固体発振素子に吸収されなければなら
ない。現在最も高出力が得られる半導体レーザーの発振
波長は800nm帯であるが、Nd3+の吸収がこの近傍にある
ため、Ndを活性帯として添加した酸化物結晶が固体発振
素子として広く用いられている。中でも固体レーザー材
料として最も普及しているNd:YAG結晶が一般に用いられ
ている。ところで、マイクロチップレーザーでは、その
特徴を充分に発揮するために、発振素子として出来るだ
け薄いものが要求され、そのためには励起光の吸収効率
が良い素材であることが望まれる。Nd:YAG結晶の場合、
結晶中のNd濃度は、育成結晶の光学的均一性および濃度
消光つまり、Nd−Nd原子の相互干渉によって蛍光寿命が
低下するという二つの面から、通常1.5at%以下として
いるので、Nd濃度を増加して励起光の吸収効率を向上さ
せることには限度があった。さらに、Nd:YAGレーザー光
の非線形光学素子によって第二高調波の緑色レーザー光
に変換する場合単一縦モードが容易には得られないとい
う欠点があった。(Problems to be Solved by the Invention) In a semiconductor laser pumped solid-state laser, the output of the semiconductor laser must be efficiently absorbed by the solid-state oscillation element. Currently, the oscillation wavelength of the semiconductor laser that provides the highest output is in the 800 nm band, but since Nd 3+ absorption is near this, oxide crystals doped with Nd as the active band are widely used as solid-state oscillation devices. I have. Among them, Nd: YAG crystals, which are most widely used as solid-state laser materials, are generally used. By the way, a microchip laser is required to be as thin as possible as an oscillating element in order to sufficiently exhibit its features, and for that purpose, a material having good excitation light absorption efficiency is desired. For Nd: YAG crystal,
Since the Nd concentration in the crystal is usually 1.5 at% or less from the two aspects that the optical uniformity of the grown crystal and the concentration quenching, that is, the fluorescence lifetime is reduced by the mutual interference of Nd-Nd atoms, the Nd concentration is There is a limit in increasing the pump light absorption efficiency. Further, there is a drawback that a single longitudinal mode cannot be easily obtained when converting into a second harmonic green laser light by a non-linear optical element of Nd: YAG laser light.
本発明は励起光の吸収効率を改善し、マイクロチップ
レーザーの性能を向上させると共に、ビーム質の高い第
二高調波を得ることを目的としてなされたものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the absorption efficiency of excitation light, improve the performance of a microchip laser, and obtain a second harmonic having a high beam quality.
(課題を解決するための手段) 本発明では固体レーザー発振素子としてNdなどの希土
元素を添加したYVO4(バナジン酸イットリウム)単結晶
を用いることによりNd:YAGなどの従来の材料の問題点を
解決した。(Means for Solving the Problems) In the present invention, the problems of conventional materials such as Nd: YAG can be achieved by using a single crystal of YVO 4 (yttrium vanadate) doped with a rare earth element such as Nd as a solid-state laser oscillation element. Was solved.
(作用) 本発明者らはNdを1.1at%含有するNd:YVO4単結晶およ
び比較のためNdを同じく1.1at%含有するNd:YAG単結晶
を育成し、各々から厚さ1.0mmの光吸収測定用試料を作
成して、波長809nmでの光吸収を測定したところ。Nd:YA
Gの吸収係数は6.0cm-1であったのに対し、Nd:YVO4では
異方性があり、c軸方向で9.2cm-1、a軸方向では31.1c
m-1であった。この結果から、マイクロチップレーザー
用としてNd:YVO4のa軸カット板が優れていることがわ
かった。さらにNd:YVO4を発振素子とし、非線形光学素
子KTP(KTiOPO4)を内部共振型として使用して第二高調
波(発振光1064nmの二分の一の532nm)を安定に得るこ
とが出来た。Nd:YAGの場合では、安定発振のためには四
分の一波長板を用いる必要があるが、Nd:YVO4ではその
必要がない。これはYVO4が一軸性結晶で出力レーザー光
が偏光することと関連がある。(Action) The present inventors grew a single crystal of Nd: YVO 4 containing 1.1 at% of Nd and a single crystal of Nd: YAG also containing 1.1 at% of Nd for comparison. A sample for absorption measurement was prepared, and the light absorption at a wavelength of 809 nm was measured. Nd: YA
The absorption coefficient of G was 6.0 cm −1 , whereas Nd: YVO 4 was anisotropic, 9.2 cm −1 in the c-axis direction, and 31.1 c in the a-axis direction.
m -1 . This result, Nd as a microchip laser: a shaft cut plate of YVO 4 has been found to be excellent. Furthermore, the second harmonic (532 nm, one half of 1064 nm of oscillation light) could be obtained stably by using Nd: YVO 4 as an oscillation element and using a nonlinear optical element KTP (KTiOPO 4 ) as an internal resonance type. Nd: in the case of YAG is for stable oscillation, it is necessary to use a quarter-wave plate but, Nd: YVO not in need thereof 4. This is related to the fact that YVO 4 is a uniaxial crystal and the output laser light is polarized.
(実施例) 第1図は本発明の一実施例である。1は励起用半導体
レーザーダイオードチップで最大出力1W、発振波長809n
m(20℃)、2はNd:YVO4発振素子でNd濃度は1.1at%、
厚さは1.0mmである。発振素子の励起光入射面つまり、
左端のレーザーダイオードとの密着面には励起光に対す
る無反射コートおよび発振光(1064nm)に対する全反射
コードが施されている。また出力側は反射率95%の鏡面
とした。この構成において、励起用半導体レーザーの出
力を徐徐に増加したところ50mWにおいて1064nmの発振が
確認された。第2図は非線形光学素子を加えた本発明の
応用例で、3は第二高調波発生用の厚さ7mmのKTP素子で
ある。1のYVO4発振素子の左端と3のKTP非線形素子の
右端とで1064nmに対する共振器を構成するようになって
いる。つまり1の入力側には励起光の809nmに対する無
反射コート、及びNd:YVO4発振の共振器を構成するため
の1064nmに対する全反射膜、また、3の出力側には1064
nmの全反射膜と第二高調波532nmに対する無反射コート
が施されている。この構成において、レーザーダイオー
ドの出力が約200mW以上において緑色光が観察された。N
d:YAGを用いた場合とNd:YVO4を用いた場合の、同一入力
に対するレーザー発振出力の比較を行なったところ、N
d:YVO4は基本発振においてはNd:YAGの約4倍、第二高調
波出力ではNd:YAGの場合の約10倍であった。また第二高
調波は単一縦および横モードが得られた。(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. 1 is a semiconductor laser diode chip for excitation, maximum output 1W, oscillation wavelength 809n
m (20 ° C), 2 is a Nd: YVO 4 oscillation element, the Nd concentration is 1.1at%,
The thickness is 1.0 mm. The excitation light incident surface of the oscillation element,
A non-reflection coating for excitation light and a total reflection code for oscillation light (1064 nm) are applied to the contact surface with the laser diode on the left end. The output side was a mirror surface with a reflectivity of 95%. In this configuration, when the output of the semiconductor laser for excitation was gradually increased, oscillation of 1064 nm was confirmed at 50 mW. FIG. 2 shows an application example of the present invention to which a non-linear optical element is added. Reference numeral 3 denotes a 7 mm thick KTP element for generating a second harmonic. The left end of the 1 YVO 4 oscillation element and the right end of the 3 KTP nonlinear element constitute a resonator for 1064 nm. That is, on the input side of 1, there is a non-reflection coating for the excitation light of 809 nm, and on the input side of 3, a total reflection film of 1064 nm for forming a resonator of Nd: YVO 4 oscillation.
nm total reflection film and a non-reflection coating for the second harmonic 532 nm. In this configuration, green light was observed when the output of the laser diode was about 200 mW or more. N
Comparison of laser oscillation output for the same input between the case of using d: YAG and the case of using Nd: YVO 4
The value of d: YVO 4 was about four times that of Nd: YAG in the fundamental oscillation, and about ten times that of Nd: YAG in the second harmonic output. As for the second harmonic, single longitudinal and transverse modes were obtained.
(発明の効果) 本発明によれば、超小型で高効率、高安定な固体レー
ザー装置を得ることができる。なお、本発明においては
Ndを活性化とするNd:YVO4についてのみ説明したが、励
起用半導体レーザーの発振波長を適宜選択することによ
り、他の希土元素を活性体とするYVO4を発振素子とした
マイクロチップレーザーも勿論可能である。さらに、変
調用素子やQスイッチ素子などの付加により実用的な装
置へと発展させることができる。(Effects of the Invention) According to the present invention, it is possible to obtain an ultra-small, highly efficient, and stable solid-state laser device. In the present invention,
Nd and activate Nd: Although only described YVO 4, microchip lasers by suitably selecting the oscillation wavelength of the pumping semiconductor laser was a YVO 4 that an active substance other rare earth elements and oscillating element Of course, it is also possible. Furthermore, a practical device can be developed by adding a modulation element, a Q switch element, and the like.
第1図および第2図は本発明の一実施例を示す図であ
る。 1.は半導体レーザーダイオードチップ、2.はNd:YVO4発
振素子、3.はKTP.SHG用素子、4.はマウントを示す。1 and 2 are views showing an embodiment of the present invention. 1. indicates a semiconductor laser diode chip, 2. indicates an Nd: YVO 4 oscillation element, 3. indicates an element for KTP.SHG, and 4. indicates a mount.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中井 貞雄 大阪府茨木市北春日丘3―6―45 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Sadao Nakai 3-6-45 Kita Kasugaoka, Ibaraki City, Osaka Prefecture
Claims (3)
ジムを添加したYVO4単結晶を素材とするレーザー発振素
子とを密着させて配置したことを特徴とするマイクロチ
ップ固体レーザー装置。1. A and pumping semiconductor laser diode, a microchip solid-state laser device being characterized in that arranged a YVO 4 single crystal obtained by adding neodymium brought into close contact with the laser oscillation element according to the material.
元素を添加したYVO4単結晶を素材とするレーザー発振素
子と、波長変換用素子とを密着させて配置したことを特
徴とするマイクロチップ固体レーザー装置。Wherein the pumping semiconductor laser diode, a microchip solid, wherein a laser oscillation element according to the material of YVO 4 single crystal with added rare earth element, that was placed in close contact with the wavelength conversion element Laser equipment.
ロチップ固体レーザーに光変調用素子、光偏光用素子、
超音波Qスイッチ素子等外部エネルギーによって駆動す
る素子を組合せたマイクロチップ固体レーザー装置。3. A microchip solid-state laser according to claim 1 or 2, further comprising a light modulating element, a light polarizing element,
A microchip solid-state laser device that combines elements driven by external energy such as ultrasonic Q-switch elements.
Priority Applications (1)
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JP25776190A JP2586200B2 (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Macro chip solid-state laser device |
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JPH04134891A JPH04134891A (en) | 1992-05-08 |
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- 1990-09-27 JP JP25776190A patent/JP2586200B2/en not_active Expired - Fee Related
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