JP2666548B2 - Semiconductor laser pumped solid-state laser device - Google Patents

Semiconductor laser pumped solid-state laser device

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JP2666548B2 JP2255817A JP25581790A JP2666548B2 JP 2666548 B2 JP2666548 B2 JP 2666548B2 JP 2255817 A JP2255817 A JP 2255817A JP 25581790 A JP25581790 A JP 25581790A JP 2666548 B2 JP2666548 B2 JP 2666548B2
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秀男 永井
雅博 粂
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光ディスクの記録再生や、レーザプリン
タ、もしくはレーザ応用計測等に用いられる超小型の半
導体レーザ励起固体レーザ装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-compact semiconductor laser-excited solid-state laser device used for recording and reproduction of an optical disk, a laser printer, or laser applied measurement.

従来の技術 固体レーザ媒質の励起には、従来、アークランプやフ
ラッシュランプなどが用いられてきたが、励起効率がよ
くないために、レーザ全体の効率は悪く、ランプやレー
ザ媒質の放熱の点から、放置は大型にならざるを得なか
った。ところが近年、半導体レーザの高出力化に伴い、
半導体レーザを固体レーザの励起光源として用いる試み
がなされるようになってきた。半導体レーザを用いる
と、固体レーザの吸収帯に波長を合わせることができ、
励起効率は非常に良くなる。しかも余分なスペクトルの
吸収による発熱がないために放熱も楽になり、小型で高
効率の固体レーザが実現できる。
Conventional technology Conventionally, an arc lamp or flash lamp has been used to excite a solid-state laser medium.However, since the pumping efficiency is not good, the efficiency of the entire laser is low, and the radiation of the lamp and the laser medium is reduced. , The neglected had to be large. However, in recent years, as the output of semiconductor lasers has increased,
Attempts have been made to use semiconductor lasers as excitation light sources for solid-state lasers. When a semiconductor laser is used, the wavelength can be adjusted to the absorption band of the solid-state laser,
The excitation efficiency is very good. In addition, since there is no heat generated by absorption of an extra spectrum, heat radiation is also facilitated, and a compact and high-efficiency solid state laser can be realized.

一方、KTiOPO4(KTP)結晶などの非線形光学結晶を用
いて、固体レーザ光による赤外光を高調波に変換して、
緑色や青色の可視光レーザを得る方法も従来から知られ
ており、先述の半導体レーザ励起による固体レーザ光の
高調波を利用する試みもなされている。
On the other hand, using a nonlinear optical crystal such as a KTiOPO 4 (KTP) crystal, the infrared light generated by solid-state laser light is converted into harmonics,
A method for obtaining a green or blue visible light laser has been conventionally known, and attempts have been made to utilize harmonics of solid-state laser light excited by the above-described semiconductor laser.

第4図に従来の半導体レーザ励起Nd:YAGレーザの一部
破断部図を示す。これは、同一パッケージ内にYAG結晶
にNdを含ませた固体レーザ媒質のロッド(以下、Nd:YAG
ロッドと称す)8、非線形光学結晶としてのKTP結晶
9、共振器内の基板波を直線偏光にするブリュースタ板
10、励起光を集光するセルフォックレンズ3、励起光源
となる半導体レーザチップ4が収められている構造であ
る。Nd:YAGレーザの共振器は、YAGロッド8の励起側端
面8AとKTP結晶9の出射側端面9Bの間で形成されてお
り、この共振器内にKTP結晶9およびブリュースタ板10
が挿入された形になっている。ブリュースタ板10により
基本波が直線偏光化し、出力の安定化をはかっている。
半導体レーザ光は、セルフォックレンズ3でNd:YAGロッ
ド8の端面8A上に集光され、Nd:YAGロッド8を軸方向か
ら励起している。そしてKTP結晶9で波長1.06μmの基
本波を波長0.53μmの第2高調波に変換して緑色光を出
力している。
FIG. 4 is a partially cutaway view of a conventional semiconductor laser pumped Nd: YAG laser. This is a solid-state laser medium rod containing Nd in a YAG crystal in the same package (hereinafter referred to as Nd: YAG
8) KTP crystal 9 as non-linear optical crystal, Brewster plate for converting substrate wave in resonator to linearly polarized light
10. A structure in which a selfoc lens 3 for condensing excitation light and a semiconductor laser chip 4 serving as an excitation light source are housed. The resonator of the Nd: YAG laser is formed between the excitation end face 8A of the YAG rod 8 and the emission end face 9B of the KTP crystal 9, and the KTP crystal 9 and the Brewster plate 10
Has been inserted. The fundamental wave is linearly polarized by the Brewster plate 10 to stabilize the output.
The semiconductor laser light is focused on the end face 8A of the Nd: YAG rod 8 by the selfoc lens 3, and excites the Nd: YAG rod 8 in the axial direction. The KTP crystal 9 converts a fundamental wave having a wavelength of 1.06 μm into a second harmonic having a wavelength of 0.53 μm and outputs green light.

発明が解決しようとする課題 第4図に示すような基本波の共振器内にブリュースタ
板10を挿入して直線偏光にする方式では、部品数がふえ
て共振器長が長くなるので、小型化には不都合であっ
た。また、組立の際も光軸の調整が複雑になるので問題
であった。
In a system in which the Brewster plate 10 is inserted into a fundamental wave resonator as shown in FIG. 4 to make it linearly polarized light, the number of components increases and the length of the resonator becomes longer. The conversion was inconvenient. In addition, the adjustment of the optical axis becomes complicated during assembly, which is a problem.

課題を解決するための手段 本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、光軸上
に、非線形光学結晶と固体レーザ媒質とが隣り合うよう
に配され、非線形光学結晶と固体レーザ媒質とが互いに
内向する2つの端面のうち、少なくとも1面がブリュー
スタカット面であり、互いに外向する2つの端面がレー
ザ共振器端面を構成し、かつ光軸上に、固体レーザ媒質
の励起用の半導体レーザおよびこの半導体レーザから射
出される光を集光するためのレンズを有する。
Means for Solving the Problems In a semiconductor laser-excited solid-state laser device according to the present invention, a nonlinear optical crystal and a solid-state laser medium are arranged on an optical axis so as to be adjacent to each other, and the nonlinear optical crystal and the solid-state laser medium are inwardly directed to each other. And a semiconductor laser for exciting a solid-state laser medium on the optical axis, wherein at least one of the two end faces is a Brewster cut face, and the two end faces facing each other constitute a laser resonator end face. It has a lens for collecting the light emitted from the laser.

作用 本発明によれば、非線形光学結晶および固体レーザ媒
質の少なくとも一方に設けられたブリュースタカット面
において、ブリュースタ条件を満たす偏光および波長を
有する光のみを透過させることができるため、基本波と
して単一の波長を有する直線偏光を選択することができ
る。
According to the present invention, the Brewster cut surface provided on at least one of the nonlinear optical crystal and the solid-state laser medium can transmit only light having polarization and wavelength satisfying the Brewster condition. Linearly polarized light having one wavelength can be selected.

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を引用しなが
ら説明する。第1図に、本発明の半導体レーザ励起固体
レーザ装置の一部破断図を示す。この構造は、同一パッ
ケージ7内にブリュースタカット面を持つKTP結晶2,Nd:
YAGロッド1,セルフォックレンズ3,半導体レーザチップ
4が順に収められている。この構造を得る製造法は、ベ
ース6に固定されたステムに半導体チップ4を取り付
け、KTP結晶2とNd:YAGロッド1、およびセルフォック
レンズ3を収納した筒上のパッケージ7をベース6に取
り付けたものである。なお、5は出力を調整するための
PINフォトダイオードである。Nd:YAGロッド1は、YAG中
のNd濃度が1.1%で、直径3mm、中心軸の長さ5mm、ブリ
ュースタカット面1Bを有し、ブリュースタ角が61.2度
(Nd:YAGロッドの屈折率を1.82とする)の円柱状のもの
であり、KTP結晶2は、一辺が幅3mm、軸中心の長さ5m
m、ブリュースタカット面2Aを有し、ブリュースタ角が6
0.4度(KTPの屈折率を1.76とする)の角柱状であり、ホ
ルダーに収められている。第2図(a)に第1図のNd:Y
AGロッド1とKTP結晶2の配置関係を示す。本体すなわ
ちベース6とパッケージ7を含めた長さは、25mmであ
る。従来のブリュースタ板を挿入した構造(第4図)で
は35mmであったから、10mmほど短くすることができた。
Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a partially cutaway view of a semiconductor laser pumped solid-state laser device of the present invention. This structure is based on KTP crystal 2, Nd having a Brewster cut surface in the same package 7,
A YAG rod 1, a selfoc lens 3, and a semiconductor laser chip 4 are sequentially housed. In a manufacturing method for obtaining this structure, a semiconductor chip 4 is attached to a stem fixed to a base 6, and a package 7 on a cylinder containing a KTP crystal 2, an Nd: YAG rod 1, and a selfoc lens 3 is attached to the base 6. It is a thing. 5 is for adjusting the output.
It is a PIN photodiode. The Nd: YAG rod 1 has a Nd concentration of 1.1% in YAG, a diameter of 3 mm, a central axis length of 5 mm, a Brewster cut surface 1B, and a Brewster angle of 61.2 degrees (the refractive index of the Nd: YAG rod is 1.82), and the KTP crystal 2 has a width of 3 mm on one side and a length of 5 m on the axis center.
m, Brewster cut surface 2A, Brewster angle 6
It has a prism shape of 0.4 degrees (KTP has a refractive index of 1.76) and is housed in a holder. FIG. 2 (a) shows Nd: Y of FIG.
The arrangement relationship between the AG rod 1 and the KTP crystal 2 is shown. The length including the main body, that is, the base 6 and the package 7 is 25 mm. In the structure in which the conventional Brewster plate was inserted (FIG. 4), the length was 35 mm, so that it could be shortened by about 10 mm.

励起用に発振波長0.809μmの半導体レーザチップ4
を用い、セルフォックレンズ3でYAGロッド用1A上に集
光して軸励起している。共振器はNd:YAGロッド1の励起
側端面1AとKTP結晶2の出射側端面2Bの間で形成されて
おり、励起側端面1Aは曲率半径100mmの凸面ミラー、出
射側端面2Bは平面ミラーになっている。KTP結晶2はYAG
レーザの共振器内に挿入される構造になっている。Nd:Y
AGロッド1,KTP結晶2の各面は、YAGレーザの基本波1.06
μm,第2高調波0.53μm、および励起波0.809μmに対
して、表1に示すように多層コーティングしてある。表
1からわかるように、KTP結晶2の出射側端面2Bからは
第2高調波である0.53μmの緑色光のみが出射される。
Semiconductor laser chip 4 with oscillation wavelength 0.809μm for pumping
The light is focused on the YAG rod 1A by the selfoc lens 3 and axially excited. The resonator is formed between the excitation end face 1A of the Nd: YAG rod 1 and the emission end face 2B of the KTP crystal 2. The excitation end face 1A is a convex mirror having a radius of curvature of 100 mm, and the emission end face 2B is a flat mirror. Has become. KTP crystal 2 is YAG
The structure is such that it is inserted into the laser cavity. Nd: Y
Each surface of the AG rod 1 and KTP crystal 2 has a fundamental wave of 1.06 YAG laser.
μm, a second harmonic of 0.53 μm, and an excitation wave of 0.809 μm, as shown in Table 1. As can be seen from Table 1, only the 0.53 μm green light, which is the second harmonic, is emitted from the emission-side end face 2B of the KTP crystal 2.

第3図に本発明の入出力特性を示す。半導体レーザの
駆動電流が500mAのとき、最大光出力10mWの第2高調波
光(0.53μm)である緑色光を得た。このとき、RIN(R
elative Intensity Noise)は−145dB/Hzであった。
FIG. 3 shows the input / output characteristics of the present invention. When the driving current of the semiconductor laser was 500 mA, green light was obtained as second harmonic light (0.53 μm) having a maximum light output of 10 mW. At this time, RIN (R
elative Intensity Noise) was -145 dB / Hz.

なお、本実施例では、Nd:YAGロッド1とKTP結晶2の
端面にブリュースタカット面を設けたが、どちらか一方
のみにブリュースタカット面を設ければ、十分である。
Nd:YAGロッドのみにカット面を設けた場合とKTP結晶の
みにカット面を設けた場合の配置図を第2図(b)およ
び第2図(c)にそれぞれ示す。
In the present embodiment, the Brewster cut surface is provided on the end faces of the Nd: YAG rod 1 and the KTP crystal 2, but it is sufficient to provide the Brewster cut surface on only one of them.
FIGS. 2 (b) and 2 (c) show arrangement diagrams in the case where the cut surface is provided only on the Nd: YAG rod and in the case where the cut surface is provided only on the KTP crystal.

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光
軸上に非線形光学結晶と固体レーザ媒質とが隣り合うよ
うに配され、非線形光学結晶と固体レーザ媒質とが互い
に内向する2つの端面のうち、少なくとも1面がブリュ
ースタカット面であり、互いに外向する2つの端面がレ
ーザ共振器端面を構成し、光軸上に固体レーザ媒質の励
起用の半導体レーザおよび同半導体レーザから射出され
る光を集光するためのレンズを有する半導体レーザ励起
固体レーザ装置を構成することにより、第2高調波の出
力が安定化され、ノイズを低減することができる。これ
により低ノズル出力の超小型グリーンレーザとして、光
ディスクの記録再生、レーザプリンタ,レーザ応用計測
などに用いることにより大きな効果を発揮する。
Effects of the Invention As is apparent from the above description, according to the present invention, the nonlinear optical crystal and the solid-state laser medium are arranged adjacent to each other on the optical axis, and the nonlinear optical crystal and the solid-state laser medium face each other. At least one of the two end surfaces is a Brewster cut surface, and the two outwardly facing end surfaces constitute a laser cavity end surface. The semiconductor laser for exciting a solid-state laser medium and the light emitted from the semiconductor laser are arranged on the optical axis. By configuring a semiconductor laser-pumped solid-state laser device having a lens for condensing the light to be emitted, the output of the second harmonic is stabilized, and noise can be reduced. As a result, a great effect is exhibited by using it as an ultra-small green laser with a low nozzle output for recording and reproduction of optical disks, laser printers, laser applied measurement, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の一
部破断面図、第2図(a)は第1図に含まれるブリュー
スタカット端面をもつNd:YAGロッドとKTP結晶の配置を
説明する図、第2図(b)はNd:YAGロッドのみにブリュ
ースタカット面を有する場合の配置を説明する図、第2
図(c)はKTP結晶のみにブリュースタカット面を有す
る場合の配置を説明する図、第3図は本発明の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置の駆動電流に対する高調波出力
を示す図、第4図は従来の半導体レーザ励起固体レーザ
装置の構造図である。 1……ブリュースタカット端面を有するNd:YAGロッド、
2……ブリュースタカット端面を有するKTP結晶、3…
…セルフォックレンズ、4……半導体レーザチップ、5
……PINフォトダイオード、6……ベース、7……パッ
ケージ、8……Nd:YAGロッド、9……KTP結晶、10……
ブリュースタ板。
FIG. 1 is a partially broken cross-sectional view of a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the present invention, and FIG. 2 (a) illustrates an arrangement of an Nd: YAG rod having a Brewster cut end face and a KTP crystal included in FIG. FIG. 2 (b) is a view for explaining an arrangement in which only a Nd: YAG rod has a Brewster cut surface, FIG.
FIG. 3 (c) is a diagram for explaining an arrangement in the case where only a KTP crystal has a Brewster cut surface, FIG. 3 is a diagram showing a harmonic output with respect to a drive current of a semiconductor laser pumped solid-state laser device of the present invention, and FIG. It is a structural diagram of a conventional semiconductor laser pumped solid-state laser device. 1 ... Nd: YAG rod having Brewster cut end face,
2 ... KTP crystal with Brewster cut end face, 3 ...
... Selfoc lens, 4 ... Semiconductor laser chip, 5
… PIN photodiode, 6… Base, 7… Package, 8… Nd: YAG rod, 9… KTP crystal, 10…
Brewster board.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光軸上に、非線形光学結晶と固体レーザ媒
質とが隣り合うように配され、前記非線形光学結晶と前
記固体レーザ媒質とが互いに内向する2つの端面のう
ち、少なくとも1面がブリュースタカット面であり、互
いに外向する2つの端面がレーザ共振器端面を構成し、
かつ前記光軸上に、前記固体レーザ媒質の励起用の半導
体レーザおよび同半導体レーザから射出される光を集光
するためのレンズを有することを特徴とする半導体レー
ザ励起固体レーザ装置。
1. A nonlinear optical crystal and a solid-state laser medium are arranged adjacent to each other on an optical axis, and at least one of two end faces of the nonlinear optical crystal and the solid-state laser medium facing each other is inward. A Brewster cut surface, and two outwardly facing end surfaces constitute a laser cavity end surface;
And a semiconductor laser for exciting the solid-state laser medium and a lens for condensing light emitted from the semiconductor laser on the optical axis.
【請求項2】前記半導体レーザ、前記レンズ、前記固体
レーザ媒質および前記非線形光学結晶が同一のパッケー
ジ内に収納されていることを特徴とする請求項1記載の
半導体レーザ励起固体レーザ装置。
2. The semiconductor laser-excited solid-state laser device according to claim 1, wherein said semiconductor laser, said lens, said solid-state laser medium, and said nonlinear optical crystal are housed in the same package.
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