JP3119395U

JP3119395U - 半導体レーザ励起固体レーザ装置

Info

Publication number: JP3119395U
Application number: JP2005010588U
Authority: JP
Inventors: 東條　公資
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2015-12-14

Abstract

【課題】緑色で且つ温度変動があっても出力が変動しない半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
【解決手段】赤色を非線形光学結晶（４）で緑色に波長変換する。出力を制御するための検出光を分割するビームスプリッタ（７）として、入射する光の偏光状態に依存して分割比が変化しない無偏光型ビームスプリッタを用いる。
【効果】出力光を視認性のよい緑色にすることが出来る。温度が変化すると、ビームスプリッタ（７）に入射する光の偏光状態が変化するが、無偏光型ビームスプリッタであるため、検出光は変化せず、出力の温度変動を生じない。
【選択図】図１

Description

本考案は、半導体レーザ励起固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、赤色以外の色の線状ビームを出力できると共に温度による出力変動を防止できる半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。

従来、半導体レーザから出力される可視光の線状ビームをロッドレンズで扇面状ビームとし、ライン状投影パターンを得るレーザ墨出し装置が知られている（特許文献１、非特許文献１参照。）。
特開２００５−２３３６７６号公報吉村一成他「建築工事用携帯型レーザ墨出し器」松下電工技報（Ａｕｇ．２００２）第２２頁〜第２７頁

従来のレーザ墨出し装置では、半導体レーザから出力される可視光のレーザ光が６３５ｎｍ程度の赤色であるため、扇面状ビームも赤色になっていた。ところが、赤色は視感度が悪く、特に昼間の明るい環境下ではライン状投影パターンが見えにくくなる問題点があった。
これに対して、光共振器で１０６４ｎｍ程度の基本波を発振し、それを非線形光学結晶により５３２ｎｍ程度の第二高調波に波長変換し、視認性に優れた緑色の線状ビームを出す半導体レーザ励起固体レーザ装置を用いることが考えられる。緑色の線状ビームをロッドレンズで扇面状ビームとすれば、緑色のライン状投影パターンを得ることが出来る。
しかし、本願発明者が鋭意研究したところ、温度変動の影響を受けて半導体レーザ励起固体レーザ装置の出力が変動してしまう問題点があることが判った。
そこで、本考案の目的は、赤色以外の色の線状ビームを出力できると共に温度による出力変動を防止できる半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにある。

第１の観点では、本考案は、半導体レーザと、前記半導体レーザから出力された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光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶と、前記第二高調波から検出光を分割するビームスプリッタと、前記検出光を受光する光センサと、前記光センサの出力に基づいて前記半導体レーザの駆動電流を制御する制御回路とを備え、基本波および第二高調波に対して高反射のコーティングが前記固体レーザ媒質の半導体レーザ端面になされており、前記ビームスプリッタとして分割比が偏光に依存しない無偏光ビームスプリッタを用いることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
本願考案者が鋭意研究したところ、温度変動の影響を受けて出力が変動してしまう原因は、ビームスプリッタに入射する光の偏光状態が固体レーザ媒質や非線形光学結晶の影響を受けること、その影響の程度が固体レーザ媒質や非線形光学結晶の温度変動により変化すること、および、ビームスプリッタにおける分割比が偏光状態に依存して変化することによると判った。すなわち、固体レーザ媒質や非線形光学結晶の温度変動によりビームスプリッタに入射する光の偏光状態が変化すると、従来のビームスプリッタでは分割比が変化してしまうため、光センサの出力が変動してしまう。光センサの出力に合わせて半導体レーザの駆動電流を制御する結果、出力が変動してしまうことになる。
そこで、上記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、無偏光ビームスプリッタを用いる。これによれば、固体レーザ媒質や非線形光学結晶の温度変動により入射する光の偏光状態が変化してもビームスプリッタの分割比が変化しないため、温度による出力変動を防止できる。
なお、固体レーザ媒質の半導体レーザ側面に第二高調波に対して高反射のコーティングをしないことも考えられるが、その場合は出力効率が下がるデメリットがある。

ここで、ビームスプリッタに入射する光の偏光状態が固体レーザ媒質や非線形光学結晶の影響を受けることについて説明する。
固体レーザ媒質を光軸と同じ方向から半導体レーザのレーザ光で励起する、いわゆる端面励起方式の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、小型の半導体レーザ励起固体レーザ装置として一般に用いられている形態である。さらに一般的には、固体レーザ媒質の半導体レーザ側の端面に、半導体レーザのレーザ光に対しては高透過かつ固体レーザ媒質で発生するレーザ光に対しては高反射かつ非線形光学結晶で発生する第二高調波に対しては高反射のコートを施して光共振器の半導体レーザ側のミラーを構成する。第二高調波は、非線形光学結晶から半導体レーザ側へ向かう後方光とビームスプリッタ側へ向かう前方光とが発生するが、後方光は固体レーザ媒質のコートで反射されてビームスプリッタ側へ向かい、前方光と重ね合わせられる。この場合、後方光は、ビームスプリッタに入射する前に固体レーザ媒質を２回通過し、非線形光学結晶を１回通過するので、それらの結晶が複屈折性を有していると、偏波方向に影響を与える。一方、前方光は、固体レーザ媒質や非線形光学結晶を通過しない。このため、後方光と前方光を重ね合わせた光すなわちビームスプリッタに入射する光の偏光状態が固体レーザ媒質や非線形光学結晶の影響を受けることになる。

第２の観点では、本考案は、前記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質がＮｄ：ＹＶＯ₄であり、前記非線形光学結晶がＫＴｉＯＰＯ₄であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、視認性に優れた緑色の線状ビームを出力できると共に温度による出力変動を防止できる。

本考案の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、赤色以外の色で且つ温度変動があっても移動しない扇面状ビームを出力することが出来る。

以下、図に示す実施例により本考案をさらに詳細に説明する。なお、これにより本考案が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００を示す構成説明図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、レーザ光を出射する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ２と、集光されたレーザ光で励起され基本波を誘導放出する固体レーザ媒質３と、基本波を第二高調波に変換する非線形光学結晶４と、光共振器６の一端を構成すると共に第二高調波を透過させるミラー５と、ミラー５を透過した第二高調波の一部を取り出すビームスプリッタ７と、ビームスプリッタ７を通過した第二高調波の線状ビームのビーム径を拡げるビームエキスパンダ８と、ビームエキスパンダ８を通過した線状ビームを扇面状ビームとするロッドレンズ９と、ビームスプリッタ７で取り出した第二高調波を受光し電気信号に変換するフォトダイオード１０と、フォトダイオード１０での電気信号の強度が一定になるように半導体レーザ１の駆動電流を制御するＡＰＣ（Auto Power Control）回路１１とを具備する。

図示しないが、半導体レーザ１や非線形光学結晶４は、ペルチェ素子またはヒータにより適正な温度に制御される。

固体レーザ媒質３は、Ｎｄ：ＹＶＯ₄である。
固体レーザ媒質３の半導体レーザ側端面には８０８.５ｎｍでは高透過率、１０６４ｎｍおよび５３２ｎｍでは高反射率のコーティングが施されている。

非線形光学結晶４は、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶である。図１中に示すａ，ｂ，ｃは、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶のａ軸，ｂ軸，ｃ軸の方向を示している。図１から判るように、ロッドレンズ９の中心軸９ｃは、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶のｃ軸に平行である。
なお、固体レーザ媒質３であるＮｄ：ＹＶＯ₄のｃ軸とＫＴｉＯＰＯ₄結晶のｃ軸とは、４５度の角度を持つように配置される。

半導体レーザ１は、Ｎｄ：ＹＶＯ₄の吸収ピークである８０８.５ｎｍ付近の波長のレーザ光を出す。
固体レーザ媒質３の半導体レーザ側端面と凹面ミラー５との間で光共振器６が構成され、１０６４ｎｍの基本波が発振する。

非線形光学結晶４を通過する１０６４ｎｍの基本波は、第二高調波である５３２ｎｍの第二高調波に変換され出射される。

ロッドレンズ９の表面には、ゴーストを防ぐため、５３２ｎｍに対するＡＲコートが施されている。

実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によれば、ライン状投影パターンを視認性のよい緑色にすることが出来る。また、使用環境等により固体レーザ媒質３や非線形光学結晶４の温度が変化すると、ビームスプリッタ７に入射する第二高調波の偏光状態が変化するが、ビームスプリッタ７の分割比は変化しないため、温度による出力変動を防止できる。

ここで、固体レーザ媒質３や非線形光学結晶４の温度が変化すると、ビームスプリッタ７に入射する第二高調波の偏光状態が変化することについて説明する。
非線形光学結晶４では、ミラー５側へ向かう第二高調波である前方光と、半導体レーザ１側へ向かう第二高調波である後方光とが発生する。後方光は、固体レーザ媒質３に入り、その半導体レーザ側の端面で反射し、固体レーザ媒質３中を戻り、非線形光学結晶４を通過し、前方光に重ね合わせられて、ミラー５を通過し、ビームスプリッタ７に入射する。非線形光学結晶４で発生した直後の前方光と後方光の偏波面は同一（非線形光学結晶４のｃ軸に垂直）である。しかし、後方光が固体レーザ媒質３を通過する際に偏波面と結晶軸方向が一致しないために、固体レーザ媒質３の複屈折の影響を受けて偏波面が回転し、さらに非線形光学結晶４でも複屈折の影響を受けて偏波面が回転するため、前方光と重ね合わされる時点では、後方光の偏波面は、前方光と全く異なることになる。そして、後方光が固体レーザ媒質３や非線形光学結晶４で受ける偏波面の回転の度合いは、ペルチェ素子やヒータの温調では制御し得ないような僅かな結晶の温度変動によって変化する。したがって、前方光と後方光が重ね合わされた光すなわちビームスプリッタ７に入射する光の偏波面および偏光比が固体レーザ媒質３や非線形光学結晶４の温度変動によって変化することになる。

図２は、実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００を示す構成説明図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置２００では、固体レーザ媒質３と非線形光学結晶４を接着剤などで貼り合せ、非線形光学結晶４の反半導体レーザ側面には１０６４ｎｍでは高反射率、５３２ｎｍでは低反射率のコーティングが施されている。つまり、結晶内部で光共振器６が構成されている。その他は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００と同じである。

固体レーザ媒質３として、Ｎｄ：ＹＶＯ₄の代わりに、Ｎｄ：ＧｄＶＯ₄やＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦなどを用いてもよい。Ｎｄ：ＹＡＧは、単結晶または微細結晶を焼結したセラミックを用いてもよい。
非線形光学結晶４として、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶の代わりに、ＬｉＢ₃Ｏ₅結晶やＫＮｂＯ₅結晶を用いてもよい。

本考案の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、レーザ墨出し器に利用できる。

実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成説明図である。実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成説明図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２集光レンズ
３固体レーザ媒質
４非線形光学結晶
５ミラー
６光共振器
７ビームスプリッタ
８ビームエキスパンダ
９ロッドレンズ
１０フォトダイオード
１１ＡＰＣ回路
１００，２００半導体レーザ励起固体レーザ装置

Claims

半導体レーザと、前記半導体レーザから出力された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光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶と、前記第二高調波から検出光を取り出すビームスプリッタと、前記検出光を受光する光センサと、前記光センサの出力に基づいて前記半導体レーザの駆動電流を制御する制御回路とを備え、基本波および第二高調波に対して高反射のコーティングが前記固体レーザ媒質の半導体レーザ端面になされており、前記ビームスプリッタとして分割比が偏光に依存しない無偏光ビームスプリッタを用いることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質がＮｄ：ＹＶＯ₄であり、前記非線形光学結晶がＫＴｉＯＰＯ₄であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。