JP3270641B2 - 固体レーザー - Google Patents
固体レーザーInfo
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- JP3270641B2 JP3270641B2 JP28502994A JP28502994A JP3270641B2 JP 3270641 B2 JP3270641 B2 JP 3270641B2 JP 28502994 A JP28502994 A JP 28502994A JP 28502994 A JP28502994 A JP 28502994A JP 3270641 B2 JP3270641 B2 JP 3270641B2
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- laser
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体レーザーに関し、特
に詳細には、レーザー共振器内にエタロン等を配して発
振モードを単一縦モード化するようにした固体レーザー
に関するものである。
に詳細には、レーザー共振器内にエタロン等を配して発
振モードを単一縦モード化するようにした固体レーザー
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開昭62-189783 号公報に示され
るように、ネオジウム等の希土類がドーピングされた固
体レーザーロッドを半導体レーザー（レーザーダイオー
ド）等によってポンピングする固体レーザーが公知とな
っている。
るように、ネオジウム等の希土類がドーピングされた固
体レーザーロッドを半導体レーザー（レーザーダイオー
ド）等によってポンピングする固体レーザーが公知とな
っている。
【０００３】この種の固体レーザーにおいては、例えば
Optics Letters（オプティクス・レターズ）Vol.18 (19
93) p.420 に記載されているように、モード競合ノイズ
の発生を抑えるために、その共振器内にエタロンを配し
て波長選択し、発振モードを単一縦モード化することも
行なわれている。また、同じく発振モードを単一縦モー
ド化するために、例えばOptical Society of America
（オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ）Vol.
30 (1991) p.2495に記載されているように、固体レーザ
ー共振器内に２枚のλ／４板を配し、それらの間におい
て発振ビームをツイスト・モード（楕円偏光状態）化す
ることも提案されている。
Optics Letters（オプティクス・レターズ）Vol.18 (19
93) p.420 に記載されているように、モード競合ノイズ
の発生を抑えるために、その共振器内にエタロンを配し
て波長選択し、発振モードを単一縦モード化することも
行なわれている。また、同じく発振モードを単一縦モー
ド化するために、例えばOptical Society of America
（オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ）Vol.
30 (1991) p.2495に記載されているように、固体レーザ
ー共振器内に２枚のλ／４板を配し、それらの間におい
て発振ビームをツイスト・モード（楕円偏光状態）化す
ることも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし本発明者等の実
験によると、上記２つの構成を採用した場合は、固体レ
ーザーの高出力化が制限されることが判明した。すなわ
ち、前者のエタロンを用いる構成においては、固体レー
ザーを高出力化すると隣接共振器モードが立ってしま
い、単一縦モード化が実現し難くなる。図４はこの状態
を概略的に示しており、図中ａで示す部分が本来の縦モ
ード、ｂで示す部分が隣接共振器モードである。
験によると、上記２つの構成を採用した場合は、固体レ
ーザーの高出力化が制限されることが判明した。すなわ
ち、前者のエタロンを用いる構成においては、固体レー
ザーを高出力化すると隣接共振器モードが立ってしま
い、単一縦モード化が実現し難くなる。図４はこの状態
を概略的に示しており、図中ａで示す部分が本来の縦モ
ード、ｂで示す部分が隣接共振器モードである。
【０００５】一方、後者の発振ビームをツイスト・モー
ド化する構成においては、固体レーザーを高出力化した
とき、上述の隣接共振器モードが立つことはないが、本
来の縦モードから縦モードが数本〜数十本離れたところ
に別の共振器モードが立ってしまい、この場合も単一縦
モード化が実現し難くなる。図５はこの状態を概略的に
示しており、図中ａで示す部分が本来の縦モード、ｃで
示す部分が上記別の共振器モードである。
ド化する構成においては、固体レーザーを高出力化した
とき、上述の隣接共振器モードが立つことはないが、本
来の縦モードから縦モードが数本〜数十本離れたところ
に別の共振器モードが立ってしまい、この場合も単一縦
モード化が実現し難くなる。図５はこの状態を概略的に
示しており、図中ａで示す部分が本来の縦モード、ｃで
示す部分が上記別の共振器モードである。
【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、発振モードを単一縦モード化することができ、
しかも高出力が得られる固体レーザーを提供することを
目的とするものである。
であり、発振モードを単一縦モード化することができ、
しかも高出力が得られる固体レーザーを提供することを
目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による固体レーザ
ーは、前述したように固体レーザー媒質をポンピング源
によって励起する固体レーザーにおいて、レーザー共振
器内にエタロン等の波長選択素子が配されるとともに、
レーザー共振器内において発振ビームをツイスト・モー
ド化する手段が設けられたことを特徴とするものであ
る。
ーは、前述したように固体レーザー媒質をポンピング源
によって励起する固体レーザーにおいて、レーザー共振
器内にエタロン等の波長選択素子が配されるとともに、
レーザー共振器内において発振ビームをツイスト・モー
ド化する手段が設けられたことを特徴とするものであ
る。
【０００８】なお上記の波長選択素子としては、一般的
な平行平板からなるエタロンの他に、平行平板の一端面
に固体レーザー発振波長に対して高反射率のコートが施
され、他端面に該波長に対して吸収を有する吸収薄膜
（ＡＴＦ：absorbed thin film）が施されてなるもの等
も適用可能である。一方発振ビームをツイスト・モード
化する手段としては、例えば前述した２枚のλ／４板等
を好適に用いることができる。
な平行平板からなるエタロンの他に、平行平板の一端面
に固体レーザー発振波長に対して高反射率のコートが施
され、他端面に該波長に対して吸収を有する吸収薄膜
（ＡＴＦ：absorbed thin film）が施されてなるもの等
も適用可能である。一方発振ビームをツイスト・モード
化する手段としては、例えば前述した２枚のλ／４板等
を好適に用いることができる。
【０００９】また本発明においては、ＦＳＲ（フリー・
スペクトラル・レンジ）つまりモード間隔が固体レーザ
ーのゲイン半値全幅とほぼ一致するとともに、選択波長
が固体レーザー媒質のゲインピーク波長とほぼ一致して
いる波長選択素子が用いられる。
スペクトラル・レンジ）つまりモード間隔が固体レーザ
ーのゲイン半値全幅とほぼ一致するとともに、選択波長
が固体レーザー媒質のゲインピーク波長とほぼ一致して
いる波長選択素子が用いられる。
【００１０】
【作用および発明の効果】上記エタロン等の波長選択素
子をレーザー共振器内に配置すること、および発振ビー
ムをツイスト・モード化する手段を設けることの各々
は、先に述べた通り従来から知られていたことである。
しかし、それぞれの目的は同じであるので、これら両者
を併せて固体レーザーに適用することは従来全くなされ
ていなかった。
子をレーザー共振器内に配置すること、および発振ビー
ムをツイスト・モード化する手段を設けることの各々
は、先に述べた通り従来から知られていたことである。
しかし、それぞれの目的は同じであるので、これら両者
を併せて固体レーザーに適用することは従来全くなされ
ていなかった。
【００１１】ところが、本発明者等の研究によると、エ
タロン等の波長選択素子および、発振ビームをツイスト
・モード化する手段の双方を併せて設けると、波長選択
素子による隣接共振器モードはツイスト・モードが形成
されるために抑圧され、その一方、ツイスト・モード形
成による別の共振器モード（本来の縦モードから縦モー
ドが数本〜数十本離れたところに立つモード）は波長選
択素子を挿入したことで抑圧されるため、固体レーザー
を高出力化しても発振モードは良好に単一縦モード化す
るようになる。
タロン等の波長選択素子および、発振ビームをツイスト
・モード化する手段の双方を併せて設けると、波長選択
素子による隣接共振器モードはツイスト・モードが形成
されるために抑圧され、その一方、ツイスト・モード形
成による別の共振器モード（本来の縦モードから縦モー
ドが数本〜数十本離れたところに立つモード）は波長選
択素子を挿入したことで抑圧されるため、固体レーザー
を高出力化しても発振モードは良好に単一縦モード化す
るようになる。
【００１２】以上のようにして本発明によれば、単一縦
モード化によりモード競合ノイズの発生が抑えられ、し
かも高出力の固体レーザーが得られることになる。
モード化によりモード競合ノイズの発生が抑えられ、し
かも高出力の固体レーザーが得られることになる。
【００１３】なお、エタロン等の波長選択素子のＦＳＲ
が固体レーザーのゲイン半値全幅よりかなり大きい場合
は、ゲインピークに合致した波長選択素子を作成する歩
留まりが低下し、ゲインピークに合ったエタロンを作成
することが困難になる。それと反対に、波長選択素子の
ＦＳＲが固体レーザーのゲイン半値全幅よりかなり小さ
い場合は、ＦＳＲ分だけ離れた位置に第２のエタロンモ
ードが立ってしまい、縦モードがマルチモード化しやす
くなる（図６参照）。それに対して本発明においては、
ＦＳＲが固体レーザーのゲイン半値全幅とほぼ一致する
とともに、選択波長が固体レーザー媒質のゲインピーク
波長とほぼ一致している波長選択素子を用いているの
で、このような不具合を招くことがなくなる。
が固体レーザーのゲイン半値全幅よりかなり大きい場合
は、ゲインピークに合致した波長選択素子を作成する歩
留まりが低下し、ゲインピークに合ったエタロンを作成
することが困難になる。それと反対に、波長選択素子の
ＦＳＲが固体レーザーのゲイン半値全幅よりかなり小さ
い場合は、ＦＳＲ分だけ離れた位置に第２のエタロンモ
ードが立ってしまい、縦モードがマルチモード化しやす
くなる（図６参照）。それに対して本発明においては、
ＦＳＲが固体レーザーのゲイン半値全幅とほぼ一致する
とともに、選択波長が固体レーザー媒質のゲインピーク
波長とほぼ一致している波長選択素子を用いているの
で、このような不具合を招くことがなくなる。
【００１４】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例によるレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーを示すもので
ある。このレーザーダイオードポンピング固体レーザー
は、ポンピング光としてのレーザービーム10を発する半
導体レーザー（フェーズドアレイレーザー）11と、発散
光である上記のレーザービーム10を集束させる例えばロ
ッドレンズからなる集光レンズ12と、ネオジウム（Ｎ
ｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質であるＹＡＧ
結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称する）13と、このＮ
ｄ：ＹＡＧ結晶13の前方側（図中右方側）、後方側にそ
れぞれ配された共振器ミラー14、15と、Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶13と共振器ミラー14との間に配された非線形光学材料
であるＫＮｂＯ3 結晶（以下、ＫＮ結晶と称する）16
と、このＫＮ結晶16とＮｄ：ＹＡＧ結晶13との間に配さ
れたエタロン（石英板）17と、共振器ミラー14、15間に
おいてＮｄ：ＹＡＧ結晶13の前後に配された２枚のλ／
４板（サファイア板）18、19とからなる。以上述べた各
要素は、共通の筐体（図示せず）にマウントされて一体
化されている。なおフェーズドアレイレーザー11は、図
示しないペルチェ素子と温調回路により、所定温度に温
調される。
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例によるレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーを示すもので
ある。このレーザーダイオードポンピング固体レーザー
は、ポンピング光としてのレーザービーム10を発する半
導体レーザー（フェーズドアレイレーザー）11と、発散
光である上記のレーザービーム10を集束させる例えばロ
ッドレンズからなる集光レンズ12と、ネオジウム（Ｎ
ｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質であるＹＡＧ
結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称する）13と、このＮ
ｄ：ＹＡＧ結晶13の前方側（図中右方側）、後方側にそ
れぞれ配された共振器ミラー14、15と、Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶13と共振器ミラー14との間に配された非線形光学材料
であるＫＮｂＯ3 結晶（以下、ＫＮ結晶と称する）16
と、このＫＮ結晶16とＮｄ：ＹＡＧ結晶13との間に配さ
れたエタロン（石英板）17と、共振器ミラー14、15間に
おいてＮｄ：ＹＡＧ結晶13の前後に配された２枚のλ／
４板（サファイア板）18、19とからなる。以上述べた各
要素は、共通の筐体（図示せず）にマウントされて一体
化されている。なおフェーズドアレイレーザー11は、図
示しないペルチェ素子と温調回路により、所定温度に温
調される。
【００１５】フェーズドアレイレーザー11としては、波
長λ1 ＝809 ｎｍのレーザービーム10を発するものが用
いられている。一方Ｎｄ：ＹＡＧ結晶13は、上記レーザ
ービーム10によってネオジウムイオンが励起されること
により、中心波長λ2 ＝946ｎｍのレーザービーム21を
発する。このレーザービーム21はＫＮ結晶16に入射し
て、波長λ3 ＝λ2 ／２＝473 ｎｍの第２高調波22に変
換される。
長λ1 ＝809 ｎｍのレーザービーム10を発するものが用
いられている。一方Ｎｄ：ＹＡＧ結晶13は、上記レーザ
ービーム10によってネオジウムイオンが励起されること
により、中心波長λ2 ＝946ｎｍのレーザービーム21を
発する。このレーザービーム21はＫＮ結晶16に入射し
て、波長λ3 ＝λ2 ／２＝473 ｎｍの第２高調波22に変
換される。
【００１６】ここで、共振器ミラー15のミラー面15ａ、
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶13のＫＮ結晶16側の端面13ａ、および
共振器ミラー14のミラー面14ａには各々、波長λ1 ＝80
9 ｎｍ、λ2 ＝946 ｎｍおよびλ3 ＝473 ｎｍに対して
下記の特性のコート30、31、32が施されている。なおＡ
Ｒは無反射（透過率99％以上）、ＨＲは高反射（反射率
99.9％以上）を示す。またλ／４板18、19の各端面には
波長λ2 ＝946 ｎｍに対する無反射コートが施され、エ
タロン17の両端面はノンコートである。
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶13のＫＮ結晶16側の端面13ａ、および
共振器ミラー14のミラー面14ａには各々、波長λ1 ＝80
9 ｎｍ、λ2 ＝946 ｎｍおよびλ3 ＝473 ｎｍに対して
下記の特性のコート30、31、32が施されている。なおＡ
Ｒは無反射（透過率99％以上）、ＨＲは高反射（反射率
99.9％以上）を示す。またλ／４板18、19の各端面には
波長λ2 ＝946 ｎｍに対する無反射コートが施され、エ
タロン17の両端面はノンコートである。
【００１７】 809 ｎｍ 946 ｎｍ 473 ｎｍ コート30 ＡＲ ＨＲ − 〃 31 − ＡＲ ＨＲ 〃 32 − ＨＲ ＡＲ 上記のようなコート30および32が施されているために、
レーザービーム21はミラー面15ａとミラー面14ａとの間
で共振する。このようにレーザービーム21は共振してい
る状態でＫＮ結晶16に入射するので、そこに十分良好に
吸収され、それにより効率良く第２高調波22が発生す
る。この第２高調波22は直接的に、あるいはコーティン
グ31が施されたＮｄ：ＹＡＧ結晶13の端面13ａで反対方
向に反射して、共振器ミラー14から出射する。
レーザービーム21はミラー面15ａとミラー面14ａとの間
で共振する。このようにレーザービーム21は共振してい
る状態でＫＮ結晶16に入射するので、そこに十分良好に
吸収され、それにより効率良く第２高調波22が発生す
る。この第２高調波22は直接的に、あるいはコーティン
グ31が施されたＮｄ：ＹＡＧ結晶13の端面13ａで反対方
向に反射して、共振器ミラー14から出射する。
【００１８】ここで上記エタロン17は、レーザービーム
21の進行方向に対して30′の角度をなすように配置さ
れ、そのＦＳＲ（フリー・スペクトラル・レンジ）は、
ＹＡＧの946 ｎｍ帯の発振のゲイン半値全幅と等しい0.
8 ｎｍとされている。またこのエタロン17の共振波長は
946.2 ｎｍ（真空中）とされ、ＹＡＧのゲインピーク波
長の946.2 ｎｍと等しくされている。なお、このエタロ
ン17の共振波長とＹＡＧのゲインピーク波長とは、±0.
1 ｎｍ程度のズレが有っても実際上問題は無い。
21の進行方向に対して30′の角度をなすように配置さ
れ、そのＦＳＲ（フリー・スペクトラル・レンジ）は、
ＹＡＧの946 ｎｍ帯の発振のゲイン半値全幅と等しい0.
8 ｎｍとされている。またこのエタロン17の共振波長は
946.2 ｎｍ（真空中）とされ、ＹＡＧのゲインピーク波
長の946.2 ｎｍと等しくされている。なお、このエタロ
ン17の共振波長とＹＡＧのゲインピーク波長とは、±0.
1 ｎｍ程度のズレが有っても実際上問題は無い。
【００１９】一方、２枚のλ／４板18、19は互いに結晶
軸が90°回転した向きに配されており、このようなλ／
４板18、19が配されたことにより、レーザービーム21は
それら両者の間でツイスト・モード化する。そのためレ
ーザービーム21は、自ずとゲインピーク波長すなわち94
6.2 ｎｍで発振する。それだけでは、固体レーザーを高
出力化したとき、先に述べたように縦モードが数本〜数
十本離れたところに別の共振器モードが立ってしまう
が、この場合は上記エタロン17が設けられているため
に、この別の共振器モードが抑制される。
軸が90°回転した向きに配されており、このようなλ／
４板18、19が配されたことにより、レーザービーム21は
それら両者の間でツイスト・モード化する。そのためレ
ーザービーム21は、自ずとゲインピーク波長すなわち94
6.2 ｎｍで発振する。それだけでは、固体レーザーを高
出力化したとき、先に述べたように縦モードが数本〜数
十本離れたところに別の共振器モードが立ってしまう
が、この場合は上記エタロン17が設けられているため
に、この別の共振器モードが抑制される。
【００２０】それとは逆に、エタロン17のみによって発
振波長を選択する場合も、固体レーザーを高出力化した
とき、先に述べたように隣接共振器モードが立ってしま
うが、本例では上記のツイスト・モードが形成されるた
めに、この隣接共振器モードが抑圧される。なお、本実
施例における発振状態を図２に示す。
振波長を選択する場合も、固体レーザーを高出力化した
とき、先に述べたように隣接共振器モードが立ってしま
うが、本例では上記のツイスト・モードが形成されるた
めに、この隣接共振器モードが抑圧される。なお、本実
施例における発振状態を図２に示す。
【００２１】以上のようにして、この構成によれば、固
体レーザーの高出力化と単一縦モード化を両立させるこ
とができる。本実施例では、ポンピング光であるレーザ
ービーム10の出力を３Ｗとしたとき、300 ｍＷの単一縦
モードの第２高調波22が得られた。
体レーザーの高出力化と単一縦モード化を両立させるこ
とができる。本実施例では、ポンピング光であるレーザ
ービーム10の出力を３Ｗとしたとき、300 ｍＷの単一縦
モードの第２高調波22が得られた。
【００２２】次に図３を参照して、本発明の第２実施例
について説明する。なおこの図３において、図１中のも
のと同等の要素には同番号を付してあり、それらについ
ての重複した説明は省略する（以下、同様）。この第２
実施例の固体レーザーもレーザーダイオードポンピング
固体レーザーであり、第１実施例のレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーと比べると、エタロン17および
共振器ミラー15が省かれて、その代りに波長選択素子40
が用いられている点が異なる。
について説明する。なおこの図３において、図１中のも
のと同等の要素には同番号を付してあり、それらについ
ての重複した説明は省略する（以下、同様）。この第２
実施例の固体レーザーもレーザーダイオードポンピング
固体レーザーであり、第１実施例のレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーと比べると、エタロン17および
共振器ミラー15が省かれて、その代りに波長選択素子40
が用いられている点が異なる。
【００２３】この波長選択素子40は、透明な平行平板の
後方端面40ａにコート41が施され、前方端面40ｂに吸収
薄膜（ＡＴＦ：absorbed thin film）42が形成されてな
るものである。コート41は、第１実施例装置の共振器ミ
ラー15に施されたコート30と同じく、波長λ1 ＝809 ｎ
ｍに対してはＡＲ、波長λ2 ＝946 ｎｍに対してはＨＲ
の特性のものである。つまり本実施例では、この波長選
択素子40と共振器ミラー14とによって固体レーザーの共
振器が構成されている。一方吸収薄膜42は膜厚５ｎｍの
Ｃｒ膜からなるものである。
後方端面40ａにコート41が施され、前方端面40ｂに吸収
薄膜（ＡＴＦ：absorbed thin film）42が形成されてな
るものである。コート41は、第１実施例装置の共振器ミ
ラー15に施されたコート30と同じく、波長λ1 ＝809 ｎ
ｍに対してはＡＲ、波長λ2 ＝946 ｎｍに対してはＨＲ
の特性のものである。つまり本実施例では、この波長選
択素子40と共振器ミラー14とによって固体レーザーの共
振器が構成されている。一方吸収薄膜42は膜厚５ｎｍの
Ｃｒ膜からなるものである。
【００２４】この構成において、レーザービーム21が波
長選択素子40に入射すると、そのコート41が施されてい
る方の端面40ａに節が位置する状態で定在波が生じ得る
が、この場合は、吸収薄膜42が形成されている方の端面
40ｂにおいても節が位置するような波長の光のみがこの
定在波を生じる。本実施例においては、中心波長を946
ｎｍとする複数の縦モードのうち、波長946.2 ｎｍの縦
モードの光のみがこの定在波を生じ、定在波の節が端面
40ｂに位置しないその他の光は吸収薄膜42に吸収され、
発振が抑制される。以上のようにして、波長選択素子40
により前記エタロン17と同様の作用が得られ、結局本実
施例においても第１実施例と同様に、固体レーザーの高
出力化と単一縦モード化を両立させることができる。
長選択素子40に入射すると、そのコート41が施されてい
る方の端面40ａに節が位置する状態で定在波が生じ得る
が、この場合は、吸収薄膜42が形成されている方の端面
40ｂにおいても節が位置するような波長の光のみがこの
定在波を生じる。本実施例においては、中心波長を946
ｎｍとする複数の縦モードのうち、波長946.2 ｎｍの縦
モードの光のみがこの定在波を生じ、定在波の節が端面
40ｂに位置しないその他の光は吸収薄膜42に吸収され、
発振が抑制される。以上のようにして、波長選択素子40
により前記エタロン17と同様の作用が得られ、結局本実
施例においても第１実施例と同様に、固体レーザーの高
出力化と単一縦モード化を両立させることができる。
【００２５】次に図７を参照して、本発明の第３実施例
について説明する。この第３実施例の固体レーザーもレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーであり、第１
実施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーと
比べると、共振器ミラー15が省かれ、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
13に代えてＮｄ：ＹＬＦ結晶50が用いられ、ＫＮ結晶16
に代えて周期ドメイン反転構造を有するＬｉＮｂＯ3 結
晶（以下、ＬＮ結晶と称する）51が用いられ、そしてλ
／４板19とエタロン17との間にはカルサイト（方解石）
板52が配されている点が基本的に異なる。
について説明する。この第３実施例の固体レーザーもレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーであり、第１
実施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーと
比べると、共振器ミラー15が省かれ、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
13に代えてＮｄ：ＹＬＦ結晶50が用いられ、ＫＮ結晶16
に代えて周期ドメイン反転構造を有するＬｉＮｂＯ3 結
晶（以下、ＬＮ結晶と称する）51が用いられ、そしてλ
／４板19とエタロン17との間にはカルサイト（方解石）
板52が配されている点が基本的に異なる。
【００２６】半導体レーザー11としては、波長λ1 ＝79
5 ｎｍのレーザービーム60を発するものが用いられてい
る。ｃカットのＮｄ：ＹＬＦ結晶50は、上記レーザービ
ーム60によってネオジウムイオンが励起されることによ
り、中心波長λ2 ＝1313ｎｍのレーザービーム61を発す
る。このレーザービーム61はＬＮ結晶51に入射して、波
長λ3 ＝λ2 ／２＝657 ｎｍの第２高調波62に変換され
る。
5 ｎｍのレーザービーム60を発するものが用いられてい
る。ｃカットのＮｄ：ＹＬＦ結晶50は、上記レーザービ
ーム60によってネオジウムイオンが励起されることによ
り、中心波長λ2 ＝1313ｎｍのレーザービーム61を発す
る。このレーザービーム61はＬＮ結晶51に入射して、波
長λ3 ＝λ2 ／２＝657 ｎｍの第２高調波62に変換され
る。
【００２７】ここで、λ／４板18の後方端面18ａ、λ／
４板19の前方端面19ａ、および共振器ミラー14のミラー
面14ａには各々、波長λ1 ＝795 ｎｍ、λ2 ＝1313ｎｍ
およびλ3 ＝657 ｎｍに対して下記の特性のコート53、
54、55が施されている。なおこの場合もＡＲは無反射、
ＨＲは高反射を示す。
４板19の前方端面19ａ、および共振器ミラー14のミラー
面14ａには各々、波長λ1 ＝795 ｎｍ、λ2 ＝1313ｎｍ
およびλ3 ＝657 ｎｍに対して下記の特性のコート53、
54、55が施されている。なおこの場合もＡＲは無反射、
ＨＲは高反射を示す。
【００２８】 795 ｎｍ 1313ｎｍ 657 ｎｍ コート53 ＡＲ ＨＲ − 〃 54 − ＡＲ ＨＲ 〃 55 − ＨＲ ＡＲ つまり本実施例では、λ／４板18と共振器ミラー14とに
よって固体レーザーの共振器が構成されている。そこで
固体レーザービーム61は共振している状態でＬＮ結晶51
に入射し、そこに十分良好に吸収され、それにより効率
良く第２高調波62が発生する。この第２高調波62は直接
的に、あるいはコーティング54が施されたλ／４板19の
端面19ａで反対方向に反射して、共振器ミラー14から前
方に出射する。
よって固体レーザーの共振器が構成されている。そこで
固体レーザービーム61は共振している状態でＬＮ結晶51
に入射し、そこに十分良好に吸収され、それにより効率
良く第２高調波62が発生する。この第２高調波62は直接
的に、あるいはコーティング54が施されたλ／４板19の
端面19ａで反対方向に反射して、共振器ミラー14から前
方に出射する。
【００２９】なおこの場合、共振器ミラー14のミラー面
14ａの曲率半径は30ｍｍ、固体レーザーの共振器長は15
ｍｍ、カルサイト板52の厚さは1.5 ｍｍ、ＬＮ結晶51の
長さは５ｍｍである。
14ａの曲率半径は30ｍｍ、固体レーザーの共振器長は15
ｍｍ、カルサイト板52の厚さは1.5 ｍｍ、ＬＮ結晶51の
長さは５ｍｍである。
【００３０】本実施例でも２枚のλ／４板18、19が配さ
れたことにより、レーザービーム61はそれら両者の間で
ツイスト・モード化する。そのためレーザービーム61
は、自ずとゲインピーク波長で発振する。それだけで
は、固体レーザーを高出力化したとき、ゲインピーク波
長から0.4 ｎｍ離れたところ、つまり縦モードが８本離
れたところに別の共振器モードが立ってしまうことが分
かった（この現象は、半導体レーザー11による励起パワ
ーが例えば１Ｗと低い場合は生じない）。しかしこの場
合も、エタロン17が設けられていることにより、この別
の共振器モードが抑制される。
れたことにより、レーザービーム61はそれら両者の間で
ツイスト・モード化する。そのためレーザービーム61
は、自ずとゲインピーク波長で発振する。それだけで
は、固体レーザーを高出力化したとき、ゲインピーク波
長から0.4 ｎｍ離れたところ、つまり縦モードが８本離
れたところに別の共振器モードが立ってしまうことが分
かった（この現象は、半導体レーザー11による励起パワ
ーが例えば１Ｗと低い場合は生じない）。しかしこの場
合も、エタロン17が設けられていることにより、この別
の共振器モードが抑制される。
【００３１】それとは逆に、エタロン17のみによって発
振波長を選択する場合も、固体レーザーを高出力化した
とき、先に述べたように隣接共振器モードが立ってしま
うが、本例でも上記のツイスト・モードが形成されるた
めに、この隣接共振器モードが抑圧される。
振波長を選択する場合も、固体レーザーを高出力化した
とき、先に述べたように隣接共振器モードが立ってしま
うが、本例でも上記のツイスト・モードが形成されるた
めに、この隣接共振器モードが抑圧される。
【００３２】ここでエタロン17は厚さ0.3 ｍｍで、その
ＦＳＲ（フリー・スペクトラル・レンジ）は、Ｎｄ：Ｙ
ＬＦの1313ｎｍ帯の発振のゲイン半値全幅と等しい２ｎ
ｍとされているので、第２のエタロンモードが立ってし
まうことはない。またこのエタロン17は、その共振波長
がＮｄ：ＹＬＦのゲインピーク波長の1313ｎｍと±0.1
ｎｍ以内のズレを有し、波長1313ｎｍに対する反射率は
20％、レーザービーム61の進行方向に対する傾き角は
５′とされている。
ＦＳＲ（フリー・スペクトラル・レンジ）は、Ｎｄ：Ｙ
ＬＦの1313ｎｍ帯の発振のゲイン半値全幅と等しい２ｎ
ｍとされているので、第２のエタロンモードが立ってし
まうことはない。またこのエタロン17は、その共振波長
がＮｄ：ＹＬＦのゲインピーク波長の1313ｎｍと±0.1
ｎｍ以内のズレを有し、波長1313ｎｍに対する反射率は
20％、レーザービーム61の進行方向に対する傾き角は
５′とされている。
【００３３】また本実施例では、固体レーザー媒質とし
て異方性のＮｄ：ＹＬＦ結晶50が用いられているので、
λ／４板19から出射するレーザービーム61は、相直交す
る方向に直線偏光した２つの直線偏光成分を含むものと
なる。このレーザービーム61は、光通過端面が光学軸に
対して角度をなすようにカット（いわゆるアングル・カ
ット）されたカルサイト板52に入射して、その一方の直
線偏光成分のみが選択され、その直線偏光の向きがＬＮ
結晶51のＺ軸と一致するようにして該ＬＮ結晶51に入射
せしめられる。
て異方性のＮｄ：ＹＬＦ結晶50が用いられているので、
λ／４板19から出射するレーザービーム61は、相直交す
る方向に直線偏光した２つの直線偏光成分を含むものと
なる。このレーザービーム61は、光通過端面が光学軸に
対して角度をなすようにカット（いわゆるアングル・カ
ット）されたカルサイト板52に入射して、その一方の直
線偏光成分のみが選択され、その直線偏光の向きがＬＮ
結晶51のＺ軸と一致するようにして該ＬＮ結晶51に入射
せしめられる。
【００３４】以上の構成において、ポンピング光である
レーザービーム60の出力を２Ｗとしたとき、300 ｍＷの
単一縦モードの赤色の第２高調波62が得られる。
レーザービーム60の出力を２Ｗとしたとき、300 ｍＷの
単一縦モードの赤色の第２高調波62が得られる。
【００３５】なお、エタロン17の傾き角をより大きくす
るほど、波長選択性はより向上する。しかしエタロン17
は、ゲインピーク波長から比較的遠いところに立つ可能
性がある別の共振器モードを抑制すればよく、このよう
なモードのゲインは元より低いものであるから、エタロ
ン傾き角を上記５′のように比較的小さく設定しても、
上記別の共振器モードが抑制されるようになる。このよ
うにしてエタロン17の傾き角を小さく設定できれば、そ
れによる損失が低く抑えられ、高出力化が実現される。
るほど、波長選択性はより向上する。しかしエタロン17
は、ゲインピーク波長から比較的遠いところに立つ可能
性がある別の共振器モードを抑制すればよく、このよう
なモードのゲインは元より低いものであるから、エタロ
ン傾き角を上記５′のように比較的小さく設定しても、
上記別の共振器モードが抑制されるようになる。このよ
うにしてエタロン17の傾き角を小さく設定できれば、そ
れによる損失が低く抑えられ、高出力化が実現される。
【００３６】ただし、ポンピング光であるレーザービー
ム60の出力を例えば３Ｗ、10Ｗと上げる場合は、上記別
の共振器モードを抑制し難くなるので、エタロン傾き角
をそれぞれ10′、30′程度まで増大させて波長選択性を
高めるのが望ましい。
ム60の出力を例えば３Ｗ、10Ｗと上げる場合は、上記別
の共振器モードを抑制し難くなるので、エタロン傾き角
をそれぞれ10′、30′程度まで増大させて波長選択性を
高めるのが望ましい。
【００３７】次に図８を参照して、本発明の第４実施例
について説明する。この第４実施例の固体レーザーもレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーであり、第３
実施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーと
比べると、偏光制御素子としてカルサイト板52の代わり
にブリュースター板70が用いられている点のみが異な
る。
について説明する。この第４実施例の固体レーザーもレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーであり、第３
実施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーと
比べると、偏光制御素子としてカルサイト板52の代わり
にブリュースター板70が用いられている点のみが異な
る。
【００３８】このようなブリュースター板70と周期ドメ
イン反転構造を有するＬＮ結晶51とを組み合わせる場合
は、基本波であるレーザービーム61と第２高調波62の直
線偏光の向きが互いに一致する。周知の通りブリュース
ター板70は、Ｐ偏光に対してほとんど損失を生じない。
そこで、このようにレーザービーム61と第２高調波62の
直線偏光の向きが一致している場合は、これら双方をと
もにＰ偏光状態でブリュースター板70に入射させて、損
失を抑えることができる。そうであれば、このブリュー
スター板70に第２高調波62に対するＡＲ（無反射）コー
トを施す必要がなくなる。
イン反転構造を有するＬＮ結晶51とを組み合わせる場合
は、基本波であるレーザービーム61と第２高調波62の直
線偏光の向きが互いに一致する。周知の通りブリュース
ター板70は、Ｐ偏光に対してほとんど損失を生じない。
そこで、このようにレーザービーム61と第２高調波62の
直線偏光の向きが一致している場合は、これら双方をと
もにＰ偏光状態でブリュースター板70に入射させて、損
失を抑えることができる。そうであれば、このブリュー
スター板70に第２高調波62に対するＡＲ（無反射）コー
トを施す必要がなくなる。
【００３９】なお本発明は、以上説明したレーザーダイ
オードポンピング固体レーザー以外の固体レーザーに対
しても同様に適用可能である。また勿論ながら、固体レ
ーザー媒質、そのポンピング源、および波長変換を行な
う場合の非線形光学材料等も、上記各実施例におけるも
の以外が適宜使用可能である。
オードポンピング固体レーザー以外の固体レーザーに対
しても同様に適用可能である。また勿論ながら、固体レ
ーザー媒質、そのポンピング源、および波長変換を行な
う場合の非線形光学材料等も、上記各実施例におけるも
の以外が適宜使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
概略側面図
【図２】上記第１実施例の固体レーザーの発振状態を示
す説明図
す説明図
【図３】本発明の第２実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
概略側面図
【図４】従来の固体レーザーの発振状態を示す説明図
【図５】従来の固体レーザーの別の発振状態を示す説明
図
図
【図６】本発明の固体レーザーの別の発振状態を示す説
明図
明図
【図７】本発明の第３実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
概略側面図
【図８】本発明の第４実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
概略側面図
10、60 レーザービーム（ポンピング光） 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Ｎｄ：ＹＡＧ結晶 14、15 共振器ミラー 16 ＫＮ結晶 17 エタロン 18、19 λ／４板 21、61 レーザービーム（固体レーザービーム） 22、62 第２高調波 30、31、32、41、53、54、55 コート 40 波長選択素子 42 吸収薄膜 50 Ｎｄ：ＹＬＦ結晶 51 周期ドメイン反転構造を有するＬＮ結晶 52 カルサイト板 70 ブリュースター板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−75196（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−80980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−119991（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，（1965）Ｖｏ ｌ．４ Ｎｏ．１，ｐ．142−143 ＩＥＥＥ．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅｌ ｅｃｔｒｏｎ．，（1972）Ｖｏｌ．ＱＥ −８ Ｎｏ．２ ，ｐ．235−239 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 固体レーザー媒質をポンピング源によっ
て励起する固体レーザーにおいて、 レーザー共振器内に波長選択素子が配されるとともに、 レーザー共振器内において発振ビームをツイスト・モー
ド化する手段が設けられ、 前記波長選択素子のＦＳＲ（フリー・スペクトラル・レ
ンジ）が、固体レーザーのゲイン半値全幅とほぼ一致す
るとともに、該波長選択素子の選択波長が前記固体レー
ザー媒質のゲインピーク波長とほぼ一致していることを
特徴とする固体レーザー。 - 【請求項２】 前記レーザー共振器内に、周期ドメイン
反転構造を有して固体レーザービームを波長変換する非
線形光学結晶と、前記固体レーザービームから前記非線
形光学結晶の光学軸に対して所定の向きとなる１つの直
線偏光成分を選択して該結晶に入射させる偏光制御素子
とが配されていることを特徴とする請求項１記載の固体
レーザー。 - 【請求項３】 前記偏光制御素子がブリュースター板で
あることを特徴とする請求項２記載の固体レーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28502994A JP3270641B2 (ja) | 1993-11-30 | 1994-11-18 | 固体レーザー |
| US08/560,121 US5671240A (en) | 1984-11-18 | 1995-11-17 | Solid state laser |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29955493 | 1993-11-30 | ||
| JP5-299554 | 1993-11-30 | ||
| JP28502994A JP3270641B2 (ja) | 1993-11-30 | 1994-11-18 | 固体レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07302946A JPH07302946A (ja) | 1995-11-14 |
| JP3270641B2 true JP3270641B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=26555720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28502994A Expired - Fee Related JP3270641B2 (ja) | 1984-11-18 | 1994-11-18 | 固体レーザー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3270641B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5732095A (en) * | 1996-09-20 | 1998-03-24 | Hewlett-Packard Company | Dual harmonic-wavelength split-frequency laser |
| JP4763337B2 (ja) * | 2005-05-09 | 2011-08-31 | 株式会社島津製作所 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
| KR101179202B1 (ko) * | 2010-09-29 | 2012-09-03 | 주식회사 포벨 | 펄스로 구동하는 파장 변환형 반도체 레이저 |
| WO2022249581A1 (ja) * | 2021-05-26 | 2022-12-01 | ソニーグループ株式会社 | レーザ素子及び電子機器 |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP28502994A patent/JP3270641B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，（１９６５）Ｖｏｌ．４ Ｎｏ．１，ｐ．１４２−１４３ |
| ＩＥＥＥ．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，（１９７２）Ｖｏｌ．ＱＥ−８ Ｎｏ．２ ，ｐ．２３５−２３９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07302946A (ja) | 1995-11-14 |
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|---|---|---|---|
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