JP3378103B2 - レーザーダイオード励起固体レーザー - Google Patents
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Description
導体レーザー(レーザーダイオード)によって励起する
レーザーダイオード励起固体レーザーに関し、特に詳細
には、共振器ミラーの取付構造が改良されたレーザーダ
イオード励起固体レーザーに関するものである。
るように、ネオジウム等の希土類が添加された固体レー
ザー結晶を、半導体レーザーから発せられた光によって
励起するレーザーダイオード励起固体レーザーが公知と
なっている。この種のレーザーにおいては多くの場合、
共振器として、2つの共振器ミラーからなるファブリー
・ペロー型共振器が用いられている。
れを別個のホルダーに固定し、これらのホルダーを1つ
の基準板に接着したり、あるいはこれらのホルダーを互
いに光軸方向に連結、接着することにより、所定位置に
配設されていた。
ように、1つの円筒状ホルダーに、共振器ミラーやその
他のレーザー構成部品を挿し込み固定する構造も公知と
なっている。
器においては、レーザー発振を安定に維持するために、
共振器部分を温度調節する等して、共振器長(2つの共
振器ミラーのミラー面間距離)が周囲温度の変化によっ
て大きく変わらないようにする必要がある。なお、より
具体的には、共振器長変化は少なくとも発振波長の1/
4以下、より望ましくは1/10以下に抑える必要があ
り、多くのレーザーダイオード励起固体レーザーの発振
波長が1μm近辺にあることを考えれば、理想的には共
振器長変化を0.1 μm以下に抑える必要があると言え
る。
ーをそれぞれ別個のホルダーに固定するようにした従来
のレーザーダイオード励起固体レーザーにおいては、ホ
ルダーどうし、あるいはホルダーと上記基準板等の接合
面の数がかなり多くなり、そのために、共振器長変化を
上述の数値以下に抑えることは困難となっている。
より接着されるが、高分子材料等からなる接着剤は理想
的に完全硬化する訳ではなく、経年変化や高温保存等で
硬化収縮が進行することがある。また、低温、高温保存
で、共振器ミラー部材とホルダー部材の線膨張率差によ
る応力のために接着層厚が変化することがある。そこ
で、レーザーをある所定温度に温度調節して使用すると
しても、例えば使用休止、運搬等のためにレーザー電源
を切って温度調節を解除した際の接着剤の硬化率変化、
応力による接着層厚変化がそのまま残ることがある。そ
して接合面数が多いと、このような接着剤の硬化率変
化、応力による接着層厚変化の総量が大きくなり、それ
が共振器長の経時変化となって現れるのである。
面をホルダーに接着固定し、これらのホルダーを光軸方
向に連結、接着する場合は、それだけで共振器長さ方向
に3つの接着面が存在し、さらに、共振器内にエタロン
等の他の光学部品が同様の接着固定方法を採用して配設
されると、共振器長さ方向の接着面数は一般に4〜9程
度まで増えることになる。そうであると、1つの接着面
当たりの許容変化長は0.01μmのオーダーとなり、共振
器部分を温度調節しても、このような許容値以下に変化
長を抑えることは困難となる。
た部品固定構造は、上記のように接着面数が多いことに
よる問題は招かないものの、共振器ミラーやその他のレ
ーザー構成部品を光軸垂直部材を介してホルダーに接着
固定していないため、振動を受けたり、長期間使用して
いるうちに部品が動いてその位置が狂ってしまう恐れが
ある。
であり、共振器ミラーが強固に固定され、しかも共振器
長が周囲温度の変化によって大きく変わることのないレ
ーザーダイオード励起固体レーザーを提供することを目
的とする。
イオード励起固体レーザーは、前述したように2つの共
振器ミラーからなるファブリー・ペロー型共振器を有す
るレーザーダイオード励起固体レーザーにおいて、共振
器軸方向に互いに離して配設され、共振器軸に対して交
わる向きに形成されたミラー取付面を各々有する2つの
ミラー固定部分と、これらのミラー固定部分と一体的に
形成されて該ミラー固定部分を連絡する連絡部分とを備
えてなるホルダーが設けられ、このホルダーの2つのミ
ラー固定部分のそれぞれに、共振器ミラーが、その光通
過端面を上記ミラー取付面に層厚2μm以下で、かつ硬
化率変化および応力による層厚変化が1%以下である接
着剤により接着させて固定されていることを特徴とする
ものである。
好ましくは、鏡面研磨されたものとされる。
のレーザー構成部品を固定するために、2つのミラー固
定部分に対して共振器軸方向に離れた状態で上記連絡部
分と一体的に形成され、共振器軸に対して交わる向きに
形成された部品取付面を有する少なくとも1つの部品固
定部分が形成されるのが望ましい。特に共振器内に配置
されるレーザー構成部品は、ホルダーの上述のような部
品固定部分(この場合は2つのミラー固定部分の間に配
設されることになる)に固定されるのが望ましい。
固定部分は連絡部分を介して一体化されているので、こ
れらのミラー固定部分のミラー取付面にそれぞれ共振器
ミラーを接着固定すると、共振器について考えると、そ
の長さ方向には基本的に2つの接着面しか存在しなくな
る。なお、共振器内にエタロン等の他の光学部品を配設
する場合でも、ホルダーに上述のような部品固定部分を
形成してそこに光学部品を固定すれば、この光学部品固
定が接着を含むどのような方法でなされても、共振器長
に関わる接着面数は2つのままである。
の接着剤層の硬化率変化、応力による接着層厚変化に起
因する厚さ変化の合計のみとなり、接着剤の層厚を2μ
m以下とし、そして硬化率変化および応力による接着剤
の層厚変化を1%以下とした本発明のレーザーダイオー
ド励起固体レーザーでは、この共振器長の変化量が比較
的少なく抑えられるようになる。
である場合は、接着剤が均一に広く延びやすくなるの
で、接着剤層をより薄くして、共振器長の変化量を少な
く抑えることができる。
起固体レーザーは、共振器ミラーがホルダーに接着固定
されているので、振動を受けたり、長期間使用している
うちに共振器ミラーが動いてその位置が狂ってしまうよ
うなこともない。
に説明する。図1は、本発明の第1実施例によるレーザ
ーダイオード励起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励起固体レーザーは、励起光として
のレーザービーム10を発するチップ状態の半導体レーザ
ー11と、発散光である上記レーザービーム10を集光する
集光レンズ12と、ネオジウム(Nd)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:Y
AG結晶と称する)13と、このNd:YAG結晶13の前
方側(図中右方側)に配された共振器ミラー14とを有し
ている。
結晶13との間には、Nd:YAG結晶13側から順に、非
線形光学材料であるKNbO3 結晶(以下、KN結晶と
称する)15、およびエタロン16が配置されている。
のレーザービーム10を発するものが用いられている。N
d:YAG結晶13は入射したレーザービーム10によって
ネオジウムイオンが励起されて、波長946 nmの光を発
する。Nd:YAG結晶13の励起光入射側の端面13aに
は、波長946 nmの光は良好に反射させ(反射率99.9%
以上)、波長809 nmの励起用レーザービーム10は良好
に透過させる(透過率99%以上)コーティングが施され
ている。一方共振器ミラー14のミラー面14aには、波長
946 nmの光は良好に反射させ下記の波長473 nmの光
は透過させるコーティングが施されている。
13a、14a間に閉じ込められてレーザー発振を引き起こ
し、こうして発生したレーザービーム18はKN結晶15に
より波長が1/2すなわち473 nmの第2高調波19に変
換され、この第2高調波19が共振器ミラー14から出射す
る。
ルダー20に固定され、一方Nd:YAG結晶13、KN結
晶15、エタロン16および共振器ミラー14は別のホルダー
21に固定され、これらのホルダー20および21が基準板22
に固定されている。そしてこの基準板22は、ヒートシン
ク23に接合されたペルチェ素子24の上に固定されてい
る。
d:YAG結晶13と共振器ミラー14とによってファブリ
ー・ペロー型共振器が構成され、この共振器の部分と半
導体レーザー11および集光レンズ12は、上記ペルチェ素
子24が図示しない温調回路によって駆動制御されること
により、所定温度に保たれる。
品の取付け構造について説明する。このホルダー21は例
えば銅等からなり、共振器軸方向に互いに離して配設さ
れた2つのミラー固定部分21a、21bと部品固定部分21
cとを有している。これらの部分21a、21bおよび部品
固定部分21cは、それらと一体的に形成された連絡部分
21dによって連絡されており、このホルダー21は全体と
して断面E字型に形成されている。
表面は、共振器軸に垂直に鏡面研磨されてミラー取付面
21e、21fとされ、部品固定部分21cの共振器軸方向に
離れた2つの表面も共振器軸に垂直に鏡面研磨されて部
品取付面21g、21hとされている。またミラー固定部分
21a、21bおよび部品固定部分21cには、レーザービー
ム18および第2高調波19を通過させる孔が形成されてい
る。
G結晶13は、その1つの光通過端面を上記ミラー取付面
21eに接着することにより、ミラー固定部分21aに固定
されている。一方共振器ミラー14は、そのミラー面14a
を上記ミラー取付面21fに接着することにより、ミラー
固定部分21bに固定されている。またKN結晶15および
エタロン16は、それぞれその1つの光通過端面を上記部
品取付面21g、21hに接着することにより、部品固定部
分21cに固定されている。これらの接着は、例えば2液
混合・室温硬化型エポキシ系接着剤や、シリコンRTV
ゴム接着剤を用いてなされる。
G結晶13と共振器ミラー14とを固定すると、共振器長に
関わる接着面数は2つのみ、つまりNd:YAG結晶13
とミラー取付面21eとの接着面および、共振器ミラー14
とミラー取付面21fとの接着面だけとなる。したがっ
て、共振器長の変化量は主にこれら2つの接着面の接着
剤層の硬化率変化、応力による接着層厚変化に起因する
厚さ変化の合計のみとなり、比較的少なく抑えられるよ
うになる。なおこの場合、共振器内にKN結晶15および
エタロン16が配設されているが、それらとホルダー21と
の接着面は、共振器長を変える要因とはならない。
び21fが鏡面研磨されているので、接着剤が均一に広く
延びやすくなり、接着剤層をより薄くして、共振器長の
変化量を少なく抑えることができる。
る接着剤を層厚1〜2μmとし、それらの硬化条件を最
適化した場合は、接着剤層の厚さ変化を1%以下に抑え
ることができる。具体的に、上記構成のレーザーダイオ
ード励起固体レーザーを一般空調下において5000時間動
作試験した際、その共振器長変化量は0.02μm以下に抑
えられた。
ザーは、Nd:YAG結晶13と共振器ミラー14とがホル
ダー21に接着固定されているので、振動を受けたり、長
期間使用しているうちにこれらのNd:YAG結晶13と
共振器ミラー14とが動いて、その位置が狂ってしまうよ
うなこともない。
第2実施例について説明する。なおこれらの図におい
て、第1実施例におけるのものと同等の要素については
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)。
用いられたホルダー21の代わりに、図3に全体形状を示
すホルダー30が用いられている。このホルダー30も例え
ば銅等からなり、共振器軸方向に互いに離して配設され
た2つのミラー固定部分30a、30bを有している。これ
らのミラー固定部分30a、30bは、それらと一体的に形
成された連絡部分30dによって連絡されている。
表面は、共振器軸に垂直に鏡面研磨されてミラー取付面
30e、30fとされ、一方のミラー固定部分30bの内表面
は共振器軸に対して傾いた部品取付面30gとされてい
る。またミラー固定部分30a、30bには、レーザービー
ム18および第2高調波19を通過させる孔が形成されてい
る。
G結晶13は、その1つの光通過端面を上記ミラー取付面
30eに接着することにより、ミラー固定部分30aに固定
されている。一方共振器ミラー14は、そのミラー面14a
を上記ミラー取付面30fに接着することにより、ミラー
固定部分30bに固定されている。またエタロン16は、そ
の1つの光通過端面を上記部品取付面30gに接着するこ
とにより、ミラー固定部分30bに固定されている。そし
てKN結晶15は、ホルダー30の内部底面30jに接着固定
されている。これらの接着は、第1実施例で用いられた
ものと同様の接着剤を用いてなされる。
2つのみ、つまりNd:YAG結晶13とミラー取付面30
eとの接着面および、共振器ミラー14とミラー取付面30
fとの接着面だけとなるので、第1実施例と同様にして
共振器長の変化量は少なく抑えられる。
合も基準板22は図1に示したペルチェ素子24の上に固定
され、共振器の部分と半導体レーザー11および集光レン
ズ12が温調されて所定温度に保たれる。これは以下に説
明する第3実施例、第4実施例でも同様である。
について説明する。この第3実施例においては、第1実
施例で用いられたNd:YAG結晶13の代わりにNd:
YVO4 結晶41が、KN結晶15の代わりにKTP結晶42
が、そしてホルダー21の代わりにホルダー40が用いられ
ている。
のレーザービーム10を発するものが用いられている。N
d:YVO4 結晶41は入射したレーザービーム10によっ
てネオジウムイオンが励起されて、波長1064nmの光を
発する。Nd:YVO4 結晶41の励起光入射側の端面41
aには、波長1064nmの光は良好に反射させ(反射率9
9.9%以上)、波長809 nmの励起用レーザービーム10
は良好に透過させる(透過率99%以上)コーティングが
施されている。一方共振器ミラー14のミラー面14aに
は、波長1064nmの光は良好に反射させ下記の波長532
nmの光は透過させるコーティングが施されている。
41a、14a間に閉じ込められてレーザー発振を引き起こ
し、こうして発生したレーザービーム18はKTP結晶42
により波長が1/2すなわち532 nmの第2高調波19に
変換され、この第2高調波19が共振器ミラー14から出射
する。
り、全体としてほぼ有底の円筒状に形成されて、底の部
分がミラー固定部分40a、筒の部分がミラー固定部分を
兼ねた連絡部分40dとされている。ミラー固定部分40a
の外表面は、共振器軸に垂直に鏡面研磨されてミラー取
付面40eとされ、連絡部分40dに形成された段部が共振
器軸に垂直に鏡面研磨されてもう1つのミラー取付面40
fとされている。またミラー固定部分40aの内表面は、
共振器軸に垂直に研磨されて部品取付面40gとされてい
る。上記ミラー固定部分40aには、レーザービーム18お
よび第2高調波19を通過させる孔が形成されている。
O4 結晶41は、その1つの光通過端面を上記ミラー取付
面40eに接着することにより、ミラー固定部分40aに固
定されている。一方共振器ミラー14は、そのミラー面14
aを上記ミラー取付面40fに接着させて固定されてい
る。またKTP結晶42は、上記部品取付面40gに接着固
定されている。これらの接着は、第1実施例で用いられ
たものと同様の接着剤を用いてなされる。
2つのみ、つまりNd:YVO4 結晶41とミラー取付面
40eとの接着面および、共振器ミラー14とミラー取付面
40fとの接着面だけとなるので、第1実施例と同様にし
て共振器長の変化量は少なく抑えられる。
について説明する。この第4実施例においては、第3実
施例で用いられたものと同様のNd:YVO4 結晶41、
KTP結晶42が用いられ、そしてこれらの結晶やその他
のレーザー構成部品を固定するために、ホルダー50が用
いられている。
び集光レンズ12を例えば接着により固定する部分を有
し、その他に、共振器軸方向に互いに離して配設された
2つのミラー固定部分50a、50bを有している。これら
のミラー固定部分50a、50bは、それらと一体的に形成
された連絡部分50dによって連絡されている。
共振器軸に垂直に鏡面研磨されてミラー取付面50eとさ
れ、一方ミラー固定部分50bの図中右側の表面も、共振
器軸に垂直に鏡面研磨されてミラー取付面50fとされて
いる。またミラー固定部分50a、50bには、レーザービ
ーム18および第2高調波19を通過させる孔が形成されて
いる。
O4 結晶41は、その1つの光通過端面を上記ミラー取付
面50eに接着することにより、ミラー固定部分50aに固
定されている。一方共振器ミラー14は、そのミラー面14
aを上記ミラー取付面50fに接着することにより、ミラ
ー固定部分50bに固定されている。そしてKTP結晶42
は、ホルダー50の内部底面50jに接着固定されている。
これらの接着は、第1実施例で用いられたものと同様の
接着剤を用いてなされる。
2つのみ、つまりNd:YVO4 結晶41とミラー取付面
50eとの接着面および、共振器ミラー14とミラー取付面
50fとの接着面だけとなるので、第1実施例と同様にし
て共振器長の変化量は少なく抑えられる。
ザー構成部品を全て1つのホルダー50に固定しているの
で、温調時に温度分布が均一となり、温調精度が向上す
る。このような効果は、共振器およびその中に配される
レーザー構成部品を1つのホルダーに固定するようにし
た第1〜第3実施例においても認められるが、第4実施
例ではその効果が特に顕著となる。
視図
Claims (4)
- 【請求項1】 2つの共振器ミラーからなるファブリー
・ペロー型共振器を有するレーザーダイオード励起固体
レーザーにおいて、 共振器軸方向に互いに離して配設され、共振器軸に交わ
る向きに形成されたミラー取付面を各々有する2つのミ
ラー固定部分と、これらのミラー固定部分と一体的に形
成されて該ミラー固定部分を連絡する連絡部分とを備え
てなるホルダーが設けられ、 このホルダーの2つのミラー固定部分のそれぞれに、前
記共振器ミラーが、その光通過端面を前記ミラー取付面
に層厚2μm以下で、かつ硬化率変化および応力による
層厚変化が1%以下である接着剤により接着させて固定
されていることを特徴とするレーザーダイオード励起固
体レーザー。 - 【請求項2】 前記ミラー取付面が鏡面研磨されたもの
であることを特徴とする請求項1記載のレーザーダイオ
ード励起固体レーザー。 - 【請求項3】 前記ホルダーに、前記2つのミラー固定
部分に対して共振器軸方向に離れた状態で前記連絡部分
と一体的に形成され、共振器軸に対して交わる向きに形
成された部品取付面を有する少なくとも1つの部品固定
部分が設けられ、 この部品固定部分の部品取付面に、共振器ミラー以外の
レーザー構成部品が固定されていることを特徴とする請
求項1または2記載のレーザーダイオード励起固体レー
ザー。 - 【請求項4】 前記部品固定部分が前記2つのミラー固
定部分の間に配設され、 この部品固定部分に、共振器内に配置されるレーザー構
成部品が固定されていることを特徴とする請求項3記載
のレーザーダイオード励起固体レーザー。
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US08/580,512 US5848092A (en) | 1994-12-28 | 1995-12-28 | Laser-diode-pumped solid state laser and method of manufacturing the same |
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JPH08186307A JPH08186307A (ja) | 1996-07-16 |
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