JP3412901B2 - Laser oscillator - Google Patents

Laser oscillator

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JP3412901B2
JP3412901B2 JP05836194A JP5836194A JP3412901B2 JP 3412901 B2 JP3412901 B2 JP 3412901B2 JP 05836194 A JP05836194 A JP 05836194A JP 5836194 A JP5836194 A JP 5836194A JP 3412901 B2 JP3412901 B2 JP 3412901B2
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lithium niobate
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ケイ.ヤマモト ジョイス
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Mitsui Kinzoku Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はレーザー発振器に関し、
特に3価のネオジム(Nd)イオンを発光イオンに用い
た固体レーザーからのレーザー光を非線形結晶によって
第2高調波を発生するレーザー発振器に関する。 【0002】 【従来の技術】固体レーザーは、小型で大出力が得ら
れ、かつ保守が容易であるため工業的に多量に用いられ
ている。可視領域でこのレーザー光を利用する場合、固
体媒質の光に対する非線形を利用した変換がよく用いら
れる。このうち光の振動数を2倍にする変換は第2高調
波発生と呼ばれる。例えば3価のネオジム(Nd)イオ
ンを用いた固体レーザーから得られる波長1.06μm
の近赤外光を、非線形結晶を用いると可視の0.53μ
mの緑色光に変換できる。この変換は、近年光磁気記録
の読み取り光源用途に応用が期待されている。 【0003】ここで用いられる非線形結晶は、変換性能
が媒質により異なり非線形光学定数(d)が大きく、室
温付近で高調波発生が可能なものが利用される。上述の
1.06μmの近赤外光変換では、例えばチタンリン酸
カリウム(KTiOPO4:KTP)がよく用いられて
いる。 【0004】ニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶は
前記チタンリン酸カリウムより大きな非線形光学定数
(d)を持ち、また工業的にも安価で良質な結晶が製造
されているため有望な非線形材料である。ところが1.
06μmの第2高調波発生の位相整合温度が室温以下で
ある上、可視領域のレーザー光により容易に屈折率、特
に異常光屈折率の変化が誘起されてしまい高調波発生が
困難となる、いわゆる光損傷現象が発生し、工業的に用
いることができない。 【0005】このためニオブ酸リチウム に2価の不純
物イオンをドーピングし光損傷特性の向上が図られてい
る。例えばマグネシウムイオンを用いることが提案され
ている(文献:D.A.Bryan et al.,A
ppl.Phys. Lett. 44(1984)8
47)。このマグネシウムイオンは、かなり多量にドー
ピングが可能であり、また光損傷特性も大幅に向上する
とされている。しかし1.06μmの近赤外光の第2高
調波発生には、位相整合温度が光損傷に効果的なマグネ
シウムイオン濃度範囲、例えば5モル%で100℃を超
えるため(W.M.Young et al.,J.A
ppl.Phys.69(1991)7372)、コン
パクトな緑色光の発生には、結晶の温度制御装置が大型
化し、また周囲の電子機器を加熱することになり好まし
くない。 【0006】また角度調整による整合も可能であるが、
入力光と出力光のビーム軌跡が異なってしまう、いわゆ
るウォークオフ(walk−off)現象が発生し
(J.L.Nighngale et al.,Pro
c.SPIE.681(1986)20)、0.53μ
mの緑色光の変換効率が低下するため、このようなマグ
ネシウムイオンをドープしたニオブ酸リチウムでは好ま
しくない。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、3価
のネオジムイオンを用いた固体レーザーから得られるレ
ーザー光を非線形結晶によって可視の第2高調波を発生
する際に、位相整合温度が室温付近で行なえ、また非線
形結晶の光損傷特性にも優れたニオブ酸リチウムを用い
たレーザー発振器を提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段および作用】本発明の上記
目的は、非線形結晶であるニオブ酸リチウム結晶に、一
定量のスカンジウムイオンをドーピングすることにより
達成される。 【0009】すなわち、本発明は、3価のネオジムイオ
ンを用いた固体レーザーから得られる波長1.0〜1.
1μmのレーザー光を非線形結晶によって位相整合し第
2高調波を発生するレーザー発振器において、該非線形
結晶がスカンジウムイオンを0.4〜1.0重量%含む
ニオブ酸リチウム結晶であり、該ニオブ酸リチウム結晶
は温度制御部を備え、位相整合温度が20℃〜40℃の
室温付近であることを特徴とするレーザー発振器にあ
る。 【0010】以下、本発明を図面に基づいて具体的に説
明する。図1(a)〜(b)は本発明のレーザー発振器
の一例を示す概略図である。同図において、1は3価の
ネオジムイオンを用いた固体レーザー、2はミラー、3
は非線形結晶、4はミラー、5は半導体レーザー、6は
ネオジムを用いた発振材料(結晶)をそれぞれ示す。 【0011】図1(a)において、3価のネオジムイオ
ンを用いた固体レーザー1から1.0〜1.1μm、例
えば1.06μmのレーザー光(近赤外光)が得られ
る。この3価のネオジムイオンを用いた固体レーザーと
しては、Nd:Y3Al512(YAG)、Nd:YVO
4(YVO)等が使用される。 【0012】このレーザー光は、ミラー2を経て、非線
形結晶3に導かれる。このミラー2は0.53μmのレ
ーザー光を全反射するものである。本発明では、非線形
結晶として、スカンジウムイオンがドープされたニオブ
酸リチウム結晶を用いる。スカンジウムイオンの含有濃
度は、0.4〜2.0重量%である。さらに動作温度と
しては周辺のシリコン製の電子機器に悪影響を及ぼさな
いためには好ましくは55℃以下、さらに好ましくは4
0℃以下が望ましく、このために適当な濃度範囲は固体
レーザーの基本波の波長によって変化するが、基本波が
1.064μmの場合は0.7〜1.0重量%である。
また基本波が1.09μmの場合は1.0〜1.5重量
%である。スカンジウムの濃度が2.0重量%を超える
と良質な結晶が製造できず好ましくない。 【0013】このようにスカンジウムイオンをドープし
たニオブ酸リチウムを得るには、炭酸リチウム、五酸化
二ニオブといったニオブ酸リチウム結晶の原料と酸化ス
カンジウムの所定量を混合し、圧粉体に成形し、チョク
ラルスキー法等の引き上げ法、フローティングゾーン
法、ブリッジマン法あるいは液相エピタキシー法等を用
いてスカンジウムイオンをドープしたニオブ酸リチウム
結晶を得る。これらの方法の中でチョクラルスキー法が
最も好適に利用できる。 【0014】また、スカンジウムイオンをドープしてい
ないニオブ酸リチウム単結晶の表面に、酸化スカンジウ
ムをイオンプランテーションもしくはスパッタリング法
等により添加し、熱処理等の拡散プロセスによりスカン
ジウムイオンをドープしてもよい。この方法は、スカン
ジウムが著しく高価な元素であること、光素子を製造す
る際に局所的にドープすることを考慮すると好ましい方
法である。 【0015】このように、レーザー光は、非線形結晶3
で位相整合され、例えば0.53μmの第2高調波を発
生する。 【0016】この第2高調波である0.53μmの緑色
光を含む光は、ミラー4にて分光される。すなわち、
1.06μmのレーザー光はミラー4で反射され、0.
53μmの緑色光はミラー4を部分透過する。 【0017】次に、図1(b)においては、半導体レー
ザー5により0.8μmのレーザー光が発振され、この
レーザー光はミラー2を経てネオジムを用いた発振材料
(結晶)6に導かれる。このミラー2は0.53μmと
1.06μmの光を全反射するものである。このネオジ
ムを用いた発振材料(結晶)6において、0.8μmの
レーザー光の一部は1.06μmのレーザー光となる。
ネオジムを用いた発振材料(結晶)としては、Nd:Y
3Al512(YAG)、Nd:YVO4(YVO)、N
d:YLiF4、Nd:ガラス等が使用される。 【0018】次いで、このネオジムを用いた発振材料
(結晶)6を透過したレーザー光は、非線形結晶3で位
相整合され、例えば0.53μmの第2高調波を発生す
る。ここに用いられる非線形結晶は、上述したようにス
カンジウムイオンがドープされたニオブ酸リチウム結晶
である。 【0019】この第2高調波である0.53μmの緑色
光を含む光は、ミラー4にて分光される。すなわち、
0.8μmおよび1.06μmのレーザー光はミラー4
で反射され、0.53μmの緑色光はミラー4を部分透
過する。 【0020】このように、従来、1.06μmのレーザ
ー光の位相整合温度がアンドープニオブ酸リチウム結晶
では室温以下、また光損傷特性に優れるといわれるマグ
ネシウムイオンドープ結晶では5モル%添加のもので1
20℃であると報告されているのに比べ、スカンジウム
イオンを上記の範囲でドープしたニオブ酸リチウム結晶
は、ペルチエ素子等により容易に制御が可能な室温付近
で位相整合が可能である。さらにこの温度が大きなスカ
ンジウムイオン濃度依存性を持ち、濃度を制御した結晶
を製造することにより位相整合の所望温度に合致した素
子の製造が可能である。さらに、この結晶は光損傷特性
に優れる。 【0021】スカンジウムをドープしたニオブ酸リチウ
ム結晶については既に本発明者等により光損傷特性に最
も優れることが報告されている(文献:J.K.Yam
amoto et al.,J.Appl.Phys.
Lett,41(1992)2156)。しかし、スカ
ンジウムイオンをドープしたニオブ酸リチウム結晶の非
線形性能、および1.06μmの位相整合温度特性につ
いては全く知られていなかった。本発明は光損傷特性に
ついて優れた性能を有するスカンジウムイオンをドープ
したしたニオブ酸リチウム結晶につき、詳細な検討を加
えた結果、本発明に至ったものである。 【0022】 【実施例】以下、実施例等に基づき本発明の詳細を説明
する。 【0023】実施例1 スカンジウムイオンを含むニオブ酸リチウム結晶を育成
した。原料は炭酸リチウム(LiCO3)、五酸化ニオ
ブ(Nb25)、および酸化スカンジウム(Sc23
を用いた。それぞれの灼熱原料分を計算の上で育成し
た。結晶育成は、高調波加熱型チョクラルスキー法によ
り行った。育成方向はいずれもC軸で、結晶はいずれも
クラックやサブグレインのない大きさ20φ×60Lm
mのもので、結晶は透明感が強かった。炭酸リチウムと
五酸化ニオブの比率は0.97(モル比)とした。育成
された結晶にはスカンジウム0.5重量%含まれてい
た。 【0024】これらの各結晶から大きさ5×5×10m
m(それぞれz、y、x軸方向)の結晶を切り出し、Z
軸を含む5×5面2面を光学研磨を施し、図1の実験用
装置を用い、位相整合温度を測定した。図2において、
図1と同一の符号は同様のものを示し、7はレンズ、8
は温度制御部、9はレンズ、10は保温槽、11はカッ
トフィルター、12はフォトマル、13はダンピング装
置をそれぞれ示す。 【0025】図2において、3価のネオジムイオンを用
いた固体レーザー1から1.0〜1.1μm、例えば
1.06μmのレーザー光(近赤外光)が得られる。次
に、このレーザー光は、非線形結晶3で、位相整合さ
れ、例えば0.53μmの第2高調波を発生する。この
非線形結晶3には、温度制御部8が設けられ、位相整合
温度を一定にしている。 【0026】1.06μmのレーザー光及び第2高調波
である0.53μmの緑色光は、レンズ9を経て、ミラ
ー4にて分光される。すなわち、1.06μmのレーザ
ー光はミラー4で反射され、ダンピング装置13に導入
される。一方、0.53μmの緑色光はミラー4を透過
し、カットフイルター11で一部透過した1.06μm
レーザー光を捕捉する。このようにして得られた0.5
3μmの緑色光はフォトマル12に導入される。 【0027】この測定は、ニオブ酸リチウムの光軸(z
軸)に直交させて光源レーザーをx方向に入射する、い
わゆるノンクリティカル位相整合のもので原理的に前述
したウォークオフ現象は発生しない。同図で、1.06
μmのレーザー光を放つYAGレーザーはQスイッチが
かけられており、パルス幅10ナノ秒で10Hzの繰り
返し発振を行った。非線形結晶(スカンジウムイオンを
ドープしたニオブ酸リチウム結晶)は熱良導体である銅
製の板で囲まれ、さらにこの銅板は−10℃から約50
℃付近までは温度制御部8である電子制御素子、例え
ば、ペルチエ素子で加熱、冷却され、それ以上は小型の
抵抗加熱器上で加熱されるようになっている。また非線
形結晶系の周りは、室内の水分が結晶に付着する現象を
回避するため、すなわち、室温による出力の変動を除去
するためさらに保温槽10で覆われている。出力の緑色
光はフォトマル12で検出した。 【0028】図3は実施例の緑色光の出力と結晶に接触
した測定素子から得られた位相整合温度の関係を示すも
のである。実施例では室温(21℃)での位相整合が可
能であることを示している。図4は位相整合温度と結晶
中のスカンジウムイオン濃度の関係を示すものである。 【0029】比較例1〜2 アンドープニオブ酸リチウム結晶(比較例2)および5
モル%マグネシウムイオンドープニオブ酸リチウム結晶
(比較例3)を実施例1と同様の方法で育成した。その
際、原料の混合比は実施例1と同様にした。但し、マグ
ネシウムイオンは4.5モル%添加した。得られた結晶
から実施例1と同じ形状のサンプルを加工し、光学研磨
を施し、位相整合温度を測定した。 【0030】その結果、アンドープニオブ酸リチウム結
晶 および5モル%マグネシウムイオンドープニオブ酸
リチウム結晶でそれぞれ5℃付近、120℃付近の結果
が得られた。それぞれ温度が上述した文献の値と異なり
厳密に決定できなかったのは、アンドープニオブ酸リチ
ウム結晶では室内の水分が結晶に付着し出力が変動する
ことおよび文献の値と結晶のリチウム/ニオブ比が異な
っていることによると思われ、また5モル%マグネシウ
ムイオンドープニオブ酸リチウム結晶は結晶からの放熱
が激しく真の温度(レーザービームパス近傍)が決定で
きないためと考えられる。 【0031】 【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザー
発振器によって、室温付近で位相整合が可能である。
しくは本発明に用いられる非線形結晶は位相整合温度の
設定が温度制御部、例えば、ペルチエ素子などの電子制
御素子を使って制御することができる。これはホットプ
レートなどの熱線加熱素子に比べ小型化が可能であり、
さらに温度の精密電子制御が可能な利点がある。また温
度整合時に室内からの水分付着の現象を回避できる。こ
の現象は民需機器への応用時に小型化、低コスト化の面
で寄与できる。また、非線形結晶の光損傷の問題が少な
い。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser oscillator,
In particular, the present invention relates to a laser oscillator that generates a second harmonic using laser light from a solid-state laser using trivalent neodymium (Nd) ions as light-emitting ions using a nonlinear crystal. 2. Description of the Related Art Solid-state lasers are industrially used in large quantities because of their small size, high output, and easy maintenance. When this laser light is used in the visible region, conversion using non-linearity with respect to light of a solid medium is often used. The conversion that doubles the frequency of the light is called second harmonic generation. For example, a wavelength of 1.06 μm obtained from a solid-state laser using trivalent neodymium (Nd) ions
Near infrared light of 0.53μ
m green light. In recent years, this conversion is expected to be applied to a reading light source for magneto-optical recording. As the nonlinear crystal used here, a crystal whose conversion performance varies depending on the medium, has a large nonlinear optical constant (d), and is capable of generating harmonics near room temperature is used. In the above-mentioned near infrared light conversion of 1.06 μm, for example, potassium titanium phosphate (KTiOPO 4 : KTP) is often used. [0004] Lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal is a promising nonlinear material because it has a higher nonlinear optical constant (d) than the above-mentioned potassium titanate phosphate, and a low-cost and high-quality crystal is manufactured industrially. However, 1.
The phase matching temperature for the generation of the second harmonic of 06 μm is equal to or lower than room temperature, and the laser light in the visible region easily induces a change in the refractive index, particularly the extraordinary refractive index, making it difficult to generate a harmonic. Light damage occurs and cannot be used industrially. For this reason, lithium niobate is doped with divalent impurity ions to improve the optical damage characteristics. For example, it has been proposed to use magnesium ions (Literature: DA Bryan et al., A
ppl. Phys. Lett. 44 (1984) 8
47). It is said that this magnesium ion can be doped in a considerably large amount, and that the photodamage property is greatly improved. However, for the generation of the second harmonic of 1.06 μm near-infrared light, the phase matching temperature exceeds 100 ° C. in a magnesium ion concentration range effective for photodamage, for example, 5 mol% (WM Young et al.). al., JA
ppl. Phys. 69 (1991) 7372), it is not preferable to generate a compact green light because the crystal temperature control device becomes large and the surrounding electronic equipment is heated. [0006] Although alignment by angle adjustment is also possible,
A so-called walk-off phenomenon in which the beam trajectories of the input light and the output light are different occurs (JL Nightgale et al., Pro.
c. SPIE. 681 (1986) 20), 0.53μ
Since the conversion efficiency of green light of m is lowered, lithium niobate doped with such a magnesium ion is not preferable. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to convert a laser beam obtained from a solid-state laser using trivalent neodymium ions into a phase when a visible second harmonic is generated by a nonlinear crystal. It is an object of the present invention to provide a laser oscillator using lithium niobate which can be performed at a matching temperature near room temperature and has excellent optical damage characteristics of a nonlinear crystal. The above objects of the present invention can be attained by doping a fixed amount of scandium ion into a lithium niobate crystal which is a nonlinear crystal. That is, the present invention relates to a method for producing a solid-state laser using trivalent neodymium ions having a wavelength of 1.0 to 1.0.
In a laser oscillator that generates a second harmonic by phase-matching a 1 μm laser beam with a nonlinear crystal, the nonlinear crystal is a lithium niobate crystal containing 0.4 to 1.0 % by weight of scandium ions , and the lithium niobate is a lithium niobate crystal. crystal
Has a temperature control unit, and the phase matching temperature is 20 ° C to 40 ° C.
A laser oscillator characterized by being near room temperature . Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views showing an example of the laser oscillator according to the present invention. In the figure, 1 is a solid-state laser using trivalent neodymium ions, 2 is a mirror, 3
Denotes a nonlinear crystal, 4 denotes a mirror, 5 denotes a semiconductor laser, and 6 denotes an oscillation material (crystal) using neodymium. In FIG. 1A, laser light (near-infrared light) of 1.0 to 1.1 μm, for example, 1.06 μm is obtained from a solid laser 1 using trivalent neodymium ions. Solid-state lasers using this trivalent neodymium ion include Nd: Y 3 Al 5 O 12 (YAG), Nd: YVO
4 (YVO) or the like is used. This laser light is guided to the nonlinear crystal 3 via the mirror 2. The mirror 2 totally reflects the laser beam of 0.53 μm. In the present invention, a lithium niobate crystal doped with scandium ions is used as the nonlinear crystal. The concentration of scandium ions is 0.4 to 2.0% by weight. Further, the operating temperature is preferably 55 ° C. or less, more preferably 4 ° C. or less, so as not to adversely affect peripheral silicon electronic devices.
0 ° C. or less is desirable. For this purpose, an appropriate concentration range varies depending on the wavelength of the fundamental wave of the solid-state laser, but is 0.7 to 1.0% by weight when the fundamental wave is 1.064 μm.
When the fundamental wave is 1.09 μm, the content is 1.0 to 1.5% by weight. If the concentration of scandium exceeds 2.0% by weight, good quality crystals cannot be produced, which is not preferable. In order to obtain scandium ion-doped lithium niobate, a raw material of lithium niobate crystal such as lithium carbonate and diniobium pentoxide and a predetermined amount of scandium oxide are mixed and formed into a green compact. A lithium niobate crystal doped with scandium ions is obtained by using a pulling method such as a Czochralski method, a floating zone method, a Bridgman method or a liquid phase epitaxy method. Among these methods, the Czochralski method can be used most preferably. Further, scandium oxide may be added to the surface of the lithium niobate single crystal not doped with scandium ions by ion plantation or sputtering, and doped with scandium ions by a diffusion process such as heat treatment. This method is a preferable method in consideration of the fact that scandium is a remarkably expensive element and local doping when manufacturing an optical device. As described above, the laser light is applied to the nonlinear crystal 3
And a second harmonic of, for example, 0.53 μm is generated. The light including green light of 0.53 μm, which is the second harmonic, is split by the mirror 4. That is,
The laser light of 1.06 μm is reflected by the mirror 4 and has a thickness of 0.1 μm.
The 53 μm green light partially transmits through the mirror 4. Next, in FIG. 1B , a laser beam of 0.8 μm is oscillated by the semiconductor laser 5, and the laser beam is guided to the oscillation material (crystal) 6 using neodymium via the mirror 2. The mirror 2 totally reflects the lights of 0.53 μm and 1.06 μm. In the oscillation material (crystal) 6 using neodymium, part of the 0.8 μm laser light becomes 1.06 μm laser light.
As an oscillation material (crystal) using neodymium, Nd: Y
3 Al 5 O 12 (YAG), Nd: YVO 4 (YVO), N
d: YLiF 4 , Nd: glass or the like is used. Next, the laser light transmitted through the oscillation material (crystal) 6 using neodymium is phase-matched by the nonlinear crystal 3 to generate, for example, a second harmonic of 0.53 μm. The nonlinear crystal used here is a lithium niobate crystal doped with scandium ions as described above. The light including green light of 0.53 μm as the second harmonic is split by the mirror 4. That is,
The 0.8 μm and 1.06 μm laser beams are
The green light of 0.53 μm is partially transmitted through the mirror 4. As described above, conventionally, the phase matching temperature of a laser beam of 1.06 μm is lower than room temperature in an undoped lithium niobate crystal, and 5 mol% is added in a magnesium ion-doped crystal which is said to have excellent photodamage characteristics.
Compared to the reported temperature of 20 ° C., the lithium niobate crystal doped with scandium ions in the above range can perform phase matching near room temperature, which can be easily controlled by a Peltier device or the like. Furthermore, this temperature has a large scandium ion concentration dependency, and by manufacturing a crystal whose concentration is controlled, it is possible to manufacture an element that matches the desired temperature of phase matching. Further, this crystal has excellent photodamage characteristics. The inventors of the present invention have already reported that scandium-doped lithium niobate crystals have the best photodamage characteristics (Reference: JK Yaman).
amoto et al. , J. et al. Appl. Phys.
Lett, 41 (1992) 2156). However, the nonlinear performance of the lithium niobate crystal doped with scandium ions and the phase matching temperature characteristic of 1.06 μm were not known at all. The present invention has been accomplished as a result of detailed studies on a scandium ion-doped lithium niobate crystal having excellent performance in light damage characteristics. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples and the like. Example 1 A lithium niobate crystal containing scandium ions was grown. The raw materials are lithium carbonate (LiCO 3 ), niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), and scandium oxide (Sc 2 O 3 ).
Was used. Each burning raw material was grown after calculation. The crystal was grown by the harmonic heating type Czochralski method. All growth directions are C-axis, and each crystal has a size of 20φ × 60Lm without cracks or sub-grains.
m, and the crystal had a strong transparency. The ratio between lithium carbonate and niobium pentoxide was 0.97 (molar ratio). The grown crystal contained 0.5% by weight of scandium. Each of these crystals has a size of 5 × 5 × 10 m
m (z, y, x axis directions)
Optical polishing was performed on two 5 × 5 surfaces including the axis, and the phase matching temperature was measured using the experimental device of FIG. In FIG.
The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components, 7 is a lens, 8
Denotes a temperature control unit, 9 denotes a lens, 10 denotes a heat retaining tank, 11 denotes a cut filter, 12 denotes a photomultiplier, and 13 denotes a damping device. In FIG. 2, laser light (near infrared light) of 1.0 to 1.1 μm, for example, 1.06 μm is obtained from the solid-state laser 1 using trivalent neodymium ions. Next, the laser light is phase-matched by the nonlinear crystal 3 to generate, for example, a second harmonic of 0.53 μm. The nonlinear crystal 3 is provided with a temperature control unit 8 to keep the phase matching temperature constant. The laser light of 1.06 μm and the green light of 0.53 μm as the second harmonic pass through the lens 9 and are split by the mirror 4. That is, the 1.06 μm laser light is reflected by the mirror 4 and introduced into the damping device 13. On the other hand, the green light of 0.53 μm was transmitted through the mirror 4 and partially transmitted by the cut filter 11 to 1.06 μm.
Capture the laser light. The 0.5 obtained in this way
The 3 μm green light is introduced into the photomultiplier 12 . This measurement is based on the optical axis (z) of lithium niobate.
In this case, the light source laser is incident in the x-direction perpendicular to the axis (so-called non-critical phase matching), and the walk-off phenomenon described above does not occur in principle. In the figure, 1.06
The YAG laser emitting a laser beam of μm was Q-switched, and repeatedly oscillated at 10 Hz with a pulse width of 10 nanoseconds. The non-linear crystal (lithium niobate crystal doped with scandium ion) is surrounded by a copper plate which is a good conductor, and the copper plate is heated from -10 ° C to about 50 ° C.
The electronic control element which is the temperature control unit 8 up to around ℃ , for example
For example, it is heated and cooled by a Peltier element, and is further heated on a small resistance heater . Around the nonlinear crystal system, the phenomenon that water in the room adheres to the crystal
In order to avoid this, that is, to remove fluctuations in the output due to room temperature , it is further covered with a heat retaining tank 10 . The output green light was detected by the photomultiplier 12 . FIG. 3 shows the relationship between the output of green light and the phase matching temperature obtained from the measuring element in contact with the crystal in the embodiment. The example shows that phase matching at room temperature (21 ° C.) is possible. FIG. 4 shows the relationship between the phase matching temperature and the scandium ion concentration in the crystal. Comparative Examples 1-2 Undoped lithium niobate crystals (Comparative Example 2) and 5
A mol% magnesium ion-doped lithium niobate crystal (Comparative Example 3) was grown in the same manner as in Example 1. At that time, the mixing ratio of the raw materials was the same as in Example 1. However, magnesium ions were added at 4.5 mol%. A sample having the same shape as in Example 1 was processed from the obtained crystal, optically polished, and the phase matching temperature was measured. As a result, the results obtained at about 5 ° C. and about 120 ° C. were obtained for the undoped lithium niobate crystal and the 5 mol% magnesium ion-doped lithium niobate crystal, respectively. The temperature could not be determined exactly because the temperature was different from the value in the above-mentioned literature. However, in the case of undoped lithium niobate crystal, the moisture in the room adhered to the crystal and the output fluctuated. This is considered to be due to the fact that the 5 mol% magnesium ion-doped lithium niobate crystal emits heat from the crystal so strongly that the true temperature (near the laser beam path) cannot be determined. As described above, the laser oscillator of the present invention enables phase matching near room temperature. Details
Alternatively, in the nonlinear crystal used in the present invention, the setting of the phase matching temperature can be controlled using a temperature control unit, for example, an electronic control element such as a Peltier element. This can be downsized compared to hot wire heating elements such as hot plates,
Further, there is an advantage that precise electronic control of temperature is possible. In addition, the phenomenon of adhesion of moisture from the room at the time of temperature matching can be avoided. This phenomenon can contribute to downsizing and cost reduction when applied to private equipment. Further, there is little problem of optical damage of the nonlinear crystal.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明のレーザー発振器の一例を示す概略
図。 【図2】 実施例で用いた実験装置を示す概略図。 【図3】 実施例1における緑色光の出力と位相整合温
度の関係を示すグラフ。 【図4】 位相整合温度と結晶中のスカンジウムイオン
濃度の関係を示すグラフ。 【符号の説明】 1:3価のネオジムイオンを用いた固体レーザー、2:
ミラー、3:非線形結晶、4:ミラー、5:半導体レー
ザー、6:ネオジムを用いた発振材料(結晶)。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a laser oscillator according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an experimental apparatus used in the examples. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output of green light and the phase matching temperature in Example 1. FIG. 4 is a graph showing a relationship between a phase matching temperature and a scandium ion concentration in a crystal. [Explanation of Signs] 1: Solid laser using trivalent neodymium ion, 2:
Mirror 3: nonlinear crystal 4: mirror 5: semiconductor laser 6: oscillation material (crystal) using neodymium.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/37 H01S 3/109 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/37 H01S 3/109 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 3価のネオジムイオンを用いた固体レー
ザーから得られる波長1.0〜1.1μmのレーザー光
を非線形結晶によって位相整合し第2高調波を発生する
レーザー発振器において、該非線形結晶がスカンジウム
イオンを0.4〜1.0重量%含むニオブ酸リチウム結
であり、該ニオブ酸リチウム結晶は温度制御部を備
え、位相整合温度が20℃〜40℃の室温付近である
とを特徴とするレーザー発振器。
(57) [Claims 1] A laser beam having a wavelength of 1.0 to 1.1 μm obtained from a solid-state laser using trivalent neodymium ions is phase-matched by a nonlinear crystal and a second harmonic is generated. In the generated laser oscillator, the nonlinear crystal is a lithium niobate crystal containing scandium ions in an amount of 0.4 to 1.0 % by weight , and the lithium niobate crystal has a temperature control unit.
A laser oscillator having a phase matching temperature around room temperature of 20C to 40C .
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