JP3614474B2 - 波長変換レーザー - Google Patents
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- Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶をレーザー媒質として用いる固体レーザーに関し、特に詳細には、波長変換機能を備え、そして単一縦モード化が図られ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（Ｎｄ）が添加された固体レーザー結晶を半導体レーザー等から発せられた光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。またこの種の固体レーザーにおいては、より短波長のレーザービームを得るために、その共振器内に非線形光学材料の結晶（非線形光学結晶）を配置して、固体レーザービームを第２高調波等に波長変換することも広く行なわれている。
【０００３】
上述のような波長変換レーザーに対しては、その他の種類のレーザー装置と同様に、縦モード競合による出力変動を抑えるために、単一縦モードで発振させたいという要求がある。そのために従来より、固体レーザー媒質として、単一縦モード発振が得られやすいＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶（Ｎｄが添加されたＹＶＯ４ 結晶）を適用する試みがなされている。
【０００４】
しかし、このＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶を固体レーザーに適用した場合でも、励起パワーを高くすると多重縦モード発振しやすくなることが明らかになっている。そこで、例えば１９９３年春季応用物理学会学術講演会予稿集，３１ｐ−Ｚ−４に記載されているように、Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶を適用した固体レーザーにおいて、共振器内に非線形光学結晶であるＫＴＰ結晶とともにエタロンを配置して、このエタロンによってより確実に単一縦モード化するようにした波長変換レーザーが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにエタロンを利用する場合でも、レーザーの共振器温度が変化すると、多重縦モード発振してしまうことがある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、発振モードを安定して単一縦モード化することができる波長変換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】
本発明による波長変換レーザーは、
前述したようにＮｄ：ＹＶＯ４結晶を光によってポンピングし、
それにより発せられたπ偏光方向に直線偏光した固体レーザービームを、共振器内に配した非線形光学結晶により波長変換するとともに、
共振器内に配したエタロンにより発振モードを単一縦モード化する波長変換レーザーにおいて、
前記非線形光学結晶として、タイプＩの位相整合を果たすものが用いられ、該結晶の光軸方向が前記固体レーザービームの直線偏光方向に対して、タイプＩの位相整合を果たす関係に設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用および発明の効果】
本発明者等の研究によると、前述のＫＴＰ結晶とエタロンとを用いる従来装置が多重縦モード発振しやすいのは、以下のような理由によるものであることが判明した。すなわち、ＫＴＰ結晶はタイプＩＩの位相整合を果たす非線形光学結晶であるため、それとＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶とは方位角が互いに４５°傾く状態に配設される。そこで、ＫＴＰ結晶を含む共振器の温度が変化すると固有偏光モードが変化し、π偏光発振の他にσ偏光発振も起こり、多重縦モード化してしまうのである。
【０００９】
それに対して本発明のように、非線形光学結晶としてタイプＩの位相整合を果たすものを用いる場合は、該非線形光学結晶とＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶とは方位角が互いにほぼ一致する状態に配設される。この構成においては、基本波である固体レーザービームがＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶の異方性（π偏光とσ偏光のゲインの差）によりπ偏光発振し、そして共振器温度が変化してもこの固有偏光モードは変化しないので常にπ偏光発振が維持され、縦モードも単一のまま保たれるようになる。
【００１０】
本発明の波長変換レーザーにおいては、以上のようにして安定した単一縦モード化の効果が得られるので、共振器の温度調節の許容誤差が拡大し、比較的簡単な低コストの温調手段が利用可能となる。また、このように共振器の温度調節の許容誤差が拡大することにより、経時安定性も従来に比べて格段に向上し、長時間に亘る単一縦モード発振が可能となる。
【００１１】
【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、本発明の一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１１と、例えば屈折率分布形レンズからなり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）がドープされた固体レーザー媒質であるＹＶＯ４ 結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶）１３と、このＮｄ：ＹＶＯ４ 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。
【００１２】
そして共振器ミラー１４とＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３との間には、周期ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶であるＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ （ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３ ）結晶１５とエタロン１６とが配置されている。
【００１３】
上に述べた要素１３〜１６は熱伝導率の高い例えば銅製の筐体２０に固定され、そしてこの筐体２０の固体レーザー共振器（後述のように共振器ミラー１４およびＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３で構成される）に近い部分には、温度制御素子としてのペルチェ素子２１が配されている。また筐体２０内には、共振器内部の温度を検出する温度センサ２２が配設されている。ペルチェ素子２１の駆動は、この温度センサ２２の出力を受ける温調回路２３によって制御され、それにより共振器内温度が所定温度に保たれる。さらに、半導体レーザー１１も図示しない温調手段により所定温度に保たれる。
【００１４】
半導体レーザー１１としては、波長８０８ ｎｍのレーザービーム１０を発するものが用いられている。またＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３はＮｄ濃度が１ａｔｍ ％のものであり、そのｃ軸の方位がレーザービーム１０の直線偏光の向きと揃う状態に配設されている。このようにするのは、レーザービーム１０の直線偏光の向きにａ軸方位を合わせる場合よりも、レーザービーム１０の吸収効率が高いからである。
【００１５】
一方ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５はＭｇＯ濃度が５ｍｏｌ ％のもので、図２に示されるように、そのｃ軸を含む面内で延びるドメイン反転部１５ａの周期は６．９５μｍ、光通過端面のサイズは２×０．５ ｍｍ、厚さは２ｍｍとされている。そしてこのＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５は、Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３とｃ軸の方位が一致する状態に配設されている。
【００１６】
Ｎｄ：ＹＶＯ４ 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、波長が１０６４ｎｍのレーザービーム１８を発する。このレーザービーム１８はＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶端面１３ａと共振器ミラー１４のミラー面１４ａとの間で共振し、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５により、タイプＩの位相整合が取られた上で、波長が１／２すなわち５３２ ｎｍの第２高調波１９に変換される。
【００１７】
Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３の後側端面１３ａには、上記レーザービーム１０を良好に透過させる一方、レーザービーム１８および第２高調波１９は良好に反射させる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、レーザービーム１８を良好に反射させる一方、第２高調波１９は一部透過させるコーティングが施されている。またエタロン１６は例えば石英板からなり、その両端面には波長１０６４ｎｍに対して部分反射、波長５３２ ｎｍに対して無反射となるコーティングが施されている。
【００１８】
本実施例においては、エタロン１６の作用でレーザービーム１８が単一縦モード化され、それにより第２高調波１９も単一縦モード化され、該第２高調波１９の一部が共振器ミラー１４から出射する。そして、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５とＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３とが、互いにｃ軸方位が一致する状態に配置されているので、レーザービーム１８はＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３の異方性（π偏光とσ偏光のゲインの差）によりπ偏光発振し、共振器温度が変化してもこの固有偏光モードは変化しないので常にπ偏光発振が維持され、縦モードも単一のまま保たれるようになる。
【００１９】
前述したように固体レーザー媒質としてＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶を用い、共振器内にＫＴＰ結晶とともにエタロンを配置した従来の波長変換レーザーにおいては、共振器温度が０．５ ℃変化すると、多重縦モード発振したり、モードホップしてしまうが、上記実施例の場合は共振器温度が約２℃変化しても、安定して単一縦モード発振を維持できるようになった。このように、単一縦モード発振を維持できる温度範囲が拡大したことにより、経時安定性も従来に比べて格段に向上し、１００００ 時間以上に亘る単一縦モード発振も可能となった。
【００２０】
なお、タイプＩの位相整合を果たす非線形光学結晶としては、上に述べた周期ドメイン反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５に限らず、その他、周期ドメイン反転構造を持たないＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ や、さらにはＬｉＴａＯ３ 、ＫＮｂＯ３ 、β−ＢＢＯ、ＬＢＯ、Ｂａ２ ＮａＮｂ５ Ｏ１５等の結晶も使用可能である。
【００２１】
また、このタイプＩの位相整合を果たす非線形光学結晶として周期ドメイン反転構造を有するものを用いる場合は、上記ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５の他に、ＬｉＮｂＯ３ 結晶や、ＬｉＴａＯ３ 結晶や、ＫＴＰ結晶に周期ドメイン反転構造を形成したもの等も使用可能である。また、以上の他に、周期的に屈折率変調を有する非線形光学結晶の使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による波長変換レーザーを示す概略側面図
【図２】上記波長変換レーザーの要部を示す斜視図
【符号の説明】
１０ 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：ＹＶＯ４ 結晶
１４ 共振器ミラー
１５ ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶
１６ エタロン
１８ 固体レーザービーム（基本波）
１９ 第２高調波
２０ 筐体
２１ ペルチェ素子
２２ 温度センサ
２３ 温調回路
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶をレーザー媒質として用いる固体レーザーに関し、特に詳細には、波長変換機能を備え、そして単一縦モード化が図られ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（Ｎｄ）が添加された固体レーザー結晶を半導体レーザー等から発せられた光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。またこの種の固体レーザーにおいては、より短波長のレーザービームを得るために、その共振器内に非線形光学材料の結晶（非線形光学結晶）を配置して、固体レーザービームを第２高調波等に波長変換することも広く行なわれている。
【０００３】
上述のような波長変換レーザーに対しては、その他の種類のレーザー装置と同様に、縦モード競合による出力変動を抑えるために、単一縦モードで発振させたいという要求がある。そのために従来より、固体レーザー媒質として、単一縦モード発振が得られやすいＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶（Ｎｄが添加されたＹＶＯ４ 結晶）を適用する試みがなされている。
【０００４】
しかし、このＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶を固体レーザーに適用した場合でも、励起パワーを高くすると多重縦モード発振しやすくなることが明らかになっている。そこで、例えば１９９３年春季応用物理学会学術講演会予稿集，３１ｐ−Ｚ−４に記載されているように、Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶を適用した固体レーザーにおいて、共振器内に非線形光学結晶であるＫＴＰ結晶とともにエタロンを配置して、このエタロンによってより確実に単一縦モード化するようにした波長変換レーザーが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにエタロンを利用する場合でも、レーザーの共振器温度が変化すると、多重縦モード発振してしまうことがある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、発振モードを安定して単一縦モード化することができる波長変換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】
本発明による波長変換レーザーは、
前述したようにＮｄ：ＹＶＯ４結晶を光によってポンピングし、
それにより発せられたπ偏光方向に直線偏光した固体レーザービームを、共振器内に配した非線形光学結晶により波長変換するとともに、
共振器内に配したエタロンにより発振モードを単一縦モード化する波長変換レーザーにおいて、
前記非線形光学結晶として、タイプＩの位相整合を果たすものが用いられ、該結晶の光軸方向が前記固体レーザービームの直線偏光方向に対して、タイプＩの位相整合を果たす関係に設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用および発明の効果】
本発明者等の研究によると、前述のＫＴＰ結晶とエタロンとを用いる従来装置が多重縦モード発振しやすいのは、以下のような理由によるものであることが判明した。すなわち、ＫＴＰ結晶はタイプＩＩの位相整合を果たす非線形光学結晶であるため、それとＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶とは方位角が互いに４５°傾く状態に配設される。そこで、ＫＴＰ結晶を含む共振器の温度が変化すると固有偏光モードが変化し、π偏光発振の他にσ偏光発振も起こり、多重縦モード化してしまうのである。
【０００９】
それに対して本発明のように、非線形光学結晶としてタイプＩの位相整合を果たすものを用いる場合は、該非線形光学結晶とＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶とは方位角が互いにほぼ一致する状態に配設される。この構成においては、基本波である固体レーザービームがＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶の異方性（π偏光とσ偏光のゲインの差）によりπ偏光発振し、そして共振器温度が変化してもこの固有偏光モードは変化しないので常にπ偏光発振が維持され、縦モードも単一のまま保たれるようになる。
【００１０】
本発明の波長変換レーザーにおいては、以上のようにして安定した単一縦モード化の効果が得られるので、共振器の温度調節の許容誤差が拡大し、比較的簡単な低コストの温調手段が利用可能となる。また、このように共振器の温度調節の許容誤差が拡大することにより、経時安定性も従来に比べて格段に向上し、長時間に亘る単一縦モード発振が可能となる。
【００１１】
【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、本発明の一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１１と、例えば屈折率分布形レンズからなり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）がドープされた固体レーザー媒質であるＹＶＯ４ 結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶）１３と、このＮｄ：ＹＶＯ４ 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。
【００１２】
そして共振器ミラー１４とＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３との間には、周期ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶であるＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ （ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３ ）結晶１５とエタロン１６とが配置されている。
【００１３】
上に述べた要素１３〜１６は熱伝導率の高い例えば銅製の筐体２０に固定され、そしてこの筐体２０の固体レーザー共振器（後述のように共振器ミラー１４およびＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３で構成される）に近い部分には、温度制御素子としてのペルチェ素子２１が配されている。また筐体２０内には、共振器内部の温度を検出する温度センサ２２が配設されている。ペルチェ素子２１の駆動は、この温度センサ２２の出力を受ける温調回路２３によって制御され、それにより共振器内温度が所定温度に保たれる。さらに、半導体レーザー１１も図示しない温調手段により所定温度に保たれる。
【００１４】
半導体レーザー１１としては、波長８０８ ｎｍのレーザービーム１０を発するものが用いられている。またＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３はＮｄ濃度が１ａｔｍ ％のものであり、そのｃ軸の方位がレーザービーム１０の直線偏光の向きと揃う状態に配設されている。このようにするのは、レーザービーム１０の直線偏光の向きにａ軸方位を合わせる場合よりも、レーザービーム１０の吸収効率が高いからである。
【００１５】
一方ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５はＭｇＯ濃度が５ｍｏｌ ％のもので、図２に示されるように、そのｃ軸を含む面内で延びるドメイン反転部１５ａの周期は６．９５μｍ、光通過端面のサイズは２×０．５ ｍｍ、厚さは２ｍｍとされている。そしてこのＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５は、Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３とｃ軸の方位が一致する状態に配設されている。
【００１６】
Ｎｄ：ＹＶＯ４ 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、波長が１０６４ｎｍのレーザービーム１８を発する。このレーザービーム１８はＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶端面１３ａと共振器ミラー１４のミラー面１４ａとの間で共振し、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５により、タイプＩの位相整合が取られた上で、波長が１／２すなわち５３２ ｎｍの第２高調波１９に変換される。
【００１７】
Ｎｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３の後側端面１３ａには、上記レーザービーム１０を良好に透過させる一方、レーザービーム１８および第２高調波１９は良好に反射させる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、レーザービーム１８を良好に反射させる一方、第２高調波１９は一部透過させるコーティングが施されている。またエタロン１６は例えば石英板からなり、その両端面には波長１０６４ｎｍに対して部分反射、波長５３２ ｎｍに対して無反射となるコーティングが施されている。
【００１８】
本実施例においては、エタロン１６の作用でレーザービーム１８が単一縦モード化され、それにより第２高調波１９も単一縦モード化され、該第２高調波１９の一部が共振器ミラー１４から出射する。そして、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５とＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３とが、互いにｃ軸方位が一致する状態に配置されているので、レーザービーム１８はＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶１３の異方性（π偏光とσ偏光のゲインの差）によりπ偏光発振し、共振器温度が変化してもこの固有偏光モードは変化しないので常にπ偏光発振が維持され、縦モードも単一のまま保たれるようになる。
【００１９】
前述したように固体レーザー媒質としてＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶を用い、共振器内にＫＴＰ結晶とともにエタロンを配置した従来の波長変換レーザーにおいては、共振器温度が０．５ ℃変化すると、多重縦モード発振したり、モードホップしてしまうが、上記実施例の場合は共振器温度が約２℃変化しても、安定して単一縦モード発振を維持できるようになった。このように、単一縦モード発振を維持できる温度範囲が拡大したことにより、経時安定性も従来に比べて格段に向上し、１００００ 時間以上に亘る単一縦モード発振も可能となった。
【００２０】
なお、タイプＩの位相整合を果たす非線形光学結晶としては、上に述べた周期ドメイン反転構造を有するＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５に限らず、その他、周期ドメイン反転構造を持たないＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ や、さらにはＬｉＴａＯ３ 、ＫＮｂＯ３ 、β−ＢＢＯ、ＬＢＯ、Ｂａ２ ＮａＮｂ５ Ｏ１５等の結晶も使用可能である。
【００２１】
また、このタイプＩの位相整合を果たす非線形光学結晶として周期ドメイン反転構造を有するものを用いる場合は、上記ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶１５の他に、ＬｉＮｂＯ３ 結晶や、ＬｉＴａＯ３ 結晶や、ＫＴＰ結晶に周期ドメイン反転構造を形成したもの等も使用可能である。また、以上の他に、周期的に屈折率変調を有する非線形光学結晶の使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による波長変換レーザーを示す概略側面図
【図２】上記波長変換レーザーの要部を示す斜視図
【符号の説明】
１０ 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：ＹＶＯ４ 結晶
１４ 共振器ミラー
１５ ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶
１６ エタロン
１８ 固体レーザービーム（基本波）
１９ 第２高調波
２０ 筐体
２１ ペルチェ素子
２２ 温度センサ
２３ 温調回路
Claims (3)
- ネオジウム（Ｎｄ）が添加されたＹＶＯ４結晶を光によってポンピングし、
それにより発せられたπ偏光方向に直線偏光した固体レーザービームを、共振器内に配した非線形光学結晶により波長変換するとともに、
共振器内に配したエタロンにより発振モードを単一縦モード化する波長変換レーザーにおいて、
前記非線形光学結晶として、タイプＩの位相整合を果たすものが用いられ、該結晶の光軸方向が前記固体レーザービームの直線偏光方向に対して、タイプＩの位相整合を果たす関係に設定されていることを特徴とする波長変換レーザー。 - 前記非線形光学結晶が周期ドメイン反転構造を有するものであることを特徴とする請求項１記載の波長変換レーザー。
- 前記周期ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶がＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶であることを特徴とする請求項２記載の波長変換レーザー。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24981494A JP3614474B2 (ja) | 1994-10-14 | 1994-10-14 | 波長変換レーザー |
| US08/487,520 US5696781A (en) | 1994-10-14 | 1995-06-07 | Wavelength-conversion laser having nonlinear optical crystal which effects type-I phase-matching |
| EP95109139A EP0712184B1 (en) | 1994-10-14 | 1995-06-13 | Wavelength-conversion laser having nonlinear optical crystal which effects type-I phase-matching |
| DE69519714T DE69519714T2 (de) | 1994-10-14 | 1995-06-13 | Laser zur Umwandlung optischer Wellenlängen mit nichttlinearem optischem Kristall für Phasenanpassung vom Typ I |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24981494A JP3614474B2 (ja) | 1994-10-14 | 1994-10-14 | 波長変換レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08116121A JPH08116121A (ja) | 1996-05-07 |
| JP3614474B2 true JP3614474B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=17198602
Family Applications (1)
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