JP3827261B2 - 半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザから出射したレーザ光を励起光として用いる半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体レーザ結晶を半導体レーザから出射されたレーザ光で軸方向に励起し、軸方向に構成された共振器により赤外レーザ光を発振させる半導体レーザ励起固体レーザが知られている。
このような半導体レーザ励起固体レーザは、超小型、長寿命で単一縦モード発振が可能であり、高周波変調が可能であるといった利点を有する。
【０００３】
この半導体レーザとしては、固体レーザ結晶の吸収波長域である８０８〜８１０ｎｍの発振波長で出力が１００ｍＷ以上のものが、また、固体レーザ結晶としては、Ｎｄ（ネオジウム）等の希土類を添加したＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）等が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザ励起固体レーザでは、半導体レーザの出力が効率良く固体レーザ結晶に吸収されなければならない。現在、最も高出力が得られる半導体レーザの発振波長は８００ｎｍ帯であるが、Ｎｄ3+（ネオジウム）の吸収がこの近傍にあるため、Ｎｄを添加した酸化物結晶等が固体レーザ結晶として広く用いられている。
【０００５】
ところで、半導体レーザ励起固体レーザにおいて、単一縦モードで発振させ、非常に発振周波数の安定した低ノイズのレーザ光を得るためには、共振器モードの周波数間隔を広くすることが要求され、そのためには固体レーザ結晶を薄くする必要が生じる。
【０００６】
このように固体レーザ結晶を薄くすると、半導体レーザから出射されたレーザ光の内、固体レーザ結晶を透過する光量が増加する一方固体レーザ結晶に吸収され固体レーザ結晶を励起する光量が減少し、半導体レーザから出射されたレーザ光に対して効率的に赤外レーザを得ることができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、励起光の吸収効率を向上させ、効率的に安定した赤外レーザ出力を得ることができる半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置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】
請求項１に記載の発明は、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザと、前記固体レーザ媒質で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーとを備えた半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が、０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔が選択され、前記固体レーザ媒質は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4結晶からなり且つ前記半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものであって、更に当該固体レーザ媒質の厚さは０．４ｍｍ以上、３．７５ｍｍ以下であり、前記一対のミラーは、前記固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成され、前記固体レーザ媒質の前記半導体レーザからレーザ光が入射する一方の面には前記レーザ光について無反射でかつ波長１３４０ｎｍの発振光に対して高反射のミラーがコーティングされ、前記固体レーザ媒質の前記一方の面と対向する他方の面には波長１３４０ｎｍの発振光を反射するとともにその一部を透過するミラーがコーティングされていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーを同一の熱伝導性支持体の上に取り付け、前記熱伝導性支持体の温度制御を行う温度制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーは、前記固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有するケース内に内蔵されると共に前記ケースの窓に波長板または偏光子を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明は、互に直交する偏光面を有するレーザ光を発する第１及び第２のレーザ光源と、第１及び第２のレーザ光源からのレーザ光を合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから合成されたレーザ光を合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから合成されたレーザ光を集光し光ファイバーの端面に導く結合光学系とを備えた光学装置であって、前記第１及び第２のレーザ光源は、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザと、前記固体レーザ媒質で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーとを備えた半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が、０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔が選択され、前記固体レーザ媒質は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4結晶からなり且つ前記半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものであって、更に当該固体レーザ媒質の厚さは０．４ｍｍ以上、３．７５ｍｍ以下であり、前記一対のミラーは、前記固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成され、前記固体レーザ媒質の前記半導体レーザからレーザ光が入射する一方の面には前記レーザ光について無反射でかつ波長１３４０ｎｍの発振光に対して高反射のミラーがコーティングされ、前記固体レーザ媒質の前記一方の面と対向する他方の面には波長１３４０ｎｍの発振光を反射するとともにその一部を透過するミラーがコーティングされ、前記結合光学系に入射する前の前記第１のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと前記偏光ビームスプリッタ間の距離と、前記結合光学系に入射する前の前記第２のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと前記偏光ビームスプリッタ間の距離とを等しくしたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】
請求項１に記載の発明は、固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で一対のミラー間の間隔が選択されるように構成したので、通信用の実用周波数範囲である２ＧＨｚ以下で低ノイズであり、かつ励起効率の低下を起こさずに容易に製造可能な固体レーザ媒質の厚さを有する半導体レーザ励起固体レーザを得ることができる。
また、一対のミラーを、固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成したので容易に製造可能な半導体レーザ励起固体レーザを得ることができる。
また、固体レーザ媒質を、Ｎｄが添加されたＹＶＯ４結晶からなり且つ半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものとして構成したので励起効率の高い半導体レーザ励起固体レーザを得ることができる。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーを同一の熱伝導性支持体の上に取り付け、熱伝導性支持体の温度制御を行う温度制御装置を設けた構成としたので、温度制御性能を向上でき、半導体レーザ励起固体レーザの発振出力を向上することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーは、固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有するケース内に内蔵されると共にケースの窓に波長板または偏光子を備えるように構成したので、部品点数を少なくすることができ、その結果光学収差を低減することができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、第１及び第２のレーザ光源からの偏光面が互に直交するレーザ光を偏光ビームスプリッタにより合成し、合成されたレーザ光を集光し光ファイバーの端面に導く結合光学系とを備えた光学装置において、結合光学系に入射する前の第１のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと偏光ビームスプリッタ間の距離と、結合光学系に入射する前の第２のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと偏光ビームスプリッタ間の距離とが等しくなるように構成したので、レーザ光の結合効率の良い光学装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ励起固体レーザを示す。
１は、最大出力１Ｗ、発振波長８０８ｎｍの励起用半導体レーザ、２は、励起用半導体レーザから放射される励起用レーザ光を集光する集光レンズ、３は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4 （イットリウムバナジウム酸化物）結晶又はＮｄが添加されたＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質（固体レーザ結晶）である。
【００２３】
固体レーザ媒質３の励起用レーザ光の入射面には、励起用レーザ光（８０８
ｎｍ）に対し無反射で、発振光（１３４０ｎｍ）を全反射するダイクロイックミラーからなるミラーＲ１がコーテイングされている。また、固体レーザ媒質３の発振光の出力面には、発振光（１３４０ｎｍ）を数％透過し、残りを反射するミラーＲ２がコーテイングされている。この一対のミラーＲ１、Ｒ２により共振器が構成される。
【００２４】
図２は、周波数対固体レーザ媒質の利得幅、共振器モードとの関係を示す。
図２において、ｆ２０は、固体レーザ媒質の利得対周波数の関係を、ＧＷは、固体レーザ媒質の利得幅を、ｆ２４〜ｆ２８は、共振器モードをそれぞれ示している。隣接する共振器モードｆ２４〜ｆ２８の周波数間隔ＦＳは、ＦＳ＝ｃ／２ｎｌで与えられる。ここで、ｃは光速、ｎは固体レーザ媒質の屈折率、ｌは共振器長である。
【００２５】
共振器モードの周波数間隔ＦＳが固体レーザ媒質の利得幅ＧＷより大きい場合には単一縦モードで発振することになるが、本発明では固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔（共振器長、すなわち固体レーザ媒質の厚
さ）ｌが選択されている。この場合、縦モード数は、後述するように２〜１１となる。このように、共振器長ｌを設定することにより、レーザノイズのレベルを実用上、最低限に抑えられ、半導体レーザから出射されたレーザ光に対して効率的に赤外レーザ光を得ることができる。
【００２６】
以下に、固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係を上述のように設定した理由について説明する。
波長１３４０ｎｍの発振光を得られる固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＶＯ4
は、半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が他の結晶に比して高い（例えばＹＡＧの吸収率の約３倍である）。しかしながら、縦モードを単一にするためには、固体レーザ媒質の厚さを０．２ｍｍ程度にする必要があるが、この場合、結晶の加工、取り扱いが難しくなり、また、Ｎｄのドープ量が１ａｔｍ％として吸収される半導体レーザからの励起用レーザ光は、約３０％程度にとどまり、赤外レーザの発振の効率が悪い。
【００２７】
励起用レーザ光の吸収率は、Ｎｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さに関係
し、９９％の吸収率を得るためにはＮｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さの積を３ａｔｍ％・ｍｍ以上、８５％の吸収率を得るためには１．２ａｔｍ％・ｍｍ程度にする必要がある。
【００２８】
図３は、本発明に係る励起用レーザ光の吸収率、Ｎｄのドープ量、固体レーザ媒質の厚さ及びＦＳ／ＧＷの相互関係を示す図である。例えば、Ｎｄのドープ量が３ａｔｍ％の場合、固体レーザ媒質の厚さ（結晶厚さ）が０．４ｍｍのときに８５％以上の励起用レーザの吸収率を示し、固体レーザ媒質の厚さが１．０ｍｍのときに９９％以上の励起用レーザの吸収率を示す。また、固体レーザ媒質の厚さが０．４ｍｍのときにＦＳ／ＧＷは１．０、固体レーザ媒質の厚さが３．７５ｍｍのときにＦＳ／ＧＷは１／１０となる。
Ｎｄのドープ量が一定の場合、励起用レーザ光の吸収率を９９％とするための固体レーザ媒質の厚さは、励起用レーザ光の吸収率を８５％とするための固体レーザ媒質の厚さの約２．５倍となる。
【００２９】
図４は、励起用レーザ光の吸収率を変えた場合の励起用レーザ光の出力と赤外レーザ出力との関係を示す図である。実測値を実線、理論値を破線で示してい
る。
【００３０】
固体レーザ媒質の両面の平行度、平坦度を高め、固体レーザ媒質の両面に上述のように一対のミラーＲ１、Ｒ２を形成して共振器を構成した場合、励起用のレーザ光の固体レーザ媒質内部でのプロファイル、固体レーザ媒質内でのレーザ利得と損失の関係から固体レーザ媒質の厚さは薄いほうが１３４０ｎｍの赤外レーザ出力が高く効率的になる場合がある。
【００３１】
上述の０．１≦ＦＳ／ＧＷの条件は、通信用の実用周波数範囲である２ＧＨｚ以下で低ノイズとする条件から決定される。レーザノイズで２ＧＨｚ付近に発生する可能性のあるものは、共振器モードの周波数間隔ＦＳから生じるビートノイズである。さらに、横モードが低次ではあるがマルチモードになった場合には縦横共鳴モードによるノイズが発生し、このノイズの周波数帯はビートノイズの１／１０付近となる可能性がある。
【００３２】
従って、ビートノイズの周波数帯は２０ＧＨｚ以上にする必要があり、このことから共振器モードの周波数間隔ＦＳは２０ＧＨｚ以上にする必要がある。ここで、Ｎｄのドープ量が１ａｔｍ％のＮｄ：ＹＶＯ4 結晶の利得幅ＧＷは、実験的に２００ＧＨｚ程度であることが判明している。
【００３３】
以上のことから、２ＧＨｚ以下で低ノイズとするためには、０．１≦ＦＳ／ＧＷとする必要が生じる。なお、０．１＝ＦＳ／ＧＷの時、縦モード数は、最大１１本となる。
【００３４】
一般に入手可能なＮｄ：ＹＶＯ4 結晶のＮｄのドープ量は、０．５〜３ａｔｍ％であり、Ｎｄのドープ量が少ないほど８０８ｎｍの励起用レーザ光の吸収率が低くなる。Ｎｄのドープ量が少ない場合には結晶の厚さを増加させることにより励起用レーザ光の吸収率を増加させるが、結果として共振器長ｌが広がり共振器モードの周波数間隔ＦＳが狭くなる。
【００３５】
上述の励起用レーザ光の吸収率と、Ｎｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さの積の関係から、励起用レーザ光の吸収率を９９％とするためには、例えばＮｄのドープ量を１ａｔｍ％とした場合固体レーザ媒質の厚さｌを最低でも３ｍｍ以上とする必要がある。０．１≦ＦＳ／ＧＷという条件から導かれる共振器長は、
３．７５ｍｍ以下であるのでＮｄのドープ量を１ａｔｍ％とした場合でも励起用レーザ光の吸収率を９９％とすることができる。また、Ｎｄのドープ量を０．５ａｔｍ％とした場合でも励起用レーザ光の吸収率を９５％とすることができる。
【００３６】
一方、ＦＳ／ＧＷ＜１の条件は、Ｎｄのドープ量を３％とした場合励起用レーザ光の吸収率を８５％以上とし、固体レーザ媒質の厚さを極力薄くできる条件から決定される。
励起用半導体レーザの出力が１Ｗの場合、固体レーザ媒質の励起用レーザ光の吸収率が８５％以上であれば、２３０ｍＷ以上の赤外レーザ出力が得られる。この場合、レーザ装置として定格出力２００ｍＷに設定でき、例えば通信用として十分な性能となる。
【００３７】
上述の励起用レーザ光の吸収率と、Ｎｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さの積の関係から、例えばＮｄのドープ量を３ａｔｍ％とした場合固体レーザ媒質の厚さｌを０．４ｍｍ以上とすれば、励起用レーザ光の吸収率が８５％以上となる。この程度の厚さであれば固体レーザ媒質の加工、取り扱いは難しくない。この場合の共振器モードの周波数間隔ＦＳは、約１９０ＧＨｚで、Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶の利得幅ＧＷにほぼ一致し、ＦＳ／ＧＷ＜１が得られる。
【００３８】
以上のように、固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔ｌを選択した場合、励起用レーザ光の吸収率が８５％以上となり赤外レーザ出力（１３４０ｎｍ）が２３％以上の効率で得られることになる。この時、横モードはＴＥＭ01以下の低次のモードとなっている。
なお、実用周波数範囲である２ＧＨｚ以下では、−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下のノイズレベル（図５のａで示すカーブは３０ＭＨｚ以下の領域を図示）となっている。又、図５のｂで示すカーブは３０ＭＨｚ以下の領域におけるバックグラウンドノイズのレベルを示している。
【００３９】
上述の実施形態では、固体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＶＯ4 結晶を用いた例を示したがこれに替えてＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いても同様の作用、効果が得られ
る。
但し、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶では、励起用レーザ光の吸収率がＮｄ：ＹＶＯ4 結晶の１／３程度なので結晶の厚さを約３倍にする必要がある。
【００４０】
図６（ａ）、（ｂ）は、上述の半導体レーザ励起固体レーザをレーザ光源として用いた光学装置の一例を示す。図６（ａ）は、レーザ光源２０ａの側面から見た断面図であり、図６（ｂ）は、全体の光学系の構成を示す平面図である。
レーザ光源２０ａ、２０ｂは、上述のように発振波長８０８ｎｍの励起用半導体レーザ１、励起用半導体レーザから放射される励起用レーザ光を集光する集光レンズ２、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4 結晶又はＮｄが添加されたＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質３、固体レーザ媒質３で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーＲ１、Ｒ２及び偏光子４、６、ファラデー素子５で構成される光アイソレータ７で構成され、１３４０ｎｍの赤外レーザ光を出力する。
【００４１】
レーザ光源２０ａ、２０ｂから出射される互いに直交する偏光面を有するレーザ光は、光アイソレータ７を介して偏光ビームスプリッタ１０に導かれ合成され、集光レンズ８（一つの結合光学系）により光ファイバーコネクタ１２を介して光ファイバー９に結合される。
【００４２】
このように、互いに直交する偏光面を有するレーザ光を合成して光ファイバー９に結合することにより、光ファイバー９に結合するパワーが増大すると共に光ファイバー９の出口で所定の偏光面の光を取り出す場合、偏光面の角度に依存しないで一定のパワーが得られる。
【００４３】
また、二つのレーザ光源２０ａ、２０ｂが同じ場合、各々のレーザ光の集光レンズ８に入射前のビームウェストと偏光ビームスプリッタ１０間のそれぞれの距離を等しく（Ｌ１＝Ｌ２）することにより、光ファイバーへの結合効率を向上させることができる。
【００４４】
半導体レーザ１、集光レンズ２、固体レーザ媒質３、一対のミラーＲ１、Ｒ２及び光アイソレータ７は、固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有し、熱伝導性を有する材料で形成されているケース１１内に内蔵され、光アイソレータ７の偏光子６をケースの窓（光学ウィンドウ）として使用している。
【００４５】
このように、レーザ光源２０ａ、２０ｂをモジュール化することにより、交換作業等が容易となり、また偏光子等の複屈折性を有する光学薄膜をケースの窓として用いることにより部品点数が１つ削減でき結果として収差を低減することができる。なお、ケース内部に波長板が用いられる場合にも同様に波長板をケースの窓として用いても良い。
【００４６】
レーザ光源２０ａ、２０ｂ、偏光ビームスプリッタ１０、集光レンズ８及び光ファイバーコネクタ１２は、同一の熱伝導性支持体１３の上に取り付けられている。
そして、この熱伝導性支持体１３はヒートシンク１４に接合されたペルチェ素子１５の上に固定されている。
【００４７】
半導体レーザ１、集光レンズ２、固体レーザ媒質３、一対のミラーＲ１、Ｒ
２、光アイソレータ７、偏光ビームスプリッタ１０、集光レンズ８及び光ファイバーコネクタ１２は、半導体レーザ１の近傍に配置された図示しない温度センサからの温度検出信号に応答して、図示しない温度調節回路がペルチェ素子１５を駆動制御することにより所定温度に保たれる。
【００４８】
半導体レーザ１、集光レンズ２、固体レーザ媒質３、一対のミラーＲ１、Ｒ
２、光アイソレータ７、偏光ビームスプリッタ１０、集光レンズ８及び光ファイバーコネクタ１２は、筐体１６内に収納され、シールされている。また、筐体１６内には、吸湿剤１７が配されている。これにより、筐体１６内の内部空間が低湿度に保たれて結露を防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、励起光の吸収効率を向上させ、効率的に安定した赤外レーザ出力を得ることができる半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ励起固体レーザを示す図である。
【図２】半導体レーザ励起固体レーザの周波数対固体レーザ媒質の利得幅、共振器モードとの関係を示す図である。
【図３】本発明に係る励起用レーザ光の吸収率、Ｎｄのドープ量、固体レーザ媒質の厚さ及びＦＳ／ＧＷの相互関係を示す図である。
【図４】本発明に係る励起用レーザ光の吸収率を変えた場合の励起用レーザ光の出力と赤外レーザ出力との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る励起用レーザ光のノイズ特性を示す図である。
【図６】本発明による半導体レーザ励起固体レーザをレーザ光源として用いた光学装置の一例を示す図である。
【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・・・・・偏光子
５・・・・・ファラデー素子
６・・・・・偏光子
７・・・・・光アイソレータ
８・・・・・集光レンズ
９・・・・・光ファイバー
１０・・・・・偏光ビームスプリッタ
１１・・・・・ケース
１２・・・・・光ファイバーコネクタ
１３・・・・・熱伝導性支持体
１４・・・・・ヒートシンク
１５・・・・・ペルチェ素子
１６・・・・・筐体
１７・・・・・吸湿剤
２０ａ・・・・・レーザ光源
２０ｂ・・・・・レーザ光源
Ｒ１・・・・・ミラー
Ｒ２・・・・・ミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザから出射したレーザ光を励起光として用いる半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、固体レーザ結晶を半導体レーザから出射されたレーザ光で軸方向に励起し、軸方向に構成された共振器により赤外レーザ光を発振させる半導体レーザ励起固体レーザが知られている。
このような半導体レーザ励起固体レーザは、超小型、長寿命で単一縦モード発振が可能であり、高周波変調が可能であるといった利点を有する。
【０００３】
この半導体レーザとしては、固体レーザ結晶の吸収波長域である８０８〜８１０ｎｍの発振波長で出力が１００ｍＷ以上のものが、また、固体レーザ結晶としては、Ｎｄ（ネオジウム）等の希土類を添加したＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）等が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザ励起固体レーザでは、半導体レーザの出力が効率良く固体レーザ結晶に吸収されなければならない。現在、最も高出力が得られる半導体レーザの発振波長は８００ｎｍ帯であるが、Ｎｄ3+（ネオジウム）の吸収がこの近傍にあるため、Ｎｄを添加した酸化物結晶等が固体レーザ結晶として広く用いられている。
【０００５】
ところで、半導体レーザ励起固体レーザにおいて、単一縦モードで発振させ、非常に発振周波数の安定した低ノイズのレーザ光を得るためには、共振器モードの周波数間隔を広くすることが要求され、そのためには固体レーザ結晶を薄くする必要が生じる。
【０００６】
このように固体レーザ結晶を薄くすると、半導体レーザから出射されたレーザ光の内、固体レーザ結晶を透過する光量が増加する一方固体レーザ結晶に吸収され固体レーザ結晶を励起する光量が減少し、半導体レーザから出射されたレーザ光に対して効率的に赤外レーザを得ることができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、励起光の吸収効率を向上させ、効率的に安定した赤外レーザ出力を得ることができる半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置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】
請求項１に記載の発明は、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザと、前記固体レーザ媒質で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーとを備えた半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が、０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔が選択され、前記固体レーザ媒質は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4結晶からなり且つ前記半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものであって、更に当該固体レーザ媒質の厚さは０．４ｍｍ以上、３．７５ｍｍ以下であり、前記一対のミラーは、前記固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成され、前記固体レーザ媒質の前記半導体レーザからレーザ光が入射する一方の面には前記レーザ光について無反射でかつ波長１３４０ｎｍの発振光に対して高反射のミラーがコーティングされ、前記固体レーザ媒質の前記一方の面と対向する他方の面には波長１３４０ｎｍの発振光を反射するとともにその一部を透過するミラーがコーティングされていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーを同一の熱伝導性支持体の上に取り付け、前記熱伝導性支持体の温度制御を行う温度制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーは、前記固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有するケース内に内蔵されると共に前記ケースの窓に波長板または偏光子を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明は、互に直交する偏光面を有するレーザ光を発する第１及び第２のレーザ光源と、第１及び第２のレーザ光源からのレーザ光を合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから合成されたレーザ光を合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから合成されたレーザ光を集光し光ファイバーの端面に導く結合光学系とを備えた光学装置であって、前記第１及び第２のレーザ光源は、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザと、前記固体レーザ媒質で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーとを備えた半導体レーザ励起固体レーザであって、前記固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が、０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔が選択され、前記固体レーザ媒質は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4結晶からなり且つ前記半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものであって、更に当該固体レーザ媒質の厚さは０．４ｍｍ以上、３．７５ｍｍ以下であり、前記一対のミラーは、前記固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成され、前記固体レーザ媒質の前記半導体レーザからレーザ光が入射する一方の面には前記レーザ光について無反射でかつ波長１３４０ｎｍの発振光に対して高反射のミラーがコーティングされ、前記固体レーザ媒質の前記一方の面と対向する他方の面には波長１３４０ｎｍの発振光を反射するとともにその一部を透過するミラーがコーティングされ、前記結合光学系に入射する前の前記第１のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと前記偏光ビームスプリッタ間の距離と、前記結合光学系に入射する前の前記第２のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと前記偏光ビームスプリッタ間の距離とを等しくしたことを特徴とする。
【００１５】
【作用】
請求項１に記載の発明は、固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で一対のミラー間の間隔が選択されるように構成したので、通信用の実用周波数範囲である２ＧＨｚ以下で低ノイズであり、かつ励起効率の低下を起こさずに容易に製造可能な固体レーザ媒質の厚さを有する半導体レーザ励起固体レーザを得ることができる。
また、一対のミラーを、固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成したので容易に製造可能な半導体レーザ励起固体レーザを得ることができる。
また、固体レーザ媒質を、Ｎｄが添加されたＹＶＯ４結晶からなり且つ半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものとして構成したので励起効率の高い半導体レーザ励起固体レーザを得ることができる。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーを同一の熱伝導性支持体の上に取り付け、熱伝導性支持体の温度制御を行う温度制御装置を設けた構成としたので、温度制御性能を向上でき、半導体レーザ励起固体レーザの発振出力を向上することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーは、固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有するケース内に内蔵されると共にケースの窓に波長板または偏光子を備えるように構成したので、部品点数を少なくすることができ、その結果光学収差を低減することができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、第１及び第２のレーザ光源からの偏光面が互に直交するレーザ光を偏光ビームスプリッタにより合成し、合成されたレーザ光を集光し光ファイバーの端面に導く結合光学系とを備えた光学装置において、結合光学系に入射する前の第１のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと偏光ビームスプリッタ間の距離と、結合光学系に入射する前の第２のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと偏光ビームスプリッタ間の距離とが等しくなるように構成したので、レーザ光の結合効率の良い光学装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による半導体レーザ励起固体レーザを示す。
１は、最大出力１Ｗ、発振波長８０８ｎｍの励起用半導体レーザ、２は、励起用半導体レーザから放射される励起用レーザ光を集光する集光レンズ、３は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4 （イットリウムバナジウム酸化物）結晶又はＮｄが添加されたＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質（固体レーザ結晶）である。
【００２３】
固体レーザ媒質３の励起用レーザ光の入射面には、励起用レーザ光（８０８
ｎｍ）に対し無反射で、発振光（１３４０ｎｍ）を全反射するダイクロイックミラーからなるミラーＲ１がコーテイングされている。また、固体レーザ媒質３の発振光の出力面には、発振光（１３４０ｎｍ）を数％透過し、残りを反射するミラーＲ２がコーテイングされている。この一対のミラーＲ１、Ｒ２により共振器が構成される。
【００２４】
図２は、周波数対固体レーザ媒質の利得幅、共振器モードとの関係を示す。
図２において、ｆ２０は、固体レーザ媒質の利得対周波数の関係を、ＧＷは、固体レーザ媒質の利得幅を、ｆ２４〜ｆ２８は、共振器モードをそれぞれ示している。隣接する共振器モードｆ２４〜ｆ２８の周波数間隔ＦＳは、ＦＳ＝ｃ／２ｎｌで与えられる。ここで、ｃは光速、ｎは固体レーザ媒質の屈折率、ｌは共振器長である。
【００２５】
共振器モードの周波数間隔ＦＳが固体レーザ媒質の利得幅ＧＷより大きい場合には単一縦モードで発振することになるが、本発明では固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔（共振器長、すなわち固体レーザ媒質の厚
さ）ｌが選択されている。この場合、縦モード数は、後述するように２〜１１となる。このように、共振器長ｌを設定することにより、レーザノイズのレベルを実用上、最低限に抑えられ、半導体レーザから出射されたレーザ光に対して効率的に赤外レーザ光を得ることができる。
【００２６】
以下に、固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係を上述のように設定した理由について説明する。
波長１３４０ｎｍの発振光を得られる固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＶＯ4
は、半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が他の結晶に比して高い（例えばＹＡＧの吸収率の約３倍である）。しかしながら、縦モードを単一にするためには、固体レーザ媒質の厚さを０．２ｍｍ程度にする必要があるが、この場合、結晶の加工、取り扱いが難しくなり、また、Ｎｄのドープ量が１ａｔｍ％として吸収される半導体レーザからの励起用レーザ光は、約３０％程度にとどまり、赤外レーザの発振の効率が悪い。
【００２７】
励起用レーザ光の吸収率は、Ｎｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さに関係
し、９９％の吸収率を得るためにはＮｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さの積を３ａｔｍ％・ｍｍ以上、８５％の吸収率を得るためには１．２ａｔｍ％・ｍｍ程度にする必要がある。
【００２８】
図３は、本発明に係る励起用レーザ光の吸収率、Ｎｄのドープ量、固体レーザ媒質の厚さ及びＦＳ／ＧＷの相互関係を示す図である。例えば、Ｎｄのドープ量が３ａｔｍ％の場合、固体レーザ媒質の厚さ（結晶厚さ）が０．４ｍｍのときに８５％以上の励起用レーザの吸収率を示し、固体レーザ媒質の厚さが１．０ｍｍのときに９９％以上の励起用レーザの吸収率を示す。また、固体レーザ媒質の厚さが０．４ｍｍのときにＦＳ／ＧＷは１．０、固体レーザ媒質の厚さが３．７５ｍｍのときにＦＳ／ＧＷは１／１０となる。
Ｎｄのドープ量が一定の場合、励起用レーザ光の吸収率を９９％とするための固体レーザ媒質の厚さは、励起用レーザ光の吸収率を８５％とするための固体レーザ媒質の厚さの約２．５倍となる。
【００２９】
図４は、励起用レーザ光の吸収率を変えた場合の励起用レーザ光の出力と赤外レーザ出力との関係を示す図である。実測値を実線、理論値を破線で示してい
る。
【００３０】
固体レーザ媒質の両面の平行度、平坦度を高め、固体レーザ媒質の両面に上述のように一対のミラーＲ１、Ｒ２を形成して共振器を構成した場合、励起用のレーザ光の固体レーザ媒質内部でのプロファイル、固体レーザ媒質内でのレーザ利得と損失の関係から固体レーザ媒質の厚さは薄いほうが１３４０ｎｍの赤外レーザ出力が高く効率的になる場合がある。
【００３１】
上述の０．１≦ＦＳ／ＧＷの条件は、通信用の実用周波数範囲である２ＧＨｚ以下で低ノイズとする条件から決定される。レーザノイズで２ＧＨｚ付近に発生する可能性のあるものは、共振器モードの周波数間隔ＦＳから生じるビートノイズである。さらに、横モードが低次ではあるがマルチモードになった場合には縦横共鳴モードによるノイズが発生し、このノイズの周波数帯はビートノイズの１／１０付近となる可能性がある。
【００３２】
従って、ビートノイズの周波数帯は２０ＧＨｚ以上にする必要があり、このことから共振器モードの周波数間隔ＦＳは２０ＧＨｚ以上にする必要がある。ここで、Ｎｄのドープ量が１ａｔｍ％のＮｄ：ＹＶＯ4 結晶の利得幅ＧＷは、実験的に２００ＧＨｚ程度であることが判明している。
【００３３】
以上のことから、２ＧＨｚ以下で低ノイズとするためには、０．１≦ＦＳ／ＧＷとする必要が生じる。なお、０．１＝ＦＳ／ＧＷの時、縦モード数は、最大１１本となる。
【００３４】
一般に入手可能なＮｄ：ＹＶＯ4 結晶のＮｄのドープ量は、０．５〜３ａｔｍ％であり、Ｎｄのドープ量が少ないほど８０８ｎｍの励起用レーザ光の吸収率が低くなる。Ｎｄのドープ量が少ない場合には結晶の厚さを増加させることにより励起用レーザ光の吸収率を増加させるが、結果として共振器長ｌが広がり共振器モードの周波数間隔ＦＳが狭くなる。
【００３５】
上述の励起用レーザ光の吸収率と、Ｎｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さの積の関係から、励起用レーザ光の吸収率を９９％とするためには、例えばＮｄのドープ量を１ａｔｍ％とした場合固体レーザ媒質の厚さｌを最低でも３ｍｍ以上とする必要がある。０．１≦ＦＳ／ＧＷという条件から導かれる共振器長は、
３．７５ｍｍ以下であるのでＮｄのドープ量を１ａｔｍ％とした場合でも励起用レーザ光の吸収率を９９％とすることができる。また、Ｎｄのドープ量を０．５ａｔｍ％とした場合でも励起用レーザ光の吸収率を９５％とすることができる。
【００３６】
一方、ＦＳ／ＧＷ＜１の条件は、Ｎｄのドープ量を３％とした場合励起用レーザ光の吸収率を８５％以上とし、固体レーザ媒質の厚さを極力薄くできる条件から決定される。
励起用半導体レーザの出力が１Ｗの場合、固体レーザ媒質の励起用レーザ光の吸収率が８５％以上であれば、２３０ｍＷ以上の赤外レーザ出力が得られる。この場合、レーザ装置として定格出力２００ｍＷに設定でき、例えば通信用として十分な性能となる。
【００３７】
上述の励起用レーザ光の吸収率と、Ｎｄのドープ量と固体レーザ媒質の厚さの積の関係から、例えばＮｄのドープ量を３ａｔｍ％とした場合固体レーザ媒質の厚さｌを０．４ｍｍ以上とすれば、励起用レーザ光の吸収率が８５％以上となる。この程度の厚さであれば固体レーザ媒質の加工、取り扱いは難しくない。この場合の共振器モードの周波数間隔ＦＳは、約１９０ＧＨｚで、Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶の利得幅ＧＷにほぼ一致し、ＦＳ／ＧＷ＜１が得られる。
【００３８】
以上のように、固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔ｌを選択した場合、励起用レーザ光の吸収率が８５％以上となり赤外レーザ出力（１３４０ｎｍ）が２３％以上の効率で得られることになる。この時、横モードはＴＥＭ01以下の低次のモードとなっている。
なお、実用周波数範囲である２ＧＨｚ以下では、−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下のノイズレベル（図５のａで示すカーブは３０ＭＨｚ以下の領域を図示）となっている。又、図５のｂで示すカーブは３０ＭＨｚ以下の領域におけるバックグラウンドノイズのレベルを示している。
【００３９】
上述の実施形態では、固体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＶＯ4 結晶を用いた例を示したがこれに替えてＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いても同様の作用、効果が得られ
る。
但し、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶では、励起用レーザ光の吸収率がＮｄ：ＹＶＯ4 結晶の１／３程度なので結晶の厚さを約３倍にする必要がある。
【００４０】
図６（ａ）、（ｂ）は、上述の半導体レーザ励起固体レーザをレーザ光源として用いた光学装置の一例を示す。図６（ａ）は、レーザ光源２０ａの側面から見た断面図であり、図６（ｂ）は、全体の光学系の構成を示す平面図である。
レーザ光源２０ａ、２０ｂは、上述のように発振波長８０８ｎｍの励起用半導体レーザ１、励起用半導体レーザから放射される励起用レーザ光を集光する集光レンズ２、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4 結晶又はＮｄが添加されたＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質３、固体レーザ媒質３で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーＲ１、Ｒ２及び偏光子４、６、ファラデー素子５で構成される光アイソレータ７で構成され、１３４０ｎｍの赤外レーザ光を出力する。
【００４１】
レーザ光源２０ａ、２０ｂから出射される互いに直交する偏光面を有するレーザ光は、光アイソレータ７を介して偏光ビームスプリッタ１０に導かれ合成され、集光レンズ８（一つの結合光学系）により光ファイバーコネクタ１２を介して光ファイバー９に結合される。
【００４２】
このように、互いに直交する偏光面を有するレーザ光を合成して光ファイバー９に結合することにより、光ファイバー９に結合するパワーが増大すると共に光ファイバー９の出口で所定の偏光面の光を取り出す場合、偏光面の角度に依存しないで一定のパワーが得られる。
【００４３】
また、二つのレーザ光源２０ａ、２０ｂが同じ場合、各々のレーザ光の集光レンズ８に入射前のビームウェストと偏光ビームスプリッタ１０間のそれぞれの距離を等しく（Ｌ１＝Ｌ２）することにより、光ファイバーへの結合効率を向上させることができる。
【００４４】
半導体レーザ１、集光レンズ２、固体レーザ媒質３、一対のミラーＲ１、Ｒ２及び光アイソレータ７は、固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有し、熱伝導性を有する材料で形成されているケース１１内に内蔵され、光アイソレータ７の偏光子６をケースの窓（光学ウィンドウ）として使用している。
【００４５】
このように、レーザ光源２０ａ、２０ｂをモジュール化することにより、交換作業等が容易となり、また偏光子等の複屈折性を有する光学薄膜をケースの窓として用いることにより部品点数が１つ削減でき結果として収差を低減することができる。なお、ケース内部に波長板が用いられる場合にも同様に波長板をケースの窓として用いても良い。
【００４６】
レーザ光源２０ａ、２０ｂ、偏光ビームスプリッタ１０、集光レンズ８及び光ファイバーコネクタ１２は、同一の熱伝導性支持体１３の上に取り付けられている。
そして、この熱伝導性支持体１３はヒートシンク１４に接合されたペルチェ素子１５の上に固定されている。
【００４７】
半導体レーザ１、集光レンズ２、固体レーザ媒質３、一対のミラーＲ１、Ｒ
２、光アイソレータ７、偏光ビームスプリッタ１０、集光レンズ８及び光ファイバーコネクタ１２は、半導体レーザ１の近傍に配置された図示しない温度センサからの温度検出信号に応答して、図示しない温度調節回路がペルチェ素子１５を駆動制御することにより所定温度に保たれる。
【００４８】
半導体レーザ１、集光レンズ２、固体レーザ媒質３、一対のミラーＲ１、Ｒ
２、光アイソレータ７、偏光ビームスプリッタ１０、集光レンズ８及び光ファイバーコネクタ１２は、筐体１６内に収納され、シールされている。また、筐体１６内には、吸湿剤１７が配されている。これにより、筐体１６内の内部空間が低湿度に保たれて結露を防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、励起光の吸収効率を向上させ、効率的に安定した赤外レーザ出力を得ることができる半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体レーザ励起固体レーザを示す図である。
【図２】半導体レーザ励起固体レーザの周波数対固体レーザ媒質の利得幅、共振器モードとの関係を示す図である。
【図３】本発明に係る励起用レーザ光の吸収率、Ｎｄのドープ量、固体レーザ媒質の厚さ及びＦＳ／ＧＷの相互関係を示す図である。
【図４】本発明に係る励起用レーザ光の吸収率を変えた場合の励起用レーザ光の出力と赤外レーザ出力との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る励起用レーザ光のノイズ特性を示す図である。
【図６】本発明による半導体レーザ励起固体レーザをレーザ光源として用いた光学装置の一例を示す図である。
【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・・・・・偏光子
５・・・・・ファラデー素子
６・・・・・偏光子
７・・・・・光アイソレータ
８・・・・・集光レンズ
９・・・・・光ファイバー
１０・・・・・偏光ビームスプリッタ
１１・・・・・ケース
１２・・・・・光ファイバーコネクタ
１３・・・・・熱伝導性支持体
１４・・・・・ヒートシンク
１５・・・・・ペルチェ素子
１６・・・・・筐体
１７・・・・・吸湿剤
２０ａ・・・・・レーザ光源
２０ｂ・・・・・レーザ光源
Ｒ１・・・・・ミラー
Ｒ２・・・・・ミラー
Claims (4)
- 固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザと、前記固体レーザ媒質で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーとを備えた半導体レーザ励起固体レーザであって、
前記固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が、
０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１
となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔が選択され、
前記固体レーザ媒質は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4結晶からなり且つ前記半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものであって、
更に当該固体レーザ媒質の厚さは０．４ｍｍ以上、３．７５ｍｍ以下であり、
前記一対のミラーは、前記固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成され、
前記固体レーザ媒質の前記半導体レーザからレーザ光が入射する一方の面には前記レーザ光について無反射でかつ波長１３４０ｎｍの発振光に対して高反射のミラーがコーティングされ、前記固体レーザ媒質の前記一方の面と対向する他方の面には波長１３４０ｎｍの発振光を反射するとともにその一部を透過するミラーがコーティングされていることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ。 - 前記固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーを同一の熱伝導性支持体の上に取り付け、前記熱伝導性支持体の温度制御を行う温度制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザ。
- 前記固体レーザ媒質、半導体レーザ及び一対のミラーは、前記固体レーザ媒質で励起された光の出射面に窓を有するケース内に内蔵されると共に前記ケースの窓に波長板または偏光子を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザ。
- 互に直交する偏光面を有するレーザ光を発する第１及び第２のレーザ光源と、第１及び第２のレーザ光源からのレーザ光を合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから合成されたレーザ光を合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから合成されたレーザ光を集光し光ファイバーの端面に導く結合光学系とを備えた光学装置であって、
前記第１及び第２のレーザ光源は、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザと、前記固体レーザ媒質で励起された光を共振させるための対向した一対のミラーとを備えた半導体レーザ励起固体レーザであって、
前記固体レーザ媒質の利得幅ＧＷと共振器モードの周波数間隔ＦＳとの関係が、
０．１≦ＦＳ／ＧＷ＜１
となる範囲内で前記一対のミラー間の間隔が選択され、
前記固体レーザ媒質は、Ｎｄが添加されたＹＶＯ4結晶からなり且つ前記半導体レーザから出射された励起用レーザ光の吸収率が８５％以上のものであって、
更に当該固体レーザ媒質の厚さは０．４ｍｍ以上、３．７５ｍｍ以下であり、
前記一対のミラーは、前記固体レーザ媒質の対向する２つの面に直接コーティングされた反射膜で構成され、
前記固体レーザ媒質の前記半導体レーザからレーザ光が入射する一方の面には前記レーザ光について無反射でかつ波長１３４０ｎｍの発振光に対して高反射のミラーがコーティングされ、前記固体レーザ媒質の前記一方の面と対向する他方の面には波長１３４０ｎｍの発振光を反射するとともにその一部を透過するミラーがコーティングされ、
前記結合光学系に入射する前の前記第１のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと前記偏光ビームスプリッタ間の距離と、前記結合光学系に入射する前の前記第２のレーザ光源からのレーザ光のビームウェストと前記偏光ビームスプリッタ間の距離とを等しくしたことを特徴とする光学装置。
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