JP4242141B2 - 固体レーザ装置 - 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装置、特に固体レーザ装置に係り、共振器により２波長で発振し共振器内で波長変換する固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザからのレーザビームの周波数を変換するものとして内部共振型ＳＨＧ方式を用いたＬＤ励起固体レーザがある。
【０００３】
図５に於いて、１波長発振のＬＤ励起固体レーザの概略を説明する。
【０００４】
図５中、２は発光部、３は光共振部である。前記発光部２はＬＤ発光器４、集光レンズ５を具備し、更に前記光共振部３は誘電体反射膜７が形成されたレーザ結晶８、非線形光学媒質（ＮＬＯ）９、誘電体反射膜１１が形成された凹面鏡１２であり、前記光共振部３に於いてレーザビームをポンピングし、共振、増幅して出力している。尚、前記レーザ結晶８としては、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、前記非線形光学媒質９としてはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が挙げられる。
【０００５】
更に説明すると以下の通りである。
【０００６】
レーザ光源１は、例えば波長８０９nmのレーザビームを射出する為のものであり、半導体レーザである前記ＬＤ発光器４が使用されている。又、該ＬＤ発光器４が励起光を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。尚、前記レーザ光源１は半導体レーザに限ることなく、レーザビームを生じさせることができれば、何れの光源手段をも採用することができる。
【０００７】
前記レーザ結晶８は光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶８には、発振線が１０６４nmのＮｄ：ＹＶＯ4 が使用される。その他、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用され、ＹＡＧは、９４６nm、１０６４nm、１３１９nm等の発振線を有している。又、発振線が７００〜９００nmのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【０００８】
前記レーザ結晶８の前記ＬＤ発光器４側には、第１の誘電体反射膜７が形成されている。該第１の誘電体反射膜７は、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームに対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【０００９】
前記凹面鏡１２は、前記レーザ結晶８に対向する様に構成されており、前記凹面鏡１２のレーザ結晶８側は、適宜の半径を有する凹面球面鏡の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜１１が形成されている。該第２の誘電体反射膜１１は、前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００１０】
以上の様に、前記レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の第２の誘電体反射膜１１とを組合わせ、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームを集光レンズ５を介して前記レーザ結晶８にポンピングさせると、該レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記第２の誘電体反射膜１１との間で光が往復し、光を長時間閉込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００１１】
前記レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２とから構成された光共振器内に非線形光学媒質９が挿入されている。該非線形光学媒質９にレーザビームの様に強力なコヒーレント光が入射すると、光周波数を２倍にする第２次高調波が発生する。該第２次高調波（ＳＨＧ）発生は、ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。従って、前記レーザ光源１からは、波長５３２nmのレーザビームが射出される。
【００１２】
前記したレーザ光源１は前記非線形光学媒質９を、前記レーザ結晶８と凹面鏡１２とから構成された光共振器内に挿入しているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、励起光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できるという効果がある。
【００１３】
又、入射された基本周波のレーザビームを異なる２波長に発振し、和周波（Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＳＦＭ））、差周波（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＤＦＭ））を用いて更に異なる周波数に変換する固体レーザ装置がある。
【００１４】
斯かる固体レーザ装置について、図６により説明する。尚、図６に於いて、前記ＬＤ発光器４、集光レンズ５は省略してある。
【００１５】
前記ＬＤ発光器４側より凹面鏡１２、レーザ結晶８、第１平面反射鏡１４、非線形光学媒質９、第２平面反射鏡１５、第３平面反射鏡１６が配設されている。
【００１６】
前記凹面鏡１２は波長λi （図示では８０９nm）に対して高透過であり、波長λ1 （図示では１３４２nm）、波長λ2 （図示では１０６４nm）に対して高反射であり、前記第１平面反射鏡１４はＳＨＧ（図示では波長λ3 ＝５９３nm）に対して高反射であり、波長λ1 、波長λ2 に対して高透過であり、前記第２平面反射鏡１５は波長λ3 、波長λ2 に対して高透過であり、波長λ1 に対して高反射であり、前記第３平面反射鏡１６は波長λ3 に対して高透過であり、波長λ2 に対しては高反射となっている。
【００１７】
前記凹面鏡１２を通して入射した励起光λi はレーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）を励起し、自然放出光のうち波長λ1 とλ2 の光は前記凹面鏡１２と前記第２平面反射鏡１５間、及び前記凹面鏡１２と前記第３平面反射鏡１６間でポンピングして共振し、λ1 の波長が励起増幅され、又λ2 の波長が励起増幅され、更に両波長のレーザビームが前記非線形光学媒質９を透過することで、両波長の和周波λ3 が得られ、前記第３平面反射鏡１６を透過して射出される。
【００１８】
尚、和周波（ＳＦＭ）の場合、１／λ3 ＝１／λ1 ＋１／λ2 の関係がある。又、前記非線形光学媒質９を選択することで、差周波（ＤＦＭ）も得られ、この場合、１／λ3 ＝１／λ1 −１／λ2 の関係がある。（λ1 ＜λ2 とする）
【００１９】
和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させる上記した固体レーザ装置の周波数変換では、前記非線形光学媒質９を光共振器内部に配置することで、高効率で波長変換ができるという利点がある。
【００２０】
上記従来例としては、例えば非特許文献１に記載されたものがある。
【００２１】
【非特許文献１】
Ｆ．Ｃｈｅｎ．ａｎｄ Ｓ．Ｗ．Ｔｓｓｉ Ｏｐｔ．Ｌｅｆｔ．２７（２００２）３９７．
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図６で示した固体レーザ装置では、和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させて周波数変換を行っており、高効率で波長変換ができるという利点がある一方で下記の不具合がある。
【００２３】
前記レーザ結晶８に入力できるレーザビームは結晶の破壊閾値で励起入力制限を受ける為、高出力を得るのが難しい。
【００２４】
又、励起効率を上げるには波長λ1 の基本波と波長λ2 の基本波が同一光軸上となる必要があるが、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６が共通の光軸上に設けられているので、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６を調整して波長λ1 、波長λ2 の２つの光軸を完全に一致させることが困難である。
【００２５】
更に、前記非線形光学媒質９はレーザビームのエネルギ密度の高い部分（ビームウェスト）に設けられることが効率上求められる。ビームウェスト（ω）は下記の式１で求められ、又前記凹面鏡１２が波長λ 1 、波長λ 2 に対して共通に設けられているので、波長λが異なるとビームウェスト位置も異なる。従って、図６に示される様に前記レーザ結晶８が波長λ1 、波長λ2 に対して共通に設けられると、前記非線形光学媒質９を波長λ1 、波長λ2 のビームウェストの位置とすることはできないので、励起効率が低下するという問題があった。
【００２６】
ω＝√｛λ√［Ｌ（Ｒ−Ｌ）］／π｝…（式１）
但し、Ｌは共振器長、Ｒは凹面鏡の曲率である。
【００２７】
本発明は斯かる実情に鑑み、高出力が得られ、２波長の光軸合せが容易で而も高効率で周数変換が可能な固体レーザ装置を提供するものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一光軸上に第１共振器、第２共振器が構成され、前記第１共振器は第１光軸を有し、前記第２共振器は第２光軸を有し、前記第１光軸、第２光軸はそれぞれ共有光軸部、個別光軸部を有すると共に共有光軸部が重合し、前記第１光軸の個別光軸部に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の個別光軸部に第２固体レーザ媒質が設けられ、前記共有光軸部に波長変換用光学結晶が設けられ、前記個別光軸部の一方に出力用の波長分離板を設けた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器は凹面鏡、平面鏡を具備し、前記凹面鏡はそれぞれ個別光軸部に設けられ、前記平面鏡は共有光軸部に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と前記第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とは独立して駆動可能である固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の両面側に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第２固体レーザ媒質側の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第１固体レーザ媒質側の反射面間で構成される固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ第１共振器、第２共振器の個別光軸部上の励起光の集光部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記波長変換用光学部材は共通光軸部分のビームウェスト部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器の少なくとも一方がＱ−ｓｗを具備する固体レーザ装置に係り、又異なる波長変換用光学結晶を複数具備し、該波長変換用光学結晶を個別に共有光軸部に挿脱可能とした固体レーザ装置に係り、又前記第１の発光部と前記第２の発光部は複数のＬＤ発光素子を有し、各ＬＤ発光素子からのレーザビームは光ファイバで束ねられ前記第１共振器、前記第２共振器に入射される固体レーザ装置に係り、更に又前記固体レーザ装置を複数具備し、該固体レーザ装置から射出されるレーザビームを同一光軸となる様結合する光学手段を具備する固体レーザ装置に係るものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は第１の実施の形態を示しており、同一光軸上に第１凹面鏡２２、第１固体レーザ媒質２３、第２共振器用反射鏡２４、波長変換用光学結晶（ＮＬＯ）２５、第１共振器用反射鏡２６、出力用波長分離板３４、第２固体レーザ媒質３３、第２凹面鏡３２が配設され、前記第１凹面鏡２２と前記第１共振器用反射鏡２６間で第１共振器３０が形成され、前記第２凹面鏡３２と前記第２共振器用反射鏡２４間で第２共振器３７が形成される。而して、前記第２共振器用反射鏡２４と第１共振器用反射鏡２６間は第１光軸２０と第２光軸２９の共有部分となっている。
【００３１】
第１集光レンズユニット２１と対向してＬＤ発光器２７が配設され、該ＬＤ発光器２７は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ２８により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第１集光レンズユニット２１に入射される。
【００３２】
第２集光レンズユニット３１と対向してＬＤ発光器３５が配設され、該ＬＤ発光器３５は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ３６により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第２集光レンズユニット３１に入射される。
【００３３】
前記第１凹面鏡２２は励起光である波長λを高透過で、第１基本波の波長λ1 については高反射であり、前記第２共振器用反射鏡２４は波長λ1 について高透過で、第２基本波の波長λ2 については高反射であると共に波長変換光の波長λ3 （和周波（ＳＦＭ）或は差周波（ＤＦＭ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる）についても高反射となっている。前記第１共振器用反射鏡２６は第１基本波λ1 については高反射であり、第２基本波λ2 、波長変換光λ3 については高透過である。
【００３４】
前記出力用波長分離板３４は第２基本波λ2 については高透過であり、波長変換光λ3 については高反射となっている。前記第２凹面鏡３２は、励起光λについては高透過で、第２基本波λ2 については高反射となっている。
【００３５】
上記構成に於いて、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５は励起光としてλ＝８０９nmを射出し、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３として１３４２nm、１０６４nmの発振線を有するＮｄ：ＹＶＯ4 が使用され、又この場合、前記波長変換用光学結晶２５としてＫＴＰが使用される。前記第１凹面鏡２２の反射面と前記第１共振器用反射鏡２６の反射面との距離Ｌ１と、前記第２凹面鏡３２の反射面と前記第１共振器用反射鏡２６の反射面との距離Ｌ２は第１共振器のビームウェストω1 と第２共振器のビームウェストω2 とが略等しくなる様に設定される。
【００３６】
尚、式１より
ω 1 2 ＝λ 1 √ [ Ｌ 1 （Ｒ 1 −Ｌ 1 ） ] ／π
ω 2 2 ＝λ 2 √ [ Ｌ 2 （Ｒ 2 −Ｌ 2 ） ] ／π
ω1 とω2 が略同等とすると
λ1 2 Ｌ1 （Ｒ1 −Ｌ1 ）＝λ2 2 Ｌ2 （Ｒ2 −Ｌ2 ）
である。（Ｒ1 ，Ｒ2 は凹面鏡２２，３２の曲率半径）
【００３７】
前記ＬＤ発光器２７から射出されたレーザビームは前記光ファイバ２８を経て前記第１集光レンズユニット２１により前記第１固体レーザ媒質２３に集光し、前記第１凹面鏡２２と前記第１共振器用反射鏡２６間で第１基本波λ1 ＝１３４２nmのレーザビームが発振される。又、前記ＬＤ発光器３５から射出されたレーザビームは前記光ファイバ３６を経て前記第２集光レンズユニット３１により前記第２固体レーザ媒質３３内に集光し、前記第２共振器用反射鏡２４と前記第２凹面鏡３２との間で第２基本波λ2 ＝１０６４nmのレーザビームが発振される。
【００３８】
更に第１基本波λ1 、第２基本波λ2 のレーザビームが前記波長変換用光学結晶２５を透過することで、５９３nmの和周波が発生し、前記第２共振器用反射鏡２４に向かう波長５９３nmのレーザビームは該中間鏡２４で反射され、前記出力用波長分離板３４で反射され、波長５９３nmのレーザビームとして射出される。
【００３９】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器３０と第２共振器３７とは光学的に前記波長変換用光学結晶２５以外は分離した構成となっているので、前記ＬＤ発光器２７から前記第１共振器３０内に入射した励起光は図中では第１凹面鏡２２と第２共振器用反射鏡２４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第１固体レーザ媒質２３内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記ＬＤ発光器３５から前記第２共振器３７に入射したレーザビームは図中では第２凹面鏡３２と出力用波長分離板３４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第２固体レーザ媒質３３内又は近傍となる位置に設けられる。
【００４０】
前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。更に、２つの励起光の偏光を平行或は直交させることが可能な為、前記波長変換用光学結晶２５に制限はなく、全ての波長変換用光学結晶の使用が可能である。
【００４１】
前記第１光軸２０、第２光軸２９の共通部分を完全に合致させることが可能であり、又完全に合致させることで、波長変換用光学結晶２５の変換効率が向上する。
【００４２】
又、第１共振器と第２共振器とが同じ波長（λ1 ＝λ2 ）で発振する様にしてもよい。この場合、波長分離板３４は偏光分離板（Ｐ／Ｓ）を用いる。発振波長は例えばＮｄ：ＹＡＧなら１０６４nm（５３２nmで緑）となる。
【００４３】
尚、該波長変換用光学結晶２５を複数用意し、それぞれ差周波ＤＦＭ、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）用に角度調整し、個別に前記第１光軸２０、第２光軸２９の共有光軸部に挿入することで、ＤＦＭとして５１３６nm、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）として６７１nm、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）として５３２nmが得られる。
【００４４】
即ち、前記ＬＤ発光器２７、前記ＬＤ発光器３５の両方からレーザビームが入射された状態で、ＤＦＭ用の波長変換用光学結晶２５が挿入されると、差周波ＤＦＭのレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器２７のみからのレーザビームが入射された状態で、１３４２nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長６７１nmのレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器３５のみからのレーザビームが入射された状態で、１０６４nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長５３２nmのレーザビームが出力される。
【００４５】
前記構成で前記第１固体レーザ媒質２３には前記ＬＤ発光器２７からのレーザビーム、前記第２固体レーザ媒質３３には前記ＬＤ発光器３５からのレーザビームが単独で入射するので、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３に掛る負荷が少なく、又２組のＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５からのレーザビームにより波長変換光が得られるので高出力となる。
【００４６】
尚、上記波長変換用光学結晶２５としてはＫＴＰの他に、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3 Ｏ5 トリホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）等も採用される。
【００４７】
図２は、第２の実施の形態を示している。図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明を省略してある。
【００４８】
第２共振器３７の第２固体レーザ媒質３３と前記出力用波長分離板３４間にＱ−ｓｗ３９が配設される。該Ｑ−ｓｗ３９は過飽和吸収体（結晶体）から構成される。該Ｑ−ｓｗ３９は入射したレーザビームを過飽和吸収し、吸収量が所定レベルを越えるとレーザビームを射出するので、前記Ｑ−ｓｗ３９はスイッチング作用を有している。従って、固体レーザ装置から射出されるレーザビームは前記Ｑ−ｓｗ３９のスイッチング作用により、パルス状に射出される。
【００４９】
尚、該Ｑ−ｓｗ３９の材質としては、例えばＣｒ：ＹＡＧ、ＡＯ（音響光学素子）等が挙げられる。
【００５０】
通常レーザ結晶の結晶端面は、励起による熱レンズ効果で凹面鏡作用を生じる。従って、前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２を省略し、第１固体レーザ媒質２３のＬＤ発光器２７側の端面、第２固体レーザ媒質３３のＬＤ発光器３５側の端面に共振器用反射面を形成してもよい。
【００５１】
図３、図４に示す第３の実施の形態では、上記実施の形態中の第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、第２共振器用反射鏡２４、第１共振器用反射鏡２６を省略した場合である。
【００５２】
同一光軸上にＬＤ発光器２７と第１固体レーザ媒質２３を対向して配設し、該第１固体レーザ媒質２３に波長変換用光学結晶２５を連設し、出力用波長分離板３４を挾んで第２固体レーザ媒質３３を配設し、該第２固体レーザ媒質３３に対向してＬＤ発光器３５が設けられている。
【００５３】
前記第１固体レーザ媒質２３の前記ＬＤ発光器２７と対峙する面には励起光λが高透過で第１基本波λ1 について高反射の誘電体反射膜４０が形成され、前記第１固体レーザ媒質２３の前記ＬＤ発光器２７との反対峙面には前記第１基本波λ1 が高透過で、第２基本波λ2 、波長変換光λ3 が高反射の誘電体反射膜４１が形成される。尚、該誘電体反射膜４１は前記波長変換用光学結晶２５の第１固体レーザ媒質２３に対峙する面に形成されてもよい。
【００５４】
前記波長変換用光学結晶２５の前記出力用波長分離板３４に面する側には膜４２が形成され、該膜４２は前記第１基本波λ1 、第２基本波λ2 、波長変換光λ3 が高透過となっている。又、前記出力用波長分離板３４は前記第１基本波λ1 、第２基本波λ2 が高透過で、波長変換光λ3 が高反射となっている。前記第２固体レーザ媒質３３の前記出力用波長分離板３４に面する側には誘電体反射膜４３が形成され、前記ＬＤ発光器３５に対峙する面には誘電体反射膜４４が形成され、前記誘電体反射膜４３は前記第２基本波λ2 が高透過で、第１基本波λ1 が高反射となっており、前記誘電体反射膜４４は励起光λが高透過で第２基本波λ2 が高反射となっている。
【００５５】
而して、前記誘電体反射膜４０と前記誘電体反射膜４３との間で第１共振器が構成され、前記誘電体反射膜４４と前記誘電体反射膜４１との間で第２共振器が構成される。
【００５６】
尚、第３の実施の形態での作用については、図１中で示した第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。第３の実施の形態では第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、第２共振器用反射鏡２４、第１共振器用反射鏡２６を省略したので、固体レーザ装置の小型化が可能である。
【００５７】
尚、前記第１固体レーザ媒質２３と前記波長変換用光学結晶２５とを連設する場合、いずれか一方、例えば波長変換用光学結晶２５の周囲に蒸着により膜を形成すれば前記第１固体レーザ媒質２３と波長変換用光学結晶２５を密着させて設けても該波長変換用光学結晶２５と前記第１固体レーザ媒質２３間に光学的間隙を形成することができる。
【００５８】
又、図１で示した固体レーザ装置を複数設け、射出されるレーザビームを光ファイバ等の光学手段を用いて結合する様にしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、同一光軸上に第１共振器、第２共振器が構成され、前記第１共振器は第１光軸を有し、前記第２共振器は第２光軸を有し、前記第１光軸、第２光軸はそれぞれ共有光軸部、個別光軸部を有すると共に共有光軸部が重合し、前記第１光軸の個別光軸部に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の個別光軸部に第２固体レーザ媒質が設けられ、前記共有光軸部に波長変換用光学結晶が設けられ、前記個別光軸部の一方に出力用の波長分離板を設けたので、第１共振器と、第２共振器それぞれに個別に励起光を入射でき、高出力が得られ、第１共振器、第２共振器の光軸が分離しているので、２波長の光軸合せが容易である。
【００６０】
又、前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の両面側に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第２固体レーザ媒質側の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第１固体レーザ媒質側の反射面間で構成されるので、反射鏡を別途設ける必要がなく、構造を簡潔にできると共に小型化が可能である。
【００６１】
又、前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ第１共振器、第２共振器の個別光軸部上の励起光の集光部分に設けられたので、高効率で励起が可能であり、又光軸合せが容易にでき、第１共振器と第２共振器の共有部分にそれぞれの基本波のビームウェストが形成され、波長変換用光学結晶を置くことにより、高効率で周波数変換が可能である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す要部概略構成平面図である。
【図４】同前本発明の第３の実施の形態を示す要部概略構成正面図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【図６】他の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
２０ 第１光軸
２２ 第１凹面鏡
２３ 第１固体レーザ媒質
２４ 第２共振器用反射鏡
２５ 波長変換用光学結晶
２６ 第１共振器用反射鏡
２７ ＬＤ発光器
２８ 光ファイバ
２９ 第２光軸
３０ 第１共振器
３２ 第２凹面鏡
３３ 第２固体レーザ媒質
３４ 出力用波長分離板
３５ ＬＤ発光器
３６ 光ファイバ
３７ 第２共振器
４０ 誘電体反射膜
４１ 誘電体反射膜
４２ 膜
４３ 誘電体反射膜
４４ 誘電体反射膜
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置、特に固体レーザ装置に係り、共振器により２波長で発振し共振器内で波長変換する固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザからのレーザビームの周波数を変換するものとして内部共振型ＳＨＧ方式を用いたＬＤ励起固体レーザがある。
【０００３】
図５に於いて、１波長発振のＬＤ励起固体レーザの概略を説明する。
【０００４】
図５中、２は発光部、３は光共振部である。前記発光部２はＬＤ発光器４、集光レンズ５を具備し、更に前記光共振部３は誘電体反射膜７が形成されたレーザ結晶８、非線形光学媒質（ＮＬＯ）９、誘電体反射膜１１が形成された凹面鏡１２であり、前記光共振部３に於いてレーザビームをポンピングし、共振、増幅して出力している。尚、前記レーザ結晶８としては、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、前記非線形光学媒質９としてはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が挙げられる。
【０００５】
更に説明すると以下の通りである。
【０００６】
レーザ光源１は、例えば波長８０９nmのレーザビームを射出する為のものであり、半導体レーザである前記ＬＤ発光器４が使用されている。又、該ＬＤ発光器４が励起光を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。尚、前記レーザ光源１は半導体レーザに限ることなく、レーザビームを生じさせることができれば、何れの光源手段をも採用することができる。
【０００７】
前記レーザ結晶８は光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶８には、発振線が１０６４nmのＮｄ：ＹＶＯ4 が使用される。その他、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用され、ＹＡＧは、９４６nm、１０６４nm、１３１９nm等の発振線を有している。又、発振線が７００〜９００nmのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【０００８】
前記レーザ結晶８の前記ＬＤ発光器４側には、第１の誘電体反射膜７が形成されている。該第１の誘電体反射膜７は、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームに対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【０００９】
前記凹面鏡１２は、前記レーザ結晶８に対向する様に構成されており、前記凹面鏡１２のレーザ結晶８側は、適宜の半径を有する凹面球面鏡の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜１１が形成されている。該第２の誘電体反射膜１１は、前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００１０】
以上の様に、前記レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の第２の誘電体反射膜１１とを組合わせ、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームを集光レンズ５を介して前記レーザ結晶８にポンピングさせると、該レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記第２の誘電体反射膜１１との間で光が往復し、光を長時間閉込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００１１】
前記レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２とから構成された光共振器内に非線形光学媒質９が挿入されている。該非線形光学媒質９にレーザビームの様に強力なコヒーレント光が入射すると、光周波数を２倍にする第２次高調波が発生する。該第２次高調波（ＳＨＧ）発生は、ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。従って、前記レーザ光源１からは、波長５３２nmのレーザビームが射出される。
【００１２】
前記したレーザ光源１は前記非線形光学媒質９を、前記レーザ結晶８と凹面鏡１２とから構成された光共振器内に挿入しているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、励起光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できるという効果がある。
【００１３】
又、入射された基本周波のレーザビームを異なる２波長に発振し、和周波（Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＳＦＭ））、差周波（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＤＦＭ））を用いて更に異なる周波数に変換する固体レーザ装置がある。
【００１４】
斯かる固体レーザ装置について、図６により説明する。尚、図６に於いて、前記ＬＤ発光器４、集光レンズ５は省略してある。
【００１５】
前記ＬＤ発光器４側より凹面鏡１２、レーザ結晶８、第１平面反射鏡１４、非線形光学媒質９、第２平面反射鏡１５、第３平面反射鏡１６が配設されている。
【００１６】
前記凹面鏡１２は波長λi （図示では８０９nm）に対して高透過であり、波長λ1 （図示では１３４２nm）、波長λ2 （図示では１０６４nm）に対して高反射であり、前記第１平面反射鏡１４はＳＨＧ（図示では波長λ3 ＝５９３nm）に対して高反射であり、波長λ1 、波長λ2 に対して高透過であり、前記第２平面反射鏡１５は波長λ3 、波長λ2 に対して高透過であり、波長λ1 に対して高反射であり、前記第３平面反射鏡１６は波長λ3 に対して高透過であり、波長λ2 に対しては高反射となっている。
【００１７】
前記凹面鏡１２を通して入射した励起光λi はレーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）を励起し、自然放出光のうち波長λ1 とλ2 の光は前記凹面鏡１２と前記第２平面反射鏡１５間、及び前記凹面鏡１２と前記第３平面反射鏡１６間でポンピングして共振し、λ1 の波長が励起増幅され、又λ2 の波長が励起増幅され、更に両波長のレーザビームが前記非線形光学媒質９を透過することで、両波長の和周波λ3 が得られ、前記第３平面反射鏡１６を透過して射出される。
【００１８】
尚、和周波（ＳＦＭ）の場合、１／λ3 ＝１／λ1 ＋１／λ2 の関係がある。又、前記非線形光学媒質９を選択することで、差周波（ＤＦＭ）も得られ、この場合、１／λ3 ＝１／λ1 −１／λ2 の関係がある。（λ1 ＜λ2 とする）
【００１９】
和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させる上記した固体レーザ装置の周波数変換では、前記非線形光学媒質９を光共振器内部に配置することで、高効率で波長変換ができるという利点がある。
【００２０】
上記従来例としては、例えば非特許文献１に記載されたものがある。
【００２１】
【非特許文献１】
Ｆ．Ｃｈｅｎ．ａｎｄ Ｓ．Ｗ．Ｔｓｓｉ Ｏｐｔ．Ｌｅｆｔ．２７（２００２）３９７．
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図６で示した固体レーザ装置では、和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させて周波数変換を行っており、高効率で波長変換ができるという利点がある一方で下記の不具合がある。
【００２３】
前記レーザ結晶８に入力できるレーザビームは結晶の破壊閾値で励起入力制限を受ける為、高出力を得るのが難しい。
【００２４】
又、励起効率を上げるには波長λ1 の基本波と波長λ2 の基本波が同一光軸上となる必要があるが、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６が共通の光軸上に設けられているので、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６を調整して波長λ1 、波長λ2 の２つの光軸を完全に一致させることが困難である。
【００２５】
更に、前記非線形光学媒質９はレーザビームのエネルギ密度の高い部分（ビームウェスト）に設けられることが効率上求められる。ビームウェスト（ω）は下記の式１で求められ、又前記凹面鏡１２が波長λ 1 、波長λ 2 に対して共通に設けられているので、波長λが異なるとビームウェスト位置も異なる。従って、図６に示される様に前記レーザ結晶８が波長λ1 、波長λ2 に対して共通に設けられると、前記非線形光学媒質９を波長λ1 、波長λ2 のビームウェストの位置とすることはできないので、励起効率が低下するという問題があった。
【００２６】
ω＝√｛λ√［Ｌ（Ｒ−Ｌ）］／π｝…（式１）
但し、Ｌは共振器長、Ｒは凹面鏡の曲率である。
【００２７】
本発明は斯かる実情に鑑み、高出力が得られ、２波長の光軸合せが容易で而も高効率で周数変換が可能な固体レーザ装置を提供するものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一光軸上に第１共振器、第２共振器が構成され、前記第１共振器は第１光軸を有し、前記第２共振器は第２光軸を有し、前記第１光軸、第２光軸はそれぞれ共有光軸部、個別光軸部を有すると共に共有光軸部が重合し、前記第１光軸の個別光軸部に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の個別光軸部に第２固体レーザ媒質が設けられ、前記共有光軸部に波長変換用光学結晶が設けられ、前記個別光軸部の一方に出力用の波長分離板を設けた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器は凹面鏡、平面鏡を具備し、前記凹面鏡はそれぞれ個別光軸部に設けられ、前記平面鏡は共有光軸部に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と前記第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とは独立して駆動可能である固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の両面側に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第２固体レーザ媒質側の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第１固体レーザ媒質側の反射面間で構成される固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ第１共振器、第２共振器の個別光軸部上の励起光の集光部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記波長変換用光学部材は共通光軸部分のビームウェスト部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器の少なくとも一方がＱ−ｓｗを具備する固体レーザ装置に係り、又異なる波長変換用光学結晶を複数具備し、該波長変換用光学結晶を個別に共有光軸部に挿脱可能とした固体レーザ装置に係り、又前記第１の発光部と前記第２の発光部は複数のＬＤ発光素子を有し、各ＬＤ発光素子からのレーザビームは光ファイバで束ねられ前記第１共振器、前記第２共振器に入射される固体レーザ装置に係り、更に又前記固体レーザ装置を複数具備し、該固体レーザ装置から射出されるレーザビームを同一光軸となる様結合する光学手段を具備する固体レーザ装置に係るものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は第１の実施の形態を示しており、同一光軸上に第１凹面鏡２２、第１固体レーザ媒質２３、第２共振器用反射鏡２４、波長変換用光学結晶（ＮＬＯ）２５、第１共振器用反射鏡２６、出力用波長分離板３４、第２固体レーザ媒質３３、第２凹面鏡３２が配設され、前記第１凹面鏡２２と前記第１共振器用反射鏡２６間で第１共振器３０が形成され、前記第２凹面鏡３２と前記第２共振器用反射鏡２４間で第２共振器３７が形成される。而して、前記第２共振器用反射鏡２４と第１共振器用反射鏡２６間は第１光軸２０と第２光軸２９の共有部分となっている。
【００３１】
第１集光レンズユニット２１と対向してＬＤ発光器２７が配設され、該ＬＤ発光器２７は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ２８により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第１集光レンズユニット２１に入射される。
【００３２】
第２集光レンズユニット３１と対向してＬＤ発光器３５が配設され、該ＬＤ発光器３５は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ３６により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第２集光レンズユニット３１に入射される。
【００３３】
前記第１凹面鏡２２は励起光である波長λを高透過で、第１基本波の波長λ1 については高反射であり、前記第２共振器用反射鏡２４は波長λ1 について高透過で、第２基本波の波長λ2 については高反射であると共に波長変換光の波長λ3 （和周波（ＳＦＭ）或は差周波（ＤＦＭ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる）についても高反射となっている。前記第１共振器用反射鏡２６は第１基本波λ1 については高反射であり、第２基本波λ2 、波長変換光λ3 については高透過である。
【００３４】
前記出力用波長分離板３４は第２基本波λ2 については高透過であり、波長変換光λ3 については高反射となっている。前記第２凹面鏡３２は、励起光λについては高透過で、第２基本波λ2 については高反射となっている。
【００３５】
上記構成に於いて、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５は励起光としてλ＝８０９nmを射出し、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３として１３４２nm、１０６４nmの発振線を有するＮｄ：ＹＶＯ4 が使用され、又この場合、前記波長変換用光学結晶２５としてＫＴＰが使用される。前記第１凹面鏡２２の反射面と前記第１共振器用反射鏡２６の反射面との距離Ｌ１と、前記第２凹面鏡３２の反射面と前記第１共振器用反射鏡２６の反射面との距離Ｌ２は第１共振器のビームウェストω1 と第２共振器のビームウェストω2 とが略等しくなる様に設定される。
【００３６】
尚、式１より
ω 1 2 ＝λ 1 √ [ Ｌ 1 （Ｒ 1 −Ｌ 1 ） ] ／π
ω 2 2 ＝λ 2 √ [ Ｌ 2 （Ｒ 2 −Ｌ 2 ） ] ／π
ω1 とω2 が略同等とすると
λ1 2 Ｌ1 （Ｒ1 −Ｌ1 ）＝λ2 2 Ｌ2 （Ｒ2 −Ｌ2 ）
である。（Ｒ1 ，Ｒ2 は凹面鏡２２，３２の曲率半径）
【００３７】
前記ＬＤ発光器２７から射出されたレーザビームは前記光ファイバ２８を経て前記第１集光レンズユニット２１により前記第１固体レーザ媒質２３に集光し、前記第１凹面鏡２２と前記第１共振器用反射鏡２６間で第１基本波λ1 ＝１３４２nmのレーザビームが発振される。又、前記ＬＤ発光器３５から射出されたレーザビームは前記光ファイバ３６を経て前記第２集光レンズユニット３１により前記第２固体レーザ媒質３３内に集光し、前記第２共振器用反射鏡２４と前記第２凹面鏡３２との間で第２基本波λ2 ＝１０６４nmのレーザビームが発振される。
【００３８】
更に第１基本波λ1 、第２基本波λ2 のレーザビームが前記波長変換用光学結晶２５を透過することで、５９３nmの和周波が発生し、前記第２共振器用反射鏡２４に向かう波長５９３nmのレーザビームは該中間鏡２４で反射され、前記出力用波長分離板３４で反射され、波長５９３nmのレーザビームとして射出される。
【００３９】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器３０と第２共振器３７とは光学的に前記波長変換用光学結晶２５以外は分離した構成となっているので、前記ＬＤ発光器２７から前記第１共振器３０内に入射した励起光は図中では第１凹面鏡２２と第２共振器用反射鏡２４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第１固体レーザ媒質２３内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記ＬＤ発光器３５から前記第２共振器３７に入射したレーザビームは図中では第２凹面鏡３２と出力用波長分離板３４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第２固体レーザ媒質３３内又は近傍となる位置に設けられる。
【００４０】
前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。更に、２つの励起光の偏光を平行或は直交させることが可能な為、前記波長変換用光学結晶２５に制限はなく、全ての波長変換用光学結晶の使用が可能である。
【００４１】
前記第１光軸２０、第２光軸２９の共通部分を完全に合致させることが可能であり、又完全に合致させることで、波長変換用光学結晶２５の変換効率が向上する。
【００４２】
又、第１共振器と第２共振器とが同じ波長（λ1 ＝λ2 ）で発振する様にしてもよい。この場合、波長分離板３４は偏光分離板（Ｐ／Ｓ）を用いる。発振波長は例えばＮｄ：ＹＡＧなら１０６４nm（５３２nmで緑）となる。
【００４３】
尚、該波長変換用光学結晶２５を複数用意し、それぞれ差周波ＤＦＭ、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）用に角度調整し、個別に前記第１光軸２０、第２光軸２９の共有光軸部に挿入することで、ＤＦＭとして５１３６nm、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）として６７１nm、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）として５３２nmが得られる。
【００４４】
即ち、前記ＬＤ発光器２７、前記ＬＤ発光器３５の両方からレーザビームが入射された状態で、ＤＦＭ用の波長変換用光学結晶２５が挿入されると、差周波ＤＦＭのレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器２７のみからのレーザビームが入射された状態で、１３４２nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長６７１nmのレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器３５のみからのレーザビームが入射された状態で、１０６４nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長５３２nmのレーザビームが出力される。
【００４５】
前記構成で前記第１固体レーザ媒質２３には前記ＬＤ発光器２７からのレーザビーム、前記第２固体レーザ媒質３３には前記ＬＤ発光器３５からのレーザビームが単独で入射するので、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３に掛る負荷が少なく、又２組のＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５からのレーザビームにより波長変換光が得られるので高出力となる。
【００４６】
尚、上記波長変換用光学結晶２５としてはＫＴＰの他に、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3 Ｏ5 トリホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）等も採用される。
【００４７】
図２は、第２の実施の形態を示している。図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明を省略してある。
【００４８】
第２共振器３７の第２固体レーザ媒質３３と前記出力用波長分離板３４間にＱ−ｓｗ３９が配設される。該Ｑ−ｓｗ３９は過飽和吸収体（結晶体）から構成される。該Ｑ−ｓｗ３９は入射したレーザビームを過飽和吸収し、吸収量が所定レベルを越えるとレーザビームを射出するので、前記Ｑ−ｓｗ３９はスイッチング作用を有している。従って、固体レーザ装置から射出されるレーザビームは前記Ｑ−ｓｗ３９のスイッチング作用により、パルス状に射出される。
【００４９】
尚、該Ｑ−ｓｗ３９の材質としては、例えばＣｒ：ＹＡＧ、ＡＯ（音響光学素子）等が挙げられる。
【００５０】
通常レーザ結晶の結晶端面は、励起による熱レンズ効果で凹面鏡作用を生じる。従って、前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２を省略し、第１固体レーザ媒質２３のＬＤ発光器２７側の端面、第２固体レーザ媒質３３のＬＤ発光器３５側の端面に共振器用反射面を形成してもよい。
【００５１】
図３、図４に示す第３の実施の形態では、上記実施の形態中の第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、第２共振器用反射鏡２４、第１共振器用反射鏡２６を省略した場合である。
【００５２】
同一光軸上にＬＤ発光器２７と第１固体レーザ媒質２３を対向して配設し、該第１固体レーザ媒質２３に波長変換用光学結晶２５を連設し、出力用波長分離板３４を挾んで第２固体レーザ媒質３３を配設し、該第２固体レーザ媒質３３に対向してＬＤ発光器３５が設けられている。
【００５３】
前記第１固体レーザ媒質２３の前記ＬＤ発光器２７と対峙する面には励起光λが高透過で第１基本波λ1 について高反射の誘電体反射膜４０が形成され、前記第１固体レーザ媒質２３の前記ＬＤ発光器２７との反対峙面には前記第１基本波λ1 が高透過で、第２基本波λ2 、波長変換光λ3 が高反射の誘電体反射膜４１が形成される。尚、該誘電体反射膜４１は前記波長変換用光学結晶２５の第１固体レーザ媒質２３に対峙する面に形成されてもよい。
【００５４】
前記波長変換用光学結晶２５の前記出力用波長分離板３４に面する側には膜４２が形成され、該膜４２は前記第１基本波λ1 、第２基本波λ2 、波長変換光λ3 が高透過となっている。又、前記出力用波長分離板３４は前記第１基本波λ1 、第２基本波λ2 が高透過で、波長変換光λ3 が高反射となっている。前記第２固体レーザ媒質３３の前記出力用波長分離板３４に面する側には誘電体反射膜４３が形成され、前記ＬＤ発光器３５に対峙する面には誘電体反射膜４４が形成され、前記誘電体反射膜４３は前記第２基本波λ2 が高透過で、第１基本波λ1 が高反射となっており、前記誘電体反射膜４４は励起光λが高透過で第２基本波λ2 が高反射となっている。
【００５５】
而して、前記誘電体反射膜４０と前記誘電体反射膜４３との間で第１共振器が構成され、前記誘電体反射膜４４と前記誘電体反射膜４１との間で第２共振器が構成される。
【００５６】
尚、第３の実施の形態での作用については、図１中で示した第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。第３の実施の形態では第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、第２共振器用反射鏡２４、第１共振器用反射鏡２６を省略したので、固体レーザ装置の小型化が可能である。
【００５７】
尚、前記第１固体レーザ媒質２３と前記波長変換用光学結晶２５とを連設する場合、いずれか一方、例えば波長変換用光学結晶２５の周囲に蒸着により膜を形成すれば前記第１固体レーザ媒質２３と波長変換用光学結晶２５を密着させて設けても該波長変換用光学結晶２５と前記第１固体レーザ媒質２３間に光学的間隙を形成することができる。
【００５８】
又、図１で示した固体レーザ装置を複数設け、射出されるレーザビームを光ファイバ等の光学手段を用いて結合する様にしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、同一光軸上に第１共振器、第２共振器が構成され、前記第１共振器は第１光軸を有し、前記第２共振器は第２光軸を有し、前記第１光軸、第２光軸はそれぞれ共有光軸部、個別光軸部を有すると共に共有光軸部が重合し、前記第１光軸の個別光軸部に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の個別光軸部に第２固体レーザ媒質が設けられ、前記共有光軸部に波長変換用光学結晶が設けられ、前記個別光軸部の一方に出力用の波長分離板を設けたので、第１共振器と、第２共振器それぞれに個別に励起光を入射でき、高出力が得られ、第１共振器、第２共振器の光軸が分離しているので、２波長の光軸合せが容易である。
【００６０】
又、前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の両面側に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第２固体レーザ媒質側の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第１固体レーザ媒質側の反射面間で構成されるので、反射鏡を別途設ける必要がなく、構造を簡潔にできると共に小型化が可能である。
【００６１】
又、前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ第１共振器、第２共振器の個別光軸部上の励起光の集光部分に設けられたので、高効率で励起が可能であり、又光軸合せが容易にでき、第１共振器と第２共振器の共有部分にそれぞれの基本波のビームウェストが形成され、波長変換用光学結晶を置くことにより、高効率で周波数変換が可能である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す要部概略構成平面図である。
【図４】同前本発明の第３の実施の形態を示す要部概略構成正面図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【図６】他の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
２０ 第１光軸
２２ 第１凹面鏡
２３ 第１固体レーザ媒質
２４ 第２共振器用反射鏡
２５ 波長変換用光学結晶
２６ 第１共振器用反射鏡
２７ ＬＤ発光器
２８ 光ファイバ
２９ 第２光軸
３０ 第１共振器
３２ 第２凹面鏡
３３ 第２固体レーザ媒質
３４ 出力用波長分離板
３５ ＬＤ発光器
３６ 光ファイバ
３７ 第２共振器
４０ 誘電体反射膜
４１ 誘電体反射膜
４２ 膜
４３ 誘電体反射膜
４４ 誘電体反射膜
Claims (10)
- 同一直線上に、第１凹面鏡と第１共振器用平面鏡との間で第１基本波を発振する第１共振器、第２凹面鏡と第２共振器用平面鏡との間で第２基本波を発振する第２共振器が構成され、前記第１共振器は第１光軸を有し、前記第２共振器は第２光軸を有し、前記第２共振器用平面鏡は前記第１凹面鏡と前記第１共振器用平面鏡との間に設けられ、前記第１光軸、第２光軸は前記第２共振器用平面鏡と前記第１共振器用平面鏡との間が共有光軸部となり、該共有光軸部を除く部分が個別光軸部となり、前記共有光軸部が重合し、前記第１光軸の個別光軸部に第１基本波λ1 を生成する第１固体レーザ媒質と、前記第１共振器に第１励起光を入射させる第１の発光部とが設けられ、前記第２光軸の個別光軸部に第２基本波λ2 を生成する第２固体レーザ媒質と、前記第２共振器に第２励起光を入射させる第２の発光部とが設けられ、前記共有光軸部に波長変換光λ3 を生成する波長変換用光学結晶が、前記第１共振器用平面鏡及び前記第２共振器用平面鏡と隣接する様に設けられ、前記個別光軸部の一方に前記波長変換光λ3 を反射する出力用の波長分離板を設け、前記第１凹面鏡は前記第１励起光に対して高透過であって、前記第１基本波λ1 に対して高反射であり、前記第１共振器用平面鏡は前記第１基本波λ1 に対して高反射であって、前記第２基本波λ2 及び前記波長変換光λ3 に対して高透過であり、前記第２凹面鏡は、前記第２励起光に対して高透過であって、前記第２基本波λ2 に対して高反射であり、前記第２共振器用平面鏡は前記第２基本波λ2 に対して高反射であって、前記第１基本波λ1 及び前記波長変換光λ3 に対して高透過であり、前記第１凹面鏡と前記第１共振器用平面鏡との距離Ｌ1 、前記第１凹面鏡の曲率Ｒ1 により定まる前記第１基本波λ1 のビームウェストと、前記第２凹面鏡と前記第２共振器用平面鏡との距離Ｌ2 、前記第２凹面鏡の曲率Ｒ2 により定まる前記第２基本波λ2 のビームウェストとを略等しくなる様に設定したことを特徴とする固体レーザ装置。
- 前記第１共振器、前記第２共振器は凹面鏡、平面鏡を具備し、前記凹面鏡はそれぞれ個別光軸部に設けられ、前記平面鏡は共有光軸部に設けられた請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と前記第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とは独立して駆動可能である請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の両面側に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第２固体レーザ媒質側の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の第１固体レーザ媒質側の反射面間で構成される請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ第１共振器、第２共振器の個別光軸部上の励起光の集光部分に設けられた請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１基本波λ1 、前記第２基本波λ2 、前記第１凹面鏡と出力鏡との距離Ｌ1 、前記第１凹面鏡の曲率Ｒ1 、前記第２凹面鏡と前記出力鏡との距離Ｌ2 、前記第２凹面鏡の曲率Ｒ2 とが、以下の関係となる様に設定されている請求項１の固体レーザ装置。
λ1 2 Ｌ1 （Ｒ1 −Ｌ1 ）＝λ2 2 Ｌ2 （Ｒ2 −Ｌ2 ） - 前記第１共振器、前記第２共振器の少なくとも一方がＱ−ｓｗを具備する請求項１の固体レーザ装置。
- 異なる波長変換用光学結晶を複数具備し、該波長変換用光学結晶を個別に共有光軸部に挿脱可能とした請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１の発光部と前記第２の発光部は複数のＬＤ発光素子を有し、各ＬＤ発光素子からのレーザビームは光ファイバで束ねられ前記第１共振器、前記第２共振器に入射される請求項３の固体レーザ装置。
- 前記固体レーザ装置を複数具備し、該固体レーザ装置から射出されるレーザビームを同一光軸となる様結合する光学手段を具備する請求項１の固体レーザ装置。
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