JP4608346B2

JP4608346B2 - 固体レーザ装置およびレーザ装置システム

Info

Publication number: JP4608346B2
Application number: JP2005090680A
Authority: JP
Inventors: 正樹廣居; 剛鈴土
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP2006278383A

Description

この発明は固体レーザ装置およびレーザ装置システムに関する。

近来、「レーザプリンタやレーザスキャンディスプレイ、プロジェクタ等の光源」として固体レーザの使用が意図され、固体レーザ装置の小型化の要請に沿うものとして「半導体レーザ励起型の高出力の固体レーザ装置」が開発されつつある。

固体レーザ装置で放熱効果に優れたものとして、レーザ材料を薄型化し、レーザ材料の側面側から半導体レーザによるレーザ光を入射させ励起し、レーザ材料に近接して設けた共振器によりレーザ光を発する構成のものが知られている(特許文献１、２)。励起光の光源としての半導体レーザは発光性能に限界があるため、複数の半導体レーザからのレーザ光束を異なる方向から入射させて必要な光量を得る場合が多い。

レーザ材料から得られたレーザ出力をさらに波長変換素子を通して波長変換することにより、所望の波長のレーザ光を得ることができる。波長変換素子は「屈折率による位相整合を行うもの」が一般的であるが、このような波長変換素子では温度変化により屈折率が敏感に変動しやすく、屈折率が変動すると、波長変換された出力光の出力状態が不安定なものとなる。

固体レーザ装置のコンパクト化のためには、レーザ材料や半導体レーザ、波長変換素子等をコンパクトにレイアウトする必要があるが、レーザ材料や半導体レーザは動作に伴い発熱するため、これらで発生する熱の影響が波長変換素子に及び易いという問題がある。特に、励起光用の光源として、半導体レーザを複数個用いる場合や半導体レーザアレイを用いる場合には、これら光源で発生する熱量も大きくなる。

レーザ光源や半導体レーザで発生する熱の波長変換素子への影響を軽減させる方法として、発熱源である半導体レーザやレーザ材料を強制冷却することが考えられるが、波長変換素子を発熱源となる半導体レーザやレーザ材料と同一の基板上に装荷すると、波長変換素子の温度制御が困難になる。

特許第３５０３５８８ＵＳＰ５５５３０８８

この発明は、上述した事情に鑑み、半導体レーザやレーザ材料で発生する熱が波長変換素子に及び難くし、波長変換された出力光の出力状態を安定化することを課題とする。

この発明の固体レーザ装置は「レーザ材料の側面方向から半導体レーザ光を入射して励起し、光共振器によりレーザ出力を得、得られるレーザ出力を波長変換素子により波長変換する半導体レーザ励起型の固体レーザ装置」であって、以下の如き特徴を有する（請求項１）。

即ち、波長変換素子が「屈折率による位相整合を行うもの」であり、基本波レーザ部と波長変換素子とが熱的に分離され、これらが別個に温度制御されるように構成される。

「レーザ材料」は、固体レーザ装置に関連して広く知られたように、ＧｄＶＯ_４等の結晶やＹＡＧ等のセラミックス材料に添加物をドープさせたものであり、具体的には、例えば、Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４（ネオジウム：ガドニウム・酸化バナジウム）、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＹＶＯ_４（ネオジウム：イットリウム・酸化バナジウム）、Ｙｂ：ＹＡＧ（イッテルビウム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等を好適に用いることができる。上記においてＮｄやＹｂは添加物であり、ＹＡＧ等にドープされ、励起光を吸収して励起され発光する。このように発光する光が光共振器により共振してレーザ光を発生させる。このようにしてレーザ材料から出力されるレーザ出力を「基本波レーザ光」と呼ぶ。

「光共振器」は、レーザ材料の対向する面に直接「反射膜として形成」するようにしてもよいし、少なくとも一方の反射面をレーザ材料とは別体に配置するようにしても良い。

上の説明において「レーザ材料の側面方向から半導体レーザ光を入射して励起」するとは、半導体レーザからの励起光を「光共振器による発光光軸（基本波レーザ光が放射される方向）に対して垂直あるいは垂直に近い角度方向」からレーザ材料に入射させることを意味する。

「波長変換素子」は屈折率により位相整合を行うものであり、具体的には「周期分極反転型ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３（酸化マグネシウム：ニオブ酸リチウム）」を好適に用いることができるほか、周期分極反転型ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ_３（酸化マグネシウム：リチウム・酸化タンタル）や、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４），ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）などを用いることができる。

「基本波レーザ部」は、波長変換素子により波長変換されるべきレーザ光を発生させるための構造部分である。

請求項１記載の固体レーザ装置における波長変換素子は「基本波レーザ部を覆うカバー部」に固定され、カバー部と「基本波レーザ部を含むベース基板」との間に断熱部材を介在させることにより、基本はレーザ部とカバー部との間が、熱的に分離されている。
このようにして、基本波レーザ部からの熱がカバー部を通じて熱伝導により波長変換素子に影響するのを有効に防止することができる。

この請求項１記載の固体レーザ装置において、波長変換素子とカバー部の間に温度調整素子を介在させることができ（請求項２）、このようにすると、温度調整素子により波長変換素子の温度を所望の温度に調整することができる。

請求項１または２記載の固体レーザ装置は「基本波レーザ部から波長変換素子へ向かうレーザ光を集光する集光素子」を有することができる（請求項３）。この場合、集光素子は、基本波レーザ部側に設けることもできるし（請求項４）、カバー部側に設けることもできる（請求項５）。集光素子を用いて、基本波レーザ部から波長変換素子へ向かうレーザ光（基本波レーザ光）を集光することにより、基本波レーザ部からのレーザ光を実質的に１００％波長変換素子に取り込むことが可能となり光利用効率を上げることができる。

請求項１〜５の任意の１に記載の固体レーザ装置は「基本波レーザ部から波長変換部へ向かうレーザ光の光路を屈曲させる光路屈曲素子」を有することができる（請求項６）。光路屈曲素子を用いることにより、固体レーザ装置内における基本波レーザ部に対する波長変換素子の配置レイアウトの自由度が増える。特に、波長変換素子の長手方向を、基本波レーザ部の基板に平行な方向に設定することができ、固体レーザ装置を薄型化できる。

また、請求項６記載の固体レーザ素子における光路屈曲素子は「集光機能を有し、基本波レーザ部から波長変換素子に向かうレーザ光を集光する集光素子」を兼ねることができる(請求項７)。

請求項３〜７の任意の１に記載の固体レーザ装置は、基本波レーザ部から波長変換素子へ向かうレーザ光を集光する集光素子を有する場合、この集光素子が「集光機能を調整可能」であるように構成できる（請求項８）。

請求項６または７または８記載の固体レーザ装置における光路屈曲素子は「カバー側に設ける」ことができ（請求項９）、この場合、光路屈曲素子が「温度により調整可能な集光機能を有し、カバー部との間に温度調整素子を介設される」ことができる（請求項１０）。

請求項１〜１０の任意の１に記載の固体レーザ装置は「光共振器がレーザ材料の対向する面に形成された反射膜で構成されるマイクロチップレーザ構成」として構成できる（請求項１１）。

この発明のレーザ装置システムは、上記請求項１〜１１の任意の１に記載の固体レーザ装置を使用したレーザ装置システムである（請求項１２）。

若干補足すると、上記「集光素子」としてはマイクロレンズ等の光学レンズを用いることができるほか、凹面鏡、さらには屈折率分布型レンズ、液晶レンズ等、集光機能を持つの公知の適宜の光学素子を用いることができる。

また「集光機能を調整可能な集光素子」は、マイクロレンズ等の光学レンズを光軸方向へ移動可能とすることにより実現することもできるし、「レンズパワーを調整可能な液晶レンズ」により実現することもでき、さらには「凹面鏡の鏡面の曲率を熱や機械力の作用で変化させる」ようにしたもの等として実現することができる。

「光路屈曲素子」としては、ミラーやプリズムを用いることができる。「集光素子を兼ねた光路屈曲素子」としては、上記凹面鏡や「プリズムの入射面や射出面等にレンズ面を形成したもの」、「反射面に液晶レンズを張り合わせたもの」等を用いることができる。

また、基本波レーザ部の温度制御は基本的には「冷却」でよい。

上記の如く、この発明の固体レーザ装置では、波長変換素子が「屈折率による位相整合を行うもの」であるため温度変化に敏感であるが、基本波レーザ部と波長変換素子とを熱的に分離し、これらを別個に温度制御するので、基本波レーザ部で発生する熱が波長変換素子に影響するのを有効に軽減もしくは防止することができ、波長変換された出力光を安定した状態で得ることが可能になる。

以下、発明の実施の形態を実施例として説明する。

図１は実施例１を説明するための図である。
図１（ａ）は基本波レーザ部の平面図、図１（ｂ）は固体レーザ装置の側断面の端面を表している。

図１（ｂ）に示すように、符号１４で示すベース基板上に、半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、励起光集光用レンズ２Ａ、２Ｂ、レーザ材料６が設けられている。基板ベース１４の上面にはサブマウント８Ａ、８Ｂ、９が設けられ、半導体レーザ１Ａはサブマウント８Ａ上、半導体レーザ１Ｂはサブマウント１Ｂ上に設けられ、レーザ材料６はサブマウント９上に設けられている。

光共振器は、レーザ材料６の対向する２面、即ち、図１（ｂ）において上下方向における２面に「反射膜」として蒸着等により形成されている。即ち、このように反射膜を「光共振器」として形成されたレーザ材料６は「マイクロチップレーザ構成」である。ベース基板１４と、この上に設けられた半導体レーザ１Ａ、１Ｂ、励起光集光用レンズ２Ａ、２Ｂ、光共振器を一体に形成されたレーザ材料６、サブマウント８Ａ、８Ｂ、９は「基本波レーザ部」を構成している。

また、ベース基板１４の下面側には冷却手段１００が設けられ、基本波レーザ部を強制冷却するようになっている。冷却手段１００は、実施例１では「内部に冷却水を通じて冷却を行う水冷式のもの」であるが、空冷式のものとしても良く、他にヒートパイプ方式や電子冷却方式（ペルチエ方式）を用いることもできる。

図１（ｂ）に示すように、基本波レーザ部の上部は、カバー部１６により覆われており、基本波レーザ部のベース基板１４とカバー部１６との間に断熱部材１５が介設されることにより、基本波レーザ部とカバー部１６とが「熱的に分離」されている。

カバー部１６の中央部に波長変換素子３が、レーザ材料６の上部に位置するように保持されている。カバー部１６にはまた「温度調整素子」としてペルチエ素子１１０が設けられ、カバー部１６を通じて波長変換素子３の温度を所望の温度に保つようになっている。

具体的に説明すると、励起光を放射する半導体レーザ１Ａ、１Ｂは発光波長：８０８ｎｍのものであり、レーザ材料６は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）にＮｄ（ニオジウム）をドープさせたものである。光共振器を構成する反射膜のうち、サブマウント９に接する側の反射膜は反射率：９９％に設定され、反対側の反射膜は反射率：９７％（即ち、透過率：３％）に設定されている。

このような構成において、半導体レーザ１Ａ、１Ｂからレーザ光を放射させると、放射されたレーザ光は励起光として、励起光集光用レンズ２Ａ、２Ｂの作用により集光されつつレーザ材料６の左右の側面からレーザ材料６内に照射され、レーザ材料６の略中央部に集光され励起された光が光共振器で共振されて誘導放出を生じ、波長：１０６４ｎｍの基本波レーザ光を得ることができる。なお、添加物のＮｄは励起光が集光する「レーザ材料６の中央部」に高密度でドープされている。

波長変換素子３は、周期分極反転型ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３（酸化マグネシウム：ニオブ酸リチウム）を素材とするもので、「屈折率による位相整合」により上記波長：１０６４ｎｍの基本波レーザ光を、その１／２波長：５３２ｎｍのレーザ光に波長変換して出力させる。

上記の如く、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、断熱部材１５により「波長変換素子３を保持するカバー部１６」と熱的に分離され、カバー部１６に温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部１６を通じて波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。

図２は実施例２を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図１におけると同一の符号を付した。
実施例２が実施例１と異なる点は、カバー部１６Ａと、このカバー部１６Ａが保持する波長変換素子３との間に温度調整素子１３が介設され、この温度調整素子１３により波長変換素子３の温度を直接に調整するようにした点である。他の部分は、実施例１と同じである。

温度調整素子１３はペルチエ素子であり、波長変換素子３の温度を所望の温度に維持する。実施例１の場合と比較すると、温度調整素子１３が波長変換素子３の温度を直接的に調整するので、実施例１の場合に比して波長変換素子３の温度を「より高精度」に調整することができる。

図３は実施例３を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図１におけると同一の符号を付した。
実施例１と異なる点は、カバー部１６Ｂの「波長変換素子３を保持する部分」が、若干長く「レーザ材料６側へ延長」され、延長された部分に「集光素子」として集光レンズ５が保持されている点である。他の部分は実施例１のものと同様である。

集光レンズ５は、レーザ材料６の上部において、レーザ材料６と波長変換素子３との間に保持され、レーザ材料６からの基本波レーザ光を「波長変換素子３の長さ方向の中央部付近にビームウエストが形成されるように集光」させて波長変換素子３に入射させる。このようにして波長変換素子３に入射したレーザ光は、所望の波長（５３２ｎｍ）に波長変換され外部に射出する。

ベース基板１４とカバー部１６Ｂが断熱部材１５により熱的に分離されているので、基本波レーザ部の熱がカバー部１６Ｂを伝わって波長変換素子３に及び難い。また、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、カバー部１６Ｂに温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部１６Ｂを通じて波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。

さらに、集光レンズ５によりレーザ材料６からのレーザ光を略１００％、波長変換素子３に取り込むことが可能となって光利用効率が上がる。集光レンズ５を「波長変換素子３が固定されているのと同じカバー部１６Ｂに固定」しているので、集光レンズ５と波長変換素子３の光軸を合わせ易く、カバー部１６Ｂという同一の保持手段で近接して設置できるので、カバー部１６Ｂの熱膨張による位置ずれなどがなく、波長変換されたレーザ光を安定して出力できる。

実施例３の変形例として、カバー部１６Ｂに代えて、図２に示す実施例２のカバー部１６Ａを用い、カバー部１６Ａと、このカバー部１６Ａが保持する波長変換素子３との間に温度調整素子１３を介設し、温度調整素子１３により波長変換素子３の温度を直接に調整するようにしてもよい。

図４は実施例４を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図１におけると同一の符号を付した。
実施例４でも、実施例３と同様に、レーザ材料６からのレーザ光を光変調素子３に向かって集光させるための集光素子として集光レンズ５を有するが、実施例４では、集光レンズ５はベース基板１４上に形成されたレンズホルダ１２に固定的に保持されている。従って実施例４においては、レンズホルダ１２と集光レンズ５とは、基本波レーザ部の一部をなすことになる。カバー部１６の側の構成は実施例１における構成と同様である。

集光レンズ５はレンズホルダ１２により、レーザ材料６と波長変換素子３との間に保持され、レーザ材料６からの基本波レーザ光を「波長変換素子３の長手方向の中央部付近」にビームウエストが形成されるように集光させて波長変換素子３に入射させる。このようにして波長変換素子３に入射したレーザ光は、所望の波長（５３２ｎｍ）に波長変換され外部に射出する。

ベース基板１４とカバー部１６が断熱部材１５により熱的に分離されているので、基本波レーザ部の熱がカバー部１６を伝わって波長変換素子３に及び難い。また、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、カバー部１６に温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部１６を通じて波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。

また、集光レンズ５によりレーザ材料６からのレーザ光を略１００％、波長変換素子３に取り込むことが可能となって光利用効率が上がる。

実施例４の変形例として、カバー部１６に代えて、図２に示す実施例２のカバー部１６Ａを用い、カバー部１６Ａと、このカバー部１６Ａが保持する波長変換素子３との間に温度調整素子１３を介設し、温度調整素子１３により波長変換素子３の温度を直接に調整するようにしてもよい。

また、集光レンズ５を固定的に保持するレンズホルダ１２を「集光レンズ５の光軸方向へ移動可能」とすることもでき、例えば、周知のオートフォーカス制御等により、温度条件や熱条件の変化に応じて集光レンズ５の位置を調整し、レーザ材料６からのレーザ光が常に、波長変換素子３の長手方向に中央部に集光されるようにしてもよい。

図５は実施例５とその変形例を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図１〜図４におけると同じ符号を適宜付している。

図５（ａ）は、実施例５を説明するための図である。
実施例５において、基本波レーザ部の構成は実施例１〜３におけるものと同様である。

カバー部１６Ｃは、図の如く、図の左半分側が厚肉、右半分側が薄肉に形成され、厚肉部と薄肉部との境界部が斜面に形成され、この斜面に「光路屈曲素子」として設けられた平面ミラー７が、レーザ材料６からの基本波レーザ光の光路上に位置して、同光路を９０度屈曲させ、反射レーザ光を図の右方へ進行させるようになっている。屈曲された光路は、カバー部１６Ｃの薄肉部に設けられた波長変換素子３を通り、カバー部１６Ｃの側面に開けられた射出窓４を貫いている。

レーザ材料６からの基本波レーザ光は平面ミラー７により反射された後、波長変換素子３に入射し、所望の波長（５３２ｎｍ）に波長変換されて射出窓４を通過して外部へ射出する。

ベース基板１４とカバー部１６Ｃが断熱部材１５により熱的に分離されているので、基本波レーザ部の熱がカバー部１６Ｃを伝わって波長変換素子３に及び難い。また、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、カバー部１６Ｃに温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部１６を通じて波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。
また、光路屈曲素子として平面ミラー７を配置したことにより、波長変換素子３を横置きにでき、固体レーザ装置の（図５（ａ）における上下方向の）高さを低くできるので固体レーザ装置を小型化できる。

図５（ｂ）〜（ｄ）は、図５（ａ）の実施例５の変形例を示す図である。
図５（ｂ）に示す例では、カバー部１６Ｄと波長変換素子３との間に「温度調整素子」としてペルチエ素子１３Ａが介設され、この温度調整素子１３Ａにより波長変換素子３の温度が直接に調整される。実施例５の場合と比較すると、温度調整素子１３Ａが波長変換素子３の温度を直接的に調整するので、実施例５の場合に比して波長変換素子３の温度を「より高精度」に調整することができる。

図５（ｃ）に示す例は、実施例５のカバー部１６Ｃに保持された平面ミラー７と波長変換素子３との間に、集光素子として集光レンズ５を配置し、カバー部１６Ｃにより保持させた例である。集光レンズ５を設けたことにより、レーザ材料６からのレーザ光を略１００％、波長変換素子３に取り込むことが可能となって光利用効率が上がる。

図５（ｄ）に示す例は、図５（ａ）に示す実施例５におけるカバー部１６Ｃと、図４に示した実施例４における基本波レーザ部を組み合わせた例であり、集光レンズ５はベース基板１４上に形成されたレンズホルダ１２に固定的に保持されている。実施例４に即して説明したように、集光レンズ５を固定的に保持するレンズホルダ１２を「集光レンズ５の光軸方向へ移動可能」とし、オートフォーカス制御等により、温度条件や熱条件の変化に応じて集光レンズ５の位置を調整し、レーザ材料６からのレーザ光が常に、波長変換素子３の長手方向に中央部に集光されるようにしてもよい。

図５（ｄ）におけるカバー部１６Ｃに代えて、図５（ｂ）に示すカバー部１６Ｄや、図５（ｃ）に示すカバー部１６Ｃに集光レンズ５を保持させたものを組み合わせることもできることは勿論である。

図５（ａ）〜（ｄ）に示した各例とも、ベース基板１４とカバー部が断熱部材１５により熱的に分離されているので、基本波レーザ部の熱がカバー部を伝わって波長変換素子３に及び難い。また、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、カバー部に温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部を通じて、あるいは直接的に波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。

図６は実施例６を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図１〜図５におけると同じ符号を適宜付している。
実施例６における基本波レーザ部は実施例１〜３におけるものと同様である。

カバー部１６Ｅは、図の如く、図の左半分側が厚肉、右半分側が薄肉に形成され、厚肉部と薄肉部との境界部に「集光素子を兼ねた光路屈曲素子」として設けられた凹面鏡１０が、レーザ材料６からのレーザ光の光路上に位置して、同光路を９０度屈曲させ、反射レーザ光を図の右方へ進行させるようになっている。屈曲された光路は、カバー部１６Ｃの薄肉部に設けられた波長変換素子３をとおり、カバー部１６Ｃの側面に開けられた射出窓４を貫いている。

レーザ材料６からの基本波レーザ光は凹面鏡１０により反射された後、凹面鏡１０の集光作用により集束しつつ波長変換素子３に入射し、波長変換素子３の長手方向の中央部に集光し、所望の波長（５３２ｎｍ）に波長変換され射出窓４を通過して外部へ射出する。

ベース基板１４とカバー部１６Ｅが断熱部材１５により熱的に分離されているので、基本波レーザ部の熱がカバー部１６Ｅを伝わって波長変換素子３に及び難い。また、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、カバー部１６Ｅに温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部１６Ｅを通じて波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。

また、光路屈曲素子として凹面鏡１０を配置したことにより、レーザ材料６からのレーザ光を略１００％、波長変換素子３に取り込むことができ光利用効率が上がるとともに、波長変換素子３を横置きにでき、固体レーザ装置の（図６における上下方向の）高さを低くできるので固体レーザ装置を小型化できる。なお、波長変換素子３は、図５（ｂ）に示す例のように、ペルチエ素子１３Ａを用いて直接的に温度調整を行うようにすることもできる。

図７は実施例７を説明するための図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図６におけると同一の符号を付した。
実施例６と異なる点は、凹面鏡１８が、温度調整素子であるペルチエ素子１３Ｂを介してカバー部１６Ｅによって固定されている点である。凹面鏡１８は「熱によって曲率を変化させることのできる凹面鏡」である。従って、ペルチエ素子１３Ｂにより凹面鏡１８の温度を変化させることにより、凹面鏡１８の集光作用を調整できる。

レーザ材料６からのレーザ光は凹面鏡１８によって方向を曲げられ、且つ、波長変換素子３の長手方向の中央付近にビームウエストが来るように「温度調整素子１３Ｂにより温度制御された集光作用」により集光されて波長変換素子３に入射し、波長変換されて射出窓４を通過し外部に射出する。

ベース基板１４とカバー部１６Ｅが断熱部材１５により熱的に分離されているので、基本波レーザ部の熱がカバー部１６Ｅを伝わって波長変換素子３に及び難い。また、基本波レーザ部のベース基板１４は冷却手段１００により冷却制御されるとともに、カバー部１６Ｅに温度調整素子として設けられたペルチエ素子１１０により、カバー部１６Ｅを通じて波長変換素子３の温度が所望の温度に保たれるので、波長変換素子３の温度を安定化でき、波長変換された波長：５３２ｎｍのレーザ光を安定して出力させることができる。
また、光路屈曲素子として凹面鏡１８を配置したことにより、レーザ材料６からの基本波レーザ光を略１００％、波長変換素子３に取り込むことができ光利用効率が上がるとともに、波長変換素子３を横置きにでき、固体レーザ装置の（図６における上下方向の）高さを低くできるので固体レーザ装置を小型化できる。なお、波長変換素子３は図５（ｂ）に示す例のように、ペルチエ素子１３Ａを用いて直接的に温度調整を行うようにすることもできる。また、温度条件や熱条件の変化に応じて凹面鏡１８の集光作用を調整し、レーザ材料６からのレーザ光が常に、波長変換素子３の長手方向に中央部に集光されるようにすることができる。

上に説明した実施例１〜７および各変形例は、レーザ材料６の側面方向から半導体レーザ光を入射して励起し、光共振器によりレーザ出力（基本波レーザ光）を得、得られるレーザ出力を波長変換素子３により波長変換する半導体レーザ励起型の固体レーザ装置において、波長変換素子３が屈折率による位相整合を行うものであり、基本波レーザ部と波長変換素子とを熱的に分離し、これらを別個に温度制御するように構成した固体レーザ装置であり、波長変換素子３が、基本波レーザ部を覆うカバー部１６等に固定され、図５（ｂ）の例では、波長変換素子３とカバー部の間に温度調整素子１３、１３Ａが介在され、図５（ｃ）の例では、基本波レーザ部から波長変換素子３へ向かうレーザ光を集光する集光素子５、１０、１８を有する。

また、図５（ｄ）の例では、集光素子５が基本波レーザ部側に設けられ、図５（ｃ）の例では、集光素子５、１０、１８が、カバー部側に設けられている。さらに図５（ｂ）〜（ｄ）の例では、基本波レーザ部から波長変換部３へ向かうレーザ光の光路を屈曲させる光路屈曲素子７、１０、１８を有し、実施例６、７では、光路屈曲素子１０、１８が集光機能を有し、基本波レーザ部から波長変換素子に向かうレーザ光を集光する集光素子を兼ね、実施例７では、基本波レーザ部から波長変換素子へ向かうレーザ光を集光する集光素子１８が集光機能を調整可能であり、実施例５およびその変形例、実施例６、７では、光路屈曲素子７、１０，１８がカバー側に設けられ、実施例７における光路屈曲素子１８は、温度により調整可能な集光機能を有し、カバー部との間に温度調整素子１３Ｂを介設されている。また、上に説明した各実施例、変形例とも、光共振器がレーザ材料６の対向する面に形成された反射膜で構成される。

図８は、この発明のレーザ装置システムの概念を説明するための図である。基本波レーザ部８１は上に各実施例に即して説明したとおりであり、温度センサ８４により温度検出され、その検出結果に基づき、温度コントローラ（マイクロコンピュータ等で構成される）８８による制御で冷却手段８６により冷却される。冷却手段８６は上の各実施例において冷却手段１００として説明したものに相当する。

ＬＤドライバ８３は、基本波レーザ部８１における励起光用の半導体レーザを駆動する手段である。また、波長変換素子８２は、上の各実施例において波長変換素子３として説明したものに相当し、温度センサ８５により温度検出され、その結果に基づき、温度コントローラ８８の制御を受ける温度制御手段８７（上の各例で、ペルチエ素子１１０、１３、１３Ａ、１３Ｂがこれに相当する。）により温度調整される。

若干付言すると、レーザ材料を励起する半導体レーザは２個用いる例を説明したが、例起用の半導体レーザは１個でもよいし、３個以上であってもよく、さらに半導体レーザアレイによるレーザ光で励起するようにしても良い。

実施例７で説明した曲率可変の凹面鏡１８は「熱によって曲率を変える」ものであるが、これに限らず、例えば「バイモルフ形式の圧電素子に凹面鏡を設け、電気的に曲率変化させる」方式のものを用いても良い。上の各実施例において説明した種々の要素は、互いに組み合わせても良い。

実施例１を説明するための図である。実施例２を説明するための図である。実施例３を説明するための図である。実施例４を説明するための図である。実施例５とその変形例を説明するための図である。実施例６を説明するための図である。実施例７を説明するための図である。レーザ装置システムを説明するための図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ半導体レーザ
２Ａ、２Ｂ励起光集光用レンズ
３波長変換素子
６レーザ材料
１００冷却手段
１１０ペルチエ素子

Claims

レーザ材料の側面方向から半導体レーザ光を入射して励起し、光共振器によりレーザ出力を得、得られるレーザ出力を波長変換素子により波長変換する半導体レーザ励起型の固体レーザ装置であって、波長変換素子が屈折率による位相整合を行うものであり、基本波レーザ部と波長変換素子とを熱的に分離し、これらを別個に温度制御するように構成した固体レーザ装置において、
波長変換素子が、基本波レーザ部を覆うカバー部に固定されており、
上記基本波レーザ部を含むベース基板と上記カバー部との間に断熱部材を介設されることにより、上記基本波レーザ部と上記カバー部とが熱的に分離されていることを特徴とする固定レーザ装置。
請求項１記載の固体レーザ装置において、
波長変換素子とカバー部の間に温度調整素子を介在させたことを特徴とする固体レーザ装置。
請求項１または２記載の固体レーザ装置において、
基本波レーザ部から波長変換素子へ向かうレーザ光を集光する集光素子を有することを特徴とする固体レーザ装置。
請求項３記載の固体レーザ装置において、
集光素子が、基本波レーザ部側に設けられたことを特徴とする固体レーザ装置。
請求項３記載の固体レーザ装置において、
集光素子が、カバー部側に設けられたことを特徴とする固体レーザ装置。
請求項１〜５の任意の１に記載の固体レーザ装置において、
基本波レーザ部から波長変換部へ向かうレーザ光の光路を屈曲させる光路屈曲素子を有することを特徴とする固体レーザ装置。
請求項６記載の固体レーザ素子において、
光路屈曲素子が集光機能を有し、基本波レーザ部から波長変換素子に向かうレーザ光を集光する集光素子を兼ねていることを特徴とする固体レーザ装置。
請求項３〜７の任意の１に記載の固体レーザ装置において、
基本波レーザ部から波長変換素子へ向かうレーザ光を集光する集光素子を有し、上記集光素子が集光機能を調整可能であることを特徴とする固体レーザ装置。
請求項６または７または８記載の固体レーザ装置において、
光路屈曲素子がカバー側に設けられていることを特徴とする固体レーザ装置。
請求項９記載の固体レーザ素子において、
光路屈曲素子が温度により調整可能な集光機能を有し、カバー部との間に温度調整素子を介設されていることを特徴とする固体レーザ装置。
請求項１〜１０の任意の１に記載の固体レーザ装置において、
光共振器がレーザ材料の対向する面に形成された反射膜で構成されることを特徴とする固体レーザ装置。
請求項１〜１１の任意の１に記載の固体レーザ装置を使用したレーザ装置システム。