JP5875251B2 - 半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ及び固体レーザモジュールの温度調整機能を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法に関する。

励起光源である半導体レーザ、及び半導体レーザによって励起されて出力光を生成する固体レーザモジュールを有する半導体レーザ励起固体レーザ装置について、種々の開発が進められている。例えば、半導体レーザと固体レーザモジュールの温度調整を単一の温度調整装置により行う単一温調構成によって消費電力を最小化し、乾電池駆動によるポータブル使用が可能なグリーンレーザポインタなどが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２４２９７４号公報

半導体レーザ励起固体レーザ装置では、光ノイズが小さく安定した第２高調波発生光（ＳＨＧ光）を出力することが望まれる。このために、モードホップが発生しない温度に半導体レーザの温度が設定され、ＳＨＧ光の出力効率（以下において「ＳＨＧ出力効率」という。）が高く、且つ光ノイズの小さい温度に固体レーザモジュールの温度が設定される。

このとき、半導体レーザと固体レーザモジュールを個別に温度制御して、半導体レーザと固体レーザモジュールをそれぞれ最適な温度にすることにより、上記設定条件を満たすようにチューニングされた半導体レーザ励起固体レーザ装置を使用することができる。

しかしながら、半導体レーザと固体レーザモジュールのそれぞれに温度調整装置を用意することにより、半導体レーザ励起固体レーザ装置の消費電力が増大する。一方、消費電力を抑制するために単一温調構成を採用したポータブルなグリーンレーザポインタなどでは、半導体レーザと固体レーザモジュールの設定条件を同時に最適化することが困難であるという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、光ノイズが小さく安定したＳＨＧ光を出力し、且つ、消費電力が抑制された半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）設定温度において、モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光を、設定出力値で出射する半導体レーザと、（ロ）半導体レーザを駆動する駆動装置と、（ハ）設定温度において出力効率が最大であり、光ノイズが一定値以下の、且つ励起光の出力値が設定出力値である場合に所定の出力値である出力光を、励起光から生成する固体レーザモジュールと、（ニ）半導体レーザの温度と固体レーザモジュールの温度を調整する単一の温度調整装置と、（ホ）出力光が所定の出力値であるように駆動装置を制御し、且つ、半導体レーザ及び固体レーザモジュールの温度が設定温度であるように温度調整装置を制御する制御装置とを備える半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法であって、
モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードで発振するための半導体レーザの温度範囲条件と、モードホップを生じることなく一定の波長で発振するための半導体レーザの第１の出力値範囲条件と、出力効率が最大であり且つ光ノイズが一定値以下であるための固体レーザモジュールの温度範囲条件と、固体レーザモジュールについて所定の出力値が得られる半導体レーザの第２の出力値範囲条件とに基づき、半導体レーザの温度範囲条件と固体レーザモジュールの温度範囲条件とで一致する範囲があり、且つ、その一致する温度範囲の下で第１の出力値範囲条件と第２の出力値範囲条件とで一致する範囲がある組み合わせとなるように半導体レーザと固体レーザモジュールを選別して組み立てることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、（イ）設定温度においてモードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光を設定出力値で出射する半導体レーザを選別するステップと、（ロ）設定温度において出力効率が最大であり、光ノイズが一定値以下の、且つ励起光の出力値が設定出力値である場合に所定の出力値である出力光を励起光から生成する固体レーザモジュールを選別するステップと、（ハ）選別された半導体レーザと選別された固体レーザモジュール、及び半導体レーザと固体レーザモジュールの温度を調整する単一の温度調整装置を用いて、半導体レーザの励起光によって固体レーザモジュールが励起される半導体レーザ励起固体レーザ装置を製造する方法であって、
半導体レーザを選別するステップおよび固体レーザモジュールを選別するステップは、モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードで発振するための半導体レーザの温度範囲条件と、モードホップを生じることなく一定の波長で発振するための前記半導体レーザの第１の出力値範囲条件と、出力効率が最大であり且つ光ノイズが一定値以下であるための固体レーザモジュールの温度範囲条件と、固体レーザモジュールについて所定の出力値が得られる半導体レーザの第２の出力値範囲条件とに基づき、半導体レーザの温度範囲条件と固体レーザモジュールの温度範囲条件とで一致する範囲があり、且つ、その一致する温度範囲の下で前記第１の出力値範囲条件と第２の出力値範囲条件とで一致する範囲がある組み合わせで前記半導体レーザ及び固体レーザモジュールを選別することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、光ノイズが小さく安定したＳＨＧ光を出力し、且つ、消費電力が抑制された半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る固体レーザモジュールの他の構成例を示す模式図である。 図３（ａ）は半導体レーザに関する温度及び出力値の誤差を示す模式図であり、図３（ｂ）は固体レーザモジュールに関する温度及び出力値の誤差を示す模式図である。 半導体レーザの波長と駆動温度との関係を示すグラフである。 半導体レーザの波長と出力値との関係を示すグラフである。 固体レーザモジュールのＳＨＧ出力強度及び光ノイズ強度と温度との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示す模式図である。 本発明のその他の実施形態の係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の固体レーザモジュールの構成例を示す模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１は、図１に示すように、励起光Ｌ１を出射する半導体レーザ１０と、励起光Ｌ１に励起されて出力光Ｌ２を生成する固体レーザモジュール３０と、半導体レーザ１０の温度と固体レーザモジュール３０の温度を同時に調整する単一の温度調整装置４０とを備える。

半導体レーザ１０は、駆動装置２０によって駆動されて、特定の設定温度において、モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光Ｌ１を、特定の設定出力値で出射する。固体レーザモジュール３０は、上記設定温度において出力効率が最大であり、光ノイズが一定値以下の出力光Ｌ２を出射する。励起光Ｌ１の出力値が設定出力値である場合に、出力光Ｌ２は所定の出力値である。

半導体レーザ励起固体レーザ装置１においては、制御装置５０が、出力光Ｌ２が所定の出力値であるように駆動装置２０を制御し、且つ、半導体レーザ１０及び固体レーザモジュール３０の温度が設定温度であるように温度調整装置４０を制御する。

半導体レーザ１０から出射された励起光Ｌ１は集光レンズ１５によって集光され、集光された励起光Ｌ１が固体レーザモジュール３０に入射される。固体レーザモジュール３０は励起光Ｌ１によって励起されて出力光Ｌ２を発生する。固体レーザモジュール３０の詳細は後述する。

固体レーザモジュール３０から出射された出力光Ｌ２は、ビームスプリッタ６０によって分光される。分光された出力光Ｌ２の一部は、受光素子６５に入射され、電気信号に変換される。受光素子６５は、出力光Ｌ２の出力値に応じた電気的な出力信号Ｓ_pを制御装置５０に送信する。受光素子６５には、例えばフォトダイオードなどを採用可能である。

出力信号Ｓ_pを受信することにより、制御装置５０は、出力光Ｌ２の出力値をリアルタイムでモニタできる。制御装置５０は、出力光Ｌ２の出力値が所定の範囲内であるように半導体レーザ１０の励起光Ｌ１の出力を調整するために、駆動装置２０を制御する。

図１に示すように、半導体レーザ１０、固体レーザモジュール３０及び温度調整装置４０は、支持台８０に搭載されている。温度調整装置４０によって支持台８０の温度を調整することにより、半導体レーザ１０の温度と共に固体レーザモジュール３０の温度が調整される。温度調整装置４０は、例えばペルチェ素子などを使用した構成を採用可能である。支持台８０には、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム材やインバー材などを採用可能である。

支持台８０に取り付けられた温度検出装置７０によって、半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０の温度が検出される。温度検出装置７０は、検出した温度を電気的な温度信号Ｓ_Tとして制御装置５０に送信する。温度検出装置７０には、例えばサーミスタなどを採用可能である。

温度信号Ｓ_Tを受信することにより、制御装置５０は、半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０の温度をリアルタイムでモニタできる。制御装置５０は、半導体レーザ１０及び固体レーザモジュール３０の温度が所定の設定温度であるように、温度調整装置４０を制御する。

以下に、固体レーザモジュール３０の詳細について説明する。固体レーザモジュール３０は、励起光Ｌ１によって励起されて発振光を出力するレーザ結晶３１と、レーザ結晶３１の出力する発振光の高調波光を発生し、その高調波光を出力光Ｌ２として出力する波長変換結晶３２とを備える。

レーザ結晶３１は、例えばネオジウム（Ｎｄ）イオンがドープされたイットリウム・バナデート（Ｎｄ：ＹＶＯ４）である。また、Ｎｄイオンがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）やガドリニウム・バナデート（Ｎｄ：ＧｄＶ０４）、リチウム・イットリウム・フロライド（Ｎｄ：ＹＬＦ）なども、レーザ結晶３１に採用可能である。

波長変換結晶３２は、例えば強誘電体結晶に周期的分極反転構造が形成された擬似位相整合結晶などを使用可能である。波長変換結晶３２には、タンタル酸リチウム（ＬＴ）結晶やニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶、或いは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）がドープされたＬＴ結晶やＬＮ結晶が使用される。

例えば、レーザ結晶３１にＮｄ：ＹＶＯ４を採用して、半導体レーザ１０の励起光Ｌ１によって波長が１０６４ｎｍ程度の発振光を励起する。このとき、半導体レーザ１０の励起光Ｌ１の波長は、レーザ結晶３１における吸収効率の高い波長、例えば８０９ｎｍ程度に設定される。レーザ結晶３１に生じた発振光が波長変換結晶３２によって波長５３２ｎｍ程度の第２高調波発生光（ＳＨＧ光）に波長変換され、緑色の出力光Ｌ２が固体レーザモジュール３０から出力される。

固体レーザモジュール３０には、レーザ結晶３１と波長変換結晶３２を接着剤やオプティカルコンタクト法で一体化し、端面にミラーコートが形成された構造を固体レーザモジュール３０に採用できる。図１に示した固体レーザモジュール３０は、レーザ結晶３１と擬似位相整合結晶である波長変換結晶３２とを一体構成した例である。また、固体レーザモジュール３０を、特開２００７−２２５７８６号公報に記載された製造方法によって製造される、ダミー材で挟んだ波長変換結晶とレーザ結晶とを接着剤やオプティカルコンタクト法で一体化した構造にしてもよい。

或いは、レーザ結晶３１と波長変換結晶３２とを共振器に配した構造を採用できる。図２に、レーザ結晶３１と波長変換結晶３２とを分離して配置し、ハッチングで示したそれぞれの外側の端面をミラーコーティングして共振器を構成する例を示す。

また、ＹＶＯ４レーザ結晶の発振ゲイン幅に対して十分に広く、例えば０．８ｎｍ以上の自由スペクトル空間（ＦＳＲ）となる厚みに加工されたＹＶＯ４レーザ結晶又は波長変換結晶を用いることにより、単一縦モード発振が可能な固体レーザモジュール３０を実現できる。

半導体レーザ励起固体レーザ装置１に使用される半導体レーザ１０及び固体レーザモジュール３０を選別するために、以下のように波長と出力値に関する特性が調査される：
（Ａ）半導体レーザについて、モードホップを生じることなく、所定の波長、例えば８０９±０．５ｎｍの波長で発振する温度Ｔ_LDの範囲が調査される。

（Ｂ）半導体レーザについて、モードホップを生じることなく、所定の波長、例えば８０９±０．５ｎｍの波長で発振する出力値Ｐ_LDの範囲が調査される。

（Ｃ）固体レーザモジュールについて、ＳＨＧ出力効率が高く、且つ、ＳＨＧ光の光ノイズが小さい温度Ｔ_SHGの範囲が調査される。

（Ｄ）固体レーザモジュールについて、所望のＳＨＧ光の出力値が得られる励起用半導体レーザの出力値Ｐ_SHGの範囲が調査される。

項目（Ａ）で半導体レーザ１０を選別するための基準となる波長は、所望の波長の出力光Ｌ２が固体レーザモジュール３０から出射されるように設定される。このとき、レーザ結晶３１や波長変換結晶３２の特性が考慮される。

ＳＨＧ光の光ノイズについては、例えばｒｍｓ１％以下である場合に光ノイズが小さいと判断される。なお、基準となるｒｍｓ値は、半導体レーザ励起固体レーザ装置１に要求される出力特性などに応じて任意に規定される。

半導体レーザ励起固体レーザ装置１に使用される半導体レーザ１０及び固体レーザモジュール３０は、温度Ｔ_LDと温度Ｔ_SHGとで一致する範囲があり、且つ一致する温度範囲の下で出力値Ｐ_LDと出力値Ｐ_SHGとで一致する範囲がある組み合わせで選別される。

項目（Ａ）〜（Ｄ）について、測定装置に依存しない「真の値」、或いは測定装置を用いた測定値により、波長及び出力値が調査される。

ただし、半導体レーザ励起固体レーザ装置１において設定される設定値と、項目（Ａ）〜（Ｄ）について得られた真の値又は測定値との間には、特定装置に依存する固有の差分が存在する。このため、これらの差分を考慮して、半導体レーザ１０及び固体レーザモジュール３０を選別する必要がある。

半導体レーザ１０について、真の温度Ｔ_LD1及び測定温度Ｔ_LD2と設定温度Ｔ_GLMとの関係、真の出力値Ｐ_LD1及び測定出力値Ｐ_LD2と設定出力値Ｐ_GLMとの関係を図３（ａ）に示す。図３（ａ）において、真の温度Ｔ_LD1と設定温度Ｔ_GLMとの差分をΔＴ_LD1、測定温度Ｔ_LD2と設定温度Ｔ_GLMとの差分をΔＴ_LD2として表している。また、真の出力値Ｐ_LD1と設定出力値Ｐ_GLMとの差分をΔＰ_LD1、測定出力値Ｐ_LD2と設定出力値Ｐ_GLMとの差分をＰ_LD2として表している。

また、固体レーザモジュール３０について、真の温度Ｔ_SHG1及び測定温度Ｔ_SHG2と設定温度Ｔ_GLMとの関係、真の出力値Ｐ_SHG1及び測定出力値Ｐ_SHG2と設定出力値Ｐ_GLMとの関係を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）において、真の温度Ｔ_SHG1と設定温度Ｔ_GLMとの差分をΔＴ_SHG1、測定温度Ｔ_SHG2と設定温度Ｔ_GLMとの差分をΔＴ_SHG2として表している。また、励起用半導体レーザについての真の出力値Ｐ_SHG1と設定出力値Ｐ_GLMとの差分をΔＰ_SHG1、測定出力値Ｐ_SHG2と設定出力値Ｐ_GLMとの差分をΔＰ_SHG2として表している。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示した固有の差分を考慮した設定温度Ｔ_GLMと設定出力値Ｐ_GLMは、以下の式（１）〜（８）により表される。

半導体レーザ１０に関して、真の値が分かっている場合：

Ｔ_GLM＝Ｔ_LD1−ΔＴ_LD1 ・・・（１）
Ｐ_GLM＝Ｐ_LD1−ΔＰ_LD1 ・・・（２）

半導体レーザ１０に関して、測定装置Ａにより測定値が得られた場合：

Ｔ_GLM＝Ｔ_LD2−ΔＴ_LD2 ・・・（３）
Ｐ_GLM＝Ｐ_LD2−ΔＰ_LD2 ・・・（４）

固体レーザモジュール３０に関して、真の値が分かっている場合：

Ｔ_GLM＝Ｔ_SHG1−ΔＴ_SHG1 ・・・（５）
Ｐ_GLM＝Ｐ_SHG1−ΔＰ_SHG1 ・・・（６）

固体レーザモジュール３０に関して、測定装置Ｂにより測定値が得られた場合：

Ｔ_GLM＝Ｔ_SHG2−ΔＴ_SHG2 ・・・（７）
Ｐ_GLM＝Ｐ_SHG2−ΔＰ_SHG2 ・・・（８）

例えば、半導体レーザ１０の出力する励起光Ｌ１の波長が８０９±０．５ｎｍであり、この波長でモードホップが生じない温度の範囲がＴ１_LD1〜Ｔ２_LD1、出力値の範囲がＰ１_LD1〜Ｐ２_LD1であることが測定装置Ａによる測定によって判明したとする。このとき、式（１）〜式（４）から、設定温度Ｔ_GLMの範囲「Ｔ１_GLM〜Ｔ２_GLM」と、設定出力値Ｐ_GLMの範囲「Ｐ１_GLM〜Ｐ２_GLM」が定まる。この特性を有する半導体レーザ１０と組み合わせることが可能な固体レーザモジュール３０は、真の値が分かっている場合には、式（５）〜式（６）から、以下の式（９）〜式（１０）の関係を満たす必要がある：

Ｔ１_GLM＋ΔＴ_SHG1＜Ｔ_SHG1＜Ｔ２_GLM＋ΔＴ_SHG1 ・・・（９）
Ｐ１_GLM＋ΔＰ_SHG1＜Ｐ_SHG1＜Ｐ２_GLM＋ΔＰ_SHG1 ・・・（１０）

或いは、測定装置Ｂによる測定値を用いて式（７）〜式（８）から、式（１１）〜式（１２）の関係を満たす固体レーザモジュール３０が選別される：

Ｔ１_GLM＋ΔＴ_SHG2＜Ｔ_SHG2＜Ｔ２_GLM＋ΔＴ_SHG2 ・・・（１１）
Ｐ１_GLM＋ΔＰ_SHG2＜Ｐ_SHG2＜Ｐ２_GLM＋ΔＰ_SHG2 ・・・（１２）

上記のように、半導体レーザ１０に関する条件から固体レーザモジュール３０を選別することができる。或いは、固体レーザモジュール３０に関する条件から、その固体レーザモジュール３０と組み合わせることが可能な半導体レーザ１０を選別してもよい。

以下に、測定値を用いて半導体レーザ１０及び固体レーザモジュール３０を選別する方法を、より具体的に説明する。

例えば、ＳＨＧ光として緑色の出力光Ｌ２を得るために、半導体レーザ１０の出射する励起光Ｌ１の波長が、固体レーザモジュール３０における吸収効率の高い８０９±０．５ｎｍに設定される。そして、設定された波長を中心とする発振波長について測定を行い、設定温度Ｔ_GLMと設定出力値Ｐ_GLMの範囲が決定される。

具体的には、出力値を一定にして駆動温度を変化させて、調査対象の半導体レーザの発振波長を光スペクトルアナライザなどを用いて測定する。例えば、出力値を例えば１２０ｍＷに設定し、駆動温度の１℃毎に測定を行う。測定時の出力値の設定値は、半導体レーザ励起固体レーザ装置１で使用頻度の多い出力値などにする。駆動温度の測定値と設定値との差分ΔＴ_LD2は例えば−２℃である。なお、半導体レーザ１０の選別を容易にするために、半導体レーザ励起固体レーザ装置１で使用頻度の多い出力値から±１０ｍＶ程度の範囲で測定をしておくことが好ましい。

図４に、半導体レーザ１０の波長シフトやモードホップについて、温度との関係を測定した結果を示す。図４に示した例では、半導体レーザ１０の出力値が１２０ｍＷの場合に、図４中に丸印で示した温度が４２℃〜４４℃の範囲において波長８０８．７ｎｍの励起光がモードホップなしで出力される。測定に用いた測定装置Ａによる誤差ΔＴ_LD2が２℃である場合、半導体レーザ１０の測定に基づく半導体レーザ励起固体レーザ装置１の設定温度Ｔ_GLMの範囲は、４０℃〜４２℃である。

なお、図４中に示した矢印Ｒ_Tは、出力値を上げると波長特性が高温方向にシフトし、出力値を下げると波長特性が低温方向にシフトすることを示している。つまり、温度設定だけでは所望の発振波長特性を得ることができない。

このため、駆動温度を一定にして出力値を変化させて、調査対象の半導体レーザの発振波長を光スペクトルアナライザなどを用いて測定する。例えば、駆動温度を４０℃付近に設定し、出力値の１０ｍＷ毎に測定を行う。駆動温度の測定値と設定値との差分ΔＴ_LD2は例えば−２℃である。

図５に、半導体レーザ１０の波長シフトやモードホップについて、出力値と波長との関係を測定した結果を示す。図５に示した例では、半導体レーザ１０の温度が４２℃の場合に、図５中に丸印で示した出力値１１０ｍＷ〜１４０ｍＷの範囲において波長が８０８．７ｎｍの励起光がモードホップなしで出力される。測定に用いた測定装置Ａによる誤差ΔＰ_LD2が０ｍＷである場合、半導体レーザ１０の設定出力値Ｐ_GLMの範囲は、１１０ｍＷ〜１４０ｍＷである。

なお、図５中に示した矢印Ｒ_Pは、温度を上げると波長特性が高出力方向にシフトし、温度を下げると波長特性が低出力方向にシフトすることを示している。つまり、波長特性に関連するパラメータで駆動温度と出力値の両方を測定することにより、所望の発振波長でモードホップの発生のない設定か否かを確認することができる。

固体レーザモジュール３０に関しては、以下の測定が行われる。即ち、励起用半導体レーザの駆動温度と出力値を一定にして調査対象の固体レーザモジュールの温度を変化させ、ＳＨＧ光の出力値と光ノイズを測定する。例えば、調査対象の固体レーザモジュールの温度の１℃毎に測定を行い、温度の測定値と設定値との差分ΔＴ_SHG2は−１℃とする。なお、励起用半導体レーザと調査対象の固体レーザモジュールにそれぞれ別個に温度調節装置が用意された測定装置によって、調査対象の固体レーザモジュールの特性は測定される。励起用半導体レーザの駆動温度と出力値は、ＳＨＧ光について所望の出力値が得られる値に設定される。このとき、励起用半導体レーザは、固体レーザモジュールでの吸収効率が最大となる波長で、且つモードホップを生じない駆動温度と出力値に調整される。

図６に、励起用半導体レーザの発振波長を８０９±０．５ｎｍ、且つモードホップが生じない駆動パラメータに固定したままで、固体レーザモジュール３０の温度に対するＳＨＧ出力Ｅと光ノイズＮの強度について測定した結果を示す。図６に示した例では、固体レーザモジュール３０の温度が４２℃の場合に、ＳＨＧ出力Ｅの効率が最大であり、且つ光ノイズＮが小さく、特性が良好であると判断できる。測定に用いた測定装置Ｂによる誤差ΔＴ_SHG2が１℃である場合、固体レーザモジュール３０の測定に基づく半導体レーザ励起固体レーザ装置１の設定温度Ｔ_GLMは、４１℃である。

更に、図６に特性を示した固体レーザモジュール３０において、励起用半導体レーザの出力値が１２０ｍＷの時に所望のＳＨＧ出力値が得られるのであれば、図４〜図５に特性を示した半導体レーザ１０と図６に特性を示した固体レーザモジュール３０とは、以下のようなマッチング条件を満たす組み合わせである。即ち、励起光Ｌ１の波長が８０８．７ｎｍ、設定温度Ｔ_GLMが４１℃、モードホップが発生しない、というマッチング条件が満たされる。ここで「マッチング条件」とは、半導体レーザ１０に関する選別条件と固体レーザモジュール３０に関する選別条件とが重なる部分の条件である。マッチング条件を満たす半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０の組み合わせが、半導体レーザ励起固体レーザ装置１に使用される構成要素として選別される。

以上に説明したように、例えば測定結果を用いて、固体レーザモジュール３０のＳＨＧ出力効率が良く、且つ光ノイズが小さい設定温度Ｔ_GLMの範囲と、所望のＳＨＧ出力値が得られる半導体レーザ１０の設定出力値Ｐ_GLMについて、設定温度Ｔ_GLMの範囲の条件と設定出力値Ｐ_GLMの範囲の条件を満たす半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０との組み合わせが選別される。選別された半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０を用いて、所望の特性を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置１を構成できる。

なお、マッチング条件を満たす半導体レーザ１０の駆動温度や出力値の前後（例えば±１０ｍＷ程度）や、固体レーザモジュール３０のＳＨＧ出力効率や光ノイズ特性の条件を満たす温度の前後（例えば±２℃程度）においても、マッチング条件を満たす半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０の組み合わせを選別することが好ましい。これにより、使用環境温度などの外乱が大きく生じた場合においても、その影響が半導体レーザ励起固体レーザ装置１の出力光Ｌ２に現れにくく、安定した特性を保持することが可能である。

図７に、光アイソレータ９０を更に備える半導体レーザ励起固体レーザ装置１の変形例を示す。光アイソレータ９０によって、半導体レーザ１０への戻り光に起因する光ノイズの発生を抑制することができる。光アイソレータ９０は、半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０との間に配置される。図７では半導体レーザ１０と集光レンズ１５との間に光アイソレータ９０を配置した例を示したが、集光レンズ１５と固体レーザモジュール３０との間に光アイソレータ９０を配置してもよい。

縦モードが単一モードの半導体レーザ１０は、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いため、駆動電流を小さくできる。また、電気−光変換効率が高いために半導体レーザ１０の発熱が小さく、温度制御に要する電力を抑制できる。このため、半導体レーザ励起固体レーザ装置１を、例えば乾電池駆動によるポータブル使用することが可能である。

しかし、単一縦モードの半導体レーザでは、駆動条件によっては隣接する縦モード間のモードホップが１ｎｍ程度生じる。このため、使用する励起用半導体レーザがモードホップを起こした場合、固体レーザモジュールの出力が不安定になることが知られている。このモードホップについては、励起用半導体レーザの温度だけでなく出力設定条件によっても生じる。このため、モードホップが起こらないようにするためには、励起用半導体レーザの温度と出力値の両方を制御する必要がある。

また、単一縦モード発振の固体レーザモジュールを用いた場合においても、温度によっては縦モード間のモードホップが生じる。この現象は自動出力制御（ＡＰＣ）回路を備えたレーザ装置であっても出力光が安定せず、光ノイズが発生する。

しかしながら、実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１においては、半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０が満たすべき特性について予め調査され、それぞれの特性を満足する半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０の組み合わせが選別される。

一般的に、半導体レーザ１０や固体レーザモジュール３０は、作製ロット毎、或いは作製ロット内で、波長特性やレーザ特性のばらつきがある。このため、予め調査した個々の特性に基づいて採用可能な半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０を選別することにより、半導体レーザ励起固体レーザ装置１の組み立てが容易になる。

そして、選別された半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０を使用し、且つ、設定温度Ｔ_GLM及び設定出力値Ｐ_GLMを維持するように半導体レーザ１０と固体レーザモジュール３０を制御することによって、単一温調構成を採用する半導体レーザ励起固体レーザ装置１においても、光ノイズなどの出力特性が良好に安定し、且つ消費電力が抑制される。つまり、単一温調構成を採用することにより小型化及び低消費電力を実現し、且つ出力特性が良好な半導体レーザ励起固体レーザ装置１を実現することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、固体レーザモジュール３０にヒートシンク材を設置することにより、レーザ結晶３１から発生する熱が容易に放熱される。これにより、レーザ結晶３１から効率よく出力レーザ光を得ることができる。図８に、固体レーザモジュール３０の周囲をヒートシンク材１００で覆った例を示す。図８は、出力光Ｌ２の光軸方向から見た図である。ヒートシンク材１００には、例えば熱伝導率がガラス以上のシリコン（Ｓｉ）材や銅（Ｃｕ）材が使用される。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…半導体レーザ励起固体レーザ装置
１０…半導体レーザ
１５…集光レンズ
２０…駆動装置
３０…固体レーザモジュール
３１…レーザ結晶
３２…波長変換結晶
４０…温度調整装置
５０…制御装置
６０…ビームスプリッタ
６５…受光素子
７０…温度検出装置
８０…支持台
９０…光アイソレータ
１００…ヒートシンク材
Ｌ１…励起光
Ｌ２…出力光

Claims (9)

1. 設定温度において、モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光を、設定出力値で出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザを駆動する駆動装置と、
   前記設定温度において出力効率が最大であり、光ノイズが一定値以下の、且つ前記励起光の出力値が前記設定出力値である場合に所定の出力値である出力光を、前記励起光から生成する固体レーザモジュールと、
   前記半導体レーザの温度と前記固体レーザモジュールの温度を調整する単一の温度調整装置と、
   前記出力光が前記所定の出力値であるように前記駆動装置を制御し、且つ前記半導体レーザ及び前記固体レーザモジュールの温度が前記設定温度であるように前記温度調整装置を制御する制御装置と
   を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法であって、
   モードホップを生じることなく前記一定の波長の単一縦モードで発振するための前記半導体レーザの温度範囲条件と、
   モードホップを生じることなく前記一定の波長で発振するための前記半導体レーザの第１の出力値範囲条件と、
   出力効率が最大であり且つ光ノイズが一定値以下であるための前記固体レーザモジュールの温度範囲条件と、
   前記固体レーザモジュールについて前記所定の出力値が得られる前記半導体レーザの第２の出力値範囲条件と
   に基づき、前記半導体レーザの前記温度範囲条件と前記固体レーザモジュールの前記温度範囲条件とで一致する範囲があり、且つ、その一致する温度範囲の下で前記第１の出力値範囲条件と前記第２の出力値範囲条件とで一致する範囲がある組み合わせとなるように前記半導体レーザと前記固体レーザモジュールを選別して組み立てることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
2. 前記固体レーザモジュールが、
   前記励起光によって励起されて発振光を出力するレーザ結晶と、
   前記発振光の高調波光を発生し、該高調波光を前記出力光として出力する波長変換結晶と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
3. 前記レーザ結晶と前記波長変換結晶とが一体構造であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
4. 前記波長変換結晶が、周期的分極反転構造を有する擬似位相整合結晶であることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
5. 前記レーザ結晶が、ネオジウムイオンがドープされたイットリウム・バナデートであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
6. 前記設定温度における前記励起光の波長が、前記固体レーザモジュールにおける吸収効率が最大の波長となるように選別することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
7. 設定温度においてモードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光を設定出力値で出射する半導体レーザを選別するステップと、
   前記設定温度において出力効率が最大であり、光ノイズが一定値以下の、且つ前記励起光の出力値が前記設定出力値である場合に所定の出力値である出力光を前記励起光から生成する固体レーザモジュールを選別するステップと、
   選別された前記半導体レーザと選別された前記固体レーザモジュール、及び前記半導体レーザと前記固体レーザモジュールの温度を調整する単一の温度調整装置を用いて、前記半導体レーザの前記励起光によって前記固体レーザモジュールが励起される半導体レーザ励起固体レーザ装置を製造する方法であって、
   前記半導体レーザを選別するステップおよび前記固体レーザモジュールを選別するステップは、
   モードホップを生じることなく前記一定の波長の単一縦モードで発振するための前記半導体レーザの温度範囲条件と、
   モードホップを生じることなく前記一定の波長で発振するための前記半導体レーザの第１の出力値範囲条件と、
   出力効率が最大であり且つ光ノイズが一定値以下であるための前記固体レーザモジュールの温度範囲条件と、
   前記固体レーザモジュールについて前記所定の出力値が得られる前記半導体レーザの第２の出力値範囲条件と
   に基づき、前記半導体レーザの前記温度範囲条件と前記固体レーザモジュールの前記温度範囲条件とで一致する範囲があり、且つ、その一致する温度範囲の下で前記第１の出力値範囲条件と前記第２の出力値範囲条件とで一致する範囲がある組み合わせで前記半導体レーザ及び前記固体レーザモジュールを選別することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
8. 前記設定温度と選別時の前記半導体レーザの温度との差分を考慮して、前記半導体レーザが選別されることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
9. 前記設定温度と選別時の前記固体レーザモジュールの温度との差分を考慮して、前記固体レーザモジュールが選別されることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
   

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