JPH03272188A - 固体レーザ - Google Patents

固体レーザ

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JPH03272188A
JPH03272188A JP2186955A JP18695590A JPH03272188A JP H03272188 A JPH03272188 A JP H03272188A JP 2186955 A JP2186955 A JP 2186955A JP 18695590 A JP18695590 A JP 18695590A JP H03272188 A JPH03272188 A JP H03272188A
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JP
Japan
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solid
radiation
state laser
fundamental
beam path
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Pending
Application number
JP2186955A
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English (en)
Inventor
Andreas Hemmerich
アンドレアス ヘムメリツヒ
David Mcintyre
デービツド マツキンタイア
Claus Zimmermann
クラウス ツイムマーマン
Theodor Haensch
テオドール ヘンシユ
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1071Ring-lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野) この発明は固体レーザに関するものである。
(発明の背景) デイクソン(Dixon)氏外による1 「オプティッ
クス・レターズ(OPTIC8LETTER8)J第1
4巻第14号(4989年7月15日)第731〜73
3頁の論文には、GaAJ2八sレーへツレーへタイオ
ード固体レーザの詳細か説明されている。このGaAに
IASレーザダイオードの基本波輻射は、コリメータレ
ンズ、偏光出力ビームスブリツタを有する磁気光学アイ
ソレータ、別のレンズ、さらに、2つの凹面鏡て形成さ
れ、周波数を2倍にするニオブ酸カリウムの結晶が配置
されている外部共振器、及び、共振器から出てくる輻射
のビーム径路に対して傾斜して配置され、周波数か2倍
とされた輻射は通過させるか、基本波輻射の一部は帰還
ビーム径路に反射するダイクロイックくラーを順次通過
する。帰還ビーム径路には、2分の1波長板とミラーと
が含まれ、これによって1帰還輻射線が出力ビームスプ
リッタに指向され、この出力ビームスプリッタによって
レーザダイオードへ反射されて帰還される。帰還される
基本波輻射は、その強度か2分の1波長板を回転させる
ことにより調整でき、レーザダイオードの基本波輻射を
外部共振器の共振周波数に安定させると共に、その帯域
幅を狭くさせる。この論文では、線形共振器の代りに、
別のより簡単な帰還構成を有する一方向性リング共振器
も用いることかできると付言されているか、その詳細は
示されていない。
外部の光共振器からの輻射の帰還によって固体レーザの
波長を安定化させることは、「オプティックス・レター
ズ(OPTIC8LETTER3)J第12巻第11号
(1,987年11月)の第376〜378頁にある、
ダーマニ(Dahmani)氏外による論文からも公知
である。
(発明の概要) この発明は、特に簡単て有効な帰還手段を備えた、冒頭
に述べた形式の固体レーザな提供することにおける問題
に基いてなされたものである。
この発明は、基本波レーザ輻射を発生ずる固体レーザタ
イオートと、基本波レーザ輻射のビーム径路中に配置さ
れ、基本波レーザ輻射か予め定められた順方向に通過す
る外部リンク共振器と、このリング共振器中に配置され
、基本波レーザ輻射の第2高調波を発生する光学的非線
形媒体と、基本波レーザ輻射を固体レーザタイオートに
帰還する構成とを含む固体レーザに実施される。
この発明によれば、帰還構成は、リング共振器の基本波
レーザ輻射のビーム径路中に配置され、基本波レーザ輻
射の小部分か」―記ビーム径路を通って上記順方向と逆
の方向に伝播して固体レーザダイオードに帰還するよう
にする光学手段を含んでいる。
この発明による固体レーザダイオードにおいては、周波
数を2倍にする光学素子を含むリンク共振器の少なくと
も一部分と基本波輻射の入口ビーム径路とを通って逆方
向に伝播する基本波輻射か帰還用として用いられるのて
、別に帰還ビーム径路用として光学素子を付加する必要
かない。逆方向に伝播する基本波輻射は、好ましくは、
順方向に伝播する基本波輻射を散乱させることによって
生成される。この散乱素子として、リンク共振器中で基
本波輻射か通過する光学的に非線形の周波数2倍化結晶
の界面を用いると特に好ましい。この結晶は、帰還輻射
を調整するために、ビーム径路な横切て変位し得るよう
に取付けることかてきる。光学的非線形周波数2倍化結
晶の充分に仕上げられた界面でも、所要の帰還輻射の発
生に充分な散乱を与える。
散乱によって逆方向伝播輻射を生成することの利点は、
第1に、高性能のリング共振器を用いることができ、こ
の高性能リング共振器を用いると、共振増強により、効
果的に周波数を2倍にするに必要とされる順方向伝播基
本波輻射の高強度が保証される。同時に、所要の低い強
度を持った逆方向伝播輻射は簡単な手段て発生できる。
この発明の固体レーザの周波数は、リンク共振器の共振
周波数の調整と、レーザダイオードの基本波周波数に対
する影響を調整することにより、比較的広い範囲内で変
えることができる。
〔推奨実施例の説明〕
図に示した固体レーザは、小さな排気されたチャンバ4
内に収容され、概略的に示した温度調整手段6を備えた
GaAU八sしへザダイオード(例えば、5pectr
a Physics社製SDL 5410−C) 2を
有するタイオートレーザ・ユニットlを含んている。
温度調整手段6は、基本波長を調整するために、レーザ
ダイオードの温度な0℃を中心とした値に調整するため
のものである。840.6nmの基本波長に対しては、
レーザダイオードの動作温度は一360Cである。レー
ザダイオードにより放出された基本波レーザ輻射は、レ
ーザダイオードから短い距離(例えば50pn+ )を
隔てて圧電調整手段10に取付けられた薄い(例えば約
150μ課の厚さの)ガラス板8、レンズの形で示され
ている集束光学系12、偏向ミラー14、及びリング共
振器16を含むビーム径路を通過する。リング共振器1
6は、平面鏡である第1ミラー18、同じく平面鏡であ
る第2のミラー20.凹面鏡である第3のミラー22、
凹面鏡である第4のミラー24を含んでいる。凹面鏡2
2と24の中間に、KNbO3結晶の形で示されている
光学的に非線形の媒質28が配置されている。リング共
振器の光路長は、ミラー20に関連させて設けられてい
る圧電調整手段21によってミラー20の位置を変える
ことによって変えることができる。結晶には温度調整手
段46、特に、冷却手段、が設けられている。結晶はビ
ーム径路を横切る方向に変位できるように、例えばマイ
クロメータねじを含むような調整手段48上に取付けら
れている。ミラー18.20.22.24及び周波数を
2倍にする結晶28とを含むリング共振器16は、結晶
の冷却時の結露による影響を防止するために、真空室5
0内に配置されている。
ガラス板8は基本波輻射をレーザへ僅かに帰還させ、そ
れによって、レーザダイオードの輻射出力面の実効反射
率を変える。ガラス板8のレーザダイオードの出力面か
らの距離は、レーザの異なる縦モードの選択を可能とす
るように調整可能とされている。この構成は、ある特定
の波長が欲しいような場合には重要な構成である。
ミラー14の位置は、後述する自動位相制御の一部を構
成する圧電調整手段26によって調整できる。
光学系12はレーザ輻射をミラー18と20を集束させ
て、くラー18と20の中間にビームウェストを武威さ
せる。くラー18は98%の反射率と約2%の透過率を
有し、ミラー20.22.24は各々99.5%の反射
率を持っている。凹面鏡22と24の各々は、5hmの
曲率半径を有し、互いに、d、=56mmの距離たけ隔
てられている。2つの平面鏡18と20を通るくラー2
2と24を結ぶ光路はd2=5001111の長さを持
つ。
この構造により、2つの凹面鏡間に小さなビームウェス
トを武威して、これを距離d□を変えて調整することが
可能となる。ビームウェストの最大寸法は距離d2によ
って左右される。ミラー22と24の中間の小さなウェ
スト中には、5!1111の長さのニオブ酸カリウム結
晶が配置されており、周波数を2倍にする。即ち、第2
高調波を発生するように動作する。結晶28は前面28
aと背面28bによって規定されており、シラー18か
らくラー20.22を通って順方向にリング共振器を伝
播する基本波輻射か表面28aで直接反射されて順方向
輻射のビーム径路に戻されることがないように配向され
ている。
結晶の前面と背面には、850nmで反射を最小とする
ように構成された反射低減層か設けられている。位相整
合を得るために、840.6 nmの基本波長に対して
、結晶28は−28,3°Cに冷却される。くラー18
を透過した基本波輻射はくラー30によって反射され、
4分の1波長板、即ち、スライス32を通って偏光ビー
ムスプリッタ34に入る。偏光ビームスプリッタ34は
、互いに垂直な偏光方向を持つ2つのビーム(サブビー
ム)を発生し、その一方のサブビームは第1のホトダイ
オード36に直接入射し、他方は偏向ミラー38を介し
て第2のホトダイオード40に入射する。こ和らのホト
ダイオードは2つの偏光方向の強度に差かある時に誤差
信号を発生する差動増幅器39または差動接続構成に接
続されている。誤差信号は積分器42に供給され、この
積分器の出力信号が公知の態様て(Opt。
Commun、35.441(1980)のヘーンシュ
(11:1nsch)氏外の論文)、調整手段26を制
御する。
このレーザにおいては、レーザタイオート2は、光学素
子、特に結晶表面。詳しくは、周波数を2倍にする結晶
28の入口側面28a中の欠陥において、順方向にリン
ク共振器中を伝播する輻射か散乱させられることによっ
て生じ、順方向に伝播する基本波輻射と同しビーム径路
を逆方向にミラー22.20.18及び14を通ってレ
ーザダイオード2に進む帰還基本波輻射によって安定化
される。結晶28は、帰還される輻射の強度を調整でき
るようにするために、ビーム径路を横切る方向に移動て
きるように取付けられている。
帰還用としては、ダイオード出力の1O−4程度の小さ
なパワーしか必要てはない。順方向伝播モートと逆方向
伝播モードは同じ共振周波数を有するが、このことは、
このレーザにとって重要である。なぜなら、順方向伝播
モードは高い周波数倍増効果を得るために共振していな
ければならず、レーザダイオードの周波数の安定効果は
逆方向伝播モートの共振に左右されるからである。レー
ザダイオードの光学的な同期は、逆方向伝播輻射の位相
、従って、タイオートからリング共振器まての光路長及
びリング共振器中のビーム径路の長さに大きく左右され
るか、リング共振器中のビーム径路の長さは調整手段2
1を用いてミラー20を調整することにより調整可能で
ある。レーザタイオー1 2 ド2とリング共振器16との間の光路長は、レーザ周波
数かリング共振器共振の最大値に一致するように、位相
ミラー14により制御される。この位相制御と、共振器
の長さとダイオード電流とを同期して変化させることと
により、レーザ周波数を4GH,の範囲にわたって同調
させることができる。
冷却手段6と46は中実のアルミニウムブロックを含ん
だものとすることができ、冷却または加熱されるべき素
子かこのブロック上に配置され、また、ブロックには熱
搬送流体用の通路が設けられている。これらの通路は、
流体を所定温度に保持し、かつ、通路中を連環し得るよ
うに通常の温度調整装置に結合されている。
上述した実施例との関係で示したパラメータや種々の値
は一例であって、この発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
図は、この発明の固体レーザの推奨実施例を概略的に示
す図である。 2・・・・レーザタイオート、16・・・・リンク共振
器、28・・・・光学的非線形媒体、28a・・・・光
学手段(散乱光学素子)、18・・・・第1の平面鏡、
20・・・・第2の平面鏡、22.24・・・・四面鏡
、6.46・・・・温度調整手段。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基本波レーザ輻射を発生する固体レーザダイオー
    ドと、基本波レーザ輻射のビーム径路中に配置されてお
    り、基本波レーザ輻射が予め定められた順方向に通過す
    る外部リング共振器と、リング共振器中に配置されてお
    り、基本波レーザ輻射の第2高調波を発生する光学的非
    線形媒体と、基本波レーザ輻射を固体レーザダイオード
    に帰還させる構成とを備え、特徴として、上記帰還構成
    が、リング共振器の基本波レーザ輻射のビーム経路中に
    配置されており、基本波レーザ輻射の小部分が上記順方
    向とは逆の方向に上記ビーム径路を通って固体レーザダ
    イオードへ伝播するように働く光学手段を含んでいる、
    固体レーザ。
  2. (2)上記光学手段が散乱光学素子であることを特徴と
    する、特許請求の範囲(1)に記載の固体レーザ。
  3. (3)上記散乱光学素子が上記非線形光学媒体を構成す
    る周波数倍増結晶の表面であることを特徴とする、特許
    請求の範囲(2)に記載の固体レーザ。
  4. (4)上記周波数倍増結晶がビーム径路を横切る方向に
    移動できるように取付けられていることを特徴とする、
    特許請求の範囲(3)に記載の固体レーザ。
  5. (5)レーザダイオードとリング共振器との間のビーム
    径路中に、基本波輻射の位相調整用の手段が配置されて
    いることを特徴とする、特許請求の範囲(1)に記載の
    固体レーザ。
  6. (6)リング共振器が部分的に透過性の入口側第1の平
    面鏡と、調整可能に取付けられた第2の平面鏡と、上記
    非線形光学媒体が間に配置されている2つの凹面鏡とを
    含むことを特徴とする、特許請求の範囲(1)に記載の
    固体レーザ。
  7. (7)ビーム径路が上記平面鏡と凹面鏡の間で自身と交
    差していることを特徴とする、特許請求の範囲(6)に
    記載の固体レーザ。
  8. (8)上記第1の平面鏡が部分的に透過性で、レーザダ
    イオードからの輻射をリング共振器に結合し、また、上
    記第2の平面鏡が調整可能に取付けられていることを特
    徴とする、特許請求の範囲(6)に記載の固体レーザ。
  9. (9)レーザダイオードに温度調整手段が設けられてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲(1)に記載の固
    体レーザ。
  10. (10)非線形光学媒体に温度調整手段が設けられてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲(1)に記載の固
    体レーザ。
JP2186955A 1990-03-15 1990-07-13 固体レーザ Pending JPH03272188A (ja)

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