JPH04162686A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体レーザを励起光源とし、レーザ共振器
内にレーザ媒質と非線形光学材料を配置した固体レーザ
装置に関する。

「従来の技術Ｊ 近年、半導体レーザ、特にレーザダイオード（以下ＬＤ
という）を励起光源とする固体レーザ装置の研究開発が
盛んに行なわれている。このＬＤ励起固体レーザは、従
来のランプ励起に比べ、励起光源の寿命が長いことや、
レーザ媒質での熱的影響がほとんどなく水冷の必要がな
いことから、小型・長寿命の全固体素子レーザとして注
目されている。

全固体素子レーザとしては、現在ＬＤがよく知られてい
るが、ＬＤは空間出力形状が楕円であることや、瞬間端
面破壊などの問題がある。ＬＤ励起固体レーザでは、そ
れらの問題は解消された上、励起準位での寿命が長いた
め、エネルギーを蓄えることができ、そのためＱスイッ
チ発振によって高いピーク出力が得られる等の特徴を有
している。

また、レーザ共振器内部に非線形光学材料を設けること
により、Ｌ−Ｄによっては発光が難しい緑色や青色等の
可視光を波長変換により容易に発生させることもできる
。ＬＤ励起固体レーザは、このような特徴を有するため
、光情報伝達装置、例えば光記録再生装置などの分野に
おける応用が期待されている。

第５図には、レーザ共振器内部に非線形光学材料を備え
た従来のＬＤ励起固体レーザ装置の一例が示されている
。すなわち、励起光源としてＬＤ４１が配置され、その
励起光５１の出射方向には、集光レンズ４３が配置され
ている。集光レンズ４３の光出射方向には、例えばＹＡ
Ｇなどのレーザ媒質４５が配置されている。レーザ媒質
４５の励起光５１の入射面には、励起光５１を透過し、
レーザ発振光５２を反射する光学膜５３が設けられてい
る。この光学膜５３は、ミラーとして機能し、光学膜５
３と出力ミラー４９とでレーザ共振器を構成する。そし
て、レーザ媒質４５と出力ミラー４９との間には非線形
光学材料４７が配置されている。出力ミラー４９の入射
面には、レーザ発振光を反射し、非線形光学材料４７で
変換された波長変換光５４を透過する光学膜５０が形成
されている。

ＬＤ４１から出射される励起光５１は、集光レンズ４３
を通過して細いビームに絞られ、光学膜５３を通してレ
ーザ媒質４５の一方の端面から入射する。励起光５１は
、レーザ媒質４５内を通過するときに大部分が吸収され
、レーザ媒質から特定の波長のレーザ光が発生する。こ
のレーザ光は、非線形光学材料４７を通過して出力ミラ
ー４９の光学膜５０で反射され、レーザ媒質４５の入射
面に形成された光学膜５３との間で反射を繰り返して、
レーザ発振光５２となる。このレーザ発振光５２は、非
線形光学材料４７を通過するときに一部が波長１／２の
第２高調波に変換され、この波長変換光５４が出力ミラ
ー４９を透過して出力される。

上記の装置において、非線形光学材料４７における第２
高調波への変換を効率よく行なうには、位相整合をとる
ことが必要である０位相整合の方法としては、レーザ発
振光５２の光軸に対する非線形光学材料４７の結晶軸の
角度を所定の値にする方法（角度整合）が多用されてい
る。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、非線形光学材料の波長変換効率が最大と
なるように、レーザ発振光５２の光軸に対する非線形光
学材料４７の角度を一度調整しても、非線形光学材料４
７の温度が変化すると、位相整合が最適条件からズして
変換効率の低下をもたらす０通常、変換効率が１７２に
低下する温度幅を温度許容幅と呼ぶが、特に、この温度
許容幅が狭い材料（例えば、ＫＮｂＯ３やＢＢＯ等）を
用いた場合に問題となる。

非線形光学材料４７の温度変動の原因としては、外気か
らの影響、レーザ媒質４５に吸収されずに透過してきた
未吸収励起光による影響などが挙げられる。外気からの
影響に対しては、ペルチェ素子等による非線形光学材料
４７の温度調節によって対処することが可能である。こ
れに対して、未吸取励起光は、光入出射面を通して非線
形光学材料内４７に入ってきたり、また、非線形光学材
料４７の周辺に位置する部品へ入射するなどして、かな
りの温度上昇を引き起こす、特に、レーザ媒質４５の再
吸収のため、レーザ媒質の長さを十分にとれない３準位
レーザ（ＹＡＧの９４６ｎｍ発振ライン）などは、レー
ザ媒質長が短いため未吸収励起光が強く、非線形光学材
料４７の温度上昇が顕著となる。従来、この未吸収励起
光による温度上昇に対して特別な配慮はなされておらず
、このため、しばしば波長変換効率を低下させていた。

したがって、本発明の目的は、非線形光学材料に入射す
る未吸収励起光を少なくして、非線形光学材料の温度上
昇を防止し、波長変換効率を向上させた半導体レーザ励
起固体レーザ装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、励起光源としての
半導体レーザと、この半導体レーザから照射される励起
光を絞る集光レンズと、この集光レンズで絞られた励起
光が入射するレーザ媒質と、このレーザ媒質で発生する
特定波長のレーザ光を発振させる共振器と、この共振器
内に配置された非線形光学材料とを備えた半導体レーザ
励起固体レーザ装置において、前記集光レンズから前記
非線形光学材料に至る光路中にピンホールを設けたこと
を特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、前記ピンホールは、
前記レーザ媒質と前記非線形光学材料との間に設けられ
ている。

本発明の別の好ましい態様においては、前記ピンホール
は、前記集光レンズと前記レーザ媒質との間に設けられ
ている。このピンホールは通孔であり、あるいは通孔に
ガラス等の透明材料をつめたり、通孔を該透明材料で覆
ったものであってもよい。

「作用」 本発明では、集光レンズから非線形光学材料に至る光路
、具体的には、集光レンズとレーザ媒質との間、又はレ
ーザ媒質と非線形光学材料との間に、ピンホールが設け
られている。このピンホールは、レーザ発振に有効でな
い励起光をカットして、未吸収励起光が非線形光学材料
に入射するのを減少させ、非線形光学材料の温度上昇を
抑えて安定した波長変換が達成されるのに寄与する。

すなわち、ピンホールを集光レンズとレーザ媒質との間
に設けた場合について説明すると、半導体レーザから発
せられ、集光レンズで絞られる励起光には、個々の半導
体レーザ（ＬＤ等）の放射特性のバラツキや、集光レン
ズの設計、製作上の問題や、アライメントのズレ等の理
由により、実際にはレーザ媒質の励起に有効でない、絞
りきれない光が存在する。ピンホールを集光レンズとレ
ーザ媒質との間に設けると、上記のような絞りきれなか
った、レーザ発振に有効でない励起光がカットされ、そ
の結果、レーザ媒質から出射される未吸収励起光を減少
させることができ、非線形光学材料に入射される未吸収
励起光を減少させることができる。

また、ピンホールをレーザ媒質と非線形光学材料との間
に設けた場合について説明すると、半導体レーザから発
せられ、集光レンズで絞られた励起光は、レーザ媒質内
で焦点を結んだ後、その−部がレーザ媒質内で吸収され
ずにレーザ媒質を通過して、急激に広がる未吸収励起光
となる。このため、レーザ媒質と非線形光学材料との間
にピンホールを設けると、急激に広がった未吸収励起光
のうちのかなりの部分が、このピンホールによってカッ
トされる。その結果、レーザ媒質から非線形光学材料に
入射される未吸収励起光を減少させることができる。

更に、このピンホールは、光軸調整に利用することがで
きるため、モジュール組立時の作業性を向上させるのに
も寄与する。更にまた、このピンホールによって、楕円
形をなした励起光を円形にして、良好なＴ　Ｅ　Ｍ　ｏ
　ｏ横モードが得られるという効果ももたらされる。

「実施例」 第１図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の一実施例が示されている。

図において、１１は励起光源をなす半導体レーザ（ＬＤ
）であり、励起光２１を出射する。励起光２１の出射方
向には、集光レンズ１３が配置されており、励起光２１
を集光して細く絞る。集光レンズ１３の絞り方向には、
レーザ媒質１５が設けられている。レーザ媒質１５とし
ては、例えばＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＹＶＯ，等の結
晶が用いられるが、この実施例では、ＹＡＧが用いられ
ている。レーザ媒質１５の励起光入射面には、励起光２
１を透過し、レーザ発振光２２を反射する光学膜２３が
形成されている。光学１１１２３は、レーザ媒質１５の
レーザ光出射方向に配置された出力ミラー１９と協動し
て共振用ミラーの役割を果す。

レーザ媒質１５のレーザ発振光２２の出射側には、絞り
板２５と非線形光学材料１７とが順次配置されている。

絞り板２５には、レーザ発振光２２の光軸に一致するピ
ンホール２７が形成されている。絞り板２５の厚さは、
レーザ媒質１５と非線形光学材料１７との間に挿入でき
、かつ、各部の調整が十分にできる厚さであればよいが
、通常０．５〜１ｍｍ程度が好ましい、また、ピンホー
ル２７の径は、レーザキャビティモードに損失を与えな
い径でなるべく小さい径が望ましい０通常、キャビティ
モードの直径は数１０μｍ〜数１００μｍ程度であるの
で、ピンホール径は１〜２ｍｍ程度が好ましい、非線形
光学材料１７としては、例えばＫＮｂＯ３，ＬｉＮｂ０
．、ＫＴｉＯＰＯ，、ＫＨ、ＰＯ４、ＢＢＯ等が用いら
れる。

非線形光学材料１７のレーザ媒質１５に向いた方向と反
対側には、出力ミラー１９が配置されている。出力ミラ
ー１９のレーザ光入射面には、レーザ発振光を反射し、
非線形光学材料１７で変換された波長変換光を透過する
光学膜２０が形成されている。そして、前記レーザ媒質
１５の光学膜２３と出力ミラー１９の光学膜２０とで共
振器が構成されている。

なお、絞り板２５は、レーザ媒質１５のレーザ光出射側
の端面に接着されていでもよい、あるいは、レーザ媒質
１５のレーザ光出射側の端面に反射膜を形成し、この反
射膜にピンホール２７を設けてもよい。

次に、この半導体レーザ励起固体レーザ装置の発振動作
について説明する。

半導体レーザ１１は、例えば波長８０８ｎｍの励起光２
１を出射し、この励起光２１は、集光レンズ１３により
細いビームに絞られ、光学膜２３を透過して固体レーザ
ー媒質１５に入射する。励起光２１は、レーザ媒質１５
中で大部分が吸収されて、レーザ媒質１５から波長１１
０６４ｎのレーザ光が発生する。なお、励起光２１の一
部は、レーザ媒質１５に吸収されずに未吸収励起光とし
てレーザ媒質１５から出射する。

レーザ媒質１５から出射したレーザ光は、絞り板２５の
ピンホール２７及び非線形光学材料１７を通過し、出力
ミラー１９の光学膜２０で反射され、共振器を構成する
レーザ媒質１５の光学膜２３との間で反射を繰り返し、
レーザ発振光２２となる。このレーザ発振光２２は、非
線形光学材料１７を通過するときに、その一部が１７２
の波長、この例では波長５３２ｎｍの第２高調波に波長
変換され、出力ミラー１９の光学膜２０を透過し、波長
変換光２４として出力される。

一方、励起光２１は集光レンズ１３によりレーザ媒質１
５中で焦点を結ぶため、レーザ媒質１５に吸収されなか
った未吸収励起光２１は、レーザ媒質１５から出射する
と急激に広がる。そして、この未吸収励起光２１は、絞
り板２５のピンホール２７を通るとき、その大部分がカ
ットされる。

したがって、未吸収励起光２１が非線形光学材料１７に
入射されるのを防止でき、非線形光学材料１７が未吸収
励起光２１の影響を受けて温度上昇することが抑えられ
、位相整合条件を最適にして安定した波長変換を実現す
ることができる。

第２図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の他の実施例が示されている。なお、以下の実施例にお
いては、第１図の実施例の装置と実質的に同一部分には
同符合を付し、その説明を省略することにする。

この実施例は、いわゆるファイバ結合型と呼ばれるもの
で、半導体レーザ１１から出射される励起光２１の出射
方向に集光レンズ３３が配置されており、集光レンズ３
３によって絞られた励起光２１が、光ファイバー２９を
通して集光レンズ１３に照射されるようになっている。

そして、集光レンズ１３で再び絞られた励起光２１がレ
ーザ媒質１５に入射するようになっている。また、レー
ザ媒質１５と非線形光学材料１７との間には、前記絞り
板２５の代りにピンホール２７を有するミラー３１が配
置されている。ミラー３１は未吸収励起光２１の入射面
が凹面とされ、この凹面に例えば励起光２１に対して高
反射となるようなピンホール付きの光学膜が形成されて
いる。他の構成は、第１図の実施例と同様である。

この実施例では、レーザ媒質１５から出射された未吸収
励起光２１が、ミラー３１のピンホール２７を通るとき
、その大部分がミラー３１によって反射される。ミラー
３１は、未吸収励起光２１の入射面が凹面をなしている
ので、反射された未吸収励起光２１は、再び集光されて
レーザ媒質１５に反対方向から入射する。このため、未
吸収励起光２１をレーザ媒質１５に戻して励起効率を高
めることができる。

第３図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の更に他の実施例が示されている。

この実施例は、第１図の実施例におけるピンホール２７
を有する絞り板２５を、集光レンズ１３とレーザ媒質１
５との間に配置したものである。絞り板２５の厚さは、
前記と同様な理由から通常０．５〜１ｍｍ程度が好まし
い、また、ピンホール２７の径も、前記と同様にレーザ
キャビティモードに損失を与えない径でなるべく小さい
径が望ましいが、アライメント上のズレも考慮し、０．
５ｍ−程度が実際上使用しやすい。なお、他の構成は、
第１図の実施例と同様である。

この実施例においては、半導体レーザから発せられ、集
光レンズで絞られる励起光のうち、前述したような理由
によって生じるレーザ媒質の励起に有効でない、絞りき
れない光が、絞り板２５のピンホール２７を通るときに
カットされる。その結果、レーザ媒質１５から出射され
る未吸収励起光２１を減少させることができ、非線形光
学材料１７に入射される未吸収励起光２１を減少させ、
非線形光学材料１７の温度上昇を抑えて安定した波長変
換を達成することができる。

第４図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の更に他の実施例が示されている。

この実施例においては、第３図に示した実施例をファイ
バ結合型にしたものであり、半導体レーザ１１から出射
される励起光２１の出射方向に集光レンズ３３を配置し
、集光レンズ３３によって絞られた励起光２１を光ファ
イバー２９を通して集光レンズ１３に照射させ、集光レ
ンズ１３で再び絞られた励起光２１をレーザ媒質１５に
入射させるようにしている。他の構成及び作用は、第３
図の実施例と同様である。

なお、上記実施例では、ピンホール２７をレーザ媒質１
５と非線形光学材料１７との間か、集光レンズ１３とレ
ーザ媒質１５との間に配置するようにしているが、ピン
ホール２７を上記の両方の箇所に配置してもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、集光レンズから
非線形光学材料に至る光路、具体的には集光レンズとレ
ーザ媒質との間、又はレーザ媒質と非線形光学材料との
間に配置したことにより、レーザキャビティモードに損
失を与えることな（、レーザ発振に寄与しない励起光を
カットすることができ、その結果、未吸収励起光が非線
形光学材料に入射されるのを減少させることができ、非
線形光学材料の温度上昇を抑えて、安定した波長変換を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置のそれぞれ異なる実施例を示す
ブロック図、第５図は従来の半導体レーザ励起固体レー
ザ装置の一例を示すブロック図である。 図中、１１は半導体レーザ、１３．３３は集光レンズ、
１５はレーザ媒質、１７は非線形光学材料、１９は出力
ミラー、２１は励起光、２２はレーザ発振光、２４は波
長変換光、２５は絞り板、２７はピンホール、３１はミ
ラーである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）励起光源としての半導体レーザと、この半導体レ
   ーザから照射される励起光を絞る集光レンズと、この集
   光レンズで絞られた励起光が入射するレーザ媒質と、こ
   のレーザ媒質で発生する特定波長のレーザ光を発振させ
   る共振器と、この共振器内に配置された非線形光学材料
   とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
   前記集光レンズから前記非線形光学材料に至る光路中に
   ピンホールを設けたことを特徴とする半導体レーザ励起
   固体レーザ装置。
2. （２）前記ピンホールを前記レーザ媒質と前記非線形光
   学材料との間に設けた請求項１記載の半導体レーザ励起
   固体レーザ装置。
3. （３）前記ピンホールを前記集光レンズと前記レーザ媒
   質との間に設けた請求項１記載の半導体レーザ励起固体
   レーザ装置。