JPH05198870A

JPH05198870A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH05198870A
Application number: JP22738692A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Amano; 壮天野
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成により、レーザビーム特性を極め
て安定にでき、かつ、装置を小型コンパクトに形成でき
る半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。【構成】励起用半導体レーザ装置１から射出された励
起用のレーザ光Ｌ₀を、レーザ共振器内に配置された固
体レーザ媒体２に入射し、該固体レーザ媒体２を励起し
て出力レーザ光Ｌ₂を得るようにするとともに、固体レ
ーザ媒体２及びレーザ共振器３，４並びに機能光学素子
５用いるときはこの機能光学素子５を同一の熱伝導性基
板７上に取り付けるとともに、この熱伝導性基板７の温
度を制御する温度制御装置７ａ，７ｂを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ装置か
ら射出されたレーザ光を励起光として用いる半導体レー
ザ励起固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置の構成を示す図である。

【０００３】図７において、符号１０１は励起用半導体
レーザ装置、符号１０２は固体レーザ媒体（ロッド）、
符号１０３は固体レーザ媒体１０２の一方の端面（図中
左端面）に形成された選択反射膜、符号１０４は固体レ
ーザ媒体１０２の他方の側（図中右側）に該固体レーザ
媒体１０２と光軸を共通にして配置された出力ミラーで
ある。選択反射膜１０３と、出力ミラー１０４とはレー
ザ共振器を構成する。また、符号１０５は固体レーザ媒
体１０２と出力ミラー１０４との間に配置された機能光
学装置たる波長変換素子、符号１０６は励起用半導体レ
ーザ装置１０１から射出された励起用レーザ光をＬ₀を
集光して固体レーザ媒体１０２に入射させる集光レンズ
である。なお、固体レーザ媒体１０２及び機能光学装置
１０５はそれぞれペルチェ素子、ヒーター等の温度コン
トローラ１０２ａ及び１０５ａによって温度コントロー
ルされている。

【０００４】励起用半導体レーザ装置１０１から射出さ
れた励起用のレーザ光Ｌ₀は、集光レンズ１０６及び選
択反射膜１０３を通過して固体レーザ媒体１０２に入射
され、該固体レーザ媒体１０２を励起する。これによ
り、レーザ共振器内で固体レーザ媒体の発振基本波が生
じ、波長変換素子等の機能光学装置１０５の作用を受け
て波長変換されたレーザ光の出力レーザ光Ｌが得られる
（詳しくは、米国特許第4,809,291 号明細書参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の構成
の半導体レーザ励起固体レーザ装置においては、固体レ
ーザ媒体１０２と機能光学装置１０５とは、それぞれ温
度コントローラ１０２ａ及び１０５ａによって温度コン
トロールされており、環境温度の変化があってもこれら
の温度は一定に維持され、これら単独での特性は変化し
ないように維持されて一定の性能を維持できるように構
成されている。

【０００６】しかし、近年にいたり、半導体レーザ励起
固体レーザ装置の用途がますます拡がってきており、そ
れにつれて、出力レーザ光の強度、縦・横モード、ビー
ムポインティングその他のレーザビーム特性に対してよ
り厳しい安定性が要求される場合も少なからず生じてき
ているが、上述の従来の装置では、このような要求に対
しては必ずしも十分に応えることができないことが判明
した。

【０００７】これは、従来の装置にあっては、固体レー
ザ媒体１０２や機能光学装置１０５の個々の特性は一定
に維持できるようになっているが、これらの相対位置関
係、あるいは、レーザ共振器内の他の発振条件等につい
ては、考慮されておらず、これらの条件が環境温度変化
等によって変化する結果、上述のレーザビーム特性の安
定性に限界を与えていたためである。

【０００８】この発明は、上述の背景のもとでなされた
ものであり、比較的簡単な構成により、レーザビーム特
性を極めて安定にでき、かつ、消費電力が少ないととも
に装置を小型コンパクトに形成できる半導体レーザ励起
固体レーザ装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明は、（１）励起用半導体レーザ装置から射
出された励起用のレーザ光を、レーザ共振器内に配置さ
れた固体レーザ媒体に入射し、該固体レーザ媒体を励起
して出力レーザ光を得るようにした半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、前記固体レーザ媒体及びレーザ
共振器を同一の熱伝導性支持体に取り付けるとともに、
この熱伝導性支持体の温度を制御する温度制御装置を設
けたことを特徴とする構成とし、この構成１の態様とし
て、（２）構成Ｉの半導体レーザ励起固体レーザ装置
において、前記熱伝導性支持体の形状を板状に形成する
とともに、この板状熱伝導性支持体上に前記固体レーザ
媒体及びレーザ共振器を固定したことを特徴とする構
成、（３）構成１の半導体レーザ励起固体レーザ装置
において、前記熱伝導性支持体の形状を円筒状に形成す
るとともに、この円筒状熱伝導性支持体の円筒内に前記
固体レーザ媒体及びレーザ共振器を収納固定したことを
特徴とする構成、（４）構成１の半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、前記温度制御装置は、出力レー
ザ光の出力が安定になる温度を記憶する記憶手段を有
し、この記憶手段に記憶された温度になるように前記熱
伝導性支持体の温度を制御するものであることを特徴と
した構成、（５）構成１の半導体レーザ励起固体レー
ザ装置において、前記温度制御装置は、前記熱伝導性支
持体に熱的に結合されたペルチェ素子を有するものであ
ることを特徴とした構成、（６）構成１の半導体レー
ザ励起固体レーザ装置において、前記温度制御装置は、
前記熱伝導性支持体の温度を検出する温度検出手段を有
し、この温度検出手段の検出結果に基づいて前記熱伝導
性支持体の温度を制御するものであることを特徴とした
構成、レーザ励起固体レーザ装置。

【００１０】及び、（７）構成１の半導体レーザ励起
固体レーザ装置において、前記レーザ共振器内または外
における出力レーザ光の光路上に機能光学装置を設ける
とともに、この機能光学装置を前記熱伝導性支持体上に
取り付けたことを特徴とする構成としたものである。

【００１１】

【作用】上述の構成１によれば、固体レーザ媒体及びレ
ーザ共振器を同一の熱伝導性支持体に取り付けるととも
に、この熱伝導性支持体の温度を制御する温度制御装置
を設けてこの熱伝導性支持体をレーザビーム特性が安定
になる最適な一定温度に保つことにより、環境温度の変
化があったとしてもこれらの影響を受けることなく、固
体レーザ媒体等の光学素子単独の安定性は勿論、共振器
長その他の発振条件をも一定に保つことができ、出力レ
ーザ光の強度、縦・横モード、ビームポインティングそ
の他のレーザビーム特性の安定性を著しく向上させるこ
とができる。また、構成２によれば、熱伝導性支持体
の構造が単純であるので製作が容易な装置を構成でき、
構成３によれば、固体レーザ媒体及びレーザ共振器を外
部環境から遮断してその影響を受けるおそれをより軽減
でき、より精密に所定の温度に維持することを可能にす
る。さらに構成４によれば、一度出力レーザ光の出力が
安定する最適温度を求めてこれを記憶手段に記憶してお
けば、使用を開始する毎に最適温度を求めるという労力
を省くことができる。

【００１２】構成５によれば、ペルチェ素子を用いたこ
とにより加熱及び冷却を自在にかつ精度よく行うことが
できるから所望の温度に制御することが極めて容易にな
る。構成６によれば、熱伝導性支持体の温度を監視しな
がら該温度を正確に所定の温度に制御することができ
る。

【００１３】そして、構成７によれば、機能光学素子と
して例えば高調波発生器を用いれば、固体レーザ媒体で
発生されるレーザ光の高調波光を得ることができ、ま
た、Ｑスイッチ素子を用いれ、パルスレーザ光を得るこ
ともできる。

【００１４】

【実施例】第１実施例図１はこの発明の第１実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図１を参
照にしながらこの発明の第１実施例を詳細に説明する。

【００１５】図１において、符号１は励起用半導体レー
ザ装置、符号２は固体レーザ媒体（ロッド）、符号３は
固体レーザ媒体２の一方の端面（図中左端面）に形成さ
れた選択反射膜、符号４は固体レーザ媒体２の他方の側
（図中右側）に該固体レーザ媒体２と光軸を共通にして
配置された出力ミラーである。選択反射膜３と、出力ミ
ラー４とはレーザ共振器を構成する。また、符号５ａは
固体レーザ媒体２と出力ミラー４との間に配置された機
能光学装置たる第２高調波発生器、符号５ｂはλ／４波
長板もしくはエタロン板、符号６は励起用半導体レーザ
装置１から射出された励起用レーザ光をＬ₀を集光して
固体レーザ媒体２に入射させる集光レンズ、符号７は熱
伝導性基板、符号７ａは温度コントローラ、符号７ｂは
ペルチェ素子、符号７ｃはサーミスタ、符号８は断熱容
器、符号９はヒートシンクである。

【００１６】半導体レーザ装置１は、発振波長が８００
〜８２０ｎｍ、出力５００ｍＷのＧａＡｓ系の半導体レ
ーザ装置である。図示しないが、この実施例では、この
半導体レーザ装置１にはその温度を２５°Ｃに保持する
温度制御装置が設けられており、発振波長が次に述べる
固体レーザ媒体２の吸収ピークに一致する８０７ｎｍに
なるように設定されている。

【００１７】固体レーザ媒体２は、波長１０６４ｎｍの
レーザ光を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザロッドであっ
て、直径３ｍｍφ、長さ５ｍｍの寸法を有し、両端面は
平面研摩されている。この固体レーザ媒体２の光吸収ピ
ーク波長は８０７ｎｍである。

【００１８】この固体レーザ媒体２の光軸と交わる一方
の端面、すなわち、図中左端面には誘電体多層膜からな
る選択反射膜３が形成されている。この選択反射膜３
は、出力ミラー４とでレーザ共振器を構成するものであ
り、固体レーザ媒体２によって生ずる基本波長のレーザ
光（Ｌ₁＝１０６４ｎｍ）に対しては９９．９％以上の
高い反射率をもち、一方、励起用レーザ光（Ｌ₀＝８０
７ｎｍ）を９０％以上透過する性質を有する。なお、固
体レーザ媒体２の他方の端面、すなわち、図中右端面に
は図示しないが、無反射コートが施されており、この端
面での基本波長のレーザ光Ｌ₁に対する反射率が０．５
％以下になるようになっている。

【００１９】出力ミラー４は、凹面がレーザ媒体２側に
向くように配置された凹レンズ状をなしたガラス体の凹
面の表面に誘電体多層膜４ａを形成し、基本波長のレー
ザ光Ｌ₁に対する反射率が９９．９％以上になり、一
方、この基本波長のレーザ光Ｌ₁の第２高調波光Ｌ
₂（波長；０．５３μｍ）に対する透過率が９０％以上
になるようにしたもので、凹面の曲率半径を１００ｍｍ
に設定することにより、上述の選択反射膜３とで共振器
長が２５ｍｍのレーザ共振器を構成している。

【００２０】集光レンズ６は、励起用半導体レーザ装置
１から射出された励起用レーザ光Ｌ₀を集光して固体レ
ーザ媒体２の選択反射膜３が形成された端面から該固体
レーザ媒体２内に入射させて励起するものである。な
お、その集光度合いは、励起用レーザ光Ｌ₀のモード体
積と出力レーザ光Ｌ₁のモード体積との良い一致が得ら
れるように設定される。

【００２１】第２高調波発生器５ａは、長さ５ｍｍのＫ
ＴＰ結晶である。このＫＴＰ結晶は、結晶カット面θ＝
９０．０°、φ＝２６°またはφ＝２３°になるように
カットされている。ここで、φは光軸が結晶Ｚ軸となす
角度、θは光軸の結晶ＸＹ平面への射影がＸ軸となす角
度であり、室温で位相整合を満たす条件である。これに
より、固体レーザ媒体２で発生した波長１０６４ｎｍの
レーザ光Ｌ₁を入射してその第２高調波である波長０．
５３μｍのグリーン光Ｌ₂を発生するものである。ま
た、λ／４波長板５ｂは、偏光モード間の競合を抑圧し
てこのグリーン光Ｌ₂のノイズをカットするためのもの
である。なお、このλ／４板５ｂの代わりにエタロン板
を用いてもよい。エタロン板は、縦モードを単一化する
ことにより、縦モード間競合を抑圧し、グリーン光Ｌ₂
のノイズをカットする。

【００２２】熱伝導性基板７は銅、真鍮、鉄、ステンレ
ス、アルミ、インバーその他の熱伝導性金属材料から構
成された板状体である。この熱伝導性基板７上には、固
体レーザ媒体２、第２高調波発生器５ａ、λ／４波長板
５ｂ及び出力ミラー４が、互いに光軸を共通にし、所定
の配置関係で、かつ、熱接触のよい状態で取付けられて
いる。また、これら光学部品が取付けられた状態で、上
記熱伝導性基板７全体が断熱性材料で構成された断熱容
器８内に収容されている。

【００２３】この断熱容器８の図中左右側面には、それ
ぞれ、励起用レーザ光Ｌ₀の入射窓８ａ、出力レーザ光
Ｌ₁の出射窓８ｂが設けられ、底面には温度制御素子取
付孔８ｃが設けられている。そして、熱伝導性基板７の
底面には、温度制御素子取付孔８ｃを通じてペルチェ素
子７ａが取り付けられており、その温度を所定の温度に
保持できるようになっている。なお、ペルチェ素子７ａ
は、温度コントローラ７ｂによって駆動されるようにな
っているとともに、底面がヒートシンク９と接触するよ
うに配置され、放熱されるようになっている。このヒー
トシンク９も、銅、真鍮、鉄、ステンレス、アルミ、イ
ンバーその他の熱伝導性金属材料から構成された板状体
であり、この上には、上述の断熱容器８、集光レンズ６
及び励起用半導体レーザ媒体１が所定の位置関係のもと
に固定されている。このヒートシンク９は半導体レーザ
装置１の放熱も兼ねている。また、ペルチェ素子７ａを
温度コントローラ７ｂによって制御することにより、熱
伝導性基板７を１５〜４０°Ｃの間の所定の温度に０．
１°Ｃ以内の制御精度で一定に保持することができるよ
うになっている。

【００２４】すなわち、熱伝導性基板７には温度検出手
段としてのサーミスタ７ｃが設けられており、このサー
ミスタ７ｃによって熱伝導性基板７の温度Ｔ₁が測定さ
れる。一方、温度コントローラ７ｂは記憶手段を内蔵し
ており、この記憶手段にレーザ光出力が安定になる最適
温度Ｔ₀が記憶されている。温度コントローラ７ｂは、
Ｔ₀とＴ₁との差△Ｔ＝｜Ｔ₀−Ｔ₁｜が０になるよう
にペルチェ素子７ａを駆動して熱伝導性基板７の温度を
Ｔ₀になるように制御する。この実施例ではＴ₀を２５
°Ｃに設定した。そのときの消費電力は１Ｗ以下であっ
た。なお、上記ペルチェ素子７ａ、温度コントローラ７
ｂ及びサーミスタ７ｃは本発明における温度制御装置を
構成するものである。

【００２５】上述の構成において、励起用半導体レーザ
装置１から射出された励起用レーザ光Ｌ₀は集光レンズ
６によって集光されて固体レーザ媒体２内に入射され、
固体レーザ媒体２を励起する。そうすると、固体レーザ
媒体２から基本波長のレーザ光Ｌ₁が発生するが、この
基本波長のレーザ光Ｌ₁は選択反射膜３と出力ミラー４
とで構成されるレーザ共振器内に閉じこめられる。この
閉じこめられた基本波長のレーザ光Ｌ₁が第２高調波発
生器５ａを通過し、第２高調波Ｌ₂を発生させる。こう
して発生した第２高調波Ｌ₂は、出力ミラー４を通過し
てグリーンレーザ光として外部に取り出される。

【００２６】上述の第１実施例装置によってレーザ発振
実験を行なったところ、環境温度が変わっても発振出力
が１５ｍＷ、出力安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで１％
未満、縦・横モードともに安定なグリーンレーザ光が得
られた。ちなみに、図７に示される構成を有する従来の
装置により、同様の発振実験を行ったところ、発振出力
が１５ｍＷ、出力安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで１％
以上であり、また、縦・横モードともに上述の第１実施
例に比較すると不安定なものであった。

【００２７】第２実施例図２はこの発明の第２実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図２を参
照しながら第２実施例を詳述する。なお、この実施例は
波長０．４７μｍのブルーレーザ光を得る例であり、構
成の多くは上述の第１実施例と共通するので、共通する
部分には同一の符号を付してその詳細は省略し、以下で
はこの実施例に特有な点を中心に説明する。

【００２８】さて、この実施例では、上述の第１実施例
における固体レーザ媒体２の代わりに固体レーザ媒体２
２を用い、選択反射膜３の代わりに選択反射膜２３を用
い、また、第２高調波発生器５ａの代わりに第２高調波
発生器２５を用い、さらに、出力ミラー４の代わりに出
力ミラー２４を用いたものである。なお、この実施例で
は、第１実施例におけるλ／４板５ｂもしくはエタロン
板に相当するものは用いていないが用いてもよい。

【００２９】固体レーザ媒体２２は、波長０．９４μｍ
のレーザ光を発振する長さ１ｍｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ
ロッドであって、両端面は平面研摩されている。この固
体レーザ媒体２の光吸収ピーク波長は８０７ｎｍであ
る。

【００３０】選択反射膜２３は、出力ミラー２４とでレ
ーザ共振器を構成するものであり、固体レーザ媒体２２
によって生ずる基本波長のレーザ光（Ｌ₁＝０．９４μ
ｍ）に対しては９９．９％以上の高い反射率をもち、一
方、励起用レーザ光（Ｌ₀＝８０７ｎｍ）を９０％以上
透過する性質を有する。

【００３１】出力ミラー２４は、凹面がレーザ媒体２２
側に向くように配置された凹レンズ状をなしたガラス体
の凹面の表面に誘電体多層膜２４ａを形成し、基本波長
のレーザ光Ｌ₁に対する反射率が９９．９％以上にな
り、一方、この基本波長のレーザ光Ｌ₁の第２高調波光
Ｌ₂（波長；０．４７μｍ）に対する透過率が９０％以
上になるようにしたもので、凹面の曲率半径や共振器長
は第１実施例と同じである。

【００３２】第２高調波発生器２５は、長さ５ｍｍのＫ
ＮｂＯ₃結晶（結晶カット面が、θ＝９０．０°、φ＝
６０．４°、または、θ＝３０．４°、φ＝９０．０
°）であり、固体レーザ媒体２２で発生した波長０．９
４μｍのレーザ光をＬ₁を入射してその第２高調波であ
る波長０．４７μｍのブルー光Ｌ₂を発生するものであ
る。なお、この結晶はカット面が上述の方向にカットさ
れていることより室温で位相整合条件を満たすことがで
きる。

【００３３】上述の一実施例装置によってレーザ発振実
験を行なったところ、環境温度が変わっても発振出力が
１０ｍＷ、出力安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで１％未
満、縦・横モードともに安定なブルーレーザ光が得られ
た。ちなみに、図７に示される従来の装置により、同様
の発振実験を行ったところ、発振出力が１０ｍＷ、出力
安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで１％以上であり、ま
た、縦・横モードともに上述の第２実施例に比較すると
不安定なものであった。

【００３４】第３実施例図３はこの発明の第３実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図３を参
照しながら第３実施例を詳述する。なお、この実施例は
波長１．０６μｍのパルスレーザ光を得る例であり、こ
の場合も構成の多くは上述の第１実施例と共通するの
で、共通する部分には同一の符号を付してその詳細は省
略し、以下ではこの実施例に特有な点を中心に説明す
る。

【００３５】さて、この実施例では、上述の第１実施例
における第２高調波発生器５ａの代わりにＱスイッチ素
子３５を用い、さらに、出力ミラー４の代わりに出力ミ
ラー３４を用い、λ／４波長板５ｂを除去したほかは第
１実施例と同一の構成を有する。

【００３６】Ｑスイッチ素子３５は、Ｔｅガラスからな
る音響光学素子である。なお、このＱスイッチ素子３５
としては、他にも、例えば、フリントガラス、石英ガラ
ス、ＳｉＯ₂、ＴｅＯ₂、ＬｉＮｂＯ₃もしくはＰｂＭ
ｏＯ₄等のＡＯ（音響光学）Ｑスイッチ素子もしくはＥ
Ｏ（電気光学）Ｑスイッチ素子を用いることができる。

【００３７】出力ミラー３４は、凹面がレーザ媒体２２
側に向くように配置された凹レンズ状をなしたガラス体
の凹面の表面に誘電体多層膜３４ａを形成し、発振レー
ザ光Ｌ₁に対する反射率が９７．０％にしたものであ
り、凹面の曲率半径や共振器長は第１実施例と同じであ
る。

【００３８】この実施例では、環境温度が変わってもパ
ルスエネルギー２０μＪ、パルス安定度３％以内、ビー
ムポインティング安定度が１５μｒａｄ以内で、かつ、
その縦・横モードともに安定なパルスレーザ光が得られ
た。ちなみに、図７に示される構成と同様の構成を有す
る従来の装置により、同様の発振実験を行ったところ、
パルスエネルギー２０μＪ、パルス安定度５％以内、ビ
ームポインティング安定度が１５μｒａｄ以上で、か
つ、縦・横モードともに上述の第３実施例に比較すると
不安定なものであった。

【００３９】第４実施例図４はこの発明の第４実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図４を参
照しながら第４実施例を詳述する。なお、この実施例
は、熱伝導性支持体を円筒状に形成するとともに、この
円筒状熱伝導性支持体の円筒内に固体レーザ媒体やレー
ザ共振器等を収納固定し、波長０．５３μｍの単一縦モ
ードグリーンレーザ光を得る例である。基本的構成は第
１実施例と共通するので、共通する部分には同一の符号
を付してその詳細は省略し、以下ではこの実施例に特有
な点を中心に説明する。

【００４０】図４において、符号４７は円筒状熱伝導性
支持体である。この円筒状熱伝導性支持体４７は、銅、
真鍮、鉄、ステンレス、アルミ、インバーその他の熱伝
導性金属材料から構成された円筒状体であり、その円筒
内の一部、すなわち、図中左端部に近い部分が小径部４
７ａとされ、この小径部４７ａ内にＮｄ：ＹＡＧロッド
からなる固体レーザ媒体２が嵌着されている。また、こ
の小径部４７ａの左方側には軸方向の長さが比較的短い
大径部４７ｂが形成され、右方側には上記大径部４７ｂ
と同径を有し軸方向の長さが比較的長い大径部４７ｃが
形成されている。さらに、大径部４７ｂの左端部内には
機能光学装置たるλ／４波長板５ｃが嵌着保持され、ま
た、大径部４７ｂの小径部４７ａの近傍にはλ／４波長
板５ｂが嵌着保持されている。そして、大径部４７ｃ内
におけるλ／４波長板５ｂの右方側には機能光学装置た
る第２高調波発生器５ａが嵌着保持され、大径部４７ｃ
の右端部内には出力ミー４が嵌着保持されている。

【００４１】上記円筒状熱伝導性支持体４７は、その内
径及び軸方向の長さがともに該円筒状熱伝導性支持体４
７の外径及び軸方向の長さより大きい有底筒状のヒート
シンク４９内に、その一端部が該ヒートシンク４９の開
口端部に一致するようにして収納保持されている。この
場合、円筒状熱伝導性支持体４７の両端部の外周面とヒ
ートシンク４９の内周面の一部との間には２つの断熱筒
４８が介在され、円筒状熱伝導性支持体４７は、熱的に
絶縁されながらヒートシンク４９内に固定されるように
なっている。そして、ヒートシンク４９の底部４９ａに
は半導体レーザ装置１が固定され、この半導体レーザ装
置１と上記λ／４波長板５ｃとの間には集光レンズ６が
配置され、図示しない適宜の保持具によって固定されて
いる。

【００４２】ここで、λ／４波長板５ｃの一方の端面
（図中左端面）には選択反射膜３が形成されていて、出
力ミラー４とレーザ共振器を構成するようになってい
る。また、固体レーザ媒体２を挾むようにして配置され
た２枚のλ／４波長板５ｂ、５ｃは、空間的ホールバー
ニングを抑圧するように光学軸が互いに直交するように
配置されている。これにより、固体レーザ媒体２から出
力されるレーザ光Ｌ₁は単一縦モードのレーザ光とな
る。なお、半導体レーザ装置１、集光レンズ６、λ／４
波長板５ｃ，５ｂ、固体レーザ媒体２及び出力ミラー４
は、互いに光軸が共通するように配置されているととも
に、これらの所定の面には図示していないが１．０６μ
ｍで反射率が０．５％以下になるよう無反射コートが施
されている。また、円筒状熱伝導性支持体４７にはペル
チェ素子７ａ及びサーミスタ７ｃが取り付けられ、温度
コントローラ７ｂによって該円筒状熱伝導性支持体４７
の温度が制御されるようになっている点は第１実施例と
同じである。また、ヒートシンク４９の外表面部には適
宜放熱フィン４９ｂが形成され、放熱効果の向上を図る
ことができるようになっている。

【００４３】この実施例の装置でレーザ発振実験を行っ
たところ、環境温度が変わっても発振出力１０ｍＷ、出
力安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで１％未満、縦・横モ
ードともに安定な単一モードグリーンレーザ光が得ら
れ、図７に示される構成を有する従来の装置に比較して
出力安定性（ノイズ特性）や縦・横モードともにすぐれ
たものであった。

【００４４】第５実施例図５はこの発明の第５実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図５を参
照しながら第５実施例を詳述する。なお、この実施例も
波長０．５３μｍのグリーンレーザ光を得る例であり、
構成の多くは上述の第４実施例と共通するので、共通す
る部分には同一の符号を付してその詳細は省略し、以下
ではこの実施例に特有な点を中心に説明する。

【００４５】第４実施例と比較すると、この実施例では
機能光学装置たるλ／４波長板５ｂ、５ｃは用いない。
また、固体レーザ媒体として、本実施例では、その寸法
が一辺３ｍｍ角、厚さ１ｍｍでその両端面が平行平面研
磨された板状のＮｄ：ＹＶＯ₄からなる固体レーザ媒体
５２を用いている。そして、熱伝導性支持体としては、
単純な円筒状をなした円筒状熱伝導性支持体５７を用
い、この円筒状熱伝導性支持体５７の筒内の左端部に上
記固体レーザ媒体５２を嵌着保持し、右端部に出力ミラ
ー４を嵌着保持するとともに、中央部に機能光学素子た
る第２高調波発生器５ａを嵌着保持している。ここで、
固体レーザ媒体５２の一方の端面（図中左端面）には選
択反射膜３が形成されていて、出力ミラー４とレーザ共
振器を構成するようになっている。また固体レーザ媒体
５２の他方の面には図示していないが１．０６μｍで反
射率が０．５％以下になるよう無反射コートが施されて
いる。そのほかの構成は第４実施例と同じである。

【００４６】この実施例装置でレーザ発振実験を行った
ところ、環境温度が変わっても発振出力１０ｍＷ、出力
安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで１％未満、縦・横モー
ドともに安定な単一モードグリーンレーザ光が得られ、
図７に示される構成を有する従来の装置に比較して出力
安定性（ノイズ特性）や縦・横モードともにすぐれたも
のであった。

【００４７】第６実施例図６はこの発明の第６実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図６を参
照しながら第６実施例を詳述する。なお、この実施例も
波長０．５３μｍのグリーンレーザ光を得る例であり、
構成の多くは上述の第５実施例と共通するので、共通す
る部分には同一の符号を付してその詳細は省略し、以下
ではこの実施例に特有な点を中心に説明する。

【００４８】固体レーザ媒体として、本実施例では、Ｎ
ＹＡＢ結晶のチップからなる固体レーザ媒体６２であ
る。この結晶は自己高調波発生結晶であるため、基本波
長のレーザ光（Ｌ₁＝１０６２ｎｍ）を発生すると共に
その第２高調波レーザ光（Ｌ₂＝５３１ｎｍ）を同時に
発生する。すなわちこの実施例の固体レーザ媒体６２
は、第５実施例における固体レーザ媒体５２の機能と、
機能光学装置５ａの機能とを兼ね備えたものである。し
たがって、この実施例では第５実施例における第２高調
波発生器５ａに相当する部材を別個独立に設ける必要が
ない。固体レーザ媒体６２の寸法は一辺３ｍｍ角、厚さ
０．５ｍｍであり、その両端面は平行平面研磨されてい
る。この固体レーザ媒体６２は、円筒状熱伝導性支持体
６７の左端部に形成された小径部６７ａの左端部内に嵌
着保持されている。なお、円筒状熱伝導性支持体６７の
上記小径部６７ａより右方側には大径部６７ｂが形成さ
れ、この大径部６７ｂの右端部に出力ミラー４が嵌着保
持されている。ここで、固体レーザ媒体６２の一方の端
面（図中左端面）には選択反射膜３が形成されており、
出力ミラー６４とレーザ共振器を構成するようになって
いる。また、固体レーザ媒体６２の他の面には図示して
いないが１０６２ｎｍ、５３１ｎｍの光に対して反射率
が０．５％以下になるよう無反射コートが施されてい
る。

【００４９】また、出力ミラー６４は基本波長のレーザ
光Ｌ₁に対しては９９．９％以上の高い反射率をもち、
第２高調波レーザ光（Ｌ₂＝５３１ｎｍ）に対しては７
５％の反射率をもつもので、曲率半径が１００ｍｍで、
上述の選択反射膜３とで共振器長が０．７ｍｍのレーザ
共振器を構成している。

【００５０】この実施例装置でレーザ発振実験を行った
ところ、環境温度が変わっても発振出力２０ｍＷ、出力
安定性（ノイズ特性）がＲＭＳで３％未満、縦・横モー
ドともに安定なグリーンレーザ光が得られ、図７に示さ
れる構成を有する従来の装置に比較して、出力安定性
（ノイズ特性）や縦・横モードともにすぐれたものであ
った。

【００５１】なお、固体レーザ媒体としては、上述の各
実施例でかかげた例のほかに、例えば、Ｎｄ：ＹＬＦ、
Ｎｄ：ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＧＧＧ、Ｎｄ：ＹＳＧＧ、Ｎ
ＡＢ、ＮＰＰ、ＬＮＰ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、
Ｅｒ：ｇｌａｓｓ等を用いてもよい。

【００５２】さらに、機能光学装置として、波長変化素
子を用いる場合には、この波長変換素子として、ＫＴ
Ｐ、ＫＮｂＯ₃以外にも、例えば、ＬｉＮｂＯ₃、ＢＢ
Ｏ、ＬＢＯ等を用いることもできる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる半
導体レーザ励起固体レーザ装置は、励起用半導体レーザ
装置から射出された励起用のレーザ光を、レーザ共振器
内に配置された固体レーザ媒体に入射し、該固体レーザ
媒体を励起して出力レーザ光を得るようにするととも
に、固体レーザ媒体及びレーザ共振器並びに機能光学素
子を用いるときはこの機能光学素子を同一の熱伝導性支
持体に取り付けるとともに、この熱伝導性基板の温度を
制御する温度制御装置を設けたもので、これにより、レ
ーザ共振器長等の発振条件が環境温度変化等によって変
化しないようにし、レーザビーム特性を極めて安定にで
き、かつ、低消費電力で、小型コンパクトに形成できる
装置を得ているものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す図である。

【図２】この発明の第２実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す図である。

【図３】この発明の第３実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す図である。

【図４】この発明の第４実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す図である。

【図５】この発明の第５実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す図である。

【図６】この発明の第６実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す図である。

【図７】従来例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…励起用半導体レーザ装置、２，２２，５２，６２…
固体レーザ媒体、３，２３…選択反射膜、４，２４，３
４…出力ミラー、５ａ，２５…機能光学装置を構成する
第２高調波発生器、５ｂ，５ｃ…機能光学装置を構成す
るλ／４波長板、７ａ，７ｂ，７ｃ…温度制御装置を構
成するペルチェ素子、温度コントローラ及びサーミス
タ、３５…機能光学装置を構成するＱスイッチ素子、６
…集光レンズ、７，４７，５７，６７…熱伝導性支持
体、８…断熱容器、９，４９…ヒートシンク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起用半導体レーザ装置から射出された
励起用のレーザ光を、レーザ共振器内に配置された固体
レーザ媒体に入射し、該固体レーザ媒体を励起して出力
レーザ光を得るようにした半導体レーザ励起固体レーザ
装置において、前記固体レーザ媒体及びレーザ共振器を同一の熱伝導性
支持体に取り付けるとともに、この熱伝導性支持体の温
度を制御する温度制御装置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。
【請求項２】請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記熱伝導性支持体の形状を板状に形成するとともに、
この板状熱伝導性支持体上に前記固体レーザ媒体及びレ
ーザ共振器を固定したことを特徴とする半導体レーザ励
起固体レーザ装置。
【請求項３】請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記熱伝導性支持体の形状を円筒状に形成するととも
に、この円筒状熱伝導性支持体の円筒内に前記固体レー
ザ媒体及びレーザ共振器を収納固定したことを特徴とす
る半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記温度制御装置は、出力レーザ光の出力が安定になる
温度を記憶する記憶手段を有し、この記憶手段に記憶さ
れた温度になるように前記熱伝導性支持体の温度を制御
するものであることを特徴とした半導体レーザ励起固体
レーザ装置。
【請求項５】請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記温度制御装置は、前記熱伝導性支持体に熱的に結合
されたペルチェ素子を有するものであることを特徴とし
た半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記温度制御装置は、前記熱伝導性支持体の温度を検出
する温度検出手段を有し、この温度検出手段の検出結果
に基づいて前記熱伝導性支持体の温度を制御するもので
あることを特徴とした半導体レーザ励起固体レーザ装
置。
【請求項７】請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記レーザ共振器内または外における出力レーザ光の光
路上に機能光学装置を設けるとともに、この機能光学装
置を前記熱伝導性支持体に取り付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。