JPH05218535A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH05218535A JPH05218535A JP4633792A JP4633792A JPH05218535A JP H05218535 A JPH05218535 A JP H05218535A JP 4633792 A JP4633792 A JP 4633792A JP 4633792 A JP4633792 A JP 4633792A JP H05218535 A JPH05218535 A JP H05218535A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体励起固体レーザ装置の光出力の温度変
化による雑音を低減する。 【構成】 固体レーザ共振器を構成する固体レーザ媒質
と非線形光学素子と出力ミラーを保持するホルダー及
び、該ホルダーを固定する筺体を線膨張率の小さいイン
バーで構成し、温度変化時に於いても該各素子の位置精
度を高くする。
化による雑音を低減する。 【構成】 固体レーザ共振器を構成する固体レーザ媒質
と非線形光学素子と出力ミラーを保持するホルダー及
び、該ホルダーを固定する筺体を線膨張率の小さいイン
バーで構成し、温度変化時に於いても該各素子の位置精
度を高くする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ装置に係わ
り、特に温度変化による光出力雑音（以下雑音と云う）
を低減した半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
り、特に温度変化による光出力雑音（以下雑音と云う）
を低減した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】半導体レーザ励起固体レーザ装置（以下
固体レーザ装置と云う）は、半導体レーザ光により固体
レーザ媒質を励起してレーザ発振を行わせるものであ
り、小型軽量、長寿命、電気一光変換効率が高い、動作
が安定等の特長を有し、種々の産業分野において利用が
拡大している。また近年、非線形光学素子と固体レーザ
を組み合わせ、可視域のグリーンレーザやブルーレーザ
を実現する試みが盛んである。これは、波長を短くし、
より微小な集光スポットを得ることを目的としている。
固体レーザ装置と云う）は、半導体レーザ光により固体
レーザ媒質を励起してレーザ発振を行わせるものであ
り、小型軽量、長寿命、電気一光変換効率が高い、動作
が安定等の特長を有し、種々の産業分野において利用が
拡大している。また近年、非線形光学素子と固体レーザ
を組み合わせ、可視域のグリーンレーザやブルーレーザ
を実現する試みが盛んである。これは、波長を短くし、
より微小な集光スポットを得ることを目的としている。
【０００３】図２は、非線形光学結晶を用いた固体レー
ザ装置の（ａ）は光学系を（ｂ）は装置断面を示してい
る。固体レーザ媒質１３は、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウ
ム：イットリウムアルミニウム酸化物）、Ｎｄ：ＹＶＯ
４（ネオジウム：イットリウムバナジウム酸化物）、Ｎ
ｄ：ＹＬＦ（ネオジウム：イットリウムリチウムフッ化
物）等が用いられる。半導体レーザ１１は該固体レーザ
媒質の吸収波長域である８００〜８１０ｎｍの発振波長
で出力が１００ｍＷ以上のものが使われる。
ザ装置の（ａ）は光学系を（ｂ）は装置断面を示してい
る。固体レーザ媒質１３は、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウ
ム：イットリウムアルミニウム酸化物）、Ｎｄ：ＹＶＯ
４（ネオジウム：イットリウムバナジウム酸化物）、Ｎ
ｄ：ＹＬＦ（ネオジウム：イットリウムリチウムフッ化
物）等が用いられる。半導体レーザ１１は該固体レーザ
媒質の吸収波長域である８００〜８１０ｎｍの発振波長
で出力が１００ｍＷ以上のものが使われる。
【０００４】固体レーザ媒質１３の半導体レーザ光入射
面と、出力ミラー１５の凹面は、固体レーザの基本波１
０５３〜１０６４ｎｍに対して高反射率のコーティング
がなされ固体レーザ共振器（以下共振器と云う）を構成
している。集光光学系１２によって半導体レーザ光が固
体レーザ媒質１３に集光されると、共振器内で固体レー
ザ発振が起こりその一部が出力ミラー１５を通して外部
に出射される。この共振器内に非線形光学素子１４を挿
入すると、該非線形光学素子１４と固体レーザ基本波と
の相互作用によって固体レーザ基本波の第２高調波ある
いは第３高調波が発生する。２次の非線形光学効果の大
きい非線形光学素子を使って第２高調波即ち固体レーザ
基本波の１／２の波長のレーザを実現する試みが盛んで
ある。
面と、出力ミラー１５の凹面は、固体レーザの基本波１
０５３〜１０６４ｎｍに対して高反射率のコーティング
がなされ固体レーザ共振器（以下共振器と云う）を構成
している。集光光学系１２によって半導体レーザ光が固
体レーザ媒質１３に集光されると、共振器内で固体レー
ザ発振が起こりその一部が出力ミラー１５を通して外部
に出射される。この共振器内に非線形光学素子１４を挿
入すると、該非線形光学素子１４と固体レーザ基本波と
の相互作用によって固体レーザ基本波の第２高調波ある
いは第３高調波が発生する。２次の非線形光学効果の大
きい非線形光学素子を使って第２高調波即ち固体レーザ
基本波の１／２の波長のレーザを実現する試みが盛んで
ある。
【０００５】かかる固体レーザ装置における固体レーザ
媒質１３，非線形光学素子１４及び出力ミラー１５を保
持するホルダー１６及び該ホルダー１６を固定する筐体
１７は、剛性が高いことが望まれ、ステンレス鋼、アル
ミニウム（又はアルミニウム合金）、青銅等が使用され
る。そして、上記固体レーザ媒質１３、非線形光学素子
１４及び出力ミラー１５は、上記材質のホルダー１６を
用いて上記材質の筺体１７に、高出力・低雑音のレーザ
光を得るため、レーザ光波長と同等なサブミクロンの精
度で位置調整され固定される。
媒質１３，非線形光学素子１４及び出力ミラー１５を保
持するホルダー１６及び該ホルダー１６を固定する筐体
１７は、剛性が高いことが望まれ、ステンレス鋼、アル
ミニウム（又はアルミニウム合金）、青銅等が使用され
る。そして、上記固体レーザ媒質１３、非線形光学素子
１４及び出力ミラー１５は、上記材質のホルダー１６を
用いて上記材質の筺体１７に、高出力・低雑音のレーザ
光を得るため、レーザ光波長と同等なサブミクロンの精
度で位置調整され固定される。
【０００６】波長８０８ｎｍ，出力２００〜５００ｍＷ
の半導体レーザ１１、固体レーザ媒質１３としてＮｄ：
ＹＡＧ結晶、非線形光学素子１４としてＫＴＰ（チタン
リン酸カリウム）結晶を用いた場合、波長５３２ｎｍ，
出力２〜１５ｍＷ，雑音−８０ｄＢ以下（周波数ＤＣ〜
１ＭＨＺ）のシングルモードレーザを得ることができ
る。ところが、レーザ点灯後半導体レーザの発熱や、固
体レーザ装置の使用環境温度の変化によりホルダー１６
及び筺体１７に微小な伸縮が生じ、上記精密に調整され
た位置関係がずれ、雑音が増すという問題がある。
の半導体レーザ１１、固体レーザ媒質１３としてＮｄ：
ＹＡＧ結晶、非線形光学素子１４としてＫＴＰ（チタン
リン酸カリウム）結晶を用いた場合、波長５３２ｎｍ，
出力２〜１５ｍＷ，雑音−８０ｄＢ以下（周波数ＤＣ〜
１ＭＨＺ）のシングルモードレーザを得ることができ
る。ところが、レーザ点灯後半導体レーザの発熱や、固
体レーザ装置の使用環境温度の変化によりホルダー１６
及び筺体１７に微小な伸縮が生じ、上記精密に調整され
た位置関係がずれ、雑音が増すという問題がある。
【０００７】この問題を解決するために、半導体レーザ
１１及び共振器を保持固定する筺体１７の周辺部に、熱
伝導度の高い金属製の放熱フィンを設け、半導体レーザ
１１からの熱を大気中に放出しホルダー１６及び筺体１
７の温度上昇を抑えることが行われるが、必ずしも満足
な結果が得られない。又、使用環境温度の変化に対して
は何等効果がないという欠点がある。
１１及び共振器を保持固定する筺体１７の周辺部に、熱
伝導度の高い金属製の放熱フィンを設け、半導体レーザ
１１からの熱を大気中に放出しホルダー１６及び筺体１
７の温度上昇を抑えることが行われるが、必ずしも満足
な結果が得られない。又、使用環境温度の変化に対して
は何等効果がないという欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザ点灯直後から雑音レベルが低く、また使用環境温度変
化に対しても、低い雑音レベルを維持することができる
固体レーザ装置を得ようとするものである。
ザ点灯直後から雑音レベルが低く、また使用環境温度変
化に対しても、低い雑音レベルを維持することができる
固体レーザ装置を得ようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
１１と固体レーザ媒質１３及び出力ミラー１５からなる
共振器と、該共振器内に配置された非線形光学素子１４
を具備してなる固体レーザ装置において、前記固体レー
ザ媒質１３、非線形光学素子１４及び出力ミラー１５を
保持するホルダー２１及び該ホルダー２１を固定する筺
体２２がインバー（鉄６３．５％，ニッケル３６．５
％）であることを特徴としている。
１１と固体レーザ媒質１３及び出力ミラー１５からなる
共振器と、該共振器内に配置された非線形光学素子１４
を具備してなる固体レーザ装置において、前記固体レー
ザ媒質１３、非線形光学素子１４及び出力ミラー１５を
保持するホルダー２１及び該ホルダー２１を固定する筺
体２２がインバー（鉄６３．５％，ニッケル３６．５
％）であることを特徴としている。
【００１０】
【作用】固体レーザ装置において、上記ホルダー２１及
び筺体２２をアルミニウムで構成し、共振器の共振器長
を２０ｍｍ，上記ホルダー２１及び筺体２２の温度変動
が５℃の場合、アルミニウムは、２０℃における線膨張
率は２３.０×１０-6であり共振器長の変動は２.３μｍ
となり発振する固体レーザの波長０.５３μｍの４〜５
倍であるため、共振器を構成する上記素子間の位置関係
にずれを生じ、レーザ光の雑音が増す原因となる。
び筺体２２をアルミニウムで構成し、共振器の共振器長
を２０ｍｍ，上記ホルダー２１及び筺体２２の温度変動
が５℃の場合、アルミニウムは、２０℃における線膨張
率は２３.０×１０-6であり共振器長の変動は２.３μｍ
となり発振する固体レーザの波長０.５３μｍの４〜５
倍であるため、共振器を構成する上記素子間の位置関係
にずれを生じ、レーザ光の雑音が増す原因となる。
【００１１】一方、鉄６３.５％，ニッケル３６.５％の
組成のインバーは、２０℃における線膨張率は０.１３
×１０ー6であり、ステンレス鋼、青銅、アルミニウムの
線膨張率に対し１／１１３〜１／１７７という小さい値
をもつ。従って、上記と同一の条件下では共振器長の変
動は０.０１３μｍであり発振レーザ波長０.５３μｍの
約１／４０であり、固体レーザ媒質１３、、非線形光学
素子１４及び出力ミラー１５の位置精度は保たれ雑音が
増加することはない。該各素子の位置精度が発振レーザ
波長の１／１０まで許容することができるとすると、上
記条件下では±２０℃までの温度変動が許容でき、十分
に実用に供し得る値であり、共振器の共振器長とホルダ
ーの寸法を小さくすることにより、更に許容温度変動幅
を広げることができる。
組成のインバーは、２０℃における線膨張率は０.１３
×１０ー6であり、ステンレス鋼、青銅、アルミニウムの
線膨張率に対し１／１１３〜１／１７７という小さい値
をもつ。従って、上記と同一の条件下では共振器長の変
動は０.０１３μｍであり発振レーザ波長０.５３μｍの
約１／４０であり、固体レーザ媒質１３、、非線形光学
素子１４及び出力ミラー１５の位置精度は保たれ雑音が
増加することはない。該各素子の位置精度が発振レーザ
波長の１／１０まで許容することができるとすると、上
記条件下では±２０℃までの温度変動が許容でき、十分
に実用に供し得る値であり、共振器の共振器長とホルダ
ーの寸法を小さくすることにより、更に許容温度変動幅
を広げることができる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明による固体レーザ装置の一実
施例を示す図で、半導体レーザ１１と、コリメートレン
ズとフォーカスレンズから成る集光光学系１２、固体レ
ーザ媒質１３、非線形光学素子１４及び出力ミラー１５
から構成されている。半導体レーザ１１は、波長８０９
ｎｍ、出力最大５００ｍＷのマルチモード発振半導体レ
ーザを用いた。各光学素子は、固体レーザ媒質１３はＮ
ｄ：ＹＶ０４結晶３×３×１ｍｍ，非線形光学素子１４
はＫＴＰ結晶３×３×５ｍｍ，出力ミラー１５はφ１５
×５ｍｍ曲率半径５０ｍｍであり、ホルダー２１は２０
×２０×６ｍｍ、共振器長は２０ｍｍである。
施例を示す図で、半導体レーザ１１と、コリメートレン
ズとフォーカスレンズから成る集光光学系１２、固体レ
ーザ媒質１３、非線形光学素子１４及び出力ミラー１５
から構成されている。半導体レーザ１１は、波長８０９
ｎｍ、出力最大５００ｍＷのマルチモード発振半導体レ
ーザを用いた。各光学素子は、固体レーザ媒質１３はＮ
ｄ：ＹＶ０４結晶３×３×１ｍｍ，非線形光学素子１４
はＫＴＰ結晶３×３×５ｍｍ，出力ミラー１５はφ１５
×５ｍｍ曲率半径５０ｍｍであり、ホルダー２１は２０
×２０×６ｍｍ、共振器長は２０ｍｍである。
【００１３】固体レーザ媒質１３、非線形光学素子１４
及び出力ミラー１５はインバー製ホルダー２１内に埋め
込みネジで固定した。該ホルダー２１は同じくインバー
製筺体２２に固定する。筺体２２に対するホルダー２１
の位置は、出射レーザビームの出力及びビーム形状を測
定しつつ精密に調整して固定した。半導体レーザ１１と
集光光学系レンズ用のホルダーと筺体はステンレス製を
使用した。図３は環境温度を一定にした時の、実線３１
は、本実施例の固体レーザ装置の雑音レベルの経時変化
を示し、点線３２は、全てのホルダー及び筺体をアルミ
製とした従来例の固体レーザ装置の雑音レベルの経時変
化を示し、実線３３は、固体レーザ装置筺体の共振器部
の温度の経時変化を示す図である。雑音の周波数帯域は
ＤＣ〜１ＭＨＺである。固体レーザ装置の調整は、温度
が安定したレーザ点灯後４〜５時間後に行っている。
及び出力ミラー１５はインバー製ホルダー２１内に埋め
込みネジで固定した。該ホルダー２１は同じくインバー
製筺体２２に固定する。筺体２２に対するホルダー２１
の位置は、出射レーザビームの出力及びビーム形状を測
定しつつ精密に調整して固定した。半導体レーザ１１と
集光光学系レンズ用のホルダーと筺体はステンレス製を
使用した。図３は環境温度を一定にした時の、実線３１
は、本実施例の固体レーザ装置の雑音レベルの経時変化
を示し、点線３２は、全てのホルダー及び筺体をアルミ
製とした従来例の固体レーザ装置の雑音レベルの経時変
化を示し、実線３３は、固体レーザ装置筺体の共振器部
の温度の経時変化を示す図である。雑音の周波数帯域は
ＤＣ〜１ＭＨＺである。固体レーザ装置の調整は、温度
が安定したレーザ点灯後４〜５時間後に行っている。
【００１４】本実施例の固体レーザ装置の雑音レベル
は、上記実線３１で示す如く−８０ｄＢ以下であり、レ
ーザ点灯直後から９時間を経過しても雑音レベルには変
動がなく常に低いレベルを維持している。一方従来例で
は、レーザ点灯後３時間まではノイズレベルの変動が大
きい。ピーク時のノイズレベルを測定したところ同周波
数域において約−３０ｄＢであり、本実施例よりも５０
ｄＢも大きい雑音レベルである。このレーザ点灯後３時
間の雑音レベル変動は固体レーザ筺体温度の上昇による
ものである。
は、上記実線３１で示す如く−８０ｄＢ以下であり、レ
ーザ点灯直後から９時間を経過しても雑音レベルには変
動がなく常に低いレベルを維持している。一方従来例で
は、レーザ点灯後３時間まではノイズレベルの変動が大
きい。ピーク時のノイズレベルを測定したところ同周波
数域において約−３０ｄＢであり、本実施例よりも５０
ｄＢも大きい雑音レベルである。このレーザ点灯後３時
間の雑音レベル変動は固体レーザ筺体温度の上昇による
ものである。
【００１５】本実施例においては、半導体レーザと集光
光学系レンズ用のホルダー及び筺体はステンレス製とし
たが、これらをインバー製とすることはもちろん可能で
ある。また、固体レーザ媒質１３としてＮｄ：ＹＶＯ４
結晶を用いたが他の結晶、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、
Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、ＮＹＡＢ（ネオジウム：イットリウ
ムアルミニウムホウ酸塩）結晶を用いることができる。
ＮＹＡＢ結晶はセルフダブリング効果があり、基本波と
第２高調波を同時に発振するので、共振器内の非線形光
学素子１４を省略できる利点がある。
光学系レンズ用のホルダー及び筺体はステンレス製とし
たが、これらをインバー製とすることはもちろん可能で
ある。また、固体レーザ媒質１３としてＮｄ：ＹＶＯ４
結晶を用いたが他の結晶、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、
Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、ＮＹＡＢ（ネオジウム：イットリウ
ムアルミニウムホウ酸塩）結晶を用いることができる。
ＮＹＡＢ結晶はセルフダブリング効果があり、基本波と
第２高調波を同時に発振するので、共振器内の非線形光
学素子１４を省略できる利点がある。
【００１６】本実施例においては、固体レーザ媒質１３
の半導体レーザ光入射端面と出力ミラー１５の間で共振
器を構成したが、非線形光学素子１４のレーザ出射端面
に固体レーザ基本波に対し高反射率となるコーティング
を施し、出力ミラー１５の役割をもたせると、該出力ミ
ラー１５が不要になり、共振器長の低減と固体レーザ装
置の小型化を図ることもできる。また、非線形光学素子
としてＫＴＰ結晶を用いたが、本発明はこれに限定され
ることなく、固体レーザ基本波の波長において室温で角
度位相整合をとることができる他の無機、有機の非線形
光学結晶を用いることができる。
の半導体レーザ光入射端面と出力ミラー１５の間で共振
器を構成したが、非線形光学素子１４のレーザ出射端面
に固体レーザ基本波に対し高反射率となるコーティング
を施し、出力ミラー１５の役割をもたせると、該出力ミ
ラー１５が不要になり、共振器長の低減と固体レーザ装
置の小型化を図ることもできる。また、非線形光学素子
としてＫＴＰ結晶を用いたが、本発明はこれに限定され
ることなく、固体レーザ基本波の波長において室温で角
度位相整合をとることができる他の無機、有機の非線形
光学結晶を用いることができる。
【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
レーザ装置は、半導体レーサの発熱あるいは環境温度の
変化により、共振器を構成する固体レーザ媒質１３、非
線形光学素子１４及び出力ミラー１５を保持するホルダ
ー２１及び該ホルダーを固定する筐体２２に温度変化を
生じても低い雑音レベルを維持できる。
レーザ装置は、半導体レーサの発熱あるいは環境温度の
変化により、共振器を構成する固体レーザ媒質１３、非
線形光学素子１４及び出力ミラー１５を保持するホルダ
ー２１及び該ホルダーを固定する筐体２２に温度変化を
生じても低い雑音レベルを維持できる。
【図１】本発明による固体レーザ装置の断面を示す図。
【図２】(ａ)(ｂ)は固体レーザ装置の光学系と装置断面
を示す図。
を示す図。
【図３】本発明及び従来例の固体レーザ装置の雑音レベ
ル及び共振器部の温度の経時変化を示す図。
ル及び共振器部の温度の経時変化を示す図。
１１ 半導体レーザ １２ 集光光学系レンズ １３ 固体レーザ媒質 １４ 非線形光学素子 １５ 出力ミラー １６ ホルダー １７ 筺体 ２１ ホルダー ２２ 共振器部筺体 ３１ 本発明による固体レーザ装置の雑音レベルを示す
線 ３２ 従来例による固体レーザ装置の雑音レベルを示す
線 ３３ 共振器部の温度を示す線
線 ３２ 従来例による固体レーザ装置の雑音レベルを示す
線 ３３ 共振器部の温度を示す線
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体レーザと固体レーザ媒質及び出力
ミラーからなる固体レーザ共振器と、該固体レーザ共振
器内に配置された非線形光学素子を具備してなる半導体
レーザ励起固体レーザ装置において、固体レーザ媒質と
出力ミラーと非線形光学素子を保持するホルダー及び該
ホルダーを固定する筺体がインバー（鉄６３.５％，ニ
ッケル３６.５％）であることを特徴とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4633792A JPH05218535A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4633792A JPH05218535A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218535A true JPH05218535A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=12744324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4633792A Pending JPH05218535A (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05218535A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09116216A (ja) * | 1995-10-17 | 1997-05-02 | Nec Corp | レーザダイオード励起固体レーザ装置 |
| JP2009054838A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Japan Science & Technology Agency | 固体レーザーモジュール |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP4633792A patent/JPH05218535A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09116216A (ja) * | 1995-10-17 | 1997-05-02 | Nec Corp | レーザダイオード励起固体レーザ装置 |
| JP2009054838A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Japan Science & Technology Agency | 固体レーザーモジュール |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010710 |