JPH0529695A - Laser apparatus - Google Patents

Laser apparatus

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Publication number
JPH0529695A
JPH0529695A JP20567191A JP20567191A JPH0529695A JP H0529695 A JPH0529695 A JP H0529695A JP 20567191 A JP20567191 A JP 20567191A JP 20567191 A JP20567191 A JP 20567191A JP H0529695 A JPH0529695 A JP H0529695A
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JP
Japan
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semiconductor laser
laser
temperature
output
light
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Withdrawn
Application number
JP20567191A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Suzuki
和雄 鈴木
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor laser-excited laser having a stable optical output by lowering a temperature of a heat sink by a temperature corresponding to a product of power consumption change of a light irradiating point due to a variation in a driving current of the semiconductor laser owing to a negative feedback of an optical output of the laser and a thermal resistance between the heat sinks. CONSTITUTION:Part of a laser output light is guided to a photodetector 29, and further fed back to a semiconductor laser. Then, a temperature change DELTATH = a junction voltage VLXa driving current change DELTAILX thermal resistance RTH of a heat sink is calculated by a calculator 37. Further, the DELTATH is subtracted from a temperature set value 38 of the heat sink by a differential amplifier 39, and a set value 42 of new temperature is obtained. The heat sink temperature of the semiconductor laser is obtained from the output of a temperature sensor 22 through an amplifier 40. A difference between the output value 43 of the amplifier 40 and the set value 42 is obtained by a differential amplifier 41, and its output is fed back to the heat sink temperature of the semiconductor laser by a thermoelectric cooling element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレーザ装置からの出力光
を常に一定に保つための制御機構に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control mechanism for always keeping the output light from a laser device constant.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にレーザ媒質の光の吸収は波長依存
性があり特定の波長に鋭い吸収線を持つスペクトルとな
る、光による励起を行う場合には効率を高めるため、励
起光の波長とレーザ媒質の吸収線の波長を合わせること
が必要である。半導体レーザは電気入力から光出力への
変換効果が高く、かつその出力のスペクトル線幅が狭い
ため、従来高圧ガス放電光源で励起されていた固体レー
ザや液体レーザの励起光源として用いることで極めて小
型、高効率のレーザを構成することが可能である。しか
るに半導体レーザの波長は外部温度、駆動電流で変化す
るため、従来の半導体レーザ励起のレーザ装置では励起
の効率を一定とするために、半導体レーザの外囲器の温
度を一定に保つような温度制御装置と、駆動電流を一定
に保つための制御回路を用い、出力を安定化させること
が行われてきた。
2. Description of the Related Art In general, the absorption of light in a laser medium has a wavelength dependency and has a spectrum having a sharp absorption line at a specific wavelength. It is necessary to match the wavelength of the absorption line of the medium. Semiconductor lasers have a high conversion effect from electrical input to optical output, and the spectral line width of their output is narrow, so they are extremely compact when used as an excitation light source for solid-state lasers and liquid lasers that were conventionally excited by high-pressure gas discharge light sources. It is possible to construct a highly efficient laser. However, since the wavelength of the semiconductor laser changes depending on the external temperature and the driving current, in the conventional semiconductor laser pumped laser device, in order to keep the pumping efficiency constant, the temperature of the envelope of the semiconductor laser is kept constant. The output has been stabilized by using a control device and a control circuit for keeping the drive current constant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような半導体レー
ザ励起のレーザ装置に、外部的な要因として温度変化や
機械振動が加わった場合には、光学系のずれや、レーザ
媒質自体の効果の変化等により光出力の変動が生じる。
しかし半導体レーザは例え外囲器の温度を一定に保って
も駆動電流を変化させると光出力は増加するが発信波長
が変化するため、半導体レーザの駆動電流とレーザ装置
の光出力は線形な関係には無い。また半導体レーザの駆
動電流を一定に保ち、半導体レーザの温度を変えた場合
も同様に光出力は温度に対して線形な関係を示さない。
従って上記のレーザ装置の光出力変動を補正するために
光出力を検出し、その値が一定になるように負帰還制御
を用いることが出来ず、半導体レーザ励起のレーザ装置
の光出力を安定にすることは困難であった。
When a temperature change or mechanical vibration is applied as an external factor to such a laser device excited by a semiconductor laser, the optical system shifts or the effect of the laser medium itself changes. As a result, the optical output fluctuates.
However, the semiconductor laser has a linear relationship between the drive current of the semiconductor laser and the optical output of the laser device because the optical output increases even if the drive current is changed even if the temperature of the envelope is kept constant, but the emission wavelength changes. Not in. Similarly, when the driving current of the semiconductor laser is kept constant and the temperature of the semiconductor laser is changed, the optical output does not show a linear relationship with the temperature.
Therefore, it is not possible to detect the optical output in order to correct the optical output fluctuation of the above laser device and use negative feedback control so that the value becomes constant, and stabilize the optical output of the laser device excited by the semiconductor laser. It was difficult to do.

【0004】本発明は半導体レーザの駆動電流と温度を
一定の法則によって制御することで上記の問題点を解決
し、光出力が安定な半導体レーザ励起のレーザ装置を提
供するものである。
The present invention solves the above problems by controlling the drive current and temperature of a semiconductor laser according to a certain law, and provides a semiconductor laser pumped laser device with stable optical output.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
するために、半導体レーザ励起のレーザ装置の光出力を
検出し、その半導体レーザの駆動電流に負帰還を掛ける
手段と、この負帰還による半導体レーザの駆動電流の変
化による半導体レーザの発光点に於ける消費電力に変化
と発光点と外囲器の間の熱抵抗の積に相当する温度だけ
半導体レーザの外囲器の温度を下げるための手段を設け
たものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention detects the optical output of a laser device excited by a semiconductor laser and applies a negative feedback to the drive current of the semiconductor laser, and the negative feedback. The temperature of the envelope of the semiconductor laser is lowered by a temperature corresponding to the product of the change in the power consumption at the emission point of the semiconductor laser due to the change of the driving current of the semiconductor laser due to the temperature difference and the thermal resistance between the emission point and the envelope. The means for this is provided.

【0006】もた上記の半導体レーザ励起のレーザ装置
において半導体レーザの温度制御用素子としてペルチエ
効果を利用した熱電素子を利用するものである。
In the above laser device excited by the semiconductor laser, a thermoelectric element utilizing the Peltier effect is used as a temperature control element of the semiconductor laser.

【0007】[0007]

【作用】本発明の作用を半導体レーザとして発振波長8
00nm近傍のAlGaAs半導体レーザを用い、レー
ザ媒質としてNdドープYAG結晶(以下Nd−YAG
と記す)を用いる例で説明する。図2はNd−YAGの
波長800nm近傍での吸収スペクトルを示す。吸収ス
ペクトルは波長800nmから波長810nmの間で双
峰のピークを持つ形状をしている。図3は半導体レーザ
の発振スペクトルを示す。レーザの発振波長はシングル
モード発振では0.01nm以下の波長幅を持つが、こ
の例に示すようなマルチモード発振では数本の発振線が
同時に現れ全体として数nmの幅を持つ。図4は光出力
を一定にした場合の半導体レーザの発振波長の温度依存
性を示す。波長は通常0.2〜0.3nm/℃の係数で
変化する。これは半導体レーザのバンド構造が温度依存
性を持つためであり、半導体レーザを構成する材料固有
の物である。図5は温度を一定として半導体レーザの駆
動電流を変化させた場合の発振波長の変化である。半導
体レーザの光出力は駆動電流に対してほぼ直線的に増大
するが、発振波長は駆動電流の増大に伴って長波長にシ
フトする。従って、Nd−YAGの吸収スペクトルは半
導体レーザの発振波長の相関により、半導体レーザによ
る励起効率が変化する。半導体レーザの駆動電流、温度
を変えた場合に光出力と同時に発振波長が変化するた
め、半導体レーザの温度、駆動電流とNd−YAGレー
ザの光出力の関係は一律では決まらないことになる。図
6にこのような半導体レーザ励起Nd−YAGレーザの
構成を示す。半導体レーザ1は半導体レーザ駆動用電流
源7によって駆動される。半導体レーザ1の光出力はN
d−YAG2に入射され、Nd−YAGレーザ光出力3
が得られる。3を安定化するためには例えばハーフミラ
4により3の一部を取り出し、光検出器5により光出力
強度を検出し、それを一定に保つようにすればよい。も
し何等かの方法により半導体レーザの1の電流源7の電
流値を変えても波長が変化しないようにすれば、光検出
器5の出力から増幅器6を経由して半導体レーザの駆動
電流源に負帰還を掛けることで光出力3を一定に保つこ
とが可能となる。
The function of the present invention is used as a semiconductor laser and has an oscillation wavelength of 8
An AlGaAs semiconductor laser having a wavelength of around 00 nm is used, and a Nd-doped YAG crystal (hereinafter referred to as Nd-YAG) is used as a laser medium.
Will be described as an example. FIG. 2 shows an absorption spectrum of Nd-YAG near a wavelength of 800 nm. The absorption spectrum has a bimodal peak in the wavelength range of 800 nm to 810 nm. FIG. 3 shows the oscillation spectrum of the semiconductor laser. The oscillation wavelength of the laser has a wavelength width of 0.01 nm or less in the single mode oscillation, but in the multimode oscillation as shown in this example, several oscillation lines appear simultaneously and have a width of several nm as a whole. FIG. 4 shows the temperature dependence of the oscillation wavelength of the semiconductor laser when the light output is constant. The wavelength usually changes with a coefficient of 0.2 to 0.3 nm / ° C. This is because the band structure of the semiconductor laser has a temperature dependence, and is specific to the material forming the semiconductor laser. FIG. 5 shows changes in the oscillation wavelength when the driving current of the semiconductor laser is changed while keeping the temperature constant. The optical output of the semiconductor laser increases almost linearly with the drive current, but the oscillation wavelength shifts to a longer wavelength as the drive current increases. Therefore, in the absorption spectrum of Nd-YAG, the excitation efficiency of the semiconductor laser changes depending on the correlation of the oscillation wavelength of the semiconductor laser. When the drive current and temperature of the semiconductor laser are changed, the oscillation wavelength changes at the same time as the light output, so the relationship between the temperature and drive current of the semiconductor laser and the light output of the Nd-YAG laser cannot be uniformly determined. FIG. 6 shows the configuration of such a semiconductor laser pumped Nd-YAG laser. The semiconductor laser 1 is driven by a semiconductor laser driving current source 7. The optical output of the semiconductor laser 1 is N
It is incident on d-YAG2 and outputs Nd-YAG laser light 3
Is obtained. In order to stabilize the light source 3, for example, a part of the light beam 3 is taken out by the half mirror 4, the light output intensity is detected by the photodetector 5, and the light output intensity is kept constant. If the wavelength is prevented from changing even if the current value of the current source 1 of the semiconductor laser 1 is changed by some method, the output of the photodetector 5 is changed to the driving current source of the semiconductor laser via the amplifier 6. The optical output 3 can be kept constant by applying the negative feedback.

【0008】図7は半導体レーザのチップの外囲器への
マウントの状況を摸式図で示したものである。半導体レ
ーザのチップ8はサブマウント9を介してヒートシンク
10に固着されている。ヒートシンクは熱伝導率の高い
金属であり、半導体レーザチップで発生する熱を最終的
に外囲器11に伝え外部に放散する役目をしている。外
囲器の温度制御が行われる場合、温度検出素子12は通
常ヒートシンク上にマウントされる。半導体レーザチッ
プの発光点13とヒートシンク10の間には熱抵抗が存
在し、例え温度検出素子12によってヒートシンクの温
度を一定に保っても駆動電流を増加した場合には熱抵抗
により13の温度は増加し、図5のような波長のシフト
が生じることになる。図8は上記の半導体レーザチップ
近傍の熱流の状況を電気回路に置き換えたものである。
チップの発光点17での発熱は熱源14で示され、発生
した熱は熱抵抗15を経てヒートシンク18に到達す
る。さらにヒートシンクは外気19に対して冷却装置1
6によって温度管理されている。ここで熱源14の発熱
量WL は半導体レーザ駆動電流IL と半導体レーザの接
合電圧VL の積IL ×VL で示される。VL は広いIL
の範囲でほぼ一定であるため、発熱量WL は近似として
半導体レーザの駆動電流IL に比例する。チップ内部の
発光点17の温度TL はヒートシンク温度TH に対して
発熱量と熱抵抗RTHの積に相当する温度だけ上昇する。
即ちTL =TH +WL ×RTH=TH +VL ・RTH×IL
の関係が成立し、発光点温度TL は半導体レーザの駆動
電流ILに比例して上昇する。図4に示したように半導
体レーザの発振波長は温度に依存するため、発光点温度
の変化によって半導体レーザ発振波長の駆動電流依存性
が生じることになる。ここで本発明の原理は駆動電流を
増大させる場合、その増大による発熱量の増加分による
チップ発光点の温度上昇を、チップの消費電力と熱抵抗
の積から予め計算し、ヒートシンク18の温度TH を冷
却装置16によって下げることで駆動電流に係らず常に
発光点の温度を一定に保ち、波長変動が生じないように
することにある。即ち定常状態で動作している系が何等
かの原因で光出力の低下をきたした場合、半導体レーザ
の電流を△IL だけ増加させて光出力を増大させようと
する。その場合、冷却装置16によってヒートシンク1
8の温度をVL ・RTH×△IL だけ低下させることでT
L は△IL に係らず常に一定となり、半導体レーザの発
振波長の変動は生じない。このような条件下では、半導
体レーザ励起レーザの光出力と半導体レーザの駆動電流
L の間に線形な関係が保たれることになり、図6にお
いて光検出器5の出力から半導体レーザの駆動電流源7
へ負帰還を掛けることが可能となり、光出力3の安定化
が達成される。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of mounting a semiconductor laser chip on an envelope. A semiconductor laser chip 8 is fixed to a heat sink 10 via a submount 9. The heat sink is a metal having a high thermal conductivity, and plays a role of finally transmitting the heat generated in the semiconductor laser chip to the envelope 11 and radiating it outside. When the temperature of the envelope is controlled, the temperature detecting element 12 is usually mounted on the heat sink. There is a thermal resistance between the light emitting point 13 of the semiconductor laser chip and the heat sink 10. Even if the temperature of the heat sink is kept constant by the temperature detecting element 12, if the drive current is increased, the temperature of the heat sink 13 is reduced by the thermal resistance. As a result, the wavelength shift increases as shown in FIG. FIG. 8 shows a state in which the heat flow in the vicinity of the semiconductor laser chip is replaced with an electric circuit.
The heat generated at the light emitting point 17 of the chip is indicated by the heat source 14, and the generated heat reaches the heat sink 18 via the thermal resistance 15. Further, the heat sink is a cooling device 1 for the outside air 19.
6 controls the temperature. Here, the heat generation amount W L of the heat source 14 is represented by the product I L × V L of the semiconductor laser drive current I L and the junction voltage V L of the semiconductor laser. V L is wide I L
The heat generation amount W L is approximately proportional to the drive current I L of the semiconductor laser, since it is substantially constant in the range. The temperature T L of the light emitting point 17 inside the chip increases by a temperature corresponding to the product of the amount of heat generation and the thermal resistance R TH with respect to the heat sink temperature T H.
That is, T L = T H + W L × R TH = T H + V L · R TH × I L
And the emission point temperature T L rises in proportion to the drive current I L of the semiconductor laser. Since the oscillation wavelength of the semiconductor laser depends on the temperature as shown in FIG. 4, the semiconductor laser oscillation wavelength depends on the driving current due to the change of the emission point temperature. Here, according to the principle of the present invention, when the drive current is increased, the temperature rise of the chip light emitting point due to the increase of the heat generation amount due to the increase is calculated in advance from the product of the power consumption of the chip and the thermal resistance, and the temperature T of the heat sink 18 is By lowering H by the cooling device 16, the temperature of the light emitting point is always kept constant irrespective of the drive current, and the wavelength fluctuation does not occur. That is, when the light output decreases due to some cause of the system operating in the steady state, the current of the semiconductor laser is increased by ΔI L to increase the light output. In that case, the heat sink 1 is cooled by the cooling device 16.
By lowering the temperature of 8 by V L · R TH × ΔI L
L is always constant regardless of ΔI L , and the oscillation wavelength of the semiconductor laser does not fluctuate. Under such conditions, a linear relationship is maintained between the optical output of the semiconductor laser pumped laser and the driving current I L of the semiconductor laser, and in FIG. 6, the output of the photodetector 5 drives the semiconductor laser. Current source 7
Negative feedback can be applied to, and stabilization of the optical output 3 is achieved.

【0009】[0009]

【実施例】本発明の実施例を図1に示す。半導体レーザ
20はNd−YAGの励起波長である808nm近傍の
波長で発振する。半導体レーザのケースはペルチエ効果
を利用した熱電冷却素子21によって温度管理される。
半導体レーザの光出力は集束光学系23によってNd−
YAGレーザロッド24に集光され、YAG中のNdイ
オンを励起する。YAGレーザはYAGレーザロッドの
端面に設けた反射用薄膜25と球面鏡26で形成される
光共振器により発振し、波長1.06μmのYAGレー
ザ光出力27となる。レーザ出力光の一部はハーフミラ
ー28によって光検出器29に導かれる。光検出器の出
力は増幅器30により電圧信号に変換される。30の出
力とNd−YAGレーザの光出力設定値32との誤差信
号が差動増幅器31によって得られる。差動増幅器の出
力は積分回路33を通して半導体レーザの駆動電流信号
となり、半導体レーザ電流駆動用増幅器34によって半
導体レーザに帰還される。ここで積分回路33は電流帰
還ループの時定数が半導体レーザの冷却装置21を含む
温度制御ループの時定数より大きく設定し、全体の制御
系が発振状態になって半導体レーザの駆動電流が過大に
なるのを防止するためのものである。半導体レーザの駆
動電流信号は差動増幅器36によって駆動電流設定値3
5からの電流変化値△IL が求められる。△IL からの
演算器37によってヒートシンクの温度変化△TH =V
L ・△IL ×RTHが算出される。この場合、半導体レー
ザの接合電圧VL と熱抵抗RTHは半導体レーザの電流を
変えても近似的に一定であるため、37は単なる線形増
幅器である。差動増幅器39によりヒートシンクの温度
設定値38から△TH か減じられて、新たな温度の設定
値42が求められる。半導体レーザのヒートシンク温度
は温度センサー22の出力から増幅器40を介して求め
られる。増幅器40の出力値43と温度設定値42の差
が差動増幅器41で求められ、41の出力で熱電冷却素
子により半導体レーザのヒートシンク温度に帰還が掛け
られる。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The semiconductor laser 20 oscillates at a wavelength near 808 nm which is the Nd-YAG excitation wavelength. The temperature of the case of the semiconductor laser is controlled by the thermoelectric cooling element 21 utilizing the Peltier effect.
The optical output of the semiconductor laser is Nd- by the focusing optical system 23.
It is focused on the YAG laser rod 24 and excites Nd ions in YAG. The YAG laser oscillates by the optical resonator formed by the reflecting thin film 25 and the spherical mirror 26 provided on the end surface of the YAG laser rod, and becomes the YAG laser light output 27 with a wavelength of 1.06 μm. Part of the laser output light is guided to the photodetector 29 by the half mirror 28. The output of the photodetector is converted into a voltage signal by the amplifier 30. An error signal between the output of 30 and the optical output setting value 32 of the Nd-YAG laser is obtained by the differential amplifier 31. The output of the differential amplifier becomes a driving current signal of the semiconductor laser through the integrating circuit 33, and is fed back to the semiconductor laser by the semiconductor laser current driving amplifier 34. Here, in the integrating circuit 33, the time constant of the current feedback loop is set to be larger than the time constant of the temperature control loop including the cooling device 21 for the semiconductor laser, and the entire control system becomes in an oscillating state so that the driving current of the semiconductor laser becomes excessive. This is to prevent it from becoming. The drive current signal of the semiconductor laser is set to the drive current setting value 3 by the differential amplifier 36.
The current change value ΔI L from 5 is obtained. Temperature change of the heat sink by the calculator 37 from ΔI L ΔT H = V
L · ΔI L × R TH is calculated. In this case, since the junction voltage V L and the thermal resistance R TH of the semiconductor laser are approximately constant even if the current of the semiconductor laser is changed, 37 is a mere linear amplifier. The differential amplifier 39 subtracts ΔT H from the heat sink temperature set point 38 to obtain a new temperature set point 42. The heat sink temperature of the semiconductor laser is obtained from the output of the temperature sensor 22 via the amplifier 40. The difference between the output value 43 of the amplifier 40 and the set temperature value 42 is obtained by the differential amplifier 41, and the thermoelectric cooling element feeds back the heat sink temperature of the semiconductor laser at the output of 41.

【0010】図8は本発明の他の実施例を示す。本実施
例では光学系としてYAGレーザの共振器内部に非線形
光学素子KTP44を設置し、かつ光出力用反射鏡45
に1.06μmに対しては高反射率、2次高調波530
nmに対しては低反射率の反射膜を施して、530nm
光を有効に取り出すようにしたSHG固体レーザを用
い、制御系として第一の実施例と同一の物を用いた、こ
のような実施例についても第一の実施例と同様光出力の
安定化が達成された。またレーザ媒質としてNd−YA
Gの他の固体レーザ媒質や色素レーザ媒質でも同様な制
御系を適用することで光出力の安定化が達成できる。図
10は本発明の効果を示す例である。ここでは第一の実
施例において、外部要因としてレーザ共振器の温度を変
えた場合のYAGレーザ出力の変化を測定した。周囲温
度25℃でYAGレーザの光出力の設定をして15℃か
ら35℃の範囲で温度を変えた場合、何らの帰還制御を
行わない場合の出力変動は46に示すように約15%程
度である。一方、図1の実施例において半導体レーザの
駆動電流にのみ帰還を掛け、差動増幅器36による温度
の帰還を掛けない場合の出力変動は制御範囲が極めて狭
く、47に示すように大幅な変化を示す。本発明の図1
に示す実施例のように電流帰還と温度帰還を併用する場
合には出力変動は48に示すように5%以下に抑制され
た。
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, a nonlinear optical element KTP44 is installed inside the resonator of a YAG laser as an optical system, and a reflecting mirror 45 for optical output is used.
High reflectivity for 1.06 μm, second harmonic 530
530 nm by applying a reflective film with a low reflectance for nm
The SHG solid-state laser configured to effectively extract light is used, and the same control system as that of the first embodiment is used. In such an embodiment, the light output is stabilized as in the first embodiment. Achieved Further, as a laser medium, Nd-YA
The stabilization of the optical output can be achieved by applying a similar control system to the other solid-state laser medium of G and the dye laser medium. FIG. 10 is an example showing the effect of the present invention. Here, in the first embodiment, the change in the YAG laser output when the temperature of the laser resonator was changed as an external factor was measured. When the optical output of the YAG laser is set at an ambient temperature of 25 ° C and the temperature is changed in the range of 15 ° C to 35 ° C, the output fluctuation without any feedback control is about 15% as shown in 46. Is. On the other hand, in the embodiment of FIG. 1, when the feedback current is applied only to the driving current of the semiconductor laser and the temperature feedback is not applied by the differential amplifier 36, the output fluctuation has an extremely narrow control range, and as shown by 47, a large change occurs. Show. FIG. 1 of the present invention
When the current feedback and the temperature feedback are used together as in the embodiment shown in FIG. 5, the output fluctuation is suppressed to 5% or less as shown by 48.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば半導
体レーザ励起のレーザ装置に於て光出力を一定にするよ
うな制御系の構成が可能となり、安定な光出力の光源を
得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to construct a control system for keeping the light output constant in a laser device excited by a semiconductor laser, and obtain a light source having a stable light output. It will be possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例におけるレーザ装置の構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】Nd−YAGの光吸収スペクトルを示したもの
である。
FIG. 2 shows a light absorption spectrum of Nd-YAG.

【図3】GaAlAs半導体レーザの発振スペクトルの
典型例を示したものである。
FIG. 3 shows a typical example of an oscillation spectrum of a GaAlAs semiconductor laser.

【図4】半導体レーザ発振波長の温度依存性を示したも
のである。
FIG. 4 shows temperature dependence of a semiconductor laser oscillation wavelength.

【図5】半導体レーザ発振波長の駆動電流依存性を示し
たものである。
FIG. 5 shows the driving current dependency of the semiconductor laser oscillation wavelength.

【図6】半導体レーザ励起YAGレーザの一般的な構成
図である。
FIG. 6 is a general configuration diagram of a semiconductor laser pumped YAG laser.

【図7】半導体レーザチップのマウント状態の摸式図で
ある。
FIG. 7 is a schematic diagram of a mounted state of a semiconductor laser chip.

【図8】半導体レーザチップ近傍の熱流を示したもので
ある。
FIG. 8 shows a heat flow in the vicinity of a semiconductor laser chip.

【図9】本発明の他の実施例におけるレーザ装置の光学
部分の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of an optical portion of a laser device according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の効果を示すレーザ共振器の温度変化
に対するYAGレーザの光出力の変化を示したものであ
る。
FIG. 10 is a graph showing changes in the optical output of the YAG laser with respect to changes in the temperature of the laser resonator, showing the effects of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ 2 Nd−YAG 3 Nd−YAGレーザ出力光 4 ハーフミラー 5 光検出器 6 増幅器 7 半導体レーザの駆動電流源 8 半導体レーザチップ 9 サブマウント 10 ヒートシンク 11 外囲器 12 温度検出素子 13 半導体レーザチップの発光点 14 半導体レーザチップ発光点での発熱源 15 熱抵抗 16 冷却装置 17 発光点 18 ヒートシンク 19 外気 20 半導体レーザ 21 熱電冷却素子 22 温度センサー 23 集束光学系 24 Nd−YAGレーザロッド 25 反射用薄膜 26 球面鏡 27 YAGレーザ光出力 28 ハーフミラー 30 増幅器 31 差動増幅器 32 光出力設定値 33 積分回路 34 半導体レーザ電流駆動用増幅器 35 駆動電流設定値 36 差動増幅器 37 演算器 38 ヒートシンクの温度設定値 39 差動増幅器 40 増幅器 41 差動増幅器 42 新たな温度設定値 43 増幅器40の出力値 44 非線形光学素子KTP 45 光出力用反射鏡 46 帰還制御を行わない場合の出力変動 47 駆動電流にのみ帰還を掛けた場合の出力変動 48 電流帰還と温度帰還を併用する場合の出力変動 1 Semiconductor laser 2 Nd-YAG 3 Nd-YAG laser output light 4 half mirror 5 Photodetector 6 amplifier 7 Semiconductor laser drive current source 8 Semiconductor laser chip 9 submount 10 heat sink 11 envelope 12 Temperature detection element 13 Light emitting point of semiconductor laser chip 14 Semiconductor laser chip light source at the emission point 15 Heat resistance 16 Cooling system 17 light emitting point 18 heat sink 19 Outside air 20 Semiconductor laser 21 Thermoelectric cooling element 22 Temperature sensor 23 Focusing optical system 24 Nd-YAG laser rod 25 Reflective thin film 26 Spherical mirror 27 YAG laser light output 28 half mirror 30 amplifier 31 differential amplifier 32 light output setting 33 integrating circuit 34 Semiconductor laser current drive amplifier 35 Drive current setting value 36 differential amplifier 37 calculator 38 Temperature setting of heat sink 39 Differential amplifier 40 amplifier 41 Differential amplifier 42 New temperature setting value 43 Output value of amplifier 40 44 Non-linear optical element KTP 45 Optical output reflector 46 Output fluctuation without feedback control 47 Output fluctuation when feedback is applied only to drive current 48 Output fluctuation when using both current feedback and temperature feedback

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 環境温度に係わらず外囲器の温度を一定
に制御することが可能な半導体レーザと、該半導体レー
ザの出力光の波長近傍に吸収線を有する別のレーザ媒質
と、該半導体レーザの出力光を該レーザ媒質の励起用光
源として利用するための光学系と、該レーザ媒質からレ
ーザ光を出力させるための光共振器を有するレーザ装置
において、該レーザ光の出力光強度を検出しその値に応
じて半導体レーザの駆動電流に負帰還を掛け、かつ上記
負帰還による該半導体レーザの駆動電流の変化による該
半導体レーザの消費電力の変化と該半導体レーザの発光
点と外囲器の間の熱抵抗の積に相当する温度で該半導体
レーザの外囲器温度を低下させることで該レーザ光の光
出力を常に一定に保つことを目的とした制御回路を有す
ることを特徴とするレーザ装置。
1. A semiconductor laser capable of controlling the temperature of an envelope to be constant irrespective of environmental temperature, another laser medium having an absorption line in the vicinity of a wavelength of output light of the semiconductor laser, and the semiconductor. An optical system for utilizing laser output light as a light source for exciting the laser medium, and a laser device having an optical resonator for outputting laser light from the laser medium, detecting output light intensity of the laser light. Then, the driving current of the semiconductor laser is negatively fed back according to the value, and the change of the power consumption of the semiconductor laser due to the change of the driving current of the semiconductor laser due to the negative feedback, the light emitting point of the semiconductor laser, and the envelope. A control circuit for keeping the optical output of the laser light always constant by lowering the envelope temperature of the semiconductor laser at a temperature corresponding to the product of thermal resistance between Laser device.
【請求項2】 半導体レーザの温度制御用素子としてペ
ルチエ効果を利用した熱電素子を用いることを特徴とす
る請求項1記載のレーザ装置。
2. A laser device according to claim 1, wherein a thermoelectric element utilizing a Peltier effect is used as a temperature control element of the semiconductor laser.
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