JPH05315680A - Solid-state laser - Google Patents

Solid-state laser

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JPH05315680A
JPH05315680A JP12051392A JP12051392A JPH05315680A JP H05315680 A JPH05315680 A JP H05315680A JP 12051392 A JP12051392 A JP 12051392A JP 12051392 A JP12051392 A JP 12051392A JP H05315680 A JPH05315680 A JP H05315680A
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laser
solid
light
laser medium
state laser
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JP12051392A
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Teiu Chin
定宇 陳
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Brother Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To facilitate manufacturing a low-cost, small-sized, integrated multiple wavelength laser, which produces low-noise, high-power output and is easy to adjust. CONSTITUTION:A solid-state laser comprises a cylindrical laser medium 13 having a vertical axis, a spherical nonlinear element 14 having the same center as the laser medium 13, an optical resonator consisting of a reflecting mirror composed of coatings 15 and 16 applied to the input and output surfaces of the nonlinear element 14, a device 17 for rotating the optical resonator, and a semiconductor laser 19 for pumping the laser medium 13. This solid-state laser is capable of producing a laser beam at different frequencies by the rotation of the optical resonator, while the conventional condenser and input and output mirrors are eliminated.

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、半導体レーザにより固
体レーザ媒質を励起し、レーザ発振させる固体レーザ装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device which excites a solid-state laser medium with a semiconductor laser to cause laser oscillation.

【0002】[0002]

【従来の技術】LD励起固体レーザにおいて、従来、小
型化、大出力化、低ノイズ化、多波長化、調整の容易化
が、それぞれ進められてきたが、構造的に上記各種の総
合的効果をもたらすことは困難であった。
2. Description of the Related Art In LD-pumped solid-state lasers, miniaturization, high output, low noise, multi-wavelength, and easy adjustment have been made, respectively. Was difficult to bring.

【0003】従来の多波長固体レーザ装置の一例を図7
に示す。
An example of a conventional multiwavelength solid state laser device is shown in FIG.
Shown in.

【0004】図7の従来の固体レーザ装置70は、励起
用半導体レーザ72と、前記半導体レーザ72により励
起されるレーザ媒質74と、前記レーザ媒質74からの
発振光の波長変換を行う多波長兼用非線形KTP結晶
(KTiOPO4)76と、前記KTP結晶76を回転する回
転台78と、前記レーザ媒質74とKTP結晶76の両
側に配置された一対の入出力ミラー80,82からなる
共振器構造と、前記半導体レーザ72の発振光84を集
光するレンズ系85などから構成されている。
A conventional solid-state laser device 70 shown in FIG. 7 has a pumping semiconductor laser 72, a laser medium 74 pumped by the semiconductor laser 72, and a multi-wavelength laser for converting the wavelength of oscillation light from the laser medium 74. A nonlinear KTP crystal (KTiOPO 4 ) 76, a turntable 78 for rotating the KTP crystal 76, and a resonator structure composed of a pair of input / output mirrors 80 and 82 arranged on both sides of the laser medium 74 and the KTP crystal 76. , A lens system 85 that collects the oscillation light 84 of the semiconductor laser 72, and the like.

【0005】ここでは、半導体レーザ72の発振波長を
808nmとし、レーザ媒質74としてNd:YAG結
晶を用いた。入力ミラー80は、波長1064nmおよ
び532nmに対して高反射、波長808nmに対して
高透過するようにコーティング86が施され、出力ミラ
ー82は、1064nm付近の波長に対して高反射,5
32nmおよび459nm付近の波長に対して非反射で
あるようにコーティング87が施される。
Here, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 72 is 808 nm, and the laser medium 74 is an Nd: YAG crystal. The input mirror 80 is provided with a coating 86 so as to have high reflection for wavelengths of 1064 nm and 532 nm and high transmission for wavelength of 808 nm, and the output mirror 82 has high reflection for wavelengths near 1064 nm, 5
The coating 87 is applied so as to be non-reflective for wavelengths near 32 nm and 459 nm.

【0006】周知のように、固体レーザによって発生す
る基本波(近赤外光)は非線形光学結晶内を進行するこ
とにより第2高調波(グリーン光)及び和周波(ブルー
光)にエネルギーが移行される。このとき、基本波の位
相速度と第2高調波及び和周波の位相速度がある一定の
条件を満たすとき効率よくエネルギーの移行が行われ、
この条件を位相整合条件という。グリーン光用KTP結
晶とブルー光用KTP結晶では、位相整合条件を満たす
ときの結晶軸に対する光の進行方向が異なる。そこで、
一つのKTP結晶76に対し、それぞれの位相整合条件
を満たす方向に基本波が入射するように結晶面が切断さ
れている。
As is well known, the fundamental wave (near infrared light) generated by a solid-state laser travels in a nonlinear optical crystal to transfer energy to a second harmonic (green light) and a sum frequency (blue light). To be done. At this time, when the phase velocity of the fundamental wave and the phase velocity of the second harmonic and the sum frequency satisfy certain conditions, the energy is efficiently transferred,
This condition is called a phase matching condition. The KTP crystal for green light and the KTP crystal for blue light have different light traveling directions with respect to the crystal axes when the phase matching condition is satisfied. Therefore,
With respect to one KTP crystal 76, the crystal plane is cut so that the fundamental wave is incident in the directions satisfying the respective phase matching conditions.

【0007】図7に示すように、KTP結晶76は回転
台78の上に設置され、共振器内で回転し、共振器中の
基本波の進行方向がKTP結晶76のグリーン光発生用
の方向、またはKTP結晶76のブルー光発生用の方向
に一致するように配置された場合、それぞれ波長532
nmのグリーン光88、または波長459nmのブルー
光89が発生する。
As shown in FIG. 7, the KTP crystal 76 is installed on a turntable 78, rotates in the resonator, and the traveling direction of the fundamental wave in the resonator is the direction of the KTP crystal 76 for generating green light. , Or a wavelength of 532 when arranged so as to match the direction for generating blue light of the KTP crystal 76.
nm green light 88 or blue light 89 having a wavelength of 459 nm is generated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
多波長固体レーザ装置の場合、一つの非線形光学結晶に
対し、第2高調波及び和周波のそれぞれの位相整合条件
を満たす方向に、基本波が入射するように、結晶面を精
密に切断することが極めて困難であり、垂直入射基本波
に対する僅かな位相不整合や、非垂直入射基本波に対す
る屈折などにより、第2高調波あるいは和周波が微弱と
なるか、発振できないことはしばしば発生する。
However, in the case of the above-mentioned multi-wavelength solid-state laser device, the fundamental wave is directed to one nonlinear optical crystal in the direction satisfying the phase matching conditions of the second harmonic and the sum frequency. It is extremely difficult to precisely cut the crystal plane so that the second harmonic or the sum frequency is weak due to a slight phase mismatch with the vertically incident fundamental wave or refraction to the non-normally incident fundamental wave. Or, it often happens that it cannot oscillate.

【0009】また、入出力ミラーを用いたため、レーザ
装置の小型化や大出力化に不向きである。
Further, since the input / output mirror is used, it is not suitable for downsizing and high output of the laser device.

【0010】さらに、非線形光学素子と固体レーザ媒質
の間に空気層が存在し、空気振動により、非線形光学素
子と固体レーザ媒質との相対位置が変化し、出力の不安
定をもたらすという問題点があった。
Further, there is a problem that an air layer exists between the nonlinear optical element and the solid-state laser medium, and the relative position between the nonlinear optical element and the solid-state laser medium changes due to air vibration, resulting in unstable output. there were.

【0011】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、特殊な構造を持つ固体レーザ装
置によって、まず、作成及び調整の容易な多波長のレー
ザ装置を提供することを第一の目的とし、次に、小型か
つ大出力の多波長のレーザ装置を提供することを第二の
目的とし、また、ノイズの少ない安定な出力が得られる
多波長のレーザ装置を提供することを第三の目的とし、
更に、上記の各目的を総合して1つ構成によって実現
し、結果的に低コスト化された多波長のレーザ装置を提
供することを最終的な目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and first of all, a solid-state laser device having a special structure is first provided to provide a multi-wavelength laser device which can be easily manufactured and adjusted. A first object is to provide a small-sized and high-output multi-wavelength laser device, and a second object is to provide a multi-wavelength laser device that can obtain stable output with less noise. As the third purpose,
Further, the final object is to realize the above-mentioned objects in a single structure by combining them, and consequently to provide a low-cost multi-wavelength laser device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために本発明の固体レーザ装置は、光によって励起する
円柱状のレーザ媒質と、前記レーザ媒質を中心として囲
む球状の非線形素子と、前記非線形素子を含む光共振器
と、前記非線形素子を回転する回転手段とを備え、第2
高調波と和周波の位相整合条件をある2つの回転角で満
足し、多波長のレーザ光を発生することを特徴とする固
体レーザ装置を備えている。
In order to achieve these objects, a solid-state laser device of the present invention comprises a cylindrical laser medium excited by light, a spherical nonlinear element surrounding the laser medium as a center, and An optical resonator including a non-linear element, and rotating means for rotating the non-linear element,
The solid-state laser device is characterized by satisfying the phase matching conditions of the harmonic and the sum frequency at two certain rotation angles and generating multi-wavelength laser light.

【0013】また、前記目的を達成するために本発明の
固体レーザ装置は、光によって励起する球状のレーザ媒
質と、前記レーザ媒質の中心部に囲まれる円柱状の非線
形素子と、前記レーザ媒質を含む光共振器と、前記レー
ザ媒質を回転する回転手段とを備え、第2高調波と和周
波の位相整合条件をある2つの回転角で満足し、多波長
のレーザ光を発生することを特徴とする固体レーザ装置
を備えている。
In order to achieve the above object, the solid-state laser device of the present invention includes a spherical laser medium excited by light, a cylindrical nonlinear element surrounded by the center of the laser medium, and the laser medium. An optical resonator including the optical resonator and rotating means for rotating the laser medium are provided, and the phase matching conditions of the second harmonic and the sum frequency are satisfied at two certain rotation angles, and laser light of multiple wavelengths is generated. And a solid-state laser device.

【0014】また、前記目的を達成するために本発明の
固体レーザ装置は、光によって励起する円柱状のレーザ
媒質を中心として囲む球状の非線形素子と、前記レーザ
媒質を密着させた前記非線形素子の入射面及び出射面に
コーティングした球面からなる光共振器と、前記光共振
器を回転し、第2高調波と和周波の位相整合条件をある
2つの回転角で満足することを特徴とする固体レーザ装
置を備えている。
In order to achieve the above object, the solid-state laser device of the present invention comprises a spherical non-linear element which surrounds a cylindrical laser medium excited by light as a center, and the non-linear element in which the laser medium is in close contact. An optical resonator comprising spherical surfaces coated on the entrance surface and the exit surface, and a solid object characterized by rotating the optical resonator and satisfying a phase matching condition of a second harmonic and a sum frequency at two rotation angles. It is equipped with a laser device.

【0015】また、前記目的を達成するために本発明の
固体レーザ装置は、光によって励起する球状のレーザ媒
質と、前記レーザ媒質の中心部に囲まれる円柱状の非線
形素子と、前記非線形素子と密着させた前記レーザ媒質
の入射面及び出射面にコーティングした球面からなる光
共振器と、前記光共振器を回転し、第2高調波と和周波
の位相整合条件をある2つの回転角で満足することを特
徴とする固体レーザ装置を備えている。
In order to achieve the above object, the solid-state laser device of the present invention comprises a spherical laser medium excited by light, a cylindrical nonlinear element surrounded by the center of the laser medium, and the nonlinear element. An optical resonator formed of spherical surfaces coated on the incident surface and the emitting surface of the laser medium, which are brought into close contact with each other, and the optical resonator are rotated to satisfy the second harmonic and sum frequency phase matching conditions at two rotation angles. The solid-state laser device is provided.

【0016】また、前記固体レーザ装置において、透光
性熱伝導体を共振器内挿入してもよい。
In the solid-state laser device, a translucent heat conductor may be inserted in the resonator.

【0017】また、前記固体レーザ装置において、複数
の共振器構造からなる共振器を用いてもよい。
Further, in the solid-state laser device, a resonator having a plurality of resonator structures may be used.

【0018】また、前記固体レーザ装置において、励起
に半導体レーザを用いてもよい。
In the solid-state laser device, a semiconductor laser may be used for pumping.

【0019】[0019]

【作用】上記の構成を有する本発明の固体レーザ装置
は、第一に、円柱状のレーザ媒質を光で励起され、発生
された基本波光が前記レーザ媒質を中心として囲む球状
の非線形素子によって波長変換され、基本波が回転する
非線形結晶中を異なった位相整合条件の方向に進行する
ことにより第2高調波及び和周波を発生し、非線形素子
を含む光共振器内に増幅され、多波長のレーザ光を発生
する。
In the solid-state laser device of the present invention having the above-described structure, first, a cylindrical laser medium is excited by light, and the generated fundamental wave light is wavelength-controlled by a spherical non-linear element surrounding the laser medium as a center. The converted second harmonic wave and the sum frequency are generated by traveling in the direction of different phase matching conditions in the rotating non-linear crystal, and are amplified in the optical resonator including the non-linear element. Generates laser light.

【0020】第二に、球状のレーザ媒質を光で励起さ
れ、発生された基本波光が前記レーザ媒質の中心部に囲
まれる円柱状の非線形素子によって波長変換され、基本
波が回転する非線形結晶中を異なった位相整合条件の方
向に進行することにより第2高調波及び和周波を発生
し、レーザ媒質を含む光共振器内に増幅され、多波長の
レーザ光を発生する。
Secondly, in a nonlinear crystal in which a fundamental wave is excited by a light which is excited in a spherical laser medium, the generated fundamental wave light is wavelength-converted by a cylindrical nonlinear element surrounded by the center of the laser medium, and the fundamental wave rotates. The second harmonic wave and the sum frequency are generated by advancing in the directions of different phase matching conditions, and are amplified in the optical resonator including the laser medium to generate multi-wavelength laser light.

【0021】第三に、前記第一の作用に記載の固体レー
ザ装置において、前記円柱状のレーザ媒質を光で励起さ
れ、発生された基本波光が前記レーザ媒質を中心として
密着させた前記球状の非線形素子によって波長変換さ
れ、基本波が回転する非線形結晶中を異なった位相整合
条件の方向に進行することにより第2高調波及び和周波
を発生し、前記非線形素子の入射面及び出射面にコーテ
ィングした球面からなる光共振器内に増幅され、多波長
のレーザ光を発生する上、入出力ミラー及び集光レンズ
系が省略され小型化できる。また、非線形光学素子と固
体レーザ媒質との相対位置が変化せず、出力が安定であ
る。
Thirdly, in the solid-state laser device according to the first operation, the cylindrical laser medium is excited by light, and the generated fundamental wave light is brought into close contact with the laser medium as a center. The wavelength is converted by the non-linear element, and the second harmonic and the sum frequency are generated by traveling in the directions of different phase matching conditions in the non-linear crystal in which the fundamental wave rotates, and the incident surface and the exit surface of the non-linear element are coated. The laser is amplified in the optical resonator having the spherical surface to generate multi-wavelength laser light, and the input / output mirror and the condenser lens system are omitted, and the size can be reduced. Further, the relative position between the nonlinear optical element and the solid-state laser medium does not change, and the output is stable.

【0022】第四に、前記第二の作用に記載の固体レー
ザ装置において、前記球状のレーザ媒質を光で励起さ
れ、発生された基本波光が前記レーザ媒質を中心として
密着させた前記円柱状の非線形素子によって波長変換さ
れ、基本波が回転する非線形結晶中を異なった位相整合
条件の方向に進行することにより第2高調波及び和周波
を発生し、前記レーザ媒質の入射面及び出射面にコーテ
ィングした球面からなる光共振器内に増幅され、多波長
のレーザ光を発生する上、入出力ミラー及び集光レンズ
系が省略され小型化できる。また、非線形光学素子と固
体レーザ媒質との相対位置が変化せず、出力が安定であ
る。
Fourthly, in the solid-state laser device according to the second operation, the spherical laser medium is excited by light, and the generated fundamental wave light is brought into close contact with the laser medium as a center. The second harmonic and the sum frequency are generated by the wavelength conversion by the non-linear element, and the fundamental wave travels in the directions of different phase matching conditions in the rotating non-linear crystal, and the incident surface and the emitting surface of the laser medium are coated. The laser is amplified in the optical resonator having the spherical surface to generate multi-wavelength laser light, and the input / output mirror and the condenser lens system are omitted, and the size can be reduced. Further, the relative position between the nonlinear optical element and the solid-state laser medium does not change, and the output is stable.

【0023】第五に、前記作用に記載の固体レーザ装置
において、前記共振器内透光性熱伝導体を挿入し、熱効
果を防ぎ、高品質出力の多波長レーザが提供できる。
Fifth, in the solid-state laser device described in the above action, it is possible to provide a multi-wavelength laser of high quality output by inserting the intra-cavity translucent heat conductor to prevent the thermal effect.

【0024】第六に、複数の上記構成により、多波長レ
ーザの大出力化が可能である。
Sixth, with the above-mentioned plurality of structures, it is possible to increase the output of the multi-wavelength laser.

【0025】第七に、励起に半導体レーザを用いること
により、小型、軽量、長寿命、高変換効率、低コストな
どの利点を持つ多波長レーザが提供できる。
Seventh, by using a semiconductor laser for pumping, a multi-wavelength laser having advantages such as small size, light weight, long life, high conversion efficiency and low cost can be provided.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】まず、本発明の第1の実施例の固体レーザ
装置10の構成図を図1に示す。
First, FIG. 1 shows a block diagram of a solid-state laser device 10 according to a first embodiment of the present invention.

【0028】本実施例のレーザ装置10は、光軸11と
交差し、垂直方向に中心軸を持つ円柱状の固体レーザ媒
質13と、前記固体レーザ媒質13を中心として密着さ
せた球状の非線形素子14のKTiOPO4(以下、KT
Pと略す。)と、前記非線形素子14の入射面及び出射
面にコーティング15、16を施した反射ミラーからな
る光共振器と、前記光共振器を回転する回転装置17
と、前記光軸11上に配置された前記固体レーザ媒質1
3を励起するための半導体レーザ19とから構成されて
いる。
The laser device 10 of the present embodiment has a cylindrical solid-state laser medium 13 which intersects the optical axis 11 and has a central axis in the vertical direction, and a spherical non-linear element which is in close contact with the solid-state laser medium 13 as a center. 14 KTiOPO 4 (hereinafter KT
Abbreviated as P. ), An optical resonator comprising a reflection mirror having coatings 15 and 16 on the entrance surface and the exit surface of the nonlinear element 14, and a rotation device 17 for rotating the optical resonator.
And the solid-state laser medium 1 arranged on the optical axis 11.
And a semiconductor laser 19 for exciting the laser beam 3.

【0029】ここでは、半導体レーザ19の波長を80
8nmとし、レーザ媒質13としてNd:YAG結晶を
用いた。コーティング15は、波長1064nmには高
反射、波長808nmには高透過となる。コーティング
16は、波長1064nmに対して高反射、波長532
nm及び459nmに対して高透過となる。
Here, the wavelength of the semiconductor laser 19 is set to 80
The thickness was set to 8 nm, and Nd: YAG crystal was used as the laser medium 13. The coating 15 has high reflection at a wavelength of 1064 nm and high transmission at a wavelength of 808 nm. The coating 16 has high reflection at a wavelength of 1064 nm and a wavelength of 532.
It has high transmission for nm and 459 nm.

【0030】従来技術で述べたように、グリーン光用K
TP結晶とブルー光用KTP結晶では、位相整合条件を
満たすときの結晶軸に対する光の進行方向が異なる。す
なわち、グリーン光となる第二高調波を発生するには、
x,y,z軸をKTPの結晶軸とすると、xy平面に平
行で、x軸から一定の角度の方向(以降G方向)に基本
波を入射させたときが、位相整合条件を満たし、グリー
ン光への変換効率が最も高く。それに対して、ブルー光
となる和周波を発生するには、y軸に平行な方向(以降
B方向)に基本波を入射させたときブルー光への変換効
率が最も高い。この2つの入射方向に対してそれぞれ垂
直な面をKTP結晶が持つように、本実施例で使用した
グリーン光ブルー光兼用KTP結晶21は、図2のよう
にz軸と一致した回転軸に沿って回転するような球面研
磨を施した球状KTP結晶14にし、内側には円柱状の
YAG結晶13を同軸に挿入し、密着させた。
As described in the prior art, K for green light
The TP crystal and the KTP crystal for blue light have different light traveling directions with respect to the crystal axis when the phase matching condition is satisfied. That is, in order to generate the second harmonic that becomes green light,
When the x, y, and z axes are the crystal axes of KTP, the phase matching condition is satisfied when the fundamental wave is incident in a direction parallel to the xy plane and at a certain angle (hereinafter, G direction) from the x axis. Highest conversion efficiency to light. On the other hand, in order to generate the sum frequency that becomes the blue light, the conversion efficiency to the blue light is highest when the fundamental wave is incident in the direction parallel to the y axis (hereinafter, B direction). The KTP crystal 21 for both green light and blue light used in the present embodiment has a KTP crystal 21 having planes perpendicular to the two incident directions, and the KTP crystal 21 has a plane parallel to the z axis as shown in FIG. A spherical KTP crystal 14 that has been subjected to spherical polishing so that it rotates can be coaxially inserted into the inside of the cylindrical YAG crystal 13.

【0031】非線形素子14の両側にある球状のコーテ
ィング面15、16は、従来例の固体レーザ装置70に
ある入出力ミラー86、87と同様に光共振器を形成す
る上、前記非線形素子14の前記半導体レーザ19側端
面の球面は前記従来の固体レーザ装置70での集光レン
ズ系85と同等な集光機能を持つ。したがって、球状の
非線形素子14の入出力光の両側にあるコーティング面
15、16によって、従来例から集光レンズ系85及び
入出力ミラー86、87を省略することができ、固体レ
ーザ装置が一層小型化できる。
The spherical coating surfaces 15 and 16 on both sides of the non-linear element 14 form an optical resonator similar to the input / output mirrors 86 and 87 in the solid-state laser device 70 of the conventional example. The spherical surface of the end surface on the semiconductor laser 19 side has a focusing function equivalent to that of the focusing lens system 85 in the conventional solid-state laser device 70. Therefore, the condensing lens system 85 and the input / output mirrors 86, 87 can be omitted from the conventional example by the coating surfaces 15, 16 on both sides of the input / output light of the spherical nonlinear element 14, and the solid-state laser device can be made more compact. Can be converted.

【0032】次にグリーン光及びブルー光が発生する過
程を順を追って説明する。
Next, a process of generating green light and blue light will be described step by step.

【0033】まず、球状のKTP結晶14のグリーン光
発生用の方向が基本波の進行方向に一致するように回転
装置17が回転された場合、半導体レーザ19からのレ
ーザ光23は球面15で集光されKTP結晶14の入力
側の部分を透過し、YAG結晶13に吸収される。この
入射光23によって励起されたYAG結晶13は106
4nmの光を増幅し、コーティング球面15、16から
なる共振器内に光の場が生じる。1064nmのレーザ
光はKTP結晶14の出力側の部分を透過することによ
り一部が第2高調波に変換され、532nmのグリーン
のレーザ光25となりコーティング16を透過し、外部
に出力される。
First, when the rotating device 17 is rotated so that the direction of green light generation of the spherical KTP crystal 14 coincides with the traveling direction of the fundamental wave, the laser light 23 from the semiconductor laser 19 is collected on the spherical surface 15. The light is transmitted through the input side portion of the KTP crystal 14 and absorbed by the YAG crystal 13. The YAG crystal 13 excited by the incident light 23 is 106
The light of 4 nm is amplified, and a light field is generated in the resonator formed by the coated spherical surfaces 15 and 16. A part of the 1064 nm laser light is converted into the second harmonic by passing through the output side portion of the KTP crystal 14 and becomes a green laser light 25 of 532 nm, which passes through the coating 16 and is output to the outside.

【0034】次に、回転台17を回転し、球状のKTP
結晶14のブルー光発生用のB方向が基本波の進行方向
に一致する場合、半導体レーザ19からのレーザ光23
は球面15で集光されKTP結晶14の入力側の部分を
透過し、YAG結晶13に吸収される。この入射光23
によって励起されたYAG結晶13は1064nmの光
を増幅し、コーティング球面15、16からなる共振器
内に光の場が生じる。この時、KTP結晶14の出力側
の部分内で、1064nmのレーザ光と808nmのレ
ーザ光が周波数上昇変換され、和周波である459nm
のブルーのレーザ光27を発生する。このブルーのレー
ザ光27がコーティング16を透過し、外部に出力され
る。
Next, the rotary table 17 is rotated to rotate the spherical KTP.
When the B direction for generating blue light of the crystal 14 coincides with the traveling direction of the fundamental wave, the laser light 23 from the semiconductor laser 19
Is condensed by the spherical surface 15, is transmitted through the input side portion of the KTP crystal 14, and is absorbed by the YAG crystal 13. This incident light 23
The YAG crystal 13 excited by the light amplifies the 1064 nm light, and a light field is generated in the resonator formed by the coating spherical surfaces 15 and 16. At this time, in the output side portion of the KTP crystal 14, the laser light of 1064 nm and the laser light of 808 nm are frequency-converted, and the sum frequency is 459 nm.
The blue laser light 27 is generated. The blue laser light 27 passes through the coating 16 and is output to the outside.

【0035】グリーン光発生時は、半導体レーザ19か
らの励起光23は、レーザ媒質13のNd:YAG結晶
が吸収しやすい波長でよいが、ブルー光発生時は、位相
整合の関係上808nmの励起光が最も効率よく和周波
を発生する。また、808nmの波長はNd:YAG結
晶の吸収ピーク付近でもあるため、この波長に固定して
おけば、半導体レーザの波長を調整し直す必要がなく、
KTP球状結晶14を回転するのみで、グリーン光とブ
ルー光の変換ができる。
When green light is generated, the pumping light 23 from the semiconductor laser 19 may have a wavelength that is easily absorbed by the Nd: YAG crystal of the laser medium 13, but when blue light is generated, it is pumped at 808 nm because of phase matching. Light produces the sum frequency most efficiently. Since the wavelength of 808 nm is also near the absorption peak of the Nd: YAG crystal, if it is fixed at this wavelength, it is not necessary to readjust the wavelength of the semiconductor laser,
Green light and blue light can be converted simply by rotating the KTP spherical crystal 14.

【0036】図3に、本発明の第2の実施例の固体レー
ザ装置30の構成図を示す。
FIG. 3 is a block diagram of the solid-state laser device 30 of the second embodiment of the present invention.

【0037】本実施例のレーザ装置30は、光軸31と
交差し、垂直方向に中心軸を持つ円柱状の非線形素子3
2のKTPと、前記非線形素子32を中心として密着さ
せた球状の固体レーザ媒質33と、前記固体レーザ媒質
33の入射面及び出射面にコーティング35、36を施
した反射ミラーからなる光共振器と、前記光共振器を回
転する回転装置37と、前記光軸31上に配置された前
記固体レーザ媒質33を励起するための半導体レーザ3
9とから構成されている。
The laser device 30 of this embodiment has a cylindrical non-linear element 3 which intersects the optical axis 31 and has a central axis in the vertical direction.
KTP of No. 2, a spherical solid-state laser medium 33 adhered to the non-linear element 32 as a center, and an optical resonator including a reflecting mirror having coatings 35 and 36 on the incident surface and the emitting surface of the solid-state laser medium 33. A rotation device 37 for rotating the optical resonator, and a semiconductor laser 3 for exciting the solid-state laser medium 33 arranged on the optical axis 31.
9 and 9.

【0038】ここでは、第1の実施例と同様に、半導体
レーザ39の波長を808nmとし、レーザ媒質33と
してNd:YAG結晶を用いた。コーティング35は、
波長1064nmには高反射、波長808nmには高透
過となる。コーティング36は、波長1064nmに対
して高反射、波長532nm及び459nmに対して高
透過となる。
Here, as in the first embodiment, the wavelength of the semiconductor laser 39 is set to 808 nm and the Nd: YAG crystal is used as the laser medium 33. The coating 35 is
High reflection is obtained at a wavelength of 1064 nm, and high transmission is obtained at a wavelength of 808 nm. The coating 36 is highly reflective for the wavelength 1064 nm and highly transmissive for the wavelengths 532 nm and 459 nm.

【0039】第1の実施例で述べたように、G方向とB
方向の2つの入射方向に対してそれぞれ垂直な面をKT
P結晶が持つように、本実施例で使用したグリーン光ブ
ルー光兼用KTP結晶32は、図4のようにz軸と一致
した回転軸に沿って回転するような円柱形状にし、外側
には中空の円柱状のレーザ媒質41をミラーコーティン
グするために、球面研磨を施した後、密着させた。
As described in the first embodiment, G direction and B direction
Planes perpendicular to the two incident directions
As the P crystal has, the KTP crystal 32 for both green light and blue light used in this embodiment has a cylindrical shape that rotates along a rotation axis that coincides with the z axis as shown in FIG. 4, and has a hollow outside. In order to perform mirror coating on the cylindrical laser medium 41, the spherical laser medium 41 was subjected to spherical polishing and then adhered thereto.

【0040】レーザ媒質33の両側にある球状のコーテ
ィング面35、36は、第1の実施例と同様に光共振器
を形成する上、前記レーザ媒質33の前記半導体レーザ
39側端面の球面は、従来の固体レーザ装置70での集
光レンズ系85と同等な集光機能を持つ。したがって、
球状のレーザ媒質33の入出力光の両側にあるコーティ
ング面35、36によって、従来例から集光レンズ系8
5及び入出力ミラー86、87を省略することができ、
第1の実施例と同様、固体レーザ装置が一層小型化でき
る。
The spherical coating surfaces 35 and 36 on both sides of the laser medium 33 form an optical resonator as in the first embodiment, and the spherical surface of the end surface of the laser medium 33 on the semiconductor laser 39 side is: It has a focusing function equivalent to that of the focusing lens system 85 in the conventional solid-state laser device 70. Therefore,
Due to the coating surfaces 35 and 36 on both sides of the input / output light of the spherical laser medium 33, the focusing lens system 8 is different from the conventional example.
5 and the input / output mirrors 86 and 87 can be omitted,
Similar to the first embodiment, the solid-state laser device can be further downsized.

【0041】次にグリーン光及びブルー光が発生する過
程を順を追って説明する。
Next, the process of generating green light and blue light will be described step by step.

【0042】まず、円柱状のKTP結晶32のグリーン
光発生用の方向が基本波の進行方向に一致するように回
転装置37が回転された場合、半導体レーザ39からの
レーザ光43は球面35で集光されKTP結晶32を透
過し、YAG結晶33に吸収される。この入射光43に
よって励起されたYAG結晶33は1064nmの光を
増幅し、コーティング球面35、36からなる共振器内
に光の場が生じる。1064nmのレーザ光はKTP結
晶32を透過することにより一部が第2高調波に変換さ
れ、532nmのグリーンのレーザ光45となりコーテ
ィング36を透過し、外部に出力される。
First, when the rotating device 37 is rotated so that the direction of the green light generation of the cylindrical KTP crystal 32 coincides with the traveling direction of the fundamental wave, the laser light 43 from the semiconductor laser 39 is spherical surface 35. The light is collected, transmitted through the KTP crystal 32, and absorbed by the YAG crystal 33. The YAG crystal 33 excited by the incident light 43 amplifies the 1064 nm light, and a light field is generated in the resonator formed by the coating spherical surfaces 35 and 36. A part of the 1064 nm laser light is converted into the second harmonic by passing through the KTP crystal 32, becomes a green laser light 45 of 532 nm, passes through the coating 36, and is output to the outside.

【0043】次に、回転装置37を回転し、円柱状のK
TP結晶32のブルー光発生用のB方向が基本波の進行
方向に一致する場合、半導体レーザ39からのレーザ光
43は球面35で集光されKTP結晶32を透過し、Y
AG結晶33に吸収される。この入射光43によって励
起されたYAG結晶33は1064nmの光を増幅し、
コーティング球面35、36からなる共振器内に光の場
が生じる。この時、KTP結晶32内で、1064nm
のレーザ光と808nmのレーザ光が周波数上昇変換さ
れ、和周波である459nmのブルーのレーザ光47を
発生する。このブルーのレーザ光47がコーティング3
6を透過し、外部に出力される。
Next, the rotating device 37 is rotated to form a cylindrical K
When the B direction for blue light generation of the TP crystal 32 coincides with the traveling direction of the fundamental wave, the laser light 43 from the semiconductor laser 39 is condensed by the spherical surface 35 and transmitted through the KTP crystal 32, and Y
It is absorbed by the AG crystal 33. The YAG crystal 33 excited by the incident light 43 amplifies 1064 nm light,
A light field is created in the resonator consisting of the coated spheres 35, 36. At this time, in the KTP crystal 32, 1064 nm
And the laser light of 808 nm are up-converted to generate the blue laser light 47 of 459 nm which is the sum frequency. This blue laser light 47 is coated 3
6 is transmitted and is output to the outside.

【0044】また808nmの波長はNd:YAG結晶
の吸収ピーク付近でもあるため、この波長に固定してお
けば、半導体レーザ39の波長を調整し直す必要がな
く、回転装置37を回転するのみで、グリーン光とブル
ー光の変換ができる。
Since the wavelength of 808 nm is also near the absorption peak of the Nd: YAG crystal, if the wavelength is fixed to this wavelength, it is not necessary to readjust the wavelength of the semiconductor laser 39 and only the rotating device 37 is rotated. , Green light and blue light can be converted.

【0045】なお、第1の実施例と第2の実施例では、
レーザ媒質13、33と非線形素子14、32とをそれ
ぞれ密着して配置されたが、図5に示す第3の実施例の
固体レーザ装置50のようにレーザ媒質51と非線形素
子53との間に透光性熱伝導体55を挿入し、熱効果を
取り除き、よりビーム品質の高い固体レーザ装置を提供
することができる。この場合、透光性熱伝導体55を前
記レーザ媒質51と非線形素子53の中心部に円柱状に
配置してもよいし、前記レーザ媒質51と非線形素子5
3の外側に球面研磨して配置してもよい。
In the first and second embodiments,
Although the laser mediums 13 and 33 and the nonlinear elements 14 and 32 are arranged in close contact with each other, they are arranged between the laser medium 51 and the nonlinear element 53 like the solid-state laser device 50 of the third embodiment shown in FIG. By inserting the translucent heat conductor 55 to remove the thermal effect, it is possible to provide a solid-state laser device with higher beam quality. In this case, the translucent heat conductor 55 may be arranged in a cylindrical shape at the center of the laser medium 51 and the non-linear element 53, or the laser medium 51 and the non-linear element 5 may be arranged.
It may be arranged on the outside of 3 by spherical polishing.

【0046】図5によると、光軸56上配置された半導
体レーザ57からのレーザ光58は球面59で集光さ
れ、レーザ媒質51に吸収される。この入射光58によ
って励起されたレーザ媒質51は1064nmの光を増
幅し、コーティング球面59、60からなる共振器内に
光の場が生じる。第1及び第2の実施例と同様に、回転
装置61を回転すると、ある二つの角度で1064nm
のレーザ光はKTP結晶53を透過することにより一部
が第2高調波か和周波に変換され、532nmのグリー
ンのレーザ光62か459nmのブルーのレーザ光63
となりコーティング60を透過し、外部に出力される。
According to FIG. 5, the laser light 58 from the semiconductor laser 57 arranged on the optical axis 56 is condensed on the spherical surface 59 and absorbed by the laser medium 51. The laser medium 51 excited by the incident light 58 amplifies the 1064 nm light, and a light field is generated in the resonator formed by the coating spherical surfaces 59 and 60. Similar to the first and second embodiments, when the rotating device 61 is rotated, it is 1064 nm at two certain angles.
Part of the laser light of is converted into the second harmonic wave or the sum frequency by passing through the KTP crystal 53, and the green laser light 62 of 532 nm or the blue laser light 63 of 459 nm.
Then, it passes through the coating 60 and is output to the outside.

【0047】ここでは、第1の実施例と同様に、半導体
レーザ57の波長を808nmとし、レーザ媒質51と
してNd:YAG結晶を用いた。コーティング59は、
波長1064nmには高反射、波長808nmには高透
過となる。コーティング60は、波長1064nmに対
して高反射、波長532nm及び459nmに対して高
透過となる。
Here, as in the first embodiment, the wavelength of the semiconductor laser 57 is set to 808 nm, and the laser medium 51 is an Nd: YAG crystal. The coating 59 is
High reflection is obtained at a wavelength of 1064 nm, and high transmission is obtained at a wavelength of 808 nm. The coating 60 is highly reflective for the wavelength 1064 nm and highly transmissive for the wavelengths 532 nm and 459 nm.

【0048】なお、図6のように、第1の実施例の装置
を複数用いた構成により、多波長レーザの大出力化が可
能である。この場合、使用したグリーン光ブルー光兼用
KTP結晶64は、図6のようにz軸と一致した回転軸
に沿って回転するような球面研磨を施したいくつかの球
状KTP結晶65にし、内側には円柱状のYAG結晶6
6を同軸に挿入し、密着させた。この方法は第2及び第
3の実施例にも適用できる。
As shown in FIG. 6, the multi-wavelength laser can be increased in output by using a plurality of the devices of the first embodiment. In this case, the used KTP crystal 64 for both green light and blue light is made into several spherical KTP crystals 65 which are spherically polished so as to rotate along a rotation axis coincident with the z axis as shown in FIG. Is a cylindrical YAG crystal 6
6 was inserted coaxially and brought into close contact. This method can be applied to the second and third embodiments.

【0049】なお、本実施例において固体レーザ媒質に
Nd:YAGを使用したが、Nd:YVO4など、他の固
体レーザ媒質でも構わない。また、非線形光学素子にK
TPを使用したが、有機非線形光学素子など他の非線形
光学材料でも構わない。その他、本発明の主旨を逸脱し
ない範囲に於て、種々の変更を加えることができる。
Although Nd: YAG is used as the solid-state laser medium in this embodiment, other solid-state laser medium such as Nd: YVO 4 may be used. In addition, K
Although TP is used, other nonlinear optical material such as an organic nonlinear optical element may be used. Besides, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の固体レーザ装置は、球状の非線形素子の中心部に
円柱状のレーザ媒質を挿入した構造、あるいはその反対
に、球状のレーザ媒質の中心部に円柱状の非線形素子を
挿入した構造をとることにより、より小型、軽量、長寿
命、高変換効率、低コストなどの利点を持つ多波長レー
ザが提供できる。さらに、複数の上記構成により、多波
長レーザの大出力化が可能である。
As is apparent from the above description, the solid-state laser device of the present invention has a structure in which a cylindrical laser medium is inserted in the center of a spherical nonlinear element, or vice versa. A multi-wavelength laser having advantages such as smaller size, lighter weight, longer life, higher conversion efficiency, and lower cost can be provided by adopting a structure in which a cylindrical non-linear element is inserted in the central part of. Furthermore, with the plurality of the above configurations, it is possible to increase the output of the multi-wavelength laser.

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

【図1】第1の実施例の固体レーザ装置の構成図であ
る。
FIG. 1 is a configuration diagram of a solid-state laser device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例における球面研磨した非線形素子
とその中心部に挿入した円柱状レーザ媒質の構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram of a spherically polished non-linear element and a cylindrical laser medium inserted in the central portion of the first embodiment.

【図3】第2の実施例の固体レーザ装置の構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram of a solid-state laser device according to a second embodiment.

【図4】第2の実施例における球面研磨したレーザ媒質
とその中心部に挿入した円柱状非線形素子の構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram of a spherically polished laser medium and a cylindrical non-linear element inserted in the central portion of the second embodiment.

【図5】第3の実施例の固体レーザ装置の構成図であ
る。
FIG. 5 is a configuration diagram of a solid-state laser device according to a third embodiment.

【図6】第1の実施例の装置を複数化した各素子の構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of each element in which the device of the first embodiment is made plural.

【図7】従来の固体レーザ装置の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional solid-state laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 Nd:YAG結晶 14 第2高調波発生用KTP 19 半導体レーザ 32 第2高調波発生用KTP 33 Nd:YAG結晶 51 Nd:YAG結晶 53 第2高調波発生用KTP 55 透光性熱伝導体 13 Nd: YAG crystal 14 Second harmonic generation KTP 19 Semiconductor laser 32 Second harmonic generation KTP 33 Nd: YAG crystal 51 Nd: YAG crystal 53 Second harmonic generation KTP 55 Translucent thermal conductor

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/108 8934−4M Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H01S 3/108 8934-4M

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光によって励起する円柱状のレーザ媒質
と、前記レーザ媒質を中心として囲む球状の非線形素子
と、前記非線形素子を含む光共振器と、前記非線形素子
を回転する回転手段とを備え、第2高調波と和周波の位
相整合条件をある2つの回転角で満足し、多波長のレー
ザ光を発生することを特徴とする固体レーザ装置。
1. A cylindrical laser medium that is excited by light, a spherical nonlinear element that surrounds the laser medium as a center, an optical resonator that includes the nonlinear element, and a rotating unit that rotates the nonlinear element. , A solid-state laser device that satisfies the phase matching conditions of the second harmonic and the sum frequency with a certain two rotation angles and generates laser light of multiple wavelengths.
【請求項2】 光によって励起する球状のレーザ媒質
と、前記レーザ媒質の中心部に囲まれる円柱状の非線形
素子と、前記レーザ媒質を含む光共振器と、前記レーザ
媒質を回転する回転手段とを備え、第2高調波と和周波
の位相整合条件をある2つの回転角で満足し、多波長の
レーザ光を発生することを特徴とする固体レーザ装置。
2. A spherical laser medium excited by light, a cylindrical nonlinear element surrounded by the center of the laser medium, an optical resonator including the laser medium, and a rotating means for rotating the laser medium. And a phase matching condition of the second harmonic and the sum frequency are satisfied at a certain two rotation angles, and a multi-wavelength laser beam is generated.
【請求項3】 請求項1に記載の固体レーザ装置におい
て、前記レーザ媒質と密着させた前記非線形素子の入射
面及び出射面にコーティングした球面からなる光共振器
と、前記光共振器を回転する回転手段とを備え、第2高
調波と和周波の位相整合条件をある2つの回転角で満足
し、多波長のレーザ光を発生することを特徴とする固体
レーザ装置。
3. The solid-state laser device according to claim 1, wherein an optical resonator having spherical surfaces coated on the entrance surface and the exit surface of the nonlinear element, which are in close contact with the laser medium, and the optical resonator are rotated. A solid-state laser device, comprising: a rotating means, satisfying a phase matching condition of a second harmonic and a sum frequency with a certain two rotation angles and generating laser light of multiple wavelengths.
【請求項4】 請求項2に記載の固体レーザ装置におい
て、前記非線形素子と密着させた前記レーザ媒質の入射
面及び出射面にコーティングした球面からなる光共振器
と、前記光共振器を回転する回転手段とを備え、第2高
調波と和周波の位相整合条件をある2つの回転角で満足
し、多波長のレーザ光を発生することを特徴とする固体
レーザ装置。
4. The solid-state laser device according to claim 2, wherein an optical resonator having a spherical surface coated on the entrance surface and the exit surface of the laser medium, which is in close contact with the nonlinear element, and the optical resonator are rotated. A solid-state laser device, comprising: a rotating means, satisfying a phase matching condition of a second harmonic and a sum frequency with a certain two rotation angles and generating laser light of multiple wavelengths.
【請求項5】 請求項1から4に記載の固体レーザ装置
において、透光性熱伝導体を共振器内挿入したことを特
徴とする固体レーザ装置。
5. The solid-state laser device according to claim 1, wherein a translucent heat conductor is inserted in the resonator.
【請求項6】 請求項1から5に記載の固体レーザ装置
において、複数の共振器構造からなる共振器をもつこと
を特徴とする固体レーザ装置。
6. The solid-state laser device according to claim 1, further comprising a resonator having a plurality of resonator structures.
【請求項7】 請求項1から6に記載の固体レーザ装置
において、励起に半導体レーザを用いたことを特徴とす
る固体レーザ装置。
7. The solid-state laser device according to claim 1, wherein a semiconductor laser is used for pumping.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100392928C (en) * 2004-04-05 2008-06-04 深圳市大族激光科技股份有限公司 Pumping cavity of lateral pumping solid laser of semiconductor laser with big power

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