JPH05335679A - 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

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JPH05335679A
JPH05335679A JP16440492A JP16440492A JPH05335679A JP H05335679 A JPH05335679 A JP H05335679A JP 16440492 A JP16440492 A JP 16440492A JP 16440492 A JP16440492 A JP 16440492A JP H05335679 A JPH05335679 A JP H05335679A
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JP
Japan
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solid
crystal
state laser
semiconductor laser
laser device
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Withdrawn
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JP16440492A
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Teruo Kobayashi
輝夫 小林
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Nippon Columbia Co Ltd
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Nippon Columbia Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ励起固体レーザ装置で、励起光
スポット中心部の温度上昇を抑制し、固体レーザ出力の
変動を減少させて安定させる。 【構成】 固体レーザ媒質がNd:YVO4 結晶で、こ
の結晶の表面に入射部と出射部を除いて、Au,Ag,
Cu,Alから選択した少なくとも1つの金属または合
金で被覆する。また結晶を支持するホルダーとの接触部
も同様の被覆で密着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ装置に係わ
り、特に固体レーザ光の出力変動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
固体レーザ装置という)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。
【0003】図5は、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5
3はNd:YAG(ネオジウム・イットリウムアルミニ
ウム酸化物)、Nd:YVO4 ,Nd: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51は該固体レーザ媒質の吸収波長域
である808〜810nmの発振波長で出力が100m
W以上のものが使われる。固体レーザ媒質53の半導体
レーザ光入射面と、出力ミラー55の凹面は、固体レー
ザの基本波1053〜1064nm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
という)を構成している。
【0004】集光光学系52によって半導体レーザ光が
固体レーザ媒質53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55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を挿
入すると、該非線形光学素子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於いて、固体レー
ザ媒質としてNd:YVO4 結晶を用いた場合、Nd:
YVO4 結晶は、半導体レーザの発振波長である808
〜810nmの領域の吸収係数がNd:YAG結晶の約
4倍であり、また熱伝導度がNd:YAG結晶の約1/
2のため、Nd:YVO4 結晶の半導体レーザ励起光吸
収部の温度が上昇し、固体レーザ光の出力が変動する。
【0006】例えば、半導体レーザ励起光パワーが50
0mW,励起光スポットサイズ100μmのとき、N
d:YVO4 結晶の半導体レーザ励起光入射表面の励起
光スポット中心部の温度は約40度上昇し、それにとも
ない固体レーザ光の出力が1/3に減少することが知ら
れている。(電子情報通信学会技術研究会OQE91−
30P73−78)
【0007】3mm×3mm×1mmのNd:YVO4
結晶を10mm×10mm×2mmのアルミニウム製ホ
ルダの中に埋め込み接着剤で固定し、半導体レーザ発振
波長809nm,半導体レーザ励起光パワーが200m
W,励起光スポットサイズ100μmの条件で該Nd:
YVO4 結晶を励起したときのアルミニウム製ホルダの
温度変動と固体レーザ光の出力変動を測定した結果、固
体レーザ光の出力変動は±15%であり、アルミニウム
製ホルダの温度変動と概略同期していることが分かっ
た。これは、Nd:YVO4 結晶の半導体レーザ励起光
吸収−温度上昇−固体レーザ出力の低下−温度下降−半
導体レーザ励起光吸収増大−温度上昇のサイクルを繰り
返しているものと思われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、固体
レーザ媒質がNd:YVO4 結晶である固体レーザ装置
の出力変動を抑制し、安定した出力の固体レーザ装置を
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
と、固体レーザ媒質及び出力ミラーからなる固体レーザ
装置に於いて、該固体レーザ媒質がNd:YVO4 結晶
(ネオジウム・イットリウムバナジウム酸化物)であ
り、結晶表面の半導体レーザ励起光入射部と固体レーザ
光出射部を除き、Au,Ag,Cu,Alから選ばれた
少なくとも1つの金属または合金で被覆したことを特徴
としている。また、Nd:YVO4 結晶を支持するホル
ダーとの接触部をAu,Ag,Cu,Alから選ばれた
少なくとも1つの金属または合金で被覆したことを特徴
としている。
【0010】
【作用】本発明においては、Nd:YVO4 結晶の表面
を、半導体レーザ励起光入射表面の励起光スポット部近
傍まで熱伝導度の大きいAu,Ag,Cu,Alから選
ばれた少なくとも1つの金属または合金で被覆されてい
るので、半導体レーザ励起光入射表面の励起光スポット
部と、結晶周辺部の温度差を著しく小さくする事ができ
る。
【0011】また、上記被覆金属は、直接Nd:YVO
4 結晶表面に被覆されるので、金属膜とNd:YVO4
結晶表面の間に空気断熱層が介在する事がない。また、
上記被覆金属は展延性に富むので、ホルダとの接触性が
向上してNd:YVO4 結晶とホルダとの温度差著しく
小さくする事ができる。従って、励起光スポット中心部
の温度上昇を抑制し、固体レーザ出力は変動の無い安定
したものとなる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明による固体レーザ装置の一実
施例を示す概略構成図で、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なる集光光学系1
2、Nd:YVO4 結晶13、出力ミラー14から構成
されている。半導体レーザ11は、波長809nm、出
力最大500mWのマルチモード発振半導体レーザを用
いた。
【0013】Nd:YVO4 結晶13は、図2の説明図
に示すように、3×3×1mmの大きさで半導体レーザ
励起光入射表面の一方は、波長809nmに対し無反
射、波長1064nmに対し高反射となるようコーティ
ング21を施し、出力ミラー14の凹面との間で共振器
を構成した。Nd:YVO4 結晶13の他方の面は、波
長1064nmに対し低反射となるようコーティング2
2を施した。
【0014】次に、Nd:YVO4 結晶の両面及び側面
に、公知の技術であるスパッタリング法により銅薄膜2
3を2μmの厚さに被着した。この銅薄膜23が被着さ
れたNd:YVO4 結晶13の半導体レーザ励起光入射
表面及び他方の面の中心部の銅薄膜を、直径200μm
の円形に公知の技術であるエッチング法により除去し
た。除去する銅薄膜の面積は、入射する半導体レーザの
ビーム径と、出射する固体レーザ基本波のビーム径以上
の大きさであって、できるだけ小さい方がよい。
【0015】本実施例で使用した半導体レーザの活性層
のストライブ幅は100μmであり、集光光学系12に
よって集光される半導体レーザのビームスポット径もほ
ぼ100μmである。また出射する固体レーザ基本波の
ビーム径は、出力ミラー14の凹面の曲率半径と共振器
長で決定され、本実施例では曲率半径が50mm,共振
器長が7mmであるので、77μmである。従って、本
実施例においては光学素子位置調整のための余裕度も考
慮して、除去する銅薄膜の面積を直径200μmとし
た。
【0016】Nd:YVO4 結晶13を支持するホルダ
ー15は銅製で、開口部直径を2mmとしNd:YVO
4 結晶13を両側から挟む構造とした。Nd:YVO4
結晶13を支持するホルダー15の材質は銅に限定する
事無く、アルミニウム、ステンレス、リン青銅、鉄、ニ
ッケル合金等公知の材料を用いる事ができる。
【0017】図3の点線1は、本実施例の固体レーザ装
置の出力の時間変化特性を示し、出力変動は±3%以内
であった。図3の実線3は、Nd:YVO4 結晶に銅薄
膜を被着していない事を除いては、本実施例と同じ光学
系と光学素子を用いた、従来例の固体レーザ装置の出力
の時間変化を示し、出力変動は±15%である。
【0018】本実施例による固体レーザ装置は、Nd:
YVO4 結晶の表面を、半導体レーザ励起光入射表面の
励起光スポット部近傍まで熱伝導度の大きいCuで被覆
されているので、Nd:YVO4 結晶の表面の半導体レ
ーザ励起光入射表面の励起光スポット部と、結晶周辺部
の温度差を著しく小さくする事ができ、固体レーザ装置
の出力の時間変化が従来例と比較して5分の1に抑制さ
れている事が分かる。
【0019】図4は、本発明の他の一実施例におけるN
d:YVO4 結晶13とNd:YVO4 結晶13を支持
するホルダー15の部分を拡大した部分拡大図であり、
表面を半導体レーザ励起光入射表面の励起光スポット部
近傍まで、熱伝導度の大きいCu23で被覆している。
Nd:YVO4 結晶13を支持するホルダー15のN
d:YVO4 結晶13との接触部を、公知の技術である
スパッタリング法により、金薄膜41を3μmの厚さに
被着した固体レーザ装置の一例である。
【0020】図3の実線2は、本実施例の固体レーザ装
置の出力の時間変化特性を示し、出力変動は±2%であ
る。金は展延性に富むのでCu23で被覆されているN
d:YVO4 結晶13との接触性が向上するので、N
d:YVO4 結晶とホルダとの温度差著しく小さくする
事ができる。従って、本願実施例においては、Nd:Y
VO4 結晶の半導体レーザ励起光入射表面の励起光スポ
ット部の温度と、ホルダの温度との差を小さくする事が
でき、Nd:YVO4 結晶の表面の半導体レーザ励起光
入射表面の励起光スポット中心部の温度上昇を抑制し、
固体レーザ出力は変動の小さい安定したものとなる。本
実施例の固体レーザ装置の出力の変動は従来例と比較し
て7.5分の1に抑制されている事が分かる。
【0021】以上、本発明を実施例を用いて説明した
が、本発明においてNd:YVO4 結晶の表面を、半導
体レーザ励起光入射部と固体レーザ光出射部を除き被覆
する金属や、Nd:YVO4 結晶と支持するホルダーと
の接触部を被覆する金属は、実施例において示された金
属である銅、金に限定されるものではなく、他の良熱伝
導性であり展延性に富む、例えば銅、金の他銀、アルミ
ニウムを使用する事ができる。
【0022】Nd:YVO4 結晶の表面で半導体レーザ
励起光入射部と固体レーザ光出射部を除き被覆する金属
と、Nd:YVO4 結晶を支持するホルダーのNd:Y
VO4 結晶との接触部を被覆する金属を種々変化させた
ときの本発明による固体レーザ装置の出力変動を測定し
た結果を、表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、Nd:YVO4 結晶の
半導体レーザ励起光入射表面の励起光スポット部の温度
と、ホルダの温度との差を小さくする事ができるので、
励起光スポット中心部の温度上昇を抑制し、固体レーザ
出力の変動の少ない安定したものとする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略構成図。
【図2】本発明の一実施例を説明するための説明図。
【図3】固体レーザ装置の出力の時間変化特性図。
【図4】本発明の他の実施例を示す部分拡大図。
【図5】(a)は従来例を示す固体レーザ装置の光学系
構成図。(b)は従来例を示す固体レーザ装置の構成断
面図。
【符号の説明】
11,51 半導体レーザ 12,52 集光光学系 13 Nd:YVO4 結晶 14,55 出力ミラー 15,56 ホルダー 21,22 コーティング 23 銅薄膜 41 金薄膜 53 固体レーザ媒質 57 筐体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年3月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】
【表1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  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装置に於いて、前記固体レ
    ーザ媒質がNd:YVO4 結晶(ネオジウム・イットリ
    ウムバナジウム酸化物)であり該結晶の表面で半導体レ
    ーザ励起光入射部と固体レーザ光出射部を除いた表面に
    Au,Ag,Cu,Alから選ばれた少なくとも1つの
    金属または合金で被覆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。
  2. 【請求項2】 固体レーザ媒質Nd:YVO4 結晶と該
    結晶を支持するホルダーとの接触部をAu,Ag,C
    u,Alから選ばれた少なくとも1つの金属または合金
    で被覆密着したことを特徴とする請求項1記載の半導体
    レーザ励起固体レーザ装置。
JP16440492A 1992-05-29 1992-05-29 半導体レーザ励起固体レーザ装置 Withdrawn JPH05335679A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0915541A3 (en) * 1997-11-07 2000-03-08 Presstek, Inc. Diode-pumped system and method for producing image spots of constant size
JP2007081233A (ja) * 2005-09-15 2007-03-29 Topcon Corp レーザ発振装置
JP2012033818A (ja) * 2010-08-02 2012-02-16 Singlemode Corp 半導体レーザー励起固体レーザー装置
CN109962398A (zh) * 2017-12-22 2019-07-02 广东华快光子科技有限公司 一种用于微片式激光器的晶体固定装置

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Effective date: 19990803