JPH0537053A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH0537053A JPH0537053A JP3207223A JP20722391A JPH0537053A JP H0537053 A JPH0537053 A JP H0537053A JP 3207223 A JP3207223 A JP 3207223A JP 20722391 A JP20722391 A JP 20722391A JP H0537053 A JPH0537053 A JP H0537053A
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- Japan
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- laser
- state laser
- light
- solid
- semiconductor laser
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高出力の横マルチモード発振半導体レーザで
励起する固体レーザ装置の出射レーザ光を横単一モード
発振とし、回折限界の集光スポットを得る。 【構成】 横マルチモード発振半導体レーザと，集光光
学系と，固体レーザ結晶及び出力ミラーからなる固体レ
ーザ共振器とを具備する固体レーザ装置で、横マルチモ
ード発振半導体レーザのファーフィールドパターンにお
ける，複数のピークのうちの一つのピークの出射方向
を，固体レーザ共振器の光軸と一致させる。
励起する固体レーザ装置の出射レーザ光を横単一モード
発振とし、回折限界の集光スポットを得る。 【構成】 横マルチモード発振半導体レーザと，集光光
学系と，固体レーザ結晶及び出力ミラーからなる固体レ
ーザ共振器とを具備する固体レーザ装置で、横マルチモ
ード発振半導体レーザのファーフィールドパターンにお
ける，複数のピークのうちの一つのピークの出射方向
を，固体レーザ共振器の光軸と一致させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ励起固体
レーザ装置に係わり、特に単一横モード発振の固体レー
ザ装置に関する。
レーザ装置に係わり、特に単一横モード発振の固体レー
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は、半導体
レーザ光により固体レーザ結晶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。
レーザ光により固体レーザ結晶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。
【０００３】固体レーザ励起用半導体レーザは、出力が
１Ｗ程度のものまでが実用化されている。出力が１００
ｍＷ未満の半導体レーザにおいては、単一横モード発振
が実現されているが、出力が１００ｍＷ以上の半導体レ
ーザは、ブロードエリアタイプと呼ばれ、活性層のスト
ライプ幅が広く、Ｐ−ｎ接合面に平行な方向では単一横
モード発振を得るのが難しい。
１Ｗ程度のものまでが実用化されている。出力が１００
ｍＷ未満の半導体レーザにおいては、単一横モード発振
が実現されているが、出力が１００ｍＷ以上の半導体レ
ーザは、ブロードエリアタイプと呼ばれ、活性層のスト
ライプ幅が広く、Ｐ−ｎ接合面に平行な方向では単一横
モード発振を得るのが難しい。
【０００４】図３（ａ），（ｂ）には、出力が５００ｍ
Ｗの半導体レーザの代表的な横発振モードの例を示す。
θｘで表わされるｘ方向の出射光強度分布が２つのピー
クをもっていることがわかる。
Ｗの半導体レーザの代表的な横発振モードの例を示す。
θｘで表わされるｘ方向の出射光強度分布が２つのピー
クをもっていることがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような半導体レー
ザの出射光を、固体レーザ結晶の励起光源として用いる
と、単一横モード発振の固体レーザを得ることができず
マルチモード発振となる。レーザ光の可干渉性を積極的
に利用する分野、即ちレーザ光を回折限界の微小スポッ
トに集光して用いる用途には不向きである。
ザの出射光を、固体レーザ結晶の励起光源として用いる
と、単一横モード発振の固体レーザを得ることができず
マルチモード発振となる。レーザ光の可干渉性を積極的
に利用する分野、即ちレーザ光を回折限界の微小スポッ
トに集光して用いる用途には不向きである。
【０００６】近年、非線形光学結晶と固体レーザとを組
合せ、可視域のグリーンやブルーレーザを実現する試み
が盛んである。波長を短くし、より微小な集光スポット
を得るためには、固体レーザは単一横モードで発振する
ことが不可欠である。１００ｍＷ以上の半導体レーザ励
起による固体レーザにおいては、単一横モード発振を得
ることができないという問題がある。
合せ、可視域のグリーンやブルーレーザを実現する試み
が盛んである。波長を短くし、より微小な集光スポット
を得るためには、固体レーザは単一横モードで発振する
ことが不可欠である。１００ｍＷ以上の半導体レーザ励
起による固体レーザにおいては、単一横モード発振を得
ることができないという問題がある。
【０００７】そのため、本発明の目的とするところは、
出力が１００ｍＷ以上で、横マルチモード発振の半導体
レーザを励起光源とした固体レーザ装置において、単一
横モード発振の固体レーザを得ようとするものである。
出力が１００ｍＷ以上で、横マルチモード発振の半導体
レーザを励起光源とした固体レーザ装置において、単一
横モード発振の固体レーザを得ようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、１００ｍＷ以
上の高出力半導体レーザのファーフィールドパターンに
おける、複数のピークのうちのいずれか１つのピークの
出射方向を、固体レーザ光学系の光軸と一致させたこと
に特徴がある。
上の高出力半導体レーザのファーフィールドパターンに
おける、複数のピークのうちのいずれか１つのピークの
出射方向を、固体レーザ光学系の光軸と一致させたこと
に特徴がある。
【０００９】
【作用】１００ｍＷ以上の高出力半導体レーザは、ブロ
ードエリア型であり、活性層のストライプ幅が１００〜
２００μｍと広く、Ｐ−ｎ接合面に平行な方向では、単
一モード発振を得ることが難しい。このような半導体レ
ーザを用い、半導体レーザの出射光端面の垂直方向と、
固体レーザ光学系光軸が一致するように、半導体レー
ザ、集光光学系、固体レーザ媒質、出力ミラーを配置し
た場合、得られる固体レーザ光も横マルチ発振となる。
ードエリア型であり、活性層のストライプ幅が１００〜
２００μｍと広く、Ｐ−ｎ接合面に平行な方向では、単
一モード発振を得ることが難しい。このような半導体レ
ーザを用い、半導体レーザの出射光端面の垂直方向と、
固体レーザ光学系光軸が一致するように、半導体レー
ザ、集光光学系、固体レーザ媒質、出力ミラーを配置し
た場合、得られる固体レーザ光も横マルチ発振となる。
【００１０】本発明においては、半導体レーザを出射光
端面の垂直方向から、角度δθ1 あるいはδθ2 傾けた
発光強度がピークとなる方向を、固体レーザ光学系光軸
に一致するように配置している。そのため、半導体レー
ザ出射光の一方のピーク方向のみが、固体レーザ媒質に
集光され、固体レーザ媒質の中においては、固体レーザ
光の重なりが起きる半導体レーザ励起光のエネルギー分
布を単峰にすることができ、得られる固体レーザのエネ
ルギー分布も単峰となり、横シングルモードの固体レー
ザを得ることができる。
端面の垂直方向から、角度δθ1 あるいはδθ2 傾けた
発光強度がピークとなる方向を、固体レーザ光学系光軸
に一致するように配置している。そのため、半導体レー
ザ出射光の一方のピーク方向のみが、固体レーザ媒質に
集光され、固体レーザ媒質の中においては、固体レーザ
光の重なりが起きる半導体レーザ励起光のエネルギー分
布を単峰にすることができ、得られる固体レーザのエネ
ルギー分布も単峰となり、横シングルモードの固体レー
ザを得ることができる。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明による半導体レーザ励起可視
グリーン固体レーザの光学系の一実施例を示す概略構成
図である。半導体レーザ１は、波長λ＝８０８ｎｍ，出
力５００ｍＷのものを用いる。このレーザ出射光のファ
ーフィールドパターンは、図３（ａ）に示したものと同
様で、Ｐ−ｎ接合に平行な方向に２つの出射光ピークを
もち、δθ1 ，δθ2 はいずれも４゜であった。
グリーン固体レーザの光学系の一実施例を示す概略構成
図である。半導体レーザ１は、波長λ＝８０８ｎｍ，出
力５００ｍＷのものを用いる。このレーザ出射光のファ
ーフィールドパターンは、図３（ａ）に示したものと同
様で、Ｐ−ｎ接合に平行な方向に２つの出射光ピークを
もち、δθ1 ，δθ2 はいずれも４゜であった。
【００１２】そこで半導体レーザ１を、出射端面に垂直
な軸に対し、水平方向に４゜回転し、この方向を光軸と
した。該光軸上に、コリメータレンズとフォーカシング
レンズからなる集光光学系２に配置し、半導体レーザ１
の出射光をイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡ
Ｇ）固体レーザ結晶３の中の入射端面近傍に集光した。
な軸に対し、水平方向に４゜回転し、この方向を光軸と
した。該光軸上に、コリメータレンズとフォーカシング
レンズからなる集光光学系２に配置し、半導体レーザ１
の出射光をイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡ
Ｇ）固体レーザ結晶３の中の入射端面近傍に集光した。
【００１３】半導体レーザ１の出射光のうち、他のピー
クの出射光は上記光軸からδθ1 ＋δθ2 ＝８゜ずれた
方向にあるため、集光光学系２によって集光されるもの
の、その集光点は光軸から離れ、しかもＹＡＧ結晶端面
３よりも半導体レーザ１側に位置するために、ＹＡＧ結
晶３を励起するには極めて効率が悪くなる。したがっ
て、光軸上にある半導体レーザ１の出射光の一方のピー
クのみが、ＹＡＧ結晶３の励起と固体レーザ発振に寄与
することになる。
クの出射光は上記光軸からδθ1 ＋δθ2 ＝８゜ずれた
方向にあるため、集光光学系２によって集光されるもの
の、その集光点は光軸から離れ、しかもＹＡＧ結晶端面
３よりも半導体レーザ１側に位置するために、ＹＡＧ結
晶３を励起するには極めて効率が悪くなる。したがっ
て、光軸上にある半導体レーザ１の出射光の一方のピー
クのみが、ＹＡＧ結晶３の励起と固体レーザ発振に寄与
することになる。
【００１４】ＹＡＧ結晶３の入射端面と出力ミラー５の
入射面（曲率半径５０ｍｍ）に、波長１０６４ｎｍに対
して高反射率（９９％以上）となるコーティングを行
い、この両面で平凹共振器を構成すると、波長１０６４
ｎｍのレーザ発振が可能であり、半導体レーザ１の出力
が３００ｍＷのとき、共振器内の波長λ＝１０６４ｎｍ
のレーザパワーは約５Ｗであった。
入射面（曲率半径５０ｍｍ）に、波長１０６４ｎｍに対
して高反射率（９９％以上）となるコーティングを行
い、この両面で平凹共振器を構成すると、波長１０６４
ｎｍのレーザ発振が可能であり、半導体レーザ１の出力
が３００ｍＷのとき、共振器内の波長λ＝１０６４ｎｍ
のレーザパワーは約５Ｗであった。
【００１５】出力ミラー５から出射されるレーザ光（λ
＝１０６４ｎｍ）は、ビーム径が約０．１ｍｍの真円状
で、光軸に垂直な面内のＸ，Ｙいずれの方向の強度分布
もガウス分布であった。このレーザ共振器内に、チタン
リン酸カリウム（ＫＴＰ）結晶（３×３×５ｍｍ）を配
置すると、波長１０６４ｎｍの近赤外レーザは波長変換
され、波長５３２ｎｍのグリーンレーザ光が得られた。
＝１０６４ｎｍ）は、ビーム径が約０．１ｍｍの真円状
で、光軸に垂直な面内のＸ，Ｙいずれの方向の強度分布
もガウス分布であった。このレーザ共振器内に、チタン
リン酸カリウム（ＫＴＰ）結晶（３×３×５ｍｍ）を配
置すると、波長１０６４ｎｍの近赤外レーザは波長変換
され、波長５３２ｎｍのグリーンレーザ光が得られた。
【００１６】出力ミラーから出力されるグリーンレーザ
光のビーム形状は、波長１０６４ｎｍのレーザ光と同一
で、直径が約０．１ｍｍの真円状で、Ｘ，Ｙいずれの強
度分布もガウス分布であった。そして図２に示すよう
に、この波長５３２ｎｍのレーザ光を、ビームエクスパ
ンダで拡大したのち、ＮＡ＝０．５５の対物レンズを用
いて集光したところ、ビーム強度が１／ｅ2 となるビー
ム径は０．８２μｍであり、回折限界の集光が可能であ
った。
光のビーム形状は、波長１０６４ｎｍのレーザ光と同一
で、直径が約０．１ｍｍの真円状で、Ｘ，Ｙいずれの強
度分布もガウス分布であった。そして図２に示すよう
に、この波長５３２ｎｍのレーザ光を、ビームエクスパ
ンダで拡大したのち、ＮＡ＝０．５５の対物レンズを用
いて集光したところ、ビーム強度が１／ｅ2 となるビー
ム径は０．８２μｍであり、回折限界の集光が可能であ
った。
【００１７】本実施例においては、非線形光学結晶を用
いた第２高調波発生光学系について説明したが、本発明
はこれに限定することなく、固体レーザ基本波発生光学
系に有効なことは自明である。また、本実施例では固体
レーザ結晶にＹＡＧ結晶を用いたが、他の結晶Ｎｄ：Ｙ
ＶＯ4 ，Ｎｄ：ＹＬＦ等公知のレーザ結晶を用いること
ができる。
いた第２高調波発生光学系について説明したが、本発明
はこれに限定することなく、固体レーザ基本波発生光学
系に有効なことは自明である。また、本実施例では固体
レーザ結晶にＹＡＧ結晶を用いたが、他の結晶Ｎｄ：Ｙ
ＶＯ4 ，Ｎｄ：ＹＬＦ等公知のレーザ結晶を用いること
ができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、高出力の横
マルチモード発振半導体レーザを用いる場合であって
も、該半導体レーザのファーフィールドパターンにおけ
る複数のピークのうちのいずれか１つのピークの出射方
向を、固体レーザ光学系の光軸と一致させているので、
得られる固体レーザは横単一モード発振であり、回折限
界の集光スポットを得ることができる。
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、高出力の横
マルチモード発振半導体レーザを用いる場合であって
も、該半導体レーザのファーフィールドパターンにおけ
る複数のピークのうちのいずれか１つのピークの出射方
向を、固体レーザ光学系の光軸と一致させているので、
得られる固体レーザは横単一モード発振であり、回折限
界の集光スポットを得ることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図。
【図２】本発明による固体グリーンレーザ装置の出射ビ
ームの集光スポット図。
ームの集光スポット図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、高出力半導体レーザ出射光
のエネルギー強度分布図。
のエネルギー強度分布図。
１ 半導体レーザ ２ 集光光学系 ３ ＹＡＧ結晶 ４ ＫＴＰ結晶 ５ 出力ミラー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 横マルチモード発振半導体レーザと、該
半導体レーザ出射光を集光する光学系と、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を具備し
てなる固体レーザ装置において、前記横マルチモード発
振半導体レーザのファーフィールドパターンにおける複
数のピークのうちのいずれか１つのピークの出射方向
を、前記固体レーザ共振器の光軸に一致させたことを特
徴とする固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207223A JPH0537053A (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3207223A JPH0537053A (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537053A true JPH0537053A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16536285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3207223A Pending JPH0537053A (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0537053A (ja) |
-
1991
- 1991-07-25 JP JP3207223A patent/JPH0537053A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000516 |