JPH0587976U

JPH0587976U - レーザキャビティハウジング

Info

Publication number: JPH0587976U
Application number: JP2837692U
Authority: JP
Inventors: 富美男小林
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-26
Anticipated expiration: 2007-04-28
Also published as: JP2585132Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】外部の温度変化に影響されることなく高精度
でレーザ結晶を温度コントロールするために、その共振
器を熱伝導部材と、この熱伝導部材を被覆する断熱部材
とで２重に被覆し温度コントロールする。【構成】このレーザキャビティハウジングは、ＹＶＯ
₄レーザ結晶２とＫＴＰ素子４を保持する結晶ホルダ11
および反射ミラー５を保持するミラーホルダ12を接した
状態で、速やかに温度の均一化を図る熱伝導筒14内に収
納保持するようになっており、また、この熱伝導筒14の
中空小径部14Ａの孔部には集光レンズ３を収容したレン
ズホルダ６の一部を嵌挿することができるようになって
いる。また、これら半導体レーザ素子１、レンズホルダ
６および熱伝導筒14は各光学部材がアライメントされて
いる状態で、外部との熱の流入・流出を遮断する断熱部
材15Ａ，Ｂにより被覆されるようになっている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は励起光を入射されて所定波長のレーザ光を出射するレーザ結晶を被覆するレーザキャビティハウジングに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般にレーザ光源は微小な温度の変化によって波長、モードあるいはパワーが大幅に変化する。したがって、特に、これら波長等の高い安定性が要求される場合には、上記レーザ光源の温度をコントロールする必要がある。

【０００３】ところで、近年種々の用途にＹＡＧレーザ等の半導体励起固体レード光源が使用されるようになっている。このような半導体励起固体レーザ光源は励起光源からの励起光を集光レンズによりＹＡＧロッド等のレーザ結晶に入射せしめ、このレーザ結晶の両側に配した共振器ミラーによってレーザ結晶からの出射光を増幅して出力するような構成となっている。

【０００４】このような半導体励起固体レーザ光源も上記一般のレーザ光源と同様に温度をコントロールする必要があるが、特に縦モードの、パワーが安定したレーザ出力を得るためにはレーザ結晶の特性（複屈折性、非線形常数値等）が安定するようにこのレーザ結晶を含んだ共振器全体の温度コントロールを高精度で行なう必要がある。

【０００５】特に、第２高調波を得るように構成したレーザ光源では温度に対する要求はかなり厳格なものとなる。

【０００６】このレーザ結晶の温度コントロールを行なうためには、図４，５の従来技術（ＹＡＧレーザ光源）に示すように、まずレーザ結晶をキャビティ内に収容し、しかる後、キャビティハウジング内の温度をコントロールするのが望ましい。

【０００７】図４に示すＹＡＧレーザ光源は、励起ランプ31とＹＡＧロッド32を収容した石英、インバー等からなる温度特性の安定したキャビティハウジング33を３本の支柱34に支持された載置台35上に固設してなり、ＹＡＧロッド32から出射されたレーザ光を、３本の支柱34に支持された２つのミラーホルダ36Ａ，Ｂにより保持されてなる入射ミラー37Ａおよび出射ミラー37Ｂによって共振せしめ、これにより増幅したレーザ光を出射ミラー37Ｂから出力するようにしたものである。

【０００８】また図５に示すＹＡＧレーザ光源は、基本的には図４に示すＹＡＧレーザ光源と同様の構成とされているが、励起ランプ41とＹＡＧロッド42を収容したキャビティハウジング43、および入射ミラー47Ａと出射ミラー47Ｂを保持した２つのミラーホルダ46Ａ，Ｂがレール38上に固設されたランナー39Ａ，Ｂ，Ｃ上に取り付けられている点で異なっている。

【０００９】これら図４，５に示す従来技術にはキャビティハウジング内の温度コントロールを行なう制御部が設けられていないが、一般のレーザ光源の場合と同様にキャビティハウジング内を所定の温度にコントロールする制御部を設けるようにすればＹＡＧロッド等のレーザ結晶の温度をある程度コントロールすることが可能となる。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述したキャビティハウジングは励起ランプ41とＹＡＧロッド 42を配する空洞部を形成した金属等からなるブロックであり、外気の温度が大きく変化した場合に外部との熱の流入・流出を遮断することができないので、このキャビティハウジング内の温度をコントロールする制御部を設けたとしても、その温度制御に遅れが生じ、レーザ結晶を高精度で温度コントロールすることが困難となる。特に最近では、キャビティハウジングの内部を0.01℃以下の誤差範囲内で温度コントロールする高精度のレーザ光源も必要とされており、上述した如きレーザキャビティハウジングを用いていてはこのような要求に対応することが困難であった。

【００１１】本考案はこのような事情に鑑みなされたもので、外部の温度変化に影響されることなく高精度でレーザ結晶を温度コントロールし得るレーザキャビティハウジングを提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案のレーザキャビティハウジングは、少なくともレーザ結晶、レーザミラーおよび非線形結晶（以下レーザ結晶等という）を被覆する熱伝導部材と、この熱伝導部材を被覆する断熱部材の２重構造に構成され、該レーザ結晶等を励起するための外部からの励起光の入射、および該レーザ結晶から外部へのレーザ光の出射を許容するキャビティ部を備えてなることを特徴とするものである。

【００１３】すなわち、このレーザキャビティハウジングはレーザ結晶等を熱伝導部材と断熱部材により２重に被覆してなることを特徴とするものである。

【００１４】ここで、熱伝導部材とは熱伝導が良好な部材、一般には金属等をいうが、レーザ結晶全体を精密に温度コントロールできる程度にこの熱伝導部材全体を迅速に均一な温度とし得るものであれば金属等に限られるものではない。

【００１５】また、断熱部材とは上記熱伝導部材に比べて熱伝導率が大幅に低いものであって、例えばプラスチック、セラミック等をいうが、上記レーザ結晶等を精密に温度コントロールできる程度に外部と熱の流入、流出を遮断し得るものであれば上記プラスチック、セラミック等に限られるものではない。

【００１６】なお、本考案のレーザキャビティハウジングでは上記レーザ結晶等以外の部材もハウジング内に配設するような構成とすることも可能である。

【００１７】

【作用】上記構成によれば、レーザ結晶等を熱伝導部材により、さらにその外部を断熱部材により２重に被覆している。

【００１８】したがって、外部との熱の流入・流出は断熱部材により略遮断され、この断熱部材内の温度は急激な温度変化を示さないような環境となる。

【００１９】しかも、この断熱部材内にはレーザ結晶等を被覆する熱伝導部材が配されているので、この断熱部材内に温度の偏りが生じてもこの熱伝導部材によって速やかに熱の伝達がなされ、レーザ結晶等の温度が均一となる。

【００２０】このようにキャビティハウジング外部との熱の流入・流出を略遮断するとともにレーザ結晶等の温度を均一化することにより、レーザ結晶等を所定の温度に設定する場合の温度コントロールも極めて容易となる。

【００２１】

【実施例】

以下、本考案の実施例について図面を用いて説明する。

【００２２】図１は本考案の実施例に係るレーザキャビティハウジングを示す一部断面図である。このレーザキャビティハウジングは波長532nm のレーザ光を出力するレーザ光源の各部材を収容固定するものである。

【００２３】すなわち、このレーザ光源は、波長809nm の出力レーザ光16を出力する半導体レーザ素子１と、この半導体レーザ素子１から出力されたレーザ励起光により励起され、波長1064nmのレーザ光を射出するＹＶＯ₄(yttrium vanadium oxide)レーザ結晶（ネオジウムがドープされている）２と、上記レーザ励起光をこのＹＶＯ₄レーザ結晶２上に集光する２つの集光レンズ３と、ＹＶＯ₄レーザ結晶２から出力された波長1064nmのレーザ光を波長532nm のレーザ光に波長変換するＫＴＰ(potassium titanyle phosphate)素子４とを備えている。また、ＫＴＰ素子４からのレーザ光の一部を透過し、残りを反射する反射ミラー５と、上記ＹＶＯ₄ レーザ結晶２のレーザ励起光入射端面に蒸着により形成された半透鏡部２Ａとにより構成される光共振部を備えている。

【００２４】なお、上記２つの集光レンズ３はアライメントされた状態でレンズホルダ６内に収容固定され、また上述したＹＶＯ₄レーザ結晶２とＫＴＰ素子４とは端面を互いに接合された状態に構成されている。

【００２５】以上に説明したレーザ光源が、図１に示す如く本考案の実施例に係るレーザキャビティハウジングに収容されることとなる。すなわち、このレーザキャビティハウジングは、ＹＶＯ₄レーザ結晶２とＫＴＰ素子４を保持する結晶ホルダ11、反射ミラー５を保持するミラーホルダ12およびワッシャ13の３部材を接した状態で熱伝導筒14内に収納保持するようになっており、また、この熱伝導筒14の半導体レーザ素子１側に突設された中空小径部14Ａの孔部にはレンズホルダ６の一部を嵌挿することができるようになっている。また、これら半導体レーザ素子１、レンズホルダ６および熱伝導筒14は各光学部材がアライメントされている状態で断熱部材15Ａ，Ｂにより被覆されるようになっており、またこの断熱部材15Ｂ、ミラーホルダ12およびワッシャ13には出力レーザ光16が通過する孔が穿設されている。

【００２６】なお、半導体レーザ素子１の底部にはこの素子１を冷却するためのヒートシンク17が取り付けられており、一方熱伝導筒14の外面に接合するよう、断熱部材15 Ａの切欠部に温度制御用のペルチェ素子18が埋設されており、このペルチェ素子 18の熱伝導筒14側とは反対側にペルチェ素子冷却用のヒートシンク19が取り付けられている。

【００２７】図２は上記熱伝導筒14内に配された上記各部材を分解して示す斜視図である。この図２に示すように、角筒状の熱伝導筒14内には円柱状の空洞14Ａが形成されており、この空洞14Ａ内に円柱状の結晶ホルダ11およびミラーホルダ12が嵌挿されるようになっている。この結晶ホルダ11の中心部には角片状のＹＶＯ₄レーザ結晶２とＫＴＰ素子４が密に嵌合される角型状の透孔11Ａが穿設されており、ミラーホルダ12には反射ミラー５が保持される凹部（図２には示されていない）が設けられている。なお、これら２つのホルダ11，12および熱伝導筒14の端面にはこれらの部材を保持するため各々複数個のねじ止め用穴が設けられている。

【００２８】また、この熱伝導筒14は図３に示す如く、高さＡが23.5mm、幅Ｂが23.5mm、長さＣが23mm、さらに空洞部の直径Ｄが19mmとなるように構成されている。この熱伝導筒14はＹＶＯ₄レーザ結晶２とＫＴＰ素子４を結晶ホルダ11を介して均一な温度とするためＡｌ，Ｃｕ，ステンレス鋼等の金属で形成することが可能であるが、この熱伝導筒14にヒートキャパシティを持たせたい場合には熱伝導率のやや低い金属を用いることが望ましい。例えば熱伝導率の高いＡｌ（2.38 J／cm・s ・k ）やＣｕ（3.85 J／cm・s ・k ）に比べて熱伝導率のやや低いステンレス鋼（0.245 J／cm・s ・k ）の方が望ましい。

【００２９】なお、上記結晶ホルダ11は例えば熱伝導筒14と同様の材料であるＡｌ，Ｃｕ，ステンレス鋼等で形成する。

【００３０】また、上記断熱部材15Ａ，Ｂはキャビティハウジング外部との熱の流入・流出を略遮断することができる材料で形成されており、機械加工性等をも考慮するとプラスチック樹脂を用いるのが望ましいが、その他セラミックス等を用いることも可能である。このときの断熱部材15Ａ，Ｂの熱伝導率は例えば７×10^-4 cal／（cm・s/cm²・℃・cm）とする。

【００３１】このように上記実施例のレーザキャビティハウジングにおいては外部との熱の流入・流出を断熱部材15Ａ，Ｂにより略遮断するとともに、この断熱部材15Ａ，Ｂ内の温度を熱伝導筒14によって急速に均一化し得る環境下にＹＶＯ₄レーザ結晶２およびＫＴＰ素子４を配設し、ペルチェ素子18を用いて精密な温度コントロールを行なうようにしている。これにより、レーザ結晶の温度ドリフトが従来のレーザキャビティハウジングを用いた場合には0.1 ℃程度であったものが、上記実施例のレーザキャビティハウジングを用いた場合には0.01℃以下とすることが可能となった。

【００３２】また、キャビティハウジング部分をユニット化することで組立調整が極めて容易となった。

【００３３】本考案のレーザキャビティハウジングとしては上記実施例のものに限られるものではなく、形状、寸法や材料等について種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施例において結晶ホルダ11に保持されるＹＶＯ₄レーザ結晶２に代えてＹＡＧレーザロッドとすることも可能である。

【００３４】また、上述した実施例では熱伝導筒14を熱伝導部材として機能させるとともに熱容量部材として機能させるようにしている。この熱伝導筒14に所望の熱容量を持たせるためには、レーザキャビティハウジングの材質（比熱）や形状（長さ、径）として適宜所望の値を選択することが可能である。

【００３５】

【考案の効果】

以上説明したように本考案のレーザキャビティハウジングによれば、断熱部材と熱伝導部材によりレーザ結晶を２重に被覆して、外部との熱の流入・流出を遮断するとともにレーザ結晶の温度を速やかに均一化するようにしているので精度の高い温度コントロールが容易で、出力レーザ光の波長、モード、パワーを高精度でコントロールすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係るレーザキャビティハウジ
ングをレーザ光源とともに示す一部断面図

【図２】図１に示すハウジングの主要部分を分解して示
す斜視図

【図３】図２に示す熱伝導筒の大きさを説明するための
斜視図

【図４】従来のレーザキャビティハウジングを示す斜視
図

【図５】図４とは異なる従来のレーザキャビティハウジ
ングを示す斜視図

【符号の説明】

１半導体レーザ素子２ＹＶＯ₄レーザ結晶３集光レンズ４ＫＴＰ素子５反射ミラー６レンズホルダ 11 結晶ホルダ 12 ミラーホルダ 13 ワッシャ 14 熱伝導筒 15Ａ，Ｂ断熱部材 16 出力レーザ光 17，19 ヒートシンク 18 ペルチェ素子

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】少なくともレーザ結晶、レーザミラーお
よび非線形結晶を被覆する熱伝導部材と、この熱伝導部
材を被覆する断熱部材の２重構造に構成され、該レーザ
結晶を励起するための外部からの励起光の入射、および
このレーザ結晶から外部へのレーザ光の出射を許容する
キャビティ部を備えてなることを特徴とするレーザキャ
ビティハウジング。