JPH06140706A - Solid laser equipment - Google Patents

Solid laser equipment

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Publication number
JPH06140706A
JPH06140706A JP31138592A JP31138592A JPH06140706A JP H06140706 A JPH06140706 A JP H06140706A JP 31138592 A JP31138592 A JP 31138592A JP 31138592 A JP31138592 A JP 31138592A JP H06140706 A JPH06140706 A JP H06140706A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid
resonator
state laser
laser
chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP31138592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirofumi Imai
浩文 今井
Masahiro Daimon
正博 大門
Satoru Yamaguchi
哲 山口
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH06140706A publication Critical patent/JPH06140706A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To stably obtain single longitudinal mode oscillation, with simple resonator structure, without installing position adjusting mechanism for an optical element constituting a resonator, by installing a means for adjusting the pressure in a chamber. CONSTITUTION:A very little part of outputted laser light is branched with a sampling mirror 11, and detected with a photodiode 12. When the oscillation frequency of laser light is identical to the transmission frequency of an etalon 6, the intensity of a signal from the photodiode 12 becomes maximum. By controlling the pressure in a chamber 9 in the manner in which the signal becomes always maximum, while monitoring the pressure with a pressure gauge, the output of the laser light is made always maximum. Hence single longitudinal mode oscillation can be stably obtained, with simple resonator structure, without installing position adjusting mechanism for an optical element constituting a resonator.

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、半導体レーザチップか
らの光を励起光として固体レーザ媒質を端面励起する固
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 for end-pumping a solid-state laser medium using light from a semiconductor laser chip as excitation light.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、互いに対向する一対の共振器
ミラー間にNd:YAG等の固体レーザ媒質を設置して
なる共振器中に、その一方の端面に半導体レーザチップ
からの放射光を励起光として照射して固体レーザ媒質を
励起させる形式の固体レーザ装置があり、これは希ガス
ランプなどを励起光源として用いた形式の固体レーザ装
置よりも手軽なレーザ光源として知られている。特に、
半導体レーザ励起固体レーザ装置の第2高調波光は、高
密度な光ディスク用や様々な計測用の緑色光源として利
用価値が高い。これらの用途に用いられるレーザ光は、
ノイズが少ないなど高品質な光であることが必須要件で
ある。ノイズが少ないなどの特に高い品質の光をレーザ
に求める場合には、単一縦モードレーザと呼ばれる単一
周波数のみを発振するレーザが理想的であることはよく
知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a resonator in which a solid-state laser medium such as Nd: YAG is installed between a pair of resonator mirrors opposed to each other, one end face of the resonator is excited with light emitted from a semiconductor laser chip. There is a type of solid-state laser device that irradiates light as light to excite a solid-state laser medium, and this is known as a laser light source that is easier than a type of solid-state laser device that uses a rare gas lamp or the like as an excitation light source. In particular,
The second harmonic light of the semiconductor laser pumped solid-state laser device is highly useful as a green light source for high density optical discs and various measurements. The laser light used for these applications is
It is essential that the light has high quality such as low noise. It is well known that a laser that oscillates only at a single frequency called a single longitudinal mode laser is ideal when a laser is required to have particularly high quality light such as low noise.

【0003】固体レーザ媒質として一般的なNd:YA
Gレーザを単一縦モードにするためには、エタロンと呼
ばれる周波数弁別素子を共振器内に挿入する方法があ
る。図2(a)は、半導体レーザ励起固体レーザの単一
縦モード型でない固体レーザ装置の構造を示し、図2
(b)は、エタロン6を用いた単一縦モード型の固体レ
ーザ装置の構造を示す。図2(a)に示す固体レーザ装
置では、半導体レーザチップ1から放射された光は、集
光レンズ2で集められ固体レーザ媒質4の端面に照射さ
れ、これにより固体レーザ媒質4に光エネルギーが蓄積
され、共振器ミラー3・5の設定がレーザの発振条件を
満足すればレーザ発振を生じる。通常は、図3(a)に
示すように、Nd:YAGレーザの発振波長1064n
m付近に数本の発振線が見られるマルチモード発振であ
る。
General Nd: YA as a solid-state laser medium
To make the G laser a single longitudinal mode, there is a method of inserting a frequency discriminating element called an etalon into the resonator. FIG. 2A shows a structure of a solid-state laser device which is not a single longitudinal mode type of a semiconductor laser pumped solid-state laser.
(B) shows the structure of a single longitudinal mode type solid-state laser device using the etalon 6. In the solid-state laser device shown in FIG. 2A, the light emitted from the semiconductor laser chip 1 is collected by the condenser lens 2 and applied to the end face of the solid-state laser medium 4, whereby the light energy is applied to the solid-state laser medium 4. When laser light is accumulated and the settings of the resonator mirrors 3 and 5 satisfy the laser oscillation conditions, laser oscillation occurs. Normally, as shown in FIG. 3A, the oscillation wavelength of the Nd: YAG laser is 1064n.
This is a multimode oscillation in which several oscillation lines are seen near m.

【0004】一方、図3(b)はエタロンの透過率の周
波数依存性を示す図で、透過率が最大となる周波数は周
期的に現れる。この透過率最大の周波数とレーザの発振
周波数とを一致させれば、マルチモードのうちの一本の
みを選択した、単一縦モード発振となる(図3
(c))。しかし、レーザの発振周波数とエタロンの透
過率最大の周波数とが一致しない場合は、図4(c)に
示すようにレーザ発振が弱まるか停止する。これを避け
るために、従来は図2(a)に於いてエタロン6を光軸
に対して傾けて透過周波数のチューニングを行い、図3
(c)に示すような状態にしていた。ところが、固体レ
ーザ媒質4や共振器ミラー3・5の支持機構の位置が、
温度の変化などの影響により変化すると、レーザの発振
周波数が変化し図3に示すような状態から図4に示すよ
うな状態になり、やはりレーザ光の出力が変動したり発
振が停止する。
On the other hand, FIG. 3B is a diagram showing the frequency dependence of the transmittance of the etalon, and the frequency at which the transmittance is maximum appears periodically. If the frequency with the maximum transmittance and the oscillation frequency of the laser are made to coincide with each other, single longitudinal mode oscillation in which only one of the multi modes is selected is generated (FIG. 3).
(C)). However, when the laser oscillation frequency does not match the maximum frequency of the etalon transmittance, the laser oscillation weakens or stops, as shown in FIG. 4C. In order to avoid this, the transmission frequency is conventionally tuned by tilting the etalon 6 with respect to the optical axis in FIG.
The state was as shown in (c). However, the position of the support mechanism for the solid-state laser medium 4 and the resonator mirrors 3 and 5 is
When it changes due to the influence of a change in temperature, the oscillation frequency of the laser changes, and the state shown in FIG. 3 changes to the state shown in FIG. 4, and the output of the laser beam fluctuates and oscillation stops.

【0005】このようにエタロンを用いた固体レーザ装
置の単一縦モード発振は、非常に不安定なものである。
そこで、この不安定さを解消するために、共振器ミラー
3・5をピエゾ電歪素子で支持し共振器長を変化させ、
レーザの発振周波数をエタロン6の透過周波数に合わせ
ることも行われていた。しかしながら、この方法では、
エタロンと共振器ミラーの両方に位置調節機構が必要と
なり、共振器構造が非常に複雑になる短所があった。
As described above, the single longitudinal mode oscillation of the solid-state laser device using the etalon is extremely unstable.
Therefore, in order to eliminate this instability, the resonator mirrors 3 and 5 are supported by piezo electrostrictive elements to change the resonator length,
The oscillation frequency of the laser has also been adjusted to the transmission frequency of the etalon 6. However, with this method,
Since a position adjusting mechanism is required for both the etalon and the resonator mirror, the resonator structure is very complicated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、共振器を構成する
光学素子の位置調節機構を設けることなく、単純な共振
器構造で、単一縦モード発振を安定に得る半導体レーザ
励起固体レーザ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems of the prior art, the main object of the present invention is to provide a simple resonator structure without providing a position adjusting mechanism for an optical element constituting the resonator. The object of the present invention is to provide a semiconductor laser pumped solid-state laser device that stably obtains single longitudinal mode oscillation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】一対のミラーからなる共
振器と、前記共振器中に配置された固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質を端面励起するための励起光源とし
ての半導体レーザチップと、発振周波数弁別のためのエ
タロンとを備える固体レーザ装置に於いて、前記共振器
を覆い、かつ内部を気密に密閉するためのチャンバと、
前記チャンバ内の圧力を調節するための手段とを有する
ことを特徴とする固体レーザ装置を提供することにより
達成される。
A resonator comprising a pair of mirrors, a solid-state laser medium disposed in the resonator,
In a solid-state laser device including a semiconductor laser chip as a pumping light source for end-pumping the solid-state laser medium and an etalon for discriminating an oscillation frequency, in order to cover the resonator and hermetically seal the inside. Chamber of
And a means for adjusting the pressure in the chamber.

【0008】ここで本発明の基礎となる原理を説明す
る。
The principle underlying the present invention will now be described.

【0009】気体の圧力Pと密度ρとの間には、よく知
られた気体の法則
Between the gas pressure P and the density ρ, there is a well-known gas law.

【0010】[0010]

【数1】 [Equation 1]

【0011】が成り立つ。ここでRは気体定数、Tは温
度を表す。また、気体の屈折率nと密度ρとの間には以
下に示す経験式が成り立つ。
[0011] Here, R represents a gas constant and T represents temperature. Further, the following empirical formula is established between the refractive index n of the gas and the density ρ.

【0012】[0012]

【数2】 [Equation 2]

【0013】ここで、βは気体によって決まる定数、ρ
Sは0℃、1気圧に於ける密度である。よって上の2式
より、気体の圧力Pの変化に従って、気体の屈折率nが
変化することが分かる。
Where β is a constant determined by the gas, ρ
S is the density at 0 ° C. and 1 atm. Therefore, it can be seen from the above two equations that the refractive index n of the gas changes as the pressure P of the gas changes.

【0014】一方、気体の屈折率nとレーザの発振周波
数νとの間には以下の関係式が成り立つ。
On the other hand, the following relational expression holds between the refractive index n of the gas and the oscillation frequency ν of the laser.

【0015】[0015]

【数3】 [Equation 3]

【0016】ここで、Lは共振器長、Cは真空中の光
速、nは共振器内を充たす媒質の屈折率、mは自然数で
ある。
Here, L is the cavity length, C is the speed of light in a vacuum, n is the refractive index of the medium filling the cavity, and m is a natural number.

【0017】以上のことから、共振器内(本発明ではチ
ャンバ内)の圧力Pを変化させることにより、レーザの
発振周波数νを変化させることが可能になることがわか
る。(実際には、チャンバ内の圧力Pの変化によって見
かけ上の共振器長nLが変わり、レーザの発振周波数ν
が変化すると考えて良い。)
From the above, it is understood that the oscillation frequency ν of the laser can be changed by changing the pressure P inside the resonator (in the present invention, inside the chamber). (Actually, the apparent resonator length nL changes due to the change of the pressure P in the chamber, and the laser oscillation frequency ν
Can be considered to change. )

【0018】[0018]

【作用】このようにすれば、チャンバ内の圧力を調節す
るための手段を備えることにより、光学素子の位置調節
を行うことなくレーザの発振周波数の微調節ができ、エ
タロンの透過周波数とレーザの発振周波数とを一致させ
ることができる。
In this way, by providing the means for adjusting the pressure in the chamber, the oscillation frequency of the laser can be finely adjusted without adjusting the position of the optical element, and the transmission frequency of the etalon and the laser can be adjusted. The oscillation frequency can be matched.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0020】図1は、本発明が適用された実施例に於け
る固体レーザ装置を示す模式的構成図である。本実施例
での固体レーザ媒質4はNd:YAGとする。AlGa
As系半導体レーザチップ1から放射された励起光(8
08nm)は集光レンズ2で集められ、固体レーザ媒質
4に照射され、固体レーザ媒質4を励起し、自然放出光
(1064nm)を生じさせる。固体レーザ媒質4から
放射された自然放出光は、エタロン6を通って共振器ミ
ラー5により反射され、もと来た光路を逆に通って固体
レーザ媒質4に戻り、固体レーザ媒質4内で誘導放出に
より増幅されつつ、固体レーザ媒質4の励起側端面に施
した共振器ミラーコーティング4aにより反射され、共
振器内を往復する。こうして共振器ミラーコーティング
4a及び共振器ミラー5の設定がレーザ発振の条件を満
足すればエタロン6により周波数弁別された単一縦モー
ドレーザ発振を生じる。発振した単一縦モードレーザ光
は、共振器ミラー5から出力される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a solid-state laser device in an embodiment to which the present invention is applied. The solid-state laser medium 4 in this embodiment is Nd: YAG. AlGa
Excitation light emitted from the As-based semiconductor laser chip 1 (8
(08 nm) is collected by the condenser lens 2 and applied to the solid-state laser medium 4 to excite the solid-state laser medium 4 to generate spontaneous emission light (1064 nm). The spontaneous emission light radiated from the solid-state laser medium 4 is reflected by the resonator mirror 5 through the etalon 6, reversely travels through the original optical path, returns to the solid-state laser medium 4, and is guided in the solid-state laser medium 4. While being amplified by emission, the solid-state laser medium 4 is reflected by the resonator mirror coating 4a provided on the end face on the pumping side and reciprocates in the resonator. Thus, if the settings of the resonator mirror coating 4a and the resonator mirror 5 satisfy the conditions for laser oscillation, single longitudinal mode laser oscillation whose frequency is discriminated by the etalon 6 is generated. The oscillated single longitudinal mode laser light is output from the resonator mirror 5.

【0021】共振器を構成する固体レーザ媒質4とエタ
ロン6及び共振器ミラー5は、内部が気密に密閉された
チャンバ9内に固定されていて、固体レーザ媒質4と共
振器ミラー5とは、チャンバ9の窓をなしている。ま
た、チャンバ9には気体の入口管及び出口管からなる一
対の管が連通し、各管には電磁バルブ7・8が設けられ
ている。ここで、電磁バルブ7の設けられた入口管はコ
ンプレッサ10からチャンバ9内に空気を送り込むよう
になっており、電磁バルブ8の設けられた出口管はチャ
ンバ9内からの気体の排出量を調節するようになってい
る。これら電磁バルブ7・8は、演算回路13によって
駆動されるようになっている。
The solid-state laser medium 4, the etalon 6, and the resonator mirror 5 which form the resonator are fixed in a chamber 9 whose interior is hermetically sealed, and the solid-state laser medium 4 and the resonator mirror 5 are: It forms the window of the chamber 9. The chamber 9 is communicated with a pair of gas inlet and outlet pipes, and electromagnetic valves 7 and 8 are provided in each pipe. Here, the inlet pipe provided with the electromagnetic valve 7 is adapted to send air from the compressor 10 into the chamber 9, and the outlet pipe provided with the electromagnetic valve 8 regulates the amount of gas discharged from the chamber 9. It is supposed to do. The electromagnetic valves 7 and 8 are driven by the arithmetic circuit 13.

【0022】単一縦モードレーザ発振を安定に持続させ
るためには、以下のような制御動作を行う。制御の目的
は、チャンバ9内に固定された共振器の見かけ上の共振
器長を、チャンバ9内の圧力の調節によって調整し、レ
ーザ発振の周波数をエタロン6の透過周波数に一致させ
ることである。まず、出力されたレーザ光をサンプリン
グミラー11により微少量分岐させ、フォトダイオード
12で検出する。レーザ光の発振周波数とエタロン6の
透過周波数が一致しているとき、フォトダイオード12
からの信号強度は最大となる。従って、常にこの信号が
最大となるようにチャンバ9内の圧力を圧力計14によ
りモニターしながら制御することにより、レーザ光の出
力が常に最大となる。
In order to stably maintain the single longitudinal mode laser oscillation, the following control operation is performed. The purpose of control is to adjust the apparent resonator length of the resonator fixed in the chamber 9 by adjusting the pressure in the chamber 9 so that the frequency of laser oscillation matches the transmission frequency of the etalon 6. . First, the output laser light is branched into a small amount by the sampling mirror 11 and detected by the photodiode 12. When the oscillation frequency of the laser light and the transmission frequency of the etalon 6 match, the photodiode 12
The signal strength from is maximum. Therefore, the output of the laser light is always maximized by controlling the pressure in the chamber 9 while monitoring the pressure in the chamber 9 so that this signal is always maximized.

【0023】尚、本実施例に於いては、固体レーザ媒質
としてNd:YAGを用いたが、これに限るものではな
く、他の固体レーザ媒質でも良い。また、図1の共振器
中に波長変換素子を挿入することにより、高品質の第2
高調波光を得ることができる。
Although Nd: YAG is used as the solid-state laser medium in this embodiment, the present invention is not limited to this, and other solid-state laser medium may be used. Moreover, by inserting a wavelength conversion element in the resonator of FIG.
Harmonic light can be obtained.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による固体レーザ装置によれば、共振器を構成する光
学素子の位置調節機構を設けることなく、単純な共振器
構造により単一縦モード発振を安定に得ることができ
る。
As is apparent from the above description, according to the solid-state laser device of the present invention, the single longitudinal mode is realized by the simple resonator structure without providing the position adjusting mechanism of the optical element forming the resonator. Oscillation can be stably obtained.

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

【図1】本発明の実施例を示す固体レーザ装置の模式的
構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state laser device showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来例を示す固体レーザ装置の模式的構成図で
あり、(a)部は単一縦モードでないレーザ光を発振す
る通常の固体レーザ装置、(b)部はエタロンを用いた
単一縦モードレーザ光を発振する固体レーザ装置であ
る。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solid-state laser device showing a conventional example, in which part (a) is a normal solid-state laser device that oscillates a laser beam that is not in a single longitudinal mode, and part (b) is a single solid-state laser device using an etalon. It is a solid-state laser device that oscillates a single longitudinal mode laser beam.

【図3】エタロンを用いた単一縦モード発振の説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of single longitudinal mode oscillation using an etalon.

【図4】エタロンの透過周波数がずれた場合の説明図で
ある。
FIG. 4 is an explanatory diagram when the transmission frequency of the etalon is shifted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザチップ 2 集光レンズ 3 共振器ミラー 4 固体レーザ媒質 4a 共振器ミラーコーティング 5 共振器ミラー 6 エタロン 7 電磁バルブ 8 電磁バルブ 9 チャンバ 10 コンプレッサ 11 サンプリングミラー 12 フォトダイオード 13 演算回路 14 圧力計 1 Semiconductor Laser Chip 2 Condenser Lens 3 Resonator Mirror 4 Solid Laser Medium 4a Resonator Mirror Coating 5 Resonator Mirror 6 Etalon 7 Electromagnetic Valve 8 Electromagnetic Valve 9 Chamber 10 Compressor 11 Sampling Mirror 12 Photodiode 13 Arithmetic Circuit 14 Pressure Gauge

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一対のミラーからなる共振器と、前記
共振器中に配置された固体レーザ媒質と、前記固体レー
ザ媒質を端面励起するための励起光源としての半導体レ
ーザチップと、発振周波数弁別のためのエタロンとを備
える固体レーザ装置に於いて、 前記共振器を覆い、かつ内部を気密に密閉するチャンバ
と、前記チャンバ内の圧力を調節するための手段とを有
することを特徴とする固体レーザ装置。
1. A resonator comprising a pair of mirrors, a solid-state laser medium disposed in the resonator, a semiconductor laser chip as a pumping light source for end-pumping the solid-state laser medium, and an oscillation frequency discriminating device. And a chamber for covering the resonator and hermetically sealing the inside, and a means for adjusting the pressure in the chamber. apparatus.
【請求項2】 前記固体レーザ媒質の少なくとも一方
の端面に共振器ミラーコーティングを施したことを特徴
とする請求項1に記載の固体レーザ装置。
2. The solid-state laser device according to claim 1, wherein at least one end face of the solid-state laser medium is provided with a cavity mirror coating.
JP31138592A 1992-10-26 1992-10-26 Solid laser equipment Withdrawn JPH06140706A (en)

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