JPH06164045A - Laser apparatus and second-harmonic generation method - Google Patents

Laser apparatus and second-harmonic generation method

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JPH06164045A
JPH06164045A JP30694492A JP30694492A JPH06164045A JP H06164045 A JPH06164045 A JP H06164045A JP 30694492 A JP30694492 A JP 30694492A JP 30694492 A JP30694492 A JP 30694492A JP H06164045 A JPH06164045 A JP H06164045A
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JP
Japan
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crystal
solid
state laser
temperature
nonlinear optical
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Application number
JP30694492A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Maeda
一夫 前田
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a method, for SHG, wherein its output fluctuation is small and its efficiency is high without additionally inserting an optical element increasing a reflection loss into an optical resonator and to provide a laser device. CONSTITUTION:A semiconductor-laser excitation solid-state laser device is provided with a means 5 which controls the temperature of a solid-state laser crystal 3 in such a way that a phase difference caused when fundamental waves are transmitted through the solid-state laser crystal 3 becomes (2mpi+3pi/ 2) and with a means 9 which controls the temperature of a nonlinear optical crystal in such a way that a phase difference caused when the fundamental waves are transmitted through the nonlinear optical crystal 7 becomes (2m'pi) [where (m) and (m') are integers] or a method for SHG by the phase matching of type II uses the means 5 and the means 9.

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、レーザー装置の第二高
調波発生(SHG)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to second harmonic generation (SHG) of a laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザー励起固体レーザーは、励
起の際の発熱が小さいのでビーム品質がよく、非線形光
学結晶を光共振器内に挿入することで、容易に第二高調
波を得られることが知られている。高出力を得るために
励起入力を大きくしていくと、基本波も複数の縦モード
で発振を始める。第二高調波出力は、複数の基本波の縦
モード間のカップリングによる和周波発生などの影響に
より出力変動が大きくなり、そのままでは高い安定度を
要求される高密度光メモリーや光磁気ディスクの光源に
は用いることができなかった
2. Description of the Related Art A semiconductor laser pumped solid-state laser has a good beam quality because it generates a small amount of heat during pumping, and a second harmonic can be easily obtained by inserting a nonlinear optical crystal into an optical resonator. Are known. When the excitation input is increased to obtain a high output, the fundamental wave also starts oscillating in multiple longitudinal modes. The output of the second harmonic wave has a large output fluctuation due to the influence of the sum frequency generation due to the coupling between the longitudinal modes of multiple fundamental waves, and it is required for high-density optical memory and magneto-optical disk that require high stability as it is. Could not be used as a light source

【0003】第二高調波の出力変動を抑える手段とし
て、光共振器内に四分の一波長板を挿入することによ
り、基本波を互いに直交する偏光で発振させ、基本波間
のカップリングを抑える方法〔参考文献:T. Bear, J.
Opt. Soc. Am., B3-1175(1986)及びM. Oka & S. Kubot
a, Opt. Lett., 13-805(1988)〕、光共振器内にブリュ
ースター板を挿入し、基本波を単一縦モードで発振させ
る方法〔参考文献:永井他、レーザー学会研究会報告、
RTM-90-38(1990) 〕などが提案されている。
As a means for suppressing the output fluctuation of the second harmonic, a quarter-wave plate is inserted in the optical resonator so that the fundamental waves oscillate with polarized lights orthogonal to each other and the coupling between the fundamental waves is suppressed. Method [Reference: T. Bear, J.
Opt. Soc. Am., B3-1175 (1986) and M. Oka & S. Kubot
a, Opt. Lett., 13-805 (1988)], a method of inserting a Brewster plate into an optical resonator to oscillate the fundamental wave in a single longitudinal mode [Reference: Nagai et al., Report of the Laser Society of Japan ,
RTM-90-38 (1990)] and the like have been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述において、前者の
方法は、回転機能を備えたホルダーに高価な四分の一波
長板を装着して、光共振器内に挿入する必要があり、ま
た、四分の一波長板を挿入することにより反射損失が増
加する。後者の方法では、発生した第二高調波にブリュ
ースター板による反射損失が生じる。上述のように、両
方法とも光共振器内に光学素子を追加して挿入すること
により反射損失が増加し、高効率の第二高調波発生(S
HG)が得られないという問題があった。更に、両方法
とも偏光特性の無いレーザー結晶用に開発されたので、
Nd:YVO4 結晶のように、レーザー結晶に異方性があり、
基本波が偏光して発振する場合には、有効でないという
問題があった。
In the above method, in the former method, it is necessary to mount an expensive quarter-wave plate on a holder having a rotating function and insert it into an optical resonator. Insertion of a quarter wave plate increases the reflection loss. In the latter method, a reflection loss due to the Brewster plate occurs in the generated second harmonic. As described above, both methods increase the reflection loss and increase the efficiency of the second harmonic generation (S) by additionally inserting an optical element in the optical resonator.
There was a problem that HG) could not be obtained. Furthermore, since both methods were developed for laser crystals that do not have polarization characteristics,
The laser crystal has anisotropy like Nd: YVO 4 crystal,
There is a problem that it is not effective when the fundamental wave is polarized and oscillates.

【0005】ところで、先に本願発明者は、非線形光学
結晶の温度制御を行うレーザー装置を提案した(特願平
4─36133号)。非線形光学結晶の温度制御をしな
い場合に比較して、提案したレーザー装置は、格段に安
定した第二高調波を発生することができたが、精密に制
御された第二高調波の発生という観点からは、まだ問題
がある。
By the way, the inventor of the present application has previously proposed a laser device for controlling the temperature of a nonlinear optical crystal (Japanese Patent Application No. 4-36133). Compared to the case of not controlling the temperature of the nonlinear optical crystal, the proposed laser device was able to generate a remarkably stable second harmonic, but in terms of the generation of a precisely controlled second harmonic. I still have a problem.

【0006】本発明は、上述の事情に鑑みて、光共振器
内に反射損失を増加させる光学素子を追加して挿入する
ことなく、出力変動が小さく高効率の第二高調波の発生
が得られるレーザー装置及び第二高調波発生方法を提供
すること目的とする。
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention provides a highly efficient second harmonic generation with a small output fluctuation without additionally inserting an optical element for increasing the reflection loss in the optical resonator. It is an object of the present invention to provide a laser device and a method for generating a second harmonic wave.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー装置
は、半導体レーザー励起の固体レーザー装置において、
固体レーザー結晶を温度制御する機能と、非線形光学結
晶を温度制御する機能とを具備することを特徴としてい
る。
A laser device of the present invention is a solid-state laser device excited by a semiconductor laser,
It is characterized by having a function of controlling the temperature of the solid-state laser crystal and a function of controlling the temperature of the nonlinear optical crystal.

【0008】また、本発明の第二高調波発生方法は、半
導体レーザー励起の固体レーザー装置を用いてタイプII
の位相整合による第二高調波発生方法において、基本波
が固体レーザー結晶を通過する際に生じる位相差が(2
mπ+3π/2)になるように前記固体レーザー結晶の
温度を制御し、かつ、基本波が非線形光学結晶を通過す
る際に生じる位相差が(2m′π)になるように前記非
線形光学結晶の温度を制御することを特徴としている
(m,m′は整数)。
Further, the second harmonic generation method of the present invention uses a solid-state laser device excited by a semiconductor laser to type II.
In the second harmonic generation method based on the phase matching of, the phase difference generated when the fundamental wave passes through the solid-state laser crystal is (2
mπ + 3π / 2), and the temperature of the nonlinear optical crystal is controlled so that the phase difference generated when the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal becomes (2m′π). Is controlled (m and m ′ are integers).

【0009】更に、本発明の第二高調波発生方法は、半
導体レーザー励起の固体レーザー装置を用いてタイプII
の位相整合による第二高調波発生方法において、基本波
が固体レーザー結晶を通過する際に生じる位相差が(2
mπ+π/2)になるように前記固体レーザー結晶の温
度を制御し、かつ、基本波が非線形光学結晶を通過する
際に生じる位相差が(2m′π)になるように前記非線
形光学結晶の温度を制御することを特徴としている
(m,m′は整数)。
Furthermore, the second harmonic generation method of the present invention uses a solid-state laser device excited by a semiconductor laser to perform type II
In the second harmonic generation method based on the phase matching of, the phase difference generated when the fundamental wave passes through the solid-state laser crystal is (2
The temperature of the solid-state laser crystal is controlled so that mπ + π / 2), and the temperature of the nonlinear optical crystal is controlled so that the phase difference generated when the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal becomes (2m′π). Is controlled (m and m ′ are integers).

【0010】[0010]

【作用】図1は、本発明のレーザー装置の構成を示す図
である。図中、1は半導体レーザー、2は円柱状をなす
屈折率分布形レンズ(商品名セルフォックレンズ)、3
は固体レーザー結晶(例えば Nd:YVO4)である。4はサ
ーミスタ、5は固体レーザー結晶3の温度を制御するた
めのペルチェ素子又はヒータ、6は熱を吸収させるため
のヒートシンク、7は非線形光学結晶〔例えば KTP( K
TiOPO4)〕、8はサーミスタ、9は非線形光学結晶7の
温度を制御するためのペルチェ素子又はヒータ、10は
熱を吸収させるためのヒートシンク、11は後述するコ
ーティングにより第二高調波は透過し平面側から射出す
る射出ミラーである。上述の構成要素のうち、半導体レ
ーザー1,集光用のセルフォックレンズ2,固体レーザ
ー結晶3,非線形光学結晶7及び射出ミラー9は、同一
の光軸上に配置されている。
1 is a diagram showing the construction of the laser device of the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor laser, 2 is a cylindrical gradient index lens (trade name SELFOC lens), 3
Is a solid-state laser crystal (eg Nd: YVO 4 ). 4 is a thermistor, 5 is a Peltier element or heater for controlling the temperature of the solid-state laser crystal 3, 6 is a heat sink for absorbing heat, 7 is a nonlinear optical crystal [eg KTP (KTP (KTP (KTP
TiOPO 4 )], 8 is a thermistor, 9 is a Peltier element or heater for controlling the temperature of the nonlinear optical crystal 7, 10 is a heat sink for absorbing heat, 11 is a coating which will be described later, and the second harmonic wave is transmitted therethrough. It is an emission mirror that emits light from the plane side. Among the above-mentioned components, the semiconductor laser 1, the selfoc lens for condensing, the solid-state laser crystal 3, the nonlinear optical crystal 7, and the emission mirror 9 are arranged on the same optical axis.

【0011】図1に示すレーザー装置において、半導体
レーザー1から射出された励起光は、セルフォックレン
ズ2により集光されて固体レーザー結晶3に入射し、吸
収される。固体レーザー結晶3の半導体レーザー1側の
端面は、励起光に対して高透過であり基本波と第二高調
波に対して高反射となるように、コーティングされてい
る。一方、固体レーザー結晶3の非線形光学結晶7側の
端面は、基本波と第二高調波に対して高透過となるよう
に、コーティングされている。また、固体レーザー結晶
3には、固体レーザー結晶3の温度を制御するためのペ
ルチェ素子又はヒータ5と、サーミスタ4及び熱を放射
させるためのヒートシンク6が設けられている。ペルチ
ェ素子ではなく、ヒータを採用するときは、ヒートシン
ク6は不要である。
In the laser device shown in FIG. 1, the excitation light emitted from the semiconductor laser 1 is condensed by the SELFOC lens 2 and enters the solid-state laser crystal 3 to be absorbed. The end face of the solid-state laser crystal 3 on the semiconductor laser 1 side is coated so as to be highly transmissive to the excitation light and highly reflective to the fundamental wave and the second harmonic. On the other hand, the end face of the solid-state laser crystal 3 on the side of the nonlinear optical crystal 7 is coated so as to have high transmission for the fundamental wave and the second harmonic. Further, the solid-state laser crystal 3 is provided with a Peltier element or heater 5 for controlling the temperature of the solid-state laser crystal 3, a thermistor 4 and a heat sink 6 for radiating heat. When the heater is used instead of the Peltier element, the heat sink 6 is unnecessary.

【0012】非線形光学結晶7の両端面(光軸に垂直な
側)は、基本波と第二高調波に対して高透過となるよう
に、コーティングされている。また、固体レーザー結晶
3と同様に、非線形光学結晶7にもペルチェ素子又はヒ
ータ9と、サーミスタ8及びヒートシンク10が設けら
れている。更に、射出ミラー11の凹面は、基本波に対
して高反射であり第二高調波に対して高透過となるよう
に、コーティングされている。このようなコーティング
の結果、固体レーザー結晶3の半導体レーザー1側の端
面と射出ミラー11の凹面とで光共振器が構成され、基
本波が発振するとともに、光共振器内に設けられた非線
形光学結晶7によって、基本波は第二高調波に変換さ
れ、第二高調波は射出ミラー11を透過し、射出ミラー
11の平面側から射出する。
Both end faces (on the side perpendicular to the optical axis) of the nonlinear optical crystal 7 are coated so as to have high transmission for the fundamental wave and the second harmonic. Further, like the solid-state laser crystal 3, the nonlinear optical crystal 7 is also provided with a Peltier element or heater 9, a thermistor 8 and a heat sink 10. Further, the concave surface of the emission mirror 11 is coated so as to be highly reflective for the fundamental wave and highly transmissive for the second harmonic wave. As a result of such coating, an optical resonator is constituted by the end surface of the solid-state laser crystal 3 on the semiconductor laser 1 side and the concave surface of the emission mirror 11, the fundamental wave oscillates, and the nonlinear optics provided in the optical resonator. The crystal 7 converts the fundamental wave into the second harmonic, and the second harmonic passes through the emission mirror 11 and is emitted from the plane side of the emission mirror 11.

【0013】タイプIIの位相整合による第二高調波発生
においては、固体レーザー結晶3から直線偏光で発振し
た基本波は、非線形光学結晶7の光学軸に対して角度π
/4rad で入射する。基本波は、非線形光学結晶7の二
つの光学軸O,E方向に分解され、それぞれの位相速度
で進み、E方向に直線偏光した第二高調波を発生する。
基本波は、非線形光学結晶7を透過する際に、結晶の複
屈折性により位相差を生じ、一般に楕円偏光となる。
In the second harmonic generation by the type II phase matching, the fundamental wave oscillated from the solid-state laser crystal 3 as linearly polarized light has an angle π with respect to the optical axis of the nonlinear optical crystal 7.
It is incident at / 4 rad. The fundamental wave is decomposed into the two optical axes O and E of the nonlinear optical crystal 7, advances at respective phase velocities, and generates a second harmonic wave linearly polarized in the E direction.
When the fundamental wave is transmitted through the nonlinear optical crystal 7, a phase difference is generated due to the birefringence of the crystal, and is generally elliptically polarized light.

【0014】上述の場合、非線形光学結晶7の長さを
L,光学軸O,E方向の屈折率をそれぞれno ,ne
真空中の基本波の波長をλとすると、位相差δは簡単に
下記の式(1)で与えられる。 δ=(2π/λ)(no −ne )L (1) 屈折率no ,ne と非線形光学結晶7の長さは、温度の
関数である。したがって、非線形光学結晶7に式(1)
から設定される適切な温度制御を行えば、基本波に生じ
る位相差δを、(2π)の整数倍にすることができる。
このとき基本波は、非線形光学結晶7を透過後も、偏光
状態は変化しない。基本波が複数の縦モードで発振する
場合、各々波長が異なるので、(2π)の整数倍の位相
差を有するのは一つの縦モードの光だけである。それ以
外の縦モードの光は、楕円偏光となる。
In the above case, the length of the nonlinear optical crystal 7 is L, the refractive indices in the optical axes O and E are n o , n e , and respectively.
When the wavelength of the fundamental wave in vacuum is λ, the phase difference δ is simply given by the following equation (1). δ = (2π / λ) (n o −n e ) L (1) The refractive indices n o and n e and the length of the nonlinear optical crystal 7 are functions of temperature. Therefore, the nonlinear optical crystal 7 has the formula (1)
By performing an appropriate temperature control set by, the phase difference δ occurring in the fundamental wave can be made an integral multiple of (2π).
At this time, the polarization state of the fundamental wave does not change even after passing through the nonlinear optical crystal 7. When the fundamental wave oscillates in a plurality of longitudinal modes, the wavelengths thereof are different from each other, so that only one longitudinal mode light has a phase difference of an integral multiple of (2π). Light in other longitudinal modes becomes elliptically polarized light.

【0015】本発明装置及び方法における基本波の偏光
状態について説明する(以下の記述において、m,m′
は整数である)。固体レーザー結晶3から射出した直線
偏光の基本波が、非線形光学結晶7を透過して射出ミラ
ー11の凹面で反射し、再び非線形光学結晶7を透過し
て固体レーザー結晶3に戻ったとき、(2π)の整数倍
の位相差をもつ光(以下、A波とする)は、方位角が
(π/4)の直線偏光のままで変化はない。それ以外の
位相差をもつ光(以下、B波とする)は、長軸の方位角
が(π/4),楕円率角が(δ/2)の楕円偏光に変換
される。固体レーザー結晶3についても、位相差は温度
の関数であるので、固体レーザー結晶3に適切な温度制
御を行い、B波に生じる位相差を(2mπ+3π/2)
に保てば、固体レーザー結晶3を往復した光は、方位角
が(π/4+δ/2)の直線偏光に変換される。A波
は、偏光方向が結晶の光学軸に一致しているので、固体
レーザー結晶3の温度に関係はなく、偏光状態は変化し
ない。
The polarization state of the fundamental wave in the device and method of the present invention will be described (in the following description, m and m ').
Is an integer). When the linearly polarized fundamental wave emitted from the solid-state laser crystal 3 passes through the nonlinear optical crystal 7, is reflected by the concave surface of the emission mirror 11, passes through the nonlinear optical crystal 7 again, and returns to the solid-state laser crystal 3, Light having a phase difference of an integral multiple of 2π (hereinafter referred to as A wave) remains linearly polarized light with an azimuth angle of (π / 4) and does not change. Light having a phase difference other than that (hereinafter referred to as B wave) is converted into elliptically polarized light having a long-axis azimuth angle of (π / 4) and an ellipticity angle of (δ / 2). Since the phase difference of the solid-state laser crystal 3 is also a function of temperature, appropriate temperature control is performed on the solid-state laser crystal 3 and the phase difference generated in the B wave is (2mπ + 3π / 2).
, The light that has traveled back and forth through the solid-state laser crystal 3 is converted into linearly polarized light with an azimuth angle of (π / 4 + δ / 2). Since the polarization direction of the A wave coincides with the optical axis of the crystal, it has no relation to the temperature of the solid-state laser crystal 3 and its polarization state does not change.

【0016】B波が再び非線形光学結晶7を往復する
と、楕円偏光になる。この楕円の長軸の方位角は、位相
差δが(π/8)程度に小さい場合、(π/4+δ/
2)となる。更にB波が固体レーザー結晶3を往復した
ときも楕円偏光であり、その長軸の方位角は、(π/4
−δ/2)となる。非線形光学結晶7を往復してきたB
波は、長軸の方位角が(π/4)の楕円偏光になる。こ
のB波は、長軸の方位角が(π/4)の楕円偏光となっ
て、固体レーザー結晶3から初めに射出し、非線形光学
結晶7を往復してきたときに等しくなる。
When the B wave goes back and forth through the nonlinear optical crystal 7, it becomes elliptically polarized light. The azimuth angle of the major axis of this ellipse is (π / 4 + δ / when the phase difference δ is as small as (π / 8).
2). Further, when the B wave travels back and forth through the solid-state laser crystal 3, it is elliptically polarized light, and the azimuth angle of its long axis is (π / 4
−δ / 2). B that has reciprocated through the nonlinear optical crystal 7
The wave becomes elliptically polarized with a long axis azimuth of (π / 4). This B wave becomes elliptically polarized light whose azimuth angle of the major axis is (π / 4), is emitted from the solid-state laser crystal 3 first, and becomes equal when it reciprocates through the nonlinear optical crystal 7.

【0017】上述のように光共振器内では、安定した直
線偏光であるA波と、偏光状態が周期的に変化する楕円
偏光であるB波とが存在する。楕円偏光であるB波は、
楕円の長軸の方位角が(π/4−δ/2)から(π/4
+δ/2)の間を振動するが、位相差δが小さいので出
力は安定している。固体レーザー結晶3により生じる位
相差δが(2mπ+π/2)のときも、楕円偏光である
B波の長軸の方位角は、(π/4−δ/2)から(π/
4+δ/2)の間を振動する。このときも、B波の出力
は安定である。
As described above, in the optical resonator, there are A wave which is stable linearly polarized light and B wave which is elliptically polarized light whose polarization state changes periodically. The B wave, which is elliptically polarized,
The azimuth angle of the major axis of the ellipse is from (π / 4-δ / 2) to (π / 4
Although it vibrates between + δ / 2), the output is stable because the phase difference δ is small. Even when the phase difference δ produced by the solid-state laser crystal 3 is (2mπ + π / 2), the azimuth angle of the major axis of the B wave that is elliptically polarized light is from (π / 4−δ / 2) to (π /
It vibrates between 4 + δ / 2). At this time as well, the output of the B wave is stable.

【0018】固体レーザー結晶3と非線形光学結晶7の
それぞれに、(2mπ+3π/2),(2m′π)の位
相差δを生じさせる温度が環境温度よりも高い場合、結
晶の温度制御には、高価なペルチェ素子の代わりにヒー
タを使用することができる。ペルチェ素子、ヒータのい
ずれを使用しても、第二高調波の出力特性は同じであっ
た。
When the temperature that causes the phase difference δ of (2mπ + 3π / 2) and (2m′π) in the solid laser crystal 3 and the nonlinear optical crystal 7 is higher than the ambient temperature, the temperature control of the crystal is A heater can be used instead of the expensive Peltier element. The output characteristics of the second harmonic were the same regardless of whether the Peltier element or the heater was used.

【0019】なお、固体レーザー結晶3及び非線形光学
結晶7を温度制御する場合、前述のように設定温度は式
(1)から規定されるが、結晶の長さLをミクロンオー
ダまで精密に計測するのは困難である。しかし、設定温
度の概略値を式(1)から求め、第二高調波の出力変動
の状況を参考にしながら結晶の温度制御を調節すれば、
十分な結果が得られることが分かった。
When the temperature of the solid-state laser crystal 3 and the nonlinear optical crystal 7 is controlled, the set temperature is defined by the equation (1) as described above, but the crystal length L is precisely measured to the order of microns. Is difficult. However, if the approximate value of the set temperature is obtained from the formula (1) and the temperature control of the crystal is adjusted while referring to the situation of the output fluctuation of the second harmonic,
It turns out that sufficient results are obtained.

【0020】本発明のレーザー装置及び第二高調波発生
方法で用いる固体レーザー結晶3としては、前述のNd:Y
VO4 結晶以外に、Nd:LiYF4結晶、Nd:YAlO3結晶などがあ
る。また、非線形光学結晶7としては、前述のKTP 結晶
以外に、RTP 結晶、KTA 結晶、KDP 結晶などがある。
As the solid-state laser crystal 3 used in the laser device and the second harmonic generation method of the present invention, the above-mentioned Nd: Y is used.
Besides VO 4 crystals, there are Nd: LiYF 4 crystals, Nd: YAlO 3 crystals, and the like. As the nonlinear optical crystal 7, there are RTP crystal, KTA crystal, KDP crystal, etc. in addition to the above-mentioned KTP crystal.

【0021】以上の説明から明らかなように、固体レー
ザー結晶3に温度制御を行わない場合、前述のA波の出
力は安定であるが、B波は固体レーザー結晶3を往復す
るときに生じる位相差が適切でないため、固体レーザー
結晶3と非線形光学結晶7を往復する度に、楕円の長軸
の方位角が大きく変化する。そのため、B波の出力は不
安定になり、変動が大きくなる。基本波の出力の強度が
変動すれば、第二高調波の強度も不安定で変動が大きく
なり、安定な第二高調波出力を得ることができない。
As is clear from the above description, when the temperature of the solid laser crystal 3 is not controlled, the output of the A wave is stable, but the B wave is generated at the time of reciprocating in the solid laser crystal 3. Since the phase difference is not appropriate, the azimuth angle of the major axis of the ellipse changes greatly each time the solid-state laser crystal 3 and the nonlinear optical crystal 7 reciprocate. Therefore, the output of the B wave becomes unstable and the fluctuation becomes large. If the intensity of the output of the fundamental wave fluctuates, the intensity of the second harmonic wave will also be unstable and the fluctuation will increase, and a stable second harmonic wave output cannot be obtained.

【0022】[0022]

【実施例】(実施例1)固体レーザー結晶3として光軸
方向の厚さ1mm,横3mm,縦3mmのNd:YVO4
晶、非線形光学結晶7として光軸方向の長さ5mm,横
2mm,縦2mmのKTP 結晶を用いた。温度制御はペル
チェ素子を用い、図1に示す構成のレーザー装置により
試験をした。Nd:YVO4 結晶の温度は37.0℃に制御
し、KTP 結晶の温度は35.0℃に制御して、第二高調
波である波長0.53μmの緑レーザーを発生させた。
シリコン・フォトダイオードで第二高調波の出力を連続
的に検知した。図2はその結果で、第二高調波出力の時
間的変化を示してある。
Example 1 A solid-state laser crystal 3 having a thickness of 1 mm in the optical axis direction, a width of 3 mm, and a Nd: YVO 4 crystal having a length of 3 mm, and a nonlinear optical crystal 7 having a length of 5 mm in the optical axis direction and a width of 2 mm, A 2 mm long KTP crystal was used. A Peltier device was used for temperature control, and a test was performed by a laser device having the configuration shown in FIG. The temperature of the Nd: YVO 4 crystal was controlled at 37.0 ° C. and the temperature of the KTP crystal was controlled at 35.0 ° C. to generate a second harmonic green laser with a wavelength of 0.53 μm.
A silicon photodiode was used to continuously detect the output of the second harmonic. FIG. 2 shows the result, which shows the change with time of the second harmonic output.

【0023】(比較例1)固体レーザー結晶3として光
軸方向の厚さ1mm,横3mm,縦3mmのNd:YVO4
晶、非線形光学結晶7として光軸方向の長さ5mm,横
2mm,縦2mmのKTP 結晶を用いた。温度制御はペル
チェ素子を用い、図1に示す構成のレーザー装置により
試験をした。Nd:YVO4 結晶の温度は30.0℃から4
0.0℃まで変化させ、KTP 結晶の温度は35.0℃に
制御して、発生するレーザーの出力を検知した。図3は
その結果で、第二高調波出力のNd:YVO4 結晶温度依存性
を示してある。
(Comparative Example 1) A solid laser crystal 3 having a thickness of 1 mm in the optical axis direction, a width of 3 mm, and a length of 3 mm of Nd: YVO 4 crystal, and a nonlinear optical crystal 7 having a length of 5 mm in the optical axis direction, a width of 2 mm, and a vertical length A 2 mm KTP crystal was used. A Peltier device was used for temperature control, and a test was performed by a laser device having the configuration shown in FIG. The temperature of Nd: YVO 4 crystal is 30.0 ℃ to 4
The temperature of the KTP crystal was controlled to 35.0 ° C by changing the temperature to 0.0 ° C, and the output of the generated laser was detected. FIG. 3 shows the results and shows the dependence of the second harmonic output on the Nd: YVO 4 crystal temperature.

【0024】(比較例2)固体レーザー結晶3として光
軸方向の厚さ1mm,横3mm,縦3mmのNd:YVO4
晶、非線形光学結晶7として光軸方向の長さ5mm,横
2mm,縦2mmのKTP 結晶を用いた。温度制御はペル
チェ素子を用い、図1に示す構成のレーザー装置により
試験をした。KTP 結晶の温度は35.0℃に制御し、N
d:YVO4 結晶の温度は制御せず(ほぼ38.0℃から4
2.0℃の範囲)、発生するレーザーの出力を連続的に
検知した。図4はその結果で、第二高調波出力の時間的
変化を示してある。
(Comparative Example 2) As the solid-state laser crystal 3, an Nd: YVO 4 crystal having a thickness of 1 mm, a width of 3 mm and a length of 3 mm in the optical axis direction, and a nonlinear optical crystal 7 having a length of 5 mm in the optical axis direction, a width of 2 mm and a length. A 2 mm KTP crystal was used. A Peltier device was used for temperature control, and a test was performed by a laser device having the configuration shown in FIG. The temperature of KTP crystal is controlled to 35.0 ℃, and N
The temperature of the d: YVO 4 crystal was not controlled (from approximately 38.0 ° C to 4
The output of the generated laser was continuously detected. FIG. 4 shows the result, which shows the change with time of the second harmonic output.

【0025】図2を図3及び図4と比較すれば、非線形
光学結晶であるKTP 結晶の温度を適切に制御し、かつ、
固体レーザー結晶であるNd:YVO4 結晶の温度を適切に制
御することにより、出力変動の少ないレーザーを発生で
きることが分かる。
Comparing FIG. 2 with FIGS. 3 and 4, the temperature of the KTP crystal, which is a nonlinear optical crystal, is properly controlled, and
By controlling the temperature of the Nd: YVO 4 crystal, which is a solid-state laser crystal, it is possible to generate a laser with a small output fluctuation.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明のレーザー装
置及び第二高調波発生方法は、基本波が複数の縦モード
で発振する場合、固体レーザー結晶と非線形光学結晶の
それぞれに対し適切な温度制御をすることにより、光共
振器内に基本波の安定した定在波が生じ、雑音の少ない
安定な第二高調波が得られる。
As described above, the laser device and the second harmonic generation method according to the present invention have a temperature suitable for each of the solid laser crystal and the nonlinear optical crystal when the fundamental wave oscillates in a plurality of longitudinal modes. By controlling, a stable standing wave of the fundamental wave is generated in the optical resonator, and a stable second harmonic wave with less noise is obtained.

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

【図1】本発明のレーザー装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device of the present invention.

【図2】固体レーザー結晶と非線形光学結晶の両方に適
切な温度制御をしたとき(実施例1)の第二高調波出力
の時間的変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a temporal change of a second harmonic output when appropriate temperature control is performed on both the solid-state laser crystal and the nonlinear optical crystal (Example 1).

【図3】非線形光学結晶は適切な温度制御をし固体レー
ザー結晶の温度を変化させたとき(比較例1)の第二高
調波出力の時間的変化を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a temporal change of a second harmonic output when the temperature of the solid-state laser crystal is changed by appropriately controlling the temperature of the nonlinear optical crystal (Comparative Example 1).

【図4】非線形光学結晶のみに適切な温度制御をしたと
き(比較例2)の第二高調波出力の時間的変化を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a temporal change of a second harmonic output when suitable temperature control is performed only on a nonlinear optical crystal (Comparative Example 2).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザー 2 セルフォックレンズ 3 固体レーザー結晶 4 サーミスタ 5 ペルチェ素子又はヒータ 6 ヒートシンク 7 非線形光学結晶 8 サーミスタ 9 ペルチェ素子又はヒータ 10 ヒートシンク 11 射出ミラー 1 Semiconductor Laser 2 SELFOC Lens 3 Solid Laser Crystal 4 Thermistor 5 Peltier Element or Heater 6 Heat Sink 7 Nonlinear Optical Crystal 8 Thermistor 9 Peltier Element or Heater 10 Heat Sink 11 Ejection Mirror

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザー励起の固体レーザー装置
において、固体レーザー結晶を温度制御する機能と、非
線形光学結晶を温度制御する機能とを具備することを特
徴とするレーザー装置。
1. A semiconductor laser pumped solid-state laser device having a function of controlling the temperature of a solid-state laser crystal and a function of controlling the temperature of a nonlinear optical crystal.
【請求項2】 半導体レーザー励起の固体レーザー装置
を用いてタイプIIの位相整合による第二高調波発生方法
において、基本波が固体レーザー結晶を通過する際に生
じる位相差が(2mπ+3π/2)になるように前記固
体レーザー結晶の温度を制御し、かつ、基本波が非線形
光学結晶を通過する際に生じる位相差が(2m′π)に
なるように前記非線形光学結晶の温度を制御することを
特徴とする第二高調波発生方法(m,m′は整数)。
2. In a method for generating a second harmonic by phase matching of type II using a solid-state laser device excited by a semiconductor laser, a phase difference generated when a fundamental wave passes through a solid-state laser crystal becomes (2mπ + 3π / 2). To control the temperature of the solid-state laser crystal so that the phase difference generated when the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal becomes (2 m′π). Characteristic second harmonic generation method (m and m'are integers).
【請求項3】 半導体レーザー励起の固体レーザー装置
を用いてタイプIIの位相整合による第二高調波発生方法
において、基本波が固体レーザー結晶を通過する際に生
じる位相差が(2mπ+π/2)になるように前記固体
レーザー結晶の温度を制御し、かつ、基本波が非線形光
学結晶を通過する際に生じる位相差が(2m′π)にな
るように前記非線形光学結晶の温度を制御することを特
徴とする第二高調波発生方法(m,m′は整数)。
3. A method of generating a second harmonic by phase matching of type II using a solid-state laser device excited by a semiconductor laser, wherein a phase difference generated when a fundamental wave passes through a solid-state laser crystal is (2 mπ + π / 2). To control the temperature of the solid-state laser crystal so that the phase difference generated when the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal becomes (2 m′π). Characteristic second harmonic generation method (m and m'are integers).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012033818A (en) * 2010-08-02 2012-02-16 Singlemode Corp Semiconductor laser-excited solid-state laser apparatus
CN102377093A (en) * 2010-08-25 2012-03-14 北京国科世纪激光技术有限公司 Crystal temperature control device and use method thereof
CN102377094A (en) * 2010-08-25 2012-03-14 北京国科世纪激光技术有限公司 Crystal temperature controlling device and use method thereof

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