JPH0666502B2 - レーザ材料としてｎｙａｂ結晶を有する自倍周波数小型レーザ装置 - Google Patents

レーザ材料としてｎｙａｂ結晶を有する自倍周波数小型レーザ装置

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JPH0666502B2 JP2069935A JP6993590A JPH0666502B2 JP H0666502 B2 JPH0666502 B2 JP H0666502B2 JP 2069935 A JP2069935 A JP 2069935A JP 6993590 A JP6993590 A JP 6993590A JP H0666502 B2 JPH0666502 B2 JP H0666502B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ装置に関するものであり、更に詳細に
は、レーザ材料としてＮＹＡＢ〔NdxY1-xAl3(BO3)4，式
中、ｘは0.03〜0.08〕の単晶体を用いたレーザ効果及び
自倍周波数効果を有する小型レーザ装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
レーザ技術及びその応用の発展と共に、レーザ効果及び
非線形光学効果を有する多機能材料の出現が渇望され、
可視レーザ光を直接放出することのできる結晶材料及び
それを用いたレーザ装置の研究に大きな関心が持たれて
いた。１９７０年代以前には、Tm3+イオン及びNd3+イオ
ンでLiNbO3結晶をドーピングすることにより多機能結晶
を得る化学的研究についての報告があった。自倍周波数
レーザの実験は、Nd3+：LiNbO3の結晶を用いて遂行され
ていた。釣り合わない原子価及びイオン半径のNd3+イオ
ンのドーピングによって、結晶の光学的均質性が、実際
使用には至らない程に劣化することが判っている。１９
８３年に、ソ連の科学者達は、Nd0.2Y0.8Al3(BO3)4の多
機能結晶を開発して1.32〜0.66μｍの自倍周波数レーザ
効果を実現するのに成功した。１９８６年に、山東大学
晶体材料研究科は、熔塩法（flux method）によりNdxY
1-xAl3(BO3)4〔式中、ｘは0.05〜0.15〕の結晶を生成
し、それによって、1.06〜0.53μｍを放出する自倍周波
数レーザの動作が、ダイレーザの587.8nmレーザビーム
の励起で実現した。然しながら、それ自体より高いエネ
ルギー出力をもつ0.53μｍの波長になり得る或るレーザ
を、励起源として使用して、自倍周波数効果によってよ
り低いエネルギー出力をもつ0.53μｍのレーザビームを
作り出すことは実用価値がない。
本発明者等は、材料の構造と性質との間の関係を研究し
た結果、NdxY1-xAl3(BO3)4の結晶が、その大きな結合エ
ネルギー、高い硬度及び高い熱伝導性並びに良好な理化
学的安定性によって、理想的な自倍周波数レーザ材料で
あることを見出した。結晶の光学的均等性は、Nd3+イオ
ンのドーピングによって劣化されなかった。他方、それ
は、高い利得係数をもつ小型レーザに必要なより高いNd
3+レベルで結晶をドーピングするときには、濃度ケンチ
ング効果（concentration quenching effect）が少な
い。
自倍周波数レーザの実験における特殊条件に基づいて、
周波数ダブリング効果と結晶棒の長さとの間の関係を研
究するため、本研究者等は、非線形光学的結合方程式を
修正してｘの値の範囲をｘ＝0.03〜0.08と確定した。
概括的な意味で、本発明の目的は、NdxY1-xAl3(BO3)
〔式中ｘ＝0.03〜0.08〕の単結晶を用いて出力レーザ波
長0.532μｍをもつ実際に役に立つ小型レーザ装置を提
供することである。
本発明の上記及びその他の特殊及び利点は、実施例及び
添付図面に関して示される以下の説明から明らかになる
であろう。
本発明は、コヒーレント光または非コヒーレント光ポン
ビング源の光学的励起によって0.532μｍ及び0.660μｍ
のレーザ光を発生させるためにNdxY1-xAl3(BO3)4〔式中
ｘ＝0.03〜0.08〕の単晶体を自倍周波数レーザ材料とし
て有する小型レーザ装置に存する。非コヒーレントな励
起源は、直線状または螺旋状または環状のキセノンまた
はクリプトンランプまたは、パルスまたは持続波出力で
あることができる発光ダイオードでよい。コヒーレント
な励起源は、矢張りパルスまたは持続波出力であること
ができるシングルレーザダイオードまたはマトリツクス
レーザダイオード系の様なレーザ光源でよい。結晶は、
形式Ｉまたは形式IIの位相整合方向に従って異なったサ
イズの棒に切断することができる。励起源としての非コ
ヒーレントまたはコヒーレント光源は、結晶の棒と共に
並んで取り付けまたは結晶の棒の一端に配することがで
きる。幾度かの実験の後、本発明者等は、Nd3+ドーピン
グをしたＹＡＢ結晶〔NdxY1-xAl3(BO3)4（式中ｘの数値
は0.03〜0.08）〕が光学的均質性のより大きなサイズに
生長することができることを見出した。結晶は、0.532
μｍ及び0.660μｍの波長のレーザビーム出力をつくる
ために形式Ｉまたは形式iiの位相整合角に従って異なっ
たサイズの棒に切断することができる。
形式Ｉの位相整合方向で切断された結晶の棒による周波
数ダブリングレーザビームの出力の強さは、形式IIの位
相整合方向で切断された結晶の棒による出力の強さより
約４倍大である。
結晶NdxY1-xAl3(BO3)4〔式中ｘ＝0.03〜0.08〕の構造
は、空間群Ｒ32及び格子定数ａ＝ｂ＝9,293Å、ｃ＝7,2
45Å，ｚ＝４をもつ三方晶系であり、そこには２種の位
相整合形式、即ち形式Ｉ及び形式IIがあり、それは、基
本周波数及びダブリング周波数におけるレーザビームが
結晶の特定方向のコヒーレンス増強条件、即ち 〔式中Ｋは波数ベクトル、ｎは対応する波長の曲折率，
ｃは光の速度，ωは円形周波数である。〕を満足するこ
とを意味する。同軸位相整合条件下では、伝搬の方向
は、基本周波数及びダブリング周波数の両方の光に共線
形であり、従ってΔ＝０で、且つ、 (1)形式Ｉの位相整合（ｏ＋ｏ→ｅ）で、 ▲Ｎω ｏ▼＝▲Ｎ２ω ｅ▼（▲θI m▼） (2)形式IIの位相整合（ｏ＋ｏ→ｅ）で、 ▲Ｎω ｏ▼＋▲Ｎω ｅ▼（▲θII m▼）＝▲２Ｎ２ω ｅ
▼（▲θII m▼） である。
詳細は光学学報第７巻，第２号，１３９〜１４２頁に劉
恩来等により報告されている。
結晶の有効非線性光学係数は、次の通りである。
▲ＸI eff▼＝Ｆ２（▲θI m▼，φ，d11）＝d11cos▲θI
m▼cos3φ ▲ＸII eff▼＝Ｆ１（▲θII m▼，φ，d11）＝d11cos▲
θII m▼sin3φ 〔式中、d11は結晶の非線性系数、φは結晶のａ軸に対
する方位角，θｍはｃ軸に対する挟角、即ち形式Ｉまた
は形式IIにおける位相整合角である。〕 結果は次の様に得られる。
▲Ｎω ｏ▼＝1.7553； ▲Ｎω ｅ▼＝1.6869； ▲Ｎ２ω ｏ▼＝1.7808； ▲Ｎ２ω ｅ▼＝1.7050； ▲θI m▼＝32°54′；▲θII m▼＝51°２′ 且つ、 のとき、▲ＸI eff▼は極大値を有し、▲ＸI eff▼＝0.82
35d11，▲ＸII eff▼＝0.4032d11，▲ＸI eff▼＝2.04▲
ＸII eff▼である。
周波波ダブリング光の強さは有効非線性係数の平方に正
比例する。従って、形式Ｉの位相整合における周波数ダ
ブリング光の強さは、形式IIの位相整合における強さの
４倍である。
本発明者等は、NdxY1-xAl3(BO3)4〔式中ｘ＝0.03〜0.0
8〕の結晶が高い硬度、抗潮解性、抗劈開性、高い耐酸
及び耐アルカリ性、良好な光学的均質性及び比較的高い
熱伝導性の様な優れた物理的及び化学的性質を有するこ
とも見出した。これは、LiNbO3結晶と比べたＮＹＡＢ結
晶の利点である。明らかに、ＮＹＡＢ結晶は、損傷また
は劣化なしに長期間に亘って使用することのできるレー
ザ材料である筈である。室温での位相整合の故に、ＮＹ
ＡＢ結晶は、152℃の位相整合温度をもつNd3+：LiNbO3
結晶よりもレーザ閾値が低くレーザ性能がよい。従っ
て、ＮＹＡＢは、ランプ励起レーザ装置にもパルス波及
び持続波レーザ励起のレーザ装置にも適用できる。特
に、ＮＹＡＢは、半導体ダイオードレーザによつて励起
された緑色の出力を得る利点がある。
励起源は、約588nm，748nm及び／または807nmで一つの
ピークをもつ非コヒーレントであり得る。上記の３波長
でのピーク発射が強ければ強い程、結晶の動作効率は高
くなる。商業的に入手可能なクリプトンランプ、キセノ
ンランプ及び光学スペクトル整合レーザダイオード類は
適当な励起源である。励起源がパルス波により動作する
場合は、発生するレーザビームは、パルス形である。励
起源が持続波によって動作する場合は、発生するレーザ
ビームは、パルス形である。励起源が持続波によって動
作する場合は、発生するレーザビームは、接続形であ
る。レーザエネルギ出力は、励起エネルギーの増大と共
に急速に増大する筈である。レーザビームの発散角がθ
＝2.3mラジアンであり、レーザビーム出力が高い視準を
もつ線形の偏光であることが測定されている。
〔実施例〕
実施例１ 第１図に示されている本発明の実施例１を参照すると、
１はNdxY1-xAl3(BO3)4［式中ｘは0.03〜0.08］の結晶の
棒であり、２は直線状、環状または螺旋状のキセノンラ
ンプであり、３は1.06μｍ及び0.53μｍの波長の全反射
をもつミラーであり、４は1.06μｍの波長で全反射、0.
53μｍの波長で全透過をもつミラーであり、５は1.06μ
ｍの波長で全反射、0.53μｍの波長で全透過を持つ光学
フィルタであり、６はレーザのエネルギー出力を測定す
るためのＬＰＥ−１Ａメータであり、７はパルスレーザ
電源であり、８は結晶棒と励起源とがそれぞれ各焦点に
置かれている単一長円反射器である焦点反射器である。
長円の主軸2aは１０mm、短軸2bは8.6mm、ｅは0.51であ
る。反射器は真鍮で作られており、その内側は磨いて銀
メッキされている。パルスキセノンランプを持続波クリ
プトンランプまたは高反復率のパルスキセノンランプに
代えると、レーザ装置は、好適には、水冷、空冷または
半導体冷却等の冷却手段が設けられた高反復率パルスま
たは持続波のものにすることができる。
実施例２ 第２図は、発光ダイオードまたは半導体ダイオードレー
ザによって励起される本発明のレーザ装置の一実施例を
示し、１は焦点反射器の代わりに励起光を集めるために
一側面に反射コーチングを施したNdxY1-xAl3(BO3)4〔式
中ｘは0.03〜0.08〕の結晶棒、２は発光ダイオードアレ
イまたはレーザダイオードアレイであり、３は1.06μｍ
及び0.53μｍで全反射をもつミラー、４は1.06μｍで全
反射を0.53μｍで全透過をもつミラーである。
実施例３ 第３図は、高強度の発光ダイオードまたはレーザダイオ
ードまたはレーザダイオードアレイによって励起される
本発明の他の実施例を示し、１はNdxY1-xAl3(BO3)4〔式
中ｘは0.03〜0.08〕の結晶棒、２は高強度発光ダイオー
ド、または、レーザダイオードまたはレーザダイオード
アレイ、３は結晶棒の端面に直接コーチングされていて
もよい、1.06μｍ及び0.53μｍで全反射、約8,000Å〜
8,100Åの領域で高い透過をもつ膜状媒体であり、４は
矢張り結晶の他の端面にコーチングされることができ
る、1.06μｍで全反射、0.53μｍで全透過をもつ出力ミ
ラーであり、５は励起用ビームの開口と視準とを調節す
るためのテレスコープ装置である。
更に既述されるべきことは、結晶棒のための要件が、1/
8λ未満の平面度、Ｖ級の精細度、２０″未満の垂直度
及び１０″未満の平行度の様な光学的性質を有する精密
仕上げ部品の通常の方法で充足され得るということであ
る。
実施例４ φ３mm×25mmのパルスキセノンランプを励起源として使
用し、φ3.5mm×12.16mのＮＹＡＢの結晶棒を有するレ
ーザ装置の性能パラメータがＬＰＥ−１Ａレーザエネル
ギー出力計及びTekronix 466オシログラフにより測定さ
れた。
レーザ閾値 〜57.3ｍＪ レーザエネルギー出力 〜３ｍＪ（Ｑスイッチ） パルス接続時間（自走）１００ｎｓ （Ｑスイッチ５〜8ns） ビーム偏光度 ＞９０％ ビーム発散度 ２ミリラジアン レーザパルスの波形はオシログラフから取られる。ＮＹ
ＡＢレーザ装置によって生じる緑色のレーザビームの波
長は、４４ｗ回折格子モノクロメーターにより0.532μ
ｍであると測定された。
〔効果〕 上述した様に、本発明は、普通に入手可能な小型閃光ラ
ンプによって励起でき、且つ容易に輸送設備の少ない高
原、山地及び村落へ携帯できる様に小型、軽量でエネル
ギー消耗の少ない実用的なレーザ装置にすることができ
るＮＹＡＢ結晶をもつレーザ装置を提供する。本発明の
実施例の一つは、容積が４２mm×７２mm×１３５mmで重
量は４００ｇであり、ペンシル型乾電池（５号電池）に
より電力を供給される。
本発明により提供されるレーザ装置は、レーザ治療、レ
ーザホログラフィ、速度分野のレーザ測定、海中レーザ
通信、レーザドリル及び空中撮影時に応用できる様に緑
色のレーザビームを発生する、小型且つ非コヒーレント
またはコヒーレント光励起を用いるレーザ装置である。
以上、本発明の現在での好適な実施例と思われるものを
記述したが、多くの変形が可能であり、且つ本発明の真
の精神及び範囲内に属するその様な全ての変形を特許請
求の範囲がカバーすべく意図されていることフ理解され
るであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施例の概略図である。 第２図は、本発明の第２実施例の概略図である。 第３図は、本発明の第３実施例の概略図である。 １……結晶棒、２……キセノンランプ、３，４……ミラ
ー、５……光学フィルタ、６……ＬＰＥ−１Ａレーザメ
ータ、７……パルスレーザ電源。
フロントページの続き (72)発明者 ホワン イ ツュァン 中国 フゥ ヂェン シャン フゥ ヂョ ォ シィ シィー ムゥン ウァイ チィ ヂュウ リィン 350002 ヅォン ゴォ カォ シュエ ユェン フゥ ヂェン ウ ヂ ヂィェ ゴォ イェン ジュ ス ゥォ 内 (72)発明者 ヂャン アイ ドン 中国 フゥ ヂェン シャン フゥ ヂョ ォ シィ シィー ムゥン ウァイ チィ ヂュウ リィン 350002 ヅォン ゴォ カォ シュエ ユェン フゥ ヂェン ウ ヂ ヂィェ ゴォ イェン ジュ ス ウォ 内 (72)発明者 ロォワ ヅゥン ドゥ 中国 フゥ ヂェン シャン フゥ ヂョ ォ シィ シィー ムゥン ウァイ チィ ヂュウ リィン 350002 ヅォン ゴォ カォ シュエ ユェン フゥ ヂェン ウ ヂ ヂィェ ゴォ イェン ジュ ス ゥォ 内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自倍周波数結晶としてのNdxY1-xＡ３(BO
    3)4〔式中ｘ＝0.03〜0.08〕の単晶体棒と、0.532μｍ及
    び0.660μｍのレーザ光を発生するための非コヒーレン
    ト励起源またはコヒーレント励起源とを有することを特
    徴とする、レーザ効果及び非線性光学効果を有する小型
    レーザ装置。
  2. 【請求項２】前記単晶体棒が形式Ｉ即ち（ｏ＋ｏ→
    ｅ）：▲Ｎω ｏ▼＝▲Ｎ２ω ｅ▼（▲ＱI m▼）または形
    式II即ち（ｏ＋ｅ→ｅ）：▲Ｎω ｏ▼＋▲Ｎω ｅ▼（▲
    ＱII m▼）＝▲２Ｎ２ω ｅ▼（▲ＱII m▼）の位相整合角
    に従って切断されていることを特徴とする、請求項１に
    記載の小型レーザ装置。
  3. 【請求項３】前記非コヒーレント励起源が、直線状ラン
    プまたは螺旋状ランプまたは環状ランプであることを特
    徴とする、請求項１または２に記載の小型レーザ装置。
  4. 【請求項４】前記コヒーレント励起源がパルス波または
    持続波であることを特徴とする、請求項３に記載の小型
    レーザ装置。
  5. 【請求項５】前記非コヒーレント励起源がキセノンラン
    プまたはクリプトンランプまたは他のスペクトル整合の
    強い非コヒーレント光源であることを特徴とする、請求
    項１，２，３または４に記載の小型レーザ装置。
  6. 【請求項６】前記非コヒーレント励起光源が、前記結晶
    棒の側面または結晶棒の一端面に取り付けられているこ
    とを特徴とする、請求項５に記載の小型レーザ装置。
  7. 【請求項７】前記コヒーレント励起光源が半導体ダイオ
    ードレーザまたはダイオードレーザアレイであることを
    特徴とする、請求項１または２に記載の小型レーザ装
    置。
  8. 【請求項８】前記コヒーレント励起光源がパルス波また
    は持続波であることを特徴とする、請求項７に記載の小
    型レーザ装置。
  9. 【請求項９】前記励起源が結晶棒の側面または結晶棒の
    一端面に設けられていることを特徴とする、請求項８に
    記載の小型レーザ装置。
  10. 【請求項１０】前記レーザダイオードまたはレーザダイ
    オードアレイが7,400Å〜7,500Åまたは8,000Å〜8,100
    Åのピーク出力をもつ7,000Å〜8,500Åの範囲の波を発
    生することを特徴とする、請求項７に記載の小型レーザ
    装置。
JP2069935A 1989-04-15 1990-03-22 レーザ材料としてｎｙａｂ結晶を有する自倍周波数小型レーザ装置 Expired - Lifetime JPH0666502B2 (ja)

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CN 89102343 CN1016301B (zh) 1989-04-15 1989-04-15 用四硼酸铝钇钕单晶体制造的激光器件
CN 89103818 CN1016302B (zh) 1989-06-01 1989-06-01 用四硼酸铝钇钕单晶体制造的激光器件
CN89103818.3 1989-06-01

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JPH03174786A JPH03174786A (ja) 1991-07-29
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JP2069935A Expired - Lifetime JPH0666502B2 (ja) 1989-04-15 1990-03-22 レーザ材料としてｎｙａｂ結晶を有する自倍周波数小型レーザ装置

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