JPH0690044A - 固体レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射光の光分布が異方性を有する励起光源を
用いた場合の、固体レーザ媒質の光軸に対して垂直な面
の異方的な温度上昇を低減し、固体レーザ媒質の異方性
を有する熱レンズ効果、熱収差効果、熱復屈折効果を低
減する。 【構成】 固体レーザ媒質が、励起光分布の長手方向と
直交する互いに平行な１対の側面を有し、かつ励起光の
光軸に直交する面について励起光分布の中心から各側面
までの距離を他の面までの距離に比較して短くし、放熱
手段を少なくとも固体レーザ媒質の上記面に熱的に接触
することにより、光軸に直交する面前記励起光の光分布
に応じて発生する異方的な熱分布を補償して等方的な熱
分布となるように放熱させることができ、固体レーザに
於て異方性を有する熱レンズ効果などを低減することが
可能となることから、レーザ光の収差を低減でき、高品
質の光ビームを得ることが期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザや他の光
源からの光を直接あるいは光ファイバ等で導光し、これ
を励起光として固体レーザ媒質を端面励起させる固体レ
ーザ発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、互いに対向する一対のミラー
間にＮｄ：ＹＡＧなどの固体レーザ媒質を設置してなる
共振器中に、その一方の端面から半導体レーザからの放
射光を励起光として入射して固体レーザ媒質を励起させ
る形式の固体レーザ発振器があり、これは電球やフラッ
シュランプ等を用いた形式の固体レーザ発振器よりも手
軽なレーザ光源と知られている。特にＮｄ：ＹＡＧレー
ザの第二高調波光は、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の利用価値が高いことも周知であ
る。

【０００３】上記した端面励起型固体レーザ発振器の構
成の一例を図６に示す。励起光源としての半導体レーザ
チップ１の出射光の光軸上に集光レンズ２と、共振器と
しての１対の共振器ミラー３、４と、両ミラー３、４間
に設けられた円柱状のＮｄ：ＹＡＧレーザ媒質５とから
構成される。尚、図示されていないが、これら半導体レ
ーザチップ１、集光レンズ２、共振器ミラー３、４、レ
ーザ媒質５はその光学的位置を維持するべくホルダ等に
より支持されていることは云うまでもない。

【０００４】このような端面励起型固体レーザ発振器に
於て、その固体レーザ媒質を励起する励起光の強度出力
を大きくする場合、その励起光によってレーザ媒質が局
部的に加熱されて温度上昇し、そのレーザ媒質への入熱
と熱伝導と放熱方法で決まる温度分布が発生する。この
局部熱による温度分布は光軸に対して平行な面と光軸に
対して垂直な面とに分けて考えられる。光軸に対して平
行な面の温度上昇を低減するための方法として、例えば
特開平４ー８２２８１号公報には、固体レーザ媒質の励
起光側の表面に熱伝導率の高い透明なヒートシンクを設
ける方法が開示されている。

【０００５】一方、後者の光軸に対して垂直な面の温度
分布は光の強度分布が異方性を有する励起光源を採用し
た場合に発生する。良く知られているように半導体レー
ザの放射光分布は半導体レーザの活性層に対して平行な
方向と垂直な方向とで遍在し、換言すれば異方性を有
し、その形状は概ね楕円形をなす。そして、この半導体
レーザを励起光源として使用する場合には上記光軸に対
して垂直な面の温度分布が異方性を有することとなる。
これをレーザ媒質５の端面を模式的に示す図７をもって
説明すると、半導体レーザチップ１からの出射光で励起
する励起光の分布状態Ｌは楕円形をなす。また、固体レ
ーザ媒質５の光軸に対して垂直な面の温度分布はこの励
起光を吸収することによる発熱に基づくものであること
から、上記励起光分布を反映して励起光の分布状態Ｌと
同じ形、即ち楕円形のままレーザ媒質５の光軸に対して
垂直な面内で広がることとなる。

【０００６】しかしながら、固体レーザ媒質５の端面５
ａは円形をなすことから、上記励起光分布を反映する異
方性の温度分布により、固体レーザ媒質５が異方性を有
する熱レンズ効果、熱収差効果と熱複屈折効果を発生
し、固体レーザ発振器としての出力限界を低下させ、固
体レーザ発振器を高出力化することができなかった。ま
た、出力可能範囲であっても、低出力発振器として使用
する場合には問題ないが、高出力発振器として使用する
場合に光出力ビームに収差が含まれることから、例えば
光ディスク装置の光源のように収差に厳しい要求がある
ものに用途には不向きであった。更に、この光ディスク
装置の緑色光源では、光ノイズを可及的に小さくするこ
とが望まれており、この実現のために、例えば特開平１
ー２２０８７９号公報にはレーザ共振内の基本波の偏光
面を制御する方法が開示されているが、レーザ出力を増
大させるために励起光を大きくすれば、上記したように
固体レーザ媒質の熱複屈折効果が大きくなるために偏光
面制御が困難になり、光源の光ノイズが小さくならない
という短所もあった。

【０００７】上記したような半導体レーザ放射光の光強
度分布の異方性を補正するために、シリンドリカルレン
ズやプリズムをもってビーム整形する方法が知られてい
るが、完全に補正することは困難であり、実際には補正
後も上記異方性が残ることとなる。また、云うまでもな
く特開平４ー８２２８１号公報に開示された方法では光
軸に対して垂直な面の異方的な温度分布は解決されな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その
主な目的は、放射光の光分布が異方性を有する励起光源
を用いた場合の、固体レーザ媒質の光軸に対して垂直な
面の異方的な温度上昇を低減し、固体レーザ媒質の異方
性を有する熱レンズ効果、熱収差効果、熱複屈折効果を
低減することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的は本発明に
よれば、１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
端面励起するべく光軸に直交する面について、楕円若し
くは長円形に分布する励起光を発生する励起光源と、前
記固体レーザ媒質に発生した熱を放熱させる手段とを備
える固体レーザ発振器に於て、前記固体レーザ媒質が、
前記励起光分布の長手方向と直交する互いに平行な１対
の側面を有し、かつ前記励起光の光軸に直交する面につ
いて前記励起光分布の中心から前記各側面までの距離が
他の面までの距離に比較して短くなっており、前記放熱
手段が、少なくとも前記固体レーザ媒質の前記面に熱的
に接触することにより、前記光軸に直交する面前記励起
光の光分布に応じて発生する異方的な熱分布を補償して
等方的な熱分布となるように放熱させることを特徴とす
る固体レーザ発振器を提供することにより達成される。

【００１０】

【作用】このように、固体レーザ媒質に励起光により発
生する異方的な熱の分布を補償して等方的な熱の分布と
なるように固体レーザ媒質の形状を変え、かつ放熱手段
をその形状に応じて設けることにより、励起光源からの
励起光により発生する熱が異方的に放熱され、放熱効率
が大きな方向と発熱が大きな方向とが一致し、熱の蓄積
の異方性が小さくなる。

【００１１】

【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。

【００１２】図１は、本発明が適用された第１の実施例
に於ける固体レーザ発振器の構成を示す模式的斜視図で
ある。本実施例の固体レーザ発振器の基本構成は図６に
示す従来の固体レーザ発振器と同様であり、同じ部分に
は同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００１３】本実施例では、固体レーザ媒質１５が断面
が長方形をなす角柱状となっており、その半導体レーザ
の活性層に対して垂直な方向と平行な１対の側面１５ｂ
間の距離Ｗが、半導体レーザの活性層に対して平行な垂
直な方向と平行な１対の側面１５ｃ間の距離Ｈよりも短
くなっている。また、両側面１５ｂにのみ熱放熱手段と
しての放熱板１７、１８が密着していると共に比較的発
熱量の小さい側面１５ｃには放熱板は設けられておら
ず、空冷されるようになっている。

【００１４】従って、半導体レーザの活性層に対して平
行な方向と垂直な方向との放熱性は、側面１５ｂ間の距
離Ｗと側面１５ｃ間の距離Ｈとの差及び放熱板１７、１
８を用いた場合と空冷の場合との放熱能力の差だけ異な
り、励起光により発生する異方的な熱の分布を補償して
固体レーザ媒質１５に現れる蓄熱の異方性が小さくな
る。

【００１５】実際に、固体レーザ媒質１５の端面１５ａ
は励起光源としての半導体レーザチップ１からの励起光
の照射を受けて、その励起光分布に応じた入熱分布とな
る。この熱の一部は放熱板１７、１８により放熱され、
別の一部は空冷される。即ち、発熱の大なる方向と放熱
の大なる方向とを一致させることにより、放熱性が異方
性を有することから入熱の異方性を補償でき、蓄熱の異
方性が小さくなる。

【００１６】従って、本実施例では、従来と比較して固
体レーザ媒質１５の励起光による温度上昇が等方的にな
り、半導体レーザのように異方的な放射分布を持った励
起光光源を用いた固体レーザ発振器に於ても、固体レー
ザ媒質の異方性を有する熱レンズ効果、熱収差効果及び
熱複屈折効果を低減できる。尚、本実施例では固体レー
ザ媒質１５を角柱状としたが、図３に示すように円柱状
固体レーザ媒質の周面の対向部分を面取りして半導体レ
ーザの活性層に対して垂直な方向と平行な１対の側面を
形成しても良い。

【００１７】図４は本発明が適用された第２の実施例を
示す図２と同様の図である。本実施例では第１の実施例
と同様な放熱板１７、１８に各々放熱フィン部材１９、
２０を付設し、半導体レーザの活性層に対して平行な方
向の放熱効率を向上している。それ以外の構造は第１の
実施例と同様である。尚、本実施例では放熱板に放熱フ
ィン部材を付設したが、実際にはペルチェ素子などの積
極的に冷却する手段を設け、これを制御することによ
り、その放熱の異方性の程度を制御しても良い。図５は
本発明が適用された第３の実施例を示す図２と同様の図
である。本実施例では第１の実施例と同様な角柱状固体
レーザ媒質１５の半導体レーザの活性層に対して垂直な
方向と平行な側面１５ｂに放熱板１７、１８が密着して
いると共に比較的発熱量の小さい側面１５ｃにも放熱板
２７、２８が密着している。従って、半導体レーザの活
性層に対して平行な方向と垂直な方向との放熱性は、側
面１５ｂ間の距離Ｗと側面１５ｃ間の距離Ｈとの差及び
放熱板１７、１８と放熱板２７、２８との放熱能力即ち
熱容量の差だけ異なる。それ以外の構造は第１の実施例
と同様である。

【００１８】尚、第二高調波発生（ＳＨＧ）を目的とし
た固体レーザ発振器に於ても、共振器中にＳＨＧ素子と
複屈折物質とを挿入するだけであることから上記放熱機
構を設けることで同様な効果を得ることができる。

【００１９】

【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発振器によれば、固体レーザ媒質
が、励起光分布の長手方向と直交する互いに平行な１対
の側面を有し、かつ励起光の光軸に直交する面について
励起光分布の中心から各側面までの距離を他の面までの
距離に比較して短くし、放熱手段を少なくとも固体レー
ザ媒質の上記面に熱的に接触することにより、光軸に直
交する面前記励起光の光分布に応じて発生する異方的な
熱分布を補償して等方的な熱分布となるように放熱させ
ることができ、固体レーザに於て異方性を有する熱レン
ズ効果、熱収差効果及び熱複屈折効果を低減することが
可能となることから、レーザ光の収差を低減でき、高品
質の光ビームを得ることが期待できる。また第二高調波
を利用する光源では、偏光面制御が大きな励起光強度ま
で可能となるので、高出力かつ低ノイズの緑色光源を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された第１の実施例に於ける固体
レーザ発振器の構成を示す模式的斜視図である。

【図２】励起光の強度分布と固体レーザ媒質の温度分布
とを併せて示す図１の要部拡大正面図である。

【図３】第１の実施例の変形実施例を示す固体レーザ媒
質のみの斜視図である。

【図４】本発明が適用された第２の実施例を示す図２と
同様な図である。

【図５】本発明が適用された第３の実施例を示す図２と
同様な図である。

【図６】従来の固体レーザ発振器の構成を示す模式的斜
視図である。

【図７】励起光の強度分布と固体レーザ媒質の温度分布
とを併せて示す図６の要部拡大正面図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザチップ ２ 集光レンズ ３、４ 共振器ミラー ５ レーザ媒質 ５ａ 端面 ７〜１０熱伝導器 １１、１２ 放熱フィン部材 １５ レーザ媒質 １５ａ 端面 １５ｂ、１５ｃ 側面 １７、１８ 放熱板 １９、２０ 放熱フィン部材 ２７、２８ 放熱板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １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べく光軸に直交する面について、
   楕円若しくは長円形に分布する励起光を発生する励起光
   源と、前記固体レーザ媒質に発生した熱を放熱させる手
   段とを備える固体レーザ発振器に於て、 前記固体レーザ媒質が、前記励起光分布の長手方向と直
   交する互いに平行な１対の側面を有し、かつ前記励起光
   の光軸に直交する面について前記励起光分布の中心から
   前記各側面までの距離が他の面までの距離に比較して短
   くなっており、 前記放熱手段が、少なくとも前記固体レーザ媒質の前記
   面に熱的に接触することにより、前記光軸に直交する面
   前記励起光の光分布に応じて発生する異方的な熱分布を
   補償して等方的な熱分布となるように放熱させることを
   特徴とする固体レーザ発振器。