JPH0697543A - 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】 固体レーザ媒質の端面の少なくともいずれか
一方に密着し、励起光が入射及び／または出射すると共
に固体レーザ媒質の異方的な熱分布を補償して等方的な
熱分布となるような形状をなす孔を有する放熱部材を設
けることにより、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。

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：ＹＶＯ₄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。

【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４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
に設けられた平板状のＮｄ：ＹＶＯ₄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５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は四角形をなすことから、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】他方、例えば光源からの光を複数の光ファ
イバをもって共振器に導く形式の固体レーザ発振器があ
るが、この場合も各光ファイバから出射された光を一点
に集光させて共振器への入射光の断面を円形とすること
は困難であり、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。

【０００９】

【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。

【００１０】

【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対して垂直な面について異方的
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、前記放熱手段が、前記固体レーザ媒
質の端面の少なくともいずれか一方に密着すると共に前
記励起光が入射及び／または出射する孔を有する放熱部
材からなり、前記孔が、前記異方的な熱分布を補償して
等方的な熱分布となるような形状をなすことを特徴とす
る固体レーザ発振器を提供することにより達成される。

【００１１】

【作用】このように、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
ーザ媒質の端面に上記熱分布に応じた形状の孔を有する
放熱部材を設けることにより、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。

【００１２】

【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。

【００１３】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４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。本実
施例では、固体レーザ媒質５がホルダ６に支持されてい
る。また、固体レーザ媒質５の出射側端面が、ホルダ６
と一体をなす放熱部材としての放熱板７と接触してい
る。ホルダ６には公知のペルチェ素子などからなる強制
冷却器８が付設されている。

【００１４】図２に併せて示すように、放熱板７には半
導体レーザチップ１からの半導体レーザの中心Ｏを中心
とし、半導体レーザの活性層に対して平行な方向が短軸
であり、かつ垂直な方向が長軸の楕円形の出射孔７ａが
設けられている。この出射孔７ａにより半導体レーザの
活性層に対して平行な方向と垂直な方向との放熱性が異
なるようになる。従って、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５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５の端面５ａ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。
この熱は熱伝導により、放熱板７、ホルダ６を通して放
熱される。その際、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。従
って、本実施例では、従来と比較して固体レーザ媒質５
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有する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。

【００１６】図３は本発明が適用された第２の実施例を
示す図１と同様の図である。

【００１７】本実施例では第１の実施例と同様な放熱手
段としての放熱板１７が、固体レーザ媒質５の入射側端
面５ａと接触している。また、放熱板１７に形成された
孔１７ａが、半導体レーザチップ１からの励起光の収束
形状に対応してテーパ状をなしている。それ以外の構成
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、図１の共振器中に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、固体レーザ媒質の
端面の少なくともいずれか一方に密着し、励起光が入射
及び／または出射すると共に固体レーザ媒質の異方的な
熱分布を補償して等方的な熱分布となるような形状をな
す孔を有する放熱部材を設けることにより、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】本発明が適用された第２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側面図である。

【図４】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５】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４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 ６ ホルダ ７ 放熱板 ７ａ 孔 ８ 冷却器 １７ 放熱板 １７ａ 孔

Claims (3)

【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対して垂直な面につい
   て異方的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、 前記放熱手段が、前記固体レーザ媒質の端面の少なくと
   もいずれか一方に密着すると共に前記励起光が入射及び
   ／または出射する孔を有する放熱部材からなり、 前記孔が、前記異方的な熱分布を補償して等方的な熱分
   布となるような形状をなすことを特徴とする固体レーザ
   発振器。
2. 【請求項２】 前記放熱手段が、上記固体レーザ媒質
   を支持するホルダからなることを特徴とする請求項１に
   記載の固体レーザ発振器。
3. 【請求項３】 前記放熱手段に強制冷却手段を更に付
   設したことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記
   載の固体レーザ発振器。