JPH0697556A - 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
を有する熱復屈折効果を低減する。 【構成】 固体レーザ媒質を端面励起するべく光軸に直
交する面について励起光分布の状態に応じて固体レーザ
媒質に圧力を加えることにより、異方性を有する熱複屈
折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：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５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の延在する方向
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６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】また、固体レーザ媒質の表面の一部に放熱
手段を熱的に接触させて異方的に放熱させることにより
固体レーザ媒質の異方的な発熱を打ち消すことも考えら
れるが、固体レーザー媒質結晶の大きさ、即ち放熱手段
までの距離が大きく、かつ結晶の熱伝導率が金属ほど大
きくないことから、異方性を解消するほどの放熱効果は
必ずしも期待できない。

【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を備える固体レ
ーザ発振器に於て、前記面についての前記励起光分布の
状態に応じて前記固体レーザ媒質に圧力を加える手段を
有す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。

【００１１】

【作用】このように、固体レーザ媒質の光軸に対して垂
直な面について励起光分布の状態に応じて固体レーザ媒
質に圧力を加えることにより、その圧力に応じて偏光比
が変わる。

【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５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。

【００１４】本実施例では、図２に併せて良く示すよう
に、固体レーザ媒質５を加圧するべく、互いに対向する
１対の当接部材１１、１２と、当接部材１１、１２に付
勢力を与えるための圧縮コイルばね１３、１４と、上記
付勢力を調節するためのねじ部材１５、１６と、このね
じ部材１５、１６を支持するべく固定されたベース１７
とから構成される加圧手段として加圧ユニット１０が設
けられている。この加圧ユニット１０は、半導体レーザ
の活性層に対して平行な方向、即ち励起光分布の長手方
向に対して垂直な方向に向けて固体レーザ媒質５を加圧
するようになっている。

【００１５】ここで、従来の図５に示す固体レーザ発振
器では出力される光は無偏光となるはずであるが、実験
によれば例えば３Ｗクラスの半導体レーザ（ストライプ
幅６００μｍ）のように大きなパワーで励起すると、出
力される光はある量だけ偏光される。この原因の１つは
従来技術で述べたように固体レーザ媒質の異方性をもっ
た温度分布がもたらす熱複屈折である。即ちこの熱複屈
折により、固体レーザ媒質が異方性を有し、偏光し易く
なるものと考えられる。

【００１６】一方、図１、図２に示すように励起光分布
の長手方向に対して垂直な方向に圧力を加えると、ある
力の大きさで偏光が解消され無偏光になる。この実験の
結果を図３に示す。ここで、偏光比が１で無偏光に相当
し、１以外の値、例えばこの例の偏光比３は、ある方向
に偏光した光の強さがそれと直角の方向に較べて３倍大
きいことを示す。始め圧縮コイルばね１３、１４の変位
が０ｍｍでは偏光比が３近くあるが、圧縮コイルばね１
３、１４の変位が約２ｍｍの付近で偏光比が１に非常に
近くなるのが読みとれる。従って、固体レーザ媒質に加
えられた圧力は、固体レーザ媒質に生じた熱複屈折を打
ち消していることが理解される。図３に示す結果はある
特定の実験系にのみ有効であるが、励起光分布と力を加
える方向及びある力の大きさで無偏光になることについ
ては普遍性がある。

【００１７】従って、本実施例では固体レーザ媒質５に
現れる蓄熱の異方性は従来と概ね同様であるが、加圧す
ることにより固体レーザ媒質５の熱及び光に対する特
性、特に熱複屈折に対する特性が変化することから、圧
縮コイルばね１３、１４の付勢力をねじ部材１５、１６
をもって調節することで図３に示すような略無偏光の状
態を実現することができ、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
器に於ける固体レーザ媒質の異方性を有する熱複屈折効
果を低減できる。

【００１８】ここで、本実施例では加圧ユニット１０が
固体レーザ媒質５の端面５ａ近傍にのみ設けられてい
る。これは、上記固体レーザ媒質の異方性を有する温度
分布、即ち熱複屈折が発生するのは、励起光を吸収する
端面５ａ近傍のみであり、この端面５ａからある深さ以
上になると、励起光は殆ど吸収され、存在しないことを
理由とする。即ち、通常の固体レーザ媒質５用ホルダに
於ける端面５ａの近傍にのみ上記加圧ユニット１０を設
けることで熱複屈折の発生を抑制できる。

【００１９】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
と同様な加圧ユニット１０に加えて、固体レーザ媒質５
の励起光分布の長手方向両端に放熱手段としての放熱板
１８、１９が密着している。

【００２０】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も或る程度等方
的になり、第１の実施例に比較して固体レーザ媒質５に
加える圧力を小さくでき、加圧することにより考えられ
る他の特性の変化を抑えることができる。

【００２１】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加圧機
構及び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。

【００２２】

【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、固体レーザ媒質を
端面励起するべく光軸に対して垂直な面について励起光
分布の状態に応じて固体レーザ媒質に圧力を加えること
により、異方性を有する熱複屈折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】ばねの変位と偏光比との関係を示すグラフであ
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】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６】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 １０ 加圧ユニット １１、１２ 当接部材 １３、１４ 圧縮コイルばね １５、１６ ねじ部材 １７ ベース １８、１９ 放熱板

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を備え
   る固体レーザ発振器に於て、 前記面についての前記励起光分布の状態に応じて前記固
   体レーザ媒質に圧力を加える手段を有することを特徴と
   する固体レーザ発振器。
2. 【請求項２】 前記加圧手段が、前記による固体レー
   ザ媒質に加える圧力を変更可能であ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】 前記励起光分布の状態に応じて固体レ
   ーザ媒質に発生した熱を放熱させる手段を更に有するこ
   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。