JPH07287265A - 波長変換レーザー - Google Patents

波長変換レーザー

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JPH07287265A
JPH07287265A JP7762194A JP7762194A JPH07287265A JP H07287265 A JPH07287265 A JP H07287265A JP 7762194 A JP7762194 A JP 7762194A JP 7762194 A JP7762194 A JP 7762194A JP H07287265 A JPH07287265 A JP H07287265A
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JP
Japan
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resonator
crystal
temperature
laser
longitudinal mode
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Withdrawn
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JP7762194A
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Inventor
Chiaki Goto
千秋 後藤
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 共振器内に配した複屈折性を有する非線形光
学結晶によりレーザービームを波長変換するとともに、
共振器内に偏光素子を配して単一縦モード化を図る波長
変換レーザーにおいて、共振器の温調精度を緩和し、ま
た経時、環境温度変化に対して発振波長を安定させる。 【構成】 共振器内に、共振器温度Tの変化にともなう
発振波長λの周期的変化特性における発振波長周期を|
λp |、温度周期を|Tp |としたとき、それら両者の
比|Tp |/|λp |を増大させる複屈折性材料(YV
4 結晶17)を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、共振器内に配した非線
形光学結晶によりレーザービームを第2高調波等に波長
変換する波長変換レーザーに関し、さらに詳細には、こ
の非線形光学結晶として複屈折性を有するものを用いた
上で、共振器内にさらに偏光素子を配していわゆるLyot
フィルターを形成し、発振モードを単一縦モード化する
ようにした波長変換レーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば特開昭62-189783 号公報に示され
るように、ネオジウムなどの希土類が添加された固体レ
ーザー結晶を半導体レーザー等によってポンピングする
固体レーザー装置が公知となっている。この種の固体レ
ーザー装置においては、より短波長のレーザービームを
得るために、その共振器内に非線形光学材料の結晶を配
置して、固体レーザービームを第2高調波等に波長変換
することも広く行なわれている。
【0003】また、このような波長変換レーザーにおい
ては、例えば国際公開WO92/07400 に記載されている
ように、非線形光学結晶として複屈折性を有するものを
用いた上で、共振器内にさらに偏光素子を配していわゆ
るLyotフィルターを形成し、発振モードを単一縦モード
化することも提案されている。
【0004】以下、この単一縦モード化の仕組みを簡単
に説明する。Lyotフィルターを形成する波長変換レーザ
ーにおいては、一般にタイプIIの位相整合が取られ、非
線形光学結晶に入射する基本波としてのレーザービーム
は、該結晶に関して2通りの屈折率を感じるようにな
る。そうであると、各屈折率n1 、n2 を感じる2つの
偏光成分の間に、下記の位相差γ γ=(n1 −n2 )・2πL/λ が生じるようになる。なおLは非線形光学結晶の結晶
長、λは基本波の波長である。そこで、共振器内に1つ
の直線偏光方向を選択する偏光素子を配しておくと、非
線形光学結晶を1往復したときの偏光方向が元の偏光方
向に戻るような波長の光以外はロスが大きくなり、発振
不可能となるので、単一縦モード化が実現される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
して単一縦モード化を図る従来の波長変換レーザーにお
いては、縦モードを1つに固定するための共振器温調精
度が厳しく、また、経時、環境温度変化に対して、発振
波長が不安定であるという問題が認められていた。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、Lyotフィルターにより単一縦モード化を図る波
長変換レーザーにおいて、共振器の温調精度を緩和し、
また経時、環境温度変化に対して発振波長を安定させる
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による波長変換レ
ーザーは、前述したように共振器内に複屈折性を有する
非線形光学結晶および偏光素子が配され、基本波として
のレーザービームの直線偏光方向をこの偏光素子によっ
て選択するとともに、このレーザービームを前記非線形
光学結晶によって波長変換する波長変換レーザーにおい
て、共振器内に、共振器温度Tの変化にともなう発振波
長λの周期的変化特性における発振波長周期を|λ
p |、温度周期を|Tp |としたとき、それら両者の比
|Tp |/|λp |を増大させる複屈折性材料が配され
ていることを特徴とするものである。
【0008】
【作用および発明の効果】上述のLyotフィルターを用い
る波長変換レーザーにおいて、共振器温度Tと発振波長
λとの関係は、基本的に図2のようになる。つまり発振
波長λは、共振器温度周期|Tp |毎に周期|λp |を
もって周期的に変化する。そして温度周期|Tp |内の
温度Tと発振波長λとの関係を詳しく示すと、図3に示
すようになる。つまり、共振器温度Tがある微小量ΔT
変化すると、発振波長がΔλだけ変化するようになる。
なお、発振波長λが段階的に変化するのは、共振器縦モ
ード間隔Δλ=λ2 /Lop(Lopは共振器の光学長)の
飛び飛びの値しか取れないからである。
【0009】従来は、この縦モードが変化する共振器温
度間隔ΔTが比較的小さくなっていたため、共振器の温
調精度が少し劣っていたり、あるいは僅かの経時、環境
温度変化が生じると、共振器温度が容易に温度間隔ΔT
の範囲から外れてしまい、発振波長が不安定になってい
たものである。
【0010】そこで本発明においては、この縦モードが
変化する温度間隔ΔTを拡大させることによって、温調
精度を緩和し、そして経時、環境温度変化に対して発振
波長を安定化させようとするものである。
【0011】以下、本発明により、縦モードが変化する
温度間隔ΔTが拡大される理由を説明する。まずこの温
度間隔ΔTは、 ΔT=Δλ(|Tp |/|λp |) となる。そこで、共振器内に新たな複屈折性材料を配設
することにより、発振波長周期|λp |に対する温度周
期|Tp |の比|Tp |/|λp |を増大させれば、縦
モードが変化する温度間隔ΔTが拡大する。
【0012】このようにして、縦モードが変化する温度
間隔ΔTが拡大されていれば、共振器の温調精度がある
程度緩やかになっていても、あるいは経時、環境温度変
化が生じても、共振器温度がΔTの範囲から外れ難く、
よって発振波長が安定化する。
【0013】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施例によるレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーを示すもので
ある。このレーザーダイオードポンピング固体レーザー
は、ポンピング光としてのレーザービーム10を発する半
導体レーザー(フェーズドアレイレーザー)11と、発散
光である上記レーザービーム10を平行光化するコリメー
ターレンズ12Aと、平行光化したレーザービーム10を集
束させる集光レンズ12Bと、ネオジウム(Nd)がドー
プされた固体レーザー媒質であるYVO4 結晶(以下、
Nd:YVO4 結晶と称する)13と、このNd:YVO
4 結晶13の前方側(図中右方側)に配された共振器ミラ
ー14とからなる。
【0014】そしてNd:YVO4 結晶13と共振器ミラ
ー14との間には、タイプIIの位相整合を果たす非線形光
学材料であるKTP結晶15が配されている。また、この
KTP結晶15とNd:YVO4 結晶13との間には、偏光
素子としてのブリュースタ板16および、YVO4 結晶17
が挿入されている。本実施例においてNd:YVO4
晶13の厚さは1mm、KTP結晶15の厚さは5mm、Y
VO4 結晶17の厚さは1mmである。
【0015】以上述べた各要素は、共通の筐体(図示せ
ず)にマウントされて一体化されている。なおフェーズ
ドアレイレーザー11およびNd:YVO4 結晶13から共
振器ミラー14までの間の要素は、図示しないペルチェ素
子と温調回路により、所定温度に温調される。
【0016】半導体レーザー11としては、波長λ1 =80
8 nmのレーザービーム10を発するものが用いられてい
る。Nd:YVO4 結晶13は、上記レーザービーム10に
よってネオジウムイオンが励起されることにより、波長
λ2 =1064nmのレーザービーム21を発する。このレー
ザービーム21はKTP結晶15に入射して、波長λ3 =λ
2 /2=532 nmの第2高調波22に変換される。
【0017】ここで、Nd:YVO4 結晶13の後側端面
13aおよび前側端面13b、KTP結晶15の後側端面15a
および前側端面15b、そして共振器ミラー14の凹面とさ
れたミラー面14aには、波長λ1 =808 nm、λ2 =10
64nm、λ3 =532 nmに対してそれぞれ下記の特性と
なるコートが施されている。なおARは無反射(透過率
99%以上)、HRは高反射(反射率99.9%以上)を示
す。
【0018】 端面13a 端面13b 端面15a 端面15b ミラー面14a 808nm AR − − − − 1064nm HR AR AR AR HR 532nm − HR AR AR AR 上記のようなコートが施されているため、レーザービー
ム21はNd:YVO4結晶13の端面13aとミラー面14a
との間で共振する。このようにレーザービーム21は、共
振により高強度化してKTP結晶15に入射するので、効
率良く第2高調波22が発生する。前方側に出射した第2
高調波22は直接的に、一方、後方側に出射した第2高調
波22はNd:YVO4 結晶端面13bで反射した後に共振
器ミラー14から出射する。
【0019】ここで、共振器内に配されているブリュー
スタ板16は、図1の矢印Pの向きの直線偏光のみを通過
させる。またKTP結晶15は、図4に正面形状を示すよ
うに、そのx軸とy軸とを含む面(xy面)、およびz
軸がそれぞれ上記直線偏光の方向(矢印P方向)に対し
て45°の角度をなすように配置されて、タイプIIの位相
整合が取られるようになっている。
【0020】そこで、レーザービーム21はこのKTP結
晶15に関して、x、y軸方向の屈折率nxyと、z軸方向
の屈折率nz とを感じるようになる。そうであると、各
屈折率nxy、nz を感じる2つの偏光成分の間に、下記
の位相差γ γ=(nxy−nz )・2πL/λ が生じるようになる。なおLはKTP結晶15の結晶長、
λはレーザービーム21の波長である。そこで、上記のよ
うにレーザービーム21の偏光方向を選択するブリュース
タ板16が配されていると、KTP結晶15を1往復したと
きの偏光方向が元の偏光方向に戻るような波長(つまり
上記位相差γがnπ(nは整数)となる波長)λの光以
外はロスが大きくなり、発振不可能となるので、単一縦
モード化が実現される。
【0021】しかし、共振器温度が変化すると、それに
つれて屈折率nxy、nz も変化するので、γ=nπとな
る波長λが変化し、発振波長が変化することになる。図
2および図3に示した共振器温度Tに対する発振波長λ
の変化は、このようにして生じるものである。
【0022】ここで、縦モードが変化する温度間隔ΔT
(図3参照)がより大きければ、共振器温度Tが変化し
た際に縦モードの飛びが起こり難くなる。複屈折性材料
であるYVO4 結晶17は、上記温度間隔ΔTを拡大する
ために共振器内に配設されている。以下、その点を詳し
く説明する。
【0023】YVO4 結晶17は、そのa軸がKTP結晶
15のxy面と平行で、またc軸がKTP結晶15のz軸と
平行となる向きにして配設されている。一方前述したよ
うに、 ΔT=Δλ(|Tp |/|λp |) …… (1) であり、また
【0024】
【数1】
【0025】である。そして、共振器縦モード間隔Δλ
=λ2 /Lop(Lopは共振器光学長)であり、本実施例
ではΔλ=0.03nmとする。
【0026】KTP結晶15の結晶長をLK 、ここにおけ
る位相差をγK と示すと、位相差の温度依存性は、
【0027】
【数2】
【0028】となる。ただし、αxyはKTP結晶15のx
y面内の線膨張係数である。本例ではLK =5mm、λ
=1064nmであり、また文献「固体物理」Vol.25 No.9
p.597〜608 (1990)に示される屈折率、および文献「S
PIE」Vol.1104 p.2 〜12 (1989) に示されている屈
折率の温度係数および線膨張係数を用いて上記(4)式
の右辺を計算すると、−0.126 rad/℃となる。
【0029】同様にYVO4 結晶17の結晶長をLY 、そ
こにおける位相差をγY と示すと、YVO4 結晶17によ
り生じる位相差の温度依存性は、
【0030】
【数3】
【0031】となる。ただし、na 、nc はそれぞれa
軸、c軸方向の屈折率、αa はa軸方向の線膨張係数で
ある。LY =1mm、λ=1064nmを用いて上記(4)
式の場合と同様に(5)式の右辺を計算すると、0.027
rad/℃となる。
【0032】以上より、共振器内にもしYVO4 結晶17
が配設されていないとすると、そのときTp は(2)式
より、
【0033】
【数4】
【0034】となる。それに対して本実施例のようにY
VO4 結晶17が配設されていれば、そのときのTp は、
【0035】
【数5】
【0036】となる。
【0037】一方、位相差の波長依存性は、KTP結晶
15については、
【0038】
【数6】
【0039】であり、またYVO4 結晶17については
【0040】
【数7】
【0041】である。(6)式の右辺を計算すると2.58
rad/nmとなり、また(7)式の右辺を計算すると
1.25rad/nmとなる。そこで、共振器内にもしYV
4 結晶17が配設されていないとすると、そのときのλ
p は(3)式より、
【0042】
【数8】
【0043】となる。それに対して本実施例のようにY
VO4 結晶17が配設されていれば、そのときのλp は、
【0044】
【数9】
【0045】となる。以上求めた各値と、Δλ=0.03n
mを(1)式に代入することにより、YVO4 結晶17が
配設された本実施例ではΔT=1.16℃となり、YVO4
結晶17が配設されない場合はΔT=0.61℃となる。
【0046】YVO4 結晶17が配設されない場合(比較
例)と、この第1実施例と、KTP結晶15あるいはYV
4 結晶17の長さを変えた第2〜第6実施例の各々にお
ける|Tp |、|λp |、ΔTの値をまとめて下表に示
す。なおΔλは各場合とも、0.03nmである。
【0047】 KTP YVO4 |TP | |λp | ΔT 比 較 例 5mm なし 25.0℃ 1.22nm 0.61℃ 第1実施例 5mm 1mm 31.7℃ 0.82nm 1.16℃ 第2実施例 5mm 0.5 mm 27.9℃ 0.98nm 0.85℃ 第3実施例 5mm 2mm 43.6℃ 0.62nm 2.11℃ 第4実施例 5mm 1.5 mm 36.7℃ 0.71nm 1.55℃ 第5実施例 4mm 1.5 mm 51.9℃ 0.80nm 1.95℃ 第6実施例 3mm 1.5 mm 89.5℃ 0.92nm 2.92℃ 以上説明の通り、本発明によると、縦モードが変化する
温度間隔ΔTは、従来装置である比較例の波長変換レー
ザーと比べて2倍近く(第1実施例)から3倍以上(第
3、5、6実施例)まで拡大可能である。そうであれ
ば、共振器温調精度を従来に比べてある程度緩やかにし
ても、あるいは経時、環境温度変化が生じても、共振器
温度がΔTの範囲から外れ難くなり、よって発振波長が
安定化する。
【0048】なお、本発明において用いられるレーザー
結晶は上記Nd:YVO4 に限られるものではなく、そ
の他Nd:YAGやNd:YLF等あらゆるものが適用
可能である。
【0049】また非線形光学結晶もKTPに限られるも
のではなく、その他にKDP等タイプIIの位相整合を果
たす非線形光学結晶なら何でも利用可能であり、さらに
はタイプIの非線形光学結晶を略45°傾けて使用する場
合にも本発明は適用可能である。
【0050】以下、タイプIの非線形光学結晶を用いる
場合について説明する。一例としてKN結晶を用いる場
合は、図5に示すように、KN結晶50のa軸とb軸を含
む面、およびc軸がそれぞれ直線偏光方向に対して略45
°の角度をなすように該結晶50を配置する。また周期ド
メイン反転構造を有するLN結晶51を用いる場合は、図
6に示すように、LN結晶51のx軸およびz軸がそれぞ
れ直線偏光方向に対して略45°の角度をなすように該結
晶51を配置する。
【0051】なおこれらの場合、波長変換は、2つに分
かれた基本波の偏光成分のうちの一方(KN結晶ならa
−b成分、LN結晶ならz成分)でのみなされる。
【0052】さらに、縦モードが変化する温度間隔ΔT
を拡大させるために共振器内に追加する複屈折性材料も
YVO4 に限られるものではなく、LN、LT、MgO
がドープされたLN、KN、YLF等、複屈折性を有す
る材料であればその厚さを適切に選ぶことにより、あら
ゆるものが利用可能である。
【0053】なお、本発明において共振器内に配される
非線形光学結晶と複屈折性材料は、どちらがレーザー結
晶側に配置されても構わない。そして、レーザー結晶と
してNd:YVO4 やNd:YLF等のように複屈折性
を有するものが用いられる場合は、上記非線形光学結晶
と複屈折性材料とレーザー結晶との間に偏光素子を配置
する。一方、レーザー結晶としてNd:YAGのように
複屈折性のない材料が用いられる場合は、レーザー結
晶、偏光素子および、非線形光学結晶と複屈折性材料の
組の3者の配置順序はどのように設定されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるレーザーダイオードポ
ンピング固体レーザーを示す概略側面図
【図2】本発明が前提とする波長変換レーザーにおける
共振器温度変化に対する縦モードの変化特性を示すグラ
【図3】図2の特性を拡大して示すグラフ
【図4】図1の固体レーザーの一部を示す正面図
【図5】本発明に用いられ得るKN結晶の配置状態を示
す概略図
【図6】本発明に用いられ得るLN結晶の配置状態を示
す概略図
【符号の説明】
10 レーザービーム(ポンピング光) 11 半導体レーザー 12A コリメーターレンズ 12B 集光レンズ 13 Nd:YVO4 結晶 14 共振器ミラー 15 KTP結晶 16 ブリュースタ板 17 YVO4 結晶 21 レーザービーム(固体レーザービーム) 22 第2高調波 50 KN結晶 51 LN結晶

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共振器内に複屈折性を有する非線形光学
    結晶および偏光素子が配され、基本波としてのレーザー
    ビームの直線偏光方向をこの偏光素子によって選択する
    とともに、このレーザービームを前記非線形光学結晶に
    よって波長変換する波長変換レーザーにおいて、 前記共振器内に、共振器温度Tの変化にともなう発振波
    長λの周期的変化特性における発振波長周期を|λ
    p |、温度周期を|Tp |としたとき、それら両者の比
    |Tp |/|λp |を増大させる複屈折性材料が配され
    ていることを特徴とする波長変換レーザー。
  2. 【請求項2】 前記非線形光学結晶がKTPであり、前
    記複屈折性材料がYVO4 であることを特徴とする請求
    項1記載の波長変換レーザー。
JP7762194A 1994-04-15 1994-04-15 波長変換レーザー Withdrawn JPH07287265A (ja)

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Effective date: 20010703