JPH07302946A - Solid-state laser - Google Patents

Solid-state laser

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JPH07302946A
JPH07302946A JP6285029A JP28502994A JPH07302946A JP H07302946 A JPH07302946 A JP H07302946A JP 6285029 A JP6285029 A JP 6285029A JP 28502994 A JP28502994 A JP 28502994A JP H07302946 A JPH07302946 A JP H07302946A
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solid
state laser
laser
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crystal
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Yoji Okazaki
洋二 岡崎
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Abstract

PURPOSE:To enable a solid-state laser to turn its oscillation mode into a single longitudinal mode by a method wherein a wavelength selection device is provided in a laser resonator, and an oscillation mode is turned to a twist mode in a laser resonator. CONSTITUTION:A laser beam 10 is emitted from a semiconductor laser 11 as pumping light and focused by a condensing lens 12. Resonator mirrors 14 and 15 are provided in the front and rear side of an Nd:YAG crystal 13 as a solid- state laser medium respectively. A KN crystal 15 is provided between the resonator mirror 14 and the Nd:YAG crystal 13, and an etalon 17 is disposed between the KN crystal 16 and the Nd:YAG crystal 13. Two quarter-wave plates 18 and 19 are provided in front and the rear of the Ncl: YAG crystal 13 between the resonator mirrors 14 and 15. An oscillation mode is turned into a twist mode between the quater-wave plates 18 and 19. By this setup, an oscillation mode can be turned into a single horizontal mode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体レーザーに関し、特
に詳細には、レーザー共振器内にエタロン等を配して発
振モードを単一縦モード化するようにした固体レーザー
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser, and more particularly to a solid-state laser in which an etalon or the like is arranged in a laser resonator to make an oscillation mode a single longitudinal mode.

【0002】[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、ネオジウム等の希土類がドーピングされた固
体レーザーロッドを半導体レーザー(レーザーダイオー
ド)等によってポンピングする固体レーザーが公知とな
っている。
2. Description of the Related Art As disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-189783, there is known a solid-state laser in which a solid-state laser rod doped with a rare earth element such as neodymium is pumped by a semiconductor laser (laser diode) or the like. .

【0003】この種の固体レーザーにおいては、例えば
Optics Letters(オプティクス・レターズ)Vol.18 (19
93) p.420 に記載されているように、モード競合ノイズ
の発生を抑えるために、その共振器内にエタロンを配し
て波長選択し、発振モードを単一縦モード化することも
行なわれている。また、同じく発振モードを単一縦モー
ド化するために、例えばOptical Society of America
(オプティカル・ソサイアティ・オブ・アメリカ)Vol.
30 (1991) p.2495に記載されているように、固体レーザ
ー共振器内に2枚のλ/4板を配し、それらの間におい
て発振ビームをツイスト・モード(楕円偏光状態)化す
ることも提案されている。
In this type of solid-state laser, for example,
Optics Letters Vol.18 (19
93) As described on p.420, in order to suppress the generation of mode-competitive noise, an etalon is placed in the resonator to select the wavelength and make the oscillation mode a single longitudinal mode. ing. Also, in order to make the oscillation mode a single longitudinal mode, for example, Optical Society of America
(Optical Society of America) Vol.
30 (1991) As described in p.2495, placing two λ / 4 plates in a solid-state laser resonator and turning the oscillation beam into a twist mode (elliptical polarization state) between them. Is also proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし本発明者等の実
験によると、上記2つの構成を採用した場合は、固体レ
ーザーの高出力化が制限されることが判明した。すなわ
ち、前者のエタロンを用いる構成においては、固体レー
ザーを高出力化すると隣接共振器モードが立ってしま
い、単一縦モード化が実現し難くなる。図4はこの状態
を概略的に示しており、図中aで示す部分が本来の縦モ
ード、bで示す部分が隣接共振器モードである。
However, according to the experiments conducted by the present inventors, it has been found that when the above two configurations are adopted, the high output of the solid-state laser is limited. That is, in the former configuration using the etalon, when the solid-state laser is made to have a high output, the adjacent cavity mode rises, and it is difficult to realize the single longitudinal mode. FIG. 4 schematically shows this state, in which the portion indicated by a is the original longitudinal mode and the portion indicated by b is the adjacent resonator mode.

【0005】一方、後者の発振ビームをツイスト・モー
ド化する構成においては、固体レーザーを高出力化した
とき、上述の隣接共振器モードが立つことはないが、本
来の縦モードから縦モードが数本〜数十本離れたところ
に別の共振器モードが立ってしまい、この場合も単一縦
モード化が実現し難くなる。図5はこの状態を概略的に
示しており、図中aで示す部分が本来の縦モード、cで
示す部分が上記別の共振器モードである。
On the other hand, in the latter configuration in which the oscillation beam is made into the twist mode, when the solid laser is made to have a high output, the above-mentioned adjacent resonator mode does not stand, but the longitudinal mode is different from the original longitudinal mode. Another resonator mode stands up at a distance of several to several tens, and in this case also, it becomes difficult to realize a single longitudinal mode. FIG. 5 schematically shows this state, in which the portion indicated by a is the original longitudinal mode, and the portion indicated by c is the other resonator mode.

【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、発振モードを単一縦モード化することができ、
しかも高出力が得られる固体レーザーを提供することを
目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the oscillation mode can be changed to a single longitudinal mode.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a solid-state laser capable of obtaining a high output.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による固体レーザ
ーは、前述したように固体レーザー媒質をポンピング源
によって励起する固体レーザーにおいて、レーザー共振
器内にエタロン等の波長選択素子が配されるとともに、
レーザー共振器内において発振ビームをツイスト・モー
ド化する手段が設けられたことを特徴とするものであ
る。
The solid-state laser according to the present invention is a solid-state laser in which a solid-state laser medium is excited by a pumping source as described above, and a wavelength selection element such as an etalon is arranged in a laser resonator,
It is characterized in that means for turning the oscillation beam into a twist mode is provided in the laser resonator.

【0008】なお上記の波長選択素子としては、一般的
な平行平板からなるエタロンの他に、平行平板の一端面
に固体レーザー発振波長に対して高反射率のコートが施
され、他端面に該波長に対して吸収を有する吸収薄膜
(ATF:absorbed thin film)が施されてなるもの等
も適用可能である。一方発振ビームをツイスト・モード
化する手段としては、例えば前述した2枚のλ/4板等
を好適に用いることができる。
As the wavelength selection element, in addition to an etalon made of a general parallel plate, one surface of the parallel plate is coated with a high reflectance for the solid-state laser oscillation wavelength, and the other surface is provided with It is also possible to use a material provided with an absorption thin film (ATF) that has absorption for a wavelength. On the other hand, as the means for turning the oscillation beam into the twist mode, for example, the above-mentioned two λ / 4 plates can be preferably used.

【0009】また本発明において、より望ましくは、F
SR(フリー・スペクトラル・レンジ)つまりモード間
隔が固体レーザーのゲイン半値全幅とほぼ一致する波長
選択素子が用いられる。
In the present invention, more preferably, F
An SR (Free Spectral Range), that is, a wavelength selection element whose mode interval substantially matches the full width at half maximum of the gain of a solid-state laser is used.

【0010】[0010]

【作用および発明の効果】上記エタロン等の波長選択素
子をレーザー共振器内に配置すること、および発振ビー
ムをツイスト・モード化する手段を設けることの各々
は、先に述べた通り従来から知られていたことである。
しかし、それぞれの目的は同じであるので、これら両者
を併せて固体レーザーに適用することは従来全くなされ
ていなかった。
As described above, each of the arrangement of the wavelength selection element such as the etalon in the laser resonator and the provision of the means for turning the oscillation beam into the twist mode are conventionally known. It was that.
However, since their respective purposes are the same, it has not been possible to apply both of them together to a solid-state laser.

【0011】ところが、本発明者等の研究によると、エ
タロン等の波長選択素子および、発振ビームをツイスト
・モード化する手段の双方を併せて設けると、波長選択
素子による隣接共振器モードはツイスト・モードが形成
されるために抑圧され、その一方、ツイスト・モード形
成による別の共振器モード(本来の縦モードから縦モー
ドが数本〜数十本離れたところに立つモード)は波長選
択素子を挿入したことで抑圧されるため、固体レーザー
を高出力化しても発振モードは良好に単一縦モード化す
るようになる。
However, according to the research conducted by the present inventors, when both a wavelength selection element such as an etalon and a means for turning the oscillation beam into a twist mode are provided together, the adjacent resonator mode by the wavelength selection element is twisted. Modes are suppressed because they are formed, while on the other hand, another resonator mode due to twist mode formation (mode in which longitudinal modes stand several to several tens of away from the original longitudinal mode) has a wavelength selection element. Since it is suppressed by the insertion, even if the output power of the solid-state laser is increased, the oscillation mode becomes a single longitudinal mode well.

【0012】以上のようにして本発明によれば、単一縦
モード化によりモード競合ノイズの発生が抑えられ、し
かも高出力の固体レーザーが得られることになる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a high-power solid-state laser in which generation of mode competition noise is suppressed by the single longitudinal mode.

【0013】なお、エタロン等の波長選択素子のFSR
が固体レーザーのゲイン半値全幅よりかなり大きい場合
は、ゲインピークに合致した波長選択素子を作成する歩
留まりが低下し、ゲインピークに合ったエタロンを作成
することが困難になる。それと反対に、波長選択素子の
FSRが固体レーザーのゲイン半値全幅よりかなり小さ
い場合は、FSR分だけ離れた位置に第2のエタロンモ
ードが立ってしまい、縦モードがマルチモード化しやす
くなる(図6参照)。そこで、FSRが固体レーザーの
ゲイン半値全幅とほぼ一致する波長選択素子を用いれ
ば、このような不具合を招くことがなくなるので、特に
好ましい。
The FSR of a wavelength selection element such as an etalon
Is much larger than the full width at half maximum of the gain of the solid-state laser, the yield for producing the wavelength selection element that matches the gain peak decreases, and it becomes difficult to produce the etalon that matches the gain peak. On the contrary, when the FSR of the wavelength selection element is much smaller than the full width at half maximum of the gain of the solid-state laser, the second etalon mode stands up at a position separated by the FSR, and the longitudinal mode easily becomes multimode (FIG. 6). reference). Therefore, it is particularly preferable to use a wavelength selection element in which the FSR substantially matches the full width at half maximum of the gain of the solid-state laser, because such a problem will not occur.

【0014】[0014]

【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
光である上記のレーザービーム10を集束させる例えばロ
ッドレンズからなる集光レンズ12と、ネオジウム(N
d)がドーピングされた固体レーザー媒質であるYAG
結晶(以下、Nd:YAG結晶と称する)13と、このN
d:YAG結晶13の前方側(図中右方側)、後方側にそ
れぞれ配された共振器ミラー14、15と、Nd:YAG結
晶13と共振器ミラー14との間に配された非線形光学材料
であるKNbO3 結晶(以下、KN結晶と称する)16
と、このKN結晶16とNd:YAG結晶13との間に配さ
れたエタロン(石英板)17と、共振器ミラー14、15間に
おいてNd:YAG結晶13の前後に配された2枚のλ/
4板(サファイア板)18、19とからなる。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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a laser diode pumped solid state laser according to a first embodiment of the present invention. The laser diode pumped solid-state laser includes a semiconductor laser (phased array laser) 11 that emits a laser beam 10 as pumping light, and a condenser lens 12 that focuses the laser beam 10 that is divergent light, for example, a rod lens. Neodymium (N
d) YAG which is a solid-state laser medium doped
Crystal (hereinafter referred to as Nd: YAG crystal) 13 and this N
Resonator mirrors 14 and 15 arranged on the front side (right side in the figure) and the rear side of the d: YAG crystal 13, respectively, and nonlinear optics arranged between the Nd: YAG crystal 13 and the resonator mirror 14. KNbO 3 crystal as a material (hereinafter referred to as KN crystal) 16
And an etalon (quartz plate) 17 arranged between the KN crystal 16 and the Nd: YAG crystal 13 and two λs arranged before and after the Nd: YAG crystal 13 between the resonator mirrors 14 and 15. /
It consists of four plates (sapphire plates) 18 and 19. The elements described above are mounted and integrated in a common housing (not shown). The phased array laser 11 is temperature controlled to a predetermined temperature by a Peltier element and a temperature control circuit (not shown).

【0015】フェーズドアレイレーザー11としては、波
長λ1 =809 nmのレーザービーム10を発するものが用
いられている。一方Nd:YAG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、中心波長λ2 =946nmのレーザービーム21を
発する。このレーザービーム21はKN結晶16に入射し
て、波長λ3 =λ2 /2=473 nmの第2高調波22に変
換される。
As the phased array laser 11, a laser emitting a laser beam 10 having a wavelength λ 1 = 809 nm is used. On the other hand, the Nd: YAG crystal 13 emits a laser beam 21 having a central wavelength λ 2 = 946 nm when neodymium ions are excited by the laser beam 10. The laser beam 21 is incident on the KN crystal 16, is converted into the second harmonic wave 22 having a wavelength λ 3 = λ 2/2 = 473 nm.

【0016】ここで、共振器ミラー15のミラー面15a、
Nd:YAG結晶13のKN結晶16側の端面13a、および
共振器ミラー14のミラー面14aには各々、波長λ1 =80
9 nm、λ2 =946 nmおよびλ3 =473 nmに対して
下記の特性のコート30、31、32が施されている。なおA
R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。またλ/4板18、19の各端面には
波長λ2 =946 nmに対する無反射コートが施され、エ
タロン17の両端面はノンコートである。
Here, the mirror surface 15a of the resonator mirror 15
The end face 13a of the Nd: YAG crystal 13 on the KN crystal 16 side and the mirror face 14a of the resonator mirror 14 each have a wavelength λ 1 = 80.
The coats 30, 31, and 32 having the following characteristics are applied to 9 nm, λ 2 = 946 nm, and λ 3 = 473 nm. A
R is non-reflective (transmittance 99% or more), HR is highly reflective (reflectance
99.9% or more). Further, each of the end faces of the λ / 4 plates 18 and 19 is provided with a non-reflection coating for the wavelength λ 2 = 946 nm, and both end faces of the etalon 17 are non-coated.

【0017】 809 nm 946 nm 473 nm コート30 AR HR − 〃 31 − AR HR 〃 32 − HR AR 上記のようなコート30および32が施されているために、
レーザービーム21はミラー面15a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は共振してい
る状態でKN結晶16に入射するので、そこに十分良好に
吸収され、それにより効率良く第2高調波22が発生す
る。この第2高調波22は直接的に、あるいはコーティン
グ31が施されたNd:YAG結晶13の端面13aで反対方
向に反射して、共振器ミラー14から出射する。
809 nm 946 nm 473 nm Coat 30 AR HR-〃 31-AR HR 〃 32-HR AR Due to the coatings 30 and 32 as described above,
The laser beam 21 resonates between the mirror surface 15a and the mirror surface 14a. As described above, the laser beam 21 is incident on the KN crystal 16 in a state of being resonated, so that the laser beam 21 is sufficiently well absorbed therein, whereby the second harmonic wave 22 is efficiently generated. This second harmonic wave 22 is reflected directly or at the end face 13a of the Nd: YAG crystal 13 provided with the coating 31 in the opposite direction and is emitted from the resonator mirror 14.

【0018】ここで上記エタロン17は、レーザービーム
21の進行方向に対して30′の角度をなすように配置さ
れ、そのFSR(フリー・スペクトラル・レンジ)は、
YAGの946 nm帯の発振のゲイン半値全幅と等しい0.
8 nmとされている。またこのエタロン17の共振波長は
946.2 nm(真空中)とされ、YAGのゲインピーク波
長の946.2 nmと等しくされている。なお、このエタロ
ン17の共振波長とYAGのゲインピーク波長とは、±0.
1 nm程度のズレが有っても実際上問題は無い。
Here, the etalon 17 is a laser beam.
It is arranged so as to make an angle of 30 'with the traveling direction of 21, and its FSR (Free Spectral Range) is
It is equal to the full width at half maximum of the YAG oscillation in the 946 nm band.
It is set to 8 nm. The resonance wavelength of this etalon 17 is
946.2 nm (in vacuum), which is equal to the YAG gain peak wavelength of 946.2 nm. The resonance wavelength of this etalon 17 and the gain peak wavelength of YAG are ± 0.
Even if there is a deviation of about 1 nm, there is practically no problem.

【0019】一方、2枚のλ/4板18、19は互いに結晶
軸が90°回転した向きに配されており、このようなλ/
4板18、19が配されたことにより、レーザービーム21は
それら両者の間でツイスト・モード化する。そのためレ
ーザービーム21は、自ずとゲインピーク波長すなわち94
6.2 nmで発振する。それだけでは、固体レーザーを高
出力化したとき、先に述べたように縦モードが数本〜数
十本離れたところに別の共振器モードが立ってしまう
が、この場合は上記エタロン17が設けられているため
に、この別の共振器モードが抑制される。
On the other hand, the two λ / 4 plates 18 and 19 are arranged so that their crystal axes are rotated by 90 °.
The arrangement of the four plates 18, 19 causes the laser beam 21 to be twisted between them. Therefore, the laser beam 21 naturally has a gain peak wavelength of 94
It oscillates at 6.2 nm. With that alone, when the output power of the solid-state laser is increased, as described above, another resonator mode stands up at a position where several longitudinal modes are separated by several to several tens, but in this case, the etalon 17 is provided. Therefore, this other resonator mode is suppressed.

【0020】それとは逆に、エタロン17のみによって発
振波長を選択する場合も、固体レーザーを高出力化した
とき、先に述べたように隣接共振器モードが立ってしま
うが、本例では上記のツイスト・モードが形成されるた
めに、この隣接共振器モードが抑圧される。なお、本実
施例における発振状態を図2に示す。
On the contrary, even when the oscillation wavelength is selected only by the etalon 17, when the solid-state laser is made to have a high output, the adjacent resonator mode stands up as described above. This adjacent resonator mode is suppressed because the twist mode is formed. The oscillation state in this embodiment is shown in FIG.

【0021】以上のようにして、この構成によれば、固
体レーザーの高出力化と単一縦モード化を両立させるこ
とができる。本実施例では、ポンピング光であるレーザ
ービーム10の出力を3Wとしたとき、300 mWの単一縦
モードの第2高調波22が得られた。
As described above, according to this structure, it is possible to achieve both high output of the solid-state laser and single longitudinal mode. In this embodiment, when the output of the laser beam 10 which is the pumping light is 3 W, the second harmonic wave 22 of the single longitudinal mode of 300 mW was obtained.

【0022】次に図3を参照して、本発明の第2実施例
について説明する。なおこの図3において、図1中のも
のと同等の要素には同番号を付してあり、それらについ
ての重複した説明は省略する(以下、同様)。この第2
実施例の固体レーザーもレーザーダイオードポンピング
固体レーザーであり、第1実施例のレーザーダイオード
ポンピング固体レーザーと比べると、エタロン17および
共振器ミラー15が省かれて、その代りに波長選択素子40
が用いられている点が異なる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that, in FIG. 3, elements equivalent to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted (the same applies hereinafter). This second
The solid-state laser of the embodiment is also a laser diode-pumped solid-state laser. Compared with the laser-diode-pumped solid-state laser of the first embodiment, the etalon 17 and the resonator mirror 15 are omitted, and instead the wavelength selection element 40 is used.
The difference is that is used.

【0023】この波長選択素子40は、透明な平行平板の
後方端面40aにコート41が施され、前方端面40bに吸収
薄膜(ATF:absorbed thin film)42が形成されてな
るものである。コート41は、第1実施例装置の共振器ミ
ラー15に施されたコート30と同じく、波長λ1 =809 n
mに対してはAR、波長λ2 =946 nmに対してはHR
の特性のものである。つまり本実施例では、この波長選
択素子40と共振器ミラー14とによって固体レーザーの共
振器が構成されている。一方吸収薄膜42は膜厚5nmの
Cr膜からなるものである。
The wavelength selection element 40 is formed by coating a transparent parallel flat plate on the rear end face 40a with a coat 41 and on the front end face 40b with an absorbed thin film (ATF) 42. The coat 41 has the same wavelength λ 1 = 809 n as the coat 30 applied to the resonator mirror 15 of the first embodiment device.
AR for m, HR for wavelength λ 2 = 946 nm
Of the characteristics of. That is, in this embodiment, the wavelength selection element 40 and the resonator mirror 14 constitute a resonator for a solid-state laser. On the other hand, the absorption thin film 42 is made of a Cr film having a thickness of 5 nm.

【0024】この構成において、レーザービーム21が波
長選択素子40に入射すると、そのコート41が施されてい
る方の端面40aに節が位置する状態で定在波が生じ得る
が、この場合は、吸収薄膜42が形成されている方の端面
40bにおいても節が位置するような波長の光のみがこの
定在波を生じる。本実施例においては、中心波長を946
nmとする複数の縦モードのうち、波長946.2 nmの縦
モードの光のみがこの定在波を生じ、定在波の節が端面
40bに位置しないその他の光は吸収薄膜42に吸収され、
発振が抑制される。以上のようにして、波長選択素子40
により前記エタロン17と同様の作用が得られ、結局本実
施例においても第1実施例と同様に、固体レーザーの高
出力化と単一縦モード化を両立させることができる。
In this structure, when the laser beam 21 is incident on the wavelength selection element 40, a standing wave may be generated in a state where the node is located on the end surface 40a on which the coat 41 is applied. In this case, The end face on which the absorption thin film 42 is formed
Even at 40b, only light having a wavelength at which the node is located produces this standing wave. In this embodiment, the central wavelength is 946
Of the multiple longitudinal modes with wavelengths of nm, only the light of the longitudinal mode with a wavelength of 946.2 nm produces this standing wave, and the node of the standing wave is the end face.
Other light not located at 40b is absorbed by the absorption thin film 42,
Oscillation is suppressed. As described above, the wavelength selection element 40
As a result, the same effect as the etalon 17 can be obtained, and in the same manner as in the first embodiment, the high output of the solid-state laser and the single longitudinal mode can be achieved at the same time.

【0025】次に図7を参照して、本発明の第3実施例
について説明する。この第3実施例の固体レーザーもレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーであり、第1
実施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーと
比べると、共振器ミラー15が省かれ、Nd:YAG結晶
13に代えてNd:YLF結晶50が用いられ、KN結晶16
に代えて周期ドメイン反転構造を有するLiNbO3
晶(以下、LN結晶と称する)51が用いられ、そしてλ
/4板19とエタロン17との間にはカルサイト(方解石)
板52が配されている点が基本的に異なる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The solid-state laser of this third embodiment is also a laser diode pumped solid-state laser.
Compared with the laser diode pumped solid-state laser of the embodiment, the resonator mirror 15 is omitted and the Nd: YAG crystal is used.
Nd: YLF crystal 50 was used instead of 13 and KN crystal 16
In place of, a LiNbO 3 crystal (hereinafter referred to as LN crystal) 51 having a periodic domain inversion structure is used, and λ
/ 4 Calcite (calcite) between plate 19 and etalon 17
The difference is that the plate 52 is arranged.

【0026】半導体レーザー11としては、波長λ1 =79
5 nmのレーザービーム60を発するものが用いられてい
る。cカットのNd:YLF結晶50は、上記レーザービ
ーム60によってネオジウムイオンが励起されることによ
り、中心波長λ2 =1313nmのレーザービーム61を発す
る。このレーザービーム61はLN結晶51に入射して、波
長λ3 =λ2 /2=657 nmの第2高調波62に変換され
る。
The semiconductor laser 11 has a wavelength λ 1 = 79
A device that emits a 5 nm laser beam 60 is used. The c-cut Nd: YLF crystal 50 emits a laser beam 61 having a center wavelength λ 2 = 1313 nm when neodymium ions are excited by the laser beam 60. The laser beam 61 is incident on the LN crystal 51, is converted into the second harmonic wave 62 having a wavelength λ 3 = λ 2/2 = 657 nm.

【0027】ここで、λ/4板18の後方端面18a、λ/
4板19の前方端面19a、および共振器ミラー14のミラー
面14aには各々、波長λ1 =795 nm、λ2 =1313nm
およびλ3 =657 nmに対して下記の特性のコート53、
54、55が施されている。なおこの場合もARは無反射、
HRは高反射を示す。
Here, the rear end surfaces 18a of the λ / 4 plate 18 and λ /
The front end face 19a of the four plate 19 and the mirror face 14a of the resonator mirror 14 have wavelengths λ 1 = 795 nm and λ 2 = 1313 nm, respectively.
And λ 3 = 657 nm coat 53 with the following characteristics,
54, 55 are given. In this case, AR is also non-reflective,
HR shows high reflection.

【0028】 795 nm 1313nm 657 nm コート53 AR HR − 〃 54 − AR HR 〃 55 − HR AR つまり本実施例では、λ/4板18と共振器ミラー14とに
よって固体レーザーの共振器が構成されている。そこで
固体レーザービーム61は共振している状態でLN結晶51
に入射し、そこに十分良好に吸収され、それにより効率
良く第2高調波62が発生する。この第2高調波62は直接
的に、あるいはコーティング54が施されたλ/4板19の
端面19aで反対方向に反射して、共振器ミラー14から前
方に出射する。
795 nm 1313 nm 657 nm Coat 53 AR HR-〃 54-AR HR 〃 55-HR AR That is, in the present embodiment, the λ / 4 plate 18 and the resonator mirror 14 constitute a solid-state laser resonator. There is. Therefore, the solid-state laser beam 61 resonates while the LN crystal 51
And is absorbed there sufficiently, so that the second harmonic wave 62 is efficiently generated. The second harmonic wave 62 is reflected directly or at the end face 19a of the λ / 4 plate 19 provided with the coating 54 in the opposite direction, and is emitted forward from the resonator mirror 14.

【0029】なおこの場合、共振器ミラー14のミラー面
14aの曲率半径は30mm、固体レーザーの共振器長は15
mm、カルサイト板52の厚さは1.5 mm、LN結晶51の
長さは5mmである。
In this case, the mirror surface of the resonator mirror 14
14a has a radius of curvature of 30 mm, and the solid-state laser has a cavity length of 15
mm, the calcite plate 52 has a thickness of 1.5 mm, and the LN crystal 51 has a length of 5 mm.

【0030】本実施例でも2枚のλ/4板18、19が配さ
れたことにより、レーザービーム61はそれら両者の間で
ツイスト・モード化する。そのためレーザービーム61
は、自ずとゲインピーク波長で発振する。それだけで
は、固体レーザーを高出力化したとき、ゲインピーク波
長から0.4 nm離れたところ、つまり縦モードが8本離
れたところに別の共振器モードが立ってしまうことが分
かった(この現象は、半導体レーザー11による励起パワ
ーが例えば1Wと低い場合は生じない)。しかしこの場
合も、エタロン17が設けられていることにより、この別
の共振器モードが抑制される。
Also in this embodiment, since the two λ / 4 plates 18 and 19 are arranged, the laser beam 61 is turned into a twist mode between them. Therefore laser beam 61
Naturally oscillates at the gain peak wavelength. With that alone, it was found that when the output power of the solid-state laser was increased, another resonator mode stood at 0.4 nm away from the gain peak wavelength, that is, at 8 longitudinal modes apart (this phenomenon is This does not occur when the pumping power of the semiconductor laser 11 is as low as 1 W). However, also in this case, the provision of the etalon 17 suppresses this other resonator mode.

【0031】それとは逆に、エタロン17のみによって発
振波長を選択する場合も、固体レーザーを高出力化した
とき、先に述べたように隣接共振器モードが立ってしま
うが、本例でも上記のツイスト・モードが形成されるた
めに、この隣接共振器モードが抑圧される。
On the contrary, when the oscillation wavelength is selected only by the etalon 17, when the solid-state laser is made to have a high output, the adjacent resonator mode stands up as described above. This adjacent resonator mode is suppressed because the twist mode is formed.

【0032】ここでエタロン17は厚さ0.3 mmで、その
FSR(フリー・スペクトラル・レンジ)は、Nd:Y
LFの1313nm帯の発振のゲイン半値全幅と等しい2n
mとされているので、第2のエタロンモードが立ってし
まうことはない。またこのエタロン17は、その共振波長
がNd:YLFのゲインピーク波長の1313nmと±0.1
nm以内のズレを有し、波長1313nmに対する反射率は
20%、レーザービーム61の進行方向に対する傾き角は
5′とされている。
Here, the etalon 17 has a thickness of 0.3 mm and its FSR (free spectral range) is Nd: Y.
2n, which is equal to the full width at half maximum of the LF oscillation in the 1313 nm band
Since it is m, the second etalon mode does not stand up. The resonance wavelength of this etalon 17 is 130.1 nm which is the gain peak wavelength of Nd: YLF and ± 0.1.
There is a deviation within nm, and the reflectance for a wavelength of 1313 nm is
20%, and the inclination angle of the laser beam 61 with respect to the traveling direction is 5 '.

【0033】また本実施例では、固体レーザー媒質とし
て異方性のNd:YLF結晶50が用いられているので、
λ/4板19から出射するレーザービーム61は、相直交す
る方向に直線偏光した2つの直線偏光成分を含むものと
なる。このレーザービーム61は、光通過端面が光学軸に
対して角度をなすようにカット(いわゆるアングル・カ
ット)されたカルサイト板52に入射して、その一方の直
線偏光成分のみが選択され、その直線偏光の向きがLN
結晶51のZ軸と一致するようにして該LN結晶51に入射
せしめられる。
Further, in this embodiment, since an anisotropic Nd: YLF crystal 50 is used as the solid laser medium,
The laser beam 61 emitted from the λ / 4 plate 19 contains two linearly polarized light components that are linearly polarized in directions orthogonal to each other. The laser beam 61 is incident on the calcite plate 52 that is cut (so-called angle cut) so that the light passing end face forms an angle with the optical axis, and only one of the linearly polarized light components is selected. The direction of linearly polarized light is LN
The light is made incident on the LN crystal 51 so as to coincide with the Z axis of the crystal 51.

【0034】以上の構成において、ポンピング光である
レーザービーム60の出力を2Wとしたとき、300 mWの
単一縦モードの赤色の第2高調波62が得られる。
In the above structure, when the output of the laser beam 60 which is the pumping light is 2 W, the red second harmonic wave 62 of the single longitudinal mode of 300 mW is obtained.

【0035】なお、エタロン17の傾き角をより大きくす
るほど、波長選択性はより向上する。しかしエタロン17
は、ゲインピーク波長から比較的遠いところに立つ可能
性がある別の共振器モードを抑制すればよく、このよう
なモードのゲインは元より低いものであるから、エタロ
ン傾き角を上記5′のように比較的小さく設定しても、
上記別の共振器モードが抑制されるようになる。このよ
うにしてエタロン17の傾き角を小さく設定できれば、そ
れによる損失が低く抑えられ、高出力化が実現される。
The larger the tilt angle of the etalon 17, the more improved the wavelength selectivity. But etalon 17
Needs to suppress another resonator mode that may stand relatively far from the gain peak wavelength. Since the gain of such a mode is lower than the original one, the etalon tilt angle is set to 5 ' Even if it is set relatively small like
The other resonator mode is suppressed. If the tilt angle of the etalon 17 can be set small in this way, the loss due to it can be suppressed low, and high output can be realized.

【0036】ただし、ポンピング光であるレーザービー
ム60の出力を例えば3W、10Wと上げる場合は、上記別
の共振器モードを抑制し難くなるので、エタロン傾き角
をそれぞれ10′、30′程度まで増大させて波長選択性を
高めるのが望ましい。
However, when the output of the laser beam 60 which is the pumping light is increased to, for example, 3 W and 10 W, it becomes difficult to suppress the other resonator mode, and therefore the etalon tilt angle is increased to about 10 'and 30', respectively. Therefore, it is desirable to increase the wavelength selectivity.

【0037】次に図8を参照して、本発明の第4実施例
について説明する。この第4実施例の固体レーザーもレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーであり、第3
実施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーと
比べると、偏光制御素子としてカルサイト板52の代わり
にブリュースター板70が用いられている点のみが異な
る。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The solid-state laser of the fourth embodiment is also a laser diode pumped solid-state laser,
It differs from the laser diode pumped solid-state laser of the embodiment only in that a Brewster plate 70 is used instead of the calcite plate 52 as a polarization control element.

【0038】このようなブリュースター板70と周期ドメ
イン反転構造を有するLN結晶51とを組み合わせる場合
は、基本波であるレーザービーム61と第2高調波62の直
線偏光の向きが互いに一致する。周知の通りブリュース
ター板70は、P偏光に対してほとんど損失を生じない。
そこで、このようにレーザービーム61と第2高調波62の
直線偏光の向きが一致している場合は、これら双方をと
もにP偏光状態でブリュースター板70に入射させて、損
失を抑えることができる。そうであれば、このブリュー
スター板70に第2高調波62に対するAR(無反射)コー
トを施す必要がなくなる。
When the Brewster plate 70 and the LN crystal 51 having the periodic domain inversion structure are combined, the directions of linear polarization of the laser beam 61 as the fundamental wave and the second harmonic wave 62 coincide with each other. As is well known, the Brewster plate 70 causes almost no loss for P-polarized light.
Therefore, when the directions of the linearly polarized light of the laser beam 61 and the second harmonic wave 62 coincide with each other, both of them can be incident on the Brewster plate 70 in the P-polarized state to suppress the loss. . If so, there is no need to apply an AR (antireflection) coating to the second harmonic wave 62 on the Brewster plate 70.

【0039】なお本発明は、以上説明したレーザーダイ
オードポンピング固体レーザー以外の固体レーザーに対
しても同様に適用可能である。また勿論ながら、固体レ
ーザー媒質、そのポンピング源、および波長変換を行な
う場合の非線形光学材料等も、上記各実施例におけるも
の以外が適宜使用可能である。
The present invention can be similarly applied to solid-state lasers other than the laser diode pumped solid-state laser described above. Further, needless to say, the solid laser medium, its pumping source, the nonlinear optical material for wavelength conversion, and the like other than those in each of the above embodiments can be appropriately used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
FIG. 1 is a schematic side view showing a solid-state laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1実施例の固体レーザーの発振状態を示
す説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an oscillation state of the solid-state laser of the first embodiment.

【図3】本発明の第2実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
FIG. 3 is a schematic side view showing a solid-state laser according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の固体レーザーの発振状態を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing an oscillation state of a conventional solid-state laser.

【図5】従来の固体レーザーの別の発振状態を示す説明
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another oscillation state of the conventional solid-state laser.

【図6】本発明の固体レーザーの別の発振状態を示す説
明図
FIG. 6 is an explanatory view showing another oscillation state of the solid-state laser of the present invention.

【図7】本発明の第3実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
FIG. 7 is a schematic side view showing a solid-state laser according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施例による固体レーザーを示す
概略側面図
FIG. 8 is a schematic side view showing a solid-state laser according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、60 レーザービーム(ポンピング光) 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Nd:YAG結晶 14、15 共振器ミラー 16 KN結晶 17 エタロン 18、19 λ/4板 21、61 レーザービーム(固体レーザービーム) 22、62 第2高調波 30、31、32、41、53、54、55 コート 40 波長選択素子 42 吸収薄膜 50 Nd:YLF結晶 51 周期ドメイン反転構造を有するLN結晶 52 カルサイト板 70 ブリュースター板 10, 60 Laser beam (pumping light) 11 Semiconductor laser 12 Condenser lens 13 Nd: YAG crystal 14, 15 Resonator mirror 16 KN crystal 17 Etalon 18, 19 λ / 4 plate 21, 61 Laser beam (solid-state laser beam) 22 , 62 Second harmonic 30, 31, 32, 41, 53, 54, 55 Coat 40 Wavelength selection element 42 Absorption thin film 50 Nd: YLF crystal 51 LN crystal with periodic domain inversion structure 52 Calcite plate 70 Brewster plate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体レーザー媒質をポンピング源によっ
て励起する固体レーザーにおいて、 レーザー共振器内に波長選択素子が配されるとともに、 レーザー共振器内において発振ビームをツイスト・モー
ド化する手段が設けられたことを特徴とする固体レーザ
ー。
1. A solid-state laser in which a solid-state laser medium is excited by a pumping source, wherein a wavelength selection element is arranged in a laser resonator, and means for turning an oscillation beam into a twist mode in the laser resonator is provided. A solid-state laser characterized in that.
【請求項2】 前記波長選択素子のFSR(フリー・ス
ペクトラル・レンジ)が、固体レーザーのゲイン半値全
幅とほぼ一致していることを特徴とする請求項1記載の
固体レーザー。
2. The solid-state laser according to claim 1, wherein the FSR (free spectral range) of the wavelength selection element is substantially equal to the full width at half maximum of the gain of the solid-state laser.
【請求項3】 前記レーザー共振器内に、周期ドメイン
反転構造を有して固体レーザービームを波長変換する非
線形光学結晶と、前記固体レーザービームから前記非線
形光学結晶の光学軸に対して所定の向きとなる1つの直
線偏光成分を選択して該結晶に入射させる偏光制御素子
とが配されていることを特徴とする請求項1または2記
載の固体レーザー。
3. A nonlinear optical crystal having a periodic domain inversion structure in the laser resonator for wavelength-converting a solid-state laser beam, and a predetermined direction from the solid-state laser beam with respect to an optical axis of the nonlinear optical crystal. 3. A solid-state laser according to claim 1, further comprising: a polarization control element that selects one linearly polarized light component to be incident on the crystal and makes it enter the crystal.
【請求項4】 前記偏光制御素子がブリュースター板で
あることを特徴とする請求項3記載の固体レーザー。
4. The solid-state laser according to claim 3, wherein the polarization control element is a Brewster plate.
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