JPH0799357A - Semiconductor laser excited solid state laser system - Google Patents

Semiconductor laser excited solid state laser system

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JPH0799357A
JPH0799357A JP24125393A JP24125393A JPH0799357A JP H0799357 A JPH0799357 A JP H0799357A JP 24125393 A JP24125393 A JP 24125393A JP 24125393 A JP24125393 A JP 24125393A JP H0799357 A JPH0799357 A JP H0799357A
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JP
Japan
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laser
semiconductor laser
wavelength
crystal
state laser
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JP24125393A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Miyai
剛 宮井
Satoshi Makio
諭 牧尾
Masazumi Sato
正純 佐藤
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To miniaturize the laser system for enhancing the reliability by integrating a wavelength control element with resonator mirrors within an SHG beam source using the wavelength variable solid laser used for laser printer etc. CONSTITUTION:A semiconductor laser 11 is focussed by a focussing optical system 12 to excite laser crystal 31. Next, Cr: LiSrAlF6 as the excited laser crystal raises basic waves 41 between resona-tor mirrors 21a-21c. At this time, the laser crystal 31 and a non-linear optical crystal KNbO332 are arranged between the reso-nator mirrors 21a, 21b formed on the front end face of the laser crystal 31. Furthermore, an optical axis bent by the resonator mirror 21-b, after transmitting the triangular wavelength dispersing prism 33, is reflected on the resonator mirror 21-c formed on the prism 33 outgoing end face so as to form the resonator.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光エレクトロニクス分
野、特に可視レーザ光源および可視レーザ光源を用いた
レーザプリンタ装置または光造形装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of optoelectronics, and more particularly to a visible laser light source and a laser printer device or stereolithography device using the visible laser light source.

【0002】[0002]

【従来の技術】高度情報化時代の進展に伴い、光ディス
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
は記録密度向上や高速印刷の要求を満足するため、短波
長化への要求が高まっている。しかし製品化レベルで要
求の大きな波長域である青−緑領域を満足する光源とし
てはHe−Cd(ヘリウムーカドミウム)レーザ装置や
Ar(アルゴン)レーザ装置などのガスレーザ装置しか
なく、例えば光ディスク装置に搭載するには大型で消費
電力が大きく不向きであった。また、一部のレーザプリ
ンタ装置に搭載されているが、将来小型・低消費電力化
を進める上で障害となる可能性を有していた。これに対
して光第2高調波発生(SHG;Second Harmonic Gene
ration)を用いることで短波長化する技術が提案され
た。SHG光源の実用化技術の検討は半導体レーザの高
出力化と伴に進展した。その背景には従来のガスレーザ
のような放電を必要とせず小型、低消費電力化を実
現する可能性を有していた点、次に励起用半導体レーザ
の出力安定性および長寿命に依存したSHG光源の高い
信頼性(出力安定性、長寿命)にある。前記ガスレ
ーザと同等の出力波長を有するSHG光源として、例え
ば近赤外の半導体レーザ出力を第1の発振波すなわち基
本波とし、外部共振器で共振させて、その中に非線形光
学結晶であるKN(KNbO3;ニオブ酸カリウム)を配置
することで第2の発振波すなわちSH波である青色レー
ザ光を得る方法が提案されている(ダブリュー・ジェイ
・コズロフスキー、ダブリュー・レンス「ガリウム・ア
ルミニュウム・ヒ素半導体レーザの2倍波による41m
Wの青色光の発生」アプライド・フィジックス・レタ
ー、56巻、23号、2291頁、1990年;W.J.Ko
zlovsky and W.Lenth,"Generation of 41mW of blue ra
diation by frequency doubling of a GaAlAsdiode las
er",Appl.Phys.Lett.,vol.56,no.23,p2291,'90)。しか
し、前記SHG光源において、KNの波長許容幅(変換
効率が最大値の1/2以上である波長範囲)は1nm以
下と狭く、半導体レーザは戻り光などの外乱で発振波長
が数nm変動すると出力の不安定性を招くため光アイソ
レータを必要とした。これに対し半導体レーザ励起固体
レーザで前記近赤外半導体レーザど同等の出力波長の実
現が可能なレーザ結晶であるLiSAF(Cr:LiSrAl
F6;クロム添加のフッ化リチュウムストロンチュウムア
ルミニュウム)が提案された(USP4,811,34
9)。前記LiSAF結晶を用いた半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、複屈折フィルタを用いた外部共
振器を結合する860〜920nmの範囲で波長可変な
光源と、LiIO3(ヨウ素酸リチウム)を用いたSH
Gについての報告がなされている。前者については、ク
ィ・ザング、ディ・ジェイ・ディクソン、ビィ・エイチ
・チャイ、ピィ・エヌ・キーン、「電気的にチューニン
グされた半導体レーザ励起Cr:LiSrAlF6レー
ザ」オプティクス・レター、17巻、1号、43頁、1
992年;Qi Zhang, G.J.Dixon, B.H.Chai, P.N.Kea
n,"Electronically tuned diode-laser-pumped Cr:LiSr
AlF6 laser",Opt.Lett.,vol.17,no.1,p43,'92 を、後
者についてはフランソワ・バレンボワ、パトリック・ジ
ョルジュ、フランソワ・サリ、ジェラード・ロジェ、ア
ラン・ブルン、「Cr添加LiSrAlF6レーザの内
部共振2倍波による波長可変の青色光源」アプライド・
フィジックス・レター、61巻、20号、2381頁、
1992年;Francois Balembois, Patrick Georges,
Francois Salin, Gerard Roger, and Alain Brun,"Tunable blue light source by intracavi
ty frequency doublingof a Cr-doped LiSrAlF6 lase
r",Appl.Phys.Lett.,vol.61,no.20,p2381,'92を参照さ
れたい。図4は波長可変固体レーザを用いた共振器構造
によるSHG光源を説明するための図である。励起光は
集光され、レーザ結晶31を励起する。励起されたレー
ザ結晶31は共振器ミラー(M1,M2,M3)間で基
本波41を発生する。共振器ミラーM1(21−a),
M2(21−b)間にはレーザ結晶31と非線形光学結
晶32が配置されている。共振された基本波41は非線
形光学結晶32において一部SH波42に変換されて共
振器ミラーM2(21−b)から出射される。このとき
SH波42の出力すなわち非線形光学結晶32の変換効
率は基本波41の発振波長に依存して変化する。したが
って高い出力を得るためには波長制御を行う必要があ
る。このため共振器ミラーM2(21−b),M3(2
1−c)間に波長制御素子33である複屈折フィルタを
配置し波長制御を行なう。複屈折フィルタは一般的に厚
さの異なる水晶板を3枚張り合わせたものを用い、入射
面を基本波光軸に対しブルースター角に配置し、かつ波
長制御のため精密な回転調整機構を必要とする。また図
4に示したように一共振器中に全ての光学部品を配置し
ないのは次の理由による。第1に通常SH波の発生効率
を高めるため一つの共振器中でのビームウエスト径は小
さくとる。したがってビームウエスト以外でのビーム広
がりが大きくなり光路長の長い共振器を構成するのが困
難である。第2に複屈折フィルタなどの波長制御素子は
ビームの入射角により選択波長が異なる。したがって良
好な選択性を得るため複屈折フィルタの光路長を長くす
ると、ビーム断面において部分的な広がり角が異なり効
率の低下や波長制御性の劣下が起こる。この二つの理由
で折り曲げ型や共振器結合型などの波長制御素子をビー
ムウエストに配置するための共振器を構成していた。
2. Description of the Related Art With the progress of the advanced information age, in the optical recording field such as an optical disk device and a laser printer device, there is an increasing demand for a shorter wavelength in order to satisfy the demands for higher recording density and higher speed printing. . However, gas laser devices such as He-Cd (helium-cadmium) laser devices and Ar (argon) laser devices are the only light sources that satisfy the blue-green region, which is a wavelength region that is highly demanded at the commercialization level. It was large and not suitable for mounting because of its large power consumption. Further, although it is installed in some laser printers, there is a possibility that it may be an obstacle to further miniaturization and lower power consumption in the future. On the other hand, optical second harmonic generation (SHG; Second Harmonic Gene)
ration) has been proposed to shorten the wavelength. The study of the practical application technology of the SHG light source has advanced along with the increase in the output of the semiconductor laser. Behind that, there was the possibility of realizing compactness and low power consumption without the need for discharge like conventional gas lasers. Next, SHG, which depends on the output stability and long life of pumping semiconductor lasers. High reliability of the light source (output stability, long life). As an SHG light source having an output wavelength equivalent to that of the gas laser, for example, a near-infrared semiconductor laser output is used as a first oscillating wave, that is, a fundamental wave, and it is resonated by an external resonator, in which a nonlinear optical crystal KN ( KNbO 3 ; potassium niobate) has been proposed to obtain a second lasing wave, that is, an SH wave, a blue laser beam (W Jay Koslovsky, W. Lens, “Gallium Aluminium Arsenic”). 41m due to second harmonic of semiconductor laser
Generation of W Blue Light ”, Applied Physics Letters, Vol. 56, No. 23, p. 2291, 1990; WJKo
zlovsky and W. Lenth, "Generation of 41mW of blue ra
diation by frequency doubling of a GaAlAsdiode las
er ", Appl.Phys.Lett., vol.56, no.23, p2291, '90). However, in the SHG light source, the wavelength permissible width of KN (the wavelength at which the conversion efficiency is 1/2 or more of the maximum value) The range) is as narrow as 1 nm or less, and the semiconductor laser requires an optical isolator because it causes output instability when the oscillation wavelength fluctuates by several nm due to disturbance such as return light. LiSAF (Cr: LiSrAl) is a laser crystal that can achieve the same output wavelength as an external semiconductor laser.
F 6 ; chromium-added lithium strontium aluminum fluoride) was proposed (USP 4,811,34)
9). In a semiconductor laser pumped solid-state laser device using the LiSAF crystal, a light source having a wavelength variable in the range of 860 to 920 nm for coupling an external resonator using a birefringent filter, and an SH using LiIO 3 (lithium iodate)
A report on G has been made. For the former, Qui Zang, D. J. Dixon, B.H.Chai, P.N.Kean, "Electrically tuned semiconductor laser pumped Cr: LiSrAlF 6 laser" Optics Letter, Volume 17, 1 No., p. 43, 1
992; Qi Zhang, GJDixon, BHChai, PNKea
n, "Electronically tuned diode-laser-pumped Cr: LiSr
AlF 6 laser ", Opt.Lett., Vol.17, no.1, p43, '92, for the latter Francois Barembois, Patrick Georges, Francois Sari, Gerard Roger, Alan Brunn," Cr addition Blue light source with variable wavelength by internal resonant second harmonic of LiSrAlF 6 laser
Physics Letter, Vol. 61, No. 20, pp. 2381,
1992; Francois Balembois, Patrick Georges,
Francois Salin, Gerard Roger, and Alain Brun, "Tunable blue light source by intracavi
ty frequency doublingof a Cr-doped LiSrAlF 6 lase
r ", Appl. Phys. Lett., vol. 61, no. 20, p2381, '92. FIG. 4 is a diagram for explaining an SHG light source with a cavity structure using a tunable solid-state laser. The excitation light is condensed and excites the laser crystal 31. The excited laser crystal 31 generates a fundamental wave 41 between the resonator mirrors (M1, M2, M3). ),
A laser crystal 31 and a nonlinear optical crystal 32 are arranged between M2 (21-b). The resonated fundamental wave 41 is partially converted into the SH wave 42 in the nonlinear optical crystal 32 and emitted from the resonator mirror M2 (21-b). At this time, the output of the SH wave 42, that is, the conversion efficiency of the nonlinear optical crystal 32 changes depending on the oscillation wavelength of the fundamental wave 41. Therefore, it is necessary to control the wavelength in order to obtain a high output. Therefore, the resonator mirrors M2 (21-b) and M3 (2
A birefringent filter, which is the wavelength control element 33, is arranged between 1-c) to control the wavelength. A birefringent filter is generally made by laminating three quartz plates with different thicknesses, the incident surface is arranged at Brewster's angle with respect to the fundamental wave optical axis, and a precise rotation adjustment mechanism is required for wavelength control. To do. Further, as shown in FIG. 4, the reason why not all the optical components are arranged in one resonator is as follows. First, the beam waist diameter in one resonator is made small in order to increase the efficiency of generation of normal SH waves. Therefore, the beam divergence other than the beam waist becomes large, and it is difficult to construct a resonator having a long optical path length. Secondly, the wavelength control element such as the birefringence filter has a different selected wavelength depending on the incident angle of the beam. Therefore, if the optical path length of the birefringent filter is increased in order to obtain good selectivity, the partial divergence angle is different in the beam cross section, and the efficiency is lowered and the wavelength controllability is deteriorated. For these two reasons, a resonator for arranging a wavelength control element such as a bending type or a resonator coupling type in the beam waist is configured.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】一般に波長可変固体レ
ーザをSHG光源の基本波とする利点は二つある。第1
に基本波の波長可変範囲でSH波の波長を可変とするこ
とができる点である。第2に前述のように非線形光学結
晶の波長許容幅が狭く、基本波波長を制御することで最
大効率を確実に得ることができる点である。前記の波長
可変固体レーザを用いた内部共振型SHG光源において
前述の複屈折フィルタなどの波長制御素子を用いるとブ
ルースター角調整や波長制御のための回転機構などの調
整機構を形成する必要があった。このため前述の半導体
レーザ励起SHG光源の特長である小型化できる利点を
大きく損なう問題点があった。
Generally, there are two advantages of using a tunable solid-state laser as the fundamental wave of an SHG light source. First
In addition, the wavelength of the SH wave can be tuned within the wavelength tunable range of the fundamental wave. Secondly, the wavelength tolerance of the nonlinear optical crystal is narrow as described above, and maximum efficiency can be reliably obtained by controlling the fundamental wave wavelength. When the wavelength control element such as the birefringent filter is used in the internal resonance type SHG light source using the wavelength tunable solid state laser, it is necessary to form an adjustment mechanism such as a rotation mechanism for Brewster angle adjustment and wavelength control. It was For this reason, there is a problem in that the advantage of the semiconductor laser pumped SHG light source described above, which is the advantage of miniaturization, is greatly impaired.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明では波長可変固体
レーザを用いた内部共振型SHG光源において、波長制
御素子を工夫することで装置を小型にし、従来技術の問
題点を解決した。すなわち波長制御素子に用いた波長分
散プリズムに基本波の共振器ミラーを形成し、共振器ミ
ラーと波長制御素子を一体化した。波長可変固体レーザ
では励起されたレーザ結晶の自然発光の波長幅は波長可
変範囲の広さを持つ。また、本方法により波長可変固体
レーザを用いたSHG光源を実現するためには、共振器
ミラーの調整機構が備わっていれば良く、従来の装置に
必要であった波長制御素子の調整は不要となる。従来方
法と比較すると波長制御素子と共振器ミラーを一体化
することで部品点数を削減し、波長制御素子の調整機
構を省くことができた。したがって装置を小型化でき従
来の問題点を解決することができた。また、本発明は次
の具体的なはっきりとした特徴を記述している。 (1)半導体レーザと、前記半導体レーザにより励起さ
れるレーザ結晶と、前記レーザ結晶を含む共振器構造を
有し、前記共振器構造により発生される固体レーザ出力
の可変発振波長幅Δλが20≦Δλ≦200nmである
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、発振波長幅
Δλを10nm以下に選択する共振器ミラーを用いて波
長制御する半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案し
た。 (2)前記共振器ミラーは波長分散プリズムで、前記波
長分散プリズムの一面に前記固体レーザ出力の可変発振
波長において反射率が95%以上の反射膜を形成した半
導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (3)前記共振器構造内に前記レーザ結晶による第1の
発振波を第2の発振波に変換する非線形光学結晶を有す
る半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (4)前記レーザ結晶にLiSAF(Cr:LiSrAlF6;ク
ロム添加のフッ化リチュウ ムストロンチュウムア
ルミニュウム)を用いた半導体レーザ励起固体レー
ザ装置を提案した。 (5)前記非線形光学結晶としてKNを用いた半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (6)前記非線形光学結晶としてKLN(KLiNbO3;ニ
オブ酸カリウムリチウム) を用いた半導体レーザ
励起固体レーザ装置を提案した。 (7)前記共振器構造をマウントするレーザ筐体を温度
制御する手段を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置
を提案した。 (8)前記第2の発振波が第1の発振波の第2高調波で
ある半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (9)前記半導体レーザの光軸と第2の発振波の光軸が
平行である半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案し
た。 (10)前述の半導体レーザ励起固体レーザ装置を用い
たレーザプリンタ装置または光造形装置を提案した。
In the present invention, in the internal resonance type SHG light source using the wavelength tunable solid state laser, the device is downsized by devising the wavelength control element, and the problems of the prior art are solved. That is, a fundamental wave resonator mirror is formed on the wavelength dispersion prism used for the wavelength control element, and the resonator mirror and the wavelength control element are integrated. In the tunable solid-state laser, the wavelength width of spontaneous emission of the excited laser crystal has a wide tunable range. Further, in order to realize the SHG light source using the wavelength tunable solid-state laser by this method, it is sufficient that the resonator mirror adjustment mechanism is provided, and the adjustment of the wavelength control element which is required in the conventional device is not necessary. Become. Compared with the conventional method, the number of parts was reduced by integrating the wavelength control element and the resonator mirror, and the adjustment mechanism of the wavelength control element could be omitted. Therefore, the device can be downsized and the conventional problems can be solved. The invention also describes the following specific and distinct features. (1) A semiconductor laser, a laser crystal excited by the semiconductor laser, and a resonator structure including the laser crystal, and a variable oscillation wavelength width Δλ of a solid-state laser output generated by the resonator structure is 20 ≦. In the semiconductor laser pumped solid-state laser device in which Δλ ≦ 200 nm, a semiconductor laser-pumped solid-state laser device in which the wavelength is controlled by using a resonator mirror that selects the oscillation wavelength width Δλ to be 10 nm or less was proposed. (2) A semiconductor laser pumped solid-state laser device is proposed in which the resonator mirror is a wavelength dispersion prism, and a reflection film having a reflectance of 95% or more at the variable oscillation wavelength of the solid-state laser output is formed on one surface of the wavelength dispersion prism. . (3) A semiconductor laser pumped solid-state laser device having a nonlinear optical crystal for converting a first oscillation wave of the laser crystal into a second oscillation wave in the resonator structure has been proposed. (4) A semiconductor laser pumped solid-state laser using LiSAF (Cr: LiSrAlF 6 ; chromium-added lithium strontium aluminum) as the laser crystal.
I proposed the device. (5) A semiconductor laser pumped solid-state laser device using KN as the nonlinear optical crystal was proposed. (6) A semiconductor laser pumped solid-state laser device using KLN (KLiNbO 3 ; potassium lithium niobate) as the nonlinear optical crystal was proposed. (7) A semiconductor laser pumped solid-state laser device having means for controlling the temperature of a laser housing mounting the resonator structure was proposed. (8) A semiconductor laser pumped solid-state laser device is proposed in which the second oscillating wave is the second harmonic of the first oscillating wave. (9) A semiconductor laser pumped solid-state laser device in which the optical axis of the semiconductor laser and the optical axis of the second oscillating wave are parallel to each other has been proposed. (10) A laser printer device or a stereolithography device using the above-mentioned semiconductor laser pumped solid-state laser device has been proposed.

【0005】(実施例1)図1は本発明の一実施例を説
明するための図である。半導体レーザ11は集光光学系
12により集光され、レーザ結晶31を励起する。励起
されたレーザ結晶31は共振器ミラー21(M1,M
2,M3)間で基本波41を発生する。レーザ結晶31
の前方端面に形成された共振器ミラーM1(21−a)
とM2(21−b)間にはレーザ結晶31と非線形光学
結晶32が配置されている。光軸は共振器ミラーM2
(21−b)で折り曲げられて、三角柱の波長分散プリ
ズム33を透過後波長分散プリズム出射端面に形成され
た共振器ミラーM3(21−c)により反射され共振器
を形成する。共振された基本波41は非線形光学結晶3
2において一部SH波42に変換されて共振器ミラーM
2(21−b)から出射される。励起波長は680n
m、基本波波長は860nm、SH波波長は430nm
とした。本構成において励起ビームとSH波42出力は
平行となる。ここで共振器内において自然発光が波長分
散プリズム33に入射した場合、異なる波長成分は波長
分散プリズム33内部で異なる方向に進行する。また所
望の波長のビーム41の進行方向に対して垂直に反射す
る共振器ミラーM3(21−c)を波長分散プリズム3
3の出射面に形成すれば、前記ビームは同一光軸を逆方
向に進行する。このとき他の波長成分に対しては前記共
振器ミラーM3(21−c)は垂直に位置しないので反
射光は進行方向と異なる方向に反射され共振が起こらな
い。したがって所望の波長の自然発光ビームのみ選択さ
れて共振条件を満足し、波長制御が可能となる。本発明
において1°の角度調整に対して2nmの波長変化が対
応する波長分散プリズムを用いた。また、波長分散プリ
ズム33の反射面は基本波波長において光軸と垂直なる
ように設計した。設計条件では基本波41の発振波長は
中心が860nmで波長幅ΔλはΔλ<2nmの波長制
御が可能とした。波長分散プリズム光軸方向の肉厚を調
整することによりΔλは10nm以下で制御可能であ
る。励起用半導体レーザ11は発振波長680nm、出
力500mWのブロードエリア型を用いた。集光光学系
12にはアナモルフィックプリズムペアを用いて集光形
状の歪みを補正し、レーザ結晶31中での基本波共振モ
ード41との結合を良好に行うようにした。集光光学系
12は全て励起波長において反射率5%以下となるよう
な無反射(以下単にAR;Anti-Reflection)コーティ
ングを施した。レーザ結晶31にはCr添加量5.5%
のLiSAF結晶を用いた。結晶のサイズは3×3×1
mmのものを用いた。結晶の前方端面には励起波長に対
して反射率5%以下のARコーティング、基本波波長に
対して反射率99%以上の全反射(以下単にHR;High
-Reflection)コーティングを施し共振器ミラーM1
(21−a)とした。レーザ結晶31の後方端面には基
本波波長に対して反射率5%以下のARコーティングを
施した。共振器ミラーM2(21−b)には基本波波長
に対しM1と同様のHRコーティングとSH波42波長
に対して反射率15%以下のARコーティングを施し
た。また、波長分散プリズム33の入射面には基本波波
長に対して反射率5%以下のARコーティングを施し、
反射面には反射率99%以上のHRコーティングを施し
た。非線形光学結晶32にはKNを用いた。サイズは3
×3×5のものを用い、基本波ビーム41の進行方向が
KN結晶のa軸方向となるように配置した。KN結晶の
両端面には基本波41およびSH波42波長に対して反
射率5%以下のARコーティングを施した。また、KN
結晶は25℃±0.2に温度制御しSHGの位相整合条
件を安定化させた。さらに各光学部品間の距離が熱的に
変化しないようにホルダ全体を温度制御した。本発明で
は各々単独の制御素子51を用いたが、同一の制御素子
による温度制御も可能である。前記HRコーティングの
反射率は95%以上のものを用いればよく、特に99%
以上とする必要はない。LiSAFの吸収の波長許容幅
は約100nmと広く励起用半導体レーザを温度制御素
子などを用いて波長制御しなかったが、最大吸収波長に
一致させるため制御しても良い。また、KNの代わりに
KLNを用いても良い。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. The semiconductor laser 11 is condensed by the condensing optical system 12 and excites the laser crystal 31. The excited laser crystal 31 is a resonator mirror 21 (M1, M
2 and M3), a fundamental wave 41 is generated. Laser crystal 31
Resonator mirror M1 (21-a) formed on the front end face of the
And M2 (21-b), a laser crystal 31 and a nonlinear optical crystal 32 are arranged. The optical axis is the resonator mirror M2
It is bent at (21-b), and after passing through the triangular prism wavelength dispersion prism 33, is reflected by the resonator mirror M3 (21-c) formed on the emission end face of the wavelength dispersion prism to form a resonator. The resonated fundamental wave 41 is the nonlinear optical crystal 3
In FIG. 2, a part of the SH wave 42 is converted to a resonator mirror M.
2 (21-b) is emitted. Excitation wavelength is 680n
m, fundamental wave wavelength is 860 nm, SH wave wavelength is 430 nm
And In this configuration, the excitation beam and the SH wave 42 output are parallel. Here, when spontaneous emission enters the wavelength dispersion prism 33 in the resonator, different wavelength components travel in different directions inside the wavelength dispersion prism 33. Further, the resonator mirror M3 (21-c) that reflects perpendicularly to the traveling direction of the beam 41 of the desired wavelength is provided with the wavelength dispersion prism 3.
If formed on the exit surface of 3, the beam travels in the opposite direction along the same optical axis. At this time, for the other wavelength components, the resonator mirror M3 (21-c) is not positioned vertically, so that the reflected light is reflected in a direction different from the traveling direction and resonance does not occur. Therefore, only the spontaneous emission beam having a desired wavelength is selected, the resonance condition is satisfied, and the wavelength can be controlled. In the present invention, a wavelength dispersion prism in which a wavelength change of 2 nm corresponds to an angle adjustment of 1 ° was used. The reflecting surface of the wavelength dispersion prism 33 is designed to be perpendicular to the optical axis at the fundamental wavelength. Under the design conditions, the oscillation wavelength of the fundamental wave 41 is 860 nm at the center, and the wavelength width Δλ is Δλ <2 nm. Δλ can be controlled to be 10 nm or less by adjusting the thickness in the optical axis direction of the wavelength dispersion prism. As the excitation semiconductor laser 11, a broad area type having an oscillation wavelength of 680 nm and an output of 500 mW was used. An anamorphic prism pair is used for the condensing optical system 12 to correct the distortion of the condensing shape so that the coupling with the fundamental wave resonance mode 41 in the laser crystal 31 is favorably performed. The condensing optical system 12 is all provided with antireflection (hereinafter simply referred to as AR; Anti-Reflection) coating so that the reflectance is 5% or less at the excitation wavelength. The Cr content in the laser crystal 31 is 5.5%
The LiSAF crystal of was used. Crystal size is 3x3x1
The thing of mm was used. The front end face of the crystal has an AR coating with a reflectance of 5% or less with respect to the excitation wavelength, and a total reflection with a reflectance of 99% or more with respect to the fundamental wavelength (hereinafter simply referred to as HR; High
-Reflection) coated resonator mirror M1
(21-a). The rear end surface of the laser crystal 31 was AR-coated with a reflectance of 5% or less for the fundamental wavelength. The resonator mirror M2 (21-b) was provided with an HR coating similar to M1 for the fundamental wavelength and an AR coating with a reflectance of 15% or less for the 42 SH wavelengths. Further, the incident surface of the wavelength dispersion prism 33 is AR coated with a reflectance of 5% or less for the fundamental wavelength,
An HR coating having a reflectance of 99% or more was applied to the reflecting surface. KN was used for the nonlinear optical crystal 32. Size 3
The thing of * 3 * 5 was used and it arranged so that the advancing direction of the fundamental wave beam 41 might become the a-axis direction of KN crystal. Both ends of the KN crystal were AR-coated with a reflectance of 5% or less for the fundamental wave 41 and the SH wave 42 wavelengths. Also, KN
The temperature of the crystal was controlled to 25 ° C. ± 0.2 to stabilize the phase matching condition of SHG. Furthermore, the temperature of the entire holder was controlled so that the distance between the optical components did not change thermally. In the present invention, each of the independent control elements 51 is used, but temperature control by the same control element is also possible. The reflectance of the HR coating may be 95% or more, particularly 99%.
There is no need to go above. The allowable wavelength range of absorption of LiSAF is as wide as about 100 nm, and the wavelength of the excitation semiconductor laser was not controlled by using a temperature control element or the like, but it may be controlled to match the maximum absorption wavelength. Also, KLN may be used instead of KN.

【0006】(実施例2)図2は本発明の一実施例を説
明するため図である。本実施例では各構成部品は順に、
半導体レーザ11、集光光学系12、共振器ミラーM1
(21−a)、レーザ結晶31、非線形光学結晶32、
三角柱の波長分散プリズム33、波長分散プリズム出射
端面に形成された共振器ミラーM2(21−b)、SH
波42の出射角補正用プリズム34となる。共振器ミラ
ーM1(21−a)と共振器ミラーM2(21−b)に
より、基本波ビーム41はM2側でビームウエストを形
成するように発振する。ここで実施例1と異なる点はコ
ーティング仕様であり、レーザ結晶31の両端面に基本
波波長に対してAR、M2(21−b)に基本波波長に
対してHR、SH波長に対してARコーティングを行
う。本構成において励起ビームとSH波42出力は平行
となるように前述のSH出射角補正プリズムを設けた。
KNおよび共振器の温度制御等は実施例1と同様であ
る。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. In this embodiment, each component is
Semiconductor laser 11, focusing optical system 12, resonator mirror M1
(21-a), laser crystal 31, nonlinear optical crystal 32,
The triangular prism wavelength dispersion prism 33, the resonator mirror M2 (21-b), SH formed on the emission end face of the wavelength dispersion prism.
It becomes the prism 34 for correcting the emission angle of the wave 42. The fundamental wave beam 41 oscillates so as to form a beam waist on the M2 side by the resonator mirror M1 (21-a) and the resonator mirror M2 (21-b). Here, what is different from the first embodiment is the coating specification. AR is provided on both end faces of the laser crystal 31 with respect to the fundamental wavelength, HR with respect to the fundamental wavelength on M2 (21-b), and AR with respect to the SH wavelength. Perform coating. In this configuration, the above-mentioned SH exit angle correction prism is provided so that the excitation beam and the output of the SH wave 42 are parallel.
The temperature control of the KN and the resonator are the same as in the first embodiment.

【0007】(実施例3)図3は本発明の一実施例を説
明するための図である。実施例1または実施例2で説明
したSHG光源100から出射されたSH波42は、音
響光学(以下単にAO;Acousto-Optical)変調器20
1、ビームエキスパンダ202、回転多面鏡203、f
θレンズ204を通過し、感光ドラム205に集光され
る。AO変調器201は画像情報に応じてSH波42の
変調を行い、回転多面鏡203は水平(紙面内)方向に
走査する。この組合せで2次元情報は感光ドラム205
に部分的な電位差として記録される。感光ドラム205
は前記電位差に応じてトナーを付着して回転し、記録用
紙に情報を再生する。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention. The SH wave 42 emitted from the SHG light source 100 described in the first or second embodiment is an acousto-optic (AO) modulator 20.
1, beam expander 202, rotary polygon mirror 203, f
The light passes through the θ lens 204 and is focused on the photosensitive drum 205. The AO modulator 201 modulates the SH wave 42 according to the image information, and the rotary polygon mirror 203 scans in the horizontal (inside the paper) direction. With this combination, the two-dimensional information is stored on the photosensitive drum 205.
Is recorded as a partial potential difference. Photosensitive drum 205
According to the potential difference, toner is attached and rotated to reproduce information on the recording paper.

【0008】[0008]

【発明の効果】本発明により得られる効果は、SHG光
源の組立において部品点数や調整機構の一部を省くこと
でレーザプリンタ装置および光造型装置などの光エレク
トロニクス装置に搭載可能な小型化を実現した点にあ
る。また、小型になり部品点数が減少したため、SHG
光源の振動等に対する信頼性が高くなった。
The effect obtained by the present invention is that the number of parts and part of the adjusting mechanism are omitted in the assembly of the SHG light source to realize miniaturization that can be mounted in an optical electronic device such as a laser printer device and an optical molding device. There is a point. In addition, since the size is reduced and the number of parts is reduced, SHG
Improves reliability against vibration of the light source.

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

【図1】本発明の一実施例を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the present invention.

【図3】本発明の一実施例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the present invention.

【図4】波長可変固体レーザを用いた内部共振によるS
HG光源を説明するための図である。
FIG. 4 S by internal resonance using a tunable solid-state laser
It is a figure for demonstrating an HG light source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体レーザ、12 集光光学系、21 共振器
ミラー、31 レーザ結晶、32 非線形光学結晶、3
3 波長制御素子、34 SH波出射角補正プリズム、
41 基本波、42 SH波、51 温度制御素子、1
00 SHG光源、201 AO変調器、202 ビー
ムエキスパンダ、203 回転多面鏡、204 fθレ
ンズ、205 感光ドラム
11 semiconductor laser, 12 focusing optical system, 21 resonator mirror, 31 laser crystal, 32 nonlinear optical crystal, 3
3 wavelength control element, 34 SH wave exit angle correction prism,
41 fundamental wave, 42 SH wave, 51 temperature control element, 1
00 SHG light source, 201 AO modulator, 202 beam expander, 203 rotating polygon mirror, 204 fθ lens, 205 photosensitive drum

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical indication H01S 3/18

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザと、前記半導体レーザによ
り励起されるレーザ結晶と、前記レーザ結晶を含む共振
器構造を有し、前記共振器構造により発生される固体レ
ーザ出力の可変発振波長幅Δλが20≦Δλ≦200n
mである半導体レーザ励起固体レーザ装置において、発
振波長幅Δλを10nm以下に選択する共振器ミラーを
用いて波長制御することを特徴とする半導体レーザ励起
固体レーザ装置。
1. A semiconductor laser, a laser crystal excited by the semiconductor laser, and a resonator structure including the laser crystal, wherein a variable oscillation wavelength width Δλ of a solid-state laser output generated by the resonator structure is 20 ≦ Δλ ≦ 200n
In the semiconductor laser pumped solid-state laser device of m, the wavelength is controlled by using a resonator mirror that selects an oscillation wavelength width Δλ of 10 nm or less.
【請求項2】 前記共振器ミラーは波長分散プリズム
で、前記波長分散プリズムの一面に前記固体レーザ出力
の可変発振波長において反射率が95%以上の反射膜を
形成したことを特徴とする請求項1に記載の半導体レー
ザ励起固体レーザ装置。
2. The resonator mirror is a wavelength dispersion prism, and a reflection film having a reflectance of 95% or more at a variable oscillation wavelength of the solid-state laser output is formed on one surface of the wavelength dispersion prism. 1. A semiconductor laser pumped solid-state laser device according to 1.
【請求項3】 前記共振器構造内に前記レーザ結晶によ
る第1の発振波を第2の発振波に変換する非線形光学結
晶を有することを特徴とする請求項1または2のいずれ
かの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
3. A non-linear optical crystal for converting a first oscillating wave by the laser crystal into a second oscillating wave in the resonator structure. A semiconductor laser pumped solid-state laser device as described.
【請求項4】 前記レーザ結晶がLiSAF(Cr:LiSrA
lF6;クロム添加のフッ化リチュウムストロンチュウム
アルミニュウム)であることを特徴とする請求項1〜3
のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装
置。
4. The laser crystal is LiSAF (Cr: LiSrA).
1F 6 ; chromium-added lithium strontium aluminum fluoride).
The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to any one of 1.
【請求項5】 前記非線形光学結晶がKN(KNbO3;ニ
オブ酸カリウム)であることを特徴とする請求項1〜4
のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装
置。
5. The nonlinear optical crystal is KN (KNbO 3 ; potassium niobate), wherein the nonlinear optical crystal is KN (KNbO 3 ; potassium niobate).
The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to any one of 1.
【請求項6】 前記非線形光学結晶がKLN(KLiNb
O3;ニオブ酸カリウムリチウム)であることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかの項に記載の半導体レーザ励
起固体レーザ装置。
6. The non-linear optical crystal is KLN (KLiNb
O 3 ; potassium lithium niobate), The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1.
【請求項7】 前記共振器構造をマウントするレーザ筐
体を温度制御する手段を有することを特徴とする請求項
1〜6のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置。
7. The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1, further comprising means for controlling a temperature of a laser housing on which the resonator structure is mounted.
【請求項8】 前記第2の発振波が第1の発振波の第2
高調波であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか
の項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
8. The second oscillating wave is a second oscillating wave of the first oscillating wave.
The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1, wherein the solid-state laser device is a harmonic.
【請求項9】 前記半導体レーザの光軸と第2の発振波
の光軸が平行であることを特徴とする請求項1〜8のい
ずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
9. The semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1, wherein an optical axis of the semiconductor laser and an optical axis of the second oscillating wave are parallel to each other.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかの項に記載の
半導体レーザ励起固体レーザ装置を用いたことを特徴と
するレーザプリンタ装置。
10. A laser printer device using the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1. Description:
【請求項11】 請求項1〜9のいずれかの項に記載の
半導体レーザ励起固体レーザ装置を用いたことを特徴と
する光造形装置。
11. An optical modeling apparatus using the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1. Description:
JP24125393A 1993-09-28 1993-09-28 Semiconductor laser excited solid state laser system Pending JPH0799357A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997021259A1 (en) * 1995-12-06 1997-06-12 Hitachi Metals, Ltd. Laser resonator, laser device, device applying laser, and method for oscillation of laser beam
JP2002528921A (en) * 1998-10-26 2002-09-03 コヒーレント・インク Frequency-converted optically pumped semiconductor laser in a cavity

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