JPH08125254A - 波長変換固体レーザー - Google Patents

波長変換固体レーザー

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JPH08125254A
JPH08125254A JP6255037A JP25503794A JPH08125254A JP H08125254 A JPH08125254 A JP H08125254A JP 6255037 A JP6255037 A JP 6255037A JP 25503794 A JP25503794 A JP 25503794A JP H08125254 A JPH08125254 A JP H08125254A
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wavelength
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crystal
laser
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Yoji Okazaki
洋二 岡崎
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で紫外レーザー光を発生させることが
できる波長変換固体レーザーを得る。 【構成】 Cr:LiSAF結晶14等のフォノン系の固
体レーザー結晶を半導体レーザー11から発せられたポン
ピング光10によって励起し、それによって発せられた固
体レーザービーム19と上記ポンピング光10とをMgO:
LN結晶16等の非線形光学結晶に通して、それらの和周
波20を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は波長変換固体レーザーに
関し、特に詳細には、紫外光を発生し得る波長変換固体
レーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、紫外域のレーザー光を発生する固
体レーザーとしては、基本波としての固体レーザービー
ムを2つの非線形光学結晶に通して、この基本波を第4
高調波や第3高調波(基本波とその第2高調波の和周
波)に変換させるものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の波長変換固体レーザーは、高次の高調波を発生させる
ものであるため、非常に効率が悪くなっていた。そこ
で、このようにして紫外光を発生させる波長変換固体レ
ーザーはランプ励起のQスイッチ・タイプのものに限ら
れており、半導体レーザー励起で連続動作が可能な紫外
線固体レーザーは得られていなかった。
【0004】また、上述のような従来の波長変換固体レ
ーザーは、基本波の発振波長が限定されているので、任
意の波長の紫外光を得ることはできなかった。
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、高効率で紫外光を発生させることができ、さら
には、任意の波長の紫外光を得ることもできる波長変換
固体レーザーを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の波長
変換固体レーザーは、フォノン系の固体レーザー結晶、
つまり電子、格子相互作用による振動電子遷移による発
振が可能な固体レーザー結晶と、この固体レーザー結晶
を励起するポンピング光を発する半導体レーザーと、レ
ーザー共振器と、発振波長を選択する波長選択素子と、
この波長選択素子によって波長が選択された固体レーザ
ービームと、上記ポンピング光との和周波を発生させる
非線形光学結晶とからなることを特徴とするものであ
る。
【0007】また本発明による第2の波長変換固体レー
ザーは、フォノン系の固体レーザー結晶と、この固体レ
ーザー結晶を励起するポンピング光を発する半導体レー
ザーと、この半導体レーザーとは別に設けられた基本波
発生用半導体レーザーと、レーザー共振器と、発振波長
を選択する波長選択素子と、この波長選択素子によって
波長が選択された固体レーザービームと、上記基本波発
生用半導体レーザーから発せられたレーザービームとの
和周波を発生させる非線形光学結晶とからなることを特
徴とするものである。
【0008】なお、上記フォノン系の固体レーザー結晶
としては、例えば米国特許第5,260,963 号明細書に記載
されているCr:LiSAF(Cr3+:LiSrAlF
6 )結晶や、Cr:LiCAF(Cr3+:LiCaAl
6 )結晶が好適に用いられる。
【0009】また上記波長選択素子としては、レーザー
共振器内に配される複屈折フィルター、プリズムあるい
はグレーティング等を用いることができるが、望ましく
は、選択波長を変えられるものを用いる。そのような選
択波長可変の波長選択素子としては、例えば、レーザー
光軸に対する傾き角を変えられるようにレーザー共振器
内に保持された複屈折フィルターが好適に用いられる。
【0010】
【作用および発明の効果】Cr:LiSAF結晶やC
r:LiCAF結晶の吸収スペクトル帯域は概ね600 〜
700 nmであり、また放射スペクトル帯域は概ね750 〜
900 nmである。そこで上記第1の波長変換固体レーザ
ーにおいて、ポンピング源の半導体レーザーとして、波
長600 〜700 nmの波長帯の光を発するものを用い、そ
のポンピング光と750 〜900 nmの波長帯の固体レーザ
ービームとの和周波を発生させれば、その和周波は波長
390 nm以下の紫外域のものとなり得る。
【0011】また、上記第2の波長変換固体レーザーに
おいても、ポンピング源の半導体レーザーとして上述と
同様のものを用い、そして基本波発生用半導体レーザー
として適当な発振波長のものを用いれば、この基本波発
生用半導体レーザーから発せられたレーザービームと固
体レーザービームとの和周波は紫外域のものとなり得
る。
【0012】このように本発明の波長変換固体レーザー
は、半導体レーザーから発せられたレーザービームと固
体レーザービームとの和周波を発生させるものであるか
ら、高次の高調波を発生させる場合のように複数の非線
形光学結晶に基本波を通す必要がなく、効率良く、連続
動作で紫外光を発生し得るものとなる。
【0013】また、一方の基本波である固体レーザービ
ームの波長は、波長選択素子により上記750 〜900 nm
の範囲内で選択することができ、それにより紫外光(和
周波)の波長を自由に選択可能となる。
【0014】そして、波長選択素子として選択波長可変
のものを用いれば、固体レーザービームの波長を上記75
0 〜900 nmの範囲内で任意に変えられるので、紫外光
(和周波)の波長を任意に変えることも可能となる。
【0015】
【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実施例による波
長変換固体レーザーを示すものである。この波長変換固
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12と、平
行光となったレーザービーム10を集束させる集光レンズ
13と、フォノン系の固体レーザー結晶であるCr:Li
SAF結晶14と、このCr:LiSAF結晶14の前方側
(図中右方側)に配された共振器ミラー15と、この共振
器ミラー15とCr:LiSAF結晶14との間に配された
MgO:LN結晶(MgOがドープされたLiNbO3
結晶)16と、同じく共振器ミラー15とCr:LiSAF
結晶14との間に配された複屈折フィルター17とからな
る。
【0016】上記MgO:LN結晶16は、その自発分極
(ドメイン)が所定周期で反転された周期ドメイン反転
構造を有するものである。また複屈折フィルター17は、
例えばカルサイト(方解石)等の複屈折材料からなり、
回動可能な保持部材18に保持されて図中矢印A方向、つ
まりレーザー光軸に対する傾き角が変わる方向に回動自
在とされている。
【0017】以上の各要素は、図示しない共通の筐体に
マウントされて一体化されている。また、後述するよう
にCr:LiSAF結晶14と共振器ミラー15とで構成さ
れる固体レーザーの共振器部分および半導体レーザー11
は、図示しないペルチェ素子と温調回路とにより所定温
度に保たれる。
【0018】半導体レーザー11としては、波長690 nm
のレーザービーム10を発する出力100 mWのシングルモ
ードものが用いられている。Cr:LiSAF結晶14の
後側端面14aと共振器ミラー15のミラー面15aにはそれ
ぞれ、830 nmの光に対して反射率99.9%となるコーテ
ィングが施され、それらによって固体レーザーの共振器
が構成されている。
【0019】Cr:LiSAF結晶14は入射した波長69
0 nmのレーザービーム10によって励起されて波長830
nmの光を発し、この波長830 nmの光は該結晶14の後
側端面14aおよび共振器ミラー面15aの作用で発振す
る。こうして得られる波長830nmのレーザービーム19
は共振器内に閉じ込められて、高い内部パワーが得られ
る。このレーザービーム19と、Cr:LiSAF結晶14
に吸収されなかった波長690 nmのレーザービーム10は
MgO:LN結晶16に入射して、該MgO:LN結晶16
により和周波20に変換される。ミラー面15aに所定のコ
ーティングが施された共振器ミラー15からは、ほぼこの
和周波20のみが出射する。
【0020】ここで、レーザービーム10の波長をλLD
レーザービーム19の波長をλFM、和周波20の波長をλ
SFG とすると、
【0021】
【数1】
【0022】である。本例ではλLD=690 nm、λFM
830 nmであるから、上式よりλSFG=377 nmとな
り、紫外光である和周波20が得られる。また本例におい
て、和周波20の出力は約1mWである。
【0023】なお複屈折フィルター17は、保持部材18の
回動位置を調整することにより、波長830 nmの光に対
してブリュースター角となるように、傾き角が調整され
ている。それにより固体レーザーの発振波長が830 nm
に選択され、したがって和周波20の波長が377 nmに選
択される。
【0024】次に図2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2において、図1中の要
素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重
複した説明は省略する(以下、同様)。
【0025】この第2実施例の波長変換固体レーザーに
おいては、周期ドメイン反転構造を有するMgO:LN
結晶16に電極25、26が取り付けられ、これらの電極25、
26を介して電圧印加回路27から該結晶16に大きさ可変の
電圧が印加されるようになっている。
【0026】この構成においては、複屈折フィルター17
の傾き角を前述のように変化させて固体レーザーの発振
波長を変えるか、あるいは半導体レーザー11の発振波長
を変え、それに応じてMgO:LN結晶16に印加する電
圧の値を変えて実効的なドメイン反転周期を変えること
により、和周波20の波長を変化させることができる。
【0027】次に図3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実施例の波長変換固体レー
ザーにおいては、ポンピング用半導体レーザー11とは別
に基本波発生用半導体レーザー30が設けられ、そこから
発せられたレーザービーム31はコリメーターレンズ32に
よって平行光化された後、ビームスプリッタ33に入射し
てレーザービーム10と合成される。
【0028】MgO:LN結晶34は、そこに入射した上
記レーザービーム31と固体レーザービーム19との和周波
35を発生させる。この場合、レーザービーム31の波長λ
LD=681 nm、固体レーザービーム19の波長λFM=830
nmであるとすると、前述の(数1)式より、和周波35
の波長λSFG =374 nmとなる。
【0029】なお、ポンピング源である半導体レーザ
ー、あるいはそれと別の基本波発生用半導体レーザーと
して、マスター・オシレーター・パワー・アンプリファ
イアー(MOPA)型の半導体レーザー等、テーパー・
アンプ型の高出力半導体レーザーを用いてもよい。その
ような半導体レーザーによれば、出力500 mW以上のレ
ーザービームが得られるので、より高出力の紫外レーザ
ー光を発生させることができる。
【0030】さらに、フォノン系の固体レーザー結晶と
しては上に述べたCr:LiSAF結晶14の他に、C
r:LiCAF結晶やアレキサンドライトレーザー結晶
等を用いることもできる。また非線形光学結晶も、上に
述べた周期ドメイン反転構造を有するMgO:LN結晶
に限らず、その他の公知のものが利用可能であることは
勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による波長変換固体レーザ
ーを示す側面図
【図2】本発明の第2実施例による波長変換固体レーザ
ーを示す側面図
【図3】本発明の第3実施例による波長変換固体レーザ
ーを示す側面図
【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 12 コリメーターレンズ 13 集光レンズ 14 Cr:LiSAF結晶 15 共振器ミラー 16 周期ドメイン反転構造を有するMgO:LN結晶 17 複屈折フィルター 18 フィルター保持部材 19 固体レーザービーム 20 和周波 25、26 電極 27 電圧印加回路 30 基本波発生用半導体レーザー 31 レーザービーム(基本波) 32 コリメーターレンズ 33 ビームスプリッタ 34 周期ドメイン反転構造を有するMgO:LN結晶 35 和周波
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 3/16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォノン系の固体レーザー結晶と、 この固体レーザー結晶を励起するポンピング光を発する
    半導体レーザーと、 レーザー共振器と、 発振波長を選択する波長選択素子と、 この波長選択素子によって波長が選択された固体レーザ
    ービームと、前記ポンピング光との和周波を発生させる
    非線形光学結晶とからなる波長変換固体レーザー。
  2. 【請求項2】 フォノン系の固体レーザー結晶と、 この固体レーザー結晶を励起するポンピング光を発する
    半導体レーザーと、 この半導体レーザーとは別に設けられた基本波発生用半
    導体レーザーと、 レーザー共振器と、 発振波長を選択する波長選択素子と、 この波長選択素子によって波長が選択された固体レーザ
    ービームと、前記基本波発生用半導体レーザーから発せ
    られたレーザービームとの和周波を発生させる非線形光
    学結晶とからなる波長変換固体レーザー。
  3. 【請求項3】 前記固体レーザー結晶がCr:LiSA
    F結晶であることを特徴とする請求項1または2記載の
    波長変換固体レーザー。
  4. 【請求項4】 前記固体レーザー結晶がCr:LiCA
    F結晶であることを特徴とする請求項1または2記載の
    波長変換固体レーザー。
  5. 【請求項5】 前記波長選択素子として、選択波長を変
    えられるものが用いられたことを特徴とする請求項1か
    ら4いずれか1項記載の波長変換固体レーザー。
  6. 【請求項6】 前記波長選択素子が、レーザー光軸に対
    する傾き角を変えられるようにレーザー共振器内に保持
    された複屈折フィルターであることを特徴とする請求項
    5記載の波長変換固体レーザー。
  7. 【請求項7】 前記非線形光学結晶として周期ドメイン
    反転構造を有するものが用いられた上で、この非線形光
    学結晶に大きさ可変の電圧を印加して実効的なドメイン
    反転周期を変化させる電圧印加手段が設けられているこ
    とを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の波長
    変換固体レーザー。
JP6255037A 1994-10-20 1994-10-20 波長変換固体レーザー Pending JPH08125254A (ja)

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JP6255037A JPH08125254A (ja) 1994-10-20 1994-10-20 波長変換固体レーザー
US08/535,464 US5699372A (en) 1994-10-20 1995-09-28 Wavelength-conversion solid-state laser

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JP6255037A JPH08125254A (ja) 1994-10-20 1994-10-20 波長変換固体レーザー

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