JPH08195520A - 固体レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、例えばクロムライサフ（Ｃｒ：Ｌｉ
ＳＡＦ）結晶等、発振波長可変の固体レーザ媒質を用い
た固体レーザ発振器に関し、レーザ発振波長の狭線幅化
と波長選択の光学系の簡素化による出力特性の安定化を
図る。 【構成】Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の端面３ａに付された
全反射コーティングと出力ミラー４とで構成されるレー
ザ共振器の外側に回折格子１２を配置し、その回折格子
１２で回折された回折レーザ光３Ｃを、全反射ミラー８
で反射してレーザ共振器内部へフィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばクロムライサフ
（Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ）結晶等、発振波長可変の固体レー
ザ媒質を用いた固体レーザ発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発振波長可変の固体レーザ発振器
の研究が盛んに行なわれている。例えば、クロムライサ
フ（Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ）結晶は波長７００〜１０００ｎ
ｍの領域で波長選択可能なレーザ媒質として注目されて
おり、各種の波長選択方式が提案されている。以下に、
波長選択方式の一例として、１９９２年３月６日開催の
光・量子デバイス研究会資料「Ｃｒ：ＬｉＳＡＦレー
ザ」（青島伸一郎ほか、資料番号ＯＱＤ−９２−１３）
に提案された方式について説明する。

【０００３】図９は、上記従来の提案の方式による、固
体レーザ発振器の光学系配置図である。半導体レーザ１
から励起光としてのレーザ光１Ａ（上記文献によれば
（以下、この断り書きは省略する）波長６８１．２ｎｍ
のレーザ光）が射出され、レンズ２を経由して、Ｃｒ：
ＬｉＳＡＦ結晶３に入射される。このＣｒ：ＬｉＳＡＦ
結晶３は、Ｃｒ³⁺が３％ドープされた、５ｍｍ角の寸法
を有するものである。

【０００４】このＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の半導体レー
ザ１側の面３ａには、半導体レーザ１から射出されたレ
ーザ光１Ａの波長については高透過率を有し、Ｃｒ：Ｌ
ｉＳＡＦ結晶で発生したレーザ光の波長領域（約８００
ｎｍ）では高反射率のコーティングが付されている。ま
た、このＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の、半導体レーザ１か
ら離れた側の面３ｂには８００ｎｍの波長帯域について
無反射のコーティングが付されている。さらに、このＣ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の無反射コーティングされた面３
ｂに向き合う位置に、８００ｎｍの波長帯域について反
射率９９．２％の出力ミラーが配置されている。この出
力ミラー４と、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の、半導体レー
ザ１側の面３ａに付されたコーティングとで、レーザ共
振器が構成されている。

【０００５】出力ミラー４から図９の右側に向って射出
された、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３によるレーザ光３Ａ
（波長約８００ｎｍ）は、コリメータレンズ５でコリメ
ートされ、ビームスプリッタ６により、ビームスプリッ
タ６で反射されて図の下方に進む光３Ｂと、ビームスプ
リッタ６を透過してさらに右に進む光３Ｃに分割され
る。図の下方に進む光３Ｂは、このレーザ発振器からの
レーザ出力光となる。また、図の右に進む光３Ｃは、プ
リズム７により分光され、その分光された一部の波長の
光が全反射ミラー８で反射し、その反射光はプリズム７
を経由し、再びビームスプリッタ６に至る。ハーフミラ
ー６に戻ってきた光は、ビームスプリッタ６で反射して
全反射ミラー９に向かう光と、ビームスプリッタ６を透
過してコリメートレンズ５に向かう光に分かれる。反射
ミラー９に向かった光はその反射ミラー９で反射して再
びビームスプリッタ６に至り、その一部はビームスプリ
ッタ６を透過して出力光となり、他の一部はビームスプ
リッタ６で反射して再度プリズム７に向かう。

【０００６】反射ミラー８で反射しプリズム７を経由
し、さらにビームスプリッタ６を透過した光は、コリメ
ータレンズ５を経由し、さらに出力ミラー４を経由して
Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３に入射する。すなわち、出力ミ
ラー４から出力されたレーザ光３Ａのうち、プリズム７
で分光された一部の分光光のみがＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶
３に再度入射し、その波長の光の利得のみが選択的に高
まり、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３はその波長で発振する。

【０００７】このように、図９に示すレーザ発振器で
は、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の、半導体レーザ１側の面
３ａに付されたコーティングと出力ミラー４とでレーザ
共振器を構成し、そのレーザ共振器の外側に、プリズム
７を含むフィードバック系を備えることにより、発振波
長の規制が行なわれている。ここで、プリズム７から射
出された光を反射して再度プリズム７に向かわせる全反
射ミラー８の角度を変えると、プリズム７から全反射ミ
ラー８の側に射出された光のうちの、再度プリズムに入
射される分光光の波長が変化し、したがってＣｒ：Ｌｉ
ＳＡＦ結晶３にフィードバックされる光の波長が変化
し、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３による発振波長が変化す
る。

【０００８】図９に示すレーザ発振器からは、上述した
ように、コリメータレンズ５を経由しビームスプリッタ
６で反射したビームと、反射ミラー９で反射しビームス
プリッタ６を透光したビームとが重ね合わされたビーム
が出力光３Ｂとして出力される。上記文献によれば、Ｃ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶を用いた図９に示すレーザ発振器で
は、波長可変幅として約１００ｎｍが可能であり、発振
スペクトルの幅（線幅）は２ｎｍ程度であったと報告さ
れている。

【０００９】しかし、分光分析のための光源、あるいは
干渉現象を利用した計測のための光源としてはもっと狭
い線幅のレーザ光が求められる。また図９の構成では、
フィードバック系光学素子の点数がビームスプリッタ
６、プリズム７、２枚の全反射ミラー８，９と４点もあ
り、これらの位置関係の長期の保持が難しく、上述した
２つのビームの重ね合わせとしてのレーザ出力特性を考
えると、ビーム重ね合わせの長期の保持は困難であっ
て、ビーム形状や出力の長期安定性にも問題がある。

【００１０】次に、発振波長を可変する目的のものでは
ないが、半導体レーザについて、プリズムに比べ波長選
択精度（分解能）のすぐれた回折格子を用いて、発振ス
ペクトルの狭線幅化を行った例について説明する（「１
９９１年のオプティクスレターズ誌７月１５日号、第１
６巻、第１２）９１０頁 ケー・シー・ハーヴェイとシ
ー・ジェー・ミアット（Ｋ．Ｃ．Ｈａｒｖｅｙ ａｎｄ
Ｃ．Ｊ．Ｍｙａｔｔ）「グレージング入射回折を用い
た外部共振器ダイオードレーザ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃ
ａｖｉｔｙ ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒ ｕｓｉｎｇ ａ
ｇｒａｚｉｎｇ−ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｄｉｆｆｒａ
ｃｔｉｏｎ）」」参照）。

【００１１】図１０は、上記文献で提案された、半導体
レーザの発振スペクトルの狭線幅化を実現した光学系の
配置図である。レーザダイオード１０の一端面１０ａ
は、このレーザダイオード１０の発振波長に対し高反射
率を有するコーティングが付されており、もう１つの端
面１０ｂには無反射コーティングが付されている。レー
ザダイオード１０から射出したレーザ光１０Ａはコリメ
ートレンズ１１によりコリメートされ、反射型回折格子
１２に入射する。この入射光のうち、０次回折光１０Ｂ
が、このレーザ発振器の出力光となる。また、回折格子
１２で回折された回折光は全反射ミラー１３に向かい、
その全反射ミラー１３で反射し、その反射した回折光の
うち特定の波長の回折光のみが往路と同一の光路を通っ
てレーザダイオード１０に入射する。これにより特定の
発振波長のみ選択的に利得が高まり、レーザダイオード
１０はその発振波長で発振する。発振波長の微調整は、
上記文献にて提案された方式によれば、全反射ミラー１
３に圧電素子１４を固定しその圧電素子に電圧を印加す
ることにより反射ミラー１３の位置や角度を微調整する
ことにより行なっている。

【００１２】尚、半導体レーザの場合、レーザ共振器
は、通常、レーザダイオード１０の両端面１０ａ，１０
ｂに付された２枚のコーティングで構成されるが、ここ
では、レーザ共振器は、レーザダイオード１０の端面１
０ａに付されたコーティングと、反射ミラー１３とによ
り構成されている。ここで、回折格子１２は図９に示す
プリズム７と比べ波長分解能が高いため、図１０に示す
レーザ発振器によれば線幅の極めて狭い波長の光のみを
レーザダイオード１０にフィードバックすることがで
き、細幅の極めて狭いレーザ光を得ることができる。上
記の文献によれば発振レーザ光の細幅を２．４×１０^-8
ｎｍ程度にまで低減できたと報告されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記の２つの従来技術
から、クロムライサフ（Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ）結晶を用い
た発振波長可変なレーザ発振器を構成し、しかも狭い線
幅のレーザ光を得るために、図１０に示すレーザ発振器
におけるレーザダイオード１０に代えてＣｒ：ＬｉＳＡ
Ｆ結晶を配置し、そのＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶に図１０の
左側から励起光を入射するよう構成することが考えられ
る。

【００１４】しかしながら、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶はレ
ーザダイオードと比べ利得が低いため、回折格子１２の
ような損失の大きな光学素子をレーザ共振器（図１０の
例では、前述したように、レーザダイオード１０の端面
１０ａに付されたコーティングと全反射ミラー１３とで
レーザ共振器が構成されている）の内部に含むような構
成ではレーザ発振できないという問題がある。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑み、例えばＣｒ：
ＬｉＳＡＦ結晶のような利得の低い発振波長可変の固体
レーザ媒質を用いた場合であっても、図９に示す従来例
と比べ、レーザ発振波長の狭線幅化と波長選択の光学系
の簡素化による出力特性の安定化が図られた固体レーザ
発振器を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の固体レーザ発振器は、 （１）励起光が入射されその励起光のエネルギーにより
励起されて発振波長可変のレーザ光を発生する固体レー
ザ媒質 （２）上記固体レーザ媒質の一端側に配備された、上記
励起光を透過するとともにその固体レーザ媒質で発生し
たレーザ光を反射する第１の反射ミラー （３）上記第１の反射ミラーとでレーザ共振器を成し、
上記固体レーザ媒質で発生したレーザ光を出力する出力
ミラー （４）上記出力ミラーから出力されたレーザ光を回折す
る回折格子 （５）上記回折格子で回折された回折光を反射して反射
した回折光を上記固体レーザ媒質内に入射させる第２の
反射ミラー を備えたことを特徴とする。

【００１７】ここで、上記第１の反射ミラーは、前述し
た図９に示す従来例と同様に、上記固体レーザ媒質の一
端面に付されたコーティングにより形成されたものであ
ってもよいが、上記第１の反射ミラーは、上記固体レー
ザ媒質とは別体に形成されたものであることも好ましい
態様である。また、上記本発明の固体レーザ発振器にお
いて、上記第２の反射ミラーの角度を調節する角度調節
機構を備えることが好ましい。この角度調節機構は、そ
の目的により、レーザ発振波長の初期設定用のものであ
ってもよく、必要に応じていつでも調整できるように構
成されたものであってもよく、あるいは発振波長をモニ
タしておき、その波長の発振が持続するように自動調節
するものであってもよい。また、この角度調節機構は、
第２の反射ミラーの反射面とその第２の反射ミラーへ入
射する回折レーザ光の光軸との交点を中心としてその第
２の反射ミラーを回動するものであってもよく、回折格
子の回折面と、その回折格子に入射するレーザ光の光軸
との交点を中心としてその第２の反射ミラーを回動させ
るものであってもよく、上記角度調節機構により上記第
２の反射ミラーの角度を調節する際の回動中心点は、固
体レーザ媒質にフィードバックされる回折光の波長が可
変されるように第２の反射ミラーの角度を調節するもの
であればよく、その第２の反射ミラーの回動中心点は特
に限定されるものではない。

【００１８】また、上記本発明の固体レーザ発振器にお
いて、上記回折格子は、反射型の回折格子、あるいは、
透過型の回折格子のいずれであってもよく、さらには、
上記回折格子は、音響光学的に形成された回折格子であ
ってもよい。また、上記本発明の固体レーザ発振器にお
いて、上記固体レーザ媒質と上記出力ミラーとの間にエ
タロンを備えることも好ましい態様である。

【００１９】さらに、上記本発明の固体レーザ発振器に
おいて、上記出力ミラーは、上記固体レーザ媒質の端面
に付されたコーティングにより形成されたものであって
もよい。尚、上記本発明の固体レーザ発振器は、固体レ
ーザ媒質は特に限定されるものではないが、その固体レ
ーザ媒質が現在知られている発振波長可変の固体レーザ
媒質であるＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶あるいはＣｒ：ＬｉＣ
ＡＦ結晶である場合に、その有効性が大きい。

【００２０】

【作用】本発明の固体レーザ発振器は、レーザ共振器の
外側に回折格子を配置し、その回折格子で回折された回
折レーザ光を第２の反射ミラーで反射して固体レーザ媒
質内へフィードバックする構成であり、こうすることに
より、レーザ共振器内部に損失の大きな光学素子を含ま
せる必要がなく、例えばＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶のような
利得の低いレーザ媒質であっても先ずレーザ発振が開始
し、回折格子により分光された分光レーザ光がフィード
バックされると、レーザ共振器はその波長についてだけ
利得が上がったことになり、レーザ発振はその波長につ
いてだけ生ずるようになる。本発明によればプリズムよ
り分解能の高い回折格子が用いられているため、発振波
長の線幅は０．１ｎｍレベルまで狭めることができる。

【００２１】レーザ共振器外部に置かれる波長選択のた
めのフィードバック系は、図９の従来の構成では４点の
光学素子から成っていたが、本発明では回折格子と第２
の反射ミラーとの２点で済むため、光学系としての安定
度が向上でき、図９に示す構成のような２ビームを重ね
合わせる必要もなく、出力特性の長期安定性が実現でき
る。

【００２２】ちなみに、本発明者による実験において、
従来提案された図９に示す構成におけるプリズム７の代
わりに回折格子を配置したところ、その回折格子は、Ｃ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の一端面３ａの反射コーティング
と出力ミラー４とで構成されるレーザ共振器の外部に配
置されることとなり発振は実現できたが、出力光を構成
する２ビームの重ね合わせが極めて難しく、また、一旦
うまく重ね合わせても、フィードバック系を構成する光
学素子の数が多いためその重ね合わせが直ぐにずれるな
ど、長期安定性に欠けるという問題点が極めて大きいこ
とが判明した。

【００２３】上記本発明において、上記第１の反射ミラ
ーを、上記固体レーザ媒質の一端面に付されたコーティ
ングにより形成すると、上記第１の反射ミラーを、上記
固体レーザ媒質とは別の部材として備えた場合と比べ、
レーザ発振器の小型化に寄与することになる。ところ
で、上記第１の反射ミラーは、励起光を透過するととも
に上記固体レーザ媒質で発生したレーザ光を反射する特
性を有している必要があるが、レーザ発振波長を大きく
変化させようとすると、その大きく変化した波長のレー
ザ光を反射させるために、それに適合した特性を有する
第１の反射ミラーに取り替える必要がある。そのよう
に、第１の反射ミラーを取り替える必要を生じるほど発
振波長を大きく変化させる場合、第１の反射ミラーを固
体レーザ媒質の一端面に付したコーティングにより形成
すると、固体レーザ媒質そのものを取り替える必要を生
じることになる。

【００２４】これに対し、上記第１の反射ミラーを固体
レーザ媒質とは別体に形成しておくと、その第１の反射
ミラーを取り替える必要を生じるほど発振波長を変化さ
せる場合、固体レーザ媒質そのものは取り替える必要が
なく、その点有利である。また、上記第１の反射ミラー
を固体レーザ媒質の一端面に付したコーティングにより
形成すると、固体レーザ媒質の温度変化により、膨張率
の関係からその固体レーザ媒質が歪み、その端面に付さ
れたコーティングからなる第１の反射ミラーが傾いたり
することがあり、狭線幅のレーザの場合出力の変動やモ
ードホップ（波長の変化）が生じる可能性がある。上記
第１の反射ミラーを、固体レーザ媒質とは別体としてお
くことは、第１の反射ミラーに固体レーザの媒質の熱が
直接伝わることが避けられるため、この点でも有利であ
る。

【００２５】また、上記本発明において、固体レーザ媒
体と出力ミラーとの間にエタロンを配置すると、レーザ
発振の線幅をさらに狭めることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の固体レーザ発振器の第１実施例の光学系
配置図である。この図１および以下に説明する各図にお
いて、前述した従来例（図９、図１０参照）の構成要素
に対応する構成要素には、図９、図１０において付した
符号と同一の符号を付して示す。

【００２７】図１において、レーザ媒質であるＣｒ：Ｌ
ｉＳＡＦ結晶３には、半導体レーザ１の、波長６６８ｎ
ｍの出力レーザ光１Ａが励起光として入力され、そのＣ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３はその励起光により励起される。
Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の端面３ａには、そのＣｒ：Ｌ
ｉＳＡＦ結晶３での発振レーザ光の波長の８５０ｎｍの
波長領域では高反射、励起光に対しては無反射のコーテ
ィングがなされており、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の他の
端面３ｂにはそのＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３で発振したレ
ーザ光の波長について無反射のコーティングがなされて
いる。また、その外部には、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３で
発振したレーザ光の波長について例えば反射率９８．５
％の部分透過コーティングがなされた出力ミラー４が配
置されている。半導体レーザ１による励起により、Ｃ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の端面３ａと出力ミラー４の構成
によるレーザ共振器内でレーザ発振が始まり、出力ミラ
ー４からレーザ光３Ａが出力される。この出力レーザ光
３Ａは、コリメートレンズ５を経由して、そのレーザ光
３Ａがかすめるような角度に配置された回折格子１２に
照射され、ここでの１次回折光は全反射ミラー８で反射
され、もと来た光路をたどり、レーザ共振器の内部にフ
ィードバックされる。このとき回折格子１２の波長分解
能で定まる狭線幅の光のみがフィードバックされるた
め、レーザ発振器は、この狭線幅で発振するようにな
る。また全反射ミラー８の角度を変化させると、この回
折格子から、フィードバックされる回折光の波長が変化
するため、レーザ発振波長を変化させることができる。
このレーザ発振器の出力は、回折格子１２における反射
光（０次光）３Ｂである。

【００２８】図２、図３は、図１に示す構成のレーザ発
振器を組立てて行なった実験における実験データを示す
図である。ここでは、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３として、
５×５×５ｍｍの寸法のものを用いた。全反射ミラー８
の角度を変化させると、図２に示すように、発振波長が
８０４〜９６２ｎｍの範囲で変化でき、波長可変幅とし
て１５０ｎｍが得られた。また、このときの発振線幅
は、半値幅０．２ｎｍと測定された。この０．２ｎｍの
発振線幅内をより詳しく調べてみると、図３に示すよう
に、０．０５ｎｍごとに６本のスペクトルが含まれてい
ることがわかった。

【００２９】図４は、本発明の固体レーザ発振器の第２
実施例の光学系配置図である。図２においては、図１に
示すレーザ発振器のレーザ共振器内部に、エタロン板２
０が付加されている。図５は、エタロン板２０を図４に
示す位置に配置したときの発振線幅を示す図である。

【００３０】図４に示すようにエタロン板２０を配置す
ると、図５に示すように、図３に示した多数本（図３で
は６本）の発振スペクトルの中から、単一のスペクトル
を選別して発振させることができた。このときの発振線
幅は０．００１ｎｍ以下と測定された。なお、図３に示
す多数本の発振スペクトルの間隔は、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ
結晶３の厚さ５ｍｍを光共振器としたときの縦モードと
解釈される。このため、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の厚さ
を例えば２ｍｍに低減させると、縦モード間隔が２．５
倍に広がり、回折格子１２の分解能内には単一のスペク
トルしか存在できなくなり、図４に示すエタロン板２０
を挿入した時と同様、０．００１ｎｍ以下の発振線幅を
得ることができる。

【００３１】図６は、本発明の固体レーザ発振器の第３
実施例の光学系配置図である。ここでは回折格子として
透過形回折格子１２１が用いられている。透過形回折格
子１２１では、その裏面から垂直に光を入射させると、
図のように透過して直進する０次光３Ｂと、その０次元
光３Ｂとは異なる方向に回折光３Ｃが得られる。この回
折光３Ｃを全反射ミラー８で反射させ、もときた光路を
逆進させてやると、上記した各実施例と同様にレーザ共
振器へのフィードバックがなされ、このレーザ発振器
は、回折格子１２１のもつ波長分解能で定まる狭線幅で
の発振状態となる。出力レーザ光３Ｂは回折格子を透過
して直進する０次光として取り出される。全反射ミラー
８の角度を変化させると、この回折格子１２１からフィ
ードバックされる回折光の波長が変化するため、レーザ
発振波長を変化させることができる。

【００３２】図７は、本発明の固体レーザ発振器の第４
実施例の光学系配置図である。この第４実施例の基本構
成は、図６における透過形回折格子をフィードバック系
光学部品として配置したものと同じであるが、この第４
実施例における回折格子１２２は音響光学効果を用いた
ものである。モリブデン酸鉛、二酸化テルルなどの超音
波伝搬媒体１２２ａの端部に圧電素子１２２ｂを張り付
け、この圧電素子１２２ｂに、高周波電源１２２ｃから
の高周波電圧を加えると、超音波伝搬媒体１２２ａの内
部には、超音波の波長と振幅で定まる屈折率変化が生
じ、これが回折格子として作用する。この音響光学的な
回折格子により回折された回折光３Ｃを反射する全反射
ミラー８を配置し、この回折光３Ｃを反射してもときた
光路を逆進させてやると、上記のプロセスによりレーザ
共振器へのフィードバックがなされ、このレーザ発振器
は回折格子のもつ波長分解能できまる狭線幅での発振状
態となる。この場合も、出力レーザ光３Ｂは、回折格子
となる超音波伝搬媒体１２２ａを直進透過する０次光で
ある。この第４実施例の特徴は、全反射ミラー８の角度
を変化させずにレーザ発振の波長を選択できることであ
る。すなわち超音波伝搬媒体１２２ａ内部の屈折率分布
は、印加する高周波電圧の周波数で変化できるため、全
反射ミラー８の角度を変化させなくても、電気的な波長
選択が可能となる。

【００３３】尚、図を参照しての説明は省略するが、出
力レーザ光のスペクトルの一層の狭線幅化に関する考え
かた、すなわちエタロン板を用いての狭線幅化、あるい
はＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶の厚さを薄くすることによる狭
線幅化などは、図６、図７に示す各実施例についてもそ
のまま適用できることは言うまでもない。図８は、本発
明の固体レーザ発振器の第５実施例の光学系配置図であ
る。

【００３４】これまでの各実施例では出力ミラー４はＣ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３から分離した形で配置されていた
が、この図８に示す第５実施例においては、Ｃｒ：Ｌｉ
ＳＡＦ結晶３の光励起側の端面３ａと対向する端面３ｂ
に、出力ミラーに相当する反射率９８．５％のコーティ
ングが施こされており、これによっても、波長可変レー
ザ発振器を実現できる。この場合、特にＣｒ：ＬｉＳＡ
Ｆ結晶３の厚さを薄くすることにより図３に示される
０．０５ｎｍのスペクトル間隔を回折格子の分解能より
広げた場合、エタロン板を用いた場合と同様の単一スペ
クトル発振が可能となる。この第５実施例に対しても透
過形回折格子、あるいは音響光学効果による回折格子を
用いてのフィードバック系を適用することが可能であ
る。これにより、非常にコンパクトな波長可変範囲の広
い固体レーザ発振器を実現できる。

【００３５】尚、上述した各実施例では、Ｃｒ：ＬｉＳ
ＡＦ結晶３の端面３ａに施されたコーティングにより、
本発明にいう第１の反射ミラーが形成されているが、本
発明にいう第１の反射ミラーは、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶
３とは別体に形成され、半導体レーザ１とＣｒ：ＬｉＳ
ＡＦ結晶３との間に配置されたものであってもよい。そ
の場合、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の端面３ａには、半導
体レーザ１からのレーザ光（励起光）１Ａの波長に対し
て高透過率であって、かつ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３で
発振したレーザ光の波長に対して無反射のコーティング
を施すことが好ましい。Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の他の
端面３ｂには、上述した各実施例と同様、そのＣｒ：Ｌ
ｉＳＡＦ結晶３で発振したレーザ光の波長について無反
射のコーティングを施すことが好ましい。

【００３６】第１の反射ミラーを、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結
晶３とは別体に形成すると、その第１の反射ミラーを、
Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の端面３ａに付したコーティン
グで形成した場合と比べ、以下の点で有利である。 （ａ）発振波長を変化させる場合、その波長可変幅は、
レーザ共振器を構成する第１の反射ミラーと出力ミラー
の反射特性ないし透過特性により定まる。第１の反射ミ
ラーについては、半導体レーザ１からのレーザ光（励起
光）１Ａについて高透過率であるとともに、Ｃｒ：Ｌｉ
ＳＡＦ結晶３の発振レーザ光について高反射率である必
要がある。発振レーザ光の波長が大きく変化するとその
大きく変化した波長についても高反射率を維持すること
は難しく、第１の反射ミラー及び出力ミラーを交換しな
い場合は、前述した実験データに示す波長可変幅１５０
ｍｍ程度が限界であると考えられる（図２参照）。そこ
で、これ以上の波長範囲にわたって発振レーザ光の波長
を変化させるためには、第１の反射ミラー及び出力ミラ
ーを交換する必要がある。その場合、第１の反射ミラー
（および出力ミラー）をＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３とは別
体に形成しておけば、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶を交換する
ことなく、第１の反射ミラー及び出力ミラーを交換する
だけでよい。 （ｂ）狭線幅のレーザの場合、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３
の温度変化により結晶が歪むことがあり、第１の反射ミ
ラーを、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の端面３ａに施したコ
ーティングで形成しておくと、そのコーティングによる
第１の反射ミラーが傾き、これが原因となって出力レベ
ルの変動や波長の変動（モードホップ）が生じ、波長や
出力レベルが安定されにくい。第１の反射ミラー（およ
び出力ミラー）を、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３とは別体に
形成しておくと、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶３の熱が伝わり
にくく、レーザ出力の波長やレベルを一層安定化させる
ことができる。

【００３７】上述した各実施例は、固体レーザ媒質とし
てＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶を用いたものであるが、本発明
における固体レーザ媒質はＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶に限ら
れるものではなく、例えばＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶等、他
の固体レーザ媒質を用いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体レー
ザ発振器によれば、例えばＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶のよう
な利得の低いレーザ媒質であっても、回折格子のもつ鋭
い波長選択性を実現することができる。すなわち、本発
明によればレーザ共振器内部に損失の大きな光学素子を
存在させる必要がなく、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶のような
利得の低いレーザ媒質であってもまずレーザ発振が開始
し、回折格子の波長選択効果をもつ出力がフィードバッ
クされると、レーザ共振器はその波長についてだけＱが
上がったことになりレーザ発振はこの波長についてだけ
生ずるようにできる。また、出力ミラーを外部ミラーと
して結晶とは空間をへだてて配置した場合は、この空間
にエタロン板を配置して、発振波長の一層の狭線幅化が
実現できる。またレーザ共振器外部に置かれる波長選択
のためのフィードバック系は図９の構成では４点の光学
素子から成っていたが、本発明では回折格子と第２の反
射ミラーとの２点で済むため光学系としての安定度が向
上し、また２本のビームの重ね合わせの構成ではないた
めに、出力特性の長期安定性も実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体レーザ発振器の第１実施例の光学
系配置図である。

【図２】図１に示す構成のレーザ発振器を組立てて行な
った実験における実験データを示す図である。

【図３】図１に示す構成のレーザ発振器を組立てて行な
った実験における実験データを示す図である。

【図４】本発明の固体レーザ発振器の第２実施例の光学
系配置図である。

【図５】エタロン板を図４に示す位置に配置したときの
発振線幅を示す図である。

【図６】本発明の固体レーザ発振器の第３実施例の光学
系配置図である。

【図７】本発明の固体レーザ発振器の第４実施例の光学
系配置図である。

【図８】本発明の固体レーザ発振器の第５実施例の光学
系配置図である。

【図９】従来の提案の方式によるレーザ発振器の光学系
配置図である。

【図１０】従来提案された、半導体レーザの発振スペク
トルの狭線幅化を実現した光学系の配置図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ レンズ ３ Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶 ３ａ，３ｂ 結晶の端面 ３Ｂ 出力レーザ光 ４ 出力ミラー ５ コリメートレンズ １２，１２１，１２２ 回折格子 ８ 全反射ミラー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光が入射され該励起光のエネルギー
   により励起されて発振波長可変のレーザ光を発生する固
   体レーザ媒質と、 前記固体レーザ媒質の一端側に配備された、前記励起光
   を透過するとともに前記固体レーザ媒質で発生したレー
   ザ光を反射する第１の反射ミラーと、 前記第１の反射ミラーとでレーザ共振器を成し、前記固
   体レーザ媒質で発生したレーザ光を出力する出力ミラー
   と、 前記出力ミラーから出力されたレーザ光を回折する回折
   格子と、 前記回折格子で回折された回折光を反射して反射した回
   折光を前記固体レーザ媒質内に入射させる第２の反射ミ
   ラーとを備えたことを特徴とする固体レーザ発振器。
2. 【請求項２】 前記第１の反射ミラーが、前記固体レー
   ザ媒質の一端面に付されたコーティングにより形成され
   たものであることを特徴とする請求項１記載の固体レー
   ザ発振器。
3. 【請求項３】 前記第１の反射ミラーが、前記固体レー
   ザ媒質とは別体に形成されたものであることを特徴とす
   る請求項１記載の固体レーザ発振器。
4. 【請求項４】 前記第２の反射ミラーの角度を調節する
   角度調節機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   固体レーザ発振器。
5. 【請求項５】 前記回折格子が、音響光学的に形成され
   た回折格子であることを特徴とする請求項１記載の固体
   レーザ発振器。
6. 【請求項６】 前記固体レーザ媒質と前記出力ミラーと
   の間にエタロンを備えたことを特徴とする請求項１記載
   の固体レーザ発振器。
7. 【請求項７】 前記出力ミラーが、前記固体レーザ媒質
   の端面に付されたコーティングにより形成されたもので
   あることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ発振
   器。
8. 【請求項８】 前記固体レーザ媒質が、Ｃｒ：ＬｉＳＡ
   Ｆ結晶あるいはＣｒ：ＬｉＣＡＦ結晶であることを特徴
   とする請求項１記載の固体レーザ発振器。