JPH09260760A - レーザー装置 - Google Patents
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Abstract
学結晶を配置して、発振モードを単一縦モード化し、ま
た基本波を第2高調波に変換するレーザー装置におい
て、メインビームとしての第2高調波にエタロンで反射
した第2高調波が混入して、第2高調波のビーム品質が
悪化することを防止する。 【解決手段】 レーザー媒質13と共振器ミラー14とで構
成された共振器内に、エタロン16および非線形光学結晶
15を配置してなるレーザー装置において、第2高調波21
の波長をλSH、エタロン16の基本波20、第2高調波21に
対する屈折率をそれぞれnFM、nSHとしたとき、エタロ
ン16の実効的な厚みtを、 2t(nSH−nFM)/λSH=略整数 なる関係を満たす値に設定する。
Description
し、特に詳細には、共振器内にエタロンを配して発振モ
ードを単一縦モード化するようにしたレーザー装置に関
するものである。
に示されるように、ネオジウム等の希土類が添加された
固体レーザー媒質を半導体レーザー(レーザーダイオー
ド)によって励起する固体レーザー装置が公知となって
いる。この種のレーザー装置においては、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、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。
り短波長のレーザー光を得るために、その共振器内に非
線形光学結晶を配置して、レーザー光を第2高調波に波
長変換することも広く行なわれている。
にエタロンおよび非線形光学結晶を共振器内に配置して
なるレーザー装置においては、メインビームとしての第
2高調波の周辺に、エタロン端面で反射した第2高調波
が出射して、第2高調波のビーム品質が悪化するという
問題が認められている。この問題が起きる理由を、図3
を参照して以下詳しく説明する。
1からのポンピング光(励起光)3によって励起される
固体レーザー媒質、4は共振器ミラー、5は非線形光学
結晶、6はエタロンである。なおこの場合、レーザー共
振器は、共振器ミラー4と固体レーザー媒質2とで構成
されている。すなわち、共振器ミラー4の面4aおよび
固体レーザー媒質2の端面2aに所定のコートが施さ
れ、それらが共振器ミラー面とされている。
形光学結晶5により第2高調波に波長変換され、この第
2高調波は、本来共振器ミラー4の光軸方向に出射す
る。これがメインビームであり、図中では7を付して示
してある。
は、第2高調波のみを考慮して定められるものではな
く、基本波としての固体レーザー光に対してはHR(高
反射)コートとなるように定められるものであり、その
ようにする上でのコート技術の制約から、該ミラー面4
aの第2高調波に対する反射率は通常5〜10%程度と
なる。つまりこのミラー面4aを、第2高調波に対して
いわゆるAR面(反射率0.5%以下のレベルの無反射
面)とするのは難しくなっている。
対して5°以下、さらに望ましくは0.3〜1°程度の
角度傾けて使用されるので、上記ミラー面4aで反射し
た第2高調波が破線で示すように、エタロン6において
メインビーム7に対し角度をなして反射する。これが、
メインビーム7の周辺に混入して出射する1つの迷光
7’となる。
5側の端面)で反射した迷光7’はエタロン6の表面で
再度反射し、一点鎖線で示すように固体レーザー媒質2
の端面2aでさらに反射して、メインビーム7に対し角
度をなして共振器ミラー4から出射する。これも、メイ
ンビーム7の周辺に混入して出射する別の迷光7”とな
る。
い第2高調波出力を得るために、第2高調波に対するH
Rコートが施されるので、そこで迷光7’も良く反射し
てしまうのである。敢えてこの端面2aに、第2高調波
に対するARコートを施しても、上述した共振器ミラー
面4aの場合と同じ理由で、その反射率を0.5%以下
のレベルまで下げるのは難しくなっている。
に表裏面ともコートなしで使用され、その際は上記のよ
うに表裏面での反射が生じやすくなっている。例えエタ
ロン6の表裏面に第2高調波に対するARコートを施し
ても、これら表裏面が平行平面であるため、第2高調波
が表裏の干渉で強め合って、実質2%程度の反射率とな
ることがある。
であり、その目的は、レーザー共振器内にエタロンおよ
び非線形光学結晶を配置してなるレーザー装置におい
て、メインビームとしての第2高調波にエタロンで反射
した第2高調波が混入して、第2高調波のビーム品質が
悪化することを防止することにある。
置は、前述したように共振器内にエタロンと第2高調波
発生用の非線形光学結晶とが配置されたレーザー装置に
おいて、第2高調波の波長をλSH、エタロンの基本波に
対する屈折率、第2高調波に対する屈折率をそれぞれn
FM、nSHとしたとき、エタロンの実効的な厚みtが、 2t(nSH−nFM)/λSH=略整数 なる関係を満たす値とされていることを特徴とするもの
である。
エタロンにおける表裏干渉で実効的に透過率の高くなる
波長のものが自動的に発振すること、および第2高調波
の波長が基本波波長に対して厳密に定まることに着目
し、第2高調波に対しても表裏干渉で透過率が高くなる
(反射率が低くなって迷光強度が低くなる)ようにエタ
ロン厚みを規定したものである。
く説明する。この図2においてL1とL2は、エタロン
6において表裏干渉する、互いに光学長差のある基本波
あるいは第2高調波を示している。
の表裏干渉による損失が最小(透過率が最大)となる波
長で発振する。このときの状態を数式で表わすと、上記
L1とL2との光学長差が基本波波長の整数倍になると
いう条件より、光学長差を左辺に置いて下記のようにな
る。
エタロンの実効的な厚みtは、実際の厚みt’とはtco
s θ2=t’なる関係にある。
れれば、表裏干渉で透過率が高くなることから、上記
(1)と同様にして下式を得る。
の左辺は 2t(nSH−nFM)+(2tnFM−2tsin θ1・sin θ2) =2t(nSH−nFM)+mFM(整数)λFM =2t(nSH−nFM)+mFM(整数)・2λSH となる。したがって、この式の第1項がλSHの整数倍、
つまり、 2t(nSH−nFM)=m’SH(整数)λSH ∴2t(nSH−nFM)/λSH=整数 ……(3) であれば、(2)式が成立することになる。
上記(3)式が略満たされるようにエタロンの実効的な
厚みtを定めたものであるから、基本波に対してと同様
に第2高調波に対しても表裏干渉で透過率が高くなり、
それにより第2高調波の迷光を少なくして、そのビーム
品質を高めることができる。
施の形態を詳細に説明する。なお以下に説明する実施の
形態はすべてレーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーであり、それらの外形形状は基本的に同じであるの
で、図1を参照してまずそれらの概略構成について説明
する。
ング固体レーザーは、ポンピング光(励起光)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(Nd)が
ドーピングされたレーザー結晶13と、このレーザー結晶
13の前方側(図中右方側)に配された共振器ミラー14
と、レーザー結晶13と共振器ミラー14との間に配された
非線形光学結晶15と、この非線形光学結晶15と共振器ミ
ラー14との間に配されたエタロン16とから構成されてい
る。
体にマウントされて一体化されている。そしてこの筐体
は、各部品間の距離や光学部品の屈折率が変化しないよ
うに、図示しない温度検出器、電熱素子および温度コン
トローラによって所定の温度に保たれている。
ネオジウムイオンがレーザービーム10によって励起され
て光を放出する。この光がレーザー結晶13の端面13aと
共振器ミラー14のミラー面14aとの間で共振して、固体
レーザービーム20が得られる。この固体レーザービーム
20は非線形光学結晶15により、波長が1/2の第2高調
波21に波長変換され、この第2高調波21は共振器ミラー
14から前方に出射する。そして、エタロン16の作用によ
りレーザー発振モードが単一縦モード化され、モード競
合ノイズの無い安定な出力が得られる。
ザービーム20および第2高調波21に対してHR特性とな
るコートが施されている。また共振器ミラー面14aに
は、固体レーザービーム20に対してはHR特性で、第2
高調波21は部分透過させるコートが施されている。
てNd:YVO4 結晶、すなわちネオジウム(Nd)が
ドープされたYVO4 結晶を用い、それを波長808n
mのレーザービーム10によって励起して、波長1064
nmの固体レーザービーム20を発生させた。また非線形
光学結晶15として周期ドメイン反転構造を有するLiN
bO3 結晶を用い、それにより基本波としての固体レー
ザービーム20を波長λSH=532nmの第2高調波21に
波長変換した。
加工された合成石英を用いた。この合成石英エタロンの
第2高調波波長532nmに対する屈折率nSHと、基本
波波長1064nmに対する屈折率nFMとの差(nSH−
nFM)は、約0.0111である。
mの発振線の蛍光スペクトルの半値幅は約0.8nmで
あるので、発振モードを単一縦モード化するためには、
エタロン16のFSR(Free Spectral Range :縦モード
間隔)は0.8nm以上であるのが望ましい。この条件
は、合成石英では厚みが380nm以下であることに対
応する。
(3)式つまり 2t(nSH−nFM)/λSH=整数 の条件から、整数=13として、エタロン16の実効的な
厚みt=312μmとなる。エタロン16は共振器光軸に
対して傾けて使用するが、本例ではその傾きは1°未満
とするので、傾きによる光路長変化が極めて小さいこと
から、エタロン16の実際の厚みt’=t=312μmと
した。
が、前述した理由によりエタロンの表裏干渉で第2高調
波21の反射が弱められるため、この反射に起因する迷光
は観測されなかった。
SH=532nmに対する反射率0.5%以下の仕様でコ
ートを施した。実際の反射率はエタロン表面、裏面でそ
れぞれ0.2%、0.5%であった。このエタロン16を
共振器内に挿入したが、その際も上記と同様に表裏干渉
で第2高調波21の反射が弱められるため、この反射に起
因する迷光は極く弱いものとなった。
てNd:YAG結晶、すなわちネオジウム(Nd)がド
ープされたYAG結晶を用い、それを波長809nmの
レーザービーム10によって励起して、波長946nmの
固体レーザービーム20を発生させた。また非線形光学結
晶15として周期ドメイン反転構造を有するLiNbO3
結晶を用い、それにより基本波としての固体レーザービ
ーム20を波長λSH=473nmの第2高調波21に波長変
換した。
加工されたカルサイトを用いた。このカルサイトエタロ
ンの第2高調波波長473nmに対する屈折率nSHと、
基本波波長946nmに対する屈折率nFM(ともにa軸
方向偏光に対する屈折率)との差(nSH−nFM)は、約
0.0252である。
厚みt=328μmとなる。エタロン16は共振器光軸に
対して傾けて使用するが、本例ではその傾きは1°未満
とするので、傾きによる光路長変化が極めて小さいこと
から、エタロン16の実際の厚みt’=t=328μmと
した。
=473nmに対する反射率0.5%以下の仕様でコー
トを施した。実際の反射率はエタロン表面、裏面でそれ
ぞれ0.2%、0.4%であった。このエタロン16を共
振器内に挿入したが、その際も表裏干渉で第2高調波21
の反射が弱められるため、この反射に起因する迷光は極
く弱いものとなった。
てNd:YLF結晶、すなわちネオジウム(Nd)がド
ープされたYLF結晶を用い、それを波長795nmの
レーザービーム10によって励起して波長1313nmの
固体レーザービーム20を発生させた。また非線形光学結
晶15として周期ドメイン反転構造を有するLiNbO3
結晶を用い、それにより基本波としての固体レーザービ
ーム20を波長λSH=657nmの第2高調波21に波長変
換した。
加工された合成石英を用いた。この合成石英エタロンの
第2高調波波長657nmに対する屈折率nSHと、基本
波波長1313nmに対する屈折率nFMとの差(nSH−
nFM)は、約0.0096である。
厚みt=342μmとなる。エタロン16は共振器光軸に
対して傾けて使用するが、本例ではその傾きは1°未満
とするので、傾きによる光路長変化が極めて小さいこと
から、エタロン16の実際の厚みt’=t=342μmと
した。
=657nmに対する反射率0.5%以下の仕様でコー
トを施した。実際の反射率はエタロン表面、裏面でそれ
ぞれ0.4%、0.5%であった。このエタロン16を共
振器内に挿入したが、その際も表裏干渉で第2高調波21
の反射が弱められるため、この反射に起因する迷光は極
く弱いものとなった。
てNd:YVO4 結晶を用い、それを波長808nmの
レーザービーム10によって励起して波長1064nmの
固体レーザービーム20を発生させた。また非線形光学結
晶15として周期ドメイン反転構造を有するLiNbO3
結晶を用い、それにより基本波としての固体レーザービ
ーム20を波長λSH=532nmの第2高調波21に波長変
換した。
加工された合成石英を用いた。この合成石英エタロンの
第2高調波波長532nmに対する屈折率nSHと、基本
波波長1064nmに対する屈折率nFMとの差(nSH−
nFM)は、約0.0111である。
1°傾けて使用する。その場合、合成石英の第2高調波
波長532nmに対する屈折率nSH=1.4607よ
り、エタロン16の実際の厚みt’と実効的厚みtとの比
(t’/t)=0.999927となる。
エタロン16のFSRの点から、その厚みは380nm以
下とする。これを考慮して、前記(3)式つまり 2t(nSH−nFM)/λSH=整数 の条件から、整数=14として、エタロン16の実効的厚
みt=335.50μmとなる。そこで、理論上はエタ
ロン16の厚みt’=335.50×0.999927=
335.48μmとなるので、実際には335μmの厚
みのエタロン16を用いた。
SH=532nmに対する反射率0.5%以下の仕様でコ
ートを施した。実際の反射率はエタロン表面、裏面でそ
れぞれ0.2%、0.5%であった。このエタロン16を
共振器内に挿入したが、その際も表裏干渉で第2高調波
21の反射が弱められるため、この反射に起因する迷光は
極く弱いものとなった。
てNd:YVO4 結晶を用い、それを波長808nmの
レーザービーム10によって励起して波長1064nmの
固体レーザービーム20を発生させた。また非線形光学結
晶15として周期ドメイン反転構造を有するLiNbO3
結晶を用い、それにより基本波としての固体レーザービ
ーム20を波長λSH=532nmの第2高調波21に波長変
換した。
加工された合成石英を用いた。この合成石英エタロンの
第2高調波波長532nmに対する屈折率nSHと、基本
波波長1064nmに対する屈折率nFMとの差(nSH−
nFM)は、約0.0111である。
エタロン16のFSRの点から、その厚みは380nm以
下とする。これを考慮して、前記(3)式つまり 2t(nSH−nFM)/λSH=整数 の条件から、整数=14として、理論上はエタロン16の
実効的な厚みt=335μmとなる。そして、エタロン
16の共振器光軸に対する傾きは1°未満とするので、そ
の実際の厚みt’=t=335μmとなるが、実際には
厚みt’=339μmのエタロン16を用いた。
SH−nFM)/λSHの値は14.15となり、最適条件か
らやや外れていることになる。
エタロン厚みは上記の通り最適条件からやや外れている
が、エタロンの表裏干渉で第2高調波21の反射が弱めら
れるため、この反射に起因する迷光は極く弱いものとな
った。
てNd:YVO4 結晶を用い、それを波長808nmの
レーザービーム10によって励起して波長1064nmの
固体レーザービーム20を発生させた。また非線形光学結
晶15として周期ドメイン反転構造を有するLiNbO3
結晶を用い、それにより基本波としての固体レーザービ
ーム20を波長λSH=532nmの第2高調波21に波長変
換した。
加工された合成石英を用いた。この合成石英エタロンの
第2高調波波長532nmに対する屈折率nSHと、基本
波波長1064nmに対する屈折率nFMとの差(nSH−
nFM)は、約0.0111である。
エタロン16のFSRの点から、その厚みは380nm以
下とする。これを考慮して、前記(3)式つまり 2t(nSH−nFM)/λSH=整数 の条件から、整数=14として、理論上はエタロン16の
実効的な厚みt=335μmとなる。そして、エタロン
16の共振器光軸に対する傾きは1°未満とするので、そ
の実際の厚みt’=t=335μmとなるが、実際には
厚みt’=337μmのエタロン16を用いた。
SH−nFM)/λSHの値は14.06となり、最適条件か
らやや外れていることになる。
SH=532nmに対する反射率0.5%以下の仕様でコ
ートを施して使用した。実際の反射率はエタロン表面、
裏面でそれぞれ0.1%、0.5%であった。
適条件からやや外れているが、エタロンの表裏干渉で第
2高調波21の反射が弱められるため、この反射に起因す
る迷光は極く弱いものとなった。そこで、共振器ミラー
14から出射する第2高調波21は実使用可能なビーム品質
のものとなった。
固体レーザーに限らず、その他の構成のレーザー装置に
対しても同様に適用可能である。
置を示す概略側面図
する説明図
る概略図
Claims (1)
- 【請求項1】 レーザー媒質と、 このレーザー媒質を励起するための光源と、 前記レーザー媒質の両側に置かれた、共振器を構成する
1組のミラーと、 前記共振器内に配されてレーザー光を単一縦モード化す
るエタロンと、 前記共振器内に配されて、基本波としての前記レーザー
光を波長が1/2の第2高調波に変換する非線形光学結
晶とを有するレーザー装置において、 第2高調波の波長をλSH、エタロンの基本波に対する屈
折率、第2高調波に対する屈折率をそれぞれnFM、nSH
としたとき、エタロンの実効的な厚みtが、 2t(nSH−nFM)/λSH=略整数 なる関係を満たす値とされていることを特徴とするレー
ザー装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06491296A JP3330487B2 (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | レーザー装置 |
US08/818,005 US5768304A (en) | 1996-03-21 | 1997-03-14 | Laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06491296A JP3330487B2 (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | レーザー装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09260760A true JPH09260760A (ja) | 1997-10-03 |
JP3330487B2 JP3330487B2 (ja) | 2002-09-30 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP06491296A Expired - Fee Related JP3330487B2 (ja) | 1996-03-21 | 1996-03-21 | レーザー装置 |
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Country | Link |
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US (1) | US5768304A (ja) |
JP (1) | JP3330487B2 (ja) |
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