JPH09307160A - レーザ装置 - Google Patents

レーザ装置

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JPH09307160A
JPH09307160A JP11730796A JP11730796A JPH09307160A JP H09307160 A JPH09307160 A JP H09307160A JP 11730796 A JP11730796 A JP 11730796A JP 11730796 A JP11730796 A JP 11730796A JP H09307160 A JPH09307160 A JP H09307160A
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JP
Japan
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laser
wavelength
resonator
etalon
coating
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Application number
JP11730796A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Ando
哲生 安藤
Satoshi Makio
諭 牧尾
Hidenobu Ishida
英伸 石田
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Hitachi Ltd
Proterial Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ励起内部共振器型SHGレ−ザ
のノイズ低減と出力安定化。 【解決手段】 半導体レーザ励起内部共振器型SHGレー
ザにおいて、共振器内のエタロン6と出力ミラー7の2
つに波長選択機能をもたせ、利得分布が波長幅に関して
広いレーザ媒体を用いたときにも基本波縦シングルモー
ド発振を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は広帯域のレーザ発振
利得を持つレーザ媒体のシングルモード化と、そのレー
ザ共振器内部に非線形光学結晶を用いた内部共振器型の
波長変換レーザに関するもので、特にレーザ出力の安定
化あるいは低ノイズ化に関する。
【0002】
【従来の技術】光ディスクの高密度化、光計測での高分
解能化等に小型高出力短波長レーザの要求が高まってい
る。そのレーザ光源の候補として、非線形光学結晶を用
いたSHG(Second Harmonic Generation、第2高調波発
生)レーザやSFG(Sum Frequency Generation、和周波
発生)レーザがある。特にレーザ共振器内部に非線形光
学結晶を置いた内部共振器型SHGレーザを半導体レーザ
で励起する方法は小型で高出力のため期待が大きい。と
ころで、内部共振器型SHGレーザは、特別な手段を設け
なければ一般的に縦マルチモード発振する。内部共振器
型SHGレーザにおいて、基本波が縦マルチモードで発振
すると共振器内のモード競合が、非線形光学結晶におけ
る波長変換の際に基本波のモード競合がSHGの出力を不
安定にし、ノイズ(以下、「SHGノイズ」と呼称する)
を引き起こす。
【0003】SHGノイズを低減し、出力を安定化するに
は、基本波を縦シングルモード発振させるのが有効であ
る。そこで、共振器内部にエタロン(透明な平行平板の
両面に反射コーティングを施し、その多重反射を利用し
波長選択する素子)を挿入し、他の縦モード(波長)の
レーザ発振を抑える方法が考えられた。これは、エタロ
ンを傾けるなどしてエタロン内の実質的光路長を変化さ
せ、複数のエタロンの選択波長(以下、「エタロンモー
ド」と呼称する)と複数の共振器間隔によって定まる定
在波(以下、「共振器モード」と呼称する)のある1モ
ードを一致させてシングルモード発振させる方法であ
る。この方法で基本波を縦シングルモード発振させ、安
定な出力のSHGが得られる。この例としてWilliam Clush
aw, J.Kannelaud, IEEE Journal of Quantum Elactron
ics, vol. QE-10, No.2, p253(1974)、角谷実 他5
名、1993年春季第40回応用物理学関係連合講演会
講演予稿集No3、p996、31pーZー4などが挙げ
られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法は、発振利
得の波長帯域が狭い場合に有効だが、発振利得の波長帯
域が広い場合、エタロンモードと共振器モードが2箇所
以上一致し、その箇所で発振利得が共振器内損失を上回
っていれば、マルチモード発振し、その結果SHGノイズ
が発生する。
【0005】本発明はこの点を考慮したもので、発振利
得の波長帯域が広いレーザ媒体を用いた内部共振器型SH
Gレーザ、SGFレーザ装置において基本波を縦シングルモ
ードで発振させることでSHGノイズを低減し、出力の安
定したレーザ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】SHGノイズを発生させな
い手段として、共振器内部に、例えば波長幅10nm帯域で
高反射率のミラー(狭帯域高反射ミラー)を用い、波長
数nm幅でレーザ発振させ、かつ100%の透過率ピークが10
nm間隔で複数存在するエタロンの波長帯域の中からひと
つの共振器モードを選択する細波長選択手段の複数の波
長選択手段を持たせ、基本波縦シングルモード発振させ
ることである。
【0007】共振器内部に2つ以上の発振波長選択手段
を設け、ひとつの波長選択手段で発振可能波長を数nm程
度の帯域に制限し、この帯域の中から他の波長選択手段
でさらに狭い帯域に制限し、共振器モードの中から1つ
のモードを選択し、基本波を縦シングルモード化する。
位相整合波長内で1モードしか発振していないため、基
本波モード間のエネルギーのやり取りが起こらず、「基
本波縦モードの競合」が起こらない。よってSHGノイズ
は発生しない。
【0008】実施例1 図1はCr3+が1.5 at%ドープされた長さ5mmのCr:LiSAF
(Cr:LiSrAlF6)を固体レーザ結晶4に、長さ5mmのKN
(KNbO3)を非線形光学結晶5に用いた内部共振器型SHG
レーザ装置の構成図である。共振器はCr:LiSAF結晶4の
左面に施したコーティング20と出力ミラー7の左曲面
に施したコーティング22によって構成されている。C
r:LiSAF結晶4の左面は波長680nmの光に対しAR(Anti R
eflaction、無反射)、860nm±20nmに対しHR(High Ref
lection、高反射)コーティング、右面は860nm±20nmに
対しARコーティングを施してある。KN結晶5の両面は86
0nm±20nmと430nm±10nmに対しARコーティングを施して
ある。
【0009】図2は出力ミラーの左曲面のコーティング
の反射率の波長分布である。つまり860nmを中心として
±5nmの範囲は反射率99.9%以上、また中心から10nm以
上離れた波長では反射率98%以下になり、430nm付近で
は反射率が0%に近くになる。共振器内には厚さ20μmの
合成石英製のエタロン6が配置してある。エタロン6の
両面には860nm±10nmの範囲で反射率40%、430nm±10nm
に対し透過率95%のコーティング21が施してある。C
r:LiSAF結晶4の左側には波長680nmの出力500mWの半導
体レーザ1があり、そのレーザ光10をコリメートレン
ズ2で平行ビームにした後、集光レンズ3でCr:LiSAF結
晶4の左端面から内部に入射させる。レーザ光10で励
起されたCr:LiSAF結晶4は約860nmに最大強度を持ち、
幅約400nmの範囲で蛍光発光する。この光が共振器内部
で反射を繰り返すうちに出力ミラーのコーティング22
により波長選択された860nm±5nmの範囲でレーザ発振が
起き、それが共振器内部に閉じ込められる。他の波長は
共振器外に出る割合が大きいためレーザ発振には至らな
い。共振器内部に閉じ込められたレーザ光に対し、さら
にエタロン6による波長選択が加わる。
【0010】図3はエタロン6の特性を示す。エタロン
6は単独では図3の30のように860nm付近で波長間隔
約13nmで透過率100%を持つ波長選択素子である。エタ
ロン6の波長選択性はエタロン6自体をレーザの進行方
向に対し角度変化させることで透過率ピークの波長をシ
フトさせることができる。この方法で出力ミラーのコー
ティング22によるレーザ発振のしやすさを表した曲線
31のピーク波長と、エタロン透過率ピーク波長を一致
させることができる。エタロン6の波長選択幅は十分狭
いのでこの中に共振器モードは一本しか存在できず、基
本波11は縦シングルモードとなる。さらに、KN結晶5
の温度をチューニングし、位相整合波長を基本波の波長
に一致させると、SHG光12が得られる。このときS
HG出力は基本波のモード競合が起こらないためノイズ
が無く安定している。
【0011】実施例2 図4はCr3+が1.5 at%ドープされた長さ5mmのCr:LiSAF
(Cr:LiSrAlF6)を固体レーザ結晶4に、長さ5mmのKN
(KNbO3)を非線形光学結晶5に用いた内部共振器型SHG
レーザ装置の構成図である。共振器はCr:LiSAF結晶4の
左面に施したコーティング24と出力ミラー7の左曲面
に施したコーティング26によって構成されている。C
r:LiSAF結晶4の左面は波長680nmの光に対しAR、860nm
±20nmに対しHRコーティング、右面は860nm±20nmに対
しARコーティングを施してある。KN結晶5の両面は860n
m±20nmと430nm±10nmに対しARコーティングを施してあ
る。出力ミラーの左曲面には860nm±20nmでHRコーティ
ング、430nm±10nmでARコーティングを施してある。
【0012】共振器内には厚さ20μmの合成石英製のエ
タロン6が配置してある。エタロン6の両面には860nm
±10nmの範囲で反射率40%、430nm±10nmに対し透過率9
5%のコーティング施してある。また、複屈折フィルタ
9も共振器中に配置されており、これにより数nmの波長
幅に制限されたレーザ発振が得られる。Cr:LiSAF結晶4
の左側には波長680nmの出力500mWの半導体レーザ1があ
り、そのレーザ光10をコリメートレンズ2で平行ビー
ムにした後、集光レンズ3でCr:LiSAF結晶4の左端面か
ら内部に入射させる。レーザ光10で励起されたCr:LiS
AF結晶4は約860nmに最大強度を持ち、幅約400nmの範囲
で蛍光発光する。この光が共振器内部で反射を繰り返す
うちに複屈折フィルタ9により波長選択された860nm±1
nmの範囲でレーザ発振が起き、それが共振器内部に閉じ
込められる。他の波長は共振器外に出る割合が大きいた
めレーザ発振には至らない。共振器内部に閉じ込められ
たレーザ光に対し、さらにエタロン6による波長選択が
加わる。
【0013】エタロン6は単独では図3のように860nm
付近で波長間隔約13nmで透過率100%を持つ波長選択素
子である。エタロン6の波長選択性はエタロン6自体を
レーザの進行方向に対し角度変化させることで透過率ピ
ークの波長をシフトさせることができる。この方法で複
屈折フィルタ9によるレーザ発振のしやすさを表した曲
線35のピーク波長と、エタロン透過率ピーク波長を一
致させることができる。エタロン6の波長選択幅は十分
狭いのでこの中に共振器モードは一本しか存在できず、
基本波11は縦シングルモードとなる。さらに、KN結晶
5の温度をチューニングし、位相整合波長を基本波の波
長に一致させると、SHG光12が得られる。このとき
SHG出力は基本波のモード競合が起こらないためノイ
ズが無く安定している。
【0014】実施例3 図5はCr3+が1.5 at%ドープされた長さ5mmのCr:LiSAF
(Cr:LiSrAlF6)を固体レーザ結晶4に、長さ5mmのKN
(KNbO3)を非線形光学結晶5に用いた内部共振器型SHG
レーザ装置の構成図である。共振器は入射ミラー8の右
曲面に施したコーティング25とKN結晶5の右面に施し
たコーティング23によって構成されている。入射ミラ
ーの左面には680nmに対するARコーティング24を右曲
面には860nm±20nmに対しHR、680nmに対しARコーティン
グ25を施してある。Cr:LiSAF結晶4の左面は波長680n
mと860nm±20nmに対しARコーティング、右面は860nm±2
0nmに対しARコーティングを施してある。KN結晶5の左
面は860nm±20nmに対しARコーティング、右面に対し図
2の様なコーティング23を施してある。
【0015】共振器内には厚さ20μmの合成石英製のエ
タロン6が配置してある。エタロン6の両面には860nm
±10nmの範囲で反射率40%、430nm±10nmに対し透過率9
5%のコーティング21を施してある。KN結晶5の右面
に施したコーティング23により10nmの波長幅に制限さ
れたレーザ発振が得られる。入射ミラー8の左側には波
長680nmの出力500mWの半導体レーザ1があり、そのレー
ザ光10をコリメートレンズ2で平行ビームにした後、
集光レンズ3で入射ミラー越しCr:LiSAF結晶4内部に入
射させる。レーザ光10で励起されたCr:LiSAF結晶4は
約860nmに最大強度を持ち、幅約400nmの範囲で蛍光発光
する。この光が共振器内部で反射を繰り返すうちにコー
ティング23により波長選択された860nm±5nmの範囲で
レーザ発振が起き、それが共振器内部に閉じ込められ
る。他の波長は共振器外に出る割合が大きいためレーザ
発振には至らない。共振器内部に閉じ込められたレーザ
光に対し、さらにエタロン6による波長選択が加わる。
【0016】エタロン6は単独では図3のように860nm
付近で波長間隔約13nmで透過率100%を持つ波長選択素
子である。エタロン6の波長選択性はエタロン6自体を
レーザの進行方向に対し角度変化させることで透過率ピ
ークの波長をシフトさせることができる。この方法でコ
ーティング23によるレーザ発振のしやすさを表した曲
線36のピーク波長と、エタロン透過率ピーク波長を一
致させることができる。エタロン6の波長選択幅は十分
狭いのでこの中に共振器モードは一本しか存在できず、
基本波11は縦シングルモードとなる。さらに、KN結晶
5の温度をチューニングし、位相整合波長を基本波の波
長に一致させると、SHG光12が得られる。このとき
SHG出力は基本波のモード競合が起こらないためノイ
ズが無く安定している。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内部共振器型SHGレ−ザあるいはSGFレーザをノイズのな
い安定な出力で動作させることができる。出力が安定な
ため、光ディスクシステム、各種計測機器、その他の分
野において有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置構成を示す側面図。
【図2】実施例1で使用した出力ミラーのコーティング
仕様を示したグラフ図。
【図3】本願発明のエタロンと出力ミラーの波長選択性
と共振器モードと位相整合波長、Cr:LiSAFの利得分布を
示したグラフ図。
【図4】本発明の装置構成の他の実施例を示した側面
図。
【図5】本発明の装置構成の他の実施例を示した側面
図。
【符号の説明】
1...半導体レーザ 2...コリメートレンズ 3...集光レンズ 4...レーザ結晶、Cr:LiSAF結晶 5...非線形光学結晶、KNbO3 6...エタロン 7...出力ミラー 8...入射ミラー 9...複屈折フィルタ 10...半導体レーザ光 11...基本波 12...第2高調波 20...コーティング 21...コーティング 22...コーティング 23...コーティング 24...コーティング 25...コーティング 30...エタロン透過率 31...出力ミラーの波長選択性により生じるレーザ
発振のしやすさを示した曲線(曲線の上ほど発振しやす
い) 32...共振器モード 33...利得の波長分布 34...波長変換効率の波長分布 35...複屈折フィルタの波長選択性により生じるレ
ーザ発振のしやすさを示した曲線(曲線の上ほど発振し
やすい) 36...結晶のコーティングにより生じるレーザ発振
のしやすさを示した曲線(曲線の上ほど発振しやす
い)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 英伸 東京都千代田区丸ノ内2丁目1番2号 日 立金属株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザ励起の固体レーザで、共振器
    内に2つ以上の波長帯域選択手段を有することを特徴と
    するレーザ装置。
  2. 【請求項2】請求項1のレーザ装置において、縦シング
    ルモード発振するレーザ装置。
  3. 【請求項3】請求項2のレーザ装置において、共振器内
    に前記波長帯域選択手段としてエタロンと狭帯域高反射
    ミラーを有することを特徴とするレーザ装置。
  4. 【請求項4】請求項2のレーザ装置において、共振器内
    に前記波長帯域選択手段としてエタロンと複屈折フィル
    ターを有することを特徴とするレーザ装置。
  5. 【請求項5】請求項2のレーザ装置において、共振器内
    に前記波長帯域選択手段としてエタロンと波長選択性の
    コーティングを施した光学部品を有することを特徴とす
    るレーザ装置。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のうちいずれかに記載のレー
    ザ装置において、共振器内に非線形光学素子を含むレー
    ザ装置。
  7. 【請求項7】請求項6のレーザ装置において、非線形光
    学素子がKN, LBO, CLBO, BBOのうちのいずれかであるこ
    とを特徴とするレーザ装置。
  8. 【請求項8】半導体レーザ励起内部共振器型SHGレーザ
    の発振方法において、共振器内のエタロンと出力ミラー
    の2つに波長選択機能をもたせ、利得分布が波長幅に関
    して広いレーザ媒体を用いたときにも基本波縦シングル
    モード発振を得ることを特徴とするレーザの発振方法。
JP11730796A 1996-05-13 1996-05-13 レーザ装置 Pending JPH09307160A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6295305B1 (en) 1998-07-13 2001-09-25 Hitachi Metals, Ltd. Second harmonic, single-mode laser
JP2006019514A (ja) * 2004-07-01 2006-01-19 Asahi Glass Co Ltd 波長可変ミラーおよび波長可変レーザ
WO2006080422A1 (ja) 2005-01-27 2006-08-03 Eudyna Devices Inc. レーザモジュールおよび外部共振型レーザの波長制御方法

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