JPH1065259A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JPH1065259A JPH1065259A JP22255196A JP22255196A JPH1065259A JP H1065259 A JPH1065259 A JP H1065259A JP 22255196 A JP22255196 A JP 22255196A JP 22255196 A JP22255196 A JP 22255196A JP H1065259 A JPH1065259 A JP H1065259A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 青色のレーザ光を高効率に出射でき、かつ、
光ピックアップ等の光源に適した小型の固体レーザ装置
を提供すること。 【解決手段】 下記の励起光源１とレーザ活性媒体３と
一対の共振器ミラー４ａ、４ｂとを有する固体レーザ装
置。励起光源１は、７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎ
ｍ〜９８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から
選ばれる１種類以上の波長を有する励起光を供する。レ
ーザ活性媒体３は、ＥｒおよびＴｍを共に含有する塩化
物結晶からなる。一対の共振器ミラー４ａ、４ｂは、レ
ーザ活性媒体を挟んで設けられ、レーザ活性媒体中のＥ
ｒが励起光を波長上方変換して放出する第一の波長の光
をこれらの間に閉じ込めることができ、かつ、Ｔｍが第
一の波長の光を波長上方変換して放出する第二の波長の
光をレーザ発振させレーザ光として出射することができ
るものとする。
光ピックアップ等の光源に適した小型の固体レーザ装置
を提供すること。 【解決手段】 下記の励起光源１とレーザ活性媒体３と
一対の共振器ミラー４ａ、４ｂとを有する固体レーザ装
置。励起光源１は、７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎ
ｍ〜９８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から
選ばれる１種類以上の波長を有する励起光を供する。レ
ーザ活性媒体３は、ＥｒおよびＴｍを共に含有する塩化
物結晶からなる。一対の共振器ミラー４ａ、４ｂは、レ
ーザ活性媒体を挟んで設けられ、レーザ活性媒体中のＥ
ｒが励起光を波長上方変換して放出する第一の波長の光
をこれらの間に閉じ込めることができ、かつ、Ｔｍが第
一の波長の光を波長上方変換して放出する第二の波長の
光をレーザ発振させレーザ光として出射することができ
るものとする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、固体レーザ装置に
関し、特に光ピックアップなどの光源として利用され得
る小型の固体レーザ装置に関する。
関し、特に光ピックアップなどの光源として利用され得
る小型の固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、小型で長寿命かつ信頼性の高い青
色光源の要求が高まっており、その一つとして励起光の
波長を波長上方変換するアップコンバージョン現象を利
用したレーザ素子が注目されている。図４は、従来のア
ップコンバージョン・レーザ装置の構成の一例を示す図
である。同図に示す装置の構成は、例えば、会議録 Com
pact Blue-Green Lasers Technical Digest 1993, Vol.
2, JWE1, pp110-112 : "Upconversion Fiber Lasers"
や、平成５年秋季応用物理学会 30a-D-6, p975 : "Ｔｍ
+3 :ＺＢＬＡＮファイバの青色室温発振" に開示されて
いる。
色光源の要求が高まっており、その一つとして励起光の
波長を波長上方変換するアップコンバージョン現象を利
用したレーザ素子が注目されている。図４は、従来のア
ップコンバージョン・レーザ装置の構成の一例を示す図
である。同図に示す装置の構成は、例えば、会議録 Com
pact Blue-Green Lasers Technical Digest 1993, Vol.
2, JWE1, pp110-112 : "Upconversion Fiber Lasers"
や、平成５年秋季応用物理学会 30a-D-6, p975 : "Ｔｍ
+3 :ＺＢＬＡＮファイバの青色室温発振" に開示されて
いる。
【０００３】図４のレーザ装置は、励起光源のＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ装置６１と、該ＹＡＧレーザ装置から出射さ
れた光ビームを集光する集光光学系６２と、波長上方変
換材料のフッ化物であるＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ4 −ＢａＦ
−ＬａＦ3 −ＡｌＦ3 −ＮａＦ）ガラスファイバ６４
と、光共振器６３とを有している。ＺＢＬＡＮガラスフ
ァイバ６４はレーザ活性媒体であり、１０００ｐｐｍ程
度の希土類元素のＴｍがドープされている。そのＴｍ3+
イオンの 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準位への遷移で波長４８
０ｎｍのレーザ光を得ている。また、ＺＢＬＡＮガラス
は、効率を稼ぐため１ｍ程度の長さのファイバー状を呈
している。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置６１は、Ｔｍ3+イオ
ンの 1Ｇ4 準位にポンピングするため、Ｔｍ3+イオンの
吸収にあわせて、１１１２ｎｍ、１１１６ｎｍ、１１２
３ｎｍの三つの波長のレーザ光を励起光として同時に供
給し得るものである。
ＡＧレーザ装置６１と、該ＹＡＧレーザ装置から出射さ
れた光ビームを集光する集光光学系６２と、波長上方変
換材料のフッ化物であるＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ4 −ＢａＦ
−ＬａＦ3 −ＡｌＦ3 −ＮａＦ）ガラスファイバ６４
と、光共振器６３とを有している。ＺＢＬＡＮガラスフ
ァイバ６４はレーザ活性媒体であり、１０００ｐｐｍ程
度の希土類元素のＴｍがドープされている。そのＴｍ3+
イオンの 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準位への遷移で波長４８
０ｎｍのレーザ光を得ている。また、ＺＢＬＡＮガラス
は、効率を稼ぐため１ｍ程度の長さのファイバー状を呈
している。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置６１は、Ｔｍ3+イオ
ンの 1Ｇ4 準位にポンピングするため、Ｔｍ3+イオンの
吸収にあわせて、１１１２ｎｍ、１１１６ｎｍ、１１２
３ｎｍの三つの波長のレーザ光を励起光として同時に供
給し得るものである。
【０００４】図５は、従来のアップコンバージョン・レ
ーザ装置の他の構成例を示す図である。同図に示す装置
の構成は、例えば、文献 SPIE Vol. 1223 Solid State
Laser(1990) 54-63 : "Blue upconversion thrulium la
ser"に開示されている。
ーザ装置の他の構成例を示す図である。同図に示す装置
の構成は、例えば、文献 SPIE Vol. 1223 Solid State
Laser(1990) 54-63 : "Blue upconversion thrulium la
ser"に開示されている。
【０００５】図５のレーザ装置は、励起光源の二つの色
素レーザ７１、７２と、二つのレーザ光を集光する集光
光学系７３と、波長上方変換材料のフッ化物であるＹＬ
Ｆ結晶７５と、光共振器７４とを有している。レーザ活
性媒体であるＹＬＦ結晶には、希土類元素のＴｍがドー
プされている。そのＴｍ3+イオンの 1Ｄ2 準位から 3Ｆ
4 準位への遷移で波長４５３ｎｍのレーザ光を得てい
る。励起光源の色素レーザとして、波長の異なる二つの
レーザ光が同時に用いられているが、これもＴｍ3+イオ
ンの吸収にあわせ、効率を上げるためである。
素レーザ７１、７２と、二つのレーザ光を集光する集光
光学系７３と、波長上方変換材料のフッ化物であるＹＬ
Ｆ結晶７５と、光共振器７４とを有している。レーザ活
性媒体であるＹＬＦ結晶には、希土類元素のＴｍがドー
プされている。そのＴｍ3+イオンの 1Ｄ2 準位から 3Ｆ
4 準位への遷移で波長４５３ｎｍのレーザ光を得てい
る。励起光源の色素レーザとして、波長の異なる二つの
レーザ光が同時に用いられているが、これもＴｍ3+イオ
ンの吸収にあわせ、効率を上げるためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｔｍ3+イオンには、従
来実用化されている半導体レーザの光ビームの波長にあ
った吸収帯がなく、上記のように、異なった二つの波長
あるいは三つの波長のレーザ光を用意する必要がある。
そのため、装置全体を小型化することが困難であった。
来実用化されている半導体レーザの光ビームの波長にあ
った吸収帯がなく、上記のように、異なった二つの波長
あるいは三つの波長のレーザ光を用意する必要がある。
そのため、装置全体を小型化することが困難であった。
【０００７】また、ドープする希土類元素のＴｍ濃度を
上げることによって、励起光に対する吸収あるいは青色
の発光強度を増加させ、効率を上げることで小型化を考
えることができる。しかし、図４の装置の構成では、Ｚ
ＢＬＡＮガラスを現状以上にＴｍ濃度を上げて製作する
ことは困難である。また、Ｔｍ濃度を上昇させても、濃
度消光という現象が起きるので、必ずしも効率が上がる
結果にはならない。励起効率を上げ、青色の十分な発光
強度を得るためには、図４の装置のように、ＺＢＬＡＮ
ガラスをある程度以上の長さのファイバ状とする必要が
ある。そのため装置全体を小型化することが困難であっ
た。
上げることによって、励起光に対する吸収あるいは青色
の発光強度を増加させ、効率を上げることで小型化を考
えることができる。しかし、図４の装置の構成では、Ｚ
ＢＬＡＮガラスを現状以上にＴｍ濃度を上げて製作する
ことは困難である。また、Ｔｍ濃度を上昇させても、濃
度消光という現象が起きるので、必ずしも効率が上がる
結果にはならない。励起効率を上げ、青色の十分な発光
強度を得るためには、図４の装置のように、ＺＢＬＡＮ
ガラスをある程度以上の長さのファイバ状とする必要が
ある。そのため装置全体を小型化することが困難であっ
た。
【０００８】同様に、図５の装置の構成でも、ＹＬＦ結
晶におけるＴｍ濃度の上昇によって濃度消光が起きるの
で、Ｔｍ濃度の上昇には上限がある。従って、青色レー
ザ光を取り出すためには、最小励起強度（しきい値強
度）を上昇させねばならないという欠点があった。
晶におけるＴｍ濃度の上昇によって濃度消光が起きるの
で、Ｔｍ濃度の上昇には上限がある。従って、青色レー
ザ光を取り出すためには、最小励起強度（しきい値強
度）を上昇させねばならないという欠点があった。
【０００９】以上のように従来の装置では、光ピックア
ップ等の光源に適した高効率な青色を提供する小型の固
体レーザ装置は得られなかった。
ップ等の光源に適した高効率な青色を提供する小型の固
体レーザ装置は得られなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、青色
のレーザ光を高効率に出射でき、かつ、光ピックアップ
等の光源に適した小型の固体レーザ装置を提供すること
である。
のレーザ光を高効率に出射でき、かつ、光ピックアップ
等の光源に適した小型の固体レーザ装置を提供すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、希土類元
素であるＥｒが、現在実用化されている半導体レーザの
波長にちょうど合致する吸収帯を有するものであること
に着目し、これを利用して本発明を完成させた。本発明
の固体レーザ装置は、次の特徴を有するものである。 （１）７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎｍ〜９８５ｎ
ｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から選ばれる１種
類以上の波長を有する励起光を供する励起光源と、Ｅｒ
およびＴｍを共に含有する塩化物結晶からなるレーザ活
性媒体と、このレーザ活性媒体を挟んで設けられる一対
の共振器ミラーとを有し、一対の共振器ミラーは、前記
Ｅｒが励起光を波長上方変換して放出する第一の波長の
光をこれらの間に閉じ込めることができ、かつ、前記Ｔ
ｍが第一の波長の光を波長上方変換して放出する第二の
波長の光をレーザ発振させレーザ光として出射するもの
であることを特徴とする固体レーザ装置。
素であるＥｒが、現在実用化されている半導体レーザの
波長にちょうど合致する吸収帯を有するものであること
に着目し、これを利用して本発明を完成させた。本発明
の固体レーザ装置は、次の特徴を有するものである。 （１）７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎｍ〜９８５ｎ
ｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から選ばれる１種
類以上の波長を有する励起光を供する励起光源と、Ｅｒ
およびＴｍを共に含有する塩化物結晶からなるレーザ活
性媒体と、このレーザ活性媒体を挟んで設けられる一対
の共振器ミラーとを有し、一対の共振器ミラーは、前記
Ｅｒが励起光を波長上方変換して放出する第一の波長の
光をこれらの間に閉じ込めることができ、かつ、前記Ｔ
ｍが第一の波長の光を波長上方変換して放出する第二の
波長の光をレーザ発振させレーザ光として出射するもの
であることを特徴とする固体レーザ装置。
【００１２】（２）励起光源が、波長９８２ｎｍのレー
ザ光を出射する半導体レーザである上記（１）記載の固
体レーザ装置。
ザ光を出射する半導体レーザである上記（１）記載の固
体レーザ装置。
【００１３】（３）励起光が一対の共振器ミラーの一方
を通過してレーザ活性媒体内に入射するものであり、か
つ、一対の共振器ミラーの他方からレーザ光が出射する
ものであり、励起光の入射する側の共振器ミラーは、少
なくとも波長６４０±１０ｎｍ及び４５０±１０ｎｍの
光を全反射するものであり、レーザ光の出射する側の共
振器ミラーは、少なくとも、波長６４０±１０ｎｍの光
を全反射し、波長４５０±１０ｎｍの光を９０％〜９
９．５％反射するものである上記（１）記載の固体レー
ザ装置。
を通過してレーザ活性媒体内に入射するものであり、か
つ、一対の共振器ミラーの他方からレーザ光が出射する
ものであり、励起光の入射する側の共振器ミラーは、少
なくとも波長６４０±１０ｎｍ及び４５０±１０ｎｍの
光を全反射するものであり、レーザ光の出射する側の共
振器ミラーは、少なくとも、波長６４０±１０ｎｍの光
を全反射し、波長４５０±１０ｎｍの光を９０％〜９
９．５％反射するものである上記（１）記載の固体レー
ザ装置。
【００１４】（４）励起光が一対の共振器ミラーの一方
を通過してレーザ活性媒体内に入射するものであり、か
つ、一対の共振器ミラーの他方からレーザ光が出射する
ものであり、励起光の入射する側の共振器ミラーが、少
なくとも波長６４０±１０ｎｍおよび４８０±１０ｎｍ
の光を全反射するものであり、レーザ光の出射する側の
共振器ミラーが、少なくとも波長６４０±１０ｎｍの光
を全反射し、波長４８０±１０ｎｍの光を９０％〜９
９．５％反射するものである上記（１）記載の固体レー
ザ装置。
を通過してレーザ活性媒体内に入射するものであり、か
つ、一対の共振器ミラーの他方からレーザ光が出射する
ものであり、励起光の入射する側の共振器ミラーが、少
なくとも波長６４０±１０ｎｍおよび４８０±１０ｎｍ
の光を全反射するものであり、レーザ光の出射する側の
共振器ミラーが、少なくとも波長６４０±１０ｎｍの光
を全反射し、波長４８０±１０ｎｍの光を９０％〜９
９．５％反射するものである上記（１）記載の固体レー
ザ装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の固体レーザ装置は、Ｅｒ
およびＴｍを共に含有する塩化物結晶を、レーザ活性媒
体として用いる。Ｅｒを含有する、例えば酸化物、フッ
化物あるいは塩化物等のアップコンバージョン材料は、
波長８００ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯あるいは１５００ｎｍ
帯の半導体レーザを用いて励起することができ、青色、
緑色、赤色及び赤外線等の領域に蛍光を発するものであ
ることが知られている。とりわけ、特開平７−９７５７
２号に開示されている希土類含有塩化物結晶ＥｒＢａ2
Ｃｌ7 は、９８０ｎｍ帯の半導体レーザで励起すると、
該レーザ光を波長上方変換し、図３に示すように６４０
ｎｍ付近の赤色領域に強い蛍光を発することがわかっ
た。ＥｒＢａ2 Ｃｌ7 結晶から発せられるこの波長域の
蛍光は、他のＥｒを含有する酸化物やフッ化物の材料で
は、ほとんど観察されないか、あるいは非常に弱いピー
クしか現れない。
およびＴｍを共に含有する塩化物結晶を、レーザ活性媒
体として用いる。Ｅｒを含有する、例えば酸化物、フッ
化物あるいは塩化物等のアップコンバージョン材料は、
波長８００ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯あるいは１５００ｎｍ
帯の半導体レーザを用いて励起することができ、青色、
緑色、赤色及び赤外線等の領域に蛍光を発するものであ
ることが知られている。とりわけ、特開平７−９７５７
２号に開示されている希土類含有塩化物結晶ＥｒＢａ2
Ｃｌ7 は、９８０ｎｍ帯の半導体レーザで励起すると、
該レーザ光を波長上方変換し、図３に示すように６４０
ｎｍ付近の赤色領域に強い蛍光を発することがわかっ
た。ＥｒＢａ2 Ｃｌ7 結晶から発せられるこの波長域の
蛍光は、他のＥｒを含有する酸化物やフッ化物の材料で
は、ほとんど観察されないか、あるいは非常に弱いピー
クしか現れない。
【００１６】また、Ｔｍイオン化準位では、基底準位の
3Ｈ6 から 3Ｆ2 への遷移、 3Ｈ6から 3Ｆ3 への遷
移、 3Ｈ4 から 1Ｄ2 への遷移、 3Ｆ4 から 1Ｇ4 への
遷移が、赤色波長域の光の吸収に対応する。この吸収さ
れた赤色波長域の光は、波長上方変換されて、青色光と
して放出される。
3Ｈ6 から 3Ｆ2 への遷移、 3Ｈ6から 3Ｆ3 への遷
移、 3Ｈ4 から 1Ｄ2 への遷移、 3Ｆ4 から 1Ｇ4 への
遷移が、赤色波長域の光の吸収に対応する。この吸収さ
れた赤色波長域の光は、波長上方変換されて、青色光と
して放出される。
【００１７】そこで、本発明では、ＥｒとＴｍとを共に
含有する塩化物結晶をレーザ活性媒体として用いること
によって、先ず、従来の一般的な半導体レーザから供さ
れる例えば９８０ｎｍ帯の励起光を、Ｅｒイオンにおい
て波長上方変換し、第一の波長の光として６４０ｎｍ付
近の赤色領域の蛍光を該Ｅｒイオンから放出させ、次
に、この６４０ｎｍ付近の赤色領域の蛍光を、Ｔｍイオ
ンにおいてさらに波長上方変換し、第二の波長の光とし
て青色光を放出させる。即ち、９８０ｎｍ帯レーザ光を
励起光として、これを同一物質内において波長上方変換
を２段階行い、青色レーザ光として出射するのである。
含有する塩化物結晶をレーザ活性媒体として用いること
によって、先ず、従来の一般的な半導体レーザから供さ
れる例えば９８０ｎｍ帯の励起光を、Ｅｒイオンにおい
て波長上方変換し、第一の波長の光として６４０ｎｍ付
近の赤色領域の蛍光を該Ｅｒイオンから放出させ、次
に、この６４０ｎｍ付近の赤色領域の蛍光を、Ｔｍイオ
ンにおいてさらに波長上方変換し、第二の波長の光とし
て青色光を放出させる。即ち、９８０ｎｍ帯レーザ光を
励起光として、これを同一物質内において波長上方変換
を２段階行い、青色レーザ光として出射するのである。
【００１８】また、近年開発が進んでいる０．６７μｍ
帯の赤色半導体レーザを励起光源として用いた場合、Ｔ
ｍイオンの最適吸収波長よりも若干長波長であり、かつ
単色性が高いことから、励起効率が悪く、Ｔｍから放出
される青色の蛍光は弱いものとなる。
帯の赤色半導体レーザを励起光源として用いた場合、Ｔ
ｍイオンの最適吸収波長よりも若干長波長であり、かつ
単色性が高いことから、励起効率が悪く、Ｔｍから放出
される青色の蛍光は弱いものとなる。
【００１９】また、希土類含有塩化物材料は、特開平７
−９７５７２号に開示されているように、酸化物やフッ
化物と比較して、蛍光強度が１０倍以上強く、濃度消光
も観察されていないので、レーザ活性媒体としては有効
な材料である。このことは、フォノンエネルギーが小さ
く非輻射緩和確率が低いことを意味しているが、逆に希
土類イオン間（本発明では例えばＥｒイオンとＴｍイオ
ンとの間）でのエネルギー伝達が低いことが問題となり
得る。
−９７５７２号に開示されているように、酸化物やフッ
化物と比較して、蛍光強度が１０倍以上強く、濃度消光
も観察されていないので、レーザ活性媒体としては有効
な材料である。このことは、フォノンエネルギーが小さ
く非輻射緩和確率が低いことを意味しているが、逆に希
土類イオン間（本発明では例えばＥｒイオンとＴｍイオ
ンとの間）でのエネルギー伝達が低いことが問題となり
得る。
【００２０】そこで、本発明では、光共振器ミラーを、
青色レーザ発振が可能なように、４５０ｎｍ付近（特に
４５０ｎｍ±１０ｎｍ）、または４８０ｎｍ付近（特に
４８０ｎｍ±１０ｎｍ）でＱが高くなるように形成する
だけではなく、Ｅｒが波長上方変換して放出する６４０
ｎｍ付近（特に６４０ｎｍ±１０ｎｍ）でもＱが高くな
るように形成し、光共振器内に赤色領域の光を閉じ込め
るものとする。このような構成とすることによって、Ｅ
ｒが波長上方変換して放出する６４０ｎｍ付近を中心と
する光は、十分な強度をもってＴｍに伝達される。
青色レーザ発振が可能なように、４５０ｎｍ付近（特に
４５０ｎｍ±１０ｎｍ）、または４８０ｎｍ付近（特に
４８０ｎｍ±１０ｎｍ）でＱが高くなるように形成する
だけではなく、Ｅｒが波長上方変換して放出する６４０
ｎｍ付近（特に６４０ｎｍ±１０ｎｍ）でもＱが高くな
るように形成し、光共振器内に赤色領域の光を閉じ込め
るものとする。このような構成とすることによって、Ｅ
ｒが波長上方変換して放出する６４０ｎｍ付近を中心と
する光は、十分な強度をもってＴｍに伝達される。
【００２１】希土類元素を含有するための母材となる物
質として、特開平７−９７５７２号に開示されているよ
うなＲ１x Ｒ２(1-x) Ｂａ2 Ｃｌ7 （ただし、Ｒ１、Ｒ
２は各々１以上の希土類元素を示す。）で表される希土
類含有塩化物結晶を用いれば、従来まで用いられていた
酸化物材料やフッ化物材料に比較して格段に蛍光強度が
強く、レーザ光を効率良く得ることができる。
質として、特開平７−９７５７２号に開示されているよ
うなＲ１x Ｒ２(1-x) Ｂａ2 Ｃｌ7 （ただし、Ｒ１、Ｒ
２は各々１以上の希土類元素を示す。）で表される希土
類含有塩化物結晶を用いれば、従来まで用いられていた
酸化物材料やフッ化物材料に比較して格段に蛍光強度が
強く、レーザ光を効率良く得ることができる。
【００２２】励起光源としては、７９０ｎｍ〜８４０ｎ
ｍ、９６５ｎｍ〜９８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０
ｎｍの中から選ばれる１種類以上の波長を有する励起光
を供するものであればどのようなものでもよいが、半導
体レーザを用いることを可能としたことが本発明の重要
な特徴の一つであるから、半導体レーザを用いて、全体
をコンパクト化することが好ましい態様である。特に、
波長９８２ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザは、
ＥｒとＴｍとによる２段階の波長上方変換の最初の光源
として好ましい。
ｍ、９６５ｎｍ〜９８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０
ｎｍの中から選ばれる１種類以上の波長を有する励起光
を供するものであればどのようなものでもよいが、半導
体レーザを用いることを可能としたことが本発明の重要
な特徴の一つであるから、半導体レーザを用いて、全体
をコンパクト化することが好ましい態様である。特に、
波長９８２ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザは、
ＥｒとＴｍとによる２段階の波長上方変換の最初の光源
として好ましい。
【００２３】光共振器ミラーの反射の構造は限定されな
いが、反射面にコーティングを施してなる誘電体多層膜
の態様が好ましい。誘電体多層膜としては、ＴｉＯ2 、
ＨｆＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、
Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＦ2 、ＴｈＦ4 、ＮａＦから選ばれる
２種類以上の材料を積層したものが挙げられる。
いが、反射面にコーティングを施してなる誘電体多層膜
の態様が好ましい。誘電体多層膜としては、ＴｉＯ2 、
ＨｆＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、
Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＦ2 、ＴｈＦ4 、ＮａＦから選ばれる
２種類以上の材料を積層したものが挙げられる。
【００２４】上記希土類含有塩化物結晶をレーザ活性媒
体として用いるに際しては、その両端面がレーザ共振器
ミラーとして機能するように、所定の加工を施すことが
好ましい態様である。これによって、共振器ミラーを別
途設ける必要がなくなる。
体として用いるに際しては、その両端面がレーザ共振器
ミラーとして機能するように、所定の加工を施すことが
好ましい態様である。これによって、共振器ミラーを別
途設ける必要がなくなる。
【００２５】また、上記したような従来の半導体レーザ
で励起ができない希土類イオンでも、半導体レーザで励
起可能な希土類イオン（例えば、ＥｒやＹｂ等）と組み
合わせてドープし、かつこれに応じて所定のコーティン
グ膜を施すことにより、新たな波長のレーザ発振が可能
となる。
で励起ができない希土類イオンでも、半導体レーザで励
起可能な希土類イオン（例えば、ＥｒやＹｂ等）と組み
合わせてドープし、かつこれに応じて所定のコーティン
グ膜を施すことにより、新たな波長のレーザ発振が可能
となる。
【００２６】
実施例１ 以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。図
１は、本発明による固体レーザ装置の一実施例の構成を
示す図である。同図に示すように、本実施例の固体レー
ザ装置は、ハイパワーの半導体レーザを励起光源１と
し、Ｅｒ0.5 Ｔｍ 0.5 Ｂａ2 Ｃｌ7 結晶からなるレーザ
活性媒体３と、光共振器４とを有するものである。同図
の例では、励起光源１とレーザ活性媒体３との間に、励
起光源から出射された光ビームを集光する集光光学系２
が設けられている。
１は、本発明による固体レーザ装置の一実施例の構成を
示す図である。同図に示すように、本実施例の固体レー
ザ装置は、ハイパワーの半導体レーザを励起光源１と
し、Ｅｒ0.5 Ｔｍ 0.5 Ｂａ2 Ｃｌ7 結晶からなるレーザ
活性媒体３と、光共振器４とを有するものである。同図
の例では、励起光源１とレーザ活性媒体３との間に、励
起光源から出射された光ビームを集光する集光光学系２
が設けられている。
【００２７】励起光に用いる半導体レーザの発振波長と
しては、９６５ｎｍから９８５ｎｍの波長域のものが特
に有効である。本実施例では、ハイパワーの半導体レー
ザ１として、最大出力１Ｗ、発振波長９８２ｎｍのＣＷ
レーザを用いた。
しては、９６５ｎｍから９８５ｎｍの波長域のものが特
に有効である。本実施例では、ハイパワーの半導体レー
ザ１として、最大出力１Ｗ、発振波長９８２ｎｍのＣＷ
レーザを用いた。
【００２８】光共振器４は、レーザ活性媒体３を間に挟
んで設けられた一対の共振器ミラー４ａ、４ｂからなっ
ている。励起光が入射する側の共振器ミラー４ａには、
６４０ｎｍ付近及び４５０ｎｍ付近の波長の光を１００
％近く反射し、かつ半導体レーザ１からの９８２ｎｍ付
近の波長の光ビームを高透過する特性のコーティング膜
５を施こした。一方、レーザ光を出射する側のミラー４
ｂには、波長６４０ｎｍ付近をピークとする光を１００
％近く反射し、波長４５０ｎｍ付近をピークとする光を
９８％反射する特性を有し、かつ反射、寄生発振を抑え
るため９８２ｎｍ付近の波長の光を高透過する特性をも
有するコーティング膜６を施こした。光共振器全体とし
ては、４５０ｎｍ付近及び６４０ｎｍ付近の両方の波長
に対しＱが高く、効率良く発振させるようになってお
り、特に６４０ｎｍ付近の波長の光を該光共振器内に閉
じ込めるようになっている。
んで設けられた一対の共振器ミラー４ａ、４ｂからなっ
ている。励起光が入射する側の共振器ミラー４ａには、
６４０ｎｍ付近及び４５０ｎｍ付近の波長の光を１００
％近く反射し、かつ半導体レーザ１からの９８２ｎｍ付
近の波長の光ビームを高透過する特性のコーティング膜
５を施こした。一方、レーザ光を出射する側のミラー４
ｂには、波長６４０ｎｍ付近をピークとする光を１００
％近く反射し、波長４５０ｎｍ付近をピークとする光を
９８％反射する特性を有し、かつ反射、寄生発振を抑え
るため９８２ｎｍ付近の波長の光を高透過する特性をも
有するコーティング膜６を施こした。光共振器全体とし
ては、４５０ｎｍ付近及び６４０ｎｍ付近の両方の波長
に対しＱが高く、効率良く発振させるようになってお
り、特に６４０ｎｍ付近の波長の光を該光共振器内に閉
じ込めるようになっている。
【００２９】レーザ活性媒体としては、特開平７−９７
５７２号に開示されているようなＲ１x Ｒ２(1-x) Ｂａ
2 Ｃｌ7 （ただし、Ｒ１、Ｒ２は各々１以上の希土類元
素を示す。）で表される希土類含有塩化物結晶におい
て、Ｒ１、Ｒ２がＥｒ及びＴｍを、ｘが０．５であるＥ
ｒ0.5 Ｔｍ0.5 Ｂａ2 Ｃｌ7 結晶を用いた。本実施例で
は、組成比ｘが０．５のものを用いたが、これに限定さ
れるものではない。該結晶のサイズは、直径４．５ｍ
ｍ、長さ５ｍｍの円筒型のものを用いた。
５７２号に開示されているようなＲ１x Ｒ２(1-x) Ｂａ
2 Ｃｌ7 （ただし、Ｒ１、Ｒ２は各々１以上の希土類元
素を示す。）で表される希土類含有塩化物結晶におい
て、Ｒ１、Ｒ２がＥｒ及びＴｍを、ｘが０．５であるＥ
ｒ0.5 Ｔｍ0.5 Ｂａ2 Ｃｌ7 結晶を用いた。本実施例で
は、組成比ｘが０．５のものを用いたが、これに限定さ
れるものではない。該結晶のサイズは、直径４．５ｍ
ｍ、長さ５ｍｍの円筒型のものを用いた。
【００３０】図１に例示する固体レーザ装置において、
ハイパワーの半導体レーザ１を駆動し、半導体レーザか
らの光ビームを集光光学系２を介してレーザ活性媒体３
に入射させる。入射した光ビームは、レーザ活性媒体３
内部で吸収されてポンピングに利用される。即ち、レー
ザ活性媒体であるＥｒ0.5 Ｔｍ0.5 Ｂａ2 Ｃｌ7 内で
は、先ず、入射した光ビームがＥｒイオンに吸収され
る。
ハイパワーの半導体レーザ１を駆動し、半導体レーザか
らの光ビームを集光光学系２を介してレーザ活性媒体３
に入射させる。入射した光ビームは、レーザ活性媒体３
内部で吸収されてポンピングに利用される。即ち、レー
ザ活性媒体であるＥｒ0.5 Ｔｍ0.5 Ｂａ2 Ｃｌ7 内で
は、先ず、入射した光ビームがＥｒイオンに吸収され
る。
【００３１】Ｅｒイオン内では、入射した波長９８２ｎ
ｍの光ビームのエネルギーに対応する吸収帯、例えば 4
Ｉ11/2− 4Ｉ15/2イオン化準位間、 4Ｆ7/2 − 4Ｉ11/2
イオン化準位間、 4Ｆ3/2 − 4Ｉ9/2 イオン化準位間、
あるいは 4Ｆ5/2 − 4Ｉ9/2イオン化準位間等が存在す
るため、複数の光子を吸収し多段にポンピングされる現
象、所謂、アップコンバージョン現象が起きる。例え
ば、Ｅｒイオンだけを含む塩化物結晶ＥｒＢａ2 Ｃｌ7
を、同様に波長９８２ｎｍの半導体レーザによって励起
すると、図３に示すように、アップコンバージョン現象
によって青色から赤外線の領域に蛍光を発する。本実施
例では、Ｅｒイオンから発せられる図３と同様の蛍光の
なかから、光共振器４によって６４０ｎｍ付近の波長の
光を閉じ込めるものとした。
ｍの光ビームのエネルギーに対応する吸収帯、例えば 4
Ｉ11/2− 4Ｉ15/2イオン化準位間、 4Ｆ7/2 − 4Ｉ11/2
イオン化準位間、 4Ｆ3/2 − 4Ｉ9/2 イオン化準位間、
あるいは 4Ｆ5/2 − 4Ｉ9/2イオン化準位間等が存在す
るため、複数の光子を吸収し多段にポンピングされる現
象、所謂、アップコンバージョン現象が起きる。例え
ば、Ｅｒイオンだけを含む塩化物結晶ＥｒＢａ2 Ｃｌ7
を、同様に波長９８２ｎｍの半導体レーザによって励起
すると、図３に示すように、アップコンバージョン現象
によって青色から赤外線の領域に蛍光を発する。本実施
例では、Ｅｒイオンから発せられる図３と同様の蛍光の
なかから、光共振器４によって６４０ｎｍ付近の波長の
光を閉じ込めるものとした。
【００３２】一方、Ｔｍイオンは、上記６４０ｎｍ付近
の波長の光を吸収して、Ｅｒイオンと同様にアップコン
バージョン現象によって紫外線から青色の領域に蛍光を
発する。これらの蛍光のうち４５０ｎｍ付近の波長の光
だけを、４５０ｎｍ付近の波長にＱの高い光共振器４に
よって、レーザ光として取り出した。
の波長の光を吸収して、Ｅｒイオンと同様にアップコン
バージョン現象によって紫外線から青色の領域に蛍光を
発する。これらの蛍光のうち４５０ｎｍ付近の波長の光
だけを、４５０ｎｍ付近の波長にＱの高い光共振器４に
よって、レーザ光として取り出した。
【００３３】以上の励起（吸収）、発光過程を図２に示
す。もちろん、同図には示していない励起、発光過程も
あるが、ここでは本発明に係る主たる過程についてのみ
示してある。
す。もちろん、同図には示していない励起、発光過程も
あるが、ここでは本発明に係る主たる過程についてのみ
示してある。
【００３４】実施例２ 本実施例では、上記実施例１で用いた４５０ｎｍ付近の
波長にＱの高い光共振器４の代わりに、４８０ｎｍ付近
の波長にＱの高い光共振器を用いる態様を示す。ただ
し、６４０ｎｍ付近の波長の光を光共振器内に閉じ込め
る特性は、上記実施例１と同様である。上記実施例１で
は、Ｔｍイオンの 1Ｄ2 準位から 3Ｆ4 準位への遷移に
よる４５０ｎｍ付近の波長の蛍光を利用するものであっ
たが、Ｔｍイオンからは 1Ｇ4準位から 3Ｈ6 準位への
遷移による４８０ｎｍ付近の波長の蛍光も発せられる。
従って、４８０ｎｍ付近の波長にＱの高い光共振器を用
いることによって、４８０ｎｍの青色レーザ光を取り出
すことができる。
波長にＱの高い光共振器４の代わりに、４８０ｎｍ付近
の波長にＱの高い光共振器を用いる態様を示す。ただ
し、６４０ｎｍ付近の波長の光を光共振器内に閉じ込め
る特性は、上記実施例１と同様である。上記実施例１で
は、Ｔｍイオンの 1Ｄ2 準位から 3Ｆ4 準位への遷移に
よる４５０ｎｍ付近の波長の蛍光を利用するものであっ
たが、Ｔｍイオンからは 1Ｇ4準位から 3Ｈ6 準位への
遷移による４８０ｎｍ付近の波長の蛍光も発せられる。
従って、４８０ｎｍ付近の波長にＱの高い光共振器を用
いることによって、４８０ｎｍの青色レーザ光を取り出
すことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体レー
ザ装置には、７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎｍ〜９
８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から選ばれ
る１種類以上の波長を有する励起光を用いることが可能
であり、特に、波長９６５ｎｍ〜９８５ｎｍの半導体レ
ーザ光を用いることができる。その励起光に対して一つ
のレーザ活性媒体内において二段階の波長上方変換が行
われ、青色レーザ光が得られる。従って、従来の青色レ
ーザ光を出射し得る固体レーザ装置と比較して、より小
型で効率のよい固体レーザ装置を提供できる。
ザ装置には、７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎｍ〜９
８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から選ばれ
る１種類以上の波長を有する励起光を用いることが可能
であり、特に、波長９６５ｎｍ〜９８５ｎｍの半導体レ
ーザ光を用いることができる。その励起光に対して一つ
のレーザ活性媒体内において二段階の波長上方変換が行
われ、青色レーザ光が得られる。従って、従来の青色レ
ーザ光を出射し得る固体レーザ装置と比較して、より小
型で効率のよい固体レーザ装置を提供できる。
【００３６】また、レーザ活性媒体の端面に対し、該端
面がレーザ共振用ミラーとして機能するように所定の加
工を施せば、固体レーザ装置をさらに小型軽量化するこ
とができる。
面がレーザ共振用ミラーとして機能するように所定の加
工を施せば、固体レーザ装置をさらに小型軽量化するこ
とができる。
【図１】本発明に係る固体レーザ装置の一実施例の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明に係る励起および発光過程を示す図であ
る。
る。
【図３】波長９８２ｎｍの半導体レーザ励起によるＥｒ
Ｂａ2 Ｃｌ7 結晶の蛍光スペクトルを示す図である。
Ｂａ2 Ｃｌ7 結晶の蛍光スペクトルを示す図である。
【図４】青色レーザ光を出射し得る固体レーザ装置の従
来例を示す図である。
来例を示す図である。
【図５】青色レーザ光を出射し得る固体レーザ装置の他
の従来例を示す図である。
の従来例を示す図である。
１ 励起光源（半導体レーザ） ２ 集光光学系 ３ レーザ活性媒体 ４ 光共振器 ４ａ、４ｂ 共振器ミラー ５、６ コーティング膜
フロントページの続き (72)発明者 只友 一行 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 白石 浩之 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 ７９０ｎｍ〜８４０ｎｍ、９６５ｎｍ〜
９８５ｎｍ、１５００ｎｍ〜１５５０ｎｍの中から選ば
れる１種類以上の波長を有する励起光を供する励起光源
と、ＥｒおよびＴｍを共に含有する塩化物結晶からなる
レーザ活性媒体と、このレーザ活性媒体を挟んで設けら
れる一対の共振器ミラーとを有し、一対の共振器ミラー
は、前記Ｅｒが励起光を波長上方変換して放出する第一
の波長の光をこれらの間に閉じ込めることができ、か
つ、前記Ｔｍが第一の波長の光を波長上方変換して放出
する第二の波長の光をレーザ発振させレーザ光として出
射するものであることを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項２】 励起光源が、波長９８２ｎｍのレーザ光
を出射する半導体レーザである請求項１記載の固体レー
ザ装置。 - 【請求項３】 励起光が一対の共振器ミラーの一方を通
過してレーザ活性媒体内に入射するものであり、かつ、
一対の共振器ミラーの他方からレーザ光が出射するもの
であり、励起光の入射する側の共振器ミラーは、少なく
とも波長６４０±１０ｎｍ及び４５０±１０ｎｍの光を
全反射するものであり、レーザ光の出射する側の共振器
ミラーは、少なくとも、波長６４０±１０ｎｍの光を全
反射し、波長４５０±１０ｎｍの光を９０％〜９９．５
％反射するものである請求項１記載の固体レーザ装置。 - 【請求項４】 励起光が一対の共振器ミラーの一方を通
過してレーザ活性媒体内に入射するものであり、かつ、
一対の共振器ミラーの他方からレーザ光が出射するもの
であり、励起光の入射する側の共振器ミラーが、少なく
とも波長６４０±１０ｎｍおよび４８０±１０ｎｍの光
を全反射するものであり、レーザ光の出射する側の共振
器ミラーが、少なくとも波長６４０±１０ｎｍの光を全
反射し、波長４８０±１０ｎｍの光を９０％〜９９．５
％反射するものである請求項１記載の固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22255196A JPH1065259A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22255196A JPH1065259A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065259A true JPH1065259A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16784227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22255196A Withdrawn JPH1065259A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065259A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313813A (ja) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | Shimadzu Corp | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
-
1996
- 1996-08-23 JP JP22255196A patent/JPH1065259A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313813A (ja) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | Shimadzu Corp | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |