JPH1070334A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の構成要素を増加させることなく、所望
の周期で短いパルス状の出力を得ることのできるコンパ
クトな半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 励起用の半導体レーザ１への供給電流
を、高レベルと低レベルに交互に変化するパルス状の電
流とし、低レベル電流値を固体レーザ媒質４の発振しき
いレベル以下、高レベル電流値を、その１回の持続時間
内での半導体レーザ１の出力パワーにより固体レーザ媒
質４の緩和発振の初期に現れる１つのピークからなる１
つのショートパルスを出力させる電流値に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザからの
出力光を励起光として用いた固体レーザ装置に関し、更
に詳しくは、ショートパルス光を出力することのできる
半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体レーザ装置からの出力光をパルス状
に変調する方法として、従来、内部変調方式（Ｑスイッ
チ方式）と外部変調方式が知られている。

【０００３】図８および図９に、それぞれ従来の変調方
式である内部変調方式および外部変調方式の一例を示
す。これらの例は、いずれも、半導体レーザ１１からの
出力光を励起光とする固体レーザ装置であり、半導体レ
ーザ１１からの出力光はレンズ１２，１３を介して固体
レーザ媒質１４に照射される。固体レーザ媒質１４の片
面には、半導体レーザ１１からの出力光の波長成分を透
過させ、かつ、固体レーザ媒質１４の発振波長成分に対
しては高い反射率を持つ誘電体多層膜等からなる高反射
コート膜１４ａが付されており、この高反射コート膜１
４ａと一部透過ミラー（出力ミラー）１５の間で光共振
器を構成している。

【０００４】さて、図８に例示した内部変調方式におい
ては、光共振器内部に偏光子２１および電気光学結晶２
２を配置するとともに、電気光学結晶２２には変調用の
パルス電界を付与するためのパルス電源２３を接続し
て、偏光子２１と電気光学結晶２２によって光共振器内
の光をＯＮ／ＯＦＦすることによって、光共振器からパ
ルス電源２３からのパルス電界に対応したパルス状のレ
ーザ光を得る。

【０００５】図９に例示した外部変調方式においては、
光共振器の出力ミラー１５側の外方に音響光学素子３１
およびピンホール３２を配置するとともに、音響光学素
子３１には超音波駆動電源３３に接続し、トランスジュ
ーサ（図示せず）等を介して音響光学素子３１に対して
適宜の周期で超音波振動を付与することによって光共振
器から出力されたレーザ光を回折反射させ、その回折反
射状態においてレーザ光のピンホール３２への通過を阻
止することで、レーザ光をパルス化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上の従来
のパルス変調方式によれば、いずれも、レーザ装置全体
としての構成要素が多くなるため、装置の小型化が困難
で、コストも高くなるばかりでなく、調整項目も増加す
るといった問題がある。

【０００７】なお、固体レーザ装置からの出力光を変調
する技術として、励起用の半導体レーザに対して変調用
の電流を供給するいわゆる直接変調方式も知られている
が、この直接変調方式は出力レーザパワーをサイン状に
変化させるものであって、パルス化するものについては
実用化または報告された例はない。

【０００８】本発明の目的は、装置の構成要素を増加さ
せることなく、従ってコンパクトで安価な構成のもと
に、所望の周期で短いパルス状のレーザ出力を得ること
のできる半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ励
起固体レーザ装置は、励起用の半導体レーザに対して、
電流値が高レベルと低レベルに交互に変化するパルス状
の駆動電流を供給する駆動電源装置を備えるとともに、
その低レベルの電流値は、その電流に基づく半導体レー
ザからの出力パワーが固体レーザ媒質の発振を生起させ
るしきいレベル以下の電流値に設定される一方、高レベ
ルの電流値は、その高レベル電流の１回の持続時間内に
おける半導体レーザの出力パワーにより、固体レーザ媒
質から緩和発振の初期のピークによる１つのショートパ
ルスを出力させる電流値に設定されていることによって
特徴づけられる。

【００１０】本発明は、励起用の半導体レーザの出力パ
ワーを高／低にパルス状に変化させて固体レーザ媒質に
照射したとき、その励起光の高／低のパワー値を適宜に
調整することで、図１に模式的に示す固体レーザ媒質の
緩和発振時の初期に現れるピークＰからなる、図２のよ
うなショートパルスＳＰを、半導体レーザの出力パワー
の変化に同期させて出力させ得ることを見いだしたこと
に基づいている。

【００１１】すなわち、励起用の半導体レーザポンピン
グ用の電流値を、高レベルｉ_H と低レベルｉ_L にパルス
状に変化させて、半導体レーザからの出力光のパワーを
高パワーＰ_H と低パワーＰ_L にパルス状に交互に変化さ
せたとき、低レベルの電流値ｉ_L を固体レーザ媒質の発
振を生起させるしきいレベル以下とし、高レベルの電流
値ｉ_H をそのしきいレベル以上としたとき、固体レーザ
媒質の発振出力は高レベル電流の供給タイミングに対し
て遅れを生じるとともに、そのポンピング用の電流の変
化周期と高レベルでの電流値を種々に変化させたとき、
その周期と高レベル電流値ｉ_H を適宜に設定することに
よって、１回の高レベル電流供給ごとに固体レーザ媒質
の緩和発振の初期のピークからなる１つのショートパル
スを得ることができる。

【００１２】このようなショートパルス出力をもたらす
高レベル電流値ｉ_H は、種々の実験の結果、そのパルス
状の変化周期との関連おいて決まることが判明した。す
なわち、図３に示すように、その高レベル電流ｉ_H の１
回の持続時間ｔ内における半導体レーザの出力パワー
（図中斜線で示す）により、固体レーザ媒質から緩和発
振の初期のピークによる１つのショートパルスを出力さ
せるような電流値ｉ_H0が存在し、その電流値ｉ_H0に高レ
ベル電流値ｉ_H を合致させると、そのポンピング用の電
流の変化周期に同期して、固体レーザ装置から図２に示
したようなショートパルス光を取り出すことが可能とな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図４は本発明の実施の形態の全体
構成図である。半導体レーザ１からの出力光は、集光用
のレンズ２，３を介して励起光として固体レーザ媒質４
に照射される。固体レーザ媒質４の励起光の入射側の面
には、固体レーザ媒質４の発振波長に対して高反射で、
かつ、半導体レーザ１の発振波長に対しては高透過の高
反射コート膜４ａが積層されており、その高反射コート
膜４ａと、固体レーザ媒質４を挟んでレンズ２，３とは
反対側に配置された出力ミラー５との間で光共振器を構
成している。

【００１４】半導体レーザ１の駆動用電源６は、供給さ
れた制御信号波形に応じてその出力電流値が変化するタ
イプの電流源であって、この駆動用電源６にはファンク
ションジェネレータ７からパルス状の制御信号が供給さ
れ、これにより、半導体レーザ１の駆動電流値は、高レ
ベルの電流値ｉ_H と低レベルｉ_L の電流値が所定の周期
で交互に変化することになる。

【００１５】以上の実施の形態において、半導体レーザ
１としてストライプ幅２００μｍで出力波長８０９ｎｍ
の半導体レーザを用い、固体レーザ媒質４としてＮｄ：
ＹＡＧ結晶（発振波長９４６ｎｍ）を用いて、ショート
パルス出力を得た例について以下に述べる。

【００１６】図５はその半導体レーザ１に対するポンピ
ング用電流波形と、固体レーザ発振出力波形を併記して
示すグラフである。この例において、高レベルの電流値
ｉ_Hを約２．０Ａ，低レベルの電流値ｉ_L を固体レーザ
媒質４の発振しきいレベル以下の約１．５Ａとするとと
もに、そのパルス状の変化周波数を約２５ｋＨｚとして
いる。

【００１７】このグラフから明らかなように、高レベル
の電流ｉ_H の１回の供給ごとに、その持続時間の終端近
傍において鋭いショートパルスの固体レーザ発振出力を
得ることができた。また、このショートパルス発振の周
波数、従って電流のパルス状の変化周波数は、５０ｋＨ
ｚ程度まで高くしても、図５と同様のショートパルス出
力が得られることが確認されている。ただし、このよう
に周波数を変化させる場合には、前記した図３に示した
ように、高レベルの電流ｉ_H の持続時間の変化に伴って
その電流値ｉ_H を適宜に変化させる必要があるが、その
持続時間を短くするほど電流値ｉ_H を高くしていくこと
により、図５のようなショートパルス発振が可能な電流
値が必ず存在することが確かめられている。

【００１８】ちなみに、高レベルの電流値ｉ_H を１つの
ショートパルス発振をもたらす最適値よりも高くする
か、あるいは、その持続時間を長くした場合には、図６
に示すように所望周期内に１つのショートパルス光を得
ることができず、また、低レベルの電流ｉ_L を固体レー
ザ発振が生起するしきいレベルよりも高くした場合に
は、図７に例示するように固体レーザ出力はランダムと
なり、出力ダウンの状態において残留パワーが生じるこ
とが確かめられている。

【００１９】なお、励起用の半導体レーザ並びに固体レ
ーザ媒質の種類については、上記の例に限られることな
く、任意のものを使用することができる。また、光共振
器内に非線形光学結晶を挿入し、固体レーザ媒質のＳＨ
Ｇ（第２高調波発振）光を取り出す場合にも、上記と全
く同様に本発明を適用し得ることが確認されている。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、励起用の半導体レーザ
に投入する電流値を高レベルと低レベルにパルス状に変
化させるとともに、その低レベルの電流値を固体レーザ
媒質の発振しきいレベル以下とし、かつ、高レベルの電
流値をその持続時間との関連において適宜に設定するこ
とによって、その投入電流のパルス状の変化周期に対応
した周期でショートパルスの固体レーザ発振出力を得る
ことができ、従来の各パルス変調方式に比して、少ない
構成要素のもとに、従って小型かつ安価な構成のもと
に、パルス出力可能な固体レーザ装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において利用する固体レーザ媒質の緩和
発振の模式的説明図

【図２】本発明において得ようとするショートパルスの
模式的説明図

【図３】本発明において用いる半導体レーザへの供給電
流とその出力パワーの説明図

【図４】本発明の実施の形態の全体構成図

【図５】本発明の実施の形態によりショートパルスの固
体レーザ発振出力を得たときの半導体レーザ１への供給
電流波形と固体レーザ発振出力波形の例を示すグラフ

【図６】本発明の実施の形態において高レベル電流値ｉ
_H の持続時間を長くしすぎた場合における半導体レーザ
１への供給電流波形と固体レーザ発振出力の例を示すグ
ラフ

【図７】本発明の実施の形態において低レベル電流値ｉ
_L を固定レーザ媒質４の発振しきいレベル以上に設定し
た場合における半導体レーザ１への供給電流波形と固体
レーザ発振出力の例を示すグラフ

【図８】従来の内部変調方式（Ｑスイッチ方式）に基づ
く固体レーザ出力のパルス化の一例を示す説明図

【図９】従来の外部変調方式に基づく固体レーザ出力の
パルス化の一例を示す説明図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２，３ レンズ ４ 固体レーザ媒質 ４ａ 高反射コート膜 ５ 出力ミラー ６ 駆動用電源 ７ ファンクションジェネレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザからの出力光により固体レ
   ーザ媒質を励起するレーザ装置において、上記半導体レ
   ーザに対して電流値が高レベルと低レベルに交互に変化
   するパルス状の駆動電流を供給する駆動電源装置を備
   え、上記低レベルの電流値は、その電流に基づく半導体
   レーザからの出力パワーが固体レーザ媒質の発振を生起
   させるしきいレベル以下の電流値に設定され、かつ、上
   記高レベルの電流値は、その高レベル電流の１回の持続
   時間内における半導体レーザの出力パワーにより、固体
   レーザ媒質から緩和発振の初期のピークによる１つのシ
   ョートパルスを出力させる電流値に設定されていること
   を特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。