WO2007013134A1 - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ励起固体レーザ装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser pumped solid-state laser device, and more specifically, a semiconductor laser pumped solid-state laser device capable of realizing single-mode oscillation near 1064.4 nm with a configuration without inserting an etalon or the like into an optical resonator. About.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-31485
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 3509598
  • Non-patent literature l J.Opt.Soc.Am.B.Vol.3, No.9, P1175 (1986)
  • Non-Patent Document 2 Lasers (University Science Books, Mill Valley, CA. 1986), P524 Invention Disclosure
  • Nd 1064.4 ⁇ utilizing transition between energy levels to the 4 F by YAG Single mode oscillation in the vicinity of m is desired. However, each energy level is subdivided into the Stark level, which is a sub-level.
  • an object of the present invention is a configuration in which an etalon or the like is not inserted into an optical resonator.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor laser pumped solid-state laser device capable of realizing single mode oscillation in the vicinity of 4 nm.
  • the present invention provides a nonlinear optical crystal contained in an optical resonator including a solid-state laser medium pumped by a laser beam output by a semiconductor laser power, and oscillates in the optical resonator.
  • the laser device configured to output a harmonic of a fundamental wave to the outside, detect a part of the harmonic, and control a driving current of the semiconductor laser so that the harmonic output becomes constant.
  • the laser medium is Nd: YAG
  • the Nd: YAG has two end faces perpendicular to the optical axis
  • the end face of the Nd: YAG that is the end of the optical resonator is changed from level 4 F to level.
  • HR coating is applied to the light generated by the transition of
  • the Nd: YAG functions as a band reflection mirror due to the interference of the reflected light at both end faces, and has a maximum reflectivity for light generated at the transition from sublevel R to sublevel Y.
  • a solid state laser device is provided.
  • the HR coating Since the HR coating is applied, oscillation in the 1.32 ⁇ m band can be suppressed and only the 1.06 ⁇ m band can be selectively oscillated.
  • the end surface of the Nd: YAG on the semiconductor laser side may be uncoated or may be a coat having a certain reflectance.
  • Nd: YAG functions as a band reflecting mirror and has wavelength selectivity. For this reason, the thickness of Nd: YAG is controlled, for example, for light generated at the transition from sublevel R to sublevel Y.
  • the sub-level R If the light is tuned so that the reflectance shows a minimum value, the sub-level R or
  • Light generated at the transition from sublevel R to sublevel Y is near 1064.4 nm.
  • the present invention provides the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the first aspect, wherein the Nd: YAG has a reflection peak near 1064.4 nm and Provided is a semiconductor laser pumped solid-state laser device characterized by having a thickness in the light transmission direction such that no reflection peak exists in the vicinity of 1.8 nm.
  • the HR coat for the wavelength near 1064.4 nm is applied to the end face which is the end of the Nd: YAG optical resonator, oscillation in the 1.32 m band is suppressed. Only 1.06 m band can be selectively oscillated. Note that the end face of the Nd: YAG semiconductor laser side may be uncoated or may be a coat having a certain reflectance.
  • Nd: YAG functions as a band reflecting mirror and has wavelength selectivity.
  • the thickness of Nd: YAG is controlled so that, for example, a reflection peak comes at 1064.4 nm ⁇ 0.35 nm (shaded part a in FIG. 2) and 1061.8 nm ⁇ 0.2 nm (shaded part b in FIG. 2).
  • the oscillation line near 1061.8 nm can be suppressed and single mode oscillation near 1064.4 nm can be realized.
  • the present invention provides the semiconductor laser pumped solid laser device according to the first or second aspect, wherein the thickness of the Nd: YAG in the light transmission direction is 0.13 to 0.22 mm, 0.2o to 0.33 mm. , 0.d9mm to 0.44mm, 0.5imm to 0.55mm, 0.65mm to 0.6 / 'mm, a semiconductor laser pumped solid-state laser device is provided.
  • Figure 3 shows the relationship between FSR (Free Spectral Range) and reflection peak wavelength in the reflection characteristics of Nd: YAG.
  • the radial line in Fig. 3 shows the wavelength of the Nd: YAG reflection peak with respect to the FSR.
  • Nd: YAG is temperature-tuned so that one of the reflection peaks is matched to the wavelength of about 1064.4 nm, which is the subject of the present invention, regardless of FSR.
  • the horizontal region a in FIG. 3 is a region near 1064.4 nm, and the horizontal region j8 is a region near 10 61.8 nm.
  • the vertical regions A, B, C, D, and E indicate the FSR ranges where the reflection peak of Nd: YAG exists in the region a and the reflection peak does not come in the region b.
  • the FSR value force is 0.467 to 0.480, 0.56 to 0.60, 0.7 0 to 0.80, 0.933 to 1.20, 1.4 to 2.4.
  • Single mode oscillation near nm can be realized.
  • these FSR values be Nd: Y In terms of AG thickness, they are 0.13 to 0.22mm, 0.26 to 0.33mm, 0.39 to 0.44mm, 0.51 to 0.55mm, and 0.65 to 0.67mm.
  • the present invention is characterized in that in the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to any one of the first to third aspects, means for changing the temperature of the Nd: YAG is provided.
  • a semiconductor laser excitation solid-state laser device is provided.
  • Nd on the order of lOnm It is necessary to control the thickness of YAG. This may be done with a polishing force. However, such high-precision polishing power is a factor in increasing costs.
  • the semiconductor laser pumped solid-state laser device does not require accuracy up to the lOnm order in the polishing process, and variations in thickness due to the polishing force can be obtained by changing the temperature of Nd: YAG. Absorb. As a result, it is possible to avoid the cost increase due to the high-precision polishing cage.
  • the present invention provides the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the fourth aspect, wherein the Nd: YAG has a thickness in the light transmission direction of 0.31 to 0.33 mm, 0.39 mm to 0.44 mm, 0.51.
  • the Nd: YAG has a thickness in the light transmission direction of 0.31 to 0.33 mm, 0.39 mm to 0.44 mm, 0.51.
  • a semiconductor laser pumped solid-state laser device having a value falling within any of mm to 0.55 mm and 0.65 mm to 0.67 mm.
  • ⁇ is the wavelength
  • n is the refractive index of Nd: YAG
  • the reflection peak of Nd: YAG is tuned to the peak of the gain band near 1064.4 nm, but the gain band actually moves to the longer wavelength side as the temperature rises.
  • the actual variable temperature range of Nd: YAG is about 100 ° C. Therefore, the width of the wavelength that can be swept by changing the temperature is lnm (0.01 nmZ ° C X 100 ° C).
  • tuning the reflection peak to the desired wavelength by changing the temperature requires that the FSR determined by the thickness of Nd: YAG can be swept with temperature.
  • FSR is expressed by the following equation.
  • L is the thickness of Nd: YAG.
  • Nd YAG thickness is 0.3 lmm. This is essentially the lower limit of “0.31 mm or more” for the thickness L of Nd: YAG.
  • the upper limit of the Nd: YAG thickness is determined by the condition that FSR is larger than half of the gain bandwidth to select one of the longitudinal modes in the gain band. That is, since the gain bandwidth of Nd: YAG is about 0.7 nm, the FSR is 0.35 nm or more, which is 0.89 mm or less when converted to the thickness L of Nd: YAG. This is the upper limit condition “0.89 mm or less” for the thickness L of Nd: YAG.
  • the appropriate Nd: YAG thickness is 0.3 l. It is a value of ⁇ 0.33mm, 0.39 ⁇ 0.44mm, 0.51 ⁇ 0.55mm, 0.65 ⁇ 0.67mm.
  • the present invention provides the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the end face that is not the end face that is the end of the optical resonator of the Nd: YAG is uncoated.
  • a semiconductor laser-excited solid-state laser device is provided.
  • Nd YAG optical resonator end face is an HR coat, but the end face that is not the end face of the optical resonator is not coated.
  • the present invention relates to the semiconductor laser pumped solid-state laser device according to the sixth aspect, wherein the optical length of the optical resonator is 18 mm or less. I will provide a.
  • the present inventor only needs to make the reflection peak of Nd: YAG substantially coincide with one of the resonator modes, and further give a 0.3% or more aperture to the adjacent resonator mode. I found out. If the end face that is the end of the optical resonator of Nd: YAG is HR coated and the end face that is not the end of the optical resonator is uncoated, it causes a loss of 0.3% or more to the adjacent resonator mode. To achieve this, the resonator mode interval should be 0.03 nm or more. If this is converted, the optical length of the optical resonator becomes 18 mm or less.
  • single mode oscillation near 1064.4 nm can be realized with a configuration without inserting an etalon or the like into the optical resonator!
  • FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a semiconductor laser pumped solid-state laser device 100 according to the first embodiment.
  • This semiconductor laser pumped solid-state laser device 100 is pumped by a semiconductor laser 1 that emits pump laser light, a first lens 21 and a second lens 22 that collect the pump laser light, and the pumped laser light that has been collected.
  • Nd YAG (solid-state laser medium) 3 that stimulates and emits fundamental laser light
  • a temperature changer 4 that changes the temperature of Nd: YAG3, a Brewster plate 5 that adjusts the polarization
  • a fundamental laser A wavelength conversion element 6 that converts light into second harmonic light, a mirror 7 that constitutes one end of the optical resonator 8 and transmits the second harmonic light, and a part of the second harmonic light that passes through the mirror 7
  • the beam splitter 9 to be extracted, the photodiode 10 that receives the second harmonic light extracted by the beam splitter 9 and converts it into an electrical signal, and the semiconductor laser 1 so that the intensity of the electrical signal at the photodiode 10 is constant.
  • the semiconductor laser 1 is not shown in the figure so that the excitation laser beam has a wavelength of 808.5 nm, which is the Nd: YAG absorption peak, and is temperature-tuned by a Peltier device!
  • Nd: YAG3 is a ceramic obtained by sintering a single crystal or a fine crystal.
  • the end face of Nd: YAG3, which is the end of the optical resonator 8, has a high transmittance for a wavelength of 808.5 nm and a high reflectivity for a wavelength of 1064 nm. Has been.
  • the end face of Nd: YAG3 that is not the end of the optical resonator 8 is uncoated.
  • the parallelism of the two end faces of Nd: Y AG3 is machined with an accuracy of less than 5 seconds.
  • Nd: YAG3 is installed so that its two end faces are perpendicular to the optical axis.
  • An optical resonator 8 is formed between the end face of Nd: YAG 3 to which the HR coat 3 a is applied and the mirror 7.
  • the optical length of the optical resonator 8 is 18 mm or less.
  • the temperature changing device 4 changes the temperature of Nd: YAG3 by a Peltier element so that the reflection peak exists in the vicinity of 1064.4 ⁇ m and the reflection peak does not exist in the vicinity of 1061.8nm. adjust.
  • the wavelength conversion element 5 includes LiNbO, LiTaO, MgO: LiNbO, MgO: LiTaO, KNbO.
  • KTiOPO-like materials or these materials are subjected to polarization inversion treatment.
  • the fundamental laser light having a wavelength of around 1064.4 nm that passes through the wavelength conversion element 5 is converted into harmonic light such as second harmonic light or third harmonic light and output.
  • the wavelength conversion element 5 is tuned to an appropriate temperature by a Peltier element or a heater (not shown).
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing the reflectance when Nd: YAG is viewed from the inside force of the resonator when the thickness of Nd: YAG3 is 0.41 mm (FSR is 0.76).
  • a hatched portion a in FIG. 2 indicates a region (for example, 1064.4 nm ⁇ 0.35 nm) having a position of an oscillation line of 1064.4 nm and a peripheral gain. Since there is one reflection peak at the wavelength of this shaded area a, it oscillates in the vicinity.
  • the hatched portion b indicates the region (eg, 1061.8 nm ⁇ 0.2 nm) having the position of the oscillation line of 1061.8 nm and the surrounding gain. With respect to the wavelength of the shaded part b, oscillation with low reflectivity is suppressed.
  • an etameter is provided in the optical resonator.
  • a single-mode oscillation near 1064.4 nm can be realized with a configuration that does not include any other components.
  • the thickness of Nd: YAG3 is 0.13 to 0.22mm, 0.26 to 0.33mm, 0.39 to 0.44mm, 0.5 l to 0.55mm, and 0.65 to 0.67mm. /.
  • the values of FSR are 0.467 to 0.480, 0.56 to 0.60, 0.70 to 0.80, 0.933 to 1.20, and 1.4 to 2.4.
  • the shaded areas A, B, C, D, and E shown in FIG. In these shaded areas A, B, C, D, and E, there is a reflection peak in the vicinity of 1064.4 nm and no reflection peak in the vicinity of 1061.8 nm. Near single-mode oscillation can be realized.
  • Nd: YAG3 falls within the range of 0.31 to 0.33mm, 0.39 to 0.44mm, 0.51 to 0.55mm, and 0.65 to 0.67mm, it is suitable for a temperature sweep of about 100 ° C. Therefore, it becomes suitable.
  • the semiconductor laser excitation solid-state laser device of the present invention can be used in the bioengineering field and the measurement field.
  • FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing the transmittance when the thickness of Nd: YAG is 0.4 lmm.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing the wavelength of the reflection peak of Nd: YAG against FSR.

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Abstract

　Ｎｄ：ＹＡＧの端面であって光共振器の端部となる端面に波長１０６４.４ｎｍ近傍に対するＨＲコートを施すと共に、Ｎｄ：ＹＡＧの光透過方向の厚みを、１０６４.４ｎｍ近傍に反射ピークが存在し且つ１０６１.８ｎｍ近傍に反射ピークが存在しないような厚みとすることにより、光共振器内にエタロンなどを挿入しない構成で、１０６４.４ｎｍ近傍のシングルモード発振を実現する。

Description

明 細 書
半導体レーザ励起固体レーザ装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、光共振器内 にエタロンなどを挿入しな 、構成で、 1064.4nm近傍のシングルモード発振を実現 できる半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、半導体レーザにより励起した YAG結晶で同時に生じうる 1.06 μ m帯域の発 振と 1.32 /z m帯域の発振の前者を抑制し後者のみを選択的に発振させるために、 光共振器内に波長選択素子を挿入したり、 YAG結晶の 2つの端面に三色性コートを 施したりする技術が公知である（例えば、特許文献 1参照。 ) o
また、光共振器内にエタロンを挿入し、エタロンの透過ピークがレーザ出力のピーク 波長に合うようにエタロンの温度を調整する技術が公知である（例えば、特許文献 2 参照。）。
[0003] その他、光共振器内に非線形光学結晶を挿入して波長変換するときに縦モードが 複数本存在する場合に、それぞれのモードが和周波発生を介して結合することが原 因でモード競合ノイズが発生すること及び縦モードをシングルモードィ匕することでモ ード競合ノイズを抑制できることが知られている（例えば、非特許文献 1参照。 ) o また、光共振器内に第二の共振器を形成して発振モード制御する技術が知られて いる (例えば、非特許文献 2参照。 ) 0
[0004] 特許文献 1 :特開昭 64— 31485号公報
特許文献 2：特許第 3509598号公報
非特許文献 l :J.Opt.Soc.Am.B.Vol.3,No.9,P1175(1986)
非特許文献 2 : Lasers(University Science Books, Mill Valley, CA.1986),P524 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] Nd :YAGによる4 F から へのエネルギーレベル間の遷移を利用した 1064.4η m近傍のシングルモード発振が望まれている。ところが、それぞれのエネルギーレべ ルはサブレベルであるシュタルク準位に細力べ分裂しており、サブレベル Rからサブ
2 レベル γへの遷移である 1064.4nm近傍の発振線の近くにサブレベル Rからサブ
3 1 レベル γへの遷移である 1061.8nm近傍の発振線があり、 1064.4nm近傍のシング
1
ルモード発振のためには 1061.8nm近傍の発振線を抑制する必要がある。
し力し、 1064.4nm近傍のシングルモード発振のために 1061.8nm近傍の発振線 を抑制する従来技術は知られて 、な 、。
[0006] 他方、光共振器内にエタロンなどを挿入する従来技術では、部品点数が増加して 構成が複雑になると共に、挿入したエタロンなどに起因する反射ロスや吸収ロスなど の共振器内ロスが発生してしまう問題点がある。
また、 YAGの 2つの端面に三色性コートを施す従来技術では、コーティングだけで
1061.8nm近傍の発振線を抑制して 1064.4nm近傍のシングルモード発振を実現 することが難しい問題点がある。
[0007] そこで、本発明の目的は、光共振器内にエタロンなどを挿入しない構成で、 1064.
4nm近傍のシングルモード発振を実現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。
課題を解決するための手段
[0008] 第 1の観点では、本発明は、半導体レーザ力 出力されたレーザ光により励起され る固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学結晶を収容して、前記光共振器 で発振する基本波の高調波を外部に出力し、高調波の一部を検出して高調波出力 が一定になるように前記半導体レーザの駆動電流を制御するように構成されたレー ザ装置において、前記固体レーザ媒質が Nd:YAGであり、前記 Nd:YAGは、光軸 に垂直な 2つの端面をもち、前記 Nd:YAGの前記光共振器の端部となる端面には、 レベル4 F からレベル への遷移で発生する光に対して HRコートが施されており
3/2 11/2
、前記 Nd:YAGは、両端面の反射光の干渉によりバンド反射ミラーとして機能し、サ ブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生する光に対しては反射率が極大値を
2 3
示し、且つサブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生する光に対しては反射率
1 1
が極小値を示すような光透過方向の厚みをもつことを特徴とする半導体レーザ励起 固体レーザ装置を提供する。
上記第 1の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、 Nd:YAGの光共 振器の端部となる端面にレベル4 F カゝらレベル 41 への遷移で発生する光に対して
3/2 11/2
HRコートを施しているため、 1.32 μ m帯域の発振を抑制し 1.06 μ m帯域のみを選 択的に発振させることが出来る。なお、 Nd:YAGの半導体レーザ側の端面は無コー トとしてもよいし、ある反射率を有するコートとしてもよい。
次に、 Nd:YAGの 2つの端面は平行（共に光軸に垂直）なので、 Nd:YAGがバン ド反射ミラーとして機能し、波長選択性を有するようになる。このため、 Nd:YAGの厚 みを制御して、例えばサブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生する光に対し
2 3
ては反射率が極大値を示し、且つサブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生
1 1
する光に対しては反射率が極小値を示すようにチューニングすると、サブレベル Rか
1 らサブレベル Yへの遷移で発生する光である 1061.8nm近傍の発振線を抑制でき、
1
サブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生する光である 1064.4nm近傍のシ
2 3
ングルモード発振を実現できる。
[0009] なお、特許文献 1の第 2図のように光共振器内に端面が光軸に垂直なエタロンを挿 入した場合、エタロンでの反射光が光共振器内で共振して第二の共振器を形成し、 この第二の共振器がエタロンとは異なる波長選択特性をもつ問題がある。一方、特許 文献 2の図 1のようにエタロンの端面を光軸力 少し傾ければ第二の共振器は形成さ れない。しかし、端面を傾けることによって透過フイネスが悪ィ匕し、共振器内ロスとなつ て、レーザの発振効率を低下させる問題がある。
これに対して、本発明では、 Nd:YAGの 2つの端面が光軸に垂直であるため、光 共振器内に第二の共振器を形成するが、この第二の共振器としての波長選択特性 力 SNd： YAGによるバンド反射ミラーの波長選択特性と一致するために、エタロンを光 共振器内に挿入したときのような問題は起こらない。また、 Nd:YAGの 2つの端面は 光軸に垂直なので透過フイネスの悪ィ匕がなぐ端面を傾けたときのような問題は起こ らない。
[0010] 第 2の観点では、本発明は、前記第 1の観点による半導体レーザ励起固体レーザ 装置において、前記 Nd:YAGは、 1064.4nm近傍に反射ピークが存在し且つ 106 1.8nm近傍に反射ピークが存在しないような光透過方向の厚みをもつことを特徴と する半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第 2の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、 Nd:YAGの光共 振器の端部となる端面に波長 1064.4nm近傍に対する HRコートを施しているため、 1.32 m帯域の発振を抑制し 1.06 m帯域のみを選択的に発振させることが出来 る。なお、 Nd:YAGの半導体レーザ側の端面は無コートとしてもよいし、ある反射率 を有するコートとしてもよい。
次に、 Nd:YAGの 2つの端面は平行（共に光軸に垂直）なので、 Nd:YAGがバン ド反射ミラーとして機能し、波長選択性を有するようになる。このため、 Nd:YAGの厚 みを制御して、例えば 1064.4nm±0.35nm (図 2の斜線部 a)に反射ピークが来るよ うに且つ 1061.8nm±0.2nm (図 2の斜線部 b)に反射ピークが来ないようにチュー ユングすると、 1061.8nm近傍の発振線を抑制でき、 1064.4nm近傍のシングルモ ード発振を実現できる。
第 3の観点では、本発明は、前記第 1または第 2の観点による半導体レーザ励起固 体レーザ装置において、前記 Nd:YAGの光透過方向の厚みが 0.13〜0.22mm, 0 .2o〜0.33mm, 0.d9mm〜0.44mm, 0.5imm〜0.55mm, 0.65mm〜0.6 /'mm のいずれかに入る値であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提 供する。
図 3に、 Nd:YAGの反射特性における FSR(Free Spectral Range)と反射ピーク波 長の関係を示す。図 3の放射状の直線が、 FSRに対する Nd:YAGの反射ピークの 波長を示している。なお、反射ピークの一つが、 FSRに関係なく本発明が対象として いる波長 1064.4nm近傍に合うように、 Nd:YAGを温度チューニングしている。 図 3の水平方向の領域 aは 1064.4nm近傍の領域であり、水平方向の領域 j8は 10 61.8nm近傍の領域である。また、垂直方向の領域 A, B, C, D, Eは、領域 aに Nd: YAGの反射ピークが存在し且つ領域 bに反射ピークが来ない FSRの範囲をそれぞ れ示して ヽる。図 3力ら半 IJるように、 FSRの値力 0.467〜0.480, 0.56〜0.60, 0.7 0〜0.80, 0.933〜1.20, 1.4〜2.4であれば、 1061.8nm近傍の発振線を抑制で き、 1064.4nm近傍のシングルモード発振を実現できる。これらの FSRの値を Nd: Y AGの厚みに換算すると、 0.13〜0.22mm, 0.26〜0.33mm, 0.39〜0.44mm, 0. 51〜0.55mm, 0.65〜0.67mmになる。
[0012] 第 4の観点では、本発明は、前記第 1から第 3のいずれかの観点による半導体レー ザ励起固体レーザ装置において、前記 Nd:YAGの温度を変更する手段を備えたこ とを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
Nd:YAGの温度を一定に制御した状態において、 1064.4nm近傍に反射ピーク が存在し且つ 1061.8nm近傍に反射ピークが存在しないような光透過方向の厚みと するためには、 lOnmのオーダーで Nd:YAGの厚みを制御する必要がある。これを 研磨力卩ェで行ってもよい。しかし、このような高精度の研磨力卩ェを行うのはコストアツ プの要因になる。
そこで、上記第 4の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、研磨加工 では lOnmのオーダーまでの精度は求めず、研磨力卩ェに起因する厚みのバラツキは Nd:YAGの温度を変更することで吸収する。これにより、高精度の研磨カ卩ェによるコ ストアップを回避できる。
[0013] 第 5の観点では、本発明は、前記第 4の観点による半導体レーザ励起固体レーザ 装置において、前記 Nd:YAGの光透過方向の厚みが 0.31〜0.33mm, 0.39mm 〜0.44mm, 0.51mm〜0.55mm, 0.65mm〜0.67mmのいずれかに入る値であ ることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
Nd:YAGによるバンド反射ミラーの反射波長の温度に対する変化率 d ZdTは、 次式で表される。
d λ /άΎ= λ { (l/n) (dn/dT) + a }
ここで、 λは波長、 nは Nd:YAGの屈折率， αは Nd:YAGの線膨張係数である。 λ = 1064.4nm, n= 1.82, dn/dT= 9.05 X 10"6/K, α = 7 X 10— 6/Kであるの で、 d ZdT=0.013nmZ。Cとなる。
この /dTの値を用いて Nd:YAGの反射ピークを 1064. 4nm近傍のゲインバ ンドのピークにチューニングすることになるが、実際はゲインバンドも温度上昇に伴つ て長波長側に移動する。その移動する割合 Δ λは、 0.003nmZ°Cである。従って、 エタロンの反射ピークとゲインバンドとの波長差の温度によるチューナピリティーは 0. 01nm/°C ( = 0.013nm/°C -0.003nm/°C)となる。
構成部材の耐熱性などを考慮すると、現実的な Nd:YAGの可変温度幅は 100°C 程度である。従って、温度変更によりスイープできる波長の幅は lnm (0.01nmZ°C X 100°C)となる。一般に、温度を変えて所望の波長に反射ピークをチューニングす るには、 Nd:YAGの厚みで決まる FSR分を温度でスイープできることが条件となる。 さて、 FSRは次式で示される。
Figure imgf000008_0001
ここで、 Lは Nd:YAGの厚みである。
FSRが lnm ( =温度変更によりスイープできる波長の幅）となる Nd： YAGの厚みは 0.3 lmmとなる。これが実質的に Nd： YAGの厚み Lの下限条件「0.31mm以上」と なる。
一方、 Nd:YAGの厚みの上限は、ゲインバンド内の縦モードの 1つを選択するため には FSRがゲインバンド幅の半分よりも大きい値であるという条件により決定される。 すなわち、 Nd:YAGのゲインバンド幅は約 0.7nmであるので、 FSRは 0.35nm以上 になり、これを Nd:YAGの厚み Lに換算すると 0.89mm以下となる。これが Nd:YA Gの厚み Lの上限条件「0.89mm以下」となる。
Nd:YAGの下限条件「0.31mm以上」と上限条件「0.89mm以下」と前記第 3の観 点における Nd:YAGの厚みの範囲とを合わせると、適正な Nd:YAGの厚みは、 0.3 l〜0.33mm, 0.39〜0.44mm, 0.51〜0.55mm, 0.65〜0.67mmのいずれかの 値ということになる。
第 6の観点では、本発明は、前記第 1から第 5のいずれかの観点による半導体レー ザ励起固体レーザ装置において、前記 Nd:YAGの光共振器端部となる端面でない 端面は無コートであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供す る。
Nd:YAGの光共振器端部となる端面を HRコートとするが、光共振器端部となる端 面でない端面を無コートとすることで、製作工程を簡略ィ匕できるだけでなぐコーティ ング膜による散乱，吸収などの共振器内ロスがなくなることによる効率の向上およびコ 一ティング膜の劣化の心配が無いなど多くのメリットがある。 [0015] 第 7の観点では、本発明は、前記第 6の観点による半導体レーザ励起固体レーザ 装置において、前記光共振器の光学長が 18mm以下であることを特徴とする半導体 レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
本発明者は、シングルモード発振を実現するためには、 Nd:YAGの反射ピークと 共振器モードの一つをほぼ一致させ、さらに隣接する共振器モードに 0.3%以上の口 スを与えればよいことを見出した。 Nd:YAGの光共振器端部となる端面を HRコート とし光共振器端部となる端面でな ヽ端面を無コートとした場合、隣接する共振器モー ドに 0.3%以上のロスを与えるためには、共振器モード間隔を 0.03nm以上にすれば よい。これを換算すれば、光共振器の光学長 18mm以下となる。
発明の効果
[0016] 本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、光共振器内にエタロンなど を挿入しな!、構成で、 1064.4nm近傍のシングルモード発振を実現できる。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これによ り本発明が限定されるものではない。
実施例 1
[0018] 図 1は、実施例 1に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置 100を示す構成説明図 である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置 100は、励起レーザ光を出射する半導体レ 一ザ 1と、励起レーザ光を集光する第 1レンズ 21および第 2レンズ 22と、集光された 励起レーザ光で励起され基本波レーザ光を誘導放出する Nd:YAG (固体レーザ媒 質) 3と、 Nd:YAG3の温度を変更するための温度変更装置 4と、偏光を調整するブ リュースタ板 5と、基本波レーザ光を第二高調波光に変換する波長変換素子 6と、光 共振器 8の一端を構成すると共に第二高調波光を透過させるミラー 7と、ミラー 7を透 過した第二高調波光の一部を取り出すビームスプリッタ 9と、ビームスプリッタ 9で取り 出した第二高調波光を受光し電気信号に変換するフォトダイオード 10と、フォトダイ オード 10での電気信号の強度が一定になるように半導体レーザ 1の駆動電流を制御 する半導体レーザ駆動回路 11とを具備して 、る。 [0019] 半導体レーザ 1は、励起レーザ光が Nd:YAGの吸収ピークである波長 808.5nm になるように、図示しな!、ペルチェ素子で温度チューニングされて!/、る。
[0020] Nd:YAG3は、単結晶または微細結晶を焼結したセラミックである。 Nd:YAG3の 端部であって光共振器 8の端部となる端面には、波長 808.5nmに対しては高透過 率であり、波長 1064nmに対しては高反射率の HRコート 3aが施されている。他方、 Nd:YAG3の端部であって光共振器 8の端部でない端面は、無コートである。 Nd:Y AG3の 2つの端面の平行度は 5秒以下の精度に加工されている。また、 Nd:YAG3 は、その 2つの端面が光軸に垂直になるように設置されている。
[0021] HRコート 3aを施された Nd:YAG3の端面とミラー 7との間で光共振器 8が構成され る。光共振器 8の光学長は 18mm以下である。
[0022] 温度変更装置 4は、ペルチェ素子により Nd:YAG3の温度を変更して、 1064.4η m近傍に反射ピークが存在し且つ 1061.8nm近傍に反射ピークが存在しないような 光透過方向の厚みに調整する。
[0023] 波長変換素子 5は、 LiNbO , LiTaO , MgO :LiNbO , MgO :LiTaO , KNbO
3 3 3 3 3
, KTiOPOのような材料またはこれらの材料に分極反転処理を施したものである。
4
波長変換素子 5を通過する波長 1064.4nm近傍の基本波レーザ光は、第二高調波 光や第三高調波光などの高調波光に変換され出力される。
波長変換素子 5は、図示しないペルチェ素子またはヒータにより適正な温度にチュ 一二ングされる。
[0024] 図 2は、 Nd:YAG3の厚みを 0.41mm (FSRは 0.76)としたときの Nd:YAGを共振 器の内側力 見たときの反射率を示す特性図である。
図 2中の斜線部 aは 1064.4nmの発振線の位置および周辺のゲインを有する領域 (例えば 1064.4nm±0.35nm)を示す。この斜線部 aの波長には反射ピークの一つ が存在するため、その付近で発振する。
一方、斜線部 bは 1061.8nmの発振線の位置および周辺のゲインを有する領域（ 例えば 1061.8nm±0.2nm)を示す。この斜線部 bの波長は、反射率が低ぐ発振が 抑制される。
[0025] 実施例 1の半導体レーザ励起固体レーザ装置 100によれば、光共振器内にエタ口 ンなどを挿入しな 、構成で、 1064.4nm近傍のシングルモード発振を実現できる。 実施例 2
[0026] Nd:YAG3の厚みを、 0.13〜0.22mm, 0.26〜0.33mm, 0.39〜0.44mm, 0.5 l〜0.55mm, 0.65〜0.67mmの 、ずれかに入る値としてもよ！/、。
[0027] 実施例 2の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、 FSRの値が 0.467〜0.4 80, 0.56〜0.60, 0.70〜0.80, 0.933〜1.20, 1.4〜2.4の!ヽずれ力に入る値とな り、図 3に示す斜線部 A, B, C, D, Eとなる。これらの斜線部 A, B, C, D, Eでは、 1 064.4nm近傍に反射ピークが存在し且つ 1061.8nm近傍に反射ピークが来ないた め、 1061.8nm近傍の発振線を抑制でき、 1064.4nm近傍のシングルモード発振を 実現できる。
[0028] なお、 Nd:YAG3の厚みを、 0.31〜0.33mm, 0.39〜0.44mm, 0.51〜0.55m m, 0.65〜0.67mmのいずれかに入る値とすれば、 100°C程度の温度スイープに対 して好適となる。
産業上の利用可能性
[0029] 本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計 測分野で利用できる。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]実施例 1に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を示す構成説明図である。
[図 2]Nd:YAGの厚みを 0.4 lmmとしたときの透過率を示す特性図である。
[図 3]FSRに対する Nd： YAGの反射ピークの波長を示す特性図である。
符号の説明
[0031] 1 半導体レーザ
3 Nd:YAG
3a HRコート
4 温度変更装置
6 波長変換素子
7 ミラー 光共振器
ビームスプリッタ
フォトダイオード
半導体レーザ駆動回路 半導体レーザ励起固体レーザ装置

Claims

請求の範囲
[1] 半導体レーザ力 出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質を含む光 共振器内に非線形光学結晶を収容して、前記光共振器で発振する基本波の高調波 を外部に出力し、高調波の一部を検出して高調波出力が一定になるように前記半導 体レーザの駆動電流を制御するように構成されたレーザ装置にぉ 、て、
前記固体レーザ媒質が Nd： YAGであり、
前記 Nd:YAGは、光軸に垂直な 2つの端面をもち、
前記 Nd:YAGの前記光共振器の端部となる端面には、レベル カゝらレベル 41
3/2 11/2 への遷移で発生する光に対して HRコートが施されており、
前記 Nd:YAGは、両端面の反射光の干渉によりバンド反射ミラーとして機能し、サ ブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生する光に対しては反射率が極大値を
2 3
示し、且つサブレベル Rからサブレベル Yへの遷移で発生する光に対しては反射率
1 1
が極小値を示すような光透過方向の厚みをもつ
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
[2] 請求項 1に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
前記 Nd:YAGは、 1064.4nm近傍に反射ピークが存在し且つ 1061.8nm近傍に 反射ピークが存在しないような光透過方向の厚みをもつ
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
[3] 請求項 1または請求項 2に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、 前記 Nd:YAGの光透過方向の厚みが 0.13〜0.22mm, 0.26〜0.33mm, 0.39 mm〜0.44mm, 0.51mm〜0.55mm, 0.65mm〜0.67mmのいずれ力に入る値 であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
[4] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置にお いて、
前記 Nd:YAGの温度を変更する手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ励起 固体レーザ装置。
[5] 請求項 4に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
前記 Nd:YAGの光透過方向の厚みが 0.31〜0.33mm, 0.39mm〜0.44mm, 0 • 51mn！〜 0.55mm, 0.65mm〜0.67mmのいずれかに入る値であることを特徴とす る半導体レーザ励起固体レーザ装置。
[6] 請求項 1から請求項 5のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置にお いて、
前記 Nd:YAGの光共振器端部となる端面でない端面は無コートであることを特徴 とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
[7] 請求項 6に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
前記光共振器の光学長が 18mm以下であることを特徴とする半導体レーザ励起固 体レーザ装置。
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