JP2008198636A - 複合共振器型レーザー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー素子だけではなく、固体素子に対する温度制御が良好にできる複合共振器型レーザー装置の提供を課題とする。
【解決手段】レーザー媒質又は非線形媒質である固体素子１４を、レーザー素子１２から発振された光によって励起し、その光とは異なる波長の光を発振する複合共振器型レーザー装置１０において、レーザー素子１２が実装される第１温度制御手段１６と、固体素子１４が実装される第２温度制御手段１８と、レーザー素子１２から発振される光を固体素子１４へ反射し、固体素子１４から励起されて発振される光を透過させるダイクロイックミラー２０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合共振器型レーザー装置に関する。

レーザー媒質又は非線形媒質（非線形光学結晶）である固体素子を、半導体レーザー素子から発振される光で励起させ、その光とは異なる波長の光を発振する複合共振器型レーザー装置は従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の複合共振器型レーザー装置では、図４で示すような円環状のヒートシンク（冷却手段）１００によって固体素子１０２を冷却するようにしている。しかしながら、このような構成では、固体素子１０２の中心部が有効に冷却されない問題があった。つまり、このような複合共振器型レーザー装置にあっては、レーザー素子に対する冷却が有効に行われても、固体素子に対する冷却が有効に行われないのが実状であった。
特開平７−２３５７２１号公報

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、レーザー素子だけではなく、固体素子に対する温度制御が良好にできる複合共振器型レーザー装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の複合共振器型レーザー装置は、レーザー媒質又は非線形媒質である固体素子を、レーザー素子から発振された光によって励起し、該光とは異なる波長の光を発振する複合共振器型レーザー装置において、前記レーザー素子が実装される第１温度制御手段と、前記固体素子が実装される第２温度制御手段と、前記レーザー素子から発振される光を前記固体素子へ反射し、前記固体素子から励起されて発振される光を透過させるダイクロイックミラーと、を備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、複合共振器型レーザー装置において、レーザー素子と固体素子をそれぞれ独立して良好に温度制御することができる。

また、請求項２に記載の複合共振器型レーザー装置は、請求項１に記載の複合共振器型レーザー装置において、前記レーザー素子と前記第１温度制御手段との境界面と、前記固体素子と前記第２温度制御手段との境界面に、光を反射する光学膜が設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、発振される光の損失を低減することができる。

以上のように、本発明によれば、レーザー素子だけではなく、固体素子に対する温度制御が良好にできる複合共振器型レーザー装置を提供することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。図１は複合共振器型レーザー装置の模式図であり、図２は本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置の概略構成図である。

図１で示すように、複合共振器型レーザー装置１０は、波長λ１の光を発振する共振器の中に、波長λ２の光を発振する共振器が内蔵された構成とされており、レーザー媒質又は非線形媒質（非線形光学結晶）とされた固体素子１４を、半導体レーザー素子１２から発振された波長λ１の光によって励起し、その波長λ１の光とは異なる波長λ２の光を発振するようになっている。

例えば、固体素子１４がレーザー媒質の場合には、波長λ１とは異なる波長λ２で発振する。固体素子１４が高調波発生素子などの非線形媒質（非線形光学結晶）である場合には、波長λ２＝λ１／２（λ１の半分）で発振する。このモデルを実際に光学系で実現し、かつ温度制御性（冷却性）を良好としたものが、本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置１０である。

図２で示すように、この複合共振器型レーザー装置１０は、半導体レーザー素子１２と、レーザー媒質又は非線形媒質（非線形光学結晶）である固体素子１４と、を有しており、半導体レーザー素子１２が実装される第１温度制御手段１６と、固体素子１４が実装される第２温度制御手段１８と、を有している。第１温度制御手段１６及び第２温度制御手段１８は、共に同じ構成にして構わず、例えば銅板と、その銅板を水冷する冷却手段とで構成される。

また、半導体レーザー素子１２を実装する第１温度制御手段１６の被実装面１６Ａは、半導体レーザー素子１２の実装面１２Ａよりも面積が大きく、半導体レーザー素子１２は、実装面１２Ａ全体で温度制御される。同様に、固体素子１４を実装する第２温度制御手段１８の被実装面１８Ａは、固体素子１４の実装面１４Ａよりも面積が大きく、固体素子１４は、実装面１４Ａ全体で温度制御される。したがって、半導体レーザー素子１２及び固体素子１４を、それぞれ独立して良好に温度制御（冷却）することができる。

また更に、半導体レーザー素子１２から発振される波長λ１の光を固体素子１４へ反射し、固体素子１４から励起されて発振される波長λ２の光を透過させるダイクロイックミラー２０と、その波長λ２の光を反射・透過させることで、その結合率を制御する凹面反射鏡状のアウトプットカプラー２２と、を有している。なお、上記したように、波長λ１と波長λ２とは互いに異なる波長である。

また、第１温度制御手段１６と半導体レーザー素子１２との境界面Ｐ１（実装面１２Ａ）と、半導体レーザー素子１２の出射面Ｐ２と、第２温度制御手段１８と固体素子１４との境界面Ｐ３（実装面１４Ａ）と、固体素子１４の出射面Ｐ４と、ダイクロイックミラー２０の入射面Ｐ５及び出射面Ｐ６と、アウトプットカプラー２２の入射面Ｐ７及び出射面Ｐ８には、光学膜２４がコーティングされている。各面にコーティングされた光学膜２４の光学特性は、下記表１又は表２の通りである。

この表１及び表２で示すように、第１温度制御手段１６と半導体レーザー素子１２との境界面Ｐ１（実装面１２Ａ）と、第２温度制御手段１８と固体素子１４との境界面Ｐ３（実装面１４Ａ）には、光を反射する金属膜や誘電体多層膜等でできた反射膜としての光学膜２４がコーティングされている。したがって、発振される光の損失を低減することができる。

以上のような構成の複合共振器型レーザー装置１０において、次に、その作用について説明する。半導体レーザー素子１２から発振された波長λ１の光は、ダイクロイックミラー２０によって固体素子１４へ反射される。そして、この反射された波長λ１の光によって固体素子１４が励起され、その固体素子１４から波長λ２の光が発振される。

ここで、ダイクロイックミラー２０は、波長λ１の光は反射するが、波長λ２の光は透過するようになっている。したがって、固体素子１４から発振された光は、ダイクロイックミラー２０を透過し、更にアウトプットカプラー２２によって、その結合率が制御されて、外部へ発振される。

そして、このとき、半導体レーザー素子１２は、第１温度制御手段１６により良好に冷却（温度制御）される。また、固体素子１４は、レーザー媒質とされている場合には、半導体レーザー素子１２から発振される波長λ１の励起光によって、その温度が上昇するが、第２温度制御手段１８により良好に冷却（温度制御）される。

すなわち、半導体レーザー素子１２の実装面１２Ａ及び固体素子１４の実装面１４Ａは、それぞれ第１温度制御手段１６の被実装面１６Ａ及び第２温度制御手段１８の被実装面１８Ａに全面で接触しているので、その第１温度制御手段１６及び第２温度制御手段１８によって効率よく冷却される。したがって、波長λ２とされた光波発生が効率よく実行でき、利得の低下を軽減することができる。

また、固体素子１４が第２高調波発生素子などの非線形媒質（非線形光学結晶）とされている場合でも、第２温度制御手段１８によって、所定の温度に制御することができるため、高効率の光波発生が実現可能となる。すなわち、その第２温度制御手段１８により、伝搬する波面を整え、位相整合条件を制御することができる。

なお、半導体レーザー素子１２とダイクロイックミラー２０との間に、伝搬する波面を制御する光学素子（図示省略）を付加してもよい。これによれば、半導体レーザー素子１２から波長λ１で発振された光を更に安定化することができる。

次に、本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置１０の変形例について、図３を基に説明する。図３で示すように、この変形例に係る複合共振器型レーザー装置１０は、上記実施例から、アウトプットカプラー２２を省略した構成とされている。そして、このときの各面にコーティングされる光学膜２４の光学特性は、下記表３又は表４のようになっている。

この表３及び表４で示すように、変形例に係る複合共振器型レーザー装置１０では、固体素子１４の出射面Ｐ４にコーティングする光学膜２４に、アウトプットカプラー２２と同等となるような機能を持たせている。これにより、アウトプットカプラー２２を省略することができる。よって、上記実施例に比べ、部品点数の低減が図れ、製造コストの低減が図れる。

以上、何れにしても、本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置１０では、固体素子１４と第２温度制御手段１８の境界面Ｐ３（実装面１４Ａ）に光学処理をした後に（反射膜としての光学膜２４をコーティングした後に）、固体素子１４と第２温度制御手段１８とを直接的かつ全面的に接合することができるので、固体素子１４の温度制御（冷却）が、従来に比べて良好にできる。

なお、本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置１０の適用例としては、連続発振する光源等が考えられる。例えば、高輝度のプロジェクター用光源や、分析装置の光源として使用することができる。また、パルス動作発振する尖頭値の高いレーザー光源にも最適であり、レーザーレーダー用の光源としても応用が考えられる。

本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置の模式図 本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置の概略構成図 本実施形態に係る複合共振器型レーザー装置の変形例の概略構成図 （Ａ）従来の固体素子に対する冷却手段を示す概略斜視図、（Ｂ）従来の固体素子に対する冷却手段を示す概略側面図

符号の説明

１０ 複合共振器型レーザー装置
１２ 半導体レーザー素子
１４ 固体素子
１６ 第１温度制御手段
１８ 第２温度制御手段
２０ ダイクロイックミラー
２２ アウトプットカプラー
２４ 光学膜

Claims (2)

1. レーザー媒質又は非線形媒質である固体素子を、レーザー素子から発振された光によって励起し、該光とは異なる波長の光を発振する複合共振器型レーザー装置において、
   前記レーザー素子が実装される第１温度制御手段と、
   前記固体素子が実装される第２温度制御手段と、
   前記レーザー素子から発振される光を前記固体素子へ反射し、前記固体素子から励起されて発振される光を透過させるダイクロイックミラーと、
   を備えていることを特徴とする複合共振器型レーザー装置。
2. 前記レーザー素子と前記第１温度制御手段との境界面と、前記固体素子と前記第２温度制御手段との境界面に、光を反射する光学膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の複合共振器型レーザー装置。

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