JP2754101B2 - レーザーダイオードポンピング固体レーザー - Google Patents

レーザーダイオードポンピング固体レーザー

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JP2754101B2 JP3231738A JP23173891A JP2754101B2 JP 2754101 B2 JP2754101 B2 JP 2754101B2 JP 3231738 A JP3231738 A JP 3231738A JP 23173891 A JP23173891 A JP 23173891A JP 2754101 B2 JP2754101 B2 JP 2754101B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザー媒質を半
導体レーザー(レーザーダイオード)によってポンピン
グするレーザーダイオードポンピング固体レーザーに関
し、特に詳細には、固体レーザー媒質自身が光波長変換
機能を有し、固体レーザー発振ビームをその第2高調波
等に波長変換するレーザーダイオードポンピング固体レ
ーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えばSPIE Vol.1104 p100 March 1
989 に記載されているように、Nd(ネオジウム)等の
希土類がドーピンクされ、かつ光波長変換機能を有する
固体レーザー媒質として、Nd:COANP,Nd:P
NP等が公知となっている。またそのような固体レーザ
ー媒質として、同誌 p132 に記載されているように、N
d:LiNbO3 ,NYAB(NdX 1-X Al3 (B
3 4 x=0.04〜0.08)等も公知であり、これら
は、Self-Frequency-Doubling Crystal と呼ばれてい
る。
【0003】これらを用いたレーザーダイオードポンピ
ング固体レーザーとしては、SPIE Vol.1104 p132
March 1989や、レーザー研究Vol.17 No.12 p48(1989)に
示されるように、NYAB結晶を用い、レーザーダイオ
ードポンピングによるその発振レーザビームの第2高調
波を得るものが知られている。またJ.Opt. Soc.A
m Vol.3 p140(1986)には、Nd:MgO:Li NbO3
を波長0.60μの色素レーザーにより励起し、その発振
レーザービームの第2高調波を得ることが示されてい
る。
【0004】このSelf-Frequency-Doubling Crystal を
固体レーザー媒質として用いる従来のレーザーダイオー
ドポンピング固体レーザーは、いずれも基本的に、半導
体レーザーから発せられたポンピングとしてのレーザー
ビームが、固体レーザー媒質を一方向のみに通過するよ
うに構成されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
波長変換機能を備えた従来の固体レーザーにおいては、
波長変換効率が低いという問題点があった。そこで例え
ばオプティクス・レターズ(Optics Letters)Vo
l. 16,No.6/March 15,1991p.396 に示されて
いるように、半導体レーザーが本来備える共振器とは別
に、ポンピング光を共振させる外部共振器を設け、この
外部共振器内に固体レーザー媒質を配設することが提案
されている。
【0006】このような構成は、波長変換効率を向上さ
せる上では効果的であるが、その半面、外部共振器を設
けるために装置が大型化したり、部品点数増加のために
信頼性の低下を招きやすい、という問題を有する。
【0007】他方、装置の大型化を避けつつ波長変換効
率を向上させるために、ポンピング光が一方向にのみ通
過する固体レーザー媒質として、Ndが多量にドープさ
れてポンピング光に対する吸収係数が大きいものを用い
ることも考えられている。しかしそのようにする場合
は、使用できる固体レーザー媒質が限られるので、コス
トアップを招きやすい。
【0008】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、部品点数が少なくて小型に形成可能で、
Ndが特に多くドープされていない一般的な固体レーザ
ー媒質を使用しても、効率良く波長変換波を得ることが
できるレーザーダイオードポンピング固体レーザーを提
供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザーダ
イオードポンピング固体レーザーは、前述したようにネ
オジウム等の希土類がドーピングされ、かつ光波長変換
機能を有するバルク状の固体レーザー媒質を、半導体レ
ーザーによってポンピングするレーザーダイオードポン
ピング固体レーザーにおいて、半導体レーザーの共振器
が、レーザーダイオードチップの1つの端面および、こ
のレーザーダイオードチップとは別体とされた素子の端
面をミラー面として構成され、固体レーザー媒質が、上
記半導体レーザーの共振器の内部に配置されていること
を特徴とするものである。
【0010】なお本発明において、固体レーザー媒質と
しては、通常のSelf-Frequency-Doubling Crystal と呼
ばれる材料、すなわち前述のNYAB,NAB,Nd:
MgO:LiNbO3 ,Nd:PNP等を用いることが
できる。またその他に、無機材料であるKTP,β−B
BO,LiB2 3 ,KNbO3 ,カルコパイライト系
の半導体にNd等の希土類をドープした波長変換用の非
線形光学材料を用いることも可能である。特にKTPは
非線形光学定数が大きく、温度許容範囲,角度許容範囲
も大きいので、高い波長変換効率を実現できる。
【0011】さらにNd:PNPに代表されるように、
NPP(N−(4−ニトロフェニル)−L−プロリノー
ル),NPAN(N−(4−ニトロフェニル)N−メチ
ルアミノアセトニトリル),特開昭62-210432 号公報に
開示されたPRA(3,5−ジメチル−1−(4−ニト
ロフェニル)ピラゾール)等の有機非線形光学材料に希
土類をドープしたものを用いることもできる。特にPR
Aは非線形光学定数が先のKTPよりも大きく、温度許
容範囲が大きいので高い波長変換効率を実現できる。
【0012】
【作用および発明の効果】半導体レーザーの共振器内に
固体レーザー媒質を配置すれば、該共振器内で共振して
十分に高パワー状態となったポンピング光が固体レーザ
ー媒質に入射するので、Ndが特に多くドープされてい
ない固体レーザー媒質を使用しても、高強度の固体レー
ザー発振ビームすなわち基本波が得られ、ひいては高い
波長変換効率が実現される。
【0013】そして上記共振器は完全な外部共振器では
なく、1つのミラー面はレーザーダイオードチップの端
面を利用して構成されているので、このレーザーダイオ
ードポンピング固体レーザーは、前述の外部共振器を用
いる場合に比べれば部品点数も少なく抑えられ、小型に
形成可能でかつ信頼性も高いものとなり得る。
【0014】また、上述のようにして高強度の固体レー
ザー発振ビームが得られるから、結晶品質が比較的低い
NYAB等の固体レーザー媒質を用いる場合でも、この
媒質の小さなチップが使用可能となる。そうであれば、
実用化も容易となり、また低コスト化も実現される。
【0015】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施例によるレ
ーザーダイオードポンピング固体レーザーを示すもので
ある。このレーザーダイオードポンピング固体レーザー
は、ポンピング光としてのレーザービーム10を発するレ
ーザーダイオードチップ11と、曲率半径2mmの凹面と
された一端面12aがこのレーザーダイオードチップ11に
対向するように配された共振器ミラー12と、この共振器
ミラー12およびレーザーダイオードチップ11との間に配
されたNYAB結晶13とを有する。以上述べた各要素
は、共通の筐体(図示せず)にマウントされて一体化さ
れている。
【0016】上記NYAB結晶13は、前述したSelf-Fre
quency-Doubling Crystal の一つであり、本実施例では
厚さ1mmに形成されている。そしてNYAB結晶13
は、発散光であるレーザービーム10を集光するために、
レーザーダイオードチップ11側の端面13aが凸面に成形
されており、この端面13aが直接レーザーダイオードチ
ップ11に接するように配置されている。
【0017】レーザーダイオードチップ11としては、波
長λ1 =804 nmのレーザービーム10を発するものが用
いられている。このレーザービーム10は集光されつつN
YAB結晶13に入射する。NYAB結晶13はこのレーザ
ービーム10によってポンピングされて、波長λ2 =1062
nmのレーザービーム15を発するとともに、このレーザ
ービーム15を波長λ3 =λ2 /2=531 nmの第2高調
波16に波長変換する。ここで、レーザーダイオードチッ
プ11の後方端面11aにはコーティング17が、またNYA
B結晶13の端面13a、13bにはそれぞれコーティング1
8、19が、そして共振器ミラー12の端面12aにはコーテ
ィング20が施されている。これらのコーティング17、1
8、19および20の、波長λ1 =804 nm、λ2 =1062n
m、λ3 =531 nmに対する特性は、下記の通りであ
る。なおARは無反射(透過率99%以上)、HRは高反
射(反射率99.9%以上)を示す。 λ1 =804 nm λ2 =1062nm λ3 =531 nm コーティング17 HR − − コーティング18 85%反射 HR HR コーティング19 AR HR 95%反射 コーティング20 HR − AR 以上のようなコーティング17、18、19および20が施され
ているために、ポンピング光であるレーザービーム10は
端面11aと12aとの間で共振してレーザー発振を引き起
こす。つまり半導体レーザー用の共振器が、これらの端
面11aおよび12aをミラー面として構成されている。ま
た第2高調波16は端面13aと13bとの間で共振した上
で、共振器ミラー12のミラー面12aを良好に透過する。
【0018】上述のようにしてNYAB結晶13には、共
振器内部で共振して十分に高パワー状態となっているレ
ーザービーム10が入射するので、このNYAB結晶13が
特に多くNdがドープされたものでなくても、また厚さ
1mmと薄く形成されていても、そこに十分吸収され得
る。そこで、高強度の基本波すなわちレーザービーム15
が得られ、ひいては高い波長変換効率が実現される。本
実施例では、半導体レーザー出力が200 mWのときに、
1mWの第2高調波16が得られる。
【0019】次に、図2を参照して本発明の第2実施例
について説明する。なおこの図2において、図1中のも
のと同等の要素については同番号を付してあり、それら
についての重複した説明は省略する。
【0020】この第2実施例においては、NYAB結晶
13の一端面13aは平坦に形成され、この端面13aにレー
ザーダイオードチップ11が直接接合されている。またN
YAB結晶13の他端面13bは、レーザービーム10を集光
するために曲率を有する面とされている。なおNYAB
結晶13の最大厚さは0.3 mm、その端面13bの曲率半径
は2mmとされている。また、レーザーダイオードチッ
プ11とNYAB結晶13とは共通の銅ブロック30上に固定
されて、ペルチェ素子31により所定温度に温調される。
【0021】この第2実施例においても、レーザーダイ
オードチップ11としては、波長λ1 =804 nmのレーザ
ービーム10を発するものが用いられている。そしてその
後方端面11aに施されたコーティング17および、NYA
B結晶13の端面13aに施されたコーティング18は、第1
実施例におけるものと同様である。一方NYAB結晶13
の端面13bには、ポンピング光であるレーザービーム10
を反射させるコーティング32が施されている。これらの
コーティング17、18および32の波長λ1 =804nm、λ
2 =1062nm、λ3 =531 nmに対する特性を、まとめ
て下に示す。 λ1 =804 nm λ2 =1062nm λ3 =531 nm コーティング17 HR − − コーティング18 85%反射 HR HR コーティング32 HR HR 95%反射 以上のようなコーティング17、18および32が施されてい
るために、ポンピング光であるレーザービーム10は端面
11aと13bとの間で共振してレーザー発振を引き起こ
す。つまり本実施例では半導体レーザー用の共振器が、
これらの端面11aおよび13bをミラーとして構成されて
いる。
【0022】この場合もNYAB結晶13には、共振器内
部で共振して十分に高パワー状態となっているレーザー
ビーム10が入射するので、このNYAB結晶13が特に多
くNdがドープされたものでなくても、また厚さ0.3 m
mと薄く形成されていても、そこに十分吸収され得る。
そこで、高強度の基本波すなわちレーザービーム15が得
られ、ひいては高い波長変換効率が実現される。本実施
例でも、半導体レーザー出力が200 mWのときに、1m
Wの第2高調波16が得られる。
【0023】またこの第2実施例においては、半導体レ
ーザーの共振器が、レーザーダイオードチップ11の後方
端面11aとNYAB結晶端面13bとによって構成されて
いるから、第1実施例におけるように共振器ミラー12を
設ける必要がない。したがってこの第2実施例のレーザ
ーダイオードポンピング固体レーザーは、特に小型で、
かつ部品点数が少ないものとなり得る。しかし、第1実
施例のレーザーダイオードポンピング固体レーザーも、
半導体レーザーから発せられたポンピング光用の外部共
振器を全く別個に設ける場合に比べれば、より小型でか
つ部品点数が少ないものとなり得る。
【0024】以上、固体レーザー発振ビームを第2高調
波に変換するように構成された実施例について説明した
が、本発明のレーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーは、その他例えば、ポンピング光と固体レーザー発振
ビームとを和周波に波長変換するように構成することも
勿論可能である。和周波発生の場合は、ポンピング光の
強度が低いと波長変換効率が特に低くなりがちであるの
で、本発明の適用が特に効果的であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例装置の側面図
【図2】本発明の第2実施例装置の側面図
【符号の説明】
10 レーザービーム(ポンピング光) 11 レーザーダイオードチップ 11a レーザーダイオードチップの後方端面 12 共振器ミラー 12a 共振器ミラーの端面 13 NYAB結晶 13a、13b NYAB結晶の端面 15 レーザービーム(基本波) 16 第2高調波 17、18、19、20、32 コーティング

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ネオジウム等の希土類がドーピングさ
    れ、かつ光波長変換機能を有するバルク状の固体レーザ
    ー媒質を、半導体レーザーによってポンピングするレー
    ザーダイオードポンピング固体レーザーにおいて、 半導体レーザーの共振器が、レーザーダイオードチップ
    の1つの端面および、このレーザーダイオードチップと
    は別体とされた素子の端面をミラー面として構成され、 前記固体レーザー媒質が、前記共振器の内部に配置され
    ていることを特徴とするレーザーダイオードポンピング
    固体レーザー。
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