JP2893862B2 - 固体レーザー発振器 - Google Patents

固体レーザー発振器

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Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術（第16図〜第25図） Ｄ発明が解決しようとする課題 Ｅ課題を解決するための手段 Ｆ作用 Ｇ実施例 G1実施例の全体の構成（第１図） G2共振器長制御装置（第２図、第３図） G3共振器の基本波レーザー光の２モードの偏光を、縦
シングルモードで 発振させる装置（第４図〜第15図） Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明は固体レーザー発振器、特に、レーザー媒質に
おいて発生した基本波レーザー光を共振器内に設けた非
線形光学結晶素子を通過するように共振動作させること
により、タイプIIの第２高調波レーザー光を発生させる
ようにした固体レーザー発振器に関する。
Ｂ発明の概要 本発明による固体レーザー発振器はは、レーザー媒質
において発生した基本波レーザー光を共振器内に設けた
非線形光学結晶素子を通過するように共振動作させるこ
とにより、タイプIIの第２高調波レーザー光を発生させ
ると共に、基本波レーザー光の２つの偏光モード間の和
周波発生によるカップリングを抑制する光学手段を共振
器内に設けた固体レーザー発振器において、基本波レー
ザー光の２つの偏光モードも、夫々単一の縦モードで発
振させると共に、その２つの偏光モードの発振強度が同
一に成るようにしたことにより、基本波レーザー光の同
一偏光モード内でのモードカップリングに起因するモー
ドホイップノイズの発生を防止し、発振の安定化を図る
ことができるようにしたものである。
Ｃ従来の技術 従来、固体レーザー発振器の共振器内に発生する基本
波レーザー光に対して２倍の周波数を有する第２高調波
レーザー光を発生させることにより、短波長のレーザー
光を射出し得るようにした固体レーザー発振器が提案さ
れている（実開昭48−93784号公報）。
この種の固体レーザー発振器は、レーザー媒質を含む
共振器内部の非線形光学結晶中において、基本波レーザ
ー光に対して第２高調波レーザー光を位相整合させるこ
とにより、効率良く第２高調波レーザー光を取り出すこ
とができる。
位相整合を実現する方法としては、基本波レーザー光
及び第２高調波レーザー光間にタイプＩ又はタイプIIの
位相整合条件を成り立たせるようにする。
タイプＩの位相整合は、次式、 のように、基本波レーザー光の常光線を利用して、同一
方向に偏向した２つの光子から周波数が２倍の１つの光
子を作るような現象を生じさせることを原理とするもの
で、基本波レーザー光の偏向方向を、例えば偏光ビーム
スプリッタ等光子を用いて非線形光学結晶素子の方向に
合わせるように偏光させて入射させるようにすれば、原
理上非線形光学結晶素子から射出した基本波レーザー光
の偏波成分（ｐ波成分及びｓ波成分）（これを固有偏光
と呼ぶ）の位相変化を生じさせないようにでき、かくし
て共振器内部において共振動作する基本波レーザー光に
よって第２高調波レーザー光の発生動作を安定に継続さ
せることができる。
これに対してタイプIIの位相整合は、互いに直交する
２つの基本波固有偏光を非線形光学結晶素子に入射する
ことにより、２つの固有偏光についてそれぞれ位相整合
条件を成り立たせるようにするもので、次式 のように、基本波レーザー光は非線形光学結晶素子の内
部において常光線及び異常光線に分かれて第２高調波レ
ーザー光の異常光線に対して位相整合を生じる。
なお（１）及び（２）式において、no(w)及びn
e(w)は、基本波レーザー光（周波数ｆ＝ｗ）における常
光線及び異常光線に対する屈折率、no(2w)及びne(2w)は
第２高調波レーザー光（周波数ｆ＝2w）における常光線
及び異常光線に対する屈折率である。
次に、第16図を参照して、共振器内に、タイプIIの位
相整合を行なう非線形光学素子を配した従来の固体レー
ザー発振器［「Large−Amplitude fluctuations due to
longitudinal mode coupling in diode−pumped intra
cavity−doubled Nd:YAG Lasers」、T.Baer著、Journal
of Optical Society of America社発行、Vol.3、No.9/
September 1986/J.Opt.Soc.Am.B、の第1175頁から第117
6頁参照］について説明する。
（１）はレーザーダイオードで、このレーザーダイオ
ード（１）は波長808nm、出力200mWのレーザー光を出力
する。このレーザーダイオード（１）からの発散レーザ
ー光が、コリメータレンズ（凸レンズ）（14）によって
平行光線にされた後、対物レンズ（15）によって集光さ
れる。
（４）は上述したYAGから成るレーザー媒質としての
レーザーロッドで、レンズ（15）側の後端面に蒸着処理
されて形成されたダイクロイックミラーＤが設けられて
いる。尚、このダイクロイックミラーＤは、レンズ（1
5）側の方向からの入射光を透過し、これに反対側、即
ち、レーザーロッド（４）の前端面側方向からの入射光
は反射するものである。一方の前端面は、集光レンズ効
果をもつ曲面と成っている。
レンズ（15）からの集束光は、レーザーロッド（４）
内に入射（光ポンピング）して、点ｐで焦点を結ぶ。か
くすると、レーザーロッド（４）から1064nmの波長の赤
外光が出力される（以下、この1064nmの赤外光を基本波
光と称する）。（６）はKTP（KTiOPO4）（光学軸を１つ
持つ一軸結晶）から成る非線形光学結晶素子で、一辺が
5mmの立方体である。
この光学結晶素子（６）は、入射光の波長が1064nmの
場合で、およそ0.5％ほどの入射損失を有する。又、こ
の光学結晶素子（６）は、532nm及び1064nmの波長の光
を透過すると共に、基本波光（1064nm）と第２高調波光
（出力光）（532nm）の位相整合を行う（タイプIIの整
合）。（３）は凹面鏡、即ち、ダイクロイック凹面ミラ
ーで、1064nmの波長の光に対しては高い反射率（99.9
％）を有し、532nmの波長の光に対しては高い透過率（9
8％）を有する。
レーザーロッド（４）からの基本波光は、共振器RS、
即ち、レーザーロッド（４）の後端面に形成されたダイ
クロイックミラーＤ及び凹面鏡（３）間（その間の長さ
は60mm）を往復進行する。そして、往復進行するに従
い、引き込み現象により、その往復光の位相が揃いなが
ら増幅され（誘導放出）、レーザー光の発振、即ち、10
64nmの波長のレーザ光の発振となる。
上述のレーザーロッド（４）からの光ポンピングによ
って出力された基本波光は、光学結晶素子（６）の面に
対して垂直に入射する。この入射した基本波光は、この
進行方向に垂直な面内で互に直角方向に振動する二つの
直線偏向成分（常光線及び異常光線）に分けられる。従
って、レーザーロッド（４）から出力された基本波光
は、共振器RS内の空間を往復進行して、光学結晶素子
（６）を通過するたびに、直交する固有偏光（異常光成
分でなる偏光及び常光成分でなる偏光）の位相がずれる
ことによって、カップリングが生じて、この２つの偏光
間にエネルギーのやりとりが生じるので、この異常光及
び常光成分の出力が時間的に変動し、ノイズが生じる。
従って、波長が532nmのレーザー光を得られるような安
定、且つ、強い共振状態を形成できなくなり、この532n
mの波長のレーザー光への共振波光からの変動効率は低
いことになる。
上述したように、第16図の従来例において、タイプII
の位相整合条件を用いて第２高調波レーザー光を発生さ
せようとする場合、基本波レーザー光が非線形光学結晶
素子を繰り返し通るごとに基本波レーザー光の固有偏光
の位相が変化するため、第２高調波レーザー光の発生を
安定に継続し得なくなるおそれがある。
即ち、レーザー媒質において発生された基本波レーザ
ー光が共振動作によって非線形光学結晶素子を繰り返し
通過するごとに、直交する固有偏光（すなわちｐ波成分
及びｓ波成分）の位相がそれぞれずれて行けば、共振器
の各部において基本波レーザー光が効率良く互いに強め
合うような定常状態が得られなくなることにより強い共
振状態（すなわち強い定在波）を形成できなくなり、結
局基本波レーザー光の第２高調波レーザー光への変動効
率が劣化すると共に、第２高調波レーザー光にノイズを
生じさせるおそれがある。
そこで、タイプIIの位相整合条件を満足する状態にお
いて、共振器内部において基本波レーザー光が安定に共
振動作をし得るようにした固体レーザー発振器（レーザ
ー光源）が、特開平１−220879号公報に開示されてい
る。
かかる従来の固体レーザー発振器を第17図を参照して
説明する。尚、第17図において、第16図と対応する部分
には同一符号を付して説明する。
第11図において、この固体レーザー発振器は、Nd:YAG
を用いたレーザーロッド（レーザー媒質）（４）を有
し、その入射面に対して、レーザーダイオード（１）か
ら射出された励起用レーザー光がコリメータレンズ（1
4）、対物レンズ（15）を通って入射されることによ
り、基本波レーザー光LA(W)を発生する。
この基本波レーザー光LA(W)は、KTP（KTiOPO4）から
なる非線形光学結晶素子（６）、例えば水晶板によって
構成された1/4波長板、即ち、複屈折性素子（16）を順
次通って凹面鏡（ダイクロイックミラー）（３）の反射
面において反射され、再度複屈折性素子（16）、非線形
光学結晶素子（６）、レーザーロッド（４）を順次通っ
てレーザーロッド（４）の反射面（ダイクロイックミラ
ー）Ｄにおいて反射される。
かくして基本波レーザー光LA(W)はレーザーロッド媒
質（４）の反射面（ダイクロイックミラー）Ｄ及び凹面
鏡（３）の反射面間に形成された共振路を往復するよう
に共振動作し、これにより反射鏡Ｄ及び（３）間に共振
器RSが構成される。
ここで複屈折性素子（16）は、光の伝播方向に垂直な
面内において、第18図に示すように、異常光方向屈折率
ne(7)の方向が、非線形光学結晶素子（６）の異常光方
向屈折率ne(6)の方向に対し方位角θ＝45°だけ傾くよ
うな光軸位置に設定される。
以上の構成において、基本波レーザー光LA(W)は共振
光路を通って非線形光学結晶素子（６）を通過する際に
第２高調波レーザー光LA(2W)を発生させ、この第２高調
波レーザー光LA(2W)が凹面鏡（３）を透過して、出力レ
ーザー光LAOUTとして送出される。
この状態において基本波レーザー光LA(W)を形成する
各光線は、非線形光学結晶素子（６）に対して方位角θ
＝45°だけ傾いた方位に設定された複屈折性素子（16）
を通ることにより、共振器の各部におけるレーザー光の
パワーは所定のレベルに安定化される。
この第17図について説明した従来例における実験結果
は次の通りである。
即ち、レーザーダイオード（１）によってNd:YAGから
成るレーザーロッド（４）を励起するようになされた共
振器RS内に、KTP（KTiOPO4）からなる非線形光学結晶素
子（６）及び共振RS器の基本波レーザー光LA(W)（波長
1.06〔μｍ〕）の波長に対して1/4波長板からなる複屈
折性素子（16）を挿入した。
この構成において複屈折性素子（16）を方位角θ（第
18図）をθ＝０°の第１の状態（すなわち複屈折性素子
（16）の異常光方向の光学軸を非線形光学結晶素子
（６）の異常光方向の光学軸と一致させた状態）と、方
位角θをθ＝45°に回転させた第２の状態とにおいて、
それぞれ基本波レーザー光LA(W)の異常光成分Ee(W)及び
常光成分Eo(W)、並びに第２高調波レーザー光LA(2W)を
それぞれフォトディテクタで検出した。
その結果θ＝０°の第１の状態における基本波レーザ
ー光LA(W)の異常光成分Ee(W)及び常光成分Eo(W)はそれ
ぞれ第19図Ａ及びＢに示すように、時間ｔの経過に従っ
て不安定な変化を示した。
ここでその変化の仕方は、異常光成分Ee(W)及び常光
成分Eo(W)が、互いにモード競合を起こしていると考え
られるような相関性をもっていることが分かった。
このように、パワーレベルが時間の経過に従って不安
定に変動する基本波レーザー光LA(W)に応じて発生した
第２高調波レーザー光LA(2W)の出力P(2W)は第19図Ｃに
示すように、高い周波数成分から低い周波数成分まで亘
ってパワーレベルが大きく変動するような不安定な変動
を呈することがわかった。
これに対して複屈折性素子（16）の方位角θをθ＝45
°に設定した第２の状態にすると、基本波レーザー光LA
(W)の異常光成分Ee(W)及び常光成分Eo(W)は第20図Ａ及
びＢに示すように、夫々時間ｔの経過に従ってほぼ一定
値を呈するように安定化し、この安定化された基本波レ
ーザー光LA(W)によって生じた第２高調波レーザー光LA
(2W)の出力P(2W)は第20図Ｃに示すように略一定値に安
定化することが分かった。
ここに共振光路を通り共振動作する基本波レーザー光
LA(W)は偏光素子等により直線偏光されていないので、
当該基本波レーザー光LA(W)は互いに直交する２つの固
有偏光を基本波モードとなし、さらにその２モード間で
の位相関係に相関のないランダム偏光になる。
このような基本波レーザー光LA(W)によって第２高調
波レーザー光LA(2W)を非線形光学結晶素子（６）内に発
生させると、一般にその出力P(2W)は、 P(2W)∝d2・Pe(W)・Po(W) ‥‥（３） のように、非線形結晶内の基本波レーザー光LA(W)の異
常光成分の出力Pe(W)と常光成分の出力ＰEo(W)との積に
比例するような値になる。ここでd2は比例定数である。
ところが（３）式のように出力P(2W)が異常光成分の
出力Pe(W)及び常光成分の出力Po(W)の積で表されるよう
なときには、２つの固有偏光（すなわち異常光成分でな
る偏光及び常光成分でなる偏光）間にカップリングが生
じ、２つの偏光間にエネルギーのやりとりが生ずる。
このように非線形光学結晶素子（６）内において２つ
の偏光すなわち異常光成分及び常光成分間にエネルギー
のやりとりが生ずると、当該異常光成分及び常光成分の
出力Pe(W)及びPo(W)が時間ｔの経過に従って変動し、そ
の結果、非線形光学結晶素子（６）において発生される
第２高調波の出力P(2W)も不安定になる。
即ち、複屈折性素子（16）の方位角θを、θ＝０°に
設定した構成においては、出力レーザー光LAOUTは第21
図Ａに示すように実用上使用し得ない程度に大きなエネ
ルギーのノイズ成分が含まれている。
そのノイズスペクトラムは第21図Ｂにおいて曲線K1で
示すように、例えば周波数ｆ＝５〔MHz）程度の周波数
で約53〔dB〕程度のノイズを含んでいることが分かっ
た。
これに対して複屈折性素子（16）の方位角θをθ＝45
°に設定した構成においては、出力レーザー光LAOUTは
第22図Ａに示すように、実用上のノイズ成分を十分に抑
圧して安定化された信号が得られ、そのノイズスペクト
ラムは第22図Ｂにおいて曲線K2で示すように、例えば周
波数ｆ＝５〔MHz〕においてS/Nが約80〔dB〕程度に改善
されていることが分かった。
このような実験結果から、第17図の固体レーザー発振
器によれば、非線形光学結晶素子（６）内においてタイ
プIIの位相整合条件の下に第２高調波レーザー光LA(2W)
を発生させるにつき、複屈折性素子（16）の方位角θを
θ＝45°に設定したことにより、共振器RSの共振光路を
伝幡する基本波レーザー光LA（Ｗ）の２つの伝播間にカ
ップリング現象を生じさせないように抑制することがで
き、その結果第２高調波レーザー光LA(2W)からなる出力
レーザ光LAOUTを安定化することができる。
かくして、共振器の共振光路内を互いに直交する２つ
の固有偏光を基本波モードとなし、さらにその２つのモ
ード間での位相関係に相関のないランダム偏光の基本波
レーザー光LA(W)を共振動作させることができるので、
余分な偏光子を介挿する必要性をなくし得、この分全体
としての構成を一段と簡易化し得る。
第17図の場合のように、非線形光学結晶素子（６）に
おいてタイプIIの位相整合条件の下に第２高調波レーザ
ー光LA(2W)を発生する場合、複屈折性素子（16）を方位
角θ＝45°の方位角位置に挿入することにより、共振動
作が安定化するのは、理論上、次の理由による。
すなわち共振器RS内においては次式 で表される２つのモードが存在するときのレート方程式
が成り立つ。ここでτCは共振器の往復時間、τFは螢光
寿命、α1及びα2はそれぞれ２つのモードにおける損失
係数、ε1は各モード自身の第２高調波発生に起因する
損失係数、ε2は２つのモード間の和周発生に起因する
損失係数、βはサチュレーションパラメータ、G1 0及びG
2 0は夫々２つモードにおける小信号ゲイン、I1及びI2は
それぞれ２つのモードにおける光強度、G1及びG2はそれ
ぞれ２つのモードにおけるゲイン、β12及びβ21はそれ
ぞれ２つのモードにおけるクロスサチュレーションパラ
メータである。
このレート方程式に関連して、共振器における不安定
の原因として多重縦モード間のカップリングが原因であ
ることを指摘した論文がある。すなわち、「Large−Amp
litude fluctuations due to longitudinal mode coupl
ing in diode−pumped intracavity−dobled Nd:YAG La
sers」、T.Baer著、Journal of Optical Society of Am
erica社発行、Vol.3、No.9/September1986/J.Opt.Soc.A
m.B、第1175頁〜第1180頁には、多重縦モード間のカッ
プリングについてのレート方程式が開示されている。
この論文のレート方程式は２つの固有偏光モードにも
同じように適用し得ると考えられ、かくして当該２つの
固有偏光モードについて（４）式〜（７）式が成り立
つ。
ところで（４）式〜（７）式のうち特に（４）式及び
（６）式は２つの固有偏光モードをそれぞれの光強度I1
及びI2をもつ乗算項（−２ε2I1I2）を含んでおり、従
って、一般に共振器の内部における２つの固有偏光モー
ドの光強度は互いにカップリングした状態になる。因に
（４）式及び（６）式は、光強度I1（又はI2）が変動す
れば、これに応じて光強度I2（又はI1）が変動する関係
にあることを表している。
ところがこの乗算項−２ε2I1I2の係数ε2は、複屈折
性素子（16）の方位角θをθ＝45°に選定したときε2
＝０になり、これに対して方位角θがθ≠45°の場合に
は係数ε2が０以外の値を持つことを以下に述べるよう
にして証明でき、この条件の下では、（４）式及び
（６）式のレート方程式から乗算項−２ε2I1I2を消去
できることにより、（４）式及び（６）式によって表さ
れる共振動作を安定化させることができると考えられ
る。
先ず方位角θがθ≠45°の場合の一般的な条件の一例
として、θ＝０°に選定した場合を検討する。
このとき非線形光学結晶素子（６）に入射する光の２
つの固有偏光の電場ベクトル は、第23図に示すように、非線形光学結晶素子（６）の
常光軸ｏ及び異常光軸ｅと一致する状態で入射する。従
って当該入射した電場ベクトル を非線形光学結晶素子（６）の常光軸ｏをｘ軸、異常光
軸ｅをｙ軸としてジョーンズベクトルによって表せば になる。ここでジョーンズベクトルは、位相項を省略し
て係数のみによって表示することとする。
このようにすると、共振器CAV内の基本波レーザー光L
A(W)のパワーの時間平均値▲（）▼は のように電場の強さE1及びE2の２乗の和として表すこと
ができる。
ここで（E1＋E2）*、E1 *、E2 *は（E1＋E2）、E1、E2
の共役ベクトルである。
因に（10）式において時間平均値▲＊▼及び▲
＊▼は、乗算し合う項が強い相関がある値の場合、す
なわちE1及びE2の場合、その時間平均は になる。これに対して、E1E2 *及びE2E1 *の場合は、乗算
し合う項によって表される電場E1及びE2は互いに直交す
る２つの固有偏光モードそれぞれの電場成分であり、さ
らにその２モード間での位相関係に相関のないランダム
偏光のために互いに相関がなくなり、その結果時間的平
均値は のように０になる。
次に第２高調波レーザー光LA(2W)の電場E(2W)は、タ
イプIIの位相整合の場合、次式 E(2W)＝dE1E2 ‥‥（15） によって表すことができる。ここでｄは非線形光学結晶
素子（６）の非線形変換効率である。
そして第２高調波レーザー光LA(2W)のパワーの時間平
均値▲（）▼は のように２つの固有偏光のパワーP1及びP2の積によって
表すことができる。この場合にも（11）式〜（14）式の
関係が成り立つ。
かくして方位角θがθ＝０°の場合の共振器のパワー
は、（10）式について表される基本波レーザー光LA(W)
についてのパワーP1＋P2と、（16）式によって表される
第２高調波レーザー光LA(2W)のパワーd2P1P2との和にな
る。
この関係を（４）及び（６）式と比較すると、（４）
式及び（６）式における光強度I1及びI2は、（10）式及
び（16）式のパワーP1及びP2と同じ意味をもっており、
（４）式は光強度I1の項［すなわち（G1−α1）I1］
と、I1 2の項（すなわち−ε1I1 2）と、I1及びI2の乗算
項（すなわち−２ε2I1I2）とを含み、また（６）式はI
2の項（すなわちε1I2 2）と、I1I2の乗算項（すなわち
−２ε2I1I2）とを含んでいる。
そこで（４）式及び（６）式の和においてε1をε1＝
０に設定したとき、（４）式及び（６）式の和は、（1
0）式及び（16）式の和と同じ項をもつことになること
が分かる。
このことは、複屈折性素子（７）の方位角θをθ＝０
°に設定することは、（４）式及び（６）式の一般式に
おいて定数ε1をε1＝０に設定したことと等価になるこ
とを意味している。しかしこのように、方位角θをθ＝
０°に選定したとき、２つの基本波モードそれぞれの光
強度I1及びI2の乗算項−２ε2I1I2はε2≠０であるので
消去できず、従ってこの方位角θ＝０°のとき（４）式
及び（６）式のレート方程式によって表される共振器の
共振動作は安定化できないことになる。
次に第17図の固体レーザー共振器において、複屈折性
素子（16）の方位角θをθ＝45°に設定すると、このこ
とは、第24図に示すように、共振器内の基本波レーザー
光LA(W)の固有偏光E1及びE2が、非線形光学結晶素子
（６）の常光軸ｏ及び異常光軸ｅに対してθ＝45°だけ
回転した方位角位置に設定されることを意味する。この
ことは以下に述べる関係から（47）式によって証明され
る。
その結果固有ベクトル は次式 のようなジョーンズベクトルによって表すことができ
る。
そこで共振器のCAVの基本波レーザー光LA(W)のパワー
P(W)の時間平均値▲（）▼は、（10）式〜（14）式
について上述したと同様にして のように表すとができる。
これに対してタイプIIの位相整合条件の下に発生する
第２高調波レーザー光LA(2W)の電場E(2W)は常光軸ｏ及
び異常光軸ｅの成分を基準にして次式 になる。
この（20）式から第２高調波レーザー光LA(2W)のパワ
ーP(2W)の時間平均値▲（）▼は のように表すことができる。ここで、 である。
因に（21）式の▲＊▼及び▲＊
▼の項は、互いに強い相関をもつE1及びE1 *、並びにE
2及びE2 *を乗算した式をもっているので、その時間平均
値は０にならずにパワーP1及びP2の２乗になる。
これに対して、電場E1、E2 *及びE2、E1 *2は互いに直
交する２つの固有偏光モードの各々の電場成分であり、
さらにその２モード間での位相関係に相関のないランダ
ム偏光のために互いに相関がないことに基づいて、E1 2E
2 *2の項及びE2 2E1 *2の項の時間平均値は０になる。
このように、複屈折性素子（16）の方位角θをθ＝45
°に設定したときの基本波レーザー光LA(W)のパワーP
(W)の時間平均▲（）▼（（19）式）と、第２高調
波レーザー光LA(2W)のパワーP(2W)のの時間平均値▲
（）▼（（21）式）の和を（４）式及び（６）式の
和と比較してみると、（４）式及び（６）式において光
強度I1及びI2の乗算項の係数ε2をε2＝０と置いたとき
（19）式及び（20）式の和の各項が（４）式及び（６）
式の和の各項と１対１の関係で対応することが分かる。
このことは、第17図の複屈折性素子（16）の方位角θ
をθ＝45°に設定したことは、一般式として表されてい
る（４）式及び（６）式において係数ε2をε2＝０と置
いたことと等価であることを意味している。そしてこの
ような条件を設定できれば、（４）式及び（６）式にお
いて２つの基本波モードそれぞれの光強度I1及びI2との
積で表される項が生じないようなレート方程式で表され
る共振状態が得られることにより、２つの基本波モード
それぞれの光強度I1及びI2間の第２高調波発生を通じて
のエネルギーの授受を生じさせないようにでき、かくし
て基本波レーザー光LA(W)に従って第２高調波レーザーL
A(2W)を安定化することができると考えられる。
このような条件は、複屈折性素子（16）として、方位
角θがθ＝45°でありかつ光が通過する際に生ずる位相
量ΔがΔ＝90°であるものを選定することにより成り立
たせることができる。
すなわち第25図に示すように、基本波レーザー光LA
(W)が非線形光学結晶素子（６）を通過する際に複屈折
によって位相量δだけ位相がずれるとすれば当該偏光状
態は次式 のようにジョーンズマトリクスＣ（δ）によって表すこ
とができる。
また複屈折性素子（16）を方位角θだけ回転させたこ
とにより基本波レーザー光LA(W)が受ける偏光状態は次
式 のようにジョーンズマトリクスＲ（θ）として表するこ
とができる。
さらに複屈折性素子（16）によって基本波レーザー光
LA(W)が位相量Δだけ旋光されるような偏光状態を次式 のようにジョーンズマトリクスＣ（Δ）によって表すこ
とができる。
そこでレーザーロッド（４）から射出して基本波レー
ザー光LA(W)が順次非線形光学結晶素子（６）、複屈折
性素子（16）を通って凹面鏡（３）の入射面に入射し、
当該入射面によって反射されて再度複屈折性素子（1
6）、非線形光学結晶素子（６）を通ってレーザーロッ
ド（４）側に射出するまでの偏光状態の変化は次式 Ｍ＝Ｃ（δ）Ｒ（θ）Ｃ（Δ）Ｃ（Δ）Ｒ（−θ）Ｃ
（δ） ‥‥（29） で表されるジョーンズマトリクスＭによって表現し得
る。
（29）式に（26）式〜（28）式を代入すれば、当該光
学系の偏光状態を表すマトリクスＭは次式 のようになる。
ここで（29）式の右辺第２項〜第５項のジョーンズマ
トリクスをマトリクスM1として演算すれば、 になり、この演算結果を（29）式に代入すれば、 が得られる。
ここで偏光状態を表すマトリクスＭを と置き、固有ベクトル に対する固有値λを求める。
を満足する固有値λは、次式、 で表される行列式を満足するはずであるから、これを開
ければ （Ａ−λ）（Ｄ−λ）−BC＝０ ‥‥（36） λ2−（Ａ＋Ｄ）λ＋AD−BC＝０ ‥‥（37） のようにλについての２次方程式を解けば良いことが分
かる。（37）の式の解は になる。
ここでＡ＋Ｄは（32）式及び（33）式より Ａ＋Ｄ＝exp（ｉδ）（cosΔ＋isinΔcos2θ） ＋exp（−ｉδ）（cosΔ−isinΔcos2θ） ＝2cosδcosΔ ＋isinΔcos2θ（2isinδ） ＝２（cosδcosΔ−sinδsinΔcos2θ） ‥‥（39） のように整理し得、またAD−BCは次式 AD−BD＝cos2Δ＋sin2Δcos2２θ ＋sin2Δsin2２θ ＝１ ‥‥（40） のように整理し得る。
そこで（39）式及び（40）式を（38）式に代入すれ
ば、固有値λは になる。
そこで固有ベクトル はそのｘ成分をｘ＝１と置けば、次式のように表すこと
ができる。
ところで第17図の固体レーザー発振器において複屈折性
素子（16）の方位角θはθ＝45°に選定され、かつ複屈
折性素子（16）の位相角ΔはΔ＝90°に選定されてい
る。
そこで（32）式及び（33）式に θ＝45° ‥‥（43） Δ＝90° ‥‥（44） を代入すると、偏光状態を表すマトリクスＭは になると共に、固有値λは（41）式から λ＝±ｉ ‥‥（46） になり、結局固有ベクトル は として求めることができる。
このような結果から、（43）式及び（44）式について
上述したように、方位角θをθ＝45°に設定し、しかも
その位相量をΔをΔ＝90°に設定すれば、このことは、
共振器CAV内の基本波レーザー光LA(W)の固有偏光ベクト
ル が、非線形光学結晶素子（６）にレーザー媒質２側から
入射する時、非線形光学結晶素子（６）の常光軸ｏ及び
異常光軸ｅに対して45°だけ回転した方位に設定される
ことを意味する。
以上のように理論的に検討した結果、複屈折性素子
（16）の方位角θをθ＝45°に特定したことにより共振
器CAVの基本波レーザー光LA(W)従って第２高調波レーザ
ー光LA(2W)を安定化し得ることが分かる。
Ｄ発明が解決しようとする課題 上述した第17図に示した従来の固体レーザー発振器に
よれば、レーザー媒質（レーザーロッド）（４）におい
て発生した基本波レーザー光を共振器RS内に設けた非線
形光学結晶素子（６）を通過するように共振動作させる
ことにより、タイプIIの第２高調波レーザー光を発生さ
せると共に、基本波レーザー光の２つの偏光モード間の
和周波発生によるとカップリングを抑制する光学手段、
即ち、複屈折性素子（1/4波長板）（16）を共振器RS内
に設けたので、基本波レーザー光の２つの偏光モード間
の和周波発生によるカップリングが抑制されるので、発
振の安定化を図ることができる。
しかしながら、かかる従来の固体レーザー発振器で
は、基本波レーザー光の同一偏光モード内に縦マルチモ
ードが存在すると、同一偏光モード内でモードカップリ
ングに起因するモードホップノイズが発生する虞があ
る。
かかる点に鑑み、本発明は基本波レーザー光の同一偏
光モード内でのモードカップリングに起因するモードホ
ップノイズの発生を防止することができ、発振の安定化
を図ることのできる固体レーザー発振器を提案しようと
するものである。
Ｅ課題を解決するための手段 本発明による固体レーザー発振器は、レーザー媒質
（４）において発生した基本波レーザー光を共振器RS内
に設けた非線形光学結晶素子（６）を通過するように共
振動作させることにより、タイプIIの第２高調波レーザ
ー光を発生させると共に、基本波レーザー光の２つの偏
光モード間の和周波発生によるカップリングを抑制する
光学手段（18）を共振器RS内に設けた固体レーザー発振
器において、基本波レーザー光の２つの偏光モードを、
夫々単一の縦モードで発振させる光学手段（28）と、基
本波レーザー光の２つの偏光モードの発振強度が同一に
成るように共振器RSの実効共振器長を制御する制御手段
（21,22,23,24,25,27）とを設けて構成したものであ
る。
Ｆ作用 かかる本発明によれば、光学手段（28）を設けたこと
によって、基本波レーザー光の２つの偏光モードが、夫
々単一の縦モードで発振すると共に、制御手段（21,22,
23,24,25,27）によって、基本波レーザー光の２つの偏
光モードの発振強度が同一に成るので、基本波レーザー
光の同一偏光モード内でのモードカップリングに起因す
るモードホップノイズの発生が防止され、発振の安定化
を図ることができる。
Ｇ実施例 以下に、図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。
G1実施例の全体の構成 先ず、第１図を参照して、実施例の固体レーザー発振
器を説明する。この固体レーザー発振器は、共振器内に
発生する基本波レーザー光に対して２倍の周波数を有す
る第２高調波レーザー光を発生し、基本波レーザー光及
び第２高調波レーザー光間にタイプIIの位相条件を成立
させるようにしたものである。
RSは共振器を示し、これは第１図において、左から右
に向かって順次配された凹面鏡（ダイクロックミラー）
（17）、水晶等から成る1/4波長板（複屈折性素子）（1
8）、レーザー媒質としてのレーザーロッド（Nd:YAGか
ら成る）（４）、非線形光学結晶素子〔KTP（KTiOP4）
（１つの光学軸を有する一軸結晶）から成る〕（６）及
び平面鏡（ダイクロイックミラー）（19）から構成され
ている。
（１）はレーザーダイオードで、これにより波長が80
8nm、出力が200mWの励起用レーザー光が、対物レンズ
（15）によって集束せしめられて、凹面鏡（17）及び1/
4波長波（18）を通じて、レーザーロッド（４）内の点
Ｐにおいて焦点を結ぶように入射せしめられる。これに
よって、レーザーロッド（４）から、波長が1064nmの基
本波レーザー光（赤外光）が発生する。
1/4波長板（18）は、光の伝播方向に垂直な面内にお
いて、その異常光方向の屈折率の方向が、光学結晶素子
（６）の異常光方向の屈折率の方向に対して、方位角が
45°傾くような光軸位置に設定される。
凹面鏡（17）は、波長が808nmの光に対し高い透過率
を有し、波長が夫々1064nm及び532nmの光に対し高い反
射率を有する。
平面鏡（19）は、波長が1064nmの光に対し高い透過率
を有し、波長が532nmの光に対し高い透過率を有する。
光学結晶素子（６）は、波長が夫々1064nm及び532nm
の光を透過すると共に、波長が1064nmの基本波レーザー
光及びその第２高調波レーザー光、即ち、波長が1064nm
のレーザー光の位相整合を行う。
レーザーロッド（４）からの基本波レーザー光LA(W)
は、光学結晶素子（６）を通過して、平面鏡（19）のミ
ラー面（19m）に入射し、そこで反射されて、光学結晶
素子（６）、レーザーロッド（４）及び1/4波長板（1
8）を通じて、凹面鏡（17）のミラー面（17m）に入射
し、ここで反射して、1/4波長板（18）、レーザーロッ
ド（４）及び非線形光学結晶素子（６）を通じて、平面
鏡（19）のミラー面（19m）に入射して、ここで反射
し、以降かかる動作を繰り返し、これによって発振が生
じる。そして、この基本波光LA(W)が光学結晶素子
（６）を通過するとき、第２高調波れーザー光（緑レー
ザー光）LA(2W)が発生し、平面鏡（19）を通過して共振
器RSから出力される。尚、基本波レーザー光LA(W)は、
偏光方向が90°異なるｐモード成分及びｓモード成分か
ら成る。この基本波レーザー光の一部は、平面鏡（19）
から共振器RSの外に出力される。
共振器RSの平面鏡（19）から出力された基本波レーザ
ー光LA及び第２高調波レーザー光LAは、ビームスプリッ
タ（20）に入射し、第２高調波レーザー光LA(2W)はその
まゝ透過し、基本波レーザー光LA(W)は、ビームスプリ
ッタ（20）の反射面で（20a）で反射して、その光路が9
0°偏光せしめられた後、1/2波長板（21）を通じて、偏
光ビームスプリッタ（22）に入射する。
平面鏡（19）から出力された基本波レーザー光LA(W)
のｐモード成分及びｓモード成分は、紙面に対し±45°
の方向なので、その基本波レーザー光LA(W)の偏光方向
を45°回転させてから、偏光ビームスプリッタ（22）に
入射させて、ｐモード及びｓモードの偏光を夫々光検出
器（23），（24）に入射せしめ、その各検出出力を制御
信号発生回路（25）に供給して、その検出レベルが等し
く成るような制御信号を出力端子（26）から出力し、こ
の制御信号を後述する共振器長制御装置に供給する。
G2共振器長制御装置 共振器長制御装置の一例を、第２図を参照して説明す
る。共振器長（実効共振器長）制御装置は、共振器RSの
凹面鏡（17）のミラー面（17m）及び平面鏡（19）のミ
ラー面（19m）間の光路長を制御する装置で、例えば、
第２図に示す如く、凹面鏡（17）〔平面鏡（19）も可〕
のミラー面（17m）と反対側の面に貼付されたリング状
のPZT等の圧電素子（27）にて構成し、これに制御信号
に基づく直流電圧を印加して、凹面鏡（17）を共振器RS
の光路長方向に移動させる。共振器長は例えば40mm±数
μｍ程度の範囲で制御される。
次に、共振器長制御装置の他の例を説明する。共振器
全体又はその一部の部品を、温度の制御可能な箱に収納
し、上述の制御信号発生回路（25）からの制御信号によ
って、その箱内の温度を変化させて、共振器RSの凹面鏡
（17）のミラー面（17m）及び平面鏡（19）のミラー面
（19m）間の光路長を制御する。
次に、共振器長制御装置の他の例を説明する。第１図
の共振器RS内の例えばレーザーロッド（４）及び非線形
光学結晶素子（６）間に、電気光学効果を有する電気光
学結晶を配し、上述の制御信号発生回路（25）からの制
御信号によって、その電気光学結晶に直流電圧を印加し
て、共振器RSの凹面鏡（17）のミラー面（17m）及び平
面鏡（19）のミラー面（19m）間の光路長を制御する。
次に、共振器長制御装置の他の例を説明する。共振器
RSを構成する1/4波長板（18）、レーザーロッド（４）
又は非線形光学結晶素子（６）に、上述の制御信号発生
回路（25）からの制御信号に応じて圧力を加えて、共振
器RSの凹面鏡（17）のミラー面（17m）及び平面鏡（1
9）のミラー面（19m）間の光路長を制御する。
次に、共振器長制御装置の他の例を説明する。第１図
の共振器RS内の例えばレーザーロッド（４）及び非線形
光学結晶素子（６）間に、ウェッジを有する光学素子を
配し、上述の制御信号発生回路（25）からの制御信号に
応じて、その光学素子を横移動させて、共振器RSの凹面
鏡（17）のミラー面（17m）及び平面鏡（19）のミラー
面（19m）間の光路長を制御する。
要するに、第３図Ａに示す如く、ゲインカーブ（利得
の周波数特性曲線）GCの最大ゲイン周波数fmに対し、fm
±Δf/2の周波数位置にｐモード及びｓモードの各周波
数が位置するように、共振器RSの凹面鏡（17）のミラー
面（17m）及び平面鏡（19）のミラー面（19m）間の光路
長を制御するようにすれば良い。
又、第３図Ｂに示すように、共振器長が1/4波長ずれ
ると、ゲインカーブGCの最大ゲイン周波数fmの所に、ｐ
モード（又はｓモード）の周波数が来て、その両側のｓ
モード（又はｐモード）間でモード競合が生じるので、
共振器長の制御範囲は1/4波長以下が望ましい。
G3共振器の基本波レーザー光の２モード偏光を、縦シン
グルモードで発振させる操作 次に、共振器の基本波レーザー光の２モードの偏光
を、縦シングルモードで発振させる装置に付いて、第４
図を参照して説明する。第４図では、共振器RSのレーザ
ーロッド（４）及び非線形光学結晶素子（６）間に、波
長選択機能を有する光学素子としてのエタロン（28）を
配する。レーザーロッド（４）がNd:YAGの場合、基本波
レーザー光の波長は1064nm、そのゲイン周波数幅は約18
0〔GHz〕である。縦モード周波数間隔Δｆは、ｃを光
速、Ｌを共振器長（実効共振器長）とすると、次式のよ
うに表される。
Δｆ＝c/2L ここで、Ｌを40mmとすると、縦モード周波数間隔Δｆ
は、3.75〔GHz〕と成る。
さて、共振器RS内には、1/4波長板（18）が設けられ
ているので、ｐモード及びｓモード間には、1/4波長の
光路差があるため、ｐモード及びｓモード間には、Δf/
2の周波数差が生じる。
第５図に、レーザーロッド（４）がNd:YAGの場合の、
基本波レーザー光LAのゲインカーブ（利得の周波数特
性）CGと、ｐモード及びｓモードの周波数との関係を図
示している。
基本波レーザー光LA(W)のゲインカープ（利得の周波
数特性）CGと、ｐモード及びｓモードの周波数との関係
が第５図に示したものであるとき、固体レーザー発振器
のようにホモジニアス・ライン・ブローディング（Homo
geneous Line Broden−ing）のレーザー発振器の場合
は、ゲインのピークに最も近いモードの偏光の発振が生
じ、そこでゲインは飽和するために、シングルモード発
振が生じる筈であるが、実際には、ホールバーニング効
果によって多モード発振が生じてしまう。
ホールバーニング効果とは、第６図に示す如く、定在
波型の共振器の場合、共振器RS中に定在波ａが存在し、
その定在波ａの節の部分でゲインが十分に飽和しないた
めに、これとは異なるモードの発振ｂが生じ、即ち、多
モード発振が生じることを言う。
そこで、第４図に示す如く、共振器RS中にエタロン
（28）を挿入すれば、波長による損失の差によって、多
モード発振を抑制することができる。
エタロン（28）は、第７図に示す如く、ガラス又は水
晶の極めて平面度の良い平行平板の両面に、適度の反射
率の金属膜又は誘電体多層膜から成る反射膜（28a），
（28b）をコーティングしたものである。
エタロン（28）の透過率Ｔは、その反射膜（28a），
（28b）の反射率を共にＲ、全体の厚さをｄ、その法線
の光路に対する傾きをθ、屈折率をｎと夫々すると、 Ｔ＝(1-R)2／ 〔(1-R)2＋４Rsin2（δ/2）〕 で表される。ここで、δは δ＝〔４πndcosθ〕／λ で与えられる。δを2mπ（但し、ｍ＝1,2,3,………）と
置くと、透過率Ｔは１に成る（第８図参照）。又、透過
率Ｔは１と成る周波数間隔Δfeは、 Δfe＝c/2ndcosθ で与えられる（ｃは光速度）ので、第８図に示す如く、
Δfeを、 Δfe＝（ｎ＋1/2）Δｆ に選べば、ｐモード及びｓモード夫々の単一モード発振
が可能と成る。
ｐモード及びｓモードの発振がバランスするために
は、第９図に示す如く、ゲインＧが最大ゲインGmaxと成
る周波数fmに対し、その両側にfe/2だけ離れた周波数の
所に透過率のピークが来るようにすれば良い。そして、
エタロン（28）の厚さｄは、光路長で1mm程度にすれ
ば、Δfeは150〔GHZ〕と成り、２発振が可能と成る。
又、エタロン（28）の両面の反射率Ｒを50％程度にすれ
ば、十分に隣接モードの抑圧が可能と成る。
さて、共振器RSの共振器長を短くして行けば行く程、
モード間隔周波数Δｆはどんどん広がる。例えば、共振
器長を光路長で1mm程度にすれば、モード間隔周波数Δ
ｆは150〔GHz〕と成り、レーザーロッド（４）がNd:YAG
の場合のゲイン幅180〔GHz〕に対して、２モードのみの
発振も可能と成る（第10図）。従って、このような場合
には、エタロンを共振器RS内に設けなくても、ｐモード
及びｓモード発振をバランスさせることができる。
第１図に示したように、共振器RSの凹面鏡（17）及び
レーザーロッド（４）間に1/4波長板（18）が設けられ
いるが、この場合、非線形光学結晶素子（６）で発生す
る複屈折が０°であれば、固有偏光は±45°の方向と成
り、更に、その位相は1/4波長板（18）を通過した後、9
0°ずれている（第11図）。この位相ずれは、平面鏡（1
9）に近づくに従って、０°に近づくが、レーザーロッ
ド（４）が、1/4波長板（18）に接近した位置に設けら
れていれば、ｐモード及びｓモード発振の90°の位相差
によって、ｐモード及びｓモードが夫々１モード発振
し、このようにすれば、空間ホールバーニング効果を解
消することができる。従って、このような場合には、エ
タロンを共振器RS内に設けなくても、又は、共振器RSの
モード周波数間隔Δｆを大きくしなくても、ゲインカー
ブＧのゲインが最大と成る周波数付近での２モード発振
が可能と成る（第12図）。
尚、非線形光学結晶素子（６）の複屈折を０°にする
には、第13図又は第14図に示す如く、非線形光学結晶素
子（６）にウェッジを設ければ良い。即ち、第13図及び
第14図に示す如く、非線形光学結晶素子（６）のレーザ
ーロッド（４）とは反対側の端面（6A）に、基本波レー
ザー光LA(W)の光路LPSに対して、所定の角度だけ傾斜し
た傾斜面を形成し、他方の端面（6B）は第13図に示すよ
うに光路LPSに対し垂直な面と成るようにするか又は第1
4図に示すように所定の角度だけ傾斜した傾斜面を形成
する。
又、ホールバーニング効果を低減するには、第15図に
示す如く、レーザーロッド（レーザー媒質）（４）のレ
ーザーダイオード（１）側の端面に金属、誘電体多層膜
等をコートして、ミラー面（4a）を形成するようにして
も良い。このミラー面（4a）は第１図の凹面鏡（17）に
代わるもので、ここではミラー面（4a）が平面ミラー面
であるので、平面鏡（19）の代わりに凹面鏡を設けるこ
とに成る。ミラー面（4a）が凹面ミラー面である場合に
は、平面鏡（19）はそのままで良い。このように、レー
ザー媒質の一方の端面にミラー面（4a）が形成されてい
ると、その不飽和ゲイン部分はどのモードへの寄与もで
きなため、多モード発振が抑制される。
その理由を以下に説明する。第15図に示す如く、レー
ザーロッド（４）内の波長がλ1の定在波に対し、別の
モードの波長がλ2の定在波を考え、波長がλ2の定在波
の節が、ミラー面（4a）のところで、波長がλ1の定在
波の節と一致した後、その位置から長さl0だけ離れた位
置で、波長がλ2の定在波の腹が、波長がλ1の定在波の
節と一致したとする。かくすると、レーザーロッド
（４）の屈折率をｎ、ｍをｍ＝1,2,3,・・・とすれば、 nl0＝（λ1/2）ｍ nl0＝（λ2/2）（ｍ＋1/2） の２式が成立し、これからΔλ（＝λ1−λ2）は、 Δλ≒λ1 2/4nl0 と成る。この式から、l0が例えばl0≒0.5mmであるとす
ると、ΔλはΔλ≒0.3nmと成り、従って、波長がλ1の
定在波に対し、ΔλがΔλ＜0.3nmと成る波長がλ2の定
在波のモードに関しては、不飽和ゲイン部の寄与が殆ど
ないことに成り、波長がλ2の定在波は発生せず、即
ち、多モード発振は抑制されることに成る。
Ｈ発明の効果 上述せる本発明固体レーザー発振器によれば、基本波
レーザー光の２つの偏光モードが、夫々単一の縦モード
で発振すると共に、基本波レーザー光の２つの偏光モー
ドの発振強度が同一に成るので、基本波レーザー光の同
一偏光モード内でのモードカップリングに起因するモー
ドホップノイズの発生が防止され、発振に安定化を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の全体の構成を示す配置図、第
２図は共振器長制御装置を示す配置図、第３図は共振器
の光路長の説明図、第４図は本発明の他の実施例の一部
を示す配置図、第５図はゲインと、ｐ、ｓモードとの関
係を示す図、第６図はホールバーニング効果の説明図、
第７図はエタロンの構造を示す断面図、第８図及び第９
図は夫々エタロンの説明図、第10図は共振器長の短い共
振器の説明図、第11図はホールバーニング効果低減の説
明図、第12図は１モード発振の説明図、第13図及び第14
図はそれウェッジを有する非線形光学結晶素子を示す断
面図、第15図は本発明の他の実施例を示す断面図、第16
図及び第17図は従来例を示す配置図、第18図はその複屈
折性素子の方位角の説明図、第19図〜第22図は実験結果
を示す曲線図中、第23図及び第24図は夫々方位角θを夫
々０°及び45°に設定した場合の固有偏光の状態を示す
図、第25図は共振器における基本波レーザー光偏光状態
の説明図である。 （１）はレーザーダイオード、RSは共振器、（４）はレ
ーザーロッド（レーザー媒質）、（６）は非線形光学結
晶素子、（17）は凹面鏡、（18）は1/4波長板（複屈折
性素子）、（19）は平面鏡、（20）はビームスプリッ
タ、（21）は1/2波長板、（22）は偏光ビームスプリッ
タ、（23），（24）は夫々光検出器、（25）は制御信号
発振回路、（27）は圧電素子（共振器長制御装置）であ
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザー媒質において発生した基本波レー
    ザー光を共振器内に設けた非線形光学結晶素子を通過す
    るように共振動作させることにより、タイプIIの第２高
    調波レーザー光を発生させると共に、上記基本波レーザ
    ー光の２つの偏光モード間の和周波発生によるカップリ
    ングを抑制する光学手段を上記共振器内に設けた固体レ
    ーザー発振器において、 上記基本波レーザー光の２つの偏光モードを、夫々単一
    の縦モードで発振させる光学手段と、 上記基本波レーザー光の２つの偏光モードを、夫々単一
    の縦モードで発振させる光学手段と、 上記基本波レーザー光の２つの偏光モードの発振強度が
    同一に成るように上記共振器の実効共振器長を制御する
    制御手段とを設けたことを特徴とする固体レーザー発振
    器。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01211960A (ja) * 1988-02-18 1989-08-25 Seiko Epson Corp 相補型半導体装置
US5299221A (en) * 1991-01-09 1994-03-29 Sony Corporation Laser light generating apparatus
JPH05188421A (ja) * 1991-04-15 1993-07-30 Fuji Photo Film Co Ltd 光波長変換装置
US5377212A (en) * 1991-10-17 1994-12-27 Hitachi, Ltd. Solid-state laser device including uniaxial laser crystal emitting linearly polarized fundamental wave and nonlinear optical crystal emitting linearly polarized harmonic wave
JPH05145148A (ja) * 1991-11-25 1993-06-11 Sony Corp 固体レーザ共振器
JPH05218556A (ja) * 1992-02-04 1993-08-27 Fuji Photo Film Co Ltd 固体レーザー
AU659270B2 (en) * 1992-02-20 1995-05-11 Sony Corporation Laser light beam generating apparatus
JPH05275785A (ja) * 1992-03-28 1993-10-22 Sony Corp レーザ光発生光学装置
EP0574921B1 (en) * 1992-06-19 2002-01-16 Sony Corporation Laser beam generator
JP3309430B2 (ja) * 1992-07-28 2002-07-29 ソニー株式会社 レーザ光発生装置
CA2141599A1 (en) * 1993-06-02 1994-12-08 Douglas W. Anthon Depolarized solid-state diode-pumped laser
JP3222288B2 (ja) * 1993-11-05 2001-10-22 富士写真フイルム株式会社 光波長変換装置
US5473626A (en) * 1993-12-21 1995-12-05 Massachusetts Institute Of Technology Two-axial-mode solid-state laser
EP0759574B1 (en) * 1995-02-09 2003-11-05 Melles Griot, Inc. Second harmonic generator and laser application apparatus
DE19646073C1 (de) * 1996-11-08 1998-04-16 Daimler Benz Ag Verfahren zur Minderung des Amplitudenrauschens von Festkörperlasern mit resonatorinterner Frequenzverdopplung
JPH10301153A (ja) * 1997-04-23 1998-11-13 Sony Corp 光源装置とこれを用いた光学測定装置および露光装置
US5940419A (en) * 1997-06-13 1999-08-17 Xie; Ping Frequency doubling solid-state laser including lasant material and nonlinear optical material
JP3827261B2 (ja) * 1997-07-29 2006-09-27 パイオニア株式会社 半導体レーザ励起固体レーザ及びそれを用いた光学装置
JPH11103118A (ja) * 1997-09-26 1999-04-13 Fuji Photo Film Co Ltd 固体レーザーおよびその作製方法
US6188712B1 (en) 1998-11-04 2001-02-13 Optigain, Inc. Asymmetrical distributed feedback fiber laser
DE19962047A1 (de) 1999-12-22 2001-06-28 Univ Karlsruhe Vorrichtung zur Stabilisierung der Dynamik von Laser-Systemen
DE19962327A1 (de) * 1999-12-23 2001-07-12 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Einrichtung zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers mit resonatorinterner Frequenzverdoppelung
DE10018778A1 (de) * 2000-04-15 2001-10-18 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Selbstkalibrierung eines diodengepumpten Festkörperlasers, insbesondere eines durchstimmbaren, diodengepumpten Festkörperlasers
KR100764424B1 (ko) * 2006-08-30 2007-10-05 삼성전기주식회사 파장변환 레이저 장치 및 이에 사용되는 비선형 광학결정
US7473878B2 (en) * 2007-06-08 2009-01-06 The Boeing Company High power bimorph wave-front correction mirror
JP5524687B2 (ja) * 2010-04-13 2014-06-18 矢崎総業株式会社 コネクタ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025875A (en) * 1976-01-05 1977-05-24 Nasa Length controlled stabilized mode-lock Nd:YAG laser
JPH01152782A (ja) * 1987-12-10 1989-06-15 Sony Corp レーザ光源
JP3066966B2 (ja) * 1988-02-29 2000-07-17 ソニー株式会社 レーザ光源
US4841528A (en) * 1988-09-06 1989-06-20 California Institute Of Technology Frequency doubled, cavity dumped feedback laser
JPH0324781A (ja) * 1989-06-22 1991-02-01 Hamamatsu Photonics Kk レーザ発生装置における位相整合方法

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Publication number Publication date
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KR100195769B1 (ko) 1999-06-15
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