JP3091329B2 - 固体レーザー装置 - Google Patents
固体レーザー装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理分野あるい
は光応用計測制御分野において使用する固体レーザー装
置に関し、縦モードが単一で安定かつ高効率なコヒーレ
ント光を放射することができる固体レーザー装置に関す
るものである。
は光応用計測制御分野において使用する固体レーザー装
置に関し、縦モードが単一で安定かつ高効率なコヒーレ
ント光を放射することができる固体レーザー装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザーを励起光源として用い、
近赤外光を得たり、あるいは非線形光学結晶を用いた高
効率波長変換によりグリーン光源またはブルー光源を得
ることが、光情報処理分野や光応用計測制御分野等で要
求されている。特に、光ディスクの高密度記録や画像処
理等には短波長の光源が要求されている。
近赤外光を得たり、あるいは非線形光学結晶を用いた高
効率波長変換によりグリーン光源またはブルー光源を得
ることが、光情報処理分野や光応用計測制御分野等で要
求されている。特に、光ディスクの高密度記録や画像処
理等には短波長の光源が要求されている。
【０００３】ここで得られる出力光は、横モードがガウ
シアンで回折限界近くまで集光でき、縦モードが単一で
あり、さらに出力が数ｍＷ程度で、周波数的にも時間的
にも安定であることが必要とされる。半導体レーザーを
励起用光源としてｍＷ（ミリワット）以上の安定な短波
長光源を得るには、半導体レーザー励起の固体レーザー
装置の共振器内部に、非線形光学材料からなる波長変換
装置を挿入して高調波を得る内部共振器型が有力であ
る。
シアンで回折限界近くまで集光でき、縦モードが単一で
あり、さらに出力が数ｍＷ程度で、周波数的にも時間的
にも安定であることが必要とされる。半導体レーザーを
励起用光源としてｍＷ（ミリワット）以上の安定な短波
長光源を得るには、半導体レーザー励起の固体レーザー
装置の共振器内部に、非線形光学材料からなる波長変換
装置を挿入して高調波を得る内部共振器型が有力であ
る。
【０００４】図５に、短波長光源を構成する半導体レー
ザー励起の内部共振器型の固体レーザー装置の概略構成
図を示す。図５において、半導体レーザー５０１から放
射された光は、コリメートレンズ５０２により平行ビー
ムに変換され、フォーカシングレンズ５０３によりレー
ザー媒体５０４に集光される。レーザー媒体５０４は、
ＹＶＯ4 からなる厚み１．０ｍｍの無機光学活性物質
（結晶）にＮｄを２％ドープしたものである。
ザー励起の内部共振器型の固体レーザー装置の概略構成
図を示す。図５において、半導体レーザー５０１から放
射された光は、コリメートレンズ５０２により平行ビー
ムに変換され、フォーカシングレンズ５０３によりレー
ザー媒体５０４に集光される。レーザー媒体５０４は、
ＹＶＯ4 からなる厚み１．０ｍｍの無機光学活性物質
（結晶）にＮｄを２％ドープしたものである。
【０００５】レーザー媒体５０４の端面５０５には、半
導体レーザー５０１の波長（８０９ｎｍ) に対し無反射
（ＡＲ）コートを施すとともに、発振波長（１．０６４
μｍ）および高調波の波長（５３２ｎｍ) に対し高反射
（ＨＲ）コートを施している。また、レーザー媒体５０
４の端面５０６には、波長１．０６４μｍおよび波長５
３２ｎｍに対しＡＲコートを施している。
導体レーザー５０１の波長（８０９ｎｍ) に対し無反射
（ＡＲ）コートを施すとともに、発振波長（１．０６４
μｍ）および高調波の波長（５３２ｎｍ) に対し高反射
（ＨＲ）コートを施している。また、レーザー媒体５０
４の端面５０６には、波長１．０６４μｍおよび波長５
３２ｎｍに対しＡＲコートを施している。
【０００６】曲率無限大の出力ミラー（平面出力ミラ
ー）５０７には、波長１．０６４μｍに対しＨＲコート
を施してあり、出力ミラー５０７とレーザー媒体５０４
の端面５０５とで基本波１．０６４μｍの共振器を構成
している。共振器長は１０ｍｍであった。そして、共振
器内部に挿入された非線形光学材料ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ4 ）からなる波長変換装置５０８で波長変換された高
調波（０．５３２μｍ）が出力ミラー５０７から得られ
る。
ー）５０７には、波長１．０６４μｍに対しＨＲコート
を施してあり、出力ミラー５０７とレーザー媒体５０４
の端面５０５とで基本波１．０６４μｍの共振器を構成
している。共振器長は１０ｍｍであった。そして、共振
器内部に挿入された非線形光学材料ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ4 ）からなる波長変換装置５０８で波長変換された高
調波（０．５３２μｍ）が出力ミラー５０７から得られ
る。
【０００７】実際に、半導体レーザー５０１からレーザ
ー媒体５０４へ入射した５０ｍＷの出力光に対し、出力
ミラー５０７を通して０．５ｍＷのグリーン光が出射さ
れた。このときの出射光（グリーン光）は、縦モードお
よび横モードともにシングルモードであった。また、図
５の光学系において、出力ミラー５０７の曲率だけを５
０ｍｍに変更して球面出力ミラーとしたときに、５０ｍ
Ｗの入力レーザー光に対し３ｍＷのグリーンの出力光が
得られ、高効率化を図ることができた。このときの発振
の縦モードをファブリ・ペロー・スペクトル・アナライ
ザで測定した。得られた縦モードスペクトルを図６に示
す。
ー媒体５０４へ入射した５０ｍＷの出力光に対し、出力
ミラー５０７を通して０．５ｍＷのグリーン光が出射さ
れた。このときの出射光（グリーン光）は、縦モードお
よび横モードともにシングルモードであった。また、図
５の光学系において、出力ミラー５０７の曲率だけを５
０ｍｍに変更して球面出力ミラーとしたときに、５０ｍ
Ｗの入力レーザー光に対し３ｍＷのグリーンの出力光が
得られ、高効率化を図ることができた。このときの発振
の縦モードをファブリ・ペロー・スペクトル・アナライ
ザで測定した。得られた縦モードスペクトルを図６に示
す。
【０００８】ファブリ・ペロー・スペクトル・アナライ
ザは、フィネス（Ｆ）が１００で、共振周波数の相互間
隔つまりフリー・スペクトラム・レンジ（ＦＳＲ・Δ
ν）が３００ＧHzであり、図６はＦＳＲだけ離れた同じ
縦モードスペクトルを表している。図６から、図５の光
学系において、出力ミラー５０７の曲率を５０ｍｍにし
た場合、大きなスペクトルの横に小さいスペクトルが出
ていることから、この共振器で発振する縦モードは２本
あり、単一化されていないことがわかる。
ザは、フィネス（Ｆ）が１００で、共振周波数の相互間
隔つまりフリー・スペクトラム・レンジ（ＦＳＲ・Δ
ν）が３００ＧHzであり、図６はＦＳＲだけ離れた同じ
縦モードスペクトルを表している。図６から、図５の光
学系において、出力ミラー５０７の曲率を５０ｍｍにし
た場合、大きなスペクトルの横に小さいスペクトルが出
ていることから、この共振器で発振する縦モードは２本
あり、単一化されていないことがわかる。
【０００９】さらに、Ｎｄドープ量が２％のＹＶＯ
4 （無機光学活性物質）からなるレーザー媒体５０４に
おいて、厚みを０．５ｍｍに薄くすると縦モードの単一
化が図れた。しかし、このとき、５０ｍＷの入力レーザ
ー光に対し２．０ｍＷのグリーンの出力光しか得られ
ず、１．０ｍｍ厚のレーザー媒体（Ｎｄドープ量が２％
のＹＶＯ4 からなる）を用いた場合に比べて効率が低下
した。
4 （無機光学活性物質）からなるレーザー媒体５０４に
おいて、厚みを０．５ｍｍに薄くすると縦モードの単一
化が図れた。しかし、このとき、５０ｍＷの入力レーザ
ー光に対し２．０ｍＷのグリーンの出力光しか得られ
ず、１．０ｍｍ厚のレーザー媒体（Ｎｄドープ量が２％
のＹＶＯ4 からなる）を用いた場合に比べて効率が低下
した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】固体レーザー装置にお
いて、発振したレーザー光の縦モードスペクトルを単一
化する方法には（１） 共振器長を１ｍｍ以下に短くす
る、（２） 出力ミラー５０７の曲率を無限大にする、
（３） レーザー媒体５０４の厚みを薄くする、などが
考えられる。
いて、発振したレーザー光の縦モードスペクトルを単一
化する方法には（１） 共振器長を１ｍｍ以下に短くす
る、（２） 出力ミラー５０７の曲率を無限大にする、
（３） レーザー媒体５０４の厚みを薄くする、などが
考えられる。
【００１１】しかし、図５に概略構成図を示した従来の
固体レーザー装置においては、レーザー媒体５０４と出
力ミラー５０７との距離（共振器長）は、非線形光学材
料からなる波長変換装置５０８が共振器内部に存在する
ため、１ｍｍ以下にすることは不可能である。一方、出
力ミラー５０７の曲率を無限大にすると、曲率が５０ｍ
ｍ程度の出力ミラーを用いた共振器の場合よりも光の閉
じこめが弱く、効率が低くなってしまう。
固体レーザー装置においては、レーザー媒体５０４と出
力ミラー５０７との距離（共振器長）は、非線形光学材
料からなる波長変換装置５０８が共振器内部に存在する
ため、１ｍｍ以下にすることは不可能である。一方、出
力ミラー５０７の曲率を無限大にすると、曲率が５０ｍ
ｍ程度の出力ミラーを用いた共振器の場合よりも光の閉
じこめが弱く、効率が低くなってしまう。
【００１２】また、レーザー媒体５０４の厚みを薄くし
て縦モードの単一化を図ろうとすると、２％程度の少な
いＮｄドープ量では、効率が低くなってしまう。本発明
の目的は、発振したレーザー光の縦モードスペクトルを
単一とし、かつ高効率発振または高効率波長変換を実現
することができる固体レーザー装置を提供することであ
る。
て縦モードの単一化を図ろうとすると、２％程度の少な
いＮｄドープ量では、効率が低くなってしまう。本発明
の目的は、発振したレーザー光の縦モードスペクトルを
単一とし、かつ高効率発振または高効率波長変換を実現
することができる固体レーザー装置を提供することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体レー
ザー装置は、励起用半導体レーザーと、希土類元素が少
なくとも３重量％ドープされた無機光学活性物質からな
る厚みが０．５ｍｍ以下のレーザー媒体とレーザー媒体
に対して離間配置された単独の球面出力ミラーとからな
る共振器と、励起用半導体レーザーからの出射光をレー
ザー媒体の端面へ導く結合光学系とを備えている。
ザー装置は、励起用半導体レーザーと、希土類元素が少
なくとも３重量％ドープされた無機光学活性物質からな
る厚みが０．５ｍｍ以下のレーザー媒体とレーザー媒体
に対して離間配置された単独の球面出力ミラーとからな
る共振器と、励起用半導体レーザーからの出射光をレー
ザー媒体の端面へ導く結合光学系とを備えている。
【００１４】請求項２記載の固体レーザー装置は、励起
用半導体レーザーと、希土類元素が少なくとも３重量％
ドープされた無機光学活性物質からなる厚みが０．５ｍ
ｍ以下のレーザー媒体とレーザー媒体に対して離間配置
された単独の球面出力ミラーとからなる共振器と、励起
用半導体レーザーからの出射光をレーザー媒体の端面へ
導く結合光学系とを備え、共振器が非線形光学材料から
なる波長変換装置を球面出力ミラーに対して離間配置状
態で有している。
用半導体レーザーと、希土類元素が少なくとも３重量％
ドープされた無機光学活性物質からなる厚みが０．５ｍ
ｍ以下のレーザー媒体とレーザー媒体に対して離間配置
された単独の球面出力ミラーとからなる共振器と、励起
用半導体レーザーからの出射光をレーザー媒体の端面へ
導く結合光学系とを備え、共振器が非線形光学材料から
なる波長変換装置を球面出力ミラーに対して離間配置状
態で有している。
【００１５】請求項３記載の固体レーザー装置は、請求
項１または請求項２における無機光学活性物質をＹＶＯ
4 としている。請求項４記載の固体レーザー装置は、請
求項１または請求項２における希土類元素をＮｄまたは
Ｎｄを主体とするものとしている。請求項５記載の固体
レーザー装置は、請求項１または請求項２記載における
無機光学活性物質をＹＶＯ4 とし、希土類元素をＮｄと
している。
項１または請求項２における無機光学活性物質をＹＶＯ
4 としている。請求項４記載の固体レーザー装置は、請
求項１または請求項２における希土類元素をＮｄまたは
Ｎｄを主体とするものとしている。請求項５記載の固体
レーザー装置は、請求項１または請求項２記載における
無機光学活性物質をＹＶＯ4 とし、希土類元素をＮｄと
している。
【００１６】
【作用】この発明の構成によれば、ＮｄまたはＮｄを主
体とする希土類元素をドープしたＹＶＯ4 等の無機光学
活性物質からなるレーザー媒体の厚みを０．５ｍｍ以下
にすることで、曲率をもつ出力ミラーにしても縦モード
が単一モードの発振を実現できる。このため、高効率で
安定なレーザー光が得られる。また、希土類元素のドー
プ量を３重量％以上にすることで吸収長を短くでき、さ
らに高効率発振を可能とする。
体とする希土類元素をドープしたＹＶＯ4 等の無機光学
活性物質からなるレーザー媒体の厚みを０．５ｍｍ以下
にすることで、曲率をもつ出力ミラーにしても縦モード
が単一モードの発振を実現できる。このため、高効率で
安定なレーザー光が得られる。また、希土類元素のドー
プ量を３重量％以上にすることで吸収長を短くでき、さ
らに高効率発振を可能とする。
【００１７】また、球面出力ミラーがレーザー媒体に対
して離間配置、つまり別置きされているので、共振器を
設計する際の自由度が高くなる。 また、レーザー媒体な
ど他の構成部材に直接コーティングすることによって球
面出力ミラーを形成する場合に比べて球面出力ミラーの
作成が容易である。また、共振器内に波長変換装置を設
けることにより、効率よく高調波光を得ることができ、
短波長光源が実現可能となる。
して離間配置、つまり別置きされているので、共振器を
設計する際の自由度が高くなる。 また、レーザー媒体な
ど他の構成部材に直接コーティングすることによって球
面出力ミラーを形成する場合に比べて球面出力ミラーの
作成が容易である。また、共振器内に波長変換装置を設
けることにより、効率よく高調波光を得ることができ、
短波長光源が実現可能となる。
【００１８】
【実施例】図１に、短波長光源を構成する半導体レーザ
ー励起の内部共振器型の固体レーザー装置の概略構成図
を示す。図１において、半導体レーザー１０１から放射
された光は、コリメートレンズ１０２により平行ビーム
に変換され、フォーカシングレンズ１０３によりレーザ
ー媒体１０４に集光される。レーザー媒体１０４は、Ｙ
ＶＯ4 からなる厚み０．５ｍｍの無機光学活性物質（結
晶）にＮｄを３％ドープしたものである。具体的には、
レーザー媒体１０４は、母材であるＹＶＯ4のイットリ
ウム（Ｙ）を蛍光を発する元素であるＮｄ3+に置換して
ドーピングしたものである。
ー励起の内部共振器型の固体レーザー装置の概略構成図
を示す。図１において、半導体レーザー１０１から放射
された光は、コリメートレンズ１０２により平行ビーム
に変換され、フォーカシングレンズ１０３によりレーザ
ー媒体１０４に集光される。レーザー媒体１０４は、Ｙ
ＶＯ4 からなる厚み０．５ｍｍの無機光学活性物質（結
晶）にＮｄを３％ドープしたものである。具体的には、
レーザー媒体１０４は、母材であるＹＶＯ4のイットリ
ウム（Ｙ）を蛍光を発する元素であるＮｄ3+に置換して
ドーピングしたものである。
【００１９】レーザー媒体１０４の端面１０５には、半
導体レーザー１０１の波長（８０９ｎｍ) に対し無反射
（ＡＲ）コートを施すとともに、発振波長（１．０６４
μｍ）および高調波の波長（５３２ｎｍ) に対し高反射
（ＨＲ）コートを施している。また、レーザー媒体１０
４の端面１０６には、波長１．０６４μｍおよび波長５
３２ｎｍに対しＡＲコートを施している。
導体レーザー１０１の波長（８０９ｎｍ) に対し無反射
（ＡＲ）コートを施すとともに、発振波長（１．０６４
μｍ）および高調波の波長（５３２ｎｍ) に対し高反射
（ＨＲ）コートを施している。また、レーザー媒体１０
４の端面１０６には、波長１．０６４μｍおよび波長５
３２ｎｍに対しＡＲコートを施している。
【００２０】曲率５０ｍｍの球面の出力ミラー１０７に
は、波長１．０６４μｍに対しＨＲコートを施してあ
り、出力ミラー１０７とレーザー媒体１０４の端面１０
５とで基本波１．０６４μｍの共振器を構成している。
共振器長は１０ｍｍである。そして、共振器内部に挿入
された非線形光学材料ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）からな
る波長変換装置１０８で波長変換された高調波（０．５
３２μｍ）が出力ミラー１０７から得られる。
は、波長１．０６４μｍに対しＨＲコートを施してあ
り、出力ミラー１０７とレーザー媒体１０４の端面１０
５とで基本波１．０６４μｍの共振器を構成している。
共振器長は１０ｍｍである。そして、共振器内部に挿入
された非線形光学材料ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）からな
る波長変換装置１０８で波長変換された高調波（０．５
３２μｍ）が出力ミラー１０７から得られる。
【００２１】実効的に、半導体レーザー１０１からレー
ザー媒体１０４に入射した５０ｍＷのレーザー出力光に
対し、出力ミラー１０７を通して１０ｍＷの高調波が得
られた。図２はレーザー媒体１０４へ入射するレーザー
出力光に対して得られた高調波出力を表している。比較
のため、Ｎｄを２％ドープした厚み０．５ｍｍのＹＶＯ
4 を用いたときの発振特性も図２に示す。
ザー媒体１０４に入射した５０ｍＷのレーザー出力光に
対し、出力ミラー１０７を通して１０ｍＷの高調波が得
られた。図２はレーザー媒体１０４へ入射するレーザー
出力光に対して得られた高調波出力を表している。比較
のため、Ｎｄを２％ドープした厚み０．５ｍｍのＹＶＯ
4 を用いたときの発振特性も図２に示す。
【００２２】図２において、曲線Ａ1 はＮｄを３％ドー
プした厚さ０．５ｍｍの無機光学活性物質（ＹＶＯ4 ）
からなるレーザー媒体における入射レーザー光出力と高
調波出力との関係を示している。曲線Ａ2 はＮｄを３％
ドープした厚さ０．３ｍｍの無機光学活性物質（ＹＶＯ
4 ）からなるレーザー媒体における入射レーザー光出力
と高調波出力との関係を示している。曲線Ａ3 はＮｄを
２％ドープした厚さ０．５ｍｍの無機光学活性物質（Ｙ
ＶＯ4 ）からなるレーザー媒体における入射レーザー光
出力と高調波出力との関係を示している。
プした厚さ０．５ｍｍの無機光学活性物質（ＹＶＯ4 ）
からなるレーザー媒体における入射レーザー光出力と高
調波出力との関係を示している。曲線Ａ2 はＮｄを３％
ドープした厚さ０．３ｍｍの無機光学活性物質（ＹＶＯ
4 ）からなるレーザー媒体における入射レーザー光出力
と高調波出力との関係を示している。曲線Ａ3 はＮｄを
２％ドープした厚さ０．５ｍｍの無機光学活性物質（Ｙ
ＶＯ4 ）からなるレーザー媒体における入射レーザー光
出力と高調波出力との関係を示している。
【００２３】本実施例の固体レーザー装置の単一縦モー
ドでの発振効率は、従来のＮｄを２％ドープした厚み
０．５ｍｍの無機光学活性物質（ＹＶＯ4 ）からなるレ
ーザー媒体と比較して、５倍程度の値が得られた。この
ときの発振の縦モードをファブリ・ペロー・スペクトル
・アナライザで測定した。得られた縦モードスペクトル
を図３に示す。ファブリ・ペロー・スペクトル・アナラ
イザは、フィネス（Ｆ）が１００で、共振周波数の相互
間隔つまりフリー・スペクトラム・レンジ（ＦＳＲ・Δ
ν）が３００ＧHzであり、図３はＦＳＲだけ離れた同じ
縦モードスペクトルを表している。
ドでの発振効率は、従来のＮｄを２％ドープした厚み
０．５ｍｍの無機光学活性物質（ＹＶＯ4 ）からなるレ
ーザー媒体と比較して、５倍程度の値が得られた。この
ときの発振の縦モードをファブリ・ペロー・スペクトル
・アナライザで測定した。得られた縦モードスペクトル
を図３に示す。ファブリ・ペロー・スペクトル・アナラ
イザは、フィネス（Ｆ）が１００で、共振周波数の相互
間隔つまりフリー・スペクトラム・レンジ（ＦＳＲ・Δ
ν）が３００ＧHzであり、図３はＦＳＲだけ離れた同じ
縦モードスペクトルを表している。
【００２４】図１の概略構成図のような光学系に対し、
縦モードスペクトルは単一化が図れ、高効率な内部共振
器型ＳＨＧ（第２高調波）光源が得られた。ここで、本
発明の固体レーザー装置について、従来のレーザー装置
と比較してその構成のポイントを以下に説明する。 （１） レーザー媒体の厚みを薄くすることによって縦
モードの単一化を可能にする。
縦モードスペクトルは単一化が図れ、高効率な内部共振
器型ＳＨＧ（第２高調波）光源が得られた。ここで、本
発明の固体レーザー装置について、従来のレーザー装置
と比較してその構成のポイントを以下に説明する。 （１） レーザー媒体の厚みを薄くすることによって縦
モードの単一化を可能にする。
【００２５】（２） レーザー媒体の希土類元素（例え
ばＮｄ）の濃度を上げることによって高効率化を図る。
まず、（１）の理由について、レーザー媒体の厚みと縦
モードスペクトルの関係を示した図４（ａ）〜（ｄ）を
用いて説明する。いま、共振器内に一様なゲインがある
とする。同図（ａ）のような強度分布（第１モード）の
定在波のみが存在するとき、反転分布は同図（ｂ）のよ
うになる。このとき、同図（ｃ）のような強度分布を持
つ第２モードに対するゲイン分布は材料が空間的ホール
バーニングを生じるものとすると、同図（ｄ）のように
なる。
ばＮｄ）の濃度を上げることによって高効率化を図る。
まず、（１）の理由について、レーザー媒体の厚みと縦
モードスペクトルの関係を示した図４（ａ）〜（ｄ）を
用いて説明する。いま、共振器内に一様なゲインがある
とする。同図（ａ）のような強度分布（第１モード）の
定在波のみが存在するとき、反転分布は同図（ｂ）のよ
うになる。このとき、同図（ｃ）のような強度分布を持
つ第２モードに対するゲイン分布は材料が空間的ホール
バーニングを生じるものとすると、同図（ｄ）のように
なる。
【００２６】図４（ｄ）からわかるように、出力ミラー
からの距離を短くする、つまりレーザー媒体の厚みを薄
くすることで第２モードのゲインがなくなり、結果とし
て縦モードの単一化を行える。したがって、吸収長の短
い材料を用いることで第２モードの発振を抑制でき、か
つ高効率な発振が可能となる。つぎに、（２）の理由に
ついて説明する。
からの距離を短くする、つまりレーザー媒体の厚みを薄
くすることで第２モードのゲインがなくなり、結果とし
て縦モードの単一化を行える。したがって、吸収長の短
い材料を用いることで第２モードの発振を抑制でき、か
つ高効率な発振が可能となる。つぎに、（２）の理由に
ついて説明する。
【００２７】本実施例で用いたＹＶＯ4 のＮｄドープ量
を変化させたときの波長８１０ｎｍに対する吸収長（吸
収係数の逆数）を表１に示す。
を変化させたときの波長８１０ｎｍに対する吸収長（吸
収係数の逆数）を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】表１から分かるように、Ｎｄのドープ量を
多くすると、つまりＮｄドープ量が１．１at％（原子
％）より２．０at％の方が、また２．０at％より３．０
at％の方が吸収係数が大きくなって吸収長が短くなる。
このため、Ｎｄドープ量の大きなＹＶＯ4 を用いると、
レーザー媒体の厚みを薄くすることによる発振効率の低
下を抑制できる。
多くすると、つまりＮｄドープ量が１．１at％（原子
％）より２．０at％の方が、また２．０at％より３．０
at％の方が吸収係数が大きくなって吸収長が短くなる。
このため、Ｎｄドープ量の大きなＹＶＯ4 を用いると、
レーザー媒体の厚みを薄くすることによる発振効率の低
下を抑制できる。
【００３０】図１の概略構成図で用いた無機光学活性物
質をＹＶＯ4 としたレーザー媒体１０４は、厚みが０．
５ｍｍでＮｄ濃度が３％のレーザー結晶であり、高効率
で縦モードの単一の固体レーザーや短波長光源が実現で
きることが上の説明から理解できる。本実施例ではＮｄ
をドープしたＹＶＯ4 からなるレーザー媒体の結晶厚み
を０．５ｍｍとしたが、図４の説明からも分かるよう
に、より薄いレーザー媒体を用いることによって、さら
に安定な縦モードの単一化を図ることができる。例え
ば、厚み０．３ｍｍのときの発振特性を図２において曲
線Ａ2 で示している。５０ｍＷの入射レーザー光出力に
対し７ｍＷの高調波出力が得られ、厚み０．５ｍｍのと
きと比べて３０％程度発振効率は低下するが、単一縦モ
ードの安定性を考えると０．３ｍｍ厚の方が実用的であ
ると思われる。
質をＹＶＯ4 としたレーザー媒体１０４は、厚みが０．
５ｍｍでＮｄ濃度が３％のレーザー結晶であり、高効率
で縦モードの単一の固体レーザーや短波長光源が実現で
きることが上の説明から理解できる。本実施例ではＮｄ
をドープしたＹＶＯ4 からなるレーザー媒体の結晶厚み
を０．５ｍｍとしたが、図４の説明からも分かるよう
に、より薄いレーザー媒体を用いることによって、さら
に安定な縦モードの単一化を図ることができる。例え
ば、厚み０．３ｍｍのときの発振特性を図２において曲
線Ａ2 で示している。５０ｍＷの入射レーザー光出力に
対し７ｍＷの高調波出力が得られ、厚み０．５ｍｍのと
きと比べて３０％程度発振効率は低下するが、単一縦モ
ードの安定性を考えると０．３ｍｍ厚の方が実用的であ
ると思われる。
【００３１】結晶厚をさらに薄くすると、より安定な単
一モード発振が得られるが、０．１ｍｍ以下の結晶厚の
加工は困難であり、発振効率の低下も生じるためあまり
実用的ではない。また、本実施例では、３％のＮｄをド
ープしたＹＶＯ4 をレーザー媒体として用いたが、ドー
プ量を３％以上にすることで、さらに吸収係数を向上さ
せることができるため、高効率で安定な縦モード単一の
固体レーザーや短波長光源の実現が可能となる。
一モード発振が得られるが、０．１ｍｍ以下の結晶厚の
加工は困難であり、発振効率の低下も生じるためあまり
実用的ではない。また、本実施例では、３％のＮｄをド
ープしたＹＶＯ4 をレーザー媒体として用いたが、ドー
プ量を３％以上にすることで、さらに吸収係数を向上さ
せることができるため、高効率で安定な縦モード単一の
固体レーザーや短波長光源の実現が可能となる。
【００３２】さらに、本実施例では、レーザー媒体にＮ
ｄドープのＹＶＯ4 を用いたが、以下の結晶をレーザー
結晶として用いてもよい。つまり、本発明において用い
られるレーザー媒体は、希土類元素の少なくとも１種が
ドープされた無機光学活性物質からなる。無機光学活性
物質としては、固体レーザー装置の分野において従来か
ら知られている種々のものを採用できる。例えば、結晶
では、ＹＡＧ，ＬｉＳｒＦ，ＬｉＣａＦ，ＹＬＦ，ＮＡ
Ｂ，ＫＮＰ，ＬＮＰ，ＮＹＮＢ，ＮＰＰ，ＧＧＧ，Ｃａ
Ｆ2 ，ＣａＷＯ4 ，ＭｇＦ2 を挙げることができ、また
非結晶でガラス等を挙げることができるが、上記したＹ
ＶＯ 4 系の材料が好ましい。
ｄドープのＹＶＯ4 を用いたが、以下の結晶をレーザー
結晶として用いてもよい。つまり、本発明において用い
られるレーザー媒体は、希土類元素の少なくとも１種が
ドープされた無機光学活性物質からなる。無機光学活性
物質としては、固体レーザー装置の分野において従来か
ら知られている種々のものを採用できる。例えば、結晶
では、ＹＡＧ，ＬｉＳｒＦ，ＬｉＣａＦ，ＹＬＦ，ＮＡ
Ｂ，ＫＮＰ，ＬＮＰ，ＮＹＮＢ，ＮＰＰ，ＧＧＧ，Ｃａ
Ｆ2 ，ＣａＷＯ4 ，ＭｇＦ2 を挙げることができ、また
非結晶でガラス等を挙げることができるが、上記したＹ
ＶＯ 4 系の材料が好ましい。
【００３３】一方、希土類元素としては、イオンの形で
表記すると、Ｐｒ3+，Ｎｄ3+，Ｅｕ 3+，Ｈｏ3+，Ｅ
ｒ3+，Ｔｍ3+，Ｙｂ3+，Ｓｍ2+，Ｄｙ2+，Ｔｍ2+，Ｕ3+
を挙げることができ、レーザー媒体としては、Ｎｄ3+が
好ましい。なお、特に本実施例とは関係しないが、ドー
パントとしては、Ｃｒ3+，Ｎｉ2+，Ｃｏ2+等の鉄族イオ
ンもある。
表記すると、Ｐｒ3+，Ｎｄ3+，Ｅｕ 3+，Ｈｏ3+，Ｅ
ｒ3+，Ｔｍ3+，Ｙｂ3+，Ｓｍ2+，Ｄｙ2+，Ｔｍ2+，Ｕ3+
を挙げることができ、レーザー媒体としては、Ｎｄ3+が
好ましい。なお、特に本実施例とは関係しないが、ドー
パントとしては、Ｃｒ3+，Ｎｉ2+，Ｃｏ2+等の鉄族イオ
ンもある。
【００３４】また、レーザー媒体の構成材料としては、
特に好ましいのは、以下に述べるＮｂドープＹＶＯ4 系
の無機光学活性物質である。このＮｂドープＹＶＯ4 系
のレーザー媒体においては、無機光学活性物質として、
ＹＶＯ4 単独、またはＹＶＯ 4 を主成分としそれの１０
０重量部あたり前記したような他の無機光学活性物質の
少なくと１種の０．００１〜２０重量部、好ましくは
０．０１〜１０重量部との混合体などであってもよい。
特に好ましいのは、以下に述べるＮｂドープＹＶＯ4 系
の無機光学活性物質である。このＮｂドープＹＶＯ4 系
のレーザー媒体においては、無機光学活性物質として、
ＹＶＯ4 単独、またはＹＶＯ 4 を主成分としそれの１０
０重量部あたり前記したような他の無機光学活性物質の
少なくと１種の０．００１〜２０重量部、好ましくは
０．０１〜１０重量部との混合体などであってもよい。
【００３５】また、ドーパントとして用いる希土類元素
は、Ｎｂ単独、またはＮｂと他の希土類元素の少なくと
も１種との併用であってもよい。併用系の場合、希土類
元素の量は、Ｎｂが１００重量部あたり０．００１〜２
０重量部、好ましくは０．０１〜１０重量部とする。な
お、ＹＶＯ4 は、単独あるいは混合体のいずれで用いら
れるにせよ、ＹとＶとの量比が必ずしも１対１である必
要はない。例えば、Ｙが１モル当り、Ｖは０．９〜１．
５モル、好ましくは０．９５〜１．２モルの範囲内であ
ればよい。また、ＮｂドープＹＶＯ4 系のレーザー媒体
は、通常の結晶育成方法、例えばベルヌーイ法，フロー
ティング法，フラックス法，引き上げ法等により製造す
ることができ、一般的に可及的に結晶度の高いものが好
ましい。現在は、フラックス法あるいは引き上げ法が行
われている。
は、Ｎｂ単独、またはＮｂと他の希土類元素の少なくと
も１種との併用であってもよい。併用系の場合、希土類
元素の量は、Ｎｂが１００重量部あたり０．００１〜２
０重量部、好ましくは０．０１〜１０重量部とする。な
お、ＹＶＯ4 は、単独あるいは混合体のいずれで用いら
れるにせよ、ＹとＶとの量比が必ずしも１対１である必
要はない。例えば、Ｙが１モル当り、Ｖは０．９〜１．
５モル、好ましくは０．９５〜１．２モルの範囲内であ
ればよい。また、ＮｂドープＹＶＯ4 系のレーザー媒体
は、通常の結晶育成方法、例えばベルヌーイ法，フロー
ティング法，フラックス法，引き上げ法等により製造す
ることができ、一般的に可及的に結晶度の高いものが好
ましい。現在は、フラックス法あるいは引き上げ法が行
われている。
【００３６】ＮｄドープＹＶＯ4 は、高度結晶体とは限
らない。また、結晶育成は、Ｙ2 Ｏ 3 （９９．９９９
％）とＶ2 Ｏ5 （９９．９９％）とＮｄ2 Ｏ3 （９９．
９９９％）とを用いて行うが、育成中にＶ2 Ｏ5 が分解
蒸発し易いため、Ｖのモル比がＮｄ＋Ｙと１：１には完
全になっていない可能性があるが、特に問題はない。レ
ーザー媒体には、レーザーの特性に影響を及ぼさない程
度なら、不純物が含まれていてもよい。
らない。また、結晶育成は、Ｙ2 Ｏ 3 （９９．９９９
％）とＶ2 Ｏ5 （９９．９９％）とＮｄ2 Ｏ3 （９９．
９９９％）とを用いて行うが、育成中にＶ2 Ｏ5 が分解
蒸発し易いため、Ｖのモル比がＮｄ＋Ｙと１：１には完
全になっていない可能性があるが、特に問題はない。レ
ーザー媒体には、レーザーの特性に影響を及ぼさない程
度なら、不純物が含まれていてもよい。
【００３７】上で説明したレーザー媒体を用いること
で、単一縦モードの近赤外光や波長変換により他の可視
光（赤色や青色等）を安定に得ることができる。つぎ
に、波長変換装置を構成する波長変換材料としては、本
実施例ではＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）を用いたが、有機
非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えば、Ｋ
Ｎ（ＫＮｂＯ3 ），ＫＡＰ（ＫＡｓＯＰＯ4 ），ＢＢ
Ｏ，ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂ
Ｏ3 ，ＬｉＴａＯ3 等）を使用することもできる。
で、単一縦モードの近赤外光や波長変換により他の可視
光（赤色や青色等）を安定に得ることができる。つぎ
に、波長変換装置を構成する波長変換材料としては、本
実施例ではＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）を用いたが、有機
非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えば、Ｋ
Ｎ（ＫＮｂＯ3 ），ＫＡＰ（ＫＡｓＯＰＯ4 ），ＢＢ
Ｏ，ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂ
Ｏ3 ，ＬｉＴａＯ3 等）を使用することもできる。
【００３８】また、上記実施例では、波長変換装置を共
振器内に挿入して高調波変換を行うものを挙げたが、波
長変換装置を有していない固体レーザー装置にも本願発
明を適用することにより、波長変換は行われないが、発
振したレーザー光の縦モードスペクトルを単一とし、か
つ高効率発振を可能とする効果が得られる。
振器内に挿入して高調波変換を行うものを挙げたが、波
長変換装置を有していない固体レーザー装置にも本願発
明を適用することにより、波長変換は行われないが、発
振したレーザー光の縦モードスペクトルを単一とし、か
つ高効率発振を可能とする効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】この発明の固体レーザー装置によれば、
無機光学活性物質にドープする希土類元素を３重量％以
上とし、かつ希土類元素をドープした無機光学活性物質
からなるレーザー媒体の厚みを０．５ｍｍ以下としたの
で、高効率でかつ縦モードスペクトルが単一である発振
が可能となり、高効率で安定なレーザー光を得ることが
でき、光情報処理分野や光応用計測制御分野で必要とさ
れる低ノイズの安定な光源を実現することができる。
無機光学活性物質にドープする希土類元素を３重量％以
上とし、かつ希土類元素をドープした無機光学活性物質
からなるレーザー媒体の厚みを０．５ｍｍ以下としたの
で、高効率でかつ縦モードスペクトルが単一である発振
が可能となり、高効率で安定なレーザー光を得ることが
でき、光情報処理分野や光応用計測制御分野で必要とさ
れる低ノイズの安定な光源を実現することができる。
【００４０】また、球面出力ミラーがレーザー媒体に対
して離間配置、つまり別置きされているので、共振器を
設計する際の自由度が高くなる。 また、レーザー媒体な
ど他の構成部材に直接コーティングすることによって球
面出力ミラーを形成する場合に比べて球面出力ミラーの
作成が容易である。また、共振器内に波長変換装置を設
けることにより、効率よく高調波光を得ることができ、
短波長光源が実現可能となる。
して離間配置、つまり別置きされているので、共振器を
設計する際の自由度が高くなる。 また、レーザー媒体な
ど他の構成部材に直接コーティングすることによって球
面出力ミラーを形成する場合に比べて球面出力ミラーの
作成が容易である。また、共振器内に波長変換装置を設
けることにより、効率よく高調波光を得ることができ、
短波長光源が実現可能となる。
【図１】この発明の一実施例の固体レーザー装置の構成
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図２】実施例における入射レーザー光強度と高調波出
力強度との関係を示す特性図である。
力強度との関係を示す特性図である。
【図３】実施例におけるレーザー発振の縦モードスペク
トルを示す特性図である。
トルを示す特性図である。
【図４】実施例におけるレーザー媒体の厚みと縦モード
スペクトルの関係を示す特性である。
スペクトルの関係を示す特性である。
【図５】従来例の固体レーザー装置の構成を示す概略図
である。
である。
【図６】従来例におけるレーザー発振の縦モードスペク
トルを示す特性図である。
トルを示す特性図である。
１０１ 半導体レーザー １０２ コリメートレンズ １０３ フォーカシングレンズ １０４ レーザー媒体 １０５ 端面 １０６ 端面 １０７ 出力ミラー １０８ 波長変換装置
フロントページの続き (72)発明者 谷口 浩一 兵庫県尼崎市東向島西之町８番地 三菱 電線工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−283977（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−155978（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−229690（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−157777（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−97375（ＪＰ，Ｕ) 特表 平４−503429（ＪＰ，Ａ) オプトロニクス 第９巻 第12号 （1990）ｐ．55−64 ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｑ ＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｖｏｌ．26 Ｎｏ．９（1990）ｐ. 1457−1459 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/16 H01S 3/0941 H01S 3/108 - 3/109
Claims (5)
- 【請求項１】 励起用半導体レーザーと、希土類元素が
少なくとも３重量％ドープされた無機光学活性物質から
なる厚みが０．５ｍｍ以下のレーザー媒体と前記レーザ
ー媒体に対して離間配置された単独の球面出力ミラーと
からなる共振器と、前記励起用半導体レーザーからの出
射光を前記レーザー媒体の端面へ導く結合光学系とを備
えた固体レーザー装置。 - 【請求項２】 励起用半導体レーザーと、希土類元素が
少なくとも３重量％ドープされた無機光学活性物質から
なる厚みが０．５ｍｍ以下のレーザー媒体と前記レーザ
ー媒体に対して離間配置された単独の球面出力ミラーと
からなる共振器と、前記励起用半導体レーザーからの出
射光を前記レーザー媒体の端面へ導く結合光学系とを備
え、前記共振器が非線形光学材料からなる波長変換装置
を球面出力ミラーに対して離間配置状態で有する固体レ
ーザー装置。 - 【請求項３】 無機光学活性物質がＹＶＯ4 である請求
項１または請求項２記載の固体レーザー装置。 - 【請求項４】 希土類元素がＮｄまたはＮｄを主体とす
るものである請求項１または請求項２記載の固体レーザ
ー装置。 - 【請求項５】 無機光学活性物質がＹＶＯ4 であり、希
土類元素がＮｄである請求項１または請求項２記載の固
体レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04241767A JP3091329B2 (ja) | 1992-09-10 | 1992-09-10 | 固体レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04241767A JP3091329B2 (ja) | 1992-09-10 | 1992-09-10 | 固体レーザー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697563A JPH0697563A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3091329B2 true JP3091329B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=17079227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04241767A Expired - Lifetime JP3091329B2 (ja) | 1992-09-10 | 1992-09-10 | 固体レーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3091329B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102586346B1 (ko) * | 2021-11-01 | 2023-10-10 | 주식회사 나노텍세라믹스 | 부력조끼 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007032402A1 (ja) | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | レーザ光源、およびそれを用いたディスプレイ装置 |
| JP2008016698A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Sony Corp | レーザ光源システムおよびレーザ光源の制御方法 |
-
1992
- 1992-09-10 JP JP04241767A patent/JP3091329B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．９（１９９０）ｐ．１４５７−１４５９ |
| オプトロニクス 第９巻 第１２号（１９９０）ｐ．５５−６４ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102586346B1 (ko) * | 2021-11-01 | 2023-10-10 | 주식회사 나노텍세라믹스 | 부력조끼 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697563A (ja) | 1994-04-08 |
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