JP4202729B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置、特に固体レーザ装置に係り、共振器により２波長で発振し共振器内で波長変換する固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザからのレーザビームの周波数を変換するものとして内部共振型ＳＨＧ方式を用いたＬＤ励起固体レーザがある。
【０００３】
図５に於いて、１波長発振のＬＤ励起固体レーザの概略を説明する。
【０００４】
図５中、２は発光部、３は光共振部である。前記発光部２はＬＤ発光器４、集光レンズ５を具備し、更に前記光共振部３は誘電体反射膜７が形成されたレーザ結晶８、非線形光学媒質（ＮＬＯ）９、誘電体反射膜１１が形成された凹面鏡１２であり、前記光共振部３に於いてレーザビームをポンピングし、共振、増幅して出力している。尚、前記レーザ結晶８としては、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、前記非線形光学媒質９としてはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が挙げられる。
【０００５】
更に説明すると以下の通りである。
【０００６】
レーザ光源１は、例えば波長８０９nmのレーザビームを射出する為のものであり、半導体レーザである前記ＬＤ発光器４が使用されている。又、該ＬＤ発光器４が励起光を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。尚、前記レーザ光源１は半導体レーザに限ることなく、レーザビームを生じさせることができれば、何れの光源手段をも採用することができる。
【０００７】
前記レーザ結晶８は光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶８には、発振線が１０６４nmのＮｄ：ＹＶＯ4 が使用される。その他、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用され、ＹＡＧは、９４６nm、１０６４nm、１３１９nm等の発振線を有している。又、発振線が７００〜９００nmのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【０００８】
前記レーザ結晶８の前記ＬＤ発光器４側には、第１の誘電体反射膜７が形成されている。該第１の誘電体反射膜７は、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームに対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【０００９】
前記凹面鏡１２は、前記レーザ結晶８に対向する様に構成されており、前記凹面鏡１２のレーザ結晶８側は、適宜の半径を有する凹面球面鏡の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜１１が形成されている。該第２の誘電体反射膜１１は、前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ
ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００１０】
以上の様に、前記レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の第２の誘電体反射膜１１とを組合わせ、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームを集光レンズ５を介して前記レーザ結晶８にポンピングさせると、該レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記第２の誘電体反射膜１１との間で光が往復し、光を長時間閉込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００１１】
前記レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２とから構成された光共振器内に前記非線形光学媒質９が挿入されている。該非線形光学媒質９にレーザビームの様に強力なコヒーレント光が入射すると、光周波数を２倍にする第２次高調波が発生する。該第２次高調波（ＳＨＧ）発生は、ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。従って、前記レーザ光源１からは波長５３２nmのレーザビームが射出される。
【００１２】
前記したレーザ光源１は前記非線形光学媒質９を、前記レーザ結晶８と凹面鏡１２とから構成された光共振器内に挿入しているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、励起光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できるという効果がある。
【００１３】
又、入射された基本周波のレーザビームを異なる２波長に発振し、和周波（Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＳＦＭ））、差周波（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＤＦＭ））を用いて更に異なる周波数に変換する固体レーザ装置がある。
【００１４】
斯かる固体レーザ装置について、図６により説明する。尚、図６に於いて、前記ＬＤ発光器４、集光レンズ５は省略してある。
【００１５】
前記ＬＤ発光器４側より凹面鏡１２、レーザ結晶８、第１平面反射鏡１４、非線形光学媒質９、第２平面反射鏡１５、第３平面反射鏡１６が配設されている。
【００１６】
前記凹面鏡１２は波長λi （図示では８０９nm）に対して高透過であり、波長λ1 （図示では１３４２nm）、波長λ2 （図示では１０６４nm）に対して高反射であり、前記第１平面反射鏡１４はＳＨＧ（図示では波長λ3 ＝５９３nm）に対して高反射であり、波長λ1 、波長λ2 に対して高透過であり、前記第２平面反射鏡１５は波長λ3 、波長λ2 に対して高透過であり、波長λ1 に対して高反射であり、前記第３平面反射鏡１６は波長λ3 に対して高透過であり、波長λ2 に対しては高反射となっている。
【００１７】
前記凹面鏡１２を通して入射した励起光λi はレーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）を励起し、自然放出光のうち波長λ1 とλ2 の光は前記凹面鏡１２と前記第２平面反射鏡１５間、及び前記凹面鏡１２と前記第３平面反射鏡１６間でポンピングして共振し、λ1 の波長が励起増幅され、又λ2 の波長が励起増幅され、更に両波長のレーザビームが前記非線形光学媒質９を透過することで、両波長の和周波λ3 が得られ、前記第３平面反射鏡１６を透過して射出される。
【００１８】
尚、和周波（ＳＦＭ）の場合、１／λ3 ＝１／λ1 ＋１／λ2 の関係がある。又、前記非線形光学媒質９を選択することで、差周波（ＤＦＭ）も得られ、この場合、１／λ3 ＝１／λ1 −１／λ2 の関係がある。（λ1 ＜λ2 とする）
【００１９】
和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させる上記した固体レーザ装置の周波数変換では、前記非線形光学媒質９を光共振器内部に配置することで、高効率で波長変換ができるという利点がある。
【００２０】
上記従来例としては、例えば非特許文献１に記載されたものがある。
【００２１】
【非特許文献１】
Ｆ．ｃｈｅｎ．ａｎｄ Ｓ．Ｗ．Ｔｓｓｉ Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２７（２００２）３９７．
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図６で示した固体レーザ装置では、和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させて周波数変換を行っており、高効率で波長変換ができるという利点がある一方で下記の不具合がある。
【００２３】
前記レーザ結晶８に入力できるレーザビームは結晶の破壊閾値で励起入力制限を受ける為、高出力を得るのが難しい。
【００２４】
又、励起効率を上げるには波長λ1 の基本波と波長λ2 の基本波が同一光軸上となる必要があるが、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６が共通の光軸上に設けられているので、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６を調整して波長λ1 、波長λ2 の２つの光軸を完全に一致させることが困難である。
【００２５】
更に、前記非線形光学媒質９はレーザビームのエネルギ密度の高い部分（ビームウェスト）に設けられることが効率上求められる。ビームウェスト（ω）は下記の式１で求められ、又前記凹面鏡１２が波長λ 1 、波長λ 2 に対して共通に設けられているので、波長λが異なるとビームウェスト位置も異なる。従って、図６に示される様に前記レーザ結晶８が波長λ1 、波長λ2 に対して共通に設けられると、前記非線形光学媒質９を波長λ1 、波長λ2 のビームウェストの位置とすることはできないので、励起効率が低下するという問題があった。
【００２６】
ω＝√｛λ√［Ｌ（Ｒ−Ｌ）］／π｝…（式１）
但し、Ｌは共振器長、Ｒは凹面鏡の曲率である。
【００２７】
本発明は斯かる実情に鑑み、高出力が得られ、２波長の光軸合せが容易で、而も高効率で周波数変換が可能な固体レーザ装置を提供するものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１光軸上に構成される第１共振器と、第２光軸上に構成される第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有すると共に波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器は凹面鏡、平面鏡を具備し、前記凹面鏡はそれぞれ分離光軸上に設けられ、前記平面鏡は共有光軸上に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と前記第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とは独立して駆動可能である固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の出力面に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成される固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ前記第１共振器、第２共振器の分離光軸上の励起光の集光部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記波長変換用光学結晶は、共有光軸部分のビームウェスト部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器の少なくとも一方がＱ−ｓｗを具備する固体レーザ装置に係り、又異なる波長変換用光学結晶を複数具備し、該波長変換用光学結晶を個別に共有光軸に挿脱可能とした固体レーザ装置に係り、又前記第１の発光部と前記第２の発光部は複数のＬＤ発光素子を有し、各ＬＤ発光素子からのレーザビームは光ファイバで束ねられ前記第１共振器、前記第２共振器に入射される固体レーザ装置に係り、更に又前記第１光軸上に構成される前記第１共振器と、前記第２光軸上に構成される前記第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有し、波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられたレーザビーム発光ユニットを複数有し、該複数のレーザビーム発光ユニットから射出されるレーザビームを同軸光軸となる様結合する光学手段を具備する固体レーザ装置に係るものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は第１の実施の形態を示しており、第１光軸２０上に第１集光レンズユニット２１、第１凹面鏡２２、第１固体レーザ媒質（第１レーザ結晶）２３、中間鏡２４、非線形光学媒質（波長変換用光学結晶）２５、出力鏡２６を配設する。前記第１集光レンズユニット２１と対向してＬＤ発光器２７が配設され、該ＬＤ発光器２７は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ２８により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第１集光レンズユニット２１に入射される。
【００３１】
前記第１固体レーザ媒質２３と中間鏡２４との間で前記第１光軸２０と例えば９０°で交差する第２光軸２９上に第２集光レンズユニット３１、第２凹面鏡３２、第２固体レーザ媒質（第２レーザ結晶）３３を配設し、前記第１光軸２０と前記第２光軸２９とが交差する位置には波長分離板３４が配設される。前記第２光軸２９は前記波長分離板３４により屈曲され、該波長分離板３４と前記出力鏡２６との間を前記第１光軸２０と共用している。而して、前記波長変換用光学結晶２５は第１光軸２０と第２光軸２９の共用部分に配置される。
【００３２】
前記第２集光レンズユニット３１と対向してＬＤ発光器３５が配設され、該ＬＤ発光器３５は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ３６により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第２集光レンズユニット３１に入射される。
【００３３】
前記第１凹面鏡２２は励起光である波長λを高透過で、第１基本波の波長λ1 については高反射であり、前記中間鏡２４は波長λ1 、λ2 については高透過であり、波長変換光の波長λ3 ［ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）、和周波（ＳＦＭ）或は差周波（ＤＦＭ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる］については高反射となっており、更に前記出力鏡２６は波長λ1 、λ2 については高反射であり、波長変換光の波長λ3 ［ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）、和周波（ＳＦＭ）或は差周波（ＤＦＭ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる］については高透過となっている。
【００３４】
又、前記第２凹面鏡３２は、励起光λについては高透過で、第２基本波λ2 については高反射となっており、前記波長分離板３４は第１基本波λ1 については高透過で、第２基本波λ2 については高反射となっている。前記第１凹面鏡２２と前記出力鏡２６間で第１基本波λ1 の第１基本波用の第１共振器３０が構成され、前記第２凹面鏡３２と前記出力鏡２６間で第２基本波λ2 の第２基本波用の第２共振器３７が構成される。
【００３５】
上記構成に於いて、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５は励起光としてλ＝８０９nmを射出し、第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３として１３４２nm、１０６４nmの発振線を有するＮｄ：ＹＶＯ4 が使用され、又この場合、前記波長変換用光学結晶２５としてＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が使用される。前記第１凹面鏡２２の反射面と前記出力鏡２６の反射面との距離Ｌ1 と、前記第２凹面鏡３２の反射面と前記出力鏡２６の反射面との距離Ｌ2 は前記第１共振器３０のビームウェストω1 と前記第２共振器３７のビームウェストω2 とが略等しくなる様に設定されている。
【００３６】
尚、式１より
ω 1 2 ＝λ 1 √ [ Ｌ 1 （Ｒ 1 −Ｌ 1 ） ] ／π
ω 2 2 ＝λ 2 √ [ Ｌ 2 （Ｒ 2 −Ｌ 2 ） ] ／π
ω1 とω2 が略同等とすると
λ1 2 Ｌ1 （Ｒ1 −Ｌ1 ）＝λ2 2 Ｌ2 （Ｒ2 −Ｌ2 ）
である。
【００３７】
前記ＬＤ発光器２７から射出されたレーザビームは前記光ファイバ２８を経て前記第１集光レンズユニット２１により前記第１固体レーザ媒質２３に集光し、前記第１凹面鏡２２と前記出力鏡２６間で第１基本波λ1 ＝１３４２ｎｍのレーザビームが発振される。又、前記ＬＤ発光器３５から射出されたレーザビームは前記光ファイバ３６を経て前記第２集光レンズユニット３１により前記第２固体レーザ媒質３３内に集光し、前記波長分離板３４で反射され、更に前記第２凹面鏡３２と前記出力鏡２６間で第２基本波λ2 ＝１０６４nmのレーザビームが発振される。
【００３８】
更に、第１基本波λ1 、第２基本波λ2 のレーザビームが前記波長変換用光学結晶２５を透過することで、５９３nmの和周波が発生し、前記中間鏡２４に向かう波長５９３nmのレーザビームは該中間鏡２４で反射され、前記出力鏡２６より波長５９３nmのレーザビームとして射出される。
【００３９】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器３０と第２共振器３７とは中間鏡２４、波長変換用光学結晶２５、出力鏡２６以外は分離した構成となっているので、前記ＬＤ発光器２７から第１共振器３０内に入射した励起光は図中では第１凹面鏡２２と波長分離板３４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第１固体レーザ媒質２３内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記ＬＤ発光器３５から前記第２共振器３７に入射したレーザビームは図中では第２凹面鏡３２と波長分離板３４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第２固体レーザ媒質３３内又は近傍となる位置に設けられる。
【００４０】
前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。更に、２つの励起光の偏光を平行或は直交させることが可能な為、前記波長変換用光学結晶２５に制限はなく、全ての波長変換用光学結晶の使用が可能である。
【００４１】
又、前記第１光軸２０、第２光軸２９の共通部分を完全に合致させることが可能であり、又完全に合致させることで、前記波長変換用光学結晶２５の変換効率が向上する。
【００４２】
又、第１共振器と第２共振器とが同じ波長（λ1 ＝λ2 ）で発振する様にしてもよい。この場合、波長分離板３４は偏光分離板（Ｐ／Ｓ）を用いる。発振波長は例えばＮｄ：ＹＡＧなら１０６４nm（５３２nmで緑）となる。
【００４３】
尚、前記波長変換用光学結晶２５を複数用意し、それぞれＤＦＭ、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）用に角度調整し、個別に前記第１光軸２０、第２光軸２９の共有光軸部分内に挿入することで、ＤＦＭとして５１３６nm、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）として６７１nm、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）として５３２nmが得られる。
【００４４】
即ち、前記ＬＤ発光器２７、前記ＬＤ発光器３５からレーザビームが入射された状態で、ＤＦＭ用の前記波長変換用光学結晶２５が挿入されると、差周波のレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器２７のみからのレーザビームが入射された状態で、１３４２nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長６７１nmのレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器３５のみからのレーザビームが入射された状態で、１０６４nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長５３２nmのレーザビームが出力される。
【００４５】
前記構成で前記第１固体レーザ媒質２３には前記ＬＤ発光器２７からのレーザビーム、前記第２固体レーザ媒質３３には前記ＬＤ発光器３５からのレーザビームが単独で入射するので、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３に掛る負荷が少なく、又２組の前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５からのレーザビームにより波長変換光が得られるので高出力となる。
【００４６】
尚、上記波長変換用光学結晶２５としてはＫＴＰの他に、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3 Ｏ5 トリホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）等も採用される。
【００４７】
図２は、第２の実施の形態を示している。図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４８】
第２共振器３７の第２固体レーザ媒質３３と前記波長分離板３４間にＱ−ｓｗ３９が配設される。該Ｑ−ｓｗ３９は過飽和吸収体（結晶体）から構成される。該Ｑ−ｓｗ３９は入射したレーザビームを過飽和吸収し、吸収量が所定レベルを越えるとレーザビームを射出するので、前記Ｑ−ｓｗ３９はスイッチング作用を有している。従って、固体レーザ装置から射出されるレーザビームは前記Ｑ−ｓｗ３９のスイッチング作用により、パルス状に射出される。
【００４９】
尚、前記Ｑ−ｓｗ３９の材質としては、例えばＣｒ：ＹＡＧ、ＡＯ（音響光学素子）等が挙げられる。
【００５０】
通常レーザ結晶の結晶端面は、励起による熱レンズ効果で凹面鏡作用を生じる。従って、前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２を省略し、前記第１固体レーザ媒質２３のＬＤ発光器２７側の端面、前記第２固体レーザ媒質３３のＬＤ発光器３５側の端面に共振器用反射面を形成してもよい。
【００５１】
図３に示す第３の実施の形態では、上記実施の形態中の第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、中間鏡２４、出力鏡２６を省略した場合である。
【００５２】
ＬＤ発光器２７に対向して第１固体レーザ媒質２３を第１光軸２０上に配設し、波長分離板３４を挾んで波長変換用光学結晶２５を配設する。又、前記ＬＤ発光器２７、第１固体レーザ媒質２３は前記第１光軸２０上に設けられ、前記波長変換用光学結晶２５は後述する第２光軸２９との共有光軸部分に設けられる。
【００５３】
前記第１固体レーザ媒質２３の前記ＬＤ発光器２７と対峙する面には励起光λが高透過で第１基本波λ1 について高反射の誘電体反射膜４０が形成され、前記第１固体レーザ媒質２３の反対峙面には前記第１基本波λ1 が高透過の膜４１が形成される。前記波長分離板３４は第１基本波λ1 は高透過で、第２基本波λ2 は高反射となっている。又、前記波長変換用光学結晶２５の前記ＬＤ発光器２７側の面には第１基本波λ1 、第２基本波λ2 を高透過で波長変換光λ3 について高反射の誘電体反射膜４２が形成され、前記波長変換用光学結晶２５の反ＬＤ発光器２７側の面（出力面）には第１基本波λ1 、第２基本波λ2 は高反射で波長変換光λ3 は高透過な誘電体反射膜４３が形成されている。
【００５４】
又、前記波長分離板３４は前記第１光軸２０と交差する第２光軸２９上に配設され、前記波長分離板３４に対向して第２固体レーザ媒質３３、ＬＤ発光器３５が配設されている。
【００５５】
前記第２固体レーザ媒質３３のＬＤ発光器３５と対峙する面には励起光λが高透過で第２基本波λ2 について高反射の誘電体反射膜４４が形成され、前記第２固体レーザ媒質３３の反ＬＤ発光器３５側の反対時面には前記第２基本波λ2 が高透過の膜４５が形成される。
【００５６】
而して、前記誘電反射膜４０と前記誘電膜４３との間で第１共振器が構成され、前記誘電反射膜４４と前記誘電膜４３との間で第２共振器が構成される。
【００５７】
尚、第３の実施の形態での作用については、図１中で示した第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。第３の実施の形態では第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、中間鏡２４、出力鏡２６を省略したので、固体レーザ装置の小型化が可能である。
【００５８】
又、前記波長変換結晶２５に直接膜付けする場合には、波長変換結晶２５、波長分離板３４交換時の特性変動が小さくなる。
【００５９】
又、図４は第３の実施の形態を用いた第４の実施の形態を示している。
【００６０】
図中、４６，４７，４８はそれぞれレーザビーム発光ユニットであり、図３で示した固体レーザ装置と同等の構成を有しており、それぞれ射出されるレーザビームはλa 、λb 、λc の波長を有している。
【００６１】
尚、前記レーザビームの波長λa 、λb 、λc は励起光λの選択、前記第１固体レーザ媒質２３、波長変換用光学結晶２５を適宜選択することで、所要の波長が得られる。
【００６２】
第１レーザビーム発光ユニット４６から射出されるレーザビームは集光レンズ４９により集光され、光ファイバ５０に入射される。又、第２レーザビーム発光ユニット４７から射出されたレーザビームは集光レンズ５１により集光され、光ファイバ５２に入射され、又第３レーザビーム発光ユニット４８から射出されたレーザビームは集光レンズ５３により集光され、光ファイバ５４に入射される。前記光ファイバ５０、光ファイバ５２、光ファイバ５４は出力部分５５が所要長さ溶着されることで波長λa 、λb 、λc のレーザビームが結合され、同一光軸を有するレーザビームとして前記出力部分５５より射出される。
【００６３】
前記第１レーザビーム発光ユニット４６、第２レーザビーム発光ユニット４７、第３レーザビーム発光ユニット４８が全て駆動されている場合は、前記出力部分５５から射出されるレーザビームは波長λa 、λb 、λc の混合色となり、いずれか１つ、例えば前記第１レーザビーム発光ユニット４６のみが駆動されている場合は、波長λa の単色光となる。
【００６４】
第４の実施の形態では複数の波長を効率よく、同軸で射出できるので例えばプロジェクタの光源として利用できる。
【００６５】
尚、第４の実施の形態でレーザビームを同一光軸に結合する手段として光ファイバを使用したが、波長を分離反射、分離透過するミラーを使用してもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、第１光軸上に構成される第１共振器と、第２光軸上に構成される第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有すると共に波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられたので、第１共振器と、第２共振器それぞれに個別に励起光を入射でき、高出力が得られ、第１共振器、第２共振器の光軸が分離しているので、２波長の光軸合せが容易である。
【００６７】
又、前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の出力面に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成されるので、反射鏡を別途設ける必要がなく、構造を簡潔にできると共に小型化が可能である。
【００６８】
又、前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ前記第１共振器、第２共振器の分離光軸上の励起光の集光部分に設けられたので、高効率で励起が可能であり、又光軸合せが容易にでき、第１共振器と第２共振器の共有部分にそれぞれの基本波のビームウェストが形成され、波長変換用光学結晶を置くことにより、高効率で周波数変換が可能である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【図６】他の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
２０ 第１光軸
２２ 第１凹面鏡
２３ 第１固体レーザ媒質
２５ 波長変換用光学結晶
２６ 出力鏡
２７ ＬＤ発光器
２８ 光ファイバ
２９ 第２光軸
３０ 第１共振器
３２ 第２凹面鏡
３３ 第２固体レーザ媒質
３４ 波長分離板
３５ ＬＤ発光器
３６ 光ファイバ
３７ 第２共振器
４０ 誘電体反射膜
４３ 誘電体反射膜
４４ 誘電体反射膜
４６ 第１レーザビーム発光ユニット
４７ 第２レーザビーム発光ユニット
４８ 第３レーザビーム発光ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置、特に固体レーザ装置に係り、共振器により２波長で発振し共振器内で波長変換する固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザからのレーザビームの周波数を変換するものとして内部共振型ＳＨＧ方式を用いたＬＤ励起固体レーザがある。
【０００３】
図５に於いて、１波長発振のＬＤ励起固体レーザの概略を説明する。
【０００４】
図５中、２は発光部、３は光共振部である。前記発光部２はＬＤ発光器４、集光レンズ５を具備し、更に前記光共振部３は誘電体反射膜７が形成されたレーザ結晶８、非線形光学媒質（ＮＬＯ）９、誘電体反射膜１１が形成された凹面鏡１２であり、前記光共振部３に於いてレーザビームをポンピングし、共振、増幅して出力している。尚、前記レーザ結晶８としては、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、前記非線形光学媒質９としてはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が挙げられる。
【０００５】
更に説明すると以下の通りである。
【０００６】
レーザ光源１は、例えば波長８０９nmのレーザビームを射出する為のものであり、半導体レーザである前記ＬＤ発光器４が使用されている。又、該ＬＤ発光器４が励起光を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。尚、前記レーザ光源１は半導体レーザに限ることなく、レーザビームを生じさせることができれば、何れの光源手段をも採用することができる。
【０００７】
前記レーザ結晶８は光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶８には、発振線が１０６４nmのＮｄ：ＹＶＯ4 が使用される。その他、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用され、ＹＡＧは、９４６nm、１０６４nm、１３１９nm等の発振線を有している。又、発振線が７００〜９００nmのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【０００８】
前記レーザ結晶８の前記ＬＤ発光器４側には、第１の誘電体反射膜７が形成されている。該第１の誘電体反射膜７は、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームに対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であると共に、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対しても高反射となっている。
【０００９】
前記凹面鏡１２は、前記レーザ結晶８に対向する様に構成されており、前記凹面鏡１２のレーザ結晶８側は、適宜の半径を有する凹面球面鏡の形状に加工されており、第２の誘電体反射膜１１が形成されている。該第２の誘電体反射膜１１は、前記レーザ結晶８の発振波長に対して高反射であり、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ
ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高透過となっている。
【００１０】
以上の様に、前記レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の第２の誘電体反射膜１１とを組合わせ、前記ＬＤ発光器４からのレーザビームを集光レンズ５を介して前記レーザ結晶８にポンピングさせると、該レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記第２の誘電体反射膜１１との間で光が往復し、光を長時間閉込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００１１】
前記レーザ結晶８の第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２とから構成された光共振器内に前記非線形光学媒質９が挿入されている。該非線形光学媒質９にレーザビームの様に強力なコヒーレント光が入射すると、光周波数を２倍にする第２次高調波が発生する。該第２次高調波（ＳＨＧ）発生は、ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。従って、前記レーザ光源１からは波長５３２nmのレーザビームが射出される。
【００１２】
前記したレーザ光源１は前記非線形光学媒質９を、前記レーザ結晶８と凹面鏡１２とから構成された光共振器内に挿入しているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、励起光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できるという効果がある。
【００１３】
又、入射された基本周波のレーザビームを異なる２波長に発振し、和周波（Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＳＦＭ））、差周波（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｉｘｉｎｇ（ＤＦＭ））を用いて更に異なる周波数に変換する固体レーザ装置がある。
【００１４】
斯かる固体レーザ装置について、図６により説明する。尚、図６に於いて、前記ＬＤ発光器４、集光レンズ５は省略してある。
【００１５】
前記ＬＤ発光器４側より凹面鏡１２、レーザ結晶８、第１平面反射鏡１４、非線形光学媒質９、第２平面反射鏡１５、第３平面反射鏡１６が配設されている。
【００１６】
前記凹面鏡１２は波長λi （図示では８０９nm）に対して高透過であり、波長λ1 （図示では１３４２nm）、波長λ2 （図示では１０６４nm）に対して高反射であり、前記第１平面反射鏡１４はＳＨＧ（図示では波長λ3 ＝５９３nm）に対して高反射であり、波長λ1 、波長λ2 に対して高透過であり、前記第２平面反射鏡１５は波長λ3 、波長λ2 に対して高透過であり、波長λ1 に対して高反射であり、前記第３平面反射鏡１６は波長λ3 に対して高透過であり、波長λ2 に対しては高反射となっている。
【００１７】
前記凹面鏡１２を通して入射した励起光λi はレーザ結晶（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）を励起し、自然放出光のうち波長λ1 とλ2 の光は前記凹面鏡１２と前記第２平面反射鏡１５間、及び前記凹面鏡１２と前記第３平面反射鏡１６間でポンピングして共振し、λ1 の波長が励起増幅され、又λ2 の波長が励起増幅され、更に両波長のレーザビームが前記非線形光学媒質９を透過することで、両波長の和周波λ3 が得られ、前記第３平面反射鏡１６を透過して射出される。
【００１８】
尚、和周波（ＳＦＭ）の場合、１／λ3 ＝１／λ1 ＋１／λ2 の関係がある。又、前記非線形光学媒質９を選択することで、差周波（ＤＦＭ）も得られ、この場合、１／λ3 ＝１／λ1 −１／λ2 の関係がある。（λ1 ＜λ2 とする）
【００１９】
和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させる上記した固体レーザ装置の周波数変換では、前記非線形光学媒質９を光共振器内部に配置することで、高効率で波長変換ができるという利点がある。
【００２０】
上記従来例としては、例えば非特許文献１に記載されたものがある。
【００２１】
【非特許文献１】
Ｆ．ｃｈｅｎ．ａｎｄ Ｓ．Ｗ．Ｔｓｓｉ Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２７（２００２）３９７．
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
図６で示した固体レーザ装置では、和周波（ＳＦＭ）、差周波（ＤＦＭ）を発生させて周波数変換を行っており、高効率で波長変換ができるという利点がある一方で下記の不具合がある。
【００２３】
前記レーザ結晶８に入力できるレーザビームは結晶の破壊閾値で励起入力制限を受ける為、高出力を得るのが難しい。
【００２４】
又、励起効率を上げるには波長λ1 の基本波と波長λ2 の基本波が同一光軸上となる必要があるが、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６が共通の光軸上に設けられているので、前記凹面鏡１２、前記第２平面反射鏡１５、前記第３平面反射鏡１６を調整して波長λ1 、波長λ2 の２つの光軸を完全に一致させることが困難である。
【００２５】
更に、前記非線形光学媒質９はレーザビームのエネルギ密度の高い部分（ビームウェスト）に設けられることが効率上求められる。ビームウェスト（ω）は下記の式１で求められ、又前記凹面鏡１２が波長λ 1 、波長λ 2 に対して共通に設けられているので、波長λが異なるとビームウェスト位置も異なる。従って、図６に示される様に前記レーザ結晶８が波長λ1 、波長λ2 に対して共通に設けられると、前記非線形光学媒質９を波長λ1 、波長λ2 のビームウェストの位置とすることはできないので、励起効率が低下するという問題があった。
【００２６】
ω＝√｛λ√［Ｌ（Ｒ−Ｌ）］／π｝…（式１）
但し、Ｌは共振器長、Ｒは凹面鏡の曲率である。
【００２７】
本発明は斯かる実情に鑑み、高出力が得られ、２波長の光軸合せが容易で、而も高効率で周波数変換が可能な固体レーザ装置を提供するものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１光軸上に構成される第１共振器と、第２光軸上に構成される第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有すると共に波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器は凹面鏡、平面鏡を具備し、前記凹面鏡はそれぞれ分離光軸上に設けられ、前記平面鏡は共有光軸上に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と前記第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とは独立して駆動可能である固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の出力面に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成される固体レーザ装置に係り、又前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ前記第１共振器、第２共振器の分離光軸上の励起光の集光部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記波長変換用光学結晶は、共有光軸部分のビームウェスト部分に設けられた固体レーザ装置に係り、又前記第１共振器、前記第２共振器の少なくとも一方がＱ−ｓｗを具備する固体レーザ装置に係り、又異なる波長変換用光学結晶を複数具備し、該波長変換用光学結晶を個別に共有光軸に挿脱可能とした固体レーザ装置に係り、又前記第１の発光部と前記第２の発光部は複数のＬＤ発光素子を有し、各ＬＤ発光素子からのレーザビームは光ファイバで束ねられ前記第１共振器、前記第２共振器に入射される固体レーザ装置に係り、更に又前記第１光軸上に構成される前記第１共振器と、前記第２光軸上に構成される前記第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有し、波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられたレーザビーム発光ユニットを複数有し、該複数のレーザビーム発光ユニットから射出されるレーザビームを同軸光軸となる様結合する光学手段を具備する固体レーザ装置に係るものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は第１の実施の形態を示しており、第１光軸２０上に第１集光レンズユニット２１、第１凹面鏡２２、第１固体レーザ媒質（第１レーザ結晶）２３、中間鏡２４、非線形光学媒質（波長変換用光学結晶）２５、出力鏡２６を配設する。前記第１集光レンズユニット２１と対向してＬＤ発光器２７が配設され、該ＬＤ発光器２７は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ２８により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第１集光レンズユニット２１に入射される。
【００３１】
前記第１固体レーザ媒質２３と中間鏡２４との間で前記第１光軸２０と例えば９０°で交差する第２光軸２９上に第２集光レンズユニット３１、第２凹面鏡３２、第２固体レーザ媒質（第２レーザ結晶）３３を配設し、前記第１光軸２０と前記第２光軸２９とが交差する位置には波長分離板３４が配設される。前記第２光軸２９は前記波長分離板３４により屈曲され、該波長分離板３４と前記出力鏡２６との間を前記第１光軸２０と共用している。而して、前記波長変換用光学結晶２５は第１光軸２０と第２光軸２９の共用部分に配置される。
【００３２】
前記第２集光レンズユニット３１と対向してＬＤ発光器３５が配設され、該ＬＤ発光器３５は一列に配設された所要数のＬＤを有している。個々のＬＤから発せられるレーザビームは光ファイバ３６により束ねられ、結合されたレーザビームとして前記第２集光レンズユニット３１に入射される。
【００３３】
前記第１凹面鏡２２は励起光である波長λを高透過で、第１基本波の波長λ1 については高反射であり、前記中間鏡２４は波長λ1 、λ2 については高透過であり、波長変換光の波長λ3 ［ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）、和周波（ＳＦＭ）或は差周波（ＤＦＭ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる］については高反射となっており、更に前記出力鏡２６は波長λ1 、λ2 については高反射であり、波長変換光の波長λ3 ［ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）、和周波（ＳＦＭ）或は差周波（ＤＦＭ）、以下は和周波（ＳＦＭ）について述べる］については高透過となっている。
【００３４】
又、前記第２凹面鏡３２は、励起光λについては高透過で、第２基本波λ2 については高反射となっており、前記波長分離板３４は第１基本波λ1 については高透過で、第２基本波λ2 については高反射となっている。前記第１凹面鏡２２と前記出力鏡２６間で第１基本波λ1 の第１基本波用の第１共振器３０が構成され、前記第２凹面鏡３２と前記出力鏡２６間で第２基本波λ2 の第２基本波用の第２共振器３７が構成される。
【００３５】
上記構成に於いて、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５は励起光としてλ＝８０９nmを射出し、第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３として１３４２nm、１０６４nmの発振線を有するＮｄ：ＹＶＯ4 が使用され、又この場合、前記波長変換用光学結晶２５としてＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）が使用される。前記第１凹面鏡２２の反射面と前記出力鏡２６の反射面との距離Ｌ1 と、前記第２凹面鏡３２の反射面と前記出力鏡２６の反射面との距離Ｌ2 は前記第１共振器３０のビームウェストω1 と前記第２共振器３７のビームウェストω2 とが略等しくなる様に設定されている。
【００３６】
尚、式１より
ω 1 2 ＝λ 1 √ [ Ｌ 1 （Ｒ 1 −Ｌ 1 ） ] ／π
ω 2 2 ＝λ 2 √ [ Ｌ 2 （Ｒ 2 −Ｌ 2 ） ] ／π
ω1 とω2 が略同等とすると
λ1 2 Ｌ1 （Ｒ1 −Ｌ1 ）＝λ2 2 Ｌ2 （Ｒ2 −Ｌ2 ）
である。
【００３７】
前記ＬＤ発光器２７から射出されたレーザビームは前記光ファイバ２８を経て前記第１集光レンズユニット２１により前記第１固体レーザ媒質２３に集光し、前記第１凹面鏡２２と前記出力鏡２６間で第１基本波λ1 ＝１３４２ｎｍのレーザビームが発振される。又、前記ＬＤ発光器３５から射出されたレーザビームは前記光ファイバ３６を経て前記第２集光レンズユニット３１により前記第２固体レーザ媒質３３内に集光し、前記波長分離板３４で反射され、更に前記第２凹面鏡３２と前記出力鏡２６間で第２基本波λ2 ＝１０６４nmのレーザビームが発振される。
【００３８】
更に、第１基本波λ1 、第２基本波λ2 のレーザビームが前記波長変換用光学結晶２５を透過することで、５９３nmの和周波が発生し、前記中間鏡２４に向かう波長５９３nmのレーザビームは該中間鏡２４で反射され、前記出力鏡２６より波長５９３nmのレーザビームとして射出される。
【００３９】
上記した固体レーザ装置の構成で、前記第１共振器３０と第２共振器３７とは中間鏡２４、波長変換用光学結晶２５、出力鏡２６以外は分離した構成となっているので、前記ＬＤ発光器２７から第１共振器３０内に入射した励起光は図中では第１凹面鏡２２と波長分離板３４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第１固体レーザ媒質２３内又は近傍となる位置に設けられる。又、同様に前記ＬＤ発光器３５から前記第２共振器３７に入射したレーザビームは図中では第２凹面鏡３２と波長分離板３４との間に集光点を形成し、この集光点が前記第２固体レーザ媒質３３内又は近傍となる位置に設けられる。
【００４０】
前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の励起効率は、レーザビームのエネルギ密度、或は偏光方向に影響されるが、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３の位置調整は個々に行えるので、最適な位置に設定でき、又偏光方向の調整についても、前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５それぞれ個別に行えるので、調整が容易である。又、光学部材の位置調整、例えば前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２の光軸合せについても、一方の調整が他方に影響しないので、一方の調整を完了した後、他方が調整できる等調整が容易である。更に、２つの励起光の偏光を平行或は直交させることが可能な為、前記波長変換用光学結晶２５に制限はなく、全ての波長変換用光学結晶の使用が可能である。
【００４１】
又、前記第１光軸２０、第２光軸２９の共通部分を完全に合致させることが可能であり、又完全に合致させることで、前記波長変換用光学結晶２５の変換効率が向上する。
【００４２】
又、第１共振器と第２共振器とが同じ波長（λ1 ＝λ2 ）で発振する様にしてもよい。この場合、波長分離板３４は偏光分離板（Ｐ／Ｓ）を用いる。発振波長は例えばＮｄ：ＹＡＧなら１０６４nm（５３２nmで緑）となる。
【００４３】
尚、前記波長変換用光学結晶２５を複数用意し、それぞれＤＦＭ、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）用に角度調整し、個別に前記第１光軸２０、第２光軸２９の共有光軸部分内に挿入することで、ＤＦＭとして５１３６nm、ＳＨＧ1 （λ1 ／２）として６７１nm、ＳＨＧ2 （λ2 ／２）として５３２nmが得られる。
【００４４】
即ち、前記ＬＤ発光器２７、前記ＬＤ発光器３５からレーザビームが入射された状態で、ＤＦＭ用の前記波長変換用光学結晶２５が挿入されると、差周波のレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器２７のみからのレーザビームが入射された状態で、１３４２nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長６７１nmのレーザビームが出力され、前記ＬＤ発光器３５のみからのレーザビームが入射された状態で、１０６４nm用の波長変換用光学結晶２５が挿入されることで、波長５３２nmのレーザビームが出力される。
【００４５】
前記構成で前記第１固体レーザ媒質２３には前記ＬＤ発光器２７からのレーザビーム、前記第２固体レーザ媒質３３には前記ＬＤ発光器３５からのレーザビームが単独で入射するので、前記第１固体レーザ媒質２３、第２固体レーザ媒質３３に掛る負荷が少なく、又２組の前記ＬＤ発光器２７、ＬＤ発光器３５からのレーザビームにより波長変換光が得られるので高出力となる。
【００４６】
尚、上記波長変換用光学結晶２５としてはＫＴＰの他に、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3 Ｏ5 トリホウ酸リチウム）、ＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）等も採用される。
【００４７】
図２は、第２の実施の形態を示している。図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４８】
第２共振器３７の第２固体レーザ媒質３３と前記波長分離板３４間にＱ−ｓｗ３９が配設される。該Ｑ−ｓｗ３９は過飽和吸収体（結晶体）から構成される。該Ｑ−ｓｗ３９は入射したレーザビームを過飽和吸収し、吸収量が所定レベルを越えるとレーザビームを射出するので、前記Ｑ−ｓｗ３９はスイッチング作用を有している。従って、固体レーザ装置から射出されるレーザビームは前記Ｑ−ｓｗ３９のスイッチング作用により、パルス状に射出される。
【００４９】
尚、前記Ｑ−ｓｗ３９の材質としては、例えばＣｒ：ＹＡＧ、ＡＯ（音響光学素子）等が挙げられる。
【００５０】
通常レーザ結晶の結晶端面は、励起による熱レンズ効果で凹面鏡作用を生じる。従って、前記第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２を省略し、前記第１固体レーザ媒質２３のＬＤ発光器２７側の端面、前記第２固体レーザ媒質３３のＬＤ発光器３５側の端面に共振器用反射面を形成してもよい。
【００５１】
図３に示す第３の実施の形態では、上記実施の形態中の第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、中間鏡２４、出力鏡２６を省略した場合である。
【００５２】
ＬＤ発光器２７に対向して第１固体レーザ媒質２３を第１光軸２０上に配設し、波長分離板３４を挾んで波長変換用光学結晶２５を配設する。又、前記ＬＤ発光器２７、第１固体レーザ媒質２３は前記第１光軸２０上に設けられ、前記波長変換用光学結晶２５は後述する第２光軸２９との共有光軸部分に設けられる。
【００５３】
前記第１固体レーザ媒質２３の前記ＬＤ発光器２７と対峙する面には励起光λが高透過で第１基本波λ1 について高反射の誘電体反射膜４０が形成され、前記第１固体レーザ媒質２３の反対峙面には前記第１基本波λ1 が高透過の膜４１が形成される。前記波長分離板３４は第１基本波λ1 は高透過で、第２基本波λ2 は高反射となっている。又、前記波長変換用光学結晶２５の前記ＬＤ発光器２７側の面には第１基本波λ1 、第２基本波λ2 を高透過で波長変換光λ3 について高反射の誘電体反射膜４２が形成され、前記波長変換用光学結晶２５の反ＬＤ発光器２７側の面（出力面）には第１基本波λ1 、第２基本波λ2 は高反射で波長変換光λ3 は高透過な誘電体反射膜４３が形成されている。
【００５４】
又、前記波長分離板３４は前記第１光軸２０と交差する第２光軸２９上に配設され、前記波長分離板３４に対向して第２固体レーザ媒質３３、ＬＤ発光器３５が配設されている。
【００５５】
前記第２固体レーザ媒質３３のＬＤ発光器３５と対峙する面には励起光λが高透過で第２基本波λ2 について高反射の誘電体反射膜４４が形成され、前記第２固体レーザ媒質３３の反ＬＤ発光器３５側の反対時面には前記第２基本波λ2 が高透過の膜４５が形成される。
【００５６】
而して、前記誘電反射膜４０と前記誘電膜４３との間で第１共振器が構成され、前記誘電反射膜４４と前記誘電膜４３との間で第２共振器が構成される。
【００５７】
尚、第３の実施の形態での作用については、図１中で示した第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。第３の実施の形態では第１凹面鏡２２、第２凹面鏡３２、中間鏡２４、出力鏡２６を省略したので、固体レーザ装置の小型化が可能である。
【００５８】
又、前記波長変換結晶２５に直接膜付けする場合には、波長変換結晶２５、波長分離板３４交換時の特性変動が小さくなる。
【００５９】
又、図４は第３の実施の形態を用いた第４の実施の形態を示している。
【００６０】
図中、４６，４７，４８はそれぞれレーザビーム発光ユニットであり、図３で示した固体レーザ装置と同等の構成を有しており、それぞれ射出されるレーザビームはλa 、λb 、λc の波長を有している。
【００６１】
尚、前記レーザビームの波長λa 、λb 、λc は励起光λの選択、前記第１固体レーザ媒質２３、波長変換用光学結晶２５を適宜選択することで、所要の波長が得られる。
【００６２】
第１レーザビーム発光ユニット４６から射出されるレーザビームは集光レンズ４９により集光され、光ファイバ５０に入射される。又、第２レーザビーム発光ユニット４７から射出されたレーザビームは集光レンズ５１により集光され、光ファイバ５２に入射され、又第３レーザビーム発光ユニット４８から射出されたレーザビームは集光レンズ５３により集光され、光ファイバ５４に入射される。前記光ファイバ５０、光ファイバ５２、光ファイバ５４は出力部分５５が所要長さ溶着されることで波長λa 、λb 、λc のレーザビームが結合され、同一光軸を有するレーザビームとして前記出力部分５５より射出される。
【００６３】
前記第１レーザビーム発光ユニット４６、第２レーザビーム発光ユニット４７、第３レーザビーム発光ユニット４８が全て駆動されている場合は、前記出力部分５５から射出されるレーザビームは波長λa 、λb 、λc の混合色となり、いずれか１つ、例えば前記第１レーザビーム発光ユニット４６のみが駆動されている場合は、波長λa の単色光となる。
【００６４】
第４の実施の形態では複数の波長を効率よく、同軸で射出できるので例えばプロジェクタの光源として利用できる。
【００６５】
尚、第４の実施の形態でレーザビームを同一光軸に結合する手段として光ファイバを使用したが、波長を分離反射、分離透過するミラーを使用してもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、第１光軸上に構成される第１共振器と、第２光軸上に構成される第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有すると共に波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられたので、第１共振器と、第２共振器それぞれに個別に励起光を入射でき、高出力が得られ、第１共振器、第２共振器の光軸が分離しているので、２波長の光軸合せが容易である。
【００６７】
又、前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の出力面に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成されるので、反射鏡を別途設ける必要がなく、構造を簡潔にできると共に小型化が可能である。
【００６８】
又、前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ前記第１共振器、第２共振器の分離光軸上の励起光の集光部分に設けられたので、高効率で励起が可能であり、又光軸合せが容易にでき、第１共振器と第２共振器の共有部分にそれぞれの基本波のビームウェストが形成され、波長変換用光学結晶を置くことにより、高効率で周波数変換が可能である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す要部概略構成図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【図６】他の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
２０ 第１光軸
２２ 第１凹面鏡
２３ 第１固体レーザ媒質
２５ 波長変換用光学結晶
２６ 出力鏡
２７ ＬＤ発光器
２８ 光ファイバ
２９ 第２光軸
３０ 第１共振器
３２ 第２凹面鏡
３３ 第２固体レーザ媒質
３４ 波長分離板
３５ ＬＤ発光器
３６ 光ファイバ
３７ 第２共振器
４０ 誘電体反射膜
４３ 誘電体反射膜
４４ 誘電体反射膜
４６ 第１レーザビーム発光ユニット
４７ 第２レーザビーム発光ユニット
４８ 第３レーザビーム発光ユニット
Claims (9)
- 第１凹面鏡と平面出力鏡を有し、第１光軸上に構成される第１共振器と、該第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と、第２凹面鏡と前記第１共振器と共通の前記平面出力鏡を有し、第２光軸上に構成される第２共振器と、該第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とを有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有すると共に波長分離板により分離された分離光軸を有し、前記第１光軸の分離光軸上に第１基本波λ1 を発振する第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２基本波λ2 を発振する第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に前記平面出力鏡と隣接させ波長変換光λ3 を発振する波長変換用光学結晶が設けられ、前記第１凹面鏡と前記平面出力鏡との距離Ｌ1 、前記第１凹面鏡の曲率Ｒ1 により定まる前記第１基本波λ1 のビームウェストと、前記第２凹面鏡と前記平面出力鏡との距離Ｌ2 、前記第２凹面鏡の曲率Ｒ2 により定まる前記第２基本波λ2 のビームウェストとが前記出力部分で略等しくなる様に設定されたことを特徴とする固体レーザ装置。
- 前記第１共振器に励起光を入射させる第１の発光部と前記第２共振器に励起光を入射させる第２の発光部とは独立して駆動可能である請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１固体レーザ媒質及び第２固体レーザ媒質の励起光入射面にそれぞれ反射面が形成され、前記波長変換用光学結晶の出力面に反射面が形成され、前記第１共振器は前記第１固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成され、前記第２共振器は前記第２固体レーザ媒質の反射面と前記波長変換用光学結晶の反射面間で構成される請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１固体レーザ媒質、第２固体レーザ媒質はそれぞれ前記第１共振器、第２共振器の分離光軸上の励起光の集光部分に設けられた請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１基本波λ1 、前記第２基本波λ2 、前記第１凹面鏡と前記平面出力鏡との距離Ｌ1 、前記第１凹面鏡の曲率Ｒ1 、前記第２凹面鏡と前記平面出力鏡との距離Ｌ2 、前記第２凹面鏡の曲率Ｒ2 とが、以下の関係となる様に設定されている請求項１の固体レーザ装置。
λ1 2 Ｌ1 （Ｒ1 −Ｌ1 ）＝λ2 2 Ｌ2 （Ｒ2 −Ｌ2 ） - 前記第１共振器、前記第２共振器の少なくとも一方がＱ−ｓｗを具備する請求項１の固体レーザ装置。
- 異なる波長変換用光学結晶を複数具備し、該波長変換用光学結晶を個別に共有光軸に挿脱可能とした請求項１の固体レーザ装置。
- 前記第１の発光部と前記第２の発光部は複数のＬＤ発光素子を有し、各ＬＤ発光素子からのレーザビームは光ファイバで束ねられ前記第１共振器、前記第２共振器に入射される請求項３の固体レーザ装置。
- 前記第１光軸上に構成される前記第１共振器と、前記第２光軸上に構成される前記第２共振器を有し、前記第１光軸と前記第２光軸とは出力部分を共有し、波長分離板により分離され、前記第１光軸の分離光軸上に第１固体レーザ媒質が設けられ、前記第２光軸の分離光軸上に第２固体レーザ媒質が設けられ、共有光軸部分に波長変換用光学結晶が設けられたレーザビーム発光ユニットを複数有し、該複数のレーザビーム発光ユニットから射出されるレーザビームを同軸光軸となる様結合する光学手段を具備する請求項１の固体レーザ装置。
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