JP6311619B2 - Laser module and laser device - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Description

本発明は、ラマンレーザを用いたレーザモジュール及びレーザ装置に関する。   The present invention relates to a laser module and a laser apparatus using a Raman laser.

基本波のラマンシフトによって生じるラマンストークス光（以下において「ラマン光」という。）を用いたラマンレーザが、レーザ源として検討されている（例えば特許文献１参照。）。ラマンレーザと波長変換素子を用いて所望の波長のレーザ光を出力するレーザモジュールや、このレーザモジュールを搭載したレーザ装置を構成できる。例えば、ラマンレーザから出力されるラマン光を波長変換することによって、半導体レーザ（ＬＤ）では直接得ることができない波長の出力光を得ることも可能である。   A Raman laser using Raman Stokes light (hereinafter referred to as “Raman light”) generated by Raman shift of the fundamental wave has been studied as a laser source (see, for example, Patent Document 1). A laser module that outputs a laser beam having a desired wavelength using a Raman laser and a wavelength conversion element, and a laser device equipped with this laser module can be configured. For example, it is also possible to obtain output light having a wavelength that cannot be directly obtained by a semiconductor laser (LD) by converting the wavelength of Raman light output from the Raman laser.

特開２００９−５３３８４７号公報JP 2009-533847 A

ラマンレーザや波長変換素子を光共振器の内部に配置したレーザモジュールでは、光共振器の内部に基本波とラマン光それぞれに固有の縦モードが存在する。この縦モードには、光共振器の長さに依存する共振器モードに加え、光共振器に含まれる各結晶の界面反射に影響された複合共振器モードがある。更に、和周波発生に起因する縦モードの揺らぎや変動が生じる。このため、光共振器によって得られる出力光の波長が不安定になるなどの問題があった。   In a laser module in which a Raman laser or a wavelength conversion element is arranged inside an optical resonator, there are longitudinal modes specific to the fundamental wave and the Raman light inside the optical resonator. In this longitudinal mode, in addition to the resonator mode depending on the length of the optical resonator, there is a composite resonator mode that is influenced by interface reflection of each crystal included in the optical resonator. Furthermore, fluctuations and fluctuations in the longitudinal mode caused by the sum frequency generation occur. For this reason, there has been a problem that the wavelength of the output light obtained by the optical resonator becomes unstable.

上記問題点に鑑み、本発明は、ラマンレーザを用いて安定した出力光を得られるレーザモジュール及びレーザ装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a laser module and a laser apparatus that can obtain stable output light using a Raman laser.

本発明の一態様によれば、（ア）第１の端面と、第１の端面に対向する第２の端面とで両端面を定義された光共振器と、（イ）光共振器の内部に配置され、基本波及び基本波のラマンシフトによって生じるラマン光を発振するレーザ媒体とを備え、光共振器の内部でラマン光が共振し且つ基本波が共振しないように第１の端面及び第２の端面の反射率が設定されているレーザモジュールが提供される。   According to one aspect of the present invention, (a) an optical resonator having both end surfaces defined by a first end surface and a second end surface facing the first end surface; And a laser medium that oscillates the Raman wave generated by the Raman shift of the fundamental wave and the fundamental wave, and the first end face and the first end face so that the Raman light resonates inside the optical resonator and the fundamental wave does not resonate. A laser module in which the reflectance of the end face of 2 is set is provided.

本発明の他の態様によれば、（ア）励起光を出射する半導体レーザと、（イ）第１の端面と第１の端面に対向する第２の端面とで両端面を定義された光共振器、及び、光共振器の内部に配置され、励起光によって励起された基本波及び基本波のラマンシフトによって生じるラマン光を発振するレーザ媒体を有し、光共振器の内部でラマン光は共振し且つ基本波は共振しないように第１の端面及び第２の端面の反射率が設定されているレーザモジュールとを備えるレーザ装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, (a) light having both end surfaces defined by a semiconductor laser that emits excitation light and (b) a first end surface and a second end surface facing the first end surface. A resonator and a laser medium that is arranged inside the optical resonator and oscillates the fundamental wave excited by the excitation light and the Raman light generated by the Raman shift of the fundamental wave, and the Raman light inside the optical resonator There is provided a laser device including a laser module in which reflectivity of a first end face and a second end face is set so as to resonate and a fundamental wave does not resonate.

本発明によれば、ラマンレーザを用いて安定した出力光を得られるレーザモジュール及びレーザ装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser module and laser apparatus which can obtain the stable output light using a Raman laser can be provided.

本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュールのレーザ媒体の模式図ある。It is a schematic diagram of the laser medium of the laser module which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザモジュールを搭載したレーザ装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser apparatus carrying the laser module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザモジュールを搭載したレーザ装置により出力される出力光の特性例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the characteristic of the output light output by the laser apparatus carrying the laser module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の変形例に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の変形例に係るレーザ媒体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser medium which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の変形例に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiments shown below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention are materials, shapes, structures, arrangements, etc. of components. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュール１０は、図１に示すように、第１の端面１０１と第１の端面１０１に対向する第２の端面１０２とで両端面を定義された光共振器１００と、光共振器１００の内部に配置されたレーザ媒体１１とを備える。即ち、第１の端面１０１と第２の端面１０２を光学ミラーとして光共振器１００が構成されている。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, the laser module 10 according to the first embodiment of the present invention is a light whose both end surfaces are defined by a first end surface 101 and a second end surface 102 facing the first end surface 101. A resonator 100 and a laser medium 11 disposed inside the optical resonator 100 are provided. That is, the optical resonator 100 is configured with the first end face 101 and the second end face 102 as optical mirrors.

レーザ媒体１１は、光共振器１００の外部から入射された励起光Ｌｅによって励起され、基本波及び基本波のラマンシフトによって生じるラマン光Ｌｒを発振する。図１に例示したレーザモジュール１０では、レーザ媒体１１は単一のレーザ結晶である。即ち、図２に示すように、励起光Ｌｅによって励起されてレーザ媒体１１が基本波Ｌｂを生成する。同時に、レーザ媒体１１は、レーザ結晶内部でのラマンシフトによって生じるラマン光Ｌｒを発振する。   The laser medium 11 is excited by excitation light Le incident from the outside of the optical resonator 100 and oscillates the fundamental light and the Raman light Lr generated by the Raman shift of the fundamental wave. In the laser module 10 illustrated in FIG. 1, the laser medium 11 is a single laser crystal. That is, as shown in FIG. 2, the laser medium 11 is excited by the excitation light Le to generate the fundamental wave Lb. At the same time, the laser medium 11 oscillates the Raman light Lr generated by the Raman shift inside the laser crystal.

また、図１に示したレーザモジュール１０では、ラマン光Ｌｒの波長を変換して波長変換光を発生する波長変換素子１２が、光共振器１００の内部に配置されている。光共振器１００の内部に発生した波長変換光は、アウトプットミラー１３を透過して光共振器１００の外部に出力光Ｌoutとして出力される。   Further, in the laser module 10 shown in FIG. 1, a wavelength conversion element 12 that converts the wavelength of the Raman light Lr to generate wavelength converted light is disposed inside the optical resonator 100. The wavelength-converted light generated inside the optical resonator 100 passes through the output mirror 13 and is output to the outside of the optical resonator 100 as output light Lout.

レーザモジュール１０の光共振器１００では、励起光Ｌｅが入射されるレーザ媒体１１の端面が第１の端面１０１である。そして、アウトプットミラー１３の、波長変換素子１２に対向する面が第２の端面１０２である。レーザモジュール１０では、光共振器１００の内部でラマン光Ｌｒが共振し、且つ基本波Ｌｂが共振しないように、第１の端面１０１及び第２の端面１０２の反射率が設定されている。   In the optical resonator 100 of the laser module 10, the end surface of the laser medium 11 on which the excitation light Le is incident is the first end surface 101. The surface of the output mirror 13 that faces the wavelength conversion element 12 is the second end surface 102. In the laser module 10, the reflectance of the first end face 101 and the second end face 102 is set so that the Raman light Lr resonates inside the optical resonator 100 and the fundamental wave Lb does not resonate.

例えば、第１の端面１０１及び第２の端面１０２のラマン光Ｌｒの波長における反射率は、９９．５％以上に設定される。より好ましくは９９．８％以上であり、１００％に近いほど好ましい。これにより、ラマン光Ｌｒは光共振器１００の内部で共振する。   For example, the reflectance at the wavelength of the Raman light Lr on the first end face 101 and the second end face 102 is set to 99.5% or more. More preferably, it is 99.8% or more, and the closer to 100%, the more preferable. Thereby, the Raman light Lr resonates inside the optical resonator 100.

一方、第１の端面１０１及び第２の端面１０２の少なくともいずれかの基本波Ｌｂの波長における反射率は、１０％以下に設定される。より好ましくは１％以下、更に好ましくは０．３％以下である。上記のように基本波Ｌｂにおける反射率が低く設定されることにより、基本波Ｌｂは光共振器１００の内部で共振することがない。なお、基本波Ｌｂの波長における反射率を低くするのは、第１の端面１０１又は第２の端面１０２のいずれか一方だけでもよく、或いは、第１の端面１０１と第２の端面１０２の両方の反射率を低くしてもよい。端面の基本波Ｌｂにおける反射率を小さく設定する場合に、例えば端面が空気に接触している場合の反射率より少なくとも小さく設定される。   On the other hand, the reflectance at the wavelength of the fundamental wave Lb of at least one of the first end face 101 and the second end face 102 is set to 10% or less. More preferably, it is 1% or less, More preferably, it is 0.3% or less. As described above, since the reflectance of the fundamental wave Lb is set low, the fundamental wave Lb does not resonate inside the optical resonator 100. Note that the reflectance at the wavelength of the fundamental wave Lb may be reduced only by either the first end face 101 or the second end face 102, or both the first end face 101 and the second end face 102. The reflectance may be lowered. When the reflectance of the fundamental wave Lb on the end surface is set to be small, for example, the reflectance is set to be at least smaller than the reflectance when the end surface is in contact with air.

上記のように、第１の端面１０１及び第２の端面１０２の少なくともいずれかの基本波Ｌｂの波長における反射率が、第１の端面１０１及び第２の端面１０２のラマン光Ｌｒの波長における反射率よりも低いように設定される。このようにして、光共振器１００の内部でラマン光Ｌｒが共振し、且つ基本波Ｌｂが共振しないレーザモジュール１０を実現できる。   As described above, the reflectance at the wavelength of the fundamental wave Lb of at least one of the first end surface 101 and the second end surface 102 is reflected at the wavelength of the Raman light Lr from the first end surface 101 and the second end surface 102. It is set to be lower than the rate. In this way, the laser module 10 in which the Raman light Lr resonates inside the optical resonator 100 and the fundamental wave Lb does not resonate can be realized.

第１の端面１０１及び第２の端面１０２の反射率を設定する端面処理は、例えばそれぞれの端面に誘電体多層膜を形成することによって行われる。即ち、光共振器１００の第１の端面１０１及び第２の端面１０２に、ラマン光Ｌｒの波長に対しては反射率の高い高反射膜（ＨＲコート）であり、基本波Ｌｂの波長に対しては低反射率の反射防止膜（「ＡＲコート」）であるコーティング膜を配置する。この誘電体多層膜の材質や膜厚、層数などは、基本波Ｌｂ及びラマン光Ｌｒの波長に応じて適宜選択される。   The end surface processing for setting the reflectivities of the first end surface 101 and the second end surface 102 is performed, for example, by forming a dielectric multilayer film on each end surface. That is, the first end face 101 and the second end face 102 of the optical resonator 100 are highly reflective films (HR coats) having a high reflectivity with respect to the wavelength of the Raman light Lr, and with respect to the wavelength of the fundamental wave Lb. For example, a coating film which is an antireflection film (“AR coating”) having a low reflectance is disposed. The material, film thickness, number of layers, etc. of the dielectric multilayer film are appropriately selected according to the wavelengths of the fundamental wave Lb and the Raman light Lr.

なお、図１に示した構成のレーザモジュール１０では、ラマン光Ｌｒの波長に対してはＨＲコートであり、波長変換光の波長に対してはＡＲコートであるように、第２の端面１０２を端面処理する。これにより、レーザモジュール１０の出力効率を高められる。   In the laser module 10 having the configuration shown in FIG. 1, the second end face 102 is formed so that it is an HR coat for the wavelength of the Raman light Lr and an AR coat for the wavelength of the wavelength converted light. End face processing. Thereby, the output efficiency of the laser module 10 can be increased.

また、励起効率を高めるために、励起光Ｌｅに対してＡＲコートであるように第１の端面１０１を端面処理することが好ましい。なお、第１の端面１０１は、波長変換光に対してＨＲコートとしてもよい。   In order to increase the excitation efficiency, it is preferable that the first end surface 101 is subjected to an end surface treatment so as to be an AR coat with respect to the excitation light Le. The first end face 101 may be an HR coat for the wavelength converted light.

以下に、レーザ媒体１１として、ネオジウムイオンがドープされたイットリウム・バナデート（Ｎｄ：ＹＶＯ4）結晶を用いた場合について説明する。即ち、励起光Ｌｅが入射されるＮｄ：ＹＶＯ4結晶の端面が、第１の端面１０１である。波長が８０８ｎｍの励起光ＬｅによってＮｄ：ＹＶＯ4結晶が励起されて、波長が１０６４ｎｍの基本波Ｌｂを生成する。同時に、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶は波長が１１７８ｎｍのラマン光Ｌｒを発振する。このラマン光Ｌｒは、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶において基本波Ｌｂからラマンシフトにより生じる長波長側の１次ストークス光である。また、波長変換素子１２が、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶の発振するラマン光Ｌｒの第２高調波発生光（ＳＨＧ光）を発生させる。例えば、波長変換素子１２は、波長が１１７８ｎｍのラマン光Ｌｒから波長が５８９ｎｍの波長変換光を発生させる。 The case where an yttrium vanadate (Nd: YVO 4 ) crystal doped with neodymium ions is used as the laser medium 11 will be described below. That is, the end face of the Nd: YVO 4 crystal on which the excitation light Le is incident is the first end face 101. The Nd: YVO 4 crystal is excited by excitation light Le having a wavelength of 808 nm, and a fundamental wave Lb having a wavelength of 1064 nm is generated. At the same time, the Nd: YVO 4 crystal oscillates Raman light Lr having a wavelength of 1178 nm. This Raman light Lr is a long-wavelength primary Stokes light generated by a Raman shift from the fundamental wave Lb in the Nd: YVO 4 crystal. Further, the wavelength conversion element 12 generates second harmonic generation light (SHG light) of the Raman light Lr oscillated by the Nd: YVO 4 crystal. For example, the wavelength conversion element 12 generates wavelength conversion light having a wavelength of 589 nm from Raman light Lr having a wavelength of 1178 nm.

第１の端面１０１及び第２の端面１０２は、波長が１１７８ｎｍのラマン光Ｌｒに対してＨＲコートであるように端面処理される。且つ、第１の端面１０１及び第２の端面１０２の少なくとも一方は、波長１０６４ｎｍの基本波Ｌｂに対してＡＲコートであるように端面処理される。更に、励起光ＬｅによってＮｄ：ＹＶＯ4結晶の発振する他の基本波の波長（９１４ｎｍ、１３４２ｎｍ）に対しても、第１の端面１０１及び第２の端面１０２の少なくとも一方はＡＲコートであるように端面処理される。このようにしてＮｄ：ＹＶＯ4結晶の発振する他の基本波について光共振器１００の内部で共振させないようにすると、波長が１０６４ｎｍの基本波Ｌｂによって発振するラマン光Ｌｒの効果を高められる。 The first end face 101 and the second end face 102 are subjected to end face processing so as to be an HR coat with respect to Raman light Lr having a wavelength of 1178 nm. Further, at least one of the first end face 101 and the second end face 102 is subjected to end face processing so as to be an AR coat with respect to the fundamental wave Lb having a wavelength of 1064 nm. Furthermore, at least one of the first end face 101 and the second end face 102 is an AR coat with respect to other fundamental wave wavelengths (914 nm, 1342 nm) oscillated by the Nd: YVO 4 crystal by the excitation light Le. End face processing. If the other fundamental wave oscillated by the Nd: YVO 4 crystal is not resonated inside the optical resonator 100 in this way, the effect of the Raman light Lr oscillated by the fundamental wave Lb having a wavelength of 1064 nm can be enhanced.

なお、励起効率を向上させるために、波長が８０８ｎｍの励起光に対して第１の端面１０１をＡＲコートとすることが好ましい。第１の端面１０１は、波長変換光に対してはＨＲコートとしてもよい。また、第２の端面１０２は、効率良く波長変換光を光共振器１００の外部に取り出すために、波長変換光に対してＡＲコートとする。   In order to improve excitation efficiency, it is preferable that the first end face 101 be an AR coat with respect to excitation light having a wavelength of 808 nm. The first end face 101 may be an HR coat for wavelength converted light. Further, the second end face 102 has an AR coating for the wavelength converted light in order to efficiently extract the wavelength converted light to the outside of the optical resonator 100.

上記構成のレーザモジュール１０によって、半導体レーザでは直接得ることができない黄色光或いはオレンジ色光として使用される波長５８９ｎｍの出力光Ｌoutを得ることができる。   With the laser module 10 having the above-described configuration, it is possible to obtain output light Lout having a wavelength of 589 nm, which is used as yellow light or orange light that cannot be obtained directly by a semiconductor laser.

なお、長波長側の１次ストークス光をラマン光Ｌｒとして使用する例を以上に説明した。しかし、所望の波長の出力光Ｌoutを得るために、短波長側の１次ストークス光や、或いは２次以降のストークス光をラマン光Ｌｒとして使用してもよい。   The example in which the long-wavelength primary Stokes light is used as the Raman light Lr has been described above. However, in order to obtain the output light Lout having a desired wavelength, the first-order Stokes light on the short wavelength side or the second-order Stokes light or later may be used as the Raman light Lr.

波長変換素子１２には、角度位相整合を利用したリン酸チタニルカリウム（ＫＴＰ）結晶やリチウム・トリボレート（ＬＢＯ）結晶などを使用できる。或いは、強誘電体結晶に周期的分極反転構造が形成された擬似位相整合を利用したニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶やタンタル酸リチウム（ＬＴ）結晶も波長変換素子１２に使用できる。ＬＮ結晶やＬＴ結晶は、レーザモジュール１０を使用する周囲温度に合わせて周期設計が可能であるため、特に好適に使用される。また、ＭｇドープのＬＮ結晶やＬＴ結晶は耐光性に優れているため、波長変換素子１２に好適である。   For the wavelength conversion element 12, potassium titanyl phosphate (KTP) crystal or lithium triborate (LBO) crystal using angular phase matching can be used. Alternatively, a lithium niobate (LN) crystal or a lithium tantalate (LT) crystal using quasi-phase matching in which a periodically poled structure is formed in a ferroelectric crystal can also be used for the wavelength conversion element 12. Since the LN crystal and the LT crystal can be designed periodically according to the ambient temperature in which the laser module 10 is used, they are particularly preferably used. Further, Mg-doped LN crystal and LT crystal are excellent in light resistance, and are therefore suitable for the wavelength conversion element 12.

本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュール１０によれば、以下のような効果を奏する。   The laser module 10 according to the first embodiment of the present invention has the following effects.

一般的に、光共振器の出力光を効率良く得るために、光共振器内部の発振光の波長に対して光共振器の両端面が高反射率を有するように設定される。しかし、基本波とラマン光のそれぞれの波長に対して両端面が高反射率を有する光共振器では、光共振器の内部に基本波とラマン光それぞれに固有の縦モードが存在する。このため、複合共振器モードや和周波発生に起因する縦モードの揺らぎや変動が生じる。その結果、光共振器によって得られる出力光の波長が不安定になる。   Generally, in order to efficiently obtain the output light of the optical resonator, both end faces of the optical resonator are set to have a high reflectance with respect to the wavelength of the oscillation light inside the optical resonator. However, in an optical resonator in which both end faces have high reflectivity with respect to the wavelengths of the fundamental wave and the Raman light, there are longitudinal modes specific to the fundamental wave and the Raman light inside the optical resonator. For this reason, fluctuations and fluctuations in the longitudinal mode due to the composite resonator mode and the sum frequency generation occur. As a result, the wavelength of the output light obtained by the optical resonator becomes unstable.

これに対し、レーザモジュール１０では、光共振器１００の内部で基本波Ｌｂが共振しないように、第１の端面１０１と第２の端面１０２の反射率が設定されている。このため、光共振器１００の内部に基本波Ｌｂに由来する縦モードの揺らぎや変動が生じない。したがって、レーザモジュール１０によれば、基本波Ｌｂのラマンシフトによって生じるラマン光Ｌｒについても縦モードの揺らぎや変動が発生せず、安定的にラマン光Ｌｒの発振が得られる。更に、ラマン光Ｌｒを波長変換した波長変換光も安定する。   On the other hand, in the laser module 10, the reflectances of the first end face 101 and the second end face 102 are set so that the fundamental wave Lb does not resonate inside the optical resonator 100. For this reason, longitudinal mode fluctuations and fluctuations derived from the fundamental wave Lb do not occur inside the optical resonator 100. Therefore, according to the laser module 10, the Raman light Lr generated by the Raman shift of the fundamental wave Lb does not generate the fluctuation or fluctuation of the longitudinal mode and can stably oscillate the Raman light Lr. Furthermore, the wavelength-converted light obtained by wavelength-converting the Raman light Lr is also stabilized.

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係るレーザモジュール１０では、光共振器１００の内部で基本波Ｌｂは共振しないように第１の端面１０１と第２の端面１０２の反射率が設定される。このため、基本波Ｌｂの共振モード光ではなく自然放出光によって、光共振器１００の内部にラマン光Ｌｒが発生する。その結果、上記に説明したように、ラマン光Ｌｒやラマン光Ｌｒを波長変換した波長変換光を安定化することができる。   As described above, in the laser module 10 according to the first embodiment of the present invention, the reflection of the first end face 101 and the second end face 102 so that the fundamental wave Lb does not resonate inside the optical resonator 100. A rate is set. For this reason, Raman light Lr is generated inside the optical resonator 100 not by the resonance mode light of the fundamental wave Lb but by spontaneous emission light. As a result, as described above, Raman light Lr and wavelength-converted light obtained by wavelength-converting Raman light Lr can be stabilized.

例えば、レーザモジュール１０の温度変化に対して出力光Ｌoutの出力値が安定するため、レーザモジュール１０の温度を調整する装置を用意する必要がなくなる。このため、レーザモジュール１０や、レーザモジュール１０を搭載するレーザ装置の小型化や、消費電力の抑制による省エネルギー化を実現できる。   For example, since the output value of the output light Lout is stabilized with respect to the temperature change of the laser module 10, it is not necessary to prepare a device for adjusting the temperature of the laser module 10. For this reason, the laser module 10 and the laser apparatus on which the laser module 10 is mounted can be reduced in size and energy can be saved by suppressing power consumption.

図３に、レーザモジュール１０を搭載したレーザ装置の構成例として、半導体レーザ励起固体レーザ装置１を示す。即ち、半導体レーザ励起固体レーザ装置１は、励起光Ｌｅを出射する半導体レーザ２０とレーザモジュール１０とを備える。   FIG. 3 shows a semiconductor laser pumped solid-state laser device 1 as a configuration example of a laser device on which the laser module 10 is mounted. That is, the semiconductor laser excitation solid-state laser device 1 includes a semiconductor laser 20 that emits excitation light Le and a laser module 10.

半導体レーザ２０は、レーザ駆動装置３０によって駆動されて励起光Ｌｅを出射する。半導体レーザ２０から出射された励起光Ｌｅは集光レンズ２５によって集光され、集光された励起光Ｌｅがレーザモジュール１０に入射する。レーザモジュール１０のレーザ媒体１１は、励起光Ｌｅによって励起されて基本波Ｌｂ及びラマン光Ｌｒを生成する。そして、ラマン光Ｌｒを波長変換した波長変換光が出力光Ｌoutとして発生される。   The semiconductor laser 20 is driven by the laser driving device 30 to emit the excitation light Le. The excitation light Le emitted from the semiconductor laser 20 is condensed by the condenser lens 25, and the condensed excitation light Le enters the laser module 10. The laser medium 11 of the laser module 10 is excited by the excitation light Le to generate the fundamental wave Lb and the Raman light Lr. Then, wavelength-converted light obtained by wavelength-converting the Raman light Lr is generated as output light Lout.

図３に示したように、半導体レーザ２０、レーザモジュール１０及び温度調整装置４０が支持台１５に搭載されている。温度調整装置４０によって支持台１５の温度を調整することにより、半導体レーザ２０の温度が調整される。支持台１５には、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム材やインバー材などを使用可能である。温度調整装置４０は、例えばペルチェ素子などを使用した構成を採用可能である。温度調整装置４０は、温調駆動装置５０によって駆動される。   As shown in FIG. 3, the semiconductor laser 20, the laser module 10, and the temperature adjustment device 40 are mounted on the support base 15. The temperature of the semiconductor laser 20 is adjusted by adjusting the temperature of the support 15 by the temperature adjusting device 40. For the support base 15, a material having high thermal conductivity, such as an aluminum material or an invar material, can be used. The temperature adjustment device 40 can employ a configuration using, for example, a Peltier element. The temperature adjustment device 40 is driven by the temperature adjustment drive device 50.

支持台１５に取り付けられた温度検出装置６０によって、半導体レーザ２０の温度が検出される。温度検出装置６０は、検出した温度を電気的な温度信号ＳTとして制御装置７０に送信する。温度検出装置６０には、例えばサーミスタなどを使用可能である。温度信号ＳTを受信することにより、制御装置７０は、半導体レーザ２０の温度をリアルタイムでモニタできる。制御装置７０は、半導体レーザ２０の温度が所定の設定温度であるように温調駆動装置５０を制御する。例えば、モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光Ｌｅを特定の設定出力値で出射するように、半導体レーザ２０の温度が設定される。 The temperature of the semiconductor laser 20 is detected by the temperature detection device 60 attached to the support base 15. Temperature detector 60 is transmitted to the control device 70 the detected temperature as an electrical temperature signal S T. For the temperature detection device 60, for example, a thermistor can be used. By receiving a temperature signal S T, the controller 70 can monitor the temperature of the semiconductor laser 20 in real time. The control device 70 controls the temperature adjustment driving device 50 so that the temperature of the semiconductor laser 20 is a predetermined set temperature. For example, the temperature of the semiconductor laser 20 is set such that single longitudinal mode excitation light Le having a certain wavelength is emitted at a specific set output value without causing mode hops.

一方、レーザモジュール１０は温度変化に対して安定であるため、レーザモジュール１０についての温度調整装置は不要である。つまり、半導体レーザ励起固体レーザ装置１では半導体レーザ２０についてのみ温度調整装置を用意すればよい。したがって、半導体レーザ励起固体レーザ装置１を小型化・省エネルギー化できる。   On the other hand, since the laser module 10 is stable against temperature changes, a temperature adjusting device for the laser module 10 is not necessary. That is, in the semiconductor laser excitation solid-state laser device 1, it is sufficient to prepare a temperature adjustment device only for the semiconductor laser 20. Therefore, the semiconductor laser pumped solid state laser device 1 can be reduced in size and energy.

また、温度変化に対して安定した励起光Ｌｅを出力する半導体レーザ２０を使用することによって、半導体レーザ２０の温度調整装置が不要になる。このため、半導体レーザ励起固体レーザ装置１を更に小型化・省エネルギー化できる。   Further, by using the semiconductor laser 20 that outputs the excitation light Le that is stable against temperature changes, a temperature adjusting device for the semiconductor laser 20 becomes unnecessary. For this reason, the semiconductor laser excitation solid-state laser device 1 can be further reduced in size and energy.

図３に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１では、レーザモジュール１０から出射された出力光Ｌoutは、ビームスプリッタ８０によって分光される。分光された出力光Ｌoutの一部は、受光素子９０に入射され、電気信号に変換される。受光素子９０は、出力光Ｌoutの出力値に応じた電気的な出力信号Ｓpを制御装置７０に送信する。受光素子９０には、例えばフォトダイオードなどを使用可能である。出力信号Ｓpを受信することにより、制御装置７０は、出力光Ｌoutの出力値をリアルタイムでモニタできる。制御装置７０は、出力光Ｌoutの出力値が所定の範囲内であるように半導体レーザ２０の励起光Ｌｅの出力を調整するために、レーザ駆動装置３０を制御する。 In the semiconductor laser excitation solid-state laser device 1 shown in FIG. 3, the output light Lout emitted from the laser module 10 is split by the beam splitter 80. Part of the split output light Lout is incident on the light receiving element 90 and converted into an electrical signal. The light receiving element 90 transmits an electrical output signal S p in accordance with the output value of the output light Lout to the controller 70. As the light receiving element 90, for example, a photodiode or the like can be used. By receiving the output signal S p, the controller 70 may monitor the output value of the output light Lout in real time. The control device 70 controls the laser driving device 30 in order to adjust the output of the excitation light Le of the semiconductor laser 20 so that the output value of the output light Lout is within a predetermined range.

なお、出力光Ｌoutの出力値をフィードバックして半導体レーザ２０の出力を調整する必要がない場合には、制御装置７０、ビームスプリッタ８０、受光素子９０などを使用しなくてもよい。これにより、半導体レーザ励起固体レーザ装置１を更に小型化することができる。   If there is no need to adjust the output of the semiconductor laser 20 by feeding back the output value of the output light Lout, the control device 70, the beam splitter 80, the light receiving element 90, etc. may not be used. Thereby, the semiconductor laser excitation solid-state laser device 1 can be further reduced in size.

レーザモジュール１０を使用することによって、例えば図４に示すように、波長変換光である波長が５８９ｎｍのＳＨＧ光について、１０ｍＷの安定した出力が得られた。図４の横軸は半導体レーザ２０を駆動する駆動電流の値であり、縦軸は波長変換素子１２により得られたＳＨＧ光の出力である。   By using the laser module 10, for example, as shown in FIG. 4, a stable output of 10 mW was obtained for SHG light having a wavelength of 589 nm, which is wavelength converted light. The horizontal axis in FIG. 4 is the value of the drive current for driving the semiconductor laser 20, and the vertical axis is the output of SHG light obtained by the wavelength conversion element 12.

一般的に、半導体レーザ励起固体レーザ装置では、半導体レーザとレーザモジュール１０を個別に温度制御して、それぞれが最適な温度に設定される。しかし、温度変化に対して安定して動作するレーザモジュール１０を搭載することにより、上記のようにレーザ装置の小型化や省エネルギー化を実現できる。   Generally, in a semiconductor laser excitation solid-state laser device, the temperature of the semiconductor laser and the laser module 10 are individually controlled, and each is set to an optimum temperature. However, by mounting the laser module 10 that operates stably with respect to temperature changes, it is possible to achieve downsizing and energy saving of the laser device as described above.

なお、半導体レーザ励起固体レーザ装置１の温度調整を行わない場合には、半導体レーザ２０及びレーザモジュール１０の温度特性で定まる一定の温度で、出力光Ｌoutが安定して出力される。このため、分極反転周期を調整することによって所定の温度に対応できる分極反転構造素子が、波長変換素子１２に好適に使用できる。   When the temperature of the semiconductor laser excitation solid-state laser device 1 is not adjusted, the output light Lout is stably output at a constant temperature determined by the temperature characteristics of the semiconductor laser 20 and the laser module 10. For this reason, the polarization inversion structure element which can respond to predetermined temperature by adjusting a polarization inversion period can be used suitably for the wavelength conversion element 12. FIG.

＜変形例＞
図１では、ラマン光Ｌｒの波長を波長変換素子１２によって変換し、変換された波長変換光をレーザモジュール１０の出力光Ｌoutとする例を示した。しかし、波長変換素子１２を用いずに、例えば図５に示すように、ラマン光Ｌｒをレーザモジュール１０の出力光Ｌoutとしてもよい。即ち、光共振器１００の内部に発生したラマン光Ｌｒの一部が、アウトプットミラー１３を透過して光共振器１００の外部に出力される。 <Modification>
FIG. 1 shows an example in which the wavelength of the Raman light Lr is converted by the wavelength conversion element 12 and the converted wavelength converted light is used as the output light Lout of the laser module 10. However, instead of using the wavelength conversion element 12, the Raman light Lr may be used as the output light Lout of the laser module 10, for example, as shown in FIG. That is, part of the Raman light Lr generated inside the optical resonator 100 is transmitted through the output mirror 13 and output to the outside of the optical resonator 100.

また、レーザ媒体１１を複数の結晶によって構成してもよい。例えば図６に示すように、励起光Ｌｅに励起された基本波Ｌｂを生成する第１のレーザ結晶１１１と、内部で基本波Ｌｂがラマンシフトされてラマン光Ｌｒを発振する第２のレーザ結晶１１２とによって、レーザ媒体１１を構成してもよい。   Further, the laser medium 11 may be composed of a plurality of crystals. For example, as shown in FIG. 6, the first laser crystal 111 that generates the fundamental wave Lb excited by the excitation light Le, and the second laser crystal that oscillates the Raman light Lr by the Raman shift of the fundamental wave Lb therein. 112 may constitute the laser medium 11.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーザモジュール１０は、図７に示すように、アウトプットミラー１３を含まない点が、図１に示したレーザモジュール１０と異なる。図７に示したレーザモジュール１０では、レーザ媒体１１と波長変換素子１２によって光共振器１００が構成されている。即ち、レーザ媒体１１と波長変換素子１２の外側の端面が、光学ミラーとして端面処理される。 (Second Embodiment)
As shown in FIG. 7, the laser module 10 according to the second embodiment of the present invention is different from the laser module 10 shown in FIG. 1 in that the output mirror 13 is not included. In the laser module 10 shown in FIG. 7, the optical resonator 100 is configured by the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12. That is, the end surfaces on the outer sides of the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12 are subjected to end surface processing as optical mirrors.

具体的には、波長変換素子１２の互いに対向する２つの端面の一方が第２の端面１０２であり、波長変換素子１２の他方の端面がレーザ媒体１１と対向している。そして、励起光Ｌｅが入射するレーザ媒体１１の端面が第１の端面１０１であり、第１の端面１０１と対向するレーザ媒体１１の他方の端面が波長変換素子１２と対向している。   Specifically, one of the two end faces of the wavelength conversion element 12 facing each other is the second end face 102, and the other end face of the wavelength conversion element 12 faces the laser medium 11. The end face of the laser medium 11 on which the excitation light Le is incident is the first end face 101, and the other end face of the laser medium 11 facing the first end face 101 faces the wavelength conversion element 12.

図７に示したレーザモジュール１０では、波長変換素子１２の第２の端面１０２は、ラマン光Ｌｒに対してＨＲコート、波長変換光即ち出力光Ｌoutに対してＡＲコートであるように、端面処理される。また、第１の端面１０１及び第２の端面１０２の少なくともいずれかが、基本波Ｌｂに対してＡＲコートであるように端面処理される。   In the laser module 10 shown in FIG. 7, the second end face 102 of the wavelength conversion element 12 is end face processed so as to be HR coat for the Raman light Lr and AR coat for the wavelength converted light, that is, the output light Lout. Is done. In addition, at least one of the first end face 101 and the second end face 102 is subjected to end face processing so that the AR wave is applied to the fundamental wave Lb.

第２の実施形態に係るレーザモジュール１０では、アウトプットミラー１３を使用しないことによって、レーザモジュール１０を小型化できる。更に、レーザ媒体１１と波長変換素子１２とが一体構造であるため、レーザモジュール１０を更に小型化できる。また、レーザモジュール１０の組み立てにおける部品間の位置合わせ（アライメント）を少なくできるため、製造が容易である。このため、レーザモジュール１０の量産化や低コスト化に有利である。   In the laser module 10 according to the second embodiment, the laser module 10 can be reduced in size by not using the output mirror 13. Furthermore, since the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12 have an integral structure, the laser module 10 can be further reduced in size. Moreover, since the alignment (alignment) between components in the assembly of the laser module 10 can be reduced, manufacture is easy. This is advantageous for mass production and cost reduction of the laser module 10.

レーザ媒体１１と波長変換素子１２を一体構造とするために、レーザ媒体１１と波長変換素子１２とは、接着剤又はオプティカルコンタクト法などにより一体化される。なお、レーザモジュール１０を、特開２００７−２２５７８６号公報に記載された製造方法によって製造される構造にしてもよい。即ち、波長変換結晶をダミー材で挟んだ波長変換素子１２と、レーザ媒体１１のレーザ結晶とを一体化した構造を採用可能である。波長変換結晶をダミー材で挟んだ構造とすることで、波長変換素子のレーザ結晶との接合領域が増加する。これにより、波長変換結晶のみをレーザ結晶と接合する場合に比べて、波長変換素子とレーザ結晶とを容易に接合できる。   In order to integrate the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12, the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12 are integrated by an adhesive or an optical contact method. The laser module 10 may have a structure manufactured by a manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-225786. That is, it is possible to adopt a structure in which the wavelength conversion element 12 in which the wavelength conversion crystal is sandwiched between the dummy materials and the laser crystal of the laser medium 11 are integrated. By adopting a structure in which the wavelength conversion crystal is sandwiched between dummy materials, the junction region of the wavelength conversion element with the laser crystal is increased. Thereby, compared with the case where only a wavelength conversion crystal is joined with a laser crystal, a wavelength conversion element and a laser crystal can be joined easily.

本発明の第２の実施形態に係るレーザモジュール１０によれば、レーザモジュールの小型化及び製造容易化を実現することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、図７に示したレーザモジュール１０を図３に示したレーザ装置に搭載することができる。   According to the laser module 10 according to the second embodiment of the present invention, the laser module can be reduced in size and manufactured easily. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted. For example, the laser module 10 shown in FIG. 7 can be mounted on the laser apparatus shown in FIG.

＜変形例＞
図７では、レーザ媒体１１と波長変換素子１２とが一体構造である例を示した。しかし、図８に示すように、レーザ媒体１１と波長変換素子１２とが離間した状態で光共振器１００を構成してもよい。このようにして、レーザ媒体１１と波長変換素子１２とを個別に準備して、レーザモジュール１０を製造することができる。 <Modification>
FIG. 7 shows an example in which the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12 are integrated. However, as shown in FIG. 8, the optical resonator 100 may be configured in a state where the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12 are separated from each other. In this way, the laser module 10 can be manufactured by separately preparing the laser medium 11 and the wavelength conversion element 12.

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

１…半導体レーザ励起固体レーザ装置
１０…レーザモジュール
１１…レーザ媒体
１２…波長変換素子
１３…アウトプットミラー
１５…支持台
２０…半導体レーザ
２５…集光レンズ
３０…レーザ駆動装置
４０…温度調整装置
５０…温調駆動装置
６０…温度検出装置
７０…制御装置
８０…ビームスプリッタ
９０…受光素子
１００…光共振器
１０１…第１の端面
１０２…第２の端面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser excitation solid-state laser device 10 ... Laser module 11 ... Laser medium 12 ... Wavelength conversion element 13 ... Output mirror 15 ... Support stand 20 ... Semiconductor laser 25 ... Condensing lens 30 ... Laser drive device 40 ... Temperature control device 50 ... Temperature control drive device 60 ... Temperature detection device 70 ... Control device 80 ... Beam splitter 90 ... Light receiving element 100 ... Optical resonator 101 ... First end face 102 ... Second end face

Claims (9)

第１の端面と、該第１の端面に対向する第２の端面とで両端面を定義された光共振器と、
前記光共振器の内部に配置され、基本波及び該基本波のラマンシフトによって生じるラマン光を発振するレーザ媒体と
を備え、
前記光共振器の内部で前記ラマン光が共振し且つ前記基本波が共振しないように前記第１の端面及び前記第２の端面の反射率が設定されていることを特徴とするレーザモジュール。 An optical resonator having both end faces defined by a first end face and a second end face facing the first end face;
A laser medium disposed inside the optical resonator and oscillating Raman light generated by a fundamental wave and a Raman shift of the fundamental wave;
A reflectance of the first end face and the second end face is set so that the Raman light resonates inside the optical resonator and the fundamental wave does not resonate. 前記第１の端面及び前記第２の端面の少なくともいずれかの前記基本波の波長における反射率が、前記第１の端面及び前記第２の端面の前記ラマン光の波長における反射率よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。   The reflectance at the wavelength of the fundamental wave of at least one of the first end face and the second end face is lower than the reflectance at the wavelength of the Raman light of the first end face and the second end face. The laser module according to claim 1. 前記第１の端面及び前記第２の端面の前記ラマン光の波長における反射率が９９．５％以上であり、
前記第１の端面及び前記第２の端面の少なくともいずれかの前記基本波の波長における反射率が１０％以下である
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザモジュール。 The reflectance at the wavelength of the Raman light of the first end face and the second end face is 99.5% or more,
The laser module according to claim 2, wherein a reflectance at a wavelength of the fundamental wave of at least one of the first end face and the second end face is 10% or less. 前記光共振器の内部に配置され、前記ラマン光の波長を変換する波長変換素子を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザモジュール。   4. The laser module according to claim 1, further comprising a wavelength conversion element that is disposed inside the optical resonator and converts a wavelength of the Raman light. 5. 前記波長変換素子の互いに対向する２つの端面の一方が前記第２の端面であり、他方の端面が前記レーザ媒体と対向していることを特徴とする請求項４に記載のレーザモジュール。   5. The laser module according to claim 4, wherein one of two opposing end faces of the wavelength conversion element is the second end face, and the other end face faces the laser medium. 前記レーザ媒体と前記波長変換素子とが一体構造であることを特徴とする請求項５に記載のレーザモジュール。   The laser module according to claim 5, wherein the laser medium and the wavelength conversion element have an integral structure. 前記レーザ媒体が、励起光の入射によって前記基本波を発振するレーザ結晶であり、
前記レーザ結晶の前記励起光が入射する入射面を前記第１の端面とすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザモジュール。 The laser medium is a laser crystal that oscillates the fundamental wave upon incidence of excitation light;
The laser module according to claim 1, wherein an incident surface on which the excitation light of the laser crystal is incident is the first end surface. 前記レーザ結晶が、ネオジウムイオンがドープされたイットリウム・バナデートであることを特徴とする請求項７に記載のレーザモジュール。   The laser module according to claim 7, wherein the laser crystal is yttrium vanadate doped with neodymium ions. 励起光を出射する半導体レーザと、
第１の端面と該第１の端面に対向する第２の端面とで両端面を定義された光共振器、及び、前記光共振器の内部に配置され、前記励起光によって励起された基本波及び該基本波のラマンシフトによって生じるラマン光を発振するレーザ媒体を有し、前記光共振器の内部で前記ラマン光は共振し且つ前記基本波は共振しないように前記第１の端面及び前記第２の端面の反射率が設定されているレーザモジュールと
を備えることを特徴とするレーザ装置。 A semiconductor laser that emits excitation light; and
An optical resonator having both end surfaces defined by a first end surface and a second end surface facing the first end surface, and a fundamental wave disposed inside the optical resonator and excited by the excitation light And a laser medium that oscillates Raman light generated by the Raman shift of the fundamental wave, the first end face and the first facet so that the Raman light resonates inside the optical resonator and the fundamental wave does not resonate. And a laser module in which the reflectance of the end face of 2 is set.
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