JPH0388380A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基本波レーザ光を高調波レーザ光に波長変換
して出射する固体レーず装置に関し、特に、励起される
ことにより、先ず、基本波レーザ光を発振し、しかる後
、この発振した基本波レーザ光の一部を高調波レーザ光
に波長変換して出射する固体レーザ媒体を備えた固体レ
ーザ装置に係る。

［従来の技術］ 従来、この種の固体レーザ装置としては、例えば、「Ｅ
ｘｃｉｔｅｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｓｅｌｆ−
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｏｕｂｌｉｎｇ　Ｅｆｆｅｃｔ
　ｏｆ　　Ｎ　ｄ　ｘ　Ｙｌ−ｘ　　（８０３）　ａｃ
ｒｙｓｔａ＋　Ｊ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　
Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ　３．ＮＯ，９、ＰＰ４１３〜
４１６．　（１９８６）に報告されている固体レーザ装
置が知られている。

この固体レーザ装置は、固体レーザ媒体として組成式Ｎ
ｄｘ　Ｙｌ−Ｘ　　（８０３）４においてＸの値を０．
２より小とした結晶を備えている。この固体レーザ媒体
は、所謂、レーザ活性物質たるＮｄを含有した非線形光
学結晶であることから、励起されることにより、Ｎｄの
基本波レーザ光が発振した後、この基本波レーザ光の一
部を内部で高調波レーザ光に波長変換して外部に出射さ
せることができる。特に、この固体レーザ媒体は、前述
した通り、組成式におけるＸの砿を０．２より小と選定
することにより、波長１．０６４ｍの基本波レーザ光を
波長０．５３ｍの第２高調波レーザ光に安定して波長変
換することができる。

この固体レーザ装置の基本構成は、基本波レーザ光に対
して外部共振器を構成すべく、出力鏡と反射鏡とを、こ
れらにより固体レーザ媒体の光輪方向の両端面を空間を
介して挟むように配置すると共に、励起手段たる色素レ
ーザを前記固体レーザ媒体の対向端面に延伸する１１面
に対向配置している。

前記出力鏡と反射鏡は、共に固体レーザ媒体から出射す
る基本波レーザ光をほぼ１００％反射させる光学的特性
を有している。又、高調波レーザ光に対しては、反射鏡
は、はぼ１００％反射させる光学的特性を、出力鏡は、
はぼ８０％透過させる光学的特性を各々兼備している。

前記色素レーザは、固体レーザ媒体における吸収スペク
トルが最も高い波長である５８７．９ｎｓの励起光を出
射させることができる。

以上の構成において、色素レーザから固体レーザ媒体の
側面に励起光を供給することにより、先ず、固体レーザ
媒体から発振した基本波レーザ光の共振光路が出力鏡と
反射鏡との間に形成される。

次に、固体レーザ媒体における前記基本波レーザ光の共
振光路にあたる領域より、基本波レーザ光の一部から波
長変換された高調波レー　ザ光が発生して出力鏡から出
射する。

［発明が解決しようとする課Ｉ］ しかしながら、上述した従来の固体レーザ装置は、励起
手段として色素レーザを使用しているため、装置の大型
化、色素交換等のメンテナンスの必要性、及び寿命の短
命化が避けられないという欠点を有していた。これらの
欠点を解消する途として励起手段を半導体レーザに置換
する途が考えられるが、従来の固体レーザ装置にあって
は、外部共振器を採用しているため、単に、色素レーザ
を半導体レーザに置換しただけでは、共振器内損失が大
きく場合によっては基本波レーザ光の発振すら電束無い
こともある。たとえ、基本波レーザ光を発振させること
ができたとしても、共振器損失に起因する基本波レーザ
光の光量の減少が避けられず、延いてはこの基本波レー
ザ光から波長変換される高調波レーザ光の光量減少をも
招くという問題点があった。更に、外部共振器を採用す
ることに拠る他の弊害として、固体レーザ媒体が基本波
レーザ光の発振、並びにこの基本波レーザ光から高調波
レーザ光への波長変換という両機能を有しているが故の
固有の問題点もある。つまり、波長変換は、基本波レー
ザ光が固体レーザ媒体内を通過する過程においてのみ行
なわれるにも拘す、基本波レーザ光は固体レーザ光は固
体レーザ媒体と、その両端面外方に配置された反射鏡あ
るいは、出力鏡との間、即ち、波長変換に寄与しない光
路を空間伝搬せざるを得す、このため高い波長変換効率
を得ることが妨げられていた。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり
、レーザ活性物質を含有した非線形光学結晶からなる固
体レーザ媒体を備えた固体レーザｉｕｔにおいて、装置
を小型化することを目的としている。更に、本発明は、
前記固体レー１ｆ１体から得られる高調波レーザ光の光
量減少を抑制すると共に、基本波レーザ光から高調波レ
ーザ光への波長変換効率を向上させた固体レーザｉ装置
を提供することを他の目的としている。

［１１１ｉを解決するための手段］ 本発明の固体レーザ装置は、レーザ活性物質を含有した
非線形光学結晶から成り、かつ、対向端面を有する固体
レーザ媒体と、前記固体レーザ媒体に励起光を供給する
半導体レーザ光源とを具備し、前記固体レーザ媒体は、
前記励起光により励起されて前記レーザ活性物質から発
生する基本波レーザ光に対して共振器となる光学的特性
を備えた一対の光学的手段を前記端面上に配設すると共
に、前記一対の光学手段のうち少なくとも一方は前記基
本波レーザ光から波長変換された高調波レーザ光を透過
させる光学的特性を兼備していることを特徴とする。

［作用］ 本発明の固体レーザ装置は、レーザ活性物質を含有した
非線形光学結晶からなり、かつ、前記レーザ活性物質か
ら発生した基本波レーザ光に対して共振器となる光学的
特性を備えた一対の光学的手段を対向端面に配設した固
体レーザ媒体を具備している。これにより、前記レーザ
活性物質から発生する基本波レーザ光の共振光路の形成
の際、基本波レーザ光の共振器内損失に起因する光量減
少を抑制することができる。又、基本波レーザ光から高
調波レーザ光への波長変換の際、波長変換すべき基本波
レーザ光は、波長変換に寄与する光路、即ち、前記一対
の光学的手段に挟持された固体レーザ媒体内の光路のみ
進行することになる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の固体レーザ＠雪に係る一
実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る固体レーザ装置の断
面図、第２図は第１図におけるＩ−Ｉ線断面図である。

この固体レーザ装置は、略円筒状の容器８の一方の端面
の開口部８ａに励起手段たる半導体レーザ光源１２を配
設し、他方の端面の開口部８ｂにコリメータ・レンズ３
を配設し、更に、前記容Ｍ８のの内部に前記半導体レー
ザ光１！１２から出射される励起光Ｌ１の進行方向に沿
って、順次、励起光集束手段４と固体レーザ媒体１とを
収納配置している。

前記固体レーザ媒体１は、組成式Ｎｄｏ、ｚＹａ８（８
０３）４から成る。換言するならば、この固体レーザ媒
体１はレーザ活性物質たるＮｄを含有した非線形光学結
晶（非線形定数ｄ−４，０Ｘ１Ｇ’ｅｓｕ　）である、
その形状は、直径３ＭＸ長さ５ｍの略円柱状体を成し、
光軸方向の両蝙面１ａ１１ｂの各々には、外方に凸状の
球面レンズ（曲率半径：５ｍ）が形成されている。前記
端ＷＪ１ａと１ｂには、Ｎｄから発生する基本波レーザ
光Ｌ２（波長：　１．０６４＃Ｉ）に対して共振器とな
る光学的特性を備えた一対の光学的手段たる光学的薄膜
２ａ、２ｂとが被着されている。つまり、前記光学的薄
膜２ａ、２ｂは、共に、前記基本波レーザ光の波長１．
０６４ｍに対してほぼ１００％反射させる光学的特性を
備えている。又、前記光学的薄膜２ａは基本波レーザ光
から波長変換された高調波レーザ光Ｌ３　（波長：０．
５３１＃ｌ）に対してほぼ１００％反射させ、かつ、励
起光Ｌ１をほぼ１００％透過させる光学的特性を、前記
光学的薄膜２ｂは前記高調波レーザ光Ｌ３に対してほぼ
８０％透過させる光学的特性を各々兼備している。本実
施例においては、前記光学的薄膜２ａ。

２ｂを各々、上述した光学的特性を有するようにＴ　ｉ
　Ｏ＊　／Ｓ　ｉ　０２からなる誘導体多屑膜により構
成している。

前記固体レーザ媒体１は、外周面の輪方向における中央
部に鍔部を配設した略円筒状体からなる可動ホルダー５
８の内周面に接養剤（図示せず）を介して固着されてい
る。この可動ホルダー５ａは、更に略円筒状体の固定ホ
ルダー５ｂの内周面によって収容保持されている。この
固定ホルダー５ｂの内周面と前記可動ホルダー５ａの外
周面とを、すきま嵌め嵌合にすると共に、固定ホルダー
５ｂの内周面に配設された溝と可動ホルダー５ａの鍔部
とを嵌合させることにより、可動ホルダー５ａは、軸方
向の移動を防止された状態で固定ホルダー５ｂに対して
回転自在に摺動することができる。このように、固体レ
ーザ媒体１を固着収納した可動ホルダー５ａを固定ホル
ダー５ｂに対して回転自在にすることにより、位相整合
条件を満足するように、半導体レーザ光源１２から出射
した励起光り丁の偏波面に対して固体レーザ媒体１の結
晶輸が所定の角度を成すように予め角度設定することが
できる。更に、前記固定ホルダー５ｂは図中下方に切欠
部を有する環状体の断熱材７を介して容器８の内周面に
形成された保持ｌ！ｌ５８ｅにより容１１８に保持され
ている。又、断熱材７の切欠部には可動ホルダー５ａ、
　ｌ！定ホルダー５ｂを介して固体レーザ媒体１を一定
温度に保持するベルチェ素子６が挿入されている。この
ベルチェ素子６は容器８の外部に設けられた駆動装置１
１０に接続されており、この駆動装置１０により固体レ
ーザ媒体１の温度が一定になるようにｉｌｌ　ｉｌｌさ
れてぃる。

半導体レーザ光源１２は波長８０５ｎ−のレーザ光を励
起光Ｌ１として出射することができるＧａＡｌＡｓ系の
半導体レーザ（最大出力５００ｍＷ）から構成されてい
る。前記波長８０５　ｎｌは、固体レーザ媒体１におい
て比較的高い吸収特性を有すると共に、量子効率も高い
波長であることから、この波長の励起光Ｌ１を固体レー
ザ媒体１に供給することにより、高い励起効率で固体レ
ーザ媒体１を励起することができる。又、半導体レーザ
光源１２の背面には、縦断面櫛状の放熱板９が配設され
ていることから、半導体レーザ光源１２に蓄積された熱
を放出することができる。尚、この半導体レーザ光源は
、容！１８の外部に設けられた駆動装置１１によって、
駆動される。

励起光集束手段４は、集束特性を高めるために凸レンズ
４ａ、、４ｂから構成されており、この励起光集束手段
４により、半導体レーザ光源１２から固体レーザ媒体１
に供給される励起光Ｌ１は集束性を付与される。

つまり、半導体レーザ光源１２から出射した励起光し盲
は凸レンズ４ａにより、−旦、平行光に変換された後、
凸レンズ４ｂにより、固体レーザ媒体１内の端面１ａ近
傍の光軸上に集束される。又、凸レンズ４ａ、４ｂの各
々は、容器８の内周面に突設された保持部８ｃ、８ｄに
より容器８に保持されている。

次に、上述した構成から成る固体レーザ装置の作動につ
いて説明する。

先ず、半導体レーザ光源１２から出射した励起光Ｌ１は
、凸レンズ４ａによって、−旦、平行光に変換された後
、凸レンズ４ｂによって固体レーデ媒体１内の端面１ａ
近傍の光軸上に集束される。

この固体レーザ媒体１への励起光Ｌ１の集束は、後述す
る、固体レーザ媒体１内に形成される基本波レーザ光Ｌ
２の共振光路に、励起光Ｌ１の固体レーザ媒体１内に形
成された光路が含まれるようになされている。固体レー
ザ媒体１は、上述のように供給された励起光Ｌ１により
高い励起効率で励起され、これにより、Ｎｄから発生し
た基本波レーザ光Ｌ２の共振光路が共振器をなす一対の
光学的Ｒ１１２ａ、２ｂｆｌｌに形成される。このとき
、光学的薄膜２ａ、２ｂは共に基本波レーザ光Ｌ２を実
質的に１００％反射させる光学的特性を有していること
から、実質的に基本波レーザ光し２は固体レーザ媒体°
１の内部に封じ込められる。又、前記基本波レーザ光し
２の共振光路は、前記一対の光学内薄１１２ａ、２ｂを
被着した端面１ａ１１ｂが共に外方に凸状の球面レンズ
に形成されていることから、固体レーザ媒体１の光軸方
向における中央部にビーム・ウェストを形成する。この
ように形成された基本波レーザ光Ｌ２の共振光路にあた
る固体レーザ媒体１の領域から、基本波レーザ光Ｌ２の
一部が波長変換された第２高調波レーザ光Ｌ３が生成さ
れる。この生成された第２高調波レーザＬ３は、基本波
レーザ光Ｌ２の進行方向に沿って進行するが、この第２
高調波し一ザ光Ｌ３の波長に対しては前記一対の光学内
薄１１２ａ。

２ｂの内、光学的薄膜２ｂのみが透過性を有しているの
で、この光学的薄膜２ｂが被着された端面１ｂから出射
する。この固体レーザ媒体１から出射した第２高調波レ
ーザ光Ｌ３は基本波レーザ光Ｌ２の共振光路に沿った拡
故光となっているので、コリメータ・レンズ３によって
、平行光に変換されて固体レーザ装置から出射される。

本実施例において、半導体レーザ光源１２から４５０−
の出力で励起光Ｌ１を固体レーザ媒体１に供給したとこ
ろ、得られた第２高調波レーザ光Ｌ３の出力は１０−で
あった。

本実施例の固体レーザ装置は、固体レーザ媒体１の両端
面１ａ、１ｂに、基本波レーザ光Ｌ２に対して共振光路
となる光学的特性を有する一対の光学的薄膜２ａ１２ｂ
を被着している。これにより、基本波レーザ光Ｌ２の発
振の際、基本波レーザ光Ｌ２の共振器内損失に起因する
光像減少を抑制することができる。従って、比較的小さ
な出力の半導体レーザ光源１２を励起光源として使用す
ることが可能になるので、装置を小型化することができ
る。又、基本波レーザ光Ｌ２からｇａ波レーザ光への波
長変換に際しては、上述した通り、基本渡レーザ光の光
量減少が抑制されているので、この基本波レーザ光から
波長変換されるｇａ波レーザ光の光量減少をも抑制する
ことができる。更に、波長変換すべき基本波レーザ光Ｌ
２が、波長変換に寄与する光路、即ち、前記光学的薄膜
２ａ。

２ｂに挟持された固体レーザ媒体１内の光路のみを進行
することから高い波長変換効率が得られる。

特に、本実施例の固体レーザ装置においては、前記一対
の光学的薄膜２ａ１２ｂを被着した端面１ａ、ｌｂを共
に外方に凸状の球面レンズに形成していることから、基
本波レーザ光Ｌ２の共振光路が固体レーザ媒体１におけ
る光軸方向の中央部にビーム゛・ウェストを形成して基
本波レーザ光１．２のパワー密度を向上させたことも相
俟って、従来の固体レーザ装置に比較して極めて高い値
である２％という波長変換効率を得ることができた。

又、本実施例の固体レーザ装置は、半導体レーザ光源１
２を放熱板９により冷却すると共にペルチェ素子６によ
って固体レーザ媒体１を一定温度に保持していることか
ら、基本波レーザ光Ｌ２の発振に際しては、共振器長を
一定に保持することができるので、安定して基本波レー
ザ光Ｌ２を発振させることができる。又、基本波レーザ
光Ｌ２から第２高調波レーザ光Ｌ３への波長変換に際し
ては、温度位相整合条件を一定に保持することができる
ので、安定して基本波レーザ光Ｌ２から第２高調波レー
ザ光Ｌ３に波長変換することができる。

本実施例においては、箒２高調波レーザＬ３の出力安定
性は１％以内であった。

次に、本実施例の固体レーザ装置を構成する構成要素の
他の態様について説明する。

先ず、固体レーザ媒体としては組成式ＮｄＹ（８０３）
４の他にＮｄ：ＭＣＪＯ：Ｌｉ０ＮｂＯ３からなる非線
形光学結晶を使用しても良い。又、レーザ活性物質とし
てＮｄの他にＥｒ等の希土類を含有させたものであって
もよい。そして、固体レーザ媒体の両端面に配設された
、基本波レーザ光に対して共振器となる光学的特性を備
えた一対の光学的手段としては、前記両端面に反射面を
当接させた鏡を使用してもよい。又、固体レーザ媒体内
に基本波レーザ光の共振光のビーム・ウェス伏 トを形成するためには必ず両端面を外方に白参の球面レ
ンズに形成する必要はなく、何れか一方だけでもよい。

次に、半導体レーザ光源としては、固体レーザ媒体に含
有される種々のレーザ活性物質が有する吸収波長帯域に
適合する波長を出射する半導体レーザを適宜選択すれば
よく、例えば、Ｅ「を含有した非線形光学結晶を励起す
る場合であれば、７９７ｎｉ＋の波長成分を含むレーザ
光を出射する半導体レーザを使用すればよい。又、半導
体レーザの出力は、現在市販されているものの中で最も
出力が小さい３０ｍ％＃程度であっても、基本波レーザ
光を安定して発振し、しかる後、この基本波レーザ光か
ら高調波レーザ光に波長変換し得ることを確認している
。更に、固体レーザ媒体を励起する方向は、端面励起に
限られたものではなく銅面から励起してもよい。

更に、励起光集束手段としては、非球面レンズ、プリズ
ムから構成される公知のビーム断面整形器、屈折率分布
レンズ等を使用してもよく、あるいは、これらの励起光
集束手段と半導体レーザ光源とをファイバー、ファイバ
ー・バンドル等によって光学的に結合してもよい。

［発明の効果］ 本発明の固体レーザ装置は、レーザ活性物質を含有する
非線形光学結晶からなり、かつ、前記レーザ活性物質か
ら発生した基本波レーザ光に対して共振器となる光学的
特性を備えた一対の光学的手段を対向端面に配設した固
体レーザ媒体を具備している。これにより、前記レーザ
活性物質から発生する基本波レーザ光の発振の際、基本
波レーザ光の共振器内損失に起因する光量減少を抑制す
ることができることから、比較的出力の小さな半導体レ
ーザ光源であっても励起光源として使用することができ
るので、装置を小型にすることができる。又、基本波レ
ーザ光から高調波”レーザ光への波長変換に際しては、
上述したように基本波レーザ光の共振器内損失に起因す
る光量減少を抑制することができることから、この基本
波レーザ光から高調波レーザ光に波長変換される高調波
レーザ光の光量減少をも抑制することができる。

更に、波長変換すべき基本波レーザ光は、波長変換に寄
与する光路、即ち、前記一対の光学的手段に挟持された
固体レーザ媒体内の光路のみを進行することから、高い
波長変換効率で高調波レーザ光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体レーザｌｉｌに係る一実施例の断
面図、第２図は第１図におけるＩ−Ｉ線断面図である。 １・・・固体レーザ媒体、１ａ、１ｂ・・・端面２ａ、
２ｂ・・・光学的１１１１．４・・・励起光集束手段１
２・・・半導体レーザ光源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ活性物質を含有した非線形光学結晶から成り、か
   つ、対向端面を有する固体レーザ媒体と、前記固体レー
   ザ媒体に励起光を供給する半導体レーザ光源とを具備し
   、 前記固体レーザ媒体は、前記励起光により励起されて前
   記レーザ活性物質から発生する基本波レーザ光に対して
   共振器となる光学的特性を備えた一対の光学的手段を前
   記端面上に配設すると共に、前記一対の光学手段のうち
   少なくとも一方は前記基本波レーザ光から波長変換され
   た高調波レーザ光を透過させる光学的特性を兼備してい
   ることを特徴とする固体レーザ装置。