JPH07142803A - レーザーダイオードポンピング固体レーザー - Google Patents

レーザーダイオードポンピング固体レーザー

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JPH07142803A
JPH07142803A JP5283123A JP28312393A JPH07142803A JP H07142803 A JPH07142803 A JP H07142803A JP 5283123 A JP5283123 A JP 5283123A JP 28312393 A JP28312393 A JP 28312393A JP H07142803 A JPH07142803 A JP H07142803A
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electronic cooling
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temperature
cooling element
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Takashi Otsuka
尚 大塚
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Hiroaki Hiuga
浩彰 日向
Shinji Mitsumoto
真司 三本
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学モジュールを電子冷却素子の冷却面上に
載置して温度調節するとともに、これらの光学モジュー
ルと電子冷却素子とを筐体内に収納する構造のレーザー
ダイオードポンピング固体レーザーにおいて、電子冷却
素子の放熱による影響を除いて、温度調節の精度を十分
に高くする。 【構成】 電子冷却素子２をその放熱面２ａを介して外
側筐体１の内部に保持する一方、電子冷却素子２の冷却
面２ｂ上に内側筐体３を配し、この内側筐体３の内部に
光学モジュール４を収納する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザーダイオードポン
ピング固体レーザーに関し、特に詳細には、光学モジュ
ールの温度調節に関わる構造が改良されたレーザーダイ
オードポンピング固体レーザーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開昭62-189783 号公報に示され
ているように、ネオジウム等の希土類が添加された固体
レーザー媒質を半導体レーザー（レーザーダイオード）
によってポンピングするレーザーダイオードポンピング
固体レーザーが公知となっている。このレーザーダイオ
ードポンピング固体レーザーにおいては、より短波長の
レーザービームを得るために、その共振器内に非線形光
学材料の結晶を配置して、固体レーザービームを第２高
調波等に波長変換することも広く行なわれている。
【０００３】この種のレーザーダイオードポンピング固
体レーザーにおいては、ポンピング源であるレーザーダ
イオードの出力および発振波長の変動を抑えるため、さ
らに上述の波長変換を行なう場合は非線形光学結晶にお
いて所定の位相整合状態を維持するために、レーザーダ
イオード、固体レーザー結晶および共振器等からなる光
学モジュールを所定温度に調節するのが一般的である。
この温度調節は通常、上記光学モジュールを電子冷却素
子（ペルチェ素子）の冷却面上に載置するとともに、レ
ーザーダイオードや非線形光学結晶の近傍の温度を検出
し、その検出温度に基づいて電子冷却素子の駆動を制御
することによってなされる。
【０００４】一方上記のようなレーザーダイオードポン
ピング固体レーザーは、他の多くのレーザー装置と同
様、光学モジュールの保護や外部との断熱のために、光
学モジュールを１つの筐体内に収納し、この筐体に設け
たビーム取出し窓からレーザービームを取り出すように
して使用される。従来この筐体は、光学モジュールを上
述の電子冷却素子とともに収納し、電子冷却素子をその
放熱面を介して保持するように構成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て光学モジュールと電子冷却素子とを１つの筐体内に収
納してなる従来のレーザーダイオードポンピング固体レ
ーザーは、温度調節の精度が十分に高いとは言えないも
ので、筐体内部の温度が変動しやすいものとなってい
た。この温度変動が生じると、ポンピング源であるレー
ザーダイオードの出力および発振波長が変動し、そのた
めに、固体レーザービームの出力および発振波長が変動
してしまう。
【０００６】また、筐体内部の温度が変動すると、熱膨
張および収縮により光学部品が動いたり、さらには波長
変換のために設けた非線形光学結晶の温度が変動し、そ
のために所定の位相整合状態が得られなくなってビーム
出力が変動したり、ビーム品質が劣化する不具合も生じ
る。
【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、温度調節の精度を十分に高くして、ビーム出力
および波長の変動を防止でき、またビーム品質の点でも
優れたレーザーダイオードポンピング固体レーザーを提
供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザーダ
イオードポンピング固体レーザーは、前述したようにレ
ーザーダイオード、このレーザーダイオードから発せら
れたレーザービームによって励起される固体レーザー結
晶、および共振器からなる光学モジュールと、この光学
モジュールが載置される冷却面、および熱を放出する放
熱面を有する電子冷却素子とを備えてなるレーザーダイ
オードポンピング固体レーザーにおいて、電子冷却素子
の上記冷却面上において光学モジュールを内部に収納す
る内側筐体と、この内側筐体および上記電子冷却素子を
内部に収納し、電子冷却素子をその放熱面を介して保持
する外側筐体と、上記内側筐体内の温度を検出する温度
センサと、この温度センサの出力に基づいて上記電子冷
却素子の駆動を制御して、内側筐体の内部温度を所定の
目標値に維持させる制御回路とを備えたことを特徴とす
るものである。
【０００９】
【作用および発明の効果】本発明者等の研究によると、
従来のレーザーダイオードポンピング固体レーザーにお
いて温度調節の精度を十分に高めることができないの
は、下記の理由によることが判った。すなわち、従来の
レーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいて
は、光学モジュールを収納する１つの筐体に電子冷却素
子の放熱面が接しているため、電子冷却素子の放熱がこ
の筐体を通してなされ、それにより筐体自身および筐体
内部に温度変動が生じやすくなっているのである。
【００１０】上記構成の本発明によるレーザーダイオー
ドポンピング固体レーザーにおいては、外側筐体が上記
従来装置における１つの筐体に相当するので、この外側
筐体を通して電子冷却素子の放熱がなされる。そこで、
この外側筐体自身およびその内部の温度が変動し得るの
は従来装置と同様であるが、本発明のレーザーダイオー
ドポンピング固体レーザーにおいてはこの外側筐体の内
側にさらに内側筐体が配され、光学モジュールはその内
側筐体の中に収められているので、光学モジュールに上
記温度変動の影響が及び難く、それにより温度調節の精
度が十分に高められることになる。
【００１１】なお上記の内側筐体は、電子冷却素子の放
熱面ではなく冷却面上に配されているので、この内側筐
体を通して電子冷却素子の放熱がなされることはなく、
したがって、この内側筐体自身が電子冷却素子の放熱に
よって直接的に温度変動することはない。
【００１２】そして、上記内側筐体内の検出温度に基づ
いて電子冷却素子の駆動を制御すれば、この内側筐体内
の光学モジュールの温度が高精度で目標値に維持され
る。それにより本発明のレーザーダイオードポンピング
固体レーザーは、ビーム出力および波長の変動を防止で
き、またビーム品質の点でも優れたものとなる。
【００１３】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例によるレー
ザーダイオードポンピング固体レーザーを示すものであ
る。このレーザーダイオードポンピング固体レーザー
は、外側筐体１と、この外側筐体１の内部に配され、放
熱面２ａが該外側筐体１に保持された電子冷却素子（ペ
ルチェ素子）２と、同じく外側筐体１の内部に配されて
電子冷却素子２の冷却面２ｂ上に固定された内側筐体３
と、この内側筐体３の内部に収納された光学モジュール
４と、内側筐体３の内部温度を検出する温度センサ５
と、この温度センサ５の出力に基づいて上記電子冷却素
子２の駆動を制御する制御回路６とを有している。
【００１４】まず、上記光学モジュール４について詳し
く説明する。この光学モジュール４は、ポンピング光と
してのレーザービーム10を発する半導体レーザー（フェ
ーズドアレイレーザー）11と、発散光である上記レーザ
ービーム10を集束させる集光レンズ12と、ネオジウム
（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質であるＹ
ＡＧ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称する）13と、こ
のＮｄ：ＹＡＧ結晶13の前方側（図中右方側）に配され
た共振器ミラー14と、この共振器ミラー14とＮｄ：ＹＡ
Ｇ結晶13との間に配されたＫＮ結晶15と、このＫＮ結晶
15と共振器ミラー14との間に配されたエタロン16とから
なる。
【００１５】半導体レーザー11としては、波長809 ｎｍ
のレーザービーム10を発するものが用いられている。ま
たＮｄ：ＹＡＧ結晶13は、一例としてＮｄ濃度が１at％
で、厚さが１ｍｍのものである。このＮｄ：ＹＡＧ結晶
13は入射したレーザービーム10によってネオジウム原子
が励起されることにより、波長が946 ｎｍのレーザービ
ーム20を発する。このレーザービーム20はエタロン16に
よって単一縦モード化され、そして非線形光学材料であ
るＫＮ結晶15により、波長が１／２すなわち473 ｎｍの
青色の第２高調波21に変換される。この第２高調波21は
適宜のコーティングが施された共振器ミラー14を透過
し、内側筐体３のビーム取出し窓３ａおよび外側筐体１
のビーム取出し窓１ａを通して外部に取り出される。
【００１６】なお図２に正面形状を示すように、内側筐
体３のビーム取出し窓３ａには、第２高調波21に対する
無反射コートが施されたガラス板３ｂが取り付けられ、
この内側筐体３による断熱効果が損なわれないようにさ
れている。また外側筐体１のビーム取出し窓１ａにも、
同様のガラス板１ｂが取り付けられている。
【００１７】次に温度調節について説明する。温度セン
サ５は内側筐体３内において、発熱する半導体レーザー
11の近傍の温度を測定し、温度検出信号Ｓ１を制御回路
６に入力する。制御回路６はこの信号Ｓ１に基づいて電
子冷却素子２の駆動を制御し、その冷却面２ｂ上の内側
筐体３の内部温度つまり光学モジュール４の周囲温度
を、目標値に保つように調節する。
【００１８】ここで、上記電子冷却素子２が駆動する
と、その放熱面２ａから熱が放出される。この熱は、放
熱面２ａに接している外側筐体１を通して放出されるの
で、外側筐体１自身およびその内部の温度が変動する。
しかし光学モジュール４はこの外側筐体１の内部におい
てさらに内側筐体３内に収納されているので、上記温度
変動の影響を受け難く、半導体レーザー11やＫＮ結晶15
が高精度で所定温度に保たれる。また光学モジュール４
は、外側筐体１の外の環境温度に対しては、該外側筐体
１および内側筐体３によって二重に断熱されているの
で、この環境温度の変動の影響を受け難く、この点から
も光学モジュール４の温度調節の精度が向上する。
【００１９】本実施例では、環境温度変動がある場合の
光学モジュール４の温度調節精度（目標値との誤差）を
±0.01℃以下にすることができた。それに対して、従来
装置と同様に内側筐体３を省き、それ以外は上記実施例
と同様に形成した比較例の温度調節精度は±0.1 ℃であ
った。また、上記実施例のＮｄ：ＹＡＧ結晶13をＮｄ：
ＹＶＯ4 結晶に置き代え、ＫＮ結晶15をＫＴＰ結晶に置
き代えた構成においても、温度調節精度±0.01℃以下を
実現できた。
【００２０】なお光学モジュール４の中で、例えば半導
体レーザー11やＫＮ結晶15等の特に厳しい温度調節精度
が求められる要素は、内側筐体３の内部にさらに設けた
１つあるいは多重の筐体内に収納して、断熱効果をさら
に高めるようにしてもよい。
【００２１】また内側筐体３の内部と外部との断熱効果
を高めるためには、図３にも示すように、その配線用窓
３ｃに内側筐体本体と電気的に絶縁されたリード端子８
を嵌め込み、半導体レーザー11および温度センサ５と外
部回路とをこのリード端子８を介して接続すると、さら
に効果的である。また、このようなリード端子８を利用
せずに、配線用窓３ｃにリード線を通す場合は、その配
線用窓３ｃを必要最小限の大きさとするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるレーザーダイオードポ
ンピング固体レーザーを示す一部破断側面図
【図２】図１の装置の一部分を示す立面図
【図３】図１の装置の他の部分を示す立面図
【符号の説明】
１ 外側筐体 １ａ 外側筐体のビーム取出し窓 ２ 電子冷却素子 ２ａ 電子冷却素子の放熱面 ２ｂ 電子冷却素子の冷却面 ３ 内側筐体 ３ａ 内側筐体のビーム取出し窓 ３ｃ 内側筐体の配線用窓 ４ 光学モジュール ５ 温度センサ ６ 制御回路 ８ リード端子 10 レーザービーム（ポンピング光） 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Ｎｄ：ＹＡＧ結晶 14 共振器ミラー 15 ＫＮ結晶 16 エタロン 20 レーザービーム（固体レーザービーム） 21 第２高調波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/094 (72)発明者 三本 真司 神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザーダイオード、このレーザーダイ
    オードから発せられたレーザービームによって励起され
    る固体レーザー結晶、および共振器からなる光学モジュ
    ールと、 この光学モジュールが載置される冷却面、および熱を放
    出する放熱面を有する電子冷却素子と、 この電子冷却素子の前記冷却面上において前記光学モジ
    ュールを内部に収納する内側筐体と、 この内側筐体および前記電子冷却素子を内部に収納し、
    電子冷却素子をその放熱面を介して保持する外側筐体
    と、 前記内側筐体内の温度を検出する温度センサと、 この温度センサの出力に基づいて前記電子冷却素子の駆
    動を制御して、前記内側筐体の内部温度を所定の目標値
    に維持させる制御回路とを備えたことを特徴とするレー
    ザーダイオードポンピング固体レーザー。
JP5283123A 1993-11-12 1993-11-12 レーザーダイオードポンピング固体レーザー Pending JPH07142803A (ja)

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JP5283123A JPH07142803A (ja) 1993-11-12 1993-11-12 レーザーダイオードポンピング固体レーザー
US08/323,883 US5446750A (en) 1993-11-12 1994-10-17 Laser diode pumped solid laser

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