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Info
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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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)
- 【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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07142803A true JPH07142803A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17661528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5283123A Pending 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 |
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Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JPH07142803A (ja) |
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- 1994-10-17 US US08/323,883 patent/US5446750A/en not_active Expired - Lifetime
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Date | Code | Title | Description |
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