JP2003174222A - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JP2003174222A JP2003174222A JP2001372557A JP2001372557A JP2003174222A JP 2003174222 A JP2003174222 A JP 2003174222A JP 2001372557 A JP2001372557 A JP 2001372557A JP 2001372557 A JP2001372557 A JP 2001372557A JP 2003174222 A JP2003174222 A JP 2003174222A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度依存性が小さい疑似位相整合波長変換素
子を、温度制御システムによって容易に波長整合するこ
とができるレーザ装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ１からの励起光により、固
体レーザ結晶３が励起され基本波を発生し出力ミラー６
の面６ａと固体レーザ結晶３の面３ａで構成される共振
器内でレーザ発振する。ホルダ８に取付けられペルチェ
素子１０によって温度制御されるらせんコイル回転部１
６により、共振器内に設けられた疑似位相整合波長変換
素子４ａが回転され、レーザ光入射角が変化し、疑似位
相整合波長変換素子の変換中心波長と共振器波長との波
長整合がおこなわれ、第２高調波を発振する。そしてそ
の出力がフィードバックされ安定した変換が行なわれ
る。
子を、温度制御システムによって容易に波長整合するこ
とができるレーザ装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ１からの励起光により、固
体レーザ結晶３が励起され基本波を発生し出力ミラー６
の面６ａと固体レーザ結晶３の面３ａで構成される共振
器内でレーザ発振する。ホルダ８に取付けられペルチェ
素子１０によって温度制御されるらせんコイル回転部１
６により、共振器内に設けられた疑似位相整合波長変換
素子４ａが回転され、レーザ光入射角が変化し、疑似位
相整合波長変換素子の変換中心波長と共振器波長との波
長整合がおこなわれ、第２高調波を発振する。そしてそ
の出力がフィードバックされ安定した変換が行なわれ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に係わ
り、特に、半導体レーザ励起によるレーザ媒質を用い、
共振器内に設けられた非線形光学結晶によって第２高調
波をレーザ発振するレーザ装置に関する。
り、特に、半導体レーザ励起によるレーザ媒質を用い、
共振器内に設けられた非線形光学結晶によって第２高調
波をレーザ発振するレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体レーザの高効率化を実現する手法と
して励起光源に半導体レーザ（ＬＤ）を用いる方法が普
及している。ＬＤを用いることによって、固体レーザ結
晶の吸収ピークを効率的に励起することが可能であり、
さらにＬＤ自体の電流―光出力効率が高いため、余分な
エネルギーを必要としないなどの利点がある。半導体レ
ーザ（ＬＤ）励起固体レーザ装置はその特徴である低電
力、小型、長寿命、取扱いのし易さなどにより、研究用
はもちろん工業的にも多く用いられている。
して励起光源に半導体レーザ（ＬＤ）を用いる方法が普
及している。ＬＤを用いることによって、固体レーザ結
晶の吸収ピークを効率的に励起することが可能であり、
さらにＬＤ自体の電流―光出力効率が高いため、余分な
エネルギーを必要としないなどの利点がある。半導体レ
ーザ（ＬＤ）励起固体レーザ装置はその特徴である低電
力、小型、長寿命、取扱いのし易さなどにより、研究用
はもちろん工業的にも多く用いられている。
【０００３】図５に従来のＬＤ励起固体レーザ装置を示
す。ここでは青色レーザを実現するために、半導体レー
ザ１（ＬＤ）と、固体レーザ結晶３としてＮｄ：ＹＡＧ
結晶、波長変換用の非線形光学結晶４としてＫＮｂＯ３
(ＫＮ)結晶を用いたＬＤ励起固体レーザ装置について説
明する。この装置では、半導体レーザ１から出力された
励起光（８０９ｎｍ）が、レンズ２を通過し、固体レー
ザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）に集光される。固体レー
ザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）により出力された基本波
（９４６ｎｍ）は、固体レーザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶）の面３ａと出力ミラー６の面６ａの凹面に、基本波
（９４６ｎｍ）に対して高反射コーティングが施されて
構成された共振器内に閉じこめられレーザ発振に至る。
す。ここでは青色レーザを実現するために、半導体レー
ザ１（ＬＤ）と、固体レーザ結晶３としてＮｄ：ＹＡＧ
結晶、波長変換用の非線形光学結晶４としてＫＮｂＯ３
(ＫＮ)結晶を用いたＬＤ励起固体レーザ装置について説
明する。この装置では、半導体レーザ１から出力された
励起光（８０９ｎｍ）が、レンズ２を通過し、固体レー
ザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）に集光される。固体レー
ザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）により出力された基本波
（９４６ｎｍ）は、固体レーザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶）の面３ａと出力ミラー６の面６ａの凹面に、基本波
（９４６ｎｍ）に対して高反射コーティングが施されて
構成された共振器内に閉じこめられレーザ発振に至る。
【０００４】この共振器内に波長変換用の非線形光学結
晶４（ＫＮｂＯ３(ＫＮ)結晶）を挿入することにより、
基本波（９４６ｎｍ）が、波長変換用のＫＮｂＯ３(Ｋ
Ｎ)結晶から第２高調波（４７３ｎｍ）を誘発する。出
力ミラー６は、基本波（９４６ｎｍ）を反射し、第２高
調波（４７３ｎｍ）を透過するように面６ａにコーティ
ングが施されており、波長変換用のＫＮｂＯ３(ＫＮ)結
晶（非線形光学結晶４）からの第２高調波（４７３ｎ
ｍ）は、出力ミラー６を透過し外部に出力される。そし
て、エタロン５が、共振器内の第２高調波発生の際に縦
モード競合によって引き起こされる出力不能やモードホ
ップ等のノイズ等の発生を抑えるために、挿入されて発
振縦モードを単一波長化している。
晶４（ＫＮｂＯ３(ＫＮ)結晶）を挿入することにより、
基本波（９４６ｎｍ）が、波長変換用のＫＮｂＯ３(Ｋ
Ｎ)結晶から第２高調波（４７３ｎｍ）を誘発する。出
力ミラー６は、基本波（９４６ｎｍ）を反射し、第２高
調波（４７３ｎｍ）を透過するように面６ａにコーティ
ングが施されており、波長変換用のＫＮｂＯ３(ＫＮ)結
晶（非線形光学結晶４）からの第２高調波（４７３ｎ
ｍ）は、出力ミラー６を透過し外部に出力される。そし
て、エタロン５が、共振器内の第２高調波発生の際に縦
モード競合によって引き起こされる出力不能やモードホ
ップ等のノイズ等の発生を抑えるために、挿入されて発
振縦モードを単一波長化している。
【０００５】上記のように、非線形光学結晶４（ＫＮｂ
Ｏ３(ＫＮ)結晶）を用いた第２高調波による可視光レー
ザの研究・開発は盛んに行われており、その中で、ロー
ノイズ出力のレーザ光の要望が非常に多くなっている。
通常、内部共振器型の第２高調波の発生においては縦モ
ード競合やモードホップ等によるノイズ等が発生する。
その発生を抑えるための最も簡易な方法として、共振器
内にエタロン５を挿入し発振縦モード単一化（単一波長
化）する方法が古くから試みられている。
Ｏ３(ＫＮ)結晶）を用いた第２高調波による可視光レー
ザの研究・開発は盛んに行われており、その中で、ロー
ノイズ出力のレーザ光の要望が非常に多くなっている。
通常、内部共振器型の第２高調波の発生においては縦モ
ード競合やモードホップ等によるノイズ等が発生する。
その発生を抑えるための最も簡易な方法として、共振器
内にエタロン５を挿入し発振縦モード単一化（単一波長
化）する方法が古くから試みられている。
【０００６】共振器内にエタロン５を挿入して使う場
合、その厚さの設計では、固体レーザ結晶３（Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ結晶）のゲイン幅や共振器により決定される縦モー
ド間隔を考慮する必要がある。最適化されたエタロン５
は、その透過ピーク位置が移動しない様に、エタロン５
の温度が一定に保たれる。しかし、エタロン５のみを温
度調整してもレーザ共振器が置かれている環境温度変化
や、レーザ共振器に用いられた光学素子等が、励起光あ
るいはレーザ発振を起しているレーザ光（基本波）など
により、何らかの形で温度変化を起し、実効的な共振器
長が変化する。この実効的共振器長の変化はレーザ発振
波長のシフトを意味し、レーザ発振波長が変化すれば、
エタロン５の透過ピーク位置に対して移動することとな
り、温度を一定に保ったエタロン５の透過ピークとレー
ザ発振波長にズレを生じ、安定な低ノイズでのレーザ発
振を行う事が出来なくなり、最悪の場合モードホップや
ノイズが発生する。
合、その厚さの設計では、固体レーザ結晶３（Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ結晶）のゲイン幅や共振器により決定される縦モー
ド間隔を考慮する必要がある。最適化されたエタロン５
は、その透過ピーク位置が移動しない様に、エタロン５
の温度が一定に保たれる。しかし、エタロン５のみを温
度調整してもレーザ共振器が置かれている環境温度変化
や、レーザ共振器に用いられた光学素子等が、励起光あ
るいはレーザ発振を起しているレーザ光（基本波）など
により、何らかの形で温度変化を起し、実効的な共振器
長が変化する。この実効的共振器長の変化はレーザ発振
波長のシフトを意味し、レーザ発振波長が変化すれば、
エタロン５の透過ピーク位置に対して移動することとな
り、温度を一定に保ったエタロン５の透過ピークとレー
ザ発振波長にズレを生じ、安定な低ノイズでのレーザ発
振を行う事が出来なくなり、最悪の場合モードホップや
ノイズが発生する。
【０００７】そのため、図５に示すように、一体型の共
振器になるように、基準板（図示せず）にホルダ７とホ
ルダ８を固定し、ホルダ７に半導体レーザ１、レンズ２
を固定し、ホルダ８に固体レーザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ
結晶）、非線形光学結晶４（ＫＮｂＯ３(ＫＮ)結晶）、
エタロン５、出力ミラー６を接着し、励起部及び共振部
で発熱した熱を、ホルダ７及びホルダ８を介して、電子
冷却素子のペルチェ素子９及びペルチェ素子１０で冷却
し、ヒートシンクで放散する方法が用いられている。
振器になるように、基準板（図示せず）にホルダ７とホ
ルダ８を固定し、ホルダ７に半導体レーザ１、レンズ２
を固定し、ホルダ８に固体レーザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ
結晶）、非線形光学結晶４（ＫＮｂＯ３(ＫＮ)結晶）、
エタロン５、出力ミラー６を接着し、励起部及び共振部
で発熱した熱を、ホルダ７及びホルダ８を介して、電子
冷却素子のペルチェ素子９及びペルチェ素子１０で冷却
し、ヒートシンクで放散する方法が用いられている。
【０００８】また、レーザ出力を安定させるために、フ
ィードバック回路機構がレーザ共振器外に設けられてい
る。出力ミラー６側より出力されるレーザ光がスプリッ
タ１１でその一部が反射し検出器１２で捉えられ、その
信号が比較器１３に入力されて設定値と比較され、その
増減による制御信号が半導体レーザ１の駆動制御器１４
及び温度制御器１５にフィードバックされる。そして半
導体レーザ１の出力が制御され、また、温度制御器１５
によって光学素子が温度制御され、共振器実効長が調整
され共振波長のシフトが抑制されて、レーザ出力が安定
する。
ィードバック回路機構がレーザ共振器外に設けられてい
る。出力ミラー６側より出力されるレーザ光がスプリッ
タ１１でその一部が反射し検出器１２で捉えられ、その
信号が比較器１３に入力されて設定値と比較され、その
増減による制御信号が半導体レーザ１の駆動制御器１４
及び温度制御器１５にフィードバックされる。そして半
導体レーザ１の出力が制御され、また、温度制御器１５
によって光学素子が温度制御され、共振器実効長が調整
され共振波長のシフトが抑制されて、レーザ出力が安定
する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ装置は以
上のように構成されており、使用されているＫＮｂＯ３
(ＫＮ)結晶やＫＴＰなどの非線形光学結晶４であれば、
１／２の波長を発生する変換効率のピークの波長が温度
によって依存する量が大きいため、ペルチェ素子１０の
温度制御によって、共振器の発振波長に対して最大の変
換効率を出す温度に制御することで、共振器波長と波長
変換素子の変換波長を整合することができた。しかし、
一般に、ＱＰＭ（Ｑｕａｓｉ‐Ｐｈａｓｅ‐Ｍａｔｃｈ
ｉｎｇ：疑似位相整合）波長変換素子の材料であるタン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ３）などの結晶は、従来、用いられている
ＫＮｂＯ３(ＫＮ)結晶やＫＴＰなどの波長変換素子と比
較して、中心波長の温度依存性が小さく、従来のペルチ
ェ素子１０を用いた温度制御の手法では、波長整合がと
れないという問題があった。
上のように構成されており、使用されているＫＮｂＯ３
(ＫＮ)結晶やＫＴＰなどの非線形光学結晶４であれば、
１／２の波長を発生する変換効率のピークの波長が温度
によって依存する量が大きいため、ペルチェ素子１０の
温度制御によって、共振器の発振波長に対して最大の変
換効率を出す温度に制御することで、共振器波長と波長
変換素子の変換波長を整合することができた。しかし、
一般に、ＱＰＭ（Ｑｕａｓｉ‐Ｐｈａｓｅ‐Ｍａｔｃｈ
ｉｎｇ：疑似位相整合）波長変換素子の材料であるタン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やニオブ酸リチウム
（ＬｉＮｂＯ３）などの結晶は、従来、用いられている
ＫＮｂＯ３(ＫＮ)結晶やＫＴＰなどの波長変換素子と比
較して、中心波長の温度依存性が小さく、従来のペルチ
ェ素子１０を用いた温度制御の手法では、波長整合がと
れないという問題があった。
【００１０】一方、ＱＰＭの波長（λ）に対する変換効
率ｇ（λ）は、図６に示すような特性を有し、変換中心
波長の半値幅は０．８ｎｍ程度しかなく、この変換中心
波長に共振器の共振波長を整合する必要がある。ＱＰＭ
の変換中心波長はＱＰＭ反転周期に依存し、ＱＰＭのド
メイン反転周期により設計がなされるものの、周期につ
いては厳密な精度が求められる。この反転周期を厳密に
共振器波長に整合させるようにＱＰＭ波長変換素子を製
作するには、その周期のナノメートルオーダの制御が必
要となり、製造上きわめて難しいという問題がある。
率ｇ（λ）は、図６に示すような特性を有し、変換中心
波長の半値幅は０．８ｎｍ程度しかなく、この変換中心
波長に共振器の共振波長を整合する必要がある。ＱＰＭ
の変換中心波長はＱＰＭ反転周期に依存し、ＱＰＭのド
メイン反転周期により設計がなされるものの、周期につ
いては厳密な精度が求められる。この反転周期を厳密に
共振器波長に整合させるようにＱＰＭ波長変換素子を製
作するには、その周期のナノメートルオーダの制御が必
要となり、製造上きわめて難しいという問題がある。
【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、変換中心波長の温度依存性が小さく、
位相整合のために製作精度が要求されるＱＰＭ波長変換
素子を、ペルチェ素子などによる温度制御システムによ
って容易に波長整合をとることができるレーザ装置を提
供することを目的とする。
たものであって、変換中心波長の温度依存性が小さく、
位相整合のために製作精度が要求されるＱＰＭ波長変換
素子を、ペルチェ素子などによる温度制御システムによ
って容易に波長整合をとることができるレーザ装置を提
供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のレーザ装置は、励起光によりレーザ媒質が
励起され発振した基本波のレーザ光により、共振器内に
設けられた疑似位相整合波長変換素子の非線形光学効果
によって第２高調波をレーザ発振するレーザ装置におい
て、レーザ光入射角と前記疑似位相整合波長変換素子の
周期方向との角度を温度制御による熱膨張―収縮によっ
て変化させる回転手段を設け、前記共振器の発振波長と
前記疑似位相整合波長変換素子における変換中心波長と
の整合をとるように構成したものである。
め、本発明のレーザ装置は、励起光によりレーザ媒質が
励起され発振した基本波のレーザ光により、共振器内に
設けられた疑似位相整合波長変換素子の非線形光学効果
によって第２高調波をレーザ発振するレーザ装置におい
て、レーザ光入射角と前記疑似位相整合波長変換素子の
周期方向との角度を温度制御による熱膨張―収縮によっ
て変化させる回転手段を設け、前記共振器の発振波長と
前記疑似位相整合波長変換素子における変換中心波長と
の整合をとるように構成したものである。
【００１３】そして、本発明のレーザ装置は、前記回転
手段がらせんコイルを有していることを特徴とする。そ
して、本発明のレーザ装置は、前記回転手段が熱膨張係
数の大きい２本の角度調整ロッドを有していることを特
徴とする。
手段がらせんコイルを有していることを特徴とする。そ
して、本発明のレーザ装置は、前記回転手段が熱膨張係
数の大きい２本の角度調整ロッドを有していることを特
徴とする。
【００１４】本発明のレーザ装置は、上記のように構成
されており、半導体レーザを励起光源とし、その励起光
によりレンズを介してレーザ媒質の固体レーザ結晶が励
起され、発振した基本波のレーザ光により、共振器内に
設けられた疑似位相整合波長変換素子の非線形光学結晶
によって第２高調波をレーザ発振する。そして、温度制
御による熱膨張―収縮によって回転する回転手段、例え
ば、らせんコイルが温度により熱膨張―収縮し回転する
機構を設け、それによって疑似位相整合波長変換素子の
非線形光学結晶が回転するように構成し、入射するレー
ザ光に対して疑似位相整合波長変換素子の周期方向との
角度が変化し、共振器の発振波長と疑似位相整合波長変
換素子における変換中心波長との整合が取れるように構
成されている。
されており、半導体レーザを励起光源とし、その励起光
によりレンズを介してレーザ媒質の固体レーザ結晶が励
起され、発振した基本波のレーザ光により、共振器内に
設けられた疑似位相整合波長変換素子の非線形光学結晶
によって第２高調波をレーザ発振する。そして、温度制
御による熱膨張―収縮によって回転する回転手段、例え
ば、らせんコイルが温度により熱膨張―収縮し回転する
機構を設け、それによって疑似位相整合波長変換素子の
非線形光学結晶が回転するように構成し、入射するレー
ザ光に対して疑似位相整合波長変換素子の周期方向との
角度が変化し、共振器の発振波長と疑似位相整合波長変
換素子における変換中心波長との整合が取れるように構
成されている。
【００１５】これにより、変換中心波長の温度依存性が
小さく、且つ、位相整合のために波長変換素子の製作精
度が要求されたＱＰＭ波長変換素子を用いて、ペルチェ
素子などによる温度制御システムによって、ＱＰＭ波長
変換素子の変換中心波長を制御し波長整合をとることが
でき、安定したレーザ出力を得ることができる。
小さく、且つ、位相整合のために波長変換素子の製作精
度が要求されたＱＰＭ波長変換素子を用いて、ペルチェ
素子などによる温度制御システムによって、ＱＰＭ波長
変換素子の変換中心波長を制御し波長整合をとることが
でき、安定したレーザ出力を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のレーザ装置の一実施例
を、図１、図２、図３を参照しながら説明する。図１は
本発明のレーザ装置の半導体レーザ１の励起によるレー
ザ装置の断面を示す図である。図２は本発明のレーザ装
置のレーザ光が疑似位相整合波長変換素子４ａ（以下、
ＱＰＭ波長変換素子４ａと呼ぶ）に入射する角度を変化
させることによって反転層周期Δが変化する様子を示
す。図３は本発明のレーザ装置のＱＰＭ波長変換素子４
ａを回転する機構を示す図である。
を、図１、図２、図３を参照しながら説明する。図１は
本発明のレーザ装置の半導体レーザ１の励起によるレー
ザ装置の断面を示す図である。図２は本発明のレーザ装
置のレーザ光が疑似位相整合波長変換素子４ａ（以下、
ＱＰＭ波長変換素子４ａと呼ぶ）に入射する角度を変化
させることによって反転層周期Δが変化する様子を示
す。図３は本発明のレーザ装置のＱＰＭ波長変換素子４
ａを回転する機構を示す図である。
【００１７】本レーザ装置は、励起光（８０９ｎｍ）を
出力する半導体レーザ１と、励起光を共振器内に設けら
れた固体レーザ結晶３の端面に集光するレンズ２と、励
起光によって励起され共振器の一端を形成する面３ａを
有しレーザ発振する固体レーザ結晶３（例えば、ブルー
用基本波：９４６ｎｍ発振に対してＮｄ：ＹＡＧ結晶、
グリーン用基本波：１０６４ｎｍ発振に対してＮｄ：Ｙ
ＶＯ４結晶等）と、共振器の一端を形成する面６ａを有
する出力ミラー６と、共振器内に設けられ発振縦モード
を単一波長化するエタロン５と、らせんコイル回転部１
６に取付けられ、非線形光学効果によって第２高調波を
発生する波長変換用のＱＰＭ波長変換素子４ａ（例え
ば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）結晶やニオブ
酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等）と、レーザ光入射
角とＱＰＭ波長変換素子４ａの周期方向との角度を温度
制御による熱膨張―収縮によって変化させるらせんコイ
ル回転部１６と、固体レーザ結晶３、らせんコイル回転
部１６、エタロン５、出力ミラー６などの光学素子を取
付け、冷却用のベルチェ素子１０を備えたホルダ８と、
半導体レーザ１、レンズ２を取付け、冷却用のペルチェ
素子９を備えたホルダ７と、レーザ出力光の一部をスプ
リッタ１１で捉え検出する検出器１２と、検出器１２か
らの信号を設定値と比較し増減してフィードバックする
信号を出力する比較器１３と、比較器１３からの信号に
より半導体レーザ１の駆動を制御する駆動制御器１４
と、比較器１３からの信号によりペルチェ素子９、１０
を制御する温度制御器１５とから構成されている。
出力する半導体レーザ１と、励起光を共振器内に設けら
れた固体レーザ結晶３の端面に集光するレンズ２と、励
起光によって励起され共振器の一端を形成する面３ａを
有しレーザ発振する固体レーザ結晶３（例えば、ブルー
用基本波：９４６ｎｍ発振に対してＮｄ：ＹＡＧ結晶、
グリーン用基本波：１０６４ｎｍ発振に対してＮｄ：Ｙ
ＶＯ４結晶等）と、共振器の一端を形成する面６ａを有
する出力ミラー６と、共振器内に設けられ発振縦モード
を単一波長化するエタロン５と、らせんコイル回転部１
６に取付けられ、非線形光学効果によって第２高調波を
発生する波長変換用のＱＰＭ波長変換素子４ａ（例え
ば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）結晶やニオブ
酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等）と、レーザ光入射
角とＱＰＭ波長変換素子４ａの周期方向との角度を温度
制御による熱膨張―収縮によって変化させるらせんコイ
ル回転部１６と、固体レーザ結晶３、らせんコイル回転
部１６、エタロン５、出力ミラー６などの光学素子を取
付け、冷却用のベルチェ素子１０を備えたホルダ８と、
半導体レーザ１、レンズ２を取付け、冷却用のペルチェ
素子９を備えたホルダ７と、レーザ出力光の一部をスプ
リッタ１１で捉え検出する検出器１２と、検出器１２か
らの信号を設定値と比較し増減してフィードバックする
信号を出力する比較器１３と、比較器１３からの信号に
より半導体レーザ１の駆動を制御する駆動制御器１４
と、比較器１３からの信号によりペルチェ素子９、１０
を制御する温度制御器１５とから構成されている。
【００１８】本レーザ装置の従来の装置と異なるところ
は、図５における第２高調波を発生させる非線形光学結
晶４の波長変換素子に、変換中心波長の温度依存性が小
さく、且つ、位相整合のために波長変換素子の製作精度
が要求されたＱＰＭ波長変換素子４ａが用いられ、この
ＱＰＭ波長変換素子４ａがらせんコイル回転部１６に取
付けられ、らせんコイル回転部１６がペルチェ素子１０
で温度制御され熱膨張―収縮によって回転することによ
り、レーザ光入射方向とＱＰＭ波長変換素子４ａの周期
方向との回転角θが変化し、反転層周期が変化して、共
振器の発振波長とＱＰＭ波長変換素子４ａにおける変換
中心波長との整合が取れるようにしたことにある。
は、図５における第２高調波を発生させる非線形光学結
晶４の波長変換素子に、変換中心波長の温度依存性が小
さく、且つ、位相整合のために波長変換素子の製作精度
が要求されたＱＰＭ波長変換素子４ａが用いられ、この
ＱＰＭ波長変換素子４ａがらせんコイル回転部１６に取
付けられ、らせんコイル回転部１６がペルチェ素子１０
で温度制御され熱膨張―収縮によって回転することによ
り、レーザ光入射方向とＱＰＭ波長変換素子４ａの周期
方向との回転角θが変化し、反転層周期が変化して、共
振器の発振波長とＱＰＭ波長変換素子４ａにおける変換
中心波長との整合が取れるようにしたことにある。
【００１９】図２（ａ）は、レーザ光がＱＰＭ波長変換
素子４ａの反転層周期方向と同じ方向に入射した状態を
示す。このときの反転層周期をΔとし、（ｂ）に示すよ
うに、ＱＰＭ波長変換素子４ａがレーザ光に対して回転
角θだけ回転すると、その反転層周期はΔｃｏｓθとな
る。このようにレーザ光に対してＱＰＭ波長変換素子４
ａを回転させると反転層周期はｃｏｓθで変化すること
になる。この回転をらせんコイル回転部１６によって行
なうものである。
素子４ａの反転層周期方向と同じ方向に入射した状態を
示す。このときの反転層周期をΔとし、（ｂ）に示すよ
うに、ＱＰＭ波長変換素子４ａがレーザ光に対して回転
角θだけ回転すると、その反転層周期はΔｃｏｓθとな
る。このようにレーザ光に対してＱＰＭ波長変換素子４
ａを回転させると反転層周期はｃｏｓθで変化すること
になる。この回転をらせんコイル回転部１６によって行
なうものである。
【００２０】ＱＰＭ波長変換素子４ａの回転機構（らせ
んコイル回転部１６）は、図３に示すように、ペルチェ
素子１０によって冷却されるホルダ８に取付けられた固
定台１６ｂと、その固定台１６ｂの軸受け部分に嵌め込
まれ、ＱＰＭ波長変換素子４ａを上部に取付けて水平に
自由に回転する回転台１６ａと、回転台１６ａの下部の
回転台軸１６ｅに一端が固定され他端がホルダ８の固定
ピン１６ｄに固定された熱膨張係数の大きい金属材料か
らなるらせんコイル１６ｃとから構成されている。らせ
んコイル１６ｃは、らせん状になっているため、用いる
金属の膨張係数やペルチェ素子１０の温度制御範囲など
によって、適度な長さに設計できる。そして、ホルダ８
がペルチェ素子１０で冷却され、クーラ機構によって、
らせんコイル１６ｃが伸縮し、発生する回転力が回転台
軸１６ｅに伝達され、回転台１６ａが回転し、取付けら
れたＱＰＭ波長変換素子４ａが冷却温度に応じて水平方
向に回転角θだけ回転する。
んコイル回転部１６）は、図３に示すように、ペルチェ
素子１０によって冷却されるホルダ８に取付けられた固
定台１６ｂと、その固定台１６ｂの軸受け部分に嵌め込
まれ、ＱＰＭ波長変換素子４ａを上部に取付けて水平に
自由に回転する回転台１６ａと、回転台１６ａの下部の
回転台軸１６ｅに一端が固定され他端がホルダ８の固定
ピン１６ｄに固定された熱膨張係数の大きい金属材料か
らなるらせんコイル１６ｃとから構成されている。らせ
んコイル１６ｃは、らせん状になっているため、用いる
金属の膨張係数やペルチェ素子１０の温度制御範囲など
によって、適度な長さに設計できる。そして、ホルダ８
がペルチェ素子１０で冷却され、クーラ機構によって、
らせんコイル１６ｃが伸縮し、発生する回転力が回転台
軸１６ｅに伝達され、回転台１６ａが回転し、取付けら
れたＱＰＭ波長変換素子４ａが冷却温度に応じて水平方
向に回転角θだけ回転する。
【００２１】通常、レーザ装置の共振器の基台になるホ
ルダ８及びホルダ７は、膨張係数の小さい材料により構
成され、環境温度変化に対して大きく変化しないよう
に、ペルチェ素子１０及びペルチェ素子９などにより温
度が一定に保たれている。同様に、固体レーザ結晶３、
らせんコイル回転部１６（ＱＰＭ波長変換素子４ａ）、
エタロン５、出力ミラー６等の光学素子や、半導体レー
ザ１、レンズ２が、ホルダ８及びホルダ７に固定され、
その環境温度はもちろん、レーザ発振させるための励起
光や一旦発振した基本波による温度変化により、膨張・
屈折率変化の影響で、実効的共振器長が変化し、発振波
長がシフトすることから、取付け位置と材料を工夫し、
温度変化による波長シフトを抑制、あるいは阻止するよ
うに光学素子が取付けられる。そして、ホルダ８を介し
て、共振器全体がペルチェ素子１０等を用いたヒータ及
びクーラからなる熱制御によって温度が一定になる様に
制御される。特に、エタロン５はその透過ピーク位置の
変動を抑えるため、他の光学素子とは別に温度調整が行
なわれることもある。また、ＱＰＭ波長変換素子４ａを
取付けたらせんコイル回転部１６の冷却を個別の温度調
節によって行ってもよい。
ルダ８及びホルダ７は、膨張係数の小さい材料により構
成され、環境温度変化に対して大きく変化しないよう
に、ペルチェ素子１０及びペルチェ素子９などにより温
度が一定に保たれている。同様に、固体レーザ結晶３、
らせんコイル回転部１６（ＱＰＭ波長変換素子４ａ）、
エタロン５、出力ミラー６等の光学素子や、半導体レー
ザ１、レンズ２が、ホルダ８及びホルダ７に固定され、
その環境温度はもちろん、レーザ発振させるための励起
光や一旦発振した基本波による温度変化により、膨張・
屈折率変化の影響で、実効的共振器長が変化し、発振波
長がシフトすることから、取付け位置と材料を工夫し、
温度変化による波長シフトを抑制、あるいは阻止するよ
うに光学素子が取付けられる。そして、ホルダ８を介し
て、共振器全体がペルチェ素子１０等を用いたヒータ及
びクーラからなる熱制御によって温度が一定になる様に
制御される。特に、エタロン５はその透過ピーク位置の
変動を抑えるため、他の光学素子とは別に温度調整が行
なわれることもある。また、ＱＰＭ波長変換素子４ａを
取付けたらせんコイル回転部１６の冷却を個別の温度調
節によって行ってもよい。
【００２２】次に、図１に示す本レーザ装置の動作につ
いて説明する。半導体レーザ１から出力された励起光
（８０９ｎｍ）が、レンズ２を通過し、固体レーザ結晶
３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）に集光される。固体レーザ結晶
３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）により出力された基本波（９４
６ｎｍ）は、固体レーザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）の
面３ａと出力ミラー６の面６ａの凹面に、基本波（９４
６ｎｍ）に対して高反射コーティングが施されて構成さ
れた共振器内に閉じこめられレーザ発振に至る。この共
振器内に波長変換用のＱＰＭ波長変換素子４ａ（ＬｉＴ
ａＯ３結晶、ＬｉＮｂＯ３結晶等）が、らせんコイル回
転部１６上に接着剤等によって固定されレーザ光中に挿
入され、らせんコイル回転部１６が温度制御器１５によ
ってホルダ８を介しペルチェ素子１０で温度制御され
る。
いて説明する。半導体レーザ１から出力された励起光
（８０９ｎｍ）が、レンズ２を通過し、固体レーザ結晶
３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）に集光される。固体レーザ結晶
３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）により出力された基本波（９４
６ｎｍ）は、固体レーザ結晶３（Ｎｄ：ＹＡＧ結晶）の
面３ａと出力ミラー６の面６ａの凹面に、基本波（９４
６ｎｍ）に対して高反射コーティングが施されて構成さ
れた共振器内に閉じこめられレーザ発振に至る。この共
振器内に波長変換用のＱＰＭ波長変換素子４ａ（ＬｉＴ
ａＯ３結晶、ＬｉＮｂＯ３結晶等）が、らせんコイル回
転部１６上に接着剤等によって固定されレーザ光中に挿
入され、らせんコイル回転部１６が温度制御器１５によ
ってホルダ８を介しペルチェ素子１０で温度制御され
る。
【００２３】そして、温度制御によって、らせんコイル
回転部１６のらせんコイル１６ｃが伸縮し、回転台１６
ａが回転し、ＱＰＭ波長変換素子４ａが水平方向に回転
し、そのため反転層周期が変化し、変換中心波長が制御
され、共振器の発振波長とＱＰＭ波長変換素子４ａにお
ける変換中心波長との整合がとられ、ＱＰＭ波長変換素
子４ａから第２高調波（４７３ｎｍ）が効率よく誘発さ
れる。出力ミラー６は、基本波（９４６ｎｍ）を反射
し、第２高調波（４７３ｎｍ）を透過するように面６ａ
にコーティングが施されており、ＱＰＭ波長変換素子４
ａからの第２高調波（４７３ｎｍ）は、出力ミラー６を
透過し外部に出力される。そして、エタロン５が、共振
器内の第２高調波発生の際に縦モード競合によって引き
起こされる出力不能やモードホップ等のノイズ等の発生
を抑えるために、挿入されて発振縦モードを単一波長化
している。
回転部１６のらせんコイル１６ｃが伸縮し、回転台１６
ａが回転し、ＱＰＭ波長変換素子４ａが水平方向に回転
し、そのため反転層周期が変化し、変換中心波長が制御
され、共振器の発振波長とＱＰＭ波長変換素子４ａにお
ける変換中心波長との整合がとられ、ＱＰＭ波長変換素
子４ａから第２高調波（４７３ｎｍ）が効率よく誘発さ
れる。出力ミラー６は、基本波（９４６ｎｍ）を反射
し、第２高調波（４７３ｎｍ）を透過するように面６ａ
にコーティングが施されており、ＱＰＭ波長変換素子４
ａからの第２高調波（４７３ｎｍ）は、出力ミラー６を
透過し外部に出力される。そして、エタロン５が、共振
器内の第２高調波発生の際に縦モード競合によって引き
起こされる出力不能やモードホップ等のノイズ等の発生
を抑えるために、挿入されて発振縦モードを単一波長化
している。
【００２４】フィードバック回路機構がレーザ共振器外
に設けられ、出力ミラー６側より出力されるレーザ光
が、スプリッタ１１でその一部が反射し検出器１２で捉
えられ、その信号が比較器１３に入力されて設定値と比
較され、その増減による制御信号が半導体レーザ１の駆
動制御器１４及び温度制御器１５にフィードバックされ
る。そして半導体レーザ１の出力が制御され、また、温
度制御器１５によって光学素子およびらせんコイル回転
部１６が温度制御され、共振器の発振波長とＱＰＭ波長
変換素子４ａにおける変換中心波長との整合が取られ、
また、共振器実効長が調整されて、常に高い変換効率で
ＱＰＭ波長変換素子４ａが使用され、共振器の共振波長
が経時的にずれることがあっても、安定したレーザ出力
を得ることができる。
に設けられ、出力ミラー６側より出力されるレーザ光
が、スプリッタ１１でその一部が反射し検出器１２で捉
えられ、その信号が比較器１３に入力されて設定値と比
較され、その増減による制御信号が半導体レーザ１の駆
動制御器１４及び温度制御器１５にフィードバックされ
る。そして半導体レーザ１の出力が制御され、また、温
度制御器１５によって光学素子およびらせんコイル回転
部１６が温度制御され、共振器の発振波長とＱＰＭ波長
変換素子４ａにおける変換中心波長との整合が取られ、
また、共振器実効長が調整されて、常に高い変換効率で
ＱＰＭ波長変換素子４ａが使用され、共振器の共振波長
が経時的にずれることがあっても、安定したレーザ出力
を得ることができる。
【００２５】次に、本レーザ装置の他の実施例を、図４
を参照しながら説明する。図４はＱＰＭ波長変換素子４
ａを上部から見た図を示す。図１で示すらせんコイル回
転部１６に代わって、熱膨張係数が大きい２本の金属棒
の角度調整ロッド１７の両端を、直接、ＱＰＭ波長変換
素子４ａの対角２隅と他端をホルダ８に、回転関節機構
（角度調整ロッド１７をどの方向に向けても力の伝達が
できるようにした機構）で連結し、温度制御によって角
度調整ロッド１７が熱膨張することにより、ＱＰＭ波長
変換素子４ａを回転中心１６ｆで水平方向に回転するよ
うにしたものである。
を参照しながら説明する。図４はＱＰＭ波長変換素子４
ａを上部から見た図を示す。図１で示すらせんコイル回
転部１６に代わって、熱膨張係数が大きい２本の金属棒
の角度調整ロッド１７の両端を、直接、ＱＰＭ波長変換
素子４ａの対角２隅と他端をホルダ８に、回転関節機構
（角度調整ロッド１７をどの方向に向けても力の伝達が
できるようにした機構）で連結し、温度制御によって角
度調整ロッド１７が熱膨張することにより、ＱＰＭ波長
変換素子４ａを回転中心１６ｆで水平方向に回転するよ
うにしたものである。
【００２６】従来、ＱＰＭ波長変換素子４ａの変換波長
と共振器波長を厳密に整合することは困難であったが、
本発明のレーザ装置は、従来よく用いられているペルチ
ェ素子１０、９などの熱制御の方法をそのまま用いて、
ＱＰＭ波長変換素子４ａの角度を制御することでＱＰＭ
波長変換素子４ａの変換波長と共振器波長の整合を容易
にとることができる。
と共振器波長を厳密に整合することは困難であったが、
本発明のレーザ装置は、従来よく用いられているペルチ
ェ素子１０、９などの熱制御の方法をそのまま用いて、
ＱＰＭ波長変換素子４ａの角度を制御することでＱＰＭ
波長変換素子４ａの変換波長と共振器波長の整合を容易
にとることができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明のレーザ装置は上記のように構成
されており、半導体レーザ励起固体レーザ装置の共振器
内に、疑似位相整合波長変換素子の非線形光学結晶が設
けられ温度制御による熱膨張―収縮によって回転する回
転機構が、疑似位相整合波長変換素子を回転し、入射す
るレーザ光に対して疑似位相整合波長変換素子の周期方
向との角度を変化させ、共振器の発振波長と疑似位相整
合波長変換素子の変換中心波長との整合をとるようにし
て、第２高調波のレーザが発振する。そのため、製作精
度が要求され変換中心波長の温度依存性が小さい疑似位
相整合波長変換素子を、ペルチェ素子などによる従来か
らの温度制御システムで制御して、波長整合をとること
ができ、安定したレーザ出力を得ることができる。
されており、半導体レーザ励起固体レーザ装置の共振器
内に、疑似位相整合波長変換素子の非線形光学結晶が設
けられ温度制御による熱膨張―収縮によって回転する回
転機構が、疑似位相整合波長変換素子を回転し、入射す
るレーザ光に対して疑似位相整合波長変換素子の周期方
向との角度を変化させ、共振器の発振波長と疑似位相整
合波長変換素子の変換中心波長との整合をとるようにし
て、第２高調波のレーザが発振する。そのため、製作精
度が要求され変換中心波長の温度依存性が小さい疑似位
相整合波長変換素子を、ペルチェ素子などによる従来か
らの温度制御システムで制御して、波長整合をとること
ができ、安定したレーザ出力を得ることができる。
【図１】 本発明のレーザ装置の一実施例を示す図であ
る。
る。
【図２】 図１の実施例による疑似位相整合波長変換素
子の反転層周期の変化を説明するための図である。
子の反転層周期の変化を説明するための図である。
【図３】 本発明のレーザ装置のらせんコイル回転部を
示す図である。
示す図である。
【図４】 本発明のレーザ装置の他の実施例を示す図で
ある。
ある。
【図５】 従来のレーザ装置を示す図である。
【図６】 疑似位相整合波長変換素子の波長に対する変
換効率特性を示す図である。
換効率特性を示す図である。
１…半導体レーザ
２…レンズ
３…固体レーザ結晶
３ａ、６ａ…面
４…非線形光学結晶
４ａ…疑似位相整合波長変換素子（ＱＰＭ波長変換素
子） ５…エタロン ６…出力ミラー ７、８…ホルダ ９、１０…ペルチェ素子 １１…スプリッタ １２…検出器 １３…比較器 １４…駆動制御器 １５…温度制御器 １６…らせんコイル回転部 １６ａ…回転台 １６ｂ…固定台 １６ｃ…らせんコイル １６ｄ…固定ピン １６ｅ…回転台軸 １６ｆ…回転中心 １７…角度調整ロッド
子） ５…エタロン ６…出力ミラー ７、８…ホルダ ９、１０…ペルチェ素子 １１…スプリッタ １２…検出器 １３…比較器 １４…駆動制御器 １５…温度制御器 １６…らせんコイル回転部 １６ａ…回転台 １６ｂ…固定台 １６ｃ…らせんコイル １６ｄ…固定ピン １６ｅ…回転台軸 １６ｆ…回転中心 １７…角度調整ロッド
Claims (3)
- 【請求項１】励起光によりレーザ媒質が励起され発振し
た基本波のレーザ光により、共振器内に設けられた疑似
位相整合波長変換素子の非線形光学効果によって第２高
調波をレーザ発振するレーザ装置において、レーザ光入
射角と前記疑似位相整合波長変換素子の周期方向との角
度を温度制御による熱膨張―収縮によって変化させる回
転手段を設け、前記共振器の発振波長と前記疑似位相整
合波長変換素子における変換中心波長との整合を取るよ
うにしたことを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】前記回転手段がらせんコイルを有している
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項３】前記回転手段が熱膨張係数の大きい２本の
角度調整ロッドを有していることを特徴とする請求項１
記載のレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001372557A JP2003174222A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001372557A JP2003174222A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003174222A true JP2003174222A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19181427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001372557A Pending JP2003174222A (ja) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003174222A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006173526A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Topcon Corp | 固体レーザ装置 |
| US7443892B2 (en) | 2006-08-09 | 2008-10-28 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Wavelength conversion laser apparatus |
| WO2009081577A1 (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Panasonic Corporation | レーザ光源、それを用いた画像表示装置及び加工装置 |
| JP2009282184A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Panasonic Corp | レーザ駆動装置 |
| US7830932B2 (en) | 2006-10-24 | 2010-11-09 | Panasonic Corporation | Internal resonator type SHG light source |
| JP2016200642A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 富士電機株式会社 | 光源装置及び波長変換方法 |
| JP2016212244A (ja) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | 株式会社島津製作所 | 波長変換素子及びレーザ装置 |
-
2001
- 2001-12-06 JP JP2001372557A patent/JP2003174222A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006173526A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Topcon Corp | 固体レーザ装置 |
| US7443892B2 (en) | 2006-08-09 | 2008-10-28 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Wavelength conversion laser apparatus |
| US7830932B2 (en) | 2006-10-24 | 2010-11-09 | Panasonic Corporation | Internal resonator type SHG light source |
| WO2009081577A1 (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Panasonic Corporation | レーザ光源、それを用いた画像表示装置及び加工装置 |
| US8199396B2 (en) | 2007-12-26 | 2012-06-12 | Panasonic Corporation | Laser light source, and image display apparatus and processing apparatus using the same |
| JP2009282184A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Panasonic Corp | レーザ駆動装置 |
| US7839907B2 (en) | 2008-05-21 | 2010-11-23 | Panasonic Corporation | Laser driving apparatus |
| JP2016200642A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 富士電機株式会社 | 光源装置及び波長変換方法 |
| JP2016212244A (ja) * | 2015-05-08 | 2016-12-15 | 株式会社島津製作所 | 波長変換素子及びレーザ装置 |
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