JP2007266537A

JP2007266537A - 内部共振器型和周波混合レーザ

Info

Publication number: JP2007266537A
Application number: JP2006092981A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sumiya; 実角谷
Original assignee: Showa Optronics Co Ltd
Current assignee: Kyocera Soc Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】半導体レーザ励起固体レーザにおいて、１個の半導体レーザを励起源として使用し、内部共振器型和周波混合をおこなうことにより波長が約４８８ｎｍのコヒーレント光を発生するレーザ装置や波長４８８ｎｍと波長５１５ｎｍの２つのコヒーレント光を同時に発生するレーザ装置を実現する。
【解決手段】第１反射鏡５と第２反射鏡１４によるレーザ共振器内に利得媒質としてＮｄ：ＹＡＰ結晶６、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶７とを配置し半導体レーザ１で励起して波長９３０ｎｍ、及び波長１０３０ｎｍのレーザ発振を得る。レーザ共振器内に配置された非線形光学媒質である第１のＬＢＯ結晶９によって前記波長９３０ｎｍのレーザ光と波長１０３０ｎｍのレーザ光との和周波混合を行い、波長が約４８８ｎｍのコヒーレント光を発生する。また第２のＬＢＯ結晶１３によって波長１０３０ｎｍのレーザ光の第２高調波発生を行い波長５１５ｎｍのコヒーレント光も同時に発生する。
【選択図】図３

Description

本発明は、非線形光学結晶を使用してレーザ光の発振波長を変換するレーザに於いて、２種類のレーザ媒質を使用し、同時に発振する２つのレーザ光の和周波混合を共振器内で行なうことにより可視光領域の波長のレーザ光を発生する内部共振器型和周波レーザに関し、特に、従来から多方面で使用されてきたアルゴンレーザの波長４８８ｎｍとほぼ同じ波長やこれに近い波長のレーザ光を発生するレーザ装置に関する。

主な発振波長の１つが４８８ｎｍであるアルゴンレーザは、分光装置、バイオ分析装置、医療装置、印刷機器、理化学実験、生物化学実験など多方面で使用されている。また、これらの応用の一部では、４８８ｎｍの単一発振波長ではなく波長４８８ｎｍと波長５１４ｎｍの２波長を同時に発生するアルゴンレーザや、この２波長の他にこの近傍の波長の発振線を利用して、さらに多数の波長で同時に発振するアルゴンレーザも使用されている。
しかしながら、アルゴンレーザは放電現象を利用したガスレーザであるために、内部共振器型第２高調波発生を行なう半導体レーザ励起固体レーザで同程度のパワーのものに比べて、寸法や消費電力が著しく大きいという問題がある。そこで、アルゴンレーザに代わる固体レーザが望まれていたが、固体レーザ結晶には発振線がちょうど９７６ｎｍとなるものはなく、最近まで４８８ｎｍのコヒーレント光を発生する固体レーザは存在しなかった。しかしながら、最近になり、固体素子のみで構成された波長４８８ｎｍのコヒーレント光を発生するレーザ装置が出現してきた。

特許文献１では、半導体基板の上に分布型ブラッグ反射層と量子井戸を利用した活性層を形成した半導体素子と、この素子の垂直方向に非線形光学媒質と反射鏡を配置したレーザ共振器で、半導体素子を電流注入によって励起し、近赤外域の波長のレーザ発振をさせ、非線形光学媒質で近赤外光を基本波とする第２高調波発生をおこない、可視のコヒーレント光を発生させている。特許文献１の中には具体的な波長は示されていないが、この特許の出願人である会社からは、特許文献１に示される技術を使用した波長が４８８ｎｍのレーザ装置が製造・販売されていたことがある。

特許文献２では、半導体基板の上にエピタキシャル成長によって複数の活性層をスペーサ層で隔てた構造を設けて利得部分とした半導体素子に、外部から半導体レーザ光によって光励起して利得媒質とし、この半導体素子と外部に配置した反射鏡との間で近赤外域の波長で発振するレーザ共振器を構成し、共振器内に配置した非線形光学結晶によって第２高調波発生をおこない、可視光領域のコヒーレント光を出力するものである。特許文献２の実施例によれば、近赤外光の波長が９７６ｎｍとなるよう半導体素子を設計したときに、波長４８８ｎｍのコヒーレント光が得られている。この特許の出願人である会社からは、特許文献２に示される技術を使用した波長が４８８ｎｍのレーザ装置が製造・販売されている。

参考文献１では、波長１０４７ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザと、波長９１２ｎｍのＮｄ：ＧｄＶＯ_４レーザを一つの半導体レーザによって励起し、２つのレーザを同時に発振させ、これらのレーザ共振器の共通の光路上に和周波混合を行なうための非線形光学結晶を配置して、波長４８７ｎｍのコヒーレント光を発生させた例が報告されている。

米国特許第６２４３４０７号明細書、”Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｄｅｖｉｃｅｓ” 米国特許第５９９１３１８号明細書、”Ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｃｏｎｖｅｒｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｌｙ−ｐｕｍｐｅｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｔｒｌａｓｅｒ”

参考文献１

ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＬａｓｅｒａｎｄＥｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ２００５、講演番号ＣＭＡＡ７、”Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅｂｌｕｅｌｉｇｈｔｂｙｓｕｍ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｉｘｉｎｇｏｆｄｉｏｄｅｐｕｍｐｅｄｄｕａｌ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｌａｓｅｒｓ”

特許文献１と特許文献２の技術は、波長４８８ｎｍのコヒーレント光を発生する小型の装置を実現できるという利点がある。しかしながら、最も重要な利得媒質の製造に高度な半導体素子製造プロセスが必要であるために、製造することはもとより、そのための半導体素子を入手することする容易ではない。また、半導体素子は一般に大量生産すれば製造コストが下がるものであるが、半導体産業で一般に言われる大量生産とよばれる数量にくらべて、波長４８８ｎｍのレーザの需要数は著しく小さいので、これらの特許文献に示されている半導体素子の製造するためのコストは非常に高くなると推測される。

また、参考文献１に示されている技術では、Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４が波長９１２ｎｍの発振線だけではなく、波長１０６３ｎｍにおいてより強い発振線をもっているため、この波長に近い波長１０４７ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザを発振させながら、Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４の波長１０６３ｎｍにおける発振を押さえる必要があった。このために、多数の反射鏡を用いて２つのレーザ共振器に共通ではない光路を設けて、そこに波長選択のためにプリズムを配置することによって、波長４８９ｎｍのコヒーレント光発生の実験をおこなっていた。この方式は、多数の反射鏡を必要とすること、波長選択素子が必要であること、複雑な共振器構成であること等の理由から、小型化や低価格化が困難であると考えられる。

また、上記例では発振波長は４８８ｎｍだけであり、アルゴンレーザのように複数の波長を、同時に発生させてはいない。

本発明は、固体レーザ結晶、励起用の半導体レーザ、非線形光学結晶など主要部品が、技術的に確立したものだけを使用して、従来の波長４８８ｎｍのアルゴンレーザと同等のコヒーレント光を発生することができる半導体励起固体レーザを、小型でかつ生産コストを抑えることが可能な構成で実現することを目的としている。

その手段として、ネオジムを添加した第１レーザ結晶を利得媒質として用いて波長が０．９１μｍから０．９５μｍの間の第１波長でレーザ発振する半導体レーザ励起固体レーザにおいて、前記半導体レーザ励起固体レーザの共振器内部にイッテルビウムを添加した第２レーザ結晶を利得媒質として配置し、前記第１波長のレーザ光によって前記第２のレーザ結晶を励起して、前記レーザ共振器内で波長が１．０２μｍ〜１．０５μｍの範囲にある第２波長でもレーザ発振をさせ、前記レーザ共振器内に、前記第１波長と前記第２波長のレーザ光に対して和周波混合が可能な第１非線形光学媒質を配置し、波長が０．４８μｍから０．５０μｍの範囲にある第３波長のコヒーレント光を出力する。

ここで、第１レーザ結晶にネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（構造式はＮｄ：ＹＡｌＯ_３、別名はネオジウム添加イットリウム・オルソアルミネート、略称はＮｄ：ＹＡＰまたはＮｄ：ＹＡＬＯ）を使用すれば第１波長が９３０ｎｍとなるように動作する。このネオジムを添加したレーザ結晶を励起する波長は０．７９μｍから０．８２μｍの範囲にある場合が多いので、技術的に確立しているとともに比較的安価で入手できる半導体レーザを、このレーザ結晶の励起に利用できる。

次に、第２レーザ結晶にイッテルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（構造式Ｙｂ：Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、略称はＹｂ：ＹＡＧ）を使用すれば、この結晶を波長９３０ｎｍのレーザ光で励起することにより、第２波長が１０３０ｎｍとなるレーザ発振が起こる。

これら２つの波長のレーザ光をレーザ共振器内に配置した非線形光学媒質で和周波混合をおこなうことにより第３波長が、アルゴンレーザの主要発振波長の一つとほぼ同じの波長約４８８ｎｍのコヒーレント光を発生できる。

さらに、第１波長と第２波長の和周波混合を行なうための第１非線形光学結媒質の他に、第２波長の第２高調波発生のための非線形媒質も合わせてレーザ共振器内に配置することにより、第３波長コヒーレント光とを同時に、第２高調波発生によって発生する第４波長が０．５１μｍから０．５３μｍの範囲にあるコヒーレント光を発生できる。

ここで、第４波長のコヒーレント光の波長は、第１レーザ結晶にＮｄ：ＹＡＰを、第２レーザ結晶にＹｂ：ＹＡＧを使用すればアルゴンレーザのもう一つの主要発振波長である５１４．５ｎｍに近い約５１５ｎｍとなる。

また、第３波長のコヒーレント光と第４波長のコヒーレント光を同時に発生が可能な構成のレーザ装置において、２つの非線形光学媒質の温度をそれぞれ独立に温度制御しさらにその設定温度を切り替えられるようにすることにより、２つの非線形光学媒質の内、一方の和周波混合あるいは第２高調波発生のための位相整合条件から外すよう温度を変化させることにより、２つのコヒーレント光の一方を選択して出力することができる。

以上に述べた手段により、波長０．８μｍ帯の半導体レーザ、固体レーザ結晶、非線形光学結晶など主要部品が、技術的に確立した部品のみを使用して、従来の波長４８８ｎｍのアルゴンレーザと同等のコヒーレント光を発生することができる半導体励起固体レーザを、小型でかつ生産コストを抑えることが可能な構成で実現できる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。先ず、図１を参照しながら実施例１について説明する。

半導体レーザ１は、波長が８１３ｎｍのレーザ光１９を発生するもので、最大出力が２Ｗ、そして活性領域の幅が１００μｍである。半導体レーザ光１９はレンズ２、第１シリンドリカルレンズ３、第２シリンドリカルレンズ４によってＮｄ：ＹＡＰ結晶６の位置において集光し、その断面は直径が約０．２ｍｍのほぼ円形になる。この半導体レーザ１の出力光が第１レーザ結晶であるＮｄ：ＹＡＰ結晶６を励起する。

図１に示すように、Ｎｄ：ＹＡＰ結晶６の入射面に設けられた第１反射鏡５、Ｎｄ：ＹＡＰ結晶６、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶７、石英ガラス板８、第１のＬＢＯ（三ホウ酸リチウム、ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶９、第２反射鏡１０の順に直線状に並べて配置することによりレーザ共振器が構成されている。

第１反射鏡５はＮｄ：ＹＡＰ結晶６の、半導体レーザ光１９が最初に入射する面の上には誘電体多層膜をコーティングによって設けたものである。第１反射鏡には、波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍにおいて９９．８％以上の高反射率となり、かつ、波長１０７９ｎｍと波長１３４０ｎｍにおいて透過率が３０％以上となる特性をもたせてある。さらに、この反射鏡には半導体レーザ光１９の波長である８１３ｎｍにおいて低反射となる特性も持たせてある。

Ｎｄ：ＹＡＰ結晶６は、ネオジムの濃度が１原子％で、その厚みを１．２ｍｍとしてある。また、厚み方向は結晶のｃ軸方向と同じになるようにカットしたものである。半導体レーザ光１９の波長８１３ｎｍに対して、このＮｄ：ＹＡＰ結晶６の吸収係数は約６ｃｍ^−１となる。そのためＮｄ：ＹＡＰは入射する半導体レーザ光１９の約５０％を吸収する。
第２固体レーザ結晶のＹｂ：ＹＡＧ結晶７は、光軸方向の長さが０．２ｍｍで、またイッテルビウムの濃度は０．５原子％である。この濃度と厚みによれば、波長９３０ｎｍのレーザ光が１回通過するときの吸収率は約０．５％となる。

石英ガラス板８は、厚みが０．５ｍｍの石英ガラスでできた平行平板で、共振器の光軸に対してブリュースター角である約５５．４°の傾きを持たせて配置してある。この石英ガラス板８により、これに対してｓ偏光となる波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍの光の偏光成分に対してのみ反射損失を与え、２つの波長で共にｐ偏光成分でのみ発振させている。

第１のＬＢＯ結晶９は、光軸方向の長さが８ｍｍで、カット方位がφ＝１６．９°、θ＝９０°であり、波長９３０ｎｍのレーザ光と波長１０３０ｎｍのレーザ光の和周波混合の位相整合が可能なものである。ＬＢＯ結晶はそのｚ軸が波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍの両レーザ光の電界と同じ向きになるように配置してある。この和周波混合により、波長が約４８８ｎｍのコヒーレント光が、その電界方向がＬＢＯ結晶のＸＹ面と平行になるように発生する。そして４８８ｎｍ出力光２０として出力される。

第２反射鏡１０は、石英ガラスの凹面に誘電体多層膜のコーティングを施したもので、その凹面の曲率半径は−１００ｍｍとしてある。第２反射鏡１０には、波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍの両方において９９．８％以上の高い反射率となり、かつ、波長１０７９ｎｍと波長１３４０ｎｍにおいて透過率が３０％以上となる特性をもたせてある。また、第２反射鏡１０には、和周波混合によって発生するコヒーレント光の波長４８８ｎｍに対して低反射となる特性にもしてある。そして、第１反射鏡５との距離が約２２ｍｍの位置に配置してある。

Ｎｄ：ＹＡＰ結晶６は半導体レーザ１から放射された半導体レーザ光１９によって励起され、Ｎｄ：ＹＡＰ結晶６を利得媒質としてレーザ共振器内で波長９３０ｎｍのレーザ発振が起こる。Ｎｄ：ＹＡＰは波長９３０ｎｍ、１０７９ｎｍ、１３４０ｎｍなどで発振が可能なレーザ結晶であるが、第１反射鏡５と第２反射鏡１０に先に述べた波長特性をもたせることにより、波長９３０ｎｍでのみ選択的に発振する。

レーザ共振器内部の９３０ｎｍレーザ光の循環パワーを直接測定することは困難であるが第２反射鏡１０を通過する９３０ｎｍレーザ光のパワーから推測すると、半導体レーザ１の出力がその最大パワーの２Ｗのときに、波長９３０ｎｍの共振器内部パワーは約１５Ｗと見積もれる。

波長９３０ｎｍで発振するＮｄ：ＹＡＰレーザの光は、レーザ共振器を共振する間にその一部がＹｂ：ＹＡＧ結晶７に吸収される。Ｙｂ：ＹＡＧ結晶７のこの波長における吸収率を考慮すると、波長９３０ｎｍのＮｄ：ＹＡＰレーザ光は、レーザ共振器を一往復する間に１５０ｍＷが吸収されていると見積もれる。この波長９３０ｎｍ光の励起により、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶７を利得媒質として波長１０３０ｎｍで発振を開始する。

第１のＬＢＯ結晶９は、波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍのレーザ共振器内を共振する２つのレーザ光を、和周波混合により波長約４８８ｎｍのコヒーレント光に変換する。この波長約４８８ｎｍのコヒーレント光は第２反射鏡１０を透過し４８８ｎｍ出力光２０として取り出される。半導体レーザの出力が２Ｗの時に、４８８ｎｍ出力光２０の光パワーは約２０ｍＷであった。

次に、図２を参照しながら実施例２について説明する。図２に於いて、前記実施例のものに対応する部分には同様の符号を付し、その詳しい説明を省略する。実際、実施例２の中で示されている構成要素は、ダイクロイックミラー１２と第２反射鏡１１以外を除いて、実施例１で示されたものと同じのものである。

ダイクロイックミラー１２は、石英ガラス板８に誘電体多層膜によるコーティングを施したもので、入射角が約５５．４°で使用するように設計してある。ダイクロイックミラー１２には波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍの両方のレーザ光のｓ偏光成分に対して１００％に近い反射率を持つとともに、また両方の波長のレーザ光のｐ偏光成分に対して透過率が１０％以上となる特性をももたせてある。さらに、波長４８８ｎｍのコヒーレント光の特にｐ偏光成分に対して透過率が高くなるようにもなる特性をももたせてある。

波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍの両方のレーザ共振器は、ダイクロイックミラー１２を経由して第１反射鏡５と第２反射鏡１１の間に構成される。ダイクロイックミラーの偏光特性により、２つの波長のレーザ発振光は直線偏光となる。

実施例２で用いられる第２反射鏡１１に波長４８８ｎｍにおいて高反射率となる点が実施例１で使用した第２反射鏡とは異なる。第１のＬＢＯ結晶９によって和周波混合により発生する波長約４８８ｎｍのコヒーレント光は、波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍのレーザ発振光がレーザ共振器を往復することから、第１のＬＢＯ結晶９から対向する２方向に発生する。第２反射鏡１１の方向に発生した波長約４８８ｎｍのコヒーレント光は、第２反射鏡１１に於いて反射し、ダイクロイックミラー１２の他方向に発生した波長約４８８ｎｍのコヒーレント光と重なりあって、ダイクロイックミラーを通過し、４８８ｎｍ出力光２０として出力される。実施例２は実施例１にくらべて１個だけではあるが部品点数が多く、さらに折り返し共振器であるために製造時の調整が難しくなるが、和周波混合によって発生する波長約４８８ｎｍのコヒーレント光をより効率的に取り出すことができる。

次に、図３を参照しながら実施例３について説明する。図３に於いて、前記実施例のものに対応する部分には同様の符号を付し、その詳しい説明を省略する。図３に示される実施例の構成要素のうち、第２のＬＢＯ結晶１３と第２反射鏡１４を除いて、実施例１で使われていたものと同じである。

第２のＬＢＯ結晶１３は、第１のＬＢＯ結晶９と同じ材料のＬｉＢ_３Ｏ_５からできており、その長さは８ｍｍである。ただし、そのカット方位が波長１０３０ｎｍの基本波光とする第２高調波発生が可能なφ＝１３．９°、θ＝９０°としてある。第２反射鏡１４は実施例１で使用した第２反射鏡１０がもつ反射特性をもつとともに、さらに波長５１５ｎｍに対して低反射となる特性も持たせてある。

実施例１と同様に、半導体レーザ光１９によりＮｄ：ＹＡＰ結晶６が励起され、第１反射鏡５と第２反射鏡１４の間に構成されるレーザ共振器でＮｄ：ＹＡＰ結晶６を利得媒質として波長９３０ｎｍのレーザ発振が起こる。次に、レーザ共振器内を循環する波長９３０ｎｍのレーザ光により、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶７が励起され、第１反射鏡５と第２反射鏡１４の間に構成されるレーザ共振器で、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶７を利得媒質として波長１０３０ｎｍのレーザ発振が起こる。

同時に発振する２つのレーザの波長９３０ｎｍと波長１０３０ｎｍのレーザ光は、レーザ共振器内に配置した第１のＬＢＯ結晶９により和周波混合され、波長約４８８ｎｍのコヒーレント光を発生し、４８８ｎｍ出力光２０として取り出される。また、波長１０３０ｎｍのレーザ光は、この和周波混合に使われる一方、第２のＬＢＯ結晶１３によって第２高調波である波長５１５ｎｍのコヒーレント光に変換され、変換されたコヒーレント光は５１５ｎｍ出力光２１として出力される。

実施例３では、２つのＬＢＯ結晶を使用したが、これに加えて、第１波長の９３０ｎｍを基本波とする第２高調波発生が可能な第３のＬＢＯ結晶をレーザ共振器内に配置することにより波長４６５ｎｍのコヒーレント光を発生させると、上記２波長の出力光と合わせて３波長のコヒーレント光を同時に出力することができるレーザ装置になることは容易に推測できる。

次に、図４を参照しながら実施例４について説明する。図２に於いて、前記実施例のものに対応する部分には同様の符号を付し、その詳しい説明を省略する。図４に示される実施例の構成要素のうち、第１の電子冷却素子１５、第２の電子冷却素子１６、第１の温度制御器１７、第２の温度制御器１８を除いた構成要素は、図３を用いて説明した実施例３と同じである。

第１の電子冷却素子１５と第２の電子冷却素子１６は、ペルチェ効果を利用した素子で、供給する電流の方向を変えることにより加熱動作と冷却動作を切り替えることができるものである。また、第１の温度制御器１７と第２の温度制御器１８は電子冷却素子を加熱と冷却のための両方の駆動ができるものである。第１の電子冷却素子１５は第１の温度制御器１７で駆動され、和周波混合のための第１のＬＢＯ結晶９を温度制御している。第２の電子冷却素子１６は第２の温度制御器１８で駆動され、第２高調波発生のための第２のＬＢＯ結晶１３を温度制御している。これらの電子冷却素子と温度制御器によって、２つのＬＢＯ結晶は独立に温度制御することができる。

第１のＬＢＯ結晶９と第２のＬＢＯ結晶１３は、温度を約２５℃に設定したときに位相整合がとれるように配置する角度を調整してある。両方のＬＢＯ結晶の温度が２５℃に設定してあるときは、実施例３と同様に、第３波長が約４８８ｎｍのコヒーレント光と第４波長が５１５ｎｍのコヒーレント光の両方が発生し、４８８ｎｍ出力光２０と５１５ｎｍ出力光２１の両方が同時に出力される。

第２のＬＢＯ結晶１３の温度を約２５℃に保ったまま第１のＬＢＯ結晶９の温度を約１７℃だけ上昇させて約４２℃にした時には、和周波混合の位相整合がとれなくなり波長４８８ｎｍのコヒーレント光の発生が停止して、波長５１５ｎｍ出力光２１だけが出力される。逆に、第１のＬＢＯ結晶９の温度を約２５°に保ったまま、第２のＬＢＯ結晶１３の温度を約１７℃だけ上昇させ約４２℃にしたときは、第２高調波発生の位相整合がとれなくなって波長５１５ｎｍのコヒーレント光の発生が停止し、４８８ｎｍ出力光２０のみが出力される。

このようにして、これらの一方のコヒーレント光のみが出力される状態を、２つのＬＢＯ結晶の温度を変化させることによって、４８８ｎｍ出力光２０と５１５ｎｍ出力光のどちらか一方だけが出力される状態を切り替えることができる。

実施例１〜４では、第１のレーザ結晶としてＮｄ：ＹＡＰを使用しているが、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ_４、Ｎｄ：ＧＧＧ（Ｎｄ：Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、Ｎｄ：ＹＬＦ（Ｎｄ：ＬｉＹＦ_４）などの、波長が０．９１μｍ〜０．９５μｍで発振が可能で、かつ１．００μｍ〜１．０５μｍでは吸収が生じないＮｄイオンを添加したレーザ結晶でも同様の効果が得られる。これらの結晶は単結晶でなくともセラミック結晶と呼ばれる多結晶であっても、やはり同様の効果が得られる。

また、実施例１〜４では、第２のレーザ結晶にＹｂ：ＹＡＧを使用したが、Ｙｂ：ＹＶＯ_４、Ｙｂ：ＧｄＶＯ_４、Ｙｂ：ＧＧＧ（Ｙｂ：Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、Ｙｂ：ＹＬＦ（Ｙｂ：ＬｉＹＦ_４）などの、波長が１．０２μｍ〜１．０５μｍで発振が可能で、かつ波長０．９１ｍ〜０．９５μｍで励起が可能なＹｂイオンを添加したレーザ結晶でも同様の効果が得られる。これらの結晶は単結晶でなくともセラミックック結晶と呼ばれる多結晶であっても、やはり同様の効果が得られる。

さらに、実施例１〜４では、和周波混合や第２高調波発生を行なう非線形光学媒質としてＬＢＯを使用しているが、位相整合が可能なＫＴｉＯＰＯ_４、ＫＮｂＯ_３や、ＢｉＢ_３Ｏ_６やその他の非線形光学結晶、あるいはＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３などの非線形光学定数の大きな結晶に擬似位相整合のために人工的に周期的分極反転構造を設けた素子を使用しても同様の効果が得られる。

本発明の実施例１を示す説明図である。本発明の実施例２を示す説明図である。本発明の実施例３を示す説明図である。本発明の実施例４を示す説明図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２レンズ
３第１シリンドリカルレンズ
４第２シリンドリカルレンズ
５第１反射鏡
６Ｎｄ：ＹＡＰ結晶
７Ｙｂ：ＹＡＧ結晶
８石英ガラス板
９第１のＬＢＯ結晶
１０第２反射鏡
１１第２反射鏡
１２ダイクロイックミラー
１３第２のＬＢＯ結晶
１４第２反射鏡
１５第１の電子冷却素子
１６第２の電子冷却素子
１７第１の温度制御器
１８第２の温度制御器
１９半導体レーザ光
２０４８８ｎｍ出力光
２１５１５ｎｍ出力光

Claims

内部共振器型和周波混合レーザであって、
第１及び第２の反射器により構成されるレーザ共振器と、
利得媒質として前記レーザ共振器内に配置された、０．９１μｍから０．９５μｍの間の第１波長でレーザ発振するベくネオジムが添加された第１レーザ結晶と、
前記第１レーザ結晶を励起するためのレーザエネルギ源と、
前記第１波長のレーザ光により励起される利得媒質として前記レーザ共振器内に配置された、１．０２μｍから１．０５μｍの間の第２波長でレーザ発振するベくイッテルビウムが添加された第２レーザ結晶と、
前記第１波長と前記第２波長のレーザ光に対して和周波混合を行うために前記レーザ共振器内に配置された第１非線形光学媒質とを有することにより、
波長が０．４８μｍから０．５０μｍの範囲にある第３波長のコヒーレント光を出力するようにしたことを特徴とする内部共振器型和周波混合レーザ。
第２波長のレーザ光の第２高調波発生を可能にするために前記レーザ共振器内に配置された第２非線形光学媒質を更に有し、波長が０．５１μｍから０．５３μｍの範囲にある第４波長のコヒーレント光をも発生するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内部共振器型和周波混合レーザ。
前記第１非線形光学媒質及び前記第２非線形光学媒質の温度をそれぞれ独立に制御する手段を更に有し、前記非線形光学媒質の温度を制御することにより、前記第３波長のコヒーレント光及び前記第４波長のコヒーレント光のいずれか一方を選択的に取り出せるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内部共振器型和周波混合レーザ。
前記第１レーザ結晶がネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイトを含み、前記第２レーザ結晶がイッテルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネットを含み、前記第１レーザ結晶を励起する手段が半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1に記載の内部共振器型和周波混合レーザ。
前記第１非線形光学媒質及び前記第２非線形媒質の少なくともいずれか一方が、三ホウ酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1に記載の内部共振器型和周波混合レーザ。