JPH033376A - 固体レーザ装置の冷却装置 - Google Patents
固体レーザ装置の冷却装置Info
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- JPH033376A JPH033376A JP13818389A JP13818389A JPH033376A JP H033376 A JPH033376 A JP H033376A JP 13818389 A JP13818389 A JP 13818389A JP 13818389 A JP13818389 A JP 13818389A JP H033376 A JPH033376 A JP H033376A
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- laser
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/02—Constructional details
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
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- Optics & Photonics (AREA)
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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。
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〕
5SiO14、Cr:LiCaAlF6等の波長可変固
体レーザ結晶を有した固体レーザ装置の上記固体レーザ
結晶を冷却して、安定したレーザ光を得ることのできる
固体レーザ装置の冷却装置に関する。
体レーザ結晶を有した固体レーザ装置の上記固体レーザ
結晶を冷却して、安定したレーザ光を得ることのできる
固体レーザ装置の冷却装置に関する。
第2図に従来の固体レーザ装置2oの構成を概略的に示
す。
す。
こうした固体レーザ装220は、YAGレーザ装置等に
比して装置の小形化が図られることがら小形化が要求さ
れる分野のレーザ装置として使用されるものである。。
比して装置の小形化が図られることがら小形化が要求さ
れる分野のレーザ装置として使用されるものである。。
同図に示すように励起源である励起用レーザ光11iK
21から固体レーザ結晶22に向けて、該固体レーザ結
晶22を励起するための励起し、−ザ光23が出力され
る。
21から固体レーザ結晶22に向けて、該固体レーザ結
晶22を励起するための励起し、−ザ光23が出力され
る。
励起レーザ光23は、レンズ24によってその焦点が絞
られ、全反射鏡25を透過して固体レーザ結晶22に照
射される。
られ、全反射鏡25を透過して固体レーザ結晶22に照
射される。
しかして固体レーザ結晶22は励起されてレーザ光26
を出力する。ここに、上記全反射鏡25は励起レーザ光
23の波長に対しては高透過性を有するが、固体レーザ
結晶22から出力されるレーザ光26の波長に対しては
高反射性を有している。
を出力する。ここに、上記全反射鏡25は励起レーザ光
23の波長に対しては高透過性を有するが、固体レーザ
結晶22から出力されるレーザ光26の波長に対しては
高反射性を有している。
したがって上記レーザ光26は、全反射鏡25と出力m
27とにより構成される光共振器内で誘導放出により増
幅されて、出力鏡27からレーザ出力P(上記レーザ光
26のパワーを意味する)として取り出される。
27とにより構成される光共振器内で誘導放出により増
幅されて、出力鏡27からレーザ出力P(上記レーザ光
26のパワーを意味する)として取り出される。
なお、レーザ光26の波長は上記光共振器に配設された
複屈折フィルタ等の波長同調素子28により同調される
。
複屈折フィルタ等の波長同調素子28により同調される
。
ところで第4図(a)は、上記励起用レーザ光源21か
ら一定パワーの励起レーザ光23を固体レーザ結晶22
に照射させた場合の該固体レーザ結晶22の結晶温度S
の時間変化を示し、同図(tj)は、その場合の上記レ
ーザ出力Pの時間変化を示している。
ら一定パワーの励起レーザ光23を固体レーザ結晶22
に照射させた場合の該固体レーザ結晶22の結晶温度S
の時間変化を示し、同図(tj)は、その場合の上記レ
ーザ出力Pの時間変化を示している。
同図から明らかなように結晶温度Sは時間の経過と共に
増加し、時間tが、t1経過した時点で結晶温度Sが温
度Sc−となり、レーザ出力Pは最大値pc”となる。
増加し、時間tが、t1経過した時点で結晶温度Sが温
度Sc−となり、レーザ出力Pは最大値pc”となる。
しかし、時間tI以後は、上記光共振器において発振が
行われなくなり、矢印PD−に示すようにレーザ出力P
は、最大値PC′をピークとして徐々に低下することに
なる。
行われなくなり、矢印PD−に示すようにレーザ出力P
は、最大値PC′をピークとして徐々に低下することに
なる。
したがって、同図(b)に示すレーザ出力Pの低下を避
けるために励起用レーザ光源21から所定パワー以上の
励起レーザ光23を固体レーザ結晶22に照射させるこ
とができず、高出力のレーザ出力Pを得ることができな
いこととなっていた。
けるために励起用レーザ光源21から所定パワー以上の
励起レーザ光23を固体レーザ結晶22に照射させるこ
とができず、高出力のレーザ出力Pを得ることができな
いこととなっていた。
さらには同図(b)のカーブに示すようにレーザ出力P
が広範囲に変化し、安定した一定出力のレーザ出力Pを
得ることができないこととなっていた。
が広範囲に変化し、安定した一定出力のレーザ出力Pを
得ることができないこととなっていた。
また、上記波長同調素子28によるレーザ光26の波長
の同調情度は、固体レーザ結晶22の結晶温度Sの温度
変化に起因して劣化する。
の同調情度は、固体レーザ結晶22の結晶温度Sの温度
変化に起因して劣化する。
したがって同図(a)に示すように、結晶温度Sが時間
の経過と共に増加し、温度が広範囲に変化するような場
合には、レーザ光26の波長スペクトルに変動が生じ、
安定した一定波長のレーザ光26を得ることができない
こととなっていた。
の経過と共に増加し、温度が広範囲に変化するような場
合には、レーザ光26の波長スペクトルに変動が生じ、
安定した一定波長のレーザ光26を得ることができない
こととなっていた。
そこで、これらレーザ出力Pの低下およびレーザ光26
の波長スペクトルの変動を避けために固体レーザ結晶2
2の結晶温度Sが温度Sc゛以上に上昇しないように固
体レーザ結晶22を冷却することが考えられる。
の波長スペクトルの変動を避けために固体レーザ結晶2
2の結晶温度Sが温度Sc゛以上に上昇しないように固
体レーザ結晶22を冷却することが考えられる。
一般的には、固体レーザ結晶22の周囲にスパイラル状
にガラスチューブを巻着し、該ガラスチューブ内に冷却
水を導通、循環させて冷却をすることが考えられる。
にガラスチューブを巻着し、該ガラスチューブ内に冷却
水を導通、循環させて冷却をすることが考えられる。
しかし、こうした冷却装置は、上記ガラスチューブのみ
ならず、冷却水路用のバイブ、循環用のポンプ等を設け
る必要があり、装置が大掛かりとなり、かなりのスペー
スを必要とする。
ならず、冷却水路用のバイブ、循環用のポンプ等を設け
る必要があり、装置が大掛かりとなり、かなりのスペー
スを必要とする。
このため、上記するようなYAGレーザ装置等に比して
装置の小形化が図られるという固体レーザ装置20本来
のメリットを没脚することになってしまい、実用上、採
用することはできないこととなっていた。
装置の小形化が図られるという固体レーザ装置20本来
のメリットを没脚することになってしまい、実用上、採
用することはできないこととなっていた。
さらには上記冷却装置は、温度分布が均一にならず、固
体レーザ結晶22を均一に冷却できないことや、固体レ
ーザ結晶22をダイレクトに冷却できず、冷却の応答性
が良くないといった不都合があった。
体レーザ結晶22を均一に冷却できないことや、固体レ
ーザ結晶22をダイレクトに冷却できず、冷却の応答性
が良くないといった不都合があった。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、
装置の小形化等の要求を満たしつつも、常に安定して、
高出力かつ一定波長のレーザ光を取り出すことのできる
固体レーザ装置の冷却装置を提供することをその目的と
している。
装置の小形化等の要求を満たしつつも、常に安定して、
高出力かつ一定波長のレーザ光を取り出すことのできる
固体レーザ装置の冷却装置を提供することをその目的と
している。
〔課題を解決するための手段および作用〕そこでこの発
明では、所定の励起源によって励起されて、レーザ光を
出力する固体レーザ結晶を有した固体レーザ装置におい
て、前記固体レーザ結晶を冷却する熱電素子と、前記固
体レーザ結晶の温度が一定温度になるように前記熱電素
子の電流を制御する制御手段とを具えるようにしている
。
明では、所定の励起源によって励起されて、レーザ光を
出力する固体レーザ結晶を有した固体レーザ装置におい
て、前記固体レーザ結晶を冷却する熱電素子と、前記固
体レーザ結晶の温度が一定温度になるように前記熱電素
子の電流を制御する制御手段とを具えるようにしている
。
すなわち、熱電素子によって固体レーザ結晶を冷却し、
この熱電素°子の発生熱量を前記固体レーザ結晶の温度
が一定温度になるように制御するようにしたので、前記
冷却水による冷却装置に比して、固体レーザ装置に要求
されるすべての条件、装置の小形化、冷却の均一性、冷
却の応答性等の格段の向上をみながらも、常に安定して
、高出力かつ一定波長のレーザ光を取り出すことのでき
る。
この熱電素°子の発生熱量を前記固体レーザ結晶の温度
が一定温度になるように制御するようにしたので、前記
冷却水による冷却装置に比して、固体レーザ装置に要求
されるすべての条件、装置の小形化、冷却の均一性、冷
却の応答性等の格段の向上をみながらも、常に安定して
、高出力かつ一定波長のレーザ光を取り出すことのでき
る。
またこの発明では、固体レーザ結晶を冷却する熱電素子
と、前記固体レーザ結晶から出力されるレーザ光の出力
値を検出する検出手段と、前記検出手段の検出値に基づ
いて、前記熱電素子の電流を制御して、前記固体レーザ
結晶から出力されるレーザ光の出力値を一定値にする電
流制御手段とを具えるようにしている。
と、前記固体レーザ結晶から出力されるレーザ光の出力
値を検出する検出手段と、前記検出手段の検出値に基づ
いて、前記熱電素子の電流を制御して、前記固体レーザ
結晶から出力されるレーザ光の出力値を一定値にする電
流制御手段とを具えるようにしている。
すなわち、レーザ光の出力値を常に監視し、この出力値
に基づきレーザ光の出力値が一定値たとえば最大になる
ように前記熱電素子の発生熱量を制御するようにしたの
で、高出力かつ一定波長のレーザ光を応答性よく取り出
すことができる。
に基づきレーザ光の出力値が一定値たとえば最大になる
ように前記熱電素子の発生熱量を制御するようにしたの
で、高出力かつ一定波長のレーザ光を応答性よく取り出
すことができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は、本発明に係る固体レーザ装置の冷却装置の実
施例の装置1の構成を概略的に示す。
施例の装置1の構成を概略的に示す。
同図に示すように励起源である励起用レーザ光源2から
固体レーザ結晶3に向けて、該固体レーザ結晶3を励起
するための励起レーザ光4が出力される。
固体レーザ結晶3に向けて、該固体レーザ結晶3を励起
するための励起レーザ光4が出力される。
励起レーザ光4は、レンズ5によってその焦点が絞られ
、全反射鏡6を透過して固体レーザ結晶3に照射される
。
、全反射鏡6を透過して固体レーザ結晶3に照射される
。
しかして固体レーザ結晶3は励起されてレーザ光7を出
力する。ここに、上記全反射鏡6は励起レーザ光7の波
長に対しては高透過性を有するが、固体レーザ結晶3か
ら出力されるレーザ光7の波長に対しては高反射性を有
している。
力する。ここに、上記全反射鏡6は励起レーザ光7の波
長に対しては高透過性を有するが、固体レーザ結晶3か
ら出力されるレーザ光7の波長に対しては高反射性を有
している。
したがって上記レーザ光7は、全反射鏡6と出力鏡8と
により構成される光共振器内で誘導放出により増幅され
て、出力鏡8からレーザ出力Pとして取り出される。
により構成される光共振器内で誘導放出により増幅され
て、出力鏡8からレーザ出力Pとして取り出される。
なお、レーザ光7の波長は上記光共振器に配設された複
屈折フィルタ等の波長同調素子9により同調される。
屈折フィルタ等の波長同調素子9により同調される。
一方、上記固体レーザ結晶3の表面には、導通される電
流■の方向に応じて、固体レーザ結晶3で発生する熱の
吸収、または固体レーザ結晶3に対する熱の付与を行う
と共に、導通される電流Iの大きさに比例して、吸収ま
たは付与される熱量が変化する熱電素子10が貼着され
ている。
流■の方向に応じて、固体レーザ結晶3で発生する熱の
吸収、または固体レーザ結晶3に対する熱の付与を行う
と共に、導通される電流Iの大きさに比例して、吸収ま
たは付与される熱量が変化する熱電素子10が貼着され
ている。
上記電流■は、後述する熱電素子コントローラ11から
出力される。
出力される。
また、出力鏡8から出力されるレーザ光7の一部は、破
線にて示すようにビームスプリッタ12によってその進
行方向が90度変化されて、光受光器13に入射される
。
線にて示すようにビームスプリッタ12によってその進
行方向が90度変化されて、光受光器13に入射される
。
上記光受光器13は、受光したレーザ光7に基づきレー
ザ光7のパワー値、つまりレーザ出力Pを検出して、検
出したレーザ出力Pを示す信号を熱電素子コントローラ
11に加える。
ザ光7のパワー値、つまりレーザ出力Pを検出して、検
出したレーザ出力Pを示す信号を熱電素子コントローラ
11に加える。
熱電素子コントローラ11は、上記レーザ出力Pをフィ
ードバック量とし、かつ固体レーザ結晶3で出し得る最
大mpcを目標値としてレーザ光7のパワー値が上記最
大値PCになるように上記電流Iの方向および大きさを
制御する。
ードバック量とし、かつ固体レーザ結晶3で出し得る最
大mpcを目標値としてレーザ光7のパワー値が上記最
大値PCになるように上記電流Iの方向および大きさを
制御する。
なお、この場合、励起用レーザ光源2からは、固体レー
ザ結晶3より上記最大値PCが出力されるに十分な高出
力の励起用レーザ光4が出力される。
ザ結晶3より上記最大値PCが出力されるに十分な高出
力の励起用レーザ光4が出力される。
以下、熱雷素子コントローラ11で行われる制御の態様
について説明する。
について説明する。
すなわち、第3図(a)、(b)に示すように同装置1
の運転がスタートし、レーザ出力Pが最大値PCに達し
ていない場合(区間A)には、熱電素子コントローラ1
1は、レーザ出力゛Pが最大値PCに達するように、レ
ーザ出力Pと最大値PCとの偏差に応じた大きさの、か
つ固体レーザ結晶3の温度Sが上昇する方向の電流Iを
熱電素子10に出力する。
の運転がスタートし、レーザ出力Pが最大値PCに達し
ていない場合(区間A)には、熱電素子コントローラ1
1は、レーザ出力゛Pが最大値PCに達するように、レ
ーザ出力Pと最大値PCとの偏差に応じた大きさの、か
つ固体レーザ結晶3の温度Sが上昇する方向の電流Iを
熱電素子10に出力する。
やがて、結晶温度Sは、迅速に増加し、時間tが、t2
経過した時点で結晶温度Sが温度Soとなり、レーザ出
力Pは最大mpcとなる。
経過した時点で結晶温度Sが温度Soとなり、レーザ出
力Pは最大mpcとなる。
以後(区間B)、熱電素子コントローラ11は、上記最
大値PCを維持するように、レーザ出力Pが最大値PC
を超えた場合には、固体レーザ結晶3の温度Sが下降す
る方向の、またレーザ出力Pが最大値PCよりも下回っ
た場合には、固体レーザ結晶3の温度Sが上昇する方向
の電流!をレーザ出力Pと最大値PCとの偏差に応じて
出力する。
大値PCを維持するように、レーザ出力Pが最大値PC
を超えた場合には、固体レーザ結晶3の温度Sが下降す
る方向の、またレーザ出力Pが最大値PCよりも下回っ
た場合には、固体レーザ結晶3の温度Sが上昇する方向
の電流!をレーザ出力Pと最大値PCとの偏差に応じて
出力する。
こうした制御により、固体レーザ装置1は、同図(b)
の矢印Bに示すようにレーザ出力Pが最大値PCに維持
された状態で運転が行われる。
の矢印Bに示すようにレーザ出力Pが最大値PCに維持
された状態で運転が行われる。
したがって、常に安定して、高出力かつ一定波長のレー
ザ光7を取り出すことができる。
ザ光7を取り出すことができる。
なお、実施例では、熱電素子コントローラ11が、熱電
素子10を導通する電流!の方向を制御して、固体レー
ザ結晶3で発生する熱の吸収、または固体レーザ結晶3
に対する熱の付与を行うものとして説明したが、方向は
固体レーザ結晶3で発生する熱を吸収する方向(冷却方
向)に固定し、導通される電流Iの大きさのみを制御し
て、レーザ出力Pを最大値PCに維持する実施も当然可
能である。
素子10を導通する電流!の方向を制御して、固体レー
ザ結晶3で発生する熱の吸収、または固体レーザ結晶3
に対する熱の付与を行うものとして説明したが、方向は
固体レーザ結晶3で発生する熱を吸収する方向(冷却方
向)に固定し、導通される電流Iの大きさのみを制御し
て、レーザ出力Pを最大値PCに維持する実施も当然可
能である。
なお、実施例では、レーザ出力Pに基づき熱電素子10
を導通する電流Iの制御を行っているが、固体レーザ結
晶3の結晶温度Sを検出して、この検出値に基づく制御
もまた可能である。
を導通する電流Iの制御を行っているが、固体レーザ結
晶3の結晶温度Sを検出して、この検出値に基づく制御
もまた可能である。
また、実施例では、レーザ出力Pをフィードバック量と
するフィードバック制御を行っているが、これに限定さ
れることなく、オープンループ制御による実施もまた可
能である。
するフィードバック制御を行っているが、これに限定さ
れることなく、オープンループ制御による実施もまた可
能である。
以上説明したように本発明によれば、熱電素子を使用し
て固体レーザ結晶を冷却し、この熱電素子の発生熱量を
前記固体レーザ結晶の温度が一定温度になるように制御
するようにしたので、固体レーザ装置に要求される装置
の小形化が具現されると共に、常に安定して、高出力か
つ一定波長のレーザ光を取り出すことができる。しかも
、冷却の際、従来の冷却装置に比して、冷却の均一性、
冷却の応答性等が格段に向上するという利点が得られる
。
て固体レーザ結晶を冷却し、この熱電素子の発生熱量を
前記固体レーザ結晶の温度が一定温度になるように制御
するようにしたので、固体レーザ装置に要求される装置
の小形化が具現されると共に、常に安定して、高出力か
つ一定波長のレーザ光を取り出すことができる。しかも
、冷却の際、従来の冷却装置に比して、冷却の均一性、
冷却の応答性等が格段に向上するという利点が得られる
。
第1図は、本発明に係る固体レーザ装置の冷却装置の実
施例装置の構成を概略的に示す図、第2図は、従来の固
体レーザ装置の構成を概略的に示す図、第3図(a)は
、第1図に示す固体レーザ結晶の結晶温度の時間変化を
示すグラフで、同図(b)は、その場合のレーザ出力の
時間変化を示すグラフ、第4図(a)は、第2図に示す
固体し一ザ結晶の結晶温度の時間変化を示すグラフで、
同図(b)は、その場合のレーザ出力の時間変化を示す
グラフである。 2・・・励起用レーザ光源、3・・・固体レーザ結晶、
4・・・励起レーザ光、7・・・レーザ光、1o・・・
熱電素子、11・・・熱電素子コントローラ、13・・
・光受光3 図 −PI’i/N 第 図 2 時間t 1 時間t
施例装置の構成を概略的に示す図、第2図は、従来の固
体レーザ装置の構成を概略的に示す図、第3図(a)は
、第1図に示す固体レーザ結晶の結晶温度の時間変化を
示すグラフで、同図(b)は、その場合のレーザ出力の
時間変化を示すグラフ、第4図(a)は、第2図に示す
固体し一ザ結晶の結晶温度の時間変化を示すグラフで、
同図(b)は、その場合のレーザ出力の時間変化を示す
グラフである。 2・・・励起用レーザ光源、3・・・固体レーザ結晶、
4・・・励起レーザ光、7・・・レーザ光、1o・・・
熱電素子、11・・・熱電素子コントローラ、13・・
・光受光3 図 −PI’i/N 第 図 2 時間t 1 時間t
Claims (2)
- (1)所定の励起源によって励起されて、レーザ光を出
力する固体レーザ結晶を有した固体レーザ装置において
、 前記固体レーザ結晶を冷却する熱電素子と、前記固体レ
ーザ結晶の温度が一定温度になるように前記熱電素子の
電流を制御する制御手段とを具えたことを特徴とする固
体レーザ装置の冷却装置。 - (2)所定の励起源によって励起されて、レーザ光を出
力する固体レーザ結晶を有した固体レーザ装置において
、 前記固体レーザ結晶を冷却する熱電素子と、前記固体レ
ーザ結晶から出力されるレーザ光の出力値を検出する検
出手段と、 前記検出手段の検出値に基づいて、前記熱電素子の電流
を制御して、前記固体レーザ結晶から出力されるレーザ
光の出力値を一定値にする電流制御手段と を具えたことを特徴とする固体レーザ装置の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13818389A JPH033376A (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 固体レーザ装置の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13818389A JPH033376A (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 固体レーザ装置の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH033376A true JPH033376A (ja) | 1991-01-09 |
Family
ID=15216000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13818389A Pending JPH033376A (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 固体レーザ装置の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH033376A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04131961U (ja) * | 1991-05-28 | 1992-12-04 | 日本電気株式会社 | 固体レーザ装置におけるモニタ構造 |
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| JPS5193881A (en) * | 1975-02-17 | 1976-08-17 | Handotaireezano shutsuryokupawaaanteikasochi | |
| JPS5313885A (en) * | 1976-07-23 | 1978-02-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor light emitting device |
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-
1989
- 1989-05-31 JP JP13818389A patent/JPH033376A/ja active Pending
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