JPH04162685A

JPH04162685A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH04162685A
Application number: JP29044790A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Senoo; 具展妹尾
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1992-06-08

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。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、半導体レーザを励起光源とし、レーザ共振器
内にレーザ媒質と非線形光学材料を配置した固体レーザ
装置に関する。

「従来の技術」近年、半導体レーザ、特にレーザダイオード（以下ＬＤ
という）を励起光源とする固体レーザ装置の研究開発が
盛んに行なわれている。このＬＤ励起固体レーザは、従
来のランプ励起に比べ、励起光源の寿命が長いことや、
レーザ媒質での熱的影響がほとんどなく水冷の必要がな
いことから、小型・長寿命の全固体素子レーザとして注
目されている。

全固体素子レーザとしては、現在ＬＤがよく知られてい
るが、ＬＤは空間出力形状が楕円であることや、瞬間端
面破壊などの問題がある。ＬＤ励起固体レーザでは、そ
れらの問題は解消された上、励起準位での寿命が長いた
め、エネルギーを蓄えることができ、そのためＱスイッ
チ発振によって高いピーク出力が得られる等の特徴を有
している。

また、レーザ共振器内部に非線形光学材料を設けること
により、ＬＤによっては発光が難しい緑色や青色等の可
視光を波長変換により容易に発生させることもできる。

ＬＤ励起固体レーザは、このような特徴を有するため、
光情報伝達装置、例えば光記録再生装置などの分野にお
ける応用が期待されている。

第７図には、レーザ共振器内部に非線形光学材料を備え
た従来のＬＤ励起固体レーザ装置の一例が示されている
。すなわち、励起光源としてＬＤ４１が配置され、その
励起光５１の出射方向には、集光レンズ系４３が配置さ
れている。集光レンズ系４３の光出射方向には、例えば
ＹＡＧなどのレーザ媒質４５が配置されている。レーザ
媒質４５の励起光５１の入射面には、励起光５１を透過
し、レーザ発振光５２を反射する光学膜５３が設けられ
ている。この光学膜５３は、ミラーとして機能し、光学
膜５３と出力ミラー４９とでレーザ共振器を構成する。

そして、レーザ媒質４５と出力ミラー４９との間には非
線形光学材料４７が配置されている。出力ミラー４９の
入射面には、レーザ発振光を反射し、非線形光学材料４
７で変換された波長変換光５４を透過する光学膜５０が
形成されている。

ＬＤ４１から出射される励起光５１は、集光レンズ系４
３を通過して細いビームに絞られ、光学膜５３を通して
レーザ媒質４５の一方の端面から入射する。励起光５１
は、レーザ媒質４５内を通過するときに大部分が吸収さ
れ、レーザ媒質から特定の波長のレーザ光が発生する。

このレーザ光は、非線形光学材料４７を通過して出力ミ
ラー４９の光学膜５０で反射され、レーザ媒質４５の入
射面に形成された光学膜５３との間で反射を繰り返して
、レーザ発振光５２となる。このレーザ発振光５２は、
非線形光学材料４７を通過するときに一部が波長１／２
の第２高調波に変換され、この波長変換光５４が出力ミ
ラー４９を透過して出力される。

上記の装置において、非線形光学材料４７における第２
高調波への変換を効率よく行なうには、位相整合をとる
ことが必要である。位相整合の方法としては、レーザ発
振光５２の光軸に対する非線形光学材料４７の結晶軸の
角度を所定の値にする方法（角度整合）が多用されてい
る。

［発明が解決しようとする課題」しかしながら、非線形光学材料の波長変換効率が最大と
なるように、レーザ発振光５２の光軸に対する非線形光
学材料４７の角度を一度調整しても、非線形光学材料４
７の温度が変化すると、位相整合が最適条件からズして
変換効率の低下をもたらす０通常、変換効率が１７２に
低下する温度幅を温度許容幅と呼ぶが、特に、この温度
許容幅が狭い材料（例えば、ＫＮｂＯ３やＢＢＯ等）を
用いた場合に問題となる。

非線形光学材料４７の温度変動の原因としては、外気か
らの影響、レーザ媒質４５に吸収されずに透過してきた
未吸収励起光による影響などが挙げられる。外気からの
影響に対しては、ベルチェ素子等による非線形光学材料
４７の温度調節によって対処することが可能である。こ
れに対して、未吸収励起光は、光入出射面を通して非線
形光学材料内４７に入ってきたり、また、非線形光学材
料４７の周辺に位置する部品へ入射するなどして、かな
りの温度上昇を引き起こす、特に、レーザ媒質４５の再
吸収のため、レーザ媒質の長さを十分にとれない３準位
レーザ（ＹＡＧの９４６０Ｉ１１発振ライン）などは、
レーザ媒質長が短いため未吸収励起光が強く、非線形光
学材料４７の温度上昇が顕著となる。従来、この未吸収
励起光による温度上昇に対して特別な配慮はなされてお
らず、このため、しばしば波長変換効率を低下させてい
た。

したがって、本発明の目的は、未吸収励起光が非線形光
学材料に照射されるのを防ぎ、非線形光学材料の温度上
昇を防止して、波長変換効率を向上させた半導体レーザ
励起固体レーザ装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」上記目的を達成するため、本発明は、半導体レーザを励
起光源とし、共振器内にレーザ媒質と非線形光学材料と
を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前
記レーザ媒質と前記非線形光学材料との間に、励起光に
対して高反射性を有し、レーザ発振光に対して高透過性
を有する光学膜を設けたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、前記光学膜が、前記
非線形光学材料の前記励起光の入射面に設けられている
。

本発明の別の好ましい態様においては、前記光学膜が、
前記レーザ媒質の前記励起光の入射面に対向する面に設
けられている。

本発明の更に別の好ましい態様においては、前記レーザ
媒質と前記非線形光学材料との間に光学材料を配し、こ
の光学材料の少なくとも一面に前記光学膜が設けられて
いる。

「作用」前述したように、半導体レーザから出射された励起光は
、レーザ媒質を通過する間に大部分が吸収され、レーザ
媒質から特定波長のレーザ光が発生するが、励起光の一
部は、未吸収励起光となってレーザ媒質を通過する。し
かし、本発明においては、未吸収励起光がレーザ媒質か
ら出射して非線形光学材料に照射されるまでに、その間
に配置された光学膜によって反射されるので、未吸収励
起光が非線形光学材料に吸収されるのを防止でき、非線
形光学材料の温度上昇を防止することができる。このた
め、非線形光学材料の位相整合が最適条件からズレるこ
とを防止し、波長変換効率を良好な状態に維持すること
ができる。また、上記光学膜は、励起光に対しては高反
射性を有するが、レーザ発振光に対しては高透過性を有
しているので、レーザ発振に与える損失は極めて少ない
。

本発明の好ましい態様において、光学膜が非線形光学材
料の励起光の入射面に設けられている場合には、励起光
は上記入射面で反射される。

本発明の別の好ましい態様において、光学膜がレーザ媒
質の励起光の入射面に対向する面に設けられている場合
には、励起光はレーザ媒質の出射面で反射される。

本発明の更に別の好ましい態様において、レーザ媒質と
非線形光学材料との間に光学材料が配置され、この光学
材料の少なくとも一面に光学膜が設けられている場合に
は、励起光はこの光学材料の少な（とも一方の面で反射
される。

「実施例」第１図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の一実施例が示されている。

図において、１１は励起光源をなす半導体レーザ（ＬＤ
）であり、励起光２１を出射する。励起光２１の出射方
向には、集光レンズ系１３が配置されており、励起光２
１を細く絞る。集光レンズ系１３の絞り方向には、レー
ザ媒質１５が設けられている。レーザ媒質１５としては
、例えばＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＹＶＯ，等の結晶が
用いられるが、この実施例では、ＹＡＧが用いられてい
る。レーザ媒質１５の励起光入射面には、励起光を透過
し、レーザ発振光を反射する光学膜２３が形成されてい
る。光学膜２３は、レーザ媒質１５のレーザ光出射方向
に配置された出力ミラー１９と協動して共振用ミラーの
役割を果す。

レーザ媒質１５と出力ミラー１９との間には非線形光学
材料１７が設置されている。非線形光字材料１７として
は、例えばＫＮｂＯ，、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ、ＫＴ　
ｉ　ＯＰＯ、、ＫＨ、ＰＯ４、ＢＢＯ等が用いられる。

非線形光学材料１７の未吸収励起光入射面には、光学膜
２５が形成されている。この光学膜２５は、励起光に対
して高反射性を有し、レーザ発振光に対して高透過性（
反射防止性）を有する。光学膜２５は、例えばＴ　ｉ　
Ｏ２、Ｓ　１０　ｚ、Ｚ　ｒ　Ｏｚ、Ｍ　ｇ　Ｆ　ｘ及
びこれらを組合わせた単層又は多層膜で構成され、各層
の厚さや屈折率は、励起光の波長に応じて決定される。

出力ミラー１９のレーザ光入射面には、レーザ発振光を
反射し、非線形光学材料１７で変換された波長変換光を
透過する光学膜２０が形成されている、そして、前記レ
ーザ媒質１５の光学膜２３と出力ミラー１９の光学膜２
０とで共振器が構成されている。

次に、この半導体レーザ励起固体レーザ装置の発振動作
について説明する。

半導体レーザ１１は、例えば波長８０８ｎｍの励起光２
１を出射し、この励起光２１は、集光レンズ系１３によ
り細いビームに絞られ、光学膜２３を透過して固体レー
ザー媒質１５に入射する。励起光２１は、レーザ媒質１
５中で大部分が吸収されて、レーザ媒質１５から波長］
　Ｄ６４ｎｔｍのレーザ光が発生する。なお、励起光２
１の一部は、レーザ媒質１５に吸収されずに未吸収励起
光としてレーザ媒質１５から出射する。

レーザ媒質１５から出射したレーザ光は、非線形光学材
料１７を通過し、出力ミラー１９の光学膜２０で反射さ
れ、共振器を構成するレーザ媒質１５の光学膜２３との
間で反射を繰り返し、レーザ発振光２２となる。このレ
ーザ発振光２２は、非線形光学材料１７を通過するとき
に、その一部が」／２の波長、この例では波長５３２ｎ
ｍの第２高調波に波長変換され、出力ミラー１９の光学
膜２０を透過し、波長変換光２４として出力される。

一方、レーザ媒質１５に吸収されなかった未吸収励起光
２１は、非線形光学材料１７の入射面に形成された光学
膜２５で反射され、非線形光学材料１７に入射されない
。このため、非線形光学材料１７が未吸収励起光２１の
影響を受けて温度上昇することが防止され、位相整合条
件を最適にして安定した波長変換を実現することができ
る。

第２図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の他の実施例が示されている。なお、以下の実施例にお
いては、第１図の実施例の装置と実質的に同一部分には
同符合を付し、その説明を省略することにする。

この実施例は、いわゆるファイバ結合型と呼ばれるもの
で、半導体レーザ１１から出射される励起光２１の出射
方向に集光レンズ系２７が配置されており、集光レンズ
系２７によって絞られた励起光２１が、光ファイバー２
９を通して集光レンズ系１３に照射されるようになって
いる。そして、集光レンズ系１３で再び絞られた励起光
２１がレーザ媒質１５に入射するようになっている。

他の構成及び発振動作は、第１図の実施例と同様である
。

なお、第１図及び第２図の実施例において、非線形光学
材料１７の光学膜２５として、前述した性質の他に、波
長変換光２４に対しても高反射性の性質を有する光学膜
を用いてもよい、その場合には、波長変換光２４の一方
向への取出しが可能となり、波長変換効率を高めること
ができる。

第３図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の更に他の実施例が示されている。

この実施例は、第１図の実施例とほぼ同じ構成をなすも
のであるが、光学膜２５がレーザ媒質１５の励起光出射
面に設けられている点が異なっている。この場合にも、
レーザ媒質１５で吸収されなかった未吸収励起光は、レ
ーザ媒質Ｉ５の出射面で反射され、非線形光学材料１７
へ入射されることが防止されるので、非線形光学材料１
７の温度上昇を防止することができる。また、未吸収励
起光が光学膜２５で反射されて再びレーザ媒質１５内を
通るので、励起光２１をレーザ媒質１５に効率良く吸収
させることができる。

なお、前述したように、光学膜２５は、波長変換光２４
に対しでも高反射性を有する膜を用いてもよい。

第４図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の更に他の実施例が示されている。

この実施例は、第３図に示した実施例をファイバ結合型
にしたものであり、半導体レーザ１１から出射される励
起光２１の出射方向に集光レンズ系２７を配置し、集光
レンズ系２７によって絞られた励起光２１を、光ファイ
バー２９を通して集光レンズ系１３に照射させ、集光レ
ンズ系１３で再び絞られた励起光２１をレーザ媒質１５
に入射させるようにしている。他の構成は、第３図の実
施例と同様である。

第５図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の更に他の実施例が示されている。

この実施例では、レーザ共振器内に配された前記レーザ
媒質１５と非線形光学材料１７との間に平行平面基板３
Ｊが設けられている。平行平面基板３１の材質としては
、ＢＫ−７や石英などの光学材料が用いられる。この平
行平面基板３１のレーザ光入出射面には、未吸収励起光
に対して高反射性を有し、レーザ発振光に対して高透過
性（反射防止性）を有する光学膜２５が形成されている
６ただし、この光学膜２５は、平行平面基板３１の必ず
しも両面に設けられている必要はなく、任意の一面に設
けられていればよい。この実施例においても、レーザ媒
質１５によって吸収されずに残存した未吸収励起光は、
平行平面基板３１に設けられた光学膜２５によって反射
されるため、レーザ発振光のみが非線形光学材料１７に
入射される。

第６図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の更に他の実施例が示されている。

この実施例は、第５図に示した実施例をファイバ結合型
にしたものであり、半導体レーザ１１から出射される励
起光２１の出射方向に集光レンズ系２７を配置し、集光
レンズ系２７によって絞られた励起光２１を、光ファイ
バー２９を通して集光レンズ系１３に照射させ、集光レ
ンズ系１３で再び絞られた励起光２１をレーザ媒質１５
に入射させるようにしている。更に、この実施例では、
第５図の実施例における平行平面基板３１の代わりに凸
面基板３３が配置され、凸面基板３３の未吸収励起光２
１の入射面には、レーザ発振光２２の反射を防止する光
学膜３５が形成され、その対向する面には、レーザ発振
光２２の反射を防止し、かつ、未吸収励起光２１を反射
する光学膜２５が形成されている。ただし、凸面基板３
３の両面に光学膜２５が設けられていてもよい。

この装置では、共振器内に凸面基板３３を設けたことに
より、非線形光学材料１７中にキャビティモードのビー
ムウェストが形成される。そして、凸面基板３３の光学
膜３５から入射した未吸収励起光２１は、対向する面の
光学膜２５で反射され、非線形光学材料１７に入射する
ことが防止される。また、光学膜２５で反射された未吸
収励起光２１は、凸面基板３３内を通って反対方向に出
射するので、レーザ媒質１５中のキャビティモードと一
致させることができ、レーザ媒質１５中における吸収効
率を高めることができる。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、レーザ媒質と非
線形光学材料との間に、半導体レーザの励起光に対して
は高反射性を有し、レーザ発振光に対しては高透過性を
有する光学膜を設けたことにより、レーザ媒質中で吸収
されなかった未吸収励起光が非線形光学材料に入射する
のを防止することができ、それによって非線形光学材料
の温度上昇を抑制し、非線形光学材料の位相整合が最適
条件からズレることを防止し、安定した波長変換効率を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図及び第６図は
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置のそれぞれ異
なる実施例を示すブロック図、第７図は従来の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置を示すブロック図である。図中、１１は半導体レーザ、１３は集光レンズ系、１５
はレーザ媒質、１７は非線形光学材料。１９は出力ミラー、２」は励起光、２２はレーザ発振光
、２４は波長変換光、２５は光学膜、３１は平行平面基
板、３３は凸面基板である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体レーザを励起光源とし、共振器内にレーザ
媒質と非線形光学材料とを備えた半導体レーザ励起固体
レーザ装置において、前記レーザ媒質と前記非線形光学
材料との間に、励起光に対して高反射性を有し、レーザ
発振光に対して高透過性を有する光学膜を設けたことを
特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
（２）前記光学膜が、前記非線形光学材料の前記励起光
の入射面に設けられている請求項１記載の半導体レーザ
励起固体レーザ装置。
（３）前記光学膜が、前記レーザ媒質の前記励起光の入
射面に対向する面に設けられている請求項１記載の半導
体レーザ励起固体レーザ装置。
（４）前記レーザ媒質と前記非線形光学材料との間に光
学材料を配し、この光学材料の少なくとも一面に前記光
学膜が設けられている請求項１記載の半導体レーザ励起
固体レーザ装置。