JPH06120586A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JPH06120586A JPH06120586A JP28536592A JP28536592A JPH06120586A JP H06120586 A JPH06120586 A JP H06120586A JP 28536592 A JP28536592 A JP 28536592A JP 28536592 A JP28536592 A JP 28536592A JP H06120586 A JPH06120586 A JP H06120586A
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザ励起固体レーザに於いて、固体
レーザ媒質の光軸方向からも効率的かつ外部応力を加え
ることなく抜熱し、安定で高品質の固体レーザビームを
得る固体レーザ装置を提供する。 【構成】 励起光源としての半導体レーザと、固体レー
ザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置に於い
て、前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原
子（または分子）を含むレーザ結晶と該活性原子（また
は分子）を含まない母結晶とを互いの結晶軸を一致させ
てオプティカルコンタクトにより接合したものからなる
ことにより、固体レーザ媒質の光軸方向からも効率的か
つ外部応力を加えることなく抜熱することが可能にな
り、安定で高品質の固体レーザビームを得ることができ
る。
レーザ媒質の光軸方向からも効率的かつ外部応力を加え
ることなく抜熱し、安定で高品質の固体レーザビームを
得る固体レーザ装置を提供する。 【構成】 励起光源としての半導体レーザと、固体レー
ザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置に於い
て、前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原
子（または分子）を含むレーザ結晶と該活性原子（また
は分子）を含まない母結晶とを互いの結晶軸を一致させ
てオプティカルコンタクトにより接合したものからなる
ことにより、固体レーザ媒質の光軸方向からも効率的か
つ外部応力を加えることなく抜熱することが可能にな
り、安定で高品質の固体レーザビームを得ることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ励起固体
レーザ装置に関するものである。
レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体レーザは、一般に希ガスラン
プを励起光源としているが、この希ガスランプの発光ス
ペクトルは紫外域から赤外域まで広くほぼ一様な発光強
度分布を有している。一方、固体レーザ媒質の吸収スペ
クトルは、ドープされた活性原子または分子によって決
まる特定の波長域に局在している。このため、固体レー
ザ媒質の吸収ピーク波長に一致しない大多数の波長域の
希ガスランプ励起光は、固体レーザ媒質に吸収されなか
ったり、固体レーザ遷移に関与しない準位に活性原子ま
たは分子を励起するのに使われて、結局は熱に変換され
る。また、固体レーザ媒質に有効に吸収されたとしても
その全てがレーザ光に変換されるわけではなく、この残
りの励起エネルギーも熱になる。従って、固体レーザ媒
質に十分なエネルギーを与えるためには非常に強力なラ
ンプが必要となる。このため、ランプと固体レーザ媒質
とにも大きな熱が発生する。固体レーザではこれらの熱
による破壊を避けるため、熱の除去が不可欠となってい
る。特に固体レーザ媒質中での熱の発生は、固体レーザ
媒質の歪や複屈折を引き起こす原因となるので好ましく
ない。なぜなら、これらによって固体レーザの特徴であ
るビーム品質が損なわれるからである。従って、なんら
かの方法で固体レーザ媒質から熱を除去する必要があ
る。
プを励起光源としているが、この希ガスランプの発光ス
ペクトルは紫外域から赤外域まで広くほぼ一様な発光強
度分布を有している。一方、固体レーザ媒質の吸収スペ
クトルは、ドープされた活性原子または分子によって決
まる特定の波長域に局在している。このため、固体レー
ザ媒質の吸収ピーク波長に一致しない大多数の波長域の
希ガスランプ励起光は、固体レーザ媒質に吸収されなか
ったり、固体レーザ遷移に関与しない準位に活性原子ま
たは分子を励起するのに使われて、結局は熱に変換され
る。また、固体レーザ媒質に有効に吸収されたとしても
その全てがレーザ光に変換されるわけではなく、この残
りの励起エネルギーも熱になる。従って、固体レーザ媒
質に十分なエネルギーを与えるためには非常に強力なラ
ンプが必要となる。このため、ランプと固体レーザ媒質
とにも大きな熱が発生する。固体レーザではこれらの熱
による破壊を避けるため、熱の除去が不可欠となってい
る。特に固体レーザ媒質中での熱の発生は、固体レーザ
媒質の歪や複屈折を引き起こす原因となるので好ましく
ない。なぜなら、これらによって固体レーザの特徴であ
るビーム品質が損なわれるからである。従って、なんら
かの方法で固体レーザ媒質から熱を除去する必要があ
る。
【０００３】従来の希ガスランプ励起固体レーザでは水
冷による抜熱が一般的である。水冷でよく使われるのは
図６に示すようなロッド状に加工した固体レーザロッド
１３を水冷チャンバ１４中に配置し、この固体レーザロ
ッド１３のまわりに水を流して熱を除去する方式であ
る。ここでの水冷チャンバ１４は、通常内壁を鏡面とし
た楕円筒であり、楕円の一方の焦点に固体レーザロッド
１３、他方に希ガスランプ１５を配置することにより、
希ガスランプ１５から発した光がすべて固体レーザロッ
ド１３に向かうようになっている。固体レーザ発振は固
体レーザロッド１３の長手方向に生じる。このように、
水冷は、固体レーザの光軸と垂直な方向から励起光を入
力する横（側面）励起方式には適している。しかし、水
冷では固体レーザロッド１３に水が接している表面から
しか抜熱することができないことから、固体レーザの光
軸方向から励起光を入力する縦（側面）励起方式では構
造的に難しい。
冷による抜熱が一般的である。水冷でよく使われるのは
図６に示すようなロッド状に加工した固体レーザロッド
１３を水冷チャンバ１４中に配置し、この固体レーザロ
ッド１３のまわりに水を流して熱を除去する方式であ
る。ここでの水冷チャンバ１４は、通常内壁を鏡面とし
た楕円筒であり、楕円の一方の焦点に固体レーザロッド
１３、他方に希ガスランプ１５を配置することにより、
希ガスランプ１５から発した光がすべて固体レーザロッ
ド１３に向かうようになっている。固体レーザ発振は固
体レーザロッド１３の長手方向に生じる。このように、
水冷は、固体レーザの光軸と垂直な方向から励起光を入
力する横（側面）励起方式には適している。しかし、水
冷では固体レーザロッド１３に水が接している表面から
しか抜熱することができないことから、固体レーザの光
軸方向から励起光を入力する縦（側面）励起方式では構
造的に難しい。
【０００４】現在、ロッド状の固体レーザ媒質を水冷す
るタイプでは、１台の固体レーザ発振器で数百Ｗ程度の
レーザ出力が動作の限界となっている。これは、小さな
固体レーザロッドに熱が集中すること、固体レーザロッ
ドの表面積が小さいため放熱が十分にできないことなど
が原因である。また、希ガスランプ励起の固体レーザ
は、放電による発光を励起光源としているため、固体レ
ーザ光の出力安定度が低い。さらに、励起光を固体レー
ザの発振体積にマッチングさせることが難しいので、効
率よくビーム品質の良い固体レーザ光を得ることが難し
い。
るタイプでは、１台の固体レーザ発振器で数百Ｗ程度の
レーザ出力が動作の限界となっている。これは、小さな
固体レーザロッドに熱が集中すること、固体レーザロッ
ドの表面積が小さいため放熱が十分にできないことなど
が原因である。また、希ガスランプ励起の固体レーザ
は、放電による発光を励起光源としているため、固体レ
ーザ光の出力安定度が低い。さらに、励起光を固体レー
ザの発振体積にマッチングさせることが難しいので、効
率よくビーム品質の良い固体レーザ光を得ることが難し
い。
【０００５】一方、半導体レーザを励起光源とする固体
レーザは、レーザ発振に寄与する準位だけを選択的に励
起することができるので、希ガスランプ励起に比較し
て、励起光から固体レーザ光への変換効率がはるかに高
く、固体レーザ媒質への熱的負荷が少ないことは周知で
ある。光励起の効率は、第１次近似では、励起光の光子
エネルギーと固体レーザ媒質のレーザ遷移準位間のエネ
ルギー差との比で決まる量子効率を上限と考えることが
できる。例えば、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
の量子効率は約７５％である。ただし、実際には理論限
界効率を実現するのは困難であり、実際には最高でも５
０％程度である。それでもこれは高出力化の観点からは
非常に大きな利点である。実際、既存の固体レーザでは
考えられなかったような超高出力のレーザが、半導体レ
ーザ励起固体レーザの進歩によって初めてその可能性を
議論されるようになった（文献 Ｓ．Ｂａｓｕ ａｎｄ
Ｒ．Ｌ．Ｂｙｅｒ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．１２ｐ１７６５ （１９９０），
内藤健太他：レーザ研究 第１８巻 ８号 ６５２頁
（１９９０））。また、励起光源としての半導体レーザ
は、出力安定度が高いため固体レーザの出力安定度も高
くなる。さらに、固体レーザの発振体積にマッチングさ
せることもできるのでビーム品質の良い固体レーザ光を
効率よく得ることができる。
レーザは、レーザ発振に寄与する準位だけを選択的に励
起することができるので、希ガスランプ励起に比較し
て、励起光から固体レーザ光への変換効率がはるかに高
く、固体レーザ媒質への熱的負荷が少ないことは周知で
ある。光励起の効率は、第１次近似では、励起光の光子
エネルギーと固体レーザ媒質のレーザ遷移準位間のエネ
ルギー差との比で決まる量子効率を上限と考えることが
できる。例えば、半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
の量子効率は約７５％である。ただし、実際には理論限
界効率を実現するのは困難であり、実際には最高でも５
０％程度である。それでもこれは高出力化の観点からは
非常に大きな利点である。実際、既存の固体レーザでは
考えられなかったような超高出力のレーザが、半導体レ
ーザ励起固体レーザの進歩によって初めてその可能性を
議論されるようになった（文献 Ｓ．Ｂａｓｕ ａｎｄ
Ｒ．Ｌ．Ｂｙｅｒ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．１２ｐ１７６５ （１９９０），
内藤健太他：レーザ研究 第１８巻 ８号 ６５２頁
（１９９０））。また、励起光源としての半導体レーザ
は、出力安定度が高いため固体レーザの出力安定度も高
くなる。さらに、固体レーザの発振体積にマッチングさ
せることもできるのでビーム品質の良い固体レーザ光を
効率よく得ることができる。
【０００６】半導体レーザ励起固体レーザでは、高い発
振効率及びビーム品質を同時に達成できる縦励起方式が
よく用いられる。この種のレーザの基本的な構造は図７
に示すようなものである。半導体レーザ１から放射され
た光は集光レンズ２で集められ、固体レーザ媒質５の端
面に照射され、これにより固体レーザ媒質５が励起さ
れ、共振器ミラー３及び４がレーザの発振条件を満足す
ればレーザ発振を生じる。なお、図示されていないが、
これら半導体レーザ１、集光レンズ２、共振器ミラー３
及び４、レーザ媒質５はその光学的位置を維持するべく
ホルダーなどにより保持されている。これは他の図面で
も同様である。
振効率及びビーム品質を同時に達成できる縦励起方式が
よく用いられる。この種のレーザの基本的な構造は図７
に示すようなものである。半導体レーザ１から放射され
た光は集光レンズ２で集められ、固体レーザ媒質５の端
面に照射され、これにより固体レーザ媒質５が励起さ
れ、共振器ミラー３及び４がレーザの発振条件を満足す
ればレーザ発振を生じる。なお、図示されていないが、
これら半導体レーザ１、集光レンズ２、共振器ミラー３
及び４、レーザ媒質５はその光学的位置を維持するべく
ホルダーなどにより保持されている。これは他の図面で
も同様である。
【０００７】さて、縦励起方式では励起光は固体レーザ
の光軸と同軸方向から照射されるので、励起光ビームの
強度分布がガウシアンであるとすれば、固体レーザ媒質
内に於いて励起光は図８（ａ）及び図８（ｂ）のように
減衰する。これに伴って、固体レーザ媒質の温度分布は
図９（ａ）及び図９（ｂ）のようになる。上述したよう
に半導体レーザ励起固体レーザに於いても励起光の半分
は熱になるのであるから、固体レーザ媒質からの抜熱は
当然必要となる。図９（ｂ）より明らかなように縦励起
方式では、固体レーザ媒質の励起光入射面が最も高温に
なるから、この面を冷却するべきである。しかしなが
ら、上述した水冷は適用できない。なぜなら、固体レー
ザの発振波長として一般的な近赤外領域に於いて水は完
全な透明体であるとは言えず、固体レーザ光にとって損
失となるため、光路に水を挿入すると発振自体が起こら
なくなってしまうからである。これを避けるため図１０
に示すように固体レーザ媒質５に共振器ミラーコーティ
ング５ａを施すことも考えられるが、多層膜中に水が入
り込んで劣化するので耐久性に問題がある。また、特開
平４−８２２８１公報に於いて、固体レーザ媒質表面
に、レーザ波長に於いて透明で熱伝導のよいダイヤモン
ド膜などをコーティングして、この膜を介して固体レー
ザ媒質の励起面の放熱を行う方法が開示されている。こ
の方法は、放熱の点では確かに有効ではあるが、熱膨張
率の異なる物質が接合されている場合、温度変化に対し
て互いに異なる大きさで熱膨張しようとするため、界面
に於いて歪が生じる。これは固体レーザの発振条件を変
化させ、出力低下やビーム品質の劣化を招く。極端な場
合には結晶が割れてしまう可能性がある。
の光軸と同軸方向から照射されるので、励起光ビームの
強度分布がガウシアンであるとすれば、固体レーザ媒質
内に於いて励起光は図８（ａ）及び図８（ｂ）のように
減衰する。これに伴って、固体レーザ媒質の温度分布は
図９（ａ）及び図９（ｂ）のようになる。上述したよう
に半導体レーザ励起固体レーザに於いても励起光の半分
は熱になるのであるから、固体レーザ媒質からの抜熱は
当然必要となる。図９（ｂ）より明らかなように縦励起
方式では、固体レーザ媒質の励起光入射面が最も高温に
なるから、この面を冷却するべきである。しかしなが
ら、上述した水冷は適用できない。なぜなら、固体レー
ザの発振波長として一般的な近赤外領域に於いて水は完
全な透明体であるとは言えず、固体レーザ光にとって損
失となるため、光路に水を挿入すると発振自体が起こら
なくなってしまうからである。これを避けるため図１０
に示すように固体レーザ媒質５に共振器ミラーコーティ
ング５ａを施すことも考えられるが、多層膜中に水が入
り込んで劣化するので耐久性に問題がある。また、特開
平４−８２２８１公報に於いて、固体レーザ媒質表面
に、レーザ波長に於いて透明で熱伝導のよいダイヤモン
ド膜などをコーティングして、この膜を介して固体レー
ザ媒質の励起面の放熱を行う方法が開示されている。こ
の方法は、放熱の点では確かに有効ではあるが、熱膨張
率の異なる物質が接合されている場合、温度変化に対し
て互いに異なる大きさで熱膨張しようとするため、界面
に於いて歪が生じる。これは固体レーザの発振条件を変
化させ、出力低下やビーム品質の劣化を招く。極端な場
合には結晶が割れてしまう可能性がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み本発明の主な目的は、固体レーザ媒質の光
軸方向からも効率的かつ外部応力を加えることなく抜熱
し、容易に安定な高出力発振を得る半導体レーザ励起固
体レーザを提供することにある。
問題点に鑑み本発明の主な目的は、固体レーザ媒質の光
軸方向からも効率的かつ外部応力を加えることなく抜熱
し、容易に安定な高出力発振を得る半導体レーザ励起固
体レーザを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した目的は、本発明
によれば、励起光源としての半導体レーザと、固体レー
ザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置に於い
て、前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原
子または分子を含むレーザ結晶と、前記活性原子または
分子を含まない母結晶とを互いの結晶軸を一致させてオ
プティカルコンタクトにより接合したものからなること
を特徴とする固体レーザ装置を提供することにより達成
される。
によれば、励起光源としての半導体レーザと、固体レー
ザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置に於い
て、前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原
子または分子を含むレーザ結晶と、前記活性原子または
分子を含まない母結晶とを互いの結晶軸を一致させてオ
プティカルコンタクトにより接合したものからなること
を特徴とする固体レーザ装置を提供することにより達成
される。
【００１０】また、前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移
を起こす活性原子または分子を含むレーザ結晶上に前記
活性原子または分子を含まない母結晶を結晶成長により
成膜したものであってもよいし、あるいは、前記固体レ
ーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原子または分子を
含まない母結晶上に前記活性原子または分子を含むレー
ザ結晶を結晶成長により成膜したものであっても可能で
ある。
を起こす活性原子または分子を含むレーザ結晶上に前記
活性原子または分子を含まない母結晶を結晶成長により
成膜したものであってもよいし、あるいは、前記固体レ
ーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原子または分子を
含まない母結晶上に前記活性原子または分子を含むレー
ザ結晶を結晶成長により成膜したものであっても可能で
ある。
【００１１】
【作用】このようにすれば、光軸方向からも放熱させる
ことができる。ここで、レーザ結晶に接合する物質はレ
ーザ発振の波長に於いて透明であると云う条件に加え
て、レーザ結晶と全く同じ熱膨張特性を示すと云う条件
をも満足する必要がある。この条件を満足し得るのはレ
ーザ結晶とその母結晶を互いの結晶軸を一致させて接合
した場合以外には有り得ない。両結晶は全く同様の熱的
特性を示すので、熱膨張係数の不一致によって接合が剥
離することもない。また、レーザ結晶とその母結晶はほ
とんど屈折率が等しいため、接合の手段としてオプティ
カルコンタクトを行えば、接合界面における反射が全く
起こらない。さらに、オプティカルコンタクトは２枚の
鏡面の分子間力による接合であるから、接着剤のように
レーザ光によって焦げてしまうようなことはなく、レー
ザ共振器内に生ずる高い光強度にも耐えられる。このよ
うにして作製した固体レーザ媒質を用いることにより安
定な発振動作が得られる。
ことができる。ここで、レーザ結晶に接合する物質はレ
ーザ発振の波長に於いて透明であると云う条件に加え
て、レーザ結晶と全く同じ熱膨張特性を示すと云う条件
をも満足する必要がある。この条件を満足し得るのはレ
ーザ結晶とその母結晶を互いの結晶軸を一致させて接合
した場合以外には有り得ない。両結晶は全く同様の熱的
特性を示すので、熱膨張係数の不一致によって接合が剥
離することもない。また、レーザ結晶とその母結晶はほ
とんど屈折率が等しいため、接合の手段としてオプティ
カルコンタクトを行えば、接合界面における反射が全く
起こらない。さらに、オプティカルコンタクトは２枚の
鏡面の分子間力による接合であるから、接着剤のように
レーザ光によって焦げてしまうようなことはなく、レー
ザ共振器内に生ずる高い光強度にも耐えられる。このよ
うにして作製した固体レーザ媒質を用いることにより安
定な発振動作が得られる。
【００１２】尚、上記のようなレーザ媒質は、公知の結
晶成長法によって作製することも可能であり、更に、レ
ーザ媒質の両端面に共振器ミラーコーティングを施せ
ば、小型化を図ることができる。
晶成長法によって作製することも可能であり、更に、レ
ーザ媒質の両端面に共振器ミラーコーティングを施せ
ば、小型化を図ることができる。
【００１３】
【実施例】以下本発明の好適実施例を添付の図面につい
て詳しく説明する。
て詳しく説明する。
【００１４】図１は本発明が適用された第１の実施例で
ある。本実施例では、固体レーザ媒質として、レーザ遷
移を起こす活性原子Ｎｄを１％含むＹＶＯ4（Ｎｄ：Ｙ
ＶＯ4）結晶を厚さ１ｍｍ、面精度λ／１０、平行度１
秒に研磨したものと、Ｎｄ原子を含まないＹＶＯ4結晶
を厚さ５ｍｍ、面精度λ／１０、平行度１秒に研磨した
ものとを互いの結晶軸を一致させてオプティカルコンタ
クトにより接合させたものを用いた。ここで、結晶軸を
合わせることはＸ線散乱により正確に行うことができ
る。ＹＶＯ4結晶は１軸性であるが、本実施例では、ａ
軸が光軸になるようにカットしてある。以下、接合後の
結晶を単に接合媒質７と呼び、活性原子Ｎｄを含む側
（レーザ結晶）を７Ａ、含まない側（母結晶）を７Ｎと
する。接合媒質７の母結晶７Ｎ側端面に励起波長８０８
ｎｍで無反射（ＡＲ：反射率Ｒ＜４％）し、発振波長１
０６４ｎｍで無反射（ＡＲ：反射率Ｒ＜０.１％）する
ダブルＡＲ膜７ａ、レーザ結晶７Ａ側端面に１０６４ｎ
ｍでの無反射膜（ＡＲ：反射率Ｒ＜０.１％）７ｂを施
してある。また、共振器ミラー３及び４により共振器は
構成される。ここで、半導体レーザ１から放射された光
は集光レンズ２で集められ、接合媒質７に母結晶７Ｎ側
から入射し、母結晶７Ｎを透過してレーザ結晶７Ａに照
射され、レーザ結晶７Ａが励起され共振器ミラー３及び
４がレーザの発振条件を満足すればレーザ発振を生じ
る。
ある。本実施例では、固体レーザ媒質として、レーザ遷
移を起こす活性原子Ｎｄを１％含むＹＶＯ4（Ｎｄ：Ｙ
ＶＯ4）結晶を厚さ１ｍｍ、面精度λ／１０、平行度１
秒に研磨したものと、Ｎｄ原子を含まないＹＶＯ4結晶
を厚さ５ｍｍ、面精度λ／１０、平行度１秒に研磨した
ものとを互いの結晶軸を一致させてオプティカルコンタ
クトにより接合させたものを用いた。ここで、結晶軸を
合わせることはＸ線散乱により正確に行うことができ
る。ＹＶＯ4結晶は１軸性であるが、本実施例では、ａ
軸が光軸になるようにカットしてある。以下、接合後の
結晶を単に接合媒質７と呼び、活性原子Ｎｄを含む側
（レーザ結晶）を７Ａ、含まない側（母結晶）を７Ｎと
する。接合媒質７の母結晶７Ｎ側端面に励起波長８０８
ｎｍで無反射（ＡＲ：反射率Ｒ＜４％）し、発振波長１
０６４ｎｍで無反射（ＡＲ：反射率Ｒ＜０.１％）する
ダブルＡＲ膜７ａ、レーザ結晶７Ａ側端面に１０６４ｎ
ｍでの無反射膜（ＡＲ：反射率Ｒ＜０.１％）７ｂを施
してある。また、共振器ミラー３及び４により共振器は
構成される。ここで、半導体レーザ１から放射された光
は集光レンズ２で集められ、接合媒質７に母結晶７Ｎ側
から入射し、母結晶７Ｎを透過してレーザ結晶７Ａに照
射され、レーザ結晶７Ａが励起され共振器ミラー３及び
４がレーザの発振条件を満足すればレーザ発振を生じ
る。
【００１５】励起光の照射によりレーザ結晶７Ａは加熱
される。しかし、本実施例では、レーザ結晶７Ａの母結
晶７Ｎをレーザ結晶７Ａに接合してあるので、実効的に
厚い結晶となっており、強度が増しているため反りは発
生しない。また、母結晶７Ｎを介して放熱することもで
きるので、レーザ結晶７Ａの温度上昇の低減もできる。
される。しかし、本実施例では、レーザ結晶７Ａの母結
晶７Ｎをレーザ結晶７Ａに接合してあるので、実効的に
厚い結晶となっており、強度が増しているため反りは発
生しない。また、母結晶７Ｎを介して放熱することもで
きるので、レーザ結晶７Ａの温度上昇の低減もできる。
【００１６】図２は本発明が適用された第２の実施例で
ある。本実施例では、接合媒質７の母結晶７Ｎ側端面に
励起波長８０８ｎｍで無反射し、かつ発振波長１０６４
ｎｍで高反射（ＨＲ：反射率Ｒ＞９９.９％）するダイ
クロイックミラーコーティング７ｃ、レーザ結晶７Ａ側
端面に共振器ミラーコーティング（Ｒ＝９７.５％）７
ｄを施している。レーザ結晶７Ａは厚さ１ｍｍ、母結晶
７Ｎは厚さ１０ｍｍである。この場合にはオプティカル
コンタクトをとる面を研磨した結晶同士を接合してから
後に上記厚みにまで研磨して作製した。本実施例によれ
ば、共振器構造が上記第１の実施例に比較して単純化さ
れ、製造コストが低減している。
ある。本実施例では、接合媒質７の母結晶７Ｎ側端面に
励起波長８０８ｎｍで無反射し、かつ発振波長１０６４
ｎｍで高反射（ＨＲ：反射率Ｒ＞９９.９％）するダイ
クロイックミラーコーティング７ｃ、レーザ結晶７Ａ側
端面に共振器ミラーコーティング（Ｒ＝９７.５％）７
ｄを施している。レーザ結晶７Ａは厚さ１ｍｍ、母結晶
７Ｎは厚さ１０ｍｍである。この場合にはオプティカル
コンタクトをとる面を研磨した結晶同士を接合してから
後に上記厚みにまで研磨して作製した。本実施例によれ
ば、共振器構造が上記第１の実施例に比較して単純化さ
れ、製造コストが低減している。
【００１７】図３は本発明が適用された第３の実施例で
ある。本実施例では、固体レーザ媒質として、レーザ遷
移を起こすＮｄ：ＹＶＯ4を厚さ１ｍｍ、面精度λ／５
０、平行度１秒に研磨したものを基板とし、これのａ−
ｃ面上に液相成長によってＹＶＯ4を５００ｎｍ成膜し
たものを用いた。以下、このようにして作製した固体レ
ーザ媒質を成膜媒質８と呼ぶ。成膜媒質８の母結晶８Ｎ
側端面にダイクロイックミラーコーティング８ａ、レー
ザ結晶８Ａ側端面に無反射膜８ｂを施してある。半導体
レーザ１から放射された光は集光レンズ２で集められ、
成膜媒質８に母結晶８Ｎ側から入射し、母結晶８Ｎを透
過してレーザ結晶８Ａに照射され、レーザ結晶８Ａが励
起され、ダイクロイックミラーコーティング８ａ及び共
振器ミラー４がレーザの発振条件を満足すればレーザ発
振を生じる。本実施例によれば、レーザ結晶８Ａの励起
面からの放熱の効果は、第１の実施例に比較して劣る
が、結晶軸は自動的に一致して成長するので、接合の手
間と困難が省ける。また、第１の実施例に比較して共振
器ミラーを１枚減ずることができ、単純化されている。
ある。本実施例では、固体レーザ媒質として、レーザ遷
移を起こすＮｄ：ＹＶＯ4を厚さ１ｍｍ、面精度λ／５
０、平行度１秒に研磨したものを基板とし、これのａ−
ｃ面上に液相成長によってＹＶＯ4を５００ｎｍ成膜し
たものを用いた。以下、このようにして作製した固体レ
ーザ媒質を成膜媒質８と呼ぶ。成膜媒質８の母結晶８Ｎ
側端面にダイクロイックミラーコーティング８ａ、レー
ザ結晶８Ａ側端面に無反射膜８ｂを施してある。半導体
レーザ１から放射された光は集光レンズ２で集められ、
成膜媒質８に母結晶８Ｎ側から入射し、母結晶８Ｎを透
過してレーザ結晶８Ａに照射され、レーザ結晶８Ａが励
起され、ダイクロイックミラーコーティング８ａ及び共
振器ミラー４がレーザの発振条件を満足すればレーザ発
振を生じる。本実施例によれば、レーザ結晶８Ａの励起
面からの放熱の効果は、第１の実施例に比較して劣る
が、結晶軸は自動的に一致して成長するので、接合の手
間と困難が省ける。また、第１の実施例に比較して共振
器ミラーを１枚減ずることができ、単純化されている。
【００１８】図４は本発明が適用された第４の実施例で
ある。本実施例では、固体レーザ媒質として、母結晶Ｙ
ＶＯ4を厚さ２ｍｍ、面精度λ／５０、平行度１秒に研
磨したものを基板とし、これのａ−ｃ面上に液相成長に
よってＮｄ：ＹＶＯ4を５００ｎｍ成膜したものを用い
た。本実施例によれば、レーザ結晶８Ａの厚みが余り厚
くできないので固体レーザ出力の点で第１の実施例に比
較して劣るが、逆にレーザ結晶８Ａの厚みが薄いため励
起面からの放熱の効果は高い。また、第３の実施例と同
様に結晶軸は自動的に一致して成長するので、接合の手
間と困難が省ける。
ある。本実施例では、固体レーザ媒質として、母結晶Ｙ
ＶＯ4を厚さ２ｍｍ、面精度λ／５０、平行度１秒に研
磨したものを基板とし、これのａ−ｃ面上に液相成長に
よってＮｄ：ＹＶＯ4を５００ｎｍ成膜したものを用い
た。本実施例によれば、レーザ結晶８Ａの厚みが余り厚
くできないので固体レーザ出力の点で第１の実施例に比
較して劣るが、逆にレーザ結晶８Ａの厚みが薄いため励
起面からの放熱の効果は高い。また、第３の実施例と同
様に結晶軸は自動的に一致して成長するので、接合の手
間と困難が省ける。
【００１９】図５は本発明が適用された第５の実施例で
ある。本実施例では固体レーザ媒質として、レーザ遷移
を起こす活性原子Ｎｄを１％含むＹＶＯ4（Ｎｄ：ＹＶ
Ｏ4）結晶を厚さ１ｍｍ、面精度λ／２０、平行度０.５
秒に研磨したものとＮｄ原子を含まないＹＶＯ4結晶を
厚さ１ｍｍ、面精度λ／２０、平行度０.５秒に研磨し
たものとを互いの結晶軸を一致させてオプティカルコン
タクトにより交互に接合させたものを用いた。結晶の断
面はφ２ｍｍとした。ここで、結晶のａ軸を光軸とし
た。また、最も外側の結晶は母結晶７Ｎとなるように
し、これらの厚みは５ｍｍとした。この部分にＯリング
９をつけて接合媒質７を側面に透明なガラス窓６を持つ
水冷チャンバー１０中に配置した。接合媒質７の両端面
には発振波長１０６４ｎｍでの無反射膜７ｂを施した。
このようにして作製した接合媒質７を全幅１ｃｍの４台
の１次元アレイ型半導体レーザ１１からの放射光をそれ
ぞれシリンドリカルレンズ１２で集光して四方側面から
励起し、共振器ミラー３及び４により共振器を構成し固
体レーザ発振を得た。本実施例によれば、側面励起型固
体レーザに於いて従来不可能であった、固体レーザ媒質
の光軸方向からも母結晶７Ｎを介して抜熱することがで
き、従来以上の高出力化が可能である。
ある。本実施例では固体レーザ媒質として、レーザ遷移
を起こす活性原子Ｎｄを１％含むＹＶＯ4（Ｎｄ：ＹＶ
Ｏ4）結晶を厚さ１ｍｍ、面精度λ／２０、平行度０.５
秒に研磨したものとＮｄ原子を含まないＹＶＯ4結晶を
厚さ１ｍｍ、面精度λ／２０、平行度０.５秒に研磨し
たものとを互いの結晶軸を一致させてオプティカルコン
タクトにより交互に接合させたものを用いた。結晶の断
面はφ２ｍｍとした。ここで、結晶のａ軸を光軸とし
た。また、最も外側の結晶は母結晶７Ｎとなるように
し、これらの厚みは５ｍｍとした。この部分にＯリング
９をつけて接合媒質７を側面に透明なガラス窓６を持つ
水冷チャンバー１０中に配置した。接合媒質７の両端面
には発振波長１０６４ｎｍでの無反射膜７ｂを施した。
このようにして作製した接合媒質７を全幅１ｃｍの４台
の１次元アレイ型半導体レーザ１１からの放射光をそれ
ぞれシリンドリカルレンズ１２で集光して四方側面から
励起し、共振器ミラー３及び４により共振器を構成し固
体レーザ発振を得た。本実施例によれば、側面励起型固
体レーザに於いて従来不可能であった、固体レーザ媒質
の光軸方向からも母結晶７Ｎを介して抜熱することがで
き、従来以上の高出力化が可能である。
【００２０】なお、本発明の実施例に於いては、レーザ
結晶としてＮｄ：ＹＶＯ4、母結晶としてＹＶＯ4を用い
たが、もちろんこれらに限るものではない。
結晶としてＮｄ：ＹＶＯ4、母結晶としてＹＶＯ4を用い
たが、もちろんこれらに限るものではない。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による固体レーザ装置によれば、固体レーザ媒質の光
軸方向からも効率的かつ外部応力を加えることなく抜熱
することが可能なことから、安定で高品質の固体レーザ
ビームを得ることができる。
明による固体レーザ装置によれば、固体レーザ媒質の光
軸方向からも効率的かつ外部応力を加えることなく抜熱
することが可能なことから、安定で高品質の固体レーザ
ビームを得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施例を示す図である。
【図６】水冷希ガスランプ励起固体レーザを説明する図
である。
である。
【図７】半導体レーザ励起固体レーザを説明する図であ
る。
る。
【図８】縦励起型固体レーザにおける固体レーザ媒質内
の励起光強度分布を説明する図である。
の励起光強度分布を説明する図である。
【図９】縦励起型固体レーザにおける固体レーザ媒質内
の温度分布を説明する図である。
の温度分布を説明する図である。
【図１０】水冷半導体レーザ励起固体レーザを説明する
図である。
図である。
１ 半導体レーザ ２ 集光レンズ ３ 共振器ミラー ４ 共振器ミラー ５ 固体レーザ媒質 ５ａ 共振器ミラーコーティング ６ 窓 ７ 接合媒質 ７Ａ レーザ結晶 ７Ｎ 母結晶 ７ａ ダブルＡＲ膜（ＡＲ８０８ｎｍ、ＡＲ１０６４ｎ
ｍ） ７ｂ 無反射膜（ＡＲ１０６４ｎｍ） ７ｃ ダイクロイックミラーコーティング（ＡＲ８０８
ｎｍ、ＨＲ１０６４ｎｍ） ７ｄ 共振器ミラーコーティング ８ 成膜媒質 ８Ａ レーザ結晶 ８Ｎ 母結晶 ８ａ ダイクロイックミラーコーティング（ＡＲ８０８
ｎｍ、ＨＲ１０６４ｎｍ） ８ｂ 無反射膜（ＡＲ１０６４ｎｍ） ９ Ｏリング １０ 水冷チャンバー １１ １次元アレイ型半導体レーザ １２ シリンドリカルレンズ １３ 固体レーザロッド １４ 水冷チャンバ １５ 希ガスランプ １６ 窓 １７ 水冷チャンバ １８ 水
ｍ） ７ｂ 無反射膜（ＡＲ１０６４ｎｍ） ７ｃ ダイクロイックミラーコーティング（ＡＲ８０８
ｎｍ、ＨＲ１０６４ｎｍ） ７ｄ 共振器ミラーコーティング ８ 成膜媒質 ８Ａ レーザ結晶 ８Ｎ 母結晶 ８ａ ダイクロイックミラーコーティング（ＡＲ８０８
ｎｍ、ＨＲ１０６４ｎｍ） ８ｂ 無反射膜（ＡＲ１０６４ｎｍ） ９ Ｏリング １０ 水冷チャンバー １１ １次元アレイ型半導体レーザ １２ シリンドリカルレンズ １３ 固体レーザロッド １４ 水冷チャンバ １５ 希ガスランプ １６ 窓 １７ 水冷チャンバ １８ 水
Claims (4)
- 【請求項１】 励起光源としての半導体レーザと、固
体レーザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置
に於いて、 前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原子ま
たは分子を含むレーザ結晶と、前記活性原子または分子
を含まない母結晶とを互いの結晶軸を一致させてオプテ
ィカルコンタクトにより接合したものからなることを特
徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項２】 励起光源としての半導体レーザと、固
体レーザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置
に於いて、 前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原子ま
たは分子を含むレーザ結晶上に前記活性原子または分子
を含まない母結晶を結晶成長法により成膜したものから
なることを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項３】 励起光源としての半導体レーザと、固
体レーザ媒質を用いた共振器とを備える固体レーザ装置
に於いて、 前記固体レーザ媒質が、レーザ遷移を起こす活性原子ま
たは分子を含まない母結晶上に前記活性原子または分子
を含むレーザ結晶を結晶成長により成膜したものからな
ることを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記固体レーザ媒質の少なくとも一方
の端面に共振器ミラーコーティングが施されていること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかにに記載
の固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28536592A JPH06120586A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28536592A JPH06120586A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120586A true JPH06120586A (ja) | 1994-04-28 |
Family
ID=17690615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28536592A Withdrawn JPH06120586A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120586A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1187813A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-03-30 | Toshiba Corp | 固体レーザ発振器 |
| JPH11160746A (ja) * | 1997-11-26 | 1999-06-18 | Nec Corp | 波長変換方法及び波長変換素子 |
| US6172800B1 (en) | 1997-07-16 | 2001-01-09 | Nec Corporation | Laser wavelength conversion method and device |
| JP2008124389A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | コヒーレントドップラーライダー |
| JP2008124371A (ja) | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | レーザー発振方法およびレーザー装置 |
| JP2013537708A (ja) * | 2010-07-20 | 2013-10-03 | テールズ | 横レージングを抑制したレーザービームを増幅する装置 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP28536592A patent/JPH06120586A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6172800B1 (en) | 1997-07-16 | 2001-01-09 | Nec Corporation | Laser wavelength conversion method and device |
| JPH1187813A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-03-30 | Toshiba Corp | 固体レーザ発振器 |
| JPH11160746A (ja) * | 1997-11-26 | 1999-06-18 | Nec Corp | 波長変換方法及び波長変換素子 |
| US6215580B1 (en) | 1997-11-26 | 2001-04-10 | Nec Corporation | Wavelength converter for generating optical harmonics of incident laser light at high efficiency and method for varying wavelength of incident laser light |
| JP2008124389A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | コヒーレントドップラーライダー |
| JP2008124371A (ja) | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | レーザー発振方法およびレーザー装置 |
| JP2013537708A (ja) * | 2010-07-20 | 2013-10-03 | テールズ | 横レージングを抑制したレーザービームを増幅する装置 |
| US9209590B2 (en) | 2010-07-20 | 2015-12-08 | Thales | Device for amplifying a laser beam with suppression of transverse lasing |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991130 |