JPH06152016A

JPH06152016A - レーザ光発生装置

Info

Publication number: JPH06152016A
Application number: JP32382092A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Horie; 和由堀江
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【構成】１／４波長板３、レーザ媒質４及び非線形光
学結晶素子５を密接させて一体に構成した、四角柱形状
の共振器７は、四角柱の断面を持つ溝を有した共振器固
定ブロック１２中に埋め込まれ、上記共振器７の一面は
上記共振器固定ブロック１２の一面と略同一面となって
いる。上記共振器固定ブロック１２は基台２０上にマウ
ントされ、ＴＥクーラ２１は共振器７を温度制御する。【効果】ＴＥクーラの温度変化に追従して、共振器の
温度をすばやく変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光発生装置に関
し、特に、非線形光学結晶素子を用いて高次高調波レー
ザ光を発生させるレーザ光源を有するレーザ光発生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】共振器内部の高いパワー密度を利用して
効率良く波長変換を行うことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型のＳＨＧ（第２高調波発生）
や、共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧ等が試み
られている。

【０００３】共振器内第２高調波発生タイプの例として
は、共振器を構成する少なくとも１対の反射鏡の間にレ
ーザ媒質及び非線形光学結晶素子を配置したものが知ら
れている。このタイプのレーザ光発生装置の場合には、
共振器内部の非線形光学結晶素子において、基本波レー
ザ光に対して第２高調波レーザ光を位相整合させること
により、効率良く第２高調波レーザ光を取り出すことが
できる。

【０００４】上記位相整合を実現する方法としては、基
本波レーザ光及び第２高調波レーザ光間にタイプＩ又は
タイプＩＩの位相整合条件を成り立たせるようにする。
すなわち、タイプＩの位相整合は、基本波レーザ光の常
光線を利用して、同一方向に偏光した２つの光子から周
波数が２倍の１つの光子を作るような現象を生じさせる
ことを原理とするものである。これに対して、タイプＩ
Ｉの位相整合は、互いに直交する２つの基本波固有偏光
を非線形光学結晶素子に入射することにより、２つの固
有偏光についてそれぞれ位相整合条件を成り立たせるよ
うにするもので、基本波レーザ光は非線形光学結晶素子
の内部において常光線及び異常光線に分かれて第２高調
波レーザ光の異常光線に対して位相整合を生じる。

【０００５】図４は、レーザ光発生光学装置の一例を示
している。この図４に示すレーザ光発生装置は、Ｎｄ：
ＹＡＧを用いたレーザ媒質（レーザロッド）１０２の入
射面に形成された反射面（ダイクロイックミラー）１０
３と、出力用凹面鏡１０４の内側の反射面（ダイクロイ
ックミラー）とから成る共振器１０１を有しており、こ
の共振器１０１内に、Ｎｄ：ＹＡＧのレーザ媒質１０２
と、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）より成る非線形光学結晶
素子１０６と、例えば水晶板により構成された１／４波
長板である複屈折素子１０７とが配置されている。

【０００６】この共振器１０１内のレーザ媒質１０２
は、その入射面１０３に、励起用半導体レーザ素子１１
１から射出された励起用レーザ光が、レンズ１１２を通
って入射されることにより、基本波レーザ光ＬＡ（ω）
を発生する。この基本波レーザ光ＬＡ（ω）は、非線形
光学結晶素子１０６、複屈折素子１０７を通って凹面鏡
１０４の反射面で反射され、再び複屈折素子１０７、非
線形光学結晶素子１０６、レーザ媒質１０２を順次通っ
て、上記入射面（反射面）１０３で反射される。従っ
て、基本波レーザ光ＬＡ（ω）は、共振器１０１のレー
ザ媒質１０２の入射面の反射面１０３と出力用凹面鏡１
０４の内側の反射面との間を往復するように共振動作す
ることになる。

【０００７】上記１／４波長板のような複屈折素子１０
７は、光の伝播方向に垂直な面内において、図５に示す
ように、異常光方向屈折率ｎ_e(7)の方向が、非線形光学
結晶素子１０６の異常光方向屈折率ｎ_e(6)の方向に対し
て所定の方位角θだけ、例えばθ＝４５°だけ傾くよう
な光軸位置に設定される。

【０００８】以上の構成において、基本波レーザ光ＬＡ
（ω）は共振光路を通って非線形光学結晶素子１０６を
通過する際に第２高調波レーザ光ＬＡ（２ω）を発生さ
せ、この第２高調波レーザ光ＬＡ（２ω）が凹面鏡１０
４を透過して、出力レーザ光として送出される。

【０００９】この状態において、基本波レーザ光ＬＡ
（ω）を形成する各光線は、非線形光学結晶素子１０６
に対して方位角θ＝４５°だけ傾いた方位に設定された
複屈折素子（基本波の１／４波長板）１０７を通ること
により、共振器１０１の各部におけるレーザ光のパワー
は所定のレベルに安定化される。これは、レーザ媒質１
０２で発生した基本波レーザ光ＬＡ（ω）を非線形光学
結晶素子１０６を通過するように共振動作させてタイプ
ＩＩの第２高調波レーザ光ＬＡ（２ω）を発生させる際
に、基本波レーザ光ＬＡ（ω）の互いに直交する２つの
固有偏光モード間の和周波発生によるカップリングを複
屈折素子１０７により抑制することにより、発振を安定
化させるものである。

【００１０】図６及び図７は、基本的なレーザ光発生装
置の概略構成を示す断面図及び正面図であり、図８は、
上記レーザ光発生装置内の共振器の概略構成を示す図で
ある。半導体レーザ素子１から出射された励起用のレー
ザ光がレンズ２で集光されて、１／４波長板３の入射面
を介してＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質（レーザロッ
ド）４に入射される。１／４波長板３の入射面には、上
記励起用レーザ光（例えば８１０ｎｍ）を透過し、レー
ザ媒質４で発生された波長１０６４ｎｍの基本波レーザ
光を反射するような波長選択性をもった反射面３Ｒが、
例えばコーティングにより形成され、この反射面３Ｒは
レーザ媒質４側から見て凹面鏡となっている。レーザ媒
質４で発生した基本波レーザ光は、例えばＫＴＰ（ＫＴ
ｉＯＰＯ₄）より成る非線形光学結晶素子５に入射され
ることにより、第２高調波発生（ＳＨＧ）が行われ、こ
の非線形光学結晶素子５の入射面には、上記基本波レー
ザ光を反射し、第２高調波レーザ光（波長５３２ｎｍ）
を透過するような反射面５Ｒが形成されている。従っ
て、反射面３Ｒと５Ｒとの間に共振器７が構成される。

【００１１】共振器７の出射面（反射面）５Ｒから導出
されたＺ軸方向のＳＨＧレーザ光は、４５°の立ち上げ
ミラー６により垂直方向のＹ軸方向に偏向される。上記
半導体レーザ素子１の取り付けブロック１０、レンズ２
のレンズ固定ブロック１１、共振器７の共振器固定ブロ
ック１２、立ち上げミラー６のミラー固定ブロック１３
は、一つの基台（ベース）２０上にマウントされ、いわ
ゆるＴＥ（サーモ・エレクトリック）クーラ等の単一の
温度制御素子２１で温度制御されるようになっており、
これらがパッケージ２２内に収納されている。

【００１２】すなわち、上記共振器７は、上記１／４波
長板３の入射面と非線形光学結晶素子５の出射面とにそ
れぞれ波長選択性を持った反射面３Ｒ、５Ｒを設け、各
素子（１／４波長板３、レーザ媒質４及び非線形光学結
晶素子５）を密接させるように一体に構成したものであ
り、上記共振器固定ブロック１２は三角柱の溝を持つ断
面を有し、この溝に四角柱の共振器７の一部が突出する
形状で置かれている。

【００１３】上記ＴＥクーラは、電子冷却ユニットとも
呼ばれ、直流電流により冷却や加熱や温度制御を自由に
行える半導体素子を組み合わせたものである。図９は、
半導体素子の温度制御の原理を示す回路図である。２つ
の異なったＰ型半導体３０及びＮ型半導体３１を金属３
２、３３及び３４で接合し、Ｉ方向に直流電流を流す
と、図中左側の接合部３５が低温となり、この接合部３
５で吸熱Ｑ_abが生じ、図中右側の接合部３６は高温とな
り、この接合部３６では発熱Ｑ₀が生じる。上記現象は
ペルチェ効果と呼ばれ、可逆的であり、電流の方向Ｉを
逆にするとそれぞれの接合部３５及び３６の吸熱と発熱
が逆になる。ペルチェ効果は、Ｐ型半導体３０とＮ型半
導体３１のエネルギーレベルの違いに起因するが、高温
側の熱を効率良く処理すれば、熱は低温側から高温側に
連続的にポンピングされるため、この半導体素子を複数
個組み合わせた電子冷却ユニットはヒートポンプ（熱ポ
ンプ）として機能する。

【００１４】図１０は、上記レーザ光発生装置のレーザ
光源を定電流で駆動させ、温度を変化させて共振器から
の出射光の出力パワー（破線）とノイズレベル（実線）
とをプロットしたものである。ここで、図中の破線に示
す出力パワーは、主としてレーザ光源からの励起レーザ
光がレーザ共振器内の非線形光学結晶素子に吸収される
割合、すなわち実効吸収係数によって決まり、図中の実
線に示すノイズレベルは、共振器の動作の安定性によっ
て決まる。上記ノイズレベルの小さな共振器の安定動作
温度範囲Ｒ_X（点ａから点ｂまで）は約４．５°Ｃであ
り、共振器が上記安定温度範囲Ｒ_Xを有するように温度
制御を行うことにより、安定性の良い出射光を得ること
ができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなレーザ光発生装置において、上記共振器を固定する
基台は平らであるか、あるいは、三角柱の断面を有して
おり、共振器全体が埋め込まれておらずに、その一部が
突出している。そのため、ＴＥクーラの温度を変化させ
ても、共振器の温度が変化を始める時間が遅れる現象が
ある。上記現象により共振器が熱膨張し、共振器よりの
出射光にノイズが発生する現象が生じている。

【００１６】そこで本発明は上述の実情に鑑み、共振器
よりの出射光にノイズが発生しないことを行い得るよう
なレーザ光発生装置の提供を目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、少なくとも一対の反射手段を用いて構成され
る共振器内部に設けられたレーザ媒質への入射レーザ光
を共振動作させることによりレーザ光を発生させる共振
器と、上記共振器を固定支持する共振器固定ブロック
と、上記共振器が出射光を発生する際に共振器固定ブロ
ックを介して上記共振器の温度を調節する温度制御手段
とを有するレーザ光発生装置において、多角柱形状の共
振器の光軸方向に平行な一側面が、共振器固定ブロック
の一面と略同一面となり、残りの側面が共振器固定ブロ
ック内に埋め込まれた構造を有することにより上述した
課題を解決する。

【００１８】

【作用】本発明においては、ＴＥクーラの温度変化に追
従して、共振器の温度をすばやく変化させることができ
るため、出射光のノイズの発生を抑制することができ
る。

【００１９】

【実施例】図１及び図２は、本発明に係るレーザ光発生
装置の一実施例の概略構成を示す断面図及び正面図であ
り、図３は、上記レーザ光発生装置内の共振器の概略構
成を示す図である。半導体レーザ素子１から出射された
励起用のレーザ光がレンズ２で集光されて、１／４波長
板３の入射面を介してＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質
（レーザロッド）４に入射される。１／４波長板３の入
射面には、上記励起用レーザ光を透過し、レーザ媒質４
で発生された基本波レーザ光を反射するような波長選択
性をもった反射面３Ｒが、例えばコーティングにより形
成され、この反射面３Ｒはレーザ媒質４側から見て凹面
鏡となっている。レーザ媒質４で発生した基本波レーザ
光は、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）より成る非線形
光学結晶素子５に入射されることにより、第２高調波発
生（ＳＨＧ）が行われ、この非線形光学結晶素子５の入
射面には、上記基本波レーザ光を反射し、第２高調波レ
ーザ光を透過するような反射面５Ｒが形成されている。
従って、反射面３Ｒと５Ｒとの間に共振器７が構成され
る。

【００２０】共振器７の出射面（反射面）５Ｒから導出
されたＺ軸方向のＳＨＧレーザ光は、４５°の立ち上げ
ミラー６により垂直方向のＹ軸方向に偏向される。上記
半導体レーザ素子１の取り付けブロック１０、レンズ２
のレンズ固定ブロック１１、共振器固定ブロック１２、
立ち上げミラー６のミラー固定ブロック１３は、一つの
基台（ベース）２０上にマウントされ、ＴＥ（サーモ・
エレクトリック）クーラ２１で温度制御されるようにな
っており、これらがパッケージ２２内に収納されてい
る。

【００２１】すなわち、上記共振器７は、上記１／４波
長板３の入射面と非線形光学結晶素子５の出射面とにそ
れぞれ波長選択性を持った反射面３Ｒ、５Ｒを設け、各
素子（１／４波長板３、レーザ媒質４及び非線形光学結
晶素子５）を密接させるように一体に構成したものであ
る。上記共振器固定ブロック１２は四角柱の断面を持つ
溝を有し、この溝に四角柱の上記共振器７が埋め込んで
あり、上記四角柱の一面は共振器固定ブロック１２の一
面と略同一面となって露出している。共振器７を共振器
固定ブロック１２上に固定するには、接着剤による接着
方法や溶接方法や機械的な方法を用いる。また、共振器
固定ブロック１２をＴＥクーラ２１に固定するには、半
田付けや銀ペーストによる接着方法を用いる。

【００２２】また、上記共振器固定ブロック１２に埋め
込んだ、四角柱の共振器７上の露出面を覆う蓋を取り付
けることにより、さらにＴＥクーラ２１の温度変化に対
する共振器７の温度追従性を高め、ノイズの発生を抑え
ることができる。

【００２３】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、励起用レーザ光源とレーザ媒質を挟んだ一対
の反射鏡から成る共振器から構成される固体レーザを用
いるようにしてもよい。また、レーザ媒質や非線形光学
結晶素子は、Ｎｄ：ＹＡＧやＫＴＰに限定されないこと
は勿論である。

【００２４】また、共振器固定ブロックの溝の断面とし
ては、四角柱の他に多角柱を用いるようにしてもよい
が、その場合には、ほぼ一側面のみを露出させて残りの
側面を共振器固定ブロック内に埋め込むことにより、共
振器固定ブロックと共振器とが接触する面積が大きくな
るようにする。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るレーザ光発生装置によれば、ＴＥクーラの温度
変化に追従して、共振器の温度をすばやく変化させるこ
とができるため、共振器の熱膨張等による出射光のノイ
ズの発生を抑制することができる。また、各素子より形
成される共振器の構造体全体を共振器固定ブロック中に
埋め込んでいるため、レーザ光発生装置を小型化するこ
とができる。さらに、共振器固定ブロックの溝の断面を
四角柱にした場合には、固体レーザを構成する共振器が
四角柱となるので、結晶軸の方位角が設定し易く、量産
時に形成し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の実施例の概略
構成を示す断面図である。

【図２】上記実施例の概略構成を示す正面図である。

【図３】上記実施例における共振器の概略構成を示す構
成図である。

【図４】レーザ光発生光学装置の従来例の概略構成を示
す構成図である。

【図５】図４の従来例に用いられる複屈折素子の方位角
の説明図である。

【図６】レーザ光発生装置の従来例の概略構成を示す断
面図である。

【図７】レーザ光発生装置の従来例の概略構成を示す正
面図である。

【図８】レーザ光発生装置の従来例における共振器の概
略構成を示す構成図である。

【図９】半導体素子の温度制御の原理を示す回路図であ
る。

【図１０】出射光の出力パワーとノイズレベルの関係を
示す波形図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・半導体レーザ素子２・・・・・・・・レンズ３Ｒ、５Ｒ・・・・反射面３・・・・・・・・１／４波長板４・・・・・・・・レーザ媒質５・・・・・・・・非線形光学結晶素子６・・・・・・・・立ち上げミラー７・・・・・・・・共振器１０・・・・・・・取り付けブロック１１・・・・・・・レンズ固定ブロック１２・・・・・・・共振器固定ブロック１３・・・・・・・ミラー固定ブロック２０・・・・・・・基台２１・・・・・・・ＴＥクーラ２２・・・・・・・パッケージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の反射手段を用いて構成
される共振器内部に設けられたレーザ媒質への入射レー
ザ光を共振動作させることによりレーザ光を発生させる
共振器と、上記共振器を固定支持する共振器固定ブロックと、上記共振器が出射光を発生する際に共振器固定ブロック
を介して上記共振器の温度を調節する温度制御手段とを
有するレーザ光発生装置において、多角柱形状の共振器の光軸方向に平行な一側面が、共振
器固定ブロックの一面と略同一面となり、残りの側面が
共振器固定ブロック内に埋め込まれた構造を有すること
を特徴とするレーザ光発生装置。
【請求項２】上記多角柱形状の共振器が四角柱形状で
あることを特徴とする、請求項１記載のレーザ光発生装
置。
【請求項３】上記共振器固定ブロックの一面と略同一
面となっている多角柱の一側面を覆う蓋を取り付けるこ
とを特徴とする、請求項１記載のレーザ光発生装置。