JPH06152045A - レーザーダイオード励起固体レーザー - Google Patents

レーザーダイオード励起固体レーザー

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JPH06152045A
JPH06152045A JP29865492A JP29865492A JPH06152045A JP H06152045 A JPH06152045 A JP H06152045A JP 29865492 A JP29865492 A JP 29865492A JP 29865492 A JP29865492 A JP 29865492A JP H06152045 A JPH06152045 A JP H06152045A
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JP
Japan
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solid
laser
state laser
crystal
yvo
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JP29865492A
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English (en)
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Takayuki Kato
隆之 加藤
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 900 〜950 nm帯で発振可能で、出力安定性
の高いレーザーダイオード励起固体レーザーを安価に得
る。 【構成】 固体レーザー媒質としてNd:YVO4 結晶
14を用い、この結晶14の厚さtを、Ndイオン濃度をN
(at%)として、 0.005 mm/N≦t≦0.3 mm/N の範囲内、さらに好ましくは 0.02mm/N≦t≦0.1 mm/N の範囲内に設定して、 43/2 49/2 の遷移によっ
て発光させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザーダイオード励起
固体レーザーに関し、特に詳細には、固体レーザー媒質
としてNdが添加されたYVO4 の結晶を使用したレー
ザーダイオード励起固体レーザーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば特開昭62-189783 号公報に示され
るように、ネオジウム(Nd)等の希土類がドーピング
された固体レーザー媒質を、レーザーダイオード(半導
体レーザー)によってポンピングするレーザーダイオー
ド励起固体レーザーが公知となっている。なお、上記の
固体レーザー媒質としては、例えばYVO4 、YAG
(Y3 Al5 12)等の結晶にNdをドーピングしたも
のが広く用いられている。
【0003】一方この種のレーザーダイオード励起固体
レーザーにおいては、例えば特開平2-77181 号公報や
「レーザー研究」第18巻、第8号(1990)p.94〜
p.99に示されるように、より短波長のレーザー光を得
るために、その共振器内に、固体レーザー発振ビームを
波長変換する非線形光学材料のバルク単結晶を配設し
て、固体レーザー発振ビームを第2高調波等に波長変換
することも行なわれている。
【0004】上記のようなレーザーダイオード励起固体
レーザーにあっては、それを光波長変換素子と組み合わ
せて例えば青色領域の第2高調波を得る等のために、90
0 〜950 nmの発振波長帯のものが所望されている。従
来、この発振波長帯のレーザーダイオード励起固体レー
ザーとしては、固体レーザー媒質としてNdが添加され
たYAGすなわちNd:YAGを使用し、その 43/2
49/2 の遷移によって発光するもの(発振波長:94
6 nm)が提供されているだけである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このNd:Y
AGを用いた従来のレーザーダイオード励起固体レーザ
ーにおいては、Ndイオン濃度はせいぜい1at%程度
までしか上げられず、そのため励起レーザービームの吸
収が低いという不具合が認められている。励起レーザー
ビームの吸収が低いと、空間ホールバーニング効果によ
り複数の縦モードが立つようになり、固体レーザーの出
力が不安定になる。
【0006】また従来のレーザーダイオード励起固体レ
ーザーにおいては、励起レーザービームに対する吸収ス
ペクトル幅が小さいため、温度変化や注入電流変化にと
もなうレーザーダイオードの発振波長変動により、出力
が容易に変動してしまうという問題も認められている。
【0007】出力を安定させるために、発振モードを単
一縦モード化するエタロンを設けたり、あるいはレーザ
ーダイオードを厳密に温度調節することも考えられる
が、そのようにすれば、レーザーダイオード励起固体レ
ーザーのコストアップは避けられない。
【0008】先に述べたNd:YVO4 においては、N
dイオン濃度を上記より高めることも可能であるが、従
来このNd:YVO4 を用いる場合は、 43/2 4
11/2の遷移による発光を利用する波長1064nmの発振が
確認されているのみであり、900 〜950 nm帯の発振は
不可能と考えられてきた。
【0009】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、900 〜950 nm帯で発振可能で、出力安定性が
高く、そして安価に形成可能なレーザーダイオード励起
固体レーザーを提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザーダ
イオード励起固体レーザーは、固体レーザー媒質として
Nd:YVO4 の結晶が用いられ、この結晶の厚さt
が、Ndイオン濃度をN(at%)として、 0.005 mm/N≦t≦0.3 mm/N ……(1) の範囲内に設定され、 43/2 49/2 の遷移によっ
て発光することを特徴とするものである。
【0011】なお本発明において上記結晶の厚さtは、
さらに好ましくは、 0.02mm/N≦t≦0.1 mm/N ……(2) の範囲内に設定される。
【0012】
【作用および発明の効果】従来、Nd:YVO4 をレー
ザー媒質として用いる際に、 43/2 49/2の遷
移による発光を利用する900 〜950 nm帯の発振が
不可能であることの理由は、波長914 nmの発光に対す
るNd:YVO4 の再吸収が非常に大きいことにある。
そこで、Nd:YVO4 結晶の厚さ、すなわち励起レー
ザービームとの作用長を上記範囲内にある比較的小さい
値にすると、再吸収によるロスが低減して、 43/2
49/2 の遷移に基づく900 〜950 nm帯のレーザー発
振(波長914 nm)が可能となる。
【0013】図3は、Ndイオン濃度を1at%とした
ときのNd:YVO4 結晶の厚さtと、発振しきい値と
の関係を示すものである。この場合、最適な結晶厚さt
の範囲は、 0.005 mm≦t≦0.3 mm と考えられる。すなわち、結晶厚さtがこの範囲にあれ
ば、発振しきい値はほぼ17mW以下で、容易に発振可能
となる。なお図3の測定結果は、励起レーザービームの
径および固体レーザービームの径が、ともに40μmの場
合のものである。またこの場合、結晶厚さtが図3中t
wで示す範囲にあれば、発振しきい値は極小値13mW、
あるいはそれとほとんど変わらない値を取るので、特に
好ましいと言える。このtwで示す範囲は、0.02mm≦
t≦0.1 mmである。
【0014】一方、Ndイオン濃度をそれぞれ0.5 at
%、2at%としたときのNd:YVO4 結晶の厚さt
と、発振しきい値との関係を図4、図5に示す。これら
の場合とNdイオン濃度を1at%とした場合すべてに
ついて、Ndイオン濃度をN(at%)として、発振し
きい値が上記のようにほぼ17mW程度以下となる結晶厚
さtの範囲を求めると(1) 式のようになり、また発振し
きい値が極小値、あるいはそれとほとんど変わらない値
を取る結晶厚さtの範囲(図4および図5においてもt
wで示す)を求めると、(2) 式のようになる。
【0015】そしてNd:YVO4 は、Ndイオン濃度
を5at%程度まで上げることができる。このようにN
dイオン濃度を十分に上げることができれば、励起レー
ザービームの吸収が良好になるから、レーザーダイオー
ド励起固体レーザーの単一縦モード化が実現され、その
出力が安定化される。Ndイオン濃度を1at%に設定
したNd:YVO4 の結晶について、実際に吸収特性を
調べたところ、波長810 nmの励起レーザービームに対
する吸収係数α=30cm-1であり、同じくNdイオン濃
度を1at%とした場合のNd:YAGの吸収係数α=
6.0 cm-1と比較して十分高いことが確認された。
【0016】他方、励起レーザービームの吸収スペクト
ル幅をみると、例えばNd:YAGのそれは、波長800
nm付近の吸収ピークの半値幅が約2nmであるのに対
し、Ndイオン濃度を1at%としたNd:YVO4
は約4nmと、上記に対して十分に広くなっている。こ
のように励起レーザービームに対する吸収スペクトル幅
が大きければ、励起レーザービームの波長が多少変動し
ても、安定した出力が得られるようになる。
【0017】そして上記構成の本発明のレーザーダイオ
ード励起固体レーザーは、発振モードを単一縦モード化
するエタロンや、あるいはレーザーダイオードを厳密に
温度調節する手段を設けなくても、上述のようにして出
力安定化が実現されるものであるから、比較的安価に形
成可能となる。
【0018】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施例によるレ
ーザーダイオード励起固体レーザーを示すものである。
このレーザーダイオード励起固体レーザーは、励起光
(ポンピング光)としてのレーザービーム10を発するレ
ーザーダイオード11と、発散光状態で発せられた上記レ
ーザービーム10を平行光化するコリメーターレンズ12
と、平行光状態のレーザービーム10を集束させる集光レ
ンズ13と、Ndイオン濃度が1at%に設定されたN
d:YVO4 の結晶14と、このNd:YVO4 結晶14の
前方(図中右方側)に配された共振器ミラー15とから構
成されている。
【0019】厚さ0.1 mmに形成されたNd:YVO4
結晶14は、波長810 nmのレーザービーム10によってN
d原子が励起されることにより、 43/2 49/2
遷移による波長914 nmの蛍光を発し、そのレーザー発
振も確認された。また発振モードが単一縦モードである
ことも確認された。このレーザー発振が可能な理由は、
先に述べた通りである。このようにして発振した波長91
4 nmのレーザービーム16は、共振器ミラー15から出射
する。
【0020】なお本実施例においては、Nd:YVO4
結晶14のNdイオン濃度N=1at%であるから、前述
した(1) 式を満足する結晶厚さtの範囲は0.005 mm≦
t≦0.3 mmであり、結晶厚さt=0.1 mmは勿論この
範囲内にある。また先に(2)式で示した特に好ましい結
晶厚さtの範囲は、この場合0.02mm≦t≦0.1 mmと
なるが、本実施例の結晶厚さt=0.1 mmはこの範囲内
にもある。
【0021】本実施例では、Nd:YVO4 結晶14の光
入射側端面14aと共振器ミラー15とによって固体レーザ
ーの共振器が構成されており、この端面14a、もう1つ
の結晶端面14bおよび共振器ミラー15のミラー面15a
の、波長810 nmおよび914 nmに対する反射特性は適
宜のコーティングにより下表の通りに調整されている。
なおこの表中で、ARは無反射、HRは高反射を示す。
【0022】 上記の構成においては、共振器ミラー15から出射する固
体レーザービーム16の出力が極めて安定していることが
確認された。その理由は、先に述べた通りである。
【0023】比較のために、上記Nd:YVO4 結晶14
に代えて、Ndイオン濃度が1at%で厚さ1mmに形
成されたNd:YAG結晶を用い、その他は上記第1実
施例と同様の構成を有するレーザーダイオード励起固体
レーザーを作成した。この比較例のレーザーダイオード
励起固体レーザーにおいては、波長946 nmの発振が確
認されたが、その発振モードは多重縦モードであった。
【0024】次に、図2を参照して本発明の第2実施例
について説明する。なおこの図2において、図1中の要
素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重
複した説明は省略する。
【0025】この第2実施例のレーザーダイオード励起
固体レーザーは、第1実施例装置と比べると、共振器内
に光波長変換素子20が配置されている点のみが異なるも
のである。本実施例においてはこの光波長変換素子20と
して、非線形光学効果を有するKNbO3 の結晶が用い
られている。
【0026】上記の構成において、波長914 nmのレー
ザービーム16は光波長変換素子20に入射し、波長が1/
2すなわち457 nmの第2高調波21に変換される。本装
置において、Nd:YVO4 結晶14の端面14a、14b、
光波長変換素子20の端面20a、20bおよびミラー面15a
の、波長810 nm、914 nmおよび457 nmに対する反
射特性は下表の通りに調整されており、共振器ミラー15
から第2高調波21が出射する。
【0027】 810 nm 914 nm 457 nm 端 面14a AR HR − 端 面14b − AR HR 端 面20a − AR AR 端 面20b − AR AR ミラー面15a − HR AR この構成においても、共振器ミラー15から出射する第2
高調波21の出力が極めて安定していることが確認され
た。
【0028】なお本発明のレーザーダイオード励起固体
レーザーの共振器内に光波長変換素子を配置する場合、
その光波長変換素子は上記KNbO3 からなるものに限
らず、例えばKT:OPO4 やβ−BaB2 4 等、そ
の他の公知のものが用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例装置を示す概略側面図
【図2】本発明の第2実施例装置を示す概略側面図
【図3】Ndイオン濃度が1at%のときのNd:YV
4 の結晶厚さと発振しきい値との関係を示すグラフ
【図4】Ndイオン濃度が0.5 at%のときのNd:Y
VO4 の結晶厚さと発振しきい値との関係を示すグラフ
【図5】Ndイオン濃度が2at%のときのNd:YV
4 の結晶厚さと発振しきい値との関係を示すグラフ
【符号の説明】
10 レーザービーム(ポンピング光) 11 レーザーダイオード 12 コリメーターレンズ 13 集光レンズ 14 Nd:YVO4 結晶 15 共振器ミラー 16 固体レーザービーム 20 光波長変換素子 21 第2高調波

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体レーザー媒質をレーザーダイオード
    によって励起するレーザーダイオード励起固体レーザー
    において、 固体レーザー媒質として、Ndが添加されたYVO4
    結晶が用いられ、 この結晶の厚さtが、Ndイオン濃度をN(at%)と
    して、 0.005 mm/N≦t≦0.3 mm/N の範囲内に設定され、43/2 49/2 の遷移によって発光することを特徴
    とするレーザーダイオード励起固体レーザー。
  2. 【請求項2】 前記結晶の厚さtが、 0.02mm/N≦t≦0.1 mm/N の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1に
    記載のレーザーダイオード励起固体レーザー。
  3. 【請求項3】 共振器内に固体レーザービームを波長変
    換する光波長変換素子が配設されていることを特徴とす
    る請求項1または2に記載のレーザーダイオード励起固
    体レーザー。
JP29865492A 1992-11-09 1992-11-09 レーザーダイオード励起固体レーザー Withdrawn JPH06152045A (ja)

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JP29865492A Withdrawn JPH06152045A (ja) 1992-11-09 1992-11-09 レーザーダイオード励起固体レーザー

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6111900A (en) * 1997-03-13 2000-08-29 Ricoh Company, Ltd. Solid-state laser apparatus and method with second harmonic wave features

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