JPH0697545A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低ノイズの第２高調波光を出力する固体レー
ザ装置を提供することを目的とする。 【構成】 ポンピング用半導体レーザ装置１と、該レー
ザ装置１が出力するポンピング用レーザ光により基本波
光を発生させる固体レーザロッド５と、該基本波光を第
２高調波光に変換する波長変換素子６と、この基本波光
が前記固体レーザロッド５内と波長変換素子６内とを通
って共振させる共振手段とからなり、該共振手段から前
記第２高調波光を出力する固体レーザ装置において、該
ポンピング用レーザ光が固体レーザロッド５の一端面５
ａに対して斜めに入射する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体レーザロッドと波長
変換素子と組み合わせた固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報の高密度化が活発になってお
り、光情報機器や光センサー等に用いるコヒーレント光
をより短波長化する研究が活発に行われている。

【０００３】短波長コヒーレント光を得る方法として、
非線形光学材料を用いて第２高調波光を発生させる研究
が活発にされており、例えば旭硝子研究報告、４０
［１］（１９９１）第８５頁〜第９４頁に固体レーザロ
ッドと組み合わせた固体レーザ装置が記載されている。

【０００４】図７に従来の固体レーザ装置の概略図を示
す。半導体レーザ装置５１より出力した波長８０９ｎｍ
のレーザ光は、ＮｄがドープされたＹＡＧ結晶からなる
固体レーザロッド５２に波長８０９ｎｍの光を略１００
％透過し、波長１０６４ｎｍの光を略１００％反射する
光学膜をコートした一端面５２ａから垂直に入射され、
この固体レーザロッド５２内を通った後他端面５２ｂか
ら基本波光である波長１０６４ｎｍの光が出力される。
この基本波光は非線形光学結晶ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ
Ｏ₄）からなる波長変換素子５３を通って出力ミラー５
４の波長１０６４ｎｍの光に対して反射率が９９％とな
るコートが施された一端面５４ａで反射され、再び波長
変換素子５３内、固体レーザロッド５２内を通って、該
ロッド５２の一端面５２ａで再び反射される。

【０００５】このようにして、前記基本波光は共振器と
なる固体レーザロッド５２の一端面５２ａと出力ミラー
５４の一端面５４ａ間で共振する。この共振器内では基
本波光が波長変換素子５３を何度も往復することにより
第２高調波光である波長５３２ｎｍの光に効率よく変換
されて、前記出力ミラー５４の他端面５４ｂから出力さ
れる。

【０００６】しかしながら、従来の固体レーザ装置で
は、第２高調波光にノイズが生じるため、ＳＮ比が悪く
なるといった問題があった。

【０００７】ところで、前述の文献には１／４波長板を
用いてこのノイズを低減できることが記載されている
が、斯る方法では、１／４波長板を用いることにより、
装置が大型化し、またこの１／４波長板に関して細かな
アライメント調整が必要であるといった問題が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題点
を鑑み成されたものであり、小型化が可能で、且つ第２
高調波光のノイズを低減できる固体レーザ装置を提供す
ることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の固体レーザ装置
は、ポンピング用レーザ装置と、該レーザ装置が出力す
るポンピング用レーザ光により基本波光を発生させる固
体レーザロッドと、該基本波光を第２高調波光に変換す
る波長変換素子と、この基本波光が前記固体レーザロッ
ド内と波長変換素子内とを通って共振させる手段とから
なり、前記第２高調波光を出力する固体レーザ装置にお
いて、該ポンピング用レーザ光が固体レーザロッドの一
端面に対して斜めに入射することを特徴とする。

【００１０】前記固体レーザロッドはＮｄドープのＹＶ
Ｏ₄結晶であることが好ましく、特に、この固体レーザ
ロッドの一端面は（１００）面であることが望ましい。

【００１１】更に、前記ポンピング用レーザ光は固体レ
ーザロッドの一端面の法線方向に対して、角度４°〜１
０°で入射することが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明の上記構成では、固体レーザロッドを光
励起するポンピング用レーザ光をこの固体レーザロッド
の一端面に対して斜めに入射するので、この固体レーザ
装置から出力される第２高調波光のノイズを低減でき
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る一実施例の固体レーザ装
置について図を参照しつつ説明する。図１はこの固体レ
ーザ装置を示す概略図である。尚、図中＜ａ＞、＜ｂ
＞、＜ｃ＞は以下で説明するＹＶＯ₄単結晶のａ、ｂ、
ｃ結晶軸方向をそれぞれ示す。

【００１４】図１中、１は波長８０９ｎｍ、出力１００
ｍＷ、直線偏光（ＴＥモード）で且つシングルモードの
固体レーザポンピング用レーザ光を出力するポンピング
用半導体レーザ装置である。２はこの半導体レーザ装置
１から出力されたレーザ光を平行光にするコリメータレ
ンズ（例えば開口数Ｎ．Ａ．＝０．６）であり、３は該
レーザ光のビーム径を円形に修正するアナモリフィック
プリズムペア、４はこの平行光を集光する集光レンズ
（例えば開口数Ｎ．Ａ．＝０．３）である。

【００１５】５は前記半導体レーザ装置１の前方に配置
されたＮｄ（例えば１〜３ａｔ．％）がドープされたＹ
ＶＯ₄単結晶からなる固体レーザロッドで、前記集光レ
ンズ４により集光されたポンピング用レーザ光は、その
直線偏光方向とＹＶＯ₄単結晶のｃ軸方向が一致するよ
うに、且つ以下で出力される第２高調波光のノイズを低
減するため、この固体レーザロッドの一端面（平面）５
ａに斜めに、即ち該端面５ａの法線方向と前記レーザ光
の成す角度θ（好ましくはθ≧４°、より好ましくはθ
＝４〜１０°）で入射され、該レーザ光によりＮｄ（ネ
オジウム）原子が光励起されて前記ｃ軸方向と平行な直
線偏光をもつＴＥ₀₀モードの波長１０６４ｎｍの基本波
光を出力する。尚、この固体レーザロッド５は、例えば
縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、及び基本波光の自己吸収が大
きくならない程度の例えば１ｍｍの厚みの板形状であ
り、前記ポンピング用レーザ光の入射側一端面５ａは
（１００）面、所謂ａ面であり、カット後研摩されて作
成される。

【００１６】６は前記固体レーザロッド５の前方に配置
されたＫＴｉＯＰＯ₄（ＫＴＰ）単結晶（非線形光学材
料）からなる例えば長方体または立方体形状の波長変換
素子で、前記波長１０６４ｎｍの基本波光を波長５３２
ｎｍの第２高調波光に波長変換する。この波長変換素子
６は例えば縦３ｍｍ、横３ｍｍ、厚み３〜７ｍｍの寸法
を持つ。尚、このＫＴＰ単結晶は、前記ＴＥ₀₀モードの
基本波光と第２高調波光がタイプII（タイプ ツー）位
相整合が可能なようにカットされ、配置されている。

【００１７】７は前記波長変換素子６の前方に配置さ
れ、該素子６側に曲率半径４０ｍｍの凹面７ａを持つ口
径１０ｍｍφの出力ミラーである。

【００１８】前記固体レーザロッド５の一端面５ａに
は、前記ポンピング用レーザ光を良好に透過（例えば透
過率９５％）させ、前記基本波光を良好に反射（反射率
９９％以上）させると共に前記第２高調波光を良好に反
射（反射率９９％以上）させるコーティングが施されて
おり、他の一端面５ｂには、前記基本波光を良好に透過
（透過率９９％以上）する所謂ＡＲ（Anti-Reflectin
g）コートがコーティングされている。

【００１９】また、前記波長変換素子６の固体レーザロ
ッド５側の一端面６ａ及び他の一端面６ｂには、基本波
光を良好に透過（透過率９９％以上）させるＡＲコート
と共に第２高調波光を良好に透過（例えば光損失８％以
下）させるコーティングが施されている。

【００２０】更に、前記出力ミラー７の凹面７ａには、
基本波光を良好に反射（反射率９９％以上）させると共
に第２高調波光を良好に透過（例えば光損失２０％以
下）させるコーティングが施されている。

【００２１】従って、前記固体レーザロッド５から出力
された基本波光は、共振器となる前記固体レーザロッド
５の一端面５ａと出力ミラー７の凹面７ａ間に閉じ込め
られて共振し、基本波レーザ光が発生する。この基本波
レーザ光は前記波長変換素子６内で第２高調波光に効率
よく波長変換され、コヒーレントな第２高調波光が前記
出力ミラー７から出力される。

【００２２】尚、本実施例では、前記固体レーザロッド
５の他端面５ｂと波長変換素子６の一端面６ａ間の距離
は例えば１ｍｍ、前記波長変換素子６の他端面６ｂと出
力ミラー７の凹面７ａ間の距離は例えば２０ｍｍで、前
記固体レーザロッド５の他端面５ａと出力ミラー７の凹
面７ａ間の距離は前記基本波光が共振可能な距離が選択
される。また、半導体レーザ装置１と固体レーザロッド
５の距離は適宜選択できる。

【００２３】以下、図２に示すように前記アナモリフィ
ックプリズムペア３と集光レンズ４の間に偏光ビームス
プリッタ２０と該スプリッタ２０の側方側にフォトダイ
オード等の光検出器２１を配置し、半導体レーザ１の出
力するポピング用レーザ光のＴＭモード成分を検出する
と共に前記出力ミラー７の前方にフォトダイオード等の
光検出器２２を配置して第２高調波光を検出した。尚、
このシステムでは、固体レーザロッド５、波長変換素子
６、及び出力ミラー７を一体に回転する回転ステージ２
３により、前記固体レーザロッド５の一端面５ａの法線
方向とポンピング用レーザ光の入射方向の成す角度θを
任意に設定でき、また集光レンズ４は図示しない駆動機
構により光軸方向に移動可能である。

【００２４】図３に図２に示すシステムにおいて測定し
た第２高調波光のＳＮ比及び出力と、固体レーザロッド
５の一端面５ａの法線方向とポンピング用レーザ光の入
射方向の成す角度θの関係を示す。尚、このポンピング
用レーザ光は前記端面５ａの表面で焦点が合うように設
定し、またＳＮ比の測定は周波数１ＭＨｚにおいて行っ
た。

【００２５】この図３から、前記角度θが４°以上の場
合に、前記角度θ＝０°に比べてＳＮ比が大きくなるこ
とが判る。そして、前記角度θが４°〜１０°である場
合には、ＳＮ比が約８２ｄＢより大きな値をもち、また
出力も約２．２ｍＷよりも大きな値をもち、前記角度θ
が０°に比べて良好な値である。特に、前記角度θが６
°〜９°において、ＳＮ比、出力とも大きな値をもつこ
とが判る。このことから、ノイズの少ない第２高調波光
を得るには前記角度θが４°以上がよく、４°〜１０°
では出力も十分であり望ましく、特に６°〜９°が好ま
しいことが判る。

【００２６】また、図４に図３と同時に測定したポンピ
ング用レーザ光のＴＭモード成分のＳＮ比及び出力と、
固体レーザロッド５の一端面５ａの法線方向とポンピン
グ用レーザ光の入射方向の成す角度θの関係を示す。

【００２７】この図４からポンピング用レーザ光のＴＭ
モード成分のＳＮ比と図３に示す第２高調波光のＳＮ比
に相関があると考えられ、第２高調波光のノイズは半導
体レーザ装置１への戻り光ノイズに起因していると推測
される。

【００２８】尚、図５は図２中の集光レンズ４の位置を
光軸方向に移動させてポンピング用レーザ光の固体レー
ザロッド５の一端面５ａへの焦点位置（集光状態）を変
えた際の第２高調波光のＳＮ比と出力を示し、図６は図
５と同時に測定したポンピング用レーザ光のＴＭモード
成分のＳＮ比と出力を示す。尚、ここで、前記角度θは
０°であり、図中集点位置が０ｍｍの場合に前記端面５
ａに焦点があっている状態である。

【００２９】この図５と図６から、ポンピング用レーザ
光と第２高調波光のＳＮ比と出力には相関があり、図５
中の第２高調波光のＳＮ比変化は半導体レーザ装置１へ
の戻り光ノイズに起因すると考えられ、このノイズは前
記集光状態を変化させることによっても低減が可能であ
ることが判る。

【００３０】従って、固体レーザロッド５の一端面５ａ
に対してポンピング用レーザ光を斜めに入射する場合、
該端面５ａのポンピング用レーザ光の集光状態を変える
ことにより、上述のように該端面５ａに焦点を合わせた
場合よりも更に第２高調波光のノイズを低減することが
可能である。

【００３１】しかしながら、ポンピング用レーザ光を斜
めに入射する場合、前記入射角θに対するノイズ量が連
続的に変化するので、上記ポンピング用レーザ光の集光
状態を変化させることによりノイズを低減する方法より
も調整が容易である。

【００３２】尚、上記実施例で用いたアナモリフィック
プリズムペア３は省いてもよく、又コリメータレンズ２
を省いてもよく、更にコリーメタレンズ２と集光レンズ
４共省いても効果があり、コリーメタレンズ２、アナモ
リフィックプリズムペア３、及び集光レンズ４共省いて
も効果がある。

【００３３】又、上述では固体レーザロッド５にＮｄド
ープのＹＶＯ₄を用い、その端面５ａとして（１００）
面を用いたが、この面以外の面を用いても該面に対して
ポンピング用レーザ光を斜めに入射することにより第２
高調波光のノイズを低減する効果があり、更にはＮｄド
ープのＹＡＧ単結晶等の他の固体レーザロッドでもよ
い。また、波長変換素子６としては、固体レーザロッド
５が出力する基本波光と位相整合可能な他の非線形光学
材料を用いてもよい。

【００３４】又、上述ではＹＶＯ₄単結晶のｃ軸方向と
ポンピング用レーザ光の直線偏光方向を一致させたが、
第２高調波光の出力は低下するが、互いに直交する以外
の角度を有する場合も効果がある。更に、上述では直線
偏光のポンピング用レーザ光を用いたが、円偏光や楕円
偏光でも同様の効果があり、またマルチモードでも効果
があった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の固体レーザ装置は、固体レーザ
ロッドを光励起するポンピング用レーザ光をこの固体レ
ーザロッドの一端面に対して斜めに入射することによ
り、ポンピング用レーザ装置への戻り光を低減できると
考えられ、この結果この固体レーザ装置から出力される
第２高調波光のノイズを低減できる。また前記ノイズを
低減するのに１／４波長板のような光学素子を用いる必
要がないので、固体レーザ装置の小型化が可能である。
更に、前記ポンピング用レーザ光の入射角に対して前記
ノイズ量が連続的に変化するので、調整が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る固体レーザ装置の概略図
である。

【図２】前記固体レーザ装置の特性を測定するための測
定システムの概略図である。

【図３】上記実施例の固体レーザ装置のポンピング用レ
ーザ光の入射角θと、第２高調波の出力及びＳＮ比の関
係を示す図である。

【図４】上記実施例の固体レーザ装置のポンピング用レ
ーザ光の入射角θと、該レーザ光の出力及びＳＮ比の関
係を示す図である。

【図５】固体レーザ装置のポンピング用レーザ光の集光
状態と、第２高調波の出力及びＳＮ比の関係を示す図で
ある。

【図６】固体レーザ装置のポンピング用レーザ光の集光
状態と、該レーザ光の出力及びＳＮ比の関係を示す図で
ある。

【図７】従来例の固体レーザ装置の概略図である。

【符号の説明】

１ ポンピング用半導体レーザ装置 ５ 固体レーザロッド ６ 波長変換素子 ７ 出力ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 光晴 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 野中 英幸 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンピング用レーザ装置と、該レーザ装
   置が出力するポンピング用レーザ光により基本波光を発
   生させる固体レーザロッドと、該基本波光を第２高調波
   光に変換する波長変換素子と、この基本波光が前記固体
   レーザロッド内と波長変換素子内とを通って共振させる
   共振手段とからなり、該共振手段から前記第２高調波光
   を出力する固体レーザ装置において、 前記ポンピング用レーザ光が固体レーザロッドの一端面
   に対して斜めに入射することを特徴とする固体レーザ装
   置。
2. 【請求項２】 前記固体レーザロッドがＮｄドープのＹ
   ＶＯ₄結晶からなることを特徴とする請求項１記載の固
   体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記固体レーザロッドの一端面が（１０
   ０）面であることを特徴とする請求項２記載の固体レー
   ザ装置。
4. 【請求項４】 前記ポンピング用レーザ光が固体レーザ
   ロッドの一端面の法線方向に対して、角度４°〜１０°
   で入射することを特徴とする請求項１、請求項２、また
   は請求項３記載の固体レーザ装置。