JPH0730171A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ励起固体レーザ装置

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JPH0730171A
JPH0730171A JP22097092A JP22097092A JPH0730171A JP H0730171 A JPH0730171 A JP H0730171A JP 22097092 A JP22097092 A JP 22097092A JP 22097092 A JP22097092 A JP 22097092A JP H0730171 A JPH0730171 A JP H0730171A
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JP
Japan
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metal block
solid
semiconductor laser
temperature
state laser
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JP22097092A
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Inventor
Teruo Kobayashi
輝夫 小林
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Nippon Columbia Co Ltd
Original Assignee
Nippon Columbia Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境の温度が変化しても、出射されるレーザ
光の出力に変動のない安定した半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置を得る。 【構成】 半導体レーザチップ11を支持する金属ブロ
ック12と光学筐体13との接する面に断熱層を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ装置に係わ
り、特に固体レーザ光出力変動を低減した半導体レーザ
励起固体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ励起固体レーザ装置(以下
固体レーザ装置という)は、半導体レーザ光により固体
レーザ媒質を励起してレーザ発振を行わせるものであ
り、小型、軽量、長寿命、電気一光変換効率が高い、動
作が安定等の特長を有し、種々の産業分野において利用
が拡大している。また近年、非線形光学素子と固体レー
ザを組み合わせ、可視域のグリーンレーザやブルーレー
ザを実現する試みが盛んである。
【0003】図5は、従来の固体レーザ装置の断面を示
している。固体レーザ媒質44はNd:YAG(ネオジ
ウム:イットリウムアルミニウム酸化物)、Nd:YV
4(ネオジウム:イットリウムバナジウム酸化物)、
Nd:YLF(ネオジウム:イットリウムリチウムフッ
化物)等が用いられる。半導体レーザは固体レーザ媒質
44の吸収波長域である808〜810nmの発振波長
で出力が数十mW以上のものが使われる。
【0004】半導体レーザの発振波長は固体レーザ媒質
44の吸収波長に厳密に一致させる必要があるため、電
子冷却素子41によって半導体レーザを温度制御し発振
波長を制御する。固体レーザ媒質44の半導体レーザ光
入射面と、出力ミラー45の凹面は、固体レーザの基本
波1053〜1064nmに対して高反射率のコーティ
ングがなされ固体レーザ共振器(以下共振器という)を
構成している。
【0005】集光レンズ43によって半導体レーザ光が
固体レーザ媒質44に集光されると、共振器内で固体レ
ーザ発振が起こり、その一部が出力ミラー45を通して
外部に出射される。この共振器内に非線形光学素子を挿
入すると、非線形光学素子と固体レーザ基本波との相互
作用によって固体レーザ基本波の第2高調波あるいは第
3高調波が発生する。2次の非線形光学効果の大きい非
線形光学素子を使って第2高調波即ち固体レーザ基本波
の1/2の波長のレーザを実現する試みが盛んである。
【0006】図6、図7は、図5における点線円内の部
分を拡大した図である。図6、図7に示すように半導体
レーザチップ11が金属ブロック12上に接合され、そ
の金属ブロック12と電子冷却素子41の冷却板を接合
し、半導体レーザチップ11の温度を一定に制御する構
造としたものが固体レーザ装置における半導体レーザで
ある。その金属ブロック12を光学筐体13に固定ネジ
16等で固定して、半導体レーザチップ11の位置を定
める。
【0007】半導体レーザチップ11に、しきい値以上
の駆動電流を流すとレーザ発振が起こり、レーザ光が出
射すると共に半導体レーザチップ11が発熱するので、
発熱を吸収するため電子冷却素子41に電流を流し、金
属ブロック12と半導体レーザチップ11の温度を一定
に制御する。電子冷却素子41に電流を流すと電子冷却
素子41の放熱板の温度は上昇するので、電子冷却素子
41の放熱板に接続されたヒートシンク42及び放熱フ
ィン46を通して大気中に熱を放出する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザは、金属
ブロックによって固体レーザ装置の光学筐体に直接固定
されている。そのため、金属ブロックと光学筐体に温度
差がある場合、あるいは、光学筐体に温度変化がある場
合、例えば固体レーザ装置がおかれている環境温度が変
化した場合、光学筐体に温度変化が生じ、電子冷却素子
による金属ブロックと半導体レーザチップの温度制御が
影響を受ける。
【0009】即ち、電子冷却素子に定格の電流を流して
も金属ブロックと半導体レーザチップの温度は制御され
るべき所定の温度から逸脱し、所定の温度に復帰するに
はある時間が必要になる。また、金属ブロックと光学筐
体の温度差が大きい場合には、所定の温度に復帰する事
が不可能になる事がある。
【0010】このようにして、金属ブロックと半導体レ
ーザチップの温度が制御されるべき所定の温度から逸脱
すると、半導体レーザの発振波長は固体レーザ媒質の吸
収波長に厳密に一致しなくなり、固体レーザ装置から出
射されるレーザ光の出力が減少する事になる。
【0011】本発明の目的は、半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置において、半導体レーザチップと光学筐体に温
度差がある場合、あるいは、その光学筐体に温度変化が
ある場合、例えば固体レーザ装置がおかれている環境温
度が変化した場合においても、金属ブロックと半導体レ
ーザチップの温度を一定に保ち、レーザの出力が安定し
た固体レーザ装置を得ようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
チップと、この半導体レーザチップを支持する金属ブロ
ックと、金属ブロックに接合された電子冷却素子、固体
レーザ媒質、出力ミラー、及び光学筐体を具備し、金属
ブロックを光学筐体に固定した半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置において、前記金属ブロックと前記光学筐体が
接する面に断熱層を形成したことを特徴としたものであ
る。
【0013】
【作用】従って、金属ブロックと半導体レーザチップを
断熱層を形成するように光学筐体に固定しているので熱
伝導が阻止される。そのため金属ブロックと光学筐体に
温度差がある場合、あるいは、その光学筐体に温度変化
がある場合、例えば固体レーザ装置がおかれている環境
温度が変化した場合に光学筐体に温度変化が生じても、
電子冷却素子による金属ブロックと半導体レーザチップ
の温度制御が影響を受けることなく金属ブロックと半導
体レーザチップの温度が制御されるべき所定の温度に保
たれる。従って、半導体レーザの発振波長は固体レーザ
媒質の吸収波長に厳密に一致し、出射されるレーザ光の
出力が変動のない安定した固体レーザ装置を得る事がで
きる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明による固体レーザ装置の一実
施例を示す図で、半導体レーザチップ11、金属ブロッ
ク12、光学筐体13、電子冷却素子17、コリメート
レンズとフォーカスレンズからなる集光レンズ18、固
体レーザ媒質19、出力ミラー20、ヒートシンク2
1、放熱フィン22、断熱材23から構成されている。
【0015】半導体レーザチップ11には、波長809
nm、出力最大500mWのマルチモード発振半導体レ
ーザを用いた。半導体レーザチップ11は銅製金属ブロ
ック12を介して熱伝導性接着剤により電子冷却素子1
7の吸熱板に接合し、金属ブロック12をネジを用いて
光学筐体13に固定した。
【0016】固体レーザ媒質19として用いたNd:Y
VO4 結晶は、3×3×1mmの大きさで、半導体レー
ザ励起光入射表面は波長809nmに対し無反射、波長
1064nmに対し高反射となるようコーティングを施
し、出力ミラー20の凹面との間で共振器を構成した。
出力ミラー20はφ15×5mm曲率半径50mmであ
る。集光レンズ18、固体レーザ媒質19、出力ミラー
20の各光学素子は、ネジを用いアルミニウム製の光学
筐体13に位置を精密に調整しながら固定した。
【0017】放熱フィン22が付いたヒートシンク21
は、中心部を熱伝導性接着剤により電子冷却素子17の
放熱板に接合し、周辺部をテトラフルオロエチレン樹脂
(断熱材23)を介してアクリル樹脂製のプラスチック
ネジで光学筐体13に固定した。
【0018】図2(a)(b)(c)(d)は、図1の点線円内
の部分を拡大し光軸のレーザ出射方向からみた図であ
る。図2(a)において半導体レーザチップ11を載せた
金属ブロック12の光学筐体13と接する面を小さく
し、断熱層を形成するために高さ0.1mm突起14で
空気層を設けた。また、半導体レーザチップ11を載せ
た金属ブロック12を光学筐体13にステンレス製の固
定ネジ16で固定した。
【0019】図3は、固体レーザ光出力時間変動を示す
図である。半導体レーザチップ11を載せた金属ブロッ
ク12の温度と、光学筐体13の温度の差(ΔT、実線
33)を変化させたときの本実施例による固体レーザ装
置の光出力の時間変化(実線31)を示す。前述の空気
層を断熱層とした本実施例による固体レーザ装置の光出
力の時間変化は極めて小さく1%以内の出力変動であ
る。一方、従来例による固体レーザ装置の光出力の時間
変化(点線32)は、金属ブロック12の温度と光学筐
体13の温度の差(ΔT)を変化の影響を受けて10%
の光出力の変動がある。
【0020】本実施例においては、金属ブロック12の
光学筐体13と接する面の周辺に高さ0.1mmの不連
続な突起14で空気層を設けたが、他の実施例として図
2(b)に示すように金属ブロック12の光学筐体13と
接する面の全面に連続する突起14で空気層を設けるこ
ともできる。本実施例による固体レーザ装置の光出力の
時間変化も極めて小さく1%以内の出力変動であった。
【0021】また、他の実施例として図2(C)に示すよ
うに、光学筐体13の表面であって金属ブロック12と
接する面に断熱層を形成するために突起14で空気層を
設ける事ができる。さらに、他の実施例として図2(d)
に示すように光学筐体13の金属ブロック12と接する
面の全面に連続する突起14で空気層を設け断熱層を形
成する事もできる。本実施例による固体レーザ装置の光
出力の時間変化も極めて小さく1%以内の出力変動であ
った。
【0022】図4(a)(b)は、他の実施例で図1の点線
円内の部分を拡大し光軸の方向からみた図である。図4
(a)において半導体レーザチップ11を載せた金属ブロ
ック12と光学筐体13との間に熱絶縁材15として厚
さ10μmのエポキシ樹脂シートを挟み、半導体レーザ
チップ11を載せた金属ブロック12を光学筐体13に
ステンレス製の固定ネジ16で固定した。
【0023】この場合においても、前述した図3の固体
レーザ光出力の時間変動と同様の結果が得られた。本実
施例において、熱絶縁材15として厚さ10μmのエポ
キシ樹脂シートを使用したが、他の実施例として、プラ
スチックシート、硝子繊維強化プラスチックのごとき複
合材料シート、ガラスシート、セラミックシートを用い
る事ができる。
【0024】更に、他の実施例として、金属ブロック1
2の表面であって光学筐体13と接する面に断熱性の被
膜を被着し熱絶縁材15とする事ができる。一例とし
て、金属ブロック12の表面であって光学筐体13と接
する面に、公知の技術であるスパッタリング法により厚
さ2μmの二酸化珪素SiO2 膜を成膜し熱絶縁材15
とした。本実施例による固体レーザ装置の光出力の時間
変化も極めて小さく1%以内の出力変動であった。
【0025】他の実施例において、熱絶縁材15として
厚さ2μmの二酸化珪素SiO2 膜を使用したが、プラ
スチック、ガラス、セラミックの被膜を公知の技術であ
る塗布、蒸着、陽極酸化等の方法にて成膜し熱絶縁材1
5として用いる事ができる。
【0026】また、他の実施例として図4(b)に示すよ
うに、光学筐体13の表面であって、金属ブロック12
と接する面に断熱性の被膜を被着し、熱絶縁材15とす
る事ができる。一例として、光学筐体13の表面であっ
て金属ブロック12と接する面に、公知の技術であるス
パッタリング法により厚さ3μmのテトラフルオロエチ
レン樹脂膜を成膜し、熱絶縁材15とした。本実施例に
よる固体レーザ装置の光出力の時間変化も極めて小さく
1%以内の出力変動であった。前述において、熱絶縁材
15として厚さ3μmのテトラフルオロエチレン樹脂膜
を使用したが、プラスチック、ガラス、セラミックの被
膜を公知の技術である塗布、蒸着、陽極酸化等の方法に
て成膜し熱絶縁材15として用いる事ができる。
【0027】以上説明した実施例においては、固体レー
ザの基本波を発振する光学系を示したが、本発明におい
てはこれに限定される事なく、固体レーザ共振器の中に
KTiOPO4 (チタンリン酸カリウム)等の非線形光
学素子を挿入し、その非線形光学素子と固体レーザ基本
波との相互作用によって固体レーザ基本波の第2高調波
即ち固体レーザ基本波の1/2の波長のレーザを実現す
る事ができる。
【0028】前述した第2高調波の出力は、共振器内の
基本波パワーの2乗に比例するので、第2高調波の出力
変動は、固体レーザ基本波の出力変動が増幅された大き
さになる。従って、固体レーザ基本波の出力を安定させ
る事ができる本発明は、第2高調波発生固体レーザ装置
に特に有効である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
レーザ装置は、半導体レーザ励起固体レーザ装置におい
て、半導体レーザチップと光学筐体に温度差がある場
合、あるいは、その光学筐体に温度変化がある場合、例
えば固体レーザ装置がおかれている環境温度が変化した
場合においても、金属ブロックと半導体レーザチップの
温度を一定に保ち、固体レーザの出力が安定した固体レ
ーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体レーザ装置の一実施例を示す
図。
【図2】(a)は本発明の一実施例で図1の部分拡大図。
(b)は本発明の他の実施例で図1の部分拡大図。(c)は
本発明の他の実施例で図1の部分拡大図。(d)は本発明
の他の実施例で図1の部分拡大図。
【図3】固体レーザ光出力の時間変動を示す図。
【図4】(a),(b)は本発明の他の実施例で図1の部分
拡大図。
【図5】従来の固体レーザ装置の装置断面図。
【図6】図5の部分拡大図。
【図7】図6の部分拡大図。
【符号の説明】
11 半導体レーザチップ 12 金属ブロック 13 光学筐体 14 突起 15 熱絶縁材 16 固定ネジ 17,41 電子冷却素子 18,43 集光レンズ 19,44 固体レーザ媒質 20,45 出力ミラー 21,42 ヒートシンク 22,46 放熱フィン 23,47 断熱材
【手続補正書】
【提出日】平成5年3月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図5】
【図6】
【図4】
【図7】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザチップと、該半導体レーザ
    チップを支持する金属ブロックと、該金属ブロックを固
    着した電子冷却素子と、該電子冷却素子を固着したヒー
    トシンクと、該ヒートシンクや集光レンズ、固体レーザ
    媒質、出力ミラーを固定する光学筐体と、該光学筐体に
    前記金属ブロックを固定した半導体レーザ励起固体レー
    ザ装置に於いて、前記光学筐体と前記金属ブロックとの
    接触面を熱的に絶縁し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. 【請求項2】 前記金属ブロックを突起を介して前記光
    学筐体に固定し、空気層を熱絶縁層としたことを特徴と
    する請求項1記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記金属ブロックを熱絶縁シートを介し
    て前記光学筐体に固定したことを特徴とする請求項1記
    載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記金属ブロックもしくは前記光学筐
    体、または両方の接触面に熱絶縁被膜を被着して前記金
    属ブロックを前記光学筐体に固定したことを特徴とする
    請求項1記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
JP22097092A 1992-07-29 1992-07-29 半導体レーザ励起固体レーザ装置 Pending JPH0730171A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009054838A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Japan Science & Technology Agency 固体レーザーモジュール
JP2014050073A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Seiko Epson Corp 原子発振器および電子機器

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Effective date: 19960611