JPH0645680A

JPH0645680A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH0645680A
Application number: JP2406694A
Authority: JP
Inventors: Satoru Amano; 覚天野
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1990-12-26
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】［目的］この発明は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光
等の基本波レーザ光の第２高調波である緑色光等の高調
波レーザ光を効率良く発振できる固体レーザ装置を得る
ことを目的とする。［構成］この発明は、励起光源４から射出された励起
光Ｌ₀を照射することによりそれ自体で基本波レーザ光
Ｌ₁を発生すると共にこの基本波レーザ光Ｌ₁の高調波
レーザ光Ｌ₂を発生する性質を有する非線形光学結晶１
２と、前記非線形光学結晶１２で生じた基本波レーザ光
Ｌ₁は透過し高調波レーザ光Ｌ₂は反射して外部に取り
出すビームスプリッタ１３とを、光軸を共通にしてレー
ザ共振器内に配置することにより、高調波レーザ光Ｌ₂
を共振器内に配置された他の光学部品を通過することな
く外部に取り出すようにして、損失や線質劣化を少なく
すると共に、部品点数を少なくして良質な高調波レーザ
光Ｌ₂を効率良く得ることができるようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学結晶を用い
て基本波レーザ光の高調波としてのレーザ光を発生させ
る固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非線形光学結晶を用いて基本波レーザ光
の高調波としてのレーザ光を発生させる固体レーザ装置
としては、従来、図２及び図３に示された装置が提案さ
れている。

【０００３】図２に示される例は、レーザ媒体１、非線
形光学結晶２及び波長選択性ミラー３を光軸を共通にし
て配置し、このミラー３と前記レーザ媒体１の左端面に
被着した多層膜の波長選択性ミラー１ａとでレーザ共振
器を構成するようにすると共に、レーザ媒体１に半導体
レーザ装置４から射出された励起光Ｌ₀を集光レンズ５
を通じてレーザ媒体１の端面から入射させて該レーザ媒
体１を端面励起することにより基本波レーザ光Ｌ₁を発
生させ、基本波レーザ光Ｌ₁が非線形光学結晶２を通過
する際の非線形光学効果によって高調波レーザ光Ｌ₂を
発生させてミラー３を通じて外部に取り出すようにした
ものである。

【０００４】ここで、レーザ媒体１としてＮｄ：ＹＡＧ
レーザ媒体（発振波長；１．０６２μｍ）を用い、非線
形光学結晶２としてＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）結晶（Ｔ
ＹＰＥ２）を用いて緑色光たる第２高調波レーザ光（波
長；０．５３１μｍ）得る場合には、非線形光学結晶２
とミラー３との間に非線形光学結晶２の位相整合条件を
満足させるためのλ／４板６が配置され、また、基本波
レーザ光Ｌ₁を単一縦モードにして単一縦モードの第２
高調波レーザ光Ｌ₂を得るにはエタロン７が配置され
る。この場合、励起光源たる半導体レーザ装置４として
は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒体を効率良く励起できる波長
０．８μｍのレーザ光Ｌ₀を発振するＡｌＧａＡｓ系の
半導体レーザ装置を用いる。

【０００５】なお、波長選択性の多層膜ミラー１ａは、
波長０．８μｍの光を良く透過し、一方、波長１．０６
２μｍの光及び波長０．５３１μｍの光を反射する。ま
た、波長選択性ミラー３は、波長１．０６２μｍの光を
反射し、一方、波長０．５３１μｍの光を良く透過す
る。

【０００６】図２に示される例は、図１に示される例に
おけるエタロン６のかわりにＱスイッチ素子８を設け、
Ｑスイッチ発振によるパルスレーザ光Ｌ₂を得るように
した外は、図１に示される場合と同じ構成を有する。な
お、Ｑスイイチ素子８としては、例えば、音響光学素子
等を用いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
例の固体レーザ装置では、高調波レーザ光Ｌ₂が、共振
器内に配置されたエタロン６またはＱスイッチ素子８を
通過してから外部に射出される。このため、高調波レー
ザ光Ｌ₂は、必然的にエタロン６またはＱスイッチ素子
８を通過することによって損失や線質の劣化を受けるこ
とになる。

【０００８】また、共振器内に配置される光学部品点数
が多いことから、これに比例して各部品内での損失や各
部品の入・出射端面の反射等による損失も増え、これに
よる損失も無視できなくなる。また、この損失をできる
だけ少なくするために各端面に反射防止膜等が設けられ
るが、これによってさらに実質的な部品点数が多くな
り、寿命、信頼性、製造コスト等の面からも不利とな
る。さらには、部品点数が多いために装置を小型に形成
することができない等の不都合もある。

【０００９】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、共振器内での損失を少なくでき、かつ、部品
点数も少なくできて効率良く高調波レーザ光を発振する
ことができると共に、寿命、信頼性及び製造コストの面
からも有利な固体レーザ装置を提供することを目的とし
たものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成と
することにより上述の課題を解決している。

【００１１】（１）非線形光学結晶を用いて基本波レ
ーザ光の高調波レーザ光としてのレーザ光を発生させる
固体レーザ装置において、励起光源から射出された励起
光を照射することによりそれ自体で基本波レーザ光を発
生すると共にこの基本波レーザ光の高調波を発生する性
質を有する非線形光学結晶と、前記非線形光学結晶で生
じた基本波レーザ光は透過し高調波レーザ光は反射して
外部に取り出すビームスプリッタとを、光軸を共通にし
てレーザ共振器内に配置したことを特徴とする構成。

【００１２】（２）構成１に記載の固体レーザ装置に
おいて、前記レーザ共振器内に前記非線形光学結晶及び
ビームスプリッタと光軸を共通にしてエタロン同調素子
を配置したことを特徴とする構成。

【００１３】（３）構成１に記載の固体レーザ装置に
おいて、前記レーザ共振器内に前記非線形光学結晶及び
ビームスプリッタと光軸を共通にしてＱスイッチ素子を
配置したことを特徴とする構成。

【００１４】（４）構成１ないし３のいずれか記載の
固体レーザ装置において、前記非線形光学結晶が、ＮＹ
ＡＢ（Ｎｄ_xＹ_1-xＡｌ₃（ＢＯ₃）₄）であり、励起
光源が半導体レーザ装置であることを特徴とした構成。

【００１５】

【作用】構成１によれば、非線形光学結晶で生じた基本
波レーザ光はビームスプリッタを透過して共振し、レー
ザ発振する。一方、同時に非線形光学結晶で生じた高調
波レーザ光は、ビームスプリッタによって反射されてた
だちに外部に取り出される。このため、高調波レーザ光
は共振器内に配置された他の光学部品、例えば、エタロ
ンやＱスイッチ素子等を通過することなく外部に取り出
され、これによる損失や線質劣化を受けずにすむ。

【００１６】また、基本波レーザ光の発振と高調波レー
ザ光の発生とを１つの非線形光学結晶で行っているから
部品点数が少なくてすむ。

【００１７】構成２によれば、単一縦モードの高調波レ
ーザ光を得ることができ、また、構成３によれば、Ｑス
イッチによる高調波パルスレーザ光を得ることができ
る。

【００１８】構成４によれば、良質な緑色レーザ光を効
率良く得ることができる。

【００１９】

【実施例】（第１実施例）図１は本発明の第１実施例に
かかる固体レーザ装置の構成を示す図である。以下、図
１を参照しながら第１実施例を詳述する。なお、この実
施例は、上述の図２に示された従来例と共通する部分が
多いので、共通する部分には同一の符号を付して共通す
る点の説明は省略し、以下では、この実施例に特有な点
を中心に説明する。

【００２０】さて、この実施例が上述の図２に示された
従来例と異なる点は、図２におけるレーザ媒体１のかわ
りに非線形光学結晶１２を配置し、図２における非線形
光学結晶２を除去し、さらに、図２におけるλ／４板６
のかわりにビームスプリッタ１３を配置した点である。
その他の構成は図２に示される構成と同じである。

【００２１】非線形光学結晶１２は、波長０．８μｍの
光を含む励起光Ｌ₀を照射することによりそれ自体で基
本波レーザ光Ｌ₁を発生すると同時に、この基本波レー
ザ光Ｌ₁の第２高調波たるレーザ光Ｌ₂を発生する性質
を有するものである。この実施例では、ＮＹＡＢ（Ｎｄ
_xＹ_1-xＡｌ₃（ＢＯ₃）₄）結晶のＴＹＰＥ１を用い
た。すなわち、波長１．０６２μｍの基本波レーザ光Ｌ
₁とその第２高調波たる波長０．５３１μｍの光（緑色
光）との位相整合がとれるように、位相整合角θｍを３
２°５４´に設定したものである。この結晶の寸法は３
×３×５ｍｍであり、光路長は５ｍｍである。また、Ｎ
ｄイオンの濃度は３．５原子％である。この場合、ＴＹ
ＰＥ１の非線形光学結晶は、励起光Ｌ₀の偏光面をこの
結晶の常光線屈折率（Ｏ）軸方向に合わせることによ
り、基本波レーザ光Ｌ₁の偏光面がＯ軸方向を含む面と
なり、Ｐ偏光の基本波レーザ光Ｌ₁を得ることができ
る。その場合、第２高調波レーザ光Ｌ₂はＳ偏光とな
る。

【００２２】この非線形光学結晶１２の図中左端面には
誘電体多層膜からなるミラー１２ａが被着されている。
このミラー１２ａは、ミラー３とでレーザ共振器を構成
するものであり、波長０．８μｍの励起光Ｌ₀を良く透
過するが、波長１．０６２μｍの基本波レーザ光Ｌ₁と
波長０．５３１μｍの第２高調波レーザ光Ｌ₂とを反射
する性質を有する。この実施例では、このミラー１２ａ
として、波長０．８μｍの励起光Ｌ₀に対する透過率が
９８％以上であり、波長１．０６２μｍの基本波レーザ
光Ｌ₁と波長０．５３１μｍの第２高調波レーザ光Ｌ₂
とに対する反射率が９９％以上である誘電体多層膜を用
いた。

【００２３】なお、非線形光学結晶１２の図中右端面１
２ｂには誘電体多層膜からなる反射防止膜を形成し、こ
の端面１２ｂにおける波長１．０６２μｍの基本波レー
ザ光Ｌ₁と波長０．５３１μｍの第２高調波レーザ光Ｌ
₂とに対する透過率が９９％以上になるようにしてあ
る。

【００２４】ビームスプリッタ１３は、透光性の薄板の
表面に誘電体多層膜を形成したもので、非線形光学結晶
１２の側に面する面１３ａにはＰ偏光成分のみを透過
し、Ｓ偏光成分を反射する性質の誘電体多層膜が形成さ
れ、この面１３ａがレーザ共振器の光軸に対して略４５
°なすように配置されたものである。したがって、Ｐ偏
光の基本波レーザ光Ｌ₁はこのビームスプリッタ１３を
通過できるが、Ｓ偏光の第２高調波レーザ光Ｌ₂は反射
されて外部に取り出される。なお、裏面１３ｂにはレー
ザ光Ｌ₁及びＬ₂を９９％以上透過する反射防止用多層
膜が施される。

【００２５】半導体レーザ装置４としては、波長０．８
μｍのレーザ光を数百ｍＷ程度の出力で射出できるもの
であれば良い（このような半導体レーザ装置としては、
例えば、ＳＯＮＹ株式会社製のブロード・エリア型ＳＬ
Ｄ３０３ＷＴ；出力５００ｍＷ等がある）。なお、集光
レンズ５としては、本実施例では凸レンズを用いた場合
を示したが、複数のレンズを組み合わせたり、あるい
は、非球面レンズやシリンドリカルレンズを用いても良
い。

【００２６】ミラー３は、透光性部材を凹レンズ状に形
成し、その凹面に誘電体多層膜３ａを形成して反射面と
したもので、この反射面の反射率が波長１．０６２μｍ
の基本波レーザ光Ｌ₁に対して９９％以上となるように
してある。凹面の曲率は最適な共振器を構成するように
周知の手法によって決定されるが、この実施例では、共
振器長（ミラー３とミラー１２ａとの間の距離）を光学
長で５０ｍｍとし、凹面の曲率半径を５０ｍｍとしてい
る。このときのレーザ共振器のＦＳＲ（フリースペクト
ラルレンジ）は３ＧＨｚである。また、基本波レーザ光
Ｌ₁の空間モードはＴＥＭ₀₀に近く、安定した出力が得
られる。

【００２７】エタロン７としては、Ｆｕｓｅｄｓｉｌ
ｉｃａ（波長１．０６２μｍの基本波レーザ光Ｌ₁に対
する屈折率；１．５４）を厚さ１．５ｍｍに形成し、両
面に基本波レーザ光Ｌ₁に対する反射率が９０％となる
コートを施したものを用いた。このときのＦＳＲは約６
５ＧＨｚであり、反射率フィネスＦｒは３０である。

【００２８】このエタロン７の挿入によって基本波レー
ザ光Ｌ₁は単一縦モードとなり、したがって、第２高調
波レーザ光Ｌ₂も単一縦モードとなる。

【００２９】上述の第１実施例によれば、非線形光学結
晶１２で生じた基本波レーザ光Ｌ₁はＰ偏光であるから
ビームスプリッタ１３を透過して共振し、レーザ発振す
る。一方、同時に非線形光学結晶１２で生じた第２高調
波レーザ光Ｌ₂はＳ偏光であるからビームスプリッタ１
３によって反射されてただちに外部に取り出される。こ
のため、第２高調波レーザ光Ｌ₂は共振器内に配置され
たエタロン７を通過することなく外部に取り出され、こ
れによる損失や線質劣化を受けずにすむ。したがって、
良質の第２高調波レーザ光Ｌ₁（緑色光）を効率良く取
り出すことができる。

【００３０】また、基本波レーザ光Ｌ₁の発振と第２高
調波レーザ光Ｌ₂の発生とを１つの非線形光学結晶１２
で行っているから図２に示された従来例に比較して部品
点数が少なくてすみ、したがって、その分発振効率を高
めることができると共に、寿命、信頼性、製造コストの
面からも有利となる。

【００３１】（第２実施例）図４は、本発明の第２実施
例にかかる固体レーザ装置の構成を示す図である。この
実施例は、上述の図１に示される第１実施例におけるエ
タロン７のかわりにＱスイッチ素子１８を配置すること
により、基本波レーザ光Ｌ₁のＱスイッチ発振を行い、
パルス性の第２高調波レーザ光Ｌ2 を得るようにした外
は、上述の第１実施例の構成と同一の構成を有する。

【００３２】この実施例では、Ｑスイッチ素子１８とし
て音響光学変調器を用いた。この場合、音響光学変調器
を構成する音響光学媒体には、基本波レーザ光Ｌ₁に対
して透明で屈折率の高いフリントガラス（ＨＯＹＡ株式
会社製のＦＤー６）を採用した。なお、Ｑスイッチ素子
１８は図示しない制御装置によって周波数８０ＭＨｚの
超音波を印加することによって駆動されるようになって
いる。この制御装置としては、例えば、スイッチング周
波数をＤＣから５０ＫＨｚまでの間で任意に設定できる
ものを用いることができる。また、このＱスイッチ素子
１８には必要に応じてペルチェ素子等の温度制御素子１
８ａを取り付けて動作を安定にする。

【００３３】この実施例において、Ｑスイッチ素子１８
のスイッチング周波数を１ｋＨｚに設定すると、パルス
幅約３０ｎｓｅｃのパスル性の基本波レーザ光Ｌ₁の発
振が行われ、これにより、ピークパワーの高い第２高調
波レーザ光Ｌ₂が得られる。この実施例によれば、第２
高調波レーザ光Ｌ₂は共振器内に配置された音響光学変
調器１８を通過することなく外部に取り出され、これに
よる損失や線質劣化を受けずにすむ。したがって、良質
の第２高調波レーザ光Ｌ₁（緑色光）を効率良く取り出
すことができる。また、図３に示された従来例に比較し
て部品点数が少なくてすみ、したがって、その分発振効
率を高めることができると共に、寿命、信頼性、製造コ
ストの面からも有利となる。

【００３４】なお、上述の各実施例においては、非線形
光学結晶として、ＮＹＡＢ結晶を用いた例を掲げたが、
非線形光学結晶としては、他に、例えば、ＥＹＡＢ（Ｅ
ｒ_XＹ_1-XＡ■₃（ＢＯ₃）₄）、Ｎｄ：ＭｇＯ：Ｌｉ
ＮｂＯ₃、Ｎｄ：ＫＴＰ、Ｎｄ：ＫＤＰ、Ｎｄ：ＢＢ
Ｏ、Ｎｄ：ＬＢＯまたはＮｄ：ＫＮｂＯ₃等を用いるこ
とができる。

【００３５】また、励起光源として半導体レーザ装置を
用いて端面励起を行う場合の例を掲げたが、半導体レー
ザ装置のかわりに他のレーザ装置を用いても良く、ま
た、半導体レーザアレイやフラッシュランプ等を用いた
側面励起としても良い。

【００３６】さらに、Ｑスイッチ素子としては、ポッケ
ルス素子等の他のＱスイッチ素子を用いても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明は、励起
光源から射出された励起光を照射することによりそれ自
体で基本波レーザ光を発生すると共にこの基本波レーザ
光の高調波を発生する性質を有する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶で生じた基本波レーザ光は透過し高
調波レーザ光は反射して外部に取り出すビームスプリッ
タとを、光軸を共通にしてレーザ共振器内に配置するこ
とにより、高調波レーザ光を共振器内に配置された他の
光学部品を通過することなく外部に取り出すようにし
て、損失や線質劣化を少なくすると共に、基本波レーザ
光の発振と高調波レーザ光の発生とを１つの非線形光学
結晶で行うことによって部品点数を少なくして良質な高
調波レーザ光を効率良く得ることができるようにしたも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる固体レーザ装置の
構成を示す図である。

【図２】従来例の構成を示す図である。

【図３】従来例の構成を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例にかかる固体レーザ装置の
構成を示す図である。

【符号の説明】１レーザ媒体２，１２非線形光学結晶３，１２ａミラー４半導体レーザ装置５集光レンズ６ λ／４板７エタロン８，１８光Ｑスイッチ素子１３ビームスプリッタＬ₁ 基本波レーザ光Ｌ2 高調波レーザ光

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】ここで、レーザ媒体１としてＮｄ：ＹＡＧ
レーザ媒体（発振波長；１．０６２μｍ）を用い、非線
形光学結晶２としてＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）結晶（Ｔ
ＹＰＥ２を用いて緑色光たる第２高調波レーザ光（波
長；０．５３１μｍ）を得る場合には、非線形光学結晶
２とミラー３との間に非線形光学結晶２の位相整合条件
を満足させるためのλ／４板６が配置され（OPTICS LET
TERS October 1988 Vol.13, No.10 P806 Fig3 参照）、
また、基本波レーザ光Ｌ₁を単一縦モードにして単一縦
モードの第２高調波レーザ光Ｌ₂を得るためにはエタロ
ン７が配置される。この場合、励起光源たる半導体レー
ザ装置４としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒体を効率良く
励起できる波長０．８μｍのレーザ光Ｌ₀を発振するＡ
ｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置を用いる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】図３に示される例は、図２に示される例に
おけるエタロン７のかわりにＱスイッチ素子８を設け、
Ｑスイッチ発振によるパルスレーザ光Ｌ2 を得るように
した外は、図２に示される場合と同じ構成を有する。な
お、Ｑスイッチ素子８としては、例えば、音響光学素子
等を用いる。（OPTICS LETTERS June 1988 Vol.13, No.
6 参照）

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】ミラー３は、透光性部材を凹レンズ状に形
成し、その凹面に誘電体多層膜３ａを形成して反射面と
したもので、この反射面の反射率が波長１．０６２μｍ
の基本波レーザ光Ｌ₁に対して９９％以上となるように
してある。凹面の曲率は最適な共振器を構成するように
周知の手法によって決定されるが、この実施例では、共
振器長（ミラー３の誘電体多層膜３ａとミラー１２ａと
の間の距離）を光学長で５０ｍｍとし、凹面の曲率半径
を５０ｍｍとしている。このときのレーザ共振器のＦＳ
Ｒ（フリースペクトラルレンジ）は３ＧＨｚである。ま
た、基本波レーザ光Ｌ₁の空間モードはＴＥＭ₀₀に近
く、安定した出力が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学結晶を用いて基本波レーザ光
の高調波光としてのレーザ光を発生させる固体レーザ装
置において、励起光源から射出された励起光を照射する
ことによりそれ自体で基本波レーザ光を発生すると共に
この基本波レーザ光の高調波を発生する性質を有する非
線形光学結晶と、前記非線形光学結晶で生じた基本波レ
ーザ光は透過し高調波レーザ光は反射して外部に取り出
すビームスプリッタとを、光軸を共通にしてレーザ共振
器内に配置したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】請求項１に記載の固体レーザ装置におい
て、前記レーザ共振器内に前記非線形光学結晶及びビー
ムスプリッタと光軸を共通にしてエタロン同調素子を配
置したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】請求項１に記載の固体レーザ装置におい
て、前記レーザ共振器内に前記非線形光学結晶及びビー
ムスプリッタと光軸を共通にしてＱスイッチ素子を配置
したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の固
体レーザ装置において、前記非線形光学結晶が、ＮＹＡ
Ｂ（Ｎｄ_xＹ_1-xＡｌ₃（ＢＯ₃）₄）であり、励起光
源が半導体レーザ装置であることを特徴とした固体レー
ザ装置。