(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器と、
この共振器内に配設された固体レーザー結晶と、
この固体レーザー結晶を、その端面から励起するレーザービームを発するレーザーダイオードと、
前記レーザービームを、前記固体レーザー結晶内あるいはその近傍において収束させる集光レンズとを有してなる端面励起型のレーザーダイオード励起固体レーザーにおいて、
共振器内の固体レーザービームの光路に、前記レーザーダイオードのストライプ幅方向のみについてビーム径を絞って横モード高次化を抑制するスリット板が設けられた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。
【請求項２】
前記共振器内に、前記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記載のレーザーダイオード励起固体レーザー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザー結晶をレーザーダイオード（半導体レーザー）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関し、特に詳細には、横モードの高次化を抑制するように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号に示されるように、ネオジウム等の希土類が添加された固体レーザー結晶を、レーザーダイオードから発せられた光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が公知となっている。このレーザーダイオード励起固体レーザーにおいては、より短波長のレーザービームを得るために、その共振器内に光波長変換素子を配置して、固体レーザービームを第２高調波等に波長変換することも広く行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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、横モードが高次化してビーム品質が低下しやすいという問題が認められる。また特に上記の波長変換を行なう場合は、横モードが高次化しやすくなっていると、横モード競合すなわち、ＴＥＭ００モードとＴＥＭ０１モード等の高次モードとがμｓｅｃ  オーダーの時間間隔で交互に立つ現象が生じてしまう。
【０００４】
従来の各種固体レーザーでは、横モードの高次化を抑制するために、多くの場合、共振器内の固体レーザービームの光路にそのビーム径を絞るピンホール板が設けられていた。
【０００５】
このピンホール板は、レーザーダイオード励起固体レーザーにおいて設置しても勿論有効であるが、しかしその場合は、共振器内での損失が大きい、ピンホール板挿入の前後で発振特性が大きく変わるため発振特性の調整が難しい、といった問題が認められていた。なお図８には、このピンホール板挿入の前後の発振特性例を示す。ここでは、共振器温度対レーザー出力および発振波長の関係を示しており、図中実線で示すのがピンホール板挿入前の特性、破線で示すのがピンホール板挿入後の特性である。
【０００６】
さらに上記のピンホール板は、ピンホール中心とビーム軸とを一致させる位置調整が困難であるため、固体レーザーの大量生産には不向きである、という問題も認められる。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、横モードの高次化を抑制可能で、共振器内での損失が小さい上に発振特性の調整が容易で、そして大量生産にも適する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。
【０００８】
【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、共振器と、この共振器内に配設された固体レーザー結晶と、この固体レーザー結晶を、その端面から励起するレーザービームを発するレーザーダイオードと、上記レーザービームを固体レーザー結晶内あるいはその近傍において収束させる集光レンズとを有してなる端面励起型のレーザーダイオード励起固体レーザーにおいて、
共振器内の固体レーザービームの光路に、励起用レーザーダイオードのストライプ幅方向のみについてビーム径を絞って横モードの高次化を抑制するスリット板が設けられたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の効果】
レーザーダイオードから出射した励起光としてのレーザービームが集光レンズによって収束するとき、その収束スポット径は、活性層方向（層厚方向）については比較的小さく、それと直角なストライプ幅方向については比較的大きくなる。またこのレーザービームの強度分布は、活性層方向についてはガウス分布に近い傾向を示すのに対し、ストライプ幅方向ではそのような傾向が低いものとなっている。
【００１０】
このように励起光の収束スポット径および強度分布が、活性層方向とストライプ幅方向とで異なるために、励起光と固体レーザービームとのモードマッチングは活性層方向では良好である一方、ストライプ幅方向では良くないものとなっている。
【００１１】
以上のことから、レーザーダイオード励起固体レーザーにおいて横モードが高次化しやすいのは、一般にストライプ幅方向についてのみであり、活性層方向ではその傾向はかなり低くなっている。そこで本発明におけるように、スリット板を用いて、固体レーザービームのビーム径をレーザーダイオードのストライプ幅方向のみに関して絞っても、横モードの高次化を抑制する効果が十分に得られるようになる。
【００１２】
このように、固体レーザービームのビーム径をスリット板を用いて１次元的に絞るのであれば、前述のピンホール板を用いてビーム径を２次元的に絞る場合と比べて、共振器内での損失を少なく抑えることができる。
【００１３】
一方、ピンホール板挿入の前後で発振特性が大きく変わるという従来装置の問題は、ピンホール板での反射光量が大きいことから共振器内温度が著しく上昇することに起因していた。それに対して本発明のレーザーダイオード励起固体レーザーにおいては、固体レーザービームのビーム径をスリット板を用いて１次元的に絞るようにしたので、スリット板での反射光量は著しく低減する。そこで本発明のレーザーダイオード励起固体レーザーにおいては、スリット板挿入の前後で発振特性が大きく変化することがなくなり、発振特性の調整が容易になる。
【００１４】
固体レーザービームの強度は、レーザーダイオードのストライプ幅方向よりも活性層方向について特に集中しているので、この活性層方向についてそのビーム径を絞らないようにしたことにより、共振器内での損失を少なく抑える効果、および反射光量を抑える効果が特に顕著となる。
【００１５】
さらに、上記のスリット板の固体レーザービームに対する位置調整は、ストライプ幅方向のみに関して行なえばよいものであって、それと直角な活性層方向についての位置調整は不要となる。したがって本発明によるレーザーダイオード励起固体レーザーは、スリット板の位置調整が容易で、大量生産にも適したものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態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（半導体レーザー）１１と、発散光である上記レーザービーム１０を集光する集光レンズ１２と、ネオジウム（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質であるＹＬＦ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶と称する）１３と、このＮｄ：ＹＬＦ結晶１３の前方側（図中右方側）に配された共振器ミラー１４と、この共振器ミラー１４とＮｄ：ＹＬＦ結晶１３との間に配された光波長変換素子１５とを有している。
【００１７】
また光波長変換素子１５と共振器ミラー１４との間には、偏光制御素子としてのブリュースタ板１６、波長選択素子としてのエタロン１７、および横モード制御素子としてのスリット板１８が配設されている。そしてＮｄ：ＹＬＦ結晶１３の前後には、発振モードをツイストモード化してホールバーニングを防止するためのλ／４板１９および２０が配されている。
【００１８】
以上述べた要素１３〜２０は、Ｃｕ−Ｂｅ等からなる共振器ホルダー２１に固定されており、この共振器ホルダー２１はペルチェ素子２２の冷却面上に固定されている。この実施形態においては、後述するようにλ／４板１９と共振器ミラー１４とによってファブリー・ペロー型共振器が構成される。この共振器の部分は、上記ペルチェ素子２２が図示しない温調回路によって駆動制御されることにより、所定温度に保たれる。
【００１９】
レーザーダイオード１１としては、波長７９７  ｎｍのレーザービーム１０を発するものが用いられている。Ｎｄ：ＹＬＦ結晶１３は入射したレーザービーム１０によってネオジウムイオンが励起されて、波長１３１４ｎｍの光を発する。λ／４板１９の励起光入射側の端面１９ａには、波長７９７  ｎｍの励起用レーザービーム１０は良好に透過させ（透過率９９％以上）、波長１３１４ｎｍおよび下記の波長６５７  ｎｍの光は良好に反射させる（反射率９９．９％以上）コートが施されている。一方共振器ミラー１４のミラー面１４ａには、波長１３１４ｎｍの光は良好に反射させ、波長６５７  ｎｍの光は透過させるコートが施されている。
【００２０】
したがって、波長１３１４ｎｍの光は上記各面１９ａ、１４ａ間で共振してレーザー発振を引き起こし、こうして発生したレーザービーム３０は光波長変換素子１５により波長が１／２すなわち６５７  ｎｍの第２高調波３１に変換され、主にこの第２高調波３１が共振器ミラー１４から出射する。なお光波長変換素子１５としては、例えばＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３  結晶に周期ドメイン反転構造が形成されてなるもの等が利用可能である。
【００２１】
図２には、上記レーザーダイオード１１とスリット板１８との相対位置関係を示してある。図示の通りスリット板１８は、その十分に長いスリット１８ａがレーザーダイオード１１の活性層方向（活性層１１ａの層厚方向：矢印Ｙ方向）に延びる向きに配置されている。またレーザービーム３０のストライプ幅方向（矢印Ｘ方向）のビーム径（１／ｅ２  径）が約２００  μｍであるのに対し、スリット１８ａの幅は約４４０  μｍとされている。したがってレーザービーム３０はこのスリット板１８により、ビーム径がレーザーダイオード１１のストライプ幅方向のみについて絞られるようになる。
【００２２】
図３の（ａ）、（ｂ）にはそれぞれ、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶１３内における励起用レーザービーム１０およびレーザービーム３０の形状を、上記ストライプ幅方向、活性層方向について示してある。図示の通り励起用レーザービーム１０の拡がり角およびスポット径は、ストライプ幅方向については比較的大きく、活性層方向については比較的小さくなる。そのため、この励起用レーザービーム１０とレーザービーム３０とのモードマッチングは、ストライプ幅方向では悪く、活性層方向では良好なものとなる。
【００２３】
スリット板１８を挿入しないときのレーザービーム３０の、ストライプ幅方向、活性層方向の光強度分布を、図４の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。これからも明らかな通り、横モードが高次化しやすいのはストライプ幅方向についてのみであり、活性層方向ではその傾向は低くなっている。そこで、上述のようにレーザービーム３０のビーム径をストライプ幅方向のみに絞るだけで、ピンホール板を用いて２次元的に絞る場合と同様に、横モードの高次化を抑制する効果が十分に得られる。
【００２４】
本実施形態では、レーザービーム３０を第２高調波３１に波長変換するようにしているので、横モードが高次化すると前述の横モード競合が生じ得るが、横モードの高次化を抑制することにより、この横モード競合も抑えることができる。
【００２５】
また、レーザービーム３０のビーム径を１次元的に絞るのであれば、ピンホール板を用いて２次元的に絞る場合と比べて、共振器内での損失を少なく抑えることができる。
【００２６】
さらにスリット板１８のレーザービーム３０に対する位置調整は、ストライプ幅方向のみに関して行なえばよいものであって、それと直角な活性層方向についての位置調整は不要である。したがってこのレーザーダイオード励起固体レーザーは、スリット板１８の位置調整が容易で、大量生産にも適したものとなる。
【００２７】
また、レーザービーム３０のビーム径をスリット板１８によって１次元方向のみに絞るようにしたことにより、スリット板１８での反射光量は著しく低減する。そこでこのレーザーダイオード励起固体レーザーにおいては、スリット板１８の挿入のために共振器内温度が大きく上昇することがなくなり、よってスリット板挿入の前後で発振特性が大きく変化することを防止できる。
【００２８】
具体的に、スリット板１８の代わりに、直径１ｍｍの孔を有する開口板を配して発振特性を調整した後、この開口板をスリット板１８に置き換えても、発振特性が大きく変化することはなかった。
【００２９】
次に図５を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図５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（以下、同様）。
【００３０】
この第２実施形態のレーザーダイオード励起固体レーザーは、図１のものと比べると基本的に、光波長変換素子１５が除かれた点が異なるものである。つまりこの第２実施形態において、固体レーザービーム３０は第２高調波に変換されることなく、そのまま共振器ミラー１４から出射する。なおこの場合も、λ／４板１９と共振器ミラー１４とによってファブリー・ペロー型共振器が構成されるが、ミラー１４のミラー面１４ａに施されるコートは、波長１３１４ｎｍの固体レーザービーム３０を一部透過させるものとされる。
【００３１】
この第２実施形態においても、スリット板１８により、レーザービーム３０のビーム径をレーザーダイオード１１のストライプ幅方向のみについて絞ることにより、第１実施形態で得られたものと同様の効果が得られる。
【００３２】
次に図６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。この第３実施形態のレーザーダイオード励起固体レーザーは、図５のものと比べると基本的に、ブリュースタ板１６、エタロン１７、λ／４板１９および２０が除かれ、λ／４板１９の位置に平板状の共振器ミラー４０が配設された点が異なるものである。そしてこの共振器ミラー４０のミラー面４０ａには、波長７９７  ｎｍの励起用レーザービーム１０は良好に透過させ（透過率９９％以上）、波長１３１４ｎｍの固体レーザービーム３０は良好に反射させる（反射率９９．９％以上）コートが施されている。
【００３３】
この第３実施形態においても、スリット板１８により、レーザービーム３０のビーム径をレーザーダイオード１１のストライプ幅方向のみについて絞ることにより、第１および２実施形態で得られたものと同様の効果が得られる。
【００３４】
次に図７を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。この第４実施形態のレーザーダイオード励起固体レーザーは、図１のものと比べると基本的に、ブリュースタ板１６、λ／４板１９および２０が除かれ、λ／４板１９の位置に平板状の共振器ミラー４０が配設された点が異なるものである。そしてこの共振器ミラー４０のミラー面４０ａには、波長７９７  ｎｍの励起用レーザービーム１０は良好に透過させ（透過率９９％以上）、波長１３１４ｎｍの固体レーザービーム３０および波長６５７  ｎｍの第２高調波３１は良好に反射させる（反射率９９．９％以上）コートが施されている。
【００３５】
この第４実施形態においても、スリット板１８により、レーザービーム３０のビーム径をレーザーダイオード１１のストライプ幅方向のみについて絞ることにより、第１、２および３実施形態で得られたものと同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザーダイオード励起固体レーザーを示す側面図
【図２】図１のレーザーダイオード励起固体レーザーの一部を示す斜視図
【図３】図１のレーザーダイオード励起固体レーザーにおける励起用レーザービームと固体レーザービームの形状を、励起用レーザーダイオードのストライプ幅方向（ａ）、活性層方向（ｂ）毎に示す概略図
【図４】図１のレーザーダイオード励起固体レーザーにおける固体レーザービームの光強度分布を、励起用レーザーダイオードのストライプ幅方向（ａ）、活性層方向（ｂ）毎に示すグラフ
【図５】本発明の第２実施形態によるレーザーダイオード励起固体レーザーを示す側面図
【図６】本発明の第３実施形態によるレーザーダイオード励起固体レーザーを示す側面図
【図７】本発明の第４実施形態によるレーザーダイオード励起固体レーザーを示す側面図
【図８】レーザーダイオード励起固体レーザーにおける共振器温度と、出力および発振波長との関係例を示すグラフ
【符号の説明】
１０    レーザービーム（励起光）
１１    レーザーダイオード
１２    集光レンズ
１３    Ｎｄ：ＹＬＦ結晶
１４    共振器ミラー
１５    光波長変換素子
１６    ブリュースタ板
１７    エタロン
１８    スリット板
１９、２０    λ／４板
２１    共振器ホルダー
２２    ペルチェ素子
３０    固体レーザービーム
３１    第２高調波
４０    共振器ミラー
【図１】
0003602283.tif 000002
【図２】
0003602283.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003602283.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003602283.tif 000008
【図８】
0003602283.tif 000009