(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーダイオードから発せられたレーザービームによって固体レーザー結晶を励起するレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいて、
前記レーザーダイオードとして、単一の光導波路を有する屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザーが用いられるとともに、
固体レーザービームの光出力を検出する光検出器および、検出された前記光出力に基づいて前記レーザーダイオードの駆動電流を制御して該光出力を所定値に保つＡＰＣ回路を備えたことを特徴とするレーザーダイオードポンピング固体レーザー。
【請求項２】
前記屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザーとして、その発振波長に対する前面反射率が２０％以上のものが用いられたことを特徴とする請求項１記載のレーザーダイオードポンピング固体レーザー。
【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ポンピング固体レーザーに関し、特に詳細には、出力変動およびノイズの低減を図ったレーザーダイオードポンピング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（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ポンピング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ポンピング固体レーザーは、その光出力を光検出器により検出し、その検出出力に基づいてレーザーダイオードの駆動電流をフィードバック制御して光出力を所定値に保ついわゆるＡＰＣ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ）をかけて使用されることが多い。
【０００３】
一方この種のレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいては、強力なポンピングパワーを得るために、レーザーダイオードとしてマルチ横モード・ブロードエリアレーザーが用いられることが多い。このようにポンピング源として従来用いられているマルチ横モード・ブロードエリアレーザーは、より詳しくは、電流利得によって導波モードを形成する利得導波（ゲインガイド）型のものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザーをポンピング源に用いた従来のレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいては、レーザーダイオード自体の駆動電流変化にともなう急激な出力変動（いわゆるキンク）や、固体レーザー結晶等で反射した戻り光に起因する細かい出力変動およびノイズが発生して、レーザーダイオードの駆動電流対光出力特性の直線性が著しく悪化することがある。そのような場合は、上述のＡＰＣをかけても固体レーザーの出力変動やノイズ発生を抑え切ることができず、さらには、そのためにＡＰＣ回路が発振して新たなノイズが発生するという不具合も生じる。この問題は、レーザーダイオードポンピング固体レーザーの環境温度が変化した場合に特に顕著に認められる。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ポンピング源のレーザーダイオードの駆動電流対光出力特性の直線性を改善して、出力変動およびノイズを低減することができるレーザーダイオードポンピング固体レーザーを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【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ポンピング固体レーザーは、請求項１に記載の通り、レーザーダイオードから発せられたレーザービームによって固体レーザー結晶を励起するレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいて、前記レーザーダイオードとして、単一の光導波路を有する屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザーが用いられるとともに、固体レーザービームの光出力を検出する光検出器および、検出された光出力に基づいてレーザーダイオードの駆動電流を制御して該光出力を所定値に保つＡＰＣ回路を備えたことを特徴とするものである。なお上記「固体レーザービームの光出力」とは、それを直接的に意味することは勿論、固体レーザービームから派生したレーザービームの光出力、例えば固体レーザービームを一部分岐したものの光出力や、固体レーザービームを波長変換した後の波長変換波の光出力等も間接的に意味するものとする。
【０００７】
なおこの本発明によるレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいてより好ましくは、請求項２に記載の通り、上記屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザーとして、その発振波長に対する前面反射率が２０％以上のものが用いられる。
【０００８】
【作用および発明の効果】
上記屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザーは、複数の横モードを閉じ込め得る幅の広い３次元光導波路を備えたレーザーダイオードであり、それをポンピング源として用いると、先に述べたキンクと呼ばれる急激な出力変動が生じ難くなる。そして、このマルチ横モード・ブロードエリアレーザーとしてその前面反射率が高いもの（より効果的には２０％以上）を用いると、前述の戻り光に起因する細かい出力変動およびノイズの発生がより少なくなる。
【０００９】
その結果、本発明のレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいては、固体レーザービームの出力変動およびノイズの発生が防止される。
【００１０】
また、以上のようにしてポンピング源のレーザーダイオードの出力変動およびノイズの発生が抑えられれば、前述のＡＰＣをかけた際に良好な制御効果が得られ、さらに、ＡＰＣ回路が発振して新たなノイズが発生するという問題も解決できる。
【００１１】
【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、本発明の一実施例によるレーザーダイオードポンピング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ポンピング固体レーザーは、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、発散光である上記レーザービーム１０を集束させる例えば屈折率分布型レンズからなる集光レンズ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ＹＡＧ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称する）１３と、このＮｄ：ＹＡＧ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：ＹＡＧ結晶１３との間に配されたＫＮ結晶１５と、このＫＮ結晶１５と共振器ミラー１４との間に配されたエタロン１６とを備えている。
【００１２】
また上記共振器ミラー１４の前方側には、後述するようにして発せられた第２高調波２１を透過させる青色透過フィルター１７、およびこのフィルター１７を透過した第２高調波２１の一部を反射、分岐させる部分透過ミラー１８が配され、分岐した第２高調波２１がフォトダイオード等の光検出器１９によって検出される。
【００１３】
ポンピング源である上記レーザーダイオード１１としては、単一の光導波路を有する屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー（発振波長８０８．５  ｎｍ）が用いられている。またこのレーザーダイオード１１の波長８０８．５  ｎｍに対する前面反射率は３０％である。
【００１４】
一方Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１３は、例えばＮｄ濃度が１ａｔ％で、厚さが１ｍｍのものである。このＮｄ：ＹＡＧ結晶１３は入射した波長８０８．５  ｎｍのレーザービーム１０によってネオジウム原子が励起されることにより、波長が９４６．２  ｎｍのレーザービーム２０を発する。このレーザービーム２０はエタロン１６によって単一縦モード化され、そして非線形光学材料であるＫＮ結晶１５により、波長が１／２すなわち４７３．１  ｎｍの青色の第２高調波２１に変換される。この第２高調波２１は適宜のコーティングが施された共振器ミラー１４を透過して、共振器外に取り出される。
【００１５】
この第２高調波２１の一部は前述のようにして光検出器１９に導かれ、その光出力ＬＢ  が該光検出器１９によって検出される。ＡＰＣ回路２２は、この光検出器１９が出力する光検出信号Ｓに基づいてレーザーダイオード１１の駆動電流Ｉを制御し、第２高調波２１の光出力を所定値に保つ。
【００１６】
本実施例において、ＡＰＣをかけないときのレーザーダイオード１１の駆動電流Ｉと第２高調波２１の光出力ＬＢ  との関係は、図２に示す通りである。図示されるように、レーザーダイオード駆動電流Ｉが変化しても、第２高調波２１に顕著な出力変動やノイズが発生することがない。これは、レーザーダイオード１１の駆動電流対光出力特性に良好な直線性が得られているためと考えられる。このようになっていれば、ＡＰＣをかけた際に、安定した制御効果が得られるようになる。
【００１７】
＜比較例１＞
本発明による効果を確認するために、図１の構成におけるレーザーダイオード１１を、従来装置で用いられている利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー３１に置き換え、図３に示す比較例を作製した。なおこの利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー３１の発振波長は８０８．５  ｎｍ、この発振波長に対する前面反射率は１５％である。
【００１８】
この比較例１のレーザーダイオードポンピング固体レーザーにおいて、ＡＰＣをかけないときのレーザーダイオード駆動電流Ｉと第２高調波２１の光出力ＬＢ  との関係は、図４に示す通りである。図示されるようにこの場合は、レーザーダイオード駆動電流Ｉの変化にともなって、第２高調波２１には顕著な出力変動が生じる。これは、レーザーダイオードの駆動電流対光出力特性の直線性が損なわれているためと考えられる。そうであると、安定してＡＰＣがかからず、出力ジャンプを繰り返すようになる。
【００１９】
また図４の曲線のＣ１部では、１つのレーザーダイオード駆動電流Ｉの値に対して、光出力ＬＢ  が全くあるいはほとんど同じとなっている。これは、レーザーダイオード３１自身が発振しているためであり、ＡＰＣをかけた際のノイズ発生につながる。さらに図４の曲線のＣ２部では、２通りのレーザーダイオード駆動電流Ｉの値に対して、同じ値の光出力ＬＢ  が得られている。このようになっていると、ＡＰＣをかけた際にＡＰＣ回路２２が発振して、回路的なノイズが発生することになる。
【００２０】
次に図５を参照して、本発明の別の実施例について説明する。この実施例は、レーザーダイオードの特性を調べるために共振器は除いて、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、レーザービーム１０を集束させる集光レンズ１２と、このレーザービーム１０によって励起されるＮｄ：ＹＡＧ結晶１３とから構成されている。
【００２１】
上記レーザーダイオード１１としては、前述した実施例におけるのと同様に、単一の光導波路を有する屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー（発振波長８０８．５  ｎｍ）が用いられている。そしてこのレーザーダイオード１１として、波長８０８．５  ｎｍに対する前面反射率が７．５  ％、２０％、および３０％のもの３種を用い、それぞれの場合にＮｄ：ＹＡＧ結晶１３を透過したレーザービーム１０の光出力ＬＬＤを光パワーメーター４０によって測定した。なおこのＮｄ：ＹＡＧ結晶１３の光入射端面１３ａの波長８０８．５  ｎｍに対する反射率は、５％に調整した。各場合のレーザーダイオード１１の駆動電流Ｉと光出力ＬＬＤとの関係を、それぞれ図６７および８に示す。
【００２２】
また、図５の構成の集光レンズ１２およびＮｄ：ＹＡＧ結晶１３を取り除いて、レーザーダイオード１１をフリーラン状態で駆動させ、そこから発せられたレーザービーム１０の光出力ＬＬＤを、直接光パワーメーター４０によって測定した。このときのレーザーダイオード１１の駆動電流Ｉと光出力ＬＬＤとの関係を図９に示す。なおこの場合は、レーザーダイオード１１として、波長８０８．５  ｎｍに対する前面反射率が３０％のものを用いた。
【００２３】
＜比較例２＞
図５の構成におけるレーザーダイオード１１を、従来装置で用いられている利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー３１に置き換え、図１０に示す比較例を作製した。なおこの利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー３１の発振波長は８０８．５  ｎｍ、この発振波長に対する前面反射率は１５％である。またＮｄ：ＹＡＧ結晶１３の光入射端面１３ａの波長８０８．５  ｎｍに対する反射率は、この場合も５％である。
【００２４】
この比較例２において、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１３を透過したレーザービーム１０の光出力ＬＬＤを光パワーメーター４０によって測定した。このときのレーザーダイオード３１の駆動電流Ｉと光出力ＬＬＤとの関係を図１１に示す。また集光レンズ１２およびＮｄ：ＹＡＧ結晶１３を取り除いて、レーザーダイオード３１をフリーラン状態で駆動させ、レーザーダイオード３１から発せられたレーザービーム３０の光出力ＬＬＤを、直接光パワーメーター４０によって測定した。このときのレーザーダイオード３１の駆動電流Ｉと光出力ＬＬＤとの関係を図１２に示す。
【００２５】
なお、図６、７、８、９、１１および１２において、縦軸の光出力ＬＬＤはすべて相対値で示してあるが、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶１３を透過したレーザービームの光出力ＬＬＤを示す図６、７、８、および１１は互いに縦軸フルスケールの絶対値を等しくして示してあり、一方、フリーラン時の光出力ＬＬＤを示す図９および１２も互いに縦軸フルスケールの絶対値を等しくして示してある。
【００２６】
利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー３１をフリーランさせた場合は、図１２に示される通り、駆動電流Ｉの変化にともなって、一般にキンクと称される大きな出力変動が生じる。それに対して、屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー１１をフリーランさせた場合は、図９に示される通り上記のキンクは生じない。なお先に述べた通り、この図９の特性は、レーザーダイオード１１の前面反射率が３０％の場合のものであるが、この前面反射率が７．５  ％の場合もまた２０％の場合も、同様にキンクの発生は認められない。
【００２７】
また、上記利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー３１を用いた図１０の構成（比較例２）においては、図１１に示されるように上記キンクによる大きな出力変動が認められる上、さらに細かい出力変動も認められる。この細かい出力変動は、戻り光の影響によるものである。
【００２８】
それに対して、屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー１１を用いた図５の構成においては、図６、７および８に示されるように、上記キンクによる大きな出力変動は勿論認められない。またこれらの図６、７および８に明確に示されるように、戻り光の影響による細かい出力変動は、上記レーザーダイオード１１の前面反射率が高いほどより低くなる傾向にある。
【００２９】
図１３は、上に述べた図５の構成において、レーザーダイオード１１の前面反射率が７．５  ％、２０％、および３０％とされた各場合について、レーザービーム１０の出力変動およびノイズを測定した結果を示すものである。なおこの際は環境温度を、６０℃／時間の変化速度の下に１０℃〜４０℃の範囲で変化させた。この図１３に示される通り、出力変動もまたノイズも、前面反射率が高くなるにつれて明らかに低くなり、特に前面反射率が２０％以上であれば急激に低減する。
【００３０】
以上、固体レーザー結晶としてＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いる実施例について説明したが、本発明はそれ以外の固体レーザー結晶を用いるレーザーダイオードポンピング固体レーザーに対しても適用可能であり、その場合にも上に述べたのと同様の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略側面図
【図２】図１の装置におけるレーザーダイオード駆動電流対第２高調波光出力の関係を示すグラフ
【図３】図１の実施例に対する比較例としての従来装置を示す概略側面図
【図４】図３の装置におけるレーザーダイオード駆動電流対第２高調波光出力の関係を示すグラフ
【図５】本発明の別の実施例を示す概略側面図
【図６】図５の装置においてレーザーダイオードの前面反射率が７．５  ％の場合のレーザーダイオード駆動電流対光出力の関係を示すグラフ
【図７】図５の装置においてレーザーダイオードの前面反射率が２０％の場合のレーザーダイオード駆動電流対光出力の関係を示すグラフ
【図８】図５の装置においてレーザーダイオードの前面反射率が３０％の場合のレーザーダイオード駆動電流対光出力の関係を示すグラフ
【図９】図５の装置に用いられたレーザーダイオードをフリーランさせた場合のレーザーダイオード駆動電流対光出力の関係を示すグラフ
【図１０】図５の実施例に対する比較例としての従来装置を示す概略側面図
【図１１】図１０の装置におけるレーザーダイオード駆動電流対光出力の関係を示すグラフ
【図１２】図１０の装置に用いられたレーザーダイオードをフリーランさせた場合のレーザーダイオード駆動電流対光出力の関係を示すグラフ
【図１３】図５の装置におけるレーザーダイオードの前面反射率に対する、その出力変動およびノイズの関係を示すグラフ
【符号の説明】
１０、３０  レーザービーム（ポンピング光）
１１      レーザーダイオード（屈折率導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー）
１２      集光レンズ
１３      Ｎｄ：ＹＡＧ結晶
１４      共振器ミラー
１５      ＫＮ結晶
１６      エタロン
１８      部分透過ミラー
１９      光検出器
２０      レーザービーム（固体レーザービーム）
２１      第２高調波
２２      ＡＰＣ回路
３１      レーザーダイオード（利得導波型のマルチ横モード・ブロードエリアレーザー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003573475.tif 000009
【図９】
0003573475.tif 000010
【図１０】
0003573475.tif 000011
【図１１】
0003573475.tif 000012
【図１２】
0003573475.tif 000013
【図１３】
0003573475.tif 000014