(57)【要約】【課題】第３高調波発生用結晶としてタイプＩの非線形光学結晶や擬似位相整合素子を用いうるようにする。【解決手段】半導体レーザ（１）と、基本波を出力する固体レーザ媒質（３）と、基本波から第２高調波を出力する第２高調波発生用結晶（６）と、基本波および第２高調波から第３高調波を出力する第３高調波発生用結晶（５）とを具備し、第２高調波発生用結晶（６）が擬似位相整合素子である。【効果】第３高調波発生用結晶（５）としてタイプＩの非線形光学結晶や擬似位相整合素子を用いうる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を発振する半導体レーザ（１）と、前記励起レーザ光により励起されて基本波を出力する固体レーザ媒質（３）と、前記基本波から第２高調波を出力する第２高調波発生用結晶（６）と、前記基本波および前記第２高調波から第３高調波を出力する第３高調波発生用結晶（５）とを基本波の光共振器内に具備し、前記第２高調波発生用結晶（６）が擬似位相整合素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第３高調波発生用結晶（５）がタイプＩの非線形光学結晶であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第３高調波発生用結晶（５）が擬似位相整合素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第２高調波発生用結晶（６）と前記第３高調波発生用結晶（５）とが一つの素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記擬似位相整合素子が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
請求項２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記擬似位相整合素子が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記擬似位相整合素子が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項８】
請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記擬似位相整合素子が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、第３高調波発生用結晶としてタイプＩの非線形光学結晶（＝複屈折を利用したタイプＩ角度位相整合素子）や擬似位相整合素子（＝ＱＰＭ素子）を用いることが出来る半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６に示すように、基本波ωから第２高調波２ωを出力する第２高調波発生用結晶（＝ＳＨＧ素子）５６と、基本波ωおよび第２高調波２ωから第３高調波３ωを出力する第３高調波発生用結晶（＝ＴＨＧ素子）５５とを基本波の光共振器内に具備した半導体レーザ励起固体レーザ装置が知られている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許第７０１６３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置では、ＳＨＧ素子５６としてタイプＩの非線形光学結晶を用い、ＴＨＧ素子５５としてタイプＩＩの非線形光学結晶を用いている。光共振器内に上記以外の組合せの結晶、たとえばタイプＩ−タイプＩのような組合せを用いると、結晶の軸を互いに４５度傾ける必要性が生じて結晶の複屈折性によって共振器内の偏光が回転し、不安定発振を誘発する原因となるため、事実上この構成に限定されてしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、第３高調波発生用結晶としてタイプＩの非線形光学結晶や擬似位相整合素子を用いることが出来る半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の観点では、本発明は、励起レーザ光を発振する半導体レーザ（１）と、前記励起レーザ光により励起されて基本波を出力する固体レーザ媒質（３）と、前記基本波から第２高調波を出力する第２高調波発生用結晶（６）と、前記基本波および前記第２高調波から第３高調波を出力する第３高調波発生用結晶（５）とを基本波の光共振器内に具備し、前記第２高調波発生用結晶（６）が擬似位相整合素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、第２高調波発生用結晶（６）として擬似位相整合素子を用いることにより、基本波と第２高調波の偏光方向が一致するため、第３高調波発生用結晶（５）としてタイプＩの非線形光学結晶や擬似位相整合素子を特殊な偏光操作無しで用いることが出来るようになり、結晶の選択幅が広がる。【０００５】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第３高調波発生用結晶（５）がタイプＩの非線形光学結晶であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、タイプＩの非線形光学結晶を用いることで変換効率を向上しうる。図７の表１に第３高調波発生用の代表的な結晶における有効非線形定数を示す。各結晶ともタイプＩの方が有効非線形定数が大きいことが分る。【０００６】
第３の観点では、本発明は、前記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第３高調波発生用結晶（５）が擬似位相整合素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第３の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、擬似位相整合素子の非線形定数が大きいために、必要な変換効率を得るために必要な結晶長を短く出来、共振器長を短く出来る。共振器長を短くすることは、パルス発振の場合にパルス幅を短く出来ることにつながる。パルス幅の短い紫外レーザ光はＭＡＬＤＩ／ＴＯＦ−ＭＳや精密加工に有用である。
また、結晶長を短く出来ると、一般的に小さい擬似位相整合素子の温度許容幅が改善される効果も期待される。【０００７】
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第２高調波発生用結晶（６）と第３高調波発生用結晶（５）とが一つの素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第４の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、異なる周期の反転分極をモノリシックに作り込んで第２高調波発生用結晶（６）と第３高調波発生用結晶（５）とを一つの素子とすることで、第２高調波−第３高調波の連続した波長変換が可能となり、小型化のみならず、信頼性の向上も見込まれる。【０００８】
第５の観点では、本発明は、前記第１から第４のいずれかの観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記擬似位相整合素子が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第５の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、ＭｇをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合Ｍ素子としたＰＰＭｇＳＬＴを用いるため、ＭｇＳＬＴが有する光損傷閾値が高く、紫外光の透過性があるという特徴を有効に利用できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、第３高調波発生用結晶としてタイプＩの非線形光学結晶や擬似位相整合素子を用いることが出来る。また、安定、小型、高効率なレーザ装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００を示す説明図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、励起レーザ光を発振する半導体レーザ１と、励起レーザ光を集光する集光レンズ系２と、励起レーザ光により励起されて基本波を出力する固体レーザ媒質３と、Ｑスイッチ素子１２と、基本波および第２高調波を透過し第３高調波を反射するダイクロイック・ビームスプリッタ４と、基本波から第２高調波を出力する第２高調波発生用結晶（＝ＳＨＧ素子）６と、基本波および第２高調波を反射するミラー７と、第２高調波発生用結晶６側から来た基本波および第２高調波の和周波を発生させることにより第３高調波を出力する第３高調波発生用結晶（＝ＴＨＧ素子）５と、ビームスプリッタ４で反射された第３高調波の一部を反射し第３高調波出力Ｌｏとし他の一部を透過するビームスプリッタ９と、ビームスプリッタ９を透過した第３高調波を受光するホトダイオード１０と、ホトダイオード１０で受光する第３高調波のエネルギーまたは平均出力が一定になるように半導体レーザ１を駆動するＡＰＣ回路１１とを具備している。【００１２】
半導体レーザ１は、ペルチェ素子にて励起レーザ光の波長が例えば８０８．５ｎｍになるように温度チューニングされている。【００１３】
固体レーザ媒質３は、例えばＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４である。Ｎｄ：ＹＡＧは、単結晶または微細結晶を焼結したセラミックである。固体レーザ媒質３の半導体レーザ側端面には励起レーザ光では高透過率、例えば波長１０６４ｎｍの基本波では高反射率のコーティングが施されている。反対側の端面は基本波に対するＡＲコートである。固体レーザ媒質３は、放熱のために金属ホルダに取り付けられる。
固体レーザ媒質３の端面とミラー７との間で光共振器８が構成され、例えば波長１０６４ｎｍの基本波が発振する。【００１４】
Ｑスイッチ素子１２の動作は、音響光学素子（ＡＯＭ）を外部信号にてＯＮ／ＯＦＦすることにより能動的に行われる。【００１５】
第２高調波発生用結晶６は、擬似位相整合（ＱＰＭ）素子であり、ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３，ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３，ＫＮｂＯ３，ＫＴｉＯＰＯ４などに分極反転処理を施すことにより得られる。第２高調波発生用結晶６はペルチェ素子またはヒータにより適正な温度にチューニングされる。【００１６】
第３高調波発生用結晶５は、タイプＩの非線形光学結晶であり、ＬＢＯ，ＢＢＯ，ＢＩＢＯ，ＹＣＯＢ，ＧｄＹＣＯＢなどである。【００１７】
図２に示すように、ミラー７で反射された基本波ωは、第２高調波発生用結晶６を通過し例えば波長５３２ｎｍの第２高調波２ωに変換される。第２高調波発生用結晶６から来た基本波ωおよび第２高調波２ωは、第３高調波発生用結晶５を通過し和周波である例えば波長３５５ｎｍの第３高調波３ωに変換される。【００１８】
実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によれば、第３高調波発生用結晶５としてタイプＩの非線形光学結晶を用いるので、変換効率を向上することが出来る。
【実施例２】
【００１９】
図３は、実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００を示す説明図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置２００は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００と基本的に同じ構成であるが、第３高調波発生用結晶５が第２高調波発生用結晶６と同様の擬似位相整合素子（＝ＱＰＭ素子）であり、例えばマグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴである。【００２０】
図４に示すように、ミラー７で反射された基本波ωは、第２高調波発生用結晶６を通過し例えば波長５３２ｎｍの第２高調波２ωに変換される。第２高調波発生用結晶６から来た基本波ωおよび第２高調波２ωは、第３高調波発生用結晶５を通過し和周波である例えば波長３５５ｎｍの第３高調波３ωに変換される。【００２１】
実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によれば、第３高調波発生用結晶５として擬似位相整合素子を用いるので、結晶の選択範囲および適用可能な波長範囲が広がり、コストも低減することが出来る。また、短共振器長化にも寄与し、短パルスの発生が可能になる。
【実施例３】
【００２２】
図５は、実施例３に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００を示す説明図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置３００は、実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００と基本的に同じ構成であるが、異なる周期の反転分極をモノリシックに作り込んで第２高調波発生用結晶６と第３高調波発生用結晶５とを一つの素子としたものである。【００２３】
実施例３に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置３００によれば、第２高調波−第３高調波の連続した波長変換が可能となり、小型化のみならず、信頼性の向上も見込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、バイオエンジニアリング分野や計測分野で利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成説明図である。
【図２】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置における基本波，第２高調波，第３高調波の偏光方向を示す説明図である。
【図３】実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成説明図である。
【図４】実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置における基本波，第２高調波，第３高調波の偏光方向を示す説明図である。
【図５】実施例３に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成説明図である。
【図６】比較例における基本波，第２高調波，第３高調波の偏光方向を示す説明図である。
【図７】第３高調波発生用の代表的な結晶における有効非線形定数を示す図表である。
【符号の説明】
【００２６】
１          半導体レーザ
２          集光レンズ
３          固体レーザ媒質
４          ダイクロイック・ビームスプリッタ
５          第３高調波発生用結晶
６          第２高調波発生用結晶
７          ミラー
８          光共振器
９          ビームスプリッタ
１０        ホトダイオード
１１        ＡＰＣ回路
１２        Ｑスイッチ素子
１００      半導体レーザ励起固体レーザ装置
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月10日(2010.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を発振する半導体レーザ（１）と、前記励起レーザ光により励起されて基本波を出力する固体レーザ媒質（３）と、Ｑスイッチ（１２）と、前記基本波から第２高調波を出力する第２高調波発生用結晶（６）と、前記基本波および前記第２高調波から第３高調波を出力する第３高調波発生用結晶（５）とを具備し、前記第２高調波発生用結晶（６）が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第３高調波発生用結晶（５）がタイプＩの非線形光学結晶であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第３高調波発生用結晶（５）が擬似位相整合素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記擬似位相整合素子が、マグネシウムをドープしたストイキオメトリックＬＴに分極反転構造を作製して擬似位相整合素子としたＰＰＭｇＳＬＴであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記第２高調波発生用結晶（６）と前記第３高調波発生用結晶（５）とが一つの素子であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【国際調査報告】
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2009093289.tif 000011