(57)【要約】【課題】小さな温度変化をエタロンに与えることによって光学特性に有効な影響を及ぼすことが出来る固体レーザ装置を提供する。【解決手段】エタロン５の屈折率をｎ，屈折率ｎの温度分散をｄｎ／ｄｔ，線膨張係数をαとし、レーザ発振波長をλ、縦モード間隔をδλとするとき、      ０＜ｎ×δλ／{（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×λ｝≦４を満たす材料によりエタロン５を構成する。【効果】経年変化等によりレーザ発振波長が変化しても、エタロンの温度を小さく変化させることで、レーザを安定にすることが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を出射する半導体レーザと、前記励起レーザ光により励起され基本波レーザ光を誘導放出するレーザ媒質と、前記基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換する非線形光学素子と、縦モードをシングル化するためのエタロンと、光共振器の一端を構成すると共に出力レーザ光を透過させる出力ミラーと、前記半導体レーザ，前記レーザ媒質，前記出力ミラーの温度調整を行うための第１の温調手段と、前記エタロンの温度調整を行うための第２の温調手段とを具備すると共に、前記エタロンの屈折率をｎ，屈折率ｎの温度分散をｄｎ／ｄｔ，線膨張係数をαとし、レーザ発振波長をλ、縦モード間隔をδλとするとき、
０＜ｎ×δλ／{（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×λ｝≦４
を満たすことを特徴とする固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、小さな温度変化をエタロンに与えることによって光学特性に有効な影響を及ぼすことが出来る固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体レーザ装置では、例えば石英のように線膨張係数が小さく且つ屈折率の温度分散が小さい材料によりエタロンが構成されている。これは、エタロンの温度変動が光学特性に与える影響をできるだけ小さくするためである。
他方、半導体レーザの温調を行うための温調手段と、光共振器全体の温調を行うための温調手段と、エタロンの温調を行うための温調手段とを具備し、半導体レーザの駆動電流が最小となるように、半導体レーザと光共振器全体とエタロンの温調を行う固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１５８３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の固体レーザ装置では、エタロンの温調を行っているが、例えば石英のように線膨張係数が小さく且つ屈折率の温度分散が小さい材料によりエタロンが構成されているため、小さな温度変化をエタロンに与えても光学特性に及ぼす影響はほとんどなかった。換言すれば、光学特性に影響を有効に及ぼすには、大きな温度変化をエタロンに与える必要があった。
しかし、共振器長が例えば１０ｍｍ程度の小型レーザ装置では、温調手段も能力の小さなものになるため、大きな温度変化をエタロンに与えることが困難となる問題点がある。また、大きな温度変化をエタロンに与えることが可能としても、熱輻射により近傍の光学素子に悪影響を及ぼしてしまうという別の問題点がある。
そこで、本発明の目的は、小さな温度変化をエタロンに与えることによって光学特性に有効な影響を及ぼすことが出来る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、励起レーザ光を出射する半導体レーザと、前記励起レーザ光により励起され基本波レーザ光を誘導放出するレーザ媒質と、前記基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換する非線形光学素子と、縦モードをシングル化するためのエタロンと、光共振器の一端を構成すると共に出力レーザ光を透過させる出力ミラーと、前記半導体レーザ，前記レーザ媒質，前記出力ミラーの温度調整を行うための第１の温調手段と、前記エタロンの温度調整を行うための第２の温調手段とを具備すると共に、前記エタロンの屈折率をｎ，屈折率ｎの温度分散をｄｎ／ｄｔ，線膨張係数をαとし、レーザ発振波長をλ、縦モード間隔をδλとするとき、
０＜ｎ×δλ／{（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×λ｝≦４
を満たすことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
【０００５】
上記第１の観点による固体レーザ装置では、縦モード間隔δλよりも小さな波長変化に対しては、４℃以下の小さなエタロンの温度変化で波長を追従させることが可能になる。また、縦モード間隔δλよりも大きな波長変化に対しては、エタロン５の波長から縦モード間隔δλ以内にある縦モードの波長に４℃以下の小さなエタロンの温度変化で対応させることが可能になる。従って、経年変化等によりレーザ発振波長が変化しても、エタロンの温度を小さく変化させることで、レーザを安定にすることが出来る。なお、エタロンに与える温度変化が小さいため、近傍の光学素子に悪影響を及ぼすことはほとんどない。
【０００６】
上式は、次のようにして導かれる。
ある温度でのエタロンの透過ピーク波長λは、干渉次数をｍ（ｍ＝１，２，３，…），エタロン５の挿入角度（屈折角）をθ，エタロン５の厚さをｄとすると、
λ＝２×ｎ×ｄ×cosθ／ｍ
で表される。
エタロン５の温度がＴ℃だけ上昇したときのエタロンの透過ピーク波長λ’は、
λ’＝２×（ｎ＋Ｔ×ｄｎ／ｄｔ）×（１＋Ｔ×α）×ｄ×cosθ／ｍ
で表される。
すると、透過ピーク波長の変化λ−λ’は、
λ−λ’＝２×（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×Ｔ×ｄ×cosθ／ｍ
となる。なお、（ｎ＋Ｔ×ｄｎ／ｄｔ＋ｎ×Ｔ×α）に比べて、（Ｔ×Ｔ×α×ｄｎ／ｄｔ）が無視できるとした。
【０００７】
ｍ＝２×ｎ×ｄ×cosθ／λを代入すると、
λ−λ’＝（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×Ｔ×λ／ｎ
小さな温度変化をエタロンに与えることによって光学特性に有効な影響を及ぼすために「エタロン５の温度上昇が４℃以下でも、透過ピーク波長の変化λ−λ’が縦モード間隔δλになることを達成できる」という条件を加えると、
δλ＝（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×Ｔ×λ／ｎ
０＜Ｔ≦４
となる。これらからＴを消去すれば次式になる。
０＜ｎ×δλ／{（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×λ｝≦４
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体レーザ装置によれば、４℃以下の小さなエタロンの温度変化で、縦モードのどれかの波長に対応させることが可能になり、経年変化等によりレーザ発振波長が変化しても、エタロンの温度を小さく変化させることで、レーザを安定にすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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】
【００１０】
図１は、実施例１に係る固体レーザ装置１００を示す構成説明図である。
この固体レーザ装置１００は、励起レーザ光Ｌｅを出射する半導体レーザ１と、励起レーザ光Ｌｅをレーザ媒質３に集光する集光レンズ２と、励起レーザ光Ｌｅで励起され基本波レーザ光を誘導放出するレーザ媒質３と基本波レーザ光を高調波レーザ光に変換する非線形光学素子４と、縦モードをシングル化（単一化）するためのエタロン５と、光共振器７の一端を構成すると共に出力レーザ光Ｌｏを透過させる出力ミラー６と、出力レーザ光Ｌｏの一部を取り出すビームスプリッタ８と、半導体レーザ１を駆動する半導体レーザ駆動回路９とを具備している。
【００１１】
また、固体レーザ装置１００は、ビームスプリッタ８で取り出したレーザ光を受光する受光素子１１と、受光素子１１における受光強度が一定になるように半導体レーザ駆動回路９を介して半導体レーザ１を制御する制御装置１２と、光共振器７の全体を加熱または冷却するための光共振器温調器２１と、エタロン５を加熱または冷却するためのエタロン温調器２２と、制御装置１２の制御下で光共振器温調器２１を駆動する第１温調器駆動回路２３と、制御装置１２の制御下でエタロン温調器２２を駆動する第２温調器駆動回路２４とを具備している。
【００１２】
エタロン５は、その屈折率をｎ，屈折率ｎの温度分散をｄｎ／ｄｔ，線膨張係数をαとし、レーザ発振波長をλ、縦モード間隔をδλとするとき、
Ｔ＝ｎ×δλ／{（ｎ×α＋ｄｎ／ｄｔ）×λ｝
０＜Ｔ≦４
を満たす材料からなる。
【００１３】
レーザ発振波長λ＝１０６４［ｎｍ］、縦モード間隔δλ＝０.０４［ｎｍ］とすれば、エタロン５の材料としては、例えばドイツ国ショット（Schott）社製のＢＫ７、ＳＦ１１、ＬａＳＦＮ９または相当品が好ましい。
波長λ＝１０６４［ｎｍ］におけるＢＫ７の屈折率ｎ＝１.５１、屈折率ｎの温度分散ｄｎ／ｄｔ＝２.３×１０−６、線膨張係数α＝８.９×１０−６であるから、Ｔ＝３.９７となる。
ＳＦ１１の屈折率ｎ＝１.７６、屈折率ｎの温度分散ｄｎ／ｄｔ＝９.００×１０−７、線膨張係数α＝１.０５×１０−５であるから、Ｔ＝３.４１となる。
【００１４】
ＬａＳＦＮ９の屈折率ｎ＝１.７７、屈折率ｎの温度分散ｄｎ／ｄｔ＝５.００×１０−６、線膨張係数α＝７.７０×１０−６であるから、Ｔ＝３.９３となる。
石英は好ましくない。
石英の屈折率ｎ＝１.４５、屈折率ｎの温度分散ｄｎ／ｄｔ＝９.８０×１０−６、線膨張係数α＝５.１０×１０−７であるから、Ｔ＝５.７１となってしまう。
【００１５】
定期的に又は随時に、固体レーザ装置１００は、次の温度設定動作を行う。
（１）制御装置１２は、受光素子１１における受光強度を所定値に維持するように、半導体レーザ駆動回路９を介して、半導体レーザ１の駆動電流を制御する。
（２）制御装置１２は、エタロン５の温度が所定値で一定になるように第２温調器駆動回路２４を介してエタロン温調器２２を制御する。
（３）制御装置１２は、第１温調器駆動回路２３を介して光共振器７の温度を変化させ、駆動電流が最小になる温度を見つけ、その温度で一定になるように第１温調器駆動回路２３を介して光共振器温調器２１を制御する。
（４）制御装置１２は、第２温調器駆動回路２４を介してエタロン５の温度を変化させ、駆動電流が最小になる温度を見つけ、その温度で一定になるように第２温調器駆動回路２４を介してエタロン温調器２２を制御する。
【００１６】
実施例１の固体レーザ装置１００によれば、エタロン５の温度変化が４℃以下でも、透過ピーク波長の変化λ−λ’が縦モード間隔δλになることを達成できる。従って、縦モード間隔δλよりも小さな波長変化に対しては、４℃以下の小さなエタロンの温度変化で波長を追従させることが可能になる。また、縦モード間隔δλよりも大きな波長変化に対しては、エタロン５の波長から縦モード間隔δλ以内にある縦モードの波長に、４℃以下の小さなエタロンの温度変化で対応させることが可能になる。よって、経年変化等によりレーザ発振波長が変化しても、エタロンの温度を小さく変化させることで、レーザを安定にすることが出来る。なお、エタロン５に与える温度変化が４℃以下であるため、近傍の光学素子に悪影響を及ぼすことはほとんどない。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明の固体レーザ装置は、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】
【００１８】
【図１】実施例１に係る固体レーザ装置を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１              半導体レーザ
２              集光レンズ
３              レーザ媒質
４              非線形光学素子
５              エタロン
６              出力ミラー
７              光共振器
８              ビームスプリッタ
９              半導体レーザ駆動回路
１１            受光素子
１２            制御回路
２１            光共振器温調器
２２            エタロン温調器
２３            第１温調器駆動回路
２４            第２温調器駆動回路
１００          固体レーザ装置
【図１】
2006032527.tif 000003