(57)【要約】【課題】縦モードを好適にシングル化することが出来る固体レーザ装置を提供する。【解決手段】Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質３による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対するエタロンの透過率を０.９以下とする（透過率の最大値を１.０とする）。【効果】波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線がエタロンで減衰し、それに対応するピークが実質的に出力レーザ光に表れなくなる。よって、縦モードを好適にシングル化でき、出力を安定化することが出来る。【選択図】図５
2006294880.tif 000002
【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Ｎｄ：ＹＡＧ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を具備し、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対する前記エタロンの透過率が０.９以下であることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
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Ｎｄ：ＹＡＧ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を具備してなる固体レーザ装置の前記出力レーザ光を観測して前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ１を測定し、前記エタロンを除去した構成の前記固体レーザ装置の前記出力レーザ光を観測して前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ０を測定し、前記λ０とλ１を基にして前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対する前記エタロンの透過率が０.９以下になるようにする前記エタロンの補正光路長Δを求め、前記補正光路長Δだけ前記エタロンの光路長を補正することを特徴とする固体レーザ装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の固体レーザ装置の製造方法において、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線による基本波に対する前記エタロンの干渉次数をｍとし、０以上３以下の整数をｋとしたとき、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線が、前記エタロンの干渉次数ｍ＋ｋの最大透過率ピークと干渉次数ｍ＋ｋ＋１の最大透過率ピークの間の透過率０.９以下の範囲に入るように前記補正光路長Δを求めることを特徴とする固体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、エタロンによって縦モードを好適にシングル化しうる固体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励起レーザ光を出射する半導体レーザと、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Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質と、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を具備した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２００２−３１８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光共振器にエタロンを挿入しない場合、例えば図３に示すように、出力レーザ光のスペクトルには、波長５３２.１〜５３２.６ｎｍの主たる発振線（以下、基本波レーザ光の波長で表現し、波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線という）の外に、波長５３０.８〜５３１.１ｎｍの副次的な発振線（以下、基本波レーザ光の波長で表現し、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線という）や、波長５３１.４〜５３１.８ｎｍの副次的な発振線（これは先の発振線の和周波数の発振線であり、基本波レーザ光にその成分は無い）がある。
光共振器にエタロンを挿入した場合、例えば図４に細い実線で示すように、エタロンの透過率特性は正弦波状になり、その最大透過率ピークが波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの主たる発振線に合わされ、縦モードのシングル化が図られる。つまり、図４に細い破線で示す「エタロン無」のスペクトルが図４に太い破線で示す「エタロン挿入」のスペクトルに変えられる。
【０００４】
ところが、図４に示すように、波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの主たる発振線に合致している最大透過率ピークの干渉次数をｍとするとき、他の最大透過ピークの一つが波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの副次的な発振線に合致すると（図４では干渉次数ｍ＋３の最大透過ピークが合致している）、出力レーザ光にも波長５３０.８〜５３１.１ｎｍの副次的なピークが表れ、さらに波長５３１.４〜５３１.８ｎｍの副次的なピークも表れる。
【０００５】
しかし、これでは縦モードがシングルとならないため、モード競合により、出力が不安定になる問題があった。
そこで、本発明の目的は、エタロンによって縦モードを好適にシングル化しうる固体レーザ装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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Ｎｄ：ＹＡＧ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を具備し、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対する前記エタロンの透過率が０.９以下であることを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
なお、「エタロンの透過率」は、透過率の最大値を１.０とする相対値で表すものとする。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対するエタロンの透過率を０.９以下としたため、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線がエタロンで減衰し、それに対応するピークが実質的に出力レーザ光に表れなくなる。よって、縦モードを好適にシングル化でき、出力を安定化することが出来る。
【０００７】
第２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Ｎｄ：ＹＡＧ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を具備してなる固体レーザ装置の前記出力レーザ光を観測して前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ１を測定し、前記エタロンを除去した構成の前記固体レーザ装置の前記出力レーザ光を観測して前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ０を測定し、前記λ０とλ１を基にして前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対する前記エタロンの透過率が０.９以下になるようにする前記エタロンの補正光路長Δを求め、前記補正光路長Δだけ前記エタロンの光路長を補正することを特徴とする固体レーザ装置の製造方法を提供する。
上記第２の観点による固体レーザ装置の製造方法では、エタロンを除去した構成の固体レーザ装置の出力レーザ光を観測して波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ０を実測し、エタロンを挿入した構成の固体レーザ装置の出力レーザ光を観測して波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ１を実測し、その結果を基に波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に対するエタロンの透過率が０.９以下になるようにエタロンの透過率特性を変えるための補正光路長Δを求める。そして、補正光路長Δだけエタロンの光路長を補正する。これにより、補正後のエタロンの最大透過率ピークが波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの副次的な発振線に合致しなくなるため、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線がエタロンで減衰し、それに対応するピークが実質的に出力レーザ光に表れなくなる。よって、縦モードを好適にシングル化できる固体レーザ装置を製造できる。
なお、エタロンの最小透過率ピークが波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線に合致するような補正光路長Δを求めるのが、最も好ましい。
【０００８】
第３の観点では、本発明は、上記第２の観点による固体レーザ装置の製造方法において、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線による基本波に対する前記エタロンの干渉次数をｍとし、０以上３以下の整数をｋとしたとき、前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線が、前記エタロンの干渉次数ｍ＋ｋの最大透過率ピークと干渉次数ｍ＋ｋ＋１の最大透過率ピークの間の透過率０.９以下の範囲に入るように前記補正光路長Δを求めることを特徴とする固体レーザ装置の製造方法を提供する。
光共振器にエタロンを挿入した場合のエタロンの透過率特性は正弦波状になるため、ｋを整数とするとき、エタロンの干渉次数ｍ＋ｋの最大透過率ピークと干渉次数ｍ＋ｋ＋１の最大透過率ピークの間の透過率０.９以下の範囲に入るように補正光路長Δを求めることになる。
ところが、ｋを負数にすると、光路長を増加させる補正光路長Δとなり、実施が難しい（可能ではある）。ｋを０以上にすると、光路長を減少させる補正光路長Δとなり、例えば特開２００３−２３２９１７号公報に開示の技術を利用すれば容易に実施できる。しかし、ｋを４以上にすると、干渉次数ｍの最大透過率ピークと干渉次数ｍ±１の最大透過率ピークの間が狭くなり過ぎて、波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の基本波でマルチモードになりかねない。
そこで、上記第３の観点による固体レーザ装置の製造方法では、０≦ｋ≦３とする。これにより、容易に光路長を補正し、縦モードを好適にシングル化できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の固体レーザ装置およびその製造方法によれば、縦モードを好適にシングル化でき、出力を安定化することが出来る。
【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Ｎｄ：ＹＡＧ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Ｎｄ：ＹＡＧ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。
【００１２】
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。
【００１３】
図２は、固体レーザ装置１００の製造時に行うエタロン最適化処理を示すフロー図である。
ステップＳ１では、エタロン５を設置しない構成で出力レーザ光Ｌｏのスペクトルを測定する。そして、波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ０を求める。例えば図３に示す如き第２高調波のスペクトルを測定し、最大ピークの波長を２倍して中心波長λ０とする。
【００１４】
ステップＳ２では、エタロン５を設置した構成で出力レーザ光Ｌｏのスペクトルを測定する。そして、波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線の中心波長λ１を求める。例えば図４に太い実線で示す如き第２高調波のスペクトルを測定し、最大ピークの波長を２倍して中心波長λ１とする。
【００１５】
ステップＳ３では、エタロン５の屈折率ｎと，厚さｄと，挿入角度（屈折角）θと，中心波長λ０とから、波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線による基本波に対するエタロン５の干渉次数ｍを算出する。
ｍ＝２・ｎ・ｄ・cosθ／λ０
【００１６】
ステップＳ４では、新たな中心波長＝目標波長λ２のとき、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質３による波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの発振線による基本波に対するエタロン５の干渉次数をｍとし、０以上３以下の整数をｋとしたとき、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質３による波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの発振線が、エタロン５の干渉次数ｍ＋ｋの最大透過率ピークと干渉次数ｍ＋ｋ＋１の最大透過率ピークの間の透過率Ｔｈ（≦０.９）以下の範囲に入る、という条件を満たすような目標波長λ２を、透過率Ｔｈとエタロン５の透過特性とから求める。具体的には、エタロン５の端面での反射率をＲとするとき次式を満たすλ２を求める。
【００１７】
2006294880.tif 000003
【００１８】
2006294880.tif 000004
【００１９】
ステップＳ５では、補正厚さΔｄを算出する。
Δｄ＝（λ１−λ２）／（２・ｎ・cosθ）
【００２０】
ステップＳ６では、補正厚さΔｄが適当な値であれば（過小でも過大でもなければ）ステップＳ７へ進み、補正厚さΔｄが適当な値でなければ（過小または過大であれば）処理を終了する。
【００２１】
ステップＳ７では、補正厚さΔｄだけエタロン５の厚さを補正する。例えば特開２００３−２３２９１７号公報に開示の技術によりエタロン５を削る。そして、処理を終了する。
【００２２】
図５に、補正後のエタロン５を設置した構成の固定レーザ装置１００による出力レーザ光Ｌｏのスペクトルを例示する。
波長１０６４.２〜１０６５.２ｎｍの主たる発振線に合致している最大透過率ピークの干渉次数をｍとするとき、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの副次的な発振線は、干渉次数ｍ＋２とｍ＋３の間の最小透過ピークに合致しており、出力レーザ光Ｌｏには波長５３０.８〜５３１.１ｎｍの副次的なピークが表れない。また、波長５３１.４〜５３１.８ｎｍの副次的なピークも表れない。すなわち、縦モードを好適にシングル化できており、安定な出力が得られている。
【００２３】
ここで、先述の［数１］式および［数２］式の根拠を示す。
・干渉次数ｍとｍ＋１の波長差ＦＳＲは、
ＦＳＲ＝λ０2／（２・ｎ・ｄ）
・干渉次数ｍとｍ＋ｋの波長差Δλ(ｋ)は、
Δλ(ｋ)＝ｋ・ＦＳＲ
・干渉次数ｍとｍ＋ｋ＋１の波長差Δλ(ｋ)は、
Δλ(ｋ)＝（ｋ＋１）・ＦＳＲ
・干渉次数ｍ＋ｋの位相差パラメータ（エタロン５の多重反射によって生じる位相差）δ(ｋ)は、
δ(ｋ)＝４・π・ｎ・ｄ・cosθ／（λ−Δλ(ｋ)）
・干渉次数ｍ＋ｋ＋１の位相差パラメータ（エタロン５の多重反射によって生じる位相差）δ(ｋ＋１)は、
δ(ｋ＋１)＝４・π・ｎ・ｄ・cosθ／（λ−Δλ(ｋ＋１)）
・エタロン５の干渉次数ｍ＋ｋに対する透過率Ｔ(ｋ)は、
Ａ＝４・Ｒ・sin2（δ(ｋ)／２）／（１−Ｒ）2
Ｔ(ｋ)＝Ａ／（１＋Ａ）
・エタロン５の干渉次数ｍ＋ｋ＋１に対する透過率Ｔ(ｋ＋１)は、
Ｂ＝４・Ｒ・sin2（δ(ｋ＋１)／２）／（１−Ｒ）2
Ｔ(ｋ＋１)＝Ｂ／（１＋Ｂ）
・Ｔ(ｋ)≦Ｔｈ，Ｔ(ｋ＋１)≦Ｔｈを満たす波長λが目標波長λ２である。
【実施例２】
【００２４】
図６に細い点線で示すように、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの副次的な発振線が干渉次数ｍとｍ＋１の間の最小透過ピークに合致するエタロン５を用いてもよい。
また、図６に細い破線で示すように、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの副次的な発振線が干渉次数ｍ＋１とｍ＋２の間の最小透過ピークに合致するエタロン５を用いてもよい。
また、図６に太い実線で示すように、波長１０６１.６〜１０６２.２ｎｍの副次的な発振線が干渉次数ｍ＋３とｍ＋４の間の最小透過ピークに合致するエタロン５を用いてもよい。
なお、図６に太い破線で示すものは、実施例１で説明したエタロン５の透過特性である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の固体レーザ装置およびその製造方法は、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】
【００２６】
【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。
【図２】実施例１に係るエタロン最適化処理を示すフロー図である。
【図３】実施例１におけるエタロンを外した構成での出力レーザ光のスペクトルを示すグラフ図である。
【図４】実施例１における最適化前のエタロンを挿入した構成でのエタロンの透過特性と出力レーザ光のスペクトルを示すグラフ図である。
【図５】実施例１における最適化後のエタロンを挿入した構成でのエタロンの透過特性と出力レーザ光のスペクトルを示すグラフ図である。
【図６】実施例２における最適化後の各種エタロンの透過特性とエタロンを外した構成での出力レーザ光のスペクトルを示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２７】
１              半導体レーザ
２              集光レンズ
３              Ｎｄ：ＹＡＧ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
１００          固体レーザ装置
【図１】
2006294880.tif 000005
【図２】
2006294880.tif 000006
【図３】
2006294880.tif 000007
【図４】
2006294880.tif 000008
【図５】
2006294880.tif 000009
【図６】
2006294880.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年9月16日(2005.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来、励起レーザ光を出射する半導体レーザと、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Ｎｄ：ＹＡＧレーザ媒質と、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を具備した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２００２−３１４１８１号公報