(57)【要約】【課題】レーザ結晶で得られた基本波に発生する緩和発振などのノイズを抑制できる固体レーザ装置。【解決手段】励起光を出力する励起光源１と、光共振器を構成する一対のミラー２ａ，４間に配置され且つ励起光源からの励起光により励起されて基本波のレーザ光を放出するレーザ結晶２と、一対のミラー間に配置され且つ共振器内の基本波を高調波に変換するとともに、高調波変換処理により基本波のノイズを所定値以下に抑制する非線形光学結晶５と、非線形光学結晶で得られた高調波とノイズが抑制された基本波とを分離し、ノイズが抑制された基本波を出力光として出力する波長分離素子６ａとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出力する励起光源と、
光共振器を構成する一対のミラー間に配置され且つ前記励起光源からの励起光により励起されて基本波のレーザ光を放出するレーザ結晶と、
前記一対のミラー間に配置され且つ前記光共振器内の前記基本波を高調波に変換するとともに、高調波変換処理により前記基本波のノイズを所定値以下に抑制する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶で得られた前記高調波と前記ノイズが抑制された前記基本波とを分離し、前記ノイズが抑制された前記基本波を出力光として出力する波長分離素子と、
を備えることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記波長分離素子で分離された前記高調波のレーザ光を受光する受光部と、
前記受光部で受光された前記高調波のレーザ光の光量に基づき前記励起光源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記波長分離素子は、前記非線形光学結晶で得られた前記高調波と前記ノイズが抑制された前記基本波とを、出力光としての基本波と、モニタ光としての基本波及び高調波とに分離し、
前記波長分離素子で分離されたモニタ光としての前記高調波を除去する高調波除去フィルタと、
前記高調波除去フィルタからのモニタ光としての前記基本波のレーザ光を受光する受光部と、
前記受光部で受光された前記基本波のレーザ光の光量に基づき前記励起光源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記非線形光学結晶を薄板化してエタロンとして用いた場合に、前記レーザ結晶は、エタロン透過特性がレーザ結晶のピーク波長と一致するように厚みが調整され、
前記非線形光学結晶は、前記共振器の全長で決定される縦モードと前記エタロン透過特性が一致するように厚みが調整されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記非線形光学結晶の出射端面に、前記光共振器を構成する前記一対のミラーとして反射膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ結晶と前記非線形光学結晶とが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ励起の固体レーザ装置に関し、特に、レーザ出力光の低ノイズを図ることができる固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ状のＮｄ：ＹＶＯ４からなるレーザ結晶を用いて、波長が１．０６μｍ（基本波）の近赤外レーザ光を得る半導体レーザ励起の固体レーザ装置が広く利用されている。
【０００３】
特許文献１に記載された固体レーザ装置は、レーザ結晶Ｎｄ：ＹＶＯ４の片端面と出力ミラーからなる共振器において、出力ミラーを上下左右に移動できる出力ミラーホルダーに固定することで、φ、θ方向にミラーを移動させるよりも１０倍程度高精度にミラーを調節することができる。これにより、安定な近赤外光や可視光を得ることができる。
【０００４】
また、波長選択素子としてのエタロンを光共振器内に配置し、縦シングルモードで安定な近赤外光を発振する固体レーザ装置も広く利用されている。図４は、エタロン素子を光共振器内に配置した従来の固体レーザ装置を示す構成図である。
【０００５】
従来の固体レーザ装置は、半導体レーザ１、マイクロチップレーザ結晶２、エタロン素子３、出力ミラー４を備えている。半導体レーザ１は、８０９ｎｍの発振波長を持つ近赤外光（励起光）を出射する。マイクロチップレーザ結晶２は、Ｎｄ：ＹＶＯ４、ＮｄＹＡＧからなり、半導体レーザ１からの励起光により励起して基本波１０６４ｎｍを発振する。
【０００６】
エタロン素子３は、透過率ピークを有し半値幅の狭い鋭い透過波形を有する波長選択素子であり、マイクロチップレーザ結晶２からの基本波１０６４ｎｍを選択する。出力ミラー４は、基本波１０６４ｎｍを出力光として部分透過させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−１０４５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の固体レーザ装置にあっては、レーザ結晶で得られたレーザ光の基本波には緩和発振などのノイズが発生していた。
【０００９】
本発明の課題は、レーザ結晶で得られた基本波に発生する緩和発振などのノイズを抑制することができ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】
【００１０】
本発明に係る固体レーザ装置は、上記課題を解決するために、励起光を出力する励起光源と、光共振器を構成する一対のミラー間に配置され且つ前記励起光源からの励起光により励起されて基本波のレーザ光を放出するレーザ結晶と、前記一対のミラー間に配置され且つ前記光共振器内の前記基本波を高調波に変換するとともに、高調波変換処理により前記基本波のノイズを所定値以下に抑制する非線形光学結晶と、前記非線形光学結晶で得られた前記高調波と前記ノイズが抑制された前記基本波とを分離し、前記ノイズが抑制された前記基本波を出力光として出力する波長分離素子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、非線形光学結晶は、共振器内の基本波を高調波に変換するとともに、高調波変換処理により基本波のノイズを所定値以下に抑制し、波長分離素子は、ノイズが抑制された基本波を出力光として出力する。
【００１２】
従って、レーザ結晶で得られた基本波に発生する緩和発振などのノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図２】実施例２の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図３】実施例３の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図４】エタロン素子を光共振器内に配置した従来の固体レーザ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の固体レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は、実施例１の固体レーザ装置を示す構成図である。実施例１の固体レーザ装置は、半導体レーザ１、マイクロチップレーザ結晶２、非線形光学結晶５、出力ミラー４、波長分離素子６ａ、フォトダイオード（ＰＤ）７、ＡＰＣ回路８、半導体レーザ駆動回路９を備えている。マイクロチップレーザ結晶２、非線形光学結晶５、出力ミラー４は、光共振器を構成している。
【００１６】
半導体レーザ１は、本発明の励起光源に対応し、マイクロチップレーザ結晶２を励起し、基本波１０６４ｎｍを発振させる。
【００１７】
半導体レーザ１は、電流駆動によって注入された電子およびホールからなるキャリア注入によって励起され、注入された電子およびホールのキャリア対消滅の際に発生する誘導放出によって発生された励起光を出力する。半導体レーザ１は、例えば、発振波長が８０９ｎｍのものを用いることができ、温度制御することが望ましい。
【００１８】
マイクロチップレーザ結晶２は、共振器を構成する一対のミラー２ａ，４間に配置され且つ半導体レーザ１からの励起光により励起されて基本波１０６４ｎｍのレーザ光を放出する。マイクロチップレーザ結晶２は、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＡＧなどである。
【００１９】
レーザ結晶２の入射側端面には、基本波１０６４ｎｍに対して高反射であり、励起光８０９ｎｍの波長に対して低反射率となるコーティング処理（ミラー２ａ）が施されている。コーティング処理としてＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５との誘電体多層膜が用いられる。
【００２０】
レーザ結晶２の出射側端面には、１０６４ｎｍの波長の光に対して低反射率を有するようなコーティング処理（ミラー２ｂ）が施されている。コーティング処理としては、例えば、ＳｉＯ２とＴａＯ５との誘電体多層膜が用いられる。
【００２１】
レーザ結晶２は、端面サイズが１ｍｍ角程度のチップ状が用いられる。Ｎｄ：ＹＶＯ４の場合、結晶の厚みを０．２５ｍｍ以下に薄板化することで、レーザ結晶２の発振波長を好適に選択することができ、シングルモード化することもできる。
【００２２】
非線形光学結晶５は、光共振器内に配置され、光共振器内の基本波１０６４ｎｍを第２高調波５３２ｎｍに波長変換するとともに、高調波変換処理により基本波のノイズを所定値以下に抑制する波長変換素子であり、擬似位相整合（Quasi  Phase  Matching）型の分極反転素子が用いられる。非線形光学結晶５は、レーザ結晶２の基本波に対して位相整合するように結晶軸又は分極反転周期構造が調整されている。
【００２３】
非線形光学結晶５としては、例えば、ＫＴＰや分極反転周期構造を有するＬＮ，ＬＴ結晶（Ｍｇドープ結晶を含む）を用いることができる。また、非線形光学結晶５をエタロンとして使用する場合、入射レーザ光に対して結晶端面角度を傾けて配置することがある。このため、角度位相整合ではない分極反転周期構造を有したＬＮ，ＬＴ結晶が好適である。
【００２４】
出力ミラー４は、非線形光学結晶５からの基本波、高調波を波長分離素子６ａに出力する。出力ミラー４は、基本波の光に対して、所定の反射率、例えば、８０％以上の反射率を有したコーティング処理が施され、基本波に対して部分透過特性を有する。コーティング処理としては、例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５との誘電体多層膜が用いられる。
【００２５】
波長分離素子６ａは、非線形光学結晶で得られた高調波とノイズが抑制された基本波とを分離し、ノイズが抑制された基本波を出力光として出力する。
【００２６】
フォトダイオード（ＰＤ）７は、本発明の受光部に対応し、波長分離素子６ａで分離された高調波の光を受光する。ＡＰＣ回路８は、本発明の制御部に対応し、オートパワーコントロールを行うもので、フォトダイオード７で受光された高調波のレーザ光の光量に基づき半導体レーザ駆動回路９に出力光である基本波を制御するための制御信号を出力する。
【００２７】
半導体レーザ駆動回路９は、ＡＰＣ回路８からの制御信号に基づき所定の出力が得られるように、半導体レーザ１を駆動して半導体レーザ１に流す電流を制御する。
【００２８】
次に、このように構成された実施例１の固体レーザ装置の動作を説明する。まず、半導体レーザ１から出射された励起光は、マイクロチップレーザ結晶２に導光され、励起光によりマイクロチップレーザ結晶２が励起されて、基本波が発振する。
【００２９】
非線形光学結晶５は、共振器内の基本波を高調波に変換するとともに、高調波変換処理により基本波のノイズを所定値以下に抑制する。波長分離素子６ａは、ノイズが抑制された基本波を出力光として出力する。従って、レーザ結晶２で得られた基本波に発生する緩和発振などのノイズを抑制することができる。
【００３０】
以下に、非線形光学結晶５により基本波に発生する緩和発振などのノイズを抑制できる理由について説明する。
【００３１】
まず、非線形光学結晶５は、基本波の緩和発振、半導体レーザの波長や出力の揺らぎに起因する基本波の光ノイズに対して、基本波エネルギーを使用するダンパーのような働きをする。このため、微小な基本波変動が最終的に現れ難くなる。この効果を利用して、基本波を出力する光共振器に非線形光学結晶５を配置させて、基本波の安定を図っている。
【００３２】
また、非線形光学結晶５により変換される高調波をフォトダイオード７で検出し、検出された高調波に基づき、ＡＰＣ回路８により半導体レーザ１の駆動電流を制御することにより、シングルモードに最適な条件で駆動でき、低ノイズの基本波を維持し続けることができる。
【００３３】
シングルモードを維持するためには、基本波の縦モードホップを避ける必要がある。モードホップ時には、発振波長がマルチとなり、高調波に変換される光強度が著しく低下する。このため、高調波の強度をフォトダイオード７でモニターすることで、モードホップ条件を検知し易い。
【００３４】
高調波の強度をフォトダイオード７でモニターすることで、小型で安価なシリコンフォトダイオード（Ｓｉ−ＰＤ）を用いることができる。
【００３５】
さらに、非線形光学結晶５は、高調波の発生効率を高めるために使用しないため、非線形光学結晶５を薄板化してエタロン（波長選択素子）としても配置することができる。
【００３６】
非線形光学結晶５を薄板化してエタロンとして用いた場合には、マイクロチップレーザ結晶２において、エタロン透過特性がレーザ結晶２のピーク波長と一致するように厚みを調整し、非線形光学結晶５において、共振器の全長で決定される縦モードとエタロン透過特性が一致するように厚みが調整しても良い。この場合には、光ノイズが最も低い条件で駆動でき、基本波のシングルモードを維持することができる。
【００３７】
（実施例２）
図２は、実施例２の固体レーザ装置を示す構成図である。実施例２の固体レーザ装置は、実施例１の固体レーザ装置に対して、波長分離素子６ｂ、高調波除去フィルタ１０、フォトダイオード７ａが異なる。
【００３８】
波長分離素子６ｂは、出力ミラー４からの基本波と高調波とを、出力光としての基本波（９９％）と、モニタ光としての基本波（１％）及び高調波とに分離する。
【００３９】
高調波除去フィルタ１０は、波長分離素子６ｂで分離されたモニタ光としての基本波（１％）及び高調波の内の高調波を除去して、基本波（１％）をフォトダイオード７ａに出力する。
【００４０】
フォトダイオード７ａは、ＩｎＧａＡｓ系のフォトダイオードからなり、基本波（１％）を受光する。ＡＰＣ回路８は、フォトダイオード７ａで受光された基本波（１％）のレーザ光の光量に基づき半導体レーザ駆動回路９を制御する。
【００４１】
このように実施例２の固体レーザ装置によれば、基本波をフォトダイオード７ａで検出し、検出された基本波に基づき、ＡＰＣ回路８により半導体レーザ１の駆動電流を制御することにより、シングルモードに最適な条件で駆動でき、低ノイズの基本波を維持し続けることができる。
【００４２】
（実施例３）
図３は、実施例３の固体レーザ装置を示す構成図である。実施例３の固体レーザ装置は、レーザ結晶２に非線形光学結晶５ａを一体化したことを特徴とする。
【００４３】
レーザ結晶２と非線形光学結晶５ａとは、接着剤又はオプティカルコンタクト手法により一体化することができる。
【００４４】
また、非線形光学結晶５ａの出射端面には、光共振器を構成するミラーとして反射膜１１がコーティングされている。この反射膜１１は、図１及び図２に示す出力ミラー４として機能する。
【００４５】
このように実施例３の固体レーザ装置によれば、レーザ結晶２に非線形光学結晶５ａを一体化し、非線形光学結晶５ａの出射端面に反射膜１１をコーティングしたので、光共振器をモノリシックな１素子に集約することができる。従って、固体レーザ装置の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、レーザを光源とした計測機器や分析装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体レーザ
２  マイクロチップレーザ結晶
２ａ，２ｂ  ミラー
３  エタロン素子
４  出力ミラー
５  非線形光学結晶
６ａ，６ｂ  波長分離素子
７，７ａ  フォトダイオード
８  ＡＰＣ回路
９  半導体レーザ駆動回路
１０  高調波除去フィルタ
１１  反射膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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