(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起レーザ光を照射する発光部と、前記励起レーザ光を吸収して自然放出光を放出するレーザ媒質と、前記自然放出光を吸収しパルス光を射出する可飽和吸収体と、前記レーザ媒質を密着状態で保持するホルダとを具備し、該ホルダは前記レーザ媒質の少なくとも１面と密着する部分が金属製であり、前記レーザ媒質の前記ホルダと密着する側の縁部であって、且つ射出される前記パルス光の偏光方向を同一方向化させる位置に前記励起レーザ光を照射する様構成したことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
前記ホルダに冷却ユニットを設けた請求項１のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記発光部に照射位置変更手段を設け、該照射位置変更手段により前記レーザ媒質に対する前記励起レーザ光の照射位置を変更可能とした請求項１又は請求項２のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを励起源としたレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分光計測、形状計測、非線結晶励起等に利用されるレーザ発振装置として、例えばＮｄ：ＹＡＧ等の等方性レーザ媒質を使ったＱスイッチレーザ装置がある。Ｑスイッチレーザ装置は、所定波長のレーザ光を射出する発光部と、光共振器とから構成され、該光共振器は第１の誘電反射体と第２の誘電反射体、及び第１の誘電反射体と第２の誘電反射体との間に配置されたレーザ結晶と可飽和吸収体からなっている。
【０００３】
Ｑスイッチレーザ装置では、発光部から射出された励起レーザ光によりレーザ結晶が励起され、レーザ結晶から放出された自然放出光は可飽和吸収体に吸収される。自然放出光の吸収に伴い、可飽和吸収体の励起準位の電子密度が次第に増加し、電子密度が飽和することで可飽和吸収体が透明化する。可飽和吸収体が透明化することで、レーザ発振が生じてパルス光が射出される。
【０００４】
パルス光の波長変換や形状測定を行う場合、射出されるパルス光の偏光方向が一致しているのが望ましい。然し乍ら、上記したＱスイッチレーザ装置は、パルス光が直交する方向に交互に偏光されて射出される偏光特性を有している為、従来は光共振器内に偏光素子を設ける等により、パルス光の偏光方向を制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５８５８９１号公報
【特許文献２】特許第４５３０３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、パルス状に発光されるレーザ光の偏光方向を容易に同一方向化可能なレーザ発振装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、励起レーザ光を照射する発光部と、前記励起レーザ光を吸収して自然放出光を放出するレーザ媒質と、前記自然放出光を吸収しパルス光を射出する可飽和吸収体と、前記レーザ媒質を密着状態で保持するホルダとを具備し、該ホルダは前記レーザ媒質の少なくとも１面と密着する部分が金属製であり、前記レーザ媒質の前記ホルダと密着する側の縁部に前記励起レーザ光を照射する様構成したレーザ発振装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記ホルダに冷却ユニットを設けたレーザ発振装置に係るものである。
【０００９】
更に又本発明は、前記発光部に照射位置変更手段を設け、該照射位置変更手段により前記レーザ媒質に対する前記励起レーザ光の照射位置を変更可能としたレーザ発振装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、励起レーザ光を照射する発光部と、前記励起レーザ光を吸収して自然放出光を放出するレーザ媒質と、前記自然放出光を吸収しパルス光を射出する可飽和吸収体と、前記レーザ媒質を密着状態で保持するホルダとを具備し、該ホルダは前記レーザ媒質の少なくとも１面と密着する部分が金属製であり、前記レーザ媒質の前記ホルダと密着する側の縁部に前記励起レーザ光を照射する様構成したので、前記レーザ媒質に大きな熱復屈折を生じさせ、前記パルス光の偏光方向を容易に同一方向化させることができると共に、該パルス光の偏光方向を同一方向化させる為に別途光学部材を設ける必要がなく、装置の小型化及びコストの低減を図ることができる。
【００１１】
又本発明によれば、前記ホルダに冷却ユニットを設けたので、前記レーザ媒質に形成される熱復屈折を更に大きくすることができ、前記発光部より照射する前記励起レーザ光の出力を低減させることができる。
【００１２】
更に又本発明によれば、前記発光部に照射位置変更手段を設け、該照射位置変更手段により前記レーザ媒質に対する前記励起レーザ光の照射位置を変更可能としたので、前記励起レーザ光の照射位置を容易に変更でき、所望の偏光方向の前記パルス光を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）はレーザ媒質と可飽和吸収体とが別体となった場合のレーザ発振装置を示し、（Ｂ）はレーザ媒質と可飽和吸収体とが一体となった場合のレーザ発振装置を示している。
【図２】励起レーザ光をレーザ媒質の中心部に照射した場合のパルス光の偏光方向を説明する説明図である。
【図３】励起レーザ光をレーザ媒質に照射した際の該レーザ媒質の温度分布を示す説明図である。
【図４】励起レーザ光をレーザ媒質の下端部に照射した場合のパルス光の偏光方向を説明する説明図である。
【図５】（Ａ）は励起レーザ光をレーザ媒質の左側側端部に照射した場合のパルス光の偏光方向を説明する説明図であり、（Ｂ）は励起レーザ光をレーザ媒質の右側側端部に照射した場合のパルス光の偏光方向を説明する説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｌ）は、励起レーザ光をレーザ媒質に照射する際の各種条件を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１５】
先ず、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に於いて、本発明の実施例に係るレーザ発振装置について説明する。尚、本実施例に於けるレーザ発振装置としては、Ｑスイッチレーザ装置が用いられる。
【００１６】
図１（Ａ）中、１はレーザ発振装置１を示し、該レーザ発振装置１は発光部２と光共振部３とから構成されている。前記発光部２には照射位置変更手段１０が設けられ、又前記発光部２は例えば半導体レーザ等のレーザ光を射出する発光器（図示せず）と集光レンズ（図示せず）等から構成され、所定波長の励起レーザ光４を射出する様になっている。
【００１７】
又、前記光共振部３は、第１の光学結晶としてのレーザ媒質５と、第２の光学結晶としての可飽和吸収体６と、前記レーザ媒質５の前記発光部２側の端面に形成された第１共振部ミラー７と、前記可飽和吸収体６の射出側に設けられた第２共振部ミラー８とから構成されている。
【００１８】
前記光共振部３は、前記レーザ媒質５の＜１１１＞（図２参照）軸と、前記可飽和吸収体６の＜１００＞（図２参照）軸と、前記励起レーザ光４の光軸とが平行になる様に配置され、パルス光９を射出する様になっている。図１（Ａ）中では、前記レーザ媒質５と前記可飽和吸収体６とが別体となっている。前記レーザ媒質５は、例えば冷却手段である金属製のホルダ１１により保持され、熱伝導性接着剤等で密着されている。
【００１９】
前記レーザ媒質５としては、例えばＮｄ3 + ：ＹＡＧ結晶が用いられる。前記レーザ媒質５は、波長８０８ｎｍの前記励起レーザ光４で励起され、入射した該励起レーザ光４を増幅して波長１０６４ｎｍの自然放出光（光子）１２を放出する様になっている。
【００２０】
又、前記可飽和吸収体６としては、例えばＣｒ4 + ：ＹＡＧ結晶が用いられる。前記可飽和吸収体６は、前記レーザ媒質５から放出された前記自然放出光１２を吸収する性質を有し、又該自然放出光１２の吸収に伴い透過率が増加し、電子密度が増大して飽和した際に透明化する性質を有している。前記可飽和吸収体６が透明化することで、該可飽和吸収体６より波長１０６４ｎｍの前記パルス光９を射出する様になっている。
【００２１】
前記第１共振部ミラー７は、前記発光部２からの前記励起レーザ光４に対して高透過であると共に、前記レーザ媒質５から放出される前記自然放出光１２に対して高反射となっている。又、前記第２共振部ミラー８より前記パルス光９が射出される様になっている。
【００２２】
又、前記照射位置変更手段１０としては、ボルト等で高さを調整し傾斜を調整する、或は弾性部材を設け、弾性部材に弾性変形を与えることで傾斜を調整する等がある。前記照射位置変更手段１０により、前記励起レーザ光４の照射位置を変更することで、前記レーザ媒質５に入射する前記励起レーザ光４の照射位置を変更することができる。
【００２３】
前記発光部２から前記励起レーザ光４が照射されると、該励起レーザ光４は前記第１共振部ミラー７を透過して前記レーザ媒質５に入射する。前記励起レーザ光４により前記レーザ媒質５が励起され、前記励起レーザ光４が吸収、増幅されて前記自然放出光１２として前記可飽和吸収体６に入射する。前記自然放出光１２の吸収に伴い、前記可飽和吸収体６の電子密度が増大し飽和すると、該可飽和吸収体６が透明化し、前記第２共振部ミラー８を透過して前記パルス光９を射出する。
【００２４】
又、図１（Ｂ）は、前記光共振部３が、前記レーザ媒質５と前記可飽和吸収体６とがオプティカルコンタクト、熱拡散接合等で一体化さた構成となっている。前記レーザ媒質５と前記可飽和吸収体６は冷却手段を兼ねる金属製のホルダ１３に保持され、前記第１共振部ミラー７が前記レーザ媒質５の入射面に設けられ、前記第２共振部ミラー８が前記可飽和吸収体６の射出面に設けられている。
【００２５】
図１（Ｂ）の場合も、図１（Ａ）の場合と同様、前記発光部２から前記励起レーザ光４が照射されると、該励起レーザ光４は前記第１共振部ミラー７を透過して前記レーザ媒質５に入射する。前記励起レーザ光４により前記レーザ媒質５が励起され、その際に発生する前記自然放出光（光子）１２の一部が前記可飽和吸収体６に入射する。又、該自然放出光１２の吸収に伴い、前記可飽和吸収体６の電子密度が増大し飽和すると、該可飽和吸収体６が透明化し、前記第２共振部ミラー８を透過して前記パルス光９が射出される。
【００２６】
次に、図２に於いて、前記パルス光９の偏光方向について説明する。尚、図２中では、前記レーザ媒質５と前記可飽和吸収体６とが別体となった場合を示している。
【００２７】
図２中では、前記ホルダ１１が、断面Ｌ字状で金属製の下ホルダ部１４と、断面矩形で金属製の横ホルダ部１５と、断面矩形で樹脂製の上ホルダ部１６から構成されている。前記レーザ媒質５は、前記下ホルダ部１４の角部に配置され、前記横ホルダ部１５により横方向から押圧され、更に上部が前記上ホルダ部１６で閉塞されることで、前記ホルダ１１に保持される様になっている。又、前記レーザ媒質５と前記下ホルダ部１４、前記レーザ媒質５と前記横ホルダ部１５、前記レーザ媒質５と前記上ホルダ部１６とは、それぞれ熱伝導性接着剤によって密着されている。
【００２８】
又、図３は、図２に示される様に、前記励起レーザ光４の照射位置１９を、前記レーザ媒質５の中心部の照射位置１９ａとした場合に於ける温度分布を示す縦断面である。
【００２９】
図３中、Ａは最も温度の高い領域を示し、Ｆは最も温度の低い領域を示しており、ＡからＦに向って漸次温度が低くなっている。図３に示される様に、金属製の下ホルダ部１４に接している下部は、樹脂製の上ホルダ部１６と接している上部と比べて強く冷却され、急激に温度が低下し、温度勾配が大きくなっている。図３の結果より、前記レーザ媒質５には、中心部と下部との熱膨張の差により熱応力が生じ、熱復屈折が生じる。
【００３０】
この状態で、前記レーザ媒質５より照射される前記自然放出光１２が前記可飽和吸収体６に入射した場合には、該可飽和吸収体６から射出される前記パルス光９は、図２に示される様に、Ｐ偏光パルス９ａとＳ偏光パルス９ｂとが交互に発生し、前記パルス光９の偏光方向が安定しない。
【００３１】
本発明に於いて、発明者等は、前記レーザ媒質５に照射する前記励起レーザ光４の照射位置を変更することで、前記パルス光９の偏光方向の同一方向化が可能であることを見出した。以下、図４〜図６に於いて、前記パルス光９の偏光方向の同一方向化について説明する。
【００３２】
図４は、前記励起レーザ光４を前記レーザ媒質５の入射面の下端部の照射位置１９ｂに照射した場合を示している。前記励起レーザ光４を前記照射位置１９ｂに照射することで、前記可飽和吸収体６から射出される前記パルス光９は、全てＳ偏光パルス９ｂとなり、前記パルス光９の偏光方向が全て同一方向化される。
【００３３】
偏光方向が同一化される理由として、前記レーザ媒質５は、下面が冷却手段である金属製の下ホルダ部１４と接触しており、前記照射位置１９が冷却手段の近傍となる為、前記レーザ媒質５の下端部には、図３に示されたものよりも更に急激な温度勾配が生じる。従って、前記レーザ媒質５にはより大きな熱復屈折が生じ、該大きな熱復屈折により前記パルス光９の偏光方向が同一方向化されると考えられる。
【００３４】
又、図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、前記励起レーザ光４を前記レーザ媒質５の入射面の両側端部の照射位置１９ｃ，１９ｄに照射した場合を示している。前記励起レーザ光４を前記照射位置１９ｃ，１９ｄに照射した場合、前記可飽和吸収体６から射出される前記パルス光９は、全てＰ偏光パルス９ａとなり、前記パルス光９の偏光方向が全て同一方向化される。
【００３５】
図５（Ａ）に於いては、前記レーザ媒質５の紙面に対して左側の側面が冷却手段である金属製の前記下ホルダ部１４と接触し、該下ホルダ部１４により冷却されており、図４と同様急激な熱勾配を生じる。又、図５（Ｂ）に於いては、前記レーザ媒質５の紙面に対して右側の側面が冷却手段である金属製の前記横ホルダ部１５と接触し、該横ホルダ部１５により冷却されており、図４と同様急激な熱勾配を生じる。
【００３６】
従って、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に於いても、前記レーザ媒質５に大きな熱復屈折が生じ、該大きな熱復屈折により、前記パルス光９の偏光方向が同一方向化されると考えられる。
【００３７】
尚、前記励起レーザ光４を前記レーザ媒質５の入射面の上端部に照射した場合には、前記可飽和吸収体６から射出される前記パルス光９の偏光方向は同一方向化されなかった。これは、前記レーザ媒質５の上面と接触する前記上ホルダ部１６が樹脂製であり、前記レーザ媒質５の冷却効果が低い為、該レーザ媒質５に急激な温度勾配が形成されず、該レーザ媒質５に大きな熱復屈折が生じなかった為だと考えられる。
【００３８】
図６（Ａ）〜図６（Ｌ）は、種々の条件に於いて、前記レーザ媒質５に前記励起レーザ光４を照射した場合を示している。
【００３９】
尚、図６（Ａ）〜図６（Ｌ）中、１７は前記下ホルダ部１４の角部に形成された切欠部、１８は前記横ホルダ部１５の下端に形成された切欠部を示している。前記切欠部１７，１８を形成することにより、前記下ホルダ部１４、前記横ホルダ部１５を機械加工した際にＲが残るのを防止でき、前記ホルダ１１に前記レーザ媒質５を取付ける際に、該レーザ媒質５の下面と前記下ホルダ部１４とを確実に密着させることができる。
【００４０】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）では前記レーザ媒質５のサンプル５ａを用い、図６（Ｄ）〜図６（Ｆ）では前記レーザ媒質５のサンプル５ｂを用い、図６（Ｇ）〜図６（Ｉ）では前記レーザ媒質５のサンプル５ｃを用い、図６（Ｊ）〜図６（Ｌ）では前記レーザ媒質５のサンプル５ｄを用いている。
【００４１】
又、図６（Ａ）、図６（Ｄ）、図６（Ｇ）、図６（Ｊ）では前記サンプル５ａ〜５ｄに照射する前記励起レーザ光４のスポット径を７０μｍとし、図６（Ｂ）、図６（Ｅ）、図６（Ｈ）、図６（Ｋ）では前記サンプル５ａ〜５ｄに照射する前記励起レーザ光４のスポット径を６０μｍとし、図６（Ｃ）、図６（Ｆ）、図６（Ｉ）、図６（Ｌ）では前記サンプル５ａ〜５ｄに照射する前記励起レーザ光４のスポット径を５０μｍとしている。
【００４２】
更に、図６（Ａ）〜図６（Ｌ）は、何れの場合も、前記レーザ媒質５に大きな熱復屈折が生じる様、前記励起レーザ光４の照射位置１９を、前記レーザ媒質５の側端部或は下端部、即ち冷却手段である前記下ホルダ部１４や前記横ホルダ部１５に近接する箇所としている。
【００４３】
上記した図６（Ａ）〜図６（Ｌ）の条件で、前記発光部２（図１参照）より前記励起レーザ光４を照射した場合、前記可飽和吸収体６から射出される前記パルス光９は、全て前記Ｐ偏光パルス９ａ、或は全て前記Ｓ偏光パルス９ｂとなり、前記パルス光９の偏光方向が全て同一方向化された。
【００４４】
従って、前記レーザ媒質５として、Ｎｄ3 + ：ＹＡＧ結晶を用いる場合には、各サンプル５ａ〜５ｄの個体差に拘わらず、又照射される前記励起レーザ光４のスポット径に拘わらず、前記パルス光９の偏光方向が同一化されることが分った。
【００４５】
上述の様に、本実施例では、前記レーザ媒質５の入射面の端部、即ち冷却手段である金属製の前記下ホルダ部１４、前記横ホルダ部１５と密着する面の近傍に前記励起レーザ光４を照射し、前記レーザ媒質５に急激な熱勾配を生じさせて大きな熱復屈折を生じさせることで、前記可飽和吸収体６から射出される前記パルス光９の偏光方向を同一方向化させることができる。
【００４６】
従って、前記照射位置変更手段１０により前記発光部２を傾斜させ、前記励起レーザ光４の前記レーザ媒質５に対する前記照射位置１９を選択するだけで、前記パルス光９の偏光方向の同一方向化、偏光方向の切換えを容易に行うことができ、所望の偏光方向の前記パルス光９を得ることができる。
【００４７】
又、該パルス光９の偏光方向を同一方向化させる為に、前記光共振部３に別途光学部材を設ける必要がないので、前記レーザ発振装置１の小型化が図れると共に、コストの低減を図ることができる。
【００４８】
又、前記レーザ媒質５を冷却すればする程、即ち該レーザ媒質５に形成される熱勾配が大きくなり、熱復屈折が大きくなる。前記ホルダ１１にペルチェ素子等の冷却ユニットを別途設け、該冷却ユニットで前記ホルダ１１を更に冷却することで、前記レーザ媒質５に形成される熱勾配、熱復屈折を更に大きくできる。
【００４９】
尚、本実施例では、該励起レーザ光４を前記レーザ媒質５の下部、又は両側部に照射しているが、前記上ホルダ部１６を金属製とした場合には、前記励起レーザ光４を前記レーザ媒質５の上部に照射してもよい。
【００５０】
又、本実施例では、前記可飽和吸収体６として、Ｃｒ4 + ：ＹＡＧ結晶を用いているが、Ｖ3 + ：ＹＡＧ結晶、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）を可飽和吸収体として用いてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１              レーザ発振装置
２              発光部
３              光共振部
４              励起レーザ光
５              レーザ媒質
６              可飽和吸収体
７              第１共振部ミラー
８              第２共振部ミラー
９              パルス光
１０            照射位置変更手段
１１            ホルダ
１９            照射位置
【図１】
0006456080.tif 000002
【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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