(57)【要約】【課題】固体レーザ媒質の励起効率を向上させる共に固体レーザの出力を安定させる。【解決手段】励起用レーザ光を発振する半導体レーザ１と、励起用レーザ光で励起されてレーザ光を出力する固体レーザ媒質３とを具備し、半導体レーザ１は、閾値以下の変動を無視した場合での極大点の個数が１であり且つスペクトル変動率が１５％以下であり且つ駆動電流値をステップ電流Ｉｓ［Ａ］だけ変化させたときの中心波長推移Δλが５×Ｉｓ［ｎｍ］以下である発振スペクトルの分布形状を持つ半導体レーザが選別されて用いられている。【効果】固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振スペクトルの分布形状が滑らかな半導体レーザと、前記半導体レーザにより励起される固体レーザ媒質とを具備したことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ。
【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において、前記半導体レーザは、閾値以下の変動を無視した場合での極大点の個数が１であり且つスペクトル変動率が１５％以下であり且つ駆動電流値をステップ電流Ｉｓ［Ａ］だけ変化させたときの中心波長推移Δλが５×Ｉｓ［ｎｍ］以下である発振スペクトルの分布形状を持つ半導体レーザであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ励起固体レーザにおいて、ステップ電流Ｉｓ＝０.１［Ａ］であり、中心波長推移Δλ＝０.５［ｎｍ］であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ。
【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に関し、さらに詳しくは、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られる半導体レーザ励起固体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザから出力したレーザ光によりＮｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ媒質を励起する半導体レーザ励起固体レーザでは、固体レーザ媒質の吸収スペクトルの中心波長（吸収スペクトルの最大値を与える波長）に発振スペクトルの中心波長（発振スペクトルの最大値を与える波長）が合った半導体レーザを選別したり（例えば、特許文献１参照。）、半導体レーザの発振スペクトルの中心波長が固体レーザ媒質の吸収スペクトルの中心波長に合うように半導体レーザの温度調整を行ったりしている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６５００号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発振スペクトルの中心波長による半導体レーザの選別や，半導体レーザの温度調整を行っても、固体レーザ媒質の励起効率が低かったり、安定した固体レーザの出力が得られない場合があった。
そこで、本発明の目的は、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られる半導体レーザ励起固体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の観点では、本発明は、発振スペクトルの分布形状が滑らかな半導体レーザと、前記半導体レーザにより励起される固体レーザ媒質とを具備したことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを提供する。
本発明者らが鋭意研究したところ、固体レーザ媒質の励起効率が低かったり，安定した固体レーザの出力が得られない半導体レーザ励起固体レーザでは、温度変動に対する出力変動が図８に示すようであり、さらに半導体レーザの発振スペクトルの分布形状が図９に示すように滑らかでないことが判った。
そこで、上記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザでは、発振スペクトルの分布形状が滑らかでない半導体レーザを用いず、発振スペクトルの分布形状が滑らかな半導体レーザのみを選別して用いることとした。この結果、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られた。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、上記構成の半導体レーザ励起固体レーザにおいて、前記半導体レーザは、閾値以下の変動を無視した場合での極大点の個数が１であり且つスペクトル変動率が１５％以下であり且つ駆動電流値をステップ電流Ｉｓ［Ａ］だけ変化させたときの中心波長推移Δλが５×Ｉｓ［ｎｍ］以下である発振スペクトルの分布形状を持つ半導体レーザであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを提供する。
本発明者らが鋭意研究したところ、発振スペクトルの分布形状が滑らかな半導体レーザを用いることにより、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られた。そして、上記第２の観点による半導体レーザ励起固体レーザのように、閾値以下の変動を無視した場合での極大点の個数が１であり且つスペクトル変動率が１５％以下であり且つ駆動電流値をステップ電流Ｉｓ［Ａ］だけ変化させたときの中心波長推移Δλが５×Ｉｓ［ｎｍ］以下である発振スペクトルの分布形状を持つ半導体レーザを用いることで、確実に固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られた。
【０００７】
上記構成において、閾値は、例えば発振スペクトルの最大値の１０％程度を目安として経験的に決めることが出来る。
また、極大点の個数は、発振スペクトルの分布形状を表す発振スペクトル曲線ｆｄをローパスフィルタ処理した低周波成分曲線ｆｎにおける極大点の個数としてもよい。
また、低周波成分曲線ｆｎは、発振スペクトル曲線ｆｄを所定の波長幅で移動平均した曲線としてもよい。
【０００８】
上記構成において、スペクトル変動率とは、
∫｜ｆｄ−ｆｎ｜ｄλ／∫｜ｆｎ｜ｄλ
で定義される値である。
【０００９】
上記構成において、駆動電流値をステップ電流Ｉｓ［Ａ］だけ変化させたときの中心波長推移Δλとは、ある駆動電流値Ｉ１で半導体レーザを駆動したときの発振スペクトルの中心波長λ１と駆動電流値Ｉ２＝Ｉ１＋ＩｓまたはＩ２＝Ｉ１−Ｉｓで半導体レーザを駆動したときの発振スペクトルの中心波長λ２の差｜λ１−λ２｜をいう。
【００１０】
第３の観点では、本発明は、上記構成の半導体レーザ励起固体レーザにおいて、ステップ電流Ｉｓ＝０.１［Ａ］であり、中心波長推移Δλ＝０.５［ｎｍ］であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザによれば、固体レーザ媒質の励起効率を向上させることが出来ると共に安定した固体レーザの出力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に示す実施の形態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】
【００１３】
図１は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ１００の要部を示す構成説明図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ１００は、励起用レーザ光を発振する半導体レーザ１と、励起用レーザ光を平行ビームにするコリメート・レンズ２と、励起用レーザ光を集光する集光レンズ２’と、集光された励起用レーザ光で励起されてレーザ光を出力する固体レーザ媒質３と、半導体レーザ１を温調するための温調素子４と、温調素子４を駆動して半導体レーザ１の温度調整をする温度制御装置５とを具備している。
【００１４】
半導体レーザ１は例えばレーザダイオードであり、固体レーザ媒質３は例えばＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４であり、温調素子４は例えばペルチェ素子である。
【００１５】
半導体レーザ１は、その発振スペクトルの分布形状が滑らかなものが選別されて用いられている。
具体的には、閾値以下の変動を無視した場合での極大点の個数が１であり且つスペクトル変動率が１５％以下であり且つ駆動電流値をステップ電流Ｉｓ［Ａ］だけ変化させたときの中心波長推移Δλが５×Ｉｓ［ｎｍ］以下である発振スペクトルの分布形状を持つ半導体レーザが選別されて用いられている。
【００１６】
図２は、半導体レーザ選別手順を示すフロー図である。
ステップＳ１では、開始電流Ｉｂ，ステップ電流Ｉｓ，終了電流Ｉｅを決定する。例えば、処理対象の半導体レーザの定格電流をＩmax、しきい値電流をＩthとし、ループ回数をｎとするとき、
Ｉｓ＝（Ｉmax−Ｉth）／ｎ
Ｉｂ＝Ｉmax
Ｉｅ＝Ｉth＋Ｉｓ
とする。
数値例を挙げると、Ｉmax＝１.２［Ａ］，Ｉth＝０.５［Ａ］とし、ループ回数ｎ＝５とすると、Ｉｓ＝０.１４［Ａ］，Ｉｂ＝１.２［Ａ］，Ｉｅ＝０.６４［Ａ］である。
ステップＳ２では、駆動電流Ｉ＝Ｉｂとする。
【００１７】
ステップＳ３では、ループ１回目は、発振スペクトルの中心波長が固体レーザ媒質３の吸収スペクトルの中心波長に整合するように半導体レーザの温調を行い且つ駆動電流Ｉで半導体レーザを駆動する。ループ２回目以降は、半導体レーザの温調は変更しないで、駆動電流Ｉで半導体レーザを駆動する。
【００１８】
ステップＳ４では、半導体レーザの発振スペクトルを分光器でサンプリングし、発振スペクトルデータdata(i)をコンピュータに取り込む。なお、ｉはサンプリングした各波長を表すパラメータであり、ｉ＝１，２，…，Ｉである。
ステップＳ５では、発振スペクトルデータdata(i)に対してコンピュータで極大点解析を実施し、極大点数を求める。この極大点解析については、図３を参照して後述する。
ステップＳ６では、極大点数が「１」ならステップＳ７へ進み、「１」でないならステップＳ１５へ進む。
【００１９】
ステップＳ７では、発振スペクトルデータdata(i)に対してスペクトル変動率解析を実施し、スペクトル変動率を求める。このスペクトル変動率については、図４を参照して後述する。
ステップＳ８では、スペクトル変動率が「１５％以下」ならステップＳ９へ進み、「１５％以下」でないならステップＳ１５へ進む。
【００２０】
ステップＳ９では、ループ１回目の場合、比較データが無いので、ステップＳ１０，Ｓ１１をスキップして、ステップＳ１２へ進み、ループ２回目以降の場合は、ステップＳ１０へ進む。
【００２１】
ステップＳ１０では、前回ループ時の発振スペクトルデータの中心波長λ１と今回ループ時の発振スペクトルデータの中心波長λ２の差を中心波長推移Δλとして求める。この中心波長推移Δλについては、図５を参照して後述する。
ステップＳ１１では、ナノメータ［ｎｍ］で表した中心波長推移Δλがアンペア［Ａ］で表したステップ電流の５倍以下ならステップＳ１２へ進み、そうでないならステップＳ１５へ進む。
【００２２】
ステップＳ１２では、駆動電流値Ｉをステップ電流Ｉｓだけ減らす。
ステップＳ１３では、駆動電流値Ｉが終了電流ＩｅになるまでステップＳ３〜Ｓ１２のループを繰り返し、駆動電流値Ｉが終了電流Ｉｅより小さくなったらステップＳ１４へ進む。
【００２３】
ステップＳ１４では、発振スペクトルの分布形状が滑らかであると判定する（この半導体レーザを半導体レーザ１として採用する）。そして、処理を終了する。
【００２４】
ステップＳ１５では、発振スペクトルの分布形状が滑らかでないと判定する（この半導体レーザを半導体レーザ１として採用しない）。そして処理を終了する。
【００２５】
図３は、極大点解析処理を示すフロー図である。
ステップＲ１では、極大値Ｍaxを「０」に初期設定し、極小値Ｍinを全データの最大値より大きい値に初期設定し、方向Ｄirを「Ｍax方向」に初期設定し、閾値Δthを全データの最大値の１０％に初期設定し、極大点数Ｋを「０」に初期設定し、データ番号ｉを「０」に初期設定する。
【００２６】
ステップＲ２では、データ番号ｉを「１」だけインクリメントする。
ステップＲ３では、一つのデータdata(ｉ)を取り出す。
ステップＲ４では、方向ＤirがＭax方向ならステップＲ５へ進み、Ｍin方向ならステップＲ９へ進む。
【００２７】
ステップＲ５では、データdata(ｉ)が極大値Ｍaxより大きいならステップＲ６へ進み、そうでないならステップＲ７へ進む。
ステップＲ６では、データdata(ｉ)を極大値Ｍaxとする。そして、ステップＲ１３へ進む。
【００２８】
ステップＲ７では、極大値Ｍaxとデータdata(ｉ)の差が閾値Δthより大きい場合はステップＲ８へ進み、そうでない場合はステップＲ１３へ進む。
ステップＲ８では、極大点数Ｋを「１」だけインクリメントし、方向ＤirをＭin方向に変更し、最小値Ｍinを全データの最大値より大きい値に設定する。そして、ステップＲ１３へ進む。
【００２９】
ステップＲ９では、データdata(ｉ)が極小値Ｍinより小さいならステップＲ１０へ進み、そうでないならステップＲ１１へ進む。
ステップＲ１０では、データdata(ｉ)を極小値Ｍinとする。そして、ステップＲ１３へ進む。
【００３０】
ステップＲ１１では、データdata(ｉ)と極小値Ｍinの差が閾値Δthより大きい場合はステップＲ１２へ進み、そうでない場合はステップＲ１３へ進む。
ステップＲ１２では、方向ＤirをＭax方向に変更し、最大値Ｍaxを「０」に設定する。そして、ステップＲ１３へ進む。
【００３１】
ステップＲ１３では、ｉ＜ＩならステップＲ２に戻り、ｉ≧Ｉなら処理を終了する。
【００３２】
図４は、スペクトル変動率ΔＳの説明図である。
スペクトル変動率は、発振スペクトル曲線をｆｄとし、発振スペクトル曲線ｆｄをローパスフィルタ処理した低周波成分曲線をｆｎとするとき、
∫｜ｆｄ−ｆｎ｜ｄλ／∫｜ｆｎ｜ｄλ
で定義される値である。
具体的には、
2005228907.tif 000003
である。ｋは、例えば「２」である。
「２×ｋ＋１」が、移動平均する波長幅になる。
【００３３】
図５は、中心波長推移Δλの説明図である。
駆動電流Ｉ１で半導体レーザを駆動したときの発振スペクトルの中心波長λ１と駆動電流Ｉ２＝Ｉ１−Ｉｓで半導体レーザを駆動したときの発振スペクトルの中心波長λ２の差｜λ１−λ２｜が中心波長推移Δλである。
【００３４】
図６は、滑らかであると判定された発振スペクトルの分布形状を示す例示図である。
【００３５】
図７は、発振スペクトルの分布形状が滑らかであると判定された半導体レーザ１を選別して用いた半導体レーザ励起固体レーザ１００の温度変動に対する出力変動の特性図である。
安定した固体レーザの出力が得られることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザは、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】
【００３７】
【図１】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザの要部を示す構成説明図である。
【図２】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザに用いられる半導体レーザの選別手順を示すフロー図である。
【図３】極大点解析処理を示すフロー図である。
【図４】スペクトル変動率の説明図である。
【図５】中心波長推移の説明図である。
【図６】滑らかであると判定された発振スペクトルの分布形状を示す例示図である。
【図７】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザの温度変動に対する出力変動の特性図である。
【図８】従来の半導体レーザ励起固体レーザの温度変動に対する出力変動の特性図である。
【図９】図９の特性を持つ半導体レーザ励起固体レーザに用いられた半導体レーザの発振スペクトルの分布形状を示す例示図である。
【符号の説明】
【００３８】
１                  半導体レーザ
２                  コリメート・レンズ
２’                集光レンズ
３                  固体レーザ媒質
４                  温調素子
５                  温度制御装置
１００              半導体レーザ励起固体レーザ
ｆｄ      発振スペクトル曲線
ｆｎ      低周波成分曲線
【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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【図８】
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【図９】
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