(57)【要約】【課題】半導体レーザの駆動電流、および温度制御に要する電力を最小化する。【解決手段】半導体レーザ（１）のレーザ光により固体レーザ媒質（３）を励起し、固体レーザ媒質（３）を含む光共振器（６）で１０６４ｎｍ程度の基本波を発振し、それを非線形光学結晶（４）により５３２ｎｍ程度の第二高調波に波長変換し、緑色の線状ビームを出す半導体レーザ励起固体レーザ装置（１００）において、縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザ（１）を用いる。【効果】縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザは、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いため、駆動電流を最小化できる。また、電気−光変換効率が高いために半導体レーザの発熱が小さく、温度制御に要する電力を最小化できる。従って、乾電池駆動によるポータブル使用が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶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装置。
【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装置において、前記半導体レーザがモードホップを起こす温度間隔よりも狭い温度範囲で前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段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装置。
【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装置において、前記半導体レーザのモードホップ間隔が０.５ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質が、セラミックＹＡＧであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質の反非線形光学結晶側の端面および前記非線形光学結晶の反固体レーザ媒質側の端面に、基本波に対するミラーコートが施され、前記両端面で光共振器を構成していることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質のミラーコートが施されてない端面と前記非線形光学結晶のミラーコートが施されてない端面とが貼り合わされていることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、該半導体レーザ励起固体レーザ装置が乾電池駆動であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、半導体レーザの駆動電流、および温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動によるポータブル使用が可能な半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザから出力される可視光の線状ビームをロッドレンズで扇面状ビームとし、ライン状投影パターンを得るレーザ墨出し装置が知られている（特許文献１、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２３３６７６号公報
【非特許文献１】吉村一成他「建築工事用携帯型レーザ墨出し器」松下電工技報（Ａｕｇ．２００２）第２２頁〜第２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のレーザ墨出し装置では、半導体レーザから出力される可視光のレーザ光が６３５ｎｍ程度の赤色であるため、扇面状ビームも赤色になっていた。ところが、赤色は視感度が悪く、特に昼間の明るい環境下ではライン状投影パターンが見えにくくなる問題点があった。
これに対して、半導体レーザのレーザ光により固体レーザ媒質を励起し、固体レーザ媒質を含む光共振器で１０６４ｎｍ程度の基本波を発振し、それを非線形光学結晶により５３２ｎｍ程度の第二高調波に波長変換し、緑色の線状ビームを出す半導体レーザ励起固体レーザ装置を用いることが考えられる。この緑色の線状ビームをロッドレンズで扇面状ビームとすれば、視認性に優れた緑色のライン状投影パターンを得ることが出来る。
しかし、このような半導体レーザ励起固体レーザ装置は、半導体レーザの駆動電流、および温度制御に要する電力が大きく、乾電池駆動によるポータブル使用に適さない問題点がある。
そこで、本発明の目的は、半導体レーザの駆動電流、および温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動によるポータブル使用が可能な半導体レーザ励起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、縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されたレーザ光により励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質を含む光共振器内に収容され前記光共振器で発振する基本波の第二高調波を出力する非線形光学結晶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装置を提供する。
従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置では、縦モードおよび横モード共にマルチモードであるいわゆる利得導波型の半導体レーザが用いられているが、利得導波型の半導体レーザは発振閾値が高く電気−光変換効率が低いため、駆動電流が大きくなる要因になっている。また、電気−光変換効率が低いために半導体レーザの発熱が大きく、温度制御に要する電力が大きい要因になっている。
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装置では、縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザを用いることとした。縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザは、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いため、駆動電流を最小化できる。また、電気−光変換効率が高いために半導体レーザの発熱が小さく、温度制御に要する電力を最小化できる。従って、乾電池駆動によるポータブル使用が可能になる。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記半導体レーザがモードホップを起こす温度間隔よりも狭い温度範囲で前記半導体レーザの温度を制御する温度制御手段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装置を提供する。
上記第２の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、半導体レーザがモードホップを起こす温度間隔よりも狭い温度範囲で半導体レーザの温度を制御するから、半導体レーザのモードホップを防止できる。
【０００６】
第３の観点では、本発明は、前記第２の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記半導体レーザのモードホップ間隔が０.５ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
半導体レーザのモードホップ間隔が０.５ｎｍ以上であれば、モードホップを起こす温度間隔は２℃以上になる。
従って、上記第３の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、２℃以上の温度範囲で半導体レーザの温度を制御すれば足り、温度制御が容易になる。
【０００７】
第４の観点では、本発明は、前記第１から前記第３のいずれかの観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質が、セラミックＹＡＧであることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記セラミックＹＡＧは、Ｎｄ：ＹＡＧの微細結晶を焼結したセラミックである。
固体レーザ媒質としては、Ｎｄ：ＹＡＧ単結晶、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＬＦなどを使用できる。しかし、性能のばらつきが大きいため、性能が低いものにも対応するために半導体レーザの出力に余裕をもたせる必要があり、出力の大きな半導体レーザを使用する必要があった。このため、実際に必要な以上の大きな電力を消費する場合があった。
これに対して、上記第４の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、セラミックＹＡＧを使用するが、セラミックＹＡＧは性能のばらつきが小さいため、半導体レーザの出力に余裕をもたせる必要がなくなり、出力が大きな半導体レーザを使用する必要がなくなり、消費電力を小さくすることが出来る。
【０００８】
第５の観点では、本発明は、前記第１から前記第４のいずれかの観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質の反非線形光学結晶側の端面および前記非線形光学結晶の反固体レーザ媒質側の端面に、基本波に対するミラーコートが施され、前記両端面で光共振器を構成していることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第５の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、固体レーザ媒質の端面と非線形光学結晶の端面に基本波に対するミラーコートを施し、それぞれの端面で光共振器を形成することで、構造を単純化でき、温度制御対象をコンパクトにすることが出来る。よって、温度制御に要する電力を小さくすることが出来る。
【０００９】
第６の観点では、本発明は、前記第５の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記固体レーザ媒質のミラーコートが施されてない端面と前記非線形光学結晶のミラーコートが施されてない端面とが貼り合わされていることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第６の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、固体レーザ媒質と非線形光学結晶とを貼り合わせた構造なので、温度制御対象をさらにコンパクトにすることが出来る。よって、温度制御に要する電力をさらに小さくすることが出来る。
【００１０】
第７の観点では、本発明は、前記第１から前記第６のいずれかの観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置において、該半導体レーザ励起固体レーザ装置が乾電池駆動であることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。
上記第７の観点による半導体レーザ励起固体レーザ装置では、乾電池駆動であるため、ポータブル使用可能となり、ポータブル使用可能なレーザ墨出し装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置によれば、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いシングルモードの半導体レーザを用いるため、駆動電流、および温度制御に要する電力を最小化でき、乾電池駆動によるポータブル使用が可能になる。
【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】
【００１３】
図１は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００を示す構成図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置１００は、レーザ光を出射する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ２と、集光されたレーザ光で励起され基本波を誘導放出する固体レーザ媒質３と、基本波を第二高調波に変換する非線形光学結晶４と、光共振器６の一端を構成すると共に第二高調波を透過させるミラー５と、ミラー５を透過した第二高調波の一部を取り出すビームスプリッタ７と、ビームスプリッタ７を通過した第二高調波の線状ビームのビーム径を拡げるビームエキスパンダ８と、ビームエキスパンダ８を通過した線状ビームを扇面状ビームとするロッドレンズ９と、ビームスプリッタ７で取り出した第二高調波を受光し電気信号に変換するフォトダイオード１０と、フォトダイオード１０での電気信号の強度が一定になるように半導体レーザ１の駆動電流を制御するＡＰＣ（Auto Power Control）回路１１と、半導体レーザ１，集光レンズ２，固体レーザ媒質３，非線形光学結晶４およびミラー５を支持するベース１２と、ベース１２を加熱／冷却するためのペルチェ素子１３と、ベース１２の温度を検出するためのサーミスタ１４と、温度制御回路１５と、電源としての乾電池１６とを具備している。
【００１４】
半導体レーザ１は、縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザである。
図２に出力特性を示す。
実線で示すように発振閾値は６０ｍＡ以下である。
比較のためにマルチモードの半導体レーザの特性を破線で示す。
図３にモードホップ特性を示す。
モードホップ間隔ｄは約０.７ｎｍであり、モードホップを起こす温度間隔τは約３℃である。
【００１５】
温度制御回路１５は、固体レーザ媒質３の吸収ピークである波長８０４ｎｍ〜８１１ｎｍ（例えば８０８．５ｎｍ）の光を出すような温度範囲であって且つ半導体レーザ１がモードホップを起こす温度間隔τよりも狭い温度範囲内で半導体レーザ１の温度を制御している。
【００１６】
固体レーザ媒質３は、Ｎｄ：ＹＡＧの微細結晶を焼結したセラミックＹＡＧである。
【００１７】
固体レーザ媒質３の半導体レーザ側の端面には８０８.５ｎｍでは高透過率、１０６４ｎｍでは高反射率のコーティングが施されている。固体レーザ媒質３の半導体レーザ側の端面とミラー５の間で光共振器６が構成され、１０６４ｎｍのレーザ光が発振する。
【００１８】
非線形光学結晶４は、温度制御回路１５による制御温度範囲内で位相整合が行えるような分極反転周期で分極反転構造が形成された擬似位相整合素子である。擬似位相整合素子は、例えばＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3、ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ3、ＫＮｂＯ3、ＫＴｉＯＰＯ4に分極反転処理を施すことにより得られる。
【００１９】
ロッドレンズ９の表面には、ゴーストを防ぐために、波長５３２ｎｍに対するＡＲコートが施されている。
【００２０】
図４にグリーンレーザ出力特性を示す。
実線は本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置１００であり、破線はマルチモードの半導体レーザを用いた半導体レーザ励起固体レーザ装置である。
比較すれば判るように、本発明の方が駆動電流を７０ｍＡ程度小さく出来る。
【００２１】
実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）縦モードおよび横モード共にシングルモードの半導体レーザは、発振閾値が低く電気−光変換効率が高いため、駆動電流を最小化できる。また、電気−光変換効率が高いために半導体レーザの発熱が小さく、温度制御に要する電力を最小化できる。
（２）非線形光学結晶４として用いる擬似位相整合素子の分極反転周期を選ぶことにより、半導体レーザ１の適正温度と非線形光学結晶４の適正温度が適合するため、半導体レーザ１の制御温度範囲内で位相整合が行え、温度制御が１系統でも第二高調波の出力効率を高く維持できる。
（３）固体レーザ媒質３として用いるセラミックＹＡＧは性能のばらつきが小さいため、半導体レーザの出力に余裕をもたせる必要がなくなり、出力が大きな半導体レーザを使用する必要がなくなり、消費電力を小さくすることが出来る。
（４）乾電池駆動が可能になり、ポータブル使用可能な、視認性のよい緑色ビームのレーザ墨出し装置を実現できる。
【実施例２】
【００２２】
図５は、実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００を示す構成図である。
この半導体レーザ励起固体レーザ装置２００では、固体レーザ媒質３と非線形光学結晶４を接着剤などで貼り合せ、非線形光学結晶４の反半導体レーザ側の端面には１０６４ｎｍでは高反射率、５３２ｎｍでは低反射率のコーティングが施されている。つまり、結晶内部で光共振器６が構成されている。そして、ミラー５が省略されている。その他は、実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置１００と同じである。
【００２３】
実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置２００によれば、固体レーザ媒質３と非線形光学結晶４とを貼り合わせることで温度制御対象をコンパクトにすることが出来るため、温度制御に要する電力をさらに小さくすることが出来る。
【実施例３】
【００２４】
固体レーザ媒質３として、セラミックＹＡＧの代わりに、Ｎｄ：ＹＡＧ単結晶、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＹＬＦなどを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、レーザ墨出し器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を示す構成説明図である。
【図２】半導体レーザの出力特性図である。
【図３】半導体レーザのモードホップ特性図である。
【図４】実施例１に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置のグリーンレーザ出力特性図である。
【図５】実施例２に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１                        半導体レーザ
３                        固体レーザ媒質
４                        非線形光学結晶
６                        光共振器
１２                      ベース
１３                      ペルチェ素子
１４                      サーミスタ
１５                      温度制御回路
１６                      乾電池
１００，２００            半導体レーザ励起固体レーザ装置
【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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