(57)【要約】【課題】第２高調波最適温度変化に対する第３高調波出力の安定性を向上できる固体レーザ装置。【解決手段】レーザ光を発生する半導体レーザ１と、半導体レーザ１から出力されるレーザ光により励起される固体レーザ媒質２と、固体レーザ媒質２を含む光共振器内に配置され、光共振器内で発生する基本波の第３高調波を出力するためのＳＨＧ素子４およびＴＨＧ素子５と、ＳＨＧ素子４およびＴＨＧ素子５の各々の温度を制御する温度調整部９とを備え、ＳＨＧ素子４の温度に対するＴＨＧ素子５出力のピークが複数得られるように、ＳＨＧ素子４およびＴＨＧ素子５の各々の長さを設定する。【選択図】図１
2013205426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出力される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配置され、前記光共振器内で発生する基本波の第３高調波を出力するための第２高調波発生用結晶および第３高調波発生用結晶と、
前記第２高調波発生用結晶および前記第３高調波発生用結晶の各々の温度を制御する温度調整部とを備え、
前記第２高調波発生用結晶の温度に対する前記第３高調波発生用結晶出力のピークが複数得られるように、前記第２高調波発生用結晶および前記第３高調波発生用結晶の各々の長さを設定することを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記温度調整部は、前記第２高調波発生用結晶の温度を、前記第３高調波発生用結晶出力の複数のピーク温度の中間の温度に設定することを特徴とする請求項１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、固体レーザ装置に関し、特に、第３高調波を出力する固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、第３高調波のパルス出力のピーク強度を安定化できる固体レーザ装置が知られている（特許文献１）。この特許文献１に記載され且つ第３高調波を出力する固体レーザ装置は、第２高調波を出力する第２高調波発生用結晶素子（以下、ＳＨＧ素子と称する）と、第３高調波を出力する第３高調波発生用結晶素子（以下、ＴＨＧ素子と称する）とを備えている。
【０００３】
ＴＨＧ素子から出力される第３高調波は、基本波がＳＨＧ素子により変換された第２高調波と、ＳＨＧ素子により変換されずに透過した残留基本波との和周波である。
【０００４】
図４はＳＨＧ素子長が２ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＳＨＧ出力と残留基本波出力の特性を示す図である。図５はＳＨＧ素子長が２ｍｍでＴＨＧ素子長が１０ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＴＨＧ出力の特性を示す図である。図４からもわかるように、ＳＨＧ素子温度に対するＳＨＧ出力と残留基本波出力を測定したとき、ＳＨＧ出力が最大値になる温度のときに残留基本波出力は最小値となる。
【０００５】
ＳＨＧ素子が２ｍｍと短い場合、ＴＨＧ素子で和周波混合が行われるとき、基本波が常に充分に存在しているため、ＴＨＧ出力特性はＳＨＧ出力特性に依存し、図４に示すＳＨＧ出力特性のピークと図５に示すＴＨＧ出力特性のピークは、ほぼ一致し、シングルピークとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５１４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５に示すように、ＳＨＧ温度変化に対するＴＨＧ出力の変化率が大きいため、環境変化によりＳＨＧ最適温度が予め設定されている温度から変化した場合に、出力が大きく低下する要因となる。
【０００８】
また、連続波駆動のレーザの場合、フォトダイオードを使用した出力フィードバック機構により自動的に駆動電流を調整して、出力を安定化させる方法がある。しかし、繰り返し周波数を可変するパルス駆動レーザでは、繰り返し周波数がシングルショットから数ｋＨｚ以上まで変化すると、パルスエネルギーが一定であっても平均パワーが大きく変化する。このため、フォトダイオードのダイナミックレンジが不足してしまうので、フォトダイオードによる自動出力安定化は難しい。
【０００９】
本発明の課題は、第２高調波最適温度変化に対する第３高調波出力の安定性を向上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】
上記の課題を解決するために、本発明に係る固体レーザ装置は、レーザ光を発生する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力される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配置され、前記光共振器内で発生する基本波の第３高調波を出力するための第２高調波発生用結晶および第３高調波発生用結晶と、前記第２高調波発生用結晶および前記第３高調波発生用結晶の各々の温度を制御する温度調整部とを備え、前記第２高調波発生用結晶の温度に対する前記第３高調波発生用結晶出力のピークが複数得られるように、前記第２高調波発生用結晶および前記第３高調波発生用結晶の各々の長さを設定することを特徴とする。
【００１１】
また、前記温度調整部は、前記第２高調波発生用結晶の温度を、前記第３高調波発生用結晶出力の複数のピーク温度の中間の温度に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体レーザ装置によれば、第２高調波発生用結晶の温度に対する第３高調波発生用結晶出力のピークが複数得られるように、第２高調波発生用結晶および第３高調波発生用結晶の各々の長さを設定したので、第２高調波最適温度変化に対する第３高調波出力の安定性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る固体レーザ装置内のＳＨＧ素子長が５ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＳＨＧ出力と残留基本波出力の特性を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る固体レーザ装置内のＳＨＧ素子長が５ｍｍでＴＨＧ素子長が１０ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＴＨＧ出力の特性を示す図である。
【図４】従来の固体レーザ装置内のＳＨＧ素子長が２ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＳＨＧ出力と残留基本波出力の特性を示す図である。
【図５】従来の固体レーザ装置内のＳＨＧ素子長が２ｍｍでＴＨＧ素子長が１０ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＴＨＧ出力の特性を示す図である。
【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について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。この固体レーザ装置は、半導体レーザ１、固体レーザ媒質２、２つのミラー３、ＳＨＧ素子４、ＴＨＧ素子５、ビームスプリッタ６、光検出器７、読み出し回路８、温度調整部９、温度調整部９を有するＣＰＵ（中央処理装置）１０を備えている。
【００１６】
なお、固体レーザ媒質２、２つのミラー３、ＳＨＧ素子４、ＴＨＧ素子５から構成される部分を共振器２０と呼ぶ。
【００１７】
半導体レーザ１は、例えばレーザダイオードによって構成されており、レーザ光を発生する。半導体レーザ１で発生されたレーザ光は、一方のミラー３を透過して固体レーザ媒質２に照射される。
【００１８】
固体レーザ媒質２は、レーザ発振の元となる物質であり、例えば、ＹＡＧレーザと呼ばれる固体レーザにおいては、イットリウム、アルミニウムおよびガーネット（Yttrium Aluminum Garnet）などといった物質が用いられる。この固体レーザ媒質２は、半導体レーザ１からレーザ光が照射されることにより誘導放出光を発生する。この固体レーザ媒質２で発生された誘導放出光は、ＳＨＧ素子子４に送られる。
【００１９】
ＳＨＧ素子４は、ＬＢＯ（type1）であり、固体レーザ媒質２からの基本波から第２高調波を発生する。ＴＨＧ素子５は、ＬＢＯ（type2）であり、基本波およびＳＨＧ素子４で発生した第２高調波から第３高調波を発生し、他方のミラー３を通してビームスプリッタ６に導く。
【００２０】
ビームスプリッタ６は、基本波および第２高調波を透過してパルスレーザとして出力し、第３高調波を反射して光検出器７に導く。光検出器７は、ビームスプリッタ６からの第３高調波を検出する。読み出し回路８は、光検出器７で検出された第３高調波を読み出して、第３高調波のパルスエネルギー又はパワーを温度調整部９に出力する。
【００２１】
温度調整部９は、ＳＨＧ素子４及びＴＨＧ素子５の各々の温度を制御する。
【００２２】
また、温度調整部９は、読み出し回路８からの第３高調波のパルスエネルギー又はパワーに基づきＳＨＧ素子４の温度をＴＨＧ出力の２つのピークの中間の温度に設定する。
【００２３】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る固体レーザ装置の動作を説明する。
【００２４】
図２は、本発明の実施例１に係る固体レーザ装置内のＳＨＧ素子長が５ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＳＨＧ出力と残留基本波出力の特性を示す図である。図３は、本発明の実施例１に係る固体レーザ装置内のＳＨＧ素子長が５ｍｍでＴＨＧ素子長が１０ｍｍのときのＳＨＧ素子温度に対するＴＨＧ出力の特性を示す図である。
【００２５】
図２に示すように、ＳＨＧ素子４を５ｍｍと長くすると、基本波からＳＨＧへの変換効率が向上し、ＳＨＧ出力が増加するとともに、変換されずにＳＨＧ素子を透過する残留基本波出力は減少する。このとき、ＳＨＧ出力がピークになる温度付近では和周波混合に充分な基本波が残っておらず、ＴＨＧ出力は残留基本波出力に依存する。
【００２６】
図３に示すように、ＳＨＧ温度に対するＴＨＧ出力特性のピークは、ＳＨＧ出力のピーク温度から外れた温度に依存する。この温度は、ＳＨＧ出力に対する残留基本波出力が充分に存在する温度であり、図３に示すように、ＳＨＧ出力のピーク温度の両側に２箇所存在する。ＴＨＧ出力のピークは、３０℃と３８℃の２箇所存在する。
【００２７】
この場合、ＳＨＧ素子温度をＴＨＧ出力の２つのピーク温度の一方に設定するのではなく、温度調整部９により、ＳＨＧ素子４の制御温度をＴＨＧ素子５の２つのピークの中間の温度である３４℃に設定する。
【００２８】
これにより、ＴＨＧ出力の最大値に対する一定値以上の値（例えば８０％）が得られるＳＨＧ素子温度の許容範囲は、２つのピークの一方に設定した場合やＳＨＧ素子長が短くＴＨＧ出力特性がシングルピークの場合よりも広がる。従ってＳＨＧ最適温度変化に対するＴＨＧ出力の安定性を向上できる。即ち、温度変化に対する出力変動が小さく抑制され、安定性が向上する。
【００２９】
図５に示す従来例では、ＳＨＧ温度を３３℃に設定したとき、１００μＪ以上が得られる温度範囲は±３℃である。これに対して、図３に示す実施例１では、ＳＨＧ温度を３４℃に設定したとき、１００μＪ以上が得られる温度範囲は±５℃である。従って、自動出力安定機能を使用しなくても環境温度変化に対する安定性を向上させることができる。
【００３０】
なお、本発明は前述した実施例１の固体レーザ装置に限定されるものではない。実施例１では、図３に示すように、ＴＨＧ出力のピークが２つであったが、ＴＨＧ出力のピークが３つ以上ある場合には、ＳＨＧ素子４の制御温度を、３つ以上のピークの中間の温度に設定しても良い。
【００３１】
また、実施例１では、ＳＨＧ素子４の長さを５ｍｍとしたが、ＳＨＧ素子４の長さは５ｍｍに限定されるものではなく、ＳＨＧ素子４の温度に対するＴＨＧ素子５の出力のピークが複数得られるように、ＳＨＧ素子４およびＴＨＧ素子５の各々の長さを設定すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、固体パルスレーザ装置に利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体レーザ
２  固体レーザ媒質
３  ミラー
４  ＳＨＧ素子
５  ＴＨＧ素子
６  ビームスプリッタ
７  光検出器
８  読み出し回路
９  温度調整部
１０  ＣＰＵ  
【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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