(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と、
前記励起光源からの励起光によって励起される固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質から発生した基本波により励振され高調波を発生する非線形光学結晶と、
前記固体レーザ媒質及び前記非線形光学結晶を内包する共振器と、
穴を有するベース板と、
前記ベース板に設けられた温度制御素子とを有し、
前記ベース板の穴上に、前記固体レーザ媒質と前記非線形光学結晶とが、光学的に密着され一体となって、前記固体レーザ媒質を下にして設けられ、
前記共振器の光軸が鉛直方向となるように構成された構造を備えることを特徴とする、
固体レーザ装置。
【請求項２】
前記共振器が、前記非線形光学結晶の出力側に設けられた出力ミラーと、前記固体レーザ媒質端面とにより構成されてい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】
金属ブロックを更に有し、
前記励起光源が前記金属ブロックに設けられていることを特徴とする
請求項１または２記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記金属ブロックに対して上下微動できる構造の第２のブロックを更に有し、
前記出力ミラーが当該第２のブロックに設けられていることを特徴とする、
請求項３記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記励起光源と前記ベース板との間に配置され、励起光を集光する光学系を更に有することを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ装置に係わり、特に、半導体励起固体レーザ装置の共振器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＨＧ（第二高調波発生）ブルーレーザ（発振波長４７３ｎｍ）を利用した非線形光学結晶を備えた従来の半導体励起固体レーザ装置を図２に示す。半導体レーザＬＤ１からの励起光１１が、集光レンズ系２の光学系によって、レーザ媒質３であるＮｄ：ＹＡＧ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ）の端面近傍に集光され、レーザ媒質３を励起している。レーザ媒質３のＮｄ：ＹＡＧの片端面と出力ミラー４とで共振器を形成しており、その内部に非線形光学結晶５であるＫＮｂＯ３結晶（以下、ＫＮ）を設置し、Ｎｄ：ＹＡＧの基本波である発振波長９４６ｎｍのＳＨＧである波長４７３ｎｍのブルーレーザを発振させる。出力ミラー４の後段にはビームスプリッタ４３とフォトダイオード４４が配置されており、ビームスプリッタ４３で分けたブルー光をフォトダイオード４４でモニタし、ＬＤ駆動回路４５にフィードバックをかけ、レーザ出力を一定に保つようにしている。このレーザ共振器は、金属製の共振器ベース１４上に構成されており、温度制御素子１５によって温度調整が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固体レーザ装置は、以上のように構成されており、光学的な各素子として、半導体レーザＬＤ１、集光レンズ系２、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）３、非線形光学結晶（ＫＮ）５、出力ミラー４に分けられ、この構成部品をメンテナンス上交換するたびに、光軸調整とレーザ発振調整が必要になる。図２に示すような各素子が水平に分離されて配置されていると、各素子の光軸を合わせる調整作業の時間と、ＬＤ１と集光レンズ系２とレーザ媒質３との相互距離、レーザ媒質３と非線形光学結晶５、及び出力ミラー４との共振器内の相互距離を合わせるレーザ発振調整の時間がかかるという問題がある。また非線形光学結晶（ＫＮ）５はアルミ製のホルダにマウントされて、共振器ベース１４上に備えられており、その下部の温度制御素子１５によって温度調整が行われているが、温度変化に敏感であり、位相整合がとりにくいという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、各光学素子の光軸調整やレーザ発振調整が短時間で容易にでき、しかも、非線形光学結晶（ＫＮ）５が温度制御素子による温度変化に影響されない構造で、位相制御ができる固体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の固体レーザ装置は、励起光源と、前記励起光源からの励起光によって励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質から発生した基本波により励振され高調波を発生する非線形光学結晶と、前記固体レーザ媒質及び前記非線形光学結晶を内包する共振器と、穴を有するベース板と、前記ベース板に設けられた温度制御素子とを有し、前記ベース板の穴上に、前記固体レーザ媒質と前記非線形光学結晶とが、光学的に密着され一体となって、前記固体レーザ媒質を下にして設けられ、前記共振器の光軸が鉛直方向となるように構成された構造を備えるものである。
更に、前記共振器が、前記非線形光学結晶の出力側に設けられた出力ミラーと、前記固体レーザ媒質端面とにより構成されていてもよく、金属ブロックを更に有し、前記励起光源が前記金属ブロックに設けられていることとしてもよく、前記金属ブロックに対して上下微動できる構造の第２のブロックを更に有し、前記出力ミラーが当該第２のブロックに設けられていることとしてもよく、前記励起光源と前記ベース板との間に配置され、励起光を集光する光学系を更に有することとしてもよい。
【０００６】
本発明の固体レーザ装置は上記のように構成されており、励起光源と、その励起光を集光する光学系と、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）の端面と出力ミラーで形成される共振器とを垂直に配置構成し、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）の上に非線形光学結晶（ＫＮ）を光学的に密着させ一体構成として、その上に出力ミラー、ビームスプリッタ、フォトダイオードを配置させる。これにより、半導体レーザ部、光学系、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）と非線形光学結晶（ＫＮ）の光軸調整が不要になり、レーザ発振調整は出力ミラーの調整と非線形光学結晶（ＫＮ）５の位相整合温度調整のみとなる。このため調整時間が大幅に短縮される。また、温度制御素子のホルダ周囲に、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）が載せられて配置され、そして、レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）の上に非線形光学結晶（ＫＮ）を光学的に密着させてあるので、非線形光学結晶（ＫＮ）の温度変化が温度制御素子による温度変化に対して緩やかになり、そのため位相整合が取りやすくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の固体レーザ装置の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本装置の断面を示す。半導体レーザＬＤ１と、集光レンズ系２と、リング状の温度制御素子４１と、光学的に一体となったレーザ媒質３と非線形光学結晶５と、出力ミラー４と、ビームスプリッタ４３ａとが垂直方向に配置されている。
ＬＤ１は、金属製ブロック４７内の中央最低部の所定の位置に設けられ、半導体レーザＬＤ１の光源から上方に、レンズの焦点距離だけ離れた中央位置に集光レンズ系２が金属枠（図示せず）に取付けられ、金属製ブロック４７の上方にリング状の温度制御素子４１が設けられ、その上にベース板４８が載せられ、そのベース板４８の中央の穴あき窪みに、レーザ媒質３と非線形光学結晶５とが光学的に密着され一体となって、レーザ媒質３を下にして設けられている。
集光レンズ系２からレーザ媒質３の表面までの距離は、ＬＤ１からの励起光が集光レンズ系２によって集光される位置になるように、ブロック４７及びベース板４８で機械的に寸法が設定される。
【０００８】
一方、ブロック４７の上部にブロック４６が組み立てられ、上部中央に出力ミラー４が設けられている。そして、ブロック４６は上下方向に、外部から機械的な操作で微動することができ、ブロック４７との相対位置が調整され、レーザ媒質３と出力ミラー間の距離が調整される。
そして、その上方にビームスプリッタ４３ａが設けられ、下方からのレーザ光の一部を水平方向に反射している。反射したレーザ光はフォトダイオード４４に入り、その信号がＬＤ駆動回路４５に帰還入力され、半導体レーザＬＤ１の駆動電流を制御し、安定したレーザビームを発振させる。
【０００９】
本装置の動作について説明する。半導体レーザ素子ＬＤ１からの励起光が、集光レンズ系２によって、レーザ媒質３（以下、Ｎｄ：ＹＡＧという）の端面近傍に集光され、Ｎｄ：ＹＡＧを励起する。そして、Ｎｄ：ＹＡＧの片端面と出力ミラー４とで共振器を形成する。そして、本装置ではレーザ媒質３の上部に非線形光学結晶５が光学的に密着され一体となっている。非線形光学結晶５としてＫＮｂＯ３結晶（以下、ＫＮという）が用いられ、レーザ媒質３（Ｎｄ：ＹＡＧ）から発生した基本波９４６ｎｍが、共振器内の非線形光学結晶５（ＫＮ）を励振し、第二高調波（ＳＨＧ）４７３ｎｍのブルーレーザ光を発振させる。
レーザ媒質３（Ｎｄ：ＹＡＧ）と非線形光学結晶５（ＫＮ）は光学的に一体となって、リング状の温度制御素子４１上部のベース板４８上に設けられ、温度制御素子４１によって、ブルー光が最大となるように温度制御が行なわれる。これによりレーザ媒質３（Ｎｄ：ＹＡＧ）は直接温度制御がされ、非線形光学結晶５（ＫＮ）は間接温度制御となることで、非線形光学結晶５（ＫＮ）の温度変化が温度制御素子４１による急峻な温度変化に対して緩やかになることで、位相整合が取りやくなる。
【００１０】
一方、出力ミラー４はブロック４６に設けられ、ブロック４６がブロック４７に対して外部から上下に微動できるように設計されており、レーザ媒質３と出力ミラー４の共振器の長さを調整することができる。またブロック４７は金属製の中空形状であり、内部のＬＤ１を帯電などによる静電破壊から保護している。
出力ミラー４は基本波９４６ｎｍを反射し、第二高調波４７３ｎｍを透過するように表面にコーティング処理が施されており、第二高調波が出力ミラー４を透過して外部に出力される。その出力の一部がビームスプリッタ４３ａで反射されてフォトダイオード４４に入力され、その信号がＬＤ駆動回路４５に帰還され、ＬＤ１の出力を一定にして安定させる。
【００１１】
上記の実施例では、非線形光学結晶５（ＳＨＧ）として、ＫＮｄＯ３を用いたが、ＬｉＢ３Ｏ５等のその他のＳＨＧ結晶を用いても良い。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の１０６４ｎｍの発振スペクトルとＳＨＧ結晶のＫＴｉＯＰＯ４を用いた５３２ｎｍの低ノイズグリーンレーザの発生も可能である。
また、レーザ媒質３として、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いたが、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶などのその他のレーザ媒質を用いても良い。
さらに、非線型光学結晶５の上にエタロンを設置することで、単一縦シングルモードレーザの実現が可能である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の固体レーザ装置は上記のように構成されており、レーザ光源、共振器を垂直に配置構成し、レーザ媒質の上に非線形光学結晶を光学的に密着させることで一体構成とし、その上に出力ミラー、ビームスプリッタ、フォトダイオードを配置させることで、従来のような半導体レーザ部、集光レンズ系、レーザ媒質と非線形光学結晶の光軸調整が不要になり、レーザ発振調整は出力ミラーの調整と非線形光学結晶の位相整合のための温度調整のみとなり、調整時間が大幅に短縮する。また、レーザ媒質を載せている金属製ベース板の周囲に温度制御素子を配置させ、レーザ媒質は直接温度制御、非線形光学結晶は間接温度制御することで、非線形光学結晶の温度変化が温度制御素子による温度変化に対して緩やかになり、位相整合が取りやすくなる。さらに、温度制御素子による急峻な温度変化によって、非線形光学結晶内に生じるドメインが生じなくなった。また、本装置は中空構造で且つ半導体レーザ部が筐体内にあるため、帯電などによる半導体レーザ素子の静電破壊が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の固体レーザ装置の一実施例を示す図である。
【図２】  従来の固体レーザ装置を示す図である。
【符号の説明】
１…ＬＤ                            ２…集光レンズ系
３…レーザ媒質                      ４…出力ミラー
５…非線形光学結晶                １１…励起光
１２…基本波                        １３…第二高調波
１４…共振器ベース                  １５…温度制御素子
１６…放熱板                        ４１…温度制御素子
４３…ビームスプリッタ              ４３ａ…ビームスプリッタ
４４…フォトダイオード              ４５…ＬＤ駆動回路
４６…ブロック                      ４７…ブロック
４８…ベース板
【図１】
0004382908.tif 000002
【図２】
0004382908.tif 000003