(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ（ＬＤ）からの出力光により固体レーザ媒質を励起するとともに、固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学素子を設置し、固体レーザ媒質から誘導放出される基本波の第二高調波を出力ミラーを介して外部に出力するように構成され、モニタ光を光検出器にて検出し、その検出出力が一定となるように半導体レーザの駆動電流を変化させて出力の安定化を行うレーザ装置において、光検出器の受光面の前段に受光面に入射するモニタ光の干渉を除去する手段を設け、前記モニタ光の干渉を除去する手段は、前記光検出器の入力面を構成するガラス基板に形成されたスリ面からなることを特徴とするＬＤ励起固体レーザ装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＤ励起固体レーザ装置の出力安定化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザからの出力光（以下適宜「ＬＤ光」と称する）を集光して固体レーザ媒質に照射し、この固体レーザ媒質から誘導放出される基本波を、光共振器内に収容した非線形光学結晶に照射することにより、第二高調波（以下適宜「ＳＨ波」と称する）を生成し、その第二高調波を光共振器内で発振させ出力ミラーを介して外部に出力するようにした波長変換固体レーザ装置が知られている。
【０００３】
この具体例を図３及び図４により説明する。図３に示すように、半導体レーザ３１からの出力光は、コリメータレンズ３２ａ及びフォーカスレンズ３２ｂを介して固体レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）３３に照射される。固体のレーザ媒質３３の片面には、半導体レーザ３１からのＬＤ光を透過させ、固体のレーザ媒質３３から誘導放出される基本波及びそのＳＨ波を高反射率のもとに反射させる高反射コーティング膜が形成されており、この高反射コーティング膜と出力ミラー３６との間で光共振器が構成されている。
【０００４】
光共振器の内部には、ＳＨ波発生用の非線形光学素子（以下「ＳＨＧ」ともいう、例えばＫＮｂＯ３）３５が挿入されており、半導体レーザ３１からの出力光で固体のレーザ媒質３３を励起することによって誘導放出された基本波が、非線形光学素子３５に照射されることにより、第二高調波が生成される。出力ミラー３６はＳＨ波を主として透過させ、従ってこの出力ミラー３６を介してＳＨ波が光共振器外に出力される。
【０００５】
この光共振器外に出力されたＳＨ波から、出力ミラー３６に近接配置されたビームサンプラー３７によって、その一部が所定の割合でモニタ光Ｌｍとして分離されて光検出器３８に導かれ、その強度が検出される。この検出結果は、レーザコントローラ３９にフィードバックされ、ＳＨ波出力を一定に保持するようにＬＤ電流が制御される。また装置の主要部はレーザコントローラ３９により所定温度に制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成においては、図４に示すように、光検出器３８に入射するモニタ光の検出に重大な問題がある。光検出器３８の受光面３８ａはケーシング３８ｂ内に配置され、受光面保護用樹脂３８ｃ、ガラス基板３８ｄで覆われているが、モニタ光Ｌｍが保護用樹脂３８ｃやガラス基板３８ｄの内部で多重反射し干渉する状態が生じる。モニタ光が干渉する場合には、受光面保護用の樹脂やガラス基板のわずかな温度変化やモニタ光のわずかな入射角度変化が生じても、モニタ光が受光面３８ａに入射する迄の干渉条件が変化し、出力光強度（Ｌｏ）が一定であってもＰＤ受光面３８ａに入射する有効なモニタ光の強度Ｌｅが変動する。
【０００７】
従って、レーザ出力光強度Ｌｏに対する有効なモニタ光強度Ｌｅの比率Ｌｅ／Ｌｏが変動することとなり、レーザ出力光強度Ｌｏが安定している場合でもモニタ光強度検出値が変動する。モニタ光強度検出値が変動すると、これを一定に保持するようにレーザコントローラ３９によりＬＤ駆動電流が制御され、モニタ光が本来の機能に反して、上記の光干渉の影響に応じてレーザ出力Ｌｏの変動を招くという結果を生じさせることになる。
本発明は、光検出器受光面に入射する有効なモニター光の強度の割合が保護用樹脂やガラス基板のわずかな温度変化などの影響によっても変動せず、出力の安定なＬＤ励起固体レーザ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＬＤ励起固体レーザ装置は、半導体レーザからの出力光により固体レーザ媒質を励起するとともに、固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学素子を設置し、固体レーザ媒質から誘導放出される基本波の第二高調波を出力ミラーを介して外部に出力するように構成され、その出力の所定の一部を光検出器にて検出し、その検出出力が一定となるように半導体レーザの駆動電流を変化させて出力の安定化を行うレーザ装置において、光検出器の受光面の前段に受光面に入射するモニタ光の干渉を除去する手段を設けたものであり、干渉除去手段としては、受光面保護用樹脂やガラス基板の一面または両面をスリ面状にし、モニタ光を拡散させることにより、或いは受光面保護用の樹脂やガラス基板を楔形にすることが好適である。
上記手段により、モニタ光の干渉が無くなり、受光面保護用の樹脂やガラス基板のわずかな温度変化やモニタ光の入射角度変化が多少生じた場合においてもレーザ出力は変動しない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例のＬＤ励起固体レーザ装置のシステム構成例図、図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図１の一部（ＰＤ）の詳細図である。
図１において、１は固体レーザ媒質を励起するための半導体レーザ、２（２ａ、２ｂ）は半導体レーザ１からの光を固体レーザ媒質に照射するための光学系で、２ａはコリメータレンズ、２ｂはフォーカスレンズである。３は固体レーザ媒質であり、例えばＮｄ：ＹＡＧを用いる。５は固体のレーザ媒質３の出力からＳＨ波を発生させるための非線形光学素子であり、例えばＫＮｂＯ３を用いる。６は出力ミラーで上記のＳＨ波を透過させ基本波を反射させる特性を有するものが用いられる。固体のレーザ媒質３の前端面には、半導体レーザ１からのＬＤ光を透過させ、固体のレーザ媒質３から誘導放出される基本波及びそのＳＨ波を高反射率のもとに反射させる高反射コーティング膜３ａが形成されている。以上の高反射コーティング膜３ａと出力ミラー６とでＳＨ波に対する光共振器を形成する。
【００１０】
７は出力ミラー６に近接配置されたビームサンプラーであり、出力ミラー６のＳＨ波出力Ｌを実際のＳＨ波出力（透過光）Ｌｏとモニタ光ＳＨ波（反射光）Ｌｍとに所定の割合で分離する。８はモニタ光Ｌｍの強度を検出するための光検出器、９はレーザ光出力Ｌｏを所定に制御するためのレーザコントローラであり、光検出器８による検出結果がドライバ９にフィードバックされ、ＳＨ波出力Ｌｏを一定に保持するようにＬＤ電流を制御する。
【００１１】
以上のシステム構成において、本発明では、光検出器８の受光面８ａ前段に受光面に入射するモニタ光の多重反射を防止しモニタ光の干渉を除去する手段を設けている。このモニタ光干渉除去手段Ｓ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の具体的実施態様を図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）にそれぞれ示す。図２の（Ａ）は、光検出器８の入力面を構成するガラス基板８ｄにスリ面（Ｓ１）を形成したものである。このスリ面Ｓ１は受光面８ａに対向する範囲だけでなく、ガラス基板８ｄ全面に形成することが望ましい。なお、スリ面Ｓ１は図では表面（入射面）に形成しているが、内面（出射面）または両面に形成しても良い。このスリ面Ｓ１により、検出器８に入射するモニタ光Ｌｍはスリ面で拡散光となり、またばらばらの位相で受光面８ａに到達するので、干渉を生じることはない。
【００１２】
図２の（Ｂ）は、光検出器８の入力面側に設ける光干渉除去手段Ｓとして、光検出器８の入力面を構成するガラス基板８ｄを受光面３８ａに対して斜面Ｓ２とし、樹脂層及びガラス基板を楔型状に形成したものである。この楔型形状によって、入射したモニタ光が反射する毎に光路長が次第に変化し、干渉を生じる可能性は殆どなくなる。この場合、ガラス基板８ｄの傾斜方向は、図の如くモニタ光Ｌｍに近づく方向とすることが望ましいが、遠ざかる方向に傾斜させる構成としてもよい。
【００１３】
図２の（Ｃ）は、光検出器８の入力面側に設ける光干渉除去手段Ｓとして、光検出器８の入力面を構成するガラス基板８ｄの外側近傍に光拡散板（Ｓ３）を設けたものである。光拡散板Ｓ３は、ガラス基板８ｄの全面に対向して平行に設けるが、場合により図２の（Ｂ）の方式と併用し、光拡散板（Ｓ３）自体を若干斜面状に配置してもよい。
なお、本発明の要点ではないが、この実施の形態においては、半導体レーザ１の出力波長は例えば８０９ｎｍとし、固体のレーザ媒質３にＮｄ：ＹＡＧを用いてレーザ基本波を９４６ｎｍ、そのＳＨ波（非線形光学素子：ＫＮｂＯ３）を４７３ｎｍとしている。
【００１４】
以上の構成のうち、フォーカスレンズ２ｂ、固体のレーザ媒質３、エタロン、非線形光学素子５、出力ミラー６及びビームサンプラー７は共通のベース板（図示せず）上に固着されている。このベース板には、温度センサが埋め込まれており、またベース板の下面側には、放熱板が熱的に連結された温度調節用のペルチェ素子が配置されている。温度計の温度検出値Ｋは、レーザコントローラ９にフィードバックされ、ベース板の温度、つまり非線形光学素子５の温度を一定保持するように、ペルチェ素子の駆動電流が制御される。
【００１５】
次に、本発明装置の動作について説明する。
半導体レーザ１からの出力光は、コリメータレンズ２ａ及びフォーカスレンズ２ｂを介して固体レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）３に照射される。半導体レーザ１からの出力光で固体のレーザ媒質３を励起することによって誘導放出された基本波が、非線形光学素子５に照射されることにより、第二高調波が生成される。出力ミラー６はＳＨ波を主として透過させ、従ってこの出力ミラー６を介してＳＨ波Ｌが光共振器外に出力される。
【００１６】
この光共振器外に出力されたＳＨ波Ｌは、出力ミラー６に近接配置されたビームサンプラー７によって、実際の出力光Ｌｏとモニタ光Ｌｍとに所定の割合で分離され、モニタ光Ｌｍが光検出器８に導かれ、その強度が検出される。
このモニタＬｍの検出においては、光検出器８において受光面８ａの前段に、受光面に入射するモニタ光の多重反射を防止しモニタ光の干渉を除去する手段Ｓ、例えばスリ面Ｓ１を設けたことにより、検出器８に入射するモニタ光Ｌｍは入射面で拡散光となり、ばらばらの位相で受光面８ａに到達するので、干渉を生じることが防止され、レーザ出力光強度Ｌｏに対する有効なモニタ光強度Ｌｅの比率Ｌｅ／Ｌｏが所定に保たれ、レーザ出力光強度Ｌｏが安定している限りモニタ光強度検出値が変動せず、またモニタ光強度検出値が変動すると、これを一定に保持するようにコントローラ９によりＬＤ駆動電流が制御され、モニタ光が本来の機能を果たし、レーザ出力Ｌｏが安定に維持される。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＬＤ励起波長変換固体レーザ装置によれば、光検出器の受光面の前段に受光面に入射するモニタ光の多重反射防止しモニタ光の干渉を除去する手段を設けたことにより、樹脂やガラス基板の内部で多重反射による干渉が起こらないため、出力が安定な限りＰＤの出力が変動することはない。従って、受光面保護用の樹脂やガラス基板温度変化やモニタ光の入射角度変化が多少生じた場合においてもレーザ出力は変動しない。従って、環境温度変化に強いＬＤ励起固体レーザ装置を構成できる。
【符号の説明】
ＬＤ：半導体レーザ
２ａ：ＬＤ光用コリメータレンズ
２ｂ：ＬＤ光用集光レンズ
３：レーザ媒質（Ｎｄ  ＹＡＧ結晶）
５：非線形結晶（ＫＮｂＯ３結晶）
６：出力ミラー
７：ビームサンプラー
８：ホトダイオード
９：レーザコントローラ
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のＬＤ励起固体レーザ装置の概略システム構成図である。
【図２】本発明装置ＬＤ励起固体レーザ装置の要部の実施態様を示す。
【図３】従来のＬＤ励起固体レーザ装置の構成例を示す。
【図４】従来のＬＤ励起固体レーザ装置の動作説明用図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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