JP3282221B2 - Laser light generator - Google Patents
Laser light generatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光発生装置に関
し、特に、レーザダイオード等の励起光源素子からの励
起光ビームをネオジミウム系固体レーザ共振器に入射し
てレーザ光を発生するレーザ光発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam generator, and more particularly to a laser beam generator for generating a laser beam by irradiating a neodymium solid laser resonator with an excitation beam from an excitation light source element such as a laser diode. Related to the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】共振器内部の高いパワー密度を利用して
効率良く波長変換を行うことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型のSHG(第2高調波発生)
や、レーザ共振器内部の非線形光学素子によるSHG等
が試みられている。2. Description of the Related Art It has been conventionally proposed to efficiently perform wavelength conversion using a high power density inside a resonator. For example, an external resonance type SHG (second harmonic generation) has been proposed.
Also, SHG using a nonlinear optical element inside a laser resonator has been attempted.
【0003】レーザ共振器内第2高調波発生タイプの例
としては、共振器を構成する少なくとも1対の反射鏡の
間にレーザ媒質及び非線形光学結晶素子を配置したもの
が知られている。このタイプのレーザ光発生装置の場合
には、共振器内部の非線形光学結晶素子において、基本
波レーザ光に対して第2高調波レーザ光を位相整合させ
ることにより、効率良く第2高調波レーザ光を取り出す
ことができる。As an example of the second harmonic generation type in a laser resonator, there is known a laser resonator in which a laser medium and a nonlinear optical crystal element are arranged between at least one pair of reflectors constituting a resonator. In the case of this type of laser beam generator, the second harmonic laser beam is efficiently matched by phase matching the second harmonic laser beam with the fundamental laser beam in the nonlinear optical crystal element inside the resonator. Can be taken out.
【0004】上記位相整合を実現する方法としては、基
本波レーザ光及び第2高調波レーザ光間にタイプI又は
タイプIIの位相整合条件を成り立たせるようにする。す
なわち、タイプIの位相整合は、基本波レーザ光の常光
線を利用して、同一方向に偏光した2つの光子から周波
数が2倍の1つの光子を作るような現象を生じさせるこ
とを原理とするものである。これに対して、タイプIIの
位相整合は、互いに直交する2つの基本波固有偏光を非
線形光学結晶素子に入射することにより、2つの固有偏
光についてそれぞれ位相整合条件を成り立たせるように
するもので、基本波レーザ光は非線形光学結晶素子の内
部において常光線及び異常光線に分かれて第2高調波レ
ーザ光の異常光線に対して位相整合を生じる。As a method for realizing the above-mentioned phase matching, a type I or type II phase matching condition is established between the fundamental laser light and the second harmonic laser light. In other words, type I phase matching is based on the principle that the ordinary ray of the fundamental laser light is used to generate a phenomenon in which two photons polarized in the same direction produce one photon whose frequency is doubled. Is what you do. On the other hand, type II phase matching is such that two fundamental wave eigenpolarizations orthogonal to each other are incident on a nonlinear optical crystal element so that phase matching conditions are satisfied for the two eigenpolarizations, respectively. The fundamental wave laser light is divided into an ordinary ray and an extraordinary ray inside the nonlinear optical crystal element, and phase-matches to the extraordinary ray of the second harmonic laser beam.
【0005】ところが、タイプIIの位相整合条件を用い
て第2高調波レーザ光を発生させようとする場合、基本
波レーザ光が非線形光学結晶素子を繰り返し通る毎に基
本波レーザ光の固有偏光の位相が変化するため、第2高
調波レーザ光の発生を安定に継続し得なくなる虞れがあ
る。However, when the second harmonic laser light is to be generated using the type II phase matching condition, each time the fundamental laser light repeatedly passes through the nonlinear optical crystal element, the characteristic polarization of the fundamental laser light is changed. Since the phase is changed, there is a possibility that the generation of the second harmonic laser light cannot be stably continued.
【0006】すなわち、レーザ媒質において発生された
基本波レーザ光が共振動作によって非線形光学結晶素子
を繰り返し通過する毎に、直交する固有振動(すなわち
p波成分及びs波成分)の位相がそれぞれずれてゆく
と、共振器の各部において基本波レーザ光が効率良く互
いに強め合うような定常状態が得られなくなることによ
り、強い共振状態(強い定在波)を形成できなくなり、
結果として基本波レーザ光の第2高調波レーザ光への変
換効率が劣化すると共に、第2高調波レーザ光にノイズ
を生じさせる虞れがある。That is, each time the fundamental laser light generated in the laser medium repeatedly passes through the nonlinear optical crystal element by the resonance operation, the phases of the orthogonal natural vibrations (that is, the p-wave component and the s-wave component) are shifted. Eventually, in each part of the resonator, a fundamental state cannot be obtained in which the fundamental laser beams efficiently reinforce each other, so that a strong resonance state (strong standing wave) cannot be formed,
As a result, the conversion efficiency of the fundamental laser light into the second harmonic laser light may be degraded, and noise may be generated in the second harmonic laser light.
【0007】そこで、本件出願人は、特開平1−220
879号公報において、非線形光学結晶素子によって第
2高調波レーザ光を発生するようになされたレーザ光源
において、基本波レーザ光の共振光路中に、1/4波長
板等の複屈折性素子を挿入することにより、出力レーザ
光として出射する第2高調波レーザ光を安定させるよう
にしたレーザ光源を提案している。Accordingly, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-220.
No. 879, a birefringent element such as a quarter-wave plate is inserted in a resonance optical path of a fundamental laser light in a laser light source configured to generate a second harmonic laser light by a nonlinear optical crystal element. By doing so, a laser light source that stabilizes the second harmonic laser light emitted as output laser light has been proposed.
【0008】図5は、上記特開平1−220879号公
報に開示されたレーザ光源、すなわちレーザ光発生装置
の一例を示している。この図5に示すレーザ光発生装置
は、Nd:YAGを用いたレーザ媒質(レーザロッド)
102の入射面に形成された反射面(ダイクロイックミ
ラー)103と、出力用凹面鏡104の内側の反射面
(ダイクロイックミラー)とから成る共振器101を有
しており、この共振器101内に、Nd:YAGのレー
ザ媒質102と、KTP(KTiOPO4 )より成る非
線形光学結晶素子106と、例えば水晶板により構成さ
れた1/4波長板である複屈折素子107とが配置され
ている。FIG. 5 shows an example of the laser light source disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-220879, that is, a laser light generator. The laser light generator shown in FIG. 5 is a laser medium (laser rod) using Nd: YAG.
The resonator 101 includes a reflecting surface (dichroic mirror) 103 formed on the incident surface of the light emitting device 102 and a reflecting surface (dichroic mirror) inside the concave concave mirror 104 for output. : A YAG laser medium 102, a nonlinear optical crystal element 106 made of KTP (KTiOPO 4 ), and a birefringent element 107 which is a quarter-wave plate made of, for example, a quartz plate.
【0009】この共振器101内のレーザ媒質102
は、その入射面103に、励起用半導体レーザ111か
ら射出された励起用レーザ光が、コリメータレンズ11
2、対物レンズ113を通って入射されることにより、
基本波レーザ光LA(ω)を発生する。この基本波レー
ザ光LA(ω)は、非線形光学結晶素子106、複屈折
素子107を通って凹面鏡104の反射面で反射され、
再び複屈折素子107、非線形光学結晶素子106、レ
ーザ媒質102を順次通って上記入射面(反射面)10
3で反射される。従って、基本波レーザ光LA(ω)
は、共振器101のレーザ媒質102の入射面の反射面
103と出力用凹面鏡104の内側の反射面との間を往
復するように共振動作することになる。The laser medium 102 in the resonator 101
The excitation laser light emitted from the excitation semiconductor laser 111 is incident on the incidence surface 103 of the collimator lens 11.
2. By being incident through the objective lens 113,
A fundamental laser light LA (ω) is generated. This fundamental laser light LA (ω) passes through the nonlinear optical crystal element 106 and the birefringent element 107 and is reflected by the reflecting surface of the concave mirror 104,
Again through the birefringent element 107, the nonlinear optical crystal element 106, and the laser medium 102, the incident surface (reflective surface) 10
It is reflected at 3. Therefore, the fundamental laser light LA (ω)
Will resonate so as to reciprocate between the reflection surface 103 of the laser medium 102 of the resonator 101 and the reflection surface inside the concave concave mirror 104 for output.
【0010】上記1/4波長板のような複屈折素子10
7は、光の伝播方向に垂直な面内において、図6に示す
ように、異常光方向屈折率ne(7)の方向が、非線形光学
結晶素子106の異常光方向屈折率ne(6)の方向に対し
て所定の方位角θだけ、例えばθ=45°だけ傾くよう
な光軸位置に設定される。A birefringent element 10 such as the above-mentioned quarter-wave plate
7, in the plane perpendicular to the direction of light propagation, as shown in FIG. 6, the direction of the extraordinary light direction refractive index n e (7) is extraordinary light direction refractive index n e of the nonlinear optical crystal element 106 (6 ) Is set at an optical axis position inclined by a predetermined azimuth angle θ with respect to the direction of, for example, θ = 45 °.
【0011】以上の構成において、基本波レーザ光LA
(ω)は共振光路を通って非線形光学結晶素子106を
通過する際に第2高調波レーザ光LA(2ω)を発生さ
せ、この第2高調波レーザ光LA(2ω)が凹面鏡10
4を透過して、出力レーザ光として送出される。In the above configuration, the fundamental laser light LA
(Ω) generates the second harmonic laser light LA (2ω) when passing through the nonlinear optical crystal element 106 through the resonance optical path, and this second harmonic laser light LA (2ω) is generated by the concave mirror 10.
4 and transmitted as output laser light.
【0012】この状態において、基本波レーザ光LA
(ω)を形成する各光線は、非線形光学結晶素子106
に対して方位角θ=45°だけ傾いた方位に設定された
複屈折素子(基本波の1/4波長板)107を通ること
により、共振器101の各部におけるレーザ光のパワー
は所定のレベルに安定化される。これは、レーザ媒質1
02で発生した基本波レーザ光LA(ω)を非線形光学
結晶素子106を通過するように共振動作させてタイプ
IIの第2高調波レーザ光LA(2ω)を発生させる際
に、基本波レーザ光LA(ω)の互いに直交する2つの
固有偏光モード間の和周波発生によるカップリングを複
屈折素子107により抑制することにより、発振を安定
化させるものである。In this state, the fundamental laser light LA
Each light beam forming (ω) is applied to the nonlinear optical crystal element 106
Through the birefringent element (a quarter-wave plate of a fundamental wave) 107 set at an azimuth angle θ = 45 ° with respect to the laser beam, the power of the laser beam in each part of the resonator 101 becomes a predetermined level. Is stabilized. This is the laser medium 1
02 is operated by resonance so that the fundamental laser light LA (ω) generated in
When the II second harmonic laser light LA (2ω) is generated, the birefringent element 107 suppresses the coupling due to the generation of the sum frequency between the two eigenpolarization modes orthogonal to each other of the fundamental laser light LA (ω). This stabilizes the oscillation.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】ところで、等方的固体
レーザ媒質を用いる場合、上記1/4波長板を励起光側
におき、共振器の反対側に、位相遅延量π/2の素子
を、互いに45度光軸の回りに回転して配置することに
より、固体レーザ媒質中の空間的ホールバーニングを低
減し、縦モード数を減少させて、共振器内SHGレーザ
を安定化する方法が有望視されている。When an isotropic solid-state laser medium is used, the 1 / wavelength plate is placed on the pumping light side, and an element having a phase delay of π / 2 is placed on the opposite side of the resonator. Promising method to reduce spatial hole burning in solid-state laser medium, reduce the number of longitudinal modes, and stabilize SHG laser in cavity by arranging 45 degrees around optical axis with each other Have been watched.
【0014】このとき、励起光源は直線偏光であるた
め、固体レーザ媒質に励起光が入射する際、1/4波長
板の表面、裏面、及び固体レーザ媒質表面で一部が反射
する。この反射光が光源に戻ると、光源が不安定にな
り、固体レーザ媒質の低周波数でのノイズレベルも上昇
する。このとき、戻り光の偏光が出射光と直交している
と影響が小さいことが知られているが、従来用いられて
きた1/4波長板の場合には、表面反射は入射光と同偏
光で、裏面反射及び固体レーザ媒質からの反射光は1/
4波長板内を往復して楕円偏光となっているため、PB
S(偏光ビームスプリッタ)、偏光プリズム等により同
時に除去すること、又は必要ならば他の偏光素子と組み
合わせて直交偏光とすることは不可能であった。また、
全ての戻り光の偏光状態を同一に制御することは、貼り
合わせ波長板で原理的に可能であるが、接着剤の耐久
性、光学ロスの点から不利であった。At this time, since the excitation light source is linearly polarized light, when the excitation light is incident on the solid-state laser medium, the excitation light is partially reflected on the front surface, the back surface, and the surface of the solid-state laser medium. When the reflected light returns to the light source, the light source becomes unstable, and the noise level of the solid-state laser medium at low frequencies also increases. At this time, it is known that the influence is small if the polarization of the return light is orthogonal to the outgoing light. However, in the case of a conventionally used quarter-wave plate, the surface reflection is the same as that of the incident light. Where the reflected light from the back surface and the reflected light from the solid-state laser medium are 1 /
Since the light is reciprocated in the four-wavelength plate and becomes elliptically polarized light, PB
It has not been possible to simultaneously remove the light with an S (polarizing beam splitter), a polarizing prism, or the like, or to combine it with another polarizing element to make orthogonally polarized light if necessary. Also,
Although it is possible in principle to control the polarization state of all return light with a bonded wave plate, it is disadvantageous in terms of durability of the adhesive and optical loss.
【0015】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、レーザ共振器からの戻り光の除去または
影響低減が可能で、光学ロスが小さく、耐久力も高いよ
うなレーザ光発生装置の提供を目的とするものである。The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to remove or reduce the influence of return light from a laser resonator, to reduce the optical loss and to increase the durability. The purpose is to provide.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、安定化のために用いられる共振器内1/4波
長板として、ネオジミウム系固体レーザ共振器からの励
起戻り光の偏光状態を一定にし、戻り光除去又は励起光
源への影響を低減するために、固体レーザ発振波長で正
確に1/4波長板、励起波長で概略0、1又は1/2波
長板として動作する水晶の単板を用いることにより、上
述の課題を解決する。According to the present invention, there is provided a laser light generating apparatus, comprising: a quarter-wave plate in a resonator used for stabilization; a polarization state of excitation return light from a neodymium-based solid-state laser resonator; In order to keep the constant and reduce the influence on the return light or the excitation light source, a quartz crystal that operates exactly as a 1/4 wavelength plate at the solid-state laser oscillation wavelength and approximately 0, 1 or 1/2 wavelength plate at the excitation wavelength. By using a veneer, the above-mentioned problem is solved.
【0017】ここで、上記ネオジミウム系固体レーザ共
振器のレーザ媒質としては、Nd:YAG、Nd:YV
O4 、LNP、Nd:BEL等が用いられる。第2高調
波発生のためには、レーザ共振器内に非線形光学結晶素
子、例えば、KTP、LN、BBO、LBO等を配置す
ればよい。この第2高調波発生(SHG)レーザ光源と
なるレーザ共振器としては、励起光によって励起される
レーザ媒質において発生した基本波レーザ光を共振器内
部に設けられた非線形光学結晶素子を通過するように共
振動作させることにより、タイプIIの第2高調波レーザ
光を発生させると共に、上記基本波レーザ光の2つの偏
光モード間の和周波発生によるカップリングを抑制して
2モードで安定な発振を行わせるために、上記共振器内
1/4波長板が用いられる。Here, the laser medium of the neodymium-based solid-state laser resonator is Nd: YAG, Nd: YV
O 4 , LNP, Nd: BEL or the like is used. In order to generate the second harmonic, a nonlinear optical crystal element, for example, KTP, LN, BBO, LBO, or the like may be arranged in the laser resonator. As a laser resonator serving as a second harmonic generation (SHG) laser light source, a fundamental laser beam generated in a laser medium excited by pump light passes through a nonlinear optical crystal element provided inside the resonator. In addition to generating the second harmonic laser light of type II by performing the resonance operation, the coupling due to the generation of the sum frequency between the two polarization modes of the fundamental laser light is suppressed, and stable oscillation in two modes is performed. For this purpose, the above-described intra-cavity quarter-wave plate is used.
【0018】上記共振器内1/4波長板は、上記励起光
波長と上記固体レーザ媒質の発振波長とに応じて、切り
出し方向と厚みの関係式を個別に指定された水晶の単板
を用いることが好ましい。また、上記レーザ共振器内に
上記固体レーザ媒質の発振レーザ光の高調波レーザ光を
発生する非線形光学結晶素子を設けることが好ましい。
さらに、上記励起光源素子と上記レーザ共振器との間
に、偏光ビームスプリッタと、上記励起光に対する1/
4波長板とから成る戻り光制御手段を配置することが好
ましい。As the quarter-wave plate in the resonator, a single crystal plate in which a relational expression between a cutting direction and a thickness is individually designated according to the excitation light wavelength and the oscillation wavelength of the solid-state laser medium is used. Is preferred. Preferably, a nonlinear optical crystal element for generating a harmonic laser light of the oscillation laser light of the solid laser medium is provided in the laser resonator.
Further, a polarizing beam splitter is provided between the pump light source element and the laser resonator, and a 1 /
It is preferable to arrange a return light control means including a four-wavelength plate.
【0019】[0019]
【作用】レーザ共振器から励起光源素子に戻る励起光
(戻り光)の大部分を同一偏光にすることができ、他の
偏光素子等を用いた戻り光制御手段を設けること等によ
り、戻り光の除去、又は影響低減が可能となる。また、
共振器内1/4波長板を水晶の単板で作成することによ
り、光学ロスが小さく、共振器内レーザパワーに対する
耐久力に優れている。The most part of the excitation light (return light) returning from the laser resonator to the excitation light source element can be made to have the same polarization, and the return light can be provided by providing return light control means using another polarization element or the like. Can be removed or the effect can be reduced. Also,
By forming the quarter-wave plate in the resonator with a single crystal plate, optical loss is small and the durability against laser power in the resonator is excellent.
【0020】[0020]
【実施例】図1は、本発明に係るレーザ光発生装置の一
実施例の概略構成を示す構成図である。この図1におい
て、励起光源素子としての半導体レーザ素子であるレー
ザダイオード11から、励起光としてのレーザ光が出射
される。この励起レーザ光は、コリメータレンズ12C
で平行光とされ、後述する戻り光制御部20を介し、集
光(フォーカシング)レンズ12Fで集光された後、ネ
オジミウム系固体レーザ共振器13の凹面鏡14及び1
/4波長板15を介して、例えばNd:YAGを用いた
ネオジミウム系固体レーザ媒質16に入射される。レー
ザ共振器13の励起光入射側の凹面鏡14は、内側の凹
面が反射面14Rとなっている。FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a laser beam generator according to the present invention. In FIG. 1, laser light as excitation light is emitted from a laser diode 11 which is a semiconductor laser element as an excitation light source element. This excitation laser light is transmitted through a collimator lens 12C.
Are collimated by a condensing (focusing) lens 12F via a return light control unit 20, which will be described later, and then the concave mirrors 14 and 1 of the neodymium solid laser resonator 13
The light is incident on a neodymium-based solid-state laser medium 16 using, for example, Nd: YAG via a quarter-wave plate 15. The concave mirror 14 on the excitation light incident side of the laser resonator 13 has an inner concave surface serving as a reflection surface 14R.
【0021】1/4波長板15は、後述するようにレー
ザ共振器内で発振する基本波レーザ光波長に対して正確
に1/4波長板となっているが、レーザダイオード11
からの励起光の波長に対しては、概略0、1又は1/2
波長板として動作する波長板素子であり、水晶の単板で
形成されている。レーザ媒質16は、上記励起光に入射
に応じて基本波レーザ光LA(ω)を発生し、この基本
波レーザ光LA(ω)が、例えばKTP(KTiOPO
4 )を用いた非線形光学結晶素子17を通って平面鏡1
8に達し、反射面18Rで反射される。The quarter-wave plate 15 is exactly a quarter-wave plate with respect to the fundamental laser light wavelength oscillating in the laser resonator, as will be described later.
About 0, 1 or 1/2 for the wavelength of the excitation light from
It is a wave plate element that operates as a wave plate, and is formed of a single quartz plate. The laser medium 16 generates a fundamental laser beam LA (ω) in accordance with the incidence of the excitation light, and the fundamental laser beam LA (ω) is, for example, KTP (KTiOPO).
4 ) The plane mirror 1 passes through the nonlinear optical crystal element 17 using
8 and is reflected by the reflecting surface 18R.
【0022】KTPのような非線形光学結晶素子17
は、タイプIIの位相整合により、上記基本波レーザ光L
A(ω)の2倍の周波数の第2高調波レーザ光LA(2
ω)を発生する。例えば基本波レーザ光LA(ω)の波
長λを1064nmとすると、第2高調波レーザ光LA
(2ω)の波長はλ/2の532nmとなる。凹面鏡1
4の反射面14Rは、上記励起光(例えば波長810n
m)を透過し、レーザ媒質16で発生した基本波レーザ
光LA(ω)を反射するような特性を有し、平面鏡18
の反射面18Rは、基本波レーザ光LA(ω)を反射
し、第2高調波レーザ光LA(2ω)を透過するような
特性を有している。これらの反射面14R、18Rは、
いわゆるダイクロイックミラーにより形成できる。従っ
て、レーザ媒質16で発生した基本波レーザ光LA
(ω)は、レーザ共振器13の反射面14Rと反射面1
8Rとの間を往復進行し、レーザ光の発振が行われる。
なお、上記1/4波長板15は、非線形光学結晶素子1
7に対して方位角θ=45°だけ傾いた方位に設定され
ており、後述するように、共振器13の各部におけるレ
ーザ光のパワーを安定化するためのものである。Nonlinear optical crystal element 17 such as KTP
Is the fundamental wave laser light L
A (ω) is a second harmonic laser light LA (2
ω). For example, if the wavelength λ of the fundamental laser light LA (ω) is 1064 nm, the second harmonic laser light LA
The wavelength of (2ω) is 532/2 of λ / 2. Concave mirror 1
4 reflects the excitation light (for example, wavelength 810n).
m) and has a characteristic of reflecting the fundamental laser light LA (ω) generated by the laser medium 16,
Has a characteristic of reflecting the fundamental laser light LA (ω) and transmitting the second harmonic laser light LA (2ω). These reflecting surfaces 14R, 18R
It can be formed by a so-called dichroic mirror. Therefore, the fundamental laser light LA generated in the laser medium 16
(Ω) denotes the reflection surface 14R of the laser resonator 13 and the reflection surface 1
8R, the laser beam oscillates.
The quarter-wave plate 15 is used for the nonlinear optical crystal element 1.
The azimuth angle is set at an azimuth θ = 45 ° with respect to 7, and as described later, is for stabilizing the power of the laser beam in each part of the resonator 13.
【0023】ここで、上記1/4波長板15は、本件出
願人が、先に特開平1−220879号公報や、特願平
2−125854号の明細書及び図面、特願平3−17
068号の明細書及び図面等において開示した技術に基
づき用いられる複屈折性素子であり、非線形光学結晶素
子17に対して方位角θ=45°だけ傾いた方位に設定
された1/4波長板15を通ることにより、共振器13
の各部におけるレーザ光のパワーを安定化するためのも
のである。The applicant of the present invention has disclosed the above-mentioned quarter-wave plate 15 in the specification and drawings of Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-220879 and Japanese Patent Application No. 2-125854, and Japanese Patent Application No. 3-17 / 1990.
No. 068, which is a birefringent element used based on the technology disclosed in the drawings and the like, and is a 波長 wavelength plate set to an azimuth θ = 45 ° with respect to the nonlinear optical crystal element 17. 15, the resonator 13
The purpose of this is to stabilize the power of the laser light in each part of the above.
【0024】すなわち、この1/4波長板15を挿入す
ることにより、 (i)和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。 (ii)2つの偏光モード間で空間位相差が90°となる
ので、2つの偏光モードが発振することにより空間的ホ
ールバーニング効果を抑止でき、縦2モード(偏光2モ
ード)の安定発振が得られる。 という作用効果が得られるものである。That is, by inserting the quarter-wave plate 15, (i) non-linear coupling between the polarization modes due to the generation of the sum frequency is eliminated, and mode competition between the polarization modes can be prevented. (Ii) Since the spatial phase difference between the two polarization modes is 90 °, the two polarization modes oscillate, so that the spatial hole burning effect can be suppressed, and a stable longitudinal two-mode (polarization two mode) oscillation can be obtained. Can be The operation and effect described above can be obtained.
【0025】次に、コリメータレンズ12Cとフォーカ
シングレンズ12Fとの間に配置される戻り光制御部2
0は、レーザダイオード11からの励起光に対する1/
4波長板21と偏光ビームスプリッタ22とを有して成
り、コリメータレンズ12C側に偏光ビームスプリッタ
22が、フォーカシングレンズ12F側に1/4波長板
21がそれぞれ配置されている。偏光ビームスプリッタ
22は、レーザダイオード11からレーザ共振器13に
向かって進む励起光の偏光方向に対して透過率が高く、
直交する偏光に対して反射率が高くなるように置かれて
いる。Next, the return light control unit 2 disposed between the collimator lens 12C and the focusing lens 12F
0 is 1 / to the excitation light from the laser diode 11.
It comprises a four-wavelength plate 21 and a polarizing beam splitter 22. The polarizing beam splitter 22 is arranged on the collimator lens 12C side, and the quarter-wave plate 21 is arranged on the focusing lens 12F side. The polarization beam splitter 22 has a high transmittance in the polarization direction of the excitation light traveling from the laser diode 11 toward the laser resonator 13,
It is positioned so that the reflectance is high for orthogonally polarized light.
【0026】また図2は、上記図1の構成のレーザダイ
オード11からの励起光が上記レーザ共振器13に入射
されるときの励起光の光路を取り出して示しており、凹
面鏡14、1/4波長板15、レーザ媒質16の各光学
部品の表面a〜fでの反射や透過を説明するためのもの
である。FIG. 2 shows the optical path of the excitation light when the excitation light from the laser diode 11 having the structure shown in FIG. 1 is incident on the laser resonator 13. The concave mirror 14, 1/4 This is for describing reflection and transmission at the surfaces a to f of the optical components of the wavelength plate 15 and the laser medium 16.
【0027】ところで上述したように、固体レーザ媒質
16に入射した励起光は効率良く吸収され、発生した基
本波レーザ光が図1のレーザ共振器13の反射面14
R、18Rの間で発振し、必要な場合は同じ共振器内で
非線形光学結晶素子17によってSHG光に変換され
る。特に、共振器内でSHG光を発生させるとき、レー
ザの安定化のために、反射面14Rと固体レーザ媒質1
6との間に基本波に対する共振器内1/4波長板15を
挿入配置している。この場合、 (1)励起レーザダイオード11の偏光方向と1/4波
長板15の主軸の内の一方が一致していれば、図1に示
すような戻り光制御部20により、図2の各面a〜fか
らの戻り光を防止できる。 (2)励起レーザダイオード11の偏光方向と1/4波
長板15の主軸の内の一方が一致していなくとも、図2
の面a〜cの反射光の偏光は同一で、面d〜fの反射光
の偏光は同一であるから、面d〜fの1/4波長板15
が励起光に対して、0波長板、1波長板、1/2波長板
になっていれば、全ての面a〜fからの反射光の偏光状
態は一致し、図1の戻り光制御部20により、図2の各
面a〜fからの戻り光を防止できる。As described above, the excitation light incident on the solid-state laser medium 16 is efficiently absorbed, and the generated fundamental laser light is reflected by the reflection surface 14 of the laser resonator 13 shown in FIG.
It oscillates between R and 18R, and if necessary, is converted into SHG light by the nonlinear optical crystal element 17 in the same resonator. In particular, when generating SHG light in the resonator, the reflection surface 14R and the solid-state laser medium 1 are used for stabilizing the laser.
6, a quarter-wave plate 15 in the resonator for the fundamental wave is inserted and arranged. In this case, (1) If the polarization direction of the pump laser diode 11 and one of the main axes of the quarter-wave plate 15 match, the return light control unit 20 as shown in FIG. Light returning from the surfaces a to f can be prevented. (2) Even if the polarization direction of the pump laser diode 11 does not coincide with one of the principal axes of the quarter-wave plate 15, FIG.
The polarization of the reflected light on the surfaces a to c is the same, and the polarization of the reflected light on the surfaces df is the same.
Is a zero-wave plate, a one-wave plate, and a half-wave plate with respect to the excitation light, the polarization states of the reflected light from all the surfaces a to f match, and the return light control unit in FIG. 20 prevents return light from each of the surfaces a to f in FIG.
【0028】上記(1)の場合、基本波で1/4波長板
であること以外に1/4波長板15の方位に特定すべき
条件はない。上記(2)の場合、1/4波長板15に必
要とされる具体的条件を考慮するために、単板で例えば
厚さが0.5mm程度(0.2mm〜1.0mm)のも
のを想定する。上述したように固体レーザ媒質16をN
d:YAGとするとき、特に水晶を材料に選ぶときに
は、図3に示すような厚み(板厚)と切り出し角(切り
出し面法線が結晶c軸となす角度)の関係を満たしてい
るとき、発振(基本波)レーザ光波長1.064μmに
対して1/4波長板、励起光波長0.810μmに対し
て0波長板となる。また、図4は、厚さを0.5mmと
したときの水晶の切り出し角に対する位相遅延量を示し
ている。この図4の矢印には、厚さ0.5mmのとき、
切り出し角を約25.4度とすることにより、励起光の
位相遅延量が2π、基本波の位相遅延量が1.5πとな
ることが示されている。厚みが変わると、特定される切
り出し角も変わるが、角度マージンは最大±2度程度、
厚さマージンは±5μm程度である。In the case of the above (1), there is no condition to specify the azimuth of the quarter wave plate 15 except that the fundamental wave is a quarter wave plate. In the case of the above (2), a single plate having a thickness of, for example, about 0.5 mm (0.2 mm to 1.0 mm) is taken into consideration in consideration of specific conditions required for the 1 / wavelength plate 15. Suppose. As described above, the solid-state laser medium 16 is set to N
d: When YAG is used, particularly when quartz is selected as the material, when the relationship between the thickness (plate thickness) and the cutout angle (the angle between the cutout surface normal and the crystal c axis) as shown in FIG. 3 is satisfied, A 4 wavelength plate for an oscillation (fundamental wave) laser beam wavelength of 1.064 μm and a 0 wavelength plate for an excitation light wavelength of 0.810 μm. FIG. 4 shows the amount of phase delay with respect to the cutout angle of quartz when the thickness is 0.5 mm. The arrow in FIG. 4 indicates that when the thickness is 0.5 mm,
It is shown that when the cutout angle is set to about 25.4 degrees, the phase delay amount of the pump light becomes 2π and the phase delay amount of the fundamental wave becomes 1.5π. When the thickness changes, the specified cutout angle also changes, but the angle margin is up to ± 2 degrees,
The thickness margin is about ± 5 μm.
【0029】図1のような構成の場合には、上記(1)
のようにレーザダイオード11の偏光方向と1/4波長
板15の軸の相対方位を一致させることは比較的容易と
いえる。しかし、レーザダイオードや1/4波長板の取
り付けが固定される場合、特に光軸の回りの回転が固定
されて設けられる場合には、必要に応じて1/2波長板
を用いて上記(1)の条件を満たすようにさせることも
できるが、上記(2)のようにした方が有利な場合もあ
る。上記(2)の条件と、図1に示す戻り光制御部20
のような構成により、レーザダイオード11への戻り光
の影響は軽減される。In the case of the configuration as shown in FIG.
It can be said that it is relatively easy to make the polarization direction of the laser diode 11 coincide with the relative orientation of the axis of the quarter-wave plate 15 as described above. However, when the attachment of the laser diode or the quarter-wave plate is fixed, particularly when the rotation around the optical axis is fixed, the above-mentioned (1) is used by using the half-wave plate as necessary. Although it is possible to satisfy the condition of (2), there is a case where the above (2) is more advantageous. The condition (2) and the return light control unit 20 shown in FIG.
With such a configuration, the influence of the return light to the laser diode 11 is reduced.
【0030】従って、共振器からの戻り光の大部分を同
一偏光にすることができるため、他のいくつかの偏光素
子と組み合わせることにより、戻り光の除去又は影響低
減が可能となる。また、水晶の単板で作成するため光学
ロスが小さく共振器内レーザパワーにも耐久力が高い。
さらに、3波長で対策されたものはSHG出力の安定性
も向上させる。この場合、安定化半導体レーザ励起共振
器内SHGレーザ等の偏光を持つ励起光源屁の戻り光の
影響を低減でき、レーザ出力、SHG出力中の低周波に
おけるノイズレベルをさらに大幅に減少させることが可
能となる。Therefore, most of the return light from the resonator can be made to have the same polarization, so that the return light can be removed or its influence can be reduced by combining with some other polarization elements. In addition, since it is made of a single crystal plate, the optical loss is small and the durability of the laser power in the resonator is high.
Further, measures taken at three wavelengths also improve the stability of the SHG output. In this case, it is possible to reduce the influence of the return light of the excitation light source having polarization such as the SHG laser in the stabilized semiconductor laser excitation resonator, and to further reduce the laser output and the noise level at a low frequency during the SHG output. It becomes possible.
【0031】なお、図1の戻り光制御部20の構成にお
いて、偏光ビームスプリッタ22は、ロションプリズ
ム、ウォラストンプリズム、グランテーラープリズム等
の偏光素子により代用することも可能である。また、偏
光ビームスプリッタも含めたこうした素子は、レーザダ
イオードと固体レーザ共振器13との間に唯一個の有限
倍率レンズを使用する場合には適用し難い。この場合、
偏光ビームスプリッタ等を使用せずに戻り光の偏光をレ
ーザダイオード出射光に対して直交に近い状態にすれ
ば、戻り光によるレーザダイオードの動作不安定状態は
軽減される。In the configuration of the return light controller 20 shown in FIG. 1, the polarizing beam splitter 22 can be replaced by a polarizing element such as a Rochon prism, a Wollaston prism, or a Glan-Taylor prism. Further, such an element including the polarizing beam splitter is difficult to apply when only one finite magnification lens is used between the laser diode and the solid-state laser resonator 13. in this case,
If the polarization of the return light is made nearly orthogonal to the laser diode output light without using a polarization beam splitter or the like, the unstable operation state of the laser diode due to the return light is reduced.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るレーザ光発生装置によれば、レーザ共振器内に
配され、共振器内の固体レーザ媒質の発振波長で1/4
波長板となりかつ励起光源素子からの励起光波長で概略
0、1又は1/2波長板として動作する共振器内1/4
波長板を設けているため、共振器からの大部分の戻り光
を同一偏光にすることができ、他の偏光素子やビームス
プリッタと組み合わせることにより、戻り光の除去又は
影響低減が可能となる。また、共振器内1/4波長板を
単板の水晶で作成しているため、光学ロスが小さくな
り、共振器内レーザパワーに対する耐久力を高くするこ
とができる。As is clear from the above description, according to the laser light generating apparatus of the present invention, the laser light is arranged in the laser resonator, and the oscillation wavelength of the solid laser medium in the resonator is 1/4.
1/4 in a resonator that functions as a wave plate and operates as a substantially 0, 1 or 1/2 wave plate at the pump light wavelength from the pump light source element.
Since the wavelength plate is provided, most of the return light from the resonator can be made to have the same polarization, and the return light can be removed or its influence can be reduced by combining with another polarizing element or beam splitter. Further, since the intra-cavity quarter-wave plate is made of single-crystal quartz, optical loss is reduced, and durability against laser power in the resonator can be increased.
【図1】本発明に係るレーザ光発生装置の基本的な実施
例の概略構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a basic embodiment of a laser light generator according to the present invention.
【図2】該実施例の説明に用いられる要部拡大図であ
る。FIG. 2 is an enlarged view of a main part used for describing the embodiment.
【図3】本発明の実施例に用いられる水晶単板の切り出
し角と厚みとの関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a cut-out angle and a thickness of a single crystal plate used in an example of the present invention.
【図4】水晶単板の厚みを特定したときの切り出し角と
位相遅延量との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the cutout angle and the amount of phase delay when the thickness of a single crystal plate is specified.
【図5】レーザ光発生装置の従来例の概略構成を示す構
成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional example of a laser light generator.
【図6】図6の従来例に用いられる複屈折性素子の方位
角の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an azimuth of a birefringent element used in the conventional example of FIG.
11・・・・・レーザダイオード 13・・・・・レーザ共振器 14・・・・・凹面鏡 15・・・・・(発振基本波レーザ光に対する)1/4
波長板 16・・・・・レーザ媒質 17・・・・・非線形光学結晶素子 18・・・・・平面鏡 20・・・・・戻り光制御部 21・・・・・(励起光に対する)1/4波長板 22・・・・・偏光ビームスプリッタ11 Laser diode 13 Laser resonator 14 Concave mirror 15 1/4 (to the oscillation fundamental wave laser light)
Wave plate 16 Laser medium 17 Non-linear optical crystal element 18 Plane mirror 20 Return light control unit 21 (For excitation light) 1 / 4 wavelength plate 22 ..... polarizing beam splitter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30
Claims (4)
オジミウム系固体レーザ媒質と、 この固体レーザ媒質の前後に位置してレーザ共振器を構
成する反射手段と、 このレーザ共振器内に配され、上記固体レーザ媒質の発
振波長で1/4波長板となりかつ上記励起光源素子から
の励起光波長で概略0、1又は1/2波長板として動作
する共振器内1/4波長板とを有して成ることを特徴と
するレーザ光発生装置。1. An excitation light source element, a neodymium-based solid laser medium excited by a light beam from the excitation light source element, and reflection means that is positioned before and after the solid laser medium to form a laser resonator, A resonator 1 disposed in a laser resonator and serving as a quarter-wave plate at the oscillation wavelength of the solid-state laser medium and operating as an approximately 0, 1 or 1/2 wavelength plate at the excitation light wavelength from the excitation light source element. A laser light generator comprising a wavelength plate.
光波長と上記固体レーザ媒質の発振波長とに応じて、切
り出し方向と厚みの関係式を個別に指定された水晶の単
板を用いて成ることを特徴とする請求項1記載のレーザ
光発生装置。2. The single-quarter wavelength plate in a resonator, wherein a relational expression between a cutting direction and a thickness is individually specified according to the excitation light wavelength and the oscillation wavelength of the solid-state laser medium. 2. The laser beam generator according to claim 1, wherein the laser beam generator is formed by using a laser beam.
質の発振レーザ光の高調波レーザ光を発生する非線形光
学結晶素子を設けることを特徴とする請求項1記載のレ
ーザ光発生装置。3. The laser light generator according to claim 1, wherein a nonlinear optical crystal element for generating a harmonic laser light of the oscillation laser light of the solid-state laser medium is provided in the laser resonator.
の間に、偏光ビームスプリッタと、上記励起光に対する
1/4波長板とから成る戻り光制御手段を配置して成る
ことを特徴とする請求項1記載のレーザ光発生装置。4. A return light control means comprising a polarization beam splitter and a quarter-wave plate for the excitation light is arranged between the excitation light source element and the laser resonator. The laser light generator according to claim 1.
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JPH0621548A JPH0621548A (en) | 1994-01-28 |
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