JP4365135B2

JP4365135B2 - Solid state laser equipment

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Publication number: JP4365135B2
Application number: JP2003147735A
Authority: JP
Inventors: 一馬渡辺
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP2004348052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、光ノイズをより好適に抑制できる固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を発生する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、非線形光学素子から出射される光の強度を検出するモニタ用光検出手段と、光の強度が所定値になるように半導体レーザを駆動する出力制御回路とを備えた固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、半導体レーザからのレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶を、非線形光学素子の前段に設けた固体レーザ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１０６６８２号公報
【特許文献２】
特表平４−５０３４２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２０に、従来の固体レーザ装置の一例における基本波光の光ノイズ波形と、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）光の光ノイズ波形の実測例を示す。
従来の固体レーザ装置では、ＳＨＧ光を検出して、その検出結果を基に帰還制御でノイズおよび光強度を制御している。
ところが、図２０に示されるように、非線形光学素子から出射されるＳＨＧ光の光ノイズ波形は、基本波光の光ノイズ波形と比べると、周期はほぼ同じであるが、波形が異なっている。この波形のずれのため、ＳＨＧ光による帰還制御では、ノイズ抑制に限界があった。
【０００６】
また、図２１に、従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性および位相伝達特性の実測例を示す。図２１の例では、約１１ＭＨｚにゲインピークが出ている。このゲインピークの周波数を固体レーザ装置の緩和発振周波数ｆｋと呼ぶ。
また、図２１の例では、緩和発振周波数ｆｋ付近を境に位相が反転しており、緩和発振周波数ｆｋでは位相が約９０゜遅れている。
【０００７】
図２２に、前記固体レーザ装置のＳＨＧ光のノイズ波形実測例を示す。
図２２の例では、光ノイズの発振周波数は約１１ＭＨｚであり、図２１における緩和発振周波数ｆｋと一致している。
【０００８】
さて、図２１の位相伝達特性を持つ固体レーザ装置では、出力制御回路による負帰還制御で緩和発振周波数ｆｋより低い周波数帯域を制御している。
ところが、図２１に示すように緩和発振周波数ｆｋ付近で位相伝達特性が反転するために、緩和発振周波数ｆｋより高い周波数帯域に回路ノイズ等の外乱が含まれた場合、制御系が発振して帰還制御ができなくなり、光ノイズを抑制できないという問題点がある。
また、緩和発振周波数ｆｋより低い周波数帯域に回路ノイズ等の外乱が含まれた場合、制御系では光ノイズとして扱われてしまうため、光ノイズを効果的に抑制できないという問題点がある。
また、緩和発振周波数ｆｋ付近にある光ノイズも、約９０゜の位相遅れがあるために、出力制御回路による帰還制御では、光ノイズの抑制に限界があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、光ノイズをより好適に抑制できる固体レーザ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、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のレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶と、前記マイクロチップレーザ結晶から出射される基本波光の強度を検出する第１のモニタ用光検出手段と、前記第１のモニタ用光検出手段で検出した結果を基に前記光のノイズ成分が所定値以下になるように前記半導体レーザを駆動する第１の出力制御回路と、前記マイクロチップレーザ結晶からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射されるＳＨＧ光の強度を検出する第２のモニタ用光検出手段と、前記第２のモニタ用光検出手段で検出した結果を基に前記ＳＨＧ光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する第２の出力制御回路とを備えたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第１の観点による固体レーザ装置では、ＳＨＧ光の強度を検出し、それを基に半導体レーザを駆動するだけでなく、固体レーザ装置のノイズの原因となる基本波光の強度をも検出し、これをも基にして半導体レーザを駆動する。従って、より好適に光ノイズを抑制することが出来る。
【００１１】
第２の観点では、本発明は、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射される基本波光の強度を検出する第１のモニタ用光検出手段と、前記第１のモニタ用光検出手段で検出した結果を基に前記光のノイズ成分が所定値以下になるように前記半導体レーザを駆動する第１の出力制御回路と、前記半導体レーザからのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子と、前記非線形光学素子から出射されるＳＨＧ光の強度を検出する第２のモニタ用光検出手段と、前記第２のモニタ用光検出手段で検出した結果を基に前記ＳＨＧ光の強度が所定値になるように前記半導体レーザを駆動する第２の出力制御回路とを備えたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第２の観点による固体レーザ装置では、ＳＨＧ光の強度を検出し、それを基に半導体レーザを駆動するだけでなく、固体レーザ装置のノイズの原因となる基本波光の強度をも検出し、これをも基にして半導体レーザを駆動する。従って、より好適に光ノイズを抑制することが出来る。
【００１２】
第３の観点では、本発明は、上記構成の固体レーザ装置において、前記第１の出力制御回路に、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
光ノイズは、緩和発振周波数ｆｋ付近で発生し、約９０゜の位相遅れが生じていると考えられる。つまり、緩和発振周波数ｆｋ近傍の帯域の信号を抽出し、位相を制御すれば、光ノイズを効果的に抑制できることになる。
上記第３の観点による固体レーザ装置では、緩和発振周波数ｆｋ近傍で減衰率が小さくなるように、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタを設けている。
上記のようなローパスフィルタ及びハイパスフィルタの足し合わせの伝達特性は、緩和発振周波数ｆｋ近傍以外で減衰率が大きく、外乱ノイズ（回路ノイズ等）が効果的にカットされて、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、光ノイズの抑制に関して効果的となる。
【００１３】
第４の観点では、本発明は、上記構成の固体レーザ装置において、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、ローパスフィルタのカットオフ周波数より高く設定したことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第４の観点による固体レーザ装置では、ローパスフィルタのカットオフ周波数よりもハイパスフィルタのカットオフ周波数を高め（高周波側）に設定することにより、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。
【００１４】
第５の観点では、本発明は、上記構成の固体レーザ装置において、前記第１の出力制御回路に、中心周波数を固体レーザ装置の緩和発振周波数以上に設定されているバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
光ノイズは、緩和発振周波数ｆｋ付近で発生し、約９０゜の位相遅れが生じていると考えられる。つまり、緩和発振周波数ｆｋ近傍の帯域の信号を抽出し、位相を制御すれば、光ノイズを効果的に抑制できることになる。
上記第５の観点による固体レーザ装置では、中心周波数が緩和発振周波数ｆｋ以上に設定されているバンドパスフィルタを設けている。
上記のようなバンドパスフィルタの伝達特性は、緩和発振周波数ｆｋ近傍以外で減衰率が大きく、外乱ノイズ（回路ノイズ等）が効果的にカットされて、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、光ノイズの抑制に関して効果的となる。
さらに、バンドパスフィルタの中心周波数を操作することにより、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。
【００１５】
第６の観点では、本発明は、上記構成の固体レーザ装置において、前記第１の出力制御回路に、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持ち、さらにノッチ周波数でゲインが０にならない疑似ノッチフィルタを設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記構成において、疑似ノッチフィルタとしたのは、固体レーザ装置の緩和発振周波数のみでゲインが０になる理想的なノッチフィルタではなく、固体レーザ装置の緩和発振周波数の近傍でゲインが徐々に小さくなり、緩和発振周波数でゲインが０でない極小値になるようなゲイン特性のフィルタを想定したためである。
上記第６の観点による固体レーザ装置では、固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持つ疑似ノッチフィルタを設けているが、このような疑似ノッチフィルタのゲイン伝達特性は、非線形光学素子のゲイン伝達特性のピークまたは非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数の近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。さらに、このような疑似ノッチフィルタの位相伝達特性は緩和発振周波数の前後で反転するから、非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性と足し合わせれば、緩和発振周波数の前後で位相が反転しないこととなり、低周波ノイズも高周波ノイズも出力制御回路による帰還制御で抑制することが出来る。
【００１６】
第７の観点では、本発明は、上記構成の固体レーザ装置において、前記第１の出力制御回路に、固体レーザ装置の緩和発振周波数の近傍で位相を進める移相回路を設けたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
上記第７の観点による固体レーザ装置では、固体レーザ装置の緩和発振周波数の近傍で位相を進める移相回路を設けているが、この移相回路の移相伝達特性と非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性とを足し合わせれば、緩和発振周波数近傍での遅れ位相が０゜となり、光ノイズを出力制御回路による帰還制御で抑制することが出来る。
【００１７】
第８の観点では、本発明は、上記構成の固体レーザ装置において、前記第２のモニタ用光検出手段に、赤外に感度のないフォトダイオードを用いたことを特徴とする固体レーザ装置を提供する。
例えば８５０ｎｍの赤外半導体レーザを使用し、４２５ｎｍ程度のＳＨＧ光を出力する場合、ＳＨＧ光の帰還制御に赤外光が混入すると好ましくない。
そこで、上記第８の観点による固体レーザ装置では、赤外に感度のないフォトダイオードを用いることにより、ＳＨＧ光の帰還制御から赤外光を除去し、好適にＳＨＧ光について帰還制御を行えるようにしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１９】
−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態にかかる固体レーザ装置１００を示す構成図である。
この固体レーザ装置１００は、レーザ光を発生する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ系２と、集光されたレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶３と、マイクロチップレーザ結晶３から出射される光（基本波）の強度を検出するためのスプリッタ４，光学フィルタ５およびフォトダイオード６と、フォトダイオード６で検出した光のノイズ成分が所定値以下となるように制御信号Ｈを出力する高速ＡＰＣ（Auto Power Control）回路７と、マイクロチップレーザ結晶３からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子８と、非線形光学素子８から出射される光の強度を検出するためのスプリッタ９，光学フィルタ１０及び赤外に感度のないフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１で検出した光の強度が規定値になるように制御信号Ｌを出力する低速ＡＰＣ回路１２と、制御信号Ｌ及び制御信号Ｈに基づく駆動電流を半導体レーザ１に供給するＬＤ駆動回路１３とを具備している。
【００２０】
高速ＡＰＣ回路７は、結合コンデンサ７ａと、信号増幅回路７ｂと、ローパスフィルタ７ｃと、ハイパスフィルタ７ｄと、信号反転増幅回路７ｅとを含んでいる。ローパスフィルタ７ｃ及びハイパスフィルタ７ｄの代わりに、バンドパスフィルタ７ｆを用いてもよい。
この高速ＡＰＣ回路７は、固体レーザ装置３００のノイズの原因となる基本波の光ノイズを抑制する帰還制御を行っているため、基本波とずれのあるＳＨＧ光だけによる従来の帰還制御よりも好適にノイズを抑制することが出来る。
【００２１】
低速ＡＰＣ回路１２は、信号増幅回路１２ｂと、ローパスフィルタ１２ｃと、信号反転増幅回路１２ｅとを含んでいる。
この低速ＡＰＣ回路１２は、光出力のＤＣレベルのふらつきを抑えるものである。
【００２２】
図２に、ローパスフィルタ７ｃ，１２ｃの回路例を示す。
図２の（ａ）の回路でも、（ｂ）の回路でもよい。
図３に、ハイパスフィルタ７ｄの回路例を示す。
図３の（ａ）の回路でも、（ｂ）の回路でもよい。
図４に、バンドパスフィルタ７ｆの回路例を示す。
【００２３】
図５に、ローパスフィルタ７ｃ，１２ｃのゲイン伝達特性を示す。
図７に、ハイパスフィルタ７ｄのゲイン伝達特性を示す。
上記のようなローパスフィルタ７ｃとハイパスフィルタ７ｄの足し合わせの伝達特性は、緩和発振周波数ｆｋ近傍以外でゲインが小さくなるため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）が効果的にカットされて、光ノイズの抑制に対して好適となる。
【００２４】
図６に、ローパスフィルタ７ｃ，１２ｃの位相伝達特性を示す。
図８に、ハイパスフィルタ７ｄの位相伝達特性を示す。
ローパスフィルタ７ｃのカットオフ周波数よりハイパスフィルタ７ｄのカットオフ周波数を高め（高周波側）に設定することにより、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。
【００２５】
上記ローパスフィルタ７ｃ及びハイパスフィルタ７ｄの組み合わせにより、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、またその位相補償もできるので、高速ＡＰＣ回路７による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
なお、ローパスフィルタ７ｃ及びハイパスフィルタ７ｄの次数は、適宜決定する。
【００２６】
図９に、バンドパスフィルタ７ｆのゲイン伝達特性を示す。
図１０に、バンドパスフィルタ７ｆの位相伝達特性を示す。
上記バンドパスフィルタ７ｆの中心周波数および次数を操作することで、光ノイズの発生する帯域の信号のみを抽出することができ、またその位相補償もできるので、高速ＡＰＣ回路７による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
【００２７】
また、赤外に感度のないフォトダイオード１１を用いることにより、ＳＨＧ光の帰還制御から赤外光を除去し、好適にＳＨＧ光について帰還制御を行うことが出来る。
【００２８】
−第２の実施形態−
図１１は、第２の実施形態にかかる固体レーザ装置２００を示す構成図である。
この固体レーザ装置２００は、第１の実施形態にかかる固体レーザ装置１００からマイクロチップレーザ結晶３を省いた以外は、同じ構成である。
【００２９】
この固体レーザ装置１００でも、第１の実施形態にかかる固体レーザ装置１００と同じ効果が得られる。すなわち、光ノイズを、高速ＡＰＣ回路７による帰還制御で抑制できることとなる。
【００３０】
−第３の実施形態−
図１２は、第３の実施形態にかかる固体レーザ装置３００を示す構成図である。
この固体レーザ装置３００は、レーザ光を発生する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ系２と、集光されたレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶３と、マイクロチップレーザ結晶３から出射される光（基本波）の強度を検出するためのスプリッタ４，光学フィルタ５およびフォトダイオード６と、フォトダイオード６で検出した光のノイズ成分が所定値以下となるように制御信号Ｈを出力する高速ＡＰＣ回路７と、マイクロチップレーザ結晶３からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子８と、非線形光学素子８から出射される光の強度を検出するためのスプリッタ９，光学フィルタ１０及び赤外に感度のないフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１で検出した光の強度が規定値になるように制御信号Ｌを出力する低速ＡＰＣ回路１２と、制御信号Ｌ及び制御信号Ｈに基づく駆動電流を半導体レーザ１に供給するＬＤ駆動回路１３とを具備している。
【００３１】
高速ＡＰＣ回路７は、結合コンデンサ７ａと、信号増幅回路７ｂと、疑似ノッチフィルタ７ｇと、信号反転増幅回路７ｅとを含んでいる。
この高速ＡＰＣ回路７は、固体レーザ装置３００のノイズの原因となる基本波の光ノイズを抑制する帰還制御を行っているため、基本波とずれのあるＳＨＧ光だけによる従来の帰還制御よりも好適にノイズを抑制することが出来る。
【００３２】
低速ＡＰＣ回路１２は、信号増幅回路１２ｂと、ローパスフィルタ１２ｃと、信号反転増幅回路１２ｅとを含んでいる。
この低速ＡＰＣ回路１２は、光出力のＤＣレベルのふらつきを抑えるものである。
【００３３】
図１３に、疑似ノッチフィルタ７ｇの回路例を示す。
【００３４】
図１４に、疑似ノッチフィルタ７ｇのゲイン伝達特性を示す。
疑似ノッチフィルタ７ｇは、非線形光学素子８及びマイクロチップレーザ結晶３の緩和発振周波数ｆｋの近傍で徐々にゲインが小さくなり、緩和発振周波数ｆｋでゲインが極小値となるゲイン特性を有している。この結果、非線形光学素子８及びマイクロチップレーザ結晶３のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数ｆｋの近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。
【００３５】
図１５に、疑似ノッチフィルタ７ｇの位相伝達特性を示す。
疑似ノッチフィルタ７ｇは、緩和発振周波数ｆｋすなわちノッチ周波数の前後で位相が反転している。すなわち、緩和発振周波数ｆｋより低い周波数で位相が−１８０゜、緩和発振周波数ｆｋより高い周波数で位相が０゜になっている。
一方、図２１に示すように、非線形光学素子８及びマイクロチップレーザ結晶３の位相伝達関数では、緩和発振周波数ｆｋより低い周波数で位相が０゜、緩和発振周波数ｆｋより高い周波数で位相が−１８０゜になっている。
そうすると、非線形光学素子８及びマイクロチップレーザ結晶３と疑似ノッチフィルタ７ｇとを合成した位相伝達関数では、緩和発振周波数ｆｋより低い周波数でも、緩和発振周波数ｆｋより高い周波数でも位相が−１８０゜になる。つまり、緩和発振周波数ｆｋの前後での位相の反転がなくなる。
この結果、低周波ノイズも、高周波ノイズも、高速ＡＰＣ回路７による帰還制御で抑制できることとなる。
【００３６】
また、赤外に感度のないフォトダイオード１１を用いることにより、ＳＨＧ光の帰還制御から赤外光を除去し、好適にＳＨＧ光について帰還制御を行うことが出来る。
【００３７】
−第４の実施形態−
図１６は、第４の実施形態にかかる固体レーザ装置４００を示す構成図である。
この固体レーザ装置４００は、第３の実施形態にかかる固体レーザ装置３００からマイクロチップレーザ結晶３を省いた以外は、同じ構成である。
【００３８】
この固体レーザ装置４００でも、第３の実施形態にかかる固体レーザ装置３００と同じ効果が得られる。すなわち、低周波ノイズも、高周波ノイズも、高速ＡＰＣ回路７による帰還制御で抑制できることとなる。
【００３９】
−第５の実施形態−
図１７は、第５の実施形態にかかる固体レーザ装置５００を示す構成図である。
この固体レーザ装置５００は、レーザ光を発生する半導体レーザ１と、レーザ光を集光する集光レンズ系２と、集光されたレーザ光によって励起される結晶であって結晶端面に施されたコーティングにより光共振器を構成するマイクロチップレーザ結晶３と、マイクロチップレーザ結晶３から出射される光（基本波）の強度を検出するためのスプリッタ４，光学フィルタ５およびフォトダイオード６と、フォトダイオード６で検出した光のノイズ成分が所定値以下となるように制御信号Ｈを出力する高速ＡＰＣ回路７と、マイクロチップレーザ結晶３からのレーザ光が入射され高調波を出射する非線形光学素子８と、非線形光学素子８から出射される光の強度を検出するためのスプリッタ９，光学フィルタ１０及び赤外に感度のないフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１で検出した光の強度が規定値になるように制御信号Ｌを出力する低速ＡＰＣ回路１２と、制御信号Ｌ及び制御信号Ｈに基づく駆動電流を半導体レーザ１に供給するＬＤ駆動回路１３とを具備している。
【００４０】
高速ＡＰＣ回路７は、結合コンデンサ７ａと、信号増幅回路７ｂと、移相回路７ｈと、信号反転増幅回路７ｅとを含んでいる。
この高速ＡＰＣ回路７は、固体レーザ装置５００のノイズの原因となる基本波の光ノイズを抑制する帰還制御を行っているため、基本波とずれのあるＳＨＧ光だけによる従来の帰還制御よりも好適にノイズを抑制することが出来る。
【００４１】
低速ＡＰＣ回路１２は、信号増幅回路１２ｂと、ローパスフィルタ１２ｃと、信号反転増幅回路１２ｅとを含んでいる。
この低速ＡＰＣ回路１２は、光出力のＤＣレベルのふらつきを抑えるものである。
【００４２】
図１８に、移相回路７ｈの回路例を示す。
図１８の（ａ）の回路でも、（ｂ）の回路でもよい。
【００４３】
移相回路７ｈは、緩和発振周波数ｆｋの近傍で位相を例えば９０゜進める。なお、実際には、システム全体としての遅れ分（電気回路や伝送ケーブル等の遅れ分等）もキャンセルするように位相シフト量を決める。
一方、図２１に示すように、非線形光学素子４及びマイクロチップレーザ結晶３の位相伝達関数では、光ノイズの発生する緩和発振周波数ｆｋ付近での位相が９０゜遅れになっている。
そうすると、非線形光学素子４及びマイクロチップレーザ結晶３と移相回路７ｈとを合成した位相伝達関数では、緩和発振周波数ｆｋ付近での遅れ移相が０゜となり、光ノイズが高速ＡＰＣ回路７による帰還制御で抑制できることとなる。
【００４４】
また、赤外に感度のないフォトダイオード１１を用いることにより、ＳＨＧ光の帰還制御から赤外光を除去し、好適にＳＨＧ光について帰還制御を行うことが出来る。
【００４５】
−第６の実施形態−
図１９は、第６の実施形態にかかる固体レーザ装置６００を示す構成図である。
この固体レーザ装置６００は、第５の実施形態にかかる固体レーザ装置５００からマイクロチップレーザ結晶３を省いた以外は、同じ構成である。
【００４６】
この固体レーザ装置６００でも、第５の実施形態にかかる固体レーザ装置５００と同じ効果が得られる。すなわち、低周波ノイズも、高周波ノイズも、高速ＡＰＣ回路７による帰還制御で抑制できることとなる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の固体レーザ装置によれば、次の効果が得られる。
（１）固体レーザ装置のノイズの原因となる基本波の光ノイズを抑制する帰還制御を行っているため、基本波とずれのあるＳＨＧ光だけによる従来の帰還制御よりも好適にノイズを抑制することが出来る。
（２）固体レーザ装置の緩和発振周波数近傍でゲインが高くなるように、及び、緩和発振周波数近傍での位相調整用として、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、若しくは、バンドパスフィルタを、出力制御回路に設けることにより、緩和発振周波数近傍以外でゲインが小さくなるため、外乱ノイズ（回路ノイズ等）を効果的にカットできて、光ノイズの抑制に対して好適となる。また、緩和発振周波数ｆｋ付近での位相を進めることが出来るので、緩和発振周波数ｆｋ近傍で発生する光ノイズの位相遅れを補償することが出来る。以上より、出力制御回路による帰還制御にて効果的に光ノイズを抑制することが出来る。
（３）固体レーザ装置の緩和発振周波数にゲインの極小値を持つ疑似ノッチフィルタを出力制御回路に設けたため、非線形光学素子のゲイン伝達特性のピーク、または、非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性のピークを打ち消す効果を持つから、緩和発振周波数近傍の光ノイズの抑制に関して好適となる。そして、このような疑似ノッチフィルタの位相伝達特性は緩和発振周波数の前後で反転するから、やはり緩和発振周波数の前後で位相が反転する、非線形光学素子の位相伝達特性、または、非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性と合わせれば、緩和発振周波数前後で位相が反転しないこととなり、低周波ノイズも高周波ノイズも出力制御回路による帰還制御で抑制できるようになる。
（４）固体レーザ装置の緩和発振周波数の近傍で位相を進める移相回路を出力制御回路に設けたため、非線形光学素子の位相伝達特性または非線形光学素子及びマイクロチップレーザ結晶の位相伝達特性と足し合わせれば、緩和発信周波数近傍において遅れ位相が０゜となり、光ノイズを出力制御回路による帰還制御で抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図２】ローパスフィルタの回路例を示す回路図である。
【図３】ハイパスフィルタの回路例を示す回路図である。
【図４】バンドパスフィルタの回路例を示す回路図である。
【図５】ローパスフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図６】ローパスフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図７】ハイパスフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図８】ハイパスフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図９】バンドパスフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図１０】バンドパスフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図１１】第２の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１２】第３の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１３】疑似ノッチフィルタの回路例を示す回路図である。
【図１４】疑似ノッチフィルタのゲイン伝達関数を示す特性図である。
【図１５】疑似ノッチフィルタの位相伝達関数を示す特性図である。
【図１６】第４の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１７】第５の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１８】移相回路の回路例を示す回路図である。
【図１９】第６の実施形態に係る固体レーザ装置を示す構成図である。
【図２０】従来の固体レーザ装置の一例における基本波光の光ノイズ波形とＳＨＧ光の光ノイズ波形を示す実測図である。
【図２１】従来の固体レーザ装置の一例における非線形光学素子およびマイクロチップレーザ結晶のゲイン伝達特性および位相伝達特性の実測例を示す特性図である。
【図２２】従来の固体レーザ装置の一例における光ノイズ波形を示す実測図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ
３マイクロチップレーザ結晶
７高速ＡＰＣ回路
７ｃローパスフィルタ
７ｄハイパスフィルタ
７ｆバンドパスフィルタ
７ｇ疑似ノッチフィルタ
７ｈ移相回路
８非線形光学素子
１１赤外に感度のないフォトダイオード
１２低速ＡＰＣ回路
１００〜６００固体レーザ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state laser device, and more particularly, to a solid-state laser device that can more appropriately suppress optical noise.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor laser that generates laser light, a non-linear optical element that emits a harmonic when the laser light from the semiconductor laser is incident, and a light detection means for monitoring that detects the intensity of light emitted from the non-linear optical element, A solid-state laser device including an output control circuit that drives a semiconductor laser so that the intensity of light becomes a predetermined value is known (see, for example, Patent Document 1).
Also known is a solid-state laser device in which a microchip laser crystal, which is a crystal excited by laser light from a semiconductor laser and constitutes an optical resonator by a coating applied to the crystal end face, is provided in front of a nonlinear optical element. (For example, refer to Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-106682
[Patent Document 2]
JP-T-4-503429
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
[0005]
FIG. 20 shows an actual measurement example of the optical noise waveform of the fundamental wave light and the optical noise waveform of SHG (Second Harmonic Generation) light in an example of a conventional solid-state laser device.
In a conventional solid-state laser device, SHG light is detected, and noise and light intensity are controlled by feedback control based on the detection result.
However, as shown in FIG. 20, the optical noise waveform of the SHG light emitted from the nonlinear optical element is substantially the same as the optical noise waveform of the fundamental light, but the waveform is different. Due to this waveform shift, there is a limit to noise suppression in feedback control using SHG light.
[0006]
FIG. 21 shows an actual measurement example of gain transfer characteristics and phase transfer characteristics of a nonlinear optical element and a microchip laser crystal in an example of a conventional solid-state laser device. In the example of FIG. 21, a gain peak appears at about 11 MHz. This gain peak frequency is called a relaxation oscillation frequency fk of the solid-state laser device.
Further, in the example of FIG. 21, the phase is inverted around the relaxation oscillation frequency fk, and the phase is delayed by about 90 ° at the relaxation oscillation frequency fk.
[0007]
FIG. 22 shows an actual measurement example of the noise waveform of the SHG light of the solid-state laser device.
In the example of FIG. 22, the oscillation frequency of optical noise is about 11 MHz, which matches the relaxation oscillation frequency fk in FIG.
[0008]
Now, in the solid-state laser device having the phase transfer characteristic of FIG. 21, the frequency band lower than the relaxation oscillation frequency fk is controlled by negative feedback control by the output control circuit.
However, as shown in FIG. 21, since the phase transfer characteristic is inverted in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk, when a disturbance such as circuit noise is included in a frequency band higher than the relaxation oscillation frequency fk, the control system oscillates and returns. There is a problem that the control becomes impossible and the optical noise cannot be suppressed.
In addition, when a disturbance such as circuit noise is included in a frequency band lower than the relaxation oscillation frequency fk, the control system treats it as optical noise, so that there is a problem that optical noise cannot be effectively suppressed.
Further, since the optical noise near the relaxation oscillation frequency fk also has a phase delay of about 90 °, the feedback control by the output control circuit has a limit in suppressing the optical noise.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state laser device that can more suitably suppress optical noise.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In a first aspect, the present invention relates to a microchip that constitutes an optical resonator by a semiconductor laser that generates laser light and a crystal that is excited by the laser light from the semiconductor laser and that is provided on a crystal end face. A laser crystal; a first monitor light detecting means for detecting the intensity of the fundamental wave light emitted from the microchip laser crystal; and a noise of the light based on a result detected by the first monitor light detecting means. A first output control circuit for driving the semiconductor laser so that a component is equal to or less than a predetermined value; a nonlinear optical element that emits a harmonic when laser light from the microchip laser crystal is incident; and the nonlinear optical element A second monitoring light detecting means for detecting the intensity of the emitted SHG light, and the SHG light based on the result detected by the second monitoring light detecting means. Degrees to provide a solid-state laser apparatus characterized by comprising a second output control circuit for driving the semiconductor laser to a predetermined value.
In the solid-state laser device according to the first aspect, not only the intensity of the SHG light is detected and the semiconductor laser is driven based on the detected intensity, but also the intensity of the fundamental wave light that causes noise of the solid-state laser device is detected. Based on this, the semiconductor laser is driven. Therefore, it is possible to more suitably suppress optical noise.
[0011]
In a second aspect, the present invention relates to a semiconductor laser that generates laser light, first monitoring light detection means that detects the intensity of fundamental light emitted from the semiconductor laser, and the first monitoring light. A first output control circuit that drives the semiconductor laser so that a noise component of the light becomes a predetermined value or less based on a result detected by the detection means, and a laser beam from the semiconductor laser is incident and emits a harmonic. A non-linear optical element that detects the intensity of SHG light emitted from the non-linear optical element, and the SHG light based on a result detected by the second monitor light detecting means. And a second output control circuit for driving the semiconductor laser so that the intensity of the semiconductor laser becomes a predetermined value.
In the solid-state laser device according to the second aspect, not only the intensity of the SHG light is detected and the semiconductor laser is driven based on the detected intensity, but also the intensity of the fundamental wave light that causes noise in the solid-state laser device is detected. Based on this, the semiconductor laser is driven. Therefore, it is possible to more suitably suppress optical noise.
[0012]
In a third aspect, the present invention provides a solid-state laser device, wherein a low-pass filter and a high-pass filter are provided in the first output control circuit in the solid-state laser device configured as described above.
It is considered that the optical noise occurs near the relaxation oscillation frequency fk and has a phase delay of about 90 °. That is, optical noise can be effectively suppressed by extracting a signal in the band near the relaxation oscillation frequency fk and controlling the phase.
In the solid-state laser device according to the third aspect, a low-pass filter and a high-pass filter are provided so that the attenuation rate is reduced in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk.
The transfer characteristic of the addition of the low-pass filter and the high-pass filter as described above has a large attenuation rate except in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk, and disturbance noise (circuit noise, etc.) is effectively cut to generate a band in which optical noise is generated. This is effective for suppressing optical noise.
[0013]
In a fourth aspect, the present invention provides a solid-state laser device characterized in that, in the solid-state laser device having the above-described configuration, the cutoff frequency of the high-pass filter is set higher than the cutoff frequency of the low-pass filter.
In the solid-state laser device according to the fourth aspect, the phase near the relaxation oscillation frequency fk can be advanced by setting the cutoff frequency of the high-pass filter higher (higher frequency side) than the cutoff frequency of the low-pass filter. Therefore, it is possible to compensate for the phase delay of the optical noise generated near the relaxation oscillation frequency fk.
[0014]
In a fifth aspect, the present invention provides a solid-state laser device having the above configuration, wherein the first output control circuit is provided with a band-pass filter whose center frequency is set to be equal to or higher than the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device. A solid-state laser device is provided.
It is considered that the optical noise occurs near the relaxation oscillation frequency fk and has a phase delay of about 90 °. That is, optical noise can be effectively suppressed by extracting a signal in the band near the relaxation oscillation frequency fk and controlling the phase.
The solid-state laser device according to the fifth aspect is provided with a bandpass filter whose center frequency is set to the relaxation oscillation frequency fk or higher.
The transfer characteristics of the bandpass filter as described above have a large attenuation rate except in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk, and disturbance noise (circuit noise, etc.) is effectively cut to extract only signals in the band where optical noise occurs. This is effective for suppressing optical noise.
Further, by manipulating the center frequency of the bandpass filter, the phase near the relaxation oscillation frequency fk can be advanced, so that the phase delay of optical noise generated near the relaxation oscillation frequency fk can be compensated.
[0015]
In a sixth aspect, the present invention provides the solid-state laser device having the above-described configuration, wherein the first output control circuit has a minimum value of the gain at the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device, and the gain is zero at the notch frequency. Provided is a solid-state laser device provided with a pseudo-notch filter.
In the above configuration, the pseudo-notch filter is not an ideal notch filter in which the gain becomes zero only at the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device, but the gain gradually decreases in the vicinity of the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device. This is because a filter with a gain characteristic that assumes a minimum value where the gain is not zero at the relaxation oscillation frequency is assumed.
In the solid-state laser device according to the sixth aspect, a pseudo-notch filter having a minimum gain is provided at the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device. The gain transfer characteristic of such a pseudo-notch filter is that of a nonlinear optical element. Since it has the effect of canceling the peak of gain transfer characteristics or the gain transfer characteristics of nonlinear optical elements and microchip laser crystals, it is suitable for suppressing optical noise in the vicinity of the relaxation oscillation frequency. Furthermore, since the phase transfer characteristic of such a pseudo-notch filter is reversed before and after the relaxation oscillation frequency, the phase is not reversed before and after the relaxation oscillation frequency when added to the phase transfer characteristics of the nonlinear optical element and the microchip laser crystal. Thus, both low-frequency noise and high-frequency noise can be suppressed by feedback control by the output control circuit.
[0016]
In a seventh aspect, the present invention is characterized in that, in the solid-state laser device having the above-described configuration, the first output control circuit is provided with a phase shift circuit that advances a phase in the vicinity of the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device. A solid-state laser device is provided.
In the solid-state laser device according to the seventh aspect, a phase shift circuit that advances the phase in the vicinity of the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device is provided. The phase shift transfer characteristic of the phase shift circuit, the nonlinear optical element, and the microchip laser If the phase transfer characteristic of the crystal is added, the delay phase near the relaxation oscillation frequency becomes 0 °, and the optical noise can be suppressed by feedback control by the output control circuit.
[0017]
In an eighth aspect, the present invention provides a solid-state laser device characterized in that, in the solid-state laser device having the above-described configuration, a photodiode having no sensitivity to infrared light is used as the second monitor light detection means. To do.
For example, when an infrared semiconductor laser of 850 nm is used and SHG light of about 425 nm is output, it is not preferable that infrared light is mixed in the feedback control of SHG light.
Therefore, in the solid-state laser device according to the eighth aspect, by using a photodiode that is not sensitive to infrared light, the infrared light is removed from the feedback control of the SHG light, and the feedback control can be suitably performed on the SHG light. ing.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described. Note that the present invention is not limited thereby.
[0019]
-First embodiment-
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a solid-state laser apparatus 100 according to the first embodiment.
This solid-state laser device 100 is a semiconductor laser 1 that generates laser light, a condensing lens system 2 that condenses the laser light, and a crystal that is excited by the condensed laser light and is applied to the crystal end face. Microchip laser crystal 3 constituting an optical resonator by coating, splitter 4, optical filter 5 and photodiode 6 for detecting the intensity of light (fundamental wave) emitted from microchip laser crystal 3, and photodiode A high-speed APC (Auto Power Control) circuit 7 that outputs a control signal H so that the noise component of the light detected in 6 becomes a predetermined value or less, and laser light from the microchip laser crystal 3 is incident and emits harmonics. The nonlinear optical element 8, the splitter 9 for detecting the intensity of light emitted from the nonlinear optical element 8, the optical filter 10, and the infrared light are detected. Of the semiconductor laser 1, a low-speed APC circuit 12 that outputs a control signal L so that the intensity of light detected by the photodiode 11 becomes a specified value, and a drive current based on the control signal L and the control signal H. And an LD driving circuit 13 to be supplied.
[0020]
The high-speed APC circuit 7 includes a coupling capacitor 7a, a signal amplifier circuit 7b, a low-pass filter 7c, a high-pass filter 7d, and a signal inverting amplifier circuit 7e. A band pass filter 7f may be used instead of the low pass filter 7c and the high pass filter 7d.
Since the high-speed APC circuit 7 performs feedback control that suppresses the optical noise of the fundamental wave that causes noise of the solid-state laser device 300, the high-speed APC circuit 7 is more suitable than conventional feedback control using only SHG light that deviates from the fundamental wave. Noise can be suppressed.
[0021]
The low-speed APC circuit 12 includes a signal amplification circuit 12b, a low-pass filter 12c, and a signal inversion amplification circuit 12e.
The low-speed APC circuit 12 suppresses the fluctuation of the DC level of the optical output.
[0022]
FIG. 2 shows a circuit example of the low-pass filters 7c and 12c.
The circuit shown in FIG. 2A or the circuit shown in FIG. 2B may be used.
FIG. 3 shows a circuit example of the high-pass filter 7d.
The circuit of (a) in FIG. 3 or the circuit of (b) may be used.
FIG. 4 shows a circuit example of the bandpass filter 7f.
[0023]
FIG. 5 shows gain transfer characteristics of the low-pass filters 7c and 12c.
FIG. 7 shows the gain transfer characteristic of the high-pass filter 7d.
In the transfer characteristic of the addition of the low-pass filter 7c and the high-pass filter 7d as described above, since the gain is small except in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk, disturbance noise (circuit noise or the like) is effectively cut, and the optical noise is reduced. Suitable for suppression.
[0024]
FIG. 6 shows the phase transfer characteristics of the low-pass filters 7c and 12c.
FIG. 8 shows the phase transfer characteristics of the high-pass filter 7d.
By setting the cutoff frequency of the high-pass filter 7d higher (higher frequency side) than the cutoff frequency of the low-pass filter 7c, the phase in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk can be advanced, so that it occurs in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk. The phase delay of optical noise can be compensated.
[0025]
By combining the low-pass filter 7c and the high-pass filter 7d, it is possible to extract only a signal in a band in which optical noise occurs and to compensate for the phase thereof. Can be suppressed.
Note that the orders of the low-pass filter 7c and the high-pass filter 7d are determined as appropriate.
[0026]
FIG. 9 shows gain transfer characteristics of the bandpass filter 7f.
FIG. 10 shows the phase transfer characteristics of the bandpass filter 7f.
By manipulating the center frequency and the order of the bandpass filter 7f, it is possible to extract only the signal in the band where the optical noise is generated, and also to compensate the phase thereof, so that the feedback control by the high-speed APC circuit 7 is effective. Optical noise can be suppressed.
[0027]
Further, by using the photodiode 11 that is not sensitive to infrared light, the infrared light can be removed from the feedback control of the SHG light, and the feedback control can be suitably performed on the SHG light.
[0028]
-Second Embodiment-
FIG. 11 is a configuration diagram showing a solid-state laser device 200 according to the second embodiment.
This solid-state laser device 200 has the same configuration except that the microchip laser crystal 3 is omitted from the solid-state laser device 100 according to the first embodiment.
[0029]
This solid-state laser device 100 can achieve the same effects as the solid-state laser device 100 according to the first embodiment. That is, optical noise can be suppressed by feedback control by the high-speed APC circuit 7.
[0030]
-Third embodiment-
FIG. 12 is a configuration diagram illustrating a solid-state laser apparatus 300 according to the third embodiment.
This solid-state laser device 300 is a semiconductor laser 1 that generates laser light, a condensing lens system 2 that condenses the laser light, and a crystal that is excited by the condensed laser light and is applied to the crystal end face Microchip laser crystal 3 constituting an optical resonator by coating, splitter 4, optical filter 5 and photodiode 6 for detecting the intensity of light (fundamental wave) emitted from microchip laser crystal 3, and photodiode A high-speed APC circuit 7 that outputs a control signal H so that the noise component of the light detected in 6 is less than or equal to a predetermined value, and a nonlinear optical element 8 that emits a harmonic when laser light from the microchip laser crystal 3 is incident; A splitter 9 for detecting the intensity of light emitted from the nonlinear optical element 8, an optical filter 10, and an infrared insensitive photoda A diode 11, a low-speed APC circuit 12 that outputs a control signal L so that the intensity of light detected by the photodiode 11 becomes a specified value, and a drive current based on the control signal L and the control signal H are supplied to the semiconductor laser 1. And an LD driving circuit 13.
[0031]
The high-speed APC circuit 7 includes a coupling capacitor 7a, a signal amplifier circuit 7b, a pseudo notch filter 7g, and a signal inversion amplifier circuit 7e.
Since the high-speed APC circuit 7 performs feedback control that suppresses the optical noise of the fundamental wave that causes noise of the solid-state laser device 300, the high-speed APC circuit 7 is more suitable than conventional feedback control using only SHG light that is different from the fundamental wave. Noise can be suppressed.
[0032]
The low-speed APC circuit 12 includes a signal amplification circuit 12b, a low-pass filter 12c, and a signal inversion amplification circuit 12e.
The low-speed APC circuit 12 suppresses the fluctuation of the DC level of the optical output.
[0033]
FIG. 13 shows a circuit example of the pseudo notch filter 7g.
[0034]
FIG. 14 shows the gain transfer characteristic of the pseudo notch filter 7g.
The pseudo notch filter 7g has a gain characteristic in which the gain gradually decreases in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk of the nonlinear optical element 8 and the microchip laser crystal 3, and the gain becomes a minimum value at the relaxation oscillation frequency fk. As a result, it has the effect of canceling the peaks of the gain transfer characteristics of the nonlinear optical element 8 and the microchip laser crystal 3 and is therefore suitable for suppressing optical noise near the relaxation oscillation frequency fk.
[0035]
FIG. 15 shows the phase transfer characteristics of the pseudo notch filter 7g.
The phase of the pseudo notch filter 7g is inverted before and after the relaxation oscillation frequency fk, that is, the notch frequency. That is, the phase is −180 ° at a frequency lower than the relaxation oscillation frequency fk, and the phase is 0 ° at a frequency higher than the relaxation oscillation frequency fk.
On the other hand, as shown in FIG. 21, in the phase transfer function of the nonlinear optical element 8 and the microchip laser crystal 3, the phase is 0 ° at a frequency lower than the relaxation oscillation frequency fk and the phase is −180 at a frequency higher than the relaxation oscillation frequency fk. It is ゜.
Then, in the phase transfer function obtained by synthesizing the nonlinear optical element 8 and the microchip laser crystal 3 and the pseudo notch filter 7g, the phase becomes −180 ° even at a frequency lower than the relaxation oscillation frequency fk or higher than the relaxation oscillation frequency fk. . That is, phase inversion before and after the relaxation oscillation frequency fk is eliminated.
As a result, both low frequency noise and high frequency noise can be suppressed by feedback control by the high-speed APC circuit 7.
[0036]
Further, by using the photodiode 11 that is not sensitive to infrared light, the infrared light can be removed from the feedback control of the SHG light, and the feedback control can be suitably performed on the SHG light.
[0037]
-Fourth Embodiment-
FIG. 16 is a configuration diagram illustrating a solid-state laser apparatus 400 according to the fourth embodiment.
This solid-state laser device 400 has the same configuration except that the microchip laser crystal 3 is omitted from the solid-state laser device 300 according to the third embodiment.
[0038]
This solid-state laser device 400 can achieve the same effects as the solid-state laser device 300 according to the third embodiment. That is, both low frequency noise and high frequency noise can be suppressed by feedback control by the high-speed APC circuit 7.
[0039]
-Fifth embodiment-
FIG. 17 is a configuration diagram showing a solid-state laser apparatus 500 according to the fifth embodiment.
This solid-state laser device 500 is a semiconductor laser 1 that generates laser light, a condensing lens system 2 that condenses the laser light, and a crystal that is excited by the condensed laser light and applied to the crystal end face. Microchip laser crystal 3 constituting an optical resonator by coating, splitter 4, optical filter 5 and photodiode 6 for detecting the intensity of light (fundamental wave) emitted from microchip laser crystal 3, and photodiode A high-speed APC circuit 7 that outputs a control signal H so that the noise component of the light detected in 6 is less than or equal to a predetermined value, and a nonlinear optical element 8 that emits a harmonic when laser light from the microchip laser crystal 3 is incident; A splitter 9 for detecting the intensity of light emitted from the nonlinear optical element 8, an optical filter 10, and an infrared insensitive photoda A diode 11, a low-speed APC circuit 12 that outputs a control signal L so that the intensity of light detected by the photodiode 11 becomes a specified value, and a drive current based on the control signal L and the control signal H are supplied to the semiconductor laser 1. And an LD driving circuit 13.
[0040]
The high-speed APC circuit 7 includes a coupling capacitor 7a, a signal amplifier circuit 7b, a phase shift circuit 7h, and a signal inversion amplifier circuit 7e.
Since the high-speed APC circuit 7 performs feedback control that suppresses optical noise of the fundamental wave that causes noise of the solid-state laser device 500, it is more suitable than conventional feedback control using only SHG light that is different from the fundamental wave. Noise can be suppressed.
[0041]
The low-speed APC circuit 12 includes a signal amplification circuit 12b, a low-pass filter 12c, and a signal inversion amplification circuit 12e.
The low-speed APC circuit 12 suppresses the fluctuation of the DC level of the optical output.
[0042]
FIG. 18 shows a circuit example of the phase shift circuit 7h.
The circuit shown in FIG. 18A or the circuit shown in FIG. 18B may be used.
[0043]
The phase shift circuit 7h advances the phase by, for example, 90 ° in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk. Actually, the phase shift amount is determined so as to cancel the delay of the entire system (delay of electric circuit, transmission cable, etc.).
On the other hand, as shown in FIG. 21, in the phase transfer function of the nonlinear optical element 4 and the microchip laser crystal 3, the phase in the vicinity of the relaxation oscillation frequency fk where optical noise is generated is delayed by 90 °.
Then, in the phase transfer function obtained by synthesizing the nonlinear optical element 4 and the microchip laser crystal 3 and the phase shift circuit 7h, the delayed phase shift near the relaxation oscillation frequency fk becomes 0 °, and the optical noise is fed back by the high-speed APC circuit 7. It can be suppressed by control.
[0044]
Further, by using the photodiode 11 that is not sensitive to infrared light, the infrared light can be removed from the feedback control of the SHG light, and the feedback control can be suitably performed on the SHG light.
[0045]
-Sixth Embodiment-
FIG. 19 is a configuration diagram showing a solid-state laser apparatus 600 according to the sixth embodiment.
This solid-state laser device 600 has the same configuration except that the microchip laser crystal 3 is omitted from the solid-state laser device 500 according to the fifth embodiment.
[0046]
This solid-state laser device 600 can achieve the same effects as the solid-state laser device 500 according to the fifth embodiment. That is, both low frequency noise and high frequency noise can be suppressed by feedback control by the high-speed APC circuit 7.
[0047]
【The invention's effect】
According to the solid-state laser device of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since feedback control that suppresses optical noise of the fundamental wave that causes noise of the solid-state laser device is performed, noise is suppressed more suitably than conventional feedback control using only SHG light that is different from the fundamental wave. I can do it.
(2) A low-pass filter and a high-pass filter or a band-pass filter are provided in the output control circuit so that the gain is increased in the vicinity of the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device and for phase adjustment in the vicinity of the relaxation oscillation frequency. As a result, since the gain is small except in the vicinity of the relaxation oscillation frequency, disturbance noise (circuit noise and the like) can be effectively cut, which is suitable for suppressing optical noise. In addition, since the phase near the relaxation oscillation frequency fk can be advanced, the phase delay of optical noise generated near the relaxation oscillation frequency fk can be compensated. As described above, optical noise can be effectively suppressed by feedback control by the output control circuit.
(3) Since a pseudo notch filter having a minimum gain value at the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device is provided in the output control circuit, the peak of the gain transfer characteristic of the nonlinear optical element or the gain of the nonlinear optical element and the microchip laser crystal Since it has the effect of canceling the peak of the transfer characteristic, it is suitable for suppressing optical noise near the relaxation oscillation frequency. And since the phase transfer characteristic of such a pseudo notch filter is reversed before and after the relaxation oscillation frequency, the phase transfer characteristic of the nonlinear optical element, or the nonlinear optical element and the micro wave whose phase is also reversed before and after the relaxation oscillation frequency. When combined with the phase transfer characteristics of the chip laser crystal, the phase does not invert around the relaxation oscillation frequency, and both low frequency noise and high frequency noise can be suppressed by feedback control by the output control circuit.
(4) Since the phase shift circuit for advancing the phase in the vicinity of the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device is provided in the output control circuit, the phase transfer characteristic of the nonlinear optical element or the phase transfer characteristic of the nonlinear optical element and the microchip laser crystal is added. For example, the delay phase becomes 0 ° in the vicinity of the relaxed transmission frequency, and the optical noise can be suppressed by feedback control by the output control circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a solid-state laser device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit example of a low-pass filter.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit example of a high-pass filter.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit example of a bandpass filter.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a gain transfer function of a low-pass filter.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a phase transfer function of a low-pass filter.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a gain transfer function of a high-pass filter.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a phase transfer function of a high-pass filter.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a gain transfer function of a bandpass filter.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a phase transfer function of a bandpass filter.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a solid-state laser device according to a second embodiment.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a solid-state laser device according to a third embodiment.
FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a circuit example of a pseudo notch filter.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a gain transfer function of a pseudo notch filter.
FIG. 15 is a characteristic diagram illustrating a phase transfer function of a pseudo notch filter.
FIG. 16 is a configuration diagram showing a solid-state laser apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 17 is a configuration diagram showing a solid-state laser apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 18 is a circuit diagram showing a circuit example of a phase shift circuit.
FIG. 19 is a configuration diagram showing a solid-state laser apparatus according to a sixth embodiment.
FIG. 20 is an actual measurement diagram showing an optical noise waveform of fundamental wave light and an optical noise waveform of SHG light in an example of a conventional solid-state laser device.
FIG. 21 is a characteristic diagram showing an actual measurement example of gain transfer characteristics and phase transfer characteristics of a nonlinear optical element and a microchip laser crystal in an example of a conventional solid-state laser device.
FIG. 22 is an actual measurement diagram showing an optical noise waveform in an example of a conventional solid-state laser device.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor laser
3 Microchip laser crystal
7 High-speed APC circuit
7c Low-pass filter
7d high pass filter
7f Band pass filter
7g pseudo notch filter
7h Phase shift circuit
8 Nonlinear optical elements
11 Insensitive photodiodes in the infrared
12 Low speed APC circuit
100-600 solid state laser device

Claims

A semiconductor laser that generates laser light, a microchip laser crystal that is excited by laser light from the semiconductor laser and that forms an optical resonator with a coating applied to a crystal end face, and the microchip laser crystal The first monitor light detection means for detecting the intensity of the emitted fundamental wave light, the output of the first monitor light detection means is fed back through a coupling capacitor, a low pass filter and a high pass filter, and the noise component of the light is predetermined. A first output control circuit for driving the semiconductor laser so as to be less than or equal to a value; a nonlinear optical element that emits a harmonic when laser light from the microchip laser crystal is incident; and a nonlinear optical element that is emitted from the nonlinear optical element Detected by second monitor light detecting means for detecting the intensity of SHG light and the second monitor light detecting means Results solid-state laser apparatus, wherein the strength of the based SHG light is a second output control circuit for driving the semiconductor laser to a predetermined value.

Semiconductor laser generating laser light, first monitoring light detection means for detecting the intensity of the fundamental light emitted from the semiconductor laser, the first monitoring light detection through a coupling capacitor, a low pass filter and a high pass filter A first output control circuit for driving the semiconductor laser so that an output of the means is fed back so that a noise component of the light becomes a predetermined value or less; and a nonlinear optical that emits a harmonic when the laser light from the semiconductor laser is incident The intensity of the SHG light based on the result detected by the element, the second monitor light detecting means for detecting the intensity of the SHG light emitted from the nonlinear optical element, and the second monitor light detecting means. A solid-state laser device, comprising: a second output control circuit that drives the semiconductor laser to have a predetermined value.

3. The solid-state laser device according to claim 1, wherein a photodiode having no sensitivity to infrared light is used as the second monitor light detection means . 4.

4. The solid-state laser device according to claim 1 , wherein a cutoff frequency of the high-pass filter is set to be higher than a cutoff frequency of the low-pass filter. 5.

A semiconductor laser that generates laser light, a microchip laser crystal that is excited by laser light from the semiconductor laser and that forms an optical resonator with a coating applied to a crystal end face, and the microchip laser crystal the first and the monitoring light detection means, through said band-pass filter that a coupling capacitor and the center frequency is set to more relaxation oscillation frequency of the solid-state laser apparatus first monitor light to detect the intensity of the fundamental wave light emitted A first output control circuit that drives the semiconductor laser to feed back the output of the detection means so that the noise component of the light is below a predetermined value, and the laser light from the microchip laser crystal is incident and emits harmonics. A non-linear optical element that detects the intensity of SHG light emitted from the non-linear optical element. Wherein means, that the intensity of said SHG light result of detection based on the second monitoring light detection means and a second output control circuit for driving the semiconductor laser to a predetermined value A solid-state laser device.

A semiconductor laser for generating laser light, first monitoring light detection means for detecting the intensity of the fundamental light emitted from the semiconductor laser, a coupling capacitor and a center frequency set to be equal to or higher than the relaxation oscillation frequency of the solid-state laser device. A first output control circuit that drives back the semiconductor laser so that the noise component of the light is less than or equal to a predetermined value by feeding back the output of the first monitoring light detection means through a band-pass filter that is connected; A non-linear optical element that receives laser light from the non-linear optical element and emits harmonics, a second monitoring light detection means that detects the intensity of SHG light emitted from the non-linear optical element, and the second monitoring light detection characterized in that the intensity of the SHG light based on the result detected by means and a second output control circuit for driving the semiconductor laser to a predetermined value Body laser device.