JPH10107356A - 偏光制御素子および固体レーザー - Google Patents
偏光制御素子および固体レーザーInfo
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- JPH10107356A JPH10107356A JP8258935A JP25893596A JPH10107356A JP H10107356 A JPH10107356 A JP H10107356A JP 8258935 A JP8258935 A JP 8258935A JP 25893596 A JP25893596 A JP 25893596A JP H10107356 A JPH10107356 A JP H10107356A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 直線偏光した単一縦モードのレーザービーム
を発生させることができ、かつ、温度変化に対する出力
安定性が高い固体レーザーを得る。 【解決手段】 固体レーザー媒質であるＮｄ：ＹＡＧ結
晶13の端面13ａと共振器ミラー14とで構成される共振器
内に、複屈折性を有する結晶がアングル・カットされて
なり、かつファブリー・ペロー型のエタロンとしての機
能を有するようにその厚さおよび端面反射率が調整され
ている偏光制御素子15を配置する。そしてこの偏光制御
素子15の厚さを、偏光の向きが相直交する２つのレーザ
ー発振モードのそれぞれに対する選択波長が相異なるよ
うに設定する。
を発生させることができ、かつ、温度変化に対する出力
安定性が高い固体レーザーを得る。 【解決手段】 固体レーザー媒質であるＮｄ：ＹＡＧ結
晶13の端面13ａと共振器ミラー14とで構成される共振器
内に、複屈折性を有する結晶がアングル・カットされて
なり、かつファブリー・ペロー型のエタロンとしての機
能を有するようにその厚さおよび端面反射率が調整され
ている偏光制御素子15を配置する。そしてこの偏光制御
素子15の厚さを、偏光の向きが相直交する２つのレーザ
ー発振モードのそれぞれに対する選択波長が相異なるよ
うに設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直線偏光した単一
縦モードのレーザービームを得るための偏光制御素子に
関するものである。
縦モードのレーザービームを得るための偏光制御素子に
関するものである。
【０００２】また本発明は、偏光制御素子を共振器内に
備えて、直線偏光した単一縦モードのレーザービームを
発生させる固体レーザーに関するものである。
備えて、直線偏光した単一縦モードのレーザービームを
発生させる固体レーザーに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】例えば特開昭６２−１８９７８３号に示
されるように、ネオジウムなどの希土類が添加された固
体レーザー結晶を半導体レーザー等によってポンピング
する固体レーザーが公知となっている。またこの種の固
体レーザーにおいては、より短波長のレーザービームを
得るために、その共振器内に非線形光学材料の結晶を配
置して、固体レーザービームを第２高調波等に波長変換
することも広く行なわれている。
されるように、ネオジウムなどの希土類が添加された固
体レーザー結晶を半導体レーザー等によってポンピング
する固体レーザーが公知となっている。またこの種の固
体レーザーにおいては、より短波長のレーザービームを
得るために、その共振器内に非線形光学材料の結晶を配
置して、固体レーザービームを第２高調波等に波長変換
することも広く行なわれている。
【０００４】ところで、上述のような固体レーザーに対
しては、その他の種類のレーザー装置と同様、直線偏光
のレーザービームや、直線偏光でかつ単一縦モードのレ
ーザービームを発生させたいという要求がある。しか
し、固体レーザー媒質としてＹＡＧのように光学的に等
方な結晶を使用する場合は、そのままでは直線偏光した
レーザービームを得ることはできない。そこでそのよう
な場合、従来は、直線偏光したレーザービームを得るた
めに共振器内に偏光制御用ブリュスター板を配置した
り、また直線偏光でかつ単一縦モードのレーザービーム
を得るために共振器内にブリュスター板とエタロンを配
置する等の手法が採用されていた。
しては、その他の種類のレーザー装置と同様、直線偏光
のレーザービームや、直線偏光でかつ単一縦モードのレ
ーザービームを発生させたいという要求がある。しか
し、固体レーザー媒質としてＹＡＧのように光学的に等
方な結晶を使用する場合は、そのままでは直線偏光した
レーザービームを得ることはできない。そこでそのよう
な場合、従来は、直線偏光したレーザービームを得るた
めに共振器内に偏光制御用ブリュスター板を配置した
り、また直線偏光でかつ単一縦モードのレーザービーム
を得るために共振器内にブリュスター板とエタロンを配
置する等の手法が採用されていた。
【０００５】ところが上記のブリュスター板は、光学研
磨面の面精度の不完全性、光学研磨面のブリュスター角
からの僅かなずれ、さらにはその表面および内部におけ
る散乱のために、大きな共振器挿入ロスを招くことが認
められている。またエタロンもブリュスター板ほどでは
ないが、その表面および内部における散乱のために共振
器挿入ロスを招く。このようにして大きな共振器挿入ロ
スが生じると、固体レーザーの発振効率が低下してしま
う。
磨面の面精度の不完全性、光学研磨面のブリュスター角
からの僅かなずれ、さらにはその表面および内部におけ
る散乱のために、大きな共振器挿入ロスを招くことが認
められている。またエタロンもブリュスター板ほどでは
ないが、その表面および内部における散乱のために共振
器挿入ロスを招く。このようにして大きな共振器挿入ロ
スが生じると、固体レーザーの発振効率が低下してしま
う。
【０００６】また、特に共振器内にブリュスター板とエ
タロンとが配置される場合は、これら２つの光学素子の
部品コスト、調整コストが高くつき、ひいては固体レー
ザーのコストアップにつながる。
タロンとが配置される場合は、これら２つの光学素子の
部品コスト、調整コストが高くつき、ひいては固体レー
ザーのコストアップにつながる。
【０００７】このような問題を解決できる偏光制御素子
として、特開平６−１３０３２８号に示されるものが知
られている。この偏光制御素子は、複屈折性を有する結
晶がいわゆるアングル・カット、すなわちその光学軸に
対して光入、出射端面が角度をなすようにカットされ、
かつ、ファブリー・ペロー型のエタロンとして機能する
ように該結晶の厚さおよび端面反射率が調整されてなる
ものである。
として、特開平６−１３０３２８号に示されるものが知
られている。この偏光制御素子は、複屈折性を有する結
晶がいわゆるアングル・カット、すなわちその光学軸に
対して光入、出射端面が角度をなすようにカットされ、
かつ、ファブリー・ペロー型のエタロンとして機能する
ように該結晶の厚さおよび端面反射率が調整されてなる
ものである。
【０００８】この偏光制御素子に光が入射すると、その
常光線と異常光線とが分離される。そこでこの偏光制御
素子をレーザー共振器内に配しておくと、共振器ミラー
の位置に応じて、これら２つの光線のうちの一方のみが
選択されて発振する。それにより、共振器から出射する
レーザービームは直線偏光したものとなる。またその
際、エタロンとしても機能するこの素子により発振波長
が選択されて、レーザービームが単一縦モード化され
る。
常光線と異常光線とが分離される。そこでこの偏光制御
素子をレーザー共振器内に配しておくと、共振器ミラー
の位置に応じて、これら２つの光線のうちの一方のみが
選択されて発振する。それにより、共振器から出射する
レーザービームは直線偏光したものとなる。またその
際、エタロンとしても機能するこの素子により発振波長
が選択されて、レーザービームが単一縦モード化され
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この複屈折性結晶から
なる偏光制御素子は、先に述べたブリュスター板と比較
すると共振器挿入ロスが小さいので、この偏光制御素子
を備えた固体レーザーは発振効率が高いものとなり得
る。
なる偏光制御素子は、先に述べたブリュスター板と比較
すると共振器挿入ロスが小さいので、この偏光制御素子
を備えた固体レーザーは発振効率が高いものとなり得
る。
【００１０】しかしその半面この偏光制御素子を備えた
固体レーザーにおいては、共振器ミラーの位置を調整し
て、直線偏光で単一縦モード、単一横モード発振させた
とき、その温度（共振器温度や、ポンピング源としての
半導体レーザー等の温度）が変化すると、ある温度領域
で、本来の偏光方向と直交する方向に偏光した高次横モ
ードが発振することがある。
固体レーザーにおいては、共振器ミラーの位置を調整し
て、直線偏光で単一縦モード、単一横モード発振させた
とき、その温度（共振器温度や、ポンピング源としての
半導体レーザー等の温度）が変化すると、ある温度領域
で、本来の偏光方向と直交する方向に偏光した高次横モ
ードが発振することがある。
【００１１】この高次横モードが発振すると、直線偏光
特性が劣化し、また特にレーザービームを光波長変換素
子によって波長変換する場合は、波長変換波の出力が低
下してしまう。
特性が劣化し、また特にレーザービームを光波長変換素
子によって波長変換する場合は、波長変換波の出力が低
下してしまう。
【００１２】そこで本発明は、レーザービームを直線偏
光させ、かつ単一縦モード、単一横モード化するために
使用されたとき、温度変化によって高次横モードが発振
することを防止できる偏光制御素子を提供することを目
的とするものである。
光させ、かつ単一縦モード、単一横モード化するために
使用されたとき、温度変化によって高次横モードが発振
することを防止できる偏光制御素子を提供することを目
的とするものである。
【００１３】また本発明は、直線偏光でかつ単一縦モー
ドのレーザービームを発生させることができ、また共振
器挿入ロスが極力抑えられて発振効率が高く、その上、
広い温度範囲において直線偏光特性、出力安定性の高い
固体レーザーを提供することを目的とする。
ドのレーザービームを発生させることができ、また共振
器挿入ロスが極力抑えられて発振効率が高く、その上、
広い温度範囲において直線偏光特性、出力安定性の高い
固体レーザーを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による偏光制御素
子は、前述したように複屈折性を有する結晶がアングル
・カットされ、かつファブリー・ペロー型のエタロンと
して機能するようにその厚さおよび端面反射率が調整さ
れてなる偏光制御素子において、複屈折性を有する結晶
の厚さが、偏光の向きが相直交する２つのレーザー発振
モードのそれぞれに対する選択波長が相異なるように設
定されていることを特徴とするものである。
子は、前述したように複屈折性を有する結晶がアングル
・カットされ、かつファブリー・ペロー型のエタロンと
して機能するようにその厚さおよび端面反射率が調整さ
れてなる偏光制御素子において、複屈折性を有する結晶
の厚さが、偏光の向きが相直交する２つのレーザー発振
モードのそれぞれに対する選択波長が相異なるように設
定されていることを特徴とするものである。
【００１５】また本発明による固体レーザーは、上記構
成の偏光制御素子が共振器内に配置されていることを特
徴とするものである。
成の偏光制御素子が共振器内に配置されていることを特
徴とするものである。
【００１６】
【発明の効果】上記の複屈折性結晶からなる偏光制御素
子を固体レーザーの共振器内に配したとき、レーザービ
ームの偏光状態および縦モードが制御される仕組みは、
先に述べた通りである。
子を固体レーザーの共振器内に配したとき、レーザービ
ームの偏光状態および縦モードが制御される仕組みは、
先に述べた通りである。
【００１７】そして、上記結晶の厚さが、偏光の向きが
相直交する２つのレーザー発振モードのそれぞれに対す
る選択波長が相異なるように設定されていると、つまり
例えば、常光に対してはレーザーの利得ピークに合致す
るように結晶厚さが設定されていると、その場合は異常
光に対するエタロン・ロスが大きくなる。これにより異
常光の発振が抑制されるので、温度変化によって高次横
モードが発振することがなくなり、広い温度範囲におい
て直線偏光特性、出力安定性の高いレーザーが得られる
ようになる。
相直交する２つのレーザー発振モードのそれぞれに対す
る選択波長が相異なるように設定されていると、つまり
例えば、常光に対してはレーザーの利得ピークに合致す
るように結晶厚さが設定されていると、その場合は異常
光に対するエタロン・ロスが大きくなる。これにより異
常光の発振が抑制されるので、温度変化によって高次横
モードが発振することがなくなり、広い温度範囲におい
て直線偏光特性、出力安定性の高いレーザーが得られる
ようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の１つの実
施形態によるレーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーを示すものである。このレーザーダイオードポンピン
グ固体レーザーは、ポンピング光としてのレーザービー
ム10を発する半導体レーザー11と、発散光である上記レ
ーザービーム10を集束させる集光レンズ12と、ネオジウ
ム（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質である
ＹＡＧ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称する）13と、
このＮｄ：ＹＡＧ結晶13の前方側（図中右方側）に配さ
れた共振器ミラー14と、この共振器ミラー14とＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶13との間に配された偏光制御素子15と、この偏
光制御素子15とＮｄ：ＹＡＧ結晶13との間に配された光
波長変換素子20とからなる。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の１つの実
施形態によるレーザーダイオードポンピング固体レーザ
ーを示すものである。このレーザーダイオードポンピン
グ固体レーザーは、ポンピング光としてのレーザービー
ム10を発する半導体レーザー11と、発散光である上記レ
ーザービーム10を集束させる集光レンズ12と、ネオジウ
ム（Ｎｄ）がドーピングされた固体レーザー媒質である
ＹＡＧ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称する）13と、
このＮｄ：ＹＡＧ結晶13の前方側（図中右方側）に配さ
れた共振器ミラー14と、この共振器ミラー14とＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶13との間に配された偏光制御素子15と、この偏
光制御素子15とＮｄ：ＹＡＧ結晶13との間に配された光
波長変換素子20とからなる。
【００１９】以上の各要素は、図示しない共通の筐体に
マウントされて一体化されている。また後述のようにＮ
ｄ：ＹＡＧ結晶13と共振器ミラー14とで固体レーザーの
共振器が構成されるが、この共振器部分と半導体レーザ
ー11は、図示しないペルチェ素子と温調回路とにより所
定温度に保たれる。
マウントされて一体化されている。また後述のようにＮ
ｄ：ＹＡＧ結晶13と共振器ミラー14とで固体レーザーの
共振器が構成されるが、この共振器部分と半導体レーザ
ー11は、図示しないペルチェ素子と温調回路とにより所
定温度に保たれる。
【００２０】半導体レーザー11としては、波長809 ｎｍ
のレーザービーム10を発する出力400 ｍＷのものが用い
られている。またＮｄ：ＹＡＧ結晶13はＮｄ濃度が１at
m ％で、厚さが１ｍｍのものである。このＮｄ：ＹＡＧ
結晶13は入射したレーザービーム10によってネオジウム
・イオンが励起されて、波長946 ｎｍの光を発する。共
振器ミラー14は、ミラー面14ａの曲率半径が20ｍｍのも
のである。光波長変換素子20は一例として、周期ドメイ
ン反転構造を有するＬｉＮｂＯ3 のバルク結晶（結晶長
３ｍｍ）からなる。
のレーザービーム10を発する出力400 ｍＷのものが用い
られている。またＮｄ：ＹＡＧ結晶13はＮｄ濃度が１at
m ％で、厚さが１ｍｍのものである。このＮｄ：ＹＡＧ
結晶13は入射したレーザービーム10によってネオジウム
・イオンが励起されて、波長946 ｎｍの光を発する。共
振器ミラー14は、ミラー面14ａの曲率半径が20ｍｍのも
のである。光波長変換素子20は一例として、周期ドメイ
ン反転構造を有するＬｉＮｂＯ3 のバルク結晶（結晶長
３ｍｍ）からなる。
【００２１】一方偏光制御素子15は複屈折性を有する方
解石の結晶からなり、図２に詳しく示す通りその両端面
15ａ、15ｂが光学軸に対して46.7°の角度をなす状態に
して、厚さ0.8 ｍｍにカットされている。
解石の結晶からなり、図２に詳しく示す通りその両端面
15ａ、15ｂが光学軸に対して46.7°の角度をなす状態に
して、厚さ0.8 ｍｍにカットされている。
【００２２】ここでＮｄ：ＹＡＧ結晶13の両端面13ａお
よび13ｂと、共振器ミラー14のミラー面14ａおよび光出
射端面14ｂと、偏光制御素子15の両端面15ａおよび15ｂ
の、以上挙げた波長、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶13の別の発振線
1064ｎｍ、1300ｎｍ、並びに後述の第２高調波波長473
ｎｍに対する反射率あるいは透過率は、適宜のコーティ
ングを施すことにより下表の通りに調整されている。な
おこの表中、Ｒは反射率を、Ｔは透過率を示しており、
それらの数値の単位は％である。
よび13ｂと、共振器ミラー14のミラー面14ａおよび光出
射端面14ｂと、偏光制御素子15の両端面15ａおよび15ｂ
の、以上挙げた波長、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶13の別の発振線
1064ｎｍ、1300ｎｍ、並びに後述の第２高調波波長473
ｎｍに対する反射率あるいは透過率は、適宜のコーティ
ングを施すことにより下表の通りに調整されている。な
おこの表中、Ｒは反射率を、Ｔは透過率を示しており、
それらの数値の単位は％である。
【００２３】 13ａ 13ｂ 14ａ 14ｂ 15ａ 15ｂ 809ｎｍ Ｔ≧85 Ｒ≦２ − − − − 946ｎｍ Ｒ≧99.9 Ｒ≦0.1 Ｒ≧99.9 Ｒ≦0.2 Ｒ＝10 Ｒ＝10 1064ｎｍ Ｔ≧30 Ｒ≦10 Ｔ≧30 Ｒ≦10 − − 1300ｎｍ Ｔ≧70 Ｒ≦25 Ｔ≧70 Ｒ≦25 − − 473ｎｍ Ｒ≧98 Ｒ≦10 Ｔ≧93 Ｒ≦0.3 Ｒ≦１ Ｒ≦１ また、光波長変換素子20の両端面20ａ、20ｂの反射率
は、以下の通りである。 上記の構成においては、偏光制御素子15の両端面15ａ、
15ｂ間に波長946 ｎｍの定在波が生じ、この波長946 ｎ
ｍの光のみがＮｄ：ＹＡＧ結晶端面13ａとミラー面14ａ
との間で強く共振してレーザービーム16が得られる。こ
のようにして単一縦モード化されたレーザービーム16
は、光波長変換素子20により波長が１／２、すなわち47
3 ｎｍの第２高調波21に変換される。波長946 ｎｍのレ
ーザービーム16は共振器ミラー14のミラー面14ａをほと
んど透過せず、その一方波長473 ｎｍの第２高調波21の
一部がこのミラー面14ａを透過して、光出射端面14ｂか
ら出射する。
は、以下の通りである。 上記の構成においては、偏光制御素子15の両端面15ａ、
15ｂ間に波長946 ｎｍの定在波が生じ、この波長946 ｎ
ｍの光のみがＮｄ：ＹＡＧ結晶端面13ａとミラー面14ａ
との間で強く共振してレーザービーム16が得られる。こ
のようにして単一縦モード化されたレーザービーム16
は、光波長変換素子20により波長が１／２、すなわち47
3 ｎｍの第２高調波21に変換される。波長946 ｎｍのレ
ーザービーム16は共振器ミラー14のミラー面14ａをほと
んど透過せず、その一方波長473 ｎｍの第２高調波21の
一部がこのミラー面14ａを透過して、光出射端面14ｂか
ら出射する。
【００２４】このように本実施形態では、偏光制御素子
15の両端面15ａおよび15ｂに適宜のコーティングを施し
て該素子15をファブリー・ペロー型のエタロンとしても
機能させているが、このようなコーティングによらず、
偏光制御素子15を構成する結晶自身のフレネル反射を利
用して同様の機能を得ることも可能である。なお本実施
形態では、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶端面13ａとミラー面14ａと
の間の距離、すなわち共振器長は10ｍｍである。
15の両端面15ａおよび15ｂに適宜のコーティングを施し
て該素子15をファブリー・ペロー型のエタロンとしても
機能させているが、このようなコーティングによらず、
偏光制御素子15を構成する結晶自身のフレネル反射を利
用して同様の機能を得ることも可能である。なお本実施
形態では、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶端面13ａとミラー面14ａと
の間の距離、すなわち共振器長は10ｍｍである。
【００２５】また、光学的に等方なＮｄ：ＹＡＧ結晶13
から出射した波長946 ｎｍのレーザービーム16は、図２
に示すように、複屈折性を有する偏光制御素子15におい
て常光線16Ａと異常光線16Ｂとに分離される。そこで共
振器ミラー14を、これら常光線16Ａと異常光線16Ｂの分
離方向に適当に位置調整することにより、常光線16Ａと
異常光線16Ｂの一方のみを発振させることができる。こ
のようにしてレーザービーム16は、直線偏光したものと
なる。
から出射した波長946 ｎｍのレーザービーム16は、図２
に示すように、複屈折性を有する偏光制御素子15におい
て常光線16Ａと異常光線16Ｂとに分離される。そこで共
振器ミラー14を、これら常光線16Ａと異常光線16Ｂの分
離方向に適当に位置調整することにより、常光線16Ａと
異常光線16Ｂの一方のみを発振させることができる。こ
のようにしてレーザービーム16は、直線偏光したものと
なる。
【００２６】上記レーザービーム16を波長変換して得ら
れた第２高調波21も直線偏光で、かつ単一縦モードであ
ることが確認され、その出力は６ｍＷである。この第２
高調波出力は、偏光制御素子15に代えて従来のようにブ
リュスター板とエタロンとを配置した場合の出力に比べ
て、約２倍と高いものである。
れた第２高調波21も直線偏光で、かつ単一縦モードであ
ることが確認され、その出力は６ｍＷである。この第２
高調波出力は、偏光制御素子15に代えて従来のようにブ
リュスター板とエタロンとを配置した場合の出力に比べ
て、約２倍と高いものである。
【００２７】なお上記の構成において、周期ドメイン反
転構造を有するＬｉＮｂＯ3 結晶からなる光波長変換素
子20の非線形光学定数ｄ33を利用する場合は、基本波と
しての波長946 ｎｍのレーザービーム16の直線偏光方向
をＬｉＮｂＯ3 結晶のｚ軸方向と一致させる必要があ
る。そこで、図１に示すように光波長変換素子20および
偏光制御素子15が配置される場合は、常光線のみが発振
するように共振器ミラー14を位置調節すればよい。
転構造を有するＬｉＮｂＯ3 結晶からなる光波長変換素
子20の非線形光学定数ｄ33を利用する場合は、基本波と
しての波長946 ｎｍのレーザービーム16の直線偏光方向
をＬｉＮｂＯ3 結晶のｚ軸方向と一致させる必要があ
る。そこで、図１に示すように光波長変換素子20および
偏光制御素子15が配置される場合は、常光線のみが発振
するように共振器ミラー14を位置調節すればよい。
【００２８】ここで一般的に、複屈折性を有する結晶の
光学軸と入射光のなす角度をθ、常光線と異常光線との
なす角度をρ、結晶の常光線、異常光線に対する屈折率
をそれぞれｎo 、ｎe とすると、
光学軸と入射光のなす角度をθ、常光線と異常光線との
なす角度をρ、結晶の常光線、異常光線に対する屈折率
をそれぞれｎo 、ｎe とすると、
【００２９】
【数１】
【００３０】であり、したがって結晶の厚さがｔのとき
の常光線と異常光線の分離幅ｄは、
の常光線と異常光線の分離幅ｄは、
【００３１】
【数２】
【００３２】となる。この分離幅ｄは大きい方が好まし
い。
い。
【００３３】偏光制御素子15を構成する方解石は、他の
複屈折性結晶と比較して屈折率そのものが低い上に、複
屈折性（屈折率ｎo とｎe との差）も大きい。そのた
め、上記分離幅ｄが大きく取れるので、本発明の偏光制
御素子を構成する上で極めて好適な材料であると言え
る。
複屈折性結晶と比較して屈折率そのものが低い上に、複
屈折性（屈折率ｎo とｎe との差）も大きい。そのた
め、上記分離幅ｄが大きく取れるので、本発明の偏光制
御素子を構成する上で極めて好適な材料であると言え
る。
【００３４】一般に、複屈折性を有する結晶の屈折率楕
円体は下記の式で与えられる。なおこの式においてｎeo
は、ｚ軸とｘ（ｙ）軸との中間的な方向についての屈折
率である。
円体は下記の式で与えられる。なおこの式においてｎeo
は、ｚ軸とｘ（ｙ）軸との中間的な方向についての屈折
率である。
【００３５】
【数３】
【００３６】偏光制御性を得るために本例では、方解石
をその劈開面を利用して、図２に示すようにθ＝46.7°
でアングル・カットして偏光制御素子15とする。方解石
の波長946 ｎｍに対する屈折率はｎo ＝1.6448、ｎe ＝
1.4806であるから、この場合の屈折率ｎeoは（数３）式
よりｎeo＝1.5514となる。
をその劈開面を利用して、図２に示すようにθ＝46.7°
でアングル・カットして偏光制御素子15とする。方解石
の波長946 ｎｍに対する屈折率はｎo ＝1.6448、ｎe ＝
1.4806であるから、この場合の屈折率ｎeoは（数３）式
よりｎeo＝1.5514となる。
【００３７】一方、エタロンの厚さｔと選択波長の関係
は、屈折率ｎo を感じる方向（以下これをｎo 方向とい
う）の偏光と、屈折率ｎeoを感じる方向（以下これをｎ
eo方向という）の偏光に関してそれぞれ、 ｎo 方向偏光： ２ｎo ｔ＝ｍo λo ……（４） ｎeo方向偏光： ２ｎeoｔ＝ｍeoλeo ……（５） ただしｍo とｍeoは整数、λo とλeoは選択波長とな
る。
は、屈折率ｎo を感じる方向（以下これをｎo 方向とい
う）の偏光と、屈折率ｎeoを感じる方向（以下これをｎ
eo方向という）の偏光に関してそれぞれ、 ｎo 方向偏光： ２ｎo ｔ＝ｍo λo ……（４） ｎeo方向偏光： ２ｎeoｔ＝ｍeoλeo ……（５） ただしｍo とｍeoは整数、λo とλeoは選択波長とな
る。
【００３８】946 ｎｍ発振のＹＡＧレーザーにおいて、
第２エタロンモードが発振しないようにするには、エタ
ロンのＦＳＲ（Free Spectral Range ）を基本的にＹＡ
Ｇの利得幅0.8 ｎｍと同等の0.8 ｎｍとする必要があ
る。偏光制御素子15をこのようにＦＳＲ＝0.8 ｎｍのエ
タロンとし、それを方解石から作成する場合、エタロン
厚さ（偏光制御素子15の厚さ）は350 μｍ付近の値とな
る。
第２エタロンモードが発振しないようにするには、エタ
ロンのＦＳＲ（Free Spectral Range ）を基本的にＹＡ
Ｇの利得幅0.8 ｎｍと同等の0.8 ｎｍとする必要があ
る。偏光制御素子15をこのようにＦＳＲ＝0.8 ｎｍのエ
タロンとし、それを方解石から作成する場合、エタロン
厚さ（偏光制御素子15の厚さ）は350 μｍ付近の値とな
る。
【００３９】このとき、上記（４）、（５）式から定ま
るエタロン選択波長λo 、λeoが図３のように互いに一
致するエタロン厚さは、約５μｍ周期で344 μｍ、349
μｍ、354 μｍとなる。
るエタロン選択波長λo 、λeoが図３のように互いに一
致するエタロン厚さは、約５μｍ周期で344 μｍ、349
μｍ、354 μｍとなる。
【００４０】これに対して、５μｍ周期の半周期の2.5
μｍずれた346.5 μｍ、351.5 μｍ、356.5 μｍのエタ
ロン厚さであれば、図４に示すようにエタロン選択波長
λo、λeoがＦＳＲ＝0.8 ｎｍの１／２の0.4 ｎｍだけ
互いにずれる状態となる。この状態を得るために本実施
形態においては、偏光制御素子15の厚さを一例として35
1.5 μｍに設定してあるが、それに限らず356.5 μｍあ
るいは346.5 μｍとしてもよい。
μｍずれた346.5 μｍ、351.5 μｍ、356.5 μｍのエタ
ロン厚さであれば、図４に示すようにエタロン選択波長
λo、λeoがＦＳＲ＝0.8 ｎｍの１／２の0.4 ｎｍだけ
互いにずれる状態となる。この状態を得るために本実施
形態においては、偏光制御素子15の厚さを一例として35
1.5 μｍに設定してあるが、それに限らず356.5 μｍあ
るいは346.5 μｍとしてもよい。
【００４１】ここで、従来装置のようにエタロン選択波
長λo 、λeoが互いに一致する場合（図３の状態）に
は、ある温調温度下で光波長変換素子20の周期ドメイン
反転構造と位相整合する偏光方向（ｎo 方向）と直交す
る偏光方向（ｎeo方向）の高次横モードが発振し、前者
の偏光方向を有する発振光つまり常光線16Ａのパワーが
低下する。このため、温調温度に対する第２高調波出力
特性は、図５に概略を示すように不安定な状態となる。
長λo 、λeoが互いに一致する場合（図３の状態）に
は、ある温調温度下で光波長変換素子20の周期ドメイン
反転構造と位相整合する偏光方向（ｎo 方向）と直交す
る偏光方向（ｎeo方向）の高次横モードが発振し、前者
の偏光方向を有する発振光つまり常光線16Ａのパワーが
低下する。このため、温調温度に対する第２高調波出力
特性は、図５に概略を示すように不安定な状態となる。
【００４２】それに対して本発明の場合、すなわちエタ
ロン選択波長λo 、λeoが相異なる場合（図４の状態）
は、ｎo 方向の偏光についての選択波長λo がＹＡＧの
利得ピークに合致するようにエタロンを選択して単一縦
モード化を図ると、λeo方向の偏光に対するエタロン選
択波長ではＹＡＧの利得が外れて、この偏光の発振が抑
圧され、常にｎo 方向の偏光つまり常光線16Ａのみが発
振するようになる。そこでこの場合は図６に概略を示す
ように、温調温度が変化しても第２高調波の出力は安定
する。
ロン選択波長λo 、λeoが相異なる場合（図４の状態）
は、ｎo 方向の偏光についての選択波長λo がＹＡＧの
利得ピークに合致するようにエタロンを選択して単一縦
モード化を図ると、λeo方向の偏光に対するエタロン選
択波長ではＹＡＧの利得が外れて、この偏光の発振が抑
圧され、常にｎo 方向の偏光つまり常光線16Ａのみが発
振するようになる。そこでこの場合は図６に概略を示す
ように、温調温度が変化しても第２高調波の出力は安定
する。
【００４３】上述したように、946 ｎｍ発振のＹＡＧレ
ーザーにおいて、第２エタロンモードが発振しないよう
にするには、エタロンのＦＳＲを、基本的にＹＡＧの利
得幅0.8 ｎｍと同等の0.8 ｎｍとする必要がある。この
ときｎeo方向とｎo 方向のエタロン選択波長の差は、最
大でＦＳＲ0.8 ｎｍの50％つまり0.4 ｎｍまでとること
ができる（図４の場合に相当）。ただし、ｎeo方向とｎ
o 方向のエタロン選択波長の差が少なくとも0.2 ｎｍ
（ＦＳＲ0.8 ｎｍの25％）とれれば、ｎeo方向に対する
ＹＡＧの利得が半分以下となり、ｎeo方向の発振を十分
に抑圧することができる。
ーザーにおいて、第２エタロンモードが発振しないよう
にするには、エタロンのＦＳＲを、基本的にＹＡＧの利
得幅0.8 ｎｍと同等の0.8 ｎｍとする必要がある。この
ときｎeo方向とｎo 方向のエタロン選択波長の差は、最
大でＦＳＲ0.8 ｎｍの50％つまり0.4 ｎｍまでとること
ができる（図４の場合に相当）。ただし、ｎeo方向とｎ
o 方向のエタロン選択波長の差が少なくとも0.2 ｎｍ
（ＦＳＲ0.8 ｎｍの25％）とれれば、ｎeo方向に対する
ＹＡＧの利得が半分以下となり、ｎeo方向の発振を十分
に抑圧することができる。
【００４４】なお本発明の偏光制御素子を形成する材料
としては、以上挙げた方解石の他、ＬｉＮｂＯ3 、ルチ
ル、水晶、ＹＶＯ4 等も使用可能であり、特に波長変換
も可能な非線形光学効果を示す材料としてはＫＴｉＯＰ
Ｏ4 （ＫＴＰ）、ＫＮｂＯ3、ＬｉＮｂＯ3 さらにはＬ
ｉＴａＯ3 等が使用可能である。
としては、以上挙げた方解石の他、ＬｉＮｂＯ3 、ルチ
ル、水晶、ＹＶＯ4 等も使用可能であり、特に波長変換
も可能な非線形光学効果を示す材料としてはＫＴｉＯＰ
Ｏ4 （ＫＴＰ）、ＫＮｂＯ3、ＬｉＮｂＯ3 さらにはＬ
ｉＴａＯ3 等が使用可能である。
【００４５】また以上、レーザー結晶としてＮｄ：ＹＡ
Ｇ結晶を用いた946 ｎｍ発振の波長変換レーザーについ
て述べたが、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いた別の発振線、例
えば1064ｎｍ、1300ｎｍの発振線についても、同様にし
て単一縦モード化および偏光制御を行ない、その上で温
度変化に対する出力安定化を実現できる。
Ｇ結晶を用いた946 ｎｍ発振の波長変換レーザーについ
て述べたが、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いた別の発振線、例
えば1064ｎｍ、1300ｎｍの発振線についても、同様にし
て単一縦モード化および偏光制御を行ない、その上で温
度変化に対する出力安定化を実現できる。
【図１】本発明の一つの実施形態である固体レーザーを
示す側面図
示す側面図
【図２】図１の固体レーザーに用いられた偏光制御素子
を詳しく示す側面図
を詳しく示す側面図
【図３】従来装置における固体レーザーの利得とエタロ
ン選択波長との関係を示すグラフ
ン選択波長との関係を示すグラフ
【図４】図１の装置における固体レーザーの利得とエタ
ロン選択波長との関係を示すグラフ
ロン選択波長との関係を示すグラフ
【図５】従来装置におけるレーザー出力と温度との概略
関係を示すグラフ
関係を示すグラフ
【図６】図１の装置におけるレーザー出力と温度との概
略関係を示すグラフ
略関係を示すグラフ
10 レーザービーム（ポンピング光） 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Ｎｄ：ＹＡＧ結晶 14 共振器ミラー 15 偏光制御素子 16 固体レーザービーム 16Ａ 常光線 16Ｂ 異常光線 20 光波長変換素子 21 第２高調波
Claims (4)
- 【請求項１】 複屈折性を有する結晶が、その光学軸に
対して光入、出射端面が角度をなすようにカットされ、
かつファブリー・ペロー型のエタロンとして機能するよ
うにその厚さおよび端面反射率が調整されてなり、レー
ザーの偏光方向および縦モードを制御する偏光制御素子
において、 前記結晶の厚さが、偏光の向きが相直交する２つのレー
ザー発振モードのそれぞれに対する選択波長が相異なる
ように設定されていることを特徴とする偏光制御素子。 - 【請求項２】 前記２つのレーザー発振モードのそれぞ
れに対する選択波長の差が、エタロンのＦＳＲ（Free S
pectral Range ）の２５％以上あることを特徴とする請
求項１記載の偏光制御素子。 - 【請求項３】 前記結晶が方解石の結晶であることを特
徴とする請求項１または２記載の偏光制御素子。 - 【請求項４】 請求項１、２または３記載の偏光制御素
子が共振器内に配置されていることを特徴とする固体レ
ーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25893596A JP3683360B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 偏光制御素子および固体レーザー |
| US08/940,974 US6028869A (en) | 1996-09-30 | 1997-09-30 | Polarization control element and solid state laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25893596A JP3683360B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 偏光制御素子および固体レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10107356A true JPH10107356A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3683360B2 JP3683360B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=17327094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25893596A Expired - Fee Related JP3683360B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 偏光制御素子および固体レーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6028869A (ja) |
| JP (1) | JP3683360B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100415126B1 (ko) * | 1998-07-02 | 2004-01-14 | 제너럴 스캐닝, 인코포레이티드 | 레이저 편광 제어 |
| JP2008147687A (ja) * | 2008-01-09 | 2008-06-26 | Nidek Co Ltd | 眼科用レーザ装置 |
| JP2020201341A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 波長変換デバイス |
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|---|---|---|---|---|
| IL120754A0 (en) | 1997-05-01 | 1998-01-04 | Yeda Res & Dev | Optical resonators with discontinuous phase elements |
| JP2003509871A (ja) * | 1999-09-15 | 2003-03-11 | イエダ リサーチ アンド デベロツプメント カンパニー リミテツド | 直交偏光モードを有する光共振器 |
| US7777959B2 (en) * | 2004-05-27 | 2010-08-17 | Angstrom, Inc. | Micromirror array lens with fixed focal length |
| JP2006294880A (ja) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Shimadzu Corp | 固体レーザ装置 |
| US20070116068A1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-05-24 | Mao Hong W | System and components for generating single-longitudinal-mode nanosecond laser beam having a wavelength in the range from 760nm to 790nm |
| US7782913B2 (en) * | 2007-07-20 | 2010-08-24 | Corning Incorporated | Intensity modulation in wavelength converting optical package |
| WO2016049787A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | ETH Zürich | Pulsed laser |
| CN118889170B (zh) * | 2024-09-12 | 2025-01-24 | 中国科学院国家授时中心 | 一种可应用于双模光晶格原子钟的高功率双频率激光器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH613310A5 (ja) * | 1977-04-01 | 1979-09-14 | Inst Angewandte Physik | |
| US5062694A (en) * | 1991-04-08 | 1991-11-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Birefringent filter design |
| GB2254710B (en) * | 1991-04-12 | 1994-01-26 | Northern Telecom Europ Ltd | Fabry-perot optical filters |
| US5493426A (en) * | 1991-11-14 | 1996-02-20 | University Of Colorado Foundation, Inc. | Lateral electrode smectic liquid crystal devices |
| JP2824884B2 (ja) * | 1992-10-16 | 1998-11-18 | 富士写真フイルム株式会社 | 偏光制御素子および固体レーザー装置 |
| US5588013A (en) * | 1994-11-30 | 1996-12-24 | The Whitaker Corporation | Polarization controlled tuneable ring laser |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP25893596A patent/JP3683360B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-09-30 US US08/940,974 patent/US6028869A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100415126B1 (ko) * | 1998-07-02 | 2004-01-14 | 제너럴 스캐닝, 인코포레이티드 | 레이저 편광 제어 |
| JP2008147687A (ja) * | 2008-01-09 | 2008-06-26 | Nidek Co Ltd | 眼科用レーザ装置 |
| JP2020201341A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 波長変換デバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3683360B2 (ja) | 2005-08-17 |
| US6028869A (en) | 2000-02-22 |
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