【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＤ励起固体レー
ザ装置の出力安定化に関する。The present invention relates to stabilizing the output of an LD-pumped solid-state laser device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、半導体レーザからの出力光（以下
適宜「ＬＤ光」と称する）を集光して固体レーザ媒質に
照射し、この固体レーザ媒質から誘導放出される基本波
を、光共振器内に収容した非線形光学結晶に照射するこ
とにより、第二高調波（以下適宜「ＳＨ波」と称する）
を生成し、その第二高調波を光共振器内で発振させ出力
ミラーを介して外部に出力するようにした波長変換固体
レーザ装置が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, output light from a semiconductor laser (hereinafter, appropriately referred to as "LD light") is condensed and irradiated on a solid-state laser medium, and a fundamental wave induced and emitted from the solid-state laser medium is subjected to optical resonance. By irradiating the nonlinear optical crystal housed in the vessel, the second harmonic (hereinafter, appropriately referred to as “SH wave”)
There is known a wavelength conversion solid-state laser device in which a second harmonic is generated in an optical resonator and output to the outside via an output mirror.
【０００３】この具体例を図３及び図４により説明す
る。図３に示すように、半導体レーザ３１からの出力光
は、コリメータレンズ３２ａ及びフォーカスレンズ３２
ｂを介して固体レーザ媒質（Ｎｄ：ＹＡＧ）３３に照射
される。固体のレーザ媒質３３の片面には、半導体レー
ザ３１からのＬＤ光を透過させ、固体のレーザ媒質３３
から誘導放出される基本波及びそのＳＨ波を高反射率の
もとに反射させる高反射コーティング膜が形成されてお
り、この高反射コーティング膜と出力ミラー３６との間
で光共振器が構成されている。A specific example will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. As shown in FIG. 3, the output light from the semiconductor laser 31 is transmitted to a collimator lens 32a and a focus lens 32.
The solid-state laser medium (Nd: YAG) 33 is irradiated via b. On one surface of the solid-state laser medium 33, the LD light from the semiconductor laser 31 is transmitted, and the solid-state laser medium 33 is
A high-reflection coating film is formed to reflect the fundamental wave and its SH wave stimulated emission from the mirror under high reflectance, and an optical resonator is formed between the high-reflection coating film and the output mirror. ing.
【０００４】光共振器の内部には、ＳＨ波発生用の非線
形光学素子（以下「ＳＨＧ」ともいう、例えばＫＮｂＯ
３）３５が挿入されており、半導体レーザ３１からの出
力光で固体のレーザ媒質３３を励起することによって誘
導放出された基本波が、非線形光学素子３５に照射され
ることにより、第二高調波が生成される。出力ミラー３
６はＳＨ波を主として透過させ、従ってこの出力ミラー
３６を介してＳＨ波が光共振器外に出力される。A nonlinear optical element (hereinafter also referred to as "SHG", for example, KNbO
3 ) 35 is inserted, and the fundamental wave stimulated and emitted by exciting the solid laser medium 33 with the output light from the semiconductor laser 31 is applied to the nonlinear optical element 35, so that the second harmonic is emitted. Is generated. Output mirror 3
Numeral 6 mainly transmits the SH wave, so that the SH wave is output to the outside of the optical resonator via the output mirror 36.
【０００５】この光共振器外に出力されたＳＨ波から、
出力ミラー３６に近接配置されたビームサンプラー３７
によって、その一部が所定の割合でモニタ光Ｌｍとして
分離されて光検出器３８に導かれ、その強度が検出され
る。この検出結果は、レーザコントローラ３９にフィー
ドバックされ、ＳＨ波出力を一定に保持するようにＬＤ
電流が制御される。また装置の主要部はレーザコントロ
ーラ３９により所定温度に制御される。[0005] From the SH wave output outside the optical resonator,
Beam sampler 37 arranged close to output mirror 36
As a result, a part of the light is separated as monitor light Lm at a predetermined ratio, guided to the photodetector 38, and its intensity is detected. This detection result is fed back to the laser controller 39 and the LD is controlled so as to keep the SH wave output constant.
The current is controlled. A main part of the apparatus is controlled to a predetermined temperature by a laser controller 39.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記構成においては、
図４に示すように、光検出器３８に入射するモニタ光の
検出に重大な問題がある。光検出器３８の受光面３８ａ
はケーシング３８ｂ内に配置され、受光面保護用樹脂３
８ｃ、ガラス基板３８ｄで覆われているが、モニタ光Ｌ
ｍが保護用樹脂３８ｃやガラス基板３８ｄの内部で多重
反射し干渉する状態が生じる。モニタ光が干渉する場合
には、受光面保護用の樹脂やガラス基板のわずかな温度
変化やモニタ光のわずかな入射角度変化が生じても、モ
ニタ光が受光面３８ａに入射する迄の干渉条件が変化
し、出力光強度（Ｌｏ）が一定であってもＰＤ受光面３
８ａに入射する有効なモニタ光の強度Ｌｅが変動する。In the above configuration,
As shown in FIG. 4, there is a serious problem in detecting monitor light incident on the photodetector 38. Light receiving surface 38a of photodetector 38
Is disposed in the casing 38b, and the light-receiving surface protecting resin 3
8c and the glass substrate 38d, the monitor light L
m is reflected multiple times inside the protective resin 38c and the glass substrate 38d, causing interference. When the monitor light interferes, even if a slight change in the temperature of the resin or glass substrate for protecting the light receiving surface or a slight change in the incident angle of the monitor light occurs, the interference condition until the monitor light enters the light receiving surface 38a. Changes, and even if the output light intensity (Lo) is constant, the PD light receiving surface 3
The intensity Le of the effective monitor light incident on 8a fluctuates.
【０００７】従って、レーザ出力光強度Ｌｏに対する有
効なモニタ光強度Ｌｅの比率Ｌｅ／Ｌｏが変動すること
となり、レーザ出力光強度Ｌｏが安定している場合でも
モニタ光強度検出値が変動する。モニタ光強度検出値が
変動すると、これを一定に保持するようにレーザコント
ローラ３９によりＬＤ駆動電流が制御され、モニタ光が
本来の機能に反して、上記の光干渉の影響に応じてレー
ザ出力Ｌｏの変動を招くという結果を生じさせることに
なる。本発明は、光検出器受光面に入射する有効なモニ
ター光の強度の割合が保護用樹脂やガラス基板のわずか
な温度変化などの影響によっても変動せず、出力の安定
なＬＤ励起固体レーザ装置を提供することを目的とす
る。Therefore, the ratio Le / Lo of the effective monitor light intensity Le to the laser output light intensity Lo fluctuates, and the detected monitor light intensity fluctuates even when the laser output light intensity Lo is stable. When the monitor light intensity detection value fluctuates, the LD drive current is controlled by the laser controller 39 so as to keep the detected value constant, and the monitor light is deviated from its original function, and the laser output Lo is changed according to the influence of the above-mentioned optical interference. Will be caused. The present invention provides an LD-pumped solid-state laser device having a stable output in which the ratio of the intensity of the effective monitor light incident on the light-receiving surface of the photodetector does not fluctuate due to a slight temperature change of the protective resin or the glass substrate. The purpose is to provide.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のＬＤ励起固体レーザ装置は、半導体レーザ
からの出力光により固体レーザ媒質を励起するととも
に、固体レーザ媒質を含む光共振器内に非線形光学素子
を設置し、固体レーザ媒質から誘導放出される基本波の
第二高調波を出力ミラーを介して外部に出力するように
構成され、その出力の所定の一部を光検出器にて検出
し、その検出出力が一定となるように半導体レーザの駆
動電流を変化させて出力の安定化を行うレーザ装置にお
いて、光検出器の受光面の前段に受光面に入射するモニ
タ光の干渉を除去する手段を設けたものであり、干渉除
去手段としては、受光面保護用樹脂やガラス基板の一面
または両面をスリ面状にし、モニタ光を拡散させること
により、或いは受光面保護用の樹脂やガラス基板を楔形
にすることが好適である。上記手段により、モニタ光の
干渉が無くなり、受光面保護用の樹脂やガラス基板のわ
ずかな温度変化やモニタ光の入射角度変化が多少生じた
場合においてもレーザ出力は変動しない。In order to achieve the above object, an LD-pumped solid-state laser device according to the present invention excites a solid-state laser medium with output light from a semiconductor laser, and further comprises an optical resonator including the solid-state laser medium. A non-linear optical element is installed in the device to output the second harmonic of the fundamental wave stimulatedly emitted from the solid-state laser medium to the outside via the output mirror, and a predetermined part of the output is supplied to the photodetector. In a laser device that stabilizes the output by changing the drive current of the semiconductor laser so that the detected output becomes constant, the interference of monitor light incident on the light receiving surface in front of the light receiving surface of the photodetector The interference removing means may be formed by forming one or both surfaces of a resin for protecting the light receiving surface or a glass substrate into a slid surface and diffusing monitor light, or by protecting the light receiving surface. A resin or glass substrate use it is preferable to the wedge. By the above means, the interference of the monitor light is eliminated, and the laser output does not fluctuate even when the temperature of the resin for protecting the light receiving surface or the glass substrate slightly changes or the incident angle of the monitor light slightly changes.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例のＬＤ励起
固体レーザ装置のシステム構成例図、図２の（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図１の一部（ＰＤ）の詳細図
である。図１において、１は固体レーザ媒質を励起する
ための半導体レーザ、２（２ａ、２ｂ）は半導体レーザ
１からの光を固体レーザ媒質に照射するための光学系
で、２ａはコリメータレンズ、２ｂはフォーカスレンズ
である。３は固体レーザ媒質であり、例えばＮｄ：ＹＡ
Ｇを用いる。５は固体のレーザ媒質３の出力からＳＨ波
を発生させるための非線形光学素子であり、例えばＫＮ
ｂＯ３を用いる。６は出力ミラーで上記のＳＨ波を透過
させ基本波を反射させる特性を有するものが用いられ
る。固体のレーザ媒質３の前端面には、半導体レーザ１
からのＬＤ光を透過させ、固体のレーザ媒質３から誘導
放出される基本波及びそのＳＨ波を高反射率のもとに反
射させる高反射コーティング膜３ａが形成されている。
以上の高反射コーティング膜３ａと出力ミラー６とでＳ
Ｈ波に対する光共振器を形成する。FIG. 1 is a diagram showing an example of a system configuration of an LD-pumped solid-state laser device according to an embodiment of the present invention.
(B) and (C) are each a detailed view of a part (PD) of FIG. 1. In FIG. 1, 1 is a semiconductor laser for exciting a solid laser medium, 2 (2a, 2b) is an optical system for irradiating the solid laser medium with light from the semiconductor laser 1, 2a is a collimator lens, and 2b is It is a focus lens. 3 is a solid-state laser medium, for example, Nd: YA
G is used. Reference numeral 5 denotes a nonlinear optical element for generating an SH wave from the output of the solid-state laser medium 3, for example, KN
bO3 is used. Reference numeral 6 denotes an output mirror having the characteristic of transmitting the SH wave and reflecting the fundamental wave. A semiconductor laser 1 is provided on the front end face of the solid laser medium 3.
A high-reflection coating film 3a that transmits the LD light from the laser beam and reflects the fundamental wave and the SH wave stimulatedly emitted from the solid-state laser medium 3 with a high reflectance is formed.
The high reflection coating film 3a and the output mirror 6 described above
An optical resonator for H waves is formed.
【００１０】７は出力ミラー６に近接配置されたビーム
サンプラーであり、出力ミラー６のＳＨ波出力Ｌを実際
のＳＨ波出力（透過光）Ｌｏとモニタ光ＳＨ波（反射
光）Ｌｍとに所定の割合で分離する。８はモニタ光Ｌｍ
の強度を検出するための光検出器、９はレーザ光出力Ｌ
ｏを所定に制御するためのレーザコントローラであり、
光検出器８による検出結果がドライバ９にフィードバッ
クされ、ＳＨ波出力Ｌｏを一定に保持するようにＬＤ電
流を制御する。Reference numeral 7 denotes a beam sampler arranged close to the output mirror 6. The beam sampler 7 converts the SH wave output L of the output mirror 6 into an actual SH wave output (transmitted light) Lo and a monitor light SH wave (reflected light) Lm. Separate at the rate of 8 is the monitor light Lm
A photodetector for detecting the intensity of the laser beam;
o is a laser controller for predetermined control,
The detection result of the photodetector 8 is fed back to the driver 9, and the LD current is controlled so as to keep the SH wave output Lo constant.
【００１１】以上のシステム構成において、本発明で
は、光検出器８の受光面８ａ前段に受光面に入射するモ
ニタ光の多重反射を防止しモニタ光の干渉を除去する手
段を設けている。このモニタ光干渉除去手段Ｓ（Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３）の具体的実施態様を図２の（Ａ）、（Ｂ）
及び（Ｃ）にそれぞれ示す。図２の（Ａ）は、光検出器
８の入力面を構成するガラス基板８ｄにスリ面（Ｓ１）
を形成したものである。このスリ面Ｓ１は受光面８ａに
対向する範囲だけでなく、ガラス基板８ｄ全面に形成す
ることが望ましい。なお、スリ面Ｓ１は図では表面（入
射面）に形成しているが、内面（出射面）または両面に
形成しても良い。このスリ面Ｓ１により、検出器８に入
射するモニタ光Ｌｍはスリ面で拡散光となり、またばら
ばらの位相で受光面８ａに到達するので、干渉を生じる
ことはない。In the above system configuration, in the present invention, means for preventing multiple reflection of monitor light incident on the light receiving surface and eliminating interference of monitor light is provided in front of the light receiving surface 8a of the photodetector 8. The monitor light interference removing means S (S1, S1,
Specific embodiments of S2 and S3) are shown in FIGS.
And (C) respectively. FIG. 2A shows a surface of the glass substrate 8d constituting the input surface of the photodetector 8 with a surface (S1).
Is formed. It is desirable that this surface S1 be formed not only in the area facing the light receiving surface 8a but also on the entire surface of the glass substrate 8d. In addition, although the surface S1 is formed on the front surface (incident surface) in the figure, it may be formed on the inner surface (emission surface) or both surfaces. The monitor light Lm incident on the detector 8 becomes diffused light on the pick-up surface due to the pick-up surface S1, and reaches the light receiving surface 8a with a different phase, so that no interference occurs.
【００１２】図２の（Ｂ）は、光検出器８の入力面側に
設ける光干渉除去手段Ｓとして、光検出器８の入力面を
構成するガラス基板８ｄを受光面３８ａに対して斜面Ｓ
２とし、樹脂層及びガラス基板を楔型状に形成したもの
である。この楔型形状によって、入射したモニタ光が反
射する毎に光路長が次第に変化し、干渉を生じる可能性
は殆どなくなる。この場合、ガラス基板８ｄの傾斜方向
は、図の如くモニタ光Ｌｍに近づく方向とすることが望
ましいが、遠ざかる方向に傾斜させる構成としてもよ
い。FIG. 2B shows a light interference removing means S provided on the input surface side of the photodetector 8, in which a glass substrate 8d constituting the input surface of the photodetector 8 is inclined with respect to the light receiving surface 38a.
2, in which a resin layer and a glass substrate are formed in a wedge shape. With this wedge shape, the optical path length gradually changes each time the incident monitor light is reflected, and there is almost no possibility of causing interference. In this case, it is desirable that the direction of inclination of the glass substrate 8d is a direction approaching the monitor light Lm as shown in the figure, but a configuration in which the glass substrate 8d is inclined in a direction away from the monitor light Lm may be adopted.
【００１３】図２の（Ｃ）は、光検出器８の入力面側に
設ける光干渉除去手段Ｓとして、光検出器８の入力面を
構成するガラス基板８ｄの外側近傍に光拡散板（Ｓ３）
を設けたものである。光拡散板Ｓ３は、ガラス基板８ｄ
の全面に対向して平行に設けるが、場合により図２の
（Ｂ）の方式と併用し、光拡散板（Ｓ３）自体を若干斜
面状に配置してもよい。なお、本発明の要点ではない
が、この実施の形態においては、半導体レーザ１の出力
波長は例えば８０９ｎｍとし、固体のレーザ媒質３にＮ
ｄ：ＹＡＧを用いてレーザ基本波を９４６ｎｍ、そのＳ
Ｈ波（非線形光学素子：ＫＮｂＯ３）を４７３ｎｍとし
ている。FIG. 2C shows a light diffusion plate (S3) near the outside of the glass substrate 8d constituting the input surface of the photodetector 8 as the light interference removing means S provided on the input surface side of the photodetector 8. )
Is provided. The light diffusion plate S3 is a glass substrate 8d
The light diffusing plate (S3) itself may be slightly inclined in combination with the method shown in FIG. 2B in some cases. Although not the gist of the present invention, in this embodiment, the output wavelength of the semiconductor laser 1 is, for example, 809 nm, and the solid-state laser medium 3 has N output.
d: A laser fundamental wave of 946 nm using YAG and its S
The H wave (nonlinear optical element: KNbO3 ) is 473 nm.
【００１４】以上の構成のうち、フォーカスレンズ２
ｂ、固体のレーザ媒質３、エタロン、非線形光学素子
５、出力ミラー６及びビームサンプラー７は共通のベー
ス板（図示せず）上に固着されている。このベース板に
は、温度センサが埋め込まれており、またベース板の下
面側には、放熱板が熱的に連結された温度調節用のペル
チェ素子が配置されている。温度計の温度検出値Ｋは、
レーザコントローラ９にフィードバックされ、ベース板
の温度、つまり非線形光学素子５の温度を一定保持する
ように、ペルチェ素子の駆動電流が制御される。In the above configuration, the focus lens 2
b, the solid laser medium 3, the etalon, the nonlinear optical element 5, the output mirror 6, and the beam sampler 7 are fixed on a common base plate (not shown). A temperature sensor is embedded in the base plate, and a Peltier element for temperature control, to which a heat sink is thermally connected, is arranged on the lower surface side of the base plate. The temperature detection value K of the thermometer is
The current is fed back to the laser controller 9 and the drive current of the Peltier element is controlled so that the temperature of the base plate, that is, the temperature of the nonlinear optical element 5 is kept constant.
【００１５】次に、本発明装置の動作について説明す
る。半導体レーザ１からの出力光は、コリメータレンズ
２ａ及びフォーカスレンズ２ｂを介して固体レーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧ）３に照射される。半導体レーザ１から
の出力光で固体のレーザ媒質３を励起することによって
誘導放出された基本波が、非線形光学素子５に照射され
ることにより、第二高調波が生成される。出力ミラー６
はＳＨ波を主として透過させ、従ってこの出力ミラー６
を介してＳＨ波Ｌが光共振器外に出力される。Next, the operation of the device of the present invention will be described. Output light from the semiconductor laser 1 is applied to a solid-state laser medium (Nd: YAG) 3 via a collimator lens 2a and a focus lens 2b. A second harmonic is generated by irradiating the nonlinear optical element 5 with a fundamental wave stimulated and emitted by exciting the solid laser medium 3 with output light from the semiconductor laser 1. Output mirror 6
Transmits mainly the SH wave, and therefore this output mirror 6
, The SH wave L is output outside the optical resonator.
【００１６】この光共振器外に出力されたＳＨ波Ｌは、
出力ミラー６に近接配置されたビームサンプラー７によ
って、実際の出力光Ｌｏとモニタ光Ｌｍとに所定の割合
で分離され、モニタ光Ｌｍが光検出器８に導かれ、その
強度が検出される。このモニタＬｍの検出においては、
光検出器８において受光面８ａの前段に、受光面に入射
するモニタ光の多重反射を防止しモニタ光の干渉を除去
する手段Ｓ、例えばスリ面Ｓ１を設けたことにより、検
出器８に入射するモニタ光Ｌｍは入射面で拡散光とな
り、ばらばらの位相で受光面８ａに到達するので、干渉
を生じることが防止され、レーザ出力光強度Ｌｏに対す
る有効なモニタ光強度Ｌｅの比率Ｌｅ／Ｌｏが所定に保
たれ、レーザ出力光強度Ｌｏが安定している限りモニタ
光強度検出値が変動せず、またモニタ光強度検出値が変
動すると、これを一定に保持するようにコントローラ９
によりＬＤ駆動電流が制御され、モニタ光が本来の機能
を果たし、レーザ出力Ｌｏが安定に維持される。The SH wave L output outside the optical resonator is:
The actual output light Lo and the monitor light Lm are separated at a predetermined ratio by the beam sampler 7 arranged close to the output mirror 6, and the monitor light Lm is guided to the photodetector 8, and the intensity thereof is detected. In detecting this monitor Lm,
In the photodetector 8, a means S for preventing multiple reflection of monitor light incident on the light receiving surface and removing interference of the monitor light, for example, a pick-up surface S1, is provided in front of the light receiving surface 8a. The monitored light Lm becomes diffused light on the incident surface and reaches the light receiving surface 8a with a different phase, so that interference is prevented, and the ratio Le / Lo of the effective monitor light intensity Le to the laser output light intensity Lo is reduced. If the laser output light intensity Lo is kept at a predetermined value and the laser output light intensity Lo is stable, the monitor light intensity detection value does not change, and if the monitor light intensity detection value changes, the controller 9 keeps this constant.
Controls the LD drive current, the monitor light performs its original function, and the laser output Lo is stably maintained.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＬＤ励起
波長変換固体レーザ装置によれば、光検出器の受光面の
前段に受光面に入射するモニタ光の多重反射防止しモニ
タ光の干渉を除去する手段を設けたことにより、樹脂や
ガラス基板の内部で多重反射による干渉が起こらないた
め、出力が安定な限りＰＤの出力が変動することはな
い。従って、受光面保護用の樹脂やガラス基板温度変化
やモニタ光の入射角度変化が多少生じた場合においても
レーザ出力は変動しない。従って、環境温度変化に強い
ＬＤ励起固体レーザ装置を構成できる。As described above, according to the LD-excited wavelength-converted solid-state laser device of the present invention, multiple reflection of monitor light incident on the light receiving surface is prevented in front of the light receiving surface of the photodetector to prevent interference of the monitor light. Is provided, interference due to multiple reflection does not occur inside the resin or glass substrate, so that the output of the PD does not fluctuate as long as the output is stable. Therefore, the laser output does not change even when the temperature of the resin for protecting the light receiving surface or the glass substrate changes or the incident angle of the monitor light slightly changes. Therefore, an LD-pumped solid-state laser device that is resistant to environmental temperature changes can be configured.
ＬＤ：半導体レーザ ２ａ：ＬＤ光用コリメータレンズ ２ｂ：ＬＤ光用集光レンズ ３：レーザ媒質（Ｎｄ ＹＡＧ結晶） ５：非線形結晶（ＫＮｂＯ３結晶） ６：出力ミラー ７：ビームサンプラー ８：ホトダイオード ９：レーザコントローラLD: Semiconductor laser 2a: Collimating lens for LD light 2b: Condensing lens for LD light 3: Laser medium (Nd YAG crystal) 5: Non-linear crystal (KNbO3 crystal) 6: Output mirror 7: Beam sampler 8: Photodiode 9: Laser controller
【図１】本発明の実施例のＬＤ励起固体レーザ装置の概
略システム構成図である。FIG. 1 is a schematic system configuration diagram of an LD-pumped solid-state laser device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明装置ＬＤ励起固体レーザ装置の要部の実
施態様を示す。FIG. 2 shows an embodiment of a main part of the LD-pumped solid-state laser device of the present invention.
【図３】従来のＬＤ励起固体レーザ装置の構成例を示
す。FIG. 3 shows a configuration example of a conventional LD-pumped solid-state laser device.
【図４】従来のＬＤ励起固体レーザ装置の動作説明用図
である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of a conventional LD-pumped solid-state laser device.
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