专利名称：激光晶体评估装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及评估固体激光器使用的激光晶体的品质的激光晶体评估装置。
背景技术：
固体激光器是对激光晶体入射激励光，通过该激光晶体使激励光共振，从而射出激光束的激光器。
上述激光晶体的晶体品质影响输出的激光束(光强度、光强度分布、偏振光、稳定性等)的品质。此外，激光晶体因切割时产生的微小瑕疵、残余应力或衍射的作用，当激励光入射到激光晶体的周边部时，从激光晶体射出的激光束不稳定，或者射不出激光束。即使激励光入射到中央部，也不能得到规定的光强度，或者产生最大光强度的部位不在入射面的中央等，各激光晶体之间存在个体差，各激光晶体射出的激光束的品质会产生离散。
过去，不评估单个激光晶体的品质，而在将激光晶体组装成固体激光器之后，作为固体激光器，对其进行评估试验。因此，有时因激光晶体的品质的原因而得不到规定的性能，从而降低固体激光器的成品率。
发明内容
本发明的目的在于能够评估单个激光晶体的性能，提高固体激光器的成品率，或者能够检测射出的激光束的强度在规定的强度以上的部位，有效地利用激光晶体具有的性能。
为了达到上述目的，本发明的激光晶体评估装置具有产生激励光的光源、保持激光晶体的激光晶体保持台、接收从激光晶体射出的激光束的受光检测部、使上述光源和上述激光晶体在与该激光晶体的端面平行的方向相对移动的移动装置和取得来自该移动装置的相对移动量及来自上述受光检测部的受光结果的运算控制装置，利用上述移动装置使上述激励光入射到激光晶体的端面的位置移动，上述运算控制装置根据激励光的入射位置和上述受光结果求出激光晶体端面的输出分布，此外，本发明的激光晶体评估装置的上述运算控制装置具有显示部，将与相对移动对应的受光结果的上述输出分布图形化后，在上述显示部显示该输出分布，此外，本发明的激光晶体评估装置的上述运算控制装置具有评估基准，评估基准是至少一个输出值基准、输出区域和区域的位置，当满足基准时按输出值基准进行评估的分类，此外，本发明的激光晶体评估装置的上述激光晶体保持台具有冷却器，使上述激光晶体维持在规定的温度，此外，本发明的激光晶体评估装置的激光晶体是将该激光晶体和波长变换晶体做成一体的结构，此外，本发明的激光晶体评估装置在激光晶体的射出侧设置偏光板，并评估其偏振光特性，此外，本发明的激光晶体评估装置使激光晶体的维持温度变化，并评估激光晶体的温度特性，此外，本发明的激光晶体评估装置具有配置在从激光晶体射出的激光束上的光学滤光器，该光学滤光器透过基波波长的光，此外，本发明的激光晶体评估装置的上述运算控制装置具有2个以上的输出值基准，根据上述受光结果进行激光晶体的分类，进而，本发明的激光晶体评估装置在多个温度下进行激光晶体的评估，并按工作温度进行分类。
若按照本发明，因具有产生激励光的光源、保持激光晶体的激光晶体保持台、接收从激光晶体射出的激光束的受光检测部、使上述光源和上述激光晶体在与该激光晶体的端面平行的方向相对移动的移动装置和取得来自该移动装置的相对移动量及来自上述受光检测部的受光结果的运算控制装置，利用上述移动装置使上述激励光入射到激光晶体的端面的位置移动，上述运算控制装置根据激励光的入射位置和上述受光结果求出激光晶体端面的输出分布，故事先知道晶体本身的品质，在制造LD激励固体激光器时，可以排除起因于激光晶体的不良品质，提高成品率。
此外，若按照本发明，因上述运算控制装置具有显示部，将与相对移动对应的受光结果的上述输出分布图形化后，在上述显示部显示该输出分布，故可以从视觉上判断评估结果。
此外，若按照本发明，因上述运算控制装置具有评估基准，评估基准是至少一个输出值基准、输出区域和区域的位置，当满足基准时按输出值基准进行评估的分类，故可以与激光晶体的用途对应进行评估，可以有效利用激光晶体。
此外，若按照本发明，因上述激光晶体保持台具有冷却器，使上述激光晶体维持在规定的温度，故可以提高评估精度，同时，通过在评估中使激光晶体的温度变化，可以得到与温度对应的评估，可以在考虑LD激励固体激光器的使用条件之后选择激光晶体。
此外，若按照本发明，因激光晶体是将该激光晶体和波长变换晶体做成一体的结构，故可以进行已芯片化的激光晶体的综合评估。
图1是表示本发明实施的LD激励固体激光器的基本构成的说明图。
图2是表示本发明的实施例的概略斜视图。
图3示出本发明的实施例的一例使用激光晶体评估装置评估的结果，图3(A)是表示激光晶体的评估结果的三维图形，图3(B)是表示激光晶体的评估结果的二维图形。
图4示出本发明的实施例的另一例使用激光晶体评估装置评估的结果，图4(A)是表示激光晶体的评估结果的三维图形，图4(B)是表示激光晶体的评估结果的二维图形。
图5是表示本发明的实施例的评估过程的流程图。
图6是表示本发明的实施例的使用激光晶体评估装置评估的激光晶体芯片的说明图。
图7是表示本发明的实施例的使用激光晶体评估装置评估的激光晶体芯片的说明图。
具体实施例方式
下面，参照
实施本发明的最佳形态。
首先，利用图1说明LD激励固体激光器1的概况。
在图1中，2是发光部，3是光共振部。上述发光部2具有LD发光器4和聚光透镜5，上述光共振部3由形成了第1电介质反射膜7的第1光学晶体(激光晶体8)、第2光学晶体(非线性光学晶体(NLO)(波长变换晶体9))、形成了第2电介质反射膜10的凹面镜11构成，在上述光共振部3中，对激光束进行泵浦(pumping)、共振、放大和波长变换，再输出激光束。
LD激励固体激光器1使用半导体激光器的上述LD发光器4，作为使激励光入射到上述光共振部3的激励光光源。
上述激光晶体8用来将激励光变换成基波并进行光放大。该激光晶体8使用共振线为1064nm的Nd:YVO4。此外，还采用掺杂了Nd3+离子的YAG(钇、铝、石榴石)等，YAG具有946nm、1064nm、1319nm等共振线。此外，还可以使用共振线为700～900nm的钛(蓝宝石)等。
此外，上述波长变换晶体9进行使基波变成1/2等的波长变换，作为上述波长变换晶体9，可以举出KTP(KTi0P04磷酸钛氧基钾)。
在上述激光晶体8的上述LD发光器4一侧形成上述第1电介质反射膜7。该第1电介质反射膜7对来自上述LD发光器4的激光束高透过，且对上述激光晶体8的共振波长(基波波长)具有高反射能力。此外，上述第1电介质反射膜也可以对2次谐波(SHGSECONDHARMONIC GENERATION)具有高反射能力。当然，也可以在上述激光晶体8的激励侧相反一侧的端面、或波长变换晶体9的激励侧对2次谐波设置上述第1电介质反射膜。
上述凹面镜11与上述激光晶体8面对面构成，上述凹面镜11的面向激光晶体8的面被加工成具有适当半径的凹球面形状，在球面上形成上述第2电介质反射膜10。该第2电介质反射膜10对基波波长具有高反射，该第2电介质反射膜10对2次谐波具有高透过。
如上所述，当上述激光晶体8的上述第1电介质反射膜7和上述凹面镜11的上述第2电介质反射膜10组合，且使来自上述LD发光器4的激励光经上述聚光透镜5泵浦到上述激光晶体8上时，光便在该激光晶体8的上述第1电介质反射膜7和上述第2电介质反射膜10之间来回折射，可以长时间将光封闭，所以，能够使光产生共振并放大。
在由上述激光晶体8的第1电介质反射膜7和上述凹面镜11构成的光共振部3内插入上述波长变换晶体9。当向该波长变换晶体9入射像激光束那样的强相干光时，便产生2倍于光的频率的2次谐波。该2次谐波的发生称作2次谐波发生(second harmonic generation)。因此，从上述LD激励固体激光器1射出例如波长为532nm的激光束。
再有，当对从该LD激励固体激光器1射出的激光束不要求波长变换时，可以从图1所示的构成中省去上述波长变换晶体9。这时，上述第2电介质反射膜10透过百分之几的基波。此外，也可以没有上述聚光透镜5，这时，上述LD发光器4和激光晶体8之间的间隔变小。
上述LD激励固体激光器1使用的激光晶体8决定了从上述LD激励固体激光器1射出的激光束的品质，但在制作出的上述激光晶体8中，也有不产生规定品质的激光束的激光晶体，此外，也不一定在该激光晶体8的入射端面的中央产生最高强度、最高品质的激光束。
下述的激光晶体评估装置是检查上述激光晶体8是否产生了规定品质的激光束，或者检查与上述激光晶体8的端面的激励光12(后述)的入射位置对应的激光束的共振状态，调查振荡的激光束的强度分布，和评估上述激光晶体8的品质的装置。
在图2中，说明激光晶体评估装置14。
在激光晶体保持台15上放置上述激光晶体8，使其可通过必要的固定装置16进行装卸。上述激光晶体保持台15具有电子冷冻器件(TEC)等冷却器17，上述激光晶体8可利用冷却器17冷却。再有，被评估的上述激光晶体8可以是单体，也可以是在两端面分别形成了第1电介质反射膜7和第2电介质反射膜10的激光晶体。
与上述激光晶体8的入射端面8a面对面设置3轴移动装置18，该3轴移动装置18具有使X轴-Z轴平台19在X轴-Z轴2个方向上移动的X轴-Z轴移动部21、设在上述X轴-Z轴平台19上的Y轴移动部22和利用该Y轴移动部22在Y轴方向移动的Y轴平台23，在该Y轴平台23上设置发出LD等激励光的发光光源24。
在该发光光源24的射出侧，聚光透镜25设在上述Y轴平台23上，将从上述发光光源24发出的激励光26作为聚光入射到上述激光晶体8上。
上述激励光26通过上述激光晶体8振荡，从该激光晶体8发出基波激光束(以下，称基波光27)。
在上述激光晶体8的射出端面设置透过上述基波光27的光学滤光器28，进而，在该光学滤光器28的透光侧设置受光检测部29。作为该受光检测部29，可以使用PD(光电二极管)、CCD(电荷耦合器件)等。再有，上述光学滤光器28使用将不需要的光挡住，只透过要评估的光的滤光器。
上述X轴-Z轴移动部21和上述Y轴移动部22由运算控制装置31例如PC进行驱动控制，可以决定从基准点O(坐标原点)向X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动的位置，3个轴方向上的移动量分别由位置检测器30检测出来，并将检测结果送往上述运算控制装置31。
再有，上述基准点O通过将上述激光晶体8设置在上述激光晶体保持台15上来决定，例如，将上述激光晶体8贴在上述固定装置16上，通过该固定装置16来决定上述基准点O。例如，将上述激光晶体8与上述固定装置16相接的垂直面和与上述激光晶体保持台15相接的水平面相交形成的点作为基准点O，在图2中，将上述激光晶体8的入射端面的右下角作为基准点O。
例如，通过将上述激光晶体8与上述固定装置16相接的垂直面和与上述激光晶体保持台15相接的水平面相交形成的点作为基准点O，即使在更换上述激光晶体8的情况下，也可以保证上述基准点O的位置的再现性。
上述冷却器17由来自上述运算控制装置31的控制信号驱动，上述激光晶体8的温度由温度传感器32检测出来，温度检测结果反馈到上述运算控制装置31，以控制上述激光晶体8的冷却温度。
再有，从上述受光检测部29向上述运算控制装置31送出依赖于受光状态的受光信号，在该运算控制装置31中，使上述发光光源24的位置和来自上述受光检测部29的受信号相互关联，再将其结果记录下来。
下面说明动作。
在上述激光晶体保持台15上设置上述激光晶体8，并利用上述运算控制装置31驱动上述X轴-Z轴移动部21和上述Y轴移动部22，再使上述X轴-Z轴平台19和Y轴平台23返回基准点。
驱动上述发光光源24，使其射出上述激励光26。该激励光26可以是连续光，也可以是脉冲光。
驱动上述X轴-Z轴移动部21，使上述X轴-Z轴平台19在Z轴方向移动，以调整上述激励光26的射出状态。其次，驱动上述X轴-Z轴移动部21，使上述X轴-Z轴平台19在X轴+方向移动，使上述入射端面8a内的上述激励光26的入射点26a在X轴+方向移动。伴随上述入射点26a的移动，使来自上述受光检测部29的受光信号按规定的间隔送往上述运算控制装置31，上述位置检测器31检测对基准点O的变化量，再将该检测结果送往上述运算控制装置31。该运算控制装置31使来自上述3轴移动装置18的位置检测器30的位置数据和上述受光信号相互关联，再存储下来。再有，上述X轴-Z轴平台19的移动可以间隔移动，也可以连续移动。
当上述入射点26a进行了横跨上述激光晶体8的X轴方向的整个宽度的移动时，驱动上述Y轴移动部22，使上述入射点26a在Y轴方向移动规定的间隔。驱动上述X轴-Z轴移动部21，使上述X轴-Z轴平台19在X轴-(负)方向移动，和上述同样，使来自上述位置检测器30的位置数据和来自上述受光检测部29的受光信号相互关联，再存储下来。再有，扫描范围必要时可以只局限在中央部。
当在X轴-方向进行了横跨上述激光晶体8的整个X轴的宽度的移动时，驱动上述Y轴平台23，进而驱动上述Y轴移动部22，使上述入射点26a在Y轴方向再移动规定的节。利用上述X轴-Z轴移动部21，使上述X轴-Z轴平台19在X轴+方向移动，和上述同样，使来自上述位置检测器30的位置数据和来自上述受光检测部29的受光信号相互关联，再存储下来。
利用上述X轴-Z轴移动部21使入射点26a在X轴方向进行横跨上述激光晶体8的整个宽度的移动，并利用上述Y轴移动部22使Y轴方向的平台移动，通过协调这两个动作，使上述激励光26的上述入射点26a进行横跨整个上述入射端面8a的移动(扫描)，取得整个上述入射端面8a的受光信号和与该受光信号关联的位置信号。
上述运算控制装置31利用上述入射端面8a的激励光26的入射位置数据和与该位置对应的受光信号(从上述激光晶体8射出的基波光27的光强)的数据做成图3(A)或图4(A)所示的3维光强分布，光强分布在上述运算控制装置31的显示部33上显示。在图3(A)、图4(A)中，X-Y分别表示上述激光晶体8的入射端面中的坐标，Z表示上述受光检测部29的输出强度。此外，做成图3(B)或图4(B)所示的2维光强分布，并使该图形在上述显示部33上显示。在图3(B)、图4(B)中，X-Y分别表示上述激光晶体8的入射端面中的坐标，图中的等高线表示上述受光检测部29的输出强度。
通过3维显示，可以从视觉上判断上述激光晶体8的振荡特性，进而，通过用颜色区分不同的强度，可以简单把握射出的基波光27的光强的值。此外，当进行2维显示时，通过等高线或颜色区分显示光强的分布，可以容易判别表示规定光强的等高线或颜色是否覆盖了规定的区域，或区域的位置，可以正确地进行合格品和次品的评估。
例如，若将图3所示的评估结果和图4所示的评估结果比较，在图4所示的评估结果中，中央部的光强度高，区域宽且顶部不凹下去，所以，作为图4的评估对象的激光晶体8比作为图3的评估对象的激光晶体8的质量好。
其次，参照图5说明利用上述运算控制装置31对上述激光晶体8进行合格品和次品的评估的情况。
作为合格品和次品的判定基准，可以判定由上述激光晶体评估装置14取得的光强(即从上述受光检测部29来的受光信号的输出)是否在规定的光强度以上，具有规定的光强度以上的光强度区域是否在规定的范围(面积)以上，区域是否具有没有断点等的合适的形状。此外，对于光强度，可以判断是否得到了与上述激光晶体8所要求的光强对应的输出。
例如，在上述激光晶体保持台15上设置激光晶体8，通过上述入射端面8a的激励光26的入射位置的数据和与该入射位置对应的受光信号的数据，判断从上述受光检测部29来的受光信号输出是否在第1基准电平以上、例如在12mW以上(步骤01)。
当输出是12mW时，判断发光区域是否在规定的区域、例如0.3×0.3mm以上(步骤02)，当发光区域在0.3×0.3mm以上时，进而判断发光区域的位置(例如图形的重心)距上述入射端面8a的中心是否在0.3mm以内(步骤03)。
当在步骤03中判断发光区域的位置距上述入射端面8a的中心在0.3mm以内时，可以判定被评估的激光晶体8是高输出用的合格品。
此外，当在步骤02中判断发光区域不到0.3×0.3mm、或在步骤03中判断发光区域的位置距上述入射端面8a的中心在0.3mm以外时，若在步骤01中输出不到12mW，进而可以判断是否在第2基准电平、例如6mW以上(步骤04)。当输出为6mW以上时，在步骤05中判断发光区域是否在0.3×0.3mm以上，进而在步骤06中判断发光区域的位置距上述入射端面8a的中心是否在0.3mm以内，当判断发光区域在0.3×0.3mm以上，且发光区域的位置距上述入射端面8a的中心在0.3mm以内时，可以判定该激光晶体8是低输出用的合格品。
对于在步骤04、步骤05和步骤06中不满足判断基准的激光晶体8，可判定是次品。再有，也可以将基准电平分成3个等级，分别判定激光晶体8是高输出合格品、中输出合格品还是低输出合格品。
作为上述评估的判别基准，将输出、发光区域和发光区域的位置的进行了说明，但也可以将上述激光晶体8的伴随其温度的输出的变化作为判别基准。一般，上述激光晶体8的输出状态随该激光晶体的温度变化，所以，可以在用上述激光晶体评估装置14进行的评估中，将温度作为参数，利用上述运算控制装置31使上述激光晶体8保持在一定的温度，在多个温度下对激光晶体8进行评估，从而分别出高温用激光晶体8和低温用激光晶体8。
进而，通过在上述光学滤光器28中使用偏光板，可以评估偏光特性的2维分布。
再有，作为激光晶体评估装置14，也可以是固定上述发光光源24、使保持上述激光晶体8的上述激光晶体保持台15沿3个轴向移动的结构。
上述激光晶体评估装置14可评估的激光晶体除了上述激光晶体8单体之外，对在该激光晶体8的端面直接形成上述第1电介质反射膜7和上述第2电介质反射膜10、再使光共振部3芯片化了的LD激励固体激光器1也能进行评估试验。
利用图6对将上述第1电介质反射膜7、上述激光晶体8和上述第2电介质反射膜10做成一体并芯片化了的光共振部3进行说明。
在Nd:YVO4、Nd:YAG等激光晶体8的激励光12入射的端面形成第1电介质反射膜7，在上述激光晶体8的另一端面形成第2电介质反射膜10，上述第1电介质反射膜7对上述激励光12具有高透光率，对上述激光晶体8的振荡波(基波)具有高反射，上述第2电介质反射膜10对振荡波具有高透过，上述激光晶体8起光共振部3的作用。
当利用上述激光晶体评估装置14对上述光共振部3进行评估时，评估包含上述激光晶体8的两端面的平行度、上述第1电介质反射膜7和第2电介质反射膜10的性能的综合性能指标。
图7是用粘接剂将波长变换晶体9粘贴在上述激光晶体8上并使具有波长变换功能的光共振部3芯片化了的部件。第1电介质反射膜7在上述激光晶体8的入射端面形成，第2电介质反射膜10在上述波长变换晶体9的射出端面形成。对于上述光共振部3，同样可以利用上述激光晶体评估装置14进行评估。这时，评估是包括对上述第1电介质反射膜7、上述波长变换晶体9、上述第2电介质反射膜10的评估和对上述波长变换晶体9和上述激光晶体8之间的粘接剂、粘接状态的评估的综合性能的评估。
权利要求
1.一种激光晶体评估装置，其特征在于，具有产生激励光的光源；保持激光晶体的激光晶体保持台；接收从激光晶体射出的激光束的受光检测部；使上述光源和上述激光晶体在与该激光晶体的端面平行的方向相对移动的移动装置，以及取得来自该移动装置的相对移动量和来自上述受光检测部的受光结果的运算控制装置，利用上述移动装置，使上述激励光入射的激光晶体的端面内的位置进行移动，上述运算控制装置根据激励光的入射位置和上述受光结果求出激光晶体端面内的输出分布。
2.权利要求1记载的激光晶体评估装置，其特征在于上述运算控制装置具有显示部，将与相对移动对应的受光结果的上述输出分布图形化后，在上述显示部显示该输出分布。
3.权利要求1记载的激光晶体评估装置，其特征在于上述运算控制装置具有评估基准，评估基准是至少一个输出值基准、输出区域和区域的位置，当满足基准时按输出值基准进行评估的分类。
4.权利要求1记载的激光晶体评估装置，其特征在于上述激光晶体保持台具有冷却器，使上述激光晶体维持在规定的温度。
5.权利要求1记载的激光晶体评估装置，其特征在于激光晶体是将该激光晶体和波长变换晶体做成一体的晶体。
6.权利要求1记载的激光晶体评估装置，其特征在于在激光晶体的射出侧设置偏光板，来评估偏振光特性。
7.权利要求4记载的激光晶体评估装置，其特征在于使激光晶体的维持温度变化，来评估激光晶体的温度特性。
8.权利要求1记载的激光晶体评估装置，其特征在于具有配置在从激光晶体射出的激光束上的光学滤光器，该光学滤光器透过基波光的波长。
9.权利要求3记载的激光晶体评估装置，其特征在于上述运算控制装置具有2个以上的输出值基准，根据上述受光结果进行激光晶体的分类。
10.权利要求7记载的激光晶体评估装置，其特征在于在多个温度下进行激光晶体的评估，并按工作温度进行分类。
全文摘要
一种激光晶体评估装置，具有产生激励光的光源、保持激光晶体的激光晶体保持台、接收从激光晶体射出的激光束的受光检测部、使上述光源和上述激光晶体在与该激光晶体的端面平行的方向相对进行移动的移动装置和取得来自该移动装置的相对移动量及来自上述受光检测部的受光结果的运算控制装置，利用上述移动装置使上述激励光入射的激光晶体的端面内的位置移动，上述运算控制装置根据激励光的入射位置和上述受光结果求出激光晶体端面内的输出分布。
文档编号H01S3/00GK1770572SQ20051000682
公开日2006年5月10日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年11月1日
发明者后藤义明, 籾内正幸, 江野泰造 申请人:株式会社拓普康