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半導体励起固体(DPSS)レーザとは

■半導体励起固体(DPSS)レーザとは

半導体励起固体(DPSS : Diode Pumped Solid State)レーザは、半導体レーザ(LD)を励起光とする固体レーザです。

現在のLDは高出力で高効率、さらに長寿命になっているので励起光として使用されていますが、LDが現在ほど高性能でなかった頃はフラッシュランプが励起光として採用されていました。フラッシュランプは励起光源として安価で高出力という特徴がありますが、発光スペクトルが250nm~1000nmと広帯域なためレーザ結晶の吸収スペクトルとの整合性が良くなく、レーザ結晶への熱負荷が大きいという問題がありました。

フラッシュランプに比べてLDは単一波長で発振することができるので、レーザ結晶の任意の吸収遷移で励起することで高効率・省エネルギーを実現できます。また、フラッシュランプに比べて、機械的に小型、軽量、長寿命、保守が容易という利点があり、光学的に単一の横モード・縦モードが得られビーム品質に優れる、レーザ発振出力が安定、低ノイズで波長変換が容易という利点があります。

用途としては、バイオ・産業用途では高分解能イメージング、共焦点顕微鏡、材料分析など、計測・分光用途ではラマン分光、蛍光分析、ホログラフィー、ダイナミック光散乱などで使用されています。また、深紫外単一縦モードのDPSSレーザを使用することでUVラマン分光、蛍光イメージング、カソードルミネッセンスなどの用途も可能です。

 

■DPSSレーザの構成例と発振波長

DPSSレーザの構成例を図1に示します。この構成では、励起LDをレンズで集光してレーザ結晶の端面から入射していますが、他にレーザ結晶の側面から励起する方法もあります。レーザ結晶の端面はミラーコーティングされており、出力ミラーとでレーザキャビティを構成しています。レーザ結晶としては、Nd:YVO4、Yb:YAGなどがよく用いられます。キャビティ内には波長変換のための非線形結晶が挿入されるケースが多々あります。非線形結晶としてはKTP、BBPなどが用いられます。

例えば、Nd:YVO4の場合、波長808nmのLDで励起されて1064nmの赤外光を発生し、KTPにより532nmの緑色レーザ光に変換されます。さらに、BBP結晶により532nmの光を266nmのUVレーザ光に変換することもできます。このように、DPSSレーザでは波長変換によりさまざまな波長の可視光、UV光を発振させることができます。

DPSSlaser

図1.DPSSレーザの構成例

 

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