JP2000252560A - Ｌｄ励起固体レーザ装置 - Google Patents
Ｌｄ励起固体レーザ装置Info
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- JP2000252560A JP2000252560A JP4816399A JP4816399A JP2000252560A JP 2000252560 A JP2000252560 A JP 2000252560A JP 4816399 A JP4816399 A JP 4816399A JP 4816399 A JP4816399 A JP 4816399A JP 2000252560 A JP2000252560 A JP 2000252560A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビーム拡がり角をビームパタンの縦方向、横
方向で均一にする。 【解決手段】 コンポジット型レーザ媒質１は、９０度
旋光板１０と９０度旋光板１０の両端面を挾み込む２枚
の異方性結晶１１，１２とから構成されている。異方性
結晶１１，１２は結晶軸が互いに直交している。集光レ
ンズ４，５は、ＬＤ２，３から放射された励起光をコン
ポジット型レーザ媒質１の各端面に集光する。異方性結
晶１１，１２内で発生した光を全反射鏡７と出力鏡８と
の間で繰り返し反射させることにより、レーザ発振を得
る。
方向で均一にする。 【解決手段】 コンポジット型レーザ媒質１は、９０度
旋光板１０と９０度旋光板１０の両端面を挾み込む２枚
の異方性結晶１１，１２とから構成されている。異方性
結晶１１，１２は結晶軸が互いに直交している。集光レ
ンズ４，５は、ＬＤ２，３から放射された励起光をコン
ポジット型レーザ媒質１の各端面に集光する。異方性結
晶１１，１２内で発生した光を全反射鏡７と出力鏡８と
の間で繰り返し反射させることにより、レーザ発振を得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＤ励起固体レー
ザ装置に関するものである。
ザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体レーザ、すなわちレー
ザダイオード（以下、ＬＤと略記する）を励起光源とす
るＬＤ励起固体レーザ装置が知られている。ＣＷ（Cont
inuousWave）または平均出力数Ｗ以上のレーザ光をＬＤ
励起固体レーザ装置で得ようとする場合には、連続動作
ＬＤ励起光を数百μｍ以下の微小スポット径に集光し、
レーザ媒質を高密度に励起する方法が一般的である。
ザダイオード（以下、ＬＤと略記する）を励起光源とす
るＬＤ励起固体レーザ装置が知られている。ＣＷ（Cont
inuousWave）または平均出力数Ｗ以上のレーザ光をＬＤ
励起固体レーザ装置で得ようとする場合には、連続動作
ＬＤ励起光を数百μｍ以下の微小スポット径に集光し、
レーザ媒質を高密度に励起する方法が一般的である。
【０００３】図３（ａ）はレーザ媒質（ロッド）の温度
勾配を示す図、図３（ｂ）はレーザ媒質の平面図、図３
（ｃ）はレーザ媒質の側面図である。高出力ＬＤ光を微
小スポットに集光すると、図３（ａ）に示すようにレー
ザ媒質である結晶内に温度勾配が発生する。このとき、
ｄｎ／ｄＴ（ｎは屈折率、Ｔは温度）が正の場合は強い
凸レンズ効果を持ち、ｄｎ／ｄＴが負の場合は凹レンズ
効果を持つようになる。
勾配を示す図、図３（ｂ）はレーザ媒質の平面図、図３
（ｃ）はレーザ媒質の側面図である。高出力ＬＤ光を微
小スポットに集光すると、図３（ａ）に示すようにレー
ザ媒質である結晶内に温度勾配が発生する。このとき、
ｄｎ／ｄＴ（ｎは屈折率、Ｔは温度）が正の場合は強い
凸レンズ効果を持ち、ｄｎ／ｄＴが負の場合は凹レンズ
効果を持つようになる。
【０００４】特に、異方性結晶をレーザ媒質として用い
ると、各結晶軸でｄｎ／ｄＴが異なるため、各軸方向の
レンズ効果も異なってくる。図４（ａ）は、異方性結晶
の平面図であり、異方性結晶の結晶軸を示す図である。
また、図４（ｂ）は異方性結晶の側面図である。図４に
示すような異方性結晶をレーザ媒質として用いると、ビ
ーム拡がり角がレーザパタンの縦方向、横方向でそれぞ
れ異なる。その結果、図５に示すように、扁平なレーザ
ビームパタンとなってしまう。また、結晶内部での光路
長も異なるため、ビーム内での偏光解消度も大きくな
る。さらに、励起パタンとレーザビームパタンの整合も
とりにくくなるため、レーザ効率が低下する。また、ビ
ーム伝搬特性、集光特性もビームの形状に依存して均一
ではなくなるため、用途によっては光源として使用でき
ないものとなってしまう。
ると、各結晶軸でｄｎ／ｄＴが異なるため、各軸方向の
レンズ効果も異なってくる。図４（ａ）は、異方性結晶
の平面図であり、異方性結晶の結晶軸を示す図である。
また、図４（ｂ）は異方性結晶の側面図である。図４に
示すような異方性結晶をレーザ媒質として用いると、ビ
ーム拡がり角がレーザパタンの縦方向、横方向でそれぞ
れ異なる。その結果、図５に示すように、扁平なレーザ
ビームパタンとなってしまう。また、結晶内部での光路
長も異なるため、ビーム内での偏光解消度も大きくな
る。さらに、励起パタンとレーザビームパタンの整合も
とりにくくなるため、レーザ効率が低下する。また、ビ
ーム伝搬特性、集光特性もビームの形状に依存して均一
ではなくなるため、用途によっては光源として使用でき
ないものとなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ＬＤ励起固体レーザ装置では、異方性結晶をレーザ媒質
として用いた場合、レーザビームパタンが扁平となっ
て、レーザ効率が低下し、ビーム内での偏光解消度も大
きくなるという問題点があった。また、ビーム伝搬特
性、集光特性もレーザビームの形状に依存して均一では
なくなるため、用途によっては光源として使用できない
場合があるという問題点があった。本発明は、上記課題
を解決するためになされたもので、ビーム拡がり角をレ
ーザビームパタンの縦方向、横方向で均一にすることが
できるＬＤ励起固体レーザ装置を提供することを目的と
する。
ＬＤ励起固体レーザ装置では、異方性結晶をレーザ媒質
として用いた場合、レーザビームパタンが扁平となっ
て、レーザ効率が低下し、ビーム内での偏光解消度も大
きくなるという問題点があった。また、ビーム伝搬特
性、集光特性もレーザビームの形状に依存して均一では
なくなるため、用途によっては光源として使用できない
場合があるという問題点があった。本発明は、上記課題
を解決するためになされたもので、ビーム拡がり角をレ
ーザビームパタンの縦方向、横方向で均一にすることが
できるＬＤ励起固体レーザ装置を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のＬＤ励起固体レ
ーザ装置は、２枚の異方性結晶（１１，１２）で９０度
旋光板（１０）を挟み込んだコンポジット型レーザ媒質
（１）と、コンポジット型レーザ媒質の各異方性結晶に
対して励起光を放射する２つのレーザダイオード（２，
３）と、レーザ発振を実現する光共振器（７，８）とを
有している。そして、各異方性結晶の軸は互いに直交し
ている。上述の光共振器の１構成例は、レーザ媒質の外
側に配置された部分反射鏡（８）と全反射鏡（７）とか
らなる。また、上述の光共振器の１構成例は、レーザ媒
質の一方の端面に形成された部分反射コーティング膜と
レーザ媒質の他方の端面に形成された全反射コーティン
グ膜とからなる。また、上述のＬＤ励起固体レーザ装置
の１構成例は、光共振器内にＱスイッチ素子を有してい
る。また、上述のＬＤ励起固体レーザ装置の１構成例
は、光共振器内外に波長変換素子を有している。
ーザ装置は、２枚の異方性結晶（１１，１２）で９０度
旋光板（１０）を挟み込んだコンポジット型レーザ媒質
（１）と、コンポジット型レーザ媒質の各異方性結晶に
対して励起光を放射する２つのレーザダイオード（２，
３）と、レーザ発振を実現する光共振器（７，８）とを
有している。そして、各異方性結晶の軸は互いに直交し
ている。上述の光共振器の１構成例は、レーザ媒質の外
側に配置された部分反射鏡（８）と全反射鏡（７）とか
らなる。また、上述の光共振器の１構成例は、レーザ媒
質の一方の端面に形成された部分反射コーティング膜と
レーザ媒質の他方の端面に形成された全反射コーティン
グ膜とからなる。また、上述のＬＤ励起固体レーザ装置
の１構成例は、光共振器内にＱスイッチ素子を有してい
る。また、上述のＬＤ励起固体レーザ装置の１構成例
は、光共振器内外に波長変換素子を有している。
【０００７】
【発明の実施の形態】［実施の形態の１］次に、本発明
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態となるＬＤ励起固体
レーザ装置の構成を示すブロック図である。本発明は、
結晶軸を直交させた同形状の異方性結晶で９０度旋光板
を挟み込み、それぞれの端面からＬＤ励起するもので、
各軸方向のレンズ効果の影響を同一なものとし、均一な
レーザ拡がり角、高効率・高出力レーザ動作を提供する
ものである。
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態となるＬＤ励起固体
レーザ装置の構成を示すブロック図である。本発明は、
結晶軸を直交させた同形状の異方性結晶で９０度旋光板
を挟み込み、それぞれの端面からＬＤ励起するもので、
各軸方向のレンズ効果の影響を同一なものとし、均一な
レーザ拡がり角、高効率・高出力レーザ動作を提供する
ものである。
【０００８】図１のＬＤ励起固体レーザ装置は、コンポ
ジット型レーザ媒質１と、励起光を放射するレーザダイ
オード（以下、ＬＤと略記する）２，３と、ＬＤ２，３
からの励起光を集光する集光レンズ４，５と、励起光を
透過し発振レーザ光を反射させる２色ミラー６と、発振
レーザ光を完全に反射する全反射鏡７と、発振レーザ光
の一部を反射し一部を通す部分反射鏡である出力鏡８と
を有している。
ジット型レーザ媒質１と、励起光を放射するレーザダイ
オード（以下、ＬＤと略記する）２，３と、ＬＤ２，３
からの励起光を集光する集光レンズ４，５と、励起光を
透過し発振レーザ光を反射させる２色ミラー６と、発振
レーザ光を完全に反射する全反射鏡７と、発振レーザ光
の一部を反射し一部を通す部分反射鏡である出力鏡８と
を有している。
【０００９】コンポジット型レーザ媒質１は、発振レー
ザ光の偏光面を光軸を中心として９０度回転させる９０
度旋光板１０と、９０度旋光板１０の両端面を挾み込む
２枚の異方性結晶１１，１２とから構成されている。
ザ光の偏光面を光軸を中心として９０度回転させる９０
度旋光板１０と、９０度旋光板１０の両端面を挾み込む
２枚の異方性結晶１１，１２とから構成されている。
【００１０】なお、光の入射方向から９０度旋光板１０
を見たとき、９０度旋光板１０による光の回転方向は、
図１の左側から入射する場合と右側から入射する場合の
いずれの場合も同じである。例えば、図１の左側から９
０度旋光板１０を見たとき、左側から入射する発振レー
ザ光の偏光面が光軸を中心として時計回りに回転すると
すれば、図１の右側から９０度旋光板１０を見たとき、
右側から入射する発振レーザ光の偏光面も光軸を中心と
して時計回りに回転する。
を見たとき、９０度旋光板１０による光の回転方向は、
図１の左側から入射する場合と右側から入射する場合の
いずれの場合も同じである。例えば、図１の左側から９
０度旋光板１０を見たとき、左側から入射する発振レー
ザ光の偏光面が光軸を中心として時計回りに回転すると
すれば、図１の右側から９０度旋光板１０を見たとき、
右側から入射する発振レーザ光の偏光面も光軸を中心と
して時計回りに回転する。
【００１１】図２は、異方性結晶１１，１２をそれぞれ
ＬＤ２，３側から見た平面図であり、異方性結晶１１，
１２の結晶軸を示す図である。異方性結晶１１，１２
は、図２に示すように、結晶軸が互いに直交している。
また、異方性結晶１１，１２の表面には、発振レーザ光
及び励起光に対して無反射なコーティング膜が形成され
ている。
ＬＤ２，３側から見た平面図であり、異方性結晶１１，
１２の結晶軸を示す図である。異方性結晶１１，１２
は、図２に示すように、結晶軸が互いに直交している。
また、異方性結晶１１，１２の表面には、発振レーザ光
及び励起光に対して無反射なコーティング膜が形成され
ている。
【００１２】次に、このようなＬＤ励起固体レーザ装置
の動作を説明する。集光レンズ４，５は、ＬＤ２，３か
ら放射された励起光をコンポジット型レーザ媒質１の各
端面に集光する。レーザ媒質１の各異方性結晶１１，１
２は、入射した励起光を効率よく吸収する。
の動作を説明する。集光レンズ４，５は、ＬＤ２，３か
ら放射された励起光をコンポジット型レーザ媒質１の各
端面に集光する。レーザ媒質１の各異方性結晶１１，１
２は、入射した励起光を効率よく吸収する。
【００１３】異方性結晶１１，１２内で誘導放出により
発生した光は、全反射鏡７で反射され、また２色ミラー
６で反射された後に出力鏡８で反射される。こうして、
異方性結晶１１，１２内で発生した光を全反射鏡７と出
力鏡８との間で繰り返し反射させることにより、レーザ
発振を得ることができ、発生した発振レーザ光は、出力
鏡５を通って出力される。
発生した光は、全反射鏡７で反射され、また２色ミラー
６で反射された後に出力鏡８で反射される。こうして、
異方性結晶１１，１２内で発生した光を全反射鏡７と出
力鏡８との間で繰り返し反射させることにより、レーザ
発振を得ることができ、発生した発振レーザ光は、出力
鏡５を通って出力される。
【００１４】以上のように、本発明では、各異方性結晶
１１，１２の両端面から同一の条件でＬＤ励起を行うこ
とにより、それぞれの結晶１１，１２のレンズ効果を同
一なものとしている。また、異方性結晶１１，１２の結
晶軸を互いに直交させているので、レーザ媒質１内での
レンズ効果の影響を均一にしている。さらに、異方性結
晶１１，１２の間に９０度旋光板１０を設けることによ
り、発振レーザ光に対する増幅度は各異方性結晶１１，
１２において同一となり、温度上昇も同一となる。
１１，１２の両端面から同一の条件でＬＤ励起を行うこ
とにより、それぞれの結晶１１，１２のレンズ効果を同
一なものとしている。また、異方性結晶１１，１２の結
晶軸を互いに直交させているので、レーザ媒質１内での
レンズ効果の影響を均一にしている。さらに、異方性結
晶１１，１２の間に９０度旋光板１０を設けることによ
り、発振レーザ光に対する増幅度は各異方性結晶１１，
１２において同一となり、温度上昇も同一となる。
【００１５】［実施の形態の２］実施の形態の１では、
全反射鏡７と出力鏡８で光共振器を構成したが、コンポ
ジット型レーザ媒質１の一方の端面に形成された部分反
射コーティング膜と、レーザ媒質１の他方の端面に形成
された全反射コーティング膜とにより、光共振器を構成
するようにしてもよい。
全反射鏡７と出力鏡８で光共振器を構成したが、コンポ
ジット型レーザ媒質１の一方の端面に形成された部分反
射コーティング膜と、レーザ媒質１の他方の端面に形成
された全反射コーティング膜とにより、光共振器を構成
するようにしてもよい。
【００１６】また、実施の形態の１において、全反射鏡
７と出力鏡８との間にＱスイッチ素子を挿入して、Ｑス
イッチレーザ発振を得ることもできる。さらに、光共振
器内あるいは光共振器外に波長変換素子を挿入して、他
の波長を取り出すことも可能である。また、励起用ＬＤ
の動作モードは、連続動作だけでなく、パルス動作でも
構わない。
７と出力鏡８との間にＱスイッチ素子を挿入して、Ｑス
イッチレーザ発振を得ることもできる。さらに、光共振
器内あるいは光共振器外に波長変換素子を挿入して、他
の波長を取り出すことも可能である。また、励起用ＬＤ
の動作モードは、連続動作だけでなく、パルス動作でも
構わない。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、各異方性結晶の両端面
から同一の条件でＬＤ励起を行うことにより、それぞれ
の結晶のレンズ効果を同一なものとしている。また、異
方性結晶の結晶軸を互いに直交させているので、レーザ
媒質内でのレンズ効果の影響を均一にしている。さら
に、異方性結晶の間に９０度旋光板を設けることによ
り、発振レーザ光に対する増幅度は各異方性結晶におい
て同一となり、温度上昇も同一となる。その結果、レー
ザ拡がり角を均一にでき、レーザパタンと励起パタンの
整合性を高めることができ、高効率・高出力動作が可能
となる。さらに、オプティカルコンタクトで励起光を吸
収せずそれ自体発熱しない９０度旋光板と、励起光を吸
収し発熱する異方性結晶とを接触させているので、異方
性結晶で発生した熱が９０度旋光板に伝わる熱伝導冷却
により、レーザ媒質の冷却効果を大きくすることができ
る。
から同一の条件でＬＤ励起を行うことにより、それぞれ
の結晶のレンズ効果を同一なものとしている。また、異
方性結晶の結晶軸を互いに直交させているので、レーザ
媒質内でのレンズ効果の影響を均一にしている。さら
に、異方性結晶の間に９０度旋光板を設けることによ
り、発振レーザ光に対する増幅度は各異方性結晶におい
て同一となり、温度上昇も同一となる。その結果、レー
ザ拡がり角を均一にでき、レーザパタンと励起パタンの
整合性を高めることができ、高効率・高出力動作が可能
となる。さらに、オプティカルコンタクトで励起光を吸
収せずそれ自体発熱しない９０度旋光板と、励起光を吸
収し発熱する異方性結晶とを接触させているので、異方
性結晶で発生した熱が９０度旋光板に伝わる熱伝導冷却
により、レーザ媒質の冷却効果を大きくすることができ
る。
【００１８】また、光共振器内にＱスイッチ素子を設け
ることにより、Ｑスイッチレーザ発振を得ることができ
る。
ることにより、Ｑスイッチレーザ発振を得ることができ
る。
【００１９】また、光共振器内外に波長変換素子を設け
ることにより、発振レーザ波長とは別の波長の光を取り
出すことができる。
ることにより、発振レーザ波長とは別の波長の光を取り
出すことができる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態となるＬＤ励起固
体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の異方性結晶の結晶軸を示す図である。
【図３】 レーザ媒質の温度勾配を示す図とレーザ媒質
の平面図及び側面図である。
の平面図及び側面図である。
【図４】 異方性結晶の結晶軸を示す図である。
【図５】 異方性結晶をレーザ媒質として用いた従来の
ＬＤ励起固体レーザ装置のレーザビームパタンを示す図
である。
ＬＤ励起固体レーザ装置のレーザビームパタンを示す図
である。
１…コンポジット型レーザ媒質、２、３…レーザダイオ
ード、４、５…集光レンズ、６…２色ミラー、７…全反
射鏡、８…出力鏡、１０…９０度旋光板、１１、１２…
異方性結晶。
ード、４、５…集光レンズ、６…２色ミラー、７…全反
射鏡、８…出力鏡、１０…９０度旋光板、１１、１２…
異方性結晶。
Claims (5)
- 【請求項１】 ２枚の異方性結晶で９０度旋光板を挟み
込んだコンポジット型レーザ媒質と、 このコンポジット型レーザ媒質の各異方性結晶に対して
励起光を放射する２つのレーザダイオードと、 レーザ発振を実現する光共振器とを有し、 前記異方性結晶の軸が互いに直交していることを特徴と
するＬＤ励起固体レーザ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のＬＤ励起固体レーザ装置
において、 前記光共振器は、前記レーザ媒質の外側に配置された部
分反射鏡と全反射鏡とからなることを特徴とするＬＤ励
起固体レーザ装置。 - 【請求項３】 請求項１記載のＬＤ励起固体レーザ装置
において、 前記光共振器は、前記レーザ媒質の一方の端面に形成さ
れた部分反射コーティング膜とレーザ媒質の他方の端面
に形成された全反射コーティング膜とからなることを特
徴とするＬＤ励起固体レーザ装置。 - 【請求項４】 請求項１記載のＬＤ励起固体レーザ装置
において、 前記光共振器内にＱスイッチ素子を有することを特徴と
するＬＤ励起固体レーザ装置。 - 【請求項５】 請求項１記載のＬＤ励起固体レーザ装置
において、 前記光共振器内外に波長変換素子を有することを特徴と
するＬＤ励起固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4816399A JP3271603B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | Ｌｄ励起固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4816399A JP3271603B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | Ｌｄ励起固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000252560A true JP2000252560A (ja) | 2000-09-14 |
| JP3271603B2 JP3271603B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=12795725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4816399A Expired - Fee Related JP3271603B2 (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | Ｌｄ励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3271603B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007227448A (ja) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Mitsubishi Electric Corp | 再生増幅器、モードロックレーザ及び利得平滑化方法 |
| US8582613B1 (en) | 2012-06-18 | 2013-11-12 | Korea Electrotechnology Research Institute | Laser apparatus using anisotropic crystals |
| US8891564B2 (en) | 2012-06-18 | 2014-11-18 | Korea Electrotechnology Research Institute | Femtosecond laser apparatus and femtosecond laser system including the same |
| KR20160093801A (ko) * | 2015-01-29 | 2016-08-09 | 한국전기연구원 | 편광변환기를 포함한 고휘도 극초단 빔 발생 펨토초 레이저 장치 |
| CN106486885A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-03-08 | 上海交通大学 | 固体激光器 |
| JP2019186417A (ja) * | 2018-04-12 | 2019-10-24 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | レーザー装置 |
-
1999
- 1999-02-25 JP JP4816399A patent/JP3271603B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR102260993B1 (ko) * | 2015-01-29 | 2021-06-04 | 한국전기연구원 | 편광변환기를 포함한 고휘도 극초단 빔 발생 펨토초 레이저 장치 |
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