JP2541090B2 - Laser oscillator - Google Patents
Laser oscillatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はアイセーフ領域で発振
する固体レーザ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device that oscillates in the eye-safe region.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、大気中で使用するレーザのアイセ
ーフ化が望まれており、そのため、アイセーフレーザ装
置の研究開発が進められている。現在までに、アイセー
フ波長で発振するレーザとして、1.87〜2.14μ
mで発振するTmレーザ(オプティクス レターズ(O
ptics Letters)vol.15 1990
年 486p)、2.1μmで発振するHoレーザ(オ
プティクス レターズ(Optics Letter
s)vol.15 1990年 320p)、1.06
μmのNdレーザの第二高調波(532nm)と非線形
結晶LiB3 O5 による700〜2200nmの光パラ
メトリック発振(第52回応用物理学会学術講演会講演
予稿集 11p−M−4)などの報告がある。2. Description of the Related Art In recent years, it has been desired to make a laser used in the atmosphere eye-safe. Therefore, research and development of an eye-safe laser device have been promoted. To date, lasers that oscillate at eye-safe wavelengths range from 1.87 to 2.14μ.
Tm laser oscillating at m (Optics Letters (O
ptics Letters) vol. 15 1990
Year 486p), Ho laser oscillating at 2.1 μm (Optics Letters
s) vol. 15 1990 320p), 1.06
A report of optical parametric oscillation of 700 to 2200 nm by the second harmonic (532 nm) of the Nd laser of μm and the non-linear crystal LiB 3 O 5 (Proceedings of the 52nd Annual Meeting of the Japan Society for Applied Physics 11p-M-4) is there.
【0003】一方、レーザ母材をYVO4 とするレーザ
には、Nd活性子による1.06μmレーザが一般的
で、その他、Tm活性子レーザの報告例(オプティクス
レターズ(Optics Letters)vol.
17 1992年 189p)がある。On the other hand, as a laser having YVO 4 as a laser base material, a 1.06 μm laser using Nd activator is generally used. In addition, other reported examples of Tm activator laser (Optics Letters vol.
17 1992 189p).
【0004】さらに、Er活性子によるレーザのレーザ
母材には、ガラス(特願昭61−226297号明細
書)、YLiF4 (エレクトロニクス レターズ(El
ectronics Letters)vol.25
1989年 1389p)、Y3 A1 5 O1 2 やY3 S
c2 Ga3 O1 2 (ジャーナル オブ アプライドフィ
ジクス(J.of Applied Physics)
vol.70 1991年 7227p)の報告があっ
た。Further, as a laser base material of a laser using Er activator, glass (Japanese Patent Application No. 61-226297), YLiF 4 (Electronic Letters (El
electronics Letters) vol. 25
1989 1389p), Y 3 A 15 O 12 and Y 3 S
c 2 Ga 3 O 12 (J. of Applied Physics)
vol. 70 1991, 7227p).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来開
発されてきたアイセーフレーザには、以下の問題点があ
った。すなわち、アイセーフの最適波長は1.5μm付
近であり、従来のTmレーザやHoレーザの発振波長は
この波長帯からずれている。また、光パラメトリック発
振は非線形光学効果を2回経ることによる変換損失は避
けられなく、発振強度は非常に弱い。However, the conventionally developed eye-safe laser has the following problems. That is, the optimum eye-safe wavelength is around 1.5 μm, and the oscillation wavelengths of conventional Tm lasers and Ho lasers deviate from this wavelength band. Further, in the optical parametric oscillation, the conversion loss due to the non-linear optical effect being passed twice cannot be avoided, and the oscillation intensity is very weak.
【0006】又、Erガラスレーザの発振波長は1.5
μmとアイセーフ領域であるが、レーザ母体がガラスで
あるため、発振波長が緩やかであること、高濃度Er含
有ガラスの作製が困難なため大きなガラスレーザが必要
になり、レーザ装置全体が大型になること、又、耐熱性
が小さいこと等の問題があった。一方、その他のEr活
性子レーザは、発振波長はアイセーフ領域でない。The oscillation wavelength of the Er glass laser is 1.5.
Although it is in the eye-safe region of μm, since the laser base material is glass, the oscillation wavelength is gradual, and it is difficult to manufacture the glass containing high concentration Er, so that a large glass laser is required and the entire laser device becomes large. In addition, there are problems such as low heat resistance. On the other hand, the other Er activator lasers have oscillation wavelengths not in the eye-safe region.
【0007】この発明の目的は、最適なアイセーフ波長
1.5μm帯で発振できるEr活性子を利用し、しかも
ガラスレーザの問題点を解決する固体レーザ母体YVO
4 を利用した高効率レーザを提供することである。It is an object of the present invention to utilize an Er activator capable of oscillating in an optimum eye-safe wavelength band of 1.5 μm and to solve the problems of a glass laser, a solid-state laser matrix YVO.
The purpose is to provide a high-efficiency laser that utilizes the four .
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】発明者らは、組成式がY
VO4で表される組成物に不純物Erを混入させた単結
晶組成物作製に成功し(特願平4−268891号明細
書)、この単結晶において、Er3+イオンの4 I
1 3 / 2 →4 I1 5 / 2 エネルギー遷移を利用すること
により目的波長で発振するYVO4 結晶をレーザ母体と
したEr:YVO4 レーザ発振装置を作成した。その
際、励起光源を半導体レーザとし、半導体レーザ発振光
の偏光方向とYVO4 結晶のc軸とが垂直(σ偏光)、
或いは、平行(π偏光)の位置関係に配置し、偏光方向
により異なる分光特性を有効に活用できるようなレーザ
発振装置が得られることを見いだした。The inventors have found that the composition formula is Y
We succeeded in producing a single crystal composition in which the impurity represented by VO 4 was mixed with Er (Japanese Patent Application No. 4-268891), and in this single crystal, 4 I of Er 3+ ion was added.
1 3/2 → 4 I 1 5/2 oscillates at the target wavelength by utilizing the energy transition YVO 4 crystals were laser maternal Er: YVO 4 to create a laser oscillator. That
At this time, the excitation light source is a semiconductor laser, and the polarization direction of the semiconductor laser oscillation light is perpendicular to the c-axis of the YVO 4 crystal (σ-polarized light),
Alternatively, it has been found that a laser oscillation device can be obtained which is arranged in a parallel (π-polarized) positional relationship and can effectively utilize different spectral characteristics depending on the polarization direction.
【0009】YVO4 結晶は一軸性結晶であるので、結
晶軸の方向に依り分光特性が異なる。Er:YVO4 単
結晶のσ偏光時、及び、π偏光時での蛍光特性が発明者
らによって初めて明らかになり、図1、2に示す様に、
Er:YVO4 はσ、π偏光で1480nmから162
0nmに蛍光があることが分かった。Since the YVO 4 crystal is a uniaxial crystal, the spectral characteristics differ depending on the direction of the crystal axis. The fluorescence characteristics of Er: YVO 4 single crystal in σ-polarized light and in π-polarized light were clarified for the first time by the inventors, and as shown in FIGS.
Er: YVO 4 is σ and π polarized light from 1480 nm to 162
It was found that there was fluorescence at 0 nm.
【0010】この結果、Er:YVO4 は、励起媒体と
共振器との組み合わせで、レーザ媒体となり、アイセー
フ領域である1480nmから1620nmでレーザ発
振が可能である。ここで、共振器とは、反射率の高い高
反射ミラーと出力ミラーとの2枚の反射鏡を組み合わせ
たファブリペロー干渉計であり、目的波長に対応するミ
ラーコートでも同様の作用が得られる。As a result, Er: YVO 4 becomes a laser medium by the combination of the excitation medium and the resonator, and laser oscillation is possible in the eye-safe region of 1480 nm to 1620 nm. Here, the resonator is a Fabry-Perot interferometer in which two reflecting mirrors, which are a high-reflecting mirror having a high reflectance and an output mirror, are combined, and the same effect can be obtained by a mirror coat corresponding to a target wavelength.
【0011】Er:YVO4 と励起媒体と共振器との組
み合わせによるEr:YVO4 レーザ装置では、レーザ
母体がYVO4 であることからErガラスレーザの問題
点の解決を図るばかりでなく、固体レーザに特徴的な、
鋭い発振波長、活性子の高濃度化によるレーザ装置の小
型化、耐環境性に優れたレーザが得られた。また、YV
O4 レーザは固体レーザの内でも励起光の吸収特性が大
きいので、より一層の高効率化、装置の小型化・簡素化
が望める。In an Er: YVO 4 laser device using a combination of Er: YVO 4 , an excitation medium and a resonator, since the laser host is YVO 4 , not only the problems of the Er glass laser are solved but also the solid-state laser is solved. Characteristic of
A laser with a sharp oscillation wavelength, a compact laser device and a high environmental resistance by increasing the concentration of activators was obtained. Also, YV
Since the O 4 laser has a large absorption characteristic of pumping light among solid-state lasers, further improvement in efficiency and miniaturization and simplification of the device can be expected.
【0012】[0012]
【作用】図3のYVO4 結晶中のEr3 + のエネルギー
準位図によって、励起されたEr3 + のエネルギー遷移
は次の様に起こる。4 I1 5 / 2 →4 I9 / 2 (入力光による励起)4 I9 / 2 →4 I1 3 / 2 (非放射遷移) この様に上準位に励起された後、4 I1 5 / 2 準位に誘
導放出して、1.5μm帯のレーザ光を発振する。According to the energy level diagram of Er 3 + in the YVO 4 crystal of FIG. 3, the energy transition of excited Er 3 + occurs as follows. 4 I 1 5/2 → 4 I 9/2 ( excitation by input light) 4 I 9/2 → 4 I 1 3/2 ( non-radiative transitions) after being excited to the upper level in this way, 4 I 1 5/2 by stimulated emission level, for oscillating a laser light of 1.5μm band.
【0013】[0013]
【実施例】(実施例1)図4、5に本発明によるレーザ
発振装置の例を示す。レーザ発振に拘る励起光源はフラ
ッシュランプ1または、半導体レーザ2とする。図4に
示したフラッシュランプ励起レーザ発振装置では励起光
はランプハウス3構成によって、目的波長に対応する弗
化マグネシウム/ゼオライト系無反射コート4を付加し
たEr:YVO4 結晶5に照射され、反射鏡6と出力鏡
7でレーザ共振器構造をとる。(Embodiment 1) FIGS. 4 and 5 show an example of a laser oscillator according to the present invention. The excitation light source related to the laser oscillation is the flash lamp 1 or the semiconductor laser 2. In the flash lamp excitation laser oscillator shown in FIG. 4, the excitation light is radiated and reflected by the Er: YVO 4 crystal 5 to which the magnesium fluoride / zeolite antireflection coating 4 corresponding to the target wavelength is added by the configuration of the lamp house 3. The mirror 6 and the output mirror 7 form a laser resonator structure.
【0014】図5の半導体レーザ励起レーザ発振装置
は、励起光は光ファイバ8でEr:YVO4 結晶5に照
射される。Er/YVO4 結晶5には、図に示す様な目
的波長に対応するTiO2 /SiO2 系高反射ミラーコ
ート9と弗化マグネシウム/ゼオライト系無反射コート
4、励起光源の半導体レーザの発振波長(807nm)
に対する弗化マグネシウム/ゼオライト系無反射コート
10が施されている。これらのコートと出力鏡7と併せ
てレーザ共振器構造をとる。出力鏡には凹レンズを使用
し、出力光は平行光化される。In the semiconductor laser pumped laser oscillator shown in FIG. 5, the pumping light is applied to the Er: YVO 4 crystal 5 through the optical fiber 8. The Er / YVO 4 crystal 5 has a TiO 2 / SiO 2 high reflection mirror coat 9 corresponding to the target wavelength as shown in the figure, a magnesium fluoride / zeolite antireflection coat 4, and an oscillation wavelength of a semiconductor laser as an excitation light source. (807 nm)
Is coated with a magnesium fluoride / zeolite anti-reflective coating 10. A laser resonator structure is formed by combining these coats and the output mirror 7. A concave lens is used for the output mirror, and the output light is collimated.
【0015】(実施例2)図6には、本発明の第2の実
施例を示す。(Embodiment 2) FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
【0016】レーザ共振に拘る励起光源は半導体レーザ
2とし、励起光は集光レンズ11でEr:YVO4 結晶
5に照射する。ここで、Er:YVO4 の偏光方向の違
いによる分光特性を有効に活用するために、半導体レー
ザ2の発振光とEr:YVO4 結晶5のc軸とが垂直
(σ偏光)、或いは、平行(π偏光)の位置関係となる
ように配置する。Er:YVO4 結晶5には、図に示す
ような目的波長に対応するTiO2 /SiO2 系高反射
ミラーコート9と弗化マグネシウム/ゼオライト系無反
射コート4、励起光の半導体レーザの発振波長807n
mに対応する弗化マグネシウム/ゼオライト系無反射コ
ート10が施してあり、出力鏡7と併せて共振器構造を
とる。また、出力レーザ光を平行光化するために、出力
鏡には凹レンズを使用してある。A semiconductor laser 2 is used as an excitation light source related to laser resonance, and the excitation light is irradiated onto the Er: YVO 4 crystal 5 by a condenser lens 11. Here, in order to effectively utilize the spectral characteristic of Er: YVO 4 due to the difference in polarization direction, the oscillation light of the semiconductor laser 2 and the c-axis of the Er: YVO 4 crystal 5 are perpendicular (σ-polarized) or parallel. The arrangement is such that the positional relationship is (π-polarized). The Er: YVO 4 crystal 5 has a TiO 2 / SiO 2 high reflection mirror coat 9 corresponding to the target wavelength as shown in the figure, a magnesium fluoride / zeolite nonreflective coat 4, and an oscillation wavelength of a semiconductor laser of excitation light. 807n
A magnesium fluoride / zeolite non-reflective coating 10 corresponding to m is provided, and a resonator structure is formed together with the output mirror 7. A concave lens is used for the output mirror in order to collimate the output laser light.
【0017】実施例1、2によるレーザ発振装置によ
り、1530nmのレーザ発振光を得、また、このレー
ザ発振の安定性は非常に高いことが分かった。It was found that the laser oscillating device according to Examples 1 and 2 provided a laser oscillated light of 1530 nm, and the stability of this laser oscillation was very high.
【0018】[0018]
【発明の効果】この発明により、1480nmから16
20nmの発振が可能な固体レーザを得た。その結果、
高効率高信頼性のアイセーフ小型固体レーザを提供で
き、特に空気中でレーザ光を使用する産業分野で、多岐
に渡る応用が考えられる。According to the present invention, 1480 nm to 16
A solid-state laser capable of oscillating 20 nm was obtained. as a result,
It is possible to provide a highly efficient and highly reliable eye-safe small-sized solid-state laser, and various applications are considered especially in the industrial field where laser light is used in the air.
【図1】1400〜1700nmにおけるEr:YVO
4 の蛍光特性(σ偏光時)である。FIG. 1 Er: YVO at 1400-1700 nm.
It is the fluorescence characteristic of 4 (at the time of σ polarization).
【図2】1400〜1700nmにおけるEr:YVO
4 の蛍光特性(π偏光時)である。FIG. 2 Er: YVO at 1400-1700 nm.
It is the fluorescence characteristic of 4 (when π-polarized).
【図3】YVO4 結晶中のEr3 + のエネルギー準位
図。FIG. 3 is an energy level diagram of Er 3 + in a YVO 4 crystal.
【図4】本発明の実施例1を示すレーザ発振装置図であ
る。FIG. 4 is a laser oscillation device diagram showing the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例1を示すレーザ発振装置図であ
る。FIG. 5 is a laser oscillation device diagram showing the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例2を示すレーザ発振装置図であ
る。FIG. 6 is a laser oscillator diagram showing a second embodiment of the present invention.
1 フラッシュランプ 2 半導体レーザ 3 ランプハウス 4 目的波長に対応する弗化マグネシウム/ゼオライト
系無反射コート 5 Er:YVO4 結晶 6 反射鏡 7 出力鏡 8 光ファイバ 9 目的波長に対応するTiO2 /SiO2 系高反射ミ
ラーコート 10 半導体レーザの発振波長807nmに対する弗化
マグネシウム/ゼオライト系無反射コート 11 集光レンズ1 Flash Lamp 2 Semiconductor Laser 3 Lamp House 4 Magnesium Fluoride / Zeolite Non-Reflective Coating Corresponding to Target Wavelength 5 Er: YVO 4 Crystal 6 Reflecting Mirror 7 Output Mirror 8 Optical Fiber 9 TiO 2 / SiO 2 Corresponding to Target Wavelength System high reflection mirror coat 10 Magnesium fluoride / zeolite antireflection coat for semiconductor laser oscillation wavelength 807 nm 11 Condensing lens
Claims (1)
物Erを混入させた単結晶組成物のEr3 + イオンのエ
ネルギー遷移4 I1 3 / 2 →4 I1 5 / 2 を利用するこ
とにより1480nmから1620nmの波長で発振す
るEr:YVO4 レーザ装置であって、励起光源を半導
体レーザとし、半導体レーザ発振光の偏光方向とYVO
4 結晶のc軸とが垂直、或いは、平行の位置にあること
を特徴とするレーザ発振装置。 1. Use of energy transition 4 I 1 3 2 → 4 I 1 5/2 of Er 3 + ion of a single crystal composition in which impurity Er is mixed in a composition represented by a composition formula YVO 4. Is an Er: YVO 4 laser device that oscillates at a wavelength of 1480 nm to 1620 nm by
Body laser, polarization direction of semiconductor laser oscillation light and YVO
4 The c-axis of the crystal must be vertical or parallel.
A laser oscillating device.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5003709A JP2541090B2 (en) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Laser oscillator |
US08/132,304 US5402434A (en) | 1992-10-07 | 1993-10-06 | Er:YVO4 laser oscillator, solid-state laser material and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5003709A JP2541090B2 (en) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | Laser oscillator |
Publications (2)
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JPH06216455A JPH06216455A (en) | 1994-08-05 |
JP2541090B2 true JP2541090B2 (en) | 1996-10-09 |
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ID=11564871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5003709A Expired - Fee Related JP2541090B2 (en) | 1992-10-07 | 1993-01-13 | Laser oscillator |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2801359B2 (en) * | 1990-05-18 | 1998-09-21 | 富士通株式会社 | Erbium-doped fiber optical amplifier |
-
1993
- 1993-01-13 JP JP5003709A patent/JP2541090B2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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