JP2862031B2 - Laser device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はレーザ装置及びレーザ
出力光生成方法に関するものであり、たとえば、半導体
レーザにより固体レーザ媒質の励起を行う半導体レーザ
励起固体レーザ装置等に関し、特に固体レーザ媒質長の
短い半導体レーザ励起固体レーザ装置において励起光か
らレーザ光への変換効率の高効率化に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device and a method for generating laser output light, and more particularly, to a semiconductor laser-excited solid-state laser device for exciting a solid-state laser medium with a semiconductor laser, and more particularly to a solid-state laser medium having a long length. The present invention relates to increasing the efficiency of conversion from pump light to laser light in a short semiconductor laser pumped solid-state laser device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図５は、１９８７年５月２４日に開示さ
れた米国特許第４６５３０５６号に記載されている半導
体レーザ励起固体レーザ装置の構成図である。図５にお
いて、１は発振波長λp である半導体レーザ、２は半導
体レーザからの励起光、３はコリメートレンズ、４は集
光レンズ、５は波長λL 近傍に利得を持つ固体レーザ媒
質よりなるレーザブロック、６はレーザブロック端面に
形成された反射膜、７は出力結合鏡、８は固体レーザの
共振器モード、９はレーザ出力光である。半導体レーザ
１の発振波長λp はレーザブロック５の吸収波長λα
近傍の波長に設定してある。反射膜６は波長λα 近傍
の波長を持つ光に対し低反射（たとえば限りなく無反射
に近い低反射）であり、波長λL 近傍の波長を持つ光に
対し高反射（たとえば限りなく全反射に近い高反射）で
ある。また、反射膜６と出力結合鏡７は固体レーザ共振
器を構成している。またＸは励領領域である。2. Description of the Related Art FIG. 5 is a block diagram of a semiconductor laser-pumped solid-state laser device disclosed in U.S. Pat. No. 4,653,056 disclosed on May 24, 1987. In FIG. 5, 1 is a semiconductor laser having an oscillation wavelength λ p , 2 is excitation light from the semiconductor laser, 3 is a collimating lens, 4 is a condensing lens, and 5 is a solid-state laser medium having a gain near the wavelength λ L. laser block, reflection film is formed on the laser block end faces 6, 7 output coupling mirror, 8 solid-state laser resonator mode, 9 denotes a laser output beam. The oscillation wavelength λ p of the semiconductor laser 1 is equal to the absorption wavelength λ α of the laser block 5.
It is set to a nearby wavelength . Reflection film 6 is a low reflection with respect to light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda alpha (e.g. low reflection close to non-reflection as possible), the total no highly reflective (e.g. only for light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda L (High reflection close to reflection). The reflection film 6 and the output coupling mirror 7 constitute a solid-state laser resonator. X is an excitation area.
【０００３】次に、図に基づいて動作を説明する。半導
体レーザ１からの励起光２はコリメートレンズ３、集光
レンズ４を介してレーザブロック５内に集光され、レー
ザブロック５を励起する。励起光からレーザ光への変換
効率を上げるため、レーザブロック５において励起領域
Ｘを固体レーザの共振器モード８の内で基本モードであ
るＴＥＭ00モードのモード体積との重なりが大きくなる
ようにしている。レーザブロック５より発生する光は、
ＴＥＭ00モードでレーザ発振を行い、出力結合鏡７が固
体レーザ共振器内を往復するレーザ光に対し部分透過
（例えば、低反射と高反射の間をいう）であるので、固
体レーザ共振器内を往復するレーザ光の一部がレーザ出
力光９として出力される。このような半導体レーザ励起
固体レーザ装置の入射する励起光のレーザ光への変換効
率を上げるためには（以下では、上記変換効率を単に効
率と称する。）、励起光の吸収率を上げることと、励起
領域Ｘをレーザブロック５内において固体レーザの共振
器モードのモード体積との重なりが大きくなるようにす
る必要がある。半導体レーザ励起固体レーザでは、先に
述べたように、レーザブロック５において、励起領域と
固体レーザの共振器モード、特にＴＥＭ00モードのモー
ド体積との重なりを大きくしている。一方、励起光の固
体レーザ媒質における吸収率Ｒは次式で表される。Next, the operation will be described with reference to the drawings. Excitation light 2 from a semiconductor laser 1 is condensed in a laser block 5 via a collimating lens 3 and a condensing lens 4 to excite the laser block 5. In order to increase the conversion efficiency from the excitation light to the laser light, the excitation area X in the laser block 5 is made to have a large overlap with the mode volume of the TEM00 mode which is the fundamental mode in the resonator mode 8 of the solid-state laser. . The light generated from the laser block 5 is
Laser oscillation is performed in the TEM00 mode, and the output coupling mirror 7 is partially transmitted (for example, between low reflection and high reflection ) with respect to the laser light reciprocating in the solid-state laser resonator. Part of the reciprocating laser light is output as laser output light 9. In order to increase the conversion efficiency of the pump light incident on such a semiconductor laser-pumped solid-state laser device into laser light (hereinafter, the above conversion efficiency is simply referred to as efficiency), it is necessary to increase the absorption rate of the pump light. In addition, it is necessary that the excitation region X has a large overlap with the mode volume of the resonator mode of the solid-state laser in the laser block 5. In the semiconductor laser-excited solid-state laser, as described above, in the laser block 5, the overlap between the excitation region and the mode volume of the solid-state laser in the resonator mode, particularly the TEM00 mode, is increased. On the other hand, the absorptance R of the pump light in the solid-state laser medium is expressed by the following equation.
【０００４】 Ｒ＝１−ＥＸＰ（−αＬ） （１） α：吸収係数、Ｌ：固体レーザ媒質長R = 1−EXP (−αL) (1) α: absorption coefficient, L: solid-state laser medium length
【０００５】吸収係数αはレーザ媒質によって定まる定
数であるので、吸収率を上げるためには固体レーザ媒質
長を長くすればよい。したがって、固体レーザ媒質長の
長い固体レーザ装置においては十分に高い励起光の吸収
率を持つことになるが、固体レーザ媒質長の短い固体レ
ーザ装置は十分に高い励起光の吸収率が得られず効率が
低くなる問題点があった。特に、Ｊ．Ｊ．Ｚａｙｈｏｗ
ｓｋｉ ｅｔ．ａｌ．により、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．ｖｏ
ｌ．１４，ｐ２４（１９８９）に示されているような単
一軸モードで発振するため非常に短い共振器長を必要と
するレーザにおいて大きな問題点となっていた。短共振
器固体レーザはＮｄ：ＹＡＧレーザブロックの端面に反
射膜をコーティングし共振器を構成している。このＮ
ｄ：ＹＡＧレーザの共振器長を７３０μｍと短くし、共
振器モード間隔をレーザ媒質の利得帯域幅程度に広げる
ことにより、利得帯域内に軸モードが一本のみ発振でき
るようにして単一軸モード化を図っている。しかしなが
ら、短共振器であるため、すなわち、固体レーザ媒質長
が短いため励起光の吸収率が低く、効率が低くなる問題
点があった。さらに、Ｎｄ：ＹＬＦのようなを利得帯域
幅が広い固体レーザ媒質を用いて単一軸モードで発振す
る短共振器固体レーザを構成する際には、より短共振器
長となるため低効率となる問題点があった。Since the absorption coefficient α is a constant determined by the laser medium, the absorption rate can be increased by increasing the length of the solid-state laser medium. Therefore, a solid-state laser device having a long solid-state laser medium length has a sufficiently high excitation light absorptance, but a solid-state laser device having a short solid-state laser medium length cannot obtain a sufficiently high excitation light absorptance. There was a problem that the efficiency was lowered. In particular, J. Zayhow
ski et. al. By Opt. Lett. vo
l. 14, p24 (1989), which oscillates in a single-axis mode, and thus has a serious problem in a laser that requires a very short resonator length. The short-cavity solid-state laser forms a resonator by coating a reflection film on an end face of an Nd: YAG laser block. This N
d: Shortening the resonator length of the YAG laser to 730 μm and widening the resonator mode interval to about the gain bandwidth of the laser medium so that only one axial mode can be oscillated in the gain band to form a single-axis mode. Is being planned. However, because of the short cavity, that is, because the solid-state laser medium length is short, there is a problem that the absorptance of the excitation light is low and the efficiency is low. Further, when a short-cavity solid-state laser that oscillates in a single-axis mode using a solid-state laser medium such as Nd: YLF having a wide gain bandwidth is used, the shorter cavity length results in lower efficiency. There was a problem.
【０００６】このような固体レーザ媒質長が短い半導体
レーザ励起固体レーザ装置においては、出力結合鏡を励
起光に対し高反射としても、レーザ媒質に入射される励
起光の大部分を吸収できずに固体レーザ装置外へ逃がし
てしまうため低効率のレーザとなる。In such a semiconductor laser-pumped solid-state laser device having a short solid-state laser medium length, even if the output coupling mirror is highly reflected with respect to the pumping light, most of the pumping light incident on the laser medium cannot be absorbed. Since the laser beam escapes to the outside of the solid-state laser device, it becomes a low-efficiency laser.
【０００７】次に、図６は従来のその他のレーザ装置を
示す図であり、１ａ，１ｂはフラッシュランプであり、
５ａ，５ｂは固体レーザ媒質、６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ
はそれぞれの固体レーザ媒質５ａ，５ｂに形成された反
射膜であり、８は共振器モード、９はレーザ出力光であ
る。２０はレーザ共振器、３０はレーザ増幅器である。
このレーザ装置のレーザ共振器２０はフラッシュランプ
１ａの光を固体レーザ媒質５ａに入力しレーザ出力光９
を出力する。次に、レーザ増幅器３０は、フラッシュラ
ンプ１ｂの光を固体レーザ媒質５ｂに入力し増幅したレ
ーザ出力光９を増幅する。このように、従来のレーザ増
幅器は増幅作用を行うためのエネルギー源として共振器
の光源（フラッシュランプ１ａ）とは別な光源（フラッ
シュランプ１ｂ）を利用している。FIG. 6 is a diagram showing another conventional laser device, wherein 1a and 1b are flash lamps,
5a and 5b are solid-state laser media, 6a, 6b, 7a and 7b
Is a reflection film formed on each of the solid-state laser media 5a and 5b, 8 is a resonator mode , and 9 is a laser output light. Reference numeral 20 denotes a laser resonator, and reference numeral 30 denotes a laser amplifier.
The laser resonator 20 of this laser device inputs the light of the flash lamp 1a into the solid-state laser medium 5a and outputs the laser output light 9
Is output. Next, the laser amplifier 30 inputs the light of the flash lamp 1b into the solid-state laser medium 5b and amplifies the amplified laser output light 9 . As described above, the conventional laser amplifier uses a light source (flash lamp 1b) different from the light source of the resonator (flash lamp 1a) as an energy source for performing the amplification operation.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ励
起固体レーザ装置は以上のように構成されている。した
がって、上記の単一軸モードで発振する、固体レーザ媒
質長が短い半導体レーザ励起固体レーザ装置においては
レーザ媒質に入射される励起光の大部分を吸収できずに
固体レーザ装置外へ逃がすことになる。このため、効率
が低くなる問題点があった。また、増幅器を付加してレ
ーザ出力光を増幅する場合は、別な発光源を必要とする
ため装置が複雑になる問題点があった。A conventional semiconductor laser-pumped solid-state laser device is constructed as described above. Therefore, in a semiconductor laser-excited solid-state laser device that oscillates in the single-axis mode and has a short solid-state laser medium length, most of the excitation light incident on the laser medium cannot be absorbed and escapes outside the solid-state laser device. . For this reason, there was a problem that the efficiency was lowered. Further, when an amplifier is added to amplify the laser output light, there is a problem that the device becomes complicated because another light source is required.
【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、固体レーザ媒質等の活性レーザ
媒質の長さが短くても効率が高く、かつ、簡単なレーザ
出力生成方法を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a simple and efficient method for generating a laser output even if the length of an active laser medium such as a solid-state laser medium is short. The purpose is to gain.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ装
置は、以下の要素を有することを特徴とする。 （ａ）所定の発振波長をもつ励起光を発するレーザ、 （ｂ）上記レーザにより発せられる励起光の光軸と同一
の光軸を有するように配置され、上記レーザにより発せ
られる励起光の一部を吸収し、レーザ出力光を発すると
ともに、上記レーザにより発せられる励起光のうち吸収
されなかった励起光の一部を透過させるレーザ共振器、 （ｃ）上記レーザ共振器に対して上記レーザと反対側に
設けられ、上記レーザにより発せられる励起光の光軸と
同一の光軸を有するように配置され、少なくとも、上記
レーザ共振器を透過した励起光の一部を吸収して、上記
レーザ共振器から発せられるレーザ出力を増幅するレー
ザ増幅器。 A laser device according to the present invention is provided.
The device has the following elements. (A) a laser emitting excitation light having a predetermined oscillation wavelength; (b) the same optical axis as the excitation light emitted by the laser.
Arranged so as to have an optical axis and emitted by the laser
Absorbs part of the pumping light and emits laser output light.
Both absorb the excitation light emitted by the above laser.
A laser resonator that transmits a part of the excitation light that has not been transmitted, (c) on the side opposite to the laser with respect to the laser resonator.
The optical axis of the excitation light emitted by the laser
Arranged so as to have the same optical axis, at least
Absorbs a part of the excitation light transmitted through the laser cavity,
A laser that amplifies the laser output from a laser resonator
The amplifier.
【００１１】この発明に係るレーザ装置は、波長λ L 近
傍に利得を持ち、λ a 近傍を吸収波長とする第１、第２
の固体レーザ媒質と、上記第１、第２の固体レーザ媒質
の吸収波長近傍の発振波長を持つレーザと、上記第１の
固体レーザ媒質の端面に形成され、吸収波長近傍の波長
を持つ光に対して低反射、利得近傍の波長を持つ光に対
して高反射である第１の反射膜と、上記第１の固体レー
ザ媒質の端面に形成され、吸収波長近傍の波長を持つ光
に対して低反射、利得近傍の波長を持つ光に対して部分
透過である第２の反射膜と、上記第１の反射膜と上記第
２の反射膜の間に上記第１の固体レーザ媒質を挿入する
ことにより固体レーザ共振器を構成する手段と、上記第
２の固体レーザ媒質を上記第２の反射膜の外側にかつ上
記固体レーザ共振器の光軸と同一になるように設置する
ことによりレーザ増幅器を構成する手段とを有し、 上記
固体レーザ共振器は、光軸を上記レーザから出射する励
起光の光軸と同一にし、上記励起光を上記第１の反射膜
側から上記固体レーザ共振器に入射させて、上記励起光
の一部を吸収し、レーザ出力光を発するとともに、上記
励起光のうち吸収されなかった励起光の一部を透過させ
るとともに、 上記レーザ増幅器は、少なくとも、上記固
体レーザ共振器を透過した励起光の一部を吸収して、上
記レーザ共振器から発せられるレーザ出力を増幅するこ
とを特徴とする。[0011] The laser apparatus according to the present invention, the wavelength lambda L near
Near to have a gain, first to the vicinity of lambda a and the absorption wavelength, a second
Solid-state laser medium, a laser having an oscillation wavelength near the absorption wavelength of the first and second solid-state laser media, and light formed at the end face of the first solid-state laser medium and having a wavelength near the absorption wavelength. On the other hand, a first reflection film which has low reflection and high reflection for light having a wavelength near the gain, and a light having a wavelength near the absorption wavelength formed on the end face of the first solid-state laser medium. The second solid-state laser medium is inserted between the first reflective film and the second reflective film, and a second reflective film partially transmitting light having low reflection and a wavelength near the gain. Means for forming a solid-state laser resonator, and a laser amplifier provided by disposing the second solid-state laser medium outside the second reflection film and in the same optical axis as the solid-state laser resonator. and means for configuring the said
The solid-state laser resonator has an excitation that emits the optical axis from the laser.
The excitation light is made to be the same as the optical axis of the light emission, and the excitation light is incident on the solid-state laser resonator from the first reflection film side , and the excitation light is emitted.
Absorbs part of the light and emits laser output light.
Part of the excitation light that has not been absorbed
And at least the laser amplifier
Absorbs part of the excitation light that has passed through the laser
It characterized the this <br/> for amplifying the laser output emitted from the serial laser resonator.
【００１２】[0012]
【作用】上記のように構成されたレーザ装置では、レー
ザからの励起光はまずレーザ共振器内に吸収され、レー
ザ共振器を励起する。レーザ共振器で吸収されなかった
励起光はレーザ共振器を透過する。上記透過励起光はレ
ーザ増幅器に入射し、レーザ増幅器を励起する。レーザ
からの励起光とレーザ共振器の光軸が一致するように上
記レーザ共振器を構成している。これにより、レーザ増
幅器において透過励起光の励起領域とレーザ共振器から
出力されるレーザ発振光の通過領域の重なりが大きくな
り、効率良く上記レーザ出力光を増幅する。[Action] In the configuration laser equipment as described above, the excitation light from the laser is first absorbed in the laser resonator to excite the laser resonator. Excitation light not absorbed by the laser resonator passes through the laser resonator. The transmission excitation light enters a laser amplifier and excites the laser amplifier. The laser resonator is configured so that the excitation light from the laser and the optical axis of the laser resonator coincide with each other. As a result, in the laser amplifier, the overlap between the excitation region of the transmission excitation light and the passage region of the laser oscillation light output from the laser resonator increases, and the laser output light is efficiently amplified.
【００１３】以上のように、レーザ増幅器の励起にレー
ザ共振器で利用されなかったレーザからの励起光を用い
ているので、レーザ媒質長が短くとも効率の高いレーザ
装置を得ることができる。[0013] As described above, because of the use of excitation light from the laser which has not been utilized in the laser resonator to excite the laser amplifier, the laser medium length obtain a high laser <br/> equipment efficiency with shorter be able to.
【００１４】[0014]
【実施例】実施例１． 以下この発明の一実施例を図について説明する。図１は
この発明による半導体レーザ励起固体レーザ装置の一実
施例の構成図である。１０は結合光学系、１１は第１の
レーザブロック、１２は高反射鏡として働く第１のレー
ザブロック端面に形成された第１の反射膜、１３は出力
結合鏡として働く第１のレーザブロック端面に形成され
た第２の反射膜、１４は第２のレーザブロック、１５は
第２のレーザブロック端面に形成された低反射膜、１６
は第２のレーザブロック端面に形成された第３の反射
膜、１７は固体レーザ共振器および励起光の光軸であ
る。[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 is a block diagram of an embodiment of a semi-conductor laser pumped solid-state laser apparatus that by the present invention. Reference numeral 10 denotes a coupling optical system, 11 denotes a first laser block, 12 denotes a first reflection film formed on an end face of a first laser block serving as a high reflection mirror, and 13 denotes a first laser block end face serving as an output coupling mirror. 14 is a second laser block, 15 is a low-reflection film formed on the end face of the second laser block, 16
Is a third reflection film formed on the end face of the second laser block, and 17 is an optical axis of the solid-state laser resonator and the excitation light.
【００１５】第１のレーザブロック１１と第２のレーザ
ブロック１４は波長λL 近傍に利得を持ち、また、λ
α 近傍の波長に吸収ピークを持つレーザ媒質よりな
る。第１の反射膜１２は波長λα 近傍の波長の光に対
し低反射、波長λL 近傍の波長の光に対し高反射であ
る。第２の反射膜１３は波長λα 近傍の波長の光に対
し低反射、波長λL 近傍の波長の光に対し部分透過（た
とえば、低反射と高反射の間をいう）である。反射膜１
５は波長λα およびλL 近傍の波長にたいして低反射
である。第３の反射膜１６は波長λα 近傍の波長の光
に対し高反射、波長λL近傍の波長の光に対し低反射で
ある。４０は所定方向に向けて所定発振波長を持つ励起
光を発する発光工程、４１は発光工程により発せられた
励起光を吸収してレーザ出力光を出力する出力工程、４
２は出力工程で出力されたレーザ出力光と少なくとも発
光工程により発せられた励起光の一部とを入力して、レ
ーザ出力光を増幅する増幅工程である。The first laser block 11 and the second laser block 14 have a gain near the wavelength λ L ,
It consists of a laser medium having an absorption peak at a wavelength near α . The first reflective film 12 is low reflection with respect to light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda alpha, which is highly reflective to light of a wavelength near the wavelength lambda L. The second reflective layer 13 is low reflection with respect to light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda alpha, a partially transparent to light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda L (e.g., refer to between the low reflective and high reflective). Reflective film 1
5 is a low reflection against wavelength in the vicinity of the wavelength lambda alpha and lambda L. Third reflecting film 16 is highly reflective to light of a wavelength near the wavelength lambda alpha, a low reflection with respect to light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda L. 40 is a light emitting step of emitting excitation light having a predetermined oscillation wavelength in a predetermined direction, 41 is an output step of absorbing laser light emitted in the light emitting step and outputting laser output light, 4
Reference numeral 2 denotes an amplification step of inputting the laser output light output in the output step and at least a part of the excitation light emitted in the light emission step to amplify the laser output light.
【００１６】次に図１について説明する。第１のレーザ
ブロック１１、第１の反射膜１２、第２の反射膜１３に
より固体レーザ共振器２０を、第２のレーザブロック１
４、低反射膜１５、第３の反射膜１６により固体レーザ
増幅器３０をそれぞれ構成している。上記固体レーザ増
幅器３０を上記固体レーザ共振器２０の出力結合鏡であ
る第２の反射膜１３に対して低反射膜１５を向けて、上
記固体レーザ共振器の光軸を含むように設置する。半導
体レーザ１からの励起光２は結合光学系１０を介して、
上記固体レーザ共振器２０の光軸と励起光２の光軸を一
致するように、第１の反射膜１２より上記固体レーザ共
振器２０に導く。励起光２の一部は第１のレーザブロッ
ク１１に吸収され第１のレーザブロック１１を励起す
る。Next, FIG. 1 will be described. The solid-state laser resonator 20 is formed by the first laser block 11, the first reflection film 12, and the second reflection film 13, and the second laser block 1
The solid-state laser amplifier 30 includes the low reflection film 15, the third reflection film 16, and the third reflection film 16. The solid-state laser amplifier 30 is installed so that the low-reflection film 15 faces the second reflection film 13 that is the output coupling mirror of the solid-state laser resonator 20 and includes the optical axis of the solid-state laser resonator. The excitation light 2 from the semiconductor laser 1 is transmitted through the coupling optical system 10 to
The first reflection film 12 guides the solid-state laser resonator 20 to the solid-state laser resonator 20 so that the optical axis of the solid-state laser resonator 20 matches the optical axis of the excitation light 2. Part of the excitation light 2 is absorbed by the first laser block 11 to excite the first laser block 11.
【００１７】第１のレーザブロック１１で吸収されなか
った励起光は第２の反射膜１３から上記固体レーザ共振
器より出、低反射膜１５より上記固体レーザ増幅器３０
に入射する。低反射膜１５より上記固体レーザ増幅器に
入射した励起光は第２のレーザブロック１４に吸収さ
れ、第２のレーザブロック１４を励起する。ここまでに
吸収されてない残余の励起光は、第３の反射膜１６にお
いて反射され、さらに第２のレーザブロック１４、第１
のレーザブロック１１で吸収されそれぞれを励起する。Excitation light not absorbed by the first laser block 11 exits the solid-state laser resonator through the second reflection film 13 and passes through the low-reflection film 15 through the solid-state laser amplifier 30.
Incident on. Excitation light that has entered the solid-state laser amplifier from the low reflection film 15 is absorbed by the second laser block 14 and excites the second laser block 14. The remaining excitation light that has not been absorbed so far is reflected by the third reflection film 16 and further reflected by the second laser block 14 and the first laser block 14.
Are absorbed by the laser block 11 and excited.
【００１８】第１のレーザブロック１１が励起され上記
固体レーザ共振器２０の閾値をこえると、第２の反射膜
１３からレーザ出力光９が出力され上記固体レーザ増幅
器３０に入射する。第２のレーザブロック１４の励起に
より上記固体レーザ増幅器３０が利得を持つと、レーザ
出力光９は増幅され第３の反射膜１６から出力される。
励起光２と上記固体レーザ共振器の光軸が一致するよう
に構成している。これにより、第２のレーザブロックの
励起領域Ｘと上記固体レーザ共振器から出力されるレー
ザ出力光９の通過領域Ｙの重なりが大きく、効率良くレ
ーザ出力光９を増幅することができる。When the first laser block 11 is excited and exceeds the threshold of the solid-state laser resonator 20, laser output light 9 is output from the second reflection film 13 and enters the solid-state laser amplifier 30. When the solid-state laser amplifier 30 has a gain due to the excitation of the second laser block 14, the laser output light 9 is amplified and output from the third reflection film 16.
The configuration is such that the excitation light 2 and the optical axis of the solid-state laser resonator coincide with each other. Thus, the overlap between the excitation region X of the second laser block and the passage region Y of the laser output light 9 output from the solid-state laser resonator is large, and the laser output light 9 can be efficiently amplified.
【００１９】固体レーザ増幅器３０の増幅比は次式で表
される。The amplification ratio of the solid-state laser amplifier 30 is expressed by the following equation.
【００２０】 Ｍ＝ＥＸＰ（ｇｌ） （２） Ｍ：増幅比、ｇ：固体レーザ増幅器の小信号利得係数、
ｌ：固体レーザ増幅器長、M = EXP (gl) (2) M: amplification ratio, g: small signal gain coefficient of solid-state laser amplifier,
l: solid-state laser amplifier length,
【００２１】固体レーザ増幅器の小信号利得係数は固体
レーザ増幅器３０で吸収される励起光のエネルギーの関
数である。したがって、固体レーザ増幅器３０の増幅比
は固体レーザ増幅器長と励起光のエネルギーの関数とな
る。図２に利得帯域幅が広い固体レーザ媒質を用いて単
一軸モードで発振する短共振器固体レーザを構成したと
きの、固体レーザ共振器２０と固体レーザ増幅器３０の
半導体レーザからの励起光に対する吸収率を示す。固体
レーザ共振器２０と固体レーザ増幅器３０の吸収率の和
は、従来の構成すなわち固体レーザ増幅器長が０のとき
より常に大きい。これはこの構成が従来の構成よりも半
導体レーザからの励起光を有効に利用することを示す。
固体レーザ増幅器長が長くなるほど固体レーザ増幅器か
ら固体レーザ共振器２０へ反射した励起光のエネルギー
は小さくなる。このため、固体レーザ共振器２０の吸収
率は固体レーザ増幅器長が長くなるほど小さくなる。こ
れは固体レーザ増幅器長が長くなるほど固体レーザ共振
器２０からのレーザ出力光が小さくなることを示す。し
たがって、固体レーザ増幅器長を０としたときのレーザ
出力光に対する総合の出力比は、減少する固体レーザ共
振器２０からのレーザ出力光の出力比と固体レーザ増幅
器３０の増幅比の積となる。The small signal gain factor of the solid-state laser amplifier is a function of the energy of the pump light absorbed by the solid-state laser amplifier 30. Therefore, the amplification ratio of the solid-state laser amplifier 30 is a function of the solid-state laser amplifier length and the energy of the pump light. FIG. 2 shows absorption of pumping light from the semiconductor laser of the solid-state laser resonator 20 and the solid-state laser amplifier 30 when a short-cavity solid-state laser oscillating in a single-axis mode is formed using a solid-state laser medium having a wide gain bandwidth. Indicates the rate. The sum of the absorptivity of the solid-state laser resonator 20 and the solid-state laser amplifier 30 is always larger than that of the conventional configuration, that is, when the solid-state laser amplifier length is zero. This indicates that this configuration utilizes the pump light from the semiconductor laser more effectively than the conventional configuration.
As the length of the solid-state laser amplifier increases, the energy of the pump light reflected from the solid-state laser amplifier to the solid-state laser resonator 20 decreases. Therefore, the absorption rate of the solid-state laser resonator 20 decreases as the length of the solid-state laser amplifier increases. This indicates that the longer the solid-state laser amplifier length, the smaller the laser output light from the solid-state laser resonator 20. Therefore, the total output ratio to the laser output light when the solid-state laser amplifier length is set to 0 is the product of the decreasing output ratio of the laser output light from the solid-state laser resonator 20 and the amplification ratio of the solid-state laser amplifier 30.
【００２２】図３に固体レーザ増幅器長に対するレーザ
出力光の出力比を示す。固体レーザ共振器２０からのレ
ーザ出力光の減少する割合より、固体レーザ増幅器３０
でのレーザ出力光の増幅する割合が大きいため、総合の
出力比は１より大きい値となる。以上より、この発明に
よる半導体レーザ励起固体レーザ装置により固体レーザ
媒質長が短くとも効率が高い半導体レーザ励起固体レー
ザ装置を得ることができる。FIG. 3 shows the output ratio of laser output light to the solid-state laser amplifier length. From the rate of decrease of the laser output light from the solid-state laser resonator 20, the solid-state laser amplifier 30
Therefore, the overall output ratio is a value greater than 1 because the rate of amplification of the laser output light is large. As described above, the semiconductor laser-excited solid-state laser device according to the present invention can provide a semiconductor laser-excited solid-state laser device with high efficiency even if the solid-state laser medium length is short.
【００２３】以上この実施例に係る半導体レーザ励起固
体レーザ装置は、波長λL 近傍に利得を持つ固体レーザ
媒質よりなる第１のレーザブロックと、固体レーザ媒質
の吸収波長λα 近傍の波長の光に対して低反射、波長
λL 近傍の波長の光に対し高反射である高反射鏡と波長
λα 近傍の波長の光に対して低反射、波長λL 近傍の
波長の光に対し部分透過である出力結合鏡により、固体
レーザ共振器２０を構成する。波長λα 近傍の発振波
長を持つ半導体レーザを上記半導体レーザからの励起光
と固体レーザ共振器の光軸が一致するように上記固体レ
ーザ共振器の高反射鏡側に設置する。さらに、固体レー
ザ媒質よりなる第２のレーザブロックで構成される固体
レーザ増幅器３０を上記固体レーザ共振器２０の出力結
合鏡側に固体レーザ共振器の光軸を含むように隣接して
設置する。上記固体レーザ増幅器３０の励起には上記固
体レーザ共振器２０で吸収されなかった上記半導体レー
ザからの励起光を用い、上記固体レーザ共振器からのレ
ーザ発振光を増幅する。この構成により、半導体レーザ
からの励起光を上記固体レーザ増幅器の励起にも用いる
ことができ、固体レーザ媒質長が短くとも効率の高い半
導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。ま
た、固体レーザ増幅器３０の励起には固体レーザ共振器
２０に用いられなかった励起光２を用いるので固体レー
ザ増幅器用に特別な光源を準備する必要がなく装置が簡
単にできる。同様に、発光工程４０では、出力工程４１
において吸収される波長を持つ励起光を出力工程４１の
所定の部分に向けて発する。出力工程４１では、発光工
程により発せられた励起光を吸収し励起され、内部で発
生した自然放出光、或は、入力光の一部をある空間内に
閉じ込める機能を持ち、閉じ込めた光を増幅してレーザ
発振を行い、その一部を閉じ込めた空間からレーザ出力
光として出力する。増幅工程４２は、出力工程４１で利
用されなかった発光工程４０で発生した励起光と、出力
工程４１から出力されるレーザ出力光を入力するように
配置され、上記励起光を吸収して励起され、上記レーザ
出力光を増幅する。このように、出力工程で利用しなか
った発光工程からの励起光を増幅工程の励起に用いるの
で、増幅工程を励起する別の光源を用意する必要がな
く、構成が簡単で高効率なレーザ出 力光生成方法を得
る。 As described above, the semiconductor laser-pumped solid-state laser device according to this embodiment includes a first laser block made of a solid-state laser medium having a gain near the wavelength λ L and light having a wavelength near the absorption wavelength λ α of the solid-state laser medium. low reflection, low reflection, partially transmissive to light having a wavelength in the vicinity of the wavelength lambda L with respect to light having a wavelength of the high reflector and a wavelength near lambda alpha which is highly reflective to light of a wavelength of the wavelength lambda L vicinity against The solid-state laser resonator 20 is constituted by the output coupling mirror. A semiconductor laser having an oscillation wavelength in the vicinity of the wavelength lambda alpha installed in the high reflection mirror side of the solid-state laser resonator such that the optical axis of the excitation light and the solid-state laser resonator from the semiconductor laser coincides. Further, a solid-state laser amplifier 30 composed of a second laser block made of a solid-state laser medium is provided adjacent to the output coupling mirror side of the solid-state laser resonator 20 so as to include the optical axis of the solid-state laser resonator. The pumping of the solid-state laser amplifier 30 uses pumping light from the semiconductor laser not absorbed by the solid-state laser resonator 20 to amplify the laser oscillation light from the solid-state laser resonator. With this configuration, the pumping light from the semiconductor laser can also be used for pumping the solid-state laser amplifier, and a semiconductor laser-pumped solid-state laser device with high efficiency even when the solid-state laser medium length is short can be obtained. Also, since the pumping light 2 not used in the solid-state laser resonator 20 is used for pumping the solid-state laser amplifier 30, it is not necessary to prepare a special light source for the solid-state laser amplifier, and the apparatus can be simplified. Similarly, in the light emitting step 40, the output step 41
The excitation light having the wavelength absorbed in
Emitted toward a predetermined part. In the output step 41,
Is excited by the excitation light emitted by the
Generated spontaneous emission light or a part of input light in a certain space
It has the function of confining, amplifies the confined light and lasers
Oscillates and outputs laser from a space where a part of the oscillation is confined
Output as light. The amplification step 42 is used in the output step 41.
Excitation light generated in the unused light emitting process 40 and output
So that the laser output light output from step 41 is input
The laser is arranged and excited by absorbing the excitation light.
Amplify output light. In this way, do not use in the output process
Of the excitation light from the emission step used to excite the amplification step
It is not necessary to prepare another light source to excite the amplification process.
Ku, give a highly efficient laser output beam generation method is simple to configure
You.
【００２４】実施例２．図４は、この発明の他の実施例
を説明するための図である。特に、この実施例が前述し
た実施例１と異なる点は、固体レーザ共振器２０と固体
レーザ増幅器３０を接続した点と、固体レーザ増幅器３
０から反射膜１５と１６を除いた点で有る。反射膜１５
は固体レーザ共振器２０と固体レーザ増幅器３０を接続
したため不要となったものであり、また反射膜１６は、
励起光２を反射させるためのものであったが、励起光２
が第２のレーザブロック１４内を一度通過しただけでも
十分増幅作用が達成される場合は、励起光２を反射させ
る必要がないため反射膜１６は不要である。Embodiment 2 FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. In particular, this embodiment is different from the first embodiment in that the solid-state laser resonator 20 and the solid-state laser amplifier 30 are connected and the solid-state laser
This is the point where the reflection films 15 and 16 are excluded from 0. Reflective film 15
Is unnecessary because the solid-state laser resonator 20 and the solid-state laser amplifier 30 are connected.
Although it was intended to reflect the excitation light 2, the excitation light 2
If the laser beam passes through the inside of the second laser block 14 only once and the amplification function is sufficiently achieved, the reflection film 16 is unnecessary because the excitation light 2 does not need to be reflected.
【００２５】以上のように、この実施例では、第１の固
体レーザ媒質と、上記第１の固体レーザ媒質とほぼ同一
の吸収波長と利得を持つ第２の固体レーザ媒質と、上記
第１、第２の固体レーザ媒質の吸収波長近傍の発振波長
を持つ半導体レーザと、上記第１の固体レーザ媒質の端
面に形成され、吸収波長近傍の波長を持つ光に対して低
反射、利得近傍の波長を持つ光に対して高反射である第
１の反射膜と、上記第１の固体レーザ媒質の端面に形成
され、吸収波長近傍の波長を持つ光に対して低反射、利
得近傍の波長を持つ光に対して部分透過である第２の反
射膜と、上記第１の反射膜と上記第２の反射膜の間に上
記第１の固体レーザ媒質を挿入することにより固体レー
ザ共振器を構成する手段と、上記第２の固体レーザ媒質
を上記第２の反射膜の外側に上記固体レーザ共振器の光
軸を含むように設置する手段と、前記半導体レーザから
出射する励起光の光軸を上記固体レーザ共振器の光軸と
同一にし、上記励起光を上記第１の反射膜側から上記固
体レーザ共振器に入射させる構成手段とを有することを
特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置を説明し
た。As described above, in this embodiment, the first solid-state laser medium, the second solid-state laser medium having substantially the same absorption wavelength and gain as the first solid-state laser medium, A semiconductor laser having an oscillation wavelength near the absorption wavelength of the second solid-state laser medium; and a wavelength formed at the end face of the first solid-state laser medium and having low reflection and near gain for light having a wavelength near the absorption wavelength. A first reflection film which is highly reflective to light having a wavelength of about 1 and a wavelength near the absorption wavelength, which is formed on an end face of the first solid-state laser medium and has a low reflection and a wavelength near the gain. A solid-state laser resonator is formed by inserting a second reflection film partially transmitting light to the first solid-state laser medium between the first reflection film and the second reflection film. Means for transmitting the second solid-state laser medium to the second reflecting medium Means for setting the optical axis of the solid-state laser resonator to include the optical axis of the solid-state laser resonator, and making the optical axis of the excitation light emitted from the semiconductor laser the same as the optical axis of the solid-state laser resonator; 1. A semiconductor laser-excited solid-state laser device comprising: (1) a component for making the solid-state laser resonator enter from the reflection film side;
【００２６】実施例３．上記実施例において、反射膜１
２，１３，１５，１６はそれぞれの波長に対して低反
射、高反射であると述べているが、低反射の場合は無反
射であることが望ましく、また高反射の場合は、全反射
であることが望ましい。Embodiment 3 FIG. In the above embodiment, the reflection film 1
Nos. 2, 13, 15, and 16 state that they have low reflection and high reflection with respect to their respective wavelengths. In the case of low reflection, it is desirable to have no reflection, and in the case of high reflection, it is total reflection. Desirably.
【００２７】実施例４．又、上記実施例においては、レ
ーザは半導体レーザである場合を示したが、半導体レー
ザでなくてもよく、その他の所定の発振波長を持った励
起光を発するレーザであればよい。Embodiment 4 FIG. Further, in the above-described embodiment, the case where the laser is a semiconductor laser has been described. However, the laser may not be a semiconductor laser, and may be any other laser that emits excitation light having a predetermined oscillation wavelength.
【００２８】また、上記実施例においては、固体レーザ
媒質を用いた場合を示したが、固体に限る必要はなく、
たとえば、結晶、ガス、ガラス、液体、または、半導体
のような媒質であってもよい。Further, in the above embodiment, the case where a solid-state laser medium is used has been described. However, the present invention is not limited to a solid-state laser.
For example, it may be a medium such as a crystal, a gas, a glass, a liquid, or a semiconductor.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、レーザ
共振器の出力側に増幅器をレーザ共振器の光軸を含むよ
うに構成するので、同一の励起光で増幅器とレーザ共振
器の両者を励起でき、励起光の有効利用ができ、この構
成により、固体レーザ媒質長が短くとも効率が高く、構
造の簡単なレーザ装置を得ることができるという効果が
ある。As described above, according to the present invention, the amplifier is configured to include the optical axis of the laser resonator on the output side of the laser resonator. can excite, can be effectively used excitation light, this configuration also short solid-state laser medium length high efficiency, there is an effect that it is possible to obtain a simple laser equipment structure.
【図１】この発明の一実施例による半導体レーザ励起固
体レーザ装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor laser pumped solid-state laser device according to an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の一実施例による半導体レーザ励起固
体レーザ装置の固体レーザ共振器と固体レーザ増幅器の
半導体レーザからの励起光に対する吸収率を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing the absorptance of a solid-state laser resonator and a solid-state laser amplifier of a semiconductor laser-pumped solid-state laser device according to one embodiment of the present invention with respect to pumping light from a semiconductor laser.
【図３】この発明の一実施例による半導体レーザ励起固
体レーザ装置の固体レーザ増幅器長に対するレーザ出力
光の出力比を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an output ratio of laser output light to a solid-state laser amplifier length of the semiconductor laser-pumped solid-state laser device according to one embodiment of the present invention;
【図４】この発明の他の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図５】従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成
図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional semiconductor laser pumped solid-state laser device.
【図６】従来のレーザ装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional laser device.
１ 発振波長λp である半導体レーザ ２ 半導体レーザからの励起光 ３ コリメートレンズ ４ 集光レンズ ５ 波長λL 近傍に利得を持つ固体レーザ媒質よりなる
レーザブロック ６レーザブロック端面に形成された反射膜 ７ 出力結合鏡 ８ 固体レーザの共振器モード ９ レーザ出力光 １０ 結合光学系 １１ 第１のレーザブロック １２ 第１のレーザブロック端面に形成された第１の反
射膜 １３ 第１のレーザブロック端面に形成された第２の反
射膜 １４ 第２のレーザブロック １５ 第２のレーザブロック端面に形成された低反射膜 １６ 第２のレーザブロック端面に形成された第３の反
射膜 １７ 固体レーザ共振器および励起光の光軸 ２０ 固体レーザ共振器 ３０ 固体レーザ増幅器 ４０ 発光工程 ４１ 出力工程 ４２ 増幅工程1 oscillation wavelength lambda p is a semiconductor laser and second reflecting films formed on the laser block 6 laser block end surface composed of a solid laser medium with excitation light 3 collimator lens 4 the condensing lens 5 Wavelength lambda L gain in the vicinity of the semiconductor laser 7 Output coupling mirror 8 Resonator mode of solid-state laser 9 Laser output light 10 Coupling optical system 11 First laser block 12 First reflection film formed on end face of first laser block 13 Formed on end face of first laser block The second reflection film 14 The second laser block 15 The low reflection film formed on the end face of the second laser block 16 The third reflection film formed on the end face of the second laser block 17 The solid-state laser resonator and the excitation light Optical axis of 20 solid-state laser resonator 30 solid-state laser amplifier 40 light-emitting step 41 output step 42 amplification step
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−150886（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−133488（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−229673（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−3356（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299883（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−251824（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/23 H01S 3/094 - 3/0947──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-150886 (JP, A) JP-A-4-133488 (JP, A) JP-A-4-229673 (JP, A) JP-A-5-205 3356 (JP, A) JP-A-4-299883 (JP, A) JP-A-3-251824 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/23 H01S 3 / 094-3/0947
Claims (2)
の光軸を有するように配置され、上記レーザにより発せ
られる励起光の一部を吸収し、レーザ出力光を発すると
ともに、上記レーザにより発せられる励起光のうち吸収
されなかった励起光の一部を透過させるレーザ共振器、 （ｃ）上記レーザ共振器に対して上記レーザと反対側に
設けられ、上記レーザにより発せられる励起光の光軸と
同一の光軸を有するように配置され、少なくとも、上記
レーザ共振器を透過した励起光の一部を吸収して、上記
レーザ共振器から発せられるレーザ出力を増幅するレー
ザ増幅器。 1. A laser device having the following elements : (a) a laser emitting excitation light having a predetermined oscillation wavelength; (b) the same optical axis as the excitation light emitted by the laser.
Arranged so as to have an optical axis and emitted by the laser
Absorbs part of the pumping light and emits laser output light.
Both absorb the excitation light emitted by the above laser.
A laser resonator that transmits a part of the excitation light that has not been transmitted, (c) on the side opposite to the laser with respect to the laser resonator.
The optical axis of the excitation light emitted by the laser
Arranged so as to have the same optical axis, at least
Absorbs a part of the excitation light transmitted through the laser cavity,
A laser that amplifies the laser output from a laser resonator
The amplifier.
吸収波長とする第１、第２の固体レーザ媒質と、 上記第１、第２の固体レーザ媒質の吸収波長近傍の発振
波長を持つレーザと、 上記第１の固体レーザ媒質の端面に形成され、吸収波長
近傍の波長を持つ光に対して低反射、利得近傍の波長を
持つ光に対して高反射である第１の反射膜と、 上記第１の固体レーザ媒質の端面に形成され、吸収波長
近傍の波長を持つ光に対して低反射、利得近傍の波長を
持つ光に対して部分透過である第２の反射膜と、 上記第１の反射膜と上記第２の反射膜の間に上記第１の
固体レーザ媒質を挿入することにより固体レーザ共振器
を構成する手段と、 上記第２の固体レーザ媒質を上記第２の反射膜の外側に
かつ上記固体レーザ共振器の光軸と同一になるように設
置することによりレーザ増幅器を構成する手段とを有
し、 上記固体レーザ共振器は、光軸を上記レーザから出射す
る励起光の光軸と同一にし、 上記励起光を上記第１の反
射膜側から上記固体レーザ共振器に入射させて、上記励
起光の一部を吸収し、レーザ出力光を発するとともに、
上記励起光のうち吸収されなかった励起光の一部を透過
させるとともに、 上記レーザ増幅器は、少なくとも、上記固体レーザ共振
器を透過した励起光の一部を吸収して、上記レーザ共振
器から発せられるレーザ出力を増幅する ことを特徴とす
るレーザ装置。2. A gain near the wavelength λ L and a gain near λ a
The first is the absorption wavelength, a second solid-state laser medium, the first, and a laser having an oscillation wavelength of the absorption wavelength near the second solid-state laser medium, is formed on the end face of the first solid-state laser medium, A first reflection film which is low-reflected for light having a wavelength near the absorption wavelength and highly-reflected for light having a wavelength near the gain, and which is formed on an end face of the first solid-state laser medium and has an absorption wavelength. A second reflective film that is low-reflective to light having a wavelength in the vicinity and partially transmissive to light having a wavelength in the vicinity of gain, and the second reflective film is provided between the first reflective film and the second reflective film. Means for forming a solid-state laser resonator by inserting a first solid-state laser medium; and positioning the second solid-state laser medium outside the second reflection film and the same as the optical axis of the solid-state laser resonator. and means for configuring the laser amplifier by placing such that Yes
And, the solid-state laser resonator to emit light axis from the laser
That was the same as the optical axis of the excitation light and the excitation light is incident on the solid-state laser resonator from the first reflecting film side, the excitation
Absorbs part of the light emission and emits laser output light,
Part of the excitation light not absorbed was transmitted
And the laser amplifier has at least the solid-state laser resonance
Absorbs part of the excitation light that has passed through the
A laser device for amplifying a laser output emitted from a vessel .
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