JPH09199774A - レーザダイオード励起固体レーザ装置 - Google Patents
レーザダイオード励起固体レーザ装置Info
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- JPH09199774A JPH09199774A JP8008453A JP845396A JPH09199774A JP H09199774 A JPH09199774 A JP H09199774A JP 8008453 A JP8008453 A JP 8008453A JP 845396 A JP845396 A JP 845396A JP H09199774 A JPH09199774 A JP H09199774A
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- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リニアアレーＬＤまたはスタック化された２
次元リニアアレーＬＤを励起光源とするレーザダイオー
ド励起固体レーザ装置において、励起光を端面励起方式
で１ｍｍφ以下に集光可能にし、ＴＥＭ00モードでのレ
ーザ発振効率改善と、Ｑスイッチパルス発振時のパルス
幅短縮化と、レーザ装置の小型化。 【解決手段】２次元リニアアレーＬＤ１から出射された
ＬＤ励起光をシリンドリカルレンズ２，３や球面レンズ
４，５から成る結合光学系を用いて一旦φ２ミリ程度ま
で効率良く集光させ、その後、入射部が２〜３ミリφ，
出射部を０．５〜１ミリφ程度であるテーパー付きの全
反射ロッド６1に結合する２段階の集光光学系で構成さ
れた結合光学系から成り、本テーパー付きの全反射ロッ
ド６1の出射部はレーザ媒質７の全反射コート側の瑞面
と光学的結合をさせるか、あるいは隙問なく突き合わせ
接触させた構成を有する。
次元リニアアレーＬＤを励起光源とするレーザダイオー
ド励起固体レーザ装置において、励起光を端面励起方式
で１ｍｍφ以下に集光可能にし、ＴＥＭ00モードでのレ
ーザ発振効率改善と、Ｑスイッチパルス発振時のパルス
幅短縮化と、レーザ装置の小型化。 【解決手段】２次元リニアアレーＬＤ１から出射された
ＬＤ励起光をシリンドリカルレンズ２，３や球面レンズ
４，５から成る結合光学系を用いて一旦φ２ミリ程度ま
で効率良く集光させ、その後、入射部が２〜３ミリφ，
出射部を０．５〜１ミリφ程度であるテーパー付きの全
反射ロッド６1に結合する２段階の集光光学系で構成さ
れた結合光学系から成り、本テーパー付きの全反射ロッ
ド６1の出射部はレーザ媒質７の全反射コート側の瑞面
と光学的結合をさせるか、あるいは隙問なく突き合わせ
接触させた構成を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明のレーザダイオード励
起固体レーザ装置は、ＴＥＭ00モード（特定のＴＥＭ波
（電磁波）が導波管や空洞中を伝播するモード）で高出
力なバワーを引き出すのに有利な端面励起方式のレーザ
ダイオード（以下ＬＤと称す）励起固体レーザ装置に関
し、特にＬＤ励起固体レーザ装置の結合光学系に関す
る。
起固体レーザ装置は、ＴＥＭ00モード（特定のＴＥＭ波
（電磁波）が導波管や空洞中を伝播するモード）で高出
力なバワーを引き出すのに有利な端面励起方式のレーザ
ダイオード（以下ＬＤと称す）励起固体レーザ装置に関
し、特にＬＤ励起固体レーザ装置の結合光学系に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬＤ励起固体レーザは、ＴＥＭ00
モードを高効率で取り出すためには、側面励起方式と比
較して、ＬＤ励起光と共振器中で発振しているレーザビ
ームとの重なり効率がより高い端面励起方式が採用され
ることが多かった。このとき問題となるのは、ＬＤのス
トライプから大きな拡がり角で、しかも異なる拡がり角
で出射される励起レーザ光を共振器中のＴＥＭ00モード
径と同等な径になるまで、いかに効率良く絞れるかにあ
った。
モードを高効率で取り出すためには、側面励起方式と比
較して、ＬＤ励起光と共振器中で発振しているレーザビ
ームとの重なり効率がより高い端面励起方式が採用され
ることが多かった。このとき問題となるのは、ＬＤのス
トライプから大きな拡がり角で、しかも異なる拡がり角
で出射される励起レーザ光を共振器中のＴＥＭ00モード
径と同等な径になるまで、いかに効率良く絞れるかにあ
った。
【０００３】通常、特開平６−３４７６０９のようにＧ
ＲＩＮレンズ等で簡単に集光させるか、集光レンズとし
て１枚の凸レンズあるいはより細径にまで絞り込むため
に複数枚の凸レンズや凹レンズを組み合わせたレンズ光
学系を用いて集光させていた。
ＲＩＮレンズ等で簡単に集光させるか、集光レンズとし
て１枚の凸レンズあるいはより細径にまで絞り込むため
に複数枚の凸レンズや凹レンズを組み合わせたレンズ光
学系を用いて集光させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＬＤ励
起固体レーザ装置において、シングルストライプＬＤヘ
の適用に際しては、集光スポットが楕円形状にはなるも
のの、１００〜２００ミクロン程度にまでは比較的容易
に絞り込める。しかしながら、シングルストライプＬＤ
で高出力化を図るためには、特開平４−３２０３８３の
ようにファイバー結合されたＬＤ光源を複数本レンズで
まとめる方式を採るか、または、特開平１−２５１６７
８のようにファイバー結合された複数本のＬＤ光源の出
力部を束にしたバンドルファイバーを用いる必要があ
り、結合光学系全体としては複雑・大型化を避けられな
かった。
起固体レーザ装置において、シングルストライプＬＤヘ
の適用に際しては、集光スポットが楕円形状にはなるも
のの、１００〜２００ミクロン程度にまでは比較的容易
に絞り込める。しかしながら、シングルストライプＬＤ
で高出力化を図るためには、特開平４−３２０３８３の
ようにファイバー結合されたＬＤ光源を複数本レンズで
まとめる方式を採るか、または、特開平１−２５１６７
８のようにファイバー結合された複数本のＬＤ光源の出
力部を束にしたバンドルファイバーを用いる必要があ
り、結合光学系全体としては複雑・大型化を避けられな
かった。
【０００５】さらに、近年ＬＤ出力の大幅な向上を可能
にさせたリニアアレー型ＬＤを使用する場合も、シング
ルストライプＬＤの使用とは異なり、以下のような数多
くの問題が発生した。
にさせたリニアアレー型ＬＤを使用する場合も、シング
ルストライプＬＤの使用とは異なり、以下のような数多
くの問題が発生した。
【０００６】第一の間題点は、リニアアレー型の各スト
ライプ形状は、たとえばｌミク口ン（垂直方向）×２０
０ミクロン（平行方向）で、各方向ヘのビーム拡がり角
はそれぞれ４０ミリラジアン，１０ミリラジアン程度で
あり、さらにアレーに並ベられたときの長さは約ｌＯｍ
ｍであることにある。即ち、このビームを適当な集光光
学系で集光する場合、その光学系の縮小率はＬＤのスト
ライプの各々の方向に対して約１００倍も異なることで
ある。各ストプイフから出射されるレーザ光の拡がり角
が幸い約４倍異なるため、上述した縮小率の差異は約２
５倍の違いまで緩和される。しかしながら、ストライフ
に垂直な方向が仮に１００ミクロンまで集光されたとし
て、もう一方のストライプに平行な方向（アレーの長手
方向）は２．５ミリまでしか集光できない。実際には、
集光レンズ光学系のレンズ収差のため、縮小率の大きな
２．５ミリの方は理想的に集光されないので、最終的な
スポツト径はこの計算よりさらに大きくなる。
ライプ形状は、たとえばｌミク口ン（垂直方向）×２０
０ミクロン（平行方向）で、各方向ヘのビーム拡がり角
はそれぞれ４０ミリラジアン，１０ミリラジアン程度で
あり、さらにアレーに並ベられたときの長さは約ｌＯｍ
ｍであることにある。即ち、このビームを適当な集光光
学系で集光する場合、その光学系の縮小率はＬＤのスト
ライプの各々の方向に対して約１００倍も異なることで
ある。各ストプイフから出射されるレーザ光の拡がり角
が幸い約４倍異なるため、上述した縮小率の差異は約２
５倍の違いまで緩和される。しかしながら、ストライフ
に垂直な方向が仮に１００ミクロンまで集光されたとし
て、もう一方のストライプに平行な方向（アレーの長手
方向）は２．５ミリまでしか集光できない。実際には、
集光レンズ光学系のレンズ収差のため、縮小率の大きな
２．５ミリの方は理想的に集光されないので、最終的な
スポツト径はこの計算よりさらに大きくなる。
【０００７】第二の問題点は、より高い高出力化を図る
ために、上述したリニアアレーをスタック化したＬＤを
使用する場合に生ずる。スタック化した場合の各リニア
アレーの間隔は、０．４〜２ミリ程度である。たとえ
ば、間隔が１．１ミリで１０段スタックだと仮定する
と、スタックに重ねられた方向は約１０ミリとなる。こ
の場合、リニアアレーに１００ミクロンまで集光された
方向に対しても、縮小率が０．２として約２ミリまでし
か絞り込めなくなる。結果的に１０×２ミリ角程度まで
しか絞り込めなくなる。
ために、上述したリニアアレーをスタック化したＬＤを
使用する場合に生ずる。スタック化した場合の各リニア
アレーの間隔は、０．４〜２ミリ程度である。たとえ
ば、間隔が１．１ミリで１０段スタックだと仮定する
と、スタックに重ねられた方向は約１０ミリとなる。こ
の場合、リニアアレーに１００ミクロンまで集光された
方向に対しても、縮小率が０．２として約２ミリまでし
か絞り込めなくなる。結果的に１０×２ミリ角程度まで
しか絞り込めなくなる。
【０００８】次に、以上のような間題点を解決するべ
く、特開平２−１４６７８２に代表されるファイバー結
合型の励起光学系を用いて、１００ミクロン程度のコア
径から出射されたＬＤ励起光を、１：１あるいはそれ以
下の比で結像させる集光光学系を用いた方法が提葉され
ている。特に、テーバー付き光ファイバーを用いること
によって、光ファイバーの入射部は比較的大きなビーム
スホットでも励起光を簡単に取り込むことが可能にな
る。しかしながら、この方法に関しては次のような問題
がある。
く、特開平２−１４６７８２に代表されるファイバー結
合型の励起光学系を用いて、１００ミクロン程度のコア
径から出射されたＬＤ励起光を、１：１あるいはそれ以
下の比で結像させる集光光学系を用いた方法が提葉され
ている。特に、テーバー付き光ファイバーを用いること
によって、光ファイバーの入射部は比較的大きなビーム
スホットでも励起光を簡単に取り込むことが可能にな
る。しかしながら、この方法に関しては次のような問題
がある。
【０００９】第一の問題は、光ファイバー出射端からの
ＬＤ励起光は大きな発散角になるため、ファイバー出射
端の後に挿入される集光光学系での結合損失を少なくす
るには、顕微鏡の対物レンズ並みの大きな開口数（Ｎ
Ａ）が要求される。ましてや出射端のファイバーのコア
径と同じ程度にまで集光するためには、大変複雑で大が
かりな光学系が必要となる，当然ながら形状が大きくな
るばかりでなく、励起光の透過率も大幅に下がり、さら
に製作コストも大変高価なものになる。
ＬＤ励起光は大きな発散角になるため、ファイバー出射
端の後に挿入される集光光学系での結合損失を少なくす
るには、顕微鏡の対物レンズ並みの大きな開口数（Ｎ
Ａ）が要求される。ましてや出射端のファイバーのコア
径と同じ程度にまで集光するためには、大変複雑で大が
かりな光学系が必要となる，当然ながら形状が大きくな
るばかりでなく、励起光の透過率も大幅に下がり、さら
に製作コストも大変高価なものになる。
【００１０】第二の問題は、光ファイバーの両端にＡＲ
コートすることは、大変な困難を生じるが、ＡＲコ一ト
を実施しない場合、通常の石英光フアイバーの両端面で
約８％の損失が発生する。これはフォトンコストの大変
高価なスタック化されたリニアアレーＬＤにとっては無
視できない多大な損失である。
コートすることは、大変な困難を生じるが、ＡＲコ一ト
を実施しない場合、通常の石英光フアイバーの両端面で
約８％の損失が発生する。これはフォトンコストの大変
高価なスタック化されたリニアアレーＬＤにとっては無
視できない多大な損失である。
【００１１】第三の問題は、テーパー付き光ファイバー
の場合、実際に、入射側が、φ２〜３ミリで、出射側が
数百ミクロンφ程度が実現できれば理想的である。これ
だけのテーパー比を有する光ファイバーを１００ミリ程
度あるいはそれ以下の短い長さで製作することは、困難
で、かつ製作費もかさみ実用的でない。
の場合、実際に、入射側が、φ２〜３ミリで、出射側が
数百ミクロンφ程度が実現できれば理想的である。これ
だけのテーパー比を有する光ファイバーを１００ミリ程
度あるいはそれ以下の短い長さで製作することは、困難
で、かつ製作費もかさみ実用的でない。
【００１２】第四の問題は、光ファイバー出射端の励起
光パワー密度が高くなることである。この出射端面に僅
かな塵・ほこりなどが付着すると端面にダメージや汚れ
が発生し易く、レーザの高出力化を阻む一因となってい
た。
光パワー密度が高くなることである。この出射端面に僅
かな塵・ほこりなどが付着すると端面にダメージや汚れ
が発生し易く、レーザの高出力化を阻む一因となってい
た。
【００１３】以上のように、従来のＬＤ励起固体レーザ
は実用化に際しての問題点が山積されていた。
は実用化に際しての問題点が山積されていた。
【００１４】本発明の目的は、リニアアレー型ＬＤまた
は２次元リニアアレー型ＬＤを用いた端面励起方式ＬＤ
励起固体レーザの結合光学系において、ＬＤ励起光を
高密度にレーザ媒質上に集光すること、伝送効率を高
めること、簡単な構成で、かつ、コンパクトであるこ
と、信頼性が高いこと、を同時に実現するＬＤ励起固
体レーザを提供することである。
は２次元リニアアレー型ＬＤを用いた端面励起方式ＬＤ
励起固体レーザの結合光学系において、ＬＤ励起光を
高密度にレーザ媒質上に集光すること、伝送効率を高
めること、簡単な構成で、かつ、コンパクトであるこ
と、信頼性が高いこと、を同時に実現するＬＤ励起固
体レーザを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、リニアアレー
ＬＤあるいは２次元リニアアレー型ＬＤから出射された
ＬＤ励起光を適当な結合光学系を用いてφ２ミリ程度ま
で効率良く集光させ、その後、人射部がφ２ミリ、出射
部がφ０．５ミリ程度で傾斜したテーパー付き全反射ロ
ッドに結合する２段階の集光光学系で構成された結合光
学系から成る。
ＬＤあるいは２次元リニアアレー型ＬＤから出射された
ＬＤ励起光を適当な結合光学系を用いてφ２ミリ程度ま
で効率良く集光させ、その後、人射部がφ２ミリ、出射
部がφ０．５ミリ程度で傾斜したテーパー付き全反射ロ
ッドに結合する２段階の集光光学系で構成された結合光
学系から成る。
【００１６】また、結合光学系をテーパー付き全反射ロ
ッドを含む２段階の集光光学系に分けることにより、ス
夕ック化された二次元リニアアレー型の高出力ＬＤ光か
ら出射された励起光を高い伝送効率でレーザ媒質まで導
入できる。特に、テーパー付き全反射ロッドを用いるこ
とによって、構成が単純化されるだけでなく、従来複雑
な光学系を用いても実現が困難であったφ１ミリ以下の
径にまで簡単にしかも効率良く絞り込むことが可能とな
った。また、テーパー付きロットの出力端面とレーザ媒
質を光学的に結合あるいは突き合わせ接合させることに
よって、スポット径形状の高い安定性が得られ、高いレ
ーザ発振効率のみならず同時に高い出力安定度ならびに
信頼性を得ることになった。
ッドを含む２段階の集光光学系に分けることにより、ス
夕ック化された二次元リニアアレー型の高出力ＬＤ光か
ら出射された励起光を高い伝送効率でレーザ媒質まで導
入できる。特に、テーパー付き全反射ロッドを用いるこ
とによって、構成が単純化されるだけでなく、従来複雑
な光学系を用いても実現が困難であったφ１ミリ以下の
径にまで簡単にしかも効率良く絞り込むことが可能とな
った。また、テーパー付きロットの出力端面とレーザ媒
質を光学的に結合あるいは突き合わせ接合させることに
よって、スポット径形状の高い安定性が得られ、高いレ
ーザ発振効率のみならず同時に高い出力安定度ならびに
信頼性を得ることになった。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態として
第１の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
第１の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の
第一の実施例の構成図で（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面
図である。
第一の実施例の構成図で（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面
図である。
【００１９】このＬＤ励起固体レーザ装置は、リニアア
レー型ＬＤ１と、シリンドリカルレンズ２、３と、球面
レンズ４と、非球面レンズ５と、テーパー付き全反射ロ
ッド６1と、全反射コート付きレーザ媒質７1と、出力ミ
ラー８とからなる。全反射コート付きレーザ媒質７1は
一方の端面には発振波長に対して全反射ミラーコート付
きで、かつ、ＬＤ励起光の波長に対して無反射コート付
きであり、他方の端面には、発振波長に対して無反射ミ
ラーコート付きである。
レー型ＬＤ１と、シリンドリカルレンズ２、３と、球面
レンズ４と、非球面レンズ５と、テーパー付き全反射ロ
ッド６1と、全反射コート付きレーザ媒質７1と、出力ミ
ラー８とからなる。全反射コート付きレーザ媒質７1は
一方の端面には発振波長に対して全反射ミラーコート付
きで、かつ、ＬＤ励起光の波長に対して無反射コート付
きであり、他方の端面には、発振波長に対して無反射ミ
ラーコート付きである。
【００２０】各ストライプから出射されたＬＤ励起光
は、ストライプの長手方向に垂直な方向は拡がり角が約
４０度と大きいため、この方向にのみシリンドリカルレ
ンズ２と３によりコリメートして、球面レンズ３と非球
面レンズ４からなる集光光学系によって、１／５〜１／
１０程度の縮小比で集光され、非球面レンズの直後でφ
２〜３ミリにまで絞り込まれる。このときの伝達効率は
約９０％である。テーパー付きの全反射ロッドの入射部
が、前段の光学系で最も絞られる位置に配置される。テ
ーバー付きの全反射ロッド６1とは、たとえばコアとク
ラッドを有した所謂光ファイバーと同様な構成を採るも
のである。あるいはＬＤ励起波長に対して吸収のない石
英，重フリントガラスやＢＫ７，ＳＦ２などの光学ガラ
スで製作された円錐状口ッドの側面を鏡面研磨し、クラ
ッド無しでも全反射するように設計したもの、あるい
は、これらのガラス側面にアルミや金などの金属を蒸着
させたものである。ロッド長は２０〜１００ミリ程度で
ある。レ一ザ装置は全体の形状を小さくするには短い方
が望ましいが、短過きるとモードスクランブル効果が少
なくなる。可撓性がある必要はない。尚、テーパー付き
の全反射口ッドの両端面は、ＬＤ励起波長に対して無反
射コーティングを施してある。重フリントガラスによる
クラッド付きの口ッドの場合、ＮＡ＝０．９であり、１
２８度の見込角内の入射励起光を取り込むことができ
る。本実施例で非球面レンズ５にｆ＝８を用いた場合、
前段の光学系からテーパー付きの全反射ロッド６への結
合効率は８０％程度確保できる。全反射ロッドに一旦入
射されると、ほぼ１００％の効率で出射端にまで導入さ
れるが、この出力は大きな出射角で出射される。このた
め、本テーパー付きの全反射ロッド６1の出射端はレー
ザ媒質７に接触させている。あるいは、適当な光学接着
材を用いるか、熱圧着法によってオプティカルコンタク
トさせている。
は、ストライプの長手方向に垂直な方向は拡がり角が約
４０度と大きいため、この方向にのみシリンドリカルレ
ンズ２と３によりコリメートして、球面レンズ３と非球
面レンズ４からなる集光光学系によって、１／５〜１／
１０程度の縮小比で集光され、非球面レンズの直後でφ
２〜３ミリにまで絞り込まれる。このときの伝達効率は
約９０％である。テーパー付きの全反射ロッドの入射部
が、前段の光学系で最も絞られる位置に配置される。テ
ーバー付きの全反射ロッド６1とは、たとえばコアとク
ラッドを有した所謂光ファイバーと同様な構成を採るも
のである。あるいはＬＤ励起波長に対して吸収のない石
英，重フリントガラスやＢＫ７，ＳＦ２などの光学ガラ
スで製作された円錐状口ッドの側面を鏡面研磨し、クラ
ッド無しでも全反射するように設計したもの、あるい
は、これらのガラス側面にアルミや金などの金属を蒸着
させたものである。ロッド長は２０〜１００ミリ程度で
ある。レ一ザ装置は全体の形状を小さくするには短い方
が望ましいが、短過きるとモードスクランブル効果が少
なくなる。可撓性がある必要はない。尚、テーパー付き
の全反射口ッドの両端面は、ＬＤ励起波長に対して無反
射コーティングを施してある。重フリントガラスによる
クラッド付きの口ッドの場合、ＮＡ＝０．９であり、１
２８度の見込角内の入射励起光を取り込むことができ
る。本実施例で非球面レンズ５にｆ＝８を用いた場合、
前段の光学系からテーパー付きの全反射ロッド６への結
合効率は８０％程度確保できる。全反射ロッドに一旦入
射されると、ほぼ１００％の効率で出射端にまで導入さ
れるが、この出力は大きな出射角で出射される。このた
め、本テーパー付きの全反射ロッド６1の出射端はレー
ザ媒質７に接触させている。あるいは、適当な光学接着
材を用いるか、熱圧着法によってオプティカルコンタク
トさせている。
【００２１】
【実施例】次に、本発明の第二の実施例について説明す
る。図２に示すように、本実施例は、第一の実施例と同
じ構成である。異なるのはテーパー付き全反射口ッド６
2の出射部が球面に研磨してある点である。
る。図２に示すように、本実施例は、第一の実施例と同
じ構成である。異なるのはテーパー付き全反射口ッド６
2の出射部が球面に研磨してある点である。
【００２２】ボールレンズに相当する曲率半径の小さな
曲面（ｒ＜０．５ｍｍ）を有するため、条件によっては
平面どうしを突き合わせるよりも小さく絞り込むことが
可能である。
曲面（ｒ＜０．５ｍｍ）を有するため、条件によっては
平面どうしを突き合わせるよりも小さく絞り込むことが
可能である。
【００２３】次に、本発明の第三の実施例について説明
する。図３に示すように、本実施例は、第一の実施例と
同じ構成であるが、異なるのはテーパー付きの全反射ロ
ッド６3の入射部が球面に研磨してある点である。ボー
ルレンズに相当する曲率半径の小さな曲面（ｒ＜１〜
１．５ｍｍ）を有するため、第一の実施例や第二の実施
例で示した１段目の集光光学系における最終段の非球面
レンズ５が不要になる。また、不要になるばかりでな
く、テーパー付き全反射ロッドへの結合効率が改善され
る。
する。図３に示すように、本実施例は、第一の実施例と
同じ構成であるが、異なるのはテーパー付きの全反射ロ
ッド６3の入射部が球面に研磨してある点である。ボー
ルレンズに相当する曲率半径の小さな曲面（ｒ＜１〜
１．５ｍｍ）を有するため、第一の実施例や第二の実施
例で示した１段目の集光光学系における最終段の非球面
レンズ５が不要になる。また、不要になるばかりでな
く、テーパー付き全反射ロッドへの結合効率が改善され
る。
【００２４】次に、本発明の第四の実施例について説明
する。図４に示すように、本実施例は、第一の実施例と
同様の構成であるが、異なるのはテーパー付き全反射ロ
ッド６4の出射端面にＬＤ励起光に対して全反射し，レ
ーザ媒質の発振波長に対して無反射特性を有する二波長
コートが施されている点と、レーザ媒質７2のテーパー
付き全反射ロッド６4側にＬＤ励起光に対して無反射
で，レーザ媒質７の発振波長に対して無反射特性を有す
る二波長コートが施され、かつ、レーザ媒質７の出力ミ
ラー８側にＬＤ励起光に対して全反射，レーザ媒質７の
発振波長に対して無反射特性を有する二波長コートが施
されている点にある。
する。図４に示すように、本実施例は、第一の実施例と
同様の構成であるが、異なるのはテーパー付き全反射ロ
ッド６4の出射端面にＬＤ励起光に対して全反射し，レ
ーザ媒質の発振波長に対して無反射特性を有する二波長
コートが施されている点と、レーザ媒質７2のテーパー
付き全反射ロッド６4側にＬＤ励起光に対して無反射
で，レーザ媒質７の発振波長に対して無反射特性を有す
る二波長コートが施され、かつ、レーザ媒質７の出力ミ
ラー８側にＬＤ励起光に対して全反射，レーザ媒質７の
発振波長に対して無反射特性を有する二波長コートが施
されている点にある。
【００２５】次に、本発明の第五の実施例について説明
する。図５に示すように、本実施例は、第一の実施例の
テーパー付きの全反射口ッド６1の代わりにテーパー付
きの全反射スラブ６5を用いている点と第一の実施例の
非球面レンズ５の代わりにシリンドリカルレンズ１５を
用いている点が異なっている。
する。図５に示すように、本実施例は、第一の実施例の
テーパー付きの全反射口ッド６1の代わりにテーパー付
きの全反射スラブ６5を用いている点と第一の実施例の
非球面レンズ５の代わりにシリンドリカルレンズ１５を
用いている点が異なっている。
【００２６】次に、本発明の第六の実施例について説明
する。図６に示すように、本実施例は、第一の実施例の
テーパー付き全反射ロッド６1の代わりにテーパー付き
の中空導波路１６に置き換えた例である。本中空導波路
１６は銅パイプ製で、内面は研磨した後、ニッケルメッ
キが施され、最後に金メッキ処理されたものである。
する。図６に示すように、本実施例は、第一の実施例の
テーパー付き全反射ロッド６1の代わりにテーパー付き
の中空導波路１６に置き換えた例である。本中空導波路
１６は銅パイプ製で、内面は研磨した後、ニッケルメッ
キが施され、最後に金メッキ処理されたものである。
【００２７】次に、本発明の第七の実施例について説明
する。図７に示すように、本実施例は、テーパー付き全
反射ロッド６6へのＬＤ入力光は、シングルストライプ
ＬＤの出力をファイバー結合させたものを多数本使用し
て、各々のファイバー１２の先端部に設けられた適当な
コリメートレンズ（例えばＧＲＩＮレンズ）１３を通し
て、最後に凸レンズ等の集光レンズ１４で集光すること
によって得られる。勿論、最近市場に出始めたリニアア
レー型のＬＤのファイバー出力型ＬＤを本実施例に用い
れば、より高出力な励起が可能となる。
する。図７に示すように、本実施例は、テーパー付き全
反射ロッド６6へのＬＤ入力光は、シングルストライプ
ＬＤの出力をファイバー結合させたものを多数本使用し
て、各々のファイバー１２の先端部に設けられた適当な
コリメートレンズ（例えばＧＲＩＮレンズ）１３を通し
て、最後に凸レンズ等の集光レンズ１４で集光すること
によって得られる。勿論、最近市場に出始めたリニアア
レー型のＬＤのファイバー出力型ＬＤを本実施例に用い
れば、より高出力な励起が可能となる。
【００２８】次に、本発明の第八の実施例について説明
する。図８に示すように、本実施例は、第七の実施例の
集光光学系からテーパー付き全反射ロッド６6までの光
学系を複数を並列に用いて、各々のテーパー付き全反射
ロッド６6の出力端を束ねて（バンドル化）、これを再
び入射口径の大きなテーパー付き全反射ロッド６7に結
合したものである。
する。図８に示すように、本実施例は、第七の実施例の
集光光学系からテーパー付き全反射ロッド６6までの光
学系を複数を並列に用いて、各々のテーパー付き全反射
ロッド６6の出力端を束ねて（バンドル化）、これを再
び入射口径の大きなテーパー付き全反射ロッド６7に結
合したものである。
【００２９】次に、本発明の第九の実施例について説明
する。本実施例は、準連続発振ＬＤを用いてパルス発振
させているレーザ装置の場合である。図９に示すよう
に、本実施例は、第七の実施例のファイバー出力型のＬ
Ｄ励起光源を各々並列動作可能なＬＤドライバーで動作
させ、この時図１０に示すタイミングで位相を１／ｎＡ
づつシフトさせて、各々のＬＤ光源を並列運転させたも
のである。
する。本実施例は、準連続発振ＬＤを用いてパルス発振
させているレーザ装置の場合である。図９に示すよう
に、本実施例は、第七の実施例のファイバー出力型のＬ
Ｄ励起光源を各々並列動作可能なＬＤドライバーで動作
させ、この時図１０に示すタイミングで位相を１／ｎＡ
づつシフトさせて、各々のＬＤ光源を並列運転させたも
のである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＬＤ励起
光を集光する結合光学系の出力を密着させたテーパー付
きの全反射ロッドに入力してスポット絞り込みをするこ
とにより、第一の効果として、従来、簡単な構成では実
現困難であった２次元アレー型ＬＤをφ１ミリ以下に絞
り込む装置が小型化でき、レーザ媒質に集光するスポッ
トは、テーパー付き全反射ロッドあるいはスラブの出力
端であるので、突き合わせるだけすみ、調整の必要がな
く確実で高い信頼性が得られ、大量生産に実用的に効果
があり、また、高密度励起が可能になったことにより、 ＴＥＭ00モードにおけるレーザ発振効率と、 Ｑスイッチパルス発振させる場合、Ｑスイッチパルス
の取り出し効率と、パルス幅の縮小化等の点で飛躍的な
向上が実現できた効果がある。
光を集光する結合光学系の出力を密着させたテーパー付
きの全反射ロッドに入力してスポット絞り込みをするこ
とにより、第一の効果として、従来、簡単な構成では実
現困難であった２次元アレー型ＬＤをφ１ミリ以下に絞
り込む装置が小型化でき、レーザ媒質に集光するスポッ
トは、テーパー付き全反射ロッドあるいはスラブの出力
端であるので、突き合わせるだけすみ、調整の必要がな
く確実で高い信頼性が得られ、大量生産に実用的に効果
があり、また、高密度励起が可能になったことにより、 ＴＥＭ00モードにおけるレーザ発振効率と、 Ｑスイッチパルス発振させる場合、Ｑスイッチパルス
の取り出し効率と、パルス幅の縮小化等の点で飛躍的な
向上が実現できた効果がある。
【００３１】第二の効果として、レーザ装置の構成が単
純化でき、レーザ発振効率の格段の向上による小型化が
達成された効果がある。
純化でき、レーザ発振効率の格段の向上による小型化が
達成された効果がある。
【００３２】さらに、第三の効果として、一般的な可撓
性のある光ファイバーと異なるガラス製の口ッドやスラ
ブを用い、両端面に励起ＬＤ光波長に対する無反射コー
トが施せるため、励起の損失を小さくできる効果があ
る。また、金属製の中空導波路を用いた場合は、入出力
端面損失は皆無になる。
性のある光ファイバーと異なるガラス製の口ッドやスラ
ブを用い、両端面に励起ＬＤ光波長に対する無反射コー
トが施せるため、励起の損失を小さくできる効果があ
る。また、金属製の中空導波路を用いた場合は、入出力
端面損失は皆無になる。
【００３３】第四の効果は、第四の実施例のようにレー
ザ媒質の両端面には発振レーザ光波長に対して無反射コ
ートのみを施し、レーザ共振器の全反射ミラーとしての
コートは、レーザ媒質に突き合てられたテーパー付き全
反射ロッドの出射端面に付けることにより、高い励起光
密度でレーザ媒質端面を励起したときに吸収発熱により
発生するレーザ結晶端面の変形に対して、レーザ発振光
の不安定さを回避させることができる。
ザ媒質の両端面には発振レーザ光波長に対して無反射コ
ートのみを施し、レーザ共振器の全反射ミラーとしての
コートは、レーザ媒質に突き合てられたテーパー付き全
反射ロッドの出射端面に付けることにより、高い励起光
密度でレーザ媒質端面を励起したときに吸収発熱により
発生するレーザ結晶端面の変形に対して、レーザ発振光
の不安定さを回避させることができる。
【００３４】第五の効果は、第六の実施例のように金属
製中空導波路を用いることによって、励起パワーが大き
く冷却の必要な場合には対応し易くなる。第六の効果
は、テーパー付きの全反射ロッドの前段の結合光学系は
融通性が高く、第七の実施例や第八の実施例のようによ
り高い高出力化を狙った励起光源のバンドル化対応が容
易にできる。この結果として第九の実施例のようにＬＤ
ドライバーを並列動作させることにより、従来準連続発
振ＬＤにおいて制限されていた繰り返し周波数をｎ倍に
上げることが可能になった。
製中空導波路を用いることによって、励起パワーが大き
く冷却の必要な場合には対応し易くなる。第六の効果
は、テーパー付きの全反射ロッドの前段の結合光学系は
融通性が高く、第七の実施例や第八の実施例のようによ
り高い高出力化を狙った励起光源のバンドル化対応が容
易にできる。この結果として第九の実施例のようにＬＤ
ドライバーを並列動作させることにより、従来準連続発
振ＬＤにおいて制限されていた繰り返し周波数をｎ倍に
上げることが可能になった。
【図１】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第一の実施
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
【図２】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第二の実施
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
【図３】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第三の実施
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
【図４】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第四の実施
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
【図５】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第五の実施
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
例の構成図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図であ
る。
【図６】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第六の実施
例の構成を示す側面図である。
例の構成を示す側面図である。
【図７】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第七の実施
例の構成図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図であ
る。
例の構成図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図であ
る。
【図８】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第一の実施
例の構成を示す斜視図である。
例の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の第一の実施
例の構成を示す斜視図である。
例の構成を示す斜視図である。
【図１０】図９に示すＬＤドライバーが各ＬＤのチャネ
ルに流すＬＤ電流のタイミングチャートである。
ルに流すＬＤ電流のタイミングチャートである。
１ リニアアレー型ＬＤ ２ シリンドリカルレンズ ３ シリンドリカルレンズ ４ 球面レンズ ５ 非球面レンズ ６1 テーパー付き全反射ロッド ６2 テーパー付き全反射ロッド ６3 テーパー付き全反射ロッド ６4 テーパー付き全反射ロッド ６5 テーパー付き全反射スラブ ６6 テーパー付き全反射ロッド ６7 テーパー付き全反射ロッド ７1 全反射コート付きレーザ媒質 ７2 レーザ媒質 ８ 出力ミラー ９ ＬＤ励起光 １０ 第七の実施例の励起光学系と同じ励起光学系の
束 １１ ＬＤ励起光の出射光学系 １２ 光ファイバーケーブル １３ コリメータ光学系 １４ 高集光光学系 １５ シリンドリカルレンズ １６ テーパー付き全反射中空導波路 １７ 第八の実施例の励起光学系同様の励起光学系 １８ ＬＤへの結合光学系 １９ ＬＤドライバー ２０1〜２０6 結合光学系
束 １１ ＬＤ励起光の出射光学系 １２ 光ファイバーケーブル １３ コリメータ光学系 １４ 高集光光学系 １５ シリンドリカルレンズ １６ テーパー付き全反射中空導波路 １７ 第八の実施例の励起光学系同様の励起光学系 １８ ＬＤへの結合光学系 １９ ＬＤドライバー ２０1〜２０6 結合光学系
Claims (8)
- 【請求項１】 リニアアレー型レーザダイオード、ある
いは２段以上スタックされたリニアアレー型レーザダイ
オードを用いて励起し、集光光学系によりコリメートし
て出力するレーザダイオード励起固体レーザ装置におい
て、 前記リニアアレー型レーザダイオードにより出力された
励起光を集光する結合光学系の出力を入力し、通過光線
を内側へ全反射し、さらに入射口より小口径の出射口ま
で導くテーパー形の光学媒体を有し、 前記光学媒体とレーザ活性媒質が光学的結合か、突き合
わせ接触されていることを特徴とするレーザダイオード
励起固体レーサ装置。 - 【請求項２】 前記光学媒体がテーパー付き全反射ロッ
ドである請求項１記載のレーザダイオード励起固体レー
ザ装置。 - 【請求項３】 前記光学媒体がテーパー付き全反射スラ
ブである請求項１記載のレーザダイオード励起固体レー
サ装置。 - 【請求項４】 前記光学媒体がテーバー付き全反射中空
導波路である請求項１記載のレーザダイオード励起固体
レーザ装置。 - 【請求項５】 少なくとも２個以上の複数のレーザダイ
オードからコリメート光学系を通して出射された励起光
を前記テーパー付き全反射ロッドの入力側に結合する請
求項２記載のレーザダイオード励起固体レーザ装置。 - 【請求項６】 少なくとも２個以上の複数のレーザダイ
オードからコリメート光学系を通して出射された励起光
を前記テーパー付き全反射スラブの入力側に結合する請
求項３記載のレーザダイオード励起固体レーザ装置。 - 【請求項７】 少なくとも２個以上の複数のレーザダイ
オードからコリメート光学系を通して出射された励起光
を前記テーパー付き全反射中空導波路の入力側に結合す
る請求項２記載のレーザダイオード励起固体レーザ装
置。 - 【請求項８】 前記リニアアレーレーザダイオードがｎ
個の準連続発振レーザダイオードからなり、各準連続発
振レーザダイオードの最大発振繰返し数がＡＨｚである
とき、前記各準連続発振レーザダイオードが同じ繰返し
数ＡＨｚで周期を１／ｎＡ秒づつ位相をずらして励起す
る請求項５乃至７のいずれか一項に記載のレーザダイオ
ード励起固体レーサ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8008453A JP2988354B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | レーザダイオード励起固体レーザ装置 |
| KR1019970001785A KR100271046B1 (ko) | 1996-01-22 | 1997-01-22 | 레이저 다이오드로부터 출력된 광에 의해 여기되는 고체 레이저 장치 |
| DE19702146A DE19702146A1 (de) | 1996-01-22 | 1997-01-22 | Festkörperlasereinrichtung, die durch von einer Laserdiode ausgesendetes Licht gepumpt wird |
| US08/788,915 US5859868A (en) | 1996-01-22 | 1997-01-22 | Solid-state laser device which is pumped by light output from laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8008453A JP2988354B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | レーザダイオード励起固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199774A true JPH09199774A (ja) | 1997-07-31 |
| JP2988354B2 JP2988354B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=11693556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8008453A Expired - Fee Related JP2988354B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | レーザダイオード励起固体レーザ装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5859868A (ja) |
| JP (1) | JP2988354B2 (ja) |
| KR (1) | KR100271046B1 (ja) |
| DE (1) | DE19702146A1 (ja) |
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