JPH0485978A - 端面励起型固体レーザー発振器 - Google Patents
端面励起型固体レーザー発振器Info
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- JPH0485978A JPH0485978A JP2202049A JP20204990A JPH0485978A JP H0485978 A JPH0485978 A JP H0485978A JP 2202049 A JP2202049 A JP 2202049A JP 20204990 A JP20204990 A JP 20204990A JP H0485978 A JPH0485978 A JP H0485978A
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- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
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- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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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- 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
- H01S3/094049—Guiding of the pump light
- H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
-
- H—ELECTRICITY
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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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- Plasma & Fusion (AREA)
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- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、端面励起型固体レーザー発振器に関する。
本発明による端面励起型固体レーザー発振器は、一対の
ミラー及びその間に配されたレーザーロッドから成る共
振器と、レーザーロフトを励起するポンピング光を発生
する励起光源と、励起光源からのポンピング光を集束し
てレーザーロッドの端面に照射する波長分散の大きな集
光光学素子とを有することにより、レーザーロッドの光
軸方向の発熱の均一化が図られ、大出力化が可能と成る
ようにしたものである。
ミラー及びその間に配されたレーザーロッドから成る共
振器と、レーザーロフトを励起するポンピング光を発生
する励起光源と、励起光源からのポンピング光を集束し
てレーザーロッドの端面に照射する波長分散の大きな集
光光学素子とを有することにより、レーザーロッドの光
軸方向の発熱の均一化が図られ、大出力化が可能と成る
ようにしたものである。
従来、一対のミラー及びその間に配されたレーザーロッ
ド（Ｎｄ ： ＹＡＧ）から成る共振器と、そのレーザ
ーロッドを励起するポンピング光を発生するレーザーダ
イオードと、励起光源からのポンピング光を集束してレ
ーザーロッドの端面に照射する集光レーザーとを有する
端面励起型固体レーザー発振器がある。
ド（Ｎｄ ： ＹＡＧ）から成る共振器と、そのレーザ
ーロッドを励起するポンピング光を発生するレーザーダ
イオードと、励起光源からのポンピング光を集束してレ
ーザーロッドの端面に照射する集光レーザーとを有する
端面励起型固体レーザー発振器がある。
かかるレーザー発振器では、大出力化のために複数のレ
ーザーダイオードからのレーザー光を、光フアイババン
ドルを構成する各光ファイバに入射し、これより得られ
たレーザー光の束を、集光レンズを通じて、レーザーロ
ッドの端面に照射するようにしている。
ーザーダイオードからのレーザー光を、光フアイババン
ドルを構成する各光ファイバに入射し、これより得られ
たレーザー光の束を、集光レンズを通じて、レーザーロ
ッドの端面に照射するようにしている。
ところが、このようにレーザーロフトの端面に大出力の
ポンピング光を照射すると、レーザーロフトの半径方向
及び光軸方向の温度勾配が大きく成るので、端面励起型
固体レーザー発振器の大出力化に自ずから限界があった
。
ポンピング光を照射すると、レーザーロフトの半径方向
及び光軸方向の温度勾配が大きく成るので、端面励起型
固体レーザー発振器の大出力化に自ずから限界があった
。
かかる点に鑑み、本発明は、レーザーロフトの光軸方向
の発熱の均一化が図られ、大出力化が可能と成る端面励
起型固体レーザー発振器を提案しようとするものである
。
の発熱の均一化が図られ、大出力化が可能と成る端面励
起型固体レーザー発振器を提案しようとするものである
。
本発明による端面励起型固体レーザー発振器は、一対の
ミラー（５） 、（６）及びその間に配されたレーザー
ロフト（７）から成る共振器ＲＳと、レーザーロフト（
７）を励起するポンピング光を発生する励起光源（１，
２）と、励起光源（１，２）からのポンピング光を集束
してレーザーロフト（７）の端面に照射する波長分散の
大きな集光光学素子（４）とを有するものである。
ミラー（５） 、（６）及びその間に配されたレーザー
ロフト（７）から成る共振器ＲＳと、レーザーロフト（
７）を励起するポンピング光を発生する励起光源（１，
２）と、励起光源（１，２）からのポンピング光を集束
してレーザーロフト（７）の端面に照射する波長分散の
大きな集光光学素子（４）とを有するものである。
かかる本発明によれば、励起光源（Ｌ２ ）からのポン
ピング光を、波長分散の大きな集光光学素子（４）によ
って集束して、レーザーロフト（７）の端面に照射する
ので、ポンピング光はその波長の違いに応じて、レーザ
ーロフト（７）内において、光軸上で異なる位置に焦点
を結ぶので、レーザーロフト（７）の光軸方向の発熱の
均一化が図られる。
ピング光を、波長分散の大きな集光光学素子（４）によ
って集束して、レーザーロフト（７）の端面に照射する
ので、ポンピング光はその波長の違いに応じて、レーザ
ーロフト（７）内において、光軸上で異なる位置に焦点
を結ぶので、レーザーロフト（７）の光軸方向の発熱の
均一化が図られる。
以下に、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。先ず、第１図について、実施例（１）を説明する
。第１図Ａは実施例の端面励起型固体レーザー発振器を
全体として示す。第１図Ａにおいて、レーザー共振器Ｒ
３は、互いに対向する凹面ミラー（入力ミラー）（５）
及び平面ミラー（出力ミラー）（６）並びにその間にお
いて、中心軸が光軸と一致するように光軸上に配された
円柱状のレーザーロフト（Ｎ ｄ ： ＹＡ Ｇ） （
７）がら構成される。
する。先ず、第１図について、実施例（１）を説明する
。第１図Ａは実施例の端面励起型固体レーザー発振器を
全体として示す。第１図Ａにおいて、レーザー共振器Ｒ
３は、互いに対向する凹面ミラー（入力ミラー）（５）
及び平面ミラー（出力ミラー）（６）並びにその間にお
いて、中心軸が光軸と一致するように光軸上に配された
円柱状のレーザーロフト（Ｎ ｄ ： ＹＡ Ｇ） （
７）がら構成される。
（１）は２×７個の半導体レーザー（レーザーダイオー
ド）で、これらよりの各レーザー光は、光フアイババン
ドル（第１図Ｂにその断面を示すように、７本の光ファ
イバ（３）の束から構成されている）（２）を構成する
各光ファイバ（３）に入射せしめられ、光フアイババン
ドル（２）がらのレーザー光の束から成る発散光（ボン
ピングレーザー光）Ｌｌが、ミラー（５）を通過して波
長分散の大きな集光レンズ（４）で集束せしめられて、
レーザーロフト（７）内の光軸上の、波長に応じた位置
に焦点を結ぶ如く、その端面の狭い領域に照射される。
ド）で、これらよりの各レーザー光は、光フアイババン
ドル（第１図Ｂにその断面を示すように、７本の光ファ
イバ（３）の束から構成されている）（２）を構成する
各光ファイバ（３）に入射せしめられ、光フアイババン
ドル（２）がらのレーザー光の束から成る発散光（ボン
ピングレーザー光）Ｌｌが、ミラー（５）を通過して波
長分散の大きな集光レンズ（４）で集束せしめられて、
レーザーロフト（７）内の光軸上の、波長に応じた位置
に焦点を結ぶ如く、その端面の狭い領域に照射される。
かくすると、レーザーロフト（７）からは、そのレーザ
ーロフト固有の波長のレーザー光が発生し、ミラー（５
） 、（６）間を繰り返し往復伝播し、ポンピング光Ｌ
１のプロファイルに適合した横モードで、レーザー光Ｌ
２が発振する。そして、この発振レーザー光Ｌ２の一部
が、出力レーザー光Ｌ３としてミラー（６）を通過して
外部に出射する。
ーロフト固有の波長のレーザー光が発生し、ミラー（５
） 、（６）間を繰り返し往復伝播し、ポンピング光Ｌ
１のプロファイルに適合した横モードで、レーザー光Ｌ
２が発振する。そして、この発振レーザー光Ｌ２の一部
が、出力レーザー光Ｌ３としてミラー（６）を通過して
外部に出射する。
第３図に、レーザーダイオード（１）から発生するレー
ザー光の波長スペクトラムと、Ｎｄ ： ＹＡＧのレー
ザーロフト（７）のＮｄの光吸収曲線を示す。レーザー
ダイオード（１）から発生するレーザー光の中心波長は
、ベルチェ効果素子等による温度制御によって特定の範
囲で制御することができる。そこで、複数のレーザーダ
イオード（１）から夫々発生するレーザー光の中心波長
をずらせて、Ｎｄの吸収帯（８００ｎｍ〜８１０ ｎｍ
）をカバーするように、光フアイババンドル（２）から
出射されるボンピングレーザー光を広帯域化することが
できる。このようにボンピングレーザー光を広帯域化す
れば、ボンピングレーザー光が第３図に示すように狭帯
域の場合に比べて、レーザーロフト（７）のＮｄの平均
熱吸収係数が低下し、レーザーロフト（７）内での熱吸
収が光軸方向に集中するのが回避される。
ザー光の波長スペクトラムと、Ｎｄ ： ＹＡＧのレー
ザーロフト（７）のＮｄの光吸収曲線を示す。レーザー
ダイオード（１）から発生するレーザー光の中心波長は
、ベルチェ効果素子等による温度制御によって特定の範
囲で制御することができる。そこで、複数のレーザーダ
イオード（１）から夫々発生するレーザー光の中心波長
をずらせて、Ｎｄの吸収帯（８００ｎｍ〜８１０ ｎｍ
）をカバーするように、光フアイババンドル（２）から
出射されるボンピングレーザー光を広帯域化することが
できる。このようにボンピングレーザー光を広帯域化す
れば、ボンピングレーザー光が第３図に示すように狭帯
域の場合に比べて、レーザーロフト（７）のＮｄの平均
熱吸収係数が低下し、レーザーロフト（７）内での熱吸
収が光軸方向に集中するのが回避される。
第４図Ａ、Ｂに、第４図Ｃに示す如く、レーザーロフト
（７）の半径方向の位置をｒ、光軸方向（中心軸方向）
の位置を２と夫々としたときの、レーザーロンド（７）
の平均光吸収係数αが６ｃｍ”の場合と、光吸収係数α
が３ 、 ３ ｃｍ−’の場合の、２＝０、■、２．３
．４．５ｍｍにおける半径方向の位置ｒにおける温度分
布を、有限素性によるシュミレーションによって求めて
たものを夫々第４図Ａ、Ｂに示す。尚、第４図Ａ、Ｂに
おいて、縦軸のΔＴは、レーザーロンド（７）のボンピ
ングレーザー光によるＩＷ当たりの温度上昇分（°Ｃ）
を示す。尚、第４図に図示の式において、Ｎはレーザー
ロンド〔７〕 の屈折率を、Ｔは温度（°Ｃ）を夫々示
す。
（７）の半径方向の位置をｒ、光軸方向（中心軸方向）
の位置を２と夫々としたときの、レーザーロンド（７）
の平均光吸収係数αが６ｃｍ”の場合と、光吸収係数α
が３ 、 ３ ｃｍ−’の場合の、２＝０、■、２．３
．４．５ｍｍにおける半径方向の位置ｒにおける温度分
布を、有限素性によるシュミレーションによって求めて
たものを夫々第４図Ａ、Ｂに示す。尚、第４図Ａ、Ｂに
おいて、縦軸のΔＴは、レーザーロンド（７）のボンピ
ングレーザー光によるＩＷ当たりの温度上昇分（°Ｃ）
を示す。尚、第４図に図示の式において、Ｎはレーザー
ロンド〔７〕 の屈折率を、Ｔは温度（°Ｃ）を夫々示
す。
第４図の温度分布曲線によれば、レーザーロンド（７）
の光軸方向の温度勾配が減少していることが分かる。こ
のシュミレーションでは、レーザーロンド（７）に照射
されるボンピングレーザー光の各波長毎の集光点のずれ
を考慮していないが、集光レンズ（４）として波長分散
の大きな（波長分散性の強い）レンズを使用すれば、ボ
ンピングレーザー光の各波長毎の集光点を光軸上にずら
せることができる。
の光軸方向の温度勾配が減少していることが分かる。こ
のシュミレーションでは、レーザーロンド（７）に照射
されるボンピングレーザー光の各波長毎の集光点のずれ
を考慮していないが、集光レンズ（４）として波長分散
の大きな（波長分散性の強い）レンズを使用すれば、ボ
ンピングレーザー光の各波長毎の集光点を光軸上にずら
せることができる。
従って、複数のレーザーダイオード（１）から夫々発生
するレーザー光の中心波長をずらせることによって、Ｎ
ｄの吸収帯（８００ｎｍ〜８１０ｎｍ）をカバーするよ
うに、光フアイババンドル（２）からの出射されるボン
ピングレーザー光を広帯域化することと相俟って、ボン
ピングレーザー光を集光する集光レンズ（４）として波
長分散の大きなものを用いることにより、レーザーロン
ド（７）の発熱点の均一化を図ることができる。
するレーザー光の中心波長をずらせることによって、Ｎ
ｄの吸収帯（８００ｎｍ〜８１０ｎｍ）をカバーするよ
うに、光フアイババンドル（２）からの出射されるボン
ピングレーザー光を広帯域化することと相俟って、ボン
ピングレーザー光を集光する集光レンズ（４）として波
長分散の大きなものを用いることにより、レーザーロン
ド（７）の発熱点の均一化を図ることができる。
次に、本発明の実施例（２）を第２図について説明する
も、第１ＦＩ！Ｊと対応する部分には同一符号を付して
Ｍ複説明を省略する。第２図Ａは、この実施例の端面励
起型固体レーザー発振器の一部を示し、第２図Ｂはその
光フアイババンドル（２）の断面を示す。この実施例で
は、波長分散の大きい集光レンズ（４）としてキノフオ
ーム（ｋｉｎｏｆｏｒｍ） レンズを使用した場合で
ある。
も、第１ＦＩ！Ｊと対応する部分には同一符号を付して
Ｍ複説明を省略する。第２図Ａは、この実施例の端面励
起型固体レーザー発振器の一部を示し、第２図Ｂはその
光フアイババンドル（２）の断面を示す。この実施例で
は、波長分散の大きい集光レンズ（４）としてキノフオ
ーム（ｋｉｎｏｆｏｒｍ） レンズを使用した場合で
ある。
キノフオームは、表面レリーフの変化、屈折率の変化と
してコード化された情報を有する位相ホログラムである
。ステレオ型のキノフオームは、光学的厚さが各ゾーン
を横切る１波長毎に２次的に変化するリングから成るフ
レネルゾーンプレートの形状を有している。キノフオー
ムは、フレネルレンズに良く似ているが、同しものでは
ない。
してコード化された情報を有する位相ホログラムである
。ステレオ型のキノフオームは、光学的厚さが各ゾーン
を横切る１波長毎に２次的に変化するリングから成るフ
レネルゾーンプレートの形状を有している。キノフオー
ムは、フレネルレンズに良く似ているが、同しものでは
ない。
キノフオームの凹凸形状は、高さが波長の２倍である。
キノフオームは、異なるゾーンでの光の干渉によるもの
であるのに対し、フレネルレンズは、単に、光を屈折さ
せるだけのものである。キノフオームの表面形状は、回
折格子のブレーズ角と同じ機能を有する。理論的には、
キノフオームは、効率が約５％の振幅ゾーンプレートと
は異なり、１００％の効率の２次プロファイルを有する
。以上のキノフオームレンズの説明は５ｉｎｃｌａｉｒ
ＯｐｔｉｃｓＤｅｓｉｇｎ Ｎｏｔｅｓ （シンクレ
ア・オプティックス デザイン・ノート）の１９９０年
冬 第１Ｊ８ 第１号による。
であるのに対し、フレネルレンズは、単に、光を屈折さ
せるだけのものである。キノフオームの表面形状は、回
折格子のブレーズ角と同じ機能を有する。理論的には、
キノフオームは、効率が約５％の振幅ゾーンプレートと
は異なり、１００％の効率の２次プロファイルを有する
。以上のキノフオームレンズの説明は５ｉｎｃｌａｉｒ
ＯｐｔｉｃｓＤｅｓｉｇｎ Ｎｏｔｅｓ （シンクレ
ア・オプティックス デザイン・ノート）の１９９０年
冬 第１Ｊ８ 第１号による。
キノフオームの基準波長Δｒのときの焦点距離をＦｒと
するとき、波長へにおける焦点距１１Ｆは、１／Ｆ＝
（Ａ／Ａｒ ）（１／Ｆｒ ） −（１）で与えられ
る。この（１）式から、焦点距離の差ΔＦ（−Ｆ−Ｆｒ
）と波長の差ΔΔ（＝Δ−Δｒ）につき、 ΔＦ／Ｆ ＝−ΔΔ／ΔΔｒ ・・・・・・・・・・・
・（２）が成立する。今、Δｒ＝８１０ｎｍ、ΔΔ＝−
１Ｏｎ１１１を想定するとき、ΔＦ−０，２５１１Ｉｍ
を実現するには、Ｆ−２０ｍｍ（Δ＝Δｒ）であれば良
い。更に、集光系の倍率をｍ＝１．７５と仮定するとき
、ΔＦ＝０．２５ｍｍに対応する像面距離の変化は光線
追跡より、ΔＤ＝２ｍｍと成り、典型的なＮｄ：ＹＡＧ
のレーザーロンド（７）の長さ５ｍｍの１／２にするこ
とができる。レーザーダイオード（１）のレーザー光の
８００〜８１０ｎｍ帯域で短波長稈、Ｎｄ ： ＹＡＧ
のレーザーロンド（７）のＮｄの光吸収係数は低下する
が、焦点距離は長く成り、ボンピングレーザー光のレー
ザーロンド（７）の光軸上での集光点は遠く成るので、
レーザーロンド（７）における発熱点の空間的均一化の
目的には一層好適である。
するとき、波長へにおける焦点距１１Ｆは、１／Ｆ＝
（Ａ／Ａｒ ）（１／Ｆｒ ） −（１）で与えられ
る。この（１）式から、焦点距離の差ΔＦ（−Ｆ−Ｆｒ
）と波長の差ΔΔ（＝Δ−Δｒ）につき、 ΔＦ／Ｆ ＝−ΔΔ／ΔΔｒ ・・・・・・・・・・・
・（２）が成立する。今、Δｒ＝８１０ｎｍ、ΔΔ＝−
１Ｏｎ１１１を想定するとき、ΔＦ−０，２５１１Ｉｍ
を実現するには、Ｆ−２０ｍｍ（Δ＝Δｒ）であれば良
い。更に、集光系の倍率をｍ＝１．７５と仮定するとき
、ΔＦ＝０．２５ｍｍに対応する像面距離の変化は光線
追跡より、ΔＤ＝２ｍｍと成り、典型的なＮｄ：ＹＡＧ
のレーザーロンド（７）の長さ５ｍｍの１／２にするこ
とができる。レーザーダイオード（１）のレーザー光の
８００〜８１０ｎｍ帯域で短波長稈、Ｎｄ ： ＹＡＧ
のレーザーロンド（７）のＮｄの光吸収係数は低下する
が、焦点距離は長く成り、ボンピングレーザー光のレー
ザーロンド（７）の光軸上での集光点は遠く成るので、
レーザーロンド（７）における発熱点の空間的均一化の
目的には一層好適である。
尚、波長分散の大きな集光光学素子としては、キノフオ
ームの他にホログラフインク素子等でも良い。
ームの他にホログラフインク素子等でも良い。
上述せる本発明端面励起型固体レーザー発振器によれば
、一対のミラー及びその間に配されたレーザーロンドか
ら成る共振器と、レーザーロンドを励起するポンピング
光を発生する励起光源と、励起光源からのポンピング光
を集束してレーザーロンドの端面に照射する波長分散の
大きな集光光学素子とを有するので、レーザーロンドの
光軸方向の発熱の均一化が図られ、大出力化が可能と成
るものである。
、一対のミラー及びその間に配されたレーザーロンドか
ら成る共振器と、レーザーロンドを励起するポンピング
光を発生する励起光源と、励起光源からのポンピング光
を集束してレーザーロンドの端面に照射する波長分散の
大きな集光光学素子とを有するので、レーザーロンドの
光軸方向の発熱の均一化が図られ、大出力化が可能と成
るものである。
第１図及び第２図は本発明の実施例（１） 、（２）を
示す配置図、第３図はレーザーダイオードの波長スペク
トラム及びレーザーロンドの熱吸収曲線を示す曲線図、
第４図はレーザーロンドの温度分布曲線を示す曲線図で
ある。 （１）はレーザーダイオード、（２）は光フアイババン
ドル、（３）は光ファイバ、（４）は集光レンズ（キノ
フオーム） 、（５） 、（６）は夫々ミラー、（７）
はレーザーロンド、Ｒ３は共振器である。 代 理 人 松 隈 秀 盛
示す配置図、第３図はレーザーダイオードの波長スペク
トラム及びレーザーロンドの熱吸収曲線を示す曲線図、
第４図はレーザーロンドの温度分布曲線を示す曲線図で
ある。 （１）はレーザーダイオード、（２）は光フアイババン
ドル、（３）は光ファイバ、（４）は集光レンズ（キノ
フオーム） 、（５） 、（６）は夫々ミラー、（７）
はレーザーロンド、Ｒ３は共振器である。 代 理 人 松 隈 秀 盛
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 一対のミラー及びその間に配されたレーザーロッドから
成る共振器と、 上記レーザーロッドを励起するポンピング光を発生する
励起光源と、 該励起光源からのポンピング光を集束して上記レーザー
ロッドの端面に照射する波長分散の大きな集光光学素子
とを有することを特徴とする端面励起型固体レーザー発
振器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2202049A JPH0485978A (ja) | 1990-07-30 | 1990-07-30 | 端面励起型固体レーザー発振器 |
| US07/732,649 US5202893A (en) | 1990-07-30 | 1991-07-19 | End pumped solid-state laser |
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