JPH05145150A

JPH05145150A - 固体レーザ

Info

Publication number: JPH05145150A
Application number: JP33011491A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Masuda; 久増田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】励起光パワーおよびパワー密度を極めて高く
する。【構成】ダイクロイックミラー３５は、コリメートレ
ンズ３３、３４からの半導体レーザ３１、３２の異なる
波長の出力光を合波し励起光を１つの光束としてビーム
整形光学系３６を介して集光レンズ３７に出力する。集
光レンズ３７は励起光をレーザ共振器４４の固体レーザ
媒質３９内に集光させ固体レーザ媒質３９を励起する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザに関し、特
に固体レーザ媒質を励起させる励起光のパワーおよびパ
ワー密度の向上を図るようにした固体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体レーザは、半導体レーザ光を
励起光として出力する励起光学系と励起光学系からの励
起光によってレーザ共振を起こさせレーザ光を発するレ
ーザ共振器とから構成される。そして、従来、レーザ共
振器の固体レーザ媒質を励起させる半導体レーザの励起
光のパワーおよびパワー密度を上げるために次の（１）
乃至（４）などのようにしていた。

【０００３】（１）図１０に示すごとく、ニ分の一波長
板５を有する偏光ビームスプリッタ６でＰＳ合波を行な
っていた。なお、図１０は、従来の固体レーザの一例を
示す構成図である。同図において、出力光（Ｓ波）の波
長が同じ半導体レーザ（レーザダイオード）１、２から
の出力光をコリメータ３、４を介して偏光ビームスプリ
ッタ６へ送る。偏光ビームスプリッタ６は、コリメータ
３からニ分の一波長板５を介して入射する光（Ｐ波）と
コリメータ４からの光（Ｓ波）を合波して１つの光束と
して励起光を集光レンズ７ヘ出力する。集光レンズ７
は、偏光ビームスプリッタ６からの励起光をレーザ共振
器９の固体レーザ媒質１１内に集光させ固体レーザ媒質
１１を励起させる。ここに、半導体レーザ１、２とコリ
メータ３、４とニ分の一波長板５を有する偏光ビームス
プリッタ６と集光レンズ７は励起光学系８を構成する。
また、レーザミラー面１３を有するレーザミラー１０と
固体レーザ媒質１１とレーザミラー面１４を有するレー
ザミラー１２はレーザ共振器９を構成する。（２）各半導体レーザからの励起光をコリメータ（コリ
メートレンズ）で平行光束とし、これらの平行光束を大
開口の集光レンズで図１０に示すようなレーザ共振器９
の固体レーザ媒質１１内に集光させ固体レーザ媒質１１
を励起させていた。（３）図１０に示す集光レンズ７を通過した半導体レー
ザ１、２からの励起光を図１１に示すように光コネクタ
２１を介して光ファイバ２２に注入する。同様にして図
１１に示す如く多数の光ファイバ２２に半導体レーザか
らの励起光を注入する。これら多数の光ファイバ２２を
バンドル化する。これら多数の光ファイバ２２より光コ
ネクタ２３を介して多数の半導体レーザ（レーザダイオ
ード）１、２、１′、２′、・・・からの励起光を大開
口の集光レンズ２４に出射し、さらに集光レンズ２４で
レーザ共振器９の固体レーザ媒質１１内に集光させ固体
レーザ媒質１１を励起させていた。なお、図１１は、従
来の固体レーザの他の例を示す構成図である。同図にお
いて、図１０と同一又は相当部分には同符号を用いてい
る。ここに、半導体レーザ１′、２′は、出力光（Ｓ
波）の波長が同じである。また、半導体レーザ１、２、
１′、２′、・・・とコリメータ３、４とニ分の一波長
板５を有する偏光ビームスプリッタ６と集光レンズ７、
２４と光コネクタ２１、２３と光ファイバ２２は、励起
光学系２５を構成する。（４）半導体レーザが発する光パワー又は光パワー密度
を上げていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の固体レーザでは、次のような問題があった。即
ち、上記（１）では、使用される半導体レーザとして、
２個が限界であり、また上記（２）では、コリメータの
物理的大きさから集光レンズが大型化し、また上記
（３）では、束ねた光ファイバ（ファイババンドル）の
断面が大きくなり、また上記（４）では、半導体レーザ
（レーザダイオード）の端面破壊や熱問題により半導体
レーザの発する光パワー、光パワー密度の上昇に限界が
あった。

【０００５】本発明の目的は、このような従来の問題点
に鑑み、励起用光源の端面破壊や熱問題を起こさずに多
数の励起用光源を用いることができ、しかも集光レンズ
を大型化せずに、各励起用光源の出力光にもとづく励起
光のパワーおよびパワー密度を従来に比べきわめて高く
することができるようにした固体レーザを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の固体レ
ーザは、合波手段としてのダイクロイックミラー３５
（図１）；５７（図４）；８５、８８、９１、９４（図
６）を備えることを特徴とする。

【０００７】請求項２に記載の固体レーザは、合波手段
としてのプリズム１１７を備えることを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１に記載の固体レーザにおいては、ダイ
クロイックミラー３５を用いて半導体レーザ３１、３２
からの異なる波長の光を合波し（図１）、またダイクロ
イックミラー５７を用いて半導体レーザ５１、５２；５
８、５９からの光を合波し（図４）、またダイクロイッ
クミラー８５、８８、９１、９４を用いて半導体レーザ
８１、８３、８６、８９、９２からの異なる波長の光を
合波し（図６）、励起光を１つの光束としてそれぞれレ
ーザ共振器４４（図１）、７２（図４）、１０２（図
６）に出力する。

【０００９】請求項２に記載の固体レーザにおいては、
プリズム１１７を用いて半導体レーザ１１１乃至１１３
からの異なる波長の光を合波し励起光を１つの光束とし
てレーザ共振器１２６に出力する（図８）。

【００１０】このようにすると、半導体レーザ３１、３
２；５１、５２、５８、５９；８１、８３、８６、８
９、９２の端面破壊や熱問題を起こさずに多数の半導体
レーザ３１、３２；５１、５２、５８、５９；８１、８
３、８６、８９、９２を用いることができ、しかも集光
レンズを大型化せずに、各半導体レーザ光を合波するこ
とにより励起光のパワーおよびパワー密度を従来に比べ
きわめて高くすることができる。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて以
下説明する。図１は、本発明による固体レーザの第１実
施例を示す構成図である。図１において、３１、３２は
それぞれ出力光の波長が異なる半導体レーザ（レーザダ
イオード）であって、これらの半導体レーザ３１、３２
の出力光はそれぞれコリメートレンズ３３、３４を介し
てダイクロイックミラー３５に入射する。ダイクロイッ
クミラー３５は、急峻な分光特性を持ち、コリメートレ
ンズ３３からの光を透過させ、コリメートレンズ３４か
らの光を反射させる。即ち、ダイクロイックミラー３５
は、半導体レザ３１、３２からの光を合波し、励起光を
１つの光束として、ビーム整形光学系３６、集光レンズ
３７を介してレーザ共振器４４の固体レーザ媒質３９内
に集光させ固体レーザ媒質３９を励起させる。

【００１２】なお、励起光学系４３は、半導体レーザ３
１、３２と、コリメートレンズ３３、３４と、ダイクロ
イックミラー３５と、ビーム整形光学系３６と、集光レ
ンズ３７とから構成される。また、レーザ共振器４４
は、高反射ミラー面４１を有するレーザミラー３８と、
固体レーザ媒質３９と、出力ミラー面４２を有するレー
ザミラー４０とから構成される。

【００１３】固体レーザ媒質３９で励起された光は、レ
ーザミラー４０の出力ミラー面４２で反射され、更にレ
ーザミラー３８の高反射ミラー面４１で反射されて固体
レーザ媒質３９内に収束し、これにより励起された更に
高いエネルギーの光は、レーザミラー４０の出力ミラー
面４２で反射され、更にレーザミラー３８の高反射ミラ
ー面４１で反射され固体レーザ媒質３９を励起する。こ
のような動作（ポンピング動作）を繰り返すことで、高
出力のレーザ光をレーザミラー４０を介して出力する。

【００１４】なお、半導体レーザ３１と半導体レーザ３
２の各出力光の波長が著しく異なる場合は、必要に応じ
て集光レンズ３７は色消しレンズとする。また、固体レ
ーザ媒質３９は、通常複数の吸収帯を持ち、異方性結晶
の場合、偏光方向により吸収波長が異なることもある。
この場合は、半導体レーザ３１、３２の出力光の波長を
吸収波長に合わせる必要がある。

【００１５】ここでは、半導体レーザ３１と半導体レー
ザ３２の各出力光の波長を、固体レーザ媒質３９の異な
る吸収帯と一致させるべく選択してある。従って、半導
体レーザ３１、３２の異なる波長の光を、ダイクロイッ
クミラー３５で合波し、その合波した励起光を、１つの
光束とし集光レンズ３７を介して固体レーザ媒質３９に
集光させる。励起光は、効率よく固体レーザ媒質３９に
吸収され、各吸収線を励起することになり、レーザ発振
を起こさせる。しかも、励起光は、各吸収線を同時に励
起することにより、固体レーザ出力を増加させることが
できる。

【００１６】次に具体例について図２、図３を用いて説
明する。なお、図２は、図１の固体レーザ媒質３９がＹ
₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂（ＹＡＧ）：Ｎｄ³⁺である場合の１．０６
μｍけい光線に対する励起スペクトル（Ｎｄ濃度１ａｔ
％、試料の厚さ３ｍｍ）の一実施例を示す特性図であ
る。図３は、図１のダイクロイックミラー３５の一実施
例を示す特性図である。

【００１７】例えば、固体レーザ媒質３９として図２に
示すような吸収帯を持つＮｄ：ＹＡＧの場合を考える。
この場合、半導体レーザ３１の出力光の波長を７５０ｎ
ｍとし、半導体レーザ３２の出力光の波長を８１０ｎｍ
とし、半導体レーザ３１の出力光で固体レーザ媒質３９
の７５０ｎｍ帯を、半導体レーザ３２の出力光で固体レ
ーザ媒質３９の８１０ｎｍ帯をそれぞれ同時に励起する
ことになる。このため、ダイクロイックミラー３５は、
半導体レーザ３１の出力光（波長７５０ｎｍ）を透過さ
せ、半導体レーザ３２の出力光（波長８１０ｎｍ）を反
射させるべく、図３に示すような特性を持つようにす
る。従って、半導体レーザ３１、３２の出力光をダイク
ロイックミラー３５で合波することで、励起光パワーお
よびパワー密度を上げることができる。

【００１８】図４は、本発明による固体レーザの第２実
施例を示す構成図である。図４において、半導体レーザ
（レーザダイオード）５１は出力光（Ｓ波：例えば波長
８１０ｎｍ）をコリメータ５３を介して偏光ビームスプ
リッタ５６へ出力する。また、半導体レーザ（レーザダ
イオード）５２は、出力光（Ｓ波：例えば波長８１０ｎ
ｍ）をコリメータ５４、二分の一波長板５５を介して偏
光ビームスプリッタ５６へ出力する。偏光ビームスプリ
ッタ５６は、コリメータ５３からの光（Ｓ波：例えば波
長８１０ｎｍ）と、二分の一波長板５５からの光（Ｐ
波：例えば波長８１０ｎｍ）とをＰＳ合波し、そのＰＳ
合波した光（例えば、８１０ｎｍ帯の２個の半導体レー
ザ５１、５２の出力光）をダイクロイックミラー５７へ
出力する。

【００１９】一方、半導体レーザ（レーザダイオード）
５８は、出力光（Ｓ波：例えば波長７５０ｎｍ）をコリ
メータ６０を介して偏光ビームスプリッタ６３へ出力す
る。また、半導体レーザ（レーザダイオード）５９は、
出力光（Ｓ波：例えば波長７５０ｎｍ）をコリメータ６
１、二分の一波長板６２を介して偏光ビームスプリッタ
６３に出力する。偏光ビームスプリッタ６３は、コリメ
ータ６０からの光（Ｓ波：例えば波長７５０ｎｍ）と、
二分の一波長板６２からの光（Ｐ波：例えば波長７５０
ｎｍ）とをＰＳ合波し、そのＰＳ合波した光（例えば、
７５０ｎｍ帯の２個の半導体レーザ５８、５９の出力
光）をダイクロイックミラー５７へ出力する。

【００２０】ここで、ダイクロイックミラー５７は、例
えば図５に示すような波長特性となっている。なお、図
５はダイクロイックミラー５７の一実施例を示す波長特
性図である。従って、ダイクロイックミラー５７は、図
１と同様にして偏光ビームスプリッタ５６、６３からの
出力光を合波し、その合波した出力光（半導体レーザ５
１、５２、５８、５９の出力光）を、１つのビームとし
てビーム整形光学系６４、集光レンズ６５、レーザミラ
ー６６を介して固体レーザ媒質６７内に集光させ固体レ
ーザ媒質６７を励起させる。固体レーザ媒質６７は、例
えば、前述したように図２のような吸収帯を持つＮｄ：
ＹＡＧとする。

【００２１】なお、励起光学系７１は、半導体レーザ５
１、５２、５８、５９と、コリメータ５３、５４、６
０、６１と、二分の一波長板５５、６２と、偏光ビーム
スプリッタ５６、６３と、ダイクロイックミラー５７
と、ビーム整形光学系６４と、集光レンズ６５とから構
成される。また、レーザ共振器７２は、高反射ミラー面
６９を有するレーザミラー６６と、固体レーザ媒質６７
と、出力ミラー面７０を有するレーザミラー６８とから
構成される。レーザ共振器７２の動作については、図１
の場合と同様であるので説明を省略する。

【００２２】図４から判かるように、偏光ビームスプリ
ッタ５６は、２個の半導体レーザ５１、５２をＰＳ合波
し、偏光ビームスプリッタ６３は、２個の半導体レーザ
５８、５９をＰＳ合波している。従って、ダイクロイッ
クミラー５７は４個の半導体レーザ５１、５２：５８、
５９の出力光を合波することになり、図１の場合に比
べ、励起光パワーおよびパワー密度を一層上げることが
できる。

【００２３】なお、励起光学系７１は上記のような固体
レーザ、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ発振用のほか、レー
ザ共振器７２内のＳＨＧ発生レーザへの応用も可能であ
る。

【００２４】図６は、本発明による固体レーザの第３実
施例を示す構成図である。図６において、励起光学系１
０１は半導体レーザ（レーザダイオード）８１、８３、
８６、８９、９２と、これらの半導体レーザ８１、８
３、８６、８９、９２の出力光（それぞれ異なる波長）
をそれぞれ平行光束として出力するコリメータ８２、８
４、８７、９０、９３と、コリメータ８２、８４からの
半導体レーザ８１、８３の出力光を合波するダイクロイ
ックミラー８５と、ダイクロイックミラー８５からの合
波光とコリメータ８７からの半導体レーザ８６の出力光
を合波するダイクロイックミラー８８と、ダイクロイッ
クミラー８８からの合波光とコリメータ９０からの半導
体レーザ８９の出力光を合波するダイクロイックミラー
９１と、ダイクロイックミラー９１からの合波光とコリ
メータ９３からの半導体レーザ９２の出力光を合波する
ダイクロイックミラー９４と、ダイクロイックミラー９
４の合波光を集光させる色消し集光レンズ９５とから構
成される。

【００２５】なお、ダイクロイックミラー９４の後段に
更にダイクロイックミラーとコリメタと半導体レーザの
組み合わせを必要に応じて必要な個数、同様に接続する
ことができるが、図示省略してある。但し、ダイクロイ
ックミラーによる波長分離可能な場合に限る。

【００２６】また、レーザ共振器１０２は、高反射ミラ
ー面９９を有するレーザミラー９６と、固体レーザ媒質
９７と、出力ミラー面１００を有するレーザミラー９８
とから構成される。

【００２７】次に動作について図７を用いて説明する。
なお、図７は、図６のダイクロイックミラーの一実施例
を示す波長特性図であって、鎖線イはダイクロイックミ
ラー８５の波長特性を示し、一点鎖線ロはダイクロイッ
クミラー８８の波長特性を示し、二点鎖線ハはダイクロ
イックミラー９１の波長特性を示し、三点鎖線ニはダイ
クロイックミラー９４の波長特性を示す。図７から分か
るように後段のダイクロイックミラーほど波長の広帯域
化が必要となる。

【００２８】半導体レーザ８１は、出力光（波長８１０
ｎｍ）をコリメータ８２を介してダイクロイックミラー
８５へ出力する。また、半導体レーザ８３は、出力光
（波長７９５ｎｍ）をコリメータ８４を介してダイクロ
イックミラー８５へ出力する。ダイクロイックミラー８
５の波長特性は、図７の鎖線イで示されるから、ダイク
ロイックミラー８５はコリメータ８２からの半導体レー
ザ８１の出力光（波長８１０ｎｍ）を透過させ、コリメ
ータ８４からの半導体レーザ８３の出力光（波長７９５
ｎｍ）を反射させる。即ち、ダイクロイックミラー８５
は、半導体レーザ８１、８３の出力光を合波してダイク
ロイックミラー８８へ出力する。

【００２９】ダイクロイックミラー８８の波長特性は図
７の一点鎖線ロで示されるから、ダイクロイックミラー
８８は、ダイクロイックミラー８５からの合波光（半導
体レーザ８１、８３の出力光）を透過させ、コリメータ
８７からの半導体レーザ８６の出力光（波長７６０ｎ
ｍ）を反射させる。即ち、ダイクロイックミラー８８
は、半導体レーザ８１、８３、８６の出力光を合波して
ダイクロイックミラー９１に出力する。

【００３０】ダイクロイックミラー９１の波長特性は図
７の二点鎖線ハで示されるから、ダイクロイックミラー
９１は、ダイクロイックミラー８８からの合波光（半導
体レーザ８１、８３、８６の出力光）を透過させ、コリ
メータ９０からの半導体レーザ８９の出力光（波長７３
０ｎｍ）を反射させる。即ち、ダイクロイックミラー９
１は、半導体レーザ８１、８３、８６、８９の出力光を
合波してダイクロイックミラー９４に出力する。

【００３１】ダイクロイックミラー９４の波長特性は図
７の三点鎖線ニで示されるから、ダイクロイックミラー
９４は、ダイクロイックミラー９１からの合波光（半導
体レーザ８１、８３、８６、８９の出力光）を透過さ
せ、コリメータ９３からの半導体レーザ９２の出力光
（波長６８０ｎｍ）を反射させる。即ち、ダイクロイッ
クミラー９４は、半導体レーザ８１、８３、８６、８
９、９２の出力光を合波し、その合波した励起光を１つ
の光束として色消し集光レンズ９５へ出力する。

【００３２】色消し集光レンズ９５は、合波した励起光
をレーザミラー９６を介して固体レーザ媒質９７内に集
光させ固体レーザ９７を励起させる。なお、レーザ共振
器１０２内の動作については、図１の場合と同様であ
る。

【００３３】図６の励起光学系１０１においては、ダイ
クロイックミラー８５、８８、９１、９４を多段構成と
することにより、合波した半導体レーザ８１、８３、８
６、８９、９２の出力光を励起光とするので、励起光パ
ワーを飛躍的に上昇させることができる。

【００３４】特に、半導体レーザの短波長化とダイクロ
イックミラーの波長分離特性の向上により、図６の固体
レーザ媒質９７が、例えば図２のような吸収帯を持つＮ
ｄ：ＹＡＧの場合、多数の吸収線を別々の半導体レーザ
８１、８３、８６、８９、９２からの出力光により同時
に励起することができる。この場合、例えば、同じ７５
０ｎｍ帯の７３０ｎｍと７６０ｎｍ、同じ８１０ｎｍ帯
の７９５ｎｍと８１０ｎｍといった如く、同じ吸収帯の
広がりの中で、各吸収線を同時に励起させることができ
る。これにより、固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）出
力を増加させることができる。

【００３５】図６では、色消し集光レンズ９５を用いて
いるのは、次の理由による。即ち、ダイクロイックミラ
ー９４の出力である合波光は、半導体レーザ８１、８
３、８６、８９、９２の異なる各波長の光を合波したも
のであるから、この合波光を単なる集光レンズで集光す
ると、波長の違いにより色収差が発生し、集光スポット
が大きくなったり、集光位置が変わる。この集光位置の
移動は、コリメータ８２８４、８７、９０、９３の移動
によって対応することができる。しかし、集光レンズの
集光性能の劣化（波面収差の増大）を防ぐには、集光レ
ンズを広帯域の波長に対する色消しレンズとして対応す
る必要がある。そこで、単なる集光レンズとせずに、色
消し集光レンズ９５とした。

【００３６】また、固体レーザ媒質９７として、Ｎｄ：
ＹＬＦのように非等方的な固体レーザ材料で、励起光の
偏光により吸収波長が若干異なるものを用いる場合や、
更にこの吸収波長の偏光依存性が大きいものを用いる場
合には、多数のダイクロイックミラーを図６のように接
続するなどして多数の半導体レーザの異なる波長（偏光
による吸収波長と同じ波長）の出力光を合波するように
して偏光による吸収波長に対処することができる。

【００３７】図８は、本発明による固体レーザの第４の
実施例を示す構成図である。図８において、１１１乃至
１１３は、固体レーザ媒質１２１を励起させるための半
導体レーザ（レーザダイオード）であって、半導体レー
ザ１１１乃至１１３はそれぞれ異なる波長の、固体レー
ザ媒質１２１の励起光を出力するものである。

【００３８】ここで、半導体レーザ１１１乃至１１３の
うち、半導体レーザ１１１の出力光の波長は最も長く、
半導体レーザ１１３の出力光の波長は最も短くなるよう
に設定される。また、半導体レーザ１１１乃至１１３か
らの励起光の波長は、固体レーザ媒質１２１の吸収線の
波長に対応させてある。また、半導体レーザ１１１乃至
１１３の出力光の波長は、近接する波長であれば、同一
波長帯でも異なる波長帯でもよい。ここでは、３つの半
導体レーザ１１１乃至１１３の場合を示したが、物理的
にスペースがあれば、多数の半導体レーザを設けてもよ
い。また、特に半導体レーザ１１１乃至１１３からの広
帯域に亘る波長の光でもよいように、後述するコリメー
タ１１４乃至１１６や集光レンズ１１９により色収差の
補正を行なっている。

【００３９】コリメータ１１４至１１６は、半導体レー
ザ１１１乃至１１３からの光を平行光束にするものであ
る。ただし、コリメータ１１４乃至１１６は、半導体レ
ーザ１１１乃至１１３からの広帯域に亘る波長の光でも
結像系全体として収差を最小化できるように、集光レン
ズ１１９単独で予想される色収差の全部又は一部（ここ
では、全部）を補正できるように構成してある。

【００４０】１１７は、コリメータ１１４乃至１１６か
らの光を合波して集光レンズ１１９に出射するプリズム
である。プリズム１１７の代わりにそのほかの分散利用
部品を用いてもよい。プリズム１１７の入射面１１８に
は反射防止膜がコートされている。

【００４１】なお、プリズム１１７は、入射面１１８に
反射防止膜がコートされ、かつ内部で光の吸収がないこ
とが望ましい。しかし、各コリメータ１１４乃至１１６
からプリズム１１７を通過する光束の反射しうる面は、
プリズム１１７の入射面１１８、後面１２７と、集光レ
ンズ１１９およびレーザ共振器１２６の固体レーザ媒質
１２１に至る経路であり、ダイクロイックミラーを多段
構成する図６の場合に比べ反射面数および透過体の数が
少なくて済む。従って、プリズム１１７自体の透過性能
に多少欠点があっても、プリズム１１７の材料を適宜選
ぶことにより全体の透過率を容易に高くすることができ
る。

【００４２】集光レンズ１１９は、プリズム１１７から
の光を、レーザミラー１２０を介して固体レーザ媒質１
２１内に集光させるものである。プリズム１１７で合波
される光の波長帯域が狭い場合は、集光レンズ１１９の
集光性能の劣化を防ぐべく集光レンズ１１９を色消しに
する。また、プリズム１１７で合波される光の波長帯域
が広い場合は、集光レンズ１１９単独で補正しうる色収
差には限度があるので、ここでは半導体レーザ１１１乃
至１１３からの出力光の波長のうち、いくつかの波長に
対しては集光レンズ１１９を低収差に構成し、残りの波
長に対してはコリメータ１１４乃至１１６を集光レンズ
１１９で予想される色収差を補正するように構成する。

【００４３】ここに、半導体レーザ１１１乃至１１３と
コリメータ１１４乃至１１６とプリズム１１７と集光レ
ンズ１１９は、励起光学系１２３を構成する。

【００４４】レーザミラー１２０の凹面１２４側はレー
ザミラー面となっており、レーザミラー１２２の平面１
２５側はレーザミラー面となっている。固体レーザ媒質
１２１で励起された光は、レーザミラー１２２の平面１
２５側のレーザミラー面で反射され、更にレーザミラー
１２０の凹面１２４側のレーザミラー面で反射されて固
体レーザ媒質１２１内に収束し、これにより励起された
更に高いエネルギーの光は、レーザミラ１２２の平面１
２５側のレーザミラー面で反射され、更にレーザミラー
１２０の凹面１２４側のレーザミラー面で反射され固体
レーザ媒質１２１を励起する。このような動作（ポンピ
ング動作）を繰り返すことで、高出力のレーザ光をレー
ザミラー１２２を介して出力するようになっている。こ
こに、レーザミラー１２０、１２２と固体レーザ媒質１
２１は、レーザ共振器１２６を構成する。

【００４５】以上のように構成すると、半導体レーザ１
１１乃至１１３からの、固体レーザ媒質１２１の励起光
をコリメータ１１４乃至１１６を介してプリズム１１７
で合波し、その合波した光束を更に集光レンズ１１９で
レーザ共振器１２６の固体レーザ媒質１２１内の発振領
域内に集光させ（絞り込み）、ポンピング動作を行ない
横モード制御性がよく効率の高いレーザ発振を行なう。

【００４６】このようにすると、プリズム１１７で合波
される光の波長帯域が広い場合でも、励起光学系１２
３、従って集光レンズ１１９の集光性能の劣化を防止で
きる。また、コリメータ１１４乃至１１６で、集光レン
ズ１１９単独で予想される色収差の全部を補正する構成
としたので、半導体レーザ１１１乃至１１３からの光の
広帯域に亘る多数の波長に対しても、結像系全体として
の収差を最小化することができ、励起光を固体レーザ媒
質１２１内に高い光密度で集光させることができる。ま
た、プリズム１１７で多波長合波による場合、固体レー
ザ媒質１２１の複数のレーザ吸収線を同時に励起させる
ことができ、高密度性を生かすことができる。これによ
り、高出力のレーザ光を取出すことができる。

【００４７】また、１個のプリズム１１７で３個の半導
体レーザ１１１乃至１１３に限らず多数の半導体レーザ
の波長の異なる励起光を一度に合波することで、プリズ
ム１１７を１つの励起光源として用いることができ、多
数のダイクロイックミラーを用いる場合（図６）に比べ
部品点数が少なくて済み透過率の低下を防止できる。

【００４８】次にプリズム１１７によるビーム整形につ
いて図９を用いて説明する。なお、図９は図８のプリズ
ム１１７によるビーム整形の説明図である。図９（Ａ）
はプリズム１１７部分の側面図、図９（Ｂ）はプリズム
１１７部分の平面図である。

【００４９】一般にビームがプリズム１１７を通過する
ことで、ビームの縦横比が変わる。このため、半導体レ
ーザ１１１乃至１１３のようなもともとビーム強度の縦
横比率の異なる励起用光源では、図９に示すごとくプリ
ズム１１７に入るビームの入射角θ₁ と出射角θ₂ を変
えてやることで、そのビームの縦横比を適当な方向に変
えることができる。ここに、図９（Ａ）の面内で、ビー
ム幅ｗ_v は、θ₁ ＞θ₂ では増加し、θ₁ ＜θ₂ では減
少する。従って、、２方向のビーム幅が、ｗ_H＞ｗ_V
（ｗ_H ：水平方向のビーム幅、ｗ_V ：垂直方向のビーム
幅）なるビームにおいて、θ₁ ＞θ₂ として、図９
（Ａ）のようにプリズム１１７を通過させれば、ｗ_v が
増加し、ｗ_v ／ｗ_H は、プリズム１１７に入射する前よ
りも１に近づけることができ、集光性能をよくすること
が可能である。

【００５０】本発明は、本実施例に限定されることな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の応用および
変形が考えられる。例えば、図１、図４、図６、図８の
集光レンズ３７、６５、色消し集光レンズ９５、プリ
ズム１１７の各出力を図１１の如く光ファイバに通し
（必要に応じ更に集光レンズより）レーザ共振器４４、
７２、１０２、１２６へ出力するようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、次のよ
うな効果が得られる。（１）ダイクロイックミラーやプリズムを用いて、多数
の励起用光源からの出力光を合波して励起光を１つの光
束とすることで、固体レーザ又はそれを基にしたＳＨＧ
グリーンレーザの励起光パワーおよびパワー密度を従来
に比べ極めて高くすることができ、高出力のレーザ光を
取出すことができる。（２）固体レーザの吸収波長やその偏光依存性に合わせ
た多数の励起用光源の出力光をダイクロイックミラーや
プリズムを用いて合波できるので、励起光パワーおよび
パワー密度を従来に比べ極めて高くすることができ、し
かも異なる波長の吸収線を同時に励起することができ高
出力のレーザ光を取出すことができる。（３）プリズムの場合は１個で、ダイクロイックミラー
に比べ、多数の励起用光源の出力光を合波できると共
に、透過体数が少なくて済むことより透過率の減少が極
めて少ない。（４）従来のように励起用光源の端面破壊や熱問題を起
こさずに多数の励起用光源を用いることができ、しかも
レーザ共振器へ励起光を集光させるための集光レンズを
大型化せずに済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体レーザの第１実施例を示す構
成図である。

【図２】図１の固体レーザ媒質３９の励起スペクトルの
一実施例を示す特性図である。

【図３】図１のダイクロイックミラー３５の一実施例を
示す特性図である。

【図４】本発明による固体レーザの第２実施例を示す構
成図である。

【図５】図４のダイクロイックミラー５７の一実施例を
示す波長特性図である。

【図６】本発明による固体レーザの第３実施例を示す構
成図である。

【図７】図６の各ダイクロイックミラーの一実施例を示
す波長特性図である。

【図８】本発明による固体レーザの第４の実施例を示す
構成図である。

【図９】図８のプリズム１１７によるビーム整形の説明
図である。

【図１０】従来の固体レーザの一例を示す構成図であ
る。

【図１１】従来の固体レーザの他の例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

３１、３２、５１、５２、５８、５９半導体レーザ３５、５７、８５、８８、９１、９４ダイクロイック
ミラー４３、７１、１０１、１２３励起光学系４４、７２、１０２、１２６レーザ共振器８１、８３、８６、８９、９２、１１１、１１２、１１
３半導体レーザ１１７プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の励起用光源と前記複数の励起用光
源からの出力光を合波して励起光を１つの光束として出
力する合波手段とを有する励起光学系と、前記励起光学
系からの励起光によってレーザ共振を起こさせ高出力レ
ーザ光を発するレーザ共振器とを有する固体レーザにお
いて、前記合波手段として、ダイクロイックミラーを用いてな
ることを特徴とする固体レーザ。
【請求項２】複数の励起用光源と前記複数の励起用光
源からの出力光を合波して励起光を１つの光束として出
力する合波手段とを有する励起光学系と、前記励起光学
系からの励起光によってレーザ共振を起こさせ高出力レ
ーザ光を発するレーザ共振器とを有する固体レーザにお
いて、前記合波手段として、プリズムを用いてなることを特徴
とする固体レーザ。