CN101010839A - 无源q开关激光装置 - Google Patents

Abstract

激光装置(10)具备：激光介质(11)，其配置在构成光共振器(12)的一对反射机构(12A、12B)间，同时被激发而放出光；可饱和吸收体(14)，其配置在上述一对反射机构间在光共振器(12)的光轴(L)上，同时伴随着吸收来自激光介质的放出光(21)而增加透射率；激发光源部(13)，其输出激发激光介质的波长的光(22)。上述可饱和吸收体(14)是具有互相垂直的第1～第3晶轴的晶体，被配置在光共振器(12)内以使其分别互相垂直的2个偏光方向的放出光而具有不同的透射率。此时，激光振荡相对于透射率更大的偏光方向的放出光而产生，结果得到偏光方向稳定的激光。

Description

无源Q开关激光装置

技术领域

本发明涉及无源Q开关激光装置(passive Q switch laser device)。

背景技术

无源Q开关激光装置(以下简称为“激光装置”)，是产生脉冲光的激光装置，被用于分光测量、形状测量、非线形晶体激发等。作为该激光装置，是在构成光共振器的一对反射镜(反射机构)间与激光介质一起配置有可饱和吸收体的激光装置。在该结构中，当来自被激发的激光介质的放出光入射于可饱和吸收体时，放出光被可饱和吸收体吸收。伴随着该放出光的吸收，可饱和吸收体的激发能级的电子密度逐渐增加，在某时点激发能级被满足而激发能级的电子密度饱和时，可饱和吸收体透明化。此时，光共振器的Q值急剧升高，发生激光振荡而产生脉冲光。

但是，为了进行利用非线形光学晶体的波长变换或利用直线偏光的形状测量等，希望来自激光装置的激光的偏光方向被控制而稳定。作为控制该激光的偏光方向的方法，有在激光介质和可饱和吸收体之间配置偏光元件的技术(例如，参照非专利文献1～3)。

非专利文献1：A.V.Kir′yanov and V.Aboites，″Enhancing type-IIoptical second-harmonic generation by the use of a laser beam with arotating azimuth of polarization″APPLIED PHYSICS LETTERS，12FEBURUARY2001，Vol.78，No.7 pp874-876.

非专利文献2：Alexander V.Kir′yanov and Vicente Aboites，″Second-harmonic generation by Nd3+:YAG/Cr4+:YAG-laser pulses withchanging state of polarization″，J.Opt.Soc.Am.B，October2000，Vol.17，No.10，pp1657-1664

非专利文献3：A.V.Kir′yanov，J.J.Soto-Bemal，and V.J.Pinto-Robledo，″SHG by a Nd3+:YAG/Cr4+:YAG laser pulse withchanging-in-time polarization″，Advanced Solid-State Lasers，2002，Vol.68，pp88-92.

发明内容

但是，在现有技术中，在光共振器内配置偏向元件时，光共振器长度变长，结果，存在峰值功率降低，小型化困难的问题。

因此，本发明的目的是，提供可小型化的、可输出抑制峰值强度的降低且偏光方向稳定的脉冲状的激光的无源Q开关激光装置。

为了解决上述课题，本发明相关的无源Q开关激光装置，其特征在于，具备：激光介质，其配置在构成光共振器的一对反射机构间，同时被激发而放出光；可饱和吸收体，其配置在上述一对反射机构间光共振器的光轴上，同时伴随着吸收由激光介质放出的放出光而增加透射率；激发光源部，其输出激发激光介质的波长的光；可饱和吸收体是具有互相垂直的第1～第3晶轴的晶体，被配置在光共振器内以使其相对于从激光介质放出的互相垂直的两个偏光方向的放出光而具有分别不同的透射率。

此时，由从激发光源部输出的光激发激光介质时，激光介质放出光，可饱和吸收体吸收来自激光介质的放出光而被激发。该可饱和吸收体，通过伴随着吸收放出光而增加激发能级的电子密度，从而增加透射率，满足激发能级时基本透明化。其结果是，放出光由于在光共振其中共振而产生激光振荡，从而输出脉冲状的激光。

因此，在上述结构中，作为具有第1～第3晶轴的晶体的可饱和吸收体，被配置在光共振器内以使得相对于互相垂直的偏光方向的放出光透射率各不相同，因而对应于透射率更大的偏光方向的放出光产生激光振荡。即，由可饱和吸收体控制偏光方向的结果是，产生偏光方向稳定的激光。此时，也可以在光共振器内不配置控制偏光方向用的其它的部件(例如，偏光元件)等，因此可缩短光共振器长度。其结果是，可以抑制由于光共振器长度变长引起的脉冲的峰值强度的降低，而且也可以小型化。

此外，在本发明相关的无源Q开关激光装置中，优选，当可饱和吸收体的第1晶轴与光共振器的光轴所成的第1角度为θ，光轴向包括第2晶轴与第3晶轴的平面的投影与第2晶轴所成的第2角度为φ时，第1角度为θ和第2角度φ分别满足下述式(1)和式(2)。

$\frac{\mathrm{\π}}{2}(m-\mathrm{\ξ})\≤\mathrm{\θ}\≤\frac{\mathrm{\π}}{2}(m+\mathrm{\ξ})\·\·\·\left(1\right)$

$\frac{\mathrm{\π}}{2}(m+\mathrm{\ξ}+\frac{1}{4})\≤\mathrm{\φ}\≤\frac{\mathrm{\π}}{2}(m-\mathrm{\ξ}+\frac{3}{4})\·\·\·\left(2\right)$

其中，m＝0，1，2，3，ζ满足下述式。

$0\≤\mathrm{\ξ}\≤\frac{1}{4}\·\·\·\left(3\right)$

此时，通过第1角度为θ和第2角度φ满足式(1)和式(2)，相对于互相垂直的2个偏光方向的放出光，有可饱和吸收体具有的透射率之差变得更大的倾向。其结果是，偏光方向的控制变得更加可靠，能够输出偏光方向更加稳定的激光。

此外，在本发明相关的无源Q开关激光装置中，优选第1角度θ为π/2，第2角度φ为π/4。此时，仅第1晶轴包含在大致垂直于光轴的平面内。因为有对平行于晶轴的偏光方向的放出光透射率变大的倾向，所以此时，能够稳定地产生大致平行于第1晶轴的偏光方向的激光。

并且，优选本发明相关的无源Q开关激光装置的可饱和吸收体是Cr⁴⁺:YAG晶体，第1晶轴是<001>轴，第2晶轴是<100>轴，第3晶轴是<010>轴。

Cr⁴⁺:YAG晶体具有各向异性，通过使第1～第3晶轴分别为<001>轴、<100>轴、<010>轴，对于互相垂直的偏光方向的放出光具有透射率的差。其结果是，能够输出偏光方向稳定的激光。特别地，当φ为π/4、θ为π/2时，放出光向可饱和吸收体的入射方向为<110>方位。此时，有对于互相垂直的偏光方向的放出光的透射率的差为最大的倾向，能够可靠地稳定化从无源Q开关激光装置输出的激光的偏光方向。

并且，优选本发明相关的无源Q开关激光装置的可饱和吸收体是V³⁺:YAG晶体，第1晶轴是<001>轴，第2晶轴是<100>轴，第3晶轴是<010>轴。

V³⁺:YAG晶体具有各向异性，通过使第1～第3晶轴分别为<001>轴、<100>轴、<010>轴，对于互相垂直的偏光方向的放出光具有透射率的差。其结果是，能够输出偏光方向稳定的激光。特别地，当φ为π/4、θ为π/2时，放出光向可饱和吸收体的入射方向为<110>方位。此时，有对于互相垂直的偏光方向的放出光的透射率的差为最大的倾向，能够可靠地稳定化从无源Q开关激光装置输出的激光的偏光方向。

此外，作为本发明相关的无源Q开关激光装置的可饱和吸收体，也可以考虑GaAs。

根据本发明的无源Q开关激光装置，能够进行小型化，能够输出抑制峰值强度的降低且偏光方向稳定的脉冲状的激光。

附图说明

图1是表示本发明的无源Q开关激光装置的一个实施方式的结构的示意图。

图2是表示Cr⁴⁺:YAG晶体的晶轴与光轴的配置关系的示意图。

图3是表示测定来自图1所示的激光装置的激光的偏光特性的测定系统的结构的示意图。

图4是表示来自图1所示的激光装置的激光的偏光特性的图，(a)是激光的S偏光成分的强度的测定结果，横轴表示从测定开始起的时间(分钟)，纵轴表示S偏光成分的强度(脉冲能量(mJ))，(b)是激光的P偏光成分的强度的测定结果，横轴表示从测定开始起的时间(分钟)，纵轴表示P偏光成分的强度(脉冲能量(mJ))。

图5是表示来自现有技术的无源Q开关激光装置的激光的偏光特性的图，(a)是S偏光成分的强度的测定结果，横轴表示从测定开始起的时间(分钟)，纵轴表示S偏光成分的强度(脉冲能量(mJ))，(b)是P偏光成分的强度的测定结果，横轴表示从测定开始起的时间(分钟)，纵轴表示P偏光成分的强度(脉冲能量(mJ))。

图6是表示测定Cr⁴⁺:YAG晶体的透射率的偏光方向依存性的测定系统的结构的示意图。

图7是表示向Cr⁴⁺:YAG晶体的激光的入射方向与晶轴的配置关系的示意图。

图8是表示沿<100>轴入射激光时的透射率的偏光方向依存性的图。

图9是表示向Cr⁴⁺:YAG晶体的激光的入射方向与晶轴的配置关系的示意图。

图10是表示沿<110>方位入射激光时的透射率的偏光方向依存性的图。

图11是表示向Cr⁴⁺:YAG晶体的激光的入射方向与晶轴的配置关系的示意图。

图12是表示在θ为π/2处的透射率相对于φ的偏光方向依存性的图。

图13是表示在φ为π/4处的透射率相对于θ的偏光方向依存性的图。

图14是表示本发明的无源Q开关激光装置的其它实施方式的结构的示意图。

图15是表示本发明相关的无源Q开关激光装置的另外的其它实施方式的结构的示意图。

符号的说明

10激光装置(无源Q开关激光装置)

11Nd³⁺:YAG晶体(激光介质)

12A、12B反射镜(一对反射机构)

12光共振器

13激发光源部

14C⁴⁺:YAG晶体

21放出光

22激发光(激发激光介质的波长的光)

23从激光装置输出的激光

L光轴

L1光轴L的投影

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的无源Q开关激光装置的优选实施方式进行说明。

如图1所示，无源Q开关激光装置(以下，简称为“激光装置”)10具有Nd:YAG晶体11作为激光介质。Nd³⁺:YAG晶体11由波长808nm附近的光激发，从上能级向下能级迁移时放出波长约1064nm的光。各波长也可以相对于特定波长具有±10nm的误差。在以下的说明中，将从Nd³⁺:YAG晶体11放出的光称为放出光21。

该Nd³⁺:YAG晶体11配置在光共振器12内，该光共振器12由相互相对的一对反射镜(反射机构)12A、12B构成。并且，反射镜12A透过波长约808nm的光，同时以高反射率反射波长约1064nm，反射镜12B透过波长约1064nm的光的一部分，同时反射其余的光。反射镜12A，也可以为形成在Nd³⁺:YAG晶体11的端面的电介体多层膜。

在该光共振器12的外侧，设置有输出用于激发Nd³⁺:YAG晶体11的波长约808nm的光(激发光)22的激发光源部13。激发光源部13，例如，由输出波长约808nm的激发光22的半导体激光元件和用于通过反射镜12A向Nd³⁺:YAG晶体11入射该激发光22的透镜系统。作为激发光源部13，虽然具有半导体激光元件，但也不一定限定于半导体激光元件，只要能够输出能够激发Nd³⁺:YAG晶体11的波长的光即可，此外，只要能够将来自激发光源部13的激发光22入射于Nd³⁺:YAG晶体11，也可以无透镜系统。

此外，激光装置10，为了实现Q开关，还具有作为可饱和吸收体的Cr⁴⁺:YAG晶体14。该Cr⁴⁺:YAG晶体14，是具有互相垂直的<001>轴(第1晶轴)、<100>轴(第2晶轴)和<010>轴(第3晶轴)的立方晶系的晶体，具有各向异性。

Cr⁴⁺:YAG晶体14配置在Nd³⁺:YAG晶体11与反射镜12B之间的光轴L上，使得<001>轴大致垂直于光共振器12的光轴L，同时<110>方位与光轴L大致平行。而且，“大致”的意思是角度差在±10度以下。

即，如图2所示，将光轴L与<001>轴所成的第1角度定为θ，将光轴L向包括<100>轴和<010>轴的平面(<100><010>)平面的投影L1与<100>轴所成的第2角度为φ时，θ为π/2且φ为π/4。在光共振器12内，由于来自Nd³⁺:YAG晶体11的放出光21主要沿光共振器12的光轴L传播，因此，光轴L的方向相当于来自Nd³⁺:YAG晶体11的放出光21对Cr⁴⁺:YAG晶体14的入射方向(图中箭头A的方向)。

该Cr⁴⁺:YAG晶体14，当入射有从Nd³⁺:YAG晶体11输出的放出光21时，吸收该放出光21，而伴随着该吸收，透射率增加，激发能级的电子密度增大，当激发能级被充满时透明化。由此，光共振器12的Q值提高，发生激光振荡。

下面，对于该激光装置10的动作进行说明。如图1所示，从激发光源部13输出波长约808nm的激发光22时，激发光22通过反射镜12A入射于Nd³⁺:YAG晶体11，激发Nd³⁺:YAG晶体11并发生反转分布。并且，通过在被激发的Nd³⁺:YAG晶体11上的从上能级向下能级的迁移，放出波长约1064nm的放出光21时，该放出光21入射于Cr⁴⁺:YAG晶体14，并被Cr⁴⁺:YAG晶体14吸收。随着该吸收，Cr⁴⁺:YAG晶体14的激发能级的电子密度增大并饱和时，Cr⁴⁺:YAG晶体14透明化，结果，光共振器12的Q值提高而发生激光振荡。然后，从反射镜12B输出波长约1064nm的激光23。

在该激光装置10中，将Cr⁴⁺:YAG晶体14按照前述配置关系配置在光共振器12内，且将放出光21沿着<110>方位入射，是重要的。即，通过将放出光21沿着Cr⁴⁺:YAG晶体14的<110>方位入射，可以输出偏光方向稳定的激光23。由此，激光装置10可以适用于利用直线偏光的气溶胶的形状测量以及利用非线形光学晶体激发的波长变换等。

这里，利用图3和图4，对从激光装置10输出的激光23的偏光方向的稳定性进行说明。

图3是用于检查从激光装置10输出的激光23的偏光方向的稳定性的测定系统30的示意图。测定系统30具有激光装置10、偏光分光器31、功率计32、33。偏光分光器31，配置在从激光装置10输出的激光23的光路上，将激光23分为P偏光成分和S偏光成分。然后，功率计32接收由偏光分光器31分光的P偏光成分的光并测定其强度，功率计33接收S偏光成分的光并测定其强度。而且，在测定中，为了容易错位而改变放出光21的偏光方向，使光共振器12内的温度在25℃～40℃变化。

图4是表示由测定系统30测定的激光23的偏光特性的图。图4(a)是激光23的S偏光成分的强度的测定结果，横轴表示从测定开始起的时间(分钟)，纵轴表示S偏光成分的强度(脉冲能量(mJ))。图4(b)是激光23的P偏光成分的强度的测定结果，横轴表示从测定开始起的时间(分钟)，纵轴是P偏光成分的强度(脉冲能量(mJ))的测定结果。

如图4(a)、(b)所示，尽管由光共振器12的温度变化容易改变放出光21的偏光方向，然而从激光装置10仅输出S偏光的激光23，也可以实现稳定的偏光特性。此时的P偏光成分的脉冲能量为S偏光成分的脉冲能量的5/100以下，优选为1/1000以下。

这里，为了进行比较，如在现有技术的无源Q开关激光装置中采用的，对沿Cr⁴⁺:YAG晶体14的<100>轴入射放出光21时输出的激光的偏光特性进行说明。此时，用于得到偏光特性的测定系统30与图3同样。但是，将Cr⁴⁺:YAG晶体14配置在光共振器12内使得其<100>轴与光轴L平行，来自Nd³⁺:YAG晶体11的放出光21向Cr⁴⁺:YAG晶体14的入射方向平行于<100>。

图5是表示这种情况的激光的偏光特性的图。图5(a)是S偏光成分的强度的测定结果，图5(b)是P偏光成分的强度的测定结果。图5(a)、(b)的横轴和纵轴分别与图4(a)、(b)同样。如图5(a)、(b)所示，此时，S偏光和P偏光的激光交替输出，激光的偏光状态不稳定。

因此，比较图4和图5可知，激光装置10，通过使Cr⁴⁺:YAG晶体14的<110>方位与光轴L平行，使放出光21在<110>方位入射，如前所述可以产生偏光方向极稳定的激光23。

下面对通过在<110>方位入射放出光21而能够使激光23的偏光方向稳定的理由进行说明。为了使激光23的偏光方向稳定化，本发明人着眼于Cr⁴⁺:YAG晶体14的透射率的偏光方向依存性。

图6是表示Cr⁴⁺:YAG晶体14的透射率的偏光方向依存性的测定系统40的结构的示意图。

在该测定系统40中，利用偏光方向稳定的连续振荡的YAG激光光源41。并且，将从YAG激光光源41输出的激光24通过1/2波长板42并入射于Cr⁴⁺:YAG晶体14，用功率计43测定透过Cr⁴⁺:YAG晶体14的激光24的强度。入射光对Cr⁴⁺:YAG晶体14的偏光方向由1/2波长板42旋转。并且，预先在没有Cr⁴⁺:YAG晶体14的状态下测定入射光强度，并将透过Cr⁴⁺:YAG晶体14的激光24以其光强度相除而求出透射率。Cr⁴⁺:YAG晶体14的<001>轴配置为相对于配置测定系统40的各构成要素的定盘(不图示)大致垂直。

首先，对应于现有技术的激光装置，对沿着Cr⁴⁺:YAG晶体14的<100>轴入射激光24的情况进行说明。图7是表示来自YAG激光光源41的激光24对Cr⁴⁺:YAG晶体的入射方向(图中箭头B)和激光24的偏光方向(图中箭头C)与晶轴的关系的示意图。在图7中，用圆表示包含入射光激光24的偏光成分的面(以下称为偏光面)50，偏光面50与入射方向B垂直。此外，将<001>轴与偏光方向C所成的第3角度定为β。在该测定中，使1/2波长板42(参照图6)旋转，相当于在偏光面50内使偏光方向C旋转(使β变化到0～2π)。

图8为沿Cr⁴⁺:YAG晶体14的<100>轴入射激光24的情况的透射率的测定结果。横轴表示第3角度β(弧度)，纵轴表示透射率(％)。β＝0、π/2，相当于偏光方向C分别平行于<001>轴、<010>轴的情况。如图8所示，β每移动π/2，即，在偏光方向C大致平行于<001>轴和<010>轴时产生大致相同的透射率的峰值。

因此，就像在现有技术的激光装置中采用的一样，使<100>轴与光共振器12的光轴L平行而配置C^r4+:YAG晶体14并且沿着<100>轴入射放出光21时，在放出光21的偏光方向平行于<001>轴和<010>轴时容易产生激光振荡。并且，由于相对于分别平行于两轴的偏光方向的放出光21的透射率大致相等，因此产生激光振荡使得相对于任何偏光方向C的放出光21都相同。其结果是，根据由位置的移动等产生的放出光21的偏光方向C的变动，输出的激光的偏光方向也变动，成为如图5所示的结果。

相对于此，就像在激光装置10中采用的一样，对在Cr⁴⁺:YAG晶体14的<110>方位上入射激光24的情况进行说明。图9是表示来自YAG激光光源41的激光24向Cr⁴⁺:YAG晶体14的入射方向B和偏光方向C与晶轴的关系的示意图。第3角度β，与图7的情况同样，是偏光方向C与<001>轴之间的角度。图10是这种情况的透射率的测定结果。

如图10所示，每次第3角度β移动π/2就有透射率的峰值，但是，如图9所示，因为在偏光面50上只有1个晶轴(即<001>轴)，所以在偏光方向C平行于<001>轴的情况(β＝0的情况)的透射率与从偏光方向C平行于<001>轴时起旋转π/2的情况(β＝π/2的情况)的透射率之间产生ΔT程度的差。因此，在激光装置10中装入Cr⁴⁺:YAG晶体14使得产生该差ΔT，由此可以控制激光振荡使得能够相对于具有更大的透射率的偏光方向C的光而产生激光振荡。

并且，如前所述，在激光装置10中，由于在Cr⁴⁺:YAG晶体14的<110>方位入射放出光21(参照图1)，所以在相对于互相垂直的偏光方向的放出光21的Cr⁴⁺:YAG晶体14的透射率处产生图10所示的差ΔT。这里，ΔT为约10％。由于产生该差ΔT，激光装置10，即使在放出光21的偏光方向C变动的情况下，也仅相对于更高透射率的偏光方向C的情况发生激光振荡。因此，可以得到如图4所示的偏光方向稳定的激光23。

这样，在激光装置10中，Cr⁴⁺:YAG晶体14具有作为Q开关元件的功能，同时也具有作为控制偏光方向的功能。因此，不需要为了控制方向而进一步在光共振器12内配置偏光元件等，因此可以缩短光共振器12的反射镜12A、12B之间的距离。由此，脉冲宽度缩短的结果，是可以实现偏光方向的稳定化，并产生峰值强度大的脉冲光。

并且，由于可以由Cr⁴⁺:YAG晶体14控制偏光方向，所以也可以在控制偏光方向的状态下，使Nd³⁺:YAG晶体11和Cr⁴⁺:YAG晶体14复合化。其结果是，也可以制成能够输出偏光方向稳定的激光的高性能的微型晶片激光器。此外，如前所述，因为不需要为了控制偏光方向而另外配置偏光元件等，所以也能够实现成本的降低。

另外，在图1所示的激光装置10中，在Cr⁴⁺:YAG晶体14的<110>方位上入射放出光21，但不限定于这种情况。如前所述，由于偏光方向和激光振荡可以由差ΔT控制，也可以Cr⁴⁺:YAG晶体14相对于光共振器12而配置为对于互相垂直的2个偏光方向的放出光21产生透射率的差ΔT。作为此时的Cr⁴⁺:YAG晶体14相对于光共振器12的配置，优选图2中所示的第1角度θ和第2角度φ满足以下的式(4)和式(5)。

$\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m-\mathrm{\&xi;})\&le;\mathrm{\&theta;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\mathrm{\&xi;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

$\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\mathrm{\&xi;}+\frac{1}{4})\&le;\mathrm{\&phi;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m-\mathrm{\&xi;}+\frac{3}{4})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

其中，m＝0、1、2、3，ζ满足下述式。

$0\&le;\mathrm{\&xi;}\&le;\frac{1}{4}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(6\right)$

优选满足该式(4)和式(5)，是基于以下的理由。这里，也基于Cr⁴⁺:YAG晶体14的透射率的偏光方向依存性进行说明。用于测定透射率的偏光方向依存性的测定系统，与图6所示的测定系统40同样。图11是表示作为对Cr⁴⁺:YAG晶体14的入射光的激光24(参照图6)的入射方向B和入射方向C与晶轴的关系的示意图。在图11中，第3角度β是包含入射方向B和<001>轴的平面与偏光方向C所成的角度。

首先，考虑θ＝π/2，即激光24对Cr⁴⁺:YAG晶体14的入射方向B在<100><010>面内的情况。这里，激光24的偏光方向C在β＝0和β＝π/2时的透射率，相对于第2角度φ，如图12(a)那样变化。在图12(a)中，横轴表示第2角度φ(弧度)，纵轴表示透射率(％)。此外，直线I表示β＝0的情况，曲线II表示β＝π/2的情况。此时的二者的透射率之差ΔT如图12(b)所示。在图12(b)中，横轴表示第2角度φ(弧度)，纵轴表示差ΔT(％)。

由图12(b)，差ΔT最大的是以下的情况。

$\mathrm{\&phi;}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\frac{1}{2})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(7\right)$

其中，m＝0、1、2、3，以下同样。

这里，若使覆盖由对准(alignment)引起的偏差的范围为差ΔT的最大值ΔT_MAX的半值，则为了得到能够用于偏光方向的控制的透射率的差ΔT的第2角度φ的范围，如下。

$\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\frac{1}{4})\&le;\mathrm{\&phi;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\frac{3}{4})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

下面，考虑θ＝π/4，即入射方向B在包含<001>轴和<110>方位的面即<100><110>面内的情况。此时，激光24的偏光方向C在β＝0和β＝π/2时的透射率，相对于第1角度θ，如图13(a)那样变化。图13(a)的横轴表示第1角度θ(弧度)，纵轴表示透射率(％)。此外，与图12(a)的情况同样，直线I表示β＝0的情况，曲线II表示β＝π/2的情况。该二者的透射率之差ΔT如图13(b)所示。在图13(b)中，横轴表示第1角度θ(弧度)，纵轴表示差ΔT(％)。

由图13(b)，差ΔT最大的是以下的式子的时候。

$\mathrm{\&theta;}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}m\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(9\right)$

此时，若使覆盖由对准(alignment)引起的移动的范围为差ΔT的最大值ΔT_MAX的半值，则为了得到能够用于偏光方向的控制的透射率的差ΔT的第1角度θ的范围，如下。

$\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m-\frac{1}{4})\&le;\mathrm{\&theta;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\frac{1}{4})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(10\right)$

上述式(8)是将θ固定在π/2时的式子，式(10)是将φ固定在π/4时的式子，而如图12和图13所示，差ΔT的最大值(ΔT_MAX)时的角度与其半值((1/2)ΔT_MAX)时的角度之差为π/8。因此，在式(8)和式(10)中，如果能够允许该第1角度θ和第2角度φ互相变动到π/8，则能够控制偏光方向的差ΔT的范围为满足式(4)和式(5)之时。

因此，通过在满足式(4)和式(5)的范围内，相对于光共振器12配置Cr⁴⁺:YAG晶体14，即使放出光21的偏光方向C变动，也可以利用差ΔT控制偏光方向。其结果是，激光23(参照图1)的偏光方向稳定。将Cr⁴⁺:YAG晶体14配置为使其<110>方位沿着光共振器12的光轴L的情况，在式(4)和式(5)中，相当于θ为π/2、φ为π/4之时。此时，因为由图12和图13的结果差ΔT最大，所以可以可靠地控制激光23的偏光方向。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。例如，虽然作为可饱和吸收体利用了Cr⁴⁺:YAG晶体14，但也可以利用具有同样的晶体结构的V³⁺:YAG晶体。并且，作为可饱和吸收体，也可以利用GaAs。在这些情况中，通过配置可饱和吸收体使得相对于向可饱和吸收体的入射光的互相垂直的偏光方向在透射率方面产生差ΔT，可以控制输出的激光的偏光方向，同时可以进行稳定化。此时，也优选满足式(4)和式(5)而在光共振器12内配置可饱和吸收体，更优选在可饱和吸收体的<110>方位入射。

而且，在激光装置10中，虽然作为可饱和吸收体的Cr⁴⁺:YAG晶体14与反射镜12B分开而配置，但是，如图14中所示的激光装置60那样，也可以在Cr⁴⁺:YAG晶体14的端面上配置反射镜12B。由此，可以进一步缩短光共振器12的光轴L方向的长度，实现小型化。并且，通过制成将反射镜12B形成在Cr⁴⁺:YAG晶体14的端面上的电介体多层膜，进一步实现小型化。

此外，如图15中所示的激光装置61那样，可以在控制偏光方向的同时使作为激光介质的Nd:YAG晶体11与Cr⁴⁺:YAG晶体14复合化，分别在Nd³⁺:YAG晶体11和Cr⁴⁺:YAG晶体14的端面上形成作为电介体多层膜的反射镜12A、12B。此时，激光装置61是可以输出偏光方向稳定的激光的高性能的微型晶片激光器。

并且，激光介质，不限于Nd³⁺:YAG，只要是可以放出可以被可饱和吸收体吸收的波长的光的即可。

工业上的可利用性

本发明可用于无源Q开关激光装置。

Claims (6)

1.一种无源Q开关激光装置，其特征在于，

具备：

激光介质，配置在构成光共振器的一对反射机构间，同时被激发而放出光，

可饱和吸收体，配置在所述一对反射机构间所述光共振器的光轴上，同时伴随着吸收由所述激光介质放出的放出光而增加透射率，

激发光源部，输出激发所述激光介质的波长的光；

所述可饱和吸收体，是具有互相垂直的第1～第3晶轴的晶体，被配置在光共振器内，以使其对于从所述激光介质放出的互相垂直的2个偏光方向的放出光具有不同的透射率。

2.如权利要求1所述的无源Q开关激光装置，其特征在于，

设所述可饱和吸收体的所述第1晶轴与所述光共振器的所述光轴所成的第1角度为θ，并设所述光轴向包含所述第2晶轴与所述第3晶轴的平面的投影与所述第2晶轴所成的第2角度为φ时，

第1角度θ和第2角度φ分别满足下述式(1)和式(2)。

$\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m-\mathrm{\&xi;})\&le;\mathrm{\&theta;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\mathrm{\&xi;})...\left(1\right)$

$\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m+\mathrm{\&xi;}+\frac{1}{4})\&le;\mathrm{\&phi;}\&le;\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}(m-\mathrm{\&xi;}+\frac{3}{4})...\left(2\right)$

其中，m＝0、1、2、3，ζ满足

$0\&le;\mathrm{\&xi;}\&le;\frac{1}{4}...\left(3\right).$

3.如权利要求1所述的无源Q开关激光装置，其特征在于，

所述第1角度θ为π/2，所述第2角度φ为π/4。

4.如权利要求1所述的无源Q开关激光装置，其特征在于，

所述可饱和吸收体是Cr⁴⁺：YAG晶体，

所述第1晶轴是<001>轴，所述第2晶轴是<100>轴，所述第3晶轴是<010>轴。

5.如权利要求1所述的无源Q开关激光装置，其特征在于，

所述可饱和吸收体是V³⁺：YAG晶体，

所述第1晶轴是<001>轴，所述第2晶轴是<100>轴，所述第3晶轴是<010>轴。

6.如权利要求1所述的无源Q开关激光装置，其特征在于，

所述可饱和吸收体是GaAs。

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