JP2000012944A

JP2000012944A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2000012944A
Application number: JP17283098A
Authority: JP
Inventors: Shinji Okuma; 慎治大熊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質なレーザ光を発振するレーザダイオー
ド（ＬＤ）励起の固体レーザ発振器。【解決手段】ＬＤ１からの光を、一旦積分球２に入射
し分散させ、その後集光させることにより、上下左右方
向の広がり角の違いをキヤンセルし、小さく円形に集光
されたＬＤ励起光をレーザロッド４の端面に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高品質なレーザ光
を発振するレーザダイオード（ＬＤ）励起の固体レーザ
発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオード（ＬＤ）を励起光源と
する固体レーザ発振器は、ＬＤから発せられる励起光を
効率よくレーザロッドに入射するために、レーザロッド
側面の直近にＬＤを配置したり、シリンドリカルレンズ
等を使用して、線状に集光してレーザロッド側面から入
射している。しかしながらこの場合は、レーザロッドの
断面で見ると円の直径方向全体にわたってＬＤ励起光が
入射するため、発振に直接寄与する中心部以外でもＬＤ
励起光が吸収され、発振効率を低下させていた。

【０００３】また、励起光をレーザロッド端面から入射
する方法も行われているが、この場合はレンズ等を用い
て励起光を集光して入射する。その際、ＬＤが１個の場
合では、縦方向と横方向の光の広がり角が異なるため、
また、ＬＤが複数個の場合では、それが横方向に１列に
並ぶため、レーザロッドの端面に丸く小さく集光するこ
とは困難であつた。

【０００４】このためレーザロッドの側面からの励起同
様に、発振に有効なモードボリユーム断面積に一致させ
ることができず、高次モード発振の要因ともなり、単一
横モード発振させるためには、アパーチヤ等で高次モー
ド発振を抑制しなければならず、発振効率を低下させて
いた。

【０００５】それらを図面を参照して説明すると、図３
（ａ）は励起光をレーザロッドの側面より入射した場合
の正面構成図であり、（ｂ）はその側面図である。

【０００６】すなわち、ＬＤ１から出力された励起光は
レンズにより１方向のみ集光されレーザロッド４の長手
面側から照射される。図３（ｂ）において点線は単一横
モード発振のためのモードボリュームであるが、励起光
が長手面側面から入射するため、ボリユーム以外( 図中
斜線部分) のところでも吸収され、高次のモード発生の
要因となるとともに、アパーチャ６でモードを制限し単
一モード発振とした場合には、制限された部分の励起光
は発振に寄与せず、発振効率を落とす結果となる。な
お、共振器は共振器ミラー５とレーザロッド４の共振器
ミラー５の反対側がミラーコーティングによるミラーと
で形成している。

【０００７】図４（ａ）は励起光をレーザロッドの端面
から入射した場合の正面構成図であり、（ｂ）は励起光
をレーザロッドの端面から入射した場合の下面構成図で
あり、（ｃ）はレーザロッドの端面の断面図である。

【０００８】すなわち、ＬＤ１から出力された励起光
は、レンズ３を経由してレーザロッド３の端面に入射さ
れる。この場合、励起光は上下方向と左右方向の広がり
角が違うためそれぞれの広がり角に対応した数枚のレン
ズ３により集光されるが、図４（ｂ）で示すように集光
点で完全な円形に集光することは不可能である。このた
め上記の側面からの励起と同様の弊害が発生する。共振
器は共振器ミラー５とレーザロッド４の共振器ミラー５
の反対側がミラーコーティングによるミラーとで形成し
ている。

【０００９】また、図５はＬＤ励起光をレーザロッド４
の端面から偏光板７を介して２個のＬＤ１ａ、１ｂから
のＬＤ励起光を入射した場合の構成図である。すなわ
ち、２個のＬＤ１ａ、１ｂをレンズ３を介して偏光板７
に対して直角に配置する。偏光板を経由したＬＤ励起光
はレーザロッド４の端面に入射する。

【００１０】この場合は、偏光板７によりＬＤ励起光を
２個同時にレーザロッド４の端面に入射することが可能
であるが、それ以上の同時励起は物理的に不可能であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記に示したように、
固体レーザを単一横モードの高品質で効率よく発振させ
るためには、ＬＤ励起光を円形に小さく集光しモードボ
リュームに一致した形状にすることが要求されるが、い
ずれの手段でも実現が困難である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、積分球と、この積分球の開口に取付けられ
たレーザダイオードと、前記積分球の別の開口の取付け
られたレンズと、このレンズの光軸上の前方に設けられ
たレーザロッドと、このレーザロッドの前記光軸上の前
方に設けられた共振器ミラーとを有することを特徴とす
る固体レーザ装置にある。

【００１３】請求項２の発明による手段によれば、前記
レーザダイオードは、複数個であることを特徴とする請
求項１記載の固体レーザ装置にある。

【００１４】請求項３の発明による手段によれば、前記
レーザダイオードは、レーザダイオードアレイであるこ
とを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置にある。

【００１５】請求項４の発明による手段によれば、前記
レーザロッドは、ＹＡＧレーザロッドであることを特徴
とする請求項１記載の固体レーザ装置にある。

【００１６】請求項５の発明による手段によれば、前記
積分球の開口に取付けられた前記レーザダイオードは、
前記開口への取付け部が遮光されていることを特徴とす
る請求項１記載の固体レーザ装置にある。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、上記課題を解決するた
めになされたものであり、上下方向と左右方向で広がり
角が異なり、アレイ状に並んだ、１個もしくは複数個の
ＬＤからの光を、一旦積分球に入射し分散させ、その後
集光させることにより、上下左右方向の広がり角の違い
をキヤンセルし、小さく円形に集光された励起光をレー
ザロッドの端面に入射し、発振効率よく単一横モードの
高品質なレーザ発振を得るものである。

【００１８】以下本発明の実施の形態を図面を参照して
説明する。図１（ａ）はＬＤを１個用いた場合の構成図
で、（ｂ）はそのレーザロッド端面の断面図である。

【００１９】すなわち、積分球２の開口の一つにはＬＤ
１が取り付けられ、また別の開口にはレンズ３が取り付
けられている。そのレンズ３の光軸上の前方には順番に
レンズ３、レーザロッド４（ＹＡＧレーザロッド）と共
振器ミラー５が設けられている。それらは、図示しない
光学台の上に設置されている。

【００２０】積分球２は通常、物体の拡散反射率や透過
率を測定するのに用いられ、入射光用、試料用、検出器
用等の開口を備え、球状内壁面に均等拡散反射を実現す
るために酸化マグネシュウム等からなる白色系の塗料が
塗布されている。したがって、積分球２への入射光に対
して、積分球２からの出射光は光量や成分が均等に拡散
した断面が円形の光が得られる。

【００２１】つまり、積分球２の開口に取付けられたＬ
Ｄ１から出力されたＬＤ励起光は、積分球２の内部に入
射され、積分球２の内部で励起光は拡散反射して不特定
の方向に反射する拡散光となる。この拡散反射光は積分
球２の内壁で拡散反射を繰り返すことによりさらに拡散
される。その拡散された励起光は積分球２の開口に取付
けられたレンズ３から出射する際には光量が平均化され
ると共に、広がり角の分布も均一化される。この出射さ
れた励起光の断面は、円周方向に同じ広がりを持った、
均一な円形の光である。

【００２２】この励起光をレンズ３によりレーザロッド
４の端面に円形の小さなスポットとして集光する。これ
により、レーザロッド４の端面に入射する励起光は、強
度分布が均一になっていると共に、広がり角の分布も均
一化されている。

【００２３】また、図１（ｂ）の中で点線で示した部分
が、単一横モード発振のモードボリュームで、励起光を
これと一致させることができるため、アパーチャ等でモ
ードを制限することなく、励起光を全てレーザロッド４
の発振に寄与させることができる。従って、レーザロッ
ド４からは発振効率よく高品質な単一横モード発振が得
られる。

【００２４】図２はＬＤ１を複数個用いた場合の構成図
である。複数個のＬＤ１により励起を行っている例を示
す。上記のＬＤ１を一個用いた場合の構成図である図１
（ａ）と同一符号は同一部品もしくは機能が同じ部品を
示している。この場合も、積分球２の開口にそれぞれ取
付けられている複数のＬＤ１からの励起光を積分球２内
に入射し、積分球２の内部で拡散反射させて均一化し、
その均一化した光を積分球２の別の開口に設けられたレ
ンズ３を介して積分球２の外に出射するものである。出
射されたＬＤ励起光は円周方向に同じ広がりを持った、
均一な円形の光であり、このＬＤ励起光をレンズ３によ
りレーザロッド４の端面に円形の小さなスポットとして
集光する。ＬＤ１が１個の場合と同様に、レーザロッド
４の端面に入射するＬＤ励起光は、強度分布が均一にな
っていると共に、広がり角の分布も均一化されている。
このＬＤ励起光によってレーザロッド４は励起する。

【００２５】原理的にはＬＤ１の数は幾つ使用しても同
様の励起を行うことができる。また、ＬＤ１は単体で用
いてもＬＤアレイを用いてもよい。

【００２６】また、積分球２の開口の位置は特に特定し
なくてもよいが、積分球２に取付けられたレンズ３の光
軸と一致する箇所は避けたほうがよい。

【００２７】上記に示すように、１個もしくは複数個の
ＬＤ１もしくはＬＤアレイから出射された上下方向と左
右方向で広がり角の異なる方向性を持ったＬＤ励起光
は、積分球２に入射され、積分球２内で何回か反射を繰
り返すことにより、分散され方向性が無くなる。

【００２８】この光を積分球２の一部に設けられた開口
から出射させ、レンズ３によりレーザロッド４の端面に
集光することにより、レーザロッド４の端面で円形の小
さな集光径が得られる。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、励
起ＬＤ１光を一旦積分球２に入射し、積分球２内で反射
を繰り返した光を積分球２の外部に導き、その光をレン
ズ３でレーザロッド４の端面に集光することにより、円
形で小さなスポットでレーザロッド４を励起することが
できる。

【００３０】したがって、発振効率のよい高品質な単一
横モード発振が得られ、また、同時に複数個のＬＤ１を
用いた端面励起も実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の形態で、ＬＤ１を１個
用いた場合のレーザ装置の構成図、（ｂ）はそのレーザ
ロッド４端面の断面図。

【図２】本発明の実施の形態、ＬＤ１を複数個用いた場
合のレーザ装置の構成図。

【図３】（ａ）は従来のレーザ装置で、ＬＤ励起光をレ
ーザロッドの側面より入射した正面構成図、（ｂ）はそ
の側面図。

【図４】（ａ）は従来のレーザ装置でＬＤ励起光をレー
ザロッドの端面から入射した正面構成図、（ｂ）その下
面構成図、（ｃ）はレーザロッドの端面の断面図。

【図５】従来のレーザ装置で励起光をレーザロッドの端
面から偏光板を介して２個のＬＤから入射した場合の構
成図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ…ＬＤ、２…積分球、３…レンズ、４…
レーザロッド、５…共振器ミラー、６…アパチャー、７
…偏光子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】積分球と、この積分球の開口に取付けら
れたレーザダイオードと、前記積分球の別の開口の取付
けられたレンズと、このレンズの光軸上の前方に設けら
れたレーザロッドと、このレーザロッドの前記光軸上の
前方に設けられた共振器ミラーとを有することを特徴と
する固体レーザ装置。
【請求項２】前記レーザダイオードは、複数個である
ことを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】前記レーザダイオードは、レーザダイオ
ードアレイであることを特徴とする請求項１記載の固体
レーザ装置。
【請求項４】前記レーザロッドは、ＹＡＧレーザロッ
ドであることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装
置。
【請求項５】前記積分球の開口に取付けられた前記レ
ーザダイオードは、前記開口への取付け部が遮光されて
いることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。