JP2000077750A - Solid laser - Google Patents

Solid laser

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JP2000077750A
JP2000077750A JP24327798A JP24327798A JP2000077750A JP 2000077750 A JP2000077750 A JP 2000077750A JP 24327798 A JP24327798 A JP 24327798A JP 24327798 A JP24327798 A JP 24327798A JP 2000077750 A JP2000077750 A JP 2000077750A
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laser medium
laser
light
medium
solid
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JP24327798A
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Japanese (ja)
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Toshiyuki Kawashima
利幸 川嶋
Hirobumi Suga
博文 菅
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a solid laser and to enhance the excitation efficiency of the laser by a method wherein excitation light is made incident in the side surface of a tabular laser medium, and clad members of a small refractive index are provided in contact to the laser medium. SOLUTION: Excitation light outputted from a semiconductor laser 24 is condensed by a group 26 of condensing lenses and the excitation light is incident in the side surface of a laser medium 12. Here, as lower and upper clads 14 and 16 are formed of a YAG crystal, the refractive index of the clads 14 and 16 is 1.82. To this refractive index, as the medium 12 is formed of a Yb: YAG crystal doped with a Yb to the YAG crystal, the refractive index of the medium 12 becomes higher by 0.1 to 0.2% or thereabouts to that of the clads 14 and 16. Accordingly, the light incident in the interface between the medium 12 and the clad 14 or the interface between the medium 12 and the clad 16 at an angle larger than a critical angle is reflected totally on this interface and results in being confined in the medium 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体レーザ装置は、小型の装置から比較
的大出力のレーザ光を得ることができるため、従来から
材料加工、医療等の分野において広く用いられている。
また昨今では、さらなる大出力化に向けて、種々の研
究、開発がなされている。
2. Description of the Related Art Solid-state laser devices have been widely used in the fields of material processing, medical treatment, and the like because they can obtain relatively large output laser light from small devices.
In recent years, various researches and developments have been made to further increase the output.

【0003】固体レーザ装置は通常、レーザ発振を起こ
させるレーザ媒質と、レーザ媒質に励起光を照射する励
起光源と、レーザ媒質を挟んで共振器を構成する1対の
反射鏡を備えて構成される。レーザ媒質は、一般に円形
ビームを出力するため、ロッド状(円柱形状)に形成さ
れ、かかるロッドの軸方向にレーザ光が出力される。
A solid-state laser device usually includes a laser medium that causes laser oscillation, an excitation light source that irradiates the laser medium with excitation light, and a pair of reflectors that form a resonator with the laser medium interposed therebetween. You. The laser medium is generally formed in a rod shape (cylindrical shape) to output a circular beam, and laser light is output in the axial direction of the rod.

【0004】しかし、ロッド状のレーザ媒質において
は、ロッドの中芯部の温度が表面部の温度と比較して高
くなり、この温度分布によって熱レンズ効果が生じ、レ
ーザ光の発生効率が低下してしまう。
However, in a rod-shaped laser medium, the temperature of the center of the rod becomes higher than the temperature of its surface, and this temperature distribution causes a thermal lens effect, which lowers the efficiency of laser light generation. Would.

【0005】このため、大出力の固体レーザ装置には、
例えば"Multiwatt diode-pumped Yb:YAG thin disk las
er continuously tunable between 1018 and 1053 nm",
OPTICS LETTERS Vol.20,No.7,pp.713-pp.715(April 1,1
995)に示されるように、平板状のレーザ媒質をヒートシ
ンク上に載せた構造が採用される。ここで、薄い平板状
のレーザ媒質に、その主面から励起光を入射させる場合
は、レーザ媒質内における励起光の光路長が小さくな
り、励起効率が低下する。そこで、上記文献に記載の半
導体レーザ1は、図5に示すような構成となっている。
すなわち、ファイバ結合型半導体レーザ2から出射され
た励起光を、複数の集光ミラー3及び反射ミラー4を介
して、ヒートシンク5上に載置された平板状のレーザ媒
質6に対して、その主面から複数回照射し、出力ミラー
7を介してレーザ光を出力するという構成である。固体
レーザ装置1をかかる構成とすることで、励起光は、レ
ーザ媒質5内を厚さ方向に計8回通過することになる。
その結果、レーザ媒質6内を通過する励起光の光路長が
長くなり、励起効率を高めることが可能となる。
For this reason, high-power solid-state laser devices include:
For example, "Multiwatt diode-pumped Yb: YAG thin disk las
er continuously tunable between 1018 and 1053 nm ",
OPTICS LETTERS Vol.20, No.7, pp.713-pp.715 (April 1,1
As shown in 995), a structure in which a flat laser medium is mounted on a heat sink is adopted. Here, when the excitation light is made to enter the thin plate-shaped laser medium from the main surface, the optical path length of the excitation light in the laser medium is reduced, and the excitation efficiency is reduced. Therefore, the semiconductor laser 1 described in the above document has a configuration as shown in FIG.
That is, the excitation light emitted from the fiber-coupled semiconductor laser 2 is applied to a flat laser medium 6 placed on a heat sink 5 via a plurality of converging mirrors 3 and reflecting mirrors 4. Irradiation is performed a plurality of times from the surface, and laser light is output via the output mirror 7. With this configuration of the solid-state laser device 1, the excitation light passes through the laser medium 5 eight times in the thickness direction.
As a result, the optical path length of the excitation light passing through the laser medium 6 is increased, and the excitation efficiency can be increased.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記固体レー
ザ装置1には、以下に示す問題点があった。すなわち、
上記固体レーザ装置1は、複数の集光ミラー3及び反射
ミラー4を必要とするため、装置が大型化してしまうと
ともに、各集光ミラー3及び反射ミラー4の光軸を調整
することが著しく困難になる。
However, the solid-state laser device 1 has the following problems. That is,
Since the solid-state laser device 1 requires a plurality of converging mirrors 3 and reflecting mirrors 4, the size of the device is increased, and it is extremely difficult to adjust the optical axis of each converging mirror 3 and reflecting mirror 4. become.

【0007】また、レーザ媒質6をヒートシンク5上に
載置する場合は、冷却効率を考慮して、In膜などの接
着物質を介してレーザ媒質6とヒートシンク5とを密着
させる必要がある。しかし、かかる接着物質を用いる
と、接着物質とレーザ媒質6との界面における励起光の
散乱により、励起効率が低下してしまう。
When the laser medium 6 is mounted on the heat sink 5, it is necessary to adhere the laser medium 6 to the heat sink 5 via an adhesive such as an In film in consideration of cooling efficiency. However, when such an adhesive substance is used, excitation light is scattered at the interface between the adhesive substance and the laser medium 6, so that the excitation efficiency is reduced.

【0008】ここで、レーザ媒質6とIn膜との間に誘
電体多層膜ミラーを設けることも考えられるが、励起光
は、集光ミラー3及び反射ミラー4によって様々な方向
からレーザ媒質6に入射するため、最適な反射特性を有
する誘電体多層膜ミラーを設計することが不可能とな
る。
Here, it is conceivable to provide a dielectric multilayer mirror between the laser medium 6 and the In film. However, the excitation light is applied to the laser medium 6 from various directions by the condenser mirror 3 and the reflection mirror 4. Since the light is incident, it becomes impossible to design a dielectric multilayer mirror having optimal reflection characteristics.

【0009】また、レーザ媒質6へ入射する励起光の吸
収効率を高めるべく、活性イオンである希土類(例えば
Ybイオン)を高濃度にドープすることも考えられる
が、この場合は、励起されない活性イオンによるYAG
レーザ光の吸収が起こり、レーザ発振のしきい値が高く
なるため、半導体レーザから固体レーザへの光変換効率
が低下する。また、この光変換効率の低下を回避すべ
く、レーザ媒質6を厚くして吸収長を長くする場合は、
レーザ媒質6自体の体積が大きくなり、冷却効率が低下
する。
In order to increase the absorption efficiency of the excitation light incident on the laser medium 6, it is conceivable to dope the active ions with rare earth elements (for example, Yb ions) at a high concentration. By YAG
Since laser light absorption occurs and the threshold value of laser oscillation increases, light conversion efficiency from a semiconductor laser to a solid-state laser decreases. When the laser medium 6 is made thick to increase the absorption length in order to avoid the decrease in the light conversion efficiency,
The volume of the laser medium 6 itself increases, and the cooling efficiency decreases.

【0010】そこで本発明は、上記問題点を解決し、小
型に構成できるとともに、励起効率の高い固体レーザ装
置を提供することを課題とする。
It is therefore an object of the present invention to solve the above problems and to provide a solid-state laser device which can be miniaturized and has high excitation efficiency.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の固体レーザ装置は、平板状のレーザ媒質
と、レーザ媒質よりも小さい屈折率を有する材料によっ
て平板状に形成され、その一方の主面をレーザ媒質の一
方の主面と接して設けられたクラッド部材と、クラッド
部材の他方の主面に接して設けられた反射膜と、反射膜
を介して、クラッド部材の他方の主面側に設けられたヒ
ートシンクと、レーザ媒質を挟んで、反射膜と対向して
配置された半透明鏡と、レーザ媒質を励起する励起光を
出力する光源と、光源から出力された励起光を集光し、
レーザ媒質の側面に入射させる集光手段とを備えたこと
を特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a solid-state laser device according to the present invention is formed in a plate shape by using a plate-shaped laser medium and a material having a refractive index smaller than that of the laser medium. A clad member provided with one main surface in contact with one main surface of the laser medium, a reflective film provided in contact with the other main surface of the clad member, and A heat sink provided on the main surface side, a semi-transparent mirror disposed opposite the reflection film with the laser medium interposed therebetween, a light source for outputting excitation light for exciting the laser medium, and an excitation light output from the light source Converge,
Light condensing means for making the light incident on the side surface of the laser medium.

【0012】集光手段によって光源から出力された光を
集光し、レーザ媒質の側面に励起光入射させることで、
レーザ媒質内に入射した励起光は、レーザ媒質内を主面
に平行に近い方向に通過することになる。その結果、集
光レンズ、反射ミラー等の光学手段を用いることなく、
レーザ媒質内を通過する励起光の光路長を長くすること
ができる。
The light output from the light source is condensed by the condensing means, and the excitation light is made incident on the side surface of the laser medium.
Excitation light that has entered the laser medium passes through the laser medium in a direction parallel to the main surface. As a result, without using optical means such as a condenser lens and a reflection mirror,
The optical path length of the excitation light passing through the laser medium can be lengthened.

【0013】また、レーザ媒質に接して屈折率の小さい
クラッド部材を設けることで、レーザ媒質の側面から入
射した励起光の多くはレーザ媒質とクラッド部材との界
面で全反射し、励起光はレーザ媒質内に閉じ込められ
る。また、レーザ媒質とクラッド部材との界面には接着
物質が設けられていないため、かかる界面における励起
光の散乱が防止される。
Further, by providing a cladding member having a small refractive index in contact with the laser medium, most of the excitation light incident from the side surface of the laser medium is totally reflected at the interface between the laser medium and the cladding member, and the excitation light is emitted by the laser. Trapped in the medium. Further, since no adhesive substance is provided at the interface between the laser medium and the clad member, scattering of the excitation light at the interface is prevented.

【0014】本発明の固体レーザ装置は、クラッド部材
と略等しい屈折率を有する材料によって平板状に形成さ
れ、その一方の主面をレーザ媒質の他方の主面と接して
設けられた第2のクラッド部材をさらに備えたことを特
徴としても良い。
The solid-state laser device of the present invention is formed in a plate shape by using a material having a refractive index substantially equal to that of the clad member, and has a second main surface provided in contact with the other main surface of the laser medium. It may be characterized by further comprising a clad member.

【0015】レーザ媒質の他方の主面に接して上記クラ
ッド部材と屈折率の等しい第2のクラッド部材を設ける
ことで、レーザ媒質の一方の主面における臨界角と他方
の周面における臨界角とを略一致させることが可能とな
る。
By providing a second clad member having the same refractive index as the clad member in contact with the other main surface of the laser medium, the critical angle on one main surface of the laser medium and the critical angle on the other peripheral surface can be reduced. Can be substantially matched.

【0016】本発明の固体レーザ装置は、集光手段が、
光源から出力された光を、レーザ媒質の側面の厚さ方向
に集光させる第1の光束変換手段と、前記光源から出力
された光を、レーザ媒質の側面の幅方向に集光若しくは
拡散させる第2の光束変換手段とを備えたことを特徴と
してもよい。
In the solid-state laser device according to the present invention, the condensing means includes:
First light flux conversion means for condensing light output from the light source in the thickness direction of the side surface of the laser medium; and condensing or diffusing light output from the light source in the width direction of the side surface of the laser medium. A second light flux conversion means may be provided.

【0017】光源から出力された光を、レーザ媒質の側
面の厚さ方向に集光させる第1の光束変換手段と、レー
ザ媒質の側面の幅方向に集光若しくは拡散させる第2の
光束変換手段とを有することで、レーザ媒質の側面の幅
方向にのみ広がりを持った線状、楕円状あるいは長方形
状のビームスポットを有する光束を、レーザ媒質の側面
に入射させることができる。
First light beam converting means for condensing light output from the light source in the thickness direction of the side surface of the laser medium, and second light beam converting means for condensing or diffusing light in the width direction of the side surface of the laser medium. With this configuration, a light beam having a linear, elliptical, or rectangular beam spot spreading only in the width direction of the side surface of the laser medium can be incident on the side surface of the laser medium.

【0018】本発明の固体レーザ装置は、上記反射膜が
誘電体多層膜であることを特徴としてもよい。
The solid-state laser device according to the present invention may be characterized in that the reflection film is a dielectric multilayer film.

【0019】上記反射膜を誘電体多層膜とすることで、
レーザ媒質内で誘導放出される誘導放出光の当該反射膜
における反射率を高めることが可能となる。
By making the reflective film a dielectric multilayer film,
It is possible to increase the reflectance of the reflection film of the stimulated emission light stimulated in the laser medium.

【0020】本発明の固体レーザ装置は、クラッド部材
がYAG結晶から形成されており、レーザ媒質がYAG
結晶にYbをドープしたYb:YAG結晶から形成され
ていることを特徴としてもよい。
In the solid-state laser device according to the present invention, the cladding member is formed of YAG crystal, and the laser medium is YAG crystal.
It may be characterized by being formed from a Yb: YAG crystal in which Yb is doped into the crystal.

【0021】クラッド部材をYAG結晶から形成し、レ
ーザ媒質をYAG結晶にYbをドープしたYb:YAG
結晶から形成することで、レーザ媒質と、レーザ媒質よ
り屈折率の小さいクラッド部材とを比較的簡単に形成す
ることができる。
The clad member is formed of YAG crystal, and the laser medium is Yb: YAG in which Yb is doped into YAG crystal.
By forming from a crystal, a laser medium and a clad member having a lower refractive index than the laser medium can be formed relatively easily.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る固体レー
ザ装置について、図面を参照して説明する。まず、本実
施形態に係る固体レーザ装置の構成について説明する。
図1は、本実施形態に係る固体レーザ装置の構成図であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A solid-state laser device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the solid-state laser device according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of the solid-state laser device according to the present embodiment.

【0023】固体レーザ装置10は、平板状のレーザ媒
質12と、レーザ媒質12を挟むように接して設けられ
た下側クラッド14(クラッド部材)及び上側クラッド
16(第2のクラッド部材)と、下側クラッド14の下
部に設けられた誘電体多層膜18と、誘電体多層膜18
を介して下側クラッド14の下部に設けられたヒートシ
ンク20と、レーザ媒質12を挟んで誘電体多層膜18
と対向して配置された出力ミラー22(半透明鏡)と、
レーザ媒質12を励起する励起光を出力する半導体レー
ザ24(光源)と、半導体レーザ24から出力された励
起光を集光し、レーザ媒質12の側面に入射させる集光
レンズ群26を備えて構成される。以下、各構成要素に
ついて詳細に説明する。
The solid-state laser device 10 includes a flat laser medium 12, a lower clad 14 (cladding member) and an upper cladding 16 (second cladding member) provided so as to sandwich the laser medium 12. A dielectric multilayer film 18 provided below the lower cladding 14;
A heat sink 20 provided below the lower cladding 14 via a laser medium 12 and a dielectric multilayer film 18 with the laser medium 12 interposed therebetween.
An output mirror 22 (translucent mirror) arranged opposite to
A semiconductor laser 24 (light source) that outputs excitation light that excites the laser medium 12 and a condenser lens group 26 that condenses the excitation light output from the semiconductor laser 24 and makes the excitation light incident on the side surface of the laser medium 12 Is done. Hereinafter, each component will be described in detail.

【0024】レーザ媒質12は、YAG結晶にYbをド
ープしたYb:YAG結晶から形成されており、その形
状は約5mm角の主面を有し、厚さが約0.3mmの平
板状になっている。
The laser medium 12 is made of a Yb: YAG crystal obtained by doping Yb into a YAG crystal, and has a main surface of about 5 mm square and a flat plate having a thickness of about 0.3 mm. ing.

【0025】下側クラッド14及び上側クラッド16
は、YAG結晶から形成されており、その形状は約5m
m角の主面を有し、厚みが約0.2mmの平板状になっ
ている。
Lower cladding 14 and upper cladding 16
Is formed from a YAG crystal and has a shape of about 5 m.
It has an m-square main surface and is a flat plate having a thickness of about 0.2 mm.

【0026】レーザ媒質12の下面(一方の主面)と下
側クラッド14の上面(一方の主面)、及び、レーザ媒
質12の上面(他方の主面)と上側クラッド16の下面
(一方の主面)は、高温度下で圧力をかける方法(拡散
結合法)によって互いに接合されている。
The lower surface (one main surface) of the laser medium 12 and the upper surface (one main surface) of the lower cladding 14, and the upper surface (the other main surface) of the laser medium 12 and the lower surface (one main surface) of the upper cladding 16. The main surfaces are joined to each other by a method of applying pressure at a high temperature (diffusion bonding method).

【0027】下側クラッド14の下面(他方の主面)に
は、当該下面全体にわたって誘電体多層膜18が形成さ
れている。誘電体多層膜18は、下側クラッド14の下
面側から、屈折率が1.46のSiO2層と屈折率が
2.3のTiO2層とを交互に10ずつ積層して構成さ
れており、各層は、出力光となる誘導放出光の反射率を
高めるべく、層厚と材料の屈折率との積が誘導放出光の
波長(1030nm)の4分の1となるような厚さを有
している。また、上側クラッド16の上面には、レーザ
媒質12内で発生した誘導放出光の反射を防止するため
に、MgF2からなる反射防止膜19が形成されてい
る。
On the lower surface (the other main surface) of the lower cladding 14, a dielectric multilayer film 18 is formed over the entire lower surface. The dielectric multilayer film 18 is configured by alternately laminating 10 SiO 2 layers having a refractive index of 1.46 and TiO 2 layers having a refractive index of 2.3 from the lower surface side of the lower clad 14 alternately. Each layer has a thickness such that the product of the layer thickness and the refractive index of the material is one quarter of the wavelength of the stimulated emission light (1030 nm) in order to increase the reflectance of the stimulated emission light serving as output light. are doing. On the upper surface of the upper clad 16, in order to prevent the reflection of stimulated emission light generated in the laser medium 12. Particularly, the antireflection film 19 made of MgF 2 is formed.

【0028】下側クラッド14の下部には、誘電体多層
膜18を介して下側クラッド14を覆うように、銅製の
ヒートシンク20が設けられている。ここで、誘電体多
層膜18が設けられた下側クラッド14の下面とヒート
シンク20とは、厚さが50μm程度のIn膜28を介
して密着されている。
A copper heat sink 20 is provided below the lower clad 14 so as to cover the lower clad 14 with a dielectric multilayer film 18 interposed therebetween. Here, the lower surface of the lower clad 14 provided with the dielectric multilayer film 18 and the heat sink 20 are in close contact with each other via an In film 28 having a thickness of about 50 μm.

【0029】レーザ媒質12を挟んで上記誘電体多層膜
18と対向する位置、より具体的には、上側クラッド1
6の上面側であって上記誘電体多層膜18と対向する位
置には、入射した光の一部を透過させるとともに一部を
反射させる出力ミラー22が設けられており、当該出力
ミラー22と上記誘電体多層膜18とによってレーザ共
振器が構成される。
The position facing the dielectric multilayer film 18 with the laser medium 12 interposed therebetween, more specifically, the upper clad 1
An output mirror 22 that transmits a part of the incident light and reflects a part of the incident light is provided at a position on the upper surface side of the device 6 and facing the dielectric multilayer film 18. A laser resonator is constituted by the dielectric multilayer film 18.

【0030】半導体レーザ24は、約1cm長の線状の
ビームスポットを有するレーザ光(波長940nm)を
出射する半導体レーザバー30を、CuW製のスペーサ
32を介して当該線状の方向(図1の紙面垂直方向。以
下z軸方向という)と垂直方向(y軸方向)に6層積層
し、銅製のヒートシンク33で挟み込んだ構成となって
いる。ここで、スペーサ32の厚さが約0.4mmであ
ることから、半導体レーザバー30の積層ピッチも約
0.4mmとなる。半導体レーザ24から出力された励
起光、すなわち各半導体レーザバー30から出射された
励起光は、z軸方向およびy軸方向に拡がりながらx軸
方向に進行する。
The semiconductor laser 24 moves a semiconductor laser bar 30 that emits a laser beam (wavelength 940 nm) having a linear beam spot of about 1 cm length through a CuW spacer 32 in the linear direction (see FIG. 1). Six layers are stacked in the direction perpendicular to the paper surface (hereinafter referred to as the z-axis direction) and the direction perpendicular to the paper (y-axis direction), and sandwiched by a copper heat sink 33. Here, since the thickness of the spacer 32 is about 0.4 mm, the lamination pitch of the semiconductor laser bars 30 is also about 0.4 mm. Excitation light output from the semiconductor laser 24, that is, excitation light emitted from each semiconductor laser bar 30, travels in the x-axis direction while spreading in the z-axis direction and the y-axis direction.

【0031】半導体レーザ24の前方、すなわち半導体
レーザ24の出射面に対向する位置には、半導体レーザ
24から出力された励起光を集光し、上記レーザ媒質1
2の側面に入射させる集光レンズ群26が設けられてい
る。集光レンズ群26は、半導体レーザ24側からマイ
クロレンズアレイ34、第1のシリンドリカルレンズ3
6、第2のシリンドリカルレンズ38(第1の光束変換
手段)及び第3のシリンドリカルレンズ40(第2の光
束変換手段)を順次配置した構成となっている。また、
図2は、集光レンズ群26を図1のy軸方向からみた場
合の模式的な平面図である。
In front of the semiconductor laser 24, that is, at a position facing the emission surface of the semiconductor laser 24, the pumping light output from the semiconductor laser 24 is condensed and the laser medium 1 is focused.
A condensing lens group 26 for making the light enter the second side surface is provided. The condenser lens group 26 includes a microlens array 34, a first cylindrical lens 3 from the semiconductor laser 24 side.
6. The configuration is such that a second cylindrical lens 38 (first light beam conversion means) and a third cylindrical lens 40 (second light beam conversion means) are sequentially arranged. Also,
FIG. 2 is a schematic plan view when the condenser lens group 26 is viewed from the y-axis direction in FIG.

【0032】マイクロレンズアレイ34は、各半導体レ
ーザバー30の出射面の近傍に、その軸がz軸と平行と
なるように配置された直径が約0.4mmの円柱状レン
ズから構成される。ここで、半導体レーザ24は、半導
体レーザバー30を6層積層した構成となっているた
め、マイクロレンズアレイ34も、上記円柱状レンズを
6本並べて配置した構成となっている。かかるマイクロ
レンズアレイ34によって、各半導体レーザバー30か
ら出射され、y軸方向に対して約40゜の拡がり角を有
する励起光は、y軸方向に集光され、y軸方向に対して
は拡がらずに進行する平行光となる。
The microlens array 34 is formed of a columnar lens having a diameter of about 0.4 mm, which is arranged near the emission surface of each semiconductor laser bar 30 so that its axis is parallel to the z-axis. Here, since the semiconductor laser 24 has a configuration in which six semiconductor laser bars 30 are stacked, the microlens array 34 also has a configuration in which the six cylindrical lenses are arranged. The excitation light emitted from each semiconductor laser bar 30 and having a divergence angle of about 40 ° with respect to the y-axis direction by the microlens array 34 is condensed in the y-axis direction and spread in the y-axis direction. It becomes parallel light that travels without moving.

【0033】第1のシリンドリカルレンズ36は、一方
の主面が平面、他方の主面が凸形状の円柱面であるシリ
ンドリカルレンズであり、円柱の底面がxz平面と平行
になるように配置されている。第1のシリンドリカルレ
ンズ36によって、半導体レーザ24から出射され、z
軸方向に対して約10゜の拡がり角を有する励起光は、
z軸方向に集光され、z軸方向に対しても拡がらずに進
行する平行光となる。
The first cylindrical lens 36 is a cylindrical lens whose one main surface is a plane surface and the other main surface is a convex cylindrical surface, and is arranged such that the bottom surface of the cylinder is parallel to the xz plane. I have. Emitted from the semiconductor laser 24 by the first cylindrical lens 36, z
Excitation light having a divergence angle of about 10 ° with respect to the axial direction is:
The light is condensed in the z-axis direction and becomes parallel light that travels without spreading in the z-axis direction.

【0034】第2のシリンドリカルレンズ38は、一方
の主面が平面、他方の主面が凸形状の円柱面であるシリ
ンドリカルレンズであり、円柱の底面がxy平面と平行
になるように配置されている。第2のシリンドリカルレ
ンズ38によって、半導体レーザ24から出射され、マ
イクロレンズアレイ34、第1のシリンドリカルレンズ
36によって平行化された励起光は、レーザ媒質12の
側面の厚さ方向、すなわちy軸方向に集光される。
The second cylindrical lens 38 is a cylindrical lens having one main surface being a flat surface and the other main surface being a convex cylindrical surface, and is arranged such that the bottom surface of the cylinder is parallel to the xy plane. I have. The excitation light emitted from the semiconductor laser 24 by the second cylindrical lens 38 and collimated by the microlens array 34 and the first cylindrical lens 36 is directed in the thickness direction of the side surface of the laser medium 12, that is, in the y-axis direction. It is collected.

【0035】第3のシリンドリカルレンズ40は、一方
の主面が平面、他方の主面が凸形状の円柱面であるシリ
ンドリカルレンズであり、円柱の底面がxz平面と平行
になるように配置されている。第3のシリンドリカルレ
ンズ40によって、半導体レーザ24から出射され、マ
イクロレンズアレイ34、第1のシリンドリカルレンズ
36によって平行化された励起光は、レーザ媒質12の
側面の幅方向、すなわちz軸方向に集光される。
The third cylindrical lens 40 is a cylindrical lens having one main surface being a flat surface and the other main surface being a convex cylindrical surface, and is arranged such that the bottom surface of the cylinder is parallel to the xz plane. I have. The excitation light emitted from the semiconductor laser 24 by the third cylindrical lens 40 and collimated by the microlens array 34 and the first cylindrical lens 36 is collected in the width direction of the side surface of the laser medium 12, that is, in the z-axis direction. Be lighted.

【0036】従って、集光レンズ群26によって、半導
体レーザ24から出力された励起光は、y軸方向、z軸
方向のそれぞれに対して独立に集光される。その結果、
z軸方向に延びる略線状、楕円状あるいは長方形状のビ
ームスポットを有する励起光を形成することができ、か
かる励起光はレーザ媒質12の側面のうち、一の側面に
入射される。ここで、集光レンズ群26を構成する第1
のシリンドリカルレンズ36、第2のシリンドリカルレ
ンズ38及び第3のシリンドリカルレンズ40の位置ま
たは焦点距離は、半導体レーザ24から出力された励起
光をレーザ媒質12の側面に効率よく入射させるよう
に、適宜調節することが好ましく、特に、レーザ媒質1
2に対する開口数(N.A.)を0.1以下とすること
が好適である。さらに、上記マイクロレンズアレイ3
4、第1のシリンドリカルレンズ36、第2のシリンド
リカルレンズ38及び第3のシリンドリカルレンズ40
の表面には、励起光の表面反射を防止するために、誘電
体多層膜による反射防止膜がコーティングされている。
Accordingly, the excitation light output from the semiconductor laser 24 is independently focused by the condenser lens group 26 in each of the y-axis direction and the z-axis direction. as a result,
Excitation light having a substantially linear, elliptical or rectangular beam spot extending in the z-axis direction can be formed, and such excitation light is incident on one of the side surfaces of the laser medium 12. Here, the first lens constituting the condenser lens group 26
The positions or focal lengths of the cylindrical lens 36, the second cylindrical lens 38, and the third cylindrical lens 40 are appropriately adjusted so that the excitation light output from the semiconductor laser 24 is efficiently incident on the side surface of the laser medium 12. Preferably, the laser medium 1
Preferably, the numerical aperture (NA) for 2 is 0.1 or less. Further, the micro lens array 3
4. First cylindrical lens 36, second cylindrical lens 38, and third cylindrical lens 40
Is coated with an antireflection film made of a dielectric multilayer film in order to prevent surface reflection of the excitation light.

【0037】レーザ媒質12の側面のうち励起光が入射
する上記一の側面(以下、入射面という)には、入射す
る励起光の反射を防止するために、MgF2からなる反
射防止膜42が設けられており、入射面以外の側面に
は、入射した励起光をレーザ媒質12内に閉じ込めるた
めに、SiO2とTiO2とからなる反射膜44が設けら
れている。
An anti-reflection film 42 made of MgF 2 is provided on one of the side surfaces of the laser medium 12 on which the excitation light is incident (hereinafter referred to as an incident surface) in order to prevent reflection of the incident excitation light. A reflection film 44 made of SiO 2 and TiO 2 is provided on a side surface other than the incident surface to confine the incident excitation light in the laser medium 12.

【0038】続いて、本実施形態に係る固体レーザ装置
の作用について説明する。本実施形態に係る固体レーザ
装置10を使用する場合は、まず半導体レーザ24によ
って励起光を発生させる。半導体レーザ24から出力さ
れた励起光は、集光レンズ群26によって集光され、レ
ーザ媒質12の側面に入射される。ここで、集光レンズ
群26は、励起光をy軸方向に集光する第2のシリンド
リカルレンズ38と、励起光をz軸方向に集光する第3
のシリンドリカルレンズ40とを備えることで、励起光
束の断面を略線状(あるいは長方形状、楕円状)とする
ことができ、レーザ媒質12の入射面に効率よく励起光
を入射させることが可能となる。
Next, the operation of the solid-state laser device according to this embodiment will be described. When using the solid-state laser device 10 according to the present embodiment, first, the semiconductor laser 24 generates excitation light. Excitation light output from the semiconductor laser 24 is condensed by the condenser lens group 26 and is incident on the side surface of the laser medium 12. Here, the condenser lens group 26 includes a second cylindrical lens 38 for condensing the excitation light in the y-axis direction and a third cylindrical lens 38 for condensing the excitation light in the z-axis direction.
By providing the cylindrical lens 40, the cross section of the excitation light beam can be made substantially linear (or rectangular or elliptical), and the excitation light can be efficiently incident on the incident surface of the laser medium 12. Become.

【0039】レーザ媒質12に励起光が入射し、励起光
がレーザ媒質12内にドープされたYbイオンに吸収さ
れると、Ybイオンのエネルギー状態が遷移し、誘導放
出光が発生する。ここで、レーザ媒質12の入射面に入
射された励起光は、図3に示すように振る舞う。
When excitation light is incident on the laser medium 12 and the excitation light is absorbed by Yb ions doped into the laser medium 12, the energy state of the Yb ions transitions, and stimulated emission light is generated. Here, the excitation light incident on the incident surface of the laser medium 12 behaves as shown in FIG.

【0040】レーザ媒質12の入射面には反射防止膜4
2が設けられているため、励起光は当該入射面において
反射損失なくレーザ媒質12内に入射する。ここで、下
部クラッド14及び上部クラッド16はYAG結晶によ
って形成されているため、その屈折率は1.82とな
る。これに対して、レーザ媒質12は、YAG結晶にY
bをドープしたYb:YAG結晶から形成されているた
め、下部クラッド14及び上部クラッド16に対して、
屈折率が0.1〜0.2%程度高くなっている。従っ
て、レーザ媒質12と下側クラッド14との界面、また
は、レーザ媒質12と上側クラッド16との界面に臨界
角より大きい角度で入射する光は、当該界面で全反射
し、レーザ媒質12内に閉じ込められることになる。レ
ーザ媒質12の側面から入射した励起光は、レーザ媒質
12内を主面に平行に近い方向に進行するため、レーザ
媒質12と下側クラッド14との界面、または、レーザ
媒質12と上側クラッド16との界面への入射角は大き
く、大部分の励起光は当該界面で全反射する。ここで、
特に、レーザ媒質12に対する開口数(N.A.)が
0.1以下となるように集光レンズ群26を設計した場
合は、レーザ媒質12に入射した励起光のほぼ100%
が全反射条件を満たすことになり、励起光が効率よくレ
ーザ媒質12内に閉じ込められる。また、レーザ媒質1
2の入射面以外の側面に反射膜44が設けられているこ
とで、入射面に対向する面に到達した励起光は反射膜4
4によって反射され、再度入射面の方向に進行する。そ
の結果、レーザ媒質12内を進行する励起光の光路長を
極めて大きくすることが可能となる。また、レーザ媒質
12と下側クラッド14との界面、または、レーザ媒質
12と上側クラッド16との界面にIn膜等の層を設け
ず、屈折率の変化によって励起光をレーザ媒質12内に
閉じ込めることにより、かかる界面で励起光が散乱する
ことが防止される。また本構成は、下側クラッド14と
上側クラッド16とをYAG結晶で形成し、レーザ媒質
12をYAG結晶にYbをドープしたYb:YAG結晶
で形成することから、特殊な製造プロセス等が不要であ
り、比較的簡単に形成することができる。
The anti-reflection film 4 is provided on the incident surface of the laser medium 12.
2, the excitation light enters the laser medium 12 without reflection loss at the incident surface. Here, since the lower cladding 14 and the upper cladding 16 are formed of a YAG crystal, the refractive index thereof is 1.82. On the other hand, the laser medium 12 has a YAG crystal
Since the lower cladding 14 and the upper cladding 16 are formed from a Yb: YAG crystal doped with b,
The refractive index is higher by about 0.1 to 0.2%. Therefore, light that enters the interface between the laser medium 12 and the lower cladding 14 or the interface between the laser medium 12 and the upper cladding 16 at an angle larger than the critical angle is totally reflected at the interface and enters the laser medium 12. You will be confined. The pumping light incident from the side surface of the laser medium 12 travels in the laser medium 12 in a direction almost parallel to the main surface, so that the interface between the laser medium 12 and the lower cladding 14 or the laser medium 12 and the upper cladding 16 The angle of incidence on the interface with is large, and most of the excitation light is totally reflected at the interface. here,
In particular, when the condenser lens group 26 is designed such that the numerical aperture (NA) with respect to the laser medium 12 is 0.1 or less, almost 100% of the excitation light incident on the laser medium 12
Satisfy the total reflection condition, and the pump light is efficiently confined in the laser medium 12. Laser medium 1
2 is provided with the reflective film 44 on the side surface other than the incident surface, so that the excitation light reaching the surface facing the incident surface
4 and travels in the direction of the incident surface again. As a result, it becomes possible to make the optical path length of the excitation light traveling in the laser medium 12 extremely large. Further, no layer such as an In film is provided at the interface between the laser medium 12 and the lower cladding 14 or at the interface between the laser medium 12 and the upper cladding 16, and the excitation light is confined in the laser medium 12 by a change in the refractive index. Thereby, scattering of the excitation light at such an interface is prevented. In this configuration, the lower cladding 14 and the upper cladding 16 are formed of a YAG crystal, and the laser medium 12 is formed of a Yb: YAG crystal obtained by doping Yb into a YAG crystal, so that a special manufacturing process or the like is not required. Yes, and can be formed relatively easily.

【0041】誘導放出によって発生した波長1030n
mの光は、誘電体多層膜18と出力ミラー22とを介す
る共振作用によって増幅され、レーザ媒質12の主面の
法線方向、すなわち図1のy軸方向にレーザ光として出
射される。この際、共振器を構成する反射鏡として誘電
体多層膜18を設けることで上記1030nm波長光の
みを効率よく反射させることができるとともに、上側ク
ラッド16の上面に反射防止膜19が形成されているこ
とで、上側クラッド16の上面でレーザ光が反射される
ことが防止される。
Wavelength 1030n generated by stimulated emission
The light of m is amplified by a resonance effect via the dielectric multilayer film 18 and the output mirror 22, and is emitted as laser light in the direction of the normal to the main surface of the laser medium 12, that is, in the y-axis direction in FIG. At this time, by providing the dielectric multilayer film 18 as a reflecting mirror constituting the resonator, only the light having the wavelength of 1030 nm can be efficiently reflected, and the antireflection film 19 is formed on the upper surface of the upper cladding 16. This prevents the laser light from being reflected on the upper surface of the upper cladding 16.

【0042】レーザ発振が生じている間、レーザ媒質1
2はヒートシンク20によって冷却される。ここで、レ
ーザ媒質12は平板状となっていることで、ロッド状の
レーザ媒質と比較して、レーザ媒質12全体が極めて効
率よく冷却される。ここで、レーザ媒質12の厚さ、ヒ
ートシンク20の冷却能等によって、レーザ媒質12内
にわずかな温度勾配が生じる場合も考えられるが、かか
る温度勾配は、レーザ媒質12の厚さ方向、すなわち図
1のy軸方向への1次元的な温度勾配であり、y軸方向
に出射されるレーザ光に対しては、熱レンズ効果、レー
ザ媒質12の熱変形等による影響を何ら及ぼすものでは
ない。
While the laser oscillation is occurring, the laser medium 1
2 is cooled by the heat sink 20. Here, since the laser medium 12 has a flat plate shape, the entire laser medium 12 is extremely efficiently cooled as compared with a rod-shaped laser medium. Here, a slight temperature gradient may occur in the laser medium 12 depending on the thickness of the laser medium 12, the cooling ability of the heat sink 20, and the like. 1 is a one-dimensional temperature gradient in the y-axis direction, and has no effect on the laser light emitted in the y-axis direction due to the thermal lens effect, the thermal deformation of the laser medium 12, and the like.

【0043】続いて、本実施形態に係る固体レーザ装置
の効果について説明する。本実施形態に係る固体レーザ
装置10は、半導体レーザ24から出射された励起光を
第2のシリンドリカルレンズ38によってy軸方向に集
光させ、第3のシリンドリカルレンズ40によってz軸
方向に集光させる。従って、励起光のビームスポットを
略線状、楕円状あるいは長方形状とすることができ、レ
ーザ媒質12の一の側面である入射面に均一かつ効率よ
く励起光を入射させることが可能となる。その結果、固
体レーザ装置10の励起効率が向上する。
Next, the effect of the solid-state laser device according to this embodiment will be described. In the solid-state laser device 10 according to the present embodiment, the excitation light emitted from the semiconductor laser 24 is focused in the y-axis direction by the second cylindrical lens 38, and is focused in the z-axis direction by the third cylindrical lens 40. . Therefore, the beam spot of the excitation light can be made substantially linear, elliptical or rectangular, and the excitation light can be uniformly and efficiently incident on the incident surface, which is one side surface of the laser medium 12. As a result, the excitation efficiency of the solid-state laser device 10 is improved.

【0044】また、本実施形態にかかる固体レーザ装置
10は反射光を側面から入射させるとともに、レーザ媒
質12を、該レーザ媒質12よりも屈折率の低い下部ク
ラッド14及び上部クラッド16で挟む構造を有し、ま
た、レーザ媒質12に対する開口数(N.A.)が0.
1以下となるように集光レンズ群26を設計している。
従って、励起光は、レーザ媒質12と下側クラッド14
との界面、または、レーザ媒質12と上側クラッド16
との界面でほぼ100%全反射して進行する。また、レ
ーザ媒質12の入射面以外の側面に反射膜44が設けら
れていることで、入射面に対向する面に到達した励起光
は反射膜44によって反射され、再度入射面の方向に進
行する。その結果、レーザ媒質12内を進行する励起光
の光路長を極めて大きくすることが可能となり、励起効
率が向上する。さらに、集光ミラー、反射ミラー等の特
別な光学手段を設けることなくレーザ媒質12内を進行
する励起光の光路長を極めて大きくすることができるこ
とから、装置の小型化も実現する。
The solid-state laser device 10 according to the present embodiment has a structure in which reflected light is incident from the side and the laser medium 12 is sandwiched between a lower clad 14 and an upper clad 16 having a lower refractive index than the laser medium 12. And the numerical aperture (NA) for the laser medium 12 is 0.2.
The condenser lens group 26 is designed to be 1 or less.
Therefore, the excitation light is emitted from the laser medium 12 and the lower cladding 14.
Or the laser medium 12 and the upper cladding 16
Almost 100% of the light is totally reflected at the interface with the light. In addition, since the reflection film 44 is provided on a side surface other than the incident surface of the laser medium 12, the excitation light reaching the surface facing the incident surface is reflected by the reflective film 44, and travels in the direction of the incident surface again. . As a result, the optical path length of the excitation light traveling in the laser medium 12 can be made extremely large, and the excitation efficiency is improved. Furthermore, since the optical path length of the excitation light traveling in the laser medium 12 can be made extremely large without providing special optical means such as a condenser mirror and a reflection mirror, the size of the apparatus can be reduced.

【0045】さらに、本実施形態に係る固体レーザ装置
10は、レーザ媒質12と下側クラッド14及び上側ク
ラッド16とを密着させる際に接着物質等を用いていな
いため、当該界面で励起光が散乱することが防止され
る。その結果、散乱による光の損失が押さえられ、励起
効率が向上する。
Further, in the solid-state laser device 10 according to the present embodiment, since the laser medium 12 and the lower clad 14 and the upper clad 16 do not use an adhesive substance or the like when they are brought into close contact with each other, the excitation light is scattered at the interface. Is prevented. As a result, light loss due to scattering is suppressed, and the excitation efficiency is improved.

【0046】また、本実施形態に係る固体レーザ装置1
0は、共振器を構成する反射鏡として誘電体多層膜18
を用いることで誘導放出光のみを効率よく反射させ、レ
ーザ発光効率を向上させることが可能となる。
The solid-state laser device 1 according to the present embodiment
0 denotes a dielectric multilayer film 18 as a reflecting mirror constituting a resonator.
Is used, only the stimulated emission light is efficiently reflected, and the laser emission efficiency can be improved.

【0047】本実施形態に係る固体レーザ装置10と上
記従来技術に係る固体レーザ装置1との効率を比較して
みると以下のようになる。上記従来技術に係る固体レー
ザ装置1は、半導体レーザから発せられた励起光を光フ
ァイバに導光する際の光結合効率が約80%、光ファイ
バの出力端から出力された励起光を集光ミラー3、反射
ミラー4を介してレーザ媒質6に入射させる際の入射効
率が約70%、レーザ媒質6における励起光の吸収効率
が約90%であることから、これらの各効率を掛け合わ
せることにより、励起効率は約50%となる。
The efficiency of the solid-state laser device 10 according to the present embodiment and the efficiency of the solid-state laser device 1 according to the prior art are compared as follows. The solid-state laser device 1 according to the prior art has an optical coupling efficiency of about 80% when guiding the pump light emitted from the semiconductor laser to the optical fiber, and collects the pump light output from the output end of the optical fiber. Since the incidence efficiency at the time of entering the laser medium 6 through the mirror 3 and the reflection mirror 4 is about 70%, and the absorption efficiency of the excitation light in the laser medium 6 is about 90%, these efficiencies are multiplied. As a result, the excitation efficiency becomes about 50%.

【0048】これに対して、本実施形態に係る固体レー
ザ装置10は、半導体レーザ24から出力された励起光
を集光レンズ群26を介してレーザ媒質12に入射させ
る際の入射効率が約95%、レーザ媒質12における励
起光の吸収効率が約99%であることから、これらの各
効率を掛け合わせることにより、励起効率は約94%と
なり、上記従来技術に係る固体レーザ装置1と比較し
て、励起効率が極めて高くなる。
On the other hand, the solid-state laser device 10 according to the present embodiment has an incident efficiency of about 95 when the excitation light output from the semiconductor laser 24 is incident on the laser medium 12 via the condenser lens group 26. %, And the absorption efficiency of the pumping light in the laser medium 12 is about 99%. By multiplying these efficiencies, the pumping efficiency becomes about 94%, which is smaller than that of the solid-state laser device 1 according to the related art. As a result, the excitation efficiency becomes extremely high.

【0049】上記実施形態に係る固体レーザ装置10に
おいては、レーザ媒質12を下側クラッド14と上側ク
ラッド16とで挟んだ構成をとっていたが、図4に示す
ように、上側クラッド16を設けない固体レーザ装置5
0のような構成をとっても良い。上側クラッド16を設
けない場合であっても、レーザ媒質12の屈折率が空気
の屈折率(1.00)よりも大きいことから、臨界角以
上の入射角を持ってレーザ媒質12と空気との界面に入
射する励起光は、かかる界面で全反射し、レーザ媒質1
2内に閉じ込められる。
In the solid-state laser device 10 according to the above embodiment, the laser medium 12 is sandwiched between the lower clad 14 and the upper clad 16, but the upper clad 16 is provided as shown in FIG. No solid-state laser device 5
A configuration like 0 may be used. Even when the upper cladding 16 is not provided, since the refractive index of the laser medium 12 is larger than the refractive index (1.00) of air, the laser medium 12 and the air have an incident angle greater than the critical angle. Excitation light incident on the interface is totally reflected at the interface, and the laser medium 1
2 confined within.

【0050】また、上記実施形態に係る固体レーザ装置
10においては、第3のシリンドリカルレンズ40は、
凸形状の主面を有するレンズであったが、これは凹形状
の主面を有し、半導体レーザ24から出力された励起光
をレーザ媒質12の側面の幅方向に拡散させるものであ
っても良い。半導体レーザバー30が出射する励起光の
z軸方向への拡がりがレーザ媒質12の側面の幅よりも
小さい場合は、かかる凹形状の主面を有するシリンドリ
カルレンズを用いてビームスポットをレーザ媒質12の
側面の幅方向に拡散させることで、レーザ媒質12の側
面に均一かつ効率よく励起光を入射させることができ
る。
Further, in the solid-state laser device 10 according to the above embodiment, the third cylindrical lens 40
Although the lens has a convex main surface, it may have a concave main surface and diffuse excitation light output from the semiconductor laser 24 in the width direction of the side surface of the laser medium 12. good. If the spread of the excitation light emitted from the semiconductor laser bar 30 in the z-axis direction is smaller than the width of the side surface of the laser medium 12, the beam spot is formed by using the cylindrical lens having the concave main surface. The excitation light can be uniformly and efficiently incident on the side surface of the laser medium 12 by diffusing in the width direction of the laser medium 12.

【0051】さらに、上記実施形態に係る固体レーザ装
置10においては、レーザ媒質12の母結晶としてYA
G結晶を用いていたが、これはYLF、YVO4、S−
FAP、サファイア、ガラス、アレキサンドライト、フ
ォルステライト、ガーネットなど、固体レーザ装置のレ
ーザ媒質として通常用いられる様々な材料を用いても実
現可能である。特に、クラッド材として、YAG結晶よ
りも屈折率が小さく、熱伝導度の高い単結晶サファイア
等を用いる場合は、極めて励起効率が高くなり、高出力
な固体レーザ装置が実現する。
Further, in the solid-state laser device 10 according to the above-described embodiment, YA is used as the mother crystal of the laser medium 12.
A G crystal was used, but this was done using YLF, YVO 4 , S-
It can also be realized by using various materials usually used as a laser medium of a solid-state laser device, such as FAP, sapphire, glass, alexandrite, forsterite, and garnet. In particular, when a single crystal sapphire or the like having a smaller refractive index and higher thermal conductivity than the YAG crystal is used as the cladding material, the pumping efficiency becomes extremely high, and a high-output solid-state laser device is realized.

【0052】また、ドープする元素についてもYbに限
らず、Nd、Er、Ho、Tmなどの他の希土類元素
や、Cr、Tiなどの遷移元素を用いることも可能であ
る。
The element to be doped is not limited to Yb, and other rare earth elements such as Nd, Er, Ho, and Tm, and transition elements such as Cr and Ti can be used.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の固体レーザ装置は、励起光を平
板状のレーザ媒質の側面に入射させ、レーザ媒質に接し
て屈折率の小さいクラッド部材を設けることで、励起光
をレーザ媒質内に閉じ込め、レーザ媒質内を通過する励
起光の光路長を長くすることができる。その結果、励起
効率の高い固体レーザ装置が実現する。また、励起光の
光路長を長くするために、反射ミラー等の特別な光学手
段を設けることが不要であり、固体レーザ装置を小型に
構成することが可能となる。
According to the solid-state laser device of the present invention, the pumping light is incident on the side surface of the flat laser medium, and a cladding member having a small refractive index is provided in contact with the laser medium, so that the pumping light enters the laser medium. It is possible to confine and lengthen the optical path length of the excitation light passing through the laser medium. As a result, a solid-state laser device with high excitation efficiency is realized. In addition, it is not necessary to provide a special optical unit such as a reflection mirror for increasing the optical path length of the excitation light, and the solid-state laser device can be made compact.

【0054】また、本発明の固体レーザ装置は、レーザ
媒質の他方の主面に接して上記クラッド部材と屈折率の
等しい第2のクラッド部材を設けることで、レーザ媒質
の一方の主面における臨界角と他方の周面における臨界
角とを略一致させることが可能となる。その結果、レー
ザ媒質内に励起光を均一に通過させることが可能とな
り、励起効率が向上する。
Further, in the solid-state laser device of the present invention, by providing a second clad member having the same refractive index as the clad member in contact with the other main surface of the laser medium, It is possible to make the angle substantially coincide with the critical angle on the other peripheral surface. As a result, the excitation light can be transmitted uniformly through the laser medium, and the excitation efficiency is improved.

【0055】また、本発明の固体レーザ装置は、光源か
ら出力された励起光を、第1の光束変換手段によってレ
ーザ媒質の側面の厚さ方向に集光させ、第2の光束変換
手段によってレーザ媒質の側面の幅方向に集光若しくは
拡散させることで、レーザ媒質の側面の幅方向にのみ拡
がりを持った略線状、楕円状あるいは長方形状のビーム
スポットを有する光束を形成し、レーザ媒質の側面に均
一かつ効率よく入射させることができ、励起効率が向上
する。
Further, in the solid-state laser device according to the present invention, the excitation light output from the light source is condensed in the thickness direction on the side surface of the laser medium by the first light beam conversion means, and the laser light is emitted by the second light beam conversion means. By condensing or diffusing the light in the width direction of the side surface of the medium, a light beam having a substantially linear, elliptical or rectangular beam spot having a spread only in the width direction of the side surface of the laser medium is formed. The light can be uniformly and efficiently incident on the side surface, and the excitation efficiency is improved.

【0056】さらに、本発明の固体レーザ装置は、上記
反射膜として誘電体多層膜を用いることで、レーザ媒質
内で放出される光の反射率を選択的に高めることが可能
となり、レーザ発生効率が向上する。
Further, in the solid-state laser device of the present invention, by using a dielectric multilayer film as the reflection film, it is possible to selectively increase the reflectance of light emitted in the laser medium, and to improve the laser generation efficiency. Is improved.

【0057】さらに、本発明の固体レーザ装置は、クラ
ッド部材をYAG結晶、レーザ媒質がYAG結晶にYb
をドープしたYb:YAG結晶から形成することで、固
体レーザ装置を比較的簡単に形成することができる。
Further, in the solid-state laser device of the present invention, the cladding member is made of YAG crystal, and the laser medium is made of YAG crystal with Yb crystal.
, A solid-state laser device can be formed relatively easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】固体レーザ装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a solid-state laser device.

【図2】集光レンズ群の模式的な平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a condenser lens group.

【図3】レーザ媒質内の光の経路を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a light path in a laser medium.

【図4】固体レーザ装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a solid-state laser device.

【図5】従来の固体レーザ装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional solid-state laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、50…固体レーザ装置、12…レーザ媒質、14
…下側クラッド、16…上側クラッド、18…誘電体多
層膜、19…反射防止膜、20…ヒートシンク、22…
出力ミラー、24…半導体レーザ、26…集光レンズ
群、28…In膜、30…半導体レーザバー、32…ス
ペーサ、33…ヒートシンク、34…マイクロレンズア
レイ、36…第1のシリンドリカルレンズ、38…第2
のシリンドリカルレンズ、40…第3のシリンドリカル
レンズ、42…反射防止膜、44…反射膜
10, 50: solid-state laser device, 12: laser medium, 14
... lower cladding, 16 ... upper cladding, 18 ... dielectric multilayer film, 19 ... antireflection film, 20 ... heat sink, 22 ...
Output mirror, 24 semiconductor laser, 26 condensing lens group, 28 In film, 30 semiconductor laser bar, 32 spacer, 33 heat sink, 34 microlens array, 36 first cylindrical lens, 38 second 2
, A third cylindrical lens, 42, an antireflection film, 44, a reflection film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板状のレーザ媒質と、 前記レーザ媒質よりも小さい屈折率を有する材料によっ
て平板状に形成され、その一方の主面を前記レーザ媒質
の一方の主面と接して設けられたクラッド部材と、 前記クラッド部材の他方の主面に接して設けられた反射
膜と、 前記反射膜を介して、前記クラッド部材の前記他方の主
面側に設けられたヒートシンクと、 前記レーザ媒質を挟んで、前記反射膜と対向して配置さ
れた半透明鏡と、 前記レーザ媒質を励起する励起光を出力する光源と、 前記光源から出力された励起光を集光し、前記レーザ媒
質の側面に入射させる集光手段とを備えたことを特徴と
する固体レーザ装置。
1. A flat plate-shaped laser medium and a material having a lower refractive index than the laser medium are formed in a flat plate shape, and one main surface thereof is provided in contact with one main surface of the laser medium. A cladding member, a reflection film provided in contact with the other main surface of the cladding member, a heat sink provided on the other main surface side of the cladding member via the reflection film, and the laser medium. A translucent mirror disposed so as to face the reflection film, a light source that outputs excitation light that excites the laser medium, and a side surface of the laser medium that collects the excitation light output from the light source. A solid-state laser device comprising: a light condensing means for causing light to enter the laser beam.
【請求項2】 前記クラッド部材と略等しい屈折率を有
する材料によって平板状に形成され、その一方の主面を
前記レーザ媒質の他方の主面と接して設けられた第2の
クラッド部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1
に記載の固体レーザ装置。
2. A second clad member, which is formed of a material having a refractive index substantially equal to that of the clad member in a plate shape and has one main surface provided in contact with the other main surface of the laser medium, 2. The device according to claim 1, wherein
3. The solid-state laser device according to item 1.
【請求項3】 前記集光手段は、 前記光源から出力された光を、前記レーザ媒質の側面の
厚さ方向に集光させる第1の光束変換手段と、 前記光源から出力された光を、前記レーザ媒質の側面の
幅方向に集光若しくは拡散させる第2の光束変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の固
体レーザ装置。
3. The light condensing means, a first light beam converting means for condensing light output from the light source in a thickness direction of a side surface of the laser medium, and a light output from the light source, 3. The solid-state laser device according to claim 1, further comprising: a second light beam converting unit that collects or diffuses light in a width direction of a side surface of the laser medium. 4.
【請求項4】前記反射膜は誘電体多層膜であることを特
徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体レー
ザ装置。
4. The solid-state laser device according to claim 1, wherein said reflection film is a dielectric multilayer film.
【請求項5】前記クラッド部材は、YAG結晶から形成
されており、 前記レーザ媒質は、YAG結晶にYbをドープしたY
b:YAG結晶から形成されていることを特徴とする請
求項1〜4のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。
5. The laser medium according to claim 1, wherein the cladding member is formed of a YAG crystal, and the laser medium is a YAG crystal doped with Yb.
The solid-state laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the solid-state laser device is formed of b: YAG crystal.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003094312A2 (en) * 2002-04-27 2003-11-13 Rofin-Sinar Laser Gmbh Laser beam source with a laser element containing a thin crystal disk as a laser active medium
WO2004114476A1 (en) * 2003-06-20 2004-12-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solid laser excitation module
WO2005069454A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solid-state laser pumped module and laser oscillator
JP2006066818A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Sony Corp One-dimensional illumination device and image forming device
JPWO2005091447A1 (en) * 2004-03-24 2008-02-07 独立行政法人科学技術振興機構 Laser equipment
US7653100B2 (en) 2004-12-28 2010-01-26 Osaka University Solid laser module, optical amplifier, and laser oscillator
WO2021020475A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 国立研究開発法人理化学研究所 Laser device and method for manufacturing same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003094312A2 (en) * 2002-04-27 2003-11-13 Rofin-Sinar Laser Gmbh Laser beam source with a laser element containing a thin crystal disk as a laser active medium
DE10219004A1 (en) * 2002-04-27 2003-11-13 Rofin Sinar Laser Gmbh Laser beam source with a laser element containing a thin crystal disk as the laser-active medium
WO2003094312A3 (en) * 2002-04-27 2004-09-30 Rofin Sinar Laser Gmbh Laser beam source with a laser element containing a thin crystal disk as a laser active medium
US7200160B2 (en) 2002-04-27 2007-04-03 Rofin-Sinar Laser Gmbh Laser beam source with a laser element containing a thin crystal disk as a laser-active medium
WO2004114476A1 (en) * 2003-06-20 2004-12-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solid laser excitation module
WO2005069454A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solid-state laser pumped module and laser oscillator
JPWO2005091447A1 (en) * 2004-03-24 2008-02-07 独立行政法人科学技術振興機構 Laser equipment
JP2006066818A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Sony Corp One-dimensional illumination device and image forming device
JP4618487B2 (en) * 2004-08-30 2011-01-26 ソニー株式会社 One-dimensional illumination device and image generation device
US7653100B2 (en) 2004-12-28 2010-01-26 Osaka University Solid laser module, optical amplifier, and laser oscillator
WO2021020475A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 国立研究開発法人理化学研究所 Laser device and method for manufacturing same

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