JP2001251002A - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JP2001251002A JP2001251002A JP2000058667A JP2000058667A JP2001251002A JP 2001251002 A JP2001251002 A JP 2001251002A JP 2000058667 A JP2000058667 A JP 2000058667A JP 2000058667 A JP2000058667 A JP 2000058667A JP 2001251002 A JP2001251002 A JP 2001251002A
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- mirror
- laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲイン媒質に単結晶ファイバの導波路を用い
て極短光パルスを発生することができるレーザ装置を提
供する。 【解決手段】 共振器内に、単結晶ファイバ１１と、斜
入射球面鏡１４と、分散補償媒体１２とを有するレーザ
装置であって、分散補償媒体１２の端面に光路に対する
ブリュースター角を持たせることにより、斜入射球面鏡
１４により生じる非点収差を分散補償媒体１２の端面の
ブリュースター角により生じる非点収差で相殺するよう
にした。
て極短光パルスを発生することができるレーザ装置を提
供する。 【解決手段】 共振器内に、単結晶ファイバ１１と、斜
入射球面鏡１４と、分散補償媒体１２とを有するレーザ
装置であって、分散補償媒体１２の端面に光路に対する
ブリュースター角を持たせることにより、斜入射球面鏡
１４により生じる非点収差を分散補償媒体１２の端面の
ブリュースター角により生じる非点収差で相殺するよう
にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速測定や光通
信などに用いられる、極短光パルスを発生するモード同
期型のレーザ装置に関する。
信などに用いられる、極短光パルスを発生するモード同
期型のレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超高速測定や光通信などに用いられる、
極短光パルスを発生する従来のモード同期型のレーザ装
置の一例として、可飽和吸収体を用いた、Ｃｒ4+：ＹＡ
Ｇ受動モード同期型のレーザ装置を説明する。
極短光パルスを発生する従来のモード同期型のレーザ装
置の一例として、可飽和吸収体を用いた、Ｃｒ4+：ＹＡ
Ｇ受動モード同期型のレーザ装置を説明する。
【０００３】このレーザ装置は、中心波長１．５５μ
ｍ、パルス幅１００フェムト秒以下の極短パルスを発生
する。励起源として波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＶＯ4
（ネオジウムイオンをドープしたイットリウム・バナジ
ウム酸化物）レーザを用い、ゲイン媒質としてＣｒ4+：
ＹＡＧ（４価のクロムイオンをドープしたイットリウム
・アルミニウム・ガーネット）バルク単結晶を用い、上
記レーザ光を当該バルク単結晶に照射することにより励
起を行う。
ｍ、パルス幅１００フェムト秒以下の極短パルスを発生
する。励起源として波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＶＯ4
（ネオジウムイオンをドープしたイットリウム・バナジ
ウム酸化物）レーザを用い、ゲイン媒質としてＣｒ4+：
ＹＡＧ（４価のクロムイオンをドープしたイットリウム
・アルミニウム・ガーネット）バルク単結晶を用い、上
記レーザ光を当該バルク単結晶に照射することにより励
起を行う。
【０００４】光パルスは、可飽和吸収体部を持つ半導体
ミラーのシャッタ動作により生成される。パルス幅を短
縮するには、発振波長での共振器総体の群速度分散が負
の値を取る必要がある。しかしながら、Ｃｒ4+：ＹＡＧ
バルク単結晶の分散値が正なので、共振器には、分散補
償媒体として石英ガラス製のロッドが設けられる。
ミラーのシャッタ動作により生成される。パルス幅を短
縮するには、発振波長での共振器総体の群速度分散が負
の値を取る必要がある。しかしながら、Ｃｒ4+：ＹＡＧ
バルク単結晶の分散値が正なので、共振器には、分散補
償媒体として石英ガラス製のロッドが設けられる。
【０００５】図３は、レーザ装置の概略構成図である。
Ｃｒ4+：ＹＡＧバルク単結晶１は、直径５ｍｍ、長さ２
０ｍｍの丸棒状であり、両端面が光路に対してブリュー
スター角を持っている。１．０６μｍにおける吸収量が
１．８ｃｍ-1である。
Ｃｒ4+：ＹＡＧバルク単結晶１は、直径５ｍｍ、長さ２
０ｍｍの丸棒状であり、両端面が光路に対してブリュー
スター角を持っている。１．０６μｍにおける吸収量が
１．８ｃｍ-1である。
【０００６】分散補償媒体２は、発振の妨げとなるＯＨ
基による吸収を極小量に減らした石英ガラス系の材料が
用いられ、長さが２６．７mmであり、両端面が光路に対
してブリュースター角を持っている。上記バルク単結晶
１の群速度分散量が＋４５４ｆｓ2 であるのに対し、こ
の分散補償媒体２の群速度分散量が−５９３ｆｓ2 であ
るので、共振器は、全体の分散量が負になっている。
基による吸収を極小量に減らした石英ガラス系の材料が
用いられ、長さが２６．７mmであり、両端面が光路に対
してブリュースター角を持っている。上記バルク単結晶
１の群速度分散量が＋４５４ｆｓ2 であるのに対し、こ
の分散補償媒体２の群速度分散量が−５９３ｆｓ2 であ
るので、共振器は、全体の分散量が負になっている。
【０００７】出力結合鏡を兼ねる半導体ミラー３は、ミ
ラー部と可飽和吸収部とを持ち、ミラー部がＡｌＡｓと
ＧａＡｓとを交互に積層したブラッグ鏡であり、可飽和
吸収部がＧａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＡｌ0.48Ｉｎ0.52ＡＳ
とからなる二重量子井戸構造となっている。この半導体
ミラー３は、発振波長に対し９８％の反射率を持ち、可
飽和吸収が１％である。
ラー部と可飽和吸収部とを持ち、ミラー部がＡｌＡｓと
ＧａＡｓとを交互に積層したブラッグ鏡であり、可飽和
吸収部がＧａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＡｌ0.48Ｉｎ0.52ＡＳ
とからなる二重量子井戸構造となっている。この半導体
ミラー３は、発振波長に対し９８％の反射率を持ち、可
飽和吸収が１％である。
【０００８】斜入射球面鏡４，５および球面鏡６は、発
振波長に対し９９．５％以上反射するようになってい
る。斜入射球面鏡４は、励起波長に対して９５％以上透
過するようになっている。これら球面鏡４〜６は、バル
ク単結晶１の内部および半導体ミラー３の鏡面上におい
てビーム径を１００μｍ程度にするように曲率半径およ
び設置位置が設定されている。
振波長に対し９９．５％以上反射するようになってい
る。斜入射球面鏡４は、励起波長に対して９５％以上透
過するようになっている。これら球面鏡４〜６は、バル
ク単結晶１の内部および半導体ミラー３の鏡面上におい
てビーム径を１００μｍ程度にするように曲率半径およ
び設置位置が設定されている。
【０００９】また、斜入射球面鏡４，５は、光線が斜入
射するため、非点収差を生じるものの、バルク単結晶１
によって生じる非点収差と相殺されるように光線の入射
角が設定されている（例えば、"Astigmatically Compen
sated Cavities for CW DyeLasers",H.W.Kogelnik et a
l.,IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol.QE-8,N
o.3,pp.373-379(1972)等参照）。
射するため、非点収差を生じるものの、バルク単結晶１
によって生じる非点収差と相殺されるように光線の入射
角が設定されている（例えば、"Astigmatically Compen
sated Cavities for CW DyeLasers",H.W.Kogelnik et a
l.,IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol.QE-8,N
o.3,pp.373-379(1972)等参照）。
【００１０】そのため、分散補償媒体２の設置位置で
は、光線がほぼ平行となっており、分散補償媒体２によ
って非点収差を生じることがない。また、半導体ミラー
３と平面鏡７との鏡面上における焦点にも非点収差がな
いため、共振器は、全体のＱ値が高くなっている。この
ように非点収差を補償することはレーザを発振させるた
めに必要不可欠である。
は、光線がほぼ平行となっており、分散補償媒体２によ
って非点収差を生じることがない。また、半導体ミラー
３と平面鏡７との鏡面上における焦点にも非点収差がな
いため、共振器は、全体のＱ値が高くなっている。この
ように非点収差を補償することはレーザを発振させるた
めに必要不可欠である。
【００１１】このようなキャビティ筐体の大きさは、奥
行きが３０ｃｍ、幅が７０ｃｍ、高さが２０ｃｍとな
る。一方、レーザ電源の大きさは、奥行きが７０ｃｍ、
幅が５０ｃｍ、高さが４０ｃｍとなる。
行きが３０ｃｍ、幅が７０ｃｍ、高さが２０ｃｍとな
る。一方、レーザ電源の大きさは、奥行きが７０ｃｍ、
幅が５０ｃｍ、高さが４０ｃｍとなる。
【００１２】このような構造をなすレーザ装置において
は、Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ９により６Ｗで励起すること
により、中心波長１．５５μｍ、ＣＷ出力約５０ｍＷ、
パルス幅１００ｆｓ以下でモード同期パルス発振を行う
ことができる。
は、Ｎｄ：ＹＶＯ4 レーザ９により６Ｗで励起すること
により、中心波長１．５５μｍ、ＣＷ出力約５０ｍＷ、
パルス幅１００ｆｓ以下でモード同期パルス発振を行う
ことができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力半導
体レーザの出力光は、集光性が一般的に良くないもの
の、単結晶ファイバの導波路をゲイン媒質に用いること
により、励起光を２０ｍｍにわたって小断面（直径１０
０μｍ程度）内に閉じ込めることができる。バルク単結
晶をゲイン媒質に用いた従来の場合では、励起光を５ｍ
ｍ程度しか閉じ込められないが、バルク単結晶を高濃度
にすれば発振が可能となる。
体レーザの出力光は、集光性が一般的に良くないもの
の、単結晶ファイバの導波路をゲイン媒質に用いること
により、励起光を２０ｍｍにわたって小断面（直径１０
０μｍ程度）内に閉じ込めることができる。バルク単結
晶をゲイン媒質に用いた従来の場合では、励起光を５ｍ
ｍ程度しか閉じ込められないが、バルク単結晶を高濃度
にすれば発振が可能となる。
【００１４】しかしながら、高濃度であっても低品質の
バルク単結晶では、数十分間で出力が漸減してしまい、
実用的でない（例えば、"Directly diode-pumped tunab
le continuous-wave room-temperature Cr4+:YAG lase
r",I.T.Sorokina et al.,Optics Letters,Vol.24,No.2
2,pp.1578-1580(1999)等を参照）。このため、バルク単
結晶を高濃度で高品質にする必要があるものの、高濃度
のバルク単結晶を高品質で製造することは非常に困難で
ある。
バルク単結晶では、数十分間で出力が漸減してしまい、
実用的でない（例えば、"Directly diode-pumped tunab
le continuous-wave room-temperature Cr4+:YAG lase
r",I.T.Sorokina et al.,Optics Letters,Vol.24,No.2
2,pp.1578-1580(1999)等を参照）。このため、バルク単
結晶を高濃度で高品質にする必要があるものの、高濃度
のバルク単結晶を高品質で製造することは非常に困難で
ある。
【００１５】そこで、ゲイン媒質に単結晶ファイバの導
波路を適用することが考えられているが、従来のレーザ
装置のバルク単結晶を単結晶ファイバの導波路に単に置
き換えただけでは、直接半導体レーザ励起ができず、筐
体の小型化や使用電力の削減を行なうことができなかっ
た。このため、バルク単結晶に比べて排熱性が良好な単
結晶ファイバを用いることができないので、レーザの発
振効率の向上や発振帯域の拡大を図ることができなかっ
た。
波路を適用することが考えられているが、従来のレーザ
装置のバルク単結晶を単結晶ファイバの導波路に単に置
き換えただけでは、直接半導体レーザ励起ができず、筐
体の小型化や使用電力の削減を行なうことができなかっ
た。このため、バルク単結晶に比べて排熱性が良好な単
結晶ファイバを用いることができないので、レーザの発
振効率の向上や発振帯域の拡大を図ることができなかっ
た。
【００１６】なぜなら、バルク単結晶に代えて単結晶フ
ァイバの導波路を適用すると、導波光が平行光であるた
めに非点収差を生じなくなってしまい、斜入射球面鏡に
よって生じる非点収差を相殺することができず、発振が
不可能となってしまうからである。
ァイバの導波路を適用すると、導波光が平行光であるた
めに非点収差を生じなくなってしまい、斜入射球面鏡に
よって生じる非点収差を相殺することができず、発振が
不可能となってしまうからである。
【００１７】このようなことから、本発明は、ゲイン媒
質に単結晶ファイバの導波路を用いて極短光パルスを発
生することができるレーザ装置を提供することを目的と
した。
質に単結晶ファイバの導波路を用いて極短光パルスを発
生することができるレーザ装置を提供することを目的と
した。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明によるレーザ装置は、共振器内に、ゲイ
ン媒質となる導波路と、斜入射球面鏡と、透明バルク材
とを有するレーザ装置であって、前記透明バルク材の端
面に光路に対するブリュースター角を持たせることによ
り、前記斜入射球面鏡により生じる非点収差を上記透明
バルク材の上記端面の上記ブリュースター角により生じ
る非点収差で相殺するようにしたことを特徴とする。
ための、本発明によるレーザ装置は、共振器内に、ゲイ
ン媒質となる導波路と、斜入射球面鏡と、透明バルク材
とを有するレーザ装置であって、前記透明バルク材の端
面に光路に対するブリュースター角を持たせることによ
り、前記斜入射球面鏡により生じる非点収差を上記透明
バルク材の上記端面の上記ブリュースター角により生じ
る非点収差で相殺するようにしたことを特徴とする。
【００１９】上述したレーザ装置において、モード同期
動作を行うことを特徴とする。
動作を行うことを特徴とする。
【００２０】上述したレーザ装置において、前記導波路
が、Ｃｒ4+：ＹＡＧ（４価のクロムイオンをドープした
イットリウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶ファ
イバであることを特徴とする。
が、Ｃｒ4+：ＹＡＧ（４価のクロムイオンをドープした
イットリウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶ファ
イバであることを特徴とする。
【００２１】上述したレーザ装置において、前記導波路
が、Ｃｒ4+：ＬＡＧ（４価のクロムイオンをドープした
ルテシウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶ファイ
バであることを特徴とする。
が、Ｃｒ4+：ＬＡＧ（４価のクロムイオンをドープした
ルテシウム・アルミニウム・ガーネット）単結晶ファイ
バであることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明によるレーザ装置の実施の
形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態
に限定されるものではない。
形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態
に限定されるものではない。
【００２３】［第一番目の実施の形態］本発明によるレ
ーザ装置の第一番目の実施の形態を図１を用いて説明す
る。図１は、Ｃｒ4+：ＹＡＧ（４価のクロムイオンをド
ープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット）単
結晶ファイバを用いて、半導体レーザにより直接励起す
る、受動モード同期型のレーザ装置の概略構成図であ
る。
ーザ装置の第一番目の実施の形態を図１を用いて説明す
る。図１は、Ｃｒ4+：ＹＡＧ（４価のクロムイオンをド
ープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット）単
結晶ファイバを用いて、半導体レーザにより直接励起す
る、受動モード同期型のレーザ装置の概略構成図であ
る。
【００２４】図１において、ゲイン媒質となる導波路で
あるＣｒ4+：ＹＡＧ単結晶ファイバ１１は、断面形状が
角の丸い四角形をなし、対角線の長さが１２０μｍ、軸
心方向の長さが２０ｍｍであり、全体の形状が極く細い
針状となっている。単結晶ファイバ１１は、両端面が共
に垂直であり、誘電体多層膜がコーティングされてお
り、励起光を９５％以上、発振光を９９．５％以上透過
するようになっている。単結晶ファイバ１１は、側面に
厚さ約１μｍの酸化シリコン膜が蒸着されており、基本
横モード直径が約６０μｍの導波路となっている。
あるＣｒ4+：ＹＡＧ単結晶ファイバ１１は、断面形状が
角の丸い四角形をなし、対角線の長さが１２０μｍ、軸
心方向の長さが２０ｍｍであり、全体の形状が極く細い
針状となっている。単結晶ファイバ１１は、両端面が共
に垂直であり、誘電体多層膜がコーティングされてお
り、励起光を９５％以上、発振光を９９．５％以上透過
するようになっている。単結晶ファイバ１１は、側面に
厚さ約１μｍの酸化シリコン膜が蒸着されており、基本
横モード直径が約６０μｍの導波路となっている。
【００２５】単結晶ファイバ１１は、導波モードが鉛直
方向と水平方向とで僅かに異なっており、透過する光に
対して非点収差を引き起こすようになっている。しかし
ながら、その大きさは非常に小さく、斜入射する球面鏡
１４による非点収差と相殺することができない。励起用
の高出力の半導体レーザ１９からの発振波長０．９８μ
ｍにおける、Ｃｒ4+による吸収量は１．５cm-1である。
方向と水平方向とで僅かに異なっており、透過する光に
対して非点収差を引き起こすようになっている。しかし
ながら、その大きさは非常に小さく、斜入射する球面鏡
１４による非点収差と相殺することができない。励起用
の高出力の半導体レーザ１９からの発振波長０．９８μ
ｍにおける、Ｃｒ4+による吸収量は１．５cm-1である。
【００２６】透明バルク材である分散補償媒体１２は、
ＯＨ基による吸収を極小量に減らした石英ガラス系の材
料が用いられ、長さが２６．７ｍｍとなっている。この
分散補償媒体１２は、両端面が光路に対してブリュース
ター角を持っている。Ｃｒ4+：ＹＡＧ結晶の群速度分散
量が＋４５４ｆｓ2 であるのに対し、この分散補償媒体
１２の群速度分散量が−５９３ｆｓ2 であるので、共振
器は、全体の分散量が負になっている。
ＯＨ基による吸収を極小量に減らした石英ガラス系の材
料が用いられ、長さが２６．７ｍｍとなっている。この
分散補償媒体１２は、両端面が光路に対してブリュース
ター角を持っている。Ｃｒ4+：ＹＡＧ結晶の群速度分散
量が＋４５４ｆｓ2 であるのに対し、この分散補償媒体
１２の群速度分散量が−５９３ｆｓ2 であるので、共振
器は、全体の分散量が負になっている。
【００２７】出力結合鏡を兼ねる半導体ミラー１３は、
ミラー部と可飽和吸収部とを持ち、ミラー部がＡｌＡｓ
とＧａＡｓとを交互に積層されたブラッグ鏡であり、可
飽和吸収部がＧａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＡｌ0.48Ｉｎ0.52
Ａｓとからなる二重量子井戸構造となっている。半導体
ミラー１３は、発振波長に対し９８％の反射率を持ち、
可飽和吸収が１％である。
ミラー部と可飽和吸収部とを持ち、ミラー部がＡｌＡｓ
とＧａＡｓとを交互に積層されたブラッグ鏡であり、可
飽和吸収部がＧａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＡｌ0.48Ｉｎ0.52
Ａｓとからなる二重量子井戸構造となっている。半導体
ミラー１３は、発振波長に対し９８％の反射率を持ち、
可飽和吸収が１％である。
【００２８】斜入射球面鏡１４は、発振波長に対して９
９．５％以上反射し、曲率半径および設置位置が、前記
単結晶ファイバ１１の当該球面鏡１４の側端面でのビー
ム径約６０μｍに対して、半導体ミラー１３の鏡面上で
のビーム径が約４０μｍになるように設定されている。
９．５％以上反射し、曲率半径および設置位置が、前記
単結晶ファイバ１１の当該球面鏡１４の側端面でのビー
ム径約６０μｍに対して、半導体ミラー１３の鏡面上で
のビーム径が約４０μｍになるように設定されている。
【００２９】この場合、分散補償媒体１２の設置位置で
は、光線が平行となっておらず非点収差を生じてしま
う。そこで、この非点収差を相殺するように斜入射球面
鏡１４に対する光線の入射角を設定すると共に、単結晶
ファイバ１１による非点収差を相殺するように発振調整
時に微調整する。その結果、半導体ミラー１３の鏡面上
における焦点に非点収差がなくなり、レーザ発振が可能
となる。
は、光線が平行となっておらず非点収差を生じてしま
う。そこで、この非点収差を相殺するように斜入射球面
鏡１４に対する光線の入射角を設定すると共に、単結晶
ファイバ１１による非点収差を相殺するように発振調整
時に微調整する。その結果、半導体ミラー１３の鏡面上
における焦点に非点収差がなくなり、レーザ発振が可能
となる。
【００３０】平面鏡１７は、単結晶ファイバ１１の端面
に近接するように設置され、発振光に対し９９．５％以
上反射すると共に、励起光に対し９５％以上透過するよ
うになっている。
に近接するように設置され、発振光に対し９９．５％以
上反射すると共に、励起光に対し９５％以上透過するよ
うになっている。
【００３１】半導体レーザ１９は、光電変換効率が４０
％程度と高く、消費電力がＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べ
て約１／３程度で済み、発生する熱量も小さいために冷
却に要する電力もＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べて低くな
っている。
％程度と高く、消費電力がＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べ
て約１／３程度で済み、発生する熱量も小さいために冷
却に要する電力もＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べて低くな
っている。
【００３２】このようなキャビティ筐体の大きさは、奥
行きが３０ｃｍ、幅が３０ｃｍ、高さが２０ｃｍとなっ
た。一方、レーザ電源の大きさは、奥行きが４０ｃｍ、
幅が４０ｃｍ、高さが１５ｃｍとなった。
行きが３０ｃｍ、幅が３０ｃｍ、高さが２０ｃｍとなっ
た。一方、レーザ電源の大きさは、奥行きが４０ｃｍ、
幅が４０ｃｍ、高さが１５ｃｍとなった。
【００３３】このような構造をなすレーザ装置において
は、半導体レーザ１９により８Ｗで励起することによ
り、中心波長１．５５μｍ、ＣＷ出力約５０ｍＷ、パル
ス幅１００ｆｓ以下でモード同期パルス発振を行うこと
ができた。
は、半導体レーザ１９により８Ｗで励起することによ
り、中心波長１．５５μｍ、ＣＷ出力約５０ｍＷ、パル
ス幅１００ｆｓ以下でモード同期パルス発振を行うこと
ができた。
【００３４】つまり、従来は、斜入射球面鏡４，５によ
って生じる非点収差をゲイン媒質のバルク単結晶１の端
面のブリュースター角により相殺していたが、本発明
は、斜入射球面鏡１４によって生じる非点収差を透明バ
ルク材である分散補償媒体１２の端面のブリュースター
角により相殺するようにしたのである。
って生じる非点収差をゲイン媒質のバルク単結晶１の端
面のブリュースター角により相殺していたが、本発明
は、斜入射球面鏡１４によって生じる非点収差を透明バ
ルク材である分散補償媒体１２の端面のブリュースター
角により相殺するようにしたのである。
【００３５】したがって、従来のゲイン媒質のバルク単
結晶１を単結晶ファイバ１１の導波路に置き換えること
ができ、直接半導体レーザ励起が可能となり、筐体の小
型化、使用電力の削減を実現することができる。また、
単結晶ファイバ１１の導波路は、排熱性が良好なので、
レーザの発振効率を高めることができ、発振帯域を拡大
することができる。
結晶１を単結晶ファイバ１１の導波路に置き換えること
ができ、直接半導体レーザ励起が可能となり、筐体の小
型化、使用電力の削減を実現することができる。また、
単結晶ファイバ１１の導波路は、排熱性が良好なので、
レーザの発振効率を高めることができ、発振帯域を拡大
することができる。
【００３６】［第二番目の実施の形態］本発明によるレ
ーザ装置の第二番目の実施の形態を図２を用いて説明す
る。図２は、Ｃｒ4+：ＬＡＧ（４価のクロムイオンをド
ープしたルテシウム・アルミニウム・ガーネット）単結
晶ファイバを用いて、半導体レーザにより直接励起す
る、波長可変受動モード同期型のレーザ装置の概略構成
図である。
ーザ装置の第二番目の実施の形態を図２を用いて説明す
る。図２は、Ｃｒ4+：ＬＡＧ（４価のクロムイオンをド
ープしたルテシウム・アルミニウム・ガーネット）単結
晶ファイバを用いて、半導体レーザにより直接励起す
る、波長可変受動モード同期型のレーザ装置の概略構成
図である。
【００３７】図２において、ゲイン媒質となる導波路で
あるＣｒ4+：ＬＡＧ単結晶ファイバ２１は、断面形状が
角の丸い四角形をなし、対角線の長さが１２０μｍ、軸
心方向の長さが２０ｍｍであり、全体の形状が極く細い
針状となっている。単結晶ファイバ２１は、両端面が共
に垂直であり、誘電体多層膜がコーティングされてお
り、励起光を９５％以上、発振光を９９．５％以上透過
するようになっている。単結晶ファイバ２１は、側面に
厚さ約１μｍの酸化シリコン膜が蒸着されており、基本
横モード直径が約６０μｍの導波路となっている。
あるＣｒ4+：ＬＡＧ単結晶ファイバ２１は、断面形状が
角の丸い四角形をなし、対角線の長さが１２０μｍ、軸
心方向の長さが２０ｍｍであり、全体の形状が極く細い
針状となっている。単結晶ファイバ２１は、両端面が共
に垂直であり、誘電体多層膜がコーティングされてお
り、励起光を９５％以上、発振光を９９．５％以上透過
するようになっている。単結晶ファイバ２１は、側面に
厚さ約１μｍの酸化シリコン膜が蒸着されており、基本
横モード直径が約６０μｍの導波路となっている。
【００３８】単結晶ファイバ２１は、導波モードが鉛直
方向と水平方向とで僅かに異なっており、透過する光に
対して非点収差を引き起こすようになっている。しかし
ながら、その大きさは非常に小さく、斜入射する球面鏡
２４による非点収差と相殺することができない。励起用
の高出力の半導体レーザ２９からの発振波長０．９８μ
ｍにおける、Ｃｒ4+による吸収量は１．５cm-1である。
方向と水平方向とで僅かに異なっており、透過する光に
対して非点収差を引き起こすようになっている。しかし
ながら、その大きさは非常に小さく、斜入射する球面鏡
２４による非点収差と相殺することができない。励起用
の高出力の半導体レーザ２９からの発振波長０．９８μ
ｍにおける、Ｃｒ4+による吸収量は１．５cm-1である。
【００３９】透明バルク材である分散補償媒体２２は、
ＯＨ基による吸収を極小量に減らした石英ガラス系の材
料が用いられ、両端面が光路に対してブリュースター角
を持つと共に、共振器の全体の分散量を負にするように
長さが定められている。
ＯＨ基による吸収を極小量に減らした石英ガラス系の材
料が用いられ、両端面が光路に対してブリュースター角
を持つと共に、共振器の全体の分散量を負にするように
長さが定められている。
【００４０】半導体ミラー２３は、ミラー部と可飽和吸
収部とを持ち、ミラー部がＡｌＡｓとＧａＡｓとを交互
に積層されたブラッグ鏡であり、可飽和吸収部がＧａ
0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓとからなる二
重量子井戸構造となっている。半導体ミラー２３は、発
振波長に対し９８．５％の反射率を持ち、可飽和吸収が
１％である。
収部とを持ち、ミラー部がＡｌＡｓとＧａＡｓとを交互
に積層されたブラッグ鏡であり、可飽和吸収部がＧａ
0.47Ｉｎ0.53ＡｓとＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓとからなる二
重量子井戸構造となっている。半導体ミラー２３は、発
振波長に対し９８．５％の反射率を持ち、可飽和吸収が
１％である。
【００４１】複屈折フィルタ２５は、発振波長を規定
し、わずかな非点収差を生じるようになっている。
し、わずかな非点収差を生じるようになっている。
【００４２】斜入射球面鏡２４は、発振波長に対して９
９．５％以上反射し、曲率半径および設置位置が、前記
単結晶ファイバ２１の当該球面鏡２４の側端面でのビー
ム径約６０μｍに対して、半導体ミラー２３の鏡面上で
のビーム径が約４０μｍになるように設定されている。
９．５％以上反射し、曲率半径および設置位置が、前記
単結晶ファイバ２１の当該球面鏡２４の側端面でのビー
ム径約６０μｍに対して、半導体ミラー２３の鏡面上で
のビーム径が約４０μｍになるように設定されている。
【００４３】この場合、分散補償媒体２２の設置位置で
は、光線が平行となっておらず非点収差を生じてしま
う。そこで、この非点収差を相殺するように斜入射球面
鏡２４に対する光線の入射角を設定すると共に、単結晶
ファイバ２１および上記複屈折フィルタ２５による非点
収差を相殺するように発振調整時に微調整する。その結
果、半導体ミラー２３の鏡面上における焦点に非点収差
がなくなり、レーザ発振が可能となる。
は、光線が平行となっておらず非点収差を生じてしま
う。そこで、この非点収差を相殺するように斜入射球面
鏡２４に対する光線の入射角を設定すると共に、単結晶
ファイバ２１および上記複屈折フィルタ２５による非点
収差を相殺するように発振調整時に微調整する。その結
果、半導体ミラー２３の鏡面上における焦点に非点収差
がなくなり、レーザ発振が可能となる。
【００４４】出力結合用の平面鏡２７は、単結晶ファイ
バー１１の端面に近接するように設置され、発振光に対
し９９％以上反射すると共に、励起光に対し９５％以上
透過するようになっている。
バー１１の端面に近接するように設置され、発振光に対
し９９％以上反射すると共に、励起光に対し９５％以上
透過するようになっている。
【００４５】平面鏡２８は、励起光の光路から直角方向
に反射して出力を取り出すようになっている。
に反射して出力を取り出すようになっている。
【００４６】半導体レーザ２９は、光電変換効率が４０
％程度と高く、消費電力がＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べ
て約１／３程度で済み、発生する熱量も小さいために冷
却に要する電力もＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べて低くな
っている。
％程度と高く、消費電力がＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べ
て約１／３程度で済み、発生する熱量も小さいために冷
却に要する電力もＮｄ：ＹＶＯ4 レーザに比べて低くな
っている。
【００４７】このようなキャビティ筐体の大きさは、奥
行きが３０ｃｍ、幅が３０ｃｍ、高さが２０ｃｍとなっ
た。一方、レーザ電源の大きさは、奥行きが４０ｃｍ、
幅が４０ｃｍ、高さが１５ｃｍとなった。
行きが３０ｃｍ、幅が３０ｃｍ、高さが２０ｃｍとなっ
た。一方、レーザ電源の大きさは、奥行きが４０ｃｍ、
幅が４０ｃｍ、高さが１５ｃｍとなった。
【００４８】このような構造をなすレーザ装置において
は、半導体レーザ２９により８Ｗで励起することによ
り、ＣＷ出力約５０ｍＷ、パルス幅１００ｆｓ以下でモ
ード同期パルス発振を行うことができた。中心波長の可
変域は、単結晶ファイバ２１の排熱効率が高いため、バ
ルク単結晶を用いた従来の場合に比べて大幅に拡大し
た。
は、半導体レーザ２９により８Ｗで励起することによ
り、ＣＷ出力約５０ｍＷ、パルス幅１００ｆｓ以下でモ
ード同期パルス発振を行うことができた。中心波長の可
変域は、単結晶ファイバ２１の排熱効率が高いため、バ
ルク単結晶を用いた従来の場合に比べて大幅に拡大し
た。
【００４９】つまり、従来は、斜入射球面鏡４，５によ
って生じる非点収差をゲイン媒質のバルク単結晶１の端
面のブリュースター角により相殺していたが、本発明
は、斜入射球面鏡２４によって生じる非点収差を透明バ
ルク材である分散補償媒体２２の端面のブリュースター
角により相殺するようにしたのである。
って生じる非点収差をゲイン媒質のバルク単結晶１の端
面のブリュースター角により相殺していたが、本発明
は、斜入射球面鏡２４によって生じる非点収差を透明バ
ルク材である分散補償媒体２２の端面のブリュースター
角により相殺するようにしたのである。
【００５０】したがって、従来のゲイン媒質であったバ
ルク単結晶を単結晶ファイバ２１の導波路にすることが
でき、直接半導体レーザ励起が可能となり、筐体の小型
化、使用電力の削減を実現することができる。また、単
結晶ファイバ２１の導波路は、排熱性が良好なので、レ
ーザの発振効率を高めることができ、発振帯域を拡大す
ることができる。
ルク単結晶を単結晶ファイバ２１の導波路にすることが
でき、直接半導体レーザ励起が可能となり、筐体の小型
化、使用電力の削減を実現することができる。また、単
結晶ファイバ２１の導波路は、排熱性が良好なので、レ
ーザの発振効率を高めることができ、発振帯域を拡大す
ることができる。
【００５１】なお、上述した各実施の形態では、単結晶
ファイバ１１，２１として、Ｃｒ4+：ＹＡＧ単結晶、Ｃ
ｒ4+：ＬＡＧ単結晶を用いたが、これに限らず、Ｔ
ｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 （３価チタンイオンをドープしたサフ
ァイア）単結晶やＣｒ4+：Ｍｇ2ＳｉＯ4 （４価のクロ
ムイオンをドープしたフォルステライト）単結晶などの
ように、他のゲイン媒体を単結晶ファイバに適用するこ
とも可能である。
ファイバ１１，２１として、Ｃｒ4+：ＹＡＧ単結晶、Ｃ
ｒ4+：ＬＡＧ単結晶を用いたが、これに限らず、Ｔ
ｉ3+：Ａｌ2 Ｏ3 （３価チタンイオンをドープしたサフ
ァイア）単結晶やＣｒ4+：Ｍｇ2ＳｉＯ4 （４価のクロ
ムイオンをドープしたフォルステライト）単結晶などの
ように、他のゲイン媒体を単結晶ファイバに適用するこ
とも可能である。
【００５２】
【発明の効果】本発明によるレーザ装置は、斜入射球面
鏡によって生じる非点収差を透明バルク材の端面のブリ
ュースター角によって相殺することにより、ゲイン媒質
を、従来のバルク単結晶から導波路構造に置き換えるこ
とができ、直接半導体レーザ励起を可能とした。その結
果、筐体の小型化、使用電力の削減を実現することがで
きた。また、導波路構造は、排熱性が良好なため、レー
ザの発振効率を高めることができ、発振帯域を拡大する
ことができる。
鏡によって生じる非点収差を透明バルク材の端面のブリ
ュースター角によって相殺することにより、ゲイン媒質
を、従来のバルク単結晶から導波路構造に置き換えるこ
とができ、直接半導体レーザ励起を可能とした。その結
果、筐体の小型化、使用電力の削減を実現することがで
きた。また、導波路構造は、排熱性が良好なため、レー
ザの発振効率を高めることができ、発振帯域を拡大する
ことができる。
【図１】本発明によるレーザ装置の第一番目の実施の形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図２】本発明によるレーザ装置の第二番目の実施の形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図３】従来のレーザ装置の一例の概略構成図である。
１１，２１ 単結晶ファイバ １２，２２ 分散補償媒体 １３，２３ 半導体ミラー １４，２４ 斜入射球面鏡 １７，２７，２８ 平面鏡 １９，２９ 半導体レーザ ２５ 複屈折フィルタ
Claims (4)
- 【請求項１】 共振器内に、ゲイン媒質となる導波路
と、斜入射球面鏡と、透明バルク材とを有するレーザ装
置であって、前記透明バルク材の端面に光路に対するブ
リュースター角を持たせることにより、前記斜入射球面
鏡により生じる非点収差を上記透明バルク材の上記端面
の上記ブリュースター角により生じる非点収差で相殺す
るようにしたことを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 モード同期動作を行うことを特徴とするレーザ装置。
- 【請求項３】 請求項２において、 前記導波路が、Ｃｒ4+：ＹＡＧ（４価のクロムイオンを
ドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット）
単結晶ファイバであることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項４】 請求項２において、 前記導波路が、Ｃｒ4+：ＬＡＧ（４価のクロムイオンを
ドープしたルテシウム・アルミニウム・ガーネット）単
結晶ファイバであることを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000058667A JP2001251002A (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000058667A JP2001251002A (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001251002A true JP2001251002A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18579232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000058667A Pending JP2001251002A (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001251002A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003198013A (ja) * | 2001-10-19 | 2003-07-11 | Toshiba Corp | ファイバレーザ装置およびその光合分波器と映像表示装置 |
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-
2000
- 2000-03-03 JP JP2000058667A patent/JP2001251002A/ja active Pending
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