JP2004006975A - Solid state laser amplifier and solid state laser - Google Patents
Solid state laser amplifier and solid state laser Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004006975A JP2004006975A JP2003285688A JP2003285688A JP2004006975A JP 2004006975 A JP2004006975 A JP 2004006975A JP 2003285688 A JP2003285688 A JP 2003285688A JP 2003285688 A JP2003285688 A JP 2003285688A JP 2004006975 A JP2004006975 A JP 2004006975A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- state
- light
- excitation light
- state laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、安価な構成で、安定に、高出力で高品質なレーザビームを、高効率に発生させることができる固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state laser amplifying apparatus and a solid-state laser apparatus capable of stably generating a high-output, high-quality laser beam with high efficiency with an inexpensive configuration.
図13は、従来の固体レーザ装置を示す側面構成図である(例えば、非特許文献1参照)。図において、1は反射ミラー、2は部分反射ミラー、3は活性固体媒質を含む固体素子で、ヤグレーザを例にとれば活性固体媒質としてNdをドーピングしたNd:YAG(Nd:Yttrium Aluminum Garnet)である。4は励起光源で、例えばGaAlAsを主成分とする半導体レーザ、5は励起光源4を駆動する電源、6は集光レンズ、7はミラー1、2により構成されたレーザ共振器内に発生したレーザビーム、10は反射ミラー1がレーザビーム7に対して全反射、半導体レーザの光に対して全透過となるようにする光学薄膜、40は半導体レーザ4から発せられた光、70は部分反射ミラー2により外部に取り出されたレーザビーム、100は基台である。
FIG. 13 is a side view showing a conventional solid-state laser device (for example, see Non-Patent Document 1). In the figure, 1 is a reflection mirror, 2 is a partial reflection mirror, 3 is a solid-state element including an active solid medium, and in the case of a yag laser, Nd: YAG (Nd: Yttrium @ Aluminum @ Garnet) doped with Nd as an active solid medium. is there.
従来の固体レーザ装置は上記のように構成されており、電源5により点灯された半導体レーザ4の光を、集光レンズ6により固体素子3の端面より導入し、これを励起してレーザ増幅媒質とする。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー1とミラー2により構成される共振器間を往復する間に増幅され、指向性の良いレーザビーム7となり、一定以上の大きさに達すると、レーザビーム70として外部に放出される。
The conventional solid-state laser device is configured as described above, and the light of the
上記のような従来の固体レーザ装置では、半導体レーザの光を端面より固体素子に導く構成としたために、端面近傍が強く励起され、高出力を発生させようとして出力の大きい半導体レーザにより励起すると、固体素子内に光の強度分布が発生しビーム形状が崩れた。このために、従来の構成で高出力の高品質ビームを発生させることはできなかった。 In the conventional solid-state laser device as described above, since the light of the semiconductor laser is guided to the solid-state element from the end face, the vicinity of the end face is strongly excited, and when a semiconductor laser having a large output is used to generate high output, Light intensity distribution was generated in the solid-state device, and the beam shape was broken. For this reason, it was not possible to generate a high-output high-quality beam with the conventional configuration.
さらに、従来の固体レーザ装置では、固体素子の吸収率は半導体レーザの波長に依存するために、安定な動作をさせるには半導体レーザの波長を固体素子の吸収波長に合わせる必要があった。図14はNd:YAGレーザを例に取り、半導体レーザの波長と励起効率の関係を示すが、励起発振効率を一定に保った安定な動作には、中心波長が810nmの半導体レーザを選択して、さらにその温度コントロールを行う必要がある。これにより装置の構成が複雑になるのに加え、半導体レーザの製造における歩留まりを悪くし、その価格を押し上げ、高価な装置になるという問題もあった。 Furthermore, in the conventional solid-state laser device, since the absorption rate of the solid-state device depends on the wavelength of the semiconductor laser, it was necessary to adjust the wavelength of the semiconductor laser to the absorption wavelength of the solid-state device for stable operation. FIG. 14 shows the relationship between the wavelength of the semiconductor laser and the pumping efficiency, taking an Nd: YAG laser as an example. For stable operation while keeping the pumping oscillation efficiency constant, select a semiconductor laser having a center wavelength of 810 nm. It is necessary to further control the temperature. This not only complicates the configuration of the device, but also lowers the yield in the manufacture of semiconductor lasers, raises the price, and raises the problem of an expensive device.
さらに、従来の固体レーザ装置では、半導体レーザの光をレンズで固体素子の一点に集光して励起するように構成したために、機械的な振動などにより半導体レーザの出射方向が変化すると励起部の位置が変動し、発振が安定せず、また半導体レーザの寿命により交換する場合にも、半導体レーザの細かい位置、角度調整が必要であるという問題もあった。 Furthermore, in the conventional solid-state laser device, the light of the semiconductor laser is condensed by a lens at one point of the solid-state element and is excited. There is also a problem that the position fluctuates, the oscillation is not stable, and even when the semiconductor laser is replaced due to its life, fine adjustment of the position and angle of the semiconductor laser is required.
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、固体素子を側面から均一に励起して、高品質で、高出力のレーザ増幅媒質を得るとともに、励起光源の波長が変化しても発振効率が一定であり、また、機械的振動に対しても安定に発振し、出力の変動が少なく、安定に高出力かつ品質の良いレーザビームを発生することができる固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置を、簡単な構成により安価に得ることを目的としている。また、励起光源の交換も容易である固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and uniformly excites a solid-state element from the side to obtain a high-quality, high-output laser amplification medium, and the wavelength of the excitation light source changes. Solid-state laser amplifying device that has a constant oscillation efficiency, stably oscillates even with mechanical vibration, has a small output fluctuation, and can stably generate a high-output and high-quality laser beam. And to obtain a solid-state laser device at a low cost with a simple configuration. It is another object of the present invention to provide a solid-state laser amplifying device and a solid-state laser device in which the excitation light source can be easily replaced.
本発明の請求項1に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成され、かつ上記フローチューブを直接、または間接的に挟み込んで保持する集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものである。
A solid-state laser amplifying device according to
また、本発明の請求項2に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、この集光器の両端部を保持する側板、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものである。
The solid-state laser amplification device according to
また、本発明の請求項3に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、この集光器を保持する基台、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものである。
The solid-state laser amplifying device according to
また、本発明の請求項4に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及び上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射により転送する光学素子を備えたものである。
A solid-state laser amplifying device according to
また、本発明の請求項5に係る固体レーザ増幅装置は、請求項1ないし3のいずれかに記載された装置に対し、励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射により転送する光学素子を設けたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a solid-state laser amplifying device according to any one of the first to third aspects, wherein the light emitted from the excitation light source is totally internally reflected to the periphery of the opening or the solid-state element. Is provided with an optical element for transferring data.
また、本発明の請求項6に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及び上記励起光源からの出射光が全反射となる光学薄膜が側面に施され、上記出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
A solid-state laser amplifying device according to
また、本発明の請求項7に係る固体レーザ増幅装置は、請求項1ないし3のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、励起光源からの出射光が全反射となる光学薄膜が側面に施され、上記出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
The solid-state laser amplifying device according to
また、本発明の請求項8に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及びレンズ状に分布した屈折率を持ち、上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
A solid-state laser amplifying device according to
また、本発明の請求項9に係る固体レーザ増幅装置は、請求項1ないし3のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、レンズ状に分布した屈折率を持ち、上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
The solid-state laser amplifier according to claim 9 of the present invention is different from the solid-state laser amplifier according to any one of
また、本発明の請求項10に係る固体レーザ増幅装置は、請求項4ないし9のいずれかに記載の光学素子が、励起光源と一体化して構成されているものである。
10 Further, a solid-state laser amplifier according to
また、本発明の請求項11に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する複数の開口部を備え、上記複数の開口部のそれぞれの位置は、上記固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化しているものである。 A solid-state laser amplifying device according to claim 11 of the present invention is a solid-state device including an active solid medium, a concentrator arranged so as to surround the solid-state device, and an inner surface formed of a diffuse reflection surface; An excitation light source that emits excitation light that is arranged outside and that excites the solid-state element, includes a plurality of openings provided in the condenser, and guides the excitation light, and the positions of the plurality of openings are respectively , When viewed from the axial direction of the solid-state element.
また、本発明の請求項12に係る固体レーザ増幅装置は、請求項1ないし10のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、励起光を導光する複数の開口部を備え、上記複数の開口部のそれぞれの位置は、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化しているものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, a solid-state laser amplifying device according to any one of the first to tenth aspects further comprises a plurality of openings for guiding excitation light, Each position of the opening changes at least at one position when viewed from the axial direction of the solid-state element.
また、本発明の請求項13に係る固体レーザ増幅装置は、励起光源として半導体レーザを用いるようにしたものである。 The solid-state laser amplifying device according to claim 13 of the present invention uses a semiconductor laser as an excitation light source.
また、本発明の請求項14に係る固体レーザ装置は、請求項1ないし13のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、固体素子から光を取り出すレーザ共振器を備えたものである。 A solid-state laser device according to a fourteenth aspect of the present invention is the solid-state laser device according to any one of the first to thirteenth aspects, further comprising a laser resonator that extracts light from a solid-state element.
本発明の請求項1においては、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成され、かつ上記フローチューブを直接、または間接的に挟み込んで保持する集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部により固体レーザ増幅装置を構成したので、安定に、高出力、高品質のレーザビームを発生する固体レーザ増幅装置を、簡単な構成により安価に得ることができる。
In
また、本発明の請求項2においては、集光器の両端部を側板で保持するようにしたので、上記と同様、安定に、高出力、高品質のレーザビームを発生する固体レーザ増幅装置を、簡単な構成により安価に得ることができる。
Further, in
また、本発明の請求項3においては、集光器をフローチューブを支える側板とは別の基台で支えるようにしたために、集光器の取り外しが容易となり、集光器の交換を敏速に行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, since the light collector is supported on a base different from the side plate supporting the flow tube, the light collector can be easily removed, and the light collector can be quickly replaced. It can be carried out.
また、本発明の請求項4においては、内部全反射により入射光を転送する光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射によりに導くように構成したので、ほとんどロスなく、励起光源の光を集光器内部に導くことができるとともに、励起光の強度分布が均一になり、集光器内でより均一に拡散反射して、固体素子を極めて均一に励起することができ、高効率に高品質のレーザ増幅を行うことができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the optical element for transmitting incident light by total internal reflection allows the excitation light emitted from the excitation light source to reach the periphery of the opening of the condenser or the periphery of the solid state element by total internal reflection. Since it is configured to guide, the light of the excitation light source can be guided to the inside of the light collector with almost no loss, and the intensity distribution of the excitation light becomes uniform, and the light is diffused and reflected more uniformly in the light collector, The solid-state element can be excited very uniformly, and high-quality laser amplification can be performed with high efficiency.
また、本発明の請求項5においては、上記請求項1〜3の装置に対し、内部全反射により入射光を転送する光学素子を設けて、励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、上記効果に加え、フローチューブの周囲で集光器を回転させて、固体素子への励起位置を変化させたとき、安定して励起光を導くことができる。 According to a fifth aspect of the present invention, an optical element for transmitting incident light by total internal reflection is provided for the device of the first to third aspects, and the excitation light is supplied to the periphery of the opening of the condenser or to the solid-state element. Since the configuration is such that the light is guided to the periphery, in addition to the above-described effects, when the light collector is rotated around the flow tube to change the excitation position to the solid state element, the excitation light can be stably guided.
また、本発明の請求項6においては、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺に導くようにしたために、上記請求項4と同様の効果がある。また、安価な材料を用いることができるために、装置全体を安価にできる効果もある。 According to the sixth aspect of the present invention, the optical element that transmits light by total reflection by the optical thin film provided on the side surface allows the excitation light emitted from the excitation light source to be emitted around the opening of the condenser or around the solid-state element. Since the guiding is performed, the same effect as that of the fourth aspect is obtained. Further, since an inexpensive material can be used, there is an effect that the entire apparatus can be made inexpensive.
また、本発明の請求項7においては、上記請求項1〜3の装置に対し、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子を設けて、励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、請求項5と同様の効果がある。 According to a seventh aspect of the present invention, the device of the first to third aspects is further provided with an optical element for transmitting light by total reflection by an optical thin film provided on a side surface, and the excitation light is transmitted through an aperture of a condenser. Since the structure is guided to the periphery of the unit or the periphery of the solid-state element, the same effect as that of the fifth aspect is obtained.
また、本発明の請求項8においては、レンズ状に分布した屈折率を持つ光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺に導くように構成したので、上記請求項4と同様の効果がある。また、光学素子の長さに影響されずに、安定した品質の励起光を集光器内部に導くことができ、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
Further, in
また、本発明の請求項9においては、上記請求項1〜3の装置に対し、レンズ状に分布した屈折率を持つ光学素子を設けて、励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、請求項5と同様の効果がある。
According to a ninth aspect of the present invention, an optical element having a refractive index distributed like a lens is provided in the apparatus according to the first to third aspects, and the excitation light is supplied to the periphery of the opening of the condenser or to the solid state element. Since it is configured to guide to the periphery, the same effect as in
また、本発明の請求項10においては、励起光源と一体化して光学素子を配置したので、固体素子への励起光の入射位置が変化しても、光源と固体素子の位置関係を一定に保ち、励起分布の調整を容易にする。
Further, in
また、本発明の請求項11においては、開口部を複数設け、これら複数の開口部の位置が、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化するようにしたので、均一な励起分布が実現でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, a plurality of openings are provided, and the positions of the plurality of openings are changed in at least one place when viewed from the axial direction of the solid-state element. And high quality laser amplification can be performed.
また、本発明の請求項12においては、上記請求項1〜10の装置に対し、開口部を複数設け、これら複数の開口部の位置が、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化するようにしたので、均一な励起分布が実現でき、高品質のレーザ増幅を行うことができるとともに、フローチューブの周囲で集光器を回転させて、固体素子への励起位置を変化させたとき、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することができる。また、光学素子を用いた場合、励起光を均一化する作用が有効に作用して、さらに均一な増幅分布を得ることができる。 According to a twelfth aspect of the present invention, a plurality of openings are provided in the device according to the first to tenth aspects, and the positions of the plurality of openings are at least one position when viewed from the axial direction of the solid-state element. Because it is changed, uniform excitation distribution can be realized, high-quality laser amplification can be performed, and the position of excitation to the solid-state device is changed by rotating the condenser around the flow tube. At this time, the optimum position can be determined while observing the quality of the oscillating laser beam. In addition, when an optical element is used, the function of making the excitation light uniform works effectively, so that a more uniform amplification distribution can be obtained.
また、本発明の請求項13においては、励起光源として半導体レーザを用いるようにしたために、コンパクトな励起光源から、高効率で高出力な励起光を発生させることができ、高効率に高品質のレーザ増幅を行うことができる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, since a semiconductor laser is used as the excitation light source, a high-efficiency and high-output excitation light can be generated from a compact excitation light source, and a high-efficiency and high-quality excitation light can be generated. Laser amplification can be performed.
また、本発明の請求項14においては、レーザ共振器を用いて、励起光源からの光により励起された固体素子から、レーザビームを取り出すように構成したために、高効率に高品質なレーザビームを発生させることができる。 Further, in claim 14 of the present invention, a laser resonator is used to extract a laser beam from a solid-state element excited by light from an excitation light source. Can be generated.
実施の形態1.
図1は本発明の一実施の形態を示す構成図であり、図1(a)は横断面構成図、図1(b)は縦断面構成図、図1(c)は集光器を横方向から見た側面構成図である。図において、1、2、3、4、5、7、40、70、100は、従来装置と全く同一のものである。8は固体素子3を囲むように配置され、内面が拡散反射面よりなる集光器であり、集光器8は複数の集光器を固体素子3の軸方向に並べて構成されている。20はフローチューブで、このフローチューブ20と固体素子3の間には冷却水が流される。さらに集光器8は、このフローチューブ20を挟み込むようにしてフローチューブ20に保持される。80は集光器の側面の一部に開けられた開口部、101はフローチューブ20を支持する側板である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a horizontal cross-sectional configuration diagram, FIG. 1B is a vertical cross-sectional configuration diagram, and FIG. FIG. 2 is a side view of the configuration viewed from a direction. In the figure, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 40, 70 and 100 are exactly the same as the conventional device.
上記のように構成された固体レーザ装置において、活性固体媒質を含む固体素子3は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部80から導入された、半導体レーザ4から発せられる励起光40により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー1とミラー2により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム7となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム70として外部に放出される。
In the solid-state laser device configured as described above, the solid-
上記構成において、固体素子3により吸収されなかった半導体レーザの光は、固体素子を通過後、集光器内面で拡散反射し、再び固体素子を均一に励起する。この場合の励起効率は、固体素子に最終的に吸収されるまでの、拡散反射面での光の反射回数の確率を考慮して計算できる。
In the above configuration, the light of the semiconductor laser not absorbed by the solid-
図2は固体素子の励起効率を、集光器内面の反射率と、固体素子を励起光が一回のみ通過するとした場合の励起効率(吸収率)との関数として計算した結果である。励起光である、例えば半導体レーザの波長が変化し、固体素子の吸収率が20〜100%と変化しても、固体素子の励起効率の変化は緩やかであることがわかる。このことは、従来例に比較してより広い範囲の波長をもつ励起光源を使用でき、また、波長の制御も厳密にする必要がないことを示す。その結果、半導体レーザの製造における歩留まりを上げ、簡単な構成で、かつ安価な装置が実現できるようになる。 FIG. 2 shows the results of calculating the excitation efficiency of the solid-state device as a function of the reflectance of the inner surface of the light collector and the excitation efficiency (absorption rate) when the excitation light passes through the solid-state device only once. It can be seen that even if the wavelength of the excitation light, for example, a semiconductor laser changes and the absorptance of the solid state device changes from 20 to 100%, the change in the excitation efficiency of the solid state device is gradual. This indicates that an excitation light source having a wider range of wavelengths can be used as compared with the conventional example, and that there is no need to strictly control the wavelength. As a result, the yield in the manufacture of semiconductor lasers can be increased, and a simple and inexpensive device can be realized.
なお、固体素子3に吸収されてレーザ光とならなかった成分は熱となり、この熱により加熱された固体素子3は、周囲に配置されたフローチューブ内を流れる冷却媒体により冷却される。
(4) The components absorbed by the
図3には、実施の形態1による固体レーザ装置の発振特性を実験により取得した結果の一例を示す。長さ1cm、幅5ミクロンの空間的に扁平な励起光を、波長810nm近傍で発生するGaAlAsを主成分とする連続発振の半導体レーザ6個を用いて、それぞれの半導体レーザ4から発生されるレーザ光を、それぞれの半導体レーザ4に対して用意した集光器8の側面に設けた、それぞれ長さ1.5cm、幅0.5mmの大きさを持つ開口部80から集光器8内に導き、集光器内に収めた直径4mm、長さ100mmの細いNd:YAG(Nd:Yttrium Aluminum Garnet)ロッド3を励起して、透過率6%の部分反射ミラー2と100%の反射率を持つ反射ミラー1からなる安定型共振器によりレーザ出力を得た。
FIG. 3 shows an example of the results obtained by experiment on the oscillation characteristics of the solid-state laser device according to the first embodiment. Lasers generated from
半導体レーザ全部の出力が併せて72Wの時に、レーザビーム70として25Wのレーザ出力が得られた。発振特性のスロープ効率、いわゆる光−光スロープ効率は48%となった。この値は、本発明の明細書の作成時点での世界最高記録である。細いロッドを用いるほど、ビーム品質の良いレーザビームの発生が容易になる。従って、このような細いロッドでこのような高い記録を達成できことは、本発明の構成が、高品質のレーザビームを、高効率で発生できるものであることを示している。
(4) When the output of all the semiconductor lasers was 72 W in total, a laser output of 25 W was obtained as the
なお、上記実施の形態では、半導体レーザ4を固体素子3の側面に複数個対称に配置する構成を示したが、これに限るものではなく、1つでもよい。
In the above embodiment, a configuration in which a plurality of
また、上記実施の形態では、集光器の交換や、各半導体レーザのビーム入射位置の調整が容易なように、集光器8は複数の集光器を固体素子3の軸方向に並べ、各集光器が開口部80を備える構成を示したが、1つの集光器に複数の開口部をもうけても良い。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施の形態では集光器8は、開口部80で、固体素子3の軸方向に沿って横方向に分割され、上下からフローチューブ20を挟んで保持する構成を示したが、これに限る必要はなく、図4に示すように縦方向に分割して、左右からフローチューブ20を挟んで保持する構成でもよく、さらに縦、横方向に4分割しても良い。
このように構成することにより、分割された集光器の一部をはずして、開口部からの出射光のパターンを見ることができ、例えば、開口部に半導体レーザの光が入射していることを確認できる。
In the above-described embodiment, the
With this configuration, a part of the split light collector can be removed, and the pattern of the light emitted from the opening can be seen. For example, the light of the semiconductor laser is incident on the opening. Can be confirmed.
さらに、本実施の形態の構成においては、集光器8をフローチューブの周囲で回転させることも可能であり、開口部の位置を変化させて、励起光の入射位置を変化させるように構成すれば、固体素子をより均一に励起でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
Further, in the configuration of the present embodiment, it is also possible to rotate the
以上のように、上記構成の固体レーザ装置は、内面が拡散反射面で構成された集光器内に固体素子を配置し、開口部から励起光を導入して固体素子を励起するようにしたために、固体素子を効率よく、均一に励起できる。
また、励起光を、励起光の発散角やビーム品質に関係ない拡散反射状のビームに変換して、固体素子を励起することができる構成としているので、入射ビームの発散状態や、ビームモード、開口部への入射位置に、ほとんど影響されずに固体素子を励起することができ、従って、機械的な振動に対しても安定に発振でき、さらに細かい再調整をすることなく、励起光源の交換ができる。
また、集光器を固体素子の周囲でフローチューブを挟み込むようにして支えるようにしたために、集光器と固体素子との関係が安定し、安定した動作が実現できる。また、フローチューブの中心、即ち、固体素子の中心と、集光器の中心とが一致するようにでき、より均一に励起できるようになる。
As described above, in the solid-state laser device having the above-described configuration, the solid-state device is arranged in the light collector in which the inner surface is formed by the diffuse reflection surface, and the solid-state device is excited by introducing the excitation light from the opening. In addition, the solid state device can be efficiently and uniformly excited.
In addition, since the excitation light is converted into a diffuse reflection beam irrespective of the divergence angle and beam quality of the excitation light, the solid state element can be excited, so that the divergence state of the incident beam, the beam mode, The solid-state element can be excited with almost no influence on the position of incidence on the opening, and therefore can stably oscillate even with mechanical vibration, and can be replaced without further fine-tuning. Can be.
Further, since the condenser is supported by sandwiching the flow tube around the solid element, the relationship between the condenser and the solid element is stabilized, and stable operation can be realized. In addition, the center of the flow tube, that is, the center of the solid-state element, and the center of the light collector can be made to coincide with each other, and excitation can be performed more uniformly.
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2による固体レーザ装置を示す構成図であり、図5(a)は横断面構成図、図5(b)は縦断面構成図、図5(c)は集光器を横方向から見た側面構成図である。実施の形態1では、集光器8をフローチューブ20を挟んで固体素子の周囲に保持する構成を示したが、フローチューブ20を支える側板にネジ止めなどにより機械的に集光器の両端部を固定するか、あるいは図5に示すように、2つの側板101を連結するネジ102を備え、このネジ102で2つの側板101間の距離を可変として、この間に集光器8を収めた後に、側板間の距離を縮めて集光器8を圧接して保持する様にしても良い。
5A and 5B are configuration diagrams showing a solid-state laser device according to
このようにすることにより、集光器と固体素子との関係が安定し、安定した動作が実現できる。また、フローチューブの中心、即ち、固体素子の中心と、集光器の中心とが一致するようにでき、より均一に励起できるようになる。 に す る By doing so, the relationship between the light collector and the solid state element is stabilized, and stable operation can be realized. In addition, the center of the flow tube, that is, the center of the solid-state element, and the center of the light collector can be made to coincide with each other, so that excitation can be performed more uniformly.
さらに、本実施の形態の構成においても、集光器8をフローチューブの周囲で回転させることも可能であり、開口部の位置を変化させて、励起光の入射位置を変化させるように構成すれば、固体素子をより均一に励起でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
Furthermore, also in the configuration of the present embodiment, it is possible to rotate the
実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3による固体レーザ装置を示す構成図であり、図6(a)は横断面構成図、図6(b)は縦断面構成図、図6(c)は集光器を横方向から見た側面構成図である。集光器8の保持の仕方としては、さらに、図6に示すように、集光器8を基台100の上に固定しても良い。この場合、集光器8は側板101と離すこともできるが、固体素子3の、基台100からの高さの調整が必要であり、例えば固体素子3の高さを、集光器8の中心が、フローチューブ20の中心、即ち固体素子3の中心と一致するように、調整する調整装置をもうけるか、機械精度でおさめれるような構造設計をすればよい。
6A and 6B are configuration diagrams showing a solid-state laser device according to
このように、集光器8をフローチューブ20を支える側板101とは別の基台100で支えるようにしたために、集光器8の取り外しが容易となり、集光器内部に汚れが発生した場合に、集光器の交換を敏速に行うことができる。
As described above, since the
実施の形態4.
図7は本発明の実施の形態4による固体レーザ装置の主要部を示す断面構成図であり、図7(a)は横断面構成図、図7(b)は縦断面構成図である。図において、45は板状の、例えばサファイア、またはドープされていないYAGからなる、励起光40を導波する光導波光学素子であり、開口部80内に配設されている。
7 is a cross-sectional configuration diagram showing a main part of a solid-state laser device according to
上記のように構成された固体レーザ装置においては、上記実施の形態1〜3と同様、活性固体媒質を含む固体素子3は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部80から導入された、半導体レーザ4から発せられる励起光40により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー1とミラー2により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム7となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム70として外部に放出される。
In the solid-state laser device configured as described above, as in the first to third embodiments, the solid-
本実施の形態に特徴的な光導波光学素子45の動作についてつけ加える。光導波光学素子45の端面には、励起光に対する無反射コートが施されており、励起光源4の光はほとんどロスなく光導波光学素子45内に導かれる。光導波光学素子45はサファイア、またはYAG(Yttrium Aluminum Garnet)から作られており、屈折率が約1.7から1.8と大きいため、光導波光学素子45内に斜入射された励起光は、光導波光学素子45の上下面で全反射させられ、ほとんどロスなく、集光器内部に導かれる。実際に、実験においても、99%以上の透過特性が実証されている。
動作 The operation of the optical waveguide
光導波光学素子45は、さらに励起光の空間分布を均一化する作用もある。例えば半導体レーザからなる励起光源5から発生された光のうち、中央部の光は全反射されることなく光導波光学素子45を通過するが、周囲部は全反射により中央部に折り返されて、光導波光学素子45から集光器内部に導かれる。この様にして、中央部と、周囲部の光を混合して、励起光の強度分布を一定にすることができる。こうして励起光の強度分布を均一化して集光器内に導くと、集光器の拡散反射による、固体素子の励起の均一化効果を高めることができる。
(4) The optical waveguide
なお、光導波光学素子45として、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子、例えばガラス、または溶融石英に例えば金、またはアルミニウム、またはフッカマグネシウムの薄膜を蒸着した素子を用いて図7と同様に構成してもよい。この場合は、安価な材料を用いることができるために、装置全体を安価にできる効果もある。
As the optical waveguide
また、光導波光学素子45として、内部の屈折率がなめらかに変化してレンズ作用により光を伝送する光学素子、例えば光ファイバーを用いて、図8に示すように構成しても良い。この場合、励起光源のビーム品質を保持したまま、励起光を導くことができるため、励起光を導く光学素子の長さに影響されずに、安定した品質の励起光を集光器内部に導くことができ、固体素子内部の励起分布を安定にすることができ、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
なお、半導体レーザを励起光源として用いた場合には、励起光の発散は上下方向のみが大きいために、上下方向のみに屈折率をなめらかにするようにしても良い。
Further, the
When a semiconductor laser is used as the excitation light source, the divergence of the excitation light is large only in the vertical direction. Therefore, the refractive index may be made smooth only in the vertical direction.
また、このように、光導波光学素子45を用いる場合には、集光器の開口部を、この光導波光学素子45により閉塞できるために、フローチューブ20を取り除いて、集光器内部に冷却剤を流して、集光器内部にフローチューブの役割をさせることもできる。
When the optical waveguide
また、光導波光学素子45は光源4と同一パッケージ内に一体化して配置しても良く、こうすると光源4と光学素子45の位置調整状態を保持したままで、光学素子45の、ロッド側面への入射位置の変更が容易にできる。例えば、実施の形態1や実施の形態2の構成のものに対し、集光器8を回転可能に構成し、開口部80の位置を変化させて固体素子への励起光の入射位置を変化させる際に、光源4と一体化された光導波光学素子45を用いて励起光を導けば、位置ズレや入射角の変化があっても励起光の伝送効率が変わらず、安定して励起光を導くことができる。
Further, the optical waveguide
実施の形態5.
図9は本発明の実施の形態5による固体レーザ装置を示す構成図であり、図9(a)は横断面構成図、図9(b)は縦断面構成図、図9(c)は集光器を横方向から見た側面構成図である。本実施の形態においては、図9に示すように、集光器8に設けられた開口部80の位置が高さ方向で変化しており、したがって、励起光源4の設置位置も高さ方向で変化している。
9A and 9B are configuration diagrams showing a solid-state laser device according to
本実施の形態の固体レーザ装置においては、上記実施の形態1〜3と同様、活性固体媒質を含む固体素子3は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部80から導入された、半導体レーザ4から発せられる励起光40により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー1とミラー2により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム7となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム70として外部に放出される。
In the solid-state laser device of the present embodiment, similarly to the above-described first to third embodiments, the solid-
本実施の形態に特徴的な開口部40の配置について説明をつけ加える。本実施の形態では、対向する2個の半導体レーザ4を、固体素子の軸方向に3組、合計6個配置しており、固体素子への励起光の入射位置が、固体素子の軸方向からみて、なるべく特定の場所に集中しないように、均等に近くなるようにしている。固体素子の増幅率は、固体素子の軸方向の積分値で表されるから、このようにして軸方向から見た励起光の入射を均等にすると、固体素子断面内の増幅率も均等となり、高品質なレーザビームの発生、増幅が容易となる。
(4) The arrangement of the
固体素子への入射位置の均一化のためには、図9では各段に2個の半導体レーザを配置する構成を示したが、これに限らないのは言うまでもなく、要は集光器の側面に備えられた開口部を複数個備えると共に、その固体素子の軸方向から見た位置が、それぞれの開口部の少なくとも一カ所でも変化していれば、固体素子断面内の増幅分布の均一性は格段に改善される。
なお、励起光源からの入射パワーを増大させると、高品質なビームの発生、増幅のために、より均一な入射位置の配置が必要となるため、上記構成が特に有効となる。
FIG. 9 shows a configuration in which two semiconductor lasers are arranged in each stage in order to make the incident position on the solid-state device uniform, but it is needless to say that the configuration is not limited to this. If a plurality of openings provided in the solid-state element are provided and the position of the solid-state element viewed from the axial direction is also changed in at least one of the openings, the uniformity of the amplification distribution in the cross-section of the solid-state element is obtained. It is greatly improved.
When the incident power from the pump light source is increased, a more uniform arrangement of the incident position is required for generating and amplifying a high-quality beam, so that the above configuration is particularly effective.
本実施の形態においても、実施の形態4で用いた光導波光学素子45を用いる構成が考えられる。上述したような、光導波光学素子45による、励起光を均一化する作用が有効に作用して、さらに均一な増幅分布を得ることができる。
に お い て Also in the present embodiment, a configuration using the optical waveguide
実施の形態6.
実施の形態5では、集光器8に設けた開口部80の位置を変化させたが、実施の形態1で示した、集光器8をフローチューブ20を挟んで固定するものに対し、フローチューブ20の回りで集光器8を回転させて、固体素子3の軸方向から見て、断面内で周囲から均一に励起されるように、構成しても良い。図10はこのような構成の一例を示すものであり、図10(a)には横断面構成図を、図10(b)には集光器部を抜き出して、集光器部が回転している様子を固体素子の軸方向から見た図を示す。この場合、軸方向に分割された複数の集光器8は各々自由に回転できるので、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することもできる。
In the fifth embodiment, the position of the
上記実施の形態は実施の形態1の構成のものに対する適用例であったが、実施の形態2で示した、側板101で集光器8を挟みつけて固定する構成のものに対しても、フローチューブ20の回りで集光器8を回転させて、固体素子3の軸方向から見て、断面内で周囲から均一に励起されるように構成しても良い。この場合も、軸方向に分割された複数の集光器8は各々自由に回転できるので、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することもできる。
The above embodiment is an example of application to the configuration of the first embodiment. However, the configuration described in the second embodiment in which the
実施の形態7.
上記いずれの実施の形態においても、励起光源として半導体レーザを用い、かつ直接、集光器の開口部、もしくは光導波光学素子に導光する例を示したが、これに限るものでなく、例えばイオンレーザなどの他の励起源を用いても良いし、例えば図11に示すように、面状に発光するパルス半導体レーザの光を集光レンズ6を用いて、開口部80に光を導く構成も考えられる。要は集光器8に設けた開口部80に光を導光すればよい。
In any of the above embodiments, an example has been described in which a semiconductor laser is used as an excitation light source, and light is directly guided to an opening of a condenser or an optical waveguide optical element, but is not limited thereto. Another excitation source such as an ion laser may be used. For example, as shown in FIG. 11, a configuration in which light of a pulsed semiconductor laser emitting in a planar shape is guided to an
実施の形態8.
また、上記いずれの実施の形態においても、励起光源により励起された固体素子を増幅媒質とし、この増幅媒質からレーザ共振器によりレーザビームを取り出す構成を例として示したが、増幅媒質を固体レーザ増幅装置として用いることもできる。図12には、固体レーザ装置200よりレーザ共振器1、2により取り出したレーザビーム70を固体レーザ増幅装置300で増幅して、レーザビーム71として外部に取り出す構成の例を示している。
In each of the above embodiments, the solid-state element excited by the excitation light source is used as an amplification medium, and a laser beam is extracted from the amplification medium by a laser resonator. It can also be used as a device. FIG. 12 shows an example of a configuration in which the
なお上記いずれの実施の形態においても、固体素子、及びフローチューブの断面が円形のものについて説明したが、いずれも円形に限るものでなく、矩形、楕円でもよい。 In each of the above embodiments, the solid element and the flow tube have been described as having a circular cross section. However, each of the solid elements and the flow tube is not limited to a circular shape, and may be a rectangle or an ellipse.
また、上記いずれの実施の形態においても特に説明しなかったが、フローチューブ側面、光学素子など、レーザビームが通過する部分のうち、特に指示のない部分にも、通常の光学素子のように無反射薄膜を施せば通過ロスが減少し、効率の良いレーザ発振を実現することができる。 Although not particularly described in any of the above-described embodiments, a portion of the laser beam, such as the side surface of the flow tube or an optical element, through which a laser beam does not pass, which is not particularly indicated, has nothing like an ordinary optical element. By providing a reflective thin film, the passage loss is reduced, and efficient laser oscillation can be realized.
また、固体素子としてNd:YAGを用いたものについて説明したが、これに限るものでなく、光励起できる固体素子であれば良い。 Although an example using Nd: YAG as the solid state element has been described, the present invention is not limited to this, and any solid state element capable of photoexcitation may be used.
1 反射ミラー、2 部分反射ミラー、3 固体素子、4 励起光源、5 電源、7 レーザビーム、8 集光器、20 フローチューブ、40 励起光、45 光導波光学素子、70 レーザビーム、71 レーザビーム、80 開口部、100 基台、101 側板、102 ネジ、200 固体レーザ装置、300 固体レーザ増幅装置。 1 reflection mirror, 2 partial reflection mirror, 3 solid state device, 4 excitation light source, 5 power source, 7 laser beam, 8 concentrator, 20 flow tube, 40 excitation light, 45 optical waveguide optical element, 70 laser beam, 71 laser beam , 80 opening, 100 base, 101 side plate, 102 screw, 200 solid laser device, 300 、 solid laser amplifier.
Claims (14)
A solid-state laser device comprising: the solid-state laser amplification device according to claim 1; and a laser resonator that extracts light from a solid-state element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003285688A JP4001077B2 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Solid-state laser amplification device and solid-state laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003285688A JP4001077B2 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Solid-state laser amplification device and solid-state laser device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6319934A Division JPH08181368A (en) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | Solid state laser amplifier and solid state laser device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004006975A true JP2004006975A (en) | 2004-01-08 |
JP4001077B2 JP4001077B2 (en) | 2007-10-31 |
Family
ID=30438773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003285688A Expired - Lifetime JP4001077B2 (en) | 2003-08-04 | 2003-08-04 | Solid-state laser amplification device and solid-state laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4001077B2 (en) |
-
2003
- 2003-08-04 JP JP2003285688A patent/JP4001077B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4001077B2 (en) | 2007-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH08181368A (en) | Solid state laser amplifier and solid state laser device | |
US6785304B2 (en) | Waveguide device with mode control and pump light confinement and method of using same | |
JP5330801B2 (en) | Laser gain medium, laser oscillator and laser amplifier | |
JP3265173B2 (en) | Solid state laser device | |
JP2007081415A (en) | High power laser devices | |
JP2006339638A (en) | Surface emitting laser coupled together with pump laser on single heat sink | |
US20070253458A1 (en) | Diode pumping of a laser gain medium | |
JP2007194589A (en) | Externally-resonated surface emitting laser | |
WO2016080252A1 (en) | External resonator-type semiconductor laser | |
JP2001244526A (en) | Semiconductor laser excitation solid-state laser device | |
JP2000133863A (en) | Solid-state laser | |
US6625194B1 (en) | Laser beam generation apparatus | |
US6628692B2 (en) | Solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith | |
JP2004296671A (en) | Solid-state laser device | |
US20060050756A1 (en) | Solid laser excitation module | |
KR20180023132A (en) | Slab solid laser amplifier | |
JP2725648B2 (en) | Solid-state laser excitation method and solid-state laser device | |
JP7012311B2 (en) | Ultraviolet laser device | |
JP2004006975A (en) | Solid state laser amplifier and solid state laser | |
JPH11177167A (en) | Small semiconductor laser excitation solid state laser device | |
KR100348998B1 (en) | Solid-state laser module with diffusive cavity pumped by radially positioned laser diodes having line shape emitters | |
US6188713B1 (en) | Solid-state laser apparatus | |
JPH11284257A (en) | Semiconductor laser excited solid laser device | |
KR100385094B1 (en) | A DIODE-PUMPED Yb:YAG DISK LASER UTILIZING A COMPOUND PARABOLIC CONCENTRATOR | |
EP1198039B1 (en) | Solid state laser apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20030902 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20030902 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040624 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060306 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061017 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070424 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070612 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070724 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070806 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130824 Year of fee payment: 6 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |