JP2004079906A

JP2004079906A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2004079906A
Application number: JP2002240828A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Furuta; 古田　啓介; Shuichi Fujikawa; 藤川　周一; Junichi Nishimae; 西前　順一
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP4109512B2

Abstract

【課題】従来の多段光増幅装置は、システムが複雑かつ高価なものとなるという問題点があった。
【解決手段】直線偏光のパルスレーザ光を発生するレーザ発振器１と、前記パルスレーザ光を増幅する固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃと、前記増幅器から放射された自然放出光の偏光方向を４５°回転させるとともに、前記レーザ発振器により反射された自然放出光の偏光方向を更に４５°回転させる４５°ファラデー回転子９と、前記増幅器から出力されるランダム偏光の自然放出光のうち直線偏光成分のみ透過するとともに、前記４５°ファラデー回転子からの反射自然放出光を光軸外へ排除する偏光ビームスプリッタ１０とを備えた。
【効果】パルスレーザ出力に悪影響を与えることなく、ＡＳＥ反射光の再入射による利得の低下を効果的に抑制することができ、増幅器の利得を、効率よく発振器出力パルス光の増幅に利用することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パルスレーザの増幅を行なう固体レーザ装置において、ＡＳＥ（自然放出光）による増幅部の利得の低減を抑制し、効率的な増幅が行なえる固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多段光増幅装置について図面を参照しながら説明する。図５は、例えば特許第２９１９１１８号公報に示された従来の多段光増幅装置の構成を示す図である。
【０００３】
図５において、１３及び１４は光増幅器、３１及び３２は光スイッチ、３３及び３４は駆動装置である。
【０００４】
図５に示すように、各光増幅器１３、１４の出力側に光スイッチ３１、３２を配置するとともに、該光増幅器１３、１４を信号光パルスに同期して駆動させる駆動装置３３、３４を設けたことを特徴とする多段光増幅装置である。
【０００５】
つぎに、従来の多段光増幅装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００６】
本構成により、各光増幅器１３、１４の出力中よりＡＳＥ（自然放出光）を除去し、信号光パルスに対する利得およびＳＮ比を向上し得る多段光増幅装置を提供するものである。
【０００７】
このような光増幅器にあっては、（１）光増幅器１３、１４毎に駆動装置３３、３４を伴う光スイッチ３１，３２を備えており、発振器の駆動と同期させるという複雑で高価なシステムとなる。
【０００８】
また、（２）増幅器から入射側へ向かうＡＳＥの反射光による影響を回避できない。
【０００９】
ところで、この発明は、増幅器に高励起の固体レーザモジュールを配したパルス発振固体レーザを対象とする。上記の多段光増幅装置は、通信用半導体レーザが対象である。例えば、近年、半導体レーザを励起光源とした固体レーザの高励起技術が進歩し、これまで問題とならなかった増幅部におけるＡＳＥによる利得の低下の影響を無視できなくなってきた。
【００１０】
そこで、従来の多段増幅のパルス発振固体レーザについて図面を参照しながら説明する。図６は、従来の固体レーザ装置の構成を示す図である。
【００１１】
図６において、１はパルスレーザ発振器、２はパルスレーザ発振器１の出力光取り出しミラー、３ａ〜３ｃは固体レーザ光増幅器である。また、４はパルスレーザ発振器１からのパルスレーザ出力、５ａ〜５ｃはそれぞれの固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃから出射される増幅後のパルスレーザ出力である。
【００１２】
つぎに、従来の多段増幅のパルス発振固体レーザの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図７は、従来の固体レーザ装置のパルスレーザ発振器、及び各固体レーザ光増幅器の通過後のパルスレーザ出力波形を示す図である。
【００１４】
図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、パルスレーザ発振器１から出力されるパルスレーザ光は、各固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃを通過するごとに、そのパルスエネルギーを増大させる。
【００１５】
図８は、従来の固体レーザ装置の固体レーザ光増幅器の利得の時間変化を示す図である。
【００１６】
各固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃにおいて、パルスレーザ発振器１からのパルスレーザ光入射以前の期間は固体レーザ媒質の励起が行なわれており、図８に示すとおり、固体レーザ光増幅器の利得は次第に増加していく。そして、固体レーザ光増幅器へのパルス光入射とともに、固体レーザ光増幅器の利得はパルスエネルギーの増幅に奪われ急激に減少する。
【００１７】
従来の多段増幅のパルス発振固体レーザにおいては、蓄積した利得が効率よくパルス光の増幅に用いられており、このようなほぼ理想的な増幅が可能となっていた。
【００１８】
図９は、固体レーザ光増幅器から出射されるＡＳＥを示す図である。また、図１０は、多段の固体レーザ光増幅器により増幅されるＡＳＥを示す図である。
【００１９】
しかし、高励起の固体レーザモジュールを増幅器として用いた場合は、上記のような理想的な増幅が困難となる。図９に示すように、各固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃからは利得蓄積中においてＡＳＥを放射する。
【００２０】
また、多段増幅を行なう場合、図１０に示すように、隣接する固体レーザ光増幅器からのＡＳＥが入射し、ＡＳＥが増幅されることになる。図１０において、６ａ〜６ｃは、レーザ出射側へ増幅されていくＡＳＥを示す。また、７ａ〜７ｃは、レーザ入射側へ増幅されていくＡＳＥを示す。
【００２１】
図１１は、従来の固体レーザ装置のＡＳＥ反射光の再増幅を示す図である。
【００２２】
また、パルスレーザ発振器側へ放射されるＡＳＥにおいては、パルスレーザ発振器側の光学素子（出力光取り出しミラー２）にＡＳＥが反射し、図１１に示すように、各固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃに増幅されながら再入射する状況がある。図１１において、８ａ〜８ｃは、一部反射され更に増幅されていくＡＳＥを示す。
【００２３】
このようなＡＳＥの増幅の影響が大きい場合、本来のパルス光の増幅に用いられるべき固体レーザ光増幅器の利得がＡＳＥに奪われ、効率的な増幅が困難となる状況が考えられる。近年の高励起技術の進展により、実際にこのような問題点が顕在化してきた。
【００２４】
図１２は、従来の固体レーザ装置の１〜３段目の各固体レーザ光増幅器のＡＳＥによる利得の低下状況を示す図である。図１２に示すように、１段目ではほとんど問題とならないが、後段になるほどＡＳＥ反射光の再増幅の影響により利得の低下が著しい。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示すような、後段になるほどＡＳＥ反射光の再増幅の影響により利得の低下が著しい状況を回避するには、ＡＳＥ反射光を遮断することによって抑制することが考えられる。図５に示す従来の多段光増幅装置は、各光増幅器間に光スイッチを設け、発振器動作と同期駆動させることによって隣接する光増幅器からのＡＳＥ入射を遮断するものであるが、システムが複雑かつ高価なものとなるという問題点があった。
【００２６】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、高励起を伴う固体レーザ増幅器においては、ＡＳＥの反射光を抑制するだけでも十分な効果が期待できる為、簡素な構成によりＡＳＥ反射光のみを抑制することができ、効率のよいパルス発振固体レーザの増幅を行なうことができる固体レーザ装置を得ることを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固体レーザ装置は、直線偏光のパルスレーザ光を発生するレーザ発振器と、前記パルスレーザ光を増幅するレーザ増幅器と、前記レーザ発振器及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から放射された自然放出光の偏光方向を４５°回転させるとともに、前記レーザ発振器により反射された自然放出光の偏光方向を更に４５°回転させる４５°ファラデー回転子と、前記４５°ファラデー回転子及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から出力されるランダム偏光の自然放出光のうち直線偏光成分のみ透過するとともに、前記４５°ファラデー回転子からの反射自然放出光を光軸外へ排除する偏光ビームスプリッタとを備えたものである。
【００２８】
この発明に係る固体レーザ装置は、前記レーザ増幅器を、多段接続された固体レーザ光増幅器としたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３０】
図１において、１は直線偏光のパルス光を発生するパルスレーザ発振器、２はパルスレーザ発振器１の出力光取り出しミラー、３ａ〜３ｃは固体レーザ光増幅器、９は４５°ファラデー回転子、１０は偏光ビームスプリッタである。
【００３１】
また、同図において、４はパルスレーザ発振器出力、５ａ〜５ｃは固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃの透過後のレーザ出力、１１はファラデー回転子９の透過後のレーザ出力、１２は偏光ビームスプリッタ１０の透過後のレーザ出力を示す。
【００３２】
さらに、同図の下部には、発振器出力後のレーザ光の偏光方向を示す。ここで、偏光ビームスプリッタ１０を全透過する偏光方向が、パルスレーザ発振器１から出力されるレーザ光の偏光方向から４５°異なるように、偏光ビームスプリッタ１０を配置する。
【００３３】
つぎに、この実施の形態１に係る固体レーザ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置のＡＳＥの偏光方向を示す図である。
【００３５】
図２において、１３は１段目の固体レーザ光増幅器３ａからパルスレーザ発振器１側へ放射されるＡＳＥ、１４は偏光ビームスプリッタ１０を透過し直線偏光化されたＡＳＥ、１５は４５°ファラデー回転子９を透過したＡＳＥ、１６は反射されたＡＳＥ、１７は反射後４５°ファラデー回転子９を透過したＡＳＥをそれぞれ示す。
【００３６】
図２に示すとおり、固体レーザ光増幅器３ａからパルスレーザ発振器１側へ出力されるランダム偏光のＡＳＥ１３は、偏光ビームスプリッタ１０により直線偏光成分１４のみ透過する。
【００３７】
次に、４５°ファラデー回転子９を透過し、その偏光方向を４５°回転させたＡＳＥ１５となる。そのうち一部は出力光取り出しミラー２などの光学素子に反射され、固体レーザ光増幅器３ａ側へ向かうＡＳＥ１６となる。
【００３８】
このＡＳＥ１６は、再度、４５°ファラデー回転子９を透過し、その偏光方向を更に４５°回転させたＡＳＥ１７となる。
【００３９】
このＡＳＥ１７の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１０において、レーザ光軸外へ排除される。よって、ＡＳＥの反射光が固体レーザ光増幅器３ａへ再入射することを阻止することが可能となる。
【００４０】
また、図１の下部に示したように、パルスレーザ発振器１からのパルスレーザ出力４は、４５°ファラデー回転子９によりその偏光方向を４５°回転させるものの、その後の偏光ビームスプリッタ１０はあらかじめ４５°回転した偏光方向を透過できるように配置されているため、そのパルスエネルギーやパルス形状を変化させることなく固体レーザ光増幅器３ａへ入射することが可能である。
【００４１】
このように、１段目の固体レーザ光増幅器３ａの入射側に４５°ファラデー回転子９と偏光ビームスプリッタ１０を設けることにより、パルスレーザ発振器１からのパルスレーザ出力４に悪影響を与えずに、ＡＳＥ反射光のみを効果的に除去することが可能となる。また、従来例のような光スイッチを同期駆動させるという複雑で高価なシステムを用いずに、安価な構成で目的を達することができる。
【００４２】
図３は、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置の最後段の固体レーザ光増幅器の利得の時間変化を示す図である。図３において、Ａはこの発明を採用した場合の最後段の固体レーザ光増幅器の利得の時間変化、Ｂはこの発明を採用しない場合の最後段の固体レーザ光増幅器の利得の時間変化をそれぞれ示す。
【００４３】
本実施の形態１によって最後段の固体レーザ光増幅器３ｃの利得の低下は、図３に示すように抑制できる。
【００４４】
すなわち、この実施の形態１に係る固体レーザ装置は、直線偏光のパルスレーザ光を発生するレーザ発振器１と、前記パルスレーザ光を増幅するレーザ増幅器３と、前記レーザ発振器及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から放射された自然放出光の偏光方向を４５°回転させるとともに、前記レーザ発振器により反射された自然放出光の偏光方向を更に４５°回転させる４５°ファラデー回転子９と、前記４５°ファラデー回転子及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から出力されるランダム偏光の自然放出光のうち直線偏光成分のみ透過するとともに、前記４５°ファラデー回転子からの反射自然放出光を光軸外へ排除する偏光ビームスプリッタ１０とを備えたものである。
【００４５】
このように、４５°ファラデー回転子９、偏光ビームスプリッタ１０を固体レーザ光増幅器３のレーザ光入射側に備えたことにより、パルスレーザ発振器１からのパルスレーザ出力に悪影響を与えることなく、ＡＳＥ反射光の増幅器への再入射による利得の低下を効果的に抑制することが可能となる。これによって、増幅器の利得を、効率よく発振器出力パルス光の増幅に利用することができる。
【００４６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。
【００４７】
図４において、１は直線偏光のパルス光を発生するパルスレーザ発振器、２はパルスレーザ発振器１の出力光取り出しミラー、３は固体レーザ光増幅器、９は４５°ファラデー回転子、１０は偏光ビームスプリッタである。
【００４８】
また、同図において、４はパルスレーザ発振器出力、５は増幅器３の透過後のレーザ出力、１１はファラデー回転子９の透過後のレーザ出力、１２は偏光ビームスプリッタ１０の透過後のレーザ出力を示す。
【００４９】
上記の実施の形態１で示したのは多段の固体レーザ光増幅器３ａ〜３ｃに適用したものであったが、図４に示すように、１台の固体レーザ光増幅器３からなるシステムに適用しても当然、同様の効果がある。
【００５０】
【発明の効果】
この発明に係る固体レーザ装置は、以上説明したとおり、直線偏光のパルスレーザ光を発生するレーザ発振器と、前記パルスレーザ光を増幅するレーザ増幅器と、前記レーザ発振器及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から放射された自然放出光の偏光方向を４５°回転させるとともに、前記レーザ発振器により反射された自然放出光の偏光方向を更に４５°回転させる４５°ファラデー回転子と、前記４５°ファラデー回転子及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から出力されるランダム偏光の自然放出光のうち直線偏光成分のみ透過するとともに、前記４５°ファラデー回転子からの反射自然放出光を光軸外へ排除する偏光ビームスプリッタとを備えたので、パルスレーザ出力に悪影響を与えることなく、ＡＳＥ反射光の再入射による利得の低下を効果的に抑制することができ、増幅器の利得を、効率よく発振器出力パルス光の増幅に利用することができるという効果を奏する。
【００５１】
この発明に係る固体レーザ装置は、以上説明したとおり、前記レーザ増幅器を、多段接続された固体レーザ光増幅器としたので、パルスレーザ出力に悪影響を与えることなく、ＡＳＥ反射光の再入射による利得の低下を効果的に抑制することができ、増幅器の利得を、効率よく発振器出力パルス光の増幅に利用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置のＡＳＥの偏光方向を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置の最後段の固体レーザ光増幅器の利得の時間変化を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図５】従来の多段光増幅装置の構成を示す図である。
【図６】従来の固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図７】従来の固体レーザ装置のパルスレーザ発振器、及び各固体レーザ光増幅器の通過後のパルスレーザ出力波形を示す図である。
【図８】従来の固体レーザ装置の固体レーザ光増幅器の利得の時間変化を示す図である。
【図９】固体レーザ光増幅器から出射されるＡＳＥを示す図である。
【図１０】多段の固体レーザ光増幅器により増幅されるＡＳＥを示す図である。
【図１１】従来の固体レーザ装置のＡＳＥ反射光の再増幅を示す図である。
【図１２】従来の固体レーザ装置の１〜３段目の各固体レーザ光増幅器のＡＳＥによる利得の低下状況を示す図である。
【符号の説明】
１　パルスレーザ発振器、２　出力光取り出しミラー、３、３ａ、３ｂ、３ｃ固体レーザ光増幅器、９　４５°ファラデー回転子、１０　偏光ビームスプリッタ。

Claims

直線偏光のパルスレーザ光を発生するレーザ発振器と、
前記パルスレーザ光を増幅するレーザ増幅器と、
前記レーザ発振器及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から放射された自然放出光の偏光方向を４５°回転させるとともに、前記レーザ発振器により反射された自然放出光の偏光方向を更に４５°回転させる４５°ファラデー回転子と、
前記４５°ファラデー回転子及び前記レーザ増幅器間の光軸上に配置され、前記レーザ増幅器から出力されるランダム偏光の自然放出光のうち直線偏光成分のみ透過するとともに、前記４５°ファラデー回転子からの反射自然放出光を光軸外へ排除する偏光ビームスプリッタと
を備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
前記レーザ増幅器は、多段接続された固体レーザ光増幅器である
ことを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。