【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続波やパルス波の発振器や増幅器として用いることのできるレーザー媒体を２組備えた二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー発振器の励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ）やランプの放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合は、レーザー媒体を励起できない場合がある。このような場合、従来は、ランプやＬＤで励起できるレーザー元素１を、励起すべき目標であるレーザー元素２とともにレーザーロッドにドープさせる複合ドーピングが行なわれてきた。複合ドーピングされたレーザー媒体では、光エネルギーで励起されたレーザー元素１が基底状態に戻る際に、レーザー元素２がそのエネルギーを受け取って励起される。
【０００３】
しかし、一般に、励起光吸収率と発振効率がともに高くなるような複合ドーピングされたレーザー媒体の製造では、レーザー元素１とレーザー元素２のレーザーロッドへのドーピングの設定が難しい。つまり、励起光源からの励起光エネルギーをレーザーエネルギーへ高い効率で変換することが困難である。また、励起光エネルギーがひとつのロッドに蓄積、放出されるので、レーザーロッドの温度が上昇し、レーザー元素２の温度も上昇してしまうため、その最適動作温度にするためには冷却する必要があるが、二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の場合、一般に冷却が難しい。例えば非特許文献１に記載されているように、レーザー元素として希土類イオンを利用したＱスイッチレーザーには、レーザー遷移の終準位のエネルギーレベルがその元素の基底準位に近いものがあり、高温の環境ではこの準位の状態密度が減少しづらいため、レーザー遷移が阻害され、高い変換効率と大きなレーザーパルスエネルギーを同時に実現することが困難となる。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔ． Ｙ． Ｆａｎ， Ｇ． Ｈｕｂｂｅｒ ａｎｄ Ｒ． Ｌ． Ｂｙｅｒ， ”Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｔ２．１ｍｍ ｏｆ ａ ｄｉｏｄｅ−ｌａｓｅｒ−ｐｕｍｐｅｄ， Ｔｍ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ Ｈｏ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２ ｌａｓｅｒ ａｔ ３００Ｋ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． １２， ｎｏ． ９， ｐｐ６７８−６８０ （１９８７）．
【０００５】
従来の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置では、レーザー元素１がドープされたレーザー媒体（レーザーロッド１）とその共振器となる一対のミラーからなるレーザー発振器１の中に、レーザー元素２がドープされたレーザーロッド２とその共振器となる一対のミラーからなるレーザー発振器２が挿入された構成である。レーザーロッド１をＬＤで光励起してレーザー発振を行わせ、その出力の一部を出力鏡のミラーから取り出す。この発振光が共振器内のレーザーロッド２を通過する際にこれを光励起し、レーザー発振器２の共振器により発振する。その出力はレーザー発振器２の出力鏡のミラーから取り出し、その外側にあるレーザー発振器１の共振器のミラーを透過して外部に取り出される。
【０００６】
上記の構成においては、レーザー発振器２の共振器は、レーザー発振器１のレーザー光を損失なく通過させなければならないので、レーザー発振器２にその発振を制御するＱスイッチ等の発振制御素子を挿入して、パルス発振させることが困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、レーザー発振器の励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ）やランプの放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合では、従来の複合ドーピングされたレーザーロッドをもつレーザー装置では、高温の環境においてこの準位の状態密度が減少しづらいため、レーザー遷移が阻害され、高い変換効率と大きなレーザーパルスエネルギーを同時に実現することが困難であり、また、共振器となる一対のミラーをもった固体レーザー発振器と、その共振器内部に設けられているが、また他の共振器となる一対のミラーをもった他の固体レーザー発振器とからなるレーザー装置では、いずれかの発振器にその発振を制御するＱスイッチ等の発振制御素子を挿入してパルス発振させることが困難である。
【０００８】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ）やランプにより直接励起しづらい場合でも高い変換効率をもち、しかもパルス発振の可能な二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体レーザー元素の励起吸収スペクトルが励起光源の波長に一致しないために、ＬＤで励起することができない、または、ランプでは効率よく励起できない固体レーザーのレーザーロッドを、効率よく励起し、励起されたレーザーロッドをレーザー発振器やレーザー増幅器に利用して、偏光や発振モード、Ｑスイッチ等の発振制御や増幅を容易にしたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために第１の発明は二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置に関しており、励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体を備えた第２のレーザー共振器と、前記第２のレーザー共振器から出力光を取り出す構成とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、第２の発明は、増幅を行なうレーザー装置に関するものであり、励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体で増幅される光を入力する入力手段と、増幅された光を出力する出力手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、第３の発明は、第１の発明において、上記の第１のレーザー共振器と第２のレーザー共振器とは、ひとつの共通の反射鏡を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、第４の発明は、第１の発明において、上記の第２のレーザー共振器のひとつの反射鏡は、上記の第１の固体レーザー媒体で増幅される光の一部を透過することで出力することを特徴としている。
【００１４】
また、第５の発明は、種々の形態のレーザー発振を実現するために第１、第３、あるいは第４の発明において、上記の第２のレーザー共振器内の光路上に、発振制御素子を配置したことを特徴としている。
【００１５】
また、第６の発明は、パルス発振させるために、第５の発明において、上記の発振制御素子は、Ｑスイッチであることを特徴としている。
【００１６】
また、第７の発明は、モード同期型とするために、第５の発明において、上記の発振制御素子は、モード同期素子であることを特徴としている。
【００１７】
また、第８の発明は、より短波長の光出力とするために、第５の発明において、上記の発振制御素子は、波長変換素子であることを特徴としている。
【００１８】
また、第９の発明は、光増幅をおこなわせるために、第１、第２、第３、第４、あるいは第８の発明において、上記の第１のレーザー共振器は、発振器の状態にあり、上記の第２のレーザー共振器は、増幅器の状態にあることを特徴としている。
【００１９】
また、第１０の発明は、第２の固体レーザー媒体を効率よく励起するために、第１、第２、第３、第４、あるいは第８の発明において、上記の第１のレーザー共振器内の光路上に、発振制御素子を配置したことを特徴としている。
【００２０】
また、第１１の発明は、反転分布における上準位寿命の短い第２の固体レーザー媒体を効率よく励起するために、第１０の発明において、上記の発振制御素子は、Ｑスイッチであり、上記の第２の固体レーザー媒体は、パルス光の増幅を行なうことを特徴としている。
【００２１】
また、第１２の発明は、第１のレーザー発振器の発振波長より短波長の光で第２の固体レーザー媒体を励起するために、第１０の発明において、上記の発振制御素子は、波長変換素子であることを特徴としている。
【００２２】
また、第１３の発明は、レーザー発振器に関しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１のレーザー発振器の光路と第２のレーザー発振器の光路とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）第１のレーザー発振器の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体と、第２のレーザー発振器の光共振器を構成する二つの反射体の一方が設置され、（４）第１のレーザー発振器を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２３】
また、第１４の発明は、レーザー増幅器に関しており、（１）二つの反射体からなる光共振器と第１のレーザー媒体とを備えたレーザー発振器と、反射体と第２のレーザー媒体とを備えた光増幅器と、を備え、（２）レーザー発振器の光路と光増幅器の光路とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）レーザー発振器の光共振器のなかに、光増幅器の反射体と第２のレーザー媒体とが設置され、（４）反射体の設けられた側の第２のレーザー媒体の第１の端部とは反対側の第２の端部から増幅する光を入力し、増幅された光を前記の第２の端部から出力する構成をもち、（５）レーザー発振器のレーザー光を励起光源として光増幅器を励起することを特徴としている。
【００２４】
また、第１５の発明は、レーザー発振器に関しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１のレーザー発振器の光路の一部と第２のレーザー発振器の光路の一部とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（４）第１のレーザー発振器を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２５】
また、第１６の発明は、レーザー発振器に関しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器と、を備え、（２）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（３）第１のレーザー発振器の光路の一部は、第２のレーザー媒体の中に形成され、その第２のレーザー媒体の端面で入射し、その側面で反射しながら伝搬し、他の端面から出射する経路上にあり、（４）第１のレーザー発振器のレーザー光を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２６】
また、第１７の発明は、第１６の発明における励起用レーザと出力用レーザとの構成を入れ換えたものに相当しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（３）第２のレーザー発振器の光路の一部は、その第２のレーザー媒体の端面で入射し、その側面で反射しながら伝搬し、他の端面から出射する経路上にあり、（４）第１のレーザー発振器のレーザー光を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２７】
また、第１８の発明は、レーザー増幅器に関しており、第１５、第１６、第１７の発明における第２のレーザ共振器を構成する二つの反射体を取り去り、第２のレーザー媒体を単一通過のレーザー増幅器として用いることを特徴としている。単一通過して増幅されたレーザー光を、ミラーでレーザー増幅器へ折り返してさらに増幅できることは明らかである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、同じ素子あるいは同じ機能を持つ素子に付いては、同じ符号を付して説明する。
【００２９】
本発明は、レーザー発振器の励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ、例えば、ＧａＡｌＡｓ ＬＤ、発振波長＝７９２ｎｍ）やランプの放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合に、その固体レーザー元素が吸収できる波長を発振する他の固体レーザーで効率よくレーザーロッドを励起し、かつ、その発振を制御できるようにするものである。
【００３０】
このため、図１に示す様に、レーザー媒体として、波長１に利得をもつレーザー元素１と波長２に利得を持つレーザー元素２がそれぞれドープされた二つのレーザーロッド２（例えば、Ｔｍ：ＹＬＦ）と３（例えば、Ｈｏ：ＹＬＦ）を用いる。レーザーロッド３の二つの入射面の片面は、波長１でほぼ全反射し、波長２でほぼ無反射になる光学膜５がつけられており、もう片面は、逆の反射特性をもつ光学膜７がつけられている。レーザー発振器１０は、レーザーロッド２とミラー４と光学膜５で構成されているが、その共振器内の光路上にレーザーロッド３が設置されている。また、レーザー発振器２０はレーザーロッド３とミラー６と光学膜７とで構成されている。
【００３１】
レーザーロッド２をランプ、または、ＬＤで光励起することにより、レーザー発振器１０で繰返し増幅され波長１でレーザー発振する。レーザーロッド３はこの発振したレーザー光を吸収して励起される。共振器内の光は、出力された光に比べて高強度であるため、励起をより容易に行なえる。また、レーザーロッド３は、共振器２０の中にあり波長２でレーザー発振し、その出力は出力鏡のミラー６から取り出される。
【００３２】
また、発振器２０のレーザー光を、同様にして励起された別のレーザーロッド３の中を往復させて、光増幅することもできる。
【００３３】
さらに、発振器２０の中に、偏光子やＱスイッチ等の発振制御素子８を配置しても発振器１０の動作に影響を与えない。あるいは、発振器１０の共振器中に発振制御素子８を入れることもできる。例えば、発振器１の中に波長変換素子を挿入して、波長１の高調波でレーザーロッド３を励起することも可能である。
【００３４】
【実施例】
［第１実施例］ 本発明の望ましい構成例として二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の第１の実施例を図１に示す。図１の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器を含むレーザー発振器であり、一方のレーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４と光学膜５とで構成される共振器と、を含み、他方のレーザー発振器２０は、レーザーロッド３と、ミラー６と光学膜７とを含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。光学膜５は、レーザー発振器１０の発振波長（波長１）について良好な反射特性を持つがレーザー発振器２０の発振波長（波長２）については、良好な透過特性をもつものである。また、光学膜７は、レーザー発振器１０の発振波長について良好な透過特性を持つが、レーザー発振器２０の発振波長については、良好な反射特性をもつものである。このような光学膜は、誘電体の多層膜によって実現されている。一般にレーザー発振器においては、出力される光に比べて共振器内の光の強度は遥かに大きいため、共振器１０内のレーザー光によりレーザーロッド３は、容易に励起される。この励起により、ミラー６と光学膜７とによる共振器内に置かれたレーザーロッド３の構成をもった発振器２０によりレーザー発振が生じ、出力鏡であるミラー６からレーザー光が出力される。
【００３５】
図１に示す様に、ミラー６と光学膜７とによる共振器内に発振制御素子８を挿入することにより、レーザー発振器２０の発振動作を容易に制御することができる。発振制御素子８として、Ｑスイッチ（例えば、ポッケルスセルＱスイッチ、あるいは、音響光学Ｑスイッチ）を用いた場合には、容易にパルスレーザー光を得る事ができる。また、モード同期素子を用いた場合には、モード同期レーザーとなる。また、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子を用いた場合には、より短波長の光を出力することができる。
【００３６】
［第２実施例］
また、図２に示す様に、発振器１０のミラー４と光学膜５とによる共振器内に発振制御素子８を挿入し、レーザー発振器１０の発振を制御できる。発振制御素子８として、Ｑスイッチを用いた場合には、レーザー媒体３の上準位寿命が励起光源１の励起時間より短い場合でも、効率よくレーザーロッド３を励起できる。また発振制御素子８として、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子（例えば、ＫＤＰ、ＬＢＯ、あるいはＢＢＯ）を用いた場合には、波長１より短波長の光でレーザーロッド３を励起することができるので、より短波長で発振するレーザー発振器や、より短波長の光を増幅することのできる光増幅装置を得る事ができる。
【００３７】
［第３実施例］
次に、レーザー増幅器の例として二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の第３の実施例を図３に示す。図３の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、１つのレーザー発振器と１つの増幅器を含むレーザー増幅器であり、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４と光学膜５とで構成される共振器とを含み、レーザー増幅器３０は、レーザーロッド３を含むものである。レーザーロッド３は、レーザー発振器１０とレーザー増幅器３０の光路上に置かれている。光学膜５は、レーザー発振器１０の発振波長について良好な反射特性を持つが、レーザー増幅器３０への入力光の波長については、良好な透過特性をもつものである。また、光学膜７は、レーザー発振器１０の発振波長について良好な透過特性を持つがレーザー増幅器３０への入力光の波長については、良好な反射特性をもつものである。
【００３８】
［第４実施例］
図４に示す様に、ミラー４と光学膜５とによる共振器内に発振制御素子８を挿入することにより、レーザー増幅器２０の動作を容易に制御することができる。発振制御素子８として、Ｑスイッチを用いた場合には、レーザー媒体３の上準位寿命が励起光源１の励起時間より短い場合でも、効率よくレーザーロッド３を励起できる。また、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子を用いた場合には、レーザーロッド３を合わせて選択することにより、より単波長の光を増幅することができる。
【００３９】
［第５実施例］
図５は、増幅する光（波長２）の入射に偏光ビームスプリッタ２３を用いた例を示す。レーザーロッド３で増幅される波長２の光は、偏光ビームスプリッタ２３と１／４波長板２２で入力光と出力光とが分離される構成になっており、入出力光は偏光ビームスプリッタ２３の別々の光学面に入射、および、出射する。偏光ビームスプリッタ２３を反射してきた波長２の直線偏光の入力光は、遅波軸を紙面垂直から４５度傾けた１／４波長板で円偏光化され、光学膜７で反射されてレーザーロッド２を往復する間に増幅される。この光が再び１／４波長板２２を通過すると、合計１／２波長板を通過したのと同じになり、偏光方向が入力光と垂直な直線偏光に変わり、ビームスプリッタ２３を通過して出力光が得られる。
【００４０】
［第６実施例］
この場合も、図６に示す様に、ミラー４と光学膜５とによる共振器内に発振制御素子８を挿入することにより、レーザー増幅器２０の動作を容易に制御することができる。発振制御素子８として、Ｑスイッチを用いた場合には、レーザー媒体３の上準位寿命が励起光源１の励起時間より短い場合でも、効率よくレーザーロッド３を励起できる。また、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子を用いた場合には、レーザーロッド３をそれに合わせて選択することにより、より短波長の光を増幅することができる。
【００４１】
［第７実施例］
図７に示す構成は、上記の実施例にさらに、ミラー２４と、偏光子２５と、ファラデー回転子２６、１／２波長板２７を加えて、レーザーロッド３で増幅される光がレーザーロッド３を２往復するようにしたものである。このように共振器内を光が往復することで飽和増幅しやすくなり、レーザーロッド３に蓄えられたエネルギーを高い効率で波長２の光に変換できる。偏光子２３で反射された波長２の直線偏光の入力光は、遅波軸を紙面垂直から２２．５度傾けた１／２波長板で偏光方向を＋４５度回転され、ファラデー回転子２６で今度は逆に−４５度回転されて元の偏光方向と同一になる。この光は偏光子２５を無反射で通過し、レーザーロッド３を往復して偏光子２５で反射され、さらに、ミラー２４で折り返される。再びレーザーロッド３を往復した光は、偏光子２５を通過し、ファラデー回転子で−４５度回転し、１／２波長板で今度は＋６７．５度回転し、偏光方向が最初の入力光と垂直な直線偏光になり、偏光子２３を通過して出力光として取り出される。
【００４２】
［第８実施例］
次に、レーザー発振器の例として二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の第８の実施例を図８に示す。図８の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器を含むレーザー装置であり、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４とミラー１３とで構成される共振器とを含み、レーザー発振器２０は、ミラー６とミラー１３とによる共振器と、その共振器内に置かれたレーザーロッド３と、を含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。上記の第１実施例では、レーザーロッド２の両端の光学膜で共振器１と２を分離しているのに対し、これをダイクロイックビームスプリッタ２９を用いて分離した構成である。ダイクロイックビームスプリッタ２９は波長１を反射し、波長２を透過する。レーザー発振器１０の共振器、もしくは、レーザー発振器２０の共振器の中に発振制御素子８を挿入し、第１実施例の場合と同様に発振を制御できることは明らかである。
【００４３】
また、図１１に示すように、図８の構成からレーザー発振器２０のミラー６を取り去り、レーザーロッド３をレーザー増幅器としても利用できる。
【００４４】
さらに、図１５に示す様に、波長１では良好な反射特性をもち波長２では良好な透過特性をもつダイクロイックビームスプリッター２８で、図１１の構成のミラー１３を置き換え、またミラー９を用いた構成とすることによって、レーザーロッド３を単一通過のレーザー増幅器としても利用できる。
【００４５】
［第９実施例］
次に、レーザー発振器の例として第９の実施例を図９に示す。図９の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器を含むレーザー発振器であり、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４とミラー９とで構成される共振器とを含み、レーザー発振器２０は、ミラー１２とミラー１３とによる共振器と、その共振器内に置かれたレーザーロッド３と、を含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。レーザー発振器１０内のレーザー光によりレーザーロッド３は、容易に励起される。この励起により、ミラー１３とミラー１２とによる共振器内に置かれたレーザーロッド３の構成をもったレーザー発振器２０によりレーザー発振が生じ、出力鏡であるミラー１２からレーザー光が出力される。また、図１２に示すように、レーザー発振器１０の光路とレーザー発振器２０の光路とが交差する構成によってもレーザー光を発生させることができる。
【００４６】
［第１０実施例］
次に、レーザー発振器の例として第１０の実施例を図１０に示す。図１０の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器で構成され、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４とミラー９とで構成される共振器とを含み、レーザー発振器２０は、ミラー１３とミラー１２とによる共振器と、その共振器内に置かれたレーザーロッド３と、を含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。レーザーロッド３は６面体で、光は、両端面でブリュースター角で入射する。波長１の光はレーザーロッド３の内部で両側面で反射され、両端面の入射角もブリュースター角である。ここで波長２の光の入射角を、入射面の法線に対し波長１と対称になるようにすることにより、波長１、２の両方の光はロッド外部に出るときに分離される。両側面での反射は、内部全反射であることが望ましい。しかし、全反射の条件が満たされない場合は、高反射膜を設けて、これによる反射でも、上記の発振動作を実現することができる。
【００４７】
図１０に示したものとは逆に、図１３に示すように、レーザーロッド３の中を波長１の光が直進し、波長２の光が両側面で反射を繰り返してもよいことは明らかである。さらに、図１４に示すように、両方の波長の光をどちらも側面反射させる構成とすることができることも明らかである。この際、側面反射は、全反射が望ましいが、誘電体の多層反射膜や、金属反射膜でも実現できる。
【００４８】
また、この実施例においても、上記と同様に、共振器２と発振制御素子を取り除き、レーザーロッド２をレーザー増幅に利用することができる。
【００４９】
このようなレーザー装置の利点は、波長１は、波長２より短波長である必要があるが、波長２については、波長１の励起レーザーとは独立して調整と制御ができる点である。
【００５０】
上記の実施例においては、二つの固体レーザー媒体を用いる例を示したが、本発明は、固体レーザー媒体に限定する必要はなく、ガスレーザー媒体や色素レーザー媒体あるいは、固体レーザー媒体とそれらのレーザーとの組合せによっても、上記の説明と同様な効果を実現することができる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００５２】
第１ないし第１７のそれぞれの発明は、第２と第１４の発明を除いて、レーザー発振器に適用することが可能であり、第２ないし第４、あるいは第１０ないし第１２、第１４、第１８のそれぞれの発明は、レーザー増幅器に適用することができる。
【００５３】
上記の様に構成することにより、レーザー発振器の励起光源の放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合で直接励起しづらい場合でも、レーザー媒体の組合せを選択することによって、高い変換効率をもち、しかもパルス発振の可能なレーザー装置とすることができる。
【００５４】
第１ないし第１７のそれぞれの発明は、第１４の発明を除いて、第１のレーザー発振器と第２のレーザー発振器とを独立に設計できるため、それぞれの最適条件を容易に実現できる。
【００５５】
第４ないし第８のそれぞれの発明では、第２のレーザー発振器に、また、第１０ないし第１２のそれぞれの発明では、第１のレーザー発振器に偏光子やＱスイッチ、モード同期素子、波長変換素子等の発振制御素子を挿入したので、Ｑスイッチパルス発振や共振器内高調波発生、あるいは、モード同期等を行えるようになる。特に第１２の発明では、第１のレーザー発振器に波長１の波長変換素子を挿入したので、波長１の高調波によってレーザーロッド３を励起できるようになり、より短波長のレーザー光を得られる様になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】第２の実施例を示すブロック図である。
【図３】第３の実施例を示すブロック図である。
【図４】第４の実施例を示すブロック図である。
【図５】第５の実施例を示すブロック図である。
【図６】第６の実施例を示すブロック図である。
【図７】第７の実施例を示すブロック図である。
【図８】第８の実施例を示すブロック図である。
【図９】第９の実施例を示すブロック図である。
【図１０】第１０の実施例を示すブロック図である。
【図１１】第８の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１２】第９の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１３】第１０の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１４】第１０の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１５】第８の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 励起光源
２、３ レーザーロッド
４ ミラー
５ 光学膜
６ ミラー
７ 光学膜
８ 発振制御素子
９ ミラー
１０ レーザー発振器
１１ 光路
１２、１３ ミラー
２０ レーザー発振器
２１ 光路
２２ １／４波長板
２３ 偏光ビームスプリッタ
２４ ミラー
２５ 偏光子
２６ ファラデー回転子
２７ １／２波長板
２８、２９ ダイクロイックビームスプリッタ
３０ レーザー増幅器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser device using two laser media each including two sets of laser media that can be used as a continuous wave or pulse wave oscillator or amplifier.
[0002]
[Prior art]
When the emission spectrum of a semiconductor laser (LD) or a lamp serving as an excitation light source of a laser oscillator does not match the excitation absorption spectrum of a solid laser element dispersed in a laser medium, the laser medium may not be able to be excited. In such a case, conventionally, compound doping has been performed in which a laser element 1 that can be excited by a lamp or LD is doped into a laser rod together with a laser element 2 that is a target to be excited. In the composite doped laser medium, when the laser element 1 excited by light energy returns to the ground state, the laser element 2 receives the energy and is excited.
[0003]
However, in general, it is difficult to set the doping of the laser element 1 and the laser element 2 to the laser rod in the production of a composite-doped laser medium that increases both the excitation light absorption rate and the oscillation efficiency. That is, it is difficult to convert the excitation light energy from the excitation light source into laser energy with high efficiency. Also, since the excitation light energy is accumulated and released in one rod, the temperature of the laser rod rises, and the temperature of the laser element 2 also rises. However, in the case of a laser device using two laser media, cooling is generally difficult. For example, as described in Non-Patent Document 1, some Q-switched lasers using rare earth ions as a laser element have an energy level at the final level of laser transition close to the ground level of the element. In this environment, the state density of this level is hard to decrease, so that the laser transition is hindered, and it is difficult to simultaneously achieve high conversion efficiency and large laser pulse energy.
[0004]
[Non-patent document 1]
T. Y. Fan, G. Huber and R.S. L. Byer, "Continuous-wave operation at 2.1 mm of a diode-laser-pumped, Tm-sensitized Ho: Y3Al5O12 laser at 300K", Optics Letters, vol. 12, no. 9, pp678-680 (1987).
[0005]
In a conventional laser apparatus using two laser media, a laser element 2 is doped into a laser medium 1 (laser rod 1) doped with a laser element 1 and a laser oscillator 1 composed of a pair of mirrors serving as a resonator thereof. In this configuration, a laser oscillator 2 including a laser rod 2 and a pair of mirrors serving as a resonator thereof is inserted. The laser rod 1 is optically excited by the LD to cause laser oscillation, and a part of the output is taken out from the mirror of the output mirror. When this oscillation light passes through the laser rod 2 in the resonator, it is optically excited and oscillates by the resonator of the laser oscillator 2. The output is taken out of the mirror of the output mirror of the laser oscillator 2, and is transmitted outside through the mirror of the resonator of the laser oscillator 1 outside and taken out.
[0006]
In the above configuration, since the resonator of the laser oscillator 2 must pass the laser light of the laser oscillator 1 without loss, an oscillation control element such as a Q switch for controlling the oscillation is inserted into the laser oscillator 2. It is difficult to make a pulse oscillation.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the emission spectrum of a semiconductor laser (LD) or a lamp serving as an excitation light source of a laser oscillator does not match the excitation absorption spectrum of a solid laser element dispersed in a laser medium, a conventional compound-doped laser is used. In a laser device having a rod, the state density of this level is difficult to decrease in a high-temperature environment, which hinders laser transition, making it difficult to achieve high conversion efficiency and large laser pulse energy at the same time. In a laser device comprising a solid-state laser oscillator having a pair of mirrors serving as a cavity and another solid-state laser oscillator having a pair of mirrors provided inside the resonator but also serving as another resonator, Insert an oscillation control element such as a Q-switch to control the oscillation into any of the oscillators to generate pulse oscillation It is difficult.
[0008]
The present invention has been proposed in view of the above, and has a high conversion efficiency even when it is difficult to directly excite by a semiconductor laser (LD) or a lamp as an excitation light source, and uses two laser media capable of pulse oscillation. It is intended to provide a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention efficiently excites a solid-state laser rod that cannot be excited by an LD or cannot be efficiently excited by a lamp because the excitation absorption spectrum of the solid-state laser element does not match the wavelength of the excitation light source, The excited laser rod is used for a laser oscillator or a laser amplifier to facilitate polarization control, oscillation mode, oscillation control such as a Q switch, and amplification.
[0010]
In order to achieve the above object, a first invention relates to a laser device using two laser media, and a first laser resonator having a first solid-state laser medium excited by an excitation light source; A second solid-state laser medium provided in one laser resonator and excited by light amplified by the first solid-state laser medium; and a second laser resonator including the second solid-state laser medium. And a configuration for extracting output light from the second laser resonator.
[0011]
Further, a second invention relates to a laser device for performing amplification, wherein a first laser resonator having a first solid-state laser medium excited by an excitation light source, and a first laser resonator in the first laser resonator are provided. A second solid-state laser medium that is provided in the first solid-state laser medium and that is excited by the light amplified by the first solid-state laser medium; an input unit that inputs light that is amplified by the second solid-state laser medium; Output means for outputting the light.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the first laser resonator and the second laser resonator have one common reflecting mirror.
[0013]
According to a fourth aspect, in the first aspect, one reflecting mirror of the second laser resonator transmits a part of light amplified by the first solid-state laser medium. It is characterized by outputting.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first, third, or fourth aspect of the invention, an oscillation control element is provided on the optical path in the second laser resonator in order to realize various forms of laser oscillation. It is characterized by being arranged.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the oscillation control element is a Q switch for performing pulse oscillation.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, in the fifth aspect, the oscillation control element is a mode-locked element, so that the oscillation control element is a mode-locked type.
[0017]
According to an eighth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the oscillation control element is a wavelength conversion element in order to obtain a shorter wavelength optical output.
[0018]
According to a ninth aspect, in the first, second, third, fourth, or eighth aspect, the first laser resonator is in an oscillator state so as to perform optical amplification. The second laser resonator is characterized by being in an amplifier state.
[0019]
According to a tenth aspect, in the first, second, third, fourth, or eighth aspect, the first laser resonator is provided to efficiently excite the second solid-state laser medium. Is characterized in that an oscillation control element is arranged on the optical path.
[0020]
According to an eleventh aspect of the present invention, in order to efficiently excite the second solid-state laser medium having a short upper level lifetime in population inversion, in the tenth aspect, the oscillation control element is a Q switch. The second solid-state laser medium is characterized in that pulsed light is amplified.
[0021]
According to a twelfth invention, in order to excite the second solid-state laser medium with light having a wavelength shorter than the oscillation wavelength of the first laser oscillator, in the tenth invention, the oscillation control element is a wavelength conversion element. It is characterized by being.
[0022]
Further, a thirteenth invention relates to a laser oscillator, comprising: (1) a first laser oscillator including a first optical resonator including two reflectors and a first laser medium; A second laser oscillator including a second optical resonator and a second laser medium. (2) The optical path of the first laser oscillator and the optical path of the second laser oscillator overlap and run in parallel. Or (3) one of two reflectors constituting the second laser medium and the optical resonator of the second laser oscillator is installed in the optical resonator of the first laser oscillator. (4) The second laser oscillator performs laser oscillation using the first laser oscillator as an excitation light source.
[0023]
Also, a fourteenth invention relates to a laser amplifier, which (1) comprises a laser oscillator having an optical resonator consisting of two reflectors and a first laser medium, and a reflector and a second laser medium. (2) the optical path of the laser oscillator and the optical path of the optical amplifier overlap and are parallel or intersecting, and (3) the reflection of the optical amplifier in the optical resonator of the laser oscillator. And (4) inputting light to be amplified from a second end opposite to the first end of the second laser medium on the side provided with the reflector. The amplified light is output from the second end, and (5) the optical amplifier is excited using the laser light of the laser oscillator as an excitation light source.
[0024]
Also, a fifteenth invention relates to a laser oscillator. (1) A first laser oscillator including a first optical resonator including two reflectors and a first laser medium, and a first oscillator including two reflectors. (2) a part of the optical path of the first laser oscillator and a part of the optical path of the second laser oscillator. And (3) a second laser medium is installed in the first optical resonator, and (4) a second laser medium using the first laser oscillator as an excitation light source. It is characterized in that a laser oscillator oscillates.
[0025]
Also, a sixteenth invention relates to a laser oscillator. (1) A first laser oscillator including a first optical resonator including two reflectors and a first laser medium, and a two-reflector. A second laser oscillator having a second optical resonator and a second laser medium, and (2) a second laser medium is installed in the first optical resonator, and 3) Part of the optical path of the first laser oscillator is formed in the second laser medium, enters at the end face of the second laser medium, propagates while reflecting on the side face, and propagates from the other end face. (4) The second laser oscillator oscillates by using the laser light of the first laser oscillator as an excitation light source.
[0026]
Further, a seventeenth aspect of the present invention corresponds to a configuration in which the configuration of the pumping laser and the configuration of the output laser in the sixteenth aspect are interchanged. (1) A first optical resonator comprising two reflectors and (1) a first laser oscillator including a first laser medium, a second laser oscillator including a second optical resonator including two reflectors, and a second laser medium; A second laser medium is provided in the first optical resonator, and (3) a part of the optical path of the second laser oscillator is incident on an end face of the second laser medium and reflected on a side face thereof. And (4) the second laser oscillator oscillates with the laser light of the first laser oscillator as an excitation light source.
[0027]
Also, an eighteenth invention relates to a laser amplifier, in which two reflectors constituting the second laser resonator in the fifteenth, sixteenth, and seventeenth inventions are removed, and a single pass through the second laser medium is performed. It is characterized in that it is used as a laser amplifier. Obviously, the laser light amplified by a single pass can be folded back to the laser amplifier by a mirror and further amplified.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same elements or elements having the same functions will be described with the same reference numerals.
[0029]
The present invention relates to the case where the emission spectrum of a semiconductor laser (LD, for example, GaAlAs LD, oscillation wavelength = 792 nm) or a lamp serving as an excitation light source of a laser oscillator does not match the excitation absorption spectrum of a solid laser element dispersed in a laser medium. Another object of the present invention is to efficiently excite a laser rod with another solid-state laser oscillating at a wavelength that can be absorbed by the solid-state laser element and to control the oscillation.
[0030]
Therefore, as shown in FIG. 1, two laser rods 2 (for example, Tm: YLF) each doped with a laser element 1 having a gain at wavelength 1 and a laser element 2 having a gain at wavelength 2 as a laser medium. And 3 (for example, Ho: YLF). One of the two incident surfaces of the laser rod 3 is provided with an optical film 5 which is substantially totally reflected at a wavelength 1 and substantially non-reflective at a wavelength 2, and the other surface is an optical film 7 having a reverse reflection characteristic. Is attached. The laser oscillator 10 includes a laser rod 2, a mirror 4, and an optical film 5, and the laser rod 3 is provided on an optical path in the resonator. The laser oscillator 20 includes the laser rod 3, the mirror 6, and the optical film 7.
[0031]
When the laser rod 2 is optically excited by a lamp or an LD, the laser rod 2 is repeatedly amplified by the laser oscillator 10 and oscillates at the wavelength 1. The laser rod 3 is excited by absorbing the oscillated laser light. Since the light in the resonator has a higher intensity than the output light, excitation can be performed more easily. The laser rod 3 is in the resonator 20 and oscillates at a wavelength of 2 and the output is taken out of the mirror 6 of the output mirror.
[0032]
Further, the laser light of the oscillator 20 can be reciprocated in another laser rod 3 excited in the same manner to amplify the light.
[0033]
Furthermore, even if the oscillation control element 8 such as a polarizer or a Q switch is arranged in the oscillator 20, the operation of the oscillator 10 is not affected. Alternatively, the oscillation control element 8 can be placed in the resonator of the oscillator 10. For example, it is possible to insert a wavelength conversion element into the oscillator 1 to excite the laser rod 3 with a harmonic of wavelength 1.
[0034]
【Example】
First Embodiment FIG. 1 shows a first embodiment of a laser apparatus using two laser media as a desirable configuration example of the present invention. The laser device using two laser media shown in FIG. 1 is a laser oscillator including two laser oscillators, and one laser oscillator 10 is driven by an excitation light source 1 such as an incandescent lamp or a discharge lamp, or a laser diode (LD). The laser oscillator 2 includes an optically excited laser rod 2, a resonator constituted by a mirror 4 and an optical film 5, and the other laser oscillator 20 includes a laser rod 3, a mirror 6 and an optical film 7. The laser rod 3 is located on the optical path of both laser oscillators. The optical film 5 has good reflection characteristics with respect to the oscillation wavelength (wavelength 1) of the laser oscillator 10, but has good transmission characteristics with respect to the oscillation wavelength (wavelength 2) of the laser oscillator 20. The optical film 7 has good transmission characteristics with respect to the oscillation wavelength of the laser oscillator 10, but has good reflection characteristics with respect to the oscillation wavelength of the laser oscillator 20. Such an optical film is realized by a dielectric multilayer film. Generally, in a laser oscillator, the intensity of light in the resonator is much higher than the output light, so that the laser rod 3 is easily excited by the laser light in the resonator 10. By this excitation, laser oscillation is generated by the oscillator 20 having the configuration of the laser rod 3 placed in the resonator constituted by the mirror 6 and the optical film 7, and laser light is output from the mirror 6 as an output mirror.
[0035]
As shown in FIG. 1, the oscillation operation of the laser oscillator 20 can be easily controlled by inserting the oscillation control element 8 in the resonator formed by the mirror 6 and the optical film 7. When a Q switch (for example, a Pockels cell Q switch or an acousto-optic Q switch) is used as the oscillation control element 8, a pulsed laser beam can be easily obtained. When a mode-locked device is used, a mode-locked laser is used. In addition, for example, when a wavelength conversion element that generates double harmonics is used, light with a shorter wavelength can be output.
[0036]
[Second embodiment]
Further, as shown in FIG. 2, the oscillation control element 8 can be inserted into the resonator formed by the mirror 4 and the optical film 5 of the oscillator 10 to control the oscillation of the laser oscillator 10. When a Q switch is used as the oscillation control element 8, the laser rod 3 can be efficiently excited even when the upper level lifetime of the laser medium 3 is shorter than the excitation time of the excitation light source 1. When a wavelength conversion element (for example, KDP, LBO, or BBO) that generates a double harmonic is used as the oscillation control element 8, the laser rod 3 is excited by light having a wavelength shorter than the wavelength 1. Therefore, it is possible to obtain a laser oscillator that oscillates at a shorter wavelength and an optical amplifier that can amplify light having a shorter wavelength.
[0037]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of a laser device using two laser media as an example of a laser amplifier is shown in FIG. The laser device using two laser media shown in FIG. 3 is a laser amplifier including one laser oscillator and one amplifier, and the laser oscillator 10 is an excitation light source such as an incandescent lamp or a discharge lamp, or a laser diode (LD). The laser amplifier 30 includes a laser rod 2 that is optically pumped by 1, a resonator constituted by a mirror 4 and an optical film 5, and the laser amplifier 30 includes the laser rod 3. The laser rod 3 is placed on the optical path of the laser oscillator 10 and the laser amplifier 30. The optical film 5 has good reflection characteristics with respect to the oscillation wavelength of the laser oscillator 10, but has good transmission characteristics with respect to the wavelength of the input light to the laser amplifier 30. The optical film 7 has good transmission characteristics with respect to the oscillation wavelength of the laser oscillator 10, but has good reflection characteristics with respect to the wavelength of the light input to the laser amplifier 30.
[0038]
[Fourth embodiment]
As shown in FIG. 4, the operation of the laser amplifier 20 can be easily controlled by inserting the oscillation control element 8 in the resonator formed by the mirror 4 and the optical film 5. When a Q switch is used as the oscillation control element 8, the laser rod 3 can be efficiently excited even when the upper level lifetime of the laser medium 3 is shorter than the excitation time of the excitation light source 1. In addition, for example, when a wavelength conversion element that generates a double harmonic is used, light of a single wavelength can be amplified by selecting the laser rod 3 together.
[0039]
[Fifth embodiment]
FIG. 5 shows an example in which the polarizing beam splitter 23 is used for the light (wavelength 2) to be amplified. The light of wavelength 2 amplified by the laser rod 3 has a configuration in which the input light and the output light are separated by the polarization beam splitter 23 and the 波長 wavelength plate 22, and the input / output light is output from the polarization beam splitter 23. It enters and exits separate optical surfaces. The linearly-polarized input light of wavelength 2 reflected by the polarization beam splitter 23 is circularly polarized by a quarter-wave plate whose slow-wave axis is inclined at 45 degrees from the direction perpendicular to the plane of the paper, and is reflected by the optical film 7 so that the laser rod 2 Amplified during the round trip. When this light passes through the quarter-wave plate 22 again, it becomes the same as that having passed through the total half-wave plate, the polarization direction changes to linearly polarized light perpendicular to the input light, and the light passes through the beam splitter 23 and is output. Light is obtained.
[0040]
[Sixth embodiment]
Also in this case, as shown in FIG. 6, the operation of the laser amplifier 20 can be easily controlled by inserting the oscillation control element 8 in the resonator formed by the mirror 4 and the optical film 5. When a Q switch is used as the oscillation control element 8, the laser rod 3 can be efficiently excited even when the upper level lifetime of the laser medium 3 is shorter than the excitation time of the excitation light source 1. Further, for example, when a wavelength conversion element that generates double harmonics is used, by selecting the laser rod 3 according to the wavelength conversion element, light with a shorter wavelength can be amplified.
[0041]
[Seventh embodiment]
The configuration shown in FIG. 7 further includes a mirror 24, a polarizer 25, a Faraday rotator 26, and a half-wave plate 27 in addition to the above-described embodiment. Is reciprocated two times. As the light reciprocates in the resonator in this manner, saturation amplification is easily performed, and the energy stored in the laser rod 3 can be converted into light of wavelength 2 with high efficiency. The input light of the linearly polarized light of wavelength 2 reflected by the polarizer 23 is rotated by +45 degrees in the polarization direction by a half-wave plate whose slow-wave axis is inclined by 22.5 degrees from the direction perpendicular to the plane of the paper. Is rotated by -45 degrees to become the same as the original polarization direction. This light passes through the polarizer 25 without reflection, reciprocates on the laser rod 3, is reflected by the polarizer 25, and is further turned back by the mirror 24. The light that has reciprocated through the laser rod 3 again passes through the polarizer 25, is rotated by -45 degrees by the Faraday rotator, is now rotated by +67.5 degrees by the half-wave plate, and the polarization direction is the same as the first input light. It becomes vertically linearly polarized light, passes through the polarizer 23, and is extracted as output light.
[0042]
[Eighth embodiment]
Next, FIG. 8 shows an eighth embodiment of a laser device using two laser media as an example of a laser oscillator. The laser device using two laser media shown in FIG. 8 is a laser device including two laser oscillators, and a laser oscillator 10 is optically excited by an excitation light source 1 such as an incandescent lamp, a discharge lamp, or a laser diode (LD). The laser oscillator 20 includes a resonator composed of the mirror 6 and the mirror 13 and a laser rod 3 placed in the resonator. , Is included. The laser rod 3 is located on the optical path of both laser oscillators. In the first embodiment, the resonators 1 and 2 are separated by the optical films at both ends of the laser rod 2, but are separated by the dichroic beam splitter 29. The dichroic beam splitter 29 reflects the wavelength 1 and transmits the wavelength 2. Obviously, the oscillation control element 8 can be inserted into the resonator of the laser oscillator 10 or the resonator of the laser oscillator 20 to control the oscillation as in the case of the first embodiment.
[0043]
Also, as shown in FIG. 11, the mirror 6 of the laser oscillator 20 is removed from the configuration of FIG. 8, and the laser rod 3 can be used as a laser amplifier.
[0044]
Further, as shown in FIG. 15, a dichroic beam splitter 28 having good reflection characteristics at wavelength 1 and good transmission characteristics at wavelength 2 replaces the mirror 13 of the configuration of FIG. Thus, the laser rod 3 can also be used as a single-pass laser amplifier.
[0045]
[Ninth embodiment]
Next, a ninth embodiment is shown in FIG. 9 as an example of a laser oscillator. 9 is a laser oscillator including two laser oscillators, and a laser oscillator 10 is optically excited by an excitation light source 1 such as an incandescent lamp, a discharge lamp, or a laser diode (LD). The laser oscillator 20 includes a resonator composed of a mirror 12 and a mirror 13 and a laser rod 3 placed in the resonator. , Is included. The laser rod 3 is located on the optical path of both laser oscillators. The laser rod 3 is easily excited by the laser light in the laser oscillator 10. By this excitation, laser oscillation is generated by the laser oscillator 20 having the configuration of the laser rod 3 placed in the resonator formed by the mirror 13 and the mirror 12, and laser light is output from the mirror 12, which is the output mirror. Also, as shown in FIG. 12, laser light can be generated by a configuration in which the optical path of the laser oscillator 10 and the optical path of the laser oscillator 20 intersect.
[0046]
[Tenth embodiment]
Next, FIG. 10 shows a tenth embodiment as an example of a laser oscillator. The laser device using two laser media shown in FIG. 10 is composed of two laser oscillators, and the laser oscillator 10 is a laser rod optically excited by an excitation light source 1 such as an incandescent lamp, a discharge lamp, or a laser diode (LD). 2 and a resonator composed of mirrors 4 and 9. The laser oscillator 20 includes a resonator composed of mirrors 13 and 12 and a laser rod 3 placed in the resonator. It is a thing. The laser rod 3 is located on the optical path of both laser oscillators. The laser rod 3 is a hexahedron, and light enters at both end faces at a Brewster angle. The light of wavelength 1 is reflected on both sides inside the laser rod 3, and the incident angles at both ends are also Brewster's angles. Here, by making the incident angle of the light of wavelength 2 symmetrical to the wavelength 1 with respect to the normal to the incident surface, both lights of wavelengths 1 and 2 are separated when exiting the rod. It is desirable that the reflection on both sides be total internal reflection. However, when the condition of total reflection is not satisfied, a high-reflection film is provided, and the above-described oscillation operation can be realized even by reflection by this.
[0047]
Contrary to what is shown in FIG. 10, as shown in FIG. 13, it is clear that the light of wavelength 1 may travel straight through the laser rod 3 and the light of wavelength 2 may be repeatedly reflected on both sides. is there. Further, as shown in FIG. 14, it is apparent that a configuration can be adopted in which both lights of both wavelengths are side-reflected. At this time, the side reflection is preferably total reflection, but can also be realized by a dielectric multilayer reflection film or a metal reflection film.
[0048]
Also in this embodiment, the resonator 2 and the oscillation control element can be removed, and the laser rod 2 can be used for laser amplification, as described above.
[0049]
An advantage of such a laser device is that wavelength 1 needs to be shorter than wavelength 2, but wavelength 2 can be adjusted and controlled independently of the wavelength 1 pump laser.
[0050]
In the above embodiment, an example using two solid laser media has been described. However, the present invention is not limited to a solid laser medium, and a gas laser medium, a dye laser medium, or a solid laser medium and their lasers are used. The same effect as described above can also be realized by the combination with.
[0051]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0052]
Except for the second and fourteenth inventions, the first to seventeenth inventions can be applied to laser oscillators, and can be applied to the second to fourth, tenth to twelfth, fourteenth, and fourteenth inventions. Each of the eighteen inventions can be applied to a laser amplifier.
[0053]
By configuring as described above, even when the emission spectrum of the excitation light source of the laser oscillator does not match the excitation absorption spectrum of the solid laser element dispersed in the laser medium and it is difficult to directly excite, it is possible to select a combination of laser media. Thus, a laser device having high conversion efficiency and capable of pulse oscillation can be provided.
[0054]
In each of the first to seventeenth inventions, except for the fourteenth invention, the first laser oscillator and the second laser oscillator can be independently designed, so that respective optimum conditions can be easily realized.
[0055]
In each of the fourth to eighth inventions, the second laser oscillator is used. In each of the tenth to twelfth inventions, the first laser oscillator is used with a polarizer, a Q switch, a mode locking element, and a wavelength conversion element. Since an oscillation control element such as the above is inserted, it becomes possible to perform Q-switch pulse oscillation, generate harmonics in a resonator, or perform mode locking. Particularly, in the twelfth aspect, since the wavelength conversion element having the wavelength 1 is inserted into the first laser oscillator, the laser rod 3 can be excited by the harmonic having the wavelength 1 so that a laser beam having a shorter wavelength can be obtained. become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a sixth embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing a seventh embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing an eighth embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a ninth embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing a tenth embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of the eighth embodiment is slightly changed.
FIG. 12 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of the ninth embodiment is slightly changed.
FIG. 13 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of the tenth embodiment is slightly changed.
FIG. 14 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of the tenth embodiment is slightly changed.
FIG. 15 is a block diagram showing an embodiment in which the configuration of the eighth embodiment is slightly changed.
[Explanation of symbols]
1 Excitation light source
2,3 laser rod
4 mirror
5 Optical film
6 Mirror
7 Optical film
8 Oscillation control element
9 Mirror
10 Laser oscillator
11 Light Path
12, 13 mirror
20 Laser oscillator
21 Light Path
22 quarter wave plate
23 Polarizing beam splitter
24 mirror
25 Polarizer
26 Faraday rotator
27 1/2 wave plate
28, 29 Dichroic beam splitter
30 laser amplifier
