JP2005286144A - 固体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 単純で信頼性の高い構成により、高出力の長パルス固体レーザビームを得ることが可能な固体レーザ装置を得る。
【解決手段】 固体レーザ媒質１、固体レーザ媒質１を励起する光源２、および固体レーザ媒質１を挟んでレーザ共振器を構成する２枚の反射ミラー３、４からなる固体レーザ装置において、固体レーザ媒質１と反射ミラー４との間の空間に仮想ミラー面５を設定すると共に、仮想ミラー面５と反射ミラー４との間に１枚のレンズ６を設け、仮想ミラー面〜レンズ〜反射ミラー〜レンズ〜仮想ミラー面の往復経路により、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが光学的に共役となるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は固体レーザ装置に関するものであり、特に、高出力、かつ比較的長いパルス幅のレーザ光を発生するパルス型固体レーザ装置に関するものである。
従来の固体レーザ装置は、固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質を励起する光源と、固体レーザ媒質を挟んで配置される少なくとも２枚の反射ミラーとで構成され、上記反射ミラーによりレーザ共振器を構成する。固体レーザ媒質は光源により励起されて利得を生じ、反射ミラー間で往復する光がレーザ媒質の利得により増幅され、反射ミラーから出力として取り出される。反射ミラーとして平面ミラーを用い、固体レーザ媒質を反射ミラー間の中央に配置する構成は、レーザビーム調整のための追加手段を必要とせずに固体レーザを直列に接続して高出力化を行なう際の基本単位となるものであり、最も基本的かつ有用な構成の一つである。
一般に、固体レーザ装置においては、励起を受けた固体レーザ媒質が発熱して温度分布が生じ、固体レーザ媒質がレンズとして作用する熱レンズ効果が発生する。熱レンズ効果は、励起入力に概略比例して強くなるが、励起入力に従って固体レーザ媒質の熱レンズ効果が強くなると、共振器の動作が安定型共振器の条件から外れ、発振が停止してしまう現象が生じる。共振器が安定に動作する限界の熱レンズの強さは、共振器の長さと関係し、短い共振器ほど強い熱レンズに対しても安定に動作する。即ち、高い励起入力、高い出力まで安定に動作する。したがって、高い出力を得るためには、短い共振器を用いて強く励起する必要がある。
一方、光学的なスイッチなどを用いてパルス発振を行なうパルス型レーザ装置の場合、パルス幅と共振器長および励起の強さとの関係は、共振器長が短く、励起が強いほどパルス幅が短くなる。
このように、一般的には、高い出力と、パルス発振における比較的長いパルス幅は相反する動作条件を必要とする。
共振器長の長い共振器を用いて長いパルス幅のレーザを発生させるパルス型固体レーザ装置において、共振器の安定性を向上させる共振器構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質から入射するレーザ光を拡大し、反対側から入射するレーザ光を縮小するテレスコープと、このテレスコープから入射するレーザ光を反射する平面反射鏡と、平面反射鏡により反射され、テレスコープにより縮小され、かつレーザ媒質により増幅されて入射するレーザ光を拡大し、反対側から入射するレーザ光を縮小するテレスコープと、このテレスコープから入射するレーザ光を反射する平面反射鏡とで構成されるものであり、通常、上記テレスコープは２枚のレンズで構成されている。このようなレーザ装置においては、上記テレスコープを用いることにより、共振器長の長い共振器で発生するビームを適当な大きさに縮小して固体レーザ媒質を通過させ、長い共振器で高出力まで安定な動作が実現できるようにしている。また、長い共振器を用いているために比較的長いパルス幅の発振が可能となる。
特開２００１−２７４４９１号公報（第６−７頁、図１）
従来の固体レーザ装置では、上述したように、高い出力を安定に得るためには、短い共振器を用いて高密度の励起を行なう必要があり、発振パルス幅が短くなる傾向がある。したがって、比較的長いパルス幅と高出力を両立させることが困難であるという問題があった。これに対して、テレスコープを用いた共振器構成が提案されているが、テレスコープを構成するために２枚以上のレンズが必要なため、装置が複雑化するという問題がある。特に複数の固体レーザ媒質を連結して高出力化を図る場合には、各固体レーザ媒質の間に拡大テレスコープおよび縮小テレスコープを挿入する必要があり、装置が複雑化し、高コストとなるといった問題があった。また、調整が困難になるという問題があった。
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、単純で信頼性の高い構成により、高出力の長パルス固体レーザビームを得ることが可能な固体レーザ装置を得ることを目的としている。
この発明に係る固体レーザ装置は、固体レーザ媒質、上記固体レーザ媒質を励起する光源、および上記固体レーザ媒質を挟んでレーザ共振器を構成する少なくとも２枚の反射ミラーからなる固体レーザ装置において、上記固体レーザ媒質と少なくとも１枚の反射ミラーとの間の空間に仮想ミラー面を設定すると共に、上記仮想ミラー面と上記反射ミラーとの間に少なくとも１枚の光学素子を設け、仮想ミラー面〜光学素子〜反射ミラー〜光学素子〜仮想ミラー面の往復経路により、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが光学的に共役となるようにしたものである。
また、この発明に係る固体レーザ装置は、複数の固体レーザ媒質、上記固体レーザ媒質を励起する光源、および上記複数の固体レーザ媒質を挟んでレーザ共振器を構成する少なくとも２枚の反射ミラーからなる固体レーザ装置において、上記複数の固体レーザ媒質と少なくとも１枚の反射ミラーとの間の空間に仮想ミラー面を設定すると共に、上記仮想ミラー面と上記反射ミラーとの間に少なくとも１枚の光学素子を設け、仮想ミラー面〜光学素子〜反射ミラー〜光学素子〜仮想ミラー面の往復経路により、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが光学的に共役となるようにしたものである。
また、この発明に係る固体レーザ装置は、複数の固体レーザ媒質、上記固体レーザ媒質を励起する光源、および上記複数の固体レーザ媒質を挟んでレーザ共振器を構成する少なくとも２枚の反射ミラーからなる固体レーザ装置において、上記複数の固体レーザ媒質のうちの少なくとも２つの固体レーザ媒質間に、２つの仮想ミラー面を設定すると共に、上記２つの仮想ミラー面の間に少なくとも１枚の光学素子を設け、上記２つの仮想ミラー面が光学的共役の関係となるように構成したものである。
この発明による固体レーザ装置においては、高出力の長パルス固体レーザビームを、単純な構成で得ることが可能となる。特に、複数の固体レーザ媒質を連結して高出力化を図る際に、固体レーザ媒質を単純に並べる構成となるため、調整が容易で、かつ信頼性の高い構成で、高出力かつパルス幅の長いレーザ出力を得ることが可能となる。
実施の形態１．
図１（ａ）は、この発明の実施の形態１による固体レーザ装置を示す構成図である。固体レーザ装置は、固体レーザ媒質１と、固体レーザ媒質１を励起する励起光源２と、共振器を構成する共振器ミラー３，４と、レンズ６とで構成されている。なお、図１（ａ）において、共振器ミラー３は部分反射ミラー、共振器ミラー４は全反射ミラーである。また、固体レーザ媒質１と少なくとも１枚の共振器ミラー（ここでは全反射ミラー４）との間の空間には、仮想的な仮想ミラー面５が設定されている。固体レーザ媒質１と部分反射ミラーとの間の距離はＬａ、固体レーザ媒質１と仮想ミラー面５との間の距離はＬｂであり、仮想ミラー面５は、図１（ｂ）に示すような従来の固体レーザ装置の全反射ミラー（平面ミラー）４０が置かれる位置に設定されている。図１（ｂ）において、固体レーザ媒質１、光源２、および部分反射ミラー３は、図１（ａ）の固体レーザ媒質１、光源２、および部分反射ミラー３と同じものである。
次に、図１（ａ）に示す本実施の形態１による固体レーザ装置の動作について説明する。
固体レーザ媒質１は励起光源２により励起されて利得を生じる。部分反射ミラー３と全反射ミラー４との間で往復する光が、レーザ媒質１の利得により増幅され、部分反射ミラー３から出力として取り出される。仮想ミラー面５とレンズ６との間の距離をＬ1、レンズ６と全反射ミラー４との間の距離をＬ2、全反射ミラー４の曲率半径をＲ、レンズ６の焦点距離をｆとするとき、仮想ミラー面５〜レンズ６〜全反射ミラー４〜レンズ６〜仮想ミラー面５の往復経路を表す光線行列は
Figure 2005286144
で表される。ここで、例えばＬ1＝２ｆ、Ｌ2＝２ｆ、Ｒ＝ｆとすれば、（１）式は
Figure 2005286144
で表され、（２）式の光線行列は平面ミラーを表す光線行列と同一である。このことは、仮想ミラー面５〜レンズ６〜全反射ミラー４〜レンズ６〜仮想ミラー面５の往復による光学的な作用が、仮想ミラー面５に平面ミラーを置いた場合と等価であることを表している。したがって、図１（ａ）の構成において、Ｌ1＝２ｆ、Ｌ2＝２ｆ、Ｒ＝ｆのとき、レーザ共振器は仮想ミラー面５の位置に平面ミラーを設置したもの、即ち、図１（ｂ）の構成のものと同一の動作を示す。
図２は従来の固体レーザ装置における動作を示す。また、図３は本実施の形態１による固体レーザ装置における動作を、従来の固体レーザ装置と比較して示す図であり、図３（ａ）は、図１（ａ）の構成において、Ｌ1＝２ｆ、Ｌ2＝２ｆ、Ｒ＝ｆとした場合の共振器動作状態を、図３（ｂ）は図１（ｂ）に示した従来の固体レーザ装置の共振器動作状態を示すものである。
従来の固体レーザ装置においては、図２（ａ）に示すように、励起入力に概略比例して共振器からの出力が増加するが、励起入力が所定値を超えると、共振器の動作が不安定になり発振が停止してしまう現象が生じる。また、共振器が安定に動作する励起入力の限界は、共振器の長さと関係し、図２（ａ）に示すように、短い共振器ほど高い励起入力、高い出力まで安定に動作することがわかる。また、図２（ｂ）に示すように、従来の固体レーザ装置においては、共振器長が短く、励起が強いほどパルス幅が短くなることがわかる。
これに対して、本実施の形態１の固体レーザ装置においては、前述のように、レーザ共振器は仮想ミラー面５に平面ミラーを設置した場合と同様の動作を示し、レーザ媒質部における共振器内ビーム径は従来のものと等しくなり、安定動作領域およびレーザ出力において全く同じ共振器の動作が得られる。即ち、励起入力とレーザ出力の関係は、図３（ａ）と図３（ｂ）とで同じ関係となる。一方、図１（ａ）の構成においては、従来の構成に比較して共振器長は長くなるため、レーザ光が共振器を往復するのに要する時間が長くなり、パルス動作において長いパルス幅の発振が得られる。即ち、励起入力とパルス幅との関係は、図３（ａ）と図３（ｂ）とで異なり、図３（ａ）に示す本実施の形態のものの方が、図３（ｂ）に示す従来のものより同じ励起入力に対して長いパルス幅のレーザが得られるようになる。
上記の動作は、光学的に共役な面の間の空間は、即ち共役な面を通過し再びこの共役な面に戻ってくる間の光の伝搬空間は、共振器の動作の観点からは、光学的に短絡された空間として共振器動作には影響を与えないが、レーザ光増幅の過程においては、空間伝搬に相当する時間遅延を与えるものであると考えることによって理解できる。図１（ａ）の構成は、この特性を利用して共振器の高出力動作と長パルス発振の両立を可能にするものである。
なお、上記実施の形態では、例としてＬ1＝２ｆ、Ｌ2＝２ｆ、Ｒ＝ｆの条件を挙げたが、より一般的には、１枚のレンズ６を用いて仮想ミラー面５に仮想的な平面ミラーを出現させる条件は、次の（３）、（４）式で表される。（３）、（４）式の条件を満たすことによって、標準的に入手できる共振器ミラーおよびレンズの組み合わせを使用して、より自由度の高い設計が可能となる。
Figure 2005286144
また、上記実施の形態では、仮想ミラー面５に平面ミラーを出現させる場合について説明したが、任意の曲率の仮想ミラーを出現させることが可能である。
例えばＬ1＝Ｌ2＝２ｆの場合、
Figure 2005286144
となり、（５）式は、仮想ミラー面に曲率半径Ｒ*が
Figure 2005286144
の曲面ミラーを設置した場合と同じ共振器動作が得られることを示す。
また、上記実施の形態では、仮想ミラー面５が反射ミラーと光学的に共役の関係になる場合について説明したが、仮想ミラー面〜レンズ〜全反射ミラー〜レンズ〜仮想ミラー面の往復経路により、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが光学的に共役となる構成としてもよい。代表的な例としては、Ｌ1＝Ｌ2＝ｆ、Ｒ＝∞（平面ミラー）が挙げられる。
なお、上記実施の形態では、全反射ミラー側に仮想ミラー面５を設定する場合について説明したが、部分反射ミラー（取りだしミラー）側、もしくは両側に設定しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、上記実施の形態では、１枚のレンズ６を用いた、最もシンプルな構成のものについて説明したが、複数のレンズを使用しても実現可能であることは言うまでもない。
また、上記実施の形態では、レンズ６を用いた例を示したが、図４に示すように、レンズ６の代りに反射型の集光素子６０を用いても良い。反射型の集光素子６０を用いることによって、折返し型のコンパクトな構成を得ることができる。反射型集光素子への入射角度が大きい場合には、回転楕円面や放物面を使用すれば良い。
実施の形態２．
固体レーザ装置においては、各々固体レーザ媒質を含む複数の基本ユニットを直列に連結することによって高出力化が行なわれる。前述の従来の固体レーザ装置において、比較的長いパスル幅と高出力を両立させるものとして、図５（ｂ）に示すような、テレスコープ７を用いた共振器構成があることを示したが、このような構成のものにおいて、複数の固体レーザ媒体を用いて高出力化を図るには、各固体レーザ媒質の間に拡大テレスコープおよび縮小テレスコープを挿入する必要があり、装置が複雑化し、高コストとなるといった問題があった。また、調整が困難になるという問題があった。
これに対して、実施の形態１の固体レーザ装置の場合は、単純な構成により、高出力の長パルス固体レーザビームを得ることが可能となる。
図５（ａ）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、２つの固体レーザ媒質１を連結した場合を示す。
図において、複数の固体レーザ媒質１は各々励起光源２により励起されて利得を生じる。部分反射ミラー３および全反射ミラー４の間で往復する光が、レーザ媒質１の利得により増幅され、部分反射ミラー３から出力として取り出される。その際、実施の形態１と同様、固体レーザ媒質１と少なくとも１枚の共振器ミラー（ここでは全反射ミラー４）との間の空間に仮想的な仮想ミラー面５を設定するとともに、この仮想ミラー面５と全反射ミラー４との間にレンズ６を設置し、上記仮想ミラー面５およびレンズ６の位置を、実施の形態１で述べたと同様、Ｌ1、Ｌ2で決定される位置に設定することにより、仮想ミラー面〜レンズ〜全反射ミラー〜レンズ〜仮想ミラー面の往復で、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが共役になる構成が達成され、高出力で、しかも比較的長いパルス幅のパルスレーザ出力が得られる。また、複数の固体レーザ媒質が連結した構成であるため、より高出力のレーザ出力が得られる。
なお、複数のユニット１、２を連結する際には、固体レーザ媒質１の熱レンズ作用を受けて伝搬するレーザビームの波面が、各基本ユニットの両端において平面となるように配置すれば、同一仕様の複数ユニットを単純に並べることにより周期的なビーム伝搬となり、シンプルかつ効率的な連結が実現できる。例えば、図５（ａ）において、仮想ミラー面５上に仮想的平面ミラーを出現させる構成（例えばＬ1＝２ｆ、Ｌ2＝２ｆ、Ｒ＝ｆ）とすれば、基本ユニットの両端ではレーザビームの波面が平面になる。その結果、基本ユニットの連結において波面の整合を取るための手段を付加することなく複数ユニットを単純に並べることで、容易に高出力化が可能となる。
なお、図５（ａ）では２つのユニットを連結する例を示したが、付加的手段を用いることなく、任意の数のユニットを連結できることは言うまでもない。
また、上記実施の形態では、複数の固体レーザ媒質のうち全反射ミラー側にある固体レーザ媒質と全反射ミラーとの間に、仮想ミラー面５を設定する場合について説明したが、部分反射ミラー（取りだしミラー）側、もしくは両側に設定しても良い。
さらに、光学的に共役な面の間の空間は、共振器の動作の観点からは、光学的に短絡された空間として共振器動作には影響を与えないが、レーザ光増幅の過程においては、空間伝搬に相当する時間遅延を与えるものであるという動作原理から、複数の固体レーザ媒質を用いた場合において、複数の固体レーザ媒質間に、上記のような光学的に短絡された空間を設置しても良い。図６はこのような構成の固体レーザ装置を示す構成図であり、ユニット１とユニット２との間に２つの仮想ミラー面５を設定するとともに、２つの仮想ミラー面５間に２つのレンズ６と全反射ミラー８とを設置し、実施の形態１と同様に、それぞれの設置位置、レンズの焦点距離等を所定に設定することにより、２つの仮想ミラー面５が光学的共役の関係となるように構成したものである。このような構成においては、レーザユニットを設置するスペースが不足する場合などにおいて、構成上の自由度を高められる利点がある。
なお、図６では２つの仮想ミラー面５間に２つのレンズ６と全反射ミラー８とを設置したが、例えば反射型の集光素子により、２つの仮想ミラー面５が光学的共役の関係となるように構成してもよい。
実施の形態３．
固体レーザ装置のさらなる高出力化を図る手段として増幅器が用いられる。図７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、増幅器を用いた構成を示す。図７においては、ユニット１が発振段、ユニット２およびユニット３が増幅段である。
図７において、各ユニットにおける固体レーザ媒質１は各々励起光源２により励起されて利得を生じる。共振器ミラー３および４の間で往復する光が、ユニット１の固体レーザ媒質１の利得により増幅され、部分反射ミラー３から発振ビームとして取り出される。この発振ビームをユニット２およびユニット３の増幅段を通過させて増幅することにより、高いレーザ出力が容易に得られる。さらに、本実施の形態３では、共振器内に、仮想ミラー面５およびレンズ６を設置し、その設置位置を実施の形態１で説明した位置に設置することにより、高出力で、かつ比較的長いパルス幅のパルスレーザ出力が得られるようになる。また、本実施の形態では共振器の外部に増幅段を設けたので、調整が容易となる。
また特に、仮想ミラー面上に仮想的平面ミラーを出現させる構成（例えばＬ1＝2ｆ、Ｌ2＝2ｆ、Ｒ＝ｆ）とすれば、単一構成の基本ユニットを使用し、補正光学素子不要で高出力化を図ることができる。
なお、上記実施の形態においては、共振器内に固体レーザ媒質が１つの場合を示したが、実施の形態２と同様、複数であっても良い。
また、仮想ミラー面の位置も、実施の形態１、２で述べたような他の位置であってもよい。
また、上記実施の形態においては、レンズ６を用いた例を示したが、他の光学素子、例えば図４に示す反射型の集光素子を用いても良い。
本発明の実施の形態１による固体レーザ装置と従来の固体レーザ装置を示す構成図である。 従来の固体レーザ装置の動作を説明する図である。 本発明の実施の形態１による固体レーザ装置における動作を、従来の固体レーザ装置と比較して示す図である。 本発明の実施の形態１による他の固体レーザ装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態２による固体レーザ装置とテレスコープを用いた従来の固体レーザ装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態２による他の固体レーザ装置を示す構成図である。 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る。
符号の説明
１ 固定レーザ媒質、２ 励起光源、３ 部分反射ミラー、４，８，４０ 全反射ミラー、５ 仮想ミラー面、６ レンズ、７ テレスコープ、６０ 反射型集光素子。

Claims (8)

  1. 固体レーザ媒質、上記固体レーザ媒質を励起する光源、および上記固体レーザ媒質を挟んでレーザ共振器を構成する少なくとも２枚の反射ミラーからなる固体レーザ装置において、上記固体レーザ媒質と少なくとも１枚の反射ミラーとの間の空間に仮想ミラー面を設定すると共に、上記仮想ミラー面と上記反射ミラーとの間に少なくとも１枚の光学素子を設け、仮想ミラー面〜光学素子〜反射ミラー〜光学素子〜仮想ミラー面の往復経路により、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが光学的に共役となるようにしたことを特徴とする固体レーザ装置。
  2. 複数の固体レーザ媒質、上記固体レーザ媒質を励起する光源、および上記複数の固体レーザ媒質を挟んでレーザ共振器を構成する少なくとも２枚の反射ミラーからなる固体レーザ装置において、上記複数の固体レーザ媒質と少なくとも１枚の反射ミラーとの間の空間に仮想ミラー面を設定すると共に、上記仮想ミラー面と上記反射ミラーとの間に少なくとも１枚の光学素子を設け、仮想ミラー面〜光学素子〜反射ミラー〜光学素子〜仮想ミラー面の往復経路により、往路上の仮想ミラー面と復路上の仮想ミラー面とが光学的に共役となるようにしたことを特徴とする固体レーザ装置。
  3. 仮想ミラー面が反射ミラーと光学的に共役となるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の固体レーザ装置。
  4. 仮想ミラー面と反射ミラーとの間の設ける光学素子が１枚のレンズであり、上記レンズの焦点距離をｆ、上記反射ミラーの曲率半径をＲ、上記仮想ミラー面と上記レンズとの距離をＬ1、上記レンズと上記反射ミラーとの距離をＬ2とするとき、
    Figure 2005286144
     であることを特徴とする請求項３記載の固体レーザ装置。
  5. 仮想ミラー面が１つであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体レーザ装置。
  6. 複数の固体レーザ媒質、上記固体レーザ媒質を励起する光源、および上記複数の固体レーザ媒質を挟んでレーザ共振器を構成する少なくとも２枚の反射ミラーからなる固体レーザ装置において、上記複数の固体レーザ媒質のうちの少なくとも２つの固体レーザ媒質間に、２つの仮想ミラー面を設定すると共に、上記２つの仮想ミラー面の間に少なくとも１枚の光学素子を設け、上記２つの仮想ミラー面が光学的共役の関係となるように構成したことを特徴とする固体レーザ装置。
  7. 共振器の外部に少なくとも１個の増幅用の固体レーザ媒質を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体レーザ装置。
  8. 光学素子は反射型の集光素子であることを特徴とする請求項１〜３、６のいずれかに記載の固体レーザ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100862539B1 (ko) 2006-05-23 2008-10-09 충남대학교산학협력단 이득 고정 반도체 광증폭기
JP2011066300A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Shimadzu Corp レーザ共振器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112005000610B4 (de) * 2005-09-14 2010-02-04 Mitsubishi Denki K.K. Stabförmiges Festkörper-Lasersystem
CN105137553B (zh) * 2015-09-10 2017-07-04 安徽航天生物科技股份有限公司 一种固体激光器光纤自适应耦合装置

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3588508A (en) * 1968-09-30 1971-06-28 Ibm Laser infrared image converter
US3934210A (en) * 1973-05-30 1976-01-20 Coherent Radiation Tuning apparatus for an optical oscillator
US4493086A (en) * 1982-05-20 1985-01-08 Hughes Aircraft Company Synchronously-pumped phase-conjugate laser
US5164947A (en) 1991-02-28 1992-11-17 Amoco Corporation Single-frequency, frequency doubled laser
JPH05275785A (ja) * 1992-03-28 1993-10-22 Sony Corp レーザ光発生光学装置
DE4345404C2 (de) 1992-09-16 2001-04-26 Mitsubishi Electric Corp Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls in einer Materialbearbeitungsvorrichtung
JP2000340868A (ja) 1992-09-16 2000-12-08 Mitsubishi Electric Corp 固体レーザ装置及びこれを用いたレーザ加工装置
JP3083688B2 (ja) 1992-09-16 2000-09-04 三菱電機株式会社 固体レーザ装置
JPH06302902A (ja) 1993-04-15 1994-10-28 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工装置
GB9309467D0 (en) 1993-05-07 1993-06-23 Secr Defence Waveguide laser
CN1034897C (zh) * 1993-08-29 1997-05-14 哈尔滨工业大学 一种固体激光器相位共轭谐振腔
WO1995022187A1 (en) * 1994-02-15 1995-08-17 Coherent, Inc. System for minimizing the depolarization of a laser beam due to thermally induced birefringence
JPH07235714A (ja) 1994-02-23 1995-09-05 Mitsubishi Electric Corp 固体レーザ装置
JP3265173B2 (ja) * 1995-01-10 2002-03-11 三菱電機株式会社 固体レーザ装置
JPH08306997A (ja) * 1995-04-28 1996-11-22 Mitsui Petrochem Ind Ltd 固体レーザ装置
US5585962A (en) 1995-06-07 1996-12-17 Amoco Corporation External resonant frequency mixers based on degenerate and half-degenerate resonators
DE19543586B4 (de) 1995-11-23 2005-12-22 U.T.S. Präzisionstechnik GmbH Funkuhr mit analoger Zeitanzeige
US5644589A (en) * 1995-12-22 1997-07-01 Atx Telecom Systems, Inc. Solid state laser optimized for multimode operation
JPH09266336A (ja) * 1996-03-27 1997-10-07 Mitsubishi Electric Corp 固体レーザ発振器及びこの固体レーザ発振器を用いた加工機械
US5841798A (en) * 1996-05-07 1998-11-24 Raytheon Company Eyesafe laser transmitter with brewster angle Q switch in single resonator cavity for both pump laser and optical parametric oscillator
US5687186A (en) * 1996-05-07 1997-11-11 Hughes Electronics Eyesafe laser transmitter with single resonator cavity for both pump laser and optical parametric oscillator
US5757842A (en) * 1996-06-28 1998-05-26 International Business Machines Corporation Method and apparatus for compensating thermal lensing effects in a laser cavity
JP2001007421A (ja) 1999-06-18 2001-01-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 固体レーザ光伝搬装置
JP3621623B2 (ja) * 2000-03-27 2005-02-16 三菱電機株式会社 レーザ共振器
US6853670B2 (en) * 2000-03-27 2005-02-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Laser resonator
JP2003198019A (ja) * 2001-12-25 2003-07-11 Hamamatsu Photonics Kk レーザ光源
JP4242141B2 (ja) * 2002-11-19 2009-03-18 株式会社トプコン 固体レーザ装置
US7522651B2 (en) * 2004-03-10 2009-04-21 Pavilion Integration Corporation Solid-state lasers employing incoherent monochromatic pump
US20050276300A1 (en) * 2004-05-25 2005-12-15 Nat'l Inst Of Info & Comm Tech Inc Admin Agency Laser device using two laser media

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100862539B1 (ko) 2006-05-23 2008-10-09 충남대학교산학협력단 이득 고정 반도체 광증폭기
JP2011066300A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Shimadzu Corp レーザ共振器

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