JP2006196882A - Optical amplifier, laser oscillator, and mopa laser equipment - Google Patents

Optical amplifier, laser oscillator, and mopa laser equipment Download PDF

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Osamu Matsumoto
修 松本
Toshiyuki Kawashima
利幸 川嶋
Akira Yasuhara
亮 安原
Takashi Sekine
尊史 関根
Takashi Kurita
隆史 栗田
Yasushi Ikegawa
恭史 池川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical amplifier capable of equalizing the temperature distribution of a solid-state laser medium of a slab profile using a simple/small structure. <P>SOLUTION: An optical amplifier 17 comprises a solid-state laser medium 31, excited light sources 32a and 32b, light absorbers 33c and 33d, heating light sources 34ac, 34ad, 34bc, and 34bd, rectifier objects 35c and 35d, a medium housing 36, and a controller 37. The active element of the solid-state laser medium 31 is excited when irradiated with excitation light outputted from the excited light sources 32a and 32b. The light absorbers 33c and 33d is provided in touch with the side surface of the solid-state laser medium 31. The light absorbers 33c and 33d absorb heating light and generate heat when irradiated with the heating light outputted from the heating light sources 34ac, 34bc, 34ad, and 34bd. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、所定波長の光を誘導放射して光増幅し得る光増幅器、該光増幅器を共振器内に含むレーザ発振器、および、光源と該光増幅器とを含むMOPA(MasterOscillator Power Amplifier)レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to an optical amplifier capable of inducing and amplifying light of a predetermined wavelength, a laser oscillator including the optical amplifier in a resonator, and a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) laser apparatus including a light source and the optical amplifier. It is about.

レーザ発振器は、現代社会において計測や製造等の多くの分野で使われている。レーザ発振器は、レーザ媒質によって、気体レーザ、液体レーザ、固体レーザ等に分類される。そのうち、光増幅媒体として固体レーザ媒質を含む固体レーザ発振器は、気体または液体レーザ発振器と比較して、レーザ媒質の体積を小さくすることができるので、取り扱いが容易である。   Laser oscillators are used in many fields such as measurement and manufacturing in modern society. Laser oscillators are classified into gas lasers, liquid lasers, solid-state lasers, and the like depending on the laser medium. Among them, a solid-state laser oscillator including a solid-state laser medium as an optical amplification medium can be easily handled because the volume of the laser medium can be reduced as compared with a gas or liquid laser oscillator.

固体レーザ発振器は、フラッシュランプやエネルギ利用効率がよい半導体レーザ素子(LD)などの励起光源から出力される励起光を固体レーザ媒質に照射することにより固体レーザ媒質を励起して、この励起された固体レーザ媒質からレーザ光を取り出すものである。固体レーザ媒質として、活性元素(NdやYbの希土類元素や遷移金属元素)を添加した結晶(例えばNd:YAGやNd:YLF)やガラスが用いられている。   The solid-state laser oscillator excites the solid-state laser medium by irradiating the solid-state laser medium with excitation light output from a pump lamp such as a flash lamp or a semiconductor laser element (LD) with high energy utilization efficiency. Laser light is extracted from the solid-state laser medium. As a solid-state laser medium, a crystal (for example, Nd: YAG or Nd: YLF) or glass to which an active element (Nd or Yb rare earth element or transition metal element) is used is used.

固体レーザ発振器は、レーザ媒質の形態により、ロッド,スラブ(平板)およびディスクに分類される。例えば特許文献1や非特許文献1には、スラブ形状の固体レーザ媒質を含む光増幅器が記載されており、このような光増幅器および共振器を含むレーザ発振器が知られており、また、このような光増幅器および光源を含むMOPAレーザ装置が知られている。   Solid laser oscillators are classified into rods, slabs (flat plates), and disks, depending on the form of the laser medium. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 describe an optical amplifier including a slab-shaped solid-state laser medium, and a laser oscillator including such an optical amplifier and a resonator is known. A MOPA laser device including an optical amplifier and a light source is known.

これら特許文献1や非特許文献1に記載された光増幅器では、スラブ形状の固体レーザ媒質の主面に励起光を照射して、この固体レーザ媒質に含まれている活性元素を励起する。そして、所定波長の被増幅光を固体レーザ媒質の第1端面に入射し、その入射した被増幅光を固体レーザ媒質内において両主面で繰り返し反射させながらジグザグ伝搬させる間に光増幅して、その光増幅した光を固体レーザ媒質の他の第2端面から出射する。このスラブ形状の固体レーザ媒質を、共振器を構成する出力鏡と全反射鏡との間に配置することで、レーザ発振光を取り出す固体レーザ発振器とすることも可能である。   In the optical amplifiers described in these Patent Documents 1 and Non-Patent Document 1, the main surface of a slab-shaped solid laser medium is irradiated with excitation light to excite active elements contained in the solid laser medium. Then, light to be amplified having a predetermined wavelength is incident on the first end face of the solid-state laser medium, and the light to be amplified is optically amplified while being propagated in a zigzag manner while being repeatedly reflected on both main surfaces in the solid-state laser medium, The light amplified light is emitted from the other second end face of the solid-state laser medium. By disposing the slab-shaped solid laser medium between the output mirror constituting the resonator and the total reflection mirror, it is possible to obtain a solid laser oscillator for extracting laser oscillation light.

ところで、励起光源から出力される励起光の照射により固体レーザ媒質を励起した場合、固体レーザ媒質に吸収された励起光の多くは、固体レーザ媒質内で熱負荷となり、固体レーザ媒質に温度分布をもたらす。この温度分布は、熱レンズ効果、熱複屈折効果およびビーム偏向などを発生させ、レーザ光のモードパターンの変化や出力低下の原因となる。熱負荷の大きい時にはレーザ媒質の破壊に至ることもある。   By the way, when the solid-state laser medium is excited by irradiation of the excitation light output from the excitation light source, most of the excitation light absorbed in the solid-state laser medium becomes a heat load in the solid-state laser medium, and the temperature distribution in the solid-state laser medium is increased. Bring. This temperature distribution causes a thermal lens effect, a thermal birefringence effect, beam deflection, and the like, and causes a change in the mode pattern of laser light and a decrease in output. When the heat load is large, the laser medium may be destroyed.

そこで、光増幅器の動作時に固体レーザ媒質を冷却する必要がある。そのために、固体レーザ媒質を媒質収納部の内部に収納して、この媒質収納部の内部に水を流して固体レーザ媒質を水冷する。また、媒質収納部に透明なウィンドウ部を設けて、このウィンドウ部を経て励起光を外部から内部へ透過させ、その励起光を固体レーザ媒質の主面に照射させる。   Therefore, it is necessary to cool the solid laser medium during operation of the optical amplifier. For this purpose, the solid laser medium is accommodated inside the medium accommodating portion, and water is allowed to flow inside the medium accommodating portion to cool the solid laser medium. Further, a transparent window portion is provided in the medium housing portion, the excitation light is transmitted from the outside to the inside through this window portion, and the excitation light is irradiated to the main surface of the solid laser medium.

特許文献1や非特許文献1に記載されたようなスラブ形状の固体レーザ媒質を有する光増幅器は、水冷却により熱負荷を効率よく除去できるので、大きな出力エネルギを取り出すことができる。また、スラブ形状の固体レーザ媒質内で被増幅光をジグザグ伝搬させることにより、ジグザグ伝搬光路での熱効果が平均化されるので、均一の出力パターンが得られる。
特開2001−203410号公報 T. Kawashima, et al., "Design and Performance of a Diode-PumpedNd:Silica-Phosphate Glass Zig-Zag Slab Laser Amplifier for Inertial FusionEnergy", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.40, Pt.1, No.11, pp.6415-6425 (2001)
Since an optical amplifier having a slab-shaped solid-state laser medium as described in Patent Document 1 or Non-Patent Document 1 can efficiently remove a heat load by water cooling, a large output energy can be taken out. In addition, by making the amplified light propagate in a zigzag manner in the slab-shaped solid laser medium, the thermal effect in the zigzag propagation optical path is averaged, so that a uniform output pattern can be obtained.
JP 2001-203410 A T. Kawashima, et al., "Design and Performance of a Diode-PumpedNd: Silica-Phosphate Glass Zig-Zag Slab Laser Amplifier for Inertial FusionEnergy", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.40, Pt.1, No.11, pp.6415-6425 (2001)

しかしながら、上記のようなスラブ形状の固体レーザ媒質内において被増幅光をジグザグ伝搬させて光増幅する光増幅器においても、励起光源から発せられる励起光のうち励起に寄与しない光は、熱に変換されて固体レーザ媒質の温度上昇の原因となり、熱効果が発生する。この温度上昇により、スラブ固体レーザ媒質のジグザグ伝搬光路面内の温度は、中央部で高く冷却面で低くなる不均一な分布を示すが、レーザ光がジグザグ伝搬するので熱的に平均化され、この面内には熱効果は発生しない。一方、スラブ固体レーザ媒質の上下方向(ジグザグ伝搬光路面と直交する方向)にも、中央部で高く上下側面で低くなる不均一な温度分布となるが、この温度分布をジグザグ伝搬では平均化することはできない。   However, even in an optical amplifier that amplifies light by zigzag-propagating the amplified light in the slab-shaped solid-state laser medium as described above, the light that does not contribute to the pumping of the pumping light emitted from the pumping light source is converted into heat. As a result, the temperature of the solid-state laser medium increases, and a thermal effect occurs. Due to this temperature rise, the temperature in the zigzag propagation optical path surface of the slab solid-state laser medium shows a non-uniform distribution that is high in the center and low on the cooling surface, but is thermally averaged because the laser light propagates zigzag, There is no thermal effect in this plane. On the other hand, even in the vertical direction of the slab solid-state laser medium (the direction perpendicular to the zigzag propagation optical path surface), the temperature distribution becomes uneven in the center and lower on the upper and lower sides. This temperature distribution is averaged by zigzag propagation. It is not possible.

このような上下方向の熱レンズ効果を補償するため、固体レーザ媒質の外部に補償用レンズを配置することも考えられるが、光増幅器の構成が複雑となり、また、励起光強度が高くなるに従って、熱レンズの焦点距離が短くなるので、熱レンズ効果の補償が不可能となる。   In order to compensate for the thermal lens effect in the vertical direction, it may be possible to arrange a compensation lens outside the solid-state laser medium, but the configuration of the optical amplifier becomes complicated, and as the excitation light intensity increases, Since the focal length of the thermal lens is shortened, it is impossible to compensate for the thermal lens effect.

また、特許文献1に開示された光増幅器では、固体レーザ媒質の上下方向の各側面に熱水路を設けることにより、固体レーザ媒質の上下方向の温度分布の均一化を図っている。しかし、この場合には、固体レーザ媒質の主面を冷却するための冷却機構とは別に、固体レーザ媒質の上下方向の両側面を温水加熱するための機構を設ける必要があることから、装置が複雑化し大型化する。また、温水の温度調整には時間がかかるため、短時間でのレーザ媒質の温度制御は不可能である。   Further, in the optical amplifier disclosed in Patent Document 1, a temperature distribution in the vertical direction of the solid-state laser medium is made uniform by providing a hot water channel on each side surface of the solid-state laser medium in the vertical direction. However, in this case, it is necessary to provide a mechanism for heating both sides of the solid laser medium in the vertical direction separately from the cooling mechanism for cooling the main surface of the solid laser medium. Complicated and enlarged. Further, since it takes time to adjust the temperature of the hot water, it is impossible to control the temperature of the laser medium in a short time.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、スラブ形状の固体レーザ媒質の温度分布を簡易・小型の構成で均一化することができる光増幅器、ならびに、このような光増幅器を含むレーザ発振器およびMOPAレーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an optical amplifier capable of uniformizing the temperature distribution of a slab-shaped solid-state laser medium with a simple and small configuration, and such an optical amplifier. An object of the present invention is to provide a laser oscillator and a MOPA laser apparatus including

本発明に係る光増幅器は、(1) 励起光が照射されることにより所定波長の光を誘導放射し得るスラブ形状の固体レーザ媒質と、(2) 固体レーザ媒質の互いに対向する第1側面および第2側面それぞれに接して設けられ、光を吸収して発熱する光吸収体と、(3) 固体レーザ媒質に照射されるべき励起光を出力する励起光源と、(4) 光吸収体により吸収されるべき加熱光を出力する加熱用光源と、(5) 固体レーザ媒質および光吸収体を内部に収納し、内部に水を流して固体レーザ媒質を水冷する水冷手段を有するとともに、励起光源から出力された励起光および加熱用光源から出力された加熱光を外部から内部へ透過させるウィンドウ部を有し、該ウィンドウ部を透過した励起光を固体レーザ媒質の主面に入射させ、該ウィンドウ部を透過した加熱光を光吸収体に入射させる媒質収納部と、を備えることを特徴とする。さらに、固体レーザ媒質の第1端面に入射した所定波長の光を固体レーザ媒質において光増幅し、その光増幅した光を固体レーザ媒質の第2端面から出射することを特徴とする。   An optical amplifier according to the present invention includes (1) a slab-shaped solid laser medium capable of inducing and emitting light of a predetermined wavelength when irradiated with excitation light, and (2) a first side surface of the solid laser medium facing each other, and A light absorber that is in contact with each of the second side surfaces and generates heat by absorbing light; (3) an excitation light source that outputs excitation light to be irradiated on the solid-state laser medium; and (4) absorbed by the light absorber. A heating light source that outputs the heating light to be generated, and (5) a solid laser medium and a light absorber are housed inside, and water cooling means is provided for cooling the solid laser medium by flowing water therein. A window portion for transmitting the output excitation light and the heating light output from the heating light source from the outside to the inside; and the excitation light transmitted through the window portion is incident on the main surface of the solid-state laser medium; The heating light transmitted through And a medium accommodating portion to be incident on the absorber, characterized in that it comprises a. Further, the light having a predetermined wavelength incident on the first end face of the solid-state laser medium is optically amplified in the solid-state laser medium, and the light-amplified light is emitted from the second end face of the solid-state laser medium.

この光増幅器では、励起光源から出力された励起光は、媒質収納部のウィンドウ部を透過して、媒質収納部の内部に収納された固体レーザ媒質の主面に入射して、固体レーザ媒質中の活性元素を励起する。そして、固体レーザ媒質の第1端面に入射した所定波長の光は、固体レーザ媒質内を伝搬する間に光増幅されて、固体レーザ媒質の第2端面から出射される。また、加熱用光源から出力された加熱光は、媒質収納部のウィンドウ部を透過して、媒質収納部の内部に収納された固体レーザ媒質の互いに対向する第1側面および第2側面それぞれに接して設けられ光吸収体に入射して、光吸収体により吸収される。固体レーザ媒質への励起光の照射により、その照射エネルギの一部は熱エネルギとなって、固体レーザ媒質の温度が上昇する。この温度上昇を抑制するために、水冷手段により、媒質収納部の内部に水が流されて、固体レーザ媒質が水冷される。仮に、光吸収体が設けられていないとすると、固体レーザ媒質の上下方向温度分布において、中央付近と比べて両側面付近の温度が低い。しかし、本発明では、固体レーザ媒質の両側面に接して光吸収体が設けられていることにより、加熱用光源から出力された加熱光が光吸収体に吸収されて光吸収体が発熱するので、固体レーザ媒質における上下方向温度分布は均一化される。   In this optical amplifier, the pumping light output from the pumping light source passes through the window portion of the medium housing portion, enters the main surface of the solid laser medium housed inside the medium housing portion, and enters the solid laser medium. Excites the active element. The light having a predetermined wavelength incident on the first end surface of the solid-state laser medium is amplified while being propagated through the solid-state laser medium, and is emitted from the second end surface of the solid-state laser medium. Further, the heating light output from the heating light source is transmitted through the window portion of the medium storage portion and is in contact with each of the first and second side surfaces of the solid laser medium stored in the medium storage portion facing each other. Is incident on the light absorber and absorbed by the light absorber. By irradiating the solid laser medium with excitation light, part of the irradiation energy becomes thermal energy, and the temperature of the solid laser medium rises. In order to suppress this temperature increase, water is caused to flow inside the medium housing portion by the water cooling means, and the solid laser medium is water cooled. If the light absorber is not provided, the temperature in the vicinity of both sides is lower in the vertical temperature distribution of the solid laser medium than in the vicinity of the center. However, in the present invention, since the light absorber is provided in contact with both side surfaces of the solid-state laser medium, the heating light output from the heating light source is absorbed by the light absorber and the light absorber generates heat. The vertical temperature distribution in the solid-state laser medium is made uniform.

本発明に係る光増幅器では、光吸収体は、固体レーザ媒質で発生した放出光の一部をも吸収して発熱するのが好適であり、或いは、励起光源から出力された励起光の一部をも吸収して発熱するのが好適である。これらの場合には、放出光または励起光を吸収することでも光吸収体が発熱するので、加熱用光源から出力されるべき加熱光のパワーが小さくてよく、消費電力が少なくて済む。   In the optical amplifier according to the present invention, the light absorber preferably absorbs part of the emitted light generated in the solid-state laser medium and generates heat, or part of the excitation light output from the excitation light source. It is preferable that heat is also absorbed by absorbing. In these cases, the light absorber also generates heat by absorbing the emitted light or the excitation light. Therefore, the power of the heating light to be output from the heating light source may be small, and the power consumption may be small.

本発明に係る光増幅器では、固体レーザ媒質および光吸収体それぞれのホスト材料は互いに同じであるのが好適である。この場合には、光吸収体および固体レーザ媒質それぞれの熱膨張係数が互いに等しいので、これらを融着により接続したり強く接着したりすることが可能である。   In the optical amplifier according to the present invention, it is preferable that the host materials of the solid-state laser medium and the light absorber are the same. In this case, since the thermal expansion coefficients of the light absorber and the solid laser medium are equal to each other, they can be connected by fusion or strongly bonded.

本発明に係る光増幅器は、(1) 固体レーザ媒質の温度を測定する温度測定手段と、(2) この温度測定手段による測定結果に基づいて、固体レーザ媒質の第1側面に垂直な方向に沿った温度分布を均一化するように、加熱用光源による光吸収体への加熱光照射をフィードバック制御する制御手段と、を更に備えるのが好適である。或いは、本発明に係る光増幅器は、(1) 固体レーザ媒質において誘導放射により発生して出力された所定波長の光の品質を測定する出力光品質測定手段と、(2) この出力光品質測定手段による測定結果に基づいて、固体レーザ媒質から出力される光の品質を改善するように、加熱用光源による光吸収体への加熱光照射をフィードバック制御する制御手段と、を更に備えるのも好適である。このように、加熱用光源による光吸収体への加熱光照射が制御手段によりフィードバック制御されることにより、効果的に、固体レーザ媒質の側面に垂直な方向に沿った温度分布が均一化され、固体レーザ媒質から出力される光の品質が改善される。   The optical amplifier according to the present invention includes (1) temperature measuring means for measuring the temperature of the solid-state laser medium, and (2) based on a measurement result by the temperature measuring means in a direction perpendicular to the first side surface of the solid-state laser medium. It is preferable to further include a control unit that feedback-controls the heating light irradiation to the light absorber by the heating light source so as to make the temperature distribution along the line uniform. Alternatively, the optical amplifier according to the present invention includes (1) output light quality measuring means for measuring the quality of light of a predetermined wavelength generated and output by stimulated radiation in the solid-state laser medium, and (2) this output light quality measurement. It is also preferable to further comprise a control means for feedback-controlling the heating light irradiation to the light absorber by the heating light source so as to improve the quality of the light output from the solid-state laser medium based on the measurement result by the means. It is. As described above, the heating light irradiation to the light absorber by the heating light source is feedback-controlled by the control means, so that the temperature distribution along the direction perpendicular to the side surface of the solid-state laser medium is effectively uniformed, The quality of the light output from the solid state laser medium is improved.

本発明に係る光増幅器は、固体レーザ媒質の第1側面および第2側面それぞれを加熱する電気的加熱源を更に備えるのが好適である。また、このとき、本発明に係る光増幅器は、(1) 固体レーザ媒質の温度を測定する温度測定手段と、(2) この温度測定手段による測定結果に基づいて、固体レーザ媒質の第1側面に垂直な方向に沿った温度分布を均一化するように、加熱用光源による光吸収体への加熱光照射または電気的加熱源による加熱をフィードバック制御する制御手段と、を更に備えるのが好適である。或いは、本発明に係る光増幅器は、(1) 固体レーザ媒質において誘導放射により発生して出力された所定波長の光の品質を測定する出力光品質測定手段と、(2) この出力光品質測定手段による測定結果に基づいて、固体レーザ媒質から出力される光の品質を改善するように、加熱用光源による光吸収体への加熱光照射または電気的加熱源による加熱をフィードバック制御する制御手段と、を更に備えるのも好適である。このように、加熱用光源による光吸収体への加熱光照射または電気的加熱源による加熱が制御手段によりフィードバック制御されることにより、効果的に、固体レーザ媒質の側面に垂直な方向に沿った温度分布が均一化され、固体レーザ媒質から出力される光の品質が改善される。   The optical amplifier according to the present invention preferably further includes an electrical heating source for heating each of the first side surface and the second side surface of the solid-state laser medium. At this time, the optical amplifier according to the present invention includes (1) temperature measuring means for measuring the temperature of the solid laser medium, and (2) the first side surface of the solid laser medium based on the measurement result by the temperature measuring means. And a control means for feedback-controlling the heating light irradiation to the light absorber by the heating light source or the heating by the electric heating source so as to uniformize the temperature distribution along the direction perpendicular to the heating source. is there. Alternatively, the optical amplifier according to the present invention includes (1) output light quality measuring means for measuring the quality of light of a predetermined wavelength generated and output by stimulated radiation in the solid-state laser medium, and (2) this output light quality measurement. Control means for feedback control of heating light irradiation to the light absorber by the heating light source or heating by the electric heating source so as to improve the quality of the light output from the solid-state laser medium based on the measurement result by the means; It is also preferable to further include As described above, the light irradiation to the light absorber by the light source for heating or the heating by the electric heating source is feedback-controlled by the control means, so that it is effectively along the direction perpendicular to the side surface of the solid-state laser medium. The temperature distribution is made uniform, and the quality of light output from the solid-state laser medium is improved.

また、本発明に係る光増幅器は、(1) 光吸収体における固体レーザ媒質と接する面と反対側の面の側に設けられ媒質収納部の内部における水の流れを整流する整流体と、(2) 光吸収体と整流体との間に光吸収体に接して設けられ光吸収体より熱伝導率が高く光を吸収する第2光吸収体と、を更に備えるのが好適である。また、光吸収体と電気的加熱源との間に光吸収体に接して設けられ光吸収体より熱伝導率が高く光を吸収する第2光吸収体を更に備えるのが好適である。光吸収体に入射して発熱に寄与すべき光の一部は、光吸収体により吸収されることなく該光吸収体を透過する場合がある。仮に、第2吸収体を設けなかったとした場合には、光吸収体を透過した光の一部は、整流体または電気的加熱源との境界で反射されて再び光吸収体に入射し、光吸収体により吸収されて発熱に寄与することになり、所期の発熱量より大きい発熱量となる可能性がある。これに対して、第2吸収体を設けた場合には、光吸収体を透過した光の一部は、第2光吸収体により吸収されるので、光吸収体へ反射される光の割合が低減され、所期の発熱量が容易に得られ、ひいては、固体レーザ媒質の温度分布を更に容易に均一化することができる。また、第2光吸収体が設けられることにより、寄生発振が低減され、増幅効率が向上する。   Further, the optical amplifier according to the present invention is (1) a rectifier that rectifies the flow of water inside the medium housing portion provided on the side opposite to the surface in contact with the solid-state laser medium in the optical absorber; 2) It is preferable to further include a second light absorber provided between the light absorber and the rectifier so as to be in contact with the light absorber and having higher thermal conductivity than the light absorber and absorbing light. In addition, it is preferable to further include a second light absorber that is provided between the light absorber and the electric heating source so as to be in contact with the light absorber and has a higher thermal conductivity than the light absorber and absorbs light. Some of the light that should enter the light absorber and contribute to heat generation may pass through the light absorber without being absorbed by the light absorber. If the second absorber is not provided, a part of the light transmitted through the light absorber is reflected at the boundary with the rectifier or the electric heating source and is incident on the light absorber again. It is absorbed by the absorber and contributes to heat generation, and there is a possibility that the calorific value is larger than the intended calorific value. On the other hand, when the second absorber is provided, part of the light transmitted through the light absorber is absorbed by the second light absorber, so that the ratio of the light reflected to the light absorber is As a result, the desired calorific value can be easily obtained, and as a result, the temperature distribution of the solid-state laser medium can be more easily uniformized. In addition, by providing the second light absorber, parasitic oscillation is reduced and amplification efficiency is improved.

本発明に係るレーザ発振器は、上記の本発明に係る光増幅器と、この光増幅器に含まれる固体レーザ媒質を共振光路上に有する共振器と、を備えることを特徴とする。また、本発明に係るMOPAレーザ装置は、光を出力する光源と、この光源から出力された光を入力し光増幅して出力する上記の本発明に係る光増幅器と、を備えることを特徴とする。   A laser oscillator according to the present invention includes the optical amplifier according to the present invention described above, and a resonator having a solid-state laser medium included in the optical amplifier on a resonant optical path. Further, a MOPA laser device according to the present invention comprises a light source that outputs light, and the optical amplifier according to the present invention that receives the light output from the light source, and amplifies and outputs the light. To do.

本発明によれば、スラブ形状の固体レーザ媒質の温度分布を簡易・小型の構成で均一化することができ、高品質の出力光を得ることができる。   According to the present invention, the temperature distribution of a slab-shaped solid-state laser medium can be made uniform with a simple and small configuration, and high-quality output light can be obtained.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、説明の便宜の為にxyz直交座標系を設定する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. For convenience of explanation, an xyz rectangular coordinate system is set.

先ず、本実施形態に係るMOPAレーザ装置1について説明する。図1は、本実施形態に係るMOPAレーザ装置1の構成図である。この図に示されるMOPAレーザ装置1は、レーザ光源11、光増幅器12、ビームエクスパンダ13、光学マスク14、スペーシャルフィルタ15、ファラデーローテータ16、光増幅器17、スペーシャルフィルタ18およびポラライザ19を備える。   First, the MOPA laser apparatus 1 according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a MOPA laser device 1 according to the present embodiment. The MOPA laser apparatus 1 shown in this figure includes a laser light source 11, an optical amplifier 12, a beam expander 13, an optical mask 14, a spatial filter 15, a Faraday rotator 16, an optical amplifier 17, a spatial filter 18 and a polarizer 19. .

レーザ光源11は、レーザ光を出力するものである。このレーザ光源11から出力される光の波長は、光増幅器12および光増幅器17それぞれにおいて光増幅され得る波長である。光増幅器12は、レーザ光源11から出力された光を入力し光増幅して出力する。ビームエクスパンダ13は、光増幅器12から出力されミラー21により反射されて到達した光を入力し、この光のビーム径を大きくして出力する。光学マスク14は、開口を有しており、ビームエクスパンダ13から出力されミラー22により反射されて到達した光を入力し、開口のみに光を透過させて、この光の空間分布形状を矩形状に整形して出力する。この光学マスク14の開口は矩形セレイテッドアパーチャであるのが好適である。   The laser light source 11 outputs laser light. The wavelength of the light output from the laser light source 11 is a wavelength that can be optically amplified in each of the optical amplifier 12 and the optical amplifier 17. The optical amplifier 12 receives the light output from the laser light source 11, optically amplifies it, and outputs it. The beam expander 13 receives the light output from the optical amplifier 12 and reflected by the mirror 21, and outputs the light with a larger beam diameter. The optical mask 14 has an opening, receives light that is output from the beam expander 13 and reflected by the mirror 22, and transmits light only through the opening. The spatial distribution shape of this light is rectangular. To output. The opening of the optical mask 14 is preferably a rectangular serrated aperture.

スペーシャルフィルタ15は、レンズ15a,レンズ15bおよびピンホール15cを有している。また、スペーシャルフィルタ18も、レンズ18a,レンズ18bおよびピンホール18cを有している。レンズ15aおよびレンズ15bはケプラ型逆望遠系の共焦点光学系を構成しており、レンズ18aおよびレンズ18bもケプラ型逆望遠系の共焦点光学系を構成しており、これらは光学マスク14の位置における光のビーム断面形状を次々に像転送するものである。   The spatial filter 15 includes a lens 15a, a lens 15b, and a pinhole 15c. The spatial filter 18 also has a lens 18a, a lens 18b, and a pinhole 18c. The lens 15a and the lens 15b constitute a confocal optical system of Kepler type reverse telephoto system, and the lens 18a and the lens 18b also constitute a confocal optical system of Kepler type reverse telephoto system. The beam cross-sectional shape of the light at the position is transferred one after another.

ピンホール15cはレンズ15aとレンズ15bとの間の焦点位置にあり、ピンホール18cはレンズ18aとレンズ18bとの間の焦点位置にある。これらピンホール15cおよびピンホール18cは空間的な高調波成分を除去するために設けられている。また、ピンホール15cおよびピンホール18cそれぞれは、集光位置に設けられることから、耐熱衝撃抵抗が大きく硬度が高い材料からなることが望ましく、セラミックスからなるのが好適であり、そのうちでも、アルミナ、窒化珪素、窒化炭素もしくは窒化ボロン、または、これらの混合物等からなるのが好適である。また、ピンホール15cおよびピンホール18cそれぞれの開口形状は、光学マスク14の開口形状をフーリエ変換した形状と略相似形であるのが好適である。   The pinhole 15c is at a focal position between the lens 15a and the lens 15b, and the pinhole 18c is at a focal position between the lens 18a and the lens 18b. These pinhole 15c and pinhole 18c are provided to remove spatial harmonic components. In addition, since each of the pinhole 15c and the pinhole 18c is provided at a light condensing position, the pinhole 15c and the pinhole 18c are preferably made of a material having high thermal shock resistance and high hardness, and are preferably made of ceramics. It is preferably made of silicon nitride, carbon nitride or boron nitride, or a mixture thereof. Moreover, it is preferable that the opening shape of each of the pinhole 15c and the pinhole 18c is substantially similar to the shape obtained by Fourier transforming the opening shape of the optical mask 14.

光増幅器17は、固体レーザ媒質31、励起光源32aおよび励起光源32bを含む。固体レーザ媒質31に照射されるべき励起光を出力する励起光源32aおよび励起光源32bは、フラッシュランプを含むものであってもよく、好適にはレーザダイオードアレイまたはレーザダイオードアレイスタックを含む。固体レーザ媒質31は、スラブ形状のガラスからなり、両主面に励起光が照射されることにより所定波長の光を誘導放射し得るものである。光増幅されるべき光は、固体レーザ媒質31の端面に斜めに入射し、固体レーザ媒質31の両主面で繰り返し反射されながら、固体レーザ媒質31内をジグザグに進んで、光増幅後に他の端面から出射される。この光増幅器17は、ミラー23から固体レーザ媒質31の第1端面に入力した光を該固体レーザ媒質31において光増幅し、その光増幅した後の光を第2端面からミラー24へ出力する。また、光増幅器17は、ミラー24から固体レーザ媒質31の第2端面に入力した光を該固体レーザ媒質31において光増幅し、その光増幅した後の光を第1端面からミラー25へ出力する。固体レーザ媒質31の第1端面および第2端面それぞれには、反射低減膜が形成されている。   The optical amplifier 17 includes a solid-state laser medium 31, a pumping light source 32a, and a pumping light source 32b. The excitation light source 32a and the excitation light source 32b that output excitation light to be irradiated to the solid-state laser medium 31 may include a flash lamp, and preferably include a laser diode array or a laser diode array stack. The solid-state laser medium 31 is made of slab-shaped glass, and can emit light having a predetermined wavelength by irradiating both main surfaces with excitation light. The light to be amplified is incident obliquely on the end face of the solid-state laser medium 31 and is zigzagged in the solid-state laser medium 31 while being repeatedly reflected by both main surfaces of the solid-state laser medium 31, and after the light amplification, It is emitted from the end face. The optical amplifier 17 amplifies the light input from the mirror 23 to the first end face of the solid-state laser medium 31 in the solid-state laser medium 31 and outputs the light after the light amplification to the mirror 24 from the second end face. Further, the optical amplifier 17 amplifies the light input from the mirror 24 to the second end face of the solid-state laser medium 31 in the solid-state laser medium 31 and outputs the light after the light amplification to the mirror 25 from the first end face. . A reflection reducing film is formed on each of the first end face and the second end face of the solid-state laser medium 31.

ファラデーローテータ16は、スペーシャルフィルタ15とミラー26との間の光路上に設けられ、光の偏光方位を2回の通過で90度回転させ、また、熱複屈折の補償を図る。ポラライザ19は、スペーシャルフィルタ15から出力されて到達した光のうち特定方位の偏光成分の光を選択的に反射させて、この反射光をMOPAレーザ装置1の出力光とする。   The Faraday rotator 16 is provided on the optical path between the spatial filter 15 and the mirror 26, rotates the polarization direction of light by 90 degrees in two passes, and compensates for thermal birefringence. The polarizer 19 selectively reflects light having a polarization component in a specific direction out of the light output from the spatial filter 15 and arrives at it, and uses the reflected light as output light of the MOPA laser device 1.

このMOPAレーザ装置1は以下のように動作する。レーザ光源11から出力された光は、光増幅器12により光増幅され、ビームエクスパンダ13によりビーム径が拡大されて、光学マスク14に入力する。この光学マスク14によりビーム断面形状が矩形状とされた光は、スペーシャルフィルタ15、ミラー23、光増幅器17、ミラー24、スペーシャルフィルタ18、ミラー27、ミラー28、スペーシャルフィルタ18、ミラー25、光増幅器17、ミラー26、ファラデーローテータ16およびスペーシャルフィルタ15を順に経て、ミラー29に到達する。この光学マスク14からミラー29に到るまでの光路を往路として、ミラー29に到達して反射された光は、往路と同一の光路である復路を経てポラライザ19に到達する。   The MOPA laser device 1 operates as follows. The light output from the laser light source 11 is optically amplified by the optical amplifier 12, the beam diameter is expanded by the beam expander 13, and is input to the optical mask 14. The light whose cross-sectional shape is made rectangular by the optical mask 14 is a spatial filter 15, a mirror 23, an optical amplifier 17, a mirror 24, a spatial filter 18, a mirror 27, a mirror 28, a spatial filter 18, and a mirror 25. The optical amplifier 17, the mirror 26, the Faraday rotator 16, and the spatial filter 15 are sequentially passed to reach the mirror 29. The light path from the optical mask 14 to the mirror 29 is defined as the forward path, and the light that has reached the mirror 29 and is reflected passes through the return path that is the same optical path as the forward path, and reaches the polarizer 19.

これら往路(光学マスク14からミラー29に到るまでの光路)および復路(ミラー29からポラライザ19に到るまでの光路)の間に、光はファラデーローテータ16を2回通過するので、合計で90度だけ光の偏光方位が回転する。したがって、復路でポラライザ19に到達した光はポラライザ19により反射されて、この反射光がMOPAレーザ装置1の出力光となる。   Since the light passes through the Faraday rotator 16 twice between the forward path (optical path from the optical mask 14 to the mirror 29) and the backward path (optical path from the mirror 29 to the polarizer 19), a total of 90 The polarization direction of the light rotates by the degree. Therefore, the light that has reached the polarizer 19 on the return path is reflected by the polarizer 19, and this reflected light becomes the output light of the MOPA laser device 1.

また、往路および復路の間に、光学マスク14の位置における光のビーム断面形状は、スペーシャルフィルタ15またはスペーシャルフィルタ18により、8回の像転送が為され、また、熱歪み等に因る空間的な高調波成分が除去される。これにより、MOPAレーザ装置1の出力光は、回折が低減されたものとなる。また、往路および復路の間に光は光増幅器17を4回通過して、その通過の度に光は光増幅器17において光増幅される。   Further, during the forward path and the backward path, the beam cross-sectional shape of the light at the position of the optical mask 14 is subjected to image transfer eight times by the spatial filter 15 or the spatial filter 18 and is caused by thermal distortion or the like. Spatial harmonic components are removed. As a result, the output light of the MOPA laser device 1 has reduced diffraction. Further, the light passes through the optical amplifier 17 four times during the forward path and the backward path, and the light is amplified in the optical amplifier 17 each time the light passes.

MOPAレーザ装置1のより具体的な構成の一例は以下のとおりである。レーザ光源11は、Nd:YLFを連続発振のレーザダイオードで励起する単一縦横シードレーザ光源と、Nd:YLFをレーザダイオードで励起するQスイッチ光増幅器と、を含む構成のものであり、波長1053nmの出力パルス光の立ち上がり時間を最小とするアルゴリズムでフィードバック制御して、単一モードの安定化を図る。光増幅器12は、ロッド形状のNd:YLFをレーザダイオードで励起する構成のものである。光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31は、スラブ形状のNdドープガラスであり、当該長手方向の両端面が光増幅される光の入出射面となる。励起光源32aおよび励起光源32bそれぞれはレーザダイオードアレイスタックを含む。固体レーザ媒質31に照射される励起光の全エネルギは48Jであり、励起効率が0.5である。このとき、ポラライザ19から出力される光のエネルギは10Jである。   An example of a more specific configuration of the MOPA laser apparatus 1 is as follows. The laser light source 11 includes a single vertical and horizontal seed laser light source that excites Nd: YLF with a continuous oscillation laser diode, and a Q-switch optical amplifier that excites Nd: YLF with a laser diode, and has a wavelength of 1053 nm. Feedback control is performed with an algorithm that minimizes the rise time of the output pulse light to stabilize the single mode. The optical amplifier 12 is configured to excite rod-shaped Nd: YLF with a laser diode. The solid-state laser medium 31 included in the optical amplifier 17 is slab-shaped Nd-doped glass, and both end surfaces in the longitudinal direction serve as light incident / exit surfaces for light amplification. Each of the excitation light source 32a and the excitation light source 32b includes a laser diode array stack. The total energy of the excitation light irradiated to the solid-state laser medium 31 is 48 J, and the excitation efficiency is 0.5. At this time, the energy of the light output from the polarizer 19 is 10J.

次に、本実施形態に係る光増幅器17について詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31の三方図であり、同図(a)はy方向に固体レーザ媒質31を見た図であり、同図(b)はz方向に固体レーザ媒質31を見た図であり、また、同図(c)はx方向に固体レーザ媒質31を見た図である。図3は、本実施形態に係る光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31における被増幅光Lの伝搬の様子を示す斜視図である。 Next, the optical amplifier 17 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 2 is a three-way view of the solid-state laser medium 31 included in the optical amplifier 17 according to the present embodiment. FIG. 2A is a view of the solid-state laser medium 31 viewed in the y direction, and FIG. Is a diagram of the solid laser medium 31 viewed in the z direction, and FIG. 10C is a diagram of the solid laser medium 31 viewed in the x direction. Figure 3 is a perspective view showing a state of propagation of the amplified light L 0 in the solid-state laser medium 31 included in the optical amplifier 17 according to the present embodiment.

固体レーザ媒質31は、スラブ形状を有していて、互いに対向する主面31aおよび主面31bと、互いに対向する側面31cおよび側面31dと、互いに対向する端面31eおよび端面31fとを有している。ここで、主面31a,31bに垂直な方向をx方向とし、側面31c,31dに垂直な方向をy方向とし、また、端面31e,31fに垂直な方向をz方向とする。   The solid-state laser medium 31 has a slab shape, and has a main surface 31a and a main surface 31b facing each other, a side surface 31c and a side surface 31d facing each other, and an end surface 31e and an end surface 31f facing each other. . Here, the direction perpendicular to the main surfaces 31a and 31b is defined as the x direction, the direction perpendicular to the side surfaces 31c and 31d is defined as the y direction, and the direction perpendicular to the end surfaces 31e and 31f is defined as the z direction.

固体レーザ媒質31に含まれる活性元素を励起し得る波長の励起光Lは、主面31aおよび主面31bそれぞれに照射される。端面31eに入射した被増幅光Lは、固体レーザ媒質31内において主面31a,31bで繰り返し反射されながらジグザグ伝搬して、端面31fから外部へ出射される。また、図1に示される構成では、逆に、端面31fに入射した被増幅光Lは、固体レーザ媒質31内において主面31a,31bで繰り返し反射されながらジグザグ伝搬して、端面31eから外部へ出射される。固体レーザ媒質31内の被増幅光のジグザグ伝搬光路面はxz平面に平行である。 Excitation light L P having a wavelength capable of exciting the active element contained in the solid-state laser medium 31 is applied to each of the main surface 31a and the main surface 31b. The amplified light L 0 incident on the end surface 31e is the major surface 31a in the solid-state laser medium 31, and repeatedly reflected while zigzag propagated 31b, is emitted from the end face 31f to the outside. In contrast, in the configuration shown in FIG. 1, the amplified light L 0 incident on the end surface 31f propagates in a zigzag manner while being repeatedly reflected by the main surfaces 31a and 31b in the solid-state laser medium 31, and is externally transmitted from the end surface 31e. Is emitted. The zigzag propagation optical path surface of the amplified light in the solid-state laser medium 31 is parallel to the xz plane.

図4は、本実施形態に係る光増幅器17の断面図であり、xy平面に平行な断面を示す。図5は、本実施形態に係る光増幅器17の要部の斜視図である。光増幅器17は、固体レーザ媒質31、励起光源32a、励起光源32b、光吸収体33c、光吸収体33d、加熱用光源34ac、加熱用光源34ad、加熱用光源34bc,加熱用光源34bd、整流体35c、整流体35d、媒質収納部36および制御部37を備える。これらのうち、固体レーザ媒質31、光吸収体33c、光吸収体33d、整流体35cおよび整流体35dは、媒質収納部36の内部に収納されている。また、励起光源32a、励起光源32b、加熱用光源34ac、加熱用光源34ad、加熱用光源34bc,加熱用光源34bdおよび制御部37は、媒質収納部36の外部に配置される。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical amplifier 17 according to the present embodiment, showing a cross section parallel to the xy plane. FIG. 5 is a perspective view of a main part of the optical amplifier 17 according to the present embodiment. The optical amplifier 17 includes a solid-state laser medium 31, a pumping light source 32a, a pumping light source 32b, a light absorber 33c, a light absorber 33d, a heating light source 34ac, a heating light source 34ad, a heating light source 34bc, a heating light source 34bd, and a rectifier. 35c, a rectifier 35d, a medium storage unit 36, and a control unit 37. Among these, the solid-state laser medium 31, the light absorber 33 c, the light absorber 33 d, the rectifier 35 c, and the rectifier 35 d are housed inside the medium housing portion 36. The excitation light source 32a, the excitation light source 32b, the heating light source 34ac, the heating light source 34ad, the heating light source 34bc, the heating light source 34bd, and the control unit 37 are arranged outside the medium storage unit 36.

光吸収体33cおよび光吸収体33dそれぞれは、直方体形状のものであって、x方向の幅が固体レーザ媒質31の幅と同程度であり、z方向の長さが固体レーザ媒質31の長さと同程度である。光吸収体33cは。固体レーザ媒質31の側面31cに接して設けられていて、加熱用光源34ac,34bcから出力される加熱光が照射されると、その加熱光を吸収して発熱する。光吸収体33dは、固体レーザ媒質31の側面31dに接して設けられていて、加熱用光源34ad,34bdから出力される加熱光が照射されると、その加熱光を吸収して発熱する。   Each of the light absorber 33c and the light absorber 33d has a rectangular parallelepiped shape, the width in the x direction is approximately the same as the width of the solid laser medium 31, and the length in the z direction is equal to the length of the solid laser medium 31. It is about the same. The light absorber 33c. It is provided in contact with the side surface 31c of the solid-state laser medium 31, and when the heating light output from the heating light sources 34ac and 34bc is irradiated, it absorbs the heating light and generates heat. The light absorber 33d is provided in contact with the side surface 31d of the solid-state laser medium 31, and generates heat by absorbing the heating light when irradiated with the heating light output from the heating light sources 34ad and 34bd.

光吸収体33cおよび光吸収体33dそれぞれは、固体レーザ媒質31で発生した放出光の一部をも吸収して発熱するのが好適であり、また、励起光源32a,32bから出力された励起光の一部をも吸収して発熱するのが好適である。さらに、光吸収体33cおよび光吸収体33dそれぞれのホスト材料は、固体レーザ媒質31のホスト材料と同じであるのが好適である。例えば、光吸収体33c,33dおよび固体レーザ媒質31それぞれのホスト材料は同じ組成のガラスであり、固体レーザ媒質31には希土類元素等の活性元素が添加されていて、光吸収体33cおよび光吸収体33dそれぞれには活性元素に替えて光吸収元素(例えばCu元素)が添加されている。   Each of the light absorber 33c and the light absorber 33d preferably absorbs part of the emitted light generated in the solid-state laser medium 31 and generates heat, and the excitation light output from the excitation light sources 32a and 32b. It is preferable to generate a heat by absorbing a part of these. Furthermore, the host material of each of the light absorber 33c and the light absorber 33d is preferably the same as the host material of the solid-state laser medium 31. For example, the host materials of the light absorbers 33c and 33d and the solid laser medium 31 are glass having the same composition, and an active element such as a rare earth element is added to the solid laser medium 31, and the light absorber 33c and the light absorber are absorbed. A light absorbing element (for example, Cu element) is added to each of the bodies 33d instead of the active element.

整流体35cおよび整流体35dそれぞれは、断面が二等辺三角形であってz方向に延びる三角柱形状のものであって、当該二等辺三角形の底辺の幅が固体レーザ媒質31の幅と同程度であり、z方向の長さが固体レーザ媒質31の長さと同程度である。整流体35cは、当該二等辺三角形の底辺が光吸収体33cに接して設けられている。整流体35dは、当該二等辺三角形の底辺が光吸収体33dに接して設けられている。整流体35c、光吸収体33c、固体レーザ媒質31、光吸収体33dおよび整流体35dは、この順にy方向に積層され、xy平面へ投影して見たときには同一領域に設けられていて、媒質収納部36の内部に収納されている。   Each of the rectifier 35c and the rectifier 35d is an isosceles triangle and has a triangular prism shape extending in the z direction, and the width of the base of the isosceles triangle is approximately the same as the width of the solid-state laser medium 31. , The length in the z direction is about the same as the length of the solid-state laser medium 31. The rectifier 35c is provided such that the base of the isosceles triangle is in contact with the light absorber 33c. The rectifier 35d is provided such that the base of the isosceles triangle is in contact with the light absorber 33d. The rectifier 35c, the light absorber 33c, the solid-state laser medium 31, the light absorber 33d, and the rectifier 35d are stacked in this order in the y direction, and are provided in the same region when projected onto the xy plane. It is stored inside the storage unit 36.

媒質収納部36は、ウィンドウ部36a、ウィンドウ部36b、給排水口36cおよび給排水口36dを有する。給排水口36c,36dは、媒質収納部36の内部に流す水を給排水して固体レーザ媒質31を水冷するためのものである。給排水口36cは、媒質収納部36の−y方向側に、1つ又はz方向に沿って複数個、設けられている。また、給排水口36dは、媒質収納部36の+y方向側に、1つ又はz方向に沿って複数個、設けられている。給排水口36cから内部に注入された冷却水は、媒質収納部36内を大略+y方向に流れて、給排水口36dから外部へ排出される。整流体35c,35dは、媒質収納部36内において冷却水を滞りなく流すために配置されている。   The medium storage unit 36 includes a window portion 36a, a window portion 36b, a water supply / drain port 36c, and a water supply / drain port 36d. The water supply / drain ports 36 c and 36 d are for supplying and draining water flowing into the medium storage unit 36 and cooling the solid laser medium 31 with water. One or a plurality of water supply / drain ports 36c are provided on the −y direction side of the medium storage portion 36 along the z direction. Further, one or a plurality of water supply / drain ports 36d are provided on the + y direction side of the medium storage unit 36 along the z direction. The cooling water injected into the inside through the water supply / drain port 36c flows in the medium storage portion 36 in the approximately + y direction and is discharged from the water supply / drain port 36d to the outside. The rectifying bodies 35c and 35d are arranged in order to allow the cooling water to flow without delay in the medium storage unit 36.

ウィンドウ部36aは、媒質収納部36の+x方向側の壁面として設けられ、媒質収納部36の外部に配置された励起光源32a,加熱用光源34acおよび加熱用光源34adそれぞれから出力された光を内部へ透過させる。そして、ウィンドウ部36aは、励起光源32aから出力された励起光を固体レーザ媒質31の主面31aに入射させ、加熱用光源34acから出力された加熱光を光吸収体33cに入射させ、また、加熱用光源34adから出力された加熱光を光吸収体33dに入射させる。   The window portion 36a is provided as a wall surface on the + x direction side of the medium storage portion 36, and internally outputs light output from the excitation light source 32a, the heating light source 34ac, and the heating light source 34ad disposed outside the medium storage portion 36. To penetrate. The window unit 36a causes the excitation light output from the excitation light source 32a to enter the main surface 31a of the solid-state laser medium 31, and causes the heating light output from the heating light source 34ac to enter the light absorber 33c. Heating light output from the heating light source 34ad is made incident on the light absorber 33d.

ウィンドウ部36bは、媒質収納部36の−x方向側の壁面として設けられ、媒質収納部36の外部に配置された励起光源32b,加熱用光源34bcおよび加熱用光源34bdそれぞれから出力された光を内部へ透過させる。そして、ウィンドウ部36bは、励起光源32bから出力された励起光を固体レーザ媒質31の主面31bに入射させ、加熱用光源34bcから出力された加熱光を光吸収体33cに入射させ、また、加熱用光源34bdから出力された加熱光を光吸収体33dに入射させる。   The window portion 36b is provided as a wall surface on the −x direction side of the medium storage portion 36, and receives light output from the excitation light source 32b, the heating light source 34bc, and the heating light source 34bd arranged outside the medium storage portion 36. Permeate inside. And the window part 36b makes the excitation light output from the excitation light source 32b inject into the main surface 31b of the solid-state laser medium 31, makes the heating light output from the light source 34bc for heating enter into the light absorber 33c, Heating light output from the heating light source 34bd is made incident on the light absorber 33d.

加熱用光源34ac,34bcそれぞれは、光吸収体33cにより吸収されるべき加熱光を出力する。また、加熱用光源34ad,34bdそれぞれは、光吸収体33dにより吸収されるべき加熱光を出力する。これら加熱用光源34ac,34bc,34ad,34bdそれぞれは、フラッシュランプを含むものであってもよく、好適にはレーザダイオードアレイまたはレーザダイオードアレイスタックを含む。   Each of the heating light sources 34ac and 34bc outputs heating light to be absorbed by the light absorber 33c. Each of the heating light sources 34ad and 34bd outputs heating light to be absorbed by the light absorber 33d. Each of these heating light sources 34ac, 34bc, 34ad, 34bd may include a flash lamp, and preferably includes a laser diode array or a laser diode array stack.

制御部37は、加熱用光源34ac,34bcそれぞれから出力されて光吸収体33cに照射される加熱光のパワーを制御するとともに、加熱用光源34ad,34bdそれぞれから出力されて光吸収体33dに照射される加熱光のパワーを制御するものである。このとき、制御部37は、各加熱用光源から出力される加熱光のパワーを調整してもよいし、各加熱用光源と各光吸収体との間の距離を調整してもよいし、また、各加熱用光源から出力される加熱光の方向を調整してもよく、これら何れの場合にも、各光吸収体に照射される加熱光のパワーを制御することができる。   The control unit 37 controls the power of the heating light output from the heating light sources 34ac and 34bc and applied to the light absorber 33c, and is output from the heating light sources 34ad and 34bd and applied to the light absorber 33d. The power of the heating light to be controlled is controlled. At this time, the control unit 37 may adjust the power of the heating light output from each heating light source, or may adjust the distance between each heating light source and each light absorber, In addition, the direction of the heating light output from each heating light source may be adjusted, and in any case, the power of the heating light applied to each light absorber can be controlled.

図6は、本実施形態に係る光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31等の温度測定および温度分布を示す図である。同図(a)はx方向に固体レーザ媒質31等を見た図であり、同図(b)はy方向の固体レーザ媒質31等の温度分布を示す図である。同図(a)に示されるように、固体レーザ媒質31等の主面側であってy方向に平行な或る直線上に温度測定素子38〜38が設けられている。 FIG. 6 is a diagram illustrating temperature measurement and temperature distribution of the solid-state laser medium 31 and the like included in the optical amplifier 17 according to the present embodiment. FIG. 6A is a diagram of the solid laser medium 31 and the like viewed in the x direction, and FIG. 5B is a diagram illustrating the temperature distribution of the solid laser medium 31 and the like in the y direction. As shown in FIG. 6 (a), the temperature measuring device 38 1 to 38 5 is provided in the solid-state laser medium 31 and the like on the main surface side in a in the parallel one straight line in the y-direction.

温度測定素子38〜38それぞれは、例えば白金抵抗体、熱電対またはサーミスタ等であって、制御部37に接続されている。温度測定素子38は、光吸収体33cと整流体35cとの境界の付近の温度を測定する。温度測定素子38は、固体レーザ媒質31と光吸収体33cとの境界の付近の温度を測定する。温度測定素子38は、固体レーザ媒質31のy方向についての中心の付近の温度を測定する。温度測定素子38は、固体レーザ媒質31と光吸収体33dとの境界の付近の温度を測定する。また、温度測定素子38は、光吸収体33dと整流体35dとの境界の付近の温度を測定する。 The temperature measuring element 38 1-38 5 respectively, for example, the platinum resistor, a thermocouple or thermistor, and is connected to the control unit 37. Temperature measuring elements 38 1 measures the temperature in the vicinity of the boundary between the light absorber 33c and the straightening member 35c. Thermometric element 38 2 measures the temperature in the vicinity of the boundary between the solid-state laser medium 31 and the light absorber 33c. Temperature measuring element 38 3 measures the temperature in the vicinity of the center of the y-direction of the solid-state laser medium 31. Temperature measuring elements 38 4 measures the temperature in the vicinity of the boundary between the solid-state laser medium 31 and the light absorber 33d. The temperature measuring element 38 5 measures the temperature in the vicinity of the boundary between the light absorber 33d and the rectifying member 35d.

そして、制御部37は、温度測定素子38〜38により測定されたy方向温度分布を均一化するように、各光吸収体に照射される加熱光のパワーをフィードバック制御するのが好適である。同図(b)において、実線は、光吸収体33c,33dが設けられている本実施形態の場合の固体レーザ媒質31におけるy方向温度分布を示す。また、破線は、光吸収体33c,33dが設けられていない比較例の場合の固体レーザ媒質31におけるy方向温度分布を示す。 Then, the control unit 37, so as to equalize the been y-direction temperature distribution measured by the temperature measuring device 38 1 to 38 5, is preferred to feedback control the power of the heating light to be irradiated to the optical absorber is there. In FIG. 6B, the solid line shows the y-direction temperature distribution in the solid-state laser medium 31 in the case of the present embodiment in which the light absorbers 33c and 33d are provided. The broken line indicates the y-direction temperature distribution in the solid-state laser medium 31 in the comparative example in which the light absorbers 33c and 33d are not provided.

本実施形態に係る光増幅器17は以下のように動作する。励起光源32aから出力された励起光は、媒質収納部36のウィンドウ部36aを透過して、固体レーザ媒質31の主面31aに照射される。また、励起光源32bから出力された励起光は、媒質収納部36のウィンドウ部36bを透過して、固体レーザ媒質31の主面31bに照射される。このように励起光源32a,32bから出力された励起光が固体レーザ媒質31に照射されることにより、固体レーザ媒質31に含まれる活性元素が励起される。そして、端面31eに入射して被増幅光は固体レーザ媒質31中を伝搬する間に光増幅され、その光増幅された光は端面31fから外部で出射される。   The optical amplifier 17 according to this embodiment operates as follows. The excitation light output from the excitation light source 32 a passes through the window portion 36 a of the medium housing portion 36 and is irradiated on the main surface 31 a of the solid-state laser medium 31. Further, the excitation light output from the excitation light source 32 b passes through the window portion 36 b of the medium housing portion 36 and is irradiated onto the main surface 31 b of the solid-state laser medium 31. In this way, the excitation light output from the excitation light sources 32 a and 32 b is irradiated onto the solid-state laser medium 31, whereby the active element contained in the solid-state laser medium 31 is excited. Then, the light to be amplified enters the end face 31e and is amplified while propagating through the solid-state laser medium 31, and the light amplified light is emitted from the end face 31f to the outside.

このとき、固体レーザ媒質31への励起光の照射により、その照射エネルギの一部は熱エネルギとなって、固体レーザ媒質31の温度が上昇する。この温度上昇を抑制するために、給排水口36cから媒質収納部36内部へ冷却水が注入され、その冷却水は、媒質収納部36内を大略+y方向に流れて、その際に固体レーザ媒質31の熱を奪い、給排水口36dから外部へ排出される。   At this time, due to the irradiation of the excitation light onto the solid-state laser medium 31, a part of the irradiation energy becomes thermal energy, and the temperature of the solid-state laser medium 31 rises. In order to suppress this temperature rise, cooling water is injected into the medium storage unit 36 from the water supply / drain port 36c, and the cooling water flows in the medium storage unit 36 in approximately the + y direction. The heat is taken away and discharged from the water supply / drain port 36d to the outside.

しかし、光吸収体が設けられていない場合には、図6(b)において破線で示されているように、固体レーザ媒質31のy方向温度分布において、中央付近と比べて側面31c,31d付近の温度が低い。これに対して、光吸収体33c,33dが設けられている本実施形態の場合には、各加熱用光源から出力された加熱光が光吸収体33c,33dに吸収されて光吸収体33c,33dが発熱するので、図6(b)において実線で示されているように、固体レーザ媒質31におけるy方向温度分布は均一化される。   However, in the case where no light absorber is provided, in the y-direction temperature distribution of the solid-state laser medium 31, the side surfaces 31c and 31d are closer than the center, as indicated by the broken line in FIG. The temperature is low. On the other hand, in the case of the present embodiment in which the light absorbers 33c and 33d are provided, the heating light output from each heating light source is absorbed by the light absorbers 33c and 33d, and the light absorbers 33c and 33c. Since 33d generates heat, the temperature distribution in the y direction in the solid-state laser medium 31 is made uniform as shown by the solid line in FIG.

特に、制御部37により、温度測定素子38〜38により測定された固体レーザ媒質31のy方向温度分布が均一化されるように、各光吸収体に照射される加熱光のパワーがフィードバック制御されるのが好適である。このようにすることにより、例えば、冷却水が固体レーザ媒質31から奪う熱の量が変動する場合や、固体レーザ媒質31における発熱の量が変動する場合にも、固体レーザ媒質31におけるy方向温度分布は均一化される。 In particular, the control unit 37, so that the y-direction temperature distribution in the solid-state laser medium 31 measured by the temperature measuring device 38 1 to 38 5 are made uniform, the power of the heating light is feedback irradiated on the optical absorber It is preferred that it be controlled. By doing so, for example, when the amount of heat taken by the cooling water from the solid-state laser medium 31 fluctuates or when the amount of heat generated in the solid-state laser medium 31 fluctuates, the y-direction temperature in the solid-state laser medium 31 also varies. The distribution is made uniform.

以上のように、本実施形態では、スラブ形状の固体レーザ媒質31の温度分布を簡易・小型の構成で均一化することができる。そして、熱効果の影響が抑制されるので、安定した動作が可能となり、また、高品質の出力光を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, the temperature distribution of the slab-shaped solid laser medium 31 can be made uniform with a simple and small configuration. And since the influence of a thermal effect is suppressed, the stable operation | movement is attained and high quality output light can be obtained.

また、光吸収体33c,33dは、固体レーザ媒質31で発生した放出光の一部を吸収して発熱するのが好適であり、励起光源32a,32bから出力された励起光の一部を吸収して発熱するのも好適である。後者の場合、励起光源32a,32bの前面に光学系が設けられて、この光学系により励起光の一部が光吸収体33c,33dに入射するようにするのが好適である。これらの場合には、放出光または励起光を吸収することでも光吸収体33c,33dが発熱するので、加熱用光源34ac,34ad,34bc,34bdそれぞれから出力されるべき加熱光のパワーが小さくてよく、消費電力が少なくて済む。   The light absorbers 33c and 33d preferably generate heat by absorbing a part of the emitted light generated in the solid-state laser medium 31, and absorb a part of the excitation light output from the excitation light sources 32a and 32b. It is also preferable to generate heat. In the latter case, it is preferable that an optical system is provided in front of the excitation light sources 32a and 32b so that a part of the excitation light is incident on the light absorbers 33c and 33d by this optical system. In these cases, the light absorbers 33c and 33d also generate heat by absorbing the emitted light or the excitation light, so that the power of the heating light to be output from each of the heating light sources 34ac, 34ad, 34bc, and 34bd is small. Well, less power consumption.

さらに、光吸収体33cおよび光吸収体33dそれぞれのホスト材料は、固体レーザ媒質31のホスト材料と同じであるのが好適である。この場合には、光吸収体33c,33dおよび固体レーザ媒質31それぞれの熱膨張係数が互いに等しいので、これらを融着により接続したり強く接着したりすることが可能である。なお、光吸収体33c,33dおよび固体レーザ媒質31それぞれの熱膨張係数が互いに異なる場合には、温度変化時の破壊を防止するため、歪を吸収できる接着材(例えば透明シリコン接着材等)を用いて、互いに接着するのが好適である。   Furthermore, the host material of each of the light absorber 33c and the light absorber 33d is preferably the same as the host material of the solid-state laser medium 31. In this case, since the thermal expansion coefficients of the light absorbers 33c and 33d and the solid-state laser medium 31 are equal to each other, they can be connected by fusion or strongly bonded. In the case where the thermal expansion coefficients of the light absorbers 33c and 33d and the solid laser medium 31 are different from each other, an adhesive (for example, a transparent silicon adhesive) that can absorb the strain is used in order to prevent destruction when the temperature changes. Preferably used and adhered to each other.

これまでの説明では、制御部37により、各光吸収体に照射される加熱光のパワーをフィードバック制御する際に、温度測定素子38〜38により測定された固体レーザ媒質31のy方向温度分布が均一化されるようにした。しかし、制御部37により、固体レーザ媒質31において誘導放射により発生して出力された光の品質を出力光品質測定手段によりモニタして得られた結果に基づいて、各光吸収体に照射される加熱光のパワーをフィードバック制御するようにしてもよい。以下では、図7〜図10を用いて、このような出力光品質測定手段について説明する。 In the above description, the control unit 37, when the feedback control of the power of the heating light to be irradiated to the optical absorber, y-direction temperature of the solid laser medium 31 measured by the temperature measuring device 38 1 to 38 5 The distribution was made uniform. However, the control unit 37 irradiates each light absorber based on the result obtained by monitoring the quality of the light generated and output by the induced radiation in the solid-state laser medium 31 by the output light quality measuring means. The power of the heating light may be feedback controlled. Hereinafter, such output light quality measuring means will be described with reference to FIGS.

図7は、本実施形態に係る光増幅器17に含まれる出力光品質測定手段の第1の構成例を示す図である。この図に示される出力光品質測定手段は、ビームスプリッタ41およびCCDカメラ42を含む。ビームスプリッタ41は、固体レーザ媒質31により光増幅されて端面31fから出力された光の一部を透過させ、残部を反射させる。CCDカメラ42は、ビームスプリッタ41を透過した光を受光して、その光の横断面における強度分布をモニタする。そして、制御部37は、CCDカメラ42によりモニタされる光の横断面強度分布が一様(または理想的なガウシアン分布)に近づくように、各加熱用光源による光吸収体33c,33dへの加熱光照射をフィードバック制御する。   FIG. 7 is a diagram illustrating a first configuration example of the output light quality measurement unit included in the optical amplifier 17 according to the present embodiment. The output light quality measuring means shown in this figure includes a beam splitter 41 and a CCD camera 42. The beam splitter 41 transmits a part of the light amplified by the solid-state laser medium 31 and output from the end face 31f, and reflects the remaining part. The CCD camera 42 receives the light transmitted through the beam splitter 41 and monitors the intensity distribution in the cross section of the light. Then, the control unit 37 heats the light absorbers 33c and 33d by each heating light source so that the cross-sectional intensity distribution of light monitored by the CCD camera 42 approaches a uniform (or ideal Gaussian distribution). Feedback control of light irradiation.

図8は、本実施形態に係る光増幅器17に含まれる出力光品質測定手段の第2の構成例を示す図である。この図に示される出力光品質測定手段は、ビームスプリッタ41、シリンドリカルレンズ43、シリンドリカルレンズ44および四分割フォトダイオード45を含む。ビームスプリッタ41は、固体レーザ媒質31により光増幅されて端面31fから出力された光の一部を透過させ、残部を反射させる。シリンドリカルレンズ43は、ビームスプリッタ41を透過した光を入力して、その光をy方向に関して収斂させる。シリンドリカルレンズ44は、シリンドリカルレンズ43から出力された光を入力して、その光をy方向に垂直な方向に関して収斂させる。シリンドリカルレンズ43,44それぞれによる集光位置は、四分割フォトダイオード45の受光面上にある。   FIG. 8 is a diagram illustrating a second configuration example of the output light quality measurement unit included in the optical amplifier 17 according to the present embodiment. The output light quality measuring means shown in this figure includes a beam splitter 41, a cylindrical lens 43, a cylindrical lens 44, and a quadrant photodiode 45. The beam splitter 41 transmits a part of the light amplified by the solid-state laser medium 31 and output from the end face 31f, and reflects the remaining part. The cylindrical lens 43 inputs the light transmitted through the beam splitter 41 and converges the light with respect to the y direction. The cylindrical lens 44 receives the light output from the cylindrical lens 43 and converges the light in the direction perpendicular to the y direction. The condensing position by each of the cylindrical lenses 43 and 44 is on the light receiving surface of the quadrant photodiode 45.

四分割フォトダイオード45は、図9(a)に示されるように、4つに分割されていて、その分割の境界線とy方向との角度が45度となるように配置されている。四分割フォトダイオード45における4つのフォトダイオードPD〜PDのうち、2つのフォトダイオードPD,PDはy方向に配置され、2つのフォトダイオードPD,PDはy方向に垂直な方向に配置されている。フォトダイオードPDからの出力値をIとし、フォトダイオードPDからの出力値をIとし、フォトダイオードPDからの出力値をIとし、フォトダイオードPDからの出力値をIとすると、この四分割フォトダイオード45から、出力値((I+I)−(I+I))を得ることができる。 As shown in FIG. 9A, the four-divided photodiode 45 is divided into four, and is arranged so that the angle between the division boundary line and the y-direction is 45 degrees. Four of the divided photodiode four in 45 photodiode PD 1 -PD 4, two photodiodes PD 1, PD 2 are arranged in the y-direction, two photodiodes PD 3, PD 4 is perpendicular to the y-direction Is arranged. The output value from the photodiode PD 1 and I 1, the output value from the photodiode PD 2 and I 2, the output value from the photodiode PD 3 and I 3, the output value from the photodiode PD 4 I 4 Then, an output value ((I 1 + I 2 ) − (I 3 + I 4 )) can be obtained from the quadrant photodiode 45.

四分割フォトダイオード45の受光面にスポット光が入射した場合、出力値((I+I)−(I+I))は、受光面上のスポット光入射位置を表すものとなる。したがって、図9(b)に示されるように、固体レーザ媒質31において熱レンズ効果が生じていないときに出力値((I+I)−(I+I))が零になるように四分割フォトダイオード45を配置しておくと、出力値((I+I)−(I+I))から固体レーザ媒質31における熱レンズ効果をモニタすることができる。そこで、制御部37は、出力値((I+I)−(I+I))が0に近づくように、各加熱用光源による光吸収体33c,33dへの加熱光照射をフィードバック制御する。 When spot light is incident on the light receiving surface of the quadrant photodiode 45, the output value ((I 1 + I 2 ) − (I 3 + I 4 )) represents the spot light incident position on the light receiving surface. Therefore, as shown in FIG. 9B, the output value ((I 1 + I 2 ) − (I 3 + I 4 )) becomes zero when the thermal lens effect is not generated in the solid-state laser medium 31. If the quadrant photodiode 45 is arranged, the thermal lens effect in the solid-state laser medium 31 can be monitored from the output value ((I 1 + I 2 ) − (I 3 + I 4 )). Therefore, the control unit 37 performs feedback control of heating light irradiation to the light absorbers 33c and 33d by the respective light sources for heating so that the output value ((I 1 + I 2 ) − (I 3 + I 4 )) approaches 0. To do.

図10は、本実施形態に係る光増幅器17に含まれる出力光品質測定手段の第3の構成例を示す図である。この図に示される出力光品質測定手段は、ビームスプリッタ41、レンズアレイ46およびCCDカメラ42を含み、シャックハルトマン波面センサを構成している。ビームスプリッタ41は、固体レーザ媒質31により光増幅されて端面31fから出力された光の一部を透過させ、残部を反射させる。レンズアレイ46は、光軸に垂直な面上に微小レンズが2次元配列されたものであり、各微小レンズは、ビームスプリッタ41を透過して入射した光を、CCDカメラ42の撮像面上に集光する。CCDカメラ42は、レンズアレイ46に含まれる各微小レンズにより集光された光を受光して、その集光位置をモニタする。そして、制御部37は、CCDカメラ42によりモニタされる集光位置が所定位置(固体レーザ媒質において熱レンズ効果が生じていないときの集光位置)に近づくように、各加熱用光源による光吸収体33c,33dへの加熱光照射をフィードバック制御する。   FIG. 10 is a diagram illustrating a third configuration example of the output light quality measurement unit included in the optical amplifier 17 according to the present embodiment. The output light quality measuring means shown in this figure includes a beam splitter 41, a lens array 46, and a CCD camera 42, and constitutes a Shack-Hartmann wavefront sensor. The beam splitter 41 transmits a part of the light amplified by the solid-state laser medium 31 and output from the end face 31f, and reflects the remaining part. The lens array 46 is formed by two-dimensionally arranging microlenses on a plane perpendicular to the optical axis, and each microlens transmits light incident through the beam splitter 41 onto the imaging surface of the CCD camera 42. Condensate. The CCD camera 42 receives light collected by each microlens included in the lens array 46 and monitors the light collection position. Then, the control unit 37 absorbs light by each heating light source so that the condensing position monitored by the CCD camera 42 approaches a predetermined position (condensing position when the thermal lens effect is not generated in the solid-state laser medium). The heating light irradiation to the bodies 33c and 33d is feedback controlled.

また、これまでの説明では、固体レーザ媒質31の側面31c,31dを加熱するために、その側面31c,31dに接して光吸収体33c,33dを設け、各加熱用光源から出力される加熱光を光吸収体33c,33dに照射することで、光吸収体33c,33dを発熱させることとした。しかし、これらに加えて、固体レーザ媒質31の側面31c,31dを加熱するために電気的加熱源を更に設けてもよい。この場合の構成について図11を用いて説明する。   In the above description, in order to heat the side surfaces 31c and 31d of the solid-state laser medium 31, the light absorbers 33c and 33d are provided in contact with the side surfaces 31c and 31d, and the heating light output from each heating light source is provided. Is irradiated to the light absorbers 33c and 33d, so that the light absorbers 33c and 33d generate heat. However, in addition to these, an electric heating source may be further provided to heat the side surfaces 31 c and 31 d of the solid-state laser medium 31. The configuration in this case will be described with reference to FIG.

図11は、他の実施形態に係る光増幅器17Aの断面図であり、xy平面に平行な断面を示す。図4に示された光増幅器17の構成と比較すると、この図11に示される光増幅器17Aは、光吸収体33cと整流体35cとの間にヒータ39cを備える点、光吸収体33dと整流体35dとの間にヒータ39dを備える点、および、制御部37に替えて制御部37Aを備える点、で相違する。   FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical amplifier 17A according to another embodiment, showing a cross section parallel to the xy plane. Compared with the configuration of the optical amplifier 17 shown in FIG. 4, the optical amplifier 17A shown in FIG. 11 is provided with a heater 39c between the optical absorber 33c and the rectifier 35c, and is aligned with the optical absorber 33d. The difference is that a heater 39d is provided between the fluid 35d and a control unit 37A instead of the control unit 37.

電気的加熱源としてのヒータ39c,39dは、制御部37Aにより制御されて発熱する。そして、制御部37Aにより、図6に示されたように温度測定素子38〜38により測定されたy方向温度分布を均一化するように、各光吸収体に照射される加熱光のパワーまたは各ヒータによる加熱をフィードバック制御するようにしてもよい。或いは、図7〜図10に示されたような出力光品質測定手段を用いて、制御部37Aにより、固体レーザ媒質31において誘導放射により発生して出力された光の品質を出力光品質測定手段によりモニタして得られた結果に基づいて、各光吸収体に照射される加熱光のパワーまたは各ヒータによる加熱をフィードバック制御するようにしてもよい。 The heaters 39c and 39d as electric heating sources are controlled by the control unit 37A to generate heat. Then, the control unit 37A, so as to equalize the measured y-direction temperature distribution by the temperature measuring device 38 1 to 38 5, as shown in FIG. 6, the power of the heating light to be irradiated to the optical absorber Alternatively, the heating by each heater may be feedback controlled. Alternatively, the output light quality measuring means as shown in FIGS. 7 to 10 is used to determine the quality of the light generated and output by the induced radiation in the solid-state laser medium 31 by the control unit 37A. On the basis of the result obtained by monitoring, the power of the heating light applied to each light absorber or the heating by each heater may be feedback controlled.

また、光吸収体33c,33dに接して第2光吸収体40c,40dが設けられているのも好適である。図12は、更に他の実施形態に係る光増幅器17Bの断面図であり、xy平面に平行な断面を示す。図4に示された光増幅器17の構成と比較すると、この図12に示される光増幅器17Bは、光吸収体33cと整流体35cとの間に第2光吸収体40cを備える点、および、光吸収体33dと整流体35dとの間に第2光吸収体40dを備える点、で相違する。図13は、更に他の実施形態に係る光増幅器17Cの断面図であり、xy平面に平行な断面を示す。図11に示された光増幅器17Aの構成と比較すると、この図13に示される光増幅器17Cは、光吸収体33cとヒータ39cとの間に第2光吸収体40cを備える点、および光吸収体33dとヒータ39dとの間に第2光吸収体40dを備える点、で相違する。   It is also preferable that the second light absorbers 40c and 40d are provided in contact with the light absorbers 33c and 33d. FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical amplifier 17B according to still another embodiment, showing a cross section parallel to the xy plane. Compared with the configuration of the optical amplifier 17 shown in FIG. 4, the optical amplifier 17B shown in FIG. 12 includes a second optical absorber 40c between the optical absorber 33c and the rectifier 35c, and The difference is that a second light absorber 40d is provided between the light absorber 33d and the rectifier 35d. FIG. 13 is a cross-sectional view of an optical amplifier 17C according to still another embodiment, showing a cross section parallel to the xy plane. Compared to the configuration of the optical amplifier 17A shown in FIG. 11, the optical amplifier 17C shown in FIG. 13 includes a second light absorber 40c between the light absorber 33c and the heater 39c, and light absorption. The difference is that a second light absorber 40d is provided between the body 33d and the heater 39d.

これら図12,図13に示された構成において新たに追加された第2光吸収体40c,40dは、光吸収体33c,33dより熱伝導率が高く、光を吸収するものである。第2光吸収体40cは光吸収体33cに接して設けられている。第2光吸収体40dは光吸収体33dに接して設けられている。第2光吸収体40c,40dとしてグラファイトシートが好適に用いられる。   The second light absorbers 40c and 40d newly added in the configurations shown in FIGS. 12 and 13 have higher thermal conductivity than the light absorbers 33c and 33d and absorb light. The second light absorber 40c is provided in contact with the light absorber 33c. The second light absorber 40d is provided in contact with the light absorber 33d. A graphite sheet is preferably used as the second light absorbers 40c and 40d.

光吸収体33c,33dに入射して発熱に寄与すべき光の一部は、光吸収体33c,33dにより吸収されることなく該光吸収体33c,33dを透過する場合がある。仮に、第2吸収体40c,40dを設けなかったとした場合には、光吸収体33c,33dを透過した光の一部は、整流体またはヒータとの境界で反射されて再び光吸収体33c,33dに入射し、光吸収体33c,33dにより吸収されて発熱に寄与することになり、所期の発熱量より大きい発熱量となる可能性がある。   Some of the light that should enter the light absorbers 33c and 33d and contribute to heat generation may pass through the light absorbers 33c and 33d without being absorbed by the light absorbers 33c and 33d. If the second absorbers 40c and 40d are not provided, part of the light transmitted through the light absorbers 33c and 33d is reflected at the boundary with the rectifier or the heater, and again the light absorbers 33c and 33d. 33d and absorbed by the light absorbers 33c and 33d to contribute to heat generation, and there is a possibility that the heat generation amount is larger than the intended heat generation amount.

これに対して、第2吸収体40c,40dを設けた場合には、光吸収体33c,33dを透過した光の一部は、第2光吸収体40c,40dにより吸収されるので、光吸収体33c,33dへ反射される光の割合が低減され、所期の発熱量が容易に得られ、ひいては、固体レーザ媒質31の温度分布を更に容易に均一化することができる。また、第2光吸収体40c,40dが設けられることにより、寄生発振が低減され、増幅効率が向上する。   On the other hand, when the second absorbers 40c and 40d are provided, part of the light transmitted through the light absorbers 33c and 33d is absorbed by the second light absorbers 40c and 40d. The ratio of the light reflected to the bodies 33c and 33d is reduced, the desired amount of heat generation can be easily obtained, and the temperature distribution of the solid-state laser medium 31 can be made uniform more easily. Further, by providing the second light absorbers 40c and 40d, parasitic oscillation is reduced and amplification efficiency is improved.

また、本実施形態に係る光増幅器17,17A,17B,17Cは、図1に示されたようなMOPAレーザ装置1に含まれる構成要素の1つとして用いられるだけでなく、レーザ発振器に含まれる構成要素の1つとしても用いられ得る。以下では、光増幅器17を含むレーザ発振器について説明する。   Further, the optical amplifiers 17, 17A, 17B, and 17C according to the present embodiment are not only used as one of the components included in the MOPA laser device 1 as shown in FIG. 1, but are also included in the laser oscillator. It can also be used as one of the components. Hereinafter, a laser oscillator including the optical amplifier 17 will be described.

図14は、本実施形態に係るレーザ発振器2の構成図である。この図に示されるレーザ発振器2は、上述した光増幅器17と、この光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31を共振光路上に有する共振器と、を備える。ミラー51およびミラー52は共振器を構成している。一方のミラー51は、固体レーザ媒質31で自然放射される光の波長に対して高い反射率を有している。他方のミラー52は、その波長に対して比較的に低い反射率を有している。   FIG. 14 is a configuration diagram of the laser oscillator 2 according to the present embodiment. The laser oscillator 2 shown in this figure includes the optical amplifier 17 described above and a resonator having a solid-state laser medium 31 included in the optical amplifier 17 on a resonant optical path. The mirror 51 and the mirror 52 constitute a resonator. One mirror 51 has a high reflectivity with respect to the wavelength of light naturally emitted from the solid-state laser medium 31. The other mirror 52 has a relatively low reflectance with respect to its wavelength.

このレーザ発振器2では、励起光源32a,32bから出力された励起光が固体レーザ媒質31に照射されると、固体レーザ媒質31に含まれる活性元素が励起され、所定波長の光が放射される。その光はミラー51およびミラー52それぞれで反射されて共振器内を往復し、これにより、固体レーザ媒質31において誘導放射が生じて、その所定波長の光が光増幅される。そして、共振器内で光増幅された光の一部は、ミラー52を透過して、レーザ発振器2の出力光として外部へ出力される。   In the laser oscillator 2, when the excitation light output from the excitation light sources 32a and 32b is irradiated onto the solid-state laser medium 31, the active element contained in the solid-state laser medium 31 is excited and light having a predetermined wavelength is emitted. The light is reflected by the mirror 51 and the mirror 52, and reciprocates in the resonator. As a result, stimulated radiation is generated in the solid-state laser medium 31, and the light of the predetermined wavelength is optically amplified. A part of the light amplified in the resonator passes through the mirror 52 and is output to the outside as output light of the laser oscillator 2.

このレーザ発振器2に含まれる光増幅器17は上述した構成のものであるので、レーザ発振器2は高品質のレーザ出力光を得ることができる。   Since the optical amplifier 17 included in the laser oscillator 2 has the above-described configuration, the laser oscillator 2 can obtain high-quality laser output light.

本実施形態に係るMOPAレーザ装置1の構成図である。It is a block diagram of the MOPA laser apparatus 1 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31の三方図である。It is a three-way figure of the solid-state laser medium 31 contained in the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31における被増幅光の伝搬の様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mode of propagation of the to-be-amplified light in the solid-state laser medium 31 contained in the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17の断面図である。It is sectional drawing of the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17の要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of the optical amplifier 17 concerning this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17に含まれる固体レーザ媒質31等の温度測定および温度分布を示す図である。It is a figure which shows temperature measurement and temperature distribution of the solid-state laser medium 31 grade | etc., Contained in the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17に含まれる出力光品質測定手段の第1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the output light quality measurement means contained in the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光増幅器17に含まれる出力光品質測定手段の第2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the output light quality measurement means contained in the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 四分割フォトダイオード45の説明図である。It is explanatory drawing of the four division | segmentation photodiode 45. FIG. 本実施形態に係る光増幅器17に含まれる出力光品質測定手段の第3の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd structural example of the output light quality measurement means contained in the optical amplifier 17 which concerns on this embodiment. 他の実施形態に係る光増幅器17Aの断面図である。It is sectional drawing of the optical amplifier 17A which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係る光増幅器17Bの断面図である。It is sectional drawing of the optical amplifier 17B which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係る光増幅器17Cの断面図である。It is sectional drawing of the optical amplifier 17C which concerns on other embodiment. 本実施形態に係るレーザ発振器2の構成図である。It is a block diagram of the laser oscillator 2 which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…MOPAレーザ装置、2…レーザ発振器、11…レーザ光源、12…光増幅器、13…ビームエクスパンダ、14…光学マスク、15…スペーシャルフィルタ、16…ファラデーローテータ、17,17A,17B,17C…光増幅器、18…スペーシャルフィルタ、19…ポラライザ、21〜29…ミラー、31…固体レーザ媒質、31a,31b…主面、31c,31d…側面、31e,31f…端面、32a,32b…励起光源、33c,33d…光吸収体、34ac,34ad,34bc,34bd…加熱用光源、35c,35d…整流体、36…媒質収納部、36a,36b…ウィンドウ部、36c,36d…給排水口、37,37A…制御部、38〜38…温度測定素子、39c,39d…ヒータ、40c,40d…第2光吸収体、41…ビームスプリッタ、42…CCDカメラ、43,44…シリンドリカルレンズ、45…四分割フォトダイオード、46…レンズアレイ、51,52…ミラー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... MOPA laser apparatus, 2 ... Laser oscillator, 11 ... Laser light source, 12 ... Optical amplifier, 13 ... Beam expander, 14 ... Optical mask, 15 ... Spatial filter, 16 ... Faraday rotator, 17, 17A, 17B, 17C DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Optical amplifier, 18 ... Spatial filter, 19 ... Polarizer, 21-29 ... Mirror, 31 ... Solid laser medium, 31a, 31b ... Main surface, 31c, 31d ... Side surface, 31e, 31f ... End surface, 32a, 32b ... Excitation Light source, 33c, 33d ... light absorber, 34ac, 34ad, 34bc, 34bd ... heating light source, 35c, 35d ... rectifier, 36 ... medium storage, 36a, 36b ... window, 36c, 36d ... water supply / drain port, 37 , 37A ... control unit, 38 1-38 5 ... temperature measuring element, 39c, 39d ... heater, 40c, 40d ... 2nd light absorber, 41 ... beam splitter, 42 ... CCD camera, 43, 44 ... cylindrical lens, 45 ... quadrant photodiode, 46 ... lens array, 51, 52 ... mirror.

Claims (13)

励起光が照射されることにより所定波長の光を誘導放射し得るスラブ形状の固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質の互いに対向する第1側面および第2側面それぞれに接して設けられ、光を吸収して発熱する光吸収体と、
前記固体レーザ媒質に照射されるべき励起光を出力する励起光源と、
前記光吸収体により吸収されるべき加熱光を出力する加熱用光源と、
前記固体レーザ媒質および前記光吸収体を内部に収納し、内部に水を流して前記固体レーザ媒質を水冷する水冷手段を有するとともに、前記励起光源から出力された励起光および前記加熱用光源から出力された加熱光を外部から内部へ透過させるウィンドウ部を有し、該ウィンドウ部を透過した励起光を前記固体レーザ媒質の主面に入射させ、該ウィンドウ部を透過した加熱光を前記光吸収体に入射させる媒質収納部と、
を備え、
前記固体レーザ媒質の第1端面に入射した前記所定波長の光を前記固体レーザ媒質において光増幅し、その光増幅した光を前記固体レーザ媒質の第2端面から出射する、
ことを特徴とする光増幅器。
A slab-shaped solid laser medium capable of inducing and emitting light of a predetermined wavelength by being irradiated with excitation light; and
A light absorber that is provided in contact with each of the first side surface and the second side surface of the solid-state laser medium facing each other and absorbs light to generate heat;
An excitation light source that outputs excitation light to be irradiated to the solid-state laser medium;
A heating light source that outputs heating light to be absorbed by the light absorber;
The solid-state laser medium and the light absorber are housed inside, and water cooling means is provided for cooling the solid-state laser medium by flowing water therein, and is also output from the excitation light and the heating light source output from the excitation light source. A window portion that transmits the heated light from the outside to the inside, excitation light that has been transmitted through the window portion is incident on the main surface of the solid-state laser medium, and the light that has been transmitted through the window portion is the light absorber. A medium storage unit that is incident on
With
The light of the predetermined wavelength incident on the first end face of the solid-state laser medium is optically amplified in the solid-state laser medium, and the light-amplified light is emitted from the second end face of the solid-state laser medium;
An optical amplifier characterized by that.
前記光吸収体が前記固体レーザ媒質で発生した放出光の一部をも吸収して発熱することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。   2. The optical amplifier according to claim 1, wherein the light absorber absorbs part of emitted light generated by the solid-state laser medium and generates heat. 前記光吸収体が前記励起光源から出力された励起光の一部をも吸収して発熱することを特徴とする請求項1記載の光増幅器。   2. The optical amplifier according to claim 1, wherein the light absorber also absorbs part of the excitation light output from the excitation light source and generates heat. 前記固体レーザ媒質および前記光吸収体それぞれのホスト材料が互いに同じであることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。   2. The optical amplifier according to claim 1, wherein host materials of the solid-state laser medium and the light absorber are the same. 前記固体レーザ媒質の温度を測定する温度測定手段と、
この温度測定手段による測定結果に基づいて、前記固体レーザ媒質の前記第1側面に垂直な方向に沿った温度分布を均一化するように、前記加熱用光源による前記光吸収体への加熱光照射をフィードバック制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
Temperature measuring means for measuring the temperature of the solid-state laser medium;
Irradiation of heating light to the light absorber by the heating light source so as to uniformize the temperature distribution along the direction perpendicular to the first side surface of the solid-state laser medium based on the measurement result by the temperature measuring means. Control means for feedback control,
The optical amplifier according to claim 1, further comprising:
前記固体レーザ媒質において誘導放射により発生して出力された前記所定波長の光の品質を測定する出力光品質測定手段と、
この出力光品質測定手段による測定結果に基づいて、前記固体レーザ媒質から出力される光の品質を改善するように、前記加熱用光源による前記光吸収体への加熱光照射をフィードバック制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
Output light quality measuring means for measuring the quality of the light of the predetermined wavelength generated and output by stimulated radiation in the solid-state laser medium;
Control means for feedback controlling heating light irradiation to the light absorber by the heating light source so as to improve the quality of the light output from the solid-state laser medium based on the measurement result by the output light quality measuring means When,
The optical amplifier according to claim 1, further comprising:
前記固体レーザ媒質の前記第1側面および前記第2側面それぞれを加熱する電気的加熱源を更に備えることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。   2. The optical amplifier according to claim 1, further comprising an electric heating source for heating each of the first side surface and the second side surface of the solid-state laser medium. 前記固体レーザ媒質の温度を測定する温度測定手段と、
この温度測定手段による測定結果に基づいて、前記固体レーザ媒質の前記第1側面に垂直な方向に沿った温度分布を均一化するように、前記加熱用光源による前記光吸収体への加熱光照射または前記電気的加熱源による加熱をフィードバック制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項7記載の光増幅器。
Temperature measuring means for measuring the temperature of the solid-state laser medium;
Irradiation of heating light to the light absorber by the heating light source so as to uniformize the temperature distribution along the direction perpendicular to the first side surface of the solid-state laser medium based on the measurement result by the temperature measuring means. Or control means for feedback control of heating by the electric heating source;
The optical amplifier according to claim 7, further comprising:
前記固体レーザ媒質において誘導放射により発生して出力された前記所定波長の光の品質を測定する出力光品質測定手段と、
この出力光品質測定手段による測定結果に基づいて、前記固体レーザ媒質から出力される光の品質を改善するように、前記加熱用光源による前記光吸収体への加熱光照射または前記電気的加熱源による加熱をフィードバック制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項7記載の光増幅器。
Output light quality measuring means for measuring the quality of the light of the predetermined wavelength generated and output by stimulated radiation in the solid-state laser medium;
Based on the measurement result by the output light quality measuring means, the light absorber is irradiated with heating light by the heating light source or the electric heating source so as to improve the quality of light output from the solid-state laser medium. Control means for feedback control of heating by
The optical amplifier according to claim 7, further comprising:
前記光吸収体における前記固体レーザ媒質と接する面と反対側の面の側に設けられ前記媒質収納部の内部における水の流れを整流する整流体と、
前記光吸収体と前記整流体との間に前記光吸収体に接して設けられ前記光吸収体より熱伝導率が高く光を吸収する第2光吸収体と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の光増幅器。
A rectifier that rectifies the flow of water inside the medium housing portion provided on the side opposite to the surface in contact with the solid-state laser medium in the light absorber;
A second light absorber that is provided between and in contact with the light absorber between the light absorber and the rectifier, and has a higher thermal conductivity than the light absorber and absorbs light;
The optical amplifier according to claim 1, further comprising:
前記光吸収体と前記電気的加熱源との間に前記光吸収体に接して設けられ前記光吸収体より熱伝導率が高く光を吸収する第2光吸収体を更に備えることを特徴とする請求項7記載の光増幅器。   It further comprises a second light absorber that is provided between the light absorber and the electrical heating source so as to be in contact with the light absorber and absorbs light with higher thermal conductivity than the light absorber. The optical amplifier according to claim 7. 請求項1〜11の何れか1項に記載の光増幅器と、
この光増幅器に含まれる固体レーザ媒質を共振光路上に有する共振器と、
を備えることを特徴とするレーザ発振器。
The optical amplifier according to any one of claims 1 to 11,
A resonator having a solid-state laser medium included in the optical amplifier on a resonant optical path;
A laser oscillator comprising:
光を出力する光源と、
この光源から出力された光を入力し光増幅して出力する請求項1〜11の何れか1項に記載の光増幅器と、
を備えることを特徴とするMOPAレーザ装置。

A light source that outputs light;
The optical amplifier according to any one of claims 1 to 11, wherein the light output from the light source is input, optically amplified and output.
A MOPA laser device comprising:

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