JP2006310604A - Laser light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Qスイッチング技術を用いて高パワー・短パルスのレーザ光を出力するレーザ光源に関し、特に、レーザ媒質、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体、これらレーザ媒質および可飽和吸収体からなる共振器、および、励起源を備える受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源に関する。 The present invention relates to a laser light source that outputs high-power, short-pulse laser light using Q switching technology, and in particular, includes a laser medium, a saturable absorber as a Q switch element, and the laser medium and saturable absorber. The present invention relates to a solid-state laser light source pumped by a semiconductor laser using a resonator and passive Q switching technology including a pump source.
レーザ光源は、出力光の高パワー化,短パルス化および短波長化を指向して研究・開発が進められている。中でも、Qスイッチング技術を用いたレーザ光源は、高パワー・短パルスのパルスレーザ光を出力することができるものとして注目されている。 Laser light sources are being researched and developed for higher output power, shorter pulses, and shorter wavelengths. Among them, a laser light source using the Q switching technique is attracting attention as being capable of outputting a high-power, short-pulse laser beam.
Qスイッチング技術は、レーザ媒質だけでなくQスイッチ素子をも共振器内に有する構成として、このQスイッチ素子により共振器のQ値を変化させることでレーザ発振を制御し、これにより、出力されるレーザ光を短パルスとするとともに高パワーとするものである。 In the Q switching technology, not only a laser medium but also a Q switch element is included in the resonator, and the laser oscillation is controlled by changing the Q value of the resonator by the Q switch element, and output is thereby performed. The laser light has a short pulse and a high power.
Qスイッチング技術の中でも、Qスイッチ素子として可飽和吸収体を用いた受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源は、構成が簡易かつ小型である点で好適である(たとえば、特許文献1参照)。 Among Q switching technologies, a solid-state laser light source pumped by a semiconductor laser using a passive Q switching technology using a saturable absorber as a Q switch element is preferable in that the configuration is simple and small (for example, Patent Documents). 1).
このものは、レーザ媒質と、可飽和吸収体と、レーザ媒質および可飽和吸収体を共振光路上に配置してなる共振器と、励起源とを備えるという一般的な構成によって構成されている。 This is configured by a general configuration including a laser medium, a saturable absorber, a resonator in which the laser medium and the saturable absorber are arranged on a resonance optical path, and an excitation source.
レーザ媒質は、励起されることにより光を放出するものであり、励起源からの励起光が入射することにより、このレーザ媒質が励起されるようになっている。 The laser medium emits light when excited, and the laser medium is excited when the excitation light from the excitation source enters.
また、可飽和吸収体は、入射する光のパワーが大きいほど吸収が小さいものであり、入射光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光を吸収するが、入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときには吸収が飽和して透明となる。可飽和吸収体は、このような性質が利用されて、受動Qスイッチ素子として用いられる。 In addition, the saturable absorber absorbs incident light when the incident light power is equal to or lower than the absorption saturation threshold, but the incident light power exceeds the absorption saturation threshold. The absorption is saturated and transparent. The saturable absorber is used as a passive Q switch element by utilizing such properties.
また、共振器は、可飽和吸収体が透明であるときにレーザ媒質より放出された光を共振させるとともに、その光の一部を可飽和吸収体の出射面より出射するものであり、従来では、共振光路上に配置されたレーザ媒質と可飽和吸収体とが、独立しており、さらに、レーザ媒質および可飽和吸収体のそれぞれの外側に、反射鏡(ミラー)が独立して配置されたものである。 In addition, the resonator resonates the light emitted from the laser medium when the saturable absorber is transparent, and emits a part of the light from the exit surface of the saturable absorber. The laser medium and the saturable absorber disposed on the resonant optical path are independent, and a reflecting mirror (mirror) is independently disposed outside the laser medium and the saturable absorber. Is.
ここで、この一対の反射鏡においては、レーザ媒質側に位置するものは、励起源からの励起光は透過し且つレーザ媒質より放出された光は全反射する機能を有するものであり、可飽和吸収体側に位置するものは、レーザ媒質より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射する機能を有するものである。各反射鏡についてこのような機能を持たせることにより、共振器において光を共振させるようになっている。 Here, in this pair of reflecting mirrors, the one located on the laser medium side has a function of transmitting the excitation light from the excitation source and totally reflecting the light emitted from the laser medium, and is saturable. What is located on the absorber side has a function of transmitting a part of the light emitted from the laser medium and reflecting the remaining part. By giving such a function to each reflecting mirror, light is resonated in the resonator.
このようなQスイッチ素子として可飽和吸収体を用いたレーザ光源は、以下のように動作する。 A laser light source using a saturable absorber as such a Q switch element operates as follows.
レーザ媒質の励起が開始された当初は、レーザ媒質の反転分布は小さいので、レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーは小さい。それゆえ、レーザ媒質の励起が開始された当初は、可飽和吸収体は吸収が大きく不透明であるので、共振器のQ値は小さく、レーザ発振は起きない。 Since the inversion distribution of the laser medium is small at the beginning of excitation of the laser medium, the power of the light emitted from the laser medium and incident on the saturable absorber is small. Therefore, at the beginning of the excitation of the laser medium, the saturable absorber has a large absorption and is opaque, so that the Q value of the resonator is small and laser oscillation does not occur.
共振器のQ値が小さくレーザ発振していない期間もレーザ媒質は励起され続けて、レーザ媒質の反転分布は次第に大きくなっていき、レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーも次第に大きくなっていく。 The laser medium continues to be excited even during the period when the resonator has a small Q value and the laser does not oscillate. The inversion distribution of the laser medium gradually increases, and the power of the light emitted from the laser medium and incident on the saturable absorber. Will gradually grow.
やがて、レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値を超えると、可飽和吸収体は吸収が急激に小さくなり(つまり透明になり)、共振器のQ値は大きくなって、レーザ媒質において誘導放出が急激に進み、その結果、レーザ発振が起きる。このようにして、高パワー・短パルスのパルスレーザ光が、共振器より出力される。
ところで、上記した従来のレーザ光源においては、高パワー化のための一つの方法として、反射鏡の間隔、すなわち共振器長を短くすることで短パルス化してピークパワーを上げる方法がとられている。 By the way, in the above-described conventional laser light source, as one method for increasing the power, a method is adopted in which the peak power is increased by shortening the distance between the reflecting mirrors, that is, by shortening the resonator length to shorten the pulse. .
しかしながら、従来では、レーザ媒質、受動Qスイッチ素子である可飽和吸収体、一対の反射鏡とが、それぞれ離間して独立した形で配置されており、これら各部品の間で平行度を出すための調整を行う必要がある。 However, conventionally, a laser medium, a saturable absorber that is a passive Q switch element, and a pair of reflecting mirrors are arranged separately from each other in order to provide parallelism between these components. It is necessary to make adjustments.
そのため、上記各部品の間で一つ一つの平行度を出すことで時間と費用を要するうえに、共振器の両端に位置する一対の反射鏡の平行度を出すための調整を行うのに再度時間と手間を要する。しかも、正確な再現が得られにくいため、同じものを複数作ることが困難であるといった問題が生じている。 Therefore, it takes time and cost to produce each parallelism between the above components, and again, it is necessary to make adjustments to obtain the parallelism of the pair of reflectors located at both ends of the resonator. It takes time and effort. Moreover, since it is difficult to accurately reproduce, there is a problem that it is difficult to make a plurality of the same items.
また、共振器における上記独立した各部品の間で、ある程度隙間を空けて、上記各部品の表面同士が当たって表面の損傷がないようにすることが必要であり、そのために、上記各部品の間に、ある程度の隙間を作る必要があり、これにより共振器長が長くなってしまう。 In addition, it is necessary to leave a certain gap between the independent components in the resonator so that the surfaces of the components hit each other so that there is no damage to the surfaces. It is necessary to create a certain gap between them, which increases the resonator length.
このような問題に対して、レーザ媒質および可飽和吸収体を、レーザ媒質の出射面と可飽和吸収体の入射面とで接合して一体化するとともに、この一体化部材の両端、すなわちレーザ媒質の入射面、可飽和吸収体の出射面にそれぞれ反射鏡として機能する膜をコーティングすることが考えられる。 For such a problem, the laser medium and the saturable absorber are integrated by joining the exit surface of the laser medium and the entrance surface of the saturable absorber, and both ends of the integrated member, that is, the laser medium. It is conceivable to coat a film functioning as a reflecting mirror on the incident surface and the exit surface of the saturable absorber.
このような手法によれば、共振器を、従来独立していたレーザ媒質、可飽和吸収体、一対の反射鏡が一体化されたものにできるため、小型で共振器長が短く、ピークパワーをより高くすることの可能な構成を実現できる。また、各部品の一体化により、耐振性も向上させたものにできる。 According to such a method, since the resonator can be integrated with a laser medium, a saturable absorber, and a pair of reflecting mirrors, which have been conventionally independent, the resonator is small, the resonator length is short, and the peak power is reduced. A configuration that can be made higher can be realized. In addition, the vibration resistance can be improved by integrating the components.
しかしながら、このような構成では、レーザ媒質と可飽和吸収体との接合方法が限られるという問題が生じる。たとえば、レーザ媒質と可飽和吸収体との接合において接着剤を用いた場合、この接着剤によってレーザ媒質と可飽和吸収体との間における光の透過が阻害される。 However, with such a configuration, there arises a problem that the method of joining the laser medium and the saturable absorber is limited. For example, when an adhesive is used for joining the laser medium and the saturable absorber, light transmission between the laser medium and the saturable absorber is inhibited by the adhesive.
そこで、レーザ媒質と可飽和吸収体との接合をオプティカルコンタクトやデフュージョンボンディングなどの特殊な方法により行う必要があるが、この場合にも、接合面の損傷により、光の透過が阻害される可能性がある。 Therefore, it is necessary to bond the laser medium and the saturable absorber by a special method such as optical contact or diffusion bonding, but in this case as well, light transmission may be hindered by damage to the bonding surface. There is sex.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザ媒質、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体、これらレーザ媒質および可飽和吸収体からなる共振器、および、励起源を備える受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源において、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes a laser medium, a saturable absorber as a Q switch element, a resonator composed of the laser medium and the saturable absorber, and passive Q switching including an excitation source. An object of the present invention is to realize an inexpensive configuration capable of shortening a resonator length in order to obtain a high peak power in a semiconductor laser-excited solid-state laser light source using the technology.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、励起されることにより光を放出するレーザ媒質(10)と、レーザ媒質(10)より放出された光を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体(20)と、レーザ媒質(10)および可飽和吸収体(20)を共振光路上に配置し、可飽和吸収体(20)が透明であるときにレーザ媒質(10)より放出された光を共振させるとともに、その光の一部を可飽和吸収体(20)の出射面(22)より出射する共振器(30)と、レーザ媒質(10)を励起するための励起光をレーザ媒質(10)の入射面(11)に入射させるための励起源(40)と、を備えるレーザ光源において、次のような点を特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a laser medium (10) that emits light when excited and light emitted from the laser medium (10) are incident, and the incident light power is incident. Is larger, the saturable absorber (20), which is transparent when the incident light power exceeds the absorption saturation threshold, the laser medium (10), and the saturable absorber (20) on the resonance optical path. When the saturable absorber (20) is transparent, the light emitted from the laser medium (10) is resonated, and a part of the light is emitted from the exit surface (22) of the saturable absorber (20). And a pump (40) for causing the pumping light for exciting the laser medium (10) to enter the incident surface (11) of the laser medium (10). In the light source, It is a symptom.
・レーザ媒質(10)の出射面(12)と可飽和吸収体(20)の入射面(21)とが接触しており、レーザ媒質(10)の出射面(12)および可飽和吸収体(20)の入射面(21)の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部(60)が形成されていること。 The exit surface (12) of the laser medium (10) and the entrance surface (21) of the saturable absorber (20) are in contact, and the exit surface (12) of the laser medium (10) and the saturable absorber ( 20) The space part (60) comprised by the said recessed part is formed by providing a recessed part in at least one of the entrance plane (21).
・レーザ媒質(10)の入射面(11)には、前記励起光は透過し且つレーザ媒質(10)より放出された光は全反射する第1のコーティング膜(51)が形成されており、可飽和吸収体(20)の出射面(22)には、レーザ媒質(10)より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射する第2のコーティング膜(52)が形成されており、レーザ媒質(10)より放出された光は、空間部(60)を通るようになっていること。本発明のレーザ光源はこれらの点を特徴としている。 The incident surface (11) of the laser medium (10) is provided with a first coating film (51) that transmits the excitation light and totally reflects the light emitted from the laser medium (10). On the exit surface (22) of the saturable absorber (20), a second coating film (52) is formed in which a part of the light emitted from the laser medium (10) is transmitted and the remaining part is reflected. The light emitted from the laser medium (10) passes through the space (60). The laser light source of the present invention is characterized by these points.
本発明の共振器(30)では、レーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)とを接触させて一体化するとともに、従来の反射鏡の機能を有するものが第1および第2のコーティング膜(51、52)として一体化されているため、共振器長が短く、ピークパワーをより高くするとともに、耐振性を向上させた構成を実現することができる。 In the resonator (30) of the present invention, the laser medium (10) and the saturable absorber (20) are brought into contact with each other, and the first and second coatings have the function of a conventional reflecting mirror. Since they are integrated as the films (51, 52), it is possible to realize a configuration in which the resonator length is short, the peak power is higher, and the vibration resistance is improved.
また、本発明では、レーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)との接触は、全面接触ではなく、レーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)との間に上記空間部(60)を設けることにより、当該空間部(60)以外の部位にて部分的な接触として実現されている。そして、空間部(60)のところでレーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)との間における光の透過を行うようにしている。 In the present invention, the contact between the laser medium (10) and the saturable absorber (20) is not the entire surface contact, but the space portion (between the laser medium (10) and the saturable absorber (20)). By providing 60), partial contact is realized at a portion other than the space (60). Then, light is transmitted between the laser medium (10) and the saturable absorber (20) at the space (60).
このように、レーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)とを接触構造としているものの、空間部(60)にて光の透過を確保できるため、空間部(60)以外の部位にてレーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)とを接触させて接合することができる。そのため、光が透過する部位の面が、当該接合によって損傷することはない。 As described above, although the laser medium (10) and the saturable absorber (20) have a contact structure, light transmission can be secured in the space (60), and therefore, in a portion other than the space (60). The laser medium (10) and the saturable absorber (20) can be brought into contact with each other and bonded. Therefore, the surface of the part through which light is transmitted is not damaged by the bonding.
つまり、本発明のレーザ光源においては、レーザ媒質(10)と可飽和吸収体(20)との接触部にて、両者の接合方法として任意の方法を採用することができるため、当該接合方法の自由度を向上させることができる。 That is, in the laser light source of the present invention, since any method can be adopted as a joining method between the laser medium (10) and the saturable absorber (20), The degree of freedom can be improved.
したがって、本発明によれば、レーザ媒質(10)、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体(20)、これらレーザ媒質(10)および可飽和吸収体(20)からなる共振器(30)、および、励起源(40)を備える受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源において、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, a laser medium (10), a saturable absorber (20) as a Q switch element, a resonator (30) composed of the laser medium (10) and the saturable absorber (20), and In the solid-state laser light source pumped by the semiconductor laser using the passive Q switching technology including the pumping source (40), it is possible to realize an inexpensive configuration capable of shortening the resonator length so as to obtain a high peak power.
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のレーザ光源において、レーザ媒質(10)の出射面(12)と可飽和吸収体(20)の入射面(21)とは、その接触部(70)において接着されて固定されていることを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 2, in the laser light source according to claim 1, the exit surface (12) of the laser medium (10) and the entrance surface (21) of the saturable absorber (20) It is characterized by being bonded and fixed at the contact portion (70).
また、請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載のレーザ光源において、共振器(30)の外側には、共振器(30)を支持するガイド部材(80)が設けられていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the laser light source according to the first or second aspect, a guide member (80) for supporting the resonator (30) is provided outside the resonator (30). It is characterized by being.
それによれば、共振器(30)として一体化されたレーザ媒質(10)および可飽和吸収体(20)が、ガイド部材(80)によって支持されるため、その支持がより強固になるとともに、共振器(30)にて発生する熱をガイド部材(80)を介して放熱できるため、放熱性の向上が図れる。 According to this, since the laser medium (10) and the saturable absorber (20) integrated as the resonator (30) are supported by the guide member (80), the support becomes stronger and resonance occurs. Since the heat generated in the container (30) can be dissipated through the guide member (80), the heat dissipation can be improved.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源100の概略断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser-excited solid-state
本実施形態のレーザ光源100は、大きくは、レーザ媒質10と、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体20と、レーザ媒質10および可飽和吸収体20を共振光路上に配置してなる共振器30と、励起源40とを備えて構成されている。
The
レーザ媒質10は、励起されることにより光を放出するものである。そして、レーザ媒質10の入射面11には、励起源40からの励起光L1が入射するようになっており、それによって、レーザ媒質10は上準位へ励起されて反転分布を生じ、上準位から下準位への遷移に伴って光L2を、出射面12側から放出するようになっている。
The
ここで、レーザ媒質10の入射面11には、第1のコーティング膜51が形成されている。この第1のコーティング膜51は、上記励起光L1は透過し且つレーザ媒質10より放出された光L2は全反射するものである。
Here, a
可飽和吸収体20は、Qスイッチ素子の役割を果たすものであり、レーザ媒質10より放出された光L2をその入射面21から入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光L2を吸収するが、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明となる。
The
ここで、可飽和吸収体20の出射面22には、第2のコーティング膜52が形成されている。この第2のコーティング膜52は、レーザ媒質10より放出された光L2の一部が透過し且つ残部が反射するものである。
Here, a
これら第1のコーティング膜51および第2のコーティング膜52は、たとえば、TaO2とSiO2とを交互に積層してなる多層膜であり、この層の数を変えることにより各コーティング膜51、52の反射率や透過率などの特性を調整することができる。
The
たとえば、第1のコーティング膜51の層の数を多く、第2のコーティング膜52の層の数を少なくすることで、上記した各コーティング膜51、52特有の特性を実現することができる。
For example, by increasing the number of layers of the
また、これら第1のコーティング膜51および第2のコーティング膜52の材質を変えることで、上記した各膜特性を実現することもできる。たとえば、各コーティング膜51、52の材質としてはMgF2などを用いることもできる。これらコーティング膜51、52は、たとえば蒸着法などにより形成することができる。
Further, by changing the materials of the
共振器30は、上記レーザ媒質10および可飽和吸収体20を共振光路上に配置したものであり、可飽和吸収体20が透明であるときにレーザ媒質10より放出された光L2を共振させるとともに、その光L2の一部を可飽和吸収体20の出射面22より出射するものである。
The
具体的には、共振器30において、第1のコーティング膜51は、励起源40から出力される励起光L1を透過させるが、励起されたレーザ媒質10から放出される光L2を高反射率で反射させる。
Specifically, in the
そして、第2のコーティング膜52は、励起されたレーザ媒質10から放出されて到達した光L2の一部パワーを透過させ、残部を反射させる。この第2のコーティング膜52を透過して外部へ出力される光L3は、このレーザ光源100から出力されるレーザ発振光L3となる。
Then, the
ここで、図1に示されるように、本実施形態においては、レーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とが接触しており、さらに、可飽和吸収体20の入射面21に凹部が設けられ、この入射面21の凹部によって構成された空間部60が形成されている。
Here, as shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
この空間部60は、たとえば空気が充填された空気層となっている。しかし、この空間部60は、それ以外のガス、たとえば窒素や希ガスが充填されたものでもよいし、真空でもよい。つまり、この空間部60を介してレーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とが離れていればよい。
For example, the
そして、上記空間部60以外にてレーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とが接触している部分すなわち接触部70は、たとえば、接着剤による接着やオプティカルコンタクト、あるいは、デフュージョンボンディング、光学溶着などの方法により接合されている。
A portion where the
この空間部60の厚みW1すなわち空間部60を構成する凹部の深さW1は、レーザ媒質10と可飽和吸収体20との間に空間部60が確認できる程度の大きさ、たとえば100μm程度が好ましい。この凹部の深さW1を大きくしすぎると、その分、結晶部分の長さW2を長くしなくてはならなくなり、共振器長が長くなってしまう。
The thickness W1 of the
空間部60の径Dは、励起光L1のビーム径D’よりも大きい寸法、たとえば2mm〜4mm程度が好ましい。これよりも小さいと励起光L1が、接触部70にあたってしまい、大きいと、その分、結晶の大きさ・径W3を大きくしなければならない。
The diameter D of the
このように、本実施形態では、レーザ媒質10と可飽和吸収体20との接触において、レーザ媒質10の出射面12および可飽和吸収体20の入射面21の一部を空間部60にて離間させ、空間部60以外の接触部70にて接触を行うという部分接触としている。そして、そして、レーザ媒質10より放出された光L2は、この空間部60を通り、可飽和吸収体20に入射されるようになっている。
As described above, in the present embodiment, in the contact between the
また、この空間部60にて対向するレーザ媒質10と可飽和吸収体20とにおいて、レーザ媒質10側の面には、レーザ媒質10の励起効率を高めるために、励起光L1を全反射する誘電体多層膜(図示せず)がコーティングされている。一方、空間部60における可飽和吸収体20側の面には、レーザ媒質10より放出された光L2を全透過させる誘電体多層膜(図示せず)がコーティングされている。
Further, in the
これら誘電体多層膜をコーティングすることにより、レーザ媒質10の長さを変えることなく励起光L1の吸収長を長くできるため、励起光L1の吸収効率の向上とパルス幅の短縮を行うことができ、出力パワーを向上することができる。さらに、可飽和吸収体20への励起光L1の入射を抑制することができ、出力パルスエネルギーを高くすることができる。
By coating these dielectric multilayer films, the absorption length of the excitation light L1 can be increased without changing the length of the
なお、図1に示される例では、可飽和吸収体20の入射面21に凹部を設け、当該入射面21を、一部に凹面が形成された面とすることで空間部60を形成したが、それとは反対に、レーザ媒質10の出射面12に凹部を設け、当該出射面12を、一部に凹面が形成された面とすることで空間部60を形成してもよい。
In the example shown in FIG. 1, the concave portion is provided on the
この場合も、空間部60を介してレーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とが離れたものにでき、上記空間部60以外のレーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21との接触部70は、たとえば、接着剤やオプティカルコンタクト、デフュージョンボンディング(拡散接合)などによる接合部とできる。
Also in this case, the
そして、この場合にも、空間部60にて対向するレーザ媒質10と可飽和吸収体20との面に、上記した図示しない各誘電体多層膜をコーティングする。
Also in this case, the above-described dielectric multilayer films (not shown) are coated on the surfaces of the
さらにいうならば、空間部60を形成するためには、レーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21との両方に凹部を設けてもよい。つまり、レーザ媒質10の出射面12および可飽和吸収体20の入射面21の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部60を形成すればよい。
In other words, in order to form the
また、励起源40は、レーザ媒質10を励起するための励起光L1をレーザ媒質10の入射面11に入射させるためのものであるが、本例では、光源41と集光レンズ42とを備えたものである。
The
この光源41は、図示しないが、たとえば駆動回路および制御回路を有するものであり、当該駆動回路より供給される駆動電流により駆動されて、レーザ媒質10を励起し得る波長の励起光L1を出力する。また、集光レンズ42は、励起光L1のビームサイズや形状を調整・変更するための光学系である。
Although not shown, the
この光源41から出力された励起光L1は、集光レンズ42および上記第1のコーティング51を経て、レーザ媒質10に照射される。また、光源41において、上記制御部は、上記駆動回路を制御することで、光源41から出力される励起光L1の照射に因るレーザ媒質10の励起を制御する。この制御部による制御により、光源41は、パルス状の励起光L1を出力して、レーザ媒質10をパルス的に励起する。
The excitation light L1 output from the
限定するものではないが、たとえば、本実施形態のレーザ光源100において、レーザ媒質10はNd:YAG結晶であり、可飽和吸収体20はCr:YAG結晶である。この場合、光源41として、レーザ媒質10に含まれるNdイオンを上準位に励起し得る波長808nm付近の励起光L1を出力する半導体レーザ光源が用いられる。
Although not limited, for example, in the
光源41から出力された励起光L1がレーザ媒質10に入射すると、このレーザ媒質10に含まれるNdイオンが上準位に励起される。また、レーザ媒質10から放出された光L2が可飽和吸収体20に入射すると、この可飽和吸収体20に含まれるCrイオンが上準位に励起される。レーザ媒質10より放出される光L2、L3の波長は1064nmである。
When the excitation light L1 output from the
このレーザ光源100では、励起源40の光源41から出力された励起光L1は、集光レンズ42により集光され、第1のコーティング51を透過して、レーザ媒質10の入射面11からレーザ媒質10へ入射する。レーザ媒質10へ入射した励起光L1は、レーザ媒質10中を透過した後、レーザ媒質10の反射面12で反射され、再びレーザ媒質10中を透過する。
In the
このように、励起光L1がレーザ媒質10中を透過する間にレーザ媒質10が励起され、また、励起された上準位から下準位への遷移に伴いレーザ媒質10から光L2が放出される。このレーザ媒質10から放出された光L2は、空間部60を通って、可飽和吸収体20の入射面21から可飽和吸収体20へ入射する。
Thus, the
可飽和吸収体20へ入射する光L2のパワーが、可飽和吸収体20の吸収飽和閾値以下であれば、可飽和吸収体20は光L2を吸収するので、共振器30のQ値は小さく、レーザ発振が抑制される。
If the power of the light L2 incident on the
一方、可飽和吸収体20へ入射する光L2のパワーが、可飽和吸収体20の吸収飽和閾値を超えていれば、可飽和吸収体20における光L2の吸収が飽和するので、可飽和吸収体20は透明となり、共振器30のQ値は大きくなって、レーザ発振が起こり得る。
On the other hand, if the power of the light L2 incident on the
そして、このレーザ発振により、出力端である可飽和吸収体20の出射面22から第2のコーティング膜52を通って外部へレーザ光L3が出力される。ここで、第2のコーティング膜52によって、上記光L2の一部が透過してレーザ光L3として発振されるが、残部は反射してレーザ媒質10へ入射され、光が共振する。
As a result of this laser oscillation, laser light L3 is output to the outside through the
このように、レーザ発振が開始されると、レーザ媒質10では急激に誘導放出が起きて反転分布が殆ど零となり、これに伴い、可飽和吸収体20の反転分布も殆ど零となり、共振器30のQ値は急に小さくなる。したがって、レーザ発振は短時間のうちに終了する。このようにして、このレーザ光源100では、高パワー・短パルスのパルスレーザ光L3が外部へ出力される。
Thus, when laser oscillation is started, stimulated emission suddenly occurs in the
かかるレーザ光源100は、次のようにして製造することができる。レーザ媒質10の出射面12および可飽和吸収体20の入射面21の少なくとも一方に上記空間部60を形成するための凹部を形成し、レーザ媒質10と可飽和吸収体20とを接合する。
Such a
その後、レーザ媒質10の入射面11および可飽和吸収体20の出射面22を研磨することにより、これら両面11、22の平行出しを行う。そして、蒸着法などにより、レーザ媒質10の入射面11には上記第1のコーティング膜51を形成し、可飽和吸収体20の出射面22には上記第2のコーティング膜52を形成する。
Thereafter, the
ここで、第2のコーティング膜52の反射率は、取り出したいエネルギーや励起光パワーなどの条件によって変更する。たとえば、数mJ程の大きなパルスエネルギーを得るには、反射率を50〜70%程度とし、サブmJ以下のパルスエネルギーを得るときにはそれより大きな反射率を用いる。
Here, the reflectance of the
以上のように、本実施形態のレーザ光源100は、励起されることにより光を放出するレーザ媒質10と、レーザ媒質10より放出された光L2を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体20と、レーザ媒質10および可飽和吸収体20を共振光路上に配置し、可飽和吸収体20が透明であるときにレーザ媒質10より放出された光L2を共振させるとともに、その光L2の一部を可飽和吸収体20の出射面22より出射する共振器30と、レーザ媒質10を励起するための励起光L1をレーザ媒質10の入射面11に入射させるための励起源40と、を備えるという受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源の基本的構成を有するものである。
As described above, the
そして、本実施形態では、このような受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源としてのレーザ光源100において、次のような独自の特徴点を有している。
In the present embodiment, the
・レーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とが接触しており、レーザ媒質10の出射面12および可飽和吸収体20の入射面21の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部60が形成されていること。
The
・レーザ媒質10の入射面11には、前記励起光L1は透過し且つレーザ媒質10より放出された光L2は全反射する第1のコーティング膜51が形成されており、可飽和吸収体20の出射面22には、レーザ媒質10より放出された光L2の一部が透過し且つ残部が反射する第2のコーティング膜52が形成されており、レーザ媒質10より放出された光L2は、空間部60を通るようになっていること。本実施形態によれば、これらの点を特徴とするレーザ光源100が提供される。
A
従来では、独立した反射鏡、レーザ媒質、可飽和吸収体すべての部品においてそれぞれ平行出しをして研磨を行い、その後、人による各部品間の平行度の調整を行っていたが、本実施形態のレーザ光源100によれば、コーティング膜51、52が設けられるレーザ媒質10の入射面11と可飽和吸収体20の出射面22との2面のみの厳密な平行出しを行えば済む。そのため、時間とコストを大幅に省略することができる。
Conventionally, the parts of all of the independent reflector, laser medium, and saturable absorber are parallelized and polished, and then the parallelism between the parts is adjusted by a person. According to this
また、本実施形態では、共振器30の部品点数が実質的にはレーザ媒質10と可飽和吸収体20の2つのみであり、コーティング面11、22の平行度を出すにあたって、機械精度が出ていれば、その他の調整は不要となるため、レーザ光源100の量産を可能にできる。
In the present embodiment, the number of parts of the
さらに、本実施形態によれば、レーザ媒質10と可飽和吸収体20とを接触させて一体化できるため、共振器長は、レーザ媒質10と可飽和吸収体20の長さの合計となる。一般に、共振器長を短くするほどパルス幅を短くでき、大きなピークパワーを得ることができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the
本実施形態では、共振器長は、レーザ媒質10および可飽和吸収体20を構成する結晶体の長さと実質的に同等であり、必要最小限の共振器長でよくなるため、高ピークパワーの出力を取り出せることになる。
In the present embodiment, the resonator length is substantially the same as the length of the crystal constituting the
このように、本実施形態の共振器30では、レーザ媒質10と可飽和吸収体20とを接触させて一体化するとともに、従来の反射鏡の機能を有するものが第1および第2のコーティング膜51、52として一体化されているため、共振器長が短く、ピークパワーをより高くするとともに、耐振性を向上させた構成を実現することができる。
As described above, in the
また、上述したように、共振器長を短くすべくレーザ媒質と可飽和吸収体とを接触させる場合、これら両者を直接接合すると、接合方法の制約が大きくなるとともに、接合面の損傷を回避できない。 In addition, as described above, when the laser medium and the saturable absorber are brought into contact with each other in order to shorten the resonator length, if both of them are directly joined, the joining method is restricted and damage to the joining surface cannot be avoided. .
その点、本実施形態では、レーザ媒質10と可飽和吸収体20との接触は、全面接触ではなく、レーザ媒質10と可飽和吸収体20との間に上記空間部60を設けることにより、当該空間部60以外の部位にて部分的な接触として実現されている。そして、空間部60のところでレーザ媒質10と可飽和吸収体20との間における光の透過を行うようにしている。
In that respect, in the present embodiment, the contact between the
このように、レーザ媒質10と可飽和吸収体20とを接触構造としているものの、空間部60にて光の透過を確保できるため、空間部60以外の部位にてレーザ媒質10と可飽和吸収体20とを接触させて接合することができる。そのため、光が透過する部位の面が、当該接合によって損傷することはない。
As described above, although the
つまり、本実施形態のレーザ光源100においては、レーザ媒質10と可飽和吸収体20との接触部にて、両者の接合方法として任意の方法を採用することができるため、当該接合方法の自由度を向上させることができる。
That is, in the
したがって、本実施形態によれば、レーザ媒質10、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体20、これらレーザ媒質10および可飽和吸収体20からなる共振器30、および、励起源40を備える受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源100において、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、本実施形態のレーザ光源100においては、レーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とは、その接触部70において接着されて固定されているものにできることも特徴のひとつである。つまり、上記接触部70において接着剤を介して接着することができ、そのような接着剤を用いることによって、安価な接合構成を実現することができる。
Further, in the
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態に係る受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源200の要部を示す概略断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the main part of a solid-state
図2に示されるように、本実施形態のレーザ光源200は、上記図1に示されるものと同様に、レーザ媒質10、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体20、これらレーザ媒質10および可飽和吸収体20からなる共振器30、および、上記励起源(図2では図示せず)を備えるという受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源の基本的構成を有する。
As shown in FIG. 2, the
さらに、本実施形態のレーザ光源200においても、レーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21とが接触しており、レーザ媒質10の出射面12および可飽和吸収体20の入射面21の少なくとも一方に凹部を設けることにより空間部60が形成されていること、および、レーザ媒質10の入射面11、可飽和吸収体20の出射面22に、それぞれ、第1のコーティング膜51、第2のコーティング膜52が形成されており、レーザ媒質10より放出された光L2が空間部60を通るようになっていることは、上記実施形態と同様である。
Furthermore, also in the
そのため、上記実施形態と同様に、これらの構成を有する本実施形態のレーザ光源200によっても、高いピークパワーを得るべく共振器長をより短くできる安価な構成を実現することができる。
Therefore, similarly to the above-described embodiment, the
さらに、図2に示されるように、本実施形態のレーザ光源200においては、共振器30の外側には、共振器30を支持するガイド部材80が設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, in the
このガイド部材80は、共振器30を構成するレーザ媒質10および可飽和吸収体20を支持できる強度を持つものであれば、金属、セラミック、樹脂など、その材質は特に限定しないが、レーザ媒質10および可飽和吸収体20と同じような熱膨張係数を有するものが好ましい。
The material of the
また、ガイド部材80の形状も、レーザ媒質10および可飽和吸収体20の外周部位置し、これらを支持できるものであれば、特に限定されるものではないが、たとえば、ガイド部材80としては、筒形状をなすものにでき、その中空部に共振器30を配置可能なものであればよい。
Further, the shape of the
本実施形態のレーザ光源200によれば、共振器30として一体化されたレーザ媒質10および可飽和吸収体20が、ガイド部材80によって支持されるため、その支持がより強固になるとともに、共振器30にて発生する熱すなわちレーザ媒質10や可飽和吸収体20から発生する熱を、ガイド部材80を介して放熱できるため、放熱性の向上を図ることができる。
According to the
つまり、このガイド部材80は、レーザ媒質10および可飽和吸収体20を支持する支持部材として機能するとともに、放熱部材としても機能する。その放熱特性を向上させるために、レーザ媒質10および可飽和吸収体20とガイド部材80との間に、熱伝導性に優れた接着剤などの部材を介在させてもよい。
That is, the
さらに、本実施形態では、レーザ媒質10の出射面12と可飽和吸収体20の入射面21との接触部70において、これら両面12、21を、接着剤やはんだなどの接着部材90を介して接着しており、この場合に、光の通り道である空間部60に接着部材90が流れ込むことを防止するための工夫がなされている。
Further, in the present embodiment, at the
すなわち、本実施形態では、図2に示されるように、当該接触部70の外周部に接着部材塗布部としての凹部71を設け、この部分に上記接着部材90を流し込んで接合を行うようにしている。
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 2, a
それにより、空間部60への接着部材90の流れ込みを防止することができる。また、接着部材90を用いることで、ガイド部材80と共振器30とを接合することができ、より耐振動性に優れたものにできる。
Thereby, it is possible to prevent the
(他の実施形態)
なお、レーザ媒質、可飽和吸収体、第1および第2のコーティング膜について、上記実施形態に示した材質の例は、あくまで一具体例であり、上述のものに限定されるものではない。
(Other embodiments)
In addition, about the laser medium, a saturable absorber, and the 1st and 2nd coating film, the example of the material shown to the said embodiment is a specific example to the last, and is not limited to the above-mentioned thing.
要するに、本発明は、レーザ媒質、Qスイッチ素子としての可飽和吸収体、これらレーザ媒質および可飽和吸収体からなる共振器、および、励起源を備える受動Qスイッチング技術を用いた半導体レーザ励起の固体レーザ光源であるならば、上記実施形態以外のレーザ光源に対しても適用可能なものである。 In short, the present invention relates to a laser medium, a saturable absorber as a Q-switch element, a resonator composed of the laser medium and the saturable absorber, and a semiconductor laser-pumped solid using passive Q-switching technology including a pump source. As long as it is a laser light source, it is applicable also to laser light sources other than the said embodiment.
そして、本発明は、このようなレーザ光源において、レーザ媒質の出射面と可飽和吸収体の入射面とを接触させ、レーザ媒質の出射面および可飽和吸収体の入射面の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部を形成するとともに、レーザ媒質の入射面、可飽和吸収体の出射面に、それぞれ上記第1のコーティング膜、第2のコーティング膜52を形成し、レーザ媒質より放出された光を空間部を通るようにしたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜、設計変更を行うことが可能である。
In the laser light source according to the present invention, the exit surface of the laser medium and the entrance surface of the saturable absorber are brought into contact with each other, and a recess is formed on at least one of the exit surface of the laser medium and the entrance surface of the saturable absorber. By providing, a space portion formed by the concave portion is formed, and the first coating film and the
10…レーザ媒質、11…レーザ媒質の入射面、12…レーザ媒質の出射面、
20…可飽和吸収体、21…可飽和吸収体の入射面、22…可飽和吸収体の出射面、
30…共振器、40…励起源、
51…第1のコーティング膜、52…第2のコーティング膜、60…空間部、
70…接触部、80…ガイド部材、
L1…励起光、L2…レーザ媒質より放出された光。
DESCRIPTION OF
20 ... saturable absorber, 21 ... incident surface of saturable absorber, 22 ... exit surface of saturable absorber,
30 ... resonator, 40 ... excitation source,
51 ... 1st coating film, 52 ... 2nd coating film, 60 ... space part,
70 ... contact part, 80 ... guide member,
L1 ... excitation light, L2 ... light emitted from the laser medium.
Claims (3)
前記レーザ媒質(10)より放出された光を入射し、その入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収体(20)と、
前記レーザ媒質(10)および前記可飽和吸収体(20)を共振光路上に配置し、前記可飽和吸収体(20)が透明であるときに前記レーザ媒質(10)より放出された光を共振させるとともに、その光の一部を前記可飽和吸収体(20)の出射面(22)より出射する共振器(30)と、
前記レーザ媒質(10)を励起するための励起光を前記レーザ媒質(10)の入射面(11)に入射させるための励起源(40)と、を備えるレーザ光源において、
前記レーザ媒質(10)の出射面(12)と前記可飽和吸収体(20)の入射面(21)とが接触しており、
前記レーザ媒質(10)の出射面(12)および前記可飽和吸収体(20)の入射面(21)の少なくとも一方に凹部を設けることにより、当該凹部にて構成された空間部(60)が形成されており、
前記レーザ媒質(10)の入射面(11)には、前記励起光は透過し且つ前記レーザ媒質(10)より放出された光は全反射する第1のコーティング膜(51)が形成されており、
前記可飽和吸収体(20)の出射面(22)には、前記レーザ媒質(10)より放出された光の一部が透過し且つ残部が反射する第2のコーティング膜(52)が形成されており、
前記レーザ媒質(10)より放出された光は、前記空間部(60)を通るようになっていることを特徴とするレーザ光源。 A laser medium (10) that emits light when excited;
The saturable absorber (20) is incident when the light emitted from the laser medium (10) is incident, the absorption is smaller as the incident light power is larger and the incident light power exceeds the absorption saturation threshold. When,
The laser medium (10) and the saturable absorber (20) are arranged on a resonance optical path, and the light emitted from the laser medium (10) is resonated when the saturable absorber (20) is transparent. And a resonator (30) for emitting a part of the light from the exit surface (22) of the saturable absorber (20),
In a laser light source comprising: an excitation source (40) for causing excitation light for exciting the laser medium (10) to enter an incident surface (11) of the laser medium (10),
The exit surface (12) of the laser medium (10) and the entrance surface (21) of the saturable absorber (20) are in contact;
By providing a recess in at least one of the exit surface (12) of the laser medium (10) and the entrance surface (21) of the saturable absorber (20), the space (60) configured by the recess is formed. Formed,
The incident surface (11) of the laser medium (10) is formed with a first coating film (51) that transmits the excitation light and totally reflects the light emitted from the laser medium (10). ,
On the exit surface (22) of the saturable absorber (20), a second coating film (52) is formed in which a part of the light emitted from the laser medium (10) is transmitted and the remaining part is reflected. And
The laser light source characterized in that light emitted from the laser medium (10) passes through the space (60).
The laser light source according to claim 1 or 2, wherein a guide member (80) for supporting the resonator (30) is provided outside the resonator (30).
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