JP2007012981A - Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element - Google Patents

Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element Download PDF

Info

Publication number
JP2007012981A
JP2007012981A JP2005193637A JP2005193637A JP2007012981A JP 2007012981 A JP2007012981 A JP 2007012981A JP 2005193637 A JP2005193637 A JP 2005193637A JP 2005193637 A JP2005193637 A JP 2005193637A JP 2007012981 A JP2007012981 A JP 2007012981A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
total reflection
laser
light
reflection
reflection surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005193637A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Ishizu
美津雄 石津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Information and Communications Technology
Original Assignee
National Institute of Information and Communications Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Information and Communications Technology filed Critical National Institute of Information and Communications Technology
Priority to JP2005193637A priority Critical patent/JP2007012981A/en
Publication of JP2007012981A publication Critical patent/JP2007012981A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the disadvantage that the polarizing condition of an incident light varies because the conventional optical prism utilizes the total reflection for the interior reflection. <P>SOLUTION: The laser uses an element formed by depositing a high-reflective dielectric multilayer film on the reflective surface of a prism (optical element) made of optical glass, optical crystal or solid state laser medium. The reflective surface utilizes the total reflection or interior high reflection. Thus, the interior reflection of the element is the reflection of the dielectric film, no phase difference appears between the P- and S-waves caused by the reflection and the polarizing condition of an incident light is conserved. The dielectric multilayer reflective film may be a narrow band high reflective film or a broad band high reflective film. A few light passing through the reflective film makes a usual total reflection at the interface of the light and air, but, if the reflectivity of the reflective film is high, the reflectivity of the reflective film remains in the total reflection and the phase difference is few between the P- and S-waves. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、入射光の偏光状態が変わることなく出射され、レーザ光に対して損傷しにくいプリズムをレーザ共振器の反射器に用いて、光学系を簡単な構成にしつつ出力強度や横モード成分を改善した出力光を得ることができる光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置に関する。   The present invention uses a prism that is emitted without changing the polarization state of incident light and that is not easily damaged by laser light as a reflector of a laser resonator, and has a simple configuration of the optical system and output intensity and transverse mode components. The present invention relates to a laser device in which a highly reflective coating is provided on the internal total reflection surface of an optical element that can obtain output light with improved output.

たとえば直角プリズムやジグザグスラブ型の固体レーザロッドのように、光学ガラスや光学結晶などの表面を研磨して製作され、これらの1つ以上の面で全反射を利用する光学素子は反射損失が極めて小さいため、レーザ装置の光学系に用いてレーザ光の損失を小さくできる。しかし、全反射面での反射ではその光のS波成分とP波成分に位相差が発生する。ここで、S(あるいはP)波成分とは、反射面の法線と入射光線を含む平面である入射面(つまり反射法則の入射面)に垂直(あるいは平行)に電界ベクトルが直線偏光した光である。このため、直線偏光した光を直角プリズムに入射すると、一般に楕円偏光になって出射する。   For example, optical elements such as right-angle prisms and zigzag slab type solid-state laser rods that are manufactured by polishing the surface of optical glass or optical crystal and using total reflection on one or more of these surfaces have extremely high reflection loss. Since it is small, the loss of the laser beam can be reduced by using it in the optical system of the laser device. However, the reflection at the total reflection surface causes a phase difference between the S wave component and the P wave component of the light. Here, the S (or P) wave component is light in which the electric field vector is linearly polarized perpendicular to (or parallel to) the incident surface (that is, the incident surface of the reflection law) that is a plane including the normal line of the reflection surface and the incident light beam. It is. For this reason, when linearly polarized light is incident on a right angle prism, it is generally emitted as elliptically polarized light.

これを防ぐには、図1の直角プリズムの場合で示すように、全反射面での反射2a、および2bをS波成分だけか、あるいはP波成分だけの反射にしなければならない。それには、全反射における入出射光線を含む面である入射面に対して、偏光方向5が垂直か、あるいは平行になるように、入射光の偏光方向を向ける必要がある。または、複数の全反射面を内部に有するプリズムでは、入射した直線偏光の光がP波の反射とS彼の反射を行う回数を等しくするように、プリズムの形状を工夫する必要があった。   In order to prevent this, as shown in the case of the right-angle prism of FIG. 1, the reflections 2a and 2b on the total reflection surface must be made to reflect only the S wave component or only the P wave component. For this purpose, it is necessary to direct the polarization direction of the incident light so that the polarization direction 5 is perpendicular or parallel to the incident surface which is a surface including incident / exit light rays in total reflection. Alternatively, in the prism having a plurality of total reflection surfaces therein, it is necessary to devise the shape of the prism so that the number of times the incident linearly polarized light is reflected by the P wave and S is equal.

このようにすると、プリズムの形状に対して入射光の偏光方向が、ある特定の方向に制限される。あるいは、プリズムの形状が複雑になり高い形状精度が要求され、製造コストが増大する欠点があった。   In this way, the polarization direction of incident light is limited to a specific direction with respect to the prism shape. Alternatively, the prism has a complicated shape, and high shape accuracy is required, resulting in an increase in manufacturing cost.

従来の技術でこの位相差の発生を防ぐには、プリズムの全反射を行う表面に高反射率の金属膜を蒸着し、内部反射を金属反射に置き換えることが行われてきた。しかし、金属反射には反射損失があり、レーザ光のような高い強度の光を入射させると金属膜が損傷するので、強力なレーザ光には使用できないという欠点があった。   In order to prevent this phase difference from occurring in the prior art, a metal film having a high reflectivity has been deposited on the surface of the prism where total reflection is performed, and internal reflection has been replaced with metal reflection. However, the metal reflection has a reflection loss, and when a high intensity light such as a laser beam is incident, the metal film is damaged, so that it cannot be used for a strong laser beam.

本発明は、これらの欠点を解決して、内部に全反射を含む光学素子、たとえば直角プリズムやダブプリズムやコーナーキューブリフレクタやジグザグスラブ型固体レーザロッドなどに入射した光について、その偏光状態が変わることなく出射され、かつ、上記の光学素子は高い強度の光にも損傷しにくくして、これを用いて簡単な構成のレーザ装置で出力強度や横モードを改善したものを実現することを目的とする。   The present invention solves these drawbacks and changes the polarization state of light incident on an optical element including total internal reflection, such as a right-angle prism, a dove prism, a corner cube reflector, a zigzag slab solid laser rod, and the like. It is intended to realize a laser device having a simple configuration and improved output intensity and transverse mode by using the optical element that is emitted without any damage and is not easily damaged by high-intensity light. And

第1の例としてナイフエッジ直角プリズム(ポロプリズム)を用いた、特許文献1、および特許文献2に記載されているレーザ発振器を図2に示す。このレーザ発振器は基本的には、駆動回路9によって駆動された半導体レーザ8で光励起される固体レーザ媒体7と、上記のポロプリズム6aおよび6bと偏光子10とで構成される光共振器からなる。   FIG. 2 shows laser oscillators described in Patent Document 1 and Patent Document 2 using a knife-edge right-angle prism (Polo prism) as a first example. This laser oscillator basically comprises an optical resonator composed of a solid-state laser medium 7 optically pumped by a semiconductor laser 8 driven by a drive circuit 9, and the Porro prisms 6a and 6b and a polarizer 10. .

直角プリズム6aの稜線は、L字型の共振器の光路を含む平面(光路面)に平行、あるいは垂直にならないように、入射光軸のまわりに回転させてある。直角プリズム6bの稜線は光路面に垂直か平行である。直角プリズム6aの入射面の前には半波長位相板11aがある。この半波長位相板の調節では、はじめに直角プリズムを通る光の偏光方向が、その稜線に垂直かあるいは平行になるようになるように調整される。次に偏光子10から最適レーザ出力が得られるように、この半波長板をさらに光軸のまわりに回転させる。   The ridgeline of the right-angle prism 6a is rotated around the incident optical axis so as not to be parallel or perpendicular to the plane (optical path plane) including the optical path of the L-shaped resonator. The ridge line of the right-angle prism 6b is perpendicular or parallel to the optical path surface. There is a half-wave phase plate 11a in front of the incident surface of the right-angle prism 6a. In the adjustment of the half-wave phase plate, first, the polarization direction of the light passing through the right-angle prism is adjusted so as to be perpendicular or parallel to the ridgeline. Next, this half-wave plate is further rotated around the optical axis so that the optimum laser output can be obtained from the polarizer 10.

レーザ光が共振器を往復するたびに、その横モードパターンは、光学的に光軸に沿って見た2つの稜線のなす角度の2倍の角度で一方向に回転しながら、偏光方向は維持される。このため、この共振器は像回転型共振器といえる。この横モードパターンの回転角を調節することにより、すべての高次横モードが抑制され、良好な基本横モードか、あるいは一様で平坦な強度分布の横モードを得ることができることがこのレーザの特徴である。たとえレーザ媒体7が側面一方向から励起されていても、この効果に変わりはない。このようなプリズム内部の全反射2a、2bを用いた光学素子は、反射膜を蒸着する必要がなく、光学研磨だけで素子が完成し、反射損失が極めて小さい利点がある。   Each time the laser beam travels back and forth through the resonator, the transverse mode pattern rotates in one direction at an angle twice the angle formed by the two ridge lines viewed along the optical axis, while maintaining the polarization direction. Is done. For this reason, this resonator can be said to be an image rotation type resonator. By adjusting the rotation angle of this transverse mode pattern, all higher-order transverse modes are suppressed, and it is possible to obtain a good fundamental transverse mode or a transverse mode with a uniform and flat intensity distribution. It is a feature. Even if the laser medium 7 is excited from one side surface, this effect does not change. Such an optical element using the total reflections 2a and 2b inside the prism has an advantage that the reflection film is not required to be deposited, the element is completed only by optical polishing, and the reflection loss is extremely small.

しかし、よく知られているように全反射では、入射光がP偏光かS偏光であるかによって、反射の際のこれらの光波のそれぞれの位相遅延量δpとδsとが異なる。たとえば、屈折率約1.5の光学ガラスBK7と空気の界面で、ガラス中から空気の方向へ光が進行する場合の全反射を考える。横軸に界面に対する入射角をとり、縦軸に位相遅延量δpとδsを描くと図3のようになる。P偏光とS偏光との両者の位相遅延は、臨界角の41.5度と90度の入射角の場合は一致するが、その間の入射角では差が生じる。このため、反射面に対する入射光が全反射面において、P波とS波の合成になるような直線偏光であると、反射波の両者の位相にずれが生じる。これによって、反射波は楕円偏光になる。   However, as is well known, in total reflection, the phase delay amounts δp and δs of these light waves at the time of reflection differ depending on whether the incident light is P-polarized light or S-polarized light. For example, let us consider total reflection when light travels from the glass toward the air at the interface between the optical glass BK7 having a refractive index of about 1.5 and air. FIG. 3 shows the incident angle with respect to the interface on the horizontal axis and the phase delay amounts δp and δs on the vertical axis. The phase delays of both P-polarized light and S-polarized light coincide with each other when the critical angle is 41.5 degrees and the incident angle is 90 degrees, but there is a difference in the incident angle between them. For this reason, when the incident light with respect to the reflecting surface is linearly polarized light that is a combination of the P wave and the S wave on the total reflecting surface, the phases of the reflected waves are shifted. As a result, the reflected wave becomes elliptically polarized light.

したがって、図1に示す直角プリズムでは、2つの全反射面の交線である稜線1に対して、偏光方向5が平行か垂直であるとともに、入射光3が稜線1に直角に入射する場合は、入射光3の偏光が変化することなく出射光4となる。しかし、それ以外では入射した直線偏光は楕円偏光になって出射する。2回の全反射による位相差は光の波長が1064nmの時、BK7ガラスと溶融石英で、それぞれ、0.42πと0.27πになる。このため、これらのプリズムはそれぞれ、ほぼ1/4波長板と1/8波長板として機能できるほどである。   Therefore, in the right-angle prism shown in FIG. 1, when the polarization direction 5 is parallel or perpendicular to the ridge line 1 that is the intersection line of the two total reflection surfaces, and the incident light 3 is incident on the ridge line 1 at a right angle. The incident light 3 becomes the outgoing light 4 without changing its polarization. However, in other cases, the incident linearly polarized light is output as elliptically polarized light. The phase difference due to two total reflections is 0.42π and 0.27π for BK7 glass and fused silica, respectively, when the wavelength of light is 1064 nm. For this reason, each of these prisms can function as a quarter-wave plate and a quarter-wave plate.

このP波とS波の位相差を発生させずに、また出射光の偏光状態を変化させないで、光路を180度折り返すプリズムとして、図4に示す偏波保存プリズムが知られている。これは稜線1をもつ180度折返し直角プリズムと90度折り曲げ直角プリズムを組み含わせた構造で、入射光3は45度入射角の全反射2a〜2dを4回繰り返して出射する。反射はすべて全反射なので強力なレーザ光にも耐えることができる。入射光が最初に全反射される面で、光をP波成分とS波成分に分けて考える。   A polarization preserving prism shown in FIG. 4 is known as a prism that turns the optical path 180 degrees without generating a phase difference between the P wave and the S wave and without changing the polarization state of the emitted light. This is a structure in which a 180-degree folded right-angle prism having a ridge line 1 and a 90-degree folded right-angle prism are combined, and incident light 3 is emitted four times by total reflections 2a to 2d having an incident angle of 45 degrees. Since all reflections are total reflection, it can withstand strong laser light. The light is divided into a P wave component and an S wave component on the surface where the incident light is first totally reflected.

このP(またはS)波成分の光は、次の反射面以降では、S(またはP)波、S(またはP)波、P(またはS)波として全反射され出射光となる。入射光のいずれの光成分も、同数のS波とP波としての全反射を受けるので、全体として両者に位相差は付かない。従って、任意の方向に直線偏光した入射光3は、偏光方向の回転はあるが、直線偏光のまま出射光4となる。   The light of the P (or S) wave component is totally reflected as S (or P) wave, S (or P) wave, and P (or S) wave after the next reflecting surface to become outgoing light. Since any light component of the incident light is subjected to total reflection as the same number of S waves and P waves, there is no phase difference as a whole. Therefore, the incident light 3 linearly polarized in an arbitrary direction becomes the outgoing light 4 while being linearly polarized, although the polarization direction is rotated.

直角プリズムには3面の光学研磨面があり、そのうち2面の全反射面の交差する角度精度で性能が決まる。これに対し、この偏波保存プリズムでは4面の光学研磨面があり、そのうち3面の全反射面が相互に交差する角度精度で性能が決まる。このために、このプリズムの製造には高精度が要求され、高価でもある。   The right-angle prism has three optically polished surfaces, and the performance is determined by the angular accuracy at which the two total reflection surfaces intersect. On the other hand, this polarization-maintaining prism has four optical polished surfaces, and the performance is determined by the angular accuracy at which three total reflection surfaces intersect each other. For this reason, high precision is required for manufacturing the prism, and it is also expensive.

しかし、図2のレーザ発振器の直角プリズム6aをこのような偏波保存プリズムに置き換えれば、半波長位相板11aを省くことができる。その結果としてこのレーザの構成が単純になり、その発振の調整は直角プリズムの回転だけになる。その調節は容易であり、直角プリズムの角度を最適出力が得られるように回転させ、さらにその角度付近で横モードが基本モード、あるいは平坦な強度分布になるように微調整すればよい。   However, if the right angle prism 6a of the laser oscillator in FIG. 2 is replaced with such a polarization maintaining prism, the half-wave phase plate 11a can be omitted. As a result, the structure of this laser is simplified, and the adjustment of its oscillation is only the rotation of the right-angle prism. The adjustment is easy, and the angle of the right-angle prism is rotated so as to obtain an optimum output, and the transverse mode may be finely adjusted in the vicinity of the angle so that the transverse mode becomes a fundamental mode or a flat intensity distribution.

また図5に示した光学像を回転させるために用いられるダブプリズムでは、入射面と出射面がブリュースター入射角の屈折面であり、内部に全反射2aが1回ある。入射光3が全反射面の法線の方向に偏光した直線偏光ならば、損失なしにプリズムを透過して直線偏光のままの出射光4となる。しかし、これ以外の方向に偏光した光は入出射面で反射損失を受ける。また、偏光方向が全反射面に垂直か平行以外の光は楕円偏光となって出射する。   Further, in the Dove prism used for rotating the optical image shown in FIG. 5, the entrance surface and the exit surface are refracting surfaces having a Brewster incident angle, and there is one total reflection 2a inside. If the incident light 3 is linearly polarized light that is polarized in the direction of the normal line of the total reflection surface, it passes through the prism without loss and becomes outgoing light 4 that remains linearly polarized. However, light polarized in other directions is subject to reflection loss at the entrance and exit surfaces. Further, light whose polarization direction is not perpendicular or parallel to the total reflection surface is emitted as elliptically polarized light.

従って、直線偏光を発生させるレーザ装置にこれらのプリズムを用いるには、1個、あるいは2個の半波長位相板と組み合わせる必要があり、装置の構成と調整が複雑になる欠点があった。さらに、図2に示したレーザ発振器では、直角プリズム6aを回転させると、最適出力を得るための半波長位相板11の調整をやり直す必要があった。   Therefore, in order to use these prisms in a laser device that generates linearly polarized light, it is necessary to combine them with one or two half-wave phase plates, which has the disadvantage that the configuration and adjustment of the device are complicated. Further, in the laser oscillator shown in FIG. 2, when the right-angle prism 6a is rotated, it is necessary to redo the adjustment of the half-wave phase plate 11 to obtain the optimum output.

光が入射した方向を逆にたどり光路を折り返す光学素子として、例えば、図6に示したコーナーキューブプリズムが用いられる。このため、この反射器を2個対向させれば共振器となる。これらの反射器の向きがずれても光軸は保たれるので、このような光軸ずれに対してきわめて安定な共振器となる。出射光の像と偏光は入射光のそれらから180度回転している。これには1つの入射面と3つの全反射面があり、反射面は相互に直角に接している。直線偏光の入射光3は、これらの全反射面で3回の全反射2a〜2cを受けて出射光4となる。しかし、最初の全反射面にS波、あるいはP波として直線偏光の光線が入射しても、次の反射面では反射法則の入射面に対して斜めに偏光した光線となって入射する。このため、直線偏光の光がこのプリズムに入射すると、必ず楕円偏光の光となって出射する。このため、偏光を維持する必要のあるレーザ共振器に、この反射器を用いることは従来できなかった。   For example, a corner cube prism shown in FIG. 6 is used as an optical element that reverses the light incident direction and turns the optical path back. For this reason, if two reflectors are opposed to each other, a resonator is formed. Even if the orientation of these reflectors is deviated, the optical axis is maintained, so that the resonator is extremely stable against such an optical axis deviation. The image and polarization of the emitted light are rotated 180 degrees from those of the incident light. This has one incident surface and three total reflection surfaces, which are in contact with each other at a right angle. The linearly polarized incident light 3 is subjected to three total reflections 2a to 2c by these total reflection surfaces to become outgoing light 4. However, even if a linearly polarized light beam is incident on the first total reflection surface as an S-wave or P-wave, it is incident on the next reflection surface as a light beam that is obliquely polarized with respect to the incident surface of the reflection law. For this reason, when linearly polarized light enters the prism, it is always emitted as elliptically polarized light. For this reason, it has not been possible to use this reflector in a laser resonator that needs to maintain polarization.

このプリズムを逆反射器として利用しつつ偏光も保存するには、全反射2a〜2cの反射面に高反射金属膜を蒸着して、全反射を金属反射に置き換えればよい。しかし、金属反射には光の吸収があり、プリズムとしての反射率が低下する欠点がある。さらに、これに強力なレーザ光を入射させると、レーザ光の吸収のため金属膜が損傷する。このため、このプリズムに強力なレーザ光を入射したり、レーザ装置内で用いたりすることはできなかった。   In order to preserve polarization while using this prism as a retroreflector, a highly reflective metal film may be deposited on the reflection surfaces of the total reflections 2a to 2c, and the total reflection may be replaced with metal reflection. However, metal reflection has light absorption, and has a drawback that the reflectance as a prism is lowered. Further, when a strong laser beam is incident on the metal film, the metal film is damaged due to the absorption of the laser beam. For this reason, a strong laser beam cannot be incident on the prism or used in the laser device.

図7にジグザグスラブ固体レーザロッドを示す。レーザロッドの側面でレーザ光は全反射する。ロッド内部では励起光が吸収され、励起された活性元素の誘導放出によりロッド内部は発熱する。この熱はロッド表面から放熱される。従って、ロッドの発熱と放熱が空間的につりあわずに、熱膨張による応力場がロッド内部に発生する。これがロッドの屈折率分布をひずませ、さらに複屈折を発生させる。レーザ媒質が一様であっても、このように不均一な屈折率分布が生じるので、直線偏光したレーザ光が入射してロッド中を進行するにつれて、偏光面の回転や楕円偏光ヘレーザ光が変換される。このような光がロッド側面で全反射されると、P波成分とS波成分に位相差が生じるため、偏光の楕円率がさらに増大する。これによって、レーザ光の偏波状態は大きく乱されることになり、レーザ発振器では横モードが劣化する大きな原因となる。
特開2003−198015号公報 米国特許6,816,533B2号明細書
FIG. 7 shows a zigzag slab solid-state laser rod. The laser beam is totally reflected on the side surface of the laser rod. Excitation light is absorbed inside the rod, and the inside of the rod generates heat due to stimulated emission of the excited active element. This heat is dissipated from the rod surface. Accordingly, heat generation and heat dissipation of the rod are not spatially balanced, and a stress field due to thermal expansion is generated inside the rod. This distorts the refractive index profile of the rod and further generates birefringence. Even if the laser medium is uniform, such a non-uniform refractive index distribution is generated. Therefore, as the linearly polarized laser beam enters and travels through the rod, the polarization plane rotates and the elliptically polarized laser beam is converted. Is done. When such light is totally reflected on the side surface of the rod, a phase difference is generated between the P wave component and the S wave component, so that the ellipticity of the polarization is further increased. As a result, the polarization state of the laser beam is greatly disturbed, which is a major cause of deterioration of the transverse mode in the laser oscillator.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-198815 US Pat. No. 6,816,533 B2

金属反射膜は各金属の伝導電子状態に由来する特有の光の吸収スペクトルがあるため、金属反射膜を蒸着したプリズムなどの光学素子に強力なレーザ光を照射すると、そのエネルギーを吸収して損傷される。そのため、これらの光学素子に強力なパルスレーザ光を入射させたり、レーザ共振器内で用いたりすることは不可能であった。   Since the metal reflection film has a characteristic light absorption spectrum derived from the conduction electronic state of each metal, if a laser beam, such as a prism on which the metal reflection film is deposited, is irradiated with strong laser light, the energy is absorbed and damaged. Is done. For this reason, it has been impossible to make a powerful pulse laser beam incident on these optical elements or use them in a laser resonator.

さらに、光学ガラスや溶融石英製のプリズムでは、その全反射面を清掃するために、これらの面を清掃紙や布で摩擦すると摩擦静電気が発生して、表面が1000V以上に容易に帯電する。このため、逆にほこりを吸着し易くなってしまうことがある。   Further, in the optical glass or fused silica prism, in order to clean the total reflection surfaces, frictional static electricity is generated when these surfaces are rubbed with cleaning paper or cloth, and the surface is easily charged to 1000 V or more. For this reason, on the contrary, dust may be easily adsorbed.

従来の光学プリズムでは、内部反射に全反射を利用していたため、入射光の偏光状態が変化する欠点があった。偏光状態を保存して、たとえば、直線偏光の入射光がそのまま直線偏光の出射光になるためには、特殊な形状のプリズムにするか、金属反射膜を蒸着して全反射を金属反射に置き換える必要があった。   Since the conventional optical prism uses total reflection for internal reflection, there is a drawback that the polarization state of incident light changes. To preserve the polarization state, for example, in order to convert linearly polarized incident light directly into linearly polarized outgoing light, use a specially shaped prism or deposit a metal reflection film to replace total reflection with metal reflection. There was a need.

本発明では、この反射膜を高反射誘電体多層膜にすることで、レーザ光に対しても従来のものに比べて、はるかに損傷しにくい光学素子とすることができる。   In the present invention, by making this reflective film a highly reflective dielectric multilayer film, it is possible to obtain an optical element that is much less susceptible to laser light than conventional ones.

また、本発明で用いる誘電体反射膜は、一般に光学ガラスより摩擦静電気の発生が小さいので、この静電気の発生を防止し、反射面の清掃を容易にする効果がある。   In addition, since the dielectric reflecting film used in the present invention generally generates less frictional static electricity than optical glass, it has the effect of preventing the generation of this static electricity and facilitating cleaning of the reflecting surface.

また、本発明は、従来のプリズム形状を変えることなく、その全反射面に高反射誘電体多層膜を蒸着することにより、従来のプリズムの光学機能はそのままで、入射する光の偏光状態を変化させずに出射させる機能を追加することができる。   In addition, the present invention changes the polarization state of incident light while maintaining the optical function of the conventional prism by depositing a highly reflective dielectric multilayer film on the total reflection surface without changing the shape of the conventional prism. It is possible to add a function of emitting light without making it.

入射光に対し全反射を生じる面であっても、これに誘電体反射膜を蒸着すれば通常の反射になることは、図8に示した光学配置の反射を考えれば容易に理解できる。空間に一様に広がった光学ガラスのような光学媒質12の中に、高反射誘電体多層膜13aがあるとする。この膜に入射した光は、当然反射膜によって反射され、膜の裏面には到達しない。従って、膜の裏面側の光学媒質はあってもなくても、この膜による反射は影響されない。高反射率の誘電体多層膜の通常の設計では、最大反射率の波長でP波とS波の反射位相差はゼロになる。従って、反射膜はこれへの入射角が光学媒質の臨界角から90度までの光を、全反射から通常の反射に変える。これにより、入射角が0度から90度までのすべての角度で、光は通常の反射を受けることになり、すべての入射角度範囲でP波とS波の位相差が発生しない。あるいは発生しても、全反射の場合のような大きな位相差は発生しない。   It can be easily understood from the reflection of the optical arrangement shown in FIG. 8 that even if the surface causes total reflection with respect to incident light, normal reflection is obtained by depositing a dielectric reflection film thereon. It is assumed that there is a highly reflective dielectric multilayer film 13a in an optical medium 12 such as optical glass spread uniformly in space. The light incident on this film is naturally reflected by the reflecting film and does not reach the back surface of the film. Therefore, even if there is an optical medium on the back side of the film, the reflection by this film is not affected. In a normal design of a high reflectivity dielectric multilayer film, the reflection phase difference between the P wave and the S wave becomes zero at the maximum reflectivity wavelength. Accordingly, the reflection film changes light having an incident angle to the critical angle of 90 degrees from the critical angle of the optical medium from total reflection to normal reflection. As a result, light is normally reflected at all incident angles from 0 to 90 degrees, and no phase difference between the P wave and the S wave occurs in all incident angle ranges. Or even if it occurs, a large phase difference as in the case of total reflection does not occur.

本発明は、光学ガラスや光学結晶や固体レーザ媒質を材料とするプリズム(光学素子)において、全反射や内部高反射を利用する反射面に高反射誘電体多層膜を蒸着した素子を用いたレーザ装置である。これにより、上記の素子の内部反射は誘電体膜の反射になり、この反射でのP波とS彼の間に位相差は付かなくなる。したがって、直線偏光の入射光はその偏光方向が全反射面に対してどのような方向であっても、直線偏光のまま出射する。また、楕円偏光の入射光は、楕円率を変化させることなく出射する。このように入射光の偏光状態は保存されることになる。誘電体多層反射膜にはレーザ光反射膜のような挟帯域高反射膜でも、可視光域の広い波長領域の光を反射する広帯域高反射膜であってもよい。反射膜を通過したわずかな光は空気との界面で通常どおり全反射する。この光の成分のP波とS波の間には位相差が発生し、反射膜の反射成分と重ねあわされる。したがって、反射膜の反射率が高ければ、プリズムの反射率は完全反射のままで、P波とS波の位相差はほとんど発生しない。   The present invention relates to a laser using an element in which a highly reflective dielectric multilayer film is deposited on a reflecting surface using total reflection or internal high reflection in a prism (optical element) made of optical glass, an optical crystal, or a solid laser medium. Device. As a result, the internal reflection of the element becomes a reflection of the dielectric film, and no phase difference is applied between the P wave and S in the reflection. Accordingly, linearly polarized incident light is emitted as linearly polarized light, regardless of the direction of polarization with respect to the total reflection surface. Also, elliptically polarized incident light is emitted without changing the ellipticity. Thus, the polarization state of incident light is preserved. The dielectric multilayer reflection film may be a narrow band high reflection film such as a laser light reflection film or a broadband high reflection film that reflects light in a wide wavelength region of the visible light region. The slight amount of light that has passed through the reflective film is totally reflected at the interface with air as usual. A phase difference is generated between the P wave and the S wave of the light component, and is superimposed on the reflection component of the reflection film. Therefore, if the reflectance of the reflective film is high, the reflectance of the prism remains completely reflected, and the phase difference between the P wave and the S wave hardly occurs.

このため、本発明のレーザ装置は、レーザ共振器と、レーザ媒体と、レーザ媒体を励起する励起光源とを含むレーザ装置であって、少なくとも1つの全反射面よる反射を用いてレーザ共振器の光路を形成したレーザ装置の前記の全反射面を、前記の全反射面に誘電体多層反射膜を設けて、上記全反射面での誘電体多層反射膜による反射光割合を全反射による反射光割合よりも大きくし、上記の全反射面での反射の偏光状態変化を抑制した全反射面で置き換えた光路に等価な光路を有するものとする。   For this reason, the laser device of the present invention is a laser device including a laser resonator, a laser medium, and an excitation light source for exciting the laser medium, and uses the reflection from at least one total reflection surface of the laser resonator. The total reflection surface of the laser device in which the optical path is formed is provided with a dielectric multilayer reflection film on the total reflection surface, and the ratio of light reflected by the dielectric multilayer reflection film on the total reflection surface is reflected by total reflection. It is assumed that it has an optical path equivalent to the optical path that is larger than the ratio and replaced with the total reflection surface that suppresses the change in the polarization state of reflection on the total reflection surface.

また、上記の全反射面は、面A、B、Cと2つの側面を有する2等辺直角プリズムの直角を挟む等しい2面AとB、であって、面AおよびBに誘電体多層反射膜をつけ、面Cに反射防止膜を設け、面Cにおいて光の入出射を行う。   The total reflection surfaces are equal two surfaces A and B sandwiching the right angle of the isosceles right-angle prism having surfaces A, B, and C, and the dielectric multilayer reflection film on the surfaces A and B. , An antireflection film is provided on the surface C, and light enters and exits on the surface C.

また、上記の全反射面は、面A、B、Cと2つの側面を有する2等辺直角プリズムの直角を挟む等しい2面、AとB、を除いた面Cであって、面Cに誘電体多層反射膜をつけ、面AとBに反射防止膜を設け、面Aあるいは面Bにおいて光の入射あるいは出射を行う。   The total reflection surface is a surface C excluding two equal surfaces sandwiching the right angle of the isosceles right-angle prism having surfaces A, B, and C, and A and B. A multi-layer reflective film is attached, an antireflection film is provided on surfaces A and B, and light is incident or emitted on surface A or surface B.

また、上記の全反射面は、光学像を回転する光学素子にある全反射面である。   The total reflection surface is a total reflection surface in an optical element that rotates an optical image.

また、上記の全反射面は、固体レーザ媒体に設けられた全反射面である。   The total reflection surface is a total reflection surface provided on the solid laser medium.

また、上記の全反射面は、非線形光学媒体に設けられた全反射面である。   The total reflection surface is a total reflection surface provided on the nonlinear optical medium.

あるいは、上記の全反射面は、光路を折り返す光学素子に設けられた全反射面である。   Or said total reflection surface is a total reflection surface provided in the optical element which folds an optical path.

あるいは、上記の全反射面には、光路を折り曲げる光学素子が設けられているものである。   Alternatively, the total reflection surface is provided with an optical element that bends the optical path.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、レーザ装置の反射器に注目して説明する。また、以下の説明に於いては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, the description will be given focusing on the reflector of the laser device. Further, in the following description, the same reference numerals are used for devices having the same function or similar functions unless there is a special reason.

図9にレーザ共振器の反射器に用いる偏波保存180度折り返し直角プリズムを示す。2つの全反射面であった光学研磨面に高反射誘電体多層膜13a、13bが蒸着されている。直線偏光の入射光の偏光方向が、プリズムの稜線に対してどのような角度であっても、出射光は直線偏光のままである。このプリズムを利用する光の波長帯域に一致させて、高反射率の誘電体多層膜を蒸着すればよい。   FIG. 9 shows a polarization-preserving 180-degree folded right-angle prism used for the reflector of the laser resonator. High reflection dielectric multilayer films 13a and 13b are vapor-deposited on the optically polished surface which is the two total reflection surfaces. Regardless of the angle of the polarization direction of the linearly polarized incident light with respect to the ridgeline of the prism, the outgoing light remains linearly polarized. A dielectric multilayer film having a high reflectivity may be deposited in accordance with the wavelength band of light using this prism.

図2に示したレーザ発振器のプリズム6aをこのプリズムに置き換えれば、このプリズムの回転角の調節だけで、最適出力と最適なモードパターンが容易に得られる。それには直角プリズムの角度を最適出力が得られるように回転させ、さらにその角度付近で横モードが基本モード、あるいは平坦な強度分布になるように微調整すればよい。   If the prism 6a of the laser oscillator shown in FIG. 2 is replaced with this prism, the optimum output and the optimum mode pattern can be easily obtained only by adjusting the rotation angle of this prism. For this purpose, the angle of the right-angle prism is rotated to obtain an optimum output, and fine adjustment is performed so that the transverse mode becomes a fundamental mode or a flat intensity distribution near the angle.

図10には同じくレーザ共振器に用いることができ、光路を90度折り曲げる偏波保存直角プリズムを示す。高反射率の誘電体多層膜13aが全反射面に施され、直線偏光した入射光3の偏光方向が反射法則の入射面に対してどのような方向にあっても、出射光4は直線偏光のままである。   FIG. 10 shows a polarization-maintaining right-angle prism that can also be used in a laser resonator and bends the optical path by 90 degrees. The highly reflective dielectric multilayer film 13a is applied to the total reflection surface, and the output light 4 is linearly polarized regardless of the direction of polarization of the linearly polarized incident light 3 with respect to the incident surface of the reflection law. Remains.

図11にレーザ共振器中にあって光路を回転するための偏波保存ダブプリズムを示す。全反射面であった光学研磨面に高反射誘電体多層膜13aが蒸着され、プリズムの入出射面での入射角はブリュースター角より小さくて、これらの面に誘電体無反射膜が蒸着されていてよい。直線偏光の入射光の偏光方向が、プリズムの反射面の垂線に対してどのような角度であっても、出射光は直線偏光のままである。プリズムの回転により光学像が回転し、これにあわせて偏光方向も回転する。このプリズムを利用する光の波長帯域に一致させて、高反射率の誘電体多層膜を蒸着すればよい。   FIG. 11 shows a polarization-maintaining doublet prism in the laser resonator for rotating the optical path. A highly reflective dielectric multilayer film 13a is vapor-deposited on the optically polished surface, which is a total reflection surface, and the incident angle at the entrance / exit surface of the prism is smaller than the Brewster angle, and a dielectric non-reflective film is vapor-deposited on these surfaces. It may be. Regardless of the angle of polarization of the linearly polarized incident light with respect to the normal of the reflecting surface of the prism, the emitted light remains linearly polarized. The optical image is rotated by the rotation of the prism, and the polarization direction is also rotated accordingly. A dielectric multilayer film having a high reflectivity may be deposited in accordance with the wavelength band of light using this prism.

図12に通常のダブプリズムを用いたリング型レーザ発振器を示す。これは、励起装置16によって励起されるレーザ媒体7と、偏光子10と反射鏡14a、および14bによるリング型光共振器でレーザ発振器が構成される。共振器は遇数回の反射によって光路が形成されている。反射鏡14cは左回りのレーザ光を、共振器の中に、右回りのレーザ光として戻して、右回りだけの発振をこのレーザから得るためにある。共振器の光路上には、ダブプリズム15と半波長位相板11aおよび11bがある。このダブプリズムによって共振器を周回するレーザ光は、その横モードパターンが一定方向に回転していく。この共振器一周あたりのモードパターンの回転角を最適に調節すると、図2に示したレーザ発振器と同様に基本横モードか、あるいは一様で平坦な強度分布の横モードパターンのレーザ発振が得られる。半波長位相板11aはレーザ光の偏光方向をダブプリズムの反射面に垂直にするために用いており、半波長位相板11bは偏光子10から最適出力を得るように調節される。   FIG. 12 shows a ring type laser oscillator using a normal dove prism. The laser oscillator is configured by the laser medium 7 excited by the excitation device 16 and the ring optical resonator formed by the polarizer 10 and the reflecting mirrors 14a and 14b. The resonator has an optical path formed by reflection several times. The reflecting mirror 14c is for returning the counterclockwise laser beam as a clockwise laser beam into the resonator and obtaining a clockwise oscillation from the laser. On the optical path of the resonator, there are a dove prism 15 and half-wave phase plates 11a and 11b. The transverse mode pattern of the laser light that circulates around the resonator by the Dove prism rotates in a certain direction. When the rotation angle of the mode pattern per one round of the resonator is optimally adjusted, the laser oscillation of the fundamental transverse mode or the transverse mode pattern having a uniform and flat intensity distribution can be obtained similarly to the laser oscillator shown in FIG. . The half-wave phase plate 11 a is used to make the polarization direction of the laser light perpendicular to the reflecting surface of the Dove prism, and the half-wave phase plate 11 b is adjusted so as to obtain an optimum output from the polarizer 10.

図12のダブプリズムを高反射誘電体多層膜付の図11のプリズムに置き換えることにより、二つの半波長位相板が不要になる。この場合は、所定の横モード得るための光学調節は容易である。それには最適出力が得られるようにダブプリズムを回転し、その付近で最適なモードパターンが得られるようにさらに回転角度を微調整すればよい。   Replacing the Dove prism of FIG. 12 with the prism of FIG. 11 with a highly reflective dielectric multilayer film eliminates the need for two half-wave phase plates. In this case, optical adjustment for obtaining a predetermined transverse mode is easy. For this purpose, the Dove prism is rotated so as to obtain an optimum output, and the rotation angle may be further finely adjusted so as to obtain an optimum mode pattern in the vicinity thereof.

図13にレーザ共振器の反射器に用いることができる偏波保存コーナーキューブプリズムを示す。3つの全反射面であった光学研磨面に高反射誘電体多層膜13a〜13cが蒸着されている。直線偏光の入射光3の偏光方向が、リフレクタの稜線に対してどのような角度であっても、出射光4は入射光と同じ方向に偏光した直線偏光のままである。このプリズムを利用する光の波長帯域に一致させて、高反射率の誘電体多層膜を蒸着すればよい。   FIG. 13 shows a polarization maintaining corner cube prism that can be used as a reflector of a laser resonator. High reflection dielectric multilayer films 13a to 13c are deposited on the optically polished surface which is the three total reflection surfaces. Regardless of the angle of polarization of the linearly polarized incident light 3 with respect to the ridgeline of the reflector, the outgoing light 4 remains linearly polarized in the same direction as the incident light. A dielectric multilayer film having a high reflectivity may be deposited in accordance with the wavelength band of light using this prism.

図14にこの偏波保存コーナーキューブプリズムを2個対向させて用いた、リング型レーザ発振器を示す。2個のコーナーキューブプリズム17a、および17bが対向してリング共振器を形成する。その光路上に、励起装置16で励起されるレーザ媒体7がある。さらに、光路上で出力光を取り出すために半波長位相板11aと偏光子10がある。レーザ出力光は、共振器を左回りに周回するレーザ光が、半波長位相板によって偏光方向が変えられ、その成分が偏光子で反射して取り出される。反射鏡14cは、図12のレーザと同じく右回りのレーザ光の発振を抑制して、単一方向の発振を得るためにある。   FIG. 14 shows a ring type laser oscillator using two polarization maintaining corner cube prisms facing each other. Two corner cube prisms 17a and 17b face each other to form a ring resonator. On the optical path, there is a laser medium 7 that is excited by the excitation device 16. Further, there are a half-wave phase plate 11a and a polarizer 10 for extracting output light on the optical path. As for the laser output light, the laser light that circulates counterclockwise around the resonator has its polarization direction changed by the half-wave phase plate, and its component is reflected by the polarizer and extracted. The reflecting mirror 14c is used to obtain oscillation in a single direction by suppressing the oscillation of the clockwise laser beam as in the laser of FIG.

図15に示したリング型レーザ発振器は、上記の共振器を像回転型共振器とするために、片方の偏波保存コーナーキューブプリズム17aを偏波保存直角プリズム6aに置き換え、光学像回転素子である偏波保存ダブプリズム15を光路上に挿入したものである。   In the ring type laser oscillator shown in FIG. 15, in order to use the above-described resonator as an image rotation type resonator, one polarization maintaining corner cube prism 17a is replaced with a polarization maintaining right angle prism 6a, and an optical image rotating element is used. A certain polarization preserving dove prism 15 is inserted on the optical path.

図16に、光路を平行移動させるために用いる偏波保存ロンボイドプリズムを示す。これは、2個の90度折り曲げ直角プリズムを結合した形状をしている。上下端面に高反射誘電体多層膜13a、13bを蒸着することで、直線偏光が偏光方向によらずに直線偏光のまま出射する。このプリズムを利用する光の波長帯域に一致させて、高反射率の誘電体多層膜を蒸着すればよい。   FIG. 16 shows a polarization-maintaining rhomboid prism used for translating the optical path. This has a shape in which two 90 degree right angle prisms are combined. By depositing highly reflective dielectric multilayer films 13a and 13b on the upper and lower end surfaces, linearly polarized light is emitted as linearly polarized light regardless of the polarization direction. A dielectric multilayer film having a high reflectivity may be deposited in accordance with the wavelength band of light using this prism.

図17にレーザ共振器中の光路を90度折り曲げる偏波保存ペンタプリズムを示す。このプリズムは2回の内部反射を用いているが、これらは全反射ではなく、高反射膜による反射である。このため、このプリズムでは、もともと直線偏光が楕円偏光になることはない。従来は、反射面に金属膜を蒸着していたが、これを高反射誘電体多層膜13a、13bに置き換えることで、強力なレーザ光に対して使用できるプリズムとすることができる。   FIG. 17 shows a polarization maintaining pentaprism that bends the optical path in the laser resonator by 90 degrees. This prism uses two internal reflections, but these are not total reflections but reflections by a highly reflective film. For this reason, in this prism, linearly polarized light does not originally become elliptically polarized light. Conventionally, a metal film is deposited on the reflective surface. However, by replacing this with the highly reflective dielectric multilayer films 13a and 13b, a prism that can be used for powerful laser light can be obtained.

図18に、レーザ光を増幅するための偏波保存ジグザグスラブレーザロッドを用いたレーザ発振器を示す。反射鏡14aと出力鏡19で構成される光共振器の中に、励起光源16で励起されるジグザグスラブレーザロッド18がある。Qスイッチ発振を行わせるために、駆動回路22で駆動されるポッケルスセル21と1/4波長板20と偏光子10を光路上に配置する。従来のレーザロッドでは、ロッドの側面でレーザ光を全反射していた。この側面に高反射誘電体多層膜13a、13bを蒸着することにより、全反射は通常の反射に置き換わる。レーザロッド内部を進行するレーザ光がロッド内部の屈折率不均一により楕円偏光化しても、側面反射で楕円偏光がさらに増大することがなくなり、レーザ光の横モードが劣化することを抑えられる。   FIG. 18 shows a laser oscillator using a polarization maintaining zigzag slab laser rod for amplifying laser light. A zigzag slab laser rod 18 that is pumped by the pumping light source 16 is included in the optical resonator constituted by the reflecting mirror 14 a and the output mirror 19. In order to perform Q-switch oscillation, a Pockels cell 21, a quarter-wave plate 20 and a polarizer 10 driven by the drive circuit 22 are arranged on the optical path. In the conventional laser rod, the laser beam is totally reflected on the side surface of the rod. By depositing the highly reflective dielectric multilayer films 13a and 13b on the side surfaces, total reflection is replaced with normal reflection. Even if the laser light traveling inside the laser rod is elliptically polarized due to the non-uniform refractive index inside the rod, the elliptically polarized light is not further increased by side reflection, and deterioration of the transverse mode of the laser light can be suppressed.

図19に、レーザ光を増幅するための、偏波保存固体レーザロッド7を用いた4重光路のレーザ増幅器を示す。レーザロッドの片方の端面はレーザ光を180度折り返すように、ナイフエッジ直角プリズムの形状に加工されている。この端面には高反射誘電体多層膜13aと13bが蒸着され、全反射ではなく通常の反射でレーザ光が反射される。このプリズム端面の稜線は、実際には、ロッドの光軸のまわりに紙面から45度の角度をなすように回転させてある。   FIG. 19 shows a four-path laser amplifier using a polarization-maintaining solid-state laser rod 7 for amplifying laser light. One end face of the laser rod is processed into a knife-edge right-angle prism shape so that the laser beam is folded back 180 degrees. High reflection dielectric multilayer films 13a and 13b are vapor-deposited on this end face, and the laser beam is reflected by normal reflection instead of total reflection. The prism end face ridge line is actually rotated around the optical axis of the rod so as to form an angle of 45 degrees from the paper surface.

紙面に平行な面内に直線偏光した入射レーザ光3は、偏光子10を通過して、レーザロッド7の内部を増幅されながら進み、プリズム状の端面で180度折り返される。このとき、レーザ光は紙面に垂直方向に偏光した直線偏光になる。レーザロッドを出射したレーザ光は偏光子10と反射鏡14cとで反射され、再びレーザロッドに入射する。この光はレーザロッド端面で反射され、偏光方向が再び紙面に平行に変えられる。この光はレーザロッドと偏光子を通過して出射光4となる。増幅器に入射したレーザ光は、これを出射するまでに4回レーザロッドを通過することになり、大きく増幅されることになる。   The incident laser beam 3 linearly polarized in a plane parallel to the paper surface passes through the polarizer 10, travels while being amplified inside the laser rod 7, and is folded back 180 degrees at the prism-shaped end surface. At this time, the laser light becomes linearly polarized light polarized in a direction perpendicular to the paper surface. The laser beam emitted from the laser rod is reflected by the polarizer 10 and the reflecting mirror 14c, and is incident on the laser rod again. This light is reflected by the end face of the laser rod, and the polarization direction is changed again parallel to the paper surface. This light passes through the laser rod and the polarizer to become outgoing light 4. The laser light incident on the amplifier passes through the laser rod four times before being emitted, and is greatly amplified.

このロッドの特徴は、レーザ光がレーザロッドの反射端で反射されるごとに、偏光成分の紙面に垂直な成分と平行な成分とが入れ替わることである。レーザロッド内に複屈折があっても、最初に、紙面について、平行方向と垂直方向に直線偏光した光成分が感じる複屈折は同等になるので、複屈折が補償されることになる。もう1つの利点は、これにより、複屈折の影響が小さいレーザ増幅器を作ることができる点にある。   The feature of this rod is that each time the laser beam is reflected by the reflection end of the laser rod, the component perpendicular to the plane of the polarization component and the component parallel to the paper surface are switched. Even if there is birefringence in the laser rod, since the birefringence felt by the light component linearly polarized in the parallel direction and the perpendicular direction on the paper surface is equal, the birefringence is compensated. Another advantage is that this makes it possible to make laser amplifiers that are less affected by birefringence.

高反射誘電体多層膜でも、ごく僅かな光は反射膜を透過することがある。反射膜を透過した僅かな光は、空気あるいは真空などの外界と多層膜との境界で全反射を生じるか、あるいはその一部が空気中へ透過され、残りは反射される。前者の全反射の場合には、反射成分のP波とS波の間に位相差が付く。あるいは後者の反射のばあいには、反射成分のP波はブリュースター角の入射角を境に位相がπ増加することはよく知られている。しかし、高反射誘電体多層膜の反射率を99.5%以上にすることは、きわめて容易である。そのため、光学素子の内部反射面に入射した直線偏光は、ほとんどそのまま直線偏光の反射光となり、楕円偏光に変化したり、あるいは偏光方向が変わったりする光の割合は、0.5%以下に極めて小さくすることができる。   Even in a highly reflective dielectric multilayer film, very little light may pass through the reflective film. The slight amount of light that has passed through the reflection film causes total reflection at the boundary between the external environment such as air or vacuum and the multilayer film, or part of the light is transmitted into the air and the rest is reflected. In the case of the former total reflection, there is a phase difference between the P wave and the S wave of the reflection component. In the case of the latter reflection, it is well known that the phase of the P wave of the reflection component increases by π at the incident angle of the Brewster angle. However, it is very easy to make the reflectivity of the highly reflective dielectric multilayer film 99.5% or higher. Therefore, the linearly polarized light incident on the internal reflection surface of the optical element is almost directly reflected by the linearly polarized light, and the proportion of light that changes to elliptically polarized light or changes its polarization direction is extremely below 0.5%. Can be small.

また、レーザ装置の出力を僅かに改善することが目的である場合は、上記のような高反射率とする必要は無く、例えば、誘電体多層反射膜の反射率を80%以上とし、残りを全反射とすることによっても、上記の目的を達成することができる。   In addition, when the objective is to slightly improve the output of the laser device, it is not necessary to have a high reflectivity as described above. For example, the reflectivity of the dielectric multilayer reflective film is set to 80% or more, and the rest is used. The above object can also be achieved by making total reflection.

レーザ装置の反射器は、種々の材料で作成することが可能である。例えば、石英ガラス、光学結晶、レーザ結晶、光学用透明プラスチック、などを用いることができる。例えばLiNbO3などの非線形光学媒体を用いて作成した反射器を用いると、従来のレーザ装置の光共振器内に非線形光学媒体を配置した場合と同様に、非線形光学媒体に大強度のレーザ光を入力することができ、非線形光学効果を容易に発生させることができる。また、反射器と非線形光学媒体を別に設ける場合に比べて、装置の構成部品を少なくすることができる。また、図1、図4あるいは図6に示した光路から明らかなように、本発明では、特定の結晶軸の一つに限って用いるのではなく、他の結晶軸も用いることになる。このように、複数の結晶軸も活用したい場合には、特に本発明は適していると言える。また、誘電体多層反射膜を用いているので、光路を決めるに当たって、設計上の自由度は大きく、非線形光学媒体に合わせて設計することができる。 The reflector of the laser device can be made of various materials. For example, quartz glass, optical crystal, laser crystal, optical transparent plastic, and the like can be used. For example, when a reflector created using a nonlinear optical medium such as LiNbO 3 is used, a high-intensity laser beam is applied to the nonlinear optical medium in the same manner as when the nonlinear optical medium is disposed in the optical resonator of a conventional laser device. The non-linear optical effect can be easily generated. Further, the number of components of the apparatus can be reduced as compared with the case where the reflector and the nonlinear optical medium are provided separately. Further, as is apparent from the optical path shown in FIG. 1, FIG. 4, or FIG. 6, in the present invention, not only one specific crystal axis but also other crystal axes are used. Thus, the present invention is particularly suitable when a plurality of crystal axes are also desired. Further, since the dielectric multilayer reflective film is used, the degree of freedom in design is great in determining the optical path, and the design can be made according to the nonlinear optical medium.

また、誘電体多層反射膜としては、Ta25やTiO2やAl23やMgF2やSiO2などの無機材料の他に、フッ素樹脂、アクリル樹脂やシリコン樹脂などの有機材料を用いることができる。 As the dielectric multilayer reflective film, an organic material such as a fluororesin, an acrylic resin or a silicon resin is used in addition to an inorganic material such as Ta 2 O 5 , TiO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 or SiO 2. be able to.

直角プリズムでの全反射を示す図である。It is a figure which shows the total reflection in a right angle prism. 従来例のレーザ発振器を示す図である。It is a figure which shows the laser oscillator of a prior art example. 石英ガラスと空気の界面で起こる反射の入射角に対する位相遅延を示す図である。It is a figure which shows the phase delay with respect to the incident angle of the reflection which occurs in the interface of quartz glass and air. 偏波保存プリズムによる反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection by a polarization preserving prism. ダブプリズムによる反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection by a dove prism. コーナーキューブプリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a corner cube prism. ジグザグスラブ固体レーザロッドでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a zigzag slab solid-state laser rod. 誘電体反射膜による反射を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reflection by a dielectric reflecting film. 偏波保存180度折返し直角プリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a polarization preservation | save 180 degree | times folding right angle prism. 偏波保存直角プリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a polarization-maintaining right angle prism. 偏波保存ダブプリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a polarization preserving dove prism. 通常のダブプリズムを用いたリング型レーザ発振器を示す図である。It is a figure which shows the ring-type laser oscillator using a normal dove prism. 偏波保存コーナーキューブプリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a polarization preservation corner cube prism. 偏波保存コーナーキューブプリズムを2個対向させて用いた、リング型レーザ発振器を示す図である。It is a figure which shows the ring-type laser oscillator which used two polarization preservation corner cube prisms facing each other. 図14の共振器を像回転型共振器としたリング型レーザ発振器を示す図である。It is a figure which shows the ring type laser oscillator which used the resonator of FIG. 14 as the image rotation type resonator. 偏波保存ロンボイドプリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a polarization-maintaining rhomboid prism. 偏波保存ペンタプリズムでの反射を示す図である。It is a figure which shows the reflection in a polarization preserving pentaprism. 偏波保存ジグザグスラブレーザロッドを用いたレーザ発振器を示す図である。It is a figure which shows the laser oscillator using a polarization preservation zigzag slab laser rod. 偏波保存固体レーザロッドを用いた4重光路のレーザ増幅器を示す図である。It is a figure which shows the laser amplifier of a quadruple optical path using the polarization-maintaining solid state laser rod.

符号の説明Explanation of symbols

1 直角プリズム
2a、2b、2c、2d 全反射面での反射
3 入射光
4 出射光
5 偏光方向
6a、6b 偏波保存直角プリズム
7 レーザ媒体
8 半導体レーザ
9 駆動回路
10 偏光子
11a、11b 半波長位相板
12 光学媒質
13a、13b 高反射誘電体多層膜
14a、14b、14c 反射鏡
15 ダブプリズム
16 励起装置
17a、17b、17c 偏波保存コーナーキューブプリズム
18 ジグザグスラブレーザロッド
19 出力鏡
20 1/4波長板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Right-angle prism 2a, 2b, 2c, 2d Reflection in a total reflection surface 3 Incident light 4 Outgoing light 5 Polarization direction 6a, 6b Polarization-maintaining right-angle prism 7 Laser medium 8 Semiconductor laser 9 Drive circuit 10 Polarizer 11a, 11b Half wavelength Phase plate 12 Optical medium 13a, 13b High reflective dielectric multilayer film 14a, 14b, 14c Reflector 15 Dove prism 16 Excitation device 17a, 17b, 17c Polarization preserving corner cube prism 18 Zigzag slab laser rod 19 Output mirror 20 1/4 Wave plate

Claims (8)

レーザ共振器と、レーザ媒体と、レーザ媒体を励起する励起光源とを含むレーザ装置であって、
少なくとも1つの全反射面よる反射を用いてレーザ共振器の光路を形成したレーザ装置の前記の全反射面を、
前記の全反射面に誘電体多層反射膜を設けて、上記全反射面での誘電体多層反射膜による反射光割合を全反射による反射光割合よりも大きくし、上記の全反射面での反射の偏光状態変化を抑制した全反射面で置き換えた光路に等価な光路を有することを特徴とする光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。
A laser device including a laser resonator, a laser medium, and an excitation light source for exciting the laser medium,
The total reflection surface of the laser device in which the optical path of the laser resonator is formed using reflection by at least one total reflection surface,
A dielectric multilayer reflective film is provided on the total reflection surface, and the ratio of the reflected light by the dielectric multilayer reflection film on the total reflection surface is made larger than the ratio of the reflected light by total reflection. A laser device having a highly reflective coating on an internal total reflection surface of an optical element, having an optical path equivalent to an optical path replaced with a total reflection surface in which a change in polarization state is suppressed.
上記の全反射面は、面A、B、Cと2つの側面を有する2等辺直角プリズムの直角を挟む等しい2面AとB、であって、面AおよびBに誘電体多層反射膜をつけ、面Cに反射防止膜を設け、面Cにおいて光の入出射を行うことを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   The total reflection surfaces are the same two surfaces A and B sandwiching the right angle of the isosceles right angle prism having two side surfaces A, B and C, and a dielectric multilayer reflection film is attached to the surfaces A and B. 2. The laser device according to claim 1, wherein an antireflection film is provided on the surface C, and light is incident / exited on the surface C, wherein the internal reflection surface of the optical element is provided with a high reflection coating. 上記の全反射面は、面A、B、Cと2つの側面を有する2等辺直角プリズムの直角を挟む等しい2面、AとB、を除いた面Cであって、面Cに誘電体多層反射膜をつけ、面AとBに反射防止膜を設け、面Aあるいは面Bにおいて光の入射あるいは出射を行うことを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   The total reflection surface is a surface C excluding two equal surfaces sandwiching the right angle of the isosceles right-angle prism having surfaces A, B, and C, and A and B, and a dielectric multilayer on the surface C. 2. A reflection film is provided, an antireflection film is provided on surfaces A and B, and light is incident on or emitted from surface A or surface B, so that the internal reflection surface of the optical element according to claim 1 is highly reflective. Laser device with coating. 上記の全反射面は、光学像を回転する光学素子にある全反射面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   2. The laser device according to claim 1, wherein the total reflection surface is a total reflection surface on an optical element that rotates an optical image. 上記の全反射面は、固体レーザ媒体に設けられた全反射面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   2. The laser apparatus according to claim 1, wherein the total reflection surface is a total reflection surface provided on a solid-state laser medium. 上記の全反射面は、非線形光学媒体に設けられた全反射面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   2. The laser device according to claim 1, wherein the total reflection surface is a total reflection surface provided on a nonlinear optical medium. 上記の全反射面は、光路を折り返す光学素子に設けられた全反射面であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   2. The laser device according to claim 1, wherein the total reflection surface is a total reflection surface provided on an optical element that turns back an optical path. 上記の全反射面には、光路を折り曲げる光学素子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置。   2. The laser device according to claim 1, wherein an optical element that bends an optical path is provided on the total reflection surface.
JP2005193637A 2005-07-01 2005-07-01 Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element Pending JP2007012981A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005193637A JP2007012981A (en) 2005-07-01 2005-07-01 Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005193637A JP2007012981A (en) 2005-07-01 2005-07-01 Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007012981A true JP2007012981A (en) 2007-01-18

Family

ID=37751063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005193637A Pending JP2007012981A (en) 2005-07-01 2005-07-01 Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007012981A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012182397A (en) * 2011-03-03 2012-09-20 Mitsubishi Electric Corp Laser device and laser processing apparatus
JP2014175576A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Japan Atomic Energy Agency Resonator, laser device employing the same and control method of laser device
CN104076420A (en) * 2014-06-20 2014-10-01 浙江卷积科技有限公司 Convex prisms and laser reflection device based on convex prisms
CN109167240A (en) * 2018-09-14 2019-01-08 北京空间机电研究所 A kind of resonant cavity of solid state laser of resisting laser damage
WO2021106068A1 (en) * 2019-11-26 2021-06-03 三菱電機株式会社 Solid-state laser medium, solid-state laser amplifier, and solid-state laser oscillator
JP2021112771A (en) * 2015-08-14 2021-08-05 レーザー エンジニアリング アプリケーションズ Mechanical processing device
WO2021192867A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 株式会社アマダ Laser power monitoring device and laser power monitoring method
WO2022196360A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 株式会社小糸製作所 Light-receiving element and measurement device
CN115513759A (en) * 2022-11-17 2022-12-23 北京镭宝光电技术有限公司 Laser device
JPWO2022270615A1 (en) * 2021-06-24 2022-12-29
CN115826112A (en) * 2023-01-18 2023-03-21 安徽华创鸿度光电科技有限公司 Design method of prism for ultrafast solid laser

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63231303A (en) * 1987-03-19 1988-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical parts for short wavelength laser
JPS646906A (en) * 1987-06-29 1989-01-11 Asahi Optical Co Ltd Phase element
JPH0366185A (en) * 1989-08-04 1991-03-20 Toshiba Corp Slab type laser oscillator
JPH03293787A (en) * 1990-04-12 1991-12-25 Mitsubishi Electric Corp Solid state laser
JPH05167146A (en) * 1991-12-13 1993-07-02 Mitsubishi Electric Corp Solid-state laser equipment
JPH06338649A (en) * 1993-05-31 1994-12-06 Komatsu Ltd Narrow-band laser
JPH07294739A (en) * 1994-04-28 1995-11-10 Olympus Optical Co Ltd Polarized light separating element
JP2001111147A (en) * 1999-10-06 2001-04-20 Hamamatsu Photonics Kk Converging device
JP2001274491A (en) * 2000-03-27 2001-10-05 Mitsubishi Electric Corp Laser resonator
JP2003198015A (en) * 2001-12-28 2003-07-11 Communication Research Laboratory Laser oscillator
WO2005011075A1 (en) * 2003-07-29 2005-02-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solid laser exciting module and laser oscillator

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63231303A (en) * 1987-03-19 1988-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Optical parts for short wavelength laser
JPS646906A (en) * 1987-06-29 1989-01-11 Asahi Optical Co Ltd Phase element
JPH0366185A (en) * 1989-08-04 1991-03-20 Toshiba Corp Slab type laser oscillator
JPH03293787A (en) * 1990-04-12 1991-12-25 Mitsubishi Electric Corp Solid state laser
JPH05167146A (en) * 1991-12-13 1993-07-02 Mitsubishi Electric Corp Solid-state laser equipment
JPH06338649A (en) * 1993-05-31 1994-12-06 Komatsu Ltd Narrow-band laser
JPH07294739A (en) * 1994-04-28 1995-11-10 Olympus Optical Co Ltd Polarized light separating element
JP2001111147A (en) * 1999-10-06 2001-04-20 Hamamatsu Photonics Kk Converging device
JP2001274491A (en) * 2000-03-27 2001-10-05 Mitsubishi Electric Corp Laser resonator
JP2003198015A (en) * 2001-12-28 2003-07-11 Communication Research Laboratory Laser oscillator
WO2005011075A1 (en) * 2003-07-29 2005-02-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solid laser exciting module and laser oscillator

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012182397A (en) * 2011-03-03 2012-09-20 Mitsubishi Electric Corp Laser device and laser processing apparatus
JP2014175576A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Japan Atomic Energy Agency Resonator, laser device employing the same and control method of laser device
CN104076420A (en) * 2014-06-20 2014-10-01 浙江卷积科技有限公司 Convex prisms and laser reflection device based on convex prisms
JP7123209B2 (en) 2015-08-14 2022-08-22 レーザー エンジニアリング アプリケーションズ machining equipment
JP2021112771A (en) * 2015-08-14 2021-08-05 レーザー エンジニアリング アプリケーションズ Mechanical processing device
CN109167240A (en) * 2018-09-14 2019-01-08 北京空间机电研究所 A kind of resonant cavity of solid state laser of resisting laser damage
JPWO2021106068A1 (en) * 2019-11-26 2021-12-02 三菱電機株式会社 Solid-state laser medium, solid-state laser amplifier and solid-state laser oscillator
JP7042981B2 (en) 2019-11-26 2022-03-28 三菱電機株式会社 Solid-state laser medium, solid-state laser amplifier and solid-state laser oscillator
WO2021106068A1 (en) * 2019-11-26 2021-06-03 三菱電機株式会社 Solid-state laser medium, solid-state laser amplifier, and solid-state laser oscillator
JP2021154325A (en) * 2020-03-26 2021-10-07 株式会社アマダ Laser power monitoring device and laser power monitoring method
WO2021192867A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 株式会社アマダ Laser power monitoring device and laser power monitoring method
WO2022196360A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 株式会社小糸製作所 Light-receiving element and measurement device
JPWO2022270615A1 (en) * 2021-06-24 2022-12-29
JP7427209B2 (en) 2021-06-24 2024-02-05 学校法人近畿大学 Optical fiber output light source device and single polarization reflective polarizing beam splitter used therein
CN115513759A (en) * 2022-11-17 2022-12-23 北京镭宝光电技术有限公司 Laser device
CN115826112A (en) * 2023-01-18 2023-03-21 安徽华创鸿度光电科技有限公司 Design method of prism for ultrafast solid laser
CN115826112B (en) * 2023-01-18 2023-05-05 安徽华创鸿度光电科技有限公司 Design method of prism for ultrafast solid laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007012981A (en) Laser with high reflective coating on interior total reflection surface of optical element
CN104104002B (en) A kind of anti-disorder type solid state laser
US4740986A (en) Laser resonator
WO2006028078A1 (en) Passive q switch laser device
EP1662623A1 (en) Laser oscillator incorporating transverse mode rotation in the laser resonator
JPS6193686A (en) Solid state non-planar type internal reflection ring laser
JPH07508139A (en) tunable solid state laser
JPH04226092A (en) Single frequency ring laser
US7675958B2 (en) Intra-cavity non-degenerate laguerre mode generator
US20070268951A1 (en) Polarization methods for diode laser excitation of solid state lasers
JP2005236022A (en) Slab type solid state laser medium or slab type nonlinear optical medium using optical path constructed by multiple reflection by three reflective faces
JP4907865B2 (en) Multistage amplification laser system
JP4734642B2 (en) Cylindrical Symmetric Polarized Laser Resonator
JP2007227447A (en) Regenerative amplifier, mode lock laser, and gain smoothing method
JPH11103118A (en) Solid-state laser device and its manufacture
US20060221434A1 (en) Laser oscillation device
JP5393725B2 (en) Multistage amplification laser system
JP5251040B2 (en) LASER LIGHT SOURCE DEVICE AND IMAGE GENERATION DEVICE USING THE SAME
JP2586110B2 (en) Solid-state laser device
US20080080571A1 (en) Intracavity frequency-doubling laser device
JP3472471B2 (en) Polarization-maintaining self-compensating reflector, laser resonator and laser amplifier
JP2006106104A (en) Depolarizing element
CN115513759B (en) Laser device
JPH07131101A (en) Laser beam generating device
JP7042981B2 (en) Solid-state laser medium, solid-state laser amplifier and solid-state laser oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101019

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110913

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120124