JP2009010066A - Pulsed laser oscillator - Google Patents

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Koji Oishi
浩司 大石
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Coorstek KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulsed laser oscillator which suppresses heat generation in a host crystal, can be miniaturized, has excellent thermal durability, and can obtain an output beam of high quality and high output. <P>SOLUTION: The pulsed laser oscillator concerning this invention includes a conical lens 10 which makes the pumping light generated by a pumping light source 2 into a Bessel beam and makes it incident on a solid laser medium 5. The solid laser medium 5, an aperture 7 and the host crystal 6 are integrally bonded together, and direct bonding is carried out between the solid laser medium 5 and the aperture 7, and between the aperture 7 and the host crystal 6. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はパルスレーザ発振器に係り、特に発振器の構造を改良したパルスレーザ発振器に関する。   The present invention relates to a pulse laser oscillator, and more particularly to a pulse laser oscillator having an improved oscillator structure.

レーザ光は、切断、孔明け、溶接等の材料加工、マーキング、露光等に使用することができ、その用途は多岐に渡る。   Laser light can be used for material processing such as cutting, drilling, and welding, marking, exposure, and the like, and its application is diverse.

レーザ光を加工用途に用いる場合は被加工物への熱的ダメージが問題となる場合があるが、このような用途には、被加工物に対し短時間に高エネルギーを与えることができるパルスレーザ光が用いられる。このパルスレーザには、ガスレーザ、固体レーザ等種々のものがあるが、高パワー、短パルスを出力できるものとしてQスイッチング技術を用いたレーザ発振器が注目されている。   When laser light is used for machining applications, thermal damage to the workpiece may be a problem. For such applications, a pulse laser that can apply high energy to the workpiece in a short time. Light is used. There are various types of pulse lasers such as a gas laser and a solid-state laser, and laser oscillators using Q switching technology are attracting attention as those capable of outputting high power and short pulses.

このようなQスイッチング技術を用いたレーザ発振器としては、例えば、共振器を構成する一対の反射鏡内に配置された固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質から発生した蛍光を吸収し、吸収に伴って透過率が減少するホスト結晶(過飽和吸収体)と、固体レーザ媒質を励起させる励起光を出射する半導体レーザ素子と、励起光の入射を抑制すると共に、レーザ媒質からの発光によるホスト結晶の発熱を抑制できるアパーチャー部材とを備える受動Qスイッチレーザが開示されている(例えば、特許文献1参照)。   As a laser oscillator using such Q-switching technology, for example, a solid laser medium disposed in a pair of reflecting mirrors constituting a resonator and fluorescence generated from the solid laser medium are absorbed. A host crystal (supersaturated absorber) with reduced transmittance, a semiconductor laser element that emits excitation light for exciting the solid-state laser medium, and suppressing the incidence of the excitation light, and generation of heat from the host crystal due to light emission from the laser medium A passive Q-switched laser including an aperture member that can be suppressed is disclosed (for example, see Patent Document 1).

また、レーザ媒質の出射面及びホスト結晶の入射面の少なくとも一方に凹部を設けることにより、レーザ媒質とホスト結晶との間に空間部を形成し、レーザ媒質とホスト結晶との間を接着剤やオプティカルコンタクト、拡散接合などにより一体化された受動Qスイッチレーザも開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−86873号公報 特開2006−310604号公報
Further, by providing a recess on at least one of the exit surface of the laser medium and the entrance surface of the host crystal, a space is formed between the laser medium and the host crystal, and an adhesive or A passive Q-switched laser integrated by optical contact, diffusion bonding or the like is also disclosed (for example, see Patent Document 2).
JP 2003-86873 A JP 2006-310604 A

しかしながら、特許文献1及び2等に示す構成のレーザ発振器は、固体レーザ媒質とホスト結晶とが並べて配置されているため、励起光源から発せられる励起光の一部が固体レーザ媒質に吸収されずに、固体レーザ媒質で発生した蛍光と共に、ホスト結晶に入射してしまうため、ホスト結晶に不要な温度上昇が発生する。より高出力のパルスレーザ光を得るために、励起光源からより高エネルギーの励起光を固体レーザ媒質に入射させる場合は、より顕著な問題となる。このような問題に対して、例えば、特許文献1のように、ホスト結晶の発熱を抑制できるアパーチャー部材を設けたとしても、ホスト結晶の発熱の抑制には限界がある。   However, in the laser oscillator having the configuration shown in Patent Documents 1 and 2, etc., since the solid laser medium and the host crystal are arranged side by side, a part of the excitation light emitted from the excitation light source is not absorbed by the solid laser medium. Since the light is incident on the host crystal together with the fluorescence generated in the solid-state laser medium, an unnecessary temperature rise occurs in the host crystal. In order to obtain higher-power pulsed laser light, when pumping light having higher energy from the pumping light source is incident on the solid-state laser medium, it becomes a more significant problem. For example, as disclosed in Patent Document 1, even if an aperture member that can suppress the heat generation of the host crystal is provided, there is a limit to the suppression of the heat generation of the host crystal.

また、固体レーザ媒質のホスト結晶側の端面に前記励起光の波長のみを反射する反射膜をコーティングする技術、また、前記一対の反射鏡以外の別の反射鏡を設け、別光路により折り返す形の共振器構成を適用する技術等が知られている。   In addition, a technique for coating the end face of the solid-state laser medium on the host crystal side with a reflection film that reflects only the wavelength of the excitation light, or another reflection mirror other than the pair of reflection mirrors is provided, and is folded by another optical path. A technique for applying a resonator configuration is known.

しかしながら、前者の場合には、固体レーザ媒質とホスト結晶とをそれぞれ別々に固定、調整しなければならなく、調整箇所、部品点数が増加すると共にレーザ発振器として大型化してしまう。また、後者においても別光路が必要となるため、同様に、レーザ発振器として、大型化してしまう。   However, in the former case, the solid-state laser medium and the host crystal must be separately fixed and adjusted, which increases the number of adjustment points and the number of parts and increases the size of the laser oscillator. In the latter case, since a separate optical path is required, the laser oscillator is similarly increased in size.

なお、装置の大型化を抑制するには、特許文献2に記載のように、固体レーザ媒質とホスト結晶とを一体化させることが必要である。   In order to suppress an increase in the size of the apparatus, it is necessary to integrate the solid-state laser medium and the host crystal as described in Patent Document 2.

しかしながら、固体レーザ媒質とホスト結晶とを一体化させる場合には、固体レーザ媒質が発熱した場合でも、固体レーザ媒質とホスト結晶との接着面のズレ等が無いような熱的耐久性があることが必要となる。このような接着面のズレが発生した場合は、当然のごとく、高品質の出力ビームを得ることができない。   However, when the solid-state laser medium and the host crystal are integrated, even if the solid-state laser medium generates heat, it has a thermal durability such that there is no deviation of the bonding surface between the solid-state laser medium and the host crystal. Is required. When such a deviation of the bonding surface occurs, it is natural that a high-quality output beam cannot be obtained.

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ホスト結晶の発熱を抑制し、小型化が可能であり、かつ熱的耐久性にすぐれ、高品質、高出力の出力ビームが得られるパルスレーザ発振器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and suppresses heat generation of the host crystal, can be downsized, has excellent thermal durability, and provides a high-quality, high-output output beam. An object is to provide a laser oscillator.

本発明者らは上記課題に鑑み、円錐レンズを用いて前記励起光をベッセルビーム化させるとともに、固体レーザ媒質、アパーチャー及びホスト結晶を直接接合して一体化することで、上記問題を解決できることを見出した。   In view of the above problems, the inventors of the present invention are able to solve the above-mentioned problem by using a conical lens to convert the excitation light into a Bessel beam and directly joining and integrating the solid-state laser medium, the aperture, and the host crystal. I found it.

すなわち、本発明に係るパルスレーザ発振器は、励起光を出射する励起光源と、前記励起光が入射されることで蛍光を発生させる固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質から発生された蛍光を吸収し、吸収に伴って透過率が減少するホスト結晶と、前記固体レーザ媒質とホスト結晶との間に設けられ、前記固体レーザ媒質で発生した蛍光の前記ホスト結晶に入射する光の光路を制御するアパーチャーと、前記励起光源と前記固体レーザ媒質との間に設けられた第1の反射鏡と、前記固体レーザ媒質、前記アパーチャー及び前記ホスト結晶を介して、前記第1の反射鏡に対向して配置された第2の反射鏡と、前記第1の反射鏡と、前記励起光源との間に設けられ、前記励起光源で発生された前記励起光をベッセルビーム化させて前記固体レーザ媒質に入射させる円錐レンズとを備え、前記固体レーザ媒質、前記アパーチャー及び前記ホスト結晶は、一体に接合され、前記固体レーザ媒質と前記アパーチャーとの間、及び前記アパーチャーと前記ホスト結晶との間は、直接接合されていることを特徴とする。   That is, the pulse laser oscillator according to the present invention absorbs the excitation light source that emits excitation light, the solid-state laser medium that generates fluorescence when the excitation light is incident, and the fluorescence generated from the solid-state laser medium. A host crystal whose transmittance decreases with absorption, and an aperture for controlling the optical path of light incident on the host crystal of fluorescence generated in the solid-state laser medium between the solid-state laser medium and the host crystal. And a first reflecting mirror provided between the excitation light source and the solid-state laser medium, and disposed opposite the first reflecting mirror via the solid-state laser medium, the aperture, and the host crystal. The solid-state laser is provided between the second reflecting mirror, the first reflecting mirror, and the excitation light source, and the excitation light generated by the excitation light source is converted into a Bessel beam. The solid laser medium, the aperture and the host crystal are integrally joined, and the solid laser medium and the aperture, and between the aperture and the host crystal. It is characterized by being directly joined.

本発明のパルスレーザ発振器によれば、ホスト結晶の発熱を抑制し、小型化が可能であり、かつ熱的耐久性にすぐれ、高品質、高出力の出力ビームが得られるパルスレーザ発振器を提供することができる。   According to the pulse laser oscillator of the present invention, there is provided a pulse laser oscillator that suppresses heat generation of the host crystal, can be downsized, has excellent thermal durability, and can obtain a high-quality, high-output output beam. be able to.

本発明の一実施形態に係るパルスレーザ発振器について図面を参照して説明する。   A pulse laser oscillator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態に係るパルスレーザ発振器の概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a pulse laser oscillator according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の一実施形態に係るパルスレーザ発振器1は、ファブリ・ペロー共振器を用いた端面励起方式の受動Qスイッチパルスレーザ発振器であり、励起光を出射する励起光源2と、励起光を導く光ファイバ4とコリメータ3を介して、励起光が入射されることで蛍光を発生させる固体レーザ媒質5と、この固体レーザ媒質5から発生された蛍光を吸収し、吸収に伴って透過率が減少するホスト結晶6と、固体レーザ媒質5とホスト結晶6との間に設けられ、固体レーザ媒質5で発生した蛍光のホスト結晶6に入射する光の光路を制御するアパーチャー7と、励起光源2と固体レーザ媒質5との間に設けられた第1の反射鏡8と、固体レーザ媒質5、アパーチャー7及びホスト結晶6を介して、第1の反射鏡8に対向して配置された第2の反射鏡9と、第1の反射鏡8と、励起光源2との間に設けられ、この励起光源2で発生された励起光をベッセルビーム化させて固体レーザ媒質5に入射させる円錐レンズ10を備える。   As shown in FIG. 1, a pulsed laser oscillator 1 according to an embodiment of the present invention is an end-pumped passive Q-switched pulsed laser oscillator using a Fabry-Perot resonator, and an excitation light source 2 that emits excitation light. And the solid laser medium 5 that generates fluorescence when the excitation light is incident through the optical fiber 4 and the collimator 3 that guides the excitation light, and the fluorescence generated from the solid laser medium 5 is absorbed and absorbed. Along with the host crystal 6, the transmittance of which decreases, and between the solid-state laser medium 5 and the host crystal 6, an aperture 7 that controls the optical path of light incident on the fluorescent host crystal 6 generated in the solid-state laser medium 5. And the first reflecting mirror 8 provided between the excitation light source 2 and the solid-state laser medium 5, and the first reflecting mirror 8 through the solid-state laser medium 5, the aperture 7 and the host crystal 6. Arrangement The second reflecting mirror 9, the first reflecting mirror 8, and the excitation light source 2 are provided, and the excitation light generated by the excitation light source 2 is converted into a Bessel beam and incident on the solid laser medium 5. A conical lens 10 is provided.

励起光源2は例えばファイバ出力LDが用いられ、波長808nm、出力5Wのものが用いられる。   As the excitation light source 2, for example, a fiber output LD is used, and one having a wavelength of 808 nm and an output of 5 W is used.

固体レーザ媒質5は、例えば、Nd添加YAG等を用いることができる。   As the solid-state laser medium 5, for example, Nd-added YAG or the like can be used.

ホスト結晶6は、固体レーザ媒質5から発生する蛍光に対して所定の初期透過率を持ち、蛍光強度がある程度強くなると透明となる結晶(過飽和吸収体)のことをいい、例えば、Cr添加YAG、Cr添加GSGG等を用いることができる。   The host crystal 6 is a crystal (supersaturated absorber) that has a predetermined initial transmittance with respect to the fluorescence generated from the solid-state laser medium 5 and becomes transparent when the fluorescence intensity increases to some extent. For example, Cr-added YAG, Cr-added GSGG or the like can be used.

アパーチャー7は、前記励起光を吸収せずに反射させる金属、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等を用いることができる。   The aperture 7 can be made of a metal that reflects the excitation light without absorbing it, such as tungsten, molybdenum, or tantalum.

第1の反射鏡8、第2の反射鏡9は、例えば曲率半径(ROC)=∞/∞、無反射(AR)@808nm/高反射(HR)@1064nm、第2の反射鏡(平凹レンズ)9はROC=50nm/∞、AR@808nm/T=70%@1064nmのものを用いる。   The first reflecting mirror 8 and the second reflecting mirror 9 are, for example, a radius of curvature (ROC) = ∞ / ∞, no reflection (AR) @ 808 nm / high reflection (HR) @ 1064 nm, a second reflecting mirror (plano-concave lens) ) 9 is ROC = 50 nm / ∞, AR @ 808 nm / T = 70% @ 1064 nm.

固体レーザ媒質5とアパーチャー7との間、及びアパーチャー7とホスト結晶6との間は直接接合されており、固体レーザ媒質5、アパーチャー7及びホスト結晶6は、一体に接合されている。ここでいう「直接接合」とは、コーティング層や接着剤層を介さないで直接接合されていることを示す。具体的には、拡散接合、または一体焼成で接合されていることを示す。   The solid-state laser medium 5 and the aperture 7 and the aperture 7 and the host crystal 6 are directly joined, and the solid-state laser medium 5, the aperture 7 and the host crystal 6 are joined together. The term “direct bonding” as used herein indicates direct bonding without using a coating layer or an adhesive layer. Specifically, it indicates that the bonding is performed by diffusion bonding or integral firing.

拡散接合とは、固体レーザ媒質5とアパーチャー7とホスト結晶6を高温度下で圧力をかけて接合する方法である。   Diffusion bonding is a method in which the solid-state laser medium 5, the aperture 7, and the host crystal 6 are bonded by applying pressure at a high temperature.

一体焼成とは、同時焼成ともいい、焼成前の成形体の段階で固体レーザ媒質5とアパーチャー7とホスト結晶6を積み重ねた後に、プレス等を用いて一体化し、それを所定の温度で焼成する方法である。   The integral firing is also referred to as simultaneous firing. After the solid laser medium 5, the aperture 7, and the host crystal 6 are stacked at the stage of the molded body before firing, they are integrated using a press or the like and fired at a predetermined temperature. Is the method.

すなわち、固体レーザ媒質5とホスト結晶6をアパーチャー7を介して直接接合された、例えば、Nd:YAG/Pt/Cr:YAGの単結晶同士の接合一体品または、一体接合合成品同士の同時焼成品が用いられる。   That is, the solid laser medium 5 and the host crystal 6 are directly bonded via the aperture 7, for example, an Nd: YAG / Pt / Cr: YAG single crystal bonded monolithic product or an integrally bonded synthetic product cofired. Goods are used.

このように、固体レーザ媒質5とアパーチャー7との間、アパーチャー7とホスト結晶6との間は、コーティング層や接着剤層を介さないで直接接合されているため、熱的耐久性にすぐれている。仮に、接着剤層を介する場合は、主にこれらの層は樹脂で構成されているため、ホスト結晶6の発熱に伴う熱的耐久性に弱く、接着面のわずかなズレを生じることになる。このようなズレの発生は出力ビームの品質低下を招くことになるため好ましくない。   As described above, since the solid laser medium 5 and the aperture 7 and between the aperture 7 and the host crystal 6 are directly joined without any coating layer or adhesive layer, the thermal durability is excellent. Yes. If the adhesive layer is interposed, these layers are mainly composed of a resin, so that the thermal durability accompanying the heat generation of the host crystal 6 is weak, and a slight deviation of the bonding surface occurs. Such a deviation is not preferable because the quality of the output beam is reduced.

固体レーザ媒質5とホスト結晶6との間に形成されたアパーチャー7は、固体レーザ媒質5で発生する蛍光及び固体レーザ媒質5で吸収されずに透過した励起光の一部をカットする。   The aperture 7 formed between the solid-state laser medium 5 and the host crystal 6 cuts off a part of the fluorescence generated in the solid-state laser medium 5 and the excitation light transmitted without being absorbed by the solid-state laser medium 5.

円錐レンズ10は、励起光源2から出射した励起光を固体レーザ媒質5に集光するために用いる。図2に、円錐レンズ10に入射した励起光が出射した際の光の強度分布を説明する概念図を示す。図2に示すように、円錐レンズ10を用いて集光された光の強度分布は、円錐レンズ10の中心軸Hにおいて集光部分10aまでの強度は円錐レンズ10から遠ざかるにつれて強くなるが、集光部分10aから更に遠ざかると中心部分が空洞化したドーナツ状の強度分布を示す。以下、このような光をベッセルビームという(例えば、特開平9−36462号参照)。この性質を利用し、励起光が集光される光軸、共振器のアライメント軸、アパーチャー7開口部7aの中心軸等を調整し、励起光の集光領域10aを固体レーザ媒質5内に来るように、円錐レンズ10と固体レーザ媒質5を配置し、前記ベッセルビームの強度分布がドーナツ状になったところに開口部7aを持つアパーチャー7を配置すると、共振器の空間モードを遮ることなく励起光のみをアパーチャー7で選択的にカットすることができる(図3)。よって、励起光が固体レーザ媒質5に吸収されずに、ホスト結晶6に入射してしまうことを防止することができ、ホスト結晶6に不要な温度上昇が発生するのを抑制することができるため、熱的耐久性にすぐれ、高出力の出力ビームを得ることができる。更に、固体レーザ媒質5、アパーチャー7及びホスト結晶6をそれぞれ一体化することができるため、小型化が可能である。   The conical lens 10 is used for condensing the excitation light emitted from the excitation light source 2 on the solid-state laser medium 5. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the light intensity distribution when the excitation light incident on the conical lens 10 is emitted. As shown in FIG. 2, the intensity distribution of the light collected using the conical lens 10 is such that the intensity up to the condensing portion 10a on the central axis H of the conical lens 10 increases as the distance from the conical lens 10 increases. When further away from the light portion 10a, a donut-shaped intensity distribution having a hollow center portion is shown. Hereinafter, such light is referred to as a Bessel beam (see, for example, JP-A-9-36462). Using this property, the optical axis on which the excitation light is collected, the alignment axis of the resonator, the central axis of the aperture 7 opening 7a, and the like are adjusted, and the light collection region 10a for the excitation light comes into the solid-state laser medium 5. As described above, when the conical lens 10 and the solid-state laser medium 5 are arranged and the aperture 7 having the opening 7a is arranged where the intensity distribution of the Bessel beam is in a donut shape, excitation is performed without blocking the spatial mode of the resonator. Only light can be selectively cut by the aperture 7 (FIG. 3). Therefore, it is possible to prevent the excitation light from being incident on the host crystal 6 without being absorbed by the solid-state laser medium 5, and to suppress an unnecessary temperature rise in the host crystal 6. Excellent thermal durability and high output beam can be obtained. Furthermore, since the solid-state laser medium 5, the aperture 7, and the host crystal 6 can be integrated, the size can be reduced.

なお、励起光を完全にカットするためには、アパーチャー7の開口部7aの開口径を、アパーチャー7の位置におけるベッセルビームのドーナツ状の強度分布の内径よりも小さくすることが必要である。また、レーザ発振を妨げないためには、アパーチャー7の開口部7aの開口径はアパーチャー7の位置における共振器の空間モード径に対して大きくすることが必要である。一方、アパーチャー7の開口部7aの直径を共振器の基本モードに近い大きさにするとレーザ発振のモードセレクターとしての機能も持たせることができる。   In order to completely cut the excitation light, it is necessary to make the opening diameter of the opening 7 a of the aperture 7 smaller than the inner diameter of the donut-shaped intensity distribution of the Bessel beam at the position of the aperture 7. In order not to prevent laser oscillation, the opening diameter of the opening 7 a of the aperture 7 needs to be larger than the spatial mode diameter of the resonator at the position of the aperture 7. On the other hand, when the diameter of the opening 7a of the aperture 7 is set to a size close to the fundamental mode of the resonator, a function as a mode selector for laser oscillation can be provided.

なお、従来の楕円レンズ10’を用いた場合は、図4に示すように、楕円レンズ10から出射した励起光は、前述したベッセルビームのような光の光路を有さない。従って、楕円レンズ10’の集光部分を固体レーザ媒質5内に来るように配置してもアパーチャーの開口部から固体レーザ媒質5に吸収されない励起光がホスト結晶6に入射してしまうため、ホスト結晶6の不要な温度上昇の発生を抑制することが出来ない。   When the conventional elliptic lens 10 'is used, as shown in FIG. 4, the excitation light emitted from the elliptic lens 10 does not have a light optical path like the Bessel beam described above. Accordingly, even if the condensing portion of the elliptic lens 10 ′ is disposed so as to be in the solid laser medium 5, the excitation light that is not absorbed by the solid laser medium 5 enters the host crystal 6 from the aperture opening. The generation of an unnecessary temperature rise of the crystal 6 cannot be suppressed.

固体レーザ媒質5、前記ホスト結晶6は、セラミックス材料で構成されていることが好ましい。固体レーザ媒質5、ホスト結晶6が単結晶で構成されている場合は、固体レーザ媒質5及びホスト結晶6各々と金属材料で構成されるアパーチャー7との接合強度が弱い場合があり、熱的耐久性に劣る場合がある。しかしながら、固体レーザ媒質5、ホスト結晶6をセラミックス材料で構成すると、アパーチャー7との接合強度も単結晶の場合より強固となり、より熱的耐久性に優れたパルスレーザ発振器を得ることができる。   The solid-state laser medium 5 and the host crystal 6 are preferably made of a ceramic material. When the solid-state laser medium 5 and the host crystal 6 are composed of a single crystal, the bonding strength between the solid-state laser medium 5 and the host crystal 6 and the aperture 7 made of a metal material may be weak, and the thermal durability May be inferior. However, when the solid-state laser medium 5 and the host crystal 6 are made of a ceramic material, the bonding strength with the aperture 7 becomes stronger than that of a single crystal, and a pulse laser oscillator with more excellent thermal durability can be obtained.

(実施例1)
a)φ10mm×10mmのNd:YAG単結晶の固体レーザ媒質を用意し、φ10mmの片端面に研磨を施し、研磨面の中心を基準としてタングステン薄膜をEB蒸着により内径φ0.2mm、外径8mmのアパーチャーを形成した。
Example 1
a) A solid laser medium of φ10 mm × 10 mm Nd: YAG single crystal is prepared, and one end face of φ10 mm is polished, and a tungsten thin film having an inner diameter of φ0.2 mm and an outer diameter of 8 mm is formed by EB vapor deposition based on the center of the polished surface. An aperture was formed.

b)φ10mm×4mmのCr:YAG単結晶のホスト結晶を準備し、片端面に研磨を施した。   b) A host crystal of Cr: YAG single crystal of φ10 mm × 4 mm was prepared, and one end face was polished.

c)タングステン薄膜で構成されたアパーチャーを介して、上記固体レーザ媒質及びホスト結晶の各々の研磨面が接合面となるように、加熱・加圧することで両者を拡散接合して一体化させた積層体を形成した。さらに先に研磨を行わなかった端面に対してレーザグレード研磨を施した。   c) Laminate in which both the solid laser medium and the host crystal are diffused and integrated by heating and pressing so that the polished surfaces of the solid laser medium and the host crystal become bonded surfaces through an aperture formed of a tungsten thin film. Formed body. Further, laser-grade polishing was performed on the end face that was not previously polished.

d)図1に示すようなファブリ・ペロー共振器を準備し、その中に冷却ブロックで覆った前記積層体を設置した。   d) A Fabry-Perot resonator as shown in FIG. 1 was prepared, and the laminated body covered with a cooling block was installed therein.

e)励起光源として出力5W、波長808nmのファイバ結合型半導体レーザを準備した。ファイバの出力端にはコリメータを接続、平行光となるようにし、この出力光を円錐レンズで利得媒質に集光した。この際、アパーチャー位置において励起光の強度分布がドーナツ状かつその内径がアパーチャー開口径よりも大きくなる範囲で、最もレーザの出力が大きくなるように、共振器長、共振器中の前記積層体の位置、円錐レンズの焦点距離、円錐レンズの位置等を最適に調整した。   e) A fiber-coupled semiconductor laser having an output of 5 W and a wavelength of 808 nm was prepared as an excitation light source. A collimator was connected to the output end of the fiber so that it became parallel light, and this output light was condensed on a gain medium by a conical lens. At this time, in the range where the intensity distribution of the excitation light at the aperture position is donut-shaped and the inner diameter is larger than the aperture opening diameter, the resonator length and the stack of the laminated body in the resonator are maximized so that the laser output is maximized. The position, the focal length of the conical lens, the position of the conical lens, etc. were adjusted optimally.

f)その結果、パルス幅2nm、平均出力300mW、ビーム品質M<1.1のパルスレーザ出力を得た。このレーザを24時間連続動作させたときの、平均出力の安定度は±3%以内であった。 f) As a result, a pulse laser output having a pulse width of 2 nm, an average output of 300 mW, and a beam quality M 2 <1.1 was obtained. When this laser was operated continuously for 24 hours, the stability of the average output was within ± 3%.

(実施例2)
a)Nd:YAG多結晶セラミックスの造粒粉を準備し、φ13mmの金型を用いて厚さ13mmのサイズになるようにプレス成型した。Nd:YAG成型体は金型から取り出さずに、その上に外径φ10mm、内径φ0.2mmのタングステン箔を中心軸を合わせてセットした。
(Example 2)
a) Granulated powder of Nd: YAG polycrystalline ceramics was prepared and press-molded to a size of 13 mm in thickness using a φ13 mm mold. The Nd: YAG molded body was not taken out from the mold, and a tungsten foil having an outer diameter of φ10 mm and an inner diameter of φ0.2 mm was set on the Nd: YAG molded body so that the central axes were aligned.

b)Cr:YAG多結晶セラミックスの造粒粉を準備し、上記金型中の成形体の上に成型後の厚みが10mmとなる量を投入、一緒にプレスすることで、内部にタングステン(アパーチャー)を埋設し、Nd:YAG、Cr:YAG一体成型体を得た。   b) A granulated powder of Cr: YAG polycrystalline ceramics is prepared, and an amount of 10 mm after molding is put on the molded body in the above mold, and pressed together to form tungsten (aperture) ) Was embedded to obtain an Nd: YAG, Cr: YAG integral molded body.

c)上記成型体を真空焼成した後、添加イオンの価数制御のためのアニール処理を行った。この焼結体を外径φ10mm、Nd:YAG部厚み10mm、Cr:YAG部厚み4mmとなるように研削加工し、両端面にレーザグレード研磨を施すことで積層体を得た。   c) After the above-mentioned molded body was vacuum fired, an annealing treatment for controlling the valence of the added ions was performed. The sintered body was ground so that the outer diameter was 10 mm, the Nd: YAG portion thickness was 10 mm, and the Cr: YAG portion thickness was 4 mm, and laser grade polishing was performed on both end faces to obtain a laminate.

d)図1に示すようなファブリ・ペロー共振器を準備し、その中に冷却ブロックで覆った上記積層体を設置した。   d) A Fabry-Perot resonator as shown in FIG. 1 was prepared, and the laminated body covered with a cooling block was installed therein.

e)励起光源として出力5W、波長808nmのファイバ結合型半導体レーザを準備した。   e) A fiber-coupled semiconductor laser having an output of 5 W and a wavelength of 808 nm was prepared as an excitation light source.

ファイバの出力端にはコリメータを接続、平行光となるようにし、この出力光を円錐レンズで利得媒質に集光した。この際、アパーチャー位置において励起光の強度分布がドーナツ状かつその内径がアパーチャー開口径よりも大きくなる範囲で、最もレーザの出力が大きくなるように、共振器長、共振器中の積層体の位置、円錐レンズの焦点距離、円錐レンズの位置等を最適に調整した。   A collimator was connected to the output end of the fiber so that it became parallel light, and this output light was condensed on a gain medium by a conical lens. At this time, the resonator length and the position of the laminate in the resonator are set so that the laser output is maximized in the range where the intensity distribution of the excitation light is donut-shaped and the inner diameter is larger than the aperture opening diameter at the aperture position. The focal length of the conical lens, the position of the conical lens, etc. were adjusted optimally.

f)その結果、パルス幅2ns、平均出力300mW、ビーム品質M<1.3のパルスレーザ出力を得た。このレーザを24時間連続動作させたときの、平均出力の安定度は±3%以内であった。 f) As a result, a pulse laser output having a pulse width of 2 ns, an average output of 300 mW, and a beam quality M 2 <1.3 was obtained. When this laser was operated continuously for 24 hours, the stability of the average output was within ± 3%.

(比較例1)
a)YAG単結晶レーザ利得媒質とYAG単結晶受動Qスイッチ素子の研磨面が接合面となるようにして両者を有機系の光学接着剤で接着・一体化すること以外は、実施例1と同様にして、試験を行った。
(Comparative Example 1)
a) Same as Example 1 except that the polished surfaces of the YAG single crystal laser gain medium and the YAG single crystal passive Q switch element are bonded and integrated with an organic optical adhesive. The test was conducted.

b)その結果、パルス幅2ns、平均出力250mW、ビーム品質M<2.1のパルスレーザ出力を得た。このレーザを24時間連続動作させたときの、平均出力の安定度は±10%以内(平均出力も40mW減少)であった。出力の減少とビーム品質の低下は、接着層が熱ダメージを受けたことによるロスの発生およびアライメント変化が原因と推定される。 b) As a result, a pulse laser output having a pulse width of 2 ns, an average output of 250 mW, and a beam quality M 2 <2.1 was obtained. When this laser was operated continuously for 24 hours, the stability of the average output was within ± 10% (the average output was also reduced by 40 mW). The decrease in output and beam quality are presumed to be caused by the occurrence of loss and alignment change due to thermal damage to the adhesive layer.

本発明の一実施形態に係るパルスレーザ発振器の概念図。1 is a conceptual diagram of a pulse laser oscillator according to an embodiment of the present invention. 円錐レンズに入射した励起光が出射した際の光の強度分布を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the intensity distribution of the light when the excitation light which injected into the conical lens inject | emitted. ベッセルビーム化した励起光がアパーチャーにより遮光される様子を説明する概念図。The conceptual diagram explaining a mode that the excitation light made into the Bessel beam is shielded with an aperture. 従来の楕円レンズに入射した励起光が出射した際の光の強度分布を説明する概念図。The conceptual diagram explaining the intensity distribution of the light at the time of the excitation light which injects into the conventional elliptical lens radiate | emitted.

符号の説明Explanation of symbols

1 パルスレーザ発振器
2 励起光源
3 コリメータ
4 光ファイバ
5 固体レーザ媒質
6 ホスト結晶
7 アパーチャー
8 第1の反射鏡
9 第2の反射鏡9
10 円錐レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse laser oscillator 2 Excitation light source 3 Collimator 4 Optical fiber 5 Solid-state laser medium 6 Host crystal 7 Aperture 8 1st reflective mirror 9 2nd reflective mirror 9
10 Conical lens

Claims (5)

励起光を出射する励起光源と、
前記励起光が入射されることで蛍光を発生させる固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質から発生された蛍光を吸収し、吸収に伴って透過率が減少するホスト結晶と、
前記固体レーザ媒質とホスト結晶との間に設けられ、前記固体レーザ媒質で発生した蛍光の前記ホスト結晶に入射する光の光路を制御するアパーチャーと、
前記励起光源と前記固体レーザ媒質との間に設けられた第1の反射鏡と、
前記固体レーザ媒質、前記アパーチャー及び前記ホスト結晶を介して、前記第1の反射鏡に対向して配置された第2の反射鏡と、
前記第1の反射鏡と、前記励起光源との間に設けられ、前記励起光源で発生された前記励起光をベッセルビーム化させて前記固体レーザ媒質に入射させる円錐レンズとを備え、
前記固体レーザ媒質、前記アパーチャー及び前記ホスト結晶は、一体に接合され、前記固体レーザ媒質と前記アパーチャーとの間、及び前記アパーチャーと前記ホスト結晶との間は、直接接合されていることを特徴とするパルスレーザ発振器。
An excitation light source that emits excitation light;
A solid-state laser medium that generates fluorescence when the excitation light is incident;
A host crystal that absorbs fluorescence generated from the solid-state laser medium and has a transmittance that decreases with absorption;
An aperture that is provided between the solid-state laser medium and the host crystal and controls an optical path of light incident on the host crystal of fluorescence generated in the solid-state laser medium;
A first reflecting mirror provided between the excitation light source and the solid-state laser medium;
A second reflecting mirror disposed opposite to the first reflecting mirror via the solid-state laser medium, the aperture and the host crystal;
A conical lens that is provided between the first reflecting mirror and the excitation light source, converts the excitation light generated by the excitation light source into a Bessel beam and enters the solid laser medium;
The solid-state laser medium, the aperture, and the host crystal are integrally bonded, and the solid-state laser medium and the aperture are directly bonded, and the aperture and the host crystal are directly bonded. Pulse laser oscillator.
前記ベッセルビームにより集光する集光領域が前記固体レーザ媒質内に来るように、前記円錐レンズと前記固体レーザ媒質とを配置し、前記ベッセルビームの強度分布がドーナツ状になったところに開口部を有する前記アパーチャーを配置することを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ発振器。 The conical lens and the solid-state laser medium are arranged so that a condensing region for condensing by the Bessel beam is in the solid-state laser medium, and an opening is formed at a place where the intensity distribution of the Bessel beam is in a donut shape. The pulse laser oscillator according to claim 1, wherein the aperture having the following is arranged. 前記アパーチャーは、前記励起光を反射させる金属材料で構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載のパルスレーザ発振器。 The pulse laser oscillator according to claim 1, wherein the aperture is made of a metal material that reflects the excitation light. 前記固体レーザ媒質及び前記ホスト結晶は、セラミックス材料で構成されることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載のパルスレーザ発振器。 4. The pulse laser oscillator according to claim 1, wherein the solid-state laser medium and the host crystal are made of a ceramic material. 5. 前記固体レーザ媒質、前記アパーチャー及び前記ホスト結晶との直接接合は、拡散接合、または一体焼成により行われることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載のパルスレーザ発振器。 5. The pulse laser oscillator according to claim 1, wherein the solid laser medium, the aperture, and the host crystal are directly bonded by diffusion bonding or integral firing. 6.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013508987A (en) * 2009-10-26 2013-03-07 バイオレイズ,インク. High power radiation source including active medium housing
WO2013168587A1 (en) * 2012-05-09 2013-11-14 三菱電機株式会社 Passive q-switch element and passive q-switch laser device
JP2014003262A (en) * 2012-06-18 2014-01-09 Korea Electrotechnology Research Inst Laser device using anisotropic laser crystal
TWI581886B (en) * 2015-12-11 2017-05-11 財團法人金屬工業研究發展中心 Microstructure fabrication apparatus

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013508987A (en) * 2009-10-26 2013-03-07 バイオレイズ,インク. High power radiation source including active medium housing
US8588268B2 (en) 2009-10-26 2013-11-19 Biolase, Inc. High power radiation source with active-media housing
WO2013168587A1 (en) * 2012-05-09 2013-11-14 三菱電機株式会社 Passive q-switch element and passive q-switch laser device
CN104272537A (en) * 2012-05-09 2015-01-07 三菱电机株式会社 Passive Q-switch element and passive Q-switch laser device
JP5734511B2 (en) * 2012-05-09 2015-06-17 三菱電機株式会社 Passive Q switch element
US9337609B2 (en) 2012-05-09 2016-05-10 Mitsubishi Electric Corporation Passively Q-switched element and passively Q-switched laser device
JP2014003262A (en) * 2012-06-18 2014-01-09 Korea Electrotechnology Research Inst Laser device using anisotropic laser crystal
TWI581886B (en) * 2015-12-11 2017-05-11 財團法人金屬工業研究發展中心 Microstructure fabrication apparatus

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