JP2014229813A

JP2014229813A - レーザ増幅器及びレーザ発振器

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Publication number: JP2014229813A
Application number: JP2013109755A
Authority: JP
Inventors: 拓哉高崎; Takuya Takasaki; 洋次郎渡辺; Yojiro Watanabe; 武司崎村; Takeshi Sakimura; 柳澤　隆行; Takayuki Yanagisawa; 隆行柳澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP6210732B2

Abstract

【課題】励起光源１で生成され、レンズ２で集光された励起光Ｒを平面導波路３へ臨界角以下となる条件かつ平面導波路３内部で全反射する条件下で、励起光Ｒと平面導波路３の結合効率の低下を防止する。
【解決手段】第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源１と、前記第一の励起光が入射されることにより励起され、外部からの入力信号光を増幅して出力する平面導波路３と、前記第一の励起光の一部を反射して前記平面導波路３へ入射させる反射ミラー４とを備えるレーザ増幅器を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体を励起媒質とするレーザ増幅器及びレーザ発振器に関するものである。

固体を励起媒質とするレーザ増幅器及び発振器は、半導体レーザなどの励起光でレーザ媒質を励起し、励起光をレーザ媒質内で増幅させる。ここで、励起とは、レーザ媒質を構成する原子が外部からのエネルギー（ここでは励起光をさす）を吸収することで基底状態にある電子が外側の軌道に遷移することをいう。また、励起した原子は、一定時間後に基底状態に戻る。このときに原子はエネルギー（レーザ光）を放出する。

このとき、固体を励起媒質とするレーザ増幅器及び発振器はレーザ媒質を励起するためにレーザ光源（励起光源）などにより励起光を効率的にレーザ媒質に入射させる必要がある。また、薄板状のレーザ媒質を使う平面導波路型レーザ増幅器及び発振器では、励起光の入射効率を高くするために励起光を薄板状平面導波路の板厚以下に集光して平面導波路に入射させる必要がある。（例えば特許文献１）

一般に、平面導波路型のレーザ増幅器及び発振器は、平面導波路に全反射しない角度で励起光を照射する必要がある。一方で、平面導波路型のレーザ増幅器及び発振器は、平面導波路内においては、励起光を全反射させる必要がある。したがって、これらの条件を満たす角度で励起光を照射することが前提となっている。例えば、屈折率Ｎ₀の媒質から屈折率Ｎ_１の平面導波路へ励起光が入射する場合、平面導波路への入射角θ_０と平面導波路内での屈折角θ_１の関係はＮ₀ｓｉｎθ_０＝Ｎ₁ｓｉｎθ₁（式１）となる。このとき、臨界角θ_Ｃ＝ｓｉｎ^-1 (Ｎ₀/Ｎ₁)（式２）より大きな入射角を持つ励起光は、平面導波路の入射面で反射され平面導波路内に入射されない。一方、平面導波路内では、全反射が条件であるため、反射条件は（π/２−θ₁）＞ｓｉｎ^-1(Ｎ₀/Ｎ₁)（式３）で表される。したがって、平面導波路内の伝播を満たす入射角θ₀の条件はｓｉｎθ₀＜(Ｎ₁/Ｎ₀)ｓｉｎ[π/２−ｓｉｎ^-1(Ｎ₀/Ｎ₁)]（式４）となる。したがって、平面導波路型のレーザ増幅器及び発振器は、励起光を（式４）で表される角度（θ₀）以下で平面導波路に入射する必要がある。

なお、励起光光源から出力される励起光が導波路厚よりも大きな径である時、励起光と平面導波路の結合効率を高めるためにレンズ等を用いて励起光を集光する。このとき、励起光の集光径と、励起光の拡がり角である開口数（ＮＡ：ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅで表され、ここでは「入射角」と同義）はおおよそ反比例の関係を持つ。

再表ＷＯ２００９／０２８０７８

平面導波路は、薄く形成されることにより励起密度を高くすることができるが、薄くなるほど入射される励起光は小さく集光されなければならない。しかし、励起光が小さく集光されると、ＮＡが増大してしまい臨界角を超える励起光成分が多くなり、励起光と平面導波路の結合効率は低くなるという問題があった。

そこで、本発明は、励起光のＮＡを増大させることなく、高い結合効率で平面導波路に励起光を入射させるレーザ増幅器及びレーザ発振器を得ることを目的とする。

本発明に係るレーザ増幅器は、第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源と、前記第一の励起光が入射されることにより励起され、外部からの入力信号光を増幅して出力する平面導波路と、前記第一の励起光の一部を反射して前記平面導波路へ入射させる反射部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るレーザ発振器は、第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源と、前記第一の励起光が入射されることにより励起され、内部で発生したレーザ光を増幅して出力する平面導波路と、前記平面導波路で発生したレーザ光を反射して前記平面導波路に戻す共振用反射ミラーと、前記平面導波路で増幅されたレーザ光の一部を外部に出力する共振用出力ミラーと、前記第一の励起光の一部を反射して前記平面導波路へ入射させる反射部とを備えることを特徴とする。

本発明のレーザ増幅器及び発振器によれば、励起光を平面導波路の板厚以下に集光する必要がなく、小さなＮＡで励起光と平面導波路を高い結合効率で励起することができる。

実施の形態１に係るレーザ増幅器を示す図。実施の形態１に係る平面導波路による入力信号光の増幅を説明する図。実施の形態２に係るレーザ増幅器を示す図。実施の形態３に係るレーザ増幅器を示す図。実施の形態４に係るレーザ増幅器を示す図。実施の形態５に係るレーザ増幅器を示す図。実施の形態６に係るレーザ発振器を示す図。

実施の形態１．
以下、図１、図２を用いて実施の形態１に係るレーザ増幅器について説明する。図１は実施の形態１に係るレーザ増幅器を示す図である。図２は実施の形態１に係る平面導波路による入力信号光の増幅を説明する図である。

実施の形態１に係るレーザ増幅器は、励起光源１（第一の励起光源）、レンズ２、平面導波路３、反射ミラー４（反射部）から構成される。

励起光源１は平面導波路３を励起するための励起光Ｒ（第一の励起光）を生成する。また、励起光源１は後述する平面導波路３の励起光Ｒが入射する面３ａに対して励起光Ｒが所定の入射角を有するように励起光Ｒを斜め上方から照射する。さらに、励起光源１は、平面導波路３を励起する波長を出力できる光源であればよく、半導体レーザなどが用いられる。なお、点線で書かれた矢印は、励起光Ｒの進行方向を示している。

レンズ２は励起光源１から出力された励起光Ｒを集光する。なお、レンズ２は励起光源１から出力され、後述する平面導波路３に照射される励起光Ｒの光路上に配置される。さらに、レンズ２は励起光Ｒを集光できる機能を持つものであればよく、レンズ２の代わりに曲率ミラーなどを用いることもできる。

平面導波路３はレンズ２で集光された励起光Ｒを吸収して励起し、入力信号光を増幅させ、レーザ光Ｒ２として出力する。このとき、入力信号光とはレーザ光Ｒ２の元となる光である。

平面導波路３のレーザ媒質は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅなどが用いられる。また、平面導波路３は図２に示すように六面体に形成される。平面導波路３はレーザ媒質とそのレーザ媒質の周囲の空気等の屈折率の差を利用して、光を平面導波路内に閉じ込めて励起光Ｒを伝搬させる。平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａには、励起光の波長帯の光を反射させない無反射コーティング（ＡＲコーティング：ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇ）が施されている。また、平面導波路３の面３ａと対向する面にも、ＡＲコーティングが施されている。平面導波路３は、面３ａのＡＲコーティングが施された部分から励起光Ｒが入射され、励起光Ｒによりレーザ媒質が励起される。また、平面導波路３の面３ｅと面３ｆには、入力信号光に対するＡＲコーティングと、入力信号光を全反射させる反射コーティング（ＨＲコーティング：ｈｉｇｈｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇ）が施される。面３ｅのＡＲコーティングが施された部分から入力された入力信号光は、面３ｅと面３ｆのＨＲコーティング間で多重反射されて増幅され、面３ｆのＡＲコーティングが施された部分からレーザ光Ｒ２として出力される。

反射ミラー４はレンズ２で集光された励起光Ｒの一部を反射して平面導波路３へ入射させる。また、反射ミラー４は平面導波路３より下方であって、一部が励起光源１側に突出するように設けられ、励起光Ｒを反射させる面４ａ（反射面）が平面導波路３の面３ａと垂直となるように設けられている。さらに、反射ミラー４の反射面４ａは励起光Ｒの波長帯の光を反射させるＨＲコーティングが施されている。

次に、図１、図２を用いて実施の形態１に係るレーザ増幅器の動作について説明する。なお、以下の説明において、レンズ２によって集光された励起光Ｒの一部が面３ａに入射されずに面３ａの下方に照射されている例を用いて説明する。

励起光源１によって生成された励起光Ｒはレンズ２によって集光される。集光された励起光Ｒの一部は、ＡＲコーティングが施された面３ａより直接平面導波路３に入射する。このとき、平面導波路３に入射する励起光Ｒが臨界角以下で平面導波路３内に入射するように、励起光源１の照射方向及び面３ａの形成角は調整される。面３ａから平面導波路３に入射された励起光Ｒの一部は、平面導波路３内で、平面導波路３の面３ｂと面３ｃで、平面導波路３の屈折率Ｎ₀と平面導波路３の周囲の屈折率Ｎ₁との屈折率差を用いた反射により、平面導波路３内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路３を励起する。

一方、レンズ２によって集光され、平面導波路３の面３ａに直接照射されない励起光Ｒの一部は、反射ミラー４による反射により進行方向を変え、平面導波路３に向かい、平面導波路３の面３ａから平面導波路３に入射する。このとき、反射ミラー４によって反射される励起光Ｒは、励起光源１の照射方向より、平面導波路３の臨界角以下となるように調整される。平面導波路３の面３ａから入射された励起光Ｒは、平面導波路３内で、平面導波路３の面３ｂと面３ｃで、平面導波路３の屈折率Ｎ₀と平面導波路３と接する空気等の屈折率Ｎ₁との屈折率差を用いた反射により、平面導波路３内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路３のレーザ媒質を励起する。

平面導波路３は、励起光Ｒ及び励起光Ｒａにより励起されて反転分布状態（レーザ媒質内の基底状態の原子の数よりも励起状態の原子の数が多い状態）となった場合に、外部から入力信号光が平面導波路３の面３ｅに照射されることによって入力信号光の光を増幅してレーザ光Ｒ２として面３ｆから出力する。以上で実施の形態１に係るレーザ増幅器の動作は終了する。

なお、実施の形態１に係る平面導波路３は六面体で形成されるものとしたが、これに限られるものではなく、励起光Ｒを閉じ込めてレーザ媒質を励起できる形状であればよく、例えば、平面導波路３の一部が面取りされていてもよい。同様に、平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａと、面３ａに接する面３ｂ、面３ｃは面３ａに対して必ずしも垂直でなくても良い。さらに、平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａに接する面３ｂと面３ｃは互いに必ずしも平行でなくても良い。

また、実施の形態１に係るレーザ増幅器において、励起光Ｒを平面導波路３に効率よく入射させるため、平面導波路３の面３ａにＡＲコーティングを施した。しかし、平面導波路３は励起光Ｒによって励起されることで熱を発生するため、ＡＲコーティングが損傷するおそれがある。したがって、実施の形態１に係るレーザ増幅器は、ＡＲコーティングに代えて、平面導波路３の面３ａの一部を光を全反射させないブリュースタ角に形成されるものとしてもよい。平面導波路３の面３ａをブリュースタ角に形成することで、ＡＲコーティングが不要となり、ＡＲコーティングの損傷による不具合を改善することができる。

以上のように、実施の形態１に係るレーザ増幅器は、平面導波路３の下方かつ面３ａより励起光源１側に突出させた位置に反射ミラー４が配置され、レンズ２で集光された励起光Ｒのうち、平面導波路３に直接入射されない励起光Ｒを反射ミラー４によって反射して平面導波路３に入射させるようにしたので、レンズ２で励起光Ｒを平面導波路３の厚さ以下に集光する必要がなく、励起光ＲのＮＡを大きく保ち、励起光Ｒと平面導波路３の結合効率を高めることが可能となる。

実施の形態２．
以下、図３を用いて実施の形態２に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図３は実施の形態２に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態１のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。また、以下の説明において、入力信号光及びレーザ光Ｒ２は、図１と同様であるものとして図示を省略する。

実施の形態２に係るレーザ増幅器において、励起光源１は照射した励起光Ｒが平面導波路３の面３ａに垂直に入射する位置に配置される。また、反射ミラー４は反射面４ａを平面導波路３の面３ａに対して垂直から励起光源１側へ向くように設置されることを特徴とする。なお、実施の形態２に係るレーザ増幅器はレンズ２を備えていない。

次に、図３を用いて実施の形態２に係るレーザ増幅器の動作について説明する。

まず、励起光源１によって生成された励起光Ｒは平面導波路３の面３ａに対して垂直に入射するように平面導波路３に照射される。したがって、励起光源１が配置される位置は励起光源１が励起光Ｒを照射する面と平面導波路３の面３ａとが対向する位置となる。励起光Ｒの一部は、ＡＲコーティングが施された面３ａより直接平面導波路３に入射する。面３ａから平面導波路３に入射された励起光Ｒは、平面導波路３内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路３のレーザ媒質を励起する。

一方、平面導波路３の面３ａに直接照射されない励起光Ｒの一部は、反射ミラー４による反射により進行方向を変え、平面導波路３に向かい、平面導波路３の面３ａから平面導波路３に入射する。このとき、反射ミラー４によって反射される励起光Ｒは、反射ミラー４の配置角度の調整により、平面導波路３の臨界角以下となるように面３ａへ照射される。平面導波路３の面３ａから入射された励起光Ｒの一部は、平面導波路３内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路３のレーザ媒質を励起する。

なお、実施の形態２に係るレーザ増幅器においても、平面導波路３は六面体に限られるものではなく、励起光Ｒを閉じ込めてレーザ媒質を励起できる形状であればよい。例えば、平面導波路３の一部が面取りされていてもよいし、平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａと、面３ａに接する面３ｂ、面３ｃは面３ａに対して必ずしも垂直でなくても良い。さらに、平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａに接する面３ｂと面３ｃは互いに必ずしも平行でなくても良い。

さらに、実施の形態２に係るレーザ増幅器において、励起光源１は励起光Ｒが平面導波路３の面３ａに対して垂直方向に入射するように配置され、反射ミラー４は、反射面４ａが励起光源１に向くように配置されているので、励起光Ｒを集光するレンズ２が不要となり部品数を削減することができる。

実施の形態３．
以下、図４を用いて実施の形態３に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図４は実施の形態３に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態１のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。また、以下の説明において、入力信号光及びレーザ光Ｒ２は、図１と同様であるものとして図示を省略する。

実施の形態３に係るレーザ増幅器は、図４Ａに示すように、反射ミラー４の代わりに励起光Ｒを回折する回折格子５を備えている。また、回折格子５は平面導波路３より下方であって、励起光Ｒを回折させる面５ａ（回折面）が平面導波路３の面３ａと垂直となるように配置されている。回折格子５は光が入射角θ_iで入射されると、回折効果によりθ_ｄ方向に光を反射させる。

次に、図４を用いて実施の形態３に係るレーザ増幅器の動作について説明する。

まず、励起光源１によって生成された励起光Ｒは集光されずに回折格子５に入射される。また、励起光Ｒは入射角θ_iで回折格子５に入射される。励起光Ｒは回折格子５で回折されて、回折格子５に対して回折角θ_dで反射される。θ_ｉとθ_ｄの大きさが異なる場合、回折前の励起光Ｒの径に対し、回折後の励起光Ｒの径はｓｉｎ（θ_ｉ）／ｓｉｎ（θ_ｄ）となる。したがって、回折格子５は、θ_ｉ＜θ_ｄとなるように面５ａが設計されることで、回折前の励起光Ｒの径よりも、回折後の励起光Ｒの径を小さくすることができる。

励起光源１によって生成され、回折格子５によって回折されてビーム径が小さくなった励起光Ｒは、平面導波路３の面３ａから平面導波路３に入射する。このとき回折格子５によって回折される励起光Ｒは、回折格子５の回折面が調整されることによって平面導波路３の臨界角以下で入射される。面３ａから平面導波路３に入射した励起光Ｒは、平面導波路３内で、平面導波路３の面３ｂと面３ｃで、平面導波路３の屈折率Ｎ₀と平面導波路３の周囲の屈折率Ｎ₁との屈折率差を用いた反射により、平面導波路３内に閉じ込められて伝搬し、平面導波路３を励起する。

なお、実施の形態３に係るレーザ増幅器において、図４Ａでは反射型の回折格子５について説明したが、回折格子５は励起光Ｒを回折できるものであればよく、図４Ｂに示すように透過型の回折格子５を用いてもよい。

また、実施の形態３に係るレーザ増幅器においても、平面導波路３は六面体に限られるものではなく、励起光Ｒを閉じ込めてレーザ媒質を励起できる形状であればよい。例えば、平面導波路３の一部が面取りされていてもよいし、平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａと、面３ａに接する面３ｂ、面３ｃは面３ａに対して必ずしも垂直でなくても良い。さらに、平面導波路３の励起光Ｒが入射される面３ａに接する面３ｂと面３ｃは互いに必ずしも平行でなくても良い。

以上のように、実施の形態３に係るレーザ増幅器は、反射ミラー４に代えて回折格子５を備え、励起光Ｒを回折して平面導波路３に入射させるので、励起光Ｒを集光するためのレンズ２を用いることなく、励起光Ｒの径を小さくすることができる。よって、部品点数を削減することができる。

実施の形態４．
以下、図５を用いて実施の形態４に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図５は実施の形態４に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態１のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態４に係るレーザ増幅器は、複数の励起光源と複数のレンズを備えたことを特徴とする。具体的には、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、平面導波路３を励起するための励起光Ｒを生成する励起光源１に加えて励起光源１ａ（第二の励起光源）と、励起光Ｒを集光する複数のレンズ２に加えてレンズ２ａ（第二の反射部）とを備えている。さらに、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、平面導波路３の下方に平面導波路３の面積よりも広い反射ミラー４を励起光源１側及び励起光源１ａ側に突出するように配置することによって、励起光Ｒの一部を反射する。なお、反射ミラー４の設置角度は平面導波路３の面３ｃと反射ミラー４の反射面との角度で調整できるので、高い精度での角度配置が可能である。

次に、図５を用いて実施の形態４に係るレーザ増幅器の動作について説明する。

まず、励起光源１によって生成された励起光Ｒが平面導波路３を励起する動作については、図１に示したレーザ増幅器と同様の動作であるため省略する。

励起光源１ａによって生成された励起光Ｒａはレンズ２ａによって集光される。励起光Ｒａの一部は、ＡＲコーティングが施された面３ｄより平面導波路３に入射される。このとき、平面導波路３に入射する励起光Ｒａが臨界角以下で平面導波路３内に入射するように、励起光源１ａの照射方向及び面３ｄの形成角は調整される。面３ｄから平面導波路３に入射された励起光Ｒａは、平面導波路３内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路３のレーザ媒質を励起する。

レンズ２ａで集光された励起光Ｒａのうち、平面導波路３の面３ｄに直接照射されなかった励起光Ｒａの一部は、反射ミラー４により反射され、進行方向の角度を変えて平面導波路３に向かい、平面導波路３の面３ｄより平面導波路３に入射される。このとき、反射ミラー４によって反射される励起光Ｒａは、励起光源１ａの照射方向により、平面導波路３の面３ａに対して臨界角以下となるように照射される。反射ミラー４によって反射され平面導波路３の面３ｄから入射された励起光Ｒは、平面導波路３内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路３のレーザ媒質を励起する。

平面導波路３は、励起光Ｒ及び励起光Ｒａにより励起されて反転分布状態となった場合に、外部から入力信号光が平面導波路３の面３ｅに照射されることによって入力信号光の光を増幅してレーザ光Ｒ２として面３ｆから出力する。

なお、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、平面導波路３の面３ａに励起光Ｒ、面３ｄに励起光Ｒａを入射させるものとしたが、これに限られず、六面体である平面導波路３の面３ｂと面３ｃ以外の４面のいずれからでも励起光Ｒ及び励起光Ｒａを入射させることが可能である。

また、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、六面体である平面導波路３の面３ｂと面３ｃ以外の面であれば、励起光源１及び励起光源１ａに追加してさらに励起光源を配置し、励起光を入射させる構成としてもよい。

さらに、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、入力信号光を平面導波路３の面３ｅから入射させ面３ｄからレーザ光Ｒ２として出力させるものとしたが、これに限られず、六面体である平面導波路３の６面のいずれからでも入力信号光を入射させ、レーザ光Ｒ２として出力させることが可能である。

また、実施の形態４に係るレーザ増幅器において、反射ミラー４に代えて回折格子５を用いてもよい。この場合、図４に示したレーザ増幅器と同様、励起光Ｒを集光するためのレンズ２を用いることなく、励起光Ｒの径を小さくすることができる。よって、部品点数を削減することができる。

さらに、実施の形態４に係るレーザ増幅器において、図３に示した反射ミラー４のように、反射ミラー４を傾ける構成としてもよい。なお、このように構成した場合には、励起光源１側の反射面４ａは、励起光源１の励起光Ｒが照射される向きに傾けられ、励起光源１ａ側の反射面４ａは、励起光源１ａの励起光Ｒが照射される向きに傾けられる。この場合も、図３に示したレーザ増幅器と同様、励起光Ｒを集光するレンズ２が不要となり部品数を削減することができる。

以上のように、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、複数の励起光源１、１ａから照射される励起光Ｒ、Ｒａを反射ミラー４で反射させて進行方向を変化させ、平面導波路３に入射させることができるので、励起光Ｒと平面導波路３の結合効率をさらに高めることが可能となる。

また、実施の形態４に係るレーザ増幅器は、平面導波路３の面積よりも広い一枚の反射ミラー４で複数の励起光Ｒ、Ｒａを反射させるため、反射ミラー４を複数設けた場合に比べて反射ミラー４の数を削減することができる。

実施の形態５．
以下、図６を用いて実施の形態５に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図６は実施の形態５に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態１のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。また、以下の説明において、入力信号光及びレーザ光Ｒ２は、図１と同様であるものとして図示を省略する。

実施の形態５に係るレーザ増幅器は、反射ミラー４の内部に冷却水を流す溝が形成され、この溝に冷媒管６が設けられている。

次に、図６を用いて実施の形態５に係るレーザ増幅器の動作について説明する。

励起光源１によって生成され、レンズ２によって集光され、平面導波路３の面３ａに直接照射された励起光Ｒと、面３ａに直接照射されず、反射ミラー４により反射されて面３ａに照射された励起光Ｒは面３ａより平面導波路３に入射する。

平面導波路３は励起光Ｒを吸収して熱を発生する。

平面導波路３と接触する反射ミラー４内の溝に設けられた冷媒管６は、内部に冷却水が流されて反射ミラー４を冷却する。このように、冷媒管６は励起光Ｒの吸収によって発熱した平面導波路３の温度を間接冷却により下げることができる。

なお、実施の形態５に係るレーザ増幅器において、反射ミラー４は熱伝導率の高い金属が用いられることにより、より冷却効果が高められる。さらに、平面導波路３と反射ミラー４は熱伝導性の高い接着剤やはんだで固定されることで、より冷却効果が高められる。

また、実施の形態５に係るレーザ増幅器において、反射ミラー４内の溝に設けられた冷媒管６に冷却水を流して平面導波路３を冷却する構成を説明したが、これに限らず、反射ミラー４に突起を付けて表面積を広くし、放熱効果を高めることによって間接冷却してもよい。

さらに、実施の形態５に係るレーザ増幅器の反射ミラー４は、図１及び図３から図５に記載したレーザ増幅器にも適用することができる。

また、実施の形態５に係るレーザ増幅器の反射ミラー４は、冷却水を用いて冷却効果を得たが、これに限らず、冷却効果を有する冷媒であればよい。

実施の形態６．
以下、図７を用いて実施の形態６に係るレーザ発振器の構成について説明する。図７は実施の形態６に係るレーザ発振器を説明する図である。なお、以下の説明において、実施の形態１のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図１と同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態６に係るレーザ発振器は、図１に記載したレーザ増幅器をレーザ発振器に適用したものである。レーザ発振器とは、レーザ媒質を２枚の反射ミラーで挟み込み、その間で光を往復させることにより、増幅されたレーザ光Ｒ２を片側の反射ミラーからレーザ光として出力する装置である。また、実施の形態６に係るレーザ発振器は、２枚の反射ミラーとして、共振用反射ミラー８、共振用出力ミラー９を備える。

共振用反射ミラー８は、励起光Ｒを透過し、レーザ光Ｒ２を反射する。共振用反射ミラー８は、後述する共振用出力ミラー９と平面導波路３を挟んで対向する位置に設けられる。

共振用出力ミラー９は励起光Ｒを透過させ、増幅されたレーザ光Ｒ２の一部を外部に出力する。共振用出力ミラー９は平面導波路３を挟んで対向する位置に設けられる。

以下、図７を用いて実施の形態６に係るレーザ発振器の動作について説明する。

まず、励起光源１によって生成され、レンズ２によって集光され、平面導波路３の面３ａに直接照射された励起光Ｒと、面３ａに直接照射されず、反射ミラー４により反射されて面３ａに照射された励起光Ｒは面３ａから平面導波路３に入射する。

平面導波路３に入射された励起光Ｒは平面導波路３を励起する。

レーザ光Ｒ２は、平面導波路３を介して共振用反射ミラー８と共振用出力ミラー９との間を往復する間に増幅され、指向性のよいレーザ光となる。レーザ光Ｒ２の一部は共振用出力ミラー９からレーザ発振器外部に放出される。

なお、実施の形態６に係るレーザ発振器において、共振用反射ミラー８は面３ａ側に、共振用出力ミラー９は面３ｄ側に設けるものとしたが、これに限られず、共振用反射ミラー８を面３ｄ側に、共振用出力ミラー９を面３ａ側に設けてもよい。

また、実施の形態６に係るレーザ発振器において、共振用反射ミラー８は面３ａ側に、共振用出力ミラー９は面３ｄ側に設けられることとしたが、平面導波路３を介して互いに対向する位置に設けられればよい。

また、実施の形態６に係るレーザ発振器は、図１及び図３から図６に示したレーザ増幅器の構成を適用することも可能である。なお、実施の形態６に係るレーザ発振器に図１及び図３から図６に示したレーザ増幅器の構成を適用した場合、入力信号光は不要である。

以上のように、実施の形態６に係るレーザ発振器は、共振用反射ミラー８及び共振用出力ミラー９を平面導波路３を介して互いに対向するように設けたので、レーザ発振器として使用することができる。

１レーザ光源、２レンズ、３平面導波路、４反射ミラー、５回折格子、６冷媒管、８共振用反射ミラー、９共振用出力ミラー

Claims

第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源と、
前記第一の励起光が入射されることにより励起され、外部からの入力信号光を増幅して出力する平面導波路と、
前記第一の励起光の一部を反射して前記平面導波路へ入射させる反射部と
を備えるレーザ増幅器。
第二の励起光を生成し、該第二の励起光を前記平面導波路の前記第一の励起光が入射される面以外の面に出力する第二の励起光源を備え、
前記反射部は、
前記第二の励起光の一部を反射して前記平面導波路へ入射させ、
前記平面導波路は、
前記第二の励起光が入射されて励起されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅器。
前記第一の励起光源は、
前記第一の励起光が入射される面に対して垂直に該第一の励起光を入射させ、
前記反射部は、
前記第一の励起光を反射する反射面が前記平面導波路の前記第一の励起光が入射される面と垂直な位置より前記第一の励起光源の方向へ傾けて配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ増幅器。
前記反射部は、内部に冷媒が流れる溝を有し、前記平面導波路を冷却することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザ増幅器。
前記反射部は、反射ミラーであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ増幅器。
前記反射部は、回折格子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ増幅器。
第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源と、
前記第一の励起光が入射されることにより励起され、内部で発生したレーザ光を増幅して出力する平面導波路と、
前記平面導波路で発生したレーザ光を反射して前記平面導波路に戻す共振用反射ミラーと、
前記平面導波路で増幅されたレーザ光の一部を外部に出力する共振用出力ミラーと、
前記第一の励起光の一部を反射して前記平面導波路へ入射させる反射部と
を備えるレーザ発振器。
第二の励起光を生成し、該第二の励起光を前記平面導波路の前記第一の励起光が入射される面以外の面に出力する第二の励起光源を備え、
前記反射部は、
前記第二の励起光の一部を反射して前記平面導波路へ入射させ、
前記平面導波路は、
前記第二の励起光が入射されて励起されることを特徴とする請求項７に記載のレーザ発振器。
前記第一の励起光源は、
前記第一の励起光が入射される面に対して垂直に該第一の励起光を入射させ、
前記反射部は、
前記第一の励起光を反射する反射面が前記平面導波路の前記第一の励起光が入射される面と垂直な位置より前記励起光源の方向へ傾けて配置されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のレーザ発振器。
前記反射部は、内部に冷媒が流れる溝を有し、前記平面導波路を冷却することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載のレーザ発振器。
前記反射部は、反射ミラーであることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載のレーザ発振器。
前記反射部は、回折格子であることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載のレーザ発振器。