JP2017005069A - Laser equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser apparatus.
特許文献1には、レーザ装置が記載されている。このレーザ装置は、励起光源と、励起光源からの励起光を受けてパルスレーザ光を発振するレーザと、レーザからのパルスレーザ光を増幅する光増幅器と、を備えている。光増幅器は、利得媒質と、上記の励起光源とは別の励起光源と、を含む。レーザから発振されたパルスレーザ光は、光増幅器の利得媒質において、光増幅器の励起光源からの励起光と結合される。これにより、増幅されたパルスレーザ光が生成される。 Patent Document 1 describes a laser device. This laser device includes an excitation light source, a laser that receives excitation light from the excitation light source and oscillates pulse laser light, and an optical amplifier that amplifies the pulse laser light from the laser. The optical amplifier includes a gain medium and a pumping light source different from the pumping light source. The pulsed laser light oscillated from the laser is combined with the excitation light from the excitation light source of the optical amplifier in the gain medium of the optical amplifier. As a result, amplified pulsed laser light is generated.
現在、レーザ光の高出力化及び高ビーム品質化が求められている。そのためには、例えば、低出力ではあるが高品質な種光を生成し、その種光を増幅することにより高出力化することが考えられる。上記のレーザ装置を例にとると、レーザの励起光源の駆動電流を小さくして励起光の光強度を抑えると共に、光増幅器の励起光源の駆動電流を大きくして励起光の光強度を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、互いに異なる駆動電流を生成するための2系統の電源装置が必要となる。2系統の電源装置を用いると、コストの大幅な増加、及び、装置全体の大型化が避けられない。 Currently, there is a demand for higher output of laser light and higher beam quality. For this purpose, for example, it is conceivable to generate high-quality seed light with low output, and to increase the output by amplifying the seed light. Taking the above laser device as an example, the drive current of the laser excitation light source is reduced to suppress the light intensity of the excitation light, and the drive current of the excitation light source of the optical amplifier is increased to increase the light intensity of the excitation light. It is possible. However, in this case, two power supply devices for generating different drive currents are required. When two power supply apparatuses are used, a significant increase in cost and an increase in the size of the entire apparatus cannot be avoided.
本発明は、大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光の高出力化及び高ビーム品質化が可能なレーザ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser device capable of increasing the output power and the beam quality while suppressing an increase in size and cost.
本発明は、第1の励起光を出力する第1の励起光源と、第1の励起光源に電気的に直列に接続され、第2の励起光を出力する第2の励起光源と、第1の励起光源及び第2の励起光源に駆動電流を供給する電源部と、第1の励起光を受けて放出光を発生させるレーザ媒質、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる可飽和吸収体、第1の励起光を透過させる第1の反射部、及び、レーザ媒質と可飽和吸収体を共振光路上に有して放出光を共振させるレーザ共振器を第1の反射部と共に構成する第2の反射部が一体化されてなり、放出光の一部を種光として出力するレーザ発振部と、第1の励起光をレーザ発振部に向けて集光する集光部と、第2の励起光及び種光を入射して種光を増幅する第1のアンプ媒質と、第1の励起光の光軸上において第1の励起光源と集光部との間に配置され、第1の励起光の一部を遮る遮光部材と、を備える。 The present invention includes a first excitation light source that outputs first excitation light, a second excitation light source that is electrically connected in series to the first excitation light source and outputs second excitation light, Power supply unit for supplying a driving current to the first excitation light source and the second excitation light source, a laser medium for generating emission light upon receiving the first excitation light, and a saturable absorber whose light absorption rate is reduced by saturation of light absorption A first reflector that transmits the first excitation light, and a laser resonator that has a laser medium and a saturable absorber on the resonance optical path to resonate the emitted light together with the first reflector. A laser oscillating unit that outputs a part of the emitted light as seed light, a condensing unit that condenses the first excitation light toward the laser oscillating unit, and a second A first amplifier medium that amplifies the seed light by entering the excitation light and the seed light; and a first amplifier medium on the optical axis of the first excitation light. It is disposed between the excitation light source and the condenser portion of provided with a light blocking member for blocking a part of the first excitation light.
このレーザ装置においては、第1の励起光源から出力されてレーザ発振部に入射する第1の励起光の一部が、遮光部材により遮られる(カットされる)。このため、第1及び第2の励起光源に実質的に同等な駆動電流を供給した場合であっても、第1のアンプ媒質には相対的に高い光強度の第2の励起光を入射させつつ、レーザ発振部に入射する第1の励起光の光強度を低下させることができる。このため、このレーザ装置によれば、高ビーム品質な種光を十分に増幅することによって、出力光の高出力化をすることができる。特に、このレーザ装置においては、上記の通り高ビーム品質の種光を高出力化するに際して、第1及び第2の励起光源に対して実質的に同等な駆動電流を供給することができる。このため、複数の系統の電源装置を用意する必要がなく、大型化及びコスト増加が抑えられる。 In this laser apparatus, a part of the first excitation light output from the first excitation light source and incident on the laser oscillation unit is blocked (cut) by the light shielding member. For this reason, even when substantially the same drive current is supplied to the first and second excitation light sources, the second excitation light having a relatively high light intensity is incident on the first amplifier medium. In addition, the light intensity of the first excitation light incident on the laser oscillation unit can be reduced. For this reason, according to this laser device, the output light can be increased by sufficiently amplifying the high-beam quality seed light. In particular, in this laser apparatus, substantially the same drive current can be supplied to the first and second excitation light sources when increasing the output of high-beam quality seed light as described above. For this reason, it is not necessary to prepare a plurality of power supply devices, and an increase in size and cost can be suppressed.
本発明に係るレーザ装置においては、遮光部材は、第1の励起光の一部を遮る遮光部と、遮光部に設けられ第1の励起光の残部を通過させる通過部と、を含んでもよい。この場合、通過部の形状を適宜設定することにより、第1の励起光のビーム形状を制御することが可能となる。よって、種光のビーム品質をより向上可能である。 In the laser apparatus according to the present invention, the light shielding member may include a light shielding part that shields a part of the first excitation light and a passage part that is provided in the light shielding part and allows the remaining part of the first excitation light to pass therethrough. . In this case, the beam shape of the first excitation light can be controlled by appropriately setting the shape of the passing portion. Therefore, the beam quality of the seed light can be further improved.
本発明に係るレーザ装置においては、通過部は、第1の励起光の光軸方向からみて円形状をなすように遮光部に設けられた開口であってもよい。この場合、第1の励起光のビーム形状を円形状に整形することができる。 In the laser apparatus according to the present invention, the passage portion may be an opening provided in the light shielding portion so as to form a circular shape when viewed from the optical axis direction of the first excitation light. In this case, the beam shape of the first excitation light can be shaped into a circular shape.
本発明に係るレーザ装置においては、遮光部材は、第1の励起光の光軸に交差する所定の方向における一方側の第1の励起光の一部を遮ると共に、所定の方向における他方側の第1の励起光の残部を通過させてもよい。この場合、例えば第1の励起光源がレーザダイオードアレイであるとき、所定の方向をそのアレイ方向に対応付ければ、レーザダイオードアレイにおける熱的に安定したアレイ方向外側の部分からのレーザ光を、第1の励起光の残部としてレーザ発振部に入射させることができる。このため、種光のビーム品質を向上可能である。 In the laser apparatus according to the present invention, the light blocking member blocks a part of the first excitation light on one side in a predetermined direction intersecting the optical axis of the first excitation light, and on the other side in the predetermined direction. You may let the remainder of 1st excitation light pass. In this case, for example, when the first excitation light source is a laser diode array, if a predetermined direction is associated with the array direction, the laser light from the thermally stable portion outside the array direction in the laser diode array is The remaining portion of the excitation light of 1 can be incident on the laser oscillation unit. For this reason, the beam quality of seed light can be improved.
本発明に係るレーザ装置においては、遮光部材は、第1の励起光の一部を反射する反射部を含み、反射部により反射された第1の励起光の一部は、第2の励起光と共にアンプ媒質に入射されてもよい。この場合、アンプ媒質に入射する励起光の光強度を向上することができる。 In the laser apparatus according to the present invention, the light shielding member includes a reflection part that reflects a part of the first excitation light, and the part of the first excitation light reflected by the reflection part is the second excitation light. At the same time, it may be incident on the amplifier medium. In this case, the light intensity of the excitation light incident on the amplifier medium can be improved.
本発明に係るレーザ装置は、第1の励起光源及び第2の励起光源に電気的に直列に接続され、第3の励起光を出力する第3の励起光源と、第1のアンプ媒質で増幅された種光及び第3の励起光を入射し、種光をさらに増幅する第2のアンプ媒質と、をさらに備え、電源部は、第1の励起光源、第2の励起光源、及び、第3の励起光源に駆動電流を供給してもよい。この場合、複数の系統の電源装置を用意することなく、出力光をより高出力化することができる。 A laser apparatus according to the present invention is electrically connected in series to a first excitation light source and a second excitation light source, and is amplified by a third excitation light source that outputs third excitation light, and a first amplifier medium. And a second amplifier medium that further amplifies the seed light. The power supply unit includes a first excitation light source, a second excitation light source, and a second excitation light source. A driving current may be supplied to the three excitation light sources. In this case, the output light can be further increased without preparing a plurality of power supply devices.
本発明によれば、大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光の高出力化及び高ビーム品質化が可能なレーザ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laser device capable of increasing the output light and improving the beam quality while suppressing an increase in size and cost.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
[第1実施形態]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
[First Embodiment]
図1は、第1実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図1に示されるレーザ装置1Aは、例えば、マイクロチップレーザを用いるマイクロチップレーザ装置である。レーザ装置1Aは、励起光源(第1の励起光源)11、励起光源(第2の励起光源)12、電源部13、レーザ発振部14、増幅器15、光学系16,17、ミラー18,19、及び、遮光部材20を備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a laser apparatus according to the first embodiment. A
励起光源11と励起光源12と電源部13とは、互いに電気的に直列に接続されている。励起光源11は、電源部13からの駆動電流により駆動され、レーザ発振部14のための励起光(第1の励起光)L11を出力する。励起光源12は、電源部13からの駆動電流により駆動され、増幅器15のための励起光(第2の励起光)L12を出力する。励起光源11と励起光源12とは、例えば、遅軸方向に沿って配列された複数の活性層を含むレーザダイオードアレイである。
The
ここでのレーザダイオードアレイは、例えば半導体を用いて形成される半導体レーザである。励起光源11と励起光源12とは、一例として、実質的に同一の半導体レーザである。励起光L11及び励起光L12は、例えばパルスレーザ光である。励起光L11の波長及び励起光L12の波長は、一例として808nm程度、もしくは940nm程度である。
The laser diode array here is a semiconductor laser formed using, for example, a semiconductor. For example, the
電源部13は、励起光源11及び励起光源12に一括して駆動電流を供給する。より具体的には、電源部13は、例えば励起光源11の負極及び励起光源12の正極に電気的に接続される。電源部13は、単一の電源装置であって、単一の駆動回路により励起光源11及び励起光源12の駆動電流を生成する。したがって、電源部13は、励起光源11及び励起光源12に実質的に同等な駆動電流を供給する。電源部13は、例えば、励起光源11及び励起光源12にパルス状の駆動電流を供給する。電源部13と励起光源11,12とは直列に接続されているので、励起光源11,12を安定的に動作させることができる。
The
レーザ発振部14は、例えばマイクロチップレーザである。レーザ発振部14は、励起光源11からの励起光L11を入射し、種光(例えばパルスレーザ光)L14を出力する。より具体的には、レーザ発振部14は、反射部(第1の反射部)31、レーザ媒質32、可飽和吸収体33、及び、反射部(第2の反射部)34を含む。反射部31、レーザ媒質32、可飽和吸収体33、及び、反射部34は、励起光L11の光軸に沿って順に配置され、互いに一体化されている。一体化に際しては、例えばダイレクトボンディング(表面活性化接合技術)を用いることができる。
The
レーザ媒質32は、励起光L11を受けて放出光を発生させる。具体的には、レーザ媒質32は、光活性物質を含有している。レーザ媒質32は、励起光L11により光活性物質が励起されることによって、放出光を発生させる。レーザ媒質32は、例えば、Nd:YAG及びYb:YAG等の結晶である。励起光L11の光軸に沿ったレーザ媒質32の厚さは、例えば0.01mm〜1.5mm程度である。レーザ媒質32の放出光の波長は、例えば1064nm程度、もしくは1030nm程度である。
The
可飽和吸収体33は、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる特性を有する。このため、可飽和吸収体33は、レーザ発振部14のレーザ共振器において受動Qスイッチとして機能する。すなわち、可飽和吸収体33は、光強度が小さいときには光吸収率が大きく、光強度がある値を超えると光吸収が飽和して光吸収率が急激に小さくなる。可飽和吸収体33は、例えば、Cr:YAG、V:YAG、又は、GaAs等の結晶である。
The
反射部31は、励起光L11を透過すると共にレーザ媒質32の放出光を反射する。反射部34は、レーザ媒質32の放出光の一部を透過すると共に残部を反射する。反射部34を透過した一部の放出光が、種光L14としてレーザ発振部14から出力される。反射部34は、一例として励起光L11を反射する。
The
レーザ媒質32の放出光の波長に対する反射部34の反射率は、例えば90%程度である。反射部31及び反射部34は、例えば、誘電体多層膜である。反射部31及び反射部34は、レーザ媒質32の放出光を共振させるレーザ共振器を構成している。レーザ媒質32及び可飽和吸収体33は、共振光路上に配置される。すなわち、反射部34は、レーザ媒質32と可飽和吸収体33とを共振光路上に有して放出光を共振させるレーザ共振器を反射部31と共に構成する。
The reflectivity of the
増幅器15は、アンプ媒質(第1のアンプ媒質)15aを含む。アンプ媒質15aは、励起光L12及び種光L14を入射し、種光L14を増幅する。アンプ媒質15aは、励起光L12の入射面となる端面15sと、端面15sと反対側の端面15rと、を含む。端面15sには、反射部(不図示)が設けられている。端面15sの反射部は、励起光L12を透過すると共に種光L14を反射する。一方、端面15rには、少なくとも種光L14の波長に対する無反射コート(ARコート)が施されている。アンプ媒質15aは、例えば、Nd:YAG、Yb:YAG、又は、Nd:YVO4等である。増幅器15において増幅された種光L14は、出力光L15として増幅器15から出射される。
The
光学系16は、励起光源11とレーザ発振部14との間に配置されている。光学系16は、コリメータ41、コリメータ42、レンズ43、コリメータ44、及び、レンズ(集光部)45を含む。コリメータ41、コリメータ42、レンズ43、コリメータ44、及び、レンズ45は、励起光L11の光軸上にこの順に配列されている。光学系16は、ビームの形状調整や平行化を行う整形光学系である。
The
コリメータ41は、励起光源11から出力された励起光L11を速軸方向にコリメートする。コリメータ41における励起光L11の光路の後段側には、ローテータ(不図示)が設けられている。ローテータは、コリメータ41からの励起光L11を、その光軸に直交する面内において90°回転させる。コリメータ42は、ローテータから出射した励起光L11を速軸方向(元の遅軸方向)にコリメートする。これにより、励起光L11は、速軸方向及び遅軸方向の両方においてコリメートされる。なお、ローテータを用いずに、コリメータ41から出射した励起光L11を遅軸方向にコリメートするコリメータを用いてもよい。
The
レンズ43は、コリメータ42から出射した励起光L11を遅軸方向に集光する。コリメータ44は、レンズ43から出射した励起光L11を遅軸方向にコリメートする。レンズ45は、コリメータ44から出射した励起光L11を、レーザ発振部14に向けて集光する。ここでは、レンズ45は、励起光L11を速軸方向及び遅軸方向に集光する。励起光L11の集光位置は、レーザ媒質32のレンズ45側の端面32s(共振器の境界面)近傍である。
The
より具体的には、レンズ45は、例えば、励起光L11を、レーザ媒質32の端面32sに集光することができる。この場合、励起光L11のビームスポットのサイズがレーザ媒質32の端面32sで最小となる。このため、種光L14のビーム品質が最良となる。また、レンズ45は、励起光L11を、レーザ媒質32の端面32sよりもレーザ媒質32の内側に集光することができる。この場合、励起光L11とレーザ発振部14の発振モードとの重なる部分が大きくなり、励起光L11の利用率が向上する。
More specifically, the
さらに、レンズ45は、励起光L11を、レーザ媒質32の端面32sよりもレンズ45側(レーザ媒質32の外側)に集光する場合がある。この場合、励起光L11とレーザ発振部14の発振モードの重なる部分が小さくなり、励起損失を任意に調整できる。また、この場合、レーザ媒質32における励起光L11のビームスポットのサイズが大きくなると共に光密度が小さくなり、励起モードの中心部だけが種光L14の発振に寄与する。このため、種光L14のビーム品質と出力とのバランスがよい。
Further, the
種光L14のビーム品質の観点からは、励起光L11をレーザ媒質32の端面32sに集光する場合、励起光L11をレーザ媒質32の外側に集光する場合、励起光L11をレーザ媒質32の内側に集光する場合の順で好ましい態様である。一方、種光L14の高出力化の観点からは、励起光L11をレーザ媒質32の内側に集光する場合、励起光L11をレーザ媒質32の外側に集光する場合、励起光L11をレーザ媒質32の端面32sに集光する場合の順に好ましい態様である。したがって、レンズ45による励起光L11の集光位置は、要求に応じて適宜設定すればよい。
From the viewpoint of the beam quality of the seed light L14, when the excitation light L11 is condensed on the
光学系17は、励起光源12と増幅器15との間に配置されている。光学系17は、コリメータ51、コリメータ52、レンズ53、コリメータ54、及び、レンズ55を含む。コリメータ51、コリメータ52、レンズ53、コリメータ54、及び、レンズ55は、励起光L12の光軸上にこの順に配列されている。光学系17は、ビームの形状調整や平行化を行う整形光学系である。
The
コリメータ51は、励起光源12から出力された励起光L12を速軸方向にコリメートする。コリメータ51における励起光L12の光路の後段側には、ローテータ(不図示)が設けられている。ローテータは、コリメータ51からの励起光L12を、その光軸に直交する面内において90°回転させる。コリメータ52は、ローテータから出射した励起光L12を速軸方向(元の遅軸方向)にコリメートする。これにより、励起光L12は、速軸方向及び遅軸方向の両方においてコリメートされる。なお、ローテータを用いずに、コリメータ51から出射した励起光L12を遅軸方向にコリメートするコリメータを用いてもよい。
The
レンズ53は、コリメータ52から出射した励起光L12を遅軸方向に集光する。コリメータ54は、レンズ53から出射した励起光L12を遅軸方向にコリメートする。レンズ55は、コリメータ54から出射した励起光L12を、増幅器15(アンプ媒質15a)に向けて集光する。ここでは、レンズ55は、励起光L12を速軸方向及び遅軸方向に集光する。励起光L12の集光位置は、例えばアンプ媒質15aの端面15sである。
The
ミラー18及びミラー19は、レーザ発振部14から出力された種光L14を増幅器15に入射させる。より具体的には、ミラー18及びミラー19は、種光L14がアンプ媒質15aの端面15rに入射するように、反射により種光L14の光路を偏向する。
The
遮光部材20は、励起光L11の光路上において、励起光源11とレンズ45との間に設けられる。ここでは、遮光部材20は、コリメータ44とレンズ45との間に配置されている。遮光部材20は、励起光L11の一部Lpを遮る(カットする)ことにより、励起光L11の残部Lrのみをレンズ45及びレーザ発振部14に入射させる。すなわち、遮光部材20は、励起光L11の光強度を低下させてレーザ発振部14(レーザ媒質32及び可飽和吸収体33)に入射させる。
The
図2は、遮光部材を示す模式的な断面図である。図1,2に示されるように、遮光部材20は、励起光L11の一部Lpを遮る遮光部21と、遮光部21に設けられ励起光L11の残部Lrを通過させる通過部22と、を含む。ここでは、一例として、通過部22は、遮光部21に設けられた開口(孔)である。通過部22は、励起光L11の光軸方向からみて、円形状をなしている。したがって、遮光部材20は、全体として環状を呈している。ただし、遮光部材20の全体の形状は、任意に設定することができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the light shielding member. As shown in FIGS. 1 and 2, the
そして、遮光部材20は、例えば、通過部22の中心と励起光L11のビームスポットの中心とが実質的に一致するように配置される。したがって、ここでは、励起光L11の(ビームスポットの)外縁部分が遮光部21により遮られる一部Lpであり、中心部分が通過部22を通過する残部Lrである。遮光部材20は、例えばアパーチャである。
And the
以上のように構成されるレーザ装置1Aにおいては、まず、電源部13から励起光源11及び励起光源12に駆動電流が供給される。これにより、励起光源11から励起光L11が出力されると共に励起光源12から励起光L12が出力される。励起光源11から出力された励起光L11は、遮光部材20によって一部Lpが遮られ、残部Lrがレンズ45に向かう。
In the laser apparatus 1 </ b> A configured as described above, first, a drive current is supplied from the
励起光L11の残部Lrは、レンズ45により集光されてレーザ発振部14に入射する。そして、励起光L11がレーザ媒質32を励起することにより、レーザ発振部14から種光L14が出力される。レーザ発振部14から出力された種光L14は、ミラー18及びミラー19により偏向されて増幅器15に入射する。
The remaining portion Lr of the excitation light L11 is collected by the
一方、励起光源12から出力された励起光L12は、光学系17を通過して増幅器15(アンプ媒質15a)に入射する。すなわち、増幅器15には、励起光L12及び種光L14が入射する。増幅器15に入射した種光L14は、励起光L12のアンプ媒質15aの励起に応じて増幅される。これにより、増幅された種光L14が出力光L15として増幅器15及びレーザ装置1Aから外部に出力される。
On the other hand, the excitation light L12 output from the
以上説明したように、レーザ装置1Aにおいては、励起光源11から出力されてレーザ発振部14に入射する励起光L11の一部Lpが、遮光部材20により遮られる。したがって、励起光源11,12に実質的に同等な駆動電流を供給した場合であっても、増幅器15(アンプ媒質15a)には相対的に高い光強度の励起光L12を入射させつつ、レーザ発振部14に入射する励起光L11の光強度を低下させることができる。このため、レーザ装置1Aによれば、高ビーム品質な種光L14を十分に増幅することによって、出力光L15の高出力化をすることができる。
As described above, in the laser apparatus 1 </ b> A, a part Lp of the excitation light L <b> 11 output from the
特に、レーザ装置1Aにおいては、上記の通り高ビーム品質の種光L14を高出力化するに際して、励起光源11及び励起光源12に対して単一の電源部13により実質的に同等な駆動電流を供給することができる。このため、複数の系統の電源装置を用意する必要がなく、大型化及びコスト増加が抑えられる。すなわち、レーザ装置1Aによれば、大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光L15の高出力化及び高ビーム品質化が可能である。
In particular, in the
また、レーザ装置1Aにおいては、遮光部材20は、励起光L11の一部Lpを遮る遮光部21と、遮光部21に設けられ励起光L11の残部Lrを通過させる通過部22と、を含んでいる。このため、通過部22の形状を適宜設定することにより、励起光L11のビーム形状を制御することが可能となる。よって、種光L14のビーム品質をより向上可能である。
In the
さらに、レーザ装置1Aにおいては、通過部22は、励起光L11の光軸方向からみて円形状をなすように遮光部21に設けられた開口である。このため、励起光L11のビーム形状を円形状に整形することができる。
Furthermore, in the
ここで、レーザ装置1Aにおいては、一例として、コリメータ44を通過したときの励起光L11のビーム径は数mmのオーダーである(例えば1mm)。また、一例として、レンズ45を通過してレーザ発振部14に入射するときの励起光L11のビーム径は、数百μmのオーダーである(例えば100μm)。つまり、励起光L11は、レンズ45によって、10倍程度に絞られることになる。そして、レーザ装置1Aにおいては、そのようにレンズ45により絞る前の大きなビーム径であり且つ平行化された励起光L11に対して、遮光部材20により光量の調整をする。このため、容易且つ高精度に光量の調整が可能である。
[第2実施形態]
Here, in the
[Second Embodiment]
図3は、第2実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図3に示されるように、レーザ装置1Bは、遮光部材20に替えて遮光部材20Bを備える点、及び、ミラー60をさらに備える点でレーザ装置1Aと相違している。レーザ装置1Bのその他の構成は、レーザ装置1Aと同様である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a laser apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the laser device 1 </ b> B is different from the laser device 1 </ b> A in that it includes a
遮光部材20Bは、励起光L11の光路上において、励起光源11とレンズ45との間に設けられる。ここでは、遮光部材20Bは、コリメータ44とレンズ45との間に配置されている。遮光部材20Bは、励起光L11の一部Lpを遮ることにより、励起光L11の残部Lrのみをレンズ45及びレーザ発振部14に入射させる。すなわち、遮光部材20Bは、励起光L11の光強度を低下させてレーザ発振部14(レーザ媒質32及び可飽和吸収体33)に入射させる。
The
遮光部材20Bは、励起光L11の光路の一部に重複するように配置されている。特に、遮光部材20Bは、励起光L11の光軸に交差する所定の方向における一方側の励起光L11の一部Lpを遮ると共に、所定の方向における他方側の励起光L11の残部Lrを通過させる。所定の方向は、励起光源11がレーザダイオードアレイである場合には、そのアレイ方向に対応付けられる。具体的には、ここでは、遮光部材20Bの前段にローテータが設けられるので、所定の方向は、レーザダイオードアレイのアレイ方向を90°回転させた方向とすることができる。
The
一方、ローテータを用いない場合には、所定の方向は、レーザダイオードアレイのアレイ方向とすることができる。これにより、遮光部材20Bは、レーザダイオードアレイにおけるアレイ方向の一方側の部分からの励起光L11の一部Lpを遮ると共に、アレイ方向の他方側の部分からの励起光L11の残部Lrを通過させることになる。つまり、ここでは、レーザダイオードアレイのアレイ方向外側の部分からのレーザ光が、励起光L11の残部Lrとしてレーザ発振部14に入射される。
On the other hand, when the rotator is not used, the predetermined direction can be the array direction of the laser diode array. Thereby, the
また、少なくとも遮光部材20Bの励起光L11との重複部分は、励起光L11の波長の光を反射する反射部とされている。したがって、励起光L11の一部Lpは、その反射部により反射される。すなわち、遮光部材20Bは、励起光L11の一部Lpを反射する反射部を含む。この反射部は、励起光L11の一部Lpを遮る遮光部でもある。
Further, at least the overlapping portion of the
ミラー60は、励起光L12の光路上において、励起光源12とレンズ55との間に設けられている。ここでは、ミラー60は、コリメータ54とレンズ55との間に配置されている。また、ミラー60は、励起光L12に重複しないように配置される(例えば、励起光L12のビームの上方に配置される)。上記の遮光部材20Bは、励起光L11の一部Lpを、このミラー60に向けて反射する。
The
そして、ミラー60は、遮光部材20Bからの励起光L11の一部Lpを、レンズ55に向けてさらに反射する。したがって、ここでは、遮光部材20Bにより反射された励起光L11の一部Lpは、励起光L12と共にレンズ55により集光され、増幅器15(アンプ媒質15a)に入射する。
The
以上説明したように、レーザ装置1Bによれば、励起光L11のビーム形状を円形状に整形できる点を除いて、レーザ装置1Aと同様の効果を奏することができる。また、レーザ装置1Bによれば、遮光部材20Bが、励起光L11の一部Lpを反射する反射部を含む。そして、遮光部材20Bの反射部により反射された励起光L11の一部Lpが、ミラー60によってさらに反射され、励起光L12と共にアンプ媒質15aに入射する。このため、アンプ媒質15aに入射する励起光の光強度の向上により、種光L14を確実に増幅することができる。
As described above, according to the
さらに、レーザ装置1Bにおいては、遮光部材20Bが、励起光L11の光軸に交差する所定の方向における一方側の励起光L11の一部Lpを遮ると共に、所定の方向における他方側の励起光L11の残部Lrを通過させる。このため、例えば励起光源11がレーザダイオードアレイであるとき、所定の方向をそのアレイ方向に対応付ければ、レーザダイオードアレイにおける熱的に安定した外側部分からのレーザ光を、励起光L11の残部Lrとしてレーザ発振部14に入射させることができる。このため、種光L14のビーム品質を向上可能である。
[第3実施形態]
Further, in the
[Third Embodiment]
図4は、第3実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図4に示されるように、レーザ装置1Cは、遮光部材20に替えて遮光部材20Bを備える点、及び、半波長板71と偏光ビームスプリッタ72とをさらに備える点において、レーザ装置1Aと相違している。レーザ装置1Cのその他の構成は、レーザ装置1Aと同様である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a laser apparatus according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the laser device 1 </ b> C is different from the laser device 1 </ b> A in that it includes a
偏光ビームスプリッタ72は、励起光L12の光路上において、励起光源12とレンズ55との間に配置されている。ここでは、偏光ビームスプリッタ72は、コリメータ54とレンズ55との間に配置される。また、偏光ビームスプリッタ72は、励起光L12に重複するように配置される。すなわち、偏光ビームスプリッタ72は、励起光L12のビームの中に配置される。さらに、偏光ビームスプリッタ72は、励起光L12の偏光方向の光を透過する。したがって、励起光L12は、偏光ビームスプリッタ72を通過してレンズ55に向かう。
The
遮光部材20Bは、偏光ビームスプリッタ72に向けて励起光L11の一部Lpを反射する。半波長板71は、偏光ビームスプリッタ72に向かう励起光L11の一部Lpの光路上に配置されている。したがって、励起光L11の一部Lpは、半波長板71により偏光方向が変更される。これにより、励起光L11の一部Lpの偏光方向が、励起光L12の偏光方向と異なる偏光方向となる。その後、励起光L11の一部Lpは、偏光ビームスプリッタ72によりレンズ55に向けて反射される。したがって、励起光L11の一部Lpは、励起光L12に結合され、励起光源12と共にアンプ媒質15aに入射する。
The
以上説明したように、レーザ装置1Cによれば、励起光L11のビーム形状を円形状に整形できる点を除いて、レーザ装置1Aと同様の効果を奏することができる。また、レーザ装置1Cによれば、遮光部材20Bが、励起光L11の一部Lpを反射する反射部を含む。そして、遮光部材20Bの反射部により反射された励起光L11の一部Lpが、半波長板71及び偏光ビームスプリッタ72によって、励起光L12と共にアンプ媒質15aに入射させられる。このため、アンプ媒質15aに入射する励起光の光強度の向上により、種光L14を確実に増幅することができる。さらに、レーザ装置1Cによれば、レーザ装置1Bと同様に理由から、例えば励起光源11がレーザダイオードアレイである場合に種光L14のビーム品質を向上可能である。
[第4実施形態]
As described above, according to the
[Fourth Embodiment]
図5は、第4実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図5に示されるように、レーザ装置1Dは、遮光部材20に替えて遮光部材20Dを備える点、及び、ミラー60Dをさらに備える点において、レーザ装置1Aと相違している。レーザ装置1Dのその他の構成は、レーザ装置1Aと同様である。
FIG. 5 is a diagram showing a laser apparatus according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the
遮光部材20Dは、励起光L11の光路上において、励起光源11とレンズ45との間に設けられる。ここでは、遮光部材20Dは、コリメータ44とレンズ45との間に配置されている。遮光部材20Dは、励起光L11の一部Lpを遮ることにより、励起光L11の残部Lrのみをレンズ45及びレーザ発振部14に入射させる。すなわち、遮光部材20Dは、励起光L11の光強度を低下させてレーザ発振部14(レーザ媒質32及び可飽和吸収体33)に入射させる。
The
遮光部材20Dは、励起光L11の一部Lpを遮る遮光部21Dと、遮光部21Dに設けられ、励起光L11の残部Lrを通過させる通過部22と、を含む。励起光L11の光軸方向から見たとき、遮光部21Dは円板状をなしており、通過部22は円形状をなしている。したがって、遮光部材20Dは、励起光L11の光軸方向からみて、円環状をなしている。ただし、遮光部21Dの外形(すなわち、遮光部材20Dの全体の形状)は、任意に設定することができる。遮光部材20Dは、例えば、通過部22の中心と励起光L11のビームの中心とが実質的に一致するように配置される。したがって、ここでは、励起光L11のビームの外縁部分が遮光部21Dにより遮られる一部Lpであり、中心部分が通過部22を通過する残部Lrである。
The
ここで、遮光部21Dにおける励起光L11の入射面は、励起光L11の波長の光を反射する反射部とされている。したがって、遮光部21Dは、励起光L11の一部Lpを反射する。ミラー60Dは、励起光L12の光路上において、励起光源12とレンズ55との間に設けられている。ここでは、ミラー60は、コリメータ54とレンズ55との間に配置されている。遮光部21Dは、このミラー60に向けて励起光L11の一部Lpを反射する。
Here, the incident surface of the excitation light L11 in the
ミラー60Dは、遮光部材20Dからの励起光L11の一部Lpを反射する反射部61Dと、反射部61Dに設けられ励起光L12を通過させる通過部62と、を含む。励起光L12の光軸方向からみたとき、反射部61Dは円板状をなしており、通過部62は円形状をなしている。したがって、ミラー60Dは、励起光L12の光軸方向からみて、円環状をなしている。一例として、ミラー60Dと遮光部材20Dとは、実質的に同じ形状である。ただし、反射部61Dの外形(すなわち、ミラー60Dの全体の形状)は、任意に設定することができる。ミラー60Dは、例えば、通過部62の中心と励起光L12のビームの中心とが実質的に一致するように配置される。したがって、励起光L11の一部Lpは、励起光L12のビームの外縁に配置されて励起光L12に結合され、励起光L12と共にアンプ媒質15aに入射する。
The
以上説明したように、レーザ装置1Dによれば、レーザ装置1Aと同様の効果を奏することができる。また、レーザ装置1Dによれば、遮光部材20Dが、励起光L11の一部Lpを反射する反射部を含む。そして、遮光部材20Dの反射部により反射された励起光L11の一部Lpが、ミラー60Dによってさらに反射され、励起光L12と共にアンプ媒質15aに入射させられる。このため、アンプ媒質15aに入射する励起光の光強度の向上により、種光L14を確実に増幅することができる。
[第5実施形態]
As described above, according to the
[Fifth Embodiment]
図6は、第5実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図6に示されるように、レーザ装置1Eは、励起光源(第3の励起光源)23、増幅器24、光学系17E、ミラー25、及び、ミラー26をさらに備える点において、レーザ装置1Bと相違している。レーザ装置1Eのその他の構成は、レーザ装置1Bと同様である。
FIG. 6 is a diagram showing a laser apparatus according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 6, the
励起光源23は、励起光L11及び励起光L12と同様の構成を有する。励起光源23は、励起光源11、励起光源12、及び電源部13と電気的に直列に接続されている。励起光源23は、電源部13からの駆動電流により駆動され、増幅器24のための励起光(第3の励起光)L23を出力する。電源部13は、励起光源11、励起光源12、及び、励起光源23に一括して駆動電流を供給する。
The
より具体的には、電源部13は、例えば励起光源11の負極及び励起光源23の正極に電気的に接続される。電源部13は、単一の電源装置であって、単一の駆動回路により励起光源11、励起光源12、及び、励起光源23の駆動電流を生成する。したがって、電源部13は、励起光源11、励起光源12、及び、励起光源23に実質的に同等な駆動電流を供給する。電源部13と励起光源11,12,23とは直列に接続されているので、励起光源11,12,23を安定的に動作させることができる。
More specifically, the
増幅器24は、アンプ媒質(第2のアンプ媒質)24aを含む。アンプ媒質24aは、励起光L23及び増幅器15からの出力光L15を入射し、出力光L15をさらに増幅する。アンプ媒質24aは、励起光L23の入射面となる端面24sと、端面24sと反対側の端面24rと、を含む。端面24sには、反射部(不図示)が設けられている。端面24sの反射部は、励起光L23を透過すると共に出力光L15を反射する。一方、端面24rには、少なくとも出力光L15の波長に対する無反射コート(ARコート)が施されている。アンプ媒質24aは、例えば、Nd:YAG、Yb:YAG、又は、Nd:YVO4等である。増幅器24において増幅された出力光L15は、出力光L24として増幅器24から出射される。
The
光学系17Eは、励起光源23と増幅器24との間に配置されている。光学系17Eの構成は、光学系17と同様である。すなわち、光学系17Eは、励起光L12に対する光学系17と同様に、励起光L23に対してコリメート及び集光を行い、励起光L23を増幅器24に入射させる。ミラー25及びミラー26は、増幅器15から出力された出力光L15を増幅器24に入射させる。より具体的には、ミラー25及びミラー26は、出力光L15がアンプ媒質24aの端面24rに入射するように、反射により出力光L15の光路を偏向する。
The
レーザ装置1Eにおいては、増幅器15から出力された出力光L15は、ミラー25及びミラー26により偏向されて増幅器15に入射する。一方、励起光源23から出力された励起光L23は、光学系17Eを通過して増幅器24(アンプ媒質24a)に入射する。すなわち、増幅器24には、励起光L23及び出力光L15が入射する。増幅器24に入射した出力光L15は、励起光L23のアンプ媒質24aの励起に応じて増幅される。これにより、さらに増幅された出力光L15が出力光L24として増幅器24及びレーザ装置1Eから外部に出力される。
In the
以上説明したように、レーザ装置1Eによれば、レーザ装置1Bと同様の効果を奏することができる。さらに、レーザ装置1Eによれば、複数の系統の電源装置を用意することなく、出力光をより高出力化することができる。
As described above, according to the
以上の実施形態は、本発明に係るレーザ装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ装置は、上述したレーザ装置1A〜1Eに限定されない。本発明に係るレーザ装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したレーザ装置1A〜1Eを任意に変更したものとすることができる。
The above embodiments describe one embodiment of the laser apparatus according to the present invention. Therefore, the laser apparatus according to the present invention is not limited to the
例えば、上記実施形態においては、遮光部材20,20B,20Dが、コリメータ44とレンズ45との間に配置される例について説明した。しかしながら、遮光部材20,20B,20Dは、励起光源11とレンズ45との間において、励起光L11の一部Lpを遮ることが可能な任意の位置に配置することができる。
For example, in the above embodiment, the example in which the
コリメータ42の後段であれば、励起光L11は、速軸方向及び遅軸方向についてコリメート済みである。したがって、例えば、遮光部材20,20B,20D(以下、単に「遮光部材」と称する)を、コリメータ42とレンズ43との間に配置することも考えられる。しかしながら、コリメータ42とレンズ43との間では、励起光L11は若干発散している。したがって、コリメータ42とレンズ43との間において、遮光部材により光量を調整することは困難である。また、拡がりが小さいうちに励起光L11をレンズ43に入射させないと、レンズ43のサイズを大きくする必要が生じる。
In the subsequent stage of the
また、一例として、レンズ43とコリメータ44との間に遮光部材を配置することも考えられる。しかしながら、レンズ43とコリメータ44との間では、励起光L11が集光されつつあるので、励起光L11の進行方向に対する遮光部材の位置ズレが許容されなくなる。さらに、別の一例としては、レンズ45の後段に遮光部材を配置することも考えられる。しかしながら、ここでも同様に励起光L11が集光されつつあるので、同様の理由から、励起光L11の進行方向に対する遮光部材の位置ズレが許容されなくなる。したがって、これらの場合も、遮光部材により光量を調整することは困難である。
As an example, a light shielding member may be disposed between the
さらに、励起光L11が、コリメータ44を通過したときのように平行化が十分でない場合には、遮光部材の通過時に光の回折が起こる。これにより、レーザ発振部14の余計な部分に光が入射し、レーザ発振部14における発振光のビーム品質が低下する。つまり、速軸方向及び遅軸方向についてコリメートされた後に、さらに集光及びコリメートされ、相応の平行度を有する励起光L11に対して遮光部材を適用することにより、容易且つ確実に光量の調整を行うことができると考えられる。
Further, when the excitation light L11 is not sufficiently collimated as when passing through the
すなわち、速軸コリメータ、遅軸コリメータ(ローテータ+速軸コリメータ)、レンズ、コリメータの順に通過した励起光L11に対して、遮光部材により光量の調整を行うことが有効であると考えられる。このように、遮光部材は、励起光源11とレンズ45との間の任意の位置に配置することができるが、特に、コリメータ44とレンズ45との間に配置することが望ましい。
That is, it is considered effective to adjust the light amount by the light shielding member for the excitation light L11 that has passed through the fast axis collimator, the slow axis collimator (rotator + fast axis collimator), the lens, and the collimator in this order. As described above, the light shielding member can be disposed at an arbitrary position between the
なお、レーザ発振部14内(例えばレーザ媒質32と可飽和吸収体33との間)に遮光部材を入れることも考えられるが、光路の調整等が非常に困難であると共に、レーザ発振部14の製造上も余計なプロセスが加わるという問題が生じ得る。
Although it is conceivable to place a light shielding member in the laser oscillation unit 14 (for example, between the
ここで、レーザ装置1A,1Dにおいては、遮光部材20,20Dが遮光部21,21Dと通過部22とを含み、且つ、通過部22の中心と励起光L11のビームスポットの中心とを実質的に一致させる態様について説明した。しかしながら、例えば、通過部22の中心を励起光L11のビームスポットの中心からシフトさせてもよい。
Here, in the
この場合、遮光部材20,20Dは、励起光L11の光軸方向に交差する所定の方向における一方側(通過部22のシフト方向の反対側)の励起光L11の一部Lpを遮光部21,21Dにより遮光すると共に、所定の方向における他方側(通過部22のシフト方向側)の励起光L11の別の一部を含む残部Lrを通過部22により通過させる。この場合には、レーザ装置1B,1Cと同様の理由から、例えば励起光源11がレーザダイオードアレイである場合に種光L14のビーム品質を向上可能である。
In this case, the light-shielding
ここで、レーザ装置1A〜1Eにおいては、ミラー18,19を用いずに、端面15sから種光L14をアンプ媒質15aに入射させてもよい。この場合、励起光L11を、種光L14と同様に端面15sからアンプ媒質15aに入射させてもよいし、アンプ媒質15aの別の端面(例えば端面15sと端面15rとを接続する側面)から入射させてもよい。ただし、アンプ媒質15aにおける互いに対向する端面から、励起光L11及び種光L14のそれぞれをアンプ媒質15aに入射せる場合に、ビーム品質が最もよくなると考えられる。なお、レーザ装置1Eにあっては、同様の理由から、ミラー25,26をさらに用いなくてもよい。
Here, in the
また、上記実施形態においては、レーザ装置1Eとして、レーザ装置1Bに対してさらに励起光源23及び増幅器24等を追加する構成を開示している。しかしながら、レーザ装置1A,1C,1Dに対して、励起光源23及び増幅器24等を追加してレーザ装置1Eを構成してもよい。さらに、励起光源23及び増幅器24等を2組以上追加してもよい。
Moreover, in the said embodiment, the structure which further adds the
また、図3に示されるレーザ装置1Bにおいては、遮光部材20Bに対して励起光L11の反射部としての機能を持たせなくてもよい。この場合には、レーザ装置1Bにおいて、ミラー60が不要となる。
Further, in the
さらに、レーザ発振部14は、セラミック製であってもよい。例えば、レーザ媒質32及び可飽和吸収体33を、セラミックを用いて構成することができる。
Further, the
1A〜1E…レーザ装置、11…励起光源(第1の励起光源)、12…励起光源(第2の励起光源)、13…電源部、14…レーザ発振部、15a…アンプ媒質(第1のアンプ媒質)、20,20B,20D…遮光部材、21,21D…遮光部、22…通過部、23…励起光源(第3の励起光源)、24a…アンプ媒質(第2のアンプ媒質)、45…レンズ(集光部)、L11…励起光(第1の励起光)、L12…励起光(第2の励起光)、L14…種光、L23…励起光(第3の励起光)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の励起光源に電気的に直列に接続され、第2の励起光を出力する第2の励起光源と、
前記第1の励起光源及び前記第2の励起光源に駆動電流を供給する電源部と、
前記第1の励起光を受けて放出光を発生させるレーザ媒質、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる可飽和吸収体、前記第1の励起光を透過させる第1の反射部、及び、前記レーザ媒質と前記可飽和吸収体とを共振光路上に有して前記放出光を共振させるレーザ共振器を前記第1の反射部と共に構成する第2の反射部が一体化されてなり、前記放出光の一部を種光として出力するレーザ発振部と、
前記第1の励起光を前記レーザ発振部に向けて集光する集光部と、
前記第2の励起光及び前記種光を入射して前記種光を増幅する第1のアンプ媒質と、
前記第1の励起光の光軸上において前記第1の励起光源と前記集光部との間に配置され、前記第1の励起光の一部を遮る遮光部材と、
を備える、
レーザ装置。 A first excitation light source that outputs first excitation light;
A second excitation light source electrically connected in series to the first excitation light source and outputting a second excitation light;
A power supply for supplying a drive current to the first excitation light source and the second excitation light source;
A laser medium that receives the first excitation light to generate emission light, a saturable absorber that reduces the light absorption rate by saturation of light absorption, a first reflector that transmits the first excitation light, and A laser beam resonator having the laser medium and the saturable absorber on a resonant optical path to resonate the emitted light is integrated with a second reflecting unit that is configured with the first reflecting unit, and A laser oscillation unit that outputs part of the emitted light as seed light;
A condensing unit that condenses the first excitation light toward the laser oscillation unit;
A first amplifier medium that amplifies the seed light by entering the second excitation light and the seed light;
A light shielding member disposed on the optical axis of the first excitation light between the first excitation light source and the condensing unit and blocking a part of the first excitation light;
Comprising
Laser device.
請求項1に記載のレーザ装置。 The light shielding member includes a light shielding part that shields a part of the first excitation light, and a passage part that is provided in the light shielding part and allows the remaining part of the first excitation light to pass through.
The laser device according to claim 1.
請求項2に記載のレーザ装置。 The passage portion is an opening provided in the light shielding portion so as to form a circular shape when viewed from the optical axis direction of the first excitation light.
The laser device according to claim 2.
請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザ装置。 The light shielding member blocks a part of the first excitation light on one side in a predetermined direction intersecting the optical axis of the first excitation light, and the first excitation on the other side in the predetermined direction. Let the rest of the light pass through,
The laser apparatus as described in any one of Claims 1-3.
前記反射部により反射された前記第1の励起光の一部は、前記第2の励起光と共に前記アンプ媒質に入射される、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザ装置。 The light shielding member includes a reflecting portion that reflects a part of the first excitation light,
A part of the first excitation light reflected by the reflection unit is incident on the amplifier medium together with the second excitation light.
The laser apparatus as described in any one of Claims 1-4.
前記第1のアンプ媒質で増幅された前記種光及び前記第3の励起光を入射し、前記種光をさらに増幅する第2のアンプ媒質と、
をさらに備え、
前記電源部は、前記第1の励起光源、前記第2の励起光源、及び、前記第3の励起光源に駆動電流を供給する、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ装置。 A third excitation light source electrically connected in series to the first excitation light source and the second excitation light source and outputting a third excitation light;
A second amplifier medium that receives the seed light and the third excitation light amplified by the first amplifier medium and further amplifies the seed light;
Further comprising
The power supply unit supplies a drive current to the first excitation light source, the second excitation light source, and the third excitation light source.
The laser apparatus as described in any one of Claims 1-5.
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