JP2500595B2 - レ―ザ発振装置 - Google Patents
レ―ザ発振装置Info
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- JP2500595B2 JP2500595B2 JP12563393A JP12563393A JP2500595B2 JP 2500595 B2 JP2500595 B2 JP 2500595B2 JP 12563393 A JP12563393 A JP 12563393A JP 12563393 A JP12563393 A JP 12563393A JP 2500595 B2 JP2500595 B2 JP 2500595B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はアイセーフ領域で発振
する固体レーザ装置に関する。
する固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大気中で使用するレーザのアイセ
ーフ化が望まれており、そのため、アイセーフレーザ装
置の研究開発が進められている。現在までに、アイセー
フ波長で発振するレーザとして、１．８７〜２．１４μ
ｍで発振するＴｍレーザ（オプティクス レターズ ｖ
ｏｌ．１５ １９９０年 ４８６ｐ）、２．１μｍで発
振するＨｏレーザ（オプティクス レターズ ｖｏｌ．
１５ １９９０年 ３０２ｐ）、１．０６μｍのＮｄレ
ーザの第二高調波（５３２ｎｍ）と非線形結晶ＬｉＢ3
Ｏ5 による７００〜２２００ｎｍの光パラメトリック発
振（第５２回応用物理学会学術講演会講演予稿集 １１
ｐ−Ｍ−４）などの報告がある。
ーフ化が望まれており、そのため、アイセーフレーザ装
置の研究開発が進められている。現在までに、アイセー
フ波長で発振するレーザとして、１．８７〜２．１４μ
ｍで発振するＴｍレーザ（オプティクス レターズ ｖ
ｏｌ．１５ １９９０年 ４８６ｐ）、２．１μｍで発
振するＨｏレーザ（オプティクス レターズ ｖｏｌ．
１５ １９９０年 ３０２ｐ）、１．０６μｍのＮｄレ
ーザの第二高調波（５３２ｎｍ）と非線形結晶ＬｉＢ3
Ｏ5 による７００〜２２００ｎｍの光パラメトリック発
振（第５２回応用物理学会学術講演会講演予稿集 １１
ｐ−Ｍ−４）などの報告がある。
【０００３】一方、レーザ母材をＹＶＯ4 とするレーザ
には、Ｎｄ活性子による１．０６μｍレーザが一般的
で、その他、Ｔｍ活性子レーザの報告例（オプティクス
レターズｖｏｌ．１７ １９９２年 １８９ｐ）があ
る。
には、Ｎｄ活性子による１．０６μｍレーザが一般的
で、その他、Ｔｍ活性子レーザの報告例（オプティクス
レターズｖｏｌ．１７ １９９２年 １８９ｐ）があ
る。
【０００４】Ｅｒ活性子によるレーザのレーザ母材に
は、ガラス（特願昭６１−２２６２９７）、ＹＬｉＦ4
（エレクトロニクス レターズ ｖｏｌ．２５ １９８
９年１３８９ｐ）、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ1 2 やＹ3 Ｓｃ2 Ｇａ
3 Ｏ1 2 （ジャーナル オブアプライド フィジクス
ｖｏｌ．７０ １９９１年 ７２２７ｐ）の報告があっ
た。
は、ガラス（特願昭６１−２２６２９７）、ＹＬｉＦ4
（エレクトロニクス レターズ ｖｏｌ．２５ １９８
９年１３８９ｐ）、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ1 2 やＹ3 Ｓｃ2 Ｇａ
3 Ｏ1 2 （ジャーナル オブアプライド フィジクス
ｖｏｌ．７０ １９９１年 ７２２７ｐ）の報告があっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来開
発されてきたアイセーフレーザには、以下の問題点があ
った。すなわち、アイセーフの最適波長は１．５μｍ付
近であり、従来のＴｍレーザやＨｏレーザの発振波長は
この波長帯からずれている。また、光パラメトリック発
振は非線形光学効果を２回経ることによる変換損失は避
けられなく、発振強度は非常に弱い。
発されてきたアイセーフレーザには、以下の問題点があ
った。すなわち、アイセーフの最適波長は１．５μｍ付
近であり、従来のＴｍレーザやＨｏレーザの発振波長は
この波長帯からずれている。また、光パラメトリック発
振は非線形光学効果を２回経ることによる変換損失は避
けられなく、発振強度は非常に弱い。
【０００６】レーザ母材ＹＶＯ4 を利用したレーザで
は、Ｅｒ活性子を利用したアイセーフレーザの報告は無
かった。
は、Ｅｒ活性子を利用したアイセーフレーザの報告は無
かった。
【０００７】Ｅｒガラスレーザの発振波長は１．５μｍ
とアイセーフ領域であるが、レーザ母材がガラスである
ため、発振波長が緩やかであること、高濃度Ｅｒ含有ガ
ラスの作製が困難なため大きなガラスレーザが必要に
り、レーザ装置全体が大型になること、又、耐熱性が小
さいこと等の問題があった。一方、その他のＥｒ活性子
レーザは、発振波長はアイセーフ領域でない。
とアイセーフ領域であるが、レーザ母材がガラスである
ため、発振波長が緩やかであること、高濃度Ｅｒ含有ガ
ラスの作製が困難なため大きなガラスレーザが必要に
り、レーザ装置全体が大型になること、又、耐熱性が小
さいこと等の問題があった。一方、その他のＥｒ活性子
レーザは、発振波長はアイセーフ領域でない。
【０００８】この発明は、最適なアイセーフ波長１．５
μｍ帯で発振できるＥｒ活性子を利用し、しかもガラス
レーザの問題点を解決する固体レーザ母材ＹＶＯ4 を利
用した高効率レーザを提供する。
μｍ帯で発振できるＥｒ活性子を利用し、しかもガラス
レーザの問題点を解決する固体レーザ母材ＹＶＯ4 を利
用した高効率レーザを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】発明者らは、組成式がＹ
ＶＯ4 で表される組成物に不純物Ｅｒを混入させた単結
晶組成物作製に成功し（特願平４−２６８８９１）、こ
の単結晶において、Ｅｒ3 + イオンの4 Ｉ1 3 / 2 →4
Ｉ1 5 / 2 エネルギー遷移を利用することにより目的波
長で発振するＹＶＯ4 結晶をレーザ母材としたＥｒ：Ｙ
ＶＯ4 レーザ発振装置が得られることを見いだした。さ
らに励起光源を半導体レーザとし、半導体レーザ発振光
の偏光方向とＹＶＯ4 結晶のｃ軸とが垂直（σ偏光）、
或いは、平行（π偏光）の位置関係に配置し、偏光方向
により異なる分光特性を有効に活用できるようなレーザ
発振装置が得られることも見いだした。また、励起光と
して９８０ｎｍ帯で発振する半導体レーザを使用する
と、Ｅｒ：ＹＶＯ4 レーザ発振装置の出力蛍光強度が最
大になることが分かった。
ＶＯ4 で表される組成物に不純物Ｅｒを混入させた単結
晶組成物作製に成功し（特願平４−２６８８９１）、こ
の単結晶において、Ｅｒ3 + イオンの4 Ｉ1 3 / 2 →4
Ｉ1 5 / 2 エネルギー遷移を利用することにより目的波
長で発振するＹＶＯ4 結晶をレーザ母材としたＥｒ：Ｙ
ＶＯ4 レーザ発振装置が得られることを見いだした。さ
らに励起光源を半導体レーザとし、半導体レーザ発振光
の偏光方向とＹＶＯ4 結晶のｃ軸とが垂直（σ偏光）、
或いは、平行（π偏光）の位置関係に配置し、偏光方向
により異なる分光特性を有効に活用できるようなレーザ
発振装置が得られることも見いだした。また、励起光と
して９８０ｎｍ帯で発振する半導体レーザを使用する
と、Ｅｒ：ＹＶＯ4 レーザ発振装置の出力蛍光強度が最
大になることが分かった。
【００１０】ＹＶＯ4 結晶は一軸性結晶であるので、結
晶軸の方向に依り分光特性が異なる。Ｅｒ：ＹＶＯ4 は
単結晶のσ偏光時、及び、π偏光時での蛍光特性が発明
者らによって初めて明らかになり、図１、２に示す様
に、Ｅｒ：ＹＶＯ4 はσ、π偏光で１４３０ｎｍから１
６５０ｎｍに蛍光があることが分かった。
晶軸の方向に依り分光特性が異なる。Ｅｒ：ＹＶＯ4 は
単結晶のσ偏光時、及び、π偏光時での蛍光特性が発明
者らによって初めて明らかになり、図１、２に示す様
に、Ｅｒ：ＹＶＯ4 はσ、π偏光で１４３０ｎｍから１
６５０ｎｍに蛍光があることが分かった。
【００１１】さらに、この蛍光に帯する励起波長依存性
を調べたところ、図３の様になった。この図から、半導
体レーザ発振波長域の５８０ｎｍ以上においては、９５
０〜１０２０ｎｍでの励起による蛍光が最も強いことが
わる。この波長帯には、９８０ｎｍ帯で発振する半導体
レーザが存在する。
を調べたところ、図３の様になった。この図から、半導
体レーザ発振波長域の５８０ｎｍ以上においては、９５
０〜１０２０ｎｍでの励起による蛍光が最も強いことが
わる。この波長帯には、９８０ｎｍ帯で発振する半導体
レーザが存在する。
【００１２】この結果、Ｅｒ：ＹＶＯ4 は、励起媒体と
共振器との組み合わせで、レーザ媒体となり、アイセー
フ領域である１４３０ｎｍから１６５０ｎｍでレーザ発
振が可能である。ここで、共振器とは、反射率の高い高
反射ミラーと出力ミラーとの２枚の反射鏡を組み合わせ
たファブリペロー干渉計であり、目的波長に対応するミ
ラーコートでも同様の作用が得られる。
共振器との組み合わせで、レーザ媒体となり、アイセー
フ領域である１４３０ｎｍから１６５０ｎｍでレーザ発
振が可能である。ここで、共振器とは、反射率の高い高
反射ミラーと出力ミラーとの２枚の反射鏡を組み合わせ
たファブリペロー干渉計であり、目的波長に対応するミ
ラーコートでも同様の作用が得られる。
【００１３】Ｅｒ：ＹＶＯ4 と励起媒体と共振器との組
み合わせによるＥｒ：ＹＶＯ4 レーザ装置では、レーザ
母材がＹＶＯ4 であることからＥｒガラスレーザの問題
点の解決を図るばかりでなく、固体レーザに特徴的な、
鋭い発振波長、活性子の高濃度化によるレーザ装置の小
型化、耐環境性に優れたレーザが得られる。また、ＹＶ
Ｏ4 レーザは固体レーザの内でも励起光の吸収特性が大
きいので、より一層の高効率化、装置の小型化・簡素化
が望める。
み合わせによるＥｒ：ＹＶＯ4 レーザ装置では、レーザ
母材がＹＶＯ4 であることからＥｒガラスレーザの問題
点の解決を図るばかりでなく、固体レーザに特徴的な、
鋭い発振波長、活性子の高濃度化によるレーザ装置の小
型化、耐環境性に優れたレーザが得られる。また、ＹＶ
Ｏ4 レーザは固体レーザの内でも励起光の吸収特性が大
きいので、より一層の高効率化、装置の小型化・簡素化
が望める。
【００１４】
【作用】図４のＹＶＯ4 結晶中のＥｒ3 + のエネルギー
準位図によって、励起されたＥｒ3 + のエネルギー遷移
は次の様に起こる。4 Ｉ1 5 / 2 →4 Ｉ9 / 2 （入力光による励起）4 Ｉ9 / 2 →4 Ｉ1 3 / 2 （非放射遷移）。 或いは、4 Ｉ1 5 / 2 →4 Ｉ1 1 / 2 （入力光による励起）4 Ｉ1 1 / 2 →4 Ｉ1 3 / 2 （非放射遷移）。 この様に上準位に励起された後、4 Ｉ1 5 / 2 準位に誘
導放出して、１．５μｍ帯のレーザ光を発振する。
準位図によって、励起されたＥｒ3 + のエネルギー遷移
は次の様に起こる。4 Ｉ1 5 / 2 →4 Ｉ9 / 2 （入力光による励起）4 Ｉ9 / 2 →4 Ｉ1 3 / 2 （非放射遷移）。 或いは、4 Ｉ1 5 / 2 →4 Ｉ1 1 / 2 （入力光による励起）4 Ｉ1 1 / 2 →4 Ｉ1 3 / 2 （非放射遷移）。 この様に上準位に励起された後、4 Ｉ1 5 / 2 準位に誘
導放出して、１．５μｍ帯のレーザ光を発振する。
【００１５】
【実施例】（実施例１）図５、６に本発明によるレーザ
発振装置の例を示す。レーザ発振に拘る励起光源はフラ
ッシュランプ１または、半導体レーザ２とする。図５に
示したフラッシュランプ励起レーザ発振装置では励起光
はランプハウス３構成によって、目的波長に対応する沸
化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート４を付加し
たＥｒ：ＹＶＯ4 結晶５に照射され、反射鏡６と出力鏡
７でレーザ共振器構造をとる。
発振装置の例を示す。レーザ発振に拘る励起光源はフラ
ッシュランプ１または、半導体レーザ２とする。図５に
示したフラッシュランプ励起レーザ発振装置では励起光
はランプハウス３構成によって、目的波長に対応する沸
化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート４を付加し
たＥｒ：ＹＶＯ4 結晶５に照射され、反射鏡６と出力鏡
７でレーザ共振器構造をとる。
【００１６】図６の半導体レーザ励起レーザ発振装置
は、励起光は光ファイバ８でＥｒ：ＹＶＯ4 結晶５に照
射される。Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶５には、図に示す様な目
的波長に対応するＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミラーコ
ート９と弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
４、励起光源の半導体レーザの発振波長（８０７ｎｍ）
に対する弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
１０が施されている。これらのコートと出力鏡７と併せ
てレーザ共振器構造をとる。出力鏡には凹レンズを使用
し、出力光は平行化される。 （実施例２）図７には、本発明の第２の実施例を示す。
は、励起光は光ファイバ８でＥｒ：ＹＶＯ4 結晶５に照
射される。Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶５には、図に示す様な目
的波長に対応するＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミラーコ
ート９と弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
４、励起光源の半導体レーザの発振波長（８０７ｎｍ）
に対する弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
１０が施されている。これらのコートと出力鏡７と併せ
てレーザ共振器構造をとる。出力鏡には凹レンズを使用
し、出力光は平行化される。 （実施例２）図７には、本発明の第２の実施例を示す。
【００１７】レーザ発振に拘る励起光源は半導体レーザ
２とし、励起光は集光レンズ１１でＥｒ：ＹＶＯ4 結晶
５に照射する。ここで、Ｅｒ：ＹＶＯ4 の偏光方向の違
いによる分光特性を有効に活用するために、半導体レー
ザ２の発振とＥｒ：ＹＶＯ4結晶５のｃ軸とが垂直（σ
偏光）、或いは、平行（π偏光）の位置関係となるよう
に配置する。Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶５には、図に示すよう
な目的波長に対応するＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミラ
ーコート９と弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コ
ート４、励起光の半導体レーザの発振波長８０７ｎｍに
対応する弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
１０が施してあり、出力鏡７と併せて共振器構造をと
る。また、出力レーザ光を平行光化するために、出力鏡
には凹レンズを使用してある。 （実施例３）図８には、本発明の第３の実施例を示す。
２とし、励起光は集光レンズ１１でＥｒ：ＹＶＯ4 結晶
５に照射する。ここで、Ｅｒ：ＹＶＯ4 の偏光方向の違
いによる分光特性を有効に活用するために、半導体レー
ザ２の発振とＥｒ：ＹＶＯ4結晶５のｃ軸とが垂直（σ
偏光）、或いは、平行（π偏光）の位置関係となるよう
に配置する。Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶５には、図に示すよう
な目的波長に対応するＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミラ
ーコート９と弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コ
ート４、励起光の半導体レーザの発振波長８０７ｎｍに
対応する弗化マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
１０が施してあり、出力鏡７と併せて共振器構造をと
る。また、出力レーザ光を平行光化するために、出力鏡
には凹レンズを使用してある。 （実施例３）図８には、本発明の第３の実施例を示す。
【００１８】レーザ発振に拘る励起光源は９８０ｎｍ帯
発振半導体レーザ１２とし、励起光は集光レンズ１１で
Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶５に照射する。ここで、Ｅｒ：ＹＶ
Ｏ4の偏光方向の違いによる分光特性を有効に活用する
ために、半導体レーザ１２の発振光とＥｒ：ＹＶＯ4 結
晶５のｃ軸とが垂直（σ偏光）、或いは、平行（π偏
光）の位置関係となるように配置する。Ｅｒ：ＹＶＯ4
結晶５には、図に示すような目的波長に対応するＴｉＯ
2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミラーコート９と弗化マグネシウ
ム／ゼオライト系無反射コート４、励起光の半導体レー
ザ発振波長９８０ｎｍに対応する弗化マグネシウム／ゼ
オライト系無反射コート１３が施してあり、出力鏡７と
併せて共振器構造をとる。また、出力レーザ光を平行光
化するために、出力鏡には凹レンズを使用してある。
発振半導体レーザ１２とし、励起光は集光レンズ１１で
Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶５に照射する。ここで、Ｅｒ：ＹＶ
Ｏ4の偏光方向の違いによる分光特性を有効に活用する
ために、半導体レーザ１２の発振光とＥｒ：ＹＶＯ4 結
晶５のｃ軸とが垂直（σ偏光）、或いは、平行（π偏
光）の位置関係となるように配置する。Ｅｒ：ＹＶＯ4
結晶５には、図に示すような目的波長に対応するＴｉＯ
2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミラーコート９と弗化マグネシウ
ム／ゼオライト系無反射コート４、励起光の半導体レー
ザ発振波長９８０ｎｍに対応する弗化マグネシウム／ゼ
オライト系無反射コート１３が施してあり、出力鏡７と
併せて共振器構造をとる。また、出力レーザ光を平行光
化するために、出力鏡には凹レンズを使用してある。
【００１９】実施例１、２、３によるレーザ発振装置に
より、１６０５ｎｍのレーザ発振光を得、また、このレ
ーザ発振の安定性は非常に高いことが分かった。
より、１６０５ｎｍのレーザ発振光を得、また、このレ
ーザ発振の安定性は非常に高いことが分かった。
【００２０】
【発明の効果】この発明により、１４３０ｎｍから１６
５０ｎｍの発振が可能な固体レーザを得た。その結果、
高効率高信頼性のアイセーフ小型固体レーザを提供で
き、特に空気中でレーザ光を使用する産業分野で、多岐
に渡る応用が考えられる。
５０ｎｍの発振が可能な固体レーザを得た。その結果、
高効率高信頼性のアイセーフ小型固体レーザを提供で
き、特に空気中でレーザ光を使用する産業分野で、多岐
に渡る応用が考えられる。
【図１】１４００〜１７００ｎｍにおけるＥｒ：ＹＶＯ
4 の蛍光特性（σ偏光時）である。
4 の蛍光特性（σ偏光時）である。
【図２】１４００〜１７００ｎｍにおけるＥｒ：ＹＶＯ
4 の蛍光特性（π偏光時）である。
4 の蛍光特性（π偏光時）である。
【図３】１５００ｎｍ帯蛍光強度の励起波長依存性。
【図４】ＹＶＯ4 結晶中のＥｒ3 + のエネルギー準位
図。
図。
【図５】本発明の実施例１を示すレーザ発振装置図であ
る。
る。
【図６】本発明の実施例１を示すレーザ発振装置図であ
る。
る。
【図７】本発明の実施例２を示すレーザ発振装置図であ
る。
る。
【図８】本発明の実施例３を示すレーザ発振装置図であ
る。
る。
１ フラッシュランプ ２ 半導体レーザ ３ ランプハウス ４ 目的波長に対応する弗化マグネシウム／ゼオライト
系無反射コート ５ Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶 ６ 反射鏡 ７ 出力鏡 ８ 光ファイバ ９ 目的波長に対応するＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミ
ラーコート １０ 半導体レーザの発振波長８０７ｎｍに対する弗化
マグネシウム／ゼオライト系無反射コート １１ 集光レンズ １２ ９８０ｎｍ帯発振半導体レーザ １３ 半導体レーザの発振波長９８０ｎｍに対する弗化
マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
系無反射コート ５ Ｅｒ：ＹＶＯ4 結晶 ６ 反射鏡 ７ 出力鏡 ８ 光ファイバ ９ 目的波長に対応するＴｉＯ2 ／ＳｉＯ2 系高反射ミ
ラーコート １０ 半導体レーザの発振波長８０７ｎｍに対する弗化
マグネシウム／ゼオライト系無反射コート １１ 集光レンズ １２ ９８０ｎｍ帯発振半導体レーザ １３ 半導体レーザの発振波長９８０ｎｍに対する弗化
マグネシウム／ゼオライト系無反射コート
Claims (3)
- 【請求項１】 組成式がＹＶＯ4 で表される組成物に不
純物Ｅｒを混入させた単結晶組成物のＥｒ3 + イオンの
エネルギー遷移4 Ｉ1 3 /2 →4 Ｉ1 5 / 2を利用する
ことにより１４３０ｎｍから１６５０ｎｍの波長で発振
するＥｒ：ＹＶＯ4 レーザ発振装置。 - 【請求項２】 励起光源を半導体レーザとし、半導体レ
ーザ発振光の偏光方向とＹＶＯ4 結晶のｃ軸とが垂直、
或いは、平行の位置にある請求項１記載のレーザ発振装
置。 - 【請求項３】 ９８０ｎｍ帯で発振する半導体レーザを
励起光源とする、請求項２記載のレーザ発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12563393A JP2500595B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | レ―ザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12563393A JP2500595B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | レ―ザ発振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334254A JPH06334254A (ja) | 1994-12-02 |
| JP2500595B2 true JP2500595B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=14914876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12563393A Expired - Lifetime JP2500595B2 (ja) | 1993-05-27 | 1993-05-27 | レ―ザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500595B2 (ja) |
-
1993
- 1993-05-27 JP JP12563393A patent/JP2500595B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06334254A (ja) | 1994-12-02 |
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Legal Events
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