JP2553211B2 - 改良された共振器を備えた結晶変調レーザ - Google Patents

改良された共振器を備えた結晶変調レーザ

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JP2553211B2 JP1505786A JP50578689A JP2553211B2 JP 2553211 B2 JP2553211 B2 JP 2553211B2 JP 1505786 A JP1505786 A JP 1505786A JP 50578689 A JP50578689 A JP 50578689A JP 2553211 B2 JP2553211 B2 JP 2553211B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ 1.発明の技術分野 この発明は結晶変調レーザに関し、特に熱レンズ作用
その他の効果に対する補償により電子光学的結晶変調器
の挿入損失を減少させる共振器構造に関する。
2.関連技術の説明 導波管CO2レーザのような通常の結晶変調レーザは、
レーザ利得媒体と出力結合器ミラーとの間に直接配置さ
れた電子光学的結晶を使用している。結晶はその結晶に
周期的に変化する電圧を供給することによってレーザ光
を周波数変調するために使用される。周期的に変化する
電圧は結晶の屈折率を変調電圧と同期して変化させる。
この変化はレーザ共振器の実効的長を変化させ、レーザ
光の周波数を変調する。
通常の安定な共振器では、高い強度のレーザ光は結晶
を急速に加熱して熱レンズ効果を生じさせる。この熱レ
ンズ効果は結晶の外部周辺が熱除去媒体と接触し、また
は近接し、一方結晶の中心はそうでないために生じるも
のである。これは不均一な加熱を生じさせ、温度差が結
晶中に生成されて結晶を不均一に膨張させる。結晶の中
心のほうが温度が高いために外側よりも膨張し、それに
よって結晶をレンズのような形状にする。熱レンズは歪
みと変調レーザのパワー損失の原因の一つである。
レーザ構造中に結晶変調器を導入することによる別の
問題は複屈折である。複屈折は異なる偏光に対して屈折
率が異なることによって特徴付けられるある種の結晶の
性質である。高度に複屈折性の結晶は一つの偏光から別
の偏向に光を回転させることができ、そのため２つの偏
光が互いに干渉してレーザの効率を低下させる。複屈
折、熱レンズ、および結晶によるレーザ光の吸収は全て
レーザの特性を悪化させる。したがってレーザ空洞中へ
結晶変調器を導入することはレーザのパワーを、典型的
には前の値の半分に減少させる。これは通常の技術を使
用するコンパクトで実用的な設計の送信機レーザを約10
ワットの出力レベルに制限する。
レーザ空洞中へ結晶変調器を導入することによりもた
らされる上記の制限により、高電力送信機のためにマス
ター発振器パワー増幅器（MOPA）のようなかさばって効
率の悪い構成に頼ることが必要になる。
［発明の概要］ この発明は、熱レベル効果を実質的に補償し、送信機
空洞損失を減少させることによってレーザの効率を改善
するものである。その結果得られるレーザ送信機はコン
パクトな送信機構造を犠牲にすることなく約20ワットに
増加されることができる。
この発明によれば、結晶変調レーザはレーザ光を発生
するためのレーザ利得媒体を有している。この媒体は第
１および第２の端部を有する。第１の反射手段がほぼ第
１の端部に隣接して配置され、出力結合反射手段がほぼ
第２の端部に隣接してそれから離れて配置される。結晶
変調器はほぼ第２の端部に隣接して第２の端部と出力結
合反射手段との間に位置している。結晶変調器はレーザ
光を受けてそれにより加熱される。この加熱は結晶変調
器に熱レンズ作用を生じる。しかしながらこの熱レンズ
作用は結晶中の熱レンズ作用を実質上補償するような充
分な距離だけ結晶変調器から離して出力結合反射手段を
配置することによって補償される。所望の補償を行うこ
とのできる距離ｄは次の式で与えられる。
ｄ＝f/［1+(f/z)2］−L/2 ここで、 f(2.1×10-4×Pc×L)-1cm z＝14.5cm L＝前記結晶変調器の長さ（cm） Pc＝前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット） 所望ならば、第１の反射手段は全反射または格子で構
成してもよい。出力結合反射手段は平面鏡、凹面鏡、凸
面鏡、またはレンズと反射鏡の組み合わせ等で構成され
ることができる。結晶変調器から上記の距離ｄに出力結
合反射手段を位置させることが好ましいが、所望の結果
はまた代りにレーザ利得媒体の第１の端部から距離ｄを
隔てて第１の反射器を配置しても得られる。その代りに
第１の反射手段と出力結合反射手段の両者の変位の和が
上記の出力結合反射手段のみを変位するために定められ
た距離ｄに等しいように両方の反射手段が変位されても
よい。
この発明およびその目的、利点をさらに完全に理解す
るために、添付図面を参照して以下詳細に説明する。
［図面の簡単な説明］ 第１図はこの発明の結晶変調器の図式側面図である。
第2A図、第2B図、第2C図は波がそのもとの位置に反射
して戻される３つの異なる実施例を示す。
第３図は出力結合器の距離ｄの関数として出力パワー
を示したグラフである。
第４図は第３図に示された５個の点に対するレーザ光
のモード形状を示す。
［好ましい実施例の説明］ 第１図を参照すると、この発明の結晶変調レーザは全
体を10で示されている。レーザはレーザ利得媒体12を具
備し、それはCO2のようなレーザ媒体を充填したある長
さの導波管または管でよい。レーザ利得媒体12は第１お
よび第２の端部14および16を有する。全反射器または格
子18が第１の端部14に隣接して配置される。所望ならば
反射器18容器からガス媒体が出ないようにするために第
１の端部14に封着されてもよい。第２の端部16には窓20
が設けられ、それはガス媒体が出ないようにするために
第２の端部16に封着されている。窓20に直接隣接して結
晶変調器を形成する電気光学的結晶22が配置されてい
る。結晶22はCdTe材料の結晶から構成され、変調信号で
結晶を励起するためにリード線24を有する。結晶22はレ
ーザ光ビーム26の通路中に位置している。
第２の端部16にほぼ隣接して間隔を隔てて出力結合反
射鏡または反射器28が配置されている。出力結合反射鏡
28は結晶22の端部30から距離ｄを有している。この距離
ｄは結晶22中の熱レンズ効果を実質的に補償するように
選択されている。CdTe結晶と平面鏡の出力結合反射鏡28
を使用しCO2導波管レーザの場合に、距離ｄは次の式で
与えられる。
ｄ＝f/［1+(f/z)2］−L/2 ここで、 f＝(2.1×10-4×Pc×L)-1cm z＝14.5cm L＝前記結晶変調器の長さ（cm） Pc＝前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット） 平面鏡の出力結合反射鏡の代りとして、この発明では
第2A図、第2B図、第2C図に示されるような形状の出力結
合器を使用して実現することもできる。第2A図において
は出力結合器は凹面出力結合器である。第2B図において
は出力結合器は凸面出力結合器である。第2C図において
は出力結合器はレンズ36と平面鏡38の組み合わせであ
る。
動作においてレーザ利得媒体は反射器18と出力結合反
射鏡28との間で反射して往復し、その都度結晶変調器を
通過するレーザ光を発生させる。レーザ光の一部は結合
レーザビームの形態で出力結合反射鏡28から放射され
る。リード線24の変調信号を制御することにより結晶22
の屈折率は変化され、それによって反射器18と出力結合
反射鏡28との間の実効的光路の光学的長さは変化する。
これは結果として放射されるレーザ光の周波数を変化さ
せる。
ビーム路中に結晶22を配置することにより、結晶はレ
ーザエネルギの少量の部分を吸収することによって急速
に加熱される。結晶22の出力端は取付け構造および、ま
たは周囲雰囲気のような熱放散媒体と良好な熱接触状態
にあるから、結晶22の外端は中央よりも冷却される傾向
にあり、結晶中に温度差が生じる。この温度差は熱レン
ズ効果を生成し、温度の高い中央は温度の低い外周部よ
りも膨張して結晶をレンズ形状にする。レーザ光はこの
レンズ形状の結晶を通過するからレーザビームの位相波
頭は歪みを生じる。これは共振器中のパワー損失をもた
らし、不所望な高次モード形成が行われることになる。
しかしながら熱レンズ効果は結晶22の端部30から距離
ｄを隔てて出力結合反射鏡28を配置することによって補
償される。結晶22の端部30から間隔を隔てた出力結合反
射鏡28の配置はそのもとの位相波頭にレーザビームを再
イメージさせる。基本モードはしたがつて保存され、導
波管損失は減少する。
この発明の結果は第３図および第４図に示されてい
る。第３図および第４図は結晶変調器22と平面鏡出力結
合反射鏡28を備えた折曲げレーザ40を使用する第３図に
示された試験装置について示されている。折曲げレーザ
40であるため、第１の端部14と第２の端部16は図示のよ
うに並んで配置されている。
第３図に示された結果は、平面鏡出力結合反射鏡28が
結晶変調器22の端部から移動するにしたがってレーザパ
ワーが増加し、結晶変調器22の端部から約1.6インチで
最大値に達することを示している。さらに第４図に示さ
れるように、出力結合反射鏡28が結晶変調器22の端部か
ら移動して離れるにしたがってモードが基本モードに収
斂する。第４図は、第３図のグラフの点１および２にお
いてモード形状が円であり、基本モードであることを示
している。出力結合反射鏡28が結晶変調器22に近付くよ
うに移動する（点３および４）にしたがってモード形状
は楕円形状になってゆく。出力結合反射鏡28が通常行わ
れているように結晶変調器22に直接隣接するときモード
形状は第４図で点５に示すように著しく悪化する。
以上この発明を好ましい実施例に関連して説明してき
たが、添付された請求の範囲に記載されたこの発明の技
術的範囲を逸脱することなく種々の変形、変更を行うこ
とができることが理解できるであろう。例えばCdTeの結
晶変調器が例示されたがGaAsおよびその他の変調器構造
使用されることが可能である。またCO2導波管レーザが
例示されたが他のレーザもまた使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ストバル，エッチ・デーン アメリカ合衆国 カリフオルニア州 90045，ロサンゼルス，バーンスレイ・ アベニユー 8306 (72)発明者 フイ，キン‐クオツク アメリカ合衆国 カリフオルニア州 91734，モンテレイ・パーク，スターバ ード・ドライブ 258 (72)発明者 チエン，クエイール アメリカ合衆国 カリフオルニア州 90701，セーリトス，サウス・イブニン グスター・アベニユー 17310 (56)参考文献 特開 昭62−248681（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−55970（ＪＰ，Ｕ) Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ ｉｏｎｓ，ｖｏｌ．59，ｎｏ．１ Ａｕ ｇｕｓｔ 1986，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ Ｂ．Ｖ．（Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎ ｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）（Ａｍｓｔｅｒ ｄａｍ，ＮＬ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】媒体中に単位時間当り所定のエネルギ量を
    与えるポンピング手段を有する結晶変調レーザにおい
    て、 第１および第２の端部を有するレーザ利得媒体と、 前記第１の端部にほぼ隣接して位置している第１の反射
    手段と、 前記第２の端部にほぼ隣接してそれから間隔を隔てて位
    置している出力結合反射手段と、 前記第２の端部にほぼ隣接して、前記第２の端部と前記
    出力結合反射手段の間に位置している結晶変調器手段と
    を具備し、 前記結晶変調器はレーザ光を受けてそれにより加熱さ
    れ、その加熱は前記結晶変調器中に熱レンズ作用を生成
    し、 前記出力結合反射手段は前記結晶中の前記熱レンズ作用
    を実質的に補償する予め定められた距離だけ前記結晶変
    調器から離れ、この予め定められた距離は前記ポンピン
    グ手段によって単位時間当り与えられたエネルギの関数
    であることを特徴とする結晶変調レーザ。
  2. 【請求項２】前記の距離は次の式、 ｄ＝f/［1+(f/z)2］−L/2 で与えられ、ここで、 ｆ(2.1×10-4×Pc×L)-1cm ｚ＝14.5cm Ｌ＝前記結晶変調器の長さ（cm） Pc＝前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット）である
    請求項１記載のレーザ。
  3. 【請求項３】前記結晶変調器はCdTe結晶を具備する請求
    項１記載のレーザ。
  4. 【請求項４】前記第１の反射手段は全反射器または格子
    を具備する請求項１記載のレーザ。
  5. 【請求項５】前記出力結合反射手段は平面鏡、凹面鏡、
    凸面鏡、またはレンズと反射鏡との組合わせを具備する
    請求項１記載のレーザ。
  6. 【請求項６】媒体中に単位時間当り所定のエネルギ量を
    与えるポンピング手段を有する結晶変調レーザにおい
    て、 レーザ光を生成するレーザ利得媒体を使用し、 前記レーザ光の光路中の前記レーザ利得媒体の１端部に
    全反射手段を配置し、 前記レーザ光の光路中の前記レーザ利得媒体の他端部に
    出力結合手段を配置し、 レーザ利得媒体の１端部の全反射器とレーザ利得媒体の
    他端部の出力結合手段の間の前記レーザ光の光路に結晶
    変調器を配置し、この結晶変調器は前記レーザ光によっ
    て加熱され、その加熱により結晶変調器中に熱レンズ作
    用が生成され、 前記結晶変調器から予め定められた距離に前記出力結合
    手段を配置することによって前記結晶変調器に関する前
    記出力結合手段の位置を調整し、この予め決められた距
    離は前記結晶変調器中の前記熱レンズ作用を実質的に補
    償する前記ポンピング手段によって単位時間当り与えら
    れたエネルギの関数であることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】前記の距離は次の式、 ｄ＝f/［1+(f/z)2］−L/2 で与えられ、ここで、 ｆ(2.1×10-4×Pc×L)-1cm ｚ＝14.5cm Ｌ＝前記結晶変調器の長さ（cm） Pc＝前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット）である
    請求項６記載のレーザ。
  8. 【請求項８】前記全反射手段を前記レーザ利得媒体から
    第２の距離を隔てて配置し、前記距離および第２の距離
    は組合わせて前記結晶変調器中の前記熱レンズ作用を実
    質的に補償するように選択されている請求項６記載の方
    法。
  9. 【請求項９】出力結合手段は平坦でない、または前記レ
    ーザ光の光路におけるレンズおよび反射鏡の組合わせの
    形態である請求項６記載の方法。
JP1505786A 1988-03-28 1989-02-13 改良された共振器を備えた結晶変調レーザ Expired - Lifetime JP2553211B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US174,299 1988-03-28
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JPH03500226A JPH03500226A (ja) 1991-01-17
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