JP3043645U - ファイバ結合ダイオードを有するバットカップリング・ポンピング形単一モード固体レーザ - Google Patents

ファイバ結合ダイオードを有するバットカップリング・ポンピング形単一モード固体レーザ

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JP3043645U
JP3043645U JP1997004127U JP412797U JP3043645U JP 3043645 U JP3043645 U JP 3043645U JP 1997004127 U JP1997004127 U JP 1997004127U JP 412797 U JP412797 U JP 412797U JP 3043645 U JP3043645 U JP 3043645U
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ミン ファン ティン
フェン カオ チン
ルェン ウォン チー
イ ツァイ ジュイ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】単一の横・縦モード動作のレーザを提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】単一の横・縦モード動作のレーザを提供す
るための簡単な方法が開示されている。ファイバ結合ダ
イオードは、フラット‐フラット共振光空洞で固体レー
ザをポンピングするためにレーザ結晶にバット結合され
ている。レーザモードとポンピングサイズとの良い重な
りを得ることができる。さらに、本空洞における熱効果
は、安定共振空洞にレーザモードとポンピングサイズと
の十分な重なりを提供するばかりではなく、単一周波数
性能を高める。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、ダイオードポンピング形固体レーザに関し、特に、ファイバ結合ダ イオードを有するバットカップリング・ポンピング形単一モード固体レーザに関 するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、レーザダイオードの出力ビームでレーザ利得材料（すなわちレーザ結 晶）をエンドポンピングすることが提案されていた。レーザダイオードは、ポン ピング放射をレーザ利得材料に有効的に結合するためのレーザ利得材料の端部に 近接離隔されている。
【０００３】 典型的なダイオードポンピング形固体レーザでは、励起源（大出力ダイオード レーザ）のプロフィールは、幅が１μｍで、長さが200〜500μｍの帯である。し たがって、カップリングレンズセットのような結像素子は、プロフィールをより 対称的にして、放射ビームをレーザ結晶に集束するように向けるためにポンピン グダイオードとレーザ結晶との間に配置されなければならない。
【０００４】 しかしながら、ポンピングダイオードからレーザ結晶に放射するビームを結像 するためにレンズを使用するために２つのアライメント操作が必要である。第一 に、結像素子は、ポンピングダイオードの出力面に対して適切に整列されねばな らない。第二に、レーザ結晶はダイオード‐レンズ組合せと適切に整列されねば ならない。これらの操作の両方とも、ダイオードポンピング形固体レーザが十分 な出力を発生できるように３つの直交軸に沿って余分な調整移動を必要とする。 この整列機構は複雑で、高価であるので、整列操作をなくすることが望ましい。
【０００５】 ダイオードポンピング形固体レーザの空洞機構は、一般に、アライメントを通 るフラットカップリングミラー及び凹面カップリングミラーからなる。２つのカ ップリングミラーは、レーザ結晶の２つの端部にそれぞれ配置されている。空洞 組み立て工程は、最初に凹面鏡の焦点に向け、次に２つのカップリングミラーの 傾斜角を調整しなければならない。凹面鏡の焦点に向ける工程は非常に厳密な注 意を必要とするので、このような工程をなくすることが望ましい。したがって、 設置するのに容易なレーザシステムは、強く要望されており、実用的な用途で必 要である。
【０００６】 前述のポンピングダイオード固体レーザで必要なアライメント操作を除去し、 設置するのに容易な機構を提供するようなバット結合ダイオードポンピング形レ ーザが、米国特許第4,847,815号に開示されている。しかしながら、大出力レー ザダイオードから放射するビームは、ストライプ形状の発散光面を有する。 その結果、レーザ結晶がポンピングビームによって励起されるとき、高次横モ ード振動が発生され、小出力を有する単一横モードレーザを生じる。さらに、レ ーザダイオードは、レーザ結晶を励起するためにこの結晶に対して近接離隔され ているので、ポンピングダイオードからの熱放射はレーザ性能及び効率を低下さ せる。
【０００７】 単一縦モードレーザはいろいろな用途のために絶対必要である。単一縦モード レーザ出力を得るために、空洞の役もするマイクロチップは、1989年発行、Opt. Lett.第14巻、第24〜26ページでザイホウスキー(Zayhowski)及びムーラディアン (Mooradian)によって開示されている。しかしながら、レーザ結晶がエンドポン ピングされるとき、熱レンズ効果が導入される。空洞長は非常に短い（約１ｍｍ ）ので、モード対ポンプサイズ比は0.6以下で、それによって高次横モード振動 を生じる。さらに、周波数二倍結晶及びＱスイッチのような他の装置は空洞の中 に配置することができないので、用途が制限される。
【０００８】
【考案が解決しようとする課題】
前述のダイオードポンピング固体レーザは下記の欠点を有している。 まず第一に、レーザシステムのセットアップは整列させるのが複雑である。 第二に、バット結合ダイオードポンピング形固体レーザはポンピングダイオー ドからの熱放射によって劣化される。
【０００９】 第三に、単一縦モードレーザを生成するために短い長さの空洞は熱レンズ効果 によって妨害される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
単一横・縦モード動作のレーザを提供するための簡単な方法が開示されている 。ファイバ結合ダイオードは、フラット‐フラット共振光空洞で固体レーザをポ ンピングするようにレーザ結晶にバット結合される。レーザモードとポンピング サイズとの良い重なりを得ることができる。さらに、本空洞での熱効果は、安定 した共振空洞にレーザモードとポンピングサイズとの良い重なりを与えるばかり ではなく、単一周波数性能を高める。
【００１１】 本考案の主要な目的は、高効率、大出力、設置の容易さを有する改良形ダイオ ードポンピング形単一横モード及び単一縦モードのレーザを提供することにある 。 本考案の一つの特徴では、ファイバ結合ダイオードポンプの出力面は、レーザ 結晶の入力面にバット結合（密結合）され、レーザダイオードは、ダイオードポ ンプからの熱放射がレーザ動作に影響を及ぼさないようにレーザ結晶から完全に 分離されている。
【００１２】 本考案の他の特徴は、焦点に向けるための複雑な工程が除去され、レーザシス テムの設定がより容易であり、より正確であるようなフラット‐フラット共振空 洞が使用されるということである。 本考案の他の特徴は、ファイバ結合ダイオードがポンピング光源を提供するた めに使用されることである。ポンピング光分布は良い対称を示し、熱効果による 熱誘導レンズは円形対称である。したがって、共振光空洞を安定な機構で保持す ることができ、フラット‐フラット空洞の不安定性問題を解決することができ、 レーザ結晶は単一横モードレーザを放射するように容易に励起することができる 。
【００１３】 本考案の他の特徴では、レーザモードとポンピングサイズとの良い重なりを得 ることができる。 本考案の目的、特徴及び長所を明らかにするために、３つの実施の形態が以下 に図面とともに説明される。
【００１４】
【考案の実施の形態】
第１の実施の形態 図１は本考案による実施の形態を示している。本実施の形態では、ファイバ結 合レーザダイオード10の出力面11は、図１に示されるように、レーザ結晶20上に 直接に取り付けられている。レーザ結晶20を、高吸収特性を有する下記のレーザ 利得材料、例えばNd:YVO4、Nd:YAB、及びNd:YSAGあるいは他の活性材料から選択 することができる。ここでは、Nd:YVO4がレーザ結晶として選択される。ファイ バ結合レーザダイオード（例えば、SDL‐2372‐P3)10はポンピング源の役もする 。ファイバ結合レーザダイオードは、809ｎｍで1.2Ｗの公称出力、100μｍコア ファイバ12及びピーク強度の１／ｅ2で〜26°半値幅を有する。ポンピング光は 、ファイバ12を通してレーザ結晶に結合され、したがってレーザ結晶の入力面は 、ポンピングダイオードからの熱放射がレーザ性能を低下させないように、ポン ピングダイオードから完全に分離されている。
【００１５】 結晶20の入力面は、基本波長で励起光を名目上反射するように、かつ共振光空 洞の反射鏡の役もするように高反射率のコーティングＨＲで被覆されている。Ｈ Ｒコーティングの反射率は99.8％以上とする。結晶の出力面は、無反射コーティ ングＡＲで被覆され、基本波長での励起光ができるだけ多くレーザ結晶の中に放 射し続けるために、無反射コーティングＡＲの反射率は0.2％以下とする。フラ ット出力カップリングミラー30は、基本波長で部分反射するために例えば90％の 反射率を有する部分反射コーティングＰＲでも覆われている。
【００１６】 レーザ結晶20及びフラット出力カップリングミラー３０はフラット‐フラット 共振光空洞を形成する。フラット‐フラット共振光空洞は、従来のフラット‐凹 面共振光空洞の焦点照準工程を必要としないために、レーザの機構及びアセンブ リは非常に簡単である。必要とされる唯一の調整は、レーザ結晶20及びフラット 出力カップリングミラー30に対する傾斜角を適合させることにある。
【００１７】 さらに、フラット‐フラット共振光空洞は従来のダイオードポンピング形レー ザではあまり安定していないけれども、ポンピング源としてファイバ結合ダイオ ードを使用することから生じる円形対称熱レンズ効果は、レーザモードとポンピ ング焦点との良い重なりでフラット‐フラット共振空洞機構の安定性を改善する ことができる。
【００１８】 フラット‐フラット共振空洞の長さＬＣが０と50ｍｍとの間にあるとき、モー ド対ポンピングサイズ比は約1.0〜2.0であり、したがってさらによい重なり効率 を得ることができる。その結果、単一縦モードレーザを容易に生成することがで きる。 実験結果から、エンドポンピングによる熱効果はフラット‐フラット共振光空 洞での単一縦モード動作を改善することができる。レーザ結晶(Nd:YVO4)が、1.2 Ｗの出力を有する波長809ｎｍでのポンプ光源によって励起されるとき、結晶は 、1064ｎｍの波長で620ｍＷの出力を有する単一横モード及び単一縦モードで作 動するレーザ出力を放射する。この出力はレーザ定理による予測出力よりも約５ 〜６倍大きい。
【００１９】 第２の実施の形態 さらに、第１の実施の形態に基づいて、共振光空洞の長さＬＣが０ｍｍに設定 されると、より簡単なフラット‐フラット共振光空洞を出力カップリングミラー 30及びレーザ結晶20の出力面上の無反射コーティングＡＲを取り除くことによっ て達成することができる。したがって、図２に示されるように、より簡単なフラ ット‐フラット共振光空洞はレーザ結晶20のみを含み、このレーザ結晶20の入出 力面は、高反射率コーティングＨＲ及び部分反射コーティングＰＲのそれぞれで 被覆されている。
【００２０】 第３の実施の形態 図３は、フラット‐フラット共振光空洞がレーザ結晶20(Nd:YVO4)及び周波数 二倍結晶40から成る周波数二倍固定レーザを実現するための本考案による他の実 施の形態を示す。図１に関して同定とされるものと同様な部品は、同一の参照番 号で同定され、これらの説明は省略される。
【００２１】 本実施の形態では、機構は、図１のフラット出力カップリングミラー30が周波 数二倍結晶40と取り替えられた以外は、図１の機構とほとんど同じである。出力 損失を減少させるために、付加的フラット出力カップリングミラーが取り除かれ る。周波数二倍結晶40の後部端は２色コーティングＢＦで被覆され、基本波長で のポンプ光を共振空洞に反射することができるが、第２調波の波長での励起光は その被覆を通過してレーザ出力を形成することができる。
【００２２】 結晶20の入力面は、基本波長及び第２調波の波長で励起光を名目上反射するよ うに高反射率コーティングＨＲ２で被覆されている。ＨＲ２コーティングは、共 振光空洞の反射ミラーの役もする。ＨＲ２コーティングの反射率は、基本波長で 99.8％以上であるべきで、第２調波の波長で98％以上とする。結晶20の出力面は 無反射コーティングＡＲ２で被覆され、基本波長での励起光ができるだけ多くレ ーザ結晶の中に投射し続けるために、無反射コーティングＡＲ２の反射率は0.2 ％以下とする。前記周波数二倍結晶の入力面を覆った無反射コーティングＡＲ３ は、基本波長及び第２調波の波長での光のためのものである。
【００２３】 フラット‐フラット共振空洞の長さＬＣは０と50ｍｍとの間に設定されるとき 、モード対ポンピングサイズ比は約1.0〜2.0であり、したがってさらによい重な り効率を得ることができる。 実験結果から、レーザ結晶(Nd:YVO4)が1.2Ｗの出力を有する波長809ｎｍでの ポンプ光源によって励起されるとき、単一横・縦モードのグリーンレーザを得る ことができる。グリーンレーザの出力は200ｍＷ以上である。
【００２４】 本実施の形態は、簡略にするために記載されていないが第１の実施の形態に記 載されている利点も有している。 前述の説明によれば、本考案が従来の技術と比べて次の利点、（１）高効率及 び大出力、（２）アセンブリのための簡単な機構、（３）性能及びフラット‐フ ラット空洞安定性を改善するための円形対称熱レンズ効果、（４）レンズモード とポンピングサイズとの良好な重なり、（５）単一縦モードレーザを生成するた めの容易な制御、（６）ポンピングダイオードからの熱放出に対して十分な分離 、を有することは明らかである。
【００２５】 本考案は３つの特定の実施の形態に関して説明されているけれども、それの変 更例及び修正例は当業者には明らかであることを予測するものである。したがっ て、実用新案登録請求の範囲に記載の各請求項が、本考案の真の精神及び範囲内 にあるような全ての変更例及び修正例を包含するものとして解釈されることを企 図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案による一実施の形態を概略的に示してい
る。
【図２】本考案による他の実施の形態を概略的に示して
いる。
【図３】本考案による他の実施の形態を概略的に示して
いる。
【符号の説明】
10 ファイバ結合レーザダイオード 11 ファイバ結合レーザダイオードの出力面 12 ファイバ 20 レーザ結晶 30 フラット出力カップリングミラー 40 周波数二倍結晶
フロントページの続き (72)考案者 ユン フー チェン 台湾，シンチュー 30077，サイエンス ベースド インダストリアル パーク，20 アール アンド ディ ロード ６， ナショナル サイエンス カウンシル， プレシジョン インストゥルメント ディ ベロップメント センター (72)考案者 ティン ミン ファン 台湾，シンチュー 30077，サイエンス ベースド インダストリアル パーク，20 アール アンド ディ ロード ６， ナショナル サイエンス カウンシル， プレシジョン インストゥルメント ディ ベロップメント センター (72)考案者 チン フェン カオ 台湾，シンチュー 30077，サイエンス ベースド インダストリアル パーク，20 アール アンド ディ ロード ６， ナショナル サイエンス カウンシル， プレシジョン インストゥルメント ディ ベロップメント センター (72)考案者 チー ルェン ウォン 台湾，シンチュー 30077，サイエンス ベースド インダストリアル パーク，20 アール アンド ディ ロード ６， ナショナル サイエンス カウンシル， プレシジョン インストゥルメント ディ ベロップメント センター (72)考案者 ジュイ イ ツァイ 台湾，シンチュー 30077，サイエンス ベースド インダストリアル パーク，20 アール アンド ディ ロード ６， ナショナル サイエンス カウンシル， プレシジョン インストゥルメント ディ ベロップメント センター

Claims (13)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ファイバ結合ダイオードを有するバット
    カップリング・ポンピング形単一モード固体レーザにお
    いて、 エンドポンピング光を発生するファイバ結合レーザダイ
    オードと、 レーザ結晶と該レーザ結晶から特定の距離だけ配置され
    たフラット出力カップリングミラーとを含むフラット‐
    フラット共振光空洞とを備え、 前記ファイバ結合レーザダイオードの出力面が特定の長
    さ以下の距離によって前記レーザ結晶に対して近接離隔
    され、前記レーザ結晶の入力面及び出力面が高反射率コ
    ーティング及び無反射コーティングでそれぞれ被覆さ
    れ、前記フラット出力カップリングミラーの入力面が部
    分反射コーティングで被覆され、かつポンピング光が前
    記レーザ結晶の中に向けられ及びレーザ出力が前記出力
    カップリングミラーから放射することを特徴とするファ
    イバ結合ダイオードを有するバットカップリング・ポン
    ピング形単一モード固体レーザ。
  2. 【請求項２】 前記ファイバ結合レーザダイオードの出
    力面と前記レーザ結晶の出力面との間の前記特定の長さ
    が１ｍｍ以下でなければならないことを特徴とする請求
    項１に記載のレーザ。
  3. 【請求項３】 前記レーザ結晶と前記出力カップリング
    ミラーとの前記特定の距離が０と50ｍｍとの間であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
  4. 【請求項４】 前記レーザ結晶を次の材料、Nd:YVO4、N
    d:YAB、及びNd:YSAGから選択することができることを特
    徴とする請求項１に記載のレーザ。
  5. 【請求項５】 ファイバ結合ダイオードを有するバット
    カップリング・ダイオードポンピング形単一モード固体
    レーザにおいて、 エンドポンピング光を発生するファイバ結合レーザダイ
    オードと、 レーザ結晶と該レーザ結晶から特定の距離だけ離れて配
    置された周波数二倍結晶とを含むフラット‐フラット共
    振光空洞とを備え、 前記ファイバ結合レーザダイオードの出力面が特定の長
    さ以下の距離によって前記レーザ結晶に対して近接離隔
    され、前記レーザ結晶の入力面及び出力面が高反射率コ
    ーティング及び無反射コーティングでそれぞれ被覆さ
    れ、前記周波数二倍結晶の入力面及び出力面が二色コー
    ティング及び無反射コーティングでそれぞれ被覆され、
    かつポンピング光が前記レーザ結晶の中に向けられ及び
    レーザ出力が前記出力カップリングミラーから放射する
    ことを特徴とするファイバ結合ダイオードを有するバッ
    トカップリング・ダイオードポンピング形単一モード固
    体レーザ。
  6. 【請求項６】 前記ファイバ結合レーザダイオードの出
    力面と前記レーザ結晶の出力面との間の前記特定の長さ
    が１ｍｍ以下でなければならないことを特徴とする請求
    項５に記載のレーザ。
  7. 【請求項７】 前記レーザ結晶と前記出力カップリング
    ミラーとの特定の距離が０と50ｍｍとの間であることを
    特徴とする請求項５に記載のレーザ。
  8. 【請求項８】 前記周波数二倍結晶の出力面の上を覆っ
    ている二色コーティングが基本波長で前記共振光空洞に
    反射でき、かつ第２調波の波長での光が前記二色コーテ
    ィングを通過でき、及び前記周波数二倍結晶の入力面の
    上を覆っている無反射コーティングが基本波長及び第２
    調波の波長の両方での光のためのものであることを特徴
    とする請求項５に記載のレーザ。
  9. 【請求項９】 前記レーザ結晶の入力面の上を覆ってい
    る高反射率が基本波長及び第２調波の波長での光を反射
    でき、かつ前記レーザ結晶の出力面の上を覆っている無
    反射コーティングが基本波長での光のためのものである
    ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ。
  10. 【請求項１０】前記レーザ結晶を次の材料、Nd:YVO4、N
    d:YAB、及びNd:YSAGから選択することができることを特
    徴とする請求項５に記載のレーザ。
  11. 【請求項１１】ファイバ結合ダイオードを有するバット
    カップリング・ポンピング形単一モード固体レーザにお
    いて、 エンドポンピング光を発生するファイバ結合レーザダイ
    オードと、 その入力面及び出力面が高反射率コーティング及び部分
    反射コーティングでそれぞれ被覆されているレーザ結晶
    を含むフラット‐フラット共振光空洞とを備え、 前記ファイバ結合レーザダイオードの出力面が、特定の
    長さ以下の距離によって前記レーザ結晶に対して近接離
    隔され、かつポンピング光が前記レーザ結晶の中に向け
    られ及びレーザ出力が前記レーザ結晶から放射すること
    を特徴とするファイバ結合ダイオードを有するバットカ
    ップリング・ポンピング形単一モード固体レーザ。
  12. 【請求項１２】前記ファイバ結合レーザダイオードの出
    力面と前記レーザ結晶の出力面との間の前記特定の長さ
    が１ｍｍ以下でなければならないことを特徴とする請求
    項１１に記載のレーザ。
  13. 【請求項１３】前記レーザ結晶を次の材料、Nd:YVO4、N
    d:YAB、及びNd:YSAGから選択することができることを特
    徴とする請求項１に記載のレーザ。
JP1997004127U 1997-05-21 1997-05-21 ファイバ結合ダイオードを有するバットカップリング・ポンピング形単一モード固体レーザ Expired - Lifetime JP3043645U (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013055222A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Laser Technica Co Ltd レーザー発振器

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