JP3073021B2 - 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ - Google Patents

強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ

Info

Publication number
JP3073021B2
JP3073021B2 JP07520694A JP52069495A JP3073021B2 JP 3073021 B2 JP3073021 B2 JP 3073021B2 JP 07520694 A JP07520694 A JP 07520694A JP 52069495 A JP52069495 A JP 52069495A JP 3073021 B2 JP3073021 B2 JP 3073021B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
crystal
diode
mode
tem
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP07520694A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09508753A (ja
Inventor
ウィリアム エル ジュニア ナイアン
マーク エス キアスティード
Original Assignee
スペクトラ−フィジックス レイザーズ インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by スペクトラ−フィジックス レイザーズ インコーポレイテッド filed Critical スペクトラ−フィジックス レイザーズ インコーポレイテッド
Publication of JPH09508753A publication Critical patent/JPH09508753A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3073021B2 publication Critical patent/JP3073021B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08072—Thermal lensing or thermally induced birefringence; Compensation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049—Guiding of the pump light
    • H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願の相互参照 即時出願の代理人に与えられ発明家Mark K. Kierstea
d、William L. Nighan,Jr.およびThomas M. Baerにより
1994年２月４日に提出された米国特許出願第08/191,654
号「調整楕円率の熱レンズ」が本書にて参照される。
発明の分野 本発明は広義にはダイオードポンプ型レーザに係わ
る。更に具体的には、ダイオード光源を用いて強熱レン
ズを提供するレーザ結晶（クリスタル）に光をポンピン
グするレーザに係わる。
発明の背景 ダイオードレーザは、独立したダイオードであれダイ
オード列であれダイオード棒であれ、種々の結晶に光を
ポンピングするために利用されてきた。Baerらによる初
期の研究によって、TEM00モードの直径よりも直径が小
さい結晶にダイオードポンプ光を集束させるという構成
によって端面ポンピング式レーザの効率が大いに向上す
ることが立証された。例えば、米国特許第4,653,056号
と4,656,635号とを参照する。この優れた発見は「モー
ド整合」と呼ばれている。
モード整合の効果は、レーザ共振器のTEM00モードと
共振器内の結晶における励起量との間の結合を最大にす
ることである。すなわち、光学傾斜効率と総合光学効率
の両方が最大限に強化される。典型的なモード整合形態
においては、TEM00モードの直径のダイオード端面ポン
ピング式ネオジムYAGレーザ内のポンプビームの直径に
対する比率Ｒは普通およそ1.3以上である。2Wといった
低ポンプバワーでは、必要な効率を達成しほぼ回折限界
のガウス形ビームを生成するのにモード整合が好都合で
あることが判明している。
低ポンプパワーでは、モード整合手法が、強熱レンズ
特性をもつ物質（例えばネオジムYAGとネオジムYVO4）
と弱熱特性をもつ物質（例えばNd:YLF）の両方に対して
うまく作用する。これは、およそ2Wを下回るポンプパワ
ーは普通低すぎて典型的なダイオードポンプ型レーザ共
振器の特性を顕著に変化させられるくらいの度合のレン
ズを発生させることはできないからである。10〜20Wダ
イオードレーザ棒で得られるくらいの高ポンプパワーで
は、熱効果が端面ポンピング式レーザで顕著になる。
ダイオード棒による高ポンプパワーでは、ダイオード
ポンプ光によって相当な集束力の熱レンズをレーザ結晶
内に発生させることができる。これら強熱レンズに本質
的に関連する収差は、高出力のダイオードポンプ型レー
ザの効率を制限すると考えられる。例えばS. C. Tidwel
l、J. P. Seamans、M. S. BowersおよびA. K. Cousinに
よる「量子電子」（米国電気電子技術者協会機関誌第24
巻997頁（1992年））を参照すること。
「強」熱レンズ形成と「弱」熱レンズ形成とについて
述べる。「強熱レンズ」の場合、ポンピングによる熱レ
ンズの集束力は、少なくともレーザ共振器内の他の光学
素子のそれに匹敵する。強熱レンズは、レーザ共振器内
でのレーザ共振器の固有モードの大きさと発散量とを著
しく変化させる。「弱熱レンズ」の場合、ポンピングに
よるレンズの集束力は、鏡や典型的なレンズなどのよう
なレーザ共振器内の他の光学素子より僅かに低い。熱レ
ンズは、レーザ共振器内の他の光学素子が共振器の固有
モードの大きさと発散量とを左右する場合は低いと考え
られる。一方、熱レンズが固有モード特性に与える影響
は僅かである。
高収差物質にはある用途に適するという物質特性があ
る。ネオジムYLFに対してネオジムYVO4は高い利得と短
い上準位寿命とを示す。これらの特性から、高いパルス
エネルギーや高い繰り返し率をもつＱスイッチレーザや
光学的帰還に反応しないレーザを構成する時に重要な調
整可能パラメータが得られる。加えて、ネオジムYVO4の
もつある特性からネオジムYVO4はダイオードポンピング
に好都合である。すなわち、最高809nmのダイオードポ
ンプ波長での吸収係数が極めて高いので、ダイオードポ
ンプ光をネオジムYVO4結晶へ効率的に伝達できる。
強熱レンズ特性と弱熱レンズ特性とを持合わせた物質
については既にいくつかの例が挙げられている。例え
ば、強熱レンズを実現する傾向にある物質はネオジムYA
GとネオジムYVO4とである。ポンピングによる表面歪が
熱レンズの度合に貢献するが、その効果は基本的には、
物質の屈折率の物質の局部温度への強い依存性によるも
のである。この依存性がネオジムYAGとネオジムYVO4と
に対するものよりネオジムYLFに対するものの方が一段
級くらい小さい場合、ネオジムYLFなどの物質における
熱レンズの集束力（あるいは集束解除力）については、
集束力が他の空洞内光学素子のものに匹敵するくらいな
らば、レーザ共振器に関して考慮しなければならない点
であることに留意する。弱熱レンズの一つの例として、
ネオジムYLFを使ってレーザ共振器を構成して他の空洞
内光学素子よりも集束力の弱い熱レンズを実現すること
は可能である。
ダイオードポンピングによる熱レンズは完璧なレンズ
ではなくむしろ異常型のレンズである点に留意すること
が大切である。典型的な高出力ダイオードポンプ型レー
ザの構成においては、強熱レンズは本質的に異常型の熱
レンズである。強いポンピングによる熱レンズの収差は
高出力ダイオード棒ポンプ型レーザの効率を制限すると
考えられる。例えば、S. C. Tidwell、J. F. Seamans、
M. S. BowersおよびA. K. Cousinによる「量子電子」
（米国電気電子技術者協会機関誌第24巻997頁（1992
年））を参照する。これは、従来のモード整合手法を用
いた場合、熱による収差が著しい回折損失を共振器にも
たらすからである。光路によって半径関数が異なるレン
ズのような異常型の熱レンズは、単純な放物線によって
は適切な近似が行えない。推測に基づく完璧な熱レンズ
は、完璧な放物線で近似できるような半径関数としての
光路のずれがある。典型的な異常型熱レンズの場合、半
径関数としての光路のずれは、その中心部においてはほ
ぼ放物線状であるが翼部においては熱がポンピングの中
心から周囲の結晶へと流出するので放物線から大きく逸
脱する。例えば、J. Frauchiger、P. AlbersおよびH.
P. Weberによる「量子電子」（米国電気電子技術者協会
機関誌第24巻1046頁（1992年））を参照する。
異常型熱レンズ形成を伴うレーザシステムの効率は、
熱収差がレーザ共振器内じポンプパワーに依存した損失
として作用するので異常型熱レンズ形成を伴わないレー
ザシステムに比べて低いことが報告されている。高出力
高効率レーザとの相対的な比較を行うために、ダイオー
ドポンプ型レーザの具体的なモデルを基準とレーザして
使用する。基準レーザは、S. B. Hutchinson、T. Bae
r、K. Cox、P. Gooding、D. Head、J. Hobbs、M. Xeirs
teadおよびG. Kintzによる平均的出力の固体レーザのダ
イオードポンピングにおける「３〜10ワットの平均的出
力のダイオードポンプ型レーザの進歩」（編集発行人…
G. F. Albrecht、R. J. BeachおよびS. P. Velsko。会
報。PIBi865。61〜72頁）で報告されているようにダイ
オード棒ポンプ型ネオジムYLFレーザである。この著書
たちは、ネオジムYLFの熱レンズは弱いと考えられるの
で弱い熱収差を示すだけであろうという風に考えて構成
したダイオード棒ポンプ型ネオジムYLFレーザについて
報告している。このレーザは、ネオジムYLF利得媒体へ
入射する17Wのダイオード棒ポンプパワーに対してM2＜
1.1のTEM00モードでの6Wの偏光出力レーザパワー（PO）
を提供する。このレーザの光学効率（Po/Pi）は最高35
％である。一方、光学傾斜効率（dPo/dPi）は最高40％
である。このレーザは、高効率高出力でありほぼ回折限
界のTEM00モードで動作する高出力高効率ダイオード棒
ポンプ型レーザとしての基準をなすと考えられる。従っ
て、ほぼ回折限界のTEM00モードで対応する出力と光学
効率とを示すダイオード棒ポンプ型レーザを高効率高出
力ダイオード棒ポンプ型レーザと呼ぶ。
強熱レンズを提供する結晶を用いて構築された高出力
ダイオード棒ポンプ型レーザは、上記の基準レーザより
効率が劣ると報告されている。例えば、6Wの出力レベル
でTEM00モードで動作する端面ポンピング式ネオジムYAG
に対する総合光学効率（Po/Pi）はおよそ16％に過ぎな
いことが報告されている。ネオジムYAGによって達成さ
れた多モード効率は報告によるとそれより高い。しか
し、多モードビームが多くの用途に有用であるとは限ら
ない。例えば、S. C. Tidwell、J. F. Seamans、M. S.
BowersおよびA. K. Cousinsによる「量子電子」（米国
電気電子技術者協会機関誌第24巻997頁（1992年））を
参照する。光学効率（Po/Pi）26％が60Wのレベルでのネ
オジムYAGレーザに対して報告された。しかし、TEM00レ
ーザビーム光質は、M2＜1.3では基準レーザより劣って
いた。ただし、ビームは偏光していなかったし、レーザ
には狭いポンプパワー範囲でしか作用しない収差補償用
の非球面光学素子を使用した。例えば、S. C. Tidwell
とJ. F. Seamansとによるれ平均的出力の固体レーザの
ダイオードポンピングにおける「60W近TEM00連続波ダイ
オード端面ポンピング式ネオジムYAGレーザ」（編集発
行人…G. F. Albrecht、R. J. BeachおよびS. P. Velsk
o。会報。SPIE1865。85〜92頁）を参照する。我々の報
告でも、出力レベルが7.6Wであって入射パワーが21.1W
である38個の別々の偏光結合式ファイバ連結型ダイオー
ドでポンピングした場合、TEM00ネオジムYAGレーザの光
学効率（Po/Pi）は36％であった。このシステムの重大
な欠点は、ダイオード棒を使用していないために、38個
の別々の偏光結合式ファイバ連結型ダイオードが極めて
複雑で経費がかかり壁に詰め込んだコンセクトの効率が
わるい（Po÷入力パワー）ことである。これは、「レー
ザダイオード端面ポンピング式ネオジムYAGレーザから
のTEM00モードの7.6W連続波放射」（Opt, Lett.17巻。1
003頁（1992年））においてY. Kaneda、M. Oka、H. Mas
udaおよびS. Kubotaによって報告された。
これらの障害にも係わらず、強熱レンズ物質を利用す
ることができほぼ回折限界のTEM00モードで効率良く高
出力で動作することができるダイオード棒ポンプ型レー
ザを開発することは非常に有意義なことである。なぜな
ら、強熱レンズ物質の中にはある用途に望ましい物質と
する望ましい特性を持つものがあるからである。ネオジ
ムYLFに対して、、ネオジムYVO4は高い利得と短い上準
位寿命とを示す。これらの特性から、高パルスエネルギ
ーあるいは高繰り返し率をもつＱスイッチレーザあるい
は光学的帰還に反応しない連続波レーザを構成するとき
に重要な調整可能パラメータが得られる。加えて、ネオ
ジムYVO4のある特性からネオジムYVO4はダイオードポン
ピングに好都合である。ダイオードポンプ波長が最高80
9nmのときの吸収係数は極めて高いので、ネオジムYVO4
結晶へダイオードポンプ光を効率よく伝達できる。
ネオジムYAGやネオジムYVO4などのような強熱レンズ
物質は、2W以上ポンプパワーをもつある種のレーザに用
いられている。しかし、強くて異常型の熱レンズが端面
ポンピング式構成で発生するのである。これは、基本的
には、これらの物質の屈折率が強い温度関数であり、ポ
ンプビームによる熱の堆積が大きな熱勾配を引き起こす
からである。一般的に、強熱レンズ形成は、高ビーム質
の効率によいレーザを設計し構築する際に障害になると
考えられてきた。このため、高効率高出力のダイオード
棒ポンプ型レーザに強熱レンズ物質を使用しても良い成
果が得られなかった。
ポンピング式熱レンズの収差については、レーザ空洞
内の特別な形状をした非球面レンズあるいは非球面結晶
面によって相殺あるいは補正することができる。ポンピ
ングによる収差が完全に補正されさえすれば、TEM00モ
ードの直径のポンプビームの直径に対する比率Ｒを好ま
しい値（１以上）に設定でき、光学効率を著しい収差を
もたない従来のモード整合型レーザに近付けることがで
きるとしたら理想的である。しかし、非動的補償方式の
ものには重要な意味を持つ限界がある。熱レンズの度合
とその収差とがポンプパワーと空洞内パワーとの動的な
関数であるため、あるポンプパワー範囲ではうまく働か
ないのである。これらの構成は、非常に小さなダイオー
ドポンプパワー範囲でしか作用しないわけだから、魅力
に乏しい。
高効率レーザが求められている。低効率レーザは、所
望のレーザ出力パワーを達成するためにより多くのダイ
オードポンプパワーを必要とする。特定のダイオード棒
光源からのポンプパワーを増加させることは、ダイオー
ド接合部の温度を増加させることになり、ダイオード光
源の寿命が予想可能な非常に望ましくない仕方で短縮さ
れる。長い寿命を必要とする用途には受け入れがたい点
である。低効率レーザでは、特定のレーザ出力パワーを
達成するためには別のダイオードの追加使用を必要とす
る場合もある。これも、経費や複雑さに敏感な用途には
受け入れがたい点である。
強熱レンズ物質を使用し高質ビームをあるポンプパワ
ー範囲に亘って提供できる高効率高出力レーザ構成も求
められている。更に、Ｑスイッチモードで効率よく動作
できる、あるいは、光学的帰還に反応しない連続波モー
ドで動作できる強熱レンズ物質を用いたダイオードポン
プ型レーザの提供が望まれている。
最後に、経費や複雑さに敏感な用途にも受け入れられ
るレーザが求められている。
ネオジムYAGやネオジムYVO4などの高い熱による位相
収差を伴うレーザ結晶が、2W以上の出力パワーをもつ高
出力ダイオードポンプ型レーザ用に検討されてきた。し
かし、ネオジムYAGやネオジムYVO4の熱レンズの度合
は、これらの物質の屈折率の温度の関数としての変動が
大きいので高出力端面ポンピング式形態においては非常
に大きなものとなる。熱レンズの大きな集束力に付随す
るのが高収差である。大きな収差は、極めて異常型の物
質を使用する高出力システムの効率を制限する。低収差
の物質であるネオジムYLFにおける熱収差は、dn/dtがネ
オジムYAGあるいはネオジムYVO4のより僅かに小さいか
ら、同様の端面ポンピング式軽快におけるものよりは一
段級くらい小さい。一般的に、強熱レンズ形成は高ビー
ム質の効率のよいレーザを設計し構築する際に障害にな
ると考えられている。このため、高ポンプパワーで高収
差の物質を使用することには限度があった。
ポンピング式熱レンズの収差は、レーザ空洞内の非球
面結晶面としての特別な形状をした非球面レンズを用い
ることで相殺あるいは補正される。ポンピングによる収
差が完全に補正されさえすれば、TEM00モードの直径の
ポンプビームの直径に対する１より大きい好適な比率を
用いることができ、光学傾斜効率を顕著な収差をもたな
い従来のモード整合式レーザのものに近付けることがで
きるとしたら理想的である。しかし、このような非動的
補正方式には重要な意味を持つ限界がある。熱レンズの
度合とその収差とがポンプパワーと空洞内パワーとの動
的な関数なのであるポンプパワー範囲では旨く働かない
のである。これらの構成は、非常に小さなポンプパワー
範囲でしか作用しないのだから、魅力に乏しい。
発明の概要 本発明の目的は、TEM00モードで動作しながらも非常
に効率がよく偏光出力を生成する強熱レンズを備えたダ
イオードポンプ型レーザを提供することである。
本発明の別の目的は、広いポンプパワー範囲に亘って
TEM00モードで動作しながらも非常に効率がよく偏光出
力を生成する強熱レンズを備えたダイオードポンプ型レ
ーザを提供することである。
本発明の別の目的は、高出力偏光パワーのTEM00モー
ドで動作しながらも非常に効率のよい強熱レンズ結晶を
備えたダイオード棒ポンプ型レーザを提供することであ
る。
本発明の別の目的は、TEM00モードで動作しながらも
非常に効率がよく、およそ1.2より小さいm2値でほぼ回
折限界となる偏光出力ビームを生成するダイオードポン
プ型レーザを提供することである。
本発明の更なる目的は、非常に効率がよくTEM00モー
ドの直径のレーザ結晶におけるポンプビームの直径に対
する比率が１未満であり偏光出力を生成するダイオード
ポンプ型レーザを提供することである。
本発明の更に別の目的は、Ｑスイッチモードで効率よ
く作動し偏光出力を生成するダイオードポンプ型レーザ
を提供することである。
本発明の別な目的は、ネオジムYVO4レーザ結晶を用い
たダイオードポンプ型レーザを提供することである。
本発明の更なる目的は、ファイバの束に連結されたダ
イオード棒ポンプ光源によって光をポンピングされたと
きにTEM00モードで動作するネオジムYVO4結晶を備えた
効率のよいレーザを提供することである。
本発明の上記の目的およびその他の目的は、共振器光
軸をもつレーザ共振器を構成する共振器鏡と出力カップ
ラとを有するほぼ回折限界の高効率ダイオードポンプ型
レーザで達成される。TEM00モードの直径をもつ強熱レ
ンズレーザ結晶は、共振器の光軸に沿って共振器に搭載
される。ダイオードポンプ光源は、ポンプビームを結晶
へ供給して偏光されたほぼ球状の出力ビームを生成す
る。電源はダイオードポンプ光源へ電力を供給する。更
に、TEM00モードの直径よりも直径の大きい結晶内のポ
ンプビームへポンプビームの一部を集束させるために画
像装置を設けることもできる。
一つの実施例においては、熱レンズの楕円率を調整す
るために、ｘ軸方向の焦点距離がfxでｙ軸方向の焦点距
離がfyで所望のfx/fy率をもつポンピング式熱レンズを
提供する。これには、ポンプビームと出力ビームとが通
過する第一と第二の端面を対向させた異方性結晶が設け
られている。取付け台が結晶を支持し結晶内の熱流を所
望のfx/fy率を実現する方向を向ける。
ネオジムYVO4は好適なレーザ結晶の一つである。その
結晶の典型的な楕円形熱レンズの特性を変更して、レー
ザが球形のビームを生成するようにする。これは、結晶
の「ｃ」軸に対して垂直な「ｃ」軸結晶面を通過する熱
伝導路を形成することによって達成される。結晶の
「ａ」軸に垂直な結晶の「ａ」面は熱から絶縁される。
ネオジムYVO4は、高い利得と短い上準位寿命とを示すこ
とから有用なレーザ結晶である。これらの特性によっ
て、短パルス高繰り返し率のＱスイッチ方式や光学的帰
還に反応しないことが重要な用途に特に有用なレーザと
なる。上準位寿命はネオジムYLFより約５倍も短い。ま
た、誘導放出の横断面はネオジムYLFより約７倍も大き
い。帰還による振動は、高出力ネオジムYLFレーザより
も高出力ネオジムYVO4レーザの方が７倍程度速く減衰す
る。これは、画像記録に重大な要因である。ネオジムYV
O4の別のプラスの属性は、その吸収係数がダイオードポ
ンプ波長か最高809nmのとき非常に高くなるため、ネオ
ジムYVO4結晶へダイオードポンプ光を効率よく伝達でき
ることである。
結晶内の熱流を管理することで、熱レンズに所望のfx
/fy率を実現でき、これによって、熱レンズの楕円率を
調整できる。一つの実施例においては、「ｃ」結晶面に
沿って熱伝導路を形成することによって略球状の熱レン
ズを生成している。TEM00モードの大きさのポンプビー
ムの大きさに対する比率は１より小さい。これによっ
て、回折損失は低減されるが効率のよくないTEM00レー
ザとなってしまうことが知られている。束ねられた複数
のファイバを使用して、ダイオードポンプ光を導出して
シルクハットのような外形のポンプビームを作成する。
TEM00モードの大きさのポンプビームの大きさに対する
比率は好ましくないけれども、このレーザは高出力TEM
00モードで非常に効率のよいものとなる。
TEM00モードにおけるレーザの光学傾斜効率は40％を
上回る。総合光学効率は30％を上回る。例えば、7Wの偏
光したほぼ回折限界の出力が16Wのポンプパワーで発生
する。多重ポンプ光源構成は50Wの出力に見合った効率
をもたらす。TEM00モードの直径のほぼシルクハット形
のポンプビームの直径に対する比率は1.2〜およそ0.6で
あり、好適にはおよそ0.83である。回折限界のガウス形
出力ビームが発生する。これは略球状である。出力ビー
ムのM2は一般的にはおよそ1.2を下回り、1.05くらいの
低さである。ビームプロフィールのガウス曲線からの最
小自乗偏差はおよそ10％を下回り17くらいの低さであ
る。強熱レンズ物質と高出力ポンピングと非モード整合
形態とをファイバ束連結型ダイオードポンプ光源に組合
せることによって、偏光出力を生成する高出力高効率TE
M00レーザを実現できる。
非動的補償方式を用いてポンピング式熱レンズの収差
を補正しているが、このような方式はある一定のポンプ
パワー範囲ではうまく作用しない。動的な方式が提案さ
れたがよい成果を挙げていない。本発明のレーザは、収
差補償方式をとることなく広いポンプパワー範囲でうま
く作用する。
いま、高効率と高出力と簡単で信頼のおけるレーザ光
源からの高質ビームとを必要とする用途に対して強熱レ
ンズレーザ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザが使
用可能になる。
図面の詳細な説明 図１は、共振器内に配置された高収差結晶を備えたダ
イオードポンプ型レーザの概略図である。
図２は、非円柱形の高収差結晶の透視図であり、光学
端面と結晶の「ｃ」軸に垂直な「ｃ」軸結晶面の一つと
結晶の「ａ」軸に垂直な「ａ」軸結晶面の一つとを示
す。
図３は熱流し内に搭載された高収差結晶の断面図であ
る。
図４は三つのレーザの出力パワーを示すグラフであ
る。第一のレーザは弱熱レンズ形成機能と低収差特性と
をもつレーザ結晶を備え、第二のレーザは強熱レンズ形
成機能と高収差特性とをもつレーザ結晶を用いており、
第三のレーザは、ポンプビームの一部だげがTEM00モー
ドの直径に集束されるという本発明の一つの実施例のレ
ーザである。
図５は、完璧なレンズに対する半径の関数としての光
路のずれを表す放物線のグラフであり、高収差物質に特
有な強ポンピングによる非放物線状位相歪との比較で示
す。
図６は単一の光ファイバを備えたダイオードポンプ光
源に特有なガウスプロフィール状出力を示す。
図７は多量ファイバ束に関するシルクハット形プロフ
ィール状出力を示す。
図８は、TEM00ポンプ光の直径と図７のシルクハット
形のプロフィールとの関係を示すグラフである。
実施例の詳細な説明 本発明はほぼ回折限界の高出力高効率ダイオードポン
プ型レーザである。少なくとも一つの共振器鏡と出力カ
ップラとから成る。これらは共振器光軸をもつレーザ共
振器を構成する。強熱レンズレーザ結晶が共振器内に搭
載される。ダイオードポンプ光源はレーザ結晶へポンプ
ビームを供給して偏光した略球状の出力ビームを生成す
る。
レーザの光学効率は25％より大きい。レーザの高出力
TEM00動作はTEM00モードで4Wを上回る出力ビームを発生
させる。この出力は実質的にTEM00かほぼ回折限界のも
のである。但し、全出力ビームの少なくとも95％はM2値
が1.2より小さい。ここでM2は、空洞外でのビームのく
びれ部分の大きさから推測されるビームの理論上の共焦
パラメータの実際に測定される共焦パラメータに対する
比率として定義される。出力ビームは、実際のビームの
プロフィールほぼ全部の理想的なガウスプロフィールか
らの最小自乗偏差が10％より小さい。更に、出力ビーム
は偏光されている。ある実施例では、レーザは、結晶内
のダイオードポンプによる熱レンズが、放物線状のプロ
フィールによっては表されない半径関数としての光路の
ずれを示すレーザ結晶を使用する。
図１において、ダイオードポンプ型レーザヘッド10
は、共振器鏡12と出力ガップラ14と共振器光軸16とによ
って構成される。ダイオード光源18はポンプビーム20を
供給する。共振器鏡12はダイオード光源18のダイオード
ポンピング波長で高い透過率を示す。この標準的な光学
的コートはレーザ結晶の表面に施される。共振器鏡を複
数個使用することもできる。ダイオード光源18は、単一
のダイオード、空間エミッタ、ダイオード棒あるいは複
数のダイオードかダイオード棒である。好適には、ダイ
オード棒が高出力なので用いられる。最適な20Wダイオ
ード棒光源18は、オプトパワー（OptoPower）社（カリ
フォルニア州産業都市（City of Industry））製型式OP
C−A020−810−CSである。ダイオード光源18の好適な波
長は780〜815nmである。特定の結晶の波長は次の通りで
ある。すなわち、ツリウムYAGが785nm、ネオジムYLFが7
97nm、ネオジムYAGとネオジムYVとが809nmである。ダイ
オードポンプ光源の波長は温度で調整されて、レーザ結
晶における吸収率を最適化する。
ダイオード光源18は一つ以上の光ファイバ22に連結さ
れる。好適には、光ファイバ22の束を利用する。最適な
ファイバ22は、けい石きせ金法によってけい石製の芯が
形成されたものであるが、これに限定されるものではな
い。連結は、米国特許第5,127,068号に記載されている
ように行われる。
光軸16上に熱流し（ヒートシンク）26に搭載された強
熱レンズレーザ結晶24が配置される。レーザ結晶24の特
性は、特に高出力端面ポンピング形態の場合に屈折率が
温度の関数として変化することである。ポンプパワーが
高くなりおよそ5Wを上回ると、熱による位相収差の結果
が顕著になる。この屈折率の変動は、ネオジムYVO4の
「ｃ」軸に平行に偏光した光に対しておよそ３×10−6/
゜K程度である。
最適な結晶24物質は、ネオジムYVO4、ネオジムGVO4、
ネオジムYPO4、ネオジムBEL、ネオジムYAL0およびネオ
ジムLSBであるが、これらに限定されるものではない。
空洞内偏光素子がある場合にはネオジムYAGも使用可能
である。好適な結晶24物質は、リットンエアトロン（Li
tton−Airtron）社（ノースキャロライナ州シャートッ
テ市）製のネオジムYVO4である。ネオジム原子の百分率
は、0.5〜3.0％で好適にはおよそ0.6〜0.9％更に好適に
はおよそ0.8％である。
ネオジムYLFの熱収差は、dn/dTがネオジムYAGとネオ
ジムYVO4とのより僅かに小さいから、同様な端面ポンピ
ング形態における高収差物質のより約一階級小さいこと
が知られている。ネオジムYVO4は、利得が高く上準位寿
命が短いので、ネオジムYLFと比べると魅力的な物質で
ある。ネオジムYAGは、利得も上準位寿命も中くらいで
ありやはり有用である。ネオジムYVO4も、ダイオードポ
ンプの波長が最高809nmのときの吸収係数が極めて高く
てダイオードポンプビーム20を結晶24へ効率よく伝達で
きるので、ダイオードポンピングには最適である。
これらの特性は、Ｑスイッチレーザあるいは光学的帰
還に反応しないレーザを設計するときに重要である。例
えば、ネオジムYVO4は、短パルス幅高繰り返し率のＱス
イッチ方式に用いられ、光学的帰還による振動をネオジ
ムYLFのおよそ７倍の速さで減衰させる。これは、高速
画像記録では重大な意味を持つ。レーザヘッド10にはオ
プションでＱスイッチ28が設けられる。最適なＱスイッ
チ28はネオステクノロジース（NEOS Technologies）社
（フロリダ州メルボルン市）製のものである。また、レ
ーザヘッド10にはTEM00出力ビーム32の発生を促進する
ために開口絞り30が設けられる。
一対の標準的なメレスグリオット（Melles Griot）社
（Irvine市）製の球面レンズ34と36を使用して、ポンプ
ビーム20の一部を画像化して結晶24の光学端面に重ね合
わせる。レンズ34と36は、ポンプビーム20の大きさを最
適化してTEM00モードの大きさのポンプビームの大きさ
に対する比率が特定の比率Ｒになるようにする。また、
ポンプビーム20の大きさを最適化することで出力パワー
を増加させながらも結晶24の破砕を回避している。最適
な比率Ｒとはおよそ0.83である。画像形成を達成するた
めに使用される他の素子は、レンズ単体と反射光学素子
であるが、これらに限定されるものではない。
レーザヘッド10内に形成される空洞の長さは可変であ
る。最適な長さは３〜30cmである。一つの実施例におい
てはおよそ10cmである。
図２において、結晶24には端面38と結晶24の「ｃ」軸
に垂直な「ｃ」軸結晶面36と結晶24の「ａ」軸に垂直な
「ａ」結晶面38とがある。この用語は単軸結晶に引用さ
れるものである。これらの標識はネオジムYAGには適用
されない。表面38、40および42には各々図示しない対向
面がある。対向面は平坦で概ね平行であるが、それらを
およそ１゜の楔状にしてもよい。
結晶24の外形は可変である。円柱形も可能であるが、
非円柱形も好適である。最適な外形は立方体か矩形であ
る。結晶24の外形と大きさとは重要な観点となる。一つ
の実施例においては、結晶24は端面38の寸法が1mmより
大きく好適にはおよそ３〜4mmである。結晶24の長さは
端面38の寸法に対応する。更に、外形が矩形の場合、お
よそ１〜10mmの長さが適当である。より好適にはおよそ
４〜8mmである。
結晶24の実際の大きさは重要である。無制限に大きけ
れば、熱流を管理しにくなり楕円形出力ビームが発生す
る。この場合、結晶24の外面は、低すぎて熱伝導経路を
調整できないくらいの熱勾配を示す。しかし、熱伝導の
制御は、結晶が小さい場合にずっと容易で明白である。
ネオジムYVO4結晶24の光学特性と熱特性と機械的特性
とは、「ａ」軸方向と「ｃ」軸方向とで異なる。「ａ」
軸に平行な方向の熱膨張係数は「ｃ」軸に平行な方向の
よりおよそ2.5倍も小さい。温度の関数としての屈折率
の変動は、「ａ」軸方向と「ｃ」軸方向とでおよそ2.8
の因数だけ異なる。ネオジムYVO4は強度に複屈折するの
で、二つの結晶学上の軸の間の屈折率の差異は10％を上
回る。
図３に示すように、結晶24は、熱流し26に適切に実装
されれば、円形の熱レンズなどの調整楕円率の熱レンズ
を生成することができる。熱流し26については、銅で形
成することができるが、他の最適な物質にはアルミニウ
ムとアルミナとがある。熱流し26を二つの部分44と46で
構成することができる。半田48を「ｃ」軸結晶面36およ
びその対向面上に施して、表面と熱流し26との間の熱イ
ンピーダンスを減少させる。最適な半田は、融点温度が
低いものでアメリカインジウム（Indium Corporation o
f America）社（ニューヨーク州ウチカ（Utica）市）製
のインジウム半田1Bなどである。他の物質も考えられ、
トラコン（Tra−Con）社（マサチューセッツ州メドフォ
ード（Medford）市）製のトラボンド（Tra−Bond）2151
などの熱伝導性エポキシ樹脂や、ダウコーニング社（Do
w Corning Corporation）（ミシガン州ミッドランド
市）製のダウコーニング340を始めとする熱製油脂が考
えられる。熱流し26とその各部分44と46とにメッキを施
して半田への付着力を向上させてもよい。メッキ物質と
しては、ニッケルや銀が良いがこれらに限定されるもの
ではない。間隙50が「ａ」軸結晶面42とその対向面との
外側に形成される。
二つの部分44と46とを、それらが結晶24と組立てられ
る前にインジウムで「すずメッキ」することもできる。
結晶24を適所に半田づけする手法の一つは、１〜２ミリ
のインジウム箔層一枚か二枚で結晶を包み、予めすずメ
ッキした熱流し26の部分44と46の間に配置し、およそ17
5℃の高熱板上に組立たものを設置するというものであ
る。
間隙60は、「ａ」軸結晶面と熱流し26との間に熱絶縁
体を形成する。あるいは、熱流し26と「ａ」軸結晶面と
の間の絶縁物質を代用することによって間隙50を削除す
ることもできる。最適な絶縁物質は、トラコン社（マサ
チューセッツ州メッドフォード市）製の2135Dなどのエ
ポキシ樹脂であるがこれに限定されるものではない。熱
伝導径路は、図示されていないが熱エネルギーを結晶24
から「ｃ」軸結晶面経由で伝導する。このように熱の流
れを管理することによって、球状の回折限界の出力ビー
ム32が生成される。
図４に示すように、典型的なモード整合形態の端面ポ
ンピング式システムにおける異常型レンズ形成による回
折損失は、ネオジムYVO4などの強熱レンズ収差物質が端
面で光をポンピングされたときに生じる。線52は、熱レ
ンズが弱いために熱収差損失がほとんどないネオジムYL
Fなどの物質を示す。ネオジムYVO4で発生する熱レンズ
は強力で収差を起こす。ネオジムYVO4の場合、典型的な
モード整合形態を用いると、重大な回折損失がTEM00モ
ードに発生し、ポンプパワーが増加しても出力パワーは
線54で示すように停滞したままとなる。ポンプビーム20
の最良の部分がネオジムYVO4結晶24に重なると、損失と
して作用する熱収差の量が大きく減少する。TEM00モー
ドの直径のポンプビームの直径に対する比率を調節して
１より少ない値にすることによって最適化した場合、非
モード整合ネオジムYVO4レーザの性能は線56で示される
ようになる。この性能は線52で表されるものよりも優れ
ている。これについては先行例に教示されていない。こ
うして高出力高効率TEM00レーザが実現する。
ネオジムYVO4は熱レンズとし作用する。図５に示すよ
うに、完璧なレンズは、光路のずれが完璧な放物線58で
表される半径関数として与えられる。ネオジムYVO00な
どの強熱レンズ強収差物質の場合、ポンピングによる非
放物線状の位相歪は、TEM4モードで作動するレーザの効
率を低下させる。その結果、プロフィールは、完璧な放
物線58ではなく異常な翼部が形成された歪んだ放物線60
で示される。
単一の光ファイバは強度のピークを示すため、図６に
示すように準ガウス形ビーム62が作成される。ファイバ
の束を使用する場合、明白な強度のピークを作らない。
その代わり、方形波形状すなわち図７に示すような「シ
ルクハット」形のビーム外形64をもたらす。
ネオジムYVO4などの端面ポンピング式熱レンズの性能
放物線の中央部は、異常を示す翼部より完璧なレンズの
ものに近似している。この影響によって、一つの実施例
においては、ポンプビーム20の中央部だけを用いて光学
端面38上でTEM00モードに重ね合わせる。これは、ポン
プビーム20をレンズ34と36を介して所望の大きさに集束
させることによって達成される。TEM00モードの直径の
ポンプビームの直径に対する最適な比率は1.2〜0.6であ
る。一つの実施例においては0.83である。
結晶24内のTEM00モードの直径のポンプビーム20の直
径に対する比率は一つの実施例では１より小さい。ファ
イバの束を利用する場合、結晶24のTEM00モードの直径
のほぼシルクハット形のポンプビーム20の直径に対する
比率は１未満〜およそ0.83である。これが、１未満の比
率では無効果であるとした先行例の教示内容に反する点
である。各々の直径を図８に示す。TEM00の直径は62で
シルクハット形ポンプビームの直径は64である。一方、
従来のモード整合TEM00の直径を66で示す。
熱レンズ形成がないときの従来のモード整合は、TEM
00モードの直径のポンプビーム20の直径に対する比率を
次の式に従って最適化することである。
Ｑ≡∫∫∫Io（r,z）Po（r,z）dV ここで、Io（R,z）は結晶内のTEM00モードの正規化強度
分布であり、Po（r,z）は結晶内の吸収されたポンプ光
の正規化分布である。
従来のモード整合の場合、Ｑ因子を最大にしてレーザ
の閾値を最低にし傾斜効率を最大限に向上させる。従来
のモード整合の場合、結晶内のポンプビームの直径が結
晶内のTEM00モードの直径よりも小さいときに、この重
ね合わせＱ因子を最大にする。これは、TEM00モードの
直径の結晶内のポンプビームの直径に対する比率R1が１
より大きいときに行われる。結晶内のTEM00モードの直
径は、普通、モードの強度がピーク値の1/e2（〜13.5
％）になるときの直径と定義される。結晶内のポンプビ
ームの直径は、結晶内のポンプビームの画像の直径と定
義される。ポンプビームの強度分布は「シルクハット」
形プロフィールに近くなる。TEM00モードの直径の結晶
内のポンプビームの直径に対する比率は従来のモード整
合型レーザの場合１より大きい。本発明では１より小さ
い。強熱レンズと組み合わせる場合、非モード整合構成
は高出力高効率TEM00レーザを実現させる。
先行例の研究者たちによれば、比率Ｒが１より小さい
とレーザは低収差物質に対しても高収差物質に対しても
効率が良くない。しかし、本発明は異なる結果をもたら
す。一つの実施例においては、ネオジムYVO4などの強熱
レンズレーザ結晶24を組合せ、「ｃ」結晶面を介しての
結晶24の熱伝導を管理し、TEM00モードの直径の結晶内
のポンプビームの直径に対する比率を１より小さくし、
ファイバ連結型ダイオード棒ポンプ光源18を使用するこ
とによって、広いポンプパワー範囲に亘ってTEM00モー
ドで動作し偏光出力を生成する非常に効率の良い高出力
レーザが実現する。
本発明のレーザは次の特性を持ち合わせている。すな
わち、およそ１〜12Wの出力パワー、25％を上回る総合
光学効率、40％を上回るTEM00モードの光学傾斜効率、
1.2〜0.8好適には1.0未満〜0.83のTEM00モードの直径の
結晶内のポンプビームの直径に対する比率、1.2未満好
適にはおよそ1.05未満のM2値、及びおよそ10％未満好適
にはおよそ１％のガウス曲線からのビームプロフィール
の最小自乗偏差。
一つの実施例では、レーザヘッド10は長さがおよそ10
cmである。ネオジムYVO4結晶24は熱流し26に搭載されて
光学軸16上に配置される。結晶24は外形が立方体で一辺
が4mmである。結晶24からの熱伝導は「ｃ」軸結晶面上
で影響を受ける。また「ａ」軸結晶面は熱から絶縁され
る。光ファイバの束は、16Wのダイオード棒18に連結さ
れシルクハット形のポンプビーム22を生成する。ポンプ
ビーム22は、レンズ34と36によって結晶24の光学端面38
上に画像形成されて、ポンピングされた光の中央部だけ
が利用される。結晶24のTEM00モードの直径のシルクハ
ット形ポンプビーム22の直径に対する比率は１未満で0.
83という低さである。偏光された球状の回折限界のガウ
ス形出力ビーム32が出力7Wで生成される。出力ビーム32
はM2値が1.05より小さい。ビームプロフィールのガウス
曲線からの最小自乗偏差は１％より小さい。レーザヘッ
ド10の光学傾斜効率はおよそ50％であり、総合効率はお
よそ37.5％である。このように非常に効率がよく高出力
である。ポンピングポンプ光源を一つ以上使用する同様
のレーザは12Wもの出力を提供する。このように、同じ
様なモードの大きさとポンプの大きさで高出力高効率の
TEM00モード出力を提供できる。
レーザは、物質の加工、医学的な治療、計測器の考
案、研究、遠距離通信、光学記憶、娯楽、画像記録、点
検、測定と制御およびバーコード走査と検知を始めとす
る様々な用途に有用である。
加えて、レーザをＱスイッチモードあるいはモード固
定で使用して、高調波を発生させたり光学パラメトリッ
ク発振器に光をポンピングしたりすることができる。
本発明の範囲を逸脱することなく、具体的に説明した
実施例に変更や修正を加えることは可能である。本発明
は添付の請求の範囲によってのみ制限される。
フロントページの続き (72)発明者 キアスティード マーク エス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95148 サン ホセ スティーヴンス コート 3133 (56)参考文献 ＫＡＮＥＤＡ Ｙ ｅｔ ａｌ．，" ７．６Ｗ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ −ｗａｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ＴＥＭＯＯ ｍｏｄｅ ｆｒｏｍ ａ ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ ｅｎｄ −ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ；ＹＡＧ ｌａｓ ｅｒ，”ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ Ｓ，15 Ｊｕｌ．1992，Ｖｏｌ．17，Ｎ ｏ．14，ｐｐ．1003−1005 ＴＩＮＤＷＥＬＬ ＳＣ ｅｔ ａ ｌ．，”60−Ｗ，ｎｅａｒ−ＴＥＭＯ Ｏ，ＣＷ ｄｉｏｄｅ−ｅｎｄ−ｐｕｍ ｐｅｄ，Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ，" ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＳＰＩＥ，21−22 Ｊａｎ．1993，Ｖ ｏｌ．1865，ｐｐ．85−93 ＦＵＥＧＮＥＴ Ｇ ｅｔ ａ ｌ．，”ＴＥＭＯＯ，ｓｕｒｆａｃｅ− ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ−ｄｉｏ ｄｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ ｐｕｍｐｅｄ，Ｎｄ：ＹＶ04 ｌａｓｅ ｒ，”ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ, 15 Ｄｅｃ．1993，Ｖｏｌ．18，Ｎｏ. 24，ｐｐ．2114−2116 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/0941 H01S 3/0933 H01S 3/08

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する
    共振器鏡と出力カップラと、 共振器光軸に沿って共振器に搭載された複屈折性強熱レ
    ンズレーザ結晶と、 レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、
    前記レーザ結晶内のTEM00モードより直径が大きい前記
    レーザ結晶内のポンプビームを発生させ、偏光したほぼ
    回折限界の出力ビームを非常に効率よく生成するダイオ
    ードポンプ源と、 前記ダイオードポンプ源へ電力を供給する電源と、 を有することを特徴とする高出力ダイオードポンプ型レ
    ーザ装置。
  2. 【請求項２】前記レーザ装置は、TEM00モードの光学傾
    斜効率が約40％より大きいことを特徴とする請求項１に
    記載のレーザ装置。
  3. 【請求項３】前記レーザ装置は、総合効率が約25％より
    大きいことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  4. 【請求項４】前記レーザ結晶内のTEM00モードの直径の
    前記レーザ結晶内のポンプビームの直径に対する比率
    は、約1.0より小さく、0.83より大きい範囲にあること
    を特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  5. 【請求項５】前記出力ビームは、約1.2より小さいM2値
    を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装
    置。
  6. 【請求項６】共振器光軸をもつレーザ共振器を構成する
    共振器鏡と出力カップラと、 異方性の強熱レンズと、 レーザ結晶内で発生した熱をほぼ全部レーザ結晶から遠
    くへ伝導させるためのヒートシンクを備えたレーザ結晶
    用のヒートシンク取付け装置と、 レーザ共振器内のレーザ結晶へポンプビームを供給し、
    前記レーザ結晶内のTEM00モードより直径が大きい前記
    レーザ結晶内のポンプビームを発生させ、約円形でほぼ
    回折限界の出力ビームを非常に効率よく生成するための
    ダイオードポンプ源と、 前記ダイオードポンプ源へ電力を供給する電源と、 を有することを特徴とする高出力ダイオードポンプ型レ
    ーザ装置。
  7. 【請求項７】前記レーザ装置は、複数の高反射器を備え
    ていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
  8. 【請求項８】前記レーザ装置は、TEM00モードの光学傾
    斜効率が約40％より大きいことを特徴とする請求項６に
    記載のレーザ装置。
  9. 【請求項９】前記レーザ装置は、総合効率が約25％より
    大きいことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
  10. 【請求項１０】前記レーザ結晶内のTEM00モードの直径
    の前記レーザ結晶内のポンプビームの直径に対する比率
    は、約1.0より小さく、0.83より大きい範囲にあること
    を特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
  11. 【請求項１１】前記出力ビームは、約1.2より小さいM2
    値を有することを特徴とする請求項６に記載のレーザ装
    置。
  12. 【請求項１２】前記レーザ結晶は、ネオジムYVO4である
    ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
  13. 【請求項１３】更に、前記共振器内にＱスイッチを備え
    ていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
JP07520694A 1994-02-04 1995-01-31 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ Expired - Lifetime JP3073021B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/191,655 1994-02-04
US191,655 1994-02-04
US08/191,655 US5410559A (en) 1994-02-04 1994-02-04 Diode pumped laser with strong thermal lens crystal
PCT/US1995/001259 WO1995021477A1 (en) 1994-02-04 1995-01-31 Diode pumped laser with strong thermal lens crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09508753A JPH09508753A (ja) 1997-09-02
JP3073021B2 true JP3073021B2 (ja) 2000-08-07

Family

ID=22706375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07520694A Expired - Lifetime JP3073021B2 (ja) 1994-02-04 1995-01-31 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5410559A (ja)
EP (1) EP0742963B1 (ja)
JP (1) JP3073021B2 (ja)
DE (1) DE69530184T2 (ja)
WO (1) WO1995021477A1 (ja)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561547A (en) * 1994-02-04 1996-10-01 Spectra-Physics Lasers, Inc. Thermal lens of controlled ellipicity
US5651020A (en) * 1994-02-04 1997-07-22 Spectra-Physics Lasers, Inc. Confocal-to-concentric diode pumped laser
US5638397A (en) * 1994-02-04 1997-06-10 Spectra-Physics Lasers, Inc. Confocal-to-concentric diode pumped laser
DE19521943C2 (de) * 1995-06-07 2001-03-01 Laser Analytical Systems Las E Festkörperlaservorrichtung
GB9511688D0 (en) * 1995-06-09 1995-08-02 Lumonics Ltd Laser system
US5608742A (en) * 1995-08-18 1997-03-04 Spectra Physics Lasers, Inc. Diode pumped, fiber coupled laser with depolarized pump beam
US5822345A (en) * 1996-07-08 1998-10-13 Presstek, Inc. Diode-pumped laser system and method
US5840239A (en) * 1997-01-31 1998-11-24 3D Systems, Inc. Apparatus and method for forming three-dimensional objects in stereolithography utilizing a laser exposure system having a diode pumped frequency quadrupled solid state laser
US5907570A (en) * 1997-10-22 1999-05-25 Spectra-Physics, Inc. Diode pumped laser using gain mediums with strong thermal focussing
US5990925A (en) * 1997-11-07 1999-11-23 Presstek, Inc. Diode-pumped system and method for producing image spots of constant size
US6210864B1 (en) 1998-10-06 2001-04-03 Presstek, Inc. Method and apparatus for laser imaging with multi-mode devices and optical diffusers
US6185235B1 (en) * 1998-11-24 2001-02-06 Spectra-Physics Lasers, Inc. Lasers with low doped gain medium
US6129884A (en) * 1999-02-08 2000-10-10 3D Systems, Inc. Stereolithographic method and apparatus with enhanced control of prescribed stimulation production and application
US6822978B2 (en) * 1999-05-27 2004-11-23 Spectra Physics, Inc. Remote UV laser system and methods of use
US6734387B2 (en) * 1999-05-27 2004-05-11 Spectra Physics Lasers, Inc. Method and apparatus for micro-machining of articles that include polymeric materials
DE19934638B4 (de) * 1999-07-23 2004-07-08 Jenoptik Ldt Gmbh Modensynchronisierter Festkörperlaser mit mindestens einem konkaven Faltungsspiegel
US20050078730A1 (en) * 2001-11-20 2005-04-14 Kevin Holsinger Optimizing power for second laser
US6853655B2 (en) * 2001-11-20 2005-02-08 Spectra Physics, Inc. System for improved power control
JP2003340580A (ja) * 2002-05-24 2003-12-02 Konica Minolta Holdings Inc レーザ加工方法
US7016389B2 (en) * 2003-01-24 2006-03-21 Spectra Physics, Inc. Diode pumped laser with intracavity harmonics
EP1743406B1 (en) * 2004-05-05 2008-11-05 Presstek, INC. Graphic-arts laser imaging with reduced-length laser cavities and improved performance
US7535633B2 (en) * 2005-01-10 2009-05-19 Kresimir Franjic Laser amplifiers with high gain and small thermal aberrations
US8624155B1 (en) * 2009-05-12 2014-01-07 Vinyl Technologies, Inc. Apparatus for scribing thin films in photovoltaic cells
US8559471B2 (en) * 2009-11-23 2013-10-15 Guilin Mao High-power diode end-pumped solid-state UV laser
KR101825922B1 (ko) * 2015-08-28 2018-03-22 주식회사 이오테크닉스 레이저 가공장치 및 방법
CN114172012B (zh) * 2022-02-10 2022-04-12 北京玻色量子科技有限公司 一种空间-光纤杂化谐振器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4837771A (en) * 1985-05-01 1989-06-06 Spectra-Physics, Inc. High-efficiency mode-matched solid-state laser with transverse pumping and cascaded amplifier stages
US4656635A (en) * 1985-05-01 1987-04-07 Spectra-Physics, Inc. Laser diode pumped solid state laser
US4653056A (en) * 1985-05-01 1987-03-24 Spectra-Physics, Inc. Nd-YAG laser
US4942582A (en) * 1989-04-24 1990-07-17 Spectra-Physics Single frequency solid state laser
US5081639A (en) * 1990-10-01 1992-01-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Laser diode assembly including a cylindrical lens
US5127068A (en) * 1990-11-16 1992-06-30 Spectra-Physics, Inc. Apparatus for coupling a multiple emitter laser diode to a multimode optical fiber
US5132980A (en) * 1991-02-13 1992-07-21 Coherent, Inc. Method and device for preconditioning a laser having a solid state gain medium
JP3082865B2 (ja) * 1991-04-09 2000-08-28 ソニー株式会社 レーザ光発生装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ＦＵＥＧＮＥＴ Ｇ ｅｔ ａｌ．，"ＴＥＭＯＯ，ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ ｐｕｍｐｅｄ，Ｎｄ：ＹＶ０４ ｌａｓｅｒ，"ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１５ Ｄｅｃ．１９９３，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２４，ｐｐ．２１１４−２１１６
ＫＡＮＥＤＡ Ｙ ｅｔ ａｌ．，"７．６Ｗ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ＴＥＭＯＯ ｍｏｄｅ ｆｒｏｍ ａ ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ ｅｎｄ−ｐｕｍｐｅｄ Ｎｄ；ＹＡＧ ｌａｓｅｒ，"ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１５ Ｊｕｌ．１９９２，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．１４，ｐｐ．１００３−１００５
ＴＩＮＤＷＥＬＬ ＳＣ ｅｔ ａｌ．，"６０−Ｗ，ｎｅａｒ−ＴＥＭＯＯ，ＣＷ ｄｉｏｄｅ−ｅｎｄ−ｐｕｍｐｅｄ，Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ，"ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＳＰＩＥ，２１−２２ Ｊａｎ．１９９３，Ｖｏｌ．１８６５，ｐｐ．８５−９３

Also Published As

Publication number Publication date
US5410559A (en) 1995-04-25
EP0742963B1 (en) 2003-04-02
JPH09508753A (ja) 1997-09-02
EP0742963A1 (en) 1996-11-20
DE69530184D1 (de) 2003-05-08
WO1995021477A1 (en) 1995-08-10
DE69530184T2 (de) 2004-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3073021B2 (ja) 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ
JP4970459B2 (ja) オフピークポンピングの高パワー、エンドポンプドレーザー
US6504858B2 (en) Lasers with low doped gain medium
EP1500174B1 (en) Laser cavity pumping method and laser system thereof
US6222869B1 (en) Aspheric lensing control for high power butt-coupled end-pumped laser
US5907570A (en) Diode pumped laser using gain mediums with strong thermal focussing
US5577060A (en) Diode pumped laser using crystals with strong thermal focussing
US5638397A (en) Confocal-to-concentric diode pumped laser
US4951294A (en) Diode pumped modelocked solid state laser
JP3046844B2 (ja) 扁平率制御型熱レンズ
JP3462456B2 (ja) モード同期固体レーザ
CN113422281A (zh) 一种激光发射装置
Ai-Yun et al. Reducing thermal effect in end-diode-pumped laser crystal by using a novel resonator
Yelland et al. Stable 4 W CW solid-state green source pumped by fibre-coupled diode-laser arrays
Chen et al. Multi-Pass Amplifier Tolerant for Strong Thin-Disk Thermal Lensing Delivering Picosecond Pulses
Hughes et al. A high power, high efficiency, laser-diode-pumped, continuous wave miniature Nd: glass laser
Kellner et al. High power diode-pumped intracavity frequency doubled cw Nd: YAG laser at 473nm
Tidwell et al. 60-W, near-TEM00, cw diode-end-pumped Nd: YAG laser
Golla et al. High-power cw operation of diode laser transversely-pumped Nd: YAG lasers

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080602

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090602

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100602

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100602

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110602

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120602

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120602

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130602

Year of fee payment: 13

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term