JP3421194B2 - 波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置 - Google Patents
波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置Info
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Description
における波長選択可能なレーザー発振装置に関し、さら
に詳細には、励起レーザー源として連続発振レーザー
(CW−レーザー)を用い、連続発振レーザー光を励起
レーザ光としてレーザー共振器内に入射する波長可変レ
ーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置に関す
る。
来、励起レーザー源としてCW−レーザーを用い、連続
発振レーザー光を励起レーザ光としてレーザー共振器内
に入射する波長可変レーザー装置として、例えば、CW
−レーザー励起チタン・サファイア(Ti:Al2O3)
レーザーが知られている。
タン・サファイア・レーザーにおいては、連続発振レー
ザー光を励起レーザー光として用いているので、励起レ
ーザー光のパワーが低く、レーザー共振器内の損失を極
めて少なくしないとレーザー発振しないものであり、ま
たレーザー発振したとしても波長同調速度が非常に遅い
という問題点があった。
うな問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とす
るところは、励起レーザー光として連続発振レーザー光
を用いながら、波長同調を高速で行うことを可能にした
波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振
装置を提供しようとするものである。
に、本発明による波長可変レーザーにおける波長選択可
能なレーザー発振装置は、所定範囲の波長域においてレ
ーザー発振可能な波長可変レーザー媒質と、上記波長可
変レーザー媒質からの出射光が入射される複屈折性の光
音響光学結晶と、上記波長可変レーザー媒質と上記光音
響光学結晶とを内部に順次に配設した単一のレーザー共
振器であって、上記光音響光学結晶によって所定の方向
に回折された回折光のみを反射して往復するように対向
して配置された所定の透過率を有する出射側ミラーと光
を透過させずに反射する全反射ミラーとにより構成され
た単一のレーザー共振器と、上記光音響光学結晶に装着
され、上記光音響光学結晶に音響波を入力するための音
響波入力手段と、上記レーザー共振器内に励起レーザー
光を入射する連続発振レーザーとを有し、上記出射側ミ
ラーから出射されるレーザー光を上記レーザー共振器か
らの出射レーザー光とするようにしたものである。
ける波長選択可能なレーザー発振装置は、所定範囲の波
長域においてレーザー発振可能な波長可変レーザー媒質
と、上記波長可変レーザー媒質からの出射光が入射され
る複屈折性の光音響光学結晶と、上記波長可変レーザー
媒質と上記光音響光学結晶とを内部に順次に配設した単
一のレーザー共振器であって、上記光音響光学結晶によ
って所定の方向に回折された回折光のみを反射して往復
するように対向して配置された光を透過させずに反射す
る全反射ミラーにより構成された単一のレーザー共振器
と、上記光音響光学結晶に装着され、上記光音響光学結
晶に音響波を入力するための音響波入力手段と、上記レ
ーザー共振器内に励起レーザー光を入射する連続発振レ
ーザーとを有し、上記光音響光学結晶から出射される非
回折光を上記レーザー共振器からの出射レーザー光とす
るようにしたものである。
ける波長選択可能なレーザー発振装置は、前記レーザー
共振器内に配設され、前記光音響光学結晶から出射され
る回折光の分散を補正する光学素子を有するようにして
もよい。
振固体レーザー、連続発振半導体レーザーあるいは連続
発振Arイオン・レーザー、連続発振Nd固体レーザー
の第2高調波などにより構成することができる。
型のレーザー共振器やXホールド型のレーザー共振器と
して構成することができる。
入射端面がブルースターカットされ、上記レーザー共振
器内の光路に対して上記入射端面がブルースターアング
ルにより配置されるようにしてもよい。
入射端面が無反射コーティングされ、上記レーザー共振
器内の光路に対して上記入射端面が垂直に配置されるよ
うにしてもよい。
するミラーの一方を、上記波長可変レーザー媒質の端面
に形成された鏡面コーティングにより構成するようにし
てもよい。
おける波長選択可能なレーザー発振装置においては、波
長可変レーザー媒質からの出射光を光音響光学結晶へ入
射し、この光音響光学結晶に音響波入力手段により音響
波を入力することにより、波長可変レーザー媒質からの
出射光の波長を選択するようにしたので、レーザー発振
の際の波長同調を高速に行うことができるようになっ
て、この波長可変レーザーにおける波長選択可能なレー
ザー発振装置からの出射レーザー光の高速かつランダム
な波長選択が可能となり、その結果、出射レーザー光の
波長可変速度を高速化することができる。
おける波長選択可能なレーザー発振装置の波長選択は、
TeO2結晶などの複屈折性をもつ光音響光学結晶中に
音響波を発生させると、当該結晶に入射された光の中で
当該音響波の周波数に応じた特定波長の回折光の偏光面
は、非回折光の偏光面と直交するようになるばかりでな
く、当該回折光の出射角度が非回折光の出射角度と大き
く異なるように偏角する点に着目してなされたものであ
る。
作用を用いた波長選択作用を示す概念図であるが、複屈
折の性質を有する光音響光学結晶100中に、波長λ
i、角周波数ωiの入射光102を入射するものとす
る。さらに、光音響光学結晶100中に、周波数ωaの
音響波104を与えると、回折光106が得られること
になる。
光線成分たる回折光106に対して、全反射ミラー11
0と所定の透過性を有する出射側ミラー112とを配置
すると、全反射ミラー110と出射側ミラー112とに
より両者の間を回折光106が往復するレーザー共振器
が構成されることになる。
学結晶100中に発生される音響波104の周波数によ
って決定されるので、例えば、光音響光学結晶100に
対してRF電源により駆動される圧電素子を添着し、R
F電源により圧電素子を駆動させて当該圧電素子に歪み
を生じさせることにより、当該歪みに応じた周波数の音
響波104を光音響光学結晶100に入力する場合に
は、RF電源の周波数の制御によりレーザー波長の可変
制御が可能となる。
強度により決定されるので、RF電源の入力強度の制御
よりレーザー共振器の損失を制御し、ひいてはレーザー
出力の可変制御が可能となる。
106の波長に対して完全に一定ではないので、回折光
106に対する全反射ミラー110の垂直反射により、
レーザー共振器を構成できる波長範囲は狭く、広い波長
領域でレーザー発振させるためには全反射ミラー110
の配置角度を少しづつ調整しなければならないので、実
用上その調整作業が煩雑になる恐れがある。このため、
全反射ミラー110の配置角度を変えることなく可変波
長範囲を広げるためには、何らかの手段により回折角α
109のぶれを補正する必要がある。
としては、例えば、三角プリズムなどの光の波長を分散
させる光学素子を用いて、波長λ1、λ2のぶれ角Δα
をもつ光線が三角プリズム通過後にほぼ平行に進行する
ように設定することができる。これにより、回折光10
6を全反射ミラー110に常時垂直に入射させることが
できるようになり、広波長域用のレーザー共振器を構成
できる。
発明による波長可変レーザーにおける波長選択可能なレ
ーザー発振装置の実施の形態を詳細に説明するものとす
る。
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置の概略構成説明図が示されている。
能なレーザー発振装置は、レーザー共振器内を往復する
光の光路がアルファベットの「Z」字形状になる、所
謂、Zホールド型のレーザー共振器を用いており、この
Zホールド型のレーザー共振器は、所定の透過性(例え
ば、入射された光の98%反射し、2%透過する。)を
有する出射側ミラー10と入射された光を全反射(10
0%反射)する全反射ミラー12とを有して構成されて
いる。
は、励起レーザー光Aを入射するとともに出射側ミラー
10と全反射ミラー12との間を往復する光Bを全反射
する第1中間ミラー14と、出射側ミラー10と全反射
ミラー12との間を往復する光Bを全反射する第2中間
ミラー16とを備えて構成されており、レーザー共振器
内を往復する光Bの光路がアルファベットの「Z」字形
状になるように配置されている。
14と第2中間ミラー16との間には、波長可変レーザ
ー媒質として入射光の入射端面がブルースターカットさ
れたTi:Al2O3レーザー結晶18が、その入射端面
が入射光の反射が0となるブルースターアングルにより
配置されており、励起レーザー光Aにより縦方向同軸励
起によりレーザー発振が生じるように構成されている。
ミラー16と全反射ミラー12との間には、波長選択用
の結晶としての複屈折の性質を有する光音響光学結晶2
0が配設されている。
入力手段として、パーソナル・コンピューター22によ
り周波数を制御されたRF電源24により駆動される圧
電素子26が添着されている。従って、パーソナル・コ
ンピューター22の制御により任意の周波数に設定され
たRF電源24により圧電素子26を駆動して、圧電素
子26に歪みを生じさせると、この圧電素子26の歪み
に基づいて、当該歪みに応じた周波数の音響波が光音響
光学結晶20に入力されることになる。そして、光音響
光学結晶20は入力された音響波に応じた光Dのみを回
折することになる。
0から出射させたい出射レーザー光Cの波長を備えた光
Bのみを、光音響光学結晶20が所定の方向に回折した
回折光Dとして出射し、レーザー発振することができる
ように、パーソナル・コンピューター22により光音響
光学結晶20への音響波の入力が制御されることにな
る。
ー12との間には、回折光Dの分散を補正するための分
散補正用プリズム28が配設されている。この分散補正
用プリズム28を用いることにより、出射レーザー光C
の方向性を一定にすることができる。
長選択可能なレーザー発振装置においては、レーザー共
振器内へ励起レーザー光Aを入射するためのレーザーと
して、連続発振レーザー(CW−レーザー)32を用い
ている。CW−レーザー32としては、具体的には、連
続発振固体レーザー、連続発振半導体レーザーあるいは
連続発振Arイオン・レーザー(CW−Arイオン・レ
ーザー)などを用いることができる。
i:Al2O3レーザー結晶18の代わりに、LiSAF
レーザー結晶、LiCAFレーザー結晶などを用いた場
合には、Nd:YAGレーザー、Nd:YLFレーザ
ー、Nd:YUO4レーザーなどのNd固体レーザーの
ような固体レーザーの第2高調波を、CW−レーザー3
2として用いることができる。
起レーザー光Aは全反射ミラー34により全反射集光ミ
ラー36に反射され、全反射集光ミラー36により集光
されて第1中間ミラー14を介してTi:Al2O3レー
ザー結晶18を縦方向同軸励起するように入射される。
共振器内に入射される、CW−レーザー32のパワーの
低い連続発振レーザー光によってレーザー発振を生じさ
せるために、光音響光学結晶20から出射される回折光
Dの回折効率のできるだけ高い光音響光学結晶20を用
いる必要がある。
得るには、CW−レーザー32により入射された励起レ
ーザ光Aを用いてTi:Al2O3レーザー結晶18を励
起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー
10から出射させたい出射レーザー光Cの波長に応じ
て、RF電源24の周波数をパーソナル・コンピュータ
ー22により制御し、圧電素子26を振動する。
に入射されたTi:Al2O3レーザー結晶18から出射
された広範囲の波長帯域の出射光の中で、RF電源24
の周波数に応じた波長の出射光に関しては、所定の方向
に回折されて回折光Dとして光音響光学結晶20から出
射されることになる。さらに、光音響光学結晶20から
所定の方向に回折されて出射された回折光Dは、分散補
正用プリズム28を介して全反射ミラー12に入射さ
れ、この全反射ミラー12によって反射されて、「Z」
字形状の光路によりレーザー共振器内を往復することに
なる。
長の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レー
ザー共振器から当該波長の出射レーザー光Cのみを出射
させることができる。
は、パーソナル・コンピューター22の制御によりRF
電源24の周波数を選択して、RF電源24により圧電
素子26を振動させることで実現できるので、レーザー
発振の際の波長同調を高速に行うことができるようにな
って、出射レーザー光Cの高速かつランダムな波長選択
が可能となり、結果として、出射レーザー光の波長可変
速度を高速化することができる。
ているため、回折光Dの回折角度の分散が補正されるこ
とになる。回折光Dの回折角度の分散があるとレーザー
共振器内で光の光路が変わることになり、波長可変域に
制限を受けることになるが、分散補正用プリズム28を
設けることにより、こうした問題点を解消することがで
きる。さらに、それと同時に、波長同調時に起きる出射
レーザー光Cの出射方向の変動も補正することができ
る。
ド型に構成して、励起レーザー光Aを全反射集光ミラー
36により集光してTi:Al2O3レーザー結晶18へ
入射するようにしたので、パワーの低いCW−レーザー
32による励起レーザー光Aによっても、十分にレーザ
ー発振を生じさせることができる。
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置の概略構成説明図が示されているが、図2に示す
本発明の第1の実施の形態による波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置の構成と同一ある
いは相当する構成には、図1と同一の符号を付して示す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置は、レー
ザー共振器の構成が、所謂、Xホールド型とされている
点についてのみ、第1の実施の形態に示す波長可変レー
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置と相違す
る。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置に用いた
Xホールド型のレーザー共振器においても、励起レーザ
ー光Aは、全反射集光ミラー36により集光されてT
i:Al2O3レーザー結晶18へ入射されるので、パワ
ーの低いCW−レーザー32による励起レーザー光Aに
よっても、十分にレーザー発振を生じさせることができ
る。
器によれば、Zホールド型のレーザー共振器に比べて、
レーザー共振器の構成をコンパクトにすることができ
る。
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置の概略構成説明図が示されているが、図2に示す
本発明の第1の実施の形態による波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置の構成と同一ある
いは相当する構成には、図1と同一の符号を付して示す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置において
は、図1における全反射ミラー12を出射側ミラー10
により置換するとともに、図1における出射側ミラー1
0および第1中間ミラー14を排除し、その代わりに励
起レーザー光Aが入射される側のTi:Al2O3レーザ
ー結晶18の端面に、励起レーザー光Aを入射するとと
もにTi:Al2O3レーザー結晶18から出射される光
を反射する鏡面コーティング40を施した点についての
み、第1の実施の形態に示す波長可変レーザーにおける
波長選択可能なレーザー発振装置と相違する。
レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置にお
いては、鏡面コーティング40と出射側ミラー10とに
よりレーザー共振器が構成されることになる。
変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置に
よれば、第1実施の形態ならびに第2の実施の形態に示
す波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置よりも構成部品点数を削減することができ、装置
全体を小型化することができるとともに、コスト低減を
図ることができる。
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置の概略構成説明図が示されているが、図2に示す
本発明の第1の実施の形態による波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置の構成と同一ある
いは相当する構成には、図2と同一の符号を付して示す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置において
は、Ti:Al2O3レーザー結晶18の入射光の入射端
面ををブルースターカットしてブルースターアングルで
配置するのではなく、Ti:Al2O3レーザー結晶18
を垂直入射カットするとともに無反射コーティング42
を施し、励起レーザー光Aが垂直に入射されるように配
置した点において、第1の実施の形態に示す波長可変レ
ーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置と相違
する。
18を励起レーザー光Aが垂直に入射されるように配置
する場合には、ブルースターアングルに配置する場合に
比べてセッティングが容易であり、角度の分散も小さく
広い波長領域を得ることができる。
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置の概略構成説明図が示されているが、図2に示す
本発明の第1の実施の形態による波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置の構成と同一ある
いは相当する構成には、図2と同一の符号を付して示す
ことにより、その詳細な説明は省略する。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置において
は、図2における出射側ミラー10を100%反射の全
反射ミラー44により置換し、非回折光Eを出射レーザ
ー光Cとして出射するようにした点について、第1の実
施の形態に示す波長可変レーザーにおける波長選択可能
なレーザー発振装置と相違する。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置によれ
ば、透過性の出射側ミラー10を用いることがないでの
で、第1の実施の形態に示す波長可変レーザーにおける
波長選択可能なレーザー発振装置と比べて、レーザー共
振器による光の損失を低減させることができ、光音響光
学結晶20から出射される回折光Dと非回折光Eとの割
合は、例えば、回折光Dが98%であり、非回折光Eが
2%であるように設定することができるようになり、回
折光Dの割合を小さくすることができる。従って、第1
の実施の形態に示す波長可変レーザーにおける波長選択
可能なレーザー発振装置よりも、光音響光学結晶20や
分散補正用プリズム28のセッティング、パーソナル・
コンピューター22を用いたRF電源24による圧電素
子26の制御などの余裕度を向上することができる。
ているので、励起レーザー光として連続発振レーザー光
を用いながら、波長同調を高速に行うことができるとい
う優れた効果を奏する。
波長選択作用を示す概念図である。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構
成説明図である。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構
成説明図である。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構
成説明図である。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構
成説明図である。
ザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構
成説明図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 所定範囲の波長域においてレーザー発振
可能な波長可変レーザー媒質と、 前記波長可変レーザー媒質からの出射光が入射される複
屈折性の光音響光学結晶と、 前記波長可変レーザー媒質と前記光音響光学結晶とを内
部に順次に配設した単一のレーザー共振器であって、前
記光音響光学結晶によって所定の方向に回折された回折
光のみを反射して往復するように対向して配置された所
定の透過率を有する出射側ミラーと光を透過させずに反
射する全反射ミラーとにより構成された単一のレーザー
共振器と、 前記光音響光学結晶に装着され、前記光音響光学結晶に
音響波を入力するための音響波入力手段と、 前記レーザー共振器内に励起レーザー光を入射する連続
発振レーザーとを有し、 前記出射側ミラーから出射されるレーザー光を前記レー
ザー共振器からの出射レーザー光とすることを特徴とす
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置。 - 【請求項2】 所定範囲の波長域においてレーザー発振
可能な波長可変レーザー媒質と、 前記波長可変レーザー媒質からの出射光が入射される複
屈折性の光音響光学結晶と、 前記波長可変レーザー媒質と前記光音響光学結晶とを内
部に順次に配設した単一のレーザー共振器であって、前
記光音響光学結晶によって所定の方向に回折された回折
光のみを反射して往復するように対向して配置された光
を透過させずに反射する全反射ミラーにより構成された
単一のレーザー共振器と、 前記光音響光学結晶に装着され、前記光音響光学結晶に
音響波を入力するための音響波入力手段と、 前記レーザー共振器内に励起レーザー光を入射する連続
発振レーザーとを有し、 前記光音響光学結晶から出射される非回折光を前記レー
ザー共振器からの出射レーザー光とすることを特徴とす
る波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発
振装置。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2のいずれか1項
に記載の波長可変レーザーにおける波長選択可能なレー
ザー発振装置において、 前記レーザー共振器内に配設され、前記光音響光学結晶
から出射される回折光の分散を補正して波長に関わらず
常に一定の方向に出射する光学素子を有することを特徴
とする波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザ
ー発振装置。 - 【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3のい
ずれか1項に記載の波長可変レーザーにおける波長選択
可能なレーザー発振装置において、 前記連続発振レーザーが、連続発振固体レーザーである
ことを特徴とする波長可変レーザーにおける波長選択可
能なレーザー発振装置。 - 【請求項5】 請求項1、請求項2または請求項3のい
ずれか1項に記載の波長可変レーザーにおける波長選択
可能なレーザー発振装置において、 前記連続発振レーザーが、連続発振半導体レーザーであ
ることを特徴とする波長可変レーザーにおける波長選択
可能なレーザー発振装置。 - 【請求項6】 請求項1、請求項2または請求項3のい
ずれか1項に記載の波長可変レーザーにおける波長選択
可能なレーザー発振装置において、 前記連続発振レーザーが、連続発振Arイオン・レーザ
ーであることを特徴とする波長可変レーザーにおける波
長選択可能なレーザー発振装置。 - 【請求項7】 請求項1、請求項2または請求項3のい
ずれか1項に記載の波長可変レーザーにおける波長選択
可能なレーザー発振装置において、 前記連続発振レーザーが、連続発振Nd固体レーザーの
第2高調波であることを特徴とする波長可変レーザーに
おける波長選択可能なレーザー発振装置。 - 【請求項8】 請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4、請求項5、請求項6または請求項7のいずれか1項
に記載の波長可変レーザーにおける波長選択可能なレー
ザー発振装置において、 前記レーザー共振器は、Zホールド型のレーザー共振器
であることを特徴とする波長可変レーザーにおける波長
選択可能なレーザー発振装置。 - 【請求項9】 請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4、請求項5、請求項6または請求項7のいずれか1項
に記載の波長可変レーザーにおける波長選択可能なレー
ザー発振装置において、 前記レーザー共振器は、Xホールド型のレーザー共振器
であることを特徴とする波長可変レーザーにおける波長
選択可能なレーザー発振装置。 - 【請求項10】 請求項1、請求項2、請求項3、請求
項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8または
請求項9のいずれか1項に記載の波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置において、 前記波長可変レーザー媒質は入射端面をブルースターカ
ットされ、前記レーザー共振器内の光路に対して前記入
射端面がブルースターアングルにより配置されたことを
特徴とする波長可変レーザーにおける波長選択可能なレ
ーザー発振装置。 - 【請求項11】 請求項1、請求項2、請求項3、請求
項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8または
請求項9のいずれか1項に記載の波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置において、 前記波長可変レーザー媒質は入射端面を無反射コーティ
ングされ、前記レーザー共振器内の光路に対して前記入
射端面が垂直に配置されたことを特徴とする波長可変レ
ーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置。 - 【請求項12】 請求項1、請求項2、請求項3、請求
項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8または
請求項9のいずれか1項に記載の波長可変レーザーにお
ける波長選択可能なレーザー発振装置において、 前記レーザー共振器を構成する対向するミラーの一方
は、前記波長可変レーザー媒質の端面に形成された鏡面
コーティングであることを特徴とする波長可変レーザー
における波長選択可能なレーザー発振装置。 - 【請求項13】 請求項1、請求項2、請求項3、請求
項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求
項9、請求項10、請求項11または請求項12のいず
れか1項に記載の波長可変レーザーにおける波長選択可
能なレーザー発振装置において、 前記光音響光学素子に入力する音響波の強度を変えてレ
ーザー出力を制御する手段とを有することを特徴とする
波長可変レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振
装置。
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