JP3975671B2

JP3975671B2 - Laser equipment

Info

Publication number: JP3975671B2
Application number: JP2000349488A
Authority: JP
Inventors: 進今野; 哲夫小島; 周一藤川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2002158387A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に高出力の直線偏光レーザビームを発生するレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、例えばW.Koechner著の”Solid-State Laser Engineering ”第５版、1７２〜１７３ページに示された従来のレーザ装置を示す構成図である。図４中、１は直線偏光レーザビーム２ａを発生するレーザビーム発生装置、３はビーム径補正用光学系、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは全反射ミラー、６は偏光選択素子、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄはＮｄ：ＹＡＧのようなレーザ活性媒質と、例えば、レーザダイオードやランプのようなレーザ活性媒質励起装置を備えた光増幅部、８は９０度偏光方向回転素子、１０は垂直入射全反射ミラー、１１は１/２波長板とファラデー回転子を備えたアイソレータ、１２は１/４波長板、をそれぞれ示す。
【０００３】
次に、従来のレーザ装置の動作について図４，５に基づき説明する。レーザビーム発生装置１から発生したレーザビーム２ａはビーム径補正光学素子３によってビーム径を変更され、全反射ミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを経て偏光選択素子６へ入射する。レーザビーム２ａは図４、図５に示すように偏光方向４ａを有するため、偏光選択素子６を通過して光増幅部７ａ、７ｂに入射して光増幅され、レーザビーム２ｂとなる。
【０００４】
レーザビーム２ｂは９０度偏光方向回転素子８によってその偏光方向を９０度回転され、レーザビーム２ｃとなる。レーザビーム２ｃは光増幅部７ｃ、７ｄを通過する際に光増幅され、全反射ミラー１０によってビーム方向を反転するとともに、１/４波長板１２を往復することによってその偏光方向を９０度回転され、レーザビーム２ｄとなる。
【０００５】
レーザビーム２ｄは光増幅部７ｄ、７ｃを通過することによって光増幅され、９０度偏光方向回転素子８によって偏光方向を９０度回転され、レーザビーム２ｅとなる。レーザビーム２ｅは光増幅部７ｂ、７ａを通過することによって光増幅された後、偏光選択素子６に再度入射する。レーザビーム２ｅは偏光方向４ｂを有するため、偏光選択素子６によって９０度反射され、レーザ装置外部へと出力される。
【０００６】
従来のレーザ装置の構成では、光増幅部７ａ〜７ｄが有する複屈折によってレーザビームの偏光方向が回転してしまい、レーザビーム２ｅの中に偏光方向４ａを有するレーザビームが一部混じり、偏光選択素子６に対して透過光となってレーザビーム発生装置１側へ戻ってしまう場合があった。そこで、かかる不具合を防止すべく、図４に示すようにアイソレータ１１を配置してレーザビームの逆行を防止していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４,５に示した従来のレーザ装置では、アイソレータ１１、波長板１２といった他の光学素子と比べて高価な光学素子を光路上に配置する必要があったため、結果的にレーザ装置が高価なものとなっていた。
【０００８】
また、上記光学素子を通過する際に光学的な損失が生じる問題があった。さらに、光増幅部７ａ〜７ｄによって生じる複屈折により偏光方向が回転し、所望の偏光方向以外の偏光成分が生じた場合には、光学的な損失となってレーザ装置の出力の低下を招くという問題があった。
【０００９】
この発明は、上記の諸問題を解決するためになされたものであり、高効率でかつ高出力のレーザビームを発生することができ、さらに構成が簡易で安価なレーザ装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ装置は、入射したレーザビームを光増幅するレーザ活性媒質とレーザ活性媒質励起装置を具備した光増幅部及びレーザビームの偏光方向を９０度回転させる９０度偏光方向回転素子と、光増幅部および９０度偏光方向回転素子を挟むように前後に配置された一対の偏光選択素子で構成された第１の光路と、一対の偏光選択素子の一方によって反射されたレーザビームを２つのレーザビーム反射手段によって一対の偏光選択素子の他方に入射させることにより第１の光路に周回させる第２の光路と、を備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ装置は、一対の偏光選択素子を光路内部に含むように配置され、部分透過ミラーおよび全反射ミラーを備えたものである。
【００１２】
また、本発明に係るレーザ装置は、光増幅部が少なくとも２以上で構成されたものである。
【００１３】
また、本発明に係るレーザ装置は、第２の光路にビーム径補正光学素子を配置させたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１によるレーザ装置を説明するための概略図である。図１中、１は直線偏光ビーム２ａを出射するレーザビーム発生装置、３ａ、３ｂはレーザビームのビーム径を補正するためのビーム径補正光学系、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはレーザビーム全反射ミラー、６ａ、６ｂは一対の偏光選択素子、７ａ、７ｂは一対の偏光選択素子６ａ、６ｂ間に挟まるよう設けられたＮｄ：ＹＡＧ等のレーザ活性媒質とレーザ活性媒質励起装置を含む光増幅部、８は光増幅部７ａ、７ｂ間に設けられた９０度偏光方向回転素子、をそれぞれ示す。
【００１５】
図１のように構成されたレーザ装置の動作を説明する。直線偏光レーザビームを発生するレーザビーム発生装置１より発生した直線偏光レーザビーム２ａは、紙面に平行でレーザビーム進行方向に対して垂直な偏光方向４ａを有しており、まずビーム径補正光学素子３ａによってビーム径が変更される。全反射ミラー５ａ、５ｂを通過したレーザビーム２ａは第１の偏光選択素子６ａへと入射する。第１および第２の偏光選択素子６ａ、６ｂは紙面に垂直な偏光方向を有するレーザビームに対しては全反射し、紙面に平行な偏光方向を有するレーザビームに対しては全透過である特性を具備するため、レーザビーム発生装置１から出射したレーザビーム２ａは、第１の偏光選択素子６ａを透過して、光増幅部７ａ、７ｂの方向へ進行する。
【００１６】
光増幅部７ａ、７ｂを通過することによってレーザビーム２ａは光増幅され、さらに、９０度偏光方向回転素子８の作用によって偏光方向を４ｂに変更されて、第２の偏光選択素子６ｂへ入射する。以上、第１の偏光選択素子６ａから光増幅部７ａ、７ｂおよび９０度偏光方向回転素子８を経て第２の偏光選択素子６ｂに至る光路を第１の光路と呼ぶ。第２の偏光選択素子６ｂに入射するレーザビームの偏光方向４ｂは紙面に対して垂直であるため、第２の偏光選択素子６ｂによって９０度方向を変えて反射されるレーザビーム２ｂとなる。かかるレーザビーム２ｂは、全反射ミラー５ｃ、５ｄで構成される第２の光路を経由して、第１の偏光選択素子６ａへと導光される。レーザビーム２ｂは、第２の光路を通過中にビーム径補正光学系３ｂによってビーム径を補正され、偏光方向４ｄを有しながら第１の偏光選択素子６ａへと入射する。
【００１７】
第２の光路におけるレーザビーム２ｂの偏光方向４ｄは、紙面に対して垂直であるため、第１の偏光選択素子６ａによって９０度方向を変えて反射され、第１の光路に周回され、レーザビーム２ｃとなる。レーザビーム２ｃは第１の光路内部の光増幅部７ａ、７ｂを通過する際に再度光増幅され、さらに、９０度偏光方向回転素子８の作用によって偏光方向を９０度回転され、偏光方向４ｃを有するレーザビームとなる。第２の偏光選択素子６ｂは紙面に平行な偏光方向４ｃを有するレーザビームを透過する作用があるため、レーザビーム２ｃはレーザ装置外部に出力される。
【００１８】
光増幅部７ａ、７ｂをＮｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ活性媒質で構成すると、光励起に起因する発熱等によってレーザ活性媒質が複屈折を有することがある。この対策として、ほぼ同一の光増幅部７ａ、７ｂの間に９０度偏光方向回転素子８を配置し、レーザビームの偏光方向の上述の複屈折効果に起因する回転を小さくしている。また、レーザビームの偏光回転によって生じた偏光成分を有するレーザビームを、全反射ミラー５ｃ、全反射ミラー５ｄ、で構成される第２の光路の内部に導光させることにより、光増幅部７ａ、７ｂで生じた複屈折によって偏光回転したレーザビーム成分を光学的な損失とならないようにしている。よって、本装置構成によると、レーザ装置全体として光学的な損失を最小限とすることができる。
【００１９】
上記の実施の形態１では、光増幅部７ａ、７ｂの間に９０度偏光方向回転素子８を配置した場合について説明したが、単一の光増幅部を１個と９０度偏光方向回転素子を配置して同様のレーザ装置を構成してもよい。
【００２０】
さらに、レーザビーム発生装置１から発生したレーザビームはパルスビームでも連続波ビームでもよい。
【００２１】
なお、上述の説明では、一対の偏光選択素子６ａ、６ｂとして４５度入射方式の素子を使用した場合を説明したが、かかる方式に限らず、任意の入射角度の偏光選択素子を用いても同様な効果が得られるのは言うまでもない。
【００２２】
また、第１回目の光増幅部通過レーザビーム２ｂと第２回目の光増幅部通過レーザビーム２ｃが精度よく重複するよう光路を設定すれば、光増幅部通過時の偏光方向回転によってレーザビームが２回以上第２の光路を周回した場合にも実用上問題ない程度に同じ特性を有するレーザビームが出射されるため、本発明の効果をより大きく発揮できる。この実現方法として、例えば、レーザビーム発生装置１内の共振器内部の光路と光増幅部への導光路、レーザ装置を構成した周回光路が、同じようにビーム径の収束と発散を繰り返す、いわゆるカスケード型の光路を構成するよう各光学素子を配置することにより、より容易に上記の目的を達成できる。
【００２３】
実施の形態２．
図２は本発明の別の実施の形態を示す構成図である。図１と同様の部分は同一符号で示す。図２中、９は所定の反射率を有する部分透過ミラー、１０は全反射ミラー、をそれぞれ示す。
【００２４】
図２に示した本発明による実施の形態の構成および動作について説明する。全反射ミラー１０の位置で偏光方向４ａを有するレーザビーム２ａは第１の偏光選択素子６ａへ入射する。第１の偏光選択素子６ａは偏光方向４ａを有するレーザビームを全透過する性質を具備するので、レーザビーム２ａは光増幅部７a、７ｂを通過する。また、９０度偏光方向回転素子８ａの作用によって偏光方向を９０度回転し、偏光方向４ｂを有するレーザビームとなって、第２の偏光選択素子６ｂへ入射する。
【００２５】
第２の偏光選択素子６ｂは偏光方向４ｂを有するレーザビームを反射する性質を具備するため、レーザビーム２ａは偏光方向４ｄを有するレーザビーム２ｂとなり、全反射ミラー５ｃ、５ｄで構成される第２の光路へと導光される。また、レーザビーム２ｂはビーム径変更光学素子３ｂによってそのビーム径を変更され、再度第１の偏光選択素子６ａへ入射する。第１の偏光選択素子６ａは偏光方向４ｄを有するレーザビームを全反射する性質を具備するため、レーザビーム２ｂは光増幅部７ａ、７ｂの方へレーザビーム２ｃとして導光される。レーザビーム２ｃは光増幅部７ａ、７ｂによって増幅されるとともに偏光方向９０度回転素子８ａの作用によって偏光方向を４ｃのように回転され、第２の偏光選択素子６ｂへ入射する。第２の偏光選択素子６ｂは偏光方向４ｃを有するレーザビームを透過する性質を具備するため、レーザビーム２ｃは部分反射ミラー９へと導かれる。部分透過ミラー９へ入射したレーザビーム２ｃの一部は部分透過ミラー９の作用によって共振器外部へ出力レーザビームとして取り出される。
【００２６】
上記のような順序で共振器内部を全反射ミラー１０から部分反射ミラー９へと導光されたレーザビームは、逆方向の偏光方向回転を伴う逆方向の光路通過を経て、部分透過ミラー９から全反射ミラー１０へと導光される。このように共振器内光路内の往復の繰り返しによって一定のビーム強度分布、強度を有するまで増幅され、共振器内部定在波ビームとなる。
【００２７】
図２のように構成されたレーザ装置では、光源を兼ねた光増幅部７ａ、７ｂで生じた複屈折によって内部を通過するレーザビーム２ａ、２ｃの偏光が回転した場合でも、回転偏光成分が一対の偏光選択素子６ａ、６ｂを用いて構成された第１の光路の作用によって第１および第２からなる光共振器内部に閉じ込められるため、実施の形態１と同様、複屈折に起因する偏光方向回転による光学的な損失を小さく押さえることが可能となる。
【００２８】
また、図２に示した光共振器構成に加えて、光共振器内部にＱスイッチ素子等の共振器Ｑ値変調素子を設置してもよい。
【００２９】
また、図２に示した実施の形態においては光増幅部７ａ、７ｂの２台と９０度偏光方向回転素子８を第１の光路内部に配置した場合について示したが、光増幅部１台と偏光方向９０度回転素子だけを使用して同様の装置を構成しても同一の効果を奏することは言うまでもない。
【００３０】
実施の形態３．
図３は、この発明を実施するための別の実施の形態によるレーザ装置を説明するための構成図である。図１と同様の部分は同一符号で示す。
【００３１】
図３のように構成されたレーザ装置の動作について説明する。レーザビーム発生装置１で発生した直線偏光レーザビーム２ａは紙面に平行でビーム進行方向に対して直角な偏光方向４ｂを有しており、まずビーム径補正光学素子３ａによってビーム径を変更される。全反射ミラー５ａを通過したレーザビーム２ａは第１の偏光選択素子６ａへと入射する。一対の偏光選択素子６ａ、６ｂは紙面に垂直な偏光方向を有するレーザビームに対して全反射であり、紙面に平行な偏光を有するレーザビームに対しては全透過である特性を具備するため、レーザビーム発生装置１から入射したレーザビーム２ａは、光増幅部７ａに向かって進行する。
【００３２】
光増幅部７ａ、７ｂを通過することによってレーザビーム２ａは光増幅され、さらに、９０度偏光方向回転素子８の作用によって偏光方向４ｃに変更され、第２の偏光選択素子６ｂへ入射する。第２の偏光選択素子６ｂに入射したレーザビーム２ｂの偏光方向４ｃは紙面に対して平行であるため、第２の偏光選択素子６ｂを通過して、全反射ミラー５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅで構成される第２の光路へと導光される。レーザビームはビーム径補正光学系３ｂによってビーム径を補正され、４ｃの偏光方向を保持しながら、第１の偏光選択素子６ａへと周回する。
【００３３】
レーザビーム２ｂの偏光方向４ｃは紙面に対して平行であるため、第１の光路内、すなわち第１の偏光選択素子６ａを通過し、レーザビーム２ｃとなって、再度光増幅部７ａ、７ｂへ入射する。光増幅部７ａ、７ｂを通過することによって、レーザビーム２ｃは再び光増幅され、９０度偏光方向回転素子８の作用によって偏光方向が９０度回転され、偏光方向４ｄを有するレーザビームとなる。第２の偏光選択素子６ｂは紙面に平行な偏光方向を有するレーザビームを透過するため、レーザビーム２ｃは全反射ミラー５ｆを経て、レーザ装置から出力される。
【００３４】
図３のように構成されたレーザ装置では、上述の実施の形態１と同様、光増幅部７ａ、７ｂで生じた複屈折によって内部を通過するレーザビーム２ａ、２ｃの偏光が回転した場合でも、回転偏光成分が一対の偏光選択素子６ａ、６ｂを用いて構成された第１の光路の作用によって第１および第２からなる光共振器内部に閉じ込められるため、複屈折に起因する偏光方向回転による光学的な損失を小さく押さえることが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ装置では、入射したレーザビームを光増幅するレーザ活性媒質とレーザ活性媒質励起装置を具備した光増幅部及びレーザビームの偏光方向を９０度回転させる９０度偏光方向回転素子と、光増幅部および９０度偏光方向回転素子を挟むように前後に配置された一対の偏光選択素子で構成された第１の光路と、一対の偏光選択素子の一方によって反射されたレーザビームを２つのレーザビーム反射手段によって一対の偏光選択素子の他方に入射させることにより第１の光路に周回させる第２の光路と、を備えたので、光増幅部で生じた複屈折によって偏光回転したレーザビーム成分も光学的な損失とならないため、レーザ装置全体として光学的な損失を最小限とすることができる結果、簡易な装置構成で、かつ高効率のレーザ装置を得ることができる。
【００３６】
また、本発明に係るレーザ装置では、一対の偏光選択素子を光路内部に含むように配置された部分透過ミラーおよび全反射ミラーを備えたので、簡易な構成で、かつ高出力動作可能なレーザ装置が得られる。
【００３７】
また、本発明に係るレーザ装置では、光増幅部が少なくとも２以上で構成されたもので、簡易な構成で、高出力のレーザビームが得られる。
【００３８】
また、本発明に係るレーザ装置では、第２の光路にビーム径補正光学素子を配置させたので、光路内の光学的な損失を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のレーザ装置の構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態２のレーザ装置の構成を説明するための図である。
【図３】実施の形態３のレーザ装置の構成を説明するための図である。
【図４】従来のレーザ装置の構成を説明するための図である。
【図５】図４に示した従来のレーザ装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１レーザビーム発生装置、２レーザビーム、３ビーム径補正光学素子、４偏光方向を表す記号、５全反射ミラー、６偏光選択素子、７レーザ活性媒質とレーザ活性媒質励起装置を含む光増幅部、８９０度偏光方向回転素子、９部分透過ミラー、１０垂直入射全反射ミラー、１１アイソレータ、１２１／４波長板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a laser apparatus that generates a high-power linearly polarized laser beam.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional laser apparatus shown in, for example, “Solid-State Laser Engineering” 5th edition, pages 172 to 173 by W. Koechner. In FIG. 4, 1 is a laser beam generator for generating a linearly polarized laser beam 2a, 3 is a beam diameter correcting optical system, 5a, 5b, 5c, 5d are total reflection mirrors, 6 is a polarization selection element, 7a, 7b, 7c and 7d are optical amplifying units including a laser active medium such as Nd: YAG and a laser active medium pumping device such as a laser diode or a lamp, 8 is a 90-degree polarization direction rotating element, and 10 is a vertical incident total light. A reflection mirror, 11 is a half-wave plate and an isolator having a Faraday rotator, and 12 is a quarter-wave plate.
[0003]
Next, the operation of the conventional laser device will be described with reference to FIGS. The laser beam 2a generated from the laser beam generator 1 is changed in beam diameter by the beam diameter correcting optical element 3, and enters the polarization selection element 6 through total reflection mirrors 5a, 5b, 5c and 5d. Since the laser beam 2a has the polarization direction 4a as shown in FIGS. 4 and 5, the laser beam 2a passes through the polarization selection element 6 and is incident on the light amplification units 7a and 7b to be optically amplified to become the laser beam 2b.
[0004]
The polarization direction of the laser beam 2b is rotated by 90 degrees by the 90-degree polarization direction rotating element 8 to become a laser beam 2c. The laser beam 2c is optically amplified when passing through the optical amplifying units 7c and 7d. The beam direction is reversed by the total reflection mirror 10, and the polarization direction is rotated 90 degrees by reciprocating the quarter wavelength plate 12. The laser beam 2d is obtained.
[0005]
The laser beam 2d is optically amplified by passing through the optical amplifying units 7d and 7c, and the polarization direction is rotated by 90 degrees by the 90-degree polarization direction rotating element 8 to become a laser beam 2e. The laser beam 2e is optically amplified by passing through the optical amplifiers 7b and 7a, and then enters the polarization selection element 6 again. Since the laser beam 2e has the polarization direction 4b, the laser beam 2e is reflected 90 degrees by the polarization selection element 6 and output to the outside of the laser apparatus.
[0006]
In the configuration of the conventional laser device, the polarization direction of the laser beam is rotated by the birefringence of the optical amplifying units 7a to 7d, and the laser beam having the polarization direction 4a is partially mixed in the laser beam 2e. In some cases, the element 6 becomes transmitted light and returns to the laser beam generator 1 side. Therefore, in order to prevent such a problem, the isolator 11 is disposed as shown in FIG. 4 to prevent the laser beam from going backward.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional laser apparatus shown in FIGS. 4 and 5, it is necessary to arrange expensive optical elements on the optical path as compared with other optical elements such as the isolator 11 and the wave plate 12, and as a result, the laser apparatus is expensive. It was a thing.
[0008]
There is also a problem that optical loss occurs when passing through the optical element. Furthermore, when the polarization direction is rotated by the birefringence generated by the optical amplifiers 7a to 7d and a polarization component other than the desired polarization direction is generated, it is an optical loss and the output of the laser device is reduced. There was a problem.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser apparatus that can generate a high-efficiency and high-power laser beam, has a simple configuration, and is inexpensive. It is what.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A laser apparatus according to the present invention includes a laser active medium that optically amplifies an incident laser beam, an optical amplifying unit including a laser active medium excitation device, and a 90-degree polarization direction rotating element that rotates the polarization direction of the laser beam by 90 degrees, first optical path that consists of a pair of polarization selective element disposed around so as to sandwich the optical amplifier and the 90-degree polarization direction rotating element, the reflection laser beam by one of a pair of polarization selective element And a second optical path that circulates around the first optical path by being incident on the other of the pair of polarization selection elements by two laser beam reflecting means.
[0011]
The laser device according to the present invention is arranged to include a pair of polarization selection elements in the optical path, and includes a partial transmission mirror and a total reflection mirror.
[0012]
In the laser device according to the present invention, the optical amplifying unit includes at least two or more.
[0013]
In the laser device according to the present invention, a beam diameter correcting optical element is arranged in the second optical path.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a laser apparatus according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. In FIG. 1, 1 is a laser beam generator for emitting a linearly polarized beam 2a, 3a and 3b are beam diameter correcting optical systems for correcting the beam diameter of the laser beam, and 5a, 5b, 5c and 5d are laser beam total reflections. Mirrors 6a and 6b are a pair of polarization selection elements, 7a and 7b are optical amplification units including a laser active medium such as Nd: YAG and a laser active medium pumping device provided so as to be sandwiched between the pair of polarization selection elements 6a and 6b. , 8 respectively indicate 90-degree polarization direction rotating elements provided between the optical amplifiers 7a, 7b.
[0015]
The operation of the laser apparatus configured as shown in FIG. 1 will be described. A linearly polarized laser beam 2a generated from a laser beam generator 1 that generates a linearly polarized laser beam has a polarization direction 4a parallel to the paper surface and perpendicular to the laser beam traveling direction. The beam diameter is changed by 3a. The laser beam 2a that has passed through the total reflection mirrors 5a and 5b is incident on the first polarization selection element 6a. The first and second polarization selection elements 6a and 6b are totally reflected for a laser beam having a polarization direction perpendicular to the paper surface and totally transmitted for a laser beam having a polarization direction parallel to the paper surface. Therefore, the laser beam 2a emitted from the laser beam generator 1 passes through the first polarization selection element 6a and proceeds in the direction of the optical amplification units 7a and 7b.
[0016]
The laser beam 2a is optically amplified by passing through the optical amplifying units 7a and 7b, and the polarization direction is changed to 4b by the action of the 90-degree polarization direction rotating element 8, and is incident on the second polarization selection element 6b. . The optical path from the first polarization selection element 6a to the second polarization selection element 6b through the optical amplification units 7a and 7b and the 90-degree polarization direction rotation element 8 is referred to as the first optical path. Since the polarization direction 4b of the laser beam incident on the second polarization selection element 6b is perpendicular to the paper surface, the laser beam 2b is reflected by changing the direction by 90 degrees by the second polarization selection element 6b. The laser beam 2b is guided to the first polarization selection element 6a via the second optical path constituted by the total reflection mirrors 5c and 5d. While passing through the second optical path, the laser beam 2b has its beam diameter corrected by the beam diameter correcting optical system 3b, and enters the first polarization selecting element 6a while having the polarization direction 4d.
[0017]
Since the polarization direction 4d of the laser beam 2b in the second optical path is perpendicular to the paper surface, it is reflected by changing the direction by 90 degrees by the first polarization selection element 6a, circulated around the first optical path, and the laser beam. 2c. The laser beam 2c is optically amplified again when passing through the optical amplifying units 7a and 7b in the first optical path. Further, the polarization direction is rotated 90 degrees by the action of the 90-degree polarization direction rotating element 8, and the polarization direction 4c is changed. It becomes a laser beam having. Since the second polarization selection element 6b has a function of transmitting a laser beam having a polarization direction 4c parallel to the paper surface, the laser beam 2c is output to the outside of the laser apparatus.
[0018]
When the optical amplifying units 7a and 7b are made of a solid laser active medium such as Nd: YAG, the laser active medium may have birefringence due to heat generation caused by optical excitation. As a countermeasure, a 90-degree polarization direction rotating element 8 is disposed between almost the same optical amplifying units 7a and 7b to reduce the rotation caused by the birefringence effect in the polarization direction of the laser beam. Further, by guiding a laser beam having a polarization component generated by the polarization rotation of the laser beam into the second optical path constituted by the total reflection mirror 5c and the total reflection mirror 5d, the optical amplification unit 7a, The laser beam component whose polarization has been rotated by the birefringence generated in 7b is prevented from becoming an optical loss. Therefore, according to the present apparatus configuration, the optical loss can be minimized as the entire laser apparatus.
[0019]
In the first embodiment, the case where the 90-degree polarization direction rotating element 8 is arranged between the optical amplification units 7a and 7b has been described. However, one single optical amplification unit and one 90-degree polarization direction rotation element are used. A similar laser device may be configured by arranging.
[0020]
Further, the laser beam generated from the laser beam generator 1 may be a pulse beam or a continuous wave beam.
[0021]
In the above description, the case where a 45-degree incident type element is used as the pair of polarization selection elements 6a and 6b has been described. However, the present invention is not limited to this type, and the same applies even when a polarization selection element having an arbitrary incident angle is used. Needless to say, it is possible to obtain a good effect.
[0022]
Further, if the optical path is set so that the first optical amplification unit passing laser beam 2b and the second optical amplification unit passing laser beam 2c overlap with high accuracy, the laser beam is generated by the rotation of the polarization direction when passing through the optical amplification unit. Even when the second optical path is circulated twice or more, the laser beam having the same characteristics is emitted to the extent that there is no practical problem, so that the effect of the present invention can be exhibited more greatly. As a method for realizing this, for example, the optical path inside the resonator in the laser beam generating apparatus 1, the light guide path to the optical amplifying unit, and the circulating optical path constituting the laser apparatus repeat the convergence and divergence of the beam diameter in the same manner. By arranging each optical element so as to constitute a cascade type optical path, the above object can be achieved more easily.
[0023]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. Parts similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 2, 9 indicates a partial transmission mirror having a predetermined reflectance, and 10 indicates a total reflection mirror.
[0024]
The configuration and operation of the embodiment according to the present invention shown in FIG. 2 will be described. The laser beam 2a having the polarization direction 4a at the position of the total reflection mirror 10 is incident on the first polarization selection element 6a. Since the first polarization selection element 6a has the property of totally transmitting the laser beam having the polarization direction 4a, the laser beam 2a passes through the optical amplification units 7a and 7b. In addition, the polarization direction is rotated by 90 degrees by the action of the 90-degree polarization direction rotating element 8a, and the laser beam having the polarization direction 4b is incident on the second polarization selection element 6b.
[0025]
Since the second polarization selection element 6b has a property of reflecting the laser beam having the polarization direction 4b, the laser beam 2a becomes the laser beam 2b having the polarization direction 4d, and is formed by the total reflection mirrors 5c and 5d. Is guided to the optical path. The beam diameter of the laser beam 2b is changed by the beam diameter changing optical element 3b and is incident on the first polarization selecting element 6a again. Since the first polarization selection element 6a has the property of totally reflecting the laser beam having the polarization direction 4d, the laser beam 2b is guided to the optical amplification units 7a and 7b as the laser beam 2c. The laser beam 2c is amplified by the optical amplifying units 7a and 7b, and the polarization direction is rotated by 4c by the action of the polarization direction 90 degree rotation element 8a, and is incident on the second polarization selection element 6b. Since the second polarization selection element 6b has a property of transmitting a laser beam having the polarization direction 4c, the laser beam 2c is guided to the partial reflection mirror 9. A part of the laser beam 2c incident on the partial transmission mirror 9 is extracted as an output laser beam to the outside of the resonator by the action of the partial transmission mirror 9.
[0026]
The laser beam guided in the resonator from the total reflection mirror 10 to the partial reflection mirror 9 in the order as described above passes through the reverse optical path accompanied by the reverse polarization direction rotation, and then passes through the partial transmission mirror 9. The light is guided to the total reflection mirror 10. In this manner, the beam is amplified until it has a constant beam intensity distribution and intensity by reciprocating in the optical path in the resonator, and becomes a standing wave beam inside the resonator.
[0027]
In the laser apparatus configured as shown in FIG. 2, even when the polarization of the laser beams 2a and 2c passing through the inside is rotated by the birefringence generated in the optical amplifying units 7a and 7b which also function as light sources, a pair of rotational polarization components is present. As in the first embodiment, the polarization direction caused by birefringence is confined within the first and second optical resonators by the action of the first optical path configured using the polarization selection elements 6a and 6b. Optical loss due to rotation can be reduced.
[0028]
Further, in addition to the optical resonator configuration shown in FIG. 2, a resonator Q-value modulation element such as a Q switch element may be installed inside the optical resonator.
[0029]
In the embodiment shown in FIG. 2, two optical amplifying units 7 a and 7 b and a 90-degree polarization direction rotating element 8 are arranged in the first optical path. It goes without saying that the same effect can be obtained even if a similar apparatus is configured using only a 90-degree polarization direction rotating element.
[0030]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a block diagram for explaining a laser apparatus according to another embodiment for carrying out the present invention. Parts similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0031]
The operation of the laser device configured as shown in FIG. 3 will be described. The linearly polarized laser beam 2a generated by the laser beam generator 1 has a polarization direction 4b parallel to the paper surface and perpendicular to the beam traveling direction. First, the beam diameter is changed by the beam diameter correcting optical element 3a. The laser beam 2a that has passed through the total reflection mirror 5a enters the first polarization selection element 6a. Since the pair of polarization selection elements 6a and 6b has a characteristic of total reflection with respect to a laser beam having a polarization direction perpendicular to the paper surface, and total transmission with respect to a laser beam having polarization parallel to the paper surface, The laser beam 2a incident from the laser beam generator 1 travels toward the optical amplification unit 7a.
[0032]
The laser beam 2a is optically amplified by passing through the optical amplifying units 7a and 7b, is further changed to the polarization direction 4c by the action of the 90-degree polarization direction rotating element 8, and is incident on the second polarization selection element 6b. Since the polarization direction 4c of the laser beam 2b incident on the second polarization selection element 6b is parallel to the paper surface, it passes through the second polarization selection element 6b and is reflected by the total reflection mirrors 5b, 5c, 5d, and 5e. The light is guided to the second optical path configured. The beam diameter of the laser beam is corrected by the beam diameter correcting optical system 3b, and the laser beam circulates to the first polarization selection element 6a while maintaining the polarization direction of 4c.
[0033]
Since the polarization direction 4c of the laser beam 2b is parallel to the paper surface, the laser beam 2b passes through the first optical path, that is, the first polarization selection element 6a, becomes the laser beam 2c, and again passes to the optical amplification units 7a and 7b. Incident. By passing through the optical amplifiers 7a and 7b, the laser beam 2c is optically amplified again, the polarization direction is rotated by 90 degrees by the action of the 90-degree polarization direction rotating element 8, and a laser beam having a polarization direction 4d is obtained. Since the second polarization selection element 6b transmits a laser beam having a polarization direction parallel to the paper surface, the laser beam 2c is output from the laser device via the total reflection mirror 5f.
[0034]
In the laser apparatus configured as shown in FIG. 3, as in the first embodiment, even when the polarization of the laser beams 2a and 2c passing through the inside is rotated by the birefringence generated in the optical amplifiers 7a and 7b, Since the rotation polarization component is confined in the first and second optical resonators by the action of the first optical path configured using the pair of polarization selection elements 6a and 6b, the rotation direction is caused by the polarization direction rotation caused by birefringence. Optical loss can be suppressed to a small level.
[0035]
【The invention's effect】
In the laser device according to the present invention, a laser active medium that optically amplifies the incident laser beam, an optical amplification unit that includes the laser active medium excitation device, and a 90-degree polarization direction rotation element that rotates the polarization direction of the laser beam by 90 degrees; first optical path that consists of a pair of polarization selective element disposed around so as to sandwich the optical amplifier and the 90-degree polarization direction rotating element, the reflection laser beam by one of a pair of polarization selective element And a second optical path that circulates around the first optical path by being incident on the other of the pair of polarization selection elements by the two laser beam reflecting means, so that the polarization is rotated by the birefringence generated in the optical amplifying unit. Since the laser beam component does not cause an optical loss, the optical loss of the entire laser device can be minimized, resulting in a simple device configuration and a high-efficiency laser. It can be obtained device.
[0036]
In addition, the laser device according to the present invention includes the partial transmission mirror and the total reflection mirror arranged so as to include the pair of polarization selection elements in the optical path, so that the laser device can operate with a simple configuration and high output. Is obtained.
[0037]
Further, in the laser apparatus according to the present invention, the optical amplifying unit is composed of at least two or more, and a high-power laser beam can be obtained with a simple configuration.
[0038]
In the laser device according to the present invention, since the beam diameter correcting optical element is arranged in the second optical path, optical loss in the optical path can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a laser apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a laser apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of a laser apparatus according to a third embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of a conventional laser device.
5 is a diagram for explaining the operation of the conventional laser apparatus shown in FIG. 4. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam generator, 2 Laser beam, 3 Beam diameter correction | amendment optical element, 4 Symbol showing polarization direction, 5 Total reflection mirror, 6 Polarization selection element, 7 Optical amplification part containing laser active medium and laser active medium excitation apparatus, 8 90-degree polarization direction rotating element, 9 partial transmission mirror, 10 normal incidence total reflection mirror, 11 isolator, 12 1/4 wavelength plate.

Claims

An optical amplifying unit having a laser active medium for optically amplifying an incident laser beam, a laser active medium pumping device, a 90-degree polarization direction rotating element for rotating the polarization direction of the laser beam by 90 degrees, the optical amplifying unit, and the 90 A first optical path composed of a pair of polarization selection elements arranged at the front and back to sandwich the polarization direction rotation element,
The one by a pair of polarization selective element two of reflection by said laser beam of the laser beam reflecting means by a second for circulating said first optical path by entering the other of the pair of polarization selective element The optical path,
A laser apparatus comprising:

2. The laser device according to claim 1, further comprising a partial transmission mirror and a total reflection mirror arranged so as to include the pair of polarization selection elements in the optical path.

The laser apparatus according to claim 1, wherein the optical amplification unit includes at least two or more.

4. The laser apparatus according to claim 1, wherein a beam diameter correcting optical element is disposed in the second optical path.