JP6210732B2 - Laser amplifier and laser oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、固体を励起媒質とするレーザ増幅器及びレーザ発振器に関するものである。 The present invention relates to a laser amplifier and a laser oscillator using a solid as an excitation medium.
固体を励起媒質とするレーザ増幅器及び発振器は、半導体レーザなどの励起光でレーザ媒質を励起し、励起光をレーザ媒質内で増幅させる。ここで、励起とは、レーザ媒質を構成する原子が外部からのエネルギー(ここでは励起光をさす)を吸収することで基底状態にある電子が外側の軌道に遷移することをいう。また、励起した原子は、一定時間後に基底状態に戻る。このときに原子はエネルギー(レーザ光)を放出する。 A laser amplifier and an oscillator using a solid as an excitation medium excite the laser medium with excitation light such as a semiconductor laser and amplify the excitation light in the laser medium. Here, excitation refers to the transition of electrons in the ground state to an outer orbit by absorption of external energy (here, excitation light) by atoms constituting the laser medium. The excited atom returns to the ground state after a certain time. At this time, the atom emits energy (laser light).
このとき、固体を励起媒質とするレーザ増幅器及び発振器はレーザ媒質を励起するためにレーザ光源(励起光源)などにより励起光を効率的にレーザ媒質に入射させる必要がある。また、薄板状のレーザ媒質を使う平面導波路型レーザ増幅器及び発振器では、励起光の入射効率を高くするために励起光を薄板状平面導波路の板厚以下に集光して平面導波路に入射させる必要がある。(例えば特許文献1) At this time, in order to excite the laser medium, a laser amplifier and an oscillator using a solid as an excitation medium must efficiently make the excitation light incident on the laser medium by a laser light source (excitation light source) or the like. Also, in planar waveguide laser amplifiers and oscillators that use a thin plate-like laser medium, the excitation light is condensed below the plate thickness of the thin planar waveguide to increase the incident efficiency of the excitation light. It is necessary to make it incident. (For example, Patent Document 1)
一般に、平面導波路型のレーザ増幅器及び発振器は、平面導波路に全反射しない角度で励起光を照射する必要がある。一方で、平面導波路型のレーザ増幅器及び発振器は、平面導波路内においては、励起光を全反射させる必要がある。したがって、これらの条件を満たす角度で励起光を照射することが前提となっている。例えば、屈折率N0の媒質から屈折率N1の平面導波路へ励起光が入射する場合、平面導波路への入射角θ0と平面導波路内での屈折角θ1の関係はN0sinθ0=N1sinθ1(式1)となる。このとき、臨界角θC=sin-1 (N0/N1)(式2)より大きな入射角を持つ励起光は、平面導波路の入射面で反射され平面導波路内に入射されない。一方、平面導波路内では、全反射が条件であるため、反射条件は(π/2−θ1)>sin-1(N0/N1)(式3)で表される。したがって、平面導波路内の伝播を満たす入射角θ0の条件はsinθ0<(N1/N0)sin[π/2−sin-1(N0/N1)](式4)となる。したがって、平面導波路型のレーザ増幅器及び発振器は、励起光を(式4)で表される角度(θ0)以下で平面導波路に入射する必要がある。 In general, a planar waveguide type laser amplifier and oscillator need to irradiate excitation light at an angle that does not totally reflect the planar waveguide. On the other hand, the planar waveguide type laser amplifier and oscillator need to totally reflect the excitation light in the planar waveguide. Therefore, it is assumed that the excitation light is irradiated at an angle satisfying these conditions. For example, when excitation light enters a planar waveguide having a refractive index N 1 from a medium having a refractive index N 0 , the relationship between the incident angle θ 0 to the planar waveguide and the refractive angle θ 1 in the planar waveguide is N 0. sin θ 0 = N 1 sin θ 1 (Expression 1) At this time, excitation light having an incident angle larger than the critical angle θ C = sin −1 (N 0 / N 1 ) (Equation 2) is reflected by the incident surface of the planar waveguide and is not incident on the planar waveguide. On the other hand, since the total reflection is a condition in the planar waveguide, the reflection condition is expressed by (π / 2−θ 1 )> sin −1 (N 0 / N 1 ) (Formula 3). Therefore, the condition of the incident angle θ 0 that satisfies the propagation in the planar waveguide is sin θ 0 <(N 1 / N 0 ) sin [π / 2−sin −1 (N 0 / N 1 )] (Formula 4). . Therefore, the planar waveguide type laser amplifier and oscillator need to make the excitation light incident on the planar waveguide at an angle (θ 0 ) or less represented by (Equation 4).
なお、励起光光源から出力される励起光が導波路厚よりも大きな径である時、励起光と平面導波路の結合効率を高めるためにレンズ等を用いて励起光を集光する。このとき、励起光の集光径と、励起光の拡がり角である開口数(NA:Numerical Apertureで表され、ここでは「入射角」と同義)はおおよそ反比例の関係を持つ。 When the excitation light output from the excitation light source has a diameter larger than the waveguide thickness, the excitation light is condensed using a lens or the like in order to increase the coupling efficiency between the excitation light and the planar waveguide. At this time, the condensing diameter of the excitation light and the numerical aperture (expressed by NA: Numerical Aperture, which is synonymous with “incident angle” here), which is the divergence angle of the excitation light, have an approximately inversely proportional relationship.
平面導波路は、薄く形成されることにより励起密度を高くすることができるが、薄くなるほど入射される励起光は小さく集光されなければならない。しかし、励起光が小さく集光されると、NAが増大してしまい臨界角を超える励起光成分が多くなり、励起光と平面導波路の結合効率は低くなるという問題があった。 The planar waveguide can increase the excitation density by being formed thin. However, the thinner the planar waveguide, the smaller the incident excitation light must be collected. However, when the excitation light is condensed to a small size, there is a problem that NA increases and excitation light components exceeding the critical angle increase, and the coupling efficiency between the excitation light and the planar waveguide decreases.
そこで、本発明は、励起光のNAを増大させることなく、高い結合効率で平面導波路に励起光を入射させるレーザ増幅器及びレーザ発振器を得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a laser amplifier and a laser oscillator that allow excitation light to be incident on a planar waveguide with high coupling efficiency without increasing the NA of the excitation light.
本発明に係るレーザ増幅器は、第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源と、前記第一の励起光が入射されることにより励起され、外部からの入力信号光を増幅して出力する平面導波路と、前記第一の励起光のうち前記平面導波路に照射されない励起光の全てを前記平面導波路の入射面へ直接反射する反射部とを備え、前記反射部は、内部に冷媒が流れる溝を有し、前記平面導波路を冷却することを特徴とすることを特徴とする。 The laser amplifier according to the present invention includes a first excitation light source that generates and outputs a first excitation light, and is excited when the first excitation light is incident thereon, and amplifies the input signal light from the outside. A planar waveguide that outputs and a reflection part that directly reflects all of the excitation light that is not irradiated to the planar waveguide among the first excitation light to the incident surface of the planar waveguide , a groove through which the refrigerant flows therein, and said to Rukoto and characterized by cooling said planar waveguide.
本発明に係るレーザ発振器は、第一の励起光を生成して出力する第一の励起光源と、前記第一の励起光が入射されることにより励起され、内部で発生したレーザ光を増幅して出力する平面導波路と、前記平面導波路で発生したレーザ光を反射して前記平面導波路に戻す共振用反射ミラーと、前記平面導波路で増幅されたレーザ光の一部を外部に出力する共振用出力ミラーと、前記第一の励起光のうち前記平面導波路に照射されない励起光の全てを前記平面導波路の入射面へ直接反射する反射部とを備えることを特徴とする。 The laser oscillator according to the present invention includes a first excitation light source that generates and outputs first excitation light, and amplifies the laser light that is excited and incident inside the first excitation light. And outputting a planar waveguide, a reflection mirror for resonating the laser beam generated in the planar waveguide and returning it to the planar waveguide, and outputting a part of the laser beam amplified by the planar waveguide to the outside a resonance output mirror, characterized in that it comprises a reflecting portion which reflects directly all of the first not irradiated to the planar waveguide of the excitation light excitation light to the incident surface of the planar waveguide.
本発明のレーザ増幅器及び発振器によれば、励起光を平面導波路の板厚以下に集光する必要がなく、小さなNAで励起光と平面導波路を高い結合効率で励起することができる。 According to the laser amplifier and the oscillator of the present invention, it is not necessary to collect the excitation light below the plate thickness of the planar waveguide, and the excitation light and the planar waveguide can be excited with high coupling efficiency with a small NA.
実施の形態1.
以下、図1、図2を用いて実施の形態1に係るレーザ増幅器について説明する。図1は実施の形態1に係るレーザ増幅器を示す図である。図2は実施の形態1に係る平面導波路による入力信号光の増幅を説明する図である。
The laser amplifier according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a laser amplifier according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining amplification of input signal light by the planar waveguide according to the first embodiment.
実施の形態1に係るレーザ増幅器は、励起光源1(第一の励起光源)、レンズ2、平面導波路3、反射ミラー4(反射部)から構成される。
The laser amplifier according to the first embodiment includes an excitation light source 1 (first excitation light source), a
励起光源1は平面導波路3を励起するための励起光R(第一の励起光)を生成する。また、励起光源1は後述する平面導波路3の励起光Rが入射する面3aに対して励起光Rが所定の入射角を有するように励起光Rを斜め上方から照射する。さらに、励起光源1は、平面導波路3を励起する波長を出力できる光源であればよく、半導体レーザなどが用いられる。なお、点線で書かれた矢印は、励起光Rの進行方向を示している。
The
レンズ2は励起光源1から出力された励起光Rを集光する。なお、レンズ2は励起光源1から出力され、後述する平面導波路3に照射される励起光Rの光路上に配置される。さらに、レンズ2は励起光Rを集光できる機能を持つものであればよく、レンズ2の代わりに曲率ミラーなどを用いることもできる。
The
平面導波路3はレンズ2で集光された励起光Rを吸収して励起し、入力信号光を増幅させ、レーザ光R2として出力する。このとき、入力信号光とはレーザ光R2の元となる光である。
The
平面導波路3のレーザ媒質は、例えば、Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Tm:YAG、Ho:YAG、Nd:YLF、Yb:YLF、Er:YLF、Tm:YLF、Ho:YLF、Nd:Glass、Cr:LiSAF、Ti:Sapphireなどが用いられる。また、平面導波路3は図2に示すように六面体に形成される。平面導波路3はレーザ媒質とそのレーザ媒質の周囲の空気等の屈折率の差を利用して、光を平面導波路内に閉じ込めて励起光Rを伝搬させる。平面導波路3の励起光Rが入射される面3aには、励起光の波長帯の光を反射させない無反射コーティング(ARコーティング:anti−reflection coating)が施されている。また、平面導波路3の面3aと対向する面にも、ARコーティングが施されている。平面導波路3は、面3aのARコーティングが施された部分から励起光Rが入射され、励起光Rによりレーザ媒質が励起される。また、平面導波路3の面3eと面3fには、入力信号光に対するARコーティングと、入力信号光を全反射させる反射コーティング(HRコーティング:high reflection coating)が施される。面3eのARコーティングが施された部分から入力された入力信号光は、面3eと面3fのHRコーティング間で多重反射されて増幅され、面3fのARコーティングが施された部分からレーザ光R2として出力される。
The laser medium of the
反射ミラー4はレンズ2で集光された励起光Rの一部を反射して平面導波路3へ入射させる。また、反射ミラー4は平面導波路3より下方であって、一部が励起光源1側に突出するように設けられ、励起光Rを反射させる面4a(反射面)が平面導波路3の面3aと垂直となるように設けられている。さらに、反射ミラー4の反射面4aは励起光Rの波長帯の光を反射させるHRコーティングが施されている。
The
次に、図1、図2を用いて実施の形態1に係るレーザ増幅器の動作について説明する。なお、以下の説明において、レンズ2によって集光された励起光Rの一部が面3aに入射されずに面3aの下方に照射されている例を用いて説明する。
Next, the operation of the laser amplifier according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, an example in which a part of the excitation light R collected by the
励起光源1によって生成された励起光Rはレンズ2によって集光される。集光された励起光Rの一部は、ARコーティングが施された面3aより直接平面導波路3に入射する。このとき、平面導波路3に入射する励起光Rが臨界角以下で平面導波路3内に入射するように、励起光源1の照射方向及び面3aの形成角は調整される。面3aから平面導波路3に入射された励起光Rの一部は、平面導波路3内で、平面導波路3の面3bと面3cで、平面導波路3の屈折率N0と平面導波路3の周囲の屈折率N1との屈折率差を用いた反射により、平面導波路3内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路3を励起する。
The excitation light R generated by the
一方、レンズ2によって集光され、平面導波路3の面3aに直接照射されない励起光Rの一部は、反射ミラー4による反射により進行方向を変え、平面導波路3に向かい、平面導波路3の面3aから平面導波路3に入射する。このとき、反射ミラー4によって反射される励起光Rは、励起光源1の照射方向より、平面導波路3の臨界角以下となるように調整される。平面導波路3の面3aから入射された励起光Rは、平面導波路3内で、平面導波路3の面3bと面3cで、平面導波路3の屈折率N0と平面導波路3と接する空気等の屈折率N1との屈折率差を用いた反射により、平面導波路3内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路3のレーザ媒質を励起する。
On the other hand, a part of the excitation light R collected by the
平面導波路3は、励起光R及び励起光Raにより励起されて反転分布状態(レーザ媒質内の基底状態の原子の数よりも励起状態の原子の数が多い状態)となった場合に、外部から入力信号光が平面導波路3の面3eに照射されることによって入力信号光の光を増幅してレーザ光R2として面3fから出力する。以上で実施の形態1に係るレーザ増幅器の動作は終了する。
When the
なお、実施の形態1に係る平面導波路3は六面体で形成されるものとしたが、これに限られるものではなく、励起光Rを閉じ込めてレーザ媒質を励起できる形状であればよく、例えば、平面導波路3の一部が面取りされていてもよい。同様に、平面導波路3の励起光Rが入射される面3aと、面3aに接する面3b、面3cは面3aに対して必ずしも垂直でなくても良い。さらに、平面導波路3の励起光Rが入射される面3aに接する面3bと面3cは互いに必ずしも平行でなくても良い。
The
また、実施の形態1に係るレーザ増幅器において、励起光Rを平面導波路3に効率よく入射させるため、平面導波路3の面3aにARコーティングを施した。しかし、平面導波路3は励起光Rによって励起されることで熱を発生するため、ARコーティングが損傷するおそれがある。したがって、実施の形態1に係るレーザ増幅器は、ARコーティングに代えて、平面導波路3の面3aの一部を光を全反射させないブリュースタ角に形成されるものとしてもよい。平面導波路3の面3aをブリュースタ角に形成することで、ARコーティングが不要となり、ARコーティングの損傷による不具合を改善することができる。
Further, in the laser amplifier according to the first embodiment, the AR coating is applied to the
以上のように、実施の形態1に係るレーザ増幅器は、平面導波路3の下方かつ面3aより励起光源1側に突出させた位置に反射ミラー4が配置され、レンズ2で集光された励起光Rのうち、平面導波路3に直接入射されない励起光Rを反射ミラー4によって反射して平面導波路3に入射させるようにしたので、レンズ2で励起光Rを平面導波路3の厚さ以下に集光する必要がなく、励起光RのNAを大きく保ち、励起光Rと平面導波路3の結合効率を高めることが可能となる。
As described above, in the laser amplifier according to the first embodiment, the
実施の形態2.
以下、図3を用いて実施の形態2に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図3は実施の形態2に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態1のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図1と同一符号を付してその説明を省略する。また、以下の説明において、入力信号光及びレーザ光R2は、図1と同様であるものとして図示を省略する。
Hereinafter, the configuration of the laser amplifier according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the laser amplifier according to the second embodiment. In the following description, parts corresponding to those of the laser amplifier according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and description thereof is omitted. In the following description, the input signal light and the laser light R2 are not shown because they are the same as those in FIG.
実施の形態2に係るレーザ増幅器において、励起光源1は照射した励起光Rが平面導波路3の面3aに垂直に入射する位置に配置される。また、反射ミラー4は反射面4aを平面導波路3の面3aに対して垂直から励起光源1側へ向くように設置されることを特徴とする。なお、実施の形態2に係るレーザ増幅器はレンズ2を備えていない。
In the laser amplifier according to the second embodiment, the
次に、図3を用いて実施の形態2に係るレーザ増幅器の動作について説明する。 Next, the operation of the laser amplifier according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
まず、励起光源1によって生成された励起光Rは平面導波路3の面3aに対して垂直に入射するように平面導波路3に照射される。したがって、励起光源1が配置される位置は励起光源1が励起光Rを照射する面と平面導波路3の面3aとが対向する位置となる。励起光Rの一部は、ARコーティングが施された面3aより直接平面導波路3に入射する。面3aから平面導波路3に入射された励起光Rは、平面導波路3内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路3のレーザ媒質を励起する。
First, the excitation light R generated by the
一方、平面導波路3の面3aに直接照射されない励起光Rの一部は、反射ミラー4による反射により進行方向を変え、平面導波路3に向かい、平面導波路3の面3aから平面導波路3に入射する。このとき、反射ミラー4によって反射される励起光Rは、反射ミラー4の配置角度の調整により、平面導波路3の臨界角以下となるように面3aへ照射される。平面導波路3の面3aから入射された励起光Rの一部は、平面導波路3内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路3のレーザ媒質を励起する。
On the other hand, a part of the excitation light R that is not directly irradiated onto the
なお、実施の形態2に係るレーザ増幅器においても、平面導波路3は六面体に限られるものではなく、励起光Rを閉じ込めてレーザ媒質を励起できる形状であればよい。例えば、平面導波路3の一部が面取りされていてもよいし、平面導波路3の励起光Rが入射される面3aと、面3aに接する面3b、面3cは面3aに対して必ずしも垂直でなくても良い。さらに、平面導波路3の励起光Rが入射される面3aに接する面3bと面3cは互いに必ずしも平行でなくても良い。
In the laser amplifier according to the second embodiment, the
さらに、実施の形態2に係るレーザ増幅器において、励起光源1は励起光Rが平面導波路3の面3aに対して垂直方向に入射するように配置され、反射ミラー4は、反射面4aが励起光源1に向くように配置されているので、励起光Rを集光するレンズ2が不要となり部品数を削減することができる。
Further, in the laser amplifier according to the second embodiment, the
実施の形態3.
以下、図4を用いて実施の形態3に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図4は実施の形態3に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態1のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図1と同一符号を付してその説明を省略する。また、以下の説明において、入力信号光及びレーザ光R2は、図1と同様であるものとして図示を省略する。
Hereinafter, the configuration of the laser amplifier according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the laser amplifier according to the third embodiment. In the following description, parts corresponding to those of the laser amplifier according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the following description, the input signal light and the laser light R2 are not shown because they are the same as those in FIG.
実施の形態3に係るレーザ増幅器は、図4Aに示すように、反射ミラー4の代わりに励起光Rを回折する回折格子5を備えている。また、回折格子5は平面導波路3より下方であって、励起光Rを回折させる面5a(回折面)が平面導波路3の面3aと垂直となるように配置されている。回折格子5は光が入射角θiで入射されると、回折効果によりθd方向に光を反射させる。
As shown in FIG. 4A, the laser amplifier according to
次に、図4を用いて実施の形態3に係るレーザ増幅器の動作について説明する。 Next, the operation of the laser amplifier according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
まず、励起光源1によって生成された励起光Rは集光されずに回折格子5に入射される。また、励起光Rは入射角θiで回折格子5に入射される。励起光Rは回折格子5で回折されて、回折格子5に対して回折角θdで反射される。θiとθdの大きさが異なる場合、回折前の励起光Rの径に対し、回折後の励起光Rの径はsin(θi)/sin(θd)となる。したがって、回折格子5は、θi<θdとなるように面5aが設計されることで、回折前の励起光Rの径よりも、回折後の励起光Rの径を小さくすることができる。
First, the excitation light R generated by the
励起光源1によって生成され、回折格子5によって回折されてビーム径が小さくなった励起光Rは、平面導波路3の面3aから平面導波路3に入射する。このとき回折格子5によって回折される励起光Rは、回折格子5の回折面が調整されることによって平面導波路3の臨界角以下で入射される。面3aから平面導波路3に入射した励起光Rは、平面導波路3内で、平面導波路3の面3bと面3cで、平面導波路3の屈折率N0と平面導波路3の周囲の屈折率N1との屈折率差を用いた反射により、平面導波路3内に閉じ込められて伝搬し、平面導波路3を励起する。
The excitation light R generated by the
なお、実施の形態3に係るレーザ増幅器において、図4Aでは反射型の回折格子5について説明したが、回折格子5は励起光Rを回折できるものであればよく、図4Bに示すように透過型の回折格子5を用いてもよい。
In the laser amplifier according to the third embodiment, the reflection
また、実施の形態3に係るレーザ増幅器においても、平面導波路3は六面体に限られるものではなく、励起光Rを閉じ込めてレーザ媒質を励起できる形状であればよい。例えば、平面導波路3の一部が面取りされていてもよいし、平面導波路3の励起光Rが入射される面3aと、面3aに接する面3b、面3cは面3aに対して必ずしも垂直でなくても良い。さらに、平面導波路3の励起光Rが入射される面3aに接する面3bと面3cは互いに必ずしも平行でなくても良い。
Also in the laser amplifier according to the third embodiment, the
以上のように、実施の形態3に係るレーザ増幅器は、反射ミラー4に代えて回折格子5を備え、励起光Rを回折して平面導波路3に入射させるので、励起光Rを集光するためのレンズ2を用いることなく、励起光Rの径を小さくすることができる。よって、部品点数を削減することができる。
As described above, the laser amplifier according to the third embodiment includes the
実施の形態4.
以下、図5を用いて実施の形態4に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図5は実施の形態4に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態1のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図1と同一符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, the configuration of the laser amplifier according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a laser amplifier according to the fourth embodiment. In the following description, parts corresponding to those of the laser amplifier according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and description thereof is omitted.
実施の形態4に係るレーザ増幅器は、複数の励起光源と複数のレンズを備えたことを特徴とする。具体的には、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、平面導波路3を励起するための励起光Rを生成する励起光源1に加えて励起光源1a(第二の励起光源)と、励起光Rを集光する複数のレンズ2に加えてレンズ2a(第二の反射部)とを備えている。さらに、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、平面導波路3の下方に平面導波路3の面積よりも広い反射ミラー4を励起光源1側及び励起光源1a側に突出するように配置することによって、励起光Rの一部を反射する。なお、反射ミラー4の設置角度は平面導波路3の面3cと反射ミラー4の反射面との角度で調整できるので、高い精度での角度配置が可能である。
The laser amplifier according to
次に、図5を用いて実施の形態4に係るレーザ増幅器の動作について説明する。 Next, the operation of the laser amplifier according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
まず、励起光源1によって生成された励起光Rが平面導波路3を励起する動作については、図1に示したレーザ増幅器と同様の動作であるため省略する。
First, the operation for exciting the
励起光源1aによって生成された励起光Raはレンズ2aによって集光される。励起光Raの一部は、ARコーティングが施された面3dより平面導波路3に入射される。このとき、平面導波路3に入射する励起光Raが臨界角以下で平面導波路3内に入射するように、励起光源1aの照射方向及び面3dの形成角は調整される。面3dから平面導波路3に入射された励起光Raは、平面導波路3内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路3のレーザ媒質を励起する。
The excitation light Ra generated by the
レンズ2aで集光された励起光Raのうち、平面導波路3の面3dに直接照射されなかった励起光Raの一部は、反射ミラー4により反射され、進行方向の角度を変えて平面導波路3に向かい、平面導波路3の面3dより平面導波路3に入射される。このとき、反射ミラー4によって反射される励起光Raは、励起光源1aの照射方向により、平面導波路3の面3aに対して臨界角以下となるように照射される。反射ミラー4によって反射され平面導波路3の面3dから入射された励起光Rは、平面導波路3内に閉じ込められ伝搬し、平面導波路3のレーザ媒質を励起する。
Of the excitation light Ra collected by the
平面導波路3は、励起光R及び励起光Raにより励起されて反転分布状態となった場合に、外部から入力信号光が平面導波路3の面3eに照射されることによって入力信号光の光を増幅してレーザ光R2として面3fから出力する。
When the
なお、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、平面導波路3の面3aに励起光R、面3dに励起光Raを入射させるものとしたが、これに限られず、六面体である平面導波路3の面3bと面3c以外の4面のいずれからでも励起光R及び励起光Raを入射させることが可能である。
In the laser amplifier according to the fourth embodiment, the excitation light R is incident on the
また、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、六面体である平面導波路3の面3bと面3c以外の面であれば、励起光源1及び励起光源1aに追加してさらに励起光源を配置し、励起光を入射させる構成としてもよい。
Further, in the laser amplifier according to the fourth embodiment, if the surface of the
さらに、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、入力信号光を平面導波路3の面3eから入射させ面3dからレーザ光R2として出力させるものとしたが、これに限られず、六面体である平面導波路3の6面のいずれからでも入力信号光を入射させ、レーザ光R2として出力させることが可能である。
Furthermore, in the laser amplifier according to the fourth embodiment, the input signal light is incident from the surface 3e of the
また、実施の形態4に係るレーザ増幅器において、反射ミラー4に代えて回折格子5を用いてもよい。この場合、図4に示したレーザ増幅器と同様、励起光Rを集光するためのレンズ2を用いることなく、励起光Rの径を小さくすることができる。よって、部品点数を削減することができる。
In the laser amplifier according to the fourth embodiment, a
さらに、実施の形態4に係るレーザ増幅器において、図3に示した反射ミラー4のように、反射ミラー4を傾ける構成としてもよい。なお、このように構成した場合には、励起光源1側の反射面4aは、励起光源1の励起光Rが照射される向きに傾けられ、励起光源1a側の反射面4aは、励起光源1aの励起光Rが照射される向きに傾けられる。この場合も、図3に示したレーザ増幅器と同様、励起光Rを集光するレンズ2が不要となり部品数を削減することができる。
Furthermore, in the laser amplifier according to the fourth embodiment, the
以上のように、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、複数の励起光源1、1aから照射される励起光R、Raを反射ミラー4で反射させて進行方向を変化させ、平面導波路3に入射させることができるので、励起光Rと平面導波路3の結合効率をさらに高めることが可能となる。
As described above, the laser amplifier according to the fourth embodiment reflects the excitation light R and Ra emitted from the plurality of
また、実施の形態4に係るレーザ増幅器は、平面導波路3の面積よりも広い一枚の反射ミラー4で複数の励起光R、Raを反射させるため、反射ミラー4を複数設けた場合に比べて反射ミラー4の数を削減することができる。
In addition, the laser amplifier according to the fourth embodiment reflects a plurality of excitation lights R and Ra with a
実施の形態5.
以下、図6を用いて実施の形態5に係るレーザ増幅器の構成について説明する。図6は実施の形態5に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。なお、以下の説明において、実施の形態1のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図1と同一符号を付してその説明を省略する。また、以下の説明において、入力信号光及びレーザ光R2は、図1と同様であるものとして図示を省略する。
Hereinafter, the configuration of the laser amplifier according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a laser amplifier according to the fifth embodiment. In the following description, parts corresponding to those of the laser amplifier according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and description thereof is omitted. In the following description, the input signal light and the laser light R2 are not shown because they are the same as those in FIG.
実施の形態5に係るレーザ増幅器は、反射ミラー4の内部に冷却水を流す溝が形成され、この溝に冷媒管6が設けられている。
In the laser amplifier according to the fifth embodiment, a groove for flowing cooling water is formed inside the
次に、図6を用いて実施の形態5に係るレーザ増幅器の動作について説明する。 Next, the operation of the laser amplifier according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
励起光源1によって生成され、レンズ2によって集光され、平面導波路3の面3aに直接照射された励起光Rと、面3aに直接照射されず、反射ミラー4により反射されて面3aに照射された励起光Rは面3aより平面導波路3に入射する。
Excitation light R generated by the
平面導波路3は励起光Rを吸収して熱を発生する。
The
平面導波路3と接触する反射ミラー4内の溝に設けられた冷媒管6は、内部に冷却水が流されて反射ミラー4を冷却する。このように、冷媒管6は励起光Rの吸収によって発熱した平面導波路3の温度を間接冷却により下げることができる。
The
なお、実施の形態5に係るレーザ増幅器において、反射ミラー4は熱伝導率の高い金属が用いられることにより、より冷却効果が高められる。さらに、平面導波路3と反射ミラー4は熱伝導性の高い接着剤やはんだで固定されることで、より冷却効果が高められる。
In the laser amplifier according to the fifth embodiment, the
また、実施の形態5に係るレーザ増幅器において、反射ミラー4内の溝に設けられた冷媒管6に冷却水を流して平面導波路3を冷却する構成を説明したが、これに限らず、反射ミラー4に突起を付けて表面積を広くし、放熱効果を高めることによって間接冷却してもよい。
In the laser amplifier according to the fifth embodiment, the configuration in which the
さらに、実施の形態5に係るレーザ増幅器の反射ミラー4は、図1及び図3から図5に記載したレーザ増幅器にも適用することができる。
Further, the
また、実施の形態5に係るレーザ増幅器の反射ミラー4は、冷却水を用いて冷却効果を得たが、これに限らず、冷却効果を有する冷媒であればよい。
In addition, the
実施の形態6.
以下、図7を用いて実施の形態6に係るレーザ発振器の構成について説明する。図7は実施の形態6に係るレーザ発振器を説明する図である。なお、以下の説明において、実施の形態1のレーザ増幅器の構成に相当する部分には図1と同一符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, the configuration of the laser oscillator according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a laser oscillator according to the sixth embodiment. In the following description, parts corresponding to those of the laser amplifier according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
実施の形態6に係るレーザ発振器は、図1に記載したレーザ増幅器をレーザ発振器に適用したものである。レーザ発振器とは、レーザ媒質を2枚の反射ミラーで挟み込み、その間で光を往復させることにより、増幅されたレーザ光R2を片側の反射ミラーからレーザ光として出力する装置である。また、実施の形態6に係るレーザ発振器は、2枚の反射ミラーとして、共振用反射ミラー8、共振用出力ミラー9を備える。
A laser oscillator according to
共振用反射ミラー8は、励起光Rを透過し、レーザ光R2を反射する。共振用反射ミラー8は、後述する共振用出力ミラー9と平面導波路3を挟んで対向する位置に設けられる。
The resonance reflecting mirror 8 transmits the excitation light R and reflects the laser light R2. The resonance reflecting mirror 8 is provided at a position facing a resonance output mirror 9 (to be described later) across the
共振用出力ミラー9は励起光Rを透過させ、増幅されたレーザ光R2の一部を外部に出力する。共振用出力ミラー9は平面導波路3を挟んで対向する位置に設けられる。
The
以下、図7を用いて実施の形態6に係るレーザ発振器の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the laser oscillator according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG.
まず、励起光源1によって生成され、レンズ2によって集光され、平面導波路3の面3aに直接照射された励起光Rと、面3aに直接照射されず、反射ミラー4により反射されて面3aに照射された励起光Rは面3aから平面導波路3に入射する。
First, the excitation light R generated by the
平面導波路3に入射された励起光Rは平面導波路3を励起する。
The excitation light R incident on the
レーザ光R2は、平面導波路3を介して共振用反射ミラー8と共振用出力ミラー9との間を往復する間に増幅され、指向性のよいレーザ光となる。レーザ光R2の一部は共振用出力ミラー9からレーザ発振器外部に放出される。
The laser light R2 is amplified while reciprocating between the resonance reflecting mirror 8 and the
なお、実施の形態6に係るレーザ発振器において、共振用反射ミラー8は面3a側に、共振用出力ミラー9は面3d側に設けるものとしたが、これに限られず、共振用反射ミラー8を面3d側に、共振用出力ミラー9を面3a側に設けてもよい。
In the laser oscillator according to the sixth embodiment, the resonance reflecting mirror 8 is provided on the
また、実施の形態6に係るレーザ発振器において、共振用反射ミラー8は面3a側に、共振用出力ミラー9は面3d側に設けられることとしたが、平面導波路3を介して互いに対向する位置に設けられればよい。
In the laser oscillator according to the sixth embodiment, the resonance reflecting mirror 8 is provided on the
また、実施の形態6に係るレーザ発振器は、図1及び図3から図6に示したレーザ増幅器の構成を適用することも可能である。なお、実施の形態6に係るレーザ発振器に図1及び図3から図6に示したレーザ増幅器の構成を適用した場合、入力信号光は不要である。 Further, the laser oscillator according to the sixth embodiment can apply the configuration of the laser amplifier shown in FIGS. 1 and 3 to 6. Note that when the laser amplifier configuration shown in FIGS. 1 and 3 to 6 is applied to the laser oscillator according to the sixth embodiment, input signal light is unnecessary.
以上のように、実施の形態6に係るレーザ発振器は、共振用反射ミラー8及び共振用出力ミラー9を平面導波路3を介して互いに対向するように設けたので、レーザ発振器として使用することができる。
As described above, the laser oscillator according to the sixth embodiment is provided with the reflection mirror 8 for resonance and the
1 レーザ光源、2 レンズ、3 平面導波路、4 反射ミラー、5 回折格子、6 冷媒管、8 共振用反射ミラー、9 共振用出力ミラー
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第一の励起光が入射されることにより励起され、外部からの入力信号光を増幅して出力する平面導波路と、
前記第一の励起光のうち前記平面導波路に照射されない励起光の全てを前記平面導波路の入射面へ直接反射する反射部と
を備え、
前記反射部は、内部に冷媒が流れる溝を有し、前記平面導波路を冷却することを特徴とするレーザ増幅器。 A first excitation light source that generates and outputs first excitation light;
A planar waveguide that is excited by the incidence of the first excitation light and amplifies and outputs the input signal light from the outside;
A reflection part that directly reflects all of the excitation light that is not irradiated to the planar waveguide among the first excitation light to the incident surface of the planar waveguide ; and
The laser amplifier according to claim 1, wherein the reflection part has a groove through which a coolant flows, and cools the planar waveguide .
前記反射部は、
前記第二の励起光のうち前記平面導波路に照射されない励起光の全てを前記平面導波路の前記第二の励起光の入射面へ直接反射して、
前記平面導波路は、
前記第二の励起光が入射されて励起されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ増幅器。 A second excitation light source that generates second excitation light and outputs the second excitation light to a surface other than the surface on which the first excitation light is incident on the planar waveguide;
The reflective portion is
All of the excitation light that is not irradiated to the planar waveguide among the second excitation light is directly reflected to the incident surface of the second excitation light of the planar waveguide,
The planar waveguide is
The laser amplifier according to claim 1, wherein the second excitation light is incident and excited.
前記第一の励起光が入射される面に対して垂直に該第一の励起光を入射させ、
前記反射部は、
前記第一の励起光を反射する反射面が前記平面導波路の前記第一の励起光が入射される面と垂直な位置より前記第一の励起光源の方向へ傾けて配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ増幅器。 The first excitation light source is
Making the first excitation light incident perpendicular to the surface on which the first excitation light is incident;
The reflective portion is
The reflection surface for reflecting the first excitation light is disposed to be inclined toward the first excitation light source from a position perpendicular to the surface of the planar waveguide on which the first excitation light is incident. The laser amplifier according to claim 1 or 2.
前記第一の励起光が入射されることにより励起され、内部で発生したレーザ光を増幅して出力する平面導波路と、
前記平面導波路で発生したレーザ光を反射して前記平面導波路に戻す共振用反射ミラーと、
前記平面導波路で増幅されたレーザ光の一部を外部に出力する共振用出力ミラーと、
前記第一の励起光のうち前記平面導波路に照射されない励起光の全てを前記平面導波路の入射面へ直接反射する反射部と
を備えるレーザ発振器。 A first excitation light source that generates and outputs first excitation light;
A planar waveguide that is excited by incidence of the first excitation light and amplifies and outputs the laser light generated inside;
A reflection mirror for resonance that reflects laser light generated in the planar waveguide and returns it to the planar waveguide;
An output mirror for resonance that outputs part of the laser light amplified by the planar waveguide to the outside;
A laser oscillator comprising: a reflection portion that directly reflects all of the excitation light that is not irradiated to the planar waveguide among the first excitation light to the incident surface of the planar waveguide.
前記反射部は、
前記第二の励起光のうち前記平面導波路に照射されない励起光の全てを前記平面導波路の前記第二の励起光の入射面へ直接反射し、
前記平面導波路は、
前記第二の励起光が入射されて励起されることを特徴とする請求項6に記載のレーザ発振器。 A second excitation light source that generates second excitation light and outputs the second excitation light to a surface other than the surface on which the first excitation light is incident on the planar waveguide;
The reflective portion is
All of the excitation light that is not irradiated on the planar waveguide among the second excitation light is directly reflected to the incident surface of the second excitation light of the planar waveguide,
The planar waveguide is
The laser oscillator according to claim 6 , wherein the second excitation light is incident and excited.
前記第一の励起光が入射される面に対して垂直に該第一の励起光を入射させ、
前記反射部は、
前記第一の励起光を反射する反射面が前記平面導波路の前記第一の励起光が入射される面と垂直な位置より前記励起光源の方向へ傾けて配置されることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレーザ発振器。 The first excitation light source is
Making the first excitation light incident perpendicular to the surface on which the first excitation light is incident;
The reflective portion is
The reflective surface that reflects the first excitation light is disposed so as to be inclined toward the excitation light source from a position perpendicular to a surface of the planar waveguide on which the first excitation light is incident. Item 8. The laser oscillator according to Item 6 or 7 .
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