JP7048101B2 - Laser amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、YAGレーザー等の固体レーザーの増幅器に関する。 The present invention relates to an amplifier for a solid-state laser such as a YAG laser.
従来の固体レーザー増幅器は、主に偏光特性を利用したW-PASS励起方式(例えば特許文献1、2参照)と、Z型やV型、リング状の斜め多重反射、またはジグザグ多重反射方式の様にレーザー増幅媒質内を斜めに複数回入射させることにより、励起距離を長くして利得を上げる方式(例えば特許文献3、4参照)に分類できる。いずれの増幅器も増幅媒質を単に通過させるだけでは増幅効率が良くないので、W-PASS励起方式では偏光ビームを波長板で90度回転させて反射して増幅媒質内を往復させることで倍近くに増幅効率を高めている。
また、ジグザグ多重反射方式では複数回励起回数を増やすことで増幅率を高めている。
Conventional solid-state laser amplifiers mainly use the W-PASS excitation method (see, for example,
Further, in the zigzag multiple reflection method, the amplification factor is increased by increasing the number of excitations a plurality of times.
一例として、特許文献1に開示される「光増幅システム」を図7に示す。
図7は特許文献1における図4をそのまま引用するものであり、光増幅システムの光学系を示している。信号光を発するマスターレーザー61と、信号光を増幅する光増幅器62を備え、光増幅器62は、Ndドープバナデート混結晶63、レンズ64、及び励起半導体レーザーアレイからの励起出力光65で構成される。
マスターレーザー61から光増幅器62の間には、半波長板66、69、72、偏光方向により光を反射又は透過する偏光ビームスプリッタ67、70、ファラデー回転子68、71、及びレンズ73、74、75が図に示すように配置されている。
光増幅器62から出射した光は、レンズ76を通過しプリズム77で反射された後、再び光増幅器62へと入射する。その後、レンズ78、79、80、及び半波長板81を透過し、位相共役鏡(PCM)82で反射された後、再び光増幅器62へと入射する。位相共役鏡(PCM)82は、Ndドープバナデート混結晶83及びレンズ84、85で構成される。再び光増幅器62へ入射した光は、同様の経路を経て、最終的に偏光ビームスプリッター70を透過し出射する。
この特許文献1に開示されるレーザー増幅器では、偏光特性を利用したW-PASS励起方式でピコ秒レーザーの増幅ができるものである。特許文献1のレーザー増幅器の基本原理はマスターレーザー61から発振された偏光レーザー光を偏光ビームスプリッター70で90度反射させ、光増幅器62で増幅したレーザー光を、半波長板72を用いて90度偏光方向を変え、再び偏光ビームスプリッター70に入光されているが、90度偏光方向が回転しているので、そのまま通過して出力されている。
しかしながら特許文献1において、偏光ビームスプリッター67、70は耐力が強いものを作るのが難しく、高いピークパワーでは偏光ビームスプリッターのコートにダメージがはいるので出力パワー制限があった。また、偏光ビームスプリッター70の偏光度は100%ではないので偏光ビームスプリッター70にて直角に戻り、戻り光となってLDを戻り光破損させる。よって、半波長板66,69と偏光ビームスプリッター67で構成されるアイソレータが必要になる。
As an example, FIG. 7 shows the "optical amplification system" disclosed in
FIG. 7 is a reference of FIG. 4 in
Between the
The light emitted from the
The laser amplifier disclosed in
However, in
本来増幅器の原理はシンプルであるが、破損対策の為に、多くの光学部品が追加必要とされ、複雑にならざるを得なかった。
また、偏光レーザーでないと増幅できなかった。更に、複雑になり大型化すると僅かなミラーの傾きで出力低下するので、特許文献2に開示される「固体レーザー増幅器及び固体レーザー装置」のようにミラーの傾きずれを検知し制御補正する複雑なシステムが必要となり、更に大型化ならざるを得なかった。
そこで、上記の課題を解決するために、特許文献3に開示される「レーザ媒質ユニット、レーザ増幅器及びレーザ発振器並びに冷却方法」や特許文献4に開示される「共振器およびレーザ装置」のように、レーザー増幅媒質に斜め入射させて、レーザー増幅媒質内でV字反射させる方法が容易に考えられる。
Originally, the principle of the amplifier was simple, but many optical components were required to prevent damage, and it had to be complicated.
Moreover, it could not be amplified unless it was a polarized laser. Further, when the size becomes complicated and the size is increased, the output decreases due to a slight tilt of the mirror. A system was needed, and it had to be even larger.
Therefore, in order to solve the above problems, such as "laser medium unit, laser amplifier and laser oscillator and cooling method" disclosed in
しかしながら、特許文献3や特許文献4に開示されるようにV字反射される入射レーザー光を励起すると、図8乃至図10に示すようにビーム形状が大きく歪む課題があった。
以下に図8乃至図10を用いて、増幅されたレーザー光が歪む理由を説明する。
図8(a)において、増幅用利得媒質86のHR(増反射膜コーティング)面にて入射レーザー光87がV字反射し、増幅された出射レーザー光88となって出射されている。前記V字反射される中心線89を光軸とした励起レーザー光90が入射レーザー光87より大きいと、図8(b)に示すように、図8(a)のB-B線断面にて、入射レーザー光87の円形状断面91と出射レーザー光88の円形状断面92がずれた状態で増幅されるので、図8(c)に示されるように、出射レーザー光88に歪んだレーザー光93が加算されたいびつな楕円形状となる。なお、図8(a)において紙面を正面視した際の上方向をx方向として、図8(a)の他、図8(b)、図8(c)、さらには図9、10においても同様に図示されている。また、図8乃至図10に示される符号ARで示される面は反射防止膜コーティング面を意味している。
図9(a)は励起レーザー光90の照射径が入射レーザー光87の照射径より小さい場合のV字反射の状態を示す概念図であるが、図9(a)のC-C線断面における出射レーザー光のビーム強度分布を示す図9(b)が示すとおり、出射レーザー光88は中心部がビーム強度的に尖がった歪んだ形状になる。なお、図9(b)の断面におけるP軸はC-C断面における出力の強度を示す軸であり、紙面の上方向(すなわち、P軸の矢印に向かう方向)ほどビーム出力が強いことを示すものである。また、図8と同一の構成要素には同一の符号を付している。
However, when the incident laser light that is V-reflected as disclosed in
The reason why the amplified laser light is distorted will be described below with reference to FIGS. 8 to 10.
In FIG. 8A, the
FIG. 9A is a conceptual diagram showing a state of V-shaped reflection when the irradiation diameter of the
次に、図10(a)は、外観上見栄えを良くするために、励起レーザー光90を斜め入射するのをやめて、励起レーザー光90と出射レーザー光88を同軸上に配置したものである。この場合は入射レーザー光87と励起レーザー光90に図中ハッチング領域として示される重畳部94が存在する。
この重畳部94では、図10(b)に示すように直角三角形状のまま増幅され、更に図10(c)に示すように長方形状のレーザー強度分布を持つ出射レーザー光88のビームモードが長方形のままそのまま増幅されたレーザー強度分布95となっている。したがって、図10(b)の重畳部94のレーザー強度分布96と図10(c)のレーザー強度分布95が合成され、図10(d)に示すように歪んだレーザー強度分布になる。
これまで図8乃至図10を参照しながら説明したとおり、V字型反射ではどのような位置関係にしても歪まずに増幅することはできなかった。
Next, in FIG. 10A, the
In this
As described above with reference to FIGS. 8 to 10, V-shaped reflection could not be amplified without distortion regardless of the positional relationship.
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、V字型反射のメカニズムを採用しながら垂直型反射と同様な増幅を可能として出射レーザー光の歪みが少なく構造がシンプルで高効率なレーザー増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to such conventional circumstances, and while adopting a V-shaped reflection mechanism, it enables amplification similar to vertical reflection, has less distortion of emitted laser light, and has a simple structure and high efficiency. The purpose is to provide a laser amplifier.
上記目的を達成するため、第1の発明であるレーザー増幅器は、対向する両端面が平行研磨され、一の端面に増反射膜(HRコーティング)が形成され、他の端面に反射防止膜(ARコーティング)が形成された第1の増幅用利得媒質と、外部から導入される入射レーザー光を第1の入射レーザー光として第1の端部で反射させ前記第1の増幅用利得媒質の前記反射防止膜が形成された前記他の端面に対して所定角度で入射させることで、前記第1の入射レーザー光を前記増反射膜が形成された前記一の端面で反射させ、再度前記他の端面から増幅された第1の出射レーザー光として出射させる第1の反射体と、前記第1の入射レーザー光と前記第1の出射レーザー光が形成するV字状光路に重畳する第1の励起レーザー光を外部から前記第1の増幅用利得媒質の前記一の端面に導入する第1の励起レーザー光導入部と、を有し、前記所定角度は、前記第1の反射体の前記第1の端部に前記第1の出射レーザー光が接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態を実現する角度であることを特徴とするものである。
このように構成される第1の発明においては、第1の入射レーザー光を第1の 反射体の第1の端部で反射させて第1の増幅用利得媒質の他の端面(反射防止膜が 形成された面)から所定の角度で増幅用利得媒質へ入射させることで、一の端面(増 反射膜が形成された面)で反射させて再度他の端面から増幅して出射される第1の 出射レーザー光が、先の第1の反射体の第1の端部に接する状態又はわずかに接 しない距離離れる状態となるように作用する。
すなわち、第1の反射体で反射される第1の入射レーザー光が第1の増幅用利 得媒質の他の端面から入射し、第1の増幅用利得媒質の一の端面で反射して、再度他の端面から第1の出射レーザー光として出射する際に、第1の入射レーザー光と第1の出射レーザー光のなす角度が極めて小さくなるような角度を所定の角度とし て、このような角度を実現するために第1の反射体を配置することで、第1の入 射レーザー光と第1の出射レーザー光が先の第1の反射体の第1の端部に接する 状態又はわずかに接しない距離離れる状態となるように作用する。
In order to achieve the above object, in the laser amplifier of the first invention, both end faces facing each other are parallel-polished, an antireflection film (HR coating) is formed on one end face, and an antireflection film (AR) is formed on the other end face. The first amplification gain medium on which the coating) is formed and the incident laser light introduced from the outside are reflected at the first end as the first incident laser light, and the reflection of the first amplification gain medium. By incidenting the incident laser light on the other end face on which the preventive film is formed at a predetermined angle, the first incident laser light is reflected by the one end face on which the enhancer reflection film is formed, and the other end face is again reflected. A first reflector emitted as a first emitted laser light amplified from, and a first excitation laser superimposed on a V-shaped optical path formed by the first incident laser light and the first emitted laser light. It has a first excitation laser light introduction portion that introduces light from the outside into the one end face of the first amplification gain medium, and the predetermined angle is the first of the first reflector. It is characterized by an angle that realizes a state in which the first emitted laser light is in contact with the end portion or a state in which the first emitted laser light is slightly in contact with the end portion.
In the first invention configured as described above, the first incident laser light is reflected by the first end portion of the first reflector to reflect the other end face (antireflection film) of the first amplification gain medium. Is incident on the amplification gain medium at a predetermined angle from the surface on which the The emitted laser light of 1 acts so as to be in a state of being in contact with the first end of the first reflector or a state of being slightly in contact with the first end of the first reflector.
That is, the first incident laser light reflected by the first reflector is incident from the other end face of the first amplification gain medium and reflected by one end face of the first amplification gain medium. Such an angle is set as a predetermined angle so that the angle formed by the first incident laser light and the first emitted laser light becomes extremely small when the light is emitted from the other end face as the first emitted laser light again. By arranging the first reflector to achieve the angle, the first incoming laser light and the first emitted laser light are in contact with the first end of the first first reflector or slightly. It acts so that it is in a state of being separated by a distance that does not touch.
また、第2の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明において、前記第1の反射体は鋭角を挟んだ2面で構成されるエッジ部を備え、前記第1の端部は前記エッジ部の端部として形成され、前記外部から導入される入射レーザー光は前記エッジを構成する2面のうち1面側の前記端部で反射され、前記所定角度は前記第1の反射体の他の1面側の前記端部に対して前記第1の出射レーザー光が接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態を実現する角度であることを特徴とするものである。
このように構成される第2の発明においては、第1の発明の作用に加えて、第1の反射体が備える鋭角を挟んだ2面で構成されるエッジ部が、エッジ部の2面 のうちの1面側の端部で反射された第1の入射レーザー光が増幅用利得媒質の他 の端面から入射し、増幅用利得媒質の一の端面で反射されて再び他の端面から第1の出射レーザー光として出射される際に、エッジ部の他の1面側の前記端部に対して 接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態となるように作用する。
Further, in the laser amplifier according to the second invention, in the first invention, the first reflector includes an edge portion composed of two surfaces sandwiching a sharp angle, and the first end portion is the edge portion. The incident laser light, which is formed as an end portion of the surface and is introduced from the outside, is reflected at the end portion on one side of the two surfaces constituting the edge, and the predetermined angle is the other of the first reflector. It is characterized by an angle that realizes a state in which the first emitted laser beam is in contact with the end portion on the one surface side or a state in which the first emitted laser light is separated by a distance that is slightly in contact with the end portion.
In the second invention configured in this way, in addition to the action of the first invention, the edge portion composed of the two surfaces sandwiching the sharp angle of the first reflector is the two surfaces of the edge portion. The first incident laser light reflected at the end on one side of the light incidents on the other end face of the amplification gain medium, is reflected by one end face of the amplification gain medium, and is again the first from the other end face. When emitted as laser light, it acts so as to be in contact with the end portion on the other one surface side of the edge portion or in a state of being separated by a distance slightly not in contact with the end portion.
そして、第3の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明又は第2の発明において、前記第1の出射レーザー光の外径をdoutとし、前記第1の増幅用利得媒質の前記一の端面から前記第1の反射体の前記第1の端部までの距離をLとした場合に、
dout/2L<0.04 (1)
であることを特徴とするものである。
このように構成される第3の発明においては、第1又は第2の発明の作用に加 えて、上式(1)を満足することで、第1の出射レーザー光のビーム径に大きな変形を生じさせないように作用する。
The laser amplifier according to the third invention has the outer diameter of the first emitted laser beam as out in the first invention or the second invention, and is the one of the first gain medium for amplification. When the distance from the end face to the first end of the first reflector is L.
d out / 2L <0.04 (1)
It is characterized by being.
In the third invention configured as described above, in addition to the action of the first or second invention, by satisfying the above equation (1), the beam diameter of the first emitted laser beam is greatly deformed. It works so as not to cause it.
さらに、第4の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明乃至第3の発明のいずれか1つの発明において、前記第1の入射レーザー光の前記第1の反射体に対する入射角度を調整可能なミラーを備えることを特徴とするものである。
このように構成される第4の発明においては、第1乃至第3のいずれか1つの 発明の作用に加えて、ミラーが第1の反射体に対する第1の入射レーザー光の入 射角度を調整可能に作用する。
Further, the laser amplifier according to the fourth invention can adjust the angle of incidence of the first incident laser light on the first reflector in any one of the first inventions to the third invention. It is characterized by having a mirror.
In the fourth invention thus configured, in addition to the action of any one of the first to third inventions, the mirror adjusts the angle of incidence of the first incident laser beam on the first reflector. It works as much as possible.
さらに、第5の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明乃至第4の発明のいずれか1つの発明において、前記第1の増幅用利得媒質の前記他の端面の前にビームエキスパンダを備えることを特徴とするものである。
このように構成される第5の発明においては、第1乃至第4のいずれか1つの発明の作用に加えて、ビームエキスパンダが第1の入射レーザー光のビーム径を 大きくするように作用する。
なお、ビームエキスパンダは第1の増幅用利得媒質の他の端面の前としているが、この「前」は広く前段あるいは上流を意味するものであり、他の端面の直前のみならず、外部から導入される入射レーザー光が本発明であるレーザー増幅器に入射される箇所から第1の増殖用利得媒質の他の端面の前までを含む概念である。
Further, the laser amplifier according to the fifth invention includes a beam expander in front of the other end face of the first amplification gain medium in any one of the first to fourth inventions. It is characterized by that.
In the fifth invention configured as described above, in addition to the action of any one of the first to fourth inventions, the beam expander acts to increase the beam diameter of the first incident laser beam. ..
The beam expander is in front of the other end face of the first amplification gain medium, but this "front" broadly means the front stage or upstream, not only immediately before the other end faces, but also from the outside. It is a concept including from the place where the incident laser light introduced is incident on the laser amplifier of the present invention to the front of the other end face of the first growth gain medium.
さらに、第6の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明乃至第5の発明のいずれか1つの発明において、第1の励起レーザー光導入部は、光ファイバのバンドル(束)を備え、前記第1の励起レーザー光を前記バンドルの一部又は全部から導入可能なスイッチが設けられることを特徴とするものである。
このように構成される第6の発明においては、第1乃至第5のいずれか1つの発明の作用に加えて、光ファイバのバンドルの一部又は全部から導入可能なスイ ッチが、第1の出射レーザー光の出力分布を調整するように作用する。
Further, in the laser amplifier according to the sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the first excitation laser light introduction unit includes a bundle of optical fibers. It is characterized in that a switch is provided so that a first excitation laser beam can be introduced from a part or all of the bundle.
In the sixth invention thus configured, in addition to the action of any one of the first to fifth inventions, a switch that can be introduced from a part or all of the bundle of optical fibers is the first. It acts to adjust the output distribution of the emitted laser light of.
さらに、第7の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明乃至第6の発明のいずれか1つの発明において、前記第1の増幅用利得媒質の前記他の端面の前に高調波を発生する非線形光学素子を備えることを特徴とするものである。
このように構成される第7の発明においては、第1乃至第6のいずれか1つの 発明の作用に加えて、高調波を発生する非線形光学素子が第1の入射レーザー光 の波長を変換するように作用する。
Further, the laser amplifier according to the seventh invention generates harmonics in front of the other end face of the first amplification gain medium in any one of the first to sixth inventions. It is characterized by being provided with a nonlinear optical element.
In the seventh invention configured as described above, in addition to the action of any one of the first to sixth inventions, the nonlinear optical element that generates harmonics converts the wavelength of the first incident laser light. It works like that.
さらに、第8の発明であるレーザー増幅器は、第1の発明において、対向する両端面が平行研磨され、前記両端面のうち一の端面に増反射膜(HRコーティング)が形成され、他の端面に反射防止膜(ARコーティング)が形成された前記第1から第nの増幅用利得媒質と、第(n-1)の出射レーザー光を第nの入射レーザー光として第nの端部で反射させ前記第nの増幅用利得媒質の前記反射防止膜が形成された前記他の端面に対して第nの所定角度で入射させることで、前記第nの入射レーザー光を前記第nの増幅用利得媒質の前記増反射膜が形成された前記一の端面で反射させ、再度前記第nの増幅用利得媒質の前記他の端面から増幅された第nの出射レーザー光として出射させる第1から第nの反射体と、前記第nの入射レーザー光と前記第nの出射レーザー光が形成するV字状光路に重畳する第nの励起レーザー光を外部から前記第nの増幅用利得媒質の前記一の端面に導入する第nの励起レーザー光導入部と、を有し、前記第nの所定角度は前記第nの反射体の前記第nの端部に前記第nの出射レーザー光が接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態を実現する角度であり、前記nは2以上の整数であり、前記第1の増幅用利得媒質、前記第1の反射体、前記第1の励起レーザー光導入部から、前記第nの増幅用利得媒質、前記第nの反射体、前記第nの励起レーザー光導入部は、前記第(n-1)の出射レーザー光を前記第nの入射レーザー光として、複数段増幅するように構成されることを特徴とするものである。
このように構成される第8の発明においては、第1の発明の作用に加えて、第1の反射体、励起レーザー光導入部、増幅用利得媒質から第nの反射体、励起レーザー光導入部、増幅用利得媒質を備えることで、外部から入射される入射レー ザー光を第1の入射レーザー光とし、第1の出射レーザー光を第2の入射レーザ ー光として、順次n段まで増幅するように作用する。
Further, in the laser amplifier according to the eighth invention, in the first invention, the facing end faces are parallel-polished, a polyreflecting film (HR coating) is formed on one end face of the both end faces, and the other end face is formed. The first to nth amplification gain media having an antireflection film (AR coating) formed on the surface and the emitted laser light of the (n-1) th are reflected at the nth end as the nth incident laser light. By making the nth amplification gain medium incident on the other end face on which the antireflection film is formed at a predetermined nth angle, the nth incident laser light is used for the nth amplification. The first to first emitted laser light that is reflected by the one end face on which the augmentation reflection film of the gain medium is formed and is again emitted as the nth emitted laser light amplified from the other end face of the nth amplification gain medium. The n-th excitation laser light superimposed on the V-shaped optical path formed by the n-reflector, the n-th incident laser light and the n-th emission laser light is transmitted from the outside to the n-th amplification gain medium. It has an nth excitation laser light introduction portion to be introduced into one end face, and the nth emission laser light is in contact with the nth end portion of the nth reflector at the nth predetermined angle. It is an angle that realizes a state or a state separated by a distance that does not slightly touch, and n is an integer of 2 or more, and the first amplification gain medium, the first reflector, and the first excitation laser light introduction. From the unit, the nth amplification gain medium, the nth reflector, and the nth excitation laser light introduction unit use the emitted laser light of the (n-1) as the nth incident laser light. , It is characterized in that it is configured to be amplified in multiple stages.
In the eighth invention configured as described above, in addition to the action of the first invention, the first reflector, the excitation laser light introduction unit, the nth reflector from the amplification gain medium, and the excitation laser light introduction. By providing a gain medium for amplification, the incident laser light incident from the outside is used as the first incident laser light, and the first emitted laser light is used as the second incident laser light, which is sequentially amplified up to n stages. Acts to do.
第1の発明であるレーザー増幅器によれば、第1の入射レーザー光と第1の出射レーザー光のなす角度が極めて小さくなるように第1の反射体を配置することで、増幅用利得媒質の一の端面にて極めて角度の小さいV字状に反射できるので、ほぼ垂直反射同様な増幅が可能となり、歪みが少なく高効率でシンプルなダブルパス端面励起増幅器が実現できる。 According to the laser amplifier of the first invention, the gain medium for amplification is provided by arranging the first reflector so that the angle between the first incident laser light and the first emitted laser light becomes extremely small. Since one end face can be reflected in a V shape with an extremely small angle, amplification similar to that of vertical reflection is possible, and a highly efficient and simple double-pass end face excitation amplifier with less distortion can be realized.
第2の発明であるレーザー増幅器によれば、第1の発明の効果に加えて、鋭角を挟んだエッジ部を備えることで、第1の反射体のエッジ部の1面側で反射された第1の入射レーザー光と、第1の反射体のエッジ部の他の1面側の端部に接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態となるように出射される第1の出射レーザー光とのなす角度を第1の発明に比較してより小さくなるようにすることが可能である。したがって、増幅用利得媒質の一の端面にてより極めて角度の小さいV字状に反射させることができるので、より垂直反射同様な増幅が可能となり、より歪みが少なく高効率でシンプルなダブルパス端面励起増幅器を実現させることができる。 According to the laser amplifier of the second invention, in addition to the effect of the first invention, by providing the edge portion having a sharp angle, the light is reflected on one surface side of the edge portion of the first reflector. The incident laser light of 1 and the first emitted laser light emitted so as to be in contact with or slightly in contact with the other one-sided end of the edge portion of the first reflector. It is possible to make the angle formed smaller than that of the first invention. Therefore, since one end face of the gain medium for amplification can be reflected in a V shape with an extremely small angle, amplification similar to vertical reflection is possible, and the double-pass end face excitation with less distortion, higher efficiency, and simpleness is possible. An amplifier can be realized.
第3の発明であるレーザー増幅器によれば、第1又は第2の発明の効果に加えて、第1の出射レーザー光のビーム径に大きな変形を生じないので、増幅効率を高めることが可能である。したがって、式(1)を満足することで第1の反射体によるエネルギーの損失がほとんどなくなるという効果を発揮する。 According to the laser amplifier of the third invention, in addition to the effect of the first or second invention, the beam diameter of the first emitted laser light is not significantly deformed, so that the amplification efficiency can be improved. be. Therefore, by satisfying the equation (1), the effect that the energy loss due to the first reflector is almost eliminated is exhibited.
第4の発明であるレーザー増幅器によれば、第1乃至第3のいずれか1つの発明の効果に加えて、ミラーによって第1の反射体に入射する第1の入射レーザー光の角度を調整することができるので、第1の反射体の配置、向きに関し、裕度を取ることが可能である。 According to the laser amplifier of the fourth invention, in addition to the effect of any one of the first to third inventions, the angle of the first incident laser light incident on the first reflector is adjusted by the mirror. Therefore, it is possible to take a margin regarding the arrangement and orientation of the first reflector.
第5の発明であるレーザー増幅器によれば、第1乃至第4のいずれか1つの発明の効果に加えて、第1の入射レーザー光のビーム径が大きくできることから第1の出射レーザー光のビーム径を大きくでき、よって、開口数を大きくとることが可能である。 According to the fifth invention, the laser amplifier, in addition to the effect of any one of the first to fourth inventions, the beam diameter of the first incident laser light can be increased, so that the beam of the first emitted laser light can be increased. The diameter can be increased, and therefore the numerical aperture can be increased.
第6の発明であるレーザー増幅器によれば、第1乃至第5のいずれか1つの発明の効果に加えて、第1の出射レーザー光の出力分布が調整されることで、熱分布も調整可能であり、出射レーザー光による加工点においても熱ダメージを抑制することができる。 According to the sixth invention, the laser amplifier, in addition to the effect of any one of the first to fifth inventions, the heat distribution can be adjusted by adjusting the output distribution of the first emitted laser light. Therefore, heat damage can be suppressed even at the processing point due to the emitted laser beam.
第7の発明であるレーザー増幅器によれば、第1乃至第6のいずれか1つの発明の効果に加えて、波長の異なる出射レーザー光が必要な場合に、非線形素子が他の端面の前に備えられていることから往復で作用することになり、効率の高い波 According to the seventh invention, the laser amplifier, in addition to the effect of any one of the first to sixth inventions, a non-linear element is in front of the other end face when emission laser light of different wavelengths is required. Since it is provided, it acts in a round trip, and it is a highly efficient wave.
第8の発明であるレーザー増幅器によれば、第1の発明の効果に加えて、1段からn段までの多段による増幅によって、高エネルギーの出射レーザー光を得ることが可能である。 According to the laser amplifier of the eighth invention, in addition to the effect of the first invention, it is possible to obtain high-energy emitted laser light by amplification by multiple stages from one stage to n stages.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は本発明の実施例1に係るレーザー増幅器の構成図であり、(b)は(a)において符号Aで示す円形部分の構成を変えて示す部分構成図である。
図1(a)において、レーザー増幅器1は、外部から導入される入射レーザー光である増幅前レーザー光2を、レーザー増幅器1への入口である凹レンズ3を介して入射レーザー光4として導入し、その後、入射レーザー光4は鏡筒6に収容された凸レンズ7を経由して反射ミラー8でプリズム9aに向けて反射され、さらに反射体としてのプリズム9aで反射される。プリズム9aで反射された後の入射レーザー光12は、ベース14に固定された増幅用利得媒質15の反射防止膜(ARコーティング)が形成された端面(以下、単にAR端面という)から入射され、増反射膜(HRコーティング)が形成された端面(以下、単にHR端面という)において反射され、出射レーザー光26として再度AR端面から出射される。
図1(a)中の増幅用利得媒質15に符号ARで示されるのがAR端面であり、符号HRで示されるのがHR端面である。その後の図面でも同様である。
増幅用利得媒質15は回転軸16を中心に、ネジ17によってあおり調整できるようにベース14に固定されている。増幅用利得媒質1のHR端面側には、2枚の組合せレンズ21a,21bを内蔵した鏡筒20が配置され、この鏡筒20は励起レーザー光25を導入するための光ファイバ18と接続されており、励起レーザー光25の導入部として機能している。
FIG. 1A is a configuration diagram of a laser amplifier according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a partial configuration diagram showing a configuration of a circular portion indicated by reference numeral A in FIG. 1A.
In FIG. 1A, the
In the
The
増幅用利得媒質15のAR端面側には、鋭角を挟んだ2面で形成されるエッジ部のうち図中の上側に形成されるレーザー反射面を有するプリズム9aが出射レーザー光26の光軸27近傍に配置されている。
一方、増幅する前の入射レーザー光4の光軸5上にはレーザー増幅器1の本体に固定された凹レンズ3と前後に移動可能な鏡筒6に内蔵された凸レンズ7が配置され、更に光軸5の延長線上には反射ミラー8が斜めに配置されている。
かかる構成によれば、増幅前レーザー光2は凹レンズ3と凸レンズ7にて所定の径に拡大された入射レーザー光4となり、反射ミラー8で反射後、入射レーザー光12として前記プリズム9aのエッジ部の上側に形成されるレーザー反射面32aの端部28aにて反射され、増幅用利得媒質15のAR端面に入射される。ここで出射レーザー光26に接するプリズム9aのエッジ部の下側の面31aは、出射レーザー光26を遮光するかしないか程度、すなわち出射レーザー光26が端部28aと接するかあるいはわずかに接しない距離離れるように、この出射レーザー光26に対して平行研磨されている。
On the AR end surface side of the
On the other hand, on the
According to this configuration, the
一方、増幅用利得媒質15のHR端面に入射される励起レーザー光25は、2枚の組合せレンズ21a,21bにより集光されたビームウエスト部(符号dwで示す)が増幅用利得媒質15内部で、わずかな角度でV字状に反射される入射レーザー光12と重畳することにより入射レーザー光12を増幅する。すなわち、入射レーザー光12の光軸13と励起レーザー光25の光軸が増幅用利得媒質15のHR端面で交差し、出射レーザー光26の光軸27と励起レーザー光25の光軸は一致している。
なお、これらの光軸調整は反射ミラー8の回転調整と増幅用利得媒質15を水平にあおり調整するネジ17により、プリズム9aと出射レーザー光26を遮ることなく接する位置に調整されている。
なお、エッジ部を有する反射体としてプリズム9aにて説明したが、図1(b)に示すようにプリズム9aの代わりに通常の平板反射ミラー29のレーザー反射面32bの端部28dで入射レーザー光12を反射させ、この端部28dと出射レーザー光26が接するかあるいはわずかに接しない距離離れるように、平板反射ミラー29の下側の面31bとレーザー反射面32bを、鋭角を挟んだ2面から形成されるようなエッジ状に研磨しても同等な作用をするのは自明である。具体的には、平板反射ミラー29の下側の面31bを出射レーザー光26と平行となるように研磨することで下側の面31bとレーザー反射面32bがエッジ状に形成される。
また、増幅用利得媒質15の励起は光ファイバ18から行っているが、図示しない励起用レーザーダイオード(LD)から直接励起しても増幅できるのも自明である。
On the other hand, in the
It should be noted that these optical axis adjustments are adjusted to positions where the
Although the
Further, although the
次に、かかる構成において図1(a)にて調整方法を説明する。
実際のレーザー光は次第に大きくなる特性があるので、プリズム9aと出射レーザー26の光軸27を接する様に調整するのは極めて難しい。また、出射レーザー光26とプリズム9aを接するようにし更に励起レーザー光25の集光位置、すなわちビームウエストdwと増幅用利得媒質15内でV字反射する位置を合わせるのも極めて難しい。更に、各光学部品の固定位置もばらつくばかりでなく、図中における上下方向にも入射レーザー光4はばらつくので更に調整が難しい。
本発明では、このような難しい調整をできるだけ簡素化するために、プリズム9aに入射する入射レーザー光4に対し符号10で示す上下あおり方向と符号11で示す左右あおり方向(図1(a)の紙面に対して垂直方向)に微調整できる反射ミラー8を追加した。
Next, the adjustment method will be described with reference to FIG. 1 (a) in such a configuration.
Since the actual laser light has a characteristic of gradually increasing, it is extremely difficult to adjust so that the
In the present invention, in order to simplify such difficult adjustment as much as possible, the vertical tilting direction indicated by
かかる構成において、初めに光軸調整方法について調整順に説明する。
(1) 被増幅される増幅前レーザー光2と励起レーザー光25との光軸合わせのための凹レンズ3と凸レンズ7にて所定の径に拡大された入射レーザー光4は左右あおり方向11と上下あおり方向10なる微調整機構を有する反射ミラー8で反射され プリズム9aのエッジ部の端部28aにて反射され、増幅用利得媒質15のAR端面に入射され、励起レーザー光25と増幅用利得媒質15内部でV字状に反射される入射レーザー光12と重畳させる位置に来るように、反射ミラー8のあおり角を調整する。その際、プリズム9aのエッジ部の端部28aから外側にはみ出したり、内側にはいったりするので、エッジ部の端部28aにくるように、プリズム9aを前後(図面中の左右)に位置を微調整する。
(2) 入射レーザー光12と励起レーザー光25とのビーム径合わせ
2枚の組合せレンズ21a,21bを内蔵した鏡筒20を前後方向(図中の左右方向)に動かし、更に光ファイバ18の出射端面19と組合せレンズ21a,21bとの距離dも前後に移動して出射レーザー光26が最大パワーになるように増幅用利得媒質15内部においてビームウエストdwを調整する。これをモードマッチングと呼ぶ。
(3) プリズム9aと出射レーザー光26との位置合わせ
モードマッチングをすることにより、出射ビーム径は変化するので、プリズム9aと出射レーザー光26との位置合わせが必要となる。増幅用利得媒質15は回転軸16を中心に、ネジ17にてあおり調整できるベース14に固定されているので、ネジ17を前後(図中の上下)に動かしベース14をあおり調整する。
(4)最適化調整
出射レーザー光26が最大パワーになるように上記(1)~(3)の調整を繰り返すことにより、最適位置に調整することができる。
なお、上記の調整を説明する文章においては、出射レーザー光26はプリズム9aのエッジ部の端部28aに接する位置に調整したが、わずかに接しない距離離れる状態を保っても良い。図1では、わずかに接しない距離離れる状態を示している。
In such a configuration, first, the optical axis adjusting method will be described in the order of adjustment.
(1) The
(2) Beam diameter matching of the
(3) Alignment between the
(4) Optimization adjustment The optimum position can be adjusted by repeating the adjustments (1) to (3) above so that the emitted
In the text explaining the above adjustment, the emitted
(評価試験)
出射レーザー光26の径をdout、増幅用利得媒質15のHR端面からプリズム9aのエッジ部の端部28aまでの距離をLとし、式(1)で示される条件を満足すると
dout/2L<0.04 (1)
ビーム径に大きな変形がなく、プリズム9aによる損失も殆どなく、増幅効率が高い良好な増幅器を構成できることが評価試験にて確かめられた。
以下に実施した評価実験について図2(a)~(c)も参照しながら説明する。
図2(a)は本発明の第1の実施の形態に係るレーザー増幅器の評価実験を説明するための励起光学系の構成図であり、(b)は入射レーザー光のレーザー強度分布を示すグラフであり、(c)は出射レーザー光のレーザー強度分布を示すグラフである。
鏡筒20及び光ファイバ18及び増幅用利得媒質15からなる励起光学系はビームウエストdw=1.8mm、ビームウエスト長は約2~3mmになるように組合せレンズ21a,21bと鏡筒20の位置を微調整した。この時、実測した有効励起長Leff=約10mmであった。
出射レーザー光26の径dout=3mm、L=100mmとした。この場合、dout/2L=0.015であり、0.04よりも小さいので式(1)を満足している。V字反射による光軸ずれ量αを下記に示す。
α=dout/2*(Leff/L)=3/2*(10/100)=0.15mm
よって、dout=3mmに対し0.15/3=5%のビーム歪しか発生せず、ほぼ円径ビームを維持することができた。なお、増幅用利得媒質15に入射されるビーム径dinは1.8mmとした。
(Evaluation test)
When the diameter of the emitted
d out / 2L <0.04 (1)
It was confirmed by the evaluation test that a good amplifier having high amplification efficiency can be constructed with no large deformation in the beam diameter and almost no loss due to the
The evaluation experiments carried out below will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c).
FIG. 2A is a block diagram of an excitation optical system for explaining an evaluation experiment of a laser amplifier according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a graph showing a laser intensity distribution of incident laser light. (C) is a graph showing the laser intensity distribution of the emitted laser light.
The excitation optical system including the
The diameter of the emitted
α = d out / 2 * (Leff / L) = 3/2 * (10/100) = 0.15 mm
Therefore, only 0.15/3 = 5% beam distortion was generated with respect to d out = 3 mm, and it was possible to maintain a substantially circular beam. The beam diameter din incident on the
次に増幅用利得媒質15により増幅した出射レーザー光26が1.8mmから3mmに増加する理由を図2(a)~(c)を用いて説明する。
励起レーザー光25のビームウエストdw=1.8mmを入射される入射レーザー光12のビームdinと同じに調整しているので、更に上述したように有効励起長Leffでの光軸ずれ量は0.15mmとなる。よって出射レーザー光26のビーム径doutは1.8+0.15=1.95mmと計算される。
しかし、励起レーザー光25は集光ビームなので増幅用利得媒質15への入射ビーム径dpは図2(c)に示されるとおりdwより少し大きくなる。入射レーザー光のビーム径dinはレーザーの特性上、図2(b)に示されるとおり裾野30に僅かに強度があるので、裾野30が増幅されて、ビーム径は3mmと大きくなっている。
Next, the reason why the emitted
Since the beam waist d w = 1.8 mm of the
However, since the
次に評価実験条件と結果を示す。
(条件)波長1064nm 増幅用利得媒質 6.35mm径x50mm長さ、
Nd0.7%含有(ドープ)
808nm励起パワー1.09KW、励起時間450μs、
入射レーザー光のレーザーエネルギ=24.5mJ
パルス幅1ns×4パルス
(結果)出射レーザー光のレーザーエネルギ
励起レーザー光の重畳無し時=21.62mJ
同重畳時=123.2mJ
損失=(24.57-21.62)/24.57=12%
増幅率=123.2/24.57=約5倍
ピークパワー=123.2mJ/(1ns×4パルス)=30.8MW
上記に示すように、本発明が小型シンプルにもかかわらず、レーザー増幅器の損失は12%と極めて小さく、増幅率5倍と大きな増幅ができ、またピークパワー30.8MWものジャイアントパルス生成に耐えることも確認できた。
更に、偏光ビームスプリッター(PBS)等破損耐力の低い光学部品が不要なので、入射ビームや励起ビームの径を大きくすることで更に大きく増幅することができる。
更に、入射ビームの偏光依存性もなく、ビーム径を変更可能な凹レンズ3と凸レンズ7の組み合わせによるビームエキスパンダにより、必要とするサイズにも任意に変更できるので、汎用レーザー増幅器としても活用できる。
なお、本実施例ではビームエキスパンダとして凹レンズ3と凸レンズ7を反射ミラー8よりも前段(上流)側に設けているが、ビームエキスパンダはレーザー増幅器1へ増幅前レーザー光2が入射される箇所、すなわちレーザー増幅器1の入口から増幅用利得媒質15のAR端面の前までの間であればいずれの箇所に設けてもよい。
従来レーザー増幅器は汎用品が無く、発振器とセットで特殊な高度レーザー技術者が個別設計していたが、本発明により、高度レーザー技術者でなくても容易に種々のレーザー光の強度UPが可能になる。この汎用化によりレーザー活用において大きな便宜性を提供し、レーザー発展に貢献することができると考える。
Next, the evaluation experiment conditions and results are shown.
(Conditions) Wavelength 1064 nm Amplification gain medium 6.35 mm diameter x 50 mm length,
Nd 0.7% content (dope)
808 nm excitation power 1.09 KW, excitation time 450 μs,
Laser energy of incident laser light = 24.5mJ
Pulse width 1ns x 4 pulses (result) Laser energy of emitted laser light No superimposition of excitation laser light = 21.62mJ
At the same time of superimposition = 123.2mJ
Loss = (24.57-21.62) /24.57 = 12%
Amplification rate = 123.2 / 24.57 = Approximately 5 times Peak power = 123.2mJ / (1ns x 4 pulses) = 30.8MW
As shown above, despite the small size and simplicity of the present invention, the loss of the laser amplifier is extremely small at 12%, the amplification factor is as large as 5 times, and it can withstand the generation of giant pulses with a peak power of 30.8 MW. Was also confirmed.
Further, since an optical component having a low yield strength such as a polarizing beam splitter (PBS) is not required, it can be further amplified by increasing the diameter of the incident beam or the excitation beam.
Further, since the beam expander by the combination of the
In this embodiment, the
Conventionally, there is no general-purpose laser amplifier, and it was individually designed by a special advanced laser engineer as a set with an oscillator, but with this invention, it is possible to easily increase the intensity of various laser lights even if you are not an advanced laser engineer. become. We believe that this generalization will provide great convenience in laser utilization and contribute to the development of lasers.
次に、図3(a)~(c)を参照しながら、本発明に係る実施例2について説明する。図3(a)は本発明の実施例2に係るレーザー増幅器の励起光学系の構成図であり、(b)は入射レーザー光のビーム強度分布を示すグラフであり、(c)は出射レーザー光のビーム強度分布を示すグラフである。
図3(a)において 励起レーザー光25のビームウエスト径dw2は、入射ビーム径dinより小さく、更に増幅用利得媒質15のHR端面における励起レーザー光25の入射ビーム径dp2も入射レーザー光12のビーム径dinより小さくしている。
この場合、入射レーザー光12の裾野が増幅されないので、出射レーザー光26のビーム径を入射レーザー光12のビーム径と同等の径にすることができる。そうすると、当然に損失が増え、増幅率も低下するが、ビームモードの良い、すなわちビーム強度分布がガウシアンに近い出射レーザー光26を得ることができる。
更に、図3(b)に示すように、励起レーザー光25のビームモードを、トップハット形状にすることにより、入射レーザー光12のビームモードを類似形状に保存することができる。また、励起レーザー光25のビームモードをガウシアン形状にすると、増幅率が5倍と大きく、増幅された出射レーザー光26もガウシアン形状にすることができる。この原理により、ビーム品質の向上も図ることができる。
Next, Example 2 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (c). FIG. 3A is a block diagram of an excitation optical system of a laser amplifier according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3B is a graph showing a beam intensity distribution of incident laser light, and FIG. 3C is an emitted laser light. It is a graph which shows the beam intensity distribution of.
In FIG. 3A, the beam
In this case, since the base of the
Further, as shown in FIG. 3B, by changing the beam mode of the
次に、図4(a)~(c)を参照しながら、本発明に係る実施例4について説明する。
図4(a)~(c)は光ファイバ18を図4(d)に示すような7コンバイナ等のリング状の導光体にした場合の励起光学系(a)と励起状態(b)と出射レーザー光26のビームモード(c)を示した図である。これらの図において、励起レーザー光25のビームウエスト径と増幅用利得媒質15への入射ビーム径をそれぞれdw3、dp3としている。
ピークパワーがKW級の励起の場合、中心部が熱破損することがあるが、7コンバイナの中心ファイバ35を励起しないことで中心部の熱破損を防止できる。また、この時増幅された出射レーザー光26もリング形状になり、この出射レーザー光26を集光するとリングビームが重畳されて、図4(c)に示されるようなトップハットに近い中央部が窪んだ集光スポットが得られる。熱分布もトップハット状に近くなるので、加工点においても、中心部に熱ダメージを起こしにくい均質な加工ができる。
さらに可変倍率のビームエキスパンダを付加することにより、入射レーザー光12と励起レーザー光25のビームザイズ比を可変できるので上述した各種の任意なレーザビームモードやビーム径を作り出すことができる。
更に、PBSが無い等、偏光特性の影響を受けない構成なので、顧客が増幅したい任意の変更特性があるレーザー光を任意のビーム径にモードマッチングすることも可能になり、シンプルで汎用的なレーザー増幅器を提供することができる、
また、偏光特性のないフラッシュランプ励起YAGレーザーに対しても、YAGの発振波長1064nmであれば増幅することができるばかりでなく、1064nmに近い波長の1070nmのファイバレーザ光も増幅することができる。
Next, Example 4 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.
4 (a) to 4 (c) show the excitation optical system (a) and the excited state (b) when the
When the peak power is KW class excitation, the central portion may be thermally damaged, but the central portion can be prevented from being thermally damaged by not exciting the
Further, by adding a beam expander having a variable magnification, the beam size ratio between the
Furthermore, since the configuration is not affected by polarization characteristics such as the absence of PBS, it is possible to mode-match laser light with arbitrary modification characteristics that customers want to amplify to any beam diameter, making it a simple and general-purpose laser. Can provide an amplifier,
Further, even for a flash lamp-pumped YAG laser having no polarization characteristic, not only can it be amplified if the oscillation wavelength of YAG is 1064 nm, but also fiber laser light having a wavelength close to 1064 nm can be amplified.
次に、図5を参照しながら本発明に係る実施例4について説明する。
図5は、本発明の実施例4のレーザー増幅器の構成図である。これまでの図に記載された構成要素と同一のものについては同一の符号を付している。
図5において、プリズム9aのエッジ部の端部28a近傍にて反射され、10~20mmと短い増幅用利得媒質15のAR端面に入射される前に第2高調波発生(SHG)素子36を、増幅用利得媒質15のAR端面近傍に配置することにより、第2高調波発生(SHG)素子36を往復するように通すことで、効率の高い波長変換を行うことができる。
Next, Example 4 according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram of the laser amplifier according to the fourth embodiment of the present invention. The same components as those shown in the previous figures are designated by the same reference numerals.
In FIG. 5, the second harmonic generation (SHG)
次に、図6を参照しながら本発明に係る実施例5について説明する。
図6は、本発明の実施例5のレーザー増幅器の構成図である。これまでの図に記載された構成要素と同一のものについては同一の符号を付している。また、図6に開示されるレーザー増幅器41では、図1のレーザー増幅器1に対し、新たに反射型の直角プリズム9bと第2の増幅用利得媒質44と鏡筒49と光ファイバ47が追加された構成となっている。
かかる構成によれば、入射レーザー光12は、直角プリズム9bの直角を挟んだ2面で構成されるエッジ部の端部28b近傍で反射後、ベース14に固定された増幅用利得媒質15のAR端面に入射される。
一方、出射レーザー光26は直角プリズム9bのエッジ部の端部28bの反対側近傍で反射された後、プリズム9cのエッジ部の端部28c近傍にて反射され、第2の入射レーザー光42として、第2のベース43に固定された増設の第2の増幅用利得媒質44のAR端面に入射される。第2の増幅用利得媒質44のHR端面側には、2枚の組合せレンズ50a,50bを内蔵した鏡筒49が配置され、この鏡筒49は励起レーザー光51を導入するための光ファイバ47と接続されている。励起レーザー光51は、外部から光ファイバ47を経由して出射端面48から鏡筒49内に導かれる。
第2の増幅用利得媒質44は、実施例1の増幅用利得媒質15と同様に、回転軸45を中心に、ネジ46にてあおり調整できる。なお、増幅用利得媒質を複数段設ける場合、図6に示されるベース14のように増幅用利得媒質のベースによってはレーザー増幅器41の本体にネジを設けることができない場合が生じるが、もちろんあおり調整できるような手段を別途設けておく。
HR端面から入射される励起レーザー光51は第2の増幅用利得媒質44の内部で、AR端面から入射されHR端面で、わずかな角度でV字状に反射して再びAR端面から出射する第2の入射レーザー光42に重畳することによって第2の入射レーザー光42を増幅する。そして、第2の入射レーザー光42は符号53で示される光軸を備えた出射レーザー光52となって出力される。
本実施例では増幅用利得媒質15と第2の増幅用利得媒質44の2段によってレーザー光を増幅したが、プリズムと増幅用利得媒質、及び励起レーザー光を複数段に設けることで、多段化が容易であり、更なる高エネルギーレーザー光を得ることができる。
また、本実施例では入射レーザー光4を反射して入射レーザー光12とし、さらに、出射レーザー光26を反射して第2の入射レーザー光42とするプリズムを1つの直角プリズム9bとしているが、これに代えて、入射レーザー光4を反射して入射レーザー光12とするプリズム(反射体)と出射レーザー光26を反射して第2の入射レーザー光42とするプリズム(反射体)を別個に設けてもよいことは言うまでもない。
Next, Example 5 according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a block diagram of the laser amplifier according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those shown in the previous figures are designated by the same reference numerals. Further, in the
According to this configuration, the
On the other hand, the emitted
The second
The
In this embodiment, the laser light is amplified by two stages of the
Further, in this embodiment, the prism that reflects the
以上説明したように、本発明の請求項1乃至請求項8に記載された発明は、様々な用途に用いられる固体レーザーの増幅器として広く利用することができる。
As described above, the invention according to
1…レーザー増幅器 2…増幅前レーザー光 3…凹レンズ 4…入射レーザー光 5…光軸 6…鏡筒 7…凸レンズ 8…反射ミラー 9a~9c…プリズム 10…上下あおり方向 11…左右あおり方向 12…入射レーザー光 13…光軸 14…ベース 15…増幅用利得媒質 16…回転軸 17…ネジ 18…光ファイバ 19…出射端面 20…鏡筒 21a,21b…組合せレンズ 25…励起レーザー光 26…出射レーザー光 27…光軸 28a~28d…端部 29…平板反射ミラー 30…裾野 31a,31b…面 32a,32b…レーザー反射面 35…中心ファイバ 36…第2高調波発生(SHG)素子 41…レーザー増幅器 42…第2の入射レーザー光 43…第2のベース 44…第2の増幅用利得媒質 45…回転軸 46…ネジ 47…光ファイバ 48…出射端面 49…鏡筒 50a,50b…組合せレンズ 51…励起レーザー光 52…出射レーザー光 53…光軸 61…マスターレーザー 62…光増幅器 63…Ndドープバナデート混結晶 64…レンズ 65…励起半導体レーザーアレイからの励起出力光 66…半波長板66 67…偏光ビームスプリッター 68…ファラデー回転子 69…半波長板 70…偏光ビームスプリッター 71…ファラデー回転子 72…半波長板 73…レンズ 74…レンズ 75…レンズ 76…レンズ 77…プリズム 78…レンズ 79…レンズ 80…レンズ 81…半波長板 82…位相共役鏡(PCM) 83…Ndドープバナデート混結晶 84…レンズ 85…レンズ 86…増幅用利得媒質 87…入射レーザー光 88…出射レーザー光 89…V字反射される中心線 90…励起レーザー光 91…円形状断面 92…円形状断面 93…歪んだレーザー光 94…重畳部 95…レーザー強度分布 96…レーザー強度分布 AR…AR端面 HR…HR端面
1 ...
Claims (6)
外部から導入される入射レーザー光を第1の入射レーザー光として第1の端部で反射させ前記第1の増幅用利得媒質の前記反射防止膜が形成された前記他の端面に対して所定角度で入射させることで、前記第1の入射レーザー光を前記増反射膜が形成された前記一の端面で反射させ、再度前記他の端面から増幅された第1の出射レーザー光として出射させる第1の反射体と、
前記第1の入射レーザー光と前記第1の出射レーザー光が形成するV字状光路に重畳する第1の励起レーザー光を外部から前記第1の増幅用利得媒質の前記一の端面に導入する第1の励起レーザー光導入部と、を有し、前記所定角度は、前記第1の反射体の前記第1の端部に前記第1の出射レーザー光が接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態を実現する角度であり、
前記第1の出射レーザー光の外径をd out とし、前記第1の増幅用利得媒質の前記一の端面から前記第1の反射体の前記第1の端部までの距離をLとした場合に、
d out /2L<0.04
であることを特徴とするレーザー増幅器。 A first amplification gain in which both end faces facing each other are polished in parallel, an antireflection film (HR coating) is formed on one end face of the end faces, and an antireflection film (AR coating) is formed on the other end face. With the medium
A predetermined angle with respect to the other end face on which the antireflection film of the first amplification gain medium is formed by reflecting the incident laser light introduced from the outside as the first incident laser light at the first end portion. The first incident laser light is reflected by the one end face on which the hyperreflective film is formed, and is emitted again as the first emitted laser light amplified from the other end face. Reflector and
The first excitation laser light superimposed on the V-shaped optical path formed by the first incident laser light and the first emitted laser light is introduced from the outside into the one end face of the first amplification gain medium. It has a first excitation laser light introduction portion, and the predetermined angle is separated from the state where the first emitted laser light is in contact with the first end portion of the first reflector or at a distance slightly not in contact with the first end portion. It is the angle that realizes the state ,
When the outer diameter of the first emitted laser beam is out , and the distance from the one end surface of the first amplification gain medium to the first end of the first reflector is L. To,
d out / 2L <0.04
A laser amplifier characterized by being .
前記第nの入射レーザー光と前記第nの出射レーザー光が形成するV字状光路に重畳する第nの励起レーザー光を外部から前記第nの増幅用利得媒質の前記一の端面に導入する前記第1の励起レーザー光導入部から第nの励起レーザー光導入部と、を有し、前記第nの所定角度は前記第nの反射体の前記第nの端部に前記第nの出射レーザー光が接する状態又はわずかに接しない距離離れる状態を実現する角度であり、
前記第1の出射レーザー光から前記第nの出射レーザー光のそれぞれの外径をd out とし、前記第1の増幅用利得媒質の前記一の端面から前記第1の反射体の前記第1の端部までの距離乃至前記第nの増幅用利得媒質の前記一の端面から前記第nの反射体の前記第nの端部までの距離のそれぞれをLとした場合に、
d out /2L<0.04
であり、
前記nは2以上の整数であり、前記第1の増幅用利得媒質、前記第1の反射体、前記第1の励起レーザー光導入部から、前記第nの増幅用利得媒質、前記第nの反射体、前記第nの励起レーザー光導入部は、前記第(n-1)の出射レーザー光を前記第nの入射レーザー光として、複数段増幅するように構成されることを特徴とする請求項1記載のレーザー増幅器。 For the first amplification, the facing end faces are ground in parallel, an antireflection film (HR coating) is formed on one end face of the end faces, and an antireflection film (AR coating) is formed on the other end face. The nth amplification gain medium and the (n-1) emission laser light are reflected from the gain medium as the nth incident laser light at the nth end to prevent the reflection of the nth amplification gain medium. By making the nth incident laser light incident on the other end face on which the film is formed at a predetermined nth angle, the nth incident laser light is directed to the nth amplification gain medium, the one on which the antireflection film is formed. From the first reflector to the nth reflector, which is reflected by the end face of the nth and is emitted again as the nth emission laser light amplified from the other end face of the nth amplification gain medium.
The nth excitation laser light superimposed on the V-shaped optical path formed by the nth incident laser light and the nth emitted laser light is introduced from the outside into the one end surface of the nth amplification gain medium. It has the first excitation laser light introduction section to the nth excitation laser light introduction section, and the nth predetermined angle is the nth emission to the nth end portion of the nth reflector. It is an angle that realizes a state in which the laser beam is in contact with the laser beam or a state in which the laser beam is slightly in contact with the laser beam.
The outer diameter of each of the nth emitted laser light from the first emitted laser light is defined as dout , and the first reflector of the first reflector from the one end surface of the first gain medium for amplification. When each of the distance to the end portion or the distance from the one end surface of the nth amplification gain medium to the nth end portion of the nth reflector is L.
d out / 2L <0.04
And
The n is an integer of 2 or more, and from the first amplification gain medium, the first reflector, the first excitation laser light introduction unit, the nth amplification gain medium, the nth. The reflector and the nth excitation laser light introduction unit are configured to amplify the emitted laser light of the (n-1) th (n-1) in a plurality of stages as the nth incident laser light. Item 1. The laser amplifier according to Item 1.
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