JPH01184886A - 固体レーザ発振装置 - Google Patents

固体レーザ発振装置

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JPH01184886A
JPH01184886A JP465588A JP465588A JPH01184886A JP H01184886 A JPH01184886 A JP H01184886A JP 465588 A JP465588 A JP 465588A JP 465588 A JP465588 A JP 465588A JP H01184886 A JPH01184886 A JP H01184886A
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
    • H01S3/092Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
    • H01S3/093Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、固体レーザ発振装置に関する。
(従来の技術) 一般に、YAGレーザ発振装置は、引上げ法により製造
されたNd3+イオン(レーザ活性イオン)をドープし
たイツトリウム・アルミニウム・ガーネット(Yttr
ium Aluminum Garnet)の結晶から
細長いロンドを形成し、その両端面を光学研磨して所要
の固体レーザロッドとし、このレーザロッドの長手方向
に沿ってその側方にアークランプやフラッシュランプな
どの励起光源を並列的に配置し、この励起光源でレーザ
ロッドを励起することによりその軸方向にレーザ発振さ
せる構造になっている。従来、このYAGレーザ発振装
置としては、低次モードの良質のレーザビームに対して
は、長尺のレーザロッドでは得られないために、一般に
比較的短いレーザロッドを1個または直列的に複数個配
列して使用し、長尺のレーザロッドは、主として指向性
の悪い高出力マルチモードのレーザビームを得る場合に
使用されていた。
その理由は、引上げ法により製造されるイツトリウム・
アルミニウム・ガーネットの結晶は、Nd’+イオンの
ドープ量が長手方向に均一に分布せず、たとえば約6イ
ンチ長さのものでは、一端部と他端部とで20%程度の
濃度勾配を生じている。
したがって、これをレーザ発振装置に装着し、そのレー
ザロッドの側方に並列的たとえば直管形の励起光源を配
置すると、励起光源の配光分布は、管およびレーザロッ
ドの中心に対して左右対象となるため、Nd’+イオン
濃度の高い端部側は励起光を多量に吸収して強く励起さ
れ、逆に、 Nd”+イオン濃度の低い端部側は励起光
の吸収が低く、相対的に励起が弱くなる。また、一般に
レーザロッドは、その外側を水で冷却しながら使用され
るので、動作中、中心軸部と周辺部との間に温度差がで
き、それがレーザロッドの長手方向に分布して、レーザ
ビームの指向性を劣化するレンズ作用をなす。
したがって、上記レーザ発振装置において、高出力のレ
ーザを得るために、励起強度を増してゆくと、Nd3+
イオン濃度の高い端部側は励起光を過剰吸収して熱歪み
を発生し、光学的不均一が大きくなるばかりでなく1局
部的に破壊をおこしやすい状態になる。しかし、そのと
きでも、Nd’+イオン濃度の低い端部側は、なお励起
光の吸収量が少ないために十分に励起されない状態とな
り、指向性のよい高出力レーザビームが得られないため
である。
(発明が解決しようとする問題点) 上記のように、従来よりYAGレーザ発振装置に使用さ
れる長尺のレーザロッドは、母体結晶にドープされたN
d3+イオンの濃度分布が均一でなく。
その長手方向に濃度勾配をもつために、これを並列的に
配置された励起光源で励起すると、 Nd”+イオンの
濃度の高い端部側では、過剰に励起光を吸収して熱歪み
が発生し、光学的不均一性が大きくなるばかりでなく、
局部的に破壊をおこしやすい状態になるが、そのときで
も、Nd“イオン濃度の低い端部側は、励起光の吸収量
が少ないために十分に励起されず、指向性のよい高出力
レーザビームが得られないという問題がある。
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
であり、長手方向にレーザ活性イオンの濃度勾配をもつ
固体レーザロッドを使用しても。
指向性良好にしてかつ高出力のレーザビームが得られる
レーザ発振装置を構成することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) レーザ活性イオンのドープ濃度が軸方向に勾配をもつ固
体レーザロッドに対して、その側方に並列的に励起光源
が配置される固体レーザ発振装置において、レーザロッ
ドに対する上記励起光源からの照射光量を上記レーザロ
ッドのレーザ活性イオンの上記勾配に反比例するように
調整する照射光量調整手段を設けた。
(作 用) 上記のように軸方向にレーザ活性イオンのドープ濃度が
勾配をもつ固体レーザロッドに対して。
レーザ活性イオンのドープ濃度の高い部分を励起する励
起光を制御する照射光量調整手段を設けると、レーザ活
性イオンのドープ濃度が低い端部側を十分に励起しても
、レーザ活性イオンのドープ濃度の高い端部側の過剰の
励起を抑制することができ、レーザロッドをその全長に
わたり均一に励起して、熱歪みの発生を少なく、したが
って、指向性良好にしてかつ高出力のレーザビームが得
られるレーザ発振装置とすることができる。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明を実施例に基づいて説明
する。
第1図にこの発明の一実施例であるYAGレーザ発振装
置の構成を示す。このレーザ発振装置は、楕円筒からな
る集光反射鏡(1)の一方の焦点上にNd”+イオンを
ドープしたイツトリウム・アルミニウム・ガーネットの
結晶からなる固体レーザロッド(2)が配置され、その
両端部に嵌合する一対の保持パイプ(3a) 、 (3
b)により保持されている。また、他方の焦点上には、
そのレーザロッド(2)の長手方向に沿って、このレー
ザロッド(2)の吸収スペクトルによく合った光を発光
するクリプトンアークランプからなる励起光源(4)が
並列的に配置されている。また、上記レーザロッド(2
)のまわりには、矢印(5a)〜(5c)方向に液体を
流して。
レーザロッド(2)および励起光源(4)を冷却するた
めのフローパイプ(6)が同軸的に配置され、さらに、
上記一対の保持パイプ(3a) = (3b)の外側方
には、レーザロッド(2)と同軸に一対のレーザ共振器
ミラー(7a) 、 (7b)が配設され、矢印(8)
で示すようにその一方の出力ミラー(7a)を介してレ
ーザ発振出力を取出すことができるようになっている。
ところで、上記レーザロッド(2)は、第2図の傾斜線
(lO)に示すように、その長手方向にNd34″イオ
ンのドープ濃度が勾配をもち、たとえばその−端部のN
d3+イオンの濃度が0.9[子%であるのに対して、
他端部は1.1原子%となっている。そして、このよう
な濃度勾配をもつレーザロッド(2)をその全長にわた
り均一に励起するために、この例のレーザ発振装置では
、上記フローパイプ(6)の光透過率を、他端部側に対
して一端部側を相対的によくする照射光調整手段が設け
られている。
上記照射光調整手段としては、たとえば、(イ)フロー
パイプ(6)の肉厚を他端部側に対してを相対的に一端
部側を薄くする、(ロ) フローパイプ(6)の他端部
側の光散乱率を相対的に大きくする、(ハ) フローパ
イプ(6)の他端部側に光吸収物質を添加あるいは塗布
して光透過率を低下させる、(ニ) フローパイプ(6
)の他端部側にメツシュを取付けて相対的に光透過率を
低下させる、などを概ね一般的な光分布調整手段を利用
することができる。
上記のようにレーザロッド(2)を取囲むフローパイプ
(6)に照射光調整手段を設けると、励起光源(4)か
ら放射される光が光源(4)の中心すなわちレーザロッ
ド(2)の中心に対して左右対称であっても、レーザロ
ッド(2)に到達する光の分布は、第3図に傾斜線(1
1)で示すように、レーザロッド(2)の一端部側が他
端部側に対して相対的に強くなり、一端部側のNd24
″イオン濃が他端部側のNd3+イオンの濃度よりも低
くても、レーザロッド(2)単位長さ当りに吸収される
励起光量をレーザロッド(2)全長にわたり均一化する
ことができる。また、従来Nd’+イオンの濃度の高い
他端部側が過剰の光吸収をおこし、熱歪みのために発生
した局部的な破壊も防止することができる。さらに、一
般に、レーザロッドは、結晶育成時にレーザ活性イオン
のドープ濃度の低い方が光学的均一性にすぐれたものと
なることが経験的に知られており、これを考慮にいれる
と、Nd3+イオン濃度の低い方をより強く励起するこ
とは、よりすぐれたレーザビームを得るすぐれた手段で
あることを示している。
したがって、上記のように照射光調整手段を設けると、
レーザロッド(2)全長にわたり励起光が均一に分布さ
れることから、レーザロッド(2)全体に入る励起光の
総入力量を従来よりも大きくでき、それにより、レーザ
発振装置の出力を顕著に高出力化することができる。
第4図は、このレーザ発振装置の入力P、と出力Phの
関係を従来のレーザ発振装置のそれと比較して示したも
のである0曲線(12)に示されているように従来のレ
ーザ発振装置では、入力P、が増加すると、Nd3+イ
オンの濃度の高い部分の熱歪みが限界に近付き、光学的
にも不均一となって、比較的に低いレベルでレーザ発振
出力が飽和特性を示すが、この例のレーザ発振装置では
、曲線(13)に示すように比較的高いレベルまで正常
に発振させることができ、したがって、レーザ発振出力
を高出力化することができる。すなわち、この例のレー
ザ発振装置は、上記曲線(12) 、 (13)かられ
かるように入力が低い間は、発振効率が従来のレーザ発
振装置より低くなるが、入力が高くなるにともなって、
その出力を従来のレーザ発振装置にくらべていちじるし
く増大させることができ、かつ入力を高くしても、レー
ザロッド(2)全体にわたり熱歪みを少なくできること
から、レーザビームの指向性を大幅に良好にすることが
できる。
なお、上記実施例では、フローパイプに照射光調整手段
を設けたが、この照射光調整手段は、レーザロッドの長
手方向に沿って、集光反射鏡に反射率の分布をもたせて
も同様の効果を得るものとすることができる。
また、この照射光調整手段は、フローパイプや集光反射
鏡のほか、レーザロッドや励起光源に直接設けてもよく
、あるいはまた、たとえばレーザロッドと励起光源との
間に介装するなど、レーザロッド、励起光源、フローパ
イプ、集光反射鏡などとは独立設けてもよい。さらにま
た、それらを任意に組合わせて設置してもよい。
なおまた、この発明は、Nd’ ”イオンの分配係数が
YAGと異なる結晶でも、レーザロッドの軸方向に濃度
勾配を生じているレーザ結晶については、同様に適用で
きるし、また、Nd”+以外のドーパントをもつレーザ
結晶についても適用できる。
〔発明の効果〕
レーザ活性イオンのドープ濃度が軸方向に勾配をもつ固
体レーザロッドに対して、その軸方向に沿って励起光源
が配置される固体レーザ発振装置において、レーザロッ
ドに対する励起光源からの照射光量を上記レーザ活性イ
オンのドープ濃度の上記勾配に反比例するように調整す
る照射光量調整手段を設けると、レーザ活性イオンのド
ープ濃度の低い端部側を十分に励起しても、レーザ活性
イオンのドープ濃度の高い端部側の過剰の励起を抑制す
ることができ、レーザロッドをその全長にわたり均一に
励起して熱歪みの発生が少なく、指向性良好にしてかつ
高出力のレーザビームが得られるレーザ発振装置とする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)および(8)図はそれぞれこの発明の一実
施例であるYAGレーザ発振装置の構成を示す正面図お
よびその断面図、第2図はそのレーザロッドのNd’+
イオンの濃度勾配を示す図、第3図はフローパイプに設
けられた照射光調整手段の作用を説明するための図、第
4図は上記レーザ発振装置の入力と出力との関係を従来
のレーザ発振装置のそれと比較して示した図である。 1・・・集光反射鏡       2・・・固体レーザ
ロッド4・・・励起光源        6・・・フロ
ーパイプ9・・・照射光調整手段

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 下記構成を具備することを特徴とする固体レーザ発振装
    置。 (イ)レーザ活性イオンのドープ濃度が軸方向に勾配を
    もつ固体レーザロッド。 (ロ)上記レーザロッドの側方に並列的に配置された励
    起光源。 (ハ)上記レーザロッドと上記励起光源とを取囲む集光
    反射鏡。 (ニ)上記レーザロッドと上記励起光源との少なくとも
    一方を冷却する冷却手段。 (ホ)上記レーザロッドに対する上記励起光源からの照
    射光量を上記レーザ活性イオンのドープ濃度の上記勾配
    に反比例するように調整する照射光量調整手段。
JP465588A 1988-01-14 1988-01-14 固体レーザ発振装置 Expired - Lifetime JP2645051B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100444984B1 (ko) * 2001-08-30 2004-08-21 삼성전자주식회사 습식 화상현상시스템
CN111285675A (zh) * 2018-12-07 2020-06-16 上海航空电器有限公司 激光照明用浓度渐变荧光陶瓷及其制备方法

Cited By (2)

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KR100444984B1 (ko) * 2001-08-30 2004-08-21 삼성전자주식회사 습식 화상현상시스템
CN111285675A (zh) * 2018-12-07 2020-06-16 上海航空电器有限公司 激光照明用浓度渐变荧光陶瓷及其制备方法

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