JPH02229481A - 半導体レーザ励起固体レーザ - Google Patents

半導体レーザ励起固体レーザ

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JPH02229481A
JPH02229481A JP4858789A JP4858789A JPH02229481A JP H02229481 A JPH02229481 A JP H02229481A JP 4858789 A JP4858789 A JP 4858789A JP 4858789 A JP4858789 A JP 4858789A JP H02229481 A JPH02229481 A JP H02229481A
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    • 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
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping

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  • Optics & Photonics (AREA)
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、励起光源としての半導体レーザ出力を高効率
で光結合して固体レーザ素子を光励起する半導体レーザ
励起固体レーザに関するものである. [従来の技術] 最近,半導体レーザな励起光源として用いた固体レーザ
が,高効率,長寿命であり、装置の小型化が図れること
から注目を集めている。
半導体レーザ励起固体レーザにおける固体レーザの光軸
方向から光励起する端面励起方式では、固体レーザの発
振モードに半導体レーザ出力光による励起空間をうまく
マッチングさせることにより、高効率で単一基本横モー
ド発振を実現できる.しかし、半導体レーザはビーム発
散角が大きいため集光系を半導体レーザに接近して集光
する必要があり,発振光の集光は容易ではない.第5図
は単レンズを用いた従来の半導体レーザ励起固体レーザ
の模式図であり,第6図は分布屈折率レンズ1個を用い
た従来の半導体レーザ励起固体レーザの模式図である. 従来の半導体レーザ励起固体レーザの光結合器として,
tJIJS図に示すように単レンズ8を用いて半導体レ
ーザlの出力光を集光して固体レーザ素子3を励起し、
アウトプットミラー4から出力する方法があるが、広い
空間を占有し、光の損失も大きい.一方、屈折率が中心
軸から外周面に向って放射線状に分布して異なっている
円柱状の光学ガラス体である分布屈折率レンズを用いる
方法では,1光レンズ系を小さくまとめることができる
(例えば特開昭58−52889号,特開昭60−25
444号参照). しかし、第6図に示すように1個のみの分布屈折率レン
ズ2を用いて半導体レーザlの出力光を集光する方法は
発光源が点光源と見なされる小出力の半導体レーザの場
合にしか有効てない。
高出力の半導体レーザ発振光を集光して固体レーザな励
起する場合、高出力の半導体レーザは、発光源が直線フ
ィラメント状の線光源と見なされるので、半導体レーザ
チップとレンズとの間隔のちょウとした変化により,固
体レーザ素子内に絞ったビームスポット径が変化するた
め、固体レーザな単一基本横モードて発振させるための
励起光の光学系のアラインメント調整が困難であった. [発明が解決しようとする課題] 本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので,線光源
である高出力の半導体レーザの出力光を集光し固体レー
ザの発振モードにマッチングするように,シンプル且つ
コンパクトで効率よく固体レーザな光励起し、ビーム質
の良いレーザ出力光を生起せしめる半導体レーザ励起固
体レーザを提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、この発明の第一の手段と
して、互いに焦点を共有する2個の分布屈折率レンズを
直列に配置した光結合器を用いて半導体レーザ出力を集
光して固体レーザ素子を光励起することであり,また、
第二の手段として、前記手段の分布屈折率レンズ2個の
中間に光変調器を置いたことであり、さらに第三の手段
としては2個の半導体レーザ出力を集光して合成し固体
レーザ素子を光励起する光結合器として、第1の半導体
レーザ出力を集光する第1の分布屈折率レンズを偏光ビ
ームスプリッタを挟んで第2の分布屈折率レンズと直列
に配置し、上記偏光ビームスプリッタの第2の受光方向
に第2の半導体レーザ出力を集光する第3の分布屈折率
レンズを配置したことであり、そして第四の手段として
は、前記各手段に対して、入射側の分布屈折率レンズへ
導光するための光ファイバを備えたことである.[作用
] 半導体レーザ励起固体レーザの横モードの特性は、端面
励起方式の場合、固体レーザ素子内の光励起空間の形状
できまる。このため,単一基本横モードを得るためには
,絞った励起光の強度分布をなるべくガウス分布に近ず
け,固体レーザ素子内に一定の大きさのビームスポット
を安定的につくってやることが好ましい. また、励起光を変調することにより固体レーザ出力光に
変調をかけられるのが好都合である.さらに,界面での
光の斜め入射における反射および透過能が偏光に依存す
ることを利用すれば、互いに直線偏光した2個の半導体
レーザからの出力光を、偏光ビームスプリッタを用いて
、ビーム合成し、容易に励起光強度を倍増せしめること
かできる. さらに、励起光を変調することにより固体レーザ出力に
変調をかけられるのか好都合である。
一方,光ファイバの出射面は面光源と考えられる.半導
体レーザ光を光ファイハで導光し固体レーザ素子の光励
起に用いる場合、高出力の半導体レーザ光源と同様の問
題か生ずる。この場合にも、高品質の横モードを得るた
めには、固体レーザ素子内に整った光励起空間をつくっ
てやることが好ましい. [実施例] 以下、この発明の実施例に基づいて本発明を説明する.
第1図は2個の分布屈折率レンズを用い半導体レーザ光
源を集光する光結合器により光励起する半導体レーザ励
起固体レーザの模式図である.第1図に示す如く、半導
体レーザlの光源からの発振光を第1の分布屈折率レン
ズ2aによって集光して、平行ビーム化し、第1の分布
屈折率レンズ2aと互いに焦点を共有する(共焦点)よ
うに配置された第2の分布屈折率レンズ2bにより固体
レーザ素子3内に絞られたビームスポットをつくり光励
起を行う. i7図は共焦点直列に配置された2個の分布屈折率レン
ズを用いて線光源を集光,結像する原理図である.光源
と第1の分布屈折率レンズとの間隔の変化の如何にかか
わらず、一定の大きさの実像が得られる.2個の分布屈
折率レンズ2a,2bは共焦点の配置であるため、第7
図に示すよ?に半導体レーザチップ(9aの位置に配置
)と第1の分布屈折レンズとの間隔の変化(9a→9b
)の如何にかかわらず、一定の大きさに絞られたビーム
スポット(10a,10b)をつくることができる.こ
のようにして、光励起した半導体レーザ励起固体レーザ
において、固体レーザ素子としてNv:YAG(Na”
:YzAIsOt■)を用いた場合の実験では、720
mWの半導体レーザ出力でYAGレーザ基本波出力24
0swの高効率発振が得られている.第8図は第1図の
ように構成した半導体レーザ励起YAGレーザで実験的
に得られたYAGレーザ光のビームプロフィールである
, YAGレーザ光の強度分布は第8図に示すようにガ
ウス型であり、単一基本横モード(TEM.。)の良質
なレーザビームが得られている. 第2図は2個の分布屈折率レンズの間に光変調器を挿入
し、励起光である半導体レーザ出力光に変調をかけられ
る光結合器により光励起する半導体レーザ励起固体レー
ザの模式図である.第2図に示すように,2個の分布屈
折率レンズ2の中間に音響光学素子や電気光学素子とい
った光変調器6を挿入し、励起光に変調をかけることも
できる. また、第3図は3個の分布屈折率レンズと偏光ビームス
プリッタを用い,2個の半導体レーザ光源を集光する光
結合器により光励起する半導体レーザ励起固体レーザの
模式図である.励起用の半導体レーザが2個の場合には
、第3図に示すように半導体レーザ出力が偏光している
ことを利用して,偏光ビームスプリッタ5をビーム合成
器として用い、第1の半導体レーザlaからの発振光は
紙面に平行に偏光させ、第2の半導体レーザlbからの
発振光は紙面に垂直に偏光させて,各々第1の分布屈折
率レンズ2Cと第3の分布屈折率レンズ2eにより集光
してビーム合成し,第2の分布屈折率レンズ2dにより
固体レーザ素子3内に絞られたビームスポットを得るも
のである.さらに、半導体レーザ出力を直接結合する場
合だけではなく、第4図のように光ファイバ7で導光さ
れた半導体レーザ出力に対しても適用できるものである
. 第4図は光ファイバで導光された半導体レーザ出力を2
個の分布屈折率レンズで集光する光結合器により光励起
する半導体レーザ励起固体レーザの模式図である.第4
図のように、光ファイバを用いる構成は、第3図におい
て、2個の半導体レーザla,lbの位置に2本の光フ
ァイバで置換したものに対しても適用できるものである
.[発明の効果] 以上説明したとおり、本発明の半導体レーザ励起固体レ
ーザは,その構成が小型で,効率が高く、ビーム質の良
い固体レーザな実現できる.
【図面の簡単な説明】
第1図は2個の分布屈折率レンズを用い半導体レーザ光
源を集光する光結合器により光励起する半導体レーザ励
起固体レーザの模式図、第2図は2個の分布屈折率レン
ズの間に光変調器を挿入し、励起光である半導体レーザ
出力光に変調をかけられる光結合器により光励起する半
導体レーザ励起固体レーザの模式図、第3図は3個の分
布屈折率レンズと偏光ビームスプリッタを用い、2個の
半導体レーザ光源を集光する光結合器により光励起する
半導体レーザ励起固体レーザの模式図,第4図は光ファ
イバで導光された半導体レーザ出力を2個の分布屈折率
レンズで集光する光結合器により光励起する半導体レー
ザ励起固体レーザの模式図,第5図は単レンズを用いた
従来の半導体レーザ励起固体レーザの模式図、第6図は
分布屈折率レンズ1個を用いた従来の半導体レーザ励起
固体レーザの模式図、第7図は共焦点直列に配置された
2個の分布屈折率レンズを用いて線光源を集光,結像す
る原理図、第8図は第1図のように構成した半導体レー
ザ励起YAGレーザで、実験的に得られたYAGレーザ
光のビームプロフィールである. 図中. 1 ,la,lb :半導体レーザ 2 ,2a.2b,2c,2d,2e:分布屈折率レン
ズ3:固体レーザ素子 4:アウトプットミラー 第2図 5:偏光ビームスピリツタ 6:光変調器 7:光ファイバ 8:単レンズ 9a,9b:物体(1i!光源) 10a,10b:実像 ,代理人 弁理士 田 北 第 第 図 本 第 図 特許 l.事件 平成 2.発明 庁長 の表 1年 の名 平成 1年 6月 5日 許 願第48587号 半導体レーザ励起固定レーザ 1.明細書第6頁第14行乃至15行目に記載の「さら
に、励起光を変調することにより固体レーザ出力に変調
をかけられるのが好都合である。」を削除する. 2.第3図(別紙のとおり) 3.第7図(別紙のとおり) 6.補

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)互いに焦点を共有する2個の分布屈折率レンズを
    直列に配置した光結合器を用いて半導体レーザ出力を集
    光して固体レーザ素子を光励起することを特徴とする半
    導体レーザ励起固体レーザ。
  2. (2)分布屈折率レンズ2個の中間に光変調器を置いて
    なることを特徴とする請求項(1)に記載の半導体レー
    ザ励起固体レーザ。
  3. (3)2個の半導体レーザ出力を集光して合成し固体レ
    ーザ素子を光励起する光結合器として、第1の半導体レ
    ーザ出力を集光する第1の分布屈折率レンズを偏光ビー
    ムスプリッタを挟んで第2の分布屈折率レンズと直列に
    配置し、上記偏光ビームスプリッタの第2の受光方向に
    第2の半導体レーザ出力を集光する第3の分布屈折率レ
    ンズを配置したことを特徴とする半導体レーザ励起固体
    レーザ。
  4. (4)入射側の分布屈折率レンズへ導光するための光フ
    ァイバを備えたことを特徴とする請求項(1)乃至請求
    項(3)のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体
    レーザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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