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Info
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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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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes 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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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。
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。
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。
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。
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。
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.
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.
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
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)
- (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)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)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)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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1048587A JPH0797674B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1048587A JPH0797674B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02229481A true JPH02229481A (ja) | 1990-09-12 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0645668A (ja) * | 1992-04-21 | 1994-02-18 | Hughes Aircraft Co | ゼロ損失導波体結合器 |
Citations (4)
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---|---|---|---|---|
JPS5918878A (ja) * | 1982-07-22 | 1984-01-31 | 神鋼アルフレツシユ株式会社 | 既設窓枠除去装置 |
JPS6179279A (ja) * | 1984-09-25 | 1986-04-22 | シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト | 狭帯域レーザ発信器 |
JPS62189783A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-08-19 | スペクトラ−フイジツクス・インコ−ポレイテツド | レ−ザ−ダイオ−ドポンピング固体レ−ザ− |
JPS63195764U (ja) * | 1987-06-04 | 1988-12-16 |
-
1989
- 1989-03-02 JP JP1048587A patent/JPH0797674B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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JPH0645668A (ja) * | 1992-04-21 | 1994-02-18 | Hughes Aircraft Co | ゼロ損失導波体結合器 |
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Publication number | Publication date |
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