JPH03233986A - 端面励起型固体レーザー発振器 - Google Patents

端面励起型固体レーザー発振器

Info

Publication number
JPH03233986A
JPH03233986A JP2927590A JP2927590A JPH03233986A JP H03233986 A JPH03233986 A JP H03233986A JP 2927590 A JP2927590 A JP 2927590A JP 2927590 A JP2927590 A JP 2927590A JP H03233986 A JPH03233986 A JP H03233986A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
rod
light
laser rod
spherical surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2927590A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3074692B2 (ja
Inventor
Shigeo Kubota
重夫 久保田
Michio Oka
美智雄 岡
Yuji Kaneda
有史 金田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2927590A priority Critical patent/JP3074692B2/ja
Publication of JPH03233986A publication Critical patent/JPH03233986A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3074692B2 publication Critical patent/JP3074692B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602Crystal lasers or glass lasers
    • 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0615Shape of end-face
    • 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08072Thermal lensing or thermally induced birefringence; Compensation thereof
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

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、端面励起型固体レーザー発振器に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、レーザーロッドの両端面のうち少なくとも一
方がポンピング光による発熱に基づく収差を補正し得る
曲率の球面とされて成るようにして、ポンピング光によ
って発生する熱収差を確実に補正できると共に、大出力
のレーザー光を得ることができるようにしたものである
〔従来の技術〕
従来、固体レーザー発振器のレーザー媒質にはNd:Y
AG<ネオジウム:イツトリウム・アルミニウム・ガー
ネット)が多く使用されている。又、このレーザー媒質
の形状は通常円柱形で、レーザーロッドと称されている
。又、このNd: Y A Gを使用した固体レーザー
発振器によれば、比較的容易に高光出力のレーザービー
ムを得ることができる。以下に、第5図を参照して、従
来のレーザーロッドが使用されている固体レーザー発振
器について説明する。
(1)は光源で、大出力のグリーンレーザー光を得るた
めにレーザーダイオードL1〜L7 と、これらに光学
的に接続されたオプチカルファイバF。
〜F7 から成る。そして、各レーザーダイオードL1
〜L7 からのレーザー光がオプチカルファイバF、〜
F7を通り、これらオプチカルファイバF1〜F7がバ
ンドルされたファイババンドルFの先端より、出射され
る。この光源(1)からの例えば波長が808nmのレ
ーザービーム、即ち、励起光(ポンピング光)は、凸レ
ンズ(2)を介して、共振器(3)の凹面鏡(4)の背
面に入射する。この凹面鏡(4)はグイクロイックミラ
ーと成っているので、レーザーダイオード(1)から凸
レンズ(2)を介して供給される波長が808nmの励
起光だけを通過させ、共振器(3)内を往復進行する光
を反射する。
(5)はレーザーロッド(Nd:YAG)で、励起光が
このレーザーロッド(5)に入射すると、その端面付近
の例えば直径700μmの狭い領域が選択的に励起され
て、波長が11064nの赤外光が発生する。
(6)はKTP (チタンリン酸カリウム)から成る一
辺が略5n+mの直方体の非線形光学素子で、入射光に
より発生する非線形分極を利用して、光の周波数変換を
行う。この光学素子(6)に11064nの光が入射す
ると、その1/2の波長、即ち532nmの波長の光が
出射する。
(7)はグイクロイックミラーと成っている凹面鏡で、
波長が532nmの光の一部を通過させる。
凹面鏡(4)及び(7)間、即ち、共振器(3)内を往
復進行し、レーザー媒質により増幅された強い波長が1
1064nの赤外光中に、光学素子(6)がおかれ、高
効率で周波数変換が行なわれるので、波長532nmの
数lQmW〜IWのレーザー光が出力される。
第6図A、Bは、レーザーロッド(5)のタンジェンシ
ャル方向及びサジタル方向における軸上波面収差を示す
。X軸は輪帯光線の半径上の位置を示し、y軸は波長(
λ)を単位とした波面収差を示している。第6図A及び
Bから明らかなように、輪帯光線の半径上の位置が0.
6mmに近づくにつれて、波面収差が大と成り、Q、 
5mmに達すると、波面収差は約0.1λと成る。これ
は、輪帯光線が共振器(3)内を伝播する毎に約0.1
2の波面収差が発生することを示している。
上述のような波面収差が発生する原因として、レーザー
ロッド(5)の発熱が上げられる。この熱収差は、励起
光の一部が熱に変換され、レーザーロッド(5)内の温
度分布が不均一と成り、その結果、レーザーロッド(5
)内の屈折率分布が不均一となることにより発生する。
特に、レーザーダイオード等による端面励起型固体レー
ザーにおいては、励起光の強度分布が固体レーザー共振
器の基本横モードになるべく一致するように、レーザー
ロッド〔5)の端部に近い例えば直径が700μmの円
形の狭い領域が選択的に励起されるようにしている。従
って、レーザーロッド(5)内が比較的複雑な温度分布
と成る。これを補正するには、別体の非球面素子等を使
用すれば良い。
又、フラッシニランプによる側面励起型固体レーザーに
おいては、レーザーロッドは均一な励起が行なわれるの
でロンドの長さ方向に−様な、回転放物面型の温度分布
と屈折率変化が発生するが、この場合は、波面収差が発
生しないので、単純に共振器の内の凹面鏡の移動や球面
レンズの挿入によって、レーザーロッドのレンズパワー
(正のパワー)を相殺すればよい。このような熱レンズ
を補正する凹レンズ作用をつくる目的でレーザーロッド
の端面の一方、或は両方に凹面加工したレーザーロッド
が次に記す刊行物に記載されている。
C1ted in W IKoechner ed、 
:“5olid−3tate LaserBngine
ering”(Springer−Verlag、 2
nd  ed、 、 1988)。
P−366、(ダブリュ・ケヒナーによる編集: “ソ
リッド−ステートレーザーエンジニアリンク”(スブリ
ンガーーフェアラーク、第2版、 1988)、 36
6ページ) 1、   LlM、0sterink、  J、D、F
oster:Appl、Phys、Lett。
12、128(196g); (1,エル・エム・オスドリンク及びジェー・デイ−・
フォスター:ジャーナル・オブ・アプライドフィジック
ス・12.128 (1968) ; )2、N、Ba
rnes、 S、J、5ca1ise:Appl、Op
t、17.1537(197g)。
(2,エヌ・バーンズ及びニス・ジェー・スカライズ:
ジャーナル・オブ・アプライド・17.1537(19
78)、  ) 〔発明が解決しようとする課題〕 上述から明らかなように、端面励起型固体レーザー発振
器においては、共振器内を往復進行する光がポンピング
光による発熱により、その内部が不均一な屈折率分布と
成っているレーザーロッドを通過するとき発生する収差
は、単純な共振器内の凹面鏡の移動や、球面レンズの挿
入によって補正することが困難である。又、汎用光学設
計プログラム等によるシミュレーションによれば、例え
ば、上述の収差は、回転双曲面を有する非球面光学素子
によって補正することが可能である。しかし、非球面光
学素子は加工が困難であり、特に、低散乱、高精度が要
求される共振器内にて用いるのは著しく困難である。
かかる点に鑑み、本発明は励起光によって発生する熱収
差を確実に補正できると共に、大出力のレーザー光を得
ることのできる端面励起型固体レーザー発振器を提案し
ようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、レーザーロッド(5)の両端面のうち少なく
とも一方がポンピング光による熱収差を補正し得る曲率
の球面とされて成るものである。
〔作用〕
上述せる本発明によれば、レーザーロッド(5)の端面
が球面とされていることによって、ポンピング光による
熱収差が補正される。
〔実施例〕
以下に、第1図を参照して本発明による端面励起固体レ
ーザー発振器について詳細に説明する。
先ず、第1図Aについて説明するも、第5図について説
明した端面励起型固体レーザー発振器と対応する部分に
は同一番号を付してその重複説明は省略する。
第1図Aに示した端面励起型固体レーザー発振器は、第
5図について説明した端面励起型固体レーザー発振器と
その構成は同じであるが、レーザーロッド(5)の形状
が異なる。即ち、第5図に示したレーザーロッド(5)
の両端面は平面であるのに対し、第2図Aに示すレーザ
ーロッド(5)の両端面は夫々球面と成っている。第2
図Bは、そのレーザーロッド(5)の拡大図である。
次に、上述のように、レーザーロッド(5)の両端面を
夫々球面とした理由について第4図を参照して説明する
第4図は、レーザーロッド(Nd: Y A G ”)
 (5)の直径を3mm、長さを5mmとし、その吸収
係数、熱伝導係数及び屈折率温度係数を夫々0.6m+
+r’。
0、013W/mm deg及び7.3 xlO−6d
eg−’とし、且つ、励起条件として、開口数0.2(
但し、空気中)で収束する一様強度分布を有するポンピ
ング光(励起光)が、ロッド端面付近で約700μmの
直径を有し、そのロッド内で発生する総発熱量を3.5
Wとしたときの、選択的励起により発生する温度分布を
数値解析により求めた結果を示したものである。
この第4図において、y軸はレーザーロッド(5)の半
径(mm)を示し、y軸は入力パワーで規格化された温
度上昇(deg/watt)を示す。各曲線はZ軸に垂
直な断面内の温度分布で、0.2 (mm) 毎、即ち
、Z =0.0.2.0.4. = =(mm) 1.
ニオケルモノ1:対応する。この温度分布によって、固
体レーザー材料、即ち、Nd:YAG(レーザーロッド
)の屈折率温度係数を乗じた、不均一屈折率分布が誘起
される。
さて、有限要素法を用いて、熱解析を行うと、光軸に垂
直な平面内で最大35deg (t)  の温度差が、
又、光軸方向には53deg (t>  の温度差が生
じ、これより誘起される屈折率差は各々、略、2.5 
Xl0−’及び4 Xl0−’と成る。これより、焦点
距離が略400mmの熱レンズが発生する。
上述から、第1図已に示すように、レーザーロッド(5
)の第1図Aにおける凸レンズ(2)側の端面を例えば
5mmの曲率半径(R1)を有する凸球面とし、第1図
Aにふける光学素子(6)側の端面を例えば3mmの曲
率半径(R2)を有する凹球面とし、即ち、レーザーロ
ッド(5)全体の形状を同心形に近いメニスカスレンズ
状とした。これによって、第1図已に示すように温度分
布が均一な状態で熱レンズ効果を発生させないようにで
きる。尚、中心厚は5mm、屈折率は1.82でこのと
き焦点距離は略IQmmと成る。
上述の条件で、レーザーロッド(5)をポンピングする
と、不均一な屈折率分布がロッド(5)内に発生0 するが、このとき、球面(R,及びR2)上の各点で屈
折率が異なるため、二つの球面(R1及びR2)が光学
的に非球面として作用する。
第3図に示すように、第6図について説明した端面励起
型固体レーザー発振器の熱収差(波面収差)が、大幅に
補正されていることがわかる。従って、一定の励起条件
では、熱収差(波面収差)を完全に補正するようにレー
ザーロッド(5)の端面の球面の曲率半径を選定するこ
とが可能であることがわかる。
第2図は、従来の端面励起型固体レーザー発振器及び本
発明の端面励起型固体レーザー発振器のボンピングパワ
ー(相対値)に対するレーザー基本モードの回折損失(
%)を示す図である。X軸をそのボンピングパワーとし
、y軸を回折損失(%)とする。尚、ボンピングパワー
1.0のときは、発熱量が3.5Wの規準ポンプ条件値
と成り、これは第4図について示した温度分布図と対応
する。図において従来の発振器によるデータを一点鋼線
で示し、本発明による発振器のデータを実線で示す。
この第2図から明らかなように、例えばボンピングパワ
ーが2.0のとき、従来の発振器では、回折損失が5.
5%以上と大変大きいのに対し、本発明による発振器で
は、1.2%未満と成り、従来の発振器と比較して、本
発明による発振器が大幅に改善されていることがわかる
尚、第2図においては、ポンプジオメトリを固定し、ボ
ンピングパワーを増加させるとき、原理的に誘起される
屈折率分布の相似性が保たれるため、広いボンピング(
励起)条件の範囲で、増加する波面収差を打・ち消す効
果があることが示されている。又、このような球面加工
は、レーザーロッド(5)を例えば光学研磨することに
より容易に達成できる。又、上述の実施例において、レ
ーザーロッド(5)の両端面を球面としたが、一方が平
面でもその効果が期待できる。
〔発明の効果〕
上述せる本発明によれば、レーザーロッドの両1 2 端面のうちの少なくとも一方がポンピング光による発熱
に基づく収差を補正し得る曲率の球面とされて成るよう
にしたので、ポンピング光によって発生する熱収差を改
善に補正できると共に、大出力のレーザー光を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す線図、第2図はボンピ
ングパワーに対する回折損失を示すグラフ、第3図は実
施例に供する波面収差を示す図、第4図は温度分布を示
す図、第5図は従来の端面励起型固体レーザー発振器を
示す図、第6図はその従来の発振器の波面収差を示す図
である。 (5)はレーザーロッドである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. レーザーロッドの両端面のうちの少なくとも一方がポン
    ピング光による発熱に基づく収差を補正し得る曲率の球
    面とされて成ることを特徴とする端面励起型固体レーザ
    ー発振器。
JP2927590A 1990-02-08 1990-02-08 端面励起型固体レーザー発振器 Expired - Fee Related JP3074692B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2927590A JP3074692B2 (ja) 1990-02-08 1990-02-08 端面励起型固体レーザー発振器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2927590A JP3074692B2 (ja) 1990-02-08 1990-02-08 端面励起型固体レーザー発振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03233986A true JPH03233986A (ja) 1991-10-17
JP3074692B2 JP3074692B2 (ja) 2000-08-07

Family

ID=12271732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2927590A Expired - Fee Related JP3074692B2 (ja) 1990-02-08 1990-02-08 端面励起型固体レーザー発振器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3074692B2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996033538A1 (en) * 1995-04-17 1996-10-24 Coherent, Inc. High repetition rate erbium: yag laser for tissue ablation
EP0822629A2 (en) * 1996-06-19 1998-02-04 ESC Medical Systems Ltd. High power infrared laser system
JP2006093661A (ja) * 2004-07-27 2006-04-06 Corning Inc 波面補正光学表面を有する光学システム
EP2523277A1 (de) * 2011-05-09 2012-11-14 Trumpf Laser Marking Systems AG Laser-Resonator zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung
CN113036583A (zh) * 2021-05-27 2021-06-25 四川光天下激光科技有限公司 一种锥棒激光放大器
EP4002609A1 (en) * 2020-11-20 2022-05-25 Advalight APS Solid-state laser system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101986479B (zh) * 2010-08-26 2012-08-01 大恒新纪元科技股份有限公司 一种全固态激光谐振腔

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996033538A1 (en) * 1995-04-17 1996-10-24 Coherent, Inc. High repetition rate erbium: yag laser for tissue ablation
US5642370A (en) * 1995-04-17 1997-06-24 Coherent, Inc. High repetition rate erbium; YAG laser for tissue ablation
US5644585A (en) * 1995-04-17 1997-07-01 Coherent, Inc. High repetition rate Eribum-YAG laser for tissue ablation
US6096031A (en) * 1995-04-17 2000-08-01 Coherent, Inc. High repetition rate erbium:YAG laser for tissue ablation
EP0822629A2 (en) * 1996-06-19 1998-02-04 ESC Medical Systems Ltd. High power infrared laser system
EP0822629A3 (en) * 1996-06-19 1999-10-13 ESC Medical Systems Ltd. High power infrared laser system
JP2006093661A (ja) * 2004-07-27 2006-04-06 Corning Inc 波面補正光学表面を有する光学システム
EP2523277A1 (de) * 2011-05-09 2012-11-14 Trumpf Laser Marking Systems AG Laser-Resonator zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung
WO2012152583A1 (de) * 2011-05-09 2012-11-15 Trumpf Laser Marking Systems Ag Laser-resonator zur erzeugung frequenzkonvertierter laserstrahlung
US9362704B2 (en) 2011-05-09 2016-06-07 Trumpf Laser Marking Systems Ag Laser resonator for generating frequency-converted laser radiation
EP4002609A1 (en) * 2020-11-20 2022-05-25 Advalight APS Solid-state laser system
CN113036583A (zh) * 2021-05-27 2021-06-25 四川光天下激光科技有限公司 一种锥棒激光放大器
CN113036583B (zh) * 2021-05-27 2021-08-03 四川光天下激光科技有限公司 一种锥棒激光放大器

Also Published As

Publication number Publication date
JP3074692B2 (ja) 2000-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3265173B2 (ja) 固体レーザ装置
US5410559A (en) Diode pumped laser with strong thermal lens crystal
JP5124092B2 (ja) 複数のレーザ活性媒質を有するレーザ増幅器およびレーザ共振器
JP2648498B2 (ja) レーザ共振器
JPH03190293A (ja) スラブ型レーザ媒体
US5148441A (en) Solid state laser
US5359616A (en) Solid state laser apparatus and laser machining apparatus
JPH03233986A (ja) 端面励起型固体レーザー発振器
JP2001077449A (ja) モード同期固体レーザ
US6944196B2 (en) Solid state laser amplifier
US6285705B1 (en) Solid-state laser oscillator and machining apparatus using the same
JPH0537049A (ja) 固体レーザ装置
JP2725648B2 (ja) 固体レーザ励起方法及び固体レーザ装置
JPH10303480A (ja) 固体レーザー発振器
JP3197820B2 (ja) 固体レーザ装置
JP3060493B2 (ja) 固体レーザー発振器
JPH0637368A (ja) レーザ装置およびビームエキスパンダ
JP3257808B2 (ja) 固体レーザ材料及び固体レーザ装置
JP2760116B2 (ja) 固体レーザ装置
JPH10284775A (ja) 固体レーザ装置
JP2663497B2 (ja) レーザ装置
JP2673303B2 (ja) ネガテイブブランチ不安定型レーザ共振器
JPH05297253A (ja) 結合レンズ装置
JPH0483386A (ja) 固体レーザー発振器
JPH04198907A (ja) 光ファイバ結合器および固体レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees