JPH04229690A - 弱吸収レーザ材をポンピングするための装置及び方法 - Google Patents
弱吸収レーザ材をポンピングするための装置及び方法Info
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- JPH04229690A JPH04229690A JP14112091A JP14112091A JPH04229690A JP H04229690 A JPH04229690 A JP H04229690A JP 14112091 A JP14112091 A JP 14112091A JP 14112091 A JP14112091 A JP 14112091A JP H04229690 A JPH04229690 A JP H04229690A
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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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体レーザ全般に関し、
特に、弱吸収材(weakly absorbing
material)が他のレーザによりポンプされ
るレーザシステム及びその方法に関する。
特に、弱吸収材(weakly absorbing
material)が他のレーザによりポンプされ
るレーザシステム及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ある固体レーザが他の固体レーザをポン
プするために使用される場合、効率よく稼動するには、
すべてのポンプフォトンがポンプされるレーザ材に吸収
されることが大切である。これは、従来においては、9
0%以上のポンプ波長の光が、レーザ材中を一回通過す
ると吸収されるのに十分な程にレーザ材を長くすること
で実現されていた。しかし、この手法は、十分に大きな
レーザ材を得ることが難しく、それによる損失も避けら
れないから、弱吸収材(すなわち、吸収力が1センチメ
ートルあたり数%のレーザ材)を用いる場合には適当で
ない。レーザ材の吸収率を増加させるという単純な試み
(たとえば、活性イオンの濃度を増やすという方法)は
、励起状態の寿命を減ずることになるというような物理
的に受け入れ難い結果を招くために一般には成功してい
ない。よって、弱吸収材を効率良くポンピングする技術
が望まれている。
プするために使用される場合、効率よく稼動するには、
すべてのポンプフォトンがポンプされるレーザ材に吸収
されることが大切である。これは、従来においては、9
0%以上のポンプ波長の光が、レーザ材中を一回通過す
ると吸収されるのに十分な程にレーザ材を長くすること
で実現されていた。しかし、この手法は、十分に大きな
レーザ材を得ることが難しく、それによる損失も避けら
れないから、弱吸収材(すなわち、吸収力が1センチメ
ートルあたり数%のレーザ材)を用いる場合には適当で
ない。レーザ材の吸収率を増加させるという単純な試み
(たとえば、活性イオンの濃度を増やすという方法)は
、励起状態の寿命を減ずることになるというような物理
的に受け入れ難い結果を招くために一般には成功してい
ない。よって、弱吸収材を効率良くポンピングする技術
が望まれている。
【0003】医学の分野での3μmレーザへの潜在的需
要が高出力の固体レーザの開発に拍車を駆けている。た
とえば、多種の基材へのフラッシュランプポンピングを
使用したホルミウムレーザが明らかにされている。また
、最低のしきい値が、ホルミウムをドープしたイットリ
ウム−アルミニウム−灰チタン石(YAlO3 )すな
わちH0 :YAPを用いることにより観測されている
。 このH0 :YAPでのレーザ輻射は 5I6 → 5
I7 遷移における2.92μm及び3.02μmであ
ると報告されている。
要が高出力の固体レーザの開発に拍車を駆けている。た
とえば、多種の基材へのフラッシュランプポンピングを
使用したホルミウムレーザが明らかにされている。また
、最低のしきい値が、ホルミウムをドープしたイットリ
ウム−アルミニウム−灰チタン石(YAlO3 )すな
わちH0 :YAPを用いることにより観測されている
。 このH0 :YAPでのレーザ輻射は 5I6 → 5
I7 遷移における2.92μm及び3.02μmであ
ると報告されている。
【0004】H0 :YAPロッドをポンプするために
Nd:YAPレーザの1.08μm線を用いた内部空洞
レーザポンピングが報告されている〔ボウマン(S.R
.Bowman)、ラビノビッチ(W.S.Rabin
ovich)、ボウマン(A.P.Bowman)及び
フェルドマン(B.J.Feldman)による「レー
ザポンプされる3μmH0 :YAlO3 レーザ」(
1989年10月16日)〕。そこでは、特に、上記H
0 :YAPロッドは、このロッドを除いて空洞内での
損失が低いフラッシュランプでポンプされるNd:YA
Pレーザの空洞中に配置されていた。このロッドはNd
:YAPレーザの空洞中での損失の大部分を占めるため
に、多数回経路を通過するとポンプ光の大部分を吸収す
る。ここでは、上記Nd,YAPレーザ空洞の軸からわ
ずかな角度だけ傾いた位置にある分離空洞(separ
ate cavity)内に上記H0 :YAPロッ
ドが含まれていた。レーザ輻射は、2.85μmに新し
く現れた線と同様に2.92μmでも観測された。2.
85μmの線は極度に大気中の水分吸収に敏感であり、
レーザが乾燥窒素によりパージされたときにのみ現れた
。最適効率になっていない空洞内において、上記1.0
8μmでのポンプに関しては約4%の傾斜効率(slo
pe efficiency)、及び、8mJの最大
出力エネルギが得られた。
Nd:YAPレーザの1.08μm線を用いた内部空洞
レーザポンピングが報告されている〔ボウマン(S.R
.Bowman)、ラビノビッチ(W.S.Rabin
ovich)、ボウマン(A.P.Bowman)及び
フェルドマン(B.J.Feldman)による「レー
ザポンプされる3μmH0 :YAlO3 レーザ」(
1989年10月16日)〕。そこでは、特に、上記H
0 :YAPロッドは、このロッドを除いて空洞内での
損失が低いフラッシュランプでポンプされるNd:YA
Pレーザの空洞中に配置されていた。このロッドはNd
:YAPレーザの空洞中での損失の大部分を占めるため
に、多数回経路を通過するとポンプ光の大部分を吸収す
る。ここでは、上記Nd,YAPレーザ空洞の軸からわ
ずかな角度だけ傾いた位置にある分離空洞(separ
ate cavity)内に上記H0 :YAPロッ
ドが含まれていた。レーザ輻射は、2.85μmに新し
く現れた線と同様に2.92μmでも観測された。2.
85μmの線は極度に大気中の水分吸収に敏感であり、
レーザが乾燥窒素によりパージされたときにのみ現れた
。最適効率になっていない空洞内において、上記1.0
8μmでのポンプに関しては約4%の傾斜効率(slo
pe efficiency)、及び、8mJの最大
出力エネルギが得られた。
【0005】ボウマンらのシステムは比較的大きい(た
とえば、ホルミウムがドープされたレーザロッドは6.
3mm×75mm)ものである。高出力密度のものが要
求されているが、その形状のためにH0 :YAP基材
は効率的に使われていなかった。さらに、しきい値もま
だかなり高いものであって。
とえば、ホルミウムがドープされたレーザロッドは6.
3mm×75mm)ものである。高出力密度のものが要
求されているが、その形状のためにH0 :YAP基材
は効率的に使われていなかった。さらに、しきい値もま
だかなり高いものであって。
【0006】エルビウムは、目に安全な(eye s
afe)領域である1.54μmの光輻射を発生すると
いう点で実用のレーザ材として興味深い。フラッシュラ
ンプによりポンプされるYb,Er:ガラスレーザは、
0.3から0.5%のエネルギ効率を有している。これ
に対して、最適条件下でイッテルビウムによりポンプさ
れるエルビウムのエネルギ変換効率は、40%から50
%の範囲であろうと予想されている〔「アプライド・フ
ィジィクス・レターズ」、第6巻、45ページ、Sni
tzer&Woodcock(1965年)〕。Yb及
びErにより増感され、1060nm付近のNdレーザ
によりポンプされるガラスは、ガポンツェフ(Gopo
ntsev)その他により研究され、良好な効率が観測
されている〔「Optics Comm.」46(1
983年)226〕。ファイバーレーザ(fiber
laser)の860nmダイオードを使用したYb
ポンピングについては、バーンス(W.L.Barne
s)その他により研究されている「Er3+−Yb3+
及びEr3+をドープされたファイバーレーザー」、J
ounal of Lightwave Tec
h.,第7巻10号、1461ページ(1989年10
月)〕。
afe)領域である1.54μmの光輻射を発生すると
いう点で実用のレーザ材として興味深い。フラッシュラ
ンプによりポンプされるYb,Er:ガラスレーザは、
0.3から0.5%のエネルギ効率を有している。これ
に対して、最適条件下でイッテルビウムによりポンプさ
れるエルビウムのエネルギ変換効率は、40%から50
%の範囲であろうと予想されている〔「アプライド・フ
ィジィクス・レターズ」、第6巻、45ページ、Sni
tzer&Woodcock(1965年)〕。Yb及
びErにより増感され、1060nm付近のNdレーザ
によりポンプされるガラスは、ガポンツェフ(Gopo
ntsev)その他により研究され、良好な効率が観測
されている〔「Optics Comm.」46(1
983年)226〕。ファイバーレーザ(fiber
laser)の860nmダイオードを使用したYb
ポンピングについては、バーンス(W.L.Barne
s)その他により研究されている「Er3+−Yb3+
及びEr3+をドープされたファイバーレーザー」、J
ounal of Lightwave Tec
h.,第7巻10号、1461ページ(1989年10
月)〕。
【0007】Yb3+イオン(1.5×1021個/c
m3 )及びEr3+イオン(2.5×1019個/c
m3 )で活性化されたバリウム−アルミニウム−メタ
燐酸塩ガラスについても研究がされている〔ガボンツェ
フその他による「効果的な1.054−1.54μmの
誘導輻射変換」、JETP Letters(197
3年)18,251−253ページ〕。その研究には、
長方形の活性Er3+−Yb3+要素が使用された。こ
れは10mm×14mmの断面、及び、70mmの長さ
を有しており、その両端面は45度だけ傾いていた。ま
た、これは、10mm×32mmの断面と280mmの
長さを有し、その両端面がブリュスター(Brewst
er)角となるようにされた長方形の板であるLGS−
40燐酸塩ガラス2枚からなる共振器中に配置された。 2つの燐酸塩ガラス要素はYb3+−Er3+要素に対
して対称に置かれた。
m3 )及びEr3+イオン(2.5×1019個/c
m3 )で活性化されたバリウム−アルミニウム−メタ
燐酸塩ガラスについても研究がされている〔ガボンツェ
フその他による「効果的な1.054−1.54μmの
誘導輻射変換」、JETP Letters(197
3年)18,251−253ページ〕。その研究には、
長方形の活性Er3+−Yb3+要素が使用された。こ
れは10mm×14mmの断面、及び、70mmの長さ
を有しており、その両端面は45度だけ傾いていた。ま
た、これは、10mm×32mmの断面と280mmの
長さを有し、その両端面がブリュスター(Brewst
er)角となるようにされた長方形の板であるLGS−
40燐酸塩ガラス2枚からなる共振器中に配置された。 2つの燐酸塩ガラス要素はYb3+−Er3+要素に対
して対称に置かれた。
【0008】
【発明が解決しようとする問題点】従来の外部空洞シス
テムにおいて用いられていたものよりも吸収の弱いレー
ザ材及び/又は薄型のレーザ材を用いることが望ましい
であろう。もし内部空洞を用いることにより効率的なポ
ンピングが実現できるのであれば、潜在的に有用である
多くの材を用いることができ、システムが大型であるこ
とに関した多くの問題を減ずることができる。さらに、
レーザダイオードの低出力での利点を開発利用すること
ができるであろう。
テムにおいて用いられていたものよりも吸収の弱いレー
ザ材及び/又は薄型のレーザ材を用いることが望ましい
であろう。もし内部空洞を用いることにより効率的なポ
ンピングが実現できるのであれば、潜在的に有用である
多くの材を用いることができ、システムが大型であるこ
とに関した多くの問題を減ずることができる。さらに、
レーザダイオードの低出力での利点を開発利用すること
ができるであろう。
【0009】本発明の目的のひとつは、弱吸収材を効率
的に用いる方法及びそのための新しいレーザシステムを
提供することである。
的に用いる方法及びそのための新しいレーザシステムを
提供することである。
【0010】本発明のもうひとつの目的は、励起のしき
い値が低いという特徴を持った、コンパクトでエネルギ
効率の良いレーザシステム及びその方法を提供すること
である。
い値が低いという特徴を持った、コンパクトでエネルギ
効率の良いレーザシステム及びその方法を提供すること
である。
【0011】本発明のもうひとつの目的は、第2のレー
ザ材に吸収されるパワーが、第1のレーザ材を備えるレ
ーザの最適出力結合と同等であるような2つのレーザ材
を備える内部空洞レーザシステムを提供することである
。
ザ材に吸収されるパワーが、第1のレーザ材を備えるレ
ーザの最適出力結合と同等であるような2つのレーザ材
を備える内部空洞レーザシステムを提供することである
。
【0012】本発明のもうひとつの目的は、できるだけ
少ない構成要素と簡単な仕掛で、1.55μmの光輻射
を発生するYbを増感させたEr:ガラスをポンプする
、ダイオードポンプされるNd:YAGレーザを提供す
ることである。
少ない構成要素と簡単な仕掛で、1.55μmの光輻射
を発生するYbを増感させたEr:ガラスをポンプする
、ダイオードポンプされるNd:YAGレーザを提供す
ることである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第1のレーザ空洞と、上記第1のレーザ
空洞中に配置され、第1のレーザ波長でレーザ発振する
第1のレーザ材と、上記第1のレーザ材からの上記光輻
射によりポンプされ上記第1のレーザ波長の光輻射を上
記第1のレーザ材からの光輻射に最適な出力結合と同等
の量だけ吸収し、かつ、第2のレーザ波長でレーザ発振
する第2のレーザ材とを備え、上記第1のレーザ材及び
上記第2のレーザ材は、上記第1のレーザ波長及び上記
第2のレーザ波長における励起状態吸収による損失が最
小となるようにされている。
に、本発明は、第1のレーザ空洞と、上記第1のレーザ
空洞中に配置され、第1のレーザ波長でレーザ発振する
第1のレーザ材と、上記第1のレーザ材からの上記光輻
射によりポンプされ上記第1のレーザ波長の光輻射を上
記第1のレーザ材からの光輻射に最適な出力結合と同等
の量だけ吸収し、かつ、第2のレーザ波長でレーザ発振
する第2のレーザ材とを備え、上記第1のレーザ材及び
上記第2のレーザ材は、上記第1のレーザ波長及び上記
第2のレーザ波長における励起状態吸収による損失が最
小となるようにされている。
【0014】本発明の好ましい具体例として、Yb,E
r:燐酸塩ガラスの1ミリメートル以下の厚さの板が、
約800nmで稼動するレーザダイオードによりポンプ
されるNd:YAGレーザ源によりポンプされる。この
板はNd:YAGレーザの出力がその一方の面(入力側
)に入射するように配置され、もう一方の面(Nd:Y
AGレーザから最も離れた面すなわち出力側)はNd:
YAGレーザのレーザ波長(たとえば約1060nm)
を高い反射率で反射するように被覆される。また入力側
は約1.5ミクロンのレーザに対して高い反射率を有す
るように被覆される。このように、上記の板はNd:Y
AGのレーザ空洞中であってかつ自身のレーザ空洞中に
配置される。
r:燐酸塩ガラスの1ミリメートル以下の厚さの板が、
約800nmで稼動するレーザダイオードによりポンプ
されるNd:YAGレーザ源によりポンプされる。この
板はNd:YAGレーザの出力がその一方の面(入力側
)に入射するように配置され、もう一方の面(Nd:Y
AGレーザから最も離れた面すなわち出力側)はNd:
YAGレーザのレーザ波長(たとえば約1060nm)
を高い反射率で反射するように被覆される。また入力側
は約1.5ミクロンのレーザに対して高い反射率を有す
るように被覆される。このように、上記の板はNd:Y
AGのレーザ空洞中であってかつ自身のレーザ空洞中に
配置される。
【0015】本発明によって内部空洞ポンピングは、レ
ーザダイオードポンピングに使用できるレーザシステム
の数を拡大する手段としての可能性を有する。さらには
、本発明は、3準位レーザ又は上方遷移レーザのような
難しいシステムの使用を可能にする。当業者は、このよ
うな本発明のレーザの望ましくかつ商業的に重要な特徴
を認めるであろう。
ーザダイオードポンピングに使用できるレーザシステム
の数を拡大する手段としての可能性を有する。さらには
、本発明は、3準位レーザ又は上方遷移レーザのような
難しいシステムの使用を可能にする。当業者は、このよ
うな本発明のレーザの望ましくかつ商業的に重要な特徴
を認めるであろう。
【0016】本発明の他の利点及び特徴は、以下に述べ
る実施例及び図面から明らかとなるであろう。
る実施例及び図面から明らかとなるであろう。
【0017】
【実施例】本発明は種々の異なった形で実施可能である
が、以下その中のいくつかについて図を参照しながら本
発明の実施例が述べられる。しかし、本発明は以下の実
施例に限られるものではなく、他の様々な形での実施が
可能である。
が、以下その中のいくつかについて図を参照しながら本
発明の実施例が述べられる。しかし、本発明は以下の実
施例に限られるものではなく、他の様々な形での実施が
可能である。
【0018】フラッシュランプ、発光ダイオード(ここ
では、高輝度ダイオード及び高輝度ダイオードアレイを
含む)及びレーザダイオード(ここでは、レーザダイオ
ードアレイを含む)を固体レーザ材の光ポンプすなわち
励起に用いることはよく知られている。従来の発光ダイ
オード及びレーザダイオードは、構成要素の機能として
は、約630nmから約1600nmの範囲の波長を有
する出力放射を発生するものである。このように、レー
ザ材をポンプするために有効な波長の光ポンピング輻射
を発生する素子は本発明を実用化する際に用いられる。
では、高輝度ダイオード及び高輝度ダイオードアレイを
含む)及びレーザダイオード(ここでは、レーザダイオ
ードアレイを含む)を固体レーザ材の光ポンプすなわち
励起に用いることはよく知られている。従来の発光ダイ
オード及びレーザダイオードは、構成要素の機能として
は、約630nmから約1600nmの範囲の波長を有
する出力放射を発生するものである。このように、レー
ザ材をポンプするために有効な波長の光ポンピング輻射
を発生する素子は本発明を実用化する際に用いられる。
【0019】たとえば、GaInPベースの素子からの
出力輻射の波長は、素子の構成成分を変えることによっ
て約630nmから約700nmまで変えることができ
る。同様に、GaAlAsベースの素子からの出力輻射
の波長は、素子の構成成分を変えることによって約75
0nmから約900nmまで変えることができる。In
GaAlPベースの素子は同様の方法により約1000
nmから約1600nmの範囲の波長の輻射を提供する
ために用いられる。
出力輻射の波長は、素子の構成成分を変えることによっ
て約630nmから約700nmまで変えることができ
る。同様に、GaAlAsベースの素子からの出力輻射
の波長は、素子の構成成分を変えることによって約75
0nmから約900nmまで変えることができる。In
GaAlPベースの素子は同様の方法により約1000
nmから約1600nmの範囲の波長の輻射を提供する
ために用いられる。
【0020】本発明により、ある固体レーザ(第1のレ
ーザすなわちポンピングレーザ)の空洞の内部に配置さ
れた第2の固体レーザ材を効率的にポンプする上記第1
のレーザを用いる方法及び装置が明らかにされる。これ
により、第2のレーザ材により吸収されるレーザパワー
は、ポンピングレーザの出力結合(output c
oupling)を決定する。好ましくは、上記レーザ
パワーは、ポンピングレーザの最適出力結合に等しくな
るようにセットされるべきである。たとえば、ダイオー
ドでポンプされるNd:YAGレーザを備える第1のレ
ーザの最適出力結合は、一般的には数%である。これは
第2のレーザ材での吸収が従来よりもかなり弱いという
ことである(従来は、第2の固体レーザ材での吸収が9
0%イオンであることが望ましかった)。
ーザすなわちポンピングレーザ)の空洞の内部に配置さ
れた第2の固体レーザ材を効率的にポンプする上記第1
のレーザを用いる方法及び装置が明らかにされる。これ
により、第2のレーザ材により吸収されるレーザパワー
は、ポンピングレーザの出力結合(output c
oupling)を決定する。好ましくは、上記レーザ
パワーは、ポンピングレーザの最適出力結合に等しくな
るようにセットされるべきである。たとえば、ダイオー
ドでポンプされるNd:YAGレーザを備える第1のレ
ーザの最適出力結合は、一般的には数%である。これは
第2のレーザ材での吸収が従来よりもかなり弱いという
ことである(従来は、第2の固体レーザ材での吸収が9
0%イオンであることが望ましかった)。
【0021】特に、約946nm、1064nm、13
20nmでのネオジムレーザ遷移の近くで吸収を行うレ
ーザ材を第2のレーザとして用いると、本発明の原理に
より、第1のレーザにより効率的にポンプされる。この
ようなレーザ材としては、可視光及び赤外光をレーザ発
振するイッテルビウム(Yb)増感材、及び、エルビウ
ム(Er)、ホルミウム(Ho)又はツリウム(Tm)
を含有した材などがある。吸収がかなり強い(たとえば
、946nmでのYb)場合には、薄型のレーザ材が第
2のレーザとして実用される。これは、高励起密度が効
率的な稼動のために必要である3準位レーザまたは上方
遷移レーザのような場合に特に有効である超高励起密度
に相当する。加うるに、ポンピング線の強さは第2のレ
ーザ材中ではほとんど変わらないので、ポンピングは非
常に均一である。
20nmでのネオジムレーザ遷移の近くで吸収を行うレ
ーザ材を第2のレーザとして用いると、本発明の原理に
より、第1のレーザにより効率的にポンプされる。この
ようなレーザ材としては、可視光及び赤外光をレーザ発
振するイッテルビウム(Yb)増感材、及び、エルビウ
ム(Er)、ホルミウム(Ho)又はツリウム(Tm)
を含有した材などがある。吸収がかなり強い(たとえば
、946nmでのYb)場合には、薄型のレーザ材が第
2のレーザとして実用される。これは、高励起密度が効
率的な稼動のために必要である3準位レーザまたは上方
遷移レーザのような場合に特に有効である超高励起密度
に相当する。加うるに、ポンピング線の強さは第2のレ
ーザ材中ではほとんど変わらないので、ポンピングは非
常に均一である。
【0022】第2のレーザ材は、(1)部分的には、ポ
ンピングレーザに用いられる光学的レンズ、又は(2)
分離した構造、により定義される第2の空洞中にレーザ
発振するようになされる。(2)の方がより一般的であ
るが、2つの波長を分離する方法が必要であり、かつ、
2つの空洞を揃える必要がある。(1)の方ではシステ
ムの複雑さを減ずることができるが、2つのレーザ材が
分光学的に適合していなければならない。
ンピングレーザに用いられる光学的レンズ、又は(2)
分離した構造、により定義される第2の空洞中にレーザ
発振するようになされる。(2)の方がより一般的であ
るが、2つの波長を分離する方法が必要であり、かつ、
2つの空洞を揃える必要がある。(1)の方ではシステ
ムの複雑さを減ずることができるが、2つのレーザ材が
分光学的に適合していなければならない。
【0023】内部空洞ポンピング
本発明による内部空洞ポンピングの技術が図面に描かれ
ている。図1は、Yb増感Erガラスレーザ材(第2の
レーザ材、ガラス)12、これをポンプする輻射を発生
するレーザ材(第1のレーザ材)14(たとえば、Nd
:YLiF4又はNd:YLF)、及び、これをレンズ
15を通してポンプするレーザダイオード源16を備え
るレーザ装置10を示している。
ている。図1は、Yb増感Erガラスレーザ材(第2の
レーザ材、ガラス)12、これをポンプする輻射を発生
するレーザ材(第1のレーザ材)14(たとえば、Nd
:YLiF4又はNd:YLF)、及び、これをレンズ
15を通してポンプするレーザダイオード源16を備え
るレーザ装置10を示している。
【0025】レーザダイオード源16は、1つ以上の発
光ダイオード又はレーザダイオードを備えることができ
る。
光ダイオード又はレーザダイオードを備えることができ
る。
【0026】より好ましくは、レーザダイオード源16
は、ヒートシンクと結合した、約808nmの波長の光
を発するGaAlAsレーザダイオードアレイを備える
。ヒートシンクは受動的要因のものであるが、ヒートシ
ンクはレーザダイオードアレイを一定の温度に保つため
に熱電冷却器を備え、それゆえ、一定波長でのレーザダ
イオードアレイの最適稼動を確実とすることができる。
は、ヒートシンクと結合した、約808nmの波長の光
を発するGaAlAsレーザダイオードアレイを備える
。ヒートシンクは受動的要因のものであるが、ヒートシ
ンクはレーザダイオードアレイを一定の温度に保つため
に熱電冷却器を備え、それゆえ、一定波長でのレーザダ
イオードアレイの最適稼動を確実とすることができる。
【0027】稼動中には、レーザダイオード源16は適
当な電源に接続されてもよい。簡単のために、レーザダ
イオードアレイから電源への電気リード及び他の従来の
構成物は図面中には描かれていない。
当な電源に接続されてもよい。簡単のために、レーザダ
イオードアレイから電源への電気リード及び他の従来の
構成物は図面中には描かれていない。
【0028】レンズ15は、第1のレーザ材14に合焦
したポンピング輻射を与える。この合焦は、2つのレー
ザ材12及び14の強いポンピング強度及び高いフォト
ン変換効率を引き起こす。レンズ15は、屈折率勾配(
GRIN)レンズ、ボールレンズ、非球レンズ又は組合
せレンズのような従来の合焦手段のいずれかからなる。 しかし、従来の合焦手段は、本発明の本質的な要素では
ない。
したポンピング輻射を与える。この合焦は、2つのレー
ザ材12及び14の強いポンピング強度及び高いフォト
ン変換効率を引き起こす。レンズ15は、屈折率勾配(
GRIN)レンズ、ボールレンズ、非球レンズ又は組合
せレンズのような従来の合焦手段のいずれかからなる。 しかし、従来の合焦手段は、本発明の本質的な要素では
ない。
【0029】もしレーザダイオードがレーザダイオード
源16として用いられた場合、出力面すなわちレーザダ
イオード源の端部は、レンズ15を使うことなしに第1
のレーザ材14の入力表面と基部結合(butt−co
upling)の関係に置かれる。ここで基部結合とは
、レーザダイオード源16から発する光ポンピング輻射
の発散光線が、レーザ材中で本質的にただ1つの伝送モ
ードでのレーザ稼動(TEM00モード稼動)を行うよ
うにするために十分に小さな伝送断面積を有した第1の
レーザ材14中において1モード体積だけ光ポンプする
ような十分近い結合を意味する。
源16として用いられた場合、出力面すなわちレーザダ
イオード源の端部は、レンズ15を使うことなしに第1
のレーザ材14の入力表面と基部結合(butt−co
upling)の関係に置かれる。ここで基部結合とは
、レーザダイオード源16から発する光ポンピング輻射
の発散光線が、レーザ材中で本質的にただ1つの伝送モ
ードでのレーザ稼動(TEM00モード稼動)を行うよ
うにするために十分に小さな伝送断面積を有した第1の
レーザ材14中において1モード体積だけ光ポンプする
ような十分近い結合を意味する。
【0030】第1のレーザ材14としては、活性材及び
活性材がレーザ材の化学量論的成分である物質をドープ
されたガラス性及び結晶性の基材からなる群から選ばれ
る固体が好ましいが、これに限られるものではない。上
記活性材としては、クロム、チタン及び希土類金属のイ
オンが好ましいが、これに限られるものではない。具体
的には、第1のレーザ材14としては、ネオジムをドー
プしたYAG(イットリウムアルミニウムガーネットす
なわちY3 Al5 O12)すなわちNd:YAG、
ネオジムをドープしたYLiF4 (YLF)、ネオジ
ムをドープしたGd3 Ga5 O12(GGG)、ネ
オジムをドープしたGd3 Sc2 Ga3 O12(
GSGG)又はGd3 Sc2 Al3 O12(GS
AG)、ネオジム5リン酸、ネオジムアルミニウムホウ
酸塩(NAB)及びリチウムネオ4リン酸(LNP)が
好ましい。
活性材がレーザ材の化学量論的成分である物質をドープ
されたガラス性及び結晶性の基材からなる群から選ばれ
る固体が好ましいが、これに限られるものではない。上
記活性材としては、クロム、チタン及び希土類金属のイ
オンが好ましいが、これに限られるものではない。具体
的には、第1のレーザ材14としては、ネオジムをドー
プしたYAG(イットリウムアルミニウムガーネットす
なわちY3 Al5 O12)すなわちNd:YAG、
ネオジムをドープしたYLiF4 (YLF)、ネオジ
ムをドープしたGd3 Ga5 O12(GGG)、ネ
オジムをドープしたGd3 Sc2 Ga3 O12(
GSGG)又はGd3 Sc2 Al3 O12(GS
AG)、ネオジム5リン酸、ネオジムアルミニウムホウ
酸塩(NAB)及びリチウムネオ4リン酸(LNP)が
好ましい。
【0031】特に、ネオジムをドープしたYAGは、約
808nmの波長の光を発生するレーザダイオード源1
6と共に用いるのに適した第1のレーザ材である。この
波長の光でポンプされたとき、ネオジムをドープしたY
AGは、約1064nm又は約1320nmの波長を有
する光を発することができる。
808nmの波長の光を発生するレーザダイオード源1
6と共に用いるのに適した第1のレーザ材である。この
波長の光でポンプされたとき、ネオジムをドープしたY
AGは、約1064nm又は約1320nmの波長を有
する光を発することができる。
【0032】同じ空洞中に存在する2つのレーザ材を同
時に稼動することは、(1)ポンピングレーザ材14が
ポンプされるレーザ材12により発せられた波長に対し
てほぼ透明であり、(2)ポンプされるレーザ材12に
おけるポンピング波長での吸収がポンピングレーザ14
の最適出力結合に匹敵するすなわちほぼ等しく、かつ、
(3)いずれかのレーザ波長でのいずれかのレーザ材に
おける付加的な損失(たとえば、励起状態吸収(ESA
)による)がない場合は容易なことである。
時に稼動することは、(1)ポンピングレーザ材14が
ポンプされるレーザ材12により発せられた波長に対し
てほぼ透明であり、(2)ポンプされるレーザ材12に
おけるポンピング波長での吸収がポンピングレーザ14
の最適出力結合に匹敵するすなわちほぼ等しく、かつ、
(3)いずれかのレーザ波長でのいずれかのレーザ材に
おける付加的な損失(たとえば、励起状態吸収(ESA
)による)がない場合は容易なことである。
【0033】図1には、レンズ15を通して792nm
のレーザダイオード源16によりポンプされる、平面−
凸面型Nd:YLFレーザロッドである第1のレーザ材
14が描かれている。このロッド14の一端面(ここで
は左側の端面すなわち平坦面)14aは、1047nm
と1540nmとに対して高い反射率及び792nmに
対して高い透過率を有するように被覆され、右側の端面
すなわち凸端面14bは、1047nmと1540nm
とに対して非反射性を有するように被覆される。凸端面
14bの曲率半径は、ミラー端面12bと合同したとき
にレーザ空洞がおよそ100μmの半径のモードを有し
て形成されるように10mmに選ばれた。ロッドの長さ
は約3mmであった。
のレーザダイオード源16によりポンプされる、平面−
凸面型Nd:YLFレーザロッドである第1のレーザ材
14が描かれている。このロッド14の一端面(ここで
は左側の端面すなわち平坦面)14aは、1047nm
と1540nmとに対して高い反射率及び792nmに
対して高い透過率を有するように被覆され、右側の端面
すなわち凸端面14bは、1047nmと1540nm
とに対して非反射性を有するように被覆される。凸端面
14bの曲率半径は、ミラー端面12bと合同したとき
にレーザ空洞がおよそ100μmの半径のモードを有し
て形成されるように10mmに選ばれた。ロッドの長さ
は約3mmであった。
【0034】凸端面14bの向い側には、厚さが約0.
7mmで、凸端面14bに近接した面すなわち内側面が
、1047nm及び1540nmに対して非反射性を有
するように被覆されたエルビウム−イットリビウムリン
酸塩ガラスの小片である第2のレーザ材12が配置され
る。ガラスレーザ材12は被覆せずに空洞の縦方向軸に
対してブリュスター(Brewster)角だけ傾ける
か、又は、通常の入射エタロンとして被覆せずに挿入さ
れてもよい。これらは、それぞれ異なった色の二色性被
覆をすることを避ける手段である。
7mmで、凸端面14bに近接した面すなわち内側面が
、1047nm及び1540nmに対して非反射性を有
するように被覆されたエルビウム−イットリビウムリン
酸塩ガラスの小片である第2のレーザ材12が配置され
る。ガラスレーザ材12は被覆せずに空洞の縦方向軸に
対してブリュスター(Brewster)角だけ傾ける
か、又は、通常の入射エタロンとして被覆せずに挿入さ
れてもよい。これらは、それぞれ異なった色の二色性被
覆をすることを避ける手段である。
【0035】ガラスレーザ材12の厚さとイットリビウ
ムの濃度は、1047nmでの吸収が往復でおよそ2%
となるように選ばれる。当業者は、この程度の損失がN
d:YLFレーザ14の最適出力結合を実現するために
必要であると承認するであろう。この吸収損失により、
ネオジムレーザ14はより長波長へ遷移して稼動するこ
ととなる。Nd:YLFでは、これらの遷移はまだかな
りのYb吸収がなされる1071nm付近である。
ムの濃度は、1047nmでの吸収が往復でおよそ2%
となるように選ばれる。当業者は、この程度の損失がN
d:YLFレーザ14の最適出力結合を実現するために
必要であると承認するであろう。この吸収損失により、
ネオジムレーザ14はより長波長へ遷移して稼動するこ
ととなる。Nd:YLFでは、これらの遷移はまだかな
りのYb吸収がなされる1071nm付近である。
【0036】この波長でのポンピングを再最適化するた
めにガラスの長さの調整が必要となる。200mWレー
ザダイオード源16によりポンプされる最適出力結合さ
れた1047nmを出力するレーザ14は、典型的には
50mWのレーザを発生する。同様のパワーがガラスレ
ーザ材12に結合される。このことと、約8ミリ秒のエ
ルビウムの寿命、100μmのモード半径及びガラスレ
ーザ12中の約1mmの経路長を結び付けると、吸収さ
れるエネルギは約13J・cm−3であり、これは励起
した原子にして7×1019個・cm−3に相当する。 これはエルビウム原子の総密度にして0.7%に相当す
る。このことは、このようなガラスにおいて典型的な0
.3%から0.5%のエルビウム濃度の反転分布を実現
させるのに十分であることを示す。さらに、光線の径を
小さくすることで、より大きなポンピング密度が得られ
る。
めにガラスの長さの調整が必要となる。200mWレー
ザダイオード源16によりポンプされる最適出力結合さ
れた1047nmを出力するレーザ14は、典型的には
50mWのレーザを発生する。同様のパワーがガラスレ
ーザ材12に結合される。このことと、約8ミリ秒のエ
ルビウムの寿命、100μmのモード半径及びガラスレ
ーザ12中の約1mmの経路長を結び付けると、吸収さ
れるエネルギは約13J・cm−3であり、これは励起
した原子にして7×1019個・cm−3に相当する。 これはエルビウム原子の総密度にして0.7%に相当す
る。このことは、このようなガラスにおいて典型的な0
.3%から0.5%のエルビウム濃度の反転分布を実現
させるのに十分であることを示す。さらに、光線の径を
小さくすることで、より大きなポンピング密度が得られ
る。
【0037】このときの第2のレーザ材でのゲイン(利
得)はかなり小さなものである。1mm厚の0.7%エ
ルビウムガラス12を完全に反転分布させたときの往復
でのゲインは約10%である。マージン(A.G.Mu
rzin)その他による「イテルビウム−エルビウムガ
ラスのレーザ励起のいくつかの特徴」,Sov.J.Q
uantum Electronics, 15(
3),1985年3月,によると、飽和(satura
tion)、漂白(bleaching)及び上方遷移
などのために、実際に実現される反転分布は幾分低い程
度のものとなる。このように、レーザシステムは第2の
レーザ材12でのゲインが数%でも働くように設計され
なければならない。ゲインは、ポンピング強度及びレー
ザビームの照射されるエルビウム原子の数を増加させる
ことにより増加させることができる。エルビウム濃度及
び第1のレーザ材14の長さを調整することは、与えら
れたポンプ強度での最適状態を見いだすために必要とな
ろう。しかしながら、低ゲインレーザを配列する最大の
困難の1つがこの設計では取り除かれている。なぜなら
、2つのレーザは同じ空洞を有しかつ軸方向をそろえら
れるので、エルビウムレーザ12は自動的にポンピング
レーザ14の方向にそろえられるからである。
得)はかなり小さなものである。1mm厚の0.7%エ
ルビウムガラス12を完全に反転分布させたときの往復
でのゲインは約10%である。マージン(A.G.Mu
rzin)その他による「イテルビウム−エルビウムガ
ラスのレーザ励起のいくつかの特徴」,Sov.J.Q
uantum Electronics, 15(
3),1985年3月,によると、飽和(satura
tion)、漂白(bleaching)及び上方遷移
などのために、実際に実現される反転分布は幾分低い程
度のものとなる。このように、レーザシステムは第2の
レーザ材12でのゲインが数%でも働くように設計され
なければならない。ゲインは、ポンピング強度及びレー
ザビームの照射されるエルビウム原子の数を増加させる
ことにより増加させることができる。エルビウム濃度及
び第1のレーザ材14の長さを調整することは、与えら
れたポンプ強度での最適状態を見いだすために必要とな
ろう。しかしながら、低ゲインレーザを配列する最大の
困難の1つがこの設計では取り除かれている。なぜなら
、2つのレーザは同じ空洞を有しかつ軸方向をそろえら
れるので、エルビウムレーザ12は自動的にポンピング
レーザ14の方向にそろえられるからである。
【0038】ガラス12の右側面すなわち外側面12b
はミラーすなわち出力結合手段である。2波長で動作す
るレーザシステムにおいては、外側面12bは、104
7nmに対して高反射率及び1540nmに対しては若
干の透過率を有するように被覆された平坦なミラーであ
る。これによって約1540nmの連続波(conti
nuous wave:CW)が出力される。
はミラーすなわち出力結合手段である。2波長で動作す
るレーザシステムにおいては、外側面12bは、104
7nmに対して高反射率及び1540nmに対しては若
干の透過率を有するように被覆された平坦なミラーであ
る。これによって約1540nmの連続波(conti
nuous wave:CW)が出力される。
【0039】より品質の満足できるErガラスレーザ材
12は、Yb濃度が1.5×1021cm−3かつEr
濃度が5.0×1019cm−3であるリン酸塩ガラス
である。 この材は、1540nmの目に安全な波長を発振する3
準位レーザとして働く。このガラス中で、Yb吸収の波
長帯が大きいために、Nd:YLFレーザ14の104
7nm波長が弱吸収される。Ndレーザ波長での典型的
な吸収係数は、1047nmに対しては0.070cm
−1、及び、1064nmに対しては0.020cm−
1である。これと同様のガラスは市販されており、同じ
ような特性を有している。
12は、Yb濃度が1.5×1021cm−3かつEr
濃度が5.0×1019cm−3であるリン酸塩ガラス
である。 この材は、1540nmの目に安全な波長を発振する3
準位レーザとして働く。このガラス中で、Yb吸収の波
長帯が大きいために、Nd:YLFレーザ14の104
7nm波長が弱吸収される。Ndレーザ波長での典型的
な吸収係数は、1047nmに対しては0.070cm
−1、及び、1064nmに対しては0.020cm−
1である。これと同様のガラスは市販されており、同じ
ような特性を有している。
【0040】図1に示された装置10は、ガラス12中
でのYb吸収をNd:YLFレーザ14の出力結合とし
て用いている。レーザダイオード源16からの数百ミリ
ワットの出力によりポンプされるCW発振をするNd:
YLFレーザの場合、最適出力結合が約1%であること
を当業者は認めるだろう。上述のYb,Er:ガラスの
0.72mm厚の小片を空洞中に配置することでこの結
合に等しい吸収を実現できる。レーザ材(第2の吸収材
)12の好ましい厚さは、ガラス成分及びNdレーザ基
14の選択により変化する。上述のYb、Er:ガラス
12及び1064nmNd:YAGレーザ14を用いる
場合には、厚さ約2.5nmのリン酸塩ガラスの小片が
これと同じ効果を奏するであろう。Yb濃度のより高い
(吸収深さが浅い)ガラスも存在する。以下に述べる飽
和効果又はNdレーザがより長い波長で稼動する波長シ
フト(Yb吸収による)のために、実際の最適ガラス厚
は幾分変化する。
でのYb吸収をNd:YLFレーザ14の出力結合とし
て用いている。レーザダイオード源16からの数百ミリ
ワットの出力によりポンプされるCW発振をするNd:
YLFレーザの場合、最適出力結合が約1%であること
を当業者は認めるだろう。上述のYb,Er:ガラスの
0.72mm厚の小片を空洞中に配置することでこの結
合に等しい吸収を実現できる。レーザ材(第2の吸収材
)12の好ましい厚さは、ガラス成分及びNdレーザ基
14の選択により変化する。上述のYb、Er:ガラス
12及び1064nmNd:YAGレーザ14を用いる
場合には、厚さ約2.5nmのリン酸塩ガラスの小片が
これと同じ効果を奏するであろう。Yb濃度のより高い
(吸収深さが浅い)ガラスも存在する。以下に述べる飽
和効果又はNdレーザがより長い波長で稼動する波長シ
フト(Yb吸収による)のために、実際の最適ガラス厚
は幾分変化する。
【0041】Erレーザは3準位レーザであるので、レ
ーザダイオードポンピングに用いることは普通考えられ
ない。しかしながら、ここで述べられた内部空洞ポンピ
ングでは、少量の活性材が励起されるという効率の良さ
により、このようなシステムが特に望ましいものである
。非安定点近くまで引っ張ることにより、図1の空洞の
ガラスレーザ材12中に40μmのウエスト(W)の1
/e2 ビームが表れる。これは約80J/cm3 の
ポンプ密度である。また、これは効率的なCW稼動をす
るのに十分に大きな量である。
ーザダイオードポンピングに用いることは普通考えられ
ない。しかしながら、ここで述べられた内部空洞ポンピ
ングでは、少量の活性材が励起されるという効率の良さ
により、このようなシステムが特に望ましいものである
。非安定点近くまで引っ張ることにより、図1の空洞の
ガラスレーザ材12中に40μmのウエスト(W)の1
/e2 ビームが表れる。これは約80J/cm3 の
ポンプ密度である。また、これは効率的なCW稼動をす
るのに十分に大きな量である。
【0042】実際の稼動においては、ガラス中で漂白が
起こることが期待されるので、安定状態吸収が達成され
る。最適なガラス厚は、最適出力結合に等しい部分的飽
和吸収を与えるものである。実際には、これは、ガラス
厚及び出力結合の実験による変更が、最適なCW動作を
達成するために必要であることを意味する。
起こることが期待されるので、安定状態吸収が達成され
る。最適なガラス厚は、最適出力結合に等しい部分的飽
和吸収を与えるものである。実際には、これは、ガラス
厚及び出力結合の実験による変更が、最適なCW動作を
達成するために必要であることを意味する。
【0043】図1は、第1のレーザ14と第2のレーザ
12とが同じ空洞を分け合っているシステムを示してい
る。このシステムは、第1のレーザ14のポンピングレ
ーザ基材が、第2のレーザが稼動する波長に対して透明
であれば最もよい動作をする。これは、約1540nm
を発振するすべてのNdを含有した第1のレーザ材14
について自動的にあてはまるものではない。多くの基材
においては、 4I9/2 → 4I15/2吸収帯の
最高エネルギ遷移はこの波長近くで起こる。しかし、数
種の基材には、この波長を越えた短波長側での吸収端を
有するものが存在する。これには、Nd:YVO4 (
1582nmの吸収端、1065nmでレーザ発振)及
びNd:YLF(1555nmの吸収端、1047nm
でレーザ発振)が含まれる。両者共にダイオードでポン
プされる動作に優れている。
12とが同じ空洞を分け合っているシステムを示してい
る。このシステムは、第1のレーザ14のポンピングレ
ーザ基材が、第2のレーザが稼動する波長に対して透明
であれば最もよい動作をする。これは、約1540nm
を発振するすべてのNdを含有した第1のレーザ材14
について自動的にあてはまるものではない。多くの基材
においては、 4I9/2 → 4I15/2吸収帯の
最高エネルギ遷移はこの波長近くで起こる。しかし、数
種の基材には、この波長を越えた短波長側での吸収端を
有するものが存在する。これには、Nd:YVO4 (
1582nmの吸収端、1065nmでレーザ発振)及
びNd:YLF(1555nmの吸収端、1047nm
でレーザ発振)が含まれる。両者共にダイオードでポン
プされる動作に優れている。
【0044】第1のレーザ14のYLF材は、YAGの
ような他のレーザ基材に置き換えることができる。しか
し、2つの理由からYLFが好ましい。1つには、10
47nmという最も短い波長を発振するネオジムレーザ
材として現に存在しているからである。これはイッテル
ビウム吸収との重なりを最適化し、第2のレーザ材12
のポンピング効率を改善する。2つ目には、YLFは、
1.54μに対して透明であるという利点を有する。Y
AGのようなほとんど他のレーザ基材では、ネオジムの
4I9/2 及び 4I15/2の準位の分裂により
1.54μでいくらかの吸収があるが、YLFではこの
ような問題はさけられる。さらに、1.54μでネオジ
ムは認められるほどの励起状態吸収(ESA)を有しな
い。
ような他のレーザ基材に置き換えることができる。しか
し、2つの理由からYLFが好ましい。1つには、10
47nmという最も短い波長を発振するネオジムレーザ
材として現に存在しているからである。これはイッテル
ビウム吸収との重なりを最適化し、第2のレーザ材12
のポンピング効率を改善する。2つ目には、YLFは、
1.54μに対して透明であるという利点を有する。Y
AGのようなほとんど他のレーザ基材では、ネオジムの
4I9/2 及び 4I15/2の準位の分裂により
1.54μでいくらかの吸収があるが、YLFではこの
ような問題はさけられる。さらに、1.54μでネオジ
ムは認められるほどの励起状態吸収(ESA)を有しな
い。
【0045】最後に、Ndの 4I9/2 → 4I1
5/2吸収バンドはたいていの第1のレーザ材と比較し
ても特に弱いものである。よって、たとえ1540nm
で吸収の検出される基材(たとえば、Nd:YAG)中
においても、吸収損失は通常での材中の散乱損失よりも
かなり小さい。この材の組み合わせもESAの面で同様
に好ましい。おそらく1047nmで損失を有するであ
ろうErの 4I13/2→ 4I9/2 遷移は、レ
ーザ線よりもわずかに低いエネルギであろう。同様に、
Er発光は、潜在的に困難のあるNdの 4F3/2
→ 4G7/2 及び 4F3/2 → 4G7/2
の励起状態吸収の間に当たる。
5/2吸収バンドはたいていの第1のレーザ材と比較し
ても特に弱いものである。よって、たとえ1540nm
で吸収の検出される基材(たとえば、Nd:YAG)中
においても、吸収損失は通常での材中の散乱損失よりも
かなり小さい。この材の組み合わせもESAの面で同様
に好ましい。おそらく1047nmで損失を有するであ
ろうErの 4I13/2→ 4I9/2 遷移は、レ
ーザ線よりもわずかに低いエネルギであろう。同様に、
Er発光は、潜在的に困難のあるNdの 4F3/2
→ 4G7/2 及び 4F3/2 → 4G7/2
の励起状態吸収の間に当たる。
【0046】分離空洞
分離空洞についての具体例が図2から図7までに示され
ている。前に述べた、レーザダイオード源16及びレン
ズ15の使用、基部結合、好ましいレーザ材、最適出力
結合と同等な量の光輻射を吸収させる第2のレーザ材1
2の大きさ、各材のレーザ発振する波長において付加的
な損失のないこと、第2のレーザ材の成分及び第1のレ
ーザ材14の端面への被覆はここでも応用可能である。 空洞が分離された場合、第1のレーザ材14は、第2の
レーザ材12が発した波長に対して透明である必要がな
い。
ている。前に述べた、レーザダイオード源16及びレン
ズ15の使用、基部結合、好ましいレーザ材、最適出力
結合と同等な量の光輻射を吸収させる第2のレーザ材1
2の大きさ、各材のレーザ発振する波長において付加的
な損失のないこと、第2のレーザ材の成分及び第1のレ
ーザ材14の端面への被覆はここでも応用可能である。 空洞が分離された場合、第1のレーザ材14は、第2の
レーザ材12が発した波長に対して透明である必要がな
い。
【0047】図2の(A)と(B)は、2つのレーザ空
洞を分離した例を示している。
洞を分離した例を示している。
【0048】図2の(A)においては、第1のレーザ材
14(たとえば、Nd:YAG)の左端面14aは、8
08nmに対して高透過率及び1064nmと1540
nmに対しては高反射率を有するように被覆される。レ
ーザダイオード源(たとえば、図1に示された)は上記
左端面を808nmでポンプするために用いられる。右
端面14bは1064nmに対して非反射性を有するよ
うに被覆される。
14(たとえば、Nd:YAG)の左端面14aは、8
08nmに対して高透過率及び1064nmと1540
nmに対しては高反射率を有するように被覆される。レ
ーザダイオード源(たとえば、図1に示された)は上記
左端面を808nmでポンプするために用いられる。右
端面14bは1064nmに対して非反射性を有するよ
うに被覆される。
【0049】第2のレーザ材12(たとえば、Yb,E
r:リン酸塩ガラス)は、第1のレーザ材14と鏡出力
カプラ(mirror and output
coupler)20との間に配置される。第2のレー
ザ材12は、原型においては0.72mm厚であり、エ
タロンに形成されていた。第1のレーザ材14に近接し
た面12aは、1064nmに対して高透過率及び15
40nmに対して高反射率を有するように被覆される。 その反対の面12bは、1064nmに対して高反射率
及び1540nmに対して高透過率を有するように被覆
される。それによって、第1のレーザ材14の左端面1
4aと第2のレーザ材12の右側面12bは空洞すなわ
ち1064nmをレーザ発振する第1のレーザ材のレー
ザ共振器を形成する。
r:リン酸塩ガラス)は、第1のレーザ材14と鏡出力
カプラ(mirror and output
coupler)20との間に配置される。第2のレー
ザ材12は、原型においては0.72mm厚であり、エ
タロンに形成されていた。第1のレーザ材14に近接し
た面12aは、1064nmに対して高透過率及び15
40nmに対して高反射率を有するように被覆される。 その反対の面12bは、1064nmに対して高反射率
及び1540nmに対して高透過率を有するように被覆
される。それによって、第1のレーザ材14の左端面1
4aと第2のレーザ材12の右側面12bは空洞すなわ
ち1064nmをレーザ発振する第1のレーザ材のレー
ザ共振器を形成する。
【0050】鏡出力カプラ20は、1064nmに対し
て高反射率及び1540nmを光透過させるように被覆
される。それによって、Yb,Er:リン酸塩ガラス1
2の左端面12aと鏡出力カプラ20とが空洞すなわち
1540nmをレーザ発振するレーザ共振器を形成する
。1540nmの出力は、約500mWのレーザダイオ
ード入力に対して30mWであった。
て高反射率及び1540nmを光透過させるように被覆
される。それによって、Yb,Er:リン酸塩ガラス1
2の左端面12aと鏡出力カプラ20とが空洞すなわち
1540nmをレーザ発振するレーザ共振器を形成する
。1540nmの出力は、約500mWのレーザダイオ
ード入力に対して30mWであった。
【0051】ガラス12の2つの面12a、12bには
、2つの波長を区別するために高反射及び非反射の2種
類の被覆がなされる。しかし、こうした面を得ることは
実際には困難である。さらにこうした被覆は、上記2つ
の波長のどちらかの損失を非常に大きくする。それにも
かかわらず、図2の(A)に示された装置は、鏡出力カ
プラ20及び上記の被覆を用いて実用されている。
、2つの波長を区別するために高反射及び非反射の2種
類の被覆がなされる。しかし、こうした面を得ることは
実際には困難である。さらにこうした被覆は、上記2つ
の波長のどちらかの損失を非常に大きくする。それにも
かかわらず、図2の(A)に示された装置は、鏡出力カ
プラ20及び上記の被覆を用いて実用されている。
【0052】出力波長は、3nm以内の幅と5つの縦モ
ードを有した約1535nmに中心のあるものであり、
安定なCW稼動が得られた。最適な空洞設計ではスパイ
キング(spiking)は観測されなかった。ガラス
厚は約1mmであり、原型での空洞総長は約4インチで
あった。また、0.29ピッチのGRINレンズが合焦
に使用された。鏡20の曲率半径は50mmであり、第
1のレーザ材の発光面14bの曲率半径は20mmであ
った。第2のレーザ材12は、約12.5%のYbと0
.5%のErをドープされたショット(Schott)
LG−750ガラスであった。
ードを有した約1535nmに中心のあるものであり、
安定なCW稼動が得られた。最適な空洞設計ではスパイ
キング(spiking)は観測されなかった。ガラス
厚は約1mmであり、原型での空洞総長は約4インチで
あった。また、0.29ピッチのGRINレンズが合焦
に使用された。鏡20の曲率半径は50mmであり、第
1のレーザ材の発光面14bの曲率半径は20mmであ
った。第2のレーザ材12は、約12.5%のYbと0
.5%のErをドープされたショット(Schott)
LG−750ガラスであった。
【0053】鏡20の反射性被覆は、単一周波数稼動を
させるモードセレクタ(modeselector)に
置き換えてもよい。これは、たとえば、メタルフィルム
被覆又はエタロン反射器であってよい。他のモードセレ
クタとしては、非被覆エタロンやリオット(Lyot)
フィルタがある。これは図7に示されている。そのとき
エルビウムガラス12はブリュスター板として用いられ
る。
させるモードセレクタ(modeselector)に
置き換えてもよい。これは、たとえば、メタルフィルム
被覆又はエタロン反射器であってよい。他のモードセレ
クタとしては、非被覆エタロンやリオット(Lyot)
フィルタがある。これは図7に示されている。そのとき
エルビウムガラス12はブリュスター板として用いられ
る。
【0054】加うるに、数ミリメートル厚のクオーツ結
晶19の小片が、ブリュスター板の軸に対して45度の
角度で空洞中に配置される。クオーツ結晶19は、10
47nm及び1540nmの両方に対して全波板(fu
ll−wave plate)となるようにカットさ
れる。もし空洞が十分に小さければ(すなわち、モード
が十分に離れていれば)、単一モード稼動が1つ又は両
方の波長で行われるであろう。クオーツ結晶はブリュス
ター板としても用いられる。これは通常色素レーザにお
いて用いられるような従来の複屈折フィルタとして機能
する。
晶19の小片が、ブリュスター板の軸に対して45度の
角度で空洞中に配置される。クオーツ結晶19は、10
47nm及び1540nmの両方に対して全波板(fu
ll−wave plate)となるようにカットさ
れる。もし空洞が十分に小さければ(すなわち、モード
が十分に離れていれば)、単一モード稼動が1つ又は両
方の波長で行われるであろう。クオーツ結晶はブリュス
ター板としても用いられる。これは通常色素レーザにお
いて用いられるような従来の複屈折フィルタとして機能
する。
【0055】本発明のその他の具体例が図2の(B)と
(C)及び図3から図7に示されている。そのそれぞれ
において、レーザ材14を利用したレーザ光の経路が破
線で示されている。図2の(B)においては、二色性反
射器22が2つのレーザ周波数を分離するために使われ
る。この例においては、二色性偏光器を二色性反射器2
2の替わりに用いることもできる。
(C)及び図3から図7に示されている。そのそれぞれ
において、レーザ材14を利用したレーザ光の経路が破
線で示されている。図2の(B)においては、二色性反
射器22が2つのレーザ周波数を分離するために使われ
る。この例においては、二色性偏光器を二色性反射器2
2の替わりに用いることもできる。
【0056】2つのレーザ材12、14からのレーザ光
を分離する他の方法としては、波長又は偏光を用いるも
のがある。これらの方法は図2の(C)及び図3から図
6に示されている。これらの方法は上述した例のような
単純さはないものであるが、空洞での損失が少ないもの
である。
を分離する他の方法としては、波長又は偏光を用いるも
のがある。これらの方法は図2の(C)及び図3から図
6に示されている。これらの方法は上述した例のような
単純さはないものであるが、空洞での損失が少ないもの
である。
【0057】特に、図2の(C)では、ブリュスタープ
リズムのようなプリズム24が2つのビームをその波長
によって分離するために用いられる。これは、その2つ
のレーザの波長がかなり離れており、かつ、それらが同
じ偏光で出力されるときにうまく機能する。空洞配置が
波長に依存するために、ポンピングレーザ空洞(その光
路が破線で示されている)を、この図のように配列する
ことが難しい。しかし、このために、ポンピングレーザ
を最も強い遷移以外の波長に合わせることができるので
、この図の配列が有効となることがある。
リズムのようなプリズム24が2つのビームをその波長
によって分離するために用いられる。これは、その2つ
のレーザの波長がかなり離れており、かつ、それらが同
じ偏光で出力されるときにうまく機能する。空洞配置が
波長に依存するために、ポンピングレーザ空洞(その光
路が破線で示されている)を、この図のように配列する
ことが難しい。しかし、このために、ポンピングレーザ
を最も強い遷移以外の波長に合わせることができるので
、この図の配列が有効となることがある。
【0058】図3及び図4では、2つのレーザ光線を分
離するための偏光プリズムとして、他のタイプのものが
示されている。図3ではグラン(Glan)プリズム2
6が用いられ、図4ではウォラストン(Wollast
on)プリズム28が用いられている。これらの設計は
比較的単純なものであるが、現在の技術では低損失プリ
ズムを得ることは難しい。
離するための偏光プリズムとして、他のタイプのものが
示されている。図3ではグラン(Glan)プリズム2
6が用いられ、図4ではウォラストン(Wollast
on)プリズム28が用いられている。これらの設計は
比較的単純なものであるが、現在の技術では低損失プリ
ズムを得ることは難しい。
【0059】図5及び図6では、複屈折結晶30、32
が、それぞれ2つのレーザビームを分離するために用い
られている。この例は、簡単で低損失であるが、各構成
成分の配置が大きく制限される。
が、それぞれ2つのレーザビームを分離するために用い
られている。この例は、簡単で低損失であるが、各構成
成分の配置が大きく制限される。
【0060】図5には、複屈折結晶30からの正常光線
「o」と異常光線「e」が描かれている。異常光線「e
」は、レーザ軸から離れて配置された鏡35で反射され
る。図6では、空間的に変化する被覆34を表面に有す
る平坦かつ平行であるNd:YLF14と共に曲面を有
する方解石32が用いられている。上記空間的に変化す
る被覆は、マスクされ非反射性の被覆をされたNd:Y
LFに反射性の被覆をすることで得ることもできる。上
記方解石の曲率は、ガラス12中の2つのビームのウエ
ストがそろえられるようになされる。よって、図6に示
された空洞は、図1のものと非常に関連したものである
。ポンピングレーザがこの空洞で稼動するようにされる
と、第1のレーザ材14(たとえば、Nd:YLF)を
適正な表面にするのに必要なことは、各レーザ光路が2
つの周波数稼動をするように配列することだけである。
「o」と異常光線「e」が描かれている。異常光線「e
」は、レーザ軸から離れて配置された鏡35で反射され
る。図6では、空間的に変化する被覆34を表面に有す
る平坦かつ平行であるNd:YLF14と共に曲面を有
する方解石32が用いられている。上記空間的に変化す
る被覆は、マスクされ非反射性の被覆をされたNd:Y
LFに反射性の被覆をすることで得ることもできる。上
記方解石の曲率は、ガラス12中の2つのビームのウエ
ストがそろえられるようになされる。よって、図6に示
された空洞は、図1のものと非常に関連したものである
。ポンピングレーザがこの空洞で稼動するようにされる
と、第1のレーザ材14(たとえば、Nd:YLF)を
適正な表面にするのに必要なことは、各レーザ光路が2
つの周波数稼動をするように配列することだけである。
【0061】一般的にいって、図2から図6に示された
技術は、図1に示された単一空洞技術よりも配列の点で
困難なものである。これらの場合には、第2のレーザの
モード体積を、第2のレーザ基材中のポンプされる個所
に重ねる必要がある。しかし、これは、ポンプされない
領域で大きな損失のあるシステムを除けば、典型的なレ
ーザダイオードでポンプされる固体レーザを配列するこ
とよりも困難ではない。これらの場合には、2つのレー
ザ間に適当なモードの重なりがあることが重要である。
技術は、図1に示された単一空洞技術よりも配列の点で
困難なものである。これらの場合には、第2のレーザの
モード体積を、第2のレーザ基材中のポンプされる個所
に重ねる必要がある。しかし、これは、ポンプされない
領域で大きな損失のあるシステムを除けば、典型的なレ
ーザダイオードでポンプされる固体レーザを配列するこ
とよりも困難ではない。これらの場合には、2つのレー
ザ間に適当なモードの重なりがあることが重要である。
【0062】図8には、もう一つのレーザシステム40
が示されている。このシステム40は、外部(第1の)
レーザ41、アイソレータ42、レンズ15、反射性被
覆12a及びミラー20を備え、出力波長でレーザ発振
をするレーザ材12のレーザ空洞すなわち共振器を形成
する。
が示されている。このシステム40は、外部(第1の)
レーザ41、アイソレータ42、レンズ15、反射性被
覆12a及びミラー20を備え、出力波長でレーザ発振
をするレーザ材12のレーザ空洞すなわち共振器を形成
する。
【0063】第1のレーザ41は、単一縦モードで稼動
するようになされる。第1のレーザ41は、たとえば、
レーザダイオード又はダイオードポンプされる固体レー
ザであってよい。図示のように第1のレーザ41の出力
は、アイソレータ42を経てモード−マッチング(mo
de−matching)レンズ15に入射する。レン
ズ15は、入射されたレーザビームの適正な空間的重な
りと、反射性被覆12a及びミラー20により形成され
た空洞の基本的空間モードとを保証するために用いられ
る。焦電素子(光線分離器43及び制御回路44からの
フィードバックにより制御される)42で空洞の長さを
調節することにより、空洞は入射レーザビームと共振さ
せることができる。これにより、内部空洞の強度は外部
レーザ41の空洞と同じかそれ以上となる。
するようになされる。第1のレーザ41は、たとえば、
レーザダイオード又はダイオードポンプされる固体レー
ザであってよい。図示のように第1のレーザ41の出力
は、アイソレータ42を経てモード−マッチング(mo
de−matching)レンズ15に入射する。レン
ズ15は、入射されたレーザビームの適正な空間的重な
りと、反射性被覆12a及びミラー20により形成され
た空洞の基本的空間モードとを保証するために用いられ
る。焦電素子(光線分離器43及び制御回路44からの
フィードバックにより制御される)42で空洞の長さを
調節することにより、空洞は入射レーザビームと共振さ
せることができる。これにより、内部空洞の強度は外部
レーザ41の空洞と同じかそれ以上となる。
【0064】共振を達成するための調節技術としては、
空洞長の電気光学的調節及び入射レーザを安定にする外
部空間の使用を含んだ外部空間共振2倍化と共に上記の
ものを含む。共振器中に信号を入射することの問題点は
、シーグマン(siegman)のレーザ(1988)
、という教科書中で議論されている。
空洞長の電気光学的調節及び入射レーザを安定にする外
部空間の使用を含んだ外部空間共振2倍化と共に上記の
ものを含む。共振器中に信号を入射することの問題点は
、シーグマン(siegman)のレーザ(1988)
、という教科書中で議論されている。
【0065】外部共振器の出力結合は、上述のものと同
じように、吸収材12(たとえば、イッテルビウム増感
エルビウムドープリン酸塩ガラス)により供給される。 反射性被覆12a及びミラー20は、材12のレーザ波
長(たとえば、1.54μm)に対して反射性を有する
。空洞を形成するミラー20及び被覆12aの必要条件
は、2つのレーザ空洞のある上述の具体例と同様である
。
じように、吸収材12(たとえば、イッテルビウム増感
エルビウムドープリン酸塩ガラス)により供給される。 反射性被覆12a及びミラー20は、材12のレーザ波
長(たとえば、1.54μm)に対して反射性を有する
。空洞を形成するミラー20及び被覆12aの必要条件
は、2つのレーザ空洞のある上述の具体例と同様である
。
【0066】図8の装置を用いることの主な利点は、ポ
ンピングレーザと内部空洞損失との相互作用を最小化で
きることである。ポンピングレーザは最適出力となるよ
うに配置される。たとえば、リオットフィルタ(図7参
照)のような大きな出力結合(損失の大きな内部空洞要
素)が、効率的な単一周波数稼動を達成するために加え
られることができる。ミラー20と反射性被覆12aと
により形成された共振器は、好ましい過程が実現される
ように独立に最適化される。
ンピングレーザと内部空洞損失との相互作用を最小化で
きることである。ポンピングレーザは最適出力となるよ
うに配置される。たとえば、リオットフィルタ(図7参
照)のような大きな出力結合(損失の大きな内部空洞要
素)が、効率的な単一周波数稼動を達成するために加え
られることができる。ミラー20と反射性被覆12aと
により形成された共振器は、好ましい過程が実現される
ように独立に最適化される。
【0067】効率的なモード結合のための条件は限定的
なものであり、単なる内部空洞技術だけではなくより正
確な調節が要求されるものである。このように、外部共
振器レーザシステムは、内部空洞ポンプレーザシステム
よりも典型的にはより手間のかかるものである。
なものであり、単なる内部空洞技術だけではなくより正
確な調節が要求されるものである。このように、外部共
振器レーザシステムは、内部空洞ポンプレーザシステム
よりも典型的にはより手間のかかるものである。
【0068】しかし、内部空洞ポンピングが実用として
用いられない場合(半導体レーザがポンプビームとして
用いられたとき)もある。こうした場合には、図8の装
置を用いることが有効である。単純な内部空洞2倍化で
は、ポンピングレーザとしてダイオードレーザを用いる
ことができない(なぜなら、ゲイン媒質の固有の損失が
強い内部空洞場の形成を妨げるから)。外部空洞により
、損失があるにもかかわらず大きな内部空洞強度を達成
する手段が提供される。
用いられない場合(半導体レーザがポンプビームとして
用いられたとき)もある。こうした場合には、図8の装
置を用いることが有効である。単純な内部空洞2倍化で
は、ポンピングレーザとしてダイオードレーザを用いる
ことができない(なぜなら、ゲイン媒質の固有の損失が
強い内部空洞場の形成を妨げるから)。外部空洞により
、損失があるにもかかわらず大きな内部空洞強度を達成
する手段が提供される。
【0069】ここで述べられた内部空洞ポンピングの技
術は、内部空洞2倍化の技術と概念的には同じである。 両方の場合共に、比較的弱い相互作用が、レーザ空洞中
の大きな光強度によって効率的に開発された。内部空洞
2倍化過程は位相に関する過程であるので複雑である。 異常なフィードバック効果及び不安定性が、第2高調波
を基底波に変換する光パラメトリック過程により起こる
。こういった過程は弱吸収材中では起こらず、内部空洞
2倍素子を悩ます不安定性及びノイズも起こらない。
術は、内部空洞2倍化の技術と概念的には同じである。 両方の場合共に、比較的弱い相互作用が、レーザ空洞中
の大きな光強度によって効率的に開発された。内部空洞
2倍化過程は位相に関する過程であるので複雑である。 異常なフィードバック効果及び不安定性が、第2高調波
を基底波に変換する光パラメトリック過程により起こる
。こういった過程は弱吸収材中では起こらず、内部空洞
2倍素子を悩ます不安定性及びノイズも起こらない。
【0070】以上の説明から、当業者にとっては種々の
設計変更が可能となる。たとえば、Er,Ho及びTm
からの可視光放射を増感するYbを用いる上方遷移レー
ザを用いることもできる。Nd:YLFは551.5n
mのH。遷移の両方及び670.9nmのEr線に対し
て比較的透明であるので、図1に示されたものと同じ空
洞がこのために用いることができる。しかしながら、基
底状態又は励起状態吸収は1つ以上のこれらレーザの稼
動を妨げるものではないということは決して確実ではな
い。このようなときは、図2から図6に示された空洞の
一つが有効となるであろう。
設計変更が可能となる。たとえば、Er,Ho及びTm
からの可視光放射を増感するYbを用いる上方遷移レー
ザを用いることもできる。Nd:YLFは551.5n
mのH。遷移の両方及び670.9nmのEr線に対し
て比較的透明であるので、図1に示されたものと同じ空
洞がこのために用いることができる。しかしながら、基
底状態又は励起状態吸収は1つ以上のこれらレーザの稼
動を妨げるものではないということは決して確実ではな
い。このようなときは、図2から図6に示された空洞の
一つが有効となるであろう。
【0071】図2から図7に示されたレーザはポンピン
グ様式に影響を与えないような様々な変更が可能である
。たとえば、レーザ空洞中に要素を追加して配置するこ
とにより、Qスイッチ、モードロック又はモードセレク
タが可能となる。また、上述の具体例は変更をされると
異なった利点を有するものである。たとえば、図2の(
A)に示された空洞は、レーザロッドの平行面に関連し
たエタロン効果のためにモードロックには適さない。 図2の(A)に示された空洞をQスイッチ化したものは
、表面12bの近くのビームを横切る単純なチョッパー
ウィール(chopper−wheel)Qスイッチを
用いて実用化される。
グ様式に影響を与えないような様々な変更が可能である
。たとえば、レーザ空洞中に要素を追加して配置するこ
とにより、Qスイッチ、モードロック又はモードセレク
タが可能となる。また、上述の具体例は変更をされると
異なった利点を有するものである。たとえば、図2の(
A)に示された空洞は、レーザロッドの平行面に関連し
たエタロン効果のためにモードロックには適さない。 図2の(A)に示された空洞をQスイッチ化したものは
、表面12bの近くのビームを横切る単純なチョッパー
ウィール(chopper−wheel)Qスイッチを
用いて実用化される。
【0072】このように数々の設計変更が特許請求の範
囲の記載に基づいてなされる。もちろん、特許請求の範
囲はこういった設計変更を含んだものとなっている。
囲の記載に基づいてなされる。もちろん、特許請求の範
囲はこういった設計変更を含んだものとなっている。
【0073】
【発明の効果】本発明により、励起のしきい値が低くコ
ンパクトで、かつ効率の良い、弱吸収材を用いたレーザ
システムを提供することができる。
ンパクトで、かつ効率の良い、弱吸収材を用いたレーザ
システムを提供することができる。
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す図である。
【図3】本発明のもうひとつの実施例を示す図である。
【図4】本発明のもうひとつの実施例を示す図である。
【図5】本発明のもうひとつの実施例を示す図である。
【図6】本発明のもうひとつの実施例を示す図である。
【図7】本発明のもうひとつの実施例を示す図である。
【図8】本発明のもうひとつの実施例を示す図である。
12 レーザ材
14 レーザ材
15 レンズ
16 レーザダイオード手段
Claims (26)
- 【請求項1】第1のレーザ空洞と、上記第1のレーザ空
洞中に配置され、第1のレーザ波長の光輻射をレーザ発
振する第1のレーザ材と、上記第1のレーザ材からの上
記光輻射によりポンプされ、上記第1のレーザ波長の光
輻射を上記第1のレーザ材からの上記光輻射への最適な
出力結合と同等の量だけ吸収し、かつ、第2のレーザ波
長でレーザ発振する第2のレーザ材とを備え、上記第1
のレーザ材及び上記第2のレーザ材は、上記第1のレー
ザ波長及び上記第2のレーザ波長における励起状態吸収
による損失が最小となるような材であるレーザ装置。 - 【請求項2】上記第1のレーザ材がダイオードポンピン
グ手段によりポンプされることのできる材から選ばれた
ものである請求項1記載の装置。 - 【請求項3】上記第2のレーザ材が上記第1のレーザ空
洞中に配置され、上記第1のレーザ材が上記第2のレー
ザ波長に対して本質的に透明である請求項1記載の装置
。 - 【請求項4】上記第2のレーザ材が、イッテルビウムを
0.01重量%から15重量%、及び、エルビウムとホ
ルミウムとツリウムとからなる群から選ばれた材を0.
01重量%から1.0重量%含む希土類ガラスを備える
請求項1記載の装置。 - 【請求項5】上記第2のレーザ材が第2のレーザ空洞中
に配置され、かつ、上記第1の波長の光輻射を上記第2
の波長の光輻射と上記光輻射の波長で分離する波長分離
手段を用いて上記第1のレーザ空洞とポンピングによっ
て結合されている請求項1記載の装置。 - 【請求項6】上記波長分離手段が二色性反射器手段及び
屈折力を有するプリズム手段からなる群から選ばれる請
求項5記載の装置。 - 【請求項7】上記第2のレーザ材が第2のレーザ空洞中
に配置され、かつ、上記第2の波長の光輻射を上記光輻
射の偏光で分離する偏光分離手段を用いて上記第1のレ
ーザ空洞とポンピングによって結合されている請求項1
記載の装置。 - 【請求項8】上記偏光分離手段が、二色性偏光手段、グ
ランプリズム手段、ブリュスタープリズム手段及びウォ
ーラストンプリズム手段からなる群から選ばれる請求項
7記載の装置。 - 【請求項9】上記第2のレーザ材が第1及び第2の対向
する平行平坦面を有する1ミリメートル以下の厚さの希
土類増感ガラスを備え、上記第1の面は上記第1のレー
ザ波長に対して高い透過率及び上記第2のレーザ波長に
対して高い反射率を有するような被覆手段を備えており
、上記第2の面は上記第2のレーザ波長に対して高い透
過率及び上記第1のレーザ波長に対して高い反射率を有
するような被覆手段を備えている請求項1記載の装置。 - 【請求項10】上記第2のレーザ材が上記第1のレーザ
空洞中でかつ第2のレーザ空洞中に配置され、さらに、
上記第1のレーザ空洞中でかつ上記第2のレーザ空洞中
に配置されており上記第2のレーザ波長の光輻射を上記
第1のレーザ波長の光輻射と実質的に分離する複屈折結
晶手段を用いて上記第1のレーザ波長の上記光輻射とポ
ンピングによって結合されている請求項1記載の装置。 - 【請求項11】上記第1のレーザ空洞がミラーを備えて
おり、上記第2のレーザ材が上記ミラーと上記第1のレ
ーザ材の間に配置され、上記第2のレーザ空洞を形成す
る手段が、上記第1のレーザ材に備えられており上記第
2のレーザ波長に対して高い反射率を有している濃度が
空間的に変化するマルチ被覆手段と、上記第2のレーザ
材と上記マルチ被覆手段との間に配置され、かつ、上記
ミラーと上記マルチ被覆手段との間において上記第2の
レーザ波長のレーザビームをレーザ発振するように置か
れている上記複屈折結晶手段とを備える請求項10記載
の装置。 - 【請求項12】上記第1のレーザ空洞は光反射手段を備
え、上記第2のレーザ材は上記光反射手段と上記第1の
レーザ材との間に配置され、上記第2のレーザ空洞を形
成する手段は、上記光反射手段の方向を向いたミラーと
、上記第1のレーザ波長の光輻射が上記複屈折結晶手段
中であってかつ上記ミラーと光反射手段の間を通過した
ときに形成される正常光線及び異常光線のうちの一方に
上記第1の光輻射が偏光され上記第2の光輻射が正常光
線及び異常光線のうちのもう一方に偏光されるように上
記ミラーと上記光反射手段との間に挿入され、さらに、
上記第2のレーザ波長の光を上記ミラーに反射するよう
に配置された上記複屈折結晶手段とを備える請求項10
記載の装置。 - 【請求項13】上記複屈折結晶手段が、方解石、LiN
bO3 及びTiO2 からなる群から選ばれる請求項
10記載の装置。 - 【請求項14】a)第1の光学的空洞を備え、この第1
の光学的空洞中にあってダイオードポンピング手段によ
り片面をポンプされ第1の波長のレーザ光を光路に沿っ
て放射する第1のレーザ材を有する第1のレーザ手段と
、 b)上記第1のレーザ材からの上記レーザ光を上記第1
のレーザ手段の最適出力結合と一般的にはほぼ同等な量
だけ吸収するのに十分に厚い増感された第2のレーザ材
から形成され、上記第1のレーザ手段からの上記レーザ
光を入射される第1の面とこの第1の面の反対側の面で
ある第2の面とを有し、これらの面が上記光路に対して
垂直であるエタロンと、 c)上記光路と同じ軸を有し、上記増感された第2のレ
ーザ材が第2の波長でレーザ発振するために最小限の部
分のレーザ空洞を形成し、上記第1及び第2のレーザ材
が上記第1の波長及び上記第2の波長における損失が最
小となるような空洞手段、とを備えるレーザシステム。 - 【請求項15】上記増感された第2のレーザ材がYb増
感Erガラスであり、上記エタロンが1ミリメートル以
下の厚さである請求項14記載のシステム。 - 【請求項16】上記エタロンは上記第1の光学的空洞中
に配置されており、上記空洞手段は、上記エタロンの上
記第1の面が上記第2の波長に対して高い反射率及び上
記第1の波長に対して高い透過率を有するような被覆を
備えた請求項15記載のシステム。 - 【請求項17】上記エタロンの上記第2の面が上記第1
の波長に対して高い反射率及び上記第2の波長に対して
高い透過率を有するように被覆されており、上記空洞手
段が上記第2の波長の光を上記エタロンの第2の面へ向
けて反射するミラーを備える請求項16記載のシステム
。 - 【請求項18】上記増感された第2のレーザ材が、2つ
の対向した面を持った1ミリメートル以下の厚さのエタ
ロンに形成されたYb,Er:リン酸塩ガラスであり、
上記空洞手段は上記第2の波長に対して高い反射率を有
するように上記第1の面が被覆され、かつ、上記第1の
波長及び上記第2の波長に対して高い反射率を有するミ
ラーを備えた請求項14記載のシステム。 - 【請求項19】上記第1の面が上記第1の波長に対して
高い透過率を有するような被覆を備えており、上記第2
の面が上記第2の波長に対して高い透過率を有するよう
な被覆を備えている請求項18記載のシステム。 - 【請求項20】a)YAG、YVO4 及びYLFから
なる群から選ばれ、レーザ空洞中に配置され、レーザダ
イオード源によりポンプされてレーザ光を発し、所定波
長の光に対して実質的に透明である平面−凸面結晶と、
b)上記空洞中に配置され、上記結晶の上記凸面からの
上記レーザ光を上記結晶の最適出力結合に近い量だけ吸
収し、上記所定の波長でレーザ光を発振し、Yb及びE
rからなる群から選ばれた希土類を少なくとも一つ含み
、上記結晶に近接して配置された面である第1の面及び
その反対側の面である第2の面を有する比較的薄厚の増
感リン酸ガラスレーザ材とを備えており、上記結晶の上
記平面及び上記ガラスの上記第2の面が上記レーザ光に
対して高い反射率を有するように被覆され、上記結晶の
上記凸面及び上記ガラスの上記第1の面が上記レーザ光
に対して非反射性を有するように被覆され、上記ガラス
の上記第1の面が上記所定の波長に対して高い反射率を
有するように被覆され、上記ガラスの第2の面が上記所
定の波長を反射するように被覆されることを特徴とする
固体レーザシステム。 - 【請求項21】 a)第1の波長での出力を有するレーザ源と、b)第2
の波長及び上記第1の波長の光を反射する出力カプラと
、上記ミラーと上記源との間に配置され、上記源からの
上記レーザ光を上記源の最適出力結合とほぼ同じ量だけ
吸収し、上記第2の波長でレーザ光を発振し、上記源の
方向を向いた第1の面を有し、かつ、上記出力カプラの
方向を向いた第2の面を有する比較的薄厚の増感ガラス
レーザ材と、上記源に近接し、上記第1の波長及び上記
第2の波長の光を上記第1の面に反射する手段、とを備
えるレーザ空洞、とを備えるレーザシステム。 - 【請求項22】上記源は、上記源の上記出力を受け取り
、上記出力を上記レーザ材の上記第1の面に伝送する光
学的なアイソレータを有する請求項21記載のレーザシ
ステム。 - 【請求項23】上記レーザ空洞は、上記出力カプラを上
記ガラスレーザ材の上記第2の面から遠ざけたり近づけ
たりするための手段を有する請求項22記載のレーザシ
ステム。 - 【請求項24】a)第1のレーザ波長及び第2のレーザ
波長での励起状態吸収による損失が最小となるような第
1及び第2のレーザ材を選び、 b)次に、上記第1のレーザ材が上記第1のレーザ波長
のレーザ光を発振するように、上記第1のレーザ材を第
1の空洞中に配置し、 c)次に、上記第1のレーザ材からの上記光への最適出
力結合と同量だけ上記第1の波長の光を吸収するように
、上記第1のレーザ材からのレーザ光で上記第2のレー
ザ材をポンピングすることによって上記第2の波長の光
を発振する、という段階を備えた弱吸収レーザ材をポン
ピングする方法。 - 【請求項25】上記第2のレーザ材は上記第1のレーザ
空洞中に配置され、上記のa)段階は上記第1のレーザ
材が上記第2の波長の光に対して実質的に透明となるよ
うに選ぶということを含む請求項24記載の方法。 - 【請求項26】上記第2のレーザ材は第2のレーザ空洞
中に配置され、上記のc)段階は、上記第2のレーザ材
を上記第1の波長の上記光にポンピング結合し、かつ、
上記第2の波長の光を上記第1の波長の光と上記光の偏
光及び波長のどちらか一つの特性で実質的に分離する段
階を含む請求項24記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US52399190A | 1990-05-16 | 1990-05-16 | |
US523,991 | 1990-05-16 | ||
US55156990A | 1990-07-11 | 1990-07-11 | |
US551,569 | 1990-07-11 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04229690A true JPH04229690A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=27061342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14112091A Pending JPH04229690A (ja) | 1990-05-16 | 1991-05-16 | 弱吸収レーザ材をポンピングするための装置及び方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0457523B1 (ja) |
JP (1) | JPH04229690A (ja) |
DE (1) | DE69127315T2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH06125130A (ja) * | 1992-08-27 | 1994-05-06 | Nec Corp | レーザ発振装置 |
JPH06216455A (ja) * | 1993-01-13 | 1994-08-05 | Nec Corp | レーザ発振装置 |
JP2009522799A (ja) * | 2006-01-04 | 2009-06-11 | オッキウス | 閾値が低減されたレーザー装置 |
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WO2024047442A1 (en) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | Pavilion Integration Corporation | A laser with no anti-reflection coating for the lasing wavelength |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH0652814B2 (ja) * | 1987-07-27 | 1994-07-06 | シャープ株式会社 | 光ファイバ−通信装置 |
-
1991
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