JPH04320383A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ励起固体レーザ装置

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JPH04320383A
JPH04320383A JP11384891A JP11384891A JPH04320383A JP H04320383 A JPH04320383 A JP H04320383A JP 11384891 A JP11384891 A JP 11384891A JP 11384891 A JP11384891 A JP 11384891A JP H04320383 A JPH04320383 A JP H04320383A
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JP
Japan
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semiconductor laser
lens
state laser
solid
optical fiber
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JP11384891A
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Fumei Fumei
浩文 今井
哲 山口
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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
    • H01S3/094049Guiding of the pump light
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    • HELECTRICITY
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    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

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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】
【0001】
【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装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来技術】半導体レーザを励起光源として用いた固体
レーザが、高効率、長寿命、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(
例えば、特開昭58−52889号など参照)では、固
体レーザの発振の空間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。高出力化のた
め、複数の半導体レーザを励起光源として、中でも効率
の良い端面励起方式の励起光源として用いるには、励起
する箇所を複数にして多端面励起とするか(例えば、実
開平2−92959号公報など参照)、半導体レーザ光
を別々の光ファイバーに導光して、各々の光ファイバー
からの出射光を集光して、固体レーザ素子を端面励起す
る方式がある(例えば、特開平2−185082号公報
など参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ励起固体
レーザの高出力化のためには、励起用の半導体レーザを
高出力化する必要がある。しかし、単一の半導体レーザ
では数Wレベルに出力の限界があり、これ以上の出力を
得るには、複数の半導体レーザを使う必要がある。先端
を密に束ねた複数の光ファイバーに複数の半導体レーザ
光を導光する光ファイバーバンドル方式は、細い光ファ
イバーを使用してバンドル径を小さくしなければ、レン
ズで集光し細く絞って効果的に固体レーザ素子を端面励
起することができない。細い光ファイバーを用いること
により、光結合効率は必然的に低くなる。そのうえ、光
ファイバーバンドルからの出射光を光ファイバーバンド
ルの実像をつくるような集光方式で固体レーザ素子に集
光すると集光点において固体レーザ素子の不均一な熱歪
が生じ、固体レーザ光のビーム形状に光ファイバーバン
ドルの形状が現れるなど良い品質の固体レーザ光が得ら
れなくなる欠点がある。
【0004】一方、複数の光ファイバーの先端を密に束
ねることをやめ、各々の光ファイバーからの出射光を一
旦コリメートしてから一括して集光レンズで集光する場
合、半導体レーザは、およそ200μm程度の大きさを
持つ線光源であるため、光ファイバー結合方式において
、高い光結合効率を実現するためには、コア径400μ
m程度の比較的太い光ファイバーを用いる必要がある。 これからの出射光をコリメートするためには、焦点距離
15mm程度のレンズが必要になる。ところが、この程
度の焦点距離を持つレンズの直径は20mm程度はある
ので、多数の光ファイバー出射光を各々コリメートする
ため、光ファイバーの数だけレンズが必要であることを
考えると、例えば、3組横に並べただけで60mm以上
になってしまい、高集積化を図ることが困難となる。こ
れは、集積化によって高出力化を図るという光ファイバ
ー方式の利点そのものを損なうことになる。
【0005】本発明は、かかる状況に鑑みてなされたも
ので、複数の半導体レーザ光を光ファイバー群に導光し
、各光ファイバー端面から出射する複数のビームを集光
し、固体レーザの発振の空間モードに半導体レーザ光に
よる励起空間をマッチングするように、効率よく高品質
の固体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。
【0006】
【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、この発明の手段として、半導体レーザ出力を集光
し固体レーザ素子を光励起する半導体レーザ励起固体レ
ーザにおいて、複数個の半導体レーザ光を各々導光する
ために用いるところの出射端を次のレンズ束に合わせて
適当な位置間隔で配置した光ファイバー群と、光ファイ
バー群の配置と同様な配置でそれぞれのレンズを互いに
密に束ね、各光ファイバーからの出射光を各々コリメー
トするためのレンズ束と、コリメートされた各光ファイ
バー出射光を一括して集光して一箇所に重ね合わせ、固
体レーザ素子を端面励起するためのフォーカシングレン
ズとして用いる第2のレンズとからなる光結合器を備え
るものである。
【0007】また、各光ファイバーからの出射光を各々
コリメートするためのレンズ束として、各ファイバー出
射後の光ビームが対応するレンズまで伝播する間に広が
るだけの程度の直径に芯取りしたレンズを用いるもので
ある。
【0008】さらに、励起光強度を倍増するために、各
光ファイバーに各々2個ずつの半導体レーザ光を導光す
るための偏光ビームスプリッターを備えるものである。
【0009】
【作用】本発明では、光結合効率を高めるため、励起光
源であるところの複数の半導体レーザ光を各々コア径4
00μm程度の比較的太い光ファイバーに導光する。次
に、各光ファイバーからの出射光をおよそレンズの焦点
距離だけ離れた位置に配置し、そこまで伝播する間に出
射光が広がる程度の大きさに芯取りしたレンズでコリメ
ートする。この芯取りレンズを互いに密に束ねることに
よって、例えば、7本、19本という具合いに幾何学的
な対称性を保ちながら集積度を上げて行くことができる
。このように、光ファイバー群の配置はレンズ束の配置
によって必然的に決まるということができる。レンズ束
の形については、この段階でコリメートされるので、束
ねたとき、三角形や四角形、あるいはX字形など自由な
形でレンズ束を構成してもよいが、集積度を上げるため
には、互いに密に束ねる必要がある。次に、コリメート
された励起ビーム群を一括して集光レンズによって集光
する。レンズ束によってコリメートされているため、各
々のビームは一点に向けて集光される。集光点に固体レ
ーザ素子を配置し、固体レーザ素子端面を励起する。 こうして、固体レーザ共振器内で固体レーザ光の共振が
起き、固体レーザ発振光となる。励起光ビームが一点に
集光されているため、固体レーザ素子の不均一な熱歪が
なく、安定に良いビーム品質の固体レーザ高出力光ビー
ムが得られることとなる。
【0010】また、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
に直角に直線偏光した2個の半導体レーザ光を、偏光ビ
ームスプリッターを用いて、ビーム合成し、光ファイバ
ーに導光すれば容易に励起光強度を倍増せしめることが
出来る。
【0011】
【実施例】本発明の特徴と利点を一層明らかにするため
、以下、実施例に基づいて詳細に説明する。図1は、7
個の半導体レーザ光を各々光ファイバーに導光し、光フ
ァイバーからの出射光を光軸を一致して各々1対1で対
応させて互いに密に配置した7個のレンズ束で光ファイ
バー出射光を各々コリメートし光線束を単レンズで一括
して集光し各々の光線束を一箇所に重ね合わせて固体レ
ーザ素子を端面励起する固体レーザ装置の模式図である
。図1に示すごとく、固体レーザ素子6としてNd:Y
AGを用い、一方の端面をダイクロイックコーティング
(Nd:YAGレーザ発振波長1064nmで高反射(
HR)、半導体レーザ光波長808nmで高透過(AR
))し、その面を励起面とし、アウトプットミラー7と
で共振器を構成する。用いた半導体レーザ1は、1Wタ
イプの半導体レーザである。発光部は、およそ200μ
m×1μmの寸法を持つ。光ファイバー3としては、コ
ア径400μm、外径500μmのステップインデック
ス型光ファイバーを用いた。レンズ束4としては、焦点
距離15.5mmの非球面レンズを直径5mmに芯取り
したものを7個互いに密に束ねて用いた。集光レンズ5
としては、焦点距離23.5mmの非球面レンズを用い
た。
【0012】このようにして端面励起した半導体レーザ
励起固体レーザにおいて、1Wタイプの半導体レーザ(
波長808nm)を7個使用し、Nd:YAGレーザ基
本波(波長1064nm)出力1.5Wの高出力発振光
8が良いビーム品質で得られている。
【0013】励起用の半導体レーザの個数を2倍に増や
した場合には、図2に示すように、半導体レーザ光が偏
光していることを利用して、偏光ビームスプリッター9
をビーム合成器として用い、第1の半導体レーザ(1a
)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(1b)からの発振光は紙面に垂直に偏光させて
、各々第1のレンズ(2a)と第2のレンズ(2b)に
より集光してビーム合成し、第3のレンズ(2c)によ
り光ファイバーに導光し、上記と同様に固体レーザを励
起するものである。
【0014】なお、本発明の実施例においては、固体レ
ーザ素子としてNd:YAGを用いたが、半導体レーザ
で共鳴励起できるものであれば他のものでもよい。他の
固体レーザ素子を用いる場合、吸収極大の波長が、80
8nmにあるとは限らないので、使用する固体レーザ素
子の吸収極大の波長に同調できる半導体レーザを用いな
ければならないことは言うまでもない。同じく、半導体
レーザの出力および寸法もここで用いたものに限るもの
ではない。光ファイバーに結合できさえすれば、マルチ
ストライプ型でも良いし、これを2次元的に重ねたスタ
ック型半導体レーザでもよい。また、光ファイバーのコ
ア径は、400μmに限るものではない。さらに、レン
ズ束として、焦点距離15.5mmの非球面レンズを直
径5mmに芯取りして用いたが、もちろん、レンズの焦
点距離は光ファイバーのコア径に応じて代えることがで
きるし、レンズ自体も通常の球面レンズやアクロマティ
ックレンズ、ボールレンズ、分布屈折率レンズ等他のレ
ンズを用いることもできる。さらに、集光レンズとして
焦点距離23.5mmの非球面レンズを用いたが、これ
に限るものではない。またさらに、固体レーザの共振器
構成として固体レーザ素子端面にミラーコーティングを
施したものを用いたが、反射ミラーを別に設けてもよい
。同じく、共振器構造は、直線型を用いたが、直角折れ
曲がり形、リング型など他の方式を取ってもよい。
【0015】
【発明の効果】光結合器としてかかる構成をもつ半導体
レーザ励起固体レーザ装置は、複数の半導体レーザを用
いた効率的な固体レーザ素子の端面励起を可能にし、効
率が高くビーム質の良い高出力の固体レーザ光を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】7個の半導体レーザ光を光ファイバーに導光し
、芯取りレンズ束でコリメートし、単レンズでフォーカ
シングして一箇所に重ね合せて光励起する半導体レーザ
励起固体レーザ装置の模式図である。
【図2】偏光ビームスプリッターを用い、2個の半導体
レーザ光源を集光し、同一の光ファイバーに導光し、以
後図1と同様に光励起する半導体レーザ励起固体レーザ
装置の模式図である。
【符号の説明】
1    半導体レーザ 2    レンズ 3    光ファイバー 4    レンズ束 5    集光レンズ 6    固体レーザ素子 7    アウトプットミラー 8    出力固体レーザ光 9    偏光ビームスプリッター1

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体レーザ出力を集光し固体レーザ
    素子を光励起する半導体レーザ励起固体レーザ装置にお
    いて、複数個の半導体レーザ光を各々導光するために用
    いるところの、出射端を次のレンズ束に合わせて適当な
    位置間隔で配置した光ファイバー群と、光ファイバー群
    の配置と同様な配置でそれぞれのレンズを互いに密に束
    ね、各光ファイバーからの出射光を各々コリメートする
    ためのレンズ束と、コリメートされた各光ファイバー出
    射光を一括して集光して一箇所に重ね合わせ、固体レー
    ザ素子を端面励起するためのフォーカシングレンズとし
    て用いる第2のレンズとからなる光結合器を備えたこと
    を特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
  2. 【請求項2】  請求項1記載の半導体レーザ励起固体
    レーザ装置において、各光ファイバーからの出射光を各
    々コリメートするためのレンズ束として、各光ファイバ
    ー出射後の光ビームが対応するレンズまで伝播する間に
    広がるだけの程度の直径に芯取りしたレンズを用いるこ
    とを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
  3. 【請求項3】  請求項1記載の半導体レーザ励起固体
    レーザ装置において、各光ファイバーに各々2個ずつの
    半導体レーザ光を偏光ビームスプリッターを用いて導光
    することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置
JP11384891A 1991-04-19 1991-04-19 半導体レーザ励起固体レーザ装置 Withdrawn JPH04320383A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09506672A (ja) * 1993-12-15 1997-06-30 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 金属基体上にシリコンを包含するフィルムを析出させるための励起又は不安定気体種を生成させるための装置の使用
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US5729568A (en) * 1993-01-22 1998-03-17 Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft-Und Raumfahrt E.V. Power-controlled, fractal laser system
JP2017156633A (ja) * 2016-03-03 2017-09-07 古河電気工業株式会社 レーザシステム

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Effective date: 19980711