JPH05102566A - 固体レーザー増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄積できるエネルギー密度を高めてビーム品
質を損なうことなくレーザービームを効率的に励起増幅
できる固体レーザー増幅器を提供するにある。 【構成】 大口径レーザービームの光路中に一対のガラ
ス板３、４が対向配置され、その間にレーザー媒質とし
ての２つのディスクセグメント５、６が間隔を空けて配
置されている。ディスクセグメント５、６には、ガラス
板３、４を介してレーザーダイオードアレイ１、２から
の励起用レーザー光が照射され、ディスクセグメント
５、６間及びディスクセグメント５、６とガラス板３、
４間の流路ＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰ3 に冷却用ガスが供給
されてディスクセグメント５、６が冷却される。励起用
レーザーによってレーザービームが増幅される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ増幅器に係
り、特にレーザーダイオードでレーザー媒質を励起する
ＬＤ励起型固体レーザー増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体レーザー増幅器としてレーザ
ーダイオード（ＬＤと称する。）でレーザー媒質を励起
するＬＤ励起型固体レーザー増幅器が提案されている。
このＬＤ励起型固体レーザー増幅器は、高繰り返し率
で、大きな口径のレーザービームを良好な品質で大出力
にまで増幅できることから注目され、その開発が進めら
れている。

【０００３】ＬＤ励起型固体レーザー増幅器は、フュー
ジョン・テクノロジー(Fusion Technology), 1989 年 3
月号15巻377 頁に記載されるように図４に示されるよう
な構造を有し、このような構造を有する増幅器が共振器
内に配置されて発振器が構成される。即ち、図４に示さ
れる共振器内のレーザービームの光路上に冷却用の気体
をガイドする通路を定めるための一対のガラス板９、１
０が設けられ、この間には、レーザー媒質で作られたデ
ィスク１１が配置され、一対のガラス板９、１０及びデ
ィスク１１間の通路には、冷却用の気体が供給されてデ
ィスク１１が冷却されている。レーザービームの光路の
両側には、ディスク１１に励起用レーザー光を照射して
レーザー媒質を励起する為のレーザーダイオードアレイ
７、８が互いに対向するように配置されている。この増
幅器においては、レーザーダイオードアレイ７、８から
のレーザー光がデスク１１のレーザー媒質中の活性イオ
ンに吸収されて励起エネルギーとして蓄積され、この蓄
積された励起エネルギーが共振器内を伝播するレーザー
ビームに与えられてレーザービームが増幅される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に固体レーザー増
幅器では、ディスク１１に蓄積できる励起エネルギーの
密度の熱衝撃破壊限界及び温度上昇限界は、夫々ディス
ク１１の厚さｄの２乗及び厚さｄに反比例するとされ、
その厚さｄは、小さいことが望ましいとされている。然
しながら、図４に示されるような構造を有する固体レー
ザー増幅器においては、ディスク１１の厚さｄを小さく
すると、ディスク１１の媒質中に吸収される励起光量が
低下される問題がある。ディスク１１の媒質中の活性イ
オン濃度を高めれば、この問題を解決することが可能で
あるが、活性イオン濃度高めると濃度消失によってレー
ザー上準位の蛍光寿命が低下し、エネルギー蓄積効果が
低下する問題がある。

【０００５】この発明の目的は、上述した事情に鑑みな
されたものであって、蓄積できるエネルギー密度を高め
てビーム品質を損なうことなくレーザービームを効率的
に励起増幅できる固体レーザー増幅器を提供するにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、増幅
すべき直線偏向されたレーザービームの光路がその間を
通るように対向配置された励起用レーザー光を発生する
手段と、冷却用ガスの流路を空けてレーザービームの光
路中に対向して配置され、励起用レーザー光を吸収蓄積
する少なくとも２以上のレーザー媒質で作られたディス
クセグメントと、ディスクセグメントの間に冷却用ガス
の流路を定めるガラス板と、及びディスクセグメントの
間の冷却用ガスの流路及びガラス板とディスクセグメン
トとの間の冷却用ガスの流路に冷却用ガスを供給する手
段とを具備することを特徴とする固体レーザー増幅器が
提供される。

【０００７】

【作用】この発明の固体レーザー増幅器においては、レ
ーザー媒体としてのディスクがセグメントに分割されて
いることから、そのディスクセグメントに蓄積できるエ
ネルギー密度の熱的限界を向上することができる。ま
た、ディスクセグメント中の活性イオン濃度を低くして
ブリーチング現象を利用してディスクセグメント各々に
おける励起エネルギー密度の空間的対称性を保ち、熱的
歪を抑制できる。２以上のディスクセグメントに分割さ
れ、その間に冷却用ガスの流通路が確保されていること
から、ディスクセグメントの熱除去効率を向上すること
ができる。従って、この発明の固体レーザー増幅器で
は、ビームの品質を損なうことなく、高出力でレーザー
ビームを高繰り返し率で増幅動作させることできる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例に係る固体レーザ
ー増幅器を図面を参照して説明する。

【０００９】図１は、この発明の一実施例に係る固体レ
ーザー増幅器が概略的に示されている。図１に示される
固体レーザー増幅器は、図４に示された増幅器と同様に
光学的共振器（図示せず）内に配置され、光学的共振器
とともに発振器を構成する。この図１に示される固体レ
ーザー増幅器においては、励起用のレーザー光を発生す
るレーザーダイオードアレイ１、２が対向して配置され
ている。このレーザーダイオードアレイ１、２は、レー
ザーダイオードがアレイ状に配置され、各々のダイオー
ドのレーザー光射出部には、マイクロレンズ（図示せ
ず）が配置され、レーザーダイオードアレイ１、２から
は、その光射出面上で略均一な光強度分布を有する直線
偏光されたレーザー光、例えば、レーザーダイオードの
活性層の横方向に偏光したＰ偏光されたレーザー光が発
せられる。

【００１０】レーザーダイオードアレイ１、２間には、
レーザービームの光路が定められ、この光路には、固体
レーザー増幅器外のレーザー発振器（図示せず）から発
振された直線偏光された大口径レーザービーム、例え
ば、Ｐ偏光された大口径レーザービームが伝播される。
このレーザーダイオードアレイ１、２間の光路上には、
冷却ガスが流通する冷却路ＣＰ1 、ＣＰ2 を定める為の
一対のガラス板３、４が間隔を開けて配置され、この一
対のガラス板３、４間には、少なくとも２つのディスク
セグメント５、６が間隔を開けて配置されてその間に冷
却ガスが流通する冷却路ＣＰ3 が定められている。この
ディスクセグメント５、６は、レーザーダイオードアレ
イ１、２からの励起用レーザー光によって励起される固
体レーザー媒体、例えば、リン酸系レーザーガラス、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 、Ｎｄガラス等で作られて
いる。一対のガラス板３、４及び２つのディスクセグメ
ント５、６は、その内を通過するレーザービームＬＢに
対してブルースター角θa を成すように配置されてい
る。また、一対のガラス板３、４及び２つのディスクセ
グメント５、６は、これらに入射するレーザーダイオー
ドアレイ１、２からの励起用のレーザー光線に対しても
ブルースター角θb を成すように配置されている。

【００１１】ディスクセグメント５、６がリン酸系レー
ザーガラスで作られる場合には、リン酸系レーザーガラ
スのブルースター角は、ガラス板３、４のブルースター
角に等しく、従って、ガラス板３、４とディスクセグメ
ント５、６は、互いに間隔を開けて平行に配置され、そ
れらの間には、略等しい間隔の冷却ガスの通路ＣＰ1、
ＣＰ2 、ＣＰ3 が定められ、冷却ガス供給源からこの通
路ＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰ3 に冷却ガスが一方向で供給さ
れてディスクセグメント５、６が冷却される。

【００１２】この図１に示された固体レーザー増幅器に
おいては、レーザーダイオードアレイ１、２からの直線
偏光されたレーザー光は、ガラス板９、１０及び冷却通
路ＣＰ1 、ＣＰ2 を通過してディスクセグメント５、６
に照射され、ディスクセグメント５、６を透過したレー
ザー光は、夫々冷却通路ＣＰ3 を通過して他方デスクセ
グメント５、６に照射される。デスク５、６に照射され
たレーザー光は、そのレーザー媒質中の活性イオンに吸
収されて励起エネルギーとして蓄積され、この蓄積され
た励起エネルギーが共振器内を伝播する大口径レーザー
ビームに与えられてレーザービームが増幅される。

【００１３】上述した固体レーザー増幅器では、単なる
１枚のディスクが増幅器に組み込まれず、１枚のディス
クに代えて少なくとも２以上にセグメントに分割された
ディスクセグメント５、６が組み込まれている。従っ
て、一方のディスクセグメント５、６で吸収されず、こ
れを透過したレーザーダイオードアレイ１、２からのレ
ーザー光は、他方デスクセグメント５、６に照射され、
吸収される。その結果、レーザー光のデスクセグメント
５、６への吸収効率を高くすることができ、エネルギー
の変換効率を向上することができる。また、ディスクセ
グメント５、６の各々の厚さを小さくすることができ、
冷却ガスによる冷却効率を高めることができ、各々に蓄
積できるエネルギー密度の熱的限界を高めることができ
る。更に、ディスクセグメント５、６の活性イオン濃度
をレーザーダイオードアレイ１、２からのレーザー光に
よってブリーチング(bleaching) 現象が生じるように十
分に小さくとどめることができ、ディスクセグメント
５、６の各々において、その厚さ方向の励起エネルギー
密度の空間分布を対称に維持することができる。更にま
た、ディスクセグメント５、６の各々の両面に均等に冷
却用ガスを流すことができることから、増幅されるレー
ザービームの断面内における熱歪を抑制することができ
る。

【００１４】図２は、図１に示された固体レーザー増幅
器の変形例が示されている。図１に示される増幅器にお
いては、冷却ガス通路ＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰ3 には、一
方向で冷却ガスが供給されているいるが、図２に示され
る増幅器においては、冷却ガス通路ＣＰ1 、ＣＰ2 に
は、同方向で冷却ガスが供給されるに対し、冷却ガス通
路ＣＰ3 には、冷却ガス通路ＣＰ1 、ＣＰ2 とは反対方
向に冷却ガスが供給されている。冷却ガス通路ＣＰ1 、
ＣＰ2 の夫々で一方向で冷却ガスが供給される場合に
は、図３のＴa 、または、Ｔｂに示されるようにディス
クセグメント５、６の長手方向の距離Ｌに沿って温度勾
配が生じるが、冷却ガス通路ＣＰ3 に冷却ガス通路ＣＰ
1 、ＣＰ2 とは反対方向に冷却ガスを供給することによ
って図３のＴc に示されるようにディスクセグメント
５、６の長手方向の距離Ｌに沿う温度勾配を比較的均一
にすることができる。これによって、より各々に蓄積で
きるエネルギー密度の熱的限界を高めることができ、増
幅されるレーザービームの断面内における熱歪をより抑
制することができる。

【００１５】尚、図１及び図２においては、２つのディ
スクセグメント５、６に分割されている例について説明
したが、２つに限らず２以上にディスクセグメントが分
割されても良いことは、明らかである。

【００１６】

【発明の効果】以上のようにこの発明の固体レーザー増
幅器においては、レーザー媒体としてのディスクがセグ
メントに分割され、各ディスクセグメント内の活性イオ
ン濃度が低く保たれていることから、熱歪なしに蓄積す
ることができるエネルギー密度を高めることができる。
従って、ビームの品質を損なうことなく、高出力でレー
ザービームを高繰り返し率で増幅動作させることでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る固体レーザー増幅器
の構造を概略的に示す断面図。

【図２】この発明の変形実施例に係る固体レーザー増幅
器の構造を概略的に示す断面図。

【図３】図３に示した固体レーザー増幅器のディスクセ
グメントの温度分布を示すグラフ。

【図４】従来の固体レーザー増幅器の構造を概略的に示
す断面図。

【符号の説明】

１、２・・・レーザーダイオードアレイ ３、４・・・ガラス板 ５、６・・・ディスクセグメント ＣＰ1 、ＣＰ2 、ＣＰ3 ・・・冷却ガス流通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591114803 財団法人レーザー技術総合研究所 大阪府大阪市西区靱本町１丁目８番４号 大阪科学技術センタービル内 (72)発明者 山中 千代衛 大阪府大阪市西区靭本町１丁目８番４号 財団法人レーザー技術総合研究所内 (72)発明者 中井 貞雄 大阪府茨木市北春日丘３丁目６番45号 (72)発明者 中塚 正大 奈良県生駒市緑ケ丘1425番地の78 (72)発明者 山中 正宣 大阪府箕面市石丸３丁目25番Ｅ−205号 (72)発明者 内藤 健太 奈良県生駒市有里町29番地の15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】増幅すべき直線偏向されたレーザービーム
   の光路がその間を通るように対向配置された励起用レー
   ザー光を発生する手段と、 冷却用ガスの流路を空けてレーザービームの光路中に対
   向して配置され、励起用レーザー光を吸収蓄積する少な
   くとも２以上のレーザー媒質で作られたディスクセグメ
   ントと、 ディスクセグメントの間に冷却用ガスの流路を定める仕
   切板と、及びディスクセグメントの間の冷却用ガスの流
   路及び仕切板とディスクセグメントとの間の冷却用ガス
   の流路に冷却用ガスを供給する手段と、 を具備することを特徴とする固体レーザー増幅器。