JPH06283795A - 光ファイバレーザ用音響光学qスイッチ - Google Patents

光ファイバレーザ用音響光学qスイッチ

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JPH06283795A
JPH06283795A JP9229293A JP9229293A JPH06283795A JP H06283795 A JPH06283795 A JP H06283795A JP 9229293 A JP9229293 A JP 9229293A JP 9229293 A JP9229293 A JP 9229293A JP H06283795 A JPH06283795 A JP H06283795A
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JP
Japan
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acousto
optical fiber
switch
optic
optical
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Application number
JP9229293A
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English (en)
Inventor
Naoto Bando
直人 坂東
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】音響光学Qスイッチの挿入損失と、光ファイバ
と全反射ミラー間の損失を低減し、また音響光学Qスイ
ッチOFF時の残留透過光成分の低減を図る。 【構成】音響光学Qスイッチの筺体8内部に全反射ミラ
ーである反射鏡5を設置して、光ファイバ伝搬光を空間
伝搬光に変換する集光レンズ3系を従来の3個から1個
に削減し、発生する損失を1.5dBから0.5dB程
度まで低減した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主にEr等の稀土類元
素または遷移金属をドープした光ファイバレーザに使用
される音響光学Qスイッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の光ファイバレーザ用音響光学Qス
イッチの代表的な構成例を図4、図5に示す。Erドー
プ光ファイバを利用した光ファイバレーザは、1480
nmの半導体レーザにより励起され、その一端に全反射
鏡を、また他の一端にハーフミラーを設置することによ
り構成される。1480nmの励起光と1530nmの
発振光を低損失で分離するために光合波分波器を利用す
る。図5にその構成例を示す。
【0003】図中11はErドープ光ファイバ12と全
反射ミラー17との間の光軸上に挿入される音響光学Q
スイッチで、15は集光レンズ、13はErドープ光フ
ァイバ12と励起用半導体レーザ16及びハーフミラー
14との間の光軸上に挿入され光ファイバカップラ等か
らなる光合分波器である。
【0004】ここで、Qスイッチ11がOFFの状態で
Erドープ光ファイバ12にエネルギが蓄積され、ある
タイミングでQスイッチ11がONになった瞬間に高エ
ネルギ光パルスが取り出される。このQスイッチ11
は、音響光学素子を応用したものである。その構成を図
4に示す。図中1は音響光学素子、2は駆動回路7と音
響光学素子1とのインピーダンスの整合を行うための整
合回路、3は集光レンズ、4は入力用光ファイバ、8は
音響光学素子1等を内蔵する筺体、9は駆動回路7の電
源端子、10は駆動回路7に制御信号を入力するための
制御信号入力端子、18は透過光出力用光ファイバ、1
9は回折光出力用光ファイバ、20は回折光導光用のプ
リズムである。
【0005】図4の入力用光ファイバ4は図5のErド
ープ光ファイバ12に接続してあり、また図4の透過光
出力用光ファイバ18は図5の集光レンズ15にそれぞ
れ接続されている。
【0006】この状態で音響光学素子1への高周波電気
信号の供給を停止すれば回折光が消滅し、入力用光ファ
イバ4に入射してくるErドープ光ファイバ12の放射
光が透過光出力用光ファイバ18に導かれる。この状態
がQスイッチONの状態である。この時、音響光学Qス
イッチ内部で入力用光ファイバ4から透過光出力用光フ
ァイバ18への光伝搬で約1dB程度の損失が生じ、透
過光出力用光ファイバ18に入射した伝搬光を集光レン
ズ15で平行光にし、全反射ミラー17で反射後再度集
光レンズ15で受光する際に、さらに損失が0.5dB
程度発生していた。
【0007】これらの損失がErドープ光ファイバを励
起することにより蓄積されたエネルギを損失する原因と
なるため、可能な限り低減することが好ましい。一方、
音響光学素子1に高周波電気信号を供給すると回折光が
発生し、入力用光ファイバ4に入射した伝搬光は回折光
出力用光ファイバ19に導かれる。この状態がQスイッ
チOFFの状態である。この時、実際には音響光学素子
の回折効率が100%ではなく、最高でも90数%であ
るために、回折されない残留光が透過光出力用光ファイ
バ18に伝搬される。この残留成分が大きいとErドー
プ光ファイバに蓄積されるエネルギが不充分となり光フ
ァイバレーザの性能劣化につながる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の従来
技術の概要により明らかにした以下の2つの問題点を解
決しようとするものである。
【0009】第1に音響光学Qスイッチを光ファイバレ
ーザ中に挿入することによって発生する挿入損失と、図
5に示す光ファイバレーザがもともと光ファイバと全反
射ミラーの間で損失していた伝搬損失の低減を一挙に解
決する方法を提案することであり、第2にQスイッチを
OFFにした場合の残留する透過光成分の低減を図り、
光ファイバレーザの性能劣化を防止する方法も同時に提
案するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、遷移金属または稀土
類元素を微量添加した利得媒体としての光ファイバと、
前記光ファイバに励起光を入射する励起光の光源部と、
前記光ファイバの両端側の光軸上に設けられ発振光に対
して所定の反射率に設定される反射鏡とを備えた光ファ
イバレーザ用の音響光学Qスイッチであって、前記音響
光学Qスイッチは前記光ファイバの一端と片方の反射鏡
との光軸上に挿入され、かつ、1つの筺体内に、音響光
学素子と、音響光学素子を透過した光を前記光ファイバ
側に反射する反射鏡とを少なくとも設けたことを特徴と
する光ファイバレーザ用音響光学Qスイッチを提供する
ものである。
【0011】また、本発明の好ましい1態様として、音
響光学素子が光軸上に直列して2個設けられる光ファイ
バレーザ用音響光学Qスイッチを提供するものである。
本発明において、励起光の光源部としては半導体レー
ザ、Ar等の各種気体レーザ、YAG等の各種固体レー
ザなどが使用できるが、小型軽量で安定した連続発振が
可能なことから半導体レーザが好ましい。
【0012】本発明において、遷移金属としてはCr、
Ni、Co、V等が使用でき、稀土類元素としてはE
r、Nd、Ho、Yb、Pr、Tm、En、Sm、Dy
等が使用できる。
【0013】
【作用】以下、本発明の作用原理を図1〜3に基づいて
説明する。図1〜3において、図4、5と共通の部品に
は同じ符号を用いている。図1には、音響光学Qスイッ
チ内部の損失と外部の光ファイバ及び全反射ミラー間の
損失を低減するための、本発明の具体的装置を示してい
る。音響光学Qスイッチの筺体8内部に全反射ミラーで
ある反射鏡5を設置することにより、光ファイバ伝搬光
を空間伝搬光に変換する集光レンズ3系を従来の3個か
ら1個に削減し、そこで発生する損失を0.5dB程度
まで低減した。従来は合計で1.5dB程度であった。
【0014】また図2では、音響光学QスイッチをON
にした時の残留透過光の他の低減方法を示すものであ
る。モリブデン酸鉛(PbMoO4 )単結晶を母材とし
た音響光学素子1は、120MHz、2Wの高周波電気
信号を入力すると、70数%の回折効率で入射光を回折
する。したがって、残留透過光は20数%レベルにな
る。この残留透過光を低減するためには回折効率を改善
すればよいが、一般的には下記の3種類の改善策が考え
られる。
【0015】まず、参考のために回折効率に関する関係
式を次に示す。回折効率ηは、η=K・sin2 {(π
2 ・L・M2 ・PAC)/(2H・λ2 )}1/2 で表され
る。ここで、Kは最大回折効率、Mは性能指数(材料に
固有のもの)、PACは超音波パワー、λは光波長、Hは
圧電体幅、Lは圧電体長である。
【0016】回折効率の改善方法としてまず第1に、音
響光学素子に入力する高周波電力を増やすことが考えら
れる。しかし、入力電力が圧電体に入力され超音波に変
換される際に変換損失が存在し、エネルギの一部が熱に
変換される。これにより、多量の熱が発生し音響光学素
子の圧電体周辺の温度が上昇する。この結果、電力が入
力されない場合と入力された場合で温度差が生じ、いわ
ゆるヒートサイクルによる樹脂材料や金属薄膜による圧
電体接合部の劣化が引き起こされる。したがって、信頼
性の面から入力電力アップは好ましくない。
【0017】次に考えられる方法として、圧電体長を長
くする方法がある。一般に、音響光学素子材料は光学的
に高い品質を満足するものが要求されるが、圧電体長と
ほぼ等しい光軸長の材料を使用することにより、コスト
ダウンを図っている。いまここで圧電体長を2倍に変更
すると、音響光学媒体材料も光軸長側に長くすることに
なる。この時、光学品質を維持する必要があり、材料歩
留の点からコスト的に高価なものになってしまう。たと
えば、光軸長2倍で価格は2倍以上になってしまう。
【0018】第3に、圧電体幅を小さくする方法が考え
られるが、これについても光軸調整が煩雑になること
と、空間伝搬光のビーム幅よりも細くできない等の理由
から、対策として満足いくものではない。
【0019】以上より、図2に示すように筺体8の中に
同一の音響光学素子1を光軸上に2個直列に並べ、リー
ド線を直列接続することにより1つの駆動回路で駆動可
能とした。第1の音響光学素子で回折効率70%とし、
残留透過光30%を第2の音響光学素子に入射する。こ
こでも70%の回折効率で駆動すれば、総合で残留透過
光レベルは9%となる。これにより、比較的低コストで
性能改善が実現できる。この音響光学Qスイッチを図3
に示す構成で使用することにより、高性能パルス光ファ
イバレーザが実現できる。
【0020】
【実施例】(実施例1)図1の音響光学Qスイッチを用
いて図3の光ファイバレーザに組み込んだ。筺体8材料
はステンレス鋼、また音響光学媒体材料はモリブデン酸
鉛単結晶を用いた。筺体8内部に設置した全反射ミラー
としての反射鏡5は、パイレックスガラスに誘電体多層
膜を蒸着したものを用いた。音響光学素子1の駆動周波
数は120MHzで、入力電力は1.5W/素子だけ印
加した。この例では、入力電力ON時で損失が5dB
で、入力電力OFF時で損失が0.6dBとなった。励
起用LDの出力をしぼった低レベルの励起状態では、入
力電力OFF時の損失が小さいため良好なパルス発振が
得られた。
【0021】(実施例2)図2の音響光学Qスイッチを
用いて図3の光ファイバレーザに組み込んだ。筺体8材
料、音響光学媒体材料、反射鏡5は実施例1と同様のも
のを使用した。音響光学素子1の駆動周波数は120M
Hzで、入力電力は1.5W/素子だけ印加した。この
例では、入力電力ON時の損失が10dB、OFF時に
0.8dBとなり、高レベルのLD励起でもホールドオ
フ可能となり、極めて良好なパルス光が得られた。
【0022】
【発明の効果】本発明は、音響光学Qスイッチを光ファ
イバレーザ中に挿入することによって発生していた挿入
損失と、光ファイバレーザがもともと光ファイバと全反
射ミラーの間で損失していた伝搬損失の低減を一挙に解
決するものであり、また音響光学QスイッチをOFFに
した場合に残留する透過光成分の低減を図り、光ファイ
バレーザの性能劣化を防止するとういう効果を有する。
したがって、高性能パルス光ファイバレーザが容易に実
現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す音響光学Qスイッチ
の筺体内部の平面図。
【図2】本発明の第2実施例を示す音響光学Qスイッチ
の筺体内部の平面図。
【図3】本発明の音響光学Qスイッチを用いた光ファイ
バレーザのブロック図。
【図4】従来の音響光学Qスイッチの筺体内部の平面
図。
【図5】従来の音響光学Qスイッチを用いた光ファイバ
レーザのブロック図。
【符号の説明】
1:音響光学素子 2:整合回路 3:集光レンズ 4:入力用光ファイバ 5:反射鏡 6:遮光板 7:駆動回路 8:筺体 9:電源端子 10:制御信号入力端子 11:音響光学Qスイッチ 12:Erドープ光ファイバ 13:光合波分波器 14:ハーフミラー 15:集光レンズ 16:励起用半導体レーザ 17:全反射ミラー 18:透過光出力用光ファイバ 19:回折光出力用光ファイバ 20:プリズム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遷移金属または稀土類元素を微量添加した
    利得媒体としての光ファイバと、前記光ファイバに励起
    光を入射する励起光の光源部と、前記光ファイバの両端
    側の光軸上に設けられ発振光に対して所定の反射率に設
    定される反射鏡とを備えた光ファイバレーザ用の音響光
    学Qスイッチであって、前記音響光学Qスイッチは前記
    光ファイバの一端と片方の反射鏡との光軸上に挿入さ
    れ、かつ、1つの筺体内に、音響光学素子と、音響光学
    素子を透過した光を前記光ファイバ側に反射する反射鏡
    とを少なくとも設けたことを特徴とする光ファイバレー
    ザ用音響光学Qスイッチ。
  2. 【請求項2】前記音響光学素子が、光軸上に直列して2
    個設けられる請求項1記載の光ファイバレーザ用音響光
    学Qスイッチ。
JP9229293A 1993-03-26 1993-03-26 光ファイバレーザ用音響光学qスイッチ Pending JPH06283795A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002151777A (ja) * 2000-11-10 2002-05-24 Keyence Corp レーザー発振器およびそのレーザーパルス制御方法
JP2006147987A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Keyence Corp レーザー発振器
WO2007066747A1 (ja) * 2005-12-09 2007-06-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ファイバーレーザ
CN100374951C (zh) * 2005-03-25 2008-03-12 清华大学 用于双包层光纤激光器的声光调q方法及其装置
JP2011085952A (ja) * 2004-06-07 2011-04-28 Electro Scientific Industries Inc レーザシステム性能を改善するためのaom変調技術

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