JPH07109909B2 - 集積レーザダイオードポンプレーザ装置 - Google Patents

集積レーザダイオードポンプレーザ装置

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JPH07109909B2
JPH07109909B2 JP2272078A JP27207890A JPH07109909B2 JP H07109909 B2 JPH07109909 B2 JP H07109909B2 JP 2272078 A JP2272078 A JP 2272078A JP 27207890 A JP27207890 A JP 27207890A JP H07109909 B2 JPH07109909 B2 JP H07109909B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はダイオードポンプレーザに関するものであ
り、特にレーザダイオードとレーザロッドとの間に配置
されたレンズを具備し、高い効率を持ち、温度感応性が
低く、均一な利得分布を与える拡散反射空洞ポンプを備
えているダイオードポンプ高出力レーザに関するもので
ある。
［従来技術］ レーザダイオードアレイからレーザロッドへのエネルギ
伝送効率を増加させるために種々の装置および構造が提
案されている。例えば米国特許3,683,296号明細書には
反射性容器で囲まれたレーザロッド中にエネルギをポン
プするレーザダイオードの線形アレイを備えた構造が開
示されている。米国特許3,684,980号明細書にはレーザ
ダイオードの線形アレイと反射性ポンプ空洞とを備えた
構造が示されている。米国特許4,594,716号明細書には
装置内の温度上昇による悪影響を減少させるためにレー
ザロッド中に累積される熱を放散するためのレーザ構造
を開示している。
［発明の解決しようとする課題］ これら従来技術の全てにおいて、その目的とするところ
はレーザロッドに転送されるポンプエネルギの量を増加
させることによってポンプ効率を増加させ、熱の成長を
減少させてより高いレーザ出力エネルギを可能にするこ
とである。高いレーザ出力エネルギおよび効率、コンパ
クト性、および低い故障率の必要のためレーザ構造の改
善の必要性は依然として存在している。
典型的に単一パスポンプ方式ではレーザダイオードは効
率的な吸収を行うためにレーザロッド中に吸収ピークに
近い放射を行うことが必要である。レーザダイオードの
放射波長の制御を行うために、狭い放射ライン幅のレー
ザダイオードが選択され、それらの温度が熱電装置によ
って厳密に制御される。ダイオードの温度は直接放射波
長に影響するためにそのような温度制御が必要である。
これはレーザダイオードポンプのコストを大幅に増加さ
せる。
ダイオードをレーザ材料のピーク吸収波長の付近で動作
させるとき、単一パスにより吸収は蓄積されたエネルギ
に強い成分を生成し、それは望ましいことではない。
［課題を解決するための手段］ この発明は縦軸および側面ならびに端面を有するレーザ
ロッドを備えたレーザ装置に関するものである。レーザ
ダイオード空洞はレーザロッドの側面を包囲し、この空
洞はレーザロッドと隣接してそれを囲むヒートシンク手
段を備えている。レーザダイオードアレイからなる光ポ
ンプ手段はレーザロッドの軸に対して間隔を隔てて配置
されている。円筒レンズはダイオードアレイとレーザロ
ッドとの間に配置されている。レンズはダイオードアレ
イからの光がレーザロッド上に焦点を結ぶような焦点距
離を有し、光を分散するように配置されている。反射器
はヒートシンクを囲み、ダイオードアレイおよびレンズ
からの光をレーザロッドおよび反射空洞の内部へ通過さ
せる１以上の細長い孔を備えている。反射表面は多重経
路を与えるためにレーザロッドを通って伝送される吸収
されない光を反射する。
この発明の特定の実施例においては、反射表面は光拡散
面である。さらに別の実施例ではサマリウムガラスフィ
ルタがレーザダイオードアレイとレーザロッドとの間に
配置され、レーザ波長を吸収することにより横断寄生レ
ーザ作用を抑制する。この発明におけるレンズはサマリ
ウムガラスフィルタの表面に形成される。ヒートシンク
手段はシリコンゲルのような適当な伝導性媒体を有する
レーザロッドに接続されたサファイア容器を具備してい
る。シリコンゲルは熱伝導性部材に結合されている。そ
の代りに冷却手段は中空円筒空洞を備え、レーザロッド
外面上を光学的に透明な流体を流してもよい。
それ故この発明の利点は、レーザポンプダイオードとレ
ーザロッドとの間のエネルギ転送効率の改善されたレー
ザ装置が提供できることである。この発明のさらに別の
利点は、レーザロッドの実質上全内部容積を通ってポン
プダイオードから放射される光を広げるレンズを備えた
レーザ装置を提供できることである。この発明の別の利
点は、レーザロッドを通るポンプ光の多重通過を行わせ
るために拡散反射空洞を有するレーザ装置を提供できる
ことである。この発明のさらに別の利点は、ダイオード
エネルギ熱特性の波長変化に対する感度を減少させ、ポ
ンプダイオードの熱感度の動作温度における変化を減少
させるレーザ装置を提供できることである。
［実施例］ 第１図および第２図にはこの発明の１実施例のレーザ装
置10の側面図および端面図がそれぞれ示されている。装
置10は細長い円筒形のレーザロッド12を備えており、そ
れは例えばネオジウムでドープされたイットリウムアル
ミニウムガーネット（Nd+3YAG）で構成されている。レ
ーザロッド12はサファイア結晶16の空洞14中に配置され
ている。レーザロッド12はこのレーザロッド12とサファ
イア結晶16との間の熱伝導を改善するためにシリコンゲ
ル（図示せず）のフィルムで被覆されている。
サファイア結晶16の横方向側面40,42は例えば銀被覆ア
ルミニウムのような任意の適当な材料で作られた１対の
熱伝導支持部材22,24と境界を接している。サファイア
結晶16の側面40,42は220サイズのグリットで研磨され
て、光拡散性である。熱伝導支持部材22,24はレーザロ
ッド12に対するヒートシンクとして作用する。１対の縦
方向に延在する凹部26,28はそれぞれ支持部材22,24の内
側に面した表面18,20に形成されている。凹部26,28は付
加的なサマリウムガラスフィルタ34,36の配置のための
室を構成する。支持部材22,24の内側に面した表面18,20
は例えば銀からなる反射層32,33で被覆されている。
図で上下方向のサファイア結晶16の側面は１対のサマリ
ウムガラスフィルタ43,45と境界を接している。サマリ
ウムガラスフィルタ43,45はレーザ波長（Nd+3YAGに対し
ては1.06μｍ）を吸収し、Nd+3YAGロッドがポンプされ
るレベルを制限する寄生横断方向レーザ作用を消去す
る。フィルタ43,45の外面には例えば銀からなる反射層5
0,52が設けられている。円筒レンズ54,56がフィルタ43,
45中に形成され、これらのレンズ54,56はまた反射層50,
52を貫通する透明な穴を提供している。第２の対のサマ
リウムガラスフィルタ34,36は支持部材の内側側面に縦
方向に配置されている。これらのフィルタ34,36は第１
の対のフィルタと同様な作用を行う。
１対の線形レーザダイオードアレイ58,60は第２図に破
線で示すポンプエネルギを放射するように配置されてい
る。ダイオードアレイ58,60の位置、レーザロッド12の
軸に対するレンズ54,56の曲率および間隔は、ダイオー
ドアレイ58,60から放射されたポンプエネルギがその直
径を実質上含む角度でレーザロッド12入るように選択さ
れる。支持部材22,24、フィルタ43,45、レーザロッド12
および結晶16は１対のキャップ66によって包囲され、こ
のキャップ66は例えば銀のような適当な材料で作られて
いる。
動作において、レーザダイオードアレイ58,60からのポ
ンプエネルギはレンズ54,56を通過し、それらレンズ54,
56はエネルギをレーザロッド12をその全直径にわたって
通るように導く。第１の通過中にレーザロッド12によっ
て吸収されなかったエネルギは反射層32,33,50,52で反
射され、再びレーザロッド12を通過する。吸収されなか
ったエネルギの連続的な反射の結果としてポンプエネル
ギの実質的な吸収が増加する。レーザロッド12内の熱の
累積はシリコンゲル（図示せず）、サファイア結晶16、
およびヒートシンク部材22,24によって形成される熱伝
導路によって除去される。これはレーザロッド12に対す
る熱応力およびその他の熱による悪影響を実質的に減少
させる。レーザダイオードアレイ58,60は典型的に大き
い熱伝導表面78,80を備え、それはまたレーザダイオー
ドによって発生された熱を除去するヒートシンクとして
作用している。
さらに、反射層32,33,50,52が吸収されないエネルギを
レーザロッド12に反射して送り返し、反射エネルギをレ
ーザロッド12の広い断面にわたって分散させ、それによ
りレーザ装置10の効率をさらに高めることが認識される
であろう。例えば円筒状レーザロッドおよび線形ダイオ
ードアレイ58,60の使用は大きなダイオードアレイの使
用を可能にし、それによりレーザロッド12に焦点を結ぶ
ことのできるエネルギの量を著しく増加させることがで
きる。
さらに詳しく説明すると、レーザダイオードアレイ58,6
0からの放射はサマリウムガラスフィルタ43,45中にエッ
チングされた円筒レンズ54,56によってレーザロッド12
全体に拡大される。第１回の通過でレーザロッド12によ
って吸収されなかった放射はポンプ空洞の周囲に配置さ
れた反射層32,33,50,52によって反射される。円筒レン
ズ54,56だけが800nmのレーザダイオードポンプ光の伝送
ができるように銀層を設けられていない。レーザロッド
12はヒートシンクとして作用する熱伝導部材22,24にシ
リコーンゲルの層およびサファイア結晶16を介して熱伝
導が行われることにより冷却される。装置10に使用され
る全てのヒートシンクはさらにレーザ装置10を冷却する
ために通常の方法で水で冷却されることができる。サマ
リウムガラスフィルタ43,45はレーザロッド12から放射
された1.06ミクロンの放射を吸収し、寄生交差レーザ作
用を抑制する。特定の空洞形状では適切な鏡面方向に放
射するポンプ光を生成することができないから、サファ
イア結晶16の側面を研磨してポンプ光の拡散を生じさせ
る。
第３図を参照するとこの発明のレーザ装置の別の実施例
10aが示されている。レーザロッド12は円筒形容器71内
に同軸に配置されている。容器71はレーザロッド12より
もずっと大きい直径を有し、例えばサマリウムガラス管
70で構成されている。容器71はレーザロッド12の周囲を
冷却流体（図示せず）が流れることを可能にする。冷却
流体は水、水素等のような適当な液体または気体でよ
い。円筒レンズ54,56はサマリウムガラス管70中に形成
されている。線形ダイオードアレイ58,60はこれらレン
ズ54,56の外側に配置されている。説明の都合上２つの
ダイオードアレイ58,60が第３図に示されているが、特
定の適用で所望に応じてサマリウムガラス管70の周囲に
多数のアレイを配置することができることが理解される
であろう。レーザ装置10aの素子はレーザロッド12の全
容積を実質上満たすようにダイオードアレイ58,60から
のポンプエネルギをレンズ54,56が導くような間隔で配
置されている。サマリウムガラス管70の外面は拡散反射
を行なう硫化バリウム、或いは鏡面反射を行なう銀等の
反射、拡散被覆で覆われている。サマリウムガラス管70
と反射拡散被覆74は前記装置10で説明したのと同様に機
能する。
第４図は曲線84で示したこの発明のレーザ装置10の効率
の熱感度と、曲線86で示した通常の単一パスレーザ装置
の効率の熱感度とを比較したものである。このグラフか
ら、この発明のレーザ装置を使用するとエネルギ蓄積効
率が通常の単一パスレーザ装置の効率の1.8倍に増加
し、またレーザダイオードの温度の変化に応じた効率の
変化も著しく少ないことが認められる。
以上の説明からこの発明のレーザ装置がレーザロッド内
の均一な蓄積エネルギ分布と、高いエネルギ伝送効率を
与え、ダイオードに対する温度制御に対する条件を緩和
することが認められる。さらに装置は比較的簡単な構造
であり、耐久性がある。
上記の実施例はこの発明の原理を利用する多数の実施態
様の特定のいくつかのものの単なる例示に過ぎないもの
であって、多くのその他の装置がこの発明の技術的範囲
から逸脱することなく当業者によって容易に案出される
であろう。例えばレーザロッドはネオジウムでドープし
たイットリウムリチウムフロライド（Nd＋3YLF）で構成
することができ、それはレーザロッドの縦軸を横断する
偏光方向の偏光で光学的にポンプされるのが最適であ
る。この実施例ではダイオードアレイを構成するダイオ
ードは上記のような偏光方向の光を与えるためにレーザ
ロッドの縦軸に垂直な方向に配置されるであろう。さら
に開示された実施例では２つのダイオードアレイがレー
ザロッドをポンプするのに使用されている。しかし適用
に応じて１つのダイオードアレイが使用され、したがっ
てただ１つのレンズおよびフィルタ装置が必要とされる
ことがあることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の１実施例のレーザ装置の軸に沿った
断面図である。 第２図は第１図の装置の線２−２に沿った断面図であ
る。 第３図はレーザロッドの流体冷却を行なっている別の実
施例のレーザ装置の断面図である。 第４図はこの発明のレーザ装置と従来の装置の効率およ
び熱特性の比較を示す特性図である。 12……レーザロッド、14……ポンプ空洞、54,56……レ
ンズ、58,60……レーザダイオードアレイ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】縦軸を有するレーザロッドと、 前記レーザロッドを収容すると共に、前記レーザロッド
    に接触して取り囲むヒートシンク手段を有する空洞と、 前記レーザロッドの軸に対して離間して配置されたレー
    ザポンピング手段と、 前記ポンピング手段と前記レーザロッドとの間に配置さ
    れ、前記レーザロッドからの放射を吸収するためのフィ
    ルタ手段と、 前記ポンピング手段と前記レーザロッドとの間に配置さ
    れ、前記ポンピング手段から放射される光を前記レーザ
    ロッド上に焦点を結ばせるような焦点距離を有するレン
    ズ手段と、 前記ポンプ空洞を取り囲むと共に、前記ポンピング手段
    からの光を前記空洞の内部に導入する孔を有する、吸収
    されない光を前記レーザロッド上に反射させるための反
    射手段とを含む集積ポンプ空洞レーザ装置。
  2. 【請求項２】前記ヒートシンク手段は前記レーザロッド
    を受け入れるのに適した空洞を有する細長いサファイア
    構造を含む請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】前記ヒートシンク手段は前記レーザロッド
    を取り囲む冷却空洞からなる請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】前記冷却空洞は前記レンズ手段と円筒状レ
    ーザロッドとの間に配置された円筒状空洞であり、光学
    的に透明な冷却流体を流すのに適している請求項３記載
    の装置。
  5. 【請求項５】前記ポンピング手段は少なくとも２個のレ
    ーザダイオードアレイと少なくとも２個のレンズ手段と
    を有し、前記ダイオードアレイおよびレンズ手段は前記
    レーザロッドに対して対向して配置されている請求項４
    記載の装置。
  6. 【請求項６】前記フィルタ手段はサマリウムガラスフィ
    ルタ手段である請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】前記サマリウムガラスフィルタ手段は、前
    記ポンピング手段に隣接して前記レーザロッドの軸と実
    質的に平行に配置され、そこに形成されたレンズ手段を
    有する細長いサマリウムガラスプレートを具備している
    請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】前記ポンピング手段は少なくとも２個のレ
    ーザダイオードアレイと少なくとも２個のレンズ手段と
    を含み、前記ダイオードアレイおよびレンズ手段は前記
    レーザロッドに関して対向して配置されている請求項７
    記載の装置。
  9. 【請求項９】レーザロッドと、 前記レーザロッドを収容し、前記レーザロッドと熱的に
    結合されたヒートシンク手段を有するポンプ空洞と、 前記レーザロッドに隣接して配置された少なくとも一つ
    のレーザダイオードアレイと、 前記ポンピング手段と前記レーザロッドとの間に配置さ
    れ、前記レーザロッドからの放射を吸収するためのフィ
    ルタ手段と、 前記レーザダイオードアレイと前記レーザロッドとの間
    に配置され、前記レーザロッド上に焦点を結ばせるレン
    ズ手段と、 前記ポンプ空洞を実質的に取り囲んで前記レーザロッド
    により吸収されない光を反射すると共に、前記レーザダ
    イオードアレイからの光を前記空洞の内部に導入する少
    なくとも一つの孔を有する反射手段とを含む集積ポンプ
    空洞レーザ装置。
  10. 【請求項１０】縦軸を有する細長いレーザロッドと、 前記レーザロッドを収容するレーザダイオードポンプ空
    洞と、 前記空洞中に配置され、前記レーザロッドに適合する相
    補的な孔を有し、前記孔の壁と実質的に接触して前記孔
    中に前記レーザロッドが配置され、前記レーザロッドと
    の間に熱伝達流体を有するサファイヤ結晶ヒートシンク
    と、 前記レーザロッドの軸に関して離間し対向して配置され
    た１対の線形レーザダイオードアレイと、 前記各アレイと前記レーザロッドとの間に配置されたサ
    マリウムガラスフィルタと、 前記ポンプ空洞の内部および前記フィルタの外面に設け
    られた反射光拡散表面と、 前記各フィルタに形成され、前記アレイから放射された
    光を前記レーザロッドに焦点を結ばせるように形成され
    た前記反射光拡散表面を通る光学な孔を形成するレンズ
    とを含む集積ポンプ空洞レーザ装置。
JP2272078A 1989-10-10 1990-10-09 集積レーザダイオードポンプレーザ装置 Expired - Lifetime JPH07109909B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/419,370 US4969155A (en) 1989-10-10 1989-10-10 Integrating laser diode pumped laser apparatus
US419,370 1989-10-10

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Publication Number Publication Date
JPH03135082A JPH03135082A (ja) 1991-06-10
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JP2272078A Expired - Lifetime JPH07109909B2 (ja) 1989-10-10 1990-10-09 集積レーザダイオードポンプレーザ装置

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EP (1) EP0422418B1 (ja)
JP (1) JPH07109909B2 (ja)
KR (1) KR940002413B1 (ja)
DE (1) DE69014068T2 (ja)
ES (1) ES2063222T3 (ja)
GR (1) GR3015017T3 (ja)
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