JPH07112084B2 - Array semiconductor laser pumped solid-state laser device - Google Patents
Array semiconductor laser pumped solid-state laser deviceInfo
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- JPH07112084B2 JPH07112084B2 JP2190499A JP19049990A JPH07112084B2 JP H07112084 B2 JPH07112084 B2 JP H07112084B2 JP 2190499 A JP2190499 A JP 2190499A JP 19049990 A JP19049990 A JP 19049990A JP H07112084 B2 JPH07112084 B2 JP H07112084B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、励起光源としてのアレイ半導体レーザ出力を
高効率で光混合し固体レーザ素子を光励起するアレイ半
導体レーザ励起固体レーザ装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an array semiconductor laser pumped solid-state laser device that optically pumps a solid-state laser device by optically mixing array semiconductor laser outputs as a pumping light source with high efficiency. .
[従来の技術] 半導体レーザを励起光源として用いる固体レーザが、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。とりわけ、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号公報参照)で
は、固体レーザの発振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
率で基本横モード発振を実現できる。[Prior Art] Solid-state lasers using a semiconductor laser as an excitation light source are attracting attention because they can achieve high efficiency, long life, and miniaturization. In particular, in the end-face pumping method in which the solid-state laser is optically pumped from the optical axis direction (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-52889), the pumping space by the output light of the semiconductor laser is well matched to the oscillation mode of the solid-state laser, thereby achieving high efficiency. Basic transverse mode oscillation can be realized with.
半導体レーザは、ビーム発散角が大きいため、集光系を
半導体レーザに近接して配置して集光する必要があり、
発振光の集光は容易ではない。Since the semiconductor laser has a large beam divergence angle, it is necessary to dispose the condensing system close to the semiconductor laser for condensing.
It is not easy to collect oscillation light.
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の高出力化が必要である。半導体レ
ーザは、ストライプ状の活性層からレーザ光を取り出す
が、単一のストライプからの出力には限界があるので、
さらに高出力化を図るには、複数のストライプを並べた
アレイ状にしなければならない。In order to increase the output of a semiconductor laser pumped solid-state laser, it is necessary to increase the output of a semiconductor laser for pumping. A semiconductor laser takes out laser light from a stripe-shaped active layer, but since output from a single stripe is limited,
In order to further increase the output, it is necessary to form an array in which a plurality of stripes are arranged.
[発明が解決しようとする課題] このようなアレイ半導体レーザを励起光源として用いよ
うとすると、アレイの幅は長さ1cm程にわたるので、通
常のレンズ系を用いて複数のビームを一つのスポット状
に絞り込むことは到底できないため、励起効率のよい端
面励起方式は採用できず、側面励起方式にしか適用でき
なかった(例えば、特開平1−107587号公報参照)。[Problems to be Solved by the Invention] When such an array semiconductor laser is used as a pumping light source, the width of the array extends about 1 cm, and therefore a plurality of beams are formed into one spot shape by using an ordinary lens system. Since it is impossible to narrow down to 2, it is not possible to adopt the end face excitation method with good excitation efficiency, and it can be applied only to the side surface excitation method (see, for example, JP-A-1-107587).
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、マルチ
ストライプのアレイ半導体レーザから出る発散角が大き
い複数のビームを固体レーザの発振の空間モードにマッ
チングするように集光し、効率よく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装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and condenses a plurality of beams with a large divergence angle emitted from a multi-striped array semiconductor laser so as to match the spatial mode of oscillation of the solid-state laser, and efficiently solid-state laser. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser pumped solid-state laser device that can generate output light.
[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、本発明のアレイ半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置においては、アレイ半導体レー
ザ出力を集光し固体レーザ素子を光励起する光結合器と
して、分布屈折率レンズをアレイ半導体レーザの各スト
ライプに対応して並べ、アレイ半導体レーザの各ストラ
イプ光を平行化するアレイ分布屈折率レンズと平行化さ
れた各ストライプ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非球面レンズとを配置した。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in an array semiconductor laser pumped solid-state laser device of the present invention, as an optical coupler for condensing array semiconductor laser output and optically pumping a solid-state laser element, The distributed index lenses are arranged corresponding to the respective stripes of the array semiconductor laser, and the array distributed refractive index lenses for collimating the respective stripe light of the array semiconductor laser and the respective striped light collimated are collectively condensed to form one. An aspherical lens used as a focusing lens for exciting the end face of the solid-state laser element was placed on top of each other.
また、上記アレイ半導体レーザ励起固体レーザにおい
て、アレイ半導体レーザ部を厚さ方向に複数個重ねたア
レイ半導体レーザスタックとし、それに応じてアレイ分
布屈折率レンズ部を同じ数だけ重ねたアレイ分布屈折率
レンズスタックで置き換えた。In the above-mentioned array semiconductor laser pumped solid-state laser, an array semiconductor laser stack is formed by stacking a plurality of array semiconductor laser parts in the thickness direction, and accordingly, an array distributed index lens in which the same number of array distributed index lens parts are stacked. Replaced by stack.
[作用] 半導体レーザ励起固体レーザの横モードの特性は、端面
励起方式の場合、固体レーザ素子内の光励起空間の形状
で決まる。このため、基本横モードを得るためには、絞
った励起光の強度分布をなるべくガウス分布形状に近づ
け、固体レーザ素子内に一定の大きさのビームスポット
を安定的に作ることが望ましい。[Operation] The lateral mode characteristics of the semiconductor laser pumped solid-state laser are determined by the shape of the optical pumping space in the solid-state laser element in the case of the end-face pumping method. Therefore, in order to obtain the fundamental transverse mode, it is desirable that the intensity distribution of the pumping light that has been narrowed down should be as close to a Gaussian distribution shape as possible to stably form a beam spot of a certain size in the solid-state laser element.
半導体レーザ励起固体レーザの光結合器として屈折率が
中心軸から外周面に向かって次第に減少して行く屈折率
分布を持つ光学ガラス体である分布屈折率レンズを用い
ると発散角の大きい半導体レーザ光を容易に集光するこ
とができる。この分布屈折率レンズを用いて各ストライ
プからのレーザ光を集光できることを利用し、アレイ半
導体レーザの各々のストライプからの出射光を、アレイ
分布屈折率レンズで集光し、球面収差を生じない非球面
レンズで全体光を一つのビームスポットに絞り込み、固
体レーザ素子を励起すれば、高品質の基本横モード光が
得られる。また、アレイ半導体レーザを厚さ方向に複数
個積み重ねたアレイ半導体レーザスタックとそれに応じ
たアレイ分布屈折率レンズスタックを用いれば、益々強
い励起光強度が得られる。A semiconductor laser light with a large divergence angle is obtained by using a distributed index lens, which is an optical glass body having a refractive index distribution in which the refractive index gradually decreases from the central axis toward the outer peripheral surface, as an optical coupler of a semiconductor laser pumped solid-state laser. Can be easily collected. By utilizing the fact that the laser light from each stripe can be condensed by using this distributed index lens, the light emitted from each stripe of the array semiconductor laser is condensed by the array distributed index lens and no spherical aberration occurs. High-quality fundamental transverse mode light can be obtained by narrowing the total light into one beam spot with an aspherical lens and exciting the solid-state laser element. Further, by using an array semiconductor laser stack in which a plurality of array semiconductor lasers are stacked in the thickness direction and an array distributed index lens stack corresponding thereto, an even stronger excitation light intensity can be obtained.
[実施例] 本発明の特徴と利点をより一層明らかにするために、以
下、実施例に基づいて詳細に説明する。[Examples] In order to further clarify the features and advantages of the present invention, a detailed description will be given below based on examples.
第1図は、アレイ半導体レーザ光を集光し、固体レーザ
素子を端面励起するアレイ半導体レーザ励起固体レーザ
装置の模式図である。第1図に示すごとく、固体レーザ
素子4としてNd:YAG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)、アレイ半導体レーザ光波長808nmで高透過(A
R))し、その面を励起面として、アウトプットミラー
5とで共振器を構成する。用いたアレイ半導体レーザ1
は、幅が100μmの活性層ストライプ7が20本、500μm
間隔で配列したアレイからなる。集光レンズアレイとし
ての分布屈折率レンズアイレ2は幅500μmの分布屈折
率レンズ20個からなり、20本のストライプからの出射光
の各々を集光し平行化する。20本のレーザビームを非球
面レンズ3でフォーカシングし、一箇所に重ね合わせ
て、Nd:YAGレーザロッドを端面励起する。このようにし
て端面励起したアレイ半導体レーザ励起固体レーザ装置
において、アレイ半導体レーザ光(波長808nm)出力で5
WでNd:YAGレーザ(波長1064nm)の基本横モード発振が
アウトプットミラー5を通して1.5Wの高出力で得られて
いる。FIG. 1 is a schematic diagram of an array semiconductor laser pumped solid-state laser device that focuses array semiconductor laser light and pumps a solid-state laser element at an end face. As shown in FIG. 1, Nd: YAG was used as the solid-state laser element 4, and one end face was dichroic coated (Nd: YAG laser oscillation wavelength was 1064 nm for high reflection (HR), and array semiconductor laser light was 808 nm for high transmission (A).
R)), and using that surface as an excitation surface, a resonator is formed with the output mirror 5. Array semiconductor laser used 1
Is 20 active layer stripes 7 with a width of 100 μm, 500 μm
It consists of an array arranged at intervals. The distributed index lens eye 2 as a condensing lens array is composed of 20 distributed index lenses each having a width of 500 μm, and collects and collimates the light emitted from each of the 20 stripes. 20 laser beams are focused by the aspherical lens 3 and overlapped at one place to excite the Nd: YAG laser rod. In the array semiconductor laser-pumped solid-state laser device pumped in this manner, the array semiconductor laser light (wavelength 808 nm) output 5
The fundamental transverse mode oscillation of the Nd: YAG laser (wavelength 1064 nm) at W is obtained through the output mirror 5 at a high output of 1.5 W.
第2図は、アレイ半導体レーザスタックの発振光を集光
し、固体レーザ素子を端面励起するアレイ半導体レーザ
励起固体レーザの模式図である。用いたアレイ半導体レ
ーザスタック8は、第1図の実施例に記載のアレイ半導
体レーザ1を厚さ方向に2個300μm間隔で重ねたもの
である。集光レンズアレイとしてのアレイ分布屈折率レ
ンズスタック9は、アレイ分布屈折率レンズを上下の中
心軸間隔をアレイ半導体レーザスタック8の上下間隔30
0μmに一致させ2個重ねたもので、40本のストライプ
からの出射光の各々を集光し平行化する。以下、第1図
と同様の方法で端面励起したアレイ半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、アレイ半導体レーザ(波長808n
m)出力で10WでNd:YAGレーザ(波長1064nm)の基本横モ
ード発振が3Wの高出力で得られている。FIG. 2 is a schematic diagram of an array semiconductor laser pumped solid-state laser that collects the oscillation light of the array semiconductor laser stack and pumps the end face of the solid-state laser element. The array semiconductor laser stack 8 used is one in which two array semiconductor lasers 1 described in the embodiment of FIG. 1 are stacked at 300 μm intervals in the thickness direction. The array distributed index lens stack 9 as a condensing lens array has an array distributed index lens whose upper and lower central axis intervals are the same as those of the array semiconductor laser stack 8.
Two of them are overlapped with each other at 0 μm, and each of the emitted lights from 40 stripes is condensed and collimated. In the following, an array semiconductor laser (wavelength 808n
m) The fundamental transverse mode oscillation of the Nd: YAG laser (wavelength 1064 nm) at 10 W at output is obtained at high output of 3 W.
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レーザ素子を用いたが、もちろんこれに限るも
のではない。また、固体レーザ素子の変更に伴い、その
最大吸収波長に合わせた波長のアレイ半導体レーザを用
いることは言うまでもない。レンズおよび偏光ビームス
プリッタの両面には、アレイ半導体レーザ波長での無反
射コーティングがほどこされている。さらに、第2の実
施例におけるアレイ半導体レーザスタックおよびアレイ
屈折率レンズアレイスタックの段数は、2段に限るのも
ではない。Although the Nd: YAG laser element is used as the solid-state laser element in the embodiments of the present invention, the solid-state laser element is not limited to this. Needless to say, an array semiconductor laser having a wavelength matched to the maximum absorption wavelength is used with the change of the solid-state laser element. Both surfaces of the lens and the polarizing beam splitter are coated with an antireflection coating at the array semiconductor laser wavelength. Furthermore, the number of stages of the array semiconductor laser stack and the array refractive index lens array stack in the second embodiment is not limited to two.
[発明の効果] 以上説明したとおり、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は、アレイ半導体レーザで
は困難であった端面励起を可能にし、効率が高くビーム
質のよい高出力の固体レーザを実現できる。[Effects of the Invention] As described above, a semiconductor laser pumped solid-state laser having such a configuration as an optical coupler enables end-face pumping, which was difficult with an array semiconductor laser, and has high efficiency and high beam quality. A laser can be realized.
第1図は、アレイ半導体レーザ光を集光し、固体レーザ
素子を端面励起するアレイ半導体レーザ励起固体レーザ
装置の模式図、第2図は、アレイ半導体レーザスタック
の発振光を集光し、固体レーザ素子を端面励起するアレ
イ半導体レーザ励起固体レーザの模式図である。 図中. 1:アレイ半導体レーザ 2:アレイ分布屈折率レンズ 3:非球面レンズ 4:固体レーザ素子 5:アウトプットミラー 6:固体レーザ出力光 7:半導体レーザ活性層ストライプ 8:アレイ半導体レーザスタック 9:アレイ分布屈折率レンズスタックFIG. 1 is a schematic diagram of an array semiconductor laser pumped solid-state laser device that collects array semiconductor laser light and pumps a solid-state laser element at an end face, and FIG. 2 collects oscillation light of an array semiconductor laser stack and It is a schematic diagram of an array semiconductor laser pumped solid-state laser that pumps a laser element at an end face. In the figure. 1: Array semiconductor laser 2: Array distributed index lens 3: Aspherical lens 4: Solid-state laser device 5: Output mirror 6: Solid-state laser output light 7: Semiconductor laser active layer stripe 8: Array semiconductor laser stack 9: Array distribution Refractive index lens stack
Claims (2)
ザ素子を光励起するアレイ半導体レーザ励起固体レーザ
装置において、分布屈折率レンズをアレイ半導体レーザ
の各ストライプに対応して並べ、アレイ半導体レーザ出
力を集光して平行化するレンズアレイと、平行化された
各ストライプ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非球面レンズとから成る光結合器
を備えたことを特徴とするアレイ半導体レーザ励起固体
レーザ装置。1. In an array semiconductor laser pumped solid-state laser device for condensing array semiconductor laser light and optically pumping a solid-state laser element, distributed index lenses are arranged corresponding to each stripe of the array semiconductor laser, and array semiconductor laser output is provided. And a lens array for condensing and collimating each of the collimated striped lights at one time and superimposing them on one place, and an aspherical lens used as a focusing lens for exciting the end face of the solid-state laser element. An array semiconductor laser pumped solid state laser device comprising an optical coupler comprising
励起固体レーザ装置において、アレイ半導体レーザ部を
アレイ半導体レーザを厚さ方向に複数個重ねたアレイ半
導体レーザスタックとし、それに応じてアレイ分布屈折
率レンズ部を同じ数だけ同じ段間隔でアレイ分布屈折率
レンズを重ねたアレイ分布屈折率レンズスタックで置き
換えたことを特徴とするアレイ半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置。2. The array semiconductor laser pumped solid-state laser device according to claim 1, wherein the array semiconductor laser section is an array semiconductor laser stack in which a plurality of array semiconductor lasers are stacked in the thickness direction, and the array distribution is accordingly arranged. An array semiconductor laser pumped solid-state laser device, characterized in that the same number of refractive index lens portions are replaced with an array distributed refractive index lens stack in which array distributed refractive index lenses are stacked.
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