JPH0750806B2 - レ−ザ用ロツド - Google Patents
レ−ザ用ロツドInfo
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- JPH0750806B2 JPH0750806B2 JP61294977A JP29497786A JPH0750806B2 JP H0750806 B2 JPH0750806 B2 JP H0750806B2 JP 61294977 A JP61294977 A JP 61294977A JP 29497786 A JP29497786 A JP 29497786A JP H0750806 B2 JPH0750806 B2 JP H0750806B2
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- Japan
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- yag
- rod
- laser rod
- laser
- Prior art date
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0612—Non-homogeneous structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、クラッド層を有するレーザ用ロッドに関する
ものである。
ものである。
［従来の技術］ 従来のレーザ用ロッドは、Ndを含むYAG（Y3Al5O12）結
晶体、あるいはGGG（Gd3Ga5O12）結晶体を光学研磨し
て、丸棒状のレーザ用ロッドを作製し、このレーザ用ロ
ッドの側面あるいは端面より励起用の光をあて、光学ミ
ラーと組み合わせて、レーザ発振の出力光を得るように
していた。しかしながらこの場合、クラッド層はなく、
したがって、レーザ用ロッドの表面では散乱損失が大き
かった。特に、レーザ用ロッドの寸法を小さく、たとえ
ば、100μｍ以下とした場合、この散乱損失はさらに大
きくなり、高品質なレーザ用ロッドを得るのが難しいと
いう問題点があった。さらに、従来のレーザ用ロッドで
は、直径を５〜10μｍまで小さくして、コア径５〜10μ
ｍの単一モード光ファイバと直接結合することはほとん
ど不可能であった。
晶体、あるいはGGG（Gd3Ga5O12）結晶体を光学研磨し
て、丸棒状のレーザ用ロッドを作製し、このレーザ用ロ
ッドの側面あるいは端面より励起用の光をあて、光学ミ
ラーと組み合わせて、レーザ発振の出力光を得るように
していた。しかしながらこの場合、クラッド層はなく、
したがって、レーザ用ロッドの表面では散乱損失が大き
かった。特に、レーザ用ロッドの寸法を小さく、たとえ
ば、100μｍ以下とした場合、この散乱損失はさらに大
きくなり、高品質なレーザ用ロッドを得るのが難しいと
いう問題点があった。さらに、従来のレーザ用ロッドで
は、直径を５〜10μｍまで小さくして、コア径５〜10μ
ｍの単一モード光ファイバと直接結合することはほとん
ど不可能であった。
さらに従来のレーザ用ロッドでは、10μｍ以下の寸法を
実現するのは極めて困難なほか、結晶体の外側が空気で
あるため、結晶体と空気の屈折率差は大変大きくなる。
したがって単一モード状態を実現するのに、結晶体寸法
を２μｍ〜１μｍまで小さくする必要が生じるという困
難がある。
実現するのは極めて困難なほか、結晶体の外側が空気で
あるため、結晶体と空気の屈折率差は大変大きくなる。
したがって単一モード状態を実現するのに、結晶体寸法
を２μｍ〜１μｍまで小さくする必要が生じるという困
難がある。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述した散乱損失が大きく、単一モード光ファ
イバと結合することが困難であるという従来の欠点を解
決し、損失の小さなレーザ用ロッドを提供し、また単一
モードファイバと直接結合でき結合損失の小さな光源を
提供することを目的とする。
イバと結合することが困難であるという従来の欠点を解
決し、損失の小さなレーザ用ロッドを提供し、また単一
モードファイバと直接結合でき結合損失の小さな光源を
提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明のレーザ用ロ
ッドはNdを含むGGG結晶からなる発光性元素を含む丸棒
状の結晶体の周囲に、Ndを含むYAG結晶、Ndを含まないY
AG結晶およびGeO2を主成分とするガラスのうちのいずれ
かからなる屈折率が前記丸棒状結晶より小さな結晶層ま
たはガラス層を有することを特徴とする。
ッドはNdを含むGGG結晶からなる発光性元素を含む丸棒
状の結晶体の周囲に、Ndを含むYAG結晶、Ndを含まないY
AG結晶およびGeO2を主成分とするガラスのうちのいずれ
かからなる屈折率が前記丸棒状結晶より小さな結晶層ま
たはガラス層を有することを特徴とする。
［作用］ 本発明によれば、クラッド層を有するレーザ用ロッドを
容易に作製できるものであり、低損失なレーザ用ロッド
を容易に得られる利点がある。また、厚いクラッド層を
形成することによって、コア径を小さくできしたがっ
て、発光部が小さく、単一モードと直接結合できるレー
ザ用ロッドを得られる。
容易に作製できるものであり、低損失なレーザ用ロッド
を容易に得られる利点がある。また、厚いクラッド層を
形成することによって、コア径を小さくできしたがっ
て、発光部が小さく、単一モードと直接結合できるレー
ザ用ロッドを得られる。
［実施例］ 第１図（Ａ），（Ｂ）に本発明の基本構成を示す。同図
（Ａ）はレーザ用ロッドの断面図、同図（Ｂ）はその屈
折率分布を示す図である。図において、１は発光性元素
を含む丸棒状の結晶体、２は結晶体１より屈折率の小さ
な結晶層またはガラス層である。レーザ光は結晶体１内
で発生し、結晶体１（屈折率n2）と結晶体２（屈折率
n1）の屈折率差（n2−n1＝Δｎ）によって、結晶体１内
にとじこめられる。
（Ａ）はレーザ用ロッドの断面図、同図（Ｂ）はその屈
折率分布を示す図である。図において、１は発光性元素
を含む丸棒状の結晶体、２は結晶体１より屈折率の小さ
な結晶層またはガラス層である。レーザ光は結晶体１内
で発生し、結晶体１（屈折率n2）と結晶体２（屈折率
n1）の屈折率差（n2−n1＝Δｎ）によって、結晶体１内
にとじこめられる。
さらに本発明では、発光性元素を含む結晶体１の寸法を
小さくし、10μｍ以下とした場合は、レーザ光は結晶層
２へもしみ出し、特に、次式で決まるパラメータＶが2.
405以下のときには単一モードと呼ばれる状態になり、
発光レーザ光の20％〜50％が結晶層に漏洩する。
小さくし、10μｍ以下とした場合は、レーザ光は結晶層
２へもしみ出し、特に、次式で決まるパラメータＶが2.
405以下のときには単一モードと呼ばれる状態になり、
発光レーザ光の20％〜50％が結晶層に漏洩する。
（１）式でπは円周率、ａは結晶体１の直径、λは発光
するレーザ光の波長である。従来のレーザ用ロッドでは
Δｎが大きく、従ってＶが大きくなるのに対し、本発明
のクラッド層は損失低減化に重要な役割をするほか、結
晶体１の小さな寸法の実現を容易にするものである。
するレーザ光の波長である。従来のレーザ用ロッドでは
Δｎが大きく、従ってＶが大きくなるのに対し、本発明
のクラッド層は損失低減化に重要な役割をするほか、結
晶体１の小さな寸法の実現を容易にするものである。
参考例 たとえば、第１図に示した本発明の基本構成図におい
て、結晶体１として、発光性元素としてNdを１％含んだ
YAGを使用し、結晶層２としてNdを含まないYAGを使用し
て、本発明のレーザ用ロッドを構成した場合、Ndを含む
YAG結晶とNdを含まないYAG結晶の屈折率差Δｎはほぼ0.
018程度であり、したがって、式（１）により、ａ＝３
μｍとすれば、１μｍ以上の波長域で単一モード状態と
なる。（YAG結晶の屈折率は1.82であり、したがってn1
＝1.82とした。）この場合、外側のYAG結晶層の寸法ｂ
としては、100〜200μｍが適当であり、これは任意に作
製できる。
て、結晶体１として、発光性元素としてNdを１％含んだ
YAGを使用し、結晶層２としてNdを含まないYAGを使用し
て、本発明のレーザ用ロッドを構成した場合、Ndを含む
YAG結晶とNdを含まないYAG結晶の屈折率差Δｎはほぼ0.
018程度であり、したがって、式（１）により、ａ＝３
μｍとすれば、１μｍ以上の波長域で単一モード状態と
なる。（YAG結晶の屈折率は1.82であり、したがってn1
＝1.82とした。）この場合、外側のYAG結晶層の寸法ｂ
としては、100〜200μｍが適当であり、これは任意に作
製できる。
上記構成のレーザ用ロッドの作製については下記のとお
り行った。すなわち、直径0.6〜0.7mmのNd:YAG結晶棒を
用意し（Nd:YAGはNdを含むYAGを意味する）、これを研
磨して直径0.5mmφの丸棒状Nd:YAG結晶体を得た。次
に、直径10mmφのYAG結晶体（Ndを含まない）を用意
し、この表面を研磨すると共に、中心部に直径0.5mmφ
の穴をあけ、この内面を研磨して、穴直径を0.6mmφと
した。続いて、直径0.5mmφのNd:YAG結晶体を上記YAG結
晶体の穴に封入し、プリフォームとした。このとき、内
側のNd:YAG結晶体の外面と穴内面のギャップ（クリアラ
ンス）はできるだけ小さいほど良い。今回の実施例では
0.1mmであった。また結晶体の方位は、同じ方向である
ことが望ましい。次に、プリフォームを1900〜2000℃の
高温電気炉中にて処理し、引き伸し加工を行って、直径
1mmφのレーザ用ロッドを得た。このレーザ用ロッドは
第１図に示した構造を有し、寸法ｂが1mm、寸法ａが0.0
5mmである。このレーザ用ロッドは、損失が極めて小さ
く、10μｍで0.05dB/m以下であった。さらに、本実施例
では、上記直径1mmのレーザ用ロッドから、直径50μｍ
（寸法ｂ）、コア径2.5μｍ（寸法ｂ）の単結晶ファイ
バ状のレーザ用ロッドを作製した。この作製は、論文
（M.M.Fejer他：“Laser−heated miniature pedestal
growth apparatus for single−crystal optical fiber
s"Rev.Sci.Instrum.55（11）,Nov.1984,pp.1791−179
6）に示されている作製装置を用いて、レーザ用ロッド
をレーザ加熱によって部分的に溶融し、ロッド全体を上
昇させながら溶融部分を引上げて単結晶化した。この単
結晶ファイバ状レーザ用ロッドは、コア直径が2.5μｍ
と極めて小さいために、通常使用している単一モードフ
ァイバ（コア径８〜10μｍ）と低損失で、直接結合でき
る。事実、このレーザ用ロッドの片端より波長0.82μｍ
のレーザダイオードでポンピングしたところ、効率20％
〜30％で1.064μｍのレーザ出力が得られ、また効率２
％〜３％で1.32μｍのレーザ出力が得られ、それぞれ、
単一モードファイバに直接結合できた。結合損失は1dB/
m以下であった。
り行った。すなわち、直径0.6〜0.7mmのNd:YAG結晶棒を
用意し（Nd:YAGはNdを含むYAGを意味する）、これを研
磨して直径0.5mmφの丸棒状Nd:YAG結晶体を得た。次
に、直径10mmφのYAG結晶体（Ndを含まない）を用意
し、この表面を研磨すると共に、中心部に直径0.5mmφ
の穴をあけ、この内面を研磨して、穴直径を0.6mmφと
した。続いて、直径0.5mmφのNd:YAG結晶体を上記YAG結
晶体の穴に封入し、プリフォームとした。このとき、内
側のNd:YAG結晶体の外面と穴内面のギャップ（クリアラ
ンス）はできるだけ小さいほど良い。今回の実施例では
0.1mmであった。また結晶体の方位は、同じ方向である
ことが望ましい。次に、プリフォームを1900〜2000℃の
高温電気炉中にて処理し、引き伸し加工を行って、直径
1mmφのレーザ用ロッドを得た。このレーザ用ロッドは
第１図に示した構造を有し、寸法ｂが1mm、寸法ａが0.0
5mmである。このレーザ用ロッドは、損失が極めて小さ
く、10μｍで0.05dB/m以下であった。さらに、本実施例
では、上記直径1mmのレーザ用ロッドから、直径50μｍ
（寸法ｂ）、コア径2.5μｍ（寸法ｂ）の単結晶ファイ
バ状のレーザ用ロッドを作製した。この作製は、論文
（M.M.Fejer他：“Laser−heated miniature pedestal
growth apparatus for single−crystal optical fiber
s"Rev.Sci.Instrum.55（11）,Nov.1984,pp.1791−179
6）に示されている作製装置を用いて、レーザ用ロッド
をレーザ加熱によって部分的に溶融し、ロッド全体を上
昇させながら溶融部分を引上げて単結晶化した。この単
結晶ファイバ状レーザ用ロッドは、コア直径が2.5μｍ
と極めて小さいために、通常使用している単一モードフ
ァイバ（コア径８〜10μｍ）と低損失で、直接結合でき
る。事実、このレーザ用ロッドの片端より波長0.82μｍ
のレーザダイオードでポンピングしたところ、効率20％
〜30％で1.064μｍのレーザ出力が得られ、また効率２
％〜３％で1.32μｍのレーザ出力が得られ、それぞれ、
単一モードファイバに直接結合できた。結合損失は1dB/
m以下であった。
GGG結晶体についてもYAG結晶と同様に取り扱うことがで
き、中心（コア）にNd:GGG結晶、周囲（クラッド）にNd
を含まないGGG結晶を使用して単結晶ファイバを作製し
た。外径寸法（ｂ）は上述のYAG結晶の場合と同一であ
った。しかしながら、GGG結晶体の場合には、Ndの添加
量が２％と大きいため、Nd:GGG結晶とGGG結晶の屈折率
Δｎが大きくなり、従って（１）式よりコア径を小さく
できる。本GGG単結晶ファイバは、コア径は1.5μｍ程度
と小さくなった。さらに、レーザダイオードによってポ
ンピングしたところ、効率は30％〜40％と極めて高かっ
た。
き、中心（コア）にNd:GGG結晶、周囲（クラッド）にNd
を含まないGGG結晶を使用して単結晶ファイバを作製し
た。外径寸法（ｂ）は上述のYAG結晶の場合と同一であ
った。しかしながら、GGG結晶体の場合には、Ndの添加
量が２％と大きいため、Nd:GGG結晶とGGG結晶の屈折率
Δｎが大きくなり、従って（１）式よりコア径を小さく
できる。本GGG単結晶ファイバは、コア径は1.5μｍ程度
と小さくなった。さらに、レーザダイオードによってポ
ンピングしたところ、効率は30％〜40％と極めて高かっ
た。
実施例１ 参考例ではクラッドとしてNdを含まないYAG結晶体また
はGGG結晶体を使用したが、GeO2ガラスを使用すること
ができる。GeO2ガラスの熱膨張係数は８×10-6（／度）
と大きく、したがって、YAGの熱膨張係数6.9×10-6およ
びGGGの熱膨張係数9.5×10-6と良く整合するものであ
る。またGeO2の屈折率は1.62程度であり、YAGあるいはG
GGのそれよりもかなり小さいが、表面の荒れの低下，コ
ア径の細径化には有効である。
はGGG結晶体を使用したが、GeO2ガラスを使用すること
ができる。GeO2ガラスの熱膨張係数は８×10-6（／度）
と大きく、したがって、YAGの熱膨張係数6.9×10-6およ
びGGGの熱膨張係数9.5×10-6と良く整合するものであ
る。またGeO2の屈折率は1.62程度であり、YAGあるいはG
GGのそれよりもかなり小さいが、表面の荒れの低下，コ
ア径の細径化には有効である。
本実施例では、直径1mmφのGGGロッドの外側にVAD法
（気相軸づけ法）で合成したガラス微粒子を堆積した
後、800〜900℃の温度で透明ガラス化することによって
クラッド層としてのGeO2ガラス層を形成した。これによ
って、GGGロッドの外径に直径15mmのGeO2ガラス層が形
成された。このプリフォームロッドを基にして、外径1m
m、長さ1000mmのレーザロッドを作製できた。
（気相軸づけ法）で合成したガラス微粒子を堆積した
後、800〜900℃の温度で透明ガラス化することによって
クラッド層としてのGeO2ガラス層を形成した。これによ
って、GGGロッドの外径に直径15mmのGeO2ガラス層が形
成された。このプリフォームロッドを基にして、外径1m
m、長さ1000mmのレーザロッドを作製できた。
実施例２ さらに他の実施例として、Nd:GGG結晶をコアとし、Nd:Y
AG結晶またはYAG結晶をクラッドとするレーザ用ロッド
を参考例と同様の方法で作製した。Nd:GGG結晶の屈折率
は1.99程度、Nd:YAGの屈折率は1.84程度、YAGの屈折率
は1.82である。したがって、Nd:GGGをコアとし、Nd:YAG
またはYAGをクラッドとして第１図の構造が形成でき
る。また、軟化温度の点でもGGGは1750℃,YAGは1950℃
であるため、内側に入れたGGGの方が先に軟化し、ファ
イバ線引きには有利である。
AG結晶またはYAG結晶をクラッドとするレーザ用ロッド
を参考例と同様の方法で作製した。Nd:GGG結晶の屈折率
は1.99程度、Nd:YAGの屈折率は1.84程度、YAGの屈折率
は1.82である。したがって、Nd:GGGをコアとし、Nd:YAG
またはYAGをクラッドとして第１図の構造が形成でき
る。また、軟化温度の点でもGGGは1750℃,YAGは1950℃
であるため、内側に入れたGGGの方が先に軟化し、ファ
イバ線引きには有利である。
上述の各実施例において、Ndにかえ発光性元素としてEr
を用いても、Ndを用いた場合と同様の効果が得られる。
を用いても、Ndを用いた場合と同様の効果が得られる。
本構造によっても、我々は単結晶ファイバ状のレーザ用
ロッドを得ることができ、高効率で低損失な値を実現し
た。
ロッドを得ることができ、高効率で低損失な値を実現し
た。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によって、クラッド層を有
するレーザ用ロッドを容易に作製でき、低損失なレーザ
用ロッドを容易に得られる利点がある。また、厚いクラ
ッド層を形成することによって、コア径を小さくできし
たがって、発光部が小さく、単一モードと直接結合でき
るレーザ用ロッドを得られる。
するレーザ用ロッドを容易に作製でき、低損失なレーザ
用ロッドを容易に得られる利点がある。また、厚いクラ
ッド層を形成することによって、コア径を小さくできし
たがって、発光部が小さく、単一モードと直接結合でき
るレーザ用ロッドを得られる。
第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明の基本構成図を示し、同
図（Ａ）はロッドの断面図、同図（Ｂ）は屈折率の分布
を示す図である。 １……発光性元素を含む丸棒状の結晶体（コア）、２…
…結晶体より屈折率の小さな結晶層またはガラス層。
図（Ａ）はロッドの断面図、同図（Ｂ）は屈折率の分布
を示す図である。 １……発光性元素を含む丸棒状の結晶体（コア）、２…
…結晶体より屈折率の小さな結晶層またはガラス層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−115274（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−239076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−54986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−140483（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】Ndを含むGGG結晶からなる発光性元素を含
む丸棒状の結晶体の周囲に、Ndを含むYAG結晶、Ndを含
まないYAG結晶およびGeO2を主成分とするガラスのうち
のいずれかからなる屈折率が前記丸棒状結晶より小さな
結晶層またはガラス層を有することを特徴とするレーザ
用ロッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61294977A JPH0750806B2 (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | レ−ザ用ロツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61294977A JPH0750806B2 (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | レ−ザ用ロツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63148691A JPS63148691A (ja) | 1988-06-21 |
| JPH0750806B2 true JPH0750806B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=17814756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61294977A Expired - Lifetime JPH0750806B2 (ja) | 1986-12-12 | 1986-12-12 | レ−ザ用ロツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750806B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL72845A0 (en) * | 1983-09-30 | 1984-12-31 | Univ Leland Stanford Junior | Fiber optic amplifier |
| JPS60239076A (ja) * | 1984-05-11 | 1985-11-27 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ発振装置 |
| JPS6254986A (ja) * | 1985-09-04 | 1987-03-10 | Fujikura Ltd | 光増幅素子 |
| JPS62140483A (ja) * | 1985-12-14 | 1987-06-24 | Tohoku Metal Ind Ltd | 固体レ−ザロツドとその製造方法 |
-
1986
- 1986-12-12 JP JP61294977A patent/JPH0750806B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63148691A (ja) | 1988-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |