JPH0797674B2 - 半導体レーザ励起固体レーザ - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザInfo
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- JPH0797674B2 JPH0797674B2 JP1048587A JP4858789A JPH0797674B2 JP H0797674 B2 JPH0797674 B2 JP H0797674B2 JP 1048587 A JP1048587 A JP 1048587A JP 4858789 A JP4858789 A JP 4858789A JP H0797674 B2 JPH0797674 B2 JP H0797674B2
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- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
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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、励起光源としての半導体レーザ出力を高効率
で光結合して固体レーザ素子を光励起する半導体レーザ
励起固体レーザに関するものである。
で光結合して固体レーザ素子を光励起する半導体レーザ
励起固体レーザに関するものである。
［従来の技術］ 最近、半導体レーザを励起光源として用いた固体レーザ
が、高効率，長寿命であり、装置の小型化が図れること
から注目を集めている。
が、高効率，長寿命であり、装置の小型化が図れること
から注目を集めている。
半導体レーザ励起固体レーザにおける固体レーザの光軸
方向から光励起する端面励起方式では、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、高効率で単一基本横モー
ド発振を実現できる。しかし、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接近して集光
する必要があり、発振光の集光は容易ではない。
方向から光励起する端面励起方式では、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、高効率で単一基本横モー
ド発振を実現できる。しかし、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接近して集光
する必要があり、発振光の集光は容易ではない。
第５図は単レンズを用いた従来の半導体レーザ励起固体
レーザの模式図であり、第６図は分布屈折率レンズ１個
を用いた従来の半導体レーザ励起固体レーザの模式図で
ある。
レーザの模式図であり、第６図は分布屈折率レンズ１個
を用いた従来の半導体レーザ励起固体レーザの模式図で
ある。
従来の半導体レーザ励起固体レーザの光結合器として、
第５図に示すように単レンズ８を用いて半導体レーザ１
の出力光を集光して固体レーザ素子３を励起し、アウト
プットミラー４から出力する方法があるが、広い空間を
占有し、光の損失も大きい。一方、屈折率が中心軸から
外周面に向って放射線状に分布して異なっている円柱状
の光学ガラス体である分布屈折率レンズを用いる方法で
は、集光レンズ系を小さくまとめることができる（例え
ば特開昭58−52889号，特開昭60−25444号参照）。
第５図に示すように単レンズ８を用いて半導体レーザ１
の出力光を集光して固体レーザ素子３を励起し、アウト
プットミラー４から出力する方法があるが、広い空間を
占有し、光の損失も大きい。一方、屈折率が中心軸から
外周面に向って放射線状に分布して異なっている円柱状
の光学ガラス体である分布屈折率レンズを用いる方法で
は、集光レンズ系を小さくまとめることができる（例え
ば特開昭58−52889号，特開昭60−25444号参照）。
しかし、第６図に示すように１個のみの分布屈折率レン
ズ２を用いて半導体レーザ１の出力光を集光する方法は
発光源が点光源と見なされる小出力の半導体レーザの場
合にしか有効でない。
ズ２を用いて半導体レーザ１の出力光を集光する方法は
発光源が点光源と見なされる小出力の半導体レーザの場
合にしか有効でない。
高出力の半導体レーザ発振光を集光して固体レーザを励
起する場合、高出力の半導体レーザは、発光源が直線フ
ィラメント状の線光源と見なされるので、半導体レーザ
チップとレンズとの間隔のちょっとした変化により、固
体レーザ素子内に絞ったビームスポット径が変化するた
め、固体レーザを単一基本横モードで発振させるための
励起光の光学系のアラインメント調整が困難であった。
起する場合、高出力の半導体レーザは、発光源が直線フ
ィラメント状の線光源と見なされるので、半導体レーザ
チップとレンズとの間隔のちょっとした変化により、固
体レーザ素子内に絞ったビームスポット径が変化するた
め、固体レーザを単一基本横モードで発振させるための
励起光の光学系のアラインメント調整が困難であった。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、線光源
である高出力の半導体レーザの出力光を集光し固体レー
ザの発振モードにマッチングするように、シンプル且つ
コンパクトで効率よく固体レーザを光励起し、ビーム質
の良いレーザ出力光を生起せしめる半導体レーザ励起固
体レーザを提供することを目的とする。
である高出力の半導体レーザの出力光を集光し固体レー
ザの発振モードにマッチングするように、シンプル且つ
コンパクトで効率よく固体レーザを光励起し、ビーム質
の良いレーザ出力光を生起せしめる半導体レーザ励起固
体レーザを提供することを目的とする。
［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、この発明の第一の手段と
して、互いに焦点を共有する２個の分布屈折率レンズを
直列に配置した光結合器を用いて半導体レーザ出力を集
光して固体レーザ素子を光励起することであり、また、
第二の手段として、前記手段の分布屈折率レンズ２個の
中間に光変調器を置いたことであり、さらに第三の手段
としては２個の半導体レーザ出力を集光して合成し固体
レーザ素子を光励起する光結合器として、第１の半導体
レーザ出力を集光する第１の分布屈折率レンズを偏光ビ
ームスプリッタを挟んで第２の分布屈折率レンズと直列
に配置し、上記偏光ビームスプリッタの第２の受光方向
に第２の半導体レーザ出力を集光する第３の分布屈折率
レンズを配置したことであり、そして第四の手段として
は、前記各手段に対して、入射側の分布屈折率レンズへ
導光するための光ファイバを備えたことである。
して、互いに焦点を共有する２個の分布屈折率レンズを
直列に配置した光結合器を用いて半導体レーザ出力を集
光して固体レーザ素子を光励起することであり、また、
第二の手段として、前記手段の分布屈折率レンズ２個の
中間に光変調器を置いたことであり、さらに第三の手段
としては２個の半導体レーザ出力を集光して合成し固体
レーザ素子を光励起する光結合器として、第１の半導体
レーザ出力を集光する第１の分布屈折率レンズを偏光ビ
ームスプリッタを挟んで第２の分布屈折率レンズと直列
に配置し、上記偏光ビームスプリッタの第２の受光方向
に第２の半導体レーザ出力を集光する第３の分布屈折率
レンズを配置したことであり、そして第四の手段として
は、前記各手段に対して、入射側の分布屈折率レンズへ
導光するための光ファイバを備えたことである。
［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
できまる。このため、単一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に近
ずけ、固体レーザ素子内に一定の大きさのビームスポッ
トを安定的につくってやることが好ましい。
励起方式の場合、固体レーザ素子内の光励起空間の形状
できまる。このため、単一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に近
ずけ、固体レーザ素子内に一定の大きさのビームスポッ
トを安定的につくってやることが好ましい。
また、励起光を変調することにより固体レーザ出力光に
変調をかけられるのが好都合である。
変調をかけられるのが好都合である。
さらに、界面での光の斜め入斜における反射および透過
性が偏光に依存することを利用すれば、互いに直線偏光
した２個の半導体レーザからの出力光を、偏光ビームス
プリッタを用いて、ビーム合成し、容易に励起光強度を
倍増せしめることができる。
性が偏光に依存することを利用すれば、互いに直線偏光
した２個の半導体レーザからの出力光を、偏光ビームス
プリッタを用いて、ビーム合成し、容易に励起光強度を
倍増せしめることができる。
一方、光ファイバの出射面は面光源と考えられる。半導
体レーザ光を光ファイバで導光し固体レーザ素子の光励
起に用いる場合、高出力の半導体レーザ光源と同様の問
題が生ずる。この場合にも、高品質の横モードを得るた
めには、固体レーザ素子内に整った光励起空間をつくっ
てやることが好ましい。
体レーザ光を光ファイバで導光し固体レーザ素子の光励
起に用いる場合、高出力の半導体レーザ光源と同様の問
題が生ずる。この場合にも、高品質の横モードを得るた
めには、固体レーザ素子内に整った光励起空間をつくっ
てやることが好ましい。
［実施例］ 以下、この発明の実施例に基づいて本発明を説明する。
第１図は２個の分布屈折率レンズを用い半導体レーザ光
源を集光する光結合器により光励起する半導体レーザ励
起固体レーザの模式図である。第１図に示す如く、半導
体レーザ１の光源からの発振光を第１の分布屈折率レン
ズ2aによって集光して、平行ビーム化し、第１の分布屈
折率レンズ2aと互いに焦点を共有する（共焦点）ように
配置された第２の分布屈折率レンズ2bにより固体レーザ
素子３内に絞られたビームスポットをつくり光励起を行
う。
第１図は２個の分布屈折率レンズを用い半導体レーザ光
源を集光する光結合器により光励起する半導体レーザ励
起固体レーザの模式図である。第１図に示す如く、半導
体レーザ１の光源からの発振光を第１の分布屈折率レン
ズ2aによって集光して、平行ビーム化し、第１の分布屈
折率レンズ2aと互いに焦点を共有する（共焦点）ように
配置された第２の分布屈折率レンズ2bにより固体レーザ
素子３内に絞られたビームスポットをつくり光励起を行
う。
第７図は共焦点直列に配置された２個の分布屈折率レン
ズを用いて線光源を集光，結像する原理図である。光源
と第１の分布屈折率レンズとの間隔の変化の如何にかか
わらず、一定の大きさの実像が得られる。２個の分布屈
折率レンズ2a,2bは共焦点の配置であるため、第７図に
示すように半導体レーザチップ（9aの位置に配置）と第
１の分布屈折レンズとの間隔の変化（9a→9b）の如何に
かかわらず、一定の大きさに絞られたビームスポット
（10a,10b）をつくることができる。このようにして、
光励起した半導体レーザ励起固体レーザにおいて、固体
レーザ素子としてNd:YAG（Nd 3+:Y3Al5O12）を用いた場
合の実験では、720mWの半導体レーザ出力でYAGレーザ基
本波出力240mWの高効率発振が得られている。
ズを用いて線光源を集光，結像する原理図である。光源
と第１の分布屈折率レンズとの間隔の変化の如何にかか
わらず、一定の大きさの実像が得られる。２個の分布屈
折率レンズ2a,2bは共焦点の配置であるため、第７図に
示すように半導体レーザチップ（9aの位置に配置）と第
１の分布屈折レンズとの間隔の変化（9a→9b）の如何に
かかわらず、一定の大きさに絞られたビームスポット
（10a,10b）をつくることができる。このようにして、
光励起した半導体レーザ励起固体レーザにおいて、固体
レーザ素子としてNd:YAG（Nd 3+:Y3Al5O12）を用いた場
合の実験では、720mWの半導体レーザ出力でYAGレーザ基
本波出力240mWの高効率発振が得られている。
第８図は第１図のように構成した半導体レーザ励起YAG
レーザで実験的に得られたYAGレーザ光のビームプロフ
ィールである。YAGレーザ光の強度分布は第８図に示す
ようにガウス型であり、単一基本横モード（TEMoo）の
良質なレーザビームが得られている。
レーザで実験的に得られたYAGレーザ光のビームプロフ
ィールである。YAGレーザ光の強度分布は第８図に示す
ようにガウス型であり、単一基本横モード（TEMoo）の
良質なレーザビームが得られている。
第２図は２個の分布屈折率レンズの間に光変調器を挿入
し、励起光である半導体レーザ出力光に変調をかけられ
る光結合器により光励起する半導体レーザ励起固体レー
ザの模式図である。第２図に示すように、２個の分布屈
折率レンズ２の中間に音響光学素子や電気光学素子とい
った光変調器６を挿入し、励起光に変調をかけることも
できる。
し、励起光である半導体レーザ出力光に変調をかけられ
る光結合器により光励起する半導体レーザ励起固体レー
ザの模式図である。第２図に示すように、２個の分布屈
折率レンズ２の中間に音響光学素子や電気光学素子とい
った光変調器６を挿入し、励起光に変調をかけることも
できる。
また、第３図は３個の分布屈折率レンズと偏光ビームス
プリッタを用い、２個の半導体レーザ光源を集光する光
結合器により光励起する半導体レーザ励起固体レーザの
模式図である。励起用の半導体レーザが２個の場合に
は、第３図に示すように半導体レーザ出力が偏光してい
ることを利用して、偏光ビームスプリッタ５をビーム合
成器として用い、第１の半導体レーザ1aからの発振光は
紙面に平行に偏光させ、第２の半導体レーザ1bからの発
振光は紙面に垂直に偏光させて、各々第１の分布屈折率
レンズ2cと第３の分布屈折率レンズ2eにより集光してビ
ーム合成し、第２の分布屈折率レンズ2dにより固体レー
ザ素子３内に絞られたビームスポットを得るものであ
る。
プリッタを用い、２個の半導体レーザ光源を集光する光
結合器により光励起する半導体レーザ励起固体レーザの
模式図である。励起用の半導体レーザが２個の場合に
は、第３図に示すように半導体レーザ出力が偏光してい
ることを利用して、偏光ビームスプリッタ５をビーム合
成器として用い、第１の半導体レーザ1aからの発振光は
紙面に平行に偏光させ、第２の半導体レーザ1bからの発
振光は紙面に垂直に偏光させて、各々第１の分布屈折率
レンズ2cと第３の分布屈折率レンズ2eにより集光してビ
ーム合成し、第２の分布屈折率レンズ2dにより固体レー
ザ素子３内に絞られたビームスポットを得るものであ
る。
さらに、半導体レーザ出力を直接結合する場合だけでは
なく、第４図のように光ファイバ７で導光された半導体
レーザ出力に対しても適用できるものである。
なく、第４図のように光ファイバ７で導光された半導体
レーザ出力に対しても適用できるものである。
第４図は光ファイバで導光された半導体レーザ出力を２
個の分布屈折率レンズで集光する光結合器により光励起
する半導体レーザ励起固体レーザの模式図である。第４
図のように、光ファイバを用いる構成は、第３図におい
て、２個の半導体レーザ1a,1bの位置に２本の光ファイ
バで置換したものに対しても適用できるものである。
個の分布屈折率レンズで集光する光結合器により光励起
する半導体レーザ励起固体レーザの模式図である。第４
図のように、光ファイバを用いる構成は、第３図におい
て、２個の半導体レーザ1a,1bの位置に２本の光ファイ
バで置換したものに対しても適用できるものである。
［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明の半導体レーザ励起固体レ
ーザは、その構成が小型で、効率が高く、ビーム質の良
い固体レーザを実現できる。
ーザは、その構成が小型で、効率が高く、ビーム質の良
い固体レーザを実現できる。
第１図は２個の分布屈折率レンズを用い半導体レーザ光
源を集光する光結合器により光励起する半導体レーザ励
起固体レーザの模式図、第２図は２個の分布屈折率レン
ズの間に光変調器を挿入し、励起光である半導体レーザ
出力光に変調をかけられる光結合器により光励起する半
導体レーザ励起固体レーザの模式図、第３図は３個の分
布屈折率レンズと偏光ビームスプリッタを用い、２個の
半導体レーザ光源を集光する光結合器により光励起する
半導体レーザ励起固体レーザの模式図、第４図は光ファ
イバで導光された半導体レーザ出力を２個の分布屈折率
レンズで集光する光結合器により光励起する半導体レー
ザ励起固体レーザの模式図、第５図は単レンズを用いた
従来の半導体レーザ励起固体レーザの模式図、第６図は
分布屈折率レンズ１個を用いた従来の半導体レーザ励起
固体レーザの模式図、第７図は共焦点直列に配置された
２個の分布屈折率レンズを用いて線光源を集光，結像す
る原理図、第８図は第１図のように構成した半導体レー
ザ励起YAGレーザで、実験的に得られたYAGレーザ光のビ
ームプロフィールである。 図中． 1,1a,1b:半導体レーザ 2,2a,2b,2c,2d,2e:分布屈折率レンズ 3:固体レーザ素子 4:アウトプットミラー 5:偏光ビームスプリッタ 6:光変調器 7:光ファイバ 8:単レンズ 9a,9b:物体（線光源） 10a,10b:実像
源を集光する光結合器により光励起する半導体レーザ励
起固体レーザの模式図、第２図は２個の分布屈折率レン
ズの間に光変調器を挿入し、励起光である半導体レーザ
出力光に変調をかけられる光結合器により光励起する半
導体レーザ励起固体レーザの模式図、第３図は３個の分
布屈折率レンズと偏光ビームスプリッタを用い、２個の
半導体レーザ光源を集光する光結合器により光励起する
半導体レーザ励起固体レーザの模式図、第４図は光ファ
イバで導光された半導体レーザ出力を２個の分布屈折率
レンズで集光する光結合器により光励起する半導体レー
ザ励起固体レーザの模式図、第５図は単レンズを用いた
従来の半導体レーザ励起固体レーザの模式図、第６図は
分布屈折率レンズ１個を用いた従来の半導体レーザ励起
固体レーザの模式図、第７図は共焦点直列に配置された
２個の分布屈折率レンズを用いて線光源を集光，結像す
る原理図、第８図は第１図のように構成した半導体レー
ザ励起YAGレーザで、実験的に得られたYAGレーザ光のビ
ームプロフィールである。 図中． 1,1a,1b:半導体レーザ 2,2a,2b,2c,2d,2e:分布屈折率レンズ 3:固体レーザ素子 4:アウトプットミラー 5:偏光ビームスプリッタ 6:光変調器 7:光ファイバ 8:単レンズ 9a,9b:物体（線光源） 10a,10b:実像
Claims (4)
- 【請求項１】互いに焦点を共有する２個の分布屈折率レ
ンズを直列に配置した光結合器を用いて半導体レーザ出
力を集光して固体レーザ素子を光励起することを特徴と
する半導体レーザ励起固体レーザ。 - 【請求項２】分布屈折率レンズ２個の中間に光変調器を
置いてなることを特徴とする請求項（１）に記載の半導
体レーザ励起固体レーザ。 - 【請求項３】２個の半導体レーザ出力を集光して合成し
固体レーザ素子を光励起する光結合器として、第１の半
導体レーザ出力を集光する第１の分布屈折率レンズを偏
光ビームスプリッタを挟んで第２の分布屈折率レンズと
直列に配置し、上記偏光ビームスプリッタの第２の受光
方向に第２の半導体レーザ出力を集光する第３の分布屈
折率レンズを配置したことを特徴とする半導体レーザ励
起固体レーザ。 - 【請求項４】入射側の分布屈折率レンズへ導光するため
の光ファイバを備えたことを特徴とする請求項（１）乃
至請求項（３）のいずれかの項に記載の半導体レーザ励
起固体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048587A JPH0797674B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1048587A JPH0797674B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02229481A JPH02229481A (ja) | 1990-09-12 |
| JPH0797674B2 true JPH0797674B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=12807532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1048587A Expired - Fee Related JPH0797674B2 (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 半導体レーザ励起固体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797674B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5212747A (en) * | 1992-04-21 | 1993-05-18 | Hughes Aircraft Company | Zero loss waveguide coupler |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5918878A (ja) * | 1982-07-22 | 1984-01-31 | 神鋼アルフレツシユ株式会社 | 既設窓枠除去装置 |
| US4748687A (en) * | 1984-09-25 | 1988-05-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Narrow band laser transmitter |
| US4656635A (en) * | 1985-05-01 | 1987-04-07 | Spectra-Physics, Inc. | Laser diode pumped solid state laser |
| JPH0747891Y2 (ja) * | 1987-06-04 | 1995-11-01 | ブラザー工業株式会社 | 固体レ−ザ装置 |
-
1989
- 1989-03-02 JP JP1048587A patent/JPH0797674B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02229481A (ja) | 1990-09-12 |
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