JPH0878762A - Q-switched laser - Google Patents

Q-switched laser

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JPH0878762A
JPH0878762A JP6213843A JP21384394A JPH0878762A JP H0878762 A JPH0878762 A JP H0878762A JP 6213843 A JP6213843 A JP 6213843A JP 21384394 A JP21384394 A JP 21384394A JP H0878762 A JPH0878762 A JP H0878762A
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JP
Japan
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laser
resonator
value
equation
switched
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Application number
JP6213843A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
Shinichi Ueno
信一 上野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0878762A publication Critical patent/JPH0878762A/en
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Abstract

PURPOSE: To obtain a Q-switched laser excellent in laser extraction efficiency by reducing the energy density of laser light in a laser resonator to a value equal to or below the damaging threshold of the optical components. CONSTITUTION: Where D is taken as the ratio of maximum energy density that will not cause damage to saturation fluence, η as laser extraction efficiency, L as loss in the resonator in the Q-switch and T as the amount of output coupling of the resonator, the Q-switched laser is constituted so that D<=2, 0.05<=L<=0.2, 0.5<=T, 0.3D<=ηwill be all satisfied.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、Qスイッチレーザに
関する。特に、Qスイッチレーザにおいて、レーザを構
成する光学部品に損傷を与えない範囲で、レーザ媒質か
らの最大の取り出し効率を得る装置に関するものであ
る。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to Q-switched lasers. In particular, the present invention relates to a device for obtaining the maximum extraction efficiency from the laser medium in a Q-switched laser within a range that does not damage the optical components constituting the laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、例えばJOHN J. DEG
NAN,”Theory of the Optima
lly Coupled Q−Switched La
ser,”IEEE JOURNAL OF QUAN
TUM ELECTRONICS, VOL.25,P
214ー220,(1989)に示された従来のQスイ
ッチレーザの構成を説明するための構成図である。ここ
で、1はレーザ媒質、2はレーザ媒質1内に反転分布を
形成するための励起源、3は、レーザ媒質1に光帰還を
かけ、レーザ発振が生ずるようにする共振器、4は共振
器3の内におかれ、共振器3のQ値を変化させ、レーザ
発振を制御するためのQスイッチ、5は共振器3の内に
おかれ、共振器内で生じたレーザ光の一部を外部に放出
し、その出力結合量Tが式(1)で表される出力結合器
である。なお、式(1)において共振器内部損失をL、
およびQスイッチ発振時のレーザ媒質の往復の小信号利
得をln(G)(ここでGは往復の増幅率である)で表
す。 T=1−Exp[−L・{z−1−ln(z)} /ln(z)] (1) ここで、z=ln(G)/Lである。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows, for example, JOHN J. DEG
NAN, "Theory of the Optima
ly Coupled Q-Switched La
ser, "IEEE JOURNAL OF QUAN
TUM ELECTRONICS, VOL. 25, P
214-220, (1989) is a block diagram for explaining the configuration of the conventional Q-switched laser. Here, 1 is a laser medium, 2 is an excitation source for forming a population inversion in the laser medium 1, 3 is a resonator for giving optical feedback to the laser medium 1 and causing laser oscillation, and 4 is a resonance Q switch for controlling the laser oscillation by changing the Q value of the resonator 3 inside the resonator 3 and 5 are placed inside the resonator 3 and a part of the laser light generated inside the resonator. Is discharged to the outside, and the output coupling amount T is represented by the formula (1). In the formula (1), the resonator internal loss is L,
And the round-trip small signal gain of the laser medium during Q-switch oscillation is represented by ln (G) (where G is the round-trip amplification factor). T = 1-Exp [-L * {z-1-ln (z)} / ln (z)] (1) Here, z = ln (G) / L.

【0003】次に動作について説明する。Qスイッチに
より、共振器3のQ値を低く保った状態で励起源2によ
りレーザ媒質1を励起する。この場合、Qが低いため、
レーザ発振は抑止され、励起エネルギーは、レーザ光と
はならずレーザ媒質1内に蓄積される。この後Qスイッ
チにより共振器3のQ値が高い状態にスイッチされる
と、共振器3内で急激にレーザ発振が生じレーザ媒質1
内に蓄えられたエネルギーが光として取り出され、一部
が出力結合器5から外部に放出される。この放出はレー
ザ媒質1内に蓄えられたエネルギーが枯渇することで止
まるためパルス状のレーザ出力光が得られ、これはQス
イッチパルスと呼ばれる。
Next, the operation will be described. The laser medium 1 is excited by the excitation source 2 while the Q value of the resonator 3 is kept low by the Q switch. In this case, because Q is low,
Laser oscillation is suppressed, and the excitation energy does not become laser light but is accumulated in the laser medium 1. After that, when the Q value of the resonator 3 is switched to a high value by the Q switch, laser oscillation is suddenly generated in the resonator 3 and the laser medium 1
The energy stored inside is extracted as light, and part of it is emitted from the output coupler 5 to the outside. This emission stops when the energy stored in the laser medium 1 is exhausted, so that a pulsed laser output light is obtained, which is called a Q switch pulse.

【0004】レーザ媒質1内に蓄えたエネルギーのう
ち、共振器3の外部に取り出される光パルスのエネルギ
ーに変換される割合を取り出し効率と呼び、この値を最
大とするように出力結合器5の出力結合量が決定され
る。この出力結合器5の出力結合量Tの決定法について
次に述べる。図9はレーザ媒質1内のレーザ発振を行う
2つの準位について模式的に示したものである。レーザ
媒質1が空間的に均一に励起されており、共振器内レー
ザ光もレーザ媒質内で強度一様であるとすると、レーザ
発振を記述するレート方程式は、レーザ上位準位の活性
媒質(イオン、原子、分子など)密度NU 、レーザ下位
準位の活性媒質密度NL 、光子密度φに対し式(2)で
あらわせる。
Of the energy stored in the laser medium 1, the ratio of the energy converted to the energy of the optical pulse taken out of the resonator 3 is called the extraction efficiency, and the value of the output coupler 5 is maximized to maximize this value. The amount of output coupling is determined. A method of determining the output coupling amount T of the output coupler 5 will be described next. FIG. 9 schematically shows two levels that cause laser oscillation in the laser medium 1. Assuming that the laser medium 1 is spatially uniformly excited and that the laser light in the resonator also has a uniform intensity in the laser medium, the rate equation describing the laser oscillation is as follows: (Atom, molecule, etc.) density N U , active medium density N L of the laser lower level, and photon density φ are expressed by equation (2).

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】この式(2)において、lはレーザ媒質1
の長さ、l’は共振器3の長さ、τp は共振器3の光子
寿命、vg はレーザ媒質1内での光速、τは蛍光寿命
(自然放出による緩和時間)、σemi はレーザ上位準位
の誘導放出断面積、σabs はレーザ下位準位の誘導吸収
断面積である。4準位レーザにおいてはNL はほとんど
0となる。また、3準位レーザにおいては、Nu +NL
が、レーザ媒質内の全活性媒質密度に等しくなることを
考慮し、全活性媒質密度に対するNu の割合をβとする
と、式(2)は式(3)のように書きなおされる。更
に、Qスイッチ発振時においては、励起や自然放出の割
合に比べ、誘導放出の割合がはるかに大きくなるため、
これらの項を無視すると、3準位、4準位系レーザとも
に式(4)のレート方程式でレーザ動作を記述できる。
In this equation (2), l is the laser medium 1
, L ′ is the length of the resonator 3, τ p is the photon lifetime of the resonator 3, v g is the speed of light in the laser medium 1, τ is the fluorescence lifetime (relaxation time by spontaneous emission), and σ emi is The stimulated emission cross section of the upper laser level, σ abs is the stimulated absorption cross section of the lower laser level. In a four-level laser, N L becomes almost zero. In addition, in the three-level laser, N u + N L
In consideration of the fact that is equal to the total active medium density in the laser medium, and the ratio of N u to the total active medium density is β, equation (2) is rewritten as equation (3). Furthermore, at the time of Q-switch oscillation, the rate of stimulated emission is much higher than the rate of excitation or spontaneous emission.
If these terms are ignored, the laser operation can be described by the rate equation of equation (4) for both the three-level and four-level system lasers.

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【0008】式(4)の2つの微分方程式の両辺をそれ
ぞれ割ると、式(5)が得られる。Qスイッチ4のQを
高い値にスイッチした瞬間の、xの初期値をx0 、この
時、レーザ光は生じていないのでyの初期値を0とする
と、式(6)に示す解が得られる。また、t−>∞で、
パルス発振が完了することから、y=0とし、このとき
のレーザ媒質1内でxの値をxf とし式(6)に代入す
ると、Qスイッチ動作を表す式(7)の特性方程式が得
られる。
By dividing both sides of the two differential equations of the equation (4), the equation (5) is obtained. At the moment when the Q of the Q switch 4 is switched to a high value, the initial value of x is x 0 , and at this time, no laser light is generated, so if the initial value of y is set to 0, the solution shown in equation (6) is obtained. To be Also, at t-> ∞,
Since pulse oscillation is completed, y = 0, and the value of x in the laser medium 1 at this time is set to x f and substituted into equation (6), the characteristic equation of equation (7) representing the Q switch operation is obtained. To be

【0009】[0009]

【数3】 (Equation 3)

【0010】一方、光子密度yを出力パワーPに変換し
て示すと式(8)のように示される。式(8)で、Sは
共振器3で形成されるレーザビームの断面積、Tは出力
結合器5の出力結合量、hνはレーザ光の光子エネルギ
ー、C0 は真空での光速である。式(7)、式(8)よ
り、Qスイッチの出力エネルギーEは式(9)となる。
On the other hand, when the photon density y is converted into the output power P and shown, it is expressed by the equation (8). In the equation (8), S is the cross-sectional area of the laser beam formed by the resonator 3, T is the output coupling amount of the output coupler 5, hν is the photon energy of the laser light, and C 0 is the speed of light in vacuum. From the equations (7) and (8), the output energy E of the Q switch is given by the equation (9).

【0011】[0011]

【数4】 [Equation 4]

【0012】ここで式(9)の関係を用いて式(10)
の最大値を求める。このため、h=−ln(1−T),
k=Xf /X0 とおいて式(8)、式(9)を書き直す
と式(10)、式(11)を得る。式(10)、式(1
1)を用いて式(12)に示す未定係数法を用いて、出
力結合量T、最大出力E、最大の取り出し効率ηEXを求
めると式(13)、式(14)、式(15)の関係を得
る。
Here, using the relationship of the equation (9), the equation (10) is obtained.
Find the maximum value of. Therefore, h = -ln (1-T),
Rewriting equations (8) and (9) with k = X f / X 0 , equations (10) and (11) are obtained. Expression (10), Expression (1
When the output coupling amount T, the maximum output E, and the maximum extraction efficiency η EX are obtained by using the undetermined coefficient method shown in the equation (12) using the equation 1), the equation (13), the equation (14), and the equation (15) are obtained. Get a relationship.

【0013】[0013]

【数5】 (Equation 5)

【0014】すなわち、従来のQスイッチレーザ構成法
では、励起源2やレーザ媒質の形状などで小信号利得が
決定されると、式(13)に示した出力結合量Tを持つ
出力結合器5でQスイッチレーザを構成し、これによ
り、最大の出力エネルギーE、最大の取り出し効率ηEX
を得ていた。これは、定性的には以下のように説明され
る。Qスイッチ4により共振器3のQ値を変化させた後
のパルス発生過程においては、共振器内でのレーザ光強
度が高いほどレーザ媒質1内に発生している反転分布と
レーザ光の相互作用が強くなり、レーザ媒質1内に蓄え
られたエネルギーが光エネルギーに変換されやすい。こ
の効果を得るためには出力結合器5の出力結合量をでき
るだけ小さくし、共振器内でのレーザ光強度を高めるこ
とが有効である。一方、共振器3内に蓄えられた光エネ
ルギーは、レーザ光が共振器3内を周回する間に共振器
内損失により減衰する。このため、レーザ光が共振器内
に閉じ込められている時間(光子寿命)が短いほうが共
振器内損失による減衰が小さくレーザ光を効率良く外部
に取り出せる。出力結合量が大きいほど光子寿命が短く
なる。これら2つの相反する要因のため、最適の出力結
合量が決定される。即ち、図10に示すように出力結合
量Tには0と1の中間で最適値Topt があり、この値を
式(13)により決めている。ただ、この式はレーザの
構成部分が高エネルギーに耐えられるというのが前提で
あり、後に述べるように内部エネルギー密度が高まると
構成部分が負傷を受けて破壊されるので、負傷内のエネ
ルギー密度に抑えねばならない。その場合にはzを小さ
くし、対応してEu −Tの関係曲線は図10に示すよう
に小さな値に抑え込まれる。
That is, in the conventional Q-switch laser configuration method, when the small signal gain is determined by the shape of the pump source 2 and the laser medium, the output coupler 5 having the output coupling amount T shown in the equation (13). The Q-switched laser is composed of the maximum output energy E and the maximum extraction efficiency η EX.
Was getting This is qualitatively explained as follows. In the pulse generation process after the Q value of the resonator 3 is changed by the Q switch 4, the interaction between the population inversion and the laser light generated in the laser medium 1 increases as the laser light intensity in the resonator increases. Becomes stronger, and the energy stored in the laser medium 1 is easily converted into light energy. In order to obtain this effect, it is effective to make the output coupling amount of the output coupler 5 as small as possible and increase the laser light intensity in the resonator. On the other hand, the optical energy stored in the resonator 3 is attenuated by the intracavity loss while the laser light circulates in the resonator 3. For this reason, when the laser light is confined in the resonator for a shorter time (photon lifetime), the attenuation due to the loss in the resonator is smaller and the laser light can be efficiently extracted to the outside. The larger the amount of output coupling, the shorter the photon lifetime. Due to these two conflicting factors, the optimum amount of output coupling is determined. That is, as shown in FIG. 10, the output coupling amount T has an optimum value T opt between 0 and 1, and this value is determined by the equation (13). However, this formula is based on the premise that the components of the laser can withstand high energy.As the internal energy density increases, the components will be damaged and destroyed as will be described later. It must be suppressed. In that case, z is reduced and the Eu- T relationship curve is suppressed to a small value as shown in FIG.

【0015】この従来のQスイッチレーザの構成方法で
は、共振器内のエネルギー密度として、最も一般的なケ
ースとして、出力結合器5として共振器3を構成する鏡
を用いた場合、図11に模式的に示しているように共振
器内部エネルギー密度Ecavは式(16)で与えられ
る。
In the conventional method of constructing a Q-switched laser, the energy density in the resonator is generally the most general case. In the case where a mirror constituting the resonator 3 is used as the output coupler 5, a schematic is shown in FIG. As shown schematically, the resonator internal energy density E cav is given by equation (16).

【0016】[0016]

【数6】 (Equation 6)

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】式(15)からわかる
ように、従来のQスイッチレーザの構成では、小信号利
得に比例するzの値を大きくとることにより、取り出し
効率ηEXを高くできることがわかる。しかし、Qスイッ
チレーザを構成する光学部品は有限の損傷しきい値を有
しているため、式(16)に示した共振器内エネルギー
密度を損傷しきい値以下の値に設定する必要があり、こ
のためzの値は制限をうける。特に式(16)からわか
るように有効誘導放出断面積σeff が小さいレーザ媒質
ほど、同じzの値における共振器内エネルギー密度は高
くなるため、zの値としてより小さい値を選ばなければ
ならない。このため、式(15)に示した効率が低くな
るという課題があった。
As can be seen from the expression (15), in the configuration of the conventional Q-switched laser, the extraction efficiency ηEX can be increased by increasing the value of z proportional to the small signal gain. . However, since the optical components that make up the Q-switched laser have a finite damage threshold, it is necessary to set the energy density in the cavity shown in equation (16) to a value below the damage threshold. , Therefore, the value of z is limited. In particular, as can be seen from the formula (16), the smaller the effective stimulated emission cross-section σ eff is, the higher the energy density in the cavity at the same z value is. Therefore, a smaller z value must be selected. Therefore, there is a problem in that the efficiency shown in the equation (15) becomes low.

【0018】この発明は上記の課題を解消するためにな
されたものであり、従来の構成に比べzの値を高くとる
とともに、共振器内のレーザ光エネルギー密度を、光学
部品の損傷しきい値以下としつつ、出力結合量を増やす
ことにより、最大の取り出し効率が得られるQスイッチ
レーザを得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The z value is set higher than that of the conventional structure, and the laser light energy density in the resonator is set to the damage threshold value of optical parts. It is an object of the present invention to obtain a Q-switched laser capable of obtaining the maximum extraction efficiency by increasing the output coupling amount while making the following.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この発明に係るQスイッ
チレーザは、飽和フルエンスに対する損傷共振器内最大
エネルギー密度の比をDとし、レーザの取り出し効率を
ηとしてこれを改題になるよう定めた場合、Qスイッチ
の共振器内の損失をL、上記共振器の出力結合量をTと
すると、D≦2、0.05≦L≦0.2、0.5≦T、
0.3D≦ηの値を同時に満足するよう構成した。
In the Q-switched laser according to the present invention, the ratio of the maximum energy density in the damaged cavity to the saturated fluence is D, and the extraction efficiency of the laser is η, which is a subject to be changed. , L is the loss in the resonator of the Q switch and T is the output coupling amount of the resonator, D ≦ 2, 0.05 ≦ L ≦ 0.2, 0.5 ≦ T,
It is configured so that the value of 0.3D ≦ η is satisfied at the same time.

【0020】また更に、レーザ媒質としてツリウム・ド
ープド・イットリウム−アルミニウム−ガーネット(T
m:YAG)を用い、かつ出力結合量の値として、0.
5≦T≦0.7をとるようにした。
Further, as a laser medium, thulium-doped yttrium-aluminum-garnet (T
m: YAG) and using 0.
5 ≦ T ≦ 0.7 is set.

【0021】または、レーザ媒質としてエルビウム・ド
ープド・ガラス(Er:Glass)を用い、かつ出力
結合量の値として、0.5≦T≦0.9をとるようにし
た。
Alternatively, erbium-doped glass (Er: Glass) is used as the laser medium, and the value of the output coupling amount is set to 0.5 ≦ T ≦ 0.9.

【0022】または、レーザ媒質としてホロミウム・ド
ープド・イットリウム−アルミニウム−ガーネット(H
o:YAG)を用い、かつ出力結合量の値として、0.
5≦T≦0.9をとるようにした。
Alternatively, as a laser medium, holmium-doped yttrium-aluminum-garnet (H
o: YAG), and as the value of the output coupling amount, 0.
5 ≦ T ≦ 0.9 is set.

【0023】この発明に係るQスイッチレーザは、レー
ザ・ビームを拡大領域と縮小領域とに分割し、該分割点
に拡大光学系を用いて縮小領域から出力をとり出す構成
とし、上記拡大光学系の縮小領域に対する拡大領域の拡
大倍率をM、拡大領域側の飽和フルエンスに対する損傷
共振器内最大エネルギー密度の比をDとし、レーザの取
り出し効率をηとしてこれを最大になるよう定めた場
合、Qスイッチの共振器内の損失をL、上記共振器の出
力結合量をTとすると、Dm=D/M2 としてDm≦
2、0.05≦L≦0.2、0.5≦T、0.3D≦η
の値を同時に満足するよう構成した。
In the Q-switched laser according to the present invention, the laser beam is divided into an expansion area and a reduction area, and an expansion optical system is used at the division points to extract an output from the reduction area. When the expansion ratio of the expansion region to the contraction region of M is M, the ratio of the maximum energy density in the damaged resonator to the saturated fluence on the expansion region side is D, and the extraction efficiency of the laser is set to η Assuming that the loss in the resonator of the switch is L and the output coupling amount of the resonator is T, Dm = D / M 2 and Dm ≦
2, 0.05 ≦ L ≦ 0.2, 0.5 ≦ T, 0.3D ≦ η
The values of are simultaneously satisfied.

【0024】また更に、上記構成において拡大倍率Mの
値として、2.5≦Mとした。
Further, in the above structure, the value of the magnification M is set to 2.5 ≦ M.

【0025】この発明に係るQスイッチレーザは、飽和
フルエンスに対する損傷共振器内最大エネルギー密度の
比を用いてこれをDとし、またレーザ内の共振器内のエ
ネルギー密度の制限内の条件を付加した特性方程式によ
り、レーザの取り出し効率をηとしてこれを最大になる
よう定め、D≦2で0.3D≦ηの値を満足するよう構
成した。
The Q-switched laser according to the present invention uses the ratio of the maximum energy density in the damaged cavity to the saturated fluence as D, and adds a condition within the limit of the energy density in the cavity in the laser. According to the characteristic equation, the extraction efficiency of the laser was defined as η so as to maximize it, and D ≦ 2 was set to satisfy the value of 0.3D ≦ η.

【0026】[0026]

【作用】この発明によるQスイッチレーザは、レーザの
構成部品が光エネルギー密度により損傷を受けないよ
う、まず損傷共振器内最大エネルギー密度を決め、また
はこれを飽和フルエンスで基準化し、この値を取り入れ
て取り出し効率最大になるよう結合量、レーザ媒質の小
信号利得が求められる。こうして設定されたある範囲内
の損失L、出力結合量Tが高いレーザは、特に有効誘導
放出断面積が小さい場合に、取り出し効率が高くなる。
In the Q-switched laser according to the present invention, the maximum energy density in the damaged cavity is first determined so that the laser component is not damaged by the optical energy density, or this is normalized by the saturation fluence, and this value is incorporated. The coupling amount and the small signal gain of the laser medium are required to maximize the extraction efficiency. A laser having a high loss L and a high output coupling amount T within a certain range set in this way has a high extraction efficiency, especially when the effective stimulated emission cross section is small.

【0027】Tmイオンを含んだTm:YAG固体レー
ザ結晶は、飽和フルエンスが高く、最適結合量が0.5
≦T≦0.7で高い取り出し効率となる。
The Tm: YAG solid-state laser crystal containing Tm ions has a high saturation fluence and an optimum binding amount of 0.5.
When ≦ T ≦ 0.7, high extraction efficiency is achieved.

【0028】Erイオンを含んだEr:Glass固体
レーザ結晶は、飽和フルエンスがまだ比較的高く、最適
結合量が0.5≦T≦0.9で高い取り出し効率とな
る。
The Er: Glass solid-state laser crystal containing Er ions has a relatively high saturation fluence and an optimum coupling amount of 0.5 ≦ T ≦ 0.9, which results in high extraction efficiency.

【0029】Hoイオンを含んだHo:YAG固体レー
ザ結晶は、飽和フルエンスがまだ比較的高く、最適結合
量が0.5≦T≦0.9で高い取り出し効率となる。
The Ho: YAG solid-state laser crystal containing Ho ions has a relatively high saturation fluence, and the optimum coupling amount is 0.5 ≦ T ≦ 0.9, and the extraction efficiency is high.

【0030】この発明によるQスイッチレーザは、レー
ザビームが複数の部分に分かれ、拡大・縮小の関係にあ
る場合でも同様に作用し、縮小部分について構成部品が
光エネルギー密度により損傷を受けないよう損傷共振器
内最大エネルギー密度を決めて、この値を取り入れて取
り出し効率最大になる結合量、レーザ媒質の小信号利得
が求められる。そしてこれらの値によるレーザは、有効
誘導放出断面積が小さい場合に、取り出し効率が高くな
る。
The Q-switched laser according to the present invention operates in the same manner even when the laser beam is divided into a plurality of parts and is in a relation of expansion / reduction, and the reduced parts are damaged so that they are not damaged by the light energy density. The maximum energy density in the resonator is determined, and by incorporating this value, the coupling amount that maximizes the extraction efficiency and the small signal gain of the laser medium are obtained. The laser with these values has high extraction efficiency when the effective stimulated emission cross section is small.

【0031】また、レーザビームが複数のレーザに対し
ては、特に拡大領域で飽和フルエンスが低い媒質の場合
に拡大倍率を2.5以上にすると高い取り出し効率とな
る。
Further, for a plurality of laser beams, particularly in the case of a medium having a low saturation fluence in the expansion region, a high extraction efficiency can be obtained by setting the expansion ratio to 2.5 or more.

【0032】この発明によるQスイッチレーザは、レー
ザの構成部品が光エネルギー密度により損傷を受けない
よう、まず損傷共振器内最大エネルギー密度を決め、ま
たはこれを飽和フルエンスで基準化し、この値を取り入
れて取り出し効率最大になるよう結合量、レーザ媒質の
小信号利得が求められる。こうして設定された飽和フル
エンスで基準化した損傷共振器内最大エネルギー密度が
2以下の小さい範囲で、取り出し効率が高くなる。
In the Q-switched laser according to the present invention, the maximum energy density in the damaged cavity is first determined so that the laser component is not damaged by the optical energy density, or the maximum energy density in the damaged resonator is standardized by the saturation fluence, and this value is incorporated. The coupling amount and the small signal gain of the laser medium are required to maximize the extraction efficiency. The extraction efficiency becomes high in the small range where the maximum energy density in the damaged resonator, which is standardized by the saturation fluence thus set, is 2 or less.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

実施例1.従来のレーザ装置が結合量を求め、その後、
内部エネルギー密度で決まる値で結合量を下げていたの
に対し、本発明では内部エネルギー密度で決まる値をあ
らかじめ結合量決定のための式に持ち込んで効率最大に
なるような値を求める。こうして得られた結果は従来と
大きな差がある。以下にまずレーザに適用される関係式
を説明し、上記制限内で効率最大になる式に近似した簡
易式を説明する。またこの式による装置の効果を従来の
装置の値と対比して説明する。
Example 1. A conventional laser device determines the amount of coupling, then
While the amount of binding is reduced by the value determined by the internal energy density, in the present invention, the value determined by the internal energy density is brought into the formula for determining the amount of binding in advance to obtain a value that maximizes efficiency. The results obtained in this way are very different from the conventional ones. First, the relational expression applied to the laser will be described below, and a simple expression approximated to the expression that maximizes the efficiency within the above limits will be described. The effect of the device according to this formula will be described in comparison with the value of the conventional device.

【0034】Qスイッチ動作の基本式としては、式
(4)を用い、レーザ取り出し効率ηEXの最適化を図
る。この時、条件として式(17)に示した効率の式、
式(18)に示すQスイッチレーザの特性方程式ψ1
および、式(19)に示す共振器内のエネルギー密度の
制限式ψ2 を用いる。ここでEsat は媒質を決まれば決
定される飽和フルエンスであり、Elim は共振器内で損
傷しきい値により規定される共振器内エネルギー密度で
ある。
The equation (4) is used as the basic equation for the Q-switch operation to optimize the laser extraction efficiency ηEX. At this time, as a condition, the efficiency equation shown in equation (17),
The characteristic equation ψ 1 , of the Q-switched laser shown in equation (18),
And the limiting expression ψ 2 of the energy density in the resonator shown in Expression (19) is used. Here, E sat is the saturation fluence determined by determining the medium, and E lim is the intracavity energy density defined by the damage threshold within the cavity.

【0035】[0035]

【数7】 (Equation 7)

【0036】式(17)、式(18)、式(19)の条
件のもとに、式(20)に示す未定係数法で最大効率お
よびこれを得るための条件を求める。ここで従来例で示
した式(12)に比べ、共振器内エネルギー密度の制限
式が加わっているため、最適化するパラメータとしても
zが加わっている。式(20)より、最大効率を与える
Tの関係式として式(21)を得る。
Under the conditions of the equations (17), (18) and (19), the maximum efficiency and the conditions for obtaining it are obtained by the undetermined coefficient method shown in the equation (20). Here, as compared with the formula (12) shown in the conventional example, since a formula for limiting the energy density in the resonator is added, z is also added as a parameter to be optimized. From equation (20), equation (21) is obtained as a relational expression of T that gives the maximum efficiency.

【0037】[0037]

【数8】 [Equation 8]

【0038】式(21)の左辺は0<T<1において単
調減少であり、D、Lの値によらずただ一個の解Topt
を持つ。さらに、ここでもとまるTを用いて、kおよび
zは式(22)、式(23)のように求まる。
The left side of the equation (21) is monotonically decreasing at 0 <T <1, and only one solution T opt does not depend on the values of D and L.
have. Furthermore, using T that also stops here, k and z are obtained as in Expressions (22) and (23).

【0039】[0039]

【数9】 [Equation 9]

【0040】式(22)、式(23)を用いて、Dの値
も対する、最大取り出し効率を与える出力結合量T、往
復の小信号利得z・Lおよびこれらのパラメータを決定
した場合の式(17)できまる最大取り出し効率の値を
図2、図3、図4に実線で示す。ここで、従来のQスイ
ッチレーザの構成方法と比較するため、各図に式(1
5)を用いて従来方法による場合の結果をそれぞれ示し
ている。共振器内エネルギー密度の条件を付加して最適
化を図った結果、D<3において従来の構成法に比べ効
率が大きく改善されることがわかる。また、式(2
1)、式(23)の結果は最適条件であるが、出力鏡反
射率、および小信号利得の値をこの条件値に対し±10
%変化させた場合の、効率の変化は5%以内であり、こ
の範囲において充分に高い効率が得られる。
Equations (22) and (23) are used to determine the output coupling amount T giving the maximum extraction efficiency, the round-trip small signal gain z · L, and these parameters with respect to the value of D. (17) The values of the maximum extraction efficiencies that can be obtained are shown by the solid lines in FIGS. Here, in order to make a comparison with the conventional method of configuring a Q-switched laser, the equation (1
5) is used to show the results of the conventional method. As a result of optimization by adding the condition of the energy density in the resonator, it can be seen that the efficiency is significantly improved when D <3 as compared with the conventional configuration method. Also, the formula (2
The results of 1) and equation (23) are optimum conditions, but the values of output mirror reflectivity and small signal gain are ± 10 with respect to this condition value.
%, The change in efficiency is within 5%, and a sufficiently high efficiency is obtained in this range.

【0041】また、図2に示した出力結合量は、D<3
の範囲において簡易式の式(24)で良く近似でき、ま
たレーザ媒質1の往復の小信号利得ln(G)も同様に
式(25)で良く近似できる。 T=0.063・D+1 −EXP(−1.78・L0.33) (24) ln(G)=2.46・L0.44・ ・(1+0.61D1.3 ・L-0.12 ) (25) 即ち、これらの数値を得るための式として式(26)、
(27)において、各係数を上記の値としたものであ
る。 T=C1 ・D+1−EXP(−C2 ・Lc3)(26) ln(G)=C4 ・LC5 (1+C6 ・DC7・LC8) (27) こうして得られた結合量T、効率η、共振器内損失Lの
値は、図2〜4に示すようにD≦2の範囲で特に効率の
改善が著しい。即ち、Lが5〜20%、Tが50%以上
で、効率はD=1だと0.5ないし0.6、D=2でも
0.7ないし0.8となる。これは従来装置がD=1で
0.25、D=2で0.3であるのに比較し、2倍以上
ないし1.3倍の効率向上となる。Dが1より小さい領
域では、更に効率向上の効果がある。
The output coupling amount shown in FIG. 2 is D <3.
In the range of (3), the simple expression (24) can be approximated well, and the round-trip small signal gain ln (G) of the laser medium 1 can be similarly approximated by the expression (25). T = 0.063 · D + 1−EXP (−1.78 · L 0.33 ) (24) ln (G) = 2.46 · L 0.44 ·· (1 + 0.61D 1.3 · L −0.12 ) (25) That is, these Equation (26) as an equation for obtaining the numerical value of
In (27), each coefficient is the above value. T = C 1 · D + 1−EXP (−C 2 · L c3 ) (26) ln (G) = C 4 · L C5 (1 + C 6 · D C7 · L C8 ) (27) The amount T of binding thus obtained, Regarding the values of the efficiency η and the loss L in the resonator, the efficiency is remarkably improved in the range of D ≦ 2 as shown in FIGS. That is, when L is 5 to 20%, T is 50% or more, and the efficiency is 0.5 to 0.6 when D = 1 and 0.7 to 0.8 when D = 2. This is an efficiency improvement of 2 times or more to 1.3 times as compared with the conventional apparatus having 0.25 at D = 1 and 0.3 at D = 2. In the region where D is smaller than 1, there is an effect of further improving efficiency.

【0042】なお、簡易な近似式(24)、(25)お
よび厳密式(21)と(23)に損失Lをかけた値との
比較を説明する。図4に式(21)と近似式である式
(24)の計算結果を、図5に式(23)に共振器内損
失Lをかけた値と近似式である式(25)の計算結果を
それぞれ示す。これらの結果より、式(24)で示され
る出力結合量、式(25)に共振器内損失Lをかけた値
で示される往復の小信号利得を持つようにQスイッチレ
ーザを構成することで、従来の構成に比べて、高い取り
出し効率を持つQスイッチレーザを得ることができる。
A comparison between the simple approximation formulas (24) and (25) and the exact formulas (21) and (23) multiplied by the loss L will be described. FIG. 4 shows the calculation result of the equation (21) and the approximation formula (24), and FIG. 5 shows the calculation result of the equation (23) multiplied by the intracavity loss L and the calculation result of the approximation formula (25). Are shown respectively. From these results, it is possible to configure the Q-switched laser so as to have the output coupling amount represented by the equation (24) and the round-trip small signal gain represented by the value obtained by multiplying the equation (25) by the intracavity loss L. As compared with the conventional configuration, it is possible to obtain a Q-switched laser having a high extraction efficiency.

【0043】とくに、従来の構成方法に比べて効果が顕
著に現れる、D<3の媒質について考える。一般に、共
振器内の光学部品の損傷しきい値は、レーザビームのパ
ルス幅や、材料の表面の研磨精度、コーティングの種類
などによりばらつくが、一般にコーティングや、誘電体
材料で、5J/cm2〜20J/cm2の値をとる。こ
のため、D<3を与える材料としては、飽和フルエンス
が約5J/cm2のものがあげられる。飽和フルエンス
が10J/cm2以上のものとしては、Cr3+やCr
4+などの金属イオンを含んだ固体レーザ材料や、T
m、Ho、Erなどの希土類イオンを含んだ固体レーザ
材料などがあげられる。この中で、特にTmイオンを含
んだ固体レーザ結晶としては、Tm:YAG、Tm:Y
VO4などがあげられるが、特にTm:YAGが飽和フ
ルエンスが高い。発振波長2.01μmのTm:YAG
における飽和フルエンスは、300kにおいて、約43
J/cm2であり、これよりDとしては約0.1〜0.
5の値をとる。また、共振器損失としては、共振器構成
により異なるが、一般に5%〜30%程度である。これ
らの値を用いると、式(24)、式(25)より、T
m:YAGにおける出力結合量は49%〜73%の値と
なり、またこれに応じて、往復の小信号利得は0.77
〜1.95の値をとる。この値は、従来構成では、出力
結合量は91%〜99%、往復の小信号利得は0.01
〜0.05と全く異なる。
Especially, let us consider a medium of D <3 in which the effect is more remarkable than that of the conventional method. Generally, the damage threshold of the optical components in the resonator varies depending on the pulse width of the laser beam, the polishing accuracy of the surface of the material, the type of coating, etc. It takes a value of 20 J / cm 2. Therefore, a material having a saturated fluence of about 5 J / cm 2 can be given as a material giving D <3. For saturated fluence of 10 J / cm2 or more, Cr3 + or Cr
Solid state laser materials containing metal ions such as 4+, T
Examples include solid-state laser materials containing rare earth ions such as m, Ho and Er. Of these, Tm: YAG and Tm: Y are particularly preferable as solid-state laser crystals containing Tm ions.
Examples of VO4 include Tm: YAG, which has a high saturated fluence. Tm: YAG with oscillation wavelength of 2.01 μm
The saturated fluence at is about 43 at 300k.
J / cm2, from which D is about 0.1 to 0.
Takes a value of 5. The resonator loss is generally about 5% to 30%, although it depends on the resonator configuration. Using these values, T can be calculated from equations (24) and (25).
The output coupling amount in m: YAG becomes a value of 49% to 73%, and accordingly, the small signal gain of the round trip is 0.77.
It takes a value of ˜1.95. In the conventional configuration, this value is 91% to 99% in the amount of output coupling, and the small signal gain in the round trip is 0.01.
It is completely different from ~ 0.05.

【0044】Erイオンを含んだ固体レーザ結晶として
は、Er:YAG、Er:Glassなどがあげられ
る。発振波長1.64μmのEr:YAGにおける飽和
フルエンスは、300kにおいて、約24J/cm2で
あり、これよりDとしては約0.2〜0.8の値をと
る。また、発振波長1.54μmのEr:Glassに
おける飽和フルエンスは、300kにおいて、約8J/
cm2であり、これよりDとしては約0.6〜2.5の
値をとる。共振器損失として、5%〜30%を考える
と、Er:YAGでは、出力結合量は50%〜75%の
値となり、またこれに応じて、往復の小信号利得は0.
82〜2.32の値をとる。これに対し、従来構成で
は、出力結合量は87%〜99%、往復の小信号利得は
0.01〜0.07である。一方、Er:Glassで
は出力結合量は52%〜86%の値となり、またこれに
応じて、往復の小信号利得は1.07〜5.04の値を
とる。これに対し従来構成では、出力結合量は55%〜
99%、往復の小信号利得は0.02〜2.4であり改
善が著しい。
Examples of solid-state laser crystals containing Er ions include Er: YAG and Er: Glass. The saturation fluence of Er: YAG having an oscillation wavelength of 1.64 μm is about 24 J / cm 2 at 300 k, and D has a value of about 0.2 to 0.8. Further, the saturation fluence at Er: Glass having an oscillation wavelength of 1.54 μm is about 8 J / at 300 k.
cm2, and thus D takes a value of about 0.6 to 2.5. Considering 5% to 30% as the resonator loss, in Er: YAG, the output coupling amount becomes a value of 50% to 75%, and accordingly, the small signal gain in the round trip is 0.
It takes a value of 82 to 2.32. On the other hand, in the conventional configuration, the output coupling amount is 87% to 99%, and the small signal gain in the round trip is 0.01 to 0.07. On the other hand, in Er: Glass, the output coupling amount has a value of 52% to 86%, and accordingly, the small signal gain in the round trip takes a value of 1.07 to 5.04. On the other hand, in the conventional configuration, the output coupling amount is 55% to
99%, round-trip small signal gain is 0.02 to 2.4, which is a remarkable improvement.

【0045】Hoイオンを含んだ固体レーザ結晶として
は、Ho:YAGがあげられる。(増感材料としてT
m、Er、Crなどを混入したものも含む)発振波長
2.09μmのHo:YAGにおける飽和フルエンス
は、300kにおいて、約8J/cm2であり、前述の
Er:Glassと同じQスイッチレーザ構成をとる。
An example of the solid-state laser crystal containing Ho ions is Ho: YAG. (T as a sensitizing material
The saturation fluence in Ho: YAG having an oscillation wavelength of 2.09 μm is about 8 J / cm 2 at 300 k, and the same Q-switch laser configuration as Er: Glass described above is adopted. .

【0046】実施例2.なお、上記、実施例では、共振
器内のレーザビームの断面積を一様としたが、ビームの
拡大・縮小系が含まれる場合にも上記構成方法が適用で
きる。図7は、ビームの拡大・縮小系が含まれる場合の
Qスイッチレーザの構成であり、6はレーザロッド側で
ビームを拡大するための拡大光学系である。この光学系
による共振器内でのビーム倍率をMとすると、縮小光学
系側では、ロッド部分に比べビーム径が1/Mとなりビ
ーム面積が、1/M2 となるため、上記実施例に比べ、
共振器内エネルギー密度がM2 倍となる。このため、一
般的に縮小領域における損傷しきい値が、共振器内の損
傷しきい値となる。なお、拡大領域で損傷が発生する場
合については、上記実施例がそのまま適用できる。この
場合の、構成例としては、Dの値を式(28)に置き換
えることで、式(24)、式(25)をそのまま適用で
きる。
Example 2. Although the cross-sectional area of the laser beam in the resonator is uniform in the above-mentioned embodiments, the above-described method can be applied to the case where a beam expanding / reducing system is included. FIG. 7 shows the configuration of a Q-switch laser when a beam expanding / reducing system is included, and 6 is an expanding optical system for expanding the beam on the laser rod side. Assuming that the beam magnification in the resonator by this optical system is M, the beam diameter is 1 / M and the beam area is 1 / M 2 on the reduction optical system side compared to the rod portion. ,
The energy density in the resonator becomes M 2 times. Therefore, generally, the damage threshold value in the reduced region becomes the damage threshold value in the resonator. In the case where damage occurs in the enlarged region, the above embodiment can be applied as it is. In this case, as a configuration example, by replacing the value of D with Expression (28), Expressions (24) and (25) can be applied as they are.

【0047】 D=Elim /(M2sat ) (28) 拡大光学系としては、テレスコープを用いる場合が一般
的であるが、対向する反射鏡の曲率によりビームの拡大
が可能であり、この場合も同様の構成方法が適用でき
る。式(28)では、みかけ上、レーザ媒質の飽和フル
エンスが増加したように見えるため、例えば飽和フルエ
ンスが0.5J/cm2と低いNd:YAGにおいて
も、Mを2.5倍程度とした場合、Dは0.8〜3.2
となり、本発明の構成方法が有効となる。このような拡
大光学系を含む構成では、ほとんどすべての媒質に対し
本発明の構成が有効となるが、とくに高い小信号利得が
得やすいものとしてNd:YAG、Nd:YLF、N
d:Glass、Ti:サファイア、ルビーレーザなど
を用いた場合顕著な効果が得られる。
D = E lim / (M 2 E sat ) (28) As a magnifying optical system, a telescope is generally used, but the beam can be magnified by the curvature of the reflecting mirrors facing each other. In this case as well, the same configuration method can be applied. In the formula (28), it seems that the saturation fluence of the laser medium is apparently increased. Therefore, for example, even when Nd: YAG having a low saturation fluence of 0.5 J / cm 2, M is about 2.5 times, D is 0.8 to 3.2
Therefore, the configuration method of the present invention is effective. In the configuration including such a magnifying optical system, the configuration of the present invention is effective for almost all the mediums, but Nd: YAG, Nd: YLF, N are particularly suitable for obtaining a small signal gain.
A remarkable effect is obtained when d: Glass, Ti: sapphire, ruby laser, or the like is used.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、エネル
ギー密度限界最大値を用いて取り出し効率最大になるよ
うにL、Tを所定の値に設定しているので、特にD≦
2、の範囲で0.3D≦ηと高効率のQスイッチレーザ
が構成できる効果がある。
As described above, according to the present invention, L and T are set to predetermined values so as to maximize the extraction efficiency by using the energy density limit maximum value.
Within the range of 2, there is an effect that a highly efficient Q-switched laser can be constructed with 0.3D ≦ η.

【0049】Qスイッチレーザの媒質としてTm:YA
Gを用い、所定のTに設定したので、往復の小信号利得
は0.8ないし2と高い値が得られる効果がある。
As a medium of the Q-switched laser, Tm: YA
Since G is used and set to a predetermined T, there is an effect that a small value of the round trip small signal gain of 0.8 to 2 can be obtained.

【0050】Qスイッチレーザの媒質としてEr:Gl
assを用い、所定のTに設定したので、往復の小信号
利得は1ないし5と高い値が得られる効果がある。
Er: Gl as the medium of the Q-switched laser
Since ass is used and a predetermined T is set, there is an effect that a small value of the round trip small signal gain as high as 1 to 5 can be obtained.

【0051】Qスイッチレーザの媒質としてHo:YA
Gを用い、所定のTに設定したので、往復の小信号利得
は0.8ないし2と高い値が得られる効果がある。
Ho: YA as the medium of the Q-switched laser
Since G is used and set to a predetermined T, there is an effect that a small value of the round trip small signal gain of 0.8 to 2 can be obtained.

【0052】またレーザビームを拡大領域と縮小領域と
に分割した構成で、この拡大倍率をMとし、エネルギー
密度限界最大値を用いて取り出し効率最大になるように
L、Tを所定の値に設定しているので、特にDm≦2、
の範囲で0.3D≦ηと高効率のQスイッチレーザが構
成できる効果がある。
Further, the laser beam is divided into an expansion region and a reduction region, the expansion ratio is set to M, and L and T are set to predetermined values so as to maximize the extraction efficiency by using the energy density limit maximum value. Therefore, in particular, Dm ≦ 2,
In the range of 0.3D ≦ η, there is an effect that a highly efficient Q-switched laser can be constructed.

【0053】また、2.5≦Mの範囲で特に高効率が得
られる効果がある。
Further, there is an effect that particularly high efficiency can be obtained in the range of 2.5 ≦ M.

【0054】以上のようにこの発明によれば、エネルギ
ー密度限界最大値を用いて取り出し効率最大になるよう
にL、Tを所定の値に設定しているので、特にD≦2の
範囲で0.3D≦ηと高効率のQスイッチレーザが構成
できる効果がある。
As described above, according to the present invention, L and T are set to predetermined values so that the extraction efficiency is maximized by using the energy density limit maximum value, so that 0 is particularly satisfied in the range of D ≦ 2. There is an effect that a high-efficiency Q-switched laser can be constructed with 3D ≦ η.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の一実施例によるQスイッチレーザ
の構成を示すレーザ構成図である。
FIG. 1 is a laser configuration diagram showing a configuration of a Q-switch laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】 共振器損失をパラメータとし共振器内パワー
密度に対する最大取り出し効率を与える出力結合量の関
係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an output coupling amount that gives a maximum extraction efficiency to a power density in a resonator with a resonator loss as a parameter.

【図3】 共振器損失をパラメータとし共振器内パワー
密度に対する最大取り出し効率を与えるレーザ媒質の往
復の小信号利得の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the round-trip small signal gain of a laser medium that gives the maximum extraction efficiency with respect to the power density in the resonator with the resonator loss as a parameter.

【図4】 共振器損失をパラメータとし共振器内パワー
密度に対する最大取り出し効率を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the maximum extraction efficiency with respect to the power density in the resonator with the resonator loss as a parameter.

【図5】 共振器損失をパラメータとし共振器内パワー
密度に対する最大取り出し効率を与える出力結合量の関
係を示す図であり近似式の対比を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an output coupling amount that gives a maximum extraction efficiency to a power density in a resonator with a resonator loss as a parameter, and a diagram showing a comparison of approximate expressions.

【図6】 共振器損失をパラメータとし共振器内パワー
密度に対する最大取り出し効率を与えるレーザ媒質の往
復の小信号利得の関係を示す図であり近似式と厳密式の
対比を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a round-trip small signal gain of a laser medium that gives a maximum extraction efficiency to a power density in a resonator with a resonator loss as a parameter, and shows a comparison between an approximate expression and an exact expression.

【図7】 この発明の他の実施例によるQスイッチレー
ザの構成を示すレーザ構成図である。
FIG. 7 is a laser configuration diagram showing a configuration of a Q-switched laser according to another embodiment of the present invention.

【図8】 従来のQスイッチレーザの構成を示すレーザ
構成図である。
FIG. 8 is a laser configuration diagram showing a configuration of a conventional Q-switch laser.

【図9】 レーザ発振に関与するエネルギー準位関係を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an energy level relationship involved in laser oscillation.

【図10】 従来の結合量に対する単位面積当たり出力
の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a conventional coupling amount and an output per unit area.

【図11】 Qスイッチレーザの共振器の内・外でのエ
ネルギー密度の関係を説明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between energy densities inside and outside a resonator of a Q-switched laser.

【符号の説明】 1 レーザ媒質、2 励起源、3 共振器、4 Qスイ
ッチ、5 出力結合器、6 拡大光学系。
[Description of Reference Signs] 1 laser medium, 2 excitation source, 3 resonator, 4 Q switch, 5 output coupler, 6 magnifying optical system.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Qスイッチレーザにおいて、飽和フルエ
ンスに対する損傷共振器内最大エネルギー密度の比を用
いてこれをDとし、レーザの取り出し効率をηとしてこ
れを最大になるよう定めた場合、Qスイッチの共振器内
の損失をL、上記共振器の出力結合量をTとすると、D
≦2、0.05≦L≦0.2、0.5≦T、0.3D≦
ηの値を同時に満足するよう構成されたQスイッチレー
ザ。
1. In a Q-switched laser, when the ratio of the maximum energy density in the damaged cavity to the saturated fluence is used as D, and the extraction efficiency of the laser is defined as η, it is determined that the Q-switched laser has a maximum efficiency. If the loss in the resonator is L and the output coupling amount of the resonator is T, then D
≦ 2, 0.05 ≦ L ≦ 0.2, 0.5 ≦ T, 0.3D ≦
A Q-switched laser configured to simultaneously satisfy the value of η.
【請求項2】 レーザ媒質としてツリウム・ドープド・
イットリウム−アルミニウム−ガーネット(Tm:YA
G)を用い、かつ出力結合量の値として、0.5≦T≦
0.7をとることを特徴とする請求項1記載のQスイッ
チレーザ。
2. A laser medium containing thulium-doped
Yttrium-Aluminum-Garnet (Tm: YA
G) is used and the value of the output coupling amount is 0.5 ≦ T ≦
The Q-switched laser according to claim 1, wherein the Q-switched laser has a value of 0.7.
【請求項3】 レーザ媒質としてエルビウム・ドープド
・ガラス(Er:Glass)を用い、かつ出力結合量
の値として、0.5≦T≦0.9をとることを特徴とす
る請求項1記載のQスイッチレーザ。
3. An erbium-doped glass (Er: Glass) is used as the laser medium, and the value of the amount of output coupling is 0.5 ≦ T ≦ 0.9. Q-switch laser.
【請求項4】 レーザ媒質としてホロミウム・ドープド
・イットリウム−アルミニウム−ガーネット(Ho:Y
AG)を用い、かつ出力結合量の値として、0.5≦T
≦0.9をとることを特徴とする請求項1記載のQスイ
ッチレーザ。
4. Holmium-doped yttrium-aluminum-garnet (Ho: Y) as a laser medium.
AG) and as the value of the output coupling amount, 0.5 ≦ T
The Q-switched laser according to claim 1, wherein ≤0.9 is satisfied.
【請求項5】 Qスイッチレーザにおいて、レーザ・ビ
ームを拡大領域と縮小領域とに分割し、該分割点に拡大
光学系を用いて縮小領域から出力をとり出す構成とし、
上記拡大光学系の縮小領域に対する拡大領域の拡大倍率
をM、拡大領域側の飽和フルエンスに対する損傷共振器
内最大エネルギー密度の比をDとし、レーザの取り出し
効率をηとしてこれを最大になるよう定めた場合、Qス
イッチの共振器内の損失をL、上記共振器の出力結合量
をTとすると、Dm=D/M2 としてDm≦2、0.0
5≦L≦0.2、0.5≦T、0.3D≦ηの値を同時
に満足するよう構成されたことを特徴とするQスイッチ
レーザ。
5. In a Q-switched laser, a laser beam is divided into an expansion region and a reduction region, and an expansion optical system is used at the division point to extract an output from the reduction region,
Let M be the enlargement magnification of the enlargement region with respect to the reduction region of the enlargement optical system, D be the ratio of the maximum energy density in the damage resonator to the saturated fluence on the enlargement region side, and let the extraction efficiency of the laser be η and maximize it. If the loss in the resonator of the Q switch is L and the output coupling amount of the resonator is T, then Dm = D / M 2 and Dm ≦ 2 , 0.0
A Q-switched laser configured to simultaneously satisfy the values of 5 ≦ L ≦ 0.2, 0.5 ≦ T, and 0.3D ≦ η.
【請求項6】 拡大倍率Mの値として、2.5≦Mとす
ることを特徴とする請求項5記載のQスイッチレーザ。
6. The Q-switched laser according to claim 5, wherein the value of the magnification M is 2.5 ≦ M.
【請求項7】 共振器を用いるQスイッチレーザにおい
て、飽和フルエンスに対する損傷共振器内最大エネルギ
ー密度の比を用いてこれをDとし、上記共振器内のエネ
ルギー密度の制限内の条件を付加した特性方程式によ
り、レーザの取り出し効率をηとしてこれを最大になる
よう定め、D≦2で0.3D≦ηの値を満足するよう構
成されたQスイッチレーザ。
7. A characteristic of a Q-switched laser using a resonator, wherein the ratio of the maximum energy density in the damaged resonator to the saturation fluence is used as D, and a condition within the limit of the energy density in the resonator is added. A Q-switched laser configured to satisfy the value of 0.3 D ≤ η with D ≤ 2 by defining the extraction efficiency of the laser as η by the equation so as to maximize this.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2018092813A1 (en) * 2016-11-16 2019-10-17 国立大学法人電気通信大学 Laser resonator and method for designing laser resonator

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JPWO2018092813A1 (en) * 2016-11-16 2019-10-17 国立大学法人電気通信大学 Laser resonator and method for designing laser resonator

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