JPH09199781A - Laser amplifier - Google Patents

Laser amplifier

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Publication number
JPH09199781A
JPH09199781A JP2313996A JP2313996A JPH09199781A JP H09199781 A JPH09199781 A JP H09199781A JP 2313996 A JP2313996 A JP 2313996A JP 2313996 A JP2313996 A JP 2313996A JP H09199781 A JPH09199781 A JP H09199781A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
incident
laser
excitation
angle
amplifier
Prior art date
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Pending
Application number
JP2313996A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukio Kudokoro
之夫 久所
Kazuaki Hotta
和明 堀田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09199781A publication Critical patent/JPH09199781A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser amplifier which can be coupled easily to the laser beam fed from a main laser oscillator. SOLUTION: On the side surfaces of an Nd:YVO4 crystal 1, excitation lights are projected by laser diodes 2. To the excitation surfaces, two-wavelength coats 6 are applied respectively. An incident beam 3 is projected on the incident surface of the Nd:VYO4 crystal 1 to make its incident angle θin equal to Brewster's angle θb Representing the width of the incident surface as 2W, the length of the Nd:VYO4 crystal 1 is set to be integer times as large as 2W/tan(sin<-1> (sinθb /n)}. Therefore, the incident beam 3 is reflected by two excitation surfaces and the opposite surface to the incident surface to return again to the incident surface. An outgoing beam 4 is radiated again at an outgoing angle θout (= the incident angle θin ) from the incident surface (the incident angle θin = Brewster's angle θb = the outgoing angle θout ).

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CW(連続発振)
あるいはパルス発振器の出力が小さく、レーザ加工する
際に、さらにパワーを求められる場合に用いられるレー
ザ増幅器の技術に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to CW (continuous oscillation).
Alternatively, the present invention relates to the technology of a laser amplifier used when the output of a pulse oscillator is small and more power is required during laser processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、主発振器のレーザパワーをさ
らに大きくするための手段として、レーザ増幅器(アン
プ)が用いられてきた。一般的なレーザアンプは、レー
ザロッドを用いたアンプであり、励起光はランプ励起方
式の場合、ロッド側面全体から入射される。即ち、励起
される体積はロッド全体である。主発振器からレーザア
ンプに結合されるビーム径は、ロッド径の6〜7割程度
であり、ロッドに蓄積されたエネルギーの内の約50%
が増幅ビームとして取り出される。即ち、取り出し効率
が0.5程度である。通常は、楕円筒集光器が用いら
れ、ロッド中心部が強く励起されるため、主発振器から
のビームをロッドアンプの中心に結合させた場合には、
もう少し効率よくエネルギーが取り出され、実際には
0.6〜0.7程度の取り出し効果が得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser amplifier has been used as a means for further increasing the laser power of a main oscillator. A general laser amplifier is an amplifier using a laser rod, and in the case of a lamp excitation system, excitation light is incident from the entire side surface of the rod. That is, the excited volume is the entire rod. The beam diameter coupled from the master oscillator to the laser amplifier is about 60 to 70% of the rod diameter, which is about 50% of the energy accumulated in the rod.
Are extracted as an amplified beam. That is, the extraction efficiency is about 0.5. Normally, an elliptic cylinder concentrator is used and the central part of the rod is strongly excited, so when the beam from the main oscillator is coupled to the center of the rod amplifier,
Energy can be extracted a little more efficiently, and in fact, an extraction effect of about 0.6 to 0.7 can be obtained.

【0003】アンプからエネルギーをできるだけ効率よ
く取り出すには、できるだけ主発振器からのビーム径を
拡げて、アンプに結合した方が良くなる。これはLD励
起方式のアンプであっても、基本的に同様である。もち
ろん、主発振器からのビームを拡げてアンプに入射させ
ることは、アンプにおける利得の飽和密度への到達を遅
らせることになり、この点からも望ましいと言える。
In order to extract the energy from the amplifier as efficiently as possible, it is better to expand the beam diameter from the main oscillator as much as possible and couple it to the amplifier. This is basically the same even in the LD excitation type amplifier. Of course, it is desirable to spread the beam from the master oscillator and make it enter the amplifier, because it delays the gain reaching the saturation density in the amplifier.

【0004】以上のようにして、アンプの取り出し効率
を向上させられるほか、別の手段としては、スラブ状の
結晶を用いたアンプが考えられる。スラブアンプは通
常、スラブ状の活性媒質において、入射された主発振器
からのレーザ光がスラブの側面において多重反射を繰り
返し、励起された領域をできるだけ多く通るように設計
され、入力された励起エネルギーを無駄なく利用しよう
とするものである。たとえば、IEEE J.Quantum Electro
n.27(1991)pp.2327に見られるように、励起領域にデッ
ドスペースができないように設計時工夫される。スラブ
増幅器は、スラブ冷却の容易さ、効率の良さ等を考慮す
ると、活性媒質の大きな励起領域に対して、より大きな
励起エネルギーを入力させることができ、前述したロッ
ド状のアンプより優れた方式と言える。
As described above, in addition to improving the extraction efficiency of the amplifier, an amplifier using a slab crystal can be considered as another means. The slab amplifier is usually designed so that in the slab-shaped active medium, the incident laser light from the main oscillator repeats multiple reflections on the side surface of the slab and passes through the excited region as much as possible, and the input excitation energy is It is intended to be used without waste. For example, IEEE J. Quantum Electro
As can be seen in n.27 (1991) pp.2327, it is devised at the time of design so that there is no dead space in the excitation region. Considering the ease of cooling the slab and the efficiency, the slab amplifier can input a larger excitation energy to a large excitation region of the active medium, and is superior to the rod-shaped amplifier described above. I can say.

【0005】スラブの形状に関しては、米国特許第5,29
9,220号やIEEE J.Quantum Electron28(1992)pp.986に示
されているように、従来より、端面を鋭角にカットさ
せ、スラブ側面にてジグザグ反射しながら、レーザビー
ムが伝搬される設計になっている。
Regarding the shape of the slab, US Pat. No. 5,29
As shown in No. 9,220 and IEEE J. Quantum Electron 28 (1992) pp.986, the design is such that the laser beam is propagated while cutting the end face at an acute angle and performing zigzag reflection on the slab side face. ing.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の第1の
問題点は、励起領域とスラブ結晶中のレーザビームとの
モード重なり効率を決定するスラブ端面への入射角の調
整が困難であるということである。入射角の調整がずれ
ていると、重なり効率が設計値よりも下がりパワーが取
り出されなくなる問題があった。また、入射面と向かい
合う面の出射面の中心から設計どおりに増幅光が取り出
せなくなることから、特にハイパワースラブアンプの場
合、調整が不十分のまま増幅させると、出射端面の鋭角
にカットされているエッジ付近、あるいは反対側のエッ
ジ付近に増幅ビームが照射されることがある。この場
合、反射光がスラブのホルダー部等に照射され、大きな
ダメージを与えることがあり問題であった。最悪の場
合、この熱でスラブ自身の端面が歪み、破壊されること
もあり、大変高価なスラブ破損につながるおそれもあっ
た。
The first problem of the above-mentioned prior art is that it is difficult to adjust the incident angle on the slab end face that determines the mode overlapping efficiency between the excitation region and the laser beam in the slab crystal. That is. If the adjustment of the incident angle is deviated, there is a problem that the overlapping efficiency becomes lower than the design value and the power cannot be taken out. Also, because amplified light cannot be taken out as designed from the center of the exit surface that faces the entrance surface, especially in the case of high-power slab amplifiers, when amplification is performed with insufficient adjustment, the output end surface is cut at an acute angle. The amplified beam may be irradiated in the vicinity of the existing edge or in the vicinity of the opposite edge. In this case, there is a problem in that the reflected light may be applied to the holder portion of the slab and may cause a great damage. In the worst case, this heat may distort and destroy the end face of the slab itself, which may lead to very expensive slab damage.

【0007】第2の問題点は、スラブレーザ端面に鋭角
なカットを形成しなければならないということである。
一般のスラブレーザは、スラブ側面で全反射しながら、
できるだけ励起領域に対してデッドスペースを作らない
ように設計されている。このため、スラブ端面は鋭角な
カットが施されており、スラブ製作上のコストがかかる
だけでなく、取り扱いにも細心の注意が必要となる箇所
である。また、この端面部は通常は冷却できないところ
であり、ハイパワースラブレーザを実用化する上で、熱
歪みによるスラブ結晶破壊の問題が最後まで残るネック
になっていた。
The second problem is that a sharp cut must be formed on the end face of the slab laser.
General slab laser, while totally reflecting on the side of the slab,
It is designed to create as little dead space as possible in the excitation region. Therefore, the slab end face is sharply cut, which is not only costly in manufacturing the slab, but also requires careful handling. Further, this end face portion is usually a place where it cannot be cooled, and the problem of slab crystal destruction due to thermal strain remains a bottleneck in practical application of a high power slab laser.

【0008】第3の問題点は、スラブレーザアンプのス
ケラビリティ(scalability)の問題である。アンプゲ
インを上げていく場合、通常スラブの長手方向の長さを
増していく。ところが、レーザ結晶のブールの限界か
ら、長さはせいぜい200mm程度である。これ以上、長
くすることは不可能であるので、どうしてもさらなるゲ
インを得たい場合には、スラブをタンデム(tandem)に
結合させていくことになる。ところが、ロッド状のアン
プをタンデムに結合させる場合と違って、スラブをタン
デムに結合させるのは、レーザ増幅光がスラブ端面から
真っ直ぐに出射されないため大変困難であった。
The third problem is the problem of scalability of the slab laser amplifier. When increasing the amplifier gain, usually the length of the slab in the longitudinal direction is increased. However, due to the limitation of the boule of the laser crystal, the length is at most about 200 mm. Since it is impossible to make it longer than this, if it is absolutely necessary to obtain more gain, the slab will be coupled to a tandem. However, unlike the case where the rod-shaped amplifier is coupled in tandem, it is very difficult to couple the slab in tandem because the laser-amplified light is not emitted straight from the end face of the slab.

【0009】以上のような、スラブアンプの原理的な問
題点が存在していた。
There have been the above-mentioned problems in principle of the slab amplifier.

【0010】そこで、本発明の目的は、主発振器からの
レーザビームを容易にスラブアンプに結合できる構成を
レーザ増幅器を提供することにある。また、このときの
調整は単純なままで、スラブ励起領域とのオーバーラッ
プ効率が高くなるようにすることである。さらには、従
来のように高価なスラブでなく、できるだけ安価に製作
できる構造・構成にすることを目的としている。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a laser amplifier having a structure capable of easily coupling a laser beam from a main oscillator to a slab amplifier. Further, the adjustment at this time is to be kept simple and the overlap efficiency with the slab excitation region is increased. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a structure and a structure that can be manufactured as inexpensively as possible, instead of an expensive slab as in the past.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、励起光源を用いてレーザ媒質を
励起し、利得を発生させるレーザ増幅器において、レー
ザ媒質に、互いに平行な第1の面および第2の面を形成
し、第1の面と第2の面との間に、励起光源からの光を
入射する励起面を第1および第2の面に対して直角に形
成し、増幅されるレーザ光は第1の面に対してブリュー
スター角で入射され、励起面で反射されて第2の面に到
達するようにした。
In order to solve the above problems, according to the present invention, in a laser amplifier that pumps a laser medium by using a pumping light source to generate a gain, first laser beams parallel to the laser medium are provided. A surface and a second surface, and between the first surface and the second surface, an excitation surface on which light from the excitation light source is incident is formed at a right angle to the first and second surfaces, The amplified laser light is made incident on the first surface at Brewster's angle, is reflected by the excitation surface, and reaches the second surface.

【0012】以上のようにすれば、レーザ媒質の入出射
面は、その長手方向に対して垂直に研磨すればよいの
で、入出射面が鋭角であった従来装置に比べて1/2〜
2/3のコストで制作が可能になる。
With the above arrangement, the entrance / exit surface of the laser medium may be polished perpendicularly to the longitudinal direction thereof, so that the entrance / exit surface is 1/2 to half that of the conventional device having an acute entrance / exit surface.
Production will be possible at a cost of 2/3.

【0013】また、入射ビームをブルュースター角で入
射させることにより、増幅された出射ビームも自動的に
同じブルュースター角で出射させることが可能となり、
構成が簡単になる。
Further, by making the incident beam incident at the Brewster angle, the amplified outgoing beam can be automatically emitted at the same Brewster angle.
The configuration is simplified.

【0014】さらに、入出射面に無反射コートを付ける
ことが不要となる。通常のYAG,YLF,YVO4
どのレーザ媒質を用いれば、ジグザグ反射させるスラブ
の長手方向の側面への入射角も臨界角よりも大きくなる
ため、全反射コートも不要となる。以上のように、先述
した研磨コストが少なくなるばかりか、コーティング代
も不要となる構成を構築できる。
Furthermore, it is not necessary to attach a non-reflective coating to the entrance / exit surface. If a normal laser medium such as YAG, YLF, or YVO 4 is used, the incident angle on the side surface in the longitudinal direction of the slab for zigzag reflection also becomes larger than the critical angle, so that the total reflection coating is not necessary. As described above, it is possible to construct a structure in which not only the aforementioned polishing cost is reduced, but also the coating cost is unnecessary.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について、
図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1実
施例の構成図である。図1(a)は正面図、(b)は側
面図である。本実施例では、スラブとして、Nd:YV
4結晶1を用いた例を挙げたが、レーザ媒質としては
他にYAG,YLF,YVO4等を使用することもでき
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of the present invention will be described.
A detailed description will be given with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. 1A is a front view and FIG. 1B is a side view. In this embodiment, the slab is Nd: YV.
Although the example using the O 4 crystal 1 is given, YAG, YLF, YVO 4 or the like may be used as the laser medium.

【0016】励起はLD励起方式である。Nd:YVO
4結晶1の入射面に直交する側面のうちの少なくとも一
方より、レーザダイオード(LD)2の励起光を入射さ
せる構成である。本実施例では、LD2は発光部10m
m×1mmのダイオードアレイ(スタック)を使用した
例を示した。励起光源としては他にアークランプやフラ
ッシュランプ等を用いてもよい。
The excitation is an LD excitation method. Nd: YVO
4 than at least one of the sides perpendicular to the incident surface of the crystal 1, a configuration for inputting excitation light from the laser diode (LD) 2. In this embodiment, the LD 2 is a light emitting unit 10 m.
An example using a m × 1 mm diode array (stack) is shown. Alternatively, an arc lamp, a flash lamp, or the like may be used as the excitation light source.

【0017】LD2は結合光学系を用いないでNd:Y
VO4結晶1に近接させて励起している。Nd:YVO4
結晶1の異常光線(p偏光)に対する屈折率はn=2.1
652(λ=1064nm)であるから、ブルュースタ
ー角θbは65.21°である(θb=tan-1n)。入射
ビーム3を入射角θin=ブリュースター角θbで入射面
(第1の面)に入射させると、Nd:YVO4結晶1内
へ24.79°で出射される。したがって、LD2の励
起光が入射される励起面には、65.21°で入射され
る。
LD2 is Nd: Y without using a coupling optical system.
It is excited in the vicinity of the VO 4 crystal 1. Nd: YVO 4
The refractive index of crystal 1 for extraordinary rays (p-polarized light) is n = 2.1
Since it is 652 (λ = 1064 nm), the Brewster angle θ b is 65.21 ° (θ b = tan −1 n). When the incident beam 3 is incident on the incident surface (first surface) at an incident angle θ in = Brewster angle θ b , it is emitted into the Nd: YVO 4 crystal 1 at 24.79 °. Therefore, the excitation light of the LD 2 is incident on the excitation surface at 65.21 °.

【0018】Nd:YVO4結晶1のp偏光成分の臨界
角はθc=27.5°であるから、励起面に入射された
ビームは、たとえこの励起面にθ=65.21°入射の
全反射コーティングがなされていなくても全反射され
る。励起面で全反射された増幅光は、入射面と向かい合
った面(第2の面)から、出射ビーム4として、入射角
θinと等しい出射角θout=65.21°で出射される
(すなわち、出射角θout=入射角θin=ブリュースタ
ー角θb)。
Since the critical angle of the p-polarized component of the Nd: YVO 4 crystal 1 is θ c = 27.5 °, the beam incident on the excitation surface has an incident angle of θ = 65.21 ° on this excitation surface. Even if the total reflection coating is not applied, it is totally reflected. Amplified light is totally reflected by the excitation surface, the incident surface and opposed surface (second surface), emitted as a beam 4, is emitted by the output angle θ out = 65.21 ° is equal to the incident angle .theta.i n ( That is, exit angle θ out = incident angle θ in = Brewster angle θ b ).

【0019】Nd:YVO4結晶1の場合、LD励起光
に対する吸収係数は大きく、励起光のスペクトル幅が狭
く、Ndの吸収波長809nmに正確に合っている場合
は、Nd濃度が1at.%でも31cm-1と大きく、1
mm厚で約95%の吸収があることになる。発明者ら実
験によれば、実際には市販されているLDのスペクトル
幅は4〜5nm程度の拡がりを有しているため、実際に
は約2.0〜2.5mmでほぼ100%の吸収があるこ
とが判っている。したがって、本実施例においても、励
起光は励起入射表面から2mmの深さでほぼ完全な励起
エネルギーの吸収がある。そこで、φ4mmの入射ビー
ム3をLD励起入射面より2.3mmのところから入れ
ることによって、Nd:YVO4結晶1の励起領域との
モードマッチングを、100%近くにできる。
In the case of Nd: YVO 4 crystal 1, the absorption coefficient for the LD excitation light is large, the spectral width of the excitation light is narrow, and when the Nd absorption wavelength is 809 nm, the Nd concentration is 1 at. % Is as large as 31 cm -1 , 1
There will be about 95% absorption at mm thickness. According to the experiments by the inventors, since the commercially available LD has a spectral width of about 4 to 5 nm, the absorption of about 100% is actually about 2.0 to 2.5 mm. It is known that there is. Therefore, also in this embodiment, the excitation light has almost complete absorption of the excitation energy at a depth of 2 mm from the excitation incident surface. Therefore, the mode matching with the excitation region of the Nd: YVO 4 crystal 1 can be made close to 100% by introducing the φ4 mm incident beam 3 from 2.3 mm from the LD excitation incident surface.

【0020】次に、本発明の第2実施例について図2を
用いて説明する。本実施例では、Nd:YVO4結晶1
の入射面の幅を2Wとするとき、結晶の長さを2W/t
an{sin-1(sinθb/n)}に設定し、入射面
と向かい合う面(第2の面)に、増幅させようとする入
射光レーザの波長に対する全反射膜を付けた。入射ビー
ム3は、入射面の中心(幅2Wの端からWの位置)より
入射させる。また、LD励起光は、入射面と隣り合う両
側面(結晶の長手方向)より、第1実施例と同様な方法
にて入射させている。第2実施例においても、LD2は
10mm幅のLDアレイを使用している。このため、結
晶の長さを10mmとしており、W=2.3mmとして
いる。入射ビーム3をブルュースター角(θb)65.
21°で入射面の幅4.6mmのちょうど中心より入射
させることにより、増幅されたレーザ光が入射した点と
同じ点から、出射ビーム4として、出射角(θout)6
5.21°で結晶長手方向の軸に対して入射ビーム3と
完全に対称な方向に取り出される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, Nd: YVO 4 crystal 1
When the width of the incident surface of is 2 W, the crystal length is 2 W / t
An {sin -1 (sin θ b / n)} was set, and a total reflection film for the wavelength of the incident light laser to be amplified was attached to the surface (second surface) facing the incident surface. The incident beam 3 is made incident from the center of the incident surface (the position W from the end of the width 2W). Further, the LD excitation light is made incident from both side surfaces (the longitudinal direction of the crystal) adjacent to the incident surface by the same method as in the first embodiment. Also in the second embodiment, the LD 2 uses an LD array having a width of 10 mm. Therefore, the length of the crystal is 10 mm and W = 2.3 mm. The incident beam 3 has a Brewster angle (θb) of 65.
By making light incident from the center of the incident surface with a width of 4.6 mm at 21 °, an emission angle (θ out ) of 6 is obtained as the emission beam 4 from the same point where the amplified laser light is incident.
The beam is extracted at 5.21 ° in a direction completely symmetrical to the incident beam 3 with respect to the longitudinal axis of the crystal.

【0021】第1実施例で説明したとおり、入射ビーム
径を2Wの90%近くに選び、そしてLD2と励起光入
射面との間隔を調整して入射端面でビーム直径と一致さ
せることによって、励起光に対してほぼ100%のモー
ドマッチングを得ることが可能であり、YVO4のスラ
ブ結晶に蓄積されたエネルギーを効率よく取り出すこと
ができる。
As described in the first embodiment, the incident beam diameter is selected to be close to 90% of 2 W, and the distance between the LD 2 and the excitation light incident surface is adjusted to match the beam diameter at the incident end surface. It is possible to obtain almost 100% mode matching with respect to light, and the energy accumulated in the slab crystal of YVO 4 can be efficiently extracted.

【0022】なお、本実施例において、励起光入射面に
は、レーザ光(1064nm)に対して全反射し、励起
光(809nm)に対して無反射となる二波長性コート
6(ダイクロイックコート)を施した例を示した。増幅
されるレーザ光はスラブ結晶内で全反射するにもかかわ
らずコートを施した理由は、二波長性コート6を施すこ
とにより、励起光の損失分(約13.6%)を減ずるこ
とができるからである。Nd:YVO4結晶1は屈折率
が大きいために端面の反射率が大きくなるので、コーテ
ィングした方が良いと判断される。たとえば屈折率の小
さなYLF結晶では反射率が4%程度であり、この場合
はコーティング無しでも問題ない。このように励起光の
損失に関しては、使用されるスラブアンプ結晶の種類に
よって大きく異なる。したがって、コーティングを付け
るかどうかの判断は、結晶の種類によって判断されるべ
きである。
In the present embodiment, the excitation light incident surface is a dual wavelength coat 6 (dichroic coat) that totally reflects the laser light (1064 nm) and is non-reflective with respect to the excitation light (809 nm). An example is shown below. The reason why the amplified laser light is totally reflected in the slab crystal is that the coating is performed because the dual wavelength coating 6 reduces the loss of the excitation light (about 13.6%). Because you can. Since the Nd: YVO 4 crystal 1 has a large refractive index, the end face has a large reflectance, and therefore it is judged that coating is preferable. For example, a YLF crystal having a small refractive index has a reflectance of about 4%, and in this case, there is no problem even without coating. As described above, the loss of the pumping light greatly depends on the type of the slab amplifier crystal used. Therefore, the decision as to whether or not to apply a coating should be made according to the type of crystal.

【0023】次に、本発明の第3実施例について図3を
用いて説明する。本実施例では、第2実施例で示した入
射面と向かい合う面(第2の面)からも励起光を入射さ
せる構成である。この面は増幅されるレーザ光の波長
(1064nm)に対して全反射し、励起光波長(80
9nm)に対して無反射となる二波長コート8を施して
ある。また、本実施例ではLDの発光幅10mmに対し
て、4.6mmまでビーム幅を縮小させるためのレンズ
ダクト(レデューサー7)を用いて、励起光をNd:Y
VO4結晶1まで導入させている。本実施例において
も、励起光入射面には二波長性コート6を施してある。
本実施例によれば、励起光を追加することにより、レー
ザ増幅器の増幅率をアップさせることができる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the excitation light is made incident from the surface (second surface) facing the incident surface shown in the second embodiment. This surface is totally reflected with respect to the wavelength (1064 nm) of the amplified laser light, and the pumping light wavelength (80
9 nm) is coated with a dual wavelength coat 8 which is non-reflective. Further, in the present embodiment, the excitation light is Nd: Y using a lens duct (reducer 7) for reducing the beam width to 4.6 mm with respect to the LD emission width of 10 mm.
Up to VO 4 crystal 1 is introduced. Also in this embodiment, the birefringent coat 6 is applied to the excitation light incident surface.
According to this embodiment, the amplification factor of the laser amplifier can be increased by adding the pumping light.

【0024】次に、本発明の第4実施例を図4に示す。
本実施例は、第2実施例で示したNd:YVO4結晶1
の長手方向の長さを2倍にして、励起体積を2倍に増や
した例である。これにより、レーザ増幅器の増幅率をア
ップさせることができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG.
This example is the same as the Nd: YVO 4 crystal 1 shown in the second example.
In this example, the length in the longitudinal direction of is doubled and the excitation volume is doubled. As a result, the amplification factor of the laser amplifier can be increased.

【0025】次に、本発明の第5実施例について図5を
用いて説明する。本実施例では、第1実施例で示した励
起光入射面で1回反射させ出射していた光を、結晶長手
方向の軸に対して対称に配置された2段目のアンプに入
射させる構成にしている。同様にして、タンデムにアン
プを並べることによって、スケラビリティのあるアンプ
を構成できる。第4実施例では、入手可能な結晶長に限
界があり、スラブ励起体積増加には限界がある。これに
対して、本実施例によればアンプの段数を増やすことに
より所望する増幅度を得られるという効果がある。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the light reflected and emitted once on the excitation light incident surface shown in the first embodiment is made to enter the second-stage amplifier symmetrically arranged with respect to the axis in the crystal longitudinal direction. I have to. Similarly, by arranging the amplifiers in tandem, a highly scalable amplifier can be constructed. In the fourth example, the available crystal length is limited, and the slab excitation volume increase is limited. On the other hand, according to the present embodiment, there is an effect that a desired amplification degree can be obtained by increasing the number of amplifier stages.

【0026】次に、本発明の第6実施例を図6に示す。
本実施例では、第4実施例の構成を一枚ないしは二枚の
結合ミラー(図において全反射ミラー9)を用いてタン
デムに結合した場合の例である。これにより、図4に示
すダブルパスアンプ構成(第1の面から入射したビーム
を第2の面で反射させて再び第1の面から出射させる構
成)を簡単に結合することができる。
Next, a sixth embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment is an example in which the configuration of the fourth embodiment is tandemly coupled using one or two coupling mirrors (total reflection mirror 9 in the figure). This makes it possible to easily combine the double-pass amplifier configuration shown in FIG. 4 (a configuration in which the beam incident from the first surface is reflected on the second surface and is emitted again from the first surface).

【0027】次に、本発明の第7実施例について図7を
用いて説明する。本実施例は、第6実施例の構成をさら
に段数を重ねられるようにした構成例である。Nd:Y
VO4結晶1を2個、図7に示すように、横に配置し、
そのペアを縦方向に4つ連続させて配置した。図7の左
列のNd:YVO4結晶1の各々には、Nd:YVO4
晶1の左端面からレデューサー8を介してLD2によっ
て励起光が照射され、図7の右列のNd:YVO4結晶
1の各々には、Nd:YVO4結晶1の右端面からレデ
ューサー8を介してLD2によって励起光が照射され
る。励起光が入射するNd:YVO4結晶1の端面のそ
れぞれには二波長コート8が施されている。すなわち、
本実施例では励起光をスラブ結晶1の長手方向の側面か
ら入射させるのではなく、スラブアンプへの入出力端面
と向かい合う面(折り返しのための全反射膜8が付いて
いる面)より入射させている。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is a configuration example in which the number of stages can be further overlapped with the configuration of the sixth embodiment. Nd: Y
Two VO 4 crystals 1 are horizontally arranged as shown in FIG.
Four of the pairs were arranged continuously in the longitudinal direction. Nd in the left column of Figure 7: In each of the YVO 4 crystal 1, Nd: YVO 4 pumping light by LD2 through the reducer 8 from the left end surface of the crystal 1 is irradiated, the right column of Figure 7 Nd: YVO 4 Each of the crystals 1 is irradiated with excitation light by the LD 2 from the right end face of the Nd: YVO 4 crystal 1 via the reducer 8. A dual wavelength coat 8 is applied to each of the end faces of the Nd: YVO 4 crystal 1 on which the excitation light is incident. That is,
In this embodiment, the excitation light is not incident from the side surface in the longitudinal direction of the slab crystal 1, but is incident from the surface (the surface having the total reflection film 8 for folding) facing the input / output end surface to the slab amplifier. ing.

【0028】向かい合うスラブアンプユニットの両端面
の間隔をdとすれば、dtanθbで与えられる間隔で
Nd:YVO4結晶1の長手方向と直交する方向に順々
に積み重ねていくことにより、スケーラブルな構成とす
ることが可能である。入射ビーム3は図7の右列最上段
のNd:YVO4結晶1へ入射角θin(ブリュースター
角θb)で入射され、図に示すようにジグザグに各N
d:YVO4結晶1を通過し、全反射ミラー9で反射さ
れ、再びジグザグに各Nd:YVO4結晶1を通過し、
出射ビーム4として出射角θout(=入射角θin)で出
力される。
Assuming that the distance between both end faces of the slab amplifier units facing each other is d, the Nd: YVO 4 crystal 1 is stacked in the direction orthogonal to the longitudinal direction at a distance given by d tan θ b to make it scalable. It can be configured. The incident beam 3 is incident on the uppermost Nd: YVO 4 crystal 1 in the right column of FIG. 7 at an incident angle θ in (Brewster angle θ b ), and as shown in FIG.
After passing through the d: YVO 4 crystal 1, it is reflected by the total reflection mirror 9 and again passes through each Nd: YVO 4 crystal 1 in a zigzag manner.
The outgoing beam 4 is output at an outgoing angle θ out (= incident angle θ in ).

【0029】第5実施例では一方向のみに長く伸びてい
くのに対し、本実施例の方法を用いればよりコンパクト
に構成できる。本構成を採れば、非常に小型に大出力ア
ンプを構成させることが可能である。
In contrast to the fifth embodiment, which extends long in only one direction, the method of this embodiment can be used to make it more compact. With this configuration, it is possible to configure a large output amplifier in a very small size.

【0030】なお、上記実施例のスラブアンプは、入射
端面とその向かい合う面が平行であるため、1段に大き
な励起エネルギーを強くすると寄生発振することがあ
る。このような場合、1段あたりの励起エネルギーを抑
えタンデムに重ねることにより、所望するゲインを得る
ことが可能である。
In the slab amplifier of the above-mentioned embodiment, the incident end face and the face opposite to each other are parallel to each other, so that parasitic oscillation may occur when a large excitation energy is increased. In such a case, it is possible to obtain a desired gain by suppressing the excitation energy per stage and stacking them in tandem.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の第1の効果は、本発明によるレ
ーザ増幅器を用いることによって、製造コストが少なく
て済むことである。その理由は、従来のようにスラブ端
面が鋭角でないため、研磨が簡単となるからである。ま
た、研磨するための母材の体積も最小限で済む。さら
に、少なくとも入射面には無反射コーティング付けなく
て済むことからもコストが下がる。
The first effect of the present invention is that the manufacturing cost can be reduced by using the laser amplifier according to the present invention. The reason is that polishing is easy because the slab end face is not an acute angle as in the prior art. Further, the volume of the base material for polishing can be minimized. Further, the cost is reduced because it is not necessary to apply a non-reflective coating on at least the incident surface.

【0032】第2の効果は、アンプに蓄積されたエネル
ギーの取り出し効率が高いことである。その理由は、形
状が単純であるが故に、研磨精度も出しやすく、スラブ
アンプの設計値を高い精度で実現できるからである。こ
の結果、励起領域と入射レーザビームとのオーバーラッ
プ効率は設計どおりの高い値を実現できる。さらに、入
射面への入射レーザビームの入射角をブリュースター角
に、且つ、入射位置を入射面の中心に正確に導入するだ
けの調整で、後は自動的に設計どおりのパスを通り、そ
して設計どおりの出射位置・出射角度で増幅ビームを出
射させることが可能である。
The second effect is that the efficiency of extracting the energy stored in the amplifier is high. The reason is that since the shape is simple, polishing accuracy can be easily obtained, and the design value of the slab amplifier can be realized with high accuracy. As a result, the overlap efficiency between the excitation region and the incident laser beam can be as high as designed. Furthermore, by adjusting the incident angle of the incident laser beam to the incident surface to Brewster's angle and the incident position accurately to the center of the incident surface, after that, it automatically follows the designed path, and The amplified beam can be emitted at the emission position and the emission angle as designed.

【0033】第3の効果は、タンデムに結合することが
容易であり、段数を増やして大きなトータルゲインを得
ることができることである。その理由は、スラブアンプ
に入射するレーザビームの入射角と増幅されたビームの
出射角が同じになる特徴を有しているからである。この
ため、連結させて結合させる際、構成が容易になる。特
にダブルパスアンプ構成をとるとき、1枚ないしは2枚
の折り返し反射鏡を用いて本発明のスラブを結合するだ
けで、このペアになったアンプを何重にも積み重ね、簡
単に大出力アンプを構成できる。
The third effect is that tandem coupling is easy and the number of stages can be increased to obtain a large total gain. The reason is that it has a feature that the incident angle of the laser beam incident on the slab amplifier is the same as the outgoing angle of the amplified beam. For this reason, when connecting and coupling, the configuration becomes easy. In particular, when a double-pass amplifier configuration is adopted, simply combining the slabs of the present invention by using one or two folding reflecting mirrors allows the paired amplifiers to be stacked in multiple layers to easily form a large output amplifier. it can.

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

【図1】本発明の第1実施例を示す構成図であり、
(a)は正面図、(b)は側面図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention,
(A) is a front view and (b) is a side view.

【図2】本発明の第2実施例を示す構成図。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5実施例を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6実施例を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7実施例を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Nd:YVO4結晶 2 LD(レーザダイオード) 3 入射ビーム 4 出射ビーム(増幅光) 5 全反射コート(1064nm HR θ=24.79°) 6 二波長コート(1064nm HR θ=65.21°,809nm AR
θ=0°) 7 レデューサ(結合光学系) 8 二波長コート(1064nm HR θ=24.79°,809nm AR
θ=0°) 9 全反射ミラー
1 Nd: YVO 4 crystal 2 LD (laser diode) 3 Incident beam 4 Emission beam (amplified light) 5 Total reflection coating (1064nm HR θ = 24.79 °) 6 Dual wavelength coating (1064nm HR θ = 65.21 °, 809nm AR)
θ = 0 °) 7 Reducer (Coupling optical system) 8 Dual wavelength coating (1064nm HR θ = 24.79 °, 809nm AR
θ = 0 °) 9 Total reflection mirror

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起光源を用いてレーザ媒質を励起し、
利得を発生させるレーザ増幅器において、前記レーザ媒
質に、互いに平行な第1の面および第2の面を形成し、
前記第1の面と第2の面との間に、前記励起光源からの
励起光を入射する励起面を前記第1および第2の面に対
して直角に形成し、増幅されるレーザ光は前記第1の面
に対してブリュースター角で入射され、前記励起面で反
射されて前記第2の面に到達することを特徴とするレー
ザ増幅器。
1. A laser medium is excited by using an excitation light source,
In a laser amplifier that generates a gain, a first surface and a second surface that are parallel to each other are formed in the laser medium,
A laser beam to be amplified is formed between the first surface and the second surface by forming a pumping surface on which pumping light from the pumping light source is incident, at a right angle to the first and second surfaces. A laser amplifier, which is incident on the first surface at a Brewster's angle, is reflected by the excitation surface, and reaches the second surface.
【請求項2】 前記レーザ媒質のp偏光に対する屈折率
をn、前記第1の面の幅を2W、前記ブリュースター角
をθbとするとき、前記1の面と第2の面との間の長さ
が、2W/tan{sin-1(sinθb/n)}の整
数倍である請求項1に記載のレーザ増幅器。
2. When the refractive index of the laser medium with respect to p-polarized light is n, the width of the first surface is 2 W, and the Brewster angle is θ b , a distance between the first surface and the second surface is set. 2. The laser amplifier according to claim 1, wherein the length of is a multiple of 2 W / tan {sin −1 (sin θ b / n)}.
【請求項3】 前記レーザ媒質に、前記励起面に対して
平行な反射面を形成し、前記第2の面に、入射角がsi
-1(sinθb/n)で全反射する薄膜コーティング
を施し、増幅されるレーザ光を前記第1の面の中心に入
射させる請求項2に記載のレーザ増幅器。
3. A reflection surface parallel to the excitation surface is formed on the laser medium, and an incident angle si is formed on the second surface.
The laser amplifier according to claim 2, wherein a thin film coating that totally reflects at n −1 (sin θ b / n) is applied, and the amplified laser light is incident on the center of the first surface.
【請求項4】 前記励起光を前記励起面のみから入射す
るのではなく、前記励起面、前記反射面、前記第2の面
のいずれか1つまたは2つまたはすべてから入射する請
求項3に記載のレーザ増幅器。
4. The method according to claim 3, wherein the excitation light is not incident only from the excitation surface, but is incident from any one or two or all of the excitation surface, the reflection surface, and the second surface. The laser amplifier described.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項に記載
のレーザ増幅器を複数配置し、1つのレーザ増幅器から
の出射ビームを他のレーザ増幅器の入射ビームとするこ
とを特徴とするレーザ増幅器。
5. A laser amplifier, wherein a plurality of laser amplifiers according to claim 1 are arranged, and an emission beam from one laser amplifier is made an incident beam of another laser amplifier. .
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