JPH11177165A - 固体レーザーの光励起方式 - Google Patents

固体レーザーの光励起方式

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JPH11177165A
JPH11177165A JP35632897A JP35632897A JPH11177165A JP H11177165 A JPH11177165 A JP H11177165A JP 35632897 A JP35632897 A JP 35632897A JP 35632897 A JP35632897 A JP 35632897A JP H11177165 A JPH11177165 A JP H11177165A
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JP
Japan
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solid
state laser
laser
light
laser element
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JP35632897A
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Minoru Takizawa
実 滝沢
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National Aerospace Laboratory of Japan
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National Aerospace Laboratory of Japan
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 励起光の固体レーザー素子の励起作用距離を
長くとり励起効率を上げると共に、装置を小型化する。 【解決手段】 固体レーザー素子と複数の高反射率ミラ
ーからなるレーザー共振器において、共振レーザー光が
該固体レーザー素子の表面に非垂直方向から入射し、裏
面に於いて反射して表面より出射するような素子内通過
光路をとるようにして素子の厚み以上の励起作用距離を
とると共に、レーザー共振路の外側となる固体レーザ素
子の裏面側から、素子面に垂直な光軸を持つ光を近距離
から照射することによって該固体レーザー素子を効率よ
く励起する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザーの光
励起方式に関し、とくにリングレーザージャイロ等に利
用されている全固体リングレーザーおよび全固体V字形
リニアレーザー装置における光励起方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リングレーザーはHe−Ne等のガス
を封入したレーザー発振管をリング共振器内に挿入し、
それに高電圧を印加することによりリングレーザーを発
振させる技術が確立され、リングレーザージャイロ等に
利用されている。近年この種リングレーザーを利用する
装置は、その長寿命化、信頼性向上、小型軽量化などの
要求に対して、ガスを封入したレーザ一発振管に替え
て、固体レーザー素子をリング共振器内に挿入し、それ
を光で励起する方式の全固体リングレーザー技術の研究
開発が進められているところである。またリニアーレー
ザーについても、レーザー装置の長寿命化、小型化等の
要求に対応してやはり全固体リニアーレーザーの開発が
進められている。本発明は全固体リングレーザーおよび
全固体V字形リニアレーザーに対する優れた光励起方式
を提供するものである。
【0003】従来の全固体リングレーザーの光励起方式
の模式図を図4に示す。全固体リングレーザーはこの図
に示されるように、高反射率ミラーMl、M2、M3でリング
共振器を構成し、その内部に挿入する固体レーザー素子
LR、該固体レーザー素子を励起するための励起光源LS、
および該励起光を該固体レーザー素子LRに集光するため
のレンズ系FLとから構成されている。一般にMlはリング
共振器光路長の半分の焦点距離を持つ凹面ミラー、M2お
よびM3は平面ミラーが使用される。ミラーM3はリング外
部から入射される励起光を約100% 効率よく透過させる
ために、その外面には励起光に対する反射防止膜が施さ
れている。また該固体レーザー素子LRはミラーMlの焦点
位置に置かれ、該固体レーザー素子LRの高光吸収結晶軸
と励起光の電気ベクトル軸との整合が取られるのが一般
的である。レーザー発振に必要な光励起条件は上記の条
件のほか、固体レーザー素子LR内の光励起エネルギ密度
をレーザー発振に必要なエネルギ密度以上に高めること
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の光励起方式はレ
ーザー発振に必要な光エネルギ密度を得るために、固体
レーザー素子LRの中心部に焦点を結ぶようにミラーM3の
外部から光を集光する構成を採用している。この方式で
は共振器内のレーザー発振光の光軸と励起光の光軸を一
致させ、固体レーザー素子LRの端面をそれらの光軸に垂
直に設定した場合、励起光が該固体レーザー素子LRを通
過する距離、すなわちレーザー発振に必要な光エネルギ
密度を備えた励起光の固体レーザー素子の励起作用距離
は、該固体レーザー素子LRの厚さ以内に制限されてしま
う。また励起光をミラーM3の外部から固体レーザー素子
LRに集光させるためには焦点距離の長い、かつ口径の大
きいレンズ系を使用することが必要となり、どうしても
装置が大型になってしまう等の問題があった。
【0005】ここでは主に全固体リングレーザーの従来
の光励起方式について述べたが、全固体V字形リニアー
レーザーの光励起方式についても、上記した従来の光励
起方式が採用され、全固体リングレーザーの場合と同様
の問題が存在している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、図1,図2に
示すように、従来のリングレーザーやV字形リニアーレ
ーザー装置に於いて、ミラーが配置されていた位置に固
体レーザー素子を配置する構成とするものである。その
構成により、固体レーザー素子内を通過するリングレー
ザー発振光の光路が、図5に示されるように従来の素子
厚み距離(a:太線で図示)ではなく、裏面での反射を
経てV字状に形成(b:細線で図示)されることとな
り、励起光による固体レーザー素子LRの光励起作用距離
を従来の励起方式より遥かに長くとることができるもの
である。ちなみにリング光路を正三角形とすれば従来の
素子厚みに対し約 2.3倍となるため、その分光励起効率
を高めることができ、リングレーザーの発振出力を高め
ることができる。
【0007】
【作用】まず、本発明をリングレーザーに適用した装置
を考える。図1に示されるようにリング共振器のリング
を二等辺三角形で構成するが、その頂点に高反射率の凹
面鏡M1を配置し、底点の一方には高反射率の平面鏡M2と
他方には固体レーザー素子LRを配設する。そして、二等
辺三角形をなす三辺の内の二辺がそれぞれの鏡面で交わ
る形になるが、それぞれの反射面の向きはその二辺と鏡
面とのなす角が共に等しくなるように設定される。また
リング共振器外部よりその固体レーザー素子LRを励起す
るために、励起光源LSと集光レンズ光学系FLを備えてい
るが、この光学系の光学軸は該固体レーザー素子LR表面
に直交するように設定される。
【0008】この様に構成されることによって、励起光
源LSから発光された光はレンズ系FLを介して固体レーザ
ー素子LRの裏面に焦点を結ぶように直交方向より入射さ
れる。この光による励起を受けて固体レーザー素子LRよ
り発光されるレーザー光は、平面鏡M2と凹面鏡M1で反射
され固体レーザー素子LRに戻り、更にその裏面で反射さ
れて再び平面鏡M2へと循環する時計廻りリングレーザー
発振光と、凹面鏡M1から平面鏡M2を経て固体レーザー素
子LRに戻り、更にその裏面で反射されて再び凹面鏡M1へ
と循環する反時計廻りリングレーザー発振光とを生じ
る。この際、時計廻り反時計廻りのリングレーザー発振
光が固体レーザー素子LR内を通過する距離はその表面か
ら入射し裏面で反射し、又表面から出射するまでの光路
となり、これは従来装置の光路すなわち固体レーザー素
子LRの厚みより遥かに長いものとなる。そのため、その
分だけ光励起効率を高めることができることになる。
【0009】次に本発明をV字形リニアーレーザーに適
用して説明すると、その装置は図2に示されるようにな
る。すなわち底点に固体レーザー素子LRが配置され、両
頂点の一方に高反射率凹面鏡M1が他方に高反射率の平面
鏡M2が配設される。そしてその凹面鏡M1と平面鏡M2の向
きは、入射方向に反射するように光軸に直交するように
設定され、固体レーザー素子はその裏面において反射さ
れるレーザー光の入射角と反射角が等しくなる向きに設
定される。また、V字形リニアー共振器外部よりその固
体レーザー素子LRを励起するための励起光源LSとレンズ
光学系FLからなる励起用の光学系は、リングレーザーの
場合と同様にその光学軸が該固体レーザー素子LR表面に
直交するように設定される。
【0010】この様に構成されることによって、リング
レーザーの場合と同様に、励起光源LSから発光された光
は集光レンズ系FLを介して固体レーザー素子LRの裏面に
直交する方向より入射され、その光による励起を受けて
発光されるレーザー光は、凹面鏡M1で反射されて固体レ
ーザー素子LRに戻り、その裏面で反射され平面鏡M2へ出
射され、更に平面鏡M2で反射されて固体レーザー素子LR
へと再び戻る。最初に平面鏡M2に向かったレーザー光も
それとは逆の光路を採るだけで、結局はいずれも固体レ
ーザー素子LRを介して凹面鏡M1と平面鏡M2との間で往復
振動する動作となり、これでV字形の共振器を構成す
る。レーザー発振光が固体レーザー素子LR内を通過する
距離はその表面から入射し裏面で反射し、又表面から出
射するまでの光路となるのはリングレーザーの場合と全
く同様である。固体レーザー素子LR内を通過する距離は
従来の素子厚みの2倍以上となり、やはり光励起効率を
高めることができるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】図3に本発明による半導体レーザ
ー励起型全固体リングレーザー装置ASRL(AnAll Solid
Ring Laser)の実施例を示す。このASRLは高反射率ミラ
ーMl、M2 および平板状の固体レーザー素子に高反射率
膜RMを施したLRとからリング共振器を構成し、該固体レ
ーザー素子LRの外部から半導体レーザーLDの出力光を、
集光レンズ系FLによって励起光を固体レーザー素子LRの
端面に垂直に照射することにより、リングレーザーの発
振動作を実現するものである。Mlは凹面鏡であり、リン
グ共振器光路長の半分の焦点距離を持ち、かつレーザー
発振光を約100% 反射させる機能を備えている。M2は平
面鏡であり、Mlと同様にレーザー発振光を約100% 反射
させる機能を備えている。ここで焦点距離をリング共振
器光路長の半分としたのはビームが拡散しないで収束さ
れ、リングレーザの発振効率が高まることを考慮したも
のである。
【0012】また固体レーザー素子LRはNd:YVO4やNd:
YAG等の固体レーザー素子を平板状に成形し、その外部
端面にはレーザー発振光を約100% 反射させる反射膜を
蒸着させ、同時に半導体レーザーLDによる励起光(固体
レーザー素子LRの光吸収特性に合致した波長を持つ)を
約100% 透過させるための反射防止膜が蒸着される。集
光レンズ系FLは半導体レーザーLDの出力光線の断面をほ
ぼ円形に成形し、光線径を一旦拡張して平行光線にし、
さらにそれを固体レーザー素子LR端面に集光させる機能
を備えている。半導体レーザー素子LDについては上記の
通り固体レーザー素子LRの光吸収特性に合致した波長の
光を出力するもので、かつ固体レーザー素子LR内に集光
された励起光のエネルギー密度をレーザー発振に必要な
エネルギー密度以上に高められるだけの出力を有するも
のが使用される。
【0013】全固体V字形リニアレーザーも上記の全固
体リングレーザーの実施例と同様の態様で実施できる
が、凹面鏡M1の焦点距離に関しては発振効率を高めるた
めに、該凹面鏡と他の頂点の平面鏡M2間の距離に合わさ
れるのが適当である。
【0014】
【発明の効果】本発明は、励起光のパワーおよび固体レ
ーザー素子(結晶)を従来方式と同じものとすれば、結
晶中の励起作用領域を通過するレーザー発振光の光路長
を従来方式より2倍以上長くすることができるため、光
励起効率を高めることができ、リングレーザーおよびV
字形リニアーレーザーの出力を高めることができるとい
う、この種レーザー共振器の基本動作において顕著な効
果を有する。
【0015】また、集光レンズによって結晶の外部端面
に直接励起光を集光できるため、従来のものに比べ励起
効率が抜群に良く、焦点距離の短い、かつ口径の小さい
集光レンズ系の使用が可能となり、装置を小型化できる
という効果を生ずる。
【0016】更に、固体レーザー素子自身にリング共振
器におけるミラー機能を持たせているため、従来のもの
に比べミラーを一枚減らすことができ、材料のコストを
低減できるという効果をももつものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光励起方式をリングレーザー装置
に適用した摸式図
【図2】本発明による光励起方式をV字形リニアーレー
ザー装置に適用した摸式図
【図3】本発明によるリングレーザー装置の実施例
【図4】従来の光励起方式によるリングレーザー装置の
模式図
【図5】固体レーザー素子内通過光路の本発明と従来の
ものとの比較図
【符号の説明】
LR 固体レーザー素子 M1 高反射率凹面鏡 M2,M3 高反射率平面鏡 LS 励起光源 FL 集光レンズ系 RM 高反射率膜 LD 半導体レーザー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体レーザー素子と複数の高反射率ミラ
    ーからなるレーザー共振器において、共振レーザー光が
    該固体レーザー素子の表面に非垂直方向から入射し、裏
    面に於いて反射して表面より出射するような素子内通過
    光路をとることを特徴とする固体レーザーの光励起方
    式。
  2. 【請求項2】 レーザー共振路の外側となる固体レーザ
    ー素子の裏面側から、素子面に垂直な光軸を持つ光を直
    接照射することによって該固体レーザー素子を励起する
    ことを特徴とする請求項1に記載の固体レーザーの光励
    起方式。
  3. 【請求項3】 多角形の一頂点に高反射率の凹面鏡、他
    の一頂点に固体レーザー素子を、そして残りの頂点に高
    反射率の平面鏡を配設してリングレーザー共振器を構成
    する請求項1又は請求項2に記載の固体レーザーの光励
    起方式。
  4. 【請求項4】 底点に固体レーザー素子、頂点の一方に
    高反射率の凹面鏡他方に高反射率の平面鏡を配設してV
    字形リニアーレーザー共振器を構成する請求項1又は請
    求項2に記載の固体レーザーの光励起方式。
JP35632897A 1997-12-10 1997-12-10 固体レーザーの光励起方式 Pending JPH11177165A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005011075A1 (ja) * 2003-07-29 2005-02-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 固体レーザ励起モジュール及びレーザ発振器
JP2011176315A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Lpkf Laser & Electronics Ag レーザ装置
JP2014103331A (ja) * 2012-11-22 2014-06-05 Isao Yamane トロイダルミラーを用いて形成される繰り返し収束系と二鏡位置同時調整法とを用いるレーザー増幅用リング共振器

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010821