JPH11261136A - Optical pulse generating element - Google Patents

Optical pulse generating element

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JPH11261136A
JPH11261136A JP10059752A JP5975298A JPH11261136A JP H11261136 A JPH11261136 A JP H11261136A JP 10059752 A JP10059752 A JP 10059752A JP 5975298 A JP5975298 A JP 5975298A JP H11261136 A JPH11261136 A JP H11261136A
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JP
Japan
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optical pulse
laser medium
pulse generating
light
saturable absorber
Prior art date
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Pending
Application number
JP10059752A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Mogi
哲哉 茂木
Yuichi Tanaka
佑一 田中
Takao Kobayashi
喬郎 小林
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OYO KODEN KENKYUUSHITSU KK
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
OYO KODEN KENKYUUSHITSU KK
Japan Science and Technology Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To directly obtain laser light of 1.5 μm band by means of an optical pulse generating element which incorporates a solid-state laser medium and a saturable absorber. SOLUTION: A glass laser medium 33 containing erbium and ytterbium is used as a solid-state laser medium, and a uranium-doped calcium fluoride plate is used as a saturable absorber 37. The laser medium 33 and absorber 37 are brought into contact with each other through an intermediate film 35 which reflects part of stimulating light 50 to the glass laser medium 33 side and transmits the remainder to the absorber 37 side. An input mirror 31 is provided on the laser medium 33 side, and an output mirror 39 is provided on the absorber 37 side.

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】この発明は、光通信分野、光
計測分野等で利用できる光パルス発生素子に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pulse generating element that can be used in the fields of optical communication, optical measurement, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば文献1(オプティクス レターズ
(OPICS LETTERS),Sept.15.1994,Vol.19,No.18,pp.142
7-1429)には、図6に示したような、入力ミラー11、
固体レーザ媒質13、過飽和吸収体15および出力ミラ
ー17をこの順に具えた光パルス発生素子19が、開示
されている。
2. Description of the Related Art For example, reference 1 (OPICS Letters, Sept. 15.1994, Vol. 19, No. 18, pp. 142)
7-1429) has an input mirror 11 as shown in FIG.
An optical pulse generating element 19 including a solid-state laser medium 13, a saturable absorber 15, and an output mirror 17 in this order is disclosed.

【0003】この光パルス発生素子19では、固体レー
ザ媒質13として、ネオジウム(Nd)をドープしたY
AG(Y3 Al5 12)結晶が用いられ、過飽和吸収体
15として、クロム(Cr)をドープしたYAG結晶が
用いられている。入力ミラー11および出力ミラ−17
は、周知の通り、レーザ共振器を構成している。
In this optical pulse generating element 19, neodymium (Nd) -doped Y is used as the solid-state laser medium 13.
An AG (Y 3 Al 5 O 12 ) crystal is used, and a chromium (Cr) -doped YAG crystal is used as the saturable absorber 15. Input mirror 11 and output mirror 17
Constitutes a laser resonator, as is well known.

【0004】この光パルス発生素子19では、励起光に
よる励起と過飽和吸収体15による過飽和吸収現象とを
利用した周知の原理により、光パルスが周期的に発生さ
れる。簡単に説明すれば、次の通りである。
In the light pulse generating element 19, light pulses are periodically generated based on a well-known principle utilizing the excitation by the excitation light and the saturable absorption phenomenon by the saturable absorber 15. Briefly, it is as follows.

【0005】入力ミラー11側から該素子19に波長8
08nmの励起光21が入射される。固体レーザ媒質1
3はこの励起光21により励起されるため、固体レーザ
媒質13で波長1064nmのレーザ光が生じる。この
レーザ光は、過飽和吸収体15でのレーザ光の吸収が飽
和すると、一部が、出力ミラー17側から素子19の外
部に出力される。レーザ光が素子外部に出力されると、
固体レーザ媒質のレーザゲインが低下するのでレーザ光
は消滅するが、励起光による励起が継続されていると固
体レーザ媒質13でレーザ光が再び生じる。このレーザ
光は、過飽和吸収体15でのレーザ光の吸収が飽和する
と、一部が、出力ミラー側から素子外部に出力される。
このような現象が繰り返されることにより、素子19
は、波長1064nmの光パルスを周期的に出力する。
すなわち、素子19では、いわゆる、受動Qスイッチ発
振が起こる。
[0005] A wavelength 8 is applied to the element 19 from the input mirror 11 side.
08 nm excitation light 21 is incident. Solid laser medium 1
3 is excited by the excitation light 21, so that a laser beam having a wavelength of 1064 nm is generated in the solid-state laser medium 13. When the absorption of the laser light in the saturable absorber 15 is saturated, a part of the laser light is output to the outside of the element 19 from the output mirror 17 side. When the laser light is output outside the device,
The laser light disappears because the laser gain of the solid-state laser medium decreases, but the laser light is generated again in the solid-state laser medium 13 when the excitation by the excitation light is continued. When the absorption of the laser light in the saturable absorber 15 is saturated, a part of the laser light is output to the outside of the element from the output mirror side.
By repeating such a phenomenon, the element 19
Periodically outputs an optical pulse having a wavelength of 1064 nm.
That is, in the element 19, so-called passive Q-switch oscillation occurs.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ndド
ープYAG(Nd:YAG)結晶での活性イオンである
Ndイオンは、石英光ファイバを用いる光伝送に最も有
利で、かつ、眼球への照射許容密度が高い1.5μm帯
に、適切な遷移をもたない。そのため、上述した従来の
光パルス発生素子19では、それ単独で1.5μmの波
長のレーザパルスを発生することができないという問題
点がある。
However, Nd ions, which are active ions in a Nd-doped YAG (Nd: YAG) crystal, are most advantageous for optical transmission using a quartz optical fiber and have an allowable irradiation density on the eyeball. Does not have an appropriate transition in the 1.5 μm band where Therefore, the above-mentioned conventional optical pulse generating element 19 has a problem that it cannot generate a laser pulse having a wavelength of 1.5 μm by itself.

【0007】したがって、従来の光パルス発生素子19
では、レーザ光の応用上、極めて有用な、光ファイバを
用いた光通信への応用や、眼球への安全性の高いレーザ
光を必要とする応用に供するためには、発生されたレー
ザ光をさらに波長変換するための非線形結晶や外部非線
形結晶共振器などをさらに用いる必要が生じる。しか
し、そうした場合は、部品点数とコストの増大を招くな
どの新たな問題も生じる。
Therefore, the conventional optical pulse generating element 19
In order to use the laser light, which is extremely useful in the application of laser light, to optical communication using optical fibers, and to applications requiring highly safe laser light to the eyeball, the generated laser light must be used. Further, it is necessary to further use a nonlinear crystal or an external nonlinear crystal resonator for wavelength conversion. However, in such a case, a new problem such as an increase in the number of parts and cost is caused.

【0008】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は、固体レーザ媒質お
よび過飽和吸収体を用いた光パルス発生素子であって、
波長1.5μm帯の光パルスを直接発振できる光パルス
発生素子を提供することにある。
[0008] The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optical pulse generator using a solid-state laser medium and a saturable absorber,
An object of the present invention is to provide an optical pulse generating element capable of directly oscillating an optical pulse in a wavelength band of 1.5 μm.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこでこの発明の光パル
ス発生素子によれば、入力ミラー、固体レーザ媒質、過
飽和吸収体および出力ミラーをこの順に具え、前記入力
ミラー側から励起光が照射されて使用される光パルス発
生素子において、前記固体レーザ媒質として、Erイオ
ンをドープしたガラスレーザ媒質、又は、Ybイオンお
よびTmイオンをドープしたYLF結晶を具える。そし
て、この固体レーザ媒質と前述の過飽和吸収体との間
に、前述の励起光の一部をこの固体レーザ媒質側に反射
し、残りを前述の過飽和吸収体側に透過させる中間膜を
具えたことを特徴とする。
Therefore, according to the optical pulse generating device of the present invention, an input mirror, a solid laser medium, a saturable absorber and an output mirror are provided in this order, and excitation light is irradiated from the input mirror side. In the light pulse generating element used, the solid-state laser medium includes a glass laser medium doped with Er ions or a YLF crystal doped with Yb ions and Tm ions. An intermediate film is provided between the solid-state laser medium and the saturable absorber to reflect a part of the excitation light toward the solid-state laser medium and transmit the rest to the saturable absorber. It is characterized by.

【0010】Erイオンをドープしたガラスレーザ媒質
は、波長1.5μm帯のレーザ光を発生する。特に、こ
のガラスレーザ媒質を、例えば波長980nmまたは1
480nmの励起光により励起した場合、高強度の1.
5μm帯のレーザ光を発生する。また、Ybイオンおよ
びTmイオンをドープしたYLF結晶も、970nmの
レーザ光で励起すると波長1500nmおよび1569
nmのレーザ光を発することが知られている(例えば文
献2:CLEO'97,1997,Technical Digest Series vo
l.11,Conference Edition CTuE3,p.75 )。
A glass laser medium doped with Er ions generates laser light in a wavelength band of 1.5 μm. In particular, this glass laser medium is, for example, at a wavelength of 980 nm or 1
When excited by 480 nm excitation light, 1.
A laser beam of 5 μm band is generated. In addition, YLF crystals doped with Yb ions and Tm ions also have wavelengths of 1500 nm and 1569 when excited with 970 nm laser light.
It is known to emit laser light of nm (for example, Reference 2: CLEO '97, 1997, Technical Digest Series vo
l.11, Conference Edition CTuE3, p.75).

【0011】従って、この発明によれば、過飽和吸収現
象と相俟って、波長1.5μm帯の光パルスを発生する
光パルス発生素子を実現することができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize an optical pulse generating element that generates an optical pulse in the 1.5 μm band in combination with the supersaturation absorption phenomenon.

【0012】反面、Erイオンをドープしたガラスレー
ザ媒質のレーザ誘導放出断面積は、は、Nd:YAGの
それに比べて1桁以上小さいことが知られている(例え
ば文献3:Solid State Laser Engineering "Springe-V
erlag,4th Edition p.49(1996)および文献4:SPIE vo
l.1419 Eyesafe Lasers:Components,Systems,and Appli
cations(1991))。
On the other hand, it is known that the laser-induced emission cross section of a glass laser medium doped with Er ions is at least one order of magnitude smaller than that of Nd: YAG (for example, Reference 3: Solid State Laser Engineering). Springe-V
erlag, 4th Edition p.49 (1996) and Reference 4: SPIE vo
l.1419 Eyesafe Lasers: Components, Systems, and Appli
cations (1991)).

【0013】また、強い励起密度において発生する熱に
よってレーザ媒体が破壊される限界を示す熱衝撃パラメ
ータも、レーザガラス媒質はYAGに比べて8分の1程
度でしかないことが知られている(例えば文献5:Soli
d State Laser Engineering"Springe-Verlag,4th Editi
on p.398(1996) )。
It is also known that a laser glass medium has only about one-eighth of a thermal shock parameter indicating a limit at which a laser medium is destroyed by heat generated at a high excitation density (as compared to YAG). For example, Reference 5: Soli
d State Laser Engineering "Springe-Verlag, 4th Editi
on p.398 (1996)).

【0014】また、YbイオンおよびTmイオンをドー
プしたYLF結晶自体のモース硬度は4程度であり、同
硬度が8.5であるYAG結晶の半分程度でしかない。
The Mohs hardness of the YLF crystal itself doped with Yb ions and Tm ions is about 4, which is only about half that of a YAG crystal having the same hardness of 8.5.

【0015】従って、Erをドープしたガラスレーザ媒
質や、YbイオンおよびTmイオンをドープしたYLF
結晶(以下、固体レーザ媒質と総称することもある。)
では、光パルスを効率良く発生させるために励起光を無
制限に強めると、この固体レーザ媒質に発生する熱の作
用でこの固体レーザ媒質が破壊されてしまう。
Therefore, a glass laser medium doped with Er, a YLF doped with Yb ions and Tm ions,
Crystal (hereinafter sometimes collectively referred to as a solid-state laser medium)
In this case, if the excitation light is infinitely increased in order to efficiently generate a light pulse, the solid laser medium is destroyed by the action of heat generated in the solid laser medium.

【0016】そこで、この固体レーザ媒質と過飽和吸収
体とを用いて、光パルスを効率良くかつ安定に発生する
光パルス発生素子を実現するためには、励起光を効率良
く利用してこの固体レーザ媒質の励起効率を向上させる
だけではなく、幅広い励起光強度で過飽和吸収による発
振が起きるように工夫する必要がある。すなわち、該固
体レーザ媒質の熱破壊限界に相当する励起密度と、過飽
和吸収が始まるレーザ発振の閾値相当の励起密度との差
を大きくすることが重要である。言い換えるならば、光
パルス発生素子は、熱破壊限界で上限が決まる励起密度
と、パルス光発生が開始される閾値励起密度との間で動
作できるので、実用的でかつ安定した光パルス素子を実
現するためには、上記の上限励起密度と閾値励起密度と
の差ができるだけ大きくなるように、すなわち動作領域
ができるだけ広くなるようにすることが必要になる。
Therefore, in order to realize an optical pulse generation element that efficiently and stably generates an optical pulse using the solid-state laser medium and the saturable absorber, the solid-state laser is efficiently used by using the pump light. It is necessary not only to improve the excitation efficiency of the medium, but also to devise such that oscillation due to saturable absorption occurs at a wide range of excitation light intensities. That is, it is important to increase the difference between the excitation density corresponding to the thermal breakdown limit of the solid-state laser medium and the excitation density corresponding to the threshold value of laser oscillation at which saturable absorption starts. In other words, the optical pulse generation element can operate between the excitation density whose upper limit is determined by the thermal breakdown limit and the threshold excitation density at which pulsed light generation starts, realizing a practical and stable optical pulse element. In order to achieve this, it is necessary to make the difference between the upper limit excitation density and the threshold excitation density as large as possible, that is, to make the operation area as large as possible.

【0017】このようなとき、この発明の光パルス発生
素子は、固体レーザ媒質と過飽和吸収体との間に、励起
光を分岐して反射および透過する中間膜を具えているの
で、固体レーザ媒質で吸収しつくされなかった励起光の
一部を該中間膜が反射して固体レーザ媒質に吸収させる
ため、固体レーザ媒質で高い密度の励起光吸収を生じさ
せる。また、該中間膜を透過する励起光は、過飽和吸収
体に好適な強度で照射される。
In such a case, the optical pulse generating element of the present invention includes an intermediate film between the solid-state laser medium and the saturable absorber for branching and reflecting and transmitting the excitation light. The intermediate film reflects part of the excitation light that has not been completely absorbed by the laser beam and causes the solid-state laser medium to absorb the excitation light, so that a high-density excitation light is absorbed in the solid-state laser medium. Excitation light transmitted through the intermediate film is applied to the saturable absorber at a suitable intensity.

【0018】ここで、過飽和吸収体としてウランをドー
プしたフッ化カルシウム(U:CaF2 )結晶を用いた
場合、このフッ化カルシウム結晶は、励起光を、固体レ
ーザ媒質で発生される1.5μm光と同程度に吸収する
(詳細は後の実施例で説明される透過率特性(図5)参
照)。従って、ウランをドープしたフッ化カルシウムで
構成された過飽和吸収体は、該中間膜を透過する励起光
を吸収するので、過飽和吸収体の過飽和吸収が促進され
る。そのため、過飽和吸収体が飽和し易くなるので、レ
ーザ発振が起こる励起強度の最低要求値が引き下げられ
る。その結果、光パルスを効率良く然も安定に発生する
光パルス発生素子が実現される。
Here, when a calcium fluoride (U: CaF 2 ) crystal doped with uranium is used as the saturable absorber, the calcium fluoride crystal generates excitation light of 1.5 μm generated by a solid-state laser medium. It absorbs to the same extent as light (for details, see the transmittance characteristic (FIG. 5) described in a later example). Accordingly, the saturable absorber composed of uranium-doped calcium fluoride absorbs the excitation light transmitted through the intermediate film, and the saturable absorber is promoted in saturable absorption. Therefore, the saturable absorber is easily saturated, and the minimum required excitation intensity at which laser oscillation occurs is reduced. As a result, an optical pulse generating element that efficiently and stably generates optical pulses is realized.

【0019】なお、本願出願前に出願公開されている例
えば特開平8−316557号公報の特に図5や第7頁
左欄第5〜6行には、図6を用いて説明した従来の光パ
ルス発生素子と類似する素子において、固体レーザ媒質
としてのYAG13と、過飽和吸収体15との間に固着
層なる層を設けても良い旨が、記載されている。しかし
ながら、この固着層は、過飽和吸収体を活性レーザ媒質
に接続するための接着層と説明されており、本発明でい
う中間層とは異なる。
It should be noted that, for example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-316557, which was published before the filing of the present application, particularly, FIG. It is described that in a device similar to the pulse generating device, a layer serving as a fixed layer may be provided between the YAG 13 as a solid-state laser medium and the saturable absorber 15. However, this fixed layer is described as an adhesive layer for connecting the saturable absorber to the active laser medium, and is different from the intermediate layer in the present invention.

【0020】ところで、ガラスレーザ媒質は、YAGに
比較して、熱伝導率が10分の1程小さい(例えば文献
5:「光用語辞典」,日置 隆一編、オーム社発行,昭
和56年,p.269の右欄第1行)。そのため、ガラ
スレーザ媒質および過飽和吸収媒質を用い光パルス発生
素子を実現した場合、何ら工夫をしないと、光パルス発
生素子は、自らのレーザ発振に伴い生じた熱によって破
壊するおそれがある。
By the way, the glass laser medium has a thermal conductivity that is about one tenth smaller than that of YAG (for example, Reference 5: “Dictionary of Optical Terms”, edited by Ryuichi Hioki, published by Ohmsha, 1981, p. 56). .269, right column, first row). Therefore, when an optical pulse generation element is realized using a glass laser medium and a saturable absorption medium, the optical pulse generation element may be destroyed by heat generated due to its own laser oscillation unless some measures are taken.

【0021】これを回避するため、この光パルス発生素
子の発明を実施するに当たり、好ましくは、少なくとも
前記入力ミラー側に当該光パルス発生素子で生じる熱を
放熱するための放熱部を設けるのが良い。
In order to avoid this, when practicing the invention of the optical pulse generating element, it is preferable to provide a heat radiating portion for radiating heat generated in the optical pulse generating element at least on the input mirror side. .

【0022】光パルス発生素子で生じた熱はこの放熱部
により放熱されるので、この光パルス発生素子が熱によ
り破壊されるおそれを低減することができる。
Since the heat generated by the light pulse generating element is radiated by the heat radiating portion, the possibility that the light pulse generating element is broken by heat can be reduced.

【0023】また、この光パルス発生素子の発明を実施
するに当たり、過飽和吸収体は任意好適なものとでき
る。その中でも、ウランをドープしたフッ化カルシウム
を用いるのが好適である。具体的には、ウランをドープ
したフッ化カルシウムを所定厚みに研磨した板を用いる
のが好適である。なぜなら、ウランをドープしたフッ化
カルシウムは、上述したように、励起光を、レーザ媒質
が発するレーザ光と同程度に吸収するという性質を持つ
ため、および、ウランをドープしたフッ化カルシウムを
過飽和吸収体として用いた場合、後述する実験結果から
明らかなように、高出力かつ安定な光パルスが得られる
ためである。
In practicing the invention of the optical pulse generating device, the saturable absorber can be any suitable one. Among them, it is preferable to use calcium fluoride doped with uranium. Specifically, it is preferable to use a plate obtained by polishing uranium-doped calcium fluoride to a predetermined thickness. Because, as described above, uranium-doped calcium fluoride has the property of absorbing excitation light to the same extent as laser light emitted from a laser medium, and uranium-doped calcium fluoride has a property of supersaturated absorption. This is because when used as a body, a high-output and stable light pulse can be obtained, as is clear from the experimental results described later.

【0024】一方、過飽和吸収体の厚さは、ガラスレー
ザ媒質で生じる熱を外部に放熱する観点から薄い方が好
ましい。然も、過飽和吸収体の厚さは、光パルスのパル
ス幅を決める要素の1つであるため、パルス幅の短い光
パルスを得る意味からも(一般にはこれが要望される)
薄い方が好ましい。
On the other hand, the thickness of the saturable absorber is preferably thin from the viewpoint of radiating heat generated in the glass laser medium to the outside. Needless to say, the thickness of the saturable absorber is one of the factors that determine the pulse width of the light pulse. Therefore, from the viewpoint of obtaining a light pulse having a short pulse width (this is generally desired).
Thinner is preferred.

【0025】しかし、過飽和吸収体を例えば過飽和吸収
現象を示す結晶(これに限られないが例えばウランドー
プのフッ化カルシウム)で構成する場合、一般には、該
結晶を研磨して、過飽和吸収体を作製する。そのため、
加工技術の問題やハンドリングの問題から、該結晶を薄
くするにも限界がある。
However, when the saturable absorber is made of, for example, a crystal exhibiting a saturable absorption phenomenon (for example, but not limited to, uranium-doped calcium fluoride), the crystal is generally polished to produce a saturable absorber. I do. for that reason,
Due to processing technology problems and handling problems, there is a limit to thinning the crystal.

【0026】これらを総合すると、過飽和吸収体として
過飽和現象を示す結晶を用いる場合は、後述する実施例
の結果からみても、その厚さは最大でも1mmとするの
が良く、より好ましくは最大でも200μmとするのが
良い。一方、薄さの下限は30μm、より好ましくは5
0μmとするのが良い。
In sum, when using a crystal exhibiting a supersaturation phenomenon as the supersaturated absorber, the thickness should be at most 1 mm, more preferably at most, from the results of the examples described later. The thickness is preferably 200 μm. On the other hand, the lower limit of the thickness is 30 μm, more preferably 5 μm.
The thickness is preferably set to 0 μm.

【0027】また、ウランをドープしたフッ化カルシウ
ムでのウランのドープ率は、高すぎるとウランをドープ
したフッ化カルシウムで構成した過飽和吸収体でのレー
ザ光の吸収が増えすぎてしまう。するとそれを回避する
ためには過飽和吸収体をより薄くする必要が生じる。し
かし、過飽和吸収体をより薄くするには、上述した加工
技術およびハンドリングの点で問題がある。したがっ
て、ウランのドープ率は、後述する実施例の結果からみ
ても、最大でも0.03原子%が良く、より好ましくは
最大でも0.01原子%が良い。
If the doping ratio of uranium in uranium-doped calcium fluoride is too high, the absorption of laser light in the saturable absorber composed of uranium-doped calcium fluoride will increase too much. Then, in order to avoid this, it becomes necessary to make the saturable absorber thinner. However, in order to make the saturable absorber thinner, there are problems in terms of the processing technique and handling described above. Therefore, the doping ratio of uranium is preferably at most 0.03 at%, more preferably at most 0.01 at%, from the results of the examples described later.

【0028】一方、ウランのドープ率が低過ぎると、レ
ーザ光の所望の吸収を確保する必要から、過飽和吸収体
の厚さを厚くする必要が生じる。すると、過飽和吸収体
の厚さを厚くすることによる上記の問題(放熱性が低下
したりパルス幅を小さくできない等の問題)が生じる。
したがって、これらを考慮して、ウランのドープ率の下
限を決めるのが良い。
On the other hand, if the uranium doping ratio is too low, it is necessary to ensure the desired absorption of the laser beam, so that it is necessary to increase the thickness of the saturable absorber. Then, the above-mentioned problems (problems such as a decrease in heat dissipation and a reduction in pulse width) caused by increasing the thickness of the saturable absorber occur.
Therefore, it is preferable to determine the lower limit of the uranium doping ratio in consideration of these factors.

【0029】また、中間膜の励起光に対する反射率は、
高ければ固体レーザ媒質の励起に寄与するが、固体レー
ザ媒質中の熱発生も増加し、然も、過飽和吸収体の飽和
が開始される励起光強度も下がらない。また、反射率が
低すぎると固体レーザ媒質の励起促進の効果が得られな
くなる。従って、該反射率はこれらを考慮してきめる。
少なくとも、後述の実験結果では、該反射率を最大でも
略50%とするのが良いといえる。ここで、略とは50
±5%程度であろうと考える。また、この反射率の下限
は例えば20%より好ましくは30%程度と考える。
The reflectance of the intermediate film to the excitation light is
Higher values contribute to the excitation of the solid-state laser medium, but also increase heat generation in the solid-state laser medium, and, of course, do not lower the excitation light intensity at which saturation of the saturable absorber starts. If the reflectance is too low, the effect of promoting the excitation of the solid-state laser medium cannot be obtained. Therefore, the reflectance is determined in consideration of these factors.
At least, in the experimental results described later, it can be said that the reflectance should be approximately 50% at the maximum. Here, the abbreviation is 50
I think it will be around ± 5%. Further, the lower limit of the reflectance is considered to be, for example, preferably about 20%, more preferably about 30%.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
光パルス発生素子の実施の形態について説明する。な
お、説明に用いる各図はこの発明が理解できる程度に各
構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示して
あるにすぎない。また、各図において同様の構成成分に
ついては同一の番号を付して示し、その重複する説明を
省略することもある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an optical pulse generating device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings used in the description merely schematically show the dimensions, shapes, and arrangements of the components so that the present invention can be understood. Further, in each of the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and the duplicate description thereof may be omitted.

【0031】1.第1の実施の形態 図1(A)は、第1の実施の形態の光パルス発生素子3
0の構造を説明するための図である。この図1(A)
は、この素子30を光軸と直交する方向からみた側面図
である。
1. First Embodiment FIG. 1A shows an optical pulse generating element 3 according to a first embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a structure of a zero. This FIG. 1 (A)
FIG. 3 is a side view of the element 30 as viewed from a direction orthogonal to the optical axis.

【0032】この第1の実施の形態の光パルス発生素子
30は、入力ミラー31、ガラスレーザ媒質33、中間
膜35、過飽和吸収体37および出力ミラー39を、こ
の順に具える。さらに、この素子30は、入力ミラー3
1に接する放熱部41と、この放熱部41の、入力ミラ
ー31とは反対面に設けられた反射防止膜43とを具え
る。以下、各構成成分31〜43についてそれぞれ説明
する。
The optical pulse generating element 30 according to the first embodiment includes an input mirror 31, a glass laser medium 33, an intermediate film 35, a saturable absorber 37, and an output mirror 39 in this order. Furthermore, this element 30 is
1, and an antireflection film 43 provided on a surface of the heat radiating portion 41 opposite to the input mirror 31. Hereinafter, each of the components 31 to 43 will be described.

【0033】入力ミラー31は、該素子30に入力され
る励起光50が励起光源(図示せず)側に反射されるこ
となくガラスレーザ媒質33側に効率良く入力されるよ
うにする反射防止膜の機能と、ガラスレーザ媒質33内
で生じたレーザ光をガラスレーザ媒質33側に反射する
高反射膜の機能とを有する。この入力ミラー31は、例
えば公知の誘電体多層膜で構成することができる。
The input mirror 31 is an anti-reflection film that allows the excitation light 50 input to the element 30 to be efficiently input to the glass laser medium 33 side without being reflected to the excitation light source (not shown). And a function of a high reflection film that reflects the laser light generated in the glass laser medium 33 to the glass laser medium 33 side. The input mirror 31 can be composed of, for example, a known dielectric multilayer film.

【0034】なお、この入力ミラー31は、ガラスレー
ザ媒質33の表面に直接形成しても良い。または、他の
好適な部材にこの入力ミラー31を形成し、そしてこの
他の部材を、その入力ミラー31形成面がガラスレーザ
媒質33側になるようにガラスレーザ媒質33に、例え
ば透明接着剤(使用する光に対し透明な接着剤。以下、
同様。)により接着しても良い。この第1の実施の形態
では、後者の例、すなわち、他の部材としての放熱部4
1(詳細は後述する)の一面に、この入力ミラー31を
例えば真空成膜技術により形成し、そして、この放熱部
41を、入力ミラー31形成面がガラスレーザ媒質33
側になるようにして、ガラスレーザ媒質33に接着して
いる。
The input mirror 31 may be formed directly on the surface of the glass laser medium 33. Alternatively, the input mirror 31 is formed on another suitable member, and the other member is attached to the glass laser medium 33 such that the surface on which the input mirror 31 is formed is on the glass laser medium 33 side, for example, using a transparent adhesive ( An adhesive that is transparent to the light used.
Same. ). In the first embodiment, the latter example, that is, the heat radiating portion 4 as another member is used.
1 (described later in detail), the input mirror 31 is formed by, for example, a vacuum film forming technique.
Side, and is adhered to the glass laser medium 33.

【0035】なお、透明接着剤としては、例えばLEN
S BOND(商品名。米国SUMMERS LABORATORIES DIV
ISION ENS AQUISITION CORPORATION製)を挙げることが
できる。
As the transparent adhesive, for example, LEN
S BOND (Product name. United States SUMMERS LABORATORIES DIV
ISION ENS AQUISITION CORPORATION).

【0036】また、ガラスレーザ媒質33は、典型的に
は、ガラスに希土類元素をドープした公知の媒質とす
る。ここでは、波長1.5μ帯の光を得たいことから、
Er(エルビウム)イオンをドープしたガラスレーザ媒
質を用いる。特に、この実施の形態では、Erイオンお
よびYb(イッテルビウム)イオンをドープしたガラス
レーザ媒質を用いる。このガラスレーザ媒質33は、四
角板状、円板状など、任意の形状とすることができる。
The glass laser medium 33 is typically a known medium in which glass is doped with a rare earth element. Here, since we want to obtain light in the 1.5μ band,
A glass laser medium doped with Er (erbium) ions is used. In particular, in this embodiment, a glass laser medium doped with Er ions and Yb (ytterbium) ions is used. The glass laser medium 33 can have an arbitrary shape such as a square plate or a disk.

【0037】また、中間膜35は、励起光50の一部を
ガラスレーザ媒質33側に反射し、残りを過飽和吸収体
37側に透過させる膜である。この中間膜35は例えば
公知の誘電体多層膜で構成することができる。
The intermediate film 35 is a film that reflects a part of the excitation light 50 toward the glass laser medium 33 and transmits the rest toward the saturable absorber 37. This intermediate film 35 can be composed of, for example, a known dielectric multilayer film.

【0038】なお、この中間膜35は、ガラスレーザ媒
質33上に、公知の成膜技術により形成するのが好まし
い。なぜなら、過飽和吸収体37は薄いものとされるこ
とが多く、また、例えばフッ化カルシウムで過飽和吸収
体を構成した場合は、それ自体が比較的脆い。そのた
め、過飽和吸収体37にこの中間膜35を形成するよ
り、ガラスレーザ媒質33に中間膜35を形成する方
が、中間膜35の形成は容易と考えられるからである。
The intermediate film 35 is preferably formed on the glass laser medium 33 by a known film forming technique. This is because the saturable absorber 37 is often made thin, and when the saturable absorber is made of, for example, calcium fluoride, the saturable absorber 37 itself is relatively brittle. Therefore, it is considered that forming the intermediate film 35 on the glass laser medium 33 is easier than forming the intermediate film 35 on the saturable absorber 37.

【0039】また、過飽和吸収体37は、過飽和吸収現
象を示す任意好適な材料により構成することができる。
例えば、ウランをドープしたフッ化カルシウム、或は、
フタロシアニン類等の有機色素は、過飽和吸収体の構成
材料の好適例として挙げることができる。
The saturable absorber 37 can be made of any suitable material exhibiting a saturable absorption phenomenon.
For example, calcium fluoride doped with uranium, or
Organic dyes such as phthalocyanines can be mentioned as preferred examples of the constituent material of the supersaturated absorber.

【0040】なお、この過飽和吸収体37を例えばウラ
ンドープのフッ化カルシウムで構成する場合は、ウラン
ドープのフッ化カルシウム結晶を所定形状及び厚さに加
工し、該加工の済んだ試料をガラスレーザ媒質33の中
間膜35を設けた面に、透明接着剤を用いて接着する。
また、過飽和吸収体37を例えば有機色素で構成する場
合は、中間膜35上に蒸着法等の任意好適な成膜方法で
有機色素を成膜して、これを過飽和吸収体37とするこ
とも出来る。
When the saturable absorber 37 is made of, for example, uranium-doped calcium fluoride, the uranium-doped calcium fluoride crystal is processed into a predetermined shape and thickness, and the processed sample is used as the glass laser medium 33. Is bonded to the surface provided with the intermediate film 35 by using a transparent adhesive.
When the saturable absorber 37 is made of, for example, an organic dye, the organic dye may be formed on the intermediate film 35 by an arbitrary suitable film forming method such as a vapor deposition method, and may be used as the saturable absorber 37. I can do it.

【0041】また、出力ミラー39は、ガラスレーザ媒
質33で生じるレーザ光の一部を外部に出力でき、残り
をガラスレーザ媒質33側に反射するミラーである。こ
の出力ミラー39は、例えば公知の誘電体多層膜で構成
することができる。
The output mirror 39 is a mirror that can output a part of the laser light generated in the glass laser medium 33 to the outside and reflects the rest toward the glass laser medium 33 side. The output mirror 39 can be formed of, for example, a known dielectric multilayer film.

【0042】なお、この出力ミラー39は、過飽和吸収
体37の表面に形成しても良い。または、他の好適な部
材に出力ミラー39を形成し、そしてこの部材を、その
出力ミラー39形成面が過飽和吸収体37に接するよう
にして、過飽和吸収体37に接着するようにしても良
い。
The output mirror 39 may be formed on the surface of the saturable absorber 37. Alternatively, the output mirror 39 may be formed on another suitable member, and this member may be bonded to the saturable absorber 37 such that the surface on which the output mirror 39 is formed contacts the saturable absorber 37.

【0043】ただし、過飽和吸収体37として例えばウ
ランをドープしたフッ化カルシウムを用いる場合、これ
自体が脆く、また、これ自体が薄くされるので、過飽和
吸収体37自体に出力ミラー39を形成しない方が好ま
しい。
However, when calcium fluoride doped with uranium is used as the saturable absorber 37, for example, the output mirror 39 is not formed on the saturable absorber 37 itself because it is fragile and thinned. Is preferred.

【0044】そのような場合は、他の部材に出力ミラー
39を形成し、この他の部材を、その出力ミラー39形
成面が過飽和吸収体37に接するようにして、透明接着
剤等で過飽和吸収体37に接着するのが良い。
In such a case, the output mirror 39 is formed on another member, and the other member is saturated with a transparent adhesive or the like so that the surface on which the output mirror 39 is formed is in contact with the saturable absorber 37. It is good to adhere to the body 37.

【0045】後に図1(B)を参照して説明する実施の
形態の場合は、他の部材として第2の放熱部45を用意
し、この部材に出力ミラー39を形成する。そして、こ
の第2の放熱部45を、その出力ミラー39形成面が過
飽和吸収体37に接するようにして、過飽和吸収体37
に透明接着剤で接着した例を示している。
In the case of the embodiment described later with reference to FIG. 1B, a second heat radiating section 45 is prepared as another member, and the output mirror 39 is formed on this member. Then, the second heat radiating section 45 is set so that the surface on which the output mirror 39 is formed is in contact with the saturable absorber 37 so that the saturable absorber 37
2 shows an example of bonding with a transparent adhesive.

【0046】また、放熱部41は、当該光パルス発生素
子30で生じる熱を放熱する。この放熱部41は、使用
する光に透明でかつ熱伝導率が高い任意好適な材料で構
成する。例えばサファイア基板は放熱部41の構成材料
の1例として挙げられる。
The heat radiating section 41 radiates heat generated in the light pulse generating element 30. The heat radiating portion 41 is made of any suitable material that is transparent to the light used and has a high thermal conductivity. For example, a sapphire substrate is cited as an example of a constituent material of the heat radiating section 41.

【0047】また、反射防止膜43は、励起光50が放
熱部41の表面で反射されるのを防止して、該励起光5
0が効率良く素子30に入力されるようにする。この反
射防止膜43は、例えば公知の誘電体多層膜により構成
することができる。
The anti-reflection film 43 prevents the excitation light 50 from being reflected on the surface of the heat radiating section 41 and
0 is efficiently input to the element 30. The anti-reflection film 43 can be composed of, for example, a known dielectric multilayer film.

【0048】この第1の実施の形態の光パルス発生素子
30の動作原理は、従来の光パルス発生素子と同様であ
る。しかし、固体レーザ媒質として所定のガラスレーザ
媒質またはYLF結晶を用い、かつ、この固体レーザ媒
質と過飽和吸収体との間に所定の中間膜を具えたので、
この光パルス発生素子30は、1.5μm帯の光パルス
を直接、かつ、従来にない高強度で発生する素子になる
(詳細は後の実施例参照)。
The operating principle of the optical pulse generator 30 of the first embodiment is the same as that of the conventional optical pulse generator. However, since a predetermined glass laser medium or a YLF crystal was used as the solid laser medium, and a predetermined intermediate film was provided between the solid laser medium and the saturable absorber,
The optical pulse generating element 30 is an element that directly generates an optical pulse in the 1.5 μm band with a high intensity that has not been achieved in the past (for details, refer to a later embodiment).

【0049】2.第2の実施の形態 上述の第1の実施の形態では光パルス発生素子30の入
力ミラー31側のみに放熱部41を設ける例を説明し
た。しかし、より高い放熱効果を得るために、光パルス
発生素子の両側に放熱部を設けても良い。この第2の実
施の形態はその例である。
2. Second Embodiment In the above-described first embodiment, an example in which the heat radiating portion 41 is provided only on the input mirror 31 side of the optical pulse generating element 30 has been described. However, in order to obtain a higher heat radiation effect, heat radiation parts may be provided on both sides of the optical pulse generating element. The second embodiment is an example.

【0050】この第2の実施の形態の光パルス発生素子
30aは、第2の放熱部45を、出力ミラー39に接す
るように具えている。この第2の放熱部45は、使用す
る光に透明でかつ熱伝導率の高い材料で構成する。例え
ばサファイア基板は、この第2の放熱部45を構成する
材料の1例として挙げられる。
The light pulse generating element 30 a of the second embodiment has a second heat radiating portion 45 in contact with the output mirror 39. The second heat radiating portion 45 is made of a material that is transparent to light to be used and has high thermal conductivity. For example, a sapphire substrate is an example of a material forming the second heat radiating portion 45.

【0051】この第2の実施の形態の光パルス発生素子
30aも、第1の実施の形態の光パルス発生素子30と
同様に、1.5μm帯の光パルスを直接、かつ、従来に
ない高強度で発生する素子になる(詳細は後の実施例参
照)。
Similarly to the optical pulse generating element 30 of the first embodiment, the optical pulse generating element 30a of the second embodiment directly outputs an optical pulse in the 1.5 μm band and has an unprecedented high pulse. The element is generated at a high intensity (for details, see a later example).

【0052】3.第3の実施の形態 第3の実施の形態として、この発明に係る光パルス発生
素子の利用例を説明する。
3. Third Embodiment As a third embodiment, an application example of the optical pulse generation device according to the present invention will be described.

【0053】この発明の光パルス発生素子は、後述する
実施例の結果からも明らかなように、波長1.5μm帯
の光パルスで然も高出力かつタイムジッタの小さい光パ
ルスを発生する。すなわち、石英光ファイバに入力して
も損失が小さく然も高出力かつタイムジッタの小さい光
パルスを発生する。
As is apparent from the results of the embodiments described later, the optical pulse generating element of the present invention generates an optical pulse having a wavelength of 1.5 μm and a high output and a small time jitter. That is, even if the optical pulse is input to the quartz optical fiber, an optical pulse having a small loss and a high output and a small time jitter is generated.

【0054】従って、この発明の光パルス発生素子は、
例えば、光ファイバの途中に欠陥があるか否かを検査す
るいわゆるOTDR(オプティカル タイム ドメイン
リフレクトメトリ)を実施する光源として用いること
ができる。簡単に説明すれば次の通りである。
Therefore, the optical pulse generating element of the present invention
For example, it can be used as a light source for performing so-called OTDR (optical time domain reflectometry) for inspecting whether there is a defect in the optical fiber. The brief description is as follows.

【0055】この発明の光パルス発生素子から発生され
る光パルスを、検査対象の光ファイバに入力する。この
光ファイバの途中に欠陥がある場合、前記入力された光
パルスは該欠陥にて反射されて戻ってくる。光パルスが
戻ってくるか否かを監視しておき、光パルスが戻ってき
た場合はこの検査対象の光ファイバに欠陥が存在すると
判断出来る。然も、光パルスが戻ってきた場合は、その
光パルスが入力された時から戻ってきた時までの時間か
ら、欠陥の存在する位置を推定することができる。
An optical pulse generated from the optical pulse generating element of the present invention is input to an optical fiber to be inspected. If there is a defect in the middle of the optical fiber, the inputted optical pulse is reflected by the defect and returns. It is monitored whether or not the optical pulse returns, and when the optical pulse returns, it can be determined that a defect exists in the optical fiber to be inspected. Of course, when the light pulse returns, the position where the defect exists can be estimated from the time from when the light pulse is input to when it returns.

【0056】もちろん、この発明の光パルス発生素子の
用途は上記例に限られず、光通信分野や光計測分野等の
種々の分野で利用することができる。
Of course, the application of the optical pulse generating element of the present invention is not limited to the above example, but can be used in various fields such as an optical communication field and an optical measurement field.

【0057】[0057]

【実施例】以下、この発明の光パルス発生素子の理解を
深めるために、いくつかの実施例および比較例を説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments and comparative examples will be described below for better understanding of the optical pulse generating device of the present invention.

【0058】先ず、実験に用いた系(実験系)について
説明する。図2は、この実験系の構成を示した図であ
る。
First, the system used in the experiment (experimental system) will be described. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of this experimental system.

【0059】この実験系は、励起光光源61、集光光学
系63、第2の実施の形態に係る光パルス発生素子30
aおよび光パルス測定装置65を、励起光の光軸に沿っ
て、この順に具える。
This experimental system includes an excitation light source 61, a condensing optical system 63, and an optical pulse generating element 30 according to the second embodiment.
a and the optical pulse measuring device 65 are provided in this order along the optical axis of the excitation light.

【0060】ただし、光パルス発生素子30aの放熱部
45の外部側の面に、波長1.54μm光を外部に効率
良く出力するために、反射防止膜67を設けている。
However, an antireflection film 67 is provided on the surface on the outside of the heat radiating portion 45 of the light pulse generating element 30a in order to efficiently output light having a wavelength of 1.54 μm to the outside.

【0061】また、この実施例では、励起光を波長98
0nmの光とする。また、ガラスレーザ媒質33として
エルビウムおよびイッテルビウムを含むガラスレーザ媒
質を用いる。
Further, in this embodiment, the excitation light has a wavelength of 98 nm.
The light has a wavelength of 0 nm. Further, a glass laser medium containing erbium and ytterbium is used as the glass laser medium 33.

【0062】また、励起光を得るための励起光光源61
として、オプトパワー社製のOPC−A001−980
−FC/100を用いる。この光源61は、波長980
nmでかつ約100μmのビーム径の光を発生する。
An excitation light source 61 for obtaining excitation light
OPC-A001-980 manufactured by Optopower Corporation
-Use FC / 100. This light source 61 has a wavelength of 980.
It emits light with a beam diameter of about 100 μm in nm.

【0063】また、集光光学系63は、励起光光源61
から発生された励起光を、光パルス発生素子30aのガ
ラスレーザ媒質33の一部分に選択的に入力するため設
ける。この集光光学系63の構成は、特に限定されな
い。
The condensing optical system 63 includes an excitation light source 61
Is provided for selectively inputting the excitation light generated from a part of the glass laser medium 33 of the optical pulse generation element 30a. The configuration of the light collecting optical system 63 is not particularly limited.

【0064】また、用いる光パルス発生素子30aは次
の様な構成のものとする。
The light pulse generating element 30a used has the following configuration.

【0065】放熱部41をサファイア基板で構成する。
そしてこのサファイア基板41の一方の面に入力ミラー
31を形成し、他方の面に反射防止膜43を形成する。
The heat radiating portion 41 is formed of a sapphire substrate.
Then, the input mirror 31 is formed on one surface of the sapphire substrate 41, and the antireflection film 43 is formed on the other surface.

【0066】ただし、入力ミラー31は、波長980n
m光に対し反射防止膜として機能し、波長1.54μm
光に対し高反射膜として機能する誘電体多層膜とする。
However, the input mirror 31 has a wavelength of 980 n
function as an anti-reflection film for m light, wavelength 1.54μm
A dielectric multilayer film functioning as a highly reflective film for light is used.

【0067】また、ガラスレーザ媒質33として、エル
ビウムおよびイッテルビウムを含むカイガー社(米国、
KIGRE Inc)製のQX/ER(商品名)と称さ
れるガラスレーザ媒質を用いる。ただし、厚さを1mm
とする。なお、QX/ERは、エルビウムを酸化物換算
で0.48重量%含むガラスレーザ媒質である。
Further, as the glass laser medium 33, Kaiger Inc. (USA, containing erbium and ytterbium)
A glass laser medium called QX / ER (trade name) manufactured by KIGRE Inc. is used. However, the thickness is 1mm
And Note that QX / ER is a glass laser medium containing 0.48% by weight of erbium in terms of oxide.

【0068】また、中間膜35は、波長1.54μm光
に対し反射防止膜として機能し、波長980nm光に対
し部分反射膜として機能する誘電体多層膜とする。ここ
では、波長1.54μm光に対し50%の反射率を持つ
反射膜としている。この中間膜35を、ガラスレーザ媒
質33上に形成する。
The intermediate film 35 is a dielectric multilayer film that functions as an anti-reflection film for light having a wavelength of 1.54 μm and functions as a partial reflection film for light having a wavelength of 980 nm. Here, a reflective film having a reflectance of 50% with respect to light having a wavelength of 1.54 μm is used. This intermediate film 35 is formed on the glass laser medium 33.

【0069】また、過飽和吸収体37は、厚さが200
μmで、かつ、ウランを0.01原子%含むフッ化カル
シウム板とする。この過飽和吸収体37は、スペクトラ
ゲン社(米国、SPECTRAGEN Inc)から入
手したウランドープのフッ化カルシウム結晶を研磨加工
することで用意する。
The saturable absorber 37 has a thickness of 200
A calcium fluoride plate having a thickness of μm and containing 0.01 atomic% of uranium is used. The saturable absorber 37 is prepared by polishing a uranium-doped calcium fluoride crystal obtained from Spectragen Inc. (SPECTRAGEN Inc., USA).

【0070】また、出力ミラー39は、波長1.54μ
m光を97%反射する誘電体多層膜とする。ただし、こ
の出力ミラー39を、放熱部45の一方の面上に形成す
る。また、放熱部45の他方の面に、波長1.54μm
光を外部に効率良く出力する反射防止膜67を形成す
る。
The output mirror 39 has a wavelength of 1.54 μm.
The dielectric multilayer film reflects 97% of the m light. However, the output mirror 39 is formed on one surface of the heat radiating portion 45. The other surface of the heat radiating portion 45 has a wavelength of 1.54 μm
An antireflection film 67 for efficiently outputting light to the outside is formed.

【0071】そして、入力ミラー31および反射防止膜
43を具えた放熱部41と、ガラスレーザ媒質33と、
過飽和吸収体37と、出力ミラー39および反射防止膜
67を具えた放熱部45とを、透明接着剤により図2の
ごとく接着する。
The heat radiating section 41 having the input mirror 31 and the antireflection film 43, the glass laser medium 33,
The saturable absorber 37 and the heat radiating portion 45 provided with the output mirror 39 and the anti-reflection film 67 are bonded with a transparent adhesive as shown in FIG.

【0072】このような光パルス発生素子30aに、波
長980nmの励起光を入力する。ただし、励起光の照
射条件等は、以下の通りとする。
An excitation light having a wavelength of 980 nm is input to such an optical pulse generating element 30a. However, the excitation light irradiation conditions and the like are as follows.

【0073】励起光中心波長は980nmとする。励起
光波長幅は約2nmとする。励起光照射直径は約120
μmとする。励起光照射開口数(照射NA)は約0.1
〜0.12とする。励起光照射トータルパワーは約35
0mWとする。
The center wavelength of the excitation light is 980 nm. The excitation light wavelength width is about 2 nm. Excitation light irradiation diameter is about 120
μm. Excitation light irradiation numerical aperture (irradiation NA) is about 0.1
To 0.12. Excitation light irradiation total power is about 35
0 mW.

【0074】その結果、この光パルス発生素子30a
は、繰り返し周波数が約10KHzで、パルス幅(半値
幅(FWHM))が20nsec以下で、かつ、ピークパワ
ーが100Wを越える光パルスを発した。光パルス測定
装置の表示部に出力された光パルスを模写した図を、図
3に示した。なお、図3は、縦軸に光強度をとり、横軸
に時間をとって示してある。
As a result, the light pulse generating element 30a
Produced an optical pulse having a repetition frequency of about 10 KHz, a pulse width (FWHM) of 20 nsec or less, and a peak power exceeding 100 W. FIG. 3 is a diagram in which the light pulse output to the display unit of the light pulse measuring device is copied. FIG. 3 shows the light intensity on the vertical axis and the time on the horizontal axis.

【0075】また、上記発生された光パルスの繰り返し
周波数は、10KHz±50Hz以下と安定であった。
従って、タイムジッタが0.5%以下と少ない光パルス
発生素子を実現できることが分かる。
The repetition frequency of the generated light pulse was stable at 10 KHz ± 50 Hz or less.
Therefore, it can be seen that an optical pulse generating element having a time jitter as small as 0.5% or less can be realized.

【0076】また、ピークパワーが100W以上、か
つ、横モード縦モード共に単一な光を発することから、
ブライトネスの点で従来にない高出力な光パルス発生素
子を実現できることが分かる。
Further, since a single light is emitted in both the horizontal mode and the vertical mode with a peak power of 100 W or more,
It can be seen that a high-output optical pulse generating element, which has never existed before, can be realized in terms of brightness.

【0077】また、上記実験とは別に、ウランのドープ
率が、0.01原子%、0.03原子%および0.05
原子%のフッ化カルシウム結晶(スペクトラゲン社製)
をそれぞれ用意する。そして、これら結晶それぞれを、
厚さ100μm、200μm、400μmおよび100
0μm(=1mm)にそれぞれ研磨する。すなわち、ド
ープ率が3種類、かつ、厚さが4種類の、合計12種類
の過飽和吸収体を用意する。
Apart from the above experiments, the doping ratio of uranium was 0.01 atomic%, 0.03 atomic% and 0.05 atomic%.
Atomic% calcium fluoride crystal (manufactured by Spectragen)
Prepare each. And each of these crystals,
100 μm, 200 μm, 400 μm and 100 thickness
Each is polished to 0 μm (= 1 mm). That is, a total of 12 types of saturable absorbers having three types of doping rates and four types of thickness are prepared.

【0078】次に、これら12種類の過飽和吸収体を用
いてそれぞれ光パルス発生素子を図1(B)を用いて説
明したと同様に作製する。そして、上述の実施例と同様
に光パルス発生実験を行なう。
Next, using these 12 types of saturable absorbers, optical pulse generating elements are manufactured in the same manner as described with reference to FIG. Then, an optical pulse generation experiment is performed in the same manner as in the above-described embodiment.

【0079】この結果、厚さが100μmで、かつ、ウ
ランのドープ率が0.01原子%のフッ化カルシウムで
過飽和吸収体を構成した光パルス発生素子が、上記の実
施例の素子(厚さが200μmかつウランドープ率が
0.01原子%の場合の素子)と同様な光パルスを発
し、それ以外の場合は光パルスを発しないことが分かっ
た。
As a result, the light pulse generating element having a thickness of 100 μm and a saturable absorber composed of calcium fluoride having a uranium doping rate of 0.01 atomic% is the element (thickness) of the above embodiment. The device emits a light pulse similar to that of the device having a thickness of 200 μm and a uranium doping rate of 0.01 atomic%, and does not emit a light pulse otherwise.

【0080】この結果からして、過飽和吸収体をウラン
ドープのフッ化カルシウムで構成する場合は、その厚さ
は30μm〜1mmが良く、さらに好ましくは50〜2
00μmが良いと考えられる。、また、ウランのドープ
率は最大0.03原子%が良き、さらに好ましくは0.
01原子%が良いと考えられる。
From these results, when the saturable absorber is composed of uranium-doped calcium fluoride, its thickness is preferably 30 μm to 1 mm, more preferably 50 μm to 2 mm.
It is considered that 00 μm is good. The maximum uranium doping ratio is preferably 0.03 atomic%, more preferably 0.1%.
It is considered that 01 atomic% is good.

【0081】次に、光パルスを発生した実施例の素子、
すなわち、中間膜の励起光に対する反射率を50%と
し、過飽和吸収体を、厚さが100μmかつウランドー
プ率が0.01原子%のフッ化カルシウム結晶で構成し
た光パルス発生素子(以下、実施例1の素子)と、過飽
和吸収体の厚さを200μmとしたこと以外は実施例1
の素子と同様な構成の光パルス発生素子(以下、実施例
2の素子)とについて、励起光入力パワーと素子から出
力される光パルスのピークパワーとの関係を調べる。す
なわち、図2の測定系で、励起光パワーを種々の強度に
して、そのときの出力パルスピークパワーをそれぞれ測
定する。
Next, the device of the embodiment which generated the light pulse,
That is, an optical pulse generating element (hereinafter referred to as an example) in which the reflectance of the intermediate film to excitation light is 50%, and the saturable absorber is a calcium fluoride crystal having a thickness of 100 μm and a uranium doping rate of 0.01 atomic%. Example 1 except that the thickness of the saturable absorber was set to 200 μm.
The relationship between the input power of the excitation light and the peak power of the optical pulse output from the device is examined for an optical pulse generating device having the same configuration as the device (hereinafter, device of Example 2). That is, in the measurement system of FIG. 2, the excitation light power is set to various intensities, and the output pulse peak power at that time is measured.

【0082】また、この測定を以下のような比較例1〜
比較例3の各素子に対してもそれぞれ行う。
Further, this measurement was performed in Comparative Examples 1 to 5 as described below.
This is also performed for each element of Comparative Example 3.

【0083】(比較例1の素子)励起光に対する反射率
が実効的に無い状態(ここでは反射率が5%以下)の膜
を中間膜35として具えたこと以外は実施例1の素子と
同様な構成の光パルス発生素子(比較例1の素子)を用
意する。
(Element of Comparative Example 1) The same as the element of Example 1 except that a film having a state in which the reflectance with respect to the excitation light is not effectively (here, the reflectance is 5% or less) is provided as the intermediate film 35. An optical pulse generating element (element of Comparative Example 1) having such a configuration is prepared.

【0084】(比較例2の素子)励起光に対する反射率
が実効的に無い状態(ここでは反射率が5%以下)の膜
を中間膜35として具えたこと以外は実施例2の素子と
同様な構成の光パルス発生素子(比較例2の素子)を用
意する。
(Element of Comparative Example 2) The same as the element of Example 2 except that a film having a state in which the reflectance with respect to the excitation light is not practically effective (here, the reflectance is 5% or less) is provided as the intermediate film 35. An optical pulse generating element (element of Comparative Example 2) having such a configuration is prepared.

【0085】(比較例3の素子)励起光に対する反射率
がなるべく高い状態(ここでは反射率が95%)の膜を
中間膜35として具えたこと以外は実施例1の素子と同
様な構成の光パルス発生素子(比較例3の素子)を用意
する。
(Element of Comparative Example 3) A device having the same configuration as that of the element of Example 1 except that a film having a reflectance to excitation light as high as possible (here, the reflectance is 95%) is provided as the intermediate film 35. An optical pulse generating element (element of Comparative Example 3) is prepared.

【0086】(比較例4の素子)励起光に対する反射率
がなるべく高い状態(ここでは反射率が95%)の膜を
中間膜35として具えたこと以外は実施例2の素子と同
様な構成の光パルス発生素子(比較例4の素子)を用意
する。
(Element of Comparative Example 4) A device having the same configuration as that of the element of Example 2 except that a film having a reflectance to excitation light as high as possible (here, the reflectance is 95%) is provided as the intermediate film 35. An optical pulse generating element (element of Comparative Example 4) is prepared.

【0087】これら実施例1〜比較例4の各素子の、励
起光入力パワーと素子からの出力パルスピークパワーと
の関係を図4に示した。ただし、比較例4の素子はQス
イッチ発振しなかったので図4には特性は掲載していな
い。また、図4では、横軸に励起光の入力パワー(m
W)をとり、縦軸に出力パルスピークパワー(W)をと
ってある。
FIG. 4 shows the relationship between the pump light input power and the output pulse peak power of each of the devices of Examples 1 to 4 of the present invention. However, the characteristics of Comparative Example 4 are not shown in FIG. 4 because no Q-switch oscillation occurred. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the input power (m
W), and the vertical axis represents the output pulse peak power (W).

【0088】実施例1、実施例2の各素子の、発振を開
始させる励起光強度(発振のスレッショルド)は、23
0mW程度である。また、実施例1、実施例2の各素子
は、励起光強度の増加に伴い出力光強度も急激に増加
し、そしてピーク値をすぎた後に発振が停止する。発振
が停止する理由は、熱破壊の前兆として素子で生じるレ
ンズ効果による。出力光のピーク値は、実施例1の素子
では84W程度、実施例2の素子では104W程度であ
る。また、発振が停止する励起光強度は、実施例1の素
子では380mW程度、実施例2の素子では370mW
程度である。また、発振可能な励起光強度範囲は、実施
例1の素子では約230〜380mWであり、実施例2
の素子では約240〜370mWである。
The intensity of the pumping light (oscillation threshold) for starting the oscillation of each element of the first and second embodiments is 23
It is about 0 mW. Further, in each of the elements of the first and second embodiments, the output light intensity sharply increases with the increase of the excitation light intensity, and the oscillation stops after passing the peak value. The reason why the oscillation stops is due to a lens effect that occurs in the element as a precursor to thermal destruction. The peak value of the output light is about 84 W for the device of the first embodiment and about 104 W for the device of the second embodiment. The intensity of the excitation light at which oscillation stops is about 380 mW in the device of Example 1, and 370 mW in the device of Example 2.
It is about. In addition, the range of the excitation light intensity capable of oscillating is about 230 to 380 mW in the device of the first embodiment, and
Is about 240 to 370 mW.

【0089】一方、比較例1の素子は、発振のスレッシ
ョルドが約260mWであり、実施例に比べて若干高
い。また、比較例1の素子では励起光強度を増加して
も、出力光強度の増加は実施例に対し1/5程度でしか
ない。また、出力光強度のピーク値も18W程度であ
り、実施例に比べて1/5程度である。発振が可能な範
囲は、約260〜390mWである。
On the other hand, the device of Comparative Example 1 has an oscillation threshold of about 260 mW, which is slightly higher than that of the Example. Also, in the device of Comparative Example 1, even if the intensity of the excitation light is increased, the increase in the intensity of the output light is only about 1 / of that of the embodiment. Further, the peak value of the output light intensity is also about 18 W, which is about 1/5 as compared with the embodiment. The range in which oscillation is possible is about 260 to 390 mW.

【0090】また、比較例2の素子は、発振のスレッシ
ョルドが約300mWであり、実施例に比べてかなり高
い。また、比較例2の素子では励起光強度を増加して
も、出力光強度の増加は実施例に対し1/5程度でしか
ない。また、出力光強度のピーク値も19W程度であ
り、実施例に比べて1/5程度である。発振が可能な範
囲は、約300〜380mWである。
The device of Comparative Example 2 has an oscillation threshold of about 300 mW, which is considerably higher than that of the Example. Further, in the device of Comparative Example 2, even if the intensity of the excitation light is increased, the increase in the intensity of the output light is only about 1/5 of that of the embodiment. Also, the peak value of the output light intensity is about 19 W, which is about 1/5 as compared with the embodiment. The range in which oscillation is possible is about 300 to 380 mW.

【0091】また、比較例3の素子は、発振のスレッシ
ョルドが約250mWであり、実施例に比べて若干高
い。また、比較例3の素子では励起光強度を増加して
も、出力光強度の増加は実施例に対し40%程度でしか
ない。出力光強度のピーク値は約130Wと実施例に比
べて高いが、発振が可能な範囲は、約250〜290m
Wであり実施例の1/3程度しかない。
The device of Comparative Example 3 has an oscillation threshold of about 250 mW, which is slightly higher than that of the device of Example. In the device of Comparative Example 3, even if the intensity of the excitation light was increased, the increase in the intensity of the output light was only about 40% of that of the embodiment. Although the peak value of the output light intensity is about 130 W, which is higher than that of the embodiment, the range in which oscillation is possible is about 250 to 290 m.
W, which is only about 1/3 of the embodiment.

【0092】また、比較例4の素子は、Qスイッチ発振
が起きなかった。これは、過飽和吸収体が飽和すること
ができないためである。
In the device of Comparative Example 4, no Q-switch oscillation occurred. This is because the saturable absorber cannot be saturated.

【0093】これら実施例1〜比較例4の説明から明ら
かなように、中間膜の反射率が非常に低い場合と、非常
に高い場合は、安定かつ高いピークパワーでQスイッチ
発振を行える光パルス発生素子を実現できないことが分
かる。換言すれば、中間膜の励起光に対する反射率Rの
好適値は5%<R<95%の範囲にあるといえる。この
ように好適化を図ることにより、ピークパワーが高く、
安定性に優れた光パルス発生素子が得られることが分か
る。発明者の考察では、中間膜35として、励起光を2
0〜70%程度、より好ましくは30〜60%程度、さ
らに好ましくは45〜55%程度反射し、残りを透過す
るような膜を用いるのが良いと考える。
As is clear from the descriptions of Examples 1 to 4, when the reflectivity of the intermediate film is very low and when the reflectivity of the intermediate film is very high, the optical pulse which can perform Q-switch oscillation with stable and high peak power is used. It can be seen that the generation element cannot be realized. In other words, it can be said that the preferable value of the reflectance R of the intermediate film with respect to the excitation light is in the range of 5% <R <95%. By optimizing in this way, the peak power is high,
It can be seen that an optical pulse generating element having excellent stability can be obtained. According to the inventor's consideration, the excitation light is 2
It is considered that a film that reflects about 0 to 70%, more preferably about 30 to 60%, and still more preferably about 45 to 55%, and transmits the rest should be used.

【0094】次に、ウランドープのフッ化カルシウム結
晶の、透過率特性について説明する。
Next, the transmittance characteristics of the uranium-doped calcium fluoride crystal will be described.

【0095】図5は、ウラン濃度が0.01原子%、
0.03原子%、0.05原子%のフッ化カルシウム結
晶それぞれの、分光透過率特性の測定結果を示した図で
ある。横軸に波長(nm)をとり縦軸に透過率(%)を
とって示してある。なお、いずれのフッ化カルシウム
も、スペクトラゲン社製のものを用いた。
FIG. 5 shows that the uranium concentration is 0.01 atomic%,
It is the figure which showed the measurement result of the spectral transmittance characteristic of each of the calcium fluoride crystal | crystallization of 0.03 atomic% and 0.05 atomic%. The horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents transmittance (%). In addition, the thing made from a spectragen company was used for all the calcium fluoride.

【0096】この分光透過率特性において留意すべき特
性は、ウラン濃度にかかわらず、励起光波長である98
0nm付近での透過率と、発振波長である1540nm
付近での透過率とが、同程度である点である。これは、
ウランドープのフッ化カルシウム結晶では、励起光によ
っても、過飽和吸収が促進されることを意味する。従っ
て、過飽和吸収体が飽和し易くなるので、レーザ発振が
起こる励起強度の最低要求値が引き下げられる。その結
果、光パルスを効率良く然も安定に発生する光パルス発
生素子が実現されると考えられる。
A characteristic to be noted in the spectral transmittance characteristic is the excitation light wavelength, regardless of the uranium concentration.
The transmittance near 0 nm and the oscillation wavelength of 1540 nm
The point is that the transmittance in the vicinity is almost the same. this is,
In a uranium-doped calcium fluoride crystal, this means that supersaturation absorption is promoted even by excitation light. Accordingly, since the saturable absorber is easily saturated, the minimum required excitation intensity at which laser oscillation occurs is reduced. As a result, it is considered that an optical pulse generation element that efficiently and stably generates an optical pulse is realized.

【0097】上述においては、この発明の光パルス発生
素子の実施の形態および実施例について説明したが、こ
の発明は上述の各実施の形態および実施例に何ら限定さ
れるものではなく、多くの変形又は変更を行うことがで
きる。
In the above, the embodiments and examples of the optical pulse generating element of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and many modifications are possible. Or, changes can be made.

【0098】例えば、上述においては固体レーザ媒質と
してエルビウムおよびイッテルビウムを含むレーザ媒質
を用いる例を説明した。しかし、固体レーザ媒質とし
て、Yb(イッテルビウム)イオンおよびTm(ツリウ
ム)イオンをドープしたYLF(YLiF4 )結晶を用
いた場合にも、中間膜の作用・効果が得られる。
For example, in the above description, an example was described in which a laser medium containing erbium and ytterbium was used as the solid-state laser medium. However, even when a YLF (YLiF 4 ) crystal doped with Yb (ytterbium) ions and Tm (thulium) ions is used as the solid-state laser medium, the operation and effect of the intermediate film can be obtained.

【0099】[0099]

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の光パルス発生素子によれば、入力ミラー、固体レ
ーザ媒質、過飽和吸収体および出力ミラーをこの順に具
え、前記入力ミラー側から励起光が照射されて使用され
る光パルス発生素子において、前記固体レーザ媒質とし
て所定のガラスレーザ媒質又は所定のYLF結晶を具
え、然も、該固体レーザ媒質と前記過飽和吸収体との間
に、前記励起光の一部を該固体レーザ媒質側に反射し残
りを過飽和吸収体側に透過させる中間膜を具える。
As is apparent from the above description, according to the optical pulse generator of the present invention, the input mirror, the solid-state laser medium, the saturable absorber, and the output mirror are provided in this order, and the pump light is emitted from the input mirror side. The solid-state laser medium is provided with a predetermined glass laser medium or a predetermined YLF crystal as the solid-state laser medium, and the pump is provided between the solid-state laser medium and the saturable absorber. An intermediate film that reflects a part of the light toward the solid-state laser medium and transmits the remaining light toward the saturable absorber.

【0100】そのため、固体レーザ媒質および過飽和吸
収体を用いた光パルス発生素子であって、波長1.5μ
m帯の光パルスを直接発振できる光パルス発生素子を実
現することができる。
Therefore, an optical pulse generator using a solid-state laser medium and a saturable absorber, having a wavelength of 1.5 μm
An optical pulse generating element that can directly oscillate an m-band optical pulse can be realized.

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

【図1】(A)図は第1の実施の形態の光パルス発生素
子を説明する側面図、(B)図は第2の実施の形態の光
パルス発生素子を説明する側面図である。
FIG. 1A is a side view illustrating an optical pulse generator according to a first embodiment, and FIG. 1B is a side view illustrating an optical pulse generator according to a second embodiment.

【図2】実施例で用いた実験系の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an experimental system used in Examples.

【図3】実施例で観測された光パルスの一例を模写した
図である。
FIG. 3 is a diagram simulating an example of a light pulse observed in an example.

【図4】中間膜の反射率を違えた場合の素子毎の励起光
強度と出力パルスピークパワーとの関係を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the excitation light intensity and the output pulse peak power for each element when the reflectance of the intermediate film is different.

【図5】ウランドープのフッ化カルシウム結晶の分光透
過率特性を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a spectral transmittance characteristic of a uranium-doped calcium fluoride crystal.

【図6】従来の光パルス発生素子を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional optical pulse generation element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30:第1の実施の形態の光パルス発生素子 30a:第2の実施の形態の光パルス発生素子 31:入力ミラー 33:ガラスレーザ媒質 35:中間膜 37:過飽和吸収体 39:出力ミラー 41:放熱部 43:反射防止膜 45:放熱部(第2の放熱部) 50:励起光 61:励起光光源 63:集光光学系 65:光パルス測定装置 67:反射防止膜 30: Light pulse generating element of the first embodiment 30a: Light pulse generating element of the second embodiment 31: Input mirror 33: Glass laser medium 35: Intermediate film 37: Supersaturated absorber 39: Output mirror 41: Heat radiating part 43: Anti-reflection film 45: Heat radiating part (second heat radiating part) 50: Excitation light 61: Excitation light source 63: Condensing optical system 65: Optical pulse measuring device 67: Anti-reflection film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 佑一 東京都杉並区和田1丁目13番23号 株式会 社応用光電研究室内 (72)発明者 小林 喬郎 福井県福井市文京7丁目6番13号608 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuichi Tanaka 1-13-23 Wada, Suginami-ku, Tokyo Co., Ltd. Applied Photonics Laboratory, Inc. (72) Inventor Takao Kobayashi 7-13-13 Bunkyo, Fukui City, Fukui Prefecture No.608

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力ミラー、固体レーザ媒質、過飽和吸
収体および出力ミラーをこの順に具え、前記入力ミラー
側から励起光が照射されて使用される光パルス発生素子
において、 前記固体レーザ媒質として、Er(エルビウム)イオン
をドープしたガラスレーザ媒質、又は、Yb(イッテル
ビウム)イオンおよびTm(ツリウム)イオンをドープ
したYLF(YLiF4 )結晶を具え、 該固体レーザ媒質と前記過飽和吸収体との間に、前記励
起光の一部を該固体レーザ媒質側に反射し、残りを前記
過飽和吸収体側に透過させる中間膜を具えたことを特徴
とする光パルス発生素子。
1. An optical pulse generating element which is provided with an input mirror, a solid laser medium, a saturable absorber, and an output mirror in this order, and is used by irradiating excitation light from the input mirror side, wherein Er is used as the solid laser medium. A glass laser medium doped with (erbium) ions, or a YLF (YLiF 4 ) crystal doped with Yb (ytterbium) ions and Tm (thulium) ions, wherein: An optical pulse generating element comprising: an intermediate film that reflects a part of the excitation light toward the solid-state laser medium and transmits the remainder toward the saturable absorber.
【請求項2】 請求項1に記載の光パルス発生素子にお
いて、 前記過飽和吸収体を、ウランをドープしたフッ化カルシ
ウム結晶としたことを特徴とする光パルス発生素子。
2. The optical pulse generator according to claim 1, wherein the saturable absorber is a calcium fluoride crystal doped with uranium.
【請求項3】 請求項1に記載の光パルス発生素子にお
いて、 前記中間膜の前記励起光に対する反射率Rを、5%<R
<95%の範囲としたことを特徴とする光パルス発生素
子。
3. The optical pulse generation device according to claim 1, wherein the reflectance R of the intermediate film with respect to the excitation light is 5% <R.
<95%. An optical pulse generating element, characterized by being in the range of <95%.
【請求項4】 請求項1に記載の光パルス発生素子にお
いて、 前記中間膜の前記励起光に対する反射率を、略50%と
したことを特徴とする光パルス発生素子。
4. The optical pulse generation device according to claim 1, wherein a reflectance of the intermediate film to the excitation light is approximately 50%.
【請求項5】 請求項1に記載の光パルス発生素子にお
いて、 前記過飽和吸収体の光軸方向の厚さを、30μm〜1m
mとしたことを特徴とする光パルス発生素子。
5. The optical pulse generation device according to claim 1, wherein the thickness of the saturable absorber in the optical axis direction is 30 μm to 1 m.
m, an optical pulse generating element.
【請求項6】 請求項2に記載の光パルス発生素子にお
いて、 前記ウランのドープ率を、最大でも0.03原子%とし
たことを特徴とする光パルス発生素子。
6. The optical pulse generating device according to claim 2, wherein the uranium doping ratio is at most 0.03 atomic%.
【請求項7】 請求項1に記載の光パルス発生素子にお
いて、 少なくとも前記入力ミラー側に当該光パルス発生素子で
生じる熱を放熱するための放熱部を具えたことを特徴と
する光パルス発生素子。
7. The optical pulse generating device according to claim 1, further comprising a heat radiating unit for radiating heat generated in the optical pulse generating device at least on the input mirror side. .
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