JPH11261137A - Laser - Google Patents

Laser

Info

Publication number
JPH11261137A
JPH11261137A JP6100798A JP6100798A JPH11261137A JP H11261137 A JPH11261137 A JP H11261137A JP 6100798 A JP6100798 A JP 6100798A JP 6100798 A JP6100798 A JP 6100798A JP H11261137 A JPH11261137 A JP H11261137A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
composite
rod
laser rod
laser material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6100798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Tsunekane
正樹 常包
Noboru Taguchi
昇 田口
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.)
SEITAI HIKARIJOHO KENKYUSHO KK
Original Assignee
SEITAI HIKARIJOHO KENKYUSHO KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEITAI HIKARIJOHO KENKYUSHO KK filed Critical SEITAI HIKARIJOHO KENKYUSHO KK
Priority to JP6100798A priority Critical patent/JPH11261137A/en
Publication of JPH11261137A publication Critical patent/JPH11261137A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized highly efficient end pumping type laser device, the pumping direction of which is decided so as to make the optical axis of the laser beam coincide with the optical axis of the stimulating light and which emits a high-quality laser beam, through the use of a condenser lens having a short focal distance by bringing a laser medium closer to the condenser lens. SOLUTION: A laser device is provided with a cylindrical composite laser rod 1, consisting of a cylindrical laser medium 1 containing laser ions and a cylindrical non-laser medium 3 which is bonded to at least one end face of the laser medium 2, having the same diameter as the medium 2 has, substantially contains no laser ions, and has a thickness (t) which is smaller than the diameter (d) of the medium 3.

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、レーザ光軸と励起
光軸とが一致するように励起方向を定めた端面励起型の
レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an edge-pumped laser device in which the pumping direction is determined so that the laser optical axis coincides with the pumping optical axis.

【0002】[0002]

【従来の技術】端面光励起型のレーザ装置は、効率の高
いレーザ発振を行わせることを目的として、レーザの空
間的モード分布と合致するようなビーム形状をもつ励起
光により、レーザ材料に含まれるレーザイオンの中でレ
ーザ発振に有効な部分だけをレーザ上位準位に励起し、
レーザ下位準位との間での誘導放出を光共振器内部で蓄
える構造を有している。ここで、レーザ上位準位への励
起過程、レーザ下位準位から基底準位への遷移の過程
は、無放射の結晶の加熱を伴い、このため、レーザ材料
の温度上昇が避けられない。また、励起光が、レーザ遷
移にあずからずレーザ材料の加熱にのみ関わるスペクト
ルも含む場合、レーザ材料の温度はさらに高まる。
2. Description of the Related Art An edge-pumped laser device is included in a laser material by pumping light having a beam shape that matches the spatial mode distribution of a laser for the purpose of performing highly efficient laser oscillation. Excludes only the portion of the laser ion that is effective for laser oscillation to the laser upper level,
It has a structure in which stimulated emission with the laser lower level is stored inside the optical resonator. Here, the process of pumping to the upper laser level and the process of transition from the lower laser level to the ground level involve heating of the non-radiative crystal, and therefore the temperature rise of the laser material is inevitable. Further, when the excitation light includes a spectrum related only to the heating of the laser material without participating in the laser transition, the temperature of the laser material further increases.

【0003】このようなレーザ材料の温度上昇は、レー
ザ動作に各種の悪影響を及ぼす。すなわち、空間的にみ
て、レーザ材料の中でレーザ発振に関係する部分だけで
熱発生があり、その部分の温度が上昇するため、局在し
た高温部のある勾配の激しい温度分布が形成される。こ
のためレーザ材料内には局所的な熱膨張分布が生じ、こ
れによる熱歪みが生じ、極端な場合これがレーザ材料の
抗張力を越えるとレーザ材料の破壊に至る。破壊に至ら
ないまでも熱歪みはレーザ結晶に熱複屈折効果を与え、
レーザ発振特性を損なわせ、所望の出力値や所望の偏向
特性を損なわせる結果になる。また上述の温度分布は、
レーザ材料の屈折率の温度依存性により、励起入力条件
で変化するレンズを形成することになるから、レーザ発
振現象を不安定なものにする。
[0003] Such a rise in the temperature of the laser material has various adverse effects on the laser operation. That is, when viewed spatially, heat is generated only in a portion related to laser oscillation in the laser material, and the temperature of that portion rises, so that a steep temperature distribution with a localized high temperature portion is formed. . As a result, a local thermal expansion distribution occurs in the laser material, which causes thermal distortion. In extreme cases, when this exceeds the tensile strength of the laser material, the laser material is destroyed. Thermal distortion gives the laser crystal a thermal birefringence effect even if it does not lead to destruction,
This results in impairing the laser oscillation characteristics and impairing the desired output value and the desired deflection characteristics. The above temperature distribution is
The temperature dependence of the refractive index of the laser material results in the formation of a lens that changes with the excitation input condition, thus making the laser oscillation phenomenon unstable.

【0004】さらに、準3準位レーザと呼ばれる範疇の
レーザにおいては、レーザ材料の動作温度が上昇するこ
と自体が、致命的な結果をもたらす。レーザイオンとし
てNd3+を含むYAG結晶を用いた946nmのレーザ
発振は準3準位レーザの代表例であるが、ここではレー
ザ下位準位が基底準位のすぐ近傍にあり、室温であって
もレーザ下位準位を占めるレーザイオンが存在し、温度
上昇とともにその割合は急増する。従って温度の上昇と
ともにレーザ発振に必須の逆転分布が得にくくなった
り、またレーザ下位準位を占めるレーザイオンが946
nmのレーザ光を吸収しレーザ上位準位へ再励起され
て、レーザ発振に対しての損失として働いたりして、そ
れらの結果として発振閾値の上昇現象や効率低下現象に
到る。
[0004] Further, in a laser in a category called a quasi-three-level laser, an increase in the operating temperature of the laser material itself has a fatal result. Laser oscillation at 946 nm using a YAG crystal containing Nd 3+ as a laser ion is a typical example of a quasi-three-level laser. Also, laser ions occupying the lower level of the laser exist, and the ratio rapidly increases as the temperature rises. Therefore, it becomes difficult to obtain the inversion distribution essential for laser oscillation as the temperature rises, and 946 laser ions occupying the lower laser level are generated.
The laser beam of nm is absorbed and re-excited to the upper laser level, which acts as a loss to the laser oscillation, and as a result, the oscillation threshold increases and the efficiency decreases.

【0005】このような各種の悪影響を低減すべくレー
ザ材料と非レーザ材料とが複合された複合形レーザロッ
ドを用いた結晶による端面光励起型レーザ装置が、US
P5,563,899号公報、特開平7−17075号
公報、United States Statutor
y Invention RegistrationR
eg.Number:H1673 Publishe
d:Aug.5,1997(以下、H1673と略記す
る)」において提案されている。例としてH1673の
FIG.1、FIG.2を参照すると、複合形レーザロ
ッドは非レーザ材料の部分でOリングを用いて冷却ジャ
ケットに保持され、励起光源から集光レンズを介して照
射されて生ずる、レーザ材料部で発生した熱は、非レー
ザ材料部にも導かれて放散し、複合型レーザロッドのか
なり広い側面で液状冷媒に直接接触して除去される。こ
れにより、レーザ材料の動作温度の上昇が抑制されてい
る。このような、複合形レーザロッドの側面を液状冷媒
に直接接触させて強制冷却する必要のあるような大出力
レーザ装置構成において、非レーザ材料部に必要な長さ
に関する考察が、「IEEE Journal of
selectedtopics in quantum
electronics誌のvol.3,No1 F
ebruary 1997,71〜81ページ」に掲載
された“Diode Arrays,Crystal
s, and Thermal Management
for Solid−State Lasers”で
報告されている。その74ページには「非レーザ材料の
部分の長さとしてレーザロッドの直径の1〜2倍につい
て検討を行っている。非レーザ材料が意味を持つには少
なくともレーザロッドの直径分は必要である」と記載さ
れている。
[0005] In order to reduce such various adverse effects, an end face photoexcitation type laser device using a crystal using a composite laser rod in which a laser material and a non-laser material are composited is disclosed in US Pat.
P5,563,899, JP-A-7-17075, United States Statulator
y Invention RegistrationR
eg. Number: H1673 Publisher
d: Aug. 5, 1997 (hereinafter abbreviated as H1673) ". As an example, FIG. 1, FIG. Referring to FIG. 2, the composite laser rod is held in a cooling jacket using an O-ring at a portion of the non-laser material, and the heat generated at the laser material portion generated by irradiation from the excitation light source through the condenser lens is: The non-laser material is also guided and dissipated, and is removed in direct contact with the liquid coolant on a fairly wide side of the composite laser rod. This suppresses an increase in the operating temperature of the laser material. In such a high-power laser device configuration in which the side surface of the composite laser rod needs to be brought into direct contact with the liquid coolant to forcibly cool, the consideration regarding the length required for the non-laser material portion is described in "IEEE Journal of."
selectedtopics in quantum
electronics vol. 3, No1 F
ebruary 1997, pp. 71-81 "," Diode Arrays, Crystal.
s, and Thermal Management
For Solid-State Lasers ”on page 74,“ I study 1-2 times the diameter of the laser rod as the length of the non-laser material. Non-laser material makes sense. Needs at least the diameter of the laser rod. "

【0006】前述の946nmの発振線は、分光計測の
分野から見ると波長可変レーザとして著名なチタンサフ
ァイアレーザの限界波長であり、Nd:YAGレーザの
1064nmとの間を補間する貴重な波長と考えられ
る。また946nmは、その第2高調波である青色の4
73nmという波長が、光記録、プリンターなどのため
の高いビーム品質をもつ光源としても注目されている。
このような計測用光源としては、小型で、高効率、ビー
ム品質の優れたレーザ装置が要求される。ここで、高効
率化を考える場合、レーザ材料中のレーザイオンを励起
光の強度を高めて励起することが望ましい。焦点距離f
のレンズを用い、直径D、波長λの励起ビームを集光し
た場合、その焦点位置における集光寸法はλf/πDと
なりfに比例する。このため、集光寸法を小さくして励
起光の強度を高めるには、集光レンズの焦点距離fをな
るべく短くすることが好ましい。ところが、H1673
のFIG.1、FIG.2を参照すると、レーザイオン
を含む円筒状レーザ材料は、Oリングを使用し冷却ジャ
ケットに保持する機構が必要なため、非レーザ材料の長
さをレーザロッドの直径以上に十分長くする必要があ
り、励起はこの長い非レーザ材料領域を通して行われる
ために、集光レンズと複合型レーザロッドのレーザ材料
との距離を近づけることは不可能であり、焦点距離fの
短いレンズを使用することはできず、高効率化は困難で
ある。
The above-mentioned 946 nm oscillation line is a limit wavelength of a titanium sapphire laser which is famous as a wavelength tunable laser in the field of spectroscopic measurement, and is considered to be a valuable wavelength for interpolating between 1064 nm of an Nd: YAG laser. Can be Further, 946 nm is a wavelength of blue 4 which is the second harmonic.
The wavelength of 73 nm is also attracting attention as a light source having high beam quality for optical recording, printers, and the like.
As such a measurement light source, a laser device that is small, has high efficiency, and is excellent in beam quality is required. Here, in order to improve the efficiency, it is desirable to excite the laser ions in the laser material by increasing the intensity of the excitation light. Focal length f
When an excitation beam having a diameter D and a wavelength λ is condensed using the above lens, the condensing size at the focal position is λf / πD, which is proportional to f. For this reason, in order to increase the intensity of the excitation light by reducing the condensing dimension, it is preferable that the focal length f of the condensing lens be as short as possible. However, H1673
Of FIG. 1, FIG. Referring to FIG. 2, the length of the non-laser material needs to be sufficiently longer than the diameter of the laser rod because a cylindrical laser material containing laser ions requires a mechanism for holding the cooling jacket using an O-ring. Since the excitation is performed through this long non-laser material region, it is impossible to reduce the distance between the focusing lens and the laser material of the composite laser rod, and a lens with a short focal length f can be used. It is difficult to achieve high efficiency.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的とするところは、集光レンズとレーザ材料との間隔
を近づけて焦点距離の短い集光レンズを用い、小型で高
効率なビーム品質のすぐれたレーザ装置を実現すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to use a condenser lens having a short focal length by shortening the distance between the condenser lens and the laser material, thereby achieving a small and highly efficient beam quality. It is to realize an excellent laser device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のレーザ装置は、レーザイオンを含む円筒形状のレー
ザ材料と、そのレーザ材料の両端面のうちの少なくとも
一方の端面に接合された、そのレーザ材料と同一径の円
筒形状であって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ
厚みが円筒直径よりも薄い非レーザ材料とからなる円筒
形状の複合型レーザロッド、上記複合型レーザロッドを
構成する非レーザ材料を通してその複合型レーザロッド
を構成するレーザ材料に励起光を入射する励起手段、お
よび上記複合型レーザロッドを構成するレーザ材料で発
せられた光を種にしてレーザ発振に至らしめる光共振器
を備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a laser apparatus comprising: a cylindrical laser material containing laser ions; and a laser material joined to at least one of both end faces of the laser material. A cylindrical composite laser rod made of a non-laser material having a cylindrical shape having the same diameter as the laser material, substantially not containing laser ions, and having a thickness smaller than the cylindrical diameter; Exciting means for injecting excitation light into a laser material constituting the composite laser rod through a non-laser material constituting the composite laser rod, and causing laser emission by using light emitted from the laser material constituting the composite laser rod as a seed An optical resonator is provided.

【0009】ここで、上記複合型レーザロッドは、その
複合型レーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材
料が拡散接合されたものであることが好ましい。あるい
は、上記複合型レーザロッドは、その複合型レーザロッ
ドを構成するレーザ材料と非レーザ材料とが接着媒体も
しくは液状媒体を介在させることにより接合されたもの
であってもよい。
Here, it is preferable that the composite laser rod is formed by diffusion bonding a laser material and a non-laser material constituting the composite laser rod. Alternatively, the composite laser rod may be one in which a laser material and a non-laser material constituting the composite laser rod are joined by interposing an adhesive medium or a liquid medium.

【0010】上記複合型レーザロッドを構成する非レー
ザ材料は、その複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の母材と同一の材料からなるものであってもよく、あ
るいは、上記複合型レーザロッドを構成する非レーザ材
料は、その複合型レーザロッドを構成するレーザ材料の
熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなるもの
であってもよい。
The non-laser material constituting the composite laser rod may be made of the same material as the base material of the laser material constituting the composite laser rod. The non-laser material constituting the composite laser rod may be made of a material having a higher thermal conductivity than the laser material constituting the composite laser rod.

【0011】また、本発明のレーザ装置において、上記
励起手段は、上記複合型レーザロッドのを構成するレー
ザ材料内におけるビーム径がその複合型レーザロッドの
円筒直径の1/3以下となるように調整された励起光
を、その複合型レーザロッドに照射するものであること
が好ましい。さらに、本発明のレーザ装置は、上記複合
型レーザロッドの円筒面を保持するとともにその複合型
レーザロッドからの伝熱を受けるホルダを備えたもので
あることが好ましい。
Further, in the laser device of the present invention, the excitation means is arranged so that a beam diameter in a laser material constituting the composite laser rod is 1/3 or less of a cylindrical diameter of the composite laser rod. Preferably, the adjusted excitation light is applied to the composite laser rod. Furthermore, it is preferable that the laser device of the present invention includes a holder that holds the cylindrical surface of the composite laser rod and receives heat transfer from the composite laser rod.

【0012】また、本発明のレーザ装置において、上記
光共振器は、一対のミラーを有し、それら一対のミラー
のうちの少なくとも一方のミラーが、上記複合型レーザ
ロッドの端面に施されたコーティングからなるものであ
ってもよい。前述した従来の技術では、励起光による温
度上昇を抑制するために複合形レーザロッドの側面を液
状冷媒に直接接触させて強制冷却することが必要であ
り、このため液状冷媒の漏洩を防止する必要上、複合形
レーザロッドの非レーザ材料の部分でOリングを用いて
シールすることが必要であり、このことが焦点距離の短
かい集光レンズの採用するためのの障害になっている。
また、この従来の技術における非レーザ材料は、複合形
レーザロッドのレーザ材料部で発生する熱による温度上
昇や歪みを緩和するために必要な非レーザ材料の長さが
レーザロッドの直径の1から2倍以上必要であるという
知見にもとづいてその長さが定められている。
Further, in the laser device of the present invention, the optical resonator has a pair of mirrors, and at least one of the pair of mirrors is coated on an end face of the composite laser rod. May be used. In the conventional technique described above, it is necessary to forcibly cool the side surface of the composite laser rod by directly contacting the liquid refrigerant in order to suppress a rise in temperature due to the excitation light, and thus it is necessary to prevent leakage of the liquid refrigerant. In addition, it is necessary to seal the non-laser material portion of the composite laser rod using an O-ring, which is an obstacle to adopting a focusing lens having a short focal length.
In addition, the length of the non-laser material required for reducing the temperature rise and distortion due to heat generated in the laser material portion of the composite laser rod is 1 to less than the diameter of the laser rod. The length is determined based on the knowledge that it is necessary to be twice or more.

【0013】これに対し、本発明者は、励起光のパワー
レベルや励起ビーム寸法によっては、あるいはレーザ材
料部と非レーザ材料部の熱定数によっては、レーザ材料
部の一方の端部にレーザロッドの直径分に満たない長さ
の非レーザ材料部を接合し、液状冷媒による直接接触に
よる冷却を省くことにより、0リングシールに必要な構
造部分を省き、これによって、上述の障害を克服できる
ことを見い出した。また本発明者は、熱伝導に関する理
論解析を行い、励起ビームの直径がレーザロッドの直径
に比べ十分小さければ、レーザ材料内で発生した熱によ
る温度上昇は、非レーザ材料部の長さがロッドの直径よ
り短い場合であっても、非レーザ材料の長さがレーザロ
ッドの直径の2倍以上の場合と比べ、ほとんど変わらな
いことを見い出した。
On the other hand, the present inventor has proposed that a laser rod is provided at one end of the laser material portion depending on the power level of the excitation light and the size of the excitation beam, or depending on the thermal constant of the laser material portion and the non-laser material portion. By joining a non-laser material portion having a length less than the diameter of the O-ring seal and eliminating the cooling by direct contact with the liquid refrigerant, the structural part necessary for the O-ring seal can be eliminated, thereby overcoming the above-mentioned obstacles. I found it. In addition, the present inventor has performed a theoretical analysis on heat conduction, and if the diameter of the excitation beam is sufficiently smaller than the diameter of the laser rod, the temperature rise due to the heat generated in the laser material will cause the length of the non-laser material portion to be longer than the rod. It has been found that even when the diameter is shorter than the diameter of the laser rod, the length of the non-laser material is almost the same as when the length of the non-laser material is twice or more the diameter of the laser rod.

【0014】本発明は、これらの知見に基づいて成され
たものであり、本発明によれば、複合型レーザロッドを
用い、小型で高効率な、かつビーム品質のすぐれたレー
ザ装置を実現することができる。
The present invention has been made based on these findings. According to the present invention, a compact, high-efficiency, and excellent beam quality laser apparatus is realized using a composite laser rod. be able to.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の技術思想を実現
するための複合型レーザロッド1の斜視図である。同図
において、レーザ発振に必要なレーザイオンを含む直径
dの円筒状レーザ材料2の片側に、レーザイオンを含ま
ず、直径dよりも薄い厚みtを有する非レーザ材料3が
接合されている。
FIG. 1 is a perspective view of a composite laser rod 1 for realizing the technical idea of the present invention. In FIG. 1, a non-laser material 3 not containing laser ions and having a thickness t smaller than the diameter d is joined to one side of a cylindrical laser material 2 having a diameter d containing laser ions necessary for laser oscillation.

【0016】この場合の接合方法としては、接合面を光
学研摩してオプティカルコンタクトさせ、融点以下の必
要温度まで昇温して拡散接合(diffusion b
onding)させ、そののちアニールを行って機械的
にも光学的にも歪みのない状態を作り出す方法を採用す
ることが、接合面の強度、あるいは接合面での光学的連
続性の観点から好ましい。このとき、拡散接合の信頼性
あるいは接合面での光学的連続性を確保することを最重
要とするならば、結晶の格子定数、結晶方向などの一致
性から、非レーザ材料3として、レーザ材料2に用いら
れる母材と同一の材料を用いることが好ましい。すなわ
ち、レーザ材料2は、Nd、Yb、Tm、Ho、Crな
どのレーザイオンがドープされたYAG、YLF、YV
4 、LiSrAlF、LiSrGaF6 、LiSrC
aF6 などであり、非レーザ材料3は、レーザイオンが
ドープされていないYAG、YLF、YVO4 、LiS
rAlF、LiSrGaF6 、LiSrCaF6 などが
良い。ただし非レーザ材料3における熱放散作用を最優
先させるならば、作業条件の確立による信頼性の保証の
もとで、レーザ材料2の熱伝導率よりも高い熱伝導率を
持ち、光学的諸特性にも優れた材料、たとえば、サファ
イアなどを選んでもよい。
In this case, the bonding method is such that the bonding surface is optically polished to make optical contact, the temperature is raised to a required temperature below the melting point, and diffusion bonding (diffusion b) is performed.
It is preferable from the viewpoint of the strength of the bonding surface or the optical continuity at the bonding surface to adopt a method of producing a state free from mechanical and optical distortion by performing annealing after annealing. At this time, if it is most important to ensure the reliability of the diffusion bonding or the optical continuity at the bonding surface, the non-laser material 3 is used as the non-laser material 3 because of the consistency of the crystal lattice constant, crystal direction, and the like. It is preferable to use the same material as the base material used in 2. That is, the laser material 2 is made of YAG, YLF, YV doped with laser ions such as Nd, Yb, Tm, Ho, and Cr.
O 4 , LiSrAlF, LiSrGaF 6 , LiSrC
aF 6 or the like, and the non-laser material 3 is YAG, YLF, YVO 4 , LiS
rAlF, LiSrGaF 6 , LiSrCaF 6 and the like are good. However, if the heat dissipating action in the non-laser material 3 is given top priority, it has a higher thermal conductivity than the laser material 2 under the assurance of reliability by establishing working conditions, and has various optical characteristics. An excellent material such as sapphire may be selected.

【0017】拡散接合以外の接合方法として、使用材料
と作業条件が整えば、その屈折率がレーザ材料2と非レ
ーザ材料3の屈折率に近い値に調整された透明な接着媒
体により接合されていたり、あるいは液状媒体を介して
接合されていてもよい。この場合、接着媒体あるいは液
状媒体は熱伝導率の高いものが選択される。図2,図3
は、図1に示した複合型レーザロッドを採用した本発明
のレーザ装置の各実施形態を示す図である。
As a joining method other than the diffusion joining, if the working materials and working conditions are prepared, the joining is performed by a transparent adhesive medium whose refractive index is adjusted to a value close to the refractive index of the laser material 2 and the non-laser material 3. Or may be joined via a liquid medium. In this case, an adhesive medium or a liquid medium having a high thermal conductivity is selected. Figures 2 and 3
FIG. 3 is a view showing each embodiment of the laser device of the present invention employing the composite laser rod shown in FIG. 1.

【0018】これら図2,図3に示す各実施形態は、複
合多々レーザロッド1をホルダ4に収納して保持し、そ
の両側に光共振器を配置し、励起光源10から発せられ
た励起光5を焦点距離fの集光レンズ6を用いて集光
し、複合型レーザロッド1の非レーザ材料3を通してレ
ーザ材料2に導くことによりレーザ発振を起こさせる構
成の例である。図2での光共振器は、励起光5の波長に
対しては透過、レーザ波長に対しては高反射特性を示
す、複合型レーザロッド1の端部に施されたコーティン
グ7と、レーザ波長に対して部分的透過率を与えるコー
ティングが施された出力ミラー8とで構成されている。
図3の光共振器は、励起光の波長に対しては透過特性を
示し、レーザ波長に対しては高反射特性を示すコーティ
ング7が施された後面ミラー9と図2の場合と同様な出
力ミラー8とで構成されている。図2の光共振器では、
図3の光共振器における後面ミラー9に相当するものが
複合型レーザロッド1の端面に施されたコーティング7
であり、この考え方を拡張して、出力ミラーとして必要
なコーティングを複合型レーザロッド1の他の端面に施
し、光共振器としては構造物として目に見える形で現れ
ない構成を採用してもよい。光共振器を複合型レーザロ
ッドの両面のコーティングとすれば、製造後の光共振器
の自由度はなくなるが、より小型のレーザ発振器を実現
できる。一方、図3のように光共振器として、対向する
一対のミラーが配置される場合、複合型レーザロッド1
の、励起光が入射する側の端面には励起光の波長及びレ
ーザ波長の双方に対しての無反射コーティングを施し、
他の側の端面にはレーザ波長に対する無反射コーティン
グを施すことが好ましい。
In each of the embodiments shown in FIGS. 2 and 3, the composite multiple laser rod 1 is housed and held in a holder 4, optical resonators are arranged on both sides thereof, and excitation light emitted from an excitation light source 10 is provided. This is an example of a configuration in which laser light is condensed using a condensing lens 6 having a focal length f and guided to the laser material 2 through the non-laser material 3 of the composite laser rod 1 to cause laser oscillation. The optical resonator in FIG. 2 includes a coating 7 applied to the end of the composite laser rod 1, which transmits light for the wavelength of the excitation light 5 and exhibits high reflection characteristics for the laser wavelength. And an output mirror 8 provided with a coating for giving partial transmittance to the output mirror 8.
The optical resonator shown in FIG. 3 has a rear mirror 9 provided with a coating 7 showing transmission characteristics with respect to the wavelength of the excitation light and having high reflection characteristics with respect to the laser wavelength, and an output similar to that of FIG. And a mirror 8. In the optical resonator of FIG.
A coating 7 applied to the end face of the composite laser rod 1 corresponds to the rear mirror 9 in the optical resonator of FIG.
By extending this idea, a coating required as an output mirror may be applied to the other end face of the composite laser rod 1 to adopt a configuration in which the optical resonator does not appear as a visible structure. Good. If the optical resonator is coated on both surfaces of the composite laser rod, the degree of freedom of the manufactured optical resonator is lost, but a smaller laser oscillator can be realized. On the other hand, when a pair of mirrors facing each other is arranged as an optical resonator as shown in FIG.
The end face on the side where the excitation light is incident is coated with an anti-reflection coating for both the wavelength of the excitation light and the laser wavelength,
Preferably, the other end face is provided with a non-reflective coating for the laser wavelength.

【0019】図1からわかるように、複合型レーザロッ
ド1の非レーザ材料3の長さtがその直径dよりも短い
こと、および複合型レーザロッド1をOリングシールし
ていないことから、レーザ材料2への集光は従来にくら
べて非常に短い焦点距離の集光レンズを用いて行ってい
る。複合型レーザロッド1のレーザ材料2における励起
光の集光ビーム径はロッド径の1/3より小さいことが
望ましい。励起ビーム径をより小さくすることにより、
レーザの発振利得を高めることができ、またレーザ共振
器のレーザ発振モードとの重なりも良くなるため、発振
効率が向上する。励起ビーム径をより小さくすれば非レ
ーザ材料の厚さtをさらに薄くしても、温度上昇を十分
に緩和することができる。
As can be seen from FIG. 1, since the length t of the non-laser material 3 of the composite laser rod 1 is shorter than its diameter d and that the composite laser rod 1 is not O-ring sealed, Light is condensed on the material 2 by using a condensing lens having a very short focal length as compared with the related art. It is desirable that the focused beam diameter of the excitation light in the laser material 2 of the composite laser rod 1 is smaller than 1/3 of the rod diameter. By making the excitation beam diameter smaller,
Since the oscillation gain of the laser can be increased and the overlap with the laser oscillation mode of the laser resonator is improved, the oscillation efficiency is improved. If the diameter of the excitation beam is made smaller, the temperature rise can be sufficiently reduced even if the thickness t of the non-laser material is further reduced.

【0020】励起光5の照射により発生した、複合型レ
ーザロッド1のレーザ材料2の中心軸上での熱は、レー
ザ材料2の径方向に伝導し、レーザ材料2の円筒面に到
達して放熱されたり、非レーザ材料3の方向につまり軸
方向に伝導してから非レーザ材料3の内部を径方向に伝
導して非レーザ材料3の円筒面に到達して放熱される。
複合型レーザロッド1を保持するホルダ4は、複合型レ
ーザロッド1の円筒面に到達した熱を受け止め吸収しこ
れを他所へ捨てる役目も果たしている。このため、複合
型レーザロッド1の円筒状側面とホルダ4の円筒状内面
との接触は、熱抵抗が小さくなるようインジウム箔を介
在させたり、サーマルコンパウンドを介在させたり、熱
伝導度の良いグリースを介在させたりして、空隙がない
よう配慮することが必要である。図2,図3のホルダ4
においては、周辺の空気と接する全側面において熱交換
がなされている。
The heat on the central axis of the laser material 2 of the composite laser rod 1 generated by the irradiation of the excitation light 5 is conducted in the radial direction of the laser material 2 and reaches the cylindrical surface of the laser material 2. Heat is dissipated or conducted in the direction of the non-laser material 3, that is, in the axial direction, and then conducted radially inside the non-laser material 3 to reach the cylindrical surface of the non-laser material 3 and dissipated.
The holder 4 that holds the composite laser rod 1 also serves to receive and absorb the heat that has reached the cylindrical surface of the composite laser rod 1 and throw it away. For this reason, the contact between the cylindrical side surface of the composite laser rod 1 and the cylindrical inner surface of the holder 4 is achieved by interposing an indium foil so as to reduce the thermal resistance, interposing a thermal compound, or using a grease having good thermal conductivity. It is necessary to consider that there is no gap by interposing 2 and 3 holder 4
In, heat exchange is performed on all side surfaces that come into contact with the surrounding air.

【0021】図4は、複合型レーザロッド1を保持する
ホルダに関する他の各種の例を示す図である。図4
(a)ではホルダ4での熱交換面積を広げるため放熱フ
ィン11を設けている。この放熱フィン11を強制空冷
することもできる。図4(b)ではホルダ4の一部に温
度センサ12を置き、電子冷却素子であるペルチェ素子
13を取り付けて、その温度センサ12の温度が上昇し
すぎないよう制御している。図4(c)ではホルダ4内
に設けた流路14を流れる冷却液によりホルダ4からの
熱を外部に運び出している。ここでは温度センサを置い
ていないが、送り込む冷却液の温度が制御されている。
図4では、複合型レーザロッド1からの発熱をホルダ4
に伝え、ホルダ4で空冷、電子冷却、液冷する概念を示
したが、他にも本発明の技術思想の範囲での変形は可能
である。
FIG. 4 is a view showing various other examples of the holder for holding the composite laser rod 1. As shown in FIG. FIG.
In (a), radiating fins 11 are provided to increase the heat exchange area in the holder 4. The radiation fins 11 can be forcibly air-cooled. In FIG. 4B, the temperature sensor 12 is placed on a part of the holder 4 and a Peltier element 13 which is an electronic cooling element is attached to control the temperature of the temperature sensor 12 so as not to rise too much. In FIG. 4C, the heat from the holder 4 is carried out to the outside by the cooling liquid flowing through the flow path 14 provided in the holder 4. Here, no temperature sensor is provided, but the temperature of the coolant to be fed is controlled.
In FIG. 4, the heat generated from the composite laser rod 1 is
And the concept of air cooling, electronic cooling, and liquid cooling by the holder 4 has been described, but other modifications within the scope of the technical idea of the present invention are possible.

【0022】図1には、レーザ材料2の片側の端面に非
レーザ材料3が接合された複合型レーザロッドを示した
が、図5の斜視図に示すように、レーザ材料2の両端面
に、それぞれの厚みtが円筒直径dより薄い非レーザ材
料3を接合すると、レーザ材料2の動作温度の低減のた
めにさらに有効である。この場合においても、複合型レ
ーザロッド1の円筒状側面でホルダに発熱を伝達し、そ
のホルダにおいて空冷、電子冷却、液冷するなどの本発
明の主旨は同様である。
FIG. 1 shows a composite laser rod in which a non-laser material 3 is bonded to one end face of a laser material 2, but as shown in a perspective view of FIG. When the non-laser material 3 whose thickness t is smaller than the cylindrical diameter d is joined, it is more effective to reduce the operating temperature of the laser material 2. Also in this case, the gist of the present invention, such as transmitting heat to the holder by the cylindrical side surface of the composite laser rod 1 and performing air cooling, electronic cooling, and liquid cooling in the holder, is the same.

【0023】図5の複合型レーザロッドは、図6のよう
に、蝶ネクタイ型リングレーザに適用することもでき
る。ここでは両端面の非レーザ材料を経由して両方向か
らの励起光がレーザ材料に導入され、リングレーザの特
徴であるシングルモード発振光15が比較的高出力で得
られる。リングレーザにおいては、光共振器内部に、オ
プティカルダイオード16、エタロン板17、ときには
波長選択素子などを挿入することが必要である。これら
は光学的損失要素であるから、これに打ち勝つための利
得を確保する必要があり、図6のような両方向からの励
起はその一方法であり、この場合非レーザ材料がレーザ
材料の両側にあることが好ましい。
The composite laser rod of FIG. 5 can be applied to a bow tie ring laser as shown in FIG. Here, the excitation light from both directions is introduced into the laser material via the non-laser material on both end surfaces, and the single mode oscillation light 15 characteristic of the ring laser can be obtained with a relatively high output. In a ring laser, it is necessary to insert an optical diode 16, an etalon plate 17, sometimes a wavelength selection element, and the like inside the optical resonator. Since these are optical loss elements, it is necessary to secure a gain to overcome them. Excitation from both directions as shown in FIG. 6 is one method, in which non-laser material is placed on both sides of the laser material. Preferably, there is.

【0024】[0024]

【発明の効果】従来、複合型レーザロッドは非レーザ材
料の長さtとしてその複合型レーザロッドの直径d以上
の長さのものを接合し、レーザ材料の動作温度を低減さ
せて結晶の破壊限界に挑戦しようとする考え方のもとで
研究開発が進められてきた。しかし、本発明者は、所望
の出力がこのように挑戦的なレベルではない、例えば計
測用光源のレベルの場合、非レーザ材料の長さがロッド
の直径未満であってもその効果を奏することを見い出し
た。特に、励起光の集光寸法がロッドの直径の1/3以
下であれば、この飽和現象は顕著であることを見出し
た。
Conventionally, a composite laser rod having a non-laser material having a length t equal to or greater than the diameter d of the composite laser rod is joined to reduce the operating temperature of the laser material to destroy the crystal. Research and development have been promoted under the idea of trying to push the limits. However, the inventor has found that the desired output is not at such a challenging level, e.g., at the level of a measurement light source, even if the length of the non-laser material is less than the diameter of the rod. I found In particular, it has been found that this saturation phenomenon is remarkable when the condensing dimension of the excitation light is 1/3 or less of the diameter of the rod.

【0025】本発明によれば、非レーザ材料の長さとし
てロッドの直径未満のものを接合することにより、レー
ザ材料の動作温度の低減効果と同時に、短焦点の集光レ
ンズを用いて励起光の集光密度を高めることができ、レ
ーザ発振効率を高めることができ、さらにレーザ装置の
小型化を実現できる。Nd:YAGレーザの946nm
の発振線に代表される準3準位レーザでは、動作温度の
低減がとくに要求されるが、本発明により、946nm
という分光的計測で重要な波長を発振できる、小型で高
効率の計測用レーザ発振器を実現することができる。
According to the present invention, by joining a non-laser material having a length less than the diameter of the rod, the operating temperature of the laser material can be reduced, and at the same time, the excitation light can be reduced by using a short-focus condenser lens. Of the laser device, the laser oscillation efficiency can be increased, and the size of the laser device can be reduced. 946 nm of Nd: YAG laser
In the quasi-three-level laser represented by the oscillation line of (1), a reduction in the operating temperature is particularly required.
It is possible to realize a small and highly efficient measurement laser oscillator capable of oscillating an important wavelength by such spectroscopic measurement.

【0026】波長可変レーザの母材として期待されてい
るLiSrAlF6 ,LiSrGaF6 ,LiSrCa
6 などは熱伝導率が低いために動作温度を低減でき
ず、効率の制限、ビーム品質の限界が問題となってい
た。本発明により、これらの母材を採用した場合であっ
ても、小型、高効率でビーム品質のすぐれた計測用波長
可変レーザ発振器を実現することができる。
LiSrAlF 6 , LiSrGaF 6 , LiSrCa expected as a base material of a wavelength tunable laser
Such as F 6 can not reduce the operating temperature due to low thermal conductivity, limiting the efficiency limits of the beam quality has been a problem. According to the present invention, it is possible to realize a small-sized, highly-efficient, wavelength-tunable laser oscillator for measurement with excellent beam quality even when these base materials are employed.

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

【図1】本発明のレーザ装置の実施形態に採用される複
合型レーザロッドの一例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a composite laser rod employed in an embodiment of the laser device of the present invention.

【図2】図1に示した複合型レーザロッドを採用した本
発明のレーザ装置の第1実施形態の構造図である。
FIG. 2 is a structural diagram of a first embodiment of a laser device of the present invention employing the composite laser rod shown in FIG.

【図3】図1に示した複合型レーザロッドを採用した本
発明のレーザ装置の第2実施形態の構造図である。
FIG. 3 is a structural diagram of a second embodiment of the laser device of the present invention employing the composite laser rod shown in FIG.

【図4】複合型レーザロッドを保持するホルダの各種の
例を示した図である。
FIG. 4 is a view showing various examples of a holder for holding a composite laser rod.

【図5】本発明のレーザ装置の実施形態に採用される複
合型レーザロッドの他の例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the composite laser rod used in the embodiment of the laser device of the present invention.

【図6】図5に示した複合型レーザロッドを採用した本
発明のレーザ装置の第3実施形態の構造図である。
FIG. 6 is a structural diagram of a third embodiment of the laser device of the present invention employing the composite laser rod shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 複合型レーザロッド 2 レーザ材料 3 非レーザ材料 4 ホルダ 5 励起光 6 集光レンズ 7 コーティング 8 出力ミラー 9 後面ミラー 10 励起光源 11 放熱フィン 12 温度センサ 13 ペルチェ素子 14 流路 15 シングルモード発振光 16 オプティカルダイオード 17 エタロン板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite laser rod 2 Laser material 3 Non-laser material 4 Holder 5 Excitation light 6 Condensing lens 7 Coating 8 Output mirror 9 Rear mirror 10 Excitation light source 11 Radiation fin 12 Temperature sensor 13 Peltier element 14 Flow path 15 Single mode oscillation light 16 Optical diode 17 etalon plate

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザイオンを含む円筒形状のレーザ材
料と、該レーザ材料の両端面のうちの少なくとも一方の
端面に接合された、該レーザ材料と同一径の円筒形状で
あって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ厚みが円
筒直径よりも薄い非レーザ材料とからなる円筒形状の複
合型レーザロッド、 前記複合型レーザロッドを構成する非レーザ材料を通し
て該複合型レーザロッドを構成するレーザ材料に励起光
を入射する励起手段、および前記複合型レーザロッドを
構成するレーザ材料で発せられた光を種にしてレーザ発
振に至らしめる光共振器を備えたことを特徴とするレー
ザ装置。
1. A cylindrical laser material containing laser ions, and a cylindrical shape having substantially the same diameter as the laser material joined to at least one end face of both end faces of the laser material, wherein the cylindrical shape is substantially the same. A cylindrical composite laser rod made of a non-laser material that does not contain laser ions and has a thickness smaller than the cylindrical diameter; a laser material that forms the composite laser rod through the non-laser material that forms the composite laser rod 1. A laser device comprising: an excitation unit for injecting excitation light into a laser beam; and an optical resonator that causes laser oscillation by using light emitted from a laser material forming the composite laser rod as a seed.
【請求項2】 前記複合型レーザロッドは、該複合型レ
ーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材料が拡散
接合されたものであることを特徴とする請求項1記載の
レーザ装置。
2. The laser device according to claim 1, wherein the composite laser rod is formed by diffusion bonding a laser material and a non-laser material constituting the composite laser rod.
【請求項3】 前記複合型レーザロッドは、該複合型レ
ーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材料が接着
媒体もしくは液状媒体を介在させることにより接合され
たものであることを特徴とする請求項1記載のレーザ装
置。
3. The composite laser rod according to claim 1, wherein a laser material and a non-laser material constituting the composite laser rod are joined by interposing an adhesive medium or a liquid medium. 2. The laser device according to 1.
【請求項4】 前記複合型レーザロッドを構成する非レ
ーザ材料は、該複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の母材と同一の材料からなるものであることを特徴と
する請求項1記載のレーザ装置。
4. The non-laser material constituting the composite laser rod is made of the same material as the base material of the laser material constituting the composite laser rod. Laser device.
【請求項5】 前記複合型レーザロッドを構成する非レ
ーザ材料は、該複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなる
ものであることを特徴とする請求項1記載のレーザ装
置。
5. The non-laser material constituting the composite laser rod is made of a material having a higher thermal conductivity than that of the laser material constituting the composite laser rod. The laser device according to claim 1.
【請求項6】 前記励起手段は、前記複合型レーザロッ
ドを構成するレーザ材料内におけるビーム径が該複合型
レーザロッドの円筒直径の1/3以下となるように調整
された励起光を、該複合型レーザロッドに照射するもの
であることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
6. The pumping means according to claim 1, wherein said pumping means controls the pumping light adjusted such that a beam diameter in a laser material constituting said composite laser rod is 1/3 or less of a cylindrical diameter of said composite laser rod. 2. The laser device according to claim 1, wherein the laser beam is applied to a composite laser rod.
【請求項7】 前記複合型レーザロッドの円筒面を保持
するとともに該複合型レーザロッドからの伝熱を受ける
ホルダを備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザ
装置。
7. The laser device according to claim 1, further comprising a holder that holds a cylindrical surface of the composite laser rod and receives heat transfer from the composite laser rod.
【請求項8】 前記光共振器は、一対のミラーを有し、
該一対のミラーのうちの少なくとも一方のミラーが、前
記複合型レーザロッドの端面に施されたコーティングか
らなることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
8. The optical resonator has a pair of mirrors,
2. A laser device according to claim 1, wherein at least one of said pair of mirrors is made of a coating applied to an end face of said composite laser rod.
JP6100798A 1998-03-12 1998-03-12 Laser Pending JPH11261137A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6100798A JPH11261137A (en) 1998-03-12 1998-03-12 Laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6100798A JPH11261137A (en) 1998-03-12 1998-03-12 Laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11261137A true JPH11261137A (en) 1999-09-24

Family

ID=13158865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6100798A Pending JPH11261137A (en) 1998-03-12 1998-03-12 Laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11261137A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124389A (en) * 2006-11-15 2008-05-29 Megaopto Co Ltd Coherent doppler lidar
JP2009141362A (en) * 2007-12-05 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Laser device
JP2018513555A (en) * 2015-03-23 2018-05-24 アイピージー フォトニクス コーポレーション High power continuous wave mid-infrared laser

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124389A (en) * 2006-11-15 2008-05-29 Megaopto Co Ltd Coherent doppler lidar
JP2009141362A (en) * 2007-12-05 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Laser device
JP2018513555A (en) * 2015-03-23 2018-05-24 アイピージー フォトニクス コーポレーション High power continuous wave mid-infrared laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6504858B2 (en) Lasers with low doped gain medium
US4949346A (en) Conductively cooled, diode-pumped solid-state slab laser
JP3073021B2 (en) Diode-pumped laser with an intense lens crystal
US6351478B1 (en) Passively cooled solid-state laser
KR20060121900A (en) High density methods for producing diode-pumped micro lasers
Erhard et al. Pumping schemes for multi-kW thin disk lasers
JP3169614B2 (en) Diode-pumped laser using crystals with strong thermal focus
JP2001521290A (en) Diode pumped laser device using gain medium with strong thermal focus
JP2664392B2 (en) Laser device
JP4047131B2 (en) Solid state laser equipment
JPH11261137A (en) Laser
CN111193168A (en) Variable wavelength laser capable of switching output
US5781573A (en) High power solid state laser and method of increasing power using same
JP3271603B2 (en) LD pumped solid-state laser device
JP2725648B2 (en) Solid-state laser excitation method and solid-state laser device
JPH088477A (en) Solid state laser device
JP2005332989A (en) Laser oscillator
US6341139B1 (en) Semiconductor-laser-pumped solid state laser
JPH06120586A (en) Solid state laser equipment
JP3094436B2 (en) Semiconductor laser pumped solid-state laser device
JP3967754B2 (en) Side pumping laser
JPH0685357A (en) Solid laser oscillator
KR100396676B1 (en) Apparatus cooling laser solid
JP2001223423A (en) Laser device
JPH0697543A (en) Solid laser oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19991130