JPH1174589A - Semiconductor laser pumped solid laser - Google Patents
Semiconductor laser pumped solid laserInfo
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- JPH1174589A JPH1174589A JP27321897A JP27321897A JPH1174589A JP H1174589 A JPH1174589 A JP H1174589A JP 27321897 A JP27321897 A JP 27321897A JP 27321897 A JP27321897 A JP 27321897A JP H1174589 A JPH1174589 A JP H1174589A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを励
起光源とする半導体レーザ励起固体レーザに関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser pumped solid-state laser using a semiconductor laser as a pump light source.
【0002】[0002]
【従来の技術】実用的固体レーザとしてはNd3+を活
性イオンとしたものが主流で、その代表的なものとして
YAGレーザ、ガラスレーザが知られている。このよう
な固体レーザを励起する光源としては、かつてはランプ
が用いられていたが、高効率化と、コンパクト化を得る
ために最近では半導体レーザ(LD)を用いたものが開
発されている。2. Description of the Related Art As a practical solid-state laser, a laser using Nd 3+ as active ions is mainly used, and a YAG laser and a glass laser are known as typical ones. A lamp has been used as a light source for exciting such a solid-state laser, but a light source using a semiconductor laser (LD) has recently been developed to achieve high efficiency and compactness.
【0003】図2は、従来のNd3+を活性イオンと
し、半導体レーザを励起光源とした半導体レーザ励起固
体レーザの励起/発光プロセスを示す、Nd3+(固体
結晶場中)のエネルギー準位図である。FIG. 2 is an energy level diagram of Nd 3+ (in a solid crystal field) showing the excitation / emission process of a conventional semiconductor laser-excited solid-state laser using Nd 3+ as active ions and a semiconductor laser as an excitation light source. is there.
【0004】従来、固体レーザを励起する半導体レーザ
の発振波長は、固体レーザのNd3+の4I9/2準位
(基底準位)から4F5/2準位および2H9/2準位
への光学遷移に対応する波長、例えばYAGレーザでは
808nm付近の波長、ガラスレーザでは803nm付
近の波長が用いられている。この波長の光では、Nd
3+は基底準位から一旦4F3/2(レーザ上準位)よ
りもエネルギー的には高い準位まで励起され(図示
a)、非輻射遷移による緩和過程でレーザ上準位に移行
する(図示b)。Conventionally, the oscillation wavelength of the semiconductor laser for exciting the solid-state lasers, 4 I 9/2 level position of Nd 3+ in the solid-state laser 4 F 5/2 level position from (ground level) and 2 H 9/2 level For example, a wavelength around 808 nm is used for a YAG laser, and a wavelength around 803 nm is used for a glass laser. For light of this wavelength, Nd
3+ is once excited from the ground level to a level higher in energy than 4 F 3/2 (laser upper level) (illustration a), and shifts to the laser upper level in a relaxation process due to non-radiative transition ( Illustration b).
【0005】レーザ上準位のNd3+はレーザ遷移によ
り4I11/2準位(レーザ下準位)に遷移し(図示
c)、この過程でレーザ光Yが得られ、その後4I
11/2(レーザ下準位)から非輻射遷移によって基底
準位まで緩和される(図示d)。[0005] Nd 3+ laser upper level transitions in the laser transition 4 I 11/2 level position (laser low level) (shown c), the laser beam Y is obtained in this process, then 4 I
It is relaxed from 11/2 (laser lower level) to the ground level by non-radiative transition (illustrated d).
【0006】なお、図2は、4F3/2準位から4I
11/2準位のレーザ遷移させる場合のものについて示
しているが、4F3/2準位から4I13/2準位のレ
ーザ遷移、4F3/2準位から4I9/2準位のレーザ
遷移させるものについても同様の励起プロセスである。[0006] It should be noted that FIG. 2, 4 from 4 F 3/2 level I
Although the case where the laser transition of the 11/2 level is performed is shown, the laser transition from the 4 F 3/2 level to the 4 I 13/2 level, and the laser transition from the 4 F 3/2 level to 4 I 9/2. The same pumping process is performed for a laser that makes a level transition.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように4F5/2
準位および2H9/2準位を励起する方式では、励起光
子1個から取り出すことが出来るレーザ光子(4F
3/2準位から4I11/2準位)は最大で1個であ
る。励起光子のエネルギーは約1.6eVであるのに対
してレーザ光子のエネルギーは、 (1)レーザ上準位から4I9/2準位間のレーザ遷移
の場合約1.4eV (2)レーザ上準位から4I11/2準位間のレーザ遷
移の場合約1.2eV (3)レーザ上準位から4I13/2準位間のレーザ遷
移の場合約0.9eV である。[Problems that the Invention is to Solve In this way 4 F 5/2
In the method of exciting levels and 2 H 9/2 levels, laser photons (4 F which can be extracted from one excitation photon
(3/2 level to 4 I 11/2 level) is at most one. The energy of the excitation photon is about 1.6 eV, while the energy of the laser photon is: (1) about 1.4 eV in the case of a laser transition between the upper laser level and the 4 I 9/2 level; The laser transition between the upper level and the 4 I 11/2 level is about 1.2 eV. (3) The laser transition between the upper level and the 4 I 13/2 level is about 0.9 eV.
【0008】したがって、励起エネルギーの利用効率
(レーザ光子エネルギー/励起エネルギー)としては、 (1)レーザ上準位から4I9/2準位間のレーザ遷移
の場合約88% (2)レーザ上準位から4I11/2準位間のレーザ遷
移の場合約75% (3)レーザ上準位から4I13/2準位間のレーザ遷
移の場合約56% となり、原理的にこれ以上の励起エネルギー利用効率は
得られないという問題がある。Accordingly, the utilization efficiency of the excitation energy (laser photon energy / excitation energy), (1) about 88% when the laser high level laser transitions between 4 I 9/2 level (2) on the laser Approximately 75% in the case of a laser transition between the level and the 4 I 11/2 level (3) Approximately 56% in the case of a laser transition between the upper level of the laser and the 4 I 13/2 level, and in principle more However, there is a problem that the excitation energy utilization efficiency cannot be obtained.
【0009】また、4F5/2準位及び2H9/2準位
に励起されたNd3+は、必ずしも全てが緩和過程(図
2のb)によりレーザ上準位に移行するとは限らず、励
起光による光学遷移で励起された準位からレーザ上準位
への移行確率(量子効率)は、一般的には100%には
満たないという問題があった。Further, all of the Nd 3+ excited to the 4 F 5/2 level and the 2 H 9/2 level does not always move to the upper level of the laser due to the relaxation process (b in FIG. 2). In general, the transition probability (quantum efficiency) from the level excited by the optical transition by the excitation light to the upper level of the laser is less than 100%.
【0010】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、Nd3+を活性イオンとする半導体レーザ
励起固体レーザの励起エネルギーの利用効率を高めるこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem, and has as its object to increase the efficiency of using the excitation energy of a semiconductor laser-excited solid-state laser using Nd 3+ as active ions.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、Nd3+を活
性イオンとする固体レーザと前記固体レーザを励起する
半導体レーザとを備えてなる半導体レーザ励起固体レー
ザにおいて、前記半導体レーザが発振する前記固体レー
ザのNd3+の4I9/2準位から4F3/2準位へ光
学遷移させる波長で前記固体レーザを励起してなること
を特徴とする。According to the present invention, there is provided a semiconductor laser pumped solid state laser comprising a solid state laser having Nd 3+ as active ions and a semiconductor laser for exciting the solid state laser. characterized in that from 4 I 9/2 level of Nd 3+ in the solid-state laser to 4 F 3/2 level at the wavelength for optical transition formed by exciting the solid-state laser.
【0012】本発明では、半導体レーザによりNd3+
は非輻射遷移を伴う緩和プロセスなしに光学遷移で基底
準位からレーザ上準位に直接励起されるので、量子効率
は100%となるとともに、レーザ上準位を1つ形成す
るために必要な励起光子のエネルギーも小さく済み励起
エネルギーの利用効率の向上が可能となる。According to the present invention, Nd 3+
Is directly excited from the ground level to the upper laser level by an optical transition without a relaxation process accompanied by a non-radiative transition, so that the quantum efficiency is 100% and necessary to form one upper laser level. The energy of the excitation photons is also small, and the utilization efficiency of the excitation energy can be improved.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態の
Nd3+を活性イオンとし、半導体レーザを励起光源と
した半導体レーザ励起固体レーザの励起/発光プロセス
を示す、Nd3+(固体結晶場中)のエネルギー準位図
である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an energy level diagram of Nd 3+ (in a solid crystal field) showing an excitation / emission process of a semiconductor laser-excited solid-state laser using Nd 3+ as active ions and a semiconductor laser as an excitation light source according to an embodiment of the present invention. It is.
【0014】この実施の形態は、Nd3+の4F3/2
準位(レーザ上準位)から4I11 /2準位(レーザ下
準位)のレーザ遷移させる場合で、固体レーザを励起す
る半導体レーザの発振波長を、固体レーザのNd3+の
4I9/2準位(基底準位)からレーザ上準位への光学
遷移に対応する波長としている。In this embodiment, Nd 3+ 4 F 3/2
In case of the laser transition level (laser high level) from 4 I 11/2 level position (laser low level), the oscillation wavelength of the semiconductor laser for exciting the solid-state laser, a solid-state laser of Nd 3+
The wavelength corresponds to the optical transition from the 4 I 9/2 level (ground level) to the laser upper level.
【0015】この波長の光では、Nd3+は基底準位か
らレーザ上準位まで励起され(図示A)、非輻射遷移に
よる緩和過程を経ることなく、レーザ上準位のNd3+
はレーザ遷移によりレーザ下準位に遷移し(図示C)、
この過程でレーザ光Yが得られ、その後レーザ下準位か
ら非輻射遷移によって基底準位まで緩和される(図示
D)。なお、この図では4I11/2準位をレーザ下準
位とする場合のものについて示しているが、4I
13/2準位、4I9/2準位をレーザ下準位とするも
のについても同様の励起プロセスとなる。In the light of this wavelength, Nd 3+ is excited from the ground level to the upper level of the laser (illustration A), and Nd 3+ of the upper level of the laser does not undergo a relaxation process due to non-radiative transition.
Changes to a laser lower level by laser transition (illustration C),
In this process, a laser beam Y is obtained, which is then relaxed from the lower laser level to the ground level by a non-radiative transition (D in the drawing). Although it is shown for those in the case of the laser low level to 4 I 11/2 level in this figure, 4 I
13/2 level position, the same excitation process also the 4 I 9/2 level which the laser low level.
【0016】YAGレーザの場合、従来利用されている
波長808nm付近の吸収バンドよりも波長870nm
付近と波長885nm付近に比較的に強い吸収を示す吸
収バンドがあり、この吸収バンドがNd3+の基底準位
からレーザ上準位への光学遷移に対応している。したが
って、波長870nmもしくは波長885nm付近で発
振できる半導体レーザで励起すれば良い。このような波
長のレーザを発振する半導体レーザとしてはGaAlA
s系もしくはInGaAs系がある。In the case of a YAG laser, the wavelength is 870 nm rather than the absorption band around 808 nm conventionally used.
There is an absorption band showing relatively strong absorption in the vicinity and near the wavelength of 885 nm, and this absorption band corresponds to the optical transition from the ground level of Nd 3+ to the laser upper level. Therefore, it is only necessary to excite with a semiconductor laser that can oscillate at a wavelength of about 870 nm or about 885 nm. As a semiconductor laser that oscillates a laser having such a wavelength, GaAlA is used.
There is an s type or an InGaAs type.
【0017】この実施の形態では、レーザ下準位を4I
11/2準位とする場合、YAGレーザのレーザ遷移波
長は1064nmであるので、励起エネルギーの利用効
率は82〜83%程度となり、従来の励起エネルギーの
利用効率76%よりも高めることができる。In this embodiment, the lower level of the laser is 4 I
In the case of 11/2 level, since the laser transition wavelength of the YAG laser is 1064 nm, the utilization efficiency of the excitation energy is about 82 to 83%, which can be higher than the conventional utilization efficiency of the excitation energy of 76%.
【0018】ガラスレーザの場合では、従来利用されて
いる波長803nm付近の吸収バンドよりも波長875
nm付近にピークをもったブロードな吸収バンドがあ
り、この吸収バンドがNd3+の基底準位からレーザ上
準位への光学遷移に対応している。したがって、波長8
75nm付近で発振できる半導体レーザで励起すれば良
い。この場合の半導体レーザとしてはGaAlAs系も
しくはInGaAs系がある。In the case of a glass laser, the wavelength 875 is larger than the absorption band around 803 nm conventionally used.
There is a broad absorption band having a peak near nm, and this absorption band corresponds to the optical transition from the ground level of Nd 3+ to the laser upper level. Therefore, the wavelength 8
What is necessary is just to pump with the semiconductor laser which can oscillate around 75 nm. As the semiconductor laser in this case, there is a GaAlAs system or an InGaAs system.
【0019】この実施の形態では、レーザ下準位を4I
11/2準位とする場合、ガラスレーザのレーザ遷移波
長は1053nmであるので、励起エネルギーの利用効
率は83%程度となり、従来の励起エネルギーの利用効
率76%よりも高めることができる。In this embodiment, the lower level of the laser is 4 I
In the case of 11/2 level, since the laser transition wavelength of the glass laser is 1053 nm, the pump energy use efficiency is about 83%, which can be higher than the conventional pump energy use efficiency of 76%.
【0020】上記実施の形態では、レーザ上準位から4
I11/2準位間のレーザ遷移を利用するものである
が、レーザ上準位から4I9/2準位間、レーザ上準位
から4I13/2準位間のレーザ遷移を利用しても良
い。この場合の励起エネルギーの利用効率は、レーザ上
準位から4I9/2準位間のレーザ遷移にあっては約1
00%、レーザ上準位から4I13/2準位間のレーザ
遷移にあっては約75%が可能となる。In the above embodiment, four lasers
While advantage of the laser transition between I 11/2 level use, between 4 I 9/2 level from the upper laser level, the laser transitions between 4 I 13/2 level from the laser upper level You may. Utilization efficiency of excitation energy in this case, in the from the upper laser level to laser transitions between the 4 I 9/2 level of about 1
For the laser transition between the upper laser level and the 4 I 13/2 level, about 75% is possible.
【0021】なお、上記はYAGレーザ、ガラスレーザ
を例にしているが、本発明は、Nd3+を活性イオンと
する全ての半導体レーザ励起固体レーザに適用できる。Although the above description has been made by taking a YAG laser and a glass laser as examples, the present invention can be applied to all semiconductor laser-excited solid-state lasers using Nd 3+ as active ions.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば固体レー
ザのNd3+の4I9/2準位から4F3/2準位へ光
学遷移させる波長を発振する半導体レーザを励起光源と
して固体レーザを励起するので、励起エネルギーの利用
効率は向上し、また、量子効率も100%が可能とな
り、Nd3+を活性イオンとする半導体レーザ励起固体
レーザ全体の効率の向上が可能となる。この効率の向上
は、固体レーザ媒質への熱負荷の低減につながり、半導
体レーザ励起固体レーザの冷却に対する要請も緩和され
る。As it is evident from the foregoing description, a semiconductor laser oscillating wavelength to optical transition from 4 I 9/2 level to 4 F 3/2 level of Nd 3+ in the solid-state laser according to the present invention as an excitation light source Since the solid-state laser is excited, the utilization efficiency of the excitation energy is improved, the quantum efficiency is also made 100%, and the efficiency of the entire semiconductor laser-excited solid-state laser using Nd 3+ as active ions can be improved. This improvement in efficiency leads to a reduction in the heat load on the solid-state laser medium, and the demand for cooling the solid-state laser pumped solid-state laser is also eased.
【図1】本発明の実施の形態のNd3+を活性イオンと
し、半導体レーザを励起光源とした半導体レーザ励起固
体レーザの励起/発光プロセスを示す、Nd3+(固体
結晶場中)のエネルギー準位図である。FIG. 1 shows an energy level of Nd 3+ (in a solid crystal field) showing an excitation / emission process of a semiconductor laser-excited solid-state laser using Nd 3+ as active ions and a semiconductor laser as an excitation light source according to an embodiment of the present invention. FIG.
【図2】従来のNd3+を活性イオンとし、半導体レー
ザを励起光源とした半導体レーザ励起固体レーザの励起
/発光プロセスを示す、Nd3+(固体結晶場中)のエ
ネルギー準位図である。FIG. 2 is an energy level diagram of Nd 3+ (in a solid crystal field) showing an excitation / emission process of a conventional semiconductor laser-excited solid-state laser using Nd 3+ as active ions and a semiconductor laser as an excitation light source.
A 光学遷移 C レーザ遷移 D 非輻射遷移 Y レーザ光 A Optical transition C Laser transition D Non-radiative transition Y Laser light
Claims (1)
と前記固体レーザを励起する半導体レーザとを備えてな
る半導体レーザ励起固体レーザにおいて、前記半導体レ
ーザが発振する前記固体レーザのNd3+の4I9/2
準位から4F3/2準位へ光学遷移させる波長で前記固
体レーザを励起してなることを特徴とする半導体レーザ
励起固体レーザ。1. A solid-state laser pumped solid-state laser comprising: a solid-state laser having Nd 3+ as active ions; and a semiconductor laser for exciting the solid-state laser, wherein Nd 3+ 4 I of the solid-state laser oscillated by the semiconductor laser is provided. 9/2
The semiconductor-laser-pumped solid-state laser, characterized in that formed by exciting the solid-state laser with a wavelength to optical transition from level to 4 F 3/2 level.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27321897A JPH1174589A (en) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Semiconductor laser pumped solid laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27321897A JPH1174589A (en) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Semiconductor laser pumped solid laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1174589A true JPH1174589A (en) | 1999-03-16 |
Family
ID=17524763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27321897A Pending JPH1174589A (en) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | Semiconductor laser pumped solid laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1174589A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003332657A (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-21 | Megaopto Co Ltd | Laser system |
JP2011515869A (en) * | 2008-03-28 | 2011-05-19 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | Laser with high efficiency gain medium |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP27321897A patent/JPH1174589A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003332657A (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-21 | Megaopto Co Ltd | Laser system |
JP2011515869A (en) * | 2008-03-28 | 2011-05-19 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | Laser with high efficiency gain medium |
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