JPS59195892A - 固体レ−ザ発振器 - Google Patents
固体レ−ザ発振器Info
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- JPS59195892A JPS59195892A JP6947783A JP6947783A JPS59195892A JP S59195892 A JPS59195892 A JP S59195892A JP 6947783 A JP6947783 A JP 6947783A JP 6947783 A JP6947783 A JP 6947783A JP S59195892 A JPS59195892 A JP S59195892A
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- JP
- Japan
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- laser
- laser rod
- rod
- resonator
- lens effect
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08072—Thermal lensing or thermally induced birefringence; Compensation thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
- H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
- H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
- H01S3/1643—YAG
Landscapes
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- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
固体レーザ装置は通常、励起用光源としてアークランプ
、フラノシーランプ等各種のランプを用いてレーザ発振
素子を照射し、これによって発振素子を構成する物質内
の活性イオンを励起してレーザ発振を生じさせるもので
ある。本発明はこのような固体レーザ発振器に関するも
のである。発振素子中の活性イオンの働きは、光照射に
よって基底準位にあった活性イオンの電子が高ｂエネル
ギー状態である励起準位；ζまで励起され、ついでそれ
よりも低いエネルギー準位のレーザ発振始準位に遷移す
る。この遷移は励起準位で保有しているエネルギーの一
部を格子振動量子（フォノンノとして放出することによ
ってきわめて速い遷移速成で行なわれる。放出されたフ
ォノンは熱に変化して発振素子を加熱することになる。
、フラノシーランプ等各種のランプを用いてレーザ発振
素子を照射し、これによって発振素子を構成する物質内
の活性イオンを励起してレーザ発振を生じさせるもので
ある。本発明はこのような固体レーザ発振器に関するも
のである。発振素子中の活性イオンの働きは、光照射に
よって基底準位にあった活性イオンの電子が高ｂエネル
ギー状態である励起準位；ζまで励起され、ついでそれ
よりも低いエネルギー準位のレーザ発振始準位に遷移す
る。この遷移は励起準位で保有しているエネルギーの一
部を格子振動量子（フォノンノとして放出することによ
ってきわめて速い遷移速成で行なわれる。放出されたフ
ォノンは熱に変化して発振素子を加熱することになる。
このように励起準位の下にレーザ発振始準位が位置し２
、この間の遷移が）λノンを介して速い速度で行なわれ
る事は、レーザ発振を起こす為ＫＬ／−ザ発振の始準位
と終準位の間に分亜反転状態を実現するために必要で、
５る。すなわち固体レーザ発振現象と発熱はきりはなす
ことができない。
、この間の遷移が）λノンを介して速い速度で行なわれ
る事は、レーザ発振を起こす為ＫＬ／−ザ発振の始準位
と終準位の間に分亜反転状態を実現するために必要で、
５る。すなわち固体レーザ発振現象と発熱はきりはなす
ことができない。
レーザ発振器すのＷλ度止昇シ′を多くの場酋、発振索
子の損謳や発振効率低］；の原因となる−・で、水流も
しくは空気流によって素子の周囲を冷却するのが普通で
ある。この様な状況下では、レーザ発振Ａ子か一株に、
光照射によって＃Ｉ起されているとしても、周囲からの
冷却ケこよって、素子の中天部が晶く周辺部が低い温度
分布状態となる。多く用いられている円筒形のレーザ発
振素子（レーザロッド）の場合、側面を冷却すると温度
分布は、長さ方向に沿って中心Ｓ象の同心円状の温度分
イＥとなる。レーザロッドを構成する物質の屈折率温度
係数が正である場合、等制約に厚肉の凸レンズをレーザ
ロッドの代シに置いた２）と同様な効果を光共振器に及
ぼす事になシ熱レンズ効果と呼ばれている。この熱レン
ズ効果は励起光の強鼓が大目いほど大きく、等制約な厚
肉レンズの焦点距離は励起光強度が大きくなると短かく
なる。。
子の損謳や発振効率低］；の原因となる−・で、水流も
しくは空気流によって素子の周囲を冷却するのが普通で
ある。この様な状況下では、レーザ発振Ａ子か一株に、
光照射によって＃Ｉ起されているとしても、周囲からの
冷却ケこよって、素子の中天部が晶く周辺部が低い温度
分布状態となる。多く用いられている円筒形のレーザ発
振素子（レーザロッド）の場合、側面を冷却すると温度
分布は、長さ方向に沿って中心Ｓ象の同心円状の温度分
イＥとなる。レーザロッドを構成する物質の屈折率温度
係数が正である場合、等制約に厚肉の凸レンズをレーザ
ロッドの代シに置いた２）と同様な効果を光共振器に及
ぼす事になシ熱レンズ効果と呼ばれている。この熱レン
ズ効果は励起光の強鼓が大目いほど大きく、等制約な厚
肉レンズの焦点距離は励起光強度が大きくなると短かく
なる。。
固体レーザの場合光共振器は通常レーザロッドをはさん
で対向して置かれた反射鏡が用いられる。
で対向して置かれた反射鏡が用いられる。
なるべく大きなレーザ出力にとシ出すためには、反射鏡
の曲率の選択は熱レンズ効果（・こよっ・−Ｃレーザロ
ッドを通過する際に共振光線が曲げられる事も考慮して
反射廓の間に打在する共振モードの体積が、レーザロッ
ド内部で最大になるように選択する 熱レンズ効果は励起入力によって異なるため反射鏡の曲
率は励起入力によって最適な値が存在するが実際の装置
では、最も使用頻度の高い励起入力に”合わせて曲率を
えらび、他の励起入力での効率は犠牲にする事になるｂ 本発明の固体レーザ発振器は、特定の励起入力において
のみ最適共振器構成となる従来の装置と異なシすべての
励起入力範囲で最適共振器構成をと９うるものである。
の曲率の選択は熱レンズ効果（・こよっ・−Ｃレーザロ
ッドを通過する際に共振光線が曲げられる事も考慮して
反射廓の間に打在する共振モードの体積が、レーザロッ
ド内部で最大になるように選択する 熱レンズ効果は励起入力によって異なるため反射鏡の曲
率は励起入力によって最適な値が存在するが実際の装置
では、最も使用頻度の高い励起入力に”合わせて曲率を
えらび、他の励起入力での効率は犠牲にする事になるｂ 本発明の固体レーザ発振器は、特定の励起入力において
のみ最適共振器構成となる従来の装置と異なシすべての
励起入力範囲で最適共振器構成をと９うるものである。
本発明のレーザ装置ではレーザロッドの熱レンズ効果を
保償するために、レーザロッドを構成する物質の屈折率
の温度係数の符号とは逆の符号をもつ物質を共振器内に
配列して励起入力によって熱レンズ効果の状況の変化す
ることを防止する事が特長である、 以下実施例にもとすいて説明する。− 第１図は現在代表的な固体レーザである連続発振Ｎｄ：
ＹＡＧレーザの一例の概略を説明する図である。第１図
の１はレーザ用活性イオンであるＮｄ（ネオジウム）を
約１原子パーセント含有するＹＡＧ結晶 で構成される
レーザロッドで寸法は直径８ｍ、長さ１３０ ｍのも
の、２はレーザロッドを励起するためのクリプトアーク
ランプで発光アーク長１５０ ｖａのランプで、電源３
によって供給サレる電力で発光する。４はラングの光を
ロッドに集めるだめの集光器で断面が楕円形の空洞の筒
で、楕円の二つの焦点の夫々の位置にランプとロッドが
配置されている、５．６は光共振器を構成するための反
射鏡でロッドをはさんで４０ｃｒｎの間隔で配置されて
いる５は発掘波長１．０６μｍに対して反射率９９．５
％のもの、６は同じ＜８０％のものでレーザ発振出力は
６の反射鏡を透過して外部にとシ出きれる。５．６の反
射鏡の曲率を椋々に変化させた時のレーザ出力特性は第
２図のグラフの実線で示した曲線で表わされる。第２図
のグラフの横軸は励起ランプへの電気入力を表わし、タ
テ軸はレーザ発振出力を示す。
保償するために、レーザロッドを構成する物質の屈折率
の温度係数の符号とは逆の符号をもつ物質を共振器内に
配列して励起入力によって熱レンズ効果の状況の変化す
ることを防止する事が特長である、 以下実施例にもとすいて説明する。− 第１図は現在代表的な固体レーザである連続発振Ｎｄ：
ＹＡＧレーザの一例の概略を説明する図である。第１図
の１はレーザ用活性イオンであるＮｄ（ネオジウム）を
約１原子パーセント含有するＹＡＧ結晶 で構成される
レーザロッドで寸法は直径８ｍ、長さ１３０ ｍのも
の、２はレーザロッドを励起するためのクリプトアーク
ランプで発光アーク長１５０ ｖａのランプで、電源３
によって供給サレる電力で発光する。４はラングの光を
ロッドに集めるだめの集光器で断面が楕円形の空洞の筒
で、楕円の二つの焦点の夫々の位置にランプとロッドが
配置されている、５．６は光共振器を構成するための反
射鏡でロッドをはさんで４０ｃｒｎの間隔で配置されて
いる５は発掘波長１．０６μｍに対して反射率９９．５
％のもの、６は同じ＜８０％のものでレーザ発振出力は
６の反射鏡を透過して外部にとシ出きれる。５．６の反
射鏡の曲率を椋々に変化させた時のレーザ出力特性は第
２図のグラフの実線で示した曲線で表わされる。第２図
のグラフの横軸は励起ランプへの電気入力を表わし、タ
テ軸はレーザ発振出力を示す。
グ、フ中の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは反射鏡の曲率を夫々凹面で
曲率２ｍ、平面および、凸面で曲率２ｍにしｌｃ楊合の
出力特性を示すものである。凹面鏡の場合は低入力側で
出力が大きいが入力が増すと熱レンズ効果の影響で出力
は飽和しついで低下してしまう０平面鏡では凸面鏡の場
合よりもやや高い入力で最も出力は大きいが入力を増す
と出力の飽和と低下が生ずる。凹面鏡の場合は低入力発
振せず高入力になると出力は大きくなる。このように従
来の固体レーザでは励起入力に応じた最適反射鏡構成が
存在する。
曲率２ｍ、平面および、凸面で曲率２ｍにしｌｃ楊合の
出力特性を示すものである。凹面鏡の場合は低入力側で
出力が大きいが入力が増すと熱レンズ効果の影響で出力
は飽和しついで低下してしまう０平面鏡では凸面鏡の場
合よりもやや高い入力で最も出力は大きいが入力を増す
と出力の飽和と低下が生ずる。凹面鏡の場合は低入力発
振せず高入力になると出力は大きくなる。このように従
来の固体レーザでは励起入力に応じた最適反射鏡構成が
存在する。
本発明の装置構成を第３図に示す。
第３図中の１−５は第１図の構成部品と同じ物で、５は
平面鏡であるがＹＡＧレーザロッド１の延長線上で共振
器内に、ＹＡＧとは屈折率の温度係数の符号が反対の物
質で構成された素子７を配列する。ＹＡＧの屈折率の温
度係数は室温付近において＋〇、７３Ｘ１０ ’Ｋ ’
であることが知られている。本発明の一実施例では素
子７として２重量パーセントネオジウム添加のフッ素リ
ン酸ガラスで構成されたロッドを用いる。ネオジウムの
添加は光を、吸収させる目的で行なりている。７ノ累リ
ン酸ガラスの屈折率温度係数は−０，８Ｘ１０ ’Ｋ
’であって実施例の場合直径８．２罷長さ２０ｍの寸法
のものを用いている。この寸法は直径ＹＡＧレーザロッ
ドとはｇ同じ値であシ、長さは独々の値の中〃・ら実験
的に最良の出力特性のものをえらんだ結果で如ゐ。この
実施例での出力特性を第２図のグラフ中の点線で示す曲
線りで示す。すべての入力範囲にツ・いて出力は従来の
値よりもすぐれている。これはすべての入力範囲でレー
ザロッドの熱レンズ効果（等側内に厚肉凸レンズ）がガ
ラス素子の熱レンズ効果（等側内に厚肉凹レンズ）Ｋよ
って補償されただけでなく、非球面的なレンズ効果も保
償された結果と考えられる。この場合Ｎｄ添加は励起光
を吸収し発熱する事を目的としたものである。第２の実
施例では７の素子の構成物質としてＣｒ（クロム）を０
．０１重飯パーセント添加したＣ軸方向を長さ方向とし
たルチル（ＴｉＯＪ単結晶を用匹る、Ｃｒは第１の実施
例のＮｄと同じ目的で添加したものである。ルチルの屈
折率温度係数はＣ軸方向で−４，２Ｘ１０ ’Ｋ ’で
あることが知られてお９寸法は直径８．２ｍ、長さ１５
ｍ＊のロッドを用いている。Ｃ軸方向ロッドを用いた
のはルチルは正方晶系に属しこれ以外の方向では立万晶
糸のＹＡＧと異なシ大きな複屈折性を有するからである
。この場合の出力特性を第２図のＥで示す。第１の実施
例と殆んど同じ効果を示す事が明ら〃１である。
平面鏡であるがＹＡＧレーザロッド１の延長線上で共振
器内に、ＹＡＧとは屈折率の温度係数の符号が反対の物
質で構成された素子７を配列する。ＹＡＧの屈折率の温
度係数は室温付近において＋〇、７３Ｘ１０ ’Ｋ ’
であることが知られている。本発明の一実施例では素
子７として２重量パーセントネオジウム添加のフッ素リ
ン酸ガラスで構成されたロッドを用いる。ネオジウムの
添加は光を、吸収させる目的で行なりている。７ノ累リ
ン酸ガラスの屈折率温度係数は−０，８Ｘ１０ ’Ｋ
’であって実施例の場合直径８．２罷長さ２０ｍの寸法
のものを用いている。この寸法は直径ＹＡＧレーザロッ
ドとはｇ同じ値であシ、長さは独々の値の中〃・ら実験
的に最良の出力特性のものをえらんだ結果で如ゐ。この
実施例での出力特性を第２図のグラフ中の点線で示す曲
線りで示す。すべての入力範囲にツ・いて出力は従来の
値よりもすぐれている。これはすべての入力範囲でレー
ザロッドの熱レンズ効果（等側内に厚肉凸レンズ）がガ
ラス素子の熱レンズ効果（等側内に厚肉凹レンズ）Ｋよ
って補償されただけでなく、非球面的なレンズ効果も保
償された結果と考えられる。この場合Ｎｄ添加は励起光
を吸収し発熱する事を目的としたものである。第２の実
施例では７の素子の構成物質としてＣｒ（クロム）を０
．０１重飯パーセント添加したＣ軸方向を長さ方向とし
たルチル（ＴｉＯＪ単結晶を用匹る、Ｃｒは第１の実施
例のＮｄと同じ目的で添加したものである。ルチルの屈
折率温度係数はＣ軸方向で−４，２Ｘ１０ ’Ｋ ’で
あることが知られてお９寸法は直径８．２ｍ、長さ１５
ｍ＊のロッドを用いている。Ｃ軸方向ロッドを用いた
のはルチルは正方晶系に属しこれ以外の方向では立万晶
糸のＹＡＧと異なシ大きな複屈折性を有するからである
。この場合の出力特性を第２図のＥで示す。第１の実施
例と殆んど同じ効果を示す事が明ら〃１である。
以上の実施例では屈折率の温度係数が正でちるＹＡＧレ
ーザロッドに対して、屈折率の温度係数が負の材料を素
子として用いたが、屈折率の温度係数が負のレーザロッ
ドの場合は正の係数の素子が有効であることは云うまで
もない、またノーザロノドとしてＹＡＧ以外の場合も本
発明が有効であることも云うまでもない１、
ーザロッドに対して、屈折率の温度係数が負の材料を素
子として用いたが、屈折率の温度係数が負のレーザロッ
ドの場合は正の係数の素子が有効であることは云うまで
もない、またノーザロノドとしてＹＡＧ以外の場合も本
発明が有効であることも云うまでもない１、
第１図は従来の固体Ｖ−ザ装置の一例をボす説明図、第
２図は従来および本発明の実施例にょるレーザ出力特性
を示すグラフである。第３図は本発明の固体レーザ発振
器の実施例の説明図である。 １・・・レーザロッド、２・・・クリプト／アークラン
プ、３・・・電源、４・・・集光器、５．６・・・反射
鏡１・・７・・・レーザロッドとは屈折率の温度係数の
符号が反対の素子。
２図は従来および本発明の実施例にょるレーザ出力特性
を示すグラフである。第３図は本発明の固体レーザ発振
器の実施例の説明図である。 １・・・レーザロッド、２・・・クリプト／アークラン
プ、３・・・電源、４・・・集光器、５．６・・・反射
鏡１・・７・・・レーザロッドとは屈折率の温度係数の
符号が反対の素子。
Claims (1)
- 固体レーザ発振素子の共振器軸上に、発振素子を構成す
る物質の屈折率の温度係数が正である場合は、屈折率が
負の温度係数を持つ物質、反対に発振素子構成物質の屈
折率が負の温度係数を持つ場合は屈折率が正の温度係数
を持つ物質、を用いて構成された素子を配列することを
％敵とする固体レー・ザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6947783A JPS59195892A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 固体レ−ザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6947783A JPS59195892A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 固体レ−ザ発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59195892A true JPS59195892A (ja) | 1984-11-07 |
Family
ID=13403802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6947783A Pending JPS59195892A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 固体レ−ザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59195892A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885752A (en) * | 1988-03-28 | 1989-12-05 | Hughes Aircraft Company | Crystal modulated laser with improved resonator |
| JPH0344983A (ja) * | 1989-07-12 | 1991-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置 |
| JPH10284775A (ja) * | 1997-04-09 | 1998-10-23 | Toshiba Corp | 固体レーザ装置 |
| US5912912A (en) * | 1997-09-05 | 1999-06-15 | Coherent, Inc. | Repetitively-pulsed solid-state laser having resonator including multiple different gain-media |
| WO2003084009A1 (fr) * | 2002-03-29 | 2003-10-09 | Kataoka Corporation | Dispositif laser solide |
| JP2007095723A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Konoshima Chemical Co Ltd | 固体レーザー |
| DE19714175B4 (de) * | 1996-03-25 | 2008-07-17 | Koch, Ralf, Dr. | Verfahren zur Kompensation der thermischen Linse in optisch gepumpten Festkörper-Laser-Medien |
-
1983
- 1983-04-20 JP JP6947783A patent/JPS59195892A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4885752A (en) * | 1988-03-28 | 1989-12-05 | Hughes Aircraft Company | Crystal modulated laser with improved resonator |
| JPH0344983A (ja) * | 1989-07-12 | 1991-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置 |
| JP2738038B2 (ja) * | 1989-07-12 | 1998-04-08 | 三菱電機株式会社 | 固体レーザ装置 |
| DE19714175B4 (de) * | 1996-03-25 | 2008-07-17 | Koch, Ralf, Dr. | Verfahren zur Kompensation der thermischen Linse in optisch gepumpten Festkörper-Laser-Medien |
| JPH10284775A (ja) * | 1997-04-09 | 1998-10-23 | Toshiba Corp | 固体レーザ装置 |
| US5912912A (en) * | 1997-09-05 | 1999-06-15 | Coherent, Inc. | Repetitively-pulsed solid-state laser having resonator including multiple different gain-media |
| WO1999013540A3 (en) * | 1997-09-05 | 1999-06-24 | Coherent Inc | Repetitively-pulsed solid-state laser having resonator including multiple different gain-media |
| US6115402A (en) * | 1997-09-05 | 2000-09-05 | Coherent, Inc. | Solid-state laser having resonator configured for compensating for thermal lensing |
| WO2003084009A1 (fr) * | 2002-03-29 | 2003-10-09 | Kataoka Corporation | Dispositif laser solide |
| JP2007095723A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Konoshima Chemical Co Ltd | 固体レーザー |
| JP4705831B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2011-06-22 | 神島化学工業株式会社 | 固体レーザー |
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