JPS62189783A - レ−ザ−ダイオ−ドポンピング固体レ−ザ− - Google Patents
レ−ザ−ダイオ−ドポンピング固体レ−ザ−Info
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- JPS62189783A JPS62189783A JP61299049A JP29904986A JPS62189783A JP S62189783 A JPS62189783 A JP S62189783A JP 61299049 A JP61299049 A JP 61299049A JP 29904986 A JP29904986 A JP 29904986A JP S62189783 A JPS62189783 A JP S62189783A
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- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
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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】
[発明の背景]
本発明は、一般にレーザーに関し、特にNd:YAGレ
ーザーのような固体レーザーに関する。
ーザーのような固体レーザーに関する。
多数の異なる種類の固体レーザーが1発見され、主物質
、主物質がドーピングされる活性レーシングイオン、及
び出力特性によってそれぞれ区別されている。これらの
うち、主にルビー、Nd:YAG及びNdでドーピング
されるガラスレーザー装置が、工業上及び実験室環境で
重要である。これらは、穿孔、溶接、切断及び罫書を″
含む材料処理方法に特に役に立つ。
、主物質がドーピングされる活性レーシングイオン、及
び出力特性によってそれぞれ区別されている。これらの
うち、主にルビー、Nd:YAG及びNdでドーピング
されるガラスレーザー装置が、工業上及び実験室環境で
重要である。これらは、穿孔、溶接、切断及び罫書を″
含む材料処理方法に特に役に立つ。
広く多様なNd:YAGレーザー及び工業的装置が、現
在製造されている。これらの有効性及び多用途性は、そ
れらが多数の異なる方法で動作可能であるという事実に
一部依存している。
在製造されている。これらの有効性及び多用途性は、そ
れらが多数の異なる方法で動作可能であるという事実に
一部依存している。
しかしなから、Nd:YAGレーザーは、これらのポン
ピング源が一代表的にアーク、白熱電球、又は発光ダイ
オードであるという制限のため、かなり寿命が短く、か
なり効率が悪いことが証明された。
ピング源が一代表的にアーク、白熱電球、又は発光ダイ
オードであるという制限のため、かなり寿命が短く、か
なり効率が悪いことが証明された。
アーク又は白熱電球によるポンピングは、寿命が制限さ
れるため望ましくない。電球自体が、数百時間の寿命し
かなく、定期的に取替えることが必要である。さらに、
それらは、YAG物質自体を減成させる傾向があり、不
必要で損傷を与える紫外線放射を発生させる。
れるため望ましくない。電球自体が、数百時間の寿命し
かなく、定期的に取替えることが必要である。さらに、
それらは、YAG物質自体を減成させる傾向があり、不
必要で損傷を与える紫外線放射を発生させる。
発光ダイオードによるポンピングは、電力及び収束可能
性が制限され、効率が低いため、望ましくない。発光の
波長は、非常に広く、Nd:YAG吸収ラインと整合し
ない、さらに、発光ダイオードは、それらがNd:YA
Gレーザーのためにポンピング源として利用されるとき
、固有の制限をもたらす広い放射スペクトルを有する。
性が制限され、効率が低いため、望ましくない。発光の
波長は、非常に広く、Nd:YAG吸収ラインと整合し
ない、さらに、発光ダイオードは、それらがNd:YA
Gレーザーのためにポンピング源として利用されるとき
、固有の制限をもたらす広い放射スペクトルを有する。
これらの源によってポンピングされる例示的Nd:YA
Gレーザーは、以下の文献で開示されている。
Gレーザーは、以下の文献で開示されている。
F、1. Ostermayer、 Jr、、 卸LL
乃し■Lett、ヨVo1.18. No、3(197
1)p、93: N、P、 [Iarnes、 J、
皿。
乃し■Lett、ヨVo1.18. No、3(197
1)p、93: N、P、 [Iarnes、 J、
皿。
助り山胆、 Vol、44. No、I(1973)
p、230; R,B、 Che−sler and
D、A、 Draegert、 伯虫助り株Lett、
。
p、230; R,B、 Che−sler and
D、A、 Draegert、 伯虫助り株Lett、
。
Vol、23. No、5(1973)p、235;
R,B、 A11en and S、J。
R,B、 A11en and S、J。
5calisa、 7 %し=tt、、 Vol、14
. No、6(1969) p、188; and W
、 Culshaw、 J、 Kannelandan
d J、E、 Peterson、ムQ、uant、
Elect、、 Vol、 QE−10,No、2
(1974) p、253゜しかしなから、低電力か
ら高電力まで適用するためにより効率がよく、長寿命の
Nd:YAGレーザーが必要とされる。さらに、長寿命
で効率がよく、可視光レンジ及び他の波長での適用に適
した周波数2倍化Nd:YAGレーザーが必要とされて
いる。また、振幅ノイズが低いレーザーが必要とされて
いる。さらに、パルスさ九た出力を有するレーザーが必
要とされている。また、Nd:YAGに加えて、他のネ
オジムドープ又は他の希土類ドープ固体材料(以後、一
般にRE:固体と呼ぶ)を用いる一群のレーザーを生産
することが望まれる。
. No、6(1969) p、188; and W
、 Culshaw、 J、 Kannelandan
d J、E、 Peterson、ムQ、uant、
Elect、、 Vol、 QE−10,No、2
(1974) p、253゜しかしなから、低電力か
ら高電力まで適用するためにより効率がよく、長寿命の
Nd:YAGレーザーが必要とされる。さらに、長寿命
で効率がよく、可視光レンジ及び他の波長での適用に適
した周波数2倍化Nd:YAGレーザーが必要とされて
いる。また、振幅ノイズが低いレーザーが必要とされて
いる。さらに、パルスさ九た出力を有するレーザーが必
要とされている。また、Nd:YAGに加えて、他のネ
オジムドープ又は他の希土類ドープ固体材料(以後、一
般にRE:固体と呼ぶ)を用いる一群のレーザーを生産
することが望まれる。
[発明の概要]
従って、本発明の目的は、効率がよく、寿命が長い空胴
内周波数2倍化RE:固体レーザーを提供することであ
る。
内周波数2倍化RE:固体レーザーを提供することであ
る。
本発明の他の目的は、コンパクトな空胴内周波数2倍化
RE:固体レーザーを提供することである。
RE:固体レーザーを提供することである。
本発明の他の目的は、効率がよく、寿命が長く、比較的
コンパクトなレーザーダイオードでポンピングされる空
胴内周波数2倍化RE:固体レーザーを提供することで
ある。
コンパクトなレーザーダイオードでポンピングされる空
胴内周波数2倍化RE:固体レーザーを提供することで
ある。
本発明の他の目的は、振幅ノイズが低いRE;固体レー
ザーを提供することである。
ザーを提供することである。
本発明の他の目的は、パルスされた出力を有するRE:
固体レーザーを提供することである。
固体レーザーを提供することである。
本発明の他の目的は、効率がよく、寿命が長く。
比較的コンパクトな設計で、周波数2倍化のない。
レーザーダイオードポンピングRE:固体レーザーを提
供することである。
供することである。
本発明の他の目的は、高電力レーザーダイオードアレー
によって効率のよいポンピングを可能とし、可視に対し
て効率のよい空胴内周波数2倍化をもたらす、RE:固
体レーザーのための空胴設計を提供することである。
によって効率のよいポンピングを可能とし、可視に対し
て効率のよい空胴内周波数2倍化をもたらす、RE:固
体レーザーのための空胴設計を提供することである。
本発明の他の目的は、効率のよい空胴内周波数2倍化を
可能にするRE:固体レーザーの偏光を制御するための
手段を提供することである。
可能にするRE:固体レーザーの偏光を制御するための
手段を提供することである。
本発明の他の目的は、RE:固体レーザーを用いて利用
されるレーザーダイオードポンピング源の周波数を制御
する手段を提供することである。
されるレーザーダイオードポンピング源の周波数を制御
する手段を提供することである。
他の目的は、レーザーダイオードアレーによってポンピ
ングされるRE;固体ロッドを用いて、可視スペクトル
及び近赤外レンジでRE:固体レーザービームを生成す
るための効率のよい方法を提供することである。
ングされるRE;固体ロッドを用いて、可視スペクトル
及び近赤外レンジでRE:固体レーザービームを生成す
るための効率のよい方法を提供することである。
本発明のこれらの目的及び他の目的は、効率がよく、レ
ーザーダイオードでポンピングされるコンパクトなRE
:固体レーザーを提供することによって達成される。こ
のレーザーは、前端及び後端を有するRE:固体レーザ
ーロッド;そのレーザーロッドを固定位置でその中にロ
ッドの前端を先にして保持するための手段を有するハウ
ジング;レーザーロッドをポンピングし、レーザーロッ
ドに十分に整合してロッドをポンピングする出力周波数
を有し、さらにロッドの後方でロッドに整合してハウジ
ング内で固定された。レーザー口ッドをポンピングする
ためのレーザーダイオード又はダイオードアレー;前端
のレーザー空胴のための鏡面及びレーザー空胴の後端の
ための後部鏡手段を含み、空胴内にロッドが位置づけら
れた出力カップラー手段から成っている。必要な偏光手
段が空胴内に含まれて効率のよい周波数2倍化を容易に
するためにレーザービームを偏光するならば、周波数ダ
ブラ−がレーザー空胴内に位置づけられてレーザーロッ
ドの適切に偏光された出力ビームを受けてその波長を半
分にし且つその周波数を2倍化する。Nd:YAGに加
えて、ロッドに好適な他の物質として、Nd: YLF
、Nd: YAP及びNd:YALOが含まれる。
ーザーダイオードでポンピングされるコンパクトなRE
:固体レーザーを提供することによって達成される。こ
のレーザーは、前端及び後端を有するRE:固体レーザ
ーロッド;そのレーザーロッドを固定位置でその中にロ
ッドの前端を先にして保持するための手段を有するハウ
ジング;レーザーロッドをポンピングし、レーザーロッ
ドに十分に整合してロッドをポンピングする出力周波数
を有し、さらにロッドの後方でロッドに整合してハウジ
ング内で固定された。レーザー口ッドをポンピングする
ためのレーザーダイオード又はダイオードアレー;前端
のレーザー空胴のための鏡面及びレーザー空胴の後端の
ための後部鏡手段を含み、空胴内にロッドが位置づけら
れた出力カップラー手段から成っている。必要な偏光手
段が空胴内に含まれて効率のよい周波数2倍化を容易に
するためにレーザービームを偏光するならば、周波数ダ
ブラ−がレーザー空胴内に位置づけられてレーザーロッ
ドの適切に偏光された出力ビームを受けてその波長を半
分にし且つその周波数を2倍化する。Nd:YAGに加
えて、ロッドに好適な他の物質として、Nd: YLF
、Nd: YAP及びNd:YALOが含まれる。
好適実施例で1本発明のレーザーダイオードアレーポン
ピング装置の特定の特徴が、レーザーポンピングでの効
率、ビームの周波数2倍化及び偏光、振幅ノイズの抑制
、並びにパルスされた出力動作だけでなく、効率が高く
コンパクトな構成のために含まれる。
ピング装置の特定の特徴が、レーザーポンピングでの効
率、ビームの周波数2倍化及び偏光、振幅ノイズの抑制
、並びにパルスされた出力動作だけでなく、効率が高く
コンパクトな構成のために含まれる。
本発明は、高電力レーザーダイオードアレーによって効
率のよいポンピングを可能にする空胴内周波数2倍化R
E:固体レーザーを提供する。さらに1本発明は、レー
シング量の増加をもたらしてレーザーダイオードアレー
の収束された像を整合させる。空胴内のくびれが、開示
され、効率のよい周波数2倍化をもたらす。好適な折曲
げ空胴形状で、1対の空胴内のくびれが設けられる。
率のよいポンピングを可能にする空胴内周波数2倍化R
E:固体レーザーを提供する。さらに1本発明は、レー
シング量の増加をもたらしてレーザーダイオードアレー
の収束された像を整合させる。空胴内のくびれが、開示
され、効率のよい周波数2倍化をもたらす。好適な折曲
げ空胴形状で、1対の空胴内のくびれが設けられる。
レーザーダイオードアレーが、出力ビームの収束可能性
が限定的であるにもかかわらず多量の電力をもたらす6
例えば、1列になった10個のエミッタを有し、その各
々が長円形ビーム形状を有するマルチストリップアレー
を用いて、放出されるビームのコンビレ−ジョンは、結
局非常に多くの空間構造を有する長方形幾何形状のビー
ムになる。都合のよいことに、本発明は、レーシング量
を増加してレーザーダイオードアレーの収束した像と整
合するように設計された空胴を設けることによってこの
欠点を克服し、それによって、これらの高い電力効率を
、これらの悪い収束特性にもかかわらず利用することが
できる。
が限定的であるにもかかわらず多量の電力をもたらす6
例えば、1列になった10個のエミッタを有し、その各
々が長円形ビーム形状を有するマルチストリップアレー
を用いて、放出されるビームのコンビレ−ジョンは、結
局非常に多くの空間構造を有する長方形幾何形状のビー
ムになる。都合のよいことに、本発明は、レーシング量
を増加してレーザーダイオードアレーの収束した像と整
合するように設計された空胴を設けることによってこの
欠点を克服し、それによって、これらの高い電力効率を
、これらの悪い収束特性にもかかわらず利用することが
できる。
本発明はさらに、幾つかの適用で周波数2倍化なしに、
低電力から高電力まで効率のよい近赤外レーザービーム
を生じるのに有利である。
低電力から高電力まで効率のよい近赤外レーザービーム
を生じるのに有利である。
本発明に従う方法で、RE:固体レーザーロッドが、レ
ーザーダイオードによってポンピングされて近赤外レン
ジで出力を生じる。その出力は、空胴内周波数2倍化を
用いて2倍化されて可視ビームを生じうる。ビームの偏
光は、効率のよい周波数2倍化のためレーザーロッド自
体によって又は他の空胴内で行なわれる。
ーザーダイオードによってポンピングされて近赤外レン
ジで出力を生じる。その出力は、空胴内周波数2倍化を
用いて2倍化されて可視ビームを生じうる。ビームの偏
光は、効率のよい周波数2倍化のためレーザーロッド自
体によって又は他の空胴内で行なわれる。
振幅ノイズが、空胴内に配置されたエタロンによって、
或いは変形的に環状の空胴形状又は4分の1波長板によ
って抑制される。パルスされた動作は、Qスイッチを用
いて得られる。
或いは変形的に環状の空胴形状又は4分の1波長板によ
って抑制される。パルスされた動作は、Qスイッチを用
いて得られる。
本発明のさらに他の目的が、以下の好適実施例の説明及
び特許請求の範囲から明らかになるとともに図面で説明
されている。図面は、例として、本発明の好適実施例及
びその本質、それら本質を適用するように意図される最
良の形態と考えられるものを示す。その同−又は均等の
本質を実施する本発明の他の実施例が用いられ、構造上
の変化が本発明及び特許請求の範囲を逸脱することなく
当業者によって所望されるように行なわれてもよい。
び特許請求の範囲から明らかになるとともに図面で説明
されている。図面は、例として、本発明の好適実施例及
びその本質、それら本質を適用するように意図される最
良の形態と考えられるものを示す。その同−又は均等の
本質を実施する本発明の他の実施例が用いられ、構造上
の変化が本発明及び特許請求の範囲を逸脱することなく
当業者によって所望されるように行なわれてもよい。
[好適実施例の説明]
図面において、第1図は、ネオジム−YAGレーザー組
立体10の縦断面図を示す。レーザー10の主要成分は
、ネオジム−YAGレーザ−ロッド11及び組立体の後
方に向かうレーザーダイオード12である0組立体はレ
ンズ13及び14を含み、これらレンズを通ってレーザ
ーダイオードビームは途中でレーザーロッド11を通過
する。
立体10の縦断面図を示す。レーザー10の主要成分は
、ネオジム−YAGレーザ−ロッド11及び組立体の後
方に向かうレーザーダイオード12である0組立体はレ
ンズ13及び14を含み、これらレンズを通ってレーザ
ーダイオードビームは途中でレーザーロッド11を通過
する。
さらに組立体は、レーザーロッドの出力側にある周波数
ダブラ−16(破線)、組立体の前端にある(前面が鏡
から成る)出力力ップラー17、組立体の後部にあるヒ
ートシンク18、ダイオード12とヒートシンク18と
の間にあるペルチェ冷却器19、及びハウジング21を
含む。ハウジング21は、前部ハウジング成分22及び
後部ハウジング成分23から成ってもよく、このハウジ
ング21に対して前記動作成分のすべてが取り付けられ
ている。さらに、温度制御装[24及び電源26が、組
立体に含まれる。
ダブラ−16(破線)、組立体の前端にある(前面が鏡
から成る)出力力ップラー17、組立体の後部にあるヒ
ートシンク18、ダイオード12とヒートシンク18と
の間にあるペルチェ冷却器19、及びハウジング21を
含む。ハウジング21は、前部ハウジング成分22及び
後部ハウジング成分23から成ってもよく、このハウジ
ング21に対して前記動作成分のすべてが取り付けられ
ている。さらに、温度制御装[24及び電源26が、組
立体に含まれる。
電源26は、レーザーダイオード12に電力を供給して
、レーザーダイオード12にレーザーダイオードビーム
27を放出させ、幾らかのむだな熱を生じさせる。この
熱は、ペルチェ冷却器19及びヒートシンク18によっ
て除去される。温度制御装置24は、ペルチェ冷却器1
9に接続して示され、ダイオードの温度を調整し且つ温
度によってそのダイオードをNd:YAGレーザ−ロッ
ド11のポンピングのために正確な波長に同調させる。
、レーザーダイオード12にレーザーダイオードビーム
27を放出させ、幾らかのむだな熱を生じさせる。この
熱は、ペルチェ冷却器19及びヒートシンク18によっ
て除去される。温度制御装置24は、ペルチェ冷却器1
9に接続して示され、ダイオードの温度を調整し且つ温
度によってそのダイオードをNd:YAGレーザ−ロッ
ド11のポンピングのために正確な波長に同調させる。
レーザーダイオード12は、アメリカ合衆国カリフォル
ニア用サン・ホセ゛、ノース・ファースト・ストリート
3333にあるスペクトラ・ダイオード・ラブダによっ
て製造されるモデルNo、2410として識別されるヒ
化ガリウムアルミニウム(GaAIAs)レーザーダイ
オードアレーであってもよい。レーザーダイオード12
はNd−YAGロッドの励起のために適切な波長に近づ
くべく製造されるが、温度制御装置はダイオードの出力
ビーム27の精密な「同調」のために必要とされる。−
好適実施例で、レーザーダイオード12は、Nd−YA
Gロッド11のポンピングのために適切な波長、実質的
に0.808ミクロンの波長でビームを放出する。その
ようなレーザーダイオードは、約20%の効率を有する
。
ニア用サン・ホセ゛、ノース・ファースト・ストリート
3333にあるスペクトラ・ダイオード・ラブダによっ
て製造されるモデルNo、2410として識別されるヒ
化ガリウムアルミニウム(GaAIAs)レーザーダイ
オードアレーであってもよい。レーザーダイオード12
はNd−YAGロッドの励起のために適切な波長に近づ
くべく製造されるが、温度制御装置はダイオードの出力
ビーム27の精密な「同調」のために必要とされる。−
好適実施例で、レーザーダイオード12は、Nd−YA
Gロッド11のポンピングのために適切な波長、実質的
に0.808ミクロンの波長でビームを放出する。その
ようなレーザーダイオードは、約20%の効率を有する
。
図面で幾分概略的に図示するように、ダイオード12は
、ダイオードクランプ28によってハウジング内で保持
されてもよい。
、ダイオードクランプ28によってハウジング内で保持
されてもよい。
固定レンズマウント31が、ハウジングの一部で固定さ
れる。マウント31は、前方ハウジング成分22の後方
端フランジ32であってもよく、内部の固定位置でレン
ズ13を保持する。固定レンズ13は、コリメーティン
グレンズとして作用し、発散するビーム27をレーザー
ダイオードアレー12から実質的に平行なビームに変換
する。
れる。マウント31は、前方ハウジング成分22の後方
端フランジ32であってもよく、内部の固定位置でレン
ズ13を保持する。固定レンズ13は、コリメーティン
グレンズとして作用し、発散するビーム27をレーザー
ダイオードアレー12から実質的に平行なビームに変換
する。
次に平行にされたレーザーダイオードビーム27aは、
収束レンズであるレンズ14を通過して、ビームをNd
−YAG結晶11の後端に収束させる0図示のとおり、
収束レンズ14は、調節可能であり、調節可能なレンズ
スプール33上に取り付けられる。スプール33は、図
示のとおりネジ穴内で回転可能であり、レンズ14の前
後方向の位置を調節する。開口34が好適に前方ハウジ
ング成分22内に設けられ、調節可能なレンズスプール
33に接近して、レンズスプール内の一連の穴36を介
してスプール33を回転させることができる。
収束レンズであるレンズ14を通過して、ビームをNd
−YAG結晶11の後端に収束させる0図示のとおり、
収束レンズ14は、調節可能であり、調節可能なレンズ
スプール33上に取り付けられる。スプール33は、図
示のとおりネジ穴内で回転可能であり、レンズ14の前
後方向の位置を調節する。開口34が好適に前方ハウジ
ング成分22内に設けられ、調節可能なレンズスプール
33に接近して、レンズスプール内の一連の穴36を介
してスプール33を回転させることができる。
収束した収束レーザーダイオードビーム27bは、Nd
−YAGレーザ−ロッド11に入り、ロンド内のネオジ
ム原子を励起して近赤外レンジでレーザービームを生成
する。
−YAGレーザ−ロッド11に入り、ロンド内のネオジ
ム原子を励起して近赤外レンジでレーザービームを生成
する。
Nd−YAGレーザーロンロッためのレーザー空胴が、
出力力ップラーと、対置する後部鏡との間で画成される
。カップラー17は部分的鏡面から成り、対置する後部
鏡はNd−YAGロッド11の後部のどこかに設置され
る。本発明の一実施例で、レーザ−ロッド11自体の後
面39は、1.06ミクロンでかなり反射するようにコ
ーティングされ、レーザー空胴の後部鏡として役立つ、
これはまた、第4図で示され、Nd−YAGロッド11
を拡大図で示す、ここで及び特許請求の範囲で用いられ
る用語「鏡」は部分的鏡となっているものを含むことに
注意されたい。
出力力ップラーと、対置する後部鏡との間で画成される
。カップラー17は部分的鏡面から成り、対置する後部
鏡はNd−YAGロッド11の後部のどこかに設置され
る。本発明の一実施例で、レーザ−ロッド11自体の後
面39は、1.06ミクロンでかなり反射するようにコ
ーティングされ、レーザー空胴の後部鏡として役立つ、
これはまた、第4図で示され、Nd−YAGロッド11
を拡大図で示す、ここで及び特許請求の範囲で用いられ
る用語「鏡」は部分的鏡となっているものを含むことに
注意されたい。
Nd−YAGレーザ−ロッド11の前方には、空胴内周
波数ダブラ−16がある0周波数ダブラ−16は、必ず
しもそうでなくともよいが好適には組立体10内に含ま
れる。Nd−YAGレーザ−ロッド11から出射するレ
ーザービーム41は、周波数ダブラ−16を通過する0
周波数ダブラ−16で、その波長は半分となり、その周
波数は2倍化される。好適に1周波数ダブラ−16は、
この目的のため理想に近い周波数2倍化素子であり、K
TP、LiNb0.及びLLIO3を含む一部から選択
される。KTP結晶が、適切で好適な周波数ダブラ−で
あり1本発明に関係した波長で効率のよい2倍化素子で
ある。KTP結晶周波数ダブラ−の電力出力は1.06
ミクロンレーザービーム電力の増加につれてほぼ2乗で
増加し、この周波数ダブラーを利用する装置の効率は低
電力より高電力でかなり大きくなる。
波数ダブラ−16がある0周波数ダブラ−16は、必ず
しもそうでなくともよいが好適には組立体10内に含ま
れる。Nd−YAGレーザ−ロッド11から出射するレ
ーザービーム41は、周波数ダブラ−16を通過する0
周波数ダブラ−16で、その波長は半分となり、その周
波数は2倍化される。好適に1周波数ダブラ−16は、
この目的のため理想に近い周波数2倍化素子であり、K
TP、LiNb0.及びLLIO3を含む一部から選択
される。KTP結晶が、適切で好適な周波数ダブラ−で
あり1本発明に関係した波長で効率のよい2倍化素子で
ある。KTP結晶周波数ダブラ−の電力出力は1.06
ミクロンレーザービーム電力の増加につれてほぼ2乗で
増加し、この周波数ダブラーを利用する装置の効率は低
電力より高電力でかなり大きくなる。
レーザービームは、周波数2倍化の効率を最大にするた
めにレーザー空胴内で偏光されるべきである。空胴内周
波数ダブラ−16のみが、一定の軸に沿って偏光した入
射光を変換する。偏光されない光は、直交軸に沿ってダ
ブラ−16を通過し、周波数変換されないであろう。従
って、入射レーザービームは、ダブラ−16の軸と一致
するように偏光されるべきである。このことは、幾つか
の異なる方法で達成することができる。
めにレーザー空胴内で偏光されるべきである。空胴内周
波数ダブラ−16のみが、一定の軸に沿って偏光した入
射光を変換する。偏光されない光は、直交軸に沿ってダ
ブラ−16を通過し、周波数変換されないであろう。従
って、入射レーザービームは、ダブラ−16の軸と一致
するように偏光されるべきである。このことは、幾つか
の異なる方法で達成することができる。
本発明に従う好適な一方法は、Nd:YAGロッド11
に横応力を簡単に加える方法であり、応力の軸に沿った
ビーム偏光を生じる効果を有する。
に横応力を簡単に加える方法であり、応力の軸に沿った
ビーム偏光を生じる効果を有する。
応力及びそれによって生じるビーム偏光の軸は。
変換を最大にするようにダブラ−16の変換軸に対して
方向づけられるべきである。
方向づけられるべきである。
本発明に従って、レーザーロッド11の横応力の印加は
、図示のようにハウジング成分22内に螺合した簡単な
止めねじ又は応力ねじ42によって達成されてもよい。
、図示のようにハウジング成分22内に螺合した簡単な
止めねじ又は応力ねじ42によって達成されてもよい。
レーザーロッドに対する横応力が実質的に一定であるこ
とが重要であり、止めねじとレーザーロッド11との間
に、止めねじ42を含む組立体に対する強い圧縮ばね、
例えばベレビルワッシャ(Belleville wa
sher )を加えることは有益であろう。これは第1
図では示さないが、止めねじ42と接触するベレビルワ
ッシャ43の概略図が第2A図で含まれており、ベレビ
ルワッシャ43の力はスペーサ部材44によってNd−
YAGロッド11の側部に印加されている。
とが重要であり、止めねじとレーザーロッド11との間
に、止めねじ42を含む組立体に対する強い圧縮ばね、
例えばベレビルワッシャ(Belleville wa
sher )を加えることは有益であろう。これは第1
図では示さないが、止めねじ42と接触するベレビルワ
ッシャ43の概略図が第2A図で含まれており、ベレビ
ルワッシャ43の力はスペーサ部材44によってNd−
YAGロッド11の側部に印加されている。
第2A図、第2B図及び第2C図は、レーザーダイオー
ド及びNd−YAGレーザー組立体の主要成分を概略的
に示し、さらにレーザービーム41で偏光を形成するた
めの3つの異なる装置を示す。
ド及びNd−YAGレーザー組立体の主要成分を概略的
に示し、さらにレーザービーム41で偏光を形成するた
めの3つの異なる装置を示す。
第2A図において、前述のとおりNd−YAGロッド自
体の横応力を図示している。第2B図は1周波数ダブラ
−16と前端鏡面17との間で4分の1波長板46が用
いられる変形的方法を示す。第2C図は、ブルースター
板、すなわち、ブルースター角で配向された1片のガラ
ス、を使用した図を示す。レーザー空胴内で偏光を制御
することが重要である。
体の横応力を図示している。第2B図は1周波数ダブラ
−16と前端鏡面17との間で4分の1波長板46が用
いられる変形的方法を示す。第2C図は、ブルースター
板、すなわち、ブルースター角で配向された1片のガラ
ス、を使用した図を示す。レーザー空胴内で偏光を制御
することが重要である。
本発明の他の重要な特徴が、レーザー空胴内でのビーム
形状に関する。第1図、第2A図、第2B図及び第2C
図で示すように、出力力ツプラーにある部分的鏡面17
は好適には凹面である。さらにNd−YAGレーザ−ロ
ッド11の前端面48は凸面であってもよいことが、こ
れらの図及び第4図で示されている。Nd−YAGレー
ザ−ロッドの前部の曲率は、約15ミリメートル半径の
球面の曲率であってもよく、事実上、放射を収束する傾
向があるレーザー空胴内にレンズを置く。空胴内でのビ
ームの形状でこのレンズと共働するのは。
形状に関する。第1図、第2A図、第2B図及び第2C
図で示すように、出力力ツプラーにある部分的鏡面17
は好適には凹面である。さらにNd−YAGレーザ−ロ
ッド11の前端面48は凸面であってもよいことが、こ
れらの図及び第4図で示されている。Nd−YAGレー
ザ−ロッドの前部の曲率は、約15ミリメートル半径の
球面の曲率であってもよく、事実上、放射を収束する傾
向があるレーザー空胴内にレンズを置く。空胴内でのビ
ームの形状でこのレンズと共働するのは。
出力力ップラー鏡17である。
第3図のグラフは、全体的にレーザー空胴内で側面から
見たレーザービーム41を示す。そのグラフは、ビーム
くびれ50、すなわち、′2つの鏡面の間のレーザー空
胴内で共振するときのレーザービームの狭い部分、を形
成するビーム形状を示す。第3図の説明で、後部鏡面は
、Nd−YAGレーザ−ロッドの平坦な後面39である
と仮定される。
見たレーザービーム41を示す。そのグラフは、ビーム
くびれ50、すなわち、′2つの鏡面の間のレーザー空
胴内で共振するときのレーザービームの狭い部分、を形
成するビーム形状を示す。第3図の説明で、後部鏡面は
、Nd−YAGレーザ−ロッドの平坦な後面39である
と仮定される。
レーザーロッドの前部にあるレンズ面48の曲率半径の
変化は、ビームくびれ50の大きさに影響を及ぼすこと
がわかっている。曲率半径が小さくなると1周波数2倍
化処理を高める、より小さいくびれを生じるであろう。
変化は、ビームくびれ50の大きさに影響を及ぼすこと
がわかっている。曲率半径が小さくなると1周波数2倍
化処理を高める、より小さいくびれを生じるであろう。
本発明に従って、ビームくびれ、50を他の設計理由に
対して実用的な最小の直径(レーザーロッドの前端48
での許容レンジの半径を含む)まで縮小し、さらに、ビ
ームくびれにKTP周波周波数化倍化結晶置することは
、レーザーの効率のために有益であることがわかってい
る。実用的な最小のくびれ直径は、図示する実施例の場
合、約40ミクロンであろう。
対して実用的な最小の直径(レーザーロッドの前端48
での許容レンジの半径を含む)まで縮小し、さらに、ビ
ームくびれにKTP周波周波数化倍化結晶置することは
、レーザーの効率のために有益であることがわかってい
る。実用的な最小のくびれ直径は、図示する実施例の場
合、約40ミクロンであろう。
本発明に従うビーム形状の他の特色が、YAGロッドの
内部の共振ビームのビーム量を、YAG結晶を励起する
レーザーダイオードビームの大きさに整合させることに
関する。YAGロッドの前部にあるレンズ形状端部48
及び出力力ツプラー凹面鏡17と、ロッドの鏡の後部3
9との結合は。
内部の共振ビームのビーム量を、YAG結晶を励起する
レーザーダイオードビームの大きさに整合させることに
関する。YAGロッドの前部にあるレンズ形状端部48
及び出力力ツプラー凹面鏡17と、ロッドの鏡の後部3
9との結合は。
第3図のグラフ上の位置51、すなわち、YAOロッド
内でビームの大きさが適切な量に調節されるのを可能に
する。レーザーダイオードからYAG結晶に収束したビ
ームは、ロンド内でのネオジム原子の有効な励起のため
、レーザー内部のビーム。量51と重なり合わなければ
ならない。ポンピング量は、レーシング量とほぼ同一で
なければならない。YAG結晶内のレーザービーム量が
小さすぎるならば、レーザーダイオードビームからのポ
ンピング量はそのレーザービーム量と十分には整合せず
、これはレーザーの効率の減少をもたらす。
内でビームの大きさが適切な量に調節されるのを可能に
する。レーザーダイオードからYAG結晶に収束したビ
ームは、ロンド内でのネオジム原子の有効な励起のため
、レーザー内部のビーム。量51と重なり合わなければ
ならない。ポンピング量は、レーシング量とほぼ同一で
なければならない。YAG結晶内のレーザービーム量が
小さすぎるならば、レーザーダイオードビームからのポ
ンピング量はそのレーザービーム量と十分には整合せず
、これはレーザーの効率の減少をもたらす。
レーザーロッド上のレンズ形状端部48.出力力ップラ
ー鏡17及びその曲率半径、レンズ48から後部空胴f
i39(好適にはYAGロッドの平坦な後端面上にある
)までの距離(好適には約5ミリメートル)、並びに(
実用的な最小の大きさからなる)ビームくびれ50での
KTP2倍化結晶の配置、の結合は、かなり有効な周波
数2倍化レーザー出力をもたらす。出力力ップラーでの
凹面鏡17の曲率半径は、本発明の一好適実施例で。
ー鏡17及びその曲率半径、レンズ48から後部空胴f
i39(好適にはYAGロッドの平坦な後端面上にある
)までの距離(好適には約5ミリメートル)、並びに(
実用的な最小の大きさからなる)ビームくびれ50での
KTP2倍化結晶の配置、の結合は、かなり有効な周波
数2倍化レーザー出力をもたらす。出力力ップラーでの
凹面鏡17の曲率半径は、本発明の一好適実施例で。
好適には約37ミリメードルである。凹面鏡とKTP結
晶の前端との間の距離は、約31ミリメートルであろう
。また、約5ミリメートルの長さのKTP結晶を用いる
ことができる。KTP結晶の後部からYAGロッドのレ
ンズ形状の前部までは、約22ミリメートルであろう。
晶の前端との間の距離は、約31ミリメートルであろう
。また、約5ミリメートルの長さのKTP結晶を用いる
ことができる。KTP結晶の後部からYAGロッドのレ
ンズ形状の前部までは、約22ミリメートルであろう。
前述のとおり。
YAGロッド自体は、前端レンズ48が15ミリメート
ルの曲率半径ならば、約5ミリメートルの長さからなる
であろう。
ルの曲率半径ならば、約5ミリメートルの長さからなる
であろう。
図示し、明細書中で説明した鏡の位置は、好適であるが
変形してもよいことを理解されたい。例えば、レーザー
空胴の後部鏡面は、Nd−YAGレーザーロンロッ後面
39の後方のどこかに配置された鏡から成ってもよい。
変形してもよいことを理解されたい。例えば、レーザー
空胴の後部鏡面は、Nd−YAGレーザーロンロッ後面
39の後方のどこかに配置された鏡から成ってもよい。
本発明のレーザーダイオードアレーポンピングNd−Y
AGレーザー組立体を用いて、可視低電力レーザービー
ム出力のため、約0.5%〜1.0%の効率が達成され
うろことがわかる0例えば、約1ワツトの電力が約20
%の効率を有するレーザーダイオードに供給されるなら
ば、レーザーダイオード出力ビームは、約200ミリワ
ツトの電力を有するであろう、一般にこれらのポンピン
グレベルで1.06ミクロンの出力はダイオードレーザ
−出力のほぼ30%であり、そのため1.06ミクロン
の出力ビームは約60ミリワツトの電力を有する。従っ
て、はぼ5%の効率が、1.06ミクロンでの出力のた
めに達成される。効率のよい周波数2倍化のため、出力
力ップラーは、1.06ミクロンでかなり反射し、0.
532ミクロンでかなり透過するようにコーティングさ
れる。200ミリワツトのポンピングレベルで、 1.
06ミクロンの空胴的強度は、はぼ10ワツトである。
AGレーザー組立体を用いて、可視低電力レーザービー
ム出力のため、約0.5%〜1.0%の効率が達成され
うろことがわかる0例えば、約1ワツトの電力が約20
%の効率を有するレーザーダイオードに供給されるなら
ば、レーザーダイオード出力ビームは、約200ミリワ
ツトの電力を有するであろう、一般にこれらのポンピン
グレベルで1.06ミクロンの出力はダイオードレーザ
−出力のほぼ30%であり、そのため1.06ミクロン
の出力ビームは約60ミリワツトの電力を有する。従っ
て、はぼ5%の効率が、1.06ミクロンでの出力のた
めに達成される。効率のよい周波数2倍化のため、出力
力ップラーは、1.06ミクロンでかなり反射し、0.
532ミクロンでかなり透過するようにコーティングさ
れる。200ミリワツトのポンピングレベルで、 1.
06ミクロンの空胴的強度は、はぼ10ワツトである。
この電力レベルで、KTPの2倍化効率は、 0.53
2ミクロンでほぼ10ミリワツトの出力をもたらすのに
十分である。
2ミクロンでほぼ10ミリワツトの出力をもたらすのに
十分である。
レーザーダイオードへの実質的により高い電力、例えば
10ワツトの入力で、2ワツトの出力のダイオードビー
ムが、YAGロッドを励起して約600ミリワツトのレ
ーザービームを放出する。
10ワツトの入力で、2ワツトの出力のダイオードビー
ムが、YAGロッドを励起して約600ミリワツトのレ
ーザービームを放出する。
より高いこの電力で、周波数2倍化結晶はより効率がよ
く、約100ミリワツトの可視レンジにある出力が達成
可能である。従って、中間の電力の可視レーザーで1パ
ーセントの効率が達成される。
く、約100ミリワツトの可視レンジにある出力が達成
可能である。従って、中間の電力の可視レーザーで1パ
ーセントの効率が達成される。
高電力出力で、本発明のNd−YAGし、−ザーは。
かなりずっと効率がよい。例えば、レーザーダイオード
への入力が40ワツトであるならば、約2.4ワツトの
レーザービームが周波数2倍化され、この電力でKTP
周波数ダブラ−はほとんど100パーセントの1.06
ミクロン出力光を可視光に変換する。従って、可視レン
ジで2ワツト以上の出力ビームを、5%〜6%までの効
率で達成することができる。
への入力が40ワツトであるならば、約2.4ワツトの
レーザービームが周波数2倍化され、この電力でKTP
周波数ダブラ−はほとんど100パーセントの1.06
ミクロン出力光を可視光に変換する。従って、可視レン
ジで2ワツト以上の出力ビームを、5%〜6%までの効
率で達成することができる。
さらに本発明の装置は、レーザーを近赤外レンジで生成
するとき有利である0本発明のこの形態で、周波数ダブ
ラ−16(第1図で破線で示す)は、除かれる。従って
、装置の効率は、電力レベルに関係なくほぼ6%の全体
にわたる効率のため。
するとき有利である0本発明のこの形態で、周波数ダブ
ラ−16(第1図で破線で示す)は、除かれる。従って
、装置の効率は、電力レベルに関係なくほぼ6%の全体
にわたる効率のため。
レーザーダイオードのほぼ20%の効率、及びNd−Y
AGレーザーロンロッ体のほぼ30%の効率によっての
み制限される。
AGレーザーロンロッ体のほぼ30%の効率によっての
み制限される。
このような赤外レーザーの一形態で、Nd−YAGレー
ザーの端部は、レーザー空胴の2つの鏡を形成してもよ
い。従って、各端部は1部分的に鏡となっており、ロッ
ド自体の内部に空胴を画成する。出力力ップラーはレー
ザーロッドと一体であるので、それによって、非常に効
率のよい近赤外レーザーが、第1図で示す装置よりかな
り一層コンパクトなものとなる。
ザーの端部は、レーザー空胴の2つの鏡を形成してもよ
い。従って、各端部は1部分的に鏡となっており、ロッ
ド自体の内部に空胴を画成する。出力力ップラーはレー
ザーロッドと一体であるので、それによって、非常に効
率のよい近赤外レーザーが、第1図で示す装置よりかな
り一層コンパクトなものとなる。
前述のような小型化レーザーダイオードポンピング空胴
内周波数2倍化Nd:YAGレーザーで起こる他の問題
が、大きな振幅スパイクを含む振幅ノイズの発生である
。この振幅スパイクは、非常に安定な或いは一定の出力
を必要とする適用での使用を妨げ或いは制限する。短い
レーザー空胴は比較的広く間隔を置いた縦方向モードを
もたらすが、利得曲線は、一般に十分に広く、多数の縦
方向モードがレーザー空胴内で振動するのを可能にする
。これらの多数のモードの結合は、振幅ノイズを生じる
。振幅ノイズを減少し或いは除去するために、振幅ノイ
ズ抑制エタロン52が、第1図、第2D図及び第3図で
示すとおり、ビームに垂直な空胴内に配置される。変形
的に、ノイズを減少するためにレーザーをモードロック
することが可能であろう。エタロン52を用いることに
よって、レーザーは、静かな単一モードで動作する。
内周波数2倍化Nd:YAGレーザーで起こる他の問題
が、大きな振幅スパイクを含む振幅ノイズの発生である
。この振幅スパイクは、非常に安定な或いは一定の出力
を必要とする適用での使用を妨げ或いは制限する。短い
レーザー空胴は比較的広く間隔を置いた縦方向モードを
もたらすが、利得曲線は、一般に十分に広く、多数の縦
方向モードがレーザー空胴内で振動するのを可能にする
。これらの多数のモードの結合は、振幅ノイズを生じる
。振幅ノイズを減少し或いは除去するために、振幅ノイ
ズ抑制エタロン52が、第1図、第2D図及び第3図で
示すとおり、ビームに垂直な空胴内に配置される。変形
的に、ノイズを減少するためにレーザーをモードロック
することが可能であろう。エタロン52を用いることに
よって、レーザーは、静かな単一モードで動作する。
用いることができるエタロン52の例が、約0.5田の
厚さのオプチカルフラットである。ビームくびれ50は
ビームの最も狭い部分だけでなく、すべての光線が平行
なビームの部分でもあるので。
厚さのオプチカルフラットである。ビームくびれ50は
ビームの最も狭い部分だけでなく、すべての光線が平行
なビームの部分でもあるので。
光の損失を減少するためにビームくびれ50でエタロン
52を配置することが好適である。くびれ5oでダブラ
−16を配置することも好適であるので、エタロン52
を第3図で示すようにダブラ−16に隣接して配置する
こともできる。
52を配置することが好適である。くびれ5oでダブラ
−16を配置することも好適であるので、エタロン52
を第3図で示すようにダブラ−16に隣接して配置する
こともできる。
2つの要素、ダブラ−16及びエタロン52をビームく
びれ50で配置する困灘を回避するために、第5図で示
す変形形状の折曲げ空胴54が好適である。折曲げ空胴
54は、折曲げ凹面鏡56及び端部凹面鏡58を含む。
びれ50で配置する困灘を回避するために、第5図で示
す変形形状の折曲げ空胴54が好適である。折曲げ空胴
54は、折曲げ凹面鏡56及び端部凹面鏡58を含む。
折曲げ凹面鏡56は、レーザーロッド11の後部鏡面3
9とともにレーザー空胴の第1アームを形成する。端部
凹面鏡58は、折曲げ鏡56とともにレーザー空胴の第
2アームを形成する。折曲げ鏡56は、2倍化されない
周波数でかなり反射し、2倍化周波数でかなり透過する
ダイクロイックミラーであり、可視光のための出力カッ
プリング手段として用いられる。
9とともにレーザー空胴の第1アームを形成する。端部
凹面鏡58は、折曲げ鏡56とともにレーザー空胴の第
2アームを形成する。折曲げ鏡56は、2倍化されない
周波数でかなり反射し、2倍化周波数でかなり透過する
ダイクロイックミラーであり、可視光のための出力カッ
プリング手段として用いられる。
鏡58は、2つの周波数でかなり反射する0周波数ダブ
ラ−16は、ロッド11によって生じるレーザービーム
が適切な偏光を有して鏡56によって反射されダブラ−
16を通過するように、鏡56と58との間の第2アー
ムで配置される。周波数2倍化ビームは、ビームがそこ
を通って出力となる!156までjl!58によって戻
って反射される。
ラ−16は、ロッド11によって生じるレーザービーム
が適切な偏光を有して鏡56によって反射されダブラ−
16を通過するように、鏡56と58との間の第2アー
ムで配置される。周波数2倍化ビームは、ビームがそこ
を通って出力となる!156までjl!58によって戻
って反射される。
従って、周波数2倍化放射は、第1アームを通ってレー
ザーロッド11へ戻って通過することがない。振幅ノイ
ズ抑制エタロン52が、鏡56とレーザーロッド11と
の間の第1アームで配置されうる。折曲げられた空胴5
4内のビームの例示的なグラフを第6図で示す。鏡56
で中間点64を有し、!を面39と鏡58との間にのび
る外形に関して、第1ビームくびれ60が第1アームで
生成し、第2ビームくびれ62が第2アームで形成され
る。前述のとおり、レーザーロッド11にあるビーム幅
は、レーザーダイオードポンピング量に整合する。ダブ
ラ−16は、エタロン52がくびれ60で配置される間
、くびれ62で配置される。
ザーロッド11へ戻って通過することがない。振幅ノイ
ズ抑制エタロン52が、鏡56とレーザーロッド11と
の間の第1アームで配置されうる。折曲げられた空胴5
4内のビームの例示的なグラフを第6図で示す。鏡56
で中間点64を有し、!を面39と鏡58との間にのび
る外形に関して、第1ビームくびれ60が第1アームで
生成し、第2ビームくびれ62が第2アームで形成され
る。前述のとおり、レーザーロッド11にあるビーム幅
は、レーザーダイオードポンピング量に整合する。ダブ
ラ−16は、エタロン52がくびれ60で配置される間
、くびれ62で配置される。
折曲げ空胴の代表的寸法は全長約100〜130閣、j
Ji56.58の曲率半径は代表的に37m+、ビーム
くびれ60.62は一代表的に100ミクロン以下であ
る。
Ji56.58の曲率半径は代表的に37m+、ビーム
くびれ60.62は一代表的に100ミクロン以下であ
る。
Nd:YAGレーザーでの多数の縦方向モード動作の第
1の原因は、活性媒体での空間的ホールバーニングであ
る。空間的ホールバーニングを除去するために幾つかの
技術が存在する。その技術には、環状のレーザー空胴形
状を利用する技術又は4分の1の波長板の間に活性媒体
を配置する技術を含む。これら技術は1文献、11.
Koechner。
1の原因は、活性媒体での空間的ホールバーニングであ
る。空間的ホールバーニングを除去するために幾つかの
技術が存在する。その技術には、環状のレーザー空胴形
状を利用する技術又は4分の1の波長板の間に活性媒体
を配置する技術を含む。これら技術は1文献、11.
Koechner。
5olid 5tate La5er En 1nee
rin 、 (Springer−Verlag、 N
ew York、 1976)、 p、226で示され
ている。これら技術の一方を、エタロンを用いる代りに
、ここで記載する空胴内2倍化レーザー装置に適用して
、本発明の他の特色を形成することができる。空間的ホ
ールバーニングを除去することによって、レーザーは、
単一の縦方向モードを有してレーザー光線を発し、従っ
て前述のモード不安定状態及び振幅変動を受けないであ
ろう。環状レーザー空胴形状又は1対の4分の1波長板
を利用する技術はこれらの要素が空胴内に挿入されると
き少ししか電力が失われないという利点を有するが、単
一のモード動作を実行するためにエタロンを用いる技術
はしばしば電力での2つの損失の一因子をもたらす。
rin 、 (Springer−Verlag、 N
ew York、 1976)、 p、226で示され
ている。これら技術の一方を、エタロンを用いる代りに
、ここで記載する空胴内2倍化レーザー装置に適用して
、本発明の他の特色を形成することができる。空間的ホ
ールバーニングを除去することによって、レーザーは、
単一の縦方向モードを有してレーザー光線を発し、従っ
て前述のモード不安定状態及び振幅変動を受けないであ
ろう。環状レーザー空胴形状又は1対の4分の1波長板
を利用する技術はこれらの要素が空胴内に挿入されると
き少ししか電力が失われないという利点を有するが、単
一のモード動作を実行するためにエタロンを用いる技術
はしばしば電力での2つの損失の一因子をもたらす。
前述のとおり、空胴内周波数ダブラ−を利用して周波数
2倍化レーザー出力を発生させるために、レーザーロッ
ドの出力は、ダブラ−結晶の適切な軸と一致するように
偏光されなければならない。
2倍化レーザー出力を発生させるために、レーザーロッ
ドの出力は、ダブラ−結晶の適切な軸と一致するように
偏光されなければならない。
YGA (イツトリウム・アルミニウム・ガーネット、
y x Al、 o 12)のような複屈折しない物質
がレーザーロッドのために用いられるとき、先に示した
とおり、空胴内に偏光手段が必要とされる。
y x Al、 o 12)のような複屈折しない物質
がレーザーロッドのために用いられるとき、先に示した
とおり、空胴内に偏光手段が必要とされる。
しかしなから、レーザーロッドのために複屈折物質を利
用することも可能であり、複屈折レーザーロッドの出力
は、偏光手段の必要がなく偏光されるであろう。また、
レーザーロッド及びダブラ−結晶を効率のよい周波数変
換のために適切に整列させることができる。レーザーロ
ッドのために適切な成る複屈折物質がYLF (イツト
リウム・フッ化リチウム、YLiF、)である。従って
、Nd:YLFもまた、Nd:YAGに加えて本発明に
好適な物質である。Nd: YAP (イツトリウム・
リン酸アルミニウム)のような他の複屈折しない物質及
びNd:YALOのような複屈折物質もまた、利用する
ことができる。他のネオジムドーピング固体物質又は他
の希土類ドーピング固体物質もまた、レーザーダイオー
ド出力と整合する吸収レンジをレーシングイオンが有す
る限り、利用してもよい。本発明は、複屈折物質のため
に偏光手段を用いずに、Nd:YAGに関して記載する
のと同様の方法で、これらの変形的物質、複屈折しない
物質と複屈折する物質の両方を使用して、一群の小形化
レーザーダイオードポンピング空胴内周波数2倍化及び
周波数2倍化のない固体レーザーを生成する技術を含む
。
用することも可能であり、複屈折レーザーロッドの出力
は、偏光手段の必要がなく偏光されるであろう。また、
レーザーロッド及びダブラ−結晶を効率のよい周波数変
換のために適切に整列させることができる。レーザーロ
ッドのために適切な成る複屈折物質がYLF (イツト
リウム・フッ化リチウム、YLiF、)である。従って
、Nd:YLFもまた、Nd:YAGに加えて本発明に
好適な物質である。Nd: YAP (イツトリウム・
リン酸アルミニウム)のような他の複屈折しない物質及
びNd:YALOのような複屈折物質もまた、利用する
ことができる。他のネオジムドーピング固体物質又は他
の希土類ドーピング固体物質もまた、レーザーダイオー
ド出力と整合する吸収レンジをレーシングイオンが有す
る限り、利用してもよい。本発明は、複屈折物質のため
に偏光手段を用いずに、Nd:YAGに関して記載する
のと同様の方法で、これらの変形的物質、複屈折しない
物質と複屈折する物質の両方を使用して、一群の小形化
レーザーダイオードポンピング空胴内周波数2倍化及び
周波数2倍化のない固体レーザーを生成する技術を含む
。
幾つかの適用で、パルスされるレーザー出力が。
所望される。前述のレーザーは、一般に連続の((、l
)モードで動作する。レーザーロッドをポンピングする
レーザーダイオードにパルスを加えることによってパル
スされたレーザー出力を生じることが可能であろうが、
パルスされた出力を生じる好適な方法はQスイッチによ
るものである。
)モードで動作する。レーザーロッドをポンピングする
レーザーダイオードにパルスを加えることによってパル
スされたレーザー出力を生じることが可能であろうが、
パルスされた出力を生じる好適な方法はQスイッチによ
るものである。
第1図及び第2図で示すように、Qスイッチ66゜代表
的には音響光学装置又は電気光学装置が、レーザー空胴
内に位置づけられる。Qスイッチドライバー68が、Q
スイッチ66に接続される。動作上、Qスイッチは、レ
ーザーロッドがレーザーダイオードによってポンピング
されるとき、レーザーを切って反転分布が最高になるの
を可能にする0次に、Qスイッチは、切られて、レーザ
ー空胴内の蓄積エネルギーの全てが短い時間で放出され
るとき、高エネルギーパルスを生成する。パルス幅は、
Qスイッチ周波数によって決定される。
的には音響光学装置又は電気光学装置が、レーザー空胴
内に位置づけられる。Qスイッチドライバー68が、Q
スイッチ66に接続される。動作上、Qスイッチは、レ
ーザーロッドがレーザーダイオードによってポンピング
されるとき、レーザーを切って反転分布が最高になるの
を可能にする0次に、Qスイッチは、切られて、レーザ
ー空胴内の蓄積エネルギーの全てが短い時間で放出され
るとき、高エネルギーパルスを生成する。パルス幅は、
Qスイッチ周波数によって決定される。
YLFはYAGより多くのエネルギー(約2倍)をW積
するので、パルスされる動作の場合YLFは好適な物質
であろう、振幅ノイズは、パルスされる動作の場合、問
題ではない0周波数2倍化レーザー及び周波数2倍化し
ないレーザーの両方をパルスすることができる0例とし
て、8O−10011vの赤外線を生成するレーザーが
、周波数2倍化され、Qスイッチで切り換えられて、1
00kllzのグリーンパルスで5011vの平均電力
を生成することができる。
するので、パルスされる動作の場合YLFは好適な物質
であろう、振幅ノイズは、パルスされる動作の場合、問
題ではない0周波数2倍化レーザー及び周波数2倍化し
ないレーザーの両方をパルスすることができる0例とし
て、8O−10011vの赤外線を生成するレーザーが
、周波数2倍化され、Qスイッチで切り換えられて、1
00kllzのグリーンパルスで5011vの平均電力
を生成することができる。
特定的に記載した実施例での変化及び変形が、本発明の
範囲を逸脱することなく実行されうる。
範囲を逸脱することなく実行されうる。
本発明は、特許請求の範囲によってのみ制限されること
を意図するものである。
を意図するものである。
第1図は、本発明に従うレーザーダイードポンピング固
体レーザー組立体の縦断面図であって。 レーザーロッド、レーザーダイオード、レーザー空胴、
ハウジング、冷却装置及び他の関連した成分を含み、さ
らに周波数ダブラ−、ノイズ抑制エタロン、及びQスイ
ッチを(破線で)示す。 第2A図、第2B図及び第2C図は、レーザービームを
偏光するための代替手段を有する装置の概略断面図であ
る。 第2D図は、エタロン及びQスイッチを有する装置を示
す概略断面図である。 第3図は、組立体の前端で出力力ップラーとレーザーロ
ッドとの間にビームのくびれが形成された、レーザー空
胴内のレーザービーム形状のグラフであり、さらに光学
素子の位@(測定していない)を示す。 第4図は、レーザーロッドの特定の面を示す、レーザー
装置のレーザーロッドの拡大断面図である。 第5図は、折曲げた空胴配置の概略縦断面図である。 第6図は、1対のビームくびれを有する、折曲げた空胴
内のレーザービーム形状のグラフである。 [主要符号の説明コ 10・・・ネオジム−YAGレーザー組立体11・・・
ネオジム−YAGレーザ−ロッド12・・・娑−ザーダ
イオード 13.14・・・レンズ 16・・・周波数ダブラ− 17・・・出力力ップリラー 18・・・ヒートシンク 19・・・ペルチェ冷却器 21・・・ハウジング 24・・・温度制御装置 26・・・電源 27・・・出力ビーム 31・・・固定レンズマウント 33・・・レンズスプール 39・・・レーザロッド後面 41・・・レーザービーム 48・・・レーザーロッド前端面 52・・・エタロン 54・・・折曲げ空胴 56・・・折曲げ凹面鏡 58・・・端部凹面鏡 66・・・Qスイッチ 代理人 弁理士 竹 内 澄 夫図面の浄書ぐ
内容に変更なし) FIG、2A PIo、2B FIO,2C FIO,2D 手続補正書く方式) %式% 1、 事件の表示 昭和61年 特 許 願 第2
99049号2、 発明の名称 レーザーダイオー
ドポンピング固体レーザー3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 スペクトラ−フィジックス・インコーホ
レイテッド 4、代理人 住 所 東京都港区西新橋1丁目6番21号大和
銀行虎ノ門ビルディング
体レーザー組立体の縦断面図であって。 レーザーロッド、レーザーダイオード、レーザー空胴、
ハウジング、冷却装置及び他の関連した成分を含み、さ
らに周波数ダブラ−、ノイズ抑制エタロン、及びQスイ
ッチを(破線で)示す。 第2A図、第2B図及び第2C図は、レーザービームを
偏光するための代替手段を有する装置の概略断面図であ
る。 第2D図は、エタロン及びQスイッチを有する装置を示
す概略断面図である。 第3図は、組立体の前端で出力力ップラーとレーザーロ
ッドとの間にビームのくびれが形成された、レーザー空
胴内のレーザービーム形状のグラフであり、さらに光学
素子の位@(測定していない)を示す。 第4図は、レーザーロッドの特定の面を示す、レーザー
装置のレーザーロッドの拡大断面図である。 第5図は、折曲げた空胴配置の概略縦断面図である。 第6図は、1対のビームくびれを有する、折曲げた空胴
内のレーザービーム形状のグラフである。 [主要符号の説明コ 10・・・ネオジム−YAGレーザー組立体11・・・
ネオジム−YAGレーザ−ロッド12・・・娑−ザーダ
イオード 13.14・・・レンズ 16・・・周波数ダブラ− 17・・・出力力ップリラー 18・・・ヒートシンク 19・・・ペルチェ冷却器 21・・・ハウジング 24・・・温度制御装置 26・・・電源 27・・・出力ビーム 31・・・固定レンズマウント 33・・・レンズスプール 39・・・レーザロッド後面 41・・・レーザービーム 48・・・レーザーロッド前端面 52・・・エタロン 54・・・折曲げ空胴 56・・・折曲げ凹面鏡 58・・・端部凹面鏡 66・・・Qスイッチ 代理人 弁理士 竹 内 澄 夫図面の浄書ぐ
内容に変更なし) FIG、2A PIo、2B FIO,2C FIO,2D 手続補正書く方式) %式% 1、 事件の表示 昭和61年 特 許 願 第2
99049号2、 発明の名称 レーザーダイオー
ドポンピング固体レーザー3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 スペクトラ−フィジックス・インコーホ
レイテッド 4、代理人 住 所 東京都港区西新橋1丁目6番21号大和
銀行虎ノ門ビルディング
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、効率のよい、コンパクトなレーザーダイオードポン
ピング周波数2倍化固体レーザーであって: 前端及び後端を有する、ネオジム又は他の希土類のドー
ピング固体レーザーロッド; 前方に前端を有し、前記レーザーロッドを内部の固定位
置で保持する手段を有するハウジング; 前記ロッドに十分に整合して該ロッドをポンピングする
出力周波数を有し、該ロッドの後方で該ロッドと整合し
て前記ハウジング内で固定された、前記レーザーロッド
をポンピングするためのレーザーダイオード; 出力カップラー手段を含み、レーザー空胴を画成し、前
記ハウジング内に取り付けられ、前記空胴内に前記レー
ザーロッドを有する、空胴手段;並びに 前記レーザーロッドの適切に偏光された出力ビームを受
けて該ビームの波長を半分にし、該ビームの周波数を2
倍化すべく位置づけられた、前記レーザー空胴内の周波
数ダブラー; から成るレーザー。 2、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであっ
て、 前記レーザーロッドは複屈折しない物質から成り、さら
に前記レーザー空胴内に前記レーザーロッドの前記出力
ビームを偏光するための偏光手段を含む、レーザー。 3、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであっ
て、 前記レーザーロッドは、複屈折物質から成り、偏光され
た出力を生じる、レーザー。 4、特許請求の範囲第3項に記載されたレーザーであっ
て、 前記レーザーロッドはNd:YLFから成る、レーザー
。 5、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであっ
て、 前記空胴手段は、前記空胴の前端を形成する鏡面及び前
記空胴の後端を形成する後部鏡手段から成り、前記鏡面
は2倍化されない周波数でかなり反射的であり2倍化周
波数でかなり透過する前端を形成して前記出力カップリ
ング手段をもたらす、レーザー。 6、特許請求の範囲第5項に記載されたレーザーであっ
て、 前記後部鏡手段は前記レーザーロッドの後端の鏡面から
成る、レーザー。 7、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであっ
て。 さらに、前記ビームを形状づけ、前記ロッドの前部にビ
ームくびれを形成するための、前記レーザー空胴と結合
したビーム形状づけ手段を含み、前記周波数ダブラーは
実質的に前記くびれに位置づけられている、レーザー。 8、特許請求の範囲第7項に記載されたレーザーであっ
て、 前記ビーム形状づけ手段は、前記ビームに対して収束さ
せる効果を有する前記レーザーロッド上の前端凸面、及
び前記空胴の前端を形成しで出力カップラー手段をもた
らす鏡凹面から成り、前記凸面及び前記凹面の半径並び
に該面の間の間隔は、前記ロッド内の前記ビームのレー
シング量が実質的に前記レーザーダイオードのポンピン
グ量に一致して最小の大きさのビームくびれが形成され
る半径並びに間隔である、レーザー。 9、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであっ
て、 さらに、前記空胴内に位置づけられた振幅ノイズ抑制エ
タロンを含む、レーザー。 10、特許請求の範囲第7項に記載されたレーザーであ
って、 さらに、実質的に前記ビームくびれで前記周波数ダブラ
ーに隣接して位置づけられた振幅ノイズ抑制エタロンを
含む、レーザー。 11、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであ
って、 前記空胴手段は、折曲げられた空胴から成り、該折曲げ
られた空胴は: 前記空胴の後端を形成する後部鏡手段; 前記後端部鏡手段とともに前記レーザー空胴の第1アー
ムを形成する折曲げ鏡;並びに 前記折曲げ鏡とともに前記レーザー空胴の第2アームを
形成する端部鏡; から成る、レーザー。 12、特許請求の範囲第11項に記載されたレーザーで
あって、 さらに、前記ビームを形状づけるため前記レーザー空胴
と結合し、前記第1アームで第1ビームくびれを形成し
、前記空胴の前記第2アームで第2ビームくびれを形成
するビーム形状づけ手段を含む、レーザー。 13、特許請求の範囲第12項に記載されたレーザーで
あって、 前記周波数ダブラーは、実質的に前記第2くびれで位置
づけられている、レーザー。 14、特許請求の範囲第13項に記載されたレーザーで
あって、 実質的に前記第1くびれで位置づけられた振幅ノイズ抑
制エタロンを含む、レーザー。 15、特許請求の範囲第12項に記載されたレーザーで
あって、 前記ビーム形状づけ手段は、前記レーザーロッド上の前
端凸面、折曲げ凹面鏡及び端部凹面鏡から成り、該折曲
げ凹面鏡、該端部凹面鏡及び該凸面の半径並びにその間
の間隔は、前記ロッド内の前記ビームのレーシング量が
実質的に前記レーザーダイオードのポンピング量に一致
して最小の大きさのビームくびれが形成される半径並び
に間隔である、レーザー。 16、特許請求の範囲第11項に記載されたレーザーで
あって、 前記折曲げ鏡はダイクロイックであり、前記出力カップ
ラー手段を形成する、レーザー。 17、特許請求の範囲第1項に記載されたレーザーであ
って、 さらに、前記空胴と動作上結合してパルスされた出力を
生成するQスイッチを含む、レーザー。 18、特許請求の範囲第17項に記載されたレーザーで
あって、 前記Qスイッチは、音響光学又は電気光学装置である、
レーザー。 19、効率のよい、コンパクトなレーザーダイオードポ
ンピグ固体レーザーであって: 前端及び後端を有する、ネオジム又は他の希土類のドー
ピング固体レーザーロッド; 前方に前端を有し、前記レーザーロッドを内部の固定位
置で保持する手段を有するハウジング; 前記ロッドに十分に整合して該ロッドをポンピングする
出力周波数を有し、該ロッドの後方で該ロッドと整合し
て前記ハウジング内で固定された、前記レーザーロッド
をポンピングするためのレーザーダイオード;並びに 出力カップラー手段を含み、レーザー空胴を画成し、前
記ハウジング内に取り付けられ、前記空胴内に前記ロッ
ドを有する、空胴手段;から成るレーザー。 20、特許請求の範囲第19項に記載されたレーザーで
あって、 前記レーザーロッドはNd:YLF、Nd:YAP、N
d:YALOから選択される、レーザー。 21、特許請求の範囲第19項に記載されたレーザーで
あって、 前記レーザーダイオードは約0.8ミクロンの波長の出
力を有する、レーザー。 22、特許請求の範囲第19項に記載されたレーザーで
あって、 前記空胴手段は前記レーザーロッドの前端の部分的鏡面
及び後端の部分的鏡面から成り、該前端の部分的鏡面は
前記出力カップラー手段をもたらす、レーザー。 23、特許請求の範囲第19項に記載されたレーザーで
あって、 さらに、実質的に前記ロッド内の前記ビームのレーシン
グ量を前記レーザーダイオードのポンピング量に一致さ
せて、前記ロッドの前部でビームくびれを形成するため
の、前記空胴と結合したビーム形状づけ手段を含む、レ
ーザー。 24、特許請求の範囲第23項に記載されたレーザーで
あって、 さらに、前記空胴内で前記ビームくびれで位置づけられ
た振幅ノイズ抑制エタロンを含む、レーザー。 25、レーザーダイオードポンピングネオジムドーピン
グ固体レーザーの出力ビームでの振幅ノイズを減少させ
或いは除去するための方法であって、 レーザー空胴内に振幅ノイズ抑制エタロンを位置づける
段階から成る方法。
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