JPWO2008117528A1 - Laser resonator and laser device with non-uniform polarization distribution - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は光学素子の位置の変動に対して安定で，偏光状態が励起パワーに依存しない円筒対称偏光を含む一様でない任意の偏光分布を有するレーザー共振器を提供すること。【解決手段】 共振器を構成する光学素子の少なくともひとつに任意方位に透過軸を有する反射型偏光子を用い，特定の位置に特定の偏光成分のみが安定共振条件となるようにレーザー共振器を構成する。具体的には，上記課題は，第1の反射鏡(1)と，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器において，第2の反射鏡(3)は，同心円状に透過軸を有する反射型偏光素子，又は同心円状に反射軸を有する反射型偏光素子を具備するレーザー共振器などにより解決される。【選択図】 図３PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser resonator having an arbitrary non-uniform polarization distribution including cylindrically symmetric polarized light that is stable with respect to a change in position of an optical element and whose polarization state does not depend on excitation power. A reflection type polarizer having a transmission axis in an arbitrary direction is used as at least one of optical elements constituting the resonator, and a laser resonator is provided so that only a specific polarization component is in a stable resonance condition at a specific position. Constitute. Specifically, the above problem is that the first reflector (1), the optical amplifier (2) that amplifies the intensity of the incident light, and a part of the light emitted from the optical amplifier (2) are reflected. A second reflecting mirror (3) that partially transmits the second reflecting mirror (3), wherein the second reflecting mirror (3) is a concentric reflective polarizing element or a concentric circular element. This can be solved by a laser resonator having a reflective polarizing element having a reflection axis. [Selection] Figure 3
Description
本発明は，一様でない偏光分布を有するレーザービームを発生させるためのレーザー共振器，及びそのようなレーザー共振器を具備するレーザー装置に関する。 The present invention relates to a laser resonator for generating a laser beam having a non-uniform polarization distribution, and a laser apparatus equipped with such a laser resonator.
レーザー光が有する偏光状態として従来良く知られているのは，直線偏光，円偏光又は無偏光である。 Conventionally well-known polarization states of laser light are linearly polarized light, circularly polarized light, and non-polarized light.
一方，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光は，光強度が中心で弱く周囲で強い空間を創出できるといった優れた集光特性を有することが予測されている。このため，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光は，高分解能光学顕微鏡や原子・微粒子の光トラッピングなどへの応用が期待される。均一偏光分布レーザーでは，用いる素子の熱複屈折により品質が劣化する。一方，レーザー光の偏光分布を円筒対称偏光とすることで，熱複屈折により品質が劣化する事態を軽減できると考えられる。よって，円筒対称偏光を有するレーザー光を発振できるレーザー装置が望まれた。 On the other hand, a laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution is predicted to have excellent light condensing characteristics such that a light intensity is weak at the center and a strong space can be created around. For this reason, laser light with a cylindrically symmetric polarization distribution is expected to be applied to high-resolution optical microscopes and optical trapping of atoms and fine particles. In the uniform polarization distribution laser, the quality deteriorates due to the thermal birefringence of the element used. On the other hand, it is considered that the quality degradation due to thermal birefringence can be reduced by making the polarization distribution of the laser light cylindrically polarized. Therefore, a laser device that can oscillate laser light having cylindrically symmetric polarization has been desired.
下記非特許文献１では，レーザー共振器内で複数のビームの一部を重ね合わせることにより円筒対称偏光を有するレーザー光を得る方法が開示されている。しかしながら，この方法では，レーザー共振器内で複数のビームの一部を重ね合わせるものであるため，反射鏡の位置をきわめて精巧に制御しなければならない。このため，レーザー発振が不安定になるという問題がある。 Non-Patent Document 1 below discloses a method of obtaining laser light having cylindrically symmetric polarization by superimposing a part of a plurality of beams in a laser resonator. However, in this method, a part of a plurality of beams are overlapped in the laser resonator, so that the position of the reflecting mirror must be controlled very precisely. For this reason, there is a problem that laser oscillation becomes unstable.
下記非特許文献２及び下記特許文献１では，レーザー共振器内に偏光素子と，位相制御素子とを挿入した上で，複数のレーザーモードを重ね合わせることにより，円筒対称偏光を有するレーザー光を得る方法が開示されている。しかしながら，この方法も，レーザー共振器内で複数のレーザーモードを重ね合わせるものであるため，反射鏡の位置をきわめて精巧に制御しなければならない。このため，レーザー発振が不安定になるという問題がある。 In the following non-patent document 2 and the following patent document 1, a laser beam having cylindrically symmetric polarization is obtained by inserting a polarizing element and a phase control element in a laser resonator and superimposing a plurality of laser modes. A method is disclosed. However, since this method also superimposes a plurality of laser modes in the laser resonator, the position of the reflecting mirror must be controlled very precisely. For this reason, there is a problem that laser oscillation becomes unstable.
また，径方向，又はある方位のみの偏光成分を有するレーザーなど，様々な偏光パターンを有するレーザー光を発振することも望まれる。そのような要求に対し，下記非特許文献３には，熱複屈折を利用して，径方向，又はある方位のみの偏光成分を有するレーザー発振を得る方法が開示されている。この方法では，異なるモードやビームの重ね合せを用いていない。このため，レーザー発振は安定となる。しかし，この方法ではレーザー媒質(Nd:YAG)の熱複屈折を利用する。レーザー媒質(Nd:YAG)の熱複屈折は，励起パワーに依存するので，偏光状態が安定な発振を得ることができるのは，ある限られた励起パワー領域に限定されるという問題がある。また，強い熱複屈折効果を得るためには励起パワーを大きくする必要がある。このため，低出力レーザーでは，強い熱複屈折効果を得ることができないという問題がある。 It is also desired to oscillate laser light having various polarization patterns such as a laser having a polarization component in only a radial direction or a certain direction. In response to such a requirement, Non-Patent Document 3 below discloses a method of obtaining laser oscillation having a polarization component only in a radial direction or a certain direction by utilizing thermal birefringence. This method does not use different modes or beam superpositions. For this reason, the laser oscillation becomes stable. However, this method uses the thermal birefringence of the laser medium (Nd: YAG). Since the thermal birefringence of the laser medium (Nd: YAG) depends on the excitation power, there is a problem that stable oscillation of the polarization state is limited to a certain limited excitation power region. In order to obtain a strong thermal birefringence effect, it is necessary to increase the excitation power. For this reason, there is a problem that a low-power laser cannot obtain a strong thermal birefringence effect.
本発明は，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光を発振できるレーザー発振器，そのようなレーザー発振器を具備するレーザー装置，及びそのようなレーザー発振器を用いた円筒対称な偏光分布を有するレーザー光の発振方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a laser oscillator capable of oscillating a laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution, a laser device including such a laser oscillator, and oscillation of a laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution using such a laser oscillator. It aims to provide a method.
本発明は，目的とする偏光分布を有するレーザー光を発振できるレーザー発振器，その製造方法，そのようなレーザー発振器を具備するレーザー装置，及びそのようなレーザー発振器を用いた目的とする偏光分布を有するレーザー光の発振方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a laser oscillator capable of oscillating a laser beam having a target polarization distribution, a method for manufacturing the same, a laser apparatus equipped with such a laser oscillator, and a target polarization distribution using such a laser oscillator. An object of the present invention is to provide a laser beam oscillation method.
本発明は，基本的には，自己クローニング法を用いることで様々な偏光パターンや複屈折パターンを有する光学素子を製造できるので，そのような光学素子をレーザー発振器内に導入することで，様々な偏光特性や，様々なモードを有するレーザー光を，広範囲の出力領域に対して安定に出力させることができるという知見に基づくものである。 In the present invention, optical elements having various polarization patterns and birefringence patterns can be basically manufactured by using a self-cloning method. Therefore, by introducing such an optical element into a laser oscillator, various elements can be obtained. This is based on the knowledge that laser light having various polarization modes and various modes can be output stably over a wide output range.
本発明の第1の側面は，第1の反射鏡(1)と，第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器において，第2の反射鏡(3)は，同心円状に透過軸を有する反射型偏光素子，又は同心円状に反射軸を有する反射型偏光素子，を具備する，レーザー共振器に関する。 A first aspect of the present invention includes a first reflecting mirror (1), an optical amplifier (2) that receives light reflected by the first reflecting mirror (1), and amplifies the intensity of the incident light; In the laser resonator comprising a second reflecting mirror (3) that reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of the light, the second reflecting mirror (3) includes: The present invention relates to a laser resonator including a reflective polarizing element having a transmission axis concentrically or a reflective polarizing element having a reflection axis concentrically.
第1の反射鏡(1)として，レーザー発振器に用いられる公知のものを適宜用いることができる。第1の反射鏡(1)は，光増幅器(2)に面した面が，凹んでいる凹面となるものが好ましい。光増幅器(2)として，レーザー発振器に用いられる公知のものを適宜用いることができる。具体的な光増幅器(2)は，Nd:YAGなどのレーザー媒質である。このレーザー媒質に電力の利得を与えるなどして，光の強度が増幅される。 As the first reflecting mirror (1), a known one used for a laser oscillator can be appropriately used. The first reflecting mirror (1) is preferably such that the surface facing the optical amplifier (2) is a concave surface. As the optical amplifier (2), a known one used for a laser oscillator can be appropriately used. A specific optical amplifier (2) is a laser medium such as Nd: YAG. The intensity of light is amplified by giving a power gain to the laser medium.
第2の反射鏡(3)として，同心円状に透過軸を有する反射型偏光素子，又は同心円状に反射軸を有する反射型偏光素子，を具備するので，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光を発振できる。しかも，本発明のレーザー共振器は，共振器内で，レーザーやモードを重ね合わせる必要がないので，反射鏡の位置などを精巧に制御する必要がない。よって，安定にレーザー発振を行うことができる。また，本発明のレーザー共振器は，レーザー媒質などの光増幅器における熱複屈折を利用する必要がないので，広い範囲の出力にも対応できる。 As the second reflecting mirror (3), a reflection type polarizing element having a transmission axis concentrically or a reflection type polarizing element having a reflection axis concentrically, the laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution is provided. Can oscillate. In addition, since the laser resonator of the present invention does not require overlapping of lasers and modes in the resonator, it is not necessary to precisely control the position of the reflecting mirror. Therefore, stable laser oscillation can be performed. In addition, the laser resonator of the present invention does not need to use thermal birefringence in an optical amplifier such as a laser medium, and therefore can cope with a wide range of outputs.
本発明の第1の側面の好ましい態様は，第2の反射鏡(3)は，自己クローニング法により製造された，自己クローニングフォトニック結晶である上記に記載のレーザー共振器に関する。 A preferred embodiment of the first aspect of the present invention relates to the laser resonator described above, wherein the second reflecting mirror (3) is a self-cloning photonic crystal manufactured by a self-cloning method.
自己クローニング法を用いることで，同心円状に透過軸を有する反射型偏光素子，又は同心円状に反射軸を有する反射型偏光素子を設計でき，また製造できる。 By using the self-cloning method, a reflective polarizing element having a transmission axis concentrically or a reflective polarizing element having a reflection axis concentrically can be designed and manufactured.
本発明の第1の側面の好ましい利用態様は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するレーザー装置に関する。 A preferred embodiment of the first aspect of the present invention relates to a laser device comprising any of the laser resonators described above.
このレーザー装置は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するので，安定にレーザー発振を行うことができる。また，このレーザー装置は，広い範囲の出力にも対応できる。なお，レーザー装置として，上記のレーザー共振器を具備するほかは，公知のレーザー装置における構成を適宜具備すればよい。 Since this laser device includes any of the laser resonators described above, it is possible to stably perform laser oscillation. This laser device can also handle a wide range of outputs. In addition, what is necessary is just to comprise the structure in a well-known laser apparatus suitably except having said laser resonator as a laser apparatus.
本発明の第1の側面の好ましい利用態様は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を用い，第1の反射鏡(1)で反射した光が，光増幅器(2)へ入射し，光増幅器(2)が，入射した光の強度を増幅し，第2の反射鏡(3)が，光増幅器(2)から出射された光の一部を反射するとともに，一部を透過することにより，円筒対称偏光を有するレーザー光を放出する，レーザー光の出力方法に関する。 A preferred embodiment of the first aspect of the present invention uses the laser resonator according to any one of the above, and the light reflected by the first reflecting mirror (1) enters the optical amplifier (2), and the optical amplifier (2) amplifies the intensity of the incident light, and the second reflecting mirror (3) reflects and transmits part of the light emitted from the optical amplifier (2), The present invention relates to a laser beam output method for emitting laser beam having cylindrically symmetric polarization.
レーザー光の出力方法は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を用いるので，安定にレーザー発振を行うことができる。また，このレーザー光の出力方法は，広い範囲の出力にも対応できる。 The laser light output method uses one of the laser resonators described above, so that laser oscillation can be performed stably. This laser beam output method can also handle a wide range of outputs.
本発明の第2の側面は，第1の反射鏡(1)と，第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器において，第2の反射鏡(3)は，設計された，一方向でない透過軸のパターンを有する反射型偏光素子，又は設計された，一方向でない反射軸のパターンを有する反射型偏光素子を具備する，レーザー共振器に関する。 The second aspect of the present invention includes a first reflecting mirror (1), an optical amplifier (2) that receives light reflected by the first reflecting mirror (1), and amplifies the intensity of the incident light; In the laser resonator comprising a second reflecting mirror (3) that reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of the light, the second reflecting mirror (3) includes: The present invention relates to a laser resonator having a designed reflective polarizing element having a non-unidirectional transmission axis pattern or a designed reflective polarizing element having a non-unidirectional reflective axis pattern.
このレーザー発振器は，第2の反射鏡(3)として，設計された，一方向でない透過軸のパターンを有する反射型偏光素子，又は設計された，一方向でない反射軸のパターンを有する反射型偏光素子を具備するので，目的とする偏光分布を有するレーザー光を発振できる。特に，目的とする任意のモードのレーザー光を選択的に発生させることができる。 This laser oscillator is designed as a second reflecting mirror (3), a reflective polarizing element having a non-unidirectional transmission axis pattern, or a designed reflective polarizing element having a non-unidirectional reflection axis pattern. Since the device is provided, a laser beam having a target polarization distribution can be oscillated. In particular, it is possible to selectively generate laser light of any desired mode.
本発明の第2の側面の好ましい態様は，第2の反射鏡(3)は，自己クローニング法により製造された，自己クローニングフォトニック結晶である上記に記載のレーザー共振器に関する。 A preferred embodiment of the second aspect of the present invention relates to the laser resonator described above, wherein the second reflecting mirror (3) is a self-cloning photonic crystal manufactured by a self-cloning method.
自己クローニング法を用いることで，目的とする偏光分布を有する反射型偏光素子を設計でき，また製造できる。 By using the self-cloning method, a reflective polarizing element having a desired polarization distribution can be designed and manufactured.
本発明の第2の側面の好ましい利用態様は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するレーザー装置に関する。 A preferred embodiment of the second aspect of the present invention relates to a laser device comprising any of the laser resonators described above.
このレーザー装置は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するので，安定にレーザー発振を行うことができる。また，このレーザー装置は，広い範囲の出力にも対応できる。 Since this laser device includes any of the laser resonators described above, it is possible to stably perform laser oscillation. This laser device can also handle a wide range of outputs.
本発明の第2の側面の好ましい利用態様は，第1の反射鏡(1)と，第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器の製造方法であって，第2の反射鏡(3)が，目的とする，一方向でない透過軸のパターンを有する反射型偏光素子，又は目的とする，一方向でない反射軸のパターンを有する反射型偏光素子となるように，自己クローニング法を用いて，基板パターンを設計するとともに，基板パターンを有する基板上に結晶を成長させることにより，反射型偏光素子を製造する工程を含む，レーザー共振器の製造方法に関する。 A preferred mode of use of the second aspect of the present invention is that a first reflecting mirror (1) and an optical amplifier that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light ( 2) and a second reflecting mirror (3) that reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of the light, and a method of manufacturing the laser resonator, So that the reflecting mirror (2) of 2 is an intended reflective polarizing element having a transmission axis pattern that is not unidirectional, or an intended reflective polarizing element having a pattern of reflection axis that is not unidirectional. The present invention relates to a method for manufacturing a laser resonator, including a step of manufacturing a reflective polarizing element by designing a substrate pattern using a self-cloning method and growing a crystal on a substrate having the substrate pattern.
これにより目的とする偏光分布を有するレーザー光を発振できるレーザー発振器を設計できる。 This makes it possible to design a laser oscillator that can oscillate laser light having a target polarization distribution.
本発明の第3の側面は,第1の反射鏡(1)と,第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し,入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と,光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに,一部を透過する第2の反射鏡(3)と,第1の反射鏡(1)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた複屈折素子(4)と,を具備するレーザー共振器において,複屈折素子(4)は,同心円状に異方性軸が配置された複屈折素子である,レーザー共振器に関する。 The third aspect of the present invention includes a first reflecting mirror (1), an optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1), and amplifies the intensity of the incident light, A second reflecting mirror (3) that reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of it, and a first reflecting mirror (1) and a second reflecting mirror (3) A birefringent element (4) provided between the two birefringent elements (4), wherein the birefringent element (4) is a birefringent element having an anisotropic axis arranged concentrically. About.
複屈折素子(4)として，同心円状に異方性軸が配置された複屈折素子を具備するので，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光を発振できる。しかも，本発明のレーザー共振器は，共振器内で，レーザーやモードを重ね合わせる必要がないので，反射鏡の位置などを精巧に制御する必要がない。よって，安定にレーザー発振を行うことができる。また，本発明のレーザー共振器は，レーザー媒質などの光増幅器における熱複屈折を利用する必要がないので，広い範囲の出力にも対応できる。 Since the birefringent element (4) is provided with a birefringent element having an anisotropic axis concentrically arranged, laser light having a cylindrically symmetric polarization distribution can be oscillated. In addition, the laser resonator of the present invention does not need to superimpose lasers and modes in the resonator, so that it is not necessary to precisely control the position of the reflecting mirror. Therefore, stable laser oscillation can be performed. Further, the laser resonator of the present invention does not need to use thermal birefringence in an optical amplifier such as a laser medium, and therefore can cope with a wide range of output.
本発明の第3の側面の好ましい態様は，複屈折素子(4)は，自己クローニング法により製造された，自己クローニングフォトニック結晶である上記いずれかに記載のレーザー共振器に関する。 A preferred embodiment of the third aspect of the present invention relates to the laser resonator as described above, wherein the birefringent element (4) is a self-cloning photonic crystal manufactured by a self-cloning method.
自己クローニング法を用いることで，同心円状に異方性軸が配置された複屈折素子を設計でき，また製造できる。 By using the self-cloning method, a birefringent element having anisotropic axes arranged concentrically can be designed and manufactured.
本発明の第3の側面の好ましい態様は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するレーザー装置に関する。 A preferred embodiment of the third aspect of the present invention relates to a laser apparatus comprising any of the laser resonators described above.
このレーザー装置は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するので，安定にレーザー発振を行うことができる。また，このレーザー装置は，広い範囲の出力にも対応できる。 Since this laser device includes any of the laser resonators described above, it is possible to stably perform laser oscillation. This laser device can also handle a wide range of outputs.
本発明の第3の側面の好ましい態様は,複屈折素子(4)が,光増幅器(2)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた,上記いずれかに記載のレーザー共振器を用い,第1の反射鏡(1)で反射した光が，光増幅器(2)へ入射し,光増幅器(2)が,入射した光の強度を増幅し,光増幅器(2)から出射された光が，複屈折素子(4)により円筒対称偏光を有する光とされ，第2の反射鏡(3)が,複屈折素子(4)から出射された光の一部を反射するとともに,一部を透過することにより，円筒対称偏光を有するレーザー光を放出する,レーザー光の出力方法に関する。 A preferred embodiment of the third aspect of the present invention is the laser resonance according to any one of the above, wherein the birefringent element (4) is provided between the optical amplifier (2) and the second reflecting mirror (3). The light reflected by the first reflecting mirror (1) enters the optical amplifier (2), and the optical amplifier (2) amplifies the intensity of the incident light and emits it from the optical amplifier (2). The birefringent element (4) makes the light having a cylindrically symmetric polarization, and the second reflecting mirror (3) reflects a part of the light emitted from the birefringent element (4). The present invention relates to an output method of laser light that emits laser light having cylindrically symmetric polarization by transmitting a part thereof.
このレーザー光の出力方法は，複屈折素子(4)として，同心円状に異方性軸が配置された複屈折素子を用いることにより，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光を発振できる。 This laser beam output method can oscillate a laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution by using a birefringent element having anisotropic axes arranged concentrically as a birefringent element (4).
本発明の第4の側面は，第1の反射鏡(1)と，第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，第1の反射鏡(1)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた複屈折素子(4)と，を具備するレーザー共振器において，複屈折素子(4)は，設計された，一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子である，レーザー共振器に関する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first reflecting mirror (1), an optical amplifier (2) that receives light reflected by the first reflecting mirror (1), and amplifies the intensity of the incident light; A second reflecting mirror (3) that reflects a part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits a part thereof; a first reflecting mirror (1); a second reflecting mirror (3); And a birefringent element (4) provided between the birefringent elements (4), the birefringent element (4) is arranged with an anisotropic axis so as to have a designed non-unidirectional pattern. The present invention relates to a laser resonator that is a birefringent element.
このレーザー共振器は，設計された，一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子を具備するので，目的とする偏光分布を有するレーザー光を発振できる。 Since this laser resonator includes a designed birefringent element in which an anisotropic axis is arranged so as to have a pattern that is not unidirectional, it can oscillate laser light having a target polarization distribution.
このレーザー発振器は，複屈折素子(4)として，一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子を具備するので，目的とする偏光分布を有するレーザー光を発振できる。特に，目的とする任意のモードのレーザー光を選択的に発生させることができる。 This laser oscillator has a birefringent element in which an anisotropic axis is arranged so as to have a pattern that is not unidirectional as a birefringent element (4), so that it can oscillate laser light having a target polarization distribution. . In particular, it is possible to selectively generate laser light of any desired mode.
本発明の第4の側面の好ましい態様は，複屈折素子(4)は，自己クローニング法により製造された，自己クローニングフォトニック結晶である上記いずれかに記載のレーザー共振器に関する。 A preferred embodiment of the fourth aspect of the present invention relates to the laser resonator according to any one of the above, wherein the birefringent element (4) is a self-cloning photonic crystal manufactured by a self-cloning method.
自己クローニング法を用いることで，目的とする一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子を設計でき，また製造できる。 By using the self-cloning method, it is possible to design and manufacture a birefringent element in which an anisotropic axis is arranged so as to have a desired non-unidirectional pattern.
本発明の第4の側面の好ましい態様は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するレーザー装置に関する。 A preferred embodiment of the fourth aspect of the present invention relates to a laser apparatus comprising any of the laser resonators described above.
このレーザー装置は，上記いずれかに記載のレーザー共振器を具備するので，安定にレーザー発振を行うことができる。また，このレーザー装置は，広い範囲の出力にも対応できる。 Since this laser device includes any of the laser resonators described above, it is possible to stably perform laser oscillation. This laser device can also handle a wide range of outputs.
本発明の第4の側面の好ましい態様は，第1の反射鏡(1)と，第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，第1の反射鏡(1)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた複屈折素子(4)と，を具備するレーザー共振器の製造方法において，複屈折素子(4)は，目的とする，一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子となるように，自己クローニング法を用いて，基板パターンを設計するとともに，基板パターンを有する基板上に結晶を成長させることにより，複屈折素子を製造する工程を含む，レーザー共振器の製造方法に関する。 A preferred embodiment of the fourth aspect of the present invention includes a first reflecting mirror (1) and an optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light. ), A second reflecting mirror (3) that reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of the light, and a first reflecting mirror (1) and a second reflecting mirror ( 3), the birefringent element (4) is provided between the birefringent element (4) and the birefringent element (4). A process of manufacturing a birefringent element by designing a substrate pattern by using a self-cloning method so that a birefringent element having an isotropic axis is arranged and growing a crystal on the substrate having the substrate pattern The present invention relates to a method for manufacturing a laser resonator.
本発明によれば，円筒対称な偏光分布を有するレーザー光を発振できるレーザー発振器，そのようなレーザー発振器を具備するレーザー装置，及びそのようなレーザー発振器を用いた円筒対称な偏光分布を有するレーザー光の発振方法を提供できる。 According to the present invention, a laser oscillator capable of oscillating a laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution, a laser apparatus including such a laser oscillator, and a laser beam having a cylindrically symmetric polarization distribution using such a laser oscillator. The oscillation method can be provided.
本発明によれば，目的とする偏光分布を有するレーザー光を発振できるレーザー発振器，その製造方法，そのようなレーザー発振器を具備するレーザー装置，及びそのようなレーザー発振器を用いた目的とする偏光分布を有するレーザー光の発振方法を提供できる。 According to the present invention, a laser oscillator capable of oscillating a laser beam having a target polarization distribution, a manufacturing method thereof, a laser apparatus equipped with such a laser oscillator, and a target polarization distribution using such a laser oscillator It is possible to provide a laser beam oscillation method having the following.
１ 第1の反射鏡，２ 光増幅器，３ 第2の反射鏡，４ 複屈折素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st reflecting mirror, 2 Optical amplifier, 3 Second reflecting mirror, 4 Birefringence element
以下、図面に従って、本発明を詳細に説明する。図１に円筒対象偏光レーザービームの偏光分布を示す。図1(a)および図1(b)はそれぞれ、径偏光および方位偏光である。径偏光では電界の振動方向が放射状に、方位偏光では同心円状に分布している。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a polarization distribution of a cylindrical object polarized laser beam. FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) are radial polarization and azimuth polarization, respectively. In radial polarization, the vibration direction of the electric field is distributed radially, and in azimuth polarization, it is distributed concentrically.
図２に凹面鏡を用いた一般的なレーザー共振器の一例を示す。Nd:YAG結晶(2)が凹面鏡(1)と平面鏡(3)で構成される共振器内に置かれている。このような配置のレーザー発振器から出射されるレーザー光の偏光方位は，ランダムもしくは一軸偏光に近い空間分布を有するのが一般的である。 FIG. 2 shows an example of a general laser resonator using a concave mirror. An Nd: YAG crystal (2) is placed in a resonator composed of a concave mirror (1) and a plane mirror (3). In general, the polarization direction of laser light emitted from the laser oscillator having such an arrangement has a spatial distribution close to random or uniaxial polarization.
本発明の偏光素子は，たとえば，表面の凹凸が同心円状に複数となるような基板を用いて自己クローニング法により製造すればよい。また，表面の凹凸が放射状に複数となるような基板を用いて自己クローニング法により製造してもよい。自己クローニング法で用いる表面凹凸を有する基板は，イオンビーム露光技術やナノインプリント技術を用いて作製されるが，その溝形状は任意に作製することができる。ただし，放射状のパターンを用いる場合には，放射状に広がる一様な凹凸幅の形状というものがありえないことから，なるべく一様な幅の溝になるように放射中心から一定距離ごとに溝を作るなどの工夫が必要になり，望ましくない。 The polarizing element of the present invention may be produced by, for example, a self-cloning method using a substrate having a plurality of concavities and convexities on the surface. Moreover, you may manufacture by a self-cloning method using the board | substrate with which the unevenness | corrugation of the surface becomes plural radially. The substrate having surface irregularities used in the self-cloning method is produced using an ion beam exposure technique or a nanoimprint technique, but the groove shape can be produced arbitrarily. However, when a radial pattern is used, there is no uniform uneven width shape that spreads radially, so grooves are formed at regular distances from the radiation center so that the grooves are as uniform as possible. This is not desirable because
従って，の透過軸が放射状に設けられる反射型偏光子と，透過軸が同心円状にもうけられる反射型偏光子の両方が，同様に表面の凹凸が同心円状に設けられた基板から作成されることが望ましく，積層する膜厚の組み合わせによって実現可能である。例えば凹凸の周期が500nmである同心円状の溝もしくは凸部を有する基板上に，SiO2層の厚さが250nm, Nb2O5層の厚さが327nmであり，SiO2層とNb2O5層とが交互に自己クローニング法を用いて５層積層した構造の反射型偏光子の透過率は図6(a)に示すように，Nd:YAGレーザの発振波長である1064nm近傍で，円周方向に電界成分を持つ光に対して10%程度の透過率を持たせることができ，これに直行する電界振動成分を持つ光に対しては80%程度以上と相対的に高い透過率を持たせることができる。Therefore, both a reflective polarizer with a transmission axis of a radial shape and a reflective polarizer with a transmission axis of a concentric shape should be made from a substrate with surface concavities and convexities similarly. This is desirable, and can be realized by a combination of film thicknesses to be stacked. For example, on a substrate having concentric grooves or projections with a period of irregularities of 500 nm, the thickness of the SiO 2 layer is 250 nm, the thickness of the Nb 2 O 5 layer is 327 nm, and the SiO 2 layer and the Nb 2 O As shown in Fig. 6 (a), the transmittance of a reflective polarizer with a structure in which five layers are alternately stacked using the self-cloning method is a circle around 1064 nm, which is the oscillation wavelength of the Nd: YAG laser. It can have a transmittance of about 10% for light having an electric field component in the circumferential direction, and has a relatively high transmittance of about 80% or more for light having an electric field vibration component perpendicular to this. You can have it.
一方で同様の凹凸周期が500nmの同心円パターン基板上に，SiO2層の厚さが174nm, Nb2O5層の厚さが460nmであり，SiO2層とNb2O5層とが交互に自己クローニング法を用いて８層積層した構造の反射型偏光子の透過率は図6(b)に示すように，Nd:YAGレーザの発振波長である1064nm近傍で，放射方向に電界成分を持つ光に対して10%程度の透過率を持たせることができ，これに直行する電界振動成分を持つ光に対しては90%程度以上と相対的に高い透過率を持たせることができる。On the other hand, on a concentric pattern substrate with a similar uneven period of 500 nm, the SiO 2 layer thickness is 174 nm, the Nb 2 O 5 layer thickness is 460 nm, and the SiO 2 layer and the Nb 2 O 5 layer are alternately As shown in Fig. 6 (b), the transmittance of a reflective polarizer with a structure of 8 layers stacked using the self-cloning method has an electric field component in the radiation direction around the Nd: YAG laser oscillation wavelength of 1064 nm. A light transmittance of about 10% can be given to light, and a light having a relatively high transmittance of about 90% or more can be given to light having an electric field vibration component perpendicular to this.
つまり，同じ同心円パターンの基板を用いた場合でも，自己クローニング法により積層する膜の厚さの組み合わせによって，透過軸が放射状に設けられる反射型偏光子と，透過軸が同心円状にもうけられる反射型偏光子の両方を作製することができる。 In other words, even when substrates with the same concentric pattern are used, a reflective polarizer in which the transmission axis is provided radially and a reflection type in which the transmission axis is provided in a concentric circle, depending on the combination of the thicknesses of the films stacked by the self-cloning method. Both polarizers can be made.
更には,凹凸周期500nmの同心円パターン基板を用いて複屈折材料を得ることもできる。具体的には,SiO2層の厚さが100nm,Ta2O5層の厚さが100nmであり,SiO2層とTa2O5層とが交互に自己クローニング法を用いて積層した構造は,異方性軸を基板凹凸溝方向に有し積層数に応じた位相差を有する複屈折材料となる。Furthermore, a birefringent material can be obtained by using a concentric circular pattern substrate having an uneven period of 500 nm. Specifically, the thickness of the SiO 2 layer is 100 nm, the thickness of the Ta 2 O 5 layer is 100 nm, and the SiO 2 layer and the Ta 2 O 5 layer are alternately stacked using the self-cloning method. Therefore, the birefringent material has an anisotropic axis in the direction of the substrate groove and has a phase difference corresponding to the number of layers.
以上の説明から，任意の凹凸パターンの基板へ自己クローニング法による積層膜を作製することにより，任意形状の透過軸を有する反射型偏光子や複屈折材料を得ることができるとわかる。 From the above description, it can be seen that a reflective polarizer or birefringent material having a transmission axis of an arbitrary shape can be obtained by producing a laminated film by a self-cloning method on a substrate having an arbitrary uneven pattern.
上記のような偏光子は，例えば，特開平10-335758号公報，特開2000-258645号公報，特開2001-74954号公報，特開2001-249235号公報，特開2004-45779号公報などに開示される製造技術を用いて適宜作成することができる。自己クローニングフォトニック結晶の望ましい製造方法を以下に記す。基板材料に石英を用い，フォトリソグラフィープロセスを用いて動作波長の半分程度のピッチの周期的な凹凸を形成する。これを，スパッタリング装置を用いて成膜することにより，フォトニック結晶を得ることができる。成膜する材料は，例えばSiO2,Nb2O5，又はTa2O5など，スパッタリングすることができる材料から適宜選択することができる。例えばSiO2及びNb2O5を用いて多層膜を自己クローニング成膜する場合，成膜装置内に４：１の分圧でArと酸素ガスとを流しながら約0.5Paのガス圧で電圧印加，スパッタリングを行えばよい。同時に基板バイアスを印加することにより，成膜とエッチングとを同時に行うことができ，これにより，自己クローニング成膜を実現できる。なお，基板バイアスに印加する電力は，成膜電力の10%以下であることが望ましい。Examples of the polarizer described above include, for example, JP-A-10-335758, JP-A-2000-258645, JP-A-2001-74954, JP-A-2001-249235, JP-A-2004-45779, etc. It can be made as appropriate using the manufacturing technique disclosed in. A desirable method for producing self-cloning photonic crystals is described below. Quartz is used as the substrate material, and periodic irregularities with a pitch of about half the operating wavelength are formed using a photolithography process. A photonic crystal can be obtained by forming a film using a sputtering apparatus. The material for film formation can be appropriately selected from materials that can be sputtered, such as SiO 2 , Nb 2 O 5 , or Ta 2 O 5 . For example, when a multilayer film is self-cloned using SiO 2 and Nb 2 O 5 , a voltage is applied at a gas pressure of about 0.5 Pa while flowing Ar and oxygen gas at a partial pressure of 4: 1 in the film forming apparatus. Sputtering may be performed. By applying a substrate bias at the same time, film formation and etching can be performed simultaneously, thereby realizing self-cloning film formation. The power applied to the substrate bias is desirably 10% or less of the film forming power.
後述する実施例により実証されたとおり，例えば，石英基板を用いて，基板ピッチ(凹凸の一周期)が500nm，SiO2層の厚さが250nm, Nb2O5層の厚さが327nmで各５層積層した場合，波長1064nmで凹凸に平行な電界成分を有する偏光が選択的に反射する反射型偏光子を得ることができた。つまり，この場合は基板溝が同心円状の場合に，透過軸が同心円状のものを得ることができる。逆に，基板溝が放射状のものを用いれば，透過軸が放射状のものを製造することができる。たとえば，放射状の周期構造が中心から外縁部まで多段に形成されている層を有する偏光子であっても透過軸が放射状のものを得ることができる。このように，基板に設けられた溝と，透過軸が平行な偏光子は，この実施例に基づき，適宜基板の溝形状，基板ピッチ，各層を構成する材料，及び各層の膜厚などを適宜調整することで，製造できる。基板ピッチは，特に限定されないが，入射光の波長の半分程度，例えば，50nm以上800nm以下の範囲，好ましくは100nm以上600nm以下の範囲において適宜調整すればよい。自己クローニング結晶からなる偏光子を構成する各層の厚さは，例えば，20nm以上500nm以下から適宜調整すればよい。また，各層は異なる２種類の層がひとつのペアとなり，そのペアが複数積み重ねられるようにされているものが好ましい。そのようなペアの数（層数）として，例えば３層以上100層以下があげられ，３層以上20層以下であってもよい。As demonstrated by the examples described later, for example, using a quartz substrate, the substrate pitch (one period of unevenness) is 500 nm, the SiO 2 layer thickness is 250 nm, and the Nb 2 O 5 layer thickness is 327 nm. When five layers were stacked, a reflective polarizer that selectively reflects polarized light having an electric field component parallel to the irregularities at a wavelength of 1064 nm could be obtained. That is, in this case, when the substrate groove is concentric, a transmission axis having a concentric shape can be obtained. On the other hand, if the substrate groove is radial, the transmission axis can be made radial. For example, even a polarizer having a layer in which a radial periodic structure is formed in multiple stages from the center to the outer edge can be obtained with a radial transmission axis. As described above, the groove provided in the substrate and the polarizer having the transmission axis parallel to each other are appropriately configured based on this embodiment by appropriately changing the groove shape of the substrate, the substrate pitch, the material constituting each layer, the film thickness of each layer, and the like. It can be manufactured by adjusting. The substrate pitch is not particularly limited, but may be appropriately adjusted within about half the wavelength of incident light, for example, in the range of 50 nm to 800 nm, preferably in the range of 100 nm to 600 nm. What is necessary is just to adjust suitably the thickness of each layer which comprises the polarizer which consists of a self-cloning crystal | crystallization, for example from 20 nm or more and 500 nm or less. In addition, each layer is preferably configured such that two different types of layers form one pair and a plurality of such pairs are stacked. Examples of the number of such pairs (number of layers) include 3 to 100 layers, and may be 3 to 20 layers.
一方，後述する実施例において実証されたとおり，同じ材料を用いても，基板ピッチが500nmでSiO2が174nm, Nb２O5が460nmで各８層の場合，波長1064nmで凹凸に垂直は電界成分を有する偏光が選択的に反射する反射型偏光子が得られる。この場合は，基板溝が同心円状の場合，透過軸が放射状の偏光子が得られ，基板溝が放射状の場合，透過軸が同心円状のものが得られる。たとえば，放射状の周期構造が中心から外縁部まで多段に形成されている層を有する偏光子であっても，透過軸が同心円状のものを得ることができる。このように，基板に設けられた溝と，透過軸が直交する偏光子は，この実施例に基づき適宜，基板の溝形状，基板ピッチ，各層を構成する材料，各層の膜厚などを調整することで製造することができる。基板ピッチは，特に限定されないが，入射光の波長の半分程度，例えば，50nm以上800nm以下の範囲，好ましくは100nm以上600nm以下の範囲において適宜調整すればよい。自己クローニング結晶からなる偏光子を構成する各層の厚さは，例えば，20nm以上500nm以下から適宜調整すればよい。また，各層は異なる２種類の層がひとつのペアとなり，そのペアが複数積み重ねられるようにされているものが好ましい。そのようなペアの数（層数）として，例えば３層以上100層以下があげられ，３層以上20層以下であってもよい。On the other hand, as demonstrated in the examples to be described later, even when the same material is used, when the substrate pitch is 500 nm, SiO 2 is 174 nm, Nb 2 O 5 is 460 nm and each has 8 layers, the electric field is perpendicular to the unevenness at the wavelength of 1064 nm. A reflective polarizer in which polarized light having components is selectively reflected is obtained. In this case, when the substrate groove is concentric, a polarizer having a radial transmission axis is obtained, and when the substrate groove is radial, a transmission axis having a concentric circle is obtained. For example, even a polarizer having a layer in which a radial periodic structure is formed in multiple stages from the center to the outer edge, a transmission axis having a concentric shape can be obtained. In this way, the grooves provided in the substrate and the polarizer whose transmission axes are orthogonal to each other adjust the groove shape of the substrate, the substrate pitch, the material constituting each layer, the film thickness of each layer, etc., as appropriate based on this embodiment. Can be manufactured. The substrate pitch is not particularly limited, but may be appropriately adjusted within about half the wavelength of incident light, for example, in the range of 50 nm to 800 nm, preferably in the range of 100 nm to 600 nm. What is necessary is just to adjust suitably the thickness of each layer which comprises the polarizer which consists of a self-cloning crystal | crystallization, for example from 20 nm or more and 500 nm or less. In addition, each layer is preferably configured such that two different types of layers form one pair and a plurality of such pairs are stacked. Examples of the number of such pairs (number of layers) include 3 to 100 layers, and may be 3 to 20 layers.
また，自己クローニングフォトニック結晶以外にも，例えばワイヤーグリッド型の偏光子により放射状に透過軸を有する偏光子を実現することができる。ただし，自己クローニングフォトニック結晶によるものの方が，高い精度を持って製造でき，偏光調整機能を発揮できるので好ましい。 In addition to the self-cloning photonic crystal, a polarizer having a radial transmission axis can be realized by, for example, a wire grid polarizer. However, the self-cloning photonic crystal is preferable because it can be manufactured with high accuracy and can exhibit the polarization adjustment function.
本発明では,図3に示される構成を有する円筒対称レーザー共振器を製造した。図3に示されるように,レーザー媒質であるNd:YAG結晶(2)が凹面鏡(1)と,自己クローニング型フォトニック結晶反射型偏光子からなる平面鏡(3)で構成される共振器内に置かれている。一方,また,図4に示される複屈素子を挿入した共振器も製造した。 In the present invention, a cylindrically symmetric laser resonator having the configuration shown in FIG. 3 was manufactured. As shown in Fig. 3, the laser medium Nd: YAG crystal (2) has a concave mirror (1) and a plane mirror (3) consisting of a self-cloning photonic crystal reflective polarizer. It has been placed. Meanwhile, a resonator with the birefringent element shown in Fig. 4 was also fabricated.
図５は，作製した自己クローニング型フォトニック結晶反射型偏光子の基板パターンと，表面SEM観察像を示す図である。図5(a)は反射型偏光子の概念図をしめし，図5(b)は基板パターンの概念図であり，図5(c)は表面ＳＥＭ観察像を示す。この自己クローニング型フォトニック結晶反射型偏光子は，偏光方位を表す凹凸が同心円状に形成されていることにより，透過軸が同心円状，もしくは放射状の偏光子が実現されている。図5(a)に示すような自己クローニング型フォトニック結晶は，図5(b)に示すような凹凸形状を作製した石英等の基板上に，自己クローニングプロセスで多層膜を形成することにより作製される。成膜される材料は，Si,SiO2,Nb2O5，Ta２O5，HfO2など，スパッタリング成膜可能な全ての光学材料を選択可能である。本実施例では石英基板上にSiO2とNb2O5とを交互に積層して作製した。FIG. 5 is a diagram showing a substrate pattern and a surface SEM observation image of the produced self-cloning photonic crystal reflective polarizer. FIG. 5 (a) shows a conceptual diagram of a reflective polarizer, FIG. 5 (b) is a conceptual diagram of a substrate pattern, and FIG. 5 (c) shows a surface SEM observation image. This self-cloning photonic crystal reflective polarizer has a concentric or radial transmission axis formed by concentric projections and depressions representing the polarization direction. A self-cloning photonic crystal as shown in Fig. 5 (a) is produced by forming a multilayer film by a self-cloning process on a substrate such as quartz that has an irregular shape as shown in Fig. 5 (b). Is done. As the material to be deposited, all optical materials that can be deposited by sputtering, such as Si, SiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and HfO 2 , can be selected. In the present example, SiO 2 and Nb 2 O 5 were alternately laminated on a quartz substrate.
図６は，自己クローニング型フォトニック結晶反射型偏光子の分光特性測定結果を示すグラフである。図5(b)に示したと同じ形状の基板から，凹凸方向に平行な電界振動成分を持つＴＥ波が透過軸方位に一致する反射型偏光子(図6(a))と，凹凸方向に垂直な電界振動成分を持つＴＭ波が透過軸方位に一致する反射型偏光子(図6(b))のいずれをもでき，これらは積層する材料と膜厚の組み合わせで任意に選択できることがわかる。本実施例では図6(a)および図6(b)の特性を有する反射型偏光子をそれぞれ用いた。 FIG. 6 is a graph showing the spectral characteristic measurement results of the self-cloning photonic crystal reflective polarizer. A reflective polarizer (Fig. 6 (a)) in which the TE wave with the electric field oscillation component parallel to the concavo-convex direction matches the transmission axis direction from the substrate of the same shape as shown in Fig. 5 (b), and perpendicular to the concavo-convex direction It can be seen that the TM wave with various electric field oscillation components can be any of the reflective polarizers (Fig. 6 (b)) whose transmission axis orientation matches, and these can be arbitrarily selected depending on the combination of the material to be laminated and the film thickness. In this example, reflective polarizers having the characteristics shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) were used.
図7に，図6(a)のTE透過偏光子を配置したレーザー発振器から得られたレーザー光強度分布の測定例を示す。図7(a)より，中心での強度がゼロとなるドーナツ型の分布をしていることがわかる。直線偏光板を通した後の強度分布を図7(b)，図7(c)および図7(d)に示す。図中右下の矢印は直線偏光板の偏光方向を示している。これらより，得られたレーザー光の偏光が放射状であり，径偏光ビームであることがわかる。このレーザー光は励起光強度に依存せず，常に径偏光となっている。また，機械的振動に乱されることは全くなく，安定な発振が得られる。さらに，安定共振器の範囲内であれば平面鏡３の位置を任意に設定することができる。 FIG. 7 shows a measurement example of the laser light intensity distribution obtained from the laser oscillator in which the TE transmission polarizer shown in FIG. 6 (a) is arranged. From Fig. 7 (a), it can be seen that it has a donut-shaped distribution with zero intensity at the center. Fig. 7 (b), Fig. 7 (c) and Fig. 7 (d) show the intensity distribution after passing through the linear polarizing plate. The arrow on the lower right in the figure indicates the polarization direction of the linearly polarizing plate. From these, it can be seen that the polarization of the obtained laser light is radial and is a radially polarized beam. This laser light does not depend on the excitation light intensity and is always radially polarized. Moreover, it is not disturbed by mechanical vibrations at all, and stable oscillation can be obtained. Furthermore, the position of the plane mirror 3 can be arbitrarily set within the range of the stable resonator.
次に図6(b)のＴＭ透過偏光子を配置したレーザー発振器から得られたレーザー光強度分布の測定例を，図8に示す。図8(a)より，中心での強度がゼロとなるドーナツ型の分布をしていることがわかる。直線偏光板を通した後の強度分布を図8(b)，図8(c)および図8(d)に示す。図中右下の矢印は直線偏光板の偏光方向を示している。これらより，得られたレーザー光の偏光が同心円状であり，方位偏光ビームであることがわかる。このレーザー光は励起光強度に依存せず，常に径偏光となっている。また，機械的振動に乱されることは全くなく，安定な発振が得られる。さらに，安定共振器の範囲内であれば平面鏡３の位置を任意に設定することができる。 Next, FIG. 8 shows a measurement example of the laser light intensity distribution obtained from the laser oscillator in which the TM transmission polarizer shown in FIG. 6 (b) is arranged. From Fig. 8 (a), it can be seen that it has a donut-shaped distribution with zero intensity at the center. The intensity distribution after passing through the linear polarizing plate is shown in Fig. 8 (b), Fig. 8 (c) and Fig. 8 (d). The arrow on the lower right in the figure indicates the polarization direction of the linearly polarizing plate. From these, it can be seen that the polarization of the obtained laser light is concentric and is an azimuthally polarized beam. This laser light does not depend on the excitation light intensity and is always radially polarized. Moreover, it is not disturbed by mechanical vibrations at all, and stable oscillation can be obtained. Furthermore, the position of the plane mirror 3 can be arbitrarily set within the range of the stable resonator.
本実施例で示した試作によって，従来実現に高度なアライメントや複雑且つ精密な光路設計が必要であった円筒対称偏光ビームが，発振器を構成する反射鏡を自己クローニングフォトニック結晶反射型偏光子に置き換えるだけで容易に発振させることが可能になった。 With the prototype shown in this example, a cylindrically symmetric polarized beam, which had previously required advanced alignment and a complicated and precise optical path design, was realized as a self-cloning photonic crystal reflective polarizer. It became possible to oscillate easily just by replacing.
自己クローニングフォトニック結晶は透過軸あるいは反射軸方位を任意に設計および製作できるので，本実施例以外の一様でない任意の偏光分布を有するレーザービームを発生させるレーザー共振器を製作することもできる。 Since the self-cloning photonic crystal can be designed and manufactured with any transmission axis or reflection axis orientation, a laser resonator that generates a laser beam having an arbitrary non-uniform polarization distribution other than the present embodiment can also be manufactured.
また，同心円状あるいは任意方位に異方性軸が配置された複屈素子料をレーザー共振器内に挿入することにより，同心円状あるいは一様でない任意の偏光分布を有するレーザービームを発生させることができる。この複屈素子料は，自己クローニングフォトニック結晶でもよい。 In addition, by inserting a birefringent element material with concentric circles or anisotropic axes arranged in an arbitrary direction into a laser resonator, a laser beam having a concentric or arbitrary non-uniform polarization distribution can be generated. it can. The birefringent element material may be a self-cloning photonic crystal.
共振器に用いる反射鏡の形状は凹面あるいは凸面でも良い。また，励起方法はサイドポンプあるいはエンドポンプでも良い。更に，レーザー発振は連続あるいはパルスでも良い。以上のようにして得られたレーザービームを種光として増幅し，出力を増大することもできる。 The shape of the reflecting mirror used in the resonator may be concave or convex. The excitation method may be a side pump or an end pump. Further, the laser oscillation may be continuous or pulsed. The laser beam obtained as described above can be amplified as seed light to increase the output.
本発明の円筒対称偏光レーザー光発振器および任意モードのレーザー光発振器は，レーザー加工におけるエネルギー効率や加工精度の向上に寄与し，光ピンセットなどのバイオ研究や医療現場などでの応用も期待され，あらゆるレーザー応用製品に適応されうる。 The cylindrically symmetric polarized laser light oscillator and laser light oscillator of any mode of the present invention contribute to the improvement of energy efficiency and processing accuracy in laser processing, and are expected to be applied in bio research such as optical tweezers and medical field. Can be applied to laser application products.
Claims (16)
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，
前記光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器において，
前記第2の反射鏡(3)は，
同心円状に透過軸を有する反射型偏光素子，又は
同心円状に反射軸を有する反射型偏光素子，
を具備する，
レーザー共振器。A first reflector (1);
An optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light;
In a laser resonator comprising: a second reflecting mirror (3) that reflects a part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits a part thereof;
The second reflecting mirror (3)
A reflective polarizing element having a transmission axis concentrically or a reflective polarizing element having a reflection axis concentrically;
Comprising
Laser resonator.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が，前記光増幅器(2)へ入射し，
前記光増幅器(2)が，入射した光の強度を増幅し，
前記第2の反射鏡(3)が，前記光増幅器(2)から出射された光の一部を反射するとともに，一部を透過することにより，円筒対称偏光を有するレーザー光を放出する，
レーザー光の出力方法。Using the laser resonator according to claim 1 or 2,
The light reflected by the first reflecting mirror (1) enters the optical amplifier (2),
The optical amplifier (2) amplifies the intensity of incident light,
The second reflecting mirror (3) reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of the light, thereby emitting laser light having cylindrically symmetric polarization.
Laser light output method.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，
前記光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器において，
前記第2の反射鏡(3)は，
一方向でない透過軸のパターンを有する反射型偏光素子，又は
一方向でない反射軸のパターンを有する反射型偏光素子を具備する，
レーザー共振器。A first reflector (1);
An optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light;
In a laser resonator comprising: a second reflecting mirror (3) that reflects a part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits a part thereof;
The second reflecting mirror (3)
A reflective polarizer having a transmission axis pattern that is not unidirectional, or a reflective polarizer having a reflection axis pattern that is not unidirectional;
Laser resonator.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，
前記光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，を具備するレーザー共振器の製造方法であって，
前記第2の反射鏡(3)が，
目的とする，一方向でない透過軸のパターンを有する反射型偏光素子，又は
目的とする，一方向でない反射軸のパターンを有する反射型偏光素子となるように，
自己クローニング法を用いて，基板パターンを設計するとともに，前記基板パターンを有する基板上に結晶を成長させることにより，反射型偏光素子を製造する工程を含む，
レーザー共振器の製造方法。A first reflector (1);
An optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light;
A second reflecting mirror (3) that reflects part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits part of the light, and a method of manufacturing a laser resonator comprising:
The second reflecting mirror (3)
To be a reflective polarizer having a transmission axis pattern that is not unidirectional, or a reflective polarizer having a reflection axis pattern that is not unidirectional,
A step of designing a substrate pattern using a self-cloning method and producing a reflective polarizing element by growing a crystal on the substrate having the substrate pattern;
A method for manufacturing a laser resonator.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，
前記光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，
前記第1の反射鏡(1)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた複屈折素子(4)と，
を具備するレーザー共振器において，
前記複屈折素子(4)は，
同心円状に異方性軸が配置された複屈折素子である，
レーザー共振器。A first reflector (1);
An optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light;
A second reflecting mirror (3) that reflects a part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits a part thereof;
A birefringent element (4) provided between the first reflecting mirror (1) and the second reflecting mirror (3);
In a laser resonator comprising:
The birefringent element (4)
It is a birefringent element with anisotropic axes arranged concentrically.
Laser resonator.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が，前記光増幅器(2)へ入射し，
前記光増幅器(2)が，入射した光の強度を増幅し，
前記光増幅器(2)から出射された光が，前記複屈折素子(4)により円筒対称偏光を有する光とされ，
前記第2の反射鏡(3)が，前記複屈折素子(4)から出射された光の一部を反射するとともに，一部を透過することにより，円筒対称偏光を有するレーザー光を放出する，
レーザー光の出力方法。The laser resonator according to claim 9 or 10, wherein the birefringent element (4) is provided between the optical amplifier (2) and the second reflecting mirror (3).
The light reflected by the first reflecting mirror (1) enters the optical amplifier (2),
The optical amplifier (2) amplifies the intensity of incident light,
The light emitted from the optical amplifier (2) is converted into light having cylindrically symmetric polarization by the birefringent element (4),
The second reflecting mirror (3) reflects part of the light emitted from the birefringent element (4) and transmits part of the light, thereby emitting laser light having cylindrically symmetric polarization;
Laser light output method.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，
前記光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，
前記第1の反射鏡(1)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた複屈折素子(4)と，
を具備するレーザー共振器において，
前記複屈折素子(4)は，
一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子である，
レーザー共振器。A first reflector (1);
An optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light;
A second reflecting mirror (3) that reflects a part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits a part thereof;
A birefringent element (4) provided between the first reflecting mirror (1) and the second reflecting mirror (3);
In a laser resonator comprising:
The birefringent element (4)
A birefringent element in which an anisotropic axis is arranged to have a pattern that is not unidirectional.
Laser resonator.
前記第1の反射鏡(1)で反射した光が入射し，入射した光の強度を増幅する光増幅器(2)と，
前記光増幅器(2)から出射した光の一部を反射するとともに，一部を透過する第2の反射鏡(3)と，
前記第1の反射鏡(1)と第2の反射鏡(3)との間に設けられた複屈折素子(4)と，
を具備するレーザー共振器の製造方法において，
前記複屈折素子(4)は，
目的とする，一方向ではないパターンを有するように異方性軸が配置された複屈折素子となるように，
自己クローニング法を用いて，基板パターンを設計するとともに，前記基板パターンを有する基板上に結晶を成長させることにより，複屈折素子を製造する工程を含む，
レーザー共振器の製造方法。A first reflector (1);
An optical amplifier (2) that receives the light reflected by the first reflecting mirror (1) and amplifies the intensity of the incident light;
A second reflecting mirror (3) that reflects a part of the light emitted from the optical amplifier (2) and transmits a part thereof;
A birefringent element (4) provided between the first reflecting mirror (1) and the second reflecting mirror (3);
In a method for manufacturing a laser resonator comprising:
The birefringent element (4)
To be a birefringent element in which an anisotropic axis is arranged so as to have a target pattern that is not unidirectional,
Using the self-cloning method to design a substrate pattern and growing a crystal on the substrate having the substrate pattern to produce a birefringent element,
A method for manufacturing a laser resonator.
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