WO2003065519A1 - Element optique - Google Patents

Element optique Download PDF

Info

Publication number
WO2003065519A1
WO2003065519A1 PCT/JP2002/008114 JP0208114W WO03065519A1 WO 2003065519 A1 WO2003065519 A1 WO 2003065519A1 JP 0208114 W JP0208114 W JP 0208114W WO 03065519 A1 WO03065519 A1 WO 03065519A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plane
optical element
devolatilization
yag
crystal
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/008114
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takunori Taira
Ichiro Shoji
Original Assignee
Japan Science And Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science And Technology Agency filed Critical Japan Science And Technology Agency
Priority to EP02760589A priority Critical patent/EP1478061B1/en
Priority to US10/502,055 priority patent/US20050117085A1/en
Priority to CA002474966A priority patent/CA2474966A1/en
Priority to DE60217410T priority patent/DE60217410T2/de
Priority to KR1020047011918A priority patent/KR100642954B1/ko
Publication of WO2003065519A1 publication Critical patent/WO2003065519A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Definitions

  • the present invention relates to an optical element, and particularly to a YAG laser.
  • the thermal birefringence effect induced by excitation in solid-state laser materials is a serious problem in achieving high power and high quality lasers. This is because it causes bifocalization and deborization of a linearly polarized beam (reference [1]).
  • the light propagation direction is set to the (11 1) axis direction
  • the light propagation direction is caused by the photoelastic effect due to the thermally induced strain generated accompanying the excitation.
  • birefringence thermo birefringence
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an optical element that can significantly reduce a thermal birefringence effect.
  • the light propagation direction is selected to be other than the (111) axis direction of the crystal belonging to the equiaxed system, and the birefringence effect based on the photoelastic effect due to the stress induced symmetrically in the center is reduced. It is characterized by the following.
  • the light propagation direction is the 0) It is characterized by choosing the direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing the measurement results of the polarization direction dependence of deborization.
  • FIG. 2 is a diagram showing a calculation result of an absorption excitation power dependency of devolatilization according to the present invention.
  • Fig. 3 shows the relationship between the absorption excitation power of the devolatilization on the (111), (100) and (110) planes calculated using the theory of References [5] and [6]. It is a figure which shows dependency.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between 0 and ⁇ on the (111), (100) and (110) planes.
  • FIG. 5 is, Omegaganma in each side 2 / gamma.
  • FIG. 9 is a diagram showing the exact dependence of devolatilization on the absorption excitation power in the (111), (100) and (110) planes in case (1).
  • FIG. 7 is an enlarged view of the low absorption power region in FIG. 6 in the horizontal direction.
  • FIG. 8 is a diagram showing the dependence of the devolatilization on the absorption excitation power based on the measurement results in the (111), (100) and (110) planes.
  • FIG. 11 is a diagram showing the dependence of deborization on absorption excitation power on the (111), (100) and (110) planes in the case of / 4.
  • FIG. 1 is a diagram showing a measurement result of the polarization direction dependence of the devolatilization.
  • the horizontal axis shows the polarization angle e P (degree)
  • the vertical axis shows the devolarization D poI .
  • FIG. 1 is a diagram showing a calculation result of the absorption pump power dependence of the devolarization according to the present invention.
  • the horizontal axis is the absorption pump power Pab (W)
  • the vertical axis is the devolarization power.
  • the inventors of the present invention again calculated the dependence of the devolatilization on the absorption excitation power in consideration of the effect. No matter how large the absorption excitation power was, the angle between the crystal axis and the 45 ° in the (100) plane was changed. It has been clarified that depolarization can be reduced to less than half with linearly polarized light in the (111) plane with linearly polarized light (see the solid line in Fig. 2).
  • Deborization is defined as the ratio of the polarization angle extinction power to the original linearly polarized laser light, and is given by the following equation.
  • Each point ( ⁇ ,) on a plane perpendicular to the beam propagation direction (Z axis) in a cylindrical rod ⁇ ) the total amount D of devolatilization is
  • FIG. 6 the radius r a of the laser beam is the rod radius r.
  • the figure shows the exact dependence of the depolarization on the absorption exciton and the degree of absorption excitation when.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the low absorption power region in FIG.
  • r is r. If it is large enough, 0 will be close to ⁇ . In other words, the direction of the eigenvector at each point is almost radial and tangential.
  • ⁇ r.
  • the amount of devolatilization in the (100) plane is only half of that in the (111) plane, but in the (110) plane, ⁇ itself is smaller in the (111) plane than in the (111) plane. Despite being large, it is reduced to almost 1/50 of the (111) plane.
  • the YAG laser is described as an example, but the present invention is not limited to the YAG laser and can be applied to an optical element using another equiaxed crystal system crystal. It is possible to reduce the devolatilization of the optical element.
  • the thermal birefringence effect can be reduced by simply selecting the propagation direction of light other than the (111) axis direction.
  • the devolarization can be reduced by one or more digits without compensation compared to the case of using the (111) cut medium.
  • the optical element of the present invention can greatly reduce the thermal birefringence effect by selecting the direction of light propagation to the (110) direction of the crystal, and can be used as a solid-state laser that solves thermal problems. It is suitable.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Description

明 細 書 光学素子 技術分野
本発明は、光学素子に係り、 特に、 YAGレーザーに関するものである。 背景技術
従来、 本発明にかかる参考文献として以下に示すようなものがあった。
C l j ： W. Ko e c hne r, S o l i d— b t a t e La s e r En g i n e e r i n g (Sp r i ng e r— Ve r l ag, B e r l i n, 1 99 6) ， P P. 39 3 - 4 1 2.
〔2〕 ： W. C. S c o t t and M. d e Wi t, "B i r e f r i ng e nc e c omp en s a t i on and T E M00 mo de en han c emen t i n a N d： YAG l a s e r, App l . P hy s. L e t t. 1 8, 3-4 ( 1 97 1 ) .
〔3〕 ： K. Y a s u i , E f f i c i en t and s t ab l e o p G r a t i on o f a h i gh— b r i gh t ne s s c w 500 -W Nd : YAG r o d l a s e r, " Ap p l . Op t. 3 5, 2 5 66 - 2569 ( 1 9 96 ) .
〔4〕 ： W. A. C 1 a r k s o n, N. S. F e 1 g a t e, and D. C . H a n n a , 'S imp l e me t ho d f o r r e duc i ng t he dep o l a r i z a t i on l o s s r e s u l t i ng f r o m t h e rma l 1 y i ndu c e d b i r e f r i ng e nc e i n s o l i d— s t a t e l a s e r s, O t. Le t t. 24， 82 0 - 82 2 ( 1 999 ) .
C5] ： W. Ko e chne r and D. K. R i c e, "E f f e c t o f b i r e f r i ng enc e on t he p e r f o rmanc e o f l i ne a r l y p o l ar i z e d YAG： N d l a s e r s , " I EEE J. Qu an t um E l e c t r on. QE— 6, 5 57— 566 ( 1 970 ) .
〔6〕 ： W. Ko e chne r and D. K. R i c e, "B i r e f r i ng enc e o f YAG： N d l a s e r r o d s a s a f u no t i on o f g r owt h d i r e c t i on, J . O t. S o c. Am. 6 1， 7 58 - 766 ( 1 97 1 ) .
〔7〕 ： I . S h o j i , Y. S a t o, S . K u r i mu r a , V. L u p e i , T. T a i r a , A. I ke s ue, and K. Yo s h i d a, "T h e r m a 1 b i r e f r i ng enc e i n N d： YAG c e r am i c s， Tr e nd s i n O t i c s and Pho t on i c s Vo l . 50, Advanc e d S o l i d— S t a t e L a s e r s, C. Mar s ha l 1 , e d. (O t i c a l S o c i e t o f Am e r i c a, Wa s h i ng t on, DC 200 1 ) , pp. 273 - 278.
〔8〕 ： L. N. S oms, A. A. Tar a s ov, and V. V. S h a s h k i n , "P r ob l em o f d ep o l ar i z a t i on o f l i ne ar l y o l a r i z e d l i gh t by a YAG： N d3+ l a s e r— a c t i ve e l emen t und e r t h e r m a 1 1 i nduc e d b i r e f r i ng e nc e c ond i t i on s , " S o v . J. Quant um E l e c t r on. 1 0， 350— 35 1 ( 1 980 ) .
〔9〕 ： V. Pa r f enov, V. S h a s h k i n , and E . S七 e p a n o v , "Nume r i c a l i nve s t i g a t i on o f t h e r m a 1 1 i nduc e d b i r e f r i ng enc e i n op t i c a 1 e l ement s o f s o l i d— s t a t e l a s e r s, " App 1. Op t. 32， 5243 - 52 55 ( 1 9 93 ) .
固体レーザーの高出力化、高品質化を図る際に、 励起に伴って媒質内で生じる 熱複屈折は大きな問題となる。 熱複屈折によって生じるデボラリゼーシヨ ン （も との直線偏光に対して垂直方向に発生した偏光成分の割合； DP[)1 =P1/Pin i t i a l ) を補償して直線偏光を得るために、 これまでレーザー媒質の配置や光学 素子との組み合わせなどにさまざまな工夫がなされてきた。
固体状態のレーザー材料において励起に伴い誘起される熱複屈折効果は、 レー ザ一の高出力、 高品質化を図る上で深刻な問題である。 なぜならば、 直線的に偏 光したビームの 2焦点化 （b i f ocus i ng)やデボラリゼ一シヨンを引き 起こすからである (参考文献 〔 1〕 ） 。
これらの現象は Y AGなどの固体レーザ一の高出力化の際に大きな障害となつ た。 これまでは発生したデボラリゼ一シヨンを補償するために、 90° 回転子 (r o t at or) や、 4分の 1波長板などを用いたいくつかの技術が提案され た （参考文献 〔 2〕 〜 〔 4〕 ） 。 こうした補償は、 （ 1 1 1 ) カットの YAG結 晶のみに対して適用された。 その理由は、 （1 1 1)面の複屈折は円形に対称 (c i r cu l ar l s y mme t r i c a 1 ) であることと、 もう一つは、 YAGロッドは通常 (1 1 1)方向に沿って成長するために、 （1 1 1) カット のロッドを用いることは都合が良いからである。
このように、 代表的なレーザー材料である YAG結晶は、 従来 （1 1 1)方向 に成長したロッドが用いられてきた。 発明の開示
しかしながら、 上記したように、 従来の YAGレーザ一では、 光の伝搬方向を (1 1 1)軸方向に設定していたため、 励起に付随して発生する熱誘起歪みによ る光弾性効果から生ずる複屈折 （熱複屈折） を解消するために、 共振器内部に余 計な光学部品を挿入したり、 ジグザグスラブ形式にするなど特殊な形状配置を採 用する必要があった。
本発明は、上記状況に鑑み、 熱複屈折効果を大幅に低減させることができる光 学素子を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、
〔 1〕光学素子において、光伝搬方向を等軸晶系に属する結晶の （ 1 1 1 )軸 方向以外に選び、 中心対称的に誘起されるストレスによる光弾性効果に基づく複 屈折効果を低減することを特徴とする。
〔 2〕 上記 〔 1〕記載の光学素子において、前記光伝搬方向を結晶の （ 10 0) 方位に選ぶことを特徴とする。
〔 3〕 上記 〔 1〕記載の光学素子において、 前記光伝搬方向を結晶の （ 1 1 0) 方位に選ぶことを特徴とする。 図面の簡単な説明
第 1図は、 デボラリゼーションの偏光方向依存性の測定結果を示す図である。 第 2図は、 本発明にかかるデボラリゼ一ションの吸収励起パワー依存性計算結 果を示す図である。
第 3図は、 参考文献 〔 5〕 、 [6] の理論を用いて計算した、 （ 1 1 1 ) 、 ( 1 00) 及び （ 1 1 0) 面における、 デボラリゼ一シヨンの吸収励起パワーへ の依存性を示す図である。
第 4図は、 （ 1 1 1 ) 、 （ 1 00)及び （ 1 1 0)面における、 0と Φとの関 係を示す図である。
第 5図は、 各面における ΩΓ 2 /Γ。 2 の計算値を Φの関数として示す図であ 第 6図は、 r a = r。 の場合の、 （ 1 1 1 ) 、 （ 1 00 ) 及び（ 1 1 0 )面に おける、 デボラリゼーションの吸収励起パワーへの正確な依存性を示す図である。 第 7図は、 第 6図における低吸収パワー領域を水平方向に拡大した図である。 第 8図は、 （ 1 1 1 ) 、 （ 1 00 )及び （ 1 1 0 )面における、測定結果に基 づくデボラリゼ一ションの吸収励起パワーへの依存性を示す図である。
第 9図は、 r a = r。 / 4の場合の、 （ 1 1 1 ) 、 （ 1 00 ) 及び （ 1 1 0 ) 面における、 デボラリゼーションの吸収励起パワーへの依存性を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明の第 1実施例を示す、 （ 1 00) カツ卜の YAG結晶による熱誘 起複屈折デボラリゼ——ンョンの低減について説明する。
Y AGを始めとする立方晶系結晶では、光の伝播方向が （ 1 1 1 )面に垂直な 場合、 熱分布が軸対称であれば面内での熱複屈折は角度に依存せず一定となる。 一方、 （ 1 1 1)面以外では角度依存性を持つ。
第 1図はかかるデボラリゼーションの偏光方向依存性の測定結果を示す図であ る。 ここで、 横軸は偏光角度 eP (度） 、 縦軸はデボラリゼ一シヨン DpoI を示 している。 第 1図は本発明にかかるデボラリゼーションの吸収励起パワー依存性 計算結果を示す図であり、 横軸は吸収励起パワー Pab (W) 、 縦軸はデボラリゼ
—ション DP()1 を示している。
過去に K o e c hne rと R i c eはさまざまな面方位で熱複屈折の角度依存 性を計算し、 吸収励起ノ ヮ一が小さいときには適当な面方位と偏光方向を選べば、 ( 1 1 1 )面よりもデボラリゼ一ションを低減できるが、 吸収励起パワーが一定 値を越えると、面方位による差異はほとんど無くなると主張した （第 2図の点線 参照） 。 彼らは、 その際、 どの面方位でも複屈折が軸対称面内の動径方向と接線 方向との間で起こるとしていた。 ところが、 実際には、 それは （ 1 1 1 ) 面に対 してのみ正しく、 他の面では複屈折軸が動径'接線方向とは一致せずに、 そのず れの大きさが角度依存性を持つことが分かつた。
本願発明者らはその影響を考慮して再度デボラリゼ一ションの吸収励起パワー 依存性を計算したところ、 どんなに吸収励起パワーが大きくても、 （ 1 00) 面 内で結晶軸と 45° の角度をなす直線偏光では、 ( 1 1 1 ) 面内の直線偏光に対 してデボラリゼ一ションを半分以下に低減できることが明らかになつた （第 2図 実線参照） 。
次に、本発明の第 2実施例について説明する。
ここでは、 （ 1 1 0) カツトの YAG結晶による熱誘起複屈折デボラリゼ一シ ョンの低減について説明する。
デボラリゼーシヨンは、 もとの直線的に偏光したレーザ光に対する、 偏光角军消 パワー （d ep o l ar i z e d p owe r) の割合として定義し、 次式によ り与えられる。
Figure imgf000007_0001
円筒状のロッドにおける、 ビーム伝搬方向 （Z軸） に垂直な面での各点 （Γ , Φ) における、 デボラリゼーシヨンの全体量 Dは、 次式となる。
D=s i n2 〔 2 (0—ァ） 〕 s i n2 (Ψ/2) … (2) ここで、 0は χ軸と、複屈折固有べクトル （xy平面上の屈折率楕円の主軸） のうちの 1つとの間の角度であり、 ァは X軸と、 もとの偏光方向との間の角度で ある。 位相差 Ψは、熱誘起複屈折 Δηにより、
Ψ= (2 π/λ) AnL ； An=QS (r 2 /r0 2) ；
S= Ca, / ( 1 -v) ] (？? h Pab/1 6 π/cL) - (3) により与えられる。 一様なポンビング （un i f o rm p ump i n g) の場 合、 义はレーザー波長、 Ωは光弾性係数により与えられる複屈折パラメ一夕一、 r 0 はロッド半径、 は線膨脹係数、 リはポアツソン比、 vh は励起パワーの うち熱に変換される割合 （f r a c t i on a l t he rma l 1 o a d i ng)、 Pabは吸収励起パヮ一、 /cは熱伝導率、 Lはロッド長である。
Ko e c hn e rと R i c eは、 様々な方向から Nd ： Y AGロッドの熱誘起 複屈折を分析し （参考文献 〔 5〕 、 〔 6〕 ） 、 第 3図に示すように、 高吸収パヮ 一領域の極限では、 デボラリゼ一ションの量は口ッド方向に依存しないという結 論を出した。 し力、し、 この理論には二つの誤りがある。 一つは、 どの面において も Θ=Φとしているが、 これは （ 1 1 1 )面にしか当てはまらない。 なぜならば、 ( 1 1 1 ) 、 （ 1 0 0) 、 （ 1 1 0) 面における Sと Φとの正確な関係はそれぞ れ、
t an 20 = t an (2 Φ) …（4 a) t an 2 Θ - [ 2 p 44/ (P n~ 1 2 ) 〕 t an ( 2 Φ) … (4 b) t an 2 Θ = C 8 p 441 an ( 2 Φ) 〕 /
{ 3 (P 1 1 — p 12 ) + 2 p 44— (P 1 1— p 12— 2 p 44 )
[ 2 - (roVr 2 ) 〕 〔 l/c o s (2 Φ) 〕 }
- (4 c) により与えられるからである。 ここで、 pmnは光弾性係数テンソルであり、 （ 1 0 0)面における 0の Φへの依存性を第 4図の長点線で示している。 （ 1 1 0) 面における依存性は、 r値が異なると変化し、第 4図の点線で示している。 もう 一つの誤りは、 各面における Ω値である。 参考文献 〔 5〕、 〔 6〕 では、 Ωを上 記式 （3 ) で r = r。 に固定して再定義した。 （ 1 1 1) 、 （ 1 0 0) 及び （ 1 1 0 )面における正確な Ωはそれぞれ、
Q= ( 1 /3 ) n0 3 ( l +v) ( ι.- ιζ+ 4 p 44) - ( 5 a)
Ω = η0 3 ( l + y ) ί (Ρ ιι-Ρ ι2) 2 c o s 2 ( 2 Φ) +
4 P 442 s i n2 ( 2 Φ) ] 1/2 ··· ( 5 b)
Ω = η。3 ( 1 +リ） [ ( 1 / 1 6 ) { 〔 3 (P n— p 12) + 2 p 44〕
c o s ( 2 Φ) 一 (p n- , 2- 2 p 44) 〔2— (r o2/r 2 ) 〕 } 2 ° + 4 P 442 s i n2 ( 2 Φ) ] 1/ ··· ( 5 c ) により与えられる。 再定義をしても （ 1 1 1 ) および（ 1 0 0 )面における Ωは 変化しないが、 （ 1 1 0)面では Ωが rに依存しているため正確な値は得られな い。
なお、 第 5図では各面における ΩΓ 2'/Γ。 2 の計算値を Φの関数として示し ている。 （ 1 1 1 ) 及び （ 1 0 0 ) 面では、 r値が変化すると大きさだけが変化 し形は変わらない （相似形） が、 （ 1 1 0 ) 面では、 大きさだけでなく形も変ィ匕 する。
第 6図に、 レーザ一光の半径 r a がロッド半径 r。 に等しい場合の、 吸収励起 ノ、°ヮ一に対するデポラリゼーションの正確な依存性を示す。 また、 第 6図におけ る低吸収パワー領域の拡大図を第 7図として示す。
デボラリゼーシヨンは、 高吸収パワー領域においても面方位および偏光方向に 依存し、 r a = r。 の場合、 （ 1 1 1 ) 、 （ 1 0 0) 及び （ 1 1 0 )面のうち ( 1 0 0)面における 4 5° 偏光の場合に最も小さくなり、 高吸収パワー領域で は （ 1 1 1 ) 面の 2分の 1、 低吸収パワー領域では 6分の 1である。 参考文献 〔7〕 に記載されている励起—プローブ測定を用いて、本願発明者らの計算が正 しいことが実験により証明された。
実験ではェンド ·ボンビングにより評価したので、絶対値は異なるが、 第 8図 に示す実験データの相対値は、 第 7図の理論上の曲線とほぼ合致しており、 参考 文献 〔 5〕 、 〔 6〕 の曲線とは合致しない。
参考文献 〔5〕 、 〔6〕 の理論の 2つの誤りのうち、 （ 1 1 1 ) を除く他の面 において， 0が Φと一致しないという事実はすでに指摘されていたが、 デボラリ ゼ一シヨンの依存性は （ 1 00)面に対してだけしか正確に得られなかった （参 考文献 〔8〕 ， 〔9〕 ） 。 しかしながら、 本願発明者らは、 ra が r。 より小さ いという条件の下で （ 1 1 0) カツ卜のロッドを用いることにより、 デボラリゼ ーシヨンが大幅に低減できることを発見した。
第 4図に示すように、 rが r。 程度に大きい場合、 0は Φに近くなる。 つまり、 各点における固有べクトルの向きが、 ほぼ半径方向および接線方向となる。
一方、 rが小さい場合、 いずれの Φにおける 0も 0° または 90° に近くなる。 このことは、 すべての固有べクトルが X軸方向および Y軸方向に直線上に並んで いることを意味している。 この特性により、 偏光方向が X軸または Y軸方向に近 い場合、 ロッド半径より小さな半径を有するビームであれば、 ほとんどデボラリ ゼーシヨンせずに、 ロッドを通って伝搬することができる。
第 9図は、 ra = r。 / 4の場合の、 吸収励起パワーに対するデボラリゼーシ ョンの依存性の例を示している。 （ 1 00)面におけるデボラリゼーション量は ( 1 1 1 ) 面の半分に過ぎないが、 （ 1 1 0)面においては Δηそのものは （ 1 1 1 )面より （ 1 1 0 )面の方が大きいにもかかわらず、 （ 1 1 1 )面のほぼ 1 /50に低減している。 こうした条件は、 一様なボンビングの場合、 アパーチャ ― (開口） によりビームサイズを制御して実現することができる。
一方、 エンド ·ボンビングの場合は、 集束した励起ビームそのものがゲイン · アパーチャ一の役割を果たすために、 この条件を容易に満たすことができる。 ド
—ビングした Y AGがドーピングしていない Y AGに取り囲まれているような複 合材料でも、 同様の条件を実現できる。
結論として、 参考文献 〔 5〕 、 〔 6〕 の論文における誤りは、 理論からも実験 からも実証され、 デボラリゼーションは、 （ 1 00) および （ 1 1 0) 面を用い ることにより、本質的に低減できることがわかった。 特に、 小さな半径を有する ビームと組み合わせた （ 1 1 0) カツト結晶を用いることにより、 （ 1 1 1) 力 ット結晶を用いた場合と比べて、 一桁以上もデボラリゼ一シヨンを低減すること ができる。
このように構成したので、 Y3 A 15 012レーザーにおける、 熱複屈折効果に よるデボラリゼーシヨンは、 （ 1 1 1 ) 以外の方向のロッドカツトを用いること により、補償なしで本質的に低減できる。 （ 1 1 0) カツト結晶を使用すること によって、 従来の （ 1 1 1 ) カツト結晶を使用した場合に比べて、 デボラリゼ一 シヨンを 1 / 1 0以下に肖 (j減することが期待できる。
なお、 上記実施例によれば、 Y AGレーザーを例に挙げて説明しているが、 Y AGレーザーに限らず、 他の等軸結晶系の結晶を用いた光学素子に適用できるも のであり、 その光学素子のデボラリゼーションを低減することができるものであ る。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 本発明の趣旨に基づい て種々の変形が可能であり、 これらを本発明の範囲から排除するものではない。 以上、 詳細に説明したように、本発明によれば、 以下に示すような効果を奏す ることができる。
(A) 光の伝搬方位を （ 1 1 1)軸方位以外に選ぶだけで、 熱複屈折効果を減 少させることができる。
(B) ¾ ( 1 00) 又は （ 1 1 0) カツ卜の試料を用いれば、 熱複屈折効果を大 幅に低減することができる。
(C) 特に、 （ 1 1 0) カット媒質を使用することによって、 （ 1 1 1 ) カツ ト媒質を使用した場合に比べて、 デボラリゼーションを一桁以上補償なしに削減 することができる。 産業上の利用可能性
本発明の光学素子は、 特に、 光伝搬方向を結晶の （ 1 1 0) 方位に選ぶことに より、 熱複屈折効果を大幅に低減させることができ、 熱問題を解決する固体レー ザ一に好適である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 光伝搬方向を等軸晶系に属する結晶の （ 1 1 1 )軸方向以外に選び、 中心対 称的に誘起されるストレスによる光弾性効果に基づく複屈折効果を低減すること を特徴とする光学素子。
2. 請求項 1記載の光学素子において、前記光伝搬方向を結晶の （ 1 0 0) 方位 に選ぶことを特徴とする光学素子。
3. 請求項 1記載の光学素子において、前記光伝搬方向を結晶の （ 1 1 0) 方位 に選ぶことを特徴とする光学素子。
PCT/JP2002/008114 2002-02-01 2002-08-08 Element optique WO2003065519A1 (fr)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP02760589A EP1478061B1 (en) 2002-02-01 2002-08-08 Optical element
US10/502,055 US20050117085A1 (en) 2002-02-01 2002-08-08 Optical element
CA002474966A CA2474966A1 (en) 2002-02-01 2002-08-08 Optical device
DE60217410T DE60217410T2 (de) 2002-02-01 2002-08-08 Optisches element
KR1020047011918A KR100642954B1 (ko) 2002-02-01 2002-08-08 레이저 소자

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002-25040 2002-02-01
JP2002025040A JP3585891B2 (ja) 2002-02-01 2002-02-01 レーザー素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003065519A1 true WO2003065519A1 (fr) 2003-08-07

Family

ID=27654512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2002/008114 WO2003065519A1 (fr) 2002-02-01 2002-08-08 Element optique

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20050117085A1 (ja)
EP (1) EP1478061B1 (ja)
JP (1) JP3585891B2 (ja)
KR (1) KR100642954B1 (ja)
CN (1) CN1326296C (ja)
CA (1) CA2474966A1 (ja)
DE (1) DE60217410T2 (ja)
WO (1) WO2003065519A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050058165A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 Lightwave Electronics Corporation Laser having <100>-oriented crystal gain medium
DE102006049846A1 (de) * 2006-10-23 2008-05-08 Schott Ag Anordnung sowie ein Verfahren zur Vermeidung der Depolarisation von linear-polarisiertem Licht beim Durchstrahlen von Kristallen
JP2008141187A (ja) * 2006-11-09 2008-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体レーザ装置
EP2097956A4 (en) * 2006-12-15 2013-01-09 Ellex Medical Pty Ltd LASER
JP6281935B2 (ja) 2013-10-25 2018-02-21 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 Ｑスイッチレーザー装置
JP6456080B2 (ja) 2014-09-18 2019-01-23 株式会社トプコン レーザ発振装置
CN104701722B (zh) * 2015-02-14 2018-04-17 苏州国科华东医疗器械有限公司 一种用于中红外激光器提升功率的方法
US20200161506A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for Producing a Ceramic Converter Element, Ceramic Converter Element, and Optoelectronic Component
LT6781B (lt) 2019-03-20 2020-11-25 Uab "Ekspla" Depoliarizacijos kompensatorius

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05330991A (ja) * 1992-06-01 1993-12-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ガーネット結晶膜の製造方法
US5851284A (en) * 1995-11-21 1998-12-22 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Process for producing garnet single crystal

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1023744C (zh) * 1992-07-28 1994-02-09 国营第七○六厂 一种大功率固体激光器
JPH06147986A (ja) * 1992-11-12 1994-05-27 Sadao Nakai 複屈折分布測定方法
US5585648A (en) * 1995-02-03 1996-12-17 Tischler; Michael A. High brightness electroluminescent device, emitting in the green to ultraviolet spectrum, and method of making the same
JP3557011B2 (ja) * 1995-03-30 2004-08-25 株式会社東芝 半導体発光素子、及びその製造方法
JP2743901B2 (ja) * 1996-01-12 1998-04-28 日本電気株式会社 窒化ガリウムの結晶成長方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05330991A (ja) * 1992-06-01 1993-12-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ガーネット結晶膜の製造方法
US5851284A (en) * 1995-11-21 1998-12-22 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Process for producing garnet single crystal

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ICHIRO SHOJI ET AL.: "(110) Cut no YAG kessho ni yoru netsufuku kussetsu yuki depolarization no teigen", DAI 49 KAI OYO BUTSURIGAKU KANKEI RENGO KOENKAI KOEN YOKOSHU, 30P-ZG-6, vol. 3, 27 March 2002 (2002-03-27), pages 1058, XP002967080 *
ICHIRO SHOJI ET AL.: "(199) cut no YAG kessho ni yoru netsufuku kessetsu yuki depolarization no teigen", DAI 62 KAI EXTENDED ABSTRACTS; THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, 12A-ZK-3, vol. 3, 11 September 2001 (2001-09-11), pages 799, XP002967079 *
ICHIRO SHOJI ET AL.: "Intrinsic reduction of the depolarization loss in solid-state lasers by use of a (110)-cut Y3Al5O12 crystal", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 80, no. 17, 29 April 2002 (2002-04-29), pages 3048 - 3050, XP001122514 *
ICHIRO SHOJI ET AL.: "Thermal-birefringence-induced depolarization in Nd:YAG ceramics", OPTICS LETTERS, vol. 27, no. 4, 15 February 2002 (2002-02-15), pages 234 - 236, XP002967082 *
ISHIBASHI S. ET AL.: "Cr,Ca: Y3al5O12 laser crystal grown by the laser-heated pedestal growth method", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. 183, February 1998 (1998-02-01), pages 614 - 621, XP004112646 *
KOECHNER W. ET AL.: "Birefringence of YAG:Nd laser rods as a function of growth direction", JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, vol. 61, no. 6, June 1971 (1971-06-01), pages 758 - 766, XP002967084 *
KOECHNER W. ET AL.: "Effect of birefringence on the performance of linearly polarized YAG:Nd lasers", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, QE-6, June 1970 (1970-06-01), pages 557 - 566, XP002967083 *
See also references of EP1478061A4 *
SHOJI I. ET AL.: "Thermal birefringence in Nd:YAG ceramics", TRENDS IN OPTICS AND PHOTONICS (ADVANCED SOLID-STATE LASERS), 2001, pages 273 - 278, XP002967086 *
SOMS L.N. ET AL.: "Problems of depolarization of linearly polarized light by a YAG:Nd laser active element under thermally induced birefringence conditions", SOC. J. QUANTUM ELECTRONICS, vol. 10, no. 3, March 1980 (1980-03-01), pages 350 - 351, XP002967087 *
VLADIMIR PARFENOV ET AL.: "Numerical investigation of thermally induced birefringence in optical elements of solkid-state lasers", APPLIED OPTICS, vol. 32, no. 27, 20 September 1993 (1993-09-20), pages 5243 - 5255, XP002967085 *
YANG PEIZHI ET AL.: "The growth defects in Czochralski-grown Yb:YAG crystal", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. 218, September 2000 (2000-09-01), pages 87 - 92, XP004214615 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR100642954B1 (ko) 2006-11-10
JP3585891B2 (ja) 2004-11-04
US20050117085A1 (en) 2005-06-02
CN1326296C (zh) 2007-07-11
DE60217410D1 (de) 2007-02-15
EP1478061A1 (en) 2004-11-17
EP1478061A4 (en) 2005-04-27
CN1623256A (zh) 2005-06-01
JP2003229619A (ja) 2003-08-15
CA2474966A1 (en) 2003-08-07
KR20040088489A (ko) 2004-10-16
DE60217410T2 (de) 2007-04-19
EP1478061B1 (en) 2007-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9407056B2 (en) Controllable multi-wavelength laser source
Lü et al. A novel approach for compensation of birefringence in cylindrical Nd: YAG rods
Shoji et al. Intrinsic reduction of the depolarization loss in solid-state lasers by use of a (110)-cut Y3Al5O12 crystal
WO2006060160A1 (en) Nonlinear crystal modifications for durable high-power laser wavelength conversion
JP2614753B2 (ja) レーザーダイオードポンピング固体レーザー
JP3013121B2 (ja) 光波長変換装置
WO2003065519A1 (fr) Element optique
US5142548A (en) Broadband tuning and laser line narrowing utilizing birefringent laser hosts
US5381437A (en) High-power solid-state laser resonator
JP3683360B2 (ja) 偏光制御素子および固体レーザー
DE602004005355T2 (de) Laserdiodengepumptes monolithisches halbleiter-laserbauelement und verfahren zur anwendung des bauelements
JPH04137775A (ja) 半導体レーザ励起固体レーザ
Zhuang et al. Polarization-controlled switching in a diode-pumped dual-wavelength Yb: YAG slab laser
JPH05235457A (ja) Ｌｄ励起ｓｈｇレーザ装置
CN2583844Y (zh) 一种激光二极管泵浦的腔内倍频微片激光器
JP3296048B2 (ja) 短波長光源
DE4244688C2 (de) Festkörperlaser
JPH06177465A (ja) 端面励起型固体レーザ
JPH1168209A (ja) 電界制御による波長可変マイクロチップレーザ
Jiao et al. Design of diode-pumped dual-frequency Nd: YAG green laser with large frequency difference for absolute-distance interferometry
JP2000131724A (ja) 波長変換素子及び波長変換装置
Davies et al. Operation of a lithium niobate electrooptic Q switch at 1.06 µ
Shoji et al. Drastic Reduction of Depolarization Resulting from Thermally Induced Birefringence by Use of a (100)-Cut YAG Crystal
Fuller et al. High gain end pumped lasers
Wang et al. Narrowband, widely electronically tuned Ti: sapphire laser

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA CN KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2474966

Country of ref document: CA

Ref document number: 10502055

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020047011918

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2002760589

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 20028284291

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2002760589

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2002760589

Country of ref document: EP