JP2001068768A - 光励起固体レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振器システムの直列結合による高出力化が
可能な光励起固体レーザ発振器の提供。 【解決手段】 レーザ媒質３を励起する励起光源に半導
体レーザ９を用いた光励起固体レーザ発振器１におい
て、前記励起光源からの励起光１１をレーザ媒質中へ集
光する光学素子１３を前記レーザ媒質の上方空間に１個
と下方空間に２個設け、該上方下方の合わせて３個の光
学素子と前記励起光源とで閉じた励起用光学系を構成
し、かつ前記レーザ媒質の上方空間と下方空間とに該レ
ーザ媒質にほぼ垂直な光軸２７を有する光共振器２５を
構成する光学素子を設けたことを特徴とする光励起固体
レーザ発振器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光励起固体レーザ発
振器に関する。さらに詳細には、固体レーザ発振器を複
数段連結することで容易に高出力が得られる光励起固体
レーザ発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、Apllied Physics B58,365-372
(1994)に開示されている光励起固体レーザ発振器の概要
を示したものである。

【０００３】図４に示すように、レーザ媒質（Ｙｂ：Ｙ
ＡＧ）４１が冷却可能な金属製ヒートシンク４２上に配
置してある。このレーザ媒質４１の裏面には後述の励起
光４４を全反射する反射膜（図示省略）がコーティング
してある。

【０００４】レーザ媒質４１の左側斜め上方にはレーザ
光を出射する光ファイバの出射端４３が設けてある。ま
た、ここから出射される励起光４４をレーザ媒質４１の
反射膜上に入射角ｉで集光する集光レンズ４５が設けて
ある。

【０００５】レーザ媒質４１に入射された励起光４４は
レーザ媒質４１を励起するとき一部が吸収され、吸収さ
れなかった励起光４４は上述の反射膜で反射角ｒ（ｒ＝
ｉ）で反射され、このとき再びレーザ媒質４１に一部が
吸収される。

【０００６】この段階で吸収されなかった残余の励起光
４４は、レーザ媒質４１の右側斜め上方に設けた集光レ
ンズ４６を通過してほぼ平行となり、背後に設けた平面
鏡４７に反射され、往路を逆進して再度レーザ媒質４１
に入射される様に設けてある。

【０００７】この結果、励起光４４はレーザ媒質４１を
二回通過することになり、この間に計４回の励起が行わ
れる様に構成してある。

【０００８】また、前記レーザ媒質４１の裏面には、発
振光４８に対しても全反射するコーティングもなされて
おり、レーザ媒質４１の前側上方に配置した全反射鏡４
９と出力鏡５１とで構成するＶ字型の光路を有する光共
振器でレーザ発振をする様に設けてある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の光励
起固体レーザ発振器のＶ字型光路の共振器構造では共振
器システムの直列結合による高出力化ができないという
問題がある。

【００１０】本発明は上述の如き問題を解決するために
成されたものであり、本発明の課題は、共振器システム
の直列結合による高出力化が可能な光励起固体レーザ発
振器を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として請求項１に記載の光励起固体レーザ発振器は、レ
ーザ媒質を励起する励起光源に半導体レーザを用いた光
励起固体レーザ発振器において、前記励起光源からの励
起光をレーザ媒質中へ集光する光学素子を前記レーザ媒
質の表側上方空間に１個と裏側下方空間に２個設け、該
上方下方の合わせて３個の光学素子と前記励起光源とで
閉じた励起用光学系を構成し、かつ前記レーザ媒質の表
側上方空間と裏側下方空間とにレーザ媒質にほぼ垂直な
光軸を有する光共振器を構成する光学素子を設けことを
要旨とするものである。

【００１２】請求項２に記載の光励起固体レーザ発振器
は、請求項１に記載の光励起固体レーザ発振器におい
て、前記レーザ媒質の形状を板状に形成すると共に、該
レーザ媒質を励起する前記励起光源と励起用光学系とを
複数組設けたことを要旨とするものである。

【００１３】請求項３に記載の光励起固体レーザ発振器
は、請求項１または請求項２に記載の光励起固体レーザ
発振器において、前記レーザ媒質を透明な熱良導体基板
上に設けると共に、該熱良導体基板をヒートシンクに支
持して設けたことを要旨とするものである。

【００１４】請求項４に記載の光励起固体レーザ発振器
は、請求項１〜請求項３に記載の光励起固体レーザ発振
器において、前記光共振器の光軸上に複数個のレーザ媒
質を離隔して設け、該複数個のレーザ媒質を励起する前
記励起光源と励起用光学系とを個別に設けたことを要旨
とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって説明する。

【００１６】図１は本発明に係る光励起固体レーザ発振
器置の第一実施例の説明図である。光励起固体レーザ発
振器１は、レーザ媒質とこのレーザ媒質を励起する励起
手段および光共振器などで構成してある。

【００１７】レーザ媒質３は、例えばＹｂ：ＹＡＧ(Ytt
rium Alminium Garnet)の結晶からなり、形状は板状を
なし、表面および裏面ともに励起光の波長に対して無反
射のコーティングを施してある。また、レーザ媒質３は
レーザ発振によるレーザ光および励起光の波長に対して
透明であり、かつ熱伝導率の大きい、例えばサファイア
またはダイアモンドなどからなる板状の熱伝導性基板５
の上に光学的に接着してある。さらに熱伝導性基板５は
冷却可能な金属製のヒートシンク７によってその円周部
を支持されている。

【００１８】レーザ媒質３の左側斜め上方には励起用の
半導体レーザ９が設けてあり、この半導体レーザ９から
出射される励起用のレーザ光１１ａを前記レーザ媒質３
の厚み方向のほぼ中心部Ｏに集光照射する光学素子とし
ての集光レンズ１３が設けてある。

【００１９】また、レーザ媒質３と熱伝導性基板５とを
透過して発散光となったレーザ光１１ｂを受けて、ほぼ
平行なレーザ光１１ｃとして前記ヒートシンク７に直交
する方向に反射する光学素子としての第一球面鏡１５が
レーザ媒質３の右側斜め下に設けてある。レーザ媒質３
の右側斜め上方で、かつ第一球面鏡１５の上方には、第
一球面鏡１５からのレーザ光１１ｃを受けて、レーザ媒
質３の中心部Ｏに集光照射する光学素子としての第二球
面鏡１７が設けてある。

【００２０】なお、第一球面鏡１５と第二球面鏡１７と
の間に位置する前記ヒートシンク７には平行光線１１ｃ
が通過可能な開口１９が設けてある。

【００２１】また、レーザ媒質３の左側斜め下方には、
前記第二球面鏡１７からのレーザ光１１ｄがレーザ媒質
３と熱伝導性基板５とを透過して発散光となったレーザ
光１１ｅを受けて前記レーザ媒質３の中心部Ｏに集光照
射する光学素子としての第三球面鏡２１が設けてある。
そして、前記レーザ媒質３の板面に直交する方向の上下
の空間には、例えば、凹面鏡で構成した光学素子として
の出力鏡２３ａと全反射鏡２３ｂからなる光共振器２５
が設けてある。

【００２２】上記構成において、前記半導体レーザ９か
らの励起光１１ａは、レーザ媒質３（ＹＡＧ）の中心部
Ｏに集光され、励起光１１ａの一部がレーザ媒質３に吸
収されてレーザ媒質３の中の活性物質（イッテルビウム
イオン：Ｙｂ^３＋）を励起する。

【００２３】レーザ媒質３を透過した励起光１１ｂは、
第一球面鏡１５、第二球面鏡１７を経て再びレーザ媒質
３の中心部Ｏに集光され、励起光１１ｄの一部がレーザ
媒質３に吸収され再度レーザ媒質３の中の活性物質を励
起する。ここで吸収されずにレーザ媒質３を透過した励
起光１１ｅは、第三球面鏡２１によって、レーザ媒質３
の中心部Ｏに集光されると共に、往路の光路を逆進して
レーザ媒質３を裏面から二回通過することになる。

【００２４】すなわち、半導体レーザ９からの励起光は
レーザ媒質３を表面から二回、裏面から二回の計四回通
過させることができる。このため、レーザ媒質３の中心
部Ｏの励起密度は高くなり、低い閾値でのレーザ発振が
可能となる。レーザ出力は光共振器２５の光軸２７方向
に出力鏡２３ａから出力される。

【００２５】図１に示した２次元的な光学系の配置は、
レーザ媒質３一個に対して３次元的に複数組配置するこ
とが可能である。

【００２６】図２に示す光励起固体レーザ発振器２は、
励起用光学系を光共振器の光軸を中心に１２０°間隔で
配置した第二実施例をに示したものである。なお、図２
は前記光共振器２５の出力鏡２３ａ側から見た図であ
り、集光レンズ１３および下側の第一球面鏡１５、第三
球面鏡２１などは図示を省略してある。また、図１と同
一の部品には同一の参照番号を付し詳細な説明を省略し
てある。

【００２７】第二実施例によれば、レーザ媒質３を取り
囲む様に三組のレーザ励起システムを配置することによ
り励起エネルギー密度を増大しレーザ出力を上げること
が容易にできる。また、レーザ媒質３は発振したレーザ
光が表面から裏面に透過可能な形状であるので、このシ
ステムを直列に複数段配置することが可能である。

【００２８】図３は第三実施例を示したものであり、上
述の図１の光励起固体レーザ発振器１または図２の光励
起固体レーザ発振器２を直列に連結したレーザ発振器の
例である。なお、図１および図２と同一の部品には同一
の参照番号を付し詳細な説明を省略してある。

【００２９】この第三実施例においては、光共振器の光
軸２７上に複数個（実施例では２個）のレーザ媒質３を
離隔して設け、この複数個（実施例では２個）のレーザ
媒質３を励起する前記励起光源９と励起用光学系とを個
別に設けたものである。

【００３０】上記図３構成により、連結したレーザ発振
器１の段数にほぼ比例したレーザ出力を得ることができ
る。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、励起光がレー
ザ媒質の中心部を表裏から２回ずつ計４回透過する様に
したので、レーザ媒質中心部の励起密度（励起エネルギ
ー密度）が高くなり低い閾値でのレーザ発振が可能とな
る。また、光共振器はレーザ媒質にほぼ垂直な光軸を有
するので共振器を直列に連結して、より高出力のシステ
ムを作ることが可能である。

【００３２】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
による効果に加えてさらに容易に高出力のシステムを作
ることが可能となる。

【００３３】請求項３の発明によれば、レーザ媒質を冷
却することにより熱レンズ効果などを抑制し安定した出
力を得ることができると共にモードの変動を抑制するこ
とができる。

【００３４】請求項４の発明によれば、複数のレーザ媒
質に個別に励起光源を設け、このレーザ媒質を複数段直
列に配置して光共振器を構成してあるので、レーザ媒質
を効率的に励起することができる。したがって、必要な
高出力を有する発振器を容易に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光励起固体レーザ発振器の第一実
施例の説明図。

【図２】本発明に係る光励起固体レーザ発振器の第二実
施例の説明図。

【図３】本発明に係る光励起固体レーザ発振器の第三実
施例の説明図。

【図４】従来の光励起固体レーザ発振器（Apllied Phys
ics B58,365-372(1994)）の例の説明図。

【符号の説明】

１ 光励起固体レーザ発振器 ３ レーザ媒質 ５ 熱伝導性基板 ７ ヒートシンク ９，９（ａ〜ｃ） 半導体レーザ １１（ａ〜ｅ） 励起用のレーザ光 １３ 集光レンズ １５ 第一球面鏡 １７，１７（ａ〜ｃ） 第二球面鏡 １９ 開口 ２１ 第三球面鏡 ２３ａ 出力鏡 ２３ｂ 全反射鏡 ２５ 光共振器 ２７ 光軸 Ｏ レーザ媒質の中心部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質を励起する励起光源に半導体
   レーザを用いた光励起固体レーザ発振器において、前記
   励起光源からの励起光をレーザ媒質中へ集光する光学素
   子を前記レーザ媒質の上方空間に１個と下方空間に２個
   設け、該上方下方の合わせて３個の光学素子と前記励起
   光源とで閉じた励起用光学系を構成し、かつ前記レーザ
   媒質の上方空間と下方空間とに該レーザ媒質にほぼ垂直
   な光軸を有する光共振器を構成する光学素子を設けたこ
   とを特徴とする光励起固体レーザ発振器。
2. 【請求項２】 前記レーザ媒質の形状を板状に形成する
   と共に、該レーザ媒質を励起する前記励起光源と励起用
   光学系とを複数組設けたことを特徴とする請求項１に記
   載の光励起固体レーザ発振器。
3. 【請求項３】 前記レーザ媒質を透明な熱良導体基板上
   に設けると共に、該熱良導体基板をヒートシンクに支持
   して設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載の光励起固体レーザ発振器。
4. 【請求項４】 前記光共振器の光軸上に複数個のレーザ
   媒質を離隔して設け、該複数個のレーザ媒質を励起する
   前記励起光源と励起用光学系とを個別に設けたことを特
   徴とする請求項１〜請求項３に記載の光励起固体レーザ
   発振器。