JP2009004818A - Solid-state laser light oscillator and solid-state laser light oscillator - Google Patents
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Abstract
【課題】反射面と、アウトプットカプラーの少なくともいずれか一方が、平面もしくは非常に緩やかな曲率を有する、不安定共振器における、共振器長の正確な設定、反射面とアウトプットカプラーとの平行度の問題を解決する。
【解決手段】反射面7とアウトプットカプラー6との間の光学的な平行度を調整する平行度調整装置10が設けられる。平行度調整装置は、アウトプットカプラーを保持する保持部材11と、反射面を保持する保持部材12とより構成され、保持部材11と、保持部材12とには、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面のいずれか一方と他方、あるいは凹状円錐面と凸状球面のいずれか一方と他方による、相互に衝合する第1の摺り合わせ面11Aと第2の摺り合わせ面11Aとが形成され、両摺り合わせ面を衝合させた状態で相互に摺動揺動させることによって共振器長の正確な設定、反射面とアウトプットカプラーとの平行度を調整する。
【選択図】図2An object of the present invention is to accurately set a resonator length in an unstable resonator in which at least one of a reflecting surface and an output coupler has a flat surface or a very gentle curvature, and the reflecting surface is parallel to the output coupler. Solve the problem of degree.
A parallelism adjusting device for adjusting an optical parallelism between a reflecting surface and an output coupler is provided. The parallelism adjusting device includes a holding member 11 that holds an output coupler and a holding member 12 that holds a reflecting surface. The holding member 11 and the holding member 12 have a concave spherical surface and a convex shape having the same curvature. A first sliding surface 11A and a second sliding surface 11A that are in contact with each other are formed by either one of the spherical surfaces and the other, or one of the concave conical surface and the convex spherical surface, and the other; The resonator length is accurately set by adjusting the resonator length and the parallelism between the reflecting surface and the output coupler by adjusting the resonator length by sliding the two sliding surfaces in contact with each other.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、固体レーザ光発振器、特に、共振器内に、半導体レーザ等による励起光源によって励起されて発光するレーザ媒質が配置されて成る固体レーザ発振器と固体レーザ光発振装置に関わる。 The present invention relates to a solid-state laser oscillator, and more particularly, to a solid-state laser oscillator and a solid-state laser oscillator, in which a laser medium that is excited by a pumping light source such as a semiconductor laser is disposed in a resonator.
共振器内に、半導体レーザ等による励起光照射によって励起されて発光するレーザ媒質が配置されて成る固体レーザ発振器にあって、この共振器を構成する反射面およびアウトプットカプラー面が、凹状球面とされたいわゆる安定共振器構成によるレーザ光発振器は、反射面とアウトプットカプラーとの平行度の設定は、レーザ光発振に対して幾分緩やかである。
しかしながら、このように、共振器自体を構成する反射面あるいはアウトプットカプラーにおいて、光学的凹状球面を有する光共振器を作製することは、コスト高を来たすという問題がある。
A solid-state laser oscillator in which a laser medium that emits light by being excited by irradiation of excitation light from a semiconductor laser or the like is disposed in a resonator, and a reflecting surface and an output coupler surface that constitute the resonator are a concave spherical surface. In the laser oscillator having the so-called stable resonator configuration, the parallelism between the reflecting surface and the output coupler is set somewhat loosely with respect to the laser oscillation.
However, as described above, there is a problem in that the production of an optical resonator having an optically concave spherical surface in the reflecting surface or output coupler constituting the resonator itself increases the cost.
これに対し、反射面と、アウトプットカプラーの少なくともいずれかが、平面もしくは平面に近い、極めて緩やかな曲率を有する、いわゆる不安定共振器構成によるレーザ発振器は、その反射面あるいはアウトプットカプラーを量産的に容易に作製できるという利点を有する(非特許文献1参照)。
しかしながら、この場合、反射面およびアウトプットカプラーの傾きが、レーザ光のスポット形状を決定する大きな要素となる。そこで、このような不安定共振器構成とする場合において、レーザ光スポット形状が真円を保ち、かつ効率の良いレーザ発振をおこなわすには、少なくともアウトプットカプラーもしくは反射ミラーのうちの一方に、傾き調整機構を設けることが必要となる。
このため、一般に不安定共振器を有するレーザ発振器では、構造上、小型化に制約が生じるのみならず、さらに長期的にその設定を安定に維持させることにも問題が生じている。
特に、1ミリメートル程度という極めて短い共振器長を持つレーザ発振器を実現するためには、空間的な制約下にあって長期的な安定性を維持する固定が要求される。
On the other hand, a laser oscillator with a so-called unstable resonator configuration in which at least one of the reflecting surface and the output coupler has a very gentle curvature, which is a plane or a plane, is mass-produced for the reflecting surface or the output coupler. Therefore, it can be easily manufactured (see Non-Patent Document 1).
However, in this case, the inclination of the reflecting surface and the output coupler is a major factor that determines the spot shape of the laser light. Therefore, in the case of such an unstable resonator configuration, at least one of the output coupler or the reflection mirror is used to keep the laser beam spot shape a perfect circle and perform efficient laser oscillation. It is necessary to provide an inclination adjustment mechanism.
For this reason, in general, in a laser oscillator having an unstable resonator, there is a problem not only in miniaturization but also in maintaining the setting stably over a long period of time.
In particular, in order to realize a laser oscillator having an extremely short resonator length of about 1 millimeter, it is necessary to fix the long-term stability under spatial constraints.
本発明は、反射面と、アウトプットカプラーの少なくともいずれか一方が、平面もしくは非常に緩やかな曲率を有する、不安定共振器によって構成され、また極めて短い共振器長の固体レーザ光発振器における、共振器長の正確な設定、反射面とアウトプットカプラーとの平行度の問題を解決して、単一縦モード発振を確実に行うことができ、また、単一横モード、すなわち真円のレーザ光を発生することができる、固体レーザ光発振器および固体レーザ光発振器装置を提供するものである。 The present invention relates to a resonance in a solid-state laser optical oscillator having an extremely short resonator length, in which at least one of a reflecting surface and an output coupler is constituted by an unstable resonator having a flat surface or a very gentle curvature. Corrects the length of the instrument, solves the problem of parallelism between the reflecting surface and the output coupler, and can reliably perform single longitudinal mode oscillation. A solid-state laser light oscillator and a solid-state laser light oscillator device are provided.
本発明による固体レーザ光発振器は、反射面と、これに対向するアウトプットカプラーとを有する共振器内に、所定波長の光励起によって発光するレーザ媒質が配置された固体レーザ光発振器である。
その共振器は、反射面もしくはアウトプットカプラーの少なくとも一方が、平面もしくは平面に近い極めて緩やかな曲率を有する不安定共振器構成とされるものであり、その反射面とアウトプットカプラーとの間の光学的な平行度を調整する平行度調整装置が設けられる。
The solid-state laser optical oscillator according to the present invention is a solid-state laser optical oscillator in which a laser medium that emits light by optical excitation with a predetermined wavelength is disposed in a resonator having a reflecting surface and an output coupler facing the reflecting surface.
The resonator has an unstable resonator configuration in which at least one of the reflecting surface or the output coupler has a very gentle curvature close to a plane or a plane, and is provided between the reflecting surface and the output coupler. A parallelism adjusting device for adjusting the optical parallelism is provided.
平行度調整装置は、アウトプットカプラーを保持する第1の保持部材と、反射面を保持する第2の保持部材とより構成される。
第1の保持部材と、第2の保持部材とには、そのアウトプットカプラーと反射面との間に、レーザ媒質を配置して対向させた状態で、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面のいずれか一方と他方による、相互に衝合する第1の摺り合わせ面と第2の摺り合わせ面とが形成されて成る。
そして、これら第1および第2の保持部材を、互いにその第1および第2の摺り合わせ面を相互に摺り合わせた状態で、回動させることによってこれら第1および第2の保持部材に保持された反射面およびアウトプットカプラーの相互の傾きを微調整する構成とする。
The parallelism adjusting device includes a first holding member that holds the output coupler and a second holding member that holds the reflecting surface.
A concave spherical surface and a convex spherical surface having the same curvature in a state in which the first holding member and the second holding member are opposed to each other with the laser medium disposed between the output coupler and the reflecting surface. A first sliding surface and a second sliding surface that are abutted with each other and formed by either one of the two and the other are formed.
The first and second holding members are held by the first and second holding members by rotating the first and second holding members with the first and second sliding surfaces sliding against each other. The reflection surface and the output coupler are finely adjusted with respect to each other.
また、本発明による固体レーザ光発振装置は、励起光源と、レーザ光共振器とを有して成る。
レーザ光共振器は、反射面と、これに対向するアウトプットカプラーとを有し、この共振器内に、励起光源からの励起光によって励起発光するレーザ媒質が配置されて成る。
共振器は、反射面もしくはアウトプットカプラーの少なくとも一方が、平面もしくは平面に近い緩やか曲率を有する不安定共振器型構成を有する。
そして、この共振器は、反射面とアウトプトカプラーとの間の光学的な傾きを調整する平行度調整装置を具備する。
The solid-state laser beam oscillation device according to the present invention includes an excitation light source and a laser beam resonator.
The laser light resonator has a reflecting surface and an output coupler opposite to the reflecting surface, and a laser medium that emits and emits light by excitation light from an excitation light source is disposed in the resonator.
The resonator has an unstable resonator type configuration in which at least one of the reflecting surface and the output coupler has a flat surface or a gentle curvature close to the flat surface.
The resonator includes a parallelism adjusting device that adjusts an optical inclination between the reflecting surface and the output coupler.
この平行度調整装置は、アウトプットカプラーを保持する第1の保持部材と、反射面を保持する第2の保持部材とを有して成る。
平行度調整装置の、第1の保持部材と、第2の保持部材とには、これらに保持されたアウトプットカプラーと反射面との間に、レーザ媒質を配置して対向させた状態で、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面のいずれか一方と他方、あるいは凹状円錐面と凸状球面のいずれか一方と他方による、相互に衝合する第1の摺り合わせ面と第2の摺り合わせ面とが形成されて成る。
そして、これら第1および第2の保持部材を、互いに第1および第2の摺り合わせ面を摺り合わせて回動させることによってこれら第1および第2の保持部材に保持されたアウトプットカプラーと、反射ミラーとの相互の傾きを微調整する構成とする。
The parallelism adjusting device includes a first holding member that holds the output coupler and a second holding member that holds the reflecting surface.
With the first holding member and the second holding member of the parallelism adjusting device in a state where the laser medium is disposed and opposed between the output coupler and the reflecting surface held by these, A first sliding surface and a second sliding surface that collide with each other by either one of the concave spherical surface and convex spherical surface having the same curvature and the other, or one of the concave conical surface and convex spherical surface and the other. A surface is formed.
An output coupler held on the first and second holding members by rotating the first and second holding members by sliding the first and second sliding surfaces together, and The configuration is such that the mutual inclination with the reflecting mirror is finely adjusted.
上述したように、本発明による固体レーザ光発振器においては、その共振器を構成するアウトプットカプラーと反射面とを、これらをそれぞれ保持する第1および第2の保持部材の、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面との摺り合わせ、あるいは凹状円錐面と凸状球面の摺り合わせによる傾き調整がなされることから、その平行度調整をスムーズに正確に高い精度をもって行うことができる。 As described above, in the solid-state laser optical oscillator according to the present invention, the output coupler and the reflecting surface constituting the resonator have the concave shape having the same curvature of the first and second holding members respectively holding them. Since the tilt adjustment is performed by sliding the spherical surface and the convex spherical surface or by sliding the concave conical surface and the convex spherical surface, the parallelism can be adjusted smoothly and accurately with high accuracy.
また、本発明による固体レーザ光発振装置においても、励起光によって励起発光されるレーザ媒質が配置される共振器が、上述したと同様に、その共振器を構成する反射面とアウトプットカプラーとを、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面との摺り合わせ、あるいは凹状円錐面と凸状球面の摺り合わせによる傾き調整がなされることから、その調整をスムーズに正確に行うことができる。
したがって、反射面とアウトプットカプラーとの平行度調整を高い精度をもって行うことができる。
Also in the solid-state laser light oscillation device according to the present invention, the resonator in which the laser medium excited and emitted by the excitation light is arranged has a reflecting surface and an output coupler constituting the resonator, as described above. Since the tilt adjustment is performed by sliding the concave spherical surface and the convex spherical surface having the same curvature or by sliding the concave conical surface and the convex spherical surface, the adjustment can be performed smoothly and accurately.
Therefore, the parallelism adjustment between the reflecting surface and the output coupler can be performed with high accuracy.
上述したように、本発明によれば、アウトプットカプラー6と、反射面(反射ミラー)7とを、互いに摺り合わせ揺動することができるようになされた第1および第2の保持部材11および12に保持させるようにしたことから、固体レーザ光発振器9の組み立て製造時においてアウトプットカプラー6と、反射面(反射ミラー)7との相互の傾き調整を、円滑に高精度の平行度設定をもって行うことができることから、高効率発振、単一横モード発振、真円レーザスポットを得ることができる。
そして、そのこのような平行度調整を行った第1および第2の保持部材11および12自体を相互に固着するものであるから、調整後において、安定に平行度を維持できる。
As described above, according to the present invention, the
And since the 1st and
また、アウトプットカプラー6を、レーザ媒質8の励起光入射側の前方端面に形成して一体化することによって、レーザ媒質8を含めてアウトプットカプラー6と反射ミラー7の平行度調整を行うことができるので、レーザ媒質8への光入射を効率よく行うことができて、発振効率を高めることができる。
また、同時に全体の小型化および構造の簡潔化が図られ、生産性の向上のみならず、小型機器におけるレーザ光源として有益な固体レーザ光発振器、固体レーザ光発振装置を構成できる。
Further, by forming the
At the same time, the overall size and the structure can be simplified, and not only the productivity can be improved, but also a solid laser light oscillator and a solid laser light oscillation device useful as a laser light source in a small device can be configured.
さらに、共振器長調整装置13を設けることよって、平行度調整装置10による高精度の平行度調整と相俟って正確、かつ安定に、短い共振器長の設定を行うことができ、単一縦モード発振がなされる固体レーザ光発振器、固体レーザ光発振装置を構成できる。
Furthermore, by providing the resonator
本発明による固体レーザ光発振器と、固体レーザ光発振装置の実施の形態を説明するが、本発明は、この実施の形態および例に限定されるものではない。
図1は、本発明を適用する固体レーザ光発振装置の一例の概略構成図である。この構成においては、例えば発振波長810nmの半導体レーザによる励起光源と、シリンドリカルレンズ2と、コリメートレンズ3と、ダイクロイックミラー4と、固体レーザ光発振器9とを有する。
Embodiments of a solid-state laser light oscillator and a solid-state laser light oscillation apparatus according to the present invention will be described, but the present invention is not limited to these embodiments and examples.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a solid-state laser light oscillation apparatus to which the present invention is applied. In this configuration, for example, an excitation light source using a semiconductor laser with an oscillation wavelength of 810 nm, a
固体レーザ光発振器9は、所要の透過率を有し、レーザ光を外部に出射するアウトプットカプラー6と、反射ミラー7とによって構成される共振器を有して成る。
この共振器内、すなわちアウトプットカプラー6と、反射ミラー7との間に、励起光源1からの励起光、例えば上述した波長810nmの励起光によって励起発光する、例えばNd:YVO4によるレーザ媒質8が配置されて成る。
The solid-state laser light oscillator 9 has a required transmittance and includes a resonator composed of an
In this resonator, that is, between the
この構成において、励起光源1、例えば半導体レーザからのレーザ光が、シリンドリカルレンズ2によって、一方向に集束されてコリメートレンズ3によって平行光としてダイクロイックミラー4を透過し、集光レンズ5によって集光され、アウトプットカプラー6を透過してレーザ媒質8に集光入射するようになされる。
この励起光の入射によって、レーザ媒質8が励起されてルミネッセンス発光がなされる。このとき、アウトプットカプラー6と、反射ミラー7との間隔、すなわち共振器長Lによって決まる共振波長のうちの1つのみが、レーザ媒質7の発振ゲインバンド幅内にあるとき、単一縦モード発振が生じる。
In this configuration, laser light from an excitation light source 1, for example, a semiconductor laser, is focused in one direction by a
The
このようにして発振したレーザ光は、アウトプットカプラー6から出射し、ダイクロイックミラー4で反射して、この出力レーザ光を、例えば外部へと導出する、レーザ光源装置として用いられる。あるいは、図示しないが、この出力レーザ光を、光ファイバ、MOPA(Masterr Oscillator Power Ampoifier System)および/もしくはSHG(Secondary Harmonic Generator)に導入する。
The laser light oscillated in this way is used as a laser light source device that emits from the
そして、共振器を構成するアウトプットカプラー、すなわちレーザ光の出射側ミラーと反射ミラーとの平行度が、正確に設定されるとき、レーザスポットが単一横モードの真円スポットを得ることできるものであり、このためには、アウトプットカプラー6と、反射ミラー7とが、レーザ媒質8を挟んで所定の位置に、高い平行度をもって正対させることが必要となる。
そこで、本発明においては、図2に、例えば、図1で示したレーザ光源装置における、本発明による固体レーザ光発振器9の一例の概略拡大断面図を示すように、アウトプットカプラー6と、反射ミラー7との光学的平行度を、この固体レーザ光発振器9の組み立て時において、調整する平行度調整装置10を設ける。
And the output coupler that constitutes the resonator, that is, when the parallelism between the laser beam emitting side mirror and the reflecting mirror is accurately set, the laser spot can obtain a single transverse mode perfect circle spot For this purpose, it is necessary that the
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, for example, a schematic enlarged cross-sectional view of an example of the solid-state laser light oscillator 9 according to the present invention in the laser light source device shown in FIG. A parallelism adjusting device 10 is provided for adjusting the optical parallelism with the
一方、上述した単一縦モードを得るためには、共振器長によって定まる縦モード間隔(F.S.R:Free Spectrum Range)を、ゲイン媒体の持つ固有の発振ゲインバンド幅と同程度かそれ以上のモード間隔に制御して、縦マルチモードの発振を抑制させる。
例えばレーザ媒質8が、Nd:YVO4である場合、光励起で発生する914nm付近、および1064nm付近のフォトルミネッセンスのいずれかの波長で選択的に共振させる共振器長L(L=λ2/F.S.R)に選定されるが、914nmの発振を行う場合は、F.S.R=2nm程度、また、1064nmの発振を行う場合は、F.S.R=1nm程度に設定する必要がある。
On the other hand, in order to obtain the above-described single longitudinal mode, the longitudinal mode interval (FSR: Free Spectrum Range) determined by the resonator length is approximately equal to the intrinsic oscillation gain bandwidth of the gain medium. By controlling the mode interval as described above, oscillation in the longitudinal multimode is suppressed.
For example, when the
これらは、F.S.R=2nmでは、共振器長Lが約209μm、F.S.R=1nmで約566μmに相当する。いま、Nd:YVO4の屈折率が、約2であることを勘案すると、レーザ発振器としては、極めて短い光路長を有していることになる。そして、発振波長並びに発振パワーを一定に保つには、共振器長は、10nmオーダで、管理することが必要となる。
そこで、単一縦モードを設定するために、共振器長調整装置13を設ける。
These are F.I. S. At R = 2 nm, the resonator length L is about 209 μm, F.R. S. R = 1 nm corresponds to about 566 μm. Now, considering that the refractive index of Nd: YVO4 is about 2, the laser oscillator has an extremely short optical path length. In order to keep the oscillation wavelength and the oscillation power constant, it is necessary to manage the resonator length on the order of 10 nm.
Therefore, in order to set a single longitudinal mode, a resonator
固体レーザ光発振器は、アウトプットカプラー6、もしくは反射ミラー7の少なくとも一方が、平面もしくは平面に近い極めて緩やかな曲率とされた共振器構成を有する。
The solid-state laser light oscillator has a resonator configuration in which at least one of the
先ず、平行度調整装置10の例を説明する。平行度調整装置10は、アウトプットカプラー6を保持する第1の保持部材11と、反射面すなわち反射ミラー7を保持する第2の保持部材12とを有して成る。
平行度調整装置10の、第1の保持部材11と、第2の保持部材12とには、これらに保持されたアウトプットカプラー6と、反射ミラー7との間に、レーザ媒質8を配置して対向させた状態で、例えば曲率半径が、50mm〜100mmの、同一曲率を有する凹状球面、あるいは凸状球面のいずれか一方と他方、あるいは凹状円錐面と凸状球面のいずれか一方と他方による、相互に衝合する第1の摺り合わせ面11Aと、第2の摺り合わせ面12Aとが形成されて成る。図2に示す例では、第1の摺り合わせ面11Aを凹状球面とし、第2の摺り合わせ面12Aを凸状球面とした場合である。
First, an example of the parallelism adjusting device 10 will be described. The parallelism adjusting device 10 includes a first holding member 11 that holds the
The first holding member 11 and the second holding
第1および第2の保持部材11および12は、熱膨張率が小さい例えば低熱膨張率セラミック、もしくはインバー材等の合金材によって構成して、これら第1および第2の保持部材11および12によって保持されたアウトプットカプラー6と反射ミラー7との間隔の熱による変動を回避することが望ましい。
The first and second holding
第1の保持部材11は、中心に中空部11Hが形成された筒状例えば円筒状をなし、その前方端面11Bは軸心と直交する平坦面とされ、後方端面が、上述した形状の、例えば凹状球面の第1の摺り合わせ面11Aとされる。
The first holding member 11 has a cylindrical shape with a
また、第2の保持部材12は、中空部12Hが形成された筒状部121と、その後方端面11Bに接合される閉塞板122とより成る。そして、筒状部121の前方端面が、上述した形状の、例えば凸状球面の第2の摺り合わせ面12Aとされ、後方端面11Bが筒状部121の軸心と直交する平坦面とされて、この平坦面に閉塞板122が接合される。
The second holding
第1の保持部材11および第2の保持部材12の筒状部121は、中心部に透孔を穿設した光学的凹レンズおよび凸レンズをもって構成することができる。
図示の例では、第1の保持部材11Aによって保持されるアウトプットカプラー6を、レーザ媒質8の端面、すなわち前方端面に形成し、このレーザ媒質8を、第1の保持部材11に保持させる構成とした場合である。
The
In the illustrated example, the
レーザ媒質8は、Nd,Er,Yb,Sm,Prなどの希土類をドープした結晶、あるいはガラスを用いることができ、その厚さは、例えば50μm〜300μmとする。
このように、レーザ媒質8は、その厚さが薄く、また、励起光を良く吸収するものから選定されることから、発熱する。
このレーザ媒質8で生じた熱は、効率良く拡散させることが必要であり、また、上述したように、レーザ媒質8は、その厚さが薄く機械的強度が、充分得られないことから、図2に示すように、第1の基体31を設け、これに密着配置する。
As the
Thus, the
The heat generated in the
この第1の基体31は、励起光および発振光波長に対して高い透過率を示し、かつ放熱性を有する、すなわち熱伝導性が高い、例えばサファイヤ基板、あるいは透過型セラミックス基板によって構成することができる。しかしながら、片や、レーザ媒質8で発生した熱によって、レーザ光線の集光位置付近において、極く局所的な熱分布を形成し、レーザ媒質8を構成する材料固有、例えばNd:YVO4固有の屈折率熱勾配(dn/dt:nレーザ媒質8の屈折率、tは温度)を利用することで、平面もしくは平面に近い反射ミラー、アウトプットカプラーによる不安定共振器におけるに不安定性、すなわち光路の発散を幾分補償する効果を奏するようにする。
The
一方、レーザ媒質8を構成するレーザ媒質基板33を用意する。このレーザ媒質基板33は、目的とするレーザ媒質8の厚さの例えば50μm〜300μmよりかなり厚く選定され、その取り扱いにおいて機械的強度を保持できる程度とされたレーザ媒質基板33を用意する。そして、その平滑化された一主面を、アウトプットカプラー6とし、図3で概略断面図を示すように、このアウトプットカプラー6側を、第1の基体31に接合して一体化する。
この状態で、第1の基体31に接合されたレーザ媒質基板33を、第1の基板31に対する接合側とは反対側から図3中破線aで示す所要の厚さまで、切削研磨して、レーザ媒質8を構成する。
On the other hand, a laser medium substrate 33 constituting the
In this state, the laser medium substrate 33 bonded to the
このようにして、アウトプットカプラー6と、レーザ媒質8とが形成された第1の基体31を、図4に、第1および第2の保持部材11および12を分解して開示した断面図に示すように、必要に応じて、例えばリング状のスペーサ34を介して第1の保持部材11に接合する。
The
アウトプットカプラー6は、反射ミラー7の反射率、レーザ媒質8の厚さ、例えばレーザ媒質8がNd:YVO4である場合は、そのNdのドープ量などの材料の光学特性、共振器ロス等から透過率を求め、透過率0.5%〜99.5%の薄膜コーティングを、例えば、Ta2O5、TiO2を蒸着等によって、例えば前述したように、レーザ媒質基板33の前方端面に行うことによって形成することができる。
The
一方、反射ミラー7は、共振器長の微調整を行う共振器長調整装置13を介して第2の保持部材12に取着される。
この場合、反射ミラー7は、必要に応じて、廃熱性を上げる目的、および、共振器長調整装置13との熱膨張係数のマッチングを良くするために、第2の基体32、例えばサファイヤ基板に接合され、この第2の基体32を介して共振器長調整装置13、例えばPZT(PbTiO3−PbZrO)による圧電素子に接合する。
そして、この共振器長調整装置13を、図示の例では、第2の保持部材12の閉塞板122に取着する。
共振器長調整装置13は、圧電素子のほか、いわゆるボイスコイルモータ等の電磁的変位手段等によって構成することができる。
閉塞板122には、共振器長調整装置13の端子線導出の透孔122Hが貫通形成されている。
On the other hand, the
In this case, the reflecting
The resonator
The resonator
The blocking
第2の基体32は、サファイヤ基板に限定されるものではなく、反射ミラー7の母材に近い熱膨張係数を有する材料であれば良い。しかしながら、反射ミラー7の母材が、共振器長調整装置13、例えばPZTの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する場合においては、第2の基体32を介在させる必要はない。
The
このようにして、反射ミラー7が共振器長調整装置13を介して取着された閉塞板122を、筒状部121の後方端面13Bに接合する。
このとき、反射ミラー7の軸心を筒状部121、すなわち第2の保持部材12の軸心と一致させて閉塞板122を、筒状部121に接合する。
In this manner, the
At this time, the blocking
そして、第1の保持部材11と、第2の保持部材12とを、同一軸心上において、第1および第2の摺り合わせ面11Aおよび12Aを衝合させて、この軸心と交叉する方向に相互に摺動させて仮の組み合わせを行う。この場合、例えば第1および第2の保持部材11および12が、ガラスレンズ等の光、例えば紫外線を透過する部材によるときは、第1および第2の摺り合わせ面11Aおよび12Aの、少なくともいずれか一方の面に、例えば紫外線硬化樹脂を塗布しておき、第1および第2の保持部材11および12の相互の位置関係の調整および設定がなされて後、紫外線照射を行うことにより、硬化固着させて一体化する。
Then, the first holding member 11 and the second holding
この固着方法は、紫外線硬化接着剤による方法に限られるものではなく、嫌気性接着剤、高温硬化接着剤、YAG溶接、半田付け、蝋付け等によることができる。また、第1または第2の保持部材に光透過性を必要とする方法に限られるものではない。しかしながら、この固着に際して、例えば硬化時の収縮、変形を伴うことによって、測定調整した横シングルモード状態から外れる恐れのない方法によって行う。したがって、第1または第2の保持部材11または12が、光透過性である部材によって構成することに限られるものではなく、固着方法、生産コスト、生産性に見合った材料の選定がなされる。
This fixing method is not limited to a method using an ultraviolet curable adhesive, and may be an anaerobic adhesive, a high temperature curable adhesive, YAG welding, soldering, brazing, or the like. Moreover, it is not restricted to the method which requires the light transmittance for the 1st or 2nd holding member. However, this fixing is performed by a method that does not cause the measurement and adjustment to be out of the transverse single mode state by, for example, shrinkage or deformation during curing. Therefore, the first or second holding
尚、アウトプットカプラー6と、反射ミラー7との間隔、すなわち共振器長は、前述した所望の波長の単一縦モードように、レーザ媒質8からの励起発光する特定波長が共振する間隔に、できるだけ近似する間隔に設定する。
このため、スペーサ34の厚さが、あらかじめ測定されているレーザ媒質8の厚さ、反射ミラー7と、第1および第2の保持部材11および12の衝合面までの距離の測定等によって選定されて、上述したF.S.Rから定まる縦モード間隔から決まる共振器長にできるだけ近似する間隔となるように選定する。
The interval between the
For this reason, the thickness of the
アウトプットカプラー6と、反射ミラー7との平行度の調整は、上述したように、平行度調整装置10の、第1および第2の保持部材11および12の、第1および第2の摺り合わせ面11Aおよび11Bにおける、同一曲率の球状凹面および凸面を摺接させるように軸心と交叉する方向に揺動させることによって行う。
そして、この平行度の調整は、例えば図1で示した固体レーザ光発振装置において、励起光源1を動作させた状態で、モード測定を行うことによって行うことができる。しかしながら、この調整は、このように、励起光源1による励起状態での測定に限られるものではなく、例えば発振波長と同一の波長の光源波長を有するオートコリメータを用いて平行度調整を行うことができる。
また、レーザ媒質の平行度が、比較的正確である場合は、オートコリメータの光源波長と発振波長の屈折率差から決まる光学的平行度が無視できるのであれば、オートコリメータの光源波長は、発振波長に限定されるものではない。
As described above, the parallelism between the
The parallelism can be adjusted, for example, by performing mode measurement in the state where the excitation light source 1 is operated in the solid-state laser light oscillation device shown in FIG. However, this adjustment is not limited to the measurement in the excited state by the excitation light source 1 as described above. For example, the parallelism adjustment can be performed using an autocollimator having a light source wavelength equal to the oscillation wavelength. it can.
If the parallelism of the laser medium is relatively accurate, if the optical parallelism determined by the refractive index difference between the light source wavelength of the autocollimator and the oscillation wavelength can be ignored, the light source wavelength of the autocollimator will oscillate. The wavelength is not limited.
一方、共振器長調整装置13の例えば圧電素子には、例えば発振周波数から検出した共振器長制御信号を印加することによって反射ミラー7をアウトプットカプラー6に対して進退させることによって共振器長の制御を行うようにする。
On the other hand, for example, a piezoelectric element of the resonator
上述したように、本発明構成によれば、固体レーザ光発振装置において、その固体レーザ光発振器に、アウトプットカプラー6と反射ミラー7との平行度調整装置10を設けたことによって、単一横モードすなわち真円スポットのレーザ発振を行うことができる固体レーザ光発振器、したがって、固体レーザ光発振装置を構成することができる。
また、共振器長調整装置13を設けたことによって、共振器長を所要の長さに正確に常時設定することができることから、単一縦モード発振を行うことができる固体レーザ光発振器、したがって、固体レーザ光発振装置を構成することができる。
As described above, according to the configuration of the present invention, in the solid-state laser light oscillation device, the parallelism adjusting device 10 between the
Further, since the resonator
なお、本発明は上述した構成に限られるものではないことは言うまでもなく、例えばアウトプットカプラー6と、反射ミラー7との間に、例えば半導体量子井戸を利用した可飽和吸収体を配置した構成とすることによって、Qスイッチレーザ構成とすることもできる。しかしながら、この場合は、可飽和吸収体を考慮した設計がなされる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described configuration. For example, a saturable absorber using, for example, a semiconductor quantum well is disposed between the
また、第1および第2保持部材11および12の第1および第2の摺り合わせ面あわせ11Aおよび12Aは、一方を凸状球面とし、他方を底部に向かって小径となる凹状円錐面とすることもできる。
しかしながら、安定して第1および第2の保持部材11および12の相互の摺動を行わせる上では、凸状球面および凹状球面とすることが望ましい。
Further, the first and second sliding
However, in order to allow the first and second holding
上述した本発明構成によれば、アウトプットカプラー6と、反射面(反射ミラー)7とを、互いに摺り合わせ揺動することができるようになされた第1および第2の保持部材11および12に保持させるようにしたことから、固体レーザ光発振器9の組み立て製造時においてアウトプットカプラー6と、反射面(反射ミラー)7との相互の傾き調整を円滑に高い精度をもって行うことができることから、高い平行度に設定することができる。
According to the above-described configuration of the present invention, the
また、アウトプットカプラー6を、レーザ媒質8の励起光入射側の前方端面に形成して一体化することによって、レーザ媒質8を含めてアウトプットカプラー6と反射ミラー7の平行度調整を行うことができるので、レーザ媒質8への光入射を効率よく行うことができて、発振効率を高めることができる。また、同時に全体の小型化および構造の簡潔化が図られる。
Further, by forming the
さらに、共振器長調整装置13を設けることよって、平行度調整装置10による高精度の平行度調整と相俟って正確、かつ安定に、共振器長の設定を行うことができる。
Furthermore, by providing the resonator
1・・・励起光源、2・・・シリンドリカルレンズ、3・・・コリメート、4・・・ダイクロイックミラー、5・・・集光レンズ、6・・・アウトプットカプラー、7・・・反射面(反射面)、8・・・レーザ媒質、9・・・固体レーザ光発振器、10・・・平行度調整装置、11・・・第1の保持部材、12・・・第2の保持部材、11A・・・第1の摺り合わせ面、12A・・・第2の摺り合わせ面、11H・・・中空部、11B・・・前方端面、12B・・・後方端面、13・・・共振器長調整装置、31・・・第1の基体、32・・・第2の基体、33・・・レーザ媒質基板、34・・・スペーサ、121・・・筒状部、122・・・閉塞板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Excitation light source, 2 ... Cylindrical lens, 3 ... Collimate, 4 ... Dichroic mirror, 5 ... Condensing lens, 6 ... Output coupler, 7 ... Reflective surface ( (Reflecting surface), 8... Laser medium, 9... Solid laser light oscillator, 10... Parallelism adjusting device, 11... First holding member, 12. ... 1st sliding surface, 12A ... 2nd sliding surface, 11H ... Hollow part, 11B ... Front end surface, 12B ... Back end surface, 13 ... Resonator
Claims (12)
上記レーザ光共振器は、上記反射面もしくは上記アウトプットカプラーの少なくとも一方が、平面もしくは平面に近い緩やかな曲率を有する不安定共振器型構成とされ、
上記反射面と上記アウトプットカプラーとの間の光学的な平行度を調整する平行度調整装置を有し、
該平行度調整装置は、上記アウトプットカプラーを保持する第1の保持部材と、上記反射面を保持する第2の保持部材とを有して成り、
上記第1の保持部材と、上記第2の保持部材とには、これらに保持された上記アウトプットカプラーと反射面との間に、上記レーザ媒質を配置して対向させた状態で、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面のいずれか一方と他方による、相互に衝合する第1の摺り合わせ面と第2の摺り合わせ面とが形成されて成り、
上記第1および第2の保持部材を、互いに上記第1および第2の摺り合わせ面で摺り合わせた状態で回動させることによってこれら第1および第2の保持部材に保持された上記アウトプットカプラーと、上記反射面との相互の傾きを微調整して上記平行度の調整がなされた状態で固着されて成ることを特徴とする固体レーザ光発振器。 A laser medium that emits light by optical excitation with a predetermined wavelength is disposed in a laser optical resonator having a reflecting surface and an output coupler facing the reflective surface.
The laser beam resonator has an unstable resonator type configuration in which at least one of the reflection surface or the output coupler has a gentle curvature close to a plane or a plane,
A parallelism adjusting device for adjusting the optical parallelism between the reflecting surface and the output coupler;
The parallelism adjusting device includes a first holding member that holds the output coupler, and a second holding member that holds the reflective surface.
The first holding member and the second holding member have the same curvature in a state in which the laser medium is disposed and faced between the output coupler and the reflecting surface held by the first holding member and the second holding member. A first slidable surface and a second slidable surface that are in contact with each other and formed by either one of the concave spherical surface and the convex spherical surface and the other,
The output coupler held by the first and second holding members by rotating the first and second holding members while being slid by the first and second sliding surfaces. And a solid laser oscillator that is fixed in a state in which the parallelism is adjusted by finely adjusting the mutual inclination with the reflecting surface.
該レーザ光共振器は、反射面と、これに対向するアウトプットカプラーとを有し、
該レーザ光共振器内に、上記励起光源からの励起光によって励起発光するレーザ媒質が配置されて成り、
上記レーザ光共振器は、上記反射面もしくは上記アウトプットカプラーの少なくとも一方が、平面もしくは平面に近い緩やか曲率を有する不安定共振器型構成とされ、
上記反射面と上記アウトプトカプラーとの間の光学的な傾きを調整する平行度調整装置を有し、
該平行度調整装置は、上記アウトプットカプラーを保持する第1の保持部材と、上記反射面を保持する第2の保持部材とを有して成り、
上記平行度調整装置の、第1の保持部材と、第2の保持部材とには、これらに保持された上記アウトプットカプラーと反射面との間に、上記レーザ媒質を配置して対向させた状態で、同一曲率を有する凹状球面と凸状球面のいずれか一方と他方による、相互に衝合する第1の摺り合わせ面と第2の摺り合わせ面とが形成されて成り、
上記第1および第2の保持部材を、互いに上記第1および第2の摺り合わせ面で摺り合わせた状態で回動させることによってこれら第1および第2の保持部材に保持された上記アウトプットカプラーと、上記反射ミラーとの相互の傾きを微調整して平行度調整がなされた状態で固着された構成とすることを特徴とする固体レーザ光発振装置。 An excitation light source and a laser beam resonator;
The laser beam resonator includes a reflecting surface and an output coupler facing the reflecting surface.
A laser medium that emits light by excitation light from the excitation light source is disposed in the laser light resonator.
The laser beam resonator has an unstable resonator type configuration in which at least one of the reflection surface or the output coupler has a gentle curvature near a plane or a plane,
Having a parallelism adjusting device for adjusting an optical inclination between the reflecting surface and the output coupler;
The parallelism adjusting device includes a first holding member that holds the output coupler, and a second holding member that holds the reflective surface.
In the parallelism adjusting device, the first holding member and the second holding member are opposed to each other by arranging the laser medium between the output coupler held by these and the reflecting surface. In the state, a first slidable surface and a second slidable surface that are abutted with each other and formed by either one of the concave spherical surface and the convex spherical surface having the same curvature and the other are formed.
The output coupler held by the first and second holding members by rotating the first and second holding members while being slid by the first and second sliding surfaces. And a solid-state laser light oscillation device fixedly fixed in a state where the parallelism is adjusted by finely adjusting the mutual inclination with the reflection mirror.
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| CN110445003A (en) * | 2019-08-27 | 2019-11-12 | 南昌航空大学 | A kind of plano-concave laser cavity list light path alignment apparatus and method based on Gaussian beam |
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