JPH0745898A - Laser equipment - Google Patents
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- JPH0745898A JPH0745898A JP18638193A JP18638193A JPH0745898A JP H0745898 A JPH0745898 A JP H0745898A JP 18638193 A JP18638193 A JP 18638193A JP 18638193 A JP18638193 A JP 18638193A JP H0745898 A JPH0745898 A JP H0745898A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ソリウムとホロミウムイオンを共にドープし
た媒質を用いたレーザ装置において、ホロミウムイオン
に対して高効率、高出力なレーザ装置を得る。
【構成】 ソリウムとホロミウムを共にドープしたレー
ザ媒質と、ソリウムイオンが利得を持つ第1の波長の光
とホロミウムイオンが利得を持つ第2の波長の光を分離
する波長分離素子と、第1の波長の光を共振、制御する
第1の共振器と第1のスイッチング素子と、第2の波長
の光を共振、制御する第2の共振器と第2のスイッチン
グ素子とを備えた。 また、ソリウムとホロミウムを共
にドープしたレーザ媒質と、このレーザ媒質を含む共振
器と、専らソリウムイオンが利得を持つ波長の光に対し
てこの共振器のQを制御するスイッチング素子とを備え
た。
(57) [Summary] [Object] To obtain a laser device using a medium doped with both thorium and holmium ions, which has high efficiency and high output with respect to holmium ions . CONSTITUTION: a laser medium with thorium and holmium were co-doped, and wavelength separation element light and Horomiumuion the first wavelength to separate a second light of a wavelength having a gain with a gain Soriumuion, first The first resonator and the first switching element that resonate and control the light of the wavelength, and the second resonator and the second switching element that resonate and control the light of the second wavelength. In addition, a laser medium doped with both thorium and holmium, a resonator including this laser medium, and a switching element that exclusively controls the Q of the resonator for light having a wavelength at which the thorium ion has a gain are provided.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はTm3+とHo3+イオン
を共にドープした媒質をレーザ媒質に用いたレーザ装置
に関するもので、特にジャイアントパルスを得るレーザ
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device using a medium doped with both Tm 3+ and Ho 3+ ions as a laser medium, and more particularly to a laser device for obtaining a giant pulse.
【0002】[0002]
【従来の技術】光による励起レーザであって、最終的に
ホロミウム(Ho3+)イオンを生成するのに幾つかの方
式が提案されている。最も簡単な構成としては、直接H
o3+イオンを励起する方式があるが、これは励起効率が
悪く、実用的でない。これを改善するため、ソリウム
(Tm3+)イオンも共在させたレーザが用いられる。つ
まり、光エネルギーを一旦、吸収効率のよいTm3+に吸
収させ、その後、それをエネルギー準位の近いHo3+に
転移させるものである。図8は第1の従来例で、S.
R.Bowman等(IEEE J.Quantum Electron.,vol.2
7,p.1129〜1131, 1991)により示されたTm3+とHo3+
イオンを共にドープした媒質をレーザ媒質に用いたQス
イッチレーザの構成図である。図において、1は高反射
鏡、2は出力結合鏡であり、高反射鏡1と出力結合鏡2
はレーザ共振器を構成している。3はTm3+とHo3+イ
オンを共にドープした媒質よりなるレーザロッド、4は
上記共振器の光軸、5はレーザ出力光、6は共振器のQ
を制御するスイッチング素子、7は励起光源、8は励起
光、9はスイッチング素子制御回路である。2. Description of the Related Art As an optically pumped laser, several methods have been proposed for finally producing holmium (Ho 3+ ) ions. The simplest configuration is direct H
There is a method of exciting o 3+ ions, but this is not practical because of poor excitation efficiency. To improve this, a laser in which thorium (Tm 3+ ) ions are also present is used. That is, the light energy is once absorbed by Tm 3+ having a high absorption efficiency, and then transferred to Ho 3+ having a close energy level. FIG. 8 shows a first conventional example, which is an S.S.
R. Bowman et al. (IEEE J. Quantum Electron., Vol.2
7, p.1129〜1131, 1991) and Tm 3+ and Ho 3+
It is a block diagram of a Q-switched laser using a medium co-doped with ions as a laser medium. In the figure, 1 is a high reflection mirror, 2 is an output coupling mirror, and the high reflection mirror 1 and the output coupling mirror 2 are shown.
Constitutes a laser resonator. 3 is a laser rod made of a medium doped with both Tm 3+ and Ho 3+ ions, 4 is the optical axis of the resonator, 5 is laser output light, and 6 is Q of the resonator.
Is an excitation light source, 8 is excitation light, and 9 is a switching element control circuit.
【0003】図9にこのレーザのエネルギーダイアグラ
ムを示す。図8、9に基づいてレーザ発振動作を説明す
る。スイッチング素子6により上記共振器を低Q状態に
する。励起光源7からの励起光8によりレーザロッド3
を励起する。レーザロッド3に共にドープされたTm3+
とHo3+イオンにおいて、Tm3+イオンが増感剤とな
り、最終的にはHo3+イオンがレーザ発振を行う活性イ
オンとなる。さらに、レーザロッド3には増感剤として
広い吸収波長域を持つCr3+,Er3+イオン等がドープ
されることがある。Ho3+イオンが励起される過程は以
下による。励起光8によりまずTm3+イオンが直接また
はレーザロッド3にドープされたCr3+,Er3+イオン
等を介して間接的に励起されて、 3H4 準位のTm3+イ
オンが生成される。FIG. 9 shows an energy diagram of this laser. The laser oscillation operation will be described with reference to FIGS. The switching element 6 brings the resonator into a low Q state. The laser rod 3 is excited by the excitation light 8 from the excitation light source 7.
Excite. Tm 3+ co-doped into laser rod 3
And Ho 3+ ions, the Tm 3+ ion becomes a sensitizer, and finally the Ho 3+ ion becomes an active ion that performs laser oscillation. Further, the laser rod 3 may be doped with Cr 3+ , Er 3+ ions having a wide absorption wavelength region as a sensitizer. The process of exciting Ho 3+ ions is as follows. The excitation light 8 first excites Tm 3+ ions directly or indirectly via Cr 3+ , Er 3+ ions or the like doped in the laser rod 3 to generate Tm 3+ ions at the 3 H 4 level. To be done.
【0004】3H4 準位のTm3+イオンは 3F4 準位へ
と非輻射遷移で緩和する際、隣接した基底準位のTm3+
イオンにエネルギーを与え、これを 3F4 準位に励起す
る。この2つの過程、つまりクロス緩和過程により、一
つの 3H4 準位のTm3+イオンから二つの 3F4 準位の
Tm3+イオンが作られ、量子効率を最大2倍とすること
ができる。この 3F4 準位のTm3+イオンからのエネル
ギー移動により、Ho3+イオンがレーザ上位準位である
5I7 準位に励起される。Tm3+イオンの 3F4 準位と
Ho3+イオンの 5I7 準位はエネルギー準位が近く、上
記エネルギー移動の逆過程であるHo3+イオンの 5I7
準位からTm3+イオンの 3F4 準位へのエネルギー移動
が存在する。When the Tm 3+ ion of the 3 H 4 level relaxes to the 3 F 4 level by non-radiative transition, Tm 3+ of the adjacent ground level
Energy is applied to the ions and they are excited to the 3 F 4 level. By these two processes, that is, the cross relaxation process, two 3 F 4 level Tm 3+ ions are produced from one 3 H 4 level Tm 3+ ion, and the quantum efficiency can be doubled at maximum. it can. Due to the energy transfer from the Tm 3+ ion of the 3 F 4 level, the Ho 3+ ion is the upper level of the laser.
Excited to the 5 I 7 level. The 3 F 4 level of the Tm 3+ ion and the 5 I 7 level of the Ho 3+ ion are close to each other in energy level, and 5 I 7 of the Ho 3+ ion which is an inverse process of the above energy transfer.
There is energy transfer from the level to the 3 F 4 level of the Tm 3+ ion.
【0005】Ho3+イオンが励起され、レーザロッド3
が十分な利得を有したら、スイッチング素子6により上
記Ho3+用の共振器を高Q状態にする。そして急激に誘
導放出が行われ、レーザ発振が起こる。このとき、ジャ
イアントパルスが出力結合鏡2よりレーザ出力光5とし
て出力される。Ho 3+ ions are excited and laser rod 3
Has a sufficient gain, the switching element 6 brings the resonator for Ho 3+ into the high Q state. Then, stimulated emission is rapidly performed and laser oscillation occurs. At this time, a giant pulse is output as laser output light 5 from the output coupling mirror 2.
【0006】上述のようにHo3+イオンの 5I7 準位か
らTm3+イオンの 3F4 準位へのエネルギー移動が存在
するため、レーザロッド3に蓄積されるエネルギーはH
o3+イオンの 5I7 準位に集中せず、Ho3+イオンの 5
I7 準位とTm3+イオンの 3F4 準位に分散される。分
散の度合いは各イオンの濃度と温度により異なるが、通
常用いられているTm,Ho:YAGでは、室温におい
てほぼ同数のイオンが両準位に存在する。また、Tm3+
イオンの 3F4 準位からHo3+イオンの 5I7 準位への
エネルギー移動の時定数は数〜十数μsecであり、ジ
ャイアントパルスのパルス幅に比べて非常に長い。この
ため、急激な誘導放出によりHo3+イオンの 5I7 準位
に蓄積されたエネルギーは取り出されるが、Tm3+イオ
ンに蓄積されたエネルギーは利用できない。As described above, since energy transfer from the 5 I 7 level of Ho 3+ ions to the 3 F 4 level of Tm 3+ ions exists, the energy accumulated in the laser rod 3 is H.
not concentrated in the 5 I 7 level of o 3+ ion, of Ho 3+ ion 5
It is dispersed in the I 7 level and the 3 F 4 level of the Tm 3+ ion. The degree of dispersion differs depending on the concentration and temperature of each ion, but in Tm, Ho: YAG that is usually used, almost the same number of ions exist at both levels at room temperature. Also, Tm 3+
The time constant of energy transfer from the 3 F 4 level of the ion to the 5 I 7 level of the Ho 3+ ion is several to ten and several μsec, which is very long compared to the pulse width of the giant pulse. Therefore, the energy accumulated in the 5 I 7 level of Ho 3+ ions is taken out by the rapid stimulated emission, but the energy accumulated in Tm 3+ ions cannot be used.
【0007】これを改善したレーザとして次のものがあ
る。図10は第2の従来例で、R.C.Stonema
n,L.Estrowitz(OPTICAL LETTERS,vol.1
7,No.10,p.736〜738,1992)により示されたイントラキ
ャビティ励起型のHo:YAGレーザの構成図である。
図において、10はTm:YAG、11はHo:YA
G、12はTm:YAG10の端面に形成された第1の
誘電体多層膜、13はHo:YAG11の端面に形成さ
れた第2の誘電体多層膜である。ここで第1の誘電体多
層膜12は、Tm3+イオンが利得を持つ2.0μm近傍
およびHo3+イオンが利得を持つ2.1μm近傍の波長
を持つ光に対して高反射であり、Tm3+イオンの吸収波
長域である0.78μm近傍の波長を持つ光に対して高
透過である。第2の誘電体多層膜13はTm3+イオンが
利得を持つ2.0μm近傍およびHo3+イオンが利得を
持つ2.1μm近傍の波長を持つ光に対して高透過であ
る。Tm:YAG10とHo:YAG11は互いに誘電
体多層膜を形成されていない面をオプティカルコンタク
トで張り合わせてある。出力結合鏡2はTm3+イオンが
利得を持つ2.0μm近傍の波長を持つ光に対して高反
射およびHo3+イオンが利得を持つ2.1μm近傍の波
長を持つ光に対して部分反射である。第1の誘電体多層
膜12と第2の誘電体多層膜13の外側に置かれた出力
結合鏡2は共振器を構成している。The following are lasers that have improved this. FIG. 10 shows a second conventional example, in which R.I. C. Stonema
n, L. Estrowitz (OPTICAL LETTERS, vol.1
7, No. 10, p. 736 to 738, 1992), which is an intracavity-pumped Ho: YAG laser.
In the figure, 10 is Tm: YAG and 11 is Ho: YA.
G and 12 are the first dielectric multilayer film formed on the end surface of Tm: YAG 10, and 13 is the second dielectric multilayer film formed on the end surface of Ho: YAG 11. Here, the first dielectric multilayer film 12 is highly reflective to light having a wavelength in the vicinity of 2.0 μm in which Tm 3+ ions have a gain and in the vicinity of 2.1 μm in which Ho 3+ ions have a gain, It is highly transmissive to light having a wavelength in the vicinity of 0.78 μm, which is the absorption wavelength range of Tm 3+ ions. The second dielectric multilayer film 13 is highly transmissive to light having a wavelength in the vicinity of 2.0 μm in which Tm 3+ ions have a gain and in the vicinity of 2.1 μm in which Ho 3+ ions have a gain. The surfaces of Tm: YAG10 and Ho: YAG11 on which the dielectric multilayer film is not formed are bonded to each other by optical contact. The output coupling mirror 2 is highly reflective to light having a wavelength near 2.0 μm where Tm 3+ ions have a gain and partially reflected to light having a wavelength near 2.1 μm where Ho 3+ ions have a gain. Is. The output coupling mirror 2 placed outside the first dielectric multilayer film 12 and the second dielectric multilayer film 13 constitutes a resonator.
【0008】図11にこのレーザのエネルギーダイアグ
ラムを示す。Tm:YAGは2.0μm近傍に利得を持
ち、一方Ho:YAGは2.0μm近傍の波長を持つ光
を吸収する。したがって、Tm:YAGレーザでHo:
YAGを励起することが可能である。しかし、Ho:Y
AGの2.0μm近傍の波長を持つ光に対する吸収係数
は小さい。このため、Tm:YAGレーザ共振器内にH
o:YAGを挿入し、2.0μm近傍の波長を持つ発振
光を共振器内に閉じ込めることにより励起効率を高めて
いる。FIG. 11 shows an energy diagram of this laser. Tm: YAG has a gain near 2.0 μm, while Ho: YAG absorbs light having a wavelength near 2.0 μm. Therefore, with a Tm: YAG laser, Ho:
It is possible to excite YAG. But Ho: Y
The absorption coefficient of light having a wavelength near 2.0 μm of AG is small. Therefore, H in the Tm: YAG laser resonator
The excitation efficiency is improved by inserting o: YAG and confining the oscillation light having a wavelength near 2.0 μm in the resonator.
【0009】図10に基づいてレーザ発振動作を説明す
る。Tm:YAGの吸収波長域である0.78μm近傍
の波長を持つ励起光8を第1の誘電体多層膜12よりT
m:YAG10に入射する。励起光を吸収し、Tm3+イ
オンは 3H4 準位に励起される。クロス緩和により、前
述の従来例同様、一つの 3H4 準位のTm3+イオンより
二つの 3F4 準位のTm3+イオンが作られ、量子効率を
最大2倍とすることができる。 3F4 準位のTm3+イオ
ンは2.0μm近傍に利得を持つ。励起され、閾値を越
えるとTm:YAG10は2.0μm近傍で発振する。
共振器を構成する第1の誘電体多層膜12と出力結合鏡
2は2.0μm近傍の波長を持つ光に対して高反射であ
るので、2.0μm近傍の波長を持つ光を上記共振器に
閉じ込めることになる。(以下、一組の高反射鏡で構成
された共振器を閉じ込め型の共振器とする。)したがっ
て、上記レーザ共振器内を共振するTm:YAG10の
発振光の大部分をHo:YAG11に吸収させることが
できる。Tm:YAG10の発振光を吸収することによ
りHo3+イオンは 5I7 準位に励起される。Ho:YA
G11は2.1μm近傍に利得を持ち、閾値を越える
と、2.1μm近傍の波長を持つレーザ出力光5を出力
結合鏡2より出力する。The laser oscillation operation will be described with reference to FIG. The excitation light 8 having a wavelength in the vicinity of 0.78 μm, which is the absorption wavelength region of Tm: YAG, is transmitted from the first dielectric multilayer film 12 to T
m: incident on YAG10. The excitation light is absorbed and the Tm 3+ ion is excited to the 3 H 4 level. Cross-relaxation, similar prior art example described above, Tm 3+ ions of the two 3 F 4 level position than Tm 3+ ions of one 3 H 4 level position is created, it can be doubled maximum quantum efficiency . Tm 3+ ions at the 3 F 4 level have a gain in the vicinity of 2.0 μm. When excited and exceeds the threshold value, Tm: YAG10 oscillates in the vicinity of 2.0 μm.
Since the first dielectric multilayer film 12 and the output coupling mirror 2 which form the resonator are highly reflective to the light having the wavelength near 2.0 μm, the light having the wavelength near 2.0 μm is used as the resonator. Will be trapped in. (Hereinafter, a resonator constituted by a set of high-reflecting mirrors is a confinement type resonator.) Therefore, most of the oscillation light of Tm: YAG10 that resonates in the laser resonator is absorbed by Ho: YAG11. Can be made. By absorbing the oscillation light of Tm: YAG10, Ho 3+ ions are excited to the 5 I 7 level. Ho: YA
G11 has a gain in the vicinity of 2.1 μm, and when it exceeds the threshold value, the laser output light 5 having a wavelength in the vicinity of 2.1 μm is output from the output coupling mirror 2.
【0010】Tm:YAGは3準位レーザであり、反転
分布を形成する形でエネルギーがTm:YAGに蓄えら
る。このTm:YAGに蓄えられたエネルギーはHo:
YAGの発振には寄与せず、全体の効率を下げる一因と
なっている。また、上記の構成ではTm:YAGとH
o:YAGの2つのレーザ媒質を用いなければならず、
構成が複雑になる欠点がある。Tm: YAG is a three-level laser, and energy is stored in Tm: YAG in the form of population inversion. The energy stored in this Tm: YAG is Ho:
It does not contribute to the oscillation of YAG, which is one of the factors that reduce the overall efficiency. Further, in the above configuration, Tm: YAG and H
Two laser media of o: YAG must be used,
There is a drawback that the configuration becomes complicated.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ソリウムイオンを増感
剤にしたホロミウムイオンを活性イオンとする従来のレ
ーザ装置は、以上述べたように構成されていたので、ソ
リウムイオンとホロミウムイオンは平衡状態を保って共
に励起されていくので、ホロミウムイオンの発振時には
ソリウムイオンに蓄積されたエネルギーが利用されず効
率が悪いという課題があった。またソリウムイオンとホ
ロミウムイオンとを別々に励起する装置では構成が複雑
になり、また効率もよいとは云えない。Since the conventional laser device using the holmium ion as the sensitizer and the holmium ion as the active ion has been constructed as described above, the thorium ion and the holmium ion are in equilibrium. Since they are excited together while maintaining the state, there is a problem that the energy accumulated in the thorium ion is not used during the oscillation of the holmium ion and the efficiency is poor. In addition, an apparatus that separately excites thorium ions and holmium ions has a complicated structure and cannot be said to be efficient.
【0012】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、まずソリウムイオンに集中的にエ
ネルギーを蓄積し、その後、そのエネルギーを光に変換
して目的のホロミウムイオンを励起させてソリウムイオ
ンに蓄積されたエネルギーを十分利用した効率のよいレ
ーザ装置を得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems. First, energy is concentratedly accumulated in thorium ions, and then the energy is converted into light to excite the target holmium ions. The purpose of this is to obtain an efficient laser device that fully utilizes the energy stored in thorium ions.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ装
置は、ソリウムとホロミウムを共にドープしたレーザ媒
質と、ソリウムイオンが励起する第1の波長の光とホロ
ミウムイオンが励起する第2の波長の光を分離する波長
分離素子と、第1の波長の光を共振、制御する第1の共
振器と第1のスイッチング素子と、第2の波長の光を共
振、制御する第2の共振器と第2のスイッチング素子と
を備えた。また請求項2のレーザ装置は、請求項1の発
明で、波長分離素子として、光を分散させてその分散し
た方向で分離する分散型波長分離素子をもちいた。請求
項3のレーザ装置は、請求項1の発明で、波長分離素子
として、波長に依存した透過率または反射率を持つ透過
型波長分離素子を用いた。A laser device according to the present invention comprises a laser medium doped with both thorium and holmium, light of a first wavelength excited by thorium ions and a second wavelength excited by holmium ions. Wavelength separating element for separating the light of the first wavelength, the first resonator for resonating and controlling the light of the first wavelength and the first switching element, and the second resonator for resonating and controlling the light of the second wavelength And a second switching element. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the wavelength separation element includes a dispersion type wavelength separation element that disperses light and separates the light in the dispersed direction. According to a third aspect of the present invention, in the laser apparatus of the first aspect, a transmissive wavelength separation element having a wavelength-dependent transmittance or reflectance is used as the wavelength separation element.
【0014】更に、請求項4のレーザ装置は、ソリウム
とホロミウムを共にドープしたレーザ媒質と、このレー
ザ媒質を含む共振器と、専らソリウムイオンが励起する
波長の光に対してこの共振器のQを制御するスイッチン
グ素子とを備えた。請求項5のレーザ装置は、請求項4
の発明で、共振器として、特にソリウムイオンに対して
は高反射の共振器を用いた。Further, in the laser device according to the fourth aspect, a laser medium doped with both thorium and holmium, a resonator containing this laser medium, and a Q of this resonator for light of a wavelength exclusively excited by the thorium ion. And a switching element for controlling the. The laser device according to claim 5 is the laser device according to claim 4.
In the invention, a resonator having a high reflection is used as a resonator, particularly for thorium ions.
【0015】[0015]
【作用】この発明のレーザ装置においては、光による励
起でソリウムイオンとホロミウムイオンがエネルギーを
吸収するが、まず第1の共振器でソリウムイオンが発振
し、次いでその発振光の大部分がホロミウムイオンに吸
収され、ジャイアントパルスとなる。また、請求項4の
レーザ装置においては、まず光による励起でソリウムイ
オンが閉じ込め共振器のなかで発振し、次いでスイッチ
ング動作によりその発振光の大部分がホロミウムイオン
に吸収され、ジャイアントパルスとなる。In the laser device of the present invention, the thorium ions and the holmium ions absorb energy by being excited by light. First, the thorium ions oscillate in the first resonator, and then most of the oscillated light is hollow. It is absorbed by mimium ions and becomes a giant pulse. Further, in the laser device according to the fourth aspect, first, thorium ions are oscillated in the confinement resonator by excitation with light, and then, most of the oscillated light is absorbed by the holmium ions by the switching operation to form a giant pulse. .
【0016】[0016]
【実施例】実施例1.以下、第一の発明に係わる第1の
実施例を図について説明する。図1はこの発明の第一の
実施例のレーザ装置の構成図である。図において、14
は2.0および2.1μm近傍の波長の光に対する第1
の高反射鏡、15は波長分離素子、16は2.0μm近
傍の波長の光に対する第2の高反射鏡、17は2.1μ
m近傍の波長の光に対する出力結合鏡である。18は
2.0μm近傍の波長の光に対する第1のスイッチング
素子、19は2.1μm近傍の波長の光に対する第2の
スイッチング素子である。即ち、第1の高反射鏡14と
第2の高反射鏡16は、波長分離素子15を介して、
2.0μm近傍の波長の光を共振する閉じ込め型の第1
の共振器を構成している。同様に第1の高反射鏡14と
出力結合鏡17は2.1μm近傍の波長の光を共振する
第2の共振器を構成している。上記第1、第2の共振器
はレーザロッド3上で同一の光軸を持つ。波長分離素子
15は、ソリウム(Tm3+)およびホロミウム(H
o3+)イオンの発振光であるそれぞれ2.0および2.
1μm近傍の波長の光を分離する。第1および第2のス
イッチング素子18、19はそれぞれ第1および第2の
共振器の光軸上に置かれている。EXAMPLES Example 1. Hereinafter, a first embodiment according to the first invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a laser device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 14
Is the first for light with wavelengths near 2.0 and 2.1 μm
High-reflecting mirror, 15 is a wavelength separation element, 16 is a second high-reflecting mirror for light having a wavelength near 2.0 μm, and 17 is 2.1 μm.
It is an output coupling mirror for light having a wavelength near m. Reference numeral 18 is a first switching element for light having a wavelength near 2.0 μm, and 19 is a second switching element for light having a wavelength near 2.1 μm. That is, the first high-reflecting mirror 14 and the second high-reflecting mirror 16 are connected via the wavelength separation element 15.
First confinement type that resonates light with a wavelength near 2.0 μm
Of the resonator. Similarly, the first high-reflecting mirror 14 and the output coupling mirror 17 form a second resonator that resonates light having a wavelength near 2.1 μm. The first and second resonators have the same optical axis on the laser rod 3. The wavelength separation element 15 includes thorium (Tm 3+ ) and holmium (H
o 3+ ) ion oscillation light of 2.0 and 2.
Light having a wavelength in the vicinity of 1 μm is separated. The first and second switching elements 18 and 19 are placed on the optical axes of the first and second resonators, respectively.
【0017】次ぎに、レーザ発振動作を説明する。励起
光源7からの励起光8により、レーザロッド3が励起さ
れる。第1および第2のスイッチング素子18、19に
より、上記第1、第2の共振器は低Q状態に保たれてい
る。そのため、励起光8を吸収して、レーザロッド3中
のTm3+およびHo3+イオンの両イオンが共にエネルギ
ーを蓄積する。上記第1の共振器は波長分離素子15に
より、2.0μm近傍の波長の光に対する共振器となっ
ている。十分励起した後、第1のスイッチング素子18
により、上記第1の共振器を高Q状態にする。こうし
て、Tm3+イオンが上記第1の共振器において急激に発
振する。上記第1の共振器は閉じ込め型の共振器である
ので、上記第1の共振器における発振光は、光軸を共有
するレーザロッド3中で、Ho3+イオンにエネルギーが
大部分吸収される。即ち、Tm3+イオンに蓄積されてい
たエネルギーをHo3+イオンに移動することとなる。Next, the laser oscillation operation will be described. The laser rod 3 is excited by the excitation light 8 from the excitation light source 7. The first and second switching elements 18 and 19 keep the first and second resonators in the low Q state. Therefore, the excitation light 8 is absorbed, and the Tm 3+ and Ho 3+ ions in the laser rod 3 both accumulate energy. The first resonator is a resonator for light having a wavelength near 2.0 μm by the wavelength separating element 15. After being sufficiently excited, the first switching element 18
This brings the first resonator into the high Q state. Thus, the Tm 3+ ions suddenly oscillate in the first resonator. Since the first resonator is a confinement type resonator, the oscillation light in the first resonator is mostly absorbed by Ho 3+ ions in the laser rod 3 sharing the optical axis. . That is, the energy accumulated in the Tm 3+ ion is transferred to the Ho 3+ ion.
【0018】上記第2の共振器は波長分離素子15によ
り、2.1μm近傍の波長の光に対する共振器となって
いる。上記第1の共振器における発振光を吸収してHo
3+イオンが十分なエネルギーを有したら、第2のスイッ
チング素子19により上記第2の共振器を高Q状態にす
る。こうして、Ho3+イオンが上記第2の共振器におい
て急激に発振し、出力結合鏡17より2.1μm近傍の
波長をもつジャイアントパルスが得られる。The second resonator is a resonator for light having a wavelength near 2.1 μm by the wavelength separating element 15. The oscillation light in the first resonator is absorbed and Ho
When the 3+ ions have sufficient energy, the second switching element 19 brings the second resonator into the high Q state. In this way, the Ho 3+ ions rapidly oscillate in the second resonator, and a giant pulse having a wavelength near 2.1 μm is obtained from the output coupling mirror 17.
【0019】Ho3+イオンに蓄積されるエネルギーはH
o3+イオンから再びTm3+イオンへのエネルギー移動、
アップコンバージョンにより損失を受ける。このときの
移動の時定数は数μsecないし十数μsecである。
上記損失の影響を少なくするため、第2のスイッチング
素子19のスイッチングのタイミングとして、Ho3+イ
オンが最大の利得をもつ時に発振が起こるようにとる。
即ち、上記第1の共振器におけるTm3+イオンの発振光
の強度が最大となったときから発振が終わるまでの間に
Ho3+イオンの発振が起こるようにする。このときの移
動の時間は3百nsec以内である。つまり、Ho3+イ
オンおよびTm3+イオンの発振光のパルス幅はせいぜい
2〜3百nsecである。従って、逆方向の時定数の大
きさから、上記構成のQスイッチレーザではTm3+方向
への損失量を小さくすることができ、Ho3+の発生効率
を高めている。以上の説明したように、この発明による
レーザ発振器の構成によれば、高効率で高出力のジャイ
アントパルスを得ることができる。The energy stored in Ho 3+ ions is H
Energy transfer from o 3+ ion to Tm 3+ ion again,
Lost due to up conversion. The time constant of movement at this time is several μsec to ten and several μsec.
In order to reduce the influence of the loss, the switching timing of the second switching element 19 is set so that oscillation occurs when the Ho 3+ ions have the maximum gain.
That is, the oscillation of the Ho 3+ ions is made to occur from the time when the intensity of the oscillation light of the Tm 3+ ions in the first resonator is maximized to the end of the oscillation. The time of movement at this time is within 300 nsec. That is, the pulse width of the oscillation light of Ho 3+ ions and Tm 3+ ions is at most 2 to 300 nsec. Therefore, the amount of loss in the Tm 3+ direction can be reduced in the Q-switched laser having the above configuration due to the magnitude of the time constant in the opposite direction, and the efficiency of Ho 3+ generation is improved. As described above, the configuration of the laser oscillator according to the present invention makes it possible to obtain a highly efficient and high output giant pulse.
【0020】実施例2.図2は第一の発明に係わる第2
の実施例を示す構成図である。図2の第2の実施例は図
1の第1の実施例における波長分離素子として、分散プ
リズムを用いたものである。図2において、20は分散
プリズムである。Example 2. FIG. 2 shows the second aspect of the first invention.
It is a block diagram which shows the Example of. The second embodiment of FIG. 2 uses a dispersion prism as the wavelength separation element in the first embodiment of FIG. In FIG. 2, 20 is a dispersion prism.
【0021】図2について説明する。分散プリズム20
に入射した光は波長に応じてその出射角が異なる。した
がって、2.0μmおよび2.1μmの波長を持つ光の
出射角に応じて、且つ、レーザロッド3上で同一の光軸
をとるように上記第1および第2の共振器を構成する。
第2の実施例のレーザ発振動作の原理は図1の第1の実
施例と同じである。この構成によれば、詳述しなかった
が、発振波長を更に細かく選べる特徴がある。Referring to FIG. Dispersion prism 20
The incident angle of the light incident on is different depending on the wavelength. Therefore, the first and second resonators are configured according to the emission angles of light having wavelengths of 2.0 μm and 2.1 μm and so as to have the same optical axis on the laser rod 3.
The principle of the laser oscillation operation of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Although not described in detail, this configuration has a feature that the oscillation wavelength can be selected more finely.
【0022】実施例3.図3は第一の発明に係わる第3
の実施例を示す構成図である。図3の第3の実施例は図
1の第1の実施例における波長分離素子として、回折格
子を用いたものである。図3において、21は回折格子
である。Example 3. FIG. 3 shows a third aspect of the first invention.
It is a block diagram which shows the Example of. The third embodiment of FIG. 3 uses a diffraction grating as the wavelength separation element in the first embodiment of FIG. In FIG. 3, reference numeral 21 is a diffraction grating.
【0023】図3について説明する。回折格子21に入
射した光は図2の第2の実施例の分散プリズム20と同
様に波長に応じて出射角が異なる。よって、図2の第2
の実施例と同様に上記第1および第2の共振器を構成す
る。第3の実施例のレーザ発振動作の原理は図1の第1
の実施例と同じである。この構成によれば、発振波長を
細かく選べる特徴がある。Referring to FIG. The light incident on the diffraction grating 21 has a different emission angle depending on the wavelength, as in the dispersion prism 20 of the second embodiment shown in FIG. Therefore, the second of FIG.
The first and second resonators are configured in the same manner as in the above embodiment. The principle of the laser oscillation operation of the third embodiment is the same as that of FIG.
Is the same as the embodiment described above. This configuration has a feature that the oscillation wavelength can be finely selected.
【0024】実施例4.図4は第一の発明に係わる第4
の実施例を示す構成図である。22は第1の干渉フィル
タ、23は第2の干渉フィルタである。Example 4. FIG. 4 is a fourth diagram according to the first invention.
It is a block diagram which shows the Example of. Reference numeral 22 is a first interference filter, and 23 is a second interference filter.
【0025】図4について説明する。第1の干渉フィル
タ22は2.1μm近傍の波長の光に対して高透過、
2.0μm近傍の波長の光に対して高反射である。ま
た、第2の干渉フィルタ23は2.0μm近傍の波長の
光に対して高透過、2.1μm近傍の波長の光に対して
高反射である。第2の高反射鏡16と第1の干渉フィル
タ22は2.0μm近傍の波長の光を共振する閉じ込め
型の第3の共振器を構成している。また、出力結合鏡1
7と第2の干渉フィルタ23は2.1μm近傍の波長の
光を共振する第4の共振器を構成している。上記第3お
よび第4の共振器はレーザロッド3上で同一の光軸を持
つように構成されている。レーザ発振動作の原理は図1
の第1の実施例に等しい。この構成は単一の光軸だけと
なるので構成が容易で、光軸調整が不要である。Referring to FIG. The first interference filter 22 is highly transmissive to light having a wavelength near 2.1 μm,
It is highly reflective for light with a wavelength near 2.0 μm. The second interference filter 23 is highly transmissive for light having a wavelength near 2.0 μm and highly reflective for light having a wavelength near 2.1 μm. The second high-reflecting mirror 16 and the first interference filter 22 constitute a confinement-type third resonator that resonates light having a wavelength near 2.0 μm. Also, the output coupling mirror 1
7 and the second interference filter 23 constitute a fourth resonator that resonates light having a wavelength near 2.1 μm. The third and fourth resonators are configured to have the same optical axis on the laser rod 3. The principle of laser oscillation operation is shown in Fig. 1.
Of the first embodiment. Since this configuration has only a single optical axis, the configuration is easy and no optical axis adjustment is required.
【0026】実施例5.図5は第1の発明に係わる第5
の実施例を示す構成図である。図5の第5の実施例は図
4における第4の実施例の第2の干渉フィルタ23を省
略した構成となっている。Example 5. FIG. 5 shows a fifth aspect of the first invention.
It is a block diagram which shows the Example of. The fifth embodiment of FIG. 5 has a configuration in which the second interference filter 23 of the fourth embodiment of FIG. 4 is omitted.
【0027】図5について説明する。2.0および2.
1μm近傍の波長の光に対する第1の高反射鏡14と第
1の干渉フィルタ22は2.0μm近傍の波長の光を共
振する閉じ込め型の第3の共振器を構成している。同様
に第1の高反射鏡14と出力結合鏡17は2.1μm近
傍の波長の光を共振する第4の共振器を構成している。
上記第3および第4の共振器はレーザロッド3上で同一
の光軸を持つように構成されている。レーザ発振動作の
原理は図1の第1の実施例に等しい。Referring to FIG. 2.0 and 2.
The first high-reflecting mirror 14 and the first interference filter 22 for light with a wavelength near 1 μm constitute a confinement-type third resonator that resonates light with a wavelength near 2.0 μm. Similarly, the first high-reflecting mirror 14 and the output coupling mirror 17 constitute a fourth resonator that resonates light having a wavelength near 2.1 μm.
The third and fourth resonators are configured to have the same optical axis on the laser rod 3. The principle of the laser oscillation operation is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
【0028】実施例6.図6は第2の発明に係わる一実
施例を示す構成図である。24は2.1μm近傍の波長
の光に対して部分反射、2.0μm近傍の波長の光に対
して高反射である出力結合鏡である。第1の高反射鏡1
4と出力結合鏡24は共振器を構成している。図7は第
2の発明に係わる一実施例におけるHo3+イオン 5I7
準位の分布密度とTm3+イオン 3F4 準位の分布密度の
関係を示す図である。Example 6. FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment according to the second invention. Reference numeral 24 is an output coupling mirror that is partially reflective to light having a wavelength near 2.1 μm and highly reflective to light having a wavelength near 2.0 μm. First high-reflecting mirror 1
4 and the output coupling mirror 24 form a resonator. FIG. 7 shows Ho 3+ ions 5 I 7 in one embodiment according to the second invention.
It is a diagram showing the relationship between the distribution density of the level of the distribution density and Tm 3+ ions 3 F 4 level position.
【0029】次に図6、7に基づいてレーザ発振動作を
説明する。励起光源7からの励起光8によりレーザロッ
ド3を励起する。その後、スイッチング素子18によ
り、上記共振器を低Q状態から高Q状態にスイッチング
する。このとき、Tm3+イオン3F4 準位の分布密度は
閾値レベルを越えるように、またHo3+イオン 5I7 準
位の分布密度は閾値レベルを越えないことが必要であ
る。分布密度に関係するレーザロッド3におけるHo3+
およびTm3+イオンの密度は一旦製作すると変更できな
いので、この条件を満たすように、通常は励起強度、場
合により出力結合鏡24の反射率を選択する。この状態
では、Tm3+イオンは閾値を越えているので、上記共振
器でTm3+が発振して励起される。上記共振器は2.0
μm近傍の波長の光に対して閉じ込め型なので、発振光
は大部分レーザロッド3内のHo3+イオンに吸収され
る。Tm3+イオンの発振はスイッチング素子18による
Qスイッチ動作により急激に行われる。こうしてTm3+
イオンの発振光が急激に増え、これをHo3+イオンが吸
収することにより閾値を超え発振する。この転移が急激
に生じるため、いわゆるゲインスイッチの状態になり、
Qスイッチと同様の発振が得られる。よって、出力結合
鏡22よりHo3+イオンの発振光のジャイアントパルス
が得られる。Next, the laser oscillation operation will be described with reference to FIGS. The laser rod 3 is excited by the excitation light 8 from the excitation light source 7. Then, the switching element 18 switches the resonator from the low Q state to the high Q state. At this time, it is necessary that the distribution density of the Tm 3+ ion 3 F 4 level exceeds the threshold level and that the Ho 3+ ion 5 I 7 level does not exceed the threshold level. Ho 3+ in laser rod 3 related to distribution density
Since the densities of Tm 3+ ions and Tm 3+ ions cannot be changed once they are manufactured, the excitation intensity and, if necessary, the reflectance of the output coupling mirror 24 are selected so as to satisfy this condition. In this state, since the Tm 3+ ion exceeds the threshold value, Tm 3+ oscillates and is excited in the resonator. The resonator is 2.0
Since it is a confinement type with respect to light having a wavelength in the vicinity of μm, most of the oscillation light is absorbed by Ho 3+ ions in the laser rod 3. Oscillation of Tm 3+ ions is rapidly performed by the Q switch operation by the switching element 18. Thus Tm 3+
The oscillation light of the ions rapidly increases, and the Ho 3+ ions absorb the oscillation light to oscillate exceeding the threshold value. Since this transition occurs suddenly, it becomes a so-called gain switch state,
An oscillation similar to that of the Q switch can be obtained. Therefore, a giant pulse of the oscillation light of Ho 3+ ions is obtained from the output coupling mirror 22.
【0030】以上のように、第2の発明に係わるレーザ
の構成をとり、まず選択的にTm3+イオンを共振させ
て、その発振光を通じてエネルギー転移させ、Ho3+イ
オンを発振させることでゲインスイッチと同等動作をさ
せることにより、複数のスイッチング素子を必要とせ
ず、高効率で高出力のジャイアントパルスを得ることが
できる。As described above, with the structure of the laser according to the second invention, first, the Tm 3+ ion is selectively resonated, the energy is transferred through the oscillation light, and the Ho 3+ ion is oscillated. By performing the same operation as the gain switch, it is possible to obtain a giant pulse with high efficiency and high output without requiring a plurality of switching elements.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、Tm3+
とHo3+イオンを共にドープしたレーザ媒質を用いたレ
ーザ装置において、まず選択的にTm3+イオンに蓄積さ
れているエネルギーを光発振させてHo3+イオンに吸収
させ、それによりHo3+イオンを発振させるため、Ho
3+イオンに対し高効率で高出力のジャイアントパルスが
得られるという効果がある。As described above, according to the present invention, Tm 3+
Both Ho 3+ ions in the laser device using doped laser medium, first selectively the energy stored in the Tm 3+ ions by the light oscillation is absorbed in Ho 3+ ions, thereby Ho 3+ To oscillate the ions, Ho
There is an effect that a giant pulse with high efficiency and high output can be obtained for 3+ ions.
【図1】本発明の一実施例であるレーザ装置の構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram of a laser device that is an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施例であるレーザ装置の構成図
である。FIG. 2 is a configuration diagram of a laser device that is another embodiment of the present invention.
【図3】本発明の更に他の実施例であるレーザ装置の構
成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a laser device which is still another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の更に他の実施例であるレーザ装置の構
成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a laser device which is still another embodiment of the present invention.
【図5】本発明の更に他の実施例であるレーザ装置の構
成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a laser device which is still another embodiment of the present invention.
【図6】請求項4の発明の実施例であるレーザ装置の構
成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a laser device according to an embodiment of the present invention.
【図7】図6での実施例におけるソリウムイオン、ホロ
ミウムイオン密度、発振光の関係を示す図である。7 is a diagram showing a relationship among thorium ions, holmium ion densities, and oscillation light in the example of FIG.
【図8】第1の従来例のレーザ装置の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a laser device of a first conventional example.
【図9】従来例のレーザ装置のエネルギーダイアグラム
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an energy diagram of a conventional laser device.
【図10】第2の従来例のレーザ装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a laser device of a second conventional example.
【図11】第2の従来例のレーザ装置のエネルギーダイ
アグラムを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an energy diagram of a laser device of a second conventional example.
14 第1の高反射鏡 15 波長分離素子 16 第2の高反射鏡 17 出力結合鏡 18 第1のスイッチング素子 19 第2のスイッチング素子 20 分散プリズム 21 回折格子 22 第1の干渉フィルタ 23 第2の干渉フィルタ 24 出力結合鏡 14 First High-Reflecting Mirror 15 Wavelength Separation Element 16 Second High-Reflecting Mirror 17 Output Coupling Mirror 18 First Switching Element 19 Second Switching Element 20 Dispersion Prism 21 Diffraction Grating 22 First Interference Filter 23 Second Interference filter 24 Output coupling mirror
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成5年12月28日[Submission date] December 28, 1993
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正2】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項4[Name of item to be corrected] Claim 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正3】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0002[Name of item to be corrected] 0002
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0002】[0002]
【従来の技術】光による励起レーザであって、最終的に
ホロミウム(Ho3+)イオンを励起するのに幾つかの方
式が提案されている。最も簡単な構成としては、直接H
o3+イオンを励起する方式があるが、これは励起効率が
悪く、実用的でない。これを改善するため、ソリウム
(Tm3+)イオンも共在させたレーザが用いられる。つ
まり、光エネルギーを一旦、吸収効率のよいTm3+に吸
収させ、その後、それをエネルギー準位の近いHo3+に
転移させるものである。図8は第1の従来例で、S.
R.Bowman等(IEEE J.Quantum Electron.,vol.2
7,p.1129〜1131, 1991)により示されたTm3+とHo3+
イオンを共にドープした媒質をレーザ媒質に用いたQス
イッチレーザの構成図である。図において、1は高反射
鏡、2は出力結合鏡であり、高反射鏡1と出力結合鏡2
はレーザ共振器を構成している。3はTm3+とHo3+イ
オンを共にドープした媒質よりなるレーザロッド、4は
上記共振器の光軸、5はレーザ出力光、6は共振器のQ
を制御するスイッチング素子、7は励起光源、8は励起
光、9はスイッチング素子制御回路である。A pumped laser according to the prior art light, several methods to ultimately holmium (Ho 3+) excite ions have been proposed. The simplest configuration is direct H
There is a method of exciting o 3+ ions, but this is not practical because of poor excitation efficiency. To improve this, a laser in which thorium (Tm 3+ ) ions are also present is used. That is, the light energy is once absorbed by Tm 3+ having a high absorption efficiency, and then transferred to Ho 3+ having a close energy level. FIG. 8 shows a first conventional example, which is an S.S.
R. Bowman et al. (IEEE J. Quantum Electron., Vol.2
7, p.1129〜1131, 1991) and Tm 3+ and Ho 3+
It is a block diagram of a Q-switched laser using a medium co-doped with ions as a laser medium. In the figure, 1 is a high reflection mirror, 2 is an output coupling mirror, and the high reflection mirror 1 and the output coupling mirror 2 are shown.
Constitutes a laser resonator. 3 is a laser rod made of a medium doped with both Tm 3+ and Ho 3+ ions, 4 is the optical axis of the resonator, 5 is laser output light, and 6 is Q of the resonator.
Is an excitation light source, 8 is excitation light, and 9 is a switching element control circuit.
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ装
置は、ソリウムとホロミウムを共にドープしたレーザ媒
質と、ソリウムイオンが利得を持つ第1の波長の光とホ
ロミウムイオンが利得を持つ第2の波長の光を分離する
波長分離素子と、第1の波長の光を共振、制御する第1
の共振器と第1のスイッチング素子と、第2の波長の光
を共振、制御する第2の共振器と第2のスイッチング素
子とを備えた。また請求項2のレーザ装置は、請求項1
の発明で、波長分離素子として、光を分散させてその分
散した方向で分離する分散型波長分離素子をもちいた。
請求項3のレーザ装置は、請求項1の発明で、波長分離
素子として、波長に依存した透過率または反射率を持つ
透過型波長分離素子を用いた。A laser device according to the present invention comprises a laser medium doped with both thorium and holmium , a second wavelength light having a gain of a thorium ion and a second gain of a holmium ion. Wavelength separating element for separating the light of the first wavelength and the first for resonating and controlling the light of the first wavelength
The resonator and the first switching element, and the second resonator and the second switching element that resonate and control the light of the second wavelength. The laser device according to claim 2 is the laser device according to claim 1.
In the invention described above, as the wavelength separation element, a dispersion type wavelength separation element that disperses light and separates the light in the dispersed direction is used.
According to a third aspect of the present invention, in the laser apparatus of the first aspect, a transmissive wavelength separation element having a wavelength-dependent transmittance or reflectance is used as the wavelength separation element.
【手続補正5】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0014】更に、請求項4のレーザ装置は、ソリウム
とホロミウムを共にドープしたレーザ媒質と、このレー
ザ媒質を含む共振器と、専らソリウムイオンが利得を持
つ波長の光に対してこの共振器のQを制御するスイッチ
ング素子とを備えた。請求項5のレーザ装置は、請求項
4の発明で、共振器として、特にソリウムイオンに対し
ては高反射の共振器を用いた。Further, in the laser device of claim 4, a laser medium doped with both thorium and holmium, a resonator containing this laser medium, and exclusively the thorium ion has a gain.
And a switching element that controls the Q of the resonator with respect to light of one wavelength. According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, as the resonator, a resonator having high reflectivity for thorium ions is used.
【手続補正6】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0015[Name of item to be corrected] 0015
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0015】[0015]
【作用】この発明のレーザ装置においては、光による励
起でソリウムイオンとホロミウムイオンがエネルギーを
吸収するが、まず第1の共振器でソリウムイオンが発振
し、次いでその発振光の大部分がホロミウムイオンに吸
収され、その後第2の共振器でホロミウムイオンが発振
し、ジャイアントパルスを得る。また、請求項4のレー
ザ装置においては、まず光による励起でソリウムイオン
がスイッチング動作により発振し、その発振光の大部分
がホロミウムイオンに吸収され、ホロミウムイオンの利
得は急激に増加する。その後ホロミウムイオンが発振
し、ジャイアントパルスを得る。 In the laser device of the present invention, the thorium ions and the holmium ions absorb energy by being excited by light. First, the thorium ions oscillate in the first resonator, and then most of the oscillated light is hollow. Holmium ions are oscillated in the second resonator after being absorbed by the ions.
And get a giant pulse. Further, in the laser apparatus according to claim 4, first Soriumuion with excitation by light is oscillated by the switching operation, most of the oscillation light is absorbed in Horomiumuion, utilization of Horomiumuion
Gains increase sharply. Then holmium ions oscillate
And get a giant pulse.
【手続補正7】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0017】次ぎに、レーザ発振動作を説明する。励起
光源7からの励起光8により、レーザロッド3が励起さ
れる。第1および第2のスイッチング素子18、19に
より、上記第1、第2の共振器は低Q状態に保たれてい
る。そのため、励起光8を吸収して、レーザロッド3中
のTm3+およびHo3+イオンの両イオンが共にエネルギ
ーを蓄積する。上記第1の共振器は波長分離素子15に
より、2.0μm近傍の波長の光に対する共振器となっ
ている。十分励起した後、第1のスイッチング素子18
により、上記第1の共振器を高Q状態にする。こうし
て、Tm3+イオンが上記第1の共振器において急激に発
振する。上記第1の共振器は閉じ込め型の共振器である
ので、上記第1の共振器における発振光は、光軸を共有
するレーザロッド3中で、Ho3+イオンに発振光のエネ
ルギーが大部分吸収される。即ち、Tm3+イオンに蓄積
されていたエネルギーをHo3+イオンに移動することと
なる。Next, the laser oscillation operation will be described. The laser rod 3 is excited by the excitation light 8 from the excitation light source 7. The first and second switching elements 18 and 19 keep the first and second resonators in the low Q state. Therefore, the excitation light 8 is absorbed, and the Tm 3+ and Ho 3+ ions in the laser rod 3 both accumulate energy. The first resonator is a resonator for light having a wavelength near 2.0 μm by the wavelength separating element 15. After being sufficiently excited, the first switching element 18
This brings the first resonator into the high Q state. Thus, the Tm 3+ ions suddenly oscillate in the first resonator. Because the first resonator is a trapping type resonator, the oscillation light in the first resonator, in the laser rod 3 that shares the optical axis, energy of the oscillation light in Ho 3+ ions
Most of the rugies are absorbed. That is, the energy accumulated in the Tm 3+ ion is transferred to the Ho 3+ ion.
【手続補正8】[Procedure Amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0029[Name of item to be corrected] 0029
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0029】次に図6、7に基づいてレーザ発振動作を
説明する。励起光源7からの励起光8によりレーザロッ
ド3を励起する。その後、スイッチング素子18によ
り、上記共振器を低Q状態から高Q状態にスイッチング
する。このとき、Tm3+イオン3F4 準位の分布密度は
閾値レベルを越えるように、またHo3+イオン 5I7 準
位の分布密度は閾値レベルを越えないことが必要であ
る。この条件を満たすように、励起強度、出力結合鏡2
4の反射率、レーザロッド3におけるHo3+およびTm
3+イオンの密度等を選択する。分布密度に関係するレー
ザロッド3におけるHo3+およびTm3+イオンの密度は
一旦製作すると変更できないので、この条件を満たすよ
うに、通常は励起強度、場合により出力結合鏡24の反
射率を選択する。この状態では、Tm3+イオンは閾値を
越えているので、上記共振器でTm3+が発振して励起さ
れる。上記共振器は2.0μm近傍の波長の光に対して
閉じ込め型なので、発振光は大部分レーザロッド3内の
Ho3+イオンに吸収される。Tm3+イオンの発振はスイ
ッチング素子18によるQスイッチ動作により急激に行
われる。こうしてTm3+イオンの発振光が急激に増え、
これをHo3+イオンが吸収することにより閾値を超え発
振する。この転移が急激に生じるため、いわゆるゲイン
スイッチの状態になり、Qスイッチと同様の発振が得ら
れる。よって、出力結合鏡22よりHo3+イオンの発振
光のジャイアントパルスが得られる。Next, the laser oscillation operation will be described with reference to FIGS. The laser rod 3 is excited by the excitation light 8 from the excitation light source 7. Then, the switching element 18 switches the resonator from the low Q state to the high Q state. At this time, it is necessary that the distribution density of the Tm 3+ ion 3 F 4 level exceeds the threshold level and that the Ho 3+ ion 5 I 7 level does not exceed the threshold level.
It Excitation intensity and output coupling mirror 2 should meet this condition.
4 reflectance, Ho 3+ and Tm at laser rod 3
Select the density of 3+ ions. Since the density of Ho 3+ and Tm 3+ ions in the laser rod 3 related to the distribution density cannot be changed once manufactured, the pumping intensity and the reflectance of the output coupling mirror 24 are usually selected so as to satisfy this condition. To do. In this state, since the Tm 3+ ion exceeds the threshold value, Tm 3+ oscillates and is excited in the resonator. Since the resonator is a confinement type with respect to light having a wavelength near 2.0 μm, most of the oscillation light is absorbed by Ho 3+ ions in the laser rod 3. Oscillation of Tm 3+ ions is rapidly performed by the Q switch operation by the switching element 18. In this way, the oscillating light of Tm 3+ ions suddenly increases,
Ho 3+ ions absorb this and exceed the threshold to oscillate. Since this transition occurs abruptly, a so-called gain switch state occurs, and oscillation similar to that of the Q switch is obtained. Therefore, a giant pulse of the oscillation light of Ho 3+ ions is obtained from the output coupling mirror 22.
【手続補正9】[Procedure Amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0031[Correction target item name] 0031
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0031】[0031]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、Tm3+
とHo3+イオンを共にドープしたレーザ媒質を用いたレ
ーザ装置において、まず選択的にTm3+イオンに蓄積さ
れているエネルギーを発振させてHo3+イオンに吸収さ
せ、それによりHo3+イオンを発振させるため、Ho3+
イオンに対し高効率で高出力のジャイアントパルスが得
られるという効果がある。As described above, according to the present invention, Tm 3+
In a laser device using a laser medium co-doped with both Ho 3+ ions and Ho 3+ ions, first, energy stored in Tm 3+ ions is selectively oscillated to be absorbed by Ho 3+ ions, and thereby Ho 3+ ions are absorbed. Ho 3+ to oscillate
There is an effect that a giant pulse with high efficiency and high output can be obtained for ions.
Claims (5)
レーザ媒質と、 ソリウムイオンが励起する第1の波長の光と、ホロミウ
ムイオンが励起する第2の波長の光を分離する波長分離
素子と、 上記第1の波長の光を共振、制御する第1の共振器と第
1のスイッチング素子と、 上記第2の波長の光を共振、制御する第2の共振器と第
2のスイッチング素子とを備えたレーザ装置。1. A laser medium doped with both thorium and holmium, a wavelength separation element for separating light of a first wavelength excited by thorium ions and light of a second wavelength excited by holmium ions, A first resonator and a first switching element that resonate and control the light of the first wavelength, and a second resonator and a second switching element that resonate and control the light of the second wavelength. Laser device.
の分散した方向で分離する分散型波長分離素子をもちい
たことを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。2. The laser device according to claim 1, wherein the wavelength separation element is a dispersion type wavelength separation element which disperses light and separates the light in the dispersed direction.
過率または反射率を持つ透過型波長分離素子を用いたこ
とを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。3. The laser device according to claim 1, wherein a transmission type wavelength separation element having a transmittance or a reflectance depending on a wavelength is used as the wavelength separation element.
レーザ媒質と、 上記レーザ媒質を含む共振器と、 専らソリウムイオンが励起する波長の光に対して上記共
振器のQを制御するスイッチング素子とを備えたレーザ
装置。4. A laser medium doped with both thorium and holmium, a resonator containing the laser medium, and a switching element for controlling the Q of the resonator with respect to light of a wavelength exclusively excited by thorium ions. Laser device.
反射の共振器であることを特徴とする請求項4記載のレ
ーザ装置。5. The laser device according to claim 4, wherein the resonator is a resonator highly reflective of thorium ions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18638193A JPH0745898A (en) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | Laser equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18638193A JPH0745898A (en) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | Laser equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745898A true JPH0745898A (en) | 1995-02-14 |
Family
ID=16187399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18638193A Pending JPH0745898A (en) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | Laser equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745898A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1302586C (en) * | 2004-02-27 | 2007-02-28 | 山东大学 | Multi-block crystal electrooptical Q-switch device |
| WO2015001876A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 富士フイルム株式会社 | Laser device, and photoacoustic measurement device |
-
1993
- 1993-07-28 JP JP18638193A patent/JPH0745898A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1302586C (en) * | 2004-02-27 | 2007-02-28 | 山东大学 | Multi-block crystal electrooptical Q-switch device |
| WO2015001876A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 富士フイルム株式会社 | Laser device, and photoacoustic measurement device |
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