JP2000261081A - レーザ - Google Patents
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Abstract
長に調整可能な小型高性能のレーザを提供することを課
題とする。 【解決手段】 本発明は、レーザ発生媒質の基本ビーム
よりも長い波長を有する予め選択された出力周波数を有
するレーザを生成する装置であり、レーザ共振器空洞は
2つの反射面の間に形成され、レーザ発生媒質はレーザ
共振器空洞内に配置され、基本波長ビームを生成する。
光パラメータ発振器空洞はレーザ共振器空洞反射面のう
ちの1つと鏡のような第3の反射面との間に形成される。
非線形結晶片は第1および第3の反射面に対して光を授受
するように配置される。レーザ共振器および光パラメー
タ発振器の光軸は少なくとも部分的に分岐し、かつ部分
的に重なり合っている。レーザ発生媒質によって生成さ
れた基本波長ビームは光パラメータ発振器空洞へ誘導さ
れ、非線形結晶でその一部はより長い波長を有する出力
波長ビームに変換される。
Description
整調可能な小型高性能レーザに関する。
メータ発振器(OPO:Optical parametric oscillator)
が開発されている。ポンプレーザや光パラメータ発振器
(OPO)の両方において単一の空洞を有するレーザが提
案されている。しかし、このようなレーザはOPOで発生
したビーム波長のレーザ結晶による吸収や、低損失部品
の製造が困難であることから、整調性に限界がある(米
国特許第5687186号参照)。目に安全なOPOはレーザ空洞
の内側または外側に位置するレーダーに応用するために
開発されている(ISPIE Vol. 1419, pps. 141-152 "Eye
Safe Lasers Components, Systems and Applications
(目に安全なレーザ要素、システム及び応用)" (1991)
参照)。
する媒質の基本ビームよりも長い波長を有する予め選択
された出力周波数を有するレーザビームを発生する方法
および装置を提供する。好ましくは、レーザ結晶がこの
レーザ装置に使用される。
器空洞は鏡のような2つの反射面の間に形成される。レ
ーザ発生媒質はレーザ共振器空洞内に配置され、基本波
長ビームを生成する。光パラメータ発振器空洞はレーザ
共振器空洞の反射面のうちの1つと、例えば鏡のような
第3の反射面との間に形成される。基本ビーム波長およ
び出力ビーム波長の位相整合条件のための非線形結晶片
は第1および第3の反射面に対して光を授受するように
配置される。レーザ共振器と光パラメータ発振器の光軸
は少なくとも部分的に分岐し、かつ部分的に重なり合っ
ている。レーザ発生媒質によって生成された基本波長ビ
ームは光パラメータ発振器空洞へ送られて非線形結晶片
に入射し、基本波長ビームの一部はそこで基本ビームよ
りも長い波長を有するアイドラービームと共に予め選択
された出力波長ビームに変換される。基本ビームおよび
出力波長ビームは非線形結晶で反射され、出力波長ビー
ムをさらに形成する。出力波長ビームは基本波長ビーム
から分離される。分離された基本ビームはその後レーザ
発生媒質へ戻され、さらに増幅される。分離された出力
波長ビームは非線形結晶へ送られて増幅される。出力波
長ビームの一部はレーザの出力として発振器空洞外部へ
と誘導される。
発振器が除去される。このような実施例では、レーザ共
振器空洞は好ましくは鏡である2つの反射面の間に形成
される。レーザ発生媒質は例えば空洞内に形成されたN
d:YAGまたはNd:YLF結晶である。Qスイッチが含まれてい
ることが好ましい。レーザ発生媒質からの基本ビームは
非線形結晶に向かい、基本周波数ビームよりも長い波長
を有する予め選択された出力ビームを生成する。基本ビ
ームおよび出力周波数ビームは空洞中の反射面のうちの
1つによって非線形結晶へ反射されるため、非線形結晶
を2回通過することとなる。出力周波数ビームは残った
基本周波数ビームから分離され、レーザ空洞の外部へ向
けられる。基本周波数ビームはレーザ発生媒質へと反射
されて増幅される。
様を図面および実施例にて説明する。しかしながら、本
発明は例示するための実施例に限定されるものではない
ことは明白に理解されるべきである。
よりも長い波長を有する予め選択された出力周波数を有
するレーザビームを発生する方法および装置を提供す
る。好ましくは、レーザ結晶がこのレーザ発生装置に使
用される。本発明の1つの観点において、レーザ共振器
空洞は好ましくは反射鏡である2つの反射面の間に形成
される。レーザ発生媒質はレーザ共振器空洞内に配置さ
れ、基本波長ビームを生成する。レーザ発生媒質は予め
選択された基本波長ビームを生成するために選択され、
例えばNd:YLF、Nd:YAG、Nd:YVO4およびTi:サファイアま
たは他のレーザ結晶が好ましい。
はレーザ共振器空洞内の反射面のうちの1つと、好まし
くは反射鏡である第3の反射面との間に形成される。基
本ビーム波長および予め選択された出力ビーム波長の位
相整合条件のための非線形結晶片は、共振器の光軸に沿
って第1および第3の反射面に対して光を授受するよう
に配置される。非線形結晶は、レーザ発生媒質からの基
本ビーム波長および所望の長い出力ビーム波長に応じ
て、種々の結晶から選択することができる。このような
結晶として、BBO、LBO、KTP、KTA、RTA、KRTA、LiNbO3
結晶等が挙げられる。
ンプ非線形結晶の波長範囲の一部を示す。レーザ共振器
と光パラメータ発振器の光軸は少なくとも部分的に分離
している。レーザ発生媒質によって生成された基本波長
ビームは光パラメータ発振器空洞中を通って非線形結晶
に入射する。基本波長ビームの一部はそこで基本ビーム
よりも長い波長を有する予め選択された出力波長ビーム
に変換される。基本ビームおよび出力波長ビームは反射
されて非線形結晶へ戻り、さらに出力波長ビームを形成
する。出力波長ビームは基本波長ビームから分離され
る。分離された基本ビームはその後好ましくはレーザ結
晶であるレーザ発生媒質へ戻され、さらに増幅される。
分離された出力波長ビームは非線形結晶へ送られて増幅
される。出力波長ビームはレーザ結晶または光学Qスイ
ッチを通過しないので、結晶および例えばQスイッチ等
の他の要素による吸収および挿入ロスの問題が回避され
る。このような吸収および挿入ロスはレーザの整調可能
な波長を制限し、出力波長ビームの変換効率を減少させ
ることができる。出力波長ビームの一部はレーザの出力
として発振器空洞の外部に向けられる。
ラメータ発振器を含まない。このような実施態様におい
ては、レーザ共振器空洞は好ましくは2つの反射キャビ
ティミラーである反射面の間に形成される。例えばNd:Y
AG、Nd:YLF、Nd:YVO4およびTi:サファイア結晶または他
の適当なレーザ結晶であるレーザ発生媒質は空洞内に形
成される。Qスイッチがキャビティ中に含まれることが
好ましい。レーザ発生媒質からの基本ビームは上記のよ
うに選択された非線形結晶へ送られ、基本周波数ビーム
よりも長い波長を有する予め選択された出力ビームを生
成する。基本ビームおよび出力周波数ビームは反射され
て非線形結晶へ戻される。出力周波数ビームは残った基
本周波数ビームから分離され、空洞の外部へ向けられ
る。基本周波数ビームはレーザ発生手段へと反射され、
増幅される。その結果、異なる波長ビームを広範囲で生
成する効果的な方法および装置が提供される。
生媒質で生成されたビームよりも長い波長でさまざまの
波長の出力ビームを生成することができる本発明のレー
ザが提供される。
ましくはレーザキャビティミラーM1およびM2である2つ
の反射面の間に形成される。ミラーM1は基本ビームに
対して高い反射性を有し、図1の装置で生成される予め
選択された出力波長ビームに対しても高い反射性を有す
る。レーザ発生材料(媒質)LMはミラーM1およびM2間
の共振器空洞内に、ミラーM1とM2に対して光を授受す
るように備えられる。レーザ発生材料は望ましくはレー
ザ結晶であり、Nd:YAGまたはNd:YLFレーザ結晶が好まし
く、例えばTi:サファイアまたはNd:YVO4のような他のレ
ーザ結晶を任意に用いてもよく、または本発明において
後に長い波長のビームに変換される予め選択された基本
波長ビームを生成する他の適当なレーザ発生材料でもよ
い。例えば1.5 μmの出力ビームを提供するためには、
1.06 μmの周波数でレーザを発生するNd:YAG結晶を使用
することができる。
つ部分的に異なる光軸を有する光パラメータ発振器空洞
を決定するために、光パラメータ発振器空洞は、望まし
くは図1のミラーM1である1つの発振器キャビティ反射
面と、望ましくはミラーM4であるもう1つの反射面との
間に設けられ、光パラメータ発振器空洞は反射面を含
む。この反射面は望ましくは鏡であり、好ましくは折畳
式の鏡であり、より好ましくは共振器光軸に対して鋭角
に配置される折畳式ダイクロイックミラーM3である。
て入射角αが30から70°、望ましくは50から60°、例え
ばM3の溶融シリカ基板のブルースター偏光角である56°
で配置される。ダイクロイックミラーM3はどの方向から
も進行する基本ビームに対して高い透過性を有し、図1
の左方向から右方向へ進行する出力ビームに対して高い
反射性を有する。ミラーM3はP-偏光の基本波長ビームに
対する透過性および出力ビームに対する反射性を高める
ために、コーティングされていることが望ましい。別の
偏光子を任意に使用することができる。ダイクロイック
ミラーのレーザ結晶側は基本周波数ビーム反射防止膜が
コーティングされており、基本波長ビームに対して高い
透過性を有する。基本ビームが「P」偏光でブルースタ
ー偏光角からダイクロイックミラーへ入射する場合に
は、反射防止膜コーティングは必要ない。
ャビティ内に形成して装置のパルス操作を行ってもよ
い。音響光学Qスイッチ、電気光学Qスイッチ、色素また
はCr4+:YAGのような受動Qスイッチ等のような種々のQス
イッチを使用することができる。ミラーM4は出力ビーム
に対して部分的に反射性であり、かつ部分的に透過性で
あることが望ましい。従って少なくとも出力ビームの一
部は光パラメータ発振器へと反射され、一部はレーザの
出力として空洞の外部へ向けられる。光パラメータ発振
器空洞はこのようにミラーM1とミラーM4の間で画定され
る。
される。非線形結晶は基本ビーム波長および出力ビーム
波長の位相整合条件のために切断される。図1に示す実
施例において、基本ビーム波長は1.06 μmであり、出力
波長ビームは1.5 μmである。非線形結晶は要求される
基本ビームおよび出力ビームに応じて選択される。さま
ざまの結晶が当業界において公知である。
線形結晶のために使用可能な波長範囲の一部を示す。例
えば、約1.5 μmの出力波長を生成するレーザには、KTP
またはKTA結晶を使用することができる。あるいはLiNbO
3結晶を使用することができる。
フラッシュランプまたはダイオードポンピングレーザに
よって励起される。光学Qスイッチはパルス操作のため
に備えられる。このとき、基本ビームが例えば1.06 μm
の予め選択された基本波長でミラーM2に送られる。ミラ
ーM2は基本波長ビームを反射し、レーザ発生材料LMへ戻
して増幅させ、さらに1.06 μmの波長を有する基本ビー
ムに対して透過性の高いミラーM3を通過させる。この基
本ビームはその後、望ましくはKTP、または任意にLiNbO
3あるいは他の結晶である非線形結晶NCへ送られ、ビー
ムの一部はそこで1.5 μmの波長を有するビームに変換
される。
ムは両方ともミラーM1で反射され、非線形結晶NCを再び
通過する。出力波長ビームはそこで増幅されてミラーM3
に向けられ、変換されていない基本ビームは1.06 μmの
波長の基本ビームに対しては高い透過性を示すダイクロ
イックミラーM3を通過する。約1.5 μmの波長を有する
出力ビームはミラーM3で反射され、このとき1.5 μmの
波長である出力波長ビームに対して部分的に反射性かつ
部分的に透過性であるミラーM4に向かう。反射された出
力ビームはその後ミラーM3に送られ、そこで反射されて
さらに増幅するために非線形結晶へ送られる。非線形結
晶からの基本ビームおよび出力ビームはミラーM1で反射
され、そこで工程が繰り返される。ミラーM1およびM4は
光パラメータ発振器キャビティミラーとして作用し、M4
は上記のように出力ビームの出力カプラーとしても作用
する。M1を任意に出力カプラ−とすることもできる。
除去されている。その代わりに基本ビームを反射するた
めにQスイッチQS2が反射コーティングされているため、
ミラーM2の必要性がなくなる。ミラーM3および非線形結
晶NCは図1において説明したものと同一である。図2の実
施例において、ミラーM14は光パラメータ発振器キャビ
ティミラーのうちの1つとして機能し、出力ビーム波長
に対して高い反射性を有する。出力ビームは実質的にM1
4によって完全に反射される。ミラーM11は基本ビームに
対して反射性である。
として作用する。M11は出力波長ビームに対して部分的
に透過性であり、かつ部分的に反射性である。実質的
に、変換されていない全ての基本ビームはM11で反射さ
れて非線形結晶NCへ戻され、出力ビームの一部も非線形
結晶NCへと反射され、光パラメータ発振器空洞内でさら
に増幅される。独立したOPO共振器空洞およびレーザ空
洞の結果、ミラーM4またはM14のパラメータを調節する
ことにより、ビームが非線形結晶を通過するように、基
本ビームおよび出力ビームの横方向モードを容易に整合
することができる。
い本発明のさらに別の実施例を示す。この実施例におい
て、ミラーM21およびM22はレーザ共振器空洞を画定す
る。レーザ発生媒質としてはNd:YAG、Nd:YLFまたはNd:Y
VO4結晶が好ましく、Nd:YAGレーザ結晶が共振器空洞内
に形成されることがより好ましい。好ましくはQスイッ
チQSが備えられる。例えば、Nd:YAG結晶においては、レ
ーザは約1.06 μmの波長で発生する。その後、1.06 μm
である基本ビームに対して高い反射性を有するミラーM2
3に、基本ビームは向かう。次に基本ビームは、1.06 μ
mの基本ビームに対して反射性が高く、1.5 μmの出力ビ
ームに対して透過性が高いミラーM24へ送られる。
ついて記載した非線形結晶のように選択される非線形結
晶NCへ送られる。非線形結晶NCから伝搬する基本ビーム
および出力ビームはミラーM22で反射されて非線形結晶
に戻され、基本ビームの一部はそこでさらに出力波長ビ
ームに変換される。M22は出力波長ビームおよび基本ビ
ームの両方に対して高い反射性を有する。基本ビームと
出力波長ビームは非線形結晶NCからミラーM24へ送ら
れ、出力ビームはそこでレーザ空洞の外部へ透過され
る。変換されていない基本ビームはミラーM23で反射さ
れる。ミラーM23は基本ビームを内向きに反射してレー
ザ発生媒質LM(Nd:YAG)へ戻し、そこでさらに増幅させ
る。
であり、より好ましくはNd:YAGまたはNd:YLF結晶、好ま
しくはNd:YAG結晶である。Ti:サファイアおよびNd:YVO4
等の他のレーザ結晶を任意に使用することもできる。上
記内容は単に本発明の原理を説明するためものである。
また、数値変化および変更は当業者によって想到しうる
ものであるため、本発明を上記に記載の構成および操作
に厳密に限定するものではない。従って、あらゆる適当
な変更およびそれに同等のものは本発明の範囲内で行っ
てもよい。
調可能な小型高性能レーザを提供することができる。
る。
る。
る。
Claims (20)
- 【請求項1】 予め選択された周波数のレーザ出力を提
供するレーザであって、 a) 第1反射面と第2反射面との間に形成されたレーザ共
振器空洞を有し、共振器光軸を有するレーザ共振器、 b) 前記レーザ共振器空洞内に配置され、基本波長ビー
ムを発生するレーザ発生媒質、 c) 前記第1反射面と第3反射面との間に形成された光パ
ラメータ発振器であって、光パラメータ発振器空洞は前
記共振器光軸から部分的に分岐し、かつ部分的に重なり
合う発振器光軸を有する光パラメータ発振器(OPO)、 d) 前記光パラメータ発振器空洞内において前記発振器
光軸および前記共振器光軸上で前記第1および第2反射面
に対して光を授受するように配置され、基本波長ビーム
を基本波長ビームよりも長い波長を有する予め選択され
た出力波長ビームに変換するように配向された非線形結
晶、 e) 前記基本波長ビームを光パラメータ発振器キャビテ
ィ内の発振器光軸上に誘導し、前記非線形結晶を通過さ
せて、基本波長ビームの一部を基本波長ビームよりも長
い波長を有する予め選択された出力波長ビームに変換す
る手段、 f) 基本波長ビームを反射し、出力波長ビームを少なく
とも部分的に反射する前記第1反射面、 g) 基本ビームおよび出力ビームを前記第1反射面から
前記非線形結晶へ誘導し、さらに出力波長ビームを形成
する手段、 h) 前記出力波長ビームを前記基本波長ビームから分離
させるビームセパレータ、 i) 分離した基本波長ビームをさらに増幅させるために
前記レーザ発生媒質へと誘導する基本波長ビーム誘導手
段、 j) 分離した出力波長ビームの少なくとも一部が前記非
線形結晶へと反射されるように、前記分離した出力波長
ビームを前記第3反射面に誘導する出力波長ビーム誘導
手段、および k) 前記出力波長ビームの一部を発振器空洞の外部へ誘
導する出力カプラーからなるレーザ。 - 【請求項2】 前記第1および第2反射面が鏡である請求
項1のレーザ。 - 【請求項3】 前記ビームセパレータがダイクロイック
ミラーである請求項2のレーザ。 - 【請求項4】 前記ビームセパレータが基本波長ビーム
を透過し、かつ出力周波数ビームを反射するダイクロイ
ックミラーである請求項3のレーザ。 - 【請求項5】 レーザ共振器空洞内に配置されたQスイ
ッチをさらに備えた請求項4のレーザ。 - 【請求項6】 予め選択された周波数のレーザ出力を提
供するレーザであって、 第1ミラーと第2ミラーとの間に形成されたレーザ共振器
空洞を有し、共振器光軸を有するレーザ共振器、 レーザ共振器空洞内に配置され、基本波長ビームを発生
するレーザ発生結晶、 前記第1ミラーと第3ミラーとの間に形成され、前記共振
器光軸と部分的に分離し、かつ部分的に重なり合う発振
器光軸を有する光パラメータ発振器空洞、 前記光パラメータ発振器空洞内において、前記発振器光
軸上で前記第1および第3ミラーと光を伝達するように配
置され、 基本波長ビームが非線形結晶に入射して、基本波長ビー
ムの一部が基本波長ビームよりも長い波長を有する予め
選択された出力波長ビームに変換されるように、前記レ
ーザ発生結晶と光を伝達する前記非線形結晶、 基本波長ビームおよび出力波長ビームを反射するミラー
であって、基本波長ビームと予め選択された出力波長ビ
ームの少なくとも一部を、第1ミラーから非線形結晶へ
と誘導して出力波長ビームをさらに形成する前記第1ミ
ラー、 共振器光軸および発振器光軸上にあって非線形結晶とレ
ーザ発生媒質との間および第3ミラーと非線形結晶との
間に配置され、レーザ発生結晶に対面して光を伝達する
表面と、その反対側の裏面を有し、 その表面は、基本波長ビームに対する透過性が高く、 その裏面は非線形結晶および第3ミラーと光を伝達し、
基本波長ビームを透過して出力波長ビームを反射するよ
うに被膜されたダイクロイックミラー、および光パラメ
ータ発振器空洞内に配置され、あらかじめ選択された出
力波長ビームの一部を光パラメータ発振器空洞から除去
する出力カプラーとからなるレーザ。 - 【請求項7】 前記ダイクロイックミラーが30°〜70°
の入射角αで配置される請求項6のレーザ。 - 【請求項8】 前記ダイクロイックミラーが50°〜60°
の入射角αで配置される請求項7のレーザ。 - 【請求項9】 前記ダイクロイックミラーがブルースタ
ー偏光角と同じ角度αで配置される請求項6のレーザ。 - 【請求項10】 レーザ発生結晶がNd:YLF、Nd:YLG、N
d:YVO4またはTi:サファイアである請求項6のレーザ。 - 【請求項11】 共振器光軸上に、基本ビームのP-偏光
を行うための偏光子ビームをさらに備えた請求項6のレ
ーザ。 - 【請求項12】 第1ミラーまたは第3ミラーが出力周波
数ビームの一部を透過する請求項6のレーザ。 - 【請求項13】 前記共振器空洞内に配置されたQスイ
ッチをさらに備えた請求項6のレーザ。 - 【請求項14】 予め選択された周波数のレーザ出力を
提供するレーザであって、 a) 光共振器空洞をその間に形成する第1反射面および
第2反射面、 b) 前記空洞内に配置され、第1の予め選択された波長
を有する電磁放射(EMR)の基本周波数ビームを、正面
端部および裏面端部から発生するレーザ発生媒質、 c) 第1の予め選択された基本周波数ビームのEMRの一部
を基本周波数ビームよりも長い波長を有する予め選択さ
れた出力周波数ビームに変換する周波数変更手段、 d) 基本周波数ビームおよび/または出力周波数ビーム
の位相整合条件のために配向させた非線形結晶を有し、
非線形結晶を介して放射の受け入れおよび誘導を行う第
1のEMRポートを有し、それによって放射が第1のEMRポー
トに入り、前記結晶を伝播して第2のEMRポートから出る
前記周波数変更手段、 e) 基本周波数ビームおよび出力周波数ビームを第2のE
MRポートから第2反射面へ誘導し、前記非線形結晶へ伝
播するように、基本周波数ビームおよび出力周波数ビー
ムを第2のEMRポートの方へ反射させる手段、 f) 第4のEMRポートと光を伝達し、出力周波数ビームを
基本周波数ビームから分離する出力ビームセパレータ、 g) 分離した出力ビームを光共振器空洞の外部に誘導す
る手段、 h) レーザ発生媒質を通過するように基本ビームを誘導
する誘導手段、および i) レーザ発生手段の裏面端部から伝播するEMRと光を
伝達し、EMRを反射してレーザ発生手段へと戻す前記第1
ミラーからなるレーザ。 - 【請求項15】 前記レーザ発生媒質が固体のレーザ発
生媒質である請求項14のレーザ。 - 【請求項16】 前記レーザ発生手段がNd:YLF、Nd:YA
G、Nd;YVO4およびTi:サファイアからなる群より選択さ
れる請求項14のレーザ。 - 【請求項17】 レーザ発生媒質がNd:YLFである請求項
3のレーザ。 - 【請求項18】 予め選択された周波数のレーザ出力を
提供する方法であって、 レーザ共振器空洞を第1反射面および第2反射面の間に形
成し、 基本波長ビームを形成するために、レーザ発生媒質をレ
ーザ共振器キャビティ内で励起させ、 第1反射面および第3反射面に対して光を授受するように
配置された非線形結晶を有する光パラメータ発振器空洞
を、第1反射面と第3反射面との間に形成し、 基本波長ビームをパラメータ発振器空洞を通過するよう
に誘導し、基本波長ビームの一部を基本波長ビームより
も長い波長を有する予め選択された出力波長ビームに変
換するために、非線形結晶を通過させ、 非線形結晶へ戻して出力波長ビームをさらに形成するた
めに、前記基本波長ビームを反射し、 出力波長ビームを基本波長ビームから分離し、 分離した基本波長ビームをさらに増幅するために、レー
ザ発生媒質へと誘導し、 分離した出力波長ビームを増幅するために、非線形結晶
へと誘導し、 出力波長ビームの一部を発振器空洞の外部へ誘導するこ
とからなる方法。 - 【請求項19】 非線形結晶がBBO、LBO、KTP、KTA、RT
A、KRTAおよびLiNbO 3からなる群より選択される請求項
1から17のうちいずれかの装置。 - 【請求項20】 非線形結晶がBBO、LBO、KTP、KTA、RT
A、KRTAおよびLiNbO 3からなる群より選択される請求項1
8の方法。
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