JP2017204592A - 受動ｑスイッチレーザ - Google Patents

Abstract

【課題】レーザの繰り返し周波数、使用周囲温度等に関係なく、偏光面を安定させることにより波長変換後の出力を安定化させる受動Ｑスイッチレーザ。
【解決手段】励起光を出力する励起源１と、光共振器を構成する一対の反射ミラー３ａ，３ｂ間に配置され且つ励起源１からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質４と、一対の反射ミラー３ａ，３ｂ間に配置され且つレーザ媒質４からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体５と、可飽和吸収体５の〔001〕軸に対して垂直方向に応力を印加する応力印加部６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置、レーザ照明装置などに用いられる受動Ｑスイッチレーザに関する。

受動Ｑスイッチレーザにおいて、受動Ｑスイッチとして、〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶が使用されている。ここで、〔100〕は、結晶の格子中における結晶や方向を表すためのミラー指数であり、〔100〕の３つの数字は、対象とする格子面が、３つの座標軸を切る(カット)交点の位置を長さで表したものである。

しかし、〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶の受動Ｑスイッチでは、出力の偏光面が安定しない。このため、受動Ｑスイッチとして、〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶を使用した受動Ｑスイッチレーザが提案されている（特許文献１）。図４は、特許文献１に記載された従来の受動Ｑスイッチレーザの構成を示す図である。

受動Ｑスイッチレーザは、励起源１、レンズ２ａ，２ｂ、ミラー３ａ、レーザ媒質４、可飽和吸収体５、ミラー３ｂを備えている。ミラー３ａ、レーザ媒質４、可飽和吸収体５、ミラー３ｂは、光共振器を構成する。

励起源１は、励起用のレーザダイオードを有し、レーザダイオードで発光された波長が約８０８ｎｍの励起光をレンズ２ａに出力する。レンズ２ａ，２ｂは、励起源１からの励起光を集光してレーザ媒質４に出力する。

レーザ媒質４は、ミラー３ａとミラー３ｂとの間に配置され、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を有し、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は波長が約８０８ｎｍの光で励起され、上準位から下準位への遷移の際に波長約１０６４ｎｍのレーザ光を放出する。

レーザ媒質４の一端には、ミラー３ａが取り付けられ、ミラー３ａは、波長約８０８ｎｍの光を透過するとともに、波長約１０６４ｎｍの光を高反射率で反射する。ミラー３ｂは、波長約１０６４ｎｍの光の一部を透過するとともに、残りを反射させる。

可飽和吸収体５は、〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶を有し、ミラー３ａとミラー３ｂとの間に配置され、レーザ媒質４からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する。可飽和吸収体５は、励起準位の電子密度が飽和すると、透明化し、光共振器のＱ値が急激に高まりレーザ発振が発生してパルス光が発生する。

また、従来のこの種の技術として、例えば、特許文献２に記載されたレーザ光源が知られている。

米国特許７６６４１４８Ｂ２号公報 国際公開ＷＯ２０１１／０８６８８５号公報

図４に示す〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶を有する可飽和吸収体５を用いた場合、出力の偏光面がＣｒ^４＋：ＹＡＧ結晶の〔001〕軸に平行になる傾向がある。

しかし、この傾向は確実ではなく、レーザの繰り返し周波数、使用周囲温度等により偏光面の方向が変わってしまう場合もある。レーザ出力の波長変換等を行う場合、偏光面が確実に一定の方向に安定しない場合には、波長変換後の出力が不安定になるという課題を有していた。

また、特許文献２には、レーザ媒質に応力を生じさせると、光の縦偏光と横偏光との偏光比を変えることができることが記載されている。

しかし、特許文献２は、偏光比を変えるもので、偏光面が確実に縦または横の一定の方向に安定させるものでなかった。また、出力のビーム形状が楕円になり、出力の安定性が悪くなっていた。

本発明の課題は、レーザの繰り返し周波数、使用周囲温度等に関係なく、偏光面を安定させることにより、波長変換後の出力を安定化させることができる受動Ｑスイッチレーザを提供する。

本発明に係る受動Ｑスイッチレーザは、上記課題を解決するために、励起光を出力する励起源と、光共振器を構成する一対の反射ミラー間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質と、前記一対の反射ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体と、前記可飽和吸収体の〔001〕軸に対して垂直方向に応力を印加する応力印加部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、応力印加部が可飽和吸収体の〔001〕軸に対して垂直方向に応力を印加すると、レーザ出力の偏光面が確実に可飽和吸収体の〔001〕軸に平行になる。従って、レーザの繰り返し周波数、使用周囲温度等に関係なく、偏光面が安定するので、波長変換後の出力を安定化させることができる。

本発明の実施例１の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。 本発明の実施例１の受動Ｑスイッチレーザに設けられた応力印加部を示す図である。 本発明の実施例２の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。 従来の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。

以下、本発明の受動Ｑスイッチレーザの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の実施形態に係る受動Ｑスイッチレーザを図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。図１に示す実施例１の受動Ｑスイッチレーザは、励起源１、レンズ２ａ，２ｂ、ミラー３ａ、レーザ媒質４、可飽和吸収体５、ミラー３ｂを備えている。ミラー３ａ、レーザ媒質４、可飽和吸収体５、ミラー３ｂは、光共振器を構成する。

励起源１は、励起用のレーザダイオードを有し、レーザダイオードで発光された波長が約８０８ｎｍの励起光をレンズ２ａに出力する。レンズ２ａ，２ｂは、励起源１からの励起光を集光してレーザ媒質４に出力する。

レーザ媒質４は、ミラー３ａとミラー３ｂとの間に配置され、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を有し、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は波長が約８０８ｎｍの光で励起され、上準位から下準位への遷移の際に波長約１０６４ｎｍのレーザ光を放出する。

レーザ媒質４の一端には、ミラー３ａが取り付けられ、ミラー３ａは、波長約８０８ｎｍの光を透過するとともに、波長約１０６４ｎｍの光を高反射率で反射する。ミラー３ｂは、波長約１０６４ｎｍの光の一部を透過するとともに、残りを反射させる。

可飽和吸収体５は、〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶を有し、ミラー３ａとミラー３ｂとの間に配置され、レーザ媒質４からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する。可飽和吸収体５は、励起準位の電子密度が飽和すると、透明化し、光共振器のＱ値が急激に高まりレーザ発振が発生してパルス光が発生する。

〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸の垂直方向には、応力Ｐが印加されている。この応力Ｐは、図２に示す応力印加部６により印加される。

応力印加部６は、コの字形状をなすホルダ１０ａ，１０ｂと、ネジ部１１ａ，１１ｂが形成された細長いボルト１２ａ，１２ｂとからなる。ホルダ１０ａ，１０ｂは、〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧを取り囲むように配置されており、ホルダ１０ａとホルダ１０ｂとの間には、ギャップ１３ａ，１３ｂが形成されている。

ネジ部１１ａ，１１ｂの各々は、ホルダ１０ａを貫通し、ギャップ１３ａ，１３ｂを介してホルダ１０ｂに挿入され、ホルダ１０ａとホルダ１０ｂとを連結させている。ボルト１２ａ，１２ｂの各々を回転させることにより、ネジ部１１ａ，１１ｂが、ホルダ１０ｂをホルダ１０ａに引き寄せる。これにより、〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸の垂直方向に応力Ｐを印加することができる。

このように構成された実施例の受動Ｑスイッチレーザによれば、応力印加部６が〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸に対して垂直方向に応力Ｐを印加すると、レーザ出力の偏光面が確実に〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸に平行になる。

従って、レーザの繰り返し周波数、使用周囲温度等に関係なく、偏光面が安定するので、波長変換後の出力を安定化させることができる。なお、励起源１としては、パルスに代わりに、連続波（ＣＷ）を用いても良い。

図３は本発明の実施例２の受動Ｑスイッチレーザの構成図である。図３に示す本発明の実施例２の受動Ｑスイッチレーザは、図１に示す本発明の実施例１の受動Ｑスイッチレーザに対して、可飽和吸収体５ａとして、〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧを用いたことを特徴とする。

この受動Ｑスイッチレーザにおいて、〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸に対して垂直方向に応力Ｐを応力印加部６により印加すると、レーザ出力の偏光面が〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸に平行になる傾向がある。

従って、普段使われている〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの場合でも、応力印加によって偏光面を安定させることができる。なお、励起源１としては、パルスに代わりに、連続波（ＣＷ）を用いても良い。

本発明は、分光学装置、レーザ加工装置、医療装置、レーザ照明装置等の受動Ｑスイッチレーザに適用可能である。

１ 励起源
２ａ，２ｂ レンズ
３ａ，３ｂ ミラー
４ レーザ媒質
５ 可飽和吸収体
６ 応力印加部
１１ａ，１１ｂ ネジ部
１２ａ，１２ｂ ボルト
１３ａ，１３ｂ ギャップ

Claims (4)

1. 励起光を出力する励起源と、
   光共振器を構成する一対の反射ミラー間に配置され且つ前記励起源からの励起光により励起させてレーザ光を放出するレーザ媒質と、
   前記一対の反射ミラー間に配置され且つ前記レーザ媒質からのレーザ光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体と、
   前記可飽和吸収体の〔001〕軸に対して垂直方向に応力を印加する応力印加部と、
   を備えることを特徴とする受動Ｑスイッチレーザ。
2. 前記可飽和吸収体は、〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧからなり、
   前記応力印加部は、前記〔110〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸の垂直方向に応力を印加することを特徴とする請求項１記載の受動Ｑスイッチレーザ。
3. 前記可飽和吸収体は、〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧからなり、
   前記応力印加部は、前記〔100〕Ｃｒ^４＋：ＹＡＧの〔001〕軸の垂直方向に応力を印加することを特徴とする請求項１記載の受動Ｑスイッチレーザ。
4. 前記励起源は、連続波からなる励起光を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の受動Ｑスイッチレーザ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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