JPH0537049A - 固体レーザ装置 - Google Patents
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- JPH0537049A JPH0537049A JP3189957A JP18995791A JPH0537049A JP H0537049 A JPH0537049 A JP H0537049A JP 3189957 A JP3189957 A JP 3189957A JP 18995791 A JP18995791 A JP 18995791A JP H0537049 A JPH0537049 A JP H0537049A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体レーザ媒体の熱レンズ効果が大きい状態
で、高い品質の平行なレーザ出力光を効率的に得ると共
に高い平均出力の波長変換レーザ光を得る。 【構成】 固体レーザ媒体１１と、この媒体１１を励起
するフラッシュランプ１４と、発振するレーザ光を全反
射させる全反射鏡１２と、反射面１３Ａに反射率分布が
施され発振するレーザ光の一部を透過する出力鏡１３と
を備え、出力鏡１３の反射面１３Ａの曲率半径Ｒ1を、
全反射鏡１２との間で効率的にレーザ発振するように設
定すると共に、出力鏡１３の出力面１３Ａの曲率半径Ｒ
2を、熱レンズ効果を生じた状態でレーザ発振すると
き、固体レーザ媒体１１を介して入射する共振光が平行
光になるように設定する。さらに、出力鏡１３の外側に
はレーザ出力光の波長を変換する非線形結晶を設ける。
で、高い品質の平行なレーザ出力光を効率的に得ると共
に高い平均出力の波長変換レーザ光を得る。 【構成】 固体レーザ媒体１１と、この媒体１１を励起
するフラッシュランプ１４と、発振するレーザ光を全反
射させる全反射鏡１２と、反射面１３Ａに反射率分布が
施され発振するレーザ光の一部を透過する出力鏡１３と
を備え、出力鏡１３の反射面１３Ａの曲率半径Ｒ1を、
全反射鏡１２との間で効率的にレーザ発振するように設
定すると共に、出力鏡１３の出力面１３Ａの曲率半径Ｒ
2を、熱レンズ効果を生じた状態でレーザ発振すると
き、固体レーザ媒体１１を介して入射する共振光が平行
光になるように設定する。さらに、出力鏡１３の外側に
はレーザ出力光の波長を変換する非線形結晶を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大出力で高い品質のレ
ーザ出力を得ることができる固体レーザ装置に関する。
ーザ出力を得ることができる固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】第２図は米国特許第4,918,704号（199
0）に記載されている従来の固体レーザ装置である。図
中１はロッド型固体レーザ媒体、２は全反射鏡、３は反
射率がレーザ共振器の光軸９に対して半径方向（光軸９
に垂直な方向）にガウス関数の形状に分布している部分
透過の出力鏡、４はロッド型固体レーザ媒体１を光励起
するフラッシュランプ、５,６,７はＱ−スイッチのため
の固体素子であり、５は誘電体多層膜の偏光子、６は1/
4 波長板、７はポッケルスセルである。
0）に記載されている従来の固体レーザ装置である。図
中１はロッド型固体レーザ媒体、２は全反射鏡、３は反
射率がレーザ共振器の光軸９に対して半径方向（光軸９
に垂直な方向）にガウス関数の形状に分布している部分
透過の出力鏡、４はロッド型固体レーザ媒体１を光励起
するフラッシュランプ、５,６,７はＱ−スイッチのため
の固体素子であり、５は誘電体多層膜の偏光子、６は1/
4 波長板、７はポッケルスセルである。
【０００３】全反射鏡２の反射面２Ａの曲率半径は、全
反射鏡２で反射したレーザ光が平行光になるように設定
されている。出力鏡３の反射面３Ａの曲率半径は、全反
射鏡２との関係で、そのビーム径が拡大しながら全反射
鏡２側へ進行するレーザ光が全反射鏡２の反射面２Ａ内
に入射してレーザ発振をするように設定されている。出
力鏡３の出力面３Ｂは反射面３Ａと同様の曲率半径を有
している。また、固体レーザ媒体１は光励起により熱レ
ンズ効果を生じる性質を有している。
反射鏡２で反射したレーザ光が平行光になるように設定
されている。出力鏡３の反射面３Ａの曲率半径は、全反
射鏡２との関係で、そのビーム径が拡大しながら全反射
鏡２側へ進行するレーザ光が全反射鏡２の反射面２Ａ内
に入射してレーザ発振をするように設定されている。出
力鏡３の出力面３Ｂは反射面３Ａと同様の曲率半径を有
している。また、固体レーザ媒体１は光励起により熱レ
ンズ効果を生じる性質を有している。
【０００４】以上の構成により、次のように作用する。
固体レーザ媒体１はフラッシュランプ４によって光励起
され、固体レーザ媒体１の励起度が最大値に達したとき
に電気的にポッケルスセル７が駆動され、偏光子５と1/
4 波長板６とで遮断されていたレーザ共振器内部の光路
が光学的に透明になり、レーザ動作する。これによりレ
ーザ共振器内部でレーザ発振が始まる。
固体レーザ媒体１はフラッシュランプ４によって光励起
され、固体レーザ媒体１の励起度が最大値に達したとき
に電気的にポッケルスセル７が駆動され、偏光子５と1/
4 波長板６とで遮断されていたレーザ共振器内部の光路
が光学的に透明になり、レーザ動作する。これによりレ
ーザ共振器内部でレーザ発振が始まる。
【０００５】出力鏡３の反射面３Ａで反射したレーザ光
は、図３に示すように、そのビーム径が拡大しながら固
体レーザ媒体１を通過して増幅作用を受け、さらにその
ビーム径が拡大しながら全反射鏡２に入射し、この全反
射鏡２の反射面２Ａで反射する。そして、反射面２Ａで
反射したレーザ光はレーザ共振器の光軸９と平行になっ
て再び固体レーザ媒体１に入射し、この固体レーザ媒体
１を通過して増幅作用を受け、出力鏡３の反射面３Ａに
レーザ共振器の光軸９と平行に入射する。ここで、出力
鏡３の反射面３Ａは反射率がガウス型に分布しているの
で、これを透過してレーザ発振器の外部に取り出される
レーザ出力光の横モードはスムースなプロファイルで、
レーザ共振器の光軸９と平行になる。
は、図３に示すように、そのビーム径が拡大しながら固
体レーザ媒体１を通過して増幅作用を受け、さらにその
ビーム径が拡大しながら全反射鏡２に入射し、この全反
射鏡２の反射面２Ａで反射する。そして、反射面２Ａで
反射したレーザ光はレーザ共振器の光軸９と平行になっ
て再び固体レーザ媒体１に入射し、この固体レーザ媒体
１を通過して増幅作用を受け、出力鏡３の反射面３Ａに
レーザ共振器の光軸９と平行に入射する。ここで、出力
鏡３の反射面３Ａは反射率がガウス型に分布しているの
で、これを透過してレーザ発振器の外部に取り出される
レーザ出力光の横モードはスムースなプロファイルで、
レーザ共振器の光軸９と平行になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】ところで、前記固体
レーザ媒体１では、高温になって熱レンズ効果が生じる
と、内部を通過するレーザ光はその進路を曲げられてし
まう。このため、熱レンズ効果が生じると、レーザ共振
器内のレーザ光が集光したり、発散したりして出力鏡３
に入射し、外部に取り出されるレーザ出力光も集光、発
散してしまう。
レーザ媒体１では、高温になって熱レンズ効果が生じる
と、内部を通過するレーザ光はその進路を曲げられてし
まう。このため、熱レンズ効果が生じると、レーザ共振
器内のレーザ光が集光したり、発散したりして出力鏡３
に入射し、外部に取り出されるレーザ出力光も集光、発
散してしまう。
【０００７】このため、レーザ発振器の出力を大きくす
るために光励起の入力を大きくすると、固体レーザ媒体
１の熱レンズ効果が大きくなってしまい、レーザ光が集
光又は発散しつつ出力鏡３に入射し、この出力鏡３の出
力面３Ｂから集光又は発散しながら出力する。
るために光励起の入力を大きくすると、固体レーザ媒体
１の熱レンズ効果が大きくなってしまい、レーザ光が集
光又は発散しつつ出力鏡３に入射し、この出力鏡３の出
力面３Ｂから集光又は発散しながら出力する。
【０００８】一方、非線形結晶（図示せず）の波長変換
効率は入射レーザ光の発散角が大きくなると低下する。
このため、非線形結晶に前記レーザ出力光を入射させた
場合には、波長変換効率が低下し、高い平均出力の波長
変換レーザ光が得られないという問題点があった。
効率は入射レーザ光の発散角が大きくなると低下する。
このため、非線形結晶に前記レーザ出力光を入射させた
場合には、波長変換効率が低下し、高い平均出力の波長
変換レーザ光が得られないという問題点があった。
【０００９】また、この問題を解決するために、全反射
鏡２で反射したレーザ光が固体レーザ媒体１から出射す
るときに平行光になるように、全反射鏡２の反射面２Ａ
の局率半径を大きくすることが考えられる。
鏡２で反射したレーザ光が固体レーザ媒体１から出射す
るときに平行光になるように、全反射鏡２の反射面２Ａ
の局率半径を大きくすることが考えられる。
【００１０】しかし、全反射鏡２の反射面２Ａの曲率半
径を大きくすると、この反射面２Ａで反射して固体レー
ザ媒体１を透過するレーザ光は図４に示すようになり、
固体レーザ媒体１内において、レーザ発振時にその作用
に寄与しない無駄な領域１０が大きくなるという問題点
がある。
径を大きくすると、この反射面２Ａで反射して固体レー
ザ媒体１を透過するレーザ光は図４に示すようになり、
固体レーザ媒体１内において、レーザ発振時にその作用
に寄与しない無駄な領域１０が大きくなるという問題点
がある。
【００１１】本発明は以上の問題点を解決するためにな
されたもので、光励起の入力を大きくして固体レーザ媒
体の熱レンズ効果が大きくなった状態で、高い品質の平
行なレーザ出力光が効率的に得られ、かつ高い平均出力
の波長変換レーザ光が得られる固体レーザ装置を提供す
ることを目的とする。
されたもので、光励起の入力を大きくして固体レーザ媒
体の熱レンズ効果が大きくなった状態で、高い品質の平
行なレーザ出力光が効率的に得られ、かつ高い平均出力
の波長変換レーザ光が得られる固体レーザ装置を提供す
ることを目的とする。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】本発明は上記目的を達
成するためになされたものであり、第１の発明は、固体
レーザ媒体と、該固体レーザ媒体を励起すべく設けられ
たレーザ媒体光励起手段と、発振するレーザ光を全反射
させる全反射側及び発振するレーザ光の一部を透過して
外部に取り出す出力側の一対の部材からなり、出力側部
材の反射面に反射率分布が施された反射光学手段とを備
えた固体レーザ装置に関する。この固体レーザ装置おい
て、前記出力側部材の反射面の曲率半径であって前記反
射率分布との関係で決まる曲率半径を、前記全反射側部
材との間で効率的にレーザ発振するように設定すると共
に、前記出力側部材の出力面の曲率半径を、レーザ発振
時に前記固体レーザ媒体を介して入射する共振光が平行
光になるように設定したものである。
成するためになされたものであり、第１の発明は、固体
レーザ媒体と、該固体レーザ媒体を励起すべく設けられ
たレーザ媒体光励起手段と、発振するレーザ光を全反射
させる全反射側及び発振するレーザ光の一部を透過して
外部に取り出す出力側の一対の部材からなり、出力側部
材の反射面に反射率分布が施された反射光学手段とを備
えた固体レーザ装置に関する。この固体レーザ装置おい
て、前記出力側部材の反射面の曲率半径であって前記反
射率分布との関係で決まる曲率半径を、前記全反射側部
材との間で効率的にレーザ発振するように設定すると共
に、前記出力側部材の出力面の曲率半径を、レーザ発振
時に前記固体レーザ媒体を介して入射する共振光が平行
光になるように設定したものである。
【００１３】第２の発明は、前記出力側部材の反射面及
び全反射側部材の反射面を、これらの反射面で反射した
レーザ光のビーム径（最大強度の１／ｅ2の部分の断面
直径）と、前記固体レーザ媒体の両側入出力面の主寸法
（最も大きな寸法をいう。円では直径、矩形では対角線
寸法）との比が0.3〜0.7（好ましくは0.4〜0.6）になる
ように設定して効率的にレーザ発振させるようにしたも
のである。
び全反射側部材の反射面を、これらの反射面で反射した
レーザ光のビーム径（最大強度の１／ｅ2の部分の断面
直径）と、前記固体レーザ媒体の両側入出力面の主寸法
（最も大きな寸法をいう。円では直径、矩形では対角線
寸法）との比が0.3〜0.7（好ましくは0.4〜0.6）になる
ように設定して効率的にレーザ発振させるようにしたも
のである。
【００１４】また、第３の発明は、前記反射光学手段の
出力側部材の外側に位置し、この出力側部材からのレー
ザ出力光の波長を変換する非線形結晶を設けたものであ
る。
出力側部材の外側に位置し、この出力側部材からのレー
ザ出力光の波長を変換する非線形結晶を設けたものであ
る。
【００１５】
【作用】第１の発明により、全反射側部材の反射面と曲
率半径を設定した出力側部材の反射面との間で固体レー
ザ媒体によって効率的にレーザ発振され、熱レンズ効果
によって固体レーザ媒体から共振光となって出射するレ
ーザ光は、曲率半径を設定した出力側部材の出力面から
平行光となって出力する。ここで、共振光とは収束光と
発散光を含む概念である。
率半径を設定した出力側部材の反射面との間で固体レー
ザ媒体によって効率的にレーザ発振され、熱レンズ効果
によって固体レーザ媒体から共振光となって出射するレ
ーザ光は、曲率半径を設定した出力側部材の出力面から
平行光となって出力する。ここで、共振光とは収束光と
発散光を含む概念である。
【００１６】第２の発明により、出力側部材と全反射側
部材の各反射面間で効率的にレーザ発振する。即ち、レ
ーザ発振時にその作用に寄与し得る固体レーザ媒体内の
領域を最大限に利用して効率的にレーザ発振させること
ができる。
部材の各反射面間で効率的にレーザ発振する。即ち、レ
ーザ発振時にその作用に寄与し得る固体レーザ媒体内の
領域を最大限に利用して効率的にレーザ発振させること
ができる。
【００１７】第３の発明により、平行光として取り出さ
れるレーザ出力光は、その波長が非線形結晶で効率的に
変換される。
れるレーザ出力光は、その波長が非線形結晶で効率的に
変換される。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を基に説
明する。
明する。
【００１９】図１は実施例の固体レーザ装置を示す概略
構成図である。図中の１１はロッド型固体レーザ媒体
で、例えば、Ｙ3-XNdxAl5O12という組成の結晶、即ちN
d:YAGで構成されている。１２は反射光学手段の全反射
側部材としての全反射鏡、１３は反射光学手段の出力側
部材としての出力鏡で、この出力鏡１３は、反射率がレ
ーザ共振器の光軸１９の半径方向にガウス関数の形状に
分布するように、SiO2等の透明基板上に蒸着等の手段に
より、例えば、SiO2 ,ZnO2 ,TiO2等の誘電体多層膜を形
成して、レーザ共振器の光軸１９からの距離ｒの場所の
電界振幅反射率ρ(r) が ρ(r) ＝ρo×exp[-(r/W)2] となる反射膜が反射面１３Ａに施される。出力鏡１３の
出力面１３Ｂは誘電体多層膜により無反射コートが施さ
れ、レーザ光の一部が透過するようになっている。な
お、図５は反射面１３Ａの反射率分布形状を示すグラフ
である。
構成図である。図中の１１はロッド型固体レーザ媒体
で、例えば、Ｙ3-XNdxAl5O12という組成の結晶、即ちN
d:YAGで構成されている。１２は反射光学手段の全反射
側部材としての全反射鏡、１３は反射光学手段の出力側
部材としての出力鏡で、この出力鏡１３は、反射率がレ
ーザ共振器の光軸１９の半径方向にガウス関数の形状に
分布するように、SiO2等の透明基板上に蒸着等の手段に
より、例えば、SiO2 ,ZnO2 ,TiO2等の誘電体多層膜を形
成して、レーザ共振器の光軸１９からの距離ｒの場所の
電界振幅反射率ρ(r) が ρ(r) ＝ρo×exp[-(r/W)2] となる反射膜が反射面１３Ａに施される。出力鏡１３の
出力面１３Ｂは誘電体多層膜により無反射コートが施さ
れ、レーザ光の一部が透過するようになっている。な
お、図５は反射面１３Ａの反射率分布形状を示すグラフ
である。
【００２０】１４は固体レーザ媒体１１を励起すべく設
けられたレーザ媒体光励起手段としてのフラッシュラン
プ、１５，１６，１７はＱ−スイッチのための固体素子
であり、１５は誘電体多層膜の偏光子、１６は1/4波長
板、１７はKD*P結晶からなるポッケルスセルである。ま
た、１８は出力鏡１３の出力面１３Ｂ側に位置して設け
られ、この出力鏡１３からのレーザ出力光の波長を反波
長だけ変換する非線形結晶である。この非線形結晶１８
としては、KD*P（KD2PO4）の他にKTP（KTiOPO4 ）、LBO
（LiB3O5）、BBO（BaB2O4）等が適用可能である。
けられたレーザ媒体光励起手段としてのフラッシュラン
プ、１５，１６，１７はＱ−スイッチのための固体素子
であり、１５は誘電体多層膜の偏光子、１６は1/4波長
板、１７はKD*P結晶からなるポッケルスセルである。ま
た、１８は出力鏡１３の出力面１３Ｂ側に位置して設け
られ、この出力鏡１３からのレーザ出力光の波長を反波
長だけ変換する非線形結晶である。この非線形結晶１８
としては、KD*P（KD2PO4）の他にKTP（KTiOPO4 ）、LBO
（LiB3O5）、BBO（BaB2O4）等が適用可能である。
【００２１】そして、前記出力鏡１３の反射面１３Ａ及
び全反射鏡１２の反射面１２Ａの各曲率半径Ｒ1,Ｒ
3は、各反射面１３Ａ，１２Ａから反射するレーザ光が
固体レーザ媒体１１の両側の入出射面１１Ａ，１１Ｂに
入射するときの各レーザ光の最大直径が、各入出射面１
１Ａ，１１Ｂの直径に対して0.3から0.7になるように設
定されている。なお、出力鏡１３の反射面１３Ａにはガ
ウス型の反射率分布が施されており、この反射率分布に
よっても入出射面１１Ｂに入射するレーザ光の最大直径
が影響されるので、この反射率分布も考慮に入れて曲率
半径Ｒ1が設定される。これにより、全反射鏡１２から
反射するレーザ光は発散光となって固体レーザ媒体１１
の入出射面１１Ａに入射する。
び全反射鏡１２の反射面１２Ａの各曲率半径Ｒ1,Ｒ
3は、各反射面１３Ａ，１２Ａから反射するレーザ光が
固体レーザ媒体１１の両側の入出射面１１Ａ，１１Ｂに
入射するときの各レーザ光の最大直径が、各入出射面１
１Ａ，１１Ｂの直径に対して0.3から0.7になるように設
定されている。なお、出力鏡１３の反射面１３Ａにはガ
ウス型の反射率分布が施されており、この反射率分布に
よっても入出射面１１Ｂに入射するレーザ光の最大直径
が影響されるので、この反射率分布も考慮に入れて曲率
半径Ｒ1が設定される。これにより、全反射鏡１２から
反射するレーザ光は発散光となって固体レーザ媒体１１
の入出射面１１Ａに入射する。
【００２２】さらに、前記出力鏡１３の出射面１３Ｂの
曲率半径Ｒ2は、固体レーザ媒体１１の熱レンズ効果に
よって集束しながら出力鏡１３に入射しこれを透過する
レーザ光を、レーザ共振器の光軸と平行なレーザ光とす
るように設定されている。
曲率半径Ｒ2は、固体レーザ媒体１１の熱レンズ効果に
よって集束しながら出力鏡１３に入射しこれを透過する
レーザ光を、レーザ共振器の光軸と平行なレーザ光とす
るように設定されている。
【００２３】そして、前記出力鏡１３の反射面１３Ａ、
出射面１３Ｂ及び全反射鏡１２の反射面１２Ａの各曲率
半径Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3は、具体的には次のようにして設定さ
れる。即ち、出力鏡１３の反射面１３Ａと出力面１３Ｂ
の各曲率半径Ｒ1,Ｒ2の関係は、レーザ共振器内部のTEM
ooビームの前記反射面１３Ａでの波面の曲率を計算し、
この反射面１３Ａと出力面１３Ｂの凹凸面を透過してこ
の波面の曲率が無限大になるような値の曲率を計算すれ
ばよい。この計算方法としては例えば公知文献（A.E.Si
egman著“Lasers”）等に開示されているマトリクス計
算方法が適用できる。第６図のように、固体レーザ媒体
１１と出力鏡１３の反射面１３Ａとの間の距離をL1、固
体レーザ媒体１１と全反射鏡１２の反射面１２Ａとの間
の距離をL2、出力鏡１３の反射面１３Ａの電界振幅反射
率分布ρ(r) をρ(r)＝ρo×exp[-(r/W)2］、固体レー
ザ媒体１１の熱レンズ効果による焦点距離をｆ、全反射
鏡１２の曲率半径をＲ3、出力鏡１３の反射面１３Ａの
曲率半径をＲ1、出力鏡１３の出力面１３Ｂの曲率半径
をＲ2とすると、
出射面１３Ｂ及び全反射鏡１２の反射面１２Ａの各曲率
半径Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3は、具体的には次のようにして設定さ
れる。即ち、出力鏡１３の反射面１３Ａと出力面１３Ｂ
の各曲率半径Ｒ1,Ｒ2の関係は、レーザ共振器内部のTEM
ooビームの前記反射面１３Ａでの波面の曲率を計算し、
この反射面１３Ａと出力面１３Ｂの凹凸面を透過してこ
の波面の曲率が無限大になるような値の曲率を計算すれ
ばよい。この計算方法としては例えば公知文献（A.E.Si
egman著“Lasers”）等に開示されているマトリクス計
算方法が適用できる。第６図のように、固体レーザ媒体
１１と出力鏡１３の反射面１３Ａとの間の距離をL1、固
体レーザ媒体１１と全反射鏡１２の反射面１２Ａとの間
の距離をL2、出力鏡１３の反射面１３Ａの電界振幅反射
率分布ρ(r) をρ(r)＝ρo×exp[-(r/W)2］、固体レー
ザ媒体１１の熱レンズ効果による焦点距離をｆ、全反射
鏡１２の曲率半径をＲ3、出力鏡１３の反射面１３Ａの
曲率半径をＲ1、出力鏡１３の出力面１３Ｂの曲率半径
をＲ2とすると、
【００２４】
【数１】
【００２５】という関係式となり、この式のＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄにおいてｑ＝（Aｑ＋Ｂ）／（Cｑ＋Ｄ）である複
素数ｑが求まる。さらに、出力鏡１３の基板厚さをｔ、
屈折率をｎB とすると、
Ｃ，Ｄにおいてｑ＝（Aｑ＋Ｂ）／（Cｑ＋Ｄ）である複
素数ｑが求まる。さらに、出力鏡１３の基板厚さをｔ、
屈折率をｎB とすると、
【００２６】
【数２】
【００２７】という関係式となり、この式のＡ′,Ｂ′,
Ｃ′,Ｄ′においてｑ′＝（Ａ′ｑ＋Ｂ′)／（Ｃ′ｑ＋
Ｄ′)である複素数ｑ′の実数部分が０、即ち（Ｒｅ
［ｑ′］）＝０となるように出力鏡１３の出力面１３Ｂ
の曲率半径Ｒ2を決めればよい。これにより、固体レー
ザ媒体１１から出力鏡１３に入射し透過するレーザ光を
平行光とすることができる。
Ｃ′,Ｄ′においてｑ′＝（Ａ′ｑ＋Ｂ′)／（Ｃ′ｑ＋
Ｄ′)である複素数ｑ′の実数部分が０、即ち（Ｒｅ
［ｑ′］）＝０となるように出力鏡１３の出力面１３Ｂ
の曲率半径Ｒ2を決めればよい。これにより、固体レー
ザ媒体１１から出力鏡１３に入射し透過するレーザ光を
平行光とすることができる。
【００２８】本実施例の固体レーザ装置は以上のように
構成されるが、次にその作用について説明する。
構成されるが、次にその作用について説明する。
【００２９】ロッド型固体レーザ媒体１１はフラッシュ
ランプ１４によって光励起され、固体レーザ媒体１１の
励起度が最大値に達したときに電気的にポッケルスセル
１７が駆動され、偏光子１５と1/4 波長板１６とで遮断
されていたレーザ共振器内部の光路が光学的に透明にな
り、レーザ動作する。これにより、レーザ共振器内部で
レーザ発振が始る。出力鏡１３で反射したレーザ光は、
図６に示すようにそのビーム径が拡大しながら固体レー
ザ媒体１１を通過して増幅作用を受ける。
ランプ１４によって光励起され、固体レーザ媒体１１の
励起度が最大値に達したときに電気的にポッケルスセル
１７が駆動され、偏光子１５と1/4 波長板１６とで遮断
されていたレーザ共振器内部の光路が光学的に透明にな
り、レーザ動作する。これにより、レーザ共振器内部で
レーザ発振が始る。出力鏡１３で反射したレーザ光は、
図６に示すようにそのビーム径が拡大しながら固体レー
ザ媒体１１を通過して増幅作用を受ける。
【００３０】このとき、固体レーザ媒体１１は光励起に
より凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じており、その
焦点距離ｆ(m) と固体レーザ媒体１１による光励起の平
均パワーP(KW)とは、ｆ(m) ×P(KW)＝一定の関係があ
る。このため、レーザ光の拡大率はこの関係式によって
制限される。そして、レーザ光はこの関係式に従ってさ
らにそのビーム径が拡大しながら全反射鏡１２に入射
し、反射される。全反射鏡１２で反射したレーザ光は発
散光となって再び固体レーザ媒体１１を通過して増幅作
用を受ける。
より凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じており、その
焦点距離ｆ(m) と固体レーザ媒体１１による光励起の平
均パワーP(KW)とは、ｆ(m) ×P(KW)＝一定の関係があ
る。このため、レーザ光の拡大率はこの関係式によって
制限される。そして、レーザ光はこの関係式に従ってさ
らにそのビーム径が拡大しながら全反射鏡１２に入射
し、反射される。全反射鏡１２で反射したレーザ光は発
散光となって再び固体レーザ媒体１１を通過して増幅作
用を受ける。
【００３１】このとき、固体レーザ媒体１１は光励起に
より凸レンズと同等の熱レンズ効果をもっているので、
レーザ光は集束しつつ出力鏡１３の反射面１３Ａに入射
する。これに対して、出力鏡１３の反射面１３Ａ及び出
力面１３Ｂの曲率半径Ｒ1,Ｒ2は前述のように設定して
いるので、出力鏡１３は透過するレーザ光に対しては凹
レンズとして作用し、集束しつつ反射面１３Ａに入射す
るレーザ光は出力鏡１３を通過するとコリメートされて
レーザ共振器の光軸１９と平行になる。さらに、出力鏡
１３の反射面１３Ａは反射率がガウス型に分布している
ため、これを透過するレーザ出力光は、その横モードが
スムースなプロファイルとなった平行光としてレーザ発
振器外部に取り出され、非線形結晶１８によって効率的
にレーザ出力光の波長が変調される。
より凸レンズと同等の熱レンズ効果をもっているので、
レーザ光は集束しつつ出力鏡１３の反射面１３Ａに入射
する。これに対して、出力鏡１３の反射面１３Ａ及び出
力面１３Ｂの曲率半径Ｒ1,Ｒ2は前述のように設定して
いるので、出力鏡１３は透過するレーザ光に対しては凹
レンズとして作用し、集束しつつ反射面１３Ａに入射す
るレーザ光は出力鏡１３を通過するとコリメートされて
レーザ共振器の光軸１９と平行になる。さらに、出力鏡
１３の反射面１３Ａは反射率がガウス型に分布している
ため、これを透過するレーザ出力光は、その横モードが
スムースなプロファイルとなった平行光としてレーザ発
振器外部に取り出され、非線形結晶１８によって効率的
にレーザ出力光の波長が変調される。
【００３２】ここで具体的に数値を挙げて説明すると、
固体レーザ媒体１１の両側入出射面１１Ａ，１１Ｂの主
寸法である直径6mm、長さ100mmのNd:YAG結晶を用い、出
力鏡１３の反射面１３Ａの曲率半径Ｒ1を650mm、出力鏡
１３の出射面１３Ｂの曲率半径Ｒ2を390mm、固体レーザ
媒体１１と出力鏡１３の反射面１３Ａとの間の距離L1を
50mm、固体レーザ媒体１１と全反射鏡１２の反射面１２
Ａとの間の距離L2を350mm、全反射鏡１２の反射面１２
Ａの曲率半径Ｒ3を5000mmとする。固体レーザ媒体１１
が焦点距離2mの凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じる
光励起を行うと、両側入出射面１１Ａ，１１Ｂでのビー
ム径が0.36mmφであり、この両側入出射面１１Ａ，１１
Ｂの直径（6mm）の0.6倍に当るピークパワーが30MWを超
え、平均出力6Wの高品質でTEMooに近い波長1064nmのQ-
スイッチパルスレーザがコリメートされた状態で得ら
れ、非線形結晶１８に入射することで、平均出力3W、波
長532nmの波長変換レーザ出力が得られた。
固体レーザ媒体１１の両側入出射面１１Ａ，１１Ｂの主
寸法である直径6mm、長さ100mmのNd:YAG結晶を用い、出
力鏡１３の反射面１３Ａの曲率半径Ｒ1を650mm、出力鏡
１３の出射面１３Ｂの曲率半径Ｒ2を390mm、固体レーザ
媒体１１と出力鏡１３の反射面１３Ａとの間の距離L1を
50mm、固体レーザ媒体１１と全反射鏡１２の反射面１２
Ａとの間の距離L2を350mm、全反射鏡１２の反射面１２
Ａの曲率半径Ｒ3を5000mmとする。固体レーザ媒体１１
が焦点距離2mの凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じる
光励起を行うと、両側入出射面１１Ａ，１１Ｂでのビー
ム径が0.36mmφであり、この両側入出射面１１Ａ，１１
Ｂの直径（6mm）の0.6倍に当るピークパワーが30MWを超
え、平均出力6Wの高品質でTEMooに近い波長1064nmのQ-
スイッチパルスレーザがコリメートされた状態で得ら
れ、非線形結晶１８に入射することで、平均出力3W、波
長532nmの波長変換レーザ出力が得られた。
【００３３】以上により、固体レーザ媒体１１が光励起
により凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じた場合にも
大出力で高い品質のレーザ出力光を、平行光として確実
に取り出すことができるようになる。
により凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じた場合にも
大出力で高い品質のレーザ出力光を、平行光として確実
に取り出すことができるようになる。
【００３４】レーザ発振器の外部に取り出される平行な
レーザ出力光により、非線形結晶１８での波長変換効率
が大幅に向上し、高い平均出力の波長変換レーザ出力が
得られる。
レーザ出力光により、非線形結晶１８での波長変換効率
が大幅に向上し、高い平均出力の波長変換レーザ出力が
得られる。
【００３５】全反射鏡１２の反射面１２Ａの曲率半径Ｒ
3を前述のように設定したので、図７に示すように固体
レーザ媒体１１を有効に使用することができ、レーザ発
振時にその作用に寄与しない無駄な領域２０を大幅に減
少させることができる。
3を前述のように設定したので、図７に示すように固体
レーザ媒体１１を有効に使用することができ、レーザ発
振時にその作用に寄与しない無駄な領域２０を大幅に減
少させることができる。
【００３６】固体レーザ媒体１１から出力鏡１３に出力
するレーザ光を平行光にする必要がなくなるので、この
条件が外れて設計の自由度が大幅に増す。
するレーザ光を平行光にする必要がなくなるので、この
条件が外れて設計の自由度が大幅に増す。
【００３７】さらに、設計の自由度が増すので、出力鏡
１３の反射面１３Ａから反射したレーザ光の一部が集束
光として固体レーザ媒体１１の入出射面１１Ｂに焦点を
むすんで固体レーザ媒体１１を損傷する、いわゆるホッ
トスポットの問題を設計段階で確実に防止することがで
きる。
１３の反射面１３Ａから反射したレーザ光の一部が集束
光として固体レーザ媒体１１の入出射面１１Ｂに焦点を
むすんで固体レーザ媒体１１を損傷する、いわゆるホッ
トスポットの問題を設計段階で確実に防止することがで
きる。
【００３８】なお、前記実施例では、レーザ媒体光励起
手段として側面励起のフラッシュランプ１４を用いた
が、端面励起のフラッシュランプ１４でもよい。
手段として側面励起のフラッシュランプ１４を用いた
が、端面励起のフラッシュランプ１４でもよい。
【００３９】また、レーザ媒体光励起手段としてフラッ
シュランプ１４を用いたが、ブロードエリアタイプのレ
ーザダイオードでもよい。
シュランプ１４を用いたが、ブロードエリアタイプのレ
ーザダイオードでもよい。
【００４０】本実施例では、全反射鏡１２の反射面１２
Ａを凹面とし、出力鏡１３の反射面１３Ａを凸面とした
が、これと逆に、全反射鏡１２の反射面１２Ａを凸面と
し、出力鏡１３の反射面１３Ａを凹面としてもよい。
Ａを凹面とし、出力鏡１３の反射面１３Ａを凸面とした
が、これと逆に、全反射鏡１２の反射面１２Ａを凸面と
し、出力鏡１３の反射面１３Ａを凹面としてもよい。
【００４１】さらに、本実施例では、固体レーザ媒体１
１が凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じる場合を例に
説明したが、凹レンズと同等の熱レンズ効果を生じる性
質を有する固体レーザ媒体の場合でも前記同様の効果を
奏する。なお、この場合は出力鏡に入射する共振光とし
てのレーザ光は発散光となる。
１が凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じる場合を例に
説明したが、凹レンズと同等の熱レンズ効果を生じる性
質を有する固体レーザ媒体の場合でも前記同様の効果を
奏する。なお、この場合は出力鏡に入射する共振光とし
てのレーザ光は発散光となる。
【００４２】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明の固体レー
ザ装置によれば、出力側部材の反射面の曲率半径を、全
反射側部材との間で効率的にレーザ発振するように設定
すると共に、出力側部材の出力面の曲率半径を、レーザ
発振時に固体レーザ媒体を介して入射する共振光が平行
光になるように設定したので、固体レーザ媒体が光励起
により凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じた場合にも
大出力で高い品質のレーザ出力光を、平行光として確実
に取り出すことができる。
ザ装置によれば、出力側部材の反射面の曲率半径を、全
反射側部材との間で効率的にレーザ発振するように設定
すると共に、出力側部材の出力面の曲率半径を、レーザ
発振時に固体レーザ媒体を介して入射する共振光が平行
光になるように設定したので、固体レーザ媒体が光励起
により凸レンズと同等の熱レンズ効果を生じた場合にも
大出力で高い品質のレーザ出力光を、平行光として確実
に取り出すことができる。
【００４３】さらに、反射光学手段の出力側部材の出力
側に、この出力側部材からのレーザ出力光の波長を変換
する非線形結晶を設けたので、レーザ発振器の外部に取
り出される平行なレーザ出力光により波長変換効率が大
幅に向上し、高い平均出力の波長変換レーザ出力が得ら
れた。
側に、この出力側部材からのレーザ出力光の波長を変換
する非線形結晶を設けたので、レーザ発振器の外部に取
り出される平行なレーザ出力光により波長変換効率が大
幅に向上し、高い平均出力の波長変換レーザ出力が得ら
れた。
【図１】本発明の固体レーザ装置を示す概略構成図であ
る。
る。
【図２】従来の固体レーザ装置を示す概略構成図であ
る。
る。
【図３】図２の固体レーザ装置におけるレーザ発振動作
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図４】従来の固体レーザ媒体のレーザ発振に寄与しな
い無駄な領域を示す説明図である。
い無駄な領域を示す説明図である。
【図５】出力鏡の反射面における反射率分布形状を示す
グラフである。
グラフである。
【図６】図１の固体レーザ装置におけるレーザ発振動作
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図７】本発明の固体レーザ媒体のレーザ発振に寄与し
ない無駄な領域を示す説明図である。
ない無駄な領域を示す説明図である。
１１ ロッド型固体レーザ媒体
１２ 全反射鏡
１３ 出力鏡
１３Ａ 反射面
１３Ｂ 出力面
１４ フラッシュランプ
１５ 偏光子
１６ 1/4波長板
１７ ポッケルスセル
１８ 非線形結晶
【手続補正書】
【提出日】平成３年９月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】１４は固体レーザ媒体１１を励起すべく設
けられたレーザ媒体光励起手段としてのフラッシュラン
プ、１５，１６，１７はＱ−スイッチのための固体素子
であり、１５は誘電体多層膜の偏光子、１６は1/4 波長
板、１７はKD* P 結晶からなるポッケルスセルである。
また、１８は出力鏡１３の出力面１３Ｂ側に位置して設
けられ、この出力鏡１３からのレーザ出力光の波長を半
波長だけ変換する非線形結晶である。この非線形結晶１
８としては、KD* P(KD2 PO4 ) の他にKTP(KTi OPO 4 )
、LBO(L i B 3 O 5 ) 、BBO(B a B 2 O 4 ) 等が適用
可能である。
けられたレーザ媒体光励起手段としてのフラッシュラン
プ、１５，１６，１７はＱ−スイッチのための固体素子
であり、１５は誘電体多層膜の偏光子、１６は1/4 波長
板、１７はKD* P 結晶からなるポッケルスセルである。
また、１８は出力鏡１３の出力面１３Ｂ側に位置して設
けられ、この出力鏡１３からのレーザ出力光の波長を半
波長だけ変換する非線形結晶である。この非線形結晶１
８としては、KD* P(KD2 PO4 ) の他にKTP(KTi OPO 4 )
、LBO(L i B 3 O 5 ) 、BBO(B a B 2 O 4 ) 等が適用
可能である。
Claims (3)
- 【請求項１】 固体レーザ媒体と、該固体レーザ媒体を
励起すべく設けられたレーザ媒体光励起手段と、発振す
るレーザ光を全反射させる全反射側及び発振するレーザ
光の一部を透過して外部に取り出す出力側の一対の部材
からなり、出力側部材の反射面に反射率分布が施された
反射光学手段とを備えた固体レーザ装置において、 前記出力側部材の反射面の曲率半径であって前記反射率
分布との関係で決まる曲率半径を、前記全反射側部材と
の間で効率的にレーザ発振するように設定すると共に、
前記出力側部材の出力面の曲率半径を、レーザ発振時に
前記固体レーザ媒体を介して入射する共振光が平行光に
なるように設定することを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記出力側部材の反射面及び全反射側部
材の反射面を、これらの反射面で反射したレーザ光のビ
ーム径と前記固体レーザ媒体の両側入出力面の主寸法と
の比が0.3から0.7になるように設定して効率的にレーザ
発振させる請求項１記載の固体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記反射光学手段の出力側部材の外側に
位置し、この出力側部材からのレーザ出力光の波長を変
換する非線形結晶を設けた請求項１又は２記載の固体レ
ーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3189957A JPH0537049A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 固体レーザ装置 |
| US07/921,245 US5255275A (en) | 1991-07-30 | 1992-07-29 | Solid state laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3189957A JPH0537049A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537049A true JPH0537049A (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=16250025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3189957A Pending JPH0537049A (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | 固体レーザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5255275A (ja) |
| JP (1) | JPH0537049A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001320114A (ja) * | 2000-05-10 | 2001-11-16 | Inst Of Physical & Chemical Res | レーザー共振器 |
| CN102104232A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-06-22 | 中国科学院国家授时中心 | 基于半导体光放大芯片的激光器 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5432811A (en) * | 1993-03-04 | 1995-07-11 | Tecnal Products, Inc. | Laser rod with polyhedron shaped ends |
| US5554153A (en) * | 1994-08-29 | 1996-09-10 | Cell Robotics, Inc. | Laser skin perforator |
| EP1089404A1 (en) * | 1999-09-28 | 2001-04-04 | ENEL S.p.A. | Resonator for solid-state laser source |
| JP4242141B2 (ja) * | 2002-11-19 | 2009-03-18 | 株式会社トプコン | 固体レーザ装置 |
| US7463667B2 (en) * | 2005-11-22 | 2008-12-09 | The Boeing Company | Solid-state laser and multi-pass resonator |
| EP2523277B1 (de) * | 2011-05-09 | 2017-01-04 | Trumpf Laser Marking Systems AG | Laser-Resonator zur Erzeugung frequenzkonvertierter Laserstrahlung |
| US8995052B1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-31 | Coherent Kaiserslautern GmbH | Multi-stage MOPA with first-pulse suppression |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4553244A (en) * | 1984-04-25 | 1985-11-12 | Gte Communications Products Corporation | Laser beam energy profile synthesizer |
| US4872181A (en) * | 1988-11-21 | 1989-10-03 | Spectra-Physics | Laser resonator with laser medium exhibiting thermally induced birefringence |
| US4955725A (en) * | 1989-02-17 | 1990-09-11 | Spectra Physics | Laser oscillator/amplifier with compensation for stress birefringence |
-
1991
- 1991-07-30 JP JP3189957A patent/JPH0537049A/ja active Pending
-
1992
- 1992-07-29 US US07/921,245 patent/US5255275A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001320114A (ja) * | 2000-05-10 | 2001-11-16 | Inst Of Physical & Chemical Res | レーザー共振器 |
| CN102104232A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-06-22 | 中国科学院国家授时中心 | 基于半导体光放大芯片的激光器 |
| CN102104232B (zh) | 2010-12-31 | 2012-04-18 | 中国科学院国家授时中心 | 基于半导体光放大芯片的激光器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5255275A (en) | 1993-10-19 |
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