JPH0563263A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ励起固体レーザ装置

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JPH0563263A
JPH0563263A JP22000391A JP22000391A JPH0563263A JP H0563263 A JPH0563263 A JP H0563263A JP 22000391 A JP22000391 A JP 22000391A JP 22000391 A JP22000391 A JP 22000391A JP H0563263 A JPH0563263 A JP H0563263A
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JP
Japan
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solid
laser
state laser
semiconductor laser
pumping
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JP22000391A
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Inventor
Masashi Fujino
正志 藤野
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構成により、高い励起効率を維
持しつつ高出力のレーザ光を得ることができる半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明にかかる半導体レーザ励起固体レーザ
装置は、固体レーザ媒体1の周囲に、この固体レーザ媒
体1を挾んで対向するとともに互いに所定の角度をなし
た反射面を有する反射部材3a,3bを設け、励起用半
導体レーザ装置2から射出された励起用レーザ光L0
少なくとも一部を上記反射部材3a,3bの反射面に入
射させるとともに、この励起用レーザ光L0 が前記反射
部材3a,3bの対向する反射面間で前記固体レーザ媒
体1を通過しつつ複数回折り返し反射されるようにした
ことを特徴としたもので、折り返し反射させる間に励起
用レーザ光L0 を固体レーザ媒体1に吸収させ、かつ、
反射部材3a,3bに励起用レーザ光L0 を入射させる
構成としたことにより大量の励起用レーザ光の入射を可
能にし、これにより、比較的簡単な構成により、高い励
起効率を維持しつつ高出力のレーザ光L1 を得ることを
可能にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ装置か
ら射出されたレーザ光を励起光として用いる半導体レー
ザ励起固体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】励起用半導体レーザ装置から射出された
レーザ光を励起光として用いる半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置には、励起用レーザ光を固体レーザ媒体の共振
光の入・出射面たる端面から入射させるようにしたいわ
ゆる端面励起方式と、励起用レーザ光を固体レーザ媒体
の側面から入射させるようにしたいわゆる側面励起方式
とがある。
【0003】端面励起方式は、固体レーザ媒体に入射し
た励起用レーザ光が固体レーザ媒体内を発振レーザ光に
空間的に一致する方向に長い距離進行するから、入射し
た励起光がほとんど全部吸収される。したがって、励起
効率が高いという利点がある。
【0004】これに対し、側面励起方式は、固体レーザ
媒体の側面から励起用レーザ媒体を入射させるので、励
起光の入射面積を広くとれる。それゆえ、多数の半導体
レーザ装置を用いて強力なレーザ光を得ることができる
(例えば、特開平2-54588 号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の方法のうち、端面励起方式は、面積の狭い端面か
ら励起用レーザ光を入射させなければならないので入射
可能光量に制限があり、高出力のレーザ装置を得ること
は困難であるという欠点がある。
【0006】また、側面励起方式は、励起用レーザ光を
側面から入射させるために、固体レーザ媒体を囲むよう
にして設けられた反射鏡の一部を除いて励起用レーザ光
の入射窓を設けることが必須であり、これがために、半
導体レーザ装置から射出された励起用レーザ光の利用効
率が悪く、励起効率の向上に限界がある。
【0007】このように、従来の半導体レーザ励起固体
レーザ装置は、励起効率を良くしようとすると、高い出
力を得ることができず、逆に高い出力を得ようとする
と、励起効率が悪くなるという問題があった。
【0008】この発明は、上述の背景のもとでなされた
ものであり、比較的簡単な構成により、高い励起効率を
維持しつつ高出力のレーザ光を得ることができる半導体
レーザ励起固体レーザ装置を提供することを目的とした
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明は、(1) 励起用半導体レーザ装置から射
出された励起用のレーザ光を、レーザ共振器内に配置さ
れた固体レーザ媒体に照射し、該固体レーザ媒体を励起
して出力レーザ光を得るようにした半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、前記固体レーザ媒体の周囲に、
該固体レーザ媒体を挾んで対向するとともに互いに所定
の角度をなした反射面を有する反射部材を設け、前記励
起用半導体レーザ装置から射出された励起用レーザ光の
少なくとも一部を前記反射部材の反射面に入射させると
ともに、この励起用レーザ光が前記反射部材の対向する
反射面間で前記固体レーザ媒体を通過しつつ複数回折り
返し反射されるようにしたことを特徴とする構成とし、
また、構成1の態様として、(2) 構成1の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置において、前記励起用半導体レ
ーザ装置から射出された励起用レーザ光の一部を固体レ
ーザ媒体の共振レーザ光の入・出射面たる端面から入射
するようにしたことを特徴とする構成とし、さらに、構
成1または2の態様として、(3) 構成1または2の
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記励起用
半導体レーザ装置として、半導体レーザアレイを用いた
ことを特徴とする構成とし、そして、構成1ないし3の
いずれかの態様として、(4) 構成1ないし3のいず
れかの半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記
反射部材が、前記固体レーザ媒体と中心軸を共有する円
錐面上に反射面が形成されたものであることを特徴とし
た構成としたものである。
【0010】
【作用】上述の構成1によれば、反射部材の反射面に入
射した励起用レーザ光は、反射部材の対向する反射面間
で固体レーザ媒体を通過しつつ複数回折り返し反射され
る。これにより、反射部材の反射面に入射した励起用レ
ーザ光を固体レーザ媒体に十分吸収させることができ
る。しかも、反射部材の反射面は、その励起用レーザ光
を入射させることができる面積を必要に応じて十分大き
く確保できるから、多数の励起用半導体レーザ装置から
大量の励起用レーザ光を入射させて固体レーザ媒体に吸
収させることができる。したがって、高い励起効率を維
持しつつ強力な発振レーザ光を得ることができる。
【0011】また、構成2によれば、励起用レーザ光の
一部を端面からも入射させるようにしたことにより、さ
らに、高出力のレーザ光を得ることを可能にする。
【0012】また、構成3によれば、比較的容易に大量
の励起用レーザ光を固体レーザ媒体に入射させることが
可能となる。
【0013】さらに、構成4によれば、励起用半導体レ
ーザ装置から射出された励起用レーザ光をより効率良く
固体レーザ媒体に入射させることができる。
【0014】
【実施例】第1実施例 図1はこの発明の第1実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の縦断面図、図2は第1実施例の光路説
明図である。以下、これらの図を参照にしながらこの発
明の第1実施例を詳細に説明する。
【0015】図1及び図2において、符号1は固体レー
ザ媒体、符号2は励起用半導体レーザ装置、符号3a,
3bは反射部材を構成する平板状の反射鏡、符号4は全
反射ミラー、符号5は出力ミラー、符号6はコリメート
レンズである。なお、全反射ミラー4と出力ミラー5と
でレーザ共振器を構成する。
【0016】全反射ミラー4と出力ミラー5とは、固体
レーザ媒体1の中心軸(以下、光軸という)と光軸を共
通にして、該固体レーザ媒体1の両側に所定の距離をお
いて配置されている。また、反射鏡3a,3bは、固体
レーザ媒体1を挾むようにして配置されている。この場
合、反射鏡3bは、その反射面が固体レーザ媒体1の側
面に密接して該側面と平行になるように配置され、一
方、反射鏡3aは、固体レーザ媒体と角度θをなすよう
に配置されている。
【0017】また、励起用半導体レーザ装置2は、反射
鏡3a,3bの外側に、その光軸が、固体レーザ媒体1
の光軸と平行でかつ該光軸から所定距離離間するととも
に反射鏡3aと角度θで交わるように配置されている。
また、励起用半導体レーザ装置2の前には該励起用半導
体レーザ装置2から射出された励起用レーザ光L0 を平
行光にするコリメートレンズ6が配置されている。した
がって、励起用半導体レーザ装置2から射出された励起
用レーザ光L0 はコリメートレンズ6を介して平行光に
された後、反射鏡3aに入射するようになっている。
【0018】ここで、固体レーザ媒体1は、レーザ活性
物質たるNdイオンを1.1原子%ドープし、波長10
64nmのレーザ光を発振するNd:YAGのスラブレ
ーザであって、長さ30mm、幅2mm、厚さ1mmの
寸法を有し、光吸収ピーク波長は809nmである。
【0019】ここで、全反射鏡4は、全反射面たる凹面
の曲率半径を5mに設定したものである。また、出力ミ
ラー5は、凹面がレーザ媒体2側に向くように配置され
た凹レンズ状をなしたガラス体の凹面の表面に誘電体多
層膜からなる反射膜を形成し、出力レーザ光L1 に対す
る透過率が3%になるようにしたもので、凹面の曲率半
径を5mに設定することにより、全反射鏡4とで共振器
長が100mmのレーザ共振器を構成している。
【0020】励起用半導体レーザ装置2は、発振波長が
800〜820nmのGaAs系の半導体レーザ装置で
あり、出力が500mWである。この励起用半導体レー
ザ装置3は、その温度を25°Cに保持したとき、発振
波長が固体レーザ媒体2の吸収ピークに一致する809
nmになる。
【0021】反射鏡3a,3bは、互いに対向する面を
反射面とするもので、例えば、ガラス板の表面に金、銀
もしくはアルミ等をメッキしたものである。
【0022】さて、図2に示されるように、コリメータ
レンズ6によって平行光にされた励起用レーザ光L
0 は、反射鏡3aの反射面に角度θで入射し、以後、反
射鏡3bと3aとの間で反射を繰り返す間に固体レーザ
媒体1を通過し、吸収されて励起を行う。この場合、反
射鏡3aの反射面に最初に入射したときの入射角は(π
/2−θ)であり、また、反射鏡3bの反射面への入射
角は(π/2−2θ)である。以後、一度反射をする度
に入射角がθずつ小さくなっていく。この関係から、励
起用レーザ光が固体レーザ媒体1中をn回通過するよう
にするために設定すべきθの値を求めることができる。
例えば、図2に示される例では、励起用レーザ光L0
反射鏡3a,3b間で3往復させ、固体レーザ媒体1を
6回通過させるようにしているが、この場合には、4回
目の反射鏡への入射角(π/2−4θ)が0°になるよ
うに、θ=22.5°に設定すれば良い。また、5往復
させる場合には、6回目の反射鏡への入射角(π/2−
6θ)が0°になるように、θ=15°に設定すれば良
い。なお、ここで、励起用レーザ光L0 が何回固体レー
ザ媒体1中を通過することにより全部吸収されるかは、
固体レーザ媒体1の厚さと吸収率によるが、この実施例
の場合には、励起用レーザ光L0 が固体レーザ媒体1中
を6mmの距離通過することにより95%吸収される吸
収率を有しているとともに、厚さが1mmであるので、
図2に示されるように、反射鏡3a,3b間を3往復さ
せて6回通過させるようにしている。これにより、励起
用半導体レーザ装置2から射出されて反射鏡3aに入射
した励起用レーザ光L0 は、ほとんど固体レーザ媒体1
に吸収され、励起エネルギーに変換される。
【0023】上述の構成によれば、波長1064nm
で、出力が120mWの出力レーザ光L1 を得る際の吸
収効率を、90%以上にできる。ちなみに、従来の側面
励起方式の半導体レーザ励起の固体レーザ装置では、同
様の出力の発振レーザ光を得る際の吸収効率は70%以
下であった。
【0024】第2実施例 図3はこの発明の第2実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の斜視図、図4は第2実施例の縦断面図
である。以下図3及び図4を参照にしながら第2実施例
を詳述する。なお、この実施例は、上述の第1実施例と
構成の多くが共通するので、共通する部分には同一の符
号を付してその説明を省略し、以下ではこの実施例に特
有な点のみを説明する。
【0025】この実施例は、上述の第1実施例における
対向する反射鏡3a,3bの固体レーザ媒体1に対して
なす角度を変え、反射鏡3a,3b共に固体レーザ媒体
1に対してθ/2なすようにし、また、これら反射鏡3
a,3bの両側に同様の反射鏡3c,3dを配置するよ
うにし、さらに、反射鏡3a,3bの反射面にそれぞれ
入射角αで励起用レーザ光L0 を入射させる2組の励起
用半導体レーザ装置2及びコリメータレンズ6を設けた
ものである。その外の構成及び用いた光学部品は第1実
施例の場合と同じである。
【0026】さて、図4に示されるように、コリメータ
レンズ6によって平行光にされた励起用レーザ光L
0 は、反射鏡3a,3bの反射面に角度αで入射し、以
後、反射鏡3bと3aとの間で反射を繰り返す間に固体
レーザ媒体1を通過し、吸収されて励起を行う。この場
合、反射鏡3a,3bの反射面で一度反射をする度に入
射角がθずつ小さくなっていく。したがって第1実施例
と同様に、この関係から励起用レーザ光が固体レーザ媒
体1中をn回通過するようにするために設定すべきθの
値を求めることができる。例えば、第1実施例と同じく
励起用レーザ光L0 を反射鏡3a,3b間で3往復さ
せ、固体レーザ媒体1を6回通過させるためには、4回
目の反射鏡への入射角(α−4θ)が0°になるよう
に、αとθとを決定する。ここで、入射角度αを大きく
し、θを小さくすることにより反射往復回数を増やすこ
とができるが、θを小さくすると、励起用半導体レーザ
装置2から射出される励起用レーザ光L0 のビーム幅が
広い場合には反射鏡にビーム全体を入射させることが困
難になるので、α,θの値はこのような点を考慮して選
定される。
【0027】なお、反射鏡3c,3dは、横方向に反射
あるいは散乱した励起用レーザ光を固体レーザ媒体1に
入射させるようにしたものであるが、勿論、さらに2組
の励起用半導体レーザ装置及びコリメータレンズを用い
てこれら反射鏡3c,3dにも上述したαの方向から同
様にして励起用レーザ光を入射させることにより、より
強力な出力レーザ光を得ることができる上述の構成によ
れば、第1実施例と同一の励起効率で出力が200mW
の出力レーザ光L1 を得ることができる。
【0028】第3実施例 図5はこの発明の第3実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の斜視図、図6は第3実施例の縦断面図
である。以下図5及び図6を参照にしながら第3実施例
を詳述する。なお、この実施例も、上述の第2実施例と
共通する部分があるので、共通する部分には同一の符号
を付してその説明を省略し、以下ではこの実施例に特有
な点のみを説明する。
【0029】この実施例は、上述の第2実施例における
4枚の反射鏡3a,3b,3c,3dの代わりに、円錐
型反射鏡33を用い、また、固体レーザ媒体としてスラ
ブ型の代わりに円柱型のレーザロッドである固体レーザ
媒体31を用い、さらに、全反射鏡4の代わりに、固体
レーザ媒体31の端面に形成した選択反射膜34を用い
ると共に、コリメータレンズを用いることなく励起用半
導体レーザ装置2を直接固体レーザ媒体31の光軸上に
配置するようにしたものである。
【0030】円錐型反射鏡33は、円柱体の内部を円錐
台形状に切り取るとともに、円錐台形の頂部を貫通させ
て光通過部としたもので、残部の円錐面の表面に金、銀
もしくはアルミ等のメッキによって反射膜を成膜して反
射面としたものである。
【0031】この円錐型反射鏡33の内部に中心軸に沿
って固体レーザ媒体31が配置される。この固体レーザ
媒体31は、側面を研摩加工した円柱状のNd:YAG
レーザロッドである。
【0032】この固体レーザ媒体31の光軸と交わる一
方の端面、すなわち、図中左端面には、選択反射膜34
が成膜されている。この選択反射膜34は、出力ミラー
5とでレーザ共振器を構成するものであり、出力レーザ
光(L1 =1064nm)に対しては99.9%以上の
高い反射率をもち、一方、励起用レーザ光(L0 =80
7nm)を85%以上透過する性質を有する。なお、固
体レーザ媒体32の他方の端面、すなわち、図中右端面
には図示しないが、無反射コートが施されており、この
端面での出力レーザ光L1 に対する反射率が0.5%以
下になるようになっている。
【0033】励起用半導体レーザ装置2は、発光部が固
体レーザ媒体31の側に向くと共に光軸上に位置するよ
うに配置されたもので、発光部から射出された励起用レ
ーザ光L0 を直接円錐型反射鏡33の反射面に入射する
ようになっている。
【0034】ここで、円錐型反射鏡33の頂角をθ/2
とすると、この頂角は、励起用半導体レーザ装置2の放
射角βに応じて決定される。すなわち、第1及び第2実
施例と同様に、励起用レーザ光がL0 がn回目に反射面
に入射する入射角は、[π/2−β−(n−1/2)
θ]となるので、用いる固体レーザ媒体の特性と大きさ
とから反射すべき回数nが求まれば、これからθを求め
ることができる。
【0035】例えば、固体レーザ媒体31として、直径
1mmφのNd:YAGを用い、励起用半導体レーザ装
置2として放射角度が20°のものを用いた場合、4回
の反射が必要である。これにより、4回目の反射面への
入射角度が0°となるように、θ/2=10°に設定す
ればよいことがわかる。
【0036】この実施例によれば、励起用半導体レーザ
装置2から射出された励起用レーザ光L0 を、コリメー
タレンズ等を用いることなく直接円錐型反射鏡によって
集光して固体レーザ媒体31に入射させるようにしてい
る。このため、励起用半導体レーザ装置2として、コリ
メータレンズ等によって集光が困難な半導体レーザアレ
イ等の発光面の広い励起光源を用いることを可能にす
る。また、レーザ共振器を構成するミラーの一方を選択
反射膜34によって構成したことにより、励起用半導体
レーザ装置2から射出された励起用レーザ光L0 の一部
を固体レーザ媒体31の端面からも入射でき、その分励
起効率を向上させることも可能である。
【0037】なお、上記実施例では、励起用半導体レー
ザ装置2を1個用いた場合の例をかかげたが、図7に示
されるように、励起用半導体レーザ装置2を複数個用い
れば、より強力な発振レーザ光L1 を得ることができ
る。また、図8に示されるように、円錐型反射鏡31を
逆向きに配置し、励起用半導体レーザ装置2からの励起
用レーザ光L0 を出力ミラー5の側から入射させるよう
にすれば、装置をより小型に形成することもできる。
【0038】さらに、円錐型反射鏡33としては、上記
実施例に掲げた例のほかに、図9及び図10に示される
ように、合成石英ガラス等の透光性部材を円錐台形状に
形成して本体部43aとし、この本体部43aの外周円
錐面に反射膜43bを形成すると共に本体部43aの中
心軸沿って固体レーザ媒体収納孔43cを設けた反射鏡
43を用いてもよい。この反射鏡43を用いることによ
り、固体レーザ媒体31の保持が容易になるとともに、
固体レーザ媒体収納孔43c内で固体レーザ媒体31を
本体部43aに熱接触させることにより、固体レーザ媒
体31の放熱を容易にする。
【0039】なお、上述の一実施例では、固体レーザ媒
体としてNd:YAGロッドを用いた例を掲げたが、こ
の固体レーザ媒体としては、Nd:YLF、Nd:gl
ass、Er:YAG、Er:YLF、Er:glas
s等を用いてもよい。その場合には、各レーザ媒体に応
じてレーザ共振器等の条件を選定すべきは勿論である。
また、励起用半導体レーザ装置も、例えば、InGa
P、AlGaAs、GaAsPもしくは半導体レーザア
レイを用いてもよい。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる半
導体レーザ励起固体レーザ装置は、固体レーザ媒体の周
囲に、この固体レーザ媒体を挾んで対向するとともに互
いに所定の角度をなした反射面を有する反射部材を設
け、励起用半導体レーザ装置から射出された励起用レー
ザ光の少なくとも一部を上記反射部材の反射面に入射さ
せるとともに、この励起用レーザ光が前記反射部材の対
向する反射面間で前記固体レーザ媒体を通過しつつ複数
回折り返し反射されるようにしたことを特徴としたもの
で、折り返し反射させる間に励起用レーザ光を固体レー
ザ媒体に吸収させ、かつ、反射部材に励起用レーザ光を
入射させる構成としたことにより大量の励起用レーザ光
の入射を可能にし、これにより、比較的簡単な構成によ
り、高い励起効率を維持しつつ高出力のレーザ光を得る
ことを可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の縦断面図である。
【図2】この発明の第1実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の光路説明図である。
【図3】この発明の第2実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す斜視図である。
【図4】この発明の第2実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の縦断面図である。
【図5】この発明の第3実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の構成を示す斜視図である。
【図6】この発明の第3実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の光路説明図である。
【図7】この発明の第3実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の変型例を示す図である。
【図8】この発明の第3実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の変型例を示す図である。
【図9】円錐型反射鏡の変型例の斜視図である。
【図10】円錐型反射鏡の変型例の断面図である。
【符号の説明】
1,31…固体レーザ媒体、2…励起用半導体レーザ装
置、3a,3b…反射部材を構成する反射鏡、4…全反
射ミラー、5…出力ミラー、6…コリメータレンズ、3
3…円錐型反射鏡、34…選択反射膜、43…反射鏡。
─────────────────────────────────────────────────────
【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】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起用半導体レーザ装置から射出された
    励起用のレーザ光を、レーザ共振器内に配置された固体
    レーザ媒体に照射し、該固体レーザ媒体を励起して出力
    レーザ光を得るようにした半導体レーザ励起固体レーザ
    装置において、 前記固体レーザ媒体の周囲に、該固体レーザ媒体を挾ん
    で対向するとともに互いに所定の角度をなした反射面を
    有する反射部材を設け、 前記励起用半導体レーザ装置から射出された励起用レー
    ザ光の少なくとも一部を前記反射部材の反射面に入射さ
    せるとともに、この励起用レーザ光が前記反射部材の対
    向する反射面間で前記固体レーザ媒体を通過しつつ複数
    回折り返し反射されるようにしたことを特徴とする半導
    体レーザ励起固体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体レーザ励起固体
    レーザ装置において、 前記励起用半導体レーザ装置から射出された励起用レー
    ザ光の一部を固体レーザ媒体の共振レーザ光の入・出射
    面たる端面から入射するようにしたことを特徴とする半
    導体レーザ励起固体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体レーザ
    励起固体レーザ装置において、 前記励起用半導体レーザ装置として、半導体レーザアレ
    イを用いたことを特徴とする半導体レーザ励起固体レー
    ザ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の半
    導体レーザ励起固体レーザ装置において、 前記反射部材が、前記固体レーザ媒体と中心軸を共有す
    る円錐面上に反射面が形成されたものであることを特徴
    とした半導体レーザ励起固体レーザ装置。
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