JPH07112085B2 - アレイ半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

アレイ半導体レーザ励起固体レーザ装置

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JPH07112085B2
JPH07112085B2 JP2190500A JP19050090A JPH07112085B2 JP H07112085 B2 JPH07112085 B2 JP H07112085B2 JP 2190500 A JP2190500 A JP 2190500A JP 19050090 A JP19050090 A JP 19050090A JP H07112085 B2 JPH07112085 B2 JP H07112085B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、励起光源としてのアレイ半導体レーザ出力を
高効率で光結合し固体レーザ素子を光励起するアレイ半
導体レーザ励起固体レーザ装置に関するものである。
[従来の技術] 半導体レーザを励起光源として用いる固体レーザが、高
効率、長寿命、小型化が図れることから注目を集めてい
る。とりわけ、固体レーザの光軸方向から光励起する端
面励起方法(例えば特開昭58−52889号参照)では、固
体レーザの発振モードに半導体レーザ出力光による励起
空間をうまくマッチングさせることにより、高効率で基
本横モード発振を実現できる。
半導体レーザは、ビーム発散角が大きいため、集光系を
半導体レーザに近接して配置して集光する必要があり、
発振光の集光は容易ではない。
半導体レーザ励起固体レーザの高出力化のためには、励
起用の半導体レーザを高出力化が必要である。半導体レ
ーザは、ストライプ状の活性層からレーザ光が取り出す
が、単一のストライプからの出力には限界があるので、
さらに高出力化を図るためには、複数のストライプを並
べたアレイ状にしなければならない。
[発明が解決しようとする課題] このようなアレイ半導体レーザを励起光源として用いよ
うとすると、アレイの長さ1cm程に渡るので、通常のレ
ンズ系を用いて複数のビームを一つのスポット状に絞り
込むことは到底できないため、励起効率のよい端面励起
方式は採用できず、側面励起方式にしか適用できなかっ
た(例えば、特開平1−107587号公報参照)。
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、マルチ
ストライプのアレイ半導体レーザから出る発散角が大き
い複数のビームを固体レーザの発振の空間モードにマッ
チングするように集光し、効率よく固体レーザ出力光を
生起せしめる半導体レーザ励起固体レーザを提供するこ
とを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明のアレイ半導体レ
ーザ励起固体レーザにおいては、2個のアレイ半導体レ
ーザ出力を集光、合成し固体レーザ素子を光励起する光
結合器として、偏光ビームスプリッタを挟んで、分布屈
折率レンズを第1のアレイ半導体レーザの各ストライプ
に対応して並べて第1のアレイ半導体レーザ出力光を集
光し平行化するためのコリメーティングレンズとして用
いるアレイ分布屈折率レンズと、それにより平行化され
た各ストライプ光を一括して集光して一点に重ね合わせ
て固体レーザ素子を端面励起するためのフォーカシング
レンズとして用いる非球面レンズとを直列に配置し、上
記偏光ビームスプリッタへの第2の受光面に第2のアレ
イ半導体レーザを集光する第2のアレイ分布屈折率レン
ズを配置した。
また、上記アレイ半導体レーザ励起固体レーザにおい
て、各々アレイ半導体レーザ部を厚さ方向に複数個重ね
たアレイ半導体レーザスタックとし、それら各アレイ半
導体レーザスタックに応じてアレイ分布屈折率レンズ部
を同じ数だけ重ねたアレイ分布屈折率レンズで置き換え
た。
[作用] 半導体レーザ励起固体レーザの横モードの特性は、端面
励起方式の場合、固体レーザ素子内の光励起空間の形状
で決まる。このため、基本横モードを得るためには、絞
った励起光の強度分布をなるべくガウス分布に近づけ、
固体レーザ素子内に一定の大きさのビームスポットを安
定的に作ることが望ましい。
半導体レーザ励起固体レーザの光結合器として屈折率が
中心軸から外周面に向かって次第に減少して行く屈折率
分布を持つ光学ガラス体である分布屈折率レンズを用い
ると発散角の大きい半導体レーザ光を容易に集光するこ
とができる。この分布屈折率レンズを用いて各ストライ
プからのレーザ光を集光できることを利用し、アレイ半
導体レーザの各々のストライプからの出射光を、アレイ
分布屈折率レンズで集光し、球面収差を生じない非球面
レンズで全体光を一つのビームスポットに絞り込み、固
体レーザ素子を励起すれば、高品質の基本横モード光が
得られる。また、界面での光の斜め入射における反射お
よび透過能が偏光に依存することを利用すれば、互いに
直角に偏光した2個の半導体レーザ光を偏光ビームスプ
リッタを用いてビーム合成し、容易に励起光強度を倍増
せしめることができる。さらに、アレイ半導体レーザを
厚さ方向に複数個積み重ねたアレイ半導体レーザスタッ
クとそれに応じたアレイ分布率レンズを用いれば、益々
強い励起光強度が得られる。
[実施例] 本発明の特徴と利点をより一層明らかにするために、実
施例に基づいて詳細に説明する。
第1図は、2個のアレイ半導体レーザ光を集光、合成
し、固体レーザ素子を端面励起するアレイ半導体レーザ
励起固体レーザの模式図である。第1図に示すごとく、
固体レーザ素子としてNd:YAGレーザ素子5を用い、一方
の端面をダイクロイックコーティング(Nd:YAGレーザ発
振波長1064nmで高反射(HR)、アレイ半導体レーザ光波
長808nmで高透過(AR))し、その面を励起面として、
アウトプットミラー6とで固体レーザ共振器を構成す
る。励起用のアレイ半導体レーザ2個1a,1bからの出射
光をビーム合成するために、アレイ半導体レーザ光が偏
光していることを利用して偏光ビームスプリッタ3をビ
ーム合成器として用い、矢印7a, で示すように、第1のアレイ半導体レーザ1aからの発振
光は紙面に平行に偏光させ、第2のアレイ半導体レーザ
1bからの発振光は紙面に垂直に偏光させて、各々第1お
よび第2のアレイ分布屈折率レンズ2a,2bにより集光し
てビーム合成し、非球面レンズ4によって絞られたビー
ムスポットを固体レーザ素子であるNd:YAGレーザ素子5
中に得る。なお、一方のアレイ半導体レーザ光の偏光を
そのアレイ半導体レーザと偏光ビームスプリッタ3との
間に2分の1波長板を挿入することによって、他方と一
致させることができるが、これは、装置製作上空間的干
渉を避けたい場合等に便利である。用いたアレイ半導体
レーザ1aおよび1bはそれぞれ幅が100μmの活性層スト
ライプ9aおよび9bが20本500μm間隔で配列したアレイ
からなる。集光レンズアレイとしての分布屈折率レンズ
2aおよび2bは、それぞれ幅500μmの分布屈折率レンズ2
0個からなり、各々20本のストライプ9aおよび9bからの
出射光の各々を集光し平行化する。このようにして端面
励起したアレイ半導体レーザ励起固体レーザにおいて、
アレイ半導体レーザ光(波長808nm)出力で10WでNd:YAG
レーザ(波長1064nm)の基本横モード発振光8がアウト
プットミラー6を通して3Wの高出力で得られる。
第2図は、2個のアレイ半導体レーザスタックの発振光
を集光し、合成し、固体レーザ素子を端面励起するアレ
イ半導体レーザ励起固体レーザの模式図である。用いた
アレイ半導体レーザスタック10aおよび10bは、それぞれ
第1図の実施例に記載のアレイ半導体レーザを厚さ方向
に2個300『m間隔で重ねたものである。集光レンズア
レイとしてのアレイ分布屈折率レンズスタック11aおよ
び11bは、それぞれ上記アレイ分布屈折率レンズを上下
段のレンズ中心軸間隔がアレイ半導体レーザスタック10
a,10bの上下間隔300『mに一致するように2個重ねたも
ので、それぞれ40本の半導体レーザ活性層ストライプ13
aおよび13bからの出射光の各々を集光し平行化する。以
下、第1図と同様の方法で端面励起したアレイ半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置において、アレイ半導体レーザ
(波長808nm)出力20WでNd:YAGレーザ(波長1064nm)の
基本横モード発振光12が6Wの高出力で得られている。
本発明の実施例においては、固体レーザ素子としてNd:Y
AGレーザを用いたが、もちろんこれに限るものではな
い。また、固体レーザ素子の変更に伴い、その最大吸収
波長に合わせた波長のアレイ半導体レーザを用いること
は言うまでもない。レンズおよび偏光ビームスプリッタ
の両面には、アレイ半導体レーザ波長での無反射コーテ
ィングがほどこされている。さらに、第2の実施例にお
けるアレイ半導体レーザスタック、およびアレイ分布屈
折率レンズスタックの段数は、2段に限るものではな
い。
[発明の効果] 以上説明したとおり、光結合器としてかかる構成をもつ
半導体レーザ励起固体レーザはアレイ半導体レーザでは
困難であった端面励起を可能にし、小型で効率が高くビ
ーム質の良い高出力の固体レーザを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、2個のアレイ半導体レーザ光を集光、合成
し、固体レーザ素子を端面励起するアレイ半導体レーザ
励起固体レーザの模式図、第2図は、2個のアレイ半導
体レーザスタックの発振光を集光、合成し、固体レーザ
素子を端面励起するアレイ半導体レーザ励起固体レーザ
の模式図である。 図中. 1a:アレイ半導体レーザ(上面図) 1b:アレイ半導体レーザ(側面図) 2a,2b:アレイ分布屈折率レンズ 3:偏光ビームスプリッタ 4:非球面レンズ 5:ND:YAGレーザ素子 6:アウトプットミラー 7a,7b:偏光方向 8:固体レーザ出力光 9a,9b::半導体レーザ活性ストライプ 10a:アレイ半導体レーザスタック(上面図) 10b:アレイ半導体レーザスタック(側面図) 11a,11b:アレイ分布屈折率レンズスタック 12:固体レーザ出力光 13a,13b:半導体レーザ活性層ストライプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2個のアレイ半導体レーザ光を集光、合成
    し、固体レーザ素子を光励起する光結合器として、偏光
    ビームスプリッタを挟んで、分布屈折率レンズを第1の
    アレイ半導体レーザの各ストライプに対応して並べて第
    1のアレイ半導体レーザ出力光を集光し平行化するため
    のコリメーティングレンズとして用いるアレイ分布屈折
    率レンズと、それにより平行化された各ストライプ光を
    一括して集光して一点に重ね合わせて固体レーザ素子を
    端面励起するためのフォーカシングレンズとして用いる
    非球面レンズとを直列に配置し、さらに、上記偏光ビー
    ムスプリッタへの第2の受光面に第2のアレイ半導体レ
    ーザ光を集光する第2のアレイ分布屈折率レンズを配置
    したことを特徴とするアレイ半導体レーザ励起固体レー
    ザ装置。
  2. 【請求項2】請求項(1)に記載のアレイ半導体レーザ
    励起固体レーザ装置において、各々のアレイ半導体レー
    ザ部をアレイ半導体レーザを厚さ方向に複数個重ねたア
    レイ半導体レーザスタックとし、それら各アレイ半導体
    レーザスタックに応じてアレイ分布屈折率レンズ部を同
    じ数だけ同じ段間隔でアレイ分布屈折率レンズを重ねた
    アレイ分布屈折率レンズスタックで置き換えたことを特
    徴とするアレイ半導体レーザ励起固体レーザ装置。
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