JPH0821743B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JPH0821743B2 JPH0821743B2 JP27832888A JP27832888A JPH0821743B2 JP H0821743 B2 JPH0821743 B2 JP H0821743B2 JP 27832888 A JP27832888 A JP 27832888A JP 27832888 A JP27832888 A JP 27832888A JP H0821743 B2 JPH0821743 B2 JP H0821743B2
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- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/0915—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
- H01S3/092—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
- H01S3/093—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium
- H01S3/0931—Imaging pump cavity, e.g. elliptical
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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
- 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
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
-
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は遷移金属イオンや希土類元素イオンをドープ
したYAGやガラス等を固体レーザ媒質として用い、光励
起によりレーザ発光させる固体レーザ装置に関する。
したYAGやガラス等を固体レーザ媒質として用い、光励
起によりレーザ発光させる固体レーザ装置に関する。
よく知られているように、固体レーザ装置ではYAG（Y
3Al5O12）,GGG（Gd3Ga5O12）,GSGG（Gd3Ga5O12）等の光
学結晶やガラスの母材にCr3+等の遷移金属イオンやNd3+
等の希土類元素イオンをレーザ活性物質として含ませた
ものがレーザ媒質として用いられ、それ用の励起光とし
ては従来からタングステンハロゲンランプやクリプトン
放電灯等の励起光源からの光，場合によっては太陽光が
用いられる。レーザ媒質の形状はふつうロッド状である
が、最近では大出力用にいわゆるスラブ形のものも用い
られるようになって来た。第５図は、よく知られている
ことであるが、ロッド状のYAGをレーザ媒質を用いた従
来の固体レーザ装置の原理構成を示すものである。
3Al5O12）,GGG（Gd3Ga5O12）,GSGG（Gd3Ga5O12）等の光
学結晶やガラスの母材にCr3+等の遷移金属イオンやNd3+
等の希土類元素イオンをレーザ活性物質として含ませた
ものがレーザ媒質として用いられ、それ用の励起光とし
ては従来からタングステンハロゲンランプやクリプトン
放電灯等の励起光源からの光，場合によっては太陽光が
用いられる。レーザ媒質の形状はふつうロッド状である
が、最近では大出力用にいわゆるスラブ形のものも用い
られるようになって来た。第５図は、よく知られている
ことであるが、ロッド状のYAGをレーザ媒質を用いた従
来の固体レーザ装置の原理構成を示すものである。
第５図（ａ）に示すように、ロッド状のレーザ媒質１
の各端面に対向して部分反射鏡２および全反射鏡３が配
置され、レーザ媒質１とともにレーザ共振系が構成さ
れ、部分反射鏡２側からレーザ光LLの出力が取り出され
る。励起光EL用の光源４は例えばクリプトン放電灯であ
って、閉鎖容器５内にレーザ媒質１と対向して配置さ
れ、出入口5aを介して閉鎖容器５内に通流される冷却媒
体CMによってレーザ媒質１および励起光源４が強力に冷
却される。同図（ｂ）に示すように、閉鎖容器５は両端
が閉鎖された楕円筒状でその内面は鏡面仕上げされてお
り、楕円の一方の焦点に配置された励起光源４からの励
起光ELが他方の焦点に配置されたレーザ媒質１に集めら
れる。
の各端面に対向して部分反射鏡２および全反射鏡３が配
置され、レーザ媒質１とともにレーザ共振系が構成さ
れ、部分反射鏡２側からレーザ光LLの出力が取り出され
る。励起光EL用の光源４は例えばクリプトン放電灯であ
って、閉鎖容器５内にレーザ媒質１と対向して配置さ
れ、出入口5aを介して閉鎖容器５内に通流される冷却媒
体CMによってレーザ媒質１および励起光源４が強力に冷
却される。同図（ｂ）に示すように、閉鎖容器５は両端
が閉鎖された楕円筒状でその内面は鏡面仕上げされてお
り、楕円の一方の焦点に配置された励起光源４からの励
起光ELが他方の焦点に配置されたレーザ媒質１に集めら
れる。
ところが一般に光励起の固体レーザでは、レーザ媒質
に与えられた励起光EL中のほんの一部がレーザ活性物質
ないしはイオンの励起に寄与するだけで、その大部分が
熱になって失われてしまうのでエネルギ効率が非常に低
い問題がある。これを第４図を参照して説明する。
に与えられた励起光EL中のほんの一部がレーザ活性物質
ないしはイオンの励起に寄与するだけで、その大部分が
熱になって失われてしまうのでエネルギ効率が非常に低
い問題がある。これを第４図を参照して説明する。
第４図（ａ）は、Nd3+をレーザ活性イオンとするYAG
レーザ媒質において、励起光がNd3+の励起に寄与する効
率ηの相対値と励起光の波長λの相関を示すもので、こ
れからわかるように図でＡで示された720〜820nmの波長
範囲で高い励起効率を有する。同図（ｂ）は励起光源と
してのクリプトン放電灯の発光強度Ｉの波長特性を示す
もので、図からわかるように上述の波長範囲Ａで高い発
光強度を有する点は非常に都合がよい。しかし、励起光
源がこれ以外の範囲とくに短波長範囲Ｂでもかなりの発
光強度をもっているのに対し、レーザ媒質の方はこの波
長範囲Ｂで非常に励起効率が低いので、全波長範囲で見
ると励起光のもつエネルギの僅かに５％程度しかレーザ
活性イオンの励起に貢献しない。
レーザ媒質において、励起光がNd3+の励起に寄与する効
率ηの相対値と励起光の波長λの相関を示すもので、こ
れからわかるように図でＡで示された720〜820nmの波長
範囲で高い励起効率を有する。同図（ｂ）は励起光源と
してのクリプトン放電灯の発光強度Ｉの波長特性を示す
もので、図からわかるように上述の波長範囲Ａで高い発
光強度を有する点は非常に都合がよい。しかし、励起光
源がこれ以外の範囲とくに短波長範囲Ｂでもかなりの発
光強度をもっているのに対し、レーザ媒質の方はこの波
長範囲Ｂで非常に励起効率が低いので、全波長範囲で見
ると励起光のもつエネルギの僅かに５％程度しかレーザ
活性イオンの励起に貢献しない。
このように光励起の効率が５％程度で、残りの95％は
レーザ媒質内ですべて熱に変換されてしまうので、固体
レーザはそのレーザ媒質の密度従ってレーザ活性イオン
の密度が高くて、元来はずっと大レーザ出力を取り出せ
るはずのものが、実際には熱的に制約されて充分に高出
力運転ができない問題がある。
レーザ媒質内ですべて熱に変換されてしまうので、固体
レーザはそのレーザ媒質の密度従ってレーザ活性イオン
の密度が高くて、元来はずっと大レーザ出力を取り出せ
るはずのものが、実際には熱的に制約されて充分に高出
力運転ができない問題がある。
光励起効率の向上の観点から、最近に至り励起光源と
して半導体レーザを用いる固体レーザ装置が注目されて
いる。AlGaAs系の半導体レーザではよく知られているよ
うにAlとGaの組成比を変えることによりその発振波長を
調整できるので、これを例えばNd3+の励起効率のピーク
がある810nm付近に合わせることにより、光励起効率を
大幅に向上し、かつレーザ媒質の発熱の問題もほぼ完全
になくすことができる。しかし、周知のように半導体レ
ーザ１個あたりの出力は最大でも1W程度と低いので、こ
れを多数個並べて励起光源を構成しても数Ｗから数十Ｗ
程度の固体レーザ出力しか得られず、半導体レーザ励起
の固体レーザ装置は小出力用には適しても、現在ランプ
励起で得られている数百Ｗないし数kWの高出力レベルま
では届きそうもない。
して半導体レーザを用いる固体レーザ装置が注目されて
いる。AlGaAs系の半導体レーザではよく知られているよ
うにAlとGaの組成比を変えることによりその発振波長を
調整できるので、これを例えばNd3+の励起効率のピーク
がある810nm付近に合わせることにより、光励起効率を
大幅に向上し、かつレーザ媒質の発熱の問題もほぼ完全
になくすことができる。しかし、周知のように半導体レ
ーザ１個あたりの出力は最大でも1W程度と低いので、こ
れを多数個並べて励起光源を構成しても数Ｗから数十Ｗ
程度の固体レーザ出力しか得られず、半導体レーザ励起
の固体レーザ装置は小出力用には適しても、現在ランプ
励起で得られている数百Ｗないし数kWの高出力レベルま
では届きそうもない。
本発明はかかる問題点を解決して、光励起効率が高く
かつ高出力用に適する固体レーザ装置を提供することを
目的とする。
かつ高出力用に適する固体レーザ装置を提供することを
目的とする。
この目的は本発明によれば、固体のレーザ媒質中のレ
ーザ活性物質を光励起してレーザ発光させる固体レーザ
装置において、照射光を吸収してレーザ活性物質の光励
起に適する波長の蛍光を発する半導体からなる光変換手
段を設け、光変換手段に照射光を与えてそれから発せら
れる蛍光を励起光としてレーザ媒質中のレーザ活性物質
を光励起するように構成することによって達成される。
ーザ活性物質を光励起してレーザ発光させる固体レーザ
装置において、照射光を吸収してレーザ活性物質の光励
起に適する波長の蛍光を発する半導体からなる光変換手
段を設け、光変換手段に照射光を与えてそれから発せら
れる蛍光を励起光としてレーザ媒質中のレーザ活性物質
を光励起するように構成することによって達成される。
上記構成にいう光変換手段はそれが受ける照射光を蛍
光に変換するもので、これに用いる半導体は蛍光の波長
ないし波長範囲をレーザ活性物質の光励起効率が高い波
長範囲に容易に合わせ得るものが望ましく、この意味で
これにAlxGa1-xAsを用い、そのAlの含有率ｘによって蛍
光の波長を調整できるようにするのが好適である。ま
た、蛍光の波長範囲をレーザ活性物質の光励起効率のピ
ークに正確に合わせ得るようにできるだけ狭くする上で
は、半導体には直接遷移形のエネルギバンド構造をもつ
ものとするのが望ましく、AlGaAsはこの点でも本発明に
おける光変換手段用の半導体として適する。このAlGaAs
を用いた場合、光変換手段はもちろんその単層構成とす
ることでよいが、場合により言わゆるダブルヘテロ接合
構造をもつ複合層構成するることができる。
光に変換するもので、これに用いる半導体は蛍光の波長
ないし波長範囲をレーザ活性物質の光励起効率が高い波
長範囲に容易に合わせ得るものが望ましく、この意味で
これにAlxGa1-xAsを用い、そのAlの含有率ｘによって蛍
光の波長を調整できるようにするのが好適である。ま
た、蛍光の波長範囲をレーザ活性物質の光励起効率のピ
ークに正確に合わせ得るようにできるだけ狭くする上で
は、半導体には直接遷移形のエネルギバンド構造をもつ
ものとするのが望ましく、AlGaAsはこの点でも本発明に
おける光変換手段用の半導体として適する。このAlGaAs
を用いた場合、光変換手段はもちろんその単層構成とす
ることでよいが、場合により言わゆるダブルヘテロ接合
構造をもつ複合層構成するることができる。
光変換手段の実際の形態としては半導体を薄い層ない
しは膜状に形成するのがよく、これを透明な１対の保持
板例えばガラス板間に挟持させた板状体の形で光変換手
段を構成して、固体レーザ装置内に組み込むのが適切で
ある。
しは膜状に形成するのがよく、これを透明な１対の保持
板例えばガラス板間に挟持させた板状体の形で光変換手
段を構成して、固体レーザ装置内に組み込むのが適切で
ある。
よく知られているように半導体はエネルギ準位の低い
価電帯とその上の伝導帯とからなるエネルギバンド構造
をもっており、照射光を受けたとき価電帯内の電子が伝
導帯に励起され、この励起電子が再び価電帯に遷移ない
しは落ち込むときに伝導帯と価電帯との間のエネルギギ
ャップEgで決まる波長λの蛍光を発する。この蛍光の波
長は λ＝Eg/hc （１） で表される。ただしｈはブランク定数,cは光速度とす
る。また、この半導体はそれが受ける照射光中の上式の
波長λより長い波長成分はほとんど吸収しないが、それ
以下の波長成分は非常によく吸収する。
価電帯とその上の伝導帯とからなるエネルギバンド構造
をもっており、照射光を受けたとき価電帯内の電子が伝
導帯に励起され、この励起電子が再び価電帯に遷移ない
しは落ち込むときに伝導帯と価電帯との間のエネルギギ
ャップEgで決まる波長λの蛍光を発する。この蛍光の波
長は λ＝Eg/hc （１） で表される。ただしｈはブランク定数,cは光速度とす
る。また、この半導体はそれが受ける照射光中の上式の
波長λより長い波長成分はほとんど吸収しないが、それ
以下の波長成分は非常によく吸収する。
本発明はこの原理を利用したもので、例えば前記した
第４図（ｂ）の光源の発光強度分布について説明する
と、上述の半導体を用いた光変換手段が発する蛍光の波
長λをレーザ活性物質の光励起効率のよい波長範囲Ａ内
に合わせて置くことにより、この光源から光変換手段が
受ける照射光中のこの範囲Ａ内の波長成分はもちろんそ
れより波長の短い範囲Ｂ内の波長成分も吸収させ、波長
範囲Ａ内の蛍光に変換してレーザ媒質に励起光として与
えることにより、いままで利用されていなかった波長範
囲Ｂ内の波長成分をレーザ活性物質の光励起に有効利用
するものである。
第４図（ｂ）の光源の発光強度分布について説明する
と、上述の半導体を用いた光変換手段が発する蛍光の波
長λをレーザ活性物質の光励起効率のよい波長範囲Ａ内
に合わせて置くことにより、この光源から光変換手段が
受ける照射光中のこの範囲Ａ内の波長成分はもちろんそ
れより波長の短い範囲Ｂ内の波長成分も吸収させ、波長
範囲Ａ内の蛍光に変換してレーザ媒質に励起光として与
えることにより、いままで利用されていなかった波長範
囲Ｂ内の波長成分をレーザ活性物質の光励起に有効利用
するものである。
なお、上述の半導体のエネルギバンド構造をより詳細
に電子の運動量ないしは波数ベクトルについて見ると、
価電帯は上方に凸な，伝導帯は下方に凸なバンド形状を
それぞれもつが、いわゆる直接遷移形の半導体では価電
帯の頂上と伝導帯の底とがほぼ一致するバンド構造をも
っている。この場合、照射光によって価電帯から伝導帯
に励起された電子は、ごく短い緩和時間内でその運動量
を緩和して伝導帯の底に落ち込み、そこから価電帯の頂
上に遷移して蛍光を発生させる。直接遷移形の半導体で
は、この遷移時に電子の運動量変化がほとんどないか
ら、間接遷移形に比べて蛍光発生の量子効率が高くほぼ
100％であり、かつ蛍光の波長範囲も狭いので、本発明
にとって非常に有利な利点を有することになる。
に電子の運動量ないしは波数ベクトルについて見ると、
価電帯は上方に凸な，伝導帯は下方に凸なバンド形状を
それぞれもつが、いわゆる直接遷移形の半導体では価電
帯の頂上と伝導帯の底とがほぼ一致するバンド構造をも
っている。この場合、照射光によって価電帯から伝導帯
に励起された電子は、ごく短い緩和時間内でその運動量
を緩和して伝導帯の底に落ち込み、そこから価電帯の頂
上に遷移して蛍光を発生させる。直接遷移形の半導体で
は、この遷移時に電子の運動量変化がほとんどないか
ら、間接遷移形に比べて蛍光発生の量子効率が高くほぼ
100％であり、かつ蛍光の波長範囲も狭いので、本発明
にとって非常に有利な利点を有することになる。
前述のAlGaAsはそのAlとGaとの成分比を選択すること
により、レーザ活性物質の光励起効率が高い波長範囲の
蛍光を発生させることができ、かつこの成分範囲内で直
接遷移形のエネルギバンド構造をもっている。
により、レーザ活性物質の光励起効率が高い波長範囲の
蛍光を発生させることができ、かつこの成分範囲内で直
接遷移形のエネルギバンド構造をもっている。
以下、図を参照しながら本発明の実施例を説明する。
第１図は前の第５図に対応して本発明による固体レーザ
装置の概要構成を例示するもので、対応部分には同じ符
号が付けられている。以下において、前と重複する部分
の説明は一切省略するものとする。
第１図は前の第５図に対応して本発明による固体レーザ
装置の概要構成を例示するもので、対応部分には同じ符
号が付けられている。以下において、前と重複する部分
の説明は一切省略するものとする。
第１図に示された実施例では、レーザ媒質１は大出力
の固体レーザ装置に適するいわゆるスラブ形であって、
同図（ｂ）の断面からわかるようにやや偏平な方形断面
をもつ板状体に形成され、その材質としては例えばNd3+
ドープのYAGが用いられる。前述のように、このレーザ
媒質は第４図（ａ）に示す波長特性の光励起効率ηを有
する。
の固体レーザ装置に適するいわゆるスラブ形であって、
同図（ｂ）の断面からわかるようにやや偏平な方形断面
をもつ板状体に形成され、その材質としては例えばNd3+
ドープのYAGが用いられる。前述のように、このレーザ
媒質は第４図（ａ）に示す波長特性の光励起効率ηを有
する。
かかるスラブ形のレーザ媒質１を用いる固体レーザ装
置では、同図（ａ）に示されたようにレーザ媒質１の１
対の斜端面1aから出入するレーザ光LLはその内部で図の
上下の１対の板面により全反射されながらジグザグ状に
進行し、これによって、レーザ媒質１のもついわゆる熱
レンズ効果が減少される。さらに、同図（ｂ）に示すよ
うに、レーザ媒質１の図の左右の側面には熱絶縁1bが施
され、その断面の左右方向の温度勾配をなくして熱レン
ズ効果を一層減少させるようになっている。
置では、同図（ａ）に示されたようにレーザ媒質１の１
対の斜端面1aから出入するレーザ光LLはその内部で図の
上下の１対の板面により全反射されながらジグザグ状に
進行し、これによって、レーザ媒質１のもついわゆる熱
レンズ効果が減少される。さらに、同図（ｂ）に示すよ
うに、レーザ媒質１の図の左右の側面には熱絶縁1bが施
され、その断面の左右方向の温度勾配をなくして熱レン
ズ効果を一層減少させるようになっている。
このスラブ形のレーザ媒質１にその１対の板面側から
励起光ELを与えるため、この実施例ではその上下に本発
明による光変換手段10がそれぞれ図示のように設けら
れ、この例では光変換手段10はAlGaAsの薄い層ないしは
膜を１対のガラス板間に挟持した板状体に形成され、適
宜な手段で閉鎖容器５の第１図（ａ）の左右の側壁に固
定される。この１対の光変換手段10に照射光IRをそれぞ
れ与えるため、それらに対応してこの例では照射光源６
が閉鎖容器５の上下部分にそれぞれ配置され、閉鎖容器
５内に通流される冷却媒体CMによって冷却される。この
照射光源６としては、種々の高出力の放電灯や白熱灯の
ほか前述のように太陽光を利用することもできるが、こ
の実施例では第４図（ｂ）の波長特性の発光強度Ｉの分
布をもつクリプトン放電灯が用いられるものとする。
励起光ELを与えるため、この実施例ではその上下に本発
明による光変換手段10がそれぞれ図示のように設けら
れ、この例では光変換手段10はAlGaAsの薄い層ないしは
膜を１対のガラス板間に挟持した板状体に形成され、適
宜な手段で閉鎖容器５の第１図（ａ）の左右の側壁に固
定される。この１対の光変換手段10に照射光IRをそれぞ
れ与えるため、それらに対応してこの例では照射光源６
が閉鎖容器５の上下部分にそれぞれ配置され、閉鎖容器
５内に通流される冷却媒体CMによって冷却される。この
照射光源６としては、種々の高出力の放電灯や白熱灯の
ほか前述のように太陽光を利用することもできるが、こ
の実施例では第４図（ｂ）の波長特性の発光強度Ｉの分
布をもつクリプトン放電灯が用いられるものとする。
さて、第４図（ａ）の光励起効率ηをもつレーザ媒質
１に対しては、図の範囲Ａ内の波長とくに光励起効率η
の最大ピークがある810nmの波長をもつ蛍光を発する光
変換手段10が有利であるから、光変換手段10用の半導体
としてのAlGaAs中のAlとGaの組成比をこれに適合させる
ように選択する。いまAlの成分比をｘとすると、AlxGa
1-xAs半導体のエネルギギャップEgは次式で表される。
１に対しては、図の範囲Ａ内の波長とくに光励起効率η
の最大ピークがある810nmの波長をもつ蛍光を発する光
変換手段10が有利であるから、光変換手段10用の半導体
としてのAlGaAs中のAlとGaの組成比をこれに適合させる
ように選択する。いまAlの成分比をｘとすると、AlxGa
1-xAs半導体のエネルギギャップEgは次式で表される。
Eg＝1.424＋1.247x（eV） （２） 前述の（１）式の波長λを810nmとするエネルギギャ
ップEgは1.53eVであるから、これを上の（２）式に入れ
るとｘ＝0.086となり、この組成をAlGaAs半導体に持た
せることにより、Nd3+ドープのYAGを用いたレーザ媒質
１の最大光励起効率に適合した波長の蛍光をレーザ媒質
10に発生させることができ、かつAlの成分比が低い組成
領域のAlGaAsは前述の直接遷移形半導体である。もっと
も、これから発生される蛍光の波長λには実際には若干
の温度依存性があるが、その程度はふつう0.3nm/℃であ
るから、第４図（ａ）の波長範囲の幅の100nmと比べて
蛍光の波長の変化幅は充分小さく実用上あまり問題はな
い。
ップEgは1.53eVであるから、これを上の（２）式に入れ
るとｘ＝0.086となり、この組成をAlGaAs半導体に持た
せることにより、Nd3+ドープのYAGを用いたレーザ媒質
１の最大光励起効率に適合した波長の蛍光をレーザ媒質
10に発生させることができ、かつAlの成分比が低い組成
領域のAlGaAsは前述の直接遷移形半導体である。もっと
も、これから発生される蛍光の波長λには実際には若干
の温度依存性があるが、その程度はふつう0.3nm/℃であ
るから、第４図（ａ）の波長範囲の幅の100nmと比べて
蛍光の波長の変化幅は充分小さく実用上あまり問題はな
い。
以上のように構成された本発明による固体レーザ装置
では、照射光源６からの照射光IR中の第４図（ｂ）の範
囲ＡおよびＢ内の波長成分を光変換手段10の半導体が吸
収して、第４図（ａ）の光励起効率ηの最高ピークに対
応する波長の蛍光に変換してレーザ媒質Ｉに与えること
ができる。光変換手段10は従来利用できなかった範囲Ｂ
の波長成分をも有効利用し、かつそれをレーザ活性物質
の最高光励起効率に対応する波長の蛍光に変換するの
で、固体レーザ装置の光励起効率を従来よりも格段に向
上することができる。また、光変換手段10は従来の半導
体レーザと異なり、その全面が照射光IRを励起光ELとし
ての蛍光に変換する役目を果たすので、大きなエネルギ
の励起光をレーザ媒質Ｉに与えることができ、従って本
発明により大出力の固体レーザ装置を提供することがで
きる。
では、照射光源６からの照射光IR中の第４図（ｂ）の範
囲ＡおよびＢ内の波長成分を光変換手段10の半導体が吸
収して、第４図（ａ）の光励起効率ηの最高ピークに対
応する波長の蛍光に変換してレーザ媒質Ｉに与えること
ができる。光変換手段10は従来利用できなかった範囲Ｂ
の波長成分をも有効利用し、かつそれをレーザ活性物質
の最高光励起効率に対応する波長の蛍光に変換するの
で、固体レーザ装置の光励起効率を従来よりも格段に向
上することができる。また、光変換手段10は従来の半導
体レーザと異なり、その全面が照射光IRを励起光ELとし
ての蛍光に変換する役目を果たすので、大きなエネルギ
の励起光をレーザ媒質Ｉに与えることができ、従って本
発明により大出力の固体レーザ装置を提供することがで
きる。
第２図は単層の半導体を用いた光変換手段10の構成例
を示すもので、同図（ａ）に製作中の状態が，同図
（ｂ）に完成時の状態がそれぞれ一部拡大断面で示され
ている。同図（ａ）に示すように、まずGaAs基板11上に
上述の組成のAlGaAs層14を例えば液相エピタキシャル法
により例えば0.3mmの厚みに成長させ、GaAs基板11の部
分を研磨またはエッチング法により除去した上で所定寸
法に形状を整え、同図（ｂ）のようにガラス等の透明板
10aの間に並べて挟持させて光変換手段10を構成する。
を示すもので、同図（ａ）に製作中の状態が，同図
（ｂ）に完成時の状態がそれぞれ一部拡大断面で示され
ている。同図（ａ）に示すように、まずGaAs基板11上に
上述の組成のAlGaAs層14を例えば液相エピタキシャル法
により例えば0.3mmの厚みに成長させ、GaAs基板11の部
分を研磨またはエッチング法により除去した上で所定寸
法に形状を整え、同図（ｂ）のようにガラス等の透明板
10aの間に並べて挟持させて光変換手段10を構成する。
第３図はダブルヘテロ接合構造をもつ複合層の半導体
を用いた光変換手段10を第２図と同じ要領で示すもので
ある。同図（ａ）に示すように、GaAs基板11上にまずｘ
＝0.2の組成をもつAlAs層12を液相エピタキシャル法に
より厚目に成長させた後に、気相エピタキシャル法によ
りｘ＝0.45の組成のAlGaAs層13,x＝0.08の組成のAlGaAs
層14およびｘ＝0.45の組成のAlGaAs層15を順次成長さ
せ、AlGaAs層12〜15の全体の厚みを前と同じ0.3mm程度
とした上でGaAs基板12を前と同様に除去する。この複合
半導体層を１対の透明板10aおよび10b間に挟持して光変
換手段10を構成するのも第２図の場合と同様である。
を用いた光変換手段10を第２図と同じ要領で示すもので
ある。同図（ａ）に示すように、GaAs基板11上にまずｘ
＝0.2の組成をもつAlAs層12を液相エピタキシャル法に
より厚目に成長させた後に、気相エピタキシャル法によ
りｘ＝0.45の組成のAlGaAs層13,x＝0.08の組成のAlGaAs
層14およびｘ＝0.45の組成のAlGaAs層15を順次成長さ
せ、AlGaAs層12〜15の全体の厚みを前と同じ0.3mm程度
とした上でGaAs基板12を前と同様に除去する。この複合
半導体層を１対の透明板10aおよび10b間に挟持して光変
換手段10を構成するのも第２図の場合と同様である。
以上のように構成された複合半導体層は、図でハッチ
ングを施されたAlGaAs層14とその上下のAl成分比の異な
るAlGaAs層13および15の間にそれぞれヘテロ接合が形成
されたダブルヘテロ接合構造をもち、照射光を例えば透
明板10aの側から受けたときその吸収によって複合半導
体層内に発生する励起電子ないしキャリアがエネルギギ
ャップの小なAlGaAs層14に集められ、その価電帯への遷
移の際に発せられる蛍光が例えば透明板10b側から励起
光としてレーザ媒質１に与えられる。この励起電子のAl
GaAs層14への集中は複合半導体層内の各層間に電位差を
適宜に与えることによって促進することも可能である。
ングを施されたAlGaAs層14とその上下のAl成分比の異な
るAlGaAs層13および15の間にそれぞれヘテロ接合が形成
されたダブルヘテロ接合構造をもち、照射光を例えば透
明板10aの側から受けたときその吸収によって複合半導
体層内に発生する励起電子ないしキャリアがエネルギギ
ャップの小なAlGaAs層14に集められ、その価電帯への遷
移の際に発せられる蛍光が例えば透明板10b側から励起
光としてレーザ媒質１に与えられる。この励起電子のAl
GaAs層14への集中は複合半導体層内の各層間に電位差を
適宜に与えることによって促進することも可能である。
この第３図の実施例における複合半導体層は、蛍光発
生上の量子効率は第２図の場合ほど必ずしも良好ではな
いが、実際面ではそれよりもAlGaAs層14のAl成分の管理
が容易なので、光変換手段用半導体の製作上有利な利点
を有する。
生上の量子効率は第２図の場合ほど必ずしも良好ではな
いが、実際面ではそれよりもAlGaAs層14のAl成分の管理
が容易なので、光変換手段用半導体の製作上有利な利点
を有する。
以上説明した実施例からも推察されるように、本発明
はかかる例に限らず種々の態様で実施をすることができ
る。
はかかる例に限らず種々の態様で実施をすることができ
る。
以上説明したとおり本発明によれば、固体のレーザ媒
質中のレーザ活性物質を光励起してレーザ発光させる固
体レーザ装置において、照射光を吸収してレーザ活性物
質の光励起に適する波長の蛍光を発する半導体からなる
光変換手段を設け、この光変換手段に照射光を与えてそ
れから発せられる蛍光を励起光としてレーザ媒質中のレ
ーザ活性物質を光励起するようにしたので、照射光中の
従来レーザ媒質のレーザ活性物質の光励起効率が低くて
ほとんど吸収できなかった範囲の波長成分をも光変換手
段の半導体に吸収させ、この半導体を種類や組成をレー
ザ活性物質に適合させることにより、この吸収した照射
光を光励起効率が良好な波長の蛍光に変換して励起光と
してレーザ媒質に与えることができ、この照射光の波長
成分の有効利用とレーザ活性物質の光励起効率の改善と
によって、固体レーザ装置の光励起効率を従来よりも格
段に向上することができる。
質中のレーザ活性物質を光励起してレーザ発光させる固
体レーザ装置において、照射光を吸収してレーザ活性物
質の光励起に適する波長の蛍光を発する半導体からなる
光変換手段を設け、この光変換手段に照射光を与えてそ
れから発せられる蛍光を励起光としてレーザ媒質中のレ
ーザ活性物質を光励起するようにしたので、照射光中の
従来レーザ媒質のレーザ活性物質の光励起効率が低くて
ほとんど吸収できなかった範囲の波長成分をも光変換手
段の半導体に吸収させ、この半導体を種類や組成をレー
ザ活性物質に適合させることにより、この吸収した照射
光を光励起効率が良好な波長の蛍光に変換して励起光と
してレーザ媒質に与えることができ、この照射光の波長
成分の有効利用とレーザ活性物質の光励起効率の改善と
によって、固体レーザ装置の光励起効率を従来よりも格
段に向上することができる。
また、本発明における光変換手段はその全面が照射光
を光励起用の蛍光に変換する役目を果たすので、光変換
手段から大きなエネルギをもつ励起光をレーザ媒質に与
えることができ、かつこの励起光が効率よくレーザ活性
物質の光励起に使われるので、レーザ媒質内の励起光に
よる発熱を従来より格段に減少させることができ、これ
らの複合効果により大出力の固体レーザ装置を提供する
ことが本発明の実施により可能になる。
を光励起用の蛍光に変換する役目を果たすので、光変換
手段から大きなエネルギをもつ励起光をレーザ媒質に与
えることができ、かつこの励起光が効率よくレーザ活性
物質の光励起に使われるので、レーザ媒質内の励起光に
よる発熱を従来より格段に減少させることができ、これ
らの複合効果により大出力の固体レーザ装置を提供する
ことが本発明の実施により可能になる。
さらに、光変換手段用に直接遷移形の半導体を用いる
ことにより、上述の効果を一層高めることができる。
ことにより、上述の効果を一層高めることができる。
第１図から第４図までが本発明に関し、第１図は本発明
による固体レーザ装置の実施例の縦および横断面図、第
２図および第３図は光変換手段のそれぞれ異なる実施例
の一部拡大断面図、第４図はレーザ活性物質の光励起効
率および照射光の光強度分布の波長特性を例示する線図
である。第５図は従来の代表的な固体レーザ装置の縦お
よび横断面図である。図において、 1:レーザ媒質、2:部分反射鏡、3:全反射鏡、5:固体レー
ザ装置の閉鎖容器、6:照射光源、10:光変換手段、10a,1
0b:光変換手段用透明板、11:GaAs基板、12,13,15:AlGaA
s層、14:光変換手段用半導体としてのAlGaAs層、EL:励
起光、I:照射光の光強度、IR:照射光、LL:レーザ光、
λ：波長、η：レーザ活性物質の光励起効率、である。
による固体レーザ装置の実施例の縦および横断面図、第
２図および第３図は光変換手段のそれぞれ異なる実施例
の一部拡大断面図、第４図はレーザ活性物質の光励起効
率および照射光の光強度分布の波長特性を例示する線図
である。第５図は従来の代表的な固体レーザ装置の縦お
よび横断面図である。図において、 1:レーザ媒質、2:部分反射鏡、3:全反射鏡、5:固体レー
ザ装置の閉鎖容器、6:照射光源、10:光変換手段、10a,1
0b:光変換手段用透明板、11:GaAs基板、12,13,15:AlGaA
s層、14:光変換手段用半導体としてのAlGaAs層、EL:励
起光、I:照射光の光強度、IR:照射光、LL:レーザ光、
λ：波長、η：レーザ活性物質の光励起効率、である。
Claims (1)
- 【請求項１】固体のレーザ媒質中のレーザ活性物質を光
励起してレーザ発光させる固体レーザ装置において、 照射光を吸収してレーザ活性物質の光励起に適する波長
の蛍光を発する半導体からなる光変換手段を設け、光変
換手段に照射光を与えてそれから発せられる蛍光を励起
光としてレーザ媒質中のレーザ活性物質を光励起するよ
うにしたことを特徴とする固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27832888A JPH0821743B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27832888A JPH0821743B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02123776A JPH02123776A (ja) | 1990-05-11 |
| JPH0821743B2 true JPH0821743B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=17595798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27832888A Expired - Lifetime JPH0821743B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821743B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4713271B2 (ja) * | 2005-08-10 | 2011-06-29 | 株式会社リコー | レーザ発振方法・レーザ装置およびレーザ装置アレイ |
| JP4955419B2 (ja) * | 2007-02-27 | 2012-06-20 | 有限会社岡本光学加工所 | 白色光励起レーザー装置 |
| JP6497344B2 (ja) * | 2016-03-16 | 2019-04-10 | トヨタ自動車株式会社 | 太陽光励起レーザー装置 |
| JP6547705B2 (ja) * | 2016-07-28 | 2019-07-24 | トヨタ自動車株式会社 | 太陽光励起レーザー装置の蛍光閉じ込め構造 |
-
1988
- 1988-11-02 JP JP27832888A patent/JPH0821743B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02123776A (ja) | 1990-05-11 |
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