JPH10510099A - 縦方向ポンピング配置の多重通路共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 縦方向ダイオード・ポンピング固体レーザーは現在最大出力が数ワットになっている。有効媒体（３）内に幾つかの反射個所を持つ共振器を使用して、このレーザーの出力を高めることができる。ここに提案する新規な構造は周知の設計とは取扱がはるかに容易で、製造コストが低い点で異なる。

Description

【発明の詳細な説明】 縦方向ポンピング配置の多重通路共振器 この発明は請求の範囲第１項の前段に規定する高出力の縦方向ポンピング固体 レーザーに関する。 固体レーザーを、特にポンピング源としてレーザーダイオードで縦方向にポン ピングする場合、利用できるポンピング源の出力が制限されているため、あるい は有効媒体中の温度効果により出力が制限されている。 この制限は有効媒体内に多数の反射個所を設けた共振器を利用して回避できる 。この種の周知装置の問題は調整すべき部品点数が線型共振器に比べて多いこと にあり、このことが取扱を難しくし、設置コストを高くする。それ故、この発明 の課題は従来の技術の難点を排除することにある。 上記の課題は、この発明により、請求の範囲第１項の特徴部分の構成により解 決されている。この発明の詳細は、請求の範囲の従属請求項および図面に基づき 従来の技術およびこの発明の多数の有利な実施態様を説明する明細書により明ら かになる。ここに示すのは、 第１図、共振器内に生じるモード の模式図、 第２図、従来の技術による例の模式図、 第３図、従来の技術による他の例の模式図、 第４図、次数ｎ＝６の多重通路モードの模式図、 第５図、次数ｎ＝７の多重通路モードの模式図、 第６図、合成された共振器の構造、 第７図、刻み目でモードを弁別する場合の一体共振器の様子を示す図、 第８図、異なった鏡面位置でモードを弁別する場合の一体共振器の様子を示す 図、 である。 第２図と第３図には、従来技術の二つの例が示してある。第２図に示す幾何学 関係では、有効媒体３内に多数のポンピングビーム４で縦方向にポンピングでき る等間隔の多数の反射個所が生じる。本来のレーザー共振器は高反射（ＨＲ）鏡 ２と部分反射出射鏡１で形成されている。 第３図の例では、鏡９によりビームが折り返し、穴８を通って鏡に取り出され る。この共振器は再び他の二つの鏡、つまりＨＲ鏡２と出射鏡１で構成されてい る。 この配置の問題は、冒頭で述べたように、調整すべき部品点数が線型共振器よ り多く、このことが取扱を困難にし、設置コストを大きくしている点にある。 共振器の二つの鏡の曲率半径ρ₁とρ₂が式(1)で与える共振器の長さＬ_Resoに 対する比率となる共振器では、以下で説明する「多重通路のモード」が文献によ り周知のガウス・エルミート多項式（ＧＨＰ）やガウス・ラゲール多項式（ＧＬ Ｐ）の外に静止ビーム電磁場を表す。 この場合、ｎは多重通路モードの次数である。図１には次数ｎ＝３の異なる二つ の多重通路モード６が示してある。多重通路モード６はＧＨＰやＧＬＰとは異な り共振器の光軸５に沿って経過しない。第１図の右に示すモードはｍ＝１の式２ で説明できる。 モードの因子λ_n,in(ｘ₀)の自乗はポアッソン分布に相当する。このモードの パラメータは離散次数ｎと光軸５に対する最外側強度ローブの連続間隔ｘ₀であ る。関数TEM_i,jはＧＨＰの電磁場分布に相当する。ポアッソン分布の分布パラメ ータ＜ｎ＞が大きくなれば、それに応じて光軸５に対する最外側強度ローブの間 隔ｘ₀も大きくなる。この場合、ｗ₀は共振器の基本モード半径である。周 知のＧＨＰあるいはＧＬＰの外に、多重通路モードでは離散的なモード族デナク 連続的なモード族がある。この族ではレーザーモードの周波数がモード族のパラ メータに連続的に依存する。 多重通路共振器に対する条件は横モードの周波数の縮退に関しても規定できる 。次数ｎの多重通路共振器では、横次数がｎほど、また縦次数が１ほど異なる横 ガウス・エルミートモードが周波数縮退する。この場合ただ一つの空間方向を考 える必要がある。 多重通路モードはポンピングビームを照射して最大強度位置で目的通りに励起 させることができる。更に、出射鏡の位置的にパターン構造化された反射率によ り多重通路モードのただ一つの強度ローブを取り出せる。第４図の実施例では、 次数ｎ＝６の多重通路モード６が示してある。この例の場合、出射鏡は有効媒体 ３の上に直接存在する。多重通路モード６は３ツノポンピングビーム４によりポ ンピングされる。顕著なビームを取り出すためには、多重通路モードの強度ロー ブのところのみで出射鏡の反射率が適している。その結果、モードの部分ビーム ７のみが共振器を出て往く。第５図には次数ｎ＝７の多重通路モード６が示して ある。この共振器は第４図のように半モノリシックに形成されている。ここでは 出射は結晶の上に存在しない共振器の鏡で行われる。 今まで示した多重通路モードは特別な場合である。一般には、共振器の鏡に対 する反射位置は楕円上に載っている。図示する例では楕円は実線にしてある。 モノリシック共振器を利用すると構造は特に単純になる。この場合、調整スベ キ部材を全て省くことができる。第６図には、多数の材料から成るモノリシック 共振器が示してある。この実施例では、結晶１１の共振器内で周波数を二倍にし ている。周波数が二倍になったビーム１０のみが出射する。 第７図の実施例では、モノリシック共振器は完全に能動材料３で構成されてい る。ここでは、反射個所はレーザー結晶の両方の端面でポンピングされる。 共振器のＧＨＰやＧＬＰに対してモードを十分弁別するには、多重モードが振 動を始める場合、損失に対する増幅率の比がＧＨＰやＧＬＰより大きくなる必要 がある。これには、目的通りに埋め合わせされた損失、例えば共振器内に細い線 材を利用する。第７図の例では、レーザー結晶でポンピング個所の間に付けてあ る刻み目により弁別が行われる。この例のモードは１２のポンピングビーム４で ポンピングされる。第８図に斜視図にして示す実施例では、モノリシック共振器 の場合、弁別は発生させるべき多重通路モードの反射個所のみを適当に鏡面仕上 げして達成される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レーザーの有効媒体（３）の中のレーザーモードを多数の個所でポンピング ビーム（４）により縦方向にポンピングする固体レーザーにおいて、一つまたは それ以上の多重通路モード（６）を目的通りに励起し、このモードの強度分布の 一部のみを取り出すことを特徴とする固定レーザー。 ２．モードの強度分布を部分的に取り出すことは、出射鏡（１）の透過度を場所 的にパターン化して達成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 固定レーザー。 ３．出射鏡（１）はレーザー有効媒体の上に直接存在することを特徴とする請求 の範囲第２項に記載の固定レーザー。 ４．共振器からの出射は周波数多重部を介して行われることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の固定レーザー。 ５．周波数を多重化したビームの外に、基本周波数のビームも取り出すことを特 徴とする請求の範囲第４項に記載の固定レーザー。 ６．レーザー共振器はモノリシックに形成され、活性材料からのみ、あるいは異 なった材料から作製されていることを特徴とする請求の範囲第１〜５項の何れか １項に記載の固定レーザー。 ７．ガウス・エルミートモードあるいはガウス・ラゲールモードに対するモード 選択は位置的に異なる損失により行われることを特徴とする請求の範囲第１〜６ 項の何れか１項に記載の固定レーザー。 ８．損失は場所的に異なった被膜によることを特徴とする請求の範囲第７項に記 載の固定レーザー。 ９．共振器はＱ値を切り換えできることを特徴とする請求の範囲第１〜８項の何 れか１項に記載の固定レーザー。 10．多重通路条件は一つまたはそれ以上の屈折面により共振器内で発生すること を特徴とする請求の範囲第１〜９項の何れか１項に記載の固定レーザー。 11．多重通路の次数は二つの横空間方向に対して異なっていることを特徴とする 請求の範囲第１０項に記載の固定レーザー。 12．多重通路モードの条件は二つの横空間方向の一方に対してのみ与えられるこ とを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の固定レーザー。