説明

レーザ増幅器

【課題】被増幅光のパワー及び出力モード品質を簡便に調整することが可能な増幅器を提供する。
【解決手段】一方の端面11から被増幅光6の入射を受け他方の端面12からこれを出射する固体の利得媒質1と、利得媒質1に励起光7を照射して被増幅光6を増幅させる励起光源5と、利得媒質1と励起光源5との間に介在し励起光7を通過させる回転操作可能な1/2波長板2とを具備するレーザ増幅器を構成した。本レーザ増幅器では、1/2波長板2の回転操作を通じて、利得媒質1に照射される励起光7の偏光方向、ひいては励起光7の吸収の度合いを簡単に増減させることができる。これにより、利得媒質1の熱歪みを抑制して被増幅光6の出力モード品質を担保しつつ、被増幅光6のパワーを必要十分な大きさまで高めることが容易となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固体利得媒質に励起光を照射することで被増幅光を増幅させるレーザ増幅器に関する。
【背景技術】
【0002】
Nd:YVO4に代表されるバナデート結晶を用いた、側面励起型レーザ増幅器が既知である(例えば、下記特許文献を参照)。この種の側面励起バナデート増幅器では、利得媒質たるバナデート結晶に被増幅光を入射させるとともに、その被増幅光の伝搬方向とは交差する側方から励起光を照射してバナデート結晶を励起し、以て被増幅光の増幅を行う。励起光源は通常、レーザダイオードである。
【0003】
バナデート結晶から出射する被増幅光のパワーを高めるには、バナデート結晶に励起光を十分に吸収させる必要がある。一方で、励起光を吸収させるほどバナデート結晶は熱で歪み、熱レンズ効果を生じさせて被増幅光の出力モード、換言すればレーザビームプロファイルを悪化させる。
【0004】
これまで、被増幅光のパワーと出力モード品質とを両立させるために、バナデート結晶に対する被増幅光の入射角度や励起光の集光度、レーザダイオードの温度等を調節し最適化するようにしていた。しかしながら、レーザ光軸を調整する作業はそもそも非常に煩瑣であり、集光レンズを交換する手間及びコスト、レーザダイオードの温度制御に費やす時間も惜しまれた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−294145号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記の事情に初めて着目してなされた本発明は、被増幅光のパワー及び出力モード品質を簡便に調整することが可能な増幅器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明では、一方の端面から被増幅光の入射を受け他方の端面からこれを出射する固体の利得媒質と、前記利得媒質に励起光を照射して前記被増幅光を増幅させる励起光源と、前記利得媒質と前記励起光源との間に介在し前記励起光を通過させる回転操作可能な1/2波長板とを具備するレーザ増幅器を構成した。
【0008】
固体の利得媒質が励起光を吸収する際の吸収係数は、利得媒質に対する励起光の偏光方向即ち電場の振動方向に応じて異なる。本発明に係るレーザ増幅器では、1/2波長板の回転操作を通じ、利得媒質に照射される励起光の偏光方向を利得媒質(の結晶軸)に対して相対的に変化させることができる。ひいては、励起光の吸収の度合いを簡単に増減させることができる。これにより、利得媒質の熱歪みを抑制して被増幅光の出力モード品質を担保しつつ、被増幅光のパワーを必要十分な大きさまで高めることが容易となる。
【0009】
前記利得媒質がバナデート結晶である場合には、当該バナデート結晶のc軸に略平行な方向に偏光した励起光を出力するように前記励起光源を設定し、励起光源が出力した励起光の偏光方向を前記1/2波長板によって変化させるものとすることが好ましい。
【0010】
前記励起光源は、利得媒質で反転分布を形成するための波長やパワーを持つものとする。例えば、レーザダイオードを、前記励起光源として採用する。
【0011】
本発明は、前記利得媒質に対し前記被増幅光の伝搬する方向とは交差する側方から前記励起光を照射する、側面励起型の増幅器に適用することができる。
【0012】
前記利得媒質が、c軸方向から見て前記一方の端面と前記他方の端面とが非平行な略台形状をなしているスラブ結晶であるならば、利得媒質の他方の端面から出射する、増幅された被増幅光以外の成分を少なくすることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、被増幅光のパワー及び出力モード品質を簡便に調整可能な増幅器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態のレーザ増幅器を示す斜視図。
【図2】同実施形態のレーザ増幅器によって増幅された被増幅光のレーザビームプロファイルを例示する図。
【図3】本発明の変形例の一を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態のレーザ増幅器は、一方の端面11から被増幅光6の入射を受け他方の端面12からこれを出射する固体の利得媒質1と、利得媒質1に照射するべき励起光7を出力する励起光源5と、利得媒質1と励起光源5との間に介在して励起光源5から出力された励起光7を通過させる回転操作可能な1/2波長板2と、1/2波長板2を通過した励起光7を利得媒質1に向けて集光する集光レンズ3とを具備してなる。
【0016】
利得媒質1は、光学的に異方な無秩序結晶であるバナデート結晶1である。バナデート結晶1としては、希土類または希土類イオンをドープしたYVO4、GdVO4、Gdx1-xVO4、LuVO4、LaVO4等の結晶を選択することができる。特に好適なものは、NdをドープしたNd:YVO4である。本実施形態において、バナデート結晶1はスラブであり、そのc軸方向から見て、一方の端面11と他方の端面12とが非平行な略台形状をなしている。
【0017】
バナデート結晶1に入射する被増幅光6は、例えば1W程度のパワーを持つ超短パルスレーザ、ピコ秒レーザないしフェムト秒レーザとする。被増幅光6を出力するマスタレーザ光源4は、励起光源5とは別個とする。被増幅光6の偏光方向は、バナデート結晶1のc軸方向と略平行に設定する。
【0018】
バナデート結晶1に照射する励起光7は、例えば90W以下のパワーを持つ半導体レーザとする。励起光7を出力する励起光源5は、レーザダイオードである。励起光7の偏光方向もまた、バナデート結晶1のc軸方向と略平行に設定する。本実施形態のレーザ増幅器は、側面励起型の増幅器である。よって、励起光7は、バナデート結晶1における、c軸方向から見たときの台形の短辺に該当する側の側面13に照射する。
【0019】
1/2波長板2は、回転式ホルダに支持させてあり、励起光7の光軸と平行な軸周りに手動で回転させることが可能となっている。因みに、1/2波長板2に替えて、特定偏光方向の成分を遮断する偏光板を採用することも考えられるが、得策ではない。
【0020】
集光レンズ3は、c軸方向に励起光7を集光する、例えばシリンドリカルレンズとする。
【0021】
バナデート結晶1の一方の端面11から入射した被増幅光6は、励起光7の照射を受ける側面13で全反射し、その伝搬過程で光増幅して、他方の端面12から出射することとなる。バナデート結晶1から出射した被増幅光6は、20W強のパワーを持つ。
【0022】
図2に、本実施形態のレーザ増幅器を用いて増幅した被増幅光6の、光軸方向から観測したレーザビームプロファイルを例示する。(I)は、バナデート結晶1の側面13に当たる励起光7の偏光方向とc軸の方向とが略平行な状態を示す。(II)は、(I)の状態から1/2波長板2を回転させ、バナデート結晶1の側面13に当たる励起光7の偏光方向をc軸方向に対し若干傾けた状態を示す。(III)は、(I)の状態から1/2波長板2をさらに回転させ、バナデート結晶1の側面13に当たる励起光7の偏光方向をc軸方向に対しより傾けた状態を示す。バナデート結晶1が励起光7を吸収する度合いは、励起光7の偏光方向がc軸に平行に近いほど大きく、c軸に対して傾くほど小さくなる。(III)は、(I)や(II)と比較してバナデート1が励起光7を吸収していないこととなり、その分だけ出射する被増幅光6のパワーも少しく低下する。他方、バナデート結晶1の熱歪みは緩和されることから、レーザビームプロファイルの質は(I)、(II)よりも大きく改善する。
【0023】
本実施形態によれば、一方の端面11から被増幅光6の入射を受け他方の端面12からこれを出射する固体の利得媒質1と、前記利得媒質1に励起光7を照射して前記被増幅光6を増幅させる励起光源5と、前記利得媒質1と前記励起光源5との間に介在し前記励起光7を通過させる回転操作可能な1/2波長板2とを具備するレーザ増幅器を構成したため、1/2波長板2の回転操作を通じて、被増幅光6のパワーと出力モードの品質とのバランスを簡便にかつ速やかに調整することが可能となる。
【0024】
前記利得媒質たるバナデート結晶1のc軸に略平行な方向に偏光した励起光7を出力するように前記励起光源5を設定し、励起光源5が出力した励起光7の偏光方向を前記1/2波長板2によって変化させるものとしており、バナデート結晶1に照射する励起光7の偏光方向を可及的にc軸方向に近づけることができ、バナデート結晶1から出射する被増幅光6のパワーを最大限に高められる。
【0025】
前記励起光源5がレーザダイオードであるため、利得媒質1で反転分布を形成するための波長やパワーを持つ励起光7を供給でき、好ましい。
【0026】
前記利得媒質1に対し前記被増幅光6の伝搬する方向とは交差する側方から前記励起光7を照射する側面励起型の増幅器であり、前記利得媒質1が、c軸方向から見て前記一方の端面11と前記他方の端面12とが非平行な略台形状をなしているスラブ結晶であることから、増幅された被増幅光6以外の成分が利得媒質1から出射することを抑制できる。
【0027】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態におけるレーザ増幅器は、被増幅光6が利得媒質1を一回通過するシングルパス方式のものであったが、図3に例示するように、被増幅光6が利得媒質1を往復して二回以上通過するダブルパス方式のレーザ増幅器を構成してもよい。
【0028】
また、特に、利得媒質に照射する励起光の偏光方向を1/2波長板により調節可能とするという本発明の技術思想は、被増幅光の伝搬方向と同方向に励起光を照射する(利得媒質における、被増幅光の入射端面または出射端面に励起光を照射する)端面励起型の増幅器にも適用することができる。
【0029】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明に係るレーザ増幅器は、レーザ加工、情報通信、光計測、医療機器等に応用することが可能である。
【符号の説明】
【0031】
1…利得媒質(バナデート結晶)
2…1/2波長板
5…励起光源
6…被増幅光
7…励起光

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の端面から被増幅光の入射を受け他方の端面からこれを出射する固体の利得媒質と、
前記利得媒質に励起光を照射して前記被増幅光を増幅させる励起光源と、
前記利得媒質と前記励起光源との間に介在し前記励起光を通過させる回転操作可能な1/2波長板と
を具備するレーザ増幅器。
【請求項2】
前記利得媒質はバナデート結晶であり、
前記励起光源は前記バナデート結晶のc軸に略平行な方向に偏光した励起光を出力するものであり、
前記1/2波長板は前記励起光源が出力した励起光の偏光方向を変化させるものである請求項1記載のレーザ増幅器。
【請求項3】
前記励起光源はレーザダイオードである請求項1または2記載のレーザ増幅器。
【請求項4】
前記利得媒質に対し、前記被増幅光の伝搬する方向とは交差する側方から前記励起光を照射する側面励起型の増幅器である請求項1、2または3記載のレーザ増幅器。
【請求項5】
前記利得媒質は、c軸方向から見て前記一方の端面と前記他方の端面とが非平行な略台形状をなしているスラブ結晶である請求項4記載のレーザ増幅器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−199181(P2011−199181A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−66740(P2010−66740)
【出願日】平成22年3月23日(2010.3.23)
【出願人】(598072179)株式会社片岡製作所 (24)
【出願人】(304021831)国立大学法人 千葉大学 (601)
【Fターム(参考)】