JP3471038B2 - Titanium sapphire laser oscillator - Google Patents
Titanium sapphire laser oscillatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチタンサファイアレーザ
発振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、650nmから1100nmまで
幅広い発振域を有するチタンサファイアレーザ発振装置
の波長選択において、波長選択素子として、プリズム、
複屈折フィルタ、回折格子などを共振器内に挿入する方
法が用いられている。特に比較的挿入損失の少ないプリ
ズムと複屈折フィルタを複数枚挿入して発振波長幅を狭
くする方法が用いられている。これらの例について「Ti
tanium saphire lasercharacteristics,APPL.Opt,27,1
3,1988 」に開示されたものを図3、4において説明す
る。図3に示す従来例は、励起レ−ザ光の光路に設けた
ロッド状のチタンサファイアからなる固体レーザ媒質
と、固体レーザ媒質(2) の一端側に設けられた高反射鏡
(3) と、この高反射鏡(3) と固体レーザ媒質(2) との間
になり、励起レ−ザ光(1) を固体レーザ媒質の一端に導
くように設けられた第1,第2のブリュースタ分散プリ
ズム(4) 、(5) と、固体レーザ媒質(2) の他端側に設け
られ、高反射鏡(3) と光共振器を形成する出力鏡(6) と
を備えた構成になっている。図3の構成において、高反
射鏡(3) は第1のブリュースタ分散プリズム(4) への入
射光路から外れ、出力鏡(6) から反射し、固体レーザ媒
質(2) 、第2、第1のブュースタ分散プリズム(5) 、
(4) を経て屈折された図中破線で示す光路(7) に波長選
択のために、反射角度を調整可能になるように回動自在
に設けられている。また、図4に示す上記とは別の従来
例は、ロッド状のチタンサファイアからなる固体レーザ
媒質(8) と、この固体レーザ媒質(8) の一端側に励起レ
−ザ光(9)とほぼ同軸に設けられ、励起レ−ザ光(9)に
対して透過性を有する高反射鏡(10)と、固体レーザ媒質
(8) の他端側に設けられた4枚構成の複屈折フィルタ(1
1)と、この複屈折フィルタ(11)を間にして高反射鏡(10)
と光共振器を形成する出力鏡(12)とを備えた構成になっ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図3の従来例では波長
選択素子である第1、第2のブリュースタ分散プリズム
(4) 、(5) が設けられ、また、図4の従来例では波長選
択素子である複屈折フィルタ(11)を設けているので、い
ずれも内部損失は避けられず、レーザ発振効率が低下し
ていた。また、波長選択素子の挿入により共振器長が長
くなってしまい、光共振器内部のキャビティモード径が
大きくなり、同様にレーザ発振効率が低下してしまう欠
点があった。本発明は、内部損失が少なく、波長選択制
御が容易でしかもコンパクトに構成可能なチタンサファ
イアレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段と作用】励起用レーザ光を
出力する励起用光源と、上記励起用レ−ザ光の光路に設
けられこの励起用レ−ザ光を透過させる位相共役鏡と、
頂角を形成する2面がブリュースタ面になりこれらブリ
ュースタ面の一方とこの面に入射する上記励起用レ−ザ
光とのなす入射角がブリュースタ角にされて配置された
分散プリズム形のチタンサファイア結晶体からなるレー
ザ媒質と、このレーザ媒質を透過した光路に入射角をブ
リュースタ角にして設けられたブリュースタ分散プリズ
ムと、このブリュースタ分散プリズムを透過した光路に
設けられ上記位相共役鏡と光共振器を構成する出力鏡
と、上記レーザ媒質を透過する透過光の光路長が変化す
る方向に駆動させる駆動手段とを備えたもので、レーザ
媒質自体で波長選択が行われる。
【0005】
【実施例】以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を
説明する。図1はエンドポンプ型になる本発明の一実施
例を示す。(20)はブリュースタ分散プリズムで、Nd:
YAGレーザの第2高調波(532nm)もしくはアル
ゴンイオンレーザを出力する励起用光源(21)から出力さ
れた励起用レ−ザ光(22)がブリュースタ分散プリズム(2
0)の一方の矩形面にブリュースタ角で入射して他方の矩
形面から出射するように相対的に位置している。ブリュ
ースタ分散プリズム(20)を通過した光路にはチタンサフ
ァイアからなり、ブリュースタ分散プリズム形にカット
されたレーザ媒質(23)が設けられている。このレーザ媒
質(23)によって650nmから1100nmの間で波長
可変なレーザが得られるが、ゲインが最大になる付近で
の波長選択もしくは波長制御を考え、図2(a) に示すよ
うに、ゲインが最大になる810nmでの屈折率1.7
577よりブリュースタ入射角60.363度を求め、
これより頂角59.274度とした三角プリズムに形成
されている。したがって、レーザ媒質(23)は励起用レ−
ザ光(21)の入射角θが上記60.633度となるように
設けられている。レーザ媒質(23)を通過した光路には、
石英ガラスの容器に所定の溶液を気密に封入して形成さ
れ、上記第2高調波を通過し、650nmから1100
nmの波長に対しては高反射になる位相共役鏡(24)がこ
の光路と同軸になって設けられている。レーザ媒質(2
3)、レーザ媒質の励起部分、ブリュースタ分散プリズム
(20)によって決められるレーザ発振光路(25)上にはレー
ザ媒質(23)およびブリュースタ分散プリズム(20)を間に
して位相共役鏡(22)と光共振器を形成する出力鏡(26)が
設けられている。上記レーザ媒質(23)は駆動手段によっ
てこの媒質を透過する透過光の光路長が変化する方向に
駆動されるようになっている。上記駆動手段はレーザ媒
質(23)支持するステージ(27)と、このステージ(27)を上
記透過光路に直交する矢印Cに示す方向に駆動する駆動
体(28)を備えている。 また、レーザ媒質(23)は図2
(b) の矢印Bで示すようにブリュースタ面によって規定
される入射面に対して10乃至15度傾いた方向にC軸
を有し、一方、ブリュースタ面によって規定される偏光
面は図中A方向になっている。
【0006】上記構成において、レーザ媒質(23)である
チタンサファイアは1軸性結晶であり、常光線と異常光
線とでは屈折率が異なるため、結晶C軸に平行でも垂直
でもない偏光をもった光が結晶に入射した場合には複屈
折性を示す。光共振器内の発振ビームの偏光はレーザ媒
質(23)とブリュースタ分散プリズム(20)では図中A方向
であり、C軸が発振ビームの偏光とずれていることによ
り、レーザ媒質(23)は波長選択素子として働く。駆動体
(28)により、ステージ(27)を動かし光路長を変化させる
ことで任意の波長が選択できる。なお、矢印Dで示す示
すように回動して反射角度を変えるように構成してもよ
い。
【0007】
【発明の効果】レーザ発振において、レーザ媒質、ブリ
ュースタ分散プリズムによって非点収差が生じてしまう
が、光共振器の一方が位相共役鏡になっているので、上
記非点収差は解消された。これにより、チタンサファイ
アであるレーザ媒質内の発振ビーム径の制御は出力鏡の
曲率半径を変えることで制御が容易になり、発振効率の
向上が図れた。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a titanium sapphire laser oscillation device. [0002] Conventionally, in the wavelength selection of a titanium sapphire laser oscillation device having a wide oscillation range from 650 nm to 1100 nm, a prism as a wavelength selection element is used.
A method of inserting a birefringent filter, a diffraction grating, or the like into a resonator has been used. In particular, a method is used in which a plurality of prisms and birefringent filters having relatively small insertion loss are inserted to narrow the oscillation wavelength width. See “Ti
tanium saphire lasercharacteristics, APPL.Opt, 27,1
3,1988 "will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a conventional example in which a solid-state laser medium made of rod-shaped titanium sapphire provided on the optical path of the excitation laser light and a high-reflection mirror provided on one end side of the solid-state laser medium (2).
(3) and a first and a second light source provided between the high-reflection mirror (3) and the solid-state laser medium (2), and provided to guide the excitation laser light (1) to one end of the solid-state laser medium. 2 Brewster dispersion prisms (4) and (5) and a high-reflection mirror (3) and an output mirror (6) provided on the other end of the solid-state laser medium (2) to form an optical resonator. Configuration. In the configuration of FIG. 3, the high-reflection mirror (3) deviates from the optical path incident on the first Brewster dispersion prism (4), reflects from the output mirror (6), and outputs the solid-state laser medium (2), the second and the second laser. 1 Buster dispersion prism (5),
An optical path (7) indicated by a broken line in the figure refracted through (4) is rotatably provided so that the reflection angle can be adjusted for wavelength selection. Another conventional example shown in FIG. 4 is a solid laser medium (8) made of rod-shaped titanium sapphire and an excitation laser beam (9) at one end of the solid laser medium (8). A high-reflection mirror (10) that is provided substantially coaxially and that transmits the excitation laser light (9);
The birefringent filter (1
1) and a high-reflection mirror (10) with this birefringent filter (11) in between
And an output mirror (12) forming an optical resonator. In the prior art shown in FIG. 3, first and second Brewster dispersion prisms, which are wavelength selection elements, are used.
Since (4) and (5) are provided, and in the conventional example of FIG. 4, a birefringent filter (11), which is a wavelength selection element, is provided, internal loss cannot be avoided in any case, and the laser oscillation efficiency is reduced. Was. In addition, the insertion of the wavelength selection element increases the cavity length, increases the cavity mode diameter inside the optical resonator, and similarly reduces laser oscillation efficiency. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a titanium sapphire laser oscillation device which has a small internal loss, can easily control wavelength selection, and can be configured compactly. An excitation light source for outputting an excitation laser beam, and a phase conjugate provided in an optical path of the excitation laser beam and transmitting the excitation laser beam. A mirror,
A dispersive prism type in which two surfaces forming the apex angle are Brewster surfaces, and an incident angle between one of the Brewster surfaces and the excitation laser light incident on this surface is set at the Brewster angle. A Brewster dispersion prism provided with an incident angle of Brewster angle in an optical path passing through the laser medium, and a phase medium provided in an optical path passing through the Brewster dispersion prism. It comprises an output mirror forming a conjugate mirror and an optical resonator, and a drive means for driving the transmitted light passing through the laser medium in a direction in which the optical path length changes, and wavelength selection is performed by the laser medium itself. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing embodiments. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention which is an end pump type. (20) is a Brewster dispersion prism, Nd:
The excitation laser light (22) output from the excitation light source (21) for outputting the second harmonic (532 nm) of the YAG laser or the argon ion laser is supplied to the Brewster dispersion prism (2).
0) is relatively positioned so as to be incident on one of the rectangular surfaces at a Brewster angle and exit from the other rectangular surface. A laser medium (23) made of titanium sapphire and cut into a Brewster dispersion prism is provided in an optical path passing through the Brewster dispersion prism (20). With this laser medium (23), a laser whose wavelength is variable between 650 nm and 1100 nm can be obtained. Considering wavelength selection or wavelength control near the maximum gain, as shown in FIG. Refractive index 1.7 at 810 nm to be maximum
From 577, a Brewster incident angle of 60.363 degrees is obtained.
Thus, a triangular prism having an apex angle of 59.274 degrees is formed. Therefore, the laser medium (23) is
The light (21) is provided so that the incident angle θ is 60.633 degrees. In the optical path passing through the laser medium (23),
A predetermined solution is hermetically sealed in a quartz glass container, passes through the second harmonic, and changes from 650 nm to 1100 nm.
A phase conjugate mirror (24) that is highly reflective for a wavelength of nm is provided coaxially with this optical path. Laser medium (2
3), excitation part of laser medium, Brewster dispersion prism
An output mirror (26) forming a phase conjugate mirror (22) and an optical resonator with a laser medium (23) and a Brewster dispersion prism (20) interposed on a laser oscillation optical path (25) determined by (20). Is provided. The laser medium (23) is driven by a driving means in a direction in which the optical path length of transmitted light transmitted through the medium changes. The driving means includes a stage (27) for supporting a laser medium (23), and a driving body (28) for driving the stage (27) in a direction indicated by an arrow C perpendicular to the transmission optical path. The laser medium (23) is shown in FIG.
As shown by the arrow B in (b), it has a C axis in a direction inclined by 10 to 15 degrees with respect to the plane of incidence defined by the Brewster plane, while the polarization plane defined by the Brewster plane is shown in FIG. A direction. In the above configuration, titanium sapphire as the laser medium (23) is a uniaxial crystal and has a different refractive index between the ordinary ray and the extraordinary ray, so that it has polarized light that is neither parallel nor perpendicular to the crystal C axis. When light enters the crystal, it exhibits birefringence. The polarization of the oscillating beam in the optical resonator is in the direction A in the drawing in the laser medium (23) and the Brewster dispersion prism (20), and the laser medium (23) Acts as a wavelength selection element. Driver
According to (28), an arbitrary wavelength can be selected by moving the stage (27) to change the optical path length. It should be noted that the reflection angle may be changed by rotating as shown by an arrow D. In laser oscillation, astigmatism is caused by the laser medium and the Brewster dispersion prism, but the astigmatism is eliminated because one of the optical resonators is a phase conjugate mirror. Was done. As a result, the oscillation beam diameter in the laser medium made of titanium sapphire can be easily controlled by changing the radius of curvature of the output mirror, and the oscillation efficiency can be improved.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】図1におけるレーザ媒質を説明するための図で
ある。
【図3】従来例の一つを示す構成図である。
【図4】他の従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
(20)…ブリュースタ分散プリズム、(23)…レーザ媒質、
(24)…位相共役鏡、(26)…出力鏡、(27)…ステージ、(2
8)…駆動体。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining a laser medium in FIG. 1; FIG. 3 is a configuration diagram showing one of the conventional examples. FIG. 4 is a configuration diagram showing another conventional example. [Explanation of Signs] (20): Brewster dispersion prism, (23): laser medium,
(24)… Phase conjugate mirror, (26)… Output mirror, (27)… Stage, (2
8) ... Driver.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30
Claims (1)
と、上記励起用レーザ光の光路に設けられこの励起用レ
ーザ光を透過させる位相共役鏡と、頂角を形成する2面
がブリュースタ面になりこれらブリュースタ面の一方と
この面に入射する上記励起用レーザ光とのなす入射角が
ブリュースタ角にされて配置された分散プリズム形のチ
タンサファイア結晶体からなるレーザ媒質と、このレー
ザ媒質を透過した光路に入射角をブリュースタ角にして
設けられたブリュースタ分散プリズムと、このブリュー
スタ分散プリズムを透過した光路に設けられ上記位相共
役鏡と光共振器を構成する出力鏡と、上記レーザ媒質を
透過する透過光の光路長が変化する方向に駆動させる駆
動手段とを備え、前記レーザ媒質は、前記ブリュースタ
面によって規定される入射面に対して10度乃至15度
傾いた方向にC軸を有することを特徴とするチタンサフ
ァイアレーザ発振装置。 (57) [Claim 1] An excitation light source for outputting an excitation laser beam, a phase conjugate mirror provided in an optical path of the excitation laser beam and transmitting the excitation laser beam, Two surfaces forming an angle are Brewster surfaces, and a dispersion prism type titanium sapphire in which one of the Brewster surfaces and the above-described excitation laser beam incident on this surface are arranged at a Brewster angle. A laser medium composed of a crystal, a Brewster dispersion prism provided with an incident angle of Brewster angle in an optical path transmitted through the laser medium, and the phase conjugate mirror provided in an optical path transmitted through the Brewster dispersion prism. comprising an output mirror constituting an optical resonator, and a driving means for driving in the direction of the optical path length of light transmitted through the laser medium is changed, the laser medium, the Buryusu
10 to 15 degrees with respect to the plane of incidence defined by the plane
Titanium saff having a C-axis in an inclined direction
Fire laser oscillation device.
Priority Applications (1)
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1992
- 1992-09-18 JP JP24846792A patent/JP3471038B2/en not_active Expired - Fee Related
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