(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【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。
【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、ＧｄxＹ1-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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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