(57)【要約】【課題】レーザーパワーの高出力と共に、ポンピング光の効率の高いサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを提供すること。【解決手段】本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、ポンピング光を発する第１レーザーチップ３１０＿Ａと、第１レーザーチップ３１０＿Ａと平行であるが、ポンピング光とは一致しないように所定間隔をずらして形成されてポンピング光を発する第２レーザーチップ３１０＿Ｂと、発生したポンピング光を集束する第１及び第２集束レンズ３２０＿Ａ、３２０＿Ｂと、集束したポンピング光をビームモードに形成して発振光に出力するサイドポンピングミディアム３９０とを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピング光を発する第１レーザーチップと、
前記第１レーザーチップと平行であるが、前記ポンピング光とは一致しないように所定間隔をずらして形成されてポンピング光を発する第２レーザーチップと、
前記発生したポンピング光を集束する第１及び第２集束レンズと、
前記集束したポンピング光をビームモードに形成して発振光に出力するサイドポンピングミディアムと、
を含むことを特徴とするサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項２】
前記サイドポンピングミディアムは、
板型に加工したレーザー媒質と、前記レーザー媒質の両側面に形成されて各面にはＡＲコーティングとＨＲコーティングとが各々交差形成されたサファイア板と、前記サファイア板の上部に形成されて前記サファイア板を固定しつつ熱を外部に発散させる銅ブロックと、前記サイドポンピングミディアムの後面に形成されて発振光を全反射させるＨＲコーティングと、前記サイドポンピングミディアムの前面に形成されて発振光の一部だけを透過させるＰＲコーティングと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項３】
前記ＰＲコーティングと前記レーザー媒質との間に形成され、前記ポンピング光が発振するモードの光以外は全てフィルタリングできるように中間部分を切り出して形成されたストップコーティングを更に備えていることを特徴とする請求項２に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項４】
前記レーザー媒質は、その厚さが、発振するレーザーのビームウェスト程度のサイズであることを特徴とする請求項２に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項５】
前記レーザー媒質は、そのドーピング量が、前記レーザー媒質に入射した前記ポンピング光が前記レーザー媒質を往復した時に前記レーザー媒質内で全て吸収できる値であることを特徴とする請求項２に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項６】
前記集束レンズは、所定の平面に対して入射する光の垂直成分は集束し、水平成分は平行に進めることを特徴とする請求項１に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項７】
複数のポンピング光を発する第１ポンピングレーザーダイオード（ＬＤ）と、
前記第１ポンピングレーザーダイオードと平行であるが、前記ポンピング光とは一致しないように形成されて複数のポンピング光を発する第２ポンピングレーザーダイオード（ＬＤ）と、
前記発生した複数のポンピング光を集束する集束レンズが複数個からなる第１及び第２集束レンズアレイと、
前記集束されたポンピング光をビームモードに形成して発振光に出力するサイドポンピングアセンブリーと、
を備えていることを特徴とするサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項８】
前記サイドポンピングアセンブリーは、
板型に加工したレーザー媒質と、
前記レーザー媒質の両側面に形成されて各面にはＡＲコーティングとＨＲコーティングがそれぞれ順次に交差形成されたサファイア板と、
前記サファイア板上部に形成されて前記サファイア板を固定しながら熱を外部に発散させる銅ブロックと、
前記サイドポンピングミディアムの後面に形成されて発振光を全反射させるＨＲコーティングと、
前記サイドポンピングミディアムの前面に形成されて発振光の一部のみを透過させる ＰＲコーティングと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項９】
前記ＰＲコーティングとレーザー媒質との間に形成され、前記ポンピング光が発振されるモードの光を除いて全てフィルタリングできるように中間部分を切り捨てて形成されたストップコーティングを更に備えていることを特徴とする請求項８に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項１０】
前記レーザー媒質は、その厚さが、発振されるレーザーのビームウェスト程度のサイズであることを特徴とする請求項８に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項１１】
前記レーザー媒質は、そのドーピング量が、前記レーザー媒質に入射したポンピング光が前記レーザー媒質を往復した時に前記レーザー媒質内で全て吸収可能な値であることを特徴とする請求項８に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【請求項１２】
前記集束レンズアレイは、それぞれの集束レンズが、所定の平面に対して入射する光の垂直成分は集束し、水平成分は一直線に進めることを特徴とする請求項７に記載のサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザーに関するもので、特にＤＰＳＳレーザー（Diode Pumped Solid State laser:ダイオード励起固体レーザー)に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＤＰＳＳレーザーは普通のレーザーに比べて比較的大きさが小さく、高効率及び高出力を発するレーザーである。これによって、マーキングやカッティングなどのような産業用技術分野への適用頻度が増加傾向にある。また最近は、小型、高効率、高出力特性のためディスプレー用光源としても開発が進められている。このようなＤＰＳＳレーザーは、その構成によってエンドポンピング型とサイドポンピング型がある。これを添付した図面を参照して更に詳しく説明する。
【０００３】
図５は、従来技術によるエンドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示した図面である。ここに図示したように、ＤＰＳＳレーザーは、レーザーダイオード（ＬＤ）１１０から照射されるポンピング光が、集束レンズ１２０を通じてレーザー媒質１４０に入射すると、レーザー媒質１４０でポンピング光をビームモードに形成し、出力カプラー１５０を通じて発振光を出力させる。
【０００４】
この時、レーザー媒質１４０の前面には、発振波長に対するＰＲ（Partial Reflection：部分反射）コーティング１３０が形成されて、入射するポンピング光の一部分だけを透過する。
【０００５】
このようなエンドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、照射されるレーザー光がレーザー媒質１４０の発振領域と重なる部分が広く、効率及びビームモードの形成に有利である。しかしながら、エンドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、熱レンズ現象のためレーザーパワーの高出力化に一定の限界がある。
【０００６】
図６は、従来技術によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示した図面である。ここに図示したように、ＤＰＳＳレーザーは、レーザー媒質２４０の両側に位置する二つのレーザーダイオード２１０＿Ａ、２１０＿Ｂから照射されるポンピング光が、集束レンズ２２０＿Ａ、２２０＿Ｂを経て前記レーザー媒質２４０に入射すると、レーザー媒質２４０でポンピング光をビームモードに形成し、出力カプラー２５０を介して発振光を出力させる。
【０００７】
ここで、レーザー媒質２４０の前面には、発振波長に対するＰＲコーティングが形成されるので、入射する発振光の一部だけが透過する。また、レーザー媒質２４０の後面にはポンピング波長に対するＨＲ（High Reflection：高反射）コーティング２６０が形成されて全反射するため、一方だけに発振光が進む。
【０００８】
このようなサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、発振領域の長さが長くなってレーザーパワーの高い出力には有利であるが、ポンピング光の効率に劣り、ビームモード構成には不利な問題点があった。従って、ディスプレー用光源としてレーザーを使用するためには、レーザーパワーの高出力と共に、ポンピング光の効率が高く、小型であるという条件を満足させなければならないため、レーザー媒質の長さを長くして高出力の発振を可能とし、ポンピング光の効率を向上させることができるレーザーの開発が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記関連技術の問題点を解決するためのもので、ディスプレー用光源として用いられるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、レーザーパワーの高出力と共に、ポンピング光の効率の高いサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、ポンピング光を発生させる第１レーザーチップと、前記第１レーザーチップと平行であるが、前記ポンピング光とは一致しないように所定間隔をずらして形成されてポンピング光を発生する第２レーザーチップと、前記発生したポンピング光を集束する第１及び第２集束レンズと、前記集束したポンピング光をビームモードに形成して発振光に出力するサイドポンピングミディアムとを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、別の態様では、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーにおいて、前記サイドポンピングミディアムは、板型に加工したレーザー媒質と、前記レーザー媒質の両側面に形成されて各面にはＡＲコーティングとＨＲコーティングとが各々交差形成されたサファイア板と、前記サファイア板の上部に形成されて前記サファイア板を固定しながら熱を外部に発散させる銅ブロックと、前記サイドポンピングミディアムの後面に形成されて発振光を全反射させるＨＲコーティングと、前記サイドポンピングミディアムの前面に形成されて発振光の一部だけを透過するＰＲコーティングとを備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、別の態様では、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、前記ＰＲコーティングと前記レーザー媒質との間に形成されて前記ポンピング光が発振するモードの光以外は全てフィルタリングできるように中間部分を切り出して形成されたストップコーティングを更に備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、別の態様では、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーにおいて、前記第１及び第２集束レンズは、所定の平面に対して入射する光の垂直成分を集束し、水平成分は平行に進めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、レーザー媒質を薄くし、その両側にＡＲコーティング及びＰＲコーティングされたサファイア板を接合し、これと同時にマイクロレンズでポンピング光を集中させることで、ポンピング光が発振領域に全て吸収されて光効率を高めることができる。
【００１６】
また、熱伝導率が高いサファイア板をレーザー媒質に接合させることで、前記レーザー媒質に発生する熱を冷却部に素早く伝達することができる。これによって、熱レンズ問題も容易に緩和させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示す平面図である。ここに図示したように、ポンピング光を発生させるレーザーチップ３１０＿Ａ、３１０＿Ｂと、照射されたポンピング光をフォーカスする集束レンズ３２０Ａ、３２０Ｂと、集束されたポンピング光をビームモードに形成して発振光に出力するサイドポンピングミディアム３８０（３９０、図２参照）とを含む。
【００１８】
レーザーチップ３１０＿Ａ、３１０＿Ｂは、サイドポンピングミディアム３８０を間に置いて互いに平行であるが、照射されるポンピング光は互いに一致しないように所定の位置にずれて形成する。以下、説明の便宜のために、レーザーポンピング波長に対する高反射（High Reflection）コーティングと耐反射（Anti-Reflection）コーティングをそれぞれＨＲコーティングおよびＡＲコーティングと言い、レーザー発振波長に対する部分反射（Partial Reflection）コーティングをＰＲコーティングと言う。
【００１９】
サイドポンピングミディアム３８０（３９０）は、図１の平面図と図２の正面図に図示したように、非常に薄い板型に加工したレーザー媒質３８０の両側面に、ＡＲコーティングとＨＲコーティングが所定の間隔に交互に形成されたサファイア板３６０を接合し、サファイア板３６０を固定しながら冷却部（図示せず）に熱を伝達する銅ブロック３５０をサファイア板３６０上部に接合して形成される。また、サイドポンピングミディアム３８０（３９０）の後面(即ち、ポンピング光が発振される反対面)にはＨＲコーティング３７０を形成して入射光を全反射させ、その反対面には、ポンピング光が発振されるモードの光を除いて全てフィルタリングできるように中間部分を切り捨てて、ポンピング光を全て吸収することができるストップコーティング３４０を薄膜工程により形成する。そして、ストップコーティング３４０前面に発振光の一部のみを透過させるＰＲコーティング３３０を形成する。
【００２０】
ここで、レーザー媒質３８０の厚さは、発振するレーザーのビームウェスト（beam waist）程度のサイズで製作し、レーザー媒質３８０のドーピング量は、レーザー媒質３８０に入射したポンピング光がレーザー媒質３８０を往復した時にレーザー媒質３８０内で全て吸収され得る程度の値にすることが望ましい。
【００２１】
集束レンズ３２０＿Ａ、３２０＿Ｂは、従来技術で説明した集束レンズ１２０、２２０＿Ａ、２２０＿Ｂとは異なり、所定の平面に対して入射される光の垂直成分は集束するが、水平成分は平行に進める。従って、レーザーチップ３１０＿Ａ、３１０＿Ｂから発生したポンピング光は、サファイア板３６０のＡＲコーティングを通じて光の垂直成分がレーザー媒質３８０に集中する。このような集束レンズ３２０＿Ａ、３２０＿Ｂの例として、トーリック（toric）型マイクロレンズが挙げられる。
【００２２】
即ち、図３（ａ）及び図３（ｂ）に図示したように、サイドポンピングミディアム３９０に照射されたポンピング光は、先にＡＲコーティングを透過し、レーザー媒質３８０（７００）を経てＨＲコーティングで反射する。この時、入射するポンピング光の垂直成分は集束されるが（図３（ａ））、水平成分は一直線に進められる（図３（ｂ））。このような集束レンズ３２０＿Ａ、３２０＿Ｂを利用すれば、サイドポンピングミディアム３８０（３９０）内のポンピング効率を増加させることができる。
【００２３】
このように構成された本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーの動作を、ポンピング過程と発振過程とに分けて説明する。
【００２４】
１) ポンピング過程
レーザーチップ３１０＿Ａ、３１０＿Ｂからポンピング光が照射されると、照射されたポンピング光は、集束レンズ３２０＿Ａ、３２０＿Ｂによって、サイドポンピングミディアム３９０内に形成されたサファイア板３６０のＡＲコーティングを通過してレーザー媒質３８０に集中する。この時、レーザー媒質３８０に入射するレーザー光のうちレーザー媒質３８０に吸収されずに通過したポンピング光は、ポンピング光が入射した反対側のサファイア板３６０のＨＲコーティングで反射して、レーザー媒質３８０に再び吸収される。
【００２５】
２) 発振過程
上記ポンピング過程でレーザー媒質３８０に吸収されたポンピング光によって蛍光発光(fluorescence)が発生し、この蛍光発光の共振条件を満足させる蛍光発光だけがレーザー媒質３８０の両先端に構成されたＨＲコーティング３７０及びＰＲコーティング３３０によって共振を始める。以後、ＰＲコーティング３３０側にあるストップコーティング３４０の作用によりＴＥＭ00モードに近いモードで共振して発振する。
【００２６】
本発明の他の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、本発明の他の実施形態によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示した平面図である。このＤＰＳＳレーザーは、ここに図示したように、複数のポンピング光を発するポンピングＬＤ(レーザーダイオード)７１０＿Ａ、７１０＿Ｂ（１００、１００´）と、照射されたポンピング光をそれぞれフォーカスする集束レンズアレイ７２０＿Ａ、７２０＿Ｂ（２００、２００´）と、集束されたポンピング光をビームモードに形成して発振光に出力するサイドポンピングアセンブリー７９０（９００）とを含む。ポンピングＬＤ７１０＿Ａ、７１０＿Ｂ（１００、１００´）は、複数個のレーザーチップが含まれて複数個のポンピング光を発生させる。また、ポンピングＬＤ７１０＿Ａ、７１０＿Ｂ（１００、１００´）は、サイドポンピングアセンブリー７９０（９００）を間に置いて互いに平行であるが、照射されるポンピング光は互いに一致しないように間隔をずらして形成する。
【００２７】
集束レンズアレイ７２０＿Ａ、７２０＿Ｂ（２００、２００´）は、複数個の集束レンズを配列して構成する。そして、サイドポンピングアセンブリー７９０（９００）は、非常に薄い板型に加工したレーザー媒質７８０（７００）の両方に、複数個のＡＲコーティングとＨＲコーティングが所定間隔で交互に形成されたサファイア板７６０（６００）を接合し、サファイア板７６０（６００）を固定しながら冷却部（図示せず）に熱を伝達する銅ブロック７５０（８００）をサファイア板７６０（６００）上部に接合して成る。また、サイドポンピングアセンブリーの後面(光が発振する反対面)にＨＲコーティング７７０（５００）を形成し、その反対面には、ポンピング光が発振するモードの光を除いて全てフィルタリングできるように中間部分を取り除き、ポンピング光を全て吸収することができるストップコーティング７４０（４００）を薄膜工程で形成する。そして、ストップコーティング７４０（４００）とレーザー媒質７８０（７００）との間に、発振光の一部のみを透過するＰＲコーティング７５０（３００）を形成する。                   以下、ポンピング過程及び発振過程は、図２〜図４の説明と非常に類似しているため省略する。
【００２８】
以上詳しく説明したように、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーは、レーザー媒質を薄くし、その両側にＡＲコーティング及びＰＲコーティングされたサファイア板を接合し、これと同時にマイクロレンズでポンピング光を集中させることで、ポンピング光が発振領域に全て吸収されて光効率を高める効果がある。また、熱伝導率が高いサファイア板をレーザー媒質に接合させることで、レーザー媒質に発生する熱を冷却部に素早く伝達することができる。これによって、熱レンズ問題も容易に緩和させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示す正面図である。
【図３】（ａ）は、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーのポンピング光集束状態を所定の平面に対して垂直方向に示した図面であり、（ｂ）は、本発明によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーのポンピング光集束状態を所定の平面に対して水平方向に示した図面である。
【図４】本発明の他の実施形態によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示した平面図である。
【図５】従来技術によるエンドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示した図面である。
【図６】従来技術によるサイドポンピング型のＤＰＳＳレーザーを示した図面である。
【符号の説明】
【００３０】
３１０＿Ａ、３１０＿Ｂ  レーザーチップ
３２０＿Ａ、３２０＿Ｂ  集束レンズ
３３０  ＰＲコーティング
３４０  ストップコーティング
３５０  銅ブロック
３６０  サファイア板
３７０  ＨＲコーティング
３８０  レーザー媒質
３９０  サイドポンピングミディアム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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