被动q开关元件以及被动q开关激光装置制造方法
【专利摘要】提供一种被动Q开关元件等，在大部分的高次模式下振荡的Q开关脉冲激光器等中，无需增加谐振器内的零件数，而能够实施模式选择，即使在空间上不能实施模式控制的波导型激光器中也能够适用。组合可饱和吸收体(2)和对激光振荡波长透明的透明材料(3)等，成为使被动Q开关元件具有模式选择功能的被动Q开关元件、被动Q开关激光装置以及平面波导型的被动Q开关元件、被动Q开关激光装置。
【专利说明】被动Q开关元件以及被动Q开关激光装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用了可饱和吸收体的被动Q开关元件，特别涉及使具有模式选择功 能的被动Q开关元件等。
【背景技术】
[0002] 已知可饱和吸收体是根据光的吸收量而透过率变化的材料，仅通过插入于激光谐 振器内而作为Q开关装置发挥功能。在弱的激发状态下，抑制激光振荡，但如果激光材料被 较强地激发，而相比于包含可饱和吸收体的吸收所致的损失的谐振器内损失，增益变得更 高，则在谐振器内开始激光振荡。此处，可饱和吸收体如果吸收强的激光，则由于低能级离 子的枯竭而吸收饱和，相对激光急剧地变得透明。通过该动作，谐振器的Q值上升，发生Q 开关振荡。
[0003] 作为被动Q开关激光器的一个例子，报告了由半导体激光器和耦合光学系、厚块 型的激光材料、全反射镜和输出镜和可饱和吸收体构成了的被动Q开关激光器（下述非专 利文献1)。
[0004] 在如下述非专利文献1中公开那样的通常的固体脉冲激光器中，在大量的高次模 式下振荡。在高次模式下振荡了的激光比单模的激光在空间上具有更大的扩展，所以如果 进行小的开口限制，则能够引起仅低次模式的振荡。
[0005] 因此，在以往的激光装置中，提出了在谐振器内通过具有作为横模式选择元件的 微小孔的遮挡板来抑制周边的不需要的模式的振荡的激光装置（参照下述专利文献1)。
[0006] 另外，作为以往的固体激光装置的一个例子，提出了在输出镜的中心部施加部分 反射涂层、在其外周部施加无反射涂层来控制谐振器内的模式的激光装置（参照专利文献 2)。
[0007] 专利文献1 :日本特公平6-26273号公报（第4页、第1图）
[0008] 专利文献2 :日本专利第2980788号说明书（第24页、第1图）
[0009] 非专利文献 1 :W. Koechner 著，"Solid-State Laser Engineering，'，Sixth Revised and Updated Edition，Ρ· 528,Fig8. 29,2006
【发明内容】
[0010] 在将上述专利文献1公开了的以往的固体激光装置的具有微小孔的遮挡板插入 于Q开关脉冲激光器的谐振器内的情况下，存在由于遮挡板的孔的边缘部所致的衍射，谐 振器内的激光功率局部地增加，在谐振器内的光学零件中发生烧损这样的课题。另外，存在 谐振器内的零件件数增加，需要遮挡板的光轴调整，激光装置的大型化、成本高、工时的增 加这样的课题。进而，存在无法适用于不能在空间上实施模式控制的波导型激光器这样的 课题。
[0011] 上述专利文献2公开了的以往的固体激光装置存在由于在输出镜内施加反射率 不同的涂层而加工费增大这样的课题。另外存在如下课题：一般，在波导厚为几 μπι至 100 μ m的波导激光器中，难以在该区域内用涂层对反射率提供分布，从而无法适用于波导 型激光器。
[0012] 本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供被动Q开关元件 等，在大量的高次模式下振荡的Q开关脉冲激光器等中，无需增加谐振器内的零件数，而能 够实施模式选择，即使在空间上不能实施模式控制的波导型激光器中也能够适用。
[0013] 本发明总的来说涉及组合可饱和吸收体和对激光振荡波长透明的透明材料而使 被动Q开关元件具有模式选择功能的被动Q开关元件等。
[0014] 根据本发明，能够提供被动Q开关元件等，在包括波导型激光器的、在大量高次模 式下振荡的被动Q开关激光装置中，无需增加谐振器内的零件数，而能够实施模式选择。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是示出本发明的实施方式1的被动Q开关元件的结构图。
[0016] 图2是使用了本发明的实施方式1的被动Q开关元件的被动Q开关激光装置的结 构图。
[0017] 图3是示出本发明的实施方式2的平面波导型被动Q开关元件的结构图。
[0018] 图4是使用了本发明的实施方式2的平面波导型被动Q开关元件的平面波导型被 动Q开关激光装置的结构图。
[0019] 图5是示出本发明的实施方式3的平面波导型被动Q开关元件的结构图。
[0020] 图6是使用了本发明的实施方式3的平面波导型被动Q开关元件的平面波导型被 动Q开关激光装置的结构图。
[0021] 图7是示出本发明的实施方式3的平面波导型被动Q开关元件的基于BPM(波束 传播法）的仿真结果的图。
[0022] 图8是示出本发明的实施方式4的被动Q开关元件的结构图。
[0023] 图9是使用了本发明的实施方式4的被动Q开关元件的被动Q开关激光装置的结 构图。
[0024] 图10是示出本发明的实施方式5的平面波导型被动Q开关元件的结构图。
[0025] 图11是使用了本发明的实施方式5的平面波导型被动Q开关元件的平面波导型 被动Q开关激光装置的结构图。
[0026] 图12是示出本发明的实施方式6的平面波导型被动Q开关元件的结构图。
[0027] 图13是使用了本发明的实施方式6的平面波导型被动Q开关元件的平面波导型 被动Q开关激光装置的结构图。
[0028] 图14是示出本发明的实施方式7的脊波导型被动Q开关元件的结构图。
[0029] 图15是使用了本发明的实施方式7的脊波导型被动Q开关元件的脊波导型被动 Q开关激光装置的结构图。
[0030] 符号说明
[0031] 1、61 :被动Q开关元件；2、62 :可饱和吸收体；3、23、43 :透明材料；11、71 :被动Q 开关激光装置；12、32、52、72、92、112、132:半导体激光器；13、33、53、73、93、113:激发光 学系；14、34、54、74、94、114:全反射镜 ；134:全反射膜；15、35、55、63、83、103、123:激光材 料；16、36、56、75、95、115 :输出镜；135:部分反射膜；21、41、61、81、101:平面波导型0开 关元件；121 :脊波导型Q开关元件；22&、42&、82&、102 &:第一可饱和吸收体；2213、4213、8213、 102b :第二可饱和吸收体；122 :可饱和吸收体；23、43 :透明材料；31、51、71、91、111:平面 波导型Q开关激光装置；131 :脊波导型Q开关激光装置；44a、104a、124a :第一覆层膜；44b、 104b、124b :第二覆层膜；124c :第三覆层膜；124d :第四覆层膜；PL :激发光；CL :谐振光； OL :输出光；AX :传播方向轴。
【具体实施方式】
[0032] 以下，依照各实施方式，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的被动Q开关元件等。
[0033] 实施方式1.
[0034] 图1是示出本发明的实施方式1的被动Q开关元件1的结构图。在图1中，被动 Q开关元件1由环形形状的可饱和吸收体2和圆盘形状（与激光的传播方向垂直的剖面的 形状是圆形的圆柱形，以下相同）的透明材料3构成，在透明材料3的圆周上（在激光的传 播方向轴的周围整体，以下相同）光学地接合了可饱和吸收体2。透明材料3是对激光振荡 波长透明的材料。
[0035] 在被动Q开关元件1中，在可饱和吸收体2和透明材料3中，使用折射率和热膨胀 率大致相等或者相等的材料。例如，在透明材料3中，使用可饱和吸收体2的基质材料（母 材结晶）即可。如果可饱和吸收体2和透明材料3的折射率差大，则波面像差所致的损失 增加，所以优选的是折射率差小。例如，如果为了使波面像差以p-v值成为λ/4以下（波 面像差损失〇. 012)，而将波长设为1064nm、被动Q开关元件1的厚度设为1mm，则可饱和吸 收体2和透明材料3的折射率差根据下式
[0036]
【权利要求】
1. 一种被动Q开关元件，其特征在于，具备： 圆盘状或者立方体的透明材料；以及 可饱和吸收体，具有与所述透明材料大致相等的折射率， 所述可饱和吸收体与所述透明材料邻接地被光学地接合。
2. 根据权利要求1所述的被动Q开关元件，其特征在于， 所述透明材料是所述可饱和吸收体的基质材料。
3. 根据权利要求1或者2所述的被动Q开关元件，其特征在于， 所述透明材料和所述可饱和吸收体是通过陶瓷材料被一体地烧结了的、通过扩散接合 被一体地接合了的、或通过表面活性化接合被一体地接合了的。
4. 一种被动Q开关元件，其特征在于，具备： 圆盘状或者立方体的激光材料；以及 可饱和吸收体，具有与所述激光材料大致相等的折射率， 所述可饱和吸收体与所述激光材料邻接地被光学地接合。
5. 根据权利要求4所述的被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料和所述可饱和吸收体是通过陶瓷材料被一体地烧结了的、通过扩散接合 被一体地接合了的、或通过表面活性化接合被一体地接合了的。
6. 根据权利要求4或者5所述的被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料由Nd :YAG或者Yb :YAG构成， 所述可饱和吸收体由Cr4+ :YAG或者V3+ :YAG构成。
7. 根据权利要求4或者5所述的被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料由Er:glass即铒玻璃或者Er :YAG或者Er :YV04构成， 所述可饱和吸收体由Co :SPINEL即Co :SPINEL或者Co2+ :ZnSe或者Co2+ :ZnS或者 Cr2+ :ZnSe 或者 Cr2+ :ZnS 构成。
8. -种平面波导型被动Q开关元件，其特征在于，具备： 平面状的透明材料；以及 平面状的2个可饱和吸收体，具有比所述透明材料大的折射率， 所述2个可饱和吸收体的面分别被光学地接合到所述透明材料的2个面。
9. 一种平面波导型被动Q开关元件，其特征在于，具备： 平面状的透明材料； 平面状的2个可饱和吸收体，具有比所述透明材料大的折射率；以及 2个覆层膜，具有比所述2个可饱和吸收体小的折射率， 所述2个可饱和吸收体的面分别被光学地接合到所述透明材料的2个面， 所述2个覆层膜分别被光学地接合到所述2个可饱和吸收体的与和所述透明材料接合 了的面相向的面。
10. 根据权利要求8或者9所述的平面波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述透明材料是所述可饱和吸收体的基质材料。
11. 根据权利要求8至10中的任意一项所述的平面波导型被动Q开关元件，其特征在 于， 所述透明材料和所述可饱和吸收体是通过陶瓷材料被一体地烧结了的、通过扩散接合 被一体地接合了的、或通过表面活性化接合被一体地接合了的。
12. -种脊波导型被动Q开关元件，其特征在于，具备： 立方体形状的透明材料； 可饱和吸收体，具有比所述透明材料大的折射率；以及 覆层膜，具有比所述可饱和吸收体小的折射率， 所述可饱和吸收体被光学地接合到所述透明材料的外周上，所述覆层膜光学地接合到 所述可饱和吸收体的与和所述透明材料接合了的面相向的面。
13. 根据权利要求12所述的脊波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述透明材料是所述可饱和吸收体的基质材料。
14. 根据权利要求12或者13所述的脊波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述透明材料和所述可饱和吸收体是通过陶瓷材料被一体地烧结了的、通过扩散接合 被一体地接合了的、或通过表面活性化接合被一体地接合了的。
15. -种平面波导型被动Q开关元件，其特征在于，具备： 平面状的激光材料； 平面状的2个可饱和吸收体，具有比所述激光材料大的折射率， 所述2个可饱和吸收体的面分别被光学地接合到所述激光材料的2个面。
16. -种平面波导型被动Q开关元件，其特征在于，具备： 平面状的激光材料； 平面状的2个可饱和吸收体，具有比所述激光材料大的折射率； 2个覆层膜，具有比所述2个可饱和吸收体小的折射率， 所述2个可饱和吸收体的面分别被光学地接合到所述激光材料的2个面， 所述2个覆层膜分别被光学地接合到所述2个可饱和吸收体的与和所述激光材料接合 了的面对向的面。
17. 根据权利要求15或者16所述的平面波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料和所述可饱和吸收体是通过陶瓷材料被一体地烧结了的、通过扩散接合 被一体地接合了的、或通过表面活性化接合被一体地接合了的。
18. 根据权利要求15至17中的任意一项所述的平面波导型被动Q开关元件，其特征在 于， 所述激光材料由Nd :YAG或者Yb :YAG构成， 所述可饱和吸收体由Cr4+ :YAG或者V3+ :YAG构成。
19. 根据权利要求15至17中的任意一项所述的平面波导型被动Q开关元件，其特征在 于， 所述激光材料由Er :glass即铒玻璃或者Er :YAG或者Er :YV04构成， 所述可饱和吸收体由Co :SPINEL或者Co2+ :ZnSe或者Co2+ :ZnS或者Cr2+ :ZnSe或者 Cr2+ :ZnS 构成。
20. -种脊波导型被动Q开关元件，其特征在于，具备： 立方体形状的激光材料； 可饱和吸收体,具有比所述激光材料大的折射率； 覆层膜，具有比所述可饱和吸收体小的折射率， 所述可饱和吸收体被光学地接合到所述透明材料的外周上，所述覆层膜光学地接合到 所述可饱和吸收体的与和所述透明材料接合了的面相向的面。
21. 根据权利要求20所述的脊波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料和所述可饱和吸收体是通过陶瓷材料被一体地烧结了的、通过扩散接合 被一体地接合了的、或通过表面活性化接合被一体地接合了的。
22. 根据权利要求20或者21所述的脊波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料由Nd :YAG或者Yb :YAG构成， 所述可饱和吸收体由Cr4+ :YAG或者V3+ :YAG构成。
23. 根据权利要求20或者21所述的脊波导型被动Q开关元件，其特征在于， 所述激光材料由Er :glass或者Er :YAG或者Er :YV04构成， 所述可饱和吸收体由Co :SPINEL或者Co2+ :ZnSe或者Co2+ :ZnS或者Cr2+ :ZnSe或者 Cr2+ :ZnS 构成。
24. -种被动Q开关激光装置，其特征在于，具备： 沿着激光的传播方向轴设置了的、权利要求1至3中的任意一项所述的被动Q开关元 件； 激光材料； 空间型的谐振器；以及 输出对所述激光材料进行光激发的激发光的激发光源。
25. -种被动Q开关激光装置，其特征在于，具备： 沿着激光的传播方向轴设置了的、权利要求4至7中的任意一项所述的被动Q开关元 件； 空间型的谐振器；以及 输出对所述激光材料进行光激发的激发光的激发光源。
26. -种平面波导型被动Q开关激光装置，其特征在于，具备： 沿着激光的传播方向轴设置了的、权利要求8至11中的任意一项所述的平面波导型被 动Q开关元件； 平面波导型的激光材料； 平面波导型的谐振器；以及 输出对所述平面波导型的激光材料进行光激发的激发光的激发光源。
27. -种脊波导型被动Q开关激光装置，其特征在于，具备： 沿着激光的传播方向轴设置了的、权利要求12至14中的任意一项所述的脊波导型被 动Q开关元件； 平面波导型的激光材料； 平面波导型的谐振器；以及 输出对所述平面波导型的激光材料进行光激发的激发光的激发光源。
28. -种平面波导型被动Q开关激光装置，其特征在于，具备： 沿着激光的传播方向轴设置了的、权利要求15至19中的任意一项所述的平面波导型 被动Q开关元件； 平面波导型的谐振器；以及 输出对所述平面波导型的激光材料进行光激发的激发光的激发光源。
29. -种脊波导型被动Q开关激光装置，其特征在于，具备： 沿着激光的传播方向轴设置了的、权利要求20至23中的任意一项所述的脊波导型被 动Q开关元件； 脊波导型的谐振器；以及 输出对所述脊波导型的激光材料进行光激发的激发光的激发光源。
【文档编号】H01S3/113GK104272537SQ201380024084
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】秋野阳介, 平野嘉仁, 柳泽隆行, 深堀秀则 申请人:三菱电机株式会社