專利名稱：脈沖激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖激光裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的脈沖激光光源，已知有例如日本特表平9-508755號(hào)公報(bào)、日本特開平 11-261136號(hào)公報(bào)以及日本特開2006-73962號(hào)公報(bào)所記載的光源。這些脈沖激光光源被構(gòu) 成為在激光共振器的共振光路上具有，激光介質(zhì)，其通過被供給激勵(lì)光而產(chǎn)生發(fā)射光；以 及起到作為被動(dòng)Q開關(guān)的作用的可飽和吸收體，其光吸收率由于光吸收的飽和而減小。在被如上所述構(gòu)成的具有激光共振器的脈沖激光光源中，被輸出的脈沖激光的脈 沖寬度一般為500ps 幾ns。脈沖寬度由激光共振器的結(jié)構(gòu)決定，共振器的長度為決定脈 沖寬度的一個(gè)重要參數(shù)。在希望縮短脈沖寬度的情況下，必須縮小共振器的長度。然而，縮短共振器的長度會(huì)牽涉到激光介質(zhì)或者可飽和吸收體的長度的縮短，導(dǎo) 致其與激光振蕩特性之間產(chǎn)生二律背反?？傊艨s短激光介質(zhì)，則難以得到用于產(chǎn)生激光 振蕩所必需的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(population inversion)的充分的吸收(激勵(lì))，從而使輸出的 脈沖光的能量降低。此外，若縮短可飽和吸收體，則Q開關(guān)的功能減弱，出現(xiàn)脈沖寬度變大、 輸出脈沖能量降低之類的情況，從而無法得到希望的激光特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題，其目的在于提供一種能夠輸出脈沖寬度小且高能 量的脈沖激光的脈沖激光裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置的特征在于具有(1)放大介質(zhì) 以及激光介質(zhì)，其通過被供給激勵(lì)光而產(chǎn)生發(fā)射光；(2)可飽和吸收體，其光吸收率由于光 吸收的飽和而減?。?3)第1反射部，使激勵(lì)光透過，并使發(fā)射光的一部分透過而使其余部 分反射；⑷使發(fā)射光反射的第2反射部；(5)輸出激勵(lì)光的激勵(lì)光源；以及(6)光學(xué)系統(tǒng)， 其使從激勵(lì)光源輸出的激勵(lì)光向放大介質(zhì)入射，并將從放大介質(zhì)輸出的發(fā)射光向與激勵(lì)光 的光路不同的光路導(dǎo)光。再者，本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置的特征在于，第1反射部以及 第2反射部構(gòu)成激光共振器，在該激光共振器的共振光路上具有激光介質(zhì)以及可飽和吸收 體，放大介質(zhì)、第1反射部、激光介質(zhì)、可飽和吸收體以及第2反射部被依次配置并一體化。在該脈沖激光裝置中，從激勵(lì)光源輸出的激勵(lì)光向放大介質(zhì)入射，再進(jìn)一步向激 光介質(zhì)入射，從而使放大介質(zhì)以及激光介質(zhì)被激勵(lì)。由被構(gòu)成于第1反射部與第2反射部 之間的激光共振器的共振光路上的激光介質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)射光可以到達(dá)可飽和吸收體。由激 光介質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率較小的情況下，可飽和吸收體的光吸收率較大，在激光共振 器中不產(chǎn)生激光振蕩。而一旦由激光介質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率變大，當(dāng)可飽和吸收體中 的光強(qiáng)度超過某一值時(shí)，可飽和吸收體的光吸收飽和，使得光吸收率急劇變小?？娠柡臀?體的光吸收率變小，則由激光介質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)射光能夠透過可飽和吸收體，在激光介質(zhì)中 產(chǎn)生受激發(fā)射。由此，在激光共振器中產(chǎn)生激光振蕩。
本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置優(yōu)選還具備第3反射部，其設(shè)置于激光介質(zhì)與可飽 和吸收體之間，使激勵(lì)光反射，并使發(fā)射光透過。在這種情況下，由于激勵(lì)光被第3反射部 反射，因此抑制了激勵(lì)光通過可飽和吸收體，從而抑制了可飽和吸收體的發(fā)熱的問題。在本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置中，優(yōu)選第1反射部由電介質(zhì)多層膜構(gòu)成，且放 大介質(zhì)與激光介質(zhì)夾住第1反射部而被直接接合。在這種情況下，有利于放大介質(zhì)與激光 介質(zhì)被一體地接合。本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置，優(yōu)選還具備熱擴(kuò)散部，其使在放大介質(zhì)或者激光 介質(zhì)中由于光吸收而產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散。在這種情況下，由于在放大介質(zhì)或者激光介質(zhì)中產(chǎn) 生的熱量通過熱擴(kuò)散部而擴(kuò)散，因此抑制了熱透鏡效應(yīng)的產(chǎn)生，可以使得動(dòng)作穩(wěn)定。在本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置中，優(yōu)選放大介質(zhì)具有依賴于激勵(lì)光的偏振光方 向的激勵(lì)光吸收特性，或者激光介質(zhì)具有依賴于激勵(lì)光的偏振光方向的激勵(lì)光吸收特性。 再者，優(yōu)選光學(xué)系統(tǒng)包含偏振光調(diào)整部，其調(diào)整從激勵(lì)光源輸出并向放大介質(zhì)入射的激勵(lì) 光的偏振光狀態(tài)。在這種情況下，利用偏振光調(diào)整部調(diào)整激勵(lì)光的偏振光狀態(tài)，從而可以調(diào) 制激光振蕩的脈沖周期以及脈沖激光的能量。


圖1為第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的放大介質(zhì)與激光介質(zhì)之間的直接接 合的第1方式的說明圖。圖3為第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的放大介質(zhì)與激光介質(zhì)之間的直接接 合的第2方式的說明圖。圖4為第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的放大介質(zhì)與激光介質(zhì)之間的直接接 合的第3方式的說明圖。圖5為第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖6為第3實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7為第4實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8為第5實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。其中，在附圖的說明中，對(duì)相同的要 素賦予相同的符號(hào)，省略重復(fù)的說明。(第1實(shí)施方式)圖1為第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1的結(jié)構(gòu)的示意圖。該圖所示的脈沖 激光光源1具備激勵(lì)光源10、透鏡11 13、分色鏡(dichroic mirror) 14、放大介質(zhì)21、第 1反射部22、激光介質(zhì)23、第3反射部24、可飽和吸收體25以及第2反射部26。放大介質(zhì)21以及激光介質(zhì)23分別含有光活性物質(zhì)，通過被供給從激勵(lì)光源10輸 出的激勵(lì)光而使得光活性物質(zhì)被激勵(lì)，并由該光活性物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)射光。優(yōu)選放大介質(zhì)21以 及激光介質(zhì)23分別為Nd:YAG或者Yb:YAG等的結(jié)晶。放大介質(zhì)21的厚度例如為0. 2mm 1. 5mm。激光介質(zhì)23的厚度例如為0. 01mm 1. 5mm。
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可飽和吸收體25的光吸收率由于光吸收的飽和而減小，在激光共振器中被用作 被動(dòng)Q開關(guān)。即可飽和吸收體25，在光強(qiáng)度小時(shí)其光吸收率較大，如果光強(qiáng)度超過某一值， 則光吸收飽和，使得光吸收率急劇變小。優(yōu)選可飽和吸收體25為Cr:YAG等的結(jié)晶。反射部22被設(shè)置于放大介質(zhì)21與激光介質(zhì)23之間。反射部22使激勵(lì)光透過， 并使發(fā)射光的一部分透過而使其余部分反射。發(fā)射光波長中的反射部22的反射率為例如 90%左右。優(yōu)選反射部22為電介質(zhì)多層膜。反射部24被設(shè)置于激光介質(zhì)23與可飽和吸收體25之間。反射部24使激勵(lì)光反 射并使發(fā)射光透過。優(yōu)選該反射部24也為電介質(zhì)多層膜。
反射部26被設(shè)置于可飽和吸收體25中的與設(shè)置有反射部24的面相對(duì)的面上。反 射部26使發(fā)射光以高反射率反射。優(yōu)選該反射部26也為電介質(zhì)多層膜。反射部22以及反射部26構(gòu)成激光共振器，在該激光共振器的共振光路上具有激 光介質(zhì)23、反射部24以及可飽和吸收體25。此外，放大介質(zhì)21、反射部22、激光介質(zhì)23、反 射部24、可飽和吸收體25以及反射部26被依次配置并一體化。在進(jìn)行該一體化時(shí)，優(yōu)選通 過直接接合(表面活化接合技術(shù))而使其接合。此外，優(yōu)選在放大介質(zhì)21的激勵(lì)光入射側(cè)的面上設(shè)置使激勵(lì)光以及發(fā)射光以高 透過率透過的透過部。優(yōu)選該透過部也為電介質(zhì)多層膜。激勵(lì)光源10輸出用于使放大介質(zhì)21以及激光介質(zhì)23中分別含有的光活性物質(zhì) 激勵(lì)的激勵(lì)光。優(yōu)選激勵(lì)光源10包含激光二極管。包含透鏡11 13以及分色鏡14的光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置于激勵(lì)光源10與放大介質(zhì)21 之間，使從激勵(lì)光源10輸出的激勵(lì)光向放大介質(zhì)21入射，并將從放大介質(zhì)21輸出的發(fā)射 光向與激勵(lì)光的光路不同的光路導(dǎo)光。在使用激光二極管作為激勵(lì)光源10的情況下，從該激光二極管輸出的激勵(lì)光具 有快軸以及慢軸，由于軸方向不同而使得擴(kuò)散角不同。在此，2個(gè)透鏡11、12輸入從激光二 極管輸出的激勵(lì)光，并輸出被準(zhǔn)直的激勵(lì)光。透鏡13輸入該被準(zhǔn)直的激勵(lì)光，使該激勵(lì)光會(huì)聚并聚光于激光介質(zhì)23。由此，在 激光介質(zhì)23中激勵(lì)光的能量密度變大，從而容易實(shí)現(xiàn)短脈沖化。分色鏡14使從激勵(lì)光源10輸出并經(jīng)由透鏡11 13而到達(dá)的激勵(lì)光透過并向放 大介質(zhì)21入射。分色鏡14使從放大介質(zhì)21輸出而到達(dá)的發(fā)射光反射并向與激勵(lì)光的光 路不同的光路導(dǎo)光。第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1以如下方式動(dòng)作。從激勵(lì)光源10輸出的 激勵(lì)光被2個(gè)透鏡11、12準(zhǔn)直，被透鏡13會(huì)聚，透過分色鏡14，向放大介質(zhì)21入射。從分 色鏡14向放大介質(zhì)21入射的激勵(lì)光依次通過放大介質(zhì)21、反射部22以及激光介質(zhì)23而 到達(dá)反射部24，被該反射部24反射。被反射部24反射的激勵(lì)光依次通過激光介質(zhì)23、反 射部22以及放大介質(zhì)21。激勵(lì)光通過時(shí)，光活性物質(zhì)分別在放大介質(zhì)21以及激光介質(zhì)23 中被激勵(lì)。在激光共振器中，由被激勵(lì)光激勵(lì)的激光介質(zhì)23產(chǎn)生的發(fā)射光透過反射部24而 可以到達(dá)可飽和吸收體25。當(dāng)由激光介質(zhì)23產(chǎn)生的發(fā)射光的功率較小時(shí)，可飽和吸收體 25的光吸收率較大，在激光共振器中不產(chǎn)生激光振蕩。而一旦由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射 光的功率變大，可飽和吸收體25中的光強(qiáng)度超過某一值時(shí)，則可飽和吸收體25的光吸收飽和，使得光吸收率急劇變小。如果可飽和吸收體25的光吸收率變小，則由激光介質(zhì)23所產(chǎn) 生的發(fā)射光能夠透過可飽和吸收體25，通過往返于反射部22與反射部26之間，從而在激光 介質(zhì)23中產(chǎn)生受激發(fā)射。由此，在激光共振器中產(chǎn)生激光振蕩。
產(chǎn)生于該激光介質(zhì)23的受激發(fā)射光中的透過反射部22的光(激光)在通過放大 介質(zhì)21時(shí)，在被激勵(lì)光激勵(lì)的放大介質(zhì)21中被光放大。然后，該被光放大了的激光從放大 介質(zhì)21向外部射出，并被分色鏡14反射。此外，產(chǎn)生這樣的激光振蕩之后，立即使由激光 介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率變小，可飽和吸收體25的光吸收率變大，從而在激光共振器 中結(jié)束激光振蕩。通過反復(fù)進(jìn)行上述的動(dòng)作，脈沖激光光源1能夠輸出脈沖激光。此外，可以使用半導(dǎo)體或者結(jié)晶作為可飽和吸收體。然而，在使用半導(dǎo)體作為可飽 和吸收體的情況下，由于光吸收強(qiáng)且發(fā)熱量大，因此在實(shí)用化方面存在問題。對(duì)此，在本實(shí) 施方式所涉及的脈沖激光光源1中，使用結(jié)晶作為可飽和吸收體。與半導(dǎo)體型的可飽和吸 收體相比，雖然結(jié)晶型的可飽和吸收體的吸收系數(shù)小，然而在發(fā)熱方面的問題較少，有利于 實(shí)用化。然而，結(jié)晶型的可飽和吸收體為了彌補(bǔ)較小的吸收系數(shù)，需要增加吸收長度，從而 共振器的長度變大，因此，在短脈沖化方面存在極限。因此，對(duì)于使用結(jié)晶型的可飽和吸收 體的脈沖激光光源而言，輸出的脈沖激光的脈沖寬度小于500ps并且實(shí)現(xiàn)了高輸出的產(chǎn)品 是不存在的。在本實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn)小的脈沖寬度以及高輸出，通過在確保可飽和吸收體 25的吸收長度的同時(shí)縮短激光介質(zhì)23，從而限制共振器長度而實(shí)現(xiàn)短脈沖化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高 輸出。此外，本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1也具有以下特征，即從激勵(lì)光源10輸 出的激光在通過放大介質(zhì)21之后被提供給激光介質(zhì)23。在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于在到達(dá)激光 介質(zhì)23之前激勵(lì)光的一部分在放大介質(zhì)21中被吸收，因此乍看也許會(huì)認(rèn)為這不利于高輸 出。然而，本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1具有基于與這種看法相反的構(gòu)思的結(jié)構(gòu)。即本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1被構(gòu)成為，在共振器中配置用于短脈沖化 的乍看吸收長度不足的激光介質(zhì)23，同時(shí)在激光介質(zhì)23與可飽和吸收體25之間配置使激 勵(lì)光反射并使發(fā)射光透過的反射部24，這樣，通過使在1次通過中未被完全吸收的激勵(lì)光 被反射部24反射、再次通過并激勵(lì)激光介質(zhì)23，從而產(chǎn)生高效的激光振蕩，之后，使激光入 射于以對(duì)激光介質(zhì)23而言看似妨礙激勵(lì)的方式配置的放大介質(zhì)21。為了使激勵(lì)光與發(fā)射光之間的空間模式彼此很好地一致，優(yōu)選激光介質(zhì)23與放 大介質(zhì)21被物理接合。此外，通過被一體地接合，還順帶具有抑制激光介質(zhì)23的機(jī)械變形、 抑制熱透鏡效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。在假設(shè)沒有被一體地接合的情況下，在機(jī)械特性或者裝配方面會(huì) 存在問題。如果機(jī)械地按壓結(jié)晶，則在結(jié)晶內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，從而影響折射率的分布，這樣，會(huì) 對(duì)激光振蕩的穩(wěn)定性以及振蕩模式產(chǎn)生不利影響，定位本身也會(huì)變得復(fù)雜。在使其接近而 配置的情況下，需要對(duì)齊，且關(guān)系到上述的空間模式的不一致，使得放大效率顯著降低。因 此，在本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1中，激光介質(zhì)23與放大介質(zhì)21被物理地一體接
I=I O作為玻璃或者結(jié)晶的直接接合技術(shù)，熟知的有例如擴(kuò)散接合、光學(xué)接觸。此外，也 可以使用粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)，然而這在高輸出激光的情況下會(huì)引起損傷，因而不宜采用。
擴(kuò)散接合為熱接合，通過施以高溫而使物質(zhì)之間相互擴(kuò)散從而接合。但是，由于作 為反射部22使用的電介質(zhì)多層膜耐熱性差，因此在物理上不可能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散接合。光學(xué)接觸為通過 使平面度和表面粗糙度達(dá)到極限而產(chǎn)生分子間力的接合技術(shù)。因 此，若不是具有可以產(chǎn)生分子間力的程度的平面度以及表面粗糙度的物質(zhì)，則不能接合，殘 存有脫落的可能性。一般而言，雖然在限定的條件下具有實(shí)現(xiàn)電介質(zhì)多層膜以及結(jié)晶的光 學(xué)接觸、或者是電介質(zhì)多層膜之間的光學(xué)接觸的可能性，然而實(shí)現(xiàn)本身較為困難，且殘存有 產(chǎn)生不利情況的危險(xiǎn)。因此，在本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1中，通過使用近年來在MEMS(微機(jī)電 系統(tǒng)Micro Electro Mechanical Systems)領(lǐng)域取得進(jìn)展的表面活化接合技術(shù)(直接接 合)，能夠解決以上問題。所謂表面活化接合技術(shù)，是指為了使硅基板彼此接合而在MEMS領(lǐng) 域深入開發(fā)的技術(shù)。在結(jié)晶-電介質(zhì)膜、電介質(zhì)膜彼此之間均可進(jìn)行直接接合。在本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1中，作為直接接合的條件，結(jié)晶或者電介 質(zhì)多層膜的表面狀態(tài)，平面度優(yōu)選為λ以下(更優(yōu)選為λ/10以下)，表面粗糙度Ra優(yōu)選 為Inm以下(更優(yōu)選為0. 5nm以下)。圖2 圖4為對(duì)本實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1中的放大介質(zhì)21與激光介 質(zhì)23之間的直接接合的方式的說明圖。在圖2所示的直接接合的第1方式中，放大介質(zhì)21的相互平行的2個(gè)主面中，在 一個(gè)主面上形成有透過部20，在另一個(gè)主面上形成有反射部22A。激光介質(zhì)23的相互平行 的2個(gè)主面中，在一個(gè)主面上形成有反射部24，在另一個(gè)主面上形成有反射部22B。于是， 放大介質(zhì)21與激光介質(zhì)23夾住反射部22A以及反射部22B而被直接接合，該被直接接合 后的反射部22k以及反射部22B成為反射部22。在圖3所示的直接接合的第2方式中，放大介質(zhì)21的相互平行的2個(gè)主面中，在 一個(gè)主面上形成有透過部20。激光介質(zhì)23的相互平行的2個(gè)主面中，在一個(gè)主面上形成有 反射部24，在另一主面上形成有反射部22。于是，放大介質(zhì)21與激光介質(zhì)23夾住反射部 22而被直接接合。在圖4所示的直接接合的第3方式中，放大介質(zhì)21的相互平行的2個(gè)主面中，在 一個(gè)主面上形成有透過部20，在另一個(gè)主面上形成有反射部22。激光介質(zhì)23的相互平行 的2個(gè)主面中，在一個(gè)主面上形成有反射部24。于是，放大介質(zhì)21與激光介質(zhì)23夾住反射 部22而被直接接合。在這些情況中，均優(yōu)選直接接合前的反射部22A、反射部22B或者反射部22的最表 面層為表面粗糙度Ra較小的SiO2層。(第2實(shí)施方式)圖5為第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源2的結(jié)構(gòu)的示意圖。該圖所示的脈沖 激光光源2具有激勵(lì)光源10、透鏡11 13、分色鏡14、放大介質(zhì)21、第1反射部22、激光介 質(zhì)23、可飽和吸收體25以及第2反射部26。與圖1所示的第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源1相比，該圖5所示的第2實(shí) 施方式所涉及的脈沖激光光源2的不同之處在于不具有第3反射部24。即激光介質(zhì)23與 可飽和吸收體25被直接接合。此外，在第2實(shí)施方式中，反射部26不僅以高反射率反射發(fā) 射光，也以高反射率反射激勵(lì)光。
第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源2以如下方式動(dòng)作。從激勵(lì)光源10輸出的 激勵(lì)光被2個(gè)透鏡11、12準(zhǔn)直，被透鏡13會(huì)聚，透過分色鏡14，從而向放大介質(zhì)21入射。 從分色鏡14向放大介質(zhì)21入射的激勵(lì)光依次通過放大介質(zhì)21、反射部22、激光介質(zhì)23以 及可飽和吸收體25而到達(dá)反射部26，被該反射部26反射。被反射部26反射的激勵(lì)光依次 通過可飽和吸收體25、激光介質(zhì)23、反射部22以及放大介質(zhì)21。在放大介質(zhì)21以及激光 介質(zhì)23的各自中，在激勵(lì)光通過時(shí)光活性物質(zhì)被激勵(lì)。在激光共振器中，由被激勵(lì)光激勵(lì)的激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光可以到達(dá)可飽 和吸收體25。當(dāng)由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率較小時(shí)，可飽和吸收體25的光吸收 率較大，在激光共振器中不發(fā)生激光振蕩。而一旦由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率變 大，當(dāng)可飽和吸收體25中的光強(qiáng)度超過某一值時(shí)，可飽和吸收體25的光吸收飽和，光吸收 率急劇減小。如果可飽和吸收體25的光吸收率變小， 則由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光能 夠透過可飽和吸收體25，通過往返于反射部22與反射部26之間從而在激光介質(zhì)23中產(chǎn)生 受激發(fā)射。由此，在激光共振器中產(chǎn)生激光振蕩。產(chǎn)生于該激光介質(zhì)23中的受激發(fā)射光中的透過反射部22的光(激光)在通過放 大介質(zhì)21時(shí)，在被激勵(lì)光激勵(lì)的放大介質(zhì)21中被光放大。然后，該被光放大了的激光從放 大介質(zhì)21向外部射出，并被分色鏡14反射。此外，產(chǎn)生這樣的激光振蕩之后，立即使由激 光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率變小，而可飽和吸收體25的光吸收率變大，從而在激光共 振器中結(jié)束激光振蕩。通過反復(fù)進(jìn)行上述的動(dòng)作，脈沖激光光源2能夠輸出脈沖激光。該第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源2也與第1實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光 源1同樣地，能夠輸出脈沖寬度小且高能量的脈沖激光。(第3實(shí)施方式)圖6為第3實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源3的結(jié)構(gòu)的示意圖。該圖所示的脈沖 激光光源3具有激勵(lì)光源10、透鏡11 13、分色鏡14、1/4波長板15、放大介質(zhì)21、第1反 射部22、激光介質(zhì)23、可飽和吸收體25、第2反射部26以及熱擴(kuò)散部27 29。與圖5所示的第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源2的結(jié)構(gòu)相比，該圖6所示的 第3實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源3的不同之處在于還具備1/4波長板15以及熱擴(kuò)散 部27 29。熱擴(kuò)散部27 29使在激光介質(zhì)21或者可飽和吸收體23中由于光吸收而產(chǎn)生的 熱量擴(kuò)散。熱擴(kuò)散部27 29為不含有光活性物質(zhì)的結(jié)晶，優(yōu)選為YAG。熱擴(kuò)散部27被接 合于激光介質(zhì)21的一個(gè)主面上(激勵(lì)光源10的一側(cè))。熱擴(kuò)散部28被設(shè)置于激光介質(zhì) 21與反射部22之間。此外，熱擴(kuò)散部29與可飽和吸收體25夾著反射部26而被接合。熱擴(kuò)散部27、放大介質(zhì)21、熱擴(kuò)散部28、第1反射部22、激光介質(zhì)23、可飽和吸收 體25、第2反射部26以及熱擴(kuò)散部29被依次設(shè)置并一體化。在進(jìn)行該一體化時(shí)，優(yōu)選通過 直接接合(表面活性化接合技術(shù))而被接合。1/4波長板15被設(shè)置于分色鏡14與放大介質(zhì)21之間。分色鏡14使ρ偏振光的 激勵(lì)光透過并使s偏振光的激勵(lì)光反射。1/4波長板15輸入從分色鏡14到達(dá)的ρ偏振光 的激勵(lì)光，并通過使該激勵(lì)光2次通過，從而向分色鏡14輸出s偏振光的激勵(lì)光。第3實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源3以如下方式動(dòng)作。從激勵(lì)光源10輸出的 激勵(lì)光被2個(gè)透鏡11、12準(zhǔn)直，ρ偏振光成分選擇性地透過分色鏡14，經(jīng)由1/4波長板15以及透鏡13，而向熱擴(kuò)散部27入射。從分色鏡14向熱擴(kuò)散部27入射的激勵(lì)光依次通過熱擴(kuò)散部27、放大介質(zhì)21、熱擴(kuò)散部28、反射部22、激光介質(zhì)23以及可飽和吸收體25而到達(dá) 反射部26，被該反射部26反射。被反射部26反射的激勵(lì)光依次通過可飽和吸收體25、激 光介質(zhì)23、反射部22、熱擴(kuò)散部28、放大介質(zhì)21以及熱擴(kuò)散部27。在放大介質(zhì)21以及激 光介質(zhì)23的各自中，在激勵(lì)光通過時(shí)光活性物質(zhì)被激勵(lì)。此外，被反射部26反射的激勵(lì)光 中的經(jīng)過了熱擴(kuò)散部27的激勵(lì)光通過1/4波長板15從而成為s偏振光，并被分色鏡14反 射。在激光共振器中，由被激勵(lì)光激勵(lì)的激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光可以到達(dá)可飽 和吸收體25。當(dāng)由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率較小時(shí)，可飽和吸收體25的光吸收 率較大，在激光共振器中不發(fā)生激光振蕩。而一旦由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率變 大，當(dāng)可飽和吸收體25中的光強(qiáng)度超過某一值時(shí)，可飽和吸收體25的光吸收飽和，光吸收 率急劇減小。如果可飽和吸收體25的光吸收率變小，則由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光能 夠透過可飽和吸收體25，通過往返于反射部22與反射部26之間而在激光介質(zhì)23中產(chǎn)生受 激發(fā)射。由此，在激光共振器中產(chǎn)生激光振蕩。產(chǎn)生于該激光介質(zhì)23中的受激發(fā)射光中的透過反射部22的光(激光)在通過放 大介質(zhì)21時(shí)，在被激勵(lì)光激勵(lì)的放大介質(zhì)21中被光放大。然后，該被光放大了的激光從放 大介質(zhì)21經(jīng)由熱擴(kuò)散部27而向外部射出，并被分色鏡14反射。此外，產(chǎn)生這樣的激光振 蕩之后，立即使由激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的發(fā)射光的功率變小而可飽和吸收體25的光吸收率 變大，從而在激光共振器中結(jié)束激光振蕩。通過反復(fù)進(jìn)行上述的動(dòng)作，脈沖激光光源3能夠 輸出脈沖激光。該第3實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源3也與第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光 源2同樣地，能夠輸出脈沖寬度小且高能量的脈沖激光。除此之外，在第3實(shí)施方式所涉及 的脈沖激光光源3中，由于限制了放大介質(zhì)21或者激光介質(zhì)23中未被用于激勵(lì)的、殘留的 激勵(lì)光返回激勵(lì)光源10，有利于保護(hù)激勵(lì)光源10。此外，在第3實(shí)施方式所涉及的脈沖激 光光源3中，由于由放大介質(zhì)21或者激光介質(zhì)23所產(chǎn)生的熱量通過熱擴(kuò)散部27 29擴(kuò) 散，因此可以抑制熱透鏡效應(yīng)的產(chǎn)生，并可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的動(dòng)作。(第4實(shí)施方式)圖7為第4實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源4的結(jié)構(gòu)的示意圖。該圖所示的脈沖 激光光源4具有激勵(lì)光源10、透鏡11 13、分色鏡14、1/2波長板16、放大介質(zhì)21A、第1 反射部22、激光介質(zhì)23、可飽和吸收體25以及第2反射部26。與圖5所示的第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源2的結(jié)構(gòu)相比，該圖7所示的 第4實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源4的不同之處在于還具備1/2波長板16、以及具備放 大介質(zhì)2IA來替代放大介質(zhì)21。放大介質(zhì)21A含有光活性物質(zhì)，通過被供給從激勵(lì)光源10輸出的激勵(lì)光而使得光 活性物質(zhì)被激勵(lì)，由該光活性物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)射光。優(yōu)選放大介質(zhì)21A為Nd:YAG或者Yb:YAG 等的結(jié)晶。放大介質(zhì)21A的厚度例如為0. 2mm 1. 5mm。特別是，該放大介質(zhì)21A具有依賴 于激勵(lì)光的偏振光方向的激勵(lì)光吸收特性。1/2波長板16被設(shè)置于分色鏡14與放大介質(zhì)21A之間。1/2波長板16可以在光 軸的周圍自由旋轉(zhuǎn)，起到作為調(diào)整從激勵(lì)光源10輸出并向放大介質(zhì)21A入射的激勵(lì)光的偏振光狀態(tài)的偏振光調(diào)整部的作用。即根據(jù)1/2波長板16的旋轉(zhuǎn)方向不同，使得放大介質(zhì)21A中的激勵(lì)光的吸收不同，從而使得放大介質(zhì)21A中的激光的光放大的增益不同，此外，使得激光振蕩的脈沖周期 不同。例如，若放大介質(zhì)21A中的激勵(lì)光的吸收變大，則放大介質(zhì)21A中的激光的光放大的 增益變大，此外，激光振蕩的脈沖周期變長。該第4實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源4也與第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光 源2同樣地，能夠輸出脈沖寬度小且高能量的脈沖激光。除此之外，在第4實(shí)施方式所涉及 的脈沖激光光源4中，利用1/2波長板16的旋轉(zhuǎn)方向，能夠調(diào)制激光振蕩的脈沖周期以及 脈沖激光的能量。(第5實(shí)施方式)圖8為第5實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源5的結(jié)構(gòu)的示意圖。該圖所示的脈沖 激光光源5具有激勵(lì)光源10、透鏡11 13、分色鏡14、1/2波長板16、放大介質(zhì)21、第1反 射部22、激光介質(zhì)23A、可飽和吸收體25以及第2反射部26。與圖5所示的第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源2的結(jié)構(gòu)相比，該圖8所示的 第5實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源5的不同之處在于還具備1/2波長板16、以及具備激 光介質(zhì)23A來替代激光介質(zhì)23。 激光介質(zhì)23A含有光活性物質(zhì)，通過被供給從激勵(lì)光源10輸出的激勵(lì)光而使得光 活性物質(zhì)被激勵(lì)，由該光活性物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)射光。優(yōu)選激光介質(zhì)23A為Nd:YAG或者Yb:YAG 等的結(jié)晶。激光介質(zhì)23A的厚度例如為0. Olmm 1. 5mm。特別是，該激光介質(zhì)23A具有依 賴于激勵(lì)光的偏振光方向的激勵(lì)光吸收特性。1/2波長板16被設(shè)置于分色鏡14與放大介質(zhì)21之間。1/2波長板16可以在光 軸的周圍自由旋轉(zhuǎn)，起到作為調(diào)整從激勵(lì)光源10輸出并向激光介質(zhì)23A入射的激勵(lì)光的偏 振光狀態(tài)的偏振光調(diào)整部的作用。即利用1/2波長板16的旋轉(zhuǎn)方向，使得激光介質(zhì)23A中的激勵(lì)光的吸收不同，從 而使得激光振蕩的脈沖周期不同。例如，若激光介質(zhì)23A中的激勵(lì)光的吸收變大，則激光振 蕩的脈沖周期變短。于是，如果脈沖周期變短，則每一周期存儲(chǔ)在放大介質(zhì)21中的能量減 少，因此，放大介質(zhì)21中的光放大的增益變小。該第5實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光源5也與第2實(shí)施方式所涉及的脈沖激光光 源2同樣地，能夠輸出脈沖寬度小且高能量的脈沖激光。除此之外，在第5實(shí)施方式所涉及 的脈沖激光光源5中，利用1/2波長板16的旋轉(zhuǎn)方向，能夠調(diào)制激光振蕩的脈沖周期以及 脈沖激光的能量。本發(fā)明所涉及的脈沖激光裝置能夠輸出脈沖寬度小且高能量的脈沖激光。
權(quán)利要求
一種脈沖激光裝置，其特征在于，具有放大介質(zhì)以及激光介質(zhì)，其通過被供給激勵(lì)光而產(chǎn)生發(fā)射光；可飽和吸收體，其光吸收率由于光吸收的飽和而減?。坏?反射部，其使所述激勵(lì)光透過，并使所述發(fā)射光的一部分透過而使其余部分反射；第2反射部，其使所述發(fā)射光反射；激勵(lì)光源，其輸出所述激勵(lì)光；以及光學(xué)系統(tǒng)，其使從所述激勵(lì)光源輸出的激勵(lì)光向所述放大介質(zhì)入射，并將從所述放大介質(zhì)輸出的所述發(fā)射光向與所述激勵(lì)光的光路不同的光路導(dǎo)光，所述第1反射部以及所述第2反射部構(gòu)成激光共振器，在該激光共振器的共振光路上具有所述激光介質(zhì)以及所述可飽和吸收體，所述放大介質(zhì)、所述第1反射部、所述激光介質(zhì)、所述可飽和吸收體以及所述第2反射部被依次配置并一體化。
2.如權(quán)利要求1所述的脈沖激光裝置，其特征在于，還具備第3反射部，其被設(shè)置于所述激光介質(zhì)與所述可飽和吸收體之間，使所述激勵(lì) 光反射并使所述發(fā)射光透過。
3.如權(quán)利要求1所述的脈沖激光裝置，其特征在于， 所述第1反射部由電介質(zhì)多層膜構(gòu)成，所述放大介質(zhì)與所述激光介質(zhì)夾住第1反射部而被直接接合。
4.如權(quán)利要求1所述的脈沖激光裝置，其特征在于，還具有熱擴(kuò)散部，其使在所述放大介質(zhì)或者所述激光介質(zhì)中由于光吸收而產(chǎn)生的熱量 擴(kuò)散。
5.如權(quán)利要求1所述的脈沖激光裝置，其特征在于，所述放大介質(zhì)具有依賴于激勵(lì)光的偏振光方向的激勵(lì)光吸收特性， 所述光學(xué)系統(tǒng)包含偏振光調(diào)整部，其調(diào)整從所述激勵(lì)光源輸出并向所述放大介質(zhì)入射 的激勵(lì)光的偏振光狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的脈沖激光裝置，其特征在于，所述激光介質(zhì)具有依賴于激勵(lì)光的偏振光方向的激勵(lì)光吸收特性， 所述光學(xué)系統(tǒng)包含偏振光調(diào)整部，其調(diào)整從所述激勵(lì)光源輸出并向所述放大介質(zhì)入射 的激勵(lì)光的偏振光狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及脈沖激光裝置。脈沖激光光源(1)具備激勵(lì)光源(10)、透鏡(11～13)、分色鏡(14)、放大介質(zhì)(21)、第1反射部(22)、激光介質(zhì)(23)、第3反射部(24)、可飽和吸收體(25)以及第2反射部(26)。反射部(22)以及反射部(26)構(gòu)成激光共振器，在該激光共振器的共振光路上具有激光介質(zhì)(23)、反射部(24)以及可飽和吸收體(25)。此外，放大介質(zhì)(21)、反射部(22)、激光介質(zhì)(23)、反射部(24)、可飽和吸收體(25)以及反射部(26)被依次配置并一體化。由此，脈沖激光光源(1)能夠輸出脈沖寬度小且高能量的脈沖激光。
文檔編號(hào)H01S3/11GK101867146SQ20101012145
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者岡本博, 大橋弘之, 齋藤正之, 筱田和憲, 高新 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社