激光装置、光源以及测量装置制造方法及图纸

在将输出光(200)振荡成多个脉冲状的激光装置(1)中，在激光介质(26)发出的光的光路或者从光谐振器(20)发射后的输出光(200)的光路中的任一光路上设置有限制绕光轴的扩展的空间滤波器(40)，输出光(200)是由吸收激发光(100)并发出光的激光介质(26)发出的光被放大而成的，该激光介质(26)添加有镱。

Laser device, light source and measuring device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光装置、光源以及测量装置
本专利技术涉及以被动Q开关方式使脉冲状的激光振荡的激光装置的结构及其驱动方法。
技术介绍
通过将激发光入射到光谐振器中而使激光振荡，该光谐振器具有在入射镜与出射镜之间的光路上设置有激光介质的结构。作为使脉冲状的激光振荡的方法，存在Q开关法，Q开关法是通过设置在光谐振器内的Q开关来控制振荡的，并且大致可分为主动Q开关法和被动Q开关法。在主动Q开关法的情况下，需要通过从外部主动地控制作为Q开关发挥作用的普克尔斯盒等来使激光振荡。与此相对，在被动Q开关法的情况下，使用可饱和吸收体代替普克尔斯盒等，并且自动地控制可饱和吸收体中的光的吸收和透射，可饱和吸收体作为Q开关发挥作用。因此，在被动Q开关法中不需要主动的控制，从而能够使装置结构简单化、小型化、并且变得廉价，因此，使用了被动Q开关法的装置特别优选被应用在小型的激光装置中。作为使用了被动Q开关法的小型的激光振荡器(激光装置)，以Nd：YAG作为激光介质的激光振荡器被广泛应用。在使用Nd：YAG的情况下，振荡波长为1064nm，由于可以使用从半导体激光器发出的激光作为激发光，因此容易使激光装置整体小型化。此时，能够通过脉冲状的激发光的振荡定时来控制以脉冲状振荡的激光的振荡定时。这样的小型激光装置主要是以汽车等的发动机点火为目的开发的。在为了发动机的点火而使用激光的情况下，优选的是，峰值强度高且脉冲宽度(振荡脉冲宽度)短，由此点火的能量效率较好。在使用Nd：YAG作为激光介质的被动Q开关激光器中，由于容易产生比脉冲宽度1ns(纳秒：10-9)短的皮秒(10-12秒)级的短脉冲，因此能够得到作为发动机点火用激光器特别优选的特性。在非专利文献1中记载了使用Yb:YAG作为激光介质，将半导体激光器用作激发光的光源而使这样的短脉冲宽度(振荡脉冲宽度)的激光振荡的结构。另外，关于被动Q开关激光的振荡脉冲宽度与各种参数之间的关系，例如记载在非专利文献2中。这样，以往，作为被动Q开关激光器，多数的情况是使用容易得到高输出的Nd：YAG作为激光介质。另一方面，即使出于发动机的点火以外的目的，通过使用这样的小型的激光装置，也能够实现装置整体的小型化。例如，在专利文献1记载的血糖仪中，直接用于测量的红外光(激光)是通过光参量振荡(OpticalParametricOscillation：OPO)得到的。在OPO中，通过使泵浦光入射到非线性晶体而使与泵浦光不同波长的光振荡，振荡的光直接用于血糖值的测量。由于将中红外的激光用作泵浦光，因此为了在这样的血糖仪中生成泵浦光，优选使用如上所述的被动Q开关法的小型的激光装置。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开专利公报《WO2016/117520号公报》非专利文献非专利文献1：平等拓范、常包正树、金原贤治、森岛信悟、田口信幸、杉浦明光《基于巨脉冲微激光的发动机点火的可能性》，等离子体与核聚变学会杂志，第89卷，第4期，第238页(2013年)非专利文献2：“＞1MWPeakPowerSingle-ModeHigh-BrightnessPassivelyQ-SwitchedNd3+：YAGMicrochipLaser”，H.Sakai，H.Kan，andTTaira，OpticsExpress，16卷，19891页(2008年)
技术实现思路
技术问题在将使用了如上所述的被动Q开关法的小型的激光装置设为如上所述的用于发动机点火的情况和设为用于血糖仪(OPO的泵浦光)的情况下，所需的脉冲宽度不同。特别是在OPO中使波长为3μm以上的中红外光振荡的情况下，由于在OPO中使用的非线性晶体的光学常数较小，因此增益小，并且非线性晶体会因10MW/cm2以上的照射能量而受到损坏。因此，在这样的情况下，使用强度较低且具有4ns以上的长脉冲的泵浦光，例如最好是非线性晶体的出射光和入射光的光轴方向长度例如为20mm左右，泵浦光的脉冲宽度为10ns左右。该脉冲宽度比非专利文献1中记载的发动机点火时的脉冲宽度长很多。即，作为OPO的泵浦光，要求振荡脉冲宽度比非专利文献1等记载的情况长。在非专利文献2中示出了被动Q开关激光的振荡脉冲宽度tp与谐振器长度(考虑到入射镜与出射镜之间的折射率的光学长度)lc具有线性关系。具体而言，示出了振荡脉冲宽度tp由以下的等式(1)～(4)表示。[等式1]这里，c为光速，T0为可饱和吸收体的初始透射率，δf、δt分别为在Q开关操作中在振荡结束时和振荡期间的最大光子数时的各自的反转分布密度与在振荡开始之前的反转分布密度的比例。另外，R是谐振器的输出镜的反射率，Lg是谐振器每次旋转的光损失比例，σSA、σg分别是可饱和吸收体和激光介质的感应发射截面面积，ASA、Ag分别是可饱和吸收体、激光介质的激光振荡时的有效面积，σESA是可饱和吸收体的激发状态吸收截面面积，a是接近1的常数。根据等式(1)，为了使振荡脉冲宽度tp变长，只要使谐振器长度lc变大即可。即，能够将谐振器长度lc设定得较大的被动Q开关激光器用作OPO的泵光用的光源。但是，振荡脉冲宽度tp还取决于谐振器长度lc以外的参数。这里，激光介质的感应发射截面面积σg根据激光介质而大不相同。在将如上所述广泛应用的Nd:YAG用作激光介质的情况下，由于σg较大，因此为了通过Q开关操作得到大的脉冲输出，需要加强可饱和吸收体对振荡的限制，有必要使可饱和吸收体的初始透射率T0减小(至0.3)。这在使振荡脉冲宽度tp变短的方向上发挥作用，对于如上所述产生用于发动机点火的皮秒短脉冲是有利的，但是在如上所述用作OPO的泵浦光的情况下是不利的。作为与Nd:YAG同样地能够作为被动Q开关激光装置中的激光介质使用的材料，已知代替Nd而添加有Yb的Yb:YAG。在Yb：YAG的情况下，振荡波长为1030nm，并且与Nd：YAG一样，可以使用从半导体激光器发出的激光作为激发光。因此，使用Yb:YAG同样能够得到小型的激光装置。另外，在使用Yb：YAG作为激光介质的情况下，由于σg较小，因此可以使T0增大(至0.7)。因此，与使用Nd：YAG作为激光介质的情况相比，容易获得较长的振荡脉冲宽度tp。图12是通过等式(1)～(4)计算出在这样的设定下的振荡脉冲宽度tp对谐振器长度lc的依赖性的结果。本专利技术人等认真研究后，结果发现为了在激光介质中含有Yb小型的被动Q开关激光装置中将振荡脉冲宽度设定得较长，优选的是，使横向振荡模式接近单一模式。本专利技术是鉴于该问题而完成的。用于解决问题的方案本专利技术的激光装置是以下这样的激光装置：使用光谐振器，该光谐振器的内部设置有可饱和吸收体和吸收激发光并发出光的激光介质，通过将脉冲状的所述激发光入射到所述光谐振器内来将所述激光介质发出的光在所述光谐振器内被放大而成的激光作为输出光从所述光谐振器输出，该激光装置的特征在于，在所述激光介质中添加有镱(Yb)，所述激发光的脉冲宽度、所述光谐振器的谐振器长度、以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光装置，其使用光谐振器，所述光谐振器的内部设置有可饱和吸收体和吸收激发光并发出光的激光介质，通过将脉冲状的所述激发光入射到所述光谐振器内来将所述激光介质发出的光在所述光谐振器内被放大而成的激光作为输出光从所述光谐振器输出，所述激光装置的特征在于，/n在所述激光介质中添加有镱(Yb)，/n所述激发光的脉冲宽度、所述光谐振器的谐振器长度、以及所述可饱和吸收体被设定成：针对作为单个脉冲的所述激发光，发出由多个脉冲构成的所述输出光，/n在所述光谐振器的内部的所述光的光路、所述光谐振器的外部的所述输出光的光路中的任一光路上，设置限制绕光轴的扩展的空间滤波器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170905 JP 2017-1704161.一种激光装置，其使用光谐振器，所述光谐振器的内部设置有可饱和吸收体和吸收激发光并发出光的激光介质，通过将脉冲状的所述激发光入射到所述光谐振器内来将所述激光介质发出的光在所述光谐振器内被放大而成的激光作为输出光从所述光谐振器输出，所述激光装置的特征在于，
在所述激光介质中添加有镱(Yb)，
所述激发光的脉冲宽度、所述光谐振器的谐振器长度、以及所述可饱和吸收体被设定成：针对作为单个脉冲的所述激发光，发出由多个脉冲构成的所述输出光，
在所述光谐振器的内部的所述光的光路、所述光谐振器的外部的所述输出光的光路中的任一光路上，设置限制绕光轴的扩展的空间滤波器。


2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述激光介质是通过在钇铝石榴石(YAG)中添加镱(Yb)而构成的。


3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，
所述输出光的振荡脉冲宽度被设为4ns以上。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的激光装置，其特征在于，
所述空间滤波器具有光学系统和光圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤羽温，青山诚，小川奏，山川考一，
申请(专利权)人：国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构，
类型：发明
国别省市：日本;JP