CN103477512B - 固体激光装置 - Google Patents

Abstract

在现有的固体激光装置中，仅考虑以固体激光介质的轴为中心的激励分布的均匀性，而没有考虑固体激光装置整体的光轴方向的激励分布的对称性，因此，存在无法高效地产生高功率的高品质激光束的问题。为了解决该问题，本发明在谐振器的中央附近，沿着固体激光束（18）的光轴，排列配置有偶数个激励组件（51、52），将各个激励组件（51、52）中所配置的作为激励光源的半导体激光器（21至28）以及固体激光介质（11、12）配置为，相对于设置在上述偶数个激励组件的中央间隙处的假想对称面（61）面对称。

Description

固体激光装置

技术领域

本发明涉及一种固体激光装置，其构成为，由多个激励光源对固体激光介质进行激励。

背景技术

现有的固体激光装置构成为，在固体激光装置中设有多个激励组件，并将该激励组件光学地串联配置。在激励组件上分别设有开口部，例如，在激励部为两个的情况下，开口部以彼此方向相反的方式配置，另外，在激励部大于或等于三个的情况下，各开口部以各自的朝向在围绕光轴的圆周上等间隔的方式配置，在各开口部分别设有两个激励光源。由此，使激励强度集中在光轴附近的激励区域，从整体上消除在各激励组件中产生的热应变的影响（例如，专利文献1）。

专利文献1：日本特开平5－335662号公报（段落[0024]至段落[0026]，图6）。

发明内容

在现有的固体激光装置中，仅考虑了以固体激光介质的轴为中心的激励分布的均匀性，而没有考虑固体激光装置整体中的光轴方向的激励分布的对称性，因此，存在无法高效地产生高功率的高品质激光束的问题。

在谐振器的中央附近，沿着激光束光轴排列配置有偶数个激励组件，配置在各激励组件上的激励光源及固体激光介质，以相对于设置在上述偶数个激励组件的中央间隙处的假想对称面呈面对称的方式配置。

发明的效果

由此，能够使固体激光束通过固体激光介质的各激励部时所经受的热透镜及激励分布，相对于假想对称面大致对称。其结果，能够抑制在固体激光束的传播对称性破坏的情况下，特别是激光束为高功率的情况下发生的下述状况，且能够提高高功率的激光束的品质，其中，上述状况是指，固体激光束在通过固体激光介质时受到固体激光介质的热应变的非对称性的影响而变形，从而使光束品质恶化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的固体激光装置的斜视图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的固体激光装置的俯视图。

图3表示本发明的实施方式1所涉及的固体激光装置的主要部，（a）为图2中的A－A剖面图，（b）为图2中的B－B剖面图，（c）为图2中的C－C剖面图，（d）为图2中的D－D剖面图，（e）为图2中的E－E剖面图，（f）为图2中的F－F剖面图，（g）为图2中的G－G剖面图，（h）为图2中的H－H剖面图。

图4是用于说明本发明的实施方式1所涉及的固体激光装置的激光束的传播状况的图。

图5是表示本发明的实施例1中的固体激光介质内的激励强度分布的图，（a）是图3（a）的剖面上的激励强度分布，（b）是图3（b）的剖面上的激励强度分布，（c）是图3（c）的剖面上的激励强度分布，（d）是图3（d）的剖面上的激励强度分布，（e）是图3（e）的剖面上的激励强度分布，（f）是图3（f）的剖面上的激励强度分布，（g）是图3（g）的剖面上的激励强度分布，（h）是图3（h）的剖面上的激励强度分布，（a）～（h）分别是从全反射镜13侧观察的图。

图6是表示本发明的实施例1中的固体激光介质内的激励强度分布的图，示出将从图5（a）至（d）的剖面上的激励强度分布叠加而得到的激励强度分布，是从全反射镜13侧观察的图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的固体激光装置的斜视图。

图8是表示本发明的实施方式3所涉及的固体激光装置的斜视图。

图9是表示本发明的实施方式3所涉及的固体激光装置的俯视图。

图10是表示通过像转印而将本发明的实施方式3中的固体激光介质内的激励强度分布进行合成所得到的激励强度分布的图，（a）是将图9的激励光源21、25的剖面激励强度分布合成后的激励强度分布，（b）是将图9的激励光源22、26的剖面激励强度分布合成后的激励强度分布，（c）是将图9的激励光源23、27的剖面激励强度分布合成后的激励强度分布，（d）是将图9的激励光源24、28的剖面激励强度分布合成后的激励强度分布，（a）～（d）分别是从全反射镜13侧观察的图。

图11是表示本发明的实施方式4所涉及的固体激光装置的俯视图。

图12是表示本发明的实施方式5所涉及的固体激光装置的俯视图。

图13表示本发明的实施方式5所涉及的固体激光装置的主要部，（a）为图12中的A－A剖面图，（b）为图12中的B－B剖面图，（c）为图12中的C－C剖面图，（d）为图12中的D－D剖面图，（e）为图12中的E－E剖面图，（f）为图12中的F－F剖面图，（g）为图12中的G－G剖面图，（h）为图12中的H－H剖面图。

图14是本发明的实施方式5所涉及的固体激光装置的半导体激光器基座的详细图。

图15是表示本发明的实施方式6所涉及的固体激光装置的斜视图。

具体实施方式

实施方式1

图1至图3示出本发明的实施方式1所涉及的固体激光装置。图1为斜视图，图2为俯视图。图3（a）为图2中的A－A剖面图，图3（b）为图2中的B－B剖面图，图3（c）为图2中的C－C剖面图，图3（d）为图2中的D－D剖面图，图3（e）为图2中的E－E剖面图，图3（f）为图2中的F－F剖面图，图3（g）为图2中的G－G剖面图，图3（h）为图2中的H－H剖面图。

如图1所示，固体激光装置具有构成谐振器的全反射镜13和部分反射镜14，在它们之间配置有串联配置的两个激励组件51、52。在这里，将配置在全反射镜13侧的激励组件设为第1激励组件51，将配置在部分反射镜14侧的激励组件设为第2激励组件52。

第1激励组件51具有：棒型的第1固体激光介质11；以及多个半导体激光器21至24，它们作为从侧方对该固体激光介质进行激励的激励光源，沿着激光束18的光轴排列，由包含有发光部的半导体激光棒和散热器构成。在这里，具有四个半导体激光器，从全反射镜13侧开始依次设为第1半导体激光器21、第2半导体激光器22、第3半导体激光器23、和第4半导体激光器24。另外，具有：四个半导体激光器基座31至34，它们对第1固体激光介质11进行支撑，并且，分别对各半导体激光器21至24进行支撑；以及第1基座41，其对该四个半导体激光器基座31至34进行支撑。在这里，使四个半导体激光器基座与各半导体激光器相对应，依次设为第1半导体激光器基座31、第2半导体激光器基座32、第3半导体激光器基座33、第4半导体激光器基座34。

同样地，第2激励组件52具有：棒型的第2固体激光介质12；作为激励光源的第5至第8这四个半导体激光器25至28；第5至第8半导体激光器基座35至38，它们对固体激光介质12进行支撑，并且，对各半导体激光器25至28进行支撑；以及第2基座42，其对该四个半导体激光器基座35至38进行支撑。在这里，从全反射镜13侧开始依次设为第5半导体激光器25（第5半导体激光器基座）至第8半导体激光器28（第8半导体激光器基座）。

另外，本实施方式中的激励组件是针对每个固体激光介质而设定的，由于在图1中存在两个固体激光介质，因此激励组件也存在两个。即使在图1中第1基座41和第2基座42由相同的材料一体成型，即，将两个固体激光介质配置在一个基座上，也存在两个激励组件。

将全反射镜13固定在第1支架43上，将部分反射镜14固定在第2支架44上。

第1及第2固体激光介质11、12在内部含有活性介质，通过激励光的照射而形成反转分布，具有对光进行放大的功能，例如，由Nd：YAG（钕·钇铝石榴石）等构成，其为棒型，优选具有圆柱状的形状。另外，第1及第2固体激光介质11、12为相同的形状（长度或形态等）。

第1至第8半导体激光器21至28具有产生激励光的功能，该激励光用于对第1及第2固体激光介质11、12进行激励，在本发明中，采用从第1及第2固体激光介质11、12的侧方照射激励光的侧方激励的配置。

另外，第1至第8半导体激光器21至28各自隔着各半导体激光器的散热器，固定在第1至第8半导体激光器基座31至38上。虽未图示，但在第1至第8半导体激光器21至28和第1至第8半导体激光器基座31至38之间配置有例如铟等柔软的金属或热传导率高的树脂板或陶瓷等，以使得第1至第8半导体激光器的各散热器和第1至第8半导体激光器基座31至38之间的热传导优良。

第1至第8半导体激光器基座31至38由具有良好散热性的金属材料例如铜形成。另外，如图3（a）至（h）等所示，使得下述部分彼此一体地形成：底座，其用于将第1至第8半导体激光器21至28设置为规定的高度、角度；第1至第8圆筒孔71至78，它们用于收容第1及第2固体激光介质11、12；以及部分圆筒状的聚光面，其用于反射来自半导体激光器21至28的激励光，并将激励光封闭在圆筒孔71至78的内部。

另外，如图3（a）至（h）所示，为了使来自第1至第8半导体激光器21至28的激励光通过，第1至第8半导体激光器基座31至38在与第1至第8半导体激光器21至28的激励光射出面相对的相对面上，形成有分别与各半导体激光器21至28相对应的第1至第8狭缝81至88。在第1至第8半导体激光器基座31至38的至少圆筒状的聚光面以及第1至第8狭缝81至88的壁面上，形成例如金镀层等高反射膜，能够高效地反射来自第1至第8半导体激光器21至28的激励光。

虽未图示，但第1及第2固体激光介质11、12由相对于来自第1至第8半导体激光器21至28的激励光大致透明的例如灌注剂或粘结剂等，固定在第1至第8半导体激光器基座31至38的各个圆筒孔71至78内。该灌注剂或粘结剂等除了对第1以及第2固体激光介质11、12进行支撑以外，还具有将第1及第2固体激光介质11、12产生的热量传播至第1至第8半导体激光器基座31至38的功能。

另外，第1至第8半导体激光器基座31至38配置在第1或第2基座41、42上。虽未图示，但在第1至第8半导体激光器基座31至38和第1或第2基座41、42之间，配置有例如铟等柔软的金属或热传导率高的树脂板或陶瓷等，以使得第1至第8半导体激光器基座31至38和第1或第2基座41、42间的热传导优良。

另外，第1及第2基座41、42由具有良好散热性的金属材料例如铜形成，使水流过内部或将其配置在电子冷却元件（珀尔帖元件）上等而进行冷却，具有经由第1至第8半导体激光器基座31至38，对产生热量的第1至第8半导体激光器21至28和第1及第2固体激光介质11、12进行冷却的功能。

在上述固体激光装置中，从第1及第2激励组件51、52产生的固体激光束18，在由全反射镜13和部分反射镜14构成的谐振器中往返的过程中，每次通过第1及第2激励组件51、52则被放大，在谐振器中往返的固体激光束18的一部分穿过部分反射镜14而放射至固体激光装置的外部。

在本实施方式的固体激光装置中，分别配置在第1激励组件51和第2激励组件52上的第1至第4半导体激光器21至24和第5至第8半导体激光器25至28配置为，相对于假想对称面61面对称，其中，该假想对称面61位于第1激励组件51和第2激励组件52的间隙处，其与激光束18的光轴垂直。另外，第1固体激光介质11和第2固体激光介质12为相同的形状，因此，第1固体激光介质11和第2固体激光介质12也成为相对于假想对称面61面对称的结构。

另外，全反射镜13和部分反射镜14使用相同曲率的反射镜，第1激励组件51和第2激励组件52配置为，使得第1激励组件51和第2激励组件52的间隙处的假想对称面61成为由全反射镜13和部分反射镜14构成的谐振器的光学中央。即，全反射镜13、部分反射镜14以及两个激励组件51、52构成对称型谐振器。

图4是沿着第1平面62的剖面图，其中，该第1平面62包含图3的两个固体激光介质11、12的中心轴且与基座41、42的表面平行。另外，图4是从固体激光装置中仅取出各固体激光介质11、12、全反射镜13、部分反射镜14、以及固体激光束18而绘制的图，并考虑到了固体激光束18在垂直于光轴的方向上的光束直径。另外，使第1平面62与基座41、42的表面平行，但这是为了方便而设定的，并不特别限定于此，只要是包含了固体激光介质11、12的中心轴、即激光束18的光轴的平面即可，可以是任意的平面。

如图4所示，在对称型谐振器的中央附近配置有两个固体激光介质11、12的情况下，固体激光束18的光束直径以相对于作为谐振器中央的假想对称面61面对称的方式变化。由此，在图2的A－A剖面和H－H剖面、图2的B－B剖面和G－G剖面、图2的C－C剖面和F－F剖面、以及图2的D－D剖面和E－E剖面中，各个位置处的固体激光束18的光束直径相同。由此，在图2的A－A剖面和H－H剖面、图2的B－B剖面和G－G剖面、图2的C－C剖面和F－F剖面、以及图2的D－D剖面和E－E剖面中，各个位置处的激励分布、光束直径相同，因此，固体激光束18受到相同强度分布的固体激光介质的热透镜以及热应变的影响。

如以上说明所示，在本实施方式中，在对称型谐振器的中央附近配置有两个激励组件51、52，将配置在各个激励组件51、52中的激励光源21至28配置为，相对于两个激励组件51、52的间隙处的假想对称面61面对称。由此，能够使固体激光束18通过固体激光介质11、12的各激励部时所经受的热透镜以及激励分布，相对于假想对称面61对称，使固体激光束18在对称型谐振器中达到理想的光束传播状态，即，相对于假想对称面61面对称的光束传播状态。其结果，能够避免在固体激光束的传播的对称性破坏的情况下，特别是在激光束为高功率的情况下发生的下述状况，能够提高高功率的激光束的品质，其中，上述状况是指，固体激光束在通过固体激光介质时受到固体激光介质的热应变的非对称性的影响而变形，使激光品质恶化。

另外，由于在对称型谐振器的中央附近配置有两个激励组件51、52，因此，在谐振器内传播的固体激光束18的光束直径形成为在光轴方向上中心对称的形状，且在谐振器的中央处最粗，在全反射镜13和部分反射镜14处最细，能够提高固体激光介质11、12的利用率。其结果，能够进一步提高高功率且高品质的激光束的产生率。

另外，在本实施方式中，如图1或图3所示，将各个激励组件51、52内的来自半导体激光器21至28的激励光的入射方向，换言之，相对于包含固体激光介质11、12的中心轴在内的第1平面62的入射角配置为大于或等于2种角度。由此，能够均匀地对固体激光介质11、12进行激励，其结果，能够进一步提高高功率的激光束的光束品质。

另外，如图3所示，由于将半导体激光器21至28配置在包含固体激光介质11、12的中心轴在内的第1平面62的一侧，因此，只要该第1平面62与基座41、42的表面大致平行，则能够在将半导体激光器基座安装在基座上时，以及将激励光源安装在半导体激光器基座上时，从一个方向进行操作。由此，能够使得可高效产生高功率且高品质的激光束的固体激光装置成为简单的结构，且使得组装也变得简单。

另外，如图3所示，在固体激光介质11、12的长度方向的一个位置处配置1个半导体激光器，因此，能够减小固体激光介质的长度方向的热密度，因此，能够得到可由简单的冷却结构高效地产生高功率且高品质的激光束的固体激光装置。

另外，在本实施方式中，如图1至3所示，针对由两个激励组件构成对称型谐振器的情况进行了说明，但也可以由多于两个的激励组件构成。但是，由于多个激励组件相对于设置在多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61对称地配置，因此，激励组件的数量为偶数。即，例如考虑相对于假想对称面61，在一侧配置1个共计两个激励组件的情况、在一侧配置2个共计四个激励组件的情况、在一侧配置3个共计六个激励组件的情况等。当然，各激励组件的激励光源需要相对于假想对称面61面对称地配置。该条件在其它的实施方式中也同样。

另外，在本实施方式中，示出了由四个半导体激光器构成一个激励组件的例子，但也可以由2个、3个或者大于或等于5个半导体激光器构成一个激励组件。当然，各半导体激光器必须相对于假想对称面61面对称地配置。该条件在其它实施方式中也同样。

另外，上述将激励光的入射方向设为大于或等于两种的结构、将激励光源配置在第1平面62的一侧的结构、以及在一个位置处配置1个激励光源的结构，均是为了进一步提高将激励光源相对于假想对称面61面对称地配置的结构的效果，在本实施方式中不是必须的，而是更优选的结构。这一点在其它实施方式中也同样。

另外，在本实施方式中，利用对称型谐振器进行了说明，但不限于此，也可以不是对称型谐振器。这说明，虽然必须将激励组件相对于设置在沿着激光束光轴排列的多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61对称地配置，但也可以是例如全反射镜13和部分反射镜14的曲率不同，或激励组件与全反射镜13之间的间隔和激励组件与部分反射镜14之间的间隔不同。在该情况下，由于相对于假想对称面61的对称位置处的光束直径不同，因此，对称位置处的热透镜、热应变相同这一效果稍弱。这一点对于其它实施方式也同样。

并且，在本实施方式中，各个半导体激光器21至28和半导体激光器基座31至38、基座41、42分别构成为独立的部件，但也可以针对每个激励组件一体地形成半导体激光器基座和基座，另外，也可以一体地形成全部激励组件的半导体激光器基座和基座，在该情况下，能够通过紧凑的结构高效地产生高功率且高品质的激光束。这一点对于其它实施方式也同样。

下面，对于本实施方式所涉及的具体的实施例1进行说明。

实施例1

将两个激励组件51、52配置在谐振器内，在各个激励组件中分别配置四个半导体激光器21至24以及半导体激光器25至28。

利用图3，对具体的半导体激光器21至28的配置进行说明。配置在第1激励组件51上的第1半导体激光器21的激励光相对于与基座41、42的表面平行的第1平面62的入射角，如图3（a）所示，为从右上方开始的67.5度。相同地，第2半导体激光器22的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（b）所示，为从右下方开始的22.5度，第3半导体激光器23的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（c）所示，为从右上方开始的22.5度，第4半导体激光器24的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（d）所示，为从右下方开始的67.5度。另外，配置在第2激励组件52上的第5半导体激光器25的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（e）所示，为从右下方开始的67.5度。相同地，第6半导体激光器26的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（f）所示，为从右上方开始的22.5度，第7半导体激光器27的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（g）所示，为从右下方开始的22.5度，第8半导体激光器28的激励光相对于第1平面62的入射角，如图3（h）所示，为从右上方开始的67.5度。

通过采用上述的配置，第2半导体激光器22的激励光相对于第1半导体激光器21的激励光的入射角、第4半导体激光器24的激励光相对于第3半导体激光器23的激励光的入射角、第6半导体激光器26的激励光相对于第5半导体激光器25的激励光的入射角、第8半导体激光器28的激励光相对于第7半导体激光器27的激励光的入射角，均为90度。

另外，如图3所示，第1半导体激光器21和第8半导体激光器28、第2半导体激光器22和第7半导体激光器27、第3半导体激光器23和第6半导体激光器26、第4半导体激光器24和第5半导体激光器25，分别以在相同方向上产生激励光的方式配置，如图2所示，第1至第4半导体激光器21至24和第5至第8半导体激光器25至28配置为，相对于位于第1激励组件51和第2激励组件52的间隙处的假想对称面61面对称。

图5为第1及第2固体激光介质11、12的剖面激励分布，外侧的圆表示固体激光介质的外形，由斜线表示的部分表示剖面内的激励强度较强的部分。图5（a）表示图2中的A－A剖面的激励分布，图5（b）表示图2中的B－B剖面的激励分布，图5（c）表示图2中的C－C剖面的激励分布，图5（d）表示图2中的D－D剖面的激励分布，图5（e）表示图2中的E－E剖面的激励分布，图5（f）表示图2中的F－F剖面的激励分布，图5（g）表示图2中的G－G剖面的激励分布，图5（h）表示图2中的H－H剖面的激励分布。

在图2中，固体激光束18在谐振器内从假想对称面61开始向左方前进，在通过第1固体激光介质11时，依次经受由图5（d）、图5（c）、图5（b）、图5（a）的激励分布形成的热透镜。另一方面，固体激光束18在谐振器内从假想对称面61开始向右方前进，在通过第2固体激光介质12时，依次经受由图5（e）、图5（f）、图5（g）、图5（h）的激励分布形成的热透镜。另外，如图4所示，在图2的A－A剖面和H－H剖面、图2的B－B剖面和G－G剖面、图2的C－C剖面和F－F剖面、以及图2的D－D剖面和E－E剖面中，各个位置处的固体激光束18的光束直径相同，因此，在经受图5（a）和图5（h）、图5（b）和图5（g）、图5（c）和图5（f）、以及图5（d）和图5（e）各自的热透镜时的固体激光束18的光束直径相同，因此，固体激光束18在谐振器内前进时经受的热透镜以及激励强度的方向性也相对于假想对称面61对称，能够高效地产生高功率且高品质的激光束。

另外，在本实施例中，由四个半导体激光器对于一个固体激光介质进行激励，但如图3所示，从固体激光介质的轴向观察，使各半导体激光器逐个错开45度配置，因此能够轴中心对称地对固体激光介质进行激励。这表明，如果将图5的（a）至（d）叠加，则如图6所示，由来自各半导体激光器21至24的激励光形成的四个激励分布呈轴对称分布。在四个以外的情况下，例如，在由三个半导体激光器进行激励的情况下，从固体激光介质的轴向观察，使角度逐个错开60度配置即可，在五个的情况下，使角度逐个错开36度配置即可。如果对其进行一般性扩充，则在使用n个半导体激光器的情况下，从固体激光介质的轴向观察，使半导体激光器逐个错开180度除以n所得到的商值配置即可。

并且，在本实施例中，如图3所示，相对于与第1平面62垂直且包含激光束18的光轴在内的第2平面63，从激光束18的光轴方向观察，各半导体激光器对称地配置。即，从激光束18的光轴方向观察，四个半导体激光器应逐个错开45度角且相对于平面63对称地配置，如图6所示，相对于平面63，配置在±22.5度的位置（例如，第1半导体激光器21和第4半导体激光器24）和±67.5度的位置（例如，第2半导体激光器22和第3半导体激光器23）处。通过按照上述方式进行配置，从图3可知，第1半导体激光器基座31和第4半导体激光器基座34仅仅是单纯将同一部件反向配置，另外，第2半导体激光器基座32和第3半导体激光器基座33也仅仅是单纯将同一部件反向配置。这一点在第5至第8半导体激光器基座35至38中也同样。由此，在本实施例中，半导体激光器共使用8个，但半导体激光器基座只要有两种部件即可，能够大幅度减少部件的种类。

实施方式2

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的固体激光装置的斜视图。图7中与图1相同的标号表示相同或相当的部分。在本实施方式的固体激光装置中，在实施方式1中示出的固体激光装置的基础上，还具有90度偏振旋转部15，其用于使激光束18的偏振方向围绕光轴中心旋转90度。

90度偏振旋转部15固定在支架45上，配置在第1激励组件51和第2激励组件52之间，其构成为，在第1激励组件51和第2激励组件52之间，使固体激光束18的偏振方向变化90度。

如以上说明所示，将90度偏振旋转部15配置在两个激励组件之间，在两个激励组件上，各自的固体激光束18的偏振方向相差90度，因此，能够使由于偏振方向不同而不同的固体激光介质的热透镜通过谐振器整体而均匀化。其结果，能够高功率且高效地产生更高品质的激光束。

另外，如实施方式1所述，激励组件只要是偶数个即可，也可以大于或等于2个。在该情况下，通过在排列的多个激励组件的中央间隙处配置90度偏振旋转部，从而能够在与90度偏振旋转部相比配置在部分反射镜侧的激励组件、和配置在全反射镜侧的激励组件之间，使固体激光束18的偏振方向相差90度。由此，能够将由于偏振方向不同而不同的固体激光介质的热透镜通过谐振器整体而均匀化。

实施方式3

图8、9示出本发明的实施方式3所涉及的固体激光装置，图8为斜视图，图9为俯视图。在图8、9中，与图7相同的标号表示相同或相当的部分。在本实施方式的固体激光装置中，在实施方式2中示出的固体激光装置的基础上，在第1激励组件51和第2激励组件52之间，沿着激光束18具有两片透镜16、17，全反射镜13侧的第1透镜16固定在第1支架46上，部分反射镜14侧的第2透镜17固定在第2支架47上。

在这里，对于两片透镜的配置，根据固体激光介质的热透镜的强弱而考虑两种结构。在热透镜较弱的情况下，两片透镜16、17的焦距及配置设计为，成为将第1固体激光介质11的中央像转印至第2固体激光介质12的中央的光学系统。

如上所述，通过在两个激励组件51、52之间，配置将第1固体激光介质11的中央像转印至第2固体激光介质12的中央的光学系统，从而在固体激光介质11、12的热透镜较弱的状态下，将一侧的固体激光介质的激励分布像转印至另一侧的固体激光介质上，能够使得固体激光介质各剖面中的激励分布更加均匀。其结果，能够在低激励强度即低功率时，更高效地产生更高品质的激光束。

另一方面，对于上述结构中超过作为稳定型谐振器进行动作的热透镜的强度的热透镜，根据成为上述像转印光学系统的焦距和配置，仅将两片透镜间距离缩短，即，第1固体激光介质11和第1透镜16间距离、第2固体激光介质12和第2透镜17间距离与像转印光学系统相同，第1透镜16和第2透镜17间的距离比像转印光学系统短。

如上所述，通过在多个激励组件之间配置像转印光学系统中的透镜间距离缩短的光学系统，从而能够在更高激励强度，即固体激光介质的热透镜更强的状态下，将一个固体激光介质的激励分布像转印至其它固体激光介质上，使固体激光介质的各剖面中的固体激光介质的激励分布更加均匀。其结果，能够在更高激励强度即更高功率时，更高效地产生更高品质的激光束。

另外，如实施方式1中记载所示，激励组件只要为偶数个即可，能够大于或等于两个。在该情况下，通过在所排列的多个激励组件的中央间隙处配置两片透镜16、17，从而能够使与两片透镜16、17相比配置在部分反射镜侧的固体激光介质的激励分布、和配置在全反射镜侧的固体激光介质的激励分布，分别像转印至相反那一侧的固体激光介质上。由此，能够进一步将激励分布均匀化。

下面，对本实施方式所涉及的具体的实施例2进行说明。

实施例2

本实施例中的固体激光装置的结构如图8及图9所示。两个激励组件51、52与实施例1相同或相当，具体的半导体激光器21至28的配置与实施例1相同，成为图3所示的配置。

另外，两片透镜16、17配置为，第1固体激光介质11与第1透镜16间的距离、和第2固体激光介质12与第2透镜17间的距离，与像转印光学系统相同，将两片透镜16、17间的距离比像转印光学系统短。

在上述固体激光装置中，固体激光介质的剖面激励分布与实施例1相同，如图5所示，图9的A－A剖面至H－H剖面中的激励分布分别为图5（a）至图5（h）。

通过由两片透镜16、17构成的光学系统，在高输入时，图2的E－E剖面像转印至大致A－A剖面的位置，图2的F－F剖面像转印至大致B－B剖面的位置，图2的G－G剖面像转印至大致C－C剖面的位置，图2的H－H剖面像转印至大致D－D剖面的位置。

通过像转印，也能够对激励分布进行像转印，因此，在像转印后的位置处，能够视为将该位置处的激励分布和像转印源位置处的激励分布合成后的激励分布。图10是合成了像转印后的固体激光介质的剖面激励分布得到的激励分布。图10（a）是将图9的E－E剖面和A－A剖面中的激励分布合成后的激励分布，图10（b）是将图9的F－F剖面和B－B剖面处的激励分布合成后的激励分布，图10（c）是将图9的G－G剖面和C－C剖面处的激励分布合成后的激励分布，图10（d）是将图9的H－H剖面和D－D剖面处的激励分布合成后的激励分布。

如图10所示，由于与图5中示出的各剖面处的激励分布相比，通过像转印合成后的激励分布的激励强度高的部分的面积增大，因此可知，其成为更接近于均匀的激励分布，能够使固体激光介质的各剖面处的激励分布进一步均匀化。其结果，能够更加高效地产生品质进一步提高的高功率的激光束。

另外，在本实施方式中，示例了在多个激励组件之间具有90度偏振旋转部15和两片透镜16、17的固体激光装置，但也可以是在多个激励组件间仅具有透镜16、17的固体激光装置，具有与本实施方式的固体激光装置同等的效果。

实施方式4

图11是表示本发明的实施方式4所涉及的固体激光装置的俯视图。图11中与图9相同的标号表示相同或相当部分。本实施方式所涉及的固体激光装置，在图9的结构的基础上，沿着激光束18的光轴，在全反射镜13和第1激励组件51之间具有对第3固体激光介质111进行激励的第3激励组件151，在部分反射镜14和第2激励组件52之间具有对第4固体激光介质112进行激励的第4激励组件152。

第3激励组件151具有：第3固体激光介质111；作为激励光源的四个第9至第12半导体激光器121至124；第9至第12半导体激光器基座131至134，它们对第9至第12半导体激光器121至124和第3固体激光介质111进行支撑；以及第3基座141，其对第9至第12半导体激光器基座131至134进行支撑。另外，在与第1激励组件51相同或相当的方向上配置有第9至第12半导体激光器121至124，它们配置在第1激励组件51和全反射镜13之间，且接近第1激励组件51。

同样地，第4激励组件152具有：第4固体激光介质112；作为激励光源的四个第13至第16半导体激光器125至128；第13至第16半导体激光器基座135至138，它们对第13至第16半导体激光器125至128和第4固体激光介质112进行支撑；以及基座142，其对第13至第16半导体激光器基座135至138进行支撑。另外，在与第2激励组件52相同或相当的方向上配置有第13至第16半导体激光器125至128，它们配置在第2激励组件52和部分反射镜14之间，且接近第2激励组件52。

配置在第1激励组件51上的第1至第4半导体激光器21至24、和配置在第2激励组件52上的第5至第8半导体激光器25至28，相对于位于第1激励组件51和第2激励组件52的间隙处的假想对称面61面对称地配置。并且，配置在第3激励组件151上的第9至第13半导体激光器121至124、和配置在第4激励组件152上的第13至第16半导体激光器125至128，相对于位于第1激励组件51和第2激励组件52的间隙处的假想对称面61面对称地配置。

如以上说明所示，将配置在多个激励组件上的激励光源相对于位于多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61面对称地配置，因此，固体激光束18通过固体激光介质11、12、111、112的各激励部时经受的热透镜及激励分布，相对于假想对称面61对称，能够使固体激光束18相对于假想对称面61面对称地传播。其结果，能够避免在固体激光束的传播的对称性破坏的情况下，特别是在激光束为高功率的情况下发生的下述状况，能够提高高功率的激光束的品质，其中，上述状况是指，固体激光束在通过固体激光介质时受到固体激光介质的热应变的非对称性的影响而变形，使光束品质恶化。

另外，在本实施方式中，示例出了下述固体激光装置，即，在第1激励组件51和全反射镜13之间，接近第1激励组件51而配置第3激励组件151，在第2激励组件52和部分反射镜14之间，接近第2激励组件52而配置第4激励组件152，但不限于此。例如，也可在第1激励组件51和全反射镜13之间，接近第1激励组件51而配置第4激励组件152，在第2激励组件52和部分反射镜14之间，接近第2激励组件52而配置第3激励组件151，总而言之，只要将在多个激励组件上配置的激励光源以相对于位于多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61面对称的方式配置即可，能够得到同等的效果。

另外，在本实施方式中，示例出了使用四个具有相同数量的激励光源的激励组件的固体激光装置，但不限于此。例如，具有相同数量激励光源的激励组件的数量也可以是6个，8个，另外，一个激励组件所具有的激励光源的数量也可以不同，总而言之，只要将多个激励光源以相对于位于多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61面对称的方式配置即可，能够得到同等的效果。

另外，在图11中，应用了实施方式2中所说明的在多个激励组件的中央间隙处配置90度偏振旋转部的结构，或者，应用了实施方式3中所说明的在多个激励组件的中央间隙处配置两片透镜16、17的结构，由此，能够得到与实施方式2和实施方式3中说明的效果相同的效果。当然，在没有上述结构的情况下，也能够得到将多个激励光源以相对于位于多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61面对称的方式配置而产生的效果。

实施方式5

图12、13表示本发明的实施方式5所涉及的固体激光装置。图12为俯视图，图13（a）为图12中的A－A剖面图，图13（b）为图12中的B－B剖面图，图13（c）为图12中的C－C剖面图，图13（d）为图12中的D－D剖面图，图13（e）为图12中的E－E剖面图，图13（f）为图12中的F－F剖面图，图13（g）为图12中的G－G剖面图，图13（h）为图12中的H－H剖面图。

如图12、13所示，本实施方式的固体激光装置具有：两个激励组件251、252，它们具有两个固体激光介质211、212；全反射镜13；以及部分反射镜14等。另外，一个激励组件251具有：固体激光介质211；作为激励光源的四个半导体激光器221至224；四个半导体激光器基座231至234，它们对各半导体激光器221至224和固体激光介质211进行支撑；以及基座241，其对该四个半导体激光器基座进行支撑。同样地，另一个激励组件252具有：固体激光介质212；作为激励光源的四个半导体激光器225至228；四个半导体激光器基座235至238，它们对各半导体激光器225至228和固体激光介质212进行支撑；以及基座242，其对该四个半导体激光器基座进行支撑。

另外，一个激励组件251上所配置的四个半导体激光器221至224、和另一个激励组件252上所配置的四个半导体激光器225至228，以相对于位于一个激励组件251和另一个激励组件252的间隙处的假想对称面61面对称的方式配置。

在上述结构中，如图13所示，配置在一个激励组件251内的四个半导体激光器221至224，相对于包含固体激光介质211的中心轴且与基座241的表面大致平行的第1平面62，配置在与基座241所在侧相反那一侧。另外，四个半导体激光器221至224中相邻的半导体激光器，以相对于与第1平面62垂直且包含固体激光介质211、212的中心轴在内的第2平面63交替的方式，分别配置在相反一侧。在另一个激励组件252中，也以相对于假想对称平面61与一个激励组件251对称的方式，同样地配置有半导体激光器和半导体激光器基座。

图14是将固体激光介质211、半导体激光器221以及半导体激光器基座231从图12所示的激励组件251上取出并详细示出的图，图14（a）是侧视图，图14（b）是俯视图。半导体激光器221由散热器221b和包含有发光部的半导体激光棒221a构成，半导体激光器基座231由半导体激光器支撑部231b和固体激光介质支撑部231a构成。另外，半导体激光器基座231的半导体激光器支撑部231b和固体激光介质支撑部231a一体地形成。

半导体激光器基座231的半导体激光器支撑部231b的大小，以能够搭载半导体激光器221而定，半导体激光器基座231的固体激光介质支撑部231a的大小，以能够将从半导体激光器221发出的激励光传播至固体激光介质211的宽度而定。由此，半导体激光器基座231的半导体激光器支撑部231b的横向宽度必须比半导体激光器221的散热器221b宽，半导体激光器基座231的固体激光介质支撑部231a的横向宽度必须比半导体激光器221的半导体激光棒221a宽。在这里，通常，半导体激光棒221a的宽度比散热器221b的宽度窄，例如，半导体激光棒221a的宽度为10mm、而散热器221b的宽度为25mm的结构较多，因此，如图14（b）所示，与半导体激光器支撑部231b相比，能够将半导体激光器基座231的固体激光介质支撑部231a的宽度缩小一半左右。

通过上述结构，配置在各个激励组件内的半导体激光器221至224以及半导体激光器225至228，以比半导体激光器221至224及半导体激光器225至228的散热器的宽度窄的间隔，设置在固体激光介质的轴向上。换言之，能够使半导体激光器基座的距离，例如图12中的A－A剖面和B－B剖面的距离、E－E剖面和F－F剖面的距离等，形成为比半导体激光器支撑部窄。另外，如图12所示，A－A剖面等是各半导体激光器基座的沿着俯视图中的中心线的剖面。

如以上说明所示，将配置在多个激励组件上的激励光源配置为，相对于位于多个激励组件的中央间隙处的假想对称面61面对称，另外，将一个激励组件内的相邻的激励光源以更加接近激光束18的光轴方向的方式配置，因此，能够对固体激光介质211、212高密度地进行激励，能够提高固体激光介质211、212的增益。其结果，能够进一步提高在高功率下产生更高品质的激光束的效率。

另外，也可以将实施方式2中所说明的在多个激励组件的中央间隙处配置90度偏振旋转部的结构、和实施方式3中所说明的在多个激励组件的中央间隙处配置两片透镜16、17的结构应用于本实施方式。在该情况下，能够得到与实施方式2和实施方式3中说明的效果相同的效果。

实施方式6

图15是表示本发明的实施方式6所涉及的固体激光装置的斜视图。本实施方式中的固体激光装置是将实施方式1所涉及的固体激光装置的激励光源的配置变更为，相对于两个固体激光介质的轴从全周方向进行激励。

如图15所示，本实施方式中的固体激光装置具有：两个激励组件351、352，它们具有两个固体激光介质311、312；全反射镜13；以及部分反射镜14等。另外，一个激励组件351具有：固体激光介质311；作为激励光源的四个半导体激光器321至324；四个半导体激光器基座331至334，它们对各半导体激光器321至324和固体激光介质311进行支撑；以及基座341，其对该四个半导体激光器基座进行支撑。同样地，另一个激励组件352具有：固体激光介质312；作为激励光源的四个半导体激光器325至328；四个半导体激光器基座335至338，它们对各半导体激光器325至328和固体激光介质312进行支撑；以及基座342，其对该四个半导体激光器基座进行支撑。当然，两个激励组件以相对于位于其中央间隙处的假想对称面61面对称的方式配置有半导体激光器和固体激光介质。

上述结构与实施方式1相同，不同点在于，各激励组件的四个半导体激光器基座的形状不同，各半导体激光器朝向固体激光介质的激励光的照射方向为全周方向。具体地说，如图15所示，从固体激光介质的光轴方向观察，以从12点、3点、6点、9点方向照射激励光的方式配置四个半导体激光器。

由此，虽然不具有实施方式1所涉及的固体激光装置的效果中的、将固体激光装置形成为简单的结构且组装简单这样的效果，但能够提高更均匀地对固体激光介质进行激励的效果，能够高效地产生更高品质且高功率的激光束。

Claims (10)

1.一种固体激光装置，其具有：

构成谐振器的部分反射镜及全反射镜；

偶数个棒型的固体激光介质，它们串联排列而配置在所述部分反射镜和全反射镜之间的激光束光轴上；以及

多个激励光源，它们从侧方对该固体激光介质进行激励，

该固体激光装置的特征在于，

所述多个激励光源及偶数个固体激光介质配置为，相对于假想地设置在所述偶数个固体激光介质的中央间隙处且与所述激光束光轴垂直的假想平面呈面对称，

并且，与构成转印光学系统的情况相比，与透镜相邻的固体激光介质间的距离不变，仅使两片透镜间的距离比转印光学系统短，其中，该转印光学系统构成为，在所述偶数个固体激光介质的中央间隙处配置两片透镜，使用这两片透镜将相对于所述假想平面配置在对称位置处的各固体激光介质中的一方的中心，转印至另一方的中心，

在构成了所述转印光学系统的情况下，在以超过作为稳定型谐振器动作的固体激光介质的热透镜强度的热透镜进行动作的状态下，将所述一方的固体激光介质的激励分布像转印至所述另一方的固体激光介质上。

2.一种固体激光装置，其具有：

构成谐振器的部分反射镜及全反射镜；

偶数个棒型的固体激光介质，它们串联排列而配置在所述部分反射镜和全反射镜之间的激光束光轴上；以及

多个激励光源，它们从侧方对该固体激光介质进行激励，

该固体激光装置的特征在于，

所述多个激励光源及偶数个固体激光介质配置为，相对于假想地设置在所述偶数个固体激光介质的中央间隙处且与所述激光束光轴垂直的假想平面呈面对称，

并且，将转印光学系统配置在所述偶数个固体激光介质的中央间隙处，该转印光学系统将相对于所述假想平面配置在对称位置处的固体激光介质中的一方的中心，转印至另一方的中心。

3.根据权利要求1或2所述的固体激光装置，其特征在于，

通过将所述部分反射镜及全反射镜设为相同曲率，使所述假想平面与所述谐振器的光学中央对齐，从而使该谐振器为对称型谐振器。

4.根据权利要求1或2所述的固体激光装置，其特征在于，

所述多个激励光源仅配置在包含所述激光束光轴的第1平面的一侧。

5.根据权利要求1或2所述的固体激光装置，其特征在于，

所述多个激励光源配置为，从各激励光源射出的激励光相对于包含所述激光束光轴的第1平面的入射角为大于或等于2种。

6.根据权利要求5所述的固体激光装置，其特征在于，

在对所述固体激光介质内的一个固体激光介质进行激励的所述激励光源为n个的情况下，所述激励光源配置为，使从各激励光源射出的激励光相对于所述第1平面的入射角的角度，逐个错开180度除以n所得到的商值。

7.根据权利要求6所述的固体激光装置，其特征在于，

所述激励光源配置为，对所述一个固体激光介质进行激励的激励光源的激励光相对于第2平面的入射角，在从激光束光轴方向观察时，相对于包含所述激光束光轴且与所述第1平面垂直的所述第2平面对称。

8.根据权利要求1或2所述的固体激光装置，其特征在于，

在所述固体激光介质的长度方向的一个部位处仅配置有一个激励光源。

9.根据权利要求4所述的固体激光装置，其特征在于，

该固体激光装置具有由激励光源支撑部和固体激光介质支撑部构成的基座，其中，该激励光源支撑部对所述多个激励光源各自进行保持，该固体激光介质支撑部对所述固体激光介质进行保持，

按照在对所述固体激光介质中的同一固体激光介质进行激励的所述多个激励光源中，使相邻的激励光源相对于包含所述激光束光轴且与所述第1平面垂直的第2平面，彼此配置在相反侧的方式，配置分别对所述激励光源进行支撑的所述基座，

所述基座中相邻的基座间的距离，与所述激励光源支撑部的宽度相比较窄。

10.根据权利要求1或2所述的固体激光装置，其特征在于，

在所述偶数个固体激光介质的中央间隙处，配置有90度偏振旋转部。