CN110291687B - 激光介质单元及激光装置 - Google Patents

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Abstract

激光介质单元具备：板状的激光增益介质，其具有第一面和所述第一面的相反侧的第二面，通过来自所述第一面的激发光的照射而产生放出光；反射部件，其设置于所述第二面上，反射所述激发光及所述放出光；冷却部件，其用于冷却所述激光增益介质。所述激光增益介质具有所述激发光照射的照射区域、从与所述第一面及所述第二面交叉的厚度方向观察位于所述照射区域的外侧的外侧区域。所述冷却部件通过经由所述反射部件与所述第二面热连接，在所述第二面上形成所述激光增益介质的冷却区域。所述冷却区域的外缘从所述厚度方向观察位于所述照射区域内。

Description

激光介质单元及激光装置
技术领域
本发明的一个方面涉及激光介质单元及激光装置。
背景技术
在专利文献1中记载有激光介质单元。该激光介质单元具备通过照射激发光而产生放出光的多个板状的激光增益介质与使激发光及放出光的双方透过的光学介质接合而成的激光介质体。另外，该激光介质单元具备收纳激光介质体，并且具有用于冷却激光增益介质的冷却介质流路的容器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特愿2015-167216号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在专利文献1所记载的激光介质单元中，作为一个例子，激光增益介质为矩形板状。于是，在激光增益介质中，与其厚度方向交叉的一对面中的一面与光学介质接合而作为激发光及放出光的入射出射面，并且另一面的整体与冷却介质流路相接而用于冷却。特别是在该激光介质单元中，通过调整冷却介质流路的截面积，控制冷却介质流路内的制冷剂的流速，实现激光增益介质的温度均匀性的提高。即，在上述技术领域中，为了光束品质的提高，希望降低温度梯度所引起的热透镜效应。
因此，本发明的一个方面的目的在于，提供能够提高光束品质的激光介质单元及激光装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述技术问题，本发明人通过进行深入研究而获得如下见解：通过控制激光增益介质中的激发光的照射区域和用于激光增益介质的冷却的冷却区域的相对关系，可降低热透镜效应。即，本发明人发现了，通过将冷却区域设为与激发光的照射区域同等以下的范围，与冷却比照射区域宽的范围的情况比较，可降低热透镜效应。本发明的一个方面基于该见解而完成。
即，本发明的一个方面所涉及的激光介质单元，具备：板状的激光增益介质，其具有第一面和第一面的相反侧的第二面，通过来自第一面的激发光的照射而产生放出光；反射部件，其设置于第二面上且反射激发光及放出光；冷却部件，其用于冷却激光增益介质，激光增益介质具有激发光照射的照射区域、从与第一面及第二面交叉的厚度方向观察位于照射区域的外侧的外侧区域，冷却部件经由反射部件与第二面热连接，从而在第二面上形成激光增益介质的冷却区域，冷却区域的外缘从厚度方向观察位于照射区域内。
在该激光介质单元中，板状的激光增益介质具有作为激发光的入射面的第一面、第一面的相反侧的面即形成有冷却部件的冷却区域的第二面。另外，激光增益介质具有激发光照射的照射区域、从厚度方向观察位于照射区域的外侧的外侧区域。而且，冷却区域的外缘从厚度方向观察位于激发光的照射区域内。即，在该激光介质单元中，从激光增益介质的厚度方向观察，冷却区域成为与激发光的照射区域同等以下的范围。因此，根据该激光介质单元，可降低热透镜效应并提高光束品质。此外，冷却区域例如是冷却部件和第二面经由反射部件而相接的区域。
也可以是本发明的一个方面所涉及的激光介质单元还具备用于加热激光增益介质的加热部件，加热部件在激光增益介质的外缘部上设置于第一面以外的面上，通过对外侧区域输入热，而加热激光增益介质。通过使用这样的加热部件，不妨碍第一面上的激发光的入射，可进一步降低热透镜效应。
在本发明的一个方面所涉及的激光介质单元中，也可以是激光增益介质具有位于外缘部侧且沿着厚度方向连接第一面和第二面的第三面，加热部件设置于第三面。这样，加热部件可以设置于作为激光增益介质的侧端面的第三面。
本发明的一个方面所涉及的激光装置具备上述的激光介质单元、用于将应当被放大的激光和激发光从第一面输入到激光增益介质的输入光学系统。该激光装置具备上述的激光介质单元。因此，根据该激光装置，可降低激光增益介质中的热透镜效应并提高光束品质。
也可以是本发明的一个方面所涉及的激光装置还具备未添加有活性元素，且能够透过激发光及激光的光学介质，激光增益介质以第一面与光学介质接合的方式设置于光学介质上，输入光学系统将激光及激发光通过彼此同轴的光路经由光学介质从第一面输入到激光增益介质。
发明的效果
根据本发明的一个方面，能够提供可提高光束品质的激光介质单元及激光装置。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的激光装置的概要的图。
图2是表示图1所示的激光介质体的立体图。
图3是图1所示的激光装置的局部放大截面图。
图4是表示图1所示的激光增益介质及激发光的强度分布的图。
图5是表示计算激光增益介质中的相移量的结果的图。
图6是表示激光增益介质和热透镜效应的关系的计算结果的曲线图及表示通过加热部件对激光增益介质的加热的有无而引起的相移量的变化的计算结果的曲线图。
图7是表示冷却区域的外缘位于比照射区域更靠近内侧的情况下的计算结果的图。
图8是表示关于冷却区域的最优化的计算结果的图。
图9是汇总图5～8的计算结果的曲线图。
图10是表示第二实施方式所涉及的激光装置的概要的图。
图11是表示第三实施方式所涉及的激光装置的概要的图。
图12是表示第四实施方式所涉及的激光装置的概要的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一个方面所涉及的实施方式进行详细的说明。此外，在各图中，有时对相同或相当的要素彼此标注相互相同的符号，而省略重复的说明。另外，在各图中，有时表示由X轴、 Y轴及Z轴规定的正交坐标系S。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式所涉及的激光装置的概要的图。图2是表示图1所示的激光介质体的立体图。图3是图1所示的激光装置的局部的放大截面图。如图1～3所示，激光装置1A具备激光介质单元 10A、供给激发光L1的多个(在此为4个)激发光源部12(激发光源部12a、12b、12c、12d)、反射作为应当被放大的光(种子光)的激光 L2的多个(在此为4个)的镜部14(镜部14a、14b、14c、14d)。
激光介质单元10A具有板条(slab)型的激光介质体16、收纳激光介质体16 的容器(未图示)、冷却部件17、多个加热部件18。但是，在图1、2 中，省略加热部件18的图示。激光介质体16具有光学介质20、多个 (在此为6个)板状的激光增益介质22(激光增益介质22a、22b、22c、 22d、22e、22f)、多个反射部件23(参照图3)。激光增益介质22分别与光学介质20接合。
光学介质20在此是呈六棱柱状的薄的平板，具有6个平坦的侧面 20a、20b、20c、20d、20e、20f。光学介质20的X轴方向的尺寸、Y 轴方向的尺寸及Z轴方向的尺寸作为一个例子是100mm、15mm及 30mm左右。侧面20a、20b的形状彼此相同，侧面20c～20f的形状彼此相同。侧面20b与侧面20a平行且位于侧面20a的相反侧，侧面20e 与侧面20c平行且相对于侧面20c位于相反侧。同样，侧面20f与侧面 20d平行且相对于侧面20d位于相反侧。
相互交叉的侧面20c、20f分别与侧面20a、20b交叉。同样，相互交叉的侧面20d、20e分别与侧面20a、20b交叉。光学介质20能够相对于与侧面20a(或侧面20b)平行且在侧面20a的法线方向上位于侧面20a和侧面20b之间的中央的假想平面对称。
光学介质20例如是由钇·铝·石榴石(YAG)构成的透明部件。在光学介质20中未添加有例如Nd等活性元素。光学介质20可透过激发光L1和激光L2。
激光增益介质22具有彼此相同的形状。因此，在图3中代表性地表示相当于1个激光增益介质22的部分。激光增益介质22作为一个例子为矩形板状。在此，将Y轴方向设为激光增益介质22的厚度方向，将X轴方向及Z轴方向设为激光增益介质22的延伸方向(沿着板面的方向)。激光增益介质22的延伸方向的尺寸比入射的激发光L1的照射区域(下述的照射区域IR)大。
激光增益介质22是例如将Nd作为活性元素掺杂在YAG而成的介质。即，在激光增益介质中添加有活性元素。激光增益介质22由激发光L1激发而输出放出光。放出光的一个例子是感应放出光。该感应放出光有助于激光L2的光放大。激光增益介质22a～22c与光学介质20 的侧面20a接合，激光增益介质22d～22f与侧面20b接合。激光增益介质22例如通过陶瓷复合技术而可与光学介质20接合。
光学介质20的侧面20a～20f中未接合有激光增益介质22的侧面 20c、20d、20e、20f是激发光L1及激光L2中的至少一方被入射及出射的入射出射面。激发光源部12的各个输出从侧面20c、20d、20e、 20f入射的激发光L1。激发光源部12包括输出能够激发激光增益介质 22的波长的光的半导体激光器(例如激光二极管)之类的激发光源。激发光源部12也可以具有将从激发光源输出的激发光L1聚光的聚光光学系统。
镜部14在侧面20c～20f与对应于侧面20c～20f的激发光源部12 之间配置于来自激发光源部12的激发光L1的光路上。镜部14透过激发光L1，并且将激光L2全反射。特别是镜部14a反射激光L2，使激光L2从侧面20c入射到光学介质20。激光L2例如能够是从光纤激光器之类的激光光源输出的光。激光L2从不同于来自激发光源部12a的激发光L1的光路的轴向的方向入射到镜部14a。
镜部14a配置为反射激光L2，以使激光L2通过与从激发光源部 12a输出的激发光L1的光路同轴的光路在光学介质20内传播。图1 中，由镜部14a反射的激光L2相对于激发光L1并列表示，但这是用于明示激光L2的方便的表示。同样，在图1中，激发光L1和激光L2 并列表示它们是同轴的。
镜部14b、14c配置为使从光学介质20的侧面20d出射的激光L2 与来自激发光源部12c的激发光L1的光路同轴地再入射到光学介质 20。镜部14d配置为使从侧面20f出射的激光L2向与来自激发光源部 12d的激发光L1的光路的轴向不同的方向反射。
从激发光源部12输出的激发光L1透过镜部14后，从对应的侧面 20c～20f入射到光学介质20。入射到光学介质20内的激发光L1如下所述通过在激光增益介质22的第二面S2上由反射部件23反射，而在光学介质20内之字形传播，从侧面20c～20f出射。
具体而言，从侧面20c入射的激发光L1按激光增益介质22f、激光增益介质22b及激光增益介质22d的顺序经过激光增益介质22f、 22b、22d，从侧面20d出射。相反，从侧面20d入射的激发光L1按激光增益介质22d、激光增益介质22b及激光增益介质22f的顺序经过激光增益介质22d、22b、22f从侧面20c出射。分别从侧面20c、20d输入的激发光L1的路径可以是彼此相反方向。
从侧面20e入射的激发光L1按激光增益介质22c、激光增益介质 22e及激光增益介质22a的顺序经过激光增益介质22c、22e、22a从侧面20f出射。相反，从侧面20f入射的激发光L1按激光增益介质22a、激光增益介质22e及激光增益介质22c的顺序经过激光增益介质22a、 22e、22c从侧面20e出射。分别从侧面20e、20f输入的激发光L1的路径可以是彼此相反方向。
激发光L1的一部分在光学介质20内的传播过程中，被激光增益介质22吸收，激发激光增益介质22。向侧面20c～20f的来自激发光源部12的激发光L1的入射可以例示垂直入射。然而，向侧面20c～20f 的来自激发光源部12的激发光L1也可以是倾斜入射。
在来自激发光源部12的激发光L1倾斜入射到对应的侧面20c～ 20f的情况下，激发光L1的向侧面20c～20f的入射角度可以设为在上述的彼此相反方向上传播的激发光L1的光路的轴在光学介质20内稍微偏离的程度。由此，在光学介质20内某激发光(称为基准激发光) 的光路、和相对于该激发光的相对激发光的光路稍微偏离，另一方面，在从侧面20c～20f出射时，基准激发光的入射方向、相对激发光的出射方向大幅偏离。其结果，能够防止相对激发光入射到激发光源部12 中输出基准激发光的激发光源。
从激光光源部供给的激光L2由镜部14a反射，与来自激发光源部12a的激发光L1同轴地从侧面20c入射到光学介质20内。作为从侧面 20c入射的种子光的激光L2经过与激发光L1相同的光路，从侧面20d 出射。从侧面20d出射的光由镜部14b、14c按顺序反射，与来自激发光源部12c的激发光L1同轴地从侧面20e再次入射到光学介质20内。从侧面20e入射到光学介质20的激光L2经过与来自激发光源部12c 的激发光L1同样的光路，从侧面20f出射。
激光L2入射到由激发光L1激发的激光增益介质22时，激光L2 通过感应放出现象所产生的放出光而被放大。因此，通过激光L2在光学介质20内一边按顺序入射于激光增益介质22a～22f一边之字形传播，从侧面20f出射被放大的激光L2。从侧面20f出射的激光L2通过镜部14d反射并作为来自激光装置1A的输出光被取出。
这样，激发光L1及激光L2经由光学介质20而向激光增益介质 22照射。特别是激光增益介质22包括与其厚度方向(Y轴方向)交叉 (正交)的第一面S1及第二面S2、沿着厚度方向的第三面S3。作为第一面S1和第二面S2的间隔规定的激光增益介质22的厚度例如为0.25mm以上10mm以下左右。
第一面S1是与光学介质20接合的面，是激发光L1及激光L2的入射出射面。即，激光增益介质22通过来自第一面S1的激发光L1的照射而产生放出光。第二面S2是第一面S1的相反侧的面。反射部件 23设置于第二面S2上。在此，反射部件23覆盖第二面S2的全体。
反射部件23例如是至少相对于激发光L1及激光L2的两波长具有高反射率的高反射涂层(例如反射膜)。作为一个例子，激发光L1的波长是808nm，激光L2的波长是1064nm。由此，如上所述，激发光 L1及激光L2在第二面S2上通过反射部件23反射。第三面S3是在激光增益介质22的外缘部上彼此连接第一面S1和第二面S2的面、即侧端面。
在此，激光增益介质22包括激发光L1照射的照射区域IR、从厚度方向观察位于照射区域IR的外侧的外侧区域OR。在此，激光增益介质22由照射区域IR、包围照射区域IR的环状的外侧区域OR构成。在此，由于激发光L1相对于激光增益介质22(第一面S1)倾斜(即，相对于第一面S1的法线倾斜)地入射，因此激发光L1的照射区域IR 如图4(a)所示成为椭圆形状。图4(b)是照射区域IR中的激发光 L1的强度分布的一个例子。
此外，照射区域IR也是激光增益介质22中的通过激发光L1的照射而激发的激发区域。另外，照射区域IR也是通过激发光L1的照射而加热的加热区域。另一方面，外侧区域OR也是非激发区域，也是非加热区域。
如以上所述，激光光源部、激发光源部12及镜部14构成用于将应当被放大的激光L2和激发光L1从第一面S1输入到激光增益介质 22的输入光学系统。更具体而言，在此，由激光光源部、激发光源部 12及镜部14构成的输入光学系统将激光L2及激发光L1通过相互同轴的光路经由光学介质20从第一面S1输入到激光增益介质22。
接着，参照图1～4。冷却部件17冷却激光增益介质22的各个。冷却部件17包括经由反射部件23与激光增益介质22接触的接触部 17a、与接触部17a连接的冷却部17b。接触部17a提供激光增益介质 22和冷却部17b之间的传热路径。接触部17a例如是热管。
接触部17a相对于激光增益介质22的各个而设置。冷却部17b例如可以保持作为热介质(制冷剂)的液化气体(例如液体氮)。另外，冷却部17b是例如制冷机等冷却装置。此外，在图1中表示6个接触部17a相对于2个冷却部17b分配的例子，但也可以集中在1个冷却部17b。
接触部17a通过经由反射部件23与激光增益介质22的第二面S2 热连接，而在第二面S2形成激光增益介质22的冷却区域CA。冷却区域CA是冷却部件17和第二面S2经由反射部件23而相接的区域，在此，相当于接触部17a的第二面S2侧的端面。冷却区域CA的外缘从激光增益介质22的厚度方向(Y轴方向)观察位于照射区域IR内。
冷却区域CA的外缘位于照射区域IR内，包括从激光增益介质22 的厚度方向观察时，冷却区域CA的外缘和照射区域IR的外缘一致的情况和冷却区域CA的外缘位于比照射区域IR的外缘更靠近内侧(照射区域IR的中心侧)的情况。在此，作为一个例子，冷却区域CA的外缘从激光增益介质22的厚度方向观察，位于比照射区域IR的外缘更靠近内侧。因此，冷却部件17在第二面S2上，在比照射区域IR窄的范围内和激光增益介质22进行热交换而冷却激光增益介质22。
换句话说，在激光增益介质22的第二面S2，在比冷却区域CA更靠近外侧形成有环状的非冷却区域TA。第二面S2上的非冷却区域TA 在例如容器内被露出到气氛中。由此，在非冷却区域TA上，激光增益介质22不进行和另外的部件之间的热交换，实质上被隔热。
另一方面，加热部件18是用于加热激光增益介质22的部件。加热部件18相对于激光增益介质22的各个设置。更具体而言，加热部件18在激光增益介质22的延伸方向上的外缘部设置于第一面S1以外的面，通过对激光增益介质22的外侧区域OR输入热来加热激光增益介质22。在此，加热部件18形成为环状，设置于激光增益介质22的第三面S3。加热部件18例如是环形加热器。此外，加热部件18也可以在激光增益介质22的外缘部，例如在第二面S2上通过印刷、粘接或贴附等形成。
接着，对激光装置1A及激光介质单元10A的作用·效果进行说明。首先，对于本发明人获得的见解进行说明。图5是表示计算激光增益介质中的相移量的结果的图。图5(a)、(c)是表示沿着激光增益介质的厚度方向的截面内的温度分布的图。在以下的图中，在表示温度分布的情况下，越是从淡灰色变成深灰色，则越是表示温度高。另外，图5(b)、(d)是表示激光增益介质的径向位置和相移量的关系的曲线图。相移量是激光与激光增益介质的厚度方向平行(垂直于入射面)地入射出射的情况下的值。
此外，在以下的计算中，方便上将激光增益介质作为圆板状。因此，激光增益介质相对于其径向的中心线对称，以下图示径向的一半的范围。另外，在此，将激光增益介质的厚度设为0.25mm，将半径设为10mm。另外，在此，将激光增益介质中的激发光的照射区域(激发区域)设为与激光增益介质同心的半径5mm的圆板状。即，在此，将照射区域设为从激光增益介质的径向的中心到径向位置的50％的范围。
图5(a)、(b)表示作为比较对象，将激光增益介质的第二面(激发光的入射面的相反侧的面)的整体作为冷却区域的情况(以下，有时称为100％冷却)。图5(c)、(d)表示将从第二面上的径向的中心至径向位置的50％的范围作为冷却区域的情况(以下，有时称为50％冷却)。即，在图5(c)、(d)中，冷却区域的外缘与照射区域的外缘一致。
比较这两种情况时，可以理解为与100％冷却的情况相比50％冷却的情况虽然照射区域的外侧的外侧区域的温度上升，但外侧区域上的相移量在径向上均匀，且和照射区域上的相移量的差减少。即，可以理解为激光增益介质的厚度一定的情况下，50％冷却与100％冷却比较，可以降低在照射区域(激发区域)和外侧区域(非激发区域)的边界区域上产生的相移量的差对入射光产生的影响(热透镜效应)。
图6(a)是表示激光增益介质和热透镜效应的关系的计算结果的曲线图。图6(a)的曲线图的纵轴是将厚度为1mm的激光增益介质的 100％冷却的情况下的热透镜效应所引起的非平面波成分设为基准值 (＝1)的情况下的值(即，被标准化的热透镜效应)。如图6(a)所示，根据50％冷却，可以理解为即使将激光增益介质的厚度增厚到 5mm，也仍然可将热透镜效应降低至基准值的1/50左右。
图6(b)是表示加热部件对激光增益介质的加热的有无引起的相移量的变化的计算结果的曲线图。在图6(b)中，通过虚线表示有加热的情况，通过实线表示无加热的情况。此外，在此，设为从激光增益介质的第三面(侧端面)输入热。根据图6(b)，可以理解为激发光的入射所产生的照射区域的加热、和从第三面向外侧区域输入热的影响被相加的结果，有加热的情况作为整体可以降低相移量的差(即，降低热透镜效应)。
图7是表示冷却区域的外缘位于比照射区域更靠近内侧的情况下的计算结果的图。即，在图7中表示在第二面上从比照射区域窄的范围冷却激光增益介质的情况。在此，将激光增益介质的厚度设为 0.25mm。另外，在此，通过将照射区域设为径向位置的50％的范围，并且将冷却区域设为径向位置的43％，而在照射区域和冷却区域之间形成差。
图7(a)表示径向上的冷却区域的范围，图7(b)表示径向上的激发光的照射区域的范围，图7(c)表示沿着厚度方向的截面内的径向上的照射区域的范围。另外，图7(d)表示沿着厚度方向的截面内的温度分布，图7(e)表示相对于径向的位置的相移量。
根据图7，即使通过激发光加热照射区域上的比冷却区域更靠近外侧的区域(即，从径向位置的43％至50％的范围)，也不会直接地被厚度方向的热流冷却，因此激发和冷却的失配部分的温度分布成为厚度方向和径向的热流混合的形状。其结果，外侧区域(非加热区域)的温度比照射区域(加热区域)高，外侧区域上的相移量比照射区域上的相移量多。
从该结果可以理解到，从加热和冷却的失配生出的热障壁可使外侧区域的温度及热诱发相移比照射区域大，该情况下，相移的分布也均匀。因此，可以认为如果利用该情况，则通过控制外侧区域的相位，能够尽可能降低照射区域和外侧区域的边界的相移量之差。
图8(a)是表示关于冷却区域的最优化的计算结果的曲线图。图 8(a)中将激光增益介质的厚度设为2mm，将照射区域设为径向位置的50％的范围。另外，通过实线表示将冷却区域设为径向位置的47％的范围的情况(47％冷却)，通过虚线表示将冷却区域设为径向位置的 46％的范围的情况(46％冷却)，通过点划线表示将冷却区域设为径向位置的45％的范围的情况(45％冷却)。
如图8(a)所示，在47％冷却中，外侧区域上的相移量比照射区域上的相移量小。相对于此，在45％冷却中，外侧区域上的相移量比照射区域上的相移量大。于是，在46％冷却中，外侧区域上的相移量、和照射区域上的相移量大致相等。因此，该情况下，可以理解为通过 46％冷却，可降低热透镜效应并可进行热障壁生成的最优化。
同样，在图8(b)、(c)中，表示将激光增益介质的厚度设为0.5mm 而进行冷却区域的最优化的结果。图8(b)表示沿着厚度方向的截面内的温度分布，图8(c)表示相对于径向的位置的相移量。这样，在照射区域内的范围(在此，50％以内的范围)中通过进行冷却区域的最优化，热透镜效应为1/20000(被标准化的热透镜效应＝4.7×10－5)，可作为几乎平坦的相移量。此外，在此，将冷却区域设为径向位置的49％的范围。
图9是汇总图5～8的计算结果的曲线图。纵轴表示被标准化的热透镜效应。如图9所示，最能够降低热透镜效应的是在照射区域内的范围(在此，50％以内的范围)使冷却区域最优化，且进行来自外侧区域的加热的情况。该情况下，在激光增益介质的厚度为0.25mm～5mm 的宽范围内，可将热透镜效应降低到1/1000以下。
基于本发明人的以上的见解，对本实施方式所涉及的激光介质单元10A的效果进行说明。在激光介质单元10A中，板状的激光增益介质22具有作为激发光L1的入射面的第一面S1、第一面S1的相反侧的面、即形成有冷却部件17的冷却区域CA的第二面S2。另外，激光增益介质22具有激发光L1照射的照射区域IR、从厚度方向观察位于照射区域IR的外侧的外侧区域OR。
再有，冷却区域CA的外缘从厚度方向观察位于激发光L1的照射区域IR内。即，在该激光介质单元10A中，从激光增益介质22的厚度方向观察，冷却区域CA为与激发光L1的照射区域IR同等以下的范围。因此，根据该激光介质单元10A，可降低热透镜效应并提高光束品质。
另外，激光介质单元10A还具备用于加热激光增益介质22的加热部件18。再有，加热部件18在激光增益介质22的外缘部上设置于第一面S1以外的面上，通过对外侧区域OR输入热，而加热激光增益介质22。通过使用这样的加热部件18，不妨碍第一面S1上的激发光L1的入射，可进一步降低热透镜效应。
另外，在激光介质单元10A中，激光增益介质22具有位于外缘部侧且沿着厚度方向连接第一面S1和第二面S2的第三面S3。再有，加热部件18也可以设置于第三面S3。这样，加热部件能够设置于作为激光增益介质22的侧端面的第三面S3。
另外，激光装置1A具备上述的激光介质单元10A、用于将应当被放大的激光L2和激发光L1从第一面S1输入到激光增益介质22的输入光学系统。因此，根据该激光装置1A，能够降低激光增益介质22 中的热透镜效应并提高光束品质。
[第二实施方式]
接着，对第二实施方式所涉及的激光装置进行说明。图10是表示第二实施方式所涉及的激光装置的概略的图。如图10所示，激光装置 1B具备上述的激光介质单元10A、一对激发光源部12、偏光分束器 25、偏光旋转元件27。偏光旋转元件27例如是λ/4波长板。在此，激光介质单元10A具有单一的激光增益介质22、与其对应的冷却部件17、加热部件18及反射部件23。另外，激光介质单元10A不具有光学介质20。
在此，作为应当被放大的种子光的激光L2从激光光源部(未图示) 出射后，在直线偏光的状态下透过偏光分束器25和偏光旋转元件27，从第一面S1入射到激光增益介质22。在此，激光L2沿着激光增益介质22的厚度方向、即与第一面S1垂直地入射到激光增益介质22。另一方面，激发光L1通过一对激发光源部12，通过相对于第一面S1的法线倾斜的光路而从第一面S1入射到激光增益介质22。
因此，激光光源部、偏光分束器25、偏光旋转元件27及激发光源部12构成用于将应当被放大的激光L2和激发光L1从第一面S1输入到激光增益介质22的输入光学系统。更具体而言，在此，输入光学系统将激光L2及激发光L1通过相互不同的光路从第一面S1输入到激光增益介质22。
入射到激光增益介质22的激光L2在激光增益介质22内被放大后，在第二面S2上由反射部件23反射。在第二面S2上反射的激光L2在激光增益介质22内进一步被放大后，在第一面S1上从激光增益介质 22出射。从激光增益介质22出射的激光L2成为通过透过偏光旋转元件27而使其偏光方向旋转90°的状态。透过偏光旋转元件27的激光 L2在偏光分束器25中向与入射光不同的方向反射，输出到外部。
通过以上那样的激光装置1B及激光介质单元10A，根据与上述的理由同样的理由，也可降低热透镜效应并提高光束品质。
[第三实施方式]
接着，对第三实施方式所涉及的激光装置进行说明。图11是表示第三实施方式所涉及的激光装置的概略的图。如图11所示，激光装置 1C具备与第二实施方式同样的激光介质单元10A、一对激发光源部12。
在此，作为应当被放大的种子光的激光L2从激光光源部(未图示) 出射后，从第一面S1入射到激光增益介质22。在此，激光L2通过相对于第一面S1的法线以规定角度倾斜的光路入射到激光增益介质22。因此，在此，作为入射光的激光L2、作为出射光的激光L2被空间性地分离。另一方面，激发光L1通过一对激发光源部12，通过相对于第一面S1的法线以另外的规定角度倾斜的光路从第一面S1入射到激光增益介质22。
因此，激光光源部和激发光源部12构成用于将应当被放大的激光 L2和激发光L1从第一面S1输入到激光增益介质22的输入光学系统。更具体而言，在此，输入光学系统将激光L2及激发光L1通过相互不同的光路从第一面S1输入到激光增益介质22。
通过以上那样的激光装置1C及激光介质单元10A，根据与上述的理由同样的理由，也可降低热透镜效应并提高光束品质。
[第四实施方式]
接着，对于第四实施方式所涉及的激光装置进行说明。图12是表示第四实施方式所涉及的激光装置的概略的图。如图12所示，激光装置1D具备与第二实施方式同样的激光介质单元10A、一对激发光源部 12、共振器镜29。共振器镜29在与激光增益介质22的第二面S2上的反射部件23之间构成激光共振器。
激光装置(激光振荡器)1D通过向激光介质单元10A具有的激光增益介质22供给激发光L1，生成激光L3。
共振器镜29部分反射激光L3。共振器镜29与反射部件23一起构成光共振器。换句话说，配置共振器镜29及反射部件23，使得在共振器镜29和反射部件23之间激光L3反复反射，在共振器镜29和反射部件23之间的激光L3的共振光路内配置有激光增益介质22。
在上述结构中，从激发光源部12输出的激发光L1与激光装置(激光放大器)1B的情况同样，激发激光增益介质22。作为来自被激发的激光增益介质22的放出光的激光L3在共振器镜29和反射部件23之间反射，被光放大。部分性地透过共振器镜29的激光L3是来自激光振荡器的输出光。
通过以上那样的激光装置1D及激光介质单元10A，根据与上述的理由同样的理由，也可降低热透镜效应并提高光束品质。
以上的实施方式说明了本发明的一个方面所涉及的激光介质单元及激光装置的一个实施方式。因此，本发明的一个方面所涉及的激光介质单元及激光装置不限定于上述的激光介质单元10A及激光装置 1A～1D。本发明的一个方面所涉及的激光介质单元及激光装置在不变更各权利要求的主旨的范围内，可以任意改变上述的激光介质单元10A 及激光装置1A～1D。
例如，在各实施方式所涉及的激光装置1A～1D中，不限定于图示的结构，通过相互更换或追加部分的要素，也可以作为另外的激光装置构成。另外，对于激发光L1及激光L2、L3的波长、或光学介质 20及激光增益介质22等材料，也可以适当变更。
例如，光学介质20及激光增益介质22的材料不限定于YAG，并且添加于激光增益介质22的活性元素不限定于Nd。如果是用于激光放大器或激光振荡器之类的固体激光装置的光学材料及活性元素即可。光学介质20及激光增益介质22的材料的其它的例子可以例示(GGG：钆镓石榴石(Gd3Ga5O12))。另外，活性元素的其它的例子可以例示Yb。另外，激光增益介质22不限于矩形板状，也可以作为圆板状或其它的板状。
另外，在上述实施方式中，作为冷却部件17，例示了将热管等接触部17a与制冷机等冷却部17b连接的例子。然而，冷却部件17不限定于此，例如，也可以是设置于激光增益介质22的各个的珀耳帖元件等其它的部件。
产业上的可利用性
能够提供可提高光束品质的激光介质单元及激光装置。
符号的说明
1A～1D…激光装置、10A…激光介质单元、12…激发光源部、16…激光介质体、17…冷却部件、18…加热部件、20…光学介质、22…激光增益介质、23…反射部件、25…偏光分束器、27…偏光旋转元件、 29…共振器镜、S1…第一面、S2…第二面、S3…第三面、L1…激发光、 L2…激光、L3…激光、IR…照射区域、OR…外侧区域、CA…冷却区域、TA…非冷却区域。

Claims (5)

1.一种激光介质单元，其特征在于，
是板条型的激光介质单元，
具备：
光学介质；
多个板状的激光增益介质，其分别具有第一面和所述第一面的相反侧的第二面，通过来自所述第一面的激发光的照射而产生放出光，并且所述第一面是与所述光学介质接合的面；
反射部件，其设置于所述第二面上，反射所述激发光及所述放出光；
冷却部件，其用于冷却所述激光增益介质，
所述激光增益介质具有所述激发光照射的照射区域、以及从与所述第一面及所述第二面交叉的厚度方向观察位于所述照射区域的外侧的外侧区域，
所述冷却部件通过经由所述反射部件与所述第二面热连接，而在所述第二面上形成所述激光增益介质的冷却区域，
所述冷却区域从所述厚度方向观察位于所述照射区域内。
2.根据权利要求1所述的激光介质单元，其特征在于，
还具备用于加热所述激光增益介质的加热部件，
所述加热部件在所述激光增益介质的外缘部上设置于所述第一面以外的面上，通过对所述外侧区域输入热而加热所述激光增益介质。
3.根据权利要求2所述的激光介质单元，其特征在于，
所述激光增益介质具有位于所述外缘部侧且沿着所述厚度方向连接所述第一面和所述第二面的第三面，
所述加热部件设置于所述第三面上。
4.一种激光装置，其特征在于，
具备：
权利要求1～3中任一项所述的激光介质单元；
用于将应当被放大的激光和所述激发光从所述第一面输入到所述激光增益介质的输入光学系统。
5.根据权利要求4所述的激光装置，其特征在于，
还具备未添加有活性元素且能够透过所述激发光及所述激光的光学介质，
所述激光增益介质以所述第一面与所述光学介质接合的方式设置于所述光学介质上，
所述输入光学系统将所述激光及所述激发光通过相互同轴的光路从所述第一面经由所述光学介质而输入到所述激光增益介质。
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