DE112019006508T5 - Laservorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Laservorrichtung bereit, die zum Erreichen einer höheren Ausgabe oder einer höheren Iteration in der Lage ist, selbst wenn ein Verstärkungsmedium eine hohe Oberflächenrauigkeit aufweist. Diese Laservorrichtung ist mit Folgendem versehen: einer Anregungslichtquelle; einem optischen Lichtsammlungssystem, das von der Anregungslichtquelle ausgegebenes Anregungslicht sammelt; einem Verstärkungsmedium, das durch das optische Lichtsammlungssystem gesammeltes Licht empfängt und Emissionslicht ausgibt; einem transparenten Element, das eine geringere Oberflächenrauigkeit als das Verstärkungsmedium aufweist und von dem Verstärkungsmedium ausgegebenes Emissionslicht transmittiert; einem übersättigten Absorber, der einen Transmissionsgrad aufweist, der mit der Absorption des Emissionslichts zunimmt, das durch das transparente Element hindurchgegangen ist; und einem Resonator, der bewirkt, dass das Emissionslicht zwischen dem Verstärkungsmedium und dem übersättigten Absorber resoniert, wobei das transparente Element dazwischenliegt. Diese Laservorrichtung ist derart konfiguriert, dass eine Oberfläche auf der Verstärkungsmediumseite des transparenten Elements so beschichtet ist, dass es einen dielektrischen Mehrschichtfilm aufweist, der das Anregungslicht reflektiert, während das Emissionslicht transmittiert wird.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technik) betrifft eine Laservorrichtung.
  • [Stand der Technik]
  • Ein Mikrochiplaser ist eine Laservorrichtung, die eine Anregungslichtquelle, ein optisches Bündelungssystem, ein Verstärkungsmedium, einen übersättigten Absorber und einen Resonator beinhaltet. Die Oberfläche des Verstärkungsmediums des Mikrochiplasers auf der Seite des übersättigten Absorbers ist mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm beschichtet, der das Anregungslicht reflektiert und das Emissionslicht des Verstärkungsmediums transmittiert. Da sich dieser dielektrische Mehrschichtfilm nahe der Strahltaille des Emissionslichts befindet, das in dem Resonator resoniert, wird der dielektrische Mehrschichtfilm leicht durch die Energie des Emissionslichts zerstört.
  • Es ist allgemein bekannt, dass eine Laserschadensschwelle eines Beschichtungsfilms, wie etwa eines dielektrischen Mehrschichtfilms, durch den Oberflächenzustand der zu beschichtenden Oberfläche beeinflusst wird. Es wird in NPL 1 berichtet, dass der Oberflächendefekt des zu beschichteten Objekts eine Verstärkung des elektrischen Feldes verursacht und einen Antireflexionsfilm beschädigt. NPL 2 berichtet, dass sich die Laserschadenschwelle des Antireflexionsfilms in Abhängigkeit von der Oberflächenrauigkeit des zu beschichteten Objekts ändert.
  • Als ein Mittel zum Verbessern der Beständigkeit eines dielektrischen Mehrschichtfilms schlägt PTL 1 eine Kühlungsstruktur unter Verwendung von Diamant vor, um einen thermischen Schaden zu verhindern. Wenn jedoch die Oberflächenrauigkeit des zu beschichtenden Objekts zu groß ist, wird das elektrische Feld verstärkt, so dass die Beständigkeit des dielektrischen Mehrschichtfilms nur durch Verhindern eines thermischen Schadens nicht ausreichend verbessert werden kann.
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1] JP H06-235806 A
  • [Nicht-Patentliteratur]
    • [NPL 1] N. Bloembergen: Appl. Opt. 221973661.
    • [NPL 2] Y. Nose et al.: Japan. J. Appl. Phys. 2619871256.
  • [Kurz darstellung]
  • [Technisches Problem]
  • Insbesondere wenn ein Yttriumaluminiumgranat (keramischer YAG), der eine Keramik mit einer geringen Variation der Charakteristiken ist, als das Verstärkungsmedium eines Mikrochiplasers verwendet wird, kann die Oberflächengenauigkeit des keramischen YAG im Vergleich zu Einkristall-YAG nicht durch Polieren verbessert werden. Aus diesem Grund zeigt ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der auf die Oberfläche des Verstärkungsmediums mit einer großen Oberflächenrauigkeit beschichtet wird, eine bemerkenswerte Abnahme der Beständigkeit. Infolgedessen wird es schwierig, die Ausgabe und Wiederholbarkeit zu erhöhen.
  • Das Ziel der vorliegenden Technik ist das Bereitstellen einer Laservorrichtung, die zum Realisieren einer hohen Ausgabe und hohen Wiederholbarkeit in der Lage ist, selbst wenn die Oberflächenrauigkeit des Verstärkungsmediums groß ist.
  • [Lösung des Problems]
  • Eine Laservorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technik umfasst Folgendes: eine Anregungslichtquelle; ein optisches Bündelungssystem, das von der Anregungslichtquelle ausgegebenes Anregungslicht bündelt; ein Verstärkungsmedium, das das durch das optische Bündelungssystem gebündelte Anregungslicht empfängt und Emissionslicht ausgibt; ein transparentes Element, das eine kleinere Oberflächenrauigkeit als das Verstärkungsmedium aufweist und das von dem Verstärkungsmedium ausgegebene Emissionslicht transmittiert; einen übersättigten Absorber mit einem Transmissionsgrad, der zunimmt, wenn das durch das transparente Element transmittierte Emissionslicht absorbiert wird; und einen Resonator, der bewirkt, dass das Emissionslicht zwischen dem Verstärkungsmedium und dem übersättigten Absorber resoniert, wobei das transparente Element dazwischen liegt, wobei ein erster dielektrischer Mehrschichtfilm, der das Anregungslicht reflektiert und das Emissionslicht transmittiert, auf die Oberfläche des transparenten Elements auf der Seite des Verstärkungsmediums beschichtet ist.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • [2] 2 ist eine partiell vergrößerte Ansicht der in 1 gezeigten Laservorrichtung.
    • [3] 3 ist eine schematische Ansicht einer Laservorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • [4] 4 ist eine partiell vergrößerte Ansicht der in 3 gezeigten Laservorrichtung.
    • [5] 5 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Laserverarbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • [6] 6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Laservorrichtung gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Technik zeigt.
    • [7] 7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Laservorrichtung gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Technik zeigt.
    • [8] 8 ist eine partiell vergrößerte Ansicht der in 7 gezeigten Laservorrichtung.
    • [9] 9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Laservorrichtung gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Technik.
    • [10] 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für eine Laservorrichtung gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel der vorliegenden Technik zeigt.
    • [11] 11 ist eine partiell vergrößerte Ansicht der in 10 gezeigten Laservorrichtung.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Technik unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In der Beschreibung der Figuren, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, werden die gleichen oder ähnliche Teile durch die gleichen oder ähnliche Bezugsziffern bezeichnet. Jedoch ist anzumerken, dass die Figuren schematisch sind und die Beziehung zwischen der Dicke und der Ebenenabmessung, das Verhältnis der Dicke jeder Schicht usw. von den tatsächlichen abweichen. Daher sollten die spezifische Dicke und spezifischen Abmessungen unter Berücksichtigung der folgenden Erklärung bestimmt werden. Außerdem ist es selbstverständlich, dass es Teile gibt, für die sich die Abmessungsbeziehung und das Verhältnis zwischen den Figuren unterscheiden.
  • Die Definition von Richtungen, wie etwa oben und unten, in der folgenden Beschreibung, dient lediglich zur Erklärung und beschränkt die technische Idee der vorliegenden Technik nicht. Wenn das Objekt zum Beispiel um 90° gedreht und beobachtet wird, werden die Oberseite und Unterseite als zu links und rechts umgewandelt gelesen und, wenn das Objekt um 180° gedreht und beobachtet wird, werden die Oberseite und Unterseite als umgekehrt gelesen.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Effekte sind lediglich beispielhaft und sind nicht beschränkend und andere Effekte können erhalten werden.
  • <Konfiguration der Laservorrichtung>
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik ein Mikrochiplaser, der eine Anregungslichtquelle 1, ein optisches Bündelungssystem 2, ein Verstärkungsmedium 5, ein transparentes Element 6, einen übersättigten Absorber 7 und einen Spiegel (Resonatorspiegel) 8 beinhaltet.
  • Die Anregungslichtquelle 1 gibt Anregungslicht L1 aus. Ein Halbleiterlaser (Laserdiode) kann als die Anregungslichtquelle 1 verwendet werden. Der Halbleiterlaser kann ein Endflächenemissionslaser oder ein Vertikalkavität-Oberflächenemissionslaser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) sein. In 1 ist die optische Achse A1 des Anregungslichts L1, das durch die Anregungslichtquelle 1 ausgegeben wird, schematisch durch eine gestrichelte Linie gezeigt und das Anregungslicht L1 ist durch eine gestrichelte Linie gezeigt.
  • Das optische Bündelungssystem 2 bündelt das von der Anregungslichtquelle 1 ausgegebene Anregungslicht L1. Das optische Bündelungssystem 2 beinhaltet eine Kollimationslinse 3, in der das Anregungslicht L1 in paralleles Licht umgewandelt wird, und eine Bündelungslinse 4, die das parallele Anregungslicht L1 von der Kollimationslinse 3 bündelt.
  • Das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 sind in der Reihenfolge der Beschreibung entlang der optischen Achse A1 des Anregungslichts L1 angeordnet. Das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 sind durch optischen Kontakt oder Zusammenfügen integriert. Das transparente Element 6 grenzt an das Verstärkungsmedium 5 an und ist in der Richtung der Oberfläche S2 auf der Seite gegenüber der Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 angeordnet. Der übersättigte Absorber 7 grenzt an das transparente Element 6 an und ist in der Richtung der Oberfläche S4 auf der Seite gegenüber der Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 angeordnet. Der Resonatorspiegel 8 ist in der Richtung der Oberfläche S6 auf der Seite gegenüber der Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 angeordnet.
  • Das Verstärkungsmedium 5 empfängt das Anregungslicht L1, das durch das optische Bündelungssystem 2 gebündelt wurde, verstärkt die Amplitude des Anregungslichts L1 und gibt das Emissionslicht L2 aus. Die Dicke des Verstärkungsmediums 5 entlang der optischen Achse A1 des Anregungslichts L1 beträgt zum Beispiel etwa 0,1 mm bis 1 mm. Das Verstärkungsmedium 5 beinhaltet eine fotoaktive Substanz auf und die fotoaktive Substanz wird durch das Anregungslicht L1 angeregt, um das Emissionslicht L2 zu erzeugen. Das Verstärkungsmedium 5 besteht aus zum Beispiel einem keramischen YAG. Zum Beispiel ist ein keramisches Yb:YAG, bei dem Ytterbium (Yb) zu keramischen YAG mit einer Konzentration von etwa 10 % bis 50 % hinzugefügt wird, als das Verstärkungsmedium 5 geeignet. Die Anregungswellenlänge des keramischen Yb:YAG beträgt 940 nm und die Oszillationswellenlänge beträgt 1030 nm. Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, in dem keramisches Yb:YAG als das Verstärkungsmedium 5 verwendet wird.
  • Das transparente Element 6 transmittiert das Emissionslicht L2, das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegeben wird. Die Dicke des transparenten Elements 6 entlang der optischen Achse A1 des Anregungslichts L1 beträgt zum Beispiel etwa 0,5 mm bis 1 mm. Als das transparente Element 6 kann zum Beispiel Quarz (SiO2), Saphir oder Diamant verwendet werden. Aus Sicht des Kühlens des Verstärkungsmediums 5 zur Zeit des optischen Kontakts oder Zusammenfügen mit dem Verstärkungsmedium 5 wird ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Saphir oder Diamant, als das transparente Element 6 bevorzugt.
  • Der Transmissionsgrad des übersättigten Absorbers 7 nimmt zu, wenn das durch das transparente Element 6 transmittierte Licht L2 absorbiert wird. Das heißt, der übersättigte Absorber 7 weist eine Charakteristik auf, dass die Lichtabsorptionsrate aufgrund der Sättigung der Lichtabsorption abnimmt und fungiert als ein passiver Güteschalter. Die Dicke des übersättigten Absorbers 7 entlang der optischen Achse A1 des Anregungslichts L1 beträgt zum Beispiel etwa 0,5 mm bis 1 mm. Der anfängliche Transmissionsgrad des übersättigten Absorbers 7 beträgt zum Beispiel etwa 30 % bis 95 %. Zum Beispiel kann keramischer Cr:YAG, in dem Chrom (Cr) zu keramischen YAG hinzugefügt ist, als der übersättigte Absorber 7 verwendet werden.
  • Der Resonatorspiegel 8 stellt zusammen mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm 5a (siehe 2), der auf die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 beschichtet ist, einen Resonator (8, 5) dar. Der Resonator (8, 5a) bewirkt, dass das Emissionslicht L2 zwischen dem Verstärkungsmedium 5 und dem übersättigten Absorber 7 resoniert, wobei das transparente Element 6 dazwischen liegt. In 1 ist das resonierende Licht L2 schematisch durch eine doppelt gestrichelte Linie gezeigt. Das Emissionslicht L2 wird durch das Verstärkungsmedium 5 verstärkt, während es in dem Resonator (8, 5a) resoniert. Eine Strahltaille mit einem Durchmesser von zum Beispiel etwa 100 µm ist nahe der Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 gebildet und die Energiedichte ist darin am höchsten.
  • Der Resonatorspiegel 8 weist eine Funktion zum Reflektieren eines Teils des Emissionslichts L2, das durch den übersättigten Absorber 7 transmittiert wird, und Transmittieren des Rests des Emissionslichts L2, das durch den übersättigten Absorber 7 transmittiert wird, auf. Das Emissionslicht L2, das durch den Resonatorspiegel 8 transmittiert wird, wird als gepulstes Laserlicht (Oszillationslicht) ausgegeben. Der Reflexionsgrad des Resonatorspiegels 8 mit Bezug auf die Wellenlänge des Emissionslichts L2 beträgt zum Beispiel etwa 30 % bis 95 %. Zum Beispiel kann ein dielektrischer Mehrschichtfilm als der Resonatorspiegel 8 verwendet werden.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Teile des Verstärkungsmediums 5, des transparenten Elements 6 und des übersättigten Absorbers 7, die in 1 gezeigt sind. Die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 ist mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm 5a beschichtet, der zusammen mit dem Resonatorspiegel 8 den Resonator (8, 5a) darstellt. Der dielektrische Mehrschichtfilm 5a kann durch abwechselndes Laminieren dielektrischer Schichten gebildet werden, die aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, zum Beispiel SiO2,und Tantalpentaoxid (Ta2O5) oder SiO2 und Hafniumoxid (HfO2), gefertigt sind. Der dielektrische Mehrschichtfilm 5a weist eine Struktur auf, bei der die Filmdicke, der Brechungsindex und die Anzahl an Filmschichten so gewählt sind, dass der dielektrische Mehrschichtfilm eine Funktion zum Reflektieren des Emissionslichts L2, das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegeben wird, und Transmittieren des Anregungslichts L1 aufweist. Zum Beispiel beträgt der Reflexionsgrad der Wellenlänge (1030 nm) des Emissionslichts L2 99 % oder mehr und beträgt der Transmissionsgrad der Wellenlänge (940 nm) des Anregungslichts L1 95 % oder mehr. Währenddessen ist die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 mit einem Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung) 5b beschichtet, der eine Reflexion des Anregungslichts L1 und des Emissionslichts L2 verhindert. Der Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung) 5b kann aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten aus einem dielektrischen Film konfiguriert sein, der aus einer SiO2-Schicht, Ta2O5-Schicht oder dergleichen besteht.
  • Die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 und die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 werden jeweils poliert, bevor sie mit dem dielektrischen Mehrschichtfilm 5a bzw. dem Antireflexionsfilm 5b beschichtet werden. Wenn ein keramischer YAG als das Verstärkungsmedium 5 verwendet wird, ist chemisches Polieren schwierig und es kann nur eine Oberflächengenauigkeit auf einem Niveau von mechanischen Polieren erhalten werden. Aus diesem Grund ist es schwierig, im Vergleich zu Einkristall-YAG, das einfach chemisch zu polieren ist, eine Oberflächengenauigkeit zu erhalten und eine Oberflächenrauigkeit zu reduzieren.
  • Die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 ist mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm 6a beschichtet. Der dielektrische Mehrschichtfilm 6a weist eine Struktur auf, bei der die Filmdicke, der Brechungsindex und die Anzahl an Filmschichten so gewählt sind, dass der dielektrische Mehrschichtfilm eine Funktion zum Reflektieren des Anregungslichts L1 und Transmittieren des Emissionslichts L2 aufweist. Zum Beispiel beträgt der Reflexionsgrad der Wellenlänge (940 nm) des Anregungslichts L1 99 % oder mehr und beträgt der Transmissionsgrad der Wellenlänge (1030 nm) des Emissionslichts L2 95 % oder mehr. Währenddessen ist die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 mit einem Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung) 6b beschichtet, der eine Reflexion des Emissionslichts L2 verhindert. Der Antireflexionsfilm 6b kann aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten aus einem dielektrischen Film konfiguriert sein, der aus einer SiO2-Schicht, Ta2O5-Schicht oder dergleichen besteht.
  • Die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 und die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 werden jeweils chemischem Polieren unterzogen, bevor sie mit dem dielektrischen Mehrschichtfilm 6a bzw. dem Antireflexionsfilm 6b beschichtet werden. Im Vergleich zu der Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 und der Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 kann eine Oberflächengenauigkeit einfach durch chemisches Polieren erhalten werden und kann die Oberflächenrauigkeit einfach reduziert werden. Daher sind die Oberflächenrauigkeit der Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 und die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 kleiner als die Oberflächenrauigkeit der Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 und der Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6. Zum Beispiel kann die berechnete Oberflächenrauigkeit Ra der Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 und der Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 etwa 0,1 nm bis 1 nm betragen.
  • Die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 ist mit einem Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung) 7a beschichtet, der eine Reflexion des Emissionslichts L2 verhindert. Währenddessen ist die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des Resonatorspiegels 8 mit einem Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung) 7b beschichtet, der eine Reflexion des Emissionslichts L2 verhindert. Die Antireflexionsfilme 7a und 7a können aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten aus einem dielektrischen Film konfiguriert sein, der aus einer SiO2-Schicht, Ta2O5-Schicht oder dergleichen besteht.
  • Es wird bevorzugt, dass sich der Antireflexionsfilm 5b, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, und der dielektrische Mehrschichtfilm 6a, der auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist, in optischem Kontakt befinden oder durch Zusammenfügen bei Raumtemperatur oder dergleichen zusammengefügt sind. Ferner wird es bevorzugt, dass sich der Antireflexionsfilm 6b, der auf die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist, und der Antireflexionsfilm 7a, der auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, in optischem Kontakt befinden oder durch Zusammenfügen bei Raumtemperatur oder dergleichen zusammengefügt sind.
  • <Betrieb der Laservorrichtung>
  • Als Nächstes wird der grundlegende Betrieb der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Das Anregungslicht L1 wird von der in 1 gezeigten Anregungslichtquelle 1 ausgegeben und das Anregungslicht L1 wird durch das optische Bündelungssystem 2 gebündelt. Das durch das optische Bündelungssystem 2 gebündelte Anregungslicht L1 durchläuft den in 2 gezeigten dielektrischen Mehrschichtfilm 5a und fällt auf das Verstärkungsmedium 5 ein. Das Verstärkungsmedium 5 empfängt das Anregungslicht L1 und gibt das Emissionslicht L2 aus. Das Emissionslicht L2, das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegeben wird, durchläuft den Antireflexionsfilm 5b, den dielektrischen Mehrschichtfilm 6a, das transparente Element 6 und den Antireflexionsfilm 6b und fällt auf den übersättigten Absorber 7 ein. Das durch den übersättigten Absorber 7 transmittierte Emissionslicht L2 durchläuft den Antireflexionsfilm 7b und erreicht den Resonatorspiegel 8. Das Emissionslicht L2 wird durch das Verstärkungsmedium 5 verstärkt, während es in dem Resonator (8, 5a) resoniert.
  • Wenn die Lichtintensität des von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegebenen Emissionslichts L2 niedrig ist, tritt die Laseroszillation nicht auf, da die Lichtabsorptionsrate des übersättigten Absorbers 7 hoch ist. Wenn die Lichtintensität des Emissionslichts L2, das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegeben wird, schließlich zunimmt und die Lichtintensität in dem übersättigten Absorber 7 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Lichtabsorption des übersättigten Absorbers 7 gesättigt und nimmt die Lichtabsorptionsrate plötzlich ab. Dementsprechend tritt infolge dessen, dass das Emissionslicht L2 durch den übersättigten Absorber 7 hindurchläuft, eine induzierte Emission in dem Verstärkungsmedium 5 auf und tritt eine Laseroszillation auf. Wenn eine Laseroszillation stattfindet, nimmt die Lichtintensität des Emissionslichts L2, das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegeben wird, ab und nimmt die Lichtabsorptionsrate des übersättigten Absorbers 7 zu, so dass die Laseroszillation endet. Auf diese Weise wird der gepulste Laserstrahl (Oszillationslicht) von der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik ausgegeben.
  • <Vergleichsbeispiel>
  • Hier wird die Laservorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Wie in 3 gezeigt, unterscheidet sich die Laservorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel von der Laservorrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Technik darin, dass ein transparentes Element nicht zwischen dem Verstärkungsmedium 5 und dem übersättigten Absorber 7 angeordnet ist.
  • 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Teils des Verstärkungsmediums 5 und des übersättigten Absorbers 7, die in 3 gezeigt sind. Wie bei der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik ist der dielektrische Mehrschichtfilm 5a auf die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 beschichtet. Währenddessen ist der Unterschied zu der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, dass ein dielektrischer Mehrschichtfilm 5x mit einer Funktion zum Reflektieren des Anregungslichts L1 und Transmittieren des Emissionslichts L2 auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist.
  • Wie bei der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik ist der Antireflexionsfilm 7a, der eine Reflexion der Oszillationswellenlänge verhindert, auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet und ist der Antireflexionsfilm 7b, der eine Reflexion der Oszillationswellenlänge verhindert, auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des Resonatorspiegels 8 beschichtet.
  • Der dielektrische Mehrschichtfilm 5x, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist, und der Antireflexionsfilm 7a, der auf die Oberfläche S3 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist, befinden sich in optischem Kontakt oder sind durch Zusammenfügen bei Raumtemperatur oder dergleichen zusammengefügt.
  • Bei der Laservorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel, bei der der anfängliche Transmissionsgrad des übersättigten Absorbers 7 verringert wird, um die Ausgabe zu erhöhen, und die Leistung des Anregungslichts L1 erhöht wird, um die Wiederholbarkeit zu erhöhen, wird der dielektrische Mehrschichtfilm 5x, der sich nahe der Strahltaille befindet und auf der Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 befindet, durch die Energie des Emissionslichts L2 gebrochen. Das heißt, die Beständigkeit des dielektrischen Mehrschichtfilms 5x ist eine Begrenzung bezüglich des Erhöhens der Ausgabe und Wiederholbarkeit. Insbesondere wenn ein keramischer YAG mit sehr geringer Variation der Charakteristiken als das Verstärkungsmedium 5 in Erwartung einer Massenproduktion verwendet wird, wird eine Schädigung des dielektrischen Mehrschichtfilms 5x beachtlich. Dies liegt darin begründet, dass ein keramischer YAG schwerer chemisch zu polieren ist als ein Einkristall-YAG und es schwierig ist, die Oberflächenrauigkeit zu reduzieren, so dass nur ein dielektrischer Mehrschichtfilm 5x mit einer niedrigen Laserbeschädigungsschwelle beschichtet werden kann. Ferner muss der dielektrische Mehrschichtfilm 5x eine große Anzahl an Schichten und eine große Filmdicke aufweisen, um eine Funktion zum Reflektieren des Anregungslichts L1 und Transmittieren des Emissionslichts L2 aufzuweisen, aber die Beständigkeit des dielektrischen Mehrschichtfilms 5x nimmt ab, wenn die Anzahl an Schichten und die Filmdicke zunimmt.
  • <Effekt der Ausführungsform der vorliegenden Technik>
  • Im Gegensatz dazu ist bei der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik das transparente Element 6 zwischen dem Verstärkungsmedium 5 und dem übersättigten Absorber 7 angeordnet. Ferner ist bei der Laservorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel der dielektrische Mehrschichtfilm 6a, der dem dielektrischen Mehrschichtfilm 5x ähnlich ist, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist und eine Funktion zum Reflektieren des Anregungslichts L1 und Transmittieren des Emissionslichts L2 aufweist, auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet, welche eine Oberflächenrauigkeit kleiner als jene des Verstärkungsmediums 5 aufweist. Währenddessen ist die Antireflexionsschicht 5b, die dünner ist und weniger Schichten als der dielektrische Mehrschichtfilm 6a aufweist und die Reflexion des Anregungslichts L1 und des Emissionslichts L2 verhindert, auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet, welche eine Oberflächenrauigkeit größer als jene des transparenten Elements 6 aufweist. Außerdem sind der Antireflexionsfilm 5b, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, und der dielektrische Mehrschichtfilm 6a, der auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist, optisch kontaktiert oder zusammengefügt.
  • Daher ist mit der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik der dielektrische Mehrschichtfilm 6a im Wesentlichen bei der gleichen Position wie der dielektrische Mehrschichtfilm 5x der Laservorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel angeordnet, weil aber der dielektrische Mehrschichtfilm 6a auf das transparente Element 6 mit einer Oberflächenrauigkeit kleiner als jene des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist, ist es möglich, eine Abnahme der Laserbeschädigungsschwelle des dielektrischen Mehrschichtfilms 6a zu verhindern, und kann die Beständigkeit des dielektrischen Mehrschichtfilms 6a verbessert werden. Währenddessen ist der Antireflexionsfilm 5b, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, welche eine Oberflächenrauigkeit größer als jene des transparenten Elements 6 aufweist, dünner und weist weniger Filmschichten als der dielektrische Mehrschichtfilm 6a auf und wird daher weniger wahrscheinlich gebrochen, wenn er auf das Verstärkungsmedium 5 beschichtet wird. Dementsprechend kann eine hohe Ausgabe und hohe Wiederholbarkeit selbst dann realisiert werden, wenn keramischer YAG oder dergleichen mit einer großen Oberflächenrauigkeit für das Verstärkungsmedium 5 verwendet wird. Ferner wird mit der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik die Qualität stabilisiert, da kein Effekt durch die Oberflächenrauigkeit des Verstärkungsmediums 5, wie etwa von keramischen YAG, produziert wird.
  • <Laserverarbeitungsmaschine>
  • Die Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik kann auf eine Laserverarbeitungsmaschine angewandt werden. Wie zum Beispiel in 5 gezeigt, beinhaltet eine Laserverarbeitungsmaschine 20 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik eine Laservorrichtung 21, einen optischen Verstärker (Verstärker) 22, einen Wellenlängenkonverter 23, eine Leistungsanpassungseinheit 24, ein optisches Scansystem 25 und ein optisches Bündelungssystem (zweites optisches Bündelungssystem) 26.
  • Die Laservorrichtung 21 weist die in 1 und 2 gezeigte Konfiguration auf. Das heißt, die Laservorrichtung 21 beinhaltet die Anregungslichtquelle 1, das optische Bündelungssystem (erstes optisches Bündelungssystem) 2, das das von der Anregungslichtquelle 1 ausgegebene Anregungslicht L1 bündelt, das Verstärkungsmedium 5, das aus keramischen YAG und dergleichen besteht, das durch das erste optische Bündelungssystem 2 gebündelte Anregungslicht L1 empfängt und das Emissionslicht L2 ausgibt, das transparente Element 6, das eine Oberflächenrauigkeit kleiner als jene des Verstärkungsmediums 5 aufweist und das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegebene Emissionslicht L2 transmittiert, den übersättigten Absorber 7 mit einem Transmissionsgrad, der zunimmt, wenn das durch das transparente Element 6 transmittierte Emissionslicht L2 absorbiert wird, und den Resonator (8, 5a), der bewirkt, dass das Emissionslicht L2 zwischen dem Verstärkungsmedium 5 und dem übersättigten Absorber 7 resoniert, wobei das transparente Element 6 zwischen diesen liegt. Ferner ist der dielektrische Mehrschichtfilm 6a, der das Anregungslicht L1 reflektiert und das Emissionslicht L2 transmittiert, auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet.
  • Der in 5 gezeigte Verstärker 22 verstärkt das von der Laservorrichtung 21 ausgegebene Laserlicht. Der Wellenlängenkonverter 23 konvertiert die Wellenlänge des durch den Verstärker 22 verstärkten Laserstrahls. Der Wellenlängenkonverter 23 weist eine Konfiguration zum Beispiel zur Frequenzverdopplung (SHG: Second Harmonic Generation - Erzeugung der zweiten Harmonischen), Frequenzverdreifachung (THG: Third Harmonic Generation - Erzeugung der dritten Harmonischen), Frequenzvervierfachung (SHG: Fourth Harmonic Generation - Erzeugung der vierten Harmonischen) usw. auf. Die Leistungsanpassungseinheit 24 passt die Leistung des Laserstrahls mit der durch den Wellenlängenkonverter 23 konvertierten Wellenlänge an. Die Leistungsanpassungseinheit 24 kann aus zum Beispiel einem variablen Abschwächungsglied (variable attenuator) konfiguriert sein. Das optische Scansystem 25 scannt den Laserstrahl, dessen Leistung durch die Leistungsanpassungseinheit 24 angepasst wurde. Das optische Scansystem 25 kann aus zum Beispiel einem Galvanometerscanner, einem Mikroelektromechanisches-System(MEMS)-Spiegel oder dergleichen bestehen. Das zweite optische Bündelungssystem 26 bündelt das durch das optische Scansystem 25 gescannte Laserlicht und bestrahlt das mit dem gebündelten Laserlicht zu verarbeitende Objekt. Das optische Bündelungssystem 2 kann zum Beispiel aus einer Fθ-Linse und einer Objektivlinse konfiguriert sein.
  • (Erstes Modifikationsbeispiel)
  • Wie in 6 gezeigt, unterscheiden sich die Konfigurationen der Laservorrichtung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik und der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik darin, dass die erstgenannte mit mehreren Einheitszellen versehen ist, die der in 1 gezeigten Laservorrichtung entsprechen. Die Laservorrichtung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik weist mehrere Anregungslichtquellen 1a, 1b, 1c und mehrere optische Bündelungssysteme 2a, 2b, 2c auf. 6 veranschaulicht einen Fall, in dem drei Einheitszellen, die drei Anregungslichtquellen 1a, 1b, c und drei optischen Bündelungssystemen 2a, 2b, 2c entsprechen, in einer Dimension angeordnet sind, aber die Einheitszellen können in zwei Dimensionen angeordnet sein. Ferner ist die Anzahl an Einheitszellen nicht beschränkt und zwei Einheitszellen können angeordnet sein oder vier oder mehr Einheitszellen können angeordnet sein.
  • Das optische Bündelungssystem 2a ist entsprechend der Anregungslichtquelle 1a angeordnet und beinhaltet eine Kollimationslinse 3a und eine Bündelungslinse 4a. Das optische Bündelungssystem 2b ist entsprechend der Anregungslichtquelle 1b angeordnet und beinhaltet eine Kollimationslinse 3b und eine Bündelungslinse 4b. Das optische Bündelungssystem 2c ist entsprechend der Anregungslichtquelle 1c angeordnet und beinhaltet eine Kollimationslinse 3c und eine Bündelungslinse 4c.
  • Die Konfigurationen der Laservorrichtung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik und die Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik unterscheiden sich darin, dass bei der erstgenannten das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6, der übersättigte Absorber 7 und der Resonatorteil des Spiegels (Resonatorspiegel) 8 eine Arraystruktur aufweisen. Der übersättigte Absorber 7 und der Resonatorspiegel 8 können miteinander integriert werden, wobei ein aus einem transparenten Material gefertigter Abstandshalter zwischen diesen liegt.
  • Obwohl dies in 6 nicht gezeigt ist, ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der Emissionslicht reflektiert und Anregungslicht transmittiert, auf die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 beschichtet. Währenddessen ist ein Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung), der eine Reflexion des Anregungslichts und Emissionslichts verhindert, auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet. Der Resonator ist aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm, der auf die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 beschichtet ist, und dem Resonatorspiegel 8 konfiguriert.
  • Obwohl dies in 6 nicht gezeigt ist, ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der Anregungslicht reflektiert und Emissionslicht transmittiert, auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet. Währenddessen ist ein Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung), der eine Reflexion des Emissionslichts verhindert, auf die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet. Ein Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung), der eine Reflexion des Emissionslichts verhindert, ist auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet. Währenddessen ist ein Antireflexionsfilm (AR-Beschichtung), der eine Reflexion des Emissionslichts verhindert, auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des Resonatorspiegels 8 beschichtet.
  • Der Antireflexionsfilm, der auf die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist, und der Antireflexionsfilm, der auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, befinden sich bevorzugt in optischem Kontakt oder sind durch Zusammenfügen bei Raumtemperatur oder dergleichen zusammengefügt. Der Antireflexionsfilm, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, und der dielektrische Mehrschichtfilm, der auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist, befinden sich bevorzugt in optischem Kontakt oder sind durch Zusammenfügen bei Raumtemperatur oder dergleichen zusammengefügt.
  • Das Verstärkungsmedium 5 empfängt das Anregungslicht (durch eine gestrichpunktete Linie gezeigt), das durch die optischen Konvergierungssysteme 2a, 2b und 2c konvergent gemacht wurde, und gibt das Emissionslicht (durch eine Zwei-Punkt-Strich-Linie) aus. Das von dem Verstärkungsmedium 5 ausgegebene Emissionslicht wird durch das Verstärkungsmedium 5 verstärkt, während es in dem Resonator resoniert, der aus dem Resonatorspiegel 8 und dem dielektrischen Mehrschichtfilm konfiguriert ist, der auf die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 beschichtet ist, und ein gepulster Laserstrahl (Oszillationslicht) wird für jede Einheitszelle ausgegeben.
  • Mit der Laservorrichtung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik können selbst dann, wenn mehrere Einheitszellen vorhanden sind, die mehrere Anregungslichtquellen 1a, 1b, 1c und mehrere optische Bündelungssysteme 2a, 2b, 2c aufweisen und in denen das Verstärkungsmedium 5 das transparente Element 6, der übersättigte Absorber 7 und der Resonatorteil des Spiegels (Resonatorspiegel) 8 eine Arraystruktur aufweisen. eine hohe Ausgabe und hohe Wiederholbarkeit, wie bei der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, realisiert werden.
  • (Zweites Modifikationsbeispiel)
  • Wie in 7 gezeigt, beinhaltet die Konfiguration der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik die Anregungslichtquelle 1, das optische Bündelungssystem 2, das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und den übersättigten Absorber 7 als die Konfiguration der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 1 gezeigt ist. Wie in 7 gezeigt, unterscheiden sich jedoch die Konfigurationen der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik und die Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 1 gezeigt ist, darin, dass in der erstgenannten kein Resonatorspiegel auf der Seite der Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 angeordnet ist, die der Oberfläche S5 auf der Seite des transparenten Elements 6 gegenüberliegt.
  • Eine vergrößerte Ansicht des Verstärkungsmediums 5, des transparenten Elements 6 und des übersättigten Absorbers 7, die in 7 gezeigt sind, ist in 8 gezeigt. Anstelle des Antireflexionsfilms 7b ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm (partieller reflektierender Spiegel) 7c mit dem gleichen Reflexionsgrad wie der in 1 gezeigte Resonatorspiegel 8 auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 beschichtet, die der Oberfläche S5 auf der Seite des transparenten Elements 6 gegenüberliegt. Der dielektrische Mehrschichtfilm 7c weist eine Funktion zum Reflektieren eines Teils des Emissionslichts L2, das durch den übersättigten Absorber 7 transmittiert wird, und Transmittieren des Rests des Emissionslichts L2, das durch den übersättigten Absorber 7 transmittiert wird, auf. Das heißt, der dielektrische Mehrschichtfilm 7c stellt zusammen mit dem dielektrischen Mehrschichtfilm 5a, der auf die Oberfläche S1 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des optischen Bündelungssystems 2 beschichtet ist, einen Resonator (5a, 7c) dar. Das Emissionslicht L2, das durch den dielektrischen Mehrschichtfilm 7c transmittiert wird, wird als gepulstes Laserlicht (Oszillationslicht) ausgegeben.
  • Mit der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik kann eine hohe Ausgabe und hohe Wiederholbarkeit, wie in der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, auch in dem Fall realisiert werden, in dem anstelle des einzelnen Anordnens des Resonatorspiegels 8, wie in der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 1 gezeigt ist, dem dielektrischen Mehrschichtfilm 7c, der auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7, die gleiche Rolle wie jene des Resonatorspiegels 8 vermittelt wird. Bei der Laservorrichtung gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 6 gezeigt ist, kann ein dielektrischer Mehrschichtfilm (partiell reflektierender Spiegel) mit dem gleichen Reflexionsgrad wie der Resonatorspiegel 8 auch auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 beschichtet sein, ohne den Resonatorspiegel 8 einzeln auf die gleiche Weise wie bei der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik anzuordnen.
  • (Drittes Modifikationsbeispiel)
  • Die Gesamtkonfiguration der Laservorrichtung gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik ist die gleiche wie die Konfiguration der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 1 gezeigt ist. 9 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Verstärkungsmediums 5, des transparenten Elements 6 und des übersättigten Absorbers 7 der Laservorrichtung gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik. Im Fall einer Struktur, bei der sich das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 in optischem Kontakt befinden oder jeweils zusammengefügt sind, wie in 9 gezeigt ist, ist der Antireflexionsfilm zum Verhindern der Reflexion des Anregungslichts L1 und Emissionslichts L2 möglicherweise nicht auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet. Die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 kann mit dem dielektrischen Mehrschichtfilm 6a optisch kontaktiert oder zusammengefügt sein, der auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist und der das Anregungslicht L1 reflektiert und das Emissionslicht L2 transmittiert.
  • Ferner ist der Antireflexionsfilm, der eine Reflexion des Emissionslichts L2 verhindert, möglicherweise nicht auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet. Die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements S6 kann mit dem Antireflexionsfilm 6b optisch kontaktiert oder zusammengefügt sein, der auf die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist und eine Reflexion des Emissionslichts L2 verhindert.
  • Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann ein Antireflexionsfilm, der eine Reflexion des Emissionslichts L2 verhindert, auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet sein, ohne den Antireflexionsfilm 6b auf der Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 zu beschichten. In diesem Fall kann die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 mit dem Antireflexionsfilm optisch kontaktiert oder zusammengefügt sein, der auf die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist.
  • Mit der Laservorrichtung gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik ist in dem Fall, in dem sich das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 in optischem Kontakt befinden oder zusammengefügt sind, der Antireflexionsfilm möglicherweise nicht auf zum Beispiel die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 bzw. die Oberfläche S5 des übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet. In diesem Fall können eine hohe Ausgabe und hohe Wiederholbarkeit auch wie bei der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik realisiert werden. Bei der Laservorrichtung gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik kann ein dielektrischer Mehrschichtfilm (partiell reflektierender Spiegel) mit dem gleichen Reflexionsgrad wie der Resonatorspiegel 8 auch auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 beschichtet sein, ohne den Resonatorspiegel 8 einzeln auf die gleiche Weise wie bei der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik anzuordnen.
  • (Viertes Modifikationsbeispiel)
  • Wie in 10 gezeigt, beinhaltet die Konfiguration der Laservorrichtung gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik die Anregungslichtquelle 1, das optische Bündelungssystem 2, das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6, den übersättigten Absorber 7 und den Resonatorspiegel 8 als die Konfiguration der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 1 gezeigt ist. Wie in 10 gezeigt, unterscheiden sich jedoch die Konfigurationen der Laservorrichtung gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik und die Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik, die in 1 gezeigt ist, darin, dass bei der erstgenannten das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 ohne optischen Kontakt oder Zusammenfügung voneinander separiert sind und Luftspalte zwischen dem Verstärkungsmedium 5 und dem transparenten Element 6 bzw. zwischen dem transparenten Element 6 und dem übersättigten Absorber 7 gebildet sind.
  • Eine vergrößerte Ansicht des Teils des Verstärkungsmediums 5, des transparenten Elements 6 und des übersättigten Absorbers 7, die in 10 gezeigt sind, ist in 11 gezeigt. Wie in 11 gezeigt, ist ein Luftspalt zwischen dem Antireflexionsfilm 5b, der auf die Oberfläche S2 des Verstärkungsmediums 5 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, und dem dielektrischen Mehrschichtfilm 6a, der auf die Oberfläche S3 des transparenten Elements 6 auf der Seite des Verstärkungsmediums 5 beschichtet ist, gebildet. Ein Luftspalt ist auch zwischen dem Antireflexionsfilm 6b, der auf die Oberfläche S4 des transparenten Elements 6 auf der Seite des übersättigten Absorbers 7 beschichtet ist, und dem Antireflexionsfilm 7a, der auf die Oberfläche S5 des transparenten übersättigten Absorbers 7 auf der Seite des transparenten Elements 6 beschichtet ist, gebildet.
  • Mit der Laservorrichtung gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik können in dem Fall, in dem das Verstärkungsmedium 5, das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 voneinander separiert sind, eine hohe Ausgabe und hohe Wiederholbarkeit auch wie bei der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik realisiert werden. Bei der Laservorrichtung gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik kann ein dielektrischer Mehrschichtfilm (partiell reflektierender Spiegel) mit dem gleichen Reflexionsgrad wie der Resonatorspiegel 8 auch auf die Oberfläche S6 des übersättigten Absorbers 7 beschichtet sein, ohne den Resonatorspiegel 8 einzeln auf die gleiche Weise wie bei der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik anzuordnen.
  • Bei der Laservorrichtung gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Technik kann ein Luftspalt zwischen dem Verstärkungsmedium 5 und dem transparenten Element 6 gebildet sein und das transparente Element 6 und der übersättigte Absorber 7 können optisch kontaktiert oder zusammengefügt sein. Ferner kann ein Luftspalt zwischen dem transparenten Element 6 und dem übersättigten Absorber 7 gebildet sein und das Verstärkungsmedium 5 und das transparente Element 6 können optisch kontaktiert oder zusammengefügt sein.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Die vorliegende Technik wurde hier zuvor durch die Ausführungsformen beschrieben, aber die Beschreibungen und Figuren, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden, sollten nicht als die vorliegende Technik beschränkend verstanden werden. Verschiedene alternative Ausführungsformen, Beispiele und Betriebstechniken werden einem Fachmann aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich.
  • Zum Beispiel ist bei den Ausführungsformen der vorliegenden Technik der Fall veranschaulicht, in dem der keramische Yb:YAG für das Verstärkungsmedium 5 verwendet wird, aber ein anderer keramischer YAG kann verwendet werden. Zum Beispiel kann ein keramischer Nd:YAGoder dergleichen, in dem Neodym (Nd) zu einem keramischen YAG hinzugefügt ist, als das Verstärkungsmedium 5 verwendet werden. Die Anregungswellenlänge des keramischen Nd:YAG beträgt 808 nm und die Oszillationswellenlänge beträgt 1064 nm.
  • Obwohl der Fall veranschaulicht ist, in dem die Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Technik auf eine Laserverarbeitungsmaschine angewandt wird, kann die Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Technik ferner auf einen fahrzeuginternen Sensor, wie etwa ein Lidar (LiDAR), angewandt werden und kann auch auf verschiedene Verwendungsfälle angewandt werden.
  • Dementsprechend wird die Kernaussage der technischen Konzepte, die in den obigen Ausführungsformen offenbart sind, es einem Fachmann klar machen, dass verschiedene alternative Ausführungsformen, Beispiele und Betriebstechniken in der vorliegenden Technik enthalten sein können. Außerdem ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Technik verschiedene Ausführungsformen einschließt, die hier nicht beschrieben sind, wie etwa Konfigurationen, die durch beliebiges Anwenden der in den Ausführungsformen und Modifikationsbeispielen beschriebenen Konfigurationen erhalten werden. Daher ist der technische Schutzumfang der vorliegenden Technik nur durch die die Erfindung definierenden Gegenstände definiert, die sich auf die Ansprüche beziehen und basierend auf der obigen veranschaulichenden Erklärung als angemessen erachtet werden.
  • Die vorliegende Technik kann die folgenden Konfigurationen aufweisen.
  • (1)
    Eine Laservorrichtung, die Folgendes umfasst:
    • eine Anregungslichtquelle;
    • ein optisches Bündelungssystem, das von der Anregungslichtquelle ausgegebenes Anregungslicht bündelt;
    • ein Verstärkungsmedium, das das durch das optische Bündelungssystem gebündelte Anregungslicht empfängt und Emissionslicht ausgibt;
    • ein transparentes Element, das eine kleinere Oberflächenrauigkeit als das Verstärkungsmedium aufweist und das von dem Verstärkungsmedium ausgegebene Emissionslicht transmittiert;
    • einen übersättigten Absorber mit einem Transmissionsgrad, der zunimmt, wenn das durch das transparente Element transmittierte Emissionslicht absorbiert wird; und
    • einen Resonator, der bewirkt, dass das Emissionslicht zwischen dem Verstärkungsmedium und dem übersättigten Absorber resoniert, wobei das transparente Element dazwischen liegt, wobei
    • ein erster dielektrischer Mehrschichtfilm, der das Anregungslicht reflektiert und das Emissionslicht transmittiert, auf die Oberfläche des transparenten Elements auf der Seite des Verstärkungsmediums beschichtet ist.
  • (2)
    Die Laservorrichtung, wie in (1) oben beschrieben, wobei das transparente Element und das Verstärkungsmedium optisch kontaktiert oder zusammengefügt sind.
  • (3)
    Die Laservorrichtung, wie in (1) oben beschrieben, wobei ein Luftspalt zwischen dem transparenten Element und dem Verstärkungsmedium gebildet ist.
  • (4)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (3) oben beschrieben, wobei die Oberfläche des Verstärkungsmediums auf der Seite des transparenten Elements mit einem Antireflexionsfilm gegen das Anregungslicht und das Emissionslicht beschichtet ist.
  • (5)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (4) oben beschrieben, wobei die Oberfläche des transparenten Elements auf der Seite des übersättigten Absorbers mit einem Antireflexionsfilm gegen das Emissionslicht beschichtet ist.
  • (6)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (5) oben beschrieben, wobei sich das transparente Element und der übersättigte Absorber in optischem Kontakt befinden oder zusammengefügt sind.
  • (7)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (5) oben beschrieben, wobei ein Luftspalt zwischen dem transparenten Element und dem übersättigten Absorber gebildet ist.
  • (8)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (7) oben beschrieben, wobei die Oberfläche des übersättigten Absorbers auf der Seite des transparenten Elements mit einem Antireflexionsfilm gegen das Emissionslicht beschichtet ist.
  • (9)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (8) oben beschrieben, wobei das Verstärkungsmedium aus einem keramischen YAG besteht.
  • (10)
    Die Laservorrichtung, wie in (9) oben beschrieben, wobei der keramische YAG ein keramischer YAG ist, zu dem Ytterbium hinzugefügt ist.
  • (11)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (10) oben beschrieben, wobei das transparente Element Siliciumdioxid, Saphir oder Diamant ist.
  • (12)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (11) oben beschrieben, wobei der Resonator Folgendes umfasst:
    • einen Spiegel, der einen Teil des Emissionslichts reflektiert, das von dem übersättigten Absorber ausgegeben wird, und den Rest des Emissionslichts transmittiert; und
    • einen zweiten dielektrischen Mehrschichtfilm, der auf die Oberfläche des Verstärkungsmediums auf der Seite des optischen Bündelungssystems beschichtet ist.
  • (13)
    Die Laservorrichtung, wie in (12) oben beschrieben, wobei der Spiegel in einer Entfernung von dem übersättigten Absorber bereitgestellt ist.
  • (14)
    Die Laservorrichtung, wie in (12) oben beschrieben, wobei der Spiegel aus einem dritten dielektrischen Mehrschichtfilm konfiguriert ist, der auf eine Oberfläche des übersättigten Absorbers gegenüber der Oberfläche auf der Seite des transparenten Elements beschichtet ist.
  • (15)
    Die Laservorrichtung, wie in einem von (1) bis (4) beschrieben, die mehrere der Anregungslichtquellen und mehrere der optischen Bündelungssysteme aufweist, und wobei das Verstärkungsmedium, das transparente Element, der übersättigte Absorber und der Spiegel eine Arraystruktur aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anregungslichtquelle
    2
    Optisches Bündelungssystem
    3
    Kollimationslinse
    4
    Bündelungslinse
    5
    Verstärkungsmedium
    5a, 5x, 6a, 7c
    Dielektrischer Mehrschichtfilm
    5b, 6b, 7a, 7b
    Antireflexionsfilm
    6
    Transparentes Element
    7
    Übersättigter Absorber
    8
    Resonatorspiegel
    20
    Laserverarbeitungsmaschine
    21
    Laservorrichtung
    22
    Verstärker
    23
    Wellenlängenkonverter
    24
    Leistungsanpassungseinheit
    25
    Optisches Scansystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP H06235806 A [0005]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • N. Bloembergen: Appl. Opt. 221973661 [0005]
    • Y. Nose et al.: Japan. J. Appl. Phys. 2619871256 [0005]

Claims (15)

  1. Laservorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Anregungslichtquelle; ein optisches Bündelungssystem, das von der Anregungslichtquelle ausgegebenes Anregungslicht bündelt; ein Verstärkungsmedium, das das durch das optische Bündelungssystem gebündelte Anregungslicht empfängt und Emissionslicht ausgibt; ein transparentes Element, das eine kleinere Oberflächenrauigkeit als das Verstärkungsmedium aufweist und das von dem Verstärkungsmedium ausgegebene Emissionslicht transmittiert; einen übersättigten Absorber mit einem Transmissionsgrad, der zunimmt, wenn das durch das transparente Element transmittierte Emissionslicht absorbiert wird; und einen Resonator, der bewirkt, dass das Emissionslicht zwischen dem Verstärkungsmedium und dem übersättigten Absorber resoniert, wobei das transparente Element dazwischen liegt, wobei ein erster dielektrischer Mehrschichtfilm, der das Anregungslicht reflektiert und das Emissionslicht transmittiert, auf die Oberfläche des transparenten Elements auf der Seite des Verstärkungsmediums beschichtet ist.
  2. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das transparente Element und das Verstärkungsmedium optisch kontaktiert oder zusammengefügt sind.
  3. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Luftspalt zwischen dem transparenten Element und dem Verstärkungsmedium gebildet ist.
  4. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Verstärkungsmediums auf der Seite des transparenten Elements mit einem Antireflexionsfilm gegen das Anregungslicht und das Emissionslicht beschichtet ist.
  5. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des transparenten Elements auf der Seite des übersättigten Absorbers mit einem Antireflexionsfilm gegen das Emissionslicht beschichtet ist.
  6. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das transparente Element und der übersättigte Absorber in optischem Kontakt befinden oder zusammengefügt sind.
  7. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Luftspalt zwischen dem transparenten Element und dem übersättigten Absorber gebildet ist.
  8. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des übersättigten Absorbers auf der Seite des transparenten Elements mit einem Antireflexionsfilm gegen das Emissionslicht beschichtet ist.
  9. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungsmedium aus einem keramischen YAG besteht.
  10. Laservorrichtung nach Anspruch 9, wobei der keramische YAG ein keramischer YAG ist, zu dem Ytterbium hinzugefügt ist.
  11. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das transparente Element Siliciumdioxid, Saphir oder Diamant ist.
  12. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Resonator Folgendes umfasst: einen Spiegel, der einen Teil des Emissionslichts reflektiert, das von dem übersättigten Absorber ausgegeben wird, und den Rest des Emissionslichts transmittiert; und einen zweiten dielektrischen Mehrschichtfilm, der auf die Oberfläche des Verstärkungsmediums auf der Seite des optischen Bündelungssystems beschichtet ist.
  13. Laservorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Spiegel in einer Entfernung von dem übersättigten Absorber bereitgestellt ist.
  14. Laservorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Spiegel aus einem dritten dielektrischen Mehrschichtfilm konfiguriert ist, der auf eine Oberfläche des übersättigten Absorbers gegenüber der Oberfläche auf der Seite des transparenten Elements beschichtet ist.
  15. Die Laservorrichtung nach Anspruch 1, die mehrere der Anregungslichtquellen und mehrere der optischen Bündelungssysteme aufweist, und wobei das Verstärkungsmedium, das transparente Element, der übersättigte Absorber und der Spiegel eine Arraystruktur aufweisen.
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