JP2000091670A - Solid-state laser generating device - Google Patents

Solid-state laser generating device

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JP2000091670A
JP2000091670A JP10253116A JP25311698A JP2000091670A JP 2000091670 A JP2000091670 A JP 2000091670A JP 10253116 A JP10253116 A JP 10253116A JP 25311698 A JP25311698 A JP 25311698A JP 2000091670 A JP2000091670 A JP 2000091670A
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aperture
light
solid
laser
state laser
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JP10253116A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Togawa
拓哉 戸川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state laser generating device wherein burning and breakage due to heat impact of an aperture are prevented by separating a laser light main beam from an undesired stray light. SOLUTION: An aperture 1 of transparent material which is provided with a hole for transmission of laser beam 11 is provided, and the aperture 1 has a total reflection surface 2 tilted by at least the critical angle for a laser wavelength on the rear surface in the irradiation direction of the laser beam 11 and has a surface 3 coated for non-reflection on the front surface. The aperture 1 is held by a cooled holder 4, and a cooled heat sink 6a is provided in front of the aperture 1 in laser irradiation direction while a cooled heat sink 6b in the rear of it.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はYAGレーザ等の大
出力の固体レーザ発生装置に関し、特に、非吸収型アパ
ーチャ方式の固体レーザ発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser generator of a high output such as a YAG laser, and more particularly to a solid-state laser generator of a non-absorption type aperture system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、平均出力が数kW級の大出力固体
レーザ発生装置においては、一般的に1個のレーザ結晶
から取り出すことができるパワーが結晶の破壊入力限界
により制限されていること及び入力の増加によりレーザ
光のビーム品質が悪化することから、レーザ結晶を含む
集光器を複数個直列に配置して、集光器の性能で決まる
ビーム品質を保持しながら大出力化するカスケード接続
型が採用されている。このカスケード接続型には、複数
個の集光器を含んだ発振器のみで構成する方式と更に出
力を上げるために増幅器を複数個追加する方式(一般に
MOPA方式といわれる)等がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a high-power solid-state laser generator having an average output of several kW class, the power that can be taken out from one laser crystal is generally limited by the crystal breakdown input limit. Since the beam quality of the laser beam is degraded due to the increase in input power, a cascade connection that arranges multiple concentrators including a laser crystal in series and increases the output while maintaining the beam quality determined by the performance of the concentrator The mold is adopted. The cascade connection type includes a system including only an oscillator including a plurality of concentrators and a system in which a plurality of amplifiers are added to further increase the output (generally referred to as a MOPA system).

【0003】図5は従来のMOPA方式の固体レーザ発
生装置を示す模式図である。図5に示すように、従来の
MOPA方式の固体レーザ発生装置は、レーザ光を発振
する2個の発振ロッド143と、そのレーザ光を増幅す
る2個の増幅器ロッド144と、レーザ光142に含ま
れる不要な光である迷光をレーザ光142から分離する
3個のアパーチャ141と、レーザ光142を加工面1
46へ伝搬する光ファイバー145とから構成されてい
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional MOPA type solid-state laser generator. As shown in FIG. 5, the conventional MOPA type solid-state laser generator includes two oscillation rods 143 for oscillating laser light, two amplifier rods 144 for amplifying the laser light, and laser light 142. Three apertures 141 for separating stray light, which is unnecessary light from the laser light 142, and the laser light 142
And an optical fiber 145 that propagates to the optical fiber 46.

【0004】このように構成された従来の固体レーザ発
生装置においては、発振ロッド143から発振されたレ
ーザ光142は増幅ロッド144により増幅され、適所
に設置されたアパーチャ141により迷光が分離され
て、更にレンズ等により集光された後、光ファイバー1
45を介して加工面146に伝搬される。
In the conventional solid-state laser generator configured as described above, the laser light 142 oscillated from the oscillation rod 143 is amplified by the amplification rod 144, and the stray light is separated by the aperture 141 provided at an appropriate position. After being collected by a lens or the like, the optical fiber 1
The light is propagated to the processing surface 146 through 45.

【0005】また、最近、YAGレーザを主流とした固
体レーザ発生装置は、複数個のレーザ結晶を多段接続す
ることにより平均出力の大出力化が行われ、出力が数k
Wの固体レーザ発生装置が開発されている。このような
数kW級のレーザ発生装置では大出力を維持しながら高
いビーム品質のレーザ光を発生できるかが課題となって
おり、そのため集光器自体の性能及び共振器の構成の改
善が図られている。そして、更に一度のビーム品質の向
上を図り、また、ビームを整形するための一般的な技術
として、ビームの拡がりにより周辺部分に現れる高次の
空間モード光を分離し、低次の空間モード光のみを通過
させる開口部を有するアパーチャを設置する方法があ
る。
In recent years, a solid-state laser generator mainly using a YAG laser has a large average output by connecting a plurality of laser crystals in multiple stages.
W solid-state laser generators have been developed. In such a laser generator of several kW class, it is an issue to be able to generate a laser beam of high beam quality while maintaining a large output. Therefore, it is necessary to improve the performance of the condenser itself and the configuration of the resonator. Have been. As a general technique for improving the beam quality once more and shaping the beam, the higher-order spatial mode light appearing in the peripheral portion due to the spread of the beam is separated, and the lower-order spatial mode light is separated. There is a method of installing an aperture having an opening through which only the light passes.

【0006】また、出力が2乃至3kWを超える大出力
レーザ発生装置では、発振器に増幅器を追加したMOP
A構成を用いることがあるが、高い利得をもつ増幅器を
多段接続した場合に、増幅器から発生する自然放出光が
増幅するASE光が発生して、増幅光のビーム品質を悪
化させたり、増幅器の利得を低下させるため、増幅器間
にメインビームからASE光を分離させる前述と同様の
アパーチャが必要である。
In a high-power laser generator having an output exceeding 2 to 3 kW, an MOP in which an amplifier is added to an oscillator is used.
The configuration A may be used, but when amplifiers having high gain are connected in multiple stages, ASE light that amplifies the spontaneous emission light generated from the amplifier is generated, which deteriorates the beam quality of the amplified light, To reduce the gain, an aperture similar to that described above for separating the ASE light from the main beam between the amplifiers is required.

【0007】更に、前述の固体レーザ発生装置は複数個
の光学部品を配置した構成であるため、各光学部品の端
面からの散乱光及びエッジ部からの回折光が発生し、そ
れらを分離する必要がある。
Further, since the above-mentioned solid-state laser generator has a structure in which a plurality of optical parts are arranged, scattered light from the end face and diffracted light from the edge of each optical part are generated, and it is necessary to separate them. There is.

【0008】更にまた、大出力レーザ装置に光ファイバ
ーを接続した場合に、通常光ファイバー33には無反射
処理が施されていないので、3乃至4%の端面反射光が
増幅器や発振器の側に戻ってくる。この端面反射光のほ
とんどはメインビームと同軸上に戻るため実用上問題は
ないが、メインビームの光軸からわずかにずれた場合に
は、例えば、レーザ結晶のホルダ付近に照射してそれを
加熱し、最悪の場合はレーザ結晶の破損を引き起こす可
能性がある。このような光軸からずれた端面反射光を分
離するためにもアパーチャが有効である。
Furthermore, when an optical fiber is connected to a high-power laser device, the non-reflection processing is not usually performed on the optical fiber 33, so that 3 to 4% of the end face reflected light returns to the amplifier or oscillator. come. Most of the reflected light from the end face returns coaxially with the main beam, so there is no practical problem.However, when the light slightly deviates from the optical axis of the main beam, for example, it is irradiated near the holder of the laser crystal to heat it. In the worst case, the laser crystal may be damaged. An aperture is also effective to separate such end face reflected light deviated from the optical axis.

【0009】更にまた、レーザ加工対象物が高反射率を
有する材料である場合には、加工対象物により散乱した
光が光ファイバーを通して伝搬するため、上述と同様に
戻り光の問題が生じる。
Furthermore, when the object to be laser-processed is a material having a high reflectance, the light scattered by the object to be processed propagates through the optical fiber, so that the problem of return light occurs as described above.

【0010】以上のように、大出力レーザ発生装置おい
ては、メインビームの周辺部に高い出力を有する高次の
空間モード光、ASE光、光学部品の端面からの散乱
光、エッジ部からの回折光、光ファイバーの端面反射光
又は加工対象物からの戻り光等の不要な光である迷光が
生じており、メインビーム品質の低下、増幅器利得の低
下又は周辺部品の発熱等の問題を引き起こす。その防止
のためにメインビームと迷光を分離する必要上、アパー
チャを設置している。しかし、大出力レーザ発生装置で
は数10乃至数100Wの高いパワー密度の迷光を除去
する必要があり、このため、高い対光強度を有し効率的
に冷却できるアパーチャを設ける必要がある。
As described above, in the high-power laser generator, high-order spatial mode light, ASE light, scattered light from the end face of the optical component, and light from the edge, which have a high output at the periphery of the main beam. Stray light, which is unnecessary light such as diffracted light, reflected light from the end face of the optical fiber, or return light from the object to be processed, occurs, causing problems such as a decrease in the quality of the main beam, a decrease in the amplifier gain, or heat generation of peripheral components. An aperture is installed to separate the main beam and stray light to prevent this. However, in a high-power laser generator, it is necessary to remove stray light having a high power density of several tens to several hundreds of watts. Therefore, it is necessary to provide an aperture which has a high light intensity and can be cooled efficiently.

【0011】図6は従来の固体レーザ発生装置のアパー
チャの周辺部分を示す模式図である。図6に示すように
アパーチャ101は内部に冷却水105が通流して冷却
されたホルダ104により保持され、発振器131又は
増幅器132から出射する迷光112及びアパーチャ1
01に戻ってくる迷光113を遮断している。
FIG. 6 is a schematic view showing a peripheral portion of an aperture of a conventional solid-state laser generator. As shown in FIG. 6, the aperture 101 is held by the holder 104 cooled by the flow of the cooling water 105 therein, and the stray light 112 emitted from the oscillator 131 or the amplifier 132 and the aperture 1
The stray light 113 returning to 01 is blocked.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
アパーチャ101の材質は、例えば、反射率が高い金メ
ッキを施した金属又はセラミックスであるが、レーザ光
と接する部分は局所的に強いパワー密度の光が照射され
るため、焼き付き又は熱衝撃による破損が生じる可能性
があり、対光強度的に信頼性が欠けるという問題点があ
る。
However, the material of the above-mentioned aperture 101 is, for example, gold-plated metal or ceramics having a high reflectivity, but the portion in contact with the laser beam is a locally high power density light beam. Irradiation may cause burn-in or damage due to thermal shock, and there is a problem that light intensity is unreliable.

【0013】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、レーザ光メインビームと不要な光である迷
光とを分離して、アパーチャの焼き付き、熱衝撃による
破損を防止することができる固体レーザ発生装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and can separate a laser beam main beam from stray light, which is unnecessary light, to prevent burn-in of an aperture and damage due to thermal shock. It is an object to provide a solid-state laser generator.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体レーザ
発生装置は、レーザ光を透過させる孔を設けた透明材料
からなるアパーチャを有し、このアパーチャは前記レー
ザ光の照射方向の後面にレーザ波長に対する臨界角以上
で傾斜した全反射面を有することを特徴とする。
A solid-state laser generator according to the present invention has an aperture made of a transparent material provided with a hole for transmitting a laser beam, and the aperture is provided on a rear surface of the laser beam irradiation direction. It has a total reflection surface inclined at a critical angle or more with respect to the wavelength.

【0015】前記アパーチャは前記レーザ光の照射方向
の前面に無反射コーティングされた面を有しているか、
又は光軸に対して傾斜した傾斜面を有する。
The aperture has a surface coated with anti-reflection on the front surface in the irradiation direction of the laser beam,
Or, it has an inclined surface inclined with respect to the optical axis.

【0016】前記アパーチャは冷却されたホルダにより
保持することが好ましく、更に、前記アパーチャのレー
ザ照射方向の前方及び/又は後方にヒートシンクを設け
ることが好ましい。
The aperture is preferably held by a cooled holder, and a heat sink is preferably provided in front and / or rear of the aperture in a laser irradiation direction.

【0017】更に、本発明のアパーチャを、1:1に結
像しているレンズペアの中間に高次の空間モード光及び
ASE光を除去する空間フィルタとして配置することが
できる。
Further, the aperture according to the present invention can be arranged as a spatial filter that removes higher-order spatial mode light and ASE light in the middle of a lens pair that forms a 1: 1 image.

【0018】本発明によれば、発生するレーザ光はアパ
ーチャに吸収されず、反射又は出射してホルダ及びヒー
トシンクにより吸収され処理される。このため、大出力
レーザ光に対しても、アパーチャのレーザ光の吸収によ
る損傷及び劣化を防止することができる。
According to the present invention, the generated laser light is not absorbed by the aperture, but is reflected or emitted and absorbed and processed by the holder and the heat sink. Therefore, even for a high-power laser beam, it is possible to prevent the aperture from being damaged or deteriorated due to the absorption of the laser beam.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る固体
レーザ発生装置について、添付の図面を参照して具体的
に説明する。図1は本発明の第1実施例に係る固体レー
ザ発生装置を示す模式図、図2は同じくそのアパーチャ
開口部を示す模式図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a solid-state laser generator according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a solid-state laser generator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an aperture opening thereof.

【0020】図1に示すように、本実施例の固体レーザ
発生装置においては、レーザ光(波長1.06μm)を
発振する発振器ロッド31と、この発振器ロッド31か
ら発振されたレーザ光を増幅する増幅器ロッド32とが
設けられており、この増幅器ロッド32からほとんどの
パワーを含む部分であるメインビーム11と、このメイ
ンビームの周辺に不要な光である迷光12とが出力され
る。更に、このメインビーム11が通過する適当な開口
径の孔が設けられたアパーチャ1と、このアパーチャ1
の孔を通過したメインビーム11を集光するレンズと、
このレンズにより集光されたメインビームを加工面まで
伝搬する光ファイバー33とが設けられている。
As shown in FIG. 1, in the solid-state laser generator of the present embodiment, an oscillator rod 31 for oscillating laser light (wavelength 1.06 μm) and amplifying the laser light oscillated from the oscillator rod 31. An amplifier rod 32 is provided, and the amplifier rod 32 outputs a main beam 11, which is a portion containing most power, and stray light 12, which is unnecessary light, around the main beam. Further, an aperture 1 provided with a hole having an appropriate opening diameter through which the main beam 11 passes, and an aperture 1
A lens for condensing the main beam 11 passing through the hole of
An optical fiber 33 for transmitting the main beam condensed by the lens to the processing surface is provided.

【0021】また、アパーチャ1は吸収が少なく、耐熱
性を有する透明な光学材料、例えば大出力レーザに適し
た合成石英からなり、アパーチャ1におけるメインビー
ム11の照射方向の前面は光軸に対し直交し、無反射コ
ーティングが施されている。また、アパーチャ1におけ
るメインビーム11の照射方向の後面はテーパ状に傾斜
し、光学研磨されている。前面(無反射コーティング面
3)と後面(テーパ面2)のなす角度21は、光軸に平
行の迷光12がテーパ面2に対する入射角度22が臨界
角以上となるように設けられており、従ってこの迷光1
2はテーパ面2で全反射する。本実施例においては、大
出力レーザ光の波長が1.06μmであり、アパーチャ
1の材質の合成石英の屈折率nは1.45であるので、
臨界角θ cはsinθc=1/nという関係からθc=4
3.6°となる。このため、角度21及び22は45°
に設定される。
The aperture 1 has low absorption and heat resistance.
Suitable for transparent optical material with high power, for example, high power laser
Main bead in aperture 1
The front of the irradiation direction of the beam 11 is orthogonal to the optical axis, and
Is applied. Also, in aperture 1
The rear surface of the main beam 11 in the irradiation direction is tapered.
And have been optically polished. Front (anti-reflective coating surface
The angle 21 formed between 3) and the rear surface (tapered surface 2) is flat with the optical axis.
The incident angle 22 of the stray light 12 of the row to the tapered surface 2 is critical.
The stray light 1
2 is totally reflected by the tapered surface 2. In this embodiment,
The wavelength of the output laser light is 1.06 μm and the aperture is
Since the refractive index n of the synthetic quartz of the material No. 1 is 1.45,
Critical angle θ cIs sin θcFrom the relationship = 1 / n, θc= 4
3.6 °. Therefore, angles 21 and 22 are 45 °
Is set to

【0022】このように構成されたアパーチャ1の無反
射面3に迷光12が照射すると、この迷光12は無反射
面3を通過し、次にテーパ面2により全反射され、メイ
ンビーム11の光軸と直角方向に進み、アパーチャ1の
砂目加工面1aに入射する。この砂目加工面1aは砂目
加工されており、この面に入射した迷光12は拡散され
て出射する。
When the stray light 12 irradiates the non-reflective surface 3 of the aperture 1 configured as described above, the stray light 12 passes through the non-reflective surface 3 and is totally reflected by the tapered surface 2 to obtain the light of the main beam 11. The laser beam advances in a direction perpendicular to the axis and enters the grained surface 1 a of the aperture 1. The grained surface 1a is grained, and the stray light 12 incident on this surface is diffused and emitted.

【0023】また、アパーチャ1はホルダ4によりメイ
ンビーム11の光軸に対する反対側の端面を保持されて
いる。ホルダ4には砂目加工面1aにより拡散され出射
した迷光12が入射される照射面4aが設けられてお
り、この照射面4aは凹凸面となっているため、迷光1
2は完全に吸収されるようになっている。迷光12は熱
に変化するが、ホルダ4にはこのホルダ4を冷却するた
めの冷却水5が通流するようになっており、迷光12が
照射面4aに入射して発生した熱が冷却される。
The aperture 1 is held by the holder 4 on the end face opposite to the optical axis of the main beam 11. The holder 4 is provided with an irradiation surface 4a on which stray light 12 diffused and emitted by the grained surface 1a is incident, and the irradiation surface 4a is an uneven surface.
2 is completely absorbed. Although the stray light 12 changes into heat, cooling water 5 for cooling the holder 4 flows through the holder 4, and the heat generated when the stray light 12 enters the irradiation surface 4a is cooled. You.

【0024】なお、アパーチャ1及びホルダ4は、メイ
ンビーム11の光軸を対称軸として、1対設けられてい
る。
The aperture 1 and the holder 4 are provided as a pair with the optical axis of the main beam 11 as a symmetric axis.

【0025】また、アパーチャ1を通過したメインビー
ム11が他の光学部品を通過するときに反射して戻り光
13が発生し、メインビーム11の照射方向の反対方向
からテーパ面2に入射するが、この戻り光13は屈折率
が低い空気の側から入射している。そして、45°入射
の場合の表面反射ロスは約8%であるので、わずかな反
射光14が生じるが、そのほとんどが屈折され、アパー
チャ1の基板内に侵入する。このとき、戻り光13のテ
ーパ面2に対する入射角23は45°であるため、スネ
ルの法則n・sinθ(24)=sinθ(23)によ
り、角度24=29.2°で屈折され、更に、この屈折
された戻り光13は無反射面3に入射し、無反射面3に
対して出射角度25=23.3°で再びアパーチャ1か
ら出射する。このように出射した戻り光13はメインビ
ーム11の光軸とは大きく離れた角度でリング状に拡が
る。このリング状に拡がった戻り光13はアパーチャ1
の無反射面3側のヒートシンク6aに入射する。このヒ
ートシンク6aの内部には冷却水5が通流するようにな
っており、戻り光13の入射によるヒートシンク6aの
発熱が抜勢されて冷却される。
When the main beam 11 that has passed through the aperture 1 passes through another optical component, it is reflected to generate return light 13, which is incident on the tapered surface 2 in a direction opposite to the irradiation direction of the main beam 11. The return light 13 is incident from the side of air having a low refractive index. Since the surface reflection loss at 45 ° incidence is about 8%, slight reflected light 14 is generated, but most of the reflected light 14 is refracted and enters the substrate of the aperture 1. At this time, since the incident angle 23 of the return light 13 with respect to the tapered surface 2 is 45 °, it is refracted at an angle 24 = 29.2 ° according to Snell's law n · sin θ (24) = sin θ (23). The refracted return light 13 enters the non-reflection surface 3 and exits the aperture 1 again at an exit angle 25 = 23.3 ° with respect to the non-reflection surface 3. The return light 13 emitted in this manner spreads in a ring shape at an angle far away from the optical axis of the main beam 11. The return light 13 spread in a ring shape is the aperture 1
Is incident on the heat sink 6a on the non-reflection surface 3 side. The cooling water 5 flows inside the heat sink 6a, and the heat generated by the heat sink 6a due to the incidence of the return light 13 is released and cooled.

【0026】また、メインビーム11の有効部分を選択
するためにアパーチャ1の孔の径を決めるが、メインビ
ーム11のビーム品質の向上を図ることを目的に孔の径
を小さく絞ると、アパーチャ1の孔のエッジ部分で回折
光15が発生する場合がある。このため、回折光15が
入射するようにアパーチャ1のテーパ面2側にヒートシ
ンク6bが設けられている。このヒートシンク6bの内
部には冷却水5が通流するようになっており、戻り光1
3の入射によるヒートシンク6aの発熱が抜勢されてヒ
ーシンク6bが冷却される。
The diameter of the hole of the aperture 1 is determined in order to select an effective portion of the main beam 11. However, if the diameter of the hole is reduced to reduce the beam quality of the main beam 11, the diameter of the aperture 1 is reduced. The diffracted light 15 may be generated at the edge of the hole. For this reason, a heat sink 6b is provided on the tapered surface 2 side of the aperture 1 so that the diffracted light 15 enters. Cooling water 5 flows through the inside of the heat sink 6b.
The heat generated by the heat sink 6a due to the incident light 3 is released, and the heat sink 6b is cooled.

【0027】このように構成された本実施例の固体レー
ザ発生装置においては、発振器ロット31から発振さ
れ、増幅器ロッド32により増幅されたメインビーム1
1はアパーチャ1の開口部を通過するが、メインビーム
11の周辺に存在する発振器ロッド側からの迷光12は
開口部を通過せず、無反射処理された直交面3をメイン
ビーム11とほぼ平行な方向にて透過し、臨界角以上の
入射角(45°)となるように設定されたテーパ面2よ
り全反射される。そして、迷光12はメインビーム11
の光軸に対しほぼ直交方向に進み、砂目加工されたアパ
ーチャ1の砂目加工面1aに入射する。これにより迷光
12は拡散してホルダ4の照射壁4aに照射する。照射
面4aは凸凹面となっているので、迷光12の光学的エ
ネルギは完全に吸収され、ホルダ4は発熱するが、冷却
水5により冷却される。
In the solid-state laser generator according to the present embodiment thus configured, the main beam 1 oscillated from the oscillator lot 31 and amplified by the amplifier rod 32.
1 passes through the opening of the aperture 1, but the stray light 12 from the oscillator rod side present around the main beam 11 does not pass through the opening, and the non-reflection-processed orthogonal surface 3 is substantially parallel to the main beam 11. And is totally reflected from the tapered surface 2 set so as to have an incident angle (45 °) greater than the critical angle. And the stray light 12 is the main beam 11
And enters the grained surface 1 a of the grained aperture 1. This causes the stray light 12 to diffuse and irradiate the irradiation wall 4 a of the holder 4. Since the irradiation surface 4a is uneven, the optical energy of the stray light 12 is completely absorbed, and the holder 4 generates heat, but is cooled by the cooling water 5.

【0028】また、アパーチャを通過したメインビーム
11が他の光学部品を通過する際に反射して発生する戻
り光13が、メインビーム11の照射方向の反対方向か
らテーパ面2に入射するが、屈折率の低い空気側から入
射しているため、わずかな反射光14(もう一方のアパ
ーチャ1に入射し、処理される)以外のほとんどが屈折
しアパーチャ1内に侵入する。このとき、テーパ面2、
次に無反射面3で屈折しアパーチャ1から出射される。
このように出射された戻り光13はメインビームの光軸
に対し20°以上という十分に大きな角度でリング状に
拡がるので、アパーチャ1とは別に設けたヒートシンク
6a、6bにより容易に光学的エネルギを吸収すること
ができる。
Return light 13 generated by reflection of the main beam 11 passing through the aperture when passing through another optical component is incident on the tapered surface 2 in a direction opposite to the irradiation direction of the main beam 11. Since the light is incident from the air side having a low refractive index, most of the light except the slight reflected light 14 (which is incident on the other aperture 1 and processed) is refracted and enters the aperture 1. At this time, the tapered surface 2,
Next, the light is refracted by the non-reflection surface 3 and emitted from the aperture 1.
The return light 13 emitted in this manner spreads in a ring shape at a sufficiently large angle of 20 ° or more with respect to the optical axis of the main beam, so that the optical energy can be easily transferred by the heat sinks 6 a and 6 b provided separately from the aperture 1. Can be absorbed.

【0029】また、アパーチャ1の孔のエッジ部分で発
生する回折光15はテーパ面2側に設けられたヒートシ
ンク6aに照射するため、回折光15の拡散が防止で
き、回折光15が他の光学部品に入射して発熱すること
を防止し、容易に光学的エネルギを吸収することができ
る。
Also, since the diffracted light 15 generated at the edge of the hole of the aperture 1 irradiates the heat sink 6a provided on the tapered surface 2 side, diffusion of the diffracted light 15 can be prevented, and the diffracted light 15 can be separated from other optical elements. It is possible to prevent heat from being incident on the component and easily absorb optical energy.

【0030】このように、本実施例においては、迷光1
2、戻り光13及び回折光15による発熱をアパーチャ
1ではなく、ホルダ4及びヒートシンク6a,6bによ
り処理することができる。このため、アパーチャ1のレ
ーザ光の吸収による損傷及び劣化を防止することができ
る。
As described above, in this embodiment, the stray light 1
2. Heat generated by the return light 13 and the diffracted light 15 can be processed not by the aperture 1 but by the holder 4 and the heat sinks 6a and 6b. Therefore, it is possible to prevent the aperture 1 from being damaged and deteriorated due to the absorption of the laser beam.

【0031】本実施例のアパーチャにおいては、迷光1
2に対して全反射し、戻り光13に対して屈折してメイ
ンビーム11と分離するように構成しているが、逆に迷
光12に対して屈折し、戻り光13に対して全反射する
ように構成してもよい。この場合、迷光12及び戻り光
13の有するパワーを比較して、ヒートシンク6a,6
bの効率がよい構成を選択する。
In the aperture of this embodiment, stray light 1
2 is totally reflected, refracted by the return light 13 and separated from the main beam 11, but is refracted by the stray light 12 and totally reflected by the return light 13. It may be configured as follows. In this case, the powers of the stray light 12 and the return light 13 are compared, and the heat sinks 6a, 6
b) Select an efficient configuration.

【0032】また、迷光には高次の空間モード光、AS
E光、光学部品の端面からの散乱光、エッジ部からの回
折光、光ファイバー端面反射光及び加工対象物からの戻
り光等があるが、それらはメインビーム11のごく近傍
に生じる光であるため対象とする迷光の性質に合わせて
レーザ光路の適切な位置に適当な開口径を有するアパー
チャ1を設置することが特に効果的である。例えば、高
次の空間モード光に対しては、発振器内の設置が効果的
であり、また、ASE光に対しては、増幅器内の設置が
効果的であり、更に、光ファイバー端面反射光、加工対
象物からの戻り光に対しては、光ファイバーの結合部分
に設置するのが効果的である。
The stray light includes higher-order spatial mode light, AS
E light, scattered light from the end face of the optical component, diffracted light from the edge, reflected light from the end face of the optical fiber, return light from the object to be processed, and the like are light generated in the vicinity of the main beam 11. It is particularly effective to install the aperture 1 having an appropriate aperture diameter at an appropriate position in the laser light path in accordance with the nature of the stray light to be targeted. For example, for high-order spatial mode light, installation in an oscillator is effective, for ASE light, installation in an amplifier is effective. For the return light from the object, it is effective to install the optical fiber at the coupling portion of the optical fiber.

【0033】このように、高次の空間モード光を低減で
きるため、レーザ光のビーム品質を向上することができ
る。また、アパーチャ1を多段階式の増幅器列の間に設
置することにより、ASE光(自然放出増幅光)による
ビーム品質の劣化、増幅器の利得の低下を抑制すること
ができる。更に、アパーチャ1を光ファイバー加工シス
テムの光ファイバー入射前段に設置することにより、光
ファイバーの端面反射光又は加工面からの戻り光を除去
して、レーザ結晶ホルダ付近の部品、シール材の劣化を
防止することができる。
As described above, since the high-order spatial mode light can be reduced, the beam quality of the laser light can be improved. Further, by arranging the aperture 1 between the multistage amplifier rows, it is possible to suppress the deterioration of the beam quality due to the ASE light (spontaneous emission amplification light) and the decrease of the gain of the amplifier. Furthermore, by installing the aperture 1 before the optical fiber is incident on the optical fiber processing system, it is possible to remove the reflected light from the end face of the optical fiber or the return light from the processed surface, thereby preventing the parts near the laser crystal holder and the seal material from deteriorating. Can be.

【0034】なお、前述の第1実施例においては、ヒー
トシンクが必須であるが、本発明はこれに限らずヒート
シンクを省略した構成にすることもできる。本発明の第
2実施例に係る固体レーザ発生装置について、添付の図
面を参照して具体的に説明する。図3は本発明の第2実
施例に係る固体レーザ発生装置のアパーチャ周辺を示す
模式図であり、メインビーム61の光軸を対称軸として
片側のみを示している。本実施例は、図2のアパーチャ
の開口部の形状と異なり、直交面の代わりにテーパ面5
2a,52bを発振器ロッド側と光ファイバー側の双方
に対称に設けたものである。
In the first embodiment, a heat sink is indispensable. However, the present invention is not limited to this, and the heat sink may be omitted. A solid-state laser generator according to a second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 is a schematic diagram showing the periphery of the aperture of the solid-state laser generator according to the second embodiment of the present invention, and shows only one side with the optical axis of the main beam 61 as the axis of symmetry. This embodiment is different from the shape of the opening of the aperture shown in FIG.
2a and 52b are provided symmetrically on both the oscillator rod side and the optical fiber side.

【0035】図3に示すように、第1実施例と同様に光
ファイバー側からの迷光63がテーパ面52bに入射す
ると、ほとんどがテーパ面52bにて屈折する。このと
き、わずかな反射光64が生じるが、もう一方のアパー
チャのテーパ面52aからアパーチャ91内に入射し処
理される。更に、屈折した迷光63の入射角72が臨界
角以上になるように設けられたテーパ面52aにて全反
射してメインビーム11の光軸とほぼ直交方向に進み、
ホルダ(図示せず)に入射される。迷光63はホルダの
ような冷却されたブロックに入射させてホルダ内に閉じ
こめて処理する。ホルダ発振器ロッド側からの迷光62
も上述と同様にテーパ面52aにて屈折し、更にテーパ
面52bにて全反射して、ホルダ(図示せず)に照射さ
れる。
As shown in FIG. 3, when the stray light 63 from the optical fiber enters the tapered surface 52b as in the first embodiment, most of the light is refracted by the tapered surface 52b. At this time, although a slight reflected light 64 is generated, the reflected light 64 enters the aperture 91 from the tapered surface 52a of the other aperture and is processed. Further, the refracted stray light 63 is totally reflected by the tapered surface 52a provided so that the incident angle 72 of the refracted stray light 63 is equal to or larger than the critical angle and travels in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the main beam 11,
It is incident on a holder (not shown). The stray light 63 enters a cooled block such as a holder and is trapped in the holder for processing. Stray light 62 from the holder oscillator rod side
Similarly, the light is refracted by the tapered surface 52a and further totally reflected by the tapered surface 52b to irradiate a holder (not shown).

【0036】このように構成された本発明の第2実施例
に係る固体レーザ発生装置においては、ヒートシンクを
設けることなく迷光の分離を行うことができ、装置の構
成をコンパクトにすることができる。従って、例えば、
共振器内に配置するアパーチャなどに適している。
In the solid-state laser generator according to the second embodiment of the present invention, stray light can be separated without providing a heat sink, and the configuration of the device can be made compact. So, for example,
It is suitable for an aperture or the like arranged in a resonator.

【0037】また、本発明は積極的に高次の空間モード
光及びASE光を除去するための空間フィルタとしてレ
ーザ発生装置に適用することもできる。図4は本発明の
第3実施例に係る固体レーザ発生装置を示す模式図であ
り、1:1に結像しているレンズペアの中間に本発明の
アパーチャを配置したものである。
The present invention can also be applied to a laser generator as a spatial filter for positively removing higher-order spatial mode light and ASE light. FIG. 4 is a schematic diagram showing a solid-state laser generator according to a third embodiment of the present invention, in which the aperture of the present invention is arranged in the middle of a lens pair that forms a 1: 1 image.

【0038】このように構成された本発明に係る第3実
施例においては、集光部が遠視野域となるため、高次空
間モード光及びASE光と低次空間モード光とを容易に
分離することができ、高いビーム品質の大出力レーザ光
を得ることができる。
In the third embodiment according to the present invention having the above-described structure, since the light condensing portion is in the far field region, the high-order spatial mode light and the ASE light can be easily separated from the low-order spatial mode light. And high-power laser light with high beam quality can be obtained.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
発生するレーザ光はアパーチャに吸収されず、ホルダ及
びヒートシンクにより吸収され処理される。このため、
大出力レーザ光に対しても、アパーチャのレーザ光の吸
収による損傷及び劣化を防止することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
The generated laser light is not absorbed by the aperture, but is absorbed and processed by the holder and the heat sink. For this reason,
Even for a high-power laser beam, it is possible to prevent damage and deterioration due to absorption of the laser beam by the aperture.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る固体レーザ発生装置
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a solid-state laser generator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例に係る固体レーザ発生装置
のアパーチャ開口部を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an aperture opening of the solid-state laser generator according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2実施例に係る固体レーザ発生装置
のアパーチャ周辺を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the periphery of an aperture of a solid-state laser generator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例に係る固体レーザ発生装置
を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a solid-state laser generator according to a third embodiment of the present invention.

【図5】従来のMOPA方式の固体レーザ発生装置を示
す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional MOPA type solid-state laser generator.

【図6】従来の固体レーザ発生装置のアパーチャの周辺
部分を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a peripheral portion of an aperture of a conventional solid-state laser generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、51、91、101、141;アパーチャ 1a;砂目加工面 2、52a、52b;テーパ面 3;直交面 4、104;ホルダ 4a;照射面 5、105;冷却水 6a、6b;ヒートシンク 11、61、111、142;メインビーム 12、62、63、112、113;迷光 13;戻り光 14、64;反射光 15;回折光 21;角21 22;角22 23;角23 24;角24 25;角25 31、131、143;発振器ロッド 32、132、144;増幅器ロッド 33、133,145;光ファイバー 72;角72 92;レンズペア 142;レーザ光 146;加工面 1, 51, 91, 101, 141; aperture 1a; grained surface 2, 52a, 52b; tapered surface 3; orthogonal surface 4, 104; holder 4a; irradiation surface 5, 105; cooling water 6a, 6b; Main beam 12, 62, 63, 112, 113; stray light 13; return light 14, 64; reflected light 15; diffracted light 21; corner 21 22; corner 22 23; corner 23 24; 25; angles 25 31, 131, 143; oscillator rods 32, 132, 144; amplifier rods 33, 133, 145; optical fiber 72; angle 72 92; lens pair 142; laser light 146;

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を透過させる孔を設けた透明材
料からなるアパーチャを有し、このアパーチャは前記レ
ーザ光の照射方向の後面にレーザ波長に対する臨界角以
上で傾斜した全反射面を有することを特徴とする固体レ
ーザ発生装置。
An aperture made of a transparent material provided with a hole for transmitting laser light, and the aperture has a total reflection surface inclined at a critical angle with respect to a laser wavelength or more on a rear surface of the laser light irradiation direction. A solid-state laser generator.
【請求項2】 前記アパーチャは前記レーザ光の照射方
向の前面に無反射コーティングされた面を有することを
特徴とする請求項1に記載の固体レーザ発生装置。
2. The solid-state laser generator according to claim 1, wherein the aperture has a surface coated with an anti-reflection coating on a front surface in an irradiation direction of the laser light.
【請求項3】 前記アパーチャは冷却されたホルダによ
り保持されていることを特徴とする請求項1又は2に記
載の固体レーザ発生装置。
3. The solid-state laser generator according to claim 1, wherein the aperture is held by a cooled holder.
【請求項4】 前記アパーチャのレーザ照射方向の前方
にヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか1項に記載の固体レーザ発生装
置。
4. The solid-state laser generator according to claim 1, wherein a heat sink is provided in front of the aperture in a laser irradiation direction.
【請求項5】 前記アパーチャのレーザ照射方向の後方
にヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求
項1乃至4のいずれか1項に記載の固体レーザ発生装
置。
5. The solid-state laser generator according to claim 1, wherein a heat sink is provided behind the aperture in a laser irradiation direction.
【請求項6】 前記アパーチャは前記レーザ光の照射方
向の前面に光軸に対して傾斜した傾斜面を有することを
特徴とする請求項1に記載の固体レーザ発生装置。
6. The solid-state laser generator according to claim 1, wherein said aperture has an inclined surface inclined with respect to an optical axis on a front surface in an irradiation direction of said laser light.
【請求項7】 1:1に結像しているレンズペアの中間
に高次の空間モード光及びASE光を除去する空間フィ
ルタとして前記請求項1又は6に記載のアパーチャを配
置したことを特徴とする固体レーザ発生装置。
7. An aperture according to claim 1 or 6, wherein an aperture according to claim 1 or 6 is arranged as a spatial filter for removing high-order spatial mode light and ASE light in the middle of a lens pair imaged 1: 1. Solid-state laser generator.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10210893A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-18 Zeiss Carl Laser Optics Gmbh Optical arrangement has optical component with optically active first region on optical axis of optical system at least partly enclosed by inactive region connected to heat conductive element
JP2007531918A (en) * 2004-04-05 2007-11-08 マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット Aperture stop assembly for high power laser beams
JP2009117881A (en) * 2009-03-04 2009-05-28 Ihi Corp Aperture
JP2010107661A (en) * 2008-10-29 2010-05-13 Sony Corp Laser beam generator
JP2011216552A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Japan Synchrotron Radiation Research Inst Automatic optimization system of multistage amplification laser system with each step formed in module
WO2015008405A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-22 三菱電機株式会社 Gas-laser device
WO2015045102A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 ギガフォトン株式会社 Laser device and extreme uv light generation system
US10608405B2 (en) 2016-05-27 2020-03-31 Fujifilm Corporation Solid-state laser device

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10210893A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-18 Zeiss Carl Laser Optics Gmbh Optical arrangement has optical component with optically active first region on optical axis of optical system at least partly enclosed by inactive region connected to heat conductive element
JP2007531918A (en) * 2004-04-05 2007-11-08 マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット Aperture stop assembly for high power laser beams
JP2010107661A (en) * 2008-10-29 2010-05-13 Sony Corp Laser beam generator
JP2009117881A (en) * 2009-03-04 2009-05-28 Ihi Corp Aperture
JP2011216552A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Japan Synchrotron Radiation Research Inst Automatic optimization system of multistage amplification laser system with each step formed in module
WO2015008405A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-22 三菱電機株式会社 Gas-laser device
JP5985059B2 (en) * 2013-07-18 2016-09-06 三菱電機株式会社 Gas laser device
US9515446B2 (en) 2013-07-18 2016-12-06 Mitsubishi Electric Corporation Gas laser device
WO2015045102A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 ギガフォトン株式会社 Laser device and extreme uv light generation system
JPWO2015045102A1 (en) * 2013-09-27 2017-03-02 ギガフォトン株式会社 Laser apparatus and extreme ultraviolet light generation system
US9762024B2 (en) 2013-09-27 2017-09-12 Gigaphoton Inc. Laser apparatus and extreme ultraviolet light generation system
US10608405B2 (en) 2016-05-27 2020-03-31 Fujifilm Corporation Solid-state laser device

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