JP2001326405A - Solid-state slab laser device - Google Patents

Solid-state slab laser device

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JP2001326405A
JP2001326405A JP2000141139A JP2000141139A JP2001326405A JP 2001326405 A JP2001326405 A JP 2001326405A JP 2000141139 A JP2000141139 A JP 2000141139A JP 2000141139 A JP2000141139 A JP 2000141139A JP 2001326405 A JP2001326405 A JP 2001326405A
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孝晏 望月
Kunihiko Washio
邦彦 鷲尾
Takeshi Yamane
毅士 山根
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state slab laser device whose quality and output are high, whose stable output is variable, which is low-cost and whose high performance is realized easily. SOLUTION: Excitation light 130 by which a laser beam 120 advancing on the inside of two parallel slab laser mediums 110 and on the inside of their central-part space 111 is excited on the inside of the laser mediums 110 is radiated to nearly the whole face on outside faces of the laser mediums 110. A fixture 140 which fixes the laser mediums 110, an excitation light source 130 and its confinement part 145 are provided with a mirror surface 140 forming the central-part space 111, a reflecting surface 146 whose inner wall used to reflect excitation light 131 is a mirror surface so as to become a condensing face and an intermediate wall surface 147. The excitation light 130 is transmitted a plurality of times in nearly the whole region of the laser mediums 110. A gas is made to flow to the central-part space 111 from a gas introduction passage 142, and a cooling fluid is made to flow to the whole outside by a fluid channel 143 so as to cool the laser mediums 110. When the excitation light is incident on the whole end face on the thickness side of the slab-shaped laser mediums so as to be confined at the inside of the mediums, the confinement part can be made unnecessary.

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、発振装置または増
幅装置に用いられるものであってレーザ光を発生するス
ラブ状のレーザ媒体で形成される固体レーザに関し、特
に、高品質と高出力とを容易に実現できる、低価格で高
性能な固体スラブレーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser which is used in an oscillation device or an amplification device and is formed of a slab-shaped laser medium for generating a laser beam. The present invention relates to a low-cost, high-performance solid-state slab laser device that can be easily realized.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体のレーザ媒体を用いた固体レーザに
より発振生成される波長1μm以下のレーザ光は物質と
の相互作用が比較的に強く、また光ファイバで容易に伝
送が可能なため、レーザ加工応用の分野で広く使われつ
つある。従って、加工性能を向上ささせるため、横モー
ドが基本モードに近く集光特性が優れている、より高品
質でかつ高出力のレーザ光によるビームが必要になって
きている。
2. Description of the Related Art Laser light having a wavelength of 1 μm or less generated by a solid-state laser using a solid-state laser medium has a relatively strong interaction with a substance and can be easily transmitted through an optical fiber. It is being widely used in the field of processing applications. Therefore, in order to improve the processing performance, a beam of a higher quality and higher output laser beam, which has a lateral mode close to the fundamental mode and has excellent light collecting characteristics, is required.

【0003】従来、この種の固体レーザでは、高出力を
得るために高強度の励起光を投入している。高強度の励
起光では媒質内部に温度分布が発生し、一般的に熱レン
ズ効果、熱複屈折効果などの光熱効果を生じるため、レ
ーザ光の偏向または偏光解消が発生しレーザ発振の効率
とビーム品質とが低下する。従って、このような固体レ
ーザでは、安定した高出力は得られず、かつ出力ビーム
の質も低下する。
Conventionally, in this type of solid-state laser, high-intensity pumping light is applied to obtain a high output. High-intensity excitation light generates a temperature distribution inside the medium, which generally causes photothermal effects such as the thermal lens effect and thermal birefringence effect. Quality and decline. Therefore, with such a solid-state laser, a stable high output cannot be obtained, and the quality of the output beam also deteriorates.

【0004】また、熱レンズ効果を補償するようにレン
ズ等と組み合わせて共振器を構成して高出力を実現でき
たとしても、励起強度を広範囲に変えた場合には熱レン
ズ効果が変化するため、安定した出力を維持することが
困難であり、安定した広い出力の可変性を得ることがで
きない。
Further, even if a high output can be realized by forming a resonator in combination with a lens or the like so as to compensate for the thermal lens effect, the thermal lens effect changes when the excitation intensity is changed over a wide range. It is difficult to maintain a stable output, and stable wide output variability cannot be obtained.

【0005】このような欠点を解決する手段として、図
7に示されるように、長さL、幅W、および厚さTを有
するスラブ状のレーザ媒体そのものを固体レーザ100
0として用い、固体レーザ1000の内部1011を両
側面1012で全反射してレーザ光1020がジグザグ
光路を形成する固体のスラブレーザが考案された。この
スラブレーザでは、理想的な2次元温度分布の場合、内
部の温度勾配の方向とレーザ光の進行方向とが一致して
いるため、レーザビームが熱レンズ効果を受けない。
As a means for solving such a drawback, as shown in FIG. 7, a slab-shaped laser medium having a length L, a width W and a thickness T is directly replaced with a solid-state laser 100.
A solid slab laser was devised in which the laser beam 1020 forms a zigzag optical path by totally reflecting the inside 1011 of the solid-state laser 1000 on both side surfaces 1012. In this slab laser, in the case of an ideal two-dimensional temperature distribution, the direction of the internal temperature gradient coincides with the traveling direction of the laser beam, so that the laser beam does not receive the thermal lens effect.

【0006】しかしながら、一枚のスラブ状レーザ媒体
を用いる例では、長手方向に垂直な断面の寸法に対する
アスペクト比を大きくすることによりスラブを熱破壊せ
ずに、より高い入力をスラブに投入することが可能にな
るが、媒体の断面形状がより薄い長方形になるため、発
振レーザ光には高次の横モードが含まれる。他方、円形
断面の基本モードまたは低次モードの発振を得るために
はこのような固体レーザを用いた共振器の内部に円形開
口を挿入することができる。しかし、このような構成で
あっても、スラブ状のレーザ媒体における端部は発振モ
ード体積から外れるため、投入した励起光の利用効率は
低下する。従って、スラブ状のレーザ媒体の中央部に近
い一部の励起された部分のみしかレーザ発振・増幅に寄
与しない。このため、高品質のレーザビームを実現する
ために必要な基本モードまたは低次モードのレーザ発振
の効率が低下して、発生されるレーザビームが高品質で
あっても高出力を得ることはできない。また、スラブの
入出力面近傍に生じる3次元の温度分布または応力分布
によってレーザ光の波面が乱されるなどの問題点があ
る。
However, in the example using one slab-shaped laser medium, a higher input is applied to the slab without thermally destroying the slab by increasing the aspect ratio with respect to the dimension of a cross section perpendicular to the longitudinal direction. However, since the cross-sectional shape of the medium becomes thinner and rectangular, the oscillation laser light includes higher-order transverse modes. On the other hand, a circular aperture can be inserted inside a resonator using such a solid-state laser in order to obtain a fundamental mode or low-order mode oscillation having a circular cross section. However, even with such a configuration, since the end of the slab-shaped laser medium deviates from the oscillation mode volume, the utilization efficiency of the input pump light is reduced. Therefore, only a part of the slab-shaped laser medium that is excited near the center part contributes to laser oscillation and amplification. For this reason, the efficiency of the fundamental mode or low-order mode laser oscillation required to realize a high-quality laser beam is reduced, and a high output cannot be obtained even when the generated laser beam is of high quality. . Further, there is a problem that the wavefront of the laser light is disturbed by a three-dimensional temperature distribution or stress distribution generated near the input / output surface of the slab.

【0007】上記問題点を解決できるスラブ状のレーザ
媒体を用いたレーザ装置および固体レーザが、特開平4
-16397号公報および特開平4-30484号公報に
開示されている。これらは、二枚のスラブ状レーザ媒体
を間隔を置いて配備し、その間にレーザ光を発振させる
固体スラブレーザである。このような固体スラブレーザ
の構造では、レーザ媒質を含有する二枚のスラブ媒体の
各アスペクト比を大きくできる一方、二枚のスラブ媒体
に挟まれた透明スラブ体または空間を含んで形成される
スラブ状のレーザ増幅媒体の総合断面の厚さは、入射さ
れるレーザ光の直径とほぼ同一の寸法に設定できる自由
度があるため、低次モードのレーザ光の発振でも効率が
低下しないという利点がある。
A laser device using a slab-shaped laser medium and a solid-state laser capable of solving the above problems are disclosed in
-16397 and JP-A-4-30484. These are solid-state slab lasers in which two slab-shaped laser media are arranged at intervals and a laser beam is oscillated between them. In such a solid slab laser structure, while the aspect ratio of each of two slab media containing a laser medium can be increased, a slab formed including a transparent slab body or a space sandwiched between two slab media is provided. The thickness of the overall cross section of the laser-amplified medium has a degree of freedom that can be set to almost the same size as the diameter of the incident laser light. Therefore, there is an advantage that the efficiency does not decrease even in the oscillation of low-order mode laser light. is there.

【0008】図8には、特開平4-16397号公報で
開示されているコンポジットスラブ構造のレーザ装置1
100が示されている。これは、二枚の比較的薄いスラ
ブ状のレーザ増幅媒体1110が中心部の透明スラブ材
1111を両側から挟み融着している。このようなコン
ポジットスラブ構造では、レーザ増幅媒体1110の外
側から照射される励起光を吸収して発熱するレーザ増幅
媒体1110が薄いので排熱が容易なため、大きな励起
光を投入してもスラブの光熱効果が現れ難く、またスラ
ブの熱破壊が起こり難い。
FIG. 8 shows a laser device 1 having a composite slab structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-16397.
100 is shown. In this case, two relatively thin slab-shaped laser amplification media 1110 are fused by sandwiching a central transparent slab material 1111 from both sides. In such a composite slab structure, since the laser amplification medium 1110 that absorbs the excitation light emitted from the outside of the laser amplification medium 1110 and generates heat is thin, it is easy to exhaust heat. The photothermal effect is hard to appear, and the slab is hardly thermally damaged.

【0009】しかしながら、レーザ媒体をコンポジット
化するためには、融着される異なるレーザ媒質材料の屈
折率を同一に調整し、その境界面には残留応力が残らな
いようにする必要がある。このため、各材料の光屈折率
が同一になるのみならず、それらの熱膨張係数が同一に
なるように材料の調合と融着温度の精密制御が必要であ
る。従って、高出力に必要な寸法のコンポジットスラブ
の製造が複雑で極めて困難であるという問題点がある。
更に、コンポジットスラブの構成でも、中心部分の透明
スラブ媒体の光入出力面近傍では3次元の温度分布また
は応力分布によりレーザ光の波面が乱されるなどの問題
点がある。
However, in order to make the laser medium composite, it is necessary to adjust the refractive index of different laser medium materials to be fused to be the same so that no residual stress remains at the boundary surface. For this reason, it is necessary not only to make the refractive index of each material the same, but also to prepare the materials and to precisely control the fusion temperature so that their thermal expansion coefficients become the same. Therefore, there is a problem that the production of a composite slab having a size required for high output is complicated and extremely difficult.
Further, even in the configuration of the composite slab, there is a problem that the wavefront of the laser light is disturbed by the three-dimensional temperature distribution or the stress distribution near the light input / output surface of the transparent slab medium at the center.

【0010】上記問題点を解決できる固体スラブレーザ
に、図9に示される、特開平4-30484号公報に開
示された二枚のスラブ状のレーザ媒体を用いた固体レー
ザがある。この固体レーザは、共振器によって二枚のレ
ーザ媒体1210の内部と二枚のレーザ媒体1210に
挟まれた部分とに形成される発振レーザ光1220のジ
グザグ光路に沿ってレーザ媒体を励起するように指向性
を有し、出力パワー密度の大きい個別の半導体レーザを
励起光源1230として配置して用いている。
As a solid-state slab laser capable of solving the above-mentioned problems, there is a solid-state laser using two slab-shaped laser media disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-30484 shown in FIG. This solid-state laser excites the laser medium along the zigzag optical path of the oscillating laser light 1220 formed inside the two laser mediums 1210 and the portion sandwiched between the two laser mediums 1210 by the resonator. Individual semiconductor lasers having directivity and high output power density are arranged and used as the excitation light source 1230.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体ス
ラブレーザを用いる装置では、個別の出力パワー密度の
大きい励起用半導体レーザの出力光をジグザグ光路に沿
ってレーザ媒体に入射して内部の発振レーザ光を励起し
ている。しかし、励起用レーザ光は励起のためのレーザ
媒体を一度のみ透過するため、励起光のスラブレーザ媒
体に吸収される効率が低いので、大きな出力を得ること
が望めないという問題点がある。この問題を解決するた
め、複数の励起用半導体レーザを備える場合には、経済
性が劣るという問題点が発生する。また、複数の励起用
半導体レーザの使用によりスラブレーザ媒体の冷却が必
要となるが、上述した構造には流体などによるスラブレ
ーザ媒体の強制冷却機構が開示されていないため、高出
力動作の実施は不可能であるという実用上の問題点があ
る。
In the above-mentioned apparatus using the conventional solid-state slab laser, the output light of the individual pumping semiconductor laser having a large output power density is incident on the laser medium along a zigzag optical path to oscillate the internal laser. Exciting laser light. However, since the excitation laser light is transmitted only once through the laser medium for excitation, the efficiency of absorption of the excitation light by the slab laser medium is low, so that there is a problem that it is not possible to obtain a large output. In order to solve this problem, when a plurality of pumping semiconductor lasers are provided, there is a problem that economic efficiency is deteriorated. Further, the use of a plurality of pumping semiconductor lasers requires cooling of the slab laser medium. However, the above-mentioned structure does not disclose a forced cooling mechanism of the slab laser medium by a fluid or the like. There is a practical problem that it is impossible.

【0012】本発明の課題は、このような問題点を解決
し、高品質と高出力と出力可変性とを安定して実現でき
る、低価格で高性能な固体スラブレーザ装置を提供する
ことである。
An object of the present invention is to provide a low-cost, high-performance solid-state slab laser device which can stably realize high quality, high output, and output variability by solving such problems. is there.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明による固体スラブ
レーザ装置は、生起するレーザ光がジグザグ光路で進行
する方向を長手方向とし、この長手方向に垂直な面内で
平行線をなして中心部空間を挟み対向配置される二枚の
スラブ状のレーザ媒体と、前記レーザ媒体を所定位置に
固定する固定具とを備え、前記レーザ媒体は前記中心部
空間に対向して第1の光学薄膜がコーティングされる内
側面と前記中心部空間とは反対面となり第2の光学薄膜
がコーティングされる外側面とを有し、励起光は前記二
枚のスラブ状レーザ媒体の内部を通過してレーザ媒体内
部を励起し、発振したレーザ光は、前記外側面の内面で
前記第2の光学薄膜により選択的に全反射し、前記内側
面では前記第1の光学薄膜により無反射で透過すること
により、前記外側面の内側で、前記スラブ状のレーザ媒
体と前記中心部空間とを交互に通過して前記ジグザグ光
路を形成している。
A solid slab laser device according to the present invention has a longitudinal direction in which a generated laser beam travels in a zigzag optical path, and forms a parallel line in a plane perpendicular to the longitudinal direction. A laser medium comprising two slab-shaped laser media disposed opposite to each other with a space therebetween, and a fixture for fixing the laser medium at a predetermined position, wherein the laser medium faces the central space and a first optical thin film is provided. An inner surface to be coated and an outer surface opposite to the central space and coated with a second optical thin film, and the excitation light passes through the inside of the two slab-shaped laser media and the laser medium The laser light that excites the inside and oscillates is selectively totally reflected by the second optical thin film on the inner surface of the outer surface, and is transmitted without reflection by the first optical thin film on the inner surface, The outside In the inside to form the zigzag optical path through the said slab-shaped laser medium said central space alternately.

【0014】このように、励起光は対向する二枚のスラ
ブ状のレーザ媒体の両者を全面にわたり透過し、励起で
きるので、これに適した形状の励起光源を用いることが
できる。従って、励起光としては出力を局所的に集中す
る必要がないので、出力パワー密度が大きく従って寿命
を長く保ち難い高出力の励起用レーザ光源を不要にする
ことができる。
As described above, since the excitation light can pass through both of the two opposing slab-shaped laser media over the entire surface and can be excited, an excitation light source having a shape suitable for this can be used. Accordingly, since it is not necessary to locally concentrate the output of the pumping light, it is possible to eliminate the need for a high-output pumping laser light source which has a large output power density and thus has a long life.

【0015】更に、本発明による固体スラブレーザ装置
は、前記固定具を含み前記中心部空間を形成する部分の
内側表面が前記励起光の90%以上を反射する鏡面であ
ることが望ましい。このような鏡面により、レーザ媒体
を固定する固定具の内部空間に励起光を閉じ込めて、有
効に励起光を活用することができる。
Further, in the solid-state slab laser device according to the present invention, it is preferable that an inner surface of a portion including the fixing tool and forming the central space is a mirror surface reflecting 90% or more of the excitation light. With such a mirror surface, the excitation light can be confined in the internal space of the fixture for fixing the laser medium, and the excitation light can be used effectively.

【0016】また、前記固定具が、レーザ光の入射口お
よび出射口それぞれにレーザ光の透過可能な気密部材を
有して前記中心部空間を気密形成し、所定の流量および
気圧をもって前記レーザ媒体の形状を補正する気体を前
記中心部空間に導入する気体導入路を更に備えることが
望ましい。このような気体の導入により、レーザ媒体の
外壁面に冷却用流体を流す際にレーザ媒体の形状が変形
することを防止することができる。
Further, the fixture has an airtight member through which laser light can pass, at each of an entrance and an exit of the laser beam, to form the central space hermetically, and the laser medium has a predetermined flow rate and pressure. It is preferable to further include a gas introduction path for introducing a gas for correcting the shape of the gas into the central space. By introducing such a gas, it is possible to prevent the shape of the laser medium from being deformed when the cooling fluid flows on the outer wall surface of the laser medium.

【0017】また、前記二枚のスラブ状のレーザ媒体そ
れぞれの側面は前記長手方向で所定の角度を有して配置
されること、または、平行な前記二枚のスラブ状のレー
ザ媒体により形成される前記中心部空間でレーザ光が入
射および出射する端部に配備され入射および出射する前
記レーザ光の光軸が前記レーザ媒体の側面に平行になる
プリズムを備えることが望ましい。プリズムによりレー
ザビームの方向を調整することができる。
The side surfaces of the two slab-shaped laser media may be arranged at a predetermined angle in the longitudinal direction, or may be formed by the two parallel slab-shaped laser media. Preferably, a prism is provided at an end of the central space where the laser light enters and exits, and an optical axis of the laser light entering and exiting is parallel to a side surface of the laser medium. The direction of the laser beam can be adjusted by the prism.

【0018】また、本発明による具体的な一つの固体ス
ラブレーザ装置は、前記レーザ媒体が、前記中心部空間
を挟んで対向して配置され光学薄膜がコーティングされ
る内側面と前記中心部空間とは反対面で励起面として外
側から励起光が照射される外側面とを有し、励起光が前
記二枚のスラブ状レーザ媒体の内外側面を通過してレー
ザ媒体内部を励起している。
In one specific solid-state slab laser device according to the present invention, the laser medium is disposed so as to oppose the central space and an inner surface on which an optical thin film is coated and the central space are disposed. Has an outer surface on the opposite side to which excitation light is irradiated from the outside as an excitation surface, and the excitation light passes through the inner and outer surfaces of the two slab-shaped laser media to excite the inside of the laser medium.

【0019】この装置において、前記励起光を発射する
面にあり前記励起光を発射する励起光源部分を除き前記
二枚のレーザ媒体を透過して到来する前記励起光を反射
する反射面と、この反射面と前記励起光が透過する前記
レーザ媒体の外側面との間で前記励起光の光路の周囲を
囲って前記固定具を含み形成され内部の励起光を反射す
る内壁面と、前記レーザ媒体の外側面と所定の間隙をも
って配備され前記励起光を透過する透明部材とを更に備
え、前記反射面と前記内壁面とが内部の励起光を前記外
側面に集光する集光面をなすことが望ましい。この結
果、励起光が複数回にわたりレーザ媒体を透過すること
ができ、レーザ媒体を効果的に励起できる。
In this apparatus, a reflection surface is provided on the surface for emitting the excitation light, excluding an excitation light source portion for emitting the excitation light, for reflecting the excitation light arriving through the two laser media. An inner wall surface surrounding the optical path of the excitation light between the reflecting surface and the outer surface of the laser medium through which the excitation light is transmitted, the inner wall surface including the fixture and reflecting the internal excitation light; Further comprising a transparent member provided with a predetermined gap to the outside surface of the device and transmitting the excitation light, wherein the reflection surface and the inner wall surface form a light condensing surface for condensing the internal excitation light on the outside surface. Is desirable. As a result, the excitation light can pass through the laser medium a plurality of times, and the laser medium can be effectively excited.

【0020】更に、本発明による別の一つの固体スラブ
レーザ装置は、前記レーザ媒体は前記中心部空間に対向
して第1の光学薄膜がコーティングされる内側面と前記
中心部空間とは反対面となり第2の光学薄膜がコーティ
ングされる外側面とを有し、励起光は前記二枚のレーザ
媒体それぞれにおける幅方向の端面から前記長手方向に
垂直をなすと共に前記レーザ媒体の側面に平行に入射し
てレーザ媒体それぞれの両側面で全反射を繰り返して内
部を励起している。このように、励起光は二枚のレーザ
媒体それぞれの内部全体に入射されるので、これに適し
た構造を有する通常の出力の励起光源を用いることがで
きる。従って、励起光としては出力パワー密度が大きく
従って寿命を長く保ち難い高出力の励起用レーザ光源を
不要にすることができる。
Further, in another solid-state slab laser device according to the present invention, the laser medium is opposed to the central space, and an inner surface on which a first optical thin film is coated and an opposite surface to the central space. And an outer surface on which a second optical thin film is coated, and the excitation light is perpendicular to the longitudinal direction from the widthwise end faces of the two laser media and is incident parallel to the side surface of the laser medium. Then, the total reflection is repeated on both side surfaces of each of the laser media to excite the inside. As described above, since the excitation light is incident on the entire inside of each of the two laser media, a normal output excitation light source having a structure suitable for this can be used. Therefore, it is possible to eliminate the need for a high-output excitation laser light source that has a large output power density as the excitation light and thus has a long life.

【0021】更に、前記透明部材と前記外側面との間に
形成される間隙、またはレーザ媒体の外側面に接する間
隙を流体路として冷却用流体を所定方向に流すことが望
ましい。この結果、薄い厚さのスラブ状のレーザ媒体を
効率よく冷却することができる。
Further, it is preferable that a cooling fluid flows in a predetermined direction by using a gap formed between the transparent member and the outer surface or a gap in contact with the outer surface of the laser medium as a fluid path. As a result, the thin slab-shaped laser medium can be efficiently cooled.

【0022】また、レーザ媒体を内側面から冷却し温度
制御するために、レーザ媒体間の中心部空間で長手方向
であるレーザ進行方向に、または長手方向に沿ってレー
ザ媒体の固定具に単数または複数の気体の導入路および
排出路を備え、長手方向に垂直にかつスラブ状レーザ媒
体の側面に平行に冷却用気体を流すことが望ましい。
In order to cool and control the temperature of the laser medium from the inner surface, one or a plurality of fixtures for the laser medium may be provided in the center of the space between the laser media in the laser traveling direction, which is the longitudinal direction, or along the longitudinal direction. It is desirable to provide a plurality of gas introduction paths and discharge paths, and to flow the cooling gas perpendicular to the longitudinal direction and parallel to the side surface of the slab-shaped laser medium.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0024】図1は本発明に用いられるスラブ状のレー
ザ媒体の使用の一形態を示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing one mode of using a slab-shaped laser medium used in the present invention.

【0025】図1に示されたレーザ媒体10が用いられ
る固体スラブレーザでは、二枚のレーザ媒体10が平行
する同一長Lおよび厚さdを有し長手方向に長さL
だけずれた位置で等間隔dを維持して中心部空間1
1を形成している。二枚のレーザ媒体10それぞれは中
心部空間11と反対側に外側面12また中心部空間11
に接して対面する内側面13それぞれを有している。
In a solid-state slab laser using the laser medium 10 shown in FIG. 1, two laser media 10 have the same length L 0 and thickness d 0 parallel to each other and have a length L in the longitudinal direction.
The center space 1 is maintained while maintaining the same interval d 1 at a position shifted by 1
1 are formed. Each of the two laser media 10 has an outer surface 12 and a central space 11 opposite to the central space 11.
, Each having an inner side surface 13 facing and facing.

【0026】図示されるように、直径Dのビームによる
レーザ光20がレーザ媒体10の面に対して垂直な面内
にレーザビームの光軸を置いてレーザ媒体10の面に対
して入射角θにより入射するものとする。レーザ媒体1
0の内側面13は入射レーザ光20を反射しない無反射
コーティングが施されている。一方、外側面12は入射
したレーザ光20を全反射コーティングにより内部側に
全反射する。一方の端部から入射したレーザ光は他方の
端部から入射した角度と対称な角度をもつ光路で出射す
る。従って、二つのレーザ媒体10が位置するずれの長
さLは下記数式1で表わされる。
As shown in the figure, a laser beam 20 of a beam having a diameter D is incident on the surface of the laser medium 10 at an incident angle θ with the optical axis of the laser beam placed in a plane perpendicular to the surface of the laser medium 10. It is assumed that the incident light is Laser medium 1
0 has an anti-reflection coating that does not reflect the incident laser light 20. On the other hand, the outer surface 12 totally reflects the incident laser light 20 to the inner side by the total reflection coating. Laser light incident from one end exits through an optical path having an angle symmetric to the angle incident from the other end. Accordingly, the length L 1 of the shift two laser medium 10 is located is represented by Equation 1 below.

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】すなわち、レーザ光20のビームがレーザ
媒体10の外側面12で隙間なく全面にわたって折り返
す場合の条件は、ビーム直径Dのレーザ光20がレーザ
媒体10の面に対して垂直な面内において入射角θによ
り入射するとき、スラブ状のレーザ媒体10の屈折率
n、レーザ光20が外側面12で隙間なく全面にわたっ
て折り返す回数を「1」以上の任意の整数Nとした場
合、ビーム直径Dおよびレーザ媒体10の全長Lそれ
ぞれは、下記数式2および数式3で示される。
That is, when the beam of the laser beam 20 is turned over the entire outer surface 12 of the laser medium 10 without any gap, the condition is such that the laser beam 20 having the beam diameter D is in a plane perpendicular to the surface of the laser medium 10. When incident at an incident angle θ, the refractive index n of the slab-shaped laser medium 10 and the number of times the laser light 20 is folded back over the entire surface of the outer surface 12 without any gap is an arbitrary integer N equal to or greater than “1”, and the beam diameter D And the total length L 0 of the laser medium 10 are represented by the following Expressions 2 and 3.

【0029】[0029]

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【0030】ここで、スラブ媒体がNd:YAG結晶の
場合には、n=1.82であるので、d=1.5mm
およびd=5.3mmの場合、N=3を選ぶことによ
り、L=15mm、入射角θ=70度、およびD=
4.2mmを求めることができる。またこのような条件
から、スラブ媒体10の幅方向の寸法はレーザ光のビー
ム直径Dと一致させることにより効率のよい増幅ができ
る。
Here, when the slab medium is an Nd: YAG crystal, since n = 1.82, d 0 = 1.5 mm
And d 1 = 5.3 mm, by choosing N = 3, L 0 = 15 mm, incident angle θ = 70 degrees, and D =
4.2 mm can be determined. Under these conditions, efficient amplification can be achieved by matching the dimension of the slab medium 10 in the width direction with the beam diameter D of the laser beam.

【0031】次に、図2を参照して本発明による固体ス
ラブレーザ装置について説明する。図2は、本発明の実
施の一形態として、レーザ媒体110の長手方向を紙面
に対して垂直方向とした場合の横断面を示す説明用横断
面図である。
Next, a solid slab laser device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing a cross-section when the longitudinal direction of the laser medium 110 is a direction perpendicular to the sheet of paper as one embodiment of the present invention.

【0032】図2に示された固体スラブレーザ装置は、
中央部分に、図1に示される形状を有する二枚のレーザ
媒体110と、二枚のレーザ媒体110を図1に示され
るようにほぼ平行に対向して位置する構造を維持すると
共に閉空間である中心部空間111を形成する固定具1
40と、二枚のレーザ媒体110それぞれにおける外側
面の外側に沿って所定の間隙をもって配置される二つの
透明部材150とを備えている。レーザ媒体110を励
起する励起光130はレーザ媒体110それぞれの外側
に配置される二つの透明部材150の外側からレーザ媒
体110の外側面のほぼ全域を照射する。
The solid-state slab laser device shown in FIG.
In the central portion, two laser media 110 having the shape shown in FIG. 1 and a structure in which the two laser media 110 are positioned substantially parallel and opposed to each other as shown in FIG. Fixture 1 forming a certain central space 111
40, and two transparent members 150 arranged at a predetermined gap along the outside of the outer surface of each of the two laser media 110. Excitation light 130 for exciting the laser medium 110 irradiates substantially the entire outer surface of the laser medium 110 from outside the two transparent members 150 disposed outside each of the laser medium 110.

【0033】固定具140は、中心部空間111を形成
する内面を鏡面141として中心部空間111内の励起
光130を反射により閉じ込め、外部から入射する励起
光130をレーザ媒体110内部でレーザ光120の励
起に使用したうえ、中心部空間111内を透過させて再
度、対向位置のレーザ媒体110内部でレーザ光120
の励起に使用し外側面から出射できる。効率よい励起光
130の閉じ込めには、鏡面141は、励起光の90パ
ーセント以上を反射することが望ましい。
The fixture 140 uses the inner surface forming the central space 111 as a mirror surface 141 to confine the excitation light 130 in the central space 111 by reflection, and converts the excitation light 130 incident from the outside into the laser light 120 inside the laser medium 110. And the laser beam 120 is transmitted through the central space 111, and again within the laser medium 110 at the opposing position.
And can be emitted from the outer surface. For efficient confinement of the excitation light 130, it is desirable that the mirror surface 141 reflects 90% or more of the excitation light.

【0034】また、固定具140は、中心部空間111
の両端部におけるレーザ光120の入射口および出射口
それぞれにレーザ光120の透過可能な気密部材を有し
て中心部空間111を気密形成し、所定の流量および気
圧をもってレーザ媒体110の形状を補正する気体を中
心部空間111に導入する気体導入路142を備えてい
る。更にレーザ媒体110の外側面とその外側に配置さ
れる透明部材150との間に形成される間隙は、冷却用
流体を所定方向に流す流体路143として設けられる。
The fixture 140 is provided in the central space 111.
Each of the entrance and exit of the laser beam 120 at both ends has a hermetic member through which the laser beam 120 can pass to form a central space 111 in an airtight manner, and corrects the shape of the laser medium 110 with a predetermined flow rate and pressure. A gas introduction path 142 for introducing the gas to be introduced into the central space 111 is provided. Further, a gap formed between the outer surface of the laser medium 110 and the transparent member 150 disposed outside the laser medium 110 is provided as a fluid path 143 through which a cooling fluid flows in a predetermined direction.

【0035】更に、固定具140は、二つの透明部材1
50の外側からレーザ媒体110の外側面のほぼ全域を
照射する励起光130を発射する励起光源131をレー
ザ媒体110の外側対向面に保持する励起光130の閉
じ込め部145を有している。閉じ込め部145のほぼ
全域が透明部材150により占有されている。
Further, the fixing member 140 includes two transparent members 1.
An excitation light source 131 that emits the excitation light 130 that irradiates almost the entire outer surface of the laser medium 110 from the outside of the laser medium 110 has a confinement portion 145 for the excitation light 130 that holds the excitation light 130 on the outer facing surface of the laser medium 110. Almost the entire area of the confinement section 145 is occupied by the transparent member 150.

【0036】透明部材150は、励起光源131から発
射される励起光130を透過してレーザ媒体の外側面に
対向する透過面151から放射する。
The transparent member 150 transmits the excitation light 130 emitted from the excitation light source 131 and radiates it from the transmission surface 151 facing the outer surface of the laser medium.

【0037】透明部材150は、励起光130を発射す
る励起光源131部分を除き金属薄膜によりコーティン
グされ、レーザ媒体の外側面を透過して到来する前記励
起光を反射する反射面152と、この反射面152とレ
ーザ媒体110の外側面との間で励起光130光路の周
囲を囲って形成され金属薄膜によりコーティングされて
内部の励起光を反射する鏡面である中間壁面153とを
備え、これら反射面152と中間壁面153とは、内部
の励起光130をレーザ媒体110の外側面に集光する
集光面を形成している。
The transparent member 150 is coated with a metal thin film except for the portion of the excitation light source 131 that emits the excitation light 130, and reflects the excitation light transmitted through the outer surface of the laser medium and reflects the excitation light. An intermediate wall surface 153 which is formed between the surface 152 and the outer surface of the laser medium 110 so as to surround the optical path of the excitation light 130, is coated with a metal thin film, and is a mirror surface which reflects the internal excitation light; 152 and the intermediate wall surface 153 form a light-collecting surface that focuses the internal excitation light 130 on the outer surface of the laser medium 110.

【0038】中心部空間111は、空気またはヘリウム
ガスなどの気体を充満させ、密封することができるが、
気体導入路142を用いて気体を流すことによりスラブ
状のレーザ媒体110を冷却することができる。更に、
レーザ媒体110の外側面と透明部材150との間に形
成される流体路143にはレーザ光120のジグザグ光
路の面に垂直な方向で、レーザ媒体110の長手方向ま
たは幅方向に冷却用流体が流されレーザ媒体110を冷
却する。この冷却用流体が有する圧力によりスラブ状の
レーザ媒体110が機械的に変形を受けることがある
が、レーザ媒体110が曲率をもつような場合には中心
部空間111内部の気体圧力値を制御して機械的変形を
補償するよう外部から調整することができる。
The central space 111 can be filled with a gas such as air or helium gas and sealed.
The slab-shaped laser medium 110 can be cooled by flowing gas using the gas introduction path 142. Furthermore,
In a fluid path 143 formed between the outer surface of the laser medium 110 and the transparent member 150, a cooling fluid is provided in the longitudinal direction or the width direction of the laser medium 110 in a direction perpendicular to the surface of the zigzag optical path of the laser light 120. The flowing laser medium 110 is cooled. The slab-shaped laser medium 110 may be mechanically deformed by the pressure of the cooling fluid. If the laser medium 110 has a curvature, the gas pressure value in the central space 111 is controlled. Can be adjusted externally to compensate for mechanical deformation.

【0039】励起光源131から放射された励起光13
0は、透明部材150を透過してレーザ媒体110の励
起面であるほぼ全外側面から内部へ入射してレーザ媒体
110を励起する。従って、レーザ媒体110の外側面
および透明部材150の透過面151は励起光に対して
反射のない無反射コーティングされていることが望まし
い。また、励起光源131から放射される励起光130
が効率よくレーザ媒体110に到達するために透明部材
150の反射面152と中間壁面153とで形成される
集光面が励起光130を導いている。更に、レーザ媒体
110を透過した励起光130は、中心部空間111を
形成する鏡面141で中心部空間111内に閉じ込めら
れ、他方のレーザ媒体110へ導かれる。
The excitation light 13 emitted from the excitation light source 131
0 excites the laser medium 110 by transmitting through the transparent member 150 and entering the inside of the laser medium 110 from almost the entire outer surface that is the excitation surface. Therefore, it is desirable that the outer surface of the laser medium 110 and the transmission surface 151 of the transparent member 150 are coated with an anti-reflection coating that does not reflect excitation light. The excitation light 130 emitted from the excitation light source 131
In order to efficiently reach the laser medium 110, the light-collecting surface formed by the reflection surface 152 and the intermediate wall surface 153 of the transparent member 150 guides the excitation light 130. Further, the excitation light 130 transmitted through the laser medium 110 is confined in the central space 111 by the mirror surface 141 forming the central space 111 and guided to the other laser medium 110.

【0040】従って、励起光130は一方のレーザ媒体
110から中心部空間111を介して反対側の二番目の
レーザ媒体110を透過し、更に、透明部材150の反
射面152と中間壁面153とで形成される集光面で反
射して再度折り返し、かつ新たに励起光源から放射され
る励起光130に加わって先に二番目となった三番目の
レーザ媒体110を透過し、レーザ光120を励起する
ことができる。
Therefore, the excitation light 130 passes through the second laser medium 110 on the opposite side from the one laser medium 110 via the central space 111, and furthermore, is reflected by the reflection surface 152 and the intermediate wall surface 153 of the transparent member 150. The laser light 120 is reflected by the formed condensing surface, turned back again, and added to the excitation light 130 newly emitted from the excitation light source and transmitted through the third laser medium 110, which has become the second, to excite the laser light 120. can do.

【0041】励起光130としては、一次元半導体レー
ザアレイを用いることができる。また、上記集光面の一
部である反射面152の位置に2次元半導体レーザアレ
イを配置することにより、より高い励起強度を得ること
ができる。
As the excitation light 130, a one-dimensional semiconductor laser array can be used. Further, by arranging the two-dimensional semiconductor laser array at the position of the reflection surface 152 which is a part of the light-collecting surface, higher excitation intensity can be obtained.

【0042】次に、図3を参照して図2と異なる本発明
による固体スラブレーザ装置について説明する。図3
は、本発明の実施の一形態として、レーザ媒体110の
長手方向を紙面に対して垂直方向とした場合の横断面を
示す説明用横断面図である。
Next, a solid slab laser device according to the present invention, which is different from FIG. 2, will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a cross section when a longitudinal direction of a laser medium 110 is a direction perpendicular to a paper surface as one embodiment of the present invention.

【0043】図3に示された固体スラブレーザ装置が図
2と相違する点は、図2の透明部材150の代わりに二
枚のレーザ媒体110それぞれにおける外側面の外側に
沿って所定の間隙をもって配置される平板形状をなす二
枚の透明部材160を備えていることである。従って、
閉じ込め部145は、励起光130を発射する励起光源
131部分を除き、レーザ媒体の外側面を透過して到来
する前記励起光を反射する反射面146と、この反射面
146と励起光130が透過する透明部材150表面と
の間で励起光130光路の周囲を囲って形成され内部の
励起光を反射する鏡面である中間壁面147とを備え、
これら反射面146と中間壁面147とは、内部の励起
光130をレーザ媒体110の外側面に集光する集光面
を形成している。すなわち、励起光源131から放射さ
れる励起光130が効率よくレーザ媒体110に到達す
るために閉じ込め部145の反射面146と中間壁面1
47とで形成される集光面が励起光130を導いてい
る。
The solid slab laser device shown in FIG. 3 differs from that of FIG. 2 in that a predetermined gap is provided along the outer surface of each of the two laser media 110 instead of the transparent member 150 of FIG. That is, two transparent members 160 each having a flat plate shape are provided. Therefore,
Except for the excitation light source 131 that emits the excitation light 130, the confinement unit 145 includes a reflection surface 146 that reflects the excitation light that is transmitted through the outer surface of the laser medium and that transmits the reflection surface 146 and the excitation light 130. An intermediate wall surface 147 which is a mirror surface formed around the optical path of the excitation light 130 between itself and the surface of the transparent member 150 to reflect the excitation light therein.
The reflecting surface 146 and the intermediate wall surface 147 form a condensing surface that condenses the internal excitation light 130 on the outer surface of the laser medium 110. That is, in order for the excitation light 130 emitted from the excitation light source 131 to efficiently reach the laser medium 110, the reflection surface 146 of the confinement unit 145 and the intermediate wall surface 1
The light-collecting surface formed by the light-guiding surface 47 guides the excitation light 130.

【0044】上述した相違点以外は、図2と同様であ
り、構成要素には同一番号符号を付与してその説明は省
略する。
Except for the differences described above, the configuration is the same as that of FIG. 2, and the same reference numerals are given to the components, and the description thereof will be omitted.

【0045】次に、図4を参照して図2または図3と異
なる固体スラブレーザ装置について説明する。図4は、
本発明による別の実施の一形態として、レーザ媒体21
0の長手方向を紙面に対して垂直方向とした場合の横断
面を示す説明用断面図である。
Next, a solid slab laser device different from FIG. 2 or FIG. 3 will be described with reference to FIG. FIG.
As another embodiment of the present invention, the laser medium 21
It is explanatory sectional drawing which shows the cross section when the longitudinal direction of 0 is made into a perpendicular direction with respect to a paper surface.

【0046】図4に示された固体スラブレーザ装置は、
中央部分に、図1に示される形状を有する二枚のレーザ
媒体210と、二枚のレーザ媒体210を図1に示され
るようにほぼ平行に対向して位置する構造を維持すると
共に閉空間である中心部空間211を形成する固定具2
40とを備えている。レーザ媒体210を励起する励起
光230はスラブ状のレーザ媒体210それぞれの長手
方向に垂直に幅方向に細い両側面のほぼ全域を照射す
る。
The solid-state slab laser device shown in FIG.
In the central portion, two laser media 210 having the shape shown in FIG. 1 and a structure in which the two laser media 210 are positioned substantially parallel and opposed to each other as shown in FIG. Fixture 2 forming a certain central space 211
40. Excitation light 230 that excites the laser medium 210 irradiates substantially the entire area of both sides of the slab-shaped laser medium 210 that is thin in the width direction perpendicular to the longitudinal direction.

【0047】従って、励起光230はスラブ状のレーザ
媒体210の内壁面で全反射を繰り返して内部に閉じ込
められ、効率よくレーザ媒体210を励起することがで
きる。更に中心部空間211に面する固定具240の内
壁面を鏡面241として、中心部空間211に漏れる励
起光230を閉じ込めて他の側のレーザ媒体210へ導
く構成が好ましい。
Therefore, the excitation light 230 is confined inside by repeating total reflection on the inner wall surface of the slab-shaped laser medium 210, and can excite the laser medium 210 efficiently. Further, it is preferable that the inner wall surface of the fixture 240 facing the central space 211 be a mirror surface 241 and the excitation light 230 leaking into the central space 211 be confined and guided to the laser medium 210 on the other side.

【0048】中心部空間211は、図2での説明と同様
に空気またはヘリウムガスなどの気体を充満させ、密封
することができるが、気体導入路242により気体を流
すことによりスラブ状のレーザ媒体210を冷却するこ
とができる。
The center space 211 can be filled with a gas such as air or helium gas and sealed in the same manner as described with reference to FIG. 2, but the slab-shaped laser medium is formed by flowing the gas through the gas introduction passage 242. 210 can be cooled.

【0049】更に、固定具240は、二枚のスラブ状の
レーザ媒体210それぞれの外側面に形成される流体路
243にはレーザ光220のジグザグ光路の面に垂直な
方向で、レーザ媒体210の長手方向または幅方向に冷
却用流体が流されレーザ媒体210を冷却する。この冷
却用流体が有する圧力によりスラブ状のレーザ媒体21
0が機械的に変形を受けることがあるが、レーザ媒体2
10が曲率をもつような場合には中心部空間211内部
の気体圧力値を制御して機械的変形を補償するよう外部
から調整することができる。
Further, the fixture 240 is provided on the fluid path 243 formed on the outer surface of each of the two slab-shaped laser media 210 in a direction perpendicular to the plane of the zigzag optical path of the laser light 220. A cooling fluid flows in the longitudinal direction or the width direction to cool the laser medium 210. Due to the pressure of the cooling fluid, the slab-shaped laser medium 21
0 may be mechanically deformed, but the laser medium 2
In the case where 10 has a curvature, it can be adjusted from the outside so as to control the gas pressure value in the central space 211 to compensate for the mechanical deformation.

【0050】励起光230としては、上記同様一次元半
導体レーザアレイを用いることができる。
As the excitation light 230, a one-dimensional semiconductor laser array can be used as described above.

【0051】次に、図5を参照して上述したものとレー
ザ媒体の配置が異なる固体スラブレーザ装置について説
明する。図5は、本発明による別の実施の一形態とし
て、レーザ媒体310の幅方向を紙面に対して垂直方向
とした場合の側面を示す説明用側面図である。
Next, a description will be given of a solid slab laser device in which the arrangement of the laser medium is different from that described above with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory side view showing a side surface when the width direction of the laser medium 310 is a direction perpendicular to the paper surface as another embodiment of the present invention.

【0052】上述した互いに平行に配置され組み込まれ
ているものに対し、図5に示される二枚のスラブ状のレ
ーザ媒体310は、幅方向の横断面では平行であるが長
手方向の縦断面では角度θの傾斜をもって配置されて
いる。
In contrast to the above-described ones arranged and incorporated in parallel with each other, the two slab-shaped laser media 310 shown in FIG. 5 are parallel in the cross section in the width direction, but are parallel in the cross section in the longitudinal direction. It is arranged with the inclination angle theta 1.

【0053】この傾斜のため、入射されたレーザ光32
0はスラブ状のレーザ媒体310の内部および内側空間
311を多数回反射してジグザグ光路を形成し、入射側
へ戻ることができる。二枚のスラブ状のレーザ媒体31
0は内側空間311を有するので、上記傾斜角度θ
大きさを調整することが容易である。また、レーザ光3
20を励起増幅および出射するためレーザ光320の全
反射鏡312および出力鏡313が設けられる。
Because of this inclination, the incident laser beam 32
Numeral 0 reflects the inside and inner space 311 of the slab-shaped laser medium 310 many times to form a zigzag optical path and return to the incident side. Two slab-shaped laser media 31
Since 0 has the inner space 311, it is easy to adjust the size of the inclination angle θ 1 . In addition, laser light 3
A total reflection mirror 312 and an output mirror 313 of the laser beam 320 are provided for exciting, amplifying, and emitting the light 20.

【0054】次に、図6を参照して上述した二枚のスラ
ブ状のレーザ媒体の両端部に光学プリズムを配備した固
体スラブレーザ装置について説明する。
Next, a solid slab laser device in which optical prisms are provided at both ends of the above-mentioned two slab-shaped laser media will be described with reference to FIG.

【0055】図6に示されるように、二枚のスラブ状の
レーザ媒体410の長手方向で、中心部空間411の端
部に形成される開口部分斜面を塞ぐプリズム412は、
中心部空間411と同一の横断面形状を有し、中心部空
間411と反対側の斜面は、スラブ状のレーザ媒体41
0の平面と平行に入射するレーザ光420のビームがプ
リズム412の内部およびレーザ媒体310の内部並び
に内側空間311を多数回反射してジグザグ光路を形成
できる角度を有している。従って、レーザ媒体410が
形成する中心部空間411の両端部、すなわちレーザ光
420の入射部および出射部にプリズム412を配備し
てビームの方向を調整することができる。
As shown in FIG. 6, a prism 412 for closing a slope of an opening formed at an end of a central space 411 in the longitudinal direction of two slab-shaped laser media 410 is provided.
It has the same cross-sectional shape as the central space 411, and the slope on the opposite side to the central space 411 is a slab-shaped laser medium 41.
The angle of the laser beam 420 incident parallel to the plane 0 is such that the beam can be reflected many times inside the prism 412, inside the laser medium 310 and inside space 311 to form a zigzag optical path. Therefore, it is possible to adjust the beam direction by disposing the prisms 412 at both ends of the central space 411 formed by the laser medium 410, that is, at the entrance and exit of the laser light 420.

【0056】図2から図6までに説明された固体スラブ
レーザ装置では、図1に示されるような二枚のスラブ状
のレーザ媒体が採用されている。従って、二枚のスラブ
状媒体間における距離すなわち中心部空間の厚さを調整
することにより低次モードのレーザ光の発振でもモード
体積の重なりを十分に確保できる。一方、各スラブ媒体
の厚さはビームのモード直径とは無関係に自由に選べ
る。このため、上記スラブ媒体のアスペクト比を大きく
することによってスラブの冷却効率を向上させるととも
に高い励起入力を与えることが可能になる。
In the solid-state slab laser device described in FIGS. 2 to 6, two slab-shaped laser media as shown in FIG. 1 are employed. Accordingly, by adjusting the distance between the two slab-shaped media, that is, the thickness of the central space, it is possible to sufficiently secure the overlap of the mode volumes even in the oscillation of the low-order mode laser light. On the other hand, the thickness of each slab medium can be freely selected independently of the mode diameter of the beam. Therefore, by increasing the aspect ratio of the slab medium, it is possible to improve the cooling efficiency of the slab and to provide a high excitation input.

【0057】また、レーザ光路に沿っては中空部分があ
るため、スラブ単体のレーザ光入出力面近傍に生じる3
次元の温度分布、応力分布によるレーザ光波面の擾乱も
しくはジグザグ光路中の熱複屈折および熱レンズ効果
は、薄いスラブ媒体内部を除き発生しない。更に、スラ
ブ単体のレーザ光入出力面近傍に生じる3次元の温度分
布または応力分布によってレーザ光の波面が乱されるな
どの問題もない。従って、高い励起入力のもとでも、低
い励起入力の場合と同一の高品質ビームを安定して出力
できる装置が容易に実現できる。
Further, since there is a hollow portion along the laser light path, a slab formed near the laser light input / output surface of the slab alone can be used.
The disturbance of the laser wavefront due to the dimensional temperature distribution and stress distribution or the thermal birefringence and thermal lens effect in the zigzag optical path do not occur except in the thin slab medium. Further, there is no problem that the wavefront of the laser light is disturbed by the three-dimensional temperature distribution or stress distribution generated near the laser light input / output surface of the slab alone. Therefore, an apparatus capable of stably outputting the same high-quality beam as in the case of a low excitation input even under a high excitation input can be easily realized.

【0058】また、本発明による固体スラブレーザ装置
は精密な温度制御のもとに高温融着により合成されたコ
ンポジットスラブ型と比べて機械的に組み立てられる構
造のため、長い寸法のスラブ状レーザ媒体が容易に実現
可能であり、安価でかつ高出力なレーザ光を容易に得る
ことができる。
Further, the solid slab laser device according to the present invention has a structure that can be mechanically assembled as compared with a composite slab type synthesized by high-temperature fusion under precise temperature control. Can be easily realized, and a low-cost and high-output laser beam can be easily obtained.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
品質と高出力と安定した出力可変性とを容易に実現でき
る、低価格で高性能な固体スラブレーザ装置を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a low-cost, high-performance solid-state slab laser device capable of easily realizing high quality, high output, and stable output variability. .

【0060】第1には、機械的に組み立てられる構造の
ため、長い寸法のスラブ媒体が空間を挟んで中空の固体
スラブレーザを形成可能であり、従って、安価なかつ高
出力なレーザ光を容易に得ることができる。
First, since the structure is mechanically assembled, a slab medium having a long dimension can form a hollow solid slab laser with a space therebetween, and therefore, inexpensive and high-power laser light can be easily produced. Obtainable.

【0061】第2には、スラブ媒体の周囲に鏡面を設け
または内部で全反射するように直接入射することにより
励起光を内部に閉じ込める構造のため、スラブ媒体の励
起効率を高く維持することができるので、安価に高出力
を得ることができる。
Second, since the excitation light is confined in the slab medium by providing a mirror surface around the slab medium or directly entering the slab medium so as to be totally reflected inside, the excitation efficiency of the slab medium can be kept high. Therefore, high output can be obtained at low cost.

【0062】第3には、スラブ媒体の表面を流体により
直接冷却する構造が容易に実現できるため、高励起入力
であってもスラブ媒体はビーム品質を低下させることな
く安定に動作するので、高出力を低価格で容易に得るこ
とができる。
Third, since a structure in which the surface of the slab medium is directly cooled by a fluid can be easily realized, the slab medium operates stably without deteriorating the beam quality even with a high excitation input. The output can be obtained easily at a low price.

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

【図1】本発明に用いられるスラブ状のレーザ媒体の使
用の一形態を示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing one mode of use of a slab-shaped laser medium used in the present invention.

【図2】本発明における断面構造の実施の一形態を示す
説明用横断面図である。
FIG. 2 is an explanatory transverse sectional view showing one embodiment of a sectional structure in the present invention.

【図3】図2とは別の断面構造における実施の一形態を
示す説明用横断面図である。
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing one embodiment of a cross-sectional structure different from that of FIG. 2;

【図4】図2、3とは別の断面構造における実施の一形
態を示す説明用横断面図である。
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing one embodiment of a cross-sectional structure different from those of FIGS.

【図5】図2−4とは別のスラブ状のレーザ媒体配置の
一形態を示す側面図である。
FIG. 5 is a side view showing an embodiment of a slab-shaped laser medium arrangement different from that of FIG. 2-4.

【図6】図2−4におけるスラブ状のレーザ媒体の端部
に光学プリズムを配置した場合の一形態を示す側面図で
ある。
FIG. 6 is a side view showing an embodiment in which an optical prism is arranged at an end of the slab-shaped laser medium in FIG. 2-4.

【図7】従来のスラブ状のレーザ媒体を固体レーザとし
た場合の側面図(A)、および平面図(B)である。
7A and 7B are a side view (A) and a plan view (B) when a conventional slab-shaped laser medium is a solid-state laser.

【図8】従来の二枚のスラブ状レーザ媒体をコンポジッ
ト構成とした場合の側面説明図である。
FIG. 8 is an explanatory side view in the case where two conventional slab-shaped laser media have a composite structure.

【図9】従来の二枚のスラブ状レーザ媒体間に空間を設
けて配置した一例を示す側面図である。
FIG. 9 is a side view showing an example in which a space is provided between two conventional slab-shaped laser media and provided.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、110、210、310、410 レーザ媒体 11、111、211、411 中心部空間 12 外側面 13 内側面 20、120、220、320、420 レーザ光 130、230 励起光 131、231 励起光源 140、240 固定具 141、241 鏡面 142、242 気体導入路 143、243 流体路 145 閉じ込め部 146、152 反射面 147、153 中間壁面 150、160 透明部材 151 透過面 311 内側空間 412 プリズム 10, 110, 210, 310, 410 Laser medium 11, 111, 211, 411 Central space 12 Outer surface 13 Inner surface 20, 120, 220, 320, 420 Laser light 130, 230 Excitation light 131, 231 Excitation light source 140, 240 Fixture 141, 241 Mirror surface 142, 242 Gas introduction path 143, 243 Fluid path 145 Enclosure 146, 152 Reflection surface 147, 153 Intermediate wall surface 150, 160 Transparent member 151 Transmission surface 311 Inner space 412 Prism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山根 毅士 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5F072 AB02 AK04 FF03 JJ04 JJ05 KK05 KK30 PP07 TT01 TT16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takeshi Yamane 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo F-term within NEC Corporation 5F072 AB02 AK04 FF03 JJ04 JJ05 KK05 KK30 PP07 TT01 TT16

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生起するレーザ光がジグザグ光路で進行
する方向を長手方向とし、この長手方向に垂直な面内で
平行線をなして中心部空間を挟み対向配置される二枚の
スラブ状のレーザ媒体と、前記レーザ媒体を所定位置に
固定する固定具とを備え、前記レーザ媒体は前記中心部
空間に対向して第1の光学薄膜がコーティングされる内
側面と前記中心部空間とは反対面となり第2の光学薄膜
がコーティングされる外側面とを有し、励起光は前記二
枚のスラブ状レーザ媒体の内部を通過してレーザ媒体内
部を励起し、レーザ光は、前記外側面の内面で前記第2
の光学薄膜により全反射し、前記内側面では前記第1の
光学薄膜により無反射で透過することにより、前記外側
面の内側で、前記スラブ状のレーザ媒体と前記中心部空
間とを交互に通過して前記ジグザグ光路を形成すること
を特徴とする固体スラブレーザ装置。
1. A longitudinal direction in which a generated laser beam travels in a zigzag optical path, and two slab-shaped slabs which are arranged to face each other across a central space in a plane parallel to a plane perpendicular to the longitudinal direction. A laser medium, and a fixture for fixing the laser medium in a predetermined position, wherein the laser medium is opposed to the central space and has an inner surface on which a first optical thin film is coated and is opposite to the central space. And an outer surface coated with a second optical thin film, the excitation light passes through the inside of the two slab-shaped laser media to excite the inside of the laser medium, and the laser light The second inside
Is totally reflected by the optical thin film, and passes through the inner optical surface without reflection by the first optical thin film, so that the slab-shaped laser medium and the central space alternately pass through the inner surface of the outer surface. Forming a zigzag optical path as described above.
【請求項2】 請求項1において、前記固定具を含み前
記中心部空間を形成する部分の内側表面が前記励起光の
90%以上を反射する鏡面であることを特徴とする固体
スラブレーザ装置。
2. The solid-state slab laser device according to claim 1, wherein an inner surface of a portion including the fixture and forming the central space has a mirror surface that reflects 90% or more of the excitation light.
【請求項3】 請求項1において、前記固定具が、レー
ザ光の入射口および出射口それぞれにレーザ光の透過可
能な気密部材を有して前記中心部空間を気密形成し、所
定の流量および気圧をもって前記レーザ媒体の形状を補
正する気体を前記中心部空間に導入する気体導入路を更
に備えることを特徴とする固体スラブレーザ装置。
3. The fixing device according to claim 1, wherein the fixture has an airtight member through which the laser light can pass, at each of an entrance and an exit of the laser light, so that the central space is airtightly formed. The solid-state slab laser device further comprises a gas introduction path for introducing a gas for correcting the shape of the laser medium with a pressure into the central space.
【請求項4】 請求項1において、前記二枚のスラブ状
のレーザ媒体それぞれの側面は前記長手方向で所定の角
度を有して配置されることを特徴とする固体スラブレー
ザ装置。
4. The solid-state slab laser device according to claim 1, wherein the side surfaces of the two slab-shaped laser media are arranged at a predetermined angle in the longitudinal direction.
【請求項5】 請求項1において、平行な前記二枚のス
ラブ状のレーザ媒体により形成される前記中心部空間で
レーザ光が入射および出射する端部に配備され入射およ
び出射する前記レーザ光の光軸が前記レーザ媒体の側面
に平行になるプリズムを更に備えることを特徴とする固
体スラブレーザ装置。
5. The laser beam according to claim 1, wherein the laser beam is provided at an end where laser light enters and exits in the central space formed by the two parallel slab-shaped laser media. A solid-state slab laser device, further comprising a prism having an optical axis parallel to a side surface of the laser medium.
【請求項6】 請求項1において、前記レーザ媒体は前
記中心部空間を挟んで対向して配置され前記第1の光学
薄膜がコーティングされる内側面と前記中心部空間とは
反対面で励起面として外側から励起光が照射される外側
面とを有し、励起光は前記二枚のスラブ状レーザ媒体の
内外側面を通過してレーザ媒体内部を励起することを特
徴とする固体スラブレーザ装置。
6. The laser device according to claim 1, wherein the laser medium is disposed to face the center space, and an inner surface on which the first optical thin film is coated is opposite to the center space. A solid-state slab laser device, wherein the excitation light passes through the inner and outer surfaces of the two slab-shaped laser media to excite the inside of the laser medium.
【請求項7】 請求項6において、前記励起光を発射す
る面にあり前記励起光を発射する励起光源部分を除き前
記二枚のレーザ媒体を透過して到来する前記励起光を反
射する金属薄膜によりコーティングされた反射面と、こ
の反射面と前記励起光が透過する前記レーザ媒体の外側
面との間で前記励起光の光路の周囲を囲って形成され内
部の励起光を反射する金属薄膜によりコーティングされ
た中間壁面と、前記レーザ媒体の外側面と所定の間隙を
もって対向し前記励起光を透過する透過面とを有する透
明部材を更に備え、前記反射面と前記中間壁面とが内部
の励起光を前記外側面に集光する集光面をなすことを特
徴とする固体スラブレーザ装置。
7. The metal thin film according to claim 6, wherein the metal thin film is located on a surface for emitting the excitation light and reflects the excitation light arriving through the two laser media except for an excitation light source portion for emitting the excitation light. A reflective surface coated with, and a metal thin film formed around the optical path of the excitation light between the reflection surface and the outer surface of the laser medium through which the excitation light passes and reflecting the internal excitation light. A transparent member having a coated intermediate wall surface and a transmission surface that faces the outer surface of the laser medium with a predetermined gap and transmits the excitation light, wherein the reflection surface and the intermediate wall surface have internal excitation light. A solid-state slab laser device, which forms a light-collecting surface for collecting light on the outer surface.
【請求項8】 請求項6において、前記レーザ媒体の外
側面と所定の間隙をもって対向する平板形状の透明部材
と、前記励起光を発射する面にあり前記励起光を発射す
る励起光源部分を除き前記二枚のレーザ媒体を透過して
到来する前記励起光を反射する反射面と、この反射面と
前記励起光が透過する前記透明部材との間で前記励起光
の光路の周囲を囲って形成され内部の励起光を反射する
中間壁面とを更に備え、前記反射面と前記中間壁面とが
内部の励起光を前記外側面に集光する集光面をなすこと
を特徴とする固体スラブレーザ装置。
8. The apparatus according to claim 6, excluding a plate-shaped transparent member opposed to the outer surface of the laser medium with a predetermined gap, and an excitation light source portion on the surface for emitting the excitation light and emitting the excitation light. A reflection surface that reflects the excitation light arriving through the two laser media and a transparent member that transmits the excitation light and surrounds an optical path of the excitation light between the reflection surface and the transparent member that transmits the excitation light. A solid slab laser device, further comprising an intermediate wall surface for reflecting the internal excitation light, wherein the reflection surface and the intermediate wall form a condensing surface for condensing the internal excitation light on the outer surface. .
【請求項9】 請求項7または請求項8において、前記
透明部材と前記外側面との間に形成される間隙を、冷却
用流体を所定方向に流す流体路とすることを特徴とする
固体スラブレーザ装置。
9. The solid slab according to claim 7, wherein a gap formed between the transparent member and the outer surface is a fluid passage for flowing a cooling fluid in a predetermined direction. Laser device.
【請求項10】 請求項1において、前記レーザ媒体は
前記中心部空間に対向して第1の光学薄膜がコーティン
グされる内側面と前記中心部空間とは反対面となり第2
の光学薄膜がコーティングされる外側面とを有し、励起
光は前記二枚のレーザ媒体それぞれにおける幅方向の端
面から前記長手方向に垂直をなすと共に前記レーザ媒体
の側面に平行に入射してレーザ媒体それぞれの両側面で
全反射を繰り返して内部を励起することを特徴とする固
体スラブレーザ装置。
10. The laser medium according to claim 1, wherein the laser medium faces the central space and an inner surface on which a first optical thin film is coated is opposite to the central space.
An outer surface on which an optical thin film is coated, and the excitation light is perpendicular to the longitudinal direction from the widthwise end face of each of the two laser media, and is incident parallel to the side surface of the laser medium to emit laser light. A solid-state slab laser device wherein the inside is excited by repeating total reflection on both side surfaces of each medium.
【請求項11】 請求項10において、前記レーザ媒体
の外側面に接して冷却用流体を所定方向に流す流体路を
更に備えることを特徴とする固体スラブレーザ装置。
11. The solid-state slab laser device according to claim 10, further comprising a fluid path in contact with an outer surface of said laser medium and flowing a cooling fluid in a predetermined direction.
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