JP2002076480A

JP2002076480A - 固体レーザ発振装置

Info

Publication number: JP2002076480A
Application number: JP2000253563A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Koseki; 良治小関
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【解決手段】固体レーザ発振装置１は、ヒートシンク
３と、このヒートシンク３に裏面を載置したレーザ媒質
２と、このレーザ媒質２の中央部のドープ部２Ａに対し
てヒートシンクに形成した導光孔７Ｂを介して励起光Ｌ
Ｄを照射する半導体レーザ４と、上記レーザ媒質２の同
軸上に対向して配置されて、レーザ出力光Ｌを出力する
フロントミラー５とを備えている。そして、上記レーザ
媒質２の裏面には、励起光ＬＤを透過するが、レーザ出
力光Ｌを反射するレーザ出力光用誘電体多層膜６が施さ
れている。【効果】従来に比較して固体レーザ発振装置１を小型
化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体レーザ発振装置
に関し、より詳しくは固体レーザ発振装置の小型化に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体レーザ発振装置として、冷却
手段と、この冷却手段に裏面を載置したレーザ媒質と、
このレーザ媒質に対して励起光を照射する励起光源とを
備えたものは知られている。そして、この種の固体レー
ザ発振装置では、レーザ媒質を薄肉なディスク形状と
し、このレーザ媒質内で発生する温度勾配による熱歪み
を抑制してビーム品質が劣化するのを防ぐことができる
という特徴がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体レーザ発振装置では、ディスク形状のレーザ媒質の
裏面が冷却手段に接していることから該レーザ媒質の外
周面側又は表面に対する斜め前方側に励起光源を設け、
ここからレーザ媒質に向けて励起光を照射していたの
で、幅方向における寸法が大きくなるといった欠点があ
った。上述した事情に鑑み、本発明は、従来に比較して
小型化を図ることのできる固体レーザ発振装置を提供す
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明では、冷
却手段と、この冷却手段に裏面を載置したレーザ媒質
と、このレーザ媒質に対して励起光を照射する励起光源
とを備えた固体レーザ発振装置において、上記冷却手段
に、上記レーザ媒質の裏面に臨む導光孔を設け、この導
光孔を介してレーザ媒質の裏面に励起光を照射する一
方、このレーザ媒質の裏面に、上記励起光は透過し、レ
ーザ出力光を反射する誘電体多層膜を施したものであ
る。

【０００５】上記構成によれば、レーザ媒質と励起光源
の間に冷却手段を介在させたにもかかわらず、レーザ媒
質の軸方向に励起光源を配置することができるので、従
来に比較して装置自体を小型化することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図示実施例について本発明を
説明すると、図１において、１はレーザ出力光Ｌを発振
する固体レーザ発振装置であり、本実施例では温度勾配
の小さいディスク状のレーザ媒質２を用いている。上記
固体レーザ発振装置１は、冷却手段としてのヒートシン
ク３と、このヒートシンク３の端面の中央部に裏面を載
置した上記レーザ媒質２と、このレーザ媒質２の中央部
のドープ部２Ａに対して励起光ＬＤを照射する励起光源
としての半導体レーザ４と、上記レーザ媒質２の同軸上
に対向して配置されて、レーザ出力光Ｌを出力するフロ
ントミラー５とを備えており、そして上記レーザ媒質２
の裏面には、励起光ＬＤを透過するが、レーザ出力光Ｌ
を反射するレーザ出力光用誘電体多層膜６が施されてお
り、このレーザ出力光用誘電体多層膜６と上記フロント
ミラー５との間でレーザ出力光Ｌを反射するレーザ共振
器を構成している。

【０００７】さらに詳細に説明すると、図２に示すよう
に、上記ヒートシンク３は、その軸部に形成されて上記
レーザ媒質２を収容載置する凹部７Ａを有する円形のデ
ィスク部材７と、このディスク部材７に連結されて、該
ディスク部材７との間でレーザ媒質２を挟持する環状の
抜け出し防止部材８とを備えており、この凹部７Ａの底
面に設けた突部７Ｃと抜け出し防止部材８の内周側当接
部８Ｃによってレーザ媒質２を挟持している。また上記
ディスク部材７の軸部には、軸方向に伸びるとともに、
上記レーザ媒質２の裏面に臨む導光孔７Ｂが形成されて
おり、この導光孔７Ｂは、レーザ媒質２に近づくにした
がって徐々に窄む円錐状となっており、そして、この導
光孔７Ｂの壁面は励起光ＬＤを反射することができるよ
うに反射膜７Ｂ´(金等)により被覆されている。また上
記ディスク部材７は、熱伝導率の高い銅等の素材からな
る一方、その内部には上記導光孔７Ｂを囲んで同心上に
位置する第１冷却通路１１が形成されており、この第１
冷却通路１１内に図示しない冷却水供給源から冷却水を
循環させることによって従来と同様に間接的にレーザ媒
質２を冷却するようになっている。他方上記抜け出し防
止部材８は、上記ディスク部材７の表面に当接する外周
側当接部８Ａと、この外周側当接部８Ａの内周側に連設
されて、上記凹部７Ａ内に嵌合される環状段部８Ｂと、
この環状段部８Ｂの内周側に連設されて、上記レーザ媒
質２の表面に当接する内周側当接部８Ｃとを備えてい
る。この内周側当接部８Ｃの先端の内径、すなわち開口
部８´はドープ部２Ａよりも若干小径に設定してあり、
この開口部８´によりレーザ出力光Ｌの径を決定してい
る。さらに、上記レーザ媒質２とこれを挟持するディス
ク部材７と抜け出し防止部材８との間に、該レーザ媒質
２を直接的に冷却する第２冷却通路１２が形成されてお
り、この第２冷却通路１２は、レーザ媒質２よりも若干
大きく形成した凹部７Ａとの間の間隙ならびにこの間隙
に連続するレーザ媒質２と抜け出し防止部材８の環状段
部８Ｂとの間の間隙によるものである。また上記外周側
当接部８Ｃには、抜け出し防止部材８とディスク部材７
との液密を保持するシールリング１３が嵌合される環状
溝８ｃが形成される一方、上記環状段部８Ｂには、該環
状段部８Ｂとレーザ媒質２との液密を保持するシールリ
ング１４が嵌合される環状溝８ｂが形成されている。そ
して、上記第２冷却通路１２は、軸方向に伸びる環状の
連通路１５を介して第１冷却通路１１に連通しており、
これにより第１冷却通路１１内を循環される冷却水の一
部が第２冷却通路１２内を循環するようになっている。

【０００８】次にレーザ媒質２について説明する。レー
ザ媒質２は、母結晶に対して活性元素を添加した上記ド
ープ部２Ａと、このドープ部２Ａを囲む無添加の非ドー
プ部２Ｂとを備えており、本実施例では、母結晶として
ＹＡＧを用いるとともに、活性元素としてＹｂを用いて
いる。なお活性元素としては、上記Ｙｂの他にＮｄ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｔｉ等であってもよい。上記レーザ媒質２の
裏面には、上述したレーザ出力光用誘電体多層膜６がコ
ーティングされるとともに、これと対向する表面はレー
ザ出力光用ＡＲ膜１７がコーティングされており、上記
レーザ出力光用誘電体多層膜６の外側で、上記導光孔７
Ｂに重合する部分には励起光用ＡＲ膜９がコーティング
されている。さらに、この励起光用ＡＲ膜９を除くレー
ザ出力光用誘電体多層膜６の外側およびレーザ出力光用
ＡＲ膜１７の外側、ならびにレーザ媒質２の外周面は励
起光用誘電体多層膜１８がコーティングされている。上
記レーザ出力光用ＡＲ膜１７は、励起光ＬＤならびにレ
ーザ出力光Ｌを透過するが、一方のレーザ出力光Ｌにつ
いては殆ど反射することなく透過し、また上記励起光用
誘電体多層膜１８は、励起光ＬＤだけを反射してレーザ
出力光Ｌについては透過するようになっている。他方、
上記レーザ出力光用誘電体多層膜６は、励起光ＬＤを透
過するがレーザ出力光Ｌについては殆ど透過させること
なく反射し、また励起光用ＡＲ膜９は、励起光ＬＤを殆
ど反射することなく透過するようになっている。これに
より、上記導光孔７Ｂの反射膜７Ｂ´により反射されな
がら励起光用ＡＲ膜９へと入射する励起光ＬＤは、該励
起光用ＡＲ膜９およびレーザ出力光用多層膜６を透過し
てその殆どがレーザ媒質２のドープ部２Ａに照射される
ようになっている。ところで、ドープ部２Ａに一回で吸
収されなかった一部の励起光ＬＤは、励起光用誘電体多
層膜１８により反射されるので、励起光ＬＤを外部に漏
らすことなく再びドープ部２Ａに入射させることができ
るようになっている。

【０００９】次に半導体レーザ４から発振された励起光
ＬＤを導光孔７Ｂ内に収まる光径に集光する集光手段２
０について説明する。集光手段２０は、上記ヒートシン
ク３の裏面側に連結されるとともに、上記導光孔７Ｂの
同心上に位置し、かつ該導光孔７Ｂよりも大きな円錐状
の貫通孔２１Ａを有する円形のスペーサ２１と、このス
ペーサ２１の裏面側に連結されるとともに、上記貫通孔
２１Ａの同心上に位置し、かつ軸方向に貫通する双方向
段付孔２２Ａを有するレンズ保持部材２２と、このレン
ズ保持部材２２の双方向段付孔２２Ａの大径部内に嵌合
されるとともに、この双方向段付孔２２Ａの段部と上記
スペーサ２１との間で挟持される集光レンズ２３と、こ
の集光レンズ２３と反対側の大径部内に嵌合されるとと
もに、この双方向段付孔２２Ａの段部と半導体保持部材
２４との間で挟持されるシリンドリカルレンズ２５とを
備えており、実質的に集光手段２０を構成する集光レン
ズ２３とシリンドリカルレンズ２５とはレーザ媒質２の
同軸上に位置している。

【００１０】次に励起光ＬＤを発振する半導体レーザ４
について説明する。半導体レーザ４は、上記集光手段２
０のレンズ保持手段２２の裏面側に連結される半導体レ
ーザ保持部材２４によって保持されており、より具体的
には半導体レーザ４は、上記双方向段付孔２２Ａの同心
上に位置し、かつ軸方向に伸びる段付孔２４Ａの大径部
内に嵌合されるとともに、図示しない締結具により締結
されており、すなわち該半導体レーザ４もレーザ媒質２
の同軸上に位置している。そして半導体レーザ発振装置
は、冷却水を流通循環させる冷却手段により冷却される
ようになっている。

【００１１】以上の構成を有する固体レーザ発振装置１
について説明すると、半導体レーザ４から発振された励
起光ＬＤは、シリンドリカルレンズ２５に入射するよう
になっており、このシリンドリカルレンズ２５では、楕
円状の強度分布を有する励起光ＬＤを円形状の強度分布
を有する励起光ＬＤへと修正するようになっている。上
記シリンドリカルレンズ２５によって強度分布を円形状
に修正された励起光ＬＤは、次に集光レンズ２３に入射
するようになっており、この集光レンズ２３では、励起
光ＬＤを徐々に集光させて導光孔７Ｂ内に全て入射させ
るようになっており、このとき本実施例では励起光ＬＤ
を導光孔７Ｂの反射膜７Ｂ´に反射させながら進行させ
るようになっている。上記導光孔７Ｂにより反射されな
がら進行する励起光ＬＤは、励起光用ＡＲ膜９およびレ
ーザ出力光用多層膜６を透過してその殆どがレーザ媒質
２のドープ部２Ａに照射されるようになっており、これ
によりドープ部２Ａでは、励起光ＬＤを吸収する一方
で、レーザ出力光Ｌを発振するようになっており、この
とき抜け出し防止部材８の開口部８´を通過したレーザ
出力光Ｌがフロントミラー５とレーザ出力光用誘電体多
層膜６との間で発振されるとともに、その中で位相の揃
ったレーザ出力光Ｌがフロントミラー５から出力される
ようになる。そして、ドープ部２Ａに一回で吸収されな
かった一部の励起光ＬＤは、励起光用誘電体多層膜１８
および励起光用反射膜６Ｃにより反射されて再びドープ
部２Ａに入射するので、励起光Ｌを効率よく励起に使う
ことができる。したがって、ヒートシンク３を通過させ
て励起光ＬＤをレーザ媒質２の裏面に照射させるように
した本実施例によれば、レーザ媒質２の同軸上に半導体
レーザ４および集光手段２０を配置することができるの
で、半導体レーザおよび集光手段をレーザ媒質の側方側
又は表面の斜め前方側に配置していた従来に比較して小
型化することができる。

【００１２】次に図３は本発明の第２実施例を示すもの
であり、上記第１実施例では、第２冷却通路１２を備え
ていたが、本実施例では第１冷却通路１２だけを備える
ものであり、これにより本実施例では、抜け出し防止部
材８の環状溝８ｂ、８ｃとシール部材１３、１４につい
て省略している。また本実施例では、レーザ媒質２とヒ
ートシンク３(ディスク７)をインジウム箔３０を用いて
接合している。さらに本実施例では、レーザ媒質２に効
率的に励起光ＬＤを照射するために導光孔７Ｂ内に、外
周面に金を蒸着させた反射膜３１Ａを有する円錐状の石
英ガラス３１を嵌合させている。なおそれ以外の構成は
第１実施例と同一に構成されており、第１実施例と同一
の部材には第１実施例で用いた符号と同一の符号を付し
ている。

【００１３】次に図４、図５は本発明の第３実施例を示
すマルチパスレーザ発振システムＸであり、本実施例で
は固体レーザ発振装置１を複数用いて平行、かつ高出力
なレーザ出力光Ｌを得ることができるようにしたもので
ある。すなわち、水冷式のレゾネータパイプ４０と、こ
のレゾネータパイプ４０にＸ・Ｙ方向にチルト可動可能
なホルダ(図示せず)を介して設けられた４つの固体レー
ザ発振装置１と、この固体レーザ発振装置１の左側に配
置されて、レゾネータパイプ４０にＸ・Ｙ方向にチルト
可動可能なホルダ(図示せず)を介して設けられたフロン
トミラー５と、上記固体レーザ発振装置１の右側に配置
されて、レゾネータパイプ４０に対してシュパンリング
４１を介して固定されるとともに、その一部にレーザ出
力光Ｌを通過させる貫通孔４２Ａを有する環状反射ミラ
ー４２と、この環状反射ミラー４２の右側に配置され
て、レゾネータパイプ４０にＸ・Ｙ方向にチルト可動可
能なホルダ(図示せず)を介して設けられるとともに、上
記貫通孔４２Ａを通過したレーザ出力光Ｌを反射するリ
アミラー４３とを備えており、各固体レーザ発振装置１
は、同一円上における円周方向等間隔位置に配置される
一方、各固体レーザ発振装置１は、レゾネータパイプ４
０から等しく離隔している。さらに上記環状反射ミラー
４２は、その内部に冷却水を循環させるための円周方向
に沿って延びる円弧状の冷却通路４４を備えている。な
お上記固体レーザ発振装置１は、第１実施例の固体レー
ザ発振装置１又は第２実施例の固体レーザ発振装置１と
同一の構成を有しているのでここでの説明は省略する
が、４つの固体レーザ発振装置１を、第１実施例の固体
レーザ発振装置１又は第２実施例の固体レーザ発振装置
のいずれか一方で統一してもよいし、あるいは第１実施
例の固体レーザ発振装置１と第２実施例の固体レーザ発
振装置１を組み合わせてもよい。そして上記各固体レー
ザ発振装置１は、レーザ媒質２からそれぞれレーザ出力
光Ｌを発振するとともに、そのレーザ出力光Ｌの光路を
レーザ出力光用誘電体多層膜６によって折り返すので、
該各固体レーザ発振装置１、フロントミラー５、リアミ
ラー４３および環状反射ミラー４２とによりレーザ出力
光Ｌの光路をジグザグに折り返す環状のマルチパスレー
ザ共振器を構成している。

【００１４】したがって、上述した構成を有する本実施
例によれば、各固体レーザ発振装置１から発振されたレ
ーザ出力光Ｌが発振され、固体レーザ発振装置１が単体
の場合に比較して略４倍の出力のレーザ出力光Ｌを得る
ことができるし、しかも従来の固体レーザ発振装置を４
台用いる場合に比較して小型化することができる。

【００１５】次に図６は本発明の第４実施例を示すもの
であり、上記第３実施例では環状反射ミラー４２を用い
ていたが、本実施例では環状反射ミラーに替えて４つの
固体レーザ発振装置１を設けたものであり、つまり４つ
を一組とする固体レーザ発振装置１を対向させるととも
に、これら８つの固体レーザ発振装置１から発振したそ
れぞれのレーザ出力光Ｌを同一経路上を通るようにした
ものである。なおこれ以外の構成は第３実施例と同一に
構成されており、第３実施例と同一の部材には第３実施
例で用いた符号と同一の符号を付している。このような
構成によれば、上記第３実施例と殆ど変わらない大きさ
で、上記第３実施例に比較して略２倍の出力のレーザ出
力光Ｌを得ることができる。

【００１６】次に図７は本発明の第５実施例を示すもの
であり、本実施例は基本的に第３実施例で用いたマルチ
パスレーザ発振システムＸを左右に対向させて２組設け
たものであり、本実施例では環状反射ミラー４２の両側
を多層膜とする一方、この環状反射ミラー４２の一部に
左右の固体レーザ発振装置１のレーザ出力光Ｌを結合す
るための貫通孔４２Ｂを備えている。なおこれ以外の構
成は第３実施例と同一に構成されており、第３実施例と
同一の部材には第３実施例で用いた符号と同じ符号を付
している。このような構成によれば、第３実施例に比較
して略２倍の高出力のレーザ出力光Ｌを得ることができ
る。

【００１７】次に図８は本発明の第６実施例を示すもの
であり、本実施例は基本的に第５実施例で用いたマルチ
パスレーザ発振システムＸを左右に対向させて２組設け
たものであり、本実施例では各環状反射ミラー４２の所
定位置に両方のレーザ出力光を結合するための貫通孔４
２Ｃを設けるとともに、この両貫通孔４２Ｃの中間位置
に双方のレーザ出力光Ｌを結合するための結合レンズ４
２を設けている。なおこれ以外の構成は第５実施例と同
一に構成されており、第５実施例と同一の部材には第５
実施例で用いた符号と同じ符号を付している。このよう
な構成によれば、第５実施例に比較して略２倍の高出力
のレーザ出力光Ｌを得ることができる。

【００１８】なお上記第３実施例ないし第６実施例で
は、いずれも固体レーザ発振装置１を４つ設けていたが
これに限定されるものではなく、これよりも少なくても
多くてもよいことは勿論である。

【００１９】また上記第３実施例ないし第６実施例で
は、いずれもリアミラー４３を設けていたがこれに限定
されるものではなく、固体レーザ発振装置１で代用して
も良いことは勿論である。

【００２０】さらに上記第５実施例および第６実施例で
は、固体レーザ発振装置１は、全て第２実施例の固体レ
ーザ発振装置１の構成を有しているがこれに限定される
ものではなく、全て第１実施例の固体レーザ発振装置１
で統一してもよいし、あるいは第１実施例の固体レーザ
発振装置１と第２実施例の固体レーザ発振装置１を組み
合わせてもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、従来に比較して固体レ
ーザ発振装置を小型化することができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す固体レーザ発振装置
１の断面図。

【図２】レーザ媒質２およびヒートシンク３の拡大断面
図。

【図３】本発明の第２実施例を示すレーザ媒質２および
ヒートシンク３の拡大断面図。

【図４】本発明の第３実施例を示すレーザ媒質２の斜視
図。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図。

【図６】本発明の第４実施例を示す固体レーザ発振装置
１の斜視図。

【図７】本発明の第５実施例を示す固体レーザ発振装置
１の断面図。

【図８】本発明の第６実施例を示す固体レーザ発振装置
１の断面図。

【符号の説明】

１…固体レーザ発振装置２…レーザ媒
質２Ａ…ドープ部２Ｂ…非ドー
プ部３…ヒートシンク(冷却手段) ４…半導体レ
ーザ６…レーザ出力光用誘電体多層膜ＬＤ…励起光Ｌ…レーザ出
力光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却手段と、この冷却手段に裏面を載置
したレーザ媒質と、このレーザ媒質に対して励起光を照
射する励起光源とを備えた固体レーザ発振装置におい
て、上記冷却手段に、上記レーザ媒質の裏面に臨む導光孔を
設け、この導光孔を介してレーザ媒質の裏面に励起光を
照射する一方、このレーザ媒質の裏面に、上記励起光は
透過し、レーザ出力光を反射する誘電体多層膜を施した
ことを特徴とする固体レーザ発振装置。
【請求項２】上記導光孔は、レーザ媒質に接近するに
したがって徐々に縮径するとともに、その壁面は、励起
光を反射する多層膜により被覆されていることを特徴と
する請求項１に記載の固体レーザ発振装置。
【請求項３】上記冷却手段と励起光源の間に、該励起
光源から照射される励起光を上記導光孔内に収まるよう
に集光する集光手段を設けたことを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の固体レーザ発振装置。
【請求項４】上記誘電体多層膜は、所定距離を開けて
対向するフロントミラーとによりレーザ共振器を構成す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか
に記載の固体レーザ発振装置。
【請求項５】一対のフロントミラーとリアミラーと、
この両ミラー間に配置され、レーザ出力光を発振すると
ともに上記両ミラー間の光路を折り返す複数の固体レー
ザ発振装置とによりレーザ発振器を構成することを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の固体
レーザ発振装置。