JP2003258350A - 複合レーザロッド、並びにその製造方法およびそれを用いたレーザ装置 - Google Patents

複合レーザロッド、並びにその製造方法およびそれを用いたレーザ装置

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JP2003258350A JP2002051360A JP2002051360A JP2003258350A JP 2003258350 A JP2003258350 A JP 2003258350A JP 2002051360 A JP2002051360 A JP 2002051360A JP 2002051360 A JP2002051360 A JP 2002051360A JP 2003258350 A JP2003258350 A JP 2003258350A
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laser
rod
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ceramic
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Hikari Kouda
光 古宇田
Yoshikazu Suzuki
良和 鈴木
Hideetsu Kudo
秀悦 工藤
Masaki Tsunekane
正樹 常包
Katsuharu Mukohara
克治 向原
Takakimi Yanagiya
高公 柳谷
Hideki Yagi
秀喜 八木
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NEC Corp
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Konoshima Chemical Co Ltd
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザビームの位置安定性および出力安定性
を満足することができる。 【解決手段】 レーザ活性元素がドープされたレーザロ
ッド７を、レーザロッド７と同じ結晶構造をもつノンド
ープのセラミックパイプ６の中空部に密着挿入して焼成
処理し、焼成後のレーザロッド７とセラミックパイプ８
との界面に空隙およびひずみをなくし、セラミックパイ
プ８の表面を研磨してセラミック被覆層９を成型して複
合レーザロッド１０を形成する。複合レーザロッド１０
により、冷却水またはヒートシンクの冷却能力における
変化の影響はノンドープ被覆層で平均化され、レーザロ
ッドの温度変動を抑制でき、かつ冷却水または冷却ファ
ンからの振動の影響を抑制できる。レーザロッドの屈折
率をセラミックパイプよりも高くすることで高効率発振
が可能となり、さらに、セラミックパイプの熱伝導率を
レーザロッドよりも高くすることで熱レンズ効果を低減
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、レーザ発振中のレ
ーザロッドの熱変動および振動により生じる、レーザビ
ームの位置安定性の悪化や出力の不安定性を改善するこ
とが出来る複合レーザロッド、レーザロッドへの励起光
の吸収効率を高めて発振効率を向上させることができる
複合レーザロッド、冷却効率を高めて熱レンズ効果を抑
制することができる複合レーザロッドと、それらの複合
レーザロッドに対する製造方法、および、それらの複合
レーザロッドを用いたレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、溶接、穴あけ、リペア、微細加工
等に用いられるレーザ光を発生するためのレーザロッド
には、結晶材料が用いられている。その中でも、イット
リウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）等のガーネッ
ト構造をもつ単結晶が、主に用いられている。レーザロ
ッドには、レーザ活性元素であるネオジウム、イッテル
ビウム、ツリウム、エルビウム等がドープされている。
【０００３】最近、ＹＡＧの組成の粉末を焼成すること
で得られたセラミックＹＡＧの透明材料にレーザ活性元
素をドープして得られたレーザ材料が開発されており、
単結晶と同等のレーザ特性が確認されている。例えば、
特開平１０−６７５５５号公報、特開平５−２３５４６
２号公報、特開平５−２８６７６１号公報、および特開
平５−２９４７２３号公報には、イットリウムアルミニ
ウムガーネット（ＹＡＧ）の組成の粉末を真空焼成する
ことで、透明なセラミック材料が得られることが開示さ
れている。
【０００４】また、レーザー研究、２７巻、５９３−５
９８ページ、１９９９年には、レーザ特性に関する報告
がされている。さらに、ＹＡＧ単結晶ロッドでは、混入
させることのできるＮｄ濃度は、１．３アトミックパー
セント（ａｔ％）程度が上限である。しかし、例えばレ
ーザ学会学術講演会第２１回年次大会講演予稿集（２０
０１年、４０ページ、講演番号３０ｐＶ３）では、セラ
ミックＹＡＧレーザロッドではこの濃度を２％以上高く
することができると報告されている。また、通常の結晶
成長では融点が高くで良質で大型の結晶を得ることがで
きないＹ２Ｏ３（イットリア）またはＳｃ２Ｏ３は、熱
伝導率がＹＡＧの約２倍である２０Ｗ／ｍＫ程度である
ため、レーザ結晶として有望である。このＹ２Ｏ３また
はＳｃ２Ｏ３の微細で粒径の揃った粉末を真空焼成し
て、透明で良質のセラミック材料が得られる。このセラ
ミック材料にＮｄまたはＹｂをドープすることでレーザ
発振できることがレーザ学会学術講演会第２２回年次大
会講演予稿集（２００２年、４０ページ、講演番号Ｂ３
−２４ＰＩ２）で報告されている。
【０００５】これらのレーザロッドはフラッシュランプ
もしくはレーザダイオード等で側面もしくは端面から励
起され、発光した光が共振器で共振させられることでレ
ーザ発振が実現される。レーザ発振中にレーザ活性元素
が吸収する励起光のエネルギーは全てレーザ光のエネル
ギーにはならず、一部は熱となる。従って、レーザロッ
ドはレーザ発振中に発熱し温度が上昇する。レーザ光の
発振中にロッドの温度が変化するとレーザロッドの屈折
率が変化する。この結果、発振するレーザビームの位置
安定性が悪くなったり、出力の強度揺らぎが大きくなっ
たりという問題が発生する。そのため、通常レーザロッ
ドは水、もしくは、ヒートシンクに密着させることで冷
却し、レーザロッドの温度を極力一定に保つような工夫
がなされている。
【０００６】レーザロッドは表面から冷却されるため、
径方向に温度勾配がついてしまうことは避けられない。
径方向に温度勾配がつくと屈折率も温度にしたがって変
化してしまうため、ロッドはレンズと同じような効果を
示してしまう。この結果、ロッド中の光が直進できなく
なってしまう。この熱レンズ効果の問題を解決するため
に、レーザ活性元素がドープされた単結晶のレーザロッ
ドの周囲を単結晶のノンドープ層で覆うことが考えられ
ている。この複合レーザロッドを形成するいくつかの方
法が考案されており、例えば、活性元素を添加（ドー
プ）した単結晶のレーザロッドの回りに活性元素を含ま
ない単結晶の（ノンドープ）層を液相エピタキシャル成
長（ＬＰＥ）法により設ける方法が特開昭６２−１４０
４８３号公報に開示されている。また、活性元素を添加
したレーザ材料と、添加しないレーザ材料を張り合わせ
るもしくは熱圧着する方法が、Ｕ．Ｓ．特許第５，４４
１，８０３号および第５，５６３，８９９号に開示さ
れ、更に、ノンドープ結晶中に穴を開けてコアとなるド
ープ結晶を挿入して一体化する方法が、特開昭６３−０
８５１５２号公報または特開平９−１７２２１７号公報
に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年、レーザ加工の高
精度化および高速化が求められている。例えば、プリン
ト基板に対して５０μｍの穴を±１μｍの精度で１秒間
に１０００個形成するというニーズがある。このように
短時間で微細な加工を精度良く行うために、レーザ発振
器から出力されるシングルモードのレーザビームにおけ
る位置安定性の改善および出力強度の揺らぎを従来以上
に抑制することが求められている。
【０００８】微細加工には、レーザ光の波長が短い方が
適しているので、シングルモードのレーザビームを波長
変換素子により波長変換して使用する場合が多い。波長
変換効率は変換効率が飽和するまではレーザ光の出力の
２乗で変化する。そのため、基本波のレーザビームの出
力変動があると、変換効率はその変動の２乗で変化して
しまう可能性がある。また、非線形素子に入力する光の
角度が変化すると、位相整合角度がマッチングしなくな
る光の成分が増加する。そのため、ビームの位置安定性
が変化してしまうと、波長変換光の出力は大きく変化し
てしまう。これらの理由により、波長変換光を用いたレ
ーザ加工装置の場合は、基本波となるレーザビームの位
置安定性と、出力強度の揺らぎを極力改善することが課
題となっている。
【０００９】この改善の施策の１つとして考えられるの
は、レーザロッドを冷却するための冷却水およびヒート
シンクの冷却能力を一定に保つことである。しかし、冷
却能力の制御には、ある温度測定ポイントにおける温度
が許容温度範囲内になるような制御が用いられており、
この温度範囲を±０℃にすることは不可能である。ま
た、特に冷却水を用いる場合は、一度上昇した水温をチ
ラーに戻して温度制御しているため、水温の変動をまっ
たく無くすことは非常に困難である。また、水の循環の
際に生じる水圧の変化等もある。そのため、レーザロッ
ドの冷却方法の工夫だけでは、必要とされているレーザ
ビームの位置安定性または出力の安定性を満足すること
が困難となっている。さらに、水でレーザロッドを冷却
する場合、水流で生じる振動がレーザロッドの共振周波
数と一致する成分を含み、ロッドが振動してしまう問題
がある。また、ロッドを固定しているヒートシンクを空
冷している場合も、冷却ファン等による振動をレーザロ
ッドが拾ってしまい、レーザビームの位置安定性および
出力の安定性を阻害する要因となっている。
【００１０】レーザロッドの径を太くして、レーザロッ
ドのボリュームを稼ぐことにより、レーザロッドの共振
周波数を下げて振動の問題を解決できる可能性はある。
しかし、微細なレーザ加工に必要なシングルモードのレ
ーザビームを発振させようとする場合はレーザロッドの
径を２ｍｍ程度までしか太くすることができない。その
ため、レーザロッドが冷却水または冷却ファン等の外部
からの振動に対して影響を受けにくい太さまで、ロッド
を太くすることが困難である。
【００１１】また、レーザの発振効率を改善することも
大きな課題となっている。シングルモードのレーザビー
ムを発振させるためには励起光をレーザロッドの中心付
近に集中させる必要がある。しかし、その場合に励起光
から発振光への変換効率が１０〜１５％程度に下がって
しまう。効率良くレーザロッドに励起光を吸収させ、シ
ングルモードのレーザ光の発振効率を高めることが課題
となっている。
【００１２】さらに、シングルモードのレーザ光を発振
する際には、細いロッドへ熱付加が集中するため、熱レ
ンズ効果が発生し、出力するビームが直進しなくなって
しまう。この問題を解決するために、従来の技術として
単結晶レーザロッドの周囲に単結晶ノンドープ層を設け
ることが考えられる。しかし、シングルモードを得るた
めの直径２ｍｍ以下のレーザロッドに従来の技術で単結
晶のノンドープ層を設けることは非常に困難となってい
た。
【００１３】本発明の課題は、このような問題点を解決
するレーザロッドを冷却するための冷却水やヒートシン
クの冷却能力の変化、および冷却媒体からの振動に影響
されにくい構造として、レーザロッドの周囲にノンドー
プパイプが接合されている複合レーザロッドを開発する
ことにある。すなわち、出力の安定性やビームの位置安
定性に優れたレーザ装置を実現して、レーザ加工装置の
加工精度、加工速度等の性能を向上させ、発振効率を向
上させ、さらにビーム品質の良いレーザ光を発振させる
ことができる複合レーザロッド、並びにその製造方法お
よびそれを用いたレーザ装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、加工精
度、加工速度等の性能向上のために出力の安定性やビー
ムの位置安定性に優れたレーザ装置を実現し、励起光を
効率良くレーザロッドに吸収させて発振効率を向上させ
るためにレーザロッドの屈折率を周囲に設けたノンドー
プパイプの屈折率よりも高くし、かつ熱レンズ効果を抑
制してビーム品質の良いレーザ光を発振させるためにレ
ーザロッドよりも熱伝導率の高いノンドープパイプをレ
ーザロッドの周囲に接合する複合レーザロッドを提供す
ることにある。
【００１５】レーザロッドが励起光を吸収して発熱する
部分は活性元素をドープした部分である。従って、この
部分に直接冷却水またはヒートシンクが接触する場合、
冷却能力の変化が直接的にレーザロッドの屈折率の変化
に影響を与えてしまう。そこで、レーザ活性元素がドー
プされたレーザロッドの周囲をノンドープのパイプで覆
う構造であれば、冷却能力の変化の影響が直接的にロッ
ドに伝わらず、ノンドープパイプを介してロッドに伝わ
る。そのため、わずかな冷却能力の変化はノンドープパ
イプで平均化されるため、活性元素がドープされたロッ
ドの温度変動を抑制することが可能となる。
【００１６】また、活性元素がドープされているレーザ
ロッドの径をシングルモードが得られる２ｍｍ以下と
し、その周囲にノンドープ層のパイプを設けることで、
レーザ発振のモードはシングルモードが維持されつつ、
ロッドの径を太くすることが可能となる。ロッドの径が
太くなるとロッドの固有振動数が低周波側にシフトし、
冷却水や冷却ファン等ロッド外部からの高周波の振動成
分と共振する成分を抑制することができる。その結果、
レーザロッドの振動が抑制され、レーザビームの位置安
定性や出力安定性の特性が大幅に改善される。
【００１７】このようなレーザロッドの周囲にノンドー
プパイプを接合する構造を作製するための方法として、
上述したような特許公報などによる各種提案がある。こ
れらの提案は、いずれも単結晶のレーザロッドと単結晶
のノンドープ層を接合する方法であった。この結晶−結
晶の構成では、完全にレーザロッドと周囲のノンドープ
層を一体化させることは非常に困難である。
【００１８】本発明による複合レーザロッドは、レーザ
ロッドと同じ結晶構造のセラミック材料をノンドープ層
のパイプとして用いている。この結果、レーザロッドと
ノンドープパイプを完全に一体化させることができる。
そのためには、まず、中空のセラミックパイプを、活性
元素をドープしていないセラミック粉末を仮焼成して形
成する。次に、このパイプにレーザロッドを挿入して焼
成する。その結果、焼成の際にパイプの径が焼きしまっ
て収縮し、レーザロッドとパイプとが一体化結合され
る。レーザロッドとセラミックパイプとは同じ結晶構造
のため、両者の界面では、わずかではあるが元素拡散が
生じて一体化される。この一体化された素材を所定の形
状に成型加工研磨することで、複合レーザロッドを作製
することが可能となる。
【００１９】このレーザロッドの周囲にノンドープのセ
ラミックパイプを接合することにより製造された複合レ
ーザロッドを用いることで、ロッド外部からの振動や、
ロッドの発熱の影響を抑制することが可能となり、レー
ザロッドから発振するレーザビームの位置安定性や出力
の安定性を向上させることが可能となる。
【００２０】レーザロッドには、従来から用いられてい
る単結晶ロッドの他に、セラミックのレーザロッドを用
いることが可能である。
【００２１】また、本発明においてレーザロッドにガー
ネット構造のレーザロッドを用いる場合、レーザ活性元
素のＮｄ２Ｏ３またはＹｂ２Ｏ３以外にＬｕ２Ｏ３、Ｇ
ａ２Ｏ３等の希土類元素を混入させることができる。す
なわち、例えば、オプティクスコミュニケーションズ、
１１５巻、１９９５年４９１ページ、または、クリスタ
ルグロウス、１２８巻、１９９３年、９６６ページに提
案されているように、結晶またはセラミックのいずれの
レーザロッドにおいても、屈折率を変化させることが可
能となる。このことは、接合したノンドープパイプとの
界面での屈折率差のため、レーザロッドの屈折率を周囲
のノンドープパイプの屈折率よりも高くした場合に、レ
ーザロッドに入力された励起光がノンドープパイプに漏
れることを抑制することを可能とする。その結果、励起
光を中心のレーザロッド内部に閉じ込める効果を高くす
ることが可能となり、屈折率の差をつけない場合と比較
して励起光のロッドへの吸収効率が高まり、発振光への
発振効率を向上させることが可能となる。レーザロッド
の屈折率をノンドープパイプより高くする方法として
は、ロッドにＹＡＧよりも屈折率の高いレーザ材料であ
るガリウムガドリニウムガーネット（ＧＧＧ）を用い、
パイプにＹＡＧを用いることによっても可能である。そ
の他、立方晶系の結晶構造を持つ材料の組み合わせでレ
ーザロッドをセラミックパイプよりも屈折率を高くする
ことができれば、発振効率を向上させることができる。
レーザロッドがセラミックパイプよりも０．３％以上屈
折率が高ければレーザロッドを伝搬する光がセラミック
パイプの界面で反射しはじめ、それ以上屈折率差が大き
くなれば、光の閉じ込め効果はさらに増してくる。
【００２２】また、レーザ発振器でレーザロッドを保持
する部分は側面からの励起光を吸収できないため発振に
は寄与しない。この励起できない部分のレーザロッド中
の活性元素は発振光を吸収してしまうため、発振効率を
低減させる原因になってしまう。この、問題を解決する
手段として、例えば、ＩＥＥＥジャーナルオブクオンタ
ムエレクトロニクス（３３巻、１９９７年、１５９２ペ
ージ）で、励起されないレーザロッドの両端部分にレー
ザロッドと同じ構造のノンドープ単結晶を接合する方法
が報告されている。この構造を本発明の複合レーザロッ
ドにも応用し、両端にノンドープのセラミックロッドを
接合することにより、位置安定性、出力変動の改善と同
時に、発振効率を高めることができる。
【００２３】また、レーザロッドの周囲に接合するセラ
ミックパイプの熱伝導率を、レーザロッドよりも高くす
ることで、レーザロッドを効率良く冷却することが可能
となる。Ｙ２Ｏ３またはＳｃ２Ｏ３の熱伝導率はガーネ
ット系の材料比較すると約２倍の熱伝導率を持つので、
ガーネット系のレーザロッドの周囲にＹＯ３系のセラミ
ックパイプを接合することで、レーザロッドの熱レンズ
効果を抑制することが可能となる。
【００２４】以上のようにレーザロッドの周囲にノンド
ープのセラミックパイプを接合することで、ビームの位
置安定性、出力安定性、発振効率、熱レンズ効果の課題
を改善することが可能となる。
【００２５】次に、その作用について説明する。
【００２６】本発明で述べている単結晶とは、溶融した
融液から引き上げ法等の結晶成長方法において成長し
た、粒界を持たない物質を意味する。また、セラミック
とは、ミリメートル以下の単結晶微粒子の集合体であっ
て粒界を保持しており、原料となる粉末粒子を完全に融
解することなく、焼結して粒成長することによって得た
物質を意味する。
【００２７】本発明に用いるセラミックパイプは、セラ
ミックを構成する粒子の結晶系が立方晶系（＝等方晶
系）の場合に有効に作用する。これは、立方晶系の結晶
の格子定数が３次元的に等方であり、熱膨張率も３次元
的に等方であるためである。この理由により、セラミッ
ク材料を構成する粒子のグレインがお互いにどのような
方向を向いて接合していても、焼結して一体化した後に
歪みが残留することが無い。焼結したセラミックの物性
は単結晶とほとんど同じ性質を示すため、単結晶とセラ
ミックとを一体化しても、界面に歪みが生じることは無
い。
【００２８】レーザ結晶として応用可能な結晶としては
ガーネット構造を持つものの他に、３価金属（Ｒｅ）の
酸化物の中で立方晶系に属する材料、例えば、Ｒｅ２Ｏ
３、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３等があり、本発明を応用する
ことが可能となる。また、レーザロッドとセラミックパ
イプとが違った組成または構造を持った場合でも、レー
ザロッドとセラミックパイプとが立方晶系の素材で熱膨
張に異方性が無く、かつ、ロッドとパイプとの熱膨張率
の差が１０％以内であれば、接合することが可能とな
る。
【００２９】セラミック粒子を焼結して結晶とほとんど
同じ物性を示すようにするには、間隙を無くす必要があ
る。このような結晶物性のセラミック材料を得るために
は、組成均一性が優れ、粒子の形状がそろった出発原料
を準備することが非常に重要となる。出発原料の粒子の
直径は数μｍ以下で、小さい程良い。もしも、粒子の径
に違うものがあると、粒径により焼結挙動に差異が生じ
て焼成後のグレインの大きさが不均一になってしまい、
場所によって機械的な性質が変化してしまう場合があ
る。粒子のサイズのばらつきを±１μｍ以下に抑制する
ことで、上述した問題は生じなくなる。
【００３０】均一な粒子径を持った出発原料粉末を得る
方法としては、二つのアプローチがある。ひとつは、原
料を結晶組成と同じになるように秤量した後に、混合仮
焼成し、再度ボールミルでナノオーダーまで粉砕する。
この工程を数回繰り返し、結晶組成と同じ超微粒子を得
る方法である。他の一つのアプローチは、溶液の中で化
学反応を利用し、結晶と同じ組成を含む塩として共沈殿
させる方法である。溶液の中に秤量した原料粉末を溶解
後、所定のペーハーに調整することで、プラスの電荷と
マイナスの電荷とが一対一で反応し、組成均一性に優れ
た粒子の沈殿を得ることが可能である。この沈殿物を処
理することで、セラミックの原料を得ることができる。
【００３１】すなわち、セラミックパイプの原料は、上
述したようにして得られたセラミック材料を、バインダ
ーと呼ばれる有機粘結材、および、水やアルコール、あ
るいはトルエンやキシレンのような溶媒とともに攪拌
し、粘性の低いスラリーと呼ばれる状態にして用いられ
る。このスラリーから水分を除去した後、仮焼成するこ
とで、パイプの構造体が得られる。この状態ではセラミ
ックを構成する粒子どうしはまだ完全に接合されていな
い。しかし、本焼成することでセラミックを形成する粒
子どうしが焼結していき、粒子の界面にあった空間が狭
くなり、やがて無くなる。粒子サイズが均一にそろって
いると異常粒成長することなく、全体の粒子が均一に成
長していく。
【００３２】仮焼成したセラミックパイプは、内部に挿
入したロッドに接触するまではパイプの内径を収縮する
方向に変形する。しかし、ある程度の収縮が進んでセラ
ミックパイプが挿入してあるレーザロッドに接触する
と、パイプの収縮する力はレーザロッドを圧縮する方向
には働かず、パイプの径方向に分散する。これはセラミ
ック粒子が焼結するときに示す塑性変形効果と呼ばれ
る。本発明の複合レーザロッドは、このセラミック粒子
が焼結する際に示す独特な現象である大きな塑性変形性
を利用しているため、セラミックパイプの中心に挿入し
たレーザロッドに圧縮歪みを生じさせることなく、周囲
のセラミックパイプと完全に一体化させることができ
る。塑性とは、硬い材料の場合であっても材料を構成す
る原子間結合や粒子間結合に欠陥が生じて位置がずれる
ことで材料が変形する効果であり、セラミックを焼結す
る際に粒子間の結合状態が変化することにより、この塑
性変形が生じる。
【００３３】中心のレーザロッドは、セラミックを焼結
する温度では化学的に安定であるため形状は変化しな
い。しかし、セラミックパイプとの接合部分ではわずか
に原子拡散が生じて接合しているので、一体化した後に
レーザロッドがセラミックパイプから抜け落ちることは
無い。
【００３４】接合界面での原子拡散の距離は、レーザロ
ッドおよびセラミックパイプ材料を焼結させる温度と時
間で決まるが、温度の効果がより大きい。焼結温度が高
いとレーザロッド中にドープされているレーザ活性元素
がセラミックパイプ中に拡散してしまい、レーザ発振の
モードが劣化してしまう。しかし、本発明における複合
レーザロッドを形成する際の温度は、中心のレーザロッ
ドの融点の９０％以下としている。この温度であればレ
ーザロッド中のレーザ活性元素はほとんどセラミックパ
イプ側に拡散することは無く、レーザ発振モードが劣化
してしまうことは無い。
【００３５】レーザの発振モードはレーザロッドの直径
またはレーザロッドに生じる熱による熱レンズ効果、さ
らに、励起方式または共振器を構成する出力ミラーおよ
びリアミラーそれぞれの曲率できまる。側面から励起す
る方式のレーザロッドからの発振モードは、主としてレ
ーザ活性元素が含まれているレーザロッドの太さに依存
する。シングルモードのレーザを側面励起で発振させた
い場合ではレーザロッドの直径を２ｍｍ以下にする必要
がある。２ｍｍ以下のロッド径では結晶をしっかりと固
定することが困難であり熱の揺らぎや振動の問題が生じ
て出力安定性やビームの位置安定性に課題が生じる。し
かし、２ｍｍのレーザロッドにセラミックパイプを接合
することで、発振ビームがシングルモードになりかつ直
径２ｍｍ以上の太さの複合レーザロッドを実現すること
ができる。従って、本発明により出力安定性および位置
安定性の課題も改善することができる。
【００３６】
【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。
【００３７】［実施例１］図１および図２は本発明によ
る複合レーザロッドの製造工程における実施の一形態
を、斜視図を用いて示す図である。
【００３８】図１に示された複合レーザロッドの製造方
法では、まず、ＹＡＧ組成であるＹ ３Ａｌ５Ｏ１２とな
る組成を含む粒子を共沈法で生成し、沈殿した粒子を回
収して焼成することにより、ＹＡＧ組成の１００ｎｍ径
の微粒子を得る。この粉末を有機バインダーと溶剤（ア
ルコール系、トルエン、キシレン等）を加えてボールミ
ルで混合し、ＹＡＧ微粉末のスラリー４を作製する。こ
の作製したスラリー４を図示されるように石膏１の穴２
の中に注入充填（手順Ｓ１）して１時間保持し、スラリ
ー４の水分の一部を石膏１に吸収（手順Ｓ２）させる。
その後、石膏１の穴２の底蓋３をはずし、図示されるよ
うに中心部分に残る、水分が多いスラリー４を穴から排
出する。排出されるスラリー４の量は、石膏１中にどの
程度水が吸収されるかによって決まる。スラリー４が穴
２の中へ保持される時間を正確に制御することによりス
ラリー４の排出量を調整することが可能である。すなわ
ち、排出量は穴２中に残ったスラリー４から形成された
着肉体５の中心部分の直径を決めることになるので、石
膏１中へのスラリーの保持時間を制御することにより、
着肉体５の穴の寸法を正確に制御することが可能とな
る。底蓋３を開けてからスラリー４が流れ落ちる時間は
０．１ｓ以下であり、穴２の中に残ったパイプ形状の着
肉体５の内壁は平滑な面として得られる。この石膏１の
穴２の内壁に残った着肉体５は、水分を完全に乾燥（手
順Ｓ３）させて石膏１から取り出される。次いで、パイ
プ形状の着肉体５を８００℃で１０時間脱脂する仮焼成
（手順Ｓ４）を実行することにより、内径２．１ｍｍ
φ、外形４ｍｍφ、および長さ５０ｍｍのセラミックＹ
ＡＧの仮焼成パイプ６が生成される。
【００３９】次いで、図２に示されるように、この仮焼
成パイプ６中に、直径２ｍｍφおよび長さ３５ｍｍで活
性元素であるＮｄが１ａｔ％添加された単結晶ＹＡＧレ
ーザロッド７が挿入（手順Ｓ５）される。レーザロッド
７の側面は挿入前に鏡面に研磨されている。レーザロッ
ド７が挿入されている仮焼成パイプ６を１７００℃で１
０時間焼成（手順Ｓ６）することにより、仮焼成パイプ
６が焼成により収縮して焼成されたセラミックパイプ８
となり、塑性効果が作用してレーザロッド７とセラミッ
クパイプ８とを接合界面で一体化させることができる。
接合界面は、詳細に調べた結果、原子数層分である数十
オングストロームの領域でレーザロッド７とセラミック
パイプ８とが拡散で接合しているだけであり、セラミッ
クパイプ８部分へのＮｄ原子の拡散はほとんど無視して
良いことが確認されている。
【００４０】この焼成後のロッドとパイプが一体化され
た素材の大きさは外形３．９ｍｍおよび長さ５０ｍｍで
あったので、この素材から、セラミックパイプの厚さが
被覆層としてロッドの周囲に０．５ｍｍとなるように、
直径３ｍｍおよび長さ３０ｍｍに加工し、側面および端
面を研磨（手順Ｓ７）することで、図示されるようなレ
ーザロッド７にセラミック被覆層９を一体化した複合レ
ーザロッド１０が形成される。
【００４１】次に、図３に示される、複合レーザロッド
１０を用いたレーザ発振器についての実施例を説明す
る。
【００４２】図示されるレーザ発振器は、両端が保持さ
れる複合レーザロッド１０の側面に冷却水１２が流れ、
その外側から励起用ＬＤ（レーザダイオード）１１で側
面励起する方式である。発振はＱスイッチ１３を用いた
パルス発振とし、出力ミラー１５からパルスレーザ光の
パルスが出力する。
【００４３】ここで、この出力するパルスレーザ光のパ
ルスごとの波形をオシロスコープでモニターした実測結
果を、ノンドープパイプを設けない直径２．０ｍｍφ、
長さ３０ｍｍで、Ｎｄが１ａｔ％添加された通常の単結
晶ＹＡＧレーザロッドを用いた場合の特性と比較する。
【００４４】図４および図５は、１０ｋＨｚで発振させ
た１．０６４ｎｍの波長を持つレーザビームのパルス間
の安定性を示す図である。
【００４５】図４に示すように通常の単結晶ＹＡＧレー
ザロッドの場合における出力安定性は±７．５％である
のに対し、図５のように複合ＹＡＧレーザロッド１０の
出力安定性は±２．５％となり、通常のロッドと比較し
て出力のばらつきが１／３となり、出力安定性は３倍改
善される。出力モードはいずれもシングルモードであ
る。
【００４６】また、図６を参照して複合レーザロッド１
０を用いた別の実測について説明する。図６は図３のレ
ーザ発振器に対して出射されるレーザビームに対してレ
ンズと第２高調波発生素子１６および第３高調波発生素
子１７とが追加されている。
【００４７】図示されるレーザ発振器は、レーザビーム
をレンズで集光して第２高調波発生素子１６と第３高調
波発生素子１７とに入力し、発生した第３高調波である
３５５ｎｍを発振させている。この装置によりビームの
位置安定性をビームプロファイラーで調べる。揺らぎの
大きさを拡大して調べるために、第３高調波出力面から
レーザビームを２ｍ空間に伝搬させ、そのビームをプロ
ファイラーで受光して調べる。
【００４８】その結果、図７に示されるように、通常の
２ｍｍφ単結晶ＹＡＧレーザロッドの出力ビームばらつ
きは、Ｘ軸方向で±１００μｍ、Ｙ軸方向で±７５μｍ
であるのに対し、３ｍｍφ複合ＹＡＧレーザロッド１０
の出力ビームばらつきはＸ軸方向で±５０μｍ、Ｙ軸方
向で±５０μｍである。すなわち、波長変換光のビーム
の位置安定性はＸ軸方向で５０％、Ｙ軸方向で６６％、
向上していることが確認されている。この結果により、
ビームの出力位置安定性が改善されるだけでなく、位置
安定性のＸＹ軸方向の差が改善されて、ばらつきが均等
になることが確認できる。因みに、このレーザ光を用い
てレーザ加工を行ったところ、加工精度が位置安定性の
改善と同じ割合で向上したとともに、加工で形成した穴
の形状の縦横比が４：３からほぼ１：１に改善されるこ
とが確認できた。
【００４９】［実施例２］次に、図８を参照して上述し
たとは別の複合レーザロッド２０について説明する。
【００５０】図示される複合レーザロッド２０は、高品
質なシングルモードの細径レーザビームを得るために、
Ｎｄが０．７ａｔ％含まれている直径１ｍｍ、長さ１５
ｍｍの単結晶ＹＡＧレーザロッド２１を用意し、これを
上記実施例１と同一の方法でセラミックＹＡＧパイプ２
２を接合し、直径３ｍｍφ、長さ１５ｍｍの複合レーザ
ロッド２０に作製した。この複合レーザレーザロッド２
０は、図示されるように出力ミラー２５とリアミラー２
４との間に設置される。複合レーザレーザロッド２０
は、図３に示されると同様に側面からダイオードレーザ
で励起することにより、アパーチャーを設けることな
く、ビーム径が１ｍｍのシングルモードの発振ビームを
出力させることができる。このレーザ発振器では、パル
ス間の出力安定性は±２．５％、レーザビームの位置安
定性はレーザビームを１ｍ空間伝播させた位置において
縦横とも±１０μｍであり、位置安定性の縦横比は１：
１である。
【００５１】ここで、比較のため、直径１ｍｍ、長さ１
５ｍｍを有し、Ｎｄが０．７ａｔ％含まれている単結晶
ＹＡＧレーザロッドを用意して、上記図８と同一の共振
器構成により発振実験を行った。その結果、レーザロッ
ドの太さが細いためにレーザ共振器中への固定が難し
く、また、ロッド周囲を流れる冷却水の振動によりレー
ザロッドも振動してしまい、シングルモードの発振はし
たもののパルス間の出力安定性が±１０％になってしま
った。
【００５２】そこで、図９に示されるように、ロッドの
大きさを直径３ｍｍ、長さ１５ｍｍの単結晶ＹＡＧレー
ザロッド３１を用意し、直径１ｍｍのアパーチャー３６
を出力ミラー３５の手前に設けて上述同様の方法で発振
させた。その結果、ビーム径１ｍｍのシングルモードの
発振ビームを出力させることができた。しかし、パルス
間の出力安定性は±７％であり、また励起光から発振光
への発振効率は、図８の実施例と比較すると、２／３に
低下してしまった。これは、ロッド中に発振に寄与して
いないＮｄドープ部分があり、励起光を吸収してしまう
からであった。
【００５３】［実施例３］次に、図１０を参照して上述
したとは別の複合レーザロッド４０についての製造方法
を説明する。
【００５４】まず、直径が２ｍｍφ、長さ３０ｍｍを有
し、活性元素であるＮｄが１．５ａｔ％添加されたセラ
ミックＹＡＧレーザロッド４２を用意する。このセラミ
ックＹＡＧレーザロッド４２は、図示されるように、円
筒形のスラリー容器４１の中心部分に設置される。この
状態で、上述と同一のプロセスで生成したＹＡＧセラミ
ック形成用のスラリー４を容器の中に注入し充填（手順
Ｓ２１）した。その後、スラリー４はその水分を蒸発さ
せ、８００℃１０時間で仮焼成されて仮焼成セラミック
材４３が形成される。次いで、スラリー容器４１が取外
し（手順Ｓ２２）される。さらに、仮焼成セラミック材
４３を、レーザロッド４２が挿入されたまま、１７００
℃で１０時間本焼成（手順Ｓ２３）した結果、Ｎｄドー
プされたセラミックＹＡＧレーザロッド４２の周囲は透
明なセラミックＹＡＧ材４４で囲われる。このセラミッ
クＹＡＧ材４４を研磨加工（手順Ｓ２４）することによ
り厚み０．５ｍｍのセラミックパイプ４５を皮膜層とし
て成型することにより、外形直径３ｍｍφおよび長さ３
０ｍｍを有する複合レーザロッド４０が形成される。
【００５５】この複合レーザロッド４０を用いてレーザ
光の発振実験を試みたところ、レーザビームの出力安定
性±２．５％および第３高調波のビーム位置安定性±
０．７５μｍそれぞれが得られ、上述した単結晶ＹＡＧ
レーザロッド７を用いた複合レーザロッドの場合と同じ
結果が得られた。また、Ｎｄの濃度が単結晶ＹＡＧレー
ザロッド７の１．０％よりも０．５％高い１．５ａｔ％
であったため、同じレーザダイオード励起パワーにおい
て、発振出力が約２０％向上することが確認されてい
る。
【００５６】［実施例４］次に、図１１を参照して上述
したとは別の複合レーザロッド５０およびこれを用いた
レーザ発振器について説明する。
【００５７】まず、セラミックパイプよりもレーザロッ
ドの屈折率が高い複合レーザを作製する実験を試みた。
Ｎｄ１ａｔ％、Ｌｕ１０ａｔ％、およびＧａ２０ａｔ％
それぞれが添加されている、長さ５ｍｍ、直径２ｍｍを
有し、側面が鏡面研磨されているセラミック単結晶ＹＡ
Ｇロッドを用意する。セラミック単結晶ＹＡＧロッド
は、上述したと同様の要領で作製した長さ１０ｍｍ、内
径２．１ｍｍ、外形５．１ｍｍの仮焼成セラミックＹＡ
Ｇパイプ中に挿入後、１７００℃で１０時間焼成され
る。焼成後、周囲を加工することにより、図１１に示さ
れる直径５．０ｍｍ、長さ５ｍｍのＮｄ、Ｌｕ、Ｇａド
ープのセラミックＹＡＧレーザロッド５１の周囲にノン
ドープのセラミックＹＡＧパイプ５２が接合された複合
レーザロッド５０が形成される。
【００５８】この複合レーザロッド５０では、中心のセ
ラミックＹＡＧレーザロッド５１は屈折率１．８４を有
し、周囲のセラミックＹＡＧパイプ５２が有する屈折率
１．８２よりも屈折率０．０２と１．１％高い。このた
め、図示されるように、励起用ＬＤ５６で端面励起され
た複合レーザロッド５０中の励起光５７は、Ｎｄ、Ｌ
ｕ、ＧａドープされたセラミックＹＡＧレーザロッド５
１内に閉じ込められる。この結果、効率良く励起光５７
がセラミックＹＡＧレーザロッド５１に吸収される。
【００５９】ここで、レーザロッドに、Ｎｄが１ａｔ％
ドープされた単結晶ＹＡＧレーザロッドを用いた複合レ
ーザロッドの場合と発振効率を比較した。その結果、同
じ励起光強度に対してＮｄ、Ｌｕ、Ｇａドープセラミッ
クＹＡＧレーザロッド５１を用いた方が、１．２倍高い
ことが確認されている。
【００６０】同様に、レーザロッドにＮｄが１ａｔ％、
Ｌｕが７０ａｔ％添加されている同じ大きさのセラミッ
ク単結晶ＹＡＧロッドを用いた場合、ロッドの屈折率は
１．８３となり、セラミックＹＡＧパイプよりも屈折率
が０．５％高くなる。このレーザロッドを用いて同じ実
験を試みたところ、レーザ光強度は、１．１倍高くなっ
た。また、Ｎｄが１ａｔ％、Ｇａが１８ａｔ％ドープさ
れたセラミックレーザロッドの屈折率も１．８３とな
り、セラミックＹＡＧパイプを接合したレーザロッドの
特性を同じ実験で比較したところ、１．１倍高くなるこ
とが確認されている。
【００６１】［実施例５］次に、図１２を参照して上述
したとは別の複合レーザロッド６０について説明する。
【００６２】まず、ガリウムガドリニウムガーネット
（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２；ＧＧＧ）にＮｄ１ａｔ％がドー
プされている、直径２ｍｍφ、長さ３５ｍｍの単結晶Ｇ
ＧＧレーザロッド６１を用意してその側面を鏡面研磨す
る。このレーザロッド６１を用いて、上述したと同様の
プロセスを用いて周囲にノンドープのセラミックＹＡＧ
パイプ６２を形成する。この結果、直径３ｍｍ、長さ３
５ｍｍの複合レーザロッド６０が形成される。ＧＧＧは
屈折率１．９４、またセラミックＹＡＧは屈折率１．８
２を有しており、両者間には６％の屈折率差がある。そ
のため、複合レーザロッド６０の側面から励起された光
を、中心のＧＧＧレーザロッド６１中に閉じ込めること
ができる。
【００６３】このレーザロッドを側面励起により発振さ
せ、セラミックパイプにＧＧＧセラミックを用いて屈折
率の差をつけなかった場合の複合レーザロッドと比較し
た。その結果、同じ励起光出力に対して発振効率を１０
％向上させることができた。この結果から、複合レーザ
ロッドを構成するレーザロッドの屈折率を周囲のセラミ
ックパイプよりも高くすることで、通常のロッドと比較
してビームの位置安定性と出力安定性が良くなり、か
つ、屈折率の差を設けない複合レーザロッドと比較して
発振効率が向上することが確認されている。
【００６４】［実施例６］次に、図１３を参照して上述
したとは別の複合レーザロッド７０について説明する。
【００６５】まず、上述した、Ｎｄをドープした単結晶
ＹＡＧレーザロッドの代わりに、直径２ｍｍφ、長さ３
５ｍｍのＹｂを５ａｔ％含有したセラミックＹ２Ｏ３レ
ーザロッド７１を用意する。周囲のノンドープセラミッ
クパイプは、Ｙ２Ｏ３粉末を用いたスラリーを用いて作
製する。図示されるように、仮焼成したセラミックＹ ２
Ｏ３パイプ７２中にＹｂドープのセラミックＹ２Ｏ３レ
ーザロッド７１を挿入した後、別途用意した直径２ｍ
ｍ、長さ５ｍｍのノンドープのセラミックＹ２Ｏ ３ロッ
ド７３をセラミックＹ２Ｏ３パイプ７２の中空部に両側
から挿入した。セラミックＹ２Ｏ３レーザロッド７１と
ノンドープのセラミックＹ２Ｏ３ロッド７３との接合を
促進させるために、セラミックＹ２Ｏ３パイプ７２中の
隙間には、Ｙ２Ｏ３のスラリーを充填する。その後、１
７００℃で１０時間焼成することにより、セラミックＹ
２Ｏ３パイプ７２中のロッド７１，７３とパイプ７２と
は一体化されて、ドープされたセラミックＹ２Ｏ３レー
ザロッド７１をノンドープのセラミックが完全被覆する
セラミック被覆体７４を形成する。この焼成後の試料か
ら、長さ４５ｍｍ、直径３ｍｍの複合レーザロッド７０
が作製される。
【００６６】この複合レーザロッド７０は、両端でノン
ドープのセラミックＹ２Ｏ３によるパイプ７２とロッド
７３とが完全一体化されたロッドを形成している。この
複合レーザロッドの発振特性を側面からのレーザダイオ
ード励起の共振器を用いて計測したところ、両端にノン
ドープ層を設けない複合レーザロッドと比較して約１５
％の出力の向上が見られた。
【００６７】［実施例７］次に、図１４を参照して上述
したとは別の複合レーザロッド８０について説明する。
【００６８】レーザロッドとして、直径２ｍｍ、長さ３
０ｍｍを有し、Ｎｄ０．８ａｔ％がドープされた単結晶
ＹＡＧレーザロッド８１が用意される。その周囲のノン
ドープのセラミックパイプには、Ｙ２Ｏ３のスラリーを
用いて作製したものを用意した。仮焼成したＹ２Ｏ３の
セラミックパイプ中に、単結晶ＹＡＧレーザロッド８１
を挿入して１７００℃で１０時間焼成、加工すること
で、直径３ｍｍφ、長さ３０ｍｍを有し、単結晶ＹＡＧ
レーザロッド８１の周囲にセラミックＹ２Ｏ３パイプ８
２を接合した複合レーザロッド８０を作製する。このロ
ッドを上記図３同様の共振器で発振させ、熱レンズ効果
を、周囲にセラミックＹＡＧパイプを接合したものと比
較したところ、ＹＡＧパイプよりも、Ｙ２Ｏ３パイプの
方が熱伝導率において２倍大きいため、レーザロッドを
良く冷却することが可能となり、熱レンズ効果を３０％
以上低減することが可能となった。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザロッドと、ロッド周囲の被覆層になるノンドープの
セラミックパイプとを焼成により完全に一体化結合させ
た複合レーザロッドを実現している。本発明の複合レー
ザロッドは、冷却能力の変化に伴なうレーザ発振中のレ
ーザロッドの熱変動を抑制し、また、冷却媒体から受け
る振動の影響を低減するので、レーザロッドから発振さ
れるレーザビームの位置安定性または出力安定性を改善
することができる。また、レーザロッドの屈折率をセラ
ミックパイプの屈折率よりも高くなる組み合わせを用い
た複合レーザロッドを作製することにより、励起光を効
率良くレーザロッドに吸収させることが可能となるの
で、発振効率を高くすることができる。また、セラミッ
クパイプに、レーザロッドの熱伝送率よりも高い熱伝導
率を有する素材を用いて形成することにより、ロッドを
効率良く冷却することが可能となるので、熱レンズ効果
を低減することができる。本発明のレーザロッドをレー
ザ加工装置に応用することにより、高精度で安定したレ
ーザ加工を高速、高効率で行うことが可能となる。
【００７０】従って、例えば、プリント基板の穴あけ加
工の精度が向上し、レーザビームのパルスあたりのエネ
ルギーも向上するため同じ加工をするのに少ないパルス
数で済むようになり、加工速度も上がる。また、レーザ
ビームを用いたトリミング装置では、トリミングする素
子の特性を測定しながらレーザ光を素子に照射するが、
本発明の複合レーザロッドを用いることで、より細かく
素子特性を調整することが可能となる。また、レーザ光
を用いてリペア装置や溶接装置、表面を改質する装置等
に関しても、レーザビームの出力安定性と位置安定性と
が向上することにより、加工精度および加工速度を飛躍
的に改善させることが可能である。このように本発明
は、レーザ装置を応用した産業の発展に大きく貢献する
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造工程の前半について説明する
実施の一形態を示す図である。
【図２】本発明による製造工程の後半について説明する
実施の一形態を示す図である。
【図３】複合レーザロッドを用いたレーザ発振器におけ
る構成の一形態を示す図である。
【図４】結晶ＹＡＧロッドにおけるパルス間出力安定性
の一例を示す図である。
【図５】複合ＹＡＧロッドにおけるパルス間出力安定性
の一例を示す図である。
【図６】図３のレーザ発振器において発振光の波長変換
機能を追加して第３高調波を得る構成の一形態を示す図
である。
【図７】複合ＹＡＧロッドおよび結晶ＹＡＧロッドそれ
ぞれにおける第３高調波レーザビーム照射位置のばらつ
きの一例を示す図である。
【図８】発振レーザビーム径が複合レーザロッド中のレ
ーザロッド径で規定されるレーザ発振器構成の一例を示
す図である。
【図９】発振レーザビーム径が共振器中のアパーチャー
で規定されるレーザ発振器構成の一例を示す図である。
【図１０】図１および図２とは別の本発明による製造工
程について説明する実施の一形態を示す図である。
【図１１】図１０までを参照して説明したとは別の複合
レーザロッド構成とこれを用いたレーザ発振器の構成と
それぞれの一例を示す図である。
【図１２】図１１までを参照して説明したとは別の複合
レーザロッド構成の一例を示す図である。
【図１３】図１２までを参照して説明したとは別の複合
レーザロッド構成とその製造工程との相違部分の一例を
示す図である。
【図１４】図１３までを参照して説明したとは別の複合
レーザロッド構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 石膏 ２ 穴 ３ 底蓋 ４ スラリー ５ 着肉体 ６ 仮焼成パイプ ７、２１、３１、８１ レーザロッド（単結晶ＹＡＧ
レーザロッド） ８ セラミックパイプ（セラミックＹＡＧパイプ） ２２、４５、５２、６２ セラミックＹＡＧパイプ ９ セラミック被覆層 １０、２０、４０、５０、６０、７０，８０ 複合レ
ーザロッド １１、５６ 励起用ＬＤ １２ 冷却水 １３、２３、３３ Ｑスイッチ １４、２４、３４、５４ リアミラー １５、２５、３５、５５ 出力ミラー １６ 第２高調波発生素子 １７ 第３高調波発生素子 ３６ アパーチャー ４１ スラリー容器 ４２、５１ セラミックＹＡＧレーザロッド ４３ 仮焼成セラミック材 ４４ セラミックＹＡＧ材 ５７ 励起光 ６１ ＧＧＧレーザロッド ７２、８２ セラミックＹ２Ｏ３パイプ ７３ セラミックＹ２Ｏ３ロッド ７４ セラミック被覆体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 良和 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 工藤 秀悦 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 常包 正樹 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 向原 克治 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 柳谷 高公 大阪府大阪市中央区高麗橋四丁目２番７号 神島化学工業株式会社内 (72)発明者 八木 秀喜 大阪府大阪市中央区高麗橋四丁目２番７号 神島化学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G026 BA02 BB02 BE01 BE02 BG05 BH06 4G031 AA08 AA29 BA01 CA07 GA01 GA06 5F072 AB02 AB11 AB20 AK01 AK10 JJ05 JJ06 KK12 PP07 QQ02 RR01 RR03 RR05 SS01 TT01 YY06

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ活性元素を含みレーザ光を発振す
    るレーザロッドと、このレーザロッドの周囲に在り、そ
    の界面の粒子が塑性変形により完全一体化した被覆層と
    を備えることを特徴とする複合レーザロッド。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記被覆層が、レー
    ザ活性元素を含まないセラミックであることを特徴とす
    る複合レーザロッド。
  3. 【請求項３】 請求項１において、前記被覆層が立方晶
    系の構造を持つ材料からなることを特徴とする複合レー
    ザロッド。
  4. 【請求項４】 請求項１において、前記被覆層がガーネ
    ット構造を持つ材料からなることを特徴とする複合レー
    ザロッド。
  5. 【請求項５】 請求項１において、前記被覆層が３価の
    陽イオンＲｅの酸化物であるＲｅ２Ｏ３の組成をもつ材
    料からなることを特徴とする複合レーザロッド。
  6. 【請求項６】 請求項２から５までのうちの一つに記載
    の複合レーザロッドにおいて、前記レーザロッドがレー
    ザ活性元素を含む単結晶材料からなることを特徴とする
    複合レーザロッド。
  7. 【請求項７】 請求項２から５までのうちの一つに記載
    の複合レーザロッドにおいて、前記レーザロッドがレー
    ザ活性元素を含むセラミック材料からなることを特徴と
    する複合レーザロッド。
  8. 【請求項８】 請求項２から５までのうちの一つに記載
    の複合レーザロッドにおいて、前記レーザロッドが、立
    方晶系の構造を持つ材料からなることを特徴とする複合
    レーザロッド。
  9. 【請求項９】 請求項２から５までのうちの一つに記載
    の複合レーザロッドにおいて、前記レーザロッドがガー
    ネット構造を持つ材料からなることを特徴とする複合レ
    ーザロッド。
  10. 【請求項１０】 請求項２から５までのうちの一つに記
    載の複合レーザロッドにおいて、前記レーザロッドが３
    価の陽イオンＲｅの酸化物であるＲｅ２Ｏ３の組成をも
    つ材料からなることを特徴とする複合レーザロッド。
  11. 【請求項１１】 請求項２から５までのうちの一つに記
    載の複合レーザロッドにおいて、前記レーザロッドが、
    ネオジウムをドープしたイットリウムアルミニウムガー
    ネットの組成に、ルテシウムおよびガリウムの少なくと
    も一方が混入されている、単結晶材料およびセラミック
    材料のうちのいずれか一方であることを特徴とする複合
    レーザロッド。
  12. 【請求項１２】 請求項１において、前記レーザロッド
    の屈折率が当該レーザロッド周囲の前記被覆層の屈折率
    よりも０．３％以上高いことを特徴とする複合レーザロ
    ッド。
  13. 【請求項１３】 請求項１において、前記被覆層の熱伝
    導率が、前記レーザロッドの熱伝導率よりも高いことを
    特徴とする複合レーザロッド。
  14. 【請求項１４】 請求項１において、前記複合レーザロ
    ッドにおける両端のうちの少なくとも一方に、レーザ活
    性元素を含まないセラミック材料のロッドが接合してな
    ることを特徴とする複合レーザロッド。
  15. 【請求項１５】 レーザロッドを準備する工程と、セラ
    ミックパイプを準備する工程と、当該セラミックパイプ
    に前記レーザロッドを挿入する工程と、前記レーザロッ
    ドとこれを挿入した前記セラミックパイプとを接合する
    工程とを有することを特徴とする複合レーザロッドの製
    造方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５において、前記レーザロッ
    ドが焼成前後で形状が無変化の単結晶および焼成済みの
    セラミックロッドのうちの何れか一方であることを特徴
    とする複合レーザロッドの製造方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１５において、前記セラミック
    パイプを準備する工程が、予め仮焼成したノンドープの
    セラミックパイプを作製する工程を含むことを特徴とす
    る複合レーザロッドの製造方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１５において、前記セラミック
    パイプとレーザロッドとを接合する工程が、焼成する工
    程を含むことを特徴とする複合レーザロッドの製造方
    法。
  19. 【請求項１９】 ノンドープのセラミックパイプを形成
    するための原料粉末とバインダーとを溶剤に分散させた
    スラリーを製造する工程と、このスラリーを用いてセラ
    ミックパイプを製造する工程と、このセラミックパイプ
    中にレーザロッドを挿入する工程と、スラリーを焼成し
    て挿入された前記レーザロッドの周囲に前記セラミック
    パイプを前記被覆層として接合する工程とを含むことを
    特徴とする複合レーザロッドの製造方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１５または１９において、ノン
    ドープのセラミックパイプを形成するためのスラリーを
    製造する前記工程に用いる原料粉末が、目的の材料と同
    じ結晶構造と、±１μｍ以内で揃っている粒子径とを有
    していることを特徴とする複合レーザロッドの製造方
    法。
  21. 【請求項２１】 請求項１５または１９において、レー
    ザロッドの周囲にノンドープパイプを接合する前記工程
    は、前記レーザロッド中に含まれるレーザ活性元素がノ
    ンドープのセラミックパイプ中に拡散する距離を抑制す
    るために、焼成温度をレーザロッドの融点温度の９０％
    以下で行う工程を有することを特徴とする複合レーザロ
    ッドの製造方法。
  22. 【請求項２２】 請求項１に記載の複合レーザロッドを
    用いて、発振されるレーザ光のモード制御が前記複合レ
    ーザロッドを構成しているレーザロッドの直径で規定さ
    れており、かつ発振されるレーザ光のビームがシングル
    モードであることを特徴とするレーザ装置。
  23. 【請求項２３】 請求項１に記載の複合レーザロッドを
    用いて、レーザロッドを冷却することを目的とした冷却
    モジュールに固定したレーザロッドの高次モードを含む
    固有振動数と、冷却モジュールの冷却に用いる冷却手段
    からレーザロッドに与えられる振動数とのマッチングを
    抑制することを特徴とするレーザ装置。
  24. 【請求項２４】 レーザロッドとこのレーザロッドを励
    起するための光源とを備えるレーザ共振器と、前記レー
    ザロッドを冷却する機構とを有するレーザ装置におい
    て、レーザロッドに請求項１に記載の複合レーザロッド
    を用いることを特徴とするレーザ装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２４において、波長変換機能を
    更に有し、前記複合レーザロッドは波長変換素子から出
    力されるレーザ光におけるビーム位置安定性の縦横比を
    １：１に近づけるために用いられることを特徴とするレ
    ーザ装置。
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