JP2003526951A

JP2003526951A - レーザー光を生成する装置

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Publication number: JP2003526951A
Application number: JP2001567092A
Authority: JP
Inventors: マイスター・イェルク; フランツェン・ルネ; ミトラ・トーマス; バイヤー・ライナー
Original assignee: マイスター・イェルク; フランツェン・ルネ; ミトラ・トーマス; バイヤー・ライナー
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2003-09-09
Also published as: WO2001069733A1; AU2001248270A1; DE10013371B4; EP1273076A1; DE10013371A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、ポンプ室（２）に関する。レーザー活性媒体（１）が、このポンプ室（２）内に保持されている。そして、ポンプ光が、１本又は多数の液体光ファイバ（１２）を経由してこのポンプ室（２）内へ供給される。この場合、光の伝導に利用される液体が、レーザー活性媒体（１）用の冷却媒体として使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】固体レーザは、技術においても材料加工においても医療においても不可欠な工
具である。これらの固体レーザは、例えば鋸刃やドリル刃のような機械的な摩耗
部材なしの精密で精確で非接触な作業を可能にする。

【０００２】固体レーザ中に含まれるレーザー活性媒体が、この固体レーザにとって主に重
要である。実際のレーザービームが、このレーザー活性媒体中で生成される。こ
の場合、レーザービームの生成の根拠は、最初にアルバート・アインシュタイン
によって説明された刺激放射(stimulation emission)である。原子の高いところ
にあるエネルギー準位が、レーザー活性媒体中の励起によって確保される。この
励起が原子の過半数以上をより高い準位に持っていくこと（ポンピングすること
）ができる場合は、分布の反転と呼ばれる。最終的に、レーザー光の放射が、刺
激放射の結果として起こる。固体レーザの場合は、レーザー活性媒体が結晶によ
って形成される。

【０００３】レーザー結晶を励起する従来の技術は、フラッシュ・ランプによるか又は別の
レーザーシステムによる光学ポンプである。フラッシュ・ランプによる励起では
、このフラッシュ・ランプから放出したスペクトルの一部が、レーザの励起に必
要な吸収帯の範囲内にある。この場合、結晶の励起は、横方向の配置によって起
こる。すなわち、レーザー結晶とフラッシュ・ランプとが並行に相並んでいる。
フラッシュ・ランプによって望まなく放射された熱出力は、レーザー結晶の冷却
を絶対必要にする。

【０００４】別のレーザーシステムによる励起は、違う配置の可能性で起こる：ａ）縦方向
の配置、すなわち、結晶をポンピングするために使用されるレーザが、結晶の縦
軸に沿って放射する；ｂ）横方向の配置、すなわちレーザーシステムのアレイが
、結晶に対して横方向に配置される。これらの配置の利点は、レーザが基底状態
から遷移する励起の帯域幅が狭いことである。この過程では、フラッシュ・ラン
プによる帯域幅の広い励起のときと同様に、多大な励起エネルギーが失われない
ポンピングエネルギーが、例えば縦方向の励起時に結晶内で均一に分散しない点
が、欠点である。

【０００５】ここで説明した発明は、１つの又は多数のレーザーシステム又は励起に適した
別の光源１０によるレーザ活性媒体１の光学的な励起を可能にする。使用するポ
ンプ配置(Pumpkonfiguration) は、横方向としても縦方向としても示すことがで
きない。以下では、ここで説明する方法を概念「拡散ポンプ(diffusen Pumpens)
」と呼ぶ。この場合、ポンプ光源１０の光が、液体光ファイバ１２を介してポン
プ室２に結合される。この場合、ポンプ光源１０は、１本又は多数のレーザによ
って構成され得る。結合された光エネルギーが、ポンプ室２の終端面７の反射に
よって、及びポンプ室２の側壁６の反射によってポンプ室２内にとどまる。この
結合された光源は、ポンプ室２内でレーザー活性媒体１によって吸収される。こ
のレーザー活性媒体１が、これによって光学的に励起される。この場合、レーザ
閾値を越えて、レーザー活性媒体１を通じてレーザー光を放射する。

【０００６】レーザー活性媒体１は、ポンプ室２内で光学的に励起されると同時に冷却され
る。従来の技術に対するもう１つの改良点は、光伝導に利用される液体（８, １
２）をレーザー活性媒体１用の冷却媒体として使用することである。したがって
、この供給された液体は、液体光ファイバ１２内部のポンプ放射の光伝導に使用
され、同時にポンプ室２内のレーザー活性媒体１の冷却にも使用される。液体は
、適切に設置された流出部４を経由してポンプ９に再び供給される。１本の閉鎖
された液体循環が望ましい。液体が、この液体循環で再循環されて再生される。
この場合、ポンプ光源１０の光が、適切な結合装置によって結合される。液体を
冷却媒体として使用し、同時に光伝導媒体として使用することは、ポンプ室２及
びレーザー装置の全体をコンパクトな構造にする。

【０００７】ポンプ光源１０と再循環系が、ポンプ室２と実際のレーザー活性媒体１から空
間的に離れて保持され得る事実を考慮すると、本発明は、特に興味深い。すなわ
ち、レーザー光１１が使用されなければならない場所でレーザー光１１を直接発
生させることが可能である。具体的な例としては、ここでは製造装置内のレーザ
ー照射装置(Laserapplikatoren) が挙げられる。本発明では、必要なレーザーエ
ネルギーが、加工部分で直接生成され、損失及び／又は高コストに常に結びつく
光伝導系を経由させて供給しないで済む。その他の重要な例としては、ここでは
医療で使用するハンドピースが挙げられる。すなわち、従来のように放射を外部
で発生させて、鏡関節腕(Spiegelgelenkarmen)又は別の光伝達系によってハンド
ピース内に送ることなしに、歯科レーザのレーザー活性媒体１を場所をとらない
ようにハンドピース内に組込むことが例えば可能である。

【０００８】本発明では、ポンプ室２内のレーザー媒体１が、光学的に励起される（光学的
にポンピングされる）。ポンプ室２内に配置されたレーザー活性媒体１が、液体
によって循環される。この液体は、ａ）ポンプ室２と液体光ファイバ１２内の光
伝導に使用され、かつｂ）レーザー活性媒体１を過熱及びこれによる破損から保
護する。ポンプ室２に適切に設置した流入部３と流出部４が、液体の連続的な循
環を可能にする。添付した図１ａ, １ｂ, ２ａ, ２ｂ及び図３は、本発明を実現
する模範的な可能性を示す。その他の類似の実現性が考えられる。液体が、液体
光ファイバ１２を経由して流入部３内に流入する。これらの液体光ファイバ１２
は、液体自身とポンプ光源１０のポンプ放射の双方をポンプ室２内に送ることを
可能にする。ポンプ光がポンプ室２内に流入した後に、このポンプ光は、ポンプ
室２の側面６に対する反射に起因してこのポンプ室２内で伝導される。側面６は
、レーザー活性媒体１の表面に対して広範囲にわたって並行に延在する。これら
の反射は、鏡面化に基づいて又は全反射に基づいて実現され得る。入射した光は
、ポンプ室２の終端面７で同様に反射され得る。これらの終端面７は、任意に形
成され得、側面６を互いに連結する。側面６及び／又は終端面７に対する反射は
、入射したポンプ光がポンプ室２内で均一に分散するのに役立つ。したがって、
このポンプ光は、レーザー活性媒体１の光学的な励起（拡散ポンプ）に役立つ。
その結果、適切な共振器１３又はそれとは別のレーザー活性媒体１の終端面の適
切な鏡面部が存在するときに、レーザー活性媒体１は、分布の反転を得て、この
レーザー活性媒体１からレーザー光１１を放射する。

【０００９】本発明の好適な実施形では、レーザー活性媒体１が、例えば１本のロッド状の
固体レーザー結晶である。この固体レーザー結晶は、特にNd:YAG,Ho:YAG,ErCr:Y
SGG,Er:GGG,Er:YSGG,Er:YLF でもよいし、又は別の希土類でドープした結晶でも
よい。

【００１０】本発明の好適な実施形では、液体を液体光ファイバ１２の核物質として使用す
る。

【００１１】本発明の好適な実施形では、液体をポンプ室２内部で光を伝達する核物質とし
て使用する。

【００１２】本発明の好適な実施形では、液体をレーザー媒体１用の冷却媒体として使用す
る。

【００１３】これによって、ポンプ室２とレーザー装置の全体の構造をコンパクトにするこ
とが可能である。レーザー媒体１の一方又は双方の終端面が鏡面化されることに
よって、システムを小型化することができる。何故なら、外部の共振器１３が、
もはや不要になるからである。

【００１４】本発明の好適な実施形では、冷却して光を伝達する液体は、例えば水性の溶液
, シリコンオイル又はその他の液体でもよい。

【００１５】本発明の好適な実施形では、レーザー活性媒体１が、繊維レーザ(Faserlaser)
から形成される。繊維レーザとしてのレーザー活性媒体の構成には、レーザー光
１１の強化に対して有効な長さが著しく変化することなしに、巻くことができ、
そのために非常に長く形成できるという利点がある。繊維レーザの主な物質とし
ては、特に希土類でドープしたガラスが考えられる。

【００１６】本発明の好適な実施形では、レーザー活性媒体１がエルビウムでドープされて
いる。これによって、波長が 3μm 程度のレーザー光１１を発生させることがで
きる。これらのレーザー光１１は、特に生物学的な布地の光切除に対して極めて
効果的である。

【００１７】別の好適な実施形では、レーザー活性媒体１が、ホルミウムでドープされてい
る。その結果、波長が 2μm 程度のレーザー光１１を発生させることができる。

【００１８】本発明のさらなる好適な構成では、レーザー活性媒体１が、ネオジムでドープ
されている。その結果、1 μm 程度の波長を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】本発明を実現する模範的な可能性を示す。

【図１ｂ】本発明を実現する模範的な可能性を示す。

【図２ａ】本発明を実現する模範的な可能性を示す。

【図２ｂ】本発明を実現する模範的な可能性を示す。

【図３】本発明を実現する模範的な可能性を示す。

【符号の説明】

１レーザー活性媒体２ポンプ室３流入部４流出部５ポンプ放射の典型的なビームの進行６ポンプ室２の側面７ポンプ室２の終端面８ポンプ室２の内部９液体ポンプ１０ポンプ光源１１発生したレーザー光１２液体光ファイバ／管１３外部共振器の鏡１４光学的な長手方向のポンプ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人バイヤー・ライナードイツ連邦共和国、40239 デュッセルドルフ、グルーナーストラーセ、80 (72)発明者マイスター・イェルクドイツ連邦共和国、41352 コルシェンブロイヒ、ヘレンスホッファー・ストラーセ、６ (72)発明者フランツェン・ルネドイツ連邦共和国、52072 アーヘン、レルモンダー・ストラーセ、112 (72)発明者ミトラ・トーマスドイツ連邦共和国、40764 ランゲンフェルト、リーペルスラント、８アー (72)発明者バイヤー・ライナードイツ連邦共和国、40239 デュッセルドルフ、グルーナーストラーセ、80 Ｆターム(参考） 5F072 AB02 AB09 AK01 AK06 JJ01 KK05 KK30 PP01 PP10 TT01 TT22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー活性媒体（１）が、ポンプ室（２）内に保持されて
いることを特徴とするポンプ室（２）。
【請求項２】ポンプ室（２）は、適切に設置された任意の数の流入部（３
）及び流出部（４）を有し、液体、特に水性の溶液，シリコンオイル又はその
他の液体が、これらの流入部（３）及び流出部（４）を貫流し、ポンプ室（２）
の物質と液体との屈折率の違いが、ポンプ室（２）の内側の面で全反射させるた
めに必要であり、この場合、液体の屈折率が、ポンプ室（２）の物質の屈折率よ
りも大きい請求項１に記載のポンプ室（２）。
【請求項３】ポンプ室（２）の内側（６）が、鏡面化される請求項１に記
載のポンプ室（２）。
【請求項４】ポンプ室（２）の一方又は双方の終端面（７）が、鏡面化さ
れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプ室（２）
。
【請求項５】ポンプ室（２）内に保持されたレーザー活性媒体（１）は、
液体によって冷却されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
ポンプ室（２）。
【請求項６】ポンプ室（２）内に保持されたレーザー活性媒体（１）は、
液体によって洗浄されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
ポンプ室（２）。
【請求項７】レーザー活性媒体（１）の一方の又は双方の終端面は、鏡面
化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプ室（
２）。
【請求項８】レーザー活性媒体（１）は、外側の共振器（１３）の方向に
沿って封入されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のポ
ンプ室（２）。
【請求項９】レーザー活性媒体（１）は、Nd:YAG,Ho:YAG,ErCr:YSGG,Er:G
GG,Er:YSGG,Er:YLF 、又は別の希土類でドープした結晶で可能であることを特徴
とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１０】レーザー活性媒体（１）の主な物質は、ＹＡＧ結晶である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１１】レーザー活性媒体（１）の主な物質は、ＧＧＧ結晶，ＧＳ
ＧＧ結晶又はＹＳＧＧ結晶であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項
に記載のポンプ室（２）。
【請求項１２】レーザー活性媒体（１）は、繊維レーザとして形成されて
いることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１３】繊維レーザのレーザー活性媒体（１）は、希土類でドープ
したガラスから形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項
に記載のポンプ室（２）。
【請求項１４】レーザー活性媒体（１）は、ホルミウムでドープされてい
ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１５】レーザー活性媒体（１）は、エルビウムでドープされてい
ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１６】レーザー活性媒体（１）は、ツリウムでドープされている
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１７】レーザー活性媒体（１）は、ネオジムでドープされている
ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１８】光学的な励起に必要なポンプ室（２）のエネルギーが、１
本の又は多数の光ファイバ２を経由して供給されることを特徴とする請求項１〜
１７のいずれか１項に記載のポンプ室（２）。
【請求項１９】液体は、１本又は多数の光ファイバ（１２）を通じてポン
プ室（２）内へ流入することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載
のポンプ室（２）。
【請求項２０】もう１つ別の光ファイバ（１４）が、レーザー活性媒体
（１）を縦方向に励起することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記
載のポンプ室（２）。