JP2004207496A - 固体レーザ発振器 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の固体レーザロッドを直列に結合して高出力化を図った固体レーザ発振器において、小型で、剛性が高く、光軸の調整が容易な固体レーザ発振器を提供する。
【解決手段】レーザ発振器１において、２本のロッド支持部２を相互に平行に設け、その間に２組のレーザユニット３ａ及び３ｂを相互に平行に設け、レーザユニット３ａ及び３ｂを共通のロッド支持部２により相互に連結する。また、ロッド支持部２にホルダー７ａ乃至７ｄを取り付け、ホルダー７ａに全反射ミラー８を取り付け、ホルダー７ｄに部分反射ミラー９を取り付け、ホルダー７ｂ及び７ｃに夫々ミラー１０を取り付ける。ミラー１０は夫々固体レーザロッド５の中心軸上に配置し、その反射面をこれらの中心軸に対して約４５°傾斜させ、且つ、この２枚のミラー１０の中心を結ぶ直線に対して約４５度傾斜させる。これにより、光路１１を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】レーザ発振器１において、２本のロッド支持部２を相互に平行に設け、その間に２組のレーザユニット３ａ及び３ｂを相互に平行に設け、レーザユニット３ａ及び３ｂを共通のロッド支持部２により相互に連結する。また、ロッド支持部２にホルダー７ａ乃至７ｄを取り付け、ホルダー７ａに全反射ミラー８を取り付け、ホルダー７ｄに部分反射ミラー９を取り付け、ホルダー７ｂ及び７ｃに夫々ミラー１０を取り付ける。ミラー１０は夫々固体レーザロッド５の中心軸上に配置し、その反射面をこれらの中心軸に対して約４５°傾斜させ、且つ、この２枚のミラー１０の中心を結ぶ直線に対して約４５度傾斜させる。これにより、光路１１を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の固体レーザロッドを直列に配置した固体レーザ発振器に関し、特に、小型で且つ取り扱いが容易な半導体レーザ励起固体レーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高出力の半導体レーザ励起固体レーザ発振器（以下、単にレーザ発振器ともいう）においては、必要な出力を得るために、複数の固体レーザロッドをその長手方向に沿って直線状に配置し、光路を直線状に形成してその両端にミラーを配置して発振器を構成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１９は従来のレーザ発振器を示す平面図である。図１９に示すように、この従来のレーザ発振器１０１においては、基台１０２が設けられており、基台１０２上に４組の集光器１０３が載置されている。４組の集光器１０３はその長手方向に沿って直線状に配置されており、これにより、４組の集光器１０３は光学的に直列に結合されている。そして、１組の集光器１０３においては、１対のロッド支持部１０７が設けられ、この１対のロッド支持部１０７間にガラス管１０４が設けられ、このガラス管１０４の内部に１本の固体レーザロッド１０５が設けられている。即ち、ガラス管１０４及び固体レーザロッド１０５の長手方向における両端部は、ロッド支持部１０７により支持されている。また、ガラス管１０４と固体レーザロッド１０５との間には冷却水１０６が供給されている。
【０００４】
更に、４組の集光器１０３からなる群の長手方向の一端部には、１枚の全反射ミラー１０８が設けられており、他端部には部分反射ミラー１０９が設けられている。即ち、全反射ミラー１０８、４組の集光器１０３、部分反射ミラー１０９は、この順に直線状に配置されている。また、各集光器１０３の近傍には、半導体レーザ発振器（図示せず）が設けられている。
【０００５】
これにより、半導体レーザ発振器により固体レーザロッド１０５に励起用レーザ光が入力されると、固体レーザロッド１０５が励起し、部分反射ミラー１０９と全反射ミラー１０８との間に光路１１０が形成され、部分反射ミラー１０９よりレーザ光１１１が出力される。
【０００６】
しかしながら、この従来の技術には、以下に示すような問題点がある。先ず、多数の集光器１０３を結合する場合、レーザ発振器１０１が長くなり、このレーザ発振器１０１を収納するレーザ装置が大型化するという問題点がある。また、レーザ発振器１０１が長くなることにより、基台１０２の剛性を確保することが難しくなる。これにより、振動及び周囲の温度変化により、並びに集光器１０３の質量により基台１０２が撓むことにより、レーザ光１１１の光軸のアライメントが最適条件からずれてしまい、レーザ光１１１の出力が低下したり、出射方向が変化して後段側に設けられた他の光学系とのアライメントがずれたりすることがある。
【０００７】
更に、この従来のレーザ発振器１０１においては、ロッド支持部１０７の位置を調節することにより、集光器１０３全体を動かして、光軸の調整を行っている。このため、微妙な調整が難しいという問題点がある。光軸を調整する方法として、各集光器１０３の固体レーザロッド１０５にプローブ光を入射し、この固体レーザロッド１０５を通過したプローブ光をスクリーンに投影しながら、スクリーン上に投影されたプローブ光の位置が所定の位置になるように、集光器１０３の位置を調整する方法がある。この場合、この集光器１０３とスクリーンとの間の距離を大きくするほど、高精度な調整が可能となる。しかしながら、レーザ発振器１０１においては、各集光器１０３が直線上に配置されているため、調整しようとする集光器１０３の後段に位置する集光器１０３が邪魔となり、集光器１０３とスクリーンとの間の距離を十分に大きくすることができない。この結果、レーザ発振器１０１に集光器１０３を組み込んだままでは、光軸を高精度に調整することができない。そこで、光軸を厳密に調整するためには、全ての集光器１０３を一旦レーザ発振器１０１から外し、集光器１０３の位置を１つずつ調整しながらレーザ発振器１０１に組み込んでいく作業が必要となり、光軸の調整に多大な時間がかかる。
【０００８】
また、複数の固体レーザロッドを直列に結合したレーザ発振器において、正方形の各辺に相当する位置に固体レーザロッド（以下、単にロッドともいう）を配置し、１のロッドから出力したレーザ光を４５°の入射角でミラーに入射させ、４５°の出射角で反射させることにより、このレーザ光を他のロッドに入力し、正方形状の光路を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
更に、複数の固体レーザロッドからなるグループを複数設け、各グループ内においては固体レーザロッドを直列に配列し、各グループ間においてはレーザ光を１枚のミラーにより折り返し、複数の固体レーザロッドを光学的に直列に結合する技術も開示されている。更にまた、前記各グループ間において、レーザ光を２枚のミラー及び１枚のレンズにより折り返す技術も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−５０８１３号公報（図１）
【特許文献２】
特開昭６４−８６５８０号公報（第８図）
【特許文献３】
特開平０８−２５０７９７号公報（図２９及び図３６）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。特許文献２に示す例においては、固体レーザロッドが正方形の各辺に相当する位置に配置されているため、ロッド間に無駄な空間が生じてしまい、レーザ発振器を収納するレーザ装置が大型化すると共に、レーザ発振器の基台の剛性が低下する。このため、振動及び周囲の温度変化並びに集光器の質量により、光軸のアライメントが最適条件からずれてしまうという問題点がある。
【００１２】
また、特許文献１に記載されているような集光器を直線状に配置する場合と同じく、光軸を調整するためには集光器の位置を調節しなくてはならず、光軸の調整が困難であるという問題点がある。
【００１３】
更に、特許文献２に記載の技術においては、光路におけるロッド間に１枚のミラーを配置し、１のロッドから出力したレーザ光をこの１枚のミラーにより反射させて他のロッドに入力させている。このとき、光路の対称性を高めるため、及びミラーを配置するスペースを確保するために、ミラーを光路におけるロッドとロッドとのちょうど中間の位置に配置することが好ましい。
【００１４】
しかしながら、固体レーザロッドにおいては、熱レンズ効果、即ち、光軸直交断面において、中心の温度が高く周囲に向かうにつれて温度が低くなる光軸対称の温度分布が形成され、この結果、屈折率が光軸対称の分布を持ち、固体レーザロッドが全体としてレンズとして働くようになる効果により、固体レーザロッドに入射されたレーザ光の光束は、このロッドから出力した後一旦収束し、その後発散する。一方、光の効率を高めるために、前段のロッドから出力されたときの光束の直径と、後段のロッドに入力するときの光束の直径とを相互に等しくすることが好ましい。このため、ミラーをロッドとロッドとの中間に配置すると、ミラー面上でレーザ光の光束が最も細く絞られる結果となり、ミラー面上におけるレーザ光の光密度が高くなりすぎ、レーザ光がミラーにダメージを与えるという問題点がある。
【００１５】
更にまた、特許文献３に記載されているレーザ光を１枚のミラーにより折り返す技術、及びレーザ光を２枚のミラー及び１枚のレンズにより折り返す技術においても、前述の特許文献１及び２に記載の技術と同様に、レーザ発振器の基台の剛性が低く、振動及び周囲の温度変化並びに集光器の質量により、光軸のアライメントが最適条件からずれてしまうという問題点がある。また、各グループ内においては、複数の固体レーザロッドを、ミラーを介さずに直列に配置して光学的に結合している。このため、グループ内における固体レーザロッド間の光軸を調整するためには、前述の特許文献１に記載の技術と同様に、固体レーザロッド自体の位置を調節しなくてはならず、光軸の調整が困難であるという問題点がある。更に、レーザ光を１枚のミラーにより折り返す技術においては、前述の特許文献２に記載の技術と同様に、ミラー面におけるレーザ光の光密度が高くなりすぎ、ミラーがレーザ光により損傷を受けるという問題点がある。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、複数の固体レーザロッドを直列に結合して高出力化を図った固体レーザ発振器において、小型で、剛性が高く、光軸の調整が容易で、ミラーの損傷が少ない固体レーザ発振器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体レーザ発振器は、光軸が相互に平行になるように配置された複数の固体レーザロッドと、この固体レーザロッドを励起するレーザ素子と、１の前記固体レーザロッドの光軸の一方の延長部分に配置された全反射ミラーと、他の前記固体レーザロッドの光軸の一方の延長部分に配置された部分反射ミラーと、前記複数の固体レーザロッドの光軸の延長部分のうち前記全反射ミラー及び前記部分反射ミラーが配置されていない部分に配置され前記複数の固体レーザロッドのうち２の固体レーザロッドを光学的に相互に結合する１対又は複数対のミラーと、単一の部材により前記複数の固体レーザロッドを一体的に連結するロッド支持部と、を有し、前記複数の固体レーザロッドが光学的に直列に結合されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、複数の固体レーザロッドが、その光軸が相互に平行になるように配置されていることにより、固体レーザ発振器の形状が長くなることを防止し、固体レーザ発振器を収納するレーザ装置を小型化すると共に、高い剛性を実現することができる。また、ロッド支持部が単一の部材により複数の固体レーザロッドを一体的に連結することにより、固体レーザ発振器の剛性を向上させることができる。この結果、外部から印加される振動及び温度変化、固体レーザロッドの質量並びに経年変化による光軸アライメントのずれを小さく抑えることができ、固体レーザ発振器の安定性を向上させることができる。
【００１９】
更に、各固体レーザロッドの光軸の延長部分にミラーを設けることにより、２つの固体レーザロッドを、１対のミラーにより光学的に結合することができる。これにより、２の固体レーザロッドの光軸が相互に平行又はねじれの位置にあっても、固体レーザロッドを移動させずに、ミラーの角度を調節するだけで、これらの固体レーザロッドの光軸を相互に結合させることができる。このため、光軸を最適な状態に調整することが容易になる。
【００２０】
更にまた、ミラーを固体レーザロッド間の中心位置よりロッドに近い位置に配置することができるため、ミラーの反射面における発振光のビームが太くなり、光密度が低くなる。これにより、ミラーが損傷を受けにくくなり、固体レーザ発振器の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る固体レーザ発振器は、内部に各１本の前記固体レーザロッドを収納する透明管を複数本有し、前記ロッド支持部には、前記固体レーザロッドを嵌合させて保持する貫通孔と、この貫通孔と前記ロッド支持部の外部とを連通する連絡孔と、が設けられており、この連絡孔及び貫通孔を介して、前記透明管と前記固体レーザロッドとの間にこの固体レーザロッドを冷却する冷却液が流されることが好ましい。これにより、固体レーザロッドの冷却装置を簡略化することができる。
【００２２】
更に、前記ロッド支持部が複数の支持部材を有し、この複数の支持部材のうち１の支持部材が前記複数の固体レーザロッドの夫々の一端部に連結され、他の支持部材が前記複数の固定レーザロッドの夫々の他端部に連結されていることが好ましい。これにより、固体レーザ発振器の剛性をより一層向上させることができる。
【００２３】
更にまた、本発明に係る固体レーザ発振器は、全ての前記支持部材に連結されたロッド支持結合部を有することが好ましい。これにより、固体レーザ発振器の剛性をより一層向上させることができる。
【００２４】
更にまた、前記部分反射ミラーが、この部分反射ミラーがその光軸の延長部分にある固体レーザロッドから出力されたレーザ光の一部を、他の固体レーザロッドの光軸の延長部分に位置する前記ミラーに向けて反射するように配置されており、この部分反射ミラー、前記ミラー及び全ての前記固体レーザロッドによりループ状の光路が形成されていてもよい。これにより、レーザ光が各固体レーザロッドを１回ずつ通過するだけで光路を周回することができるため、固体レーザロッドの収差及び歪みがレーザ光に及ぼす影響を低減できる。
【００２５】
更にまた、前記レーザ素子を保持すると共に、前記固体レーザロッドに対して着脱可能な固定ブロックを有すること好ましい。これにより、レーザ素子の組立及び交換が容易になる。
【００２６】
更にまた、前記透明管の表面における前記レーザ素子が発振する励起レーザ光が透過する領域に形成され前記透明管における前記励起レーザ光の反射を抑制して透過率を向上させる反射防止膜と、前記透明管の表面における前記反射防止膜が形成されていない領域の少なくとも一部に形成され前記透明管の内部を通過した前記励起レーザ光を反射する反射膜と、を有し、前記レーザ素子が発振する励起レーザ光が前記透明管に直接入射することが好ましい。これにより、透明管の内部を通過した励起レーザ光を反射させるための特別な装置を設ける必要がなく、また、レーザ素子と透明管との間にレンズ等の導波手段が設けられていないため、レーザ素子と透明管との間の距離を小さくすることができ、相互に隣接する固体レーザロッド間の距離を小さくすることができる。この結果、前段の固体レーザロッドから出力されたレーザ光の光束が熱レンズ効果により発散しても、その大部分を後段の固体レーザロッドに入射させることができ、レーザ光の効率が向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ発振器を示す平面図であり、図２はロッド支持部と固体レーザロッドとの連結部を示す一部拡大断面図であり、図３は固体レーザロッドの端部を示す一部拡大断面図であり、図４は固体レーザロッド及び半導体レーザ素子を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ発振器（レーザ発振器）１においては、２本の棒状のロッド支持部２が相互に離隔して且つ相互に平行に設けられている。ロッド支持部２の間には、２組の集光器３ａ及び３ｂが相互に平行に設けられており、その長手方向はロッド支持部２の長手方向に直交している。そして、２本の集光器３ａ及び３ｂは共通のロッド支持部２により固定されている。ロッド支持部２は、例えば、金属若しくは合金、樹脂又はセラミックスにより一体的に形成されている単一の部材である。
【００２９】
各集光器３ａ及び３ｂにおいては、円筒形のガラス管４が設けられており、ガラス管４の内部には固体レーザロッド５が配置されている。即ち、本明細書においては、ガラス管及び固体レーザロッドからなる構造体を集光器という。ガラス管４の軸と固体レーザロッド５の軸は相互に一致しており、ガラス管４及び固体レーザロッド５の両端部はロッド支持部２に保持されている。固体レーザロッド５は、例えばＹＡＧロッドである。また、ガラス管４の内面と固体レーザロッド５の外面との間には、冷却水６が流れている。冷却水６は、レーザ発振器１の外部に設けられたポンプ（図示せず）及び配管（図示せず）により供給されるものであり、冷却水６は例えば脱イオン水である。
【００３０】
ロッド支持部２にはホルダ７ａ乃至７ｄが取り付けられている。このホルダ７ａ乃至７ｄは、２本のロッド支持部２の外側における集光器３ａ及び３ｂの軸の延長線上に相当する位置に配置されている。即ち、ホルダ７ａと７ｂとの間には集光器３ａが配置されており、ホルダ７ｃと７ｄとの間には集光器３ｂが配置されている。また、ホルダ７ａ及び７ｄは同一のロッド支持部２に取り付けられており、ホルダ７ｂ及び７ｃは他の同一のロッド支持部２に取り付けられている。これにより、レーザ発振器１は、上方から見て、２本のロッド支持部２、集光器３ａ及び３ｂ、ホルダ７ａ乃至７ｄにより、「井」字状の形状をなしている。
【００３１】
ホルダ７ａには、全反射ミラー８が取り付けられている。全反射ミラー８は集光器３ａの固体レーザロッド５の中心軸上に配置され、その反射面は前記中心軸に対して垂直になっている。また、ホルダ７ｄには部分反射ミラー９が取り付けられている。部分反射ミラー９は集光器３ｂの固体レーザロッド５の中心軸上に配置され、その反射面は、この中心軸に対して垂直になっている。ホルダ７ｂ及び７ｃには、夫々ミラー１０が設けられている。ホルダ７ｂに設けられたミラー１０は集光器３ａの固体レーザロッド５の中心軸上に配置されており、ホルダ７ｃに設けられたミラー１０は集光器３ｂの固体レーザロッド５の中心軸上に配置されており、その反射面はこれらの中心軸に対して約４５°傾斜しており、且つ、前記２枚のミラー１０の中心を結ぶ直線に対して約４５度傾斜している。これにより、全反射ミラー８、固体レーザロッド５、２枚のミラー１０、固体レーザロッド５、部分反射ミラー９が光学的に直列に結合され、光路１１が形成されている。なお、ミラー１０の角度は、任意に調節可能となっている。
【００３２】
図２はロッド支持部２と固体レーザロッド５との結合部を側方から見た断面図である。即ち、図２に示す断面は、ロッド支持部２の長手方向に垂直であり、且つ、固体レーザロッド５の軸に平行である断面である。図２に示すように、ロッド支持部２には、固体レーザロッド５側の面からその反対面まで貫通する２個の貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４は固体レーザロッド５側に開口する部分１４ａ及びその反対面に開口する部分１４ｂからなり、部分１４ａの直径は部分１４ｂの直径よりも大きくなっている。また、ロッド支持部２の内部には、貫通孔１４と外部とを連絡する連絡孔１５が形成されている。
【００３３】
一方、固体レーザロッド５の端部にはロッドホルダ５ａが取り付けられている。貫通孔１４の部分１４ａにはガラス管４が嵌合されており、このガラス管４の内部には固体レーザロッド５が収納されているが、ロッドホルダ５ａはガラス管４の外部に配置されており、部分１４ｂを貫通し、その端部はロッド支持部２の外面に露出している。そして、このロッドホルダ５ａの露出部分より、レーザ光１２が入出力されるようになっている。なお、レーザ光１２の妨げにならない限り、ロットホルダ５ａの端部は、貫通孔１４の内部に位置し、ロッド支持部２の外面から引っ込んでいてもよい。
【００３４】
また、ガラス管４とロッド支持部２との間、及びロッドホルダ５ａとロッド支持部２との間には、夫々Ｏリング１６ａ及び１６ｂが設けられており、これらのＯリング１６ａ及び１６ｂに接するように、夫々ワッシャ１７ａ及び１７ｂが設けられており、ワッシャ１７ａ及び１７ｂはネジ１８によりロッド支持部２に固定されている。Ｏリング１６ａ及び１６ｂは、夫々ワッシャ１７ａ及び１７ｂによりロッド支持部２に向けて押圧され、これによりＯリング１６ａ及び１６ｂが変形し、ガラス管４とロッド支持部２との間、及びロッドホルダ５ａとロッド支持部２との間を密閉するようになっている。この結果、連絡孔１５及び貫通孔１４により、ガラス管４と固体レーザロッド５との間に冷却水６を供給する水路が形成されている。なお、連絡孔１５の中心軸は、固体レーザロッド５の中心軸と交差しないようにずれている。これにより、冷却水６が固体レーザロッド５に衝突する際の衝撃を低減し、固体レーザロッド５の振動を抑制することができる。
【００３５】
図３に示すように、ロッドホルダ５ａは２つの管状部分５ｂ及び５ｃからなっている。管状部分５ｂの一方の端部５ｄ及び管状部分５ｃの一方の端部５ｅは他の部分よりも薄くなっており、端部５ｄの内面及び端部５ｅの外面にはネジ加工が施されており、端部５ｄの内面が端部５ｅの外面に接し、端部５ｄが端部５ｅに螺合することにより、管状部分５ｂが管状部分５ｃに連結されるようになっている。また、管状部分５ｂと管状部分５ｃとの螺合部分には隙間が形成され、この隙間にＯリング１６ｃが配置されている。そして、このＯリング１６ｃは固体レーザロッド５に接触している。これにより、管状部分５ｂを管状部分５ｃに螺合することにより、Ｏリング１６ｃが管状部分５ｂ及び５ｃに押圧されて変形し、固体レーザロッド５に密着するようになっている。
【００３６】
また、図４に示すように、集光器３ａ及び３ｂの近傍には、夫々複数の半導体ＬＤ素子（Laser Diode素子：レーザダイオード素子）１９が設けられている。ＬＤ素子１９は、ガラス管４の周囲に３列に配列されており、各列は固体レーザロッド５の長手方向に沿って配列されている。また、各列は固体レーザロッド５の中心軸Ｏに関して例えば３回対称の位置に配置されている。ＬＤ素子１９の周囲には、ＬＤ素子１９を冷却する冷却水路（図示せず）が設けられている。
【００３７】
更に、ガラス管４の外面には、反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂが形成されている。反射防止膜２０ａは、ＬＤ素子１９から出力した励起レーザ光１９ａがガラス管４を透過する際に、励起レーザ光１９ａがガラス管４の表面において反射することを防止して透過率を高めるものであり、高反射膜２０ｂはガラス管４の内部を通過した励起レーザ光１９ａをガラス管４の内部に向けて反射して、励起レーザ光１９ａがガラス管４の外部に逃げることを防止すると共に、励起レーザ光１９ａをガラス管４の内部に均一に行き渡らせるものである。反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂは、例えば、誘電体膜を複数層積層させてなる多層膜により形成されている。反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂは、ガラス管４の軸方向に延びる帯状に形成されており、夫々３条の反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂが交互に配置されている。そして、ＬＤ素子１９は、出力した励起レーザ光１９ａが反射防止膜２０ａを透過してガラス管４の内部に入射し、固体レーザロッド５に到達するようになっている。但し、ＬＤ素子１９の光軸は、ＬＤ素子１９の出力端から固体レーザロッド５の中心軸Ｏに向かう方向に対してずれた方向に延びている。即ち、ＬＤ素子１９から出力した励起レーザ光１９ａの中心軸は、固体レーザロッド５の中心軸Ｏを通らずに、固体レーザロッド５における中心軸Ｏからずれた部分を通過するようになっている。
【００３８】
なお、レーザ発振器１において、部分反射ミラー９の透過率は例えば２０乃至８０％であり、固体レーザロッド５の直径は例えば４乃至８ｍｍであり、その効率は例えば４０％であり、集光器３ａ及び３ｂの長さは例えば２００ｍｍであり、１個のＬＤ素子１９の長さは例えば１０ｍｍであり、１個のＬＤ素子１９の出力は例えば２０乃至１００Ｗ、例えば６０Ｗであり、効率は例えば４０％であり、固体レーザロッド５毎のＬＤ素子１９の数は例えば数十個である。また、励起レーザ光１９ａの波長は、固体レーザロッド５を形成する材料に応じて適切な波長が選択される。例えば、固体レーザロッド５がネオジウムＹＡＧロッドである場合、励起レーザ光１９ａの波長は８０８ｎｍ（赤外光）であり、このとき、レーザ光１２の波長は１０６４ｎｍ（遠赤外光）である。更に、本実施形態のレーザ発振器１は、例えば、金属のレーザ溶接機又はレーザ切断機等に搭載される。
【００３９】
次に、本実施形態に係るレーザ発振器１の動作について説明する。先ず、図４に示すように、ＬＤ素子１９が固体レーザロッド５に対して、励起レーザ光１９ａを発振する。このとき、励起レーザ光１９ａは反射防止膜２０ａ、ガラス管４、冷却水６を透過して固体レーザロッド５に到達する。そして、励起レーザ光１９ａは、その中心軸が固体レーザロッド５の中心軸Ｏを外した部分を通過するように固体レーザロッド５内を通過して固体レーザロッド５を励起し、その後、冷却水６、ガラス管４を透過して、高反射膜２０ｂに到達する。そして、高反射膜２０ｂにより、ガラス管４の内部に向けて反射され、再び固体レーザロッド５に入射する。このようにして、固体レーザロッド５が励起されて、レーザ光１２（図１参照）を発振する。
【００４０】
図１に示すように、このレーザ光１２が、全反射ミラー８と部分反射ミラー９との間の光路１１において増幅され、レーザ光１２の一部が部分反射ミラー９を透過してレーザ光１３として出力される。
【００４１】
このとき、図２に示すように、ポンプ（図示せず）が配管（図示せず）を介して一方のロッド支持部２の連絡孔１５に冷却水６を供給し、この冷却水６が連絡孔１５及び貫通孔１４を通過してガラス管４と固体レーザロッド５との間に供給され、集光器３ａ及び３ｂを冷却する。その後、この冷却水６は他方のロッド支持部２内の貫通孔１４及び連絡孔１５を通過して、ポンプに還流する。また、他の冷却水路（図示せず）により、ＬＤ素子１９が冷却される。
【００４２】
本実施形態においては、２組の集光器３ａ及び３ｂを相互に平行に配置しているため、２組の集光器を直線状に配置する場合と比較して、集光器の長手方向におけるレーザ発振器１の長さを約半分とすることができる。これにより、レーザ発振器１を小型化でき、このレーザ発振器１を搭載するレーザ装置（図示せず）を小型化することができる。
【００４３】
また、レーザ発振器１が小型であり、且つ、２本の集光器３ａ及び３ｂは共通のロッド支持部２により固定されているため、レーザ発振器１は剛性が高い。このため、外部から印加される振動及び温度変化、集光器の質量並びに経年変化による光軸アライメントのずれを小さく抑えることができる。この結果、レーザ発振器の安定性が向上する。
【００４４】
更に、２本の固体レーザロッド５間に２枚のミラー１０が設けられているため、各ミラー１０を各固体レーザロッド５の光軸上に配置することができる。これにより、仮に、ロッドの取り付け位置がずれることにより、又は励起により熱レンズの中心位置がずれることにより、２本の固体レーザロッド５の光軸がずれ、光軸が相互に平行又はねじれの位置になっても、固体レーザロッド５を移動させずに、ミラー１０の角度を調節するだけで、２本の固体レーザロッド５の光軸を相互に結合させることができる。このため、光軸を最適な状態に調整することが容易になり、しかも微妙な調整が可能になるため、レーザ発振器１のレーザ出力を向上させることができる。この結果、最適な状態で安定したレーザ発振が可能になる。なお、特許文献２に記載された従来のレーザ発振器のように、２本の固体レーザロッドを１枚のミラーにより光学的に結合する場合は、２本の固体レーザロッドの光軸が相互に平行又はねじれの位置になってしまった場合は、光軸を相互に完全に結合させることはできない。従って、固体レーザロッド自体を移動させて、光軸同士が交わるように調整する必要が生じ、光軸の調整に多大な時間がかかる。
【００４５】
更にまた、本実施形態においては、各固体レーザロッド５の長手方向における近傍にはミラー１０しか配置されていないため、ミラー１０を外すだけで固体レーザロッド５を集光器３ａの長手方向に抜き取ることができる。このため、固体レーザロッド５が破損した場合に、このロッドを簡単に交換できる、従って、本実施形態のレーザ発振器１は保守性が優れている。これに対して、図１９に示すような従来のレーザ発振器においては、隣接する集光器が障害となり、集光器から、この集光器の長手方向にロッドを抜くことができない。なお、集光器の長手方向以外の方向にロッドを抜くことは、Ｏリング及び冷却水の配管等が邪魔になるため、困難である。従って、従来のレーザ発振器においては、レーザ発振器から集光器ごと外して、その後、ロッドを集光器の長手方向に抜く必要がある。そして、ロッドを交換した後は、再び集光器の位置合わせを高精度に行い、光軸を調整する必要がある。このため、従来のレーザ発振器においては、ロッドの交換に多大な時間がかかり、保守性が劣っている。
【００４６】
更にまた、レーザ発振器１においては、集光器３が狭い領域に集中的に配置されているために、冷却水６の配管経路を簡略化できる。また、ポンプと集光器３ａ及び３ｂとの間の距離を短くできるため、配管内で生じる圧力損失を抑制することができる。また、レーザ発振器の各部分、即ち、固体レーザロッド及びＬＤ素子等に同じ圧力の冷却水を供給できるため、各部分における冷却水の流量が安定し、レーザ発振器１の動作が安定する。
【００４７】
更にまた、２本の集光器３ａ及び３ｂは共通のロッド支持部２により固定されているため、レーザ発振器１を構成する部品点数が減り、装置のコストを低減することができる。
【００４８】
更にまた、ミラー１０を光路１１における固体レーザロッド５間の中心位置よりもロッドに近い位置に配置することができるため、ミラー１０の反射面におけるレーザ光１２のビームが太くなり、光密度が低くなる。これにより、ミラー１０が損傷を受けにくくなり、レーザ発振器１の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
更にまた、従来のレーザ発振器においては、固体レーザロッドの周囲に、ＬＤ素子を５列以上配列させていた。ＬＤ素子の周囲には、このＬＤ素子を冷却する冷却水路を設ける必要があるため、ＬＤ素子及び冷却水路からなる構造体の体積は、固体レーザロッドの直径に比較して大きいものとなる。このため、ＬＤ素子を５列以上配列させると、ＬＤ素子を固体レーザロッドに十分に近づけることができなかった。そして、ＬＤ素子から出射される励起レーザ光は広がり角度が大きいため、ＬＤ素子と集光器との間には、励起レーザ光を収束させるレンズ等の導波手段を設ける必要があった。また、固体レーザロッドを通過した励起レーザ光を反射して再度固体レーザロッドに入射させるための反射手段を、集光器の周囲に設ける必要があった。この結果、集光器の周囲に大掛かりな装置を設ける必要があり、相互に隣接する固体レーザロッド間の距離が大きくなっていた。
【００５０】
一般に、固体レーザロッドを光学的に直列に接続したレーザ発振器においては、前述の熱レンズ効果により、ロッドから出力したレーザ光は一旦収束した後発散する。このため、１のロッドから出力したレーザ光の全て又は大部分を、このロッドの後段に配置された他のロッドに入射させるためには、ロッド間の距離を所定の値以下とする必要がある。しかしながら、集光器の周囲に大掛かりな装置を設けると、複数の集光器を相互に平行に配置したときに、ロッド間の光路が前述の所定の値よりも大きくなってしまい、レーザ発振器全体の効率が著しく低下し、動作しなくなることがある。
【００５１】
これに対して、本実施形態においては、出力が十分に大きいＬＤ素子を使用することにより、ロッドを励起するために、ロッドの周囲に３列のＬＤ素子を配置すればよい。このため、ＬＤ素子を集光器に近づけることができ、ＬＤ素子から出射した励起レーザ光を直接集光器に入射させることができる。これにより、ＬＤ素子と集光器との間にレンズ等の導波手段を設ける必要がなくなる。また、ガラス管の外面に反射防止膜及び高反射膜を形成することにより、この高反射膜により、ロッドを通過した励起レーザ光を反射して再度ロッドに入射させることができる。このため、特別な反射手段を集光器の周囲に設ける必要がない。この結果、励起レーザ光をロッド全体に行き渡らせるための大掛かりな装置を必要とせず、集光器及びＬＤ素子からなる構造体の直径を従来よりも小さくすることができる。例えば、本実施形態においては、この構造体の直径を従来の約（１／３）にすることができる。これにより、ロッド間の光路長を十分に短くすることができ、上述のような問題が発生しない。
【００５２】
なお、特許文献３に示すように、ロッド間にレンズを配置してレーザ光を収束させる技術も開示されている。しかしながら、レーザ発振器を長期間に渡って使用すると、固体レーザロッドの特性が経年変化により変化する。一方、レンズの特性は経年変化しないため、レンズと固体レーザロッドとの間の整合性がとれなくなり、レーザ発振器の効率が低下する。また、レンズを設けることにより、レーザ発振器の構成が複雑化してしまう。
【００５３】
更にまた、本実施形態においては、ＬＤ素子１９の光軸が、ＬＤ素子１９の出力端から固体レーザロッド５の中心軸に向かう方向に対してずれた方向に延びている。これにより、固体レーザロッド５内において、励起レーザ光１９ａを均一に分布させることができると共に、熱レンズ効果を弱めることができる。
【００５４】
更にまた、本実施形態においては、ロッド支持部２の内部に冷却水６が流れているため、ロッド支持部２の温度は常に一定である。そして、ロッド支持部２にはホルダ７ａ乃至７ｄが取り付けられており、ホルダ７ａには、全反射ミラー８が取り付けられており、ホルダ７ｄには部分反射ミラー９が取り付けられており、ホルダ７ｂ及び７ｃには、夫々ミラー１０が設けられている。これにより、本実施形態においては、全反射ミラー８、部分反射ミラー９及びミラー１０の温度を一定に保つことができ、これらのミラーを冷却するための手段が不要になる。
【００５５】
なお、上述の如く、本実施形態においては、ＬＤ素子１９の光軸が固体レーザロッド５の中心軸を通らない例を示したが、ＬＤ素子の光軸が固体レーザロッドの中心軸を通るようにしてもよい。この場合、励起レーザ光がロッドの中心軸に集光されるため、励起レーザ光の均一性が低下すると共に熱レンズ効果が強まるものの、レーザ発振器の効率は向上する。
【００５６】
また、固体レーザロッド５はＹＡＧロッドに限定されず、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＧＳＧＧ、ＧＧＧ、ＹＬＦ、ガラス材料又はセラミックス材料により形成されていてもよい。更に、冷却水６は脱イオン水に限定されず、例えば、脱イオン水にエチレングリコールを添加した不凍液であってもよい。冷却水として不凍液を使用すれば、固体レーザロッド５をより一層冷却することができる。更にまた、固体レーザロッドの周囲に配置するＬＤ素子の列数は３列に限定されず、励起レーザ光を集光器に直接入射できる程度にＬＤ素子を集光器に近づけることができ、且つ固体レーザロッドを励起するための出力を確保できればよく、例えば、２列以下又は４列であってもよい。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図５に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器２１においては、１対のロッド支持部２２が設けられ、この１対のロッド支持部２２間に、３組の集光器２３ａ乃至２３ｃが設けられている。集光器２３ａ乃至２３ｃはこの順に、その軸が同一平面に配置され且つ相互に平行になるように配置されている。また、ロッド支持部２２にはホルダ２４ａ乃至２４ｆが取り付けられており、集光器２３ａの軸上にはホルダ２４ａ及び２４ｂが配置され、集光器２３ｂの軸上にはホルダ２４ｃ及び２４ｄが配置され、集光器２３ｃの軸上にはホルダ２４ｅ及び２４ｆが配置されている。ホルダ２４ａ、２４ｄ及び２４ｅは同一のロッド支持部２２に取り付けられており、ホルダ２４ｂ、２４ｃ及び２４ｆは他のロッド支持部２２に取り付けられている。集光器２３ａ乃至２３ｃの構成は、前述の第１の実施形態における集光器３ａ及び３ｂの構成と同じである。
【００５８】
ホルダ２４ａには全反射ミラー８が取り付けられており、ホルダ２４ｂ乃至２４ｅにはミラー１０が取り付けられており、ホルダ２４ｆには部分反射ミラー９が取り付けられている。これにより、全反射ミラー８、集光器２３ａ、２枚のミラー１０、集光器２３ｂ、２枚のミラー１０、集光器２３ｃ、部分反射ミラー９が光学的に直列に結合され、光路２５を形成している。本実施形態のレーザ発振器２１における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５９】
本実施形態においては、３組の集光器を直列に結合することにより、前述の第１の実施形態と比較して、より大きなレーザ出力を得ることができる。また、従来のレーザ発振器と比較して、その長さを約（１／３）とすることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図であり、図７は本実施形態におけるロッド支持部を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器３１においては、１対のロッド支持部３２が設けられ、この１対のロッド支持部３２間に、４組の集光器３３ａ乃至３３ｄが設けられている。集光器３３ａ乃至３３ｄはこの順に、その軸が同一平面に配置され且つ相互に平行になるように配置されている。また、ロッド支持部３２にはホルダ３４ａ乃至３４ｈが取り付けられており、集光器３３ａの軸上にはホルダ３４ａ及び３４ｂが配置され、集光器３３ｂの軸上にはホルダ３４ｃ及び３４ｄが配置され、集光器３３ｃの軸上にはホルダ３４ｅ及び３４ｆが配置され、集光器３３ｄの軸上にはホルダ３４ｇ及び３４ｈが配置されている。ホルダ３４ａ、３４ｄ、３４ｅ及び３４ｈは同一のロッド支持部３２に取り付けられており、ホルダ３４ｂ、３４ｃ、３４ｆ及び３４ｇは他のロッド支持部３２に取り付けられている。
【００６１】
ホルダ３４ａには全反射ミラー８が取り付けられており、ホルダ３４ｂ乃至３４ｅにはミラー１０が取り付けられており、ホルダ３４ｈには部分反射ミラー９が取り付けられている。これにより、全反射ミラー８、集光器３３ａ、２枚のミラー１０、集光器３３ｂ、２枚のミラー１０、集光器３３ｃ、２枚のミラー１０、集光器３３ｄ、部分反射ミラー９が光学的に直列に結合され、光路３５を形成している。
【００６２】
図７は、ロッド支持部３２における集光器３３ａの軸方向に直交する断面を示す図である。図７に示すように、ロッド支持部３２には４個の貫通孔１４が設けられており、１列に等間隔に配列されている。そして、ロッド支持部３２の内部に４本の連絡孔１５が設けられており、各連絡孔１５は各貫通孔１４とロッド支持部の外部とを夫々連通している。これにより、各貫通孔１４には、相互に独立して冷却水６が供給され、貫通孔１４を介して固体レーザロッド５（図６参照）に冷却水６を供給するようになっている。本実施形態のレーザ発振器３１における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６３】
本実施形態においては、４組の集光器を直列に結合することにより、前述の第１及び第２の実施形態と比較して、より大きなレーザ出力を得ることができる。また、従来のレーザ発振器と比較して、その長さを約（１／４）とすることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。なお、本発明においては、５組以上の集光器を結合することも可能である。
【００６４】
次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。図８は本変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。図８に示すように、本変形例のロッド支持部３２ａにおいては、前述の第３の実施形態のロッド支持部３２と異なり、連絡孔１５ａが直線状ではなく、貫通孔１４を通過しない位置に形成された直線部１５ｂと、この直線部１５ｂから各貫通孔１４に引き出された引出部１５ｃとから形成されている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６５】
本変形例においては、前述の第３の実施形態と比較して、連絡孔１５ａを１本にまとめることができ、形成する工程が簡略になる。但し、第３の実施形態と比較して、各固体レーザロッド５に供給する冷却水の圧力は、やや不均一になる。本変形例における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６６】
次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。図９は本変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。図９に示すように、ロッド支持部３２ｂ内における貫通孔１４間、及び４個の貫通孔１４のうち端に位置する１個の貫通孔１４とロッド支持部３２ｂの外部との間には、連絡孔１５ｄが直線状に形成されている。そして、貫通孔１４及び連絡孔１５ｄにより水路が形成されており、この水路を介して固体レーザロッド５（図６参照）に冷却水６を供給するようになっている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６７】
本変形例においては、前述の第３の実施形態及びその第１の変形例と比較して、水路の構成をより簡略化することができる。但し、第３の実施形態及びその第１の変形例と比較して、各固体レーザロッド５に供給する冷却水の圧力はより不均一になる。本変形例における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１０に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器４１においては、前述の第１の実施形態に係るレーザ発振器１と比較して、ホルダ７ａ（図１参照）の代わりにホルダ４２ａが設けられており、ホルダ７ｄ（図１参照）の代わりにホルダ４２ｂが設けられている。ホルダ４２ａにはミラー１０が取り付けられており、ホルダ４２ｂには部分反射ミラー４３が取り付けられている。ホルダ４２ａ内のミラー１０の反射面は、集光器３ａの固体レーザロッド５の光軸に対して約４５°傾斜していると共に、このミラー１０と部分反射ミラー４３とを結ぶ直線に対して約４５°傾斜している。また、部分反射ミラー４３は集光器３ｂの固体レーザロッド５の光軸に対して約４５°傾斜していると共に、前記ミラー１０と部分反射ミラー４３とを結ぶ直線に対して約４５°傾斜している。このミラー１０及び部分反射ミラー４３は、反射面の角度が調節可能に設けられている。
【００６９】
更に、ホルダ４２ｂには、ホルダ４２ａ内のミラー１０と共に部分反射ミラー４３を挟む位置に、全反射ミラー８が設けられている。これにより、ホルダ４２ａ内に設けられたミラー１０、集光器３ａ、ホルダ７ｂに設けられたミラー１０、ホルダ７ｃに設けられたミラー１０、集光器３ｂ、部分反射ミラー４３がループ状に光学的に結合され、光路４４を形成する。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７０】
次に、本実施形態に係るレーザ発振器４１の動作について説明する。ＬＤ素子（図４参照）が集光器３ａ及び３ｂの固体レーザロッド５に対して励起レーザ光を発振する。これにより、固体レーザロッド５が励起されてレーザ光１２を発振する。このとき、ホルダ４２ａに設けられたミラー１０から部分反射ミラー４３に入射したレーザ光１２の一部は部分反射ミラー４３により反射されて、集光器３ｂに向かう。これにより、このレーザ光は光路４４を、（集光器３ｂ→ホルダ７ｃのミラー１０→ホルダ７ｂのミラー１０→集光器３ａ）の順（以下、反時計回りという）に周回する。レーザ光１２の残部は、部分反射ミラー４３を透過し、全反射ミラー８で反射される。この全反射ミラー８で反射されたレーザ光１２の一部は部分反射ミラー４３を透過し、光路４４を、（ホルダ４２ａのミラー１０→集光器３ａ）の順（以下、時計回りという）に周回する。残部は、部分反射ミラー４３で反射されて、レーザ光１３としてレーザ発振器４１から出力される。また、集光器３ｂから部分反射ミラー４３に入射したレーザ光１２の一部は、部分反射ミラー４３により反射されて、光路４４を時計回りに周回する。残部は、部分反射ミラー４３を透過し、レーザ光１３としてレーザ発振器４１から出力される。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７１】
一般に、レーザ光が集光器を通過すると、この集光器内の固体レーザロッドにおける種々の収差及び歪み等の影響を受け、通過する度にレーザ光の品質が劣化する。図１９に示す従来のレーザ発振器１０１においては、レーザ光１１１が光路１１０における任意の位置から出発して光路１１０の全長を通過して元の位置に戻るためには、各集光器を２回ずつ通過する必要がある。これに対して、図１０に示すように、本実施形態のレーザ発振器４４においては、光路４４がループ状に形成されているため、レーザ光１２が光路４４における任意の位置から出発して、光路４４の全てを通過して元の位置に戻るために、各集光器を１回ずつ通過すればよい。このため、本実施形態のレーザ発振器においては、従来のレーザ発振器と比較して、レーザ光に及ぼすロッドの収差及び歪み等の影響を半分にすることができ、出力されるレーザ光１３の品質を向上させることができる。本実施形態における前記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７２】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１１は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１１に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器５１においては、前述の第３の実施形態に係るレーザ発振器３１と比較して、２本のロッド支持部３２の端部を相互に結合するロッド支持結合部５２が２本設けられており、各２本のロッド支持部３２及びロッド支持結合部５２により矩形の枠を形成している。即ち、ロッド支持結合部５２は、その長手方向がロッド支持部３２の長手方向に直交するように配置されており、１本のロッド支持結合部５２が２本のロッド支持部３２の各一端部に連結され、他のロッド支持結合部５２がこの２本のロッド支持部３２の各他端部に連結されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７３】
本実施形態においては、ロッド支持部３２及びロッド支持結合部５２により矩形の枠が一体的に形成されているため、前述の第３の実施形態と比較して、レーザ発振器５１の剛性がより一層向上する。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７４】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１２は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１２に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器６１においては、前述の第３の実施形態に係るレーザ発振器３１と比較して、２本のロッド支持部３２を相互に結合する板状のロッド支持結合部６２が設けられている。ロッド支持結合部６２は長方形の板状であり、２本のロッド支持部３２はロッド支持結合部６２上において、ロッド支持結合部６２の相互に対向する１対の辺に相当する位置に固定されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７５】
本実施形態においては、ロッド支持部３２を板状のロッド支持結合部６２により固定しているため、前述の第３及び第５の実施形態と比較して、レーザ発振器６１の剛性がより一層向上する。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１３は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１３に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器７１においては、前述の第６の実施形態に係るレーザ発振器６１と比較して、板状のロッド支持結合部７２が２本のロッド支持部３２の外側まで延出され、このロッド支持結合部７２の延出部分に、全反射ミラー８、部分反射ミラー９及び６枚のミラー１０が固定されている。また、前述の第６の実施形態におけるホルダ３４ａ乃至３４ｇ（図１２参照）は省略されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態においては、板状のロッド支持結合部７２が２本のロッド支持部３２の外側まで延出されているため、前述の第６の実施形態と比較して、ホルダ３４ａ乃至３４ｇ（図１２参照）を省略することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００７８】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図１４は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１４に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器８１においては、前述の第７の実施形態に係るレーザ発振器７１と比較して、部分反射ミラー９が光路３５の端部ではなく、光路３５の中間部、即ち、光路３５における集光器３３ｂと集光器３３ｃとの間の位置に設けられている。なお、ＬＤ素子は全ての集光器３３ａ乃至３３ｄの周囲に設けられている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００７９】
本実施形態においては、前段の２組の集光器３３ａ及び３３ｂによりレーザ光を励起し、後段の２組の集光器３３ｃ及び３３ｄによりレーザ光を増幅する。これにより、後段の集光器３３ｃ及び３３ｄにおいてはレーザ光を往復させる必要がないため、前段の集光器３３ａ及び３３ｂと比較して、光軸の誤差に対する許容度が増加し、光軸の調整が容易になる。これにより、直列に結合する増幅器の数が増加しても、光軸調整の負担が増大することを抑制できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００８０】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。図１５は本実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図である。図１５に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器９１は、前述の第５の実施形態に係るレーザ発振器５１と比較して、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂが設けられており、このＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂに、半導体レーザ素子であるＬＤ素子９３が一体的に固定されている点が異なっている。ＬＤ素子９３は励起レーザ光９３ａを固体レーザロッド５に対して出力するものである。ＬＤ素子９３は、固体レーザロッド５毎に複数個ずつ設けられている。例えば、１本の固体レーザロッド５の周囲に、１０個のＬＤ素子９３が直線的に配列された列が４列、合計で４０個設けられている。また、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂには、各４個の半円筒形状の凹部９４ａ及び９４ｂが形成されており、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂが相互に重ね合わされることにより、この凹部９４ａ及び９４ｂ内に集光器３３ａ乃至３３ｄを収納するようになっている。更に、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂは、方向９５に沿って移動させることにより、レーザ発振器９１に対して着脱可能となっている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第５の実施形態と同様である。
【００８１】
本実施形態においては、ＬＤ素子９３が破損した場合に、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ又は９２ｂを取り外すことにより、ＬＤ素子９３を容易に交換することができる。これにより、レーザ発振器９１の補修が容易になる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第５の実施形態と同様である。
【００８２】
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。図１６は本実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図であり、図１７は本実施形態におけるＬＤ素子固定ブロックを示す断面図であり、図１８はこのＬＤ素子固定ブロックを示す一部拡大断面図である。図１６に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器９６においては、前述の第６の実施形態に係るレーザ発振器６１と異なり、ＬＤ素子固定ブロック９７ａ及び９７ｂが設けられており、このＬＤ素子固定ブロック９７ａ及び９７ｂに、半導体レーザ発振器であるＬＤ素子９３が一体的に固定されている。また、前述の第９の実施形態に係るレーザ発振器９１と比較して、板状のロッド支持結合部６２が設けられ、剛性のより一層の向上が図られている。
【００８３】
図１６及び図１７に示すように、ＬＤ素子固定ブロック９７ａにおける集光器３３ａ乃至３３ｄ側の表面には、各４個の半円筒形状の凹部９８が形成されており、ＬＤ素子固定ブロック９７ｂにおける集光器３３ａ乃至３３ｄ側の表面は平坦になっている。そして、ＬＤ素子固定ブロック９７ａ及び９７ｂが、集光器３３ａ乃至３３ｄを挟むように、相互に重ね合わされることにより、この凹部９８内に集光器３３ａ乃至３３ｄを収納するようになっている。また、ＬＤ素子固定ブロック９７ａは、方向９９ａに沿って移動可能に設けられ、レーザ発振器９６への着脱が可能となっている。更に、ＬＤ素子固定ブロック９７ｂは、方向９９ｂに沿って移動可能に設けられており、レーザ発振器９６に対して着脱可能となっている。
【００８４】
図１８に示すように、ＬＤ素子固定ブロック９７ａの両端部には夫々給水部１００ａ及び排水部１００ｂが設けられている。給水部１００ａ及び排水部１００ｂは例えばアクリルからなり、内部に水路が形成されており、集光器の両端部に相当する位置に配置されている。給水部１００ａと排水部１００ｂとの間には、複数のＬＤモジュール１００ｃが１列に配列されており、各ＬＤモジュール１００ｃには１個のＬＤ素子９３が搭載されている。複数のＬＤモジュール１００ｃが相互に連結されて１列に配列されることにより、ＬＤモジュール１００ｃの配列方向に延びる１本の水路（図示せず）が形成されるようになっている。なお、図１８には３個のＬＤモジュール１００ｃしか図示されていないが、実際は例えば１０個のＬＤモジュール１００ｃが１列に配列されている。これにより、冷却水６は給水部１００ａ、複数のＬＤモジュール１００ｃ、排水部１００ｂをこの順に流れ、ＬＤ素子９３を冷却するようになっている。また、ＬＤ素子固定ブロック９７ａにおいては、集光器毎にＬＤモジュール１００ｃが２列ずつ設けられており、ＬＤ素子固定ブロック９７ｂにおいては、集光器毎にＬＤモジュール１００ｃが１列ずつ設けられている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００８５】
本実施形態においては、ＬＤ素子９３が破損した場合に、ＬＤ素子固定ブロック９７ａ又は９７ｂを取り外すことにより、ＬＤ素子９３を容易に交換することができる。この結果、レーザ発振器９６の補修が容易になる。また、ＬＤモジュール１００ｃを配列することにより、ＬＤ素子９３を冷却する冷却水の水路を形成することができるため、この冷却水をＬＤ素子９３の近傍に供給する配管が不要になり、レーザ発振器の構成を簡略化することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の固体レーザロッドを光学的に直列に結合させた固体レーザ発振器において、固体レーザロッドをその光軸が相互に平行になるように配置することにより、固体レーザ発振器の形状が細長くなることを避け、小型化することができる。加えて、複数の固体レーザロッドをロッド結合部により一体的に連結することにより、固体レーザ発振器の剛性を高めることができる。この結果、光軸のずれを抑制し、動作の安定性を向上させることができる。更に、固体レーザロッドの光軸の延長部分にミラーを設けることにより、固体レーザロッドを移動させずに、ミラーの角度を調節するだけで、固体レーザロッドの光軸を相互に結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図２】ロッド支持部と固体レーザロッドとの連結部を示す一部拡大断面図である。
【図３】固体レーザロッドの端部を示す一部拡大断面図である。
【図４】固体レーザロッド及び半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図７】本実施形態におけるロッド支持部を示す断面図である。
【図８】本実施形態の第１の変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。
【図９】本実施形態の第２の変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図である。
【図１７】本実施形態におけるＬＤ素子固定ブロックを示す断面図である。
【図１８】このＬＤ素子固定ブロックを示す一部拡大断面図である。
【図１９】従来のレーザ発振器を示す平面図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、９６；レーザ発振器
２、２２、３２、３２ａ、３２ｂ；ロッド支持部
３ａ、３ｂ、２３ａ〜２３ｃ、３３ａ〜３３ｄ；集光器
４；ガラス管
５；固体レーザロッド
５ａ；ロッドホルダ
５ｂ、５ｃ；管状部分
５ｄ、５ｅ；端部
６；冷却水
７ａ〜７ｄ、２４ａ〜２４ｆ、３４ａ〜３４ｈ、４２ａ、４２ｂ；ホルダ
８；全反射ミラー
９；部分反射ミラー
１０；ミラー
１１、２５、３５、４４；光路
１２、１３；レーザ光
１４；貫通孔
１４ａ、１４ｂ；部分
１５、１５ａ、１５ｄ；連絡孔
１５ｂ；直線部
１５ｃ；引出部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ；Ｏリング
１７ａ、１７ｂ；ワッシャ
１８；ネジ
１９；ＬＤ素子
１９ａ；励起レーザ光
２０ａ；反射防止膜
２０ｂ；高反射膜
４３；部分反射ミラー
５２、６２、７２；ロッド支持結合部
９２ａ、９２ｂ、９７ａ、９７ｂ；ＬＤ素子固定ブロック
９３；ＬＤ素子
９３ａ；励起レーザ光
９４ａ、９４ｂ、９８；凹部
９５、９９ａ、９９ｂ；方向
１００ａ；給水部
１００ｂ；排水部
１００ｃ；ＬＤモジュール
１０１；レーザ発振器
１０２；基台
１０３；集光器
１０４；ガラス管
１０５；固体レーザロッド
１０６；冷却水
１０７；ロッド支持部
１０８；全反射ミラー
１０９；部分反射ミラー
１１０；光路
１１１；レーザ光
Ｏ；中心軸
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の固体レーザロッドを直列に配置した固体レーザ発振器に関し、特に、小型で且つ取り扱いが容易な半導体レーザ励起固体レーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高出力の半導体レーザ励起固体レーザ発振器（以下、単にレーザ発振器ともいう）においては、必要な出力を得るために、複数の固体レーザロッドをその長手方向に沿って直線状に配置し、光路を直線状に形成してその両端にミラーを配置して発振器を構成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１９は従来のレーザ発振器を示す平面図である。図１９に示すように、この従来のレーザ発振器１０１においては、基台１０２が設けられており、基台１０２上に４組の集光器１０３が載置されている。４組の集光器１０３はその長手方向に沿って直線状に配置されており、これにより、４組の集光器１０３は光学的に直列に結合されている。そして、１組の集光器１０３においては、１対のロッド支持部１０７が設けられ、この１対のロッド支持部１０７間にガラス管１０４が設けられ、このガラス管１０４の内部に１本の固体レーザロッド１０５が設けられている。即ち、ガラス管１０４及び固体レーザロッド１０５の長手方向における両端部は、ロッド支持部１０７により支持されている。また、ガラス管１０４と固体レーザロッド１０５との間には冷却水１０６が供給されている。
【０００４】
更に、４組の集光器１０３からなる群の長手方向の一端部には、１枚の全反射ミラー１０８が設けられており、他端部には部分反射ミラー１０９が設けられている。即ち、全反射ミラー１０８、４組の集光器１０３、部分反射ミラー１０９は、この順に直線状に配置されている。また、各集光器１０３の近傍には、半導体レーザ発振器（図示せず）が設けられている。
【０００５】
これにより、半導体レーザ発振器により固体レーザロッド１０５に励起用レーザ光が入力されると、固体レーザロッド１０５が励起し、部分反射ミラー１０９と全反射ミラー１０８との間に光路１１０が形成され、部分反射ミラー１０９よりレーザ光１１１が出力される。
【０００６】
しかしながら、この従来の技術には、以下に示すような問題点がある。先ず、多数の集光器１０３を結合する場合、レーザ発振器１０１が長くなり、このレーザ発振器１０１を収納するレーザ装置が大型化するという問題点がある。また、レーザ発振器１０１が長くなることにより、基台１０２の剛性を確保することが難しくなる。これにより、振動及び周囲の温度変化により、並びに集光器１０３の質量により基台１０２が撓むことにより、レーザ光１１１の光軸のアライメントが最適条件からずれてしまい、レーザ光１１１の出力が低下したり、出射方向が変化して後段側に設けられた他の光学系とのアライメントがずれたりすることがある。
【０００７】
更に、この従来のレーザ発振器１０１においては、ロッド支持部１０７の位置を調節することにより、集光器１０３全体を動かして、光軸の調整を行っている。このため、微妙な調整が難しいという問題点がある。光軸を調整する方法として、各集光器１０３の固体レーザロッド１０５にプローブ光を入射し、この固体レーザロッド１０５を通過したプローブ光をスクリーンに投影しながら、スクリーン上に投影されたプローブ光の位置が所定の位置になるように、集光器１０３の位置を調整する方法がある。この場合、この集光器１０３とスクリーンとの間の距離を大きくするほど、高精度な調整が可能となる。しかしながら、レーザ発振器１０１においては、各集光器１０３が直線上に配置されているため、調整しようとする集光器１０３の後段に位置する集光器１０３が邪魔となり、集光器１０３とスクリーンとの間の距離を十分に大きくすることができない。この結果、レーザ発振器１０１に集光器１０３を組み込んだままでは、光軸を高精度に調整することができない。そこで、光軸を厳密に調整するためには、全ての集光器１０３を一旦レーザ発振器１０１から外し、集光器１０３の位置を１つずつ調整しながらレーザ発振器１０１に組み込んでいく作業が必要となり、光軸の調整に多大な時間がかかる。
【０００８】
また、複数の固体レーザロッドを直列に結合したレーザ発振器において、正方形の各辺に相当する位置に固体レーザロッド（以下、単にロッドともいう）を配置し、１のロッドから出力したレーザ光を４５°の入射角でミラーに入射させ、４５°の出射角で反射させることにより、このレーザ光を他のロッドに入力し、正方形状の光路を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
更に、複数の固体レーザロッドからなるグループを複数設け、各グループ内においては固体レーザロッドを直列に配列し、各グループ間においてはレーザ光を１枚のミラーにより折り返し、複数の固体レーザロッドを光学的に直列に結合する技術も開示されている。更にまた、前記各グループ間において、レーザ光を２枚のミラー及び１枚のレンズにより折り返す技術も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−５０８１３号公報（図１）
【特許文献２】
特開昭６４−８６５８０号公報（第８図）
【特許文献３】
特開平０８−２５０７９７号公報（図２９及び図３６）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。特許文献２に示す例においては、固体レーザロッドが正方形の各辺に相当する位置に配置されているため、ロッド間に無駄な空間が生じてしまい、レーザ発振器を収納するレーザ装置が大型化すると共に、レーザ発振器の基台の剛性が低下する。このため、振動及び周囲の温度変化並びに集光器の質量により、光軸のアライメントが最適条件からずれてしまうという問題点がある。
【００１２】
また、特許文献１に記載されているような集光器を直線状に配置する場合と同じく、光軸を調整するためには集光器の位置を調節しなくてはならず、光軸の調整が困難であるという問題点がある。
【００１３】
更に、特許文献２に記載の技術においては、光路におけるロッド間に１枚のミラーを配置し、１のロッドから出力したレーザ光をこの１枚のミラーにより反射させて他のロッドに入力させている。このとき、光路の対称性を高めるため、及びミラーを配置するスペースを確保するために、ミラーを光路におけるロッドとロッドとのちょうど中間の位置に配置することが好ましい。
【００１４】
しかしながら、固体レーザロッドにおいては、熱レンズ効果、即ち、光軸直交断面において、中心の温度が高く周囲に向かうにつれて温度が低くなる光軸対称の温度分布が形成され、この結果、屈折率が光軸対称の分布を持ち、固体レーザロッドが全体としてレンズとして働くようになる効果により、固体レーザロッドに入射されたレーザ光の光束は、このロッドから出力した後一旦収束し、その後発散する。一方、光の効率を高めるために、前段のロッドから出力されたときの光束の直径と、後段のロッドに入力するときの光束の直径とを相互に等しくすることが好ましい。このため、ミラーをロッドとロッドとの中間に配置すると、ミラー面上でレーザ光の光束が最も細く絞られる結果となり、ミラー面上におけるレーザ光の光密度が高くなりすぎ、レーザ光がミラーにダメージを与えるという問題点がある。
【００１５】
更にまた、特許文献３に記載されているレーザ光を１枚のミラーにより折り返す技術、及びレーザ光を２枚のミラー及び１枚のレンズにより折り返す技術においても、前述の特許文献１及び２に記載の技術と同様に、レーザ発振器の基台の剛性が低く、振動及び周囲の温度変化並びに集光器の質量により、光軸のアライメントが最適条件からずれてしまうという問題点がある。また、各グループ内においては、複数の固体レーザロッドを、ミラーを介さずに直列に配置して光学的に結合している。このため、グループ内における固体レーザロッド間の光軸を調整するためには、前述の特許文献１に記載の技術と同様に、固体レーザロッド自体の位置を調節しなくてはならず、光軸の調整が困難であるという問題点がある。更に、レーザ光を１枚のミラーにより折り返す技術においては、前述の特許文献２に記載の技術と同様に、ミラー面におけるレーザ光の光密度が高くなりすぎ、ミラーがレーザ光により損傷を受けるという問題点がある。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、複数の固体レーザロッドを直列に結合して高出力化を図った固体レーザ発振器において、小型で、剛性が高く、光軸の調整が容易で、ミラーの損傷が少ない固体レーザ発振器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体レーザ発振器は、光軸が相互に平行になるように配置された複数の固体レーザロッドと、この固体レーザロッドを励起するレーザ素子と、１の前記固体レーザロッドの光軸の一方の延長部分に配置された全反射ミラーと、他の前記固体レーザロッドの光軸の一方の延長部分に配置された部分反射ミラーと、前記複数の固体レーザロッドの光軸の延長部分のうち前記全反射ミラー及び前記部分反射ミラーが配置されていない部分に配置され前記複数の固体レーザロッドのうち２の固体レーザロッドを光学的に相互に結合する１対又は複数対のミラーと、単一の部材により前記複数の固体レーザロッドを一体的に連結するロッド支持部と、を有し、前記複数の固体レーザロッドが光学的に直列に結合されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、複数の固体レーザロッドが、その光軸が相互に平行になるように配置されていることにより、固体レーザ発振器の形状が長くなることを防止し、固体レーザ発振器を収納するレーザ装置を小型化すると共に、高い剛性を実現することができる。また、ロッド支持部が単一の部材により複数の固体レーザロッドを一体的に連結することにより、固体レーザ発振器の剛性を向上させることができる。この結果、外部から印加される振動及び温度変化、固体レーザロッドの質量並びに経年変化による光軸アライメントのずれを小さく抑えることができ、固体レーザ発振器の安定性を向上させることができる。
【００１９】
更に、各固体レーザロッドの光軸の延長部分にミラーを設けることにより、２つの固体レーザロッドを、１対のミラーにより光学的に結合することができる。これにより、２の固体レーザロッドの光軸が相互に平行又はねじれの位置にあっても、固体レーザロッドを移動させずに、ミラーの角度を調節するだけで、これらの固体レーザロッドの光軸を相互に結合させることができる。このため、光軸を最適な状態に調整することが容易になる。
【００２０】
更にまた、ミラーを固体レーザロッド間の中心位置よりロッドに近い位置に配置することができるため、ミラーの反射面における発振光のビームが太くなり、光密度が低くなる。これにより、ミラーが損傷を受けにくくなり、固体レーザ発振器の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る固体レーザ発振器は、内部に各１本の前記固体レーザロッドを収納する透明管を複数本有し、前記ロッド支持部には、前記固体レーザロッドを嵌合させて保持する貫通孔と、この貫通孔と前記ロッド支持部の外部とを連通する連絡孔と、が設けられており、この連絡孔及び貫通孔を介して、前記透明管と前記固体レーザロッドとの間にこの固体レーザロッドを冷却する冷却液が流されることが好ましい。これにより、固体レーザロッドの冷却装置を簡略化することができる。
【００２２】
更に、前記ロッド支持部が複数の支持部材を有し、この複数の支持部材のうち１の支持部材が前記複数の固体レーザロッドの夫々の一端部に連結され、他の支持部材が前記複数の固定レーザロッドの夫々の他端部に連結されていることが好ましい。これにより、固体レーザ発振器の剛性をより一層向上させることができる。
【００２３】
更にまた、本発明に係る固体レーザ発振器は、全ての前記支持部材に連結されたロッド支持結合部を有することが好ましい。これにより、固体レーザ発振器の剛性をより一層向上させることができる。
【００２４】
更にまた、前記部分反射ミラーが、この部分反射ミラーがその光軸の延長部分にある固体レーザロッドから出力されたレーザ光の一部を、他の固体レーザロッドの光軸の延長部分に位置する前記ミラーに向けて反射するように配置されており、この部分反射ミラー、前記ミラー及び全ての前記固体レーザロッドによりループ状の光路が形成されていてもよい。これにより、レーザ光が各固体レーザロッドを１回ずつ通過するだけで光路を周回することができるため、固体レーザロッドの収差及び歪みがレーザ光に及ぼす影響を低減できる。
【００２５】
更にまた、前記レーザ素子を保持すると共に、前記固体レーザロッドに対して着脱可能な固定ブロックを有すること好ましい。これにより、レーザ素子の組立及び交換が容易になる。
【００２６】
更にまた、前記透明管の表面における前記レーザ素子が発振する励起レーザ光が透過する領域に形成され前記透明管における前記励起レーザ光の反射を抑制して透過率を向上させる反射防止膜と、前記透明管の表面における前記反射防止膜が形成されていない領域の少なくとも一部に形成され前記透明管の内部を通過した前記励起レーザ光を反射する反射膜と、を有し、前記レーザ素子が発振する励起レーザ光が前記透明管に直接入射することが好ましい。これにより、透明管の内部を通過した励起レーザ光を反射させるための特別な装置を設ける必要がなく、また、レーザ素子と透明管との間にレンズ等の導波手段が設けられていないため、レーザ素子と透明管との間の距離を小さくすることができ、相互に隣接する固体レーザロッド間の距離を小さくすることができる。この結果、前段の固体レーザロッドから出力されたレーザ光の光束が熱レンズ効果により発散しても、その大部分を後段の固体レーザロッドに入射させることができ、レーザ光の効率が向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ発振器を示す平面図であり、図２はロッド支持部と固体レーザロッドとの連結部を示す一部拡大断面図であり、図３は固体レーザロッドの端部を示す一部拡大断面図であり、図４は固体レーザロッド及び半導体レーザ素子を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ励起固体レーザ発振器（レーザ発振器）１においては、２本の棒状のロッド支持部２が相互に離隔して且つ相互に平行に設けられている。ロッド支持部２の間には、２組の集光器３ａ及び３ｂが相互に平行に設けられており、その長手方向はロッド支持部２の長手方向に直交している。そして、２本の集光器３ａ及び３ｂは共通のロッド支持部２により固定されている。ロッド支持部２は、例えば、金属若しくは合金、樹脂又はセラミックスにより一体的に形成されている単一の部材である。
【００２９】
各集光器３ａ及び３ｂにおいては、円筒形のガラス管４が設けられており、ガラス管４の内部には固体レーザロッド５が配置されている。即ち、本明細書においては、ガラス管及び固体レーザロッドからなる構造体を集光器という。ガラス管４の軸と固体レーザロッド５の軸は相互に一致しており、ガラス管４及び固体レーザロッド５の両端部はロッド支持部２に保持されている。固体レーザロッド５は、例えばＹＡＧロッドである。また、ガラス管４の内面と固体レーザロッド５の外面との間には、冷却水６が流れている。冷却水６は、レーザ発振器１の外部に設けられたポンプ（図示せず）及び配管（図示せず）により供給されるものであり、冷却水６は例えば脱イオン水である。
【００３０】
ロッド支持部２にはホルダ７ａ乃至７ｄが取り付けられている。このホルダ７ａ乃至７ｄは、２本のロッド支持部２の外側における集光器３ａ及び３ｂの軸の延長線上に相当する位置に配置されている。即ち、ホルダ７ａと７ｂとの間には集光器３ａが配置されており、ホルダ７ｃと７ｄとの間には集光器３ｂが配置されている。また、ホルダ７ａ及び７ｄは同一のロッド支持部２に取り付けられており、ホルダ７ｂ及び７ｃは他の同一のロッド支持部２に取り付けられている。これにより、レーザ発振器１は、上方から見て、２本のロッド支持部２、集光器３ａ及び３ｂ、ホルダ７ａ乃至７ｄにより、「井」字状の形状をなしている。
【００３１】
ホルダ７ａには、全反射ミラー８が取り付けられている。全反射ミラー８は集光器３ａの固体レーザロッド５の中心軸上に配置され、その反射面は前記中心軸に対して垂直になっている。また、ホルダ７ｄには部分反射ミラー９が取り付けられている。部分反射ミラー９は集光器３ｂの固体レーザロッド５の中心軸上に配置され、その反射面は、この中心軸に対して垂直になっている。ホルダ７ｂ及び７ｃには、夫々ミラー１０が設けられている。ホルダ７ｂに設けられたミラー１０は集光器３ａの固体レーザロッド５の中心軸上に配置されており、ホルダ７ｃに設けられたミラー１０は集光器３ｂの固体レーザロッド５の中心軸上に配置されており、その反射面はこれらの中心軸に対して約４５°傾斜しており、且つ、前記２枚のミラー１０の中心を結ぶ直線に対して約４５度傾斜している。これにより、全反射ミラー８、固体レーザロッド５、２枚のミラー１０、固体レーザロッド５、部分反射ミラー９が光学的に直列に結合され、光路１１が形成されている。なお、ミラー１０の角度は、任意に調節可能となっている。
【００３２】
図２はロッド支持部２と固体レーザロッド５との結合部を側方から見た断面図である。即ち、図２に示す断面は、ロッド支持部２の長手方向に垂直であり、且つ、固体レーザロッド５の軸に平行である断面である。図２に示すように、ロッド支持部２には、固体レーザロッド５側の面からその反対面まで貫通する２個の貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４は固体レーザロッド５側に開口する部分１４ａ及びその反対面に開口する部分１４ｂからなり、部分１４ａの直径は部分１４ｂの直径よりも大きくなっている。また、ロッド支持部２の内部には、貫通孔１４と外部とを連絡する連絡孔１５が形成されている。
【００３３】
一方、固体レーザロッド５の端部にはロッドホルダ５ａが取り付けられている。貫通孔１４の部分１４ａにはガラス管４が嵌合されており、このガラス管４の内部には固体レーザロッド５が収納されているが、ロッドホルダ５ａはガラス管４の外部に配置されており、部分１４ｂを貫通し、その端部はロッド支持部２の外面に露出している。そして、このロッドホルダ５ａの露出部分より、レーザ光１２が入出力されるようになっている。なお、レーザ光１２の妨げにならない限り、ロットホルダ５ａの端部は、貫通孔１４の内部に位置し、ロッド支持部２の外面から引っ込んでいてもよい。
【００３４】
また、ガラス管４とロッド支持部２との間、及びロッドホルダ５ａとロッド支持部２との間には、夫々Ｏリング１６ａ及び１６ｂが設けられており、これらのＯリング１６ａ及び１６ｂに接するように、夫々ワッシャ１７ａ及び１７ｂが設けられており、ワッシャ１７ａ及び１７ｂはネジ１８によりロッド支持部２に固定されている。Ｏリング１６ａ及び１６ｂは、夫々ワッシャ１７ａ及び１７ｂによりロッド支持部２に向けて押圧され、これによりＯリング１６ａ及び１６ｂが変形し、ガラス管４とロッド支持部２との間、及びロッドホルダ５ａとロッド支持部２との間を密閉するようになっている。この結果、連絡孔１５及び貫通孔１４により、ガラス管４と固体レーザロッド５との間に冷却水６を供給する水路が形成されている。なお、連絡孔１５の中心軸は、固体レーザロッド５の中心軸と交差しないようにずれている。これにより、冷却水６が固体レーザロッド５に衝突する際の衝撃を低減し、固体レーザロッド５の振動を抑制することができる。
【００３５】
図３に示すように、ロッドホルダ５ａは２つの管状部分５ｂ及び５ｃからなっている。管状部分５ｂの一方の端部５ｄ及び管状部分５ｃの一方の端部５ｅは他の部分よりも薄くなっており、端部５ｄの内面及び端部５ｅの外面にはネジ加工が施されており、端部５ｄの内面が端部５ｅの外面に接し、端部５ｄが端部５ｅに螺合することにより、管状部分５ｂが管状部分５ｃに連結されるようになっている。また、管状部分５ｂと管状部分５ｃとの螺合部分には隙間が形成され、この隙間にＯリング１６ｃが配置されている。そして、このＯリング１６ｃは固体レーザロッド５に接触している。これにより、管状部分５ｂを管状部分５ｃに螺合することにより、Ｏリング１６ｃが管状部分５ｂ及び５ｃに押圧されて変形し、固体レーザロッド５に密着するようになっている。
【００３６】
また、図４に示すように、集光器３ａ及び３ｂの近傍には、夫々複数の半導体ＬＤ素子（Laser Diode素子：レーザダイオード素子）１９が設けられている。ＬＤ素子１９は、ガラス管４の周囲に３列に配列されており、各列は固体レーザロッド５の長手方向に沿って配列されている。また、各列は固体レーザロッド５の中心軸Ｏに関して例えば３回対称の位置に配置されている。ＬＤ素子１９の周囲には、ＬＤ素子１９を冷却する冷却水路（図示せず）が設けられている。
【００３７】
更に、ガラス管４の外面には、反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂが形成されている。反射防止膜２０ａは、ＬＤ素子１９から出力した励起レーザ光１９ａがガラス管４を透過する際に、励起レーザ光１９ａがガラス管４の表面において反射することを防止して透過率を高めるものであり、高反射膜２０ｂはガラス管４の内部を通過した励起レーザ光１９ａをガラス管４の内部に向けて反射して、励起レーザ光１９ａがガラス管４の外部に逃げることを防止すると共に、励起レーザ光１９ａをガラス管４の内部に均一に行き渡らせるものである。反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂは、例えば、誘電体膜を複数層積層させてなる多層膜により形成されている。反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂは、ガラス管４の軸方向に延びる帯状に形成されており、夫々３条の反射防止膜２０ａ及び高反射膜２０ｂが交互に配置されている。そして、ＬＤ素子１９は、出力した励起レーザ光１９ａが反射防止膜２０ａを透過してガラス管４の内部に入射し、固体レーザロッド５に到達するようになっている。但し、ＬＤ素子１９の光軸は、ＬＤ素子１９の出力端から固体レーザロッド５の中心軸Ｏに向かう方向に対してずれた方向に延びている。即ち、ＬＤ素子１９から出力した励起レーザ光１９ａの中心軸は、固体レーザロッド５の中心軸Ｏを通らずに、固体レーザロッド５における中心軸Ｏからずれた部分を通過するようになっている。
【００３８】
なお、レーザ発振器１において、部分反射ミラー９の透過率は例えば２０乃至８０％であり、固体レーザロッド５の直径は例えば４乃至８ｍｍであり、その効率は例えば４０％であり、集光器３ａ及び３ｂの長さは例えば２００ｍｍであり、１個のＬＤ素子１９の長さは例えば１０ｍｍであり、１個のＬＤ素子１９の出力は例えば２０乃至１００Ｗ、例えば６０Ｗであり、効率は例えば４０％であり、固体レーザロッド５毎のＬＤ素子１９の数は例えば数十個である。また、励起レーザ光１９ａの波長は、固体レーザロッド５を形成する材料に応じて適切な波長が選択される。例えば、固体レーザロッド５がネオジウムＹＡＧロッドである場合、励起レーザ光１９ａの波長は８０８ｎｍ（赤外光）であり、このとき、レーザ光１２の波長は１０６４ｎｍ（遠赤外光）である。更に、本実施形態のレーザ発振器１は、例えば、金属のレーザ溶接機又はレーザ切断機等に搭載される。
【００３９】
次に、本実施形態に係るレーザ発振器１の動作について説明する。先ず、図４に示すように、ＬＤ素子１９が固体レーザロッド５に対して、励起レーザ光１９ａを発振する。このとき、励起レーザ光１９ａは反射防止膜２０ａ、ガラス管４、冷却水６を透過して固体レーザロッド５に到達する。そして、励起レーザ光１９ａは、その中心軸が固体レーザロッド５の中心軸Ｏを外した部分を通過するように固体レーザロッド５内を通過して固体レーザロッド５を励起し、その後、冷却水６、ガラス管４を透過して、高反射膜２０ｂに到達する。そして、高反射膜２０ｂにより、ガラス管４の内部に向けて反射され、再び固体レーザロッド５に入射する。このようにして、固体レーザロッド５が励起されて、レーザ光１２（図１参照）を発振する。
【００４０】
図１に示すように、このレーザ光１２が、全反射ミラー８と部分反射ミラー９との間の光路１１において増幅され、レーザ光１２の一部が部分反射ミラー９を透過してレーザ光１３として出力される。
【００４１】
このとき、図２に示すように、ポンプ（図示せず）が配管（図示せず）を介して一方のロッド支持部２の連絡孔１５に冷却水６を供給し、この冷却水６が連絡孔１５及び貫通孔１４を通過してガラス管４と固体レーザロッド５との間に供給され、集光器３ａ及び３ｂを冷却する。その後、この冷却水６は他方のロッド支持部２内の貫通孔１４及び連絡孔１５を通過して、ポンプに還流する。また、他の冷却水路（図示せず）により、ＬＤ素子１９が冷却される。
【００４２】
本実施形態においては、２組の集光器３ａ及び３ｂを相互に平行に配置しているため、２組の集光器を直線状に配置する場合と比較して、集光器の長手方向におけるレーザ発振器１の長さを約半分とすることができる。これにより、レーザ発振器１を小型化でき、このレーザ発振器１を搭載するレーザ装置（図示せず）を小型化することができる。
【００４３】
また、レーザ発振器１が小型であり、且つ、２本の集光器３ａ及び３ｂは共通のロッド支持部２により固定されているため、レーザ発振器１は剛性が高い。このため、外部から印加される振動及び温度変化、集光器の質量並びに経年変化による光軸アライメントのずれを小さく抑えることができる。この結果、レーザ発振器の安定性が向上する。
【００４４】
更に、２本の固体レーザロッド５間に２枚のミラー１０が設けられているため、各ミラー１０を各固体レーザロッド５の光軸上に配置することができる。これにより、仮に、ロッドの取り付け位置がずれることにより、又は励起により熱レンズの中心位置がずれることにより、２本の固体レーザロッド５の光軸がずれ、光軸が相互に平行又はねじれの位置になっても、固体レーザロッド５を移動させずに、ミラー１０の角度を調節するだけで、２本の固体レーザロッド５の光軸を相互に結合させることができる。このため、光軸を最適な状態に調整することが容易になり、しかも微妙な調整が可能になるため、レーザ発振器１のレーザ出力を向上させることができる。この結果、最適な状態で安定したレーザ発振が可能になる。なお、特許文献２に記載された従来のレーザ発振器のように、２本の固体レーザロッドを１枚のミラーにより光学的に結合する場合は、２本の固体レーザロッドの光軸が相互に平行又はねじれの位置になってしまった場合は、光軸を相互に完全に結合させることはできない。従って、固体レーザロッド自体を移動させて、光軸同士が交わるように調整する必要が生じ、光軸の調整に多大な時間がかかる。
【００４５】
更にまた、本実施形態においては、各固体レーザロッド５の長手方向における近傍にはミラー１０しか配置されていないため、ミラー１０を外すだけで固体レーザロッド５を集光器３ａの長手方向に抜き取ることができる。このため、固体レーザロッド５が破損した場合に、このロッドを簡単に交換できる、従って、本実施形態のレーザ発振器１は保守性が優れている。これに対して、図１９に示すような従来のレーザ発振器においては、隣接する集光器が障害となり、集光器から、この集光器の長手方向にロッドを抜くことができない。なお、集光器の長手方向以外の方向にロッドを抜くことは、Ｏリング及び冷却水の配管等が邪魔になるため、困難である。従って、従来のレーザ発振器においては、レーザ発振器から集光器ごと外して、その後、ロッドを集光器の長手方向に抜く必要がある。そして、ロッドを交換した後は、再び集光器の位置合わせを高精度に行い、光軸を調整する必要がある。このため、従来のレーザ発振器においては、ロッドの交換に多大な時間がかかり、保守性が劣っている。
【００４６】
更にまた、レーザ発振器１においては、集光器３が狭い領域に集中的に配置されているために、冷却水６の配管経路を簡略化できる。また、ポンプと集光器３ａ及び３ｂとの間の距離を短くできるため、配管内で生じる圧力損失を抑制することができる。また、レーザ発振器の各部分、即ち、固体レーザロッド及びＬＤ素子等に同じ圧力の冷却水を供給できるため、各部分における冷却水の流量が安定し、レーザ発振器１の動作が安定する。
【００４７】
更にまた、２本の集光器３ａ及び３ｂは共通のロッド支持部２により固定されているため、レーザ発振器１を構成する部品点数が減り、装置のコストを低減することができる。
【００４８】
更にまた、ミラー１０を光路１１における固体レーザロッド５間の中心位置よりもロッドに近い位置に配置することができるため、ミラー１０の反射面におけるレーザ光１２のビームが太くなり、光密度が低くなる。これにより、ミラー１０が損傷を受けにくくなり、レーザ発振器１の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
更にまた、従来のレーザ発振器においては、固体レーザロッドの周囲に、ＬＤ素子を５列以上配列させていた。ＬＤ素子の周囲には、このＬＤ素子を冷却する冷却水路を設ける必要があるため、ＬＤ素子及び冷却水路からなる構造体の体積は、固体レーザロッドの直径に比較して大きいものとなる。このため、ＬＤ素子を５列以上配列させると、ＬＤ素子を固体レーザロッドに十分に近づけることができなかった。そして、ＬＤ素子から出射される励起レーザ光は広がり角度が大きいため、ＬＤ素子と集光器との間には、励起レーザ光を収束させるレンズ等の導波手段を設ける必要があった。また、固体レーザロッドを通過した励起レーザ光を反射して再度固体レーザロッドに入射させるための反射手段を、集光器の周囲に設ける必要があった。この結果、集光器の周囲に大掛かりな装置を設ける必要があり、相互に隣接する固体レーザロッド間の距離が大きくなっていた。
【００５０】
一般に、固体レーザロッドを光学的に直列に接続したレーザ発振器においては、前述の熱レンズ効果により、ロッドから出力したレーザ光は一旦収束した後発散する。このため、１のロッドから出力したレーザ光の全て又は大部分を、このロッドの後段に配置された他のロッドに入射させるためには、ロッド間の距離を所定の値以下とする必要がある。しかしながら、集光器の周囲に大掛かりな装置を設けると、複数の集光器を相互に平行に配置したときに、ロッド間の光路が前述の所定の値よりも大きくなってしまい、レーザ発振器全体の効率が著しく低下し、動作しなくなることがある。
【００５１】
これに対して、本実施形態においては、出力が十分に大きいＬＤ素子を使用することにより、ロッドを励起するために、ロッドの周囲に３列のＬＤ素子を配置すればよい。このため、ＬＤ素子を集光器に近づけることができ、ＬＤ素子から出射した励起レーザ光を直接集光器に入射させることができる。これにより、ＬＤ素子と集光器との間にレンズ等の導波手段を設ける必要がなくなる。また、ガラス管の外面に反射防止膜及び高反射膜を形成することにより、この高反射膜により、ロッドを通過した励起レーザ光を反射して再度ロッドに入射させることができる。このため、特別な反射手段を集光器の周囲に設ける必要がない。この結果、励起レーザ光をロッド全体に行き渡らせるための大掛かりな装置を必要とせず、集光器及びＬＤ素子からなる構造体の直径を従来よりも小さくすることができる。例えば、本実施形態においては、この構造体の直径を従来の約（１／３）にすることができる。これにより、ロッド間の光路長を十分に短くすることができ、上述のような問題が発生しない。
【００５２】
なお、特許文献３に示すように、ロッド間にレンズを配置してレーザ光を収束させる技術も開示されている。しかしながら、レーザ発振器を長期間に渡って使用すると、固体レーザロッドの特性が経年変化により変化する。一方、レンズの特性は経年変化しないため、レンズと固体レーザロッドとの間の整合性がとれなくなり、レーザ発振器の効率が低下する。また、レンズを設けることにより、レーザ発振器の構成が複雑化してしまう。
【００５３】
更にまた、本実施形態においては、ＬＤ素子１９の光軸が、ＬＤ素子１９の出力端から固体レーザロッド５の中心軸に向かう方向に対してずれた方向に延びている。これにより、固体レーザロッド５内において、励起レーザ光１９ａを均一に分布させることができると共に、熱レンズ効果を弱めることができる。
【００５４】
更にまた、本実施形態においては、ロッド支持部２の内部に冷却水６が流れているため、ロッド支持部２の温度は常に一定である。そして、ロッド支持部２にはホルダ７ａ乃至７ｄが取り付けられており、ホルダ７ａには、全反射ミラー８が取り付けられており、ホルダ７ｄには部分反射ミラー９が取り付けられており、ホルダ７ｂ及び７ｃには、夫々ミラー１０が設けられている。これにより、本実施形態においては、全反射ミラー８、部分反射ミラー９及びミラー１０の温度を一定に保つことができ、これらのミラーを冷却するための手段が不要になる。
【００５５】
なお、上述の如く、本実施形態においては、ＬＤ素子１９の光軸が固体レーザロッド５の中心軸を通らない例を示したが、ＬＤ素子の光軸が固体レーザロッドの中心軸を通るようにしてもよい。この場合、励起レーザ光がロッドの中心軸に集光されるため、励起レーザ光の均一性が低下すると共に熱レンズ効果が強まるものの、レーザ発振器の効率は向上する。
【００５６】
また、固体レーザロッド５はＹＡＧロッドに限定されず、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＧＳＧＧ、ＧＧＧ、ＹＬＦ、ガラス材料又はセラミックス材料により形成されていてもよい。更に、冷却水６は脱イオン水に限定されず、例えば、脱イオン水にエチレングリコールを添加した不凍液であってもよい。冷却水として不凍液を使用すれば、固体レーザロッド５をより一層冷却することができる。更にまた、固体レーザロッドの周囲に配置するＬＤ素子の列数は３列に限定されず、励起レーザ光を集光器に直接入射できる程度にＬＤ素子を集光器に近づけることができ、且つ固体レーザロッドを励起するための出力を確保できればよく、例えば、２列以下又は４列であってもよい。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図５に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器２１においては、１対のロッド支持部２２が設けられ、この１対のロッド支持部２２間に、３組の集光器２３ａ乃至２３ｃが設けられている。集光器２３ａ乃至２３ｃはこの順に、その軸が同一平面に配置され且つ相互に平行になるように配置されている。また、ロッド支持部２２にはホルダ２４ａ乃至２４ｆが取り付けられており、集光器２３ａの軸上にはホルダ２４ａ及び２４ｂが配置され、集光器２３ｂの軸上にはホルダ２４ｃ及び２４ｄが配置され、集光器２３ｃの軸上にはホルダ２４ｅ及び２４ｆが配置されている。ホルダ２４ａ、２４ｄ及び２４ｅは同一のロッド支持部２２に取り付けられており、ホルダ２４ｂ、２４ｃ及び２４ｆは他のロッド支持部２２に取り付けられている。集光器２３ａ乃至２３ｃの構成は、前述の第１の実施形態における集光器３ａ及び３ｂの構成と同じである。
【００５８】
ホルダ２４ａには全反射ミラー８が取り付けられており、ホルダ２４ｂ乃至２４ｅにはミラー１０が取り付けられており、ホルダ２４ｆには部分反射ミラー９が取り付けられている。これにより、全反射ミラー８、集光器２３ａ、２枚のミラー１０、集光器２３ｂ、２枚のミラー１０、集光器２３ｃ、部分反射ミラー９が光学的に直列に結合され、光路２５を形成している。本実施形態のレーザ発振器２１における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５９】
本実施形態においては、３組の集光器を直列に結合することにより、前述の第１の実施形態と比較して、より大きなレーザ出力を得ることができる。また、従来のレーザ発振器と比較して、その長さを約（１／３）とすることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図であり、図７は本実施形態におけるロッド支持部を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器３１においては、１対のロッド支持部３２が設けられ、この１対のロッド支持部３２間に、４組の集光器３３ａ乃至３３ｄが設けられている。集光器３３ａ乃至３３ｄはこの順に、その軸が同一平面に配置され且つ相互に平行になるように配置されている。また、ロッド支持部３２にはホルダ３４ａ乃至３４ｈが取り付けられており、集光器３３ａの軸上にはホルダ３４ａ及び３４ｂが配置され、集光器３３ｂの軸上にはホルダ３４ｃ及び３４ｄが配置され、集光器３３ｃの軸上にはホルダ３４ｅ及び３４ｆが配置され、集光器３３ｄの軸上にはホルダ３４ｇ及び３４ｈが配置されている。ホルダ３４ａ、３４ｄ、３４ｅ及び３４ｈは同一のロッド支持部３２に取り付けられており、ホルダ３４ｂ、３４ｃ、３４ｆ及び３４ｇは他のロッド支持部３２に取り付けられている。
【００６１】
ホルダ３４ａには全反射ミラー８が取り付けられており、ホルダ３４ｂ乃至３４ｅにはミラー１０が取り付けられており、ホルダ３４ｈには部分反射ミラー９が取り付けられている。これにより、全反射ミラー８、集光器３３ａ、２枚のミラー１０、集光器３３ｂ、２枚のミラー１０、集光器３３ｃ、２枚のミラー１０、集光器３３ｄ、部分反射ミラー９が光学的に直列に結合され、光路３５を形成している。
【００６２】
図７は、ロッド支持部３２における集光器３３ａの軸方向に直交する断面を示す図である。図７に示すように、ロッド支持部３２には４個の貫通孔１４が設けられており、１列に等間隔に配列されている。そして、ロッド支持部３２の内部に４本の連絡孔１５が設けられており、各連絡孔１５は各貫通孔１４とロッド支持部の外部とを夫々連通している。これにより、各貫通孔１４には、相互に独立して冷却水６が供給され、貫通孔１４を介して固体レーザロッド５（図６参照）に冷却水６を供給するようになっている。本実施形態のレーザ発振器３１における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６３】
本実施形態においては、４組の集光器を直列に結合することにより、前述の第１及び第２の実施形態と比較して、より大きなレーザ出力を得ることができる。また、従来のレーザ発振器と比較して、その長さを約（１／４）とすることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。なお、本発明においては、５組以上の集光器を結合することも可能である。
【００６４】
次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。図８は本変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。図８に示すように、本変形例のロッド支持部３２ａにおいては、前述の第３の実施形態のロッド支持部３２と異なり、連絡孔１５ａが直線状ではなく、貫通孔１４を通過しない位置に形成された直線部１５ｂと、この直線部１５ｂから各貫通孔１４に引き出された引出部１５ｃとから形成されている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６５】
本変形例においては、前述の第３の実施形態と比較して、連絡孔１５ａを１本にまとめることができ、形成する工程が簡略になる。但し、第３の実施形態と比較して、各固体レーザロッド５に供給する冷却水の圧力は、やや不均一になる。本変形例における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６６】
次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。図９は本変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。図９に示すように、ロッド支持部３２ｂ内における貫通孔１４間、及び４個の貫通孔１４のうち端に位置する１個の貫通孔１４とロッド支持部３２ｂの外部との間には、連絡孔１５ｄが直線状に形成されている。そして、貫通孔１４及び連絡孔１５ｄにより水路が形成されており、この水路を介して固体レーザロッド５（図６参照）に冷却水６を供給するようになっている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６７】
本変形例においては、前述の第３の実施形態及びその第１の変形例と比較して、水路の構成をより簡略化することができる。但し、第３の実施形態及びその第１の変形例と比較して、各固体レーザロッド５に供給する冷却水の圧力はより不均一になる。本変形例における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１０に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器４１においては、前述の第１の実施形態に係るレーザ発振器１と比較して、ホルダ７ａ（図１参照）の代わりにホルダ４２ａが設けられており、ホルダ７ｄ（図１参照）の代わりにホルダ４２ｂが設けられている。ホルダ４２ａにはミラー１０が取り付けられており、ホルダ４２ｂには部分反射ミラー４３が取り付けられている。ホルダ４２ａ内のミラー１０の反射面は、集光器３ａの固体レーザロッド５の光軸に対して約４５°傾斜していると共に、このミラー１０と部分反射ミラー４３とを結ぶ直線に対して約４５°傾斜している。また、部分反射ミラー４３は集光器３ｂの固体レーザロッド５の光軸に対して約４５°傾斜していると共に、前記ミラー１０と部分反射ミラー４３とを結ぶ直線に対して約４５°傾斜している。このミラー１０及び部分反射ミラー４３は、反射面の角度が調節可能に設けられている。
【００６９】
更に、ホルダ４２ｂには、ホルダ４２ａ内のミラー１０と共に部分反射ミラー４３を挟む位置に、全反射ミラー８が設けられている。これにより、ホルダ４２ａ内に設けられたミラー１０、集光器３ａ、ホルダ７ｂに設けられたミラー１０、ホルダ７ｃに設けられたミラー１０、集光器３ｂ、部分反射ミラー４３がループ状に光学的に結合され、光路４４を形成する。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７０】
次に、本実施形態に係るレーザ発振器４１の動作について説明する。ＬＤ素子（図４参照）が集光器３ａ及び３ｂの固体レーザロッド５に対して励起レーザ光を発振する。これにより、固体レーザロッド５が励起されてレーザ光１２を発振する。このとき、ホルダ４２ａに設けられたミラー１０から部分反射ミラー４３に入射したレーザ光１２の一部は部分反射ミラー４３により反射されて、集光器３ｂに向かう。これにより、このレーザ光は光路４４を、（集光器３ｂ→ホルダ７ｃのミラー１０→ホルダ７ｂのミラー１０→集光器３ａ）の順（以下、反時計回りという）に周回する。レーザ光１２の残部は、部分反射ミラー４３を透過し、全反射ミラー８で反射される。この全反射ミラー８で反射されたレーザ光１２の一部は部分反射ミラー４３を透過し、光路４４を、（ホルダ４２ａのミラー１０→集光器３ａ）の順（以下、時計回りという）に周回する。残部は、部分反射ミラー４３で反射されて、レーザ光１３としてレーザ発振器４１から出力される。また、集光器３ｂから部分反射ミラー４３に入射したレーザ光１２の一部は、部分反射ミラー４３により反射されて、光路４４を時計回りに周回する。残部は、部分反射ミラー４３を透過し、レーザ光１３としてレーザ発振器４１から出力される。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７１】
一般に、レーザ光が集光器を通過すると、この集光器内の固体レーザロッドにおける種々の収差及び歪み等の影響を受け、通過する度にレーザ光の品質が劣化する。図１９に示す従来のレーザ発振器１０１においては、レーザ光１１１が光路１１０における任意の位置から出発して光路１１０の全長を通過して元の位置に戻るためには、各集光器を２回ずつ通過する必要がある。これに対して、図１０に示すように、本実施形態のレーザ発振器４４においては、光路４４がループ状に形成されているため、レーザ光１２が光路４４における任意の位置から出発して、光路４４の全てを通過して元の位置に戻るために、各集光器を１回ずつ通過すればよい。このため、本実施形態のレーザ発振器においては、従来のレーザ発振器と比較して、レーザ光に及ぼすロッドの収差及び歪み等の影響を半分にすることができ、出力されるレーザ光１３の品質を向上させることができる。本実施形態における前記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７２】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１１は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１１に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器５１においては、前述の第３の実施形態に係るレーザ発振器３１と比較して、２本のロッド支持部３２の端部を相互に結合するロッド支持結合部５２が２本設けられており、各２本のロッド支持部３２及びロッド支持結合部５２により矩形の枠を形成している。即ち、ロッド支持結合部５２は、その長手方向がロッド支持部３２の長手方向に直交するように配置されており、１本のロッド支持結合部５２が２本のロッド支持部３２の各一端部に連結され、他のロッド支持結合部５２がこの２本のロッド支持部３２の各他端部に連結されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７３】
本実施形態においては、ロッド支持部３２及びロッド支持結合部５２により矩形の枠が一体的に形成されているため、前述の第３の実施形態と比較して、レーザ発振器５１の剛性がより一層向上する。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７４】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１２は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１２に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器６１においては、前述の第３の実施形態に係るレーザ発振器３１と比較して、２本のロッド支持部３２を相互に結合する板状のロッド支持結合部６２が設けられている。ロッド支持結合部６２は長方形の板状であり、２本のロッド支持部３２はロッド支持結合部６２上において、ロッド支持結合部６２の相互に対向する１対の辺に相当する位置に固定されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７５】
本実施形態においては、ロッド支持部３２を板状のロッド支持結合部６２により固定しているため、前述の第３及び第５の実施形態と比較して、レーザ発振器６１の剛性がより一層向上する。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１３は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１３に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器７１においては、前述の第６の実施形態に係るレーザ発振器６１と比較して、板状のロッド支持結合部７２が２本のロッド支持部３２の外側まで延出され、このロッド支持結合部７２の延出部分に、全反射ミラー８、部分反射ミラー９及び６枚のミラー１０が固定されている。また、前述の第６の実施形態におけるホルダ３４ａ乃至３４ｇ（図１２参照）は省略されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００７７】
本実施形態においては、板状のロッド支持結合部７２が２本のロッド支持部３２の外側まで延出されているため、前述の第６の実施形態と比較して、ホルダ３４ａ乃至３４ｇ（図１２参照）を省略することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００７８】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図１４は本実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。図１４に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器８１においては、前述の第７の実施形態に係るレーザ発振器７１と比較して、部分反射ミラー９が光路３５の端部ではなく、光路３５の中間部、即ち、光路３５における集光器３３ｂと集光器３３ｃとの間の位置に設けられている。なお、ＬＤ素子は全ての集光器３３ａ乃至３３ｄの周囲に設けられている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００７９】
本実施形態においては、前段の２組の集光器３３ａ及び３３ｂによりレーザ光を励起し、後段の２組の集光器３３ｃ及び３３ｄによりレーザ光を増幅する。これにより、後段の集光器３３ｃ及び３３ｄにおいてはレーザ光を往復させる必要がないため、前段の集光器３３ａ及び３３ｂと比較して、光軸の誤差に対する許容度が増加し、光軸の調整が容易になる。これにより、直列に結合する増幅器の数が増加しても、光軸調整の負担が増大することを抑制できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第７の実施形態と同様である。
【００８０】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。図１５は本実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図である。図１５に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器９１は、前述の第５の実施形態に係るレーザ発振器５１と比較して、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂが設けられており、このＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂに、半導体レーザ素子であるＬＤ素子９３が一体的に固定されている点が異なっている。ＬＤ素子９３は励起レーザ光９３ａを固体レーザロッド５に対して出力するものである。ＬＤ素子９３は、固体レーザロッド５毎に複数個ずつ設けられている。例えば、１本の固体レーザロッド５の周囲に、１０個のＬＤ素子９３が直線的に配列された列が４列、合計で４０個設けられている。また、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂには、各４個の半円筒形状の凹部９４ａ及び９４ｂが形成されており、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂが相互に重ね合わされることにより、この凹部９４ａ及び９４ｂ内に集光器３３ａ乃至３３ｄを収納するようになっている。更に、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ及び９２ｂは、方向９５に沿って移動させることにより、レーザ発振器９１に対して着脱可能となっている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第５の実施形態と同様である。
【００８１】
本実施形態においては、ＬＤ素子９３が破損した場合に、ＬＤ素子固定ブロック９２ａ又は９２ｂを取り外すことにより、ＬＤ素子９３を容易に交換することができる。これにより、レーザ発振器９１の補修が容易になる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第５の実施形態と同様である。
【００８２】
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。図１６は本実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図であり、図１７は本実施形態におけるＬＤ素子固定ブロックを示す断面図であり、図１８はこのＬＤ素子固定ブロックを示す一部拡大断面図である。図１６に示すように、本実施形態に係るレーザ発振器９６においては、前述の第６の実施形態に係るレーザ発振器６１と異なり、ＬＤ素子固定ブロック９７ａ及び９７ｂが設けられており、このＬＤ素子固定ブロック９７ａ及び９７ｂに、半導体レーザ発振器であるＬＤ素子９３が一体的に固定されている。また、前述の第９の実施形態に係るレーザ発振器９１と比較して、板状のロッド支持結合部６２が設けられ、剛性のより一層の向上が図られている。
【００８３】
図１６及び図１７に示すように、ＬＤ素子固定ブロック９７ａにおける集光器３３ａ乃至３３ｄ側の表面には、各４個の半円筒形状の凹部９８が形成されており、ＬＤ素子固定ブロック９７ｂにおける集光器３３ａ乃至３３ｄ側の表面は平坦になっている。そして、ＬＤ素子固定ブロック９７ａ及び９７ｂが、集光器３３ａ乃至３３ｄを挟むように、相互に重ね合わされることにより、この凹部９８内に集光器３３ａ乃至３３ｄを収納するようになっている。また、ＬＤ素子固定ブロック９７ａは、方向９９ａに沿って移動可能に設けられ、レーザ発振器９６への着脱が可能となっている。更に、ＬＤ素子固定ブロック９７ｂは、方向９９ｂに沿って移動可能に設けられており、レーザ発振器９６に対して着脱可能となっている。
【００８４】
図１８に示すように、ＬＤ素子固定ブロック９７ａの両端部には夫々給水部１００ａ及び排水部１００ｂが設けられている。給水部１００ａ及び排水部１００ｂは例えばアクリルからなり、内部に水路が形成されており、集光器の両端部に相当する位置に配置されている。給水部１００ａと排水部１００ｂとの間には、複数のＬＤモジュール１００ｃが１列に配列されており、各ＬＤモジュール１００ｃには１個のＬＤ素子９３が搭載されている。複数のＬＤモジュール１００ｃが相互に連結されて１列に配列されることにより、ＬＤモジュール１００ｃの配列方向に延びる１本の水路（図示せず）が形成されるようになっている。なお、図１８には３個のＬＤモジュール１００ｃしか図示されていないが、実際は例えば１０個のＬＤモジュール１００ｃが１列に配列されている。これにより、冷却水６は給水部１００ａ、複数のＬＤモジュール１００ｃ、排水部１００ｂをこの順に流れ、ＬＤ素子９３を冷却するようになっている。また、ＬＤ素子固定ブロック９７ａにおいては、集光器毎にＬＤモジュール１００ｃが２列ずつ設けられており、ＬＤ素子固定ブロック９７ｂにおいては、集光器毎にＬＤモジュール１００ｃが１列ずつ設けられている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００８５】
本実施形態においては、ＬＤ素子９３が破損した場合に、ＬＤ素子固定ブロック９７ａ又は９７ｂを取り外すことにより、ＬＤ素子９３を容易に交換することができる。この結果、レーザ発振器９６の補修が容易になる。また、ＬＤモジュール１００ｃを配列することにより、ＬＤ素子９３を冷却する冷却水の水路を形成することができるため、この冷却水をＬＤ素子９３の近傍に供給する配管が不要になり、レーザ発振器の構成を簡略化することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第６の実施形態と同様である。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、複数の固体レーザロッドを光学的に直列に結合させた固体レーザ発振器において、固体レーザロッドをその光軸が相互に平行になるように配置することにより、固体レーザ発振器の形状が細長くなることを避け、小型化することができる。加えて、複数の固体レーザロッドをロッド結合部により一体的に連結することにより、固体レーザ発振器の剛性を高めることができる。この結果、光軸のずれを抑制し、動作の安定性を向上させることができる。更に、固体レーザロッドの光軸の延長部分にミラーを設けることにより、固体レーザロッドを移動させずに、ミラーの角度を調節するだけで、固体レーザロッドの光軸を相互に結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図２】ロッド支持部と固体レーザロッドとの連結部を示す一部拡大断面図である。
【図３】固体レーザロッドの端部を示す一部拡大断面図である。
【図４】固体レーザロッド及び半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図７】本実施形態におけるロッド支持部を示す断面図である。
【図８】本実施形態の第１の変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。
【図９】本実施形態の第２の変形例におけるロッド支持部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１４】本発明の第８の実施形態に係るレーザ発振器を示す平面図である。
【図１５】本発明の第９の実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態に係るレーザ発振器を示す断面図である。
【図１７】本実施形態におけるＬＤ素子固定ブロックを示す断面図である。
【図１８】このＬＤ素子固定ブロックを示す一部拡大断面図である。
【図１９】従来のレーザ発振器を示す平面図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、９６；レーザ発振器
２、２２、３２、３２ａ、３２ｂ；ロッド支持部
３ａ、３ｂ、２３ａ〜２３ｃ、３３ａ〜３３ｄ；集光器
４；ガラス管
５；固体レーザロッド
５ａ；ロッドホルダ
５ｂ、５ｃ；管状部分
５ｄ、５ｅ；端部
６；冷却水
７ａ〜７ｄ、２４ａ〜２４ｆ、３４ａ〜３４ｈ、４２ａ、４２ｂ；ホルダ
８；全反射ミラー
９；部分反射ミラー
１０；ミラー
１１、２５、３５、４４；光路
１２、１３；レーザ光
１４；貫通孔
１４ａ、１４ｂ；部分
１５、１５ａ、１５ｄ；連絡孔
１５ｂ；直線部
１５ｃ；引出部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ；Ｏリング
１７ａ、１７ｂ；ワッシャ
１８；ネジ
１９；ＬＤ素子
１９ａ；励起レーザ光
２０ａ；反射防止膜
２０ｂ；高反射膜
４３；部分反射ミラー
５２、６２、７２；ロッド支持結合部
９２ａ、９２ｂ、９７ａ、９７ｂ；ＬＤ素子固定ブロック
９３；ＬＤ素子
９３ａ；励起レーザ光
９４ａ、９４ｂ、９８；凹部
９５、９９ａ、９９ｂ；方向
１００ａ；給水部
１００ｂ；排水部
１００ｃ；ＬＤモジュール
１０１；レーザ発振器
１０２；基台
１０３；集光器
１０４；ガラス管
１０５；固体レーザロッド
１０６；冷却水
１０７；ロッド支持部
１０８；全反射ミラー
１０９；部分反射ミラー
１１０；光路
１１１；レーザ光
Ｏ；中心軸
Claims (14)
- 光軸が相互に平行になるように配置された複数の固体レーザロッドと、この固体レーザロッドを励起するレーザ素子と、１の前記固体レーザロッドの光軸の一方の延長部分に配置された全反射ミラーと、他の前記固体レーザロッドの光軸の一方の延長部分に配置された部分反射ミラーと、前記複数の固体レーザロッドの光軸の延長部分のうち前記全反射ミラー及び前記部分反射ミラーが配置されていない部分に配置され前記複数の固体レーザロッドのうち２の固体レーザロッドを光学的に相互に結合する１対又は複数対のミラーと、単一の部材により前記複数の固体レーザロッドを一体的に連結するロッド支持部と、を有し、前記複数の固体レーザロッドが光学的に直列に結合されていることを特徴とする固体レーザ発振器。
- 前記ロッド支持部が前記全反射ミラー、前記部分反射ミラー及び前記ミラーを支持し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器。
- 内部に各１本の前記固体レーザロッドを収納する透明管を複数本有し、前記ロッド支持部には、前記固体レーザロッドを嵌合させて保持する貫通孔と、この貫通孔と前記ロッド支持部の外部とを連通する連絡孔と、が設けられており、この連絡孔及び貫通孔を介して、前記透明管と前記固体レーザロッドとの間にこの固体レーザロッドを冷却する冷却液が流されることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体レーザ発振器。
- 前記ロッド支持部が複数の支持部材を有し、この複数の支持部材のうち１の支持部材が前記複数の固体レーザロッドの夫々の一端部に連結され、他の支持部材が前記複数の固定レーザロッドの夫々の他端部に連結されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
- 前記貫通孔及び前記連絡孔が前記１の支持部材及び前記他の支持部材の双方に形成されており、前記１の支持部材に形成された前記連絡孔及び貫通孔を介して前記透明管と前記固体レーザロッドとの間に前記冷却液が供給され、前記他の支持部材に形成された前記貫通孔及び連絡孔を介して前記透明管と前記固体レーザロッドとの間から前記冷却液が排出されることを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ発振器。
- 全ての前記支持部材に連結されたロッド支持結合部を有することを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ発振器。
- 前記ロッド支持結合部が複数の結合部材を有し、この複数の結合部材のうち、１の結合部材が全ての前記支持部材の一端部に連結され、他の結合部材が全ての前記支持部材の他端部に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ発振器。
- 前記ロッド支持結合部が板状の形状を有する部材であることを特徴とする請求項６に記載の固体レーザ発振器。
- 前記部分反射ミラーが、この部分反射ミラーがその光軸の延長部分に配置されている固体レーザロッドから出力されたレーザ光の一部を、他の固体レーザロッドの光軸の延長部分に位置する前記ミラーに向けて反射するように配置されており、この部分反射ミラー、前記ミラー及び全ての前記固体レーザロッドによりループ状の光路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
- 前記レーザ素子を保持すると共に、前記固体レーザロッドに対して着脱可能な固定ブロックを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
- 前記レーザ素子が半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
- 前記透明管の表面における前記レーザ素子が発振する励起レーザ光が透過する領域に形成され前記透明管における前記励起レーザ光の反射を抑制して透過率を向上させる反射防止膜と、前記透明管の表面における前記反射防止膜が形成されていない領域の少なくとも一部に形成され前記透明管の内部を通過した前記励起レーザ光を反射する反射膜と、を有し、前記レーザ素子が発振する励起レーザ光が前記透明管に直接入射することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
- 前記レーザ素子が、光軸が前記固体レーザロッドにおける中心軸からずれた部分を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
- 前記レーザ素子が、光軸が前記固体レーザロッドにおける中心軸を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体レーザ発振器。
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