JP2005142242A

JP2005142242A - 固体レーザー装置

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Publication number: JP2005142242A
Application number: JP2003375057A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tsunekane; 正樹常包; Hironori Hirato; 平等　　拓範
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP3789916B2

Abstract

【課題】高い冷却効率で広い面積にわたり固体媒質を均一に冷却することが可能な冷却装置を備えた固体レーザー装置を提供する。
【解決手段】外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質５と、この固体媒質５の一方の面に固着された台座１と、この台座１の固体媒質５に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部２と、この支持部２の内部に台座１の裏面に向けて冷却媒質４を導入するための円筒状のチューブ３を備えた固体レーザー装置において、前記チューブ３の冷却媒質４を導入する先端と対向する台座１との間の距離を前記チューブ３の壁の厚みとチューブの内径の何れよりも短くするように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体レーザー装置に関するものである。

従来、固体レーザー装置の冷却装置としては、下記特許文献１に記載されたような技術が知られていた。すなわち、レーザー媒質が固着されたヒートシンク内部に円筒状の空洞を形成し、その内部にチューブを挿入してレーザー媒質が固着された裏面に冷却媒質を流すという構造であった。

また、下記特許文献２には、レーザー媒質に直接冷却媒質を接触させるという方法が記載されている。
米国特許第５５５３０８８号公報米国特許第６６００７６３号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成においては、チューブより導入された冷却媒質が冷却対象面に当たって周囲に広がる際、冷却対象面の周囲に“よどみ領域”が形成されるために、冷却対象面の裏面に設置されたレーザー媒質の周囲まで十分冷却することができないという問題点があった。

また、冷却の均一性も低く中央と周囲では冷却効率に大きな差ができるためにレーザー装置の効率やレーザー光の品質が低下してしまう、さらに、出力を増加させるために励起光を強くしたりレーザー媒質の面積を大きくしようとしても、同じく冷却効率やその均一性の低さからレーザー発振特性が低下するなどの問題があった。

このような問題点が発生する原因の一つとして、チューブに相対する面近傍において冷却媒質が周囲に広がるにつれ流速が急速に低下することが挙げられる。また、チューブに相対する面の中央に突起を設けて整流効果を高めるようにしているが、結果的に固体レーザー媒質から冷却媒質までの距離が遠くなるために冷却効率はかえって低下する可能性があった。

また、上記特許文献２の構成においては、レーザー媒質に直接冷却水が接触するために排熱効果は冷却水の流速に強く依存し、流速の変化によって冷却効率が大きく変化するために、様々な原因に起因する冷却水の流量の微小な変動により得られるレーザー出力がふらつく可能性があった。また、流速は周囲に向かっていくにつれ低下するために冷却効率の均一性にも問題があった。

さらに、高い冷却効率を得るためには流速を高める必要があるが、そのためにレーザー媒質に強い応力が加わり結晶が歪んだり、最悪の場合割れたりする可能性があった。

また、経時的にも冷却水に接触している面が削れたり変質したりする可能性があった。その上、冷却水が接触するレーザー媒質側にレーザー共振器ミラーが形成されるためにその表面が平らでなければならず、流速を早める以外に冷却効率を高めることができない問題があった。

本発明は、上記状況に鑑み、高い冷却効率で広い面積にわたり固体媒質を均一に冷却することができる冷却装置を備えた固体レーザー装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブの冷却媒質を導入する先端と対向する前記台座との間の距離を前記円筒状のチューブの壁の厚みとチューブの内径の何れよりも短くすることを特徴とする固体レーザー装置が得られる。この構造により、円筒状のチューブ先端と台座との間の距離が狭くなるため冷却媒質の流速が速まり冷却効率が向上する。

〔２〕さらに、本発明によれば、冷却媒質を導入する前記円筒状のチューブの内径よりもこの円筒状のチューブの壁の厚みが厚いことを特徴とする上記〔１〕記載の固体レーザー装置が得られる。円筒状のチューブの壁の厚みを厚くすることで円筒状のチューブ先端と台座との間の冷却媒質の流れが台座の表面に沿う方向に広い範囲で一様になり、流速の低下も小さく抑えられるために広い範囲にわたって高い効率で冷却が可能になる。

〔３〕さらに、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブの先端の前記台座に相対する面が、この円筒状のチューブの径の中心に向かって緩やかに前記台座との距離が増加するように凹面形状を成すことを特徴とする固体レーザー装置が得られる。この構造により、円筒状のチューブより導入された冷却媒質が円周方向に広がる際に、円筒状のチューブ先端と台座との間隔が次第に狭くなるために流速の減少や変化を少なく抑えることができ、高い冷却効率を保ったまま、周囲まで均一な冷却が可能になる。

〔４〕また、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブに相対する前記台座の面が凹面形状を成すことを特徴とする固体レーザー装置が得られる。この構造により、円筒状のチューブより導入された冷却媒質が円周方向に広がる際に、台座と円筒状のチューブ先端との間隔が次第に狭くなるため流速の減少や変化を少なく抑えることができ、高い冷却効率を保ったまま、周囲まで均一な冷却が可能になる。

〔５〕また、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面に相対する裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の前記固体媒質が固着された面の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記台座の面に、断面が多角形または円形の突起または柱を複数個形成することを特徴とする固体レーザー装置が得られる。台座の冷却媒質が接触する裏面に突起を設けることで冷却媒質と接触表面積が広がり、冷却効率を大幅に高めることができる。

〔６〕また、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に前記台座の中心から放射状に配置される突起または壁を複数個形成することを特徴とする固体レーザー装置が得られる。突起または壁を設けることで冷却媒質と接触する台座の表面積が広がり冷却効率を高めることができる。また突起や壁を放射状に配置することで冷却媒質の流れを一様に円周方向にすることができるため流れの乱れや流速の低下を起こすことが少なく、周囲まで高い冷却効率を維持することができる。

〔７〕また、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に、前記台座の中心から偏倚した位置を中心として放射状に配置される突起または壁を複数個形成することを特徴とする固体レーザー装置が得られる。この構造により、円筒状のチューブより導入された冷却媒質は円周方向に広がりながら遠心力により突起に衝突することで冷却効率をより高めることができる。

〔８〕また、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に突起または壁が配置され、この突起または壁は緩やかな円弧状を有し、前記台座の中心から外周に向かう任意の直線と交差するように配置されていることを特徴とする固体レーザー装置が得られる。この構造により、円筒状のチューブより導入された冷却媒質は円周方向に広がりながら遠心力により突起に衝突することで冷却効率をより高めることができる。

〔９〕また、本発明によれば、前記円筒状のチューブの冷却媒質を導入する先端と対向する台座との間の距離を、前記円筒状のチューブの壁の厚みよりも短くすることを特徴とする上記〔３〕から〔８〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。この構造により、円筒状のチューブ先端と台座との間の距離が狭くなるため冷却媒質の流速が速まり冷却効率が向上する。また、上記〔５〕から〔８〕の何れか一項記載の固体レーザー装置においては、台座に形成した凹凸面の内部にも冷却媒質が浸透し流れるために、冷却効率がさらに向上する。

〔１０〕また、本発明によれば、前記円筒状のチューブの内径よりもこの円筒状のチューブの壁の厚みを厚くすることを特徴とする上記〔９〕記載の固体レーザー装置が得られる。円筒状のチューブの壁の厚みを厚くすることで円筒状のチューブ先端と台座との間の冷却媒質の流れが台座の表面に沿う方向に一様になるために広い範囲にわたって高い効率で冷却が可能になる。

〔１１〕また、本発明によれば、外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブが複数個並列に設置され、前記円筒状のチューブの間の隙間より冷却媒質の排出がなされることを特徴とする固体レーザー装置が得られる。この構造により、導入された冷却媒質が台座に接触した後、直ちに隣り合う領域から排出されるために、台座には常に低温の媒質が接触することになり、冷却効率を高めることができる。また、衝突による高い冷却効果も広い領域において行われるために周囲まで広い面積にわたり均一で高い冷却効率を得ることができる。

〔１２〕また、本発明によれば、前記台座と前記円筒状の支持部の材質が同じであることを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。

〔１３〕また、本発明によれば、前記台座と前記円筒状の支持部の材質が異なることを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。それぞれに適材を使用することで性能の向上を図ることができる。

〔１４〕また、本発明によれば、前記固体媒質が励起光を吸収し誘導放出光を発生させる元素を含む固体レーザー媒質であることを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。固体レーザー媒質は一般に、温度が上昇したり面内での温度分布が不均一になるとレーザー装置の特性が低下するため、本発明によって励起光吸収時における温度上昇が抑えられ、かつ媒質面内での冷却効率の均一性が改善されるので、固体レーザー装置の性能を向上させることができる。

〔１５〕また、本発明によれば、前記固体媒質が励起光を吸収し誘導放出光を発生させる活性層構造を有する半導体媒質であることを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。半導体媒質は一般に、温度が上昇したり面内での温度分布が不均一になるとレーザー装置の特性が変化したり低下するため、本発明によって励起光吸収時における温度上昇が抑えられ、かつ媒質面内での冷却効率の均一性が改善されるので固体レーザー装置の性能を向上させることができる。

〔１６〕本発明によれば、前記固体媒質がレーザー光を吸収し、レーザー光の強度に応じてその吸収率が変化する過飽和吸収体であることを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。過飽和吸収体は一般に温度が上昇したり面内での温度分布が不均一になるとレーザー装置の特性が変化したり低下するため、本発明によって励起光吸収時における温度上昇が抑えられ、かつ媒質面内での冷却効率の均一性が改善されるので、固体レーザー装置の性能を向上させることができる。

〔１７〕本発明によれば、前記過飽和吸収体がＣｒを含むＹＡＧであることを特徴とする上記〔１６〕記載の固体レーザー装置が得られる。

〔１８〕本発明によれば、前記過飽和吸収体が多層構造を有することを特徴とする上記〔１６〕記載の固体レーザー装置が得られる。

〔１９〕本発明によれば、前記固体媒質が照射されたレーザー光の一部を変換し、波長の異なる光を発生する非線形光学素子であることを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何れか一項記載の固体レーザー装置が得られる。

本発明によれば、高い冷却効率で広い面積にわたり固体媒質を均一に冷却する固体レーザー装置を得ることができる。

外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、この固体媒質の一方の面に固着された台座と、この台座の固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、この円筒状の支持部の内部に台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、この円筒状のチューブの冷却媒質を導入する先端と対向する台座との間の距離を円筒状のチューブの壁の厚みとチューブの内径の何れよりも短くすることを特徴とする固体レーザー装置を得る。これにより、チューブ先端と台座との間の距離が狭くなるため冷却媒質の流速が速まり冷却効率が向上する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例（請求項１に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。

この図に示すように、外形直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の台座１上に、厚さ０．３ｍｍの固体媒質５（この実施例においてはレーザー媒質の例としてＹｂを添加したＹＡＧ）を固着する。台座１と固体媒質５間の面には固着媒質６が満たされており、固体媒質５を台座１に固定すると共に、固体媒質５内で発生した熱を効率よく台座１に伝える機能を有する。台座１の固体媒質５を固着した面に相対する裏面は円筒状の支持部２に固定されており、この支持部２の外形直径は１０ｍｍ、壁の厚みは１．５ｍｍで材質はステンレスである。支持部２の内部には同じくステンレス製の円筒状のチューブ３が挿入されている。チューブ３の壁の厚みｔ２は１ｍｍであり、円筒状のチューブ３の穴３Ａの内径ｔ３は同じく１ｍｍである。円筒状のチューブ３の先端と台座１との距離ｔ１は０．５ｍｍで、円筒状のチューブ３の壁の厚みｔ２より短く（小さく）、かつ円筒状のチューブ３の穴３Ａの内径ｔ３よりも短い（小さい）。

このような構成にして、円筒状のチューブ３より冷却媒質４の例として水を流すと、円筒状のチューブ３の上部と台座１の間で流速が早まり、冷却効率を向上させることができる。

図２は本発明の第２実施例（請求項２に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。

この図において、台座１、固体媒質５、円筒状の支持部２は、第１実施例におけるものと同一であるので説明は省略する。

この実施例では、円筒状の支持部２の内部には同じくステンレス製の円筒状のチューブ１１が挿入されている。チューブ１１の壁の厚みｔ５は１．５ｍｍであり、チューブ１１の穴１１Ａの内径ｔ６の０．７ｍｍよりも厚い。また、チューブ１１の先端と台座１との距離ｔ４は０．５ｍｍでチューブ１１の壁の厚みｔ５より小さい。

このような構成にして、チューブ１１より冷却媒質４（例として水）を流すと、チューブ１１の上部と台座１の間で流速が早まり、かつ台座１のチューブ１１の先端に対向する面に沿って平行に冷却水が流れるため、台座１の広い範囲にわたり冷却効率を向上させることができる。

図３は本発明の第３実施例（請求項３に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。

この実施例では、円筒状の支持部２の内部には同じくステンレス製の円筒状のチューブ１２が挿入されている。チューブ１２の壁の厚みｔ９は２．０ｍｍでチューブ１２の穴１２Ａの内径ｔ１０の０．７ｍｍよりも厚い。また、チューブ１２の先端は直線的に凹面状（テーパ面１２Ｂが形成されている）になっており、チューブ１２の先端と台座１との距離はチューブ１２の中央部ｔ７で０．５ｍｍ、外周部ｔ８で０．３ｍｍである。

このような構成にして、チューブ１２より冷却媒質４（例として冷却水）を流すことで、冷却媒質４がチューブ１２の外周方向に行くに従い流速が低下することを抑えられ、かつ台座に沿って平行に冷却媒質４が流れるため台座の広い範囲にわたり均一に冷却効率を向上させることができる。

図４は本発明の第４実施例（請求項４に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。

この実施例では、円筒状の支持部２の内部には同じくステンレス製の円筒状のチューブ１３が挿入されている。このチューブ１３の壁の厚みｔ１３は２．０ｍｍでチューブ１３の穴１３Ａの内径ｔ１４の０．７ｍｍよりも厚い。また、外形直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の台座２１のチューブ１３に相対する裏面は凹面状（窪み２１Ａが形成されている）になっており、チューブ１３の先端と台座２１の中央部の距離ｔ１１は０．５ｍｍ、チューブ１３の先端と台座２１の円周部の距離ｔ１２は０．３ｍｍである。

このような構成にして、チューブ１３より冷却媒質４（例として水）を流すと、チューブ１３の外周方向へ行くに従い流速が低下することが抑えられ、かつ台座２１のチューブ１３の先端に対向する面に沿って平行に冷却媒質４が流れるため台座２１の広い範囲にわたり均一に冷却効率を向上させることができる。

図５は本発明の第５実施例（請求項５に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図、図６はそのＡ−Ａ線断面図である。

この実施例では、円筒状の支持部２の内部には同じくステンレス製の円筒状のチューブ１４が挿入されている。チューブ１４の壁の厚みｔ１６は１ｍｍでチューブ１４の穴１４Ａの内径ｔ１７は１．５ｍｍである。また、チューブ１４の先端と台座３１（凸状に飛び出した先端）との距離ｔ１５は１ｍｍである。

また、外形直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の台座３１のチューブ１４に相対する面には、図６に示すように高さ０．５ｍｍ、幅０．１５ｍｍの断面が正方形の柱３１Ａが格子状に形成されており、隣接する２本の柱３１Ａと３１Ａの中心の間隔ｔ１８は０．３ｍｍである。

このように構成して、チューブ１４より冷却媒質４（例として水）を流すと、冷却媒質４に接触する台座３１側の実効的な表面積が増加するために冷却効率を大幅に向上させることができる。

なお、ここでは、断面が正方形の柱を図示して説明したが、断面が多角形あるいは円形の突起あるいは柱であってもよい。

図７は本発明の第６実施例（請求項５，９，１０に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。

この図において、円筒状の支持部２の内部には同じくステンレス製の円筒状のチューブ１５が挿入されている。チューブ１５の壁の厚みｔ２０は２ｍｍでチューブ１５の穴１５Ａの内径ｔ２１は０．７ｍｍである。また、チューブ１５の先端と台座４１（凸状に飛び出した先端）との距離ｔ１９は０．３ｍｍである。また、外形直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の台座４１の裏面（チューブ１５に相対する面）には高さ１ｍｍ、幅０．１５ｍｍの断面が正方形の柱１４Ａが格子状に形成されており、隣接する２本の柱４１Ａと４１Ａの中心の間隔は０．３ｍｍである。

このように構成して、台座４１の冷却媒質４に接触する面にこのような凹凸を設けることで実効的な表面積が増加し、冷却効率を大幅に向上させることができる。また、チューブ１５先端を台座４１に近づけ、かつチューブ１５の壁の厚みを厚くすることで、冷却媒質４が流速を落とすことなく効果的に台座４１に設けられた凹凸の間を外周方向に流れるために、さらに冷却効率を高めることができる。

図８は本発明の第７実施例（請求項６に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の台座のチューブに対向する面を示す平面図である。

この図において、外形直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の台座５１の裏面に高さ０．５ｍｍ、幅０．２ｍｍの直線状の突起５１Ａが台座５１の中央から周囲に向かって放射状に形成されている。

このような構成にして、図７の構成にこの実施例の台座５１を適用することで台座５１に設けられた凹凸の間まで冷却媒質４が浸透するため、台座５１の実効的な表面積が増加するために冷却効率を向上させることができる。かつ、突起５１Ａは放射状に設けられるため乱流が発生し難く、水の圧力が低く抑えられる。また、図９は本発明の第７実施例の変形例（請求項７に対応）を示す台座のチューブに対向する面を示す図である。この実施例では、突起６１Ａは放射状に形成されてはいるが、その中心が台座６１の中心より所定の寸法だけ偏倚している。

このような構成にして、台座６１の表面積を増加させるとともに、チューブ１５より導入された冷却媒質４は円周方向に広がりながら遠心力により突起６１Ａに衝突することで冷却効率をより高めることができる。

同じく、図１０は本発明の第７実施例の別の変形例（請求項８に対応）を示す台座のチューブに対向する面を示す図である。この実施例では、台座７１の裏面には直線状ではなく緩やかな円弧状の突起７１Ａが形成されている。図９に示した例と同じように、冷却媒質４が円周方向に広がりながら、遠心力により突起７１Ａに衝突することで冷却効率をより高めることができる。

図１１は本発明の第８実施例（請求項１１に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図、図１２はそのＢ−Ｂ線断面図である。

この実施例では、外形直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の台座８１の裏面には柱８１Ａが格子状に形成され、かつ円筒状の支持部２の内部には直径０．５ｍｍの円筒状のチューブ１６が複数本挿入されており、それぞれより冷却媒質（冷却水）４が台座８１に向かって供給される。また、各チューブ１６の隙間より冷却媒質（冷却水）４が排出される。

このように構成することにより、導入された冷却媒質４が台座８１に衝突、接触した後、直ちに隣り合う領域から排出されるために、台座８１には常に低温の媒質が接触することになり冷却効率を高めることができる。

また、衝突による高い冷却効果も広い領域において行われるために、広い面積にわたり高い冷却効率を得ることができる。

なお、以上の実施例において台座の材質として銅、円筒状（あるいは楕円形状、多角形状など）の支持部の材質としてステンレス、円筒状のチューブの材質としてステンレスを用いたが、その他の金属材料、例えば銅タングステン、銅モリブデンや真鍮でも良いし、シリコン、シリコンカーバイト、窒化アルミニウム、窒化ボロン、酸化ベリリウム、ダイヤモンドなどの半導体、非金属材料でも良い。またこれら台座、支持部、チューブの材質およびその表面処理、メッキなどはそれぞれ、冷却しようとする固体媒質や固着媒質の熱的、機械的、化学的な性質や台座と支持部との接合方法、さらに内部に流す冷却媒質との接触表面の経年変化などに応じて適切に選択される。

また、以上の実施例において台座、支持部、チューブの外形は円筒形を用いたが、本発明の趣旨に基づけば、それらの外形にとらわれることなく、楕円形や長方形、多角形でも構わない。固体媒質の外形やその用途、周囲の機器との整合により最適な形状が選択される。

また、以上の実施例において冷却媒質として水を用いたが、冷却に必要な温度や環境に応じて別の媒質でも良い。例えばアルコールやエチレングリコール、液体ナトリウムなどの液体でも良いし、空気や窒素、ヘリウムなどの気体でも良い。

また、以上の実施例において固体媒質５の例としてＹｂ（イッテルビウム）を添加したＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）を用いたが、その他のレーザー媒質としてＮｄ（ネオジウム）やＨｏ（ホルミウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオディウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｉ（ニッケル）などの元素を含むＹＡＧ，ＹＶＯ₄（イットリウムバナデート）、ＹＬＦ（イットリウムリチウムフロライド）、ＧＧＧ（ガリウムガドリニウムガーネット）、Ａｌ₂Ｏ₃（サファイア）、アレキサンドライト、ＧｄＶＯ₄（ガドリニウムバナデート）、ＬｉＣＡＦ（ライカフ）、ＬｉＳＡＦ（ライサフ）、ＬｕＡＧ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＧＳＧＧ、ＬｕＶＯ₄などの結晶材料でもよい。またガラスのような非結晶材料でも良く、セラミックのような多結晶でも良い。さらにこれらを組み合わせた複合構造体でも良い。

また、以上の実施例において固体媒質５の例として、Ｇａ、Ａｓ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｓ、Ｇｅ、Ｍｇなどを主構成元素とする半導体でも良いし、それらが組み合わさって積層された構造体でも良い。

また、以上の実施例において固体媒質５の例として、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＫＴＰなどの非線形光学定数の大きな光学結晶でもよいし、その中に周期的な構造体や導波路や添加物としてＭｇＯやＦｅを含むものでも良い。

固着媒質としてはＩｎやＡｕＳｎ、ＰｂＳｎなどの金属製ハンダ剤でも良いし、有機、無機の接着剤でも良い。固体媒質の性質、使用環境などに応じて適切に選択される。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の固体レーザー装置は、冷却効率が高い固体レーザー装置に適している。

本発明の第１実施例（請求項１に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。本発明の第２実施例（請求項２に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。本発明の第３実施例（請求項３に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。本発明の第４実施例（請求項４に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。本発明の第５実施例（請求項５に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。図５のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第６実施例（請求項５，９，１０に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。本発明の第７実施例（請求項６に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の台座のチューブに対向する面を示す平面図である。本発明の第７実施例の変形例（請求項７に対応）を示す台座のチューブに対向する面を示す図である。本発明の第７実施例の別の変形例（請求項８に対応）を示す台座のチューブに対向する面を示す図である。本発明の第８実施例（請求項１１に対応）を示すレーザー装置の冷却装置の断面図である。図１１のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１台座
２円筒状の支持部
３，１１，１２，１３，１４，１５，１６円筒状のチューブ
３Ａ，１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ円筒状のチューブの穴
４冷却媒質
５固体媒質（ＹＡＧ）
６固着媒質
１２Ｂテーパ面
２１Ａ窪み
３１Ａ，４１Ａ断面が正方形の柱
５１Ａ直線状の突起
６１Ａ突起
７１Ａ緩やかな円弧状の突起
８１Ａ柱

Claims

外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記円筒状のチューブの冷却媒質を導入する先端と対向する前記台座との間の距離を前記円筒状のチューブの壁の厚みとチューブの内径の何れよりも短くすることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１記載の固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブの内径よりも該円筒状のチューブの壁の厚みを厚くすることを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記円筒状のチューブの先端の前記台座に相対する面が、該円筒状のチューブの径の中心に向かって緩やかに前記台座との距離が増加するように凹面形状を成すことを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記円筒状のチューブに相対する前記台座の面が凹面形状を成すことを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に、断面が多角形または円形の突起または柱を複数個形成することを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に、前記台座の中心から放射状に配置される突起または壁を複数個形成することを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に、前記台座の中心から偏倚した位置を中心として放射状に配置される突起または壁を複数個形成することを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記台座の前記円筒状のチューブからの冷却媒質が導入される面に突起または壁が配置され、該突起または壁は緩やかな円弧状を有し、前記台座の中心から外周に向かう任意の直線と交差するように配置されていることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項３から８の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブの冷却媒質を導入する先端と対向する前記台座との間の距離を前記円筒状のチューブの壁の厚みよりも短くすることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項９記載の固体レーザー装置において、前記円筒状のチューブの内径よりも該円筒状のチューブの壁の厚みを厚くすることを特徴とする固体レーザー装置。
外部より光を入射することによりその光の一部を吸収するか、または一部を吸収あるいは変換して、入射した光とは波長の異なる光を発生する薄い板状の固体媒質と、該固体媒質の一方の面に固着された台座と、該台座の前記固体媒質に固着された面の裏面に設けられた円筒状の支持部と、該円筒状の支持部の内部に前記台座の裏面に向けて冷却媒質を導入するための円筒状のチューブを備えた固体レーザー装置において、
前記円筒状のチューブが複数個並列に設置され、前記円筒状のチューブ間の隙間より冷却媒質の排出がなされることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１から１１の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記台座と前記円筒状の支持部の材質が同じであることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１から１１の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記台座と前記円筒状の支持部の材質が異なることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１から１１の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記固体媒質が励起光を吸収し誘導放出光を発生させる元素を含む固体レーザー媒質であることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１から１１の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記固体媒質が励起光を吸収し誘導放出光を発生させる活性層構造を有する半導体媒質であることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１から１１の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記固体媒質がレーザー光を吸収し、レーザー光の強度に応じてその吸収率が変化する過飽和吸収体であることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１６記載の固体レーザー装置において、前記過飽和吸収体がＣｒを含むＹＡＧであることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１６記載の固体レーザー装置において、前記過飽和吸収体が多層構造を有する半導体媒質であることを特徴とする固体レーザー装置。
請求項１から１１の何れか一項記載の固体レーザー装置において、前記固体媒質が照射されたレーザー光の一部を変換し、波長の異なる光を発生する非線形光学素子であることを特徴とする固体レーザー装置。