JP2008098622A - レーザー照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながら十分な発光強度があるレーザー照射装置を提供する。
【解決手段】固体レーザーロッド；前記固体レーザーロッドのレーザー光の出射軸に対して垂直な断面において、前記出射軸を囲むように形成された励起光源；ならびに前記励起光源を包み込み、前記励起光源からの光を前記固体レーザーロッドに集光するように配置した鏡筒とを有するレーザー照射装置に関する。鏡筒内面で反射した励起光が、ロッド側面に均一に照射するのでレーザー活性物質が効率的に励起され、エネルギー変換効率が高まる。
【選択図】図７

Description

本発明は、小型化が可能なレーザー照射装置に関する。

近年、レーザーは加工、医療、計測などの分野で急速に広く使用されている。これらレーザーの種類は、固体レーザーをはじめ、気体レーザー、ファイバーレーザー、自由電子レーザーなどがある。また、レーザーの発振モードには、連続波（ＣＷ）、パルスモードなどがあり、パルス幅、波長などは任意に設定することができる。

このなかで固体レーザーについて説明する。固体レーザーは、レーザー照射装置内に備えられた固体レーザーロッドに、励起光を照射してレーザー光を取り出す装置である。メイマンが初めてルビーでレーザーを発振したのが固体レーザーの始まりである。また、イットリウム、アルミニウム、ガーネットの頭文字をとったＹＡＧをロッド母材とする固体レーザーが有名である（例えば特許文献１参照）。

従来の固体レーザー照射装置の簡単な構成を図１に示す。固体レーザー照射装置１は、基本的に、レーザー光を発振するレーザーロッド２と、発振したレーザー光を増幅するための反射鏡３および反射鏡４と、レーザーロッド２に光エネルギーを照射するためのフラッシュランプ５と、フラッシュランプ５を発光させるための電源８と、フラッシュランプ５の全体を覆い、光を反射してレーザーロッド２に照射する鏡筒６とを有する。

反射鏡３および反射鏡４の代わりに、レーザーロッド２の端面に反射膜が形成されている場合もある。反射膜とは誘電体多層膜などであり、蒸着などの方法で形成される。反射鏡３の反射率が８０％〜９５％に設定され、反射鏡４の反射率が９９．５％以上のほぼ全反射に設定されることで、レーザーの増幅が可能となる。さらに、レーザーロッド２から出射されたレーザー光を、レーザーロッド２の出射軸線上に配置した集光レンズ７で、一点に絞って強度を上げる場合もある。
特開平７−１１５２３７号公報

レーザーの発光量は、フラッシュランプなどの「励起光源の発光量×エネルギー変換効率×レーザーロッドの体積」によって決定される。

レーザーの発光量を増加させるべく、レーザーロッドの端面径を大きくする、すなわちレーザーロッドを太くすることが考えられる。しかしながら、太いレーザーロッドは一般的に高価である。さらに、レーザー照射装置のレーザー光の出射径は、レーザーロッドの端面径によって決まる。よって、出射したレーザー光を集光するには、レーザーロッドの径よりも大きな径のレンズを用いる必要がある。出射径が大きいレーザー光を用いると、集光径の大きさを一定以下にすることができない場合がある。

レーザーロッドの出射径を大きくすることなくレーザー発光量を増加させるには、レーザーロッドの長さを長くする、つまりレーザーロッドを細長くすることが必要であった。しかしながらレーザーロッドを長くすると、振動や落下などに対する強度が低下するという課題があった。

以上の通り、レーザーロッドの体積を上げてレーザー発光量を高めるには限界がある。

さらに従来のレーザー発光装置では、レーザーロッドの片側にのみフラッシュランプが配置されているため、エネルギー変換効率が低いという課題がある。例えば、キセノンフラッシュランプに入力するエネルギーと、レーザーとしてとり出した出力とのエネルギーとの比率（変換効率）は、約１％以下である。

本発明は、このような課題を解決するため、小型でありながら十分な発光強度があるレーザー照射装置を提供することを目的とする。

すなわち本発明は、１）固体レーザーロッドと、２）固体レーザーロッドのレーザー光の出射軸に対して垂直な断面において、前記出射軸を囲むように形成された励起光源と、３）励起光源を包み込み、励起光源からの光を固体レーザーロッドに集光するように配置した鏡筒と、を有するレーザー照射装置に関する。

本発明の好ましい態様では、前記鏡筒の、前記出射軸を通る全ての断面は、２個の楕円を重ねた形状をしており、かつ前記２個の楕円は、各楕円が有する２つの焦点のうち、互いに一方の焦点を共有している。ここで、前記固体レーザーロッドの出射軸線は、前記共有した焦点を通る。さらに励起光源は、鏡筒体内であって、他方の焦点の軌跡に沿って配置されている。

本発明の好ましい別の態様では、固体レーザーロッドの出射側の出射軸に沿って、集光レンズを有する砲筒がさらに配置されている。

本発明の好ましい別の態様では、前記励起光源がフラッシュランプであり、前記フラッシュランプの、前記出射軸に対して垂直な断面は、Ａ）出射軸を中心とする環状であるか、Ｂ）出射軸を囲むＣ字状またはＵ字状であるか、Ｃ）出射軸を囲む２以上の円弧状である。

本発明の好ましい別の態様では、前記固体レーザーロッドが柱状であり、その柱状側面が、一体の面として膨らんでいるか、またはへこんでいる。また本発明の好ましい別の態様では、前記固体レーザーロッドは、ＹＡＧ単結晶であるか、またはＹＡＧセラミックスである。

本発明の好ましいさらに別の態様では、Ａ）固体レーザーロッドの出射軸に沿った前後それぞれに反射鏡が設けられているか、Ｂ）固体レーザーロッドの両端面に反射鏡がコートされているか、Ｃ）固体レーザーロッドの一方の端面に反射膜がコートされ、別の端面には反射鏡が設けられている。

本発明の好ましい別の態様では、前記鏡筒の内面は、前記励起光源からの光を反射する物質で構成される。

本発明のレーザー照射装置には、中央に固体レーザーロッドが配置され、これを取り囲むように励起光源が配置されているので、固体レーザーロッドにドープされたレーザー活性種が、励起光源からの光によって効率よく励起することができる。そのため、コンパクトでありながら発光強度が大きいレーザー照射装置を提供できる。

前述の通り、本発明のレーザー発射装置は、１）固体レーザーロッド、２）励起光源、および３）鏡筒を有する。

レーザーロッド
レーザーロッドは、固体レーザーのレーザー媒質（レーザー発振のもとになる物質）である。レーザーロッドとは、ロッド状の母材に、レーザー活性種となる希土類イオンまたは遷移金属イオンがドープされたものをいう。母材は、各種の結晶またはガラス固体などである。ドープするレーザー活性種の例には、エルビウムＥｒ、ネオジウムＮｄ、またはホロニウムＨｏなどのイオンが含まれる。固体レーザーの例には、ルビーレーザー、ガラスレーザー、ＹＡＧレーザーなどが含まれる。

本発明におけるレーザーロッドは、ＹＡＧレーザーからなるロッドであることが好ましい。ＹＡＧレーザーは、ＹＡＧ単結晶であっても、ＹＡＧセラミックスであってもよい。ＹＡＧセラミックスとは、ＹＡＧ微結晶を固めて作られた多結晶体である。さらに本発明のレーザー照射装置におけるレーザーロッドは、ＹＡＧ以外の結晶、例えばルビー、Ｎｄ：ＹＶＯ３、Ｎｄ：ＹＬｉＦ４（ＹＬＦ）などであってもよい。

本発明のレーザー発射装置に配置されるレーザーロッドの形状は、一般的に柱状（特に、円柱）であるが、後述するように純粋な円柱である必要はなく、その側面が膨らんでいても（図１０参照）、へこんでいてもよい（図１１参照）。さらにロッドの側面（円柱の側面）は、励起光が反射しない程度に粗面化されていることが好ましい。

本発明のレーザー発射装置に配置されるレーザーロッドの寸法は適宜設定すればよいが、円柱であるときに、その直径を２〜８ｍｍ、高さを５〜２０ｍｍとすることができる。

単結晶からなるレーザーロッドは、棒の先端に付着させた単結晶の種を、るつぼに入れられた約２０００℃の溶融材料に接触させた後、徐々に上方へ引き上げることで、種結晶を成長させて作製されうる。このときの引き上げは、数ヶ月かけて行う。
また、セラミックスからなるレーザーロッドは、粉体の材料を型に詰め込んで圧力をかけて成型した後、セラミックスとして焼結させる。焼結の温度は、例えばＹＡＧであれば１７５０℃程度である。焼結の際に、内部の気泡を適切に排除することで、適当なレーザーロッドを作製することができる。

励起光源
本発明のレーザー発射装置に配置される励起光源は、固体レーザーロッドを囲むようにして配置される。好ましくは、固体レーザーロッドのレーザー光の出射軸に沿って、その出射軸を中心に囲むようにして、励起光源が配置される。したがって、固体レーザーロッドの出射軸に垂直な断面において、励起光源は前記出射軸を囲むように（好ましくは、出射軸を中心にして囲むように）配置されている。

前記出射軸を囲むように配置されるとは、出射軸を環状に囲んでもよく（図３や図６を参照）、Ｃ文字状またはＵ文字状に出射軸を囲んでもよく（図９Ａや９Ｂを参照）、２以上の円弧形状の励起光源で出射軸を囲んでもよい（図９Ｃを参照）。

励起光源が固体レーザーロッドを囲むことにより、固体レーザーロッドの全体に励起光を均一に照射することができるので、固体レーザーの励起効率を高めることができる。

励起光源は、固体レーザーロッドを励起させる光を発することができる部材であれば特に制限はないが、フラッシュランプであってもよい。フラッシュランプのランプ管の直径は約２〜８ｍｍであることが好ましく、レーザーロッドを中心として、内径が約４〜２０ｍｍとなる曲率（曲率半径が約２〜１０ｍｍ）で形成されていればよい。

このようなフラッシュランプは、ガラス管の中にキセノンやクリプトンなどの不活性ガスを封入し、両端に電極を用意して、中にスパークコイルを形成して作製することができる。特に、封入ガスをキセノンとするフラッシュランプは高輝度が得られる。

鏡筒
本発明のレーザー発射装置に配置される鏡筒は、その内部に励起光源を包み込む。鏡筒の内面は、励起光源からの光を反射する。鏡筒の内面で反射した光が、レーザーロッドに集光するようにする。

鏡筒内面で反射した光をレーザーロッドに集光するには、例えば、鏡筒の形状を、楕円を３６０度回転させた形状（図４参照）として、かつその楕円の中心（長軸と短軸の交点）にレーザーロッドを配置すればよい。それにより、鏡筒内面で反射した光が、ロッド側面に均一に照射する。

また、鏡筒内面で反射した光をレーザーロッドに集光するには、レーザーロッドの出射軸を通る前記鏡筒の断面を、２個の楕円を重ねた形状とする。ここで重ねられた２個の楕円は、その２個の各楕円が有する２つの焦点のうち、互いに一方の焦点を共有する。そして、その共有する焦点を出射軸が通過するようにレーザーロッドを配置し、かつ励起光源をもう一方の焦点（共有しない焦点）の軌跡に沿って配置すればよい（図７参照）。
共有する焦点、および２個の楕円それぞれのもう一方の焦点（共有されない焦点）は、直線状に配置されていることが好ましい。また、重ねられる２個の楕円は、互いに同一の形状であることが好ましい。

もちろん、励起光源からの光が鏡筒の内面で反射されてレーザーロッドに集光照射されるのであれば、鏡筒の形状は特に限定されない。

鏡筒の内面は励起光を反射できればよいが、例えば、前記内面は、アルミニウムに銀をコーティングしたタイプ、アルミニウムを高輝度にしたタイプ、またはガラス他に銀をコーティングしたタイプなどがある。

反射鏡または反射膜
本発明のレーザー発射装置は、固体レーザーロッドから発振されたレーザーが増幅されるように、出射軸に沿った固体レーザーロッドの前後に、反射鏡を設けることが好ましい。出射方向後方に配置された反射鏡の反射率が９９．５％以上のほぼ全反射鏡にするとともに、出射方向前方に配置された反射鏡の反射率を８０〜９５％に調整することにより、増幅されたレーザー光が出射方向前方の反射鏡を通過してでてくる。反射率が９９．５％以上のほぼ全反射鏡は、例えば、保護膜付きアルミニウムのミラーコーティング、または低吸収誘電体多層膜コート面である。一方、反射率が８０〜９５％の反射鏡は、例えば、低吸収誘電体多層膜コート面である。

一方、本発明のレーザー発射装置は、固体レーザーロッドの前後に設けられる反射鏡の代わりに、レーザー出射方向前後の固体レーザーロッドの端面自体を、反射鏡の役割をする膜で被膜してもよい。反射鏡の役割をする膜（「反射膜」ともいう）は、例えば光の吸収を抑制した誘電体の多層膜である。
固体レーザーロッドの前および後ろのいずれか一方の端面だけが反射膜で被膜されていてもよく、両方の端面が反射膜で被膜されていてもよい。

集光レンズ
本発明のレーザー発射装置は、固体レーザーロッドから出射されたレーザー光を、所定の位置に集光するための集光レンズを有していることが好ましい。集光レンズは、サファイアガラス、ホウ珪酸ガラス、または出射されたレーザーを劣化させることなく透過させて集光できるのであれば、フッ化カルシウムなどのフッ化物で形成されてもよい。

集光レンズは、出射軸に沿って鏡筒に連通して配置された砲筒の内部に配置されていてもよい。砲筒のサイズは特に限定されないが、内径が５〜１２ｍｍ、長さが５〜２０ｍｍとすることができ、さらに直径および長さを大きくしてもかまわない。砲筒の内面は、鏡筒の内面と同様に、光を反射するようにコーティングなどが施されていることが好ましい。

レーザー照射装置の用途
本発明のレーザー照射装置は任意の用途に適用されうる。例えば、従来のように金属などの加工を行うために使用されてもよい。その場合には、連続したレーザー照射が必要となるので、発熱による熱レンズ効果が起こることがある。熱レンズ効果とは、レーザーロッドの屈折率が温度によって変化することにより、レーザー光が屈折してビーム品質を劣化させる効果をいう。これは、レーザー発振時において、一般的にロッドを形成する結晶の中心温度が高くなるためで、ロッドの中心部の屈折率は高く、周辺部の屈折率は低くなり、ロッドがレンズのように作用してレーザー光が広がることである。このような熱レンズ効果を抑制するため、ファンやその他の冷却用部材をさらに設けることが好ましい。

一方、本発明のレーザー照射装置は、人体（特に指先）にレーザー光を照射して、アブレーションによって穿刺孔を形成して、検査用の血液を得るために使用されてもよい。例えば、血液検査装置の穿刺部材として用いることができる。その場合には、単パルスもしくは数回のパルスを照射すればよいので、基本的には装置を冷却する必要はない。しかしながら、数回のパルスを照射する場合は、若干の冷却をした方が装置の性能を保つことができる。
また、人体から出血させるためのレーザー照射装置は、金属加工に使用されるレーザー照射装置ほどのパワーは必要とされないため、小さい印加電圧で効率よくレーザーを照射できる。

本発明のレーザー照射装置を、皮膚を穿刺するために使用する場合には、小型であること（例えば１５ｍｍ角×長さ５０ｍｍ以下の大きさ）が好ましい。また、励起光源がフラッシュランプである場合は、入力電圧が２００Ｖ〜５００Ｖ、チャージコンデンサ容量が２００μＦ〜９００μＦ（好ましくは入力電圧が２００Ｖ〜３００Ｖ、チャージコンデンサ容量が２００〜３００μＦ）であることが好ましく、出力が３０ｍＪ〜１２０ｍＪであることが好ましい。

集光するレンズの焦点距離は１０ｍｍ〜２５ｍｍが好ましく、１５ｍｍ〜２０ｍｍであるとより好ましい。また、皮膚をアブレーションするときにレーザー光の光路上にあるレンズがアブレーションによって汚染されることがあるため、レーザーに対して透過性のあるレンズカバーを設けることが好ましい。レーザーに対して透過性のあるレンズカバーは、約０．１〜１．０ｍｍの厚みのガラス、もしくはテフロン（登録商標）などのフッ素系プラスチックなどである。

以下、図面に基づいて、本発明のレーザー照射装置をより詳細に説明する。以下の形態は、本発明の実施形態の例であり、これらによって本発明の範囲が限定されることはない。
［実施の形態１］
実施の形態１のレーザー照射装置１が、図２〜図４に示される。図２は、実施の形態１のレーザー照射装置１１の側面図であり；図３は、図１の鏡筒１２のII−II面の横断面図であり；図４は、図２の内部構造を示すための縦断面図（レーザーロッドの出射軸を含む断面）である。

図２に示されるように、レーザー照射装置１１の鏡筒１２は扁平した球状をしており；図３に示されるように、鏡筒１２の横断面は円形をしており；図４に示されるように、鏡筒１２の縦断面は楕円形状をしている。

図２に示されるように、鏡筒１２には砲筒１８が配置されている。後述の通り、砲筒１８はレーザーロッド１３（図３参照）の出射軸に沿って形成されており、その内部の先端に集光レンズ１７（図４参照）が配置されている。

図３に示されるように、鏡筒１２の横断面の中央部分に、レーザーロッド１３が配置される。つまりレーザーロッド１３は、その出射軸が、鏡筒１２の横断面に対して垂直となるように配置されている。
また、図３に示されるように、レーザーロッド１３を取り囲むようにフラッシュランプ１４が配置されている。つまり、レーザーロッド１３の出射軸に沿って、出射軸をフラッシュランプ１４が囲んでいる。

レーザー照射装置１１のレーザーロッド１３を、エルビウムでドープしたＹＡＧレーザー（Ｅｒ：ＹＡＧ）とした（より具体的には、レーザーロッド１３は、Ｅｒ（エルビウム）を５０％ドープしたＥｒ：ＹＡＧとした）。ただし前述の通り、レーザーロッド１３は、エルビウムＥｒ・ネオジウムＮｄ・ホロニウムＨｏなどがドープされた固体ＹＡＧ結晶などであってもよく、他のレーザーロッドであってもかまわない。
レーザーロッド１３の形状を円柱としたが、他の形状でもかまわない。円柱の側面は励起光が反射しない程度に粗面化されている。レーザーロッド１３は、直径６ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱としたが、その寸法は前述の通り任意に設定すればよい。図３に示される１９は、レーザーロッドの電源コネクタである。

レーザー照射装置１１の鏡筒１２は、図４に示した楕円を、出射軸を中心に３６０度回転させた形状を有する。したがって、励起光源であるフラッシュランプ１４から発生した励起光は、レーザーロッド１３の側面に均一に照射される。
鏡筒１２の内面は反射鏡とされており、反射鏡はアルミニウムに銀をコーティングしたタイプ、アルミニウムを高輝度にしたタイプまたはガラス他に銀をコーティングしたタイプなどのいずれでもよい。もちろん、レーザー照射装置１１の鏡筒１２の形状は、フラッシュランプ１４で発光した光が鏡筒１２の内面で反射されてレーザーロッド１３に集光照射されるのであれば、図示の形状に限定されず、円または曲率を持った他の形状でもかまわない。

フラッシュランプ１４は、ランプ管の内部にキセノンガスを封入したフラッシュランプである。フラッシュランプ１４のランプ管の内径は２〜８ｍｍである。フラッシュランプ１４は内径４〜２０ｍｍの環状として、レーザーロッド１３を中心にして配置されている。
フラッシュランプ１４に、約５〜１０ｋＶの電圧を瞬間的にトリガー電圧として印加すると、スパークコイルが昇圧して、封入されたキセノンガスがイオン化される。その後、約７００Ｖの電圧を印加すると、電気が流れてキセノンガスが放電されて発光する。

図４に示されるように、レーザー照射装置１１のレーザーロッド１３の一方の端面には反射鏡１５が配置され、もう一方の端面には反射鏡１６が配置される。反射鏡１５の反射率をほぼ１００％として、一方、反射鏡１６の反射率を９０％に調整されている。反射鏡１５は、保護膜付きアルミニウムのミラーコーティング、または低吸収誘電体コート（例えば、ＳｉＯ^２）とする。反射鏡１６は、多層膜誘電体コートである。
その結果、反射鏡１５および反射鏡１６（出力ミラー）によりレーザーロッド１３から発振したレーザー光が増幅され、増幅されたレーザー光が反射鏡１６を通過して、レーザーが出力される。

前述の通り、レーザー照射装置１１は、鏡筒１２の上部に取り付けられた砲筒１８を有する（図２および図４）。図４に示されたように、砲筒１８の内部の先端（鏡筒からの最遠部）に集光レンズ１７が配置される。誘導放出により増幅されたレーザー光が、反射鏡１６を通過して、さらに集光レンズ１７によって所定の位置に集光される。集光レンズ１７の材質などは前述の通りである。砲筒の大きさなどは前述の通りであり、その内面は鏡筒１２の内部と同様のコーディングが施されている。

実施の形態１のレーザー照射装置１１について、以下にその動作を説明する。フラッシュランプ１４から発射された励起光は、レーザーロッド１３の内部に入り、ドープされたレーザー動作物質（本例ではエルビウムＥｒ）を励起させて光を発生させる。発生した光は、反射鏡１５とレーザーロッド１３と反射鏡１６の間を反射して共振するとともに増幅される。誘導放出により増幅されたレーザー光の一部は反射鏡１６を通過する。反射鏡１６を通過したレーザー光は集光レンズ１７を透過して出射する。

具体的な例を挙げて説明を行う。本装置を駆動させるための回路部の図示は省略されている。フラッシュランプ１４の管面に取り付けられた導電性膜と、フラッシュランプ１４のランプ管内部の陰電極（−電極）との間に、７ｋＶ〜９ｋＶのトリガー電圧を印加すると同時に、フラッシュランプ内の電極間に２００Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加して発光させる。
フラッシュランプ内の電極間の電圧印加時間を２００μｓｅｃ〜２ｍｓｅｃとして、パルス発光させる。実施の形態１のレーザー照射装置１１のレーザーロッド１３は、Ｅｒを５０％ドープしたＥｒ：ＹＡＧであるため、発光した励起光はレーザーロッド１３に取り込まれる。これにより励起したＥｒ分子が安定状態に戻るときの発光が、反射鏡１５と反射鏡１６の間で誘導放出により増幅されて、その一部が反射鏡１６を通過して、図４における矢印の方向に放出する。
その結果、実施の形態１のレーザー照射装置１１から、波長２．９４μｍのレーザー光が出射する。出射したレーザーは、焦点距離２５ｍｍのレンズ１７によって、砲筒１８の先端から２５ｍｍ離れた位置に集光することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２のレーザー照射装置２１が、図５〜８に示される。レーザー照射装置２１は、実施の形態１のレーザー照射装置１１と、鏡筒の形状が異なる。以下、その異なる構成を中心に、レーザー照射装置２１を説明する。
図５はレーザー照射装置２１の側面図であり、図６は鏡筒２２のＶ−Ｖ面の横断面図であり、図７はレーザー照射装置２１の内部構造を説明するための縦断面図（レーザーロッドの出射軸を含む断面）であり、図８はレーザー照射装置２１の外観斜視図である。

図７に示されるように、レーザー照射装置２１の鏡筒２２の縦断面は、２個の楕円を重ねた形状をしている。ここで、楕円は２個の焦点を持っているが、２つの焦点のうちの一つを互いに共有して、２個の楕円が重ねられている。レーザー照射装置２１の鏡筒２２は、２個の楕円を重ねた形状（図７）を、レーザーロッド２３の出射軸を中心に３６０度回転させた形状を有する。レーザー照射装置２１の砲筒２８側からの外観斜視図を図８に示す。図８に示されるように、鏡筒２２は、扁平した球状であり、かつレーザーロッド２３の出射軸に対応する部位がくぼんだ形状を有する。図６および図８における２９は、フラッシュランプの電源コネクタである。

図７に示されたように、鏡筒２２の内部には、前記共有した焦点にレーザーロッド２３が配置され、他方の焦点の軌跡を通る位置にはフラッシュランプ２４が配置されている。
フラッシュランプ２４からの発光は、レーザーロッド２３に直接照射される場合と、鏡筒２２の内面で反射してレーザーロッド２３に照射される場合とが考えられる。図７に示されるように配置されたフラッシュランプ２４からの発光は、鏡筒２２の内面で反射されると、前記共有した焦点にあるレーザーロッド２３に集中する。そのため、フラッシュランプ２４の励起光によって、レーザーロッド２３のレーザー活性種を効率よく励起させることができる。また、従来の装置に比べて、レーザーロッド２３の側面全域にフラッシュランプ２４の光が均一照射されるため、レーザーロッド２３を励起する効率を上げることができ、ロッド全体での励起バラツキを抑えることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３のレーザー照射装置について説明する。実施の形態３のレーザー照射装置は、実施の形態１および２のレーサー照射装置１１および２１と、フラッシュランプの形状が相違する。
図９は、実施の形態１における図３および実施の形態２における図６に対応する、レーザー照射装置の鏡筒の横断面図である。図９ＡではＣ型形状のフラッシュランプ３４Ａが；図９ＢではＵ型形状のフラッシュランプ３４Ｂが；図９Ｃでは２つの円弧形状のフラッシュランプ３４Ｃが、レーザーロッド（３３Ａ〜３３Ｃ）を囲むように配置されている。

図９Ａ〜Ｃに示されるフラッシュランプ（３４Ａ〜３４Ｃ）は、実施の形態１および２で用いられたフラッシュランプが環状であるのに対して、曲線状ではあるが、閉環はしていない形状のフラッシュランプである。これらのフラッシュランプ（３４Ａ〜３４Ｃ）は、電源を供給するコネクタをフラッシュランプの両端面に形成しやすく、簡単かつ安価に製作できる。特に、図９Ｂと図９Ｃに示されるフラッシュランプ（３４Ｂや３４Ｃ）は、レーザーロッドを配置された鏡筒（３２Ｂや３２Ｃ）の内部に、面に対して完全に直角に挿入せずとも、やや斜めにして挿入することができるので挿入しやすく、組み立て容易性が高まる。さらに図９Ｃに示されるフラッシュランプ３４Ｃは、鏡筒３２Ｃの内部に配置されたレーザーロッド３３Ｃを挟み込むように挿入することができるため、位置決め精度が向上する。

フラッシュランプの形状は、所定の形状のガラス管を作製して、そのガラス管に不活性ガスを封入して作製すればよい。さらにフラッシュランプは、環状でも渦巻に巻いた形状でもよい。ただし、この場合はフラッシュランプに電圧を印加するためのコネクタが、レーザーロッドと接触しないように注意する必要がある。

［実施の形態４］
次に、実施の形態４のレーザー照射装置について説明する。実施の形態４のレーザー照射装置は、実施の形態１および２のレーザー照射装置１１および２１と、レーザーロッドの形状が異なる。図１０および図１１は、実施の形態４のレーザー照射装置のレーザーロッドの例を示す。図１０に示されるレーザーロッドは円柱であるが、その側面が膨らんでいる。図１０Ａはロッド端面４３Ａを示し、図１０Ｂはロッド側面４３Ｂを示す。一方、図１１に示されるレーザーロッドも円柱であるが、その側面がへこんでいる。図１１Ａはロッド端面５３Ａを示し、図１１Ｂはロッド側面５３Ｂを示す。ロッドの側面は、一体の面としてなめらかに膨らんでいるか、へこんでいることが好ましい。

図１０や図１１に示されるように、ロッドの側面を膨らませたり、へこませたりすることで、励起源からの励起光がレーザーロッドの内部に侵入しやすくなる。したがって、実施の形態１および２にレーザー照射装置のレーザーロッド（側面が平坦）と比べて励起効率が高まる。

レーザーロッドの直径や長さは、上述の実施の形態で説明した寸法とすればよい。膨らんでいるか、またはへこんでいるロッドの側面は、例えば、円柱ロッドを作製した後に、その側面を削ればよい。膨らみの程度は、最も膨らんでいる側面の側断面の円径が、端面の円径に対して約５〜２５％大きいことが好ましい。同様に、へこみの程度も、最もへこんでいる側面の側断面の円径が、端面の円径に対して約５〜２５％小さいことが好ましい。

本発明のレーザー照射装置は小型化が可能でありながら、変換効率が高いので十分な出力が得られる。特に本発明のレーザー照射装置は、それほど高いレーザー出力を必要としない医療分野等における装置への適用が有用である。

従来の固体レーザー照射装置の構成図である。 実施の形態１のレーザー照射装置の側面図である。 実施の形態１のレーザー照射装置の横断面図である。 実施の形態１のレーザー照射装置の縦断面図である。 実施の形態２のレーザー照射装置の側面図である。 実施の形態２のレーザー照射装置の横断面図である。 実施の形態２のレーザー照射装置の縦断面図である。 実施の形態２のレーザー照射装置の外観斜視図である。 実施の形態３のレーザー照射装置の横断面図である。図９Ａはレーザーロッドを囲むＣ字形状のフラッシュランプが；図９Ｂはレーザーロッドを囲むＵ字形状のフラッシュランプが；図９Ｃはレーザーロッドを囲む円弧形状の２つのフラッシュランプが配置されている。 実施の形態４のレーザー照射装置のレーザーロッドの第１の例を示す図である。図１０Ａはロッド端面を示す図であり、図１０Ｂはロッド側面を示す図である。 実施の形態４のレーザー照射装置のレーザーロッドの他の例を示す図である。図１１Ａはロッド端面を示す図であり、図１１Ｂはロッド側面を示す図である。

符号の説明

１ 従来の固体レーザー照射装置
２ レーザーロッド
３ 反射鏡
４ 反射鏡
５ フラッシュランプ
６ 鏡筒
７ 集光レンズ
８ 電源
１１ レーザー照射装置
１２ 鏡筒
１３ レーザーロッド
１４ フラッシュランプ
１５ 反射鏡
１６ 反射鏡
１７ 集光レンズ
１８ 砲筒
１９ 電源コネクタ
２１ レーザー照射装置
２２ 鏡筒
２３ レーザーロッド
２４ フラッシュランプ
２５ 反射鏡
２６ 反射鏡
２７ 集光レンズ
２８ 砲筒
２９ 電源コネクタ
３２Ａ〜３２Ｃ 鏡筒
３３Ａ〜３３Ｃ レーザーロッド
３４Ａ〜３４Ｃ フラッシュランプ
４３Ａ レーザーロッドの端面
４３Ｂ レーザーロッドの側面
５３Ａ レーザーロッドの端面
５３Ｂ レーザーロッドの側面

Claims (13)

1. 固体レーザーロッドと、
   前記固体レーザーロッドのレーザー光の出射軸に対して垂直な断面において、前記出射軸を囲むように形成された励起光源と、
   前記励起光源を包み込み、前記励起光源からの光を前記固体レーザーロッドに集光するように配置した鏡筒と、
   を有するレーザー照射装置。
2. 前記鏡筒の、前記出射軸を含む全ての断面は、２個の楕円を重ねた形状をしており、かつ前記２個の楕円は、各楕円が有する２つの焦点のうち、互いに一方の焦点を共有しており、
   前記固体レーザーロッドの出射軸線が、前記共有した焦点を通り、
   前記励起光源は、前記鏡筒体内であって、前記他方の焦点の軌跡に沿って配置された、請求項１に記載のレーザー照射装置。
3. 前記固体レーザーロッドの出射側の出射軸に沿って、集光レンズを有する砲筒が配置された、請求項１に記載のレーザー照射装置。
4. 前記励起光源がフラッシュランプであり、
   前記フラッシュランプの、前記出射軸に対して垂直な断面は、出射軸を中心とする環状である、請求項１に記載のレーザー照射装置。
5. 前記励起光源がフラッシュランプであり、
   前記フラッシュランプの、前記出射軸に対して垂直な断面は、出射軸を囲むＣ字状またはＵ字状である、請求項１に記載のレーザー照射装置。
6. 前記励起光源が２以上のフラッシュランプであり、
   前記フラッシュランプの、前記出射軸に対して垂直な断面は、出射軸を囲む２以上の円弧状である、請求項１に記載のレーザー照射装置。
7. 前記固体レーザーロッドは柱状であり、その柱状側面が一体の面としてなめらかに膨らんでいるか、または一体の面としてなめらかにへこんでいる、請求項１に記載のレーザー照射装置。
8. 前記固体レーザーロッドがＹＡＧ単結晶である、請求項１に記載のレーザー照射装置。
9. 前記固体レーザーロッドがＹＡＧセラミックスである、請求項１に記載のレーザー照射装置。
10. 前記固体レーザーロッドの出射軸に沿った前後それぞれに、反射鏡が設けられた、請求項１に記載のレーザー照射装置。
11. 前記固体レーザーロッドの両端面に、反射膜がコーティングされた、請求項１に記載のレーザー照射装置。
12. 前記固体レーザーロッドの一方の端面に反射膜がコーティングされ、他方の端面に反射鏡が配置されている、請求項１に記載のレーザー照射装置。
13. 前記鏡筒の内壁面が、励起光を反射する物質で構成されている、請求項１に記載のレーザー照射装置。

Images