JP2008159665A - 3次元ディスクレーザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定のレーザ光を全反射する終端鏡12と、レーザ光の大部分を反射しその一部を透過させる出力鏡14と、終端鏡12から出力鏡14までの光路間に3次元的に配置されレーザ光を終端鏡から出力鏡まで所定の順序で全反射する4以上の増幅モジュール20とを備える。
【選択図】図1
Description
ランプ励起YAGレーザは、励起光源に波長範囲の広い放電ランプを用いるため発振効率が低い(約2〜4%)。また、高出力になるとYAGロッドが熱によりひずみ、集光性が悪くなる(ビーム品質の低下)欠点がある。
この構成により、レーザ媒質51の熱を冷却面52を介して冷却エレメント55に伝達できるので、レーザ出力を高出力化することができる。また、レーザ媒質51内の温度勾配がどの位置でも同一になるので、熱ひずみを完全に抑制しビーム品質の低下を抑制することができる。
しかし、単一のディスクレーザにおけるレーザ媒質の大きさは直径10〜30mm、厚さ0.1〜0.3mm程度であり、特許文献1及び4のように側面から励起光を入射する場合の出力は最大でも約500W程度に制限される。
しかし、この場合、レーザ出力の増大にほぼ比例して終端鏡から出力鏡までの距離が増大するため、全体として装置が大型化する問題点がある。
この図において、本発明の3次元ディスクレーザは、終端鏡12(図5参照)、出力鏡14、4以上(この例では22台)の増幅モジュール20、および立体支持部材30を備える。
各増幅モジュール20は、レーザ媒質22、冷却体24、内部励起装置26からなる。
レーザ媒質22は、活性イオンがドープされていない光学媒体25で囲まれている。レーザ媒質22と光学媒体25の接合は、嵌め合いでもよいし、光学的損失がない充填材を用いてもよい。レーザ媒質22の外周形状は、この例では六角柱であるが、円柱でもその他の形状でもよい。
上述した構成により、内部励起装置26でレーザ媒質22を励起し、この状態でレーザ媒質22の表面から入射した所定のレーザ光を裏面の反射層23で反射すると共に、レーザ媒質22内でレーザ光を増幅することができる。
この例において、立体支持部材30は、中空6面体であり、A,B,C,D,E,Fの6面を有する。X,Y,Z軸を有する3次元空間において、この例ではA面とC面はY軸に直交する対向面、B面とD面はX軸に直交する対向面、E面とF面はZ軸に直交する対向面である。
図4の開口H23の外面には、レーザ光を全反射する終端鏡12が取り付けられる。終端鏡12は、レーザ光に直交し、入射したレーザ光を同一の光路に向けて全反射するように、立体支持部材30の図示しない取り付け座に取り付けられる。
この構成により、レーザ光1が終端鏡12から出力鏡14まで達する間に22台の増幅モジュール20で反射され、その反射毎に増幅される。また出力鏡14で反射されたレーザ光1は逆の順序で終端鏡12まで達する間に同様に22台の増幅モジュール20で反射され、その反射毎に増幅される。
出力鏡14は、レーザ光1に対して部分透過性であるため、増幅されたレーザ光1の一部が外部に出力レーザ光3として出力される。
例えば、単一のディスクレーザの出力限界が500Wである場合でも、本発明の実施形態によればその22倍の10KWの高出力化が可能となる。
例えば、一辺30cmの中空正6面体(立方体)で立体支持部材30を構成し、22台の増幅モジュール20をその外面に取り付けることにより、終端鏡及び出力鏡を含むレーザ発振器全体を大幅に小型化できる。
このように構成することにより、各面モジュールの加工性を向上させることができる。
また、立体支持部材30を省略し、増幅モジュール20を互いに連結して3次元ディスクレーザを構成するようにしてもよい。
例えば上述した実施形態では、中空6面体のA,B,C,D,E,Fの6面に4つずつ(計24個)のレーザ光の通過する開口を設けたが、本発明はこれに限定されず、各面に少なくとも1つの終端鏡、出力鏡、又は増幅モジュールが取り付けられればよい。
この例では、終端鏡12はF面、出力鏡14はA面に取り付けられ、終端鏡12から出力鏡14までの所定の順序は、E面、B面、D面、C面の順である。
この構成により、レーザ光1が終端鏡12から出力鏡14まで達する間に4台の増幅モジュール20で反射され、その反射毎に増幅される。また出力鏡14で反射されたレーザ光1は逆の順序で終端鏡12まで達する間に同様に4台の増幅モジュール20で反射され、その反射毎に増幅される。
従って増幅モジュールが4台であり、単一のディスクレーザの出力限界が500Wである場合でも、本発明によればその4倍の2KWの高出力化が可能となる。
図8は、立体支持部材30が中空球体の場合の反射経路の説明図である。なおこの例では、平面上の円形の外周に上述した終端鏡12から出力鏡14までの光路を模式的に示しているが、実際には球面上にほぼ均等に配置するのがよい。
増幅モジュール20の反射順序は、レーザ媒質22における入射角と反射角が表面における反射が十分小さいように1°以上、45°未満にするのがよい。またレーザ媒質22での反射を低減するようにレーザ媒質22の表面側に反射防止膜を設けてもよい。
また、この場合、終端鏡F23を追加の増幅モジュール20に置き換え、さらに増幅するように構成してもよい。
20 増幅モジュール、22 レーザ媒質、
23 反射層、24 冷却体、25 光学媒体、
26 内部励起装置(高出力CW半導体レーザ)、
30 立体支持部材(中空6面体)、32 外部励起装置
Claims (6)
- 所定のレーザ光を全反射する終端鏡と、前記レーザ光の大部分を反射しその一部を透過させる出力鏡と、前記終端鏡から出力鏡までの光路間に3次元的に配置され前記レーザ光を終端鏡から出力鏡まで所定の順序で全反射する4以上の増幅モジュールとを備える、ことを特徴とする3次元ディスクレーザ。
- 前記各増幅モジュールは、片面に反射層が形成された平板状のレーザ媒質と、前記反射層に密着してレーザ媒質を冷却する冷却体と、前記レーザ媒質に励起光を入射して励起する内部励起装置とからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の3次元ディスクレーザ。
- 前記終端鏡を通してレーザ光と同一の光路に励起光を入射する外部励起装置を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の3次元ディスクレーザ。
- 前記終端鏡、出力鏡、及び増幅モジュールが外面に取り付けられ、内部が中空であり、レーザ光の通過する開口を有する立体支持部材を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の3次元ディスクレーザ。
- 前記立体支持部材は、中空球体又は中空多面体である、ことを特徴とする請求項4に記載の3次元ディスクレーザ。
- 前記立体支持部材は、中空6面体であり、各面に少なくとも1つの終端鏡、出力鏡、又は増幅モジュールが取り付けられる、ことを特徴とする請求項4に記載の3次元ディスクレーザ。
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