JP2008177444A - Solid state laser oscillator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state laser oscillator of small size, being simple in configuration of the entire device, which is excellent in rising response of laser output with no active temperature control from outside. <P>SOLUTION: In the solid state laser oscillator, a solid state laser medium arranged in a laser resonator is irradiated with excitation beam for laser oscillation, and the laser beam is output from the laser oscillator. A case contains a holding means for holding the solid state laser medium, and a heat insulating means which is arranged between the holding means and the case to suppress heat transfer from the holding means to the case. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体レーザー発振装置に関し、さらに詳細には、外部からの励起光を固体レーザー媒質中に照射することにより反転分布を生起してレーザー光を発振する固体レーザー発振装置に関する。   The present invention relates to a solid-state laser oscillation device, and more particularly, to a solid-state laser oscillation device that oscillates laser light by generating an inversion distribution by irradiating excitation light from the outside into a solid-state laser medium.

従来より、励起光源としてレーザーダイオードを用いた固体レーザー発振装置たる、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a laser diode-excited solid state laser oscillation device, which is a solid state laser oscillation device using a laser diode as an excitation light source, is known.

こうしたレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置においては、励起光源たるレーザーダイオードから出力された励起光が照射される固体レーザー媒質（以下、励起光が照射される固体レーザー媒質を単に「レーザー媒質」と適宜に称することとする。）として、Ｎｄ：ＹＶＯ４（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｏｒｔｈｏｖａｎａｄａｔｅ）やＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）などが一般的に使用されている。 In such a laser diode-excited solid-state laser oscillation device, a solid-state laser medium irradiated with excitation light output from a laser diode as an excitation light source (hereinafter, a solid-state laser medium irradiated with excitation light is simply referred to as “laser medium” as appropriate. Nd: YVO 4 (Neodymium Doped Yttrium Orthovanadate), Nd: YAG (Neodymium Doped Yttrium Aluminum Garnet), and the like are generally used.

ここで、Ｎｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＹＡＧなどをレーザー媒質として用いた小型のレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置においては、一般に、ファイバーカップルされたレーザーダイオードを用いて、ファイバーを介してレーザー媒質の端面から励起光を照射する手法が採用されている。 Here, in a small laser diode-pumped solid-state laser oscillation device using Nd: YVO 4 or Nd: YAG as a laser medium, generally, an end face of the laser medium is passed through a fiber using a fiber-coupled laser diode. The method of irradiating the excitation light from is adopted.

こうした励起の手法を採用する理由は、ファイバーカップルされたレーザーダイオードを用いてファイバーを介してレーザー媒質の端面から励起光を照射すると、レーザーダイオードによる励起光の照射によりレーザー媒質内に作られる励起ボリュームと共振器のモードボリュームとの重なりがよくなり、効率よくレーザーエネルギーを得ることができるようになるからである。   The reason for adopting such an excitation method is that when a fiber-coupled laser diode is used to irradiate the excitation light from the end face of the laser medium through the fiber, the excitation volume created in the laser medium by the irradiation of the excitation light by the laser diode This is because the overlap between the mode volume of the resonator and the mode volume of the resonator is improved, and laser energy can be obtained efficiently.

そして、その結果、レーザーダイオードが出力する励起光の励起パワーが小さくてすみ、レーザー媒質における熱の発生を小さく抑えることができるようになるため、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置の出力が１０Ｗを超えるものであっても、レーザー媒質を空冷より冷却することが可能となるものであった。   As a result, the pumping power of the pumping light output from the laser diode can be reduced, and the generation of heat in the laser medium can be suppressed to a low level. Therefore, the output of the laser diode pumped solid-state laser oscillator exceeds 10 W. Even if it is a thing, it became possible to cool a laser medium from air cooling.

また、通常、低出力のレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置における排熱は、当該レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置の筐体内部においてレーザー媒質を支持するために用いる金属部品たる、当該レーザー媒質と緊密に接触しているレーザー媒質ホルダーを利用して伝熱することにより実現されている。なお、こうした金属部品たるレーザー媒質ホルダーには、例えば、フィンや熱拡散プレートなどが取り付けられており、効率よく排熱することができるように工夫されている。   In addition, the exhaust heat in a low-power laser diode-pumped solid-state laser oscillator is usually tightly coupled to the laser medium, which is a metal part used to support the laser medium inside the housing of the laser-diode-pumped solid-state laser oscillator. It is realized by transferring heat using a laser medium holder in contact. Note that, for example, fins and heat diffusion plates are attached to the laser medium holder, which is such a metal part, so that the heat can be efficiently exhausted.


ところで、レーザーダイオードが出力する励起光の励起パワーが１０Ｗを超えるような高出力励起によるレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置においては、レーザー媒質と緊密に接触している金属部品たるレーザー媒質ホルダーが熱的な平衡に達するまでに長時間がかかるため、当該レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置のウォームアップに長い時間を必要とすることが指摘されていた。
By the way, in a laser diode-pumped solid-state laser oscillation device by high-power pumping that pumping power of pumping light output from a laser diode exceeds 10 W, a laser medium holder that is a metal part in close contact with the laser medium is thermally It has been pointed out that it takes a long time to warm up the laser diode-excited solid-state laser oscillation device because it takes a long time to reach a proper equilibrium.


また、レーザー媒質の放熱は外部に向けて行われるものであるが、レーザー媒質の周囲の温度が変化するような場合には、その変化に伴ってレーザー媒質の温度も変化してしまうため、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置の出力自体が変動してしまうものであった。
In addition, although the heat dissipation of the laser medium is performed to the outside, when the temperature around the laser medium changes, the temperature of the laser medium also changes with the change. The output itself of the diode-pumped solid state laser oscillation device fluctuated.

このため、従来のレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置においては、レーザー媒質を緊密に接触して支持するレーザー媒質ホルダーの恒温化を図る必要があり、このため、水冷ヒートシンク、ＴＥクーラー、ファンまたはヒーターなどを用いてレーザー媒質ホルダーの温度を一定に保つような工夫がなされている。   For this reason, in the conventional laser diode-excited solid-state laser oscillation device, it is necessary to achieve a constant temperature of the laser medium holder that supports the laser medium in close contact with each other. For this reason, a water-cooled heat sink, TE cooler, fan, heater, etc. A device has been devised to keep the temperature of the laser medium holder constant by using.

具体的には、例えば、特許文献１として提示する特開２００１−１１１１４３号公報に開示された技術によれば、レーザー媒質やレーザーダイオードの温度を冷却装置を用いて管理することにより、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置において安定したレーザー発振動作を行わせるようになされている。   Specifically, for example, according to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-111143 presented as Patent Document 1, laser diode excitation is performed by managing the temperature of a laser medium or a laser diode using a cooling device. A solid-state laser oscillation device is designed to perform a stable laser oscillation operation.


しかしながら、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置において、上記した特開２００１−１１１１４３号公報に開示された技術を用いる場合には、冷却器、ペルチェ素子あるいはファンなどの各種のアクティブな付帯設備を用いて外部から能動的な熱的な制御を行う必要があり、装置全体の構成が複雑かつ大型になるという問題点があった。
However, in the laser diode excitation solid-state laser oscillation device, when using the technique disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-111143, it is possible to externally use various active incidental equipment such as a cooler, a Peltier element, or a fan. Therefore, it is necessary to perform active thermal control, and there is a problem that the configuration of the entire apparatus becomes complicated and large.


一方、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置において、上記した冷却器などのアクティブな付帯設備を用いて外部から能動的な熱的な制御を行うことなく、フィンや熱拡散プレートなどを使用した場合には、冷感時にレーザー発振を開始すると、図１（ａ）に示すように、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置からのレーザー出力が、予め設定した所望の値Ａを一度大きく超えた後に所望の値Ａに徐々に移行したり、あるいは、図１（ｂ）に示すように、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置からのレーザー出力が、予め設定した所望の値Ａより著しく低い値から徐々に所望の値Ａに移行したりするなどの現象が見られという問題点があった。
On the other hand, in the laser diode pumped solid state laser oscillation device, when fins or heat diffusion plates are used without active thermal control from outside using active incidental equipment such as the cooler described above When laser oscillation is started at the time of cooling, as shown in FIG. 1 (a), the laser output from the laser diode-excited solid-state laser oscillation device once exceeds a predetermined desired value A once and then the desired value A Or, as shown in FIG. 1B, the laser output from the laser diode-excited solid state laser oscillation device gradually increases from a value that is significantly lower than a preset desired value A to a desired value A. There was a problem that a phenomenon such as shifting to was seen.

即ち、冷却器などのアクティブな付帯設備を用いて外部から能動的な熱的な制御を行うことなく、フィンや熱拡散プレートなどを使用したレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置においては、冷感時にレーザー発振を開始した際には、レーザー発振開始直後に所望のレーザー出力が得られず、レーザー発振開始後に徐々に所望の出力が得られるようになるという立ち上がり応答性を現出するという問題点があった。   In other words, laser diode-pumped solid-state laser oscillators that use fins, thermal diffusion plates, etc. without active thermal control from the outside using active ancillary equipment such as a cooler are lasers when cold. When oscillation is started, the desired laser output cannot be obtained immediately after the start of laser oscillation, and there is a problem that a rising response is exhibited in which a desired output is gradually obtained after the laser oscillation starts. It was.

従って、こうしたレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置をレーザー加工などに応用した場合には、レーザー加工開始部分において加工が浅くなったり深くなったりするという不具合が生じる恐れがあった。   Therefore, when such a laser diode-excited solid state laser oscillation device is applied to laser processing or the like, there is a possibility that the processing becomes shallow or deep at the laser processing start portion.

また、冷却器などのアクティブな付帯設備を用いることなく、フィンや熱拡散プレートなどを使用したレーザーダイオード励起固体レーザー発振装置においては、レーザー出力を変更するなどのレーザー発振条件を変更した場合においても、冷感時と同様に、レーザー発振開始直後に所望のレーザー出力が得られず、レーザー発振開始後に徐々に所望の出力が得られるようになるという立ち上がり応答性を現出するという問題点があった。   In addition, in laser diode pumped solid-state laser oscillators that use fins, heat diffusion plates, etc., without using active ancillary equipment such as coolers, even when the laser oscillation conditions such as changing the laser output are changed As in the case of cooling, there is a problem that the desired laser output cannot be obtained immediately after the start of laser oscillation and the desired response is gradually obtained after the start of laser oscillation. It was.

なお、こうした現象は、レーザー発振時とレーザー非発振時とでレーザー媒質の温度が異なることにより、レーザー媒質内で生じる熱レンズなどが変化することに起因するものであった。   Such a phenomenon is caused by a change in a thermal lens or the like generated in the laser medium due to a difference in temperature of the laser medium between laser oscillation and non-laser oscillation.

つまり、レーザー非発振時にはレーザー媒質が吸収したレーザーダイオードによる励起光のエネルギーは、ほとんど光エネルギーに変化しないため熱に変化し、レーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度を上昇させるように作用する。   In other words, when the laser is not oscillating, the energy of the pumping light absorbed by the laser diode by the laser medium hardly changes to light energy, so it changes to heat and acts to raise the temperature of the laser medium and the laser medium holder.

これに対し、レーザー発振時にはレーザー媒質が吸収したレーザーダイオードによる励起光のエネルギーは、光エネルギーとなってレーザー出力されるため、レーザー非発振時に比べてレーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度は下がることになる。   On the other hand, the energy of the pumping light from the laser diode absorbed by the laser medium during laser oscillation is output as laser energy and thus the temperature of the laser medium and the laser medium holder is lower than when the laser is not oscillating. Become.

こうしたレーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度変化が、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置のレーザー出力変動の主な原因であると認識されている。   It is recognized that such temperature changes of the laser medium and the laser medium holder are the main causes of fluctuations in the laser output of the laser diode-excited solid-state laser oscillation device.

また、レーザー媒質の周辺の温度が変化すると、レーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度もそれと連動して変化してしまい、その結果、レーザーダイオード励起固体レーザー発振装置のレーザー出力も変動してしまうことも指摘されていた。   In addition, when the temperature around the laser medium changes, the temperature of the laser medium and the laser medium holder changes accordingly, and as a result, the laser output of the laser diode-excited solid-state laser oscillation device may also fluctuate. It was pointed out.


このため、上記した問題点や現象に鑑みて、装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、外部からの能動的な温度制御を行うことなしに、レーザー出力の立ち上がり応答性に優れた固体レーザー発振装置の実現や、周辺の温度の変動に対して影響を受け難い固体レーザー発振装置の実現が強く要望されていた。

特開２００１−１１１１４３号公報
For this reason, in view of the above-mentioned problems and phenomena, the solid-state laser has a simple and compact structure as a whole and has excellent rise response of laser output without performing active temperature control from the outside. There has been a strong demand for the realization of an oscillation device and a solid-state laser oscillation device that is less susceptible to changes in ambient temperature.

JP 2001-111143 A

本発明は、上記したような従来の技術に対する強い要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、外部からの能動的な温度制御を行うことなしに、レーザー出力の立ち上がり応答性に優れた固体レーザー発振装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the strong demand for the prior art as described above. The object of the present invention is to make the entire apparatus simple and compact, and to actively control the temperature from the outside. Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state laser oscillating device excellent in laser output rising response without performing the above.

また、本発明の目的とするところは、周辺の温度の変動に対して影響を受け難い固体レーザー発振装置を提供しようとするものである。   Another object of the present invention is to provide a solid-state laser oscillation device that is hardly affected by fluctuations in ambient temperature.

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に励起光を入射してレーザー発振させ、上記レーザー共振器からレーザー光を出力する固体レーザー発振装置において、筐体内に固体レーザー媒質を保持するための保持手段と、上記保持手段と上記筐体との間に配置され、上記保持手段から上記筐体への伝熱を抑制する断熱手段とを有するようにしたものである。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is such that excitation light is incident on a solid laser medium disposed in the laser resonator to cause laser oscillation, and laser light is emitted from the laser resonator. In the solid-state laser oscillation device that outputs the solid-state laser, the holding means for holding the solid-state laser medium in the case, and the holding means and the case are arranged to transfer heat from the holding means to the case. It has a heat insulation means to suppress.

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記保持手段の体積が３〜６ｃｍ３であるようにしたものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is the invention according to claim 1 of the present invention, wherein the volume of the holding means is 3 to 6 cm 3 .

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記断熱手段は、上記保持手段の温度を６０〜１００℃に維持するようにしたものである。   The invention according to claim 3 of the present invention is the invention according to any one of claims 1 or 2 of the present invention, wherein the heat insulating means has a temperature of the holding means of 60 to 100 ° C. It is intended to be maintained.

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記断熱手段は、熱伝導率が３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であるようにしたものである。 Moreover, invention of Claim 4 among this invention WHEREIN: In invention of any one of Claim 1, 2 or 3 among this invention, the said heat insulation means has thermal conductivity of 30 W * m < - >. 1 · K −1 or less.

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記断熱手段は、熱伝導率が１〜３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であるようにしたものである。 The invention of claim 5 is the invention of claim 4 of the present invention, the heat insulating means, the thermal conductivity is at 1~30W · m -1 · K -1 It is what I did.

また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記レーザー共振器内にＱスイッチを有するようにしたものである。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the invention according to any one of the first, second, third, fourth, or fifth aspect of the present invention, wherein a Q switch is provided in the laser resonator. It is what you have.

また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の発明において、上記レーザー共振器内に非線形光学素子を有するようにしたものである。   According to a seventh aspect of the present invention, the invention according to any one of the first, second, third, fourth, fifth, or sixth aspect of the present invention includes a nonlinearity in the laser resonator. It has an optical element.

また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の発明において、上記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、上記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が１０６４ｎｍであり、レーザー出力が８Ｗ以上であるようにしたものである。 The invention according to claim 8 of the present invention is the invention according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6 of the present invention, wherein the solid-state laser medium is Nd. : YVO 4 and the laser beam output from the laser resonator has a wavelength of 1064 nm and a laser output of 8 W or more.

また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち７に記載の発明において、上記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、上記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長５３２ｎｍであり、レーザー出力が５Ｗ以上であるようにしたものである。 Further, in the invention according to claim 9 of the present invention, in the invention according to claim 7 of the present invention, the solid-state laser medium is Nd: YVO 4 and the laser beam output from the laser resonator is The wavelength is 532 nm, and the laser output is 5 W or more.

本発明は、以上説明したように構成されているので、装置全体の構成を簡潔かつ小型化することができるとともに、外部からの能動的な温度制御を行うことなしに、レーザー出力の立ち上がり応答性を向上することができるという優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, the configuration of the entire apparatus can be simplified and miniaturized, and the rising response of the laser output can be achieved without performing active temperature control from the outside. It is possible to improve the effect.

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、周辺の温度の変動に対して影響を受け難いという優れた効果を奏する。   In addition, since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that it is hardly affected by fluctuations in ambient temperature.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による固体レーザー発振装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a solid-state laser oscillation device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.


図２には、右側面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による固体レーザー発振装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an embodiment of a solid-state laser oscillation device according to the present invention, in which only the housing is cut away when viewed from the right side.

この固体レーザー発振装置１０は、後述する出力ミラー２０ａと高反射ミラー２０ｂとによりレーザー共振器が構成されており、このレーザー共振器内にレーザー媒質１６が配置されている。   In the solid-state laser oscillation device 10, a laser resonator is constituted by an output mirror 20a and a high reflection mirror 20b, which will be described later, and a laser medium 16 is disposed in the laser resonator.

より詳細には、固体レーザー発振装置１０は、ファイバー１１をカップルされたレーザーダイオード１２と、レーザーダイオード１２により生成されてファイバー１１を介して出射される励起光を平行光とするためのコリメーターレンズ１４ａと、コリメーターレンズ１４ａで平行光とされた励起光を集光するための集光レンズ１４ｂと、集光レンズ１４ｂにより集光された励起光によりレーザー発振するレーザー媒質１６と、レーザー媒質１６を保持するレーザー媒質ホルダー１８と、レーザー媒質１６から誘導放出されたレーザー光の波長に対して所定の透過率を持つ出力ミラー２０ａと、ファイバー１１を介して出射された励起光の波長を透過するとともにレーザー媒質１６から誘導放出されたレーザー光の波長を高反射率で反射する高反射ミラー２０ｂと、ファイバー１１から出力される励起光をレーザー共振器内に入射するための入射ウインドウ２２ａおよび出力ミラー２０ａからレーザー共振器の外部へ出力されたレーザー光を出射するための出射ウインドウ２２ｂを設けられた筐体２４とを有して構成されている。   More specifically, the solid-state laser oscillation device 10 includes a laser diode 12 coupled with a fiber 11 and a collimator lens for making excitation light generated by the laser diode 12 and emitted through the fiber 11 into parallel light. 14a, a condensing lens 14b for condensing the excitation light converted into parallel light by the collimator lens 14a, a laser medium 16 that oscillates with the excitation light condensed by the condensing lens 14b, and a laser medium 16 A laser medium holder 18 for holding the light, an output mirror 20a having a predetermined transmittance with respect to the wavelength of the laser light stimulated and emitted from the laser medium 16, and the wavelength of the excitation light emitted through the fiber 11. At the same time, the wavelength of the laser light stimulated and emitted from the laser medium 16 is reflected with a high reflectance. A reflection mirror 20b, an incident window 22a for entering the excitation light output from the fiber 11 into the laser resonator, and an emission window 22b for emitting the laser light output from the output mirror 20a to the outside of the laser resonator. And a housing 24 provided with the.

なお、筐体２４は、レーザー媒質ホルダー１８などが配置される筐体底部２４ａ−１と筐体底部２４ａ−１から立設された筐体側壁部２４ａ−２とよりなる筐体基部２４ａおよび筐体基部２４ａの上面を閉塞するための筐体蓋部２４ｂとより構成されている。入射ウインドウ２２ａならびに出射ウインドウ２２ｂは、対向して配置される筐体側壁部２４ａ−２にそれぞれ形成されている。   The casing 24 includes a casing base 24a and a casing that include a casing bottom 24a-1 in which the laser medium holder 18 and the like are disposed, and a casing side wall 24a-2 erected from the casing bottom 24a-1. It is comprised from the housing | casing cover part 24b for obstruct | occluding the upper surface of the body base 24a. The entrance window 22a and the exit window 22b are respectively formed on the housing side wall portion 24a-2 arranged to face each other.


ここで、固体レーザー発振装置１０におけるレーザー媒質ホルダー１８の構成ならびにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４の筐体底部２４ａ−１へ取り付けるための構成を除く他の構成については、従来より公知の技術を援用することができるものであるので、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略し、以下においては、レーザー媒質ホルダー１８の構成ならびにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４の筐体底部２４ａ−１へ取り付けるための構成を中心に詳細に説明する。
Here, conventionally known techniques are used for the configuration other than the configuration of the laser medium holder 18 in the solid-state laser oscillation device 10 and the configuration for attaching the laser medium holder 18 to the casing bottom 24a-1 of the casing 24. Since it can be used, detailed description of its configuration and operation will be omitted, and in the following, the configuration of the laser medium holder 18 and the laser medium holder 18 are attached to the casing bottom 24a-1 of the casing 24. This will be described in detail with a focus on the configuration.


まず、図３（ａ）にはレーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の正面図が示されており、図３（ｂ）にはレーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の右側面図が示されており、図３（ｃ）にはレーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の平面図が示されている。なお、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したレーザー媒質ホルダー１８の寸法（単位：ｍｍ）はその一例に過ぎず、その寸法に限定されるものではない。
First, FIG. 3A shows a front view of the laser medium holder 18 holding the laser medium 16, and FIG. 3B shows a right side view of the laser medium holder 18 holding the laser medium 16. 3C, a plan view of the laser medium holder 18 holding the laser medium 16 is shown. The dimensions (unit: mm) of the laser medium holder 18 shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C are merely examples, and are not limited to the dimensions.

このレーザー媒質ホルダー１８は、略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部１８ｄ、１８ｅを形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部１８ａと、所定の空間１８ｃを形成するようにして基台部１８ａに融着され、さらに、ネジ１８ｂａ、１８ｂｂにより基台部１８ａに固定された略直方体の接合部１８ｂとを有して構成されている。   The laser medium holder 18 forms a predetermined space 18c, and a base portion 18a having a substantially T-shaped body in which a lower end portion of a substantially rectangular parallelepiped protrudes in the left-right direction to form a convex portion 18d and 18e and is turned upside down. In this way, it has a substantially rectangular parallelepiped joint 18b that is fused to the base 18a and fixed to the base 18a by screws 18ba and 18bb.

そして、基台部１８ａと接合部１８ｂとにより形成された空間１８ｃに、レーザー媒質１６が配置されている。レーザー媒質１６の側面と基台部１８ａならびに接合部１８ｂとの当接面は融着されていて、レーザー媒質１６は空間１８ｃにおける所定の位置に固定的に配設されている。   And the laser medium 16 is arrange | positioned in the space 18c formed of the base part 18a and the junction part 18b. The contact surfaces of the side surface of the laser medium 16 with the base portion 18a and the joint portion 18b are fused, and the laser medium 16 is fixedly disposed at a predetermined position in the space 18c.

具体的には、空間１８ｃ内において、レーザー媒質１６は上下方向ではレーザー媒質ホルダー１８に接することなしに左右方向でのみ固定され保持されている。   Specifically, in the space 18c, the laser medium 16 is fixed and held only in the left-right direction without contacting the laser medium holder 18 in the up-down direction.

また、凸部１８ｄ、１８ｅには、筐体底部２４ａ−１方向に貫通する楕円形状の長孔１８ｄａ、１８ｅａが穿設されている。そして、この長孔１８ｄａ、１８ｅａの任意の位置にネジ１８ｄｂ、１８ｅｂを挿通して、そのネジを筐体底部２４ａ−１に形成されたネジ孔（図示せず。）にネジ結合することにより、レーザー媒質ホルダー１８を位置調整可能に筐体底部２４ａ−１に固定することができるよう構成されている。   The convex portions 18d and 18e are provided with elliptical long holes 18da and 18ea penetrating in the direction of the housing bottom 24a-1. Then, by inserting the screws 18db and 18eb into arbitrary positions of the long holes 18da and 18ea, and screwing the screws into screw holes (not shown) formed in the housing bottom 24a-1, The laser medium holder 18 can be fixed to the housing bottom 24a-1 so that the position thereof can be adjusted.

ここで、この固体レーザー発振装置１０においては、ネジ１８ｄｂ、１８ｅｂによりレーザー媒質ホルダー１８を筐体底部２４ａ−１に固定する際には、ネジ１８ｄｂ、１８ｅｂのネジ頭と凸部１８ｄ、１８ｅとの間と、凸部１８ｄ、１８ｅと筐体底部２４ａ−１との間とに、断熱材２６として熱伝導特性の低い材料により構成されるワッシャを介在させ、レーザー媒質ホルダー１８と筐体２４とを断熱を図るようにしている。こうした断熱材２６に用いる熱伝導特性の低い材料としては、例えば、熱伝導度が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料を用いることが好ましく、より詳細には、熱伝導度が１〜３０Ｗ／ｍ・Ｋを用いることが好ましい。こうした材料としては、例えば、セラミックやステンレスなどが挙げられる。   Here, in this solid-state laser oscillation device 10, when the laser medium holder 18 is fixed to the housing bottom 24a-1 with the screws 18db and 18eb, the screw heads of the screws 18db and 18eb and the projections 18d and 18e are connected. And a washer made of a material having low thermal conductivity as the heat insulating material 26 between the convex portions 18d and 18e and the housing bottom 24a-1, and the laser medium holder 18 and the housing 24 are I try to insulate. As a material with low thermal conductivity used for such a heat insulating material 26, for example, a material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or less is preferably used, and more specifically, a thermal conductivity of 1 to 30 W / m · K is used. It is preferable to use K. Examples of such a material include ceramic and stainless steel.

なお、レーザー媒質ホルダー１８を構成する基台部１８ａ、接合部１８ｂおよびネジ１８ｂａ、１８ｂｂは、熱伝導特性の優れた材料、具体的には、金属、例えば、銅などにより構成することが好ましい。   Note that the base portion 18a, the joint portion 18b, and the screws 18ba and 18bb constituting the laser medium holder 18 are preferably made of a material having excellent heat conduction characteristics, specifically, a metal such as copper.

一方、ネジ１８ｄｂ、１８ｅｂは、熱伝導特性の低い材料により構成することが好ましい。こうしたネジ１８ｄｂ、１８ｅｂに用いる熱伝導特性の低い材料としては、例えば、熱伝導度が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料を用いることが好ましく、より詳細には、熱伝導度が１〜３０Ｗ／ｍ・Ｋを用いることが好ましい。こうした材料としては、例えば、セラミックやステンレスなどが挙げられる。   On the other hand, the screws 18db and 18eb are preferably made of a material having low heat conduction characteristics. As the material having low thermal conductivity used for the screws 18db and 18eb, for example, a material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or less is preferably used. More specifically, the thermal conductivity is 1 to 30 W / m. -It is preferable to use K. Examples of such a material include ceramic and stainless steel.

なお、筐体２４は、断熱材２６よりも熱伝導性が高い材料、例えば、金属などにより構築することができる。   The casing 24 can be constructed of a material having higher thermal conductivity than the heat insulating material 26, such as a metal.

ここで、内側空間の体積が５００ｃｍ３の筐体２４にレーザー媒質ホルダー１８を固定する際には、レーザー媒質ホルダー１８の寸法は図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す値とすることが好ましい。また、断熱材２６については、その材質としては、熱伝導度が２４Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であるアルミナ９６を用い、その寸法としては、厚さ１．５ｍｍ、外径５．０ｍｍ、内径２．８ｍｍであるものを用いることが好ましい。 Here, when the laser medium holder 18 is fixed to the casing 24 whose inner space has a volume of 500 cm 3 , the dimensions of the laser medium holder 18 should be the values shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c). Is preferred. As for the heat insulating material 26, as the material thereof, heat conductivity using alumina 96 is 24W · m -1 · K -1, as its size, thickness 1.5 mm, outer diameter 5.0 mm, It is preferable to use one having an inner diameter of 2.8 mm.


以上の構成において、本発明による固体レーザー発振装置１０を用いてレーザーを発振するには、まず、ファイバー１１にカップリングされたレーザーダイオード１２より、入射ウインドウ２２ａからファイバー１１を介して筐体２４内に励起光を入射し、コリメーターレンズ１４ａにおいて入射された励起光を平行光にする。そして、平行光とされた励起光を集光レンズ１４ｂにおいて集光し、集光した励起光をレーザー媒質１６に入射する。
In the above configuration, in order to oscillate a laser using the solid-state laser oscillating device 10 according to the present invention, first, the laser diode 12 coupled to the fiber 11 is used to enter the housing 24 from the incident window 22a through the fiber 11. Excitation light is incident on the collimator lens 14a, and the excitation light incident on the collimator lens 14a is made parallel light. Then, the excitation light converted into parallel light is condensed by the condenser lens 14 b, and the condensed excitation light is incident on the laser medium 16.

このレーザー媒質１６への励起光の入射によりレーザー媒質１６からレーザー光が誘導放出される。この誘導放出されたレーザー光は、出力ミラー２０ａと高反射ミラー２０ｂとからなるレーザー共振器において増幅され、増幅されたレーザー光は透過性のある出力ミラー２０ａからレーザー共振器の外部へ出力され、出射ウインドウ２２ｂを通って固体レーザー発振装置１０の外部へ出力される。   Laser light is induced to be emitted from the laser medium 16 by the incidence of the excitation light on the laser medium 16. The stimulated emission laser light is amplified in a laser resonator including the output mirror 20a and the high reflection mirror 20b, and the amplified laser light is output from the transparent output mirror 20a to the outside of the laser resonator. The light is output to the outside of the solid-state laser oscillator 10 through the emission window 22b.


この際に、断熱材２６によりレーザー媒質ホルダー１８は筐体２４から断熱されているので、レーザー媒質ホルダー１８の温度変動が抑制されて、能動的に温度調節を行うことなしに変動率の小さいレーザー出力を得ることができる。
At this time, since the laser medium holder 18 is thermally insulated from the casing 24 by the heat insulating material 26, the temperature fluctuation of the laser medium holder 18 is suppressed, and a laser with a small fluctuation rate without actively adjusting the temperature. Output can be obtained.

即ち、本発明による固体レーザー発振装置１０においては、断熱材２６によりレーザー媒質ホルダー１８は筐体２４から断熱されているため、レーザー媒質ホルダー１８から筐体２４への伝熱が抑制されて排熱が抑止され、レーザー発振時とレーザー非発振時とにおけるレーザー媒質ホルダー１８の温度差が小さくなり、レーザー発振直後から安定したレーザー出力を得ることができるとともに、レーザー媒質ホルダー１８の温度が周辺環境温度の変化の影響を受けにくくなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度を安定させることができ、周辺環境温度が変化しても安定したレーザー出力を得ることができる。   That is, in the solid-state laser oscillating device 10 according to the present invention, the laser medium holder 18 is thermally insulated from the casing 24 by the heat insulating material 26, so that heat transfer from the laser medium holder 18 to the casing 24 is suppressed and exhaust heat is exhausted. Is suppressed, the temperature difference of the laser medium holder 18 between when the laser is oscillated and when the laser is not oscillated becomes small, a stable laser output can be obtained immediately after the laser oscillation, and the temperature of the laser medium holder 18 is the ambient temperature. The temperature of the laser medium holder 18 can be stabilized, and a stable laser output can be obtained even if the ambient environment temperature changes.


次に、本願発明者が上記した固体レーザー発振装置１０を用いて行った実験結果について詳細に説明する。なお、実験は、以下の条件において行った。
Next, an experimental result performed by the inventor of the present application using the solid-state laser oscillation device 10 described above will be described in detail. The experiment was performed under the following conditions.

１．寸法
筐体２４の内部空間の体積：５００ｃｍ３
レーザー媒質ホルダー１８の大きさ：図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した寸法
断熱材２６：厚さ１．５ｍｍ、外径５．０ｍｍ、内径２．８ｍｍのワッシャ
２．材料
レーザーダイオード１２：ＡｌＧａＡｓ
レーザー媒質１６：Ｎｄ：ＹＶＯ４
レーザー媒質ホルダー１８：銅
筐体２４：アルミ合金
断熱材２６：熱伝導度が２４Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であるアルミナ９６
３．レーザーダイオード１２により出力される励起光
波長：８０８ｎｍ
エネルギー：２５Ｗ
４．出力されるレーザー光
波長：１０６４ｎｍ
ここで、図４には、レーザー媒質ホルダー１８の温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果が示されている。即ち、図４は、レーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係を示すグラフである。なお、レーザー媒質１６としては、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いており、レーザー出力されたレーザー光は基本波であってその波長は１０６４ｎｍである。 1. Dimensions Volume of the internal space of the casing 24: 500 cm 3
1. Size of laser medium holder 18: dimensions shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c) Thermal insulation material 26: Washer with a thickness of 1.5 mm, an outer diameter of 5.0 mm, and an inner diameter of 2.8 mm Material Laser diode 12: AlGaAs
Laser medium 16: Nd: YVO 4
Laser medium holder 18: Copper Housing 24: Aluminum alloy Heat insulating material 26: Alumina 96 having a thermal conductivity of 24 W · m −1 · K −1
3. Excitation light output by laser diode 12 Wavelength: 808 nm
Energy: 25W
4). Output laser light wavelength: 1064nm
Here, FIG. 4 shows a measurement result of measuring the laser output by changing the temperature of the laser medium holder 18. That is, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the temperature of the laser medium holder 18 and the laser output. Note that Nd: YVO 4 is used as the laser medium 16, and the laser beam output by the laser is a fundamental wave having a wavelength of 1064 nm.

図４に示されているように、レーザー媒質ホルダー１８の温度が変化すると、その変化に伴ってレーザー出力も変化し、レーザー媒質ホルダー１８の温度が８０℃のときにピークを迎えている。そして、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６０℃〜１００℃の間では、レーザー出力の変動が小さいことがわかる。   As shown in FIG. 4, when the temperature of the laser medium holder 18 changes, the laser output also changes with the change, and reaches a peak when the temperature of the laser medium holder 18 is 80 ° C. It can be seen that when the temperature of the laser medium holder 18 is between 60 ° C. and 100 ° C., the fluctuation in the laser output is small.

ここで、レーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に断熱材２６を用いることなしに直接固定した場合では、周辺環境温度２５℃ではレーザー媒質ホルダー１８の温度はレーザー非発振時に約６０℃となり、レーザー発振時では約４０℃となる結果が得られた。これを図４にあてはめてみると、レーザー発振直後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態にあり、レーザー発振が安定した後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＢの状態にあることを示している。従って、この場合のレーザーの立ち上がり応答性は、図１（ａ）に示すようになり、レーザー発振直後から安定した出力を得ることはできない。   Here, when the laser medium holder 18 is directly fixed to the casing 24 without using the heat insulating material 26, the temperature of the laser medium holder 18 becomes about 60 ° C. when the laser is not oscillated at the ambient environment temperature of 25 ° C. In some cases, a result of about 40 ° C. was obtained. When this is applied to FIG. 4, immediately after laser oscillation, the relationship between the temperature of the laser medium holder 18 and the laser output is in the state A, and after the laser oscillation has stabilized, the temperature of the laser medium holder 18 and the laser output. The relationship between and indicates the state of B. Accordingly, the rising response of the laser in this case is as shown in FIG. 1A, and a stable output cannot be obtained immediately after laser oscillation.

これに対して、断熱材２６を用いてレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定して、レーザー媒質ホルダー１８と筐体２４との断熱を図った固体レーザー発振装置１０においては、断熱材２６の断熱効果によって、周辺環境温度２５℃ではレーザー媒質ホルダー１８の温度はレーザー非発振時に約８５℃となり、レーザー発振時では約７２℃となる結果が得られた。これを図４にあてはめてみると、レーザー発振直後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＣの状態にあり、レーザー発振が安定した後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＤの状態にあることを示している。従って、この場合のレーザーの立ち上がり応答性は、図１（ｃ）に示すようになり、レーザー発振直後から安定した出力を得ることができる。   On the other hand, in the solid-state laser oscillator 10 in which the laser medium holder 18 is fixed to the housing 24 using the heat insulating material 26 and the laser medium holder 18 and the housing 24 are insulated, the heat insulating material 26 Due to the heat insulating effect, the temperature of the laser medium holder 18 was about 85 ° C. when the laser was not oscillated at the ambient environment temperature of 25 ° C., and about 72 ° C. when the laser was oscillated. When this is applied to FIG. 4, immediately after laser oscillation, the relationship between the temperature of the laser medium holder 18 and the laser output is in the state C, and after the laser oscillation has stabilized, the temperature of the laser medium holder 18 and the laser output. The relationship between and indicates the state of D. Accordingly, the rise response of the laser in this case is as shown in FIG. 1C, and a stable output can be obtained immediately after laser oscillation.

即ち、固体レーザー発振装置１０においては、断熱材２６を設けたことによる断熱効果によって、レーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に直接固定した固体レーザー発振装置に比べて、レーザー媒質ホルダー１８はレーザー非発振時およびレーザー発振時ともに高い温度を安定して示し、レーザー非発振時とレーザー発振時とにおけるレーザー媒質ホルダー１８の温度の差が小さくなって、その結果、レーザー出力の変動が抑制されて安定したレーザー出力が得られている。   That is, in the solid-state laser oscillation device 10, the laser medium holder 18 is not laser-oscillated as compared with the solid-state laser oscillation device in which the laser medium holder 18 is directly fixed to the casing 24 due to the heat insulation effect provided by the heat insulating material 26. High temperature is stable at both time and laser oscillation, and the difference in temperature of the laser medium holder 18 between laser non-oscillation and laser oscillation becomes small, and as a result, fluctuations in laser output are suppressed and stabilized Laser output is obtained.


次に、レーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に断熱材２６を用いることなしに直接固定した場合と、断熱材２６を用いてレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合とにおける、周辺環境温度に対するレーザー媒質ホルダー１８の温度の変化を図５に示す。 なお、レーザー発振条件は、
繰返し ４０ｋＨｚ
入力ＬＤパワー ２２Ｗ
である。
Next, the ambient environment temperature when the laser medium holder 18 is directly fixed to the casing 24 without using the heat insulating material 26 and when the laser medium holder 18 is fixed to the casing 24 using the heat insulating material 26. FIG. 5 shows a change in the temperature of the laser medium holder 18 with respect to the temperature. The laser oscillation conditions are
Repeat 40kHz
Input LD power 22W
It is.

図５に示されているように、レーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に断熱材２６を用いることなしに直接固定した場合（図５では◆印で示す。）では、周辺環境温度が０℃〜５０℃まで変化すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は１５℃〜６５℃まで変化している。   As shown in FIG. 5, when the laser medium holder 18 is directly fixed to the housing 24 without using the heat insulating material 26 (indicated by ◆ in FIG. 5), the ambient environment temperature is 0 ° C. to When the temperature changes to 50 ° C., the temperature of the laser medium holder 18 changes from 15 ° C. to 65 ° C.

これは、周辺環境温度の変化に影響されてレーザー媒質ホルダー１８の温度が連動して変化し、周辺環境温度の変化量５０℃がそのままレーザー媒質ホルダー１８の温度の変化量となっている。   This is because the temperature of the laser medium holder 18 changes in conjunction with the change of the ambient environment temperature, and the change amount 50 ° C. of the ambient environment temperature is the change amount of the temperature of the laser medium holder 18 as it is.

これに対して、断熱材２６を用いてレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合（図５では▲印で示す。）では、周辺環境温度が０℃〜５０℃まで変化すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は６３℃〜９２℃まで変化している。この場合には、周辺環境温度の変化量５０℃に対し、レーザー媒質ホルダー１８の温度の変化量は約３０℃となっている。   On the other hand, when the laser medium holder 18 is fixed to the casing 24 using the heat insulating material 26 (indicated by ▲ in FIG. 5), the laser medium is changed when the ambient temperature changes from 0 ° C. to 50 ° C. The temperature of the holder 18 varies from 63 ° C to 92 ° C. In this case, the amount of change in the temperature of the laser medium holder 18 is about 30 ° C. with respect to the amount of change in the ambient environment temperature of 50 ° C.

即ち、レーザー媒質ホルダー１８が筐体２４に直接固定されている場合には、レーザー媒質ホルダー１８と筐体２４との間の伝熱により、レーザー媒質１６からレーザー媒質ホルダー１８へ伝熱された熱は筐体２４を介して外部に放出されるのに対し、レーザー媒質ホルダー１８が断熱材２６を介して筐体２４に固定されている場合には、レーザー媒質ホルダー１８と筐体２４とが断熱されているため、レーザー媒質１６が吸収した熱をレーザー媒質ホルダー１８が保持して筐体２４への排熱が小さくなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度は周辺環境温度よりも高く維持されてその変動幅も小さくなる。   That is, when the laser medium holder 18 is directly fixed to the casing 24, the heat transferred from the laser medium 16 to the laser medium holder 18 due to heat transfer between the laser medium holder 18 and the casing 24. Is released to the outside through the casing 24, whereas when the laser medium holder 18 is fixed to the casing 24 through the heat insulating material 26, the laser medium holder 18 and the casing 24 are thermally insulated. Therefore, the heat absorbed by the laser medium 16 is held by the laser medium holder 18 so that the heat exhausted to the housing 24 is reduced, and the temperature of the laser medium holder 18 is maintained higher than the ambient environment temperature and its fluctuation. The width is also reduced.


そして、図４に示したように、レーザー媒質ホルダー１８の温度の変化に伴いレーザー出力も変動するものであるが、図６には周辺環境温度を変化された場合のレーザー出力の変動を示している。
As shown in FIG. 4, the laser output fluctuates as the temperature of the laser medium holder 18 changes. FIG. 6 shows the fluctuation of the laser output when the ambient environment temperature is changed. Yes.

図６に示すように、レーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に断熱材２６を用いることなしに直接固定した場合（図６では■印で示す。）では、周辺環境温度を０℃〜５０℃で変化させると、レーザー出力は６Ｗ〜１２Ｗで変化している。   As shown in FIG. 6, when the laser medium holder 18 is directly fixed to the casing 24 without using the heat insulating material 26 (indicated by ■ in FIG. 6), the ambient environment temperature is 0 ° C. to 50 ° C. When changed, the laser output changes from 6W to 12W.

これに対して、断熱材２６を介してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合（図６では□印で示す。）は、周辺環境温度を０℃〜５０℃で変化させても、レーザー出力は全ての周辺環境温度で約１２Ｗとなり、周辺環境温度に対するレーザー出力の変動率は５％以下とすることができた。   On the other hand, when the laser medium holder 18 is fixed to the casing 24 via the heat insulating material 26 (indicated by □ in FIG. 6), even if the ambient environment temperature is changed from 0 ° C. to 50 ° C., The laser output was about 12 W at all ambient temperature, and the variation rate of the laser output with respect to the ambient temperature could be 5% or less.

即ち、上記した実験に用いた固体レーザー発振装置１０によれば、レーザー媒質ホルダー１８の温度が常温より５０℃前後高い温度に維持されるように、レーザー媒質ホルダー１８における放熱と吸熱とのバランスが維持され、一般に固体レーザー発振装置が設置される常温２５℃近辺の周辺環境温度では、周辺環境温度の変化に対して極めて影響の少ないレーザー発振を実現することができる。   That is, according to the solid-state laser oscillation device 10 used in the above-described experiment, the balance between heat dissipation and heat absorption in the laser medium holder 18 is maintained so that the temperature of the laser medium holder 18 is maintained at about 50 ° C. higher than normal temperature. In the ambient environment temperature around 25 ° C., which is maintained and generally installed with a solid-state laser oscillation device, it is possible to realize laser oscillation with extremely little influence on changes in the ambient environment temperature.


以上において説明したように、本発明による固体レーザー発振装置１０によれば、能動的に温度調節を行うことなしに、レーザー出力の変動率を小さくして安定したレーザー出力を得ることができる。
As described above, according to the solid-state laser oscillation device 10 according to the present invention, it is possible to obtain a stable laser output by reducing the fluctuation rate of the laser output without actively adjusting the temperature.

つまり、本発明による固体レーザー発振装置１０においては、レーザー媒質ホルダー１８と筐体２４とを断熱することにより、レーザー媒質ホルダー１８から筐体２４への排熱を制御することにより、レーザー発振時とレーザー非発振時とでレーザー媒質ホルダー１８の温度差が小さくなり、レーザー発振直後から安定したレーザー出力を得ることができるとともに、レーザー媒質ホルダー１８の温度が周辺環境温度の変化の影響を受けにくくなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度を、例えば、６０℃〜１００℃の範囲で維持することができ、安定したレーザー出力を得ることができる。   In other words, in the solid-state laser oscillation device 10 according to the present invention, the laser medium holder 18 and the casing 24 are insulated to control heat exhausted from the laser medium holder 18 to the casing 24, so that the laser oscillation can be performed. The temperature difference between the laser medium holder 18 and the laser non-oscillation becomes small, and a stable laser output can be obtained immediately after the laser oscillation, and the temperature of the laser medium holder 18 becomes less susceptible to changes in the ambient temperature. The temperature of the laser medium holder 18 can be maintained in the range of 60 ° C. to 100 ° C., for example, and a stable laser output can be obtained.


なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（７）に示すように変形することができるものである。
The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (7).

（１）上記した実施の形態においては、励起光源としてレーザーダイオード１２を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ガスレーザーあるいは固体レーザーを励起光源として用いるようにしてもよい。   (1) In the above-described embodiment, the laser diode 12 is used as an excitation light source. However, the present invention is not limited to this, and a gas laser or a solid laser may be used as an excitation light source. .

（２）上記した実施の形態においては、レーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合を中心に説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ、チタンサファイアまたはＹＡＧなどの各種のレーザー媒質に用いるようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the case where Nd: YVO 4 is used as the laser medium 16 has been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and as a laser medium, Nd: YAG, You may make it use for various laser media, such as titanium sapphire or YAG.

（３）上記した実施の形態において、図７に示すように、レーザー共振器内にＱスイッチを設けてパルス発光を可能とし、よりエネルギー密度の高いレーザー光を出力することができるようにしてもよい。   (3) In the above embodiment, as shown in FIG. 7, a Q switch is provided in the laser resonator to enable pulsed light emission and to output laser light with higher energy density. Good.

（４）上記した実施の形態においては詳細な説明を省略したが、固体レーザー発振装置１０においてレーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合には、その基本発振波長は１０６４ｎｍの近赤外であるが、可視領域や紫外領域の波長を有するレーザー光を得るために、レーザー共振器内に非線形光学素子を配置してレーザー出力として高調波を得るようにしてもよい。例えば、図８に示すように、レーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合に、高反射ミラー２０ｂと高反射ミラー３０とによりレーザー共振器を構成し、このレーザー共振器内に非線形光学素子を配置すればよい。符号３２は出力ミラーであって、波長１０６４ｎｍの光を反射するとともに波長５３２ｎｍの光を透過し、波長５３２ｎｍのレーザー光を出射ウインドウ２２ｂから筐体２４の外部へ出力する。 (4) Although detailed description is omitted in the above-described embodiment, when Nd: YVO 4 is used as the laser medium 16 in the solid-state laser oscillator 10, the fundamental oscillation wavelength is 1064 nm in the near infrared. However, in order to obtain a laser beam having a wavelength in the visible region or the ultraviolet region, a nonlinear optical element may be arranged in the laser resonator to obtain a harmonic as a laser output. For example, as shown in FIG. 8, when Nd: YVO 4 is used as the laser medium 16, a high-reflection mirror 20b and a high-reflection mirror 30 constitute a laser resonator, and a nonlinear optical element is included in the laser resonator. May be arranged. Reference numeral 32 denotes an output mirror that reflects light having a wavelength of 1064 nm and transmits light having a wavelength of 532 nm, and outputs laser light having a wavelength of 532 nm from the emission window 22 b to the outside of the housing 24.

なお、図９には、基本波と第２高調波とについて、レーザー媒質ホルダー１８の温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果が示されている。   FIG. 9 shows the measurement results of measuring the laser output of the fundamental wave and the second harmonic wave by changing the temperature of the laser medium holder 18.

第２高調波においても基本波と同様に、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６０℃〜１００℃においてレーザー出力の変動は極めて少なかった。   In the second harmonic as well as the fundamental wave, the fluctuation of the laser output was very small when the temperature of the laser medium holder 18 was 60 ° C. to 100 ° C.

（５）上記した実施の形態においては、図３にレーザー媒質ホルダー１８の寸法の一例が記載されているが、これに限られるものでなはいことは勿論であり、レーザー媒質ホルダー１８の寸法は適宜に設定してよいが、レーザー媒質ホルダー１８の体積が３ｃｍ３〜６ｃｍ３の範囲内となるように寸法設定することが好ましい。 (5) In the above-described embodiment, an example of the dimensions of the laser medium holder 18 is described in FIG. 3, but of course the present invention is not limited to this, and the dimensions of the laser medium holder 18 are Although it may be set as appropriate, it is preferable to set the dimensions so that the volume of the laser medium holder 18 is in the range of 3 cm 3 to 6 cm 3 .

（６）上記した実施の形態においては、断熱材２６の材質を熱伝導度が２４Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１のアルミナ９６とし、その寸法を厚さ１．５ｍｍ、外径５．０ｍｍ、内径２．８ｍｍとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、筐体２４の内側空間の体積、レーザー媒質ホルダー１８の材質、レーザーダイオード１２やレーザー媒質１６の種類などにより、断熱材２６の材質や寸法を適宜に変更するようにしてもよい。この際に、断熱材２６の熱伝導度が３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下、より詳細には、１〜３０Ｗ／ｍ・Ｋとすることが好ましい。 (6) In the above-described embodiment, the material of the heat insulating material 26 is alumina 96 having a thermal conductivity of 24 W · m −1 · K −1 , and the dimensions thereof are a thickness of 1.5 mm, an outer diameter of 5.0 mm, Although the inner diameter is 2.8 mm, the present invention is not limited to this. Of course, the inner space is insulated by the volume of the inner space of the casing 24, the material of the laser medium holder 18, the type of the laser diode 12 and the laser medium 16, and the like. You may make it change the material and dimension of the material 26 suitably. At this time, the heat conductivity of the heat insulating material 26 is preferably 30 W · m −1 · K −1 or less, more specifically 1 to 30 W / m · K.

（７）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（６）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。   (7) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (6).

本発明は、レーザーマーキングおよびレーザー溶接といった各種のレーザー加工などの分野で利用することができる。   The present invention can be used in various fields such as laser marking and laser welding.

図１（ａ）（ｂ）は、従来の技術を用いた際の固体レーザー発振装置におけるレーザー出力の立ち上がり応答性を示したグラフであり、図１（ｃ）は、本発明による固体レーザー発振装置におけるレーザー出力の立ち上がり応答性を示したグラフである。FIGS. 1A and 1B are graphs showing the rising response of laser output in a solid-state laser oscillation device when a conventional technique is used, and FIG. 1C is a solid-state laser oscillation device according to the present invention. It is the graph which showed the rising response of the laser output in. 図２は、右側面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による固体レーザー発振装置の実施の形態の一例の概略構成説明図である。FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram of an example of an embodiment of a solid-state laser oscillation device according to the present invention, in which only a housing is cut away when viewed from the right side. 図３（ａ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの正面図であり、図３（ｂ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの右側面図であり、図３（ｃ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの平面図である。3A is a front view of the laser medium holder holding the laser medium, FIG. 3B is a right side view of the laser medium holder holding the laser medium, and FIG. It is a top view of the laser medium holder holding the laser medium. 図４は、実験に用いたレーザー媒質ホルダーの温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果を示し、レーザー媒質ホルダーの温度の変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the measurement result of measuring the laser output by changing the temperature of the laser medium holder used in the experiment, and showing the fluctuation of the laser output with respect to the change of the temperature of the laser medium holder. 図５は、レーザー媒質ホルダーを筐体に断熱材を用いることなしに直接固定した場合と、断熱材を介してレーザー媒質ホルダーを筐体に固定した場合とについて、周辺環境温度の変化に対するレーザー媒質ホルダーの温度の変化を示すグラフである。FIG. 5 shows a case where the laser medium holder is directly fixed to the housing without using a heat insulating material, and a case where the laser medium holder is fixed to the housing via the heat insulating material, with respect to changes in ambient temperature. It is a graph which shows the change of the temperature of a holder. 図６は、レーザー媒質ホルダーを筐体に断熱材を用いることなしに直接固定した場合と、断熱材を介してレーザー媒質ホルダーを筐体に固定した場合とについて、周辺環境温度の変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。FIG. 6 shows the laser output with respect to changes in the ambient environment temperature when the laser medium holder is directly fixed to the housing without using a heat insulating material and when the laser medium holder is fixed to the housing via the heat insulating material. It is a graph which shows the fluctuation | variation of. 図７は、本発明による固体レーザー発振装置においてレーザー共振器内にＱスイッチを配設した状態を示すものであって、筐体のみを破断して平面から見た状態の概略構成説明図である。FIG. 7 shows a state in which the Q switch is disposed in the laser resonator in the solid-state laser oscillation device according to the present invention, and is a schematic configuration explanatory view in a state in which only the casing is broken and viewed from the plane. . 図８は、本発明による固体レーザー発振装置において非線形光学素子をを配設した状態を示すものであって、筐体のみを破断して平面から見た状態の概略構成説明図である。FIG. 8 shows a state in which a nonlinear optical element is disposed in the solid-state laser oscillation device according to the present invention, and is a schematic configuration explanatory view of a state in which only the housing is broken and viewed from a plane. 図９は、本発明による固体レーザー発振装置における基本波と第２高調波とについて、実験に用いたレーザー媒質ホルダーの温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果を示し、レーザー媒質ホルダーの温度の変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。FIG. 9 shows the measurement result of measuring the laser output by changing the temperature of the laser medium holder used in the experiment for the fundamental wave and the second harmonic in the solid-state laser oscillator according to the present invention. It is a graph which shows the fluctuation | variation of the laser output with respect to this change.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 固体レーザー発振装置
１１ ファイバー
１２ レーザーダイオード
１４ａ コリメーターレンズ
１４ｂ 集光レンズ
１６ レーザー媒質
１８ レーザー媒質ホルダー
１８ａ 基台部
１８ｂ 接合部
１８ｂａ、１８ｂｂ ネジ
１８ｃ 空間
１８ｄ、１８ｅ 凸部
１８ｄｂ、１８ｅｂ ネジ
２０ａ 出力ミラー
２０ｂ 高反射ミラー
２２ａ 入射ウインドウ
２２ｂ 出射ウインドウ
２４ 筐体
２４ａ 筐体基部
２４ａ−１ 筐体底部
２４ａ−２ 筐体側壁部
２４ｂ 筐体蓋部
２６ 断熱材
３０ 高反射ミラー
３２ 出力ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solid laser oscillation apparatus 11 Fiber 12 Laser diode 14a Collimator lens 14b Condensing lens 16 Laser medium 18 Laser medium holder 18a Base part 18b Joint part 18ba, 18bb Screw 18c Space 18d, 18e Convex part 18db, 18eb Screw 20a Output mirror 20b High reflection mirror 22a Incident window 22b Output window 24 Housing 24a Housing base 24a-1 Housing bottom 24a-2 Housing side wall 24b Housing lid 26 Heat insulating material 30 High reflecting mirror 32 Output mirror

Claims (9)

レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に励起光を入射してレーザー発振させ、前記レーザー共振器からレーザー光を出力する固体レーザー発振装置において、
筐体内に固体レーザー媒質を保持するための保持手段と、
前記保持手段と前記筐体との間に配置され、前記保持手段から前記筐体への伝熱を抑制する断熱手段と
を有することを特徴とする固体レーザー発振装置。 In a solid-state laser oscillation device that causes excitation light to enter a solid-state laser medium disposed in a laser resonator to oscillate and output laser light from the laser resonator,
Holding means for holding the solid laser medium in the housing;
A solid-state laser oscillating device, comprising: a heat insulating unit disposed between the holding unit and the housing and suppressing heat transfer from the holding unit to the housing. 請求項１に記載の固体レーザー発振装置において、
前記保持手段は、体積が３〜６ｃｍ３である
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 The solid-state laser oscillation device according to claim 1,
The holding means has a volume of 3 to 6 cm 3 . 請求項１または２のいずれか１項に記載の固体レーザー発振装置において、
前記断熱手段は、前記保持手段の温度を６０〜１００℃に維持する
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 In the solid-state laser oscillation device according to any one of claims 1 and 2,
The said heat insulation means maintains the temperature of the said holding means at 60-100 degreeC. The solid-state laser oscillation apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の固体レーザー発振装置において、
前記断熱手段は、熱伝導率が３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下である
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 In the solid-state laser oscillation device according to any one of claims 1, 2, or 3,
The heat insulating means has a thermal conductivity of 30 W · m −1 · K −1 or less. 請求項４に記載の固体レーザー発振装置において、
前記断熱手段は、熱伝導率が１〜３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 In the solid-state laser oscillation device according to claim 4,
The heat insulation means has a thermal conductivity of 1 to 30 W · m −1 · K −1 . 請求項１、２、３、４または５のいずれか１項に記載の固体レーザー発振装置において、
前記レーザー共振器内にＱスイッチを有する
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 In the solid-state laser oscillation device according to any one of claims 1, 2, 3, 4 or 5,
A solid-state laser oscillation device comprising a Q switch in the laser resonator. 請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の固体レーザー発振装置において、
前記レーザー共振器内に非線形光学素子を有する
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 In the solid-state laser oscillation device according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6,
A solid-state laser oscillation device comprising a nonlinear optical element in the laser resonator. 請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の固体レーザー発振装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、
前記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が１０６４ｎｍであり、レーザー出力が８Ｗ以上である
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 In the solid-state laser oscillation device according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6,
The solid state laser medium is Nd: YVO 4 ;
The laser beam output from the laser resonator has a wavelength of 1064 nm and a laser output of 8 W or more. 請求項７に記載の固体レーザー発振装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、
前記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が５３２ｎｍであり、レーザー出力が５Ｗ以上である
ことを特徴とする固体レーザー発振装置。 The solid-state laser oscillation device according to claim 7,
The solid state laser medium is Nd: YVO 4 ;
The laser beam output from the laser resonator has a wavelength of 532 nm and a laser output of 5 W or more.
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