JP2010098215A - Solid-state laser rod and method of manufacturing the same, and solid-state laser device using the solid-state laser rod - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体レーザロッドとその製造方法及び前記固体レーザロッドを用いた固体レーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state laser rod, a manufacturing method thereof, and a solid-state laser device using the solid-state laser rod.
近年、レーザは加工、医療、計測などの分野で急速に広く使用されている。これらレーザの種類は、固体レーザをはじめ、気体レーザ、ファイバーレーザ、自由電子レーザなどがある。また、レーザの発振モードには、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。 In recent years, lasers are rapidly and widely used in fields such as processing, medicine, and measurement. These laser types include solid lasers, gas lasers, fiber lasers, free electron lasers, and the like. Laser oscillation modes include continuous wave (CW), pulse mode, and the like, and the pulse width, wavelength, etc. can be set arbitrarily.
このなかで固体レーザについて説明する。固体レーザは、レーザユニット内に備えられた固体レーザロッドに、励起光を照射してレーザ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を発振したのが固体レーザの始まりである。 Among these, the solid-state laser will be described. The solid-state laser is a device that takes out laser light by irradiating a solid-state laser rod provided in the laser unit with excitation light. It was the beginning of the solid-state laser that Mayman first oscillated with a ruby laser.
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が有名である(例えば特許文献1参照)。 In addition, a solid-state laser using YAG, which is an acronym of yttrium, aluminum, or garnet, as a rod base material is well known (for example, see Patent Document 1).
従来の固体レーザユニット1の簡単な構成を図11に示す。固体レーザユニット1は、基本的に、レーザ光を発振するレーザロッド3と、発振したレーザ光を増幅するための反射鏡4および反射鏡5と、レーザロッド3に光エネルギーを照射するためのフラッシュランプ6と、フラッシュランプ6を発光させるための電源8と、フラッシュランプ6の全体を覆い、光を反射してレーザロッド3に照射する鏡筒2とを有する。
A simple configuration of a conventional solid-
反射鏡4および反射鏡5の代わりに、レーザロッド3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、スパッタなどの方法で形成される。反射鏡5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、レーザの増幅が可能となる。さらに、レーザロッド3から出射されたレーザ光を、レーザロッド3の出射軸線上に配置したレンズ7で、一点に絞って強度を上げて使用する。
A reflective film may be formed on the end face of the
このようなレーザロッドの両端面の平行度は5秒(5/3600度)以下で、側面と端面との直角度は5分(5/60度)である。また側面の面粗さは#150程度の砂面であるため、ロッド同士を重ねてワックスで一体化して両端面を研磨しながら平行度を確認して加工するが、うまく加工精度が出ないという課題があった。 The parallelism of both end faces of such a laser rod is 5 seconds (5/3600 degrees) or less, and the perpendicularity between the side faces and the end faces is 5 minutes (5/60 degrees). Also, since the surface roughness of the side surface is about # 150 sand, the rods are overlapped and integrated with wax, and the parallelism is checked while polishing both ends, but the processing accuracy does not come out well There was a problem.
次に、レーザロッド63の製造方法について説明する。図12に示すように、先ず第1の工程65では、板体状の母材62aからダイサーなどで複数個の四角柱形状のレーザロッド62bを切り出す。そして、次の第2の工程66では、切り出された四角柱形状のレーザロッド62bを芯なし研削、又は円筒研削等で円柱形状のレーザロッド62に加工する。このとき、外周面に表面粗さ#150程度の砂面(表面粗さRa1〜2)を形成する。次に、第3の工程67では、レーザロッド62を複数個集めてワックスなどで接着して集合体とするが、レーザロッド62同士で集合した集合体62cと真ん中の冶具を介して集合した集合体62dがある。この集合体62cもしくは62dの両端面を鏡面研磨して、両端面の平行度と、両端面とレーザロッド62の長手方向との直角度を得る。次に、図示していないが、第4の工程68では、両端面に反射膜を成膜する。
Next, a method for manufacturing the
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
このようなレーザロッドの両端面の平行度は5秒(5/3600度)以下で、側面と端面との直角度は5分(5/60度)である。ロッド同士を重ねてワックスで一体化して両端面を研磨しながら平行度を確認して加工する際に、前記ロッドの側面の表面粗さがRa1〜2であるため、ばらついて接着されるため、うまく加工精度が出ないという課題があった。そのため、歩留まり良く固体レーザロッドを得ることが困難であった。 The parallelism of both end faces of such a laser rod is 5 seconds (5/3600 degrees) or less, and the perpendicularity between the side faces and the end faces is 5 minutes (5/60 degrees). Since the surface roughness of the side surface of the rod is Ra1-2, when the rods are overlapped with each other and integrated with wax to confirm the parallelism while polishing both end faces, There was a problem that the processing accuracy was not good. Therefore, it has been difficult to obtain a solid laser rod with a high yield.
本発明は、このような問題を解決したもので、歩留まりの良い固体レーザロッドを提供することを目的としたものである。 The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a solid laser rod having a high yield.
この目的を達成するために本発明の固体レーザロッドは、粗面に仕上げられた側面と前記側面の両端部近傍の一部を前記側面より大きな径となるような鏡面と、鏡面研磨した両端面と、両端面の平行度が1分以下としたものであるこれにより、所期の目的を達成することができる。 In order to achieve this object, the solid laser rod according to the present invention includes a side surface finished with a rough surface, a mirror surface having a diameter larger than the side surface at a portion near both ends of the side surface, and both end surfaces subjected to mirror polishing. As a result, the parallelism of both end faces is set to 1 minute or less, whereby the intended purpose can be achieved.
以上のように本発明によれば、円柱形状のレーザ発振用ロッドであって、前記ロッドは粗面に仕上げられた側面と前記側面の両端部近傍の一部を前記側面より大きな径となるような鏡面と、鏡面研磨した両端面と、両端面の平行度が1分以下である固体レーザロッドとなる。 As described above, according to the present invention, the rod is a cylindrical laser oscillation rod, and the rod has a rough side surface and a part near both ends of the side surface so as to have a larger diameter than the side surface. A solid laser rod having a mirror surface, mirror-polished both end surfaces, and parallelism of both end surfaces is 1 minute or less.
従って、固体レーザロッドの側面に形成された粗面の影響を受けることなく、固体レーザロッドが平行に並んだ集合体を容易に得ることができる。従って、固体レーザロッドの両端面に反射膜を成膜した場合、予め定められた両端面の平行度や、両端面と側面との直角度を容易に得ることができ、歩留まりの良い固体レーザロッドを得ることができる。 Therefore, an assembly in which the solid laser rods are arranged in parallel can be easily obtained without being affected by the rough surface formed on the side surface of the solid laser rod. Therefore, when reflecting films are formed on both end faces of the solid-state laser rod, a predetermined parallelism between both end faces and a perpendicularity between both end faces and the side face can be easily obtained, and the solid-state laser rod with good yield can be obtained. Can be obtained.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における固体レーザロッド11の斜視図である。本実施の形態では固体レーザロッド11の材料として、Er:YAG(エルビウムをドープしたイットリウム、アルミニウム、ガーネット)を用いている。図1において、側面12は円柱形状をしており、励起光集光の目的でメッシュ#150程度(表面粗さRa1〜2)の砂面(粗面)で形成されている。このレーザロッド11の側面12に対して固体レーザロッド11の両端部に側面13よりも凸部の基準面14a、14b(第1、第2の基準面)が夫々設けられている。また、基準面14a、14bの平坦度は、レーザの波長λに対してλ/10程度の光学鏡面としている。
端面15aと15bの平坦度は、レーザの波長λに対してλ/10程度の粗さを持つ鏡面加工されており、外部共振器を用いる場合には、この状態でそのままレーザを発振させることができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a solid-
The flatness of the end faces 15a and 15b is mirror-finished with a roughness of about λ / 10 with respect to the laser wavelength λ. When an external resonator is used, the laser can be oscillated as it is. it can.
また、外部共振器を用いない場合には、固体レーザロッド11の一方の端面12aには反射率80〜95%の第1の反射膜15a(部分透過反射膜)が成膜されており、他方の端面12bには反射率99.5%以上の第2の反射膜15b(全反射膜)が成膜されている。また、固体レーザロッド11の直径は略2mmであり、その長さは20mm〜40mmである。
When an external resonator is not used, a first
次に、固体レーザロッド11の製造方法について説明する。図2に示す第1の工程16において、板状のレーザ母材21をダイサーなどの切断器で切断して四角柱形状のレーザ角柱22を切り出す。次に、第2の工程17において、前記レーザ角柱22を芯なし研削、或いは円筒研削等を使って円柱形状に加工し、更に両端部に段差を設けて基準面23a、23bを形成するために、芯なし研削、或いは円筒研削等を使って円柱側面13aを加工してレーザ円柱23を得る。なお、両端部に段差を設けるために基準面23a、23bをマスキングしてサンドブラストで円柱側面13aを形成しても良い。このときの円柱形状13aの表面粗さはメッシュ#150程度の砂面を形成する。また、基準面23a、23bは、基準面14a、14bの元となっており、円柱形状13aの直径より大きい径を持つ。
Next, a method for manufacturing the
次に、第3の工程18では、基準面23a、23bを鏡面仕上げして基準面14a、14bを形成する。これがレーザロッド母材12となる。この基準面14a、14bは、光学測定の基準光の波長をλとすると、平坦度λ/10程度の光学鏡面としている。(ここでは、赤色レーザを使用しているためλは630nmである。)
次に、第4の工程19では、レーザロッド母材12を複数本集めた第1の集合体24a、或いは第2の集合体24bを形成する。第1の集合体24aは、複数本のレーザロッド母材12のみを束ねて形成している。レーザロッド母材12を複数本束ねる際に、砂面を形成する円柱側面13aは接触せず、基準面14a、14b同士のみが接触するように束ねており、束ねたレーザロッド母材12同士が離れないようにワックスなどで固定する必要がある。基準面14a、14bは鏡面仕上げされているので、円柱側面13が砂面であるにも係わらず複数本束ねられたレーザロッド母材12同士の平行は保たれている。
Next, in the
Next, in the
第2の集合体24bは、外周面が鏡面仕上げされた円筒部材25の外周面に、レーザロッド母材12を複数本束ねて装着する。レーザロッド母材12を円筒部材25に複数本束ねて装着しても、本実施例では、砂面を形成する外周面13aは円筒部材25に接触せず、基準面14a、14bのみが円筒部材25に接触するようになる。基準面14a、14bは鏡面仕上げされているので、本体部13が砂面であるにも係わらず複数本装着されたレーザロッド母材12同士の平行は保たれる。
In the
このように構成された集合体24a、或いは集合体24bを固定冶具(図示せず)に配置し、ラッピング用の回転定盤26上へ載置し、所定の加重(図示せず)を加える。そして、回転定盤26を回転させながら、固定冶具も自転することにより、レーザロッド母材12の一方の端面12aを鏡面に研磨していく、このとき液体と混合された研磨剤を注入するが、研磨剤の粒径は時間とともに数段階に分けて小さくする。一方の端の研磨が終了した後、集合体24a、24bの上下を逆転させて他方の端面12bも鏡面に研磨する。
The
このように、複数本のレーザロッド母材12同士の平行が、基準面14a、14bにより保証されているので、レーザロッド母材12の長さ方向と両端面12a、12bとの直角度(5/60度)やレーザロッド母材12の両端面12a、12b平行度(5/3600度)を容易に得ることができ、歩留まり良く加工することができる。
As described above, since the parallelism between the plurality of laser
次に、第5の工程20について、図3、図4を用いて説明する。第5の工程20は、このレーザロッド母材12の両端面12a、12bに夫々反射膜15a、15bを成膜する工程である。第5の工程20では、先ず、図3に示すように、成膜治具27に複数個のレーザロッド母材12をセットする。本実施の形態では、横列に5個、縦列に3個のレーザロッド母材12をセットし、合計して15個のレーザロッド母材12をセットしている。このように、セットされた成膜冶具27を成膜装置(ここではIBS:イオンビームスパッタ)に入れて成膜を行なう。
Next, the
通常のレーザの膜には、目的のレーザ波長に対して高屈折率の材料と低屈折率の材料を交互に成膜して反射率を高くしていく方式の誘電体多層膜を形成する。膜の層は目的のレーザ波長によって決定される。まず一方の端面12aに反射率80〜95%の反射膜を、第1の反射膜15a(部分透過反射膜)として形成する。次に、他方の端面12bにも反射率99.5%以上の反射膜を第2の反射膜15b(全反射膜)として形成する。
On a normal laser film, a dielectric multilayer film of a system in which a material having a high refractive index and a material having a low refractive index are alternately formed with respect to a target laser wavelength to increase the reflectance is formed. The layer of the film is determined by the target laser wavelength. First, a reflective film having a reflectance of 80 to 95% is formed on one
図4は、一個のレーザロッド母材12の例えば一方の端面12aに第1の反射膜15aを装着した斜視図である。直径28は、基準面14a(或るいは基準面14b)の直径である。径の端29bを直角の角形にしておくと応力が集中して成膜(図4では第1の反射膜15a)が剥がれ易くなるため、図5に示すように、径の端29bに45度程度のC面31を形成することにより、膜が剥がれづらくなり、成膜の強度が保てるので良い。
FIG. 4 is a perspective view in which the first
ここで、径方向の距離29とレーザ出力光30とは、図8に示すように径の中心29aでは最も強く、径の端29bでの出力は非常に小さく、指穿刺などに使用する強度としては無視できる程度になる。従って、C面31を形成してもレーザ出力光30の特性には殆ど影響しない。また、レーザの共振は円柱側面13aの径内で行なわれるため、基準面14a、14bの直径を円柱側面13aの直径より大きくしてもレーザ出力光30の特性には影響しない。
Here, as shown in FIG. 8, the
これは、レーザロッド母材12内におけるレーザ光32が図6に示すように、レーザロッド母材12の一方の端面12aに形成された第1の反射膜15aと、レーザロッド母材12の他方の端面12bに形成された第2の反射膜15bとの間で反射を繰り返しながら増幅され、レーザ光32の強度が一定のレベルを超えたとき、第1の反射膜15aを通過して固体レーザロッド11の外部へ出力される。この外部へ出力された光がレーザ出力光30となるためである。
As shown in FIG. 6, the
ここで、図7に示すように、円柱側面13aより径の大きな基準面14a、14bの径大部14cでは、レーザ光32の増幅は起こらないため、レーザ出力光30の特性は円柱側面13aに依存している。
Here, as shown in FIG. 7, in the
また、固体レーザロッド11の取り付けは、図9に示すように、取り付け部材33で基準面14a、14bの部分を用いて支える構成とするが、基準面14a、14bは鏡面仕上げされているので、取り付け精度を向上させることができる。また、レーザ光32の増幅に伴って、熱が発生してレーザロッド母材12が膨張することも考えられるが、レーザロッド母材12が膨張しても、支持している部分が鏡面仕上げされた基準面14a、14bであるため、レーザロッド母材12は取り付け部材33上を滑動するため、光軸方向の伸長は摩擦なく行なわれるため、レーザロッド母材12の応力は少ない。
In addition, as shown in FIG. 9, the
(実施の形態2)
図10は、実施の形態1で説明した固体レーザロッド11を用いたレーザ穿刺装置41の断面図である。なお、実施の形態1と同じ物については同符号を付し、説明を簡略化している。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a cross-sectional view of a laser puncture device 41 using the solid-
図10において、円または楕円形をした筒形状の筐体42の内部は光源を効率よく反射するために鏡面42aとしている。前記筐体42が楕円形状の場合、一方の焦点にはフラッシュランプ(光源の一例として用いた)43を配置し他方の焦点には、固体レーザロッド11を配置することで、フラッシュランプ43から放射された光が効率良く固体レーザロッド11へ照射される。なお、固体レーザロッド11の両端に形成された基準面14a、14bは、取り付け部材33で支えて固定されているため、レーザ出力の減少を起こすことはない。
In FIG. 10, the inside of a
固体レーザロッド11を構成するレーザロッド母材12の一方の端面12aには、第1の反射膜15aが成膜されており、その前方にはレンズ44を設けている。このレンズ44の更に前方には、レンズ44が外部からのごみで汚染されないようにレーザ出力光30が透過するレーザ透過板42bを筐体42に装着している。また、レーザロッド母材12の他方の端面12bには、第2の反射膜15bが成膜されている。
A first
電源51によってフラッシュランプ43の両端に、約200V〜700Vの電圧を印加した後、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、電気が流れてキセノンガスが放電されて発光する。これが励起光となる。
When a voltage of about 200 V to 700 V is applied to both ends of the
フラッシュランプ43から発射された励起光は、固体レーザロッド11の内部に入り、ドープされたレーザ動作物質(本例ではエルビウムEr)を励起させて光を発生させる。これが誘導放出である。
The excitation light emitted from the
発生した光は、第一の反射膜15aと固体レーザロッド11と第二の反射膜15b間を共振するとともに増幅される。増幅されたレーザ光の一部は反射膜15aを通過する。反射膜15aを通過したレーザ光はレンズ44を透過して出射し、レーザ透過板42bを通過して集光する。
The generated light resonates and is amplified between the first
このようにして集光した光の部分に穿刺指47を配置すると、レーザ出力光30によって、皮膚47aを穿刺することができる。皮膚47aの一部はレーザ出力光30によって蒸散され同時に傷つけられた皮膚内部の毛細血管からは血液48が滲出する。この滲出した血液48は、血糖値検査やコレステロール検査等の血液検査に使用することが出来る。
When the
本発明にかかる固体レーザロッドは、製造時における歩留まりが良いので、レーザ穿刺装置に用いる固体レーザロッドとして有用である。 The solid laser rod according to the present invention is useful as a solid laser rod used in a laser puncture apparatus because of its good yield during production.
1,11 固体レーザユニット
2 鏡筒
3 レーザロッド
4,5 反射鏡
6 フラッシュランプ
7 レンズ
8 電源
12 レーザロッド母材
13 側面
13a 円柱側面
14a,14b 基準面
15a,15b 端面
21 レーザ母材
22 レーザ角柱
23a,23b 基準面
23 レーザ円柱
24a 第1の集合体
24b 第2の集合体
25 円筒部材
27 成膜治具
28 直径
29 距離
29a 径の中心
29b 径の端
30 レーザ出力光
31 C面
32 レーザ光
33 取り付け部材
41 レーザ穿刺装置
42 筐体
42a 鏡面
42b レーザ透過板
43 フラッシュランプ
44 レンズ
47 穿刺指
47a 皮膚
48 血液
62,63 レーザロッド
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JP2008269442A JP2010098215A (en) | 2008-10-20 | 2008-10-20 | Solid-state laser rod and method of manufacturing the same, and solid-state laser device using the solid-state laser rod |
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Cited By (1)
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CN109011197A (en) * | 2018-09-28 | 2018-12-18 | 沙龙马克西姆(天津)科技有限公司 | Gynecological laser treats stick |
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2008
- 2008-10-20 JP JP2008269442A patent/JP2010098215A/en active Pending
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