JP2010186793A - 固体レーザーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 固体レーザー媒質の一部は光の増幅させる作用を持たないようにし、寄生発振の発生を抑制することができる固体レーザーモジュールを提供する。
【解決手段】 励起光８の吸収により発生した利得を与えてレーザー光６を増幅する平板状の固体レーザー媒質部２と、この固体レーザー媒質部２にレーザー光６が入射する入射面に対向する面側に設けられ、前記入射面から入射して前記固体レーザー媒質部２内を伝搬したレーザー光６を反射する反射面部３と、この反射面部３を介して前記固体レーザー媒質部２から伝搬してくる熱を排熱する冷却部５とを備え、前記固体レーザー媒質部２の前記入射面と平行する方向から局所的に前記励起光８を照射することにより、前記固体固体レーザー媒質部２に励起領域２ａと非励起領域２ｂとを区分けするようにした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レーダ用レーザー装置や、加工用レーザー装置などの固体レーザー媒質を用いた固体レーザーモジュールに関するものである。

現在、ＹＡＧに代表される固体レーザーは、金属板切断、プリント基板の穴あけなどに利用されている。固体レーザーの中でも、薄ディスク型レーザー媒質を利用したディスクレーザーは、レーザー媒質を薄いディスク状に加工したものにより、レーザー発振、あるいはレーザー増幅を行うものである。

薄ディスク型レーザー媒質は、ディスク形状を構成する面のうち、最も面積の大きい面の一方からレーザー光（レーザー媒質で増幅され、最終的にレーザー装置から出力されて、加工などに利用される光）を入射し、この入射面に対向する面で反射させてディスクの厚さ方向に伝搬させながら増幅する。

例えばレーザーダイオードなどの光源から供給され、レーザー媒質内の元素を励起する励起光を受けて励起された薄ディスク型レーザー媒質で発生した熱は、入射面に対向する面を排熱面として排熱する。この構成によれば、大きな排熱面が得られるため、他の方式であるロッド型レーザーやスラブ型レーザーに比較して排熱が容易である。また、排熱方向が光軸と平行になるため、レーザー媒質中の温度差が小さく、熱レンズ効果などの不具合が起こりにくい。このように薄ディスク型レーザー媒質には、他の方式のレーザー媒質では得られない特有の利点がある。

例えば、再公表特許ＷＯ２００５／０１１０７５公報図１Ａ（特許文献１参照）に記載された薄ディスク型レーザー媒質を用いた固体励起モジュールにおけるレーザー媒質では、ヒートシンク５の上に全反射膜３を接着剤４を介して接合し、全反射膜３上に薄ディスク形状の固体レーザー媒質２を設け、その上に反射防止膜１を配置して構成される。反射防止膜１は、固体レーザー媒質２に対して入射角θで入射するレーザー光６のほぼ全てを透過する。反射防止膜１としては、例えば誘電体薄膜を積層して構成する。この固体レーザー媒質２に対し、励起光８を側面全域から入射させ、固体レーザー媒質２を励起する。

再公表特許ＷＯ２００５／０１１０７５公報（第１図Ａ）

しかし、特許文献１に記載のものは、固体レーザー媒質のどの部分にも励起光が届くため、どの部分でも光を増幅させる作用を持っている。したがって、固体レーザー媒質内で寄生発振が発生する場合がある。これは、固体レーザー媒質の内部で発生し、固体レーザー媒質の全ての境界面において全反射となる経路が見出される場合に発生するものである。

寄生発振は、固体レーザー媒質による増幅が最も効率よく行われる波長において発生する。レーザー媒質のどの部分も光を増幅させる作用を持っているので、寄生発振の種は、レーザー媒質中を境界面で反射しながら伝搬する間、常に増幅作用を受け続けることになり、徐々に大きな振幅となる。この寄生発振による光は、いずれの境界面においても全反射される伝搬経路を伝搬する光であるので、外部に放出されず、最終的にレーザー媒質中での増幅と損失とがバランスする状態にまで成長する。そして、結果的には入射した励起光のパワーを熱に変換するだけに終わってしまうため、所望のレーザー光の増幅に充てられるべきパワーが減少し、発振効率の低下を招くという問題もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、固体レーザー媒質の一部は光の増幅させる作用を持たないようにし、寄生発振の発生を抑制することができる固体レーザーモジュールを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の固体レーザーモジュールは、励起光の吸収により発生した利得を与えてレーザー光を増幅する平板状の固体レーザー媒質部と、この固体レーザー媒質部にレーザー光が入射する入射面に対向する面側に設けられ、前記入射面から入射して前記固体レーザー媒質部内を伝搬したレーザー光を反射する反射面部と、この反射面部を介して前記固体レーザー媒質部から伝搬してくる熱を排熱する冷却部とを備え、前記固体レーザー媒質部の前記入射面と平行する方向から局所的に前記励起光を照射することにより、前記固体固体レーザー媒質部に励起領域と非励起領域とを区分けしたものである。

請求項２に係る発明の固体レーザーモジュールは、前記非励起領域は前記励起領域を介して両側にある請求項１に記載のものである。

請求項３に係る発明の固体レーザーモジュールは、前記非励起領域は前記励起領域の片側にある請求項１に記載のものである。

この発明の固体レーザーモジュールによれば、固体レーザー媒質の一部は光の増幅させる作用を持たないようにしたため、この部分に入射する寄生発振の種はここで減衰し、それ以上増幅されなくなるため、寄生発振の発生を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による固体レーザーモジュールの励起モジュール部分を示す斜視図である この発明の実施の形態１による固体レーザーモジュールの固体レーザー媒質面を垂直方向から見た平面図である。 固体レーザー媒質内で寄生発振が発生している場合の寄生発振光の経路を示す平面図である。 寄生発振が発生している場合の放射光スペクトルを示すグラフである。 この発明の実施の形態１による固体レーザーモジュールの放射光スペクトルを示すグラフである。 この発明の実施の形態２による固体レーザーモジュールの固体レーザー媒質面を垂直方向から見た平面図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による固体レーザーモジュールの励起モジュール部分を示す斜視図である。図１において、１はレーザー光を透過させる誘電体薄膜を積層して構成した反射防止膜、２は励起光の吸収により発生した利得を与えてレーザー光を増幅する平板状の固体レーザー媒質（固体レーザー媒質部）、３は固体レーザー媒質２内を伝搬したレーザー光を反射する誘電体薄膜などで構成した全反射膜（反射面部）、４は接着剤、５は固体レーザー媒質２から伝搬してくる熱を排熱するヒートシンク（冷却部）、６は固体レーザー媒質２に対して入射角θで入射するレーザー光、８は半導体レーザー励起光源から照射された励起光を示す。

図２はこの発明の実施の形態１による固体レーザーモジュールの固体レーザー媒質面を垂直方向から見た平面図である。図２において、２ａは励起光８を受光することにより増幅作用を行う個体レーザー媒質２の増幅作用部（励起領域）、２ｂは励起光を受光しない個体レーザー媒質２の第１光吸収部（非励起領域）、２ｃは励起光８を受光しない個体レーザー媒質２の第２光吸収部（非励起領域）、本実施の形態１では、励起領域２ａとほぼ同じ長さの２つの非励起領域２ｂ及び２ｃを励起領域２ａの両側に区分けした構成としている。励起領域２ａには特許文献１同様、励起光源から励起光８が入射するようになっている。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。励起領域２ａは固体レーザー媒質２の性質で決まる波長において、光を増幅させる作用を持っている。一方、非励起領域２ｂ及び２ｃは増幅作用を持たない。したがって固体レーザー媒質２は完全な透明材料ではないので、非励起領域２ｂ及び２ｃに入射した光は減衰する。

励起領域２ａはレーザー光６が通過する際にレーザー光を増幅する作用をもっており、ミラーなどを利用して複数回レーザー光が通過するようにすることによって、レーザー光６を大きく増幅してから出力する。なお、固体レーザー媒質２の入射面と平行する方向から局所的に励起光８を照射することにより、固体レーザー媒質２に励起領域２ａと非励起領域２ｂ及び２ｃとを区分けする。

ところで、突発的な共振現象や不要な発振現象がきっかけとして発生した寄生発振で生じた寄生発振光（これを寄生発振の種とも呼ぶ）も励起領域２ａでは増幅される。

しかし、図２に示すように非励起領域２ｂ及び２ｃを構成にすることによって、励起領域２ａで発生した寄生発振の種は境界面を通ることなく非励起領域２ｂあるいは２ｃに入射するため、振幅が大きくなる前に非励起領域２ｂ、２ｃで減衰する。その結果、寄生発振の増幅を抑制する。すなわち、励起領域だけで構成した固体レーザー媒質では、図３に示すように寄生発振を発生している光が固体レーザー媒質の端面部分で反射を繰り返し、同じ経路を何回も周回するために大きな増幅（振幅）量となる。

図４は固体レーザー媒質２を励起領域だけで構成した場合に励起領域に寄生発振が発生したときに個体レーザー媒質から放射される光のスペクトルを示す。図５は固体レーザー媒質２を励起領域２ａと非励起領域２ｂ、２ｃで構成した場合に個体レーザー媒質２から放射される光のスペクトルを示す。図４、図５のそれぞれは励起光８を供給するレーザーダイオードへの入力電流値（励起光のパワー）を変化させて測定した結果のグラフである。

寄生発振は個体レーザー媒質の利得が最大である波長付近でのみ発生するため、寄生発振により放射される光のスペクトル幅は狭い。図４と図５とを比較すると、図４に示すスペクトルの方がスペクトル幅が狭いことから、この場合には寄生発振が起こっていることが解かる。図５は本実施の形態１で示す個体レーザー媒質２を使用したときの結果であり、スペクトル幅が図４に示すものより広いので本発明の有効性が実測により証明されている。

以上から固体レーザー媒質の一部は光の増幅させる作用を持たないようにしたため、この部分に入射する寄生発振の種はここで減衰し、それ以上増幅されなくなるため、寄生発振の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では光吸収領域２ｂ、２ｃを励起領域２ａの両側に設けたが、実施の形態２では片側に設けた場合について図６を用いて説明する。図６は、この発明の実施の形態２による固体レーザーモジュールの固体レーザー媒質面を垂直方向から見た平面図である。図６において、２０は固体レーザー媒質、２０ａは励起領域、２０ｂは非励起領域である。励起領域２０ａに対して、片方側のみに非励起領域２０ｂを構成するだけでも寄生発振の種は増幅される前に非励起領域２０ｂに入射し、減衰する。

以上から励起領域２０ａに対して片側にのみ非励起領域を構成するだけでも寄生発振を抑制することが可能であり、固体レーザー媒質２０が小型になるという利点がある。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

１・・反射防止膜
２・・固体レーザー媒質（固体レーザー媒質部） ２ａ・・増幅作用部（励起領域）
２ｂ・・光吸収部（非励起領域） ２ｃ・・光吸収部（非励起領域）
３・・全反射膜（反射面部） ４・・接着剤 ５・・ヒートシンク（冷却部）
６・・レーザー光 ８・・励起光 ２０・・固体レーザー媒質（固体レーザー媒質部）
２０ａ・・増幅作用部（励起領域） ２０ｂ・・光吸収部（非励起領域）

Claims (3)

1. 励起光の吸収により発生した利得を与えてレーザー光を増幅する平板状の固体レーザー媒質部と、この固体レーザー媒質部にレーザー光が入射する入射面側に対向する面側に設けられ、前記入射面から入射して前記固体レーザー媒質部内を伝搬したレーザー光を反射する反射面部と、この反射面部を介して前記固体レーザー媒質部から伝搬してくる熱を排熱する冷却部とを備え、前記固体レーザー媒質部の前記入射面と平行する方向から局所的に前記励起光を照射することにより、前記固体固体レーザー媒質部に励起領域と非励起領域とを区分けした固体レーザーモジュール。
2. 前記非励起領域は前記励起領域を介して両側にある請求項１に記載の固体レーザーモジュール。
3. 前記非励起領域は前記励起領域の片側にある請求項１に記載の固体レーザーモジュール。

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