JP2664517B2 - 固体レーザ発振装置 - Google Patents
固体レーザ発振装置Info
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- JP2664517B2 JP2664517B2 JP2111847A JP11184790A JP2664517B2 JP 2664517 B2 JP2664517 B2 JP 2664517B2 JP 2111847 A JP2111847 A JP 2111847A JP 11184790 A JP11184790 A JP 11184790A JP 2664517 B2 JP2664517 B2 JP 2664517B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高出力固体レーザ発振装置に関し、特に平
板（スラブ）状固体レーザ媒質をレーザ光の発振に用い
た固体レーザ発振装置に関する。
板（スラブ）状固体レーザ媒質をレーザ光の発振に用い
た固体レーザ発振装置に関する。
［従来技術］ 板状結晶のレーザ媒質（レーザ素子ともいう。）を挾
んでレーザ光路上に反射ミラーと出力ミラーを設けて共
振器を構成する固体レーザ発振装置において、板状結晶
（以下、スラブという。）としてNd−YAG単結晶が使用
されている。
んでレーザ光路上に反射ミラーと出力ミラーを設けて共
振器を構成する固体レーザ発振装置において、板状結晶
（以下、スラブという。）としてNd−YAG単結晶が使用
されている。
従来はスラブをブリュースター角度で入射および出射
するように構成し、レーザ光を水平に、すなわちスラブ
の長軸方向に入出射（ブリュースター角入出射）させて
いた。この構成では、スラブの端面に反射防止コーティ
ングを付けても、例えば、MgF2を単層でx/4＝0.26μｍ
コーティングしても、反射損失が２〜３％ありレーザ出
力もこの影響を受け、出力に限界があり、高出力化を達
成できない原因でもあった。
するように構成し、レーザ光を水平に、すなわちスラブ
の長軸方向に入出射（ブリュースター角入出射）させて
いた。この構成では、スラブの端面に反射防止コーティ
ングを付けても、例えば、MgF2を単層でx/4＝0.26μｍ
コーティングしても、反射損失が２〜３％ありレーザ出
力もこの影響を受け、出力に限界があり、高出力化を達
成できない原因でもあった。
第４図は従来のスラブレーザ発振器の構成を示す。
スラブ１は励起用ランプ４とともに反射箱５に収納さ
れ、これらスラブ１と励起用ランプ４とは反射箱５に導
入した水で冷却される。
れ、これらスラブ１と励起用ランプ４とは反射箱５に導
入した水で冷却される。
反射箱５の外部に露出しているスラブ１の一方の端面
2a側には全反射ミラー６が、また他方の端面2b側には出
力ミラー７が配置され、これにより共振系を構成してい
る。
2a側には全反射ミラー６が、また他方の端面2b側には出
力ミラー７が配置され、これにより共振系を構成してい
る。
この共振系で励起ランプ４が点灯してスラブ１中に励
起光が透過すると、スラブ１内のNd3+イオンが高いエネ
ルギー準位に励起される。
起光が透過すると、スラブ１内のNd3+イオンが高いエネ
ルギー準位に励起される。
この高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に下
落する際にレーザ光が発せられ、このレーザ光がさらに
刺激光となってレーザ光の誘導放出を惹き起こす。
落する際にレーザ光が発せられ、このレーザ光がさらに
刺激光となってレーザ光の誘導放出を惹き起こす。
上記共振系は全反射ミラー６で反射したレーザ光が端
面2aで屈折してスラブ１内に入り、その両主面3a、3bで
反射をくり返して、端面2bに到達し、この端面2bで再び
屈折して出力ミラー７に向かい、該出力ミラー７から反
射したレーザ光が再び光路Ｌを通るよう調整してあり、
従って、この光路Ｌ上をレーザ光が往復する間に増幅さ
れてその一部が出力ミラー７から得られるようにする。
面2aで屈折してスラブ１内に入り、その両主面3a、3bで
反射をくり返して、端面2bに到達し、この端面2bで再び
屈折して出力ミラー７に向かい、該出力ミラー７から反
射したレーザ光が再び光路Ｌを通るよう調整してあり、
従って、この光路Ｌ上をレーザ光が往復する間に増幅さ
れてその一部が出力ミラー７から得られるようにする。
このようなスラブ形レーザ発振装置によればレーザ光
はレーザ媒質のスラブ１の両主面3a、3bで全反射され、
スラブ１の全体をジグザグに伝幡するので、熱レンズ効
果の影響を受けず、拡がり角の少ないレーザ光を得るこ
とができる。
はレーザ媒質のスラブ１の両主面3a、3bで全反射され、
スラブ１の全体をジグザグに伝幡するので、熱レンズ効
果の影響を受けず、拡がり角の少ないレーザ光を得るこ
とができる。
Nd−YAG材料にて作製したスラブ１の両端面2a、2bは
互いに平行で、且つスラブの両主面3a、3bに対して特定
の傾斜角度θ０で切り出されている。通常、この角度θ
０はブリュースター角度（Ndを添加したYAGの場合θＢ
＝61.2゜）により決められる。すなわち、第４図に示す
ように、スラブ１の両主面3a、3bに対して平行にレーザ
光を入出射する場合、傾斜角度θ０＝28.8゜となる。
互いに平行で、且つスラブの両主面3a、3bに対して特定
の傾斜角度θ０で切り出されている。通常、この角度θ
０はブリュースター角度（Ndを添加したYAGの場合θＢ
＝61.2゜）により決められる。すなわち、第４図に示す
ように、スラブ１の両主面3a、3bに対して平行にレーザ
光を入出射する場合、傾斜角度θ０＝28.8゜となる。
ブリュースター角入出射する理由は次による。
屈折率N1の物質と屈折率N2の物質の界面に法線に対し
てθ１の角度で屈折率N1の物質から入り、法線に対しθ
２の角度で屈折率N2の物質に進む場合のＳ波とＰ波の反
射率RS、RPはフレネルの反射式により、 ここで、θ１とθ２の間にはスネルの式;N1sinθ１＝
N2sinθ２の関係がある。
てθ１の角度で屈折率N1の物質から入り、法線に対しθ
２の角度で屈折率N2の物質に進む場合のＳ波とＰ波の反
射率RS、RPはフレネルの反射式により、 ここで、θ１とθ２の間にはスネルの式;N1sinθ１＝
N2sinθ２の関係がある。
空気からスラブ１に入射する場合、N1＝１、N2＝1.82
で、入射角θ１に対する反射率RP、RSは第３図に表わさ
れる。この図においてRP＝０になる入射角θ１がブリュ
ースター角度（61.2゜）である。
で、入射角θ１に対する反射率RP、RSは第３図に表わさ
れる。この図においてRP＝０になる入射角θ１がブリュ
ースター角度（61.2゜）である。
ブリュースター角度にて入射する理由は、この角度の
時にＰ波の反射率RPが０になり、スラブ１の端面2a、2b
の反射はＳ波のみにすることができること、およびスラ
ブ１の両主面3a、3bに対して入出射レーザ光を平行にす
ることができることである。
時にＰ波の反射率RPが０になり、スラブ１の端面2a、2b
の反射はＳ波のみにすることができること、およびスラ
ブ１の両主面3a、3bに対して入出射レーザ光を平行にす
ることができることである。
第３図において、Ｓ波の反射率RSとＰ波の反射率RPの
和は、入射角θ１＝０（垂直方向入射）の時に最も小に
なるが、この入射角度にした場合、第４図のように光路
Laが励起用ランプ４の端に当ってしまう。
和は、入射角θ１＝０（垂直方向入射）の時に最も小に
なるが、この入射角度にした場合、第４図のように光路
Laが励起用ランプ４の端に当ってしまう。
そのため入出射光が第４図の光路Ｌのようにスラブ１
の両主面3a、3bにおいてできるだけ平行になるように
し、励起ランプ４の端に当らないようにし、しかもＰ波
の反射率RPが０となるブリュースター角入出射にするこ
とが従来多く行われている。
の両主面3a、3bにおいてできるだけ平行になるように
し、励起ランプ４の端に当らないようにし、しかもＰ波
の反射率RPが０となるブリュースター角入出射にするこ
とが従来多く行われている。
ブリュースター角入出射の場合、Ｐ波の反射率は０と
なるが、Ｓ波の反射率RSは約30％となる。そこで、通常
Ｓ波成分のレーザ光の有効な取り出しのために、スラブ
端面にMgF2等の材料にて反射防止コーティングが施され
る。反射防止コーティングは施した場合のRP、RSは各々
３％となる。
なるが、Ｓ波の反射率RSは約30％となる。そこで、通常
Ｓ波成分のレーザ光の有効な取り出しのために、スラブ
端面にMgF2等の材料にて反射防止コーティングが施され
る。反射防止コーティングは施した場合のRP、RSは各々
３％となる。
［本発明が解決しようとする課題］ すなわち、従来のスラブ形レーザ発振装置は、ブリュ
ースター角度でスラブにレーザ光を入射および出射する
場合、反射防止コーティングを施しても２〜３％の反射
損失があり、この反射損失がレーザの高出力化をさまた
げていた。
ースター角度でスラブにレーザ光を入射および出射する
場合、反射防止コーティングを施しても２〜３％の反射
損失があり、この反射損失がレーザの高出力化をさまた
げていた。
本発明は、スラブにおける入出射の反射損失が最小限
になるようにして出力の増大を図った固体レーザ発振装
置を提供することを目的とする。
になるようにして出力の増大を図った固体レーザ発振装
置を提供することを目的とする。
本発明は、ブリュースター角入出射を０゜入出射（垂
直方向入出射）にすることにより損失を低減しようとす
る事を目的とする。
直方向入出射）にすることにより損失を低減しようとす
る事を目的とする。
又、本発明は、垂直方向入出射に際し、励起用ランプ
がレーザ光路と干渉する問題があった。
がレーザ光路と干渉する問題があった。
［課題を解決するための手段］ 本発明の固体レーザ発振装置では、励起用ランプと板
状レーザ媒質を有し、該レーザ媒質の長軸方向に対しレ
ーザ光を傾けて入射および出射するようにした固体レー
ザ発振装置において、高反射率プリズムがレーザ媒質の
端面に隣接してレーザ媒質の長軸方向に配置され、プリ
ズム内で光が反射する光路が形成され、レーザ媒質の光
路長が実質的に延長されている。
状レーザ媒質を有し、該レーザ媒質の長軸方向に対しレ
ーザ光を傾けて入射および出射するようにした固体レー
ザ発振装置において、高反射率プリズムがレーザ媒質の
端面に隣接してレーザ媒質の長軸方向に配置され、プリ
ズム内で光が反射する光路が形成され、レーザ媒質の光
路長が実質的に延長されている。
［作用］ 光のＳ波、Ｐ波を損失させることなくスラブにレーザ
光を入射および出射させるためには、スラブの長軸に一
定の角度をつけて入出射させるが、この角度が45゜近く
なるとスラブ周辺に配置したランプの端、特にその電極
に当ってしまうので、プリズムをスラブに両端部に配置
し、スラブの光路長を実質的に長くし、レーザ光がラン
プの端に当らないようにする。
光を入射および出射させるためには、スラブの長軸に一
定の角度をつけて入出射させるが、この角度が45゜近く
なるとスラブ周辺に配置したランプの端、特にその電極
に当ってしまうので、プリズムをスラブに両端部に配置
し、スラブの光路長を実質的に長くし、レーザ光がラン
プの端に当らないようにする。
こうすることにより従来のブリュースター角入出射で
は入・出射で２〜３％反射損失があったものが、本発明
では0.2〜0.3％と1/10になり、レーザ出力が向上する。
プリズムには石英、BK−７、SF−11などの光学ガラスを
用い、これにSiO2などの反射防止膜を入・出射面にコー
ティングし、反射部に金やAlや誘電体多層膜の反射膜を
コーティングすることによりプリズム内の反射損失を1.
0％以下にすることができる。
は入・出射で２〜３％反射損失があったものが、本発明
では0.2〜0.3％と1/10になり、レーザ出力が向上する。
プリズムには石英、BK−７、SF−11などの光学ガラスを
用い、これにSiO2などの反射防止膜を入・出射面にコー
ティングし、反射部に金やAlや誘電体多層膜の反射膜を
コーティングすることによりプリズム内の反射損失を1.
0％以下にすることができる。
［実施例］ 第１図は本発明のスラブ形固体レーザ発振装置を構成
を示す。
を示す。
スラブ１は励起ランプ４とともに反射箱５に収納さ
れ、これらスラブ１と励起ランプ４とは反射箱５に導入
した水で冷却される。又、反射箱５の外部に露出してい
るスラブ１の一方の端面2a側には反射率100％の全反射
ミラー６が、また他方の端面2b側には反射率50％の出力
ミラー７が配置され、これにより共振系を構成した。
れ、これらスラブ１と励起ランプ４とは反射箱５に導入
した水で冷却される。又、反射箱５の外部に露出してい
るスラブ１の一方の端面2a側には反射率100％の全反射
ミラー６が、また他方の端面2b側には反射率50％の出力
ミラー７が配置され、これにより共振系を構成した。
レーザ光の誘導放出の原理は、従来例において前記し
た通りである。本発明の構成にて全反射ミラー６で反射
したレーザ光は端部プリズム８内に入り、その下面およ
び上面で反射した後、スラブ１内にスラブ端面2aから垂
直に入射する。入射したレーザ光はスラブ１の両主面3
a、3bで全反射をくり返して、端面2bから垂直に出射さ
れる。出射したレーザ光はプリズム8b内に入り、出力ミ
ラー７に到達し、出力ミラー７から反射したレーザ光は
再び光路Laを通るように各ミラーが調整されている。光
路La上をレーザ光が往復する間にレーザ光が増幅され、
増幅されたレーザ光の一部が出力ミラー７から出射され
る。
た通りである。本発明の構成にて全反射ミラー６で反射
したレーザ光は端部プリズム８内に入り、その下面およ
び上面で反射した後、スラブ１内にスラブ端面2aから垂
直に入射する。入射したレーザ光はスラブ１の両主面3
a、3bで全反射をくり返して、端面2bから垂直に出射さ
れる。出射したレーザ光はプリズム8b内に入り、出力ミ
ラー７に到達し、出力ミラー７から反射したレーザ光は
再び光路Laを通るように各ミラーが調整されている。光
路La上をレーザ光が往復する間にレーザ光が増幅され、
増幅されたレーザ光の一部が出力ミラー７から出射され
る。
このように端部プリズム8a、8bをスラブ１の端面に隣
接して配置し、プリズム押さえ９で支持することによっ
て、レーザ光をスラブ１の端面2a、2bに垂直方向あるい
は垂直に近い方向に入出射することが可能となり、入出
射に伴う反射損失を低減できるようになった。なお、端
部プリズム8a、8bは反射率を高めるために、光学ガラス
の上にTiO2やMgF2などの誘電体多層膜をコーティングし
てある。又、プリズム内での反射損失を少なくするた
め、プリズム入・出射端面にSiO2などの反射防止膜21を
施し、反射面には金やAlまたは多層誘電体膜20を施して
いる。
接して配置し、プリズム押さえ９で支持することによっ
て、レーザ光をスラブ１の端面2a、2bに垂直方向あるい
は垂直に近い方向に入出射することが可能となり、入出
射に伴う反射損失を低減できるようになった。なお、端
部プリズム8a、8bは反射率を高めるために、光学ガラス
の上にTiO2やMgF2などの誘電体多層膜をコーティングし
てある。又、プリズム内での反射損失を少なくするた
め、プリズム入・出射端面にSiO2などの反射防止膜21を
施し、反射面には金やAlまたは多層誘電体膜20を施して
いる。
さらに、スラブ１の端面2a、2bに隣接してプリズム8
a、8bを設けて、レーザ光をこのプリズム8a、8b内で反
射させ、スラブ１に入射および出射する場合、ランプ４
の電極4aにレーザ光が当らないようにプリズム8a、8bの
長さ、角度を設計する。
a、8bを設けて、レーザ光をこのプリズム8a、8b内で反
射させ、スラブ１に入射および出射する場合、ランプ４
の電極4aにレーザ光が当らないようにプリズム8a、8bの
長さ、角度を設計する。
第２図は、スラブ１の端面2a付近を示し、スラブ１の
端面2aに隣接してプリズム8aが設けられ、プリズム押さ
え９で支持されている。
端面2aに隣接してプリズム8aが設けられ、プリズム押さ
え９で支持されている。
プリズム8aは、例えばスラブ１の端面2aに隣接して長
さ59.03mm、厚さ12mm、幅25mm、端面角度40.54゜とスラ
ブ１の端面角と同一なBK−７プリズムを置く。
さ59.03mm、厚さ12mm、幅25mm、端面角度40.54゜とスラ
ブ１の端面角と同一なBK−７プリズムを置く。
反射防止膜を蒸着し、反射面に誘電体多層膜を付けた
プリズム8a内で２回レーザ光を反射させスラブ１の端面
2aに入射および出射させる。その時の角度はスラブ１の
長軸方向より33.06゜傾いている。
プリズム8a内で２回レーザ光を反射させスラブ１の端面
2aに入射および出射させる。その時の角度はスラブ１の
長軸方向より33.06゜傾いている。
プリズム8aの端を通過する光路L1、L2はいずれもラン
プ４の電極4aと干渉していない。
プ４の電極4aと干渉していない。
実施例１ 第１図の構成にて、スラブ１の端面部に端部プリズム
8a、8bを２ケ配置し、レーザ光をスラブ端面2a、2bに対
してほぼ垂直に（法線に対して16.4゜）入出射できるよ
うにした。スラブ１の寸法は幅25mm、全長152mm、厚さ1
0mmとし、端面角度θ０は40.54゜とした。
8a、8bを２ケ配置し、レーザ光をスラブ端面2a、2bに対
してほぼ垂直に（法線に対して16.4゜）入出射できるよ
うにした。スラブ１の寸法は幅25mm、全長152mm、厚さ1
0mmとし、端面角度θ０は40.54゜とした。
端部プリズム8a、8bは、全長60mm、角度58.06゜、厚
さ10mmの光学ガラス（BK−７）にてひし形に製作し、端
部プリズム8a、8bの上下面には誘電体多層膜の完全反射
コーティング、すなわちTiO2とSiO2を交互に、またはTi
O2とMgF2を交互に15〜30層多層コーティングした。コー
ティング厚みはx/2＝0.53μｍである。これにより、反
射率99.0％を得た。
さ10mmの光学ガラス（BK−７）にてひし形に製作し、端
部プリズム8a、8bの上下面には誘電体多層膜の完全反射
コーティング、すなわちTiO2とSiO2を交互に、またはTi
O2とMgF2を交互に15〜30層多層コーティングした。コー
ティング厚みはx/2＝0.53μｍである。これにより、反
射率99.0％を得た。
励起用ランプ４は、スラブ１の両主面3a、3b側に２本
ずつ、合計４本を使用した。
ずつ、合計４本を使用した。
パルス電源によりランプへの入力電力10kw、パルス幅
７ミリ秒（ms）、くり返し数10ppsの条件にて、レーザ
出力260wを得ることができた。これは、同条件にて従来
例の構成でのレーザ出力が200wであったのに対し、顕著
な利点である。又、本発明構成の垂直方向入出射にてＰ
波、Ｓ波の反射率RP、RSを測定した結果、各々0.3％で
あり、これも従来例構成のブリュースター角入出射の反
射率RP、RSの各々３％に対し、顕著な利点である。
７ミリ秒（ms）、くり返し数10ppsの条件にて、レーザ
出力260wを得ることができた。これは、同条件にて従来
例の構成でのレーザ出力が200wであったのに対し、顕著
な利点である。又、本発明構成の垂直方向入出射にてＰ
波、Ｓ波の反射率RP、RSを測定した結果、各々0.3％で
あり、これも従来例構成のブリュースター角入出射の反
射率RP、RSの各々３％に対し、顕著な利点である。
［発明の効果］ プリズム内にレーザ光を反射させることにより、スラ
ブ端面に垂直方向入出射（法線方向入出射）させること
により、ブリュースター角入出射（水平方向入出射）に
比べて反射損失が３％から0.3％に減少し、その結果、
レーザ出力は30％向上し、レーザ発振効率を上げること
ができた。
ブ端面に垂直方向入出射（法線方向入出射）させること
により、ブリュースター角入出射（水平方向入出射）に
比べて反射損失が３％から0.3％に減少し、その結果、
レーザ出力は30％向上し、レーザ発振効率を上げること
ができた。
第１図は、本発明の実施例のスラブ形レーザ発振装置の
構成を示す概略平断面図。 第２図は、第１図のスラブ形レーザ発振装置のスラブ端
部付近の構成を示す概略部分断面図。 第３図は、空気からNd−YAGに入射するＰ波、Ｓ波の入
射角と反射率の関係を示すグラフ。 第４図は、従来のスラブ形レーザ発振装装置の構成を示
す概略平断面図。 図中、参照記号は次のものを示す。 1:レーザ媒質スラブ、 2a、2b:スラブ端面、 4:励起用ランプ、 5:反射箱、 6:反射ミラー、 7:出力ミラー、 8a、8b:端部プリズム、 9:プリズム押さえ、 20:反射膜、 21:反射防止膜、
構成を示す概略平断面図。 第２図は、第１図のスラブ形レーザ発振装置のスラブ端
部付近の構成を示す概略部分断面図。 第３図は、空気からNd−YAGに入射するＰ波、Ｓ波の入
射角と反射率の関係を示すグラフ。 第４図は、従来のスラブ形レーザ発振装装置の構成を示
す概略平断面図。 図中、参照記号は次のものを示す。 1:レーザ媒質スラブ、 2a、2b:スラブ端面、 4:励起用ランプ、 5:反射箱、 6:反射ミラー、 7:出力ミラー、 8a、8b:端部プリズム、 9:プリズム押さえ、 20:反射膜、 21:反射防止膜、
Claims (1)
- 【請求項１】励起用ランプと板状レーザ媒質を有し、該
レーザ媒質の端面に対し垂直方向あるいは垂直に近い方
向で、レーザ光を入射および出射するようにした固体レ
ーザ発信装置において、高発射率プリズムがレーザ媒質
の端面に隣接してレーザ媒質の長軸方向に配置され、該
プリズム内でレーザ光の反射光路が形成され、レーザ媒
質の光路長が実質的に延長されるとともに、レーザ光が
前記高反射率プリズムの端面に対し垂直方向あるいは垂
直に近い方向に入出射されるようにしていることを特徴
とする固体レーザ発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2111847A JP2664517B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 固体レーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2111847A JP2664517B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 固体レーザ発振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0412579A JPH0412579A (ja) | 1992-01-17 |
| JP2664517B2 true JP2664517B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=14571660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2111847A Expired - Lifetime JP2664517B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 固体レーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664517B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472576A (en) * | 1987-09-11 | 1989-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | Solid-state laser device |
-
1990
- 1990-05-01 JP JP2111847A patent/JP2664517B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0412579A (ja) | 1992-01-17 |
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