JP2676920B2 - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ装置Info
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- JP2676920B2 JP2676920B2 JP1151833A JP15183389A JP2676920B2 JP 2676920 B2 JP2676920 B2 JP 2676920B2 JP 1151833 A JP1151833 A JP 1151833A JP 15183389 A JP15183389 A JP 15183389A JP 2676920 B2 JP2676920 B2 JP 2676920B2
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- Japan
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- yag
- laser light
- semiconductor laser
- solid
- state laser
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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、金属・半導体・セラミックス等の加工及び
コアギュレータとして医療に用いることができる半導体
レーザ励起による高出力固体レーザ装置に関するもので
ある。
コアギュレータとして医療に用いることができる半導体
レーザ励起による高出力固体レーザ装置に関するもので
ある。
従来の技術 固体レーザ装置の励起には、従来アークランプやフラ
ッシュランプ等が用いられてきたが、励起に寄与するス
ペクトル以外を多く含むために励起効率が悪く、ランプ
やレーザ媒質の放熱の点から装置は大型にならざるを得
なかった。ところが近年、半導体レーザの高出力化に伴
ない、これを固体レーザの励起光源として用いる試みが
なされるようになってきた。半導体レーザを用いると固
体レーザの吸収帯に波長を合わせることができるので、
励起効率が良く、しかも余分なスペクトルの吸収による
発熱がないため放熱が楽になる。
ッシュランプ等が用いられてきたが、励起に寄与するス
ペクトル以外を多く含むために励起効率が悪く、ランプ
やレーザ媒質の放熱の点から装置は大型にならざるを得
なかった。ところが近年、半導体レーザの高出力化に伴
ない、これを固体レーザの励起光源として用いる試みが
なされるようになってきた。半導体レーザを用いると固
体レーザの吸収帯に波長を合わせることができるので、
励起効率が良く、しかも余分なスペクトルの吸収による
発熱がないため放熱が楽になる。
そこで近年多く試みられている方法に第７図に示すよ
うな軸端面励起と呼ばれる方法がある。この方法は、N
d:YAGロッド４の軸端面に半導体レーザ５の光を集光レ
ンズ６で集めて励起している。共振器は外部反射鏡３と
YAGロッド４の励起側端面とのあいだに形成されてい
る。この方式はYAGレーザ光と半導体レーザ光との結合
効率がよいために効率よく励起でき、しかも安定にTEM
00モードで動作させることができる。ところが、１箇所
しか励起できる点がないため、YAGレーザ光の出力を向
上させるには、半導体レーザの高出力化が不可欠であ
り、半導体レーザの出力で制限されるという問題点があ
る。
うな軸端面励起と呼ばれる方法がある。この方法は、N
d:YAGロッド４の軸端面に半導体レーザ５の光を集光レ
ンズ６で集めて励起している。共振器は外部反射鏡３と
YAGロッド４の励起側端面とのあいだに形成されてい
る。この方式はYAGレーザ光と半導体レーザ光との結合
効率がよいために効率よく励起でき、しかも安定にTEM
00モードで動作させることができる。ところが、１箇所
しか励起できる点がないため、YAGレーザ光の出力を向
上させるには、半導体レーザの高出力化が不可欠であ
り、半導体レーザの出力で制限されるという問題点があ
る。
この問題点を解決する方法として提案されているのが
第８図に示すような六角柱型のYAGロッド内でYAGレーザ
光を各側面で反射させ、YAGレーザ光がスパイラル状の
光路を描く方式である。この方式を用いると各面での反
射点を励起点にできるので、従来から知られている軸励
起方式（第７図）の１か所しか励起点がないという欠点
をカバーでき、しかも安定にTEM00モードで動作させる
ことができる。
第８図に示すような六角柱型のYAGロッド内でYAGレーザ
光を各側面で反射させ、YAGレーザ光がスパイラル状の
光路を描く方式である。この方式を用いると各面での反
射点を励起点にできるので、従来から知られている軸励
起方式（第７図）の１か所しか励起点がないという欠点
をカバーでき、しかも安定にTEM00モードで動作させる
ことができる。
発明が解決しようとする課題 しかし、第８図で示す六角柱角YAGレーザでは、YAGロ
ッド内でのYAGレーザ光の光路と励起光である半導体レ
ーザ光の光路が一致していない。そのために、結合効率
が十分でないため、励起効率の向上の妨げになってい
る。励起効率が悪いと高出力化の際、放熱の点で問題に
なってくる。
ッド内でのYAGレーザ光の光路と励起光である半導体レ
ーザ光の光路が一致していない。そのために、結合効率
が十分でないため、励起効率の向上の妨げになってい
る。励起効率が悪いと高出力化の際、放熱の点で問題に
なってくる。
課題を解決するための手段 本発明は結合効率を上げるためには、YAGロッド内で
のYAGレーザ光と半導体レーザ光の光路を一致させなけ
ればならない。そのためには第４図に示すように、YAG
ロッド側面でのYAGレーザ光の入射角（反射角）θYAGが
臨界角θＣ（sin-1（nAir/nYAG）＝33.3度以下になるよ
うに設定しなければ、半導体レーザ光をYAGレーザ光の
光路と一致させることができない。YAGレーザ光の入反
射角を33.3度以下にするには、YAGロッドの側面は互い
に60度で交わるようにすればよい。また、第４図に示す
ように、YAGレーザ光の各反射点での入射光と反射光に
対して、半導体レーザ光をそれぞれあわせることによ
り、励起効率を上げることができる。
のYAGレーザ光と半導体レーザ光の光路を一致させなけ
ればならない。そのためには第４図に示すように、YAG
ロッド側面でのYAGレーザ光の入射角（反射角）θYAGが
臨界角θＣ（sin-1（nAir/nYAG）＝33.3度以下になるよ
うに設定しなければ、半導体レーザ光をYAGレーザ光の
光路と一致させることができない。YAGレーザ光の入反
射角を33.3度以下にするには、YAGロッドの側面は互い
に60度で交わるようにすればよい。また、第４図に示す
ように、YAGレーザ光の各反射点での入射光と反射光に
対して、半導体レーザ光をそれぞれあわせることによ
り、励起効率を上げることができる。
作用 以上のように、多角柱型YAGロッド内のYAGレーザ光と
半導体レーザ光の光路を一致させることにより、結合効
率を改善させ、効率よく励起することができる。このよ
うな構造にすることにより、金属等の加工に使用できる
高効率，高出力の半導体レーザ励起YAGレーザが実現で
きる。
半導体レーザ光の光路を一致させることにより、結合効
率を改善させ、効率よく励起することができる。このよ
うな構造にすることにより、金属等の加工に使用できる
高効率，高出力の半導体レーザ励起YAGレーザが実現で
きる。
実施例 以下、本発明の一実施例について図面を引用しながら
説明する。第１図に本発明の半導体レーザ励起固体レー
ザ装置の構造図を示す。六角柱型に加工したNd:YAGロッ
ド１内において、第２図に示すようにYAGレーザ光（細
線）を互いに60度で交わる３側面で反射させることによ
り、スパイラル状の光路を描きながら進行させている。
この六角柱型のYAGロッドは第３図の見取図に示すよう
に、底面は長さ6mmと22mmと辺を交互にした六角形であ
り、高さは50mmである。共振器はYAGロッドの底面に形
成した反射面１−１と外部反射鏡３とで形成されてい
る。YAGロッドの底面に形成した反射面１−１と出射面
１−２は、YAG光線の光路がスパイラル状になるよう
に、YAGロッドの底面の法線方向に対して角度θ＝4.4度
だけ傾きをもっており、YAGレーザ光は、この反射面１
−１と出射面１−２に垂直に入射している。反射面１−
１は平面で波長1.06μｍに対して99％以上の反射率をも
ち、出射面１−２は平面であり、波長1.06μｍに対して
90％以上の透過率をもつ。また外部反射鏡３の曲率半径
1.5mであり、波長1.06μｍに対して80％の反射率をも
つ。YAGロッドを励起するために側面（励起面１−３）
は励起波長809μｍに対して90％以上の透過率をもち、
波長1.06μｍに対して99％以上の反射率をもつ。半導体
レーザ光による励起点は第２図及び第３図の・印で示す
ように、YAGレーザ光がYAGロッドの側面で反射する点に
相当している。この・印で示す点におけるYAGレーザ光
を半導体レーザ光の様子を示したものが第４図である。
励起効率を良くするには、YAGレーザ光と半導体レーザ
光の光路が一致することが望ましい。そこで本実施例で
は、YAGロッドの反射側面に対してYAGレーザ光を角度θ
YAG＝30.3度で入射及び反射させ、半導体レーザ光は角
度θLD＝66.6度で入射させることにより、光路を一致さ
せている。また、励起効率を上げるために、YAGレーザ
光の入射光と反射光の両方が励起されるように、１つの
反射点（・印）に対して、半導体レーザ光を２方向から
入射している。ところで、YAGレーザ光の入射・反射角
θYAGと半導体レーザの入射角θLDは、六角柱角YAGロッ
ドの高さ方向に対する共振器の傾きθで決る。この角度
θとθYAG及びθLDの関係を示したものが第５図であ
る。YAGレーザ光の入射角θYAGの最大角は全反射の臨界
角で決りθYAG＝33.3度である。このことから反射側面
は互いに60度で交わる関係でなければならない。
説明する。第１図に本発明の半導体レーザ励起固体レー
ザ装置の構造図を示す。六角柱型に加工したNd:YAGロッ
ド１内において、第２図に示すようにYAGレーザ光（細
線）を互いに60度で交わる３側面で反射させることによ
り、スパイラル状の光路を描きながら進行させている。
この六角柱型のYAGロッドは第３図の見取図に示すよう
に、底面は長さ6mmと22mmと辺を交互にした六角形であ
り、高さは50mmである。共振器はYAGロッドの底面に形
成した反射面１−１と外部反射鏡３とで形成されてい
る。YAGロッドの底面に形成した反射面１−１と出射面
１−２は、YAG光線の光路がスパイラル状になるよう
に、YAGロッドの底面の法線方向に対して角度θ＝4.4度
だけ傾きをもっており、YAGレーザ光は、この反射面１
−１と出射面１−２に垂直に入射している。反射面１−
１は平面で波長1.06μｍに対して99％以上の反射率をも
ち、出射面１−２は平面であり、波長1.06μｍに対して
90％以上の透過率をもつ。また外部反射鏡３の曲率半径
1.5mであり、波長1.06μｍに対して80％の反射率をも
つ。YAGロッドを励起するために側面（励起面１−３）
は励起波長809μｍに対して90％以上の透過率をもち、
波長1.06μｍに対して99％以上の反射率をもつ。半導体
レーザ光による励起点は第２図及び第３図の・印で示す
ように、YAGレーザ光がYAGロッドの側面で反射する点に
相当している。この・印で示す点におけるYAGレーザ光
を半導体レーザ光の様子を示したものが第４図である。
励起効率を良くするには、YAGレーザ光と半導体レーザ
光の光路が一致することが望ましい。そこで本実施例で
は、YAGロッドの反射側面に対してYAGレーザ光を角度θ
YAG＝30.3度で入射及び反射させ、半導体レーザ光は角
度θLD＝66.6度で入射させることにより、光路を一致さ
せている。また、励起効率を上げるために、YAGレーザ
光の入射光と反射光の両方が励起されるように、１つの
反射点（・印）に対して、半導体レーザ光を２方向から
入射している。ところで、YAGレーザ光の入射・反射角
θYAGと半導体レーザの入射角θLDは、六角柱角YAGロッ
ドの高さ方向に対する共振器の傾きθで決る。この角度
θとθYAG及びθLDの関係を示したものが第５図であ
る。YAGレーザ光の入射角θYAGの最大角は全反射の臨界
角で決りθYAG＝33.3度である。このことから反射側面
は互いに60度で交わる関係でなければならない。
以上のような構成のもとでの本実施例における入出力
特性を第６図に示す。本装置では励起のための半導体レ
ーザ光は光ファイバで導き、半導体レーザはペルチェ素
子で冷却している。また、励起点が27箇所あるので、計
54個の半導体レーザで励起した。第６図に示すように入
力20Wに対して8.5Wの出力が得られた。なお入力14W以上
になると出力が飽和しているが、これは熱のためと考え
られる。YAGロッドの放熱をよくすると改善される。
特性を第６図に示す。本装置では励起のための半導体レ
ーザ光は光ファイバで導き、半導体レーザはペルチェ素
子で冷却している。また、励起点が27箇所あるので、計
54個の半導体レーザで励起した。第６図に示すように入
力20Wに対して8.5Wの出力が得られた。なお入力14W以上
になると出力が飽和しているが、これは熱のためと考え
られる。YAGロッドの放熱をよくすると改善される。
発明の効果 本発明は多角柱型固体レーザ装置のレーザ媒質中での
YAGレーザ光と半導体レーザ光の光路を一致するように
設定することで結合効率を向上させている。結合効率の
向上により励起効率が上がり、高出力化がはかられる。
本発明は高出力を要する加工，医療用の固体レーザとし
て大なる効果を有する。
YAGレーザ光と半導体レーザ光の光路を一致するように
設定することで結合効率を向上させている。結合効率の
向上により励起効率が上がり、高出力化がはかられる。
本発明は高出力を要する加工，医療用の固体レーザとし
て大なる効果を有する。
第１図は本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の構
造図、第２図は本発明の装置の一部である固体レーザ媒
質内におけるレーザ光の光路を説明する図、第３図は本
発明の装置の一部である固体レーザ媒質の見取図、第４
図は本発明の装置の一部である固体レーザ媒質の反射側
面におけるYAGレーザ光と半導体レーザ光の入射角，反
射角の関係を説明する図、第５図は本発明の装置の一部
である固体レーザ媒質の底面部分に形成される反射面，
出射面および外部反射鏡がレーザ媒質の高さ方向に対す
る角度θと第４図で示すYAGレーザ光の入射角θYAG及び
半導体レーザ光の入射角θLDの関係を示す図、第６図は
本発明の装置の入出力特性図、第７図は従来からある軸
励起固体レーザ装置の構造図、第８図は従来の多角柱型
固体レーザ装置の構造図である。 １……六角柱型Nd:YAGロッド、１−１……反射面、１−
２……出射面、１−３……励起面（反射側面）、２……
集光用レンズ付き光ファイバ、３……外部反射鏡、４…
…Nd:YAGロッド、５……半導体レーザ、６……集光レン
ズ。
造図、第２図は本発明の装置の一部である固体レーザ媒
質内におけるレーザ光の光路を説明する図、第３図は本
発明の装置の一部である固体レーザ媒質の見取図、第４
図は本発明の装置の一部である固体レーザ媒質の反射側
面におけるYAGレーザ光と半導体レーザ光の入射角，反
射角の関係を説明する図、第５図は本発明の装置の一部
である固体レーザ媒質の底面部分に形成される反射面，
出射面および外部反射鏡がレーザ媒質の高さ方向に対す
る角度θと第４図で示すYAGレーザ光の入射角θYAG及び
半導体レーザ光の入射角θLDの関係を示す図、第６図は
本発明の装置の入出力特性図、第７図は従来からある軸
励起固体レーザ装置の構造図、第８図は従来の多角柱型
固体レーザ装置の構造図である。 １……六角柱型Nd:YAGロッド、１−１……反射面、１−
２……出射面、１−３……励起面（反射側面）、２……
集光用レンズ付き光ファイバ、３……外部反射鏡、４…
…Nd:YAGロッド、５……半導体レーザ、６……集光レン
ズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−105586（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−122180（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−116760（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭42−20233（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】互いに60度で交わる関係にある三側面を励
起面とする多角柱型の固体レーザ媒質内を、レーザ光が
スパイラル状の光路を描くように進行するように共振器
を形成し、前記共振器は前記多角柱型固体レーザ媒質の
底面上あるいは側面上あるいは外部に有し、前記共振器
面は前記多角柱型固体レーザ媒質の底面の法線方向に対
して０度以上15.3度以下の傾きをもち、前記レーザ光が
内部反射される前記多角柱型固体レーザ媒質の三側面の
外部各点において、半導体レーザ光を前記固体レーザ媒
質内のレーザ光の光路と一致する入射角65.5度以上90.0
度以下で集光し励起するように形成したことを特徴とす
る半導体レーザ励起固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1151833A JP2676920B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1151833A JP2676920B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0316284A JPH0316284A (ja) | 1991-01-24 |
| JP2676920B2 true JP2676920B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=15527300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1151833A Expired - Lifetime JP2676920B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2676920B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03272187A (ja) * | 1990-03-22 | 1991-12-03 | Matsushita Electron Corp | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4785459A (en) * | 1985-05-01 | 1988-11-15 | Baer Thomas M | High efficiency mode matched solid state laser with transverse pumping |
| US4740983A (en) * | 1987-08-28 | 1988-04-26 | General Electric Company | Laser apparatus for minimizing wavefront distortion |
-
1989
- 1989-06-14 JP JP1151833A patent/JP2676920B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0316284A (ja) | 1991-01-24 |
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