JP2681278B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、スラブ形固体レーザ装置に係り、さらに
詳しくは該装置におけるレーザ媒質の温度分布の制御装
置に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は例えばLaser Focus/E−O TECHNOLOGY,SEPTEM
BER,1983 P.106に開示された従来のスラブ形固体レーザ
装置の構成を示す断面図である。図において、（１）は
レーザ媒質、（1a），（1b）はレーザ媒質（１）の非平
滑側面、（２）はこれらの非平滑側面（1a），（1b）の
それぞれに密着して設けた断熱材、（３）はレーザ媒質
（１）の上下の対称位置に設けた励起ランプ、（４）は
一対の反射鏡、（５）はレーザ媒質（１）を冷却する冷
却剤の流路、（６）は冷却剤の循環方向である。

次に、第３図およびレーザ媒質（１）の周辺部の詳細
を示した第４図を参照して動作を説明する。

第３図において、励起ランプ（３）より発光した励起
光は反射鏡（４）で反射し、レーザ媒質（１）に吸収さ
れてレーザ発振が生起する、このレーザ発振時にレーザ
媒質（１）に吸収された励起光によるエネルギ中、レー
ザ発振に寄与しない分は熱エネルギに変換されてレーザ
媒質（１）内で発熱するので、この熱を流路（５）に循
環する冷却剤によって冷却し、所定の温度に保持する。

第４図は上記のレーザ媒質（１）における発熱および
冷却作用によって生じる熱の伝播、温度分布の状態を示
し、レーザ媒質（１）内で発熱した熱は、端部（1c），
（1d）以外の部分ではレーザ媒質（１）の内部より矢印
（７）で示すように冷却剤の管路（５）の方向へ伝播し
てゆき、等温線（８）は破線で示すようにレーザ媒質
（１）の平滑面（1e），（1f）に平行で、内部に近くな
るほど高温状態となる。

しかし、端部（1c），（1d）においては、断熱材
（２）の断熱作用により非平滑側面（1a），（1b）を経
たレーザ媒質（１）の内部よりの熱の伝播をある程度抑
制するが、完全に断熱することができないため、矢印
（９）で示すように放射状に熱が伝播し、等温線（10）
は図に示すような曲線状となり、内部に近くなるほど高
温状態となる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のスラブ形固定レーザ装置では、レ
ーザ媒質（１）の両端部（1c），（1d）における完全な
断熱が行なわれないために、非平滑側面（1a），（1b）
および平滑面（1e），（1f）にほぼ沿うようにした等温
線（10）が生じる。この等温線（10）による温度分布が
熱レンズ効果となって、発振ビームパターンの歪や発振
効率の低下を生じたり、発振ビームパターンや発振出力
が経時変化するなどの問題がある。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、発振ビームパターンの歪を無くし、発振効
率が高くかつ経時変化の無い安定したパターンを出力す
ることができる固体レーザ装置を得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る固体レーザ装置は、光軸方向に直交す
る断面が長方形の長辺に沿った両面が光学的平滑面であ
って、短辺に沿った両側面が非平滑側面であるレーザ媒
質を励起してレーザ光を出力する固体レーザ装置におい
て、上記レーザ媒質の非平滑側面のそれぞれに密着し
て、励起光の強度に対応して供給熱量を入出力する熱源
と、この熱源の周囲を覆い所定の熱容量を有する周壁部
とからなる温度制御手段を設けたものである。

［作 用］ この発明における励起光によるレーザ媒質内で発生す
る熱は、レーザ媒質の平滑面に接する冷却剤の方向への
み伝播するので、レーザ媒質全領域にわたって平滑面に
平行な等温線が生じる。また、励起光の強度が変動して
等温線の位置が移動しても、励起光の変動に対応して温
度制御起の供給熱量が変動するので、レーザ媒質と周壁
部との界面における熱平衡を保持する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例によるスラブ形固体レー
ザ装置におけるレーザ媒体およびその周辺部の構成を示
す断面図である。図において、（１），（1a），（1
b），（1c），（1d），（1e），（1f），（５），
（６），（７），（８）は従来例を示した第４図におけ
る同符号の部分と同一または相当部分である。

（11）はレーザ媒質（１）の非平滑側面（1a），（1
b）および管路（５）に密着して設けたレーザ媒質
（１）の端部（1c），（1d）に対する温度制御器であ
り、中心部に設けた励起光の強度に応じて所定熱量の液
体を循環する管路（11a）、所定の熱容量を有する周壁
部（11b）とからなり、管路（11a）よりの周壁部（11
b）内の熱の伝播によって、レーザ媒質（１）との界面
となる非平滑側面（1a），（1b）におけるレーザ媒質
（１）よりの放熱を阻止し、熱平衡状態に保つようにな
っている。

次に、第１図を参照して動作を説明する。従来例の動
作と同様に、レーザ発振時にレーザ媒質（１）に吸収さ
れた励起光によるエネルギ中、レーザ発振に寄与しない
分は熱エネルギに変換されてレーザ媒質（１）内で発熱
し、この熱は流路（５）を循環する冷却剤によって冷却
されるので、レーザ媒質（１）の中央部より平滑面（1
e），（1f）側へ熱が伝播する。ここで、非平滑側面（1
a），（1b）に密着している温度制御器（11）の周壁部
（11b）における熱の伝播挙動に着目すると、周壁部（1
1b）の材質と容積とで定まる熱容量および管路（11a）
の循環流体より供給される熱量等をあらかじめ設定し
て、非平滑側面（1a），（1b）に接する周壁部（11b）
と、これに対峙するレーザ媒質（１）の端部（1c），
（1d）との温度分布が等しくなるようにしてあるので、
相互に熱の伝播作用がなく平衡状態となり、レーザ媒質
（１）の全長にわたって一定状態の等温線（８）を保持
する。

また、上記の熱平衡状態時に励起光の強度が変動し、
レーザ媒質（１）内の発熱量が変化すると、図示のない
調節手段によって励起光の変動に対応する管路（11a）
よりの供給熱量を増減するようにして、常に非平滑側面
（1a），（1b）と温度制御器（11）との界面近傍におけ
る熱平衡を保つようにしている。

レーザ媒質（１）の中心部と平滑面（1e），（1f）と
の間の温度差は、レーザ発振中のレーザ光がジグザグに
通過することによって補償できるので、非平滑側面（1
a），（1b）間すなわちレーザ媒質（１）の全領域にわ
たって上記温度差が一定状態に保たれていれば、レーザ
発振時のビームパターンは端部に歪の無い良好なパター
ンが得られ、またレーザ光路の偏向すなわち熱レンズ効
果が無くなり、レーザ媒質（１）の全領域をレーザ励起
して発振効率が増大する。

なお、上記実施例では温度制御器（11）がレーザ媒質
（１）とともに冷却剤の管路（５）に囲まれた一体構造
の例について説明したが、例えば第２図に示したように
温度制御器（11）の面が管路（５）に隣接しなくてもよ
く、また温度制御素子（1a）として例えばペルティエ素
子などの熱電素子を用いるようにしても、上記実施例と
同様の効果を奏する。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、光軸方向に
直交する断面が長方形の長辺に沿った両面が光学的平滑
面であって、短辺に沿った両側面が非平滑側面であるレ
ーザ媒質を励起してレーザ光を出力する固体レーザ装置
において、上記レーザ媒質の非平滑側面のそれぞれに密
着して、励起光の強度に対応して供給熱量を出力する熱
源と、この熱源の周囲を覆い所定の熱容量を有する周壁
部とからなる温度制御手段を設けたので、レーザ媒質の
断面の長辺に沿った平滑面方向の温度分布が均一とな
り、熱レンズ作用が防止され、レーザ媒質全領域に効率
のよいレーザ励起が生じ、かつ発振ビームパターンの歪
の無い安定したレーザ出力が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるスラブ形固定レーザ
装置のレーザ媒体およびその周辺部の構成を示す断面
図、第２図はこの発明の他の実施例の構成を示す断面
図、第３図は従来のスラブ形固定レーザ装置の構成を示
す縦断面図、第４図は第３図におけるレーザ媒体および
その周辺部の構成を示す断面図である。 図において、（１）はレーザ媒質、（1a），（1b）は非
平滑側面、（1e），（1f）は平滑面、（11）は温度制御
器、（11a）は管路、（11b）は周壁部。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光軸方向に直交する断面が長方形の長辺に
   沿った両面が光学的平滑面であって、短辺に沿った両側
   面が非平滑側面であるレーザ媒質を励起してレーザ光を
   出力する固体レーザ装置において、 上記レーザ媒質の非平滑側面のそれぞれに密着して、励
   起光の強度に対応して熱量を入出力する熱源と、この熱
   源の周囲を覆い所定の熱容量を有する周壁部とからなる
   温度制御手段を設けたことを特徴とする固体レーザ装
   置。