JP2692012B2 - 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］ この発明は固体レーザ装置に係り、さらに詳しくは、
スラブ型固体レーザの支持及び冷媒のシール構造に関す
るものである。

［従来の技術］ 第８図は例えば特開昭62-73685号公報に開示された従
来の固体レーザ装置の縦断面図、第９図はその作用説明
図である。

第８図及び第９図において、（１）は断面がほぼ矩形
状のスラブ型固体レーザ媒質（以下スラブという）であ
り、（1a）はその光学的平滑全反射面（以下反射面とい
う）、（1b）はレーザビーム（２）の入射端面、（1c）
はレーザビーム（２）の出射端面、（３）はスラブ
（１）の反射面（1a）に施された全反射コーティングで
ある。（４）は筐体（５）に保持されてスラブ（１）の
支持及び冷媒（６）のシールをする例えばＯリングのよ
うなシール材である。

（11）はレーザビーム（２）の第１回目全反射に対応
する反射面（1a）上の領域、（111）は同じく大気
（７）に対する全反射領域、（112）は同じく全反射コ
ーティング（３）に対する全反射領域、（113）は同じ
く冷媒（６）に対する全反射領域、（21），（22），
（23）はそれぞれ異なる全反射条件に対するレーザビー
ムである。

上記のような構成の固体レーザ装置において、スラブ
（１）は励起ランプ（図示略）によって励起され、反転
分布を形成する。この反転分布のエネルギは外部の共振
器ミラー（図示略）によってスラブ（１）外へ直進する
レーザビームとして出力される。一方、スラブ（１）に
入力するレーザビーム（２）はスラブ（１）の厚み方向
の温度分布による光学歪を低減するため、反射面（1a）
間を全反射しながらジグザグに伝搬する。

励起エネルギの一部はスラブ（１）内で熱に変換する
ので、除熱のために反射面（1a）に接して冷媒（６）が
満たされており、シール材（４）はこの冷媒（６）の大
気（７）に対するシールと、スラブ（１）の支持をす
る。また、シール材（４）とスラブ（１）との間は全反
射条件を満足させるために、全反射コーティング（３）
が施されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の固体レーザ装置では、反射面（1
a）は大気（７）、全反射コーティング（３）及び冷媒
（６）のように異なった物質と接するために、ビーム
（２）の全反射の際に同一ビーム内でも部分的な位相差
が生じる。また、シール位置におけるスラブ（１）に対
する局部的な応力集中による光学歪によって、レーザビ
ーム（２）に部分的な歪が生じる場合もある。

これらの同一ビーム断面内に生じる位相差及び光学歪
は、レーザビームの伝搬特性を劣化させ、ビーム品質が
低下して、レーザ出力が不安定になるという問題があっ
た。

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、ビーム品質が高く、出力が安定した固体レー
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、対向する一対の光
学的平滑全反射面を有し、断面がほぼ矩形状のレーザ媒
質内をレーザビームが上記光学的平滑全反射面間で内部
全反射を行いながら伝搬する固体レーザ装置において、
上記レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビームの
第１回全反射および第２回全反射に各々対応する上記光
学的平滑全反射面上のビーム断面長に施された全反射コ
ーティングと、この全反射コーティングが施された範囲
内に上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシールを行う支持
手段とを設けたものである。

また、対向する一対の光学的平滑全反射面を有し、断
面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが上記光
学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝搬する
固体レーザ装置において、上記レーザ媒質の入射端面か
ら入射するレーザビームの第１回全反射に対応する上記
一対の光学的平滑全反射面の一方の面上のビーム断面長
に施された全反射コーティングと、上記レーザ媒質の入
射端面から入射するレーザビームの第２回全反射に対応
する上記一対の光学的平滑全反射面の他方の面上のビー
ム断面長の範囲外で、かつ、上記全反射コーティングが
施された範囲内に上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシー
ルを行う支持手段を設けたものである。

また、支持手段を柔軟性を有するポッテイング材とし
たものである。

また、対向する一対の光学的平滑全反射面を有し、断
面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが上記光
学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝搬する
固体レーザ装置において、上記レーザ媒質の入射端面か
ら入射するレーザビームの第１回全反射および第２回全
反射に各々対応する上記光学的平滑全反射面上のビーム
断面長の外周部に、上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシ
ールを行う屈折率が上記レーザ媒質の屈折率より小さい
シール材からなる支持手段を設けたものである。

［作用］ この発明においては、レーザ媒質の入射端面から入射
するレーザビームの第１回全反射および第２回全反射に
各々対応する光学的平滑全反射面上のビーム断面長に施
された全反射コーティングと、この全反射コーティング
が施された範囲内にレーザ媒質の支持及び冷媒のシール
を行う支持手段により、レーザビームは全反射条件が均
一となり、部分的な位相差のない全反射を行いながら外
部へ出射する。

また、レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビー
ムの第１回全反射に対応する上記一対の光学的平滑全反
射面の一方の面上のビーム断面長に施された全反射コー
ティングと、上記レーザ媒質の入射端面から入射するレ
ーザビームの第２回全反射に対応する上記一対の光学的
平滑全反射面の他方の面上のビーム断面長の範囲外で、
かつ、上記全反射コーティングが施された範囲内に上記
レーザ媒質の支持及び冷媒のシールを行う支持手段によ
り、レーザビームは全反射条件が均一となり、部分的な
位相差のない全反射を行いながら外部へ出射する。

また、支持手段を柔軟性を有するポッテイング材によ
り、スラブに対する局部的な応力集中がなくなり、光学
歪が減少し、出力が安定したレーザビームを出射する。

また、レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビー
ムの第１回全反射および第２回全反射に各々対応する光
学的平滑全反射面上のビーム断面長の外周部に、レーザ
媒質の支持及び冷媒のシールを行う屈折率がレーザ媒質
の屈折率より小さいシール材からなる支持手段により、
全反射コーテイングを省くことができ、また、スラブに
対する局部的な応力集中がなくなり、光学歪が減少し、
出力が安定したレーザビームを出射する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の要部構成を示す断面図
である。なお、固体レーザをケースに収納して保持する
全体構成は、従来技術を示した第８図の構成と基本的に
同じである。

第１図において、（１），（1a）〜（1c）〜（７）及
び（11），（12）は従来例を示した第９図の同一符号の
部分と同一または相当部分であり、また、この実施例以
下の実施例についても同様である。ただし、全反射コー
ティング（３）は図のように、レーザビーム（２）の第
１回目全反射に対応する反射面（1a）のビーム断面長
（11）及び第２回全反射に対応する反射面（1a）のビー
ム断面長（12）に施されている。なお、スラブ（１）に
おいて斜線で示す部分（10）はレーザビーム（２）が存
在しない領域のデッドスペースである。

レーザ媒質であるスラブ（１）の支持及び冷媒のシー
ルを行う支持手段であるシール材（４）は、全反射コー
ティング（３）が施された範囲内に設けられている。

上記のような構成のこの発明による固体レーザ装置に
おいて、従来例と同様に、スラブ（１）は励起ランプ
（図示略）によって励起されて反転分布を形成し、この
反転分布のエネルギは外部の共振器ミラー（図示略）に
よってスラブ（１）外へ直進するレーザビームとして出
力される。また、スラブ（１）の入射端面（1b）に入射
するレーザビーム（２）は、スラブ（１）の厚み方向の
温度分布による光学歪を低減するために、反射面（1a）
間を内部全反射を行いながらジグザグに伝搬する。

シール材（４）の接触部を含む第１回目全反射に対応
する反射面（1a）のビーム断面長（11）、及び第２回目
全反射に対応する反射面（1a）のビーム断面長（12）
は、その全面にわたって全反射コーティングが施されて
いるので、これらのビーム断面長（11），（12）の範囲
では、外部媒質が大気（７）、シール材あるいは冷媒
（６）であっても、全反射条件は全反射コーティング
（３）によって特定される。

従って、この外部媒質とは無関係に全反射条件が特定
されることにより、全反射に対するレーザビーム（２）
の位相ずれは均一になって、部分的位相差が生じなくな
る。このような優れた伝搬特性によって、ビーム品質が
高く出力が安定した固体レーザ装置が得られる。

また、全反射コーティングの面積が少なく、励起領域
が広くなる長所がある。

なお、上記の全反射コーティング（３）の材質として
は、例えばスラブ（１）がYAG（屈折率ｎ＝1.82）の場
合は、これにより低屈折率の誘電体、例えばMgF₂（屈折
率ｎ＝1.38）を波長程度の厚みに積層すればよい。ある
いは、誘電体の多層膜コーティングや金属全反射を利用
する金属膜コーティング、例えば金蒸着膜等を使用して
もよい。

第２図はこの発明の第２の実施例の要部構成を示す断
面図である。この実施例では全反射コーティング（３）
をスラブ（１）の下面の反射面（1a）に接する側にのみ
施し、この全反射コーティング（３）に接する反射面
（1a）が第１回目全反射に対応するように、図のように
入射端面（1b）とシール材（４）、冷媒質（６）、大気
（７）、デッドスペース（10）及びビーム断面長（11）
とそれぞれの相対位置を定めている。すなわち、レーザ
媒質であるスラブ（１）の支持及び冷媒のシールを行う
支持手段であるシール材（４）は、レーザ媒質の入射端
面から入射するレーザビームの第２回全反射に対応する
一対の光学的平滑全反射面の他方の面上のビーム断面長
の範囲外で、かつ、全反射コーティングが施された範囲
内に設けられるので、全反射における位相ずれは同一ビ
ーム断面内で均一となり、部分的な位相差が生じない。
なお、この第２の実施例では、第１の実施例に比べてス
ラブ（１）の反射面（1a）に接する全反射コーティング
（３）の面積が少なくなるので、励起領域が広くなる長
所がある。

第３図はこの発明の第３の実施例の要部構成を示す断
面図である。この実施例では第１及び第２の実施例と異
なり、スラブ（１）の支持及び冷媒（６）シールを行う
シール材（４）として、柔軟性を有する例えばミルポッ
ト186（ダウコーニング社製）のようなポッティング材
を用いており、また、このシール材（４）の内側で反射
面（1a）に接して施された全反射コーティング（３）
は、第１の実施例と全く同様にレーザビーム（２）の第
１回目全反射に対応する反射面（1a）のビーム断面長
（11）、及び第２回全反射に対応する反射面（1a）のビ
ーム断面長（12）に施されている。

従って、シール材（４）によるスラブ（１）に対する
応力の局部的な集中がなくなり、スラブ（１）における
光学歪が大幅に低減することによって、一層高品質のレ
ーザビームを出射する。

第４図はこの発明の第４の実施例の要部構成を示す断
面図である。この実施例では第１及び第３の実施例にお
ける全反射コーティング（３）を施した位置を、光学的
に透明でスラブ（１）より低屈折率の柔軟性を有するポ
ッティング材で形成したシール材（４）によってシール
及び媒質支持を行なうようにしたもので、全反射コーテ
ィング処理を省いて原価低減が可能になるとともに、ス
ラブ（１）に対する局部的な応力が加わらない固体レー
ザ装置が得られる。なお、これに用いるシール材として
は、スラブ（１）がYAG（屈折率ｎ＝1.82）の場合はミ
ルポット184（屈折率ｎ＝1.43）等が適用できる。

第５図はこの発明の第５の実施例の要部構成を示す断
面図である。上記の第１〜第４の実施例ではスラブ
（１）を筐体（５）で直接支持する構成にしたが、この
実施例では筐体（５）に突設した保持ケース（14）の中
空部にスラブ（１）を挿入し、保持ケース（14）の内周
部と第１、第３及び第５の実施例と同位置に施した全反
射コーティング（３）を施した反射面（1a）とをシール
材（４）によって接着し、さらにＯリング（４）によっ
て冷媒（６）と大気（７）とをシールしているので、上
記の各実施例と同様に全反射に対するレーザビーム
（２）の部分的位相差が生じない高品質のレーザビーム
を出力することができるとともに、スラブ（１）の脱着
が容易になる。

第６図はこの発明の第６の実施例の要部構成を示す断
面図で、この実施例ではスラブ（１）が直方体でその入
射端面（1b）に２種類のレーザビーム（2a），（2b）が
入射する場合の構成を示す。

第７図はこの発明の第７の実施例の要部構成を示す断
面図で、この実施例ではスラブ（１）がベントルーフ型
の入射端面（1b）で、２種類のレーザビーム（2a），
（2b）が入射する場合の構成を示す。

この第６図、第７図の実施例においても、上記の各実
施例と同様に全反射に対するレーザビーム（2a），（2
b）の部分的位相差が生じない高品質のレーザビームを
出力することができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、対向する一対の光
学的平滑全反射面を有し、断面がほぼ矩形状のレーザ媒
質内をレーザビームが上記光学的平滑全反射面間で内部
全反射を行いながら伝搬する固体レーザ装置において、
上記レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビームの
第１回全反射および第２回全反射に各々対応する上記光
学的平滑全反射面上のビーム断面長に施された全反射コ
ーティングと、この全反射コーティングが施された範囲
内に上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシールを行う支持
手段とを設けたので、部分的位相差が生じなく、また、
全反射コーテイングの面積が少なく、励起領域を広くす
ることができ、高品質で出力が安定したレーザビームを
出射することができる。

また、対向する一対の光学的平滑全反射面を有し、断
面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが上記光
学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝搬する
固体レーザ装置において、上記レーザ媒質の入射端面か
ら入射するレーザビームの第１回全反射に対応する上記
一対の光学的平滑全反射面の一方の面上のビーム断面長
に施された全反射コーティングと、上記レーザ媒質の入
射端面から入射するレーザビームの第２回全反射に対応
する上記一対の光学的平滑全反射面の他方の面上のビー
ム断面長の範囲外で、かつ、上記全反射コーティングが
施された範囲内に上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシー
ルを行う支持手段を設けたので、全反射コーテイングの
面積が一層少なくなるので、励起領域を一層広くするこ
とができる。

また、支持手段を柔軟性を有するポッテイング材とし
たので、スラブに対する局部的な応力集中がなくなり、
光学歪が減少し、より高品質で出力が安定したレーザビ
ームを出射することができる。

また、対向する一対の光学的平滑全反射面を有し、断
面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが上記光
学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝搬する
固体レーザ装置において、上記レーザ媒質の入射端面か
ら入射するレーザビームの第１回全反射および第２回全
反射に各々対応する上記光学的平滑全反射面上のビーム
断面長の外周部に、上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシ
ールを行う屈折率が上記レーザ媒質の屈折率より小さい
シール材からなる支持手段を設けたので、全反射コーテ
イングを省くことができ、また、スラブに対する局部的
な応力集中がなくなり、光学歪が減少し、より高品質で
出力が安定したレーザビームを出射することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図はそれぞれこの発明の実施例の要部を説
明するための断面図、第８図は従来の固体レーザ装置の
一例の縦断面図、第９図はその作用説明図である。 図において、（１）はスラブ（レーザ媒質）、（1a）は
反射面（光学的平滑面）、（1b）は入射角端面、（２）
はレーザビーム、（３）は全反射コーティング、（４）
はシール材、（５）は筐体、（６）は冷媒、（14）は保
持ケースである。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−73685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−19888（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−119082（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−14587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−219584（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−125068（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する一対の光学的平滑全反射面を有
   し、断面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが
   上記光学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝
   搬する固体レーザ装置において、 上記レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビームの
   第１回全反射および第２回全反射に各々対応する上記光
   学的平滑全反射面上のビーム断面長に施された全反射コ
   ーティングと、この全反射コーティングが施された範囲
   内に上記レーザ媒質の支持及び冷媒のシールを行う支持
   手段とを設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
2. 【請求項２】対向する一対の光学的平滑全反射面を有
   し、断面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが
   上記光学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝
   搬する固体レーザ装置において、 上記レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビームの
   第１回全反射に対応する上記一対の光学的平滑全反射面
   の一方の面上のビーム断面長に施された全反射コーティ
   ングと、上記レーザ媒質の入射端面から入射するレーザ
   ビームの第２回全反射に対応する上記一対の光学的平滑
   全反射面の他方の面上のビーム断面長の範囲外で、か
   つ、上記全反射コーティングが施された範囲内に上記レ
   ーザ媒質の支持及び冷媒のシールを行う支持手段を設け
   たことを特徴とする固体レーザ装置。
3. 【請求項３】支持手段を柔軟性を有するポッテイング材
   としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   固体レーザ装置。
4. 【請求項４】対向する一対の光学的平滑全反射面を有
   し、断面がほぼ矩形状のレーザ媒質内をレーザビームが
   上記光学的平滑全反射面間で内部全反射を行いながら伝
   搬する固体レーザ装置において、 上記レーザ媒質の入射端面から入射するレーザビームの
   第１回全反射および第２回全反射に各々対応する上記光
   学的平滑全反射面上のビーム断面長の外周部に、上記レ
   ーザ媒質の支持及び冷媒のシールを行う屈折率が上記レ
   ーザ媒質の屈折率より小さいシール材からなる支持手段
   を設けたことを特徴とする固体レーザ装置。