JP2812787B2

JP2812787B2 - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2812787B2
Application number: JP18762190A
Authority: JP
Inventors: 実小島; 和義数藤
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc; Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc; Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH0473981A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は固体レーザ装置に係り、時に、励起ランプに
よりレーザロッドを励起する形式レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にYAGレーザやガラスレーザ等の固体レーザ装置
は、キセノンランプ等のフラッシュランプを点灯させ、
その発光エネルギをYAGロッドやガラスロッドに照射し
てレーザ発振を起こすようにしている。

この種のレーザ装置において、簡易な方法で出力を上
げるには２本の励起ランプを使用して励起エネルギを倍
増させる手法がある。また、さらに高出力を得るように
したものとしては、YAGロッドやガラスロッドとして長
いものを用いたり、発振部を複数段直列に重ねてカスケ
ード接続にした構造にしたものがある。しかし、長いロ
ッドを用いると熱レンズ効果によりビームが広がる虞れ
があり、一方、カスケード接続にした場合には光軸調整
が困難になるという問題がある。

そこで、第９図に示すように、反射筒10内にレーザロ
ッド12と励起ランプ13を並列的に内装し、前記励起ラン
プ13からの放出光を前記レーザロッド12に集光するよう
にした固体レーザ装置が従来考えられている。

図において、反射筒10の内面は断面において２重楕円
に形成されており、その内面には金属が蒸着されてい
る。ここで、励起ランプ13を発光させると第９図に示す
ように、直接光13aと反射光13bがレーザロッド12に到達
する。そして前記レーザロッド12と励起ランプ13は楕円
の焦点に位置させてあるため反射光13bはすべてレーザ
ロッド12の中心部分に集光することとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、前記した構造では、レーザロッド12の中
心部分は強く励起されるが外周部分には充分な励起が行
われず利得分布の不均一が生じる虞れがある。また、励
起ランプ13から出る光が第９図中のθに示す角度よりも
小さい場合であって、レーザロッド12と反対方向に放射
された場合には光がレーザロッド12に到達することがで
きず効率が低くなることが予想される。しかも、励起ラ
ンプ13が１本の場合には単楕円、２本の場合には２重楕
円というように励起ランプ13の数が増加するにしたがっ
て反射筒10内の断面形状が複雑化し、第10図に示すよう
に４つの励起ランプ13を内装する場合にあっては６重楕
円という複雑な形状となる。このような多重楕円は製造
が困難であるばかりか、反射光の均一性がさらに崩れて
励起効率が悪化することが考えられる。

本発明は前記事項に鑑みてなされたもので、レーザロ
ッドを均一に励起することができて高い効率が得られ、
また製造も容易な固体レーザ装置を提供することを技術
的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記技術的課題を解決するために、以下のよ
うな構成とした。

すなわち、反射筒内に複数のレーザロッドと励起ラン
プを内装し、前記励起ランプからの放出光を反射筒の内
面で反射して前記レーザロッドに照射する固体レーザ装
置において、前記反射筒を拡散反射体で断面円形の筒状に形成する
とともに、断面上にｎ角形を想定し、前記励起ランプを
前記ｎ角形の頂点に配置するとともに、前記レーザロッ
ドを前記ｎ角形の辺を２等分する位置に配置せしめて固
体レーザ装置とした。

ここで、ｎは３以上の自然数で、正多角形がよい。

なお、前記反射筒は、その内面に金または銀の内少な
くとも１つを蒸着すると拡散反射率を向上させることが
できる。

また、前記反射筒は硫酸バリウムを含有させたフッ素
樹脂、またはマイカセラミックスから選ばれる材質で形
成することができる。

前記マイカセラミックスとして快削性セラミックス
（例えば、三井鉱山株式会社製の商品名「マセライ
ト」）を使用することができ、この場合には製造加工が
容易となる。

なお、拡散反射体の拡散反射率は実質的に95％以上が
好ましく、より好ましくは100％に近いものが適してい
る。拡散反射率が実質的に95％以上ということは入射光
に対して95％以上反射するという意味ではなく、励起ラ
ンプで発生した光が反射筒内で散乱を繰り返すうちその
被検出エネルギがレーザロッドに95％以上実質的に吸収
されるという意味である。

また、本発明では赤外から近赤外領域にわたって実質
的に95％以上の拡散反射率であることが、レーザロッド
の励起効率を上げるという点で望まれる。

反射筒内に内装されるレーザロッドとしては、YAGロ
ッド、ガラスロッドなどを例示でき、励起ランプとして
は、クリプトン型、またはキセノン型を例示できる。

〔作用〕

ｎ角形の頂点に配置された励起ランプから出た光は、
拡散反射率が実質的に95％以上の材質で構成された反射
筒の内面で拡散反射され、前記ｎ角形の辺を２等分する
位置に配置されたレーザロッドを励起する。このとき励
起ランプから出た光はむらなく拡散されレーザロッド全
体を均一に照射する。

このように反射筒内面全体に亘り特定の部分に合焦す
ることなく光を拡散できるため、レーザロッドを均一に
励起することができて高い効率が得られる。

また、反射筒は断面が円形であることから切削加工が
容易であり、特に、快削性のマイカセラミックスを用い
れば形状の精密な機械加工を容易に行うことができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

＜第１実施例＞反射筒１は三井鉱山株式会社製の商品名「マセライ
ト」により形成されている。このマセライトは金属アル
コキシドを出発原料とし、ゾル・ゲル法によりフッ素金
雲母結晶をガラス状のマトリックス中に析出させたもの
である。この反射筒１はブロック1a、1bを重合して構成
されており、内部は内径70mmの拡散反射面となってい
る。

この反射筒１内には励起ランプ３と、レーザロッド２
とが夫々３本内装されている。その位置は第１図に示す
ように、まず、反射筒１の断面上に正三角形を想定しそ
の頂点に励起ランプ３を配置させてある。そして、前記
レーザロッド２を前記正三角形の辺を２等分する位置に
配置してある。

第１図は反射筒１の途中を横断した図であり、実際の
装置では反射筒１の両端部にレーザロッド２を支持する
ための管状支持体４が配置されている。第３図は第２図
のA1−A2断面部分を平面に展開したものであり、第３図
で上から１番目のレーザロッド２の一端に対向して全反
射ミラー５が配置されている。また、１番目のレーザロ
ッド２の他端側、２番目のレーザロッド２の両端側、及
び、３番目のレーザロッド２の一端側に夫々光を90度の
角度で反射する連結ミラー６が配置され、各レーザロッ
ド２が光学的に直列接続されている。さらに、３番目の
レーザロッド２の他端側に出力ミラー７が配置されてい
る。

そして、励起ランプ３が連続的あるいはパルス的に点
灯すると、励起ランプ３からの励起光が反射筒１内面で
拡散反射し、レーザロッド２の照射され、これによりレ
ーザロッド２がレーザ発振し夫々の両端からレーザビー
ムを発生する。レーザビームは全反射ミラー５、連結ミ
ラー６、出力ミラー７を順次反射して３段増幅され出力
される。

そして、励起ランプ３とレーザロッド２が前記のよう
な配置関係にあるため、一つの励起ランプ３からの直接
光は他のレーザロッド２に邪魔されるおそれがきわめて
少なく、いずれのレーザロッド２にも照射され、また、
反射筒１内面で反射した間接光は、拡散反射して均一か
つまんべんなくレーザロッド２に照射されるため、発振
効率は良好となる。

以下、実験結果を説明する。実験は第８図に示したよ
うに、拡散反射面22を有する積分球21に試料として本発
明の拡散反射体１を取り付け、光源からの光（Ｐ）を試
料に照射し、球体内で拡散反射された光を検知器23で計
測し、拡散反射率を算出した。なお、24は試料から反射
した光が直接検知器23に入射することを妨げるバッフル
板である。

ここで、試料のかわりに参照用標準反射板を取り付け
その時の検知器の値を100％とし、試料の拡散反射率を
算出する。

第１の実験例として、反射筒１内面に透明上薬を塗
り、計測したところ第６図に示す結果が得られた。この
図から赤外から近赤外領域に亘って最大96％の反射効率
が得られることがわかる。

また、第２の実験例として、反射筒１内の内側に金を
蒸着したものについて同様の実験をしたところ第７図に
示す結果が得られた。即ち、拡散反射において金の反射
特性が反映されており、かつほぼ100％に近い高反射率
を示している。

また、反射筒１の内面に銀を蒸着した場合にも、金を
蒸着した場合と同様の効果を期待できる。

このように、拡散反射体の反射面に金または銀の内、
少なくとも１つを蒸着することで、拡散反射率が向上す
る。そして、蒸着する金属の種類により、その金属特有
の反射スペクトルが得られる。例えば、金では500nm、
銀では330nmより短い励起に不必要でかつ発振効率を低
下させる短波長の光の反射を抑えることができる。従っ
て、用途に応じていずれの金属を蒸着するのかを選択す
る。

＜第２実施例＞第２実施例を第４図により説明する。これは、反射筒
１の断面上に正方形を想定しその頂点に励起ランプ３を
配置させたものである。そして、前記レーザロッド２を
前記正方形の辺を２等分する位置に配置してある。

また、励起ランプ３はさらに正方形の中心位置にも配
置してある。

したがって、励起ランプ３は総計５本、レーザロッド
２は総計４本となっている。そして、前記配置関係にあ
るため、一つの励起ランプ３からの直接光は他のレーザ
ロッド２に邪魔されるおそれがきわめて少なく、いずれ
のレーザロッド２にも照射される。この例では反射筒１
への実装密度を高くすることができ、スペースファクタ
ーに優れている。

＜第３実施例＞第３実施例を第５図により説明する。これは、反射筒
１の断面上に正５角形を想定しその頂点に励起ランプ３
を配置させたものである。そして、前記レーザロッド２
を前記正５角形の辺を２等分する位置に配置してある。
したがって、励起ランプ３は総計５本、レーザロッド２
も総計５本となっている。そして、前記配置関係にある
ため、一つの励起ランプ３からの直接光は他のレーザロ
ッド２に邪魔されるおそれがきわめて少なく、いずれの
レーザロッド２にも照射される。この例ではレーザロッ
ド２の数が実施例中最大となり高出力が期待できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、反射筒を、拡散反射率が実質的に95
％以上の材質で構成するとともに、反射筒１の断面上に
ｎ角形を想定し、励起ランプを前記ｎ角形の頂点に配置
するとともに、前記レーザロッドを前記ｎ角形の辺を２
等分する位置に配置したので、励起ランプやレーザロッ
ドが相互に励起ランプから励起光を遮断することなく効
率よくレーザロッドに照射され、レーザロッドを均一に
励起することができて高い効率が得られる。また、レー
ザロッドの高密度実装が可能となるため小型化をも図る
ことができる。

または反射筒は単純な円筒なため切削等によって容易
に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の実施例を示し、第１図は
第１実施例の断面図、第２図はその斜視図、第３図は第
２図におけるA1−A2線の展開図、第４図は第２実施例の
断面図、第５図は第３実施例の断面図、第６図はマイカ
セラミックスの実質的な反射特性を示すグラフ図、第７
図はマイカセラミックスの内側に金を蒸着した実施例に
おける実質的な反射特性を示すグラフ図、第８図は実験
装置の概略図、第９図及び第10図は従来の固体レーザ装
置を示す断面図である。１……反射筒、２……レーザロッド、３……励起ランプ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反射筒内に複数のレーザロッドと励起ラン
プを内装し、前記励起ランプからの放出光を反射筒の内
面で反射して前記レーザロッドに照射する固体レーザ装
置において、前記反射筒を拡散反射体で断面円形の筒状に形成すると
ともに、断面上にｎ角形を想定し、前記励起ランプを前
記ｎ角形の頂点に配置するとともに、前記レーザロッド
を前記ｎ角形の辺を２等分する位置に配置せしめたこと
を特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】前記反射筒は、その内面に金または銀の内
少なくとも１つを被覆してなることを特徴とする請求項
１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】前記反射筒は硫酸バリウムを含有させたフ
ッ素樹脂、またはマイカセラミックスで形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。