JP3153856B2

JP3153856B2 - 半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置

Info

Publication number: JP3153856B2
Application number: JP14088098A
Authority: JP
Inventors: 修野田; 陽一郎入谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2001-04-09
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: JPH11340549A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ装置を
励起源とし且つスラブ型結晶を用いた半導体レーザ励起
スラブ固体レーザ装置に関し、特に、１００Ｗ級の半導
体レーザ励起固体レーザ装置を実現する場合に適用して
有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】加工用の赤外域固体レーザ装置として
は、従来、ランプ励起固体レーザ装置が開発され商品化
されている。

【０００３】１μｍ帯を有する波長は石英ファイバ（光
ファイバ）の透過特性の最低損失域に存在するため、波
長が１μｍ近傍の高出力固体レーザビームの光ファイバ
伝送が可能となり、狭隘部の加工、３次元加工、遠距離
での加工、放射線環境下での加工が可能である。例え
ば、固体レーザ装置であるＮｄ：ＹＡＧレーザ装置の発
振波長は1.064 μｍであるため、このＹＡＧレーザ装置
のレーザビームを光ファイバで伝送して、上記のような
各種の加工を行うことができる。

【０００４】また、ガスレーザ加工で用いられる門型の
加工機のみならず、光ファイバの先端をロボットアーム
に接続することにより、固体レーザ装置によるレーザ加
工のフレキシビリティは拡大する。更には、レーザ加工
のみならず、その他の工業分野や、医療、計測分野での
固体レーザ装置の利用が期待されている。

【０００５】ところで、ランプ励起固体レーザ装置は励
起ランプの全周から放射される光を反射円筒鏡で固体結
晶へ集光することにより、この光が固体結晶中にドープ
されたレーザ媒質に吸収されてレーザ媒質が光励起する
ものであり、前記励起ランプと固体結晶とで構成される
レーザヘッドと、このレーザヘッドを挟んで対向するよ
うに配置された一対の反射ミラー（部分透過の出力ミラ
ーと全反射ミラー）で構成される共振器とを組み合わせ
ることによって、光励起されたレーザ媒質からのレーザ
発振を可能としたものである。

【０００６】しかし、このような従来のランプ励起固体
レーザ装置では、励起ランプの放射光は幅の拡い波長分
布を有しておりレーザ発振（固体レーザ媒質の励起）に
必要な波長成分は極わずかであるため、発振効率が悪い
ということが問題点の一つであった。また、励起ランプ
の寿命が短いために、励起ランプの交換等のメンテナン
スを頻繁に行う必要があることも問題点であった。

【０００７】そこで、近年、半導体レーザ（Laser Diod
e ；以下ＬＤとも称する）装置の開発の進展と共にＬＤ
装置を励起源とした固体レーザ装置の開発が進み、この
ＬＤ励起固体レーザ装置が上記従来のランプ励起固体レ
ーザ装置の問題点を解決することができる固体レーザ装
置として注目されている。即ち、励起源をランプに代え
てＬＤ装置とすることにより、この励起源ＬＤ装置の発
振波長を固体レーザ媒質の吸収波長に同調させることが
可能であるため、励起源ＬＤ装置からの励起光エネルギ
ーが固体レーザ媒質の励起に１００程度％寄与して、固
体レーザ媒質の励起効率が増加する。

【０００８】このため、ＬＤ励起固体レーザ装置は従来
のランプ励起固体レーザ装置に比べて高効率発振が可能
となり、また、励起源が固体素子化できるため長寿命化
も可能となる。従って、ＬＤ励起固体レーザ装置は次世
代レーザとしての期待が大きい。しかし、現在、実用化
に至っているのはレーザ出力が数Ｗ〜数１０Ｗのもので
あるため、更に高出力なＬＤ励起固体レーザ装置の実用
化が望まれている。

【０００９】そこで、更に高出力なＬＤ励起固体レーザ
装置を開発するには、大きな２つの課題がある。第１の
課題は励起源ＬＤ装置の高出力化であり、第２の課題は
固体レーザビームの高品質化である。具体的には次の通
りである。

【００１０】第１課題（励起源ＬＤ装置の高出力
化）について一つのＬＤ素子から取り出せるレーザ出力には限界があ
り、ＬＤ発光端面の光損傷以上にはレーザ出力を取り出
せない。例えば１００Ｗの固体レーザビームを発振させ
るには、光−光変換効率を２０％とすると５００Ｗのレ
ーザ出力を取り出せる励起源ＬＤ装置が必要になるが、
現状、一つのＬＤ素子ではこのようなレーザ出力を得る
ことはできず、一つのＬＤ素子で得られるのは数Ｗであ
る。そこで、何らかの方法によって励起源ＬＤ装置の高
出力化を図る必要があるが、現在主流となっているの
は、一次元ＬＤアレイ素子を二次元アレイ状に集積し
（二次元ＬＤアレイ素子）、この集積したＬＤ素子数分
のレーザ出力を合計して高出力化を図るという方法であ
る。

【００１１】しかし、この方法で問題となるのは、二次
元ＬＤアレイ素子を構成する各一次元ＬＤアレイ素子の
冷却方法である。つまり、ＬＤ素子の電気−光変換効率
は１００％ではなく略５０％であり、ＬＤ素子に供給さ
れた電力の略５０％は熱となる。そして、ＬＤ素子の発
振波長には温度依存性があり、例えばＡｌＧａＡｓ一次
元ＬＤアレイ素子では発振波長が１℃当たり０．３ｎｍ
変化する。

【００１２】二次元ＬＤアレイ素子を構成する各一次元
ＬＤアレイ素子の冷却が均一で温度上昇が均一であれ
ば、後述する特開平９−１８１３７６号公報に開示され
ているように、この温度上昇に応じた発振スペクトルの
波長シフト量を考慮して一次元ＬＤアレイ素子を選択す
ることによって固体レーザ媒質の吸収波長（ＹＡＧレー
ザ媒質では８０８〜８０９ｎｍ）に同調させることがで
きる。しかし、各一次元ＬＤアレイ素子の冷却が均一で
なく、ＬＤ素子温度に例えば１０℃のばらつきが存在す
ると、上記の温度依存性から、発振波長として３ｎｍの
ばらつきが存在することになるため、一部の一次元ＬＤ
アレイ素子の発振波長が固体レーザ媒質の吸収波長から
逸脱することになり、ＬＤ励起固体レーザ装置の発振効
率の低下につながる。従って、二次元ＬＤアレイ素子を
構成する各一次元ＬＤアレイ素子を均一に冷却すること
が必要になる。

【００１３】そこで、かかる課題の解決を目的とした固
体レーザ励起用ＬＤ装置が、特開平９−１８１３７６号
公報に開示されている。この励起源ＬＤ装置について、
図面に基づき以下に説明する。図２２は従来の励起源Ｌ
Ｄ装置の斜視図、図２３及び図２４は前記励起源ＬＤ装
置の製造プロセスを示す工程図である。

【００１４】図２２に示すように、水路１６ａを有する
マイクロチャンネル１６が多数積み上げられると共に、
これらのマイクロチャンネル１６の間に、絶縁体１７と
一次元ＬＤアレイ素子１とが重なり合わないように平面
的に並べて介装され、また、マイクロチャンネル１６と
一次元ＬＤアレイ素子１とが電気的及び物理的に接着さ
れており、このことによって、多数の一次元ＬＤアレイ
素子１からなる二次元ＬＤアレイ素子が構成され、且
つ、多数のマイクロチャンネル１６からなるパラレルの
直接冷却構造が構成されている。

【００１５】更に、積層されたマイクロチャンネル１６
の両側面（水路１６ａの入口側及び出口側）には、絶縁
材からなるマニホールド１８，１９が一直に取り付けら
れている。また、一次元ＬＤアレイ素子１の上下面には
図示しない電極（陽極、陰極）がそれぞれ配置されてい
る。なお、一次元ＬＤアレイ素子１は例えば数μｍ×数
１００μｍの断面積を持った数１０個の活性媒質を一次
元に配列したものである。

【００１６】また、マイクロチャンネル１６と一次元Ｌ
Ｄアレイ素子１とを接着する接着剤としては導電性の高
い材料が用いられる。マイクロチャンネル１６は導電性
の材料で一体物として成形されて接合部はなく、その水
路１６ａは冷却水を一方向にのみ通過させる単一流路で
ある。なお、図２２中の７，８は駆動電流の流入方向と
流出方向、９，１０は冷却水の注入方向と注出方向であ
る。

【００１７】ここで、励起源ＬＤ装置２の製造プロセス
を図２３及び図２４に基づいて説明する。

【００１８】まず、図２３（ａ）に示すように、マイク
ロチャンネル１６を水平に置き、更に、図２３（ｂ）に
示すように、マイクロチャンネル１６上の一次元ＬＤア
レイ素子１が設置されるスペース以外の面には絶縁シー
ト（商品名：カプトン、厚さ0.3 ｍｍ）１７を貼付し、
一次元ＬＤアレイ素子１が設置されるスペースにはイン
ジウムシート（１１ｍｍ×６ｍｍ×0.01ｍｍ）２１を配
置する。

【００１９】次に、図２３（ｃ）に示すように、インジ
ウムシート２１の上に一次元ＬＤアレイ素子１を積層
し、更に、図２３（ｄ）に示すように、一次元ＬＤアレ
イ素子１の上にインジウムシート２１を積層する。続い
て、図２３（ｅ）に示すように、一次元ＬＤアレイ素子
１及びインジウムシート２１を間に挟んでマイクロチャ
ンネル１６を積層する。同様のプロセスを繰り返すこと
により、固体レーザ媒質を励起するのに必要な分だけの
一次元ＬＤアレイ素子１等を積層して、二次元ＬＤアレ
イ素子を構成すると共にマイクロチャンネル群からなる
パラレルの直接冷却構造を構成する。

【００２０】その後、図２４（ａ）に示すように、この
積層したもの（例えば４２スタック、１８０ｍｍのも
の）を、水路方向と垂直な面の合せを行った後、二つの
支持ブロック２３で挟み、この支持ブロック２３の両端
にボルト２５を貫通し、このボルト２５にナット２４を
螺合して締め付ける。この締め付けトルクはＬＤ素子内
の多層膜等を圧力により損傷させないように管理され
る。

【００２１】更に、図２４（ｂ）に示すように、これら
をホットプレート等の加熱板２６に載せて、Ｎ₂＋Ｈ₂
雰囲気中で２００℃まで加熱し、融点１５６℃のインジ
ウムシート２１を溶融させ、その後、加熱を停止して冷
却することにより、インジウムシート２１を再び固化し
て導電性接着剤として機能させる。かくして励起源ＬＤ
装置２の本体部が製造される。同様にして、この励起源
ＬＤ装置本体部を２セット分を作成する。最後に、図２
４（ｃ）に示すように、アクリル又はテフロンよりなる
マニホールド１８，１９を、マイクロチャンネル群の入
口側の面と出口側の面とにそれぞれ接着する。

【００２２】従って、上記構成の励起源ＬＤ装置２で
は、図２２に示すように、矢印９方向よりマニホールド
１８内に冷却水が供給されると、この冷却水はマニホー
ルド１８から各マイクロチャンネル１６の水路１６ａに
分流して並列的に流れた後、マニホールド１９内で集合
して矢印１０方向に排出される。即ち、各マイクロチャ
ンネル１６に対して冷却水がほぼ同一距離を同一時間で
同一方向に流れるため、この均一な冷却水によって、各
マイクロチャンネル１６の間に介装された各一次元ＬＤ
アレイ素子１を均一に冷却することができる。このた
め、励起源ＬＤ装置２の発振特性がそろい、ＬＤ励起固
体レーザ装置の発振効率が向上して高出力化が図れる。

【００２３】第２課題（固体レーザビームの高品質
化）について固体レーザビームの高品質化では、従来、固体結晶とし
てロッド型結晶が用いられてきた。例えば、ＹＡＧレー
ザ装置では図２５に示すようなロッド型ＹＡＧ結晶３１
が用いられてきた。この場合、図２５（ａ）に示すよう
に、ロッド型ＹＡＧ結晶３１の全周に励起光３４を照射
して、ロッド型ＹＡＧ結晶３１の長手方向に固体レーザ
ビーム３３を発振するようにする。また、ロッド型ＹＡ
Ｇ結晶３１の全周を冷却水によって冷却する。

【００２４】しかし、ロッド型ＹＡＧ結晶３１を用いて
高出力発振を行うと、図２５（ｂ）に示すように、ロッ
ド型ＹＡＧ結晶３１内に径方向の温度分布を生起し、こ
のことによって図２５（ｃ）に示すように、ロッド型Ｙ
ＡＧ結晶３１内の熱レンズ効果により、共振器３２（部
分透過の反射ミラー３３ａと全反射ミラー３２ｂ）から
取り出したＹＡＧレーザビーム３３の発散角θが増大す
る。その結果、レーザビームの特徴の一つである指向性
が劣化し、レーザビームの輝度（ビーム径×ビーム拡が
りの立体角）が低下する。このため、レーザビームの各
種応用に際しても、空間の長距離伝搬性や高エネルギー
密度化といったレーザビームの特徴を最大限に生かすこ
とができなくなる。

【００２５】従って、高出力の固体レーザビームが発振
可能であって、しかも、固体レーザビームの高品質化が
可能となるような対策が必要である。そこで、この対策
としてスラブ型結晶が用いられる。即ち、ＬＤ励起に限
らずランプ励起でも開発されているスラブ型結晶を用
い、このスラブ型結晶においてジグザグ光路伝搬による
熱レンズ光学補償を行うことにより、発散角の拡がりを
抑えた高品質の固体レーザビームを取り出すことが可能
となる。

【００２６】つまり、図２６に示すように、ＹＡＧレー
ザ装置では横断面が矩形状のスラブ型ＹＡＧ結晶４１を
用いる。図２６（ａ）に示すように、スラブ型ＹＡＧ結
晶４１の両側面４１ａ，４１ｂに半導体レーザビーム等
の励起光３４を照射して、スラブ型ＹＡＧ結晶４１の長
手方向にＹＡＧレーザビーム４２を発振するようにす
る。また、スラブ型ＹＡＧ結晶４１の両側面４１ａ，４
１ｂを冷却水によって冷却する。

【００２７】この場合、図２６（ｂ）に示すように板厚
ｔ方向に温度分布を生じるが、図２６（ｃ）に示すよう
にスラブ型ＹＡＧ結晶４１内では、光が板厚ｔ方向に反
射して往復するジグザグ光路となるため、スラブ型ＹＡ
Ｇ結晶４１内の熱レンズ効果による影響が平均化され
て、共振器４３（部分透過の反射ミラー４３ａと全反射
ミラー４３ｂ）から取り出したＹＡＧレーザビーム４２
の発散角θは小さくなる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、ＬＤ励起スラブ固体レーザ装置の高出力化
を図るには、励起源ＬＤ装置の冷却や、固体レーザ装置
の励起（半導体レーザビームの照射）や、スラブ型結晶
の冷却に関して、まだ、次のようないくつかの課題があ
る。

【００２９】励起源ＬＤ装置の冷却に関する課題図２２に示す従来の励起源ＬＤ装置２では、冷却水が各
マイクロチャンネ１６の水路１６ａ内に流入したとき、
冷却水の流れに乱れを生じ、また、その乱れ具合も各水
路１６ａごとに異なる。更には、入口側のマニホールド
１８内における冷却水の速度分布が均一ではない。即
ち、中央部の主流と両側の流れとの速度差が比較的大き
い（主流の流速＞両側の流速）。しかも、マニホールド
１８の両側面付近では、この側面との摩擦で冷却水の流
速が低下することによって境界層が発生する。

【００３０】これらのことは、各マイクロチャンネル１
６の水路１６ａを流れる冷却水の流速分布の不均一を招
き、その結果、各一次元ＬＤアレイ素子１の温度にばら
つきが生じて、各一次元ＬＤアレイ素子１の発振特性の
ばらつきを招くことになり、ひいてはＬＤ励起スラブ固
体レーザ装置の出力低下につながる。

【００３１】固体レーザ装置の励起（半導体レーザ
ビームの照射）に関する課題例えば図２７に示すように励起源ＬＤ装置２（図２２参
照）から発振される半導体レーザビームをスラブ型ＹＡ
Ｇ結晶４１に照射して励起させる場合、詳細は後述する
が、ジグザグ光路伝搬による熱レンズ光学補償が有効に
行われて高品質のＹＡＧレーザビーム４２を得るために
は、スラブ型ＹＡＧ結晶４１の厚み方向の温度分布は中
心部をピークとした対称の温度分布（図２６（ｂ）参
照）とし、側面幅方向や長手方向の温度分布は均一とす
る必要があるが、そのためには、半導体レーザビームを
単にスラブ型ＹＡＧ結晶４１の両側面４１ａ，４１ｂに
照射するだけではなく、半導体レーザビームの照射幅に
ついても考慮する必要がある。

【００３２】また、半導体レーザビームの拡がりや反射
（透過板からの反射；詳細後述）のために半導体レーザ
ビームの一部或いは全部がスラブ型結晶に照射されない
場合には、ＬＤ励起スラブ固体レーザ装置は発振効率が
低下する或いは発振しなくなる。更には、半導体レーザ
ビームが励起源ＬＤ装置にダイレクトに反射してくる
と、励起源ＬＤ装置に悪影響を及ぼすことにもなる。従
って、このような半導体レーザビームの拡がりや反射に
着目して、半導体レーザビームの照射部の構造に工夫を
施す必要がある。

【００３３】また、図２７（ｂ）中に一点鎖線で示すよ
うに、スラブ型ＹＡＧ結晶４１は励起源ＬＤ装置２から
発振された半導体レーザビームの照射による発熱で長手
方向に伸びる際に、側面４１ａ側と側面４１ｂ側との伸
長差から、厚み方向に（図２７中上下方向）に曲がって
しまう。このようにスラブ型ＹＡＧ結晶４１が曲がって
しまうと、スラブ型ＹＡＧ結晶４１内において光がジグ
ザグに伝播する際に、光の反射角度を一定（30.9°) に
維持できなくなるため、ＹＡＧレーザビーム４２の発散
角が大きくなって品質が低下してしまう。

【００３４】スラブ型結晶の冷却に関する課題上記のように、ジグザグ光路伝搬による熱レンズ光学補
償が有効に行われて高品質の固体レーザビームを得るた
めには、スラブ型結晶の厚み方向の温度分布は中心部を
ピークとした対称の温度分布とし、側面幅方向や長手方
向の温度分布は均一とする必要があるが、このために
は、スラブ型結晶の両側面のみを冷却し、その他の部分
は断熱する必要がある。

【００３５】また、スラブ型結晶の両側に透過板を設け
て水路を形成する場合（詳細後述）、スラブ型結晶側及
び透過板側において冷却水を確実にシールする必要があ
り、且つ、シール部材は容易に着脱できることが望まし
い。

【００３６】また、スラブ型結晶から前記水路を流れる
冷却水への熱伝達率はできるだけ高くし、また、前記温
度分布の観点からスラブ型結晶の側面をできるだけ均一
に冷却することが必要である。

【００３７】以上、〜の課題の課題のうち、特に、
本発明では上記の課題を解決することを目的とする。

【００３８】即ち、本発明は上記従来技術に鑑み、二次
元ＬＤアレイ素子を構成する各一次元ＬＤアレイ素子を
より均一に冷却することが可能な冷却構造を有する励起
源ＬＤ装置を備えたＬＤ励起スラブ固体レーザ装置を提
供することを課題とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置は、半導
体レーザ装置を励起源とし且つスラブ型結晶を用いた固
体レーザ装置であって、前記半導体レーザ装置は、冷媒
流路を有するマイクロチャンネルと一次元半導体レーザ
アレイ素子とを交互に積層して、多数の一次元ＬＤアレ
イ素子からなる二次元半導体レーザアレイ素子を構成し
且つ多数のマイクロチャンネルからなるパラレルの直接
冷却構造を構成すると共に、このマイクロチャンネル群
の入口側と出口側とに第１マニホールドと第２マニホー
ルドとをそれぞれ設けた構成である半導体レーザ励起ス
ラブ固体レーザ装置において、前記第１マニホールドの
両側面で発生する境界層によって冷媒の流速が主流の流
速よりも低下する領域には、前記一次元半導体レーザア
レイ素子を設けないダミーのマイクロチャンネルを配置
したことを特徴とする。

【００４０】また、第２発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つ
スラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半
導体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネ
ルと一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層し
て、多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体
レーザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネ
ルからなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、
このマイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マ
ニホールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成
である半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置におい
て、前記第１マニホールドには、冷媒の流速分布を均一
にするために整流板を設けたことを特徴とする。

【００４１】また、第３発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置、第２発明の半導体レーザ励起スラブ固
体レーザ装置において、前記第１マニホールドは両側面
の間隔が上流側の冷媒入口から下流側の前記マイクロチ
ャンネルに向かって拡がる拡散部と、前記間隔が一定の
平行部とからなり、前記整流板は前記拡散部と前記平行
部とにそれぞれ配設したことを特徴とする。

【００４２】また、第４発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つ
スラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半
導体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネ
ルと一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層し
て、多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体
レーザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネ
ルからなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、
このマイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マ
ニホールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成
である半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置におい
て、前記第１マニホールドには、前記第１マニホールド
への冷媒流入方向が前記マイクロチャンネルへと向かっ
て前記第１マニホールド内を流れる冷媒の流れ方向と直
交するように、冷媒入口を設けたことを特徴とする。

【００４３】また、第５発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つ
スラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半
導体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネ
ルと一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層し
て、多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体
レーザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネ
ルからなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、
このマイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マ
ニホールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成
である半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置におい
て、前記第２マニホールドは、両側面の間隔が下流側の
冷媒出口に向かって狭まる縮流部と、前記マイクロチャ
ンネルの冷媒流路を出た冷媒が前記縮流部に至るまでの
助走区間として設けた前記間隔が一定の平行部とからな
ることを特徴とする。

【００４４】

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００４６】図１は本発明の実施の形態に係るＬＤ励起
スラブＹＡＧレーザ装置の全体構成を示す系統図、図２
は前記ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置の本体部を一部
破断して示す側面図（図３のＦ方向矢視図）、図３は図
２のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線矢視断
面拡大図、図５は前記ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置
に備えた励起源ＬＤ装置の本体部を示す拡大斜視図、図
６は前記励起源ＬＤ装置のマニホールドに備えた整流板
の拡大斜視図、図７は図３のスラブホルダー部を抽出し
て示す拡大図、図８はコリメートレンズを備えた場合の
構成を示す要部断面図である。

【００４７】図９は半導体レーザビームの照射幅がスラ
ブ型ＹＡＧ結晶の側面幅よりも狭い場合の状態を示す説
明図、図１０はスラブ型ＹＡＧ結晶の側面幅全面に半導
体レーザビームを照射した場合のスラブ型ＹＡＧ結晶内
の温度分布と屈折率分布とを示す説明図、図１１はスラ
ブ型ＹＡＧ結晶の側面幅よりも半導体レーザビームの照
射幅の方が狭い場合（集光照射の場合）のスラブ型ＹＡ
Ｇ結晶内の温度分布と屈折率分布とを示す説明図であ
る。

【００４８】図１２は図２のＤ−Ｄ線矢視断面拡大図、
図１３は図４のＥ部拡大図、図１４は透過板ホルダーの
表面図（図７のＦ方向矢視図）、図１５は前記透過板ホ
ルダーの裏面図、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）は図１４のＧ−Ｇ線矢視断面図、Ｈ−Ｈ線矢視断
面図、Ｊ−Ｊ線矢視断面図及びＫ方向矢視図、図１７
（ａ），（ｂ）は図１４のＬ−Ｌ線矢視断面図及びＭ−
Ｍ線矢視断面図、図１８は図１７（ａ）のＮ１部及びＮ
２部拡大図、図１９（ａ），（ｂ），（ｃ）は透過板の
正面図、側面図及び裏面図、図２０は前記ＬＤ励起スラ
ブＹＡＧレーザ装置の本体部を光軸調整台に取り付けた
状態を示す側面図、図２１は前記マニホールド内を流れ
る冷却水の流速分布試験結果を示す説明図である。

【００４９】＜構成＞図１に示すように、本実施の形態
に係るＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置５１は、装置本
体部５２と、冷却水循環系統５３とから構成されてい
る。装置本体部５２には、スラブ型ＹＡＧ結晶８２を保
持するスラブホルダー部５４と、励起源としてスラブホ
ルダー部５４の両側に配設された一対の励起源ＬＤ装置
５６とを有している。これら一対の励起源ＬＤ装置５６
は対称形であり同一の構成である。

【００５０】冷却水循環系統５３は、一方の励起源ＬＤ
装置５６へ冷却水を循環する第１冷却水ループ５７と、
他方の励起源ＬＤ装置５６へ冷却水を循環する第２冷却
水ループ５８と、スラブホルダー部５４へ冷却水を循環
する第３冷却水ループ５９の３系統を有しており、これ
らが各々個別に温調冷却水循環器６０に接続されてい
る。

【００５１】そして、第１冷却水ループ５７で循環され
る冷却水によって、一方の励起源ＬＤ装置５６の二次元
ＬＤアレイ素子を構成する各一次元ＬＤアレイ素子（図
１では図示せず）が冷却され、第２冷却水ループ５８で
循環される冷却水によって、他方の励起源ＬＤ装置５６
の二次元ＬＤアレイ素子を構成する各一次元ＬＤアレイ
素子（図１では図示せず）が冷却され、また、第３冷却
水ループ５９で循環される冷却水によって、スラブホル
ダー部５４のスラブ型ＹＡＧ結晶８２が冷却されるよう
になっている。なお、第３冷却水ループ５９では、冷却
水を途中で分流してスラブ型ＹＡＧ結晶８２の両側面を
それぞれ冷却した後、再び合流させるようになってい
る。

【００５２】冷却水としては電気的絶縁性を高めるため
に純水が用いられている。なお、冷却水以外にも冷媒と
してはアルコール等を用いることできるが、一般には水
（純水）が用いられる。

【００５３】以下、図２，図３等に基づいて装置本体部
５２の構成を詳細に説明する。

【００５４】図２及び図３に示すように、励起源ＬＤ装
置５６の中央部には励起源ＬＤ装置本体部６５が設けら
れている。この励起源ＬＤ装置本体部６５は、多数の一
次元ＬＤアレイ素子６４を積層してなる二次元ＬＤアレ
イ素子６１と、多数のマイクロチャンネル６３を積層し
てなるマイクロチャンネル群６２とからなる。

【００５５】即ち、図５に示すように、水路６３ａを有
するマイクロチャンネル６３と一次元半導体レーザアレ
イ素子６４とが、ＹＡＧレーザビームの光軸方向（矢印
Ｘ方向）に交互に積層されて、二次元ＬＤアレイ素子６
１とマイクロチャンネル群６２とが構成されており、こ
のマイクロチャンネル群６２の各マイクロチャンネル６
３の水路６２ａがパラレルになると共に各水路６２ａを
流れる冷却水によって各一次元ＬＤアレイ素子６４を直
接的に冷却する構造となっている。なお、積層される一
次元ＬＤアレイ素子６４の素子数は、固体レーザ装置５
１の出力に応じた数であり、例えば４２素子とする。

【００５６】マイクロチャンネル６３の間には、一次元
ＬＤアレイ素子６４の他、この一次元ＬＤアレイ素子６
４と重なり合わないようにして平面的に並べられた絶縁
材６６が介装されている。また、各一次元ＬＤアレイ素
子６４は導電性の接着材によってマイクロチャンネル６
３に電気的及び物理的に接着されており、これらの一次
元ＬＤアレイ素子６４に対し、図示しない電極を介し
て、一次元ＬＤアレイ素子６４の積層方向（矢印Ｘ方
向）に通電されるようになっている。このため、マイク
ロチャンネル１６の材質としては導電性と熱伝導性とに
優れたものを選択する必要があり、本実施の形態では銅
が選択されている。なお、励起源ＬＤ装置本体部６５の
製造プロセスは、図２２に示す従来の励起源ＬＤ装置２
の本体部と同様である。

【００５７】しかし、従来の励起源ＬＤ装置２では、一
次元ＬＤアレイ素子１の配置に特に注意が払われていな
かったのに対して、本励起源ＬＤ装置５６では、図３及
び図５に示すように、各マイクロチャンネル６３の水路
６３ａの入口から所定の距離Ｌまでの区間を助走区間６
７とし、この助走区間６７が設けられた位置に一次元Ｌ
Ｄアレイ素子６４がそれぞれ配置されている。また、図
３及び図５に示すように、一次元ＬＤアレイ素子６４
は、水路６３ａの中央部よりも下流側の後部位置に配置
されている。

【００５８】この助走区間６７の距離Ｌは、各マイクロ
チャンネル６３の水路６３ａに流入した冷却水の流れが
安定するまでの距離となっている。つまり、各マイクロ
チャンネ６３の水路６３ａ内に冷却水が流入したとき、
この冷却水の流れに乱れを生じ、また、その乱れ具合も
各水路６３ａごとに異なる。しかし、これらの冷却水は
何れも各水路６３内を流れて行くうちに流れが安定し、
均一な流れとなる。そこで、上記のように各マイクロチ
ャンネル６３の水路６３ａに流入した冷却水の流れが安
定するまでの区間を助走区間６７とし、この助走区間６
７を設けた位置に一次元ＬＤアレイ素子６４が配置され
ている。

【００５９】また、図４に示すように、マイクロチャン
ネル群６２において、ＹＡＧレーザビームの光軸方向
（矢印Ｘ方向）の両端部に位置する複数のマイクロチャ
ンネル６３に対しては一次元ＬＤアレイ素子６４が介装
されておらず、これらのマイクロチャンネル６３はダミ
ーチャンネル６８となっている。この理由については後
述する。

【００６０】図２及び図３に示すように、マイクロチャ
ンネル群６２からなパラレルの直接冷却構造部の入口側
と出口側には、絶縁材であるアクリルよって構成された
マニホールド６９とマニホールド７０とがそれぞれ設け
られている。また、入口側のマニホールド６９の上流端
部には、マニホールド６９に対して垂直にＬＤ素子冷却
水入口７１が設けられ、出口側のマニホールド７０の下
流端部には、マニホールド７０に対して垂直にＬＤ素子
冷却水出口７２が設けられている。

【００６１】即ち、冷却水は、図２、図３中に矢印で示
すように、ＬＤ素子冷却水入口７１からマニホールド６
９内に流入し、この流入方向と直交する方向にマニホー
ルド６９内を流れた後、マイクロチャンネル群６２の各
マイクロチャンネル６３の水路６３ａに分かれて流入
し、ここで、各水路６３ａ内を真っ直ぐ平行に流れて各
一次元ＬＤアレイ素子６４をそれぞれ冷却した後、マニ
ホールド７０内へ流出して合流し、更に、このマニホー
ルド７０を流れてＬＤ素子冷却水出口７２から排出され
るようになっている。

【００６２】入口側のマニホールド６９は、両側面６９
ｃ，６９ｄの間隔が上流側のＬＤ素子冷却水入口７１か
ら下流側のマイクロチャンネル群６２に向って拡がる拡
散部６９ａと、前記間隔が一定の平行部６９ｂとから構
成されている。

【００６３】このため、ＬＤ素子冷却水入口７１からマ
ニホールドマニホールド６９内に流入した冷却水は、拡
散部６９ａで両側面６９ｃ，６９ｄの拡がりに沿って拡
散し、平行部６９ｂに至る。その後、平行部６９ｂにお
いて冷却水は平行な流れとなるが、このとき、両側面６
９ｃ，６９ｄ付近では、両側面６９ｃ，６９ｄとの摩擦
で冷却水の流速が低下することによって、図２中に２点
鎖線で示すように境界層７３ａ，７３ｂが発生し、これ
らの境界層７３ａ，７３ｂがマイクロチャンネル群６２
に近づくにしたがって発達する。

【００６４】これらの境界層７３ａ，７３ｂおける冷却
水と他の部分の冷却水とでは流速差が大きいため、これ
らの冷却水によって一次元ＬＤアレイ素子６４を冷却し
た場合には、両端部の一次元ＬＤアレイ素子６４とその
他の部分の一次元ＬＤアレイ素子６４との温度差が非常
に大きくなってしまう。そこで、上記のように両端部に
位置する複数のマイクロチャンネル６３はダミーチャン
ネル６８としている（図４参照）。即ち、境界層７３
ａ，７３ｂによって冷却水の流速が主流の流速よりも低
下する領域には、一次元ＬＤアレイ素子６４を設けない
ダミーのマイクロチャンネル６３を配置して、これらの
マイクロチャンネル６３の水路６３ａ内を流れる低流速
の冷却水は一次元ＬＤアレイ素子６４の冷却に関与しな
いようにしている。

【００６５】なお、ダミーチャンネル６８となるマイク
ロチャンネル６３の具体的な数は、境界層７３ａ，７３
ｂの厚さ（図２中の矢印Ｘ方向の幅）と、１つのマイク
ロチャンネル６３の厚さとによって決められる。例え
ば、水路６３ａの入口における境界層７３ａ，７３ｂの
厚さが４ｍｍであり、１つのマイクロチャンネル６３の
厚さが３ｍｍであるとすれば、両端部の２つのマイクロ
チャンネル６３をダミーチャンネル６８とすればよい。

【００６６】また、マニホールド６９の拡散部６９ａと
平行部６９ｂには、冷却水の流速分布を均一にするため
に、整流板７４，７５と整流板７６とがそれぞれ設けら
れている。マニホールド６９内では、中央部の主流は速
く、両側部の流れは遅い流速分布となる。従って、この
ようなマニホールド６９内における流速分布を均一にし
て、図２中に二点鎖線で示すように各マイクロチャンネ
ル６３の水路６３ａににおける冷却水の流速分布１１０
を均一にするために、整流板７４，７５，７６が設けら
れている。なお、流速分布１１０は図２中の左右方向が
マイクロチャンネル位置、図２中の上下方向が流速であ
る。

【００６７】図６に示すように、平行部６９ｂの整流板
７６は、アクリルで形成された長方形状の真っ直ぐな板
であって、平行部６９ｂにおける冷却水の流れに直交す
るように配設されると共に、多数のパンチ孔７６ａが千
鳥格子状に開けられた多孔板となっており、これらの孔
７６ａのピッチや大きさが適宜調節されて、主流と両側
の流れとに適度な圧力損失を生じさせるようになってい
る。即ち、整流板７６の中央部は流れにくく、両側部は
流れ易くなっている。

【００６８】拡散部６９ａの整流板７４，７５は、アク
リルで形成された長方形状の板を拡散部６９ａの拡がり
に応じた曲率で湾曲させたものであって、下流側に凸と
なるように配設されると共に、上記の整流板７６と同様
に、多数の孔７４ａ，７５ａが千鳥格子状にそれぞれ開
けられた多孔板となっており、これらの孔７４ａ，７５
ａのピッチや大きさが適宜調節されて、主流と両側の流
れとに適度な圧力損失を生じさせるようになっている。
即ち、整流板７４，７５の中央部は流れにくく、両側部
は流れ易くなっている。また、上記のように整流板７
４，７５を湾曲させているのは、拡散部６９ａの拡がり
に沿って拡散する冷却水の流線方向に対し何れの位置で
も直交するようにして条件が同じになるようにするため
である。

【００６９】なお、整流板７４，７５，７６としては多
孔板に限定するものではなく、メッシュであってもよ
い。

【００７０】また、図２に示すように、出口側のマニホ
ールド７０は、両側面７０ｃ，７０ｄの間隔が下流側の
ＬＤ素子冷却水出口７２に向かって狭まる縮流部７０ａ
と、マイクロチャンネル群６２（マイクロチャンネル６
３の水路６３ａ；図３参照）を出た冷却水が縮流部７０
ａに至るまでの助走区間として設けた前記間隔が一定の
平行部７０ｂとから構成されている。

【００７１】一方、図７に示すように、スラブホルダー
部５４には、スラブホルダー８０と透過板ホルダー８１
とが設けられている。

【００７２】スラブホルダー８０は、金属製の２枚の板
状部材８０ａ，８０ｂを合体したものであり、その中央
部に挿入されたスラブ型ＹＡＧ結晶８２を保持してい
る。透過板ホルダー８１は、金属製の板状部材であって
スラブホルダー８０の両側に一対設けられており、それ
ぞれの中央部に挿入された透過板（石英板）８３を保持
している。そして、これら一対の透過板ホルダー８１が
Ｏリング８４を介してスラブホルダー８０を挾持した状
態で一体的に結合されて、スラブホルダー部５４が構成
されている。

【００７３】スラブ型ＹＡＧ結晶８２の図７中左右両側
には二次元ＬＤアレイ素子６１が位置しており、これら
の二次元ＬＤアレイ素子６１の各一次元ＬＤアレイ素子
６４から発振された半導体レーザビーム８５が、透過板
８３を透過してスラブ型ＹＡＧ結晶８２の両側面８２
ａ，８２ｂに照射されるようになっている。

【００７４】なお、励起源ＬＤ装置５６の光軸と、スラ
ブ型ＹＡＧ結晶８２の光軸とを一致させて直交させるた
めに、図３に示すピン穴１０４がスラブホルダー部５４
と両側のマニホールド６９，７０部とを貫通して４箇所
に設けられ、これらのピン穴１０４に図２に示すように
４本のピン１０５がそれぞれ挿通されている。このた
め、励起源ＬＤ装置５６の光軸とスラブ型ＹＡＧ結晶８
２の光軸とを確実且つ容易に一致させて直交させること
ができる。

【００７５】また、図７に示すように、半導体レーザビ
ーム８５の照射幅と、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面８
２ａ，８２ｂの幅とが一致するように、一次元ＬＤアレ
イ素子６４（二次元ＬＤアレイ素子６１）とスラブ型Ｙ
ＡＧ結晶８２との距離ｘが調節されている。即ち、半導
体レーザビーム８５は比較的大きな発散角（１０〜２０
°程度）を有しており、伝搬するにしたがってその幅が
拡がっていく。このため、側面８２ａ，８２ｂの位置で
丁度半導体レーザビーム８５の幅（照射幅）が側面８２
ａ，８２ｂの幅と一致するように、一次元ＬＤアレイ素
子６４とスラブ型ＹＡＧ結晶８２との距離ｘが調節され
ている。

【００７６】或いは、図８に示すように、一次元ＬＤア
レイ素子６４（二次元ＬＤアレイ素子６１）とスラブ型
ＹＡＧ結晶８２との間にコリメートレンズ（シリンドリ
カルレンズ）１１１を設け、このコリメートレンズ１１
１で半導体レーザビーム８５の拡がりを抑えて、半導体
レーザビーム８５の照射幅とスラブ型ＹＡＧ結晶８２の
側面８２ａ，８２ｂの幅とを一致させるようにしてもよ
い。

【００７７】しかしながら、個々のＬＤ素子ごとの半導
体レーザビームの発散角にはばらつきがあり、また、前
記発散角は１０〜２０°と比較的大ききため、一次元Ｌ
Ｄアレイ素子６４から発振される半導体レーザビーム８
５の照射幅とスラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８
２ｂの幅とを、全ての一次元ＬＤアレイ素子６４におい
て完全に一致させることは困難であり、一部の一次元Ｌ
Ｄアレイ素子６４では半導体レーザビーム８５の照射幅
の方が、側面８２ａ，８２ｂの幅よりも多少大きくなっ
てしまう。従って、このままでは半導体レーザビーム８
５の一部が側面８２ａ，８２ｂから外れてＹＡＧレーザ
媒質の励起に寄与しなくなってしまい、励起効率が低下
してしまう。

【００７８】そこで、図７に示すように、半導体レーザ
ビーム８５がスラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８
２ｂへ照射されるまでの伝搬光路中に反射面８７を設
け、この反射面８７で、半導体レーザビーム８５の拡が
りによって側面８２ａ，８２ｂから外れてしまう半導体
レーザビーム８５の一部を側面８２ａ，８２ｂへと反射
させるようになっている。なお、反射面８７はＯリング
押え８８の一部であり、このＯリング押え８８の内周面
が研磨されて反射面８７となっている。

【００７９】また、反射面８７（即ちＯリング押え８
８）は、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の周囲を囲むように設
けられており、図４に示すように、スラブ型ＹＡＧ結晶
８２の長手方向（矢印Ｘ方向）の両側でも、スラブ型Ｙ
ＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂから前記長手方向に
外れる半導体レーザビーム８５の一部を、側面８２ａ，
８２ｂへと反射させるようになっている。

【００８０】ところで、図９に示すように、スラブ型Ｙ
ＡＧ結晶８２と二次元ＬＤアレイ素子６１との間隔を狭
めて、或いはレンズで半導体レーザビーム８５を集光し
て、半導体レーザビーム８５の照射幅Ｗ１をスラブ型Ｙ
ＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂの幅Ｗ２よりも小さ
くすれば、半導体レーザビーム８５を全て側面８２ａ，
８２ｂに照射することができるが、このようにした場合
にはＹＡＧレーザビームの品質が低下してしまう。

【００８１】つまり、半導体レーザビーム８５をスラブ
型ＹＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂの全体に照射し
た場合には、この側面幅全体が励起して発熱するため、
図１０（ａ）に示すようにスラブ型ＹＡＧ結晶８２の側
面幅方向（図１０中左右方向）が均一の温度分布にな
り、図１０（ｂ）に示すように前記側面幅方向が均一の
屈折率分布となる。これに対して、半導体レーザビーム
８５の照射幅を側面８２ａ，８２ｂの幅よりも小さくし
た場合には、前記側面幅方向の両端部は励起せずに発熱
しないため、図１１（ａ）に示すように前記側面幅方向
が均一の温度分布にはならず、図１１（ｂ）に示すよう
に前記側面幅方向が均一の屈折率分布にはならない。従
って、この場合にはジグザグ光路伝搬による熱レンズ光
学補償が不十分となり、ＹＡＧレーザビームの品質が低
下してしまう。

【００８２】このため、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面
幅全体に半導体レーザビーム８５を照射する必要があ
る。そこで、上記にように、半導体レーザビーム８５の
照射幅とスラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂ
の幅とをできるだけ一致させると共に、スラブ型ＹＡＧ
結晶８２の側面８２ａ，８２ｂから外れた半導体レーザ
ビーム８５の一部は反射面８７によって側面８２ａ，８
２ｂへと反射されるように構成されている。

【００８３】また、図７に示すように、各一次元ＬＤア
レイ素子６４から発振された半導体レーザビーム８５が
スラブ型ＹＡＧ結晶８２へ照射されるまでの伝搬光路中
に透過板８３を配設して、この透過板８３とスラブ型Ｙ
ＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂとの間に水路９０が
形成されている。そして、この水路９０は流路断面積が
水路系で最も小さくなるように構成され、且つ、水路９
０を流れる冷却水の流動状態が乱流となるように水路幅
が調節（例えば１ｍｍ程度に設定）されて流速が調節さ
れている。前記水路系は、透過板ホルダー８１、透過板
８３、スラブ型ＹＡＧ結晶８２及びスラブホルダー８０
によって構成された水路９０，９１，９２からなってい
る。

【００８４】詳述すると、図１４〜図１７に示すよう
に、透過板ホルダー８１の中央部には透過板８３を収容
して保持するための長方形状の孔８１ａが形成されると
共に、この孔８１ａの両側には孔８１ａに沿って凹部８
１ｂ，８１ｃがそれぞれ形成されており、また、凹部８
１ｂ，８１ｃの端には流入孔８１ｄと流出孔８１ｅとが
それぞれ形成されている。そして、図７に示すように、
透過板ホルダー８１の凹部８１ｂ，８１ｃとスラブホル
ダー８０の側面とによって水路９１，９２がそれぞれ構
成されている。

【００８５】一方、図２に示すように、励起源ＬＤ装置
５６の出口側マニホールド７０の上流部の右側にはスラ
ブ結晶冷却水入口９４が設けられ、入口側マニホールド
６９の下流部の左側にはスラブ結晶冷却水出口９５が設
けられている。そして、図１２に示すようにスラブ結晶
冷却水入口９４はスラブホルダー８１の流入孔８１ｄに
通じており、図４に示すようにスラブ結晶冷却水出口９
５はスラブホルダー８１の流出孔８１ｅに通じている。

【００８６】従って、図７中に矢印で示すように、スラ
ブ結晶冷却水入口９４（図３参照）から流入した冷却水
は、水路９１、水路９０、水路９２を順に流れて、スラ
ブ結晶冷却水出口９５（図３参照）から排出される。な
お、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の一方の側面８２ａ側と他
方の側面８２ｂ側とでは、図３に示すようにスラブ結晶
冷却水入口９４とスラブ結晶冷却水出口９５とが逆に設
けられており、図７中に矢印で示すように冷却水の流れ
る方向が逆になっている。

【００８７】そして、この水路系において、上記のよう
に水路９０の流路断面積が最も小さくなるように構成さ
れている。これは水路９０において冷却水の流速が最も
速くなるようにしてスラブ型ＹＡＧ結晶８２から冷却水
への熱伝達率を高めるためである。また、上記のように
水路９０を流れる冷却水の流動状態が乱流となるように
水路９０の水路幅が設定されているが、これは層流の熱
伝達率に比べて乱流の熱伝達率の方が格段に高いためで
ある。

【００８８】また、図１９に示すように、透過板８３は
長方形状に形成されており、裏面（スラブ型ＹＡＧ結晶
側の面）の長手方向両端部には斜面構造の接触面８３
ａ，８３ｂが形成されている。一方、図１８に示すよう
に、透過板ホルダー８１の孔８１ａの周縁の長手方向両
端部には、斜面構造の接触面８１ｆ，８１ｇが形成され
ている。そして、透過板８３の接触面８３ａ，８３ｂと
透過板ホルダー８１の接触面８１ｆ，８１ｇとを面接触
させることにより、透過板８３の図１８中上下位置を規
定して、水路９０の幅（即ち透過板８３とスラブ型ＹＡ
Ｇ結晶８２との間隔）を例えば１ｍｍに正確に保持して
いる（図１３参照）。

【００８９】これは、透過板８３の裏面側にＯリング等
のシール部材を介装して透過板ホルダー８１で支持する
ようにすると、前記シール部材が変形して水路９０の幅
を正確に保持できないためである。水路９０の幅を正確
に保持することができないと、水路９０の各部において
スラブ型ＹＡＧ結晶８２の冷却にアンバランスが生じ、
その結果、スラブ型ＹＡＧ結晶８２内の温度分布に影響
を与えてＹＡＧレーザビームの品質低下を招いてしま
う。従って、このような不具合を防止するために、上記
のように透過板８３と透過板ホルダー８１とを面接触と
している。

【００９０】しかも、図１９に示すように、透過板８３
の裏面には、長手方向の両端にのみ接触面８３ａ，８３
ｂが形成され、その他の部分には接触面が形成されてい
ない。また、図１４に示すように、透過板ホルダー８１
の孔８１の周縁にも、長手方向の両端にのみ接触面８１
ｆ，８１ｇが形成され、その他の部分には接触面が形成
されていない。即ち、透過板８３は長手方向両端の接触
面８３ａ，８３ｂでのみ透過板ホルダー８１に支持され
ている。

【００９１】これは、水路９０（図７、図１３参照）に
おける冷却水の流れに影響を与えないためである。つま
り、図７又は図１９（ｃ）に矢印で示すように、水路９
０において冷却水は透過板８３の側面幅方向に流れるよ
うになっており、このことから、透過板８３の側面幅方
向に接触面を形成して透過板ホルダー８１と面接触させ
るように構成すると、当該面接触部に段差ができて冷却
水の流れが乱されてしまう。このため、上記のように透
過板８３は冷却水の流れに影響を与えない長手方向両端
の接触面８３ａ，８３ｂでのみ透過板ホルダー８１の接
触面８１ｆ，８１ｇに面接触して支持されるように構成
されている。

【００９２】また、図１９（ｃ）に示すように透過板８
３の四隅８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆにはＯリング
を装着可能な曲率が施されており、図７又は図１３に示
すように透過板８３の全周にはＯリング９７が装着され
ている。一方、図１３に示すように透過板ホルダー８１
のＯリング９７との接触面８１ｈは斜面構造となってい
る。そして、透過板８３の全周と透過板ホルダー８１の
間のＯリング９７が、透過板ホルダー８１の孔８１ａの
周縁にボルトで固定されたＯリング押え８８で押さえら
れて潰されることにより、透過板ホルダー８１と透過板
８３とに密着して、水路９０を流れる冷却水のシール構
造が構成されている。なお、Ｏリング押え８８はＯリン
グ９７を押えるのと同時に、透過板８３も押えるように
なっている。

【００９３】また、図７に示すように、透過板８３の励
起源ＬＤ装置側（二次元ＬＤアレイ素子側）の面には、
半導体レーザビーム８５の波長帯に対応した無反射コー
ティング膜（誘電体多層膜）９３が施されている。一
方、透過板８３のスラブ型ＹＡＧ結晶側の面には、無反
射コーティング膜が施されていない。

【００９４】透過板８３の励起源ＬＤ装置側の面は空気
に接しており、空気と透過板８３は屈折率が異なる。従
って、このままでは半導体レーザビーム８５が透過板８
３の励起源ＬＤ装置側の面で反射されしまうため、スラ
ブ型ＹＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂに照射されな
い、或いは、励起源ＬＤ装置側にダイレクトに戻って励
起源ＬＤ装置５６に悪影響を及ぼす。

【００９５】このため、上記のように、透過板８３の励
起源ＬＤ装置側の面には半導体レーザビーム８５を反射
しないように無反射コーティング膜９３が施されてい
る。一方、透過板８３のスラブ型ＹＡＧ結晶側の面は冷
却水に接しており、水と透過板８３は屈折率が近いた
め、この面では半導体レーザビーム８５が反射されない
ので、この面には無反射コーティング膜を施す必要がな
い。

【００９６】また、図７に示すように、スラブ型ＹＡＧ
結晶８２の側面幅方向（図７中上下方向）の両端面８２
ｃ，８２ｄには、シール部材８６ａ，８６ｂが設けられ
ている。具体的には、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の両端面
８２ｃ，８２ｄにシール部材８６ａ，８６ｂを装着した
ものを、スラブホルダー８０の中央部に挿入し、その
後、スペーサー用薄板９６ａ，９６ｂをシール部材８６
ａ，８６ｂとスラブホルダー８０との隙間に挿入するこ
とにより、シール部材８６ａ，８６ｂをスラブ型ＹＡＧ
結晶８２及びスラブホルダー８０に密着させてシール性
を向上させ、且つ、シール部材８６ａ，８６ｂの着脱が
容易な構造となっている。

【００９７】なお、スラブホルダー８０を構成する一方
の板状部材８０ａのスラブ型ＹＡＧ結晶挿入部の側面８
０ａ−１を、図７中に一点鎖線で示すように斜面構造と
し、且つ、スラブホルダー８０を構成する他方の蓋とし
ての板状部材８０ｂのスラブ型ＹＡＧ結晶挿入部の側面
８０ｂ−１も、図７中に一点鎖線で示すように斜面構造
として、両板状部材８０ａ，８０ｂを合体させたとき
に、シール部材８６ａ，８６ｂが前記側面８０ａ−１，
８０ｂ−１に締め付けられることによりスラブ型ＹＡＧ
結晶８２及びスラブホルダー８０に密着してシール機能
を発揮するような構造としてもよい。この場合にも、着
脱の容易性は維持される。

【００９８】また、シール部材８６ａ，８６ｂとして
は、水路９０を流れる冷却水をシールし、スラブ型ＹＡ
Ｇ結晶８２の両端面８２ｃ，８２ｄを断熱し、且つ、半
導体レーザビーム８５を吸収して発熱することのない
（即ち半導体レーザビーム８５を反射する）材質のもの
として、シリコン製で半透明のシール部材が用いられて
いる。

【００９９】もし、シール部材８６ａ，８６ｂが黒色等
の部材であり半導体レーザビーム８５を吸収して発熱す
るものである場合には、この発熱によってシール部材８
６が溶けてしまう虞があり、更には、スラブ型ＹＡＧ結
晶８２の温度分布に対して悪影響を及ぼすことになる。
即ち、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面幅方向の温度分布
が変化して均一でなくなってしまう。

【０１００】上記のようにスラブ型ＹＡＧ結晶８２内で
は光が厚さ方向（図７中左右方向）にジグザグに反射し
ながら長手方向（図７の紙面と直交する方向）に伝搬し
て熱レンズ光学補償が行われるため、側面幅方向の温度
分布が変化して均一でなくなってしまうと、充分な熱レ
ンズ光学補償を行うことができなくなってしまう。

【０１０１】このため、シール部材８６ａ，８６ｂには
半導体レーザビーム８５を吸収して発熱することのない
ものを選択する必要がある。また、スラブ型ＹＡＧ結晶
８２の両端面８２ｃ，８２ｄ側から熱が放出されること
も、上記の理由から好ましくない。このため、両端面８
２ｃ，８２ｄ側はシール部材８６ａ，８６ｂによって断
熱する必要がある。

【０１０２】また、図４に示すように、スラブ型ＹＡＧ
結晶８２の長手方向（矢印Ｘ方向）の両端部は、励起源
ＬＤ装置５６から発振された半導体レーザビーム８５が
照射されない非照射領域（非励起領域）８２ｅ，８２ｆ
となっている。この非照射領域８２ｅ，８２ｆは、半導
体レーザビーム８５の照射による発熱でスラブ型ＹＡＧ
結晶８２が長手方向に伸びる際に、厚み方向に曲がるこ
となく（図２７（ｂ）参照）長手方向に真直ぐに伸びる
ようにするために設けられた領域であり、計算で求めた
結果から、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の全長の少なくとも
１５％の領域である。即ち、非照射領域８２ｅ，８２ｆ
の長さＬ２はスラブ型ＹＡＧ結晶８２の全長Ｌ１の１５
％以上であり、この非照射領域８２ｅ，８２ｆ以外の長
さＬ３の部分が照射領域（励起領域）８２ｇとなってい
る。

【０１０３】なお、非照射領域８２ｅ，８２ｆはスラブ
型ＹＡＧ結晶全長の１５％以上であればいくらでもよい
が、必要最小限以上に非照射領域８２ｅ，８２ｆを大き
くしても、その分だけ無駄になるため、スラブ型ＹＡＧ
結晶全長の１５％とすることが最も望ましいといえる。

【０１０４】また、図２０に示すように、光軸調整台１
００の両端部には共振器１０１を構成する部分透過の出
力ミラー１０１ａと全反射ミラー１０１ｂとが設置され
ており、これら一対の反射ミラー１０１ａ，１０１ｂの
間に装置本体部５２が設置されるが、このとき、共振器
１０１の光軸と、装置本体部５２に設けられたスラブ型
ＹＡＧ結晶８２の光軸とを一致させる必要がある。

【０１０５】このため、図７に示すようにスラブホルダ
ー５４の下端部にはピン穴１０２が２箇所に設けられて
おり、図２０に示すように装置本体部５２を光軸調整台
１００に取り付ける際には、光軸調整台１００の２箇所
に突設された図示しないピンにピン穴１０２を嵌合させ
ることによって、共振器１０１の光軸とスラブ型ＹＡＧ
結晶８２の光軸とを確実且つ容易に一致させることがで
きるようになっている。

【０１０６】＜作用・効果＞本実施の形態に係るＬＤ励
起スラブＹＡＧレーザ装置５１によれば、特に、次のよ
うな作用・効果が得られる。

【０１０７】（１）マイクロチャンネル群６２を構成
する各マイクロチャンネル６３の水路６３ａに流入した
冷却水の流れが安定するまでの区間を助走区間６７と
し、この助走区間６７を設けた位置に二次元ＬＤアレイ
素子６１を構成する各一次元ＬＤアレイ素子６４が配置
されているため、これら全ての一次元ＬＤアレイ素子６
４が安定した均一な流れの冷却水によって冷却されるこ
とになる。

【０１０８】このため、各一次元ＬＤアレイ素子６４を
均一に冷却することができ、各一次元ＬＤアレイ素子６
４は均一な温度となって発振特性がそろう。従って、こ
れらの一次元ＬＤアレイ素子６４から発振される半導体
レーザビーム８５をスラブ型ＹＡＧ結晶８２に照射する
ことにより、ＹＡＧレーザ媒質の励起効率が向上して、
ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置５１の出力が向上す
る。

【０１０９】（２）また、入口側のマニホールド６９
の平行部６９ｂの両側面６９ｃ，６９ｄで発生する境界
層７３ａ，ｂによって冷却水の流速が主流の流速よりも
低下する領域には、一次元ＬＤアレイ素子６４を設けな
いダミーチャンネル６８が配置されているため、境界層
７３ａ，７３ｂにおける低流速の冷却水はダミーチャン
ネル６８の水路６３ａを流れて一次元ＬＤアレイ素子６
４の冷却には関与ぜず、境界層７３ａ，７３ｂ以外の冷
却水のみが一次元ＬＤアレイ素子６４を設けた各マイク
ロチャンネル６３の水路６３ａを流れて各一次元ＬＤア
レイ素子６４を冷却することになる。

【０１１０】このため、各一次元ＬＤアレイ素子６４を
冷却する冷却水の流速が、より均一化されることにな
り、その結果、各一次元ＬＤアレイ素子６４はより均一
な温度となって、より発振特性がそろう。従って、ＹＡ
Ｇレーザ媒質の励起効率がより向上し、ＬＤ励起スラブ
ＹＡＧレーザ装置５１の出力がより向上する。

【０１１１】なお、境界層７３ａ，７３ｂに対応する領
域にダミーチャンネル６３を設けずにこの領域を単に塞
いだ場合には、この領域に隣接するマイクロチャンネル
６３の水路６３ａに境界層７３ａ，７３ｂの冷却水が流
入することになり、結局、各一次元ＬＤアレイ素子６４
を均一に冷却することができなくなってしまう。従っ
て、このことからも、境界層７３ａ，７３ｂに対応する
領域にダミーチャンネル６８を設けることは非常に有効
であることがわかる。

【０１１２】（３）また、入口側のマニホールド６９
には整流板７４，７５，７６が設けられているため、マ
ニホールド６９内を流れる冷却水の流速分布を均一にす
ることができる。

【０１１３】このため、更に、各マイクロチャンネル６
３の水路６３ａを流れる冷却水の流速分布を均一化する
ことができ、各一次元ＬＤアレイ素子６４の温度が均一
化されて発振特性がそろう。従って、更に、ＹＡＧレー
ザ媒質の励起効率が向上して、ＬＤ励起スラブＹＡＧレ
ーザ装置５１の出力が向上する。

【０１１４】なお、図２１に示すように、マニホールド
６９内のおける冷却水の流速分布試験を行った結果、マ
ニホールド６９に整流板を設けない場合には、中央部の
主流と両側部の流れとの流速差が大きかったが（図２１
中の白四角□）、マニホールド６９に整流板７４，７
５，７６を設けた場合には、前記流速差が平均流速に対
して±３％以内となり、流速分布が均一となった（図２
１中の黒四角■）。このことからも整流板７４，７５，
７６の有効性が確認された。

【０１１５】（４）しかも、マニホールド６９の平行
部６９ｂだけでなく拡散部６９ａにも整流板７４，７５
を設けたことによって、３枚の整流板７４，７５，７６
で流速分布を均一にすることができる。即ち、平行部６
９ｂに整流板を設けることは必要であるが、この平行部
６９ｂにだけ整流板を設ける場合には、もっと多くの整
流板を設けなければ流速分布を均一にすることができな
いが、主流と両側の流れとの流速差がまだあまり大きく
ない拡散部６９ａにも整流板を設けることによって、少
ない枚数の整流板で流速分布を均一にすることができ
る。

【０１１６】（５）また、入口側のマニホールド６９
への冷却水の流入方向が、マイクロチャンネル６３へと
向かってマニホールド６９内を流れる冷却水の流れ方向
と直交するようにＬＤ素子冷却水入口７１が設けられて
いるため、前記二方向が同方向である場合に比べて（図
２２参照）、主流の速度成分を緩和させることができ、
主流と両側の流れとの流速差を小さくするこができる。

【０１１７】（６）また、出口側のマニホールド７０
には、各マイクロチャンネル６３の水路６３ａを出た冷
却水が縮流部７０ａに至るまでの助走区間として平行部
７０ｂが設けられているため、各マイクロチャンネル６
３の水路６３ａを流れる冷却水の流速分布を均一に維持
することができる。つまり、縮流部７０ａがあまり水路
６３ａの出口に近い位置にあると、各水路６３ａを流れ
る冷却水の流速に影響を与えて流速分布が変わってしま
う。これに対して、助走区間として平行部７０ｂを設け
れば、このような流速分布の変化がなく、各水路６３ａ
を流れる冷却水の流速分布を均一に維持することができ
る。

【０１１８】また、本実施の形態に係るＬＤ励起スラブ
ＹＡＧレーザ装置５１によれば、更に、次のような作用
・効果が得られる。

【０１１９】（７）一次元ＬＤアレイ素子６４とスラ
ブ型ＹＡＧ結晶８２との距離ｘを調節して、励起源ＬＤ
装置５６から発振される半導体レーザビーム８５の照射
幅と、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂの
幅とが一致するように構成したため、半導体レーザビー
ム８５がスラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面幅全体に照射さ
れてこの側面幅全体が励起することになる。このため、
スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面幅方向が均一の温度分布
となり、均一の屈折率分布となる。従って、このスラブ
型ＹＡＧ結晶８２ではジグザグ光路伝搬による熱レンズ
光学補償が充分に行われて、ＹＡＧレーザビームの品質
が向上する。

【０１２０】（８）また、一次元ＬＤアレイ素子６４
とスラブ型ＹＡＧ結晶８２との間にコリメートレンズ１
１１を設けて、励起源ＬＤ装置５６から発振される半導
体レーザビーム８５の照射幅と、スラブ型ＹＡＧ結晶８
２の側面８２ａ，８２ｂの幅とが一致するように構成し
た場合にも、上記と同様に、半導体レーザビーム８５が
スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面幅全体に照射されてこの
側面幅全体が励起することになり、スラブ型ＹＡＧ結晶
８２の側面幅方向が均一の温度分布となって均一の屈折
率分布となるため、このスラブ型ＹＡＧ結晶８２ではジ
グザグ光路伝搬による熱レンズ光学補償が充分に行われ
て、ＹＡＧレーザビームの品質が向上する。

【０１２１】（９）更には、励起源ＬＤ装置５６から
発振された半導体レーザビーム８５がスラブ型ＹＡＧ結
晶８２の側面８２ａ，８２ｂへ照射されるまでの伝搬光
路中に反射面８７を設け、この反射面８７で、半導体レ
ーザビーム８５の拡がりによって側面８２ａ，８２ｂか
ら外れてしまう半導体レーザビーム８５の一部を、側面
８２ａ，８２ｂへと反射させるように構成したため、半
導体レーザビーム８５を全てＹＡＧレーザ媒質の励起に
寄与させることができ、ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装
置５１の出力が向上する。

【０１２２】（１０）また、透過板８３の励起源ＬＤ
装置側の面には無反射コーティング膜９３を施したた
め、透過板８３と、透過板８３の励起源ＬＤ装置側の面
に接する空気との屈折率が異なっていても、半導体レー
ザビーム８５は透過板８３の励起源ＬＤ装置側の面で反
射されることなく透過板８３を透過してスラブ型ＹＡＧ
結晶８２に照射される。このため、ＹＡＧレーザ媒質の
励起効率が向上する。また、半導体レーザビーム８５が
ダイレクトに励起源ＬＤ装置５６に戻って、励起源ＬＤ
装置５６に悪影響を与える虞がない。

【０１２３】（１１）また、スラブ型ＹＡＧ結晶８２
の長手方向両端部におけるスラブ型ＹＡＧ結晶８２の全
長の少なくとも１５％の領域を、励起源ＬＤ装置５６か
ら発振された半導体レーザビーム８５が照射されない非
照射領域８２としたことにより、スラブ型ＹＡＧ結晶８
２は半導体レーザビーム８５の照射による発熱で長手方
向に伸びる際に、厚み方向に曲がることなく長手方向に
真直ぐに伸びる。このため、ＹＡＧレーザビームの品質
を向上させることができる。

【０１２４】（１２）また、スラブ型ＹＡＧ結晶８２
の側面幅方向の両端面８２ｃ，８２ｄには、冷却水をシ
ールし、両端面８２ｃ，８２ｄを断熱し、且つ、半導体
レーザビーム８５を吸収して発熱することのないシール
部材８６ａ，８６ｂを設けたため、このシール部材８６
ａ，８６ｂによって冷却水をシールすると同時に、スラ
ブ型ＹＡＧ結晶８２の温度分布を、ジグザグ光路伝搬に
よる熱レンズ光学補償を行うのに適した状態に維持する
ことができる。このため、ＹＡＧレーザビームの品質が
向上する。

【０１２５】（１３）また、シール部材８６ａ，８６
ｂとスラブホルダー８０との隙間にスペーサ用薄板９６
ａ，９６ｂを挿入して、シール部材８６ａ，８６ｂをス
ラブ型ＹＡＧ結晶８２及びスラブホルダー８０に密着さ
せるように構成したため、冷却水を確実にシールするこ
とができると共にシール部材８６ａ，８６ｂの着脱が容
易である。

【０１２６】（１４）また、スラブホルダー８０を構
成する一方の板状部材８０ａのスラブ型ＹＡＧ結晶挿入
部の側面８０ａ−１を斜面構造とし、且つ、スラブホル
ダー８０を構成する他方の蓋としての板状部材８０ｂの
スラブ型ＹＡＧ結晶挿入部の側面８０ｂ−１も斜面構造
として、両板状部材８０ａ，８０ｂを合体させたときに
シール部材８６ａ，８６ｂを前記両側面８０ａ−１，８
０ｂ−１で締め付けてスラブ型ＹＡＧ結晶８２及びスラ
ブホルダー８０に密着させるように構成した場合にも、
冷却水を確実にシールすることができると共にシール部
材８６ａ，８６ｂの着脱が容易である。

【０１２７】（１５）また、透過板８３とスラブ型Ｙ
ＡＧ結晶８２の側面８２ａ，８２ｂとの間に形成した水
路９０の流路断面積が水路系で最も小さくなるようにし
たことにより、水路系を流れる冷却水は水路９０におい
て流速が最も速くなるため、スラブ型ＹＡＧ結晶８２か
ら冷却水への熱伝達率が高められて、スラブ型ＹＡＧ結
晶８２の冷却能力が向上する。

【０１２８】（１６）また、水路９０の流路幅を調節
して冷却水の流速を調節することにより、この水路９０
における冷却水の流れが乱流となるように構成したた
め、層流場合に比べて格段に熱伝達率が高くなり、スラ
ブ型ＹＡＧ結晶８２の冷却能力がより向上する。

【０１２９】（１７）また、透過板８３のスラブ型Ｙ
ＡＧ結晶側の面を透過板ホルダー８１に面接触として、
水路９０の幅を一定に保持するように構成したため、常
に水路９０の幅を一定（例えば１ｍｍ程度）に正確に保
持することができる。従って、水路９０の各部において
スラブ型ＹＡＧ結晶８２の冷却にアンバランスが生じる
ことはない。このため、スラブ型ＹＡＧ結晶８２の側面
８２ａ，８２ｂを均一に冷却して、スラブ型ＹＡＧ結晶
８２内の温度分布をジグザグ光路伝搬による熱レンズ光
学補償を行うのに適した状態に維持することができるた
め、ＹＡＧレーザビームの品質が向上する。

【０１３０】（１８）また、透過板８３の角にはＯリ
ングを装着可能な曲率を施して透過板８３の全周にＯリ
ング９７を装着し、且つ、透過板ホルダー８１のＯリン
グ９７との接触面を斜面構造として、透過板８３の全周
と透過板ホルダー８１との間のＯリング９７をＯリング
押え８８で押さえて潰すことにより冷却水のシール構造
を構成したため、Ｏリング９７が透過板８３と透過板ホ
ルダー８１とに密着して、冷却水を確実にシールするこ
とができる。

【０１３１】なお、本実施の形態ではＹＡＧレーザ装置
の場合を例に挙げて説明したが、これに限定するもので
はなく、本発明は他の固体レーザ装置にも適用すること
ができる。

【０１３２】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、第１発明の半導体レーザ励起スラブ固
体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つス
ラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半導
体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネル
と一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層して、
多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体レー
ザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネルか
らなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、この
マイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マニホ
ールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成であ
る半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置において、前
記第１マニホールドの両側面で発生する境界層によって
冷媒の流速が主流の流速よりも低下する領域には、前記
一次元半導体レーザアレイ素子を設けないダミーのマイ
クロチャンネルを配置したことを特徴とする。

【０１３３】従って、この第１発明の半導体レーザ励起
スラブ固体レーザ装置によれば、第１マニホールドの両
側面で発生する境界層によって冷媒の流速が主流の流速
よりも低下する領域には、一次元ＬＤアレイ素子を設け
ないダミーのマイクロチャンネルが配置されているた
め、境界層における低流速の冷媒はダミーのマイクロチ
ャンネルの冷媒流路を流れて一次元ＬＤアレイ素子の冷
却には関与ぜず、境界層以外の冷媒のみが一次元ＬＤア
レイ素子を設けた各マイクロチャンネルの冷媒流路を流
れて各一次元ＬＤアレイ素子を冷却することになる。

【０１３４】このため、各一次元ＬＤアレイ素子を冷却
する冷媒の流速が、より均一化されることになり、その
結果、各一次元ＬＤアレイ素子はより均一な温度となっ
て、より発振特性がそろう。従って、固体レーザ媒質の
励起効率がより向上し、半導体レーザ励起スラブ固体レ
ーザ装置の出力がより向上する。

【０１３５】また、第２発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つ
スラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半
導体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネ
ルと一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層し
て、多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体
レーザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネ
ルからなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、
このマイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マ
ニホールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成
である半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置におい
て、前記第１マニホールドには、冷媒の流速分布を均一
にするために整流板を設けたことを特徴とする。

【０１３６】従って、この第２発明の半導体レーザ励起
スラブ固体レーザ装置によれば、第１マニホールドには
整流板が設けられているため、第１マニホールド内を流
れる冷媒の流速分布を均一にすることができる。

【０１３７】このため、更に、各マイクロチャンネルの
冷媒流路を流れる冷媒の流速分布を均一化することがで
き、各一次元ＬＤアレイ素子の温度が均一化されて発振
特性がそろう。従って、更に、固体レーザ媒質の励起効
率が向上して、半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置
の出力が向上する。

【０１３８】また、第３発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、第２発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置において、前記第１マニホールドは両側
面の間隔が上流側の冷媒入口から下流側の前記マイクロ
チャンネルに向かって拡がる拡散部と、前記間隔が一定
の平行部とからなり、前記整流板は前記拡散部と前記平
行部とにそれぞれ配設したことを特徴とする。

【０１３９】従って、この第３発明の半導体レーザ励起
スラブ固体レーザ装置によれば、第１マニホールドの平
行部だけでなく拡散部にも整流板を設けたことにより、
平行部にだけ整流板を設けた場合に比べて、少ない枚数
の整流板で流速分布を均一にすることができる。

【０１４０】また、第４発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つ
スラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半
導体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネ
ルと一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層し
て、多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体
レーザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネ
ルからなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、
このマイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マ
ニホールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成
である半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置におい
て、前記第１マニホールドには、前記第１マニホールド
への冷媒流入方向が前記マイクロチャンネルへと向かっ
て前記第１マニホールド内を流れる冷媒の流れ方向と直
交するように、冷媒入口を設けたことを特徴とする。

【０１４１】従って、この第４発明の半導体レーザ励起
スラブ固体レーザ装置によれば、第１マニホールドへの
冷媒の流入方向が、マイクロチャンネルへと向かって第
１マニホールド内を流れる冷媒の流れ方向と直交するよ
うに冷媒入口が設けられているため、前記二方向が同方
向である場合に比べて、主流の速度成分を緩和させるこ
とができ、主流と両側の流れとの流速差を小さくするこ
ができる。

【０１４２】また、第５発明の半導体レーザ励起スラブ
固体レーザ装置は、半導体レーザ装置を励起源とし且つ
スラブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半
導体レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネ
ルと一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層し
て、多数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体
レーザアレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネ
ルからなるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、
このマイクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マ
ニホールドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成
である半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置におい
て、前記第２マニホールドは、両側面の間隔が下流側の
冷媒出口に向かって狭まる縮流部と、前記マイクロチャ
ンネルの冷媒流路を出た冷媒が前記縮流部に至るまでの
助走区間として設けた前記間隔が一定の平行部とからな
ることを特徴とする。

【０１４３】従って、この第５発明の半導体レーザ励起
スラブ固体レーザ装置によれば、第２マニホールドに
は、各マイクロチャンネルの冷媒流路を出た冷媒が縮流
部に至るまでの助走区間として平行部が設けられている
ため、各マイクロチャンネルの冷媒流路を流れる冷媒の
流速分布を均一に維持することができる。

【０１４４】

【０１４５】

【０１４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＬＤ励起スラブＹＡ
Ｇレーザ装置の全体構成を示す系統図である。

【図２】前記ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置の本体部
を一部破断して示す側面図（図３のＦ方向矢視図）であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視断面拡大図である。

【図５】前記ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置に備えた
励起源ＬＤ装置の本体部を示す拡大斜視図である。

【図６】前記励起源ＬＤ装置のマニホールドに備えた整
流板の拡大斜視図である。

【図７】図３のスラブホルダー部を抽出して示す拡大図
である。

【図８】コリメートレンズを備えた場合の構成を示す要
部断面図である。

【図９】半導体レーザビームの照射幅がスラブ型ＹＡＧ
結晶の側面幅よりも狭い場合の状態を示す説明図であ
る。

【図１０】スラブ型ＹＡＧ結晶の側面幅全面に半導体レ
ーザビームを照射した場合のスラブ型ＹＡＧ結晶内の温
度分布と屈折率分布とを示す説明図である。

【図１１】スラブ型ＹＡＧ結晶の側面幅よりも半導体レ
ーザビームの照射幅の方が狭い場合（集光照射の場合）
のスラブ型ＹＡＧ結晶内の温度分布と屈折率分布とを示
す説明図である。

【図１２】図２のＤ−Ｄ線矢視断面拡大図である。

【図１３】図４のＥ部拡大図である。

【図１４】透過板ホルダーの表面図（図７のＦ方向矢視
図）である。

【図１５】前記透過板ホルダーの裏面図である。

【図１６】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は図１４の
Ｇ−Ｇ線矢視断面図、Ｈ−Ｈ線矢視断面図、Ｊ−Ｊ線矢
視断面図及びＫ方向矢視図、図１７（ａ），（ｂ）は図
１４のＬ−Ｌ線矢視断面図及びＭ−Ｍ線矢視断面図であ
る。

【図１７】（ａ），（ｂ）は図１４のＬ−Ｌ線矢視断面
図及びＭ−Ｍ線矢視断面図である。

【図１８】図１７（ａ）のＮ１部及びＮ２部拡大図であ
る。

【図１９】（ａ），（ｂ），（ｃ）は透過板の正面図、
側面図及び裏面図である。

【図２０】前記ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置の本体
部を光軸調整台に取り付けた状態を示す側面図である。

【図２１】前記マニホールド内を流れる冷却水の流速分
布試験結果を示す説明図である。

【図２２】従来の励起源ＬＤ装置の斜視図である。

【図２３】前記励起源ＬＤ装置の製造プロセスを示す工
程図である。

【図２４】前記励起源ＬＤ装置の製造プロセスを示す工
程図である。

【図２５】ロッド型ＹＡＧ結晶を用いたＹＡＧレーザ装
置の概要を示す説明図である。

【図２６】スラブ型ＹＡＧ結晶を用いたＹＡＧレーザ装
置の概要を示す説明図である。

【図２７】ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置の概要を示
す説明図である。

【符号の説明】

５１ＬＤ励起スラブＹＡＧレーザ装置５２装置本体部５３冷却水循環系統５４スラブホルダー部５６励起源ＬＤ装置５７第１冷却水ループ５８第２冷却水ループ５９第３冷却水ループ６０温調冷却水循環器６１二次元ＬＤアレイ素子６２マイクロチャンネル群６３マイクロチャンネル６３ａ水路６４一次元ＬＤアレイ素子６５励起源ＬＤ装置本体部６６絶縁材６７助走区間６８ダミーチャンネル６９マニホールド６９ａ拡散部６９ｂ平行部６９ｃ，６９ｄ側面７０マニホールド７０ａ縮流部７０ｂ平行部７０ｃ，７０ｄ側面７１ＬＤ素子冷却水入口７２ＬＤ素子冷却水出口７３ａ，７３ｂ境界層７４，７５，７６整流板７４ａ，７５ａ，７６ａ孔８０スラブホルダー８０ａ，８０ｂ板状部材８１透過板ホルダー８１ａ孔８１ｂ，８１ｃ凹部８１ｄ流入孔８１ｅ流出孔８１ｆ，８１ｇ透過板との接触面８１ｈＯリングとの接触面８２スラブ型ＹＡＧ結晶８２ａ，８２ｂ側面８２ｃ，８２ｄ端面８２ｅ，８２ｆ非照射領域８３透過板８３ａ，８３ｂ透過板ホルダーとの接触面８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ角８４Ｏリング８５半導体レーザビーム８６ａ，８６ｂシール部材８７反射面８８Ｏリング押え９０，９１，９２水路９３無反射コーティング膜９４スラブ結晶冷却水入口９５スラブ結晶冷却水出口９６ａ，９６ｂスペーサ用薄板９７Ｏリング１００光軸調整台１０１共振器１０１ａ出力ミラー１０１ｂ全反射ミラー１０２，１０４ピン穴１０５ピン１１１コリメートレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/0941 H01S 3/042 - 3/043 H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ装置を励起源とし且つスラ
ブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半導体
レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネルと
一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層して、多
数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体レーザ
アレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネルから
なるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、このマ
イクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マニホー
ルドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成である
半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置において、前記第１マニホールドの両側面で発生する境界層によっ
て冷媒の流速が主流の流速よりも低下する領域には、前
記一次元半導体レーザアレイ素子を設けないダミーのマ
イクロチャンネルを配置したことを特徴とする半導体レ
ーザ励起スラブ固体レーザ装置。
【請求項２】半導体レーザ装置を励起源とし且つスラ
ブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半導体
レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネルと
一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層して、多
数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体レーザ
アレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネルから
なるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、このマ
イクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マニホー
ルドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成である
半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置において、前記第１マニホールドには、冷媒の流速分布を均一にす
るために整流板を設けたことを特徴とする半導体レーザ
励起スラブ固体レーザ装置。
【請求項３】請求項２に記載する半導体レーザ励起ス
ラブ固体レーザ装置において、前記第１マニホールドは両側面の間隔が上流側の冷媒入
口から下流側の前記マイクロチャンネルに向かって拡が
る拡散部と、前記間隔が一定の平行部とからなり、前記整流板は前記拡散部と前記平行部とにそれぞれ配設
したことを特徴とする半導体レーザ励起スラブ固体レー
ザ装置。
【請求項４】半導体レーザ装置を励起源とし且つスラ
ブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半導体
レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネルと
一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層して、多
数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体レーザ
アレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネルから
なるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、このマ
イクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マニホー
ルドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成である
半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置において、前記第１マニホールドには、前記第１マニホールドへの
冷媒流入方向が前記マイクロチャンネルへと向かって前
記第１マニホールド内を流れる冷媒の流れ方向と直交す
るように、冷媒入口を設けたことを特徴とする半導体レ
ーザ励起スラブ固体レーザ装置。
【請求項５】半導体レーザ装置を励起源とし且つスラ
ブ型結晶を用いた固体レーザ装置であって、前記半導体
レーザ装置は、冷媒流路を有するマイクロチャンネルと
一次元半導体レーザアレイ素子とを交互に積層して、多
数の一次元ＬＤアレイ素子からなる二次元半導体レーザ
アレイ素子を構成し且つ多数のマイクロチャンネルから
なるパラレルの直接冷却構造を構成すると共に、このマ
イクロチャンネル群の入口側と出口側とに第１マニホー
ルドと第２マニホールドとをそれぞれ設けた構成である
半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装置において、前記第２マニホールドは、両側面の間隔が下流側の冷媒
出口に向かって狭まる縮流部と、前記マイクロチャンネ
ルの冷媒流路を出た冷媒が前記縮流部に至るまでの助走
区間として設けた前記間隔が一定の平行部とからなるこ
とを特徴とする半導体レーザ励起スラブ固体レーザ装
置。