JP3266071B2 - 固体レーザ結晶とその作成方法及び固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ結晶とその作成方法及び固体レーザ装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを励
起源とする固体レーザ装置に関し、固体レーザ結晶とこ
れを用いた固体レーザ装置及び固体レーザ結晶の作成方
法及びその製造装置に関する。
起源とする固体レーザ装置に関し、固体レーザ結晶とこ
れを用いた固体レーザ装置及び固体レーザ結晶の作成方
法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の高出力半導体レーザの技術進歩に
より、従来の放電ランプ励起に変わる半導体レーザ励起
固体レーザの開発が活発化している。半導体レーザ励起
は、放電ランプ励起に比べて、高効率、高ビーム品質、
小型、長寿命などの特徴を有する。半導体レーザ励起固
体レーザの高出力化は、基本的には、入力する半導体レ
ーザ光の強度の増加によって達成できる。しかしなが
ら、高出力化と高ビーム品質は、トレードオフの関係に
あり、入力する半導体レーザ光を増加させるにつれて、
結晶内の温度上昇に伴う屈折率分布及び熱ひずみの増加
により、ビーム品質が劣化するという問題が生じる。
より、従来の放電ランプ励起に変わる半導体レーザ励起
固体レーザの開発が活発化している。半導体レーザ励起
は、放電ランプ励起に比べて、高効率、高ビーム品質、
小型、長寿命などの特徴を有する。半導体レーザ励起固
体レーザの高出力化は、基本的には、入力する半導体レ
ーザ光の強度の増加によって達成できる。しかしなが
ら、高出力化と高ビーム品質は、トレードオフの関係に
あり、入力する半導体レーザ光を増加させるにつれて、
結晶内の温度上昇に伴う屈折率分布及び熱ひずみの増加
により、ビーム品質が劣化するという問題が生じる。
【０００３】これを解決する１つの方策として、薄いデ
ィスク型レーザ結晶を端面励起し、裏面より端面冷却す
るアクティブミラー方式が提案されている。アクティブ
ミラー方式の半導体レーザ励起固体レーザについては、
例えば「レーザ研究、第２４巻、５９頁から６５頁」に
詳細に記述されている。
ィスク型レーザ結晶を端面励起し、裏面より端面冷却す
るアクティブミラー方式が提案されている。アクティブ
ミラー方式の半導体レーザ励起固体レーザについては、
例えば「レーザ研究、第２４巻、５９頁から６５頁」に
詳細に記述されている。
【０００４】図２４は、従来の固体レーザ装置の一例を
示す図である。固体レーザ結晶１１は、直径６ｍｍ、厚
さ２ｍｍのディスク形状であり、イットリウム・アルミ
ニウム・ガーネット（ＹＡＧ）の母材に、１．４ａｔｍ
％の濃度でレーザ活性イオンであるＮｄ3+がほぼ均一ド
ープされている。励起光１９及び固体レーザ光２０の波
長に対して、固体レーザ結晶１１の励起面１７には無反
射コーティングが、冷却面１８には高反射コーティング
が施されている。半導体レーザ１６から出力された波長
８８０ｎｍの励起光１９は、厚さ２ｍｍの固体レーザ結
晶１１中を１往復することにより９０％のエネルギーが
固体レーザ結晶中に吸収される。
示す図である。固体レーザ結晶１１は、直径６ｍｍ、厚
さ２ｍｍのディスク形状であり、イットリウム・アルミ
ニウム・ガーネット（ＹＡＧ）の母材に、１．４ａｔｍ
％の濃度でレーザ活性イオンであるＮｄ3+がほぼ均一ド
ープされている。励起光１９及び固体レーザ光２０の波
長に対して、固体レーザ結晶１１の励起面１７には無反
射コーティングが、冷却面１８には高反射コーティング
が施されている。半導体レーザ１６から出力された波長
８８０ｎｍの励起光１９は、厚さ２ｍｍの固体レーザ結
晶１１中を１往復することにより９０％のエネルギーが
固体レーザ結晶中に吸収される。
【０００５】次に、従来の固体レーザ結晶を作成する方
法について、ネオジウム：ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）結晶
の場合を例にあげて説明する。
法について、ネオジウム：ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）結晶
の場合を例にあげて説明する。
【０００６】図２５は、従来の固体レーザ結晶の作成方
法を説明するための図であり、引き上げ法による結晶の
育成炉を示してある。引き上げ法では、まずＩｒ製るつ
ぼ２９の中に、Ｎｄ：ＹＡＧの原料となるＡｌ2 Ｏ3 、
Ｙ2 Ｏ3 及びＮｄ2 Ｏ3 の高純度の粉末を入れ、誘導加
熱用コイル３１により、粉末を溶かし、Ｎｄ：ＹＡＧ溶
液３１を生成させ、アルミナ棒３２の先端に保持した、
ＹＡＧ種結晶２６をＮｄ：ＹＡＧ溶液３１の中につけ、
ゆっくり回転させながら引き上げる。
法を説明するための図であり、引き上げ法による結晶の
育成炉を示してある。引き上げ法では、まずＩｒ製るつ
ぼ２９の中に、Ｎｄ：ＹＡＧの原料となるＡｌ2 Ｏ3 、
Ｙ2 Ｏ3 及びＮｄ2 Ｏ3 の高純度の粉末を入れ、誘導加
熱用コイル３１により、粉末を溶かし、Ｎｄ：ＹＡＧ溶
液３１を生成させ、アルミナ棒３２の先端に保持した、
ＹＡＧ種結晶２６をＮｄ：ＹＡＧ溶液３１の中につけ、
ゆっくり回転させながら引き上げる。
【０００７】レーザ活性イオンと母材の結晶には、物質
固有の偏析係数が存在する。偏析係数が１の場合、結晶
の軸方向にそった濃度分布は生じないが、ＮｄのＹＡＧ
に対する偏析係数は１以下であり、活性イオン濃度は引
き上げるにつれて薄くなるような分布を持つ。このため
従来の育成方法では、出来る限り結晶の軸方向に濃度が
均一になるように、回転速度及び引き上げ速度をそれぞ
れ、毎分２０回、毎時１ｍｍ程度に設定し、軸方向に沿
って均一な濃度を持つ固体レーザ結晶を育成していた。
その後、所望の大きさに切断し、研磨後に無反射、高反
射コーティングを施し、固体レーザ結晶を作成してい
た。
固有の偏析係数が存在する。偏析係数が１の場合、結晶
の軸方向にそった濃度分布は生じないが、ＮｄのＹＡＧ
に対する偏析係数は１以下であり、活性イオン濃度は引
き上げるにつれて薄くなるような分布を持つ。このため
従来の育成方法では、出来る限り結晶の軸方向に濃度が
均一になるように、回転速度及び引き上げ速度をそれぞ
れ、毎分２０回、毎時１ｍｍ程度に設定し、軸方向に沿
って均一な濃度を持つ固体レーザ結晶を育成していた。
その後、所望の大きさに切断し、研磨後に無反射、高反
射コーティングを施し、固体レーザ結晶を作成してい
た。
【０００８】次に従来の固体レーザ装置の動作につい
て、図２４を参照して説明する。
て、図２４を参照して説明する。
【０００９】半導体レーザ１６より出力した励起光１９
は、集光光学系１３を通して、固体レーザ結晶に入力す
る。励起光１９は、固体レーザ結晶１１の冷却面１８で
折り返されることにより、ほぼ、９０％以上のエネルギ
ーが固体レーザ結晶１１に吸収される。固体レーザ結晶
１１に吸収された光の一部は熱に変換され、一部が波長
１０６４ｎｍの固体レーザ光２０として、出力鏡１４よ
り出力される。
は、集光光学系１３を通して、固体レーザ結晶に入力す
る。励起光１９は、固体レーザ結晶１１の冷却面１８で
折り返されることにより、ほぼ、９０％以上のエネルギ
ーが固体レーザ結晶１１に吸収される。固体レーザ結晶
１１に吸収された光の一部は熱に変換され、一部が波長
１０６４ｎｍの固体レーザ光２０として、出力鏡１４よ
り出力される。
【００１０】前述のアクティブミラー方式では、理想的
には、結晶内の温度分布が厚み方向に一次元に分布する
ために、レーザ発振の光軸と温度勾配ベクトルが平行と
なり、熱レンズ効果が抑制される。更に、発熱位置と冷
却面の距離が短くとれるために、効率的な冷却が可能と
なる。
には、結晶内の温度分布が厚み方向に一次元に分布する
ために、レーザ発振の光軸と温度勾配ベクトルが平行と
なり、熱レンズ効果が抑制される。更に、発熱位置と冷
却面の距離が短くとれるために、効率的な冷却が可能と
なる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】問題点は、レーザ結晶
及び励起光の大きさが有限であるために、結晶表面の励
起光の集光部をピークとして楕円状に温度勾配が生じる
ために、前述した熱レンズの抑制効果が減少してしま
う。更に、従来のレーザ結晶では、母材にドープされる
レーザ活性イオン濃度が一定であるために、励起光の大
部分が、レーザ結晶表面で吸収されてしまい、レーザ結
晶表面の温度が上昇しやすいという欠点がある。
及び励起光の大きさが有限であるために、結晶表面の励
起光の集光部をピークとして楕円状に温度勾配が生じる
ために、前述した熱レンズの抑制効果が減少してしま
う。更に、従来のレーザ結晶では、母材にドープされる
レーザ活性イオン濃度が一定であるために、励起光の大
部分が、レーザ結晶表面で吸収されてしまい、レーザ結
晶表面の温度が上昇しやすいという欠点がある。
【００１２】図２６は、結晶の厚みを４ｍｍ、活性イオ
ン濃度を１．４ａｔｍ％とし、励起光の９９％が結晶中
に吸収されるように設定した固体レーザ結晶の、結晶中
への励起光の吸収量２２を示した図である。なお、吸収
量は、結晶を厚み（４ｍｍ）方向に１６分割したときの
割合で表している。図２６より明らかなように、結晶の
励起面で大部分の励起光が吸収されることになる。この
結果、結晶内の温度上昇は、固体レーザ結晶１１の励起
面１７（横軸０の位置）で最も高くなる。
ン濃度を１．４ａｔｍ％とし、励起光の９９％が結晶中
に吸収されるように設定した固体レーザ結晶の、結晶中
への励起光の吸収量２２を示した図である。なお、吸収
量は、結晶を厚み（４ｍｍ）方向に１６分割したときの
割合で表している。図２６より明らかなように、結晶の
励起面で大部分の励起光が吸収されることになる。この
結果、結晶内の温度上昇は、固体レーザ結晶１１の励起
面１７（横軸０の位置）で最も高くなる。
【００１３】図２７は、前述のアクティブミラー方式の
固体レーザ結晶に１０Ｗの励起光を入力したときの、上
昇温度２３の計算結果を示してある。図２７中、励起面
１７から冷却面１８までの距離をｄ、励起光が照射され
る結晶中心２３から結晶側面までの距離をｒ、温度変化
をＴとした。なお、計算では、吸収された励起光１９の
約１／３のエネルギーが熱に変換されると仮定してい
る。更に、計算では、固体レーザ結晶１１の励起面１７
及び側面２５からの冷却効果を考慮していないため、実
際の温度上昇は、計算よりも低くなる。図２７より明ら
かなように、固体レーザ励起面でもっとも温度が上昇す
ることが判る。冷却面から離れるほど冷却効果は減少す
るために、このことは、大きなデメリットになる。ビー
ムの品質に関しては、温度分布以外にも、結晶の熱的な
形状変化や共振器のパラメータにも依存するが、この状
態では、ビームの高品質を維持しながら、更に高出力化
を行うことが困難になる。
固体レーザ結晶に１０Ｗの励起光を入力したときの、上
昇温度２３の計算結果を示してある。図２７中、励起面
１７から冷却面１８までの距離をｄ、励起光が照射され
る結晶中心２３から結晶側面までの距離をｒ、温度変化
をＴとした。なお、計算では、吸収された励起光１９の
約１／３のエネルギーが熱に変換されると仮定してい
る。更に、計算では、固体レーザ結晶１１の励起面１７
及び側面２５からの冷却効果を考慮していないため、実
際の温度上昇は、計算よりも低くなる。図２７より明ら
かなように、固体レーザ励起面でもっとも温度が上昇す
ることが判る。冷却面から離れるほど冷却効果は減少す
るために、このことは、大きなデメリットになる。ビー
ムの品質に関しては、温度分布以外にも、結晶の熱的な
形状変化や共振器のパラメータにも依存するが、この状
態では、ビームの高品質を維持しながら、更に高出力化
を行うことが困難になる。
【００１４】本発明の目的は、高出力化に伴う熱ひずみ
を抑制し、高品質なビームを取り出すことができる固体
レーザ装置及びこれに用いる固体レーザ結晶の作成方法
を提供することにある。
を抑制し、高品質なビームを取り出すことができる固体
レーザ装置及びこれに用いる固体レーザ結晶の作成方法
を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体レーザ結晶
は、レーザ活性イオンを有するディスク形状の固体レー
ザ結晶において、前記固体レーザ結晶の結晶軸方向に前
記レーザ活性イオンのドープ濃度分布が変化しているこ
とを特徴とする。
は、レーザ活性イオンを有するディスク形状の固体レー
ザ結晶において、前記固体レーザ結晶の結晶軸方向に前
記レーザ活性イオンのドープ濃度分布が変化しているこ
とを特徴とする。
【００１６】また本発明の固体レーザ結晶は、レーザ活
性イオンを有するディスク形状の固体レーザ結晶におい
て、前記固体レーザ結晶の励起面となる端面から冷却面
となる端面に向かって前記レーザ活性イオンのドープ濃
度分布が連続的又は段階的に増加していることを特徴と
する。
性イオンを有するディスク形状の固体レーザ結晶におい
て、前記固体レーザ結晶の励起面となる端面から冷却面
となる端面に向かって前記レーザ活性イオンのドープ濃
度分布が連続的又は段階的に増加していることを特徴と
する。
【００１７】 またドープ濃度分布の段階的な変化がレ
ーザ活性イオンのドープ濃度が異なる複数個の結晶を接
合により形成されいてることを特徴とする。また固体レ
ーザ結晶の励起面にレーザイオン活性のドープされてい
ない結晶を接合したことを特徴とする。また濃度の異な
る複数個の結晶がオプティカルコンタクトあるいは拡散
接合により接合されていることを特徴とする。またレー
ザ活性イオンはＮｄ又はＹｂであることを特徴とする。
ーザ活性イオンのドープ濃度が異なる複数個の結晶を接
合により形成されいてることを特徴とする。また固体レ
ーザ結晶の励起面にレーザイオン活性のドープされてい
ない結晶を接合したことを特徴とする。また濃度の異な
る複数個の結晶がオプティカルコンタクトあるいは拡散
接合により接合されていることを特徴とする。またレー
ザ活性イオンはＮｄ又はＹｂであることを特徴とする。
【００１８】材料溶液の撹拌による本発明の固体レーザ
結晶の作成方法は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱
し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付け、
回転させながら結晶を引き上げる固体レーザ結晶の作成
方法であって、回転引き上げとともに材料溶液を撹拌手
段により撹拌し、固体レーザ結晶の材料溶液における実
行偏析係数を固有の偏析係数に近づけ、レーザ活性イオ
ン濃度を結晶軸方向に沿って勾配させることを特徴とす
る。
結晶の作成方法は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱
し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付け、
回転させながら結晶を引き上げる固体レーザ結晶の作成
方法であって、回転引き上げとともに材料溶液を撹拌手
段により撹拌し、固体レーザ結晶の材料溶液における実
行偏析係数を固有の偏析係数に近づけ、レーザ活性イオ
ン濃度を結晶軸方向に沿って勾配させることを特徴とす
る。
【００１９】材料溶液の撹拌による本発明の固体レーザ
結晶の製造装置は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱す
る手段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結
晶を付け、回転させながら結晶を引き上げる固体レーザ
結晶製造装置であって、材料溶液を撹拌する手段を備
え、撹拌により固体レーザ結晶の材料溶液における実行
偏析係数を固有の偏析係数に近づけ、レーザ活性イオン
濃度を結晶軸方向に沿って勾配させることを特徴とす
る。
結晶の製造装置は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱す
る手段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結
晶を付け、回転させながら結晶を引き上げる固体レーザ
結晶製造装置であって、材料溶液を撹拌する手段を備
え、撹拌により固体レーザ結晶の材料溶液における実行
偏析係数を固有の偏析係数に近づけ、レーザ活性イオン
濃度を結晶軸方向に沿って勾配させることを特徴とす
る。
【００２０】異なるイオン濃度のるつぼを用いた固体レ
ーザ結晶の作成方法は、固体レーザ結晶の材料粉末を加
熱し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付
け、回転させながら結晶を引き上げる固体レーザ結晶の
作成方法であって、レーザ活性イオンの濃度の異なる複
数個の材料溶液に対し、レーザ活性化イオン濃度の高い
材料溶液の順に種結晶をつけ、レーザ活性イオン濃度を
結晶軸方向に沿って勾配させることを特徴とする。
ーザ結晶の作成方法は、固体レーザ結晶の材料粉末を加
熱し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付
け、回転させながら結晶を引き上げる固体レーザ結晶の
作成方法であって、レーザ活性イオンの濃度の異なる複
数個の材料溶液に対し、レーザ活性化イオン濃度の高い
材料溶液の順に種結晶をつけ、レーザ活性イオン濃度を
結晶軸方向に沿って勾配させることを特徴とする。
【００２１】異なるイオン濃度のるつぼを用いた固体レ
ーザ結晶の製造装置は、固体レーザ結晶の材料粉末を加
熱する手段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体
種結晶を付け、回転させながら結晶を引き上げる固体レ
ーザ結晶の製造装置であって、レーザ活性イオンの濃度
の異なる複数個の材料溶液を有し、レーザ活性物質濃度
の高い材料溶液の順に種結晶をつける手段を有すること
を特徴とする。
ーザ結晶の製造装置は、固体レーザ結晶の材料粉末を加
熱する手段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体
種結晶を付け、回転させながら結晶を引き上げる固体レ
ーザ結晶の製造装置であって、レーザ活性イオンの濃度
の異なる複数個の材料溶液を有し、レーザ活性物質濃度
の高い材料溶液の順に種結晶をつける手段を有すること
を特徴とする。
【００２２】材料溶液のイオン濃度増加させる固体レー
ザ結晶の作成方法は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱
し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付け、
回転させながら結晶を引き上げて固体レーザ結晶を作成
する方法であって、前記材料溶液中のレーザ活性イオン
濃度を時間とともに増加させ、レーザ活性イオン濃度を
軸方向に沿って勾配させることを特徴とする。
ザ結晶の作成方法は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱
し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付け、
回転させながら結晶を引き上げて固体レーザ結晶を作成
する方法であって、前記材料溶液中のレーザ活性イオン
濃度を時間とともに増加させ、レーザ活性イオン濃度を
軸方向に沿って勾配させることを特徴とする。
【００２３】材料溶液のイオン濃度増加させる固体レー
ザ結晶の製造装置は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱
する手段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種
結晶を付け、回転させながら結晶を引き上げて固体レー
ザ結晶を作成する製造装置であって、前記材料溶液中の
レーザ活性イオンを時間とともに増加させる手段を有
し、レーザ活性イオン濃度を軸方向に沿って勾配させる
ことを特徴とする。
ザ結晶の製造装置は、固体レーザ結晶の材料粉末を加熱
する手段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種
結晶を付け、回転させながら結晶を引き上げて固体レー
ザ結晶を作成する製造装置であって、前記材料溶液中の
レーザ活性イオンを時間とともに増加させる手段を有
し、レーザ活性イオン濃度を軸方向に沿って勾配させる
ことを特徴とする。
【００２４】レーザ活性イオン濃度が均一な固体レーザ
結晶の周囲の一部を加熱手段により溶融し、前記加熱手
段により固体レーザ結晶の軸方向に沿って一方から他方
へ複数回移動させることにより、レーザ活性イオン濃度
を結晶の軸方向に沿って勾配させることを特徴とする固
体レーザ結晶の作成方法。
結晶の周囲の一部を加熱手段により溶融し、前記加熱手
段により固体レーザ結晶の軸方向に沿って一方から他方
へ複数回移動させることにより、レーザ活性イオン濃度
を結晶の軸方向に沿って勾配させることを特徴とする固
体レーザ結晶の作成方法。
【００２５】レーザ活性イオン濃度が均一な固体レーザ
結晶の周囲の一部を溶融するための加熱手段と、前記加
熱手段と固体レーザ結晶との相対位置を固体レーザ結晶
の結晶軸方向に沿って一方から他方へ移動させる手段を
有し、前記加熱手段を固体レーザ結晶の周囲を溶融さ
せ、かつ、一方から他方へ複数回移動させることによ
り、レーザ活性イオン濃度を結晶の軸方向に沿って勾配
させることを特徴とする固体レーザ結晶の製造装置。
結晶の周囲の一部を溶融するための加熱手段と、前記加
熱手段と固体レーザ結晶との相対位置を固体レーザ結晶
の結晶軸方向に沿って一方から他方へ移動させる手段を
有し、前記加熱手段を固体レーザ結晶の周囲を溶融さ
せ、かつ、一方から他方へ複数回移動させることによ
り、レーザ活性イオン濃度を結晶の軸方向に沿って勾配
させることを特徴とする固体レーザ結晶の製造装置。
【００２６】焼結体の加熱による固体レーザ結晶の作成
方法は、溶融した固体レーザ溶液から結晶を成長させる
固体種結晶に接合されレーザ活性イオン濃度が軸方向に
勾配を持つ固体レーザ結晶材料の粉末焼結体の一部を加
熱手段により部分的に溶融させて、レーザ活性イオン濃
度が結晶の軸方向に沿って勾配させることを特徴とす
る。
方法は、溶融した固体レーザ溶液から結晶を成長させる
固体種結晶に接合されレーザ活性イオン濃度が軸方向に
勾配を持つ固体レーザ結晶材料の粉末焼結体の一部を加
熱手段により部分的に溶融させて、レーザ活性イオン濃
度が結晶の軸方向に沿って勾配させることを特徴とす
る。
【００２７】焼結体の加熱による固体レーザ結晶の製造
装置は、溶融した固体レーザ溶液から結晶を成長させる
ための固体種結晶が結合されレーザ活性イオン濃度が軸
方向に勾配を持つレーザ結晶材料の粉末焼結体と、前記
粉末焼結体の一部を溶融するための加熱手段と、前記粉
末焼結体を前記加熱手段により部分的に溶融させて、レ
ーザ活性イオン濃度が結晶の軸方向に沿って勾配した固
体レーザ結晶を作成することを特徴とする。
装置は、溶融した固体レーザ溶液から結晶を成長させる
ための固体種結晶が結合されレーザ活性イオン濃度が軸
方向に勾配を持つレーザ結晶材料の粉末焼結体と、前記
粉末焼結体の一部を溶融するための加熱手段と、前記粉
末焼結体を前記加熱手段により部分的に溶融させて、レ
ーザ活性イオン濃度が結晶の軸方向に沿って勾配した固
体レーザ結晶を作成することを特徴とする。
【００２８】本発明の固体レーザ装置は、励起光源とし
ての半導体レーザと、ディスク形状の固体レーザ結晶
と、前記固体レーザ結晶の一方の端面である励起面より
前記半導体レーザ光を入射して発生した光を共振させる
共振器と、前記固体レーザ結晶の他方の端面である冷却
面に冷却手段を備えた固体レーザ装置において、前記固
体レーザ結晶内のレーザ活性イオンのドープ濃度が、励
起面から冷却面へ増加する勾配を有する固体レーザ結晶
を用いたことを特徴とする。またレーザ活性イオンの濃
度が前記固体レーザ結晶の励起面となる端面から冷却面
となる端面に向かって、励起面から冷却面までの厚さ方
向の距離の２乗に比例して増加する勾配を持つ固体レー
ザ結晶を用いたことを特徴とする。
ての半導体レーザと、ディスク形状の固体レーザ結晶
と、前記固体レーザ結晶の一方の端面である励起面より
前記半導体レーザ光を入射して発生した光を共振させる
共振器と、前記固体レーザ結晶の他方の端面である冷却
面に冷却手段を備えた固体レーザ装置において、前記固
体レーザ結晶内のレーザ活性イオンのドープ濃度が、励
起面から冷却面へ増加する勾配を有する固体レーザ結晶
を用いたことを特徴とする。またレーザ活性イオンの濃
度が前記固体レーザ結晶の励起面となる端面から冷却面
となる端面に向かって、励起面から冷却面までの厚さ方
向の距離の２乗に比例して増加する勾配を持つ固体レー
ザ結晶を用いたことを特徴とする。
【００２９】本発明の固体レーザ装置は、励起光源とし
ての半導体レーザと、ディスク形状の固体レーザ結晶
と、前記固体レーザ結晶の一方の端面である励起面より
前記半導体レーザ光を入射して発生した光を共振させる
共振器と、前記固体レーザ結晶の他方の端面である冷却
面に冷却手段を備えた固体レーザ装置において、レーザ
活性イオンのドープ濃度が異なる複数個の結晶を前記ド
ープ濃度が励起面から冷却面へ増加する勾配となるよう
に接合した固体レーザ結晶を用い、前記ドープ濃度の高
い結晶面に前記冷却手段を接触させていることを特徴と
する。
ての半導体レーザと、ディスク形状の固体レーザ結晶
と、前記固体レーザ結晶の一方の端面である励起面より
前記半導体レーザ光を入射して発生した光を共振させる
共振器と、前記固体レーザ結晶の他方の端面である冷却
面に冷却手段を備えた固体レーザ装置において、レーザ
活性イオンのドープ濃度が異なる複数個の結晶を前記ド
ープ濃度が励起面から冷却面へ増加する勾配となるよう
に接合した固体レーザ結晶を用い、前記ドープ濃度の高
い結晶面に前記冷却手段を接触させていることを特徴と
する。
【００３０】濃度の異なる複数個の結晶がオプティカル
コンタクトあるいは拡散接合により接合されたことを特
徴とする。
コンタクトあるいは拡散接合により接合されたことを特
徴とする。
【００３１】固体レーザ結晶の励起面にレーザイオン活
性のドープされていない結晶を接合したことを特徴とす
る。
性のドープされていない結晶を接合したことを特徴とす
る。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明の固体レーザ結晶とその作
成方法及び製造装置と固体レーザ結晶を用いた固体レー
ザ装置について図面を参照して詳細に説明する。
成方法及び製造装置と固体レーザ結晶を用いた固体レー
ザ装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】初めに本発明で用いる固体レーザ装置の構
成ついて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実
施例で用いた固体レーザ装置の全体構成を示す図であ
る。固体レーザ装置は、固体レーザ結晶１１を励起する
ための半導体レーザ１６、励起光１９を固体レーザ結晶
１１に集光するための集光光学系１３及び励起光反射鏡
１５、固体レーザ結晶１１を冷却するヒートシンク１
２、固体レーザ光２０を取り出すための出力鏡１４を有
している。固体レーザ結晶１１の励起面１７及び冷却面
１８には、それぞれ、励起光１９及び固体レーザ光１４
の波長に対して無反射コート、及び高反射コートが施さ
れている。
成ついて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実
施例で用いた固体レーザ装置の全体構成を示す図であ
る。固体レーザ装置は、固体レーザ結晶１１を励起する
ための半導体レーザ１６、励起光１９を固体レーザ結晶
１１に集光するための集光光学系１３及び励起光反射鏡
１５、固体レーザ結晶１１を冷却するヒートシンク１
２、固体レーザ光２０を取り出すための出力鏡１４を有
している。固体レーザ結晶１１の励起面１７及び冷却面
１８には、それぞれ、励起光１９及び固体レーザ光１４
の波長に対して無反射コート、及び高反射コートが施さ
れている。
【００３４】次に図１の固体レーザ装置の動作について
説明する。半導体レーザ１６より出力した励起光１９
は、集光光学系１３より固体レーザ結晶１１中に照射さ
れる。励起光１９は、固体レーザ結晶１１の冷却面１８
の高反射膜により折り返され、励起光反射鏡１５へ入射
する。励起光１９は、励起光反射鏡１５に折り返される
ことにより、再び、固体レーザ結晶１１に入射する。こ
れにより、励起光１９の９９％のエネルギーが固体レー
ザ結晶１１に吸収される。固体レーザ結晶１１に吸収さ
れた光は、一部は熱に変換され、一部が波長１０６４ｎ
ｍの固体レーザ光２０として出力される。
説明する。半導体レーザ１６より出力した励起光１９
は、集光光学系１３より固体レーザ結晶１１中に照射さ
れる。励起光１９は、固体レーザ結晶１１の冷却面１８
の高反射膜により折り返され、励起光反射鏡１５へ入射
する。励起光１９は、励起光反射鏡１５に折り返される
ことにより、再び、固体レーザ結晶１１に入射する。こ
れにより、励起光１９の９９％のエネルギーが固体レー
ザ結晶１１に吸収される。固体レーザ結晶１１に吸収さ
れた光は、一部は熱に変換され、一部が波長１０６４ｎ
ｍの固体レーザ光２０として出力される。
【００３５】次に本発明の固体レーザ結晶の第１の実施
例について説明する。固体レーザ結晶の第１の実施例
は、直径６ｍｍ、厚さ４ｍｍであり、レーザ活性イオン
の濃度が図２のように、厚さ方向に距離に比例して増加
したＮｄ：ＹＡＧの結晶である。本実施例では、励起面
１７、冷却面１８でのレーザ活性イオン濃度は、それぞ
れ、０．１、１．３ａｔｍ％である。この結晶による半
導体レーザ光の波長は、８８０ｎｍ、出力１０Ｗであ
り、本実施例の結晶中を２往復することにより９９％の
エネルギーが結晶中に吸収される。
例について説明する。固体レーザ結晶の第１の実施例
は、直径６ｍｍ、厚さ４ｍｍであり、レーザ活性イオン
の濃度が図２のように、厚さ方向に距離に比例して増加
したＮｄ：ＹＡＧの結晶である。本実施例では、励起面
１７、冷却面１８でのレーザ活性イオン濃度は、それぞ
れ、０．１、１．３ａｔｍ％である。この結晶による半
導体レーザ光の波長は、８８０ｎｍ、出力１０Ｗであ
り、本実施例の結晶中を２往復することにより９９％の
エネルギーが結晶中に吸収される。
【００３６】次に本発明の固体レーザ結晶の第１の実施
例を用いたときの効果について説明する。図３は、本発
明の実施例における固体レーザ結晶１１中に吸収された
励起光１９の割合を、励起面１７から冷却面１８の間で
軸方向にプロットしたものである。なお、励起光吸収量
２２は、固体レーザ結晶１１を厚み方向に１６分割した
ときの割合で示してある。第１の実施例の結晶では、冷
却面１８側でレーザ活性イオンの濃度が高いために、冷
却面１８側で励起光の吸収が大きく、かつ発熱が大きく
なるので冷却面での効率的な冷却が可能となる。
例を用いたときの効果について説明する。図３は、本発
明の実施例における固体レーザ結晶１１中に吸収された
励起光１９の割合を、励起面１７から冷却面１８の間で
軸方向にプロットしたものである。なお、励起光吸収量
２２は、固体レーザ結晶１１を厚み方向に１６分割した
ときの割合で示してある。第１の実施例の結晶では、冷
却面１８側でレーザ活性イオンの濃度が高いために、冷
却面１８側で励起光の吸収が大きく、かつ発熱が大きく
なるので冷却面での効率的な冷却が可能となる。
【００３７】図４は、固体レーザ結晶の第１の実施例の
結晶内の温度分布を計算した結果である。励起光の吸収
量は冷却面の近くで大きくなるため、温度上昇のピーク
が冷却面側に移動するとともに、上昇値が２６度以下に
抑えられることが判る。なお、本計算においても、固体
レーザ結晶１１の励起面１７及び側面２５からの冷却効
果を考慮していないために、実際には、更に温度上昇が
抑制されることになる。
結晶内の温度分布を計算した結果である。励起光の吸収
量は冷却面の近くで大きくなるため、温度上昇のピーク
が冷却面側に移動するとともに、上昇値が２６度以下に
抑えられることが判る。なお、本計算においても、固体
レーザ結晶１１の励起面１７及び側面２５からの冷却効
果を考慮していないために、実際には、更に温度上昇が
抑制されることになる。
【００３８】次に本発明の固体レーザ結晶の第２の実施
例について説明する。固体レーザ結晶の第１の実施例で
示したＮｄ：ＹＡＧの場合、１ａｔｍ％台後半の濃度以
上に増加させると、上準位寿命の低下を生じるため、こ
れ以上活性イオンの濃度を高くすることには限界があ
る。したがって層厚として４ｍｍほどの厚さが必要とな
る。これに対し、固体レーザ結晶の第２の実施例である
イットリビウム：ＹＡＧ（Ｙｂ：ＹＡＧ）では、２０ａ
ｔｍ％まで上準位寿命の低下を生じさせることなく、活
性イオンのドープが可能である。
例について説明する。固体レーザ結晶の第１の実施例で
示したＮｄ：ＹＡＧの場合、１ａｔｍ％台後半の濃度以
上に増加させると、上準位寿命の低下を生じるため、こ
れ以上活性イオンの濃度を高くすることには限界があ
る。したがって層厚として４ｍｍほどの厚さが必要とな
る。これに対し、固体レーザ結晶の第２の実施例である
イットリビウム：ＹＡＧ（Ｙｂ：ＹＡＧ）では、２０ａ
ｔｍ％まで上準位寿命の低下を生じさせることなく、活
性イオンのドープが可能である。
【００３９】図５は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶にかえてＹｂ：
ＹＡＧ結晶を用いた場合の結晶中のレーザ活性イオンの
濃度２１分布を表したものである。Ｙｂ：ＹＡＧでは、
Ｎｄ：ＹＡＧに比べて高濃度ドープが可能となるため、
厚さ１．５ｍｍの結晶中を２往復することにより励起光
の９９％のエネルギーが吸収されることになる。
ＹＡＧ結晶を用いた場合の結晶中のレーザ活性イオンの
濃度２１分布を表したものである。Ｙｂ：ＹＡＧでは、
Ｎｄ：ＹＡＧに比べて高濃度ドープが可能となるため、
厚さ１．５ｍｍの結晶中を２往復することにより励起光
の９９％のエネルギーが吸収されることになる。
【００４０】図６は、前述の固体レーザ結晶を用いた場
合の上昇温度分布を表したものである。Ｙｂ：ＹＡＧで
は層厚を薄くすることができるので、冷却面からのいっ
そうの冷却効果が得られ、上昇温度のピークは約２４.
７度に抑制されることになる。
合の上昇温度分布を表したものである。Ｙｂ：ＹＡＧで
は層厚を薄くすることができるので、冷却面からのいっ
そうの冷却効果が得られ、上昇温度のピークは約２４.
７度に抑制されることになる。
【００４１】なお、本発明の固体レーザ装置は、励起光
１９である半導体レーザ１６をＶ字型に配置し、固体レ
ーザ光２０を固体レーザ結晶１１に対して垂直に取り出
す配置について述べたが、従来例と同様の構成をとって
も温度上昇の抑制効果を得ることは可能である。
１９である半導体レーザ１６をＶ字型に配置し、固体レ
ーザ光２０を固体レーザ結晶１１に対して垂直に取り出
す配置について述べたが、従来例と同様の構成をとって
も温度上昇の抑制効果を得ることは可能である。
【００４２】次に、本発明の固体レーザ結晶の作成方法
と固体レーザ結晶の製造装置について図面を用いて詳細
に述べる。
と固体レーザ結晶の製造装置について図面を用いて詳細
に述べる。
【００４３】図７は本発明の固体レーザ結晶の製造装置
である第１の実施例の構成図であり、従来の固体レーザ
結晶の製造装置と異なるのは、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１を
強制的に撹拌するための撹拌用ハネ３３を有する点であ
る。撹拌用ハネ３３は、回転するアルミナ棒３２に保持
されており、アルミナ棒３２とともに回転することによ
り、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液を強制的に撹拌する。従来の作成
方法では、出来る限り結晶の軸方向に濃度が均一になる
ように、回転速度及び引き上げ速度をそれぞれ、毎分２
０回、毎時１ｍｍ程度にゆっくり引き上げ、軸方向に沿
って均一な濃度を持つ固体レーザ結晶を育成していた。
本実施例においては、回転速度及び引き上げ速度を従来
の固体レーザ結晶の作成方法と同様にし、撹拌手段によ
りＮｄ：ＹＡＧの溶液を強制的に撹拌することで、Ｎｄ
のＹＡＧに対する実効偏析係数を固有の偏析係数に近づ
け、従来の育成方法に比べて急峻な濃度勾配を持つレー
ザ結晶の育成が可能となる。
である第１の実施例の構成図であり、従来の固体レーザ
結晶の製造装置と異なるのは、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１を
強制的に撹拌するための撹拌用ハネ３３を有する点であ
る。撹拌用ハネ３３は、回転するアルミナ棒３２に保持
されており、アルミナ棒３２とともに回転することによ
り、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液を強制的に撹拌する。従来の作成
方法では、出来る限り結晶の軸方向に濃度が均一になる
ように、回転速度及び引き上げ速度をそれぞれ、毎分２
０回、毎時１ｍｍ程度にゆっくり引き上げ、軸方向に沿
って均一な濃度を持つ固体レーザ結晶を育成していた。
本実施例においては、回転速度及び引き上げ速度を従来
の固体レーザ結晶の作成方法と同様にし、撹拌手段によ
りＮｄ：ＹＡＧの溶液を強制的に撹拌することで、Ｎｄ
のＹＡＧに対する実効偏析係数を固有の偏析係数に近づ
け、従来の育成方法に比べて急峻な濃度勾配を持つレー
ザ結晶の育成が可能となる。
【００４４】本実施例においては、強制的な撹拌手段で
ある撹拌用ハネをアルミナ棒３２とともに回転させる方
法について説明したが、別に駆動手段を設けて、強制的
な撹拌を行うことも可能である。また本実施例では回転
速度及び引き上げ速度を従来の固体レーザ結晶の作成方
法より速くすることにより、例えば毎時１．５〜２．５
ｍｍ程度とすることで撹拌手段を用いずに急峻な濃度勾
配を持つレーザ結晶の育成も可能である。
ある撹拌用ハネをアルミナ棒３２とともに回転させる方
法について説明したが、別に駆動手段を設けて、強制的
な撹拌を行うことも可能である。また本実施例では回転
速度及び引き上げ速度を従来の固体レーザ結晶の作成方
法より速くすることにより、例えば毎時１．５〜２．５
ｍｍ程度とすることで撹拌手段を用いずに急峻な濃度勾
配を持つレーザ結晶の育成も可能である。
【００４５】図８は、本発明による固体レーザ結晶の製
造装置を用いて作成したときの、固体レーザ結晶中の活
性イオン濃度３４の分布を表したものである。結晶の長
さは、相対値で表しており、相対長さ１が種結晶側３８
に相当する。濃度は、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１中のレーザ
活性イオン濃度に対する相対値で表している。図８より
明らかなように、濃度勾配は種結晶側３８へ行くにつれ
て急峻になる。結晶の濃度を相対濃度で表していること
からも明らかなように、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１中のレー
ザ活性イオン濃度を変えることにより、自由な濃度勾配
を持つ固体レーザ結晶の作成が可能となる。また作成し
たＮｄ：ＹＡＧ結晶２７の中から、勾配ａ３５、勾配ｂ
３６、勾配ｃ３７それぞれの部分を切り出すことによ
り、自由な濃度勾配を持つ固体レーザ結晶の作成が可能
となる。
造装置を用いて作成したときの、固体レーザ結晶中の活
性イオン濃度３４の分布を表したものである。結晶の長
さは、相対値で表しており、相対長さ１が種結晶側３８
に相当する。濃度は、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１中のレーザ
活性イオン濃度に対する相対値で表している。図８より
明らかなように、濃度勾配は種結晶側３８へ行くにつれ
て急峻になる。結晶の濃度を相対濃度で表していること
からも明らかなように、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１中のレー
ザ活性イオン濃度を変えることにより、自由な濃度勾配
を持つ固体レーザ結晶の作成が可能となる。また作成し
たＮｄ：ＹＡＧ結晶２７の中から、勾配ａ３５、勾配ｂ
３６、勾配ｃ３７それぞれの部分を切り出すことによ
り、自由な濃度勾配を持つ固体レーザ結晶の作成が可能
となる。
【００４６】次に、本発明の固体レーザ結晶の作成方法
及び製造装置の第２の実施例について述べる。
及び製造装置の第２の実施例について述べる。
【００４７】図９は固体レーザ結晶の製造装置の第２の
実施例の構成図であり、レーザ活性イオン濃度の異なる
４種類の溶液ａ４０、溶液ｂ４１、溶液ｃ４２、溶液ｄ
４３を含むＩｒ製るつぼ２９及び固体レーザ結晶を溶液
ａ４０〜溶液ｄ４３へ順に移動するための結晶移動機構
３９を有する。レーザ活性イオン濃度は、溶液ａ４０で
最も高く、溶液ｄ４３へ行くにつれて低くなるように設
定されている。
実施例の構成図であり、レーザ活性イオン濃度の異なる
４種類の溶液ａ４０、溶液ｂ４１、溶液ｃ４２、溶液ｄ
４３を含むＩｒ製るつぼ２９及び固体レーザ結晶を溶液
ａ４０〜溶液ｄ４３へ順に移動するための結晶移動機構
３９を有する。レーザ活性イオン濃度は、溶液ａ４０で
最も高く、溶液ｄ４３へ行くにつれて低くなるように設
定されている。
【００４８】本実施例の固体レーザ結晶の作成方法で
は、まず、溶液ａ４０において結晶を成長させる。所望
の長さに達した時点で、結晶移動機構３９によりＮｄ：
ＹＡＧ結晶２７を溶液ｂ４１に移動させ再び結晶を成長
させる。これを、溶液ｄ４３まで繰り返す。これによ
り、結晶の長さ方向で勾配を持つ結晶の作成が可能とな
る。
は、まず、溶液ａ４０において結晶を成長させる。所望
の長さに達した時点で、結晶移動機構３９によりＮｄ：
ＹＡＧ結晶２７を溶液ｂ４１に移動させ再び結晶を成長
させる。これを、溶液ｄ４３まで繰り返す。これによ
り、結晶の長さ方向で勾配を持つ結晶の作成が可能とな
る。
【００４９】図１０は、本実施例の固体レーザ結晶の作
成方法による固体レーザ結晶中のレーザ活性イオン濃度
４８の分布を表したものである。勾配ａ４４、勾配ｂ４
５、勾配ｃ４６、勾配ｄ４７は、それぞれ、溶液ａ４
０、溶液ｂ４１、溶液ｃ４２、溶液ｄ４３において作成
した濃度勾配である。完全に直線的な、勾配を作るのは
困難であるが、図１０のような勾配を持つ固体レーザ結
晶でも十分な温度上昇の抑制効果を得ることができる。
また濃度の異なる溶液の種類を増やすことにより、より
均一な濃度勾配を持つ結晶の作成が可能となりる。
成方法による固体レーザ結晶中のレーザ活性イオン濃度
４８の分布を表したものである。勾配ａ４４、勾配ｂ４
５、勾配ｃ４６、勾配ｄ４７は、それぞれ、溶液ａ４
０、溶液ｂ４１、溶液ｃ４２、溶液ｄ４３において作成
した濃度勾配である。完全に直線的な、勾配を作るのは
困難であるが、図１０のような勾配を持つ固体レーザ結
晶でも十分な温度上昇の抑制効果を得ることができる。
また濃度の異なる溶液の種類を増やすことにより、より
均一な濃度勾配を持つ結晶の作成が可能となりる。
【００５０】本実施例においては、固体レーザ結晶を移
動させる方法について説明したが、溶液を移動させて
も、結晶の作成は可能である。
動させる方法について説明したが、溶液を移動させて
も、結晶の作成は可能である。
【００５１】次に、本発明の固体レーザ結晶の作成方法
及び製造装置の第３の実施例について述べる。
及び製造装置の第３の実施例について述べる。
【００５２】図１１は固体レーザ結晶の製造装置の構成
図であり、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１中に、レーザ活性物質
の原料なるＮｄ2 Ｏ3 の粉末を注入するためのレーザ活
性物質注入口４９が設けられている。
図であり、Ｎｄ：ＹＡＧ溶液３１中に、レーザ活性物質
の原料なるＮｄ2 Ｏ3 の粉末を注入するためのレーザ活
性物質注入口４９が設けられている。
【００５３】本実施例による固体レーザ結晶の作成方法
においては、まず、Ｉｒ製るつぼ２９中に、レーザ活性
物質の原料粉末であるＮｄ2 Ｏ3 を除く、Ａｌ2 Ｏ3 、
Ｙ2Ｏ3 の粉末のみを導入し、レーザ活性物質の含まれ
ないＹＡＧ結晶を成長させる。その後、時間とともにレ
ーザ活性物質導入口４９よりＮｄ2 Ｏ3 粉末を注入す
る。この方法により、時間とともにＮｄ：ＹＡＧ溶液３
１中のレーザ活性イオン濃度を増加させることができ、
レーザ活性物質の注入量と注入時間を変えることによ
り、種結晶側で濃度の低く、離れるほど高くなる濃度勾
配を持つ結晶を成長させることが可能となる。
においては、まず、Ｉｒ製るつぼ２９中に、レーザ活性
物質の原料粉末であるＮｄ2 Ｏ3 を除く、Ａｌ2 Ｏ3 、
Ｙ2Ｏ3 の粉末のみを導入し、レーザ活性物質の含まれ
ないＹＡＧ結晶を成長させる。その後、時間とともにレ
ーザ活性物質導入口４９よりＮｄ2 Ｏ3 粉末を注入す
る。この方法により、時間とともにＮｄ：ＹＡＧ溶液３
１中のレーザ活性イオン濃度を増加させることができ、
レーザ活性物質の注入量と注入時間を変えることによ
り、種結晶側で濃度の低く、離れるほど高くなる濃度勾
配を持つ結晶を成長させることが可能となる。
【００５４】次に、本発明の固体レーザ結晶の作成方法
及び製造装置の第４の実施例について述べる。
及び製造装置の第４の実施例について述べる。
【００５５】図１２におけるレーザ結晶の製造装置で
は、均一な濃度を持つ固体レーザ結晶５０を結晶の軸方
向に沿って移動可能なヒータ５０の間に保持されてお
り、ヒータ５０は、結晶の一部を熱し溶融帯を作りなが
ら、左から右へ移動する。このような作業を繰り返すこ
とにより、レーザ活性イオンであるＮｄ３＋は徐々に右
側に移動することになる。
は、均一な濃度を持つ固体レーザ結晶５０を結晶の軸方
向に沿って移動可能なヒータ５０の間に保持されてお
り、ヒータ５０は、結晶の一部を熱し溶融帯を作りなが
ら、左から右へ移動する。このような作業を繰り返すこ
とにより、レーザ活性イオンであるＮｄ３＋は徐々に右
側に移動することになる。
【００５６】図１３は、前述のレーザ結晶の作成方法を
用いたときの、固体レーザ結晶中のレーザ活性イオン濃
度の分布を表したものである。濃度は、初期のＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶５１のレーザ活性イオンの濃度に対する相対値
で表しており、初期の濃度は、曲線ａ５２に相当する。
ヒータ５０の移動を繰り替えすことにより、レーザ活性
イオンの濃度分布は、曲線ｂ５３から曲線ｄ５５へ変化
する。本作成方法では、初期に用いる結晶の濃度の違
い、ヒータ５０の移動回数により、更に急峻な濃度勾配
を持つ結晶の作成方法が可能となる。
用いたときの、固体レーザ結晶中のレーザ活性イオン濃
度の分布を表したものである。濃度は、初期のＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶５１のレーザ活性イオンの濃度に対する相対値
で表しており、初期の濃度は、曲線ａ５２に相当する。
ヒータ５０の移動を繰り替えすことにより、レーザ活性
イオンの濃度分布は、曲線ｂ５３から曲線ｄ５５へ変化
する。本作成方法では、初期に用いる結晶の濃度の違
い、ヒータ５０の移動回数により、更に急峻な濃度勾配
を持つ結晶の作成方法が可能となる。
【００５７】次に、本発明の固体レーザ結晶の作成方法
及び製造装置の第５の実施例について述べる。
及び製造装置の第５の実施例について述べる。
【００５８】図１４を参照すると、本発明の固体レーザ
結晶の製造装置は、アルミナ棒５６に保持された、ＹＡ
Ｇ種結晶２６及び、Ｎｄ：ＹＡＧの原料となるＡｌ2 Ｏ
3 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＮｄ2 Ｏ3 の高純度の粉末を焼結さ
せたＮｄ：ＹＡＧ焼結体５８、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結体５８
の一部を加熱溶融させるための赤外線６０を発生させる
ための赤外線発生装置５９を有する。Ｎｄ：ＹＡＧ焼結
体５８は、あらかじめ、レーザ活性イオンの原料となる
Ｎｄ２Ｏ３の濃度を軸方向に勾配を持つように作成して
ある。赤外線発生装置５９は、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結体５９
の周りを回転するとともに上下に移動するための移動機
構６１を有する。
結晶の製造装置は、アルミナ棒５６に保持された、ＹＡ
Ｇ種結晶２６及び、Ｎｄ：ＹＡＧの原料となるＡｌ2 Ｏ
3 、Ｙ2 Ｏ3 、及びＮｄ2 Ｏ3 の高純度の粉末を焼結さ
せたＮｄ：ＹＡＧ焼結体５８、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結体５８
の一部を加熱溶融させるための赤外線６０を発生させる
ための赤外線発生装置５９を有する。Ｎｄ：ＹＡＧ焼結
体５８は、あらかじめ、レーザ活性イオンの原料となる
Ｎｄ２Ｏ３の濃度を軸方向に勾配を持つように作成して
ある。赤外線発生装置５９は、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結体５９
の周りを回転するとともに上下に移動するための移動機
構６１を有する。
【００５９】本作成方法においては、赤外線発生装置５
９は、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結体５８の一部を加熱、溶融させ
ながら、図面上のＹＡＧ種結晶２６より下方向へ回転、
移動する。これにより、ＹＡＧ種結晶２６側から、徐々
にＮｄ：ＹＡＧ焼結体５８の結晶かが始まり、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ焼結体５８中のレーザ活性イオンの濃度勾配に応じ
たレーザ活性イオンの濃度勾配を持つ固体レーザ結晶が
作成される。本作成方法においては、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結
体５８中に含まれるレーザ活性イオンの濃度を変えるこ
とにより、自由な濃度勾配を持つ固体レーザ結晶の作成
が可能となる。
９は、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結体５８の一部を加熱、溶融させ
ながら、図面上のＹＡＧ種結晶２６より下方向へ回転、
移動する。これにより、ＹＡＧ種結晶２６側から、徐々
にＮｄ：ＹＡＧ焼結体５８の結晶かが始まり、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ焼結体５８中のレーザ活性イオンの濃度勾配に応じ
たレーザ活性イオンの濃度勾配を持つ固体レーザ結晶が
作成される。本作成方法においては、Ｎｄ：ＹＡＧ焼結
体５８中に含まれるレーザ活性イオンの濃度を変えるこ
とにより、自由な濃度勾配を持つ固体レーザ結晶の作成
が可能となる。
【００６０】次に本発明の固体レーザ結晶の第２の実施
例について図面を参照して、詳細に説明する。
例について図面を参照して、詳細に説明する。
【００６１】本実施例では、直径６ｍｍ、厚さ４ｍｍの
Ｎｄ：ＹＡＧ固体レーザ結晶に対して、図１５のよう
に、励起面から冷却面までの厚さ方向の距離の２乗に比
例してレーザ活性イオンの濃度６２を増加させている。
励起面１７、冷却面１８での活性イオン濃度は、それぞ
れ、０．２、１．４ａｔｍ％である。このような濃度分
布を持つことにより、固体レーザ結晶中に吸収される励
起光吸収量６３は、図１６に示すように直線的な濃度勾
配を持つ結晶に比べて、更に冷却面側で大きくなること
が判る。
Ｎｄ：ＹＡＧ固体レーザ結晶に対して、図１５のよう
に、励起面から冷却面までの厚さ方向の距離の２乗に比
例してレーザ活性イオンの濃度６２を増加させている。
励起面１７、冷却面１８での活性イオン濃度は、それぞ
れ、０．２、１．４ａｔｍ％である。このような濃度分
布を持つことにより、固体レーザ結晶中に吸収される励
起光吸収量６３は、図１６に示すように直線的な濃度勾
配を持つ結晶に比べて、更に冷却面側で大きくなること
が判る。
【００６２】図１７は、１０Ｗの半導体レーザにより固
体レーザ結晶を励起したときの上昇温度の計算結果を表
したものである。固体レーザ結晶の図２の例に比べて、
上昇温度のピークは、冷却面側に移動するとともに、ピ
ーク値は２３．４度と図２の直線的な濃度勾配を持つ場
合に比べて、更に抑制することが可能となる。
体レーザ結晶を励起したときの上昇温度の計算結果を表
したものである。固体レーザ結晶の図２の例に比べて、
上昇温度のピークは、冷却面側に移動するとともに、ピ
ーク値は２３．４度と図２の直線的な濃度勾配を持つ場
合に比べて、更に抑制することが可能となる。
【００６３】次に、本発明のレーザ結晶の第３の実施例
について図面を参照して詳細に説明する。
について図面を参照して詳細に説明する。
【００６４】図１８（ａ）は、本発明の固体レーザ結晶
の側面図、図１８（ｂ）はレーザ活性イオンの濃度分布
を表す。図１８を参照すると、本発明の固体レーザ結晶
は、レーザ活性イオン濃度の異なる４枚の結晶が接合さ
れている。最も濃度の低い結晶ａ６５から濃度の低い順
に接合されており、結晶ａ６５は、励起面１７に結晶ｄ
６８は冷却面１８に配置されている。
の側面図、図１８（ｂ）はレーザ活性イオンの濃度分布
を表す。図１８を参照すると、本発明の固体レーザ結晶
は、レーザ活性イオン濃度の異なる４枚の結晶が接合さ
れている。最も濃度の低い結晶ａ６５から濃度の低い順
に接合されており、結晶ａ６５は、励起面１７に結晶ｄ
６８は冷却面１８に配置されている。
【００６５】図１９は、励起光の吸収量６９を表したも
のであり、結晶ａ６５から結晶ｄ６８へ行くにつれて吸
収量が大きくなるようになっている。更に、結晶の分割
数を増やせば、図２の実施例に近づくことになる。
のであり、結晶ａ６５から結晶ｄ６８へ行くにつれて吸
収量が大きくなるようになっている。更に、結晶の分割
数を増やせば、図２の実施例に近づくことになる。
【００６６】図２０は、１０Ｗの半導体レーザにより固
体レーザ結晶を励起したときの上昇温度の計算結果を表
したものである。上昇温度のピーク値は２８．３度であ
り、図２の実施例と同様温度上昇の抑制効果が得られ
る。
体レーザ結晶を励起したときの上昇温度の計算結果を表
したものである。上昇温度のピーク値は２８．３度であ
り、図２の実施例と同様温度上昇の抑制効果が得られ
る。
【００６７】次に、固体レーザ結晶の第３の実施例を作
成する方法について述べる。
成する方法について述べる。
【００６８】直径６ｍｍ、厚さ１ｍｍ、レーザ活性イオ
ン濃度がそれぞれ、０．３５、０．７、１．０５、１．
４ａｔｍ％であり、結晶軸の一致した４枚の結晶の両端
を、λ／１０、平行度１秒に研磨したものを、オプティ
カルコンタクトにより接合する。これにより、接合面に
おける光学的なロスのほとんど生じない固体レーザ結晶
を作成することが可能となる。
ン濃度がそれぞれ、０．３５、０．７、１．０５、１．
４ａｔｍ％であり、結晶軸の一致した４枚の結晶の両端
を、λ／１０、平行度１秒に研磨したものを、オプティ
カルコンタクトにより接合する。これにより、接合面に
おける光学的なロスのほとんど生じない固体レーザ結晶
を作成することが可能となる。
【００６９】本実施例では、オプティカルコンタクトに
よる結晶の作成方法のみを述べたが、拡散接合による作
成も可能である。
よる結晶の作成方法のみを述べたが、拡散接合による作
成も可能である。
【００７０】次に、本発明の固体レーザ結晶の第４の実
施例について図面を参照して詳細に説明する。
施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００７１】図２１（ａ）は、本発明の固体レーザ結晶
の側面図、図２１（ｂ）はレーザ活性イオンの濃度分布
を表す。図２１を参照すると、本発明の固体レーザ結晶
は、レーザ活性イオンのドープされていない結晶ａ７０
と濃度勾配が直線的な勾配を持つ結晶ｂの２枚の結晶が
接合されている。結晶ｂの接合面は、濃度の低い面であ
り、もう一方の面は冷却面に配置されている。
の側面図、図２１（ｂ）はレーザ活性イオンの濃度分布
を表す。図２１を参照すると、本発明の固体レーザ結晶
は、レーザ活性イオンのドープされていない結晶ａ７０
と濃度勾配が直線的な勾配を持つ結晶ｂの２枚の結晶が
接合されている。結晶ｂの接合面は、濃度の低い面であ
り、もう一方の面は冷却面に配置されている。
【００７２】図２２は、励起光の吸収量の割合７３を表
したものであり、結晶ａ７０では、励起光の吸収は起こ
らず、結晶ｂ７４にて励起光が吸収される。
したものであり、結晶ａ７０では、励起光の吸収は起こ
らず、結晶ｂ７４にて励起光が吸収される。
【００７３】図２３は、１０Ｗの半導体レーザにより固
体レーザ結晶を励起したときの上昇温度の計算結果を表
したものである。上昇温度のピーク値は２５．８であ
り、図２に示す実施例に比べて０．２の温度抑制効果が
得られている。実際には、側面からの冷却効果が得られ
るため、側面の表面積が図２の実施例に比べて２倍であ
る本実施例では、より温度の抑制効果が得られる。更
に、結晶ａ７０では励起光の吸収が起こらないので結晶
の厚みを増やしても、温度上昇の抑制効果が低減しない
ため、機械的なひずみに対する強度の上昇効果が得られ
る。また第４の実施例ではドープ濃度が直線となってい
るがこれに限られるものではなく、固体レーザ結晶の第
１〜第３の実施例で述べた固体レーザ結晶にも用いるこ
とができる。
体レーザ結晶を励起したときの上昇温度の計算結果を表
したものである。上昇温度のピーク値は２５．８であ
り、図２に示す実施例に比べて０．２の温度抑制効果が
得られている。実際には、側面からの冷却効果が得られ
るため、側面の表面積が図２の実施例に比べて２倍であ
る本実施例では、より温度の抑制効果が得られる。更
に、結晶ａ７０では励起光の吸収が起こらないので結晶
の厚みを増やしても、温度上昇の抑制効果が低減しない
ため、機械的なひずみに対する強度の上昇効果が得られ
る。また第４の実施例ではドープ濃度が直線となってい
るがこれに限られるものではなく、固体レーザ結晶の第
１〜第３の実施例で述べた固体レーザ結晶にも用いるこ
とができる。
【００７４】なお固体レーザ結晶の第２〜第４の実施例
にレーザ活性イオンとしては、ＮｄあるいはＹｂ等を用
いることができる。
にレーザ活性イオンとしては、ＮｄあるいはＹｂ等を用
いることができる。
【００７５】
【発明の効果】本発明では、活性イオン濃度が励起面よ
り冷却面で高い固体レーザ結晶を用いているために、効
率的な冷却が可能になる。このため高出力化時の固体レ
ーザ結晶内の温度上昇を抑制することができ、高出力化
に伴う、ビーム品質の劣化を抑制することが可能とな
る。
り冷却面で高い固体レーザ結晶を用いているために、効
率的な冷却が可能になる。このため高出力化時の固体レ
ーザ結晶内の温度上昇を抑制することができ、高出力化
に伴う、ビーム品質の劣化を抑制することが可能とな
る。
【図１】本発明に用いた固体レーザ装置の全体構成を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の固体レーザ結晶の第１の実施例である
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イオンの濃度分布を示
す図である。
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イオンの濃度分布を示
す図である。
【図３】本発明の固体レーザ結晶の第１の実施例である
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図で
ある。
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図で
ある。
【図４】本発明の固体レーザ結晶の第１の実施例である
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
【図５】本発明の固体レーザ結晶の第１の実施例である
Ｙｂ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イオンの濃度分布を示
す図である。
Ｙｂ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イオンの濃度分布を示
す図である。
【図６】本発明の固体レーザ結晶の第１の実施例である
Ｙｂ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
Ｙｂ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
【図７】本発明の固体レーザ結晶の製造装置の第１の実
施例を説明するための図である。
施例を説明するための図である。
【図８】本発明の固体レーザ結晶の作成方法の第１の実
施例により作成したＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イ
オン濃度を示す図である。
施例により作成したＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イ
オン濃度を示す図である。
【図９】本発明の固体レーザ結晶の製造装置の第２の実
施例を説明するための図である。
施例を説明するための図である。
【図１０】本発明の固体レーザ結晶の作成方法の第２の
実施例により作成したＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性
イオン濃度を示す図である。
実施例により作成したＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性
イオン濃度を示す図である。
【図１１】本発明の固体レーザ結晶の製造装置の第３の
実施例を説明するための図である。
実施例を説明するための図である。
【図１２】本発明の固体レーザ結晶の製造装置の第４の
実施例を説明するための図である。
実施例を説明するための図である。
【図１３】本発明の固体レーザ結晶の作成方法の第４の
実施例により作成したＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性
イオン濃度を示す図である。
実施例により作成したＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性
イオン濃度を示す図である。
【図１４】本発明の固体レーザ結晶の製造装置の第５の
実施例を説明するための図である。
実施例を説明するための図である。
【図１５】本発明の固体レーザ結晶の第２の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イオンの濃度分布を
示す図である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内のレーザ活性イオンの濃度分布を
示す図である。
【図１６】本発明の固体レーザ結晶の第２の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図
である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図
である。
【図１７】本発明の固体レーザ結晶の第２の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
【図１８】本発明の固体レーザ結晶の第３の実施例を説
明するための図及びレーザ活性イオンの濃度分布を示す
図である。
明するための図及びレーザ活性イオンの濃度分布を示す
図である。
【図１９】本発明の固体レーザ結晶の第３の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図
である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図
である。
【図２０】本発明の固体レーザ結晶の第３の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
【図２１】本発明の固体レーザ結晶の第４の実施例を説
明するための図、及びレーザ活性イオンの濃度分布を示
す図である。
明するための図、及びレーザ活性イオンの濃度分布を示
す図である。
【図２２】本発明の固体レーザ結晶の第４の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図
である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の励起光の吸収量の割合を示す図
である。
【図２３】本発明の固体レーザ結晶の第４の実施例であ
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
るＮｄ：ＹＡＧ結晶内の上昇温度分布を示す図である。
【図２４】従来の固体レーザ装置の全体構成を示す図で
ある。
ある。
【図２５】従来の固体レーザ結晶の製造装置を説明する
ための図である。
ための図である。
【図２６】従来の固体レーザ装置の固体レーザ結晶内の
励起光吸収量の割合示す図である。
励起光吸収量の割合示す図である。
【図２７】従来の固体レーザ装置のレーザ結晶内の上昇
温度分布を示す図である。
温度分布を示す図である。
１０ 反射鏡 １１ 固体レーザ結晶 １２ ヒートシンク １３ 集光光学系 １４ 出力鏡 １５ 励起光反射鏡 １６ 半導体レーザ １７ 励起面 １８ 冷却面 １９ 励起光 ２０ 固体レーザ光 ２１ レーザ活性イオン濃度 ２２ 励起光吸収量 ２３ 結晶中心 ２４ 上昇温度 ２５ 結晶側面 ２６ ＹＡＧ種結晶 ２７ Ｎｄ:ＹＡＧ結晶 ２８ アルミナ断熱材 ２９ Ｉｒ製るつぼ ３０ 誘導加熱用コイル ３１ Ｎｄ:ＹＡＧ溶液 ３２ アルミナ棒 ３３ 撹拌用ハネ ３４ レーザ活性イオン濃度 ３５ 勾配ａ ３６ 勾配ｂ ３７ 勾配ｃ ３８ 種結晶側 ３９ 結晶移動機構 ４０ 溶液ａ ４１ 溶液ｂ ４２ 溶液ｃ ４３ 溶液ｄ ４４ 勾配ａ ４５ 勾配ｂ ４６ 勾配ｃ ４７ 勾配ｄ ４８ レーザ活性イオン濃度 ４９ レーザ活性物質注入口 ５０ ヒータ ５１ Ｎｄ：ＹＡＧ結晶 ５２ 曲線ａ ５３ 曲線ｂ ５４ 曲線ｃ ５５ 曲線ｄ ５８ Ｎｄ:ＹＡＧ焼結体 ５９ 赤外線発生装置 ６０ 赤外線 ６１ 赤外線発生装置移動機構 ６２ レーザ活性イオン濃度 ６３ 励起光吸収量 ６４ レーザ活性イオン濃度 ６５ 結晶ａ ６６ 結晶ｂ ６７ 結晶ｃ ６８ 結晶ｄ ６９ 励起光吸収量 ７０ 結晶ａ ７１ 結晶ｂ ７２ レーザ活性イオン濃度 ７３ 励起光吸収量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 C30B 15/04
Claims (20)
- 【請求項１】レーザ活性イオンを有するディスク形状の
固体レーザ結晶において、前記固体レーザ結晶の励起面
となる端面から冷却面となる端面に向かって前記レーザ
活性イオンのドープ濃度分布が連続的又は段階的に増加
していることを特徴とする固体レーザ結晶。 - 【請求項２】前記ドープ濃度分布の連続的な変化が直線
又は曲線であることを特徴とする請求項１記載の固体レ
ーザ結晶。 - 【請求項３】前記ドープ濃度分布の段階的な変化が直線
又は曲線であることを特徴とする請求項１記載の固体レ
ーザ結晶。 - 【請求項４】レーザ活性イオンを有するディスク形状の
固体レーザ結晶において、レーザ活性イオンの濃度が前
記固体レーザ結晶の励起面となる端面から冷却面となる
端面に向かって、励起面から冷却面までの厚さ方向の距
離の２乗に比例して増加する勾配を持つことを特徴とす
る固体レーザ結晶。 - 【請求項５】前記ドープ濃度分布の段階的な変化がレー
ザ活性イオンのドープ濃度が異なる複数個の結晶を接合
により形成されていることを特徴とする請求項１又は３
記載の固体レーザ結晶。 - 【請求項６】前記濃度の異なる複数個の結晶がオプティ
カルコンタクトあるいは拡散接合により接合されている
ことを特徴とする請求項５記載の固体レーザ結晶。 - 【請求項７】前記固体レーザ結晶の励起面にレーザイオ
ン活性のドープされていない結晶を接合したことを特徴
とする請求項１記載の固体レーザ結晶。 - 【請求項８】前記レーザ活性イオンはNd又はＹｂである
ことを特徴とする請求項７記載の固体レーザ結晶。 - 【請求項９】 固体レーザ結晶の材料粉末を加熱し、材料
粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を付け、回転させ
ながら結晶を引き上げて固体レーザ結晶を作成する方法
であって、前記材料溶液中のレーザ活性イオン濃度を時
間とともに増加させ、レーザ活性イオンの濃度を結晶軸
方向に沿って勾配させることを特徴とする固体レーザ結
晶の作成方法。 - 【請求項１０】 固体レーザ結晶の材料粉末を加熱する手
段を有し、材料粉末が溶融した材料溶液に固体種結晶を
付け、回転させながら結晶を引き上げて固体レーザ結晶
を作成する製造装置であって、前記材料溶液中のレーザ
活性イオンを時間とともに増加させる手段を有し、レー
ザ活性イオンの濃度を結晶軸方向に沿って勾配させるこ
とを特徴とする固体レーザ結晶の製造装置。 - 【請求項１１】 レーザ活性イオンの濃度が均一な固体レ
ーザ結晶の周囲の一部を加熱手段により溶融し、前記加
熱手段により固体レーザ結晶周囲を軸方向に沿って一方
から他方へ複数回移動させることにより、レーザ活性イ
オンの濃度を結晶の軸方向に沿って勾配させることを特
徴とする固体レーザ結晶の作成方法。 - 【請求項１２】 レーザ活性イオンの濃度が均一な固体レ
ーザ結晶の周囲の一部を溶融するための加熱手段と、前
記加熱手段と前記固体レーザ結晶との相対位置を固体レ
ーザ結晶の結晶軸方向に沿って一方から他方へ移動させ
る手段を有し、前記加熱手段により固体レーザ結晶の周
囲を溶融させ、かつ、一方から他方へ複数回移動させる
ことにより、レーザ活性イオン濃度を結晶軸方向に沿っ
て勾配させることを特徴とする固体レーザ結晶の製造装
置。 - 【請求項１３】 溶融した固体レーザ溶液から結晶を成長
させる固体種結晶に接合されレーザ活性イオンの濃度が
結晶軸方向に勾配を持つ固体レーザ結晶材料の粉末焼結
体の一部を加熱手段により部分的に溶融させて、レーザ
活性イオン濃度を結晶軸方向に沿って勾配させることを
特徴とする固体レーザ結晶の作成方法。 - 【請求項１４】 溶融した固体レーザ溶液から結晶を成長
させるための固体種結晶と、前記固体種結晶に結合され
レーザ活性イオンの濃度が結晶軸方向に勾配を持つレー
ザ結晶材料の粉末焼結体と、前記粉末焼結体の一部を溶
融するための加熱手段とを有し、前記粉末焼結体を前記
加熱手段により部分的に溶融させて、レーザ活性イオン
濃度が結晶の軸方向に沿って勾配した固体レーザ結晶を
作成することを特徴とする固体レーザ結晶の製造装置。 - 【請求項１５】 励起光源としての半導体レーザと、ディ
スク形状の固体レーザ結晶と、前記固体レーザ結晶の一
方の端面である励起面より前記半導体レーザ光を入射し
て発生した光を共振させる共振器と、前記固体レーザ結
晶の他方の端面である冷却面に冷却手段を備えた固体レ
ーザ装置において、前記固体レーザ結晶内のレーザ活性
イオンのドープ濃度が、励起面から冷却面へ増加する勾
配を有する固体レーザ結晶を用いたことを特徴とする固
体レーザ装置。 - 【請求項１６】 レーザ活性イオンのドープ濃度が励起面
から冷却面へ増加する濃度勾配が連続的であり、直線状
または曲線状であることを特徴とする請求項１５記載の
固体レーザ装置。 - 【請求項１７】 レーザ活性イオンの濃度が前記固体レー
ザ結晶の励起面となる端面から冷却面となる端面に向か
って、励起面から冷却面までの厚さ方向の距離の２乗に
比例して増加する勾配を持つ固体レーザ結晶を用いたこ
とを特徴とする請求項１５記載の固体レーザ装置。 - 【請求項１８】 励起光源としての半導体レーザと、ディ
スク形状の固体レーザ結晶と、前記固体レーザ結晶の一
方の端面である励起面より前記半導体レーザ光を入射し
て発生した光を共振させる共振器と、前記固体レーザ結
晶の他方の端面である冷却面に冷却手段を備えた固体レ
ーザ装置において、レーザ活性イオンのドープ濃度が異
なる複数個の結晶を前記ドープ濃度が励起面から冷却面
へ増加する勾配となるように接合した固体レーザ結晶を
用い、前記ドープ濃度の高い結晶面に前記冷却手段を接
触させていることを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項１９】 前記濃度の異なる複数個の結晶がオプテ
ィカルコンタクトあるいは拡散接合により接合されたこ
とを特徴とする請求項１８記載の固体レーザ装置。 - 【請求項２０】 固体レーザ結晶の励起面にレーザイオン
活性のドープされていない結晶を接合したことを特徴と
する請求項１５記載の固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27927597A JP3266071B2 (ja) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | 固体レーザ結晶とその作成方法及び固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27927597A JP3266071B2 (ja) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | 固体レーザ結晶とその作成方法及び固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11121855A JPH11121855A (ja) | 1999-04-30 |
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ID=17608903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27927597A Expired - Fee Related JP3266071B2 (ja) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | 固体レーザ結晶とその作成方法及び固体レーザ装置 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP2007059591A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光励起ディスク型固体レーザ共振器、光励起ディスク型固体レーザシステム |
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-
1997
- 1997-10-14 JP JP27927597A patent/JP3266071B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7751457B2 (en) | 2006-06-29 | 2010-07-06 | Ricoh Company, Ltd. | Laser-diode pumped solid-state laser apparatus, optical scanning apparatus, image forming apparatus and display apparatus |
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