JP3269438B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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Description
結晶のエッジ部分からビームを入出射する入出射部分を
有するスラブレーザ集光器等の固体レーザ装置に関す
る。
WからkW級の高い平均出力でも、低拡がり角の高いビ
ーム品質を維持し続けるため、高いビーム輝度を有する
レーザ光を発生させることができるという特徴をもつ。
これはスラブ厚み方向に対してスラブ結晶の側面で全反
射を繰り返しながら、結晶中を伝搬するジグザグ型の光
路を用いることにより、温度分布から生じる屈折率差、
複屈折などの光学歪みがビームに与える影響を打ち消し
て、高いビーム品質が得られるというスラブ型固体レー
ザ発振器の原理によるものである。
合は上記の原理の通りであるが、実際には、ジグザグ型
の光路を形成するため、スラブの入出射面において屈折
させる必要があり、一般的にスラブ結晶のエッジ部分は
先端が鋭角となるくさび型の形状である。
ーザ集光器の入出射部分の断面と、スラブ結晶内の等温
線を示す断面図である。このスラブレーザ集光器におい
て、スラブ結晶1は平板形状で断面は長方形であり、そ
の長辺を含む側面から均一に励起及び冷却できるよう
に、励起用の光源であるランプ2が配置され、さらにス
ラブ結晶1に平行するように配置されたガラス板3の間
に高速で冷却水4を流している。さらに短辺を含む側面
は、スラブ結晶1に断熱材が密着されており、この面か
らの熱の逃げは遮断されている。このような構造におい
て、結晶内の温度分布は、上記断面の長辺方向(スラブ
幅方向)には均一であり、短辺方向(スラブ厚み方向)
にのみ中心部から両側面に向かい低下する勾配として生
じる。このスラブ厚み方向の温度分布により発生する光
学歪みは、上記の長辺を含む両側面にて全反射を繰り返
すジグザグ光路によりビームへの影響が補償される。
は、冷却水4の外部への流出を防ぐためのスラブシール
材5が設けられ、このシール材5より外側の部分のスラ
ブ結晶1は、ジグザグ光路を形成するため入射光を屈折
するように、例えば入射がブリュースターとなる鋭角の
形状にカットされている。また、この部分は通常は空気
に触れる部分である。
ブ結晶においては、励起および冷却が行われているシー
ル材5より内側の部分は、スラブ側面に平行した等温線
が形成されるので、スラブ結晶1を透過するビーム20
の各部は均一に高温部24と低温部を通過し、上記の原
理によりビームの各部が受ける光学歪みの影響は均一化
される。
材5の外側のエッジ部分は、スラブの内部からの熱伝導
とエッジのくさび型の形状、エッジ付近の雰囲気への熱
の逃げなどの関係によって、結晶内の等温線21が乱れ
る。このエッジ部分をビーム20が通過する際、ビーム
の両サイドで大きく異なる温度領域を通過することにな
る。したがって、ビーム20の各部分が受ける光学歪み
の影響が異なることから、波面が乱れ、出射するビーム
が広がったり、干渉などにより部分的に強い部分が発生
することがある。
ate Laser Enginnering」(Springer-Verlag) の 7.3 Sl
ab and Disc Geometries に示されているように、エッ
ジ部分が鋭角であるために熱膨張によって結晶の変形が
生じる。すなわち、入出射面での反射ロスを押さえる目
的のブリュースター角にカットしたスラブ結晶1では、
先端が鋭角となるためスラブ内部の熱膨張によりエッジ
部分が変形して曲げられる。図3においては、元のスラ
ブ結晶1の形状22と励起状態のスラブ結晶1の形状2
3を定性的に示す。このスラブ結晶の変形の結果、出射
するレーザ光の方向がずれることになり、共振器内では
往復するレーザ光のスラブ結晶端面でのロスとなった
り、そのロスとなる迷光によるスラブシール材の劣化
や、また、励起入力の変化に対する最適な発振状態の変
化、つまり調整ずれという問題の要因となる。
一性と、結晶の変形によるビームずれは、以下の各問題
点の要因となっていた。
に生じている不規則な屈折率勾配による熱レンズ効果の
補償の不十分さのために、スラブを出射するビーム拡が
り角が大きくなり、スラブレーザ発振器のビーム品質が
悪化することである。
ーザ光の波面の乱れと全反射を繰り返すことにより生じ
る干渉のため、出力光の強度分布に局所的な集中が発生
することである。
の変化に対するビームの変位によって生じる、調整ずれ
と出力の安定性の悪化である。
際に現れる迷光、散乱光が共振器ミラーで反射され再度
スラブ結晶の側に戻る場合に発生するスラブシール材の
劣化である。
決するためになされたものであり、ビーム品質、出力光
の強度分布や安定性、スラブシール材の劣化防止などに
おいて優れた固体レーザ装置を提供することを目的とす
る。
エッジ部分からビームを入射及び/又は出射するスラブ
レーザ集光器を有する固体レーザ装置において、該スラ
ブ結晶のエッジ部分近傍の温度分布を調整するための温
度分布調整用加熱手段を有し、スラブ結晶のエッジ部分
付近には、冷却水の外部への流出を防ぐためのスラブシ
ール材が設けられ、温度分布調整用加熱手段は、該シー
ル材より外側のスラブ結晶のエッジ部分の温度分布を調
整するための手段であることを特徴とする固体レーザ装
置である。
段を設け、スラブ結晶のエッジ部分近傍の温度分布を調
整することにより、ビームがエッジ部分を通過すること
により生じる光学歪みや、エッジ部分の変形を改善で
き、上記各問題点を解決できることになる。
ついて説明する。
して、スラブレーザ集光器の入出射部分の断面と、スラ
ブ結晶内の等温線を示す断面図であり、図2は、図1の
スラブレーザ集光器の入出射側から見た、スラブ結晶の
エッジ部分を示す斜視図である。この図に示す装置にお
いては、ジグザグ・スラブ型レーザ結晶1を用いた集光
器の中でビームが入出射する部分について、ジグザグ光
路が形成される。なお図1では集光器の片側のエッジ付
近のみを表しているが、逆側のエッジ付近についても対
称に同じ形状及び等温線21が形成されている。
例と同様に、スラブ結晶1は平板形状で断面は長方形で
あり、その長辺を含む側面から均一に励起及び冷却でき
るように、励起用の光源であるランプ2が配置され、さ
らにスラブ結晶1に平行するように配置されたガラス板
3の間に高速で冷却水4を流している。さらに短辺を含
む側面は、スラブ結晶1に断熱材が密着されており、こ
の面からの熱の逃げは遮断されている。
は、冷却水4の外部への流出を防ぐためのスラブシール
材5が設けられ、このシール材5より外側の部分のスラ
ブ結晶1は、ジグザグ光路を形成するため入射光を屈折
するように、例えば入射がブリュースターとなる鋭角の
形状にカットされている。また、この部分は通常は空気
に触れる部分である。
た従来例と異なる構成は、温度分布調整用加熱手段とし
て、シール材5より外側のスラブ結晶1のエッジ部分に
結晶側面に密着するように軟質の熱伝達材6,7を設
け、さらにこの熱伝達材6,7を介してスラブ結晶1を
加熱する目的の平板状のヒータ8,9を熱伝達材6,7
に貼り付けて設けていることである。このヒータ8,9
によりスラブ結晶1のエッジ部分に生じている温度分布
を変化させ、従来技術においてビーム品質悪化の原因で
あったエッジ部分の光学歪みを変化させ、ビームが受け
る影響を均一化でき、これによりスラブレーザ発振器の
ビーム品質、ビームの強度分布、出力安定性を改善でき
る。
は、共振器を取り付けてレーザ発振状態で調整するので
はなく、例えばHe−Neレーザ光のような可視レーザ
光をプローブ光として、高励起状態にあるスラブ結晶1
に入射し、出射光のパターンを観察しながらスラブ結晶
の両側に配置したヒータ8,9の加熱量を独立に調整し
て良好なパターンが得られるようにすることが好まし
い。従来、このようなプローブ光を透過したとき励起エ
ネルギーを増加するに従って、出射光のパターンはスラ
ブ厚み方向の拡がり角が大きくなり、干渉縞が現れてい
たが、スラブエッジ部分の温度分布を改善することによ
ってこの現象を緩和することができる。
面からの加熱により、スラブ内部の高温部24との温度
差が軽減されて等温線21が変化する状態を定性的に示
している。このような状態では、エッジ部分を通過する
ビームの両サイドは、従来より温度差の小さな部分を通
過することとなる。また、エッジ部分の変形に対しても
エッジ部全体が加熱されるために熱膨張による先端の曲
げは少ない。図1にて元のスラブ結晶1の形状22と励
起状態のスラブ結晶1の形状23を定性的に示す。この
結果は、スラブ結晶の両端のヒータの加熱量を最適化す
ることによって得られ、前述のようなビームへの影響の
問題点が解消される。
は、スラブ結晶のエッジ部分の温度分布をサーモビュア
等の観測装置によって調製してもよい。
く、貼り付け時に結晶に与える歪みが少なく、レーザ光
による劣化のない軟質の部材、例えばインジウムなどの
金属が好ましい。
温度が通常は100〜150℃なので、この温度範囲相
当の加熱が可能なセラミックヒータなどの面発熱体が好
ましい。
幅方向の結晶長以上の幅を有し、スラブ幅方向を均一に
加熱できるようになっている。ヒータ8,9からは電流
を流すための電線12が集光器外部に配線されており、
駆動用の電源に接続されている。ヒータ8,9はスラブ
の両側面に配置されており、各ヒータは独立に加熱量を
調整することができる。また、例えばスラブエッジ付近
の結晶を保持する部品などのレーザ散乱光の吸収による
発熱や、雰囲気の温度変化に対してもスラブエッジ付近
を所定の温度に安定させるために、測温体の信号を電源
の代わりに温度コントローラ側に入力して、ヒータに流
れる電流を調整することが望ましい。
位置がスラブ入出射面より少し間隔を開けて内側にある
ため、スラブ結晶1の両側に長い熱伝達材7及びヒータ
9と短い熱伝達材6及びヒータ8の2式を配置したが、
スラブ入出射面の極く近傍にシール材を配置した場合
は、長い熱伝達材7及びヒータ9のみでも同様の効果が
得られる。
分の温度分布の乱れを調整する温度分布調整用加熱手段
を追加したことにより、通過するビームに与える光学歪
みを低減でき、また、熱膨張によるエッジ部分の変形を
抑制でき、これにより、以下の通り、ジグザグ光路を形
成しているスラブ厚み方向についての諸特性を改善でき
る。
であるレーザ媒質の熱的な光学歪みがビームに与える影
響が低く、十分に活用されていなかったスラブ結晶のエ
ッジ部分に対しても光学歪みを軽減することにより改善
し、低ビーム拡がり角でビーム品質の良いレーザ光を得
ることができる。
波面の乱れと干渉により生じていた出力光の強度分布の
局所的な集中を軽減することができる。
対して生じるビームの変位を抑えて調整ずれを低減し、
発振器の出力安定性を改善できる。
る迷光や散乱光が、共振器ミラーにより戻され、スラブ
シール材に照射して起こる劣化を防ぎ、冷却水の漏れに
対する信頼度を向上できる。
レーザ集光器の入出射部分の断面と、スラブ結晶内の等
温線を示す断面図である。
た、スラブ結晶のエッジ部分を示す斜視図である。
入出射部分の断面と、スラブ結晶内の等温線を示す断面
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】スラブ結晶のエッジ部分からビームを入射
及び/又は出射するスラブレーザ集光器を有する固体レ
ーザ装置において、 該スラブ結晶のエッジ部分近傍の温度分布を調整するた
めの温度分布調整用加熱手段を有し、スラブ結晶のエッジ部分付近には、冷却水の外部への流
出を防ぐためのスラブシール材が設けられ、温度分布調
整用加熱手段は、該シール材より外側のスラブ結晶のエ
ッジ部分の温度分布を調整するための手段である ことを
特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項2】温度分布調整用加熱手段は、シール材より
外側のスラブ結晶面に密着する軟質の熱伝達材と、該熱
伝達材を介して該スラブ結晶を加熱するヒータからなる
請求項1記載の固体レーザ装置。 - 【請求項3】熱伝達材は、インジウムからなる請求項2
記載の固体レーザ装置。 - 【請求項4】ヒータは、セラミックヒータである請求項
2又は3記載の固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32622797A JP3269438B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32622797A JP3269438B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11163452A JPH11163452A (ja) | 1999-06-18 |
JP3269438B2 true JP3269438B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=18185419
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32622797A Expired - Fee Related JP3269438B2 (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3269438B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2006196882A (ja) * | 2004-12-14 | 2006-07-27 | Hamamatsu Photonics Kk | 光増幅器、レーザ発振器およびmopaレーザ装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0437180A (ja) * | 1990-06-01 | 1992-02-07 | Fuji Electric Co Ltd | レーザ発振装置 |
JPH05226732A (ja) * | 1992-02-12 | 1993-09-03 | Hitachi Ltd | スラブレーザ装置とその熱レンズ効果抑制方法及びレーザ加工装置 |
-
1997
- 1997-11-27 JP JP32622797A patent/JP3269438B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH11163452A (ja) | 1999-06-18 |
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