JP3546795B2

JP3546795B2 - 固体レーザ増幅器および固体レーザ装置

Info

Publication number: JP3546795B2
Application number: JP2000028843A
Authority: JP
Inventors: 周一藤川; 陽子井上; 正記瀬口; 公治安井; 昭博大谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001223417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、簡易かつ安価な構成で、安定で効率よく、高出力のレーザービームを発生することができる固体レーザ増幅器およびこれを用いた固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、例えば、特開平８−１８１３６８号公報に示された従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置の励起部（即ち、増幅器部）を示す断面図である。
図において、１はレーザ光の活性媒質を含む固体レーザ素子、２は固体レーザ素子１を内包するフローチューブであって、固体レーザ媒質１とフローチューブ２間の隙間に冷却媒体２０を流し、固体レーザ素子１を強制冷却する。
３はフローチューブ２の外周に配設された集光器であって、上部の集光器３ａと下部の集光器３ｂの２つのブロックで構成され、上部の集光器ブロック３ａと下部の集光器ブロッ３ｂの間に開口４が設けられている。
また、５は励起光源である半導体レーザ、６は半導体レーザから発せられた励起光、１００は基台である。
【０００３】
次に、動作について説明する。励起光源である半導体レーザ５より発せられた励起光６は、上部の集光器ブロック３ａと下部の集光器ブロック３ｂの間で形成された２つの開口４から、集光器３ａ、３ｂの内部に導入される。
上部および下部の集光器ブロック３ａ、３ｂの内部に導入された励起光６の一部は、直接固体レーザ素子１に吸収され、固体レーザ素子１内の活性媒質を励起する。
固体レーザ素子１を透過、もしくは固体レーザ素子１に直接入射しない励起光成分は、上部および下部の集光器ブロック３ａ、３ｂの内面で反射作用を被り、進行方向を折り曲げ、一部は固体レーザ素子１に再入射し、固体レーザ素子１内の活性媒質の励起に再利用される。
【０００４】
励起光６により励起された固体レーザ素子１内の活性媒質は反転分布を形成し、固体レーザ素子１は増幅媒質となる。
この結果、反転分布を形成する準位間のエネルギー差に相当した波長の光が、固体レーザ素子１を通過する際に、誘導放出による増幅作用を受ける。
また反転分布が形成された固体レーザ素子１に対し、光共振器を設置すれば、固体レーザ素子１から位相の揃ったレーザ光を取り出すことができる。
尚、上述の特開平８−１８１３６８号公報には、複数（例えば３個）の集光器を固体レーザ素子１の中心軸方向に並べ、各集光器が開口を備えた構成も示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ励起固体レーザ増幅器および半導体レーザ励起固体レーザ装置は、上記のように集光器内部へ励起光を導入する開口を設けるために、集光器を複数のブロックに分割する必要があった。
このため、励起部の構成が複雑になると共に、部品点数が増加し製作コストも増大するという問題点があった。
また、分割された各集光器ブロックを固体レーザ媒質に対し正確な位置に配置する必要があるが、集光器の設置・調整が容易でないという問題点があった。
【０００６】
また、各集光器ブロックの加工精度が十分でないと、各集光器ブロックを組み合わせた際、各集光器ブロック間に隙間を生じ、この隙間より励起光が漏れだすため、励起効率が低下するという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で組立・調整も容易であり、かつ高効率で安定なレーザ発振を得ることができる固体レーザ増幅器および固体レーザ装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固体レーザ増幅器は、活性媒質を含む固体レーザ素子と、固体レーザ素子を内包し、固体レーザ素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブと、貫通穴が設けられ、この貫通穴に固体レーザ素子を内包するフローチューブが配置されると共に、内面が拡散反射面で構成された一体型の集光器と、集光器の外周面に設けられ、集光器内部に固体レーザ素子を励起するための励起光を導入する複数個の開口と、複数の開口にそれぞれ対応して配置され、固体レーザ素子を励起する励起光を発生する半導体レーザを備えたものである。
【０００８】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の複数個の開口は、固体レーザ素子の中心軸に対して互いに位置をずらして配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の集光器は、直方体形状であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の複数個の開口は、集光器の各側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子中心軸と各開口間の距離を一定に保ち、かつ、各側面において隣接する各開口の固体レーザ素子中心軸に対する配置方向が相互に反転するように配置したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の複数個の開口は、集光器の各側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子中心軸と各開口間の距離を一定に保ち、かつ、集光器の各側面において固体レーザ素子中心軸方向に対して対称に配置されると共に、開口が対称に配置される両領域内において隣接する各開口の固体レーザ素子中心軸に対する配置方向が相互に反転するように配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の集光器は、円筒形状であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器は、半導体レーザから出射した励起光を集光器内に導入する光学素子を更に備えたものである。
【００１４】
また、この発明に係る固体レーザ装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の固体レーザ増幅器と、この固体レーザ増幅器に配設された固体レーザ素子からレーザビームを取り出すための光共振器とを備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。尚、従来（図６）と同一符号は従来のものと同一あるいは相当のものを表す。
図１は、実施の形態１による固体レーザ増幅器の集光器を含む励起部の構成を示す斜視図である。
図において、１は固体レーザ素子、２は固体レーザ素子１を内包するフローチューブ、３０は集光器、４は開口、６は励起光である。
本実施の形態においては、直方体形状を有するブロック状材料の長手方向に沿って、中央部に円筒状の貫通穴を設け、貫通穴の内部にフローチューブ２、固体レーザ素子１を設置し、貫通穴内面の反射作用を集光器３０として利用するものである。
【００１６】
直方体形状を有する集光器３０の各側面には、貫通穴に通じるスリット状の開口４が各側面に、例えば２カ所ずつ、固体レーザ素子１の中心軸からずらして設けられている。
また、図１には示されていないが、直方体形状を有する集光器３０の外部には、各側面に設けたスリット状の開口４に対向して、励起光源である半導体レーザ５が設置されている。
半導体レーザ５を出射した励起光６は、半導体レーザ５に対向する開口４を通して集光器３内部に導入される。
【００１７】
集光器３０内に入射した励起光６の一部は、固体レーザ素子１に直接吸収され、固体レーザ素子１内の活性媒質を励起する。
固体レーザ素子１に直接入射しない励起光成分や、固体レーザ素子１を一旦透過した励起光成分も、集光器３０の反射作用により、進行方向を折り曲げ、固体レーザ素子１に再入射し、固体レーザ素子１の励起に再利用される。
【００１８】
本実施の形態においては、固体レーザ素子１にネオジウムを活性媒質としてドープしたＹＡＧ結晶を使用している。
また、集光器３０の材料には、機械加工が容易ないわゆるマシナブルセラミックを使用している。
励起光源には、およそ１ｃｍの長さを有する板状の基板に、複数の発光部を形成したＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザアレイを使用しており、波長８０８ｎｍ近傍のレーザ光を発生する。
【００１９】
本実施の形態においては、集光器３０の材料にセラミックを使用し、集光器３０の内面を拡散反射面で構成している。
従って、集光器３０の内面で反射した励起光６の広がり角は、入射前に比して大幅に増加し、固体レーザ素子１内の励起光吸収密度分布を均一にする効果を有する。
この結果、固体レーザ素子１内の発熱分布も均一となり、レーザ光が固体レーザ素子１を通過する際に被る光学歪みが軽減されて、集光性に優れたレーザ光を安定に増幅させることが可能となる。
【００２０】
また、本実施の形態によれば、集光器３０が一体型のブロックで構成されているため、集光器３０を構成する部品点数を減らし製造コストの低減が可能となるばかりでなく、集光器の製作も容易になる。
更に、複数のブロックを組み合わせる必要がないため、集光器３０の組立や調整が不要となる。
【００２１】
一般的に、集光器を拡散反射面で構成した場合、拡散反射面における反射光の広がり角は著しく増加し、励起光の指向性は大幅に低下する。
このため、従来のように複数のブロックから集光器を構成する場合、集光器製造時の加工精度不良等により、各ブロック間に隙間を生じると、隙間からの励起光の漏れが顕著となり、励起効率は著しく低下する。
しかし、本実施の形態に示すように、集光器３０を一体型のブロックで構成すれば、集光器３０から隙間を払拭することができるので、集光器３０による励起光閉じ込めの効果が高まり、励起効率の向上が可能となる。
【００２２】
また、本実施の形態においては、集光器３０の各側面に設けた励起光導入用のスリット状の開口４を、固体レーザ素子１の中心軸からずらして配置している。開口４の固体レーザ素子１の中心軸からのずれ量は、４つの側面に設けた何れの開口４についても、一定となるよう設定している。
尚、同一側面に設けた２つの開口４の固体レーザ素子１の中心軸に対するずれの方向は、一方の開口に対し、もう一方が逆方向となるよう配置している。
【００２３】
図２は、本実施の形態における集光器３０の一側面を示す図であり、図２を用いて開口の具体的配置とその効果について説明する。
図２において、３０は集光器、４ａ、４ｂは集光器３０の一側面に形成された第１および第２の開口、１３は集光器側面の中心を示す中心線である。
本実施の形態においては、直方体の一体型ブロックを集光器３０として使用しているため、集光器３０は固体レーザ素子１の光軸方向に対して垂直な２つの端面と、４つの側面から構成される。そして、４つの側面はいずれも図２に示したものと同一の構成を有している。
また、集光器３０の側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子１の高さと、集光器３０の側面中心を示す中心線１３の高さは一致している。
【００２４】
図２に示した本実施の形態では、集光器３０の一側面に対して、中心線１３に沿って第１の開口４ａおよび第２の開口４ｂからなる２つの励起光導入用の開口を設けている。
そして、第１の開口４ａは中心線１３に対して距離ｈ１離れて上側に配置され、第２の開口４ｂは中心線１３の下側に距離ｈ１と等しい距離ｈ２離れて配置している。
【００２５】
本実施の形態に示すように、集光器３０の一側面に対して複数の開口を設ける場合、集光器の側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子中心軸と各開口間の距離を一定に保ち、かつ、隣接する各開口の固体レーザ素子中心軸に対する配置方向が相互に反転するように（即ち、一方が上側、他方が下側に）配置すれば、固体レーザ素子１内における励起光吸収密度分布中の励起光照射位置に起因する不均一性が効果的に補償され、励起光吸収密度分布は更に均一化される。
この結果、集束性に優れるレーザビームを、更に安定、かつ、効率よく増幅することが可能となる。
【００２６】
また、本実施の形態に示すように、集光器３０を直方体形状を有する一体のブロックで形成すれば、集光器３０の４つの側面中、対向する側面どうしは平行であり、隣接する側面どうしは直交するため、集光器を精度よく加工することができる。
また、固体レーザ素子に対し、４方向より励起光を照射する際には、集光器の各側面に対し、励起光出射方向が垂直となるよう、励起光源である半導体レーザを配置すればよいので、半導体レーザの設置や調整が容易になる。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２における固体レーザ増幅器の集光器の一側面を示す図である。
本実施の形態においては、集光器３０の一側面に対して、例えば、第１の開口４ａ、第２の開口４ｂ、第３の開口４ｃ、第４の開口４ｄからなる４つの励起光導入用の開口を設けている。
尚、本実施の形態における集光器３０も、前述の実施の形態１の場合と同様に、直方体の一体型ブロックから構成されており、集光器３０の４つの側面は全て同一の構成を有している。
【００２８】
本実施の形態においては、集光器３０の側面に設けた４つの開口中、両外側に位置する第１の開口４ａおよび第４の開口４ｄを第１の仮想線である中心線１３に対して図中上側に、中央部に位置する第２の開口４ｂおよび第３の開口４ｃを中心線１３に対して図中下側に配置している。
また、第1の開口４ａおよび第４の開口４ｄが中心線１３となす距離ｈ１と、第２の開口４ｂおよび第３の開口４ｃが中心線１３となす距離ｈ２が等しくなるように配置している。
また、図３に示すように、これら４つの励起光導入用の開口は、固体レーザ素子１の中心軸方向の略中央部の第２の開口４ｂと第３の開口４ｃの中間にあって中心線１３と直交する第２の仮想線に対して、第１の開口４ａと第４の開口４ｄ並びに第２の開口４ｂと第３の開口４ｃは対称の関係にある。
【００２９】
即ち、本実施の形態においては、第１群の開口である開口４ａ、４ｂは、集光器３０のある側面に垂直な方向から固体レーザ素子中心軸を見たときにこの中心軸が側面に投影する第１の仮想線と平行に、かつこの仮想線を挟んで反対方向に等距離をおいて配置され、開口４ｂと開口４ｃの間、即ち側面の中央部で第１の仮想線と直交する第２の仮想線に対し第１群の開口である開口４ａ、４ｂと第２群の開口である開口４ｃ、４ｄは対称状態に位置している。他の側面も同様の構成である。
【００３０】
このような構成を採用することにより、中心線１３を境として、上側と下側に配置する開口の数を等しくし、かつ、何れの開口も固体レーザ中心軸から一定距離をなして設けられているため、固体レーザ素子１の媒質内での励起密度分布を均一化し、前述の実施の形態１の場合と同様な効果を得ることができる。
更に、本実施の形態においては、固体レーザ素子１の中心軸に直交する第２の仮想線に対し励起光導入用の開口を対称に配置しているため、固体レーザ素子励起時に固体レーザ素子１内に生じる熱レンズ効果が固体レーザ素子１の中心軸に直交する第２の仮想線に対して対称に作用する。
この結果、固体レーザ素子１の光学的な安定性が格段に向上し、安定、かつ、効率よいレーザ光の増幅が可能となる。
【００３１】
実施の形態３
図４は、実施の形態３による固体レーザ装置の集光器部の構成を示す斜視図である。
図４において、３０は前述の実施の形態１あるいは２の場合と同様に一体型のブロックとして構成された集光器であり、４は集光器３０の各側面に形成されたスリット状の開口であって、一側面に複数個形成されている。
また、７は光学ガラスの薄板からなる導光板で、この導光板７を介し、励起光が集光器３０の内部に伝送される。７１は導光板７の励起光入射面、７２は励起光出射面である。
【００３２】
尚、励起光入射面７１と励起光出射面７２には、励起光波長に対する反射防止コーティングが施されている。
８は導光板７の固定ネジであって、先端に透明ゴム８１が装着されている。
９は集光器３０の側面に設けた導光板固定用ネジ穴で、スリット状の開口４まで貫通している。
【００３３】
導光板７は、集光器３０の各側面に設けられたスリット状の各開口４に挿入され、導光板固定用のネジ穴９を介して、導光板固定用ネジ８で開口４内に固定される。
開口４と導光板７の断面はほぼ同じ形状に形成されており、導光板７の励起光入射面７１と励起光出射面７２間の長さは、開口４の集光器側面から集光器内面までの長さと同等にし、励起光出射面７２が、集光器内面とほぼ同じ面上に位置するよう、導光板４を固定している。
【００３４】
図４には示してないが、開口４内に固定された導光板７の励起光入射面７１に対向する位置には、励起光源である半導体レーザがそれぞれ対応して配置されており、各半導体レーザより出射した励起光を、導光板７の励起光入射面７１から導光板７の内部へ導入し、励起光出射面７２から励起光を出射させることにより励起光を集光器３０の内部へ伝送する。
尚、図４においては２枚の導光板７のみを示しているが、実際には集光器３０の各側面に設けたスリット状のそれぞれの開口４に対して、それぞれ導光板７が挿入されて固定されている。
【００３５】
本実施の形態においては、導光板７を介し、開口４より励起光を集光器内部へ伝送している。
導光板７内に入射した励起光は、導光板７と周囲の屈折率差により、全反射によって導光板７内に閉じこめられるため、回折損失等の影響を被ることなく、効率よく集光器内部まで励起光を伝送することが可能になる。
この結果、固体レーザ素子１の励起に対する半導体レーザ５光の利用効率を飛躍的に高めることができる。
【００３６】
また、導光板７を固定する導光板固定ネジ８の先端には、透明ゴムが装着されているため、導光板７との接触部においても全反射条件を崩すことなく、かつ導光板７を傷つけずに、安定して固定することができる。
また、本実施の形態に示すように、集光器を一体型のブロックで形成し、ネジ押さえにより導光板７を固定する構成とすれば、導光板７を容易に脱着し、交換することが可能である。
【００３７】
本実施の形態においては、励起光を集光器内に伝送する光学素子として、板状の光学ガラスから構成なる導光板を使用する構成を示したが、励起光を伝送するため、開口内に設置する光学素子はこれに限るものではなく、例えば円筒レンズやファイバレンズを設置し、励起光を集光もしくはコリメートしてもよい。
【００３８】
また、集光器側面に設けた励起光伝送用の開口の励起光出口付近に、円筒凹レンズを、凹レンズによる広がり方向が、固体レーザ素子の光軸に対し垂直な向きとなるよう配置すれば、集光器３０内に入射する励起光の広がり角を効果的に増大せしめ、固体レーザ素子１内の励起光吸収密度分布の均一性を大幅に向上させることができる。
この結果、集束性に優れたレーザビームを安定かつ効率よく増幅することが可能になる。
【００３９】
尚、本実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様に、更に、集光器の側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子中心軸と各開口間の距離を一定に保ち、かつ、隣接する各開口の固体レーザ素子中心軸に対する配置方向が相互に反転するよう配置すれば、固体レーザ素子内における励起光吸収密度分布中の励起光照射位置に起因する不均一性が効果的に補償され、励起光吸収密度分布は更に均一化され、この結果、集束性に優れるレーザビームを、安定、かつ、効率よく増幅することが可能となることは言うまでもない。
【００４０】
また、実施の形態２の場合と同様に、更に、固体レーザ素子１の中心軸方向に対しても励起光導入用の開口を対称に配置すれば、固体レーザ素子励起時に固体レーザ素子１内に生じる熱レンズ効果も、固体レーザ素子１の中心軸方向に対して対称に作用し、固体レーザ素子１の光学的な安定性が格段に向上し、安定、かつ、効率よいレーザ光の増幅が可能となることは言うまでもない。
【００４１】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４による固体レーザ増幅器およびこれを用いた固体レーザ装置の概略構成を示す斜視図である。
図５において、１は固体レーザ素子、２はフローチューブ、３１は円筒形の集光器、４は開口、７は導光板、５は半導体レーザ、１０は部分反射ミラー、１１は全反射ミラー、１２はレーザビームである。
尚、部分反射ミラー１０と全反射ミラー１１は、固体レーザ素子１を挟んで光共振器を構成している。
【００４２】
本実施の形態においては、円筒形状のセラミックブロックの中心軸に沿って貫通穴を設け、集光器３１として使用している。
また、図５では明確に示していないが、集光器３１の周囲に配置された複数の半導体レーザ５に対向する集光器３１の周面には、中心軸方向に沿って励起光導入用の開口４が複数個設けられている。
各開口４内には前述の各実施の形態と同じく、導光板７が挿入されて固定されている。
但し、本実施の形態においては、導光板の固定には接着剤を使用している。
【００４３】
導光板７を介し、集光器３１内に導入された励起光は、固体レーザ素子１内の活性媒質に吸収され、反転分布を形成する。
反転分布を形成する上準位から下準位への遷移にともない、自然放出光が発生し、自然放出光の一部は、部分反射鏡１０と全反射鏡１１から構成される光共振器内に閉じこめられ、共振器内を往復する。
共振器を往復する自然放出光が、反転分布中を通過する際、誘導放出により増幅作用を被り、共振器内の光強度は急速に増加し、位相の揃った安定なモードが光共振器内に形成される。
光共振器内のモードを形成するレーザビーム１２は部分反射鏡の透過率に相当する割合で、光共振器往復毎に共振器外部へ取り出される。
【００４４】
本実施の形態においては、円筒形状のブロックを集光器３１として使用しているため、集光器３１の製作が簡単になるばかりでなく、固体レーザ素子１に対し、中心軸に直交する任意の方向より励起光を照射することが容易で、励起光照射方向の影響が小さく均一な励起光吸収密度分布が得られ、集光性に優れたレーザビーム１２を安定かつ効率よく発生することが可能である。
【００４５】
尚、本実施の形態による固定レーザ装置では、円筒形状の一体型ブロックの集光器３１を用いているが、実施の形態１〜３で示したような直方体形状の一体型ブロックの集光器３０を用いてもよい。
ここで、一体型の直方体形状の集光器と円筒形状の集光器について、それぞれの特徴を纏めて述べると、次のようになる。
まず、直方体形状の集光器の場合には、励起光の照射方向が４つの側面に垂直な４方向に限られるが、
・高精度に製作することができる
・高精度かつ容易に軸ずらし開口を加工できる
・半導体レーザの固定が容易である（半導体レーザと開口間の位置精度が高い）等のメリットがある。
【００４６】
一方、円筒形状の集光器の場合には、直方体形状の集光器と比べて、軸ずらし開口の加工が難しい、あるいは半導体レーザの固定が難しく、開口間との位置精度が低くなる恐れがある等のデメリットはあるが、
・加工工程が少なく、低コストになる
・任意角度での励起光照射が容易（任意角度で開口を設けることができる）
・多方向より励起光照射が容易
・割れ、欠けが少なく、機械的に強固である
・コンパクトになる
等のメリットがある。
【００４７】
尚、集光器を形成するブロックの形状は、直方体形状や円筒形状に限られるものではなく、固体レーザ素子に対する励起光照射方向により選定すればよい。
例えば、固体レーザ素子１に対して、例えば、３方向より励起光を照射する場合には、三角柱形状のブロックを使用すれば、励起光導入用の開口の形成が容易になるし、５方向より励起光を照射する場合には、五角柱形状のブロックを使用すればよい。
【００４８】
また上記実施の形態においては、一体型ブロックの中心に円形の貫通穴を設け、集光器として使用する構成を示したが、貫通穴の位置、形状はこれに限るものではなく、貫通穴形状、貫通穴の位置を適切に設定すれば、励起光の照射方向が固体レーザ素子の中心軸に対し均等角度配置でない場合でも、均一な励起光吸収密度分布を得ることができる。
【００４９】
また上記実施の形態においては、ロッド型の固体レーザ素子を使用する構成示したが、固体レーザ素子の形状はこれに限るものではなく、例えばスラブ型の固体レーザ媒質を使用しても、同様な効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明に係る固体レーザ増幅器によれば、活性媒質を含む固体レーザ素子と、固体レーザ素子を内包し、固体レーザ素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブと、貫通穴が設けられ、この貫通穴に固体レーザ素子を内包するフローチューブが配置されると共に、内面が拡散反射面で構成された一体型の集光器と、集光器の外周面に設けられ、集光器内部に固体レーザ素子を励起するための励起光を導入する複数個の開口と、複数の開口にそれぞれ対応して配置され、固体レーザ素子を励起する励起光を発生する半導体レーザを備えたので、複数の開口を一体型の集光器に予め精度よく位置決めして設けることが可能となり、簡単な構成で組立・調整が容易であり、かつ、励起光の漏れもなく、高効率で安定した固体レーザ増幅器を得ることができる。
【００５１】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の複数個の開口は、固体レーザ素子の中心軸に対して互いに位置をずらして配置したので、固体レーザ素子内の励起光吸収密度分布を均一化し、集束性に優れたレーザビームの増幅が容易になる。
【００５２】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の集光器は、直方体形状であるので、対向する側面どうしは平行であり、また、隣接する側面どうしは直交しており、集光器およびその開口を精度よく加工することができる。
【００５３】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の複数個の開口は、集光器の各側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子中心軸と各開口間の距離を一定に保ち、かつ、各側面において隣接する各開口の固体レーザ素子中心軸に対する配置方向が相互に反転するように配置したので、固体レーザ素子内の励起光吸収密度分布を更に均一化し、集束性に優れたレーザビームの増幅が容易になる。
【００５４】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の複数個の開口は、集光器の各側面に垂直な方向から臨む固体レーザ素子中心軸と各開口間の距離を一定に保ち、かつ、集光器の各側面において固体レーザ素子中心軸方向に対して対称に配置されると共に、開口が対称に配置される両領域内において隣接する各開口の固体レーザ素子中心軸に対する配置方向が相互に反転するように配置したので、固体レーザ素子の光学的な安定性が格段に向上し、安定、かつ、高効率なレーザ光の増幅が可能となる。
【００５５】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器の集光器は、円筒形状であるので、固体レーザ素子に対して任意の方向および多方向より励起光を照射することが容易となり、固体レーザ素子内の励起光吸収密度分布を効果的に均一化し、集束性に優れたレーザビームを効率よく、かつ、安定に発生することができる。
更に、集光器を円筒形状としたことにより、機械的に強固であり、集光器製作時の加工工程が少なく、また、コンパクトになるという効果もある。
【００５６】
また、この発明に係る固体レーザ増幅器は、半導体レーザから出射した励起光を集光器内に導入する光学素子を更に備えたので、励起光を効率よく集光器内へ導入し、固体レーザ素子の励起に対する半導体レーザ光の利用効率を高め、更に、効率よく集束性に優れたレーザビームを増幅することができる。
【００５７】
また、この発明に係る固体レーザ装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の固体レーザ増幅器と、固体レーザ増幅器に配設された固体レーザ素子からレーザビームを取り出すための光共振器とを備えたので、組立・調整が容易であり、かつ、励起光の漏れもなく、高効率で安定した集束性に優れたレーザビームを発生することができる固体レーザ装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における固体レーザ増幅器の励起部の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１における固体レーザ増幅器の集光器の一側面を示す図である。
【図３】実施の形態２における固体レーザ増幅器の集光器の一側面を示す図である。
【図４】実施の形態３における固体レーザ増幅器の励起部の構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態４における固体レーザ装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図６】従来の固体レーザ増幅器の励起部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１固体レーザ素子２フローチューブ
４開口４ａ第１の開口
４ｂ第２の開口４ｃ第３の開口４ｄ第４の開口
５半導体レーザ６励起光
７導光板８固定ネジ９ネジ穴
１０部分反射ミラー１１全反射ミラー
１２レーザビーム１３集光器側面の中心線
３０集光器３１集光器
７１励起光入射面７２励起光出射面
８１透明ゴム

Claims

活性媒質を含む固体レーザ素子と、上記固体レーザ素子を内包し、上記固体レーザ素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブと、貫通穴が設けられ、上記貫通穴に上記固体レーザ素子を内包する上記フローチューブが配置されると共に、内面が拡散反射面で構成された一体型で多角柱形状の集光器と、上記集光器の側面に設けられ、上記集光器内部に上記固体レーザ素子を励起するための励起光を前記側面に対して垂直方向に導入する複数個のスリット状の開口と、上記複数の開口にそれぞれ対応して配置され、上記固体レーザ素子を励起する励起光を発生する半導体レーザとを備えた固体レーザ増幅器において、上記集光器の側面に垂直な方向から上記固体レーザ素子中心軸を見たときに前記中心軸が当該側面上に投影する第１の仮想線と前記側面の前記中心軸方向の中央部で直交する仮想線を第２の仮想線としたとき、前記複数の開口は、前記第２の仮想線で区画される前記側面の一方の領域内に設けられた、前記第１の仮想線と平行でかつこの第１の仮想線を挟んで等距離にあり前記中心軸方向に沿ってずれた状態にある第１群の開口と、前記第２の仮想線で区画される他方の領域内に設けられた、前記第１群の開口と前記第２の仮想線に対して対称状態にある第２群の開口とからなることを特徴とする固体レーザ増幅器。
多角柱形状の集光器は、三角柱形状、直方体形状、五角柱形状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ増幅器。
半導体レーザから出射した励起光を集光器内に導入する光学素子を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体レーザ増幅器。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体レーザ増幅器と、上記固体レーザ増幅器に配設された固体レーザ素子からレーザビームを取り出すための光共振器とを備えたことを特徴とする固体レーザ装置。