JP3587969B2

JP3587969B2 - Solid-state laser rod excitation module

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Publication number: JP3587969B2
Application number: JP32933997A
Authority: JP
Inventors: 嘉仁平野; 修平山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH11163446A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザを用いて固体レーザロッドを励起しレーザ光を得る固体レーザロッド励起モジュールに関し、特にスタック型半導体レーザを用いて固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得る固体レーザロッド励起モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザから出射されたレーザ光（以下、半導体レーザ光という場合もある）を固体レーザロッドに吸収させて固体レーザロッドを励起しレーザ光を得るものである。このため、半導体レーザ光をいかに効率良く固体レーザロッドに吸収させるかが固体レーザロッドの励起の効率に影響を与える。
【０００３】
一般に、半導体レーザのレーザ光の出射端を固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数集積することにより高出力化を図る側面励起方式の固体レーザロッド励起モジュールにおいては、半導体レーザ光が固体レーザロッドを単一通過する構成では、固体レーザロッドの断面積が小さいため、固体レーザロッドの高効率な励起ができない。このため、従来、半導体レーザ光を、固体レーザロッドを取り囲んで配置された反射筒の内部に導入して反射筒の内部に閉じ込めることで、固体レーザロッドを複数回通過させて固体レーザロッドの高効率な励起を行う方法が用いられている。
【０００４】
この方法では、反射筒の内部での半導体レーザ光の閉じ込めが高いとき、固体レーザロッドの励起の効率が高くなるが、反射筒の内部での半導体レーザ光の閉じ込めを高くするためには、反射筒に設けられた半導体レーザ光導入口からの半導体レーザ光の逃げを小さくすること、すなわち半導体レーザ光導入口をできるだけ小さくすることが必要となる。
【０００５】
また、一般に、さらに高出力化を図るために、半導体レーザとしてスタック型半導体レーザを用いる。スタック型半導体レーザは、レーザ光の出射端を固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、固体レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数積層して構成されるものである。
【０００６】
ただし、スタック型半導体レーザを用いる場合には、各バー状素子から出射されたレーザ光を、反射筒に設けられた半導体レーザ光導入口から反射筒の内部に導入することができるように集光することが困難である。このため、固体レーザロッドの高効率な励起はこれまで実現されていない。
また、固体レーザロッドを励起し高ビーム品質のレーザ光を得るためには、固体レーザロッドの励起時に固体レーザロッド内に発生する熱による固体レーザロッド自身の波面収差を低く抑える必要がある。このため、固体レーザロッドに半導体レーザ光をできるだけ均一に照射し、固体レーザロッド内での半導体レーザ光の強度分布を軸対称で均一なものとし、固体レーザロッド内での温度分布を２次の軸対称分布とすることで、固体レーザロッドを波面収差のない理想的なグレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとすることが望ましい。
【０００７】
しかし、従来の固体レーザロッド励起モジュールでは、半導体レーザ光導入口から導入された半導体レーザ光が最初に固体レーザロッドに入射する部分の半導体レーザ光の強度が高いため、固体レーザロッド内での温度分布が２次の軸対称分布となり難い。このため、従来の固体レーザロッド励起モジュールにおいて、低ビーム品質のレーザ光として平均パワーが１ｋＷ程度のものが実現されているが、高ビーム品質のレーザ光として平均パワーが１００Ｗ程度のものしか実現されていない。
【０００８】
従来例１．
図１３は、例えば、文献１「Ｓ．Ｆｕｊｉｋａｗａｅｔａｌ．，ｉｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｄｉｇｅｓｔｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＳｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＬａｓｅｒ’９７，ｐ２９６，１９９７」に示された従来例１の固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。図１３において、１０１は固体レーザロッド励起モジュール、１０２は固体レーザロッド、１０３は固体レーザロッド１０２と略同軸に固体レーザロッド１０２を取り囲んで配置された、固体レーザロッド１０２を冷却するための冷却液を閉じ込める、半導体レーザ光に対して透明な筒状のクーリングスリーブ、１０４は固体レーザロッド１０２と略同軸に固体レーザロッド１０２およびクーリングスリーブ１０３を取り囲んで配置された、半導体レーザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に対して拡散性の筒状の拡散性反射筒、１０５はレーザ光の出射端を固体レーザロッド１０２の軸方向と平行な方向に複数集積して構成された半導体レーザ、１０７は拡散性反射筒１０４に設けられた、半導体レーザ１０５から出射されたレーザ光を拡散性反射筒１０４の内部に固体レーザロッド１０２に向けて導入する、薄板ガラスから成る半導体レーザ光導入手段である。
【０００９】
次に動作について説明する。
半導体レーザ１０５から出射されたレーザ光は半導体レーザ光導入手段１０７としての薄板ガラスの上下面で全反射しながら拡散性反射筒１０４の内部に固体レーザロッド１０２に向けて導入される。拡散性反射筒１０４の内部に導入された半導体レーザ光は、固体レーザロッド１０２に入射し、一部吸収される。固体レーザロッド１０２を透過した残りの半導体レーザ光は拡散性反射筒１０４により拡散反射され、拡散性反射筒１０４の内部で均一に分布される。図１３には、この様子が破線で示す矢印により示されている。均一に分布された半導体レーザ光は固体レーザロッド１０２を均一に照射する。固体レーザロッド１０２内で発生した熱は、クーリングスリーブ１０３に閉じ込められた冷却液により固体レーザロッド１０２の外周から排除される。
【００１０】
この従来例１の固体レーザロッド励起モジュール１０１では、薄板ガラスから成る半導体レーザ光導入手段１０７の、拡散性反射筒１０４の内面に位置する部分の面積が小さいため、半導体レーザ光導入手段１０７からの半導体レーザ光の逃げが小さく、固体レーザロッド１０２の高効率な励起が行われる。
【００１１】
従来例２．
図１４は、例えば、文献２「Ｈ．Ｂｒｕｅｓｓｅｌｂａｃｋｅｔａｌ．，ｉｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｄｉｇｅｓｔｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＳｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＬａｓｅｒ’９７，ｐ２８５，１９９７」に示された従来例２の固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。図１４において、１１１は固体レーザロッド励起モジュール、１１２は固体レーザロッド、１１３は固体レーザロッド１１２と略同軸に固体レーザロッド１１２を取り囲んで配置された、固体レーザロッド１１２を冷却するための冷却液を閉じ込める、半導体レーザ光に対して透明な筒状のクーリングスリーブ、１１４は固体レーザロッド１１２と略同軸に固体レーザロッド１１２およびクーリングスリーブ１１３を取り囲んで配置された、半導体レーザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の鏡面反射性反射筒、１１５はレーザ光の出射端を固体レーザロッド１１２の軸方向と平行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、固体レーザロッド１１２の軸方向と垂直な方向に複数積層して構成されたスタック型半導体レーザ、１１５−１〜１１５−５はスタック型半導体レーザ１１５を構成するバー状素子、１１６はスタック型半導体レーザ１１５から出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段、１１６−１〜１１６−５はスタック型半導体レーザ１１５を構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から略焦点距離だけ離れた位置に配置された、対向するバー状素子から出射されたレーザ光を平行化するシリンドリカルレンズ、１１６ａは５個のシリンドリカルレンズ１１６−１〜１１６−５を５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層間隔と同じ間隔で５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層方向と平行な方向に集積して構成されたシルンドリカルレンズアレー、１１６ｂは各シリンドリカルレンズ１１６−１〜１１６−５により平行化された半導体レーザ光を５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層方向と平行な方向に集光する集光レンズレット、１１７は鏡面反射性反射筒１１４に設けられた、半導体レーザ光集光手段１１６により集光された半導体レーザ光を鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入する半導体レーザ光導入手段である。鏡面反射性反射筒１１４はクーリングスリーブ１１３の外周面に施された高反射コーティング膜により構成され、半導体レーザ光導入手段１１７はクーリングスリーブ１１３の外周面にスリット状に施された減反射コーティング膜により構成されている。すなわち、クーリングスリーブ１１３の外周面は鏡面反射性反射筒１１４としての高反射コーティング膜と、半導体レーザ光導入手段１１７としてのスリット状の減反射コーティング膜とで覆われている。
【００１２】
次に動作について説明する。
各バー状素子１１５−１〜１１５−５から出射されたレーザ光は対向するシリンドリカルレンズにより平行化される。各バー状素子１１５−１〜１１５−５から出射されたレーザ光は固体レーザロッド１１２の軸方向と平行な方向に１０°程度の広がり角度を持ち、固体レーザロッド１１２の軸方向と垂直な方向に３０°程度の広がり角度を持っている。平行化された半導体レーザ光は集光レンズレット１１６ｂにより線上に集光される。集光された半導体レーザ光は集光位置近傍に位置する減反射コーティング膜により構成される半導体レーザ光導入手段１１７から鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入される。鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入された半導体レーザ光は、固体レーザロッド１１２に入射し、一部吸収される。固体レーザロッド１１２に吸収されなかった半導体レーザ光は、高反射コーティング膜から成る鏡面反射性反射筒１１４により反射され、再び固体レーザロッド１１２に入射し、吸収される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１の固体レーザロッド励起モジュールは以上のように構成されているので、レーザ光の出射端を固体レーザロッド１０２の軸方向と平行な方向に複数集積して構成された半導体レーザ１０５では、固体レーザロッド１０２を高いパワーで励起できず、高出力化には不向きであるという課題があった。
【００１４】
また、薄板ガラスから成る半導体レーザ光導入手段１０７により拡散性反射筒１０４の内部に導入された半導体レーザ光は、最初に固体レーザロッド１０２に入射する。このため、固体レーザロッド１０２の吸収率が高くなると、半導体レーザ光が固体レーザロッド１０２に最初に入射するときの半導体レーザ光の強度が、拡散性反射筒１０４により拡散反射された半導体レーザ光の強度より高くなり、固体レーザロッド１０２内での半導体レーザ光の強度分布が半導体レーザ光導入手段１０７側で高く固体レーザロッド１０２内での半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものではなくなり、固体レーザロッド１０２内での温度分布が２次の軸対称分布からずれ、固体レーザロッド１０２は波面収差を持ったグレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとなるという課題があった。
【００１５】
また、従来例２の固体レーザロッド励起モジュールは以上のように構成されているので、半導体レーザ光導入手段１１７から鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入された半導体レーザ光のうち、図１５に示すように、固体レーザロッド１１２に入射しない半導体レーザ光は、鏡面反射性反射筒１１４で複数回反射しても幾何学的に固体レーザロッド１１２に入射しない。図１５には、この様子が実線で示す矢印により示されている。このため、固体レーザロッド１１２での半導体レーザ光の高効率な吸収を図るために、集光レンズレット１１６ｂでの集光角度が半導体レーザ光導入手段１１７から固体レーザロッド１１２を見込む角度に収まるように集光レンズレット１１６ｂの焦点距離を調整することが必要となる。その結果、集光レンズレット１１６ｂの焦点距離により一意に決定される、集光レンズレット１１６ｂにより線上に集光された半導体レーザ光の、５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層方向と平行な方向の大きさ（以下、半導体レーザ光の集光点の大きさという場合もある）は、集光レンズレット１１６ｂを用いて得られる最小の大きさとならず、半導体レーザ光導入手段１１７の大きさが大きくなり、鏡面反射性反射筒１１４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下するという課題があった。なお、半導体レーザ光の集光点の大きさは、理想的には各レーザ光の出射端の大きさをｄ１とし、各シリンドリカルレンズ１１６−１〜１１６−５の焦点距離をｆ１とし、集光レンズレット１１６ｂの焦点距離をｆ２としたとき、ｄ１×ｆ２／ｆ１となるが、実際には、５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層間隔のばらつき、シリンドリカルレンズアレー１１６ａを構成する５個のシリンドリカルレンズ１１６−１〜１１６−５のピッチ誤差、５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５およびシリンドリカルレンズアレー１１６ａの設置誤差などにより、さらに大きくなる。
【００１６】
一方、鏡面反射性反射筒１１４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能を上げるため、半導体レーザ光導入手段１１７の大きさを小さくすると、半導体レーザ光の集光点の大きさが、半導体レーザ光導入手段１１７の大きさより大きくなる。このため、鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入される半導体レーザ光の割合が小さくなり、固体レーザロッド１１２での半導体レーザ光の高効率な吸収を図ることができないという課題があった。従来例２の場合、シリンドリカルレンズアレー１１６ａを透過した半導体レーザ光のうち、固体レーザロッド１１２に吸収される半導体レーザ光は２６％と非常に低い値であった。
【００１７】
また、半導体レーザ光導入手段１１７から鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入された半導体レーザ光は、最初に固体レーザロッド１１２に入射する。このため、固体レーザロッド１１２の吸収率が高くなると、半導体レーザ光が固体レーザロッド１１２に最初に入射するときの半導体レーザ光の強度が、鏡面反射性反射筒１１４により反射された半導体レーザ光の強度より高くなり、固体レーザロッド１１２内での半導体レーザ光の強度分布が半導体レーザ光導入手段１１７側で高く固体レーザロッド１１２内での半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものではなくなり、固体レーザロッド１１２内での温度分布が２次の軸対称分布からずれ、固体レーザロッド１１２は波面収差を持ったグレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとなるという課題があった。
【００１８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光が得られる固体レーザロッド励起モジュールを得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備え、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるものである。
【００２０】
この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を鏡面反射性反射筒の内部に導入する半導体レーザ光導入手段とを備え、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるものである。
【００２１】
この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段と、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を固体レーザロッドの方向から逸らす半導体レーザ光方向変換手段とを備え、半導体レーザ光導入手段が、拡散性反射筒に形成されたスリットと、スリット内に配置された六面体形のスラブ導波路と、スラブ導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端面およびレーザ光が出射する第２の端面以外の４端面とスリットとの空隙に設けられた、スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備え、半導体レーザ光方向変換手段が、スラブ導波路の長手方向に対して非垂直なスラブ導波路の第２の端面から構成されるものである。
【００２２】
この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた半導体レーザ光照射手段が、固体レーザロッドの周囲に複数配置され、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるものである。
【００２３】
この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を鏡面反射性反射筒の内部に導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた半導体レーザ光照射手段が、固体レーザロッドの周囲に複数配置され、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるものである。
【００２４】
この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段と半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を固体レーザロッドの方向から逸らす半導体レーザ光方向変換手段とを備えた半導体レーザ光照射手段が、固体レーザロッドの周囲に複数配置され、半導体レーザ光導入手段が、拡散性反射筒に形成されたスリットと、スリット内に配置された六面体形のスラブ導波路と、スラブ導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端面およびレーザ光が出射する第２の端面以外の４端面とスリットとの空隙に設けられた、スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備え、半導体レーザ光方向変換手段が、スラブ導波路の長手方向に対して非垂直なスラブ導波路の第２の端面から構成されるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）中のＢ部分の拡大図、図１（Ｄ）は図１（Ａ）中のＡ部分の拡大図である。図１（Ａ）〜（Ｄ）において、１は固体レーザロッド励起モジュール、２は固体レーザロッド、３は固体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２を取り囲んで配置された、固体レーザロッド２を冷却するための冷却液を閉じ込める、半導体レーザ光に対して透明な筒状のクーリングスリーブ、４は固体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２およびクーリングスリーブ３を取り囲んで配置された、半導体レーザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に対して拡散性の筒状の拡散性反射筒、５はレーザ光の出射端を固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向に複数積層して構成されたスタック型半導体レーザ、５−１〜５−５はスタック型半導体レーザ５を構成するバー状素子、６はスタック型半導体レーザ５から出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段、６−１〜６−５はスタック型半導体レーザ５を構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から略焦点距離だけ離れた位置に配置された、対向するバー状素子から出射されたレーザ光を平行化するシリンドリカルレンズ、６ａは５個のシリンドリカルレンズ６−１〜６−５を５個のバー状素子５−１〜５−５の積層間隔と同じ間隔で５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に集積して構成されたシリンドリカルレンズアレー、６ｂはシリンドリカルレンズアレー６ａと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から焦点距離だけ離れた位置に配置された、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に屈折率を有する、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５により平行化された半導体レーザ光を５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に集光する非球面レンズ、７は拡散性反射筒４に設けられた、半導体レーザ光集光手段６により集光された半導体レーザ光を、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさを略保持して拡散性反射筒４の内部に固体レーザロッド２に向けて導入する半導体レーザ光導入手段、８は半導体レーザ光導入手段７と固体レーザロッド２との間に設けられた、半導体レーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段、９は半導体レーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ光の進行方向を固体レーザロッド２の方向から逸らす半導体レーザ光方向変換手段である。図１（Ａ）において、矢印Ｘは固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向を示し、図１（Ｂ）において、矢印Ｙは固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向を示している。図１（Ｂ）には、冷却液が流れる様子が示されている。
【００３３】
なお、本発明の実施の形態には、バー状素子およびシリンドリカルレンズをそれぞれ５個備えている場合が示されているが、それぞれｎ個（ｎ≧２）備えている場合もある。また、スタック型半導体レーザ５、半導体レーザ光集光手段６、半導体レーザ光導入手段７をそれぞれ１個備えている場合が示されているが、固体レーザロットの軸方向に同一の構成要素を複数個備えている場合もある。
【００３４】
以下、半導体レーザ光集光手段６、半導体レーザ光導入手段７、半導体レーザ光拡散手段８および半導体レーザ光方向変換手段９について詳細に説明した後、固体レーザロッド励起モジュール１の動作について説明する。
【００３５】
１．半導体レーザ光集光手段
半導体レーザ光集光手段６は、高出力化を図るために、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光するものである。また、半導体レーザ光導入手段７の大きさを小さくすることにより半導体レーザ光導入手段７からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザロッド２の高効率な励起を図るために、半導体レーザ光の集光点の大きさを小さくするものである。
【００３６】
このため、実施の形態１では、半導体レーザ光集光手段６を、シリンドリカルレンズアレー６ａと非球面レンズ６ｂとから構成している。シリンドリカルレンズアレー６ａは、５個のシリンドリカルレンズ６−１〜６−５を５個のバー状素子５−１〜５−５の積層間隔と同じ間隔で５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に集積して構成している。各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５を、スタック型半導体レーザ５を構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向させ、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５の略焦点距離だけ離れた位置に配置している。非球面レンズ６ｂを、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に屈折力を有し、シリンドリカルレンズアレー６ａと半導体レーザ光導入手段７との間であって、半導体レーザ光導入手段７から非球面レンズ６ｂの焦点距離だけ離れた位置に配置している。
【００３７】
このように半導体レーザ光集光手段６を構成した場合、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５により、対向するバー状素子から出射されたレーザ光は平行化される。各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５により平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂにより線上に集光される。非球面レンズ６ｂにより線上に集光された半導体レーザ光の、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさ（すなわち、集光点の大きさ）は、理想的には各レーザ光の出射端の大きさをｄ２とし、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５の焦点距離をｆ３とし、非球面レンズ６ｂの焦点距離をｆとしたとき、ｄ２×ｆ／ｆ３となり、例えば数μｍと非常に小さい。
【００３８】
この場合、シリンドリカルレンズアレー６ａを通過した半導体レーザ光の５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の幅は、例えば１０〜２０ｍｍと大きく、集光レンズでの集光角度が大きくなるため、球面収差が生じ集光点の大きさが大きくなるが、集光レンズとして非球面レンズ６ｂを用いることにより球面収差が低く抑えられ、集光点の大きさが小さく抑えられている。
【００３９】
また、この場合、５個のバー状素子５−１〜５−５のいずれかが所定の設置位置からずれると、所定の設置位置からずれたバー状素子から出射されたレーザ光が対向するシリンドリカルレンズにより平行化されたとき、平行化された半導体レーザ光に所定の方向からの角度ずれが生じる。例えば、図２には、バー状素子５−１が所定の設置位置からΔｐだけずれ（５個のバー状素子５−１〜５−５の所定の積層間隔がｐであるのに、バー状素子５−１と隣接するバー状素子５−２との間隔がｐ＋Δｐであるとき）、対向するシリンドリカルレンズ６−１により平行化された半導体レーザ光が所定の方向から角度ずれθ（単位：ラジアン）が生じている場合を示している。このとき、角度ずれθ１が生じている平行化された半導体レーザ光の非球面レンズ６ｂによる集光位置は、所定の集光位置０１から５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向にｆ×θ１（ｆは非球面レンズ６ｂの焦点距離）だけずれる。
【００４０】
所定の集光位置０１からのずれを小さくし集光点の大きさを小さくするためには、非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆを小さくすればよいが、焦点距離ｆを小さくするに従い、非球面レンズ６ｂの中心位置から離れた位置を通過する半導体レーザ光にコマ収差が生じ集光点の大きさが大きくなる。図３はシリンドリカルレンズアレー６ａを通過した半導体レーザ光の５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の幅Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆを横軸とし、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に±θ１の広がり角度を持つシリンドリカルレンズアレー６ａを通過した半導体レーザ光が非球面レンズ６ｂにより線上に集光されたときの集光点の大きさを縦軸として示したグラフ図である。図３は非球面レンズ６ｂの非球面形状を各焦点距離における集光点の大きさが最小になるように計算した結果である。図３において、曲線ａはコマ収差が生じる場合であり、曲線ｂはコマ収差が生じない場合である。図３に示すように、コマ収差が生じない場合には、焦点距離が小さくなるに従い、集光点の大きさは小さくなる。一方、コマ収差が生じる場合には幅Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆが０．７のとき最小となり、０．５より小さくなると極端に大きくなる。従って、幅Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆが０．５以上であるとき、すなわち、非球面レンズの焦点距離ｆは０．５×Ｌ以上であるとき、集光点の大きさが小さくなるために望ましい。
【００４１】
なお、シリンドリカルレンズアレー６ａと非球面レンズ６ｂとの間に、図１（Ａ）に示したＩ−Ｉ線を回転軸とした、所定の設置位置からの角度ずれが生じた場合、固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向に所定の間隔だけ離れた２点において、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に、半導体レーザ光の非球面レンズ６ｂによる集光位置のずれが生じ、集光点の大きさが大きくなる。例えば、１°の角度ずれが生じた場合、１０ｍｍ離れた２点において、集光位置のずれが１７０μｍとなる。従って、図４に示すように、シリンドリカルレンズアレーと非球面レンズとを一体的に形成した非球面合成レンズ６ｃを用いた場合、角度ずれを０．１°以下に抑えることができ、集光位置のずれが小さくなり集光点の大きさが小さくなるために望ましい。
【００４２】
また、レーザ光の出射端の集積方向と平行な方向にも屈折力を有する非球面レンズを用いた場合には、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５により平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂにより５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に線上に集光されるとともに、レーザ光の出射端の集積方向と平行な方向にも集光される。従って、レーザ光の出射端の集積方向と平行な方向にも屈折力を有する非球面レンズを用いた場合には、半導体レーザ光導入手段７の大きさを小さくすることにより半導体レーザ光導入手段７からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザロッド２の高効率な励起をより図ることができるために望ましい。
【００４３】
２．半導体レーザ光導入手段
半導体レーザ光導入手段７は、固体レーザロッド２の高効率な励起を図るために、半導体レーザ光集光手段６により集光された半導体レーザ光を、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさを略保持して拡散性反射筒４の内部に固体レーザロッド２に向けて導入するものである。
【００４４】
このため、図５に示すように、実施の形態１では、半導体レーザ光導入手段７を、拡散性反射筒４に形成されたスリット１１と、スリット１１内に配置された六面体形のスラブ導波路１２と、スラブ導波路１２の６端面のうち半導体レーザ光が入射する第１の端面１２ａおよび半導体レーザ光が出射する第２の端面１２ｂ以外の４端面とスリット１１との空隙に設けられた、スラブ導波路１２より屈折率の小さい、光学接着材から成る接着材層１３とから構成することにより構成を簡略化している。図５（Ｂ）は図５（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００４５】
このように半導体レーザ光導入手段７を構成した場合、集光位置０２において線上に集光された半導体レーザ光は、第１の端面１２ａからスラブ導波路１２に入射する。スラブ導波路１２に入射した半導体レーザ光は、スラブ導波路１２より屈折率の小さい接着材層１３と接触している、スラブ導波路１２の端面で全反射を繰り返し、第２の端面１２ｂから出射し、拡散性反射筒４の内部に導入される。図５には、この様子が矢印により示されている。
【００４６】
また、この場合、図６に示すように、スラブ導波路１２の第１の端面１２ａの面積より第２の端面１２ｂの面積が小さければ、半導体レーザ光導入手段７からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザロッド２の高効率な励起を図ることができるため望ましい。ただし、第１の端面１２ａの面積より第２の端面１２ｂの面積を小さくし過ぎると、スラブ導波路１２の端面への半導体レーザ光の入射角度が小さくなり、全反射条件を満たさなくなる恐れがあるため、これを考慮して第１，第２の端面１２ａ，１２ｂの大きさを設定する必要がある。また、スラブ導波路１２の屈折率をできるだけ大きくして、全反射条件の臨界角をできるだけ小さくすることが望ましい。図６（Ｂ）は図６（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００４７】
なお、非球面レンズ６ｂにより線上に集光される半導体レーザ光の、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさは、非球面レンズ６ｂによる集光位置で最小となるが、その前後で大きくなる。また、拡散性反射筒４を形成する材料として一般的に用いられるセラミックス材料やポリマー材料により拡散性反射筒４を形成する場合には、反射率が拡散性反射筒４の厚さに大きく依存し、例えば、セラミックス材料により、反射率９８％以上の拡散性反射筒４を形成する場合には、拡散性反射筒４の厚さを１０ｍｍ程度にする必要がある。このため、図７に示すように、半導体レーザ光導入手段７を、拡散性反射筒４に形成されたスリット１１のみで構成する場合には、スリット１１の５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさを大きくしなければならない。例えば、拡散性反射筒４の厚さが１０ｍｍ、シリンドリカルレンズアレー６ａを通過した半導体レーザ光の５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な幅Ｌが１０ｍｍ、非球面レンズ６ｂの焦点距離が７ｍｍのとき、非球面レンズ６ｂによる集光位置の前後での半導体レーザ光の広がり角度が７０°程度となり、スリット１１両端での半導体レーザ光の、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさは７ｍｍとなる。従って、拡散反射性反射筒４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下する。
【００４８】
３．半導体レーザ光拡散手段および半導体レーザ光方向変換手段
半導体レーザ光拡散手段８は、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布を均一にすることにより固体レーザロッド２内での温度分布を２次の軸対称にして高ビーム品質のレーザ光を得るために、半導体レーザ光導入手段７と固体レーザロッド２との間で、半導体レーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ光を拡散するものである。
【００４９】
このため、実施の形態１では、半導体レーザ光拡散手段８を、スリガラス状に荒らされたクーリングスリーブ３の内面から構成していている。半導体レーザ光拡散手段８は、スリガラス状の透明材料を固体レーザロッド２を囲んで配置することにより構成することができるが、クーリングスリーブ３の内面をグランドラフとしスリガラス状に荒らすことにより構成を簡略化している。グランドラフの表面粗度は、クーリングスリーブ３の屈折率にもよるが、半導体レーザ光の波長の数倍から１０倍程度、すなわち数μｍから１０μｍ程度とするのが良い。グランドラフとする方法には、機械的研磨、化学処理などの方法があるが、クラックなどの発生を抑止できることから化学処理を用いることが望ましい。同じ表面祖度でも、境界の屈折率差が大きい程、拡散性が高くなるため、クーリングスリーブ３を屈折率の高い材料により形成することが望ましい。クーリングスリーブ３として薄くて機械強度が高いことが望まれるため、クーリングスリーブ３をサファイヤにより形成することが適している。
【００５０】
このように半導体レーザ光拡散手段８を構成した場合、図８に示すように、拡散性反射筒４の内部に導入された指向性のある高強度の半導体レーザ光は、クーリングスリーブ３の内面で拡散される。図８には、この様子が矢印により示されている。ただし、図８には後述する半導体レーザ光方向変換手段９は示されていない。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射筒４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入射し吸収される。このため、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものとなり固体レーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分布となり固体レーザロッド２は波面収差を持たないグレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとなり、高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。
【００５１】
なお、クーリングスリーブ３を半導体レーザ光の波長の数倍から１０倍程度、すなわち数μｍから１０μｍ程度の直径の気泡を内包する発砲性ガラスにより構成し、これを半導体レーザ光拡散手段８として用いることもできる。この場合、拡散性はクーリングスリーブ３の内面をグランドラフとする場合より高い。
【００５２】
一方、半導体レーザ光方向変換手段９は、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布を均一にすることにより固体レーザロッド２内での温度分布を２次の軸対称にして高ビーム品質のレーザ光を得るために、半導体レーザ光導入手段７と固体レーザロッド２との間で、半導体レーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ光の進行方向を固体レーザロッド２の方向から逸らすものである。
【００５３】
このため、実施の形態１では、半導体レーザ光方向変換手段９を、スラブ導波路１２の長手方向に対して非垂直なスラブ導波路１２の第２の端面１２ｂから構成している。半導体レーザ光方向変換手段９は、くさび形の透明材料を半導体レーザ光導入手段７と固体レーザロッド２との間に配置することにより構成することができるが、スラブ導波路１２の第２の端面１２ｂをスラブ導波路１２の長手方向に対して非垂直にすることにより構成を簡略化している。
【００５４】
このように半導体レーザ光方向変換手段９を構成した場合、図９に示すように、スラブ導波路１２に入射した半導体レーザ光の進行方向は、第２の端面１２ｂから出射する際に、固体レーザロッド２の方向から逸らされる。そして、拡散性反射筒４で拡散される。図９には、この様子が矢印により示されている。ただし、図９には後述する半導体レーザ光方向変換手段９は示されていない。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射筒４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入射し吸収される。このため、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものとなり固体レーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分布となり固体レーザロッド２は波面収差を持たないグレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとなり、高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。
【００５５】
上述した説明から理解できるように、高ビーム品質のレーザ光を得るためには、半導体レーザ光拡散手段８および半導体レーザ光方向変換手段９の少なくとも一方を備えていればよい。
【００５６】
なお、半導体レーザ光拡散手段８および半導体レーザ光方向変換手段９を設けなかった場合には、図１０に示すように、拡散性反射筒４の内部に導入された指向性のある高強度の半導体レーザ光は、クーリングスリーブ３を透過して、固体レーザロッド２に入射し、一部吸収される。固体レーザロッド２に吸収されなかった残りの半導体レーザ光は、拡散性反射筒４により拡散反射されて指向性を失い強度が低くなり、拡散性反射筒４の内部で均一に分布され、再び固体レーザロッド２に入射し吸収される。図１０には、この様子が矢印により示されている。ただし、図１０には前述した半導体レーザ光拡散変換手段８は示されていない。このため、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布が半導体レーザ光導入手段７側で高く固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布が均一ではなくなり、固体レーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分布からずれ、固体レーザロッド２は波面収差を持ったグレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとなり、高ビーム品質のレーザ光を得ることができない。
【００５７】
次に動作について説明する。
各バー状素子５−１〜５−５から出射されたレーザ光は、対向するシリンドリカルレンズにより平行化される。各バー状素子５−１〜５−５から出射されたレーザ光は固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向に１０°程度の広がり角度を持ち、固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向に３０°程度の広がり角度を持っている。平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂにより５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に線上に集光される。線上に集光された半導体レーザ光は、第１の端面１２ａからスラブ導波路１２に入射する。スラブ導波路に入射した半導体レーザ光は、スラブ導波路１２の端面で全反射を繰り返し、第２の端面１２ｂから出射し、拡散性反射筒４の内部に導入される。このとき、半導体レーザ光の進行方向はスラブ導波路１２の第２の端面１２ｂにより固体レーザロッド２の方向から逸らされる。図１（Ｄ）には、半導体レーザ光の進行方向がθ２だけ屈折する様子が示されている。その後、半導体レーザ光は、クーリングスリーブ３の内面および拡散性反射筒４で拡散される。図１（Ｃ）には、半導体レーザ光がクーリングスリーブ３の内面で拡散される様子が矢印により示されている。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射筒４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入射し吸収される。
【００５８】
以上のように、この実施の形態１によれば、固体レーザロッド励起モジュール１を、上述した固体レーザロッド２と、クーリングスリーブ３と、拡散性反射筒４と、スタック型半導体レーザ５と、半導体レーザ光集光手段６と、半導体レーザ光導入手段７と、半導体レーザ光拡散手段８と、半導体レーザ光方向変換手段９とで構成したので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果が得られる。
【００５９】
ここまで、スタック型半導体レーザ５、半導体レーザ光集光手段６、半導体レーザ光導入手段７、半導体レーザ光拡散手段８および半導体レーザ光方向変換手段９から構成される半導体レーザ光照射手段を１個備えた系について説明したが、図１１に示すように、半導体レーザ光照射手段２２を固体レーザロッド２の周囲に、例えば４個配置して固体レーザロッド励起モジュール２１を構成した場合には、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度が高くなり、強度分布もより軸対称で均一なものとなり、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。
【００６０】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面図、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）中のＣ部分の拡大図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）において、３１は固体レーザロッド励起モジュール、３４は固体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２およびクーリングスリーブ３を取り囲んで配置された、半導体レーザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の鏡面反射性反射筒、３７は鏡面反射性反射筒３４に設けられた、半導体レーザ光集光手段６により集光された半導体レーザ光を、鏡面反射性反射筒３４の内部に導入する半導体レーザ光導入手段である。その他の構成要素は図１において同一の符号を付して示したものと同一あるいは同等であるため、その詳細な説明は省略する。図１２（Ａ）において、矢印Ｘは固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向を示し、図１２（Ｂ）において、矢印Ｙは固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向を示している。図１２（Ｂ）には、冷却液が流れる様子が示されている。
【００６１】
実施の形態２では、鏡面反射性反射筒３４をクーリングスリーブ３の外周面に施した高反射コーティング膜により構成し、半導体レーザ光導入手段３７をクーリングスリーブ３の外周面にスリット状に施した減反射コーティング膜により構成している。この場合、スリット状に施した減反射コーティング膜により構成される半導体レーザ光導入手段３７の大きさを、非球面レンズ６ｂにより線上に集光される半導体レーザ光の大きさと同じ程度とし、鏡面反射性反射筒３４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能を高くしている。また、半導体レーザ拡散手段８を、スリガラス状に荒らされたクーリングスリーブ３の内面により構成している。
【００６２】
このように固体レーザロッド励起モジュール３１を構成した場合、各バー状素子５−１〜５−５から出射されたレーザ光は、対向するシリンドリカルレンズにより平行化される。平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂにより５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に線上に集光される。線上に集光された半導体レーザ光は、集光位置に位置する減反射コーティング膜により構成される半導体レーザ光導入手段３７から鏡面反射性反射筒３４の内部に導入される。鏡面反射性反射筒３４の内部に導入された半導体レーザ光は、クーリングスリーブ３の内面で拡散される。図１２（Ｂ），（Ｃ）には、半導体レーザ光がクーリングスリーブ３の内面で拡散される様子が矢印により示されている。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射筒４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入射し吸収される。
【００６３】
以上のように、この実施の形態２によれば、固体レーザロッド励起モジュール３１を、上述した固体レーザロッド２と、クーリングスリーブ３と、鏡面反射性反射筒３４と、スタック型半導体レーザ５と、半導体レーザ光集光手段６と、半導体レーザ光導入手段３７と、半導体レーザ光拡散手段８とで構成したので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。
【００６４】
なお、半導体レーザ光拡散手段８を設けなかった場合には、非球面レンズ６ｂでの集光角度が半導体レーザ光導入手段３７から固体レーザロッド２を見込む角度に収まるように非球面レンズ６ｂの焦点距離を調整することが必要となり、その結果、半導体レーザ光導入手段３７の大きさが大きくなり、鏡面反射性反射筒３４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下する。
【００６５】
ここまで、スタック型半導体レーザ５、半導体レーザ光集光手段６、半導体レーザ光導入手段３７および半導体レーザ光拡散手段８から構成される半導体レーザ光照射手段を１個用いる系について説明したが、実施の形態１の場合と同様に、半導体レーザ光照射手段を固体レーザロッド２の周囲に複数配置して固体レーザロッド励起モジュールを構成した場合には、固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度が高くなり、強度分布もより軸対称で均一なものとなり、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備え、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるように構成したので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。また、構成を簡略化できる効果がある。さらに、集光点の大きさが小さくなる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を鏡面反射性反射筒の内部に導入する半導体レーザ光導入手段とを備え、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるように構成したので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。また、構成を簡略化できる効果がある。さらに、集光点の大きさが小さくなる効果がある。
【００６８】
この発明によれば、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段と、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を固体レーザロッドの方向から逸らす半導体レーザ光方向変換手段とを備え、半導体レーザ光導入手段が、拡散性反射筒に形成されたスリットと、スリット内に配置された六面体形のスラブ導波路と、スラブ導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端面およびレーザ光が出射する第２の端面以外の４端面とスリットとの空隙に設けられた、スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備え、半導体レーザ光方向変換手段が、スラブ導波路の長手方向に対して非垂直なスラブ導波路の第２の端面から構成されるように構成したので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。また、構成を簡略化できる効果がある。
【００６９】
この発明によれば、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた半導体レーザ光照射手段が、固体レーザロッドの周囲に複数配置され、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるように構成したので、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。また、構成を簡略化できる効果がある。さらに、集光点の大きさが小さくなる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を鏡面反射性反射筒の内部に導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた半導体レーザ光照射手段が、固体レーザロッドの周囲に複数配置され、半導体レーザ光集光手段が、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球面レンズとを備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるように構成したので、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。また、構成を簡略化できる効果がある。さらに、集光点の大きさが小さくなる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を拡散性反射筒の内部に固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段と半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を固体レーザロッドの方向から逸らす半導体レーザ光方向変換手段とを備えた半導体レーザ光照射手段が、固体レーザロッドの周囲に複数配置され、半導体レーザ光導入手段が、拡散性反射筒に形成されたスリットと、スリット内に配置された六面体形のスラブ導波路と、スラブ導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端面およびレーザ光が出射する第２の端面以外の４端面とスリットとの空隙に設けられた、スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備え、半導体レーザ光方向変換手段が、スラブ導波路の長手方向に対して非垂直なスラブ導波路の第２の端面から構成されるように構成したので、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。また、構成を簡略化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段の説明に供する断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段を構成する非球面レンズの説明に供するグラフ図である。
【図４】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段を構成する非球面合成レンズの構成を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光導入手段の構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる別の半導体レーザ光導入手段の構成を示す断面図である。
【図７】半導体レーザ光導入手段を、スリットのみで構成した場合の問題点の説明に供する断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光拡散手段の動作の説明に供する断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光方向変換手段の動作の説明に供する断面図である。
【図１０】半導体レーザ光拡散手段および半導体レーザ光方向変換手段を設けなかった場合の問題点の説明に供する断面図である。
【図１１】半導体レーザ光照射手段が固体レーザロッドの周囲に複数配置されている、この発明の実施の形態１による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。
【図１３】従来例１による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。
【図１４】従来例２による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。
【図１５】従来例２による固体レーザロッド励起モジュールの問題点の説明に供する断面図である。
【符号の説明】
１，２１，３１固体レーザロッド励起モジュール、２固体レーザロッド、３クーリングスリーブ、４拡散性反射筒、５スタック型半導体レーザ、５−１〜５−５バー状素子、６半導体レーザ光集光手段、６ａシリンドリカルレンズアレー、６ｂ非球面レンズ、６ｃ非球面合成レンズ、６−１〜６−５シリンドリカルレンズ、７，３７半導体レーザ光導入手段、８半導体レーザ光拡散手段、９半導体レーザ光方向変換手段、１１スリット、１２スラブ導波路、１２ａ第１の端面、１２ｂ第２の端面、１３接着材層、２２半導体レーザ光照射手段、３４鏡面反射性反射筒。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state laser rod excitation module that excites a solid-state laser rod using a semiconductor laser and obtains laser light, and in particular, uses a stacked semiconductor laser to excite the solid-state laser rod with high power and high efficiency to achieve high beam quality. The present invention relates to a solid-state laser rod excitation module for obtaining laser light.
[0002]
[Prior art]
The solid-state laser rod excitation module absorbs laser light emitted from a semiconductor laser (hereinafter, also referred to as semiconductor laser light) into the solid-state laser rod to excite the solid-state laser rod to obtain laser light. Therefore, how efficiently the semiconductor laser light is absorbed by the solid-state laser rod affects the efficiency of the excitation of the solid-state laser rod.
[0003]
In general, in a side-pumped solid-state laser rod pumping module that achieves high output by integrating a plurality of emission ends of the laser light of the semiconductor laser in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod, the solid-state laser In a configuration in which the rod passes through a single rod, the cross-sectional area of the solid-state laser rod is small, so that the solid-state laser rod cannot be excited with high efficiency. For this reason, conventionally, the semiconductor laser light is introduced into the inside of the reflecting tube arranged around the solid-state laser rod and is confined inside the reflecting tube, so that the solid-state laser rod is passed through a plurality of times and the height of the solid-state laser rod is raised. A method of performing efficient excitation is used.
[0004]
According to this method, when the confinement of the semiconductor laser light inside the reflection tube is high, the efficiency of pumping the solid-state laser rod is high. However, in order to increase the confinement of the semiconductor laser light inside the reflection tube, the reflection It is necessary to reduce the escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser light inlet provided in the cylinder, that is, to make the semiconductor laser light inlet as small as possible.
[0005]
In general, a stacked semiconductor laser is used as a semiconductor laser in order to further increase the output. A stacked semiconductor laser is formed by stacking a plurality of bar-shaped elements formed by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod. It is composed.
[0006]
However, when a stacked semiconductor laser is used, the laser light emitted from each bar-shaped element is focused so that the laser light can be introduced into the inside of the reflecting tube from the semiconductor laser light inlet provided in the reflecting tube. Is difficult to do. For this reason, high-efficiency excitation of the solid-state laser rod has not been realized so far.
Further, in order to excite the solid-state laser rod and obtain a laser beam of high beam quality, it is necessary to suppress the wavefront aberration of the solid-state laser rod itself due to heat generated in the solid-state laser rod when exciting the solid-state laser rod. Therefore, the solid-state laser rod is irradiated with the semiconductor laser light as uniformly as possible, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod is made axially symmetric and uniform, and the temperature distribution in the solid-state laser rod is quadratic. It is desirable that the solid-state laser rod be an ideal graded-refractive-index lens having no wavefront aberration by having an axially symmetric distribution.
[0007]
However, in the conventional solid-state laser rod excitation module, since the intensity of the semiconductor laser light at the portion where the semiconductor laser light introduced from the semiconductor laser light inlet first enters the solid-state laser rod is high, the temperature inside the solid-state laser rod is high. The distribution is unlikely to be a quadratic axially symmetric distribution. For this reason, in the conventional solid-state laser rod pumping module, a laser beam having an average power of about 1 kW is realized as a low beam quality laser beam, but only a laser beam having an average power of about 100 W is realized as a high beam quality laser beam. Not.
[0008]
Conventional example 1.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the solid-state laser rod pumping module of Conventional Example 1 shown in, for example, Reference 1 “S. Fujikawa et al., In technical digest of Advanced Solid-State Laser '97, p296, 1997”. FIG. In FIG. 13, 101 is a solid-state laser rod excitation module, 102 is a solid-state laser rod, and 103 is a cooling liquid that cools the solid-state laser rod 102 and is disposed substantially coaxially with the solid-state laser rod 102. A cylindrical cooling sleeve 104 that is transparent to the semiconductor laser light, 104 is disposed substantially coaxially with the solid-state laser rod 102 and surrounds the solid-state laser rod 102 and the cooling sleeve 103, and reflects and confines the semiconductor laser light. A cylindrical diffusely reflecting tube having a diffusive property with respect to the semiconductor laser light, a semiconductor laser 105 configured by integrating a plurality of emission ends of the laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 102, and a diffusion laser 107. Light emitted from the semiconductor laser 105 provided in the conductive reflection tube 104 Introduced toward the solid-state laser rod 102 in the interior of the diffusive reflection tube 104, a semiconductor laser beam introduction means comprising a thin glass.
[0009]
Next, the operation will be described.
The laser light emitted from the semiconductor laser 105 is introduced toward the solid-state laser rod 102 into the diffusive reflection tube 104 while being totally reflected on the upper and lower surfaces of the thin glass as the semiconductor laser light introducing means 107. The semiconductor laser light introduced into the diffuse reflection tube 104 enters the solid-state laser rod 102 and is partially absorbed. The remaining semiconductor laser light that has passed through the solid-state laser rod 102 is diffusely reflected by the diffusive reflection tube 104, and is uniformly distributed inside the diffuse reflection tube 104. In FIG. 13, this situation is indicated by arrows indicated by broken lines. The uniformly distributed semiconductor laser light irradiates the solid-state laser rod 102 uniformly. The heat generated in the solid-state laser rod 102 is removed from the outer periphery of the solid-state laser rod 102 by the cooling liquid confined in the cooling sleeve 103.
[0010]
In the solid-state laser rod pumping module 101 of the prior art example 1, since the area of the portion of the semiconductor laser light introducing means 107 made of thin glass located on the inner surface of the diffusive reflection tube 104 is small, the light from the semiconductor laser light introducing means 107 is small. The escape of the semiconductor laser light is small, and the solid-state laser rod 102 is excited with high efficiency.
[0011]
Conventional example 2.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of a solid-state laser rod pumping module of Conventional Example 2 shown in, for example, Reference 2 “H. Bluesselback et al., In technical digest of Advanced Solid-State Laser '97, p285, 1997”. FIG. In FIG. 14, reference numeral 111 denotes a solid-state laser rod excitation module; 112, a solid-state laser rod; and 113, a cooling liquid for cooling the solid-state laser rod 112, which is arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod 112. A cylindrical cooling sleeve transparent to the semiconductor laser light, 114 is disposed substantially coaxially with the solid-state laser rod 112 so as to surround the solid-state laser rod 112 and the cooling sleeve 113, and reflects and confines the semiconductor laser light. A cylindrical mirror-reflective reflecting tube 115 that is mirror-reflective to semiconductor laser light, 115 is a bar-shaped element formed by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 112. , A stack formed by laminating a plurality of layers in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 112. Semiconductor laser, 115-1 to 115-5 are bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser 115, 116 is a semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser 115, 116- Numerals 1 to 116-5 face the different bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser 115, and are emitted from the opposed bar-shaped elements which are arranged at positions substantially apart from the opposed bar-shaped elements by a focal length. A cylindrical lens 116a for collimating the laser beam, 116a is composed of five cylindrical lenses 116-1 to 116-5 and five bar elements at the same interval as the lamination interval of the five bar elements 115-1 to 115-5. The cylindrical lens array 116b integrated in a direction parallel to the stacking direction of 115-1 to 115-5 is a cylindrical lens array. A condensing lenslet for condensing the semiconductor laser light collimated by the lenses 116-1 to 116-5 in a direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 115-1 to 115-5, 117 is specular reflection And a semiconductor laser light introducing means for introducing the semiconductor laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means 116 provided in the reflective tube 114 into the mirror-reflective reflecting tube 114. The mirror-reflective reflecting cylinder 114 is formed of a high-reflection coating film formed on the outer peripheral surface of the cooling sleeve 113, and the semiconductor laser light introducing means 117 is formed of a slit-shaped anti-reflection coating film formed on the outer peripheral surface of the cooling sleeve 113. It is configured. That is, the outer peripheral surface of the cooling sleeve 113 is covered with a high-reflection coating film as the mirror-reflective reflection tube 114 and a slit-like anti-reflection coating film as the semiconductor laser light introducing means 117.
[0012]
Next, the operation will be described.
The laser beams emitted from the bar-shaped elements 115-1 to 115-5 are collimated by opposed cylindrical lenses. The laser light emitted from each of the bar-shaped elements 115-1 to 115-5 has a spread angle of about 10 ° in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 112, and a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 112. Has a spread angle of about 30 °. The collimated semiconductor laser light is converged on a line by the condenser lenslet 116b. The condensed semiconductor laser light is introduced into the inside of the specular reflection tube 114 from the semiconductor laser light introducing means 117 composed of the anti-reflection coating film located near the condensing position. The semiconductor laser light introduced into the mirror-reflective reflection tube 114 enters the solid-state laser rod 112 and is partially absorbed. The semiconductor laser light that has not been absorbed by the solid-state laser rod 112 is reflected by the mirror-reflective reflective cylinder 114 made of a high-reflection coating film, again enters the solid-state laser rod 112, and is absorbed.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Since the solid-state laser rod pumping module of Conventional Example 1 is configured as described above, in the semiconductor laser 105 configured by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 102, There is a problem that the solid-state laser rod 102 cannot be excited with a high power and is not suitable for increasing the output.
[0014]
The semiconductor laser light introduced into the diffusive reflecting tube 104 by the semiconductor laser light introducing means 107 made of thin glass first enters the solid-state laser rod 102. For this reason, when the absorptance of the solid-state laser rod 102 increases, the intensity of the semiconductor laser light when the semiconductor laser light first enters the solid-state laser rod 102 increases the intensity of the semiconductor laser light diffusely reflected by the diffusive reflection tube 104. The intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 102 is higher on the side of the semiconductor laser light introducing means 107, and the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 102 is not axially symmetric and uniform. ,Solid laser rodThere is a problem that the temperature distribution in the laser beam 102 deviates from the second-order axially symmetric distribution, and the solid-state laser rod 102 becomes a graded refractive index lens having wavefront aberration.
[0015]
Further, since the solid-state laser rod excitation module of Conventional Example 2 is configured as described above, of the semiconductor laser light introduced from the semiconductor laser light introduction means 117 into the inside of the specular reflecting tube 114, FIG. As shown, the semiconductor laser light that does not enter the solid-state laser rod 112 does not geometrically enter the solid-state laser rod 112 even if it is reflected a plurality of times by the mirror-reflective reflection tube 114. In FIG. 15, this state is indicated by solid arrows. For this reason, in order to achieve high efficiency absorption of the semiconductor laser light by the solid-state laser rod 112, the condensing angle of the condensing lenslet 116b is set to be within an angle at which the solid-state laser rod 112 is viewed from the semiconductor laser light introducing means 117. It is necessary to adjust the focal length of the condenser lenslet 116b. As a result, a stack of five bar-shaped elements 115-1 to 115-5 of the semiconductor laser light condensed on the line by the condenser lenslet 116 b uniquely determined by the focal length of the condenser lenslet 116 b The size in the direction parallel to the direction (hereinafter sometimes referred to as the size of the condensing point of the semiconductor laser light) is not the minimum size obtained by using the condensing lenslet 116b, There is a problem that the size of the semiconductor laser 117 becomes large, and the performance of confining the semiconductor laser light inside the mirror-reflective reflective tube 114 is reduced. Ideally, the size of the condensing point of the semiconductor laser light is set such that the size of the emission end of each laser light is d1 and the focal length of each of the cylindrical lenses 116-1 to 116-5 is f1. When the focal length of the lenslet 116b is f2, it becomes d1 × f2 / f1, but in practice, the stacking interval of the five bar-like elements 115-1 to 115-5 varies, and the cylindrical lens array 116a is formed. The pitch error of the five cylindrical lenses 116-1 to 116-5 and the installation error of the five bar-like elements 115-1 to 115-5 and the cylindrical lens array 116 a further increase the pitch error.
[0016]
On the other hand, if the size of the semiconductor laser light introducing means 117 is reduced in order to improve the confinement performance of the semiconductor laser light inside the mirror-reflective reflection tube 114, the size of the condensing point of the semiconductor laser light will be reduced. It is larger than the size of the introduction means 117. For this reason, the ratio of the semiconductor laser light introduced into the mirror-reflective reflecting cylinder 114 becomes small, and there is a problem that the semiconductor laser light cannot be efficiently absorbed by the solid-state laser rod 112. In the case of Conventional Example 2, of the semiconductor laser light transmitted through the cylindrical lens array 116a, the semiconductor laser light absorbed by the solid-state laser rod 112 was a very low value of 26%.
[0017]
The semiconductor laser light introduced from the semiconductor laser light introduction means 117 into the mirror-reflective reflection tube 114 first enters the solid-state laser rod 112. For this reason, when the absorptance of the solid-state laser rod 112 increases, the intensity of the semiconductor laser light when the semiconductor laser light first enters the solid-state laser rod 112 increases the intensity of the semiconductor laser light reflected by the mirror-reflective reflective cylinder 114. The intensity distribution is higher than the intensity, and the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 112 is high on the semiconductor laser light introducing means 117 side, and the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 112 is not axially symmetric and uniform. ,Solid laser rodThere is a problem in that the temperature distribution in 112 deviates from the second-order axially symmetric distribution, and the solid-state laser rod 112 becomes a graded refractive index lens having wavefront aberration..
[0018]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state laser rod excitation module that can excite a solid-state laser rod with high power and high efficiency to obtain a laser beam with high beam quality. I do.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes:A semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means is introduced into the diffusive reflecting tube toward the solid-state laser rod. A semiconductor laser light introducing means, wherein the semiconductor laser light condensing means is configured by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements. A lens array, comprising an aspherical lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements, each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is a different bar-shaped element constituting a stacked semiconductor laser. The aspheric lens is disposed at a position substantially opposite to the cylindrical element facing the bar-shaped element facing each other by a substantially focal length of each cylindrical lens. Is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means and at a position substantially apart from the semiconductor laser light introducing means by the focal length of the aspherical lens, and a bar of laser light passing through the cylindrical lens array. When the width of the element in the direction parallel to the lamination direction is L, the focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more.Things.
[0020]
The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes:A semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and a semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means into a mirror-reflective reflecting tube A cylindrical lens array configured by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements, and a bar. An aspherical lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the stacked elements, wherein each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array faces and faces different bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser. The aspherical lens is located at a position that is approximately the focal length of each cylindrical lens from the bar-shaped element, and the cylindrical lens A stack of bar-shaped elements of laser light that has been disposed between the lens array and the semiconductor laser light introducing means and at a distance from the semiconductor laser light introducing means substantially by the focal length of the aspherical lens and passed through the cylindrical lens array When the width in the direction parallel to the direction is L, the focal length of the aspherical lens is 0.5 × L or more.Things.
[0021]
The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes:A semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflecting tube, and a traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means Semiconductor laser light direction changing means for deflecting the solid laser rod from the direction of the solid-state laser rod, the semiconductor laser light introducing means, a slit formed in the diffusive reflective cylinder, a hexahedral slab waveguide disposed in the slit, Adhesion having a smaller refractive index than the slab waveguide, provided in a gap between the slit and four end faces other than the first end face on which laser light is incident and the second end face from which laser light is emitted among the six end faces of the slab waveguide. Wherein the semiconductor laser beam direction changing means comprises a second end face of the slab waveguide non-perpendicular to the longitudinal direction of the slab waveguide.Things.
[0022]
The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes:A semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means is introduced into the diffusive reflecting tube toward the solid-state laser rod. A plurality of semiconductor laser light irradiating means having a semiconductor laser light introducing means are arranged around the solid-state laser rod, and the semiconductor laser light condensing means is provided with a cylindrical lens and a bar-like element at the same interval as the laminating interval of the bar-like element. Each comprising a plurality of cylindrical lens arrays integrated in a direction parallel to the stacking direction of the cylindrical lenses, and an aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements, and each of the cylindrical lenses forming the cylindrical lens array A lens faces different bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser, and the respective bar-shaped elements face each other. The aspherical lens is disposed at a position substantially apart by the focal length of the lens, and the aspherical lens is between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means, and is separated from the semiconductor laser light introducing means by substantially the focal length of the aspherical lens. The focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more, where L is the width of the laser light that has been disposed at the position and has passed through the cylindrical lens array in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements.Things.
[0023]
The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes:Semiconductor laser light condensing means for condensing laser light emitted from a stacked semiconductor laser, and semiconductor laser light introducing means for introducing laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means into a mirror-reflective reflecting cylinder A plurality of semiconductor laser light irradiating means having the following arrangement are arranged around the solid-state laser rod. A plurality of cylindrical lenses arrayed in different directions, and an aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements, and each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is a stack type. Each bar-shaped element constituting a semiconductor laser faces a different bar-shaped element. The aspherical lens is disposed at a point distance apart, and the aspherical lens is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means and at a position substantially apart from the semiconductor laser light introducing means by the focal length of the aspherical lens. When the width of the laser beam passing through the cylindrical lens array in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements is L, the focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more.Things.
[0024]
The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes:The semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflection tube, and the traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means. A plurality of semiconductor laser light irradiating means having a semiconductor laser light direction changing means for diverting from the direction of the solid laser rod are arranged around the solid laser rod, and the semiconductor laser light introducing means is provided in a slit formed in the diffusive reflecting cylinder. A hexahedral slab waveguide disposed in the slit, and four end faces and a slit of the six end faces of the slab waveguide other than a first end face on which laser light is incident and a second end face on which laser light is emitted. An adhesive layer having a refractive index smaller than that of the slab waveguide provided in the air gap of the slab waveguide. And a second end surface of the straight slab waveguideThings.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1A, and FIG.BFIG. 1 (D) is an enlarged view of a portion of FIG. 1 (A).AIt is an enlarged view of a part. 1A to 1D, 1 is a solid-state laser rod excitation module, 2 is a solid-state laser rod, and 3 is a solid-state laser rod 2 disposed substantially coaxially with and surrounding the solid-state laser rod 2. A cylindrical cooling sleeve 4 which is transparent to the semiconductor laser light for confining a cooling liquid for cooling the semiconductor laser, and which is disposed substantially coaxially with the solid state laser rod 2 so as to surround the solid state laser rod 2 and the cooling sleeve 3; A cylindrical diffusive reflection tube, which is capable of reflecting and confining the laser light and diffusive to the semiconductor laser light, is constituted by integrating a plurality of emission ends of the laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2. Stacked semiconductor lasers each formed by laminating a plurality of bar-shaped elements in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2, and 5-1 to 5-5 are stacked semiconductor lasers. A bar-shaped element constituting the laser 5, a semiconductor laser light condensing means 6 for condensing laser light emitted from the stacked semiconductor laser 5, and 6-1 to 6-5 constituting the stacked semiconductor laser 5, respectively. Cylindrical lens that opposes the different bar-shaped elements and is arranged at a position substantially apart from the opposing bar-shaped elements by a focal distance, and that collimates the laser light emitted from the opposing bar-shaped elements. The lenses 6-1 to 6-5 are arranged in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 at the same interval as the stacking interval of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5. An integrated cylindrical lens array 6b is arranged between the cylindrical lens array 6a and the semiconductor laser light introducing means and at a position separated by a focal distance from the semiconductor laser light introducing means. Further, the semiconductor laser light having a refractive index in a direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5, which is collimated by the respective cylindrical lenses 6-1 to 6-5, is converted into five light beams. An aspherical lens 7 for converging light in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5; and 7, a semiconductor converged by a semiconductor laser light condensing means 6 provided in the diffusive reflecting tube 4. A semiconductor that introduces laser light into the diffused reflecting cylinder 4 toward the solid-state laser rod 2 while substantially maintaining the size in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5. The laser light introducing means 8 is provided between the semiconductor laser light introducing means 7 and the solid-state laser rod 2, and is a semiconductor laser light diffusing means for diffusing the semiconductor laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means 7. Semiconductor light introduced by the semiconductor laser light introducing means 7 This is a semiconductor laser light direction changing means for diverting the traveling direction of the body laser light from the direction of the solid-state laser rod 2. In FIG. 1A, an arrow X indicates a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2, and in FIG. 1B, an arrow Y indicates a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2. FIG. 1B shows how the cooling liquid flows.
[0033]
Note thatIn an embodiment of the present invention,Although a case where five bar-shaped elements and five cylindrical lenses are provided is shown,N each (n ≧ 2)May have. Also,In the case where one tack-type semiconductor laser 5, one semiconductor laser light focusing means 6, and one semiconductor laser light introducing means 7 are provided.Is shown,The axially identical components of a solid-state laser lotToA plurality may be provided.
[0034]
Hereinafter, the semiconductor laser light focusing means 6, the semiconductor laser light introducing means 7, the semiconductor laser light diffusing means 8, and the semiconductor laser light direction changing means 9 will be described in detail, and then the operation of the solid-state laser rod excitation module 1 will be described.
[0035]
1. Semiconductor laser light focusing means
The semiconductor laser light focusing means 6 focuses the laser light emitted from the stacked semiconductor laser in order to increase the output. Further, in order to reduce the escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser light introducing means 7 by reducing the size of the semiconductor laser light introducing means 7 and achieve highly efficient excitation of the solid-state laser rod 2, the semiconductor laser light Is made smaller.
[0036]
For this reason, in the first embodiment, the semiconductor laser light condensing means 6 is constituted by the cylindrical lens array 6a and the aspheric lens 6b. The cylindrical lens array 6a includes five cylindrical lenses 6-1 to 6-5.5The five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 are integrated in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 at the same interval. The respective cylindrical lenses 6-1 to 6-5 are opposed to different bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser 5, and the respective cylindrical lenses 6-1 to 6-6 are separated from the opposed bar-shaped elements.5Are disposed at positions substantially apart from each other by approximately the focal length. The aspherical lens 6b has a refractive power in a direction parallel to the laminating direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5, and is located between the cylindrical lens array 6a and the semiconductor laser light introducing means 7. Are disposed at a position apart from the semiconductor laser light introducing means 7 by the focal length of the aspherical lens 6b.
[0037]
When the semiconductor laser light focusing means 6 is configured as described above, the laser lights emitted from the bar-shaped elements facing each other are collimated by the cylindrical lenses 6-1 to 6-5. The semiconductor laser light collimated by each of the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 is transmitted by the aspheric lens 6b.LineFocused on top. The size of the semiconductor laser light focused on the line by the aspheric lens 6b in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (that is, the size of the focus point) is Ideally, when the size of the emission end of each laser beam is d2, the focal length of each of the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 is f3, and the focal length of the aspheric lens 6b is f, d2 × f / f3, which is very small, for example, several μm.
[0038]
In this case, the width of the semiconductor laser light passing through the cylindrical lens array 6a in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is, for example, 10 to 20.mmHowever, spherical aberration occurs and the size of the focal point increases because the focusing angle of the focusing lens increases, but the spherical aberration can be suppressed low by using the aspherical lens 6b as the focusing lens. The size of the focal point is kept small.
[0039]
Further, in this case, when any of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 deviates from a predetermined installation position, laser light emitted from the bar-shaped element deviated from the predetermined installation position is opposed to a cylindrical beam. When collimated by the lens, the collimated semiconductor laser light has an angular deviation from a predetermined direction. For example, FIG. 2 shows that the bar-shaped element 5-1 is shifted from the predetermined installation position by Δp (the predetermined stacking interval of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is p, When the interval between the element 5-1 and the adjacent bar-shaped element 5-2 is p + Δp), the semiconductor laser light collimated by the opposed cylindrical lens 6-1 has an angular shift θ (unit: radian) from a predetermined direction. ) Has occurred. At this time, the converging position of the parallelized semiconductor laser light having the angle shift θ1 by the aspherical lens 6b is shifted from the predetermined converging position 01 to the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5F × θ in the direction parallel to the stacking direction of1 (fIs shifted by the focal length of the aspherical lens 6b).
[0040]
In order to reduce the deviation from the predetermined light condensing position 01 and the size of the light condensing point, the focal length f of the aspherical lens 6b may be reduced. Coma aberration occurs in the semiconductor laser light passing through a position distant from the center position of the lens 6b, and the size of the converging point increases. FIG. 3 shows the focal length f of the aspherical lens 6b normalized by the width L of the semiconductor laser beam passing through the cylindrical lens array 6a in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5. The semiconductor laser light passing through the cylindrical lens array 6a having a horizontal axis and having a spread angle of ± θ1 in a direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is formed on a line by the aspherical lens 6b. FIG. 5 is a graph showing the size of a light-converging point when light is condensed as a vertical axis. FIG. 3 shows the result of calculating the aspherical shape of the aspherical lens 6b so that the size of the focal point at each focal length is minimized. In FIG. 3, a curve a indicates a case where coma aberration occurs, and a curve b indicates a case where no coma aberration occurs. As shown in FIG. 3, when no coma aberration occurs, as the focal length decreases, the size of the focal point decreases. On the other hand, when coma aberration occurs, the focal length f of the aspheric lens 6b standardized by the width L becomes minimum when it is 0.7, and becomes extremely large when it is smaller than 0.5. Therefore, when the focal length f of the aspheric lens 6b standardized by the width L is 0.5 or more, that is, when the focal length f of the aspheric lens is 0.5 × L or more, It is desirable for the size to be small.
[0041]
In the case where there is an angular displacement between the cylindrical lens array 6a and the aspherical lens 6b from a predetermined installation position with the II line shown in FIG. At two points separated by a predetermined distance in a direction parallel to the axis direction 2, a direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is applied by the aspheric lens 6b of the semiconductor laser light. A shift of the light condensing position occurs, and the size of the light condensing point increases. For example, if an angle shift of 1 ° occurs, the shift of the condensing position at two points 10 mm apart is 170 μm. Therefore, as shown in FIG. 4, when the aspherical synthetic lens 6c in which the cylindrical lens array and the aspherical lens are integrally formed is used, the angle shift can be suppressed to 0.1 ° or less, and the light condensing position can be reduced. It is desirable because the deviation of the focal point becomes small and the size of the light condensing point becomes small.
[0042]
When an aspheric lens having a refracting power also in a direction parallel to the integration direction of the laser light emitting end is used, the semiconductor laser light collimated by each of the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 becomes non-spherical. The spherical lens 6b converges the light on a line in a direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5, and also condenses the light in a direction parallel to the direction in which the laser light is emitted. You. Therefore, when an aspheric lens having a refracting power also in a direction parallel to the integration direction of the laser light emitting end is used, the size of the semiconductor laser light introducing means 7 is reduced by reducing the size of the semiconductor laser light introducing means 7. This is desirable because the escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser can be reduced and the solid-state laser rod 2 can be more efficiently excited.
[0043]
2. Semiconductor laser light introduction means
The semiconductor laser light introducing means 7 converts the semiconductor laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means 6 in order to excite the solid-state laser rod 2 with high efficiency.5Bar-shaped elements 5-1 to 5-5Are introduced toward the solid-state laser rod 2 inside the diffusive reflection tube 4 while substantially maintaining the size in the direction parallel to the lamination direction.
[0044]
For this reason, as shown in FIG. 5, in the first embodiment, the semiconductor laser light introducing means 7 includes a slit 11 formed in the diffusive reflection tube 4 and a hexahedral slab waveguide arranged in the slit 11. 12 and four end faces other than the first end face 12a on which the semiconductor laser light is incident and the second end face 12b from which the semiconductor laser light is emitted among the six end faces of the slab waveguide 12, and are provided in a gap between the slit 11; The configuration is simplified by using an adhesive layer 13 made of an optical adhesive and having a smaller refractive index than the slab waveguide 12. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 5A.
[0045]
When the semiconductor laser light introducing means 7 is configured as described above, the semiconductor laser light focused on the line at the focusing position 02 enters the slab waveguide 12 from the first end face 12a. The semiconductor laser light incident on the slab waveguide 12 repeats total reflection on the end face of the slab waveguide 12 which is in contact with the adhesive layer 13 having a smaller refractive index than the slab waveguide 12, and emerges from the second end face 12b. Then, the light is introduced into the diffusive reflection tube 4. This is shown in FIG. 5 by arrows.
[0046]
In this case, as shown in FIG. 6, if the area of the second end face 12b is smaller than the area of the first end face 12a of the slab waveguide 12, escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser light introducing means 7 is prevented. This is desirable because the size can be reduced to achieve high-efficiency excitation of the solid-state laser rod 2. However, if the area of the second end face 12b is too small than the area of the first end face 12a, the incident angle of the semiconductor laser light to the end face of the slab waveguide 12 becomes small, and the condition of total reflection may not be satisfied. Therefore, it is necessary to set the sizes of the first and second end faces 12a and 12b in consideration of this. It is also desirable that the refractive index of the slab waveguide 12 be as large as possible and the critical angle under total reflection conditions be as small as possible. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 6A.
[0047]
The size of the semiconductor laser light focused on the line by the aspheric lens 6b in the direction parallel to the laminating direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is determined by the aspheric lens 6b. It is minimum at the position, but increases before and after. When the diffuser 4 is made of a ceramic material or a polymer material that is generally used as a material for forming the diffuser 4, the reflectance greatly depends on the thickness of the diffuser 4. For example, in the case where the diffusive reflective tube 4 having a reflectance of 98% or more is formed of a ceramic material, the thickness of the diffusive reflective tube 4 needs to be about 10 mm. For this reason, as shown in FIG. 7, when the semiconductor laser light introducing means 7 is constituted only by the slits 11 formed in the diffusive reflection tube 4, the five bar-shaped elements 5-1 to 5-1 of the slit 11 are formed. The size in the direction parallel to the stacking direction of 5-5 must be increased. For example, the thickness of the diffusive reflection tube 4 is 10 mm, and the width L parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 of the semiconductor laser light passing through the cylindrical lens array 6a is 10 mm.mmThe focal length of the aspherical lens 6b is 7mmIn this case, the spread angle of the semiconductor laser light before and after the converging position by the aspheric lens 6b is about 70 °, andReThe size of the semiconductor laser light at both ends of the unit 11 in the direction parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is 7 mm. Therefore, the performance of confining the semiconductor laser light inside the diffusely reflecting tube 4 is reduced.
[0048]
3. Semiconductor laser light diffusing means and semiconductor laser light direction changing means
The semiconductor laser light diffusing means 8 makes the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 2 uniform,Solid laser rodIn order to obtain a laser beam of high beam quality with the temperature distribution in the inside 2 being second-order axially symmetric, it is introduced by the semiconductor laser light introducing means 7 between the semiconductor laser light introducing means 7 and the solid-state laser rod 2. It diffuses the semiconductor laser light.
[0049]
For this reason, in the first embodiment, the semiconductor laser light diffusing means 8 is formed from the inner surface of the cooling sleeve 3 which is roughened into a ground glass. The semiconductor laser light diffusing means 8 can be configured by disposing a ground glass-like transparent material around the solid-state laser rod 2. However, the structure is simplified by roughening the inner surface of the cooling sleeve 3 into a ground rough shape. Is becoming The surface roughness of the ground rough depends on the refractive index of the cooling sleeve 3, but is preferably several times to ten times the wavelength of the semiconductor laser light, that is, several μm to 10 μm. Methods for forming the ground rough include methods such as mechanical polishing and chemical treatment. However, it is desirable to use chemical treatment because generation of cracks and the like can be suppressed. Even with the same surface roughness, the diffusivity increases as the difference in the refractive index at the boundary increases. Therefore, it is desirable to form the cooling sleeve 3 from a material having a high refractive index. Since it is desired that the cooling sleeve 3 is thin and has high mechanical strength, it is suitable to form the cooling sleeve 3 from sapphire.
[0050]
When the semiconductor laser light diffusing means 8 is configured as described above, as shown in FIG. 8, the directional high-intensity semiconductor laser light introduced into the diffusive reflection tube 4 is applied to the inner surface of the cooling sleeve 3. Spread. This is shown in FIG. 8 by arrows. However, FIG. 8 does not show a semiconductor laser beam direction changing means 9 described later. The diffused semiconductor laser light is uniformly distributed inside the diffusive reflection tube 4, enters the solid-state laser rod 2 and is absorbed. For this reason, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 2 becomes axially symmetric and uniform.Solid laser rodThe temperature distribution in the laser beam 2 becomes a second-order axially symmetric distribution, and the solid-state laser rod 2 becomes a graded refractive index lens having no wavefront aberration, so that a laser beam with high beam quality can be obtained.
[0051]
The cooling sleeve 3 is made of foamable glass containing bubbles having a diameter of about several times to about ten times the wavelength of the semiconductor laser light, that is, about several μm to about 10 μm, and this is used as the semiconductor laser light diffusing means 8. You can also. In this case, the diffusivity is higher than when the inner surface of the cooling sleeve 3 is ground rough.
[0052]
On the other hand, the semiconductor laser beam direction changing means 9 makes the intensity distribution of the semiconductor laser beam in the solid-state laser rod 2 uniform,Solid laser rodIn order to obtain a laser beam of high beam quality with the temperature distribution in the inside 2 being second-order axially symmetric, it is introduced by the semiconductor laser light introducing means 7 between the semiconductor laser light introducing means 7 and the solid-state laser rod 2. The direction in which the semiconductor laser light travels is deviated from the direction of the solid-state laser rod 2.
[0053]
For this reason, in the first embodiment, the semiconductor laser beam direction changing means 9 is constituted by the second end face 12b of the slab waveguide 12 which is not perpendicular to the longitudinal direction of the slab waveguide 12. The semiconductor laser light direction changing means 9 can be constituted by disposing a wedge-shaped transparent material between the semiconductor laser light introducing means 7 and the solid-state laser rod 2, but the second end face of the slab waveguide 12 is provided. The configuration is simplified by making the 12b non-perpendicular to the longitudinal direction of the slab waveguide 12.
[0054]
When the semiconductor laser light direction changing means 9 is configured as described above, as shown in FIG. 9, the traveling direction of the semiconductor laser light that has entered the slab waveguide 12 is the same as that of the solid-state laser when exiting from the second end face 12b. It is deviated from the direction of the rod 2. Then, the light is diffused by the diffusive reflection tube 4. This is shown in FIG. 9 by arrows. However, FIG. 9 does not show a semiconductor laser beam direction changing means 9 described later. The diffused semiconductor laser light is uniformly distributed inside the diffusive reflection tube 4, enters the solid-state laser rod 2 and is absorbed. For this reason, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 2 becomes axially symmetric and uniform.Solid laser rodThe temperature distribution in the laser beam 2 becomes a second-order axially symmetric distribution, and the solid-state laser rod 2 becomes a graded refractive index lens having no wavefront aberration, so that a laser beam with high beam quality can be obtained.
[0055]
As can be understood from the above description, at least one of the semiconductor laser light diffusing means 8 and the semiconductor laser light direction changing means 9 may be provided in order to obtain high-beam quality laser light.
[0056]
When the semiconductor laser light diffusing means 8 and the semiconductor laser light direction changing means 9 were not provided, as shown in FIG. The laser light passes through the cooling sleeve 3, enters the solid-state laser rod 2, and is partially absorbed. The remaining semiconductor laser light not absorbed by the solid-state laser rod 2 is diffusely reflected by the diffusive reflection tube 4, loses directivity, decreases in intensity, is uniformly distributed inside the diffusive reflection tube 4, and is again solid-state. The light enters the laser rod 2 and is absorbed. FIG. 10 shows this state by arrows. However, FIG. 10 does not show the semiconductor laser light diffusion conversion means 8 described above. For this reason, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 2 is high on the semiconductor laser light introducing means 7 side, and the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 2 is not uniform.Solid laser rodThe temperature distribution in the laser beam 2 deviates from the second-order axially symmetric distribution, and the solid-state laser rod 2 becomes a graded refractive index lens having a wavefront aberration, so that a laser beam with high beam quality cannot be obtained.
[0057]
Next, the operation will be described.
The laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 are collimated by the opposed cylindrical lenses. The laser beam emitted from each of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 has a spread angle of about 10 ° in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2 and a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2. Has a spread angle of about 30 °. The collimated semiconductor laser light is condensed on a line in a direction parallel to the laminating direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 by the aspheric lens 6b. The semiconductor laser light focused on the line enters the slab waveguide 12 from the first end face 12a. The semiconductor laser light incident on the slab waveguide repeats total reflection at the end face of the slab waveguide 12, exits from the second end face 12 b, and is introduced into the diffusive reflection tube 4. At this time, the traveling direction of the semiconductor laser light is deviated from the direction of the solid-state laser rod 2 by the second end face 12b of the slab waveguide 12. FIG. 1D shows a state in which the traveling direction of the semiconductor laser light is refracted by θ2. After that, the semiconductor laser light is diffused by the inner surface of the cooling sleeve 3 and the diffusive reflection tube 4. In FIG. 1C, the manner in which the semiconductor laser light is diffused on the inner surface of the cooling sleeve 3 is indicated by arrows. The diffused semiconductor laser light is uniformly distributed inside the diffusive reflection tube 4, enters the solid-state laser rod 2 and is absorbed.
[0058]
As described above, according to the first embodiment, the solid-state laser rod excitation module 1 includes the solid-state laser rod 2, the cooling sleeve 3, the diffusive reflection tube 4, the stacked semiconductor laser 5, and the semiconductor laser 5. Since the laser beam focusing means 6, the semiconductor laser light introducing means 7, the semiconductor laser light diffusing means 8 and the semiconductor laser light direction changing means 9 are constituted, the solid-state laser rod can be excited with high power and high efficiency to achieve high efficiency. An effect that a laser beam having a beam quality can be obtained is obtained.
[0059]
Up to this point, one semiconductor laser light irradiating means comprising the stacked semiconductor laser 5, the semiconductor laser light focusing means 6, the semiconductor laser light introducing means 7, the semiconductor laser light diffusing means 8, and the semiconductor laser light direction changing means 9 is provided. Although the system provided is described, as shown in FIG. 11, when the solid-state laser rod excitation module 21 is configured by arranging, for example, four semiconductor laser light irradiation means 22 around the solid-state laser rod 2, The intensity of the semiconductor laser light in the laser rod 2 increases, the intensity distribution becomes more axially symmetric and uniform, and laser light with higher power and higher beam quality can be obtained.
[0060]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 12B is a sectional view taken along the line II in FIG. 12A, and FIG. 12C is an enlarged view of a portion C in FIG. 12A. In FIGS. 12A to 12C, reference numeral 31 denotes a solid-state laser rod excitation module, and reference numeral 34 denotes a semiconductor laser light which is disposed substantially coaxially with the solid-state laser rod 2 and surrounds the solid-state laser rod 2 and the cooling sleeve 3. A cylindrical mirror-reflective reflecting tube which is confined and mirror-reflective to the semiconductor laser light, and 37 is a mirror-reflective reflecting tube provided with the semiconductor laser light focusing means 6 provided in the mirror-reflective reflecting tube 34. , Is a semiconductor laser light introducing means to be introduced into the mirror-reflective reflecting cylinder 34. The other components are the same as or equivalent to those shown in FIG. 1 with the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. In FIG. 12A, an arrow X indicates a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2, and in FIG. 12B, an arrow Y indicates a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2. FIG. 12B shows a state in which the cooling liquid flows.
[0061]
In the second embodiment, the mirror-reflective reflecting cylinder 34 is formed of a high-reflection coating film formed on the outer peripheral surface of the cooling sleeve 3, and the semiconductor laser light introducing means 37 is formed in a slit shape on the outer peripheral surface of the cooling sleeve 3. It is composed of a reflective coating film. In this case, the size of the semiconductor laser light introducing means 37 composed of the slit-shaped anti-reflection coating film is set to be approximately the same as the size of the semiconductor laser light condensed on the line by the aspherical lens 6b, and the mirror reflection is performed. The performance of confining the semiconductor laser light inside the reflective tube 34 is enhanced. Further, the semiconductor laser diffusing means 8 is constituted by the inner surface of the cooling sleeve 3 roughened into a ground glass shape.
[0062]
When the solid-state laser rod excitation module 31 is configured as described above, laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 are collimated by the opposed cylindrical lenses. The collimated semiconductor laser light is condensed on a line in a direction parallel to the laminating direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 by the aspheric lens 6b. The semiconductor laser light condensed on the line is introduced into the specular reflection tube 34 from the semiconductor laser light introducing means 37 constituted by the anti-reflection coating film located at the condensing position. The semiconductor laser light introduced into the mirror-reflective reflection tube 34 is diffused on the inner surface of the cooling sleeve 3. 12B and 12C, the manner in which the semiconductor laser light is diffused on the inner surface of the cooling sleeve 3 is indicated by arrows. The diffused semiconductor laser light is uniformly distributed inside the diffusive reflection tube 4, enters the solid-state laser rod 2 and is absorbed.
[0063]
As described above, according to the second embodiment, the solid-state laser rod excitation module 31 includes the solid-state laser rod 2, the cooling sleeve 3, the mirror-reflective reflective cylinder 34, the stacked semiconductor laser 5, Since the semiconductor laser light focusing means 6, the semiconductor laser light introducing means 37 and the semiconductor laser light diffusing means 8 are constituted, the solid-state laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain a laser beam of high beam quality. Can be.
[0064]
When the semiconductor laser light diffusing means 8 is not provided, the focal point of the aspheric lens 6b is adjusted so that the converging angle at the aspheric lens 6b falls within the angle at which the solid-state laser rod 2 is viewed from the semiconductor laser light introducing means 37. It is necessary to adjust the distance, and as a result, the size of the semiconductor laser light introducing means 37 becomes large, and the performance of confining the semiconductor laser light inside the mirror-reflective reflecting cylinder 34 is reduced.
[0065]
Up to this point, a system using one semiconductor laser light irradiation unit including the stacked semiconductor laser 5, the semiconductor laser light focusing unit 6, the semiconductor laser light introduction unit 37, and the semiconductor laser light diffusion unit 8 has been described. As in the case of the first embodiment, when a solid-state laser rod excitation module is configured by arranging a plurality of semiconductor laser light irradiation means around the solid-state laser rod 2, the intensity of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 2 is increased. , The intensity distribution becomes more axially symmetric and uniform, and a laser beam with higher power and higher beam quality can be obtained.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention,A semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means is introduced into the diffusive reflecting tube toward the solid-state laser rod. A semiconductor laser light introducing means, wherein the semiconductor laser light condensing means is configured by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements. A lens array, comprising an aspherical lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements, each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is a different bar-shaped element constituting a stacked semiconductor laser. The aspheric lens is disposed at a position substantially opposite to the cylindrical element facing the bar-shaped element facing each other by a substantially focal length of each cylindrical lens. Is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means and at a position substantially apart from the semiconductor laser light introducing means by the focal length of the aspherical lens, and a bar of laser light passing through the cylindrical lens array. When the width of the element in the direction parallel to the lamination direction is L, the focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more.With such a configuration, there is an effect that the solid-state laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain a laser beam with high beam quality.Further, there is an effect that the configuration can be simplified. Further, there is an effect that the size of the condensing point is reduced.
[0067]
According to the invention,A semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and a semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means into a mirror-reflective reflecting tube A cylindrical lens array configured by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements, and a bar. An aspherical lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the stacked elements, wherein each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array faces and faces different bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser. The aspherical lens is located at a position that is approximately the focal length of each cylindrical lens from the bar-shaped element, and the cylindrical lens A stack of bar-shaped elements of laser light that has been disposed between the lens array and the semiconductor laser light introducing means and at a distance from the semiconductor laser light introducing means substantially by the focal length of the aspherical lens and passed through the cylindrical lens array When the width in the direction parallel to the direction is L, the focal length of the aspherical lens is 0.5 × L or more.With such a configuration, there is an effect that the solid-state laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain a laser beam with high beam quality.Further, there is an effect that the configuration can be simplified. Further, there is an effect that the size of the condensing point is reduced.
[0068]
According to the invention,A semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflecting tube, and a traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means Semiconductor laser light direction changing means for deflecting the solid laser rod from the direction of the solid-state laser rod, the semiconductor laser light introducing means, a slit formed in the diffusive reflective cylinder, a hexahedral slab waveguide disposed in the slit, Adhesion having a smaller refractive index than the slab waveguide, provided in a gap between the slit and four end faces other than the first end face on which laser light is incident and the second end face from which laser light is emitted among the six end faces of the slab waveguide. Wherein the semiconductor laser beam direction changing means comprises a second end face of the slab waveguide non-perpendicular to the longitudinal direction of the slab waveguide.Because it was configured asThere is an effect that a solid-state laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain a laser beam with high beam quality. Further, there is an effect that the configuration can be simplified.
[0069]
According to the invention,A semiconductor laser light condensing means for condensing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means is introduced into the diffusive reflecting tube toward the solid-state laser rod. A plurality of semiconductor laser light irradiating means having a semiconductor laser light introducing means are arranged around the solid-state laser rod, and the semiconductor laser light condensing means is provided with a cylindrical lens and a bar-like element at the same interval as the laminating interval of the bar-like element. Each comprising a plurality of cylindrical lens arrays integrated in a direction parallel to the stacking direction of the cylindrical lenses, and an aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements, and each of the cylindrical lenses forming the cylindrical lens array A lens faces different bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser, and the respective bar-shaped elements face each other. The aspherical lens is disposed at a position substantially apart by the focal length of the lens, and the aspherical lens is between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means, and is separated from the semiconductor laser light introducing means by substantially the focal length of the aspherical lens. The focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more, where L is the width of the laser light that has been disposed at the position and has passed through the cylindrical lens array in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements.Because it was configured asThere is an effect that a laser beam with higher power and higher beam quality can be obtained. Further, there is an effect that the configuration can be simplified. Further, there is an effect that the size of the condensing point is reduced.
[0070]
According to the invention,Semiconductor laser light condensing means for condensing laser light emitted from a stacked semiconductor laser, and semiconductor laser light introducing means for introducing laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means into a mirror-reflective reflecting cylinder A plurality of semiconductor laser light irradiating means having the following arrangement are arranged around the solid-state laser rod. A plurality of cylindrical lenses arrayed in different directions, and an aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements, and each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is a stack type. Each bar-shaped element constituting a semiconductor laser faces a different bar-shaped element. The aspherical lens is disposed at a point distance apart, and the aspherical lens is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means and at a position substantially apart from the semiconductor laser light introducing means by the focal length of the aspherical lens. When the width of the laser beam passing through the cylindrical lens array in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements is L, the focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more.Because it was configured asThere is an effect that a laser beam with higher power and higher beam quality can be obtained. Further, there is an effect that the configuration can be simplified. Further, there is an effect that the size of the condensing point is reduced.
[0071]
According to the invention,The semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflection tube, and the traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means. A plurality of semiconductor laser light irradiating means having a semiconductor laser light direction changing means for diverting from the direction of the solid laser rod are arranged around the solid laser rod, and the semiconductor laser light introducing means is provided in a slit formed in the diffusive reflecting cylinder. A hexahedral slab waveguide disposed in the slit, and four end faces and a slit of the six end faces of the slab waveguide other than a first end face on which laser light is incident and a second end face on which laser light is emitted. An adhesive layer having a refractive index smaller than that of the slab waveguide provided in the air gap of the slab waveguide. And a second end surface of the straight slab waveguideBecause it was configured asThere is an effect that a laser beam with higher power and higher beam quality can be obtained. Further, there is an effect that the configuration can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor laser light focusing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a graph for explaining an aspheric lens constituting a semiconductor laser light focusing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of an aspherical synthetic lens constituting a semiconductor laser light focusing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser light introducing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of another semiconductor laser light introducing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a problem when the semiconductor laser light introducing means is constituted only by a slit.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the operation of the semiconductor laser light diffusing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the operation of the semiconductor laser light direction changing means used in the solid-state laser rod excitation module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a problem when the semiconductor laser light diffusing means and the semiconductor laser light direction changing means are not provided.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 1 of the present invention in which a plurality of semiconductor laser light irradiation means are arranged around a solid-state laser rod.
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Conventional Example 1.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Conventional Example 2.
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a problem of the solid-state laser rod pumping module according to Conventional Example 2.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31 solid-state laser rod excitation module, 2 solid-state laser rod, 3 cooling sleeve, 4 diffusive reflection tube, 5 stack type semiconductor laser, 5-1 to 5-5 bar-shaped element, 6 semiconductor laser light focusing means , 6a cylindrical lens array, 6b aspherical lens, 6c aspherical synthetic lens, 6-1 to 6-5 cylindrical lens, 7, 37 semiconductor laser light introducing means, 8 semiconductor laser light diffusing means, 9 semiconductor laser light direction changing means , 11 slits, 12 slab waveguides, 12a first end face, 12b second end face, 13 adhesive layer, 22 semiconductor laser light irradiation means, 34 mirror-reflective reflecting cylinder.

Claims

A solid laser rod,
A cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround the solid- state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod,
A cylindrical diffusive reflective cylinder arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod and surrounding the solid-state laser rod and the cooling sleeve,
A stack formed by stacking a plurality of bar-shaped elements formed by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axis direction of the solid-state laser rod in a direction perpendicular to the axis direction of the solid-state laser rod. Type semiconductor laser,
A semiconductor laser light focusing means for focusing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser,
A semiconductor laser light introducing means provided on the diffusive reflecting cylinder, for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflecting cylinder,
A semiconductor laser light diffusing means for diffusing the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means, and a semiconductor laser light direction changing means for diverting the traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means from the direction of the solid-state laser rod. At least one of the means,
A cylindrical lens array formed by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements; An aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the laminating direction of
A position where each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is opposed to a different one of the bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser, and is separated from the opposed bar-shaped element by a substantially focal length of each of the cylindrical lenses. Placed in
The aspherical lens is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means, and is disposed at a position away from the semiconductor laser light introducing means by a substantially focal length of the aspheric lens,
The focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more, where L is the width of a laser beam passing through the cylindrical lens array in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements. Solid-state laser rod excitation module.

A solid laser rod,
A cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround the solid- state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod,
A cylindrical mirror-reflective reflecting cylinder disposed substantially around the solid-state laser rod and surrounding the solid-state laser rod and the cooling sleeve,
A stack formed by stacking a plurality of bar-shaped elements formed by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axis direction of the solid-state laser rod in a direction perpendicular to the axis direction of the solid-state laser rod. Type semiconductor laser,
A semiconductor laser light focusing means for focusing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser,
A semiconductor laser light introducing means provided on the mirror-reflective reflecting cylinder, for introducing the laser light collected by the semiconductor laser light collecting means into the mirror-reflective reflecting cylinder,
Semiconductor laser light diffusing means for diffusing the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means,
A cylindrical lens array formed by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements; An aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the laminating direction of
A position where each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is opposed to a different one of the bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser, and is separated from the opposed bar-shaped element by a substantially focal length of each of the cylindrical lenses. Placed in
The aspherical lens is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means, and is disposed at a position away from the semiconductor laser light introducing means by a substantially focal length of the aspheric lens,
The focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more, where L is the width of a laser beam passing through the cylindrical lens array in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements. Solid-state laser rod excitation module.

A solid laser rod,
A cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround the solid- state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod,
A cylindrical diffusive reflective cylinder arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod and surrounding the solid-state laser rod and the cooling sleeve,
A stack formed by stacking a plurality of bar-shaped elements formed by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axis direction of the solid-state laser rod in a direction perpendicular to the axis direction of the solid-state laser rod. Type semiconductor laser,
A semiconductor laser light focusing means for focusing the laser light emitted from the stacked semiconductor laser,
A semiconductor laser light introducing means provided on the diffusive reflecting cylinder, for introducing the laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflecting cylinder,
Semiconductor laser light direction changing means for diverting the traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means from the direction of the solid-state laser rod,
The semiconductor laser light introducing means includes a slit formed in the diffusive reflection tube, a hexahedral slab waveguide disposed in the slit, and a sixth end face of the slab waveguide into which laser light is incident. And an adhesive layer having a smaller refractive index than the slab waveguide, provided in a gap between the slit and the four end faces other than the first end face and the second end face from which the laser light is emitted,
A solid-state laser rod pumping module, wherein the semiconductor laser light direction changing means is constituted by the second end face of the slab waveguide which is not perpendicular to the longitudinal direction of the slab waveguide.

A solid laser rod,
A cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround the solid- state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod,
A cylindrical diffusive reflective cylinder arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod and surrounding the solid-state laser rod and the cooling sleeve,
A plurality of semiconductor laser light irradiation means arranged around the solid-state laser rod,
The semiconductor laser light irradiating means, a bar-shaped element constituted by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod, in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod. A plurality of stacked semiconductor lasers, a semiconductor laser light condensing means for condensing laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and the semiconductor laser light provided in the diffusive reflection tube A semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflection tube; and diffusing the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means. The semiconductor laser light diffusing means and the half which deflects the traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means and deviates from the direction of the solid-state laser rod. And at least one of the body laser beam direction conversion means,
A cylindrical lens array formed by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements; An aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the laminating direction of
A position where each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is opposed to a different one of the bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser, and is separated from the opposed bar-shaped element by a substantially focal length of each of the cylindrical lenses. Placed in
The aspherical lens is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means, and is disposed at a position away from the semiconductor laser light introducing means by a substantially focal length of the aspheric lens,
The focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more, where L is the width of a laser beam passing through the cylindrical lens array in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements. Solid-state laser rod excitation module.

A solid laser rod,
A cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround the solid- state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod,
A cylindrical mirror-reflective reflecting cylinder disposed substantially around the solid-state laser rod and surrounding the solid-state laser rod and the cooling sleeve,
A plurality of semiconductor laser light irradiation means arranged around the solid-state laser rod,
The semiconductor laser light irradiating means, a bar-shaped element constituted by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod, in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod. A stack-type semiconductor laser configured by laminating a plurality of semiconductor lasers; a semiconductor laser light condensing means for condensing laser light emitted from the stack-type semiconductor laser; and the semiconductor laser provided in the mirror-reflective reflecting cylinder. A semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the light condensing means into the inside of the mirror-reflective reflecting cylinder, and a semiconductor laser light diffusing means for diffusing the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means With
A cylindrical lens array formed by integrating a plurality of cylindrical lenses in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements; An aspheric lens having a refractive power in a direction parallel to the laminating direction of
A position where each of the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is opposed to a different one of the bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser, and is separated from the opposed bar-shaped element by a substantially focal length of each of the cylindrical lenses. Placed in
The aspherical lens is located between the cylindrical lens array and the semiconductor laser light introducing means, and is disposed at a position away from the semiconductor laser light introducing means by a substantially focal length of the aspheric lens,
The focal length of the aspheric lens is 0.5 × L or more, where L is the width of a laser beam passing through the cylindrical lens array in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements. Solid-state laser rod excitation module.

A solid laser rod,
A cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround the solid- state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod,
A cylindrical diffusive reflective cylinder arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod and surrounding the solid-state laser rod and the cooling sleeve,
A plurality of semiconductor laser light irradiation means arranged around the solid-state laser rod,
The semiconductor laser light irradiating means, a bar-shaped element constituted by integrating a plurality of emission ends of laser light in a direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod, in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod. A plurality of stacked semiconductor lasers, a semiconductor laser light condensing means for condensing laser light emitted from the stacked semiconductor laser, and the semiconductor laser light provided in the diffusive reflection tube A semiconductor laser light introducing means for introducing the laser light condensed by the light condensing means toward the solid-state laser rod inside the diffusive reflection tube; and a traveling direction of the laser light introduced by the semiconductor laser light introducing means. A semiconductor laser light direction changing means for bending and deviating from the direction of the solid-state laser rod,
The semiconductor laser light introducing means includes a slit formed in the diffusive reflection tube, a hexahedral slab waveguide disposed in the slit, and a sixth end face of the slab waveguide into which laser light is incident. And an adhesive layer having a smaller refractive index than the slab waveguide, provided in a gap between the slit and the four end faces other than the first end face and the second end face from which the laser light is emitted,
A solid-state laser rod pumping module, wherein the semiconductor laser light direction changing means is constituted by the second end face of the slab waveguide which is not perpendicular to the longitudinal direction of the slab waveguide.