JP4047989B2 - レーザ発振器 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ媒質を励起させてレーザ光を発振させるレーザ発振器に係わり、とりわけ固体レーザ媒質を効率的に励起させることができるレーザ発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、固体レーザ媒質を励起させてレーザ光を発振させるレーザ発振器として、レーザダイオード励起型のレーザ発振器が知られている。図5は従来のレーザ発振器を示す図である。図5に示すように、従来のレーザ発振器10は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質11と、固体レーザ媒質11の軸線方向に沿って固体レーザ媒質11を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡(本発明を示す図2の符号13,14参照)とを備えている。また、固体レーザ媒質11の一側には、固体レーザ媒質11の側面に対して励起光を入射させる励起光源12が配置されている。励起光源12は、固体レーザ媒質11の軸線に沿って線状に並設されたレーザダイオードアレイからなる発光部18を有している。さらに、固体レーザ媒質11の他側には、励起光源12からの励起光を反射させて固体レーザ媒質11の側面に導く円筒状の励起光反射鏡30が配置されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のレーザ発振器10においては、励起光源12からの励起光を固体レーザ媒質11に対して効率的に入射させるため、励起光源12の発光部18を固体レーザ媒質11に近接して配置している。また、励起光源12からの励起光のうち固体レーザ媒質11に入射しない励起光を円筒状の励起光反射鏡30により反射させて再び固体レーザ媒質11に入射させるようにしている。
【0004】
しかしながら、励起光源12の発光部18を固体レーザ媒質11に近接して配置する場合には、固体レーザ媒質11内での励起光の強度分布に偏りが生じやすく、レーザ発振器10から出光されるレーザ光のビーム品質が悪化するという問題がある。また、円筒状の励起光反射鏡30により励起光を反射させる場合には、反射後の励起光を固体レーザ媒質11の側面に対して確実に入射させることが困難であり、また固体レーザ媒質11の側面に対して励起光を1回しか入射させることができないという問題がある。
【0005】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第1励起光反射鏡と、前記固体レーザ媒質を介して前記第1励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第1励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第2励起光反射鏡とを備え、前記第1励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第2励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器である。
【0008】
本発明の第の特徴は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、前記励起光源からの励起光を集光させる集光レンズと、前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第1励起光反射鏡と、前記固体レーザ媒質を介して前記第1励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第1励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第2励起光反射鏡とを備え、前記第1励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第2励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器である。
【0010】
なお、上述した本発明の第1及び第2の特徴においては、前記第1励起光反射鏡と前記第2励起光反射鏡との間にて前記固体レーザ媒質を介して前記第1励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第1励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第3励起光反射鏡をさらに備え、前記第3励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の中間点を通って延びる平坦面状に形成されるとともに、前記励起光源からの励起光を通過させるための開口を有することが好ましい。
【0011】
本発明の第1及び第2の特徴によれば、励起光源からの励起光を第1励起光反射鏡で反射させて固体レーザ媒質の側面に導くとともに、第1励起光反射鏡で反射され固体レーザ媒質を通過した励起光を第2励起光反射鏡で反射させて再び固体レーザ媒質の側面に導くので、反射後の励起光を固体レーザ媒質の側面に対して確実に入射させることができるとともに、固体レーザ媒質を通過した励起光を再利用することができ、このため簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができる。また、固体レーザ媒質を通過した励起光を第3励起光反射鏡でも反射させることで、固体レーザ媒質を通過した励起光の再利用率をさらに高めることができ、このため固体レーザ媒質をより効率的に励起させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1および図2は本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す図である。
【0013】
図1および図2に示すように、レーザ発振器10は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質11と、固体レーザ媒質11の軸線L方向に沿って固体レーザ媒質11を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡13,14とを備えている。
【0014】
また、固体レーザ媒質11の一側には、固体レーザ媒質11の側面に対して励起光を入射させる励起光源12が配置されている。励起光源12は、固体レーザ媒質11の軸線Lに沿って線状に並設された1次元レーザダイオードアレイからなる発光部18を有している。
【0015】
さらに、固体レーザ媒質11の他側には、励起光源12からの励起光を反射させて固体レーザ媒質11の側面に導く楕円柱状反射鏡(第1励起光反射鏡)15が配置されている。
【0016】
さらにまた、固体レーザ媒質11を介して楕円柱状反射鏡15と対向するよう円筒状反射鏡(第2励起光反射鏡)16および平面反射鏡(第3励起光反射鏡)17が配置され、楕円柱状反射鏡15で反射された励起光を反射させて固体レーザ媒質11の側面に導くことができるようになっている。このうち、円筒状反射鏡16には、励起光源12の発光部18の外形と略同一の大きさの開口16aが設けられ、励起光源12の発光部18から出射される励起光をレーザ媒質11へ向けて導くことができるようになっている。また、平面反射鏡17には、励起光源12からの励起光を通過させるための開口17aが設けられ、励起光源12からの励起光を遮蔽することなく固体レーザ媒質11へ向けて導くことができるようになっている。
【0017】
なお、固体レーザ媒質11、楕円柱状反射鏡15、円筒状反射鏡16および平面反射鏡17は、ケーシング20内に収容されている(図1参照)。なお、ケーシング20は図2においては省略されている。
【0018】
次に、楕円柱状反射鏡15、円筒状反射鏡16および平面反射鏡17について詳細に説明する。
【0019】
まず、楕円柱状反射鏡15はその反射面が、固体レーザ媒質11の軸線Lと発光部18とをそれぞれ焦点P′,Pとする楕円形状に形成されている。ここで、楕円柱状反射鏡15の反射面を規定する楕円の長径をa、短径をbとし、楕円の中心点をO(0,0)とすると、焦点P′,Pの座標はそれぞれ、
【数1】
Figure 0004047989
となる。また、励起光源12の発光部18から出射される励起光の広がり角(半角)をθとすると、長径aおよび短径bはそれぞれ、次式(1)を満たすように設定される。
【数2】
Figure 0004047989
また、円筒状反射鏡16はその反射面が、固体レーザ媒質11の軸線L(楕円の焦点P′)を中心点とするとともに固体レーザ媒質11の軸線L(楕円の焦点P′)と発光部18(楕円の焦点P)との間の距離
【数3】
Figure 0004047989
を半径とする円形状に形成されている。
【0020】
さらに、平面反射鏡17はその反射面が、固体レーザ媒質11の軸線L(楕円の焦点P′)と発光部18(楕円の焦点P)との間の中間点(楕円の中心点O)を通って楕円の焦点P′,Pを含む平面と直交する面内で延びる平坦面状に形成されている。なお、平面反射鏡17の開口17aの幅(固体レーザ媒質12の軸線Lに直交する平面内での幅)dは
【数4】
Figure 0004047989
とするとよい。
【0021】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【0022】
まず、励起光源12の発光部18から励起光が数十度の広がり角(半角)θで出射され、円筒状反射鏡16の開口16a、および平面反射鏡17の開口17aを介して固体レーザ媒質11の側面に対して入射される。このようにして励起光が固体レーザ媒質11に入射されると、固体レーザ媒質11内においてレーザ光が発振する。このレーザ光は一対の共振器反射鏡13,14間を進行し、いずれか一方、例えば共振器反射鏡13(出光側の共振器反射鏡)から出光する。
【0023】
この間、励起光源12からの励起光はレーザ媒質11へ向けて導かれる。この場合、励起光の一部は固体レーザ媒質11の側面に入射し、残りは楕円柱状反射鏡15の反射面に到達する。楕円柱状反射鏡15の反射面は、上述したように、固体レーザ媒質11の軸線Lと発光部18とをそれぞれ焦点P′,Pとする楕円形状に形成されているので、発光部18から出射され楕円柱状反射鏡15の反射面により反射される励起光は全て固体レーザ媒質11の軸線Lに向けられ、固体レーザ媒質11の側面に入射する。
【0024】
なお、このようにして固体レーザ媒質11の側面に入射された励起光の一部は固体レーザ媒質11を通過するが、このようにして固体レーザ媒質11を通過した励起光は平面反射鏡17の反射面および円筒状反射鏡16の反射面で反射され、再び固体レーザ媒質11の側面に導かれる。
【0025】
このように本実施の形態によれば、励起光源12からの励起光を楕円柱状反射鏡15で反射させて固体レーザ媒質11の側面に導くとともに、楕円柱状反射鏡15で反射され固体レーザ媒質11を通過した励起光を円筒状反射鏡16で反射させて再び固体レーザ媒質11の側面に導くので、反射後の励起光を固体レーザ媒質11の側面に対して確実に入射させることができるとともに、固体レーザ媒質11を通過した励起光を再利用することができ、このため簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができる。
【0026】
また本実施の形態によれば、固体レーザ媒質11を通過した励起光を平面反射鏡17でも反射させるので、固体レーザ媒質11を通過した励起光の再利用率をさらに高めることができ、このため固体レーザ媒質をより効率的に励起させることができる。
【0027】
次に、図3および図4により、本発明の他の実施の形態について説明する。図3は本発明によるレーザ発振器の他の実施の形態を示す図、図4は本発明によるレーザ発振器のさらに他の実施の形態を示す図である。図3および図4に示す各実施の形態は、励起光源12からの励起光を集光レンズ21を用いて円筒状反射鏡16の開口16aの位置で集光させるようにした点を除いて、他は図1および図2に示す実施の形態と略同一である。図3および図4に示す各実施の形態において、図1および図2に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0028】
図3に示すように、本発明の他の実施の形態においては、励起光源12が円筒状反射鏡16の開口16a(楕円の焦点P)から離れた位置に配置され、発光部18からの励起光は集光レンズ21を用いて円筒状反射鏡16の開口16aの位置で集光されるようになっている。なお、図3に示す実施の形態においては、上述した広がり角(半角)θに対応する角度として励起光の集光角(集光開口数(NA)に対応するもの)(半角)θ′が用いられる。
【0029】
図3に示す実施の形態によれば、励起光源12を円筒状反射鏡16の開口16a(楕円の焦点P)から離れた位置に配置することができるので、励起光源12およびその発光部18の位置および大きさを柔軟に変更することができる。
【0030】
図4に示すように、本発明のさらに他の実施の形態においては、複数の励起光源12が円筒状反射鏡16の開口16a(楕円の焦点P)から離れた位置に配置され、各発光部18からの励起光は対応する各集光レンズ21を用いて円筒状反射鏡16の開口16aの位置で集光されるようになっている。なお、図4に示す実施の形態においては、上述した広がり角(半角)θに対応する角度として全励起光の集光角(半角)θ″が用いられる。
【0031】
図4に示す実施の形態によれば、複数の励起光源12からの励起光を円筒状反射鏡16の開口16a(楕円の焦点P)の位置で集光することができるので、円筒状反射鏡16の開口16aを介して放出される励起光の出力を容易に高めることができる。
【0032】
なお、上述した実施の形態においては、励起光源12の発光部18として1次元レーザダイオードアレイを採用しているが、これに限らず、2次元レーザダイオードスタック等の任意の構成を採用することができる。
【0033】
また、上述した実施の形態においては、反射面が楕円形状の楕円柱状反射鏡15、および反射面が円形状の円筒状反射鏡16を採用しているが、これに限らず、固体レーザ媒質11の中心と発光部18(または集光レンズ21による集光位置)の中心とをそれぞれ焦点とする楕円球状に形成された反射面を有する楕円球状反射鏡、および固体レーザ媒質11の中心を中心点とするとともに固体レーザ媒質11の中心と発光部18(または集光レンズ21による集光位置)の中心との間の距離を半径とする球状に形成された反射面を有する球状反射鏡を採用することができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、反射後の励起光を固体レーザ媒質の側面に対して確実に入射させることができるとともに、固体レーザ媒質を通過した励起光を再利用することができ、このため簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す側面図。
【図2】本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す概略図。
【図3】本発明によるレーザ発振器の他の実施の形態を示す側面図。
【図4】本発明によるレーザ発振器のさらに他の実施の形態を示す側面図。
【図5】従来のレーザ発振器を示す図。
【符号の説明】
10 レーザ発振器
11 固体レーザ媒質
12 励起光源
13,14 共振器反射鏡
15 楕円柱状反射鏡(第1励起光反射鏡)
16 円筒状反射鏡(第2励起光反射鏡)
17 平面反射鏡(第3励起光反射鏡)
18 発光部
20 ケーシング
21 集光レンズ
L 固体レーザ媒質の軸線
P,P′ 楕円の焦点
O 楕円の中心点

Claims (4)

  1. レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、
    前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、
    前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、
    前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第1励起光反射鏡と、
    前記固体レーザ媒質を介して前記第1励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第1励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第2励起光反射鏡とを備え、
    前記第1励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第2励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器。
  2. レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、
    前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、
    前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、
    前記励起光源からの励起光を集光させる集光レンズと、
    前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第1励起光反射鏡と、
    前記固体レーザ媒質を介して前記第1励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第1励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第2励起光反射鏡とを備え、
    前記第1励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第2励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器。
  3. 前記第1励起光反射鏡と前記第2励起光反射鏡との間にて前記固体レーザ媒質を介して前記第1励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第1励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第3励起光反射鏡をさらに備え、
    前記第3励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の中間点を通って延びる平坦面状に形成されるとともに、前記励起光源からの励起光を通過させるための開口を有することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のレーザ発振器。
  4. 前記励起光源の前記発光部は前記固体レーザ媒質の軸線に沿って線状に並設されたレーザダイオードアレイからなることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のレーザ発振器。
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