JP4048429B2

JP4048429B2 - 固体レーザ発振装置

Info

Publication number: JP4048429B2
Application number: JP2002342728A
Authority: JP
Inventors: 良治小関; 隆穴田
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004179319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体レーザ発振装置に関し、詳しくは励起光によってレーザ媒質を励起してレーザ光を発振させる固体レーザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体レーザ発振装置として、励起光を照射する半導体レーザと、上記励起光によって励起されてレーザ光を発振するレーザ媒質と、半導体レーザとレーザ媒質との間に位置して上記励起光を透過させると共にレーザ光を反射させる反射面と、共振器を構成するフロントミラーとリヤミラーとを備えたものが知られている。
このような固体レーザ発振装置では、半導体レーザが励起光を照射すると励起光はレーザ媒質を励起してレーザ光を発振させ、この発振されたレーザ光はフロントミラーとリヤミラーとの間で共振された後、フロントミラーから出力されるようになっている。
このような固体レーザ発振装置として下記特許文献１に記載される固体レーザ発振装置が知られ、この特許文献１では所定出力のレーザ光を出力するために、上記フロントミラーとリヤミラーとの間におけるレーザ光の経路を交互に反射するようにすると共に、反射するレーザ光の経路と半導体レーザの光軸とが一致するように半導体レーザを配置することで、レーザ光が反射する度に半導体レーザの励起光をレーザ光の経路に重畳させて、レーザ光の出力を高めるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３０４８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の固体レーザ発振装置で所定出力のレーザ光を出力するために、所定回数半導体レーザによってレーザ媒質を励起する必要がある場合、当該所定回数と同数の半導体レーザをレーザ光の経路にあわせて設けなければならず、高出力のレーザ光を出力する固体レーザ発振装置を小型に設計するのが困難となっている。
このような問題に鑑み、本発明は少数の半導体レーザであっても効率よく所定出力のレーザ光を出力することのできる、小型化に適した固体レーザ発振装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明による固体レーザ発振装置は、励起光を照射する第１半導体レーザと、当該励起光によって励起されてレーザ光を発振する第１レーザ媒質と、上記第１レーザ媒質の第１半導体レーザ側に設けられて上記励起光を透過させると共に第１レーザ媒質で発振されたレーザ光を反射させる第１反射面と、上記第１レーザ媒質を挟んで上記第１反射面に対向する位置に設けられてレーザ光を反射する第２反射面と、上記第１レーザ媒質を挟んで共振器を構成するフロントミラーとリヤミラーとを備え、上記フロントミラーとリヤミラーとの間におけるレーザ光の経路を第１反射面および第２反射面で交互に反射するようにした固体レーザ発振装置において、
上記第１反射面もしくは第２反射面のうち、少なくともいずれか一方の反射面は、もう一方の反射面に向けて突出する曲面形状を有し、上記レーザ光は上記第１反射面における第１半導体レーザの励起光の照射範囲内で、当該照射範囲の中央部ほど密に反射されることを特徴としている。
【０００６】
本発明における固体レーザ発振装置によれば、レーザ光は第１反射面における第１半導体レーザの励起光の照射範囲内で、しかも励起光の強度の高い照射範囲の中央部ほど密に通過することにより、第１レーザ媒質における励起光照射領域内をレーザ光の経路が通過する度にレーザ光の出力を高めることができるので、効率的にレーザ光を取り出すことができることとなる。
したがって、従来の固体レーザ発振装置に比べ、所定出力のレーザ光を得るために必要な半導体レーザの数を減らすことができ、固体レーザ発振装置を小型化することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について説明すると、図１は本発明に係る第１の実施例としての固体レーザ発振装置１を示し、この固体レーザ発振装置１は、互いに向き合う方向に励起光ＬＤを照射するように設けられた第１、第２半導体レーザ２、３と、これら第１、第２半導体レーザ２、３の間に設けられて、上記励起光ＬＤによって励起されてレーザ光Ｌを発振する板状の第１、第２レーザ媒質４、５と、これら第１、第２レーザ媒質４、５を挟むようにして設けられてレーザ光Ｌを共振する共振器を構成するフロントミラー６とリヤミラー７とを備えている。
そして、この固体レーザ発振装置１で第１、第２レーザ媒質４、５を励起すると、図１に示すようにレーザ光Ｌの経路はフロントミラー６からリヤミラー７に到達するまでの間に第１、第２レーザ媒質４、５に形成された後述する第１、第２レーザ光反射面４Ａ、５Ａとの間で交互に反射するようになっている。
上記第１半導体レーザ２と、第１レーザ媒質４との間には、励起光ＬＤの光軸上に設けられて上記励起光ＬＤを透過させる透過部材８が設けられ、さらに透過部材８と第１レーザ媒質４との間にはシール部材９が設けられていて、透過部材８、第１レーザ媒質４およびシール部材９からなる空間に冷却水を流通させることで、第１レーザ媒質４の冷却を行うようになっている。
また、第２半導体レーザ３と、第２レーザ媒質５との間にも、透過部材８が設けられると共に、第２レーザ媒質５と当該透過部材８の間にもシール部材９が設けられ、第２レーザ媒質５もこれらの間を流通する冷却水によって冷却されるようになっている。
【０００８】
ここで、上記第１、第２半導体レーザ２、３の照射する励起光ＬＤは断面が長円状であり、長手方向は発散角が小さいスロー軸、短手方向は発散角が大きいファースト軸となって拡散するようになっており、励起光ＬＤの上記長手方向での強度は、図２に示すように第１、第２半導体レーザ２、３の光軸近傍が高くなっている。なお本実施例においては、各半導体レーザ２、３の光軸は、半導体レーザ自身の中心軸と一致しているものとする。
このことから、上記第１、第２レーザ媒質４、５は励起光ＬＤの断面の長手方向に伸びる長方形状の薄い板状となっており、上記励起光ＬＤの照射範囲は透過部材８を透過した後、上記第１、第２レーザ媒質４、５における上記シール部材９によって囲まれる範囲全域に渡って照射されるようになっている。
そして上記第１レーザ媒質４における第１半導体レーザ２側の面は、第１半導体レーザ２からの励起光ＬＤを透過する一方でレーザ光Ｌを反射する誘電体多層膜のコーティングされた第１反射面としての第１レーザ光反射面４Ａとなっている。この第１レーザ光反射面４Ａは上記第２レーザ媒質５に向けて突出する所定の曲率で形成された曲面形状となっていて、この曲面形状の頂部と第１半導体レーザ２の光軸とが一致するように設けられている。
一方、第１レーザ媒質４の第１レーザ光反射面４Ａに対して反対側の面は、第１半導体レーザ２からの励起光ＬＤを反射するがレーザ光Ｌを透過する誘電体多層膜のコーティングされた第１励起光反射面４Ｂとなっていて、この第１励起光反射面４Ｂは第１半導体レーザ２の光軸に対して直交するように形成されている。
そして、第１半導体レーザ２から励起光ＬＤが照射されると、励起光ＬＤは第１レーザ媒質４を励起してレーザ光Ｌを発振させるようになっており、さらにこの励起光ＬＤは第１励起光反射面４Ｂで反射すると第１レーザ媒質４内でほとんど吸収されてしまうようになっている。
さらに、第１レーザ媒質４が励起されてレーザ光Ｌが発振されると、その後このレーザ光Ｌは第１励起光反射面４Ｂを透過して外部に照射されるが、この際レーザ光Ｌは第１レーザ媒質４により屈折するようになっている。
また、上記第２レーザ媒質５にも第１レーザ媒質４と同様、第２レーザ光反射面５Ａおよび第２励起光反射面５Ｂが形成され、上記第２レーザ光反射面５Ａも第１レーザ媒質に向けて突出する曲面形状を有している。
このように、上記第１レーザ光反射面４Ａに第２レーザ光反射面５Ａに向けて突出する曲面形状を形成することで、第１レーザ光反射面４Ａで反射するレーザ光Ｌの入射角および反射角を、第１レーザ光反射面４Ａの曲面形状の頂部に接近するほど小さくすることができる。
【０００９】
以上の構成による固体レーザ発振装置１によると、第１、第２半導体レーザ２、３より励起光ＬＤが照射されると、第１、第２レーザ媒質４、５が励起されてレーザ光Ｌが発振され、さらに第１、第２レーザ光反射面４Ａ、５Ａ、フロントミラー６、リヤミラー７を図１のように配置することで、レーザ光Ｌの経路は第１レーザ光反射面４Ａおよび第２レーザ光反射面５Ａで交互に反射するものとなる。
このとき、第１半導体レーザ２より照射される励起光ＬＤは第１レーザ媒質４の全面に渡って照射されるとともに、その照射範囲内でレーザ光Ｌの経路は第１半導体レーザ２の光軸近傍、すなわち上記照射範囲の中央部で密に反射を繰り返すこととなる。つまり、レーザ光Ｌの経路は、励起光ＬＤの強度が高い第１半導体レーザ２の光軸近傍を密に通過することになるので、そのたびにレーザ光Ｌの出力が高くなる。
したがって、本実施例による固体レーザ発振装置１によれば、レーザ光Ｌは第１レーザ光反射面４Ａに反射する回数と第２レーザ光反射面５Ａに反射する回数の合計分だけレーザ光Ｌの出力を高めることができ、フロントミラー６より効率的にレーザ光Ｌを取り出すことができる。
また、第１レーザ光反射面４Ａを曲面形状とする事で第１レーザ光反射面４Ａに入射するレーザ光Ｌの入射角は、第１レーザ光反射面４Ａの曲面形状の頂部から離隔するほど大きくなるので、フロントミラー６やリヤミラー７へとレーザ光Ｌを反射させやすくなっている。
【００１０】
ここで、従来の上記特許文献１における固体レーザ発振装置では、半導体レーザの光軸と反射面にて反射するレーザ光の経路を重畳させていたため、半導体レーザによる励起光の強度が最も高い位置でレーザ媒質の励起を行っていたが、所定強度のレーザ光を得るためにはレーザ光が反射する回数と同数の半導体レーザを必要としていた。
これに対し、本実施例における固体レーザ発振装置１だと、レーザ光Ｌの経路と半導体レーザの光軸が一致していないために若干レーザ光Ｌを励起する効率が落ちるものの、２つの半導体レーザでそれぞれ複数回レーザ媒質を励起することができるので、上記特許文献１の固体レーザ発振装置よりも必要とされる半導体レーザの数を少なくすることができる。
したがって、本実施例によれば、同じ出力のレーザ光Ｌを出力するために、従来に比して少数の半導体レーザを備えればよいので、小型の固体レーザ発振装置１を得ることができる。
【００１１】
なお、本実施例における透過部材８を励起光ＬＤのファースト軸を集光するシリンドリカルレンズに変更すれば、レーザ媒質に照射される励起光ＬＤの強度を上げることが可能となり、さらに効率よくレーザ光の出力を行うことができる。
また、本実施例の固体レーザ発振装置１には半導体レーザおよびレーザ媒質が２つずつ備えられているが、これらの数を増やすことも可能であり、この場合、図１において第１レーザ光反射面４Ａで反射したレーザ光Ｌを、第２レーザ媒質５に隣接して設けられた他のレーザ媒質に向けて反射させてもよいし、リヤミラー７の角度を変化させて、第１レーザ媒質４に隣接して設けられた他のレーザ媒質に向けて反射させるようにしてもよい。
【００１２】
図３は本発明における固体レーザ発振装置１の第２実施例を示したものであり、本実施例の固体レーザ発振装置１は第１、第２半導体レーザ１２、１３と、この第１、第２半導体レーザ１２、１３の間に設けられたレーザ光Ｌを発振するためのレーザ媒質１４と、これらを挟むようにして設けられた共振器を構成するフロントミラー１５とリヤミラー１６とを備えている。
そして、上記レーザ媒質１４には第１半導体レーザ１２からの励起光ＬＤを透過する一方でレーザ光Ｌを反射する誘電体多層膜のコーティングされた第１反射面としての第１レーザ光反射面１４Ａが形成され、この第１レーザ光反射面１４Ａの反対側には同じく第２半導体レーザ１４からの励起光ＬＤを透過する一方でレーザ光Ｌを反射する誘電体多層膜のコーティングされた第２反射面としての第２レーザ光反射面１４Ｂが形成されている。
また、本実施例においても、第１、第２半導体レーザ１２、１３より照射される励起光ＬＤの断面は長円状を有している。そして上記レーザ媒質１４は図３の奥行き方向に薄い板状となっている。
さらに、第１、第２レーザ光反射面１４Ａ，１４Ｂは互いに向き合う方向に突出する所定の曲率で形成された曲面形状となっていて、このそれぞれの曲面形状の頂部と第１、第２半導体レーザ１２、１３の光軸とが一致するようになっている。
そして、上記第１、第２半導体レーザ１２、１３による励起光ＬＤの照射範囲は、第１、第２レーザ光反射面１４Ａ，１４Ｂの全域となっており、本実施例の場合、例えば第１半導体レーザ１２より照射された励起光ＬＤは第１レーザ光反射面１４Ａを透過した後、第２レーザ光反射面１４Ｂに到達するまでにほとんど吸収されるようになっている。
ここで、本実施例ではレーザ媒質１４を冷却するためにレーザ媒質１４を図面の奥行き方向で挟むように図示しない冷却水通路を設け、この冷却水通路内に冷却水を流通させることでレーザ媒質１４を冷却するようになっている。
また、第１、第２半導体レーザ１２，１３とレーザ媒質１４の間に励起光ＬＤのファースト軸を集光するようにシリンドリカルレンズを設けるようにしてもよい。
【００１３】
以上の構成による固体レーザ発振装置１によれば、上記第１実施例における固体レーザ発振装置１と同様、第１、第２半導体レーザ１２、１３より励起光ＬＤが照射されると、レーザ媒質１４が励起されてレーザ光Ｌが発振され、さらに第１、第２レーザ光反射面１４Ａ、１４Ｂ、フロントミラー１５、リヤミラー１６を図１のように配置することで、レーザ光Ｌの経路は第１レーザ光反射面４Ａおよび第２レーザ光反射面５Ａで交互に反射するものとなる。
このとき、第１半導体レーザ１２より照射される励起光ＬＤはレーザ媒質１４の全面に渡って照射されるとともに、その照射範囲内でレーザ光Ｌの経路は第１半導体レーザ１２の光軸近傍、すなわち上記照射範囲の中央部で密に反射を繰り返すこととなる。つまり、レーザ光Ｌの経路は、励起光ＬＤの強度が高い第１半導体レーザ２の光軸近傍を密に通過することになるので、そのたびにレーザ光Ｌの出力が高くなる。
したがって、本実施例による固体レーザ発振装置１によれば、レーザ光Ｌは第１レーザ光反射面１４Ａに反射する回数と第２レーザ光反射面１４Ｂに反射する回数の合計分だけレーザ光Ｌの出力を高めることができ、フロントミラー１５より効率的にレーザ光Ｌを取り出すことができる。
また、本実施例ではレーザ媒質を１つしか用いないので、上記第１実施例に比べ、さらに固体レーザ発振装置１を小型化することができる
【００１４】
なお、上記第１、第２実施例において、各レーザ光Ｌ反射面につきひとつの半導体レーザを設けるようになっているが、このうちいずれか一方の半導体レーザを省略してもよい。
例えば第１実施例において第２半導体レーザ３を省略するような場合には、上記第２レーザ媒質５を省略し、第２レーザ光反射面としてレーザ光Ｌを反射する単なる反射鏡を設けることでも、レーザ光Ｌを発振することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明による固体レーザ発振装置によれば、レーザ光は第１反射面における第１半導体レーザの励起光の照射範囲内で複数回反射されるので、第１レーザ媒質の励起光照射領域をレーザ光の経路が複数回通過することになり、効率的にレーザ光を出力させることができることとなる。
また、従来の固体レーザ発振装置に比べて少ない数の半導体レーザで効率よく所定出力のレーザ光を得ることができ、固体レーザ発振装置を小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す平面図。
【図２】半導体レーザによる励起光ＬＤの強度分布を示す図。
【図３】本発明の第２実施例を示す平面図。
【符号の説明】
１固体レーザ発振装置２第１半導体レーザ
３第２半導体レーザ４第１レーザ媒質
４Ａ第１レーザ光反射面５第２レーザ媒質
５Ａ第２レーザ光反射面６フロントミラー
７リヤミラー

Claims

励起光を照射する第１半導体レーザと、当該励起光によって励起されてレーザ光を発振する第１レーザ媒質と、上記第１レーザ媒質の第１半導体レーザ側に設けられて上記励起光を透過させると共に第１レーザ媒質で発振されたレーザ光を反射させる第１反射面と、上記第１レーザ媒質を挟んで上記第１反射面に対向する位置に設けられてレーザ光を反射する第２反射面と、上記第１レーザ媒質を挟んで共振器を構成するフロントミラーとリヤミラーとを備え、上記フロントミラーとリヤミラーとの間におけるレーザ光の経路を第１反射面および第２反射面で交互に反射するようにした固体レーザ発振装置において、
上記第１反射面もしくは第２反射面のうち、少なくともいずれか一方の反射面は、もう一方の反射面に向けて突出する曲面形状を有し、上記レーザ光は上記第１反射面における第１半導体レーザの励起光の照射範囲内で、当該照射範囲の中央部ほど密に反射されることを特徴とする固体レーザ発振装置。
上記第１半導体レーザと相互に向き合う方向に励起光を照射する第２半導体レーザと、第１レーザ媒質と第２半導体レーザとの間に設けられた第２レーザ媒質とを備えるとともに、上記第２反射面を上記第２レーザ媒質の第２半導体レーザ側に設けて、上記第２半導体レーザからの励起光は第２反射面を透過して第２レーザ媒質に照射されてレーザ光が発振されることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ発振装置。
上記第１反射面および第２反射面を上記第１レーザ媒質の一対の対向する面に配置すると共に、上記第１レーザ媒質を挟んで第１半導体レーザとは反対側に第２半導体レーザを設け、この第２半導体レーザからの励起光は第２反射面を透過して第１レーザ媒質に照射されてレーザ光が発振されることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ発振装置。