JP4197560B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高出力かつ高効率の固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ発振器１００は、図５に示すようにＹＡＧロッド１０１をフラッシュランプやアークランプなどの励起ランプ１０２で励起することにより、出力ミラー１０３とリアミラー１０４からなる光共振器においてレーザ発振をする。
【０００３】
発振するレーザ光の出力は、励起ランプへ投入する電力と、そのときの発振効率により決定される。また、発振効率は励起ランプ、ＹＡＧロッドの形状、配置、反射筒１０５の形状などに依存する。
【０００４】
高出力を出したいときには、一般的に、ＹＡＧロッド１０１の両側に励起ランプ１０２を配置した図６に示すような二重楕円の反射筒１０６を使用する。
【０００５】
また、高効率にしたいときには、図７に示すのような励起ランプ一本を使用した単楕円の反射筒１０７を使用する。
【０００６】
上述の如く、励起ランプ一本を使用した励起方式による時には高効率にはなるが、ランプ二本を使用した励起方式に較べて、励起ランプ１０２の電力が半分になるため、一本ランプ励起方式で二本ランプ励起方式より高出力を出すことはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の一本ランプ励起方式において、励起ランプの発光長を長くすると共に、ＹＡＧロッドの長さも励起ランプの発光長と同一の長さに延長し、励起ランプにより多くの電力を投入すれば、高効率でかつ高出力のレーザ発振を得ることは可能である。しかし、ＹＡＧロッドを長くすることはコストを大きく上昇させることになる。
【０００８】
なお、励起ランプへの投入可能な最大電力は発光長に比例しており、無理にそれより大きい電力を投入するとランプの寿命が極端に短くなる。
【０００９】
本発明は上述の如き問題を解決するために成されたものであり、本発明の課題は、高効率でかつ高出力の固体レーザ装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として請求項１に記載の固体レーザ装置は、長さＬの固体レーザ媒質から距離ｄの位置に、該固体レーザ媒質の光軸に平行な長さ（Ｌ＋２ｍ）の励起ランプを該励起ランプ両端の点Ａ，Ｂと、前記固体レーザ媒質の光軸方向両端の点Ｃ，Ｄとを通る直線ＡＣ、ＢＤならびに点Ｃ，Ｄを結ぶ直線ＣＤを上底とし、前記励起ランプ両端の点を結んだ直線ＡＢを下底とする等脚台形をなす様に配置して設け、前記固体レーザ媒質と前記励起ランプの周囲に該励起ランプからの光を前記固体レーザ媒質に反射する反射筒を設け、該反射筒は両端に前記固体レーザ媒質から前記励起ランプ側に離隔するに連れて発散するよう反射斜面を設けたことを要旨とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の固体レーザ装置は、請求項１に記載の固体レーザ装置において、前記反射斜面が前記励起ランプ中心線となす角度αと、前記励起ランプの両端の点Ａ，Ｂと前記固体レーザ媒質の光軸方向の両端の点Ｄ，Ｃをそれぞれ結んだ直線ＡＤとＢＣが前記励起ランプ中心線となす角度θとが次の関係式
ｔａｎα＝ｄ／ｍ……………………（１）
ｔａｎθ＝ｄ／（Ｌ＋ｍ）…………（２）
０＜θ≦２α−９０°≦９０°……（３）
∠ここに、∠ＣＡＢ＝∠ＤＢＡ＝α，∠ＤＡＢ＝∠ＣＢＡ＝θである。
【００１３】
を満足することを要旨とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１５】
図１、図２に示す如く、本発明に係るＹＡＧレーザ装置１における励起ランプ２と固体レーザ媒質であるＹＡＧロッド３は、レーザ光軸４方向の断面が楕円形の反射筒５の二つの焦点に平行に配置してある。
【００１６】
上述の励起ランプ２の発光部分の長さ、すなわち、発光長Ｌlmp は、後に詳述する条件の下にＹＡＧロッド３のロッド長Ｌyag よりも長く設けてある。このため、図１に示す様に、反射筒５の前後は、ＹＡＧロッド３側から励起ランプ２側に近づくにつれて発散する反射斜面６、６’に形成してある。
【００１７】
また、励起ランプ２から出る励起光を効率よくＹＡＧロッド３に導くには、ＹＡＧロッド３のロッド長、励起ランプ２の発光長、励起ランプ２とＹＡＧロッド３との距離、および反射筒の斜面６、６’の傾斜角度などの配置に以下の様な関係を生じ、この関係を満たすときに最も高い効率が得られる。
【００１８】
図３は、上述の関係の説明図であり、ＹＡＧロッド３の側面を直線ＣＤとするとき、ＹＡＧロッド３の側面から距離ｄにある直線７上に励起ランプ２の発光中心があるものとする。
【００１９】
前記直線ＣＤのＣ点とＤ点から直線７上に垂線を降ろし、この交点をそれぞれ、Ｅ，Ｆとするとき、ロッド長Ｌyagは、Ｌyag＝ＣＤ＝ＥＦ＝Ｌである。また、励起ランプ２の両端をＡ，Ｂとするとき、励起ランプ２の発光長を、Ｌlmp＝Ｌ＋２ｍとする。
【００２０】
なお、ＡＥ＝ＦＢ＝ｍ，ＣＥ＝ＤＦ＝ｄ，∠ＣＡＢ＝∠ＤＢＡ＝α，∠ＤＡＢ＝∠ＣＢＡ＝θとする。
【００２１】
上述の図３の配置において、励起ランプ２のＥＦ部からＹＡＧロッド３に向かう光線のうち、ロッドに直交する方向の光線はすべてＹＡＧロッド３に到達する。また、ＡＥおよびＦＢ部分からの光線は、反射筒の斜面６、６’に反射されてＹＡＧロッド３に到達する。
【００２２】
すなわち、ＡＥ部からでた光線８が斜面６の手前端部Ａ点において反射して、ＹＡＧロッド３の端部のＤ点に到達する様な斜面６の傾斜角度αとするとき、Ａ点からＹＡＧロッド３の端部の点Ｄ点に至る光線がなす角度θは次の関係式で示される。
【００２３】
また、ＡＥ部からでた光線９の場合は、斜面６のＧ点で反射して、ＹＡＧロッド３のＣＤ間のＨ点に到達する。なお、右側のＦＢ部からでた光線においても同様である。
【００２４】
ｔａｎα＝ｄ／ｍ……………………（１）
ｔａｎθ＝ｄ／（Ｌ＋ｍ）…………（２）
０＜θ≦２α−９０°≦９０°……（３）
以下に本発明を適用した具体的な実施例と従来例について説明する。
【００２５】
実施例１
ＹＡＧロッド：直径１０ｍｍ，ロッド長Ｌyag ＝１５０ｍｍ，励起ランプ：管内径１０ｍｍ，発光長Ｌlmp ＝２００ｍｍ，すなわち、Ｌ＝１５０ｍｍ，ｍ＝２５ｍｍ。これらを距離ｄ＝３０ｍｍで配置すると、α＝５０．１９°，θ＝９．７３°、０＜θ＝９．７３°≦２α−９０°＝１０．３８°≦９０°となり、上記条件を満足する。この固体レーザ装置において、１３ｋＷの電力を投入して、最大出力５００Ｗを得ることができた。
【００２６】
従来例１
ＹＡＧロッド：直径１０ｍｍ，ロッド長Ｌyag ＝１５０ｍｍ，励起ランプ：管内径１０ｍｍ，発光長Ｌlmp ＝１５０ｍｍ、すなわち、Ｌ＝１５０ｍｍ，ｍ＝０ｍｍ。をｄ＝２０ｍｍで配置した固体レーザ装置において、１０ｋＷの電力を投入して、最大出力４００Ｗを得ることができた。
【００２７】
従来例２
ＹＡＧロッド：直径１０ｍｍ，ロッド長Ｌyag ＝１５０ｍｍ，励起ランプ（２本）：管内径１０ｍｍ，発光長Ｌlmp ＝１５０ｍｍ，ｍ＝０ｍｍ、をｄ＝２０ｍｍで配置した２本励起方式固体レーザ装置において、２０ｋＷの電力を投入して、最大出力６００Ｗを得ることができた。
【００２８】
上述の実施例１と従来例１から、同一サイズのＹＡＧロッドに対して、発光長Ｌlmp が５０ｍｍ（３３％）長い同一管内径の励起ランプ一本を配置した場合、投入電力が３ｋＷ（３０％）多くなり、レーザ出力が１００Ｗ（２５％）増加したことがわかる。
【００２９】
なお、従来例２の場合、同一サイズのＹＡＧロッドに対して、実施例１と同一サイズの２本の励起ランプを用いて２０ｋＷの電力を投入し、出力６００Ｗを得ているが効率は３％となり実施例１及び従来例２より悪いことがわかる。
【００３０】
前述の関係式（１）、（２）および（３）の条件からはずれ、図４に示す如く、反射斜面６の角度αが前記関係式（１）、（３）に適合しない場合には、励起ランプ２のＡＥ部からの光が励起ランプ２側に戻ってくることになる。
【００３１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１、請求項２の発明によれば、励起ランプの長さを増加させることによって、高い効率えお維持したままレーザ出力を増加させることができる。従って、コストの上昇を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体レーザ装置の励起部分の説明図。
【図２】図１のII-II線における断面図。
【図３】本発明に係る固体レーザ装置の励起部分の構成と励起光の光路との関係を説明する図。
【図４】本発明に係る固体レーザ装置の励起部分の構成と励起光の光路との関係を説明する図。
【図５】従来の固体レーザの励起部分の例。
【図６】図５のVII-VII線における断面図。
【図７】従来の固体レーザにおける別の形式の励起部分の例。
【符号の説明】
１ ＹＡＧレーザ装置
２ 励起ランプ
３ ＹＡＧロッド
４ レーザ光軸
５ 反射筒
６，６’ 反射斜面
８，９ 光線

Claims (2)

1. 長さＬの固体レーザ媒質から距離ｄの位置に、該固体レーザ媒質の光軸に平行な長さ（Ｌ＋２ｍ）の励起ランプを該励起ランプ両端の点Ａ，Ｂと、前記固体レーザ媒質の光軸方向両端の点Ｃ，Ｄとを通る直線ＡＣ、ＢＤならびに点Ｃ，Ｄを結ぶ直線ＣＤを上底とし、前記励起ランプ両端の点を結んだ直線ＡＢを下底とする等脚台形をなす様に配置して設け、前記固体レーザ媒質と前記励起ランプの周囲に該励起ランプからの光を前記固体レーザ媒質に反射する反射筒を設け、該反射筒は両端に前記固体レーザ媒質から前記励起ランプ側に離隔するに連れて発散するよう反射斜面を設けたことを特徴とする固体レーザ装置。
2. 前記反射斜面が前記励起ランプ中心線となす角度αと、前記励起ランプの両端の点Ａ，Ｂと前記固体レーザ媒質の光軸方向の両端の点Ｄ，Ｃをそれぞれ結んだ直線ＡＤとＢＣが前記励起ランプ中心線となす角度θとが次の関係式
   ｔａｎα＝ｄ／ｍ……………………（１）
   ｔａｎθ＝ｄ／（Ｌ＋ｍ）…………（２）
   ０＜θ≦２α−９０°≦９０°……（３）
   ∠ここに、∠ＣＡＢ＝∠ＤＢＡ＝α，∠ＤＡＢ＝∠ＣＢＡ＝θである。
   を満足することを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。

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