JP4927051B2 - Semiconductor laser light output device and solid-state laser rod excitation module - Google Patents

Semiconductor laser light output device and solid-state laser rod excitation module Download PDF

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この発明は、半導体レーザを用いてレーザ光を出力する半導体レーザ光出力装置、および半導体レーザ光にて固体レーザロッドを光励起し、所望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し、特にアレー半導体レーザやスタック型半導体レーザを用いて高密度にパワーを合成した半導体レーザ光を高効率で得ることができる半導体レーザ光出力装置、および半導体レーザ光により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固体レーザロッド励起モジュールに関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser light output device that outputs laser light using a semiconductor laser, and to a solid laser rod excitation module that obtains a desired laser light by optically exciting a solid laser rod with the semiconductor laser light, and particularly to an array semiconductor laser. And a semiconductor laser light output device that can obtain semiconductor laser light synthesized with high density using a stack type semiconductor laser with high efficiency, and a semiconductor laser light to excite a solid laser rod with high power and high efficiency, The present invention relates to a solid-state laser rod excitation module capable of obtaining high-beam quality laser light.

半導体レーザ光出力装置は、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)を用いて高密度にパワーを合成した半導体レーザ光を得るものである。特にこの半導体レーザ光出力装置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ためには半導体レーザ光をいかなる方法で集光させるかが半導体レーザ光のエネルギー利用効率に大きく影響を与える。   The semiconductor laser beam output device obtains a semiconductor laser beam in which power is synthesized with high density using laser beam emitted from the semiconductor laser (hereinafter also referred to as semiconductor laser beam). In particular, in order to excite a solid laser rod with high power and high efficiency by using this semiconductor laser light output device and to obtain a laser beam with high beam quality, it is necessary to focus the semiconductor laser light by any method. Significantly affects energy use efficiency.

このような半導体レーザ光出力装置を利用した固体レーザロッド励起モジュールとしては、半導体レーザのレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積したアレー半導体レーザを、スロー軸方向と固体レーザロッドの軸方向とが平行になるように配置(半導体レーザはその特性上レーザ光の近視野像が楕円状であるものが一般的であり、レーザ光の光軸を中心とした直交する2軸においてレーザ光の広がり角が異なる。ここで半導体レーザ光の出射端において出力されるレーザ光の広がり角が小さい方向をスロー軸方向、このスロー軸と直交し出力されたレーザ光の広がり角が大きい方向をファスト軸方向と呼ぶ)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に導入し、この反射筒内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。   As a solid-state laser rod excitation module using such a semiconductor laser light output device, an array semiconductor laser in which a plurality of laser light emitting ends of a semiconductor laser are integrated in the slow axis direction is combined with the slow axis direction and the solid laser rod axial direction. (Semiconductor lasers generally have an elliptical near-field image due to their characteristics, and the laser beam is aligned in two orthogonal axes centered on the optical axis of the laser beam.) The divergence angle is different, where the direction in which the divergence angle of the laser beam output at the emitting end of the semiconductor laser beam is small is the slow axis direction, and the direction in which the divergence angle of the laser beam output perpendicular to the slow axis is large is the fast axis. In a side-pumped solid-state laser rod pumping module that achieves higher output by With the configuration in which a single pass, since the cross-sectional area of the solid-state laser rod is small, can not be efficient excitation of the solid-state laser rod. For this reason, conventionally, semiconductor laser light is introduced into a reflecting cylinder arranged around a solid laser rod and confined in the reflecting cylinder, so that the solid laser rod is passed through a plurality of times to efficiently excite the solid laser rod. The method of performing is used.

この方法では、反射筒内での半導体レーザ光の閉じ込め効率が高いとき、固体レーザロッドの励起の効率が高くなるが、反射筒内での半導体レーザ光の閉じ込め効率を高くするためには、反射筒に設けた半導体レーザ光導入口から半導体レーザ光の逃げを少なくすること、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。   In this method, when the confinement efficiency of the semiconductor laser light in the reflecting cylinder is high, the efficiency of excitation of the solid laser rod increases. However, in order to increase the confinement efficiency of the semiconductor laser light in the reflecting cylinder, It is necessary to reduce the escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser light entrance provided in the cylinder, that is, to make the semiconductor laser light entrance as small as possible.

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スロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸方向に複数積層して構成されるものである。   In general, a stacked semiconductor laser is used as a semiconductor laser in order to further increase the output. A stack type semiconductor laser is configured by laminating a plurality of bar-shaped elements, each of which is configured by integrating a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction, in the fast axis direction.

また、固体レーザロッドを励起して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。   In addition, in order to obtain a laser beam with high beam quality by exciting the solid laser rod, it is necessary to suppress the wavefront aberration of the solid laser rod itself due to heat generated in the solid laser rod when the solid laser rod is excited. For this reason, the solid state laser rod is irradiated with the semiconductor laser beam as uniformly as possible, the intensity distribution of the semiconductor laser beam in the solid state laser rod is made axisymmetric and uniform, and the temperature distribution in the solid state laser rod is changed to the secondary axis. By using a symmetric distribution, it is desirable that the solid laser rod be an ideal graded / refractive index lens without wavefront aberration.

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、すなわち固体レーザロッドの半導体レーザ光導入口の端面と対向する部分に半導体レーザ光が強度の減衰なく入射するため、固体レーザロッド内での半導体レーザ光による励起によって生じる温度分布が2次の軸対称分布となり難かった。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は平均パワーが100W程度のものしか実現されていなかった。   However, in the conventional solid-state laser rod excitation module, the portion where the semiconductor laser light introduced from the semiconductor laser light entrance first enters the solid-state laser rod, that is, the portion facing the end surface of the semiconductor laser light entrance of the solid-state laser rod Since the semiconductor laser light is incident on the solid-state laser rod without being attenuated, the temperature distribution generated by the excitation by the semiconductor laser light in the solid laser rod is difficult to be a second-order axisymmetric distribution. Therefore, in the conventional solid-state laser rod excitation module, low-beam quality laser light with an average power of about 1 kW is realized, but high-beam quality laser light with an average power of about 100 W is realized. Was not.

従来例1.
図19は例えば、文献1「S.Fujikawa et al., in technical digest of Advanced Solid-State Lasers’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であり、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、固体レーザロッド102を冷却するための冷却液が循環している。104は半導体レーザ光を拡散反射する筒状の拡散性反射筒であって、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、半導体レーザ光を反射し閉じ込める効果を持つ。105はレーザ光の出射端を固体レーザロッド102の軸方向と平行に複数集積して構成された半導体レーザである。図示の例では固体レーザロッド102の軸方向がこの半導体レーザ105のスロー軸方向に平行になるように配置している。この半導体レーザ105のみから半導体レーザ光出力装置が構成されている。107は半導体レーザ光導入手段で、拡散性反射筒104に設けられ、薄板ガラスから形成されている。
Conventional Example 1
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module of Conventional Example 1 described in, for example, Reference 1 “S. Fujikawa et al., In technical digest of Advanced Solid-State Lasers '97, p296, 1997”. It is. In the figure, 101 is a solid-state laser rod excitation module, 102 is a solid-state laser rod, 103 is a cylindrical cooling sleeve that is transparent to semiconductor laser light, and surrounds the solid-state laser rod 102 substantially coaxially with the solid-state laser rod 102. A cooling liquid for cooling the solid-state laser rod 102 is circulated. Reference numeral 104 denotes a cylindrical diffusive reflecting cylinder that diffuses and reflects semiconductor laser light, and is disposed substantially coaxially with the solid laser rod 102 so as to surround the solid laser rod 102 and the cooling sleeve 103, thereby reflecting and confining the semiconductor laser light. have. Reference numeral 105 denotes a semiconductor laser configured by integrating a plurality of laser light emitting ends parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 102. In the illustrated example, the solid-state laser rod 102 is arranged so that the axial direction thereof is parallel to the slow axis direction of the semiconductor laser 105. A semiconductor laser beam output device is constituted only by the semiconductor laser 105. Reference numeral 107 denotes a semiconductor laser light introducing means, which is provided on the diffusive reflector 104 and is made of thin glass.

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内の固体レーザロッド102に向けて導入される。この拡散性反射筒104内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内で均一に分布する。図19には、この様子が破線で示す矢印により示されている。均一に分布し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内を循環する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。
Next, the operation will be described.
The laser light emitted from the semiconductor laser 105 is introduced toward the solid laser rod 102 in the diffusive reflector 104 while being totally reflected by the upper and lower surfaces of the thin glass as the semiconductor laser light introducing means 107. The semiconductor laser light introduced into the diffusive reflecting cylinder 104 enters the solid laser rod 102 and is partially absorbed. The remaining semiconductor laser light transmitted through the solid-state laser rod 102 is diffusely reflected by the diffusive reflector 104 and is uniformly distributed in the diffusive reflector 104. In FIG. 19, this state is indicated by an arrow indicated by a broken line. The uniformly distributed semiconductor laser light irradiates the solid laser rod 102 uniformly. The heat generated in the solid laser rod 102 is removed from the outer periphery of the solid laser rod 102 by the coolant circulating in the cooling sleeve 103.

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。   In the solid-state laser rod excitation module 101 of Conventional Example 1, 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 reflector 104 is small. The escape of the semiconductor laser light is small, and the solid laser rod 102 is excited with high efficiency.

従来例2.
図20,図21は、それぞれ文献2「H. Bruesselbach et al., in technical digest of Advanced Solid-State Lasers'97, P285, 1997」に示された従来例2の半導体レーザ光出力装置、および固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す図であり、図20は半導体レーザ光出力装置のファスト軸方向に沿った断面図、図21は図20に示した半導体レーザ光出力装置を使用した固体レーザロッド励起モジュールの固体レーザロッドの軸方向に垂直な方向に切った断面図である。図において、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はクーリングスリーブで、半導体レーザ光に対して透明な筒状の形状を有しており、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ている。また、その内部には固体レーザロッド112を冷却するための冷却液が循環している。114は鏡面反射性反射筒であって、半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の形状を有し、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ている。
Conventional Example 2
20 and FIG. 21 show the semiconductor laser light output device of Conventional Example 2 and the solid state shown in Reference 2, “H. Bruesselbach et al., In technical digest of Advanced Solid-State Lasers '97, P285, 1997”, respectively. FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a laser rod excitation module, FIG. 20 is a cross-sectional view of the semiconductor laser light output device along the fast axis direction, and FIG. 21 is a solid laser rod excitation using the semiconductor laser light output device shown in FIG. It is sectional drawing cut in the direction perpendicular | vertical to the axial direction of the solid-state laser rod of a module. In the figure, 111 is a solid-state laser rod excitation module, 112 is a solid-state laser rod, 113 is a cooling sleeve, and has a cylindrical shape transparent to the semiconductor laser light, and is substantially coaxial with the solid-state laser rod 112. The laser rod 112 is disposed around. In addition, a coolant for cooling the solid laser rod 112 circulates in the interior. Reference numeral 114 denotes a specular reflecting reflecting cylinder having a cylindrical shape that is specularly reflecting with respect to the semiconductor laser light, and is disposed substantially coaxially with the solid laser rod 112 and surrounding the solid laser rod 112 and the cooling sleeve 113. ing.

117は半導体レーザ光導入手段であって、鏡面反射性反射筒114に設けられ、スタック型半導体レーザ121、シリンドリカルレンズアレー122aおよび集光レンズレット122bよりなる半導体レーザ光出力装置から出力された半導体レーザ光を鏡面反射性反射筒114内に導入する。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。即ち、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。   Reference numeral 117 denotes a semiconductor laser light introducing means, which is provided in the specular reflective reflector 114 and is output from a semiconductor laser light output device comprising a stack type semiconductor laser 121, a cylindrical lens array 122a, and a condensing lenslet 122b. Light is introduced into the specular reflective tube 114. The specular reflective cylinder 114 is composed of a highly reflective coating film applied to the outer peripheral surface of the cooling sleeve 113, and the semiconductor laser light introducing means 117 is formed of a dereflection coating film applied to the outer peripheral surface of the cooling sleeve 113 in a slit shape. It is configured. That is, the outer peripheral surface of the cooling sleeve 113 is covered with a highly reflective coating film as the specular reflective reflector 114 and a slit-like antireflection coating film as the semiconductor laser light introducing means 117.

121はレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸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で、上記スロー軸方向を固体レーザロッド112の軸方向と平行に配置している。121−1〜121−5はスタック型半導体レーザ121を構成するバー状素子、122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、122−1〜122−5はシリンドリカルレンズであって、スタック型半導体レーザ121を構成するそれぞれ異なるバー状素子121−1〜121−5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ており、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。122aはシリンドリカルレンズ122−1〜122−5をバー状素子121−1〜121−5の積層間隔と同じ間隔でバー状素子121−1〜121−5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、122bは各シリンドリカルレンズ122−1〜122−5により平行化された半導体レーザ光をバー状素子121−1〜121−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)に集光する集光レンズレットである。これらスタック型半導体レーザ121、シリンドリカルレンズアレー122aおよび集光レンズレット122bより半導体レーザ光出力装置が構成されている。   Reference numeral 121 denotes a stack type semiconductor laser configured by stacking a plurality of bar-shaped elements having a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction and stacked in the fast axis direction. It is arranged in parallel with the axial direction. Reference numerals 121-1 to 121-5 denote bar-shaped elements constituting the stack type semiconductor laser 121, 122 denotes a semiconductor laser beam condensing means for condensing the laser beam emitted from the stack type semiconductor laser, and 122-1 to 122-5. Is a cylindrical lens, which is opposed to each of the different bar-shaped elements 121-1 to 121-5 constituting the stacked semiconductor laser 121, and is disposed at a position substantially away from the opposing bar-shaped element by a focal length, The laser beam emitted from the opposing bar-like element is collimated. 122a integrates cylindrical lenses 122-1 to 122-5 in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 121-1 to 121-5 at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements 121-1 to 121-5. The configured cylindrical lens array 122b is a direction (fast axis direction) parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 121-1 to 121-5 with the semiconductor laser light collimated by the cylindrical lenses 122-1 to 122-5. It is a condensing lenslet which condenses light. These stack type semiconductor laser 121, cylindrical lens array 122a and condensing lenslet 122b constitute a semiconductor laser light output device.

次に動作について説明する。
各バー状素子121−1〜121−5から出射されたレーザ光はスロー軸方向に10°程度の広がり角度を持ち、ファスト軸方向に30°から50°程度の広がり角度を持っている。各バー状素子121−1〜121−5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122−1〜122−5により、ファスト軸方向の成分が主に平行化される。平行化された半導体レーザ光は、集光レンズレット122b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内に導入される。導入された半導体レーザ光は、固体レーザロッド112に入射して一部吸収される。固体レーザロッド112に吸収されなかった残りの半導体レーザ光は、高反射コーティング膜からな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に入射して吸収される。
Next, the operation will be described.
The laser beams emitted from the bar-shaped elements 121-1 to 121-5 have a spreading angle of about 10 ° in the slow axis direction and a spreading angle of about 30 ° to 50 ° in the fast axis direction. The laser beams emitted from the bar-shaped elements 121-1 to 121-5 are mainly collimated in the component in the fast axis direction by the opposed cylindrical lenses 122-1 to 122-5. The collimated semiconductor laser light is condensed on the line by the condensing lenslet 122b. The collected semiconductor laser light is introduced into the specular reflective reflector 114 from the semiconductor laser light introducing means 117 constituted by the anti-reflection coating film located near the condensing position. The introduced semiconductor laser light enters the solid laser rod 112 and is partially absorbed. The remaining semiconductor laser light that has not been absorbed by the solid laser rod 112 is reflected by the specular reflecting reflector 114 made of a highly reflective coating film, and is incident on the solid laser rod 112 again and absorbed.

従来例1の半導体レーザ光出力装置および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スロー軸方向に複数集積して構成された半導体レーザ105を固体レーザロッド102の軸方向と上記スロー軸方向が平行となるように配置した半導体レーザよりなる半導体レーザ光出力装置では、固体レーザロッド102の半導体レーザ光導入手段107側が固体レーザロッド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。   Since the semiconductor laser light output device and the solid-state laser rod excitation module of Conventional Example 1 are configured as described above, a semiconductor laser 105 configured by integrating a plurality of laser light emission ends in the slow axis direction is used as a solid-state laser rod. In the semiconductor laser light output device composed of a semiconductor laser arranged so that the axial direction of 102 and the slow axis direction are parallel, the solid-state laser rod 102 side of the solid-state laser rod 102 can excite the solid-state laser rod 102 with high power. However, there was a problem that it was not suitable for high output.

また、薄板ガラスからなる半導体レーザ光導入手段107により拡散性反射筒104内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の半導体レーザ光導入手段107の端面に対向した部分に半導体レーザ光が強度の減衰なく入射するので、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側で高くなってしまう。このため、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ではなくなり、固体レーザロッド102内での半導体レーザ光の吸収による温度分布が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。   Further, the semiconductor laser light introduced into the diffusive reflector 104 by the semiconductor laser light introducing means 107 made of thin glass is first incident on the solid laser rod 102. For this reason, since the semiconductor laser light is incident on the portion of the solid laser rod 102 facing the end face of the semiconductor laser light introducing means 107 without attenuation of the intensity, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid laser rod 102 is the semiconductor laser light. It becomes high on the introduction means 107 side. For this reason, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 102 is not axially symmetric and uniform, and the temperature distribution due to absorption of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 102 is deviated from the second-order axially symmetric distribution. There has been a problem that the laser rod 102 becomes a graded refraction index lens having wavefront aberration.

また、従来例2の半導体レーザ光出力装置および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、固体レーザロッド励起モジュール111は半導体レーザ光導入手段117から鏡面反射性反射筒114内に導入された半導体レーザ光のうち、図22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22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、半導体レーザ光出力装置において固体レーザロッド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122b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122b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122bの焦点距離により一意に決定され、集光レンズレット122bにより線上に集光された半導体レーザ光の、バー状素子121−1〜121−5の積層方向と平行な方向(固体レーザロッド112の軸方向に垂直な方向、ファスト軸方向)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122bを用いて得られる最小の大きさとならず、半導体レーザ光のエネルギー利用効率が低下するという課題があった。これにより、固体レーザ励起モジュール111は半導体レーザ光導入手段117の大きさを大きくしなければならなかったので、鏡面反射性反射筒114内での半導体レーザ光の閉じ込め効率が低下するという課題があった。   Further, since the semiconductor laser light output device and the solid-state laser rod pumping module of the conventional example 2 are configured as described above, the solid-state laser rod pumping module 111 is moved from the semiconductor laser beam introducing means 117 into the specular reflecting reflector 114. Of the introduced semiconductor laser light, as shown in FIG. 22, the semiconductor laser light that is not incident on the solid laser rod 112 is geometrically applied to the solid laser rod 112 even if it is reflected by the specular reflection reflector 114 a plurality of times. Not incident. In FIG. 22, this state is indicated by an arrow indicated by a solid line. Therefore, in order to achieve high efficiency absorption of the semiconductor laser light by the solid-state laser rod 112 in the semiconductor laser light output device, the condensing angle at the condensing lenslet 122b is changed from the semiconductor laser light introducing means 117 to the solid-state laser rod 112. It is necessary to adjust the focal length of the condensing lenslet 122b so that it falls within the angle at which it is expected. As a result, the semiconductor laser light, which is uniquely determined by the focal length of the condensing lenslet 122b and focused on the line by the condensing lenslet 122b, is parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 121-1 to 121-5. The size of the direction (the direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 112, the fast axis direction) (hereinafter sometimes referred to as the size of the condensing point of the semiconductor laser light) is obtained using the condensing lenslet 122b. There is a problem that the energy utilization efficiency of the semiconductor laser light is reduced, not the minimum size that can be achieved. As a result, the solid-state laser excitation module 111 has to increase the size of the semiconductor laser light introducing means 117, so that there is a problem that the confinement efficiency of the semiconductor laser light in the specular reflection reflector 114 is lowered. It was.

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として各シリンドリカルレンズ122−1〜122−5の焦点距離をf1とし、集光レンズレット122bの焦点距離をf2としたとき、d1×f2/f1となるが、実際には、バー状素子121−1〜121−5の積層間隔のばらつき、シリンドリカルレンズアレー122aを構成するシリンドリカルレンズ122−1〜122−5のピッチ誤差、バー状素子121−1〜121−5およびシリンドリカルレンズアレー122aの設置誤差などによりさらに大きくなる。   It should be noted that the size of the condensing point of the semiconductor laser light is ideally that the size of the emission end of each laser light is d1, the focal length of each of the cylindrical lenses 122-1 to 122-5 is f1, and the condensing lens. When the focal length of the let 122b is f2, d1 × f2 / f1 is obtained, but actually, the variation in the stacking interval of the bar-shaped elements 121-1 to 121-5, the cylindrical lens 122 constituting the cylindrical lens array 122a. It further increases due to a pitch error of −1 to 122-5, an installation error of the bar-shaped elements 121-1 to 121-5, and the cylindrical lens array 122a.

一方、鏡面反射性反射筒114内での半導体レーザ光の閉じ込め効率を上げるため、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内に導入される半導体レーザ光の割合が低下し、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。また、従来例2の場合、シリンドリカルレンズアレー122a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。   On the other hand, if the size of the semiconductor laser light introducing means 117 is reduced in order to increase the confinement efficiency of the semiconductor laser light in the specular reflecting reflector 114, the size of the condensing point of the semiconductor laser light becomes smaller. It becomes larger than the size of the means 117. For this reason, the ratio of the semiconductor laser light introduced into the specular reflective reflector 114 is lowered, and there is a problem that the semiconductor laser light cannot be efficiently absorbed by the solid laser rod 112. In the case of Conventional Example 2, the semiconductor laser light absorbed by the solid-state laser rod 112 out of the semiconductor laser light transmitted through the cylindrical lens array 122a was a very low value of 26%.

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内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。この時、固体レーザロッド112の吸収率が高い場合は、固体レーザロッド112の半導体レーザ光導入手段117端面と対向する部分に入射する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はるかに高くなり、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るので、固体レーザロッド112内での半導体レーザ光の吸収によって発生する温度分布が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。   Further, the semiconductor laser light introduced from the semiconductor laser light introducing means 117 into the specular reflecting reflector 114 first enters the solid laser rod 112. At this time, when the absorptance of the solid laser rod 112 is high, the intensity of the semiconductor laser light incident on the portion of the solid laser rod 112 facing the end surface of the semiconductor laser light introducing means 117 is reflected by the specular reflective reflector 114. The intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid-state laser rod 112 is much higher than the intensity of the semiconductor laser light, 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. Since it is not symmetrical and uniform, the temperature distribution generated by the absorption of the semiconductor laser light in the solid laser rod 112 deviates from the second-order axisymmetric distribution, and the solid laser rod 112 has a graded refraction with wavefront aberration. There was a problem of becoming an index lens.

さらに、上記半導体レーザ光出力装置において使用するスタック型半導体レーザ121を、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子121−1〜121−5を、ファスト軸方向に複数積層して構成し、このスロー軸方向が固体レーザロッド112の軸方向と平行になるように配置しているので、出力されたレーザ光が固体レーザロッド112の軸方向と垂直な方向(ファスト軸方向)に大きな広がり角度をもつが、軸方向と平行な方向(スロー軸方向)では広がり角度が小さい。このため、固体レーザロッド112の軸方向と垂直な方向に入射する半導体レーザ光は拡散するが、軸方向と平行な方向では広がり角度が小さい半導体レーザ光が固体レーザロッド112の半導体レーザ光導入手段117の端面と対向する部分を集中して励起してしまうという課題があった。   Further, the stack type semiconductor laser 121 used in the semiconductor laser light output device is composed of a plurality of bar-shaped elements 121-1 to 121-5 configured by integrating a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction. Are arranged so that the slow axis direction is parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 112, so that the output laser light is perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 112 ( Although it has a large spread angle in the fast axis direction), the spread angle is small in the direction parallel to the axial direction (slow axis direction). Therefore, the semiconductor laser light incident in the direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 112 diffuses, but the semiconductor laser light having a small divergence angle in the direction parallel to the axial direction is the semiconductor laser light introducing means of the solid-state laser rod 112. There was a problem that the portion facing the end face of 117 would be concentrated and excited.

さらに、上記半導体レーザ光出力装置において、集光レンズレット122bのかわりに非球面レンズなどの他の半導体レーザ光集光手段にてレーザ光を集光させる場合、任意の距離だけ離れた半導体レーザ光のスロー軸方向の大きさによっては、非球面レンズの大きさよりレーザ光が広がってしまい全てのレーザ光が入射されないことがあり、これによって半導体レーザ光のエネルギー利用効率が低下するという課題があった。   Further, in the above semiconductor laser light output device, when the laser light is condensed by another semiconductor laser light condensing means such as an aspherical lens instead of the condensing lenslet 122b, the semiconductor laser light separated by an arbitrary distance. Depending on the size in the slow axis direction, the laser beam may spread beyond the size of the aspherical lens and not all the laser beam may be incident, which reduces the energy utilization efficiency of the semiconductor laser beam. .

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、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を小型で高効率に得ることができる半導体レーザ光出力装置と、半導体レーザ光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が得ることができる固体レーザロッド励起モジュールとを得ることを目的とする。   The present invention was made to solve the above-described problems, and a semiconductor laser light output device capable of obtaining a small and highly efficient laser light synthesized with high density using a semiconductor laser light, and An object of the present invention is to obtain a solid-state laser rod pumping module capable of pumping a solid-state laser rod with high power and high efficiency using semiconductor laser light and obtaining laser light with high beam quality.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の拡散性反射筒と、拡散性反射筒に向けてレーザ光を出力し固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、拡散性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して拡散性反射筒の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、半導体レーザ光出力装置は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子であるアレー半導体レーザと、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたものである。 A solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes a cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround a solid-state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod, and surrounds the solid-state laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid-state laser rod. A cylindrical diffusive reflecting cylinder, and a semiconductor laser beam output that outputs laser light toward the diffusive reflecting cylinder so that the axial direction of the solid laser rod and the fast axis direction of the semiconductor laser are parallel to each other Semiconductor laser light introduction that is provided in the device and the diffusive reflector, and that introduces the laser light emitted from the semiconductor laser output device toward the solid laser rod of the diffusive reflector while maintaining the size in the fast axis direction substantially The semiconductor laser beam output device is a bar-shaped element configured by integrating a plurality of laser beam emission ends in the slow axis direction. An array semiconductor laser, a first semiconductor laser light refracting means that refracts laser light emitted from the array semiconductor laser in the fast axis direction of the array semiconductor laser, and a front stage or a rear stage of the first semiconductor laser light refracting means. The second semiconductor laser beam refracting means for refracting the laser light emitted from the array semiconductor laser in the slow axis direction of the array semiconductor laser, and the second semiconductor, which is a stage preceding or following the first semiconductor laser beam refracting means A semiconductor laser beam condensing unit provided before or after the laser beam refracting unit and condensing the laser beam emitted from the array semiconductor laser in the fast axis direction and the slow axis direction of the array type semiconductor laser; It is provided.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の拡散性反射筒と、拡散性反射筒に向けてレーザ光を出力し固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、拡散性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して拡散性反射筒の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、半導体レーザ光出力装置は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子をファスト軸方向に複数積層して構成したスタック型半導体レーザと、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたものである。 A solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes a cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround a solid-state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod, and surrounds the solid-state laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid-state laser rod. A cylindrical diffusive reflecting cylinder, and a semiconductor laser beam output that outputs laser light toward the diffusive reflecting cylinder so that the axial direction of the solid laser rod and the fast axis direction of the semiconductor laser are parallel to each other Semiconductor laser light introduction that is provided in the device and the diffusive reflector, and that introduces the laser light emitted from the semiconductor laser output device toward the solid laser rod of the diffusive reflector while maintaining the size in the fast axis direction substantially The semiconductor laser beam output device includes a bar-shaped element formed by integrating a plurality of laser beam emission ends in the slow axis direction. A stack type semiconductor laser constructed by laminating a plurality of layers in the direction of the strike axis, a first semiconductor laser beam refracting means for refracting laser light emitted from the stack type semiconductor laser in the fast axis direction of the stack type semiconductor laser, A second semiconductor laser light refracting means which is provided before or after the semiconductor laser light refracting means and refracts laser light emitted from the stack type semiconductor laser in the slow axis direction of the stack type semiconductor laser; The laser beam emitted from the stack type semiconductor laser is condensed in the fast axis direction of the stack type semiconductor laser, which is provided before or after the laser beam refracting means and before or after the second semiconductor laser light refracting means. And a semiconductor laser beam condensing means for condensing in the slow axis direction.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、鏡面反射性反射筒に向けてレーザ光を出力し、固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、鏡面反射性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して鏡面反射性反射筒の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、半導体レーザ光出力装置は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子であるアレー半導体レーザと、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたものである。 A solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes a cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround a solid-state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod, and surrounds the solid-state laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid-state laser rod. The arranged cylindrical specular reflective cylinder and the semiconductor which outputs laser light toward the specular reflective cylinder and is arranged so that the axial direction of the solid laser rod and the fast axis direction of the semiconductor laser are parallel to each other Laser light output device and mirror-reflective reflecting cylinder are provided, and the laser light emitted from the semiconductor laser output device is introduced toward the solid laser rod of the specular reflecting reflecting tube while maintaining the size in the fast axis direction. And a semiconductor laser beam output device, wherein a plurality of laser beam emission ends are integrated in the slow axis direction. An array semiconductor laser, which is a bar-shaped element, a first semiconductor laser light refracting means for refracting laser light emitted from the array semiconductor laser in the fast axis direction of the array semiconductor laser, and a first semiconductor laser light refracting means A second semiconductor laser light refracting means provided at the front stage or the rear stage and refracting the laser light emitted from the array semiconductor laser in the slow axis direction of the array semiconductor laser; A semiconductor laser which is provided before or after the second semiconductor laser beam refracting means and focuses the laser beam emitted from the array semiconductor laser in the fast axis direction and the slow axis direction of the array type semiconductor laser. And a light condensing means.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、鏡面反射性反射筒に向けてレーザ光を出力し、固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、鏡面反射性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して鏡面反射性反射筒の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、半導体レーザ光出力装置は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子をファスト軸方向に複数積層して構成したスタック型半導体レーザと、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたものである。 A solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes a cylindrical cooling sleeve disposed so as to surround a solid-state laser rod substantially coaxially with the solid-state laser rod, and surrounds the solid-state laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid-state laser rod. The arranged cylindrical specular reflective cylinder and the semiconductor which outputs laser light toward the specular reflective cylinder and is arranged so that the axial direction of the solid laser rod and the fast axis direction of the semiconductor laser are parallel to each other Laser light output device and mirror-reflective reflecting cylinder are provided, and the laser light emitted from the semiconductor laser output device is introduced toward the solid laser rod of the specular reflecting reflecting tube while maintaining the size in the fast axis direction. And a semiconductor laser beam output device, wherein a plurality of laser beam emission ends are integrated in the slow axis direction. Stack type semiconductor laser comprising a plurality of stacked bar-shaped elements stacked in the fast axis direction, and first semiconductor laser beam refraction for refracting laser light emitted from the stack type semiconductor laser in the fast axis direction of the stack type semiconductor laser And a second semiconductor laser light refracting means provided in the front stage or the rear stage of the first semiconductor laser light refracting means and refracting the laser light emitted from the stack type semiconductor laser in the slow axis direction of the stack type semiconductor laser. The laser beam emitted from the stack type semiconductor laser is provided before or after the first semiconductor laser beam refracting means and before or after the second semiconductor laser beam refracting means. And a semiconductor laser beam condensing means for condensing in the direction and concentrating in the slow axis direction.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、第2の半導体レーザ光屈折手段を、屋根型プリズムであり、この屋根型プリズムの稜線は半導体レーザのファスト軸方向に平行な方向とし、屋根型プリズムの稜線に対向する面を半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置したものである。 In the solid-state laser rod excitation module according to the present invention, the second semiconductor laser beam refracting means is a roof prism, and the ridge line of the roof prism is parallel to the fast axis direction of the semiconductor laser. The surface facing the ridge line is set substantially perpendicular to the traveling direction of the semiconductor laser light.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、第2の半導体レーザ光屈折手段を、屋根型プリズムの稜線部分を屋根型プリズムの稜線に対向する面に平行な面で切り取った横断面が台形の角柱プリズムであり、この角柱プリズムの屋根型プリズムで仮想した稜線はファスト軸方向に平行な方向とし、角柱プリズムの屋根型プリズムで仮想した稜線に対向する面は半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置したものである。 In the solid laser rod excitation module according to the present invention, the second semiconductor laser beam refracting means is a prism having a trapezoidal cross section obtained by cutting the ridge line portion of the roof prism in a plane parallel to the surface facing the ridge line of the roof prism. The imaginary ridgeline of this prismatic prism roof type prism is in a direction parallel to the fast axis direction, and the surface facing the imaginary ridgeline of the prismatic prism roof type prism is approximately the traveling direction of the semiconductor laser light. It is installed vertically.

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状のスラブ導波路と、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、スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備えたことを特徴とするものである。   The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes a slit in which a semiconductor laser light introduction means is formed in a diffusive reflector, a hexahedral slab waveguide disposed in the slit, and six end faces of the slab waveguide. A first end face on which laser light enters and four end faces other than the second end face on which laser light exits are provided in a gap between the slit and an adhesive layer having a refractive index smaller than that of the slab waveguide. It is what.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光導入手段は、第1の端面の面積より第2の端面の面積が小さく、且つ、第2の端面の固体レーザロッドの軸方向に垂直な方向の長さを固体レーザロッドの径より大きくしたことを特徴とするものである。   In the solid-state laser rod excitation module according to the present invention, the semiconductor laser beam introducing means has a second end face area smaller than the first end face area and is perpendicular to the axial direction of the solid laser rod on the second end face. The length in the direction is larger than the diameter of the solid laser rod.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光導入手段が入射した半導体レーザ光が半導体レーザのファスト軸方向と垂直な方向の端面を反射する回数は高々1回であることを特徴とするものである。   The solid-state laser rod excitation module according to the present invention is characterized in that the number of times that the semiconductor laser light incident by the semiconductor laser light introducing means reflects the end face in the direction perpendicular to the fast axis direction of the semiconductor laser is at most once. Is.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段を備えたことを特徴とするものである。   The solid-state laser rod excitation module according to the present invention includes a semiconductor laser light diffusion means for diffusing the laser light introduced by the semiconductor laser light introduction means between the semiconductor laser light introduction means and the solid-state laser rod. It is what.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光拡散手段は、スリガラス状に表面を荒らした、透明な光学材料から構成されることを特徴とするものである。   The solid-state laser rod excitation module according to the present invention is characterized in that the semiconductor laser light diffusing means is made of a transparent optical material whose surface is roughened like a ground glass.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光拡散手段が気泡を内包する透明な発泡性ガラス材料から構成されることを特徴とするものである。   The solid laser rod excitation module according to the present invention is characterized in that the semiconductor laser light diffusion means is made of a transparent foamable glass material containing bubbles.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光拡散手段がクーリングスリーブに形成されることを特徴とするものである。   The solid-state laser rod excitation module according to the present invention is characterized in that the semiconductor laser light diffusion means is formed on the cooling sleeve.

この発明に係る固体レーザロッド励起モジュールは、半導体レーザ光拡散手段がサファイヤから成ることを特徴とするものである。   The solid-state laser rod excitation module according to the present invention is characterized in that the semiconductor laser light diffusion means is made of sapphire.

この発明によれば、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、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることができ、さらに装置自体を小型化することができる効果がある。
According to the present invention, there is an effect that the solid laser rod can be excited with high power and high efficiency, and laser beam with high beam quality can be obtained.
Further, it is possible to obtain a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam with high efficiency, and further, the apparatus itself can be miniaturized.

この発明によれば、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、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることができ、さらに装置自体を小型化することができる効果がある。
According to the present invention, there is an effect that the solid laser rod can be excited with high power and high efficiency, and laser beam with high beam quality can be obtained.
Further, it is possible to obtain a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam with high efficiency, and further, the apparatus itself can be miniaturized.

この発明によれば、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し、高出力のレーザ光を得ることができる効果がある。
また、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることができ、さらに装置自体を小型化することができる効果がある。
According to the present invention, there is an effect that the solid laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain high-power laser light.
Further, it is possible to obtain a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam with high efficiency, and further, the apparatus itself can be miniaturized.

この発明によれば、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し、高出力のレーザ光を得ることができる効果がある。
また、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることができ、さらに装置自体を小型化することができる効果がある。
According to the present invention, there is an effect that the solid laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain high-power laser light.
Further, it is possible to obtain a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam with high efficiency, and further, the apparatus itself can be miniaturized.

この発明によれば半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることができ、さらに装置自体を小型化することができる効果がある。 According to the present invention, it is possible to obtain a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam with high efficiency, and to further reduce the size of the apparatus itself.

この発明によれば半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることができ、さらに装置自体を小型化することができる効果がある。 According to the present invention, it is possible to obtain a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam with high efficiency, and to further reduce the size of the apparatus itself.

この発明によれば、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状のスラブ導波路と、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、スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備えたので、構成を簡略化することができる効果がある。   According to this invention, the laser light is incident on the slit formed in the diffusive reflecting cylinder of the semiconductor laser light introduction means, the hexahedral slab waveguide disposed in the slit, and the six end faces of the slab waveguide. Since the first end face and the four end faces other than the second end face from which the laser beam is emitted are provided in the gap between the slit and the adhesive layer having a refractive index smaller than that of the slab waveguide, the configuration is simplified. There is an effect that can.

この発明によれば、半導体レーザ光導入手段は、第1の端面の面積より第2の端面の面積が小さく、且つ、第2の端面の固体レーザロッドの軸方向に垂直な方向の長さを固体レーザロッドの径より大きくしたので、固体レーザロッドを偏った方向からのみ励起することがなく、固体レーザロッドを高効率で励起することができる効果がある。   According to this invention, the semiconductor laser light introducing means has a second end face area smaller than the first end face area and a length in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod on the second end face. Since it is larger than the diameter of the solid laser rod, there is an effect that the solid laser rod can be excited with high efficiency without exciting the solid laser rod only from the biased direction.

この発明によれば、半導体レーザ光導入手段が入射した半導体レーザ光が半導体レーザのファスト軸方向と垂直な方向の端面を反射する回数は高々1回であることを特徴とするので、半導体レーザ光導入手段のレーザ光の閉じ込め効率を向上させることができ、固体レーザロッドを高効率で励起することができる効果がある。   According to the present invention, the number of times that the semiconductor laser light incident by the semiconductor laser light introducing means reflects the end face in the direction perpendicular to the fast axis direction of the semiconductor laser is at most once. The laser beam confinement efficiency of the introducing means can be improved, and the solid laser rod can be excited with high efficiency.

この発明によれば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。 According to the present invention, there is an effect that a solid laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain laser light with high beam quality.

この発明によれば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。 According to the present invention, there is an effect that a solid laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain laser light with high beam quality.

この発明によれば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。 According to the present invention, there is an effect that a solid laser rod can be excited with high power and high efficiency to obtain laser light with high beam quality.

この発明によれば構成を簡略化できる効果がある。 According to this invention, there exists an effect which can simplify a structure.

この発明によれば半導体レーザ光拡散手段の機械的強度が高くなる効果がある。 According to the present invention, there is an effect that the mechanical strength of the semiconductor laser light diffusing means is increased.

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A−A線に沿った断面図、図1(C)は図1(A)中のB部分の拡大図である。図1(A)〜図1(C)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はクーリングスリーブであって、半導体レーザ光に対して透明で筒状の形状を有しており、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ている。また、内部には固体レーザロッド2を冷却するための冷却液が循環している。4は半導体レーザ光に対して拡散性の筒状の拡散性反射筒であり、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ている。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である。スタック型半導体レーザ5はレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸方向に複数積層して構成されている。また、このスタック型半導体レーザ5は固体レーザロッド2の軸方向と垂直な方向とスロー軸方向が平行で、固体レーザロッド2の軸方向とファスト軸方向が平行になるように配置されている。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の軸方向と垂直な方向には10°程度の広がり角度を持つが、平行な方向では30°程度の大きな広がり角度を持っている。
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 1 of the present invention. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A, and FIG. 1C is an enlarged view of a portion B in FIG. 1A. 1A to 1C, 1 is a solid-state laser rod excitation module, 2 is a solid-state laser rod, and 3 is a cooling sleeve, which is transparent to semiconductor laser light and has a cylindrical shape. The solid laser rod 2 is disposed so as to be substantially coaxial with the solid laser rod 2. In addition, a coolant for cooling the solid laser rod 2 is circulated inside. Reference numeral 4 denotes a cylindrical diffusive reflecting cylinder that is diffusible with respect to the semiconductor laser light, and is disposed substantially coaxially with the solid laser rod 2 so as to surround the solid laser rod 2 and the cooling sleeve 3. Reference numerals 5-1 to 5-5 denote bar-shaped elements constituting the stacked semiconductor laser 5. The stack type semiconductor laser 5 is configured by laminating a plurality of bar-shaped elements configured by integrating a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction in the fast axis direction. Further, the stack type semiconductor laser 5 is arranged so that the direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2 and the slow axis direction are parallel, and the axial direction of the solid-state laser rod 2 and the fast axis direction are parallel. The laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 have a spread angle of about 10 ° in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod 2, but are as large as about 30 ° in the parallel direction. Has a spread angle.

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である。6−1〜6−5はシリンドリカルレンズであり、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、その略焦点距離だけ離れた位置に配置されており、対向するバー状素子からの出射レーザ光を平行化している。6aはシリンドリカルレンズアレーで、シリンドリカルレンズ6−1〜6−5により構成されている。6bは非球面レンズであり、この非球面レンズ6bおよびシリンドリカルレンズアレー6aから半導体レーザ光集光手段6が構成される。また、スタック型半導体レーザ5および半導体レーザ光集光手段6より半導体レーザ光出力装置5aが構成される。7は拡散性反射筒4に設けられた半導体レーザ光導入手段であって、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拡散性反射筒4内の固体レーザロッド2に向けて導入する。8はクーリングスリーブ3の表面に設けられた半導体レーザ光拡散手段であり、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させる。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。   Reference numeral 6 denotes a semiconductor laser beam condensing means for condensing the laser beam emitted from the stack type semiconductor laser 5. Reference numerals 6-1 to 6-5 denote cylindrical lenses, which are opposed to different bar-shaped elements constituting the stack type semiconductor laser 5, and are arranged at positions substantially away from the opposed bar-shaped elements by the approximate focal length. The laser beams emitted from the opposing bar-like elements are collimated. Reference numeral 6a denotes a cylindrical lens array, which includes cylindrical lenses 6-1 to 6-5. Reference numeral 6b denotes an aspherical lens. The aspherical lens 6b and the cylindrical lens array 6a constitute a semiconductor laser beam condensing means 6. The stack type semiconductor laser 5 and the semiconductor laser beam condensing means 6 constitute a semiconductor laser beam output device 5a. 7 is a semiconductor laser light introducing means provided in the diffusive reflecting cylinder 4, and the semiconductor laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means 6 is directed toward the solid laser rod 2 in the diffusive reflecting cylinder 4. Introduce. Reference numeral 8 denotes a semiconductor laser light diffusion means provided on the surface of the cooling sleeve 3, which diffuses the semiconductor laser light introduced by the semiconductor laser light introduction means 7. 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 a state in which the coolant flows.

なお、図1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、5個以上備えている場合もある。また、図1には、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個備えている場合について説明したが、固体レーザロッド2の軸方向に同一の構成要素を複数備えている場合もある。   FIG. 1 shows a case where five bar-shaped elements and five cylindrical lenses are provided, but there may be five or more. FIG. 1 illustrates the case where each of the stack type semiconductor laser 5, the semiconductor laser light condensing means 6, and the semiconductor laser light introducing means 7 is provided, but the same in the axial direction of the solid-state laser rod 2. There may be a plurality of components.

以下、半導体レーザ光出力装置5a、半導体レーザ光導入手段7、および半導体レーザ光拡散手段8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。   Hereinafter, the semiconductor laser light output device 5a, the semiconductor laser light introducing means 7, and the semiconductor laser light diffusing means 8 will be described in detail, and then the operation of the solid-state laser rod excitation module 1 will be described.

1.半導体レーザ光出力装置
(a)スタック型半導体レーザ
図示の例では上述のように、スタック型半導体レーザ5はレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸方向に複数積層して構成されている。また、このスタック型半導体レーザ5は固体レーザロッド2の軸方向と垂直な方向とスロー軸方向が平行で、固体レーザロッド2の軸方向とファスト軸方向が平行になるように配置されている。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の軸方向と垂直な方向には10°程度の広がり角度を持つが、平行な方向では30°程度の大きな広がり角度を持っている。
1. Semiconductor laser beam output device (a) Stack type semiconductor laser In the example shown in the drawing, the stack type semiconductor laser 5 is a bar-shaped element constructed by integrating a plurality of laser beam emission ends in the slow axis direction. A plurality of layers are stacked in the axial direction. Further, the stack type semiconductor laser 5 is arranged so that the direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2 and the slow axis direction are parallel, and the axial direction of the solid-state laser rod 2 and the fast axis direction are parallel. The laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 have a spread angle of about 10 ° in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod 2, but are as large as about 30 ° in the parallel direction. Has a spread angle.

(b)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5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拡散性反射筒4内からの半導体レーザ光の逃げが少なくなるので、全ての半導体レーザ光を入射させるためにも、半導体レーザ光の集光点の大きさを小さくすることが必要である。
(B) Semiconductor Laser Light Condensing Means The semiconductor laser light condensing means 6 condenses the laser light emitted from the stack type semiconductor laser 5 in order to increase the output. Further, by reducing the size of the semiconductor laser light introducing means 7, the escape of the semiconductor laser light from the diffusive reflector 4 is reduced, so that all the semiconductor laser light can be incident on the semiconductor laser light. It is necessary to reduce the size of the condensing point.

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、シリンドリカルレンズ6−1〜6−5をバー状素子5−1〜5−5の積層間隔と同じ間隔でバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向)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5−1〜5−5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、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。   In the first embodiment, the semiconductor laser beam condensing means 6 is composed of a cylindrical lens array 6a and an aspheric lens 6b. The cylindrical lens array 6a is configured such that the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 are parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 at the same interval as the stacking interval of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5. (A direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2 and a fast axis direction). Each cylindrical lens 6-1 to 6-5 is opposed to a different bar-shaped element 5-1 to 5-5 constituting the stacked semiconductor laser 5, and each cylindrical lens 6-1 to 6-6 is formed from the opposed bar-shaped element. It is arranged at a position separated by a substantially focal length of −5. The aspherical lens 6b has a refractive power in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5, and is between the cylindrical lens array 6a and the semiconductor laser light introducing means 7, and is a semiconductor laser. The light introducing means 7 is disposed at a position separated by the focal length of the aspherical lens 6b.

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。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、バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)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。   When the semiconductor laser beam condensing means 6 is configured as described above, the laser beams emitted from the opposing bar-shaped elements are collimated by the cylindrical lenses 6-1 to 6-5. The semiconductor laser beams collimated by the respective cylindrical lenses 6-1 to 6-5 are condensed on a line in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 by the aspherical lens 6b. The size of the semiconductor laser light focused on the line by the aspherical lens 6b (in the fast axis direction) parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (that is, the size of the condensing point) ) 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 aspherical lens 6b is f, d2 × f / f3, which is very small, for example, several μm.

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バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)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ぼやけるが、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。   In this case, the width of the semiconductor laser light that has passed through the cylindrical lens array 6a in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (fast axis direction) is as large as 10 to 20 mm, for example. Since the condensing angle at the lens becomes large, spherical aberration occurs and the size of the condensing point is greatly blurred. However, by using the aspherical lens 6b as the condensing lens, the spherical aberration can be suppressed low, and the size of the condensing point. Is kept small.

また、この場合、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(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)を起こし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Oからバー状素子5−1〜5−nの積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)にf×θ1(1fは非球面レンズ6bの焦点距離)だけずれる。   In this case, when any of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is deviated from the predetermined installation position, the laser beam emitted from the bar-shaped element deviated from the predetermined installation position is paralleled by the opposing cylindrical lens. When the laser beam is converted into an angle, an angle deviation from a predetermined direction occurs in the parallelized semiconductor laser beam. For example, FIG. 2 shows that the bar-shaped element 5-1 is shifted by Δp from a predetermined installation position (the bar-shaped element 5-1 though the predetermined stacking interval of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is p. 1 and the adjacent bar-like element 5-2 is p + Δp), the semiconductor laser beam collimated by the opposing cylindrical lens 6-1 causes an angular deviation θ (unit: radians) from a predetermined direction. Shows the case. At this time, the condensing position of the collimated semiconductor laser light having the angular deviation θ1 by the aspherical lens 6b is parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-n from the predetermined condensing position O. Is shifted by f × θ1 (1f is the focal length of the aspherical lens 6b).

所定の集光位置O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て集光点の大きさが大きくぼやける。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バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向)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、バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向に±θ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に示した値は非球面レンズ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、直線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と共に、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。   In order to reduce the deviation from the predetermined condensing position O and reduce the size of the 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 away from the center position of the spherical lens 6b, and the size of the condensing point is greatly blurred. FIG. 3 shows the width of the semiconductor laser light passing through the cylindrical lens array 6a in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (the direction parallel to the axial direction of the solid laser rod 2 and the fast axis direction). The aspherical lens 6b normalized by L passes through a cylindrical lens array 6a having the focal length f of the aspherical lens 6b as a horizontal axis and having a spread angle of ± θ in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5. It is the graph which showed the magnitude | size of the condensing point when a semiconductor laser beam was condensed on the line by the aspherical lens 6b as a vertical axis | shaft. The values shown in FIG. 3 are results obtained by calculating the aspherical shape of the aspherical lens 6b so that the size of the condensing point at each focal length is minimized. In FIG. 3, a curve a is a case where coma occurs, and a straight line b is a case where no coma occurs. As shown in FIG. 3, when coma does not occur, the focal length is reduced and the size of the focal point is reduced. On the other hand, when coma occurs, it becomes minimum when the focal length f of the aspherical lens 6b normalized by the width L is 0.7, and becomes extremely large when it is smaller than 0.5. Accordingly, when the focal length f of the aspheric lens 6b normalized 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, the size of the condensing point is large. This is desirable because of its small size.

なお、図1(A)に示したA−A線を回転軸としてシリンドリカルレンズアレー6aと非球面レンズ6bとが平行に配置された所定の設置位置から角度ずれを起こした場合、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、バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)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、半導体レーザ光導入手段7に焦点がぼやけて入射されてしまう。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るために望ましい。   In the case where an angle shift occurs from a predetermined installation position in which the cylindrical lens array 6a and the aspherical lens 6b are arranged in parallel with the AA line shown in FIG. Aspherical lens 6b for semiconductor laser light in a direction (fast axis direction) parallel to the stacking direction of bar-shaped elements 5-1 to 5-5 at two points separated by a predetermined interval in a direction parallel to the axial direction of The condensing position shifts due to the above, and the focal point is incident on the semiconductor laser light introducing means 7 in a blurred manner. For example, when an angle shift of 1 ° occurs, the shift of the condensing position is 170 μm at two points 10 mm apart. 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 deviation can be suppressed to 0.1 ° or less, and the condensing position This is desirable because the deviation is small.

また、バー状素子5−1〜5−5の積層方向と垂直な方向(スロー軸方向)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、垂直な方向にも集光される。従って、バー状素子5−1〜5−5の積層方向と垂直な方向にも屈折力を有する非球面レンズ6bを用いる場合には、半導体レーザ光導入手段7の大きさをより小さくすることで、拡散性反射筒4からの半導体レーザ光の逃げが少なくなるため固体レーザロッド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。   Further, when an aspherical lens having refractive power in a direction (slow axis direction) perpendicular to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is used, each cylindrical lens 6-1 to 6-5 is used. The semiconductor laser beam collimated by the above is condensed on the line in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 by the aspherical lens 6b and also in the vertical direction. Therefore, when the aspherical lens 6b having refractive power in the direction perpendicular to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 is used, the size of the semiconductor laser light introducing means 7 can be reduced. Since the escape of the semiconductor laser light from the diffusive reflector 4 is reduced, it is desirable that the solid laser rod 2 can be excited more efficiently.

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、バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)の大きさを略保持して拡散性反射筒4内の固体レーザロッド2に向けて導入するものである。
2. Semiconductor laser light introducing means The semiconductor laser light introducing means 7 converts the semiconductor laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means 6 into a bar-shaped element 5-1, in order to excite the solid laser rod 2 with high efficiency. It is introduced toward the solid-state laser rod 2 in the diffusive reflector 4 while substantially maintaining the size (fast axis direction) parallel to the stacking direction of ˜5-5.

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バー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)の大きさ、すなわち固体レーザロッド2の軸方向に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、その前後で発散的に大きくなる。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。   The size of the semiconductor laser light focused on the line by the aspherical lens 6b in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (fast axis direction), that is, in the axial direction of the solid-state laser rod 2. The size in the parallel direction is the smallest at the condensing position by the aspherical lens 6b, but divergently increases before and after that. Further, when the diffusive reflector 4 is formed of a ceramic material or a polymer material generally used as a material for forming the diffusive reflector 4, the reflectance greatly depends on the thickness of the diffusive reflector 4. For example, when the diffusive reflector 4 having a reflectance of 98% or more is formed of a ceramic material, the thickness of the diffusive reflector 4 needs to be about 10 mm.

このため、図5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のバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向)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にもなってしまう。従って、拡散性反射筒4内での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下する。これより、半導体レーザ光のバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向の集光点における大きさを保持して拡散性反射筒4内に導入する半導体レーザ光導入手段7が必要となる。   For this reason, as shown in FIG. 5, when the semiconductor laser light introducing means 7 is composed of only the slits 11 formed in the diffusive reflector 4, the bar-like elements 5-1 to 5-5 of the slits 11 are used. The size in the direction parallel to the stacking direction (direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2 and fast axis direction) must be increased. For example, the thickness L of the diffusive reflecting cylinder 4 is 10 mm, the width L parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 of the semiconductor laser light passing through the cylindrical lens array 6a is 10 mm, and the aspherical lens 6b When the focal length is 7 mm, the spread angle of the semiconductor laser light before and after the converging position by the aspherical lens 6b is about 70 °, and the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 of the semiconductor laser light at both ends of the slit 11 The size in the direction parallel to the laminating direction is 7 mm. Therefore, the confinement performance of the semiconductor laser light in the diffusive reflector 4 is lowered. As a result, the semiconductor laser light introducing means 7 for introducing the semiconductor laser light into the diffusive reflector 4 while maintaining the size at the condensing point in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5. Is required.

図6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剤層13とから構成している。図6(B)は図6(A)中のB−B線に沿った断面図である。   As shown in FIG. 6, in the first embodiment, the semiconductor laser light introducing means 7 includes a slit 11 formed in the diffusive reflector 4, a hexahedral slab waveguide 12 disposed in the slit 11, and a slab guide. From the slab waveguide 12 provided in the gap between the slits 11 and the four end faces other than the first end face 12a on which the semiconductor laser light is incident and the second end face 12b on which the semiconductor laser light is emitted among the six end faces of the waveguide 12 The adhesive layer 13 is made of an optical adhesive having a small refractive index. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

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O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剤層13とスラブ導波路12との界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内に導入される。   When the semiconductor laser light introducing means 7 is configured in this way, the semiconductor laser light condensed on the line at the condensing position O enters the slab waveguide 12 from the first end face 12a. The semiconductor laser light incident on the slab waveguide 12 repeats total reflection at the interface between the adhesive layer 13 having a lower refractive index than that of the slab waveguide 12 and the slab waveguide 12, and is emitted from the second end face 12b. It is introduced into the reflecting cylinder 4.

ここで、本発明におけるスタック型半導体レーザ5はレーザ光の出射端を固体レーザロッド2の軸方向と垂直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の軸方向と平行な方向(ファスト軸方向)に複数積層して構成しているので、固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向の半導体レーザ光は大きな広がり角度をもっている。このため、スタック型半導体レーザ5を固体レーザロッド2の軸方向とファスト軸方向が平行で、固体レーザロッド2の軸方向とスロー軸方向が垂直に配置した場合と異なり、固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向から入射する半導体レーザ光の内で、固体レーザロッド2の第2の端面12bに対向した部分へ最初に入射する光量の比率は遙かに小さい。さらに、図6(A)に示すように第2の端面12bの固体レーザロッド2の軸方向と垂直な方向の長さWを、固体レーザロッド2の径Rより大きくなるように構成することによっても、図6(A)の断面平面に平行な方向から固体レーザロッド2に入射する半導体レーザ光の最初に固体レーザロッド2に入射する光量の比率を小さくすることができる。図6には、この様子が矢印により示されている。   Here, the stack type semiconductor laser 5 in the present invention has a bar-like element configured by integrating a plurality of laser light emitting ends in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2, and the axial direction of the solid-state laser rod 2. Since a plurality of layers are stacked in the parallel direction (fast axis direction), the semiconductor laser light in the direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2 has a large spread angle. For this reason, the axial direction of the solid-state laser rod 2 is different from that in the case where the axial direction of the solid-state laser rod 2 is parallel to the fast axis direction and the axial direction of the solid-state laser rod 2 is perpendicular to the slow axis direction. Of the semiconductor laser light incident from a direction parallel to the direction, the ratio of the amount of light initially incident on the portion facing the second end face 12b of the solid-state laser rod 2 is much smaller. Further, as shown in FIG. 6A, the length W of the second end face 12b in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod 2 is configured to be larger than the diameter R of the solid laser rod 2. In addition, the ratio of the amount of light incident on the solid laser rod 2 at the beginning of the semiconductor laser light incident on the solid laser rod 2 from a direction parallel to the cross-sectional plane of FIG. In FIG. 6, this state is indicated by arrows.

スラブ導波路12の形状としては上記の図6のような直方体形状でもよいが、図7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。この時、上記と同様にスラブ導波路12の第2の端面12bの固体レーザロッド2の軸方向と垂直な方向の長さWを固体レーザロッド2の径Rより大きくなるように構成すると、第2の端面12bを出射した半導体レーザ光の最初に固体レーザロッド2に入射する光量の比率を小さくすることができる。これにより、固体レーザロッド2の励起強度の不均一な分布を解消することができ、固体レーザロッド2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。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。なお、図7(B)は図7(A)中のB−B線に沿った断面図である。   The slab waveguide 12 may have a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 6 as long as the area of the second end face 12b is smaller than the area of the first end face 12a of the slab waveguide 12 as shown in FIG. This is desirable because the escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser light introducing means 7 can be reduced and the solid laser rod 2 can be excited with high efficiency. At this time, if the length W of the second end face 12b of the slab waveguide 12 in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod 2 is made larger than the diameter R of the solid laser rod 2 as described above, The ratio of the amount of light incident on the solid laser rod 2 at the beginning of the semiconductor laser light emitted from the second end face 12b can be reduced. Thereby, the non-uniform distribution of the excitation intensity of the solid laser rod 2 can be eliminated, the solid laser rod 2 can be excited with high power and high efficiency, and laser light with high beam quality can be obtained. It is also desirable to increase the refractive index of the slab waveguide 12 as much as possible and to reduce the critical angle of the total reflection condition as much as possible. Note that FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

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。ここで、図8に示すように、スラブ導波路12において、半導体レーザ光が入射する第1の端面12aにおけるスロー軸方向の大きさをa、半導体レーザ光が出射する第2の端面12bにおけるスロー軸方向の大きさをb、スロー軸方向およびファスト軸方向に垂直な方向であるスラブ導波路12の長手軸方向の長さをc、第3、第4の端面12c,12dのスラブ導波路12の長手軸方向からの傾斜角度をα(=tan[(a−b)/2c]とする。スラブ導波路12に入射する半導体レーザ光において、スポットサイズをka、広がり半角をiと定義する。半導体レーザ光の光線のスラブ導波路12内での第3、第4の端面12c,12dに対する反射回数nを仮定すると、各反射における入射角度in(n=1,2,...)および各反射光線におけるスラブ導波路12の長手軸方向との角度βn(n=1,2,...)には、次の式(1)、式(2)の関係が成り立つ。 However, if the area of the second end face 12b is made too small compared to the area of the first end face 12a, the incident angle of the semiconductor laser light on the end face of the slab waveguide 12 becomes small and the total reflection condition 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. Here, as shown in FIG. 8, in the slab waveguide 12, the size in the slow axis direction of the first end face 12a where the semiconductor laser light is incident is a, and the slow speed in the second end face 12b where the semiconductor laser light is emitted. The length in the longitudinal direction of the slab waveguide 12 that is b in the axial direction, the direction perpendicular to the slow axis direction and the fast axis direction is c, and the slab waveguide 12 of the third and fourth end faces 12c and 12d. Is defined as α (= tan [(a−b) / 2c]. In the semiconductor laser light incident on the slab waveguide 12, the spot size is defined as ka and the spreading half angle is defined as i. the semiconductor laser light beam slab waveguide 12 within in the third, fourth end surface 12c, assuming the number of reflections n for 12d, the incident angle i n (n = 1,2, ... ) at each reflection and Each Angle beta n of the longitudinal axis of the slab waveguide 12 in the beam (n = 1,2, ...), the following equation (1), the relationship of Equation (2) holds.

Figure 0004927051
Figure 0004927051

ただし、n1は接着材層13の屈折率、n2はスラブ導波路12の屈折率、γは半導体レーザ光のスラブ導波路12内への出射角度である。上記式(1)、式(2)から、半導体レーザ光がスラブ導波路12内で全反射する条件および半導体レーザ光がスラブ導波路12から全透過する条件におけるスラブ導波路12内において制限される反射回数の関係が次の式(3)、式(4)のように得られる。 Here, n 1 is the refractive index of the adhesive layer 13, n 2 is the refractive index of the slab waveguide 12, and γ is the emission angle of the semiconductor laser light into the slab waveguide 12. From the above formulas (1) and (2), the conditions are limited in the slab waveguide 12 under the condition that the semiconductor laser light is totally reflected in the slab waveguide 12 and the condition that the semiconductor laser light is totally transmitted from the slab waveguide 12. The relationship of the number of reflections is obtained as in the following formulas (3) and (4).

Figure 0004927051
Figure 0004927051

図9に、半導体レーザ光におけるスロー軸方向の広がり角度を10°とし、BK7(n2 =1.516)あるいはYAG(n2 =1.82)によりスラブ導波路12を形成した場合における、式(3)および式(4)より得られるスラブ導波路12の長手軸方向からの傾斜角度αとスラブ導波路12内において制限される反射回数の関係をそれぞれ示す。 FIG. 9 shows an equation in the case where the slab waveguide 12 is formed by BK7 (n 2 = 1.516) or YAG (n 2 = 1.82) with the spread angle of the semiconductor laser light in the slow axis direction being 10 °. The relationship between the inclination angle α from the longitudinal axis direction of the slab waveguide 12 obtained from (3) and formula (4) and the number of reflections limited in the slab waveguide 12 is shown.

図9に示すように、式(3)および式(4)より得られる条件からできるだけスラブ導波路12の長手軸方向からの傾斜角度αを大きくしてスロー軸方向およびファスト軸方向に垂直な方向であるスラブ導波路12の長手軸方向の長さcを短くするためには、スラブ導波路12内における半導体レーザ光のファスト軸方向と垂直な方向における反射回数は高々1回(つまり、図7中に示したスラブ導波路12内の第3、第4の端面12c,12dに対する反射回数を高々1回とする)として、スラブ導波路12から出射することが必要である。さらに、スラブ導波路12の屈折率n2 を大きくすることにより、スラブ導波路12の長手軸方向からの傾斜角度αを大きくすることができるので、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。   As shown in FIG. 9, a direction perpendicular to the slow axis direction and the fast axis direction by increasing the inclination angle α from the longitudinal axis direction of the slab waveguide 12 as much as possible from the conditions obtained from the equations (3) and (4). In order to shorten the length c of the slab waveguide 12 in the longitudinal axis direction, the number of reflections of the semiconductor laser light in the slab waveguide 12 in the direction perpendicular to the fast axis direction is at most one (that is, FIG. 7). It is necessary to emit from the slab waveguide 12 as the number of reflections with respect to the third and fourth end faces 12c and 12d in the slab waveguide 12 shown in FIG. Further, by increasing the refractive index n2 of the slab waveguide 12, the inclination angle α from the longitudinal axis direction of the slab waveguide 12 can be increased, so that the area of the first end face 12a of the slab waveguide 12 is larger. If the area of the second end face 12b is small, the escape of the semiconductor laser light from the semiconductor laser light introducing means 7 can be reduced, and the solid laser rod 2 can be excited with high efficiency.

3.半導体レーザ光拡散手段
拡散性反射筒4内へ入射する半導体レーザ光の内で固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向(ファスト軸方向)の成分は拡散するので、固体レーザロッド2に最初に入射する半導体レーザ光の割合は小さい。一方、固体レーザロッド2の軸方向に垂直な方向(スロー軸方向)の成分の半導体レーザ光は広がり角が小さいので、上述のようにスラブ導波路12における第1の端面12aの面積を第2の端面12bより大きくし、且つ、第2の端面12bの固体レーザロッド2軸方向に垂直な方向の長さWを固体レーザロッド2の径Rより大きくとることによって、固体レーザロッド2に最初に入射する半導体レーザ光の割合を小さくすることができるが、固体レーザロッド2の励起強度の不均一な分布を完全に解消できるものではない。
3. Semiconductor laser light diffusing means The component in the direction parallel to the axial direction of the solid laser rod 2 (fast axis direction) in the semiconductor laser light incident into the diffusive reflector 4 is diffused. The ratio of the incident semiconductor laser light is small. On the other hand, since the semiconductor laser light having a component perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2 (slow axis direction) has a small divergence angle, the area of the first end face 12a in the slab waveguide 12 is reduced to the second as described above. By making the length W of the second end surface 12b perpendicular to the axial direction of the solid laser rod 2 larger than the diameter R of the solid laser rod 2, the solid laser rod 2 is first Although the ratio of the incident semiconductor laser light can be reduced, the uneven distribution of the excitation intensity of the solid-state laser rod 2 cannot be completely eliminated.

図10に拡散性反射筒4内の半導体レーザ光の伝搬を模式的に示す。図のように、半導体レーザ光導入手段7から出射される半導体レーザ光は指向性を有しているため、透明なクーリングスリーブ3を通過して固体レーザロッド2の半導体レーザ光導入手段7側に強い光強度で入射する。この後、固体レーザロッド2で吸収された残りの弱い強度の半導体レーザ光が拡散性反射筒4で拡散反射して指向性を落としつつ、さらに強度を弱くして固体レーザロッド2に再入射する。一旦拡散反射された半導体レーザ光は拡散性反射筒4内に均一に分布するようになり、略円筒状の拡散性反射筒4から固体レーザロッド2に半導体レーザ光を均一に照射するようになる。しかし、この照射光強度は小さいために、固体レーザロッド2内では、半導体レーザ光導入手段7の端面と対向した部分が高い強度分布を示し、均一な分布が得られない。   FIG. 10 schematically shows the propagation of the semiconductor laser light in the diffusive reflector 4. As shown in the figure, since the semiconductor laser light emitted from the semiconductor laser light introducing means 7 has directivity, it passes through the transparent cooling sleeve 3 to the semiconductor laser light introducing means 7 side of the solid laser rod 2. Incident with strong light intensity. Thereafter, the remaining weak semiconductor laser light absorbed by the solid-state laser rod 2 is diffusely reflected by the diffusive reflector 4 to reduce the directivity, and is further reduced in intensity and re-incident on the solid-state laser rod 2. . The semiconductor laser light once diffusely reflected is uniformly distributed in the diffusive reflector 4 and the solid laser rod 2 is uniformly irradiated with the semiconductor laser light from the substantially cylindrical diffusive reflector 4. . However, since this irradiation light intensity is small, a portion of the solid laser rod 2 facing the end face of the semiconductor laser light introducing means 7 shows a high intensity distribution, and a uniform distribution cannot be obtained.

この問題を回避するためには、半導体レーザ光導入手段7から出射した光が固体レーザロッド2に入射するまでの間に、半導体レーザ光の指向性を落すことが有効である。そこで、図11に示すよう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ために半導体レーザ光拡散手段8を設けた。   In order to avoid this problem, it is effective to reduce the directivity of the semiconductor laser light before the light emitted from the semiconductor laser light introducing means 7 enters the solid laser rod 2. Therefore, as shown in FIG. 11, a semiconductor laser light diffusion means 8 is provided to diffuse the semiconductor laser light introduced by the semiconductor laser light introduction means 7 between the semiconductor laser light introduction means 7 and the solid-state laser rod 2. .

半導体レーザ光拡散手段8は、スリガラス状の透明な光学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、実施の形態1ではクーリングスリーブ3の内周面をグランドラフとしてスリガラス状に荒らすことにより、半導体レーザ光拡散手段8を構成している。この場合、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。また、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。同じ表面粗度でも、境界の屈折率差が大きい程、拡散性が高くなるため、半導体レーザ光拡散手段8の材料は屈折率の高いものであることが望ましい。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、半導体レーザ光拡散手段8をクーリングスリーブ3に形成した場合、これをサファイヤにより形成することが適している。   The semiconductor laser light diffusing means 8 can be configured by arranging a transparent glass-like optical material surrounding the solid laser rod 2, but in the first embodiment, the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3 is a ground rough. The semiconductor laser light diffusing means 8 is configured by roughening in a ground glass shape. In this case, the surface roughness of the ground rough depends on the refractive index of the cooling sleeve 3, but is preferably several times to 10 times the wavelength of the semiconductor laser light, that is, about several μm to 10 μm. Moreover, although there are methods such as mechanical polishing and chemical treatment as a method for forming a ground rough, it is desirable to use chemical treatment because cracks and the like can be suppressed. Even with the same surface roughness, the larger the difference in the refractive index at the boundary, the higher the diffusibility. Therefore, it is desirable that the material of the semiconductor laser light diffusing means 8 has a high refractive index. Since the cooling sleeve 3 is desired to be thin and have high mechanical strength, when the semiconductor laser light diffusing means 8 is formed on the cooling sleeve 3, it is suitable to form it by sapphire.

このようにクーリングスリーブ3の内周面に形成された半導体レーザ光拡散手段8によって拡散性反射筒4内に導入された指向性のある高強度の半導体レーザ光が拡散される。図11には、この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内で均一に分布され、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。   The semiconductor laser light diffusing means 8 formed on the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3 diffuses the directional high-intensity semiconductor laser light introduced into the diffusive reflector 4. In FIG. 11, this state is indicated by arrows. The diffused semiconductor laser light is uniformly distributed in the diffusive reflector 4 and is incident on the solid laser rod 2 and absorbed. For this reason, the intensity distribution of the semiconductor laser light in the solid laser rod 2 becomes axisymmetric and uniform, and the temperature distribution in the solid laser rod 2 becomes a second-order axisymmetric distribution, and the solid laser rod 2 has wavefront aberration. No graded / refractive index lens, and high beam quality laser light can be obtained.

なお、クーリングスリーブ3を半導体レーザ光拡散手段8とする場合、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することもできる。この場合、拡散性はクーリングスリーブ3の内周面をグランドラフとする場合より高い。   When the cooling sleeve 3 is used as the semiconductor laser light diffusing means 8, the cooling sleeve 3 may be made of foamable glass containing bubbles having a diameter of several to about 10 times the wavelength of the semiconductor laser light, that is, about several μm to 10 μm. it can. In this case, the diffusibility is higher than when the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3 is a ground rough.

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6−1〜6−5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によりバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向)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12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内に導入される。
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 6-1 to 6-5. The collimated semiconductor laser beam is lined in a direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2, fast axis direction) by the aspherical lens 6b. Focused. 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 12 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 reflector 4.

このとき、スタック型半導体レーザ5の各バー状素子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の軸方向と垂直な方向(スロー軸方向)に10°程度の広がり角度を持ち、固体レーザロッド2の軸方向と平行な方向(ファスト軸方向)に30°程度の広がり角度を持っている。このため、固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向に入射した半導体レーザ光は拡散し、固体レーザロッド2の半導体レーザ光導入手段7の端面に対向する部分に入射する半導体レーザ光の光量の比率は小さな値となる。また、スラブ導波路12における第1の端面12aの面積を第2の端面12bより大きくし、且つ、第2の端面12bの固体レーザロッド2軸方向に垂直な方向の長さWを固体レーザロッド2の径Rより大きくとることによって、図1(A)に示すように広がり角の小さい固体レーザロッド2の軸方向に垂直な方向に入射した半導体レーザ光の内で、固体レーザロッド2に最初に入射する光量の割合を小さくしている。さらに、図1(C)に示すように、クーリングスリーブ3の内周面に設けた半導体レーザ光拡散手段8によって、入射した半導体レーザ光は拡散される。上記のようにして半導体レーザ光は拡散性反射筒4内で均一に分布する。   At this time, the laser light emitted from each of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 of the stack type semiconductor laser 5 has a spread angle of about 10 ° in a direction (slow axis direction) perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2. And has a spread angle of about 30 ° in the direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2 (fast axis direction). For this reason, the semiconductor laser light incident in the direction parallel to the axial direction of the solid-state laser rod 2 is diffused, and the amount of the semiconductor laser light incident on the portion of the solid-state laser rod 2 facing the end surface of the semiconductor laser light introducing means 7 is reduced. The ratio is a small value. Further, the area of the first end face 12a in the slab waveguide 12 is made larger than that of the second end face 12b, and the length W of the second end face 12b in the direction perpendicular to the solid laser rod biaxial direction is set as the solid laser rod. 2 is larger than the diameter R of the semiconductor laser beam 2 as shown in FIG. 1A, the semiconductor laser light incident in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod 2 having a small divergence angle is first applied to the solid laser rod 2. The ratio of the amount of light incident on the is reduced. Further, as shown in FIG. 1C, the incident semiconductor laser light is diffused by the semiconductor laser light diffusion means 8 provided on the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3. As described above, the semiconductor laser light is uniformly distributed in the diffusive reflector 4.

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および半導体レーザ光集光手段6からなる半導体レーザ光出力装置5a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とで構成したので、固体レーザロッド2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。   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 reflector 4, the stacked semiconductor laser 5 and the semiconductor laser described above. Since the semiconductor laser light output device 5a composed of the light condensing means 6, the semiconductor laser light introducing means 7, and the semiconductor laser light diffusing means 8 are used, the solid-state laser rod 2 is excited with high power and high efficiency. Beam quality laser light can be obtained.

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図であり、(A)は固体レーザロッド2の軸方向に垂直な方向に切った断面図、(B)は(A)中のC−C線に沿った断面図、(C)は(A)中のC部分の拡大図である。(A)〜(C)において、31は固体レーザロッド励起モジュール、34は鏡面反射性反射筒であり、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ており、半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の形状をしている。37は鏡面反射性反射筒34に設けた半導体レーザ光導入手段であり、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内に導入する。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(スロー軸方向)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(ファスト軸方向)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。
Embodiment 2. FIG.
12A and 12B are diagrams showing the configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 12A is a cross-sectional view cut in a direction perpendicular to the axial direction of the solid-state laser rod 2, and FIG. Sectional drawing along CC line in A), (C) is an enlarged view of C part in (A). In (A) to (C), 31 is a solid-state laser rod excitation module, and 34 is a specular reflection reflecting cylinder, which is arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod 2 and surrounding the solid-state laser rod 2 and the cooling sleeve 3. It has a cylindrical shape that is mirror-reflective with respect to the semiconductor laser light. Reference numeral 37 denotes a semiconductor laser light introduction means provided in the specular reflection reflecting cylinder 34, and introduces the semiconductor laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means 6 into the specular reflection reflecting cylinder 34. The other components are the same as or equivalent to those shown in FIG. 1 with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 12A, an arrow X indicates a direction (slow axis 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 (fast Axial direction). FIG. 12B shows a state in which the coolant flows.

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て鏡面反射性反射筒34内での半導体レーザ光の閉じ込め効率を高くしている。また、クーリングスリーブ3の内周面をスリガラス状に荒らして、半導体レーザ光拡散手段8を構成している。   In the second embodiment, the specular reflection reflecting cylinder 34 is constituted by a highly reflective coating film formed on the outer peripheral surface of the cooling sleeve 3, and the semiconductor laser light introducing means 37 is reduced on the outer peripheral surface of the cooling sleeve 3 in a slit shape. It is composed of a reflective coating film. In this case, the size of the semiconductor laser light introducing means 37 constituted by the antireflection coating film formed in the slit shape is set to be approximately the same as the size of the semiconductor laser light focused on the line by the aspherical lens 6b. The confinement efficiency of the semiconductor laser light in the cylinder 34 is increased. Further, the semiconductor laser light diffusing means 8 is configured by roughening the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3 in the form of ground glass.

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、半導体レーザ光出力装置5a内で各バー状素子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6−1〜6−5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(固体レーザロッド2の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向)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内に導入される。鏡面反射性反射筒34内に導入された半導体レーザ光は、クーリングスリーブ3の内周面で拡散される。図12(C)には、半導体レーザ光がクーリングスリーブ3の内周面に形成された半導体レーザ光拡散手段8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内で均一に分布され、固体レーザロッド2に入射して吸収される。   When the solid-state laser rod excitation module 31 is configured in this way, the laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 in the semiconductor laser beam output device 5a are opposed to the cylindrical lenses 6-1 to 6-6 facing each other. Parallelized by -5. The paralleled semiconductor laser beam is parallel to the stacking direction of the five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 by the aspherical lens 6b (the direction parallel to the axial direction of the solid laser rod 2 and the fast axis direction). It is condensed on the line. The semiconductor laser beam condensed on the line is introduced into the specular reflecting reflector 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 specular reflective cylinder 34 is diffused on the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3. In FIG. 12C, the state in which the semiconductor laser light is diffused by the semiconductor laser light diffusion means 8 formed on the inner peripheral surface of the cooling sleeve 3 is indicated by arrows. The diffused semiconductor laser light is uniformly distributed in the diffusive reflector 4 and is incident on the solid laser rod 2 and absorbed.

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および半導体レーザ光集光手段6よりなる半導体レーザ光出力装置5a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2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。   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 specular reflective reflector 34, the stacked semiconductor laser 5, and the semiconductor. Since the semiconductor laser light output device 5a comprising the laser light condensing means 6, the semiconductor laser light introducing means 37, and the semiconductor laser light diffusing means 8, the solid laser rod 2 is excited with high power and high efficiency. Beam quality laser light can be obtained.

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内での半導体レーザ光の閉じ込め効率が低下する。   If the semiconductor laser light diffusing means 8 is not provided, the focal point of the aspherical lens 6b is adjusted so that the condensing angle at the aspherical lens 6b falls within the angle at which the solid 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 is increased, and the confinement efficiency of the semiconductor laser light in the specular reflective reflector 34 is lowered.

実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2では、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、図13に示すように実施の形態1もしくは実施の形態2で説明した系において、半導体レーザ光照射手段22を固体レーザロッド2の周囲に複数配置して固体レーザロッド励起モジュール21を構成したものが実施の形態3である。この実施の形態3によれば固体レーザロッド2内で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るので、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。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment and the second embodiment, one semiconductor laser light irradiating means composed of the stack type semiconductor laser 5, the semiconductor laser light focusing means 6, the semiconductor laser light introducing means 37, and the semiconductor laser light diffusing means 8 is provided. Although the system to be used has been described, in the system described in the first or second embodiment as shown in FIG. 13, a plurality of semiconductor laser light irradiation means 22 are arranged around the solid laser rod 2 to excite the solid laser rod. The configuration of the module 21 is the third embodiment. According to the third embodiment, the intensity of the semiconductor laser light is increased within the solid-state laser rod 2 and the intensity distribution is more axially symmetric and uniform, so that a laser beam with higher power and higher beam quality can be obtained. Can do.

実施の形態4.
図14はこの発明の実施の形態4による半導体レーザ光出力装置の構成を示す図であり、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。図1(A),図1(B)において、5’はレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子のアレー半導体レーザである。このアレー半導体レーザ5’から出射されたレーザ光は、スロー軸方向には10°程度の広がり角度を持つが、ファスト軸方向では30°程度の大きな広がり角度を持っている。
Embodiment 4 FIG.
14A and 14B are diagrams showing a configuration of a semiconductor laser light output device according to Embodiment 4 of the present invention, in which FIG. 14A is a cross-sectional view along the slow axis direction, and FIG. 14B is a line AA in FIG. FIG. 1A and 1B, reference numeral 5 ′ denotes an array semiconductor laser of a bar-like element configured by integrating a plurality of laser light emission ends in the slow axis direction. The laser light emitted from the array semiconductor laser 5 ′ has a spread angle of about 10 ° in the slow axis direction, but has a large spread angle of about 30 ° in the fast axis direction.

6はアレー半導体レーザ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である。6−1はシリンドリカルレンズであり、アレー半導体レーザ5’のバー状素子と対向し、対向するバー状素子から、その略焦点距離だけ離れた位置に配置されており、対向するバー状素子から出射されたレーザ光を平行化している。6bは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をアレー半導体レーザ5’のファスト軸方向に集光する非球面レンズである。15はアレー半導体レーザ5’から出射されたレーザ光を屈折する半導体レーザ光屈折手段としての屋根型プリズムであり、屋根型プリズム15の稜線はファスト軸方向に平行な方向とし、屋根型プリズム15の稜線に対向する面は半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置して、シリンドリカルレンズ6−1から出射された半導体レーザ光をスロー軸方向に屈折している。   A semiconductor laser beam condensing means 6 condenses the laser beam emitted from the array semiconductor laser 5 '. Reference numeral 6-1 denotes a cylindrical lens which is opposed to the bar-shaped element of the array semiconductor laser 5 'and is disposed at a position substantially away from the opposed bar-shaped element by its focal length, and is emitted from the opposed bar-shaped element. The parallel laser beam is collimated. Reference numeral 6b denotes an aspheric lens that condenses the semiconductor laser beam collimated by the cylindrical lens 6-1 in the fast axis direction of the array semiconductor laser 5 '. Reference numeral 15 denotes a roof type prism as a semiconductor laser beam refracting means for refracting the laser beam emitted from the array semiconductor laser 5 ′. The ridge line of the roof type prism 15 is set in a direction parallel to the fast axis direction. The surface facing the ridge line is installed substantially perpendicular to the traveling direction of the semiconductor laser light, and refracts the semiconductor laser light emitted from the cylindrical lens 6-1 in the slow axis direction.

上記半導体レーザ光集光手段6は実施の形態1において説明したものと同様であるので重複する説明を省略する。以下、屋根型プリズム15について詳細に説明した後、実施の形態4の半導体レーザ光出力装置の動作について説明する。   Since the semiconductor laser beam condensing means 6 is the same as that described in the first embodiment, a duplicate description is omitted. Hereinafter, the roof prism 15 will be described in detail, and then the operation of the semiconductor laser light output device of the fourth embodiment will be described.

屋根型プリズム15は、アレー半導体レーザ5’から出射されたレーザ光を屈折するものである。また、任意の大きさで限られた範囲に、全ての半導体レーザ光のエネルギーを集中させるためには、半導体レーザ光のスロー軸方向の大きさを小さく抑えることが必要である。   The roof prism 15 refracts the laser light emitted from the array semiconductor laser 5 '. Further, in order to concentrate the energy of all the semiconductor laser light in a limited range with an arbitrary size, it is necessary to keep the size of the semiconductor laser light in the slow axis direction small.

屋根型プリズム15は、シリンドリカルレンズ6−1と非球面レンズ6bとの間にあって、屋根型プリズム15の稜線を含んだカット面が半導体レーザ光の進行方向に対してスロー軸方向に傾いており、半導体レーザ光に対してスロー軸方向に屈折力を与えている。これにより、屋根型プリズム15に入射した半導体レーザ光はスロー軸方向に屈折されて中心に向けて任意の角度傾いた方向に出射する(図14中のA−A線側に任意の角度に屈折する)。従って、任意の距離だけ離れた位置において広がった半導体レーザ光の進行方向を前もって屈折させ、半導体レーザ光のスロー軸方向の大きさを小さく抑えることができる。   The roof prism 15 is between the cylindrical lens 6-1 and the aspheric lens 6b, and the cut surface including the ridge line of the roof prism 15 is inclined in the slow axis direction with respect to the traveling direction of the semiconductor laser light. A refractive power is given to the semiconductor laser light in the slow axis direction. As a result, the semiconductor laser light incident on the roof prism 15 is refracted in the slow axis direction and emitted in a direction inclined at an arbitrary angle toward the center (refracted at an arbitrary angle on the AA line side in FIG. 14). To do). Accordingly, it is possible to refract the traveling direction of the semiconductor laser light spread at a position separated by an arbitrary distance in advance, and to suppress the size of the semiconductor laser light in the slow axis direction.

次に動作について説明する。
アレー半導体レーザ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6−1により、ファスト軸方向に平行化される。シリンドリカルレンズ6−1を出射した半導体レーザ光は、屋根型プリズム15によってスロー軸方向に屈折されて出射する。屋根型プリズム15を出射したレーザ光は、スロー軸方向の大きさを非球面レンズ6bのスロー軸方向の大きさより小さくなるように抑えられて非球面レンズ6bに入射し、非球面レンズ6bによりアレー半導体レーザ5’のファスト軸方向に線上に集光される。その結果、任意の位置から非球面レンズ6bの焦点距離だけ離れた位置にて限られた範囲の大きさに全ての半導体レーザ光を出力させて、エネルギー利用効率を高くすることができる。これにより、半導体レーザ光出力装置5b全体の小型化を図ることもできる。
Next, the operation will be described.
Laser light emitted from the array semiconductor laser 5 ′ is collimated in the fast axis direction by the opposing cylindrical lens 6-1. The semiconductor laser light emitted from the cylindrical lens 6-1 is refracted in the slow axis direction by the roof prism 15 and emitted. The laser beam emitted from the roof prism 15 is incident on the aspheric lens 6b with the size in the slow axis direction being suppressed to be smaller than the size in the slow axis direction of the aspheric lens 6b, and is arrayed by the aspheric lens 6b. It is focused on a line in the fast axis direction of the semiconductor laser 5 '. As a result, it is possible to increase the energy utilization efficiency by outputting all the semiconductor laser light in a limited range at a position away from the arbitrary position by the focal length of the aspheric lens 6b. Thereby, the semiconductor laser light output device 5b as a whole can be downsized.

なお、図14には、屋根型プリズム15をシリンドリカルレンズ6−1と非球面レンズ6bとの間に設置している場合が示されているが、スロー軸方向のレーザ光の広がりを抑えて半導体レーザ光導入手段へレーザ光を入射させることができる配置であれば、上記の配置に限ることなくそれ以外の半導体レーザ光の光軸上の位置に設置してもよい。   FIG. 14 shows the case where the roof prism 15 is installed between the cylindrical lens 6-1 and the aspherical lens 6b, but the semiconductor is controlled by suppressing the spread of the laser light in the slow axis direction. As long as the laser beam can be incident on the laser beam introduction unit, the laser beam may be installed at a position on the optical axis of the other semiconductor laser beam without being limited to the above arrangement.

以上のように、この実施の形態4によれば、半導体レーザ光出力装置5bを、上述したアレー型半導体レーザ5’と、半導体レーザ光集光手段6と、屋根型プリズム(半導体レーザ光屈折手段)15とで構成したので、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を小型で高効率に得ることができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the semiconductor laser light output device 5b includes the above-described array type semiconductor laser 5 ′, the semiconductor laser light condensing means 6, the roof type prism (semiconductor laser light refracting means). 15), a laser beam obtained by synthesizing power with high density using a semiconductor laser beam can be obtained in a small size and with high efficiency.

実施の形態5.
図15はこの発明の実施の形態5による半導体レーザ光出力装置の構成を示す断面図であり、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。図15(A),図15(B)において、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である。スタック型半導体レーザ5はレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子5−1〜5−5を、ファスト軸方向に複数積層して構成されている。このバー状素子5−1〜5−5から出射されたレーザ光は、スロー軸方向には10°程度の広がり角度を持つが、ファスト軸方向では30°程度の大きな広がり角度を持っている。
Embodiment 5 FIG.
15A and 15B are sectional views showing the configuration of a semiconductor laser light output device according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 15A is a sectional view along the slow axis direction, and FIG. 15B is AA in FIG. It is sectional drawing along a line. In FIGS. 15A and 15B, reference numerals 5-1 to 5-5 denote bar-shaped elements constituting the stack type semiconductor laser 5. The stack type semiconductor laser 5 is configured by laminating a plurality of bar-shaped elements 5-1 to 5-5 configured by integrating a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction in the fast axis direction. The laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 have a spread angle of about 10 ° in the slow axis direction, but have a large spread angle of about 30 ° in the fast axis direction.

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である。6−1〜6−5はシリンドリカルレンズであり、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5−1〜5−5と対向し、対向するバー状素子5−1〜5−5から、その略焦点距離だけ離れた位置に配置されており、対向するバー状素子5−1〜5−5からの出射レーザ光を平行化している。6aはシリンドリカルレンズアレーで、シリンドリカルレンズ6−1〜6−5により構成されている。6b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をバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)に集光する非球面レンズである。   Reference numeral 6 denotes a semiconductor laser beam condensing means for condensing the laser beam emitted from the stack type semiconductor laser 5. Reference numerals 6-1 to 6-5 denote cylindrical lenses which are opposed to the different bar-shaped elements 5-1 to 5-5 constituting the stacked semiconductor laser 5, and from the opposed bar-shaped elements 5-1 to 5-5. The laser beams emitted from the opposing bar-shaped elements 5-1 to 5-5 are made parallel to each other at a position separated by the approximate focal length. Reference numeral 6a denotes a cylindrical lens array, which includes cylindrical lenses 6-1 to 6-5. An aspherical lens 6b condenses the semiconductor laser light collimated by the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 in a direction (fast axis direction) parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5. It is.

15a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屈折する半導体レーザ光屈折手段である角柱プリズムであり、屋根型プリズムの稜線部分を屋根型プリズムの稜線に対向する面に平行な面で切り取った横断面が台形の角柱プリズムである。半導体レーザ光出力装置5c内での配置は、この角柱プリズム15aの屋根型プリズムで仮想した稜線をファスト軸方向に平行な方向とし、この屋根型プリズムで仮想した稜線に対向する面をスタック型半導体レーザ5から出力される半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置して、各シリンドリカルレンズ6−1〜6−5から出射された半導体レーザ光をスロー軸方向に一部屈折している。   Reference numeral 15a denotes a prism prism which is a semiconductor laser beam refracting means for refracting the laser beam emitted from the stack type semiconductor laser 5. The ridge line portion of the roof type prism is cut off by a plane parallel to the surface facing the ridge line of the roof type prism. This is a prismatic prism with a trapezoidal cross section. The arrangement in the semiconductor laser light output device 5c is such that the ridge line imaginary by the roof prism of the prismatic prism 15a is parallel to the fast axis direction, and the surface facing the imaginary ridge line by the roof prism is a stack type semiconductor. It is installed substantially perpendicular to the traveling direction of the semiconductor laser light output from the laser 5, and the semiconductor laser light emitted from each of the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 is partially refracted in the slow axis direction. .

なお、図15には、バー状素子5−1〜5−5およびシリンドリカルレンズ6−1〜6−5をそれぞれ5個備えている場合が示されているが、5個以外の複数備えている場合もある。   FIG. 15 shows a case where five bar-shaped elements 5-1 to 5-5 and five cylindrical lenses 6-1 to 6-5 are provided, but a plurality other than five is provided. In some cases.

半導体レーザ光集光装置6については上記実施の形態1と同様であるので重複する説明を省略する。以下、角柱プリズム15aについて詳細に説明した後、半導体レーザ光出力装置の動作について説明する。   Since the semiconductor laser beam condensing device 6 is the same as that of the first embodiment, a duplicate description is omitted. Hereinafter, after describing the prism prism 15a in detail, the operation of the semiconductor laser light output device will be described.

角柱プリズム15aの屋根型プリズムで仮想した稜線を含んだカット面に入射した半導体レーザ光は屈折されて中心(図15(A)中のA−A線)に向けて任意の角度傾いた方向に出射する。従って、任意の距離だけ離れた位置にて広がった半導体レーザ光の進行方向を前もって屈折させ、半導体レーザ光のスロー軸方向の大きさを小さく抑えることができる。   The semiconductor laser light incident on the cut surface including the virtual ridge line by the roof prism of the prism prism 15a is refracted and tilted at an arbitrary angle toward the center (A-A line in FIG. 15A). Exit. Therefore, it is possible to refract the traveling direction of the semiconductor laser light spread at a position separated by an arbitrary distance in advance, and to suppress the size of the semiconductor laser light in the slow axis direction.

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6−1〜6−5により、ファスト軸方向に平行化される。シリンドリカルレンズ6−1〜6−5を出射した半導体レーザ光は、角柱プリズム15aによってスロー軸方向に一部屈折されて、スロー軸方向の大きさが非球面レンズ6bのスロー軸方向の大きさに抑えられて非球面レンズ6bに入射する。この後、非球面レンズ6bによりバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)に線上に集光される。その結果、任意の位置から非球面レンズ6bの焦点距離だけ離れた位置にて限られた範囲の大きさに全ての半導体レーザ光を出力させて、エネルギー利用効率を高くすることができる。これにより、半導体レーザ光出力装置5c自体の小型化も図ることができる。
Next, the operation will be described.
Laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 are collimated in the fast axis direction by the opposed cylindrical lenses 6-1 to 6-5. The semiconductor laser light emitted from the cylindrical lenses 6-1 to 6-5 is partially refracted in the slow axis direction by the prismatic prism 15a, and the size in the slow axis direction becomes the size in the slow axis direction of the aspherical lens 6b. It is suppressed and enters the aspherical lens 6b. Thereafter, the light is condensed on a line in a direction (fast axis direction) parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 by the aspheric lens 6b. As a result, it is possible to increase the energy utilization efficiency by outputting all the semiconductor laser light in a limited range at a position away from the arbitrary position by the focal length of the aspheric lens 6b. As a result, the semiconductor laser light output device 5c itself can be miniaturized.

なお、図15には、角柱プリズム15aをシリンドリカルレンズアレー6aと非球面レンズ6bとの間に設置している場合が示されているが、スロー軸方向のレーザ光の広がりを抑えて半導体レーザ光導入手段へレーザ光を入射させることができる位置であれば、上記の配置に限ることなくそれ以外の半導体レーザ光の光軸上の位置に設置してもよい。   FIG. 15 shows the case where the prismatic prism 15a is installed between the cylindrical lens array 6a and the aspherical lens 6b. However, the semiconductor laser beam is suppressed by suppressing the spread of the laser beam in the slow axis direction. Any other position on the optical axis of the semiconductor laser light may be used as long as the laser light can be incident on the introducing means without being limited to the above arrangement.

なお、実施の形態5では、半導体レーザ光屈折手段を角柱プリズム15aとしているが、屋根型プリズム15においても同様の効果が得られる場合もある。また、実施の形態4では、半導体レーザ光屈折手段を屋根型プリズム15としているが角柱プリズム15aにおいても同様の効果が得られる場合もある。   In the fifth embodiment, the semiconductor laser light refracting means is the prism prism 15a, but the same effect may be obtained in the roof prism 15 in some cases. In the fourth embodiment, the semiconductor laser beam refracting means is the roof type prism 15, but the same effect may be obtained in the prism prism 15a.

以上のように、この実施の形態5によれば、半導体レーザ光出力装置5cを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、角柱プリズム(半導体レーザ光屈折手段)15aとで構成したので、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレーザ光を小型で高効率に得ることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, the semiconductor laser light output device 5c is composed of the stack type semiconductor laser 5, the semiconductor laser light focusing means 6, and the prism prism (semiconductor laser light refracting means) 15a. Therefore, it is possible to obtain a laser beam that is synthesized with high density using a semiconductor laser beam in a small size and with high efficiency.

実施の形態6.
実施の形態6は上記実施の形態5で説明した半導体レーザ光出力装置5cを実施の形態1の固体レーザロッド励起モジュールに使用したものである。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, the semiconductor laser light output device 5c described in the fifth embodiment is used for the solid-state laser rod excitation module of the first embodiment.

図16はこの発明の実施の形態6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り、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。図において、300は固体レーザロッド励起モジュール、5cは固体レーザロッド励起モジュール300に使用する半導体レーザ光出力装置、2は軸方向がスタック型半導体レーザ5のファスト軸方向と平行な固体レーザロッドである。なお、この他に図1と同一の符号を付したものは同一構成要素であり重複する説明を省略する。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 6 of the present invention, where (A) is a cross-sectional view along the slow axis direction, and (B) is AA in (A). It is sectional drawing along a line. In the figure, 300 is a solid-state laser rod excitation module, 5c is a semiconductor laser light output device used in the solid-state laser rod excitation module 300, and 2 is a solid-state laser rod whose axial direction is parallel to the fast axis direction of the stacked semiconductor laser 5. . In addition, what attached | subjected the code | symbol same as FIG. 1 is the same component, and it abbreviate | omits the overlapping description.

次に動作について実施の形態1と異なる部分を主に説明する。
スタック型半導体レーザ5から出射されたレーザ光はシリンドリカルレンズアレー6aによってファスト軸方向に集光され、その後、半導体レーザ光屈折手段である角柱プリズム15aによってスロー軸方向に一部屈折される。これにより、半導体レーザ光のスロー軸方向の大きさが非球面レンズ6bのスロー軸方向の大きさ内に抑えられて非球面レンズ6bに入射する。非球面レンズ6bによりバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)に線上に集光された半導体レーザ光は半導体レーザ光導入手段7を介して固体レーザロッド2へ照射される。上記実施の形態1では、シリンドリカルレンズアレー6aを出射したレーザ光のスロー軸方向の大きさが非球面レンズ6bのスロー軸方向の大きさ内に納まる位置(シリンドリカルレンズアレー6aよりの位置)にしか非球面レンズ6bを配置することができなかったため、図1(B)に示すように半導体レーザ光導入手段7は拡散性反射筒4から飛び出すような大きさになることがあるため半導体レーザ光導入手段7のレーザ光閉じ込め効率を上げることができなかったが、この実施の形態6では図16(B)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から飛び出すことなく設置しても角柱プリズム15aによってシリンドリカルレンズアレー6aを出射した全てのレーザ光を非球面レンズ6bに入射することができるので、半導体レーザ光導入手段7のレーザ光閉じ込め効率を向上させることができる。この後の動作は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
Next, operations different from those in the first embodiment will be mainly described.
The laser light emitted from the stack type semiconductor laser 5 is condensed in the fast axis direction by the cylindrical lens array 6a, and then partially refracted in the slow axis direction by the prism prism 15a which is a semiconductor laser light refracting means. Accordingly, the size of the semiconductor laser light in the slow axis direction is suppressed within the size of the aspheric lens 6b in the slow axis direction and enters the aspheric lens 6b. The semiconductor laser light focused on the line in the direction parallel to the stacking direction of the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 (fast axis direction) by the aspherical lens 6b is passed through the semiconductor laser light introducing means 7 and is a solid laser rod. 2 is irradiated. In the first embodiment, the laser beam emitted from the cylindrical lens array 6a has a size in the slow axis direction that falls within the size in the slow axis direction of the aspherical lens 6b (a position from the cylindrical lens array 6a). Since the aspherical lens 6b could not be arranged, the semiconductor laser light introducing means 7 may be sized so as to protrude from the diffusive reflector 4 as shown in FIG. Although the laser light confinement efficiency of the means 7 could not be increased, in the sixth embodiment, the semiconductor laser light introducing means 7 is installed without jumping out from the diffusive reflector 4 as shown in FIG. Since all the laser beams emitted from the cylindrical lens array 6a by the prism prism 15a can enter the aspherical lens 6b. It is possible to improve the semiconductor laser beam laser light confining efficiency of the introduction means 7. Since the subsequent operation is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

以上のように、この実施の形態6によれば、半導体レーザ光が半導体レーザ光集光手段6によってファスト軸方向の広がりが抑えられ、角柱プリズム15aによってスロー軸方向の広がりが抑えられ、任意の距離だけ離れた位置にて高密度にパワーを合成した半導体レーザ光を高効率に得ることができる。特に、角柱プリズム15aによってレーザ光のスロー軸方向の広がりが抑えられるので、上記実施の形態1の場合と異なり半導体レーザ光導入手段7のスロー軸方向の大きさを小さくすることができ、半導体レーザ光導入手段7のレーザ光の閉じ込め効率が向上するので、固体レーザロッド2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。さらに、半導体レーザ光出力装置5cの小型化も可能であるので、ひいては、固体レーザロッド励起モジュール300全体を小型化することができる。   As described above, according to the sixth embodiment, the spread of the semiconductor laser light in the fast axis direction is suppressed by the semiconductor laser beam condensing means 6, and the spread in the slow axis direction is suppressed by the prism prism 15a. It is possible to obtain highly efficient semiconductor laser light with high power synthesis at a position separated by a distance. In particular, since the prismatic prism 15a suppresses the spread of laser light in the slow axis direction, unlike the case of the first embodiment, the size of the semiconductor laser light introducing means 7 in the slow axis direction can be reduced. Since the confinement efficiency of the laser light of the light introducing means 7 is improved, the solid laser rod 2 can be excited with high power and high efficiency, and laser light with high beam quality can be obtained. Furthermore, since the semiconductor laser light output device 5c can be downsized, the entire solid laser rod excitation module 300 can be downsized.

実施の形態7.
上記実施の形態6では、軸方向をファスト軸方向と平行とした固体レーザロッド、クーリングスリーブ、拡散性反射筒、半導体レーザ光出力装置および半導体レーザ光導入手段から構成される固体レーザロッド励起モジュールについて説明したが、軸方向をスロー軸方向と平行とした固体レーザロッド、クーリングスリーブ、拡散性反射筒、半導体レーザ光出力装置および半導体レーザ光導入手段から固体レーザロッド励起モジュールを構成したものが実施の形態7である。
Embodiment 7 FIG.
In the sixth embodiment, the solid laser rod excitation module including the solid laser rod, the cooling sleeve, the diffusive reflector, the semiconductor laser light output device, and the semiconductor laser light introducing means whose axial direction is parallel to the fast axis direction. As described above, a solid laser rod excitation module comprising a solid laser rod, a cooling sleeve, a diffusive reflector, a semiconductor laser beam output device, and a semiconductor laser beam introduction means whose axial direction is parallel to the slow axis direction is implemented. It is form 7.

図17はこの発明の実施の形態7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り、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。図において、310は固体レーザロッド励起モジュール、5cは固体レーザロッド励起モジュール310に使用する半導体レーザ光出力装置、2は軸方向がスタック型半導体レーザのスロー軸方向と平行な固体レーザロッドである。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。   FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to Embodiment 7 of the present invention, where (A) is a cross-sectional view along the slow axis direction, and (B) is AA in (A). It is sectional drawing along a line. In the figure, 310 is a solid-state laser rod excitation module, 5c is a semiconductor laser light output device used for the solid-state laser rod excitation module 310, and 2 is a solid-state laser rod whose axial direction is parallel to the slow axis direction of the stacked semiconductor laser. The other components are the same as or equivalent to those shown in FIG. 1 with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

この実施に形態7によれば、実施の形態1で説明したスラブ導波路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が少なくなり、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ので、任意の距離だけ離れた位置にて高密度にパワーを合成したレーザ光を小型で高効率に得ることができる。   According to the seventh embodiment, 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 described in the first embodiment, the semiconductor laser light from the semiconductor laser light introducing means 7 is used. Since the solid laser rod 2 can be excited with high efficiency, the laser beam combined with high density at a position separated by an arbitrary distance can be obtained in a small size and with high efficiency. .

実施の形態8.
実施の形態8は上記実施の形態5で説明した半導体レーザ光出力装置5cを実施の形態2の固体レーザロッド励起モジュールに使用したものである。
Embodiment 8 FIG.
In the eighth embodiment, the semiconductor laser light output device 5c described in the fifth embodiment is used for the solid-state laser rod excitation module of the second embodiment.

図18はこの発明の実施の形態8による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す図であり、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のC−C線に沿った断面図である。図において、320は固体レーザロッド励起モジュール、34は鏡面反射性反射筒であり、固体レーザロッド320と略同軸に固体レーザロッド2を取り囲んで配置されており、半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の形状をしている。37は鏡面反射性反射筒34に設けた半導体レーザ光導入手段であり、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内に導入する。その他の構成要素は図12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。   18A and 18B are diagrams showing a configuration of a solid-state laser rod excitation module according to an eighth embodiment of the present invention, in which FIG. 18A is a cross-sectional view along the slow axis direction, and FIG. 18B is a CC line in FIG. FIG. In the figure, 320 is a solid-state laser rod excitation module, and 34 is a specular reflection reflecting cylinder, which is arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod 320 and surrounds the solid-state laser rod 2, and is specularly reflective to semiconductor laser light. It has a cylindrical shape. Reference numeral 37 denotes a semiconductor laser light introduction means provided in the specular reflection reflecting cylinder 34, and introduces the semiconductor laser light condensed by the semiconductor laser light condensing means 6 into the specular reflection reflecting cylinder 34. The other components are the same as or equivalent to those shown in FIG. 12 with the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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アレー6aにより、ファスト軸方向に平行化される。シリンドリカルレンズアレー6aを出射した半導体レーザ光は、角柱プリズム15aによってスロー軸方向に一部屈折されて出射する。角柱プリズム15aを出射した半導体レーザ光は、スロー軸方向の大きさを非球面レンズ6bのスロー軸方向の大きさに抑えられて非球面レンズ6bに入射し、非球面レンズ6bによりバー状素子5−1〜5−5の積層方向と平行な方向(ファスト軸方向)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、スロー軸方向の大きさを半導体レーザ光導入手段37におけるスロー軸方向の大きさに抑えられ、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内に導入される。
Next, the operation will be described.
The laser beams emitted from the bar-shaped elements 5-1 to 5-5 are collimated in the fast axis direction by the opposing cylindrical lens array 6a. The semiconductor laser beam emitted from the cylindrical lens array 6a is partially refracted in the slow axis direction by the prism prism 15a and emitted. The semiconductor laser light emitted from the prismatic prism 15a is incident on the aspheric lens 6b with the size in the slow axis direction being suppressed to the size in the slow axis direction of the aspheric lens 6b. The light is condensed on a line in a direction (fast axis direction) parallel to the stacking direction of -1 to 5-5. The semiconductor laser light focused on the line is controlled by the slow-axis direction of the semiconductor laser light introducing means 37, and the semiconductor laser light focused on the line is composed of a dereflection coating film positioned at the converging position. The laser light is introduced from the laser light introducing means 37 into the specular reflecting reflector 34.

この実施に形態8によれば、半導体レーザ光が半導体レーザ光集光手段6によってファスト軸方向の広がりが抑えられ、角柱プリズム15aによってスロー軸方向の広がりが抑えられ、任意の距離だけ離れた位置にて高密度にパワーを合成した半導体レーザ光を高効率に得ることができる。これにより、固体レーザロッド2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。さらに、半導体レーザ光出力装置5cの小型化も可能であるので、ひいては、固体レーザロッド励起モジュール320全体を小型化することができる。   According to the eighth embodiment, the semiconductor laser beam is prevented from spreading in the fast axis direction by the semiconductor laser beam condensing means 6, and the spread in the slow axis direction is suppressed by the prism prism 15a, and a position separated by an arbitrary distance. It is possible to obtain a semiconductor laser beam synthesized with high density at a high efficiency. Thereby, the solid laser rod 2 can be excited with high power and high efficiency, and laser beam with high beam quality can be obtained. Further, since the semiconductor laser light output device 5c can be downsized, the entire solid laser rod excitation module 320 can be downsized.

なお、上記実施の形態8では、固体レーザロッド2の軸方向をスタック型半導体レーザ5のファスト軸方向と平行な方向とし、クーリングスリーブ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、鏡面反射性反射筒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ているが、固体レーザロッド2の軸方向をスタック型半導体レーザ5のスロー軸方向と平行な方向とし、クーリングスリーブ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、鏡面反射性反射筒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ていても、同様の効果が得られる。また、上記実施の形態2では鏡面反射性反射筒34内に半導体レーザ光拡散手段8を設けたが、この実施の形態8では角柱プリズム15aによってスロー軸方向のレーザ光の広がりが抑えられるので、非球面レンズ6b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必要がなく、半導体レーザ光拡散手段8を設けなくても半導体レーザ光導入手段37の大きさを大きくすることがない(図12(A)と図18(A)に示すように半導体レーザ光導入手段37の大きさをこの実施の形態8では格段に小さくすることができる)。これにより、鏡面反射性反射筒34内での半導体レーザ光の閉じ込め効率を下げることがない。   In the eighth embodiment, the axial direction of the solid laser rod 2 is parallel to the fast axis direction of the stacked semiconductor laser 5, and the cooling sleeve 3 surrounds the solid laser rod 2 substantially coaxially with the solid laser rod 2. The mirror-reflective reflector 34 is arranged substantially coaxially with the solid-state laser rod 2 and surrounding the solid-state laser rod 2 and the cooling sleeve 3, but the axial direction of the solid-state laser rod 2 is aligned with the stacked semiconductor laser 5. The cooling sleeve 3 is arranged so as to surround the solid laser rod 2 substantially coaxially with the solid laser rod 2, and the specular reflection reflecting cylinder 34 is arranged substantially coaxially with the solid laser rod 2. Even if the rod 2 and the cooling sleeve 3 are disposed so as to surround the same, the same effect can be obtained. Further, in the second embodiment, the semiconductor laser light diffusing means 8 is provided in the specular reflection reflecting tube 34. However, in this eighth embodiment, the prismatic prism 15a suppresses the spread of the laser light in the slow axis direction. It is not necessary to adjust the focal length of the aspherical lens 6b so that the converging angle of the aspherical lens 6b is within the angle at which the solid laser rod 2 is viewed from the semiconductor laser light introducing means 37, and the semiconductor laser light diffusing means 8 is not provided. However, the size of the semiconductor laser light introducing means 37 is not increased (as shown in FIGS. 12A and 18A), the size of the semiconductor laser light introducing means 37 is remarkably different in the eighth embodiment. Can be made small). Thereby, the confinement efficiency of the semiconductor laser light in the specular reflecting reflector 34 is not lowered.

なお、上記実施の形態6から実施の形態8では半導体レーザ光屈折手段を角柱プリズム15aとしているが、屋根型プリズムにおいても同様の効果が得られる。   In the sixth to eighth embodiments, the semiconductor laser light refracting means is the prism prism 15a. However, the same effect can be obtained with a roof prism.

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。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing with which it uses for description of the semiconductor laser beam condensing means used for the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 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。It is a graph with which it uses for description of the aspherical lens which comprises the semiconductor laser beam condensing means used for the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing which shows the structure of the aspherical surface synthetic lens which comprises the semiconductor laser beam condensing means used for the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing with which it uses for description of a problem at the time of comprising a semiconductor laser beam introduction means only with a slit. 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。It is sectional drawing which shows the structure of another semiconductor laser beam introduction means used for the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser beam introduction means used for the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 半導体レーザ光の光線のスラブ導波路内での反射を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining reflection in the slab waveguide of the light beam of a semiconductor laser beam. 半導体レーザ光におけるスロー軸方向の広がり角度を10°とし、BK7(n2=1.516)あるいはYAG(n2=1.82)によりスラブ導波路を形成した場合における、スラブ導波路の長手軸方向からの傾斜角度αとスラブ導波路内において制限される反射回数の関係を示すグラフ図である。Longitudinal axis of slab waveguide when slab waveguide is formed by BK7 (n 2 = 1.516) or YAG (n 2 = 1.82) with the spread angle in the slow axis direction of the semiconductor laser light being 10 ° It is a graph which shows the relationship between the inclination angle (alpha) from a direction, and the frequency | count of reflection restrict | limited within a slab waveguide. 半導体レーザ光拡散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。It is sectional drawing with which it uses for description of the problem at the time of not providing a semiconductor laser beam diffusion means. 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。It is sectional drawing with which it uses for description of operation | movement of the semiconductor laser light diffusion means used for the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3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。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による半導体レーザ光出力装置の構成を示す図であり、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor laser beam output apparatus by Embodiment 4 of this invention, (A) is sectional drawing along a slow-axis direction, (B) followed the AA line in (A). It is sectional drawing. この発明の実施の形態5による半導体レーザ光出力装置の構成を示す図であり、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor laser beam output device by Embodiment 5 of this invention, (A) is sectional drawing along a slow-axis direction, (B) followed the AA line in (A). It is sectional drawing. この発明の実施の形態6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り、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 6 of this invention, (A) is sectional drawing along a slow-axis direction, (B) is along the AA line in (A). FIG. この発明の実施の形態7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り、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 7 of this invention, (A) is sectional drawing along a slow-axis direction, (B) is along the AA line in (A). FIG. この発明の実施の形態8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り、(A)はスロー軸方向に沿った断面図、(B)は(A)中のC−C線に沿った断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by Embodiment 8 of this invention, (A) is sectional drawing along a slow-axis direction, (B) is along the CC line in (A). FIG. 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。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by the prior art example 1. 従来例2による固体レーザロッド励起モジュールに使用する半導体レーザ光出力装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser beam output device used for the solid-state laser rod excitation module by the prior art example 2. FIG. 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。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state laser rod excitation module by the prior art example 2. FIG. 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。It is sectional drawing with which it uses for description of the problem of the solid-state laser rod excitation module by the prior art example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,21,31,300,310,320 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’ アレー半導体レーザ、5a,5b,5c 半導体レーザ光出力装置、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、11 スリット、12 スラブ導波路、12a 第1の端面、12b 第2の端面、12c 第3の端面、12d 第4の端面、12e 第5の端面、12f 第6の端面、13 接着材層、15 屋根型プリズム(半導体レーザ光屈折手段)、15a 角柱プリズム(半導体レーザ光屈折手段)、22 半導体レーザ光照射手段、34 鏡面反射性反射筒。   1, 21, 31, 300, 310, 320 Solid laser rod excitation module, 2 solid laser rod, 3 cooling sleeve, 4 diffusive reflector, 5 stack type semiconductor laser, 5 ′ array semiconductor laser, 5a, 5b, 5c semiconductor Laser light output device, 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, 11 Slit, 12 Slab waveguide, 12a First end face, 12b Second end face, 12c Third end face, 12d Fourth end face, 12e First 5 end face, 12f sixth end face, 13 adhesive layer, 15 roof type prism (semiconductor laser beam refracting means) , 15a prismatic prism (laser beam refraction means), 22 a semiconductor laser beam irradiation unit, 34 specular reflection tube.

Claims (14)

固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、
上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドおよび上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の拡散性反射筒と、
この拡散性反射筒に向けてレーザ光を出力し上記固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、
上記拡散性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して上記拡散性反射筒の上記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
上記半導体レーザ光出力装置は、
レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子であるアレー半導体レーザと、
上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記アレー半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記アレー半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって上記第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記アレー型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたことを特徴とする固体レーザロッド励起モジュール。
A cylindrical cooling sleeve disposed around the solid laser rod substantially coaxially with the solid laser rod;
A cylindrical diffusive reflector disposed around the solid laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid laser rod;
A semi-conductor laser beam output device and the fast axis direction in the axial direction of the semiconductor laser output was the solid-state laser rod laser light is arranged in parallel toward the diffusive reflector tube,
A semiconductor laser beam provided in the diffusive reflector and introducing the laser beam emitted from the semiconductor laser output device toward the solid laser rod of the diffusive reflector while maintaining the size in the fast axis direction. And introducing means ,
The semiconductor laser light output device is
An array semiconductor laser that is a bar-shaped element configured by integrating a plurality of laser light emission ends in the slow axis direction;
First semiconductor laser beam refracting means for refracting laser light emitted from the array semiconductor laser in a fast axis direction of the array semiconductor laser;
A second semiconductor laser light refracting means which is provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and refracts laser light emitted from the array semiconductor laser in the slow axis direction of the array semiconductor laser;
Laser light emitted from the array semiconductor laser is provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and before or after the second semiconductor laser light refracting means. A solid-state laser rod excitation module comprising: a semiconductor laser beam condensing unit that condenses light in the fast axis direction and in the slow axis direction.
固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、
上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドおよび上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の拡散性反射筒と、
この拡散性反射筒に向けてレーザ光を出力し上記固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、
上記拡散性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して上記拡散性反射筒の上記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
上記半導体レーザ光出力装置は、
レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子をファスト軸方向に複数積層して構成したスタック型半導体レーザと、
上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を上記スタック型半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を上記スタック型半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって上記第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を上記スタック型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたことを特徴とする固体レーザロッド励起モジュール。
A cylindrical cooling sleeve disposed around the solid laser rod substantially coaxially with the solid laser rod;
A cylindrical diffusive reflector disposed around the solid laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid laser rod;
A semi-conductor laser beam output device and the fast axis direction in the axial direction of the semiconductor laser output was the solid-state laser rod laser light is arranged in parallel toward the diffusive reflector tube,
A semiconductor laser beam provided in the diffusive reflector and introducing the laser beam emitted from the semiconductor laser output device toward the solid laser rod of the diffusive reflector while maintaining the size in the fast axis direction. And introducing means ,
The semiconductor laser light output device is
A stack type semiconductor laser constituted by laminating a plurality of bar-like elements constructed by integrating a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction in the fast axis direction;
First semiconductor laser beam refracting means for refracting laser light emitted from the stacked semiconductor laser in the fast axis direction of the stacked semiconductor laser;
A second semiconductor laser light refracting means provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and refracting the laser light emitted from the stack type semiconductor laser in the slow axis direction of the stack type semiconductor laser; ,
Laser light emitted from the stack type semiconductor laser is provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and before or after the second semiconductor laser light refracting means. the solid-state laser rod pumping module, characterized in that a semiconductor laser beam focusing means for focusing the slow axis direction together with condensed in the fast axis direction.
固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、
上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドおよび上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、
この鏡面反射性反射筒に向けてレーザ光を出力し、上記固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、
上記鏡面反射性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して上記鏡面反射性反射筒の上記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
上記半導体レーザ光出力装置は、
レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子であるアレー半導体レーザと、
上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記アレー半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記アレー半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって上記第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記アレー型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたことを特徴とする固体レーザロッド励起モジュール。
A cylindrical cooling sleeve disposed around the solid laser rod substantially coaxially with the solid laser rod;
A cylindrical specular reflective cylinder disposed around the solid laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid laser rod;
The Towards specular reflection tube outputs a laser beam, a semi-conductor laser beam output device and the fast axis direction in the axial direction of the semiconductor laser of the solid laser rod is arranged in parallel,
A semiconductor provided in the specular reflection cylinder and introducing laser light emitted from the semiconductor laser output device toward the solid laser rod of the specular reflection cylinder while maintaining the size in the fast axis direction. Laser light introducing means ,
The semiconductor laser light output device is
An array semiconductor laser that is a bar-shaped element configured by integrating a plurality of laser light emission ends in the slow axis direction;
First semiconductor laser beam refracting means for refracting laser light emitted from the array semiconductor laser in a fast axis direction of the array semiconductor laser;
A second semiconductor laser light refracting means which is provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and refracts laser light emitted from the array semiconductor laser in the slow axis direction of the array semiconductor laser;
Laser light emitted from the array semiconductor laser is provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and before or after the second semiconductor laser light refracting means. A solid-state laser rod excitation module comprising: a semiconductor laser beam condensing unit that condenses light in the fast axis direction and in the slow axis direction.
固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブと、
上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッドおよび上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、
この鏡面反射性反射筒に向けてレーザ光を出力し、上記固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように配置した半導体レーザ光出力装置と、
上記鏡面反射性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して上記鏡面反射性反射筒の上記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
上記半導体レーザ光出力装置は、
レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子をファスト軸方向に複数積層して構成したスタック型半導体レーザと、
上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を上記スタック型半導体レーザのファスト軸方向に屈折する第1の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を上記スタック型半導体レーザのスロー軸方向に屈折する第2の半導体レーザ光屈折手段と、
上記第1の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段であって上記第2の半導体レーザ光屈折手段の前段または後段に設けられ、上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を上記スタック型半導体レーザのファスト軸方向に集光すると共にスロー軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段とを備えたことを特徴とする固体レーザロッド励起モジュール。
A cylindrical cooling sleeve disposed around the solid laser rod substantially coaxially with the solid laser rod;
A cylindrical specular reflective cylinder disposed around the solid laser rod and the cooling sleeve substantially coaxially with the solid laser rod;
The Towards specular reflection tube outputs a laser beam, a semi-conductor laser beam output device and the fast axis direction in the axial direction of the semiconductor laser of the solid laser rod is arranged in parallel,
A semiconductor provided in the specular reflection cylinder and introducing laser light emitted from the semiconductor laser output device toward the solid laser rod of the specular reflection cylinder while maintaining the size in the fast axis direction. Laser light introducing means ,
The semiconductor laser light output device is
A stack type semiconductor laser constituted by laminating a plurality of bar-like elements constructed by integrating a plurality of laser light emitting ends in the slow axis direction in the fast axis direction;
First semiconductor laser beam refracting means for refracting laser light emitted from the stacked semiconductor laser in the fast axis direction of the stacked semiconductor laser;
A second semiconductor laser light refracting means provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and refracting the laser light emitted from the stack type semiconductor laser in the slow axis direction of the stack type semiconductor laser; ,
Laser light emitted from the stack type semiconductor laser is provided before or after the first semiconductor laser light refracting means and before or after the second semiconductor laser light refracting means. the solid-state laser rod pumping module, characterized in that a semiconductor laser beam focusing means for focusing the slow axis direction together with condensed in the fast axis direction.
第2の半導体レーザ光屈折手段は、
屋根型プリズムであり、この屋根型プリズムの稜線は半導体レーザのファスト軸方向に平行な方向とし、上記屋根型プリズムの稜線に対向する面を半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置したことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の半導体レーザ光出力装置。
The second semiconductor laser beam refracting means is:
The roof prism has a ridge line parallel to the fast axis direction of the semiconductor laser, and a surface facing the ridge line of the roof prism is set substantially perpendicular to the traveling direction of the semiconductor laser light. The semiconductor laser light output device according to claim 1 , wherein the semiconductor laser light output device is a semiconductor laser light output device.
第2の半導体レーザ光屈折手段は、
屋根型プリズムの稜線部分を上記屋根型プリズムの稜線に対向する面に平行な面で切り取った横断面が台形の角柱プリズムであり、この角柱プリズムの上記屋根型プリズムで仮想した稜線はファスト軸方向に平行な方向とし、上記角柱プリズムの上記屋根型プリズムで仮想した稜線に対向する面は半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置していることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の半導体レーザ光出力装置。
The second semiconductor laser beam refracting means is:
The ridgeline portion of the roof prism is cut out by a plane parallel to the surface facing the ridgeline of the roof prism, and the cross section is a trapezoidal prism prism. a direction parallel to, claim from claim 1, characterized in that surface facing the ridge and virtual above roof prism of the prism prism is placed substantially perpendicularly to the traveling direction of the semiconductor laser beam 4. The semiconductor laser light output device according to claim 1.
半導体レーザ光導入手段は、
拡散性反射筒に形成されたスリットと、
上記スリット内に配置された六面体形状のスラブ導波路と、
上記スラブ導波路の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端面と上記スリットとの空隙に設けられ、上記スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の固体レーザロッド励起モジュール。
The semiconductor laser light introducing means is
A slit formed in the diffusive reflector,
A hexahedral slab waveguide disposed in the slit;
Of the six end faces of the slab waveguide, provided in the gap between the slit and the four end faces other than the first end face on which the laser light is incident and the second end face from which the laser light is emitted, the refractive index is higher than that of the slab waveguide. The solid laser rod excitation module according to claim 1 , further comprising a small adhesive layer.
半導体レーザ光導入手段は、
第1の端面の面積より第2の端面の面積が小さく、且つ、上記第2の端面の固体レーザロッドの軸方向に垂直な方向の長さを上記固体レーザロッドの径より大きくしたことを特徴とする請求項7記載の固体レーザロッド励起モジュール。
The semiconductor laser light introducing means is
The area of the second end face is smaller than the area of the first end face, and the length of the second end face in the direction perpendicular to the axial direction of the solid laser rod is larger than the diameter of the solid laser rod. The solid laser rod excitation module according to claim 7.
半導体レーザ光導入手段は、
入射した半導体レーザ光が半導体レーザのファスト軸方向と垂直な方向の端面を反射する回数は高々1回であることを特徴とする請求項7記載の固体レーザロッド励起モジュール。
The semiconductor laser light introducing means is
8. The solid-state laser rod excitation module according to claim 7, wherein the number of times the incident semiconductor laser light is reflected at the end face in the direction perpendicular to the fast axis direction of the semiconductor laser is at most one.
半導体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の固体レーザロッド励起モジュール。 Between the semiconductor laser beam introducing means and the solid-state laser rod, of the claims 1 to 9, characterized in that with a semiconductor laser light diffusing means for diffusing the laser beam introduced by the semiconductor laser beam introduction means The solid-state laser rod excitation module according to any one of the above. 半導体レーザ光拡散手段は、スリガラス状に表面を荒らした、透明な光学材料から構成されることを特徴とする請求項10記載の固体レーザロッド励起モジュール。 11. The solid-state laser rod excitation module according to claim 10, wherein the semiconductor laser light diffusing means is made of a transparent optical material whose surface is roughened in a ground glass shape. 半導体レーザ光拡散手段は、気泡を内包する透明な発泡性ガラス材料から構成されることを特徴とする請求項10記載の固体レーザロッド励起モジュール。 11. The solid laser rod excitation module according to claim 10, wherein the semiconductor laser light diffusing means is made of a transparent foamable glass material containing bubbles. 半導体レーザ光拡散手段は、クーリングスリーブに形成されることを特徴とする請求項11または請求項12記載の固体レーザロッド励起モジュール。 13. The solid laser rod excitation module according to claim 11 , wherein the semiconductor laser light diffusion means is formed on a cooling sleeve. 半導体レーザ光拡散手段は、サファイヤから成ることを特徴とする請求項11記載の固体レーザロッド励起モジュール。 12. The solid laser rod excitation module according to claim 11 , wherein the semiconductor laser light diffusing means comprises sapphire.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6568496B2 (en) * 2016-03-30 2019-08-28 市川 雅英 Cordless power transmission system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4306278A (en) * 1975-09-24 1981-12-15 Grumman Aerospace Corporation Semiconductor laser array
JPS58166787A (en) * 1982-03-26 1983-10-01 Nec Corp Laser device
JPH01261601A (en) * 1988-04-13 1989-10-18 Omron Tateisi Electron Co Nonspherical micro-lens and its manufacture and optical fiber coupler, condensing optical system, optical element, semiconductor laser light source and image device utilizing nonspherical micro-lens
JP3091764B2 (en) * 1990-01-19 2000-09-25 三菱電機株式会社 Semiconductor pumped solid-state laser
JPH07112084B2 (en) * 1990-07-20 1995-11-29 新日本製鐵株式会社 Array semiconductor laser pumped solid-state laser device
JP3427442B2 (en) * 1992-10-16 2003-07-14 富士電機株式会社 Solid state laser device
JPH06350171A (en) * 1993-04-15 1994-12-22 Fuji Electric Co Ltd Solid-state laser device and integral sphere
JP3071360B2 (en) * 1993-04-30 2000-07-31 新日本製鐵株式会社 Optical path converter used for linear array laser diode, laser device using the same, and method of manufacturing the same
JPH0794813A (en) * 1993-09-20 1995-04-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Semiconductor laser exciting solid-state laser apparatus
JPH08181368A (en) * 1994-12-22 1996-07-12 Mitsubishi Electric Corp Solid state laser amplifier and solid state laser device
DE19518177A1 (en) * 1995-05-19 1996-11-21 Fraunhofer Ges Forschung Diode laser pumped solid state laser
JP3290345B2 (en) * 1996-03-27 2002-06-10 三菱電機株式会社 Light-pumped solid-state laser amplifier, light-pumped solid-state laser, and solid-state laser pumping method
JP2885175B2 (en) * 1996-03-29 1999-04-19 日本電気株式会社 Solid-state laser device
JPH09307161A (en) * 1996-05-20 1997-11-28 Nec Corp Semiconductor laser excitation solid-state laser device
JPH1031105A (en) * 1996-07-15 1998-02-03 Shinozaki Seisakusho:Kk Two-plane condenser prism and laser working device provided with the same
JPH10294512A (en) * 1997-04-21 1998-11-04 Toshiba Corp Solid-state laser device
JP3587969B2 (en) * 1997-11-28 2004-11-10 三菱電機株式会社 Solid-state laser rod excitation module

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11271371B2 (en) 2020-01-02 2022-03-08 Lextar Electronics Corporation Light emitting device and light emitting module

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