JP5136775B2 - Solid state laser oscillator - Google Patents
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Description
本発明は固体レーザ発振装置に関し、より詳しくは、レーザ媒質内での寄生発振を抑制するようにした固体レーザ発振装置に関する。 The present invention relates to a solid-state laser oscillation device, and more particularly to a solid-state laser oscillation device configured to suppress parasitic oscillation in a laser medium.
従来、固体レーザ発振装置においては、レーザ媒質に向けて励起手段から励起光を入射させて、所定の方向に向けてレーザ光を出力させるようになっている。
こうした従来の固体レーザ発振装置においては、励起光をレーザ媒質に入射させることに伴って該レーザ媒質内で共振器ミラーを介さない本来の取り出したい方向のレーザ光とは異なる寄生発振が生じる。このように寄生発振が生じるとレーザ媒質から共振器ミラーを介して出力される本来のレーザ光の出力が低下するので、従来では、寄生発振を防止するための提案がなされている(例えば特許文献1、特許文献2)。
特許文献1の装置においては、レーザ媒質の外周部における平坦面の幅とレーザ媒質のコアの内径等との寸法比率を所定の比率に設定するようにしている。
また、特許文献2においては、レーザ媒質の上下面のいずれかに寄生発振光を吸収可能な吸収体を設けている。
In such a conventional solid-state laser oscillation device, when the excitation light is incident on the laser medium, parasitic oscillation different from the laser light in the direction desired to be extracted without passing through the resonator mirror occurs in the laser medium. When parasitic oscillation occurs in this way, the output of the original laser beam output from the laser medium via the resonator mirror is reduced, so that conventionally, proposals for preventing parasitic oscillation have been made (for example, Patent Documents). 1, Patent Document 2).
In the apparatus of Patent Document 1, the dimensional ratio between the width of the flat surface at the outer periphery of the laser medium and the inner diameter of the core of the laser medium is set to a predetermined ratio.
In
ところで、上述した従来のレーザ発振装置においては、寄生発振を効率的に抑制できないという欠点があった。しかも、上記特許文献2の装置においては、寄生発振を吸収する吸収体を備えているため、該吸収体が加熱されるという欠点が指摘されていたものである。
However, the above-described conventional laser oscillation device has a drawback that parasitic oscillation cannot be efficiently suppressed. Moreover, since the apparatus of
上述した事情に鑑み、請求項1に記載した本発明は、活性元素を含有し励起光が照射されることによってレーザ光を発振するドープ部およびそれを囲繞しレーザ光を発振しない非ドープ部とを有する薄板状のレーザ媒質と、このレーザ媒質の側方から該レーザ媒質に向けて励起光を入射させる励起手段とを備えて、上記レーザ媒質から所定の方向に向けてレーザ光を出力させるようにした固体レーザ発振装置において、
上記励起光の光路から外れた上記レーザ媒質の非ドープ部に、該レーザ媒質内の寄生発生を抑制する貫通孔を穿設したものである。
In view of the circumstances described above, the present invention described in claim 1 includes a doped portion that contains an active element and oscillates laser light when irradiated with excitation light, and an undoped portion that surrounds the doped portion and does not oscillate laser light. A thin plate-like laser medium having a laser beam and pumping means for making pumping light incident on the laser medium from the side of the laser medium so that the laser beam is output in a predetermined direction from the laser medium. In the solid state laser oscillation device,
In the undoped portion of the laser medium deviated from the optical path of the excitation light, a through hole for suppressing parasitic generation in the laser medium is formed.
上述した構成によれば、上記レーザ媒質の非ドープ部に設けた貫通孔によりレーザ媒質内での寄生発振を効率的に抑制することができる。 According to the configuration described above, the parasitic oscillation in the laser medium can be efficiently suppressed by the through hole provided in the undoped portion of the laser medium.
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明すると、図1ないし図2において、1は固体レーザ発振装置であり、この固体レーザ発振装置1は、出力鏡2を介して鉛直上方に向けてレーザ光L(出力光)を発振できるようなっている。
固体レーザ発振装置1は、概略正方形をした薄板状のレーザ媒質3と、このレーザ媒質3を囲むように4箇所にそれぞれ配置されるとともに励起光L1〜L4を生じさせる第1励起手段11〜第4励起手段14と、上記レーザ媒質3の上方側に配置されたQsw発振用のAOM4と、このAOM4の近接上方側に配置された上記出力鏡2と、上記レーザ媒質3を水平に支持するとともに該レーザ媒質3を冷却するヒートシンク5とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a solid-state laser oscillation device, which is directed vertically upward through an
The solid-state laser oscillation device 1 includes a thin plate-
レーザ媒質3の概略正方形の4辺に相当する部分の側面には、それぞれ平坦面3A〜3Dが形成されている。またレーザ媒質3のヒートシンク5側底面には、誘電体多層膜からなる図示しない全反射膜が施されており、この全反射膜と出力鏡2とで共振器を構成するようになっている。レーザ媒質3の出力鏡2側の面には出力光Lに対して反射しないように図示しない反射防止膜が施されている。他方、各励起手段11〜14は、上記レーザ媒質3の各平坦面3A〜3Dと直交する側方に配置されており、各励起手段11〜14からレーザ媒質3の中心部に向けて励起光L1〜L4を入射させることができるようになっている。
第1励起手段11〜第4励起手段14は同じ構成となっているので、それらを代表して上記第1励起手段11の構成を説明する。すなわち、第1励起手段11は、上記レーザ媒質3の平坦面3Aに向けて配置された励起用LD(レーザダイオード)6と、この励起用LD6とレーザ媒質3の平坦面3Aとの間に順次配置された第1シリンドリカルレンズ7および第2シリンドリカルレンズ8とを備えている。第1シリンドリカルレンズ7と第2シリンドリカルレンズ8とにより集光手段を構成してあり、励起用LD6から励起光L1が発振されると、その励起光L1は集光手段としての両シリンドリカルレンズ7,8によって集束させるようにしてレーザ媒質3に入射されるようになっている。
第2励起手段12〜第4励起手段14も上記第1励起手段11と同様に構成されており、各励起手段11〜14から励起光L1〜L4が発振されると、それらの各励起光L1〜L4は、レーザ媒質3の側方からレーザ媒質3の外周の各平坦面3B〜3Dを経て中心に位置するドープ部3Eに照射されるようになっている。
Since the 1st excitation means 11-the 4th excitation means 14 have the same structure, the structure of the said 1st excitation means 11 is demonstrated on behalf of them. That is, the first pumping means 11 is sequentially arranged between the pumping LD (laser diode) 6 disposed toward the
The second excitation means 12 to the fourth excitation means 14 are also configured in the same manner as the first excitation means 11, and when the excitation lights L1 to L4 are oscillated from the excitation means 11 to 14, the respective excitation lights L1. ˜L4 is irradiated from the side of the
次に、図3に拡大して示すように、レーザ媒質3は、中心部に配置されるとともにYAGからなる母材にYbなどの活性元素が添加されたドープ部3Eと、このドープ部3Eを囲繞する残余部分となるYAGからなる非ドープ部3Fとを備えている。そして、この非ドープ部3Fには、厚さ方向に貫通し、かつ断面円形となる複数の貫通孔3Gが形成されている。
ドープ部3Eは円筒形をしており、このドープ部3Eは概略正方形をした非ドープ部3Fの中心に光学的に接合されるように設けられている。非ドープ部3Fは軸方向(厚さ方向)に短い円板形状から、その外周面を削ってほぼ等間隔に4つの平坦面3A〜3Dを設けた形状をしており、それらは励起光L1〜L4の入射面となっている。なお、本実施例においては、非ドープ部3Fにおける対向位置となる2対の平坦面(3Aと3C、3Bと3D)は完全に平行ではなく、寄生発振が増幅しないように一方の面は他方の面に対して約1度〜2度傾斜させてある。
Next, as shown in an enlarged view in FIG. 3, the
The doped
さらに、本実施例においては、非ドープ部3Fの概略正方形の4角に相当する位置の近傍に厚さ方向の上記貫通孔3Gをそれぞれ穿設している。これら4箇所の各貫通孔3Gの内径は同一であり、かつ、各貫通孔3Gはドープ部3Eから同一距離だけ隔てた位置に形成されている。また、各貫通孔3Gの内径は、上記ドープ部3Eの外径の2/3程度の寸法に設定されている。そして、上記4箇所の貫通孔3Gは、各励起手段11〜14から発振される励起光L1〜L4の光路から外れる位置に設けられている。
このように、本実施例においては、レーザ媒質3の非ドープ部3Fに、ドープ部3Eを取り囲むように4箇所の貫通孔3Gを穿設してあり、それにより、レーザ媒質3内における寄生発振を抑制できるようになっている。
Further, in the present embodiment, the through
As described above, in the present embodiment, the four through
ここで、上述のように構成されたレーザ媒質3の製造工程を説明する。まず、セラミックス粉状のYAGの微細結晶を型に入れてプレスすることにより、軸方向(厚さ方向)に短い円柱形状に形成する。次に該円柱形状の部材のドープ部となる中心部及び4箇所の貫通孔3Gを設ける部分にドリルで軸方向の貫通孔を形成する。その後、微細結晶をプレスして円筒形状に固めた活性元素含有YAGを上記部材の中央の貫通孔に挿入し、それらを一体となるよう焼結する。この焼結工程を経ることで概略円柱状をしたレーザ媒質3が形成される。なお、このように概略円柱状にレーザ媒質3を焼結させることで、ドープ部と非ドープ部が光学的に接合されるとともに、その内部に応力が溜まらないようにしている。またレーザ媒質3の外面には微小な凹凸が形成される。
その後、レーザ媒質3の外周部となる側面の4箇所を光学研磨して平坦面3A〜3Dを形成するとともに、レーザ媒質3の表裏面(上下面)を光学研磨する。なお、光学研磨を施したレーザ媒質3の平坦面3A〜3D及び表裏面以外の面は研磨しないことで微小な凹凸を残すようにする。本実施例においては、このようにしてレーザ媒質3を製造するようにしている。
Here, a manufacturing process of the
Thereafter, the four portions of the side surface that becomes the outer peripheral portion of the
次に、ヒートシンク5は図2に示すように、上記レーザ媒質3を底面(下面)側から支持するもので概略カップ状をしており、所要時に供給パイプ15からヒートシンク5内に冷却水を供給することで、該ヒートシンク5を介してレーザ媒質3を冷却できるようになっている。
Next, as shown in FIG. 2, the
以上の構成に基づく固体レーザ発振装置1の作動を説明する。先ず、第1励起手段11〜第4励起手段14から励起光L1〜L4を同期して発振させてレーザ媒質3に入射させる。これにより、励起光L1〜L4はレーザ媒質3の平坦面3A〜3Dからレーザ媒質3の非ドープ部3Fを透過してドープ部3Eに照射される。
これにより、ドープ部3Eにおいてレーザ光L(出力光)が発振され、該レーザ光LはAOM4と出力鏡2とを介して上方に向けて出射される。
その際、レーザ媒質3の非ドープ部3Fの4箇所には上記貫通孔3Gが穿設されており、それらは寄生発振の増幅を抑制するように機能する。例えば図3に示したドープ部3Eで発生した光K1はドープ部3Eから非ドープ部3Fへ向かい、非ドープ部3Fに設けられた貫通孔3G形成面が凸面鏡として作用し、その反射光がドープ部3Eから外れる方向へ反射する。また、ドープ部3Eで発生した光K1とは異なる方向へ向かう光K2はドープ部3Eから非ドープ部3Fを透過して平坦面3B(外側面)で反射され、さらにその後、貫通孔3G形成面で反射される。このように光K2の反射光もドープ部3Eから外れる方向へ反射するようになっている。
このように本実施例においては上記貫通孔3Gを非ドープ部3Fに設けたことにより、ドープ部3Eから出た光が再度ドープ部3Eに戻ることを防止することができ、それによりレーザ媒質3内における寄生発振を抑制することができる。
The operation of the solid-state laser oscillation device 1 based on the above configuration will be described. First, the excitation lights L1 to L4 are oscillated synchronously from the first excitation means 11 to the fourth excitation means 14 and made incident on the
As a result, laser light L (output light) is oscillated in the doped
At that time, the four through
As described above, in this embodiment, the through
これに対して、図5は非ドープ部3Fに貫通孔を備えていない従来のレーザ媒質3において、周辺の4箇所の励起手段からレーザ媒質3に励起光L1〜L4を照射した場合の寄生発振の発生状態を示したものである。図3の光K1と同じ位置から発光した光K3は非ドープ部3Fを透過してその外側面で反射し、ドープ部3Eを通ってから反対側の外側面で反射することを繰り返すような光路となる。また、図3の光K2と同じ位置から発光した光K4は、非ドープ部3Fを透過してその外側面で反射されてから非ドープ部3Fを再度通って、隣接位置の外側面(3A)で反射される。その後、さらに光K4は非ドープ部3Fを通って隣接位置の外側面(3D)で反射されから非ドープ部3Fとドープ部3Eを順次通過する。このように、従来のレーザ媒質3においては、その内部で寄生発振が増幅されやすいことが理解できる。
そして、上記図3と図5に示した寄生発振の発生状況の比較から容易に理解できるように、本実施例においては、レーザ媒質3内での寄生発振を従来と比較して効率的に抑制できることは明らかである。
On the other hand, FIG. 5 shows the parasitic oscillation when the
As can be easily understood from the comparison of the parasitic oscillation occurrence states shown in FIGS. 3 and 5, in this embodiment, the parasitic oscillation in the
上述した本実施例によれば、レーザ媒質3の非ドープ部3Fに4箇所の貫通孔3Gを穿設したことにより、各励起手段11〜14から励起光L1〜L4をレーザ媒質3に照射した際に、該レーザ媒質3内で寄生発振が生じることを効率的に抑制することができる。したがって、従来と比較してレーザ光Lを出力する際にエネルギー効率が良好な固体レーザ発振装置1を提供できる。
According to the above-described embodiment, the
次に、図4は本発明の第2実施例としてのレーザ媒質3を示したものである。上記図3の第1実施例においては、レーザ媒質3の四角の近くにそれぞれ単独の大きな貫通孔3Gを穿設していたが、この第2実施例においては、レーザ媒質3の非ドープ部3Fにおける四角の近くに、それぞれ複数の小さな貫通孔3Gを穿設したものである。各角の複数の貫通孔3Gは、ドープ部3Eに向けて膨らむ仮想の略半円上に位置して等ピッチとなるように、非ドープ部3Fの四角の近くに形成されている。このような第2実施例であっても、上述した第1実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
Next, FIG. 4 shows a
なお、上記実施例において、レーザ媒質3に設けた貫通孔3G形成面全域にわたって微小な凹凸を形成することにより、貫通孔3G形成面に入射した寄生発振光の反射方向を変えるようにしている。このような微小な凹凸を形成することにより貫通孔形成面への入射角によってはレーザ媒質3の外部に出射することになり、寄生発振の抑制になる。また、貫通孔3G形成面全域にわたって熱伝導率の高い薄膜状のめっきを施してヒートシンクにより冷却するようにすれば、レーザ媒質3とめっきの境界に入射した寄生発振光の多くを吸収することができる。この場合のめっきの材料としては、錫、金錫や銅を用いることができる。
In the above embodiment, the reflection direction of the parasitic oscillation light incident on the through
1‥固定レーザ発振装置 3‥レーザ媒質
3F‥非ドープ部 3G‥貫通孔
11‥第1励起手段 12‥第2励起手段
13‥第3励起手段 14‥第4励起手段
L1〜L4‥励起光 L‥レーザ光(出力光)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fixed
Claims (4)
上記励起光の光路から外れた上記レーザ媒質の非ドープ部に、該レーザ媒質内の寄生発生を抑制する貫通孔を穿設したことを特徴とする固体レーザ発振装置。 A thin-plate-shaped laser medium having an active element and a doped portion that oscillates laser light when irradiated with excitation light and an undoped portion that surrounds it and does not oscillate laser light, and from the side of the laser medium A solid-state laser oscillating device comprising excitation means for making excitation light incident on the laser medium and outputting laser light in a predetermined direction from the laser medium;
A solid-state laser oscillation device, wherein a through-hole that suppresses parasitic generation in the laser medium is formed in an undoped portion of the laser medium that is off the optical path of the excitation light.
さらに、上記各励起手段から照射される励起光の光路から外して上記レーザ媒質の非ドープ部における四角の位置にそれぞれ上記貫通孔が穿設されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の固体レーザ発振装置。 The laser medium has four sides consisting of flat surfaces on the outer periphery thereof, and a total of four excitation means are arranged to face the four sides of the laser medium,
Further, the through-holes are respectively formed at square positions in the undoped part of the laser medium outside the optical path of the excitation light emitted from the excitation means. 4. The solid-state laser oscillation device according to any one of 3.
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