JP6926316B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1に係る固体レーザ装置1は、図1に示すように、種光源40と、複数のレーザ媒質30(第1レーザ媒質30−1、第2レーザ媒質30−2、・・・、第nレーザ媒質30−n)と、複数の鏡50(第1鏡50−1、第2鏡50−2、第3鏡50−3)とを備える。種光源40は、第1レーザ窓61−1を介して、第1鏡50−1にレーザ光を照射する。照射されたレーザ光は、レーザ光路100に沿って進む。具体的には、レーザ光は、第1鏡50−1、第1レーザ媒質30−1、第2レーザ媒質30−2、・・・、第nレーザ媒質30−n、第2鏡50−2、第3鏡50−3により順番に反射され、第2レーザ窓61−2を介して出力される。このため、種光源40から照射されたレーザ光は、レーザ媒質30により増幅され、高いエネルギーを得る。また、複数の鏡50は、種光源40から照射されるレーザ光がレーザ光路100に沿って進むように、調整されている。
固体レーザ装置1の使用方法を説明する。まず、第1冷却装置10−1と第2冷却装置10−2とを起動させ、第1コールドヘッド20−1と第2コールドヘッド20−2とを冷却する。両方のコールドヘッド20の温度が十分に下がったら、種光源40を起動し、レーザ光を照射する。種光源40を起動するときのコールドヘッド20の温度は、レーザ媒質30の素材により決定される。例えば、レーザ媒質30がYb:YAGの場合、コールドヘッド20の温度が120K以下に下がったら、種光源40を起動する。種光源40が照射するレーザ光は、鏡50と、レーザ媒質30とで反射され、固体レーザ装置1から出力される。次に、励起光源70を起動し、光照射部80からレーザ媒質30に対して、励起光を照射する。レーザ媒質30は、励起光が照射されると、励起光のエネルギーに応じて、照射されているレーザ光を増幅する。このため、固体レーザ装置1が出力するレーザ光のエネルギーは、種光源40が照射するレーザ光のエネルギーよりも高くなる。最後に、種光源40が出力するレーザ光のエネルギーを、励起光源70を起動する前よりも高くする。これにより、固体レーザ装置1が出力するレーザ光のエネルギーは、さらに高くなる。以上のように、固体レーザ装置1を使用することで、固体レーザ装置1は、高出力で、高品質なレーザ光を出力することができる。
レーザ媒質30の温度を測定し、固体レーザ装置1の冷却性能と、出力するレーザ光のエネルギーとを、測定結果に応じて調整してもよい。例えば、高エネルギーのレーザ光を出力する場合、冷却装置10の冷却エネルギーを最大にする。次に、励起光源70が出力する励起光のエネルギーを高くする。また、種光源40が出力するレーザ光のエネルギーを高くする。レーザ媒質30が予め決められた温度を超える場合、例えば120Kを超える場合、レーザ光のエネルギーを下げる。これにより、固体レーザ装置1の冷却性能を超えない範囲で、出力されるレーザ光のエネルギーは最大になる。このように、レーザ媒質30の温度を測定することで、固体レーザ装置1がレーザ光を出力する効率を上げることができる。
レーザ光は、複数のレーザ媒質30で反射する。このため、製造誤差、レーザ媒質30で発生した熱による屈折率の変化などにより、図6に示すように、設計時のレーザ光路100に対して、レーザ光の光路が実際のレーザ光路105に変化する場合がある。これにより、レーザ媒質30において、レーザ光が照射される位置は、励起光が照射される位置とずれてしまう。この結果、レーザ媒質30におけるレーザ光の増幅効率が低下する。
実施の形態4では、図9に示すように、固体レーザ装置1が3つのコールドヘッド20(第1コールドヘッド20−1、第2コールドヘッド20−2、第3コールドヘッド20−3)を備える例を示す。このため、固体レーザ装置1は、第1コールドヘッド20−1を冷却する第1冷却装置10−1と、第2コールドヘッド20−2を冷却する第2冷却装置10−2と、第3コールドヘッド20−3を冷却する第3冷却装置10−3とを備える。実施の形態1と同じ機能を有するものは、同じ符号で参照する。また、ここでは、実施の形態1と異なる機能・構成について説明し、実施の形態1と同じ機能・構成については説明を省略する。また、実施の形態1と同様に、コールドヘッド20の長手方向をz軸方向とする。ただし、y軸方向をレーザ媒質30が密着している第3コールドヘッド20−3の側面の直交方向とし、x軸方向をy軸方向とz軸方向とに直交する方向とする。コールドヘッド20に対して冷却装置10が設けられている方向を−z方向とする。なお、理解を容易にするため、図9では励起光源70と光ファイバ75とを省略している。
実施の形態5では、レーザ光がレーザ光路100を折り返すことで、同じレーザ媒質30で複数回反射する例を示す。固体レーザ装置1は、レーザ光を折り返すため、図11に示すように、真空容器60の第2レーザ窓61−2から出力されるレーザ光を反射する折返し鏡96を備える。また、固体レーザ装置1は、折り返したレーザ光の位相を変更させる波長板97と、位相が変更されたレーザ光を反射する偏光子95とを備える。その他の構成は実施の形態1と同様である。
実施の形態6では、固体レーザ装置1は、種光源40から照射されるレーザ光を分岐する。分岐したレーザ光をそれぞれのレーザ光路100で増幅し、増幅したレーザ光を合成する例を示す。固体レーザ装置1は、図13、14に示すように、4つのコールドヘッド20(第1コールドヘッド20−1、第2コールドヘッド20−2、第3コールドヘッド20−3、第4コールドヘッド20−4)と、各コールドヘッド20を冷却する冷却装置10(第1冷却装置10−1、第2冷却装置10−2、図示しない第3冷却装置10−3、第4冷却装置10−4)とを備える。実施の形態1と同じ機能を有するものは、同じ符号で参照する。また、ここでは、実施の形態1と異なる機能・構成について説明し、実施の形態1と同じ機能・構成については説明を省略する。また、実施の形態1と同様に、コールドヘッド20の長手方向をz軸方向とする。ただし、x軸方向をレーザ媒質30が密着している第2コールドヘッド20−2の側面の直交方向とし、y軸方向をz軸方向とx軸方向とに直交する方向とする。コールドヘッド20に対して冷却装置10が設けられている方向を−z方向とする。
上記実施の形態では、複数のコールドヘッド20は、互いに異なる冷却装置10に冷却される例を示したが、これに限定されない。例えば、1つの冷却装置10が複数のコールドヘッド、例えばすべてのコールドヘッド20を冷却してもよい。また、複数の冷却装置10で1つのコールドヘッド20を冷却してもよい。
Claims (15)
- 少なくとも第1コールドヘッドと、第2コールドヘッドと、第3コールドヘッドとを含む複数のコールドヘッドと、
前記複数のコールドヘッドを冷却する冷却装置と、
前記複数のコールドヘッドの各々に接触して配置され、照射された第1レーザ光を増幅し、前記第1レーザ光を反射する複数のレーザ媒質と、
前記複数のレーザ媒質のうちの第1レーザ媒質に前記第1レーザ光を照射する種光源と、
を備え、
前記複数のレーザ媒質のうちの前記第1コールドヘッドに配置された1つは、前記第1レーザ光を、前記複数のレーザ媒質のうちの前記第2コールドヘッドに配置された第2レーザ媒質に向けて反射し、
前記第2レーザ媒質は、前記複数のレーザ媒質のうちの前記第3コールドヘッドに配置され1つに向けて反射し、
前記複数のコールドヘッドは、前記複数のレーザ媒質を冷却する
固体レーザ装置。 - 2以上のコールドヘッドを含む第1組のコールドヘッドと、2以上のコールドヘッドを含む第2組のコールドヘッドとを含む複数のコールドヘッドと、
前記複数のコールドヘッドを冷却する冷却装置と、
第1レーザ媒質と第2レーザ媒質とを含む複数のレーザ媒質と、
前記第1レーザ媒質に第1レーザ光を照射し、前記第2レーザ媒質に前記第1レーザ光から分岐された第2レーザ光を照射する種光源と、
を備え、
前記複数のレーザ媒質は、
前記第1組のコールドヘッドの各々に接触して配置され、照射された前記第1レーザ光を増幅し、前記第1レーザ光を反射するレーザ媒質を含む第1レーザ媒質群と、
前記第2組のコールドヘッドの各々に接触して配置され、照射された前記第2レーザ光を増幅し、前記第2レーザ光を反射するレーザ媒質を含む第2レーザ媒質群と、
を含み
前記第1組のコールドヘッドは、前記第1レーザ媒質群を冷却し、
前記第2組のコールドヘッドは、前記第2レーザ媒質群を冷却し、
前記第1レーザ媒質群は、前記第1レーザ媒質を含み、
前記第2レーザ媒質群は、前記第2レーザ媒質を含み、
前記第1レーザ媒質群に含まれるレーザ媒質は、当該レーザ媒質が配置されたコールドヘッドと異なる前記第1組のコールドヘッドの1つに配置され、前記第1レーザ媒質群に含まれるレーザ媒質に、前記第1レーザ光を反射し、
前記第2レーザ媒質群に含まれるレーザ媒質は、当該レーザ媒質が配置されたコールドヘッドと異なる前記第2組のコールドヘッドの1つに配置され、前記第2レーザ媒質群に含まれるレーザ媒質に、前記第2レーザ光を反射し、
前記第1レーザ光の光路は、前記複数のコールドヘッドの1つに配置されたレーザ媒質が並ぶ方向から見たときに、前記第2レーザ光の光路と交差する
固体レーザ装置。 - 前記複数のレーザ媒質の各々と、前記複数のコールドヘッドとの境界に前記第1レーザ光を反射する反射面をさらに備える
請求項1または2に記載の固体レーザ装置。 - 前記複数のレーザ媒質の厚さは1mm以下である
請求項1から3のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記複数のコールドヘッドを内部に含む真空容器をさらに備える
請求項1から4のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記複数のレーザ媒質の温度を測定する温度測定装置をさらに備える
請求項1から5のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記温度測定装置は、
前記複数のレーザ媒質の各々から放出される光のスペクトルを分析する光分析器と、
前記スペクトルに基づき、前記各レーザ媒質の温度を判定する判定部と、
を備える
請求項6に記載の固体レーザ装置。 - 前記コールドヘッドに支持され、前記複数のレーザ媒質の各々に励起光を照射する光照射部をさらに備える
請求項1から7のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記複数のレーザ媒質の各々に励起光を照射する光照射部をさらに備え、
前記光照射部は、
前記各レーザ媒質からの光波を検知する光センサと、
検知結果に基づき、前記励起光の照射方向を決定する角度制御部と、
前記照射方向に基づき、前記第1レーザ光が照射される前記各レーザ媒質の表面に前記励起光を照射する照射部と、
を備える
請求項1から7のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記角度制御部は、
前記検知結果に基づき、前記レーザ媒質における前記第1レーザ光が照射されている位置を算出し、
前記第1レーザ光が照射されている前記位置に、前記励起光が照射されるように前記照射方向を決定する
請求項9に記載の固体レーザ装置。 - 前記光照射部は、前記光センサの前方に、前記第1レーザ光の波長の光を通過させるフィルタを備える
請求項9または10に記載の固体レーザ装置。 - 前記複数のレーザ媒質の各々に励起光を照射する光照射部をさらに備え、
前記光照射部は、
光の照射状況に基づき、前記励起光の照射方向を決定する角度制御部と、
前記照射方向に基づき、前記第1レーザ光が照射される前記各レーザ媒質の表面に前記励起光を照射する照射部と、
を備える
請求項1から7のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記角度制御部は、
前記レーザ媒質における、前記光の照射状況に対応した前記第1レーザ光が照射される位置を示す変化情報を保持し、
前記変化情報から、現在の前記光の照射状況に対応した前記第1レーザ光が照射される前記位置に基づき、前記励起光の照射方向を決定する
請求項12に記載の固体レーザ装置。 - 前記光照射部は、前記複数のコールドヘッドを内部に含む真空容器の外部に設けられ、
前記真空容器は、前記励起光を透過する励起光窓を備える
請求項9から13のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。 - 前記第1レーザ媒質群に反射された前記第1レーザ光と、前記第2レーザ媒質群に反射された前記第2レーザ光とを合成する光合成器をさらに備える
請求項2に記載の固体レーザ装置。
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