JPH01272174A - スラブ型レーザー素子 - Google Patents
スラブ型レーザー素子Info
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- JPH01272174A JPH01272174A JP10175088A JP10175088A JPH01272174A JP H01272174 A JPH01272174 A JP H01272174A JP 10175088 A JP10175088 A JP 10175088A JP 10175088 A JP10175088 A JP 10175088A JP H01272174 A JPH01272174 A JP H01272174A
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- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、スラブ型レーザー素子に関し、特に、レーザ
ービームが入出射する端面が反射防止膜で被覆されてな
る、高出力のスラブ型レーザー素子に関する。
ービームが入出射する端面が反射防止膜で被覆されてな
る、高出力のスラブ型レーザー素子に関する。
従来のスラブ型レーザー素子においては、レーザービー
ムの入射面に平行な偏光成分（以下、Ｐ成分という）の
みが選択的に入出射され、該Ｐ成分に垂直な偏光成分（
以下、Ｓ成分という）はレーザービームが端面を１回通
過するごとに約３０％反射されるように、レーザービー
ムが入出射スる端面は全反射面に対して傾斜して形成さ
れ、レーザービームは該端面にブリュースタ角で入射さ
れていた。したがって、Ｐ成分のみが出力の増幅に利用
されていた。
ムの入射面に平行な偏光成分（以下、Ｐ成分という）の
みが選択的に入出射され、該Ｐ成分に垂直な偏光成分（
以下、Ｓ成分という）はレーザービームが端面を１回通
過するごとに約３０％反射されるように、レーザービー
ムが入出射スる端面は全反射面に対して傾斜して形成さ
れ、レーザービームは該端面にブリュースタ角で入射さ
れていた。したがって、Ｐ成分のみが出力の増幅に利用
されていた。
このようなスラブ型レーザー素子においては、当然なが
ら素子の端面で反射されるＳ成分は増幅に利用されない
、また、通常、スラブ型レーザー素子においては、励起
と冷却とが広い全反射面で行われ、レーザー媒質内部の
熱歪による屈折率分布はレーザービームを媒質内をジグ
ザグに進行させることにより平均化され熱レンズ効果が
補償されているが、それでも、レーザービームが媒質内
を進行中に、局所的な熱歪等に起因するものと考えられ
る偏光変換によるＳ成分を有するレーザービームが発生
する。しかし、このＳ成分は、素子の端面において反射
されるため素子から有効に取り出すことができず、出力
として寄与しない損失となっていた。
ら素子の端面で反射されるＳ成分は増幅に利用されない
、また、通常、スラブ型レーザー素子においては、励起
と冷却とが広い全反射面で行われ、レーザー媒質内部の
熱歪による屈折率分布はレーザービームを媒質内をジグ
ザグに進行させることにより平均化され熱レンズ効果が
補償されているが、それでも、レーザービームが媒質内
を進行中に、局所的な熱歪等に起因するものと考えられ
る偏光変換によるＳ成分を有するレーザービームが発生
する。しかし、このＳ成分は、素子の端面において反射
されるため素子から有効に取り出すことができず、出力
として寄与しない損失となっていた。
このように、従来のスラブ型レーザー素子においては、
素子の端面がＰ成分を選択的に入出射させるようになっ
ているためにＳ成分を増幅に利用できず、レーザー媒質
内で発生したＳ成分は損失となっている。そのため、効
率が低く、出力の向上が妨げられていた。
素子の端面がＰ成分を選択的に入出射させるようになっ
ているためにＳ成分を増幅に利用できず、レーザー媒質
内で発生したＳ成分は損失となっている。そのため、効
率が低く、出力の向上が妨げられていた。
そこで、本発明の目的は、レーザービームのＰ成分のみ
ならずＳ成分も増幅に利用し、レーザー媒質内で発生し
たＳ成分も出力として取り出せる扁出力のスラブ型レー
ザー素子を提供することにある。
ならずＳ成分も増幅に利用し、レーザー媒質内で発生し
たＳ成分も出力として取り出せる扁出力のスラブ型レー
ザー素子を提供することにある。
本発明は、このようなレーザー素子として、２つの平行
な全反射面と、レーザービームが入出射する２つの端面
とを有するスラブ型レーザー素子において、前記２つの
端面が、レーザービームの入射面に平行な偏光成分（Ｐ
成分）および該偏光成分に対し垂直な偏光成分（Ｓ成分
）に対する反射防止膜により被覆されていることを特徴
とするスラブ型レーザー素子を提供するものである。
な全反射面と、レーザービームが入出射する２つの端面
とを有するスラブ型レーザー素子において、前記２つの
端面が、レーザービームの入射面に平行な偏光成分（Ｐ
成分）および該偏光成分に対し垂直な偏光成分（Ｓ成分
）に対する反射防止膜により被覆されていることを特徴
とするスラブ型レーザー素子を提供するものである。
本発明のスラブ型レーザー素子（以下、単に、素子とい
う）では、Ｐ成分だけでなく、Ｓ成分を含む他のすべて
の偏光成分をレーザー媒質内に入出射させて増幅に利用
するので、レーザービームを素子の端面にブリエースタ
角などの特定の入射角で入出射させる必要がない。した
がって、素子の端面と全反射面とのなす角は、特に制限
されない。
う）では、Ｐ成分だけでなく、Ｓ成分を含む他のすべて
の偏光成分をレーザー媒質内に入出射させて増幅に利用
するので、レーザービームを素子の端面にブリエースタ
角などの特定の入射角で入出射させる必要がない。した
がって、素子の端面と全反射面とのなす角は、特に制限
されない。
素子を構成するレーザー媒質の材料としては、波長１．
０６μ翔における屈折率１．４５〜２．０５の範囲にあ
る固体レーザー用の材料、例えば、Ｎｄ”ドープＧｄ５
ＧａｓＯ＋ｚ （Ｎｄ：ＧＧＧＳｎｓ ＝１．９５
）、Ｎｄ’。
０６μ翔における屈折率１．４５〜２．０５の範囲にあ
る固体レーザー用の材料、例えば、Ｎｄ”ドープＧｄ５
ＧａｓＯ＋ｚ （Ｎｄ：ＧＧＧＳｎｓ ＝１．９５
）、Ｎｄ’。
ドープＹ、＾１’ｓＯ＋ｔ （Ｎｄ：ＹＡＧ 、 ｎ、
＝１．８２ ）等の。
＝１．８２ ）等の。
結晶、ならびにＮｄ’“ドープガラスが挙げられる。
端面に形成される反射防止膜としては、波長１．０６μ
翔における屈折率１゜１３〜１．４４の範囲のものが好
ましく、このとき媒質としてＮｄ ： ＧＧＧまたはＮ
ｄ ： ＹＡＧを用いた場合、入射角を０°〜ブリユー
スタ角の範囲と設定すればＰ成分およびＳ成分の端面に
おけるそれぞれの反射率を７％以下に抑制することがで
きる。また、反射防止膜の屈折率は、１．１６〜１．３
９の範囲がより好ましく、このとき上記の場合、Ｐ成分
およびＳ成分の合計の反射率を７％以下に抑制すること
ができる。
翔における屈折率１゜１３〜１．４４の範囲のものが好
ましく、このとき媒質としてＮｄ ： ＧＧＧまたはＮ
ｄ ： ＹＡＧを用いた場合、入射角を０°〜ブリユー
スタ角の範囲と設定すればＰ成分およびＳ成分の端面に
おけるそれぞれの反射率を７％以下に抑制することがで
きる。また、反射防止膜の屈折率は、１．１６〜１．３
９の範囲がより好ましく、このとき上記の場合、Ｐ成分
およびＳ成分の合計の反射率を７％以下に抑制すること
ができる。
このような反射防止膜に特に好適に用いることができる
材料としては、例えば、ＭｇＦ２ 、Ｓｉｎｇ 。
材料としては、例えば、ＭｇＦ２ 、Ｓｉｎｇ 。
Ｎａ５Ａ Ｉ Ｊｌａ 、 Ｎａ５Ａ Ｉ Ｐｂ 、５
ｒＦｚ等が挙げられ、その形成は、真空蒸着、スパッタ
リング、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法などの方法により行うこ
とができる。
ｒＦｚ等が挙げられ、その形成は、真空蒸着、スパッタ
リング、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法などの方法により行うこ
とができる。
以下、図面に示す実施例に即してさらに詳しく説明する
。
。
第１図は、本発明の素子の一例の縦断面を概念的に表し
た図であり、素子を構成するレーザー媒質１は全反射面
２および２′と、全反射面に対しである角度で傾斜した
相対向する２つの端面３および３′とを有している。端
面３．３′は、それぞれ、反射防止膜４および４′で被
覆されている。
た図であり、素子を構成するレーザー媒質１は全反射面
２および２′と、全反射面に対しである角度で傾斜した
相対向する２つの端面３および３′とを有している。端
面３．３′は、それぞれ、反射防止膜４および４′で被
覆されている。
この素子の端面に、レーザービーム５が入射角θ。で入
射した時、反射防止膜における屈折角θ、と、レーザー
媒質における屈折角θ、とは、それぞれ、スネルの法則
により、式（１）および（２）で表される。
射した時、反射防止膜における屈折角θ、と、レーザー
媒質における屈折角θ、とは、それぞれ、スネルの法則
により、式（１）および（２）で表される。
ｓ
ｎｆ
〔ここで、ｎｏは外界媒質、通常、空気の屈折率、ｎ、
はレーザー媒質の屈折率、ｎ、は反射防止膜の屈折率で
ある。〕 外界媒質と反射防止膜との界面における、Ｐ成分の反射
係数をｒｐｓｓ成分の反射係数をｒ、とし、反射防止膜
とレーザー媒質との界面における、Ｐ成分の反射係数を
ｒ、′、Ｓ成分の反射係数をｒ、′とすると、これらは
、次の式（３）〜（６）のように表される。
はレーザー媒質の屈折率、ｎ、は反射防止膜の屈折率で
ある。〕 外界媒質と反射防止膜との界面における、Ｐ成分の反射
係数をｒｐｓｓ成分の反射係数をｒ、とし、反射防止膜
とレーザー媒質との界面における、Ｐ成分の反射係数を
ｒ、′、Ｓ成分の反射係数をｒ、′とすると、これらは
、次の式（３）〜（６）のように表される。
したがって、Ｐ成分およびＳ成分の端面における、それ
ぞれの反射率Ｒ９およびＲ８は式（３）〜（６）から次
式Ｔ７１． （８）で表される。
ぞれの反射率Ｒ９およびＲ８は式（３）〜（６）から次
式Ｔ７１． （８）で表される。
また、反射防止膜の膜厚（物理的膜厚）をｄとすると、
その光学的膜厚は、次式（９）で表される。
その光学的膜厚は、次式（９）で表される。
〔ここで、λは、レーザー発振波長を表す。〕レーザー
ビームの増幅に利用される偏光成分の割合を太き（する
ためには、Ｐ成分、Ｓ成分の反射率Ｒｐ、Ｒｓのいずれ
をも小さくすることが必要であるが、これらは、式（７
）、 （８）さらには式（３）〜（６）から明らかなよ
うに、レーザービームの端面への入射角θ。、ならびに
外界媒質、反射防止膜およびレーザー媒質の屈折率に依
存する。
ビームの増幅に利用される偏光成分の割合を太き（する
ためには、Ｐ成分、Ｓ成分の反射率Ｒｐ、Ｒｓのいずれ
をも小さくすることが必要であるが、これらは、式（７
）、 （８）さらには式（３）〜（６）から明らかなよ
うに、レーザービームの端面への入射角θ。、ならびに
外界媒質、反射防止膜およびレーザー媒質の屈折率に依
存する。
そこで、代表的なレーザー媒質であるＮｄ ： ＧＧＧ
（ｎｓ＝１．９５）またはＮｄ：ＹＡＧ （ｎｓ＝１
．８２）で構成された素子を、外界媒質を空気（ｎ、＝
１．０）として用いた場合、Ｒ，およびＲ８の両方が、
例えば、５％以下となる条件は、式（７）、 （８）か
ら第１表に示すように計算される。この表にしたがって
、用いられるレーザービームの人出射角に応じた屈折率
を有する材料を選択して反射防止膜を形成することによ
り、ＲｐおよびＲ８の両方を５％以下とすることができ
る。このとき、膜厚は、用いる材料の屈折率ｎ、に応じ
て式（９）を満たすように決定すればよい。
（ｎｓ＝１．９５）またはＮｄ：ＹＡＧ （ｎｓ＝１
．８２）で構成された素子を、外界媒質を空気（ｎ、＝
１．０）として用いた場合、Ｒ，およびＲ８の両方が、
例えば、５％以下となる条件は、式（７）、 （８）か
ら第１表に示すように計算される。この表にしたがって
、用いられるレーザービームの人出射角に応じた屈折率
を有する材料を選択して反射防止膜を形成することによ
り、ＲｐおよびＲ８の両方を５％以下とすることができ
る。このとき、膜厚は、用いる材料の屈折率ｎ、に応じ
て式（９）を満たすように決定すればよい。
以上の方法によれば、Ｐ成分およびＳ成分の端面におけ
る反射率を所望値以下に抑制する条件を見出すことは容
易である。
る反射率を所望値以下に抑制する条件を見出すことは容
易である。
第２図は、上記のＮｄ ： ＧＧＧのレーザー媒質から
なる素子の端面に種々の屈折率の膜を式（９）から導い
た膜厚に設け、−例として、外界媒質空気、人出射角θ
。６２．８度、レーザー発振波長１．０６μｍとした場
合の、上記の方法により求められるＲｐ”およびＲ３の
反射防止膜の屈折率ｎｔに対する依存性を示したもので
ある。この場合、ｎ、が１．１６〜１．３９の範囲にあ
ると、Ｒ９は若干大きくなるが、Ｒ８が著しく減少する
ので、全体として出力に寄与する偏光成分を大幅に増加
させることができることがわかる。
なる素子の端面に種々の屈折率の膜を式（９）から導い
た膜厚に設け、−例として、外界媒質空気、人出射角θ
。６２．８度、レーザー発振波長１．０６μｍとした場
合の、上記の方法により求められるＲｐ”およびＲ３の
反射防止膜の屈折率ｎｔに対する依存性を示したもので
ある。この場合、ｎ、が１．１６〜１．３９の範囲にあ
ると、Ｒ９は若干大きくなるが、Ｒ８が著しく減少する
ので、全体として出力に寄与する偏光成分を大幅に増加
させることができることがわかる。
実施例
次に、本発明のスラブ型レーザー素子を実施例により具
体的に説明する。第１図に示す形状の、幅５５■ｌ、長
さ２０３鶴、厚さ９．５１■の素子をレーザー媒質１と
してＮｄ ： ＧＧＧを用いて製造した。
体的に説明する。第１図に示す形状の、幅５５■ｌ、長
さ２０３鶴、厚さ９．５１■の素子をレーザー媒質１と
してＮｄ ： ＧＧＧを用いて製造した。
両端面３．３′は、全反射面２．２′と３１．４度に傾
斜している。この端面３，３′に、ＭｇＦｚ （実施例
１）、または５ｉＯｔ （実施例２）からなる反射防止
膜４．４′を真空薫着法によって、膜厚が第２表に示す
膜厚となるように形成した。このときの光学的膜厚も第
１表に示す。これらの素子をレーザー発振波長１．０６
μｍ、レーザービームの入射角θ。＝ ６２．８度で発
振させた。該波長に対し、前記レーザー媒質の屈折率は
ｎ５＝１．９５であり、形成した反射防止膜の屈折率ｎ
ｌは第２表に示すとおりである。このとき、端面におけ
る、レーザービームのＰ成分およびＳ成分の反射率Ｒ９
およびＲ８は、第２表に示すとおりである。
斜している。この端面３，３′に、ＭｇＦｚ （実施例
１）、または５ｉＯｔ （実施例２）からなる反射防止
膜４．４′を真空薫着法によって、膜厚が第２表に示す
膜厚となるように形成した。このときの光学的膜厚も第
１表に示す。これらの素子をレーザー発振波長１．０６
μｍ、レーザービームの入射角θ。＝ ６２．８度で発
振させた。該波長に対し、前記レーザー媒質の屈折率は
ｎ５＝１．９５であり、形成した反射防止膜の屈折率ｎ
ｌは第２表に示すとおりである。このとき、端面におけ
る、レーザービームのＰ成分およびＳ成分の反射率Ｒ９
およびＲ８は、第２表に示すとおりである。
実施例１の素子を用い、励起ランプ人力３４ｋＷにおい
てレーザー発振させたところ、レーザー発振出力５１０
Ｗであった。
てレーザー発振させたところ、レーザー発振出力５１０
Ｗであった。
比較例として、反射防止膜を形成しない以外は、実施例
１．２と同様の構成の素子のＲ９およびＲ６も第２表に
示す。この比較例の素子を用い、上記と同様に、励起ラ
ンプ人力３４ｋＷ４こおいてレーザー発振させたところ
、レーザー発振出力２３０Ｗであった。
１．２と同様の構成の素子のＲ９およびＲ６も第２表に
示す。この比較例の素子を用い、上記と同様に、励起ラ
ンプ人力３４ｋＷ４こおいてレーザー発振させたところ
、レーザー発振出力２３０Ｗであった。
本発明のスラブ型レーザー素子は、レーザービームのＰ
成分だけでなく、Ｓ成分をも増幅およびレーザー発振の
出力として利用するため、高出力が得られる。
成分だけでなく、Ｓ成分をも増幅およびレーザー発振の
出力として利用するため、高出力が得られる。
このスラブ型レーザー素子は、高出力レーザービームが
求められる、鋼類などの切断、溶接、アニーリング等に
用いる各種のレーザー加工機に有用である。
求められる、鋼類などの切断、溶接、アニーリング等に
用いる各種のレーザー加工機に有用である。
第１図は、本発明のスラブ型レーザー素子の縦断面を表
わす概念図で・あり、 第２図は、レーザー媒質としてＮｄ ： ＧＧＧを用い
た場合の一定条件下における、Ｐ成分およびＳ成分の反
射率と反射防止膜の屈折率との関係を表わす。
わす概念図で・あり、 第２図は、レーザー媒質としてＮｄ ： ＧＧＧを用い
た場合の一定条件下における、Ｐ成分およびＳ成分の反
射率と反射防止膜の屈折率との関係を表わす。
Claims (3)
- （１）２つの平行な全反射面と、レーザービームが入出
射する２つの端面とを有するスラブ型レーザー素子にお
いて、 前記２つの端面が、レーザービームの入射面に平行な偏
光成分および該偏光成分に対し垂直な偏光成分に対する
反射防止膜により被覆されていることを特徴とするスラ
ブ型レーザー素子。 - （２）特許請求の範囲第１項記載のスラブ型レーザー素
子において、該素子を構成するレーザー媒質が、波長１
．０６μｍにおける屈折率が１．４５〜２．０５のもの
であり、反射防止膜が波長１．０６μｍの屈折率が１．
１３〜１．４４の物質からなるスラブ型レーザー素子。 - （３）特許請求の範囲第２項記載のスラブ型レーザー素
子において、前記レーザー媒質がＮｄドープＧＧＧまた
はＮｄドープＹＡＧからなり、前記反射防止膜がＭｇＦ
＿２、ＳｉＯ＿２、Ｎａ＿５Ａｌ＿３Ｆ＿１＿４、Ｎａ
＿３ＡｌＦ＿６およびＳｒＦ＿２から選ばれる物質から
なるスラブ型レーザー素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101750A JPH0666488B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | スラブ型レーザー素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101750A JPH0666488B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | スラブ型レーザー素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01272174A true JPH01272174A (ja) | 1989-10-31 |
| JPH0666488B2 JPH0666488B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=14308917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63101750A Expired - Fee Related JPH0666488B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | スラブ型レーザー素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666488B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012253092A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ発振器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176180A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-01 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ発振装置 |
| JPS6319888A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | スラブ型レ−ザ素子 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP63101750A patent/JPH0666488B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176180A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-01 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ発振装置 |
| JPS6319888A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | スラブ型レ−ザ素子 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012253092A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0666488B2 (ja) | 1994-08-24 |
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