JPH01289180A - 固体レーザ - Google Patents
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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〕
この発明は、スラブ型の固体レーザに関し、特にその励
起、冷却の構造を改良した固体レーザに関するものであ
る。
起、冷却の構造を改良した固体レーザに関するものであ
る。
第8図、第9図は例えば特開昭61−204990号公
報に示された従来の固体レーザを示す横断面図及び縦断
面図であり、図において、1はレーザ媒質、3は透明板
、6はシール部材、11は側板、7はランプ、8はミラ
ー面、9は冷却水、20は光軸、30は全反射ミラー、
40は部分反射ミラー、21はレーザビーム、50はハ
ウジング、51はハウジングの開孔でる。
報に示された従来の固体レーザを示す横断面図及び縦断
面図であり、図において、1はレーザ媒質、3は透明板
、6はシール部材、11は側板、7はランプ、8はミラ
ー面、9は冷却水、20は光軸、30は全反射ミラー、
40は部分反射ミラー、21はレーザビーム、50はハ
ウジング、51はハウジングの開孔でる。
次に動作について説明する。
ランプ7による発光はミラー面8によってレーザ媒質1
に集光されこれを励起する。光軸20はレーザ媒質1内
で複数回の内部全反射をしている。
に集光されこれを励起する。光軸20はレーザ媒質1内
で複数回の内部全反射をしている。
全反射ミラー30と部分反射ミラー40によって形成さ
れる共振器により励起された光エネルギーの一部がレー
ザビーム21として外部に出力される。
れる共振器により励起された光エネルギーの一部がレー
ザビーム21として外部に出力される。
レーザ媒1tlの縦断面は第9図に示すようになってお
り、透明板3と側板11の表面で形成する外周と、ハウ
ジングの開孔51の内周の間にシール部材6を設けて冷
却水9のシールをしている。
り、透明板3と側板11の表面で形成する外周と、ハウ
ジングの開孔51の内周の間にシール部材6を設けて冷
却水9のシールをしている。
ハウジング50の内では、透明板3と側板11は共に直
接冷却水9によって冷却されている。この構造で透明板
3に求められる物性は、レーザ媒質1内部の全反射条件
を乱さないように屈折率がレーザ媒質1に比して十分小
さいこと、熱伝導率が大きいこと、熱的に強いこと等で
ある。例えばレーザ媒質1がYAG、屈折率n=1.8
2である場合、屈折率fl−1.45.熱伝導率に−1
,4Xl0−”W・ロトdeg−’である石英板が好適
である。側板11の満足すべき物性は光を吸収しないこ
と、熱伝導率が小さいこと等で、例えばシリコンゴム系
物質の場合、K −0,29X10−!W−cm−’−
deg −’である。1r1]ち、透明板3と側板11
との熱伝導率の差は高々5倍程度である。この場合、レ
ーザ媒質lの熱はその大部分が透明板3を通して冷却水
9に吸収されるが、側面部分では一部の熱が側板11を
通して冷却水9に伝わることを避けることはできない。
接冷却水9によって冷却されている。この構造で透明板
3に求められる物性は、レーザ媒質1内部の全反射条件
を乱さないように屈折率がレーザ媒質1に比して十分小
さいこと、熱伝導率が大きいこと、熱的に強いこと等で
ある。例えばレーザ媒質1がYAG、屈折率n=1.8
2である場合、屈折率fl−1.45.熱伝導率に−1
,4Xl0−”W・ロトdeg−’である石英板が好適
である。側板11の満足すべき物性は光を吸収しないこ
と、熱伝導率が小さいこと等で、例えばシリコンゴム系
物質の場合、K −0,29X10−!W−cm−’−
deg −’である。1r1]ち、透明板3と側板11
との熱伝導率の差は高々5倍程度である。この場合、レ
ーザ媒質lの熱はその大部分が透明板3を通して冷却水
9に吸収されるが、側面部分では一部の熱が側板11を
通して冷却水9に伝わることを避けることはできない。
また、透明板3とレーザ媒質1の表面には多少の曲がり
や凹凸があることは避は難く、そのため両者の間隙はレ
ーザ媒質の幅方向に100μm程度の分布が生じる0本
従来例では、この間隙には空気が存在することになる。
や凹凸があることは避は難く、そのため両者の間隙はレ
ーザ媒質の幅方向に100μm程度の分布が生じる0本
従来例では、この間隙には空気が存在することになる。
空気の熱伝導率はK =2.6 Xl0−’W−CI1
1−’ ・deg −’と透明板3のそれに比して2指
手さい。それ故、間隙のわずかな分布は透明板3を経由
するレーザ媒質1の厚み方向の熱冷却に大きな分布をも
たらすことになる。そして上述のような理由により、レ
ーザ媒質1内に幅方向(第9図中のX方向)に温度分布
が生じ、これにより屈折率の分布が生じる。厚み方向の
屈折率分布は、光軸20がジグザグに構成されているの
で全体として相殺されるが、幅方向の屈折率分布は長手
方向に積算されてレーザの共振条件を乱すことになる。
1−’ ・deg −’と透明板3のそれに比して2指
手さい。それ故、間隙のわずかな分布は透明板3を経由
するレーザ媒質1の厚み方向の熱冷却に大きな分布をも
たらすことになる。そして上述のような理由により、レ
ーザ媒質1内に幅方向(第9図中のX方向)に温度分布
が生じ、これにより屈折率の分布が生じる。厚み方向の
屈折率分布は、光軸20がジグザグに構成されているの
で全体として相殺されるが、幅方向の屈折率分布は長手
方向に積算されてレーザの共振条件を乱すことになる。
この結果、レーザの高出力化にともない、幅方向にビー
ムのモードが(ずれたり、発散角が変化したり、角度が
ずれていわゆるビームの集束性が著しく劣化することが
ある。
ムのモードが(ずれたり、発散角が変化したり、角度が
ずれていわゆるビームの集束性が著しく劣化することが
ある。
従来の固体レーザは以上のように構成されているので、
レーザ媒質内の幅方向の温度分布が生じ易く、その結果
の屈折率分布によってレーザビームの発散角が出力の増
大にともない変化するなどビームの集束性に根本的な問
題点があった。
レーザ媒質内の幅方向の温度分布が生じ易く、その結果
の屈折率分布によってレーザビームの発散角が出力の増
大にともない変化するなどビームの集束性に根本的な問
題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、単純な構成でビームの集束性の優れた固体レ
ーザを得ることを目的とする。
たもので、単純な構成でビームの集束性の優れた固体レ
ーザを得ることを目的とする。
この発明に係る固体レーザは、レーザ媒質の光学平滑面
に密接した透光性の熱伝導部材と、レーザ媒質側面に設
定した実質的な断熱空間とを備え、レーザ媒質を幅方向
に断熱しつつ、厚み方向に励起光の入射と熱伝導的冷却
をする励起冷却構造としたものである。
に密接した透光性の熱伝導部材と、レーザ媒質側面に設
定した実質的な断熱空間とを備え、レーザ媒質を幅方向
に断熱しつつ、厚み方向に励起光の入射と熱伝導的冷却
をする励起冷却構造としたものである。
この発明においては、レーザ媒質を幅方向に断熱しつつ
、厚み方向に励起光の入射と熱伝導的冷却をする励起冷
却構造としたから、レーザ媒質内の幅方向の温度分布が
生じることがな(、ビームの集束性が向上する。
、厚み方向に励起光の入射と熱伝導的冷却をする励起冷
却構造としたから、レーザ媒質内の幅方向の温度分布が
生じることがな(、ビームの集束性が向上する。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第1図、第2図は本発明の第1の実施例による固体レー
ザを示す横断面図及び縦断面図であり、図において、1
はレーザ媒質であり、本実施例では厚さ(im、幅12
fl、長さ100鶴のYAG結晶を用いている。101
はレーザ媒質1の光学平滑面にコーティングされた透明
膜で、レーザ媒質1に比して屈折率の小さい材料で構成
され、レーザ媒質内の全反射条件を満たしている。10
2は反射膜で光の散逸を防ぎ、2は透明接着剤または油
などの透明液体からなる充填層である。透明膜101は
充填層2の屈折率が低(、かつ透明であれば省略するこ
ともできる。3は透明板で、厚さ1flの石英、4はレ
ーザ媒質の側面に設定された断熱空間で、例えば空気で
ある。5はフィルタで、レーザ励起にとって不必要な光
成分スペクトルを吸収する。ランプ7とフィルタ5に接
して流れる冷却水9は透明板3とハウジング50の間の
シール材6で封止される。
ザを示す横断面図及び縦断面図であり、図において、1
はレーザ媒質であり、本実施例では厚さ(im、幅12
fl、長さ100鶴のYAG結晶を用いている。101
はレーザ媒質1の光学平滑面にコーティングされた透明
膜で、レーザ媒質1に比して屈折率の小さい材料で構成
され、レーザ媒質内の全反射条件を満たしている。10
2は反射膜で光の散逸を防ぎ、2は透明接着剤または油
などの透明液体からなる充填層である。透明膜101は
充填層2の屈折率が低(、かつ透明であれば省略するこ
ともできる。3は透明板で、厚さ1flの石英、4はレ
ーザ媒質の側面に設定された断熱空間で、例えば空気で
ある。5はフィルタで、レーザ励起にとって不必要な光
成分スペクトルを吸収する。ランプ7とフィルタ5に接
して流れる冷却水9は透明板3とハウジング50の間の
シール材6で封止される。
次に動作について説明する。
2本のランプ7に約5KHの放電パワーが注入され、フ
ィルタ5で不要なスペクトル成分を除去された光は、レ
ーザ媒質1にその約8%、約40咋が吸収され、これを
励起し、その一部は約100Wのレーザビーム21に変
換されて外部に出力される。
ィルタ5で不要なスペクトル成分を除去された光は、レ
ーザ媒質1にその約8%、約40咋が吸収され、これを
励起し、その一部は約100Wのレーザビーム21に変
換されて外部に出力される。
ここで透明板3を通過してこの吸収熱は放出されるが、
その過程で、レーザ媒質1内に約20℃、透明板3内に
約120℃の熱勾配が生じる。
その過程で、レーザ媒質1内に約20℃、透明板3内に
約120℃の熱勾配が生じる。
本実施例においては、充填層2は従来例におけるレーザ
媒質1と透明板3の間隙の空気に置きかわって充填され
ていることになる。
媒質1と透明板3の間隙の空気に置きかわって充填され
ていることになる。
充填層2は例えば透明な光学接着剤、ゲル状物質、オイ
ル等の液体により成り、その熱伝導率はに=1〜3X1
0弓W−cxm−’ ・deg −’のものが容易に入
手できる。充填層2は、従来例における空気に比して1
桁大きな熱伝導率を有していることから、薄い充填層2
の存在は前述したようなレーザ媒質の厚み方向の温度分
布に影響を与えない、また、充填層2に多少の厚みの分
布があっても、これがレーザ媒質1内の幅方向の温度分
布を生起するおそれもない。
ル等の液体により成り、その熱伝導率はに=1〜3X1
0弓W−cxm−’ ・deg −’のものが容易に入
手できる。充填層2は、従来例における空気に比して1
桁大きな熱伝導率を有していることから、薄い充填層2
の存在は前述したようなレーザ媒質の厚み方向の温度分
布に影響を与えない、また、充填層2に多少の厚みの分
布があっても、これがレーザ媒質1内の幅方向の温度分
布を生起するおそれもない。
また、断熱空間4の空気は熱伝導率が2.6 Xl0−
”V/−am−’−degりで、透明板3の石英の約1
750である。このため、レーザ媒質1への入熱は完璧
に透明板3を通してのみ冷却水9に放熱され、レーザ媒
質1が均一に光照射される限りレーザ媒質の幅方向の温
度分布は生じない。
”V/−am−’−degりで、透明板3の石英の約1
750である。このため、レーザ媒質1への入熱は完璧
に透明板3を通してのみ冷却水9に放熱され、レーザ媒
質1が均一に光照射される限りレーザ媒質の幅方向の温
度分布は生じない。
このように本実施例ではレーザ媒質を幅方向に断熱しつ
つ、厚み方向に励起光の入射と熱伝導的冷却をする励起
冷却構造としたから、レーザ媒質内の幅方向の温度分布
が極めて小さくなり、その結果ビームの集束性が大幅に
向上する。
つ、厚み方向に励起光の入射と熱伝導的冷却をする励起
冷却構造としたから、レーザ媒質内の幅方向の温度分布
が極めて小さくなり、その結果ビームの集束性が大幅に
向上する。
第3図(a)及び第3図(blはそれぞれ本発明の第2
゜第3の実施例を示す縦断面図である。これらの実施例
では、断熱空間4の外側に2枚の透明板3を相互に結合
する支持部材42を設けている。このように断熱空間4
を閉塞的にすることで、対流等による熱伝達は減少し、
レーザ媒質1内の幅方向の温度分布はさらに減少する。
゜第3の実施例を示す縦断面図である。これらの実施例
では、断熱空間4の外側に2枚の透明板3を相互に結合
する支持部材42を設けている。このように断熱空間4
を閉塞的にすることで、対流等による熱伝達は減少し、
レーザ媒質1内の幅方向の温度分布はさらに減少する。
第3図(a)の実施例ではシール材6が透明板3の各面
状に閉ループを成して設けられており、第3図(blの
実施例では特に図示していないが、レーザ媒質1の長手
両端部分で透明板3と支持部材42により成る外周に、
冷却水のシール材6を配置している。
状に閉ループを成して設けられており、第3図(blの
実施例では特に図示していないが、レーザ媒質1の長手
両端部分で透明板3と支持部材42により成る外周に、
冷却水のシール材6を配置している。
第4図、第5図は本発明の第4の実施例による固体レー
ザを示す横断面図及び縦断面図であり、図において第1
図あるいは第2図と同一符号は同−又は相当部分であり
、300は冷却板である。
ザを示す横断面図及び縦断面図であり、図において第1
図あるいは第2図と同一符号は同−又は相当部分であり
、300は冷却板である。
また第6図(a)、第6図山)はこの実施例に用いる冷
却板300の構造を示す上面図及び横断面図である。
却板300の構造を示す上面図及び横断面図である。
次に動作について説明する。
ランプ7の光はフィルタ5を経由し、冷却vi、3OO
の反射面301に当り、あるいはそのまま開孔302か
らレーザ媒質1に入射する。レーザ媒質1の熱は透明膜
101.透明な充填1i2を経由し、冷却面303から
冷却板300を通過してハウジング50内の冷却水9に
放出される。
の反射面301に当り、あるいはそのまま開孔302か
らレーザ媒質1に入射する。レーザ媒質1の熱は透明膜
101.透明な充填1i2を経由し、冷却面303から
冷却板300を通過してハウジング50内の冷却水9に
放出される。
ビームの進行方向の光入射にともなう温度分布は、光軸
20がレーザ媒質内をジグザグに進むことで相殺される
。レーザ媒質内の幅方向の温度分布は上記第1.第2.
第3の実施例と同様の原理により抑えられるが、冷却板
300が金属で構成されているため、その中の温度上昇
は無視し得るほどに小さく、レーザ媒t1全体の温度を
下げ得る利点がある。
20がレーザ媒質内をジグザグに進むことで相殺される
。レーザ媒質内の幅方向の温度分布は上記第1.第2.
第3の実施例と同様の原理により抑えられるが、冷却板
300が金属で構成されているため、その中の温度上昇
は無視し得るほどに小さく、レーザ媒t1全体の温度を
下げ得る利点がある。
第7図は本発明の第5の実施例を示す図であり、図にお
いて、43は熱伝導率の小さな充填部材である8本実施
例は第5図の実施例における断熱空間4を気体ではなく
熱伝導率の小さな充填部材43でモールドして構成して
いる0例えば、シリコンゴムを用いると、その熱伝導率
は金属、例えばAlに比べ1/820と小さいので、レ
ーザ媒!1に幅方向の温度分布は生じない。
いて、43は熱伝導率の小さな充填部材である8本実施
例は第5図の実施例における断熱空間4を気体ではなく
熱伝導率の小さな充填部材43でモールドして構成して
いる0例えば、シリコンゴムを用いると、その熱伝導率
は金属、例えばAlに比べ1/820と小さいので、レ
ーザ媒!1に幅方向の温度分布は生じない。
以上のように、この発明によれば固体レーザにおいて、
レーザ媒質の光学平滑面に密接した透光性の熱伝導部材
と、レーザ媒質側面に設定した実質的な断熱空間とを備
え、レーザ媒質を幅方向に断熱しつつ、厚み方向に励起
光の入射と熱伝導的冷却をする励起冷却構造としたから
、高出力領域でも集束性の優れた固体レーザを得ること
ができる効果がある。
レーザ媒質の光学平滑面に密接した透光性の熱伝導部材
と、レーザ媒質側面に設定した実質的な断熱空間とを備
え、レーザ媒質を幅方向に断熱しつつ、厚み方向に励起
光の入射と熱伝導的冷却をする励起冷却構造としたから
、高出力領域でも集束性の優れた固体レーザを得ること
ができる効果がある。
第1図、第2図はこの発明の第1の実施例による画体レ
ーザを示す横断面図、及び縦断面図、第3図(a)、第
3図山)は各々この発明の第2.第3の実施例を示す縦
断面図、第4図、第5図はこの発明の第4の実施例によ
る固体レーザを示す横断面図、及び縦断面図、第6図(
a)、第6図cblははこの発明の第4の実施例に用い
る冷却板を示す上面図。 及び横断面図、第7図はこの発明の第5の実施例を示す
縦断面図、第8図、第9図は従来の固体レーザを示す横
断面図、及び縦断面図である。 1はレーザ媒質、101は透明膜、102は反射膜、2
は充填層、3は透明板、4はレーザ媒質断熱空間、5は
フィルタ、6はシール材、7はランプ、8はミラー面、
9は冷却水、20は光軸、21はレーザビーム、30は
全反射ミラー、40は部分反射ミラー、50はハウジン
グ、42は支持部材、43は充填部材、300は冷却板
、301は反射面、302は開孔、303は冷却面。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
ーザを示す横断面図、及び縦断面図、第3図(a)、第
3図山)は各々この発明の第2.第3の実施例を示す縦
断面図、第4図、第5図はこの発明の第4の実施例によ
る固体レーザを示す横断面図、及び縦断面図、第6図(
a)、第6図cblははこの発明の第4の実施例に用い
る冷却板を示す上面図。 及び横断面図、第7図はこの発明の第5の実施例を示す
縦断面図、第8図、第9図は従来の固体レーザを示す横
断面図、及び縦断面図である。 1はレーザ媒質、101は透明膜、102は反射膜、2
は充填層、3は透明板、4はレーザ媒質断熱空間、5は
フィルタ、6はシール材、7はランプ、8はミラー面、
9は冷却水、20は光軸、21はレーザビーム、30は
全反射ミラー、40は部分反射ミラー、50はハウジン
グ、42は支持部材、43は充填部材、300は冷却板
、301は反射面、302は開孔、303は冷却面。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (2)
- (1)2つの光学的な平滑面と2つの側面とを有する断
面がほぼ矩形のレーザ媒質を有し、上記平滑面から入射
する光により光励起され、レーザビームが上記平滑面で
複数回の内部全反射を行ないながら往復する固体レーザ
において、 上記レーザ媒質の平滑面に密接して透明板を、上記レー
ザ媒質の側面に接して断熱空間をそれぞれ設け、上記透
明板を介してレーザ媒質を光励起すると共に熱伝導的に
冷却するようにしたことを特徴とする固体レーザ。 - (2)2つの光学的な平滑面と2つの側面とを有する断
面がほぼ矩形のレーザ媒質を有し、レーザビームが上記
平滑面で複数回の内部全反射を行ないながら往復する固
体レーザにおいて、 励起光を通過させる開孔を有する金属板を上記レーザ媒
質の平滑面に密接させて設け、該金属板を介してレーザ
媒質を励起すると共に熱伝導的に冷却するようにしたこ
とを特徴とする固体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11985688A JP2588931B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 固体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11985688A JP2588931B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 固体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01289180A true JPH01289180A (ja) | 1989-11-21 |
JP2588931B2 JP2588931B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=14771968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11985688A Expired - Fee Related JP2588931B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 固体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2588931B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0587092A1 (en) * | 1992-09-08 | 1994-03-16 | Hughes Aircraft Company | Stress-free mounting and protection of liquid-cooled solid-state laser media |
WO2006070548A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Osaka University | 固体レーザモジュール、光増幅器及びレーザ発振器 |
US7755280B2 (en) | 2003-06-23 | 2010-07-13 | Lg Electronics Inc. | Active matrix electroluminescence device having a metallic protective layer and method for fabricating the same |
CN111129919A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种高功率固体激光增益模块、激光振荡器和激光放大器 |
-
1988
- 1988-05-16 JP JP11985688A patent/JP2588931B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7876040B2 (en) | 2003-06-23 | 2011-01-25 | Lg Electronics Inc. | Active matrix electroluminescence device having a metallic protective layer and method for fabricating the same |
US8344620B2 (en) | 2003-06-23 | 2013-01-01 | Lg Electronics Inc. | Active matrix electroluminescence device having a metallic protective layer and method for fabricating the same |
WO2006070548A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Osaka University | 固体レーザモジュール、光増幅器及びレーザ発振器 |
US7653100B2 (en) | 2004-12-28 | 2010-01-26 | Osaka University | Solid laser module, optical amplifier, and laser oscillator |
CN111129919A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种高功率固体激光增益模块、激光振荡器和激光放大器 |
CN111129919B (zh) * | 2019-12-17 | 2021-10-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种高功率固体激光增益模块、激光振荡器和激光放大器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2588931B2 (ja) | 1997-03-12 |
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