JPH02150086A

JPH02150086A - 固体レーザ発振装置

Info

Publication number: JPH02150086A
Application number: JP63304574A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shoji; 東海林　利夫
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-08

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。

Description

【発明の詳細な説明】イ０発明の目的〔産業上の利用分野〕本発明は、レーザ加工等に用いる固体レーザ発振装置に
おいて、固体レーザの発振素子に、活性イオンであるネ
オジウムイオン（以下Ｎｄ３＋）と、増感材としてのク
ロムイオン（以下Ｃｒ”）をドープしたガドリニウム・
スカンジウム・ガリウム・ガーネット（以下Ｎｄ、　Ｃ
ｒ　：　ＧＳＧＧと称す）単結晶を用い、励起光を集光
させるための内面に銀メツキを施した楕円筒型の集光器
を用いた固体レーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、一般に固体レーザの発振素子として、イツトリウ
ム・アルミニューム・ガーネット（以下ＹＡＧと称す）
に活性イオンであるＮｄ３＋をドープしたＮｄ　：　Ｙ
ＡＧが用いられていた。しかし、最近活性イオンである
Ｎｄ３＋を高濃度でドープすることが出来るガドリニウ
ム・スカンジウム・ガリウム・ガーネットｃ以下ＧＳＧ
Ｇ）材料が開発された。特に増感材としてＣｒ３＋をド
ープしたＮｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧは、レーザ励起用
キセノンランプ入力電力に対しレーザ出力が増加する割
合を示すスロープ効果がＮｄ　：　ＹＡＧの約２倍あり
、パルスレーザ発振素子として注目されている。固体レ
ーザ発振装置は、励起ランプと、レーザ発振素子に励起
光を効率良く集光させるための楕円筒型の集光器と、レ
ーザ発振素子内にエネルギーを蓄えるための共振ミラー
、及び電源、冷却水から形成される。

従来の楕円筒型の集光器では、その表面には金メツキが
施され、それぞれの焦点にレーザ発振素子と、励起ラン
プが置かれる。第５図にＮｄ　：　ＹＡＧ、及びＮｄ、
　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧの分光光度計を用いた各波長に対
する吸収スペクトルを示すが、Ｎｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳ
ＧＧによる吸収は、５００ｎｍ以下と６００ｎｍ〜６５
０ｎｍの付近に幅広く存在するが、従来の金（以下Ａｕ
と称す）メツキ集光器では第６図に示すように、波長７
００ｎｍ以下のところから急激に反射率が低下するため
、励起ランプに第３図に示す発光スペクトルを有するキ
セノンフラッシュランプを用いる時は、発光エネルギー
を効率良く利用出来ない。一方銀（以下Ａｇと称す）は
、第６図に示すように４００ｎｍから６００ｎｍの波長
領域において高反射率を有することから励起ランプにキ
セノンフラッシュランプを用いることにより、効率の良
い集光器が得られる。しかし銀の薄膜は酸化しやすいた
め、耐久性のある銀メツキを施した集光器が作れないと
いう課題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、波長の短い領域で高い反射率特性を持つ、し
かも耐久性のある銀皮膜を形成した集光器を作り、従来
使われていたＮｄ　：　ＹＡＧ固体レーザ発振装置に代
り、スロープ効率の高いＮｄ３＋イオンと、Ｃｒ３＋イ
オンをドープしたＮｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧ単結晶を
用いたレーザ発振素子と、励起ランプにキセノンフラッ
シュランプを組合せ、高出力で高い効率の特性を持つ固
体レーザ発振装置を提供するにある。

口３発明の構成〔課題を解決するための手段〕本発明は、Ｎｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧを励起するのに
有効な波長領域において、高い反射率を示す、銀の表面
に適当な膜厚の酸化アルミニュウム（以下Ａｌ２Ｏ３と
称す）膜の被覆を形成し、悪い環境に於ても耐久性のあ
る銀集光器を作り、効率の良いＮｄ、　Ｃｒイオンをド
ープしたガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガー
ネット単結晶を励起して形成した固体レーザ発振装置を
得ることを特徴とする。

即ち本発明は、ネオジミウムとクロムイオンを含むガド
リニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット単結晶
と、励起用ランプ、及び銀集光器から成る固体レーザ装
置において、銀集光器を形成する銀の表面に酸化アルミ
ニウム（Ａ１２０３）を厚さ０．５μｍないし５．０μ
ｍの厚さに被覆した銀集光器を用いたことを特徴とする
固体レーザ装置である。

〔作用〕

固体レーザ発振装置に使用している励起用キセノンラン
プは、発生する光の波長に対する発光パワーは、３００
止ないし６００ｎｍの範囲で大きな値を示し、最大値は
３５０ｎｍ付近にある。一方、従来使用していた固体レ
ーザ発振装置の集光器内面に形成していた金の膜の場合
、その反射率は６００ｎｍ付近から急速に低下し、５０
０ｎｍでは５０％以下となる。

又、ネオジウムイオンＮｄ”、クロームイオンＣｒ３＋
をドープしたガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・
ガーネット（Ｎｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧ）の単結晶は
、波長が６００ｎｍ　〜６５０ｎａ＋の範囲と５００　
ｎｍ以下で大きな吸収スペクトルを示し、８００ｎｍ以
下でキセノンランプの光により強く励起される。従って
波長が６００ｎｍ以下３００ｎｍの範囲で高い反射率を
示す銀膜を形成した集光器と、レーザの発振素子にＮｄ
、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧを組み合せて高い励起効率を示
す固体レーザ発振装置とするもので、特に耐久性を向上
するため銀膜面上に酸化アルミニウムを形成した集光器
を用いるもので、耐久性のある、しかも発振効率の高い
固体レーザ発振装置とするものである。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。第１
図は本発明の実施例を用いた固体レーザ発振装置の構成
図である。第２図に示す発光スペクトルを有するキセノ
ンフラッシュランプ１２から発した光は、Ａｇ表面にＡ
ｌ２Ｏ３を被覆した集光器１１でＮｄ、　Ｃｒ　：　Ｇ
ＳＧＧ１３に集光され、Ｎｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧを
励起する。励起状態にあるＮｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧ
は誘導放出によって全反射ミラー１４と出射ミラー１５
との間で増幅されレーザ発振をする。第３図は本発明に
よる集光器１１の詳細を示し、本発明による集光器は次
のような方法で製作された。

実施例−１集光器反射面の銀膜、及び保護膜の形成を行う前に、各
種の透明酸化物から成る保護膜を形成し耐久試験を実施
した。

２０１１！ｌφの真鍮基板表面を鏡面仕上げを行った後
、２μｍの厚さにニッケル（Ｎｉ）メツキを行った後、
更に８μｍの厚さに銀メツキを行い、その表面を粒径が
１７８μｍのダイヤモンド粉末で鏡面加工仕上げを行っ
た後、再び真空度１×１０−５トール以下で銀を抵抗加
熱により１μｍ厚さに蒸着した。

反射率、保護膜の耐久試験を行う試料は、（イ）前記蒸
着銀膜のままの試料。

（ロ）蒸着銀膜の上に０．５μｍ厚さのＡｌ２Ｏ３の保
護膜を形成した試料。

（ハ）蒸着銀膜の上に０．５μｍの厚さの二弗化マグネ
シウム（以下ＭｇＦ　２と称す）の保護膜を形成した試
料。

（ニ）蒸着銀膜の上に０．５μｍの厚さの二酸化硅素（
以下ＳｉＯ２と称す）の保護膜を形成した試料。

（ホ）比較例として蒸着銀膜の上に１μの厚さに金（Ａ
ｕ）の膜を蒸着により形成した試料を準備した。

（ロ）のＡｌ２Ｏ３、（ハ）のＭｇＦ２、（ニ）の５ｉ
Ｏｚは、銀蒸着膜を取り付けた円板に、電子ビーム蒸着
装置により真空度ｌＸ１０−５トール以下の真空度に於
て円板を３５０℃に保持し、電子ビーム蒸着により銀膜
上にそれぞれ０．５μｍの厚さの膜を形成した。

蒸着銀膜ままの場合の各波長に於ける反射率を第４図の
曲線４１に、金膜の各波長に於ける反射率を第４図の曲
線４３に示す。

第４図に示すように６００ｎｍから３３０ｎｍの波長領
域に於て、銀膜の反射率は、金膜に比べ高い反射率の特
性が得られることを確認した。

さらに銀膜の上にＡｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２の保
護膜を形成した試料を、耐久試験のため温度８５℃、湿
度９５％のもとて１００時間保持し、耐久試験後のそれ
ぞれの試料毎の反射率を測定した。結果は第４図に示す
通りで、第４図に於て曲線４２は本発明による銀膜上に
０．５μｍ厚さのＡｌ２Ｏ３膜を形成した試料、曲線４
４は保護膜に０．５μｍ厚さのＭｇＦ２膜を使用した試
料、曲線４５は保護膜に０．５μｍ厚さのＳｉＯ□膜を
使用した試料を示す。Ａｌ２Ｏ３保護膜を使用した試料
では耐久試験の前後で各波長に対しほとんど反射率の変
化は見られなかったが、ＭｇＦ２膜では表面が白色化し
、ＳｉＯ２膜では膜面にはがれが生じ、何れも前記条件
による耐久試験後反射率は著しく低下し、実用出来ない
値となった。

尚反射率の測定は従来この種の装置の反射率を測定する
方法として用いられている分光光度計を使用した５度正
反射法により測定した。

実施例−２次に銀膜上に形成するＡｌ２Ｏ３保護膜の、形成膜厚に
よる膜成形時の反射率につき、耐久試験後の反射率の変
化を実施例１と同じ２０ｍｍψの銀膜を形成した円板を
用い測定した。

銀蒸着膜上に形成した膜厚は、０．２μｍ、０．５μｍ
、１．０μｍ、２．０μｍ、５．０μｍ、１０μｍとし
、膜の形成は実施例゛−１と同様に、真空度がｌＸｌ０
−５トールの真空中でエレクトロンビーム蒸着法により
形成した。各膜厚のＡｌ２Ｏ３を被覆した試料の膜形成
後の反射率、及び温度８５℃、湿度９５％で１００時間
の耐久試験を実施した後の反射率、及び耐久試験を実施
した後の目視試験の結果を第１表に示す。

尚第１表に於ける反射率の測定は、実施例−１と同一方
法により、波長が４００止に於ける反射率の値を示す。

第１表銀膜面上のＡｌ２Ｏ３の膜厚と反射率及び謝久試験結果
注、波長４００ｎｍでの反射率本実施例の結果では膜厚が０．２μｍでは銀膜上にＡｌ
２Ｏ３を形成した後の反射率は良好な値であるが、耐久
試験後は表面白濁し、又反射率も約２０％低下した。

一方Ａｌ２Ｏ３の膜厚が１０μｍでは耐久試験後Ａｌ２
Ｏ３の膜面に割れが発生していた。

Ａ１゜０３の膜厚が１０μｍに於ける表面割れの発生は
、Ａｌ２Ｏ３の蒸着膜を銀膜上に形成する際、銀膜面の
温度を３００°Ｃ以上にしないと透明なＡｌ２Ｏ３膜が
得られないため、蒸着時には真鍮板の温度を３５０℃に
保持している。銀とＡｌ２Ｏ３膜では熱膨張係数が異な
るため、真鍮製の基板の温度を３５０℃より降温した時
、Ａｌ２Ｏ３膜にはがれが生ずるものと思われる。従っ
てＡｌ２Ｏ３膜が１０μｍをこえると歩留は非常に悪く
なる。

又Ａｌ２Ｏ：ｌ膜内に散乱体を生じており、従ってＡｌ
２Ｏ３膜の厚さが１０μｍ程になると反射率も低下した
ものと考えられる。

実施例−３内径がほぼ２０ｍｍφで形状が楕円筒形の、長さ８０ｍ
ｍの真鍮ブロック３１を作り、内面及び外側表面に２μ
ｍの厚さにニッケル（Ｎｉ）メツキ３２を施し、楕円筒
形の内径に厚さ８μｍの銀膜３３をメツキにより施し、
その表面を粒径が１７８μｍのダイヤモンド粉末で鏡面
加工仕上げを行った後、再び真空度１×１０−５トール
以下で厚さ１μｍの銀膜を蒸着により形成した。さらに
電子ビーム蒸着装置により真空度ｌＸ１０−５トールに
於て銀膜面を３５０℃に保持しながら銀膜面上に保護膜
として０．５μｍの膜厚にＡ１２０３３４を被覆し、第
３図に示す本発明の集光器を作った。

集光器は第１図に示す固体レーザ発振装置に組み上げた
。本発振装置を用い、キセノンランプ人力２０Ｊ、パル
ス巾１００ｕｓでパルスレーザ発振を試みたところ、従
来使われてきたＮｄ　：　ＹＡＧに比べて本発明の固体
レーザ発振装置では約３倍のレーザ発振出力が得られた
。

ハ９発明の効果〔発明の効果〕以上述べたように、本発明の固体レーザ装置に用いたＡ
ｇ集光器では６００ｎｍ以下の波長領域で金に比べて高
い反射率が長期間安定して得られ、このため短波長側の
励起光を必要とするＮｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧを用い
た固体レーザ発振装置では、レーザ発振の値が装置を得
ることが可能となり、効率のよい各種レーザ加工装置が
構成出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による固体レーザ発振装置の構成図。第２図は、キセノンフラッシュランプの発光スペクトル
を示す図。第３図は、本発明による集光器の構造を示す図。（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。第４図は、本発明による固体レーザ発振装置の集光器内
面銀膜上に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２膜を形成
し耐久試験を行った後の反射率を示す図。第５図はＮｄ　：　ＹＡＧ、及びＮｄ、　Ｃｒ　：　Ｇ
ＳＧＧの吸収スペクトルを示す図。第６図は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）とアルミニウム（Ａ
１）のそれぞれ金属の各波長に対する反射率を示す図。１１・・・集光器、１２・・・キセノンフラッシュラン
プ、１３−　Ｎｄ、　Ｃｒ　：　ＧＳＧＧ、１４・・・
反射ミラー、　１５−・・出射ミラー、３１・・・真鍮
ブロック、３２・・・Ｎｉメツキ、３３・・・Ａｇ膜、
３４・・・Ａｌ２Ｏ３膜、３５．３６・・・楕円筒の焦
点、４１・・・Ａｇ膜で耐久試験前の反射率、４２・・
・Ａｇｖｃ上に本発明によるＡｌ２Ｏ３保護膜を着けた
試料で耐久試験を行った後の反射率、４３・・・銀膜上
に１μｍの厚さのＡｕ膜をつけた時の反射率、４４・・
・Ａｇｖ＆上にＭｇＦ　２保護膜をつけた試料の耐久試
験後の反射率、４５・・・Ａｇ膜上に５ｉ０２保護膜を
つけた試料の耐久試験後の反射率。

Claims

【特許請求の範囲】

１、ネオジミウムとクロムイオンを含むガドリニウム・
スカンジウム・ガリウム・ガーネット単結晶と、励起用
ランプ、及び銀集光器とから成る固体レーザ発振装置に
おいて、銀集光器を形成する銀の表面に、酸化アルミニ
ウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）を厚さ０．５μｍないし５．０
μｍの厚さに被覆した銀集光器を用いたことを特徴とす
る固体レーザ発振装置。