JPH02201980A - スラブ型固体レーザ発振装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スラブと称される細長な板状体に形成され
たＹＡＧ等のレーザ活性媒体をレーザ光の発振に用いる
固体レーザ発振装置に係り、詳しくは、レーザ光が出入
りする１対の斜端面と、レーザ光を全反射させる１対の
板面と、熱絶縁された１対の側面とをもつ細長な板状体
に形成されたレーザ活性媒体が前記斜端面が大気に露出
するように閉鎖された収納容器に収められ、該収納容器
内でレーザ活性媒体の両板面のそれぞれに面状に沿いレ
ーザ活性媒体の長手方向の断面が扁平な方形の流路が形
成されるとともに該板面両側の波路が前記熱絶縁された
それぞれの側面側でレーザ活性媒体長手方向の断面が扁
平な方形をなす共通の流路に接続され、冷却媒質がレー
ザ活性媒体の一方の側面側から他方の側面側へ流れる構
成のスラブ型固体レーザ発振装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に固体レーザ発振装置ではキセノン放電管やクリプ
トン放電管などの励起光源からの光によってレーザ活性
媒体が励起される。レーザ活性媒体はこの励起光中の特
定な波長成分によって励起されるので、励起光中の励起
にを効でない光成分はレーザ活性媒体中で結局は熱にな
ってその中に蓄積される。従ってレーザ活性媒体はふつ
う冷却されるが、その内部にはある温度分布が生じてそ
れに基づく熱歪みが発生する。この熱歪みはレーザ光の
位相を変化させる。通常の円形断面をもついわゆるロン
ド形のレーザ活性媒体では、その中心軸にピークをもつ
温度分布になるから、ロンド軸に平行なレーザ光の位相
はその半径位置によって異なって来ることになり、レー
ザの発振モードが乱れる原因になる。この乱れが著しい
場合にはレーザ発振が停止してしまうから、円ロッド形
のレーザ活性媒体は大出力レーザには余り適さない。

これに対して前述のスラブ型の固体レーザ発振装置では
、レーザ活性媒体のもつ１対の板面を全反射面に利用し
なからレーザ活性媒体内でレーザ光をジグザグ状に進ま
せるので、レーザ活性媒体内に温度分布があってもレー
ザ光は温度０異なる場所を通りながら進むことになり、
熱歪みがレーザ光の位相に与える影響が全体として平均
化されるので、レーザの発振モードが温度分布によって
影響される度合いがずっと少なくなる。このため、スラ
ブ型の固体レーザ発振装置は大出力レーザに適するもの
として有望視されている。

このスラブ型固体レーザ発振装置を大出力化するには大
量のレーザ光をレーザ活性媒体に与えてやらねばならな
いので、レーザ活性媒体内の発熱量が増加してその出力
限界が内部の熱歪みによる機械的な破壊しきい値によっ
て決まってしまう。

従ってレーザ活性媒体を有効に冷却してやる必要があり
、またレーザ光の利用効率を極力上げてレーザ活性媒体
内の発熱量も減少させてやる要がある。このため、スラ
ブ型固体レーザ発振装置は閉鎖された容器内にレーザ活
性媒体と励起光源とを収納して純水等を用いて強力な冷
却を施すとともに励起光を容器外に逃げないように閉じ
込めてその利用効率の向上が図られる。

かかる閉鎖容器に収納されたスラブ型固体レーザ発振装
置の縦断面図を第３図に示す。また第３図の装置におけ
る従来の冷却水の流路構成の詳細を第４図に示す。まず
、第３図に示すように、レーザ活性媒体１は収納容器９
とカバー１２とで閉鎖された内部空間のほぼ中央部に配
置されており、その断面が方形の細長い板状体であって
、図の左右の端面は斜端面１ａに形成されている。この
レーザ活性媒体１に、その両板面１ｂから均等に励起光
ＥＬを与えるために、収納容器９の内部空間の上下部に
はそれぞれ細長い放電灯である励起光源３がレーザ活性
媒体１に平行に配置されている。

この励起光源３の光をレーザ活性媒体１に有効に集光す
るために、反射板８が各々の励起光源３と対向するレー
ザ活性媒体ｌの反対側に設けである。

ここで符号２は、収納容器９内のレーザ活性媒体１側の
開口を液密に閉鎖するガラス板を示す、レーザ活性媒体
１．励起光源３と収納容器９との間の液密にシールする
部分や、収納容器９とカバー１２との液密シール部分は
０リング７．０リング１１．０リング１３等の手段によ
ってシールされている。従って、収納容器９とカバー１
２．押え金具６．押え金具１０で構成される内部は冷却
媒質に対する液密な容器であって、この第３図に図示し
ない導出入口を介して例えば純水が通流され、それによ
ってレーザ活性媒体１と励起光源３とが強制冷却される
９、励起光源３からの励起光ＥＬは直接または反射板８
によって反射されてレーザ活性媒体１に入射される。こ
の励起光ＥＬに基づいて発生するレーザ光は、レーザ活
性媒体１の両板面１ｂによって全反射されながら図示の
ようにジグザグ状に図の左右方向に進み、このレーザ活
性媒体１の側斜端面１ａからの出射光はレーザ活性媒体
１の軸に平行となる。

これらの側斜端面１ａに対向して部分反射鏡である出力
ミラー４と、全反射鏡であるリアーミラー５とが配置さ
れており、よく知られているように、これらはレーザ共
振系を形成して、レーザ光出力は図の右方に向けて出射
される。この出射レーザ光はレーザ活性媒体１の断面に
対応した方形断面をもち、該断面内で均一な強度分布を
持ちかつその位相もよく揃えられている。

上述のようなスラブ型固体レーザ発振装置における従来
の冷却装置を第４図に示しである。レーザ活性媒体１と
励起光源３とは冷媒（例えば純水）によって強制冷却す
る必要があることは前述したが、特にレーザ活性媒体１
の従来の冷却系構成の詳細を示したものが第４図である
。第４図に示す従来の冷却水の流路構成は、レーザ活性
媒体１のレーザ光の全反射面をなす両板面１ｂに沿う流
路のレーザ活性媒体１の長手方向断面が扁平な方形をな
す流路１８ｄがあり、この１８ｄの前後（図の左右）に
レーザ活性媒体１の長手方向断面が扁平な方形の流路１
８ｃが設けられている。この１８ｃ、１８ｄで構成され
たものが１つのユニットとなっている。そしてこのユニ
ットと別に流路１８ａ、流路１８ｂが設けてあり、この
３つの独立したユニットは複数の冷却水−ス２１ａ、冷
却ホース２１ｂで連結されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示す、従来技術による冷却水の流路構成では次
のような問題点があった。すなわち、流路１８ａと流路
１８ｃとの間は複数の冷却水ホース２１ａで、また、流
路１８ｂと流路１８ｃとの間も複数の冷却水ホース２１
ｂで連結されている。このため、２１　ａ　−＋１８　
ｃ　→１８　ｄ　−＋１８　ｃ　−２１ｂという流路構
成においてレーザ活性媒体１の長手方向の断面すなわち
流路１８ｄの流れの断面で流れの不均一が発生する。こ
れは、ホース２１ａと流路１８ｃとの接続部からホース
２１ｂと流路１８ｃとの接続部までの間の流路を流線に
沿いレーザ活性媒体１の長手方向に流れの断面積がほぼ
等しくなるように分割して考えた場合、ホース２１ａ、
２１ｂの中心部間の流路の長さが最も短く、ホース２１
ａ相互の中間位置とホース２１ｂ相互の中間位置とを結
ぶ線上に流線が位置する流路は長さが最も長くなり、流
れの抵抗がホースの中心部相互間で最も小さく、中間相
互間で最も大きくなることによるものである。すなわち
、ホースの中心部間では冷却水量が多くホースの中間相
互間で少なくなるという不均衡が発生する。

このようにレーザ活性媒体ｌを不均一に冷却すると媒体
１の熱応力が増大し、同時にレーザ活性媒体１に曲がり
が発生し、レーザビームの品質が低下するという問題が
あった。

この発明の目的は、従来の流路構成に基づく前述のごと
き問題点に鑑み、レーザ活性媒体を一様に冷却しうる流
路構成を存するスラブ型固体レーザ発振装置を提供する
ことである。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明においては、レー
ザ光が出入りする１対の斜端面と、レーザ光を全反射さ
せる１対の板面と、熱絶縁された１対の側面とをもつ細
長な板状体に形成されたレーザ活性媒体が前記斜端面が
大気に露出するように閉鎖された収納容器に収められ、
該収納容器内でレーザ活性媒体の両板面のそれぞれに面
状に沿いレーザ活性媒体の長手方向の断面が扁平な方形
の流路が形成されるとともに該板面両側の波路が前記熱
絶縁されたそれぞれの側面側でレーザ活性媒体長手方向
の断面が扁平な方形をなす共通の流路に接続され、冷却
媒質がレーザ活性媒体の一方の側面側から他方の側面側
へ流れる構成のスラブ型固体レーザ発振装置を、前記レ
ーザ活性媒体のそれぞれの側面側の共通流路がそれぞれ
外部冷却媒質の流入側と流出側とをそれぞれレーザ活性
媒体の長手方向に長い流路断面を存する波路に接続され
た装置とするものとする。

〔作用〕

冷却媒質の流路をこのように構成することにより、どの
流線に沿う流れの抵抗もレーザ活性媒体の長手方向に均
一に分布し、レーザ活性媒体の板面に均一な流れが得ら
れる。これによりレーザ活性媒体は一様に冷却され、媒
体内の熱応力が増大したり媒体に曲がりが発生したりす
ることがなくなるため、レーザビームを常に高品質に維
持することができる。

〔実施例〕

第１図に本発明による冷却媒質の流路構成の一実施例を
示し、第２図にこの流路構成を有するスラブ型固体レー
ザ発振装置の構成を示す、なお第２図は第３図のＡ−Ａ
位置において矢印方向にみたときの装置構成を示す。図
中、第３図と同一機能部材には同一符号を付し、説明を
省略する。

レーザ活性媒体１の上下板面に沿う、レーザ活性媒体の
長手方向断面が扁平な方形の流路１８ｄは、熱絶縁され
たレーザ活性媒体両側面側に配された。

媒体長手方向に扁平な方形断面を有する流路１８ｃに接
続され、この両側の流路１８ｃのそれぞれの冷媒流入側
の、媒体長手方向に扁平な方形の開口と、冷媒流出側の
扁平な方形の開口とはそれぞれ方形断面を有する流路１
８ａと１８ｂとに液密に接合されている。流路１８ａ、
１８ｂはともに十分な大きさの容積を有し、従ってこれ
らの流路内の冷媒の流速は極めて小さく、水頭損失を生
しないから、矢印２０ａの方向に流入する冷媒はレーザ
活性媒体１の右側の流路１８ｃの流入側開口から矢印の
ように一様に分布して流入し、左側の流路１８ｃの流出
側開口から一様に分布して流出する。このため、両側の
流路１８ｃ、１８ｃのそれぞれ流入側開口と流出側開口
との間では、どの流線に沿う流速も等しくなり、レーザ
活性媒体の長手方向のどの位置でも流量が等しくなる。

これにより、レーザ活性媒体１は一様に冷却され、媒体
内の応力が増加したり媒体に曲がりが発生したりするこ
となく、常に高品質のレーザビームを得ることができる
。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、レーザ光が出入
りする１対の斜端面と、レーザ光を全反射させる１対の
板面と、熱絶縁された１対の側面とをもつ細長な板状体
に形成されたレーザ活性媒体が前記斜端面が大気に露出
するように閉鎖された収納容器に収められ、該収納容器
内でレーザ活性媒体の両板面のそれぞれに面状に沿いレ
ーザ活性媒体の長手方向の断面が扁平な方形の流路が形
成されるとともに該板面両側の流路が前記熱絶縁された
それぞれの側面側でレーザ活性媒体長手方向の断面が扁
平な方形をなす共通の流路に接続され、冷却媒質がレー
ザ活性媒体の一方の側面側から他方の側面側へ流れる構
成のスラブ型固体レーザ発振装置を、前記レーザ活性媒
体のそれぞれの側面側の共通流路がそれぞれ外部冷却媒
質の流入側と流出側とをそれぞ°れレーザ活性媒体の長
手方向に長い波路断面を有する波路に接続された装置と
したので、共通流路がそれぞれ接続される外側の流路を
大容積のものとすることにより、レーザ活性媒体の両板
面に沿って面状に一様な流れが得られ、また流れの断面
はレーザ活性媒体の長手方向に扁平な方形状に一様であ
るから、レーザ活性媒体は両板面を介して一様に冷却さ
れ、媒体内の熱応力の増加や曲がりを生ずることなく、
常に高品質のレーザビームがコストの上昇を伴うことな
く得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷却媒質の流路構成の一実施例を
示す斜視図、第２図は第１図に示す冷却媒質の流路構成
を有するスラブ型固体レーザ発振装置の構成例を示す横
断面図、第３図はスラブ型固体レーザ発振装置の構成例
を示す縦断面図、第４図は第３図に示す構成のスラブ型
固体レーザ発振装置における従来の冷却媒質の流路構成
例を示す斜視図である。 ｌ・・・レーザ活性媒体、１ａ・・・斜端面、１ｂ・・
・板面、９・・・収納容器、１２　・・・カバー、１８
　ａ　、　１８　ｂ　、　１８ｃ＋１８ｄ・・・流路、
１９・・・冷却媒質。 図 ぢ 霞

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）レーザ光が出入りする１対の斜端面と、レーザ光を
   全反射させる１対の板面と、熱絶縁された１対の側面と
   をもつ細長な板状体に形成されたレーザ活性媒体が前記
   斜端面が大気に露出するように閉鎖された収納容器に収
   められ、該収納容器内でレーザ活性媒体の両板面のそれ
   ぞれに面状に沿いレーザ活性媒体の長手方向の断面が扁
   平な方形の流路が形成されるとともに該板面両側の流路
   が前記熱絶縁されたそれぞれの側面側でレーザ活性媒体
   長手方向の断面が扁平な方形をなす共通の流路に接続さ
   れ、冷却媒質がレーザ活性媒体の一方の側面側から他方
   の側面側へ流れる構成のものにおいて、前記レーザ活性
   媒体のそれぞれの側面側の共通流路がそれぞれ外部冷却
   媒質の流入側と流出側とをそれぞれレーザ活性媒体の長
   手方向に長い流路断面を有する流路に接続されたことを
   特徴とするスラブ型固体レーザ発振装置。