JPH02209779A - 固体レーザ装置 - 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］ 本発明は固体レーザ装置に関するものであり、特にそれ
の冷却装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

固体レーザ装置は一般に、真直な円柱状または円筒状を
成し、光励起に基づくレーザ光を両端面から放出する固
体のレーザ発生体と、そのレーザ発生体に励起光を照射
してそれを光励起する励起光源とを含むように構成され
る。

そして、レーザ発生体と励起光源との配置形式には、例
えば、励起光源をレーザ発生体（円柱状でも円筒状でも
よい）の外側に配置し、かつ、それら励起光源とレーザ
発生体とを楕円筒の内周面が反射面とされた集光反射鏡
内に配置する形式や、レーザ発生体を円筒状を成すもの
とし、かつ、このレーザ発生体の内側に励起光源を配置
する形式や、励起光源をコイル状とし、かつ、この励起
光源の内側にレーザ発生体（円柱状でも円筒状でもよい
）を配置する形式が存在する。

レーザ発生体は一般に励起光を吸収すると発熱する。そ
して、この発熱によってレーザ発生体の温度が高くなる
と、熱膨張によって屈折率が大きく変化したり破損した
りしてしまうことがある。

そのため、固体レーザ装置においては一般に、レーザ発
生体を冷却することによりそれの温度上昇を抑制する冷
却手段が設けられる。

この冷却手段を備えた固体レーザ装置の一例が特開昭６
０−１３６３８５号公報に開示されている。これは、第
３図に示すように、励起光源としての棒状ランプ１００
がレーザ発生体としてのレーザロッド１０２の外側に配
置され、かつ、それらランプ１００とレーザロッド１０
２とが楕円筒反射面１０６を有する集光反射鏡１０８内
に配置されたものである。レーザロッド１０２の両端部
は一対の保持部材１１０によって保持される。各保持部
材１１０は、管状を成し、レーザロッドｌＯ２の両端部
の外周面にそれぞれ液密に嵌合され、かつ、レーザロッ
ド１０２の各端面からレーザロッド１０２とは反対側に
延び出させられていて、それらレーザロッド１０２と一
対の保持部材１１Ｏとの外側にそれらと同軸に透明な冷
却パイプ１１２が配置されている。この冷却パイプ１１
２によりレーザロッド１０２と一対の保持部材１１０の
外側に円筒状の冷却室１１４が形成され、この冷却室１
１４に冷却液が供給されることによってレーザロッド１
０２が冷却される。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 この固体レーザ装置においては、冷却パイプ１１２の内
径がそれの軸方向において一定とされていた。そして、
レーザロッド１０２の外径より各保持部材１１０の外径
の方が大きいため、冷却室１１４のレーザロッド１０２
を囲む部分の流路面積がそれ以外の部分の流路面積より
大きくなり、その結果、レーザロッド１０２に接触する
冷却液の流速がそれ以外の冷却液の流速より小さくなっ
て、十分な冷却効率が得られないという問題があった。

なお、この問題は励起光源が円筒状のレーザ発生体の内
側に配置される形式の固体レーザ装置においても、レー
ザ発生体がコイル状励起光源の内側に配置される形式の
固体レーザ装置においても同様に存在していた。

本発明はこの問題を解決することを課題として為された
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前述のレーザ発生体および励起光源を含む固
体レーザ装置に、（ａ）冷却液がレーザ発生体の外周面
または内周面に接触する状態で流れる接触冷却部を有す
る冷却液通路を形成する通路形成部材と、（ｂｌ冷却液
通路に接続され、その冷却液通路に冷却液を供給する冷
却液供給装置と、（Ｃ）冷却液通路の接触冷却部の流路
面積をその他の部分の流路面積より小さく規定する流路
面積規定手段とを設けたことを要旨とする。

なお、冷却液通路の断面形状は前記従来例と同様に円形
であっても、矩形であっても、その他の形状であっても
よい。

また、流路面積規定手段としては固体レーザ装置の形式
に応じて種々のものが採用可能である。

例えば、励起光源がレーザ発生体の外側に配置される形
式の固体レーザ装置においては、通路形成部材の、接触
冷却部の通路断面積をそれ以外の部分の通路断面積より
小さく決定することがその一つである。また、通路形成
部材の通路断面積をこのように決定しなくても、レーザ
発生体と通路形成部材との間に固体材を配設し、この固
体材により接触冷却部の流路面積を減少させることによ
って目的を達成することができる。つまり、この場合に
は固体材が流路面積規定手段なのである。

また、棒状の励起光源がレーザ発生体の内側に配置され
る形式の固体レーザ装置においては、例えば、レーザ発
生体の内側に冷却室を形成し、励起光源のレーザ発生体
に対応する部分の断面積をそれ以外の部分の断面積より
大きく決定することが流路面積規定手段の一態様である
。

なお、前記従来例の説明はレーザ発生体の両端部が前記
一対の保持部材によって保持される形式の固体レーザ装
置について行ったが、レーザ発生体がそれ以外の保持形
式で保持される固体レーザ装置にも本発明を適用するこ
とができる。

〔作用および発明の効果〕

本発明装置においては、レーザ発生体に接触する冷却液
の流速がそれ以外の冷却液の流速より大きくなり、レー
ザ発生体の熱を高い効率で奪うことが可能となり、冷却
効率が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

本発明の実施例である固体レーザ装置は第１図および第
２図に示すように、楕円筒の反射面１０を有する集光反
射鏡１２を備えている。この集光反射鏡１２内の反射面
１０の２つの焦点にそれぞれ、レーザ発生体としてのレ
ーザロッド１４と、励起光源としての棒状ランプ１６と
が配置されている。レーザロッド１４は、活性物質とし
ての３価のネオジウムイオンＮｄ３”が母体材料として
のＹＡＧ　（ＹｓＡＪｓＯ＋−ｚ）結晶にドープされた
もののである。

レーザロッド１４は真正な円柱状を成し、それの両端部
が一対のロッドホルダ２０．２２によって保持されてい
る。各ロッドホルダ２０．２２は真正な円管状をなし、
内周面がレーザロッド１４の各端部の外周面に液密に嵌
合されるとともに、レーザロッド１４の各端面からレー
ザロッド１４とは反対の側に延び出させられている。

一対のロッドホルダ２０．２２はそれぞれ、有底円筒容
器状の一対の支持部材２６．２８の底部の貫通穴に同軸
に、かつ、軸方向に相対慴動可能に挿通されている。各
支持部材２６．２８はそれらの開口部において互に対向
している。各ロッドホルダ２０．２２の外周面と各支持
部材２６．２８の貫通穴の内周面との間にシール手段と
してのＯリング３２．３４が設けられている。各Ｏリン
グ３２．３４は各支持部材２６．２８に螺合された各リ
テーナ３８．４０により各支持部材２６゜２８からの離
脱が防止されている。０リング３２゜３４はそれぞれ、
各ロッドホルダ２０．２２と各支持部材２６．２８との
間の液密を保持する機能に加えて、それら各両者間の軸
方向相対変位を自身の弾性力によって一定限度内で許容
する機能を有する。なお、一対の支持部材２６．２８は
図示しない固定部材に固定されている。

レーザロッド１４および一対のロッドホルダ２０．２２
の外側に、石英ガラス等の透光材料製冷却パイプ４４が
レーザロッド１４等と同軸に配置されている。冷却パイ
プ４４の両端部と一対の支持部材２６．２８とはそれぞ
れ互に液密に固定されている。これにより、レーザロッ
ド１４および一対のロッドホルダ２０．２２の外側にそ
れらと同軸に円筒状の第１冷却室４６が形成されている
。

冷却パイプ４４はそれの中央部の内径が両端部より小さ
くされることにより、第１冷却室４６のレーザロッド１
４に対応する部分の流路面積が第１冷却室４６のそれ以
外の部分の流路面積より小さくされている。

前記ランプ１６の両端部は上記一対の支持部材２６．２
８と類似の一対の支持部材５０．５２に支持されている
。これら一対の支持部材５０，５２も前記固定部材に固
定されている。ランプ１６の両端部はそれぞれ各支持部
材５０．５２の底部の貫通穴に軸方向に相対摺動可能に
挿通されるとともに、ランプ１６の両端部の外周面と各
支持部材５０．５２の貫通穴の内周面との間にシール手
段としてのＯリング５８．６０が設けられている。

ランプ１６の外側にも冷却パイプ４４と同様な冷却バイ
ブロ２がランプ１６と同軸に挿通されている。ただし、
冷却バイブロ２は直径が一定である単純な円管とされて
いる。これにより、ランプ１６の外側にそれと同軸に円
筒状の第２冷却室６４が形成されている。

第１冷却室４６は支持部材２８　（図において右側のも
の）に設けられた入口ボート６６と支持部材２６　（図
において左側のもの）に設けられた出口ボート６８とに
おいて、それぞれ液通路７０゜７２を介して冷却液供給
装置７６に接続されている。また、第２冷却室６４は支
持部材５２　（図において右側のもの）に設けられた入
口ポート７日と支持部材５０　（図において左側のもの
）に設けられた出口ボート８０とにおいて、それぞれ液
通路８２．８４を介して上記冷却液供給装置７６に接続
されている。液通路７０および液通路７２の流路面積は
いずれも第１冷却室４６のレーザロッド１４に対応する
部分の流路面積より大きく設定されている。すなわち、
本実施例においては、液通路７０．７２および第１冷却
室４６が冷却液通路であり、液通路７０および７２をそ
れぞれ形成する部材、一対のワンドホルダ２０，２２．
一対の支持部材２６．２８および冷却パイプ４４が通路
形成部材なのである。そして、第１冷却室４６のうちレ
ーザロッド１４に対応する部分が、冷却液がレーザロッ
ド１４の外周面に接触する状態で流れる接触冷却部であ
り、冷却パイプ４４の接触冷却部を形成する部分の内径
が冷却パイプ４４のそれ以外の部分の内径より小さくさ
れ、それによって、接触冷却部の流路面積が第１冷却室
４６の接触冷却部以外の部分および液通路７０．７２の
流路面積より小さくされていることが流路面積規定手段
である。

冷却液供給装置７６は、冷却液としての冷却水を液通路
７０．入ロボート６６．第１冷却室４６゜出口ボート６
８および液通路７２を順に、かつ、冷却水が第１冷却室
４６内を乱流状態で流れるように循環させるとともに、
還流した冷却水を次回の循環に備えて冷却する。また、
冷却液供給装置７６は、冷却水を液通路８２．入口ポー
ト７８゜第２冷却室６４．出口ポート８０および液通路
８４を順に循環させるとともに、還流した冷却水を次回
の循環に備えて冷却する。

レーザロッド１４の後方（図において右側）にはりャミ
ラ−９０が、前方には出力ミラー９２が配置されている
。リヤミラー９０は、レーザロッド１４のそのミラー９
０例の端面から放出されたレーザ光のほとんどをレーザ
ロッド１４に反射する全反射型の反射面を有し、出力ミ
ラー９２は、レーザロッド１４のそのミラー９２側の端
面から放出されたレーザ光の一部を出力として外部に透
過させるが、その以外のレーザ光のほとんどをレーザロ
フト１４に反射する部分透過型の反射面を存している。

それらリヤミラー９０と出力ミラー９２とが光共振手段
を構成しているのである。

次に作動を説明する。

ランプ１６が励起光を発すれば、この励起光は第２冷却
室６４内の冷却水および冷却パイプ５２を透過して集光
反射鏡工２の反射面１０で反射され、冷却パイプ４４お
よび第１冷却室４６内の冷却水を透過してレーザロフト
１４の外周面に照射される。このとき、励起光は集光反
射鏡１２によりレーザロッド１４に集中される。

この照射によりレーザロッド１４が光励起され、レーザ
ロッド１４の両端面からレーザ光が放出される。放出さ
れたレーザ光はりャミラ−９０と出力ミラー９２との間
を往復する過程で誘導放出により増幅されて発振し、発
振したレーザ光が出力ミラー９２を透過して出力される
。

ランプ１６が励起光の照射を開始するのに伴って冷却液
供給装置７６を作動を開始する。これにより、冷却水が
第１冷却室４６においても第２冷却室６４においでも入
口ボート６６．７８から出口ポート６８．８０に向かっ
て流され、その結果、レーザロッド１４もランプ１６も
冷却される。このとき、接触冷却部の流路面積がその他
の部分の流路面積より小さく規定されているから、レー
ザロッド１４の外周面に接触しつつ流れる冷却水の流速
がその他の部分における流速より大きくなり、レーザロ
フト■４が高い効率で冷却される。

レーザロッド１４とランプ１６とは集光反射鏡１２の反
射面１０の２つの焦点にそれぞれ位置させられているが
、レーザ口・ノド１４もランプ１６も直線ではなく太さ
を有しているため、レーザロッド１４への励起光の照射
量がそれの周方向において完全に均一にならない。しか
し、本実施例においては、レーザロッド１４が高い効率
で冷却されてレーザロッド１４の温度上昇が良好に抑制
されるから、レーザロッド１４の温度が周方向にほぼ均
一になり、レーザロッド１４にそれの周方向に不均一な
熱膨張が生じることがなくなって、レーザ光のモード変
化が抑制される。

なお、本実施例においては、ランプ１６の外側に位置す
る冷却バイブロ２の内径が軸方向において一定とされる
とともに、ランプ１６の発光部（図においてランプ１６
の軸方向中央部分）がランプ１６のそれ以外の部分より
大径とされている。

また、液通路８２．８４の流路面積がいずれも第２冷却
室６４のランプ１６に対応する部分の流路面積より大き
く設定されている。したがって、第２冷却室６４の上記
発光部に対応する部分の流路面積が第２冷却室６４のそ
れ以外の部分の流路面積より小さくなり、発光部に接触
しつつ流れる冷却水の流速がそれ以外の部分における流
速より大きくなって、ランプ１６が高い効率で冷却され
る。

つまり、本実施例においてはレーザロッド１４もランプ
１６も高い効率で冷却されるようになっているのである
。

以上詳記した実施例においては、集光反射鏡１２が楕円
筒の反射面１０を有する形式とされていたが、例えば、
２つの楕円筒をそれら各楕円筒の１つの焦点を共通に持
つように合体したいわゆる二重楕円筒の反射面を有する
形式としたり、反射面の、レーザロッド１４の光軸に直
角な切断平面による断面形状が楕円を成すだけでなく、
光軸を含む切断平面による断面形状も楕円を成すいわゆ
る回転楕円面の反射面を有する形式とすることができる
。

また、本実施例においては、光共振手段が、−対のミラ
ー（本実施例においてはりャミラ−９０と出力ミラー９
２）がレーザロッド１４の各端面から離れて配置された
いわゆる外部鐘形式とされていたが、例えば、レーザロ
ッド１４の一端面に全反射型のリヤ反射面が、他端面に
部分透過型の出力反射面がそれぞれ形成されたいわゆる
内部鏡形式とすることができる。

また、本実施例においては、冷却液供給装置７６が同じ
冷却水を何回も繰り返し使用する形式とされていたが、
−回の使用で廃棄する形式とすることもできる。

また、本実施例においては、冷却液供給装置７６が冷却
水をレーザロッド１４側とランプ１６側とに並列に供給
する形式とされていたが、互に直列に供給する形式とす
ることができる。

これらの他、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良
等を施した態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である固体レーザ装置の系統
図、第２図は第１図におけるｎ−ｎ断面図である。第３
図は固体レーザ装置の一従来例を示す平面断面図である
。 １４：レーザロッド　　１６：ランプ ４４．６２：冷却パイプ ４６．６４：第１および第２冷却室 ７６：冷却液供給装置 第２図 ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真直な円柱状または円筒状を成し、光励起に基づくレー
   ザ光を両端面から放出する固体のレーザ発生体と、 そのレーザ発生体に励起光を照射してそれを光励起する
   励起光源と を含む固体レーザ装置において、 冷却液が前記レーザ発生体の外周面または内周面に接触
   する状態で流れる接触冷却部を有する冷却液通路を形成
   する通路形成部材と、 前記冷却液通路に接続され、その冷却液通路に冷却液を
   供給する冷却液供給装置と、 前記冷却液通路の前記接触冷却部の流路面積をその他の
   部分の流路面積より小さく規定する流路面積規定手段と を設けたことを特徴とする固体レーザ装置。