JPH02215174A - 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］ この発明は固体レーザ装置に関するものであり、特に、
平板（スラブ）状のレーザ媒質を使用した固体レーザ装
置に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は、例えば、特開昭６０−２５４６８６号公報に
示された従来の固体レーザ装置の要部構成を示す垂直断
面図であり、レーザ発振器の光学的な構成を示している
。

図において、（１）は光軸に沿って対面する一組の光学
的平滑面を有し、上記光軸に直交する断面がほぼ矩形の
平板型（以下、スラブ型という）のレーザ媒質、（２）
はレーザ媒質（１）の光軸方向の一方の端面側に配設し
た全反射ミラー（３）はレーザ媒質（１）の他方の端面
側に配設した部分反射ミラーである。そして、上記両ミ
ラー間で安定型共振系を構成している。（４）はレーザ
媒質（１）に励起光を供給する光源であるランプ、（５
）及び（６）は反射箱を構成している反射鏡、（７）は
レーザの光軸、（８）は部分反射ミラー（３）から出力
されるレーザビームである。

従来の固体レーザ装置は上記のように構成されており、
以下のように動作する。

ランプ（４）の発光は反射鏡（５）、（６）で反射され
てレーザ媒質（１）に吸収され、レーザ媒質（１）を励
起し、光の誘導放出が起こる。そして、レーザ媒質（１
）と全反射ミラー（２）及び部分反射ミラー（３）で構
成されている共振系で増幅され、レーザの光軸（７）に
沿ったレーザビーム（８）を得る。

ここで、図中のベクトルＳ及びベクトルＰは各々レーザ
の光軸（７）とレーザ媒質（１）の入射面で定義された
ものを図示したものである。ベクトルＳとレーザの光軸
（７）とで構成される平面は、レーザ媒質（１）の幅方
向の面であり、これを８面と記載する。

一方、ベクトルＰとレーザの光軸（７）とで構成される
平面は、レーザ媒質（１）の厚み方向の面であり、これ
をＰ面と記載する。このレーザ媒質（１）は形状がほぼ
矩形であり、Ｓ方向の幅はＰ方向の厚みに比べ、通常、
２〜３倍となっている。また、このレーザ媒質（１）の
光学的平滑面は常時冷却されており、レーザの光軸（７
）はジグザグに内部反射を繰返して通過する。それ故、
レーザ媒質（１）内の熱光学歪は２面内において最終的
に相殺され、大出力でも安定したレーザ出力を得ること
ができる。

［発明が解決しようとする課題〕 上記のような従来の固体レーザ装置では、レーザビーム
（８）のモードは、レーザ媒質（１）の断面形状を反映
して、矩形の高次モードとなっていた。例えば、１．０
６μｍレーザの場合、Ｐ平面内のモード次数は数十、Ｓ
平面内のモード次数は数百と、いずれも大きくなってい
た。そのため、ビームの発散角は数ｍ　ｒ　ａ　ｄ〜数
士ｍ　ｒ　ａ　ｄと極めて大きくなり、集束性がよくな
かった。

したがって、大出力のビームを安定に出力することは可
能であっても、微細なスポットに集光することはできな
いため、精細なレーザ加工等の用途には適さなかった。

そこで、この発明は高出力においても、集束性のよいレ
ーザビーム（８）を得ることができる固体レーザ装置の
提供を課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる固体レーザ装置は、光路に対して一組
の対面する光学的平滑面を有する平板状のレーザ媒質（
１）を挟んで相互に対向する前記光路上の位置に全反射
ミラー（２）及び凹面ミラー（３０）を各々配設し、前
記レーザ媒質（１）の幅方向に負枝不安定型共振手段を
形成し、前記レーザ媒質（１）の厚み方向に低次安定型
共振手段を形成したものである。

［作用］ この発明の固体レーザ装置においては、光路に対して一
組の対面する光学的平滑面を有する平板状のレーザ媒質
（１）の幅方向に形成した負枝不安定型共振手段ど、こ
のレーザ媒質（１）の厚み方向に形成した低次安定型共
振手段とにより、レーザ媒質（１）の幅方向及び厚み方
向のいずれの方向においても、発散角の小さいレーザビ
ーム（８）が出力され、極めて集束性のよい高出力のレ
ーザビーム（８）を得ることができる。

［実施例］ 第１図の＜ａ＞はこの発明の一実施例である固体レーザ
装置の要部構成を示す垂直断面図であり（ｂ）は同じく
水平断面図である。図中、（１）、（２）、（４）、（
，７）及び（８）は上記従来例の構成部分と同一または
相当する構成部分である。

図において、（３０）は反Ｓ方向に切欠部（３０ａ）を
有する凹面ミラーであり、共振系の出力ミラーの役割を
担っている。（３１）はＰ面に対しては凸レンズで８面
に対しては平レンズとなっているシリンドリカルレンズ
であり、凹面ミラー（３０）のレーザ媒質（１）側に位
置している。

そして、全反射ミラー（２）とシリンドリカルレンズ（
３１）と凹面ミラー（３０）とで、Ｐ面方向（レニザ媒
質（１）の厚み方向）には低次安定型共振手段を、Ｓ面
方向（レーザ媒質（１）の幅方向）には負枝（ｎｅｇａ
ｔｉｖｅ　ｂｒａｎｃｈ　）不安定型共振手段を構成し
ている。なお、全反射ミラー（２）及び凹面ミラー（３
０）は共に回転対称の球面曲率を有するミラーであり、
シリンドリカルレンズ（３１）は−次元レンズである。

この実施例の固体レーザ装置は上記のように構成されて
いる。ここで、レーザ媒質（１）のＰ面方向及びＳ面方
向の各共振手段について説明する。

まず、Ｐ面方向の安定型共振手段について述べる（第１
図（ａ）参照）。凹面ミラー（３０）の曲率は、その前
面に配設されたシリンドリカルレンズ（３１）の存在に
よって全反射ミラー（２）方向から視ると実質的には平
面に近似している。

このため、基本モードのビーム径は大きくなり、０次（
基本モード）等の次数の小さなレーザビーム（８）とな
り、Ｐ面方向の発散角の小さな低次安定型共振手段とな
っている。

つぎに、Ｓ面方向の不安定型共振手段について述べる（
第１図（ｂ）参照）。Ｓ面方向に対してシリンドリカル
レンズ（３１）は平面であるから、波動光学的にはその
存在を無視し得る。そして、図のように、レーザの光軸
（７）の片側に位置する凹面ミラー（３０）の切欠部（
３０ａ）からレーザビーム（８）が外部に出力される。

このレーザビーム（８）はＳ面方向には平面波になるの
で、レーザビーム（８）のＳ面方向の発散角度は小さい
。

上記のように、この実施例の固体レーザ装置では、光路
に対して一組の対面する光学的平滑面を有する平板状の
レーザ媒質（１）の幅方向（Ｓ面方向）に形成した負波
不安定型共振手段と、このレーザ媒質（１）の厚み方向
（Ｐ面方向）に形成した低次安定型共振手段とを有して
いる。

したがって、レーザ媒質（１）の幅方向（Ｓ面方向）及
び厚み方向（Ｓ面方向）のいずれの方向においても、発
散角の小さいレーザビーム（８）が出力され、極めて集
束性のよい高出力のレーザビーム（８）を得ることがで
きる。この結果、微細なスポットに集光することができ
、精細なレーザ加工等の用途にも活用でき、使用範囲が
拡大する。

ところで、上記実施例では共振系を構成する各ミラーの
曲率をＳ面方向とＰ面方向とで各々相違させるために、
凹面ミラー（３０）の前にシリンドリカルレンズ（３１
）を配する構造を採用している。しかし、回転対称球面
状の凹面ミラーの代りに一次元曲率面の出力ミラーを採
用してもよく、この場合には、直交する二方向に各々曲
率の異なる球面を形成し得るから、シリンドリカルレン
ズ（３１）を省くこともでき、構成が簡素化できる。

また、上記実施例の凹面ミラー（３０）は実用的には別
の構成によって実現し得る。その実施例を第２図１０示
す。第２図はこの発明の他の実施例である固体レーザ装
置の要部構成を示す垂直断面図である。図中、（１）、
（２）及び（８）は上記従来例及び実施例の構成部分と
同一または相当する構成部分であるから、ここでは重複
する説明を省略する。

第２図において、（３０１）は回転対称球面状の凹面ミ
ラーであり、上記実施例のような切欠部を有していない
。（３０２）は凹面ミラー（３０１）とレーザ媒質（１
）との中間部の反Ｓ方向側に位置している結合ミラーで
ある。そして、この凹面ミラー（３０１）と結合ミラー
（３０２）とで上記実施例の凹面ミラー（３０）に相当
する機能を有する。なお、この実施例では、シリンドリ
カルレンズ（３１）は図示していない。

したがって、この実施例の固体レーザ装置も、上記実施
例と同様に平板状のレーザ媒質（１）の幅方向（Ｓ面方
向）に形成した負波不安定型共振手段と、このレーザ媒
質（１）の厚み方向（Ｐ面方向）に形成した低次安定型
共振手段とを有している。そして、レーザ媒質（１）の
幅方向（Ｓ面方向）及び厚み方向（Ｓ面方向）のいずれ
の方向においても、発散角の小さいレーザビーム（８）
が出力され、極めて集束性のよい高出力のレーザビーム
（８）を得ることができる。この結果、微細なスポット
に集光することができ、精細なレーザ加工等の用途にも
活用でき、使用範囲が拡大する。

加えて、この実施例においては、凹面ミラー（３０１）
に切欠部を設ける必要がないので凹面ミラー（３０１）
の製作性がよい。また、結合ミラー（３０２）の配設方
向に応じてレーザビーム（８）の出力方向を任意に変更
することもできる。

つぎに、この発明のさらに他の実施例について説明する
。第３図の（ａ）はこの発明のさらに他の実施例である
固体レーザ装置の要部構成を示す垂直断面図であり（ｂ
）は同じく水平断面図である。図中、（１）、（２）、
（４）、（８）及び（３０）は上記従来例及び各実施例
の構成部分と同一または相当する構成部分である。

第３図において、（９）は熱レンズ化補正レンズであり
、−次元の凹レンズである。そして、レーザビーム（８
）はレーザ媒質（１）内を光学的平滑面と平行に通過す
るように設定されている。

このため、第１図で示した実施例とは異なり、レーザ媒
質（１）内のＰ面方向、すなわち厚み方向にはランプ（
４）の出力の増大に伴って強い熱レンズ化が起こる。そ
こで、この実施例では熱レンズ化補正レンズ（９）によ
り、その熱レンズ化を阻止している。

したがって、熱レンズ化補正レンズ（９）の焦点距離を
適当に調整することにより、ランプ（４）の所定の出力
において、２面内で低次の安定型共振手段となる。そし
て、Ｓ面内で負波不安定型共振手段が形成される。この
結果、Ｐ面方向及びＳ面方向のいずれの面においても、
発散角の小さいレーザビーム（８）が出力され、集束性
のよい高出力のレーザビーム（８）を得ることができ、
上記両実施例と同様の効果を奏する。

ところで、上記の各実施例では発散角の小さい集束性の
よい高出力のレーザビーム（８）の出力手段について各
々独立で説明したが、これらを組合わせて同様の効果を
奏する固体レーザ装置を構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の固体レーザ装置は、光
路に対して一組の対面する光学的平滑面を有する平板状
のレーザ媒質の幅方向（Ｓ面方向）に形成した負波不安
定型共振手段と、このレーザ媒質の厚み方向に形成した
低次安定型共振手段とを有することにより、レーザ媒質
の幅方向（Ｓ面方向）及び厚み方向（Ｓ面方向）のいず
れの面においても、発散角の小さいレーザビームが出力
され、極めて集束性のよい高出力のレーザビームを得る
ことができるので、微細なスポットに集光することがで
き、・精細なレーザ加工等の用途にも活用でき、使用範
囲が拡大する。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）はこの発明の一実施例である固体レーザ
装置の要部構成を示す垂直断面図であり（ｂ）は同じく
水平断面図、第２図はこの発明の他の実施例である固体
レーザ装置の要部構成を示す垂直断面図、第３図の（ａ
）はこの発明のさらに他の実施例である固体レーザ装置
の要部構成を示す垂直断面図であり（ｂ）は同じく水平
断面図、第４図は従来の固体レーザ装置の要部構成を示
す垂直断面図である。 図において、 １：レーザ媒質 ２：全反射ミラー ３０：凹面ミラー ３０１：凹面ミラー である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。 代理人　弁理士　大君　増雄　外２名 手 続 補 正 書 （自発） ５゜ 補正の対象 平成２ 年 月２０ 日 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６゜ 補正の内容 明細書の第１０頁第１行目の ２、発明の名称 「反Ｓ方向側」を 「Ｓ方向片側」 と補正する。 固体レーザ装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ４゜ 代 理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光路に対して一組の対面する光学的平滑面を有する平板
   状のレーザ媒質を挟んで相互に対向する前記光路上の位
   置に全反射ミラー及び凹面ミラーを各々配設し、前記レ
   ーザ媒質の幅方向に形成した負枝不安定型共振手段と、 前記レーザ媒質の厚み方向に形成した低次安定型共振手
   段と を具備することを特徴とする固体レーザ装置。