JPH02257684A - 光学的にポンプされるレーザ - 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〕 本発明はレーザに関するものであり、とくに、能動媒体
としてスラブ型の棒を用いる光学的にポンプされるレー
ザに関するものであり、更に詳しくいえばそれらの棒を
レーザ内に固定する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

米国特許第４，３７８，６０１号には、スラブ型棒を固
定する装＃を有する光学的にポンプされるレーザが既に
開示されている。このレーザは、棒を受けることを意図
され、かつ内部を冷却流体が循環するハウジングを有す
る。また、このレーザは光源を有する。能動媒体中で光
ポンピングを行うためにその光源は棒のいずれかの側に
設けられる。棒は固定装置に取付けられる。その固定装
置はハウジングの中に入れることができ、またはハウジ
ングから取出すことができる。

この固定装置は、横断面がＵ字形である第１の長手方向
支持要素と、棒に取付けることができるように棒の端部
の形に対して相補的な形を有する第２の支持要素とを有
する。第１の支持要素の端部にラグが設けられる。それ
らの支持要素は棒の上面と下面を囲む。第１の支持要素
のラグは第２の支持要素に設けられているスロットに挿
入されて、ハウジング内に組込まれる頑丈な枠の中に棒
を維持する。

この固定構造は、レーザに機械的な応力を加えることな
しに、棒をレーザ内に強固に保持できるので有利である
。したがって、レーザビームの質を変える作用を行う棒
の屈折率変化をひき起す危険が避けられる。

しかし、この構造は困難もひき起す。実際に、棒はそれ
の端部を除いて冷却流体の中に完全に浸されているから
、棒の側面は上面および下面と同様に冷却される。した
がって、棒の上面と下面に垂直である光路に沿う温度勾
配が、その光路が側面に近いか、側面から離れているか
に応じて変化し、そのために縁部効果が生じてレーザの
発生を減少させる。

米国特許第４，７６１，７８９号明細書に記載されてい
る、レーザ中に棒を固定する別の種類の手段は、棒の側
面を冷却流体から分離することによって上記困難を克服
しようとするものである。このレーザでは棒が２枚の透
明薄片の間に置かれる。棒と薄片は２枚の支持板の間に
配置される。各支持板は、棒のほぼ全長にわたって延長
する長方形の開口部全台む。薄片と支持板の間の開口部
の周縁の周囲をバッキングガスケットがシールする。そ
れらの開口部の上に、たとえば、横断面がほぼＵ字形で
あるポンピング反射器が整列して配置される。

それらのポンピング反射器は薄片と一緒に冷却流体循環
用の空間と、棒を光励起する光源を納めるハウジングと
を形成する。最後に、各支持板と外側枠組の間に、第２
の冷却通路を形成する固定フレームが設けられる。棒の
確実な固定と良いシールを保証するために支持板と外側
枠組および固定フレームの組立体が機械的に固定される
。

しかし、この米国特許により示唆されている解決法は完
全に満足できるものではない。実際に、その組立体を機
械的に固定している最中には固定する力は検査されない
ために、適切な固定を行うことは非常に困難である。

固定する力が大きすぎると棒の内部に機械的な応力が生
じる結果として、棒の屈折率が変化し、ビームの質が変
る。

一方、固定する力が不足したとすると、薄片と支持板等
を通じて伝えられる熱量が減少するためにレーザ発生が
低下する。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、本発明の目的は、固定力の影！８をなくし
、棒の側面を冷却流体から分離する固定構造全役は念レ
ーザを提供することによｐ１上記の従来技術における諸
困難を解消することである。

〔課題を解決する念めの手段〕

この目的を達成するために、光学的にポンプされるレー
ザであって、このレーザにおいては、少くとも２つの向
き合う面を有する棒によりレーザ媒体が形成され、それ
らの向き合う面の間を、発生され次レーザビームがそれ
らの面からの全反射によりジグザグの光路に沿って伝わ
り、前記棒は枠組の中に配置されて、枠組とともに４つ
の容積を２つずつ形成し、それらの容積のために棒の仰
面が壁部分を少くとも間接的に形成し、棒のポンピング
面に対応する向き合う容積が光励起手段を受け、かつ冷
却流体を送ることを意図し念ものであり、レーザは支持
手段も備え、この支持手段は、一方では、棒を枠組に接
触させつつ、その枠組に対して棒を留めることにより固
定し、他方では、前記容積を２つずつ分離する光でポン
プするレーザを本発明は提供するものである。

本発明に従って、棒を弾性的につかむ九めに前記支持手
段は固有の弾性を有し、かつポンピング面の周縁部の近
くの少くとも１つの領域に接触する。

支持手段が弾性を有するために、大きな温度変化があっ
ても棒の膨張を容易に吸収できる。したがって、その結
果として、レーザビームの発生量が増大し、レーザビー
ムの質が高くなるまで機械的応力はなくなる。

更に、この構造のために、棒をレーザ内部に固定するこ
とが容易になジ、しかもレーザビームの特性に対する固
定力の作用がなくなる。

本発明は、少くとも２つの面全有する棒であって、それ
らの２つの面の間を、発生されたレーザビームが、それ
らの面からの全反射により、ジグザグの光路に沿って伝
わるような前記棒と、この棒の支持手段とにより構成さ
れ次能動レーザ要素も提供するものである。

前記支持手段は少くとも２つの支持要素を備える。それ
らの支持要素は全体として平らな形であって、ポンピン
グ面に全体として平行に延びる。

前記支持手段は連結フレームも備え、各支持要素は少く
とも１つの周縁固定領域と、中央固定領域と、それらの
領域を固定する、弾性的に変形可能な中間領域と金示し
、中央固定領域は棒を弾性的につかむが、周縁領域の少
くともそれぞれの周縁領域において周縁固定領域は連結
フレームへ強く固定される。

したがって、その支持要素は、予め容易に準備して保管
でき、必要があれば、レーザに組込む前に試験できる独
立したサブ組立体を構成する。

更に、この支持要素は取付けと交換を容易かつ迅速に行
える。

〔実施例〕

まず、本発明の重要な構成を示す、光学的にポンプされ
るレーザ１が示されている第１図を参照する。

棒２（「スラブ」と呼ばれる）が、その内部でレーザ作
用を生じさせる媒体を構成する。図示の実施例において
は、棒２の断面は長方形であって、向き合う２つの大き
い面３ｍ、３ｂ　を有する。この場合には、大きい面３
ａ、３ｂはポンピング表面と全反射面を同時に構成し、
発生された円筒状レーザビームに対してジグザグの光路
を与える。

棒２は２つの側面４ａ、４ｂ　　と２つの端面５ａ、５
ｂも有する。

図示の例においては、損失を減少するために端面をブリ
ュースター角度αにほぼ従って端面を切断する。周知の
ように、端面を、レーザの元軸に対して垂直にすること
ができ、または１８０−２αだけ傾けることができる。

棒２は、２つの部分６ａと６ｂより成る枠組と、参照番
号Ｔで全体的に示されている棒支持手段とを備える組立
体で構成される。２つの部分は棒の面３ａ、３ｂ　の両
側を対称的に延長する。

枠組の各部分ｅａ、ｓｂ　は細長い長方形状の底９ｍ　
、　９ｂ　を有する。それらの底８ｍ　、　８ｂから２
つの側壁９ａ、９ｂ　　と２つの端部壁９ｃ、９ｄが垂
直に延長する。それらの側壁と端部壁は、内部を冷却流
体（図示せず）が循環する空所１０ｍ、１０ｂを構成す
る。

枠組の２つの部分５ｍ　、　５ｂ　は複数の固定ラグ対
１１ａ、１１ｂとねじ（図示せず〕を介して一緒に結合
される。図には１つのラグ対だけが示されている。

それらの固定ラグは側壁９ｍ、９ｂ　に固定される。

図示の例においては、枠組の各部分６ａ、６ｂは機械加
工により一体構造で得られる。

周知のように、枠組の部分５ｍ　、　５ｂはいくつかの
部品をねじ等で一緒に組立てることにより構成すること
もできる。

枠組の部分５ｍ、５ｂ　はポンピング反射器１２ａ。

１２ｂも有する。それらのポンピング反射器１２ａ。

１２ｂは底９ｍ、１３ｂ　に固定される。反射器１２ｍ
、１２ｂは細長い部品であって、それの横断面はほぼＵ
字形であり、棒２の大きい面３ａ　、　３ｂ　の上を棒
２の全長にわたって延長する。各反射器１２ａ、１２ｂ
の底と側壁は、たとえば金層で被覆された反射面１３ａ
。

１３ｂを呈するようにして製作される。

枠組の部分５ａ　、　５ｂ　は支えと、棒の光学的励起
源のハウジングとを同様に形成する。励起源は、放電灯
１５ａ、　１５ｂを受ける管１４ａ、１４ｂと、冷却流
体を循環させる九めに管１４ａ　、　１４ｂの周囲を囲
む通路１６ａ、１６ｂとにより形成される。

第１図と第２図に示されている本発明のレーザは支持手
段Ｔの第１の実施例を示す。支持手段Ｔは独立した能動
レーザ要素を構成し、はぼ２つの支持要素１７ａ、１７
ｂと連結フレーム１８を有する。

各支持要素は弾性的に変形可能な葉の形を有する。

図示の実施例では名菓は底い開いた鉢の形である。

支持要素１７ｍ、１γｂは、厚さが約１／１０＋＋ｗの
合金板から冷間打抜きで製作することが好ましい。この
製作方法では部品の寸法精度を高くでき、しかも製作を
迅速かつ安価に行うことができることに注目されたい。

各支持要素１７ｍ、１７ｂは、連結フレーム１８および
枠組の部分５ａ、５ｂ　　と協働することを意図する周
縁固定領域ｔ９ａ、１９ｂと、棒２を保持する固定領域
２０＆　、　２０ｂと、周縁固定領域ｔＳａと１９ｂお
よび固定領域２０ｍ、２０ｂを結合して前記要素に高い
弾力を与える中間領域２１ｍ、２１ｂとを有する。

図から明らかなように、この実施例においては、固定領
域２０ａ　、　２０ｂと周縁固定領域１９ｍ、１９ｂは
同一平面内にはない。更に、棒の能動表面を減少しない
ようにするために、固定領域２０ｍ　、　２０ｂの幅は
周縁固定領域１９ａ、１９ｂの幅よりはるかに狭い。典
型的な例としては、固定領域の幅は約０．５　ｆｌであ
り、周縁固定領域の幅は約１０■である。

この実施例においては、各支持要素１７ａ、１７ｂの周
縁固定領域１９ａ、１９ｂけ（この特別な場合には支持
フレームを構成する）連結７レーム１８と、フランジフ
レーム２２＆、２２ｂこの間につかまれる。この組立体
は、たとえば、７ランジフレーム２２ａ。

２２ｂの周縁部の周囲に一様に分布されている複数のね
じ（軸線に沿う点で記号的に示されている）２３ｍ、２
３ｂにより維持され、固定領域２０ａ　、　２０ｂは棒
２をその棒の面３ｍ、３ｂ　により保持する。

棒２をそれの側面で固定する、棒から分離され次手段も
設けることができる。

周知のように、棒２の内部で発生されたレーザビームを
通せるようにするために、連結フレーム１８には、棒２
の端面５＆と５ｂに向き合う部分に開口部ｊ１３ｍ　、
　１８ｂが設けられる。

支持手段Ｔを構成する１相の要素が組立てられると、棒
２は固定領域２０＆と２０ｂの間に弾性的につかまれ、
その結果として、棒に機械的な応力を加えさせる傾向に
ある全ての過大な固定がなくなる。

固定領域２０ｍ　、　２０ｂは、ビームの発生を減少さ
せないようにするために、好ましくは、縁部２のうちビ
ームが反射されない領竣（第３ａ図、第３ｂ（８）に、
接合により棒２の面３ａ　、　３ｂ　に固定される。

固定領域２０＆、２０ｂの接合は、金属ろうづけ、ガラ
スフリントのシールまたはインジウムシールを用いる等
のような周知の熱間接合技術または冷間接合技術で行わ
れる。

支持要素と接合ビードは、棒の熱膨脹特性にほぼ等しい
熱膨脹特性を示す材料から選択することが好ましい。た
とえ・ば、ＹＡＧ　棒の場合には、［Ｖａｃｏｖｉｔ　
７０　Ｊ　（商標）のように、ニッケル２８チ、コバル
ト２３チおよび鉄４９チを含む合金製の支持要素と、「
Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ　Ｇｌａｓｓ　Ｓｅａｌｉｎｇ４５
−５Ｊ　（商標）製の接合ビードとを選択することが好
ましい。

そのような材料を用いると組立体のシールを良く行うこ
とができ、かつそのシールが長期間にわたって高い安定
性を保つという利点が得られる。

また、接合ビード３ｊａ、３１ｂのために棒を確実に支
持するとともに、支持要素１７ｍ、１７ｂと棒の側面４
ａ、４ｂ　の間に形成された空所１０ａ、１０ｂと通路
２４ａ、２４ｂの間のシールを確実に行えることにも注
目されたい。したがって、それらの通路２４ａ、２４ｂ
は冷却流体から分離され、それにより側面４ａ、４ｂの
冷却に基づく縁部効果を抑制する。

７ランジフレーム２２ｍ、２２ｂは、支持要素１γａ。

１７ｂに損傷を与える危険を生ずる、ねじ２３ａと２３
ｂの直接締付けと締付は過ぎの少くとも一方から支持要
素１７ｍ、１７ｂを保護する機能と、支持要素と棒この
セントを枠組の中の中心に置＜機能この２つの機能を果
す。

実際に、枠組の各部分６ａ、６ｂ　はそれの側壁の端部
と、それの端部壁に、連続する段２５ａ、２５ｂ。

２６ｍ　、　２６ｂを形成する２つの破れ形成部を有す
る。

第１の段２５＆と２５ｂは、支持手段γと枠組の部分６
ａ　、　６ｂ　　この組立時に７ランジフレーム２２ａ
。

２２ｂと協働する。したがって、棒２の面３１と３ｂが
ポンピング反射器１２＆とｆ２ｂにそれぞれ直接向き合
うように、棒２を正しい位置に容易かつ整然と装置され
る。

第２の段２６１にと２６ｂは、組立中に、７ランジフレ
ーム２２＆、　２２ｂおよび支持要素１７＆、１７ｂの
固定領Ｎ、２０ｍ、　２０ｂの一部と協働して、バッキ
ングガスケット２８ａ　、　２８ｂを受けるようにされ
たハウジング２７ａ、２７ｂを形成して、外部と冷媒通
路１０１１．１０ｂの間を確実にシールする。

これに関して、ガスケント２８ｍ、２８ｂを支持要素１
７ｍ、　１７ｂに強く押しつけて組立体を良くシールす
るためには、段２５ｍと２５ｂの面と７ランジフレーム
２２＆　、　２２ｂの上面この間に間隙Ｊを設けること
が有用であることに注目されるであろう。

第４図には、以上説明した本発明のレーザの第１の実施
例の変更例が示されている。この変更例では、支持要素
ｉｒａ、ｔγｂは棒２を直接には支持しない。

この場合には、棒は透明な２枚の薄片２９ｍ、２９ｂの
間にはさまれる。薄片２９ａ、２９ｂは念とえばサファ
イヤ等から形成され、それらの薄片２９＆、２９ｂの上
に固定領域２０ｍ、２０ｂが周知の接合手段により固定
される。各薄片２９ｍ、２９ｂは、棒２の厚さに等しい
か、厚さより大きい距離だけ棒２の側面をこえて突き出
る。

しかし、薄片２９１　、２９ｂの縁部が曲がる、したが
って棒２の内部に応力を生じさせる危険を犯さないよう
にするために、支持要素の固定領域２０ａ。

２０ｂの場所は棒の縁部に垂直にされる。

オだ、支持要素は棒の表面に直接固定されるわけではな
いから、この変更例では棒を容易に交換できる。

それらの薄片は、棒を励起するために用いられる光周波
数のための選択フィルタを構成でき、その結果として、
励起光の有用なスペクトル帯だけが棒の面に達し、寄生
放射による加熱が抑制されるから有利である。

最後に、第５図を参照する。この図には本発明のレーザ
の第２の実施例が示されている。

第１図乃至第４図に示されている実施例においては、支
持要素１７＆、１７ｂの周縁固定領域１９ｍ、１９ｂが
支持フレーム１８により互いに分離されているが、第５
図に示す第２の実施例においては、支持要素１７ａ、１
７ｂの周縁固定領域１９ａ、１９ｂが互いに接触し、２
つのフレーム要素３０ａ、３０ｂにより一緒に固定され
る。

第１図に示されているフレーム１８に設けられている開
口部のような開口部を、支持要素と棒の端面に設けねば
ならないことが明らかである。

同様に周知のように、本発明は以上説明し念実施例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することな
しにそれらの実施例を変更できる。

とくに、「スラブ」棒の形の透明な物質の封じられてい
る外囲器の中に入れられている流体媒質を活性媒体とし
て用いるレーザに本発明を採用できることがわかる。

単一の物体から支持要素１７ｍ、１７ｂを構成すること
もでき、それらの支持要素を結合片等で結合できる。こ
の場合には、各支持要素の鉢形をたとえば金属板から同
時に打抜き、その後で適切なやり方で曲げる。

本発明の別の実施例においては、各支持要素１７ｍ、１
７ｂは、所定の形たとえば鉢形に従ってプレスされたガ
ラスで得ることができる。

最後に、レーザの能動要素は容易に交換できるサブ副組
体／支持手段を構成できるから有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザの分解斜視図、ＷＪ２図は本発
明に従ってレーザを構成する棒の支持手段の第１の実施
例を示す、第１図の■−■線に沿う拡大部分断面図、第
３ａ図および第３ｂ図は、枠組、および支持要素の一部
を省いて示す構成の側面図と上面図をそれぞれ示し、第
４図は第２図に示す実施例の変更例の部分断面図、第５
図は本発明に従ってレーザを構成する棒の支持手段の第
２の実施例の拡大部分横断面図である。 ２・・・・棒、３ｍ、３ｂ　　・・・・棒の面、４ａ。 ４ｂ　　・・・・棒の側面、５ａ、５ｂ　　・・・・棒
の端面、Ｔ・・・・棒の支持手段、１０＆、１０ｂ・・
・・空所、１２＆、１２ｂ　・・・・ポンピング反射器
、１３ａ。 １３ｂ　・・・−反射面、１４ａ、１４ｂ　−−−−管
、１５６゜１５ｂ・・・・放電灯、１６ａ、１６ｂ、２
４ｍ、２４ｂ　−・−−通路、１７ｍ、１７ｂ・・・・
支持要素、１８・・・・連結フレーム、１９１に、１９
ｂ・・・・周縁固定領域、２０　ｍ　、　２０ｂ・・・
・固定領域。 ２Ｂ、？ デフ】デｌフメ、ｆにコｌＩ％コ ４ｓ 手続補正書こ尤入つ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　光学的にポンプされるレーザであつて、このレ
   ーザにおいては、少くとも２つの向き合う面を有する棒
   によりレーザ媒体が形成され、それらの向き合う面の間
   を、発生されたレーザビームがそれらの面からの全反射
   によりジグザグの光路に沿つて伝わり、前記棒は枠組の
   中に配置され、前記棒は枠組とともに４つの容積を２つ
   ずつ形成し、それらの容積のために棒の側面が壁部分を
   少くとも間接的に形成し、棒のポンピング面に対応する
   向き合う容積が光励起手段を受け、かつ冷却流体を送る
   ことを意図したものであり、レーザは支持手段も備え、
   この支持手段は、一方では、棒を枠組に接触させつつ、
   その枠組に対して棒を留めることにより固定し、他方で
   は前記容積を２つずつ分離し、前記支持手段は、棒を弾
   性的につかむために固有の弾性を有し、かつポンピング
   面の周縁部の近くの少くとも１つの領域に接触すること
   を特徴とする光でポンプされるレーザ。
2. （２）　少くとも２つの面を有する棒であつて、それら
   の２つの面の間を、発生されたレーザビームが、それら
   の面からの全反射により、ジグザグの光路に沿つて伝わ
   るような前記棒と、この棒の支持手段とにより構成され
   た能動レーザ要素において、前記支持手段は少くとも２
   つの支持要素を備え、それらの支持要素は全体として平
   らな形であって、ポンピング面に全体として平行に延び
   、前記支持手段は連結フレームも備え、各支持要素は少
   くとも１つの周縁固定領域と、中央固定領域と、それら
   の領域を連結する、弾性的に変形可能な中間領域とを示
   し、中央固定領域は棒を弾性的につかむが、ポンピング
   面の少くともそれぞれの周縁領域において周縁固定領域
   は連結フレームに強く固定されることを特徴とする能動
   レーザ要素。