JPH03505506A - 一体型固体レーザ - 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】 一体型固体レーザ 技術分野 本発明は、レーザ媒体とボンンプランブとの両者が透明な固体ハウジング内に埋 込まれ、た形式の光学的にポンプされる固体レーザに関する。本発明はレーザ特 性を改善する。

従来技術 本発明は米国特許第４７３４９１３号明細書に記載された一体型固体レーザの改 良に関する。本発明により装置の信頼性は高くなり、高い出力レベルで運転され 、高いサイクル速度が達成される。

発明の概要 本発明による一体型固体レーザは、 ａ）　一つの表面で結合され第１の開位置と第２の閉位置との間で運動可能の一 対の半円筒形部分を含む透明な熱伝導性の固体のハウジングと、ｂ）　ハウジン グが第２の閉位置にあるとき該ハウジングによって限定されるハウジング内の第 １の空所にその全長に亙って埋込まれ、２つの両端部を有するレーザ媒体と、 Ｃ）　外被と内部電極とを有しレーザ媒体を励起するポンプランプにして、その アークの全長に亙って、かつ各電極区域の実質的長さに亙ってハウジングの第２ の空所内に埋込まれ該ランプの外面と第２の空所の内面とが約（１０８ｍｍ以下 の間隔をもって適合するポンプランプと、ｄ）　レーザ媒体の両端に隣接して設 けられ光学的共振空所を限定しレーザ媒体から放射されるコヒーレントな放射レ ーザを支持する反射体手段と、の組合わせから成る。

望ましくはレーザ媒体はアレキサンドライトまたはエメラルドとする。これ以外 の固体レーザ媒体も使用可能である。特定の応用例において、本発明の装置はＮ ｄ：ＹＡＧ゛レーザと共に使用することが望ましい。本発明が実施可能な他の例 示的な材料としてＣｒ　：　５ｃＢＯ，、Ｃｒ　：Ｇｄ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｏ，！、 Ｔｉ　：　ＢｅＡ１＊Ｏａ　、Ｎｄ　：Ｃｒ　：ＧｄｘＳＣｚＧａｓＯ＋ｘ　、 Ｃｒ　：５ｒＡＩＦｓおよびＣｒ：ＫＺｎＦ、がある。

望ましくは本発明の一体型固体レーザは、レーザ媒体の端部から始発されるレー ザビームを囲んでビームをレーザビーム経路内の熱勾配から遮蔽するビーム管を 含む。ビーム管を設けることによってレーザパルスエネルギの変動が減少し、レ ーザの全体的な安定性が改善される。

望ましくはフラッシュランプはセリューム添加（ｄｏｐｅｄ）の熔融水晶の外被 を有するものとするが、必須ではない。

レーザ媒体は任意適宜の形状、例えば棒状、平板状などとする。便宜的にロッド （棒）であるとして説明する。

図面の簡単な説明 添付図面は本発明を例示し説明するもので同一参照数字は同様の部品を示す。

図１は本発明のレーザの部分断面側面図、図２はビーム管を付加的に設けた図１ の装置の側面図、図３は図２の線Ａ−Ａに沿う断面図で、図３ａは図３のポンプ ランプとハウジングとの間の間隙を示す概略断面図、 図４はアレキサンドライトの吸収スペクトルと、被覆なしのフラッシュランプの スペクトル出力とを重ねて示すグラフ、図５はアレキサンドライトの吸収スペク トルと、セリューム添加熔融水晶のフラッシュランプのスペクトル出力とを示す グラフ、図６はセリューム添加熔融水晶のフラッシュランプを具えた空冷サファ イヤのポンプ室を有するアレキサンドライトレーザのレーザ出力を、ＵＶおよび ！Ｒの反射面被覆を有する従来のフラッシュランプζ比較して示すグラフ、図７ は空冷サファイヤポンプ室を有するアレキサンドライトレーザのゲインを図６と 同様の従来技術と比較して示すグラフである。

実施例の詳細な説明 本発明は、ポンプ室、レーザ媒体、ポンプランプ、光学的共振体がユニットとし て構成される一体構造の固体レーザの改良に関する。レーザは一体的構造とした から簡単で小型で頑丈である。本発明は一体型レーザの高い出力レベルと高いサ イクル速度とにおける信頼性の高い運転を可能とする。

図１にポンプ室の構造を示す。ハウジング１内にレーザロッド２とポンプランプ ４とが埋込まれている。全反射体８と部分反射体（出力連結ｆｆ１）　９とがレ ーザロッド２の軸線に沿って配置されている。ポンプランプ４をポンピングする ことに応答するレーザ作用はコヒーレントな放射１３として現れる。透明なハウ ジング１は望ましくはサファイヤ製とする。ハウジングの外面は任意的に反射性 被覆１１、例えば銀メッキまたは銀箔で被覆される。ポンプランプ孔５内に配置 されるポンプランプ４は電気的リード線７に接続される内部電極６を有する。図 １に示すように電極６を収容する部分を含むポンプランプ４全体がポンプランプ 孔５内に配置され囲まれている。レーザロッド２はその全長に沿ってレーザロッ ド孔３内に配置されている。レーザロッド２の全長と電極６を収容する部分を含 むポンプランプ４の全長とを完全に覆うように透明なハウジングが延長している ので、電極６の効果的な冷却が達成され、レーザロッド２の温度勾配による光学 的な歪を減少せしめる。上述のようにサファイヤの透明なハウジングの孔に完全 に囲まれたレーザロッドは作動時に光学的な妨害が実質的に減少することが観察 された。

併し冷却を改善しこれに伴って光学的歪を減少せしめるためにランプの全長をラ ンプ孔５内に配置することは必須ではない。一般的にはポンプランプはそのアー クの全長に亙って、及び付加的に電極区域の実質的な部分に亙って取囲まれまた は埋込まれていればよい。ここで実質的な部分とは各電極区域の長さの少くとも １／４　（２５％）、望ましくは少くとも１／２　（５０％）、さらに望ましく は少くとも３／４　（７５％）を意味する。電極区域が完全にポンプランプ孔内 に囲まれるようにすると好適な結果が得られるが、ランプの構造と電極のための 金属接続部が端子部分で外被を貫通することとによって不可能の場合がある。電 気的リード線が接続される端部ぎりぎりまでランプ孔の全長に亙って精密に研削 することは実際的に不可能な場合がある。上述限度内の少い被覆でも良好な結果 が達成される。

図３において透明なハウジング１内に設けられた孔内に配置されたポンプランプ ４は精密に研削された外面を有し、望ましくは高度の真円性を有し直径の変化が 長さに沿って約±０・０２ｍｍ以下となるようにする。ポンプランプ孔５と精密 に研削されたポンプランプ４の外面との嵌合はその間隙がその長さおよび周囲に 沿って約０・１ｍｍ以下、望ましくは０・０５ｍｍ以下、さらに望ましくは約０ ・０２ｍｍ以下とする。図３ａに示す特に望ましい実施例においてハウジング１ の２つの半部１ａ、ｌｂは空隙部１４を形成するように付加的に研削され、ポン プランプ孔５と望ましくはロッド孔３とがｒａＪ方向よりｒｂ１方向においてい くらか大となるようにする。レーザロッド２とポンプランプ４とを挿入した後に ハウジング１の両半部をスプリングその他の手段によって互いに押付ける。これ によってレーザロッド２とポンプランプ４とがその長さに沿ってそれぞれの孔の 側壁と線接触し、ロッドとランプと孔との間の上述最大間隙を維持することがで きる。ポンプランプ４と孔５との間の全長に沿って均整な小さい間隙が与えられ るからポンプランプ４と透明なハウジング１との間の熱伝達が改善される。従来 構造のランプの場合は精密研削でな（概略寸法に引抜き成型されるからハウジン グ１とランプの外面との間は点接触である。点接触の場合は接触点で比較的に大 きい熱伝達が生じ、それ以外の部分では比較的小である。その結果、ハウジング の長さに沿って温度勾配が生じ、その結果としてレーザロッドの局部的な温度上 昇と歪みが生ずる。ハウジングの熱負荷が増大すると温度勾配が増大し、その結 果として所定の冷却条件におけるレーザによって処理される動力入力が制限され る。ポンプランプ４と透明なハウジング１との間の小さい精密嵌合は本発明の重 要な要素であるが、温度勾配を減少せしめ、その結果としてレーザ作動の信頼性 を向上しレーザビームの品質を改善する。さらに、動力レベルを増大し反復速度 を高める。ポンプランプ４とハウジング１との精密嵌合により、ポンプランプと ハウジングとの間に例えば米国特許第４６３７０２３号明細書に記載された特殊 な熱伝達コンパウンドを使用する必要がなくなる。

図２を参照すれば本発明の一体型固体レーザは、ハウジングの近傍においてレー ザビームを空気の温度勾配から遮蔽する手段を含んでおり、この温度勾配はビー ムに歪を与える。望ましくは、この手段はレーザロッド孔３の延長部として設け られたビーム管１２とする。ビーム管１２はレーザビームの経路内の空気の温度 勾配を消滅せしめる。ビーム管１２を設けることによってレーザパルスのエネル ギの変動が減少し、レーザの全体的安定性が向上する。ビーム管１２は任意適当 な材料、例えばガラスまたは金属製とし、適宜の手段によってハウジングに取付 けられてレーザビームの通過を妨げないようになされる。これはコヒーレントな 放射ビーム１３の経路内の加熱された空気の流れを妨げることによって、ランプ の電極から放射される熱によって生ずる光学的歪を除去する作用を行う。この目 的のためにビーム管は環境空気が電極によって加熱される区域を包含するに充分 な適当な距離だけハウジングから延長するものとする。

セリューム添加の熔融水晶の外皮を有して前述した精密研削された外面を有する ポンプランプを使用することによって、１９８７年６月１６日出願の米国特許出 願第０６２９４０号明細書に記載されたもの、すなわち赤外線および紫外線区域 で高い反射性を有し４００ないし７００ｎｍスペクトル区域で高い伝達性を有す る被覆を具えたフラッシュランプによって与えられるもの、と同等なレーザ性能 が得られる。該米国特許出願に記載されているように赤外線および紫外線反射性 の被覆はレーザロッドのソラリゼーションを生ずるような特定波長の放射を防止 し、被覆のない塗装のないフラッシュランプに対比して高い出力レベルでの作動 を可能とし効率を改善する。図５にセリューム添加熔融水晶のフラッシュランプ のスペクトル出力を（アレキサンドライトの吸収スペクトルと共に）示している 。フラッシュランプのスペクトル出力は２２０ないし３００ｎｍの範囲に光学的 ウィンドウを有し、これはレーザロッドのソラリゼーションを生ずる可能性をも つ。本発明者が行ったセリューム添加フラッシュランプを使用した実験室テスト の結果ではこの範囲の出力がソラリゼーションを生ずることがなく、このランプ の性能は図６および図７に示すように紫外線および赤外線反射性被覆を有するフ ラッシュランプの性能と匹敵することが判った。セリューム添加熔融水晶のフラ ッシュランプは標準的な表面品質をもって市場で入手可能である。これは例えば ＩＬＣテクノロジーの技術文献３（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　３ ．比ＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に記載されている。上述した精密研削は特殊要求 によって可能である。

特定の実施例において、精密研削されたセリューム添加熔融水晶の被覆を有する フラッシュランプの直径は８・２０±０・０２ｍｍ（０・３２３±０・００１イ ンチ）である。ランプは２つ割りのサファイヤの空所に収容され、空所の直径的 仕上げ精度は８・２８±０・０２５ｍｍ（０・３２６±０・００１インチ）であ る。ランプは空所内に任意適当な手段、例えばスプリング把持手段によって保持 され、スプリングは界面を半径方向で最大で０・０６ないしＱｍｍ変形せしめる 。把持スプリングの使用は熔融水晶のフラッシュランプとサファイヤのハウジン グとの間の熱膨張の差を補償する。特殊の熱伝達コンパウンドを必要としない。

Ｏ Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　、、気　−’−／８女肘　　　　　　　（ ゴｒ　プ↑　ロフ　季１′旦　　　　）−口 ［−サー出力　（ｍＪ） 国際調査報告 国際調査報告 ｕ５　ｇ９０１８９１ Ｓ＾　　　２９９６４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．一体型レーザにして、 ａ） 一つの表面で結合され第１の開位置と第２の閉位置との間で運動可能の一 対の半円筒形部分を含む透明な熱伝導性の固体のハウジングと、ｂ）ハウジング が第２の閉位置にあるとき該ハウジングによって限定されるハウジング内の第１ の空所にその全長に亙って埋込まれ、２つの対向端を有するレーザ媒体と、 ｃ）　外被と内部電極とを有しレーザ媒体を励起するポンプランプにして、その アークの全長に亙って、かつ各電極区域の実質的長さに亙ってハウジングの第２ の空所内に埋込まれ、該ランプの外面と第２の空所の内面とが約０．１ｍｍ以下 の間隔をもって適合するポンプランプと、ｄ）　レーザ媒体の対向端に隣接して 設けられ光学的共振空所を限定しレーザ媒体から放射されるコヒーレントな放射 レーザを支持する反射体手段と、の組合わせから成る一体型レーザ。
2. ２．　請求項１に記載のレーザにして、ハウジングの近傍においてレーザビーム を空気の温度勾配から遮蔽する手段が設けられている、−体型レーザ。
3. ３．　請求項１に記載のレーザにして、ポンプランプがセリューム添加水晶の外 被を有１する、−体型レーザ。
4. ４．　請求項１に記載のレーザにして、前記ポンプランプがそのアークの全長に 亙って及び各電極区域の長さの少くとも約１／４に亙ってハウジングに埋込まれ ている、−体型レーザ。
5. ５．　請求項１に記載のレーザにして、ポンプランプと第２の空所の内面との間 の間隙が約０．０５ｍｍ以下である、−体型レーザ。
6. ６．　請求項５に記載のレーザにして、ポンプランプがセリューム添加水晶の外 被を有する、一体型レーザ。
7. ７．　請求項６に記載のレーザにして、レーザ媒体がアレキサンドライトである 、−体型レーザ。
8. ８．請求項６に記載のレーザにして、レーザ媒体がＮｄ：ＹＡＧである、−体型 レーザ。
9. ９．　請求項７に記載のレーザにして、ハウジングの近傍においてレーザビーム を温度勾配から遮蔽する手段が設けられている、−体型レーザ。
10. １０．　請求項１に記載のレーザにして、ポンプランプがそのアークの全長に亙 って及び各電極区域の長さの少くとも約１／２に亙ってハウジングに埋込まれて おり、ポンプランプと第２の空所の内面との間の間隙が約０．０５ｍｍ以下であ り、ポンプランプがセリューム添加水晶の外被を有し、レーザ媒体がアレキサン ドライトであり、さらに、ハウジングの近傍においてレーザビームを空気の温度 勾配から遮蔽する手段が設けられている、−体型レーザ。