JPH0410585A - 固体レーザ材料の冷却方法 - 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、固体レーザ材料の冷却方法に関するもので
ある。

（従来の技術） ＹＡＧやガラスにＮＤ３＋をドープしたレーザガラス等
の固体レーザ材料は、発振しきい値が高いため強力なボ
ンピング光を必要とし、キセノンフラッシュランプなど
のパルス光によって励起させることが一般的に行われて
いる。

しかしこの種のランプで励起させる場合、固体レーザ材
料の発振に有効なランプからの光エネルギーは約ｌＯ％
であり、残りの大半の光エネルギーは当該固体レーザ材
料を加熱してしまう。しかもこれらの固体レーザ材料は
熱伝導度が小さいため、その温度上昇が極めて大きくな
る。

従ってこの種の固体レーザ材料は冷却する必要があり、
従来は透明の水冷用管の中に固体レーザ材料を入れ、当
該水冷用管に冷却水を流して冷却する方法が採られてい
た。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらそのような方法では、装置全体が大きくな
ってしまうという欠点があった。

また例えば本出願人が別出願において開示したように、
半導体レーザとフラッシュランプで固体レーザ材料を同
時に励起させる場合に、上記のような従来の冷却方法で
は、半導体レーザ励起用の固体レーザ材料の大きさが長
さ１ｗｎ、直径１〜３■程度と非常に小さいため、適用
することが非常に困難で、その他共振器を構成するに当
たって主要部材の構成、配置等も難しく、しかも装置全
体としてやはり肥大化する等の問題があった。

（課題を解決するための手段） この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、冷却
効果が高く、しかも従来の水冷冷却方法に比へてコンパ
クトにできる固体レーザ材料の冷却方法を提供して上記
の問題の解決を図るものである。

そのためこの発明では、冷却用金属を固体レーザ材料に
接触させると共に、当該冷却用金属に冷却水を流すとい
う方法を採った。

ここで冷却用金属に冷却水を流すとは、冷却用金属の内
部に冷却水を流したり、あるいは冷却用金属の外周にパ
イプなどの適宜の流水経路を設け、当該流水経路に冷却
水を流すことをいう。冷却水については、例えば水温１
５〜２５°Ｃの水を流量１０〜２００ｃｃ／ｍｉｎ程度
にして流すことが望ましい。

冷却用金属の例としては、アルミニウム、銅、真鍮等の
熱伝導率が高いものや高導電性セラミックを挙げること
ができる。またさらに冷却効果を高めるために、冷却用
金属の外周に適宜の放熱フィンを設けてもよい。

冷却用金属を固体レーザ材料に接触させる場合、間にシ
ルバーペイント等の接着層を介在させてもよい。

なお冷却用金属を略筒状にして固体レーザを被った場合
、フラッシュランプで励起させるには、適宜の光導波路
によってフラッシュランプの光を固体レーザ材料に照射
すればよい。

（作　用） 加熱された固体レーザ材料の熱は冷却用金属へと伝導し
、さらに当該冷却用金属には冷却水が流れているので常
に冷却水によって冷却されることになる。

（実施例） 以下、この考案の実施例を図について説明する。

第１図は第１実施例用いた固体レーザ発振器の概要を示
しており、］は半導体レーザ、２は集光レンズであり、
半導体レーザ１からの光を集光して、直径１００μｍ以
下のスポット径で固体レーザ材料３に照射するようにな
っている。

本実施例では固体レーザ材料３に、１．１ａｔｍ・％の
Ｎｄ’＋を添加したＮｄ３”　：　ＹＡＧ結晶を用いた
。またその大きさは、径がφ＝３ｎｎ、長さがＱ＝５１
１ＩＩ＋である。なお４は出力鏡である。本実施例では
、固体レーザ材料３の入射端面Ｒ工と、出力鏡４の固体
レーザ材料３側端面Ｒ２とによって共振器が構成される
。半導体レーザ１の波長は、　Ｎｄ’＋の吸収波長であ
る８０５〜８１０ｎｍ（固体レーザ材料によって多少異
なる）であり、ペルチェ素子で半導体レーザｌの温度を
調整して同調させるようになっている。

励起用のフラッシュランプは固体レーザ材料３の上下側
面からこれを照射するようになっており、具体的には第
２図に示したように、フラッシュランプ５．６から出る
光を、集光レンズ７．８で固体レーザ材料３の上下面か
ら照射する。さらに固体レーザ材料３の周囲には、冷却
用金属で構成された略筒状の冷却部材９が配されており
、その内周はシルバーペイント等の接着剤１０を介して
固体レーザ材料３と接触している。

この冷却部材９の上下面には、テーパ状の先導波路１１
．１２が設けられ、当該光導波路１１．１２の内面は、
表面粗さ１μｍ以下の光沢面とし、その表面に銀、アル
ミニウム、金などをコーティングしたもので、酸化防止
用に５ｉｎ２やＭｇＦ２などの保護膜が蒸着されている
。

そしてこの光導波路１１．１２と集光レンズ７．８との
間には、０．５−０．６μｍ並びに０．７−０．９μｍ
の励起光のみを透過させるフィルタ１３．１４を介在さ
せである。このフィルタ１３．１４の採用により、固体
レーザ材料３の温度上昇を半分以下に抑えることができ
る。

また冷却部材９には、固体レーザ材料３を挾んで長手方
向に沿って夫々水冷用吸水孔１５、水冷用排水孔１６が
貫設されており、冷却用の水が冷却部材９中を循環して
流れるようになっている。

第１実施例を実施するための主要部材の配列、構成等は
以上の如きであり、出力ｉｕの半導体レーザ１の発振波
長をペルチェ素子によって０．８１μｍに調整し、集光
レンズ２で約８０μｍのスポット径としてＲ□に集光し
た。この結果、発振波長１．０６４μｍ、出力１５０ｍ
すの出力を得た。

次にフラッシュランプ５．６で固体レーザ材料３の上下
鍔面から約２Ｊのエネルギーをライン状にして励起した
ところ、出力は約２倍になった。この後、フラッシュラ
ンプ５．６のエネルギーを増加させるにつれてレーザ出
力も増加し、最大増幅率４倍を達成した。

而して固体レーザ材料の温度上昇については、２Ｊのエ
ネルギーで１ＯＨｚで固体レーザ材料３を励起しても、
温度上昇を１０６Ｃ以下に抑えることができた。

次に第２実施例について説明すると、本実施例を実施す
るための主要部材は第３図、第４図に示したように、筒
状の冷却用金属からなる冷却部材２１の外側上下に、軸
方向に沿ってパイプ材等の冷却水の流水経路２２．２３
を設け、さらに冷却部材２１の一端面に当該流水経路２
２．２３と連なる環状の流水経路２４を設けたものであ
る。なお２５．２６は冷却部材２１にテーパ状に穿設さ
れた先導波路であり、また２７は冷却部材２１の内周に
接して配置された固体レーザ材料である。

本実施例によれば、一定温度の冷却水を適宜のタンクか
らポンプによって流水経路２２に連なる給水口２８に供
給すれば、冷却水は流水経路２２、流水経路２４、流水
経路２３を経て排水口２９から排出されるという経路を
たどり、それによって冷却部材２１は当該冷却水によっ
て冷却される。

従って内部の固体レーザ材料２７もそ九に伴って冷却さ
れ、この発明の所期の目的を達成することができる。

なお第３図、第４図からも明らかなように、固体レーザ
材料２７への励起光の照射は、光導波路２５．２６を介
して可能であり、しかも効率の良い集中照射が行えるも
のである。

（発明の効果） この発明によれば、冷却用金属を固体レーザ材料に接触
させると共に、当該冷却用金属に冷却水を流すのでその
冷却効果は高いものである。

しかも冷却用金属の内部や外周に流水経路を設けて、こ
の中に冷却水を流すという構成が採れるので、例えば冷
却用金属自身を筒状にして固体レーザ材料を覆う形状に
することもでき、固体レーザ材料に合わせた形態を採る
ことができる。

従って、上記冷却効果の高いことと相俟って装置として
具現化した場合、全体の形状をコンパクトにすることが
可能であり、また半導体レーザとフラッシュランプによ
って固体レーザ材料を同時に励起させる方法を実施する
ための発振器を構成することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

各図はいずれもこの発明の実施例に関するものであり、
第１図は第１実施例を行うためのレーザ共振器の主要部
材の配置を示す説明図、第２図は同じく軸方向からの説
明図、第３図は第２実施例を行うための冷却部材の正面
図、第４図は同側面図である。 なお図中、１は半導体レーザ、２は集光レンズ、３は固
体レーザ材料、４は出力鏡、５．６は夫々フラッシュラ
ンプ、７．８は夫々集光レンズ、９は冷却部材、１１．
１２は夫々光導波路＋　１３．１４は夫々フィルタ、１
５は水冷用吸水孔、１６は水冷用排水孔である。 第２図 又 第５図 、６ 第４図 起 Ａ（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷却用金属を固体レーザ材料に接触させると共に、当該
   冷却用金属に冷却水を流すことを特徴とする、固体レー
   ザ材料の冷却方法。