JPH0412579A - 固体レーザ発振装置 - 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、高出力固体レーザ発振装置に関し、特に平板
（スラブ）状固体レーザ媒質をレーザ光の発振に用いた
固体レーザ発振装置に関する。

［従来技術］ 板状結晶のレーザ媒質（レーザ素子ともいう、）を挾ん
でレーザ光路上に反射ミラーと出力ミラーを設けて共振
器を構成する固体レーザ発振装置において、板状結晶（
以下、スラブという、）としてＮｄ−ＹＡＧ単結晶が使
用されている。

従来はスラブをブリュースター角度で入射および出射す
るように構成し、レーザ光を水平に、すなわちスラブの
長軸方向に入出射（ブリュースター釣人出射）させてい
た、この構成では、スラブの端面に反射防止コーティン
グを付けても、例えば、Ｍ　ｇ　Ｆ　２を単層でｘ　／
　４　＝　０１２６μｍコーティングしても、反射損失
が２〜３％ありレーザ出力もこの影響を受け、出力に限
界があり、高出力化を達成できない原因でもあった。

第４図は従来のスラブレーザ発振器の構成を示す。

スラブ１は励起用ランプ４とともに反射箱５に収納され
、これらスラブ１と励起用ランプ４とは反射箱５に導入
した水で冷却される。

反射箱５の外部に露出しているスラブ１の一方の端面２
ａ側には全反射ミラー６が、また他方の端面２ｂ側には
出力ミラー７が配置され、これにより共振系を構成して
いる。

この共振系で励起ラング４が点灯してスラブ１中に励起
光が透過すると、スラブ１内のＮ　ｄ　”４オンが高い
エネルギー準位に励起される。

この高いエネルギー単位から低いエネルギー単位に下落
する際にレーザ光が発せられ、このレーザ光がさらに刺
激光となってレーザ光の誘導放出を惹き起こす。

上記共振系は全反射ミラー６で反射したレーザ光が端面
２ａで屈折してスラブ１内に入り、その両主面３ａ、３
ｂで反射をくり返して、端面２ｂに到達し、この端面２
ｂで再び屈折して出力ミラー７に向かい、該出力ミラー
７から反射したレーザ光が再び光１？ｆｉＬを通るよう
調整してあり、従つて、この光路り上をレーザ光が往復
する間に増幅されてその一部が出力ミラー７から得られ
るようにする。

このようなスラブ形し−サ発振装置によればレーザ光は
レーザ媒質のスラブ１の両主面３ａ、３ｂで全反射され
、スラブ１の全体をジグザグに伝播するので、熱レンズ
効果の影響を受けず、拡がり角の少ないレーザ光を得る
ことができる。

Ｎｄ−ＹＡＧ材料にて作製したスラブ１の両端面２ａ、
２ｂは互いに平行で、且つスラブの両主面３ａ、３ｂに
対して特定の傾斜角度θ０で切り出されている。通常、
この角度θ０はブリュースター角度（Ｎｄを添加したＹ
ＡＧの場合θ、＝６１．２°）により決められる。すな
わち、第４図に示すように、スラブ１の両主面３ａ、３
ｂに対して平行にレーザ光を入出射する場合、傾斜角度
θ。−２８，８°となる。

ブリュースター釣人出射する理由は次による。

屈折率Ｎ１の物質と屈折率Ｎ２の物質の界面に法線に対
しθ、の角度で屈折率Ｎ、の物質から入り、法線に対し
θ２の角度で屈折率Ｎ２の物質に進む場合のＳ波とＰ波
の反射率Ｒｓ、Ｒ，はフレネルの反射式により、 ｓｉｎ”（θｌ　−θ２　） Ｒ，＝ ｓｉｎ２　（θ１　＋０２　） ｊａｎ’　　（θ１−θ２　） ここで、θ１とθ２の間にはスネルの式：Ｎ、ｓｉｎθ
ｌ　＝Ｎ２　Ｓ　ｌ　ｎθ２の関係がある。

空気からスラブ１に入射する場合、Ｎ、−ｔ、Ｎ２＝１
．８２で、入射角θ、に対する反射率Ｒｐ、Ｒｓは第３
図に表わされる。この図においてＲｐ＝０になる入射角
θ、かブリュースター角度（６１，２°）である。

ブリュースター角度にて入射する理由は、この角度の時
にＰ波の反射率ＲＰか０になり、スラブ１の端面２ａ、
２ｂの反射はＳ波のみにすることができること、および
スラブ１の両主面３ａ、３ｂに対して入出射レーザ光を
平行にすることができることである。

第３図において、Ｓ波の反射率ＲｓとＰ波の反射率Ｒｐ
の和は、入射角θ、−〇（垂直方向入射）の時に最も小
になるが、この入射角度にした場合、第４図のように光
ｎ　Ｌ　ａが励起用ランプ４の端に当ってしまう。

そのため人出射光が第４図の光ＩＭＬのようにスラブ１
の両主面３ａ、３ｂにおいてできるだけ平行になるよう
にし、励起ランプ４の端に当らないようにし、しかもＰ
波の反射率ＲｐがＯとなるブリュースター釣人出射にす
ることが従来多く行われている。

ブリュースター釣人出射の場合、Ｐ波の反射率は０とな
るが、Ｓ波の反射率Ｒｓは約３０％となる。そこで、通
常Ｓ波成分のレーザ光の有効な取り出しのために、スラ
ブ端面にＭ　ｇ　Ｆ　２等の材料にて反射防止コーティ
ングが施される０反射防止コーティングを施した場合の
Ｒｐ、Ｐｓは各々３％となる。

［本発明が解決しようとする課題］ すなわち、従来のスラブ形し−サ発振装置は、ブリュー
スター角度でスラブにレーザ光を入射および出射する場
合、反射防止コーティングを施しても２〜３％の反射損
失があり、この反射損失がレーザの高出力化をさまたげ
ていた。

本発明は、スラブにおける入出射の反射損失か最少限に
なるようにして出力の増大を図った固体レーザ発振装置
を提供することを目的とする。

本発明は、ブリュースター釣人出射を０°入出射（垂直
方向入出射）にすることにより損失を低減しようとする
事を目的とする。

又、本発明は、垂直方向入出射に際し、励起用ランプが
レーザ光路と干渉する問題があった。

［課組を解決するための手段］ 本発明の固体レーザ発振装置では、励起用ランプと板状
レーザ媒質を有し、該レーザ媒質の長軸方向に対しレー
ザ光を傾けて入射および出射するようにした固体レーザ
発振装置において、高反射率プリズムがレーザ媒質の端
面に隣接してレーザ媒質の長軸方向に配置され、プリズ
ム内で光か反射する光路が形成され、レーザ媒質の光路
長か実質的に延長されている。

［作用］ 光のＳ波、Ｐ波を損失させることなくスラブにレーザ光
を入射および出射させるためには、スラブの長軸に一定
の角度をつけて入出射させるが、この角度が４５°近く
なるとスラブ周辺に配置したランプの端、特にその電極
に当ってしまうので、プリズムをスラブの両端部に配置
し、スラブの光路長を実質的に長くし、レーザ光かラン
プの端に当らないようにする。

こうすることにより従来のブリュースター釣人出射では
入・出射で２〜３％反射損失があったものが、本発明で
は０．２〜０．３％と１／１０になり、レーザ出力が向
上する。プリズムには石英、ＢＫ−７，５Ｆ−１１など
の光学ガラスを用い、これにＳ　ｉ　Ｏ２などの反射防
止膜を入・出射面にコーティングし、反射部に金やＡＱ
や誘電体多層膜の反射膜をコーティングすることにより
プリズム内の反射損失を１．０％以下にすることかでき
る。

［実施例］ 第１図は本発明のスラブ形固体レーザ発振装置の構成を
示す。

スラブ１は励起ランプ４とともに反射箱５に収納され、
これらスラブ１と励起ランプ４とは反射箱５に導入した
水で冷却される。又、反射箱５の外部に露出しているス
ラブ１の一方の端面２ａ側には反射率１００％の全反射
ミラー６が、また他方の端面２ｂ側には反射率５０％の
出力ミラー７が配置され、これにより共振系を構成した
。

レーザ光の誘導放出の原理は、従来例において前記した
通りである０本発明の構成にて全反射ミラー６で反射し
たレーザ光は端部プリズム８内に入り、その下面および
上面で反射した後、スラブ１内にスラブ端面２ａから垂
直に入射する。入射したレーザ光はスラブ１の両主面３
ａ、３ｂで全反射をくり返して、端面２ｂから垂直に出
射される。出射したレーザ光はプリズム８ｂ内に入り、
出力ミラー７に到達し、出力ミラー７がら反射したレー
ザ光は再び光路Ｌａを通るように各ミラーが調整されて
いる。光＃ＩＬａ上をレーザ光が往復する間にレーザ光
が増幅され、増幅されたレーザ光の一部が出力ミラー７
から出射される。

このように端部プリズム８ａ、８ｂをスラブ１の端面に
隣接して配置し、プリズム押さえ９で支持することによ
って、レーザ光をスラブ１の端面２ａ、２ｂに垂直方向
入出射することが可能となり、入出射に伴う反射損失を
低減できるようになった。なお、＠部プリズム８ａ、８
ｂは反射率を高めるために、高反射率の光学ガラスの上
にＴｉＯ２やＭ　ｇ　Ｆ　２などの誘電体多層膜をコー
ティングしである。又、プリズム内での反射損失を少な
くするため、プリズム人・出射端面に５ｆＯ２などの反
射防止ｇ！２１を施し、反射面には金やＡｆｔまたは多
層誘電体膜２０を施している。

さらに、スラブ１の端面２ａ、２ｂに隣接してプリズム
８ａ、８ｂを設けて、レーザ光をこのプリズム８ａ、８
ｂ内で反射させ、スラブ１に入射および出射する場合、
ランプ４のｔ　［！　４　ａにレーザ光が当らないよう
にプリズム８ａ、８ｂの長さ、角度を設計する。

第２図は、スラブ１の端面２ａ付近を示し、スラブ］の
端面２ａに隣接してプリズム８ａが設けられ、プリズム
押さえ９で支持されている。

プリズム８ａは、例えばスラブ１の端面２ａに隣接して
長さ５９．０３ｍｍ、厚さ１２ｍｍ、幅２５ｍｍ、端面
角度４０．５４°とスラブ１の端面角と同一なりＫ−７
１リズムを置く。

反射防止膜としてＳ　ｉ　Ｏ２を蒸着し、反射面に誘電
体多層膜を付けたプリズム８ａ内で２回レーザ光を反射
させスラブ１の端面２ａに入射および出射させる。その
時の角度はスラブ１の長軸方向より３３．０６’傾いて
いる。

プリズム８ａの端を通過する光路り、　、Ｌ２はいずれ
もランプ４の電＆４ａと干渉していない。

割腹■ユ 第１図の構成にて、スラブ１の端面部に端部プリズム８
ａ、８ｂを２ケ配置し、レーザ光をスラブ端面２ａ、２
ｂに対してほぼ垂直に（法線に対して１６，４°）入出
射できるようにしな、スラブ１の寸法は幅２５ｍｍ、全
長１５２ｍｍ、厚さ１０ｍｍとし、端面角度θ。は４０
．５４°とした。

端部プリズム８ａ、８ｂは、全長６０ｍｍ、角度５８．
０６’　、厚さ１０ｍｍの光学カラス（ＢＫ−７）にて
ひし形に製作し、端部プリズム８ａ、８ｂの上下面には
誘電体多層膜の完全反射コーティング、すなわちＴｉＯ
□とＳｉＯ２を交互に、またはＴｉ１２とＭ　ｇ　Ｆ　
２を交互に１５〜３０層多層コーティングした。コーテ
ィング厚みはＸ／２＝０．５３μｍである。これにより
、反射率９９．０％を得た。

励起用ランプ４は、スラブ１の両生面３ａ、３ｂ側に２
本ずつ、合計４本を使用した。

パルス゛電源によりランプへの入力電力１０ｋｗ、パル
ス幅７ミリ秒（ｍｓ）、＜り返し数１０ｐｐＳの条件に
て、レーザ出力２６０Ｗを得ることができた。これは、
同条件にて従来例の構成でのし一ザ出力か２００ｗであ
ったのに対し、顕著な利点である。又、本発明構成の垂
直方向入出射にてＰ波、Ｓ波の反射率Ｒｐ、Ｒｓを測定
した結果、各々０．３％であり、これも従来例構成のブ
リュースター負犬出射の反射率Ｒｐ、Ｒｓの各々３％に
対し、顕著な利点である。

［発明の効果］ プリズム内にレーザ光を反射させることにより、スラブ
端面に垂直方向入出射（法線方向入出射）させることに
より、ブリュースター角入出射（水平方向入出射）に比
べて反射損失が３％から０３％に減少し、その結果、レ
ーザ出力は３０％向上し、レーサ発振効率を上げること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例のスラブ形し−ザ発振装置の
構成を示す概略平断面図。 第２図は、第１図のスラブ形し−ザ発振装置のスラブ端
部付近の構成を示す概略部分断面図。 第３図は、空気からＮｄ−ＹＡＧに入射するＰ波、Ｓ波
の入射角と反射率の関係を示すグラフ。 第４図は、従来のスラブ形し−ザ発振装装置の構成を示
す概略平断面図。 図中、参照記号は次のものを示す。 １：レーサ媒質スラブ、 ２ａ、２ｂニスラブ端面、 ４：励起用ランプ、 ５：反射箱、 ６：反射ミラー ７：出力ミラー ８ａ、８ｂ：端部プリズム、 ９ニブリズム押さえ、 ２０：反射膜、 ２１：反射防止膜、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 励起用ランプと板状レーザ媒質を有し、該レーザ媒質の
   長軸方向に対しレーザ光を傾けて入射および出射するよ
   うにした固体レーザ発振装置において、高反射率プリズ
   ムがレーザ媒質の端面に隣接してレーザ媒質の長軸方向
   に配置され、該プリズム内でレーザ光の反射光路が形成
   され、レーザ媒質の光路長が実質的に延長されているこ
   とを特徴とする固体レーザ発振装置。