JPH04225580A - スラブレーザ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スラブレーザ媒体を用
いで歪みの少ない高出力のレーザ光を得ることができる
ようにしたスラブレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、相対向する平行な２つの面を
反射面にしてこれら反射面でレーザ光が交互に反射を繰
りかえして内部でジグザグ状に進行することによってレ
ーザ発振または光増幅作用を行うスラブレーザ媒体を用
いたスラブレーザ装置が知られている（例えば、特公昭
４８−１５５９９号公報参照）。

【０００３】図２は従来のスラブレーザ装置の原理説明
図、図３は図２におけるスラブレーザ媒体の斜視図、図
４は歪み領域の説明図である。

【０００４】これらの図面において符号１０はスラブレ
ーザ媒体である。また、符号１１Ａおよび１１Ｂは相対
向する平行な２つの面であり、これらは面は励起冷却面
であると同時に、スラブレーザ媒体１０中をジグザグ状
に進むレーザ光Ｒを交互に複数回反射させる全反射面で
もある。

【０００５】スラブレーザ媒体１０の長手方向、すなわ
ち、レーザ光Ｒの進行方向を含む面に平行な方向におけ
る両端面１２Ａおよび１２Ｂは傾斜面にされ、スラブレ
ーザ媒体１０に対するレーザ光Ｒの入・出射はこれら両
端面１２Ａおよび１２Ｂを通じて行われる。

【０００６】図２は図３のＩＩーＩＩ線縦断面を示した
ものであるが、図２に示されるように、端面１２Ａから
入射したレーザ光Ｒは、この端面１２Ａで屈折し、励起
冷却面１１Ａで、全反射され、励起冷却面１１Ｂに向か
い、そこで再び全反射され、励起冷却面１１Ａへ向かう
。この光路を繰り返して、ジグザグに進み、端面１２Ｂ
へ達し、１２Ｂで屈折して出射される。

【０００７】励起光Ｒ０　は、端面１２Ａ、１２Ｂの励
起冷却面１１Ａ、１１Ｂへの（垂直）射影部を除いた励
起冷却面の内側の領域に照射される。この励起光Ｒ０　
の照射範囲が励起領域となる。

【０００８】ロッドタイプのレーザ媒体に対して、ジグ
ザグパスのスラブレーザ媒体が提案された最も大きな理
由は、ジグザグパスによって熱レンズ効果及び熱複屈折
を相殺できることにより、大出力のレーザ光が得られる
ことである。すなわち、原理的には、幅および長さが無
限大のジグザグパススラブは、厚み方向のビーム歪を持
たない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際のスラ
ブでは、幅も長さ有限で、入・出射端面近傍の励起光が
照射される領域と照射されない領域との境界（以下スラ
ブエンドと呼ぶ）およびレーザ媒体１０の側面、すなわ
ち、幅方向のカット面（以下スラブサイドと呼ぶ）の近
傍の熱源のあるところでは、厚み方向に応力（張力）が
発生している。この応力に起因するビーム歪みは、幅方
向のカット面から厚みの１．５倍の距離に含まれる領域
内で発生することが知られている（Ｔ．Ｊ．Ｋａｎｅ，
　　Ｊ．Ｍ．Ｅｇｇｌｅｓｔｏｎ　　ａｎｄ　　Ｒ．Ｌ
．Ｂｙｅｒ，　　”Ｔｈｅ　　Ｓｌａｂ　　Ｇｅｏｍｅ
ｔｒｙ　　Ｌａｓｅｒ−ＰａｒｔＩＩ：Ｔｈｅｒｍａｌ
　　Ｅｆｆｅｃｔｓ　　ｉｎ　　ａ　　Ｆｉｎｉｔｅ　
　Ｓｌａｂ”，ＩＥＥＥ　　Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ．，　　ｖｏｌ．ＱＥＩＩ２１，１９８
５　　参照）。

【００１０】スラブエンドでの応力の発生状況から考え
て、スラブエンドでもスラブサイドと同様の歪みが発生
していると思われる。

【００１１】図４はこの歪み発生領域の説明図であり、
歪み発生領域を斜線部および破線部を底面とし高さがス
ラブの厚みである直方体で示したものである。図４にお
いて、領域Ｅ１　、Ｅ２　を底面とする直方体はスラブ
サイド１３Ａ，１４Ｂのみからの歪み発生領域であり、
領域Ｅ３　、Ｅ４　を底面とする直方体はスラブエンド
１４Ａ，１４Ｂのみからの歪み発生領域であると共に、
領域Ｅ５　、Ｅ６　、Ｅ７　、Ｅ８　を底面とする直方
体は両者からの歪みが同時に発生している歪み発生領域
である。

【００１２】スラブサイド１３Ａ，１３Ｂからの歪みは
、高アスペクト比（幅／厚み）のスラブレーザ媒体を用
い、レーザ光Ｒのビームの幅方向の両端近傍を切り取る
ことで取り除けるが、スラブエンド１４Ａ，１４Ｂから
の歪みは、ビーム全体に及ぶので、従来のどのようなア
スペクト比をもつスラブレーザ媒体を用いても取り除く
ことが不可能であった。

【００１３】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、このスラブエンドからの歪みを取り除くこと
ができるスラブレーザ装置を提供することを目的とした
ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の各構成
とすることにより、上述の課題を解決している。

【００１５】（１）　　相対向する平行な２つの面を反
射面にしてこれら反射面でレーザ光が交互に反射を繰り
かえして内部でジグザグ状に進行することによってレー
ザ発振または光増幅作用を行うスラブレーザ媒体と、こ
のスラブレーザ媒体に該スラブレーザ媒体の前記相対向
する２つの面の少なくとも一方から励起光を照射する励
起光源とを備えたスラブレーザ装置において、　　前記
スラブレーザ媒体中をジグザグ状に進むレーザ光の外部
に対する入・出射を前記スラブレーザ媒体の前記相対向
する２つの面の少なくとも一方の面から行うようにし、
かつ、その入・出射位置を、前記励起光源から射出され
た励起光が照射される領域と照射されない領域との境界
を境にして励起光が照射される領域内に設定したことを
特徴とする構成。

【００１６】（２）　　構成１に記載のスラブレーザ装
置において、前記スラブレーザ媒体中をジグザグ状に進
むレーザ光の外部に対する入・出射位置を、前記励起光
源から射出された励起光が照射される領域と照射されな
い領域との境界から励起光が照射される領域内に向かっ
て略レーザ媒体の厚みの１．５倍以上離れた位置に設定
したことを特徴とする構成。

【００１７】（３）　　構成１または２のいずれかに記
載のスラブレーザ装置において、前記スラブレーザ媒体
の前記相対向する２つの面の少なくとも一方の面におけ
る前記レーザ光を入・出射させる位置に、前記スラブレ
ーザ媒体中をジグザグ状に進むレーザ光を全反射させず
にスラブレーザ媒体の外に取り出す物質を、接触または
接合させることによって、該物質を通してレーザ光を入
・出射させるようにしたことを特徴とする構成。

【００１８】

【作用】構成１によれば、前記スラブレーザ媒体中をジ
グザグ状に進むレーザ光の外部に対する入・出射を前記
スラブレーザ媒体の前記相対向する２つの面の少なくと
も一方の面から行うようにし、かつ、その入・出射位置
を、前記励起光源から射出された励起光が照射される領
域と照射されない領域との境界を境にして励起光が照射
される領域内に設定したことにより、スラブエンドの歪
み領域を通るレーザ光の量を少なくしてこれによる歪み
の影響を小さくすることが可能となり、また、構成２の
ようにすれば、スラブエンドの歪み発生領域をレーザ光
が通らないようにしてスラブエンドの歪みをほぼ完全に
除去することが可能となる。これにより、歪みの少ない
ビームを十分な利得のもとに増幅できることになる。ま
た、構成３によれば、構成１及び２がもたらす機能を備
え、かつ、比較的製作が容易なスラブレーザ装置を得る
ことができる。

【００１９】

【実施例】（第１実施例）図１は本発明の第１実施例に
かかるスラブレーザ装置の構成を示す図である。図１に
おいて、符号２０はスラブレーザ媒体、符号２１はレー
ザ媒体本体、符号２２，２３はビーム入・出射部材、符
号２６は励起光源、符号２７は全反射鏡、符号２８は一
部透過鏡である。

【００２０】レーザ媒体本体２１は、レーザ活性物質と
してＮｄイオンをドープしたＮｄドープレーザガラス（
ＨＯＹＡ株式会社製ＬＨＧ５）を、幅Ｗ＝６０±０．５
ｍｍ、全長Ｌ＝１８５±０．１ｍｍ、厚みＴ＝８±０．
１ｍｍの寸法の直方体形状に切り出したものである。こ
のレーザ媒体本体２１の厚さ方向において対向して形成
された２つの面２１Ａ，２１Ｂは互いに正確に平行にな
るように精密研摩が施されており、励起光を入射する励
起冷却面を構成すると共に、内部でジグザグ状に進むレ
ーザ光を全反射する全反射面を構成する。また、長手方
向における両端面２１Ｃ，２１Ｄは砂かけ面（粗面）と
されている。

【００２１】このレーザ媒体本体２１の面２１Ａの長手
方向における両端部にはビーム入・出射部材２２，２３
がそれぞれ取り付けられている。

【００２２】これらビーム入・出射部材２２，２３は、
レーザ媒体本体２１と屈折率及び熱膨張率が略等しいと
共にレーザ活性イオンがドープされていない透明ガラス
で構成されており、厚さｔ＝４±０．１ｍｍ、幅Ｗ＝６
０±０．５ｍｍ、長さＬ１　＝３４．４±０．１ｍｍの
薄い板状体の一方の主表面側の一部を除去して略くさび
状に形成したものである。

【００２３】すなわち、厚さ方向において対向する２つ
の面のうちの一方の面はそのまま残してそれぞれビーム
ガイド面２２Ｂ，２３Ｂとし、他方の面は、その一部を
ビームガイド面２２Ｂ，２３Ｂと平行なビームガイド面
２２Ａ，２３Ａとするが、他の部分は一部を除去して傾
斜面にしてビーム反射面２２Ｃ，２３Ｃにしたものであ
る。この場合、これらビーム反射面２２Ｃ，２３Ｃがビ
ームガイド面２２Ａ，２３Ａとなす角度α＝１１．９°
±２´である。また、ビームガイド面２２Ｂ，２３Ｂの
長さＬ１　＝３４．４±０．１ｍｍ、ビームガイド面２
２Ａ，２３Ａの長さＬ２　＝１５±０．１ｍｍ、ビーム
反射面２２Ｃ，２３Ｃの長さＬ３　＝２４．４±０．１
ｍｍである。

【００２４】また、長手方向においてビーム反射面２２
Ｃ，２３Ｃに対して反対側にある端面はビームガイド面
２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂと直交する端面であり
、ビーム入・出射端面２２Ｄ，２３Ｄとされる。

【００２５】これらビーム入・出射部材２２，２３は、
それぞれのビームガイド面２２Ｂ，２３Ｂをレーザ媒体
本体２１の面２１Ａに突き合わせ、かつ、ビーム反射面
２２Ｃと２３Ｃとが互いに相対向すると共に、ビーム入
・出射端面２２Ｄ，２３Ｄがそれぞれレーザ媒体本体２
１の砂かけ面２１Ｃ，２１Ｄと同一面上に位置するよう
にして、レーザ媒体本体２１の面２１Ａに熱融着されて
いる。

【００２６】励起光源２６は、キセノンもしくはクリプ
トンフラッシュランプ等で構成され、図示しない制御装
置によって発光制御されるようになっている。また、図
示しないが、励起光源２６の周囲には周知の反射鏡が設
けられる。

【００２７】全反射鏡２７と一部透過鏡２８とは周知の
レーザ共振器を構成するもので、それぞれ、ビーム入・
出射部材２２，２３のビーム入・出射端面２２Ｄ，２３
Ｄに各反射面が相対向するように配置されている。

【００２８】なお、励起光が照射される領域と照射され
ない領域との境界であるスラブエンド２４Ａ，２４Ｂか
らレーザ媒体本体２１の中央部に向かって距離ｄ内の範
囲にに含まれる領域Ｅ３　及びＥ４　は歪み発生領域で
ある。この場合、ｄは厚さＴの略１．５倍であるから、
ｄは約１２ｍｍである。

【００２９】なお、ビーム入・出射部材２３は、図５に
示したように、面２１Ｂ側に取り付けても良い。

【００３０】さて、上述の構成において、励起光源２６
によってレーザ媒体本体２１を励起すると、レーザ媒体
本体２１内で発生したレーザ光Ｒは、全反射鏡２７及び
一部透過鏡２８で反射してこれらの間を往復できる光路
をたどることにより共振してレーザ発振し、一部透過鏡
２８を通じて外部に取り出される。すなわち、全反射鏡
２７によって反射されたレーザ光Ｒは、ビーム入・出射
部材２２のビーム入・出射端面２２Ｄを通じてビーム入
・出射部材２２内に入射し、ビームガイド面２２Ａと２
２Ｂとの間を進行してビーム反射面２２Ｃにより反射さ
れた後、レーザ媒体本体２１内に入射する。その場合、
入射ビーム（レーザ光Ｒ）の面２１Ａに対してなす角度
θ＝２３．８±２´である。

【００３１】レーザ媒体本体２１内に入射したレーザ光
Ｒは、該レーザ媒体本体２１内で対向する２つの面２１
Ａ，２１Ｂ間でジグザグ反射を繰り返した後、ビーム入
・出射部材２３内に入射し、ビーム反射面２３Ｃにより
反射され、ビームガイド面２３Ａと２３Ｂとの間を進行
してビーム入・出射端面２２Ｄを通じて一部透過鏡２８
に達する。なお、ジグザグ反射の際におけるレーザ光Ｒ
の面２１Ａ，２１Ｂに対してなす角度θ＝２３．８±２
´である。一部透過鏡２８で反射されたレーザ光Ｒは、
以上述べた光路を逆にたどって進行する。このようにし
て、レーザ光Ｒは全反射鏡２６と一部透過鏡２８の間を
往復して共振し、レーザ発振する。

【００３２】上述の構成によれば、レーザ光Ｒは、歪み
発生領域Ｅ３　，Ｅ４　を通ることがないから、これに
よる歪みが生ずることを完全に防止することができる。 したがって歪みのない極めて良質のレーザ光を得ること
ができる。

【００３３】（第２実施例）図６は本発明の第２実施例
にかかるスラブレーザ装置のスラブレーザ媒体の断面図
、図７は図６のスラブレーザ媒体の斜視図、図７は第２
実施例のスラブレーザ装置の要部外観図である。以下、
これらの図面を参照しながら第２実施例を説明する。な
お、この実施例は上述の第１実施例と共通する部分が多
いので、共通する部分には共通の符号を付してその詳細
説明を省略し、以下では、この実施例に特有な点を中心
に説明する。

【００３４】この実施例は、上述の第１実施例における
スラブレーザ媒体２０に、さらに、２つの新たなビーム
入・出射部材２４及び２５を取り付けると共に、光路を
変更するためのプリム２９Ａ，２９Ｂを設けて、レーザ
光Ｒが、全反射鏡２７から一部透過鏡２８に至るまでの
間にレーザ媒体本体２１内を２度通過するようにして実
質的な有効長を上述の第１実施例の場合に比較して略２
倍にできるようにしたものである。その外の構成はほぼ
第１実施例と同じである。

【００３５】ビーム入・出射部材２４及び２５は、第１
実施例におけるビーム入・出射部材２２及び２３と同じ
構成を有し、これらはそれぞれ、ビーム入・出射部材２
２及び２３が取り付けられた面２１Ａに対向する面２１
Ｂに同じようにして取り付けられている。

【００３６】プリズム２９Ａ，２９Ｂは、共に長さがレ
ーザ媒体本体２１の幅に略等しい直角三角柱状をなした
直角プリズムであり、直交する２つの面の一方がビーム
入・出射部材２３のビーム入・出射端面２３Ｄ及びビー
ム入・出射部材２５のビーム入・出射端面２５Ｄに相対
向して平行になり、かつ、面間距離が等しくなるように
それぞれ配置されている。これにより、ビーム入・出射
部材２３のビーム入・出射端面２３Ｄから射出したレー
ザ光はプリズム２９Ａ及び２９Ｂを通じてビーム入・出
射部材２５に入射し、再度レーザ媒体本体２１内に導入
される。

【００３７】なお、この実施例では、一部透過鏡２８が
ビーム入・出射部材２２のビーム入・出射端面２２Ｄに
対向するように配置され、また、全反射鏡２７が直角プ
リズム２９Ｃを介してビーム入・出射部材２４のビーム
入・出射端面２４Ｄに対向するように配置される。

【００３８】さらに、この実施例では、図８に示される
ように、４本の励起光源２６をリフレクタ３１内に配置
して両面からレーザ媒体３０を励起するようにしている
。

【００３９】この実施例によれば、上述の第１実施例と
同様の利点があるほかに実質的有効長を長くとれるから
発振効率を高めることができる。

【００４０】（第３実施例）図９は本発明の第３実施例
にかかるスラブレーザ装置の構成を示す一部省略断面図
である。

【００４１】この実施例は、上述の第１実施例における
スラブレーザ媒体２０からビーム入・出射部材２２，２
３を取り去り、その代わりにこの場合におけるレーザ光
Ｒの入・出射位置に相当する位置に反射防止膜４１及び
４２をそれぞれ被着して、レーザ光Ｒをこの反射防止膜
４１及び４２を通じて斜めに取り出すようにしたもので
ある。その他の構成は、上述の第１実施例とほぼ同じで
ある。

【００４２】なお、この実施例におけるスラブレーザ媒
体４０、並びに、スラブレーザ媒体４０の両側に配置さ
れた励起光源２６は、キャビティ４０内に収容されると
共に、全反射鏡２７及び一部透過鏡２８はキャビティ４
０の外部に配置される。キャビティ４０にはレーザ光Ｒ
を通すための窓１３及び４４が設けられる。

【００４３】この実施例においては、上述の第１実施例
と同様の利点があると共に、第１実施例のように、ビー
ム入・出射部材をレーザ媒体本体に熱融着することなく
、反射防止膜を被着するだけで良いから、スラブレーザ
媒体の構造が単純で、製作が容易である等の利点がある
。

【００４４】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明は、スラ
ブレーザ媒体中をジグザグ状に進むレーザ光の外部に対
する入・出射を前記スラブレーザ媒体の前記相対向する
２つの面の少なくとも一方の面から行うようにし、かつ
、その入・出射位置を、前記励起光源から射出された励
起光が照射される領域と照射されない領域との境界を境
にして励起光が照射される領域内に設定したことにより
、レーザ光をこの境界の近傍に発生する歪み領域を通さ
せずにレーザ発振または光増幅ができるようにして歪み
の少ない大出力のレーザ光を得ることができるスラブレ
ーザ装置を得ているものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成を示す一部省略断面図である
。

【図２】従来のスラブレーザ装置の原理説明図である。

【図３】従来のスラブレーザ媒体の斜視図である。

【図４】歪み発生領域の説明図である。

【図５】第１実施例の変型例の要部断面図である。

【図６】第２実施例におけるスラブレーザ媒体の断面図
である。

【図７】第２実施例におけるスラブレーザ媒体の斜視図
である。

【図８】第２実施例の要部外観図である。

【図９】第３実施例の構成を示す一部省略断面図である
。

【符号の説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相対向する平行な２つの面を反射面に
   してこれら反射面でレーザ光が交互に反射を繰りかえし
   て内部でジグザグ状に進行することによってレーザ発振
   または光増幅作用を行うスラブレーザ媒体と、このスラ
   ブレーザ媒体に該スラブレーザ媒体の前記相対向する２
   つの面の少なくとも一方から励起光を照射する励起光源
   とを備えたスラブレーザ装置において、　　前記スラブ
   レーザ媒体中をジグザグ状に進むレーザ光の外部に対す
   る入・出射を前記スラブレーザ媒体の前記相対向する２
   つの面の少なくとも一方の面から行うようにし、かつ、
   その入・出射位置を、前記励起光源から射出された励起
   光が照射される領域と照射されない領域との境界を境に
   して励起光が照射される領域内に設定したことを特徴と
   するスラブレーザ装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載のスラブレーザ装置に
   おいて、前記スラブレーザ媒体中をジグザグ状に進むレ
   ーザ光の外部に対する入・出射位置を、前記励起光源か
   ら射出された励起光が照射される領域と照射されない領
   域との境界から励起光が照射される領域内に向かって略
   レーザ媒体の厚みの１．５倍以上離れた位置に設定した
   ことを特徴とするスラブレーザ装置。
3. 【請求項３】　　請求項１または２のいずれかに記載の
   スラブレーザ装置において、前記スラブレーザ媒体の前
   記相対向する２つの面の少なくとも一方の面における前
   記レーザ光を入・出射させる位置に、前記スラブレーザ
   媒体中をジグザグ状に進むレーザ光を全反射させずにス
   ラブレーザ媒体の外に取り出す物質を、接触または接合
   させることによって、該物質を通してレーザ光を入・出
   射させるようにしたことを特徴とするスラブレーザ装置
   。