JPH0451501Y2

JPH0451501Y2 -

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Publication number: JPH0451501Y2
Application number: JP1987070545U
Authority: JP
Priority date: 1987-05-12
Filing date: 1987-05-12
Publication date: 1992-12-03
Also published as: JPS63178368U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、固体レーザ装置に関し、特に単一モ
ードのレーザ光を発振させるのに適した固体レー
ザ装置に関する。

（考案の概要）本考案は、単一モードのレーザ光を発振させる
のに適した固体レーザ装置において、２組のスラ
ブ形固体レーザ媒体を励起光源に隣接かつ平行に
配置し、光共振器内モードセレクタを設けること
により、固体レーザ装置の発振効率を向上させ、
かつ小型化を図ることができるようにしたもので
ある。

（従来の技術）従来より、円柱状のレーザ媒体が用いられる固
体レーザ装置においては、レーザ媒体中の温度差
が原因となつて屈折率分布が不均一になり、レー
ザ媒体がその中を通過するレーザ光に対して光学
レンズと同じ作用を呈するという熱レンズ効果に
より、レーザ光出力が不安定となつたり、レーザ
媒体が破壊したりする問題があつた。このため、
固体レーザ装置においては、最近、例えば、特公
昭48−15599号公報に示されるように、レーザ媒
体として、スラブ形の固体レーザ媒体が用いられ
ている。このスラブ形のレーザ媒体を用いた固体
レーザ装置では、レーザ光がレーザ媒体中を、そ
の対向する２面（全反射面）間をジグザグ状に反
射しながら進行するため、温度の比較的高い中心
部と、温度の比較的低い周辺部とを交互に通過す
ることになつて、前記熱レンズ効果の影響を小さ
くすることができ、また、レーザ媒体の破壊限界
を高くすることができる。

しかし、レーザ光の平均出力を高めようとする
と、レーザ媒体の体積を大きくしなければなら
ず、そのため出射されるレーザ光のビーム径が大
きくなつて一般に多数のモードが存在するように
なる。このようなレーザ装置において単一モード
のレーザ光を得ようとすると、ビーム径の大きな
レーザ光の中から一部のレーザ光を選択的に用い
ることになるため、レーザ光の発振効率（励起光
源に投入されるエネルギに対するレーザ光の出力
エネルギの比）が低下するという難点がある。ま
たレーザ媒体の体積を大きくすれば、それだけで
レーザ装置が大型になるだけでなく、励起光源か
らの光のレーザ媒体へ均一に照射するためのリフ
レクタが必要となつて、その分またレーザ装置が
大型になるという難点がある。

（考案が解決しようとする問題点）本考案の目的は、従来のスラブ形レーザ媒体を
用いた固体レーザ装置における上記難点を除去す
ることである。すなわち、本考案は、単一モード
のレーザを発振させるのに適したスラブ形レーザ
媒体を用いた固体レーザ装置であつて、発振効率
が高く、かつ小型の固体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段）励起光源と、この励起光源により励起される２
対のレーザ媒体と、レーザ光の光路に沿つて直列
に配設されたこれら２つのレーザ媒体を挟む光共
振器と、該光共振器間の光路上に配設したモード
セレクタとを有する固体レーザ装置であつて、前記レーザ媒体は、平行に対向する全反射面を
有するスラブ形固体レーザ媒体であり、各対は、対をなすレーザ媒体が前記励起光源の
主軸に対して対称かつ平行に、および該励起光源
に隣接して配置され、さらに該対をなすレーザ媒
体の各照射面に対するレーザ光の入射面が同一平
面に属するように配置されて成り、前記２対のスラブ形固体レーザ媒体は、各対の
前記レーザ光の入射面が互いに直交するように配
置され、前記２対のスラブ形固体レーザ媒体、前記モー
ドセレクタ、および前記光共振器は、レーザ光が
同一光路上に往復するように配列されていること
を特徴とするものである。

（作用）本考案に係る固体レーザ装置においては、単一
の励起光源を包囲するように、２対のすなわち４
箇のスラブ形固体レーザ媒体が励起光源に隣接し
て配置されるので、単一の励起光源からの直接光
で４箇のレーザ媒体を励起することができ、リフ
レクタは不要とすることができる。このため装置
全体が小型になるのみならず、励起光源に近接し
ている４箇のレーザ媒体が同時に励起されるた
め、発振効率が向上する。

また、光共振器内にモードセレクタが設けられ
ているため、レーザ媒体中を通過するレーザ光の
ビーム径を、単一モードのレーザ光を得ることが
できるように、任意に定めることができる。

（実施例）第１図は、本考案に係る固体レーザ装置につ
き、その保持容器をはずした状態の構成を示した
斜視図である。第２図は、保持容器８に収納され
た状態の本考案に係る固体レーザ装置を光軸方向
から見た断面図である。また、第３図は、本考案
に係る固体レーザ装置を構成するスラブ形固体レ
ーザ媒体１中をモードセレクタ２を通過したレー
ザ光ｌがジグザグに進行する状態を示す図であ
る。

第２図において、保持容器８の内部には、１対
のスラブ形固体レーザ媒体１，４と、もう１対の
スラブ形固体レーザ媒体３，５とが、励起光源で
あるランブ６の主軸（ランプの長手方向の中心軸
である）に対して対称かつ平行に、ランプ６に近
接して配置されるように、パイレツクスガラスか
ら成る断熱部材７を介して固定されている。即
ち、レーザ媒体は、上記のように配設された２対
のスラブ形固体レーザ媒体から成るから、各レー
ザ媒体をランプ６の近傍に配置することが可能で
ある。また、上記スラブ形固体レーザ媒体１，
３，４，５は、リン酸塩系レーザガラスLHG−
８（HOYA(株)製）を、幅10mm、長さ55mm、厚さ４
mmのスラブ形（板状）に加工してある。さらに、
各レーザ媒体においては、第３図に示すように、
レーザ光ｌの入出射が行なわれる照射面１ｂが、
レーザ光に対する入射角がブリユスタ角になるよ
うに加工されている（θc＝33°）。ランプ６は、長
さ55mm、肉厚１mm、内径６mmの真空容器を用いた
円柱状のXeランプ（ILC社6F2）である。また、
保持容器８は、アルミ材から成り、その内面には
クロムメツキが施されていて、ランプ６からの光
を外部から見えなくすると同時に、レーザ媒体か
ら通過してくる励起光を反射させてレーザ媒体へ
戻している。なお、ランプ６と、各レーザ媒体
１，３，４，５との間隔は、約２mmである。な
お、図中省略したが、レーザ媒体１，３，４，５
およびランプ６の表面には冷却水を流して温度上
昇を抑制している。

第１図において、反射鏡９，１０，１１，１
２，１３，１４，１６，１７および半透過鏡１８
は光共振器を構成する。これらの反射鏡１０，１
１，１２，１３，１４，１６，１７には、45°で
入射するレーザ光をほぼ100％反射させるように
誘電体多層膜が成膜されている。反射鏡９および
半透過鏡１８には、垂直に入射するレーザ光をそ
れぞれほぼ100％およびほぼ60％反射するように
誘電体多層膜が成膜されている。ランプ６により
レーザ媒体１，３，４，５内で励起されたレーザ
光は、光共振器内を往復し、レーザ媒体を通過す
る度毎にレーザ光は増幅され、ある一定の値、す
なわち閾値を超えると、半透過鏡１８から出射す
る。すなわち、例えば反射鏡９で反射されたレー
ザ光は、レーザ媒体３の中を通つて、反射鏡１
０，１１により反射され、レーザ媒体５へ入射す
る。レーザ媒体５の中を通つてレーザ光は反射鏡
１２，１３，１４によつて反射され、レーザ媒体
４へ入射する。レーザ媒体４の中を通つたレーザ
光は反射鏡１６，１７により反射され、レーザ媒
体１へ入射する。レーザ媒体１の中を通つたレー
ザ光は半透過鏡１８により反射されもとの光路を
辿る。

即ち、ランプ６により励起される複数のレーザ
媒体１，３，４，５をレーザ光１の光路に沿つて
直列に配列しその両端を光共振器９，１８で挟む
ように構成したため、これら複数のレーザ媒体の
全てはレーザ発振器を構成する素子となり、複数
のレーザ媒体１，３，４，５のレーザ光１の光路
に沿つた媒体長の総和がレーザ発振器の媒体長と
なつている。

ここで、反射鏡１４とレーザ媒体４との間には
λ／２板（但し、λはレーザ光の波長とする）１５が挿入されている。これは、１対のレーザ媒体
３，５の入射面ともう１対のレーザ媒体１，４の
入射面とが互いに直交しているため、１対のレー
ザ媒体３，５から他の１対のレーザ媒体１，４
（またはその逆）へレーザ光が入射するときの光
量の損失を防止するためである。また、同様の理
由から、各１対のレーザ媒体１，４と３，５の照
射面（第３図の１ｂ）は、レーザ光に対する入射
面が互いに同一となるように構成されている。さ
らに第２図から明らかなように、各１対のレーザ
媒体１，４と３，５は励起光源主軸に対する対称
面を互いに直行させてランプ６を囲んでいるた
め、レーザ媒体１，３，４，５をほぼ直接光のみ
で励起することができるとともに、レーザ媒体
１，３，４，５とランプ６との位置合わせが容易
であるという利点を有する。さらに、前記照射面
１ｂは、レーザ光に対する入射角がブリユスタ角
になるようにして（第３図においてθc＝33°）、レ
ーザ光の光量損失を防止している。

また、半透過鏡１８と、レーザ媒体１との間に
は、モードセレクタ２が配設されている。モード
セレクタ２は、その表面を黒色アルマイト処理し
た円状のアルミ材から成り、その中央には、第３
図に示すように、開孔２ａが形成されている。こ
れは、レーザ光のビーム径を制御して、単一モー
ド（TEM₀₀）のレーザ光を得るために必要なも
のである。開口２ａの決め方は次のようにして行
なわれる。

すなわち、TEM₀₀モードのレーザ光を得るた
めには、次式(1)で示されるフレネル数Ｎが１にな
るように、共振器長Ｌおよびレーザ光のビーム径
Ｄを設定する必要があることが一般に知られてい
る。

Ｎ＝D²／2λL (1) 但し、λはレーザ光の波長である。フレネル数
Ｎ＝１、共振器長Ｌ＝1.5m、レーザ光の波長λ
＝1μmとすると、上記(1)式よりレーザ光のビーム
径Ｄ＝1.7mmとなる。したがつて、この場合、モ
ードセレクタ２の開口径２ａは1.7mmにすればよ
いことになる。

第１図においては、レーザ光はレーザ媒体１，
３，４，５の中を単に通ると述べたが、レーザ光
が各レーザ媒体１，３，４，５中をどのようにし
て通るのかを第３図を用いて説明する。

モードセレクタ２の開口２ａによつて制限され
たビーム径を持つレーザ光ｌは、先ずレーザ媒体
１の照射面１ｂに入射する。そこで屈折されたレ
ーザ光は、レーザ媒体１の対向する１対の全反射
面１ａ，１ａで全反射してジグザグ状にレーザ媒
体内を進行し、最後に他の照射面１ｂで屈折され
た後レーザ媒体外へ出射する。この場合、レーザ
光ｌのビーム径はモードセレクタ２の開口２ａに
よつて制限されているから、同図に示されるよう
に、全反射面１ａ上の帯状の細長い領域１a₁の部
分で前記反射を繰返すこととなる。

このようにして、本実施例においては、200Jの
エネルギを励起光源であるランプに供給すること
によつて、20mJのエネルギを有するレーザ光を
出力することができた（発振効率＝20×10^-3／200＝ 0.01［％］）。また、本実施例においては、ランプ
６への入力エネルギ200Jに対して、レーザ媒体の
厚さが４mmと薄いために、レーザ媒体１，３，
４，５の保持容器８の内面に対向するレーザ媒体
の全反射面１ａ，３ａ，４ａ，５ａにも十分な入
力エネルギを与えることができる。さらに、レー
ザ媒体を通り抜けるランプ６からの励起光を有効
に使用するため、保持容器８の内面にクロムメツ
キではなく、金メツキを施して、反射鏡としての
機能をもたせることができる。

なお、光共振器は第１図に示す構成に限定する
ものではなく、例えば、反射鏡９で反射されたレ
ーザ光が、レーザ媒体３、レーザ媒体１、レーザ
媒体４、レーザ媒体５、モードセレクタ２、およ
び反透過鏡１８の順に入射するように構成しても
よいし、また、反射鏡９で反射されたレーザ光
が、レーザ媒体３、レーザ媒体１、レーザ媒体
５、レーザ媒体４、モードセレクタ２、および反
射鏡１８の順に入射するように構成してもよい。
ただし、これらの場合には、レーザ媒体の照射面
におけるレーザ光に対する入射面の方向の違いに
応じて、λ／２板を適宜配置して光量損失の防止を図らなければならない。

（考案の効果）本考案によれば、単一の励起光源を包囲するよ
うに、２対のスラブ形固体レーザ媒体が励起光源
に近接して配置されるので、励起光源からの励起
光エネルギを効率よくレーザ媒体に供給すること
ができる。そのためレーザ光の発振効率が向上
し、レーザ装置が小型になるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例である固体レーザ装
置の構成を示した斜視図、第２図は、本考案の実
施例である固体レーザ装置の断面図、および第３
図は、本考案の実施例である固体レーザ装置にお
いて、レーザ光がレーザ媒体中を進行する状態を
示した図である。参照符号の説明、１，３．４，５……スラブ形
固体レーザ媒体、２……モードセレクタ、６……
励起光源、９，１０，１１，１２，１３，１４，
１６，１７……反射鏡、１５……λ／２板、１８… …半透過鏡。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 励起光源と、この励起光源により励起される
２対のレーザ媒体と、レーザ光の光路に沿つて
直列に配設されたこれら２対のレーザ媒体を挟
む光共振器と、該共振器間の光路上に配設した
モードセレクタとを有する固体レーザ装置であ
つて、前記レーザ媒体は、平行に対向する全反射面
を有するスラブ形固体レーザ媒体であり、各対は、対をなすレーザ媒体が前記励起光源
の主軸に対して対称かつ平行に、および該励起
光源に隣接して配置され、さらに該対をなすレ
ーザ媒体の各照射面に対するレーザ光の入射面
が同一平面に属するように配置されて成り、前記２対のスラブ形固体レーザ媒体は、各対
の前記レーザ光の入射面が互いに直交するよう
に配置され、前記２対のスラブ形固体レーザ媒体、前記モ
ードセレクタ、および前記光共振器は、レーザ
光が同一光路上を往復するように配列されてい
る固体レーザ装置。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、前
記１対のスラブ形固体レーザ媒体と、他の前記
１対のスラブ形固体レーザ媒体との間の前記光
路上にλ／２板（λ：レーザ光の波長）を配設したことを特徴とする固体レーザ装置。 (3) 実用新案登録請求の範囲第１項において、前
記スラブ形固体レーザ媒体の照射面は、レーザ
光に対する入射角がブリユスタ角になるように
構成されていることを特徴とする固体レーザ装
置。 (4) 実用新案登録請求の範囲第２項において、前
記スラブ形固体レーザ媒体の照射面は、レーザ
光に対する入射角がブリユスタ角になるように
構成されていることを特徴とする固体レーザ装
置。