JPH0482281A - Solid laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体レーザー発振器に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to solid state laser oscillators.
［発明の概要〕
本発明は、１対のミラー及びその１対のミラー間に配さ
れた固体レーザー媒質から成るレーザー共振器と、固体
レーザー媒質を励起するポンピング光を発生する励起光
源とを有する固体レーザー発振器において、固体レーザ
ー媒質の励起光源からのポンピング光が照射される部分
に、固体レーザー媒質より熱伝導率の高い光透過性ヒー
トシンクを設けたことにより、固体レーザー媒質の熱レ
ンズ効果、熱収差、熱複屈折等を低減できるので出力が
安定と成り、固体レーザー媒質の熱伝導率で決まる出力
限界を向上させることができ、且つ、固体レーザー発振
器の小型化が容易と成るものである。[Summary of the Invention] The present invention includes a laser resonator consisting of a pair of mirrors and a solid laser medium disposed between the pair of mirrors, and an excitation light source that generates pumping light to excite the solid laser medium. In a solid-state laser oscillator, a light-transmitting heat sink with higher thermal conductivity than the solid-state laser medium is provided in the part of the solid-state laser medium that is irradiated with pumping light from the excitation light source. Since aberrations, thermal birefringence, etc. can be reduced, the output becomes stable, the output limit determined by the thermal conductivity of the solid-state laser medium can be improved, and the solid-state laser oscillator can be easily miniaturized.
固体レーザー発振器において、１対のミラー及びその１
対のミラー間に配された固体レーザー媒質から成るレー
ザー共振器の固体レーザー媒質の周囲に蝮旋状のフラッ
シュランプを配し、このフラッシュランプによって、レ
ーザー媒質にポンピング光を照射して、レーザー媒質を
励起するようにしたものがあるが、レーザー媒質の全体
を励起するため、変換効率が悪く、最大出力は熱的に限
界があった。In a solid-state laser oscillator, a pair of mirrors and one
A spiral-shaped flash lamp is arranged around the solid laser medium of a laser resonator consisting of a solid laser medium arranged between a pair of mirrors, and the flash lamp irradiates the laser medium with pumping light, thereby stimulating the laser medium. However, since the entire laser medium is excited, the conversion efficiency is poor and the maximum output is thermally limited.
又、固体レーザー発振器において、１対のミラー及びそ
の１対のミラー間に配された固体レーザー媒質から成る
レーザー共振器の固体レーザー媒質を、半導体レーザー
（レーザーダイオード）からのポンピング光によって励
起するものがあるが、これはレーザー媒質の励起準位だ
けを励起し、且つ、レーザー媒質の発振領域のみを選択
的に励起するため、変換効率が頗る高く成る。Also, in solid-state laser oscillators, the solid-state laser medium of a laser resonator, which consists of a pair of mirrors and a solid-state laser medium arranged between the pair of mirrors, is excited by pumping light from a semiconductor laser (laser diode). However, since this method excites only the excitation level of the laser medium and selectively excites only the oscillation region of the laser medium, the conversion efficiency is extremely high.
レーザーダイオードは出力がＩＷクラスのものもあり、
又、複数のレーザーダイオードからのレーザー光を光フ
アイババンドルを構成する各光ファイバに入射せ５め、
光フアイババンドルの他端からのレーザー光の束を、ポ
ンピング光としてレーザー媒質に照射せしめるようにし
たものもある。Some laser diodes have an output of IW class.
Further, the laser beams from the plurality of laser diodes are incident on each optical fiber constituting the optical fiber bundle.
Some devices are designed to irradiate a laser medium with a bundle of laser light from the other end of the optical fiber bundle as pumping light.
又、かかる半導体レーザーを用いた固体レーザー発振器
としては、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧを用い、レ
ーザー媒質と出力ミラーとの間にＫＴＰ等の非線形光学
素子を配し、第２高調波光を出力レーザー光（数Ｗの出
力を有する）とじたものもある。In addition, in a solid-state laser oscillator using such a semiconductor laser, Nd:YAG is used as the laser medium, a nonlinear optical element such as KTP is arranged between the laser medium and the output mirror, and the second harmonic light is output as the output laser beam. There are also closed ones (with an output of several watts).
口発明が解決しようとする課題〕
固体レーザー発振器において、その固体レーザー媒質を
励起するポンピング光の出力が高（成ると、そのポンピ
ング光によってレーザー媒質が局所的に加熱されるため
、そのレーザー媒質にその熱伝導率で決まる温度分布（
その−例を第７図に示す）が発生し、これによって、熱
レンズ効果、熱収差効果、熱複屈折等が発生し、又、レ
ーザー媒質の熱伝導率で決まる出力に限界があった。[Problem to be solved by the invention] In a solid-state laser oscillator, when the output of the pumping light that excites the solid-state laser medium is high, the laser medium is locally heated by the pumping light, and the laser medium is heated. Temperature distribution determined by its thermal conductivity (
An example of this is shown in FIG. 7), which causes thermal lens effects, thermal aberration effects, thermal birefringence, etc., and there is a limit to the output determined by the thermal conductivity of the laser medium.
尚、第７図は、半径が４ｍｒｎ、＆さが７ｍｍのＮｄ：
ＹＡＧのレーザーロットの図において右側の端面にポン
ピング光が照射されたときの、シュミレーション計算に
よる軸心を通る断面の上半分の温度分布を示し、数字は
等温線の温度の常温との差の温度（° Ｃ）を示す。こ
こで、レーザーロッドの図において右側の端面には、断
熱材が配されているものとする。In addition, FIG. 7 shows Nd with a radius of 4 mrn and a length of 7 mm:
In the diagram of a YAG laser lot, when the right end face is irradiated with pumping light, the temperature distribution in the upper half of the cross section passing through the axis is calculated by simulation, and the numbers indicate the temperature difference between the temperature of the isotherm line and room temperature. (°C). Here, it is assumed that a heat insulating material is disposed on the right end face of the laser rod in the drawing.
かかる点に鑑み、本発明は 固体レーザー媒質の熱レン
ズ効果、熱収差、熱複屈折等を低減できるので出力が安
定と成り、固体レーザー媒質の熱伝導率で決まる出力限
界を向上させることができ、且つ、固体レーザー発振器
の小型化容易と成るものである。In view of this, the present invention can reduce the thermal lens effect, thermal aberration, thermal birefringence, etc. of the solid-state laser medium, making it possible to stabilize the output and improve the output limit determined by the thermal conductivity of the solid-state laser medium. , and the solid-state laser oscillator can be easily downsized.
３課題を解決するための手段〕
本発明は、１対のミラー（６） 、（８）及びその１対
のミラー（６） 、（８）間に配された固体レーザー媒
質（５）から成るレーザー共振器Ｒ３と、固体レーザー
媒質（５）を励起するポンピング光を発生する励起光＃
（１） とを有する固体レーザー発振器において、固体
レーザー媒質（５）の励起光源（１）からのポンピング
光が照射される部分に、固体レーザー媒質（５）より熱
伝導率の高い光透過性ヒートシンク（９）を設けたもの
である。Means for Solving 3 Problems] The present invention comprises a pair of mirrors (6), (8) and a solid laser medium (5) disposed between the pair of mirrors (6), (8). Laser resonator R3 and excitation light # that generates pumping light to excite the solid laser medium (5)
(1) In a solid-state laser oscillator having the above, a light-transmitting heat sink having a higher thermal conductivity than the solid-state laser medium (5) is provided on the part of the solid-state laser medium (5) that is irradiated with the pumping light from the excitation light source (1). (9) is provided.
１作用〕
かかる本発明によれば、レーザー媒質（５）の励起光源
（１）からのポンピング光の照射される部分の熱が、ヒ
ートシンク（９）によって放熱される。1 Effect] According to the present invention, the heat of the portion of the laser medium (5) that is irradiated with the pumping light from the excitation light source (1) is radiated by the heat sink (9).
Ｓ実施例〕
以下に、図面を参照して、本発明の各実施例を詳細に説
明する。先ず、第１図を参照して、実施例（１）を説明
する。（５）は固体レーザー媒質（Ｎｄ：ＹＡＧから成
る円柱状のレーザーロッド）で、図において、左側の端
面に、ミラーコート（６）を介して、ダイアモンドから
成る円板状のヒートシンク（９）が貼付されている。ミ
ラーコート（６）は、ポンピング光り、を略１００％通
過させるも、出力レーザー光Ｌ２を略１００％反射させ
る。S Embodiment] Each embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, Example (1) will be described with reference to FIG. (5) is a solid-state laser medium (a cylindrical laser rod made of Nd:YAG), and in the figure, a disc-shaped heat sink (9) made of diamond is attached to the left end face via a mirror coat (6). It is affixed. The mirror coat (6) allows approximately 100% of the pumping light to pass through, but reflects approximately 100% of the output laser beam L2.
ヒートシンク（９）の図において左側の端面には、ヒー
トシンク（９）をレーザー媒質（５）に付加したことに
よる光学損失を軽減するための無反射コー） （１０）
が形成されている。レーザー媒質（５）の図において右
側には、所定間隅を置いて、出力ミラ（７）が配されて
いる。（８）は、その出力ミラー（７）に形成された凹
面ミラーコートである。このミラーコート（８）は、共
振器Ｒ５における発振し−ブー光の数％〜数１０％を通
過させ、残りの部分を反射する。On the left end face of the heat sink (9) in the figure, there is a non-reflective coat (10) to reduce optical loss caused by adding the heat sink (9) to the laser medium (5).
is formed. On the right side of the laser medium (5) in the figure, an output mirror (7) is arranged at a predetermined corner. (8) is a concave mirror coat formed on the output mirror (7). This mirror coat (8) allows several percent to several tens of percent of the oscillated light in the resonator R5 to pass through, and reflects the remaining portion.
そして、ミラーコート（６）を介してヒートシンク（９
）が貼付されたレーザー媒質（５）及び凹面ミラーコー
ト（８）の形成された出力ミラー（７）にて、レーザー
共振器Ｒ３が構成される。Then, the heat sink (9) is applied via the mirror coat (6).
) is attached to the laser medium (5) and the output mirror (7) on which the concave mirror coat (8) is formed forms a laser resonator R3.
（１）は複数のレーザーダイオードで、各レーザーダイ
オード（１）からの出射レーザー光が、光フアイバハン
ドル（３）を構成する各光ファイバ（２）の各一端に入
射せしめられ、光フアイババンドル（３）の他端からの
レーザー光の束（ポンピング光）Ｌ、が集光レーザー（
４）によって集光せ巳められ、ヒートシンク（９）を透
過して、レーザー媒質（５）内に焦点を結ぶように、レ
ーザー媒質（５）に照射せしめられる。これによりレー
ザー媒質（５）が励起され、レーザー媒質（５）に固有
の波長の発振レーザー光が発生し、ミラーコー） （６
） 、（８）間を繰り返し往復伝播し、その一部のレー
ザー光が出力レーザー光Ｌ２として出力ミラー（８）を
通過して共振器Ｒ３の外側に出射される。(1) is a plurality of laser diodes, and the emitted laser light from each laser diode (1) is made incident on each end of each optical fiber (2) constituting the optical fiber handle (3), and the optical fiber bundle ( 3) The bundle of laser light (pumping light) L from the other end is a condensing laser (
4), the light passes through the heat sink (9), and is irradiated onto the laser medium (5) so as to be focused within the laser medium (5). As a result, the laser medium (5) is excited, and an oscillation laser beam with a wavelength specific to the laser medium (5) is generated.
), (8), and a part of the laser light passes through the output mirror (8) as an output laser light L2 and is emitted to the outside of the resonator R3.
尚、レーザー媒質（５）とヒートシンク（９）との接合
面では、若干の光学損失が認容されるため、その接合面
間に、シリコンコンパウンド等を塗布しても良い。Incidentally, since some optical loss is allowed at the joint surface between the laser medium (5) and the heat sink (9), a silicon compound or the like may be applied between the joint surfaces.
第６図に、半径が４ｍｍ、長さが７ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ
のレーザー四ノドの図において右側の端面に厚さが１■
のダイアモンドから成る円板状のヒートシンクが貼付さ
れた場合の、そのヒートシンクの端面に、ポンピング光
が照射されたときの、シュミレーション計算による、軸
心を通断面の上半分の温度分布を示じ、数字は等温線の
温度の常温との差の温度（°Ｃ）を示す。Figure 6 shows an Nd:YAG with a radius of 4 mm and a length of 7 mm.
In the diagram of the four-node laser, there is a thickness of 1 cm on the right end face.
This shows the temperature distribution in the upper half of the cross-section through the axis, based on simulation calculations, when pumping light is irradiated on the end face of the heat sink when a disk-shaped heat sink made of diamond is attached. The numbers indicate the temperature difference (°C) between the temperature of the isotherm and the room temperature.
この第６図の温度分布を、第７図の従来例の温度分布と
比較すると、レーザー媒質にヒートシンクを設けたこと
によって、第７図に示したようにレーザー媒質の半径方
向に生していた温度分布が、第６図に示すようにヒート
シンクによって拡散されるように成ったことが分かる。Comparing the temperature distribution shown in Figure 6 with the temperature distribution of the conventional example shown in Figure 7, it is found that by providing a heat sink in the laser medium, heat is generated in the radial direction of the laser medium as shown in Figure 7. It can be seen that the temperature distribution is now diffused by the heat sink as shown in FIG.
これにより、レーザー媒質の熱レンズ効果、熱収差効果
、熱複屈折が大幅に緩和される。This significantly alleviates the thermal lens effect, thermal aberration effect, and thermal birefringence of the laser medium.
尚、ヒートシンク（９）の材料としては、ダイアモンド
の他にサファイア等も可能である。但し、ダイアモンド
の方がサファイアに比べて、大きな熱伝導率を有する。Note that as the material for the heat sink (9), other than diamond, sapphire or the like may also be used. However, diamond has higher thermal conductivity than sapphire.
以下に、Ｎｄ：ＹＡＧ、ダイアモンド及びサファイアの
熱伝導率を列挙する。The thermal conductivities of Nd:YAG, diamond, and sapphire are listed below.
Ｎｄ ： ＹＡＧ ： ０． １２に／ｃｍ−にダイ
アモンド： ｌ ９ Ｗ／ｃｍ−にサファイア
： ０．４６Ｗ／ｃｍ−に次に、第２図を参照して、
実施例（２）を説明する。この実施例（２）では、第１
図の実施例（１）において、レーザー媒質（５）及びヒ
ートシンク（９）の間にあったミラーコート（６）を、
無反射コート（１０）に代えて、ヒートシンク（９）の
端面に形成した場合で、その他の構成は、実施例（１）
と同様である。Nd: YAG: 0. Diamond at 12 W/cm-: Sapphire at l 9 W/cm-
: 0.46W/cm- Next, referring to Fig. 2,
Example (2) will be explained. In this embodiment (2), the first
In the example (1) shown in the figure, the mirror coat (6) between the laser medium (5) and the heat sink (9) is
This is a case in which it is formed on the end surface of the heat sink (9) instead of the anti-reflection coating (10), and the other configuration is the same as in Example (1).
It is similar to
この実施例のように、Ｎｄ ： ＹＡＧのレーザー媒質
（５）に、ダイアモンドのヒートシンク（９）が直接貼
付されていると、Ｎｄ ： ＹＡＧとダイアモンドの反
射率の違いから、その境界面での反射損が問題と成るが
、ヒートシンク（９）として、ダイアモンドに代えてサ
ファイアを使用すれば、Ｎｄ： ＹＡＧとサファイアの
反射率の差は小さいので、境界面での反射損の問題はな
く成る。As in this example, if a diamond heat sink (9) is directly attached to the Nd:YAG laser medium (5), reflection at the interface will occur due to the difference in reflectance between Nd:YAG and diamond. Loss is a problem, but if sapphire is used instead of diamond as the heat sink (9), the difference in reflectivity between Nd:YAG and sapphire is small, so the problem of reflection loss at the interface disappears.
次に、第３図を参照して、実施例（３）を説明する。こ
の実施例（３）では、第２図の実施例（２）において、
レーザー媒質（５）のヒートシンク（９）に対し反対側
の端面にも、ダイアモンドから成る円板状のヒートシン
ク（１１）を貼付すると共に、その図において右側の端
面上に、出力ミラー用の凹面状のミラーコート（８）を
形成した場合である。その他の構成は、実施例（２）と
同様である。Next, Example (3) will be described with reference to FIG. In this embodiment (3), in embodiment (2) of FIG.
A disk-shaped heat sink (11) made of diamond is also attached to the end surface of the laser medium (5) on the opposite side to the heat sink (9), and a concave shape for the output mirror is attached on the right end surface in the figure. This is the case where a mirror coat (8) of . The other configurations are the same as in Example (2).
次に、第４図を参照して、実施例（４）を説明する。こ
の実施例（４）では、第３図の実施例（３）において、
ポンピング光Ｌ２の入射側のミラーコート（６）も凹面
ミラーにすると共に、出力ミラーとしてのミラーコート
（８）を、ポンピング光Ｌ１及び出力レーザー光Ｌ２に
対して、高反射率を有するするものにし、集光レンズ（
４）及びミラーコート（６）の間に、ポンピング光り、
は透過するが、出力レーザー光Ｌ２を反射する平面ミラ
ー（１２）を光軸に対し４５°の角度を成すように配置
するようにして、出力レーザー光Ｌ２をレーザー共振器
Ｒ３のボンピング光Ｌ１入射側から出力させるようにし
た場合である。Next, Example (4) will be described with reference to FIG. In this embodiment (4), in embodiment (3) of FIG.
The mirror coat (6) on the incident side of the pumping light L2 is also made into a concave mirror, and the mirror coat (8) as an output mirror is made to have a high reflectance for the pumping light L1 and the output laser light L2. ,Condenser lens(
4) and between the mirror coat (6), a pumping light;
The plane mirror (12) that reflects the output laser beam L2 is arranged at an angle of 45 degrees to the optical axis, so that the output laser beam L2 is incident on the bombing beam L1 of the laser resonator R3. This is a case where output is made from the side.
上述の各実施例ムニおいては、レーザー媒質（５）及び
ヒートシンク（９）等の各接合面を、出力レーザー光Ｌ
２の波長の１／１０程度までの平面度にして、貼付した
場合であるが、第５図に示す如く、レーザー媒質（５）
及びヒートシンク（９）等の接合面を、一方は曲率半径
の大きな球面に、他方は平面にして、両接合面を物理的
に接触させるようにしても良い。In each of the embodiments described above, each joint surface of the laser medium (5) and the heat sink (9) is connected to the output laser beam L.
As shown in Fig. 5, the laser medium (5)
One of the bonding surfaces of the heat sink (9) and the like may be a spherical surface with a large radius of curvature, and the other may be a flat surface, so that the two bonding surfaces are in physical contact with each other.
尚、レーザー共振器Ｒ３内に非直線光学素子を配して、
発振レーザー光の第２高調波等の出力レーザー光を出力
させるようにした固体レーザー発振器にも、本発明を通
用することができる。In addition, a non-linear optical element is arranged inside the laser resonator R3,
The present invention can also be applied to a solid-state laser oscillator that outputs output laser light such as the second harmonic of the oscillated laser light.
［発明の効果］
上述せる本発明によれば、１対のミラー及びそ０１対の
ミラー間に配された固体レーザー媒質から成るレーザー
共振器と、固体レーザー媒質を励起するボンピング光を
発生する励起光源とを有する固体レーザー発振器におい
て、固体レーザー媒質の励起光源からのボンピング光が
照射される部分に、固体レーザー媒質より熱伝導率の高
い光透過性ヒートシンクを設けたので、固体レーザー媒
質の熱レンズ効果、熱収差、熱複屈折等を低減できるの
で出力が安定と成り、固体レーザー媒質の熱伝導率で決
まる出力限界を向上させることができ、且つ、固体レー
ザー発振器の小型化が容易と成る。[Effects of the Invention] According to the present invention described above, there is provided a laser resonator including a pair of mirrors and a solid laser medium disposed between the pair of mirrors, and an excitation unit that generates a bombing light to excite the solid laser medium. In a solid-state laser oscillator having a light source, a light-transmitting heat sink with higher thermal conductivity than the solid-state laser medium is provided in the part of the solid-state laser medium that is irradiated with the pumping light from the excitation light source, so that the thermal lens of the solid-state laser medium is Since the effect, thermal aberration, thermal birefringence, etc. can be reduced, the output becomes stable, the output limit determined by the thermal conductivity of the solid-state laser medium can be improved, and the solid-state laser oscillator can be easily miniaturized.
第１図、第２図、第３図、第４図及び第５図は夫々本発
明の各実施例を示す配置図、第６図は実施例のレーザー
媒質の温度分布を示す分布図、第７図は従来例のレーザ
ー媒質の温度分布を示す分布図である。
（１）はレーザーダイオード、（２）は光ファイバ、（
３）は光フアイババンドル、（４）は集光レンズ、（５
）はレーザー媒質、（６）はミラーコート、（７）は出
力ミラー、（８）はミラーコート、（９）はヒートシン
ク、（１０）は無反射コート、（１１）はヒートシンク
、（１２）はミラーである。
実施例の温度分布
第６図1, 2, 3, 4 and 5 are layout diagrams showing each embodiment of the present invention, FIG. 6 is a distribution diagram showing the temperature distribution of the laser medium of the embodiment, and FIG. FIG. 7 is a distribution diagram showing the temperature distribution of a conventional laser medium. (1) is a laser diode, (2) is an optical fiber, (
3) is an optical fiber bundle, (4) is a condensing lens, and (5) is an optical fiber bundle.
) is the laser medium, (6) is the mirror coat, (7) is the output mirror, (8) is the mirror coat, (9) is the heat sink, (10) is the anti-reflection coat, (11) is the heat sink, (12) is It's a mirror. Figure 6 Temperature distribution of Example
Claims (1)
ーザー媒質から成るレーザー共振器と、上記固体レーザ
ー媒質を励起するポンピング光を発生する励起光源とを
有する固体レーザー発振器において、 上記固体レーザー媒質の上記励起光源からのポンピング
光が照射される部分に、上記固体レーザー媒質より熱伝
導率の高い光透過性ヒートシンクを設けたことを特徴と
する固体レーザー発振器。[Scope of Claims] A solid-state laser comprising a laser resonator comprising a pair of mirrors and a solid-state laser medium disposed between the pair of mirrors, and an excitation light source that generates pumping light to excite the solid-state laser medium. A solid-state laser oscillator, characterized in that a light-transmissive heat sink having a higher thermal conductivity than the solid-state laser medium is provided in a portion of the solid-state laser medium that is irradiated with pumping light from the excitation light source.
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| JP19680590A Expired - Fee Related JP3060493B2 (en) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | Solid state laser oscillator |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3060493B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000008727A1 (en) * | 1998-08-06 | 2000-02-17 | Laser Power Corporation | Solid state laser with longitudinal cooling |
| US6389043B1 (en) | 1997-01-17 | 2002-05-14 | Melles Griot, Inc. | Efficient frequency-converted laser with single beam output |
| JP2005354007A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Ricoh Co Ltd | Solid laser equipment |
| JP2010123819A (en) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Shimadzu Corp | Laser medium |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP19680590A patent/JP3060493B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6389043B1 (en) | 1997-01-17 | 2002-05-14 | Melles Griot, Inc. | Efficient frequency-converted laser with single beam output |
| WO2000008727A1 (en) * | 1998-08-06 | 2000-02-17 | Laser Power Corporation | Solid state laser with longitudinal cooling |
| JP2005354007A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Ricoh Co Ltd | Solid laser equipment |
| JP2010123819A (en) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Shimadzu Corp | Laser medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3060493B2 (en) | 2000-07-10 |
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