JPH05218530A - レーザ光学部品保持装置及び固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、有害な反射光を発生させること
なくレーザ光からレーザ光学部品保持部材等を保護する
ことを可能にしたレーザ光学部品保持装置及び該レーザ
光学部品保持装置を用いた固体レーザ装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 本発明にかかるレーザ光学部品保持装置は、
レーザ光学部品１５に入・出射するレーザ光Ｌ₁ を通過
させる開口部１９ａと、レーザ光に対して保持部材又は
保持部材を含む周辺部材を覆うようにした保護部１９ｂ
とを備えた保護板１９を、少なくともその表面が前記レ
ーザ光Ｌ₁ を散乱する性質を有する光散乱性物質で構成
したものであり、本発発明にかかる固体レーザ装置は、
この発明のレーザ光学部品保持装置によって固体レーザ
媒体を保持するようにしたもので、これにより、有害な
反射光を発生させることなくレーザ光学部品を保持する
保持部材等をレーザ光から保護することを可能にしたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ媒体や非線形光
学結晶等を保持するレーザ光学部品保持装置及びこのレ
ーザ光学部品保持装置を用いた固体レーザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のレーザ光学部品保持装置の
構成を示す斜視図、図６は図５のＶＩーＶＩ線断面図で
ある。

【０００３】図５に示される例は、レーザ光学部品であ
る非線形光学結晶たるＫＴＰ結晶１を保持するもので、
このＫＴＰ結晶１を、半円形状をなした透明ガラス板
２．３で挾持し、これらガラス板２，３をリング状枠体
４で嵌合保持したものである。リング状枠体４は基台５
に支柱６を介して取り付けてある。このように、ＫＴＰ
結晶１を透光性部材で保持するようにしてあるのは、レ
ーザ光が保持部材に照射された場合でもそのエネルギー
が吸収されて損傷されたり、あるいは、レーザ光が反射
されて他の光学部品に悪影響を与えること等がないよう
にするためである。これは、ＫＴＰ結晶１にレーザ光を
照射する場合、図６に示されるように、一般に、結晶の
有効体積をできるだけフルに活用するために、照射する
レーザ光のビーム径が結晶の有効断面領域のほぼ全域を
カバーするように設定される。そうすると、レーザビー
ムは通常ガウシアン分布をなしているので、ガウシアン
分布の裾野にあたる部分でレーザ光が結晶１からはみだ
す。このはみだしたレーザ光が光吸収や反射を起こす不
透明な部材に照射されると、この部材を次第に劣化さ
せ、もしくは反射光が生じて他の光学部品に悪影響を与
えることになるからである。

【０００４】また、図７は従来の固体レーザ装置の部分
断面図である。図７において、レーザ媒体１０は、該レ
ーザ媒体１０及び図示しない励起光源等を収容するキャ
ビティ１１の壁部に形成された貫通孔１１ａを通じて外
部に端部を露出させて該キャビティ１１に固定されてい
る。この場合、レーザ媒体１０は、貫通孔１１ａに設け
られたＯリング溝１１ｂに嵌合されたＯリング１３内に
挿通されるとともに、該Ｏリング１３を押さえ板１２に
よって押圧することによりＯリング１３で締め付けるよ
うにして固定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、波
長変換素子等の非線形光学結晶は、レーザ光の照射によ
って結晶の温度が変動するとこれに伴って特性が変化す
るので、結晶温度を一定に保持するためにペルチェ素子
等の温度制御素子やヒートシンク等を取り付ける必要が
ある場合が多い。このような場合には、上述の従来例の
ような、結晶を透光性保持部材で保持するようにした光
学部品保持装置を用いることはできない。すなわち、結
晶にはペルチェ素子等の温度制御素子や冷却装置等を接
触させる必要がある。換言すると、結晶の近傍に不透明
な物体が配置されることになる。このため、結晶に照射
されるレーザ光の一部がこれら不透明な物体に照射され
てこれら自体を損傷させ、あるいは、これら物体から反
射されたレーザ光が他の光学部品を損傷させ、さらに
は、戻り光となって光学系に悪影響を与える等の問題点
が生じていた。

【０００６】また、上述の従来の固体レーザ装置では、
固体レーザ媒体１０から入・出射するレーザ光の一部が
押さえ板１２やＯリング１３に照射され、これらを直接
的もしくは間接的に劣化させるという問題があった。

【０００７】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、有害な反射光を発生させることなくレーザ光
からレーザ光学部品保持部材等を保護することを可能に
したレーザ光学部品保持装置及び該レーザ光学部品保持
装置を用いた固体レーザ装置を提供することを目的とし
たものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明にかかるレーザ光学部品保持装置は、
（１） レーザ光が入・出射するレーザ光学部品を保持
する保持部材又は保持部材を含む周辺部材を有するレー
ザ光学部品保持装置であって、前記レーザ光学部品に入
・出射するレーザ光を通過させる開口部と、前記レーザ
光に対して前記保持部材又は保持部材を含む周辺部材を
覆うようにした保護部とを備えた保護板を有し、前記保
護板は、少なくともその表面が前記レーザ光を散乱する
性質を有する光散乱性物質で構成されたものであること
を特徴とする構成とした。

【０００９】また、この構成１の態様として、（２）
構成１のレーザ光学部品保持装置において、前記光散乱
性物質は、フッ素金雲母セラミックス、酸化マグネシウ
ムセラミックス及び酸化アルミニウムセラミックスのう
ちのいずれか１又は２以上の物質からなるものであるこ
とを特徴とする構成とした。

【００１０】さらに、この構成１又は２の態様として、
（３） 構成１又は２のレーザ光学部品保持装置におい
て、前記レーザ光学部品が、レーザ光発振もしくは光増
幅する固体レーザ媒体、又は、レーザ光発振及び光増
幅、レーザ光の変調、偏向もしくは波長変換を行う非線
形光学結晶であることを特徴とする構成とした。

【００１１】また、本発明にかかる固体レーザ媒体は、
（４） 固体レーザ媒体と、この固体レーザ媒体を励起
する励起光源と、前記固体レーザ媒体のレーザ光路上に
光軸を共通にして配置されたレーザ共振器とを備えた固
体レーザ装置において、前記固体レーザ媒体が、構成１
又は２のレーザ光学部品保持装置によって保持されたも
のであることを特徴とする構成としたものである。

【００１２】

【作用】上述の構成１〜３において、レーザ光学部品に
は保護板の開口部を通じてレーザ光が照射される。一
方、保持部材又は保持部材を含む周辺部材は、保護板の
保護部によって覆われている。ここで、この保護板の少
なくとも表面がレーザ光を散乱する性質を有する光散乱
性物質で構成されているので、仮にレーザ光が保護板に
照射されても保護板によって散乱されるから直接保持部
材等に照射されることはなく、したがって、保持部材等
が劣化したり損傷することがないとともに、保護板自体
もレーザ光のエネルギーを吸収して損傷することもな
い。しかも、保護板で散乱されたレーザ光はエネルギー
が四方に分散されるので、この散乱光によって他の光学
系に悪影響を与えるおそれもない。

【００１３】また、構成４によれば、固体レーザ媒体の
端部周辺部材等がレーザ光の照射により劣化することを
防止できる。

【００１４】

【実施例】レーザ光学部品保持装置の一実施例 図１は本発明の一実施例にかかるレーザ光学部品保持装
置の構成を示す斜視図、図２は図１におけるＩＩーＩＩ
線断面図である。

【００１５】これらの図において、符号１５はレーザ光
学部品を構成するＢＢＯ（βーＢａＢ₂ Ｏ₄ ）結晶、符
号１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄはヒートシンク、符
号１７ａ，１７ｂはペルチェ素子、符号１９は保護板、
符号２０は断面略逆Ｔ字形をなした取り付け台である。
この実施例のレーザ光学部品保持装置は、レーザ光学部
品として波長変換を行う非線形光学結晶たるＢＢＯ結晶
１５を保持するもので、略直方体形状のＢＢＯ結晶１５
の１対の対向する側面にペルチェ素子１７ａ，１７ｂを
接触させ、これらペルチェ素子１７ａ，１７ｂ並びにＢ
ＢＯ結晶１５の他の対向する１対の側面にそれぞれヒー
トシンク１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを接触させ、
これらヒートシンクを取り付け台２０に固定することに
より、ＢＢＯ結晶１５をヒートシンクで挾み込むように
して保持するものである。

【００１６】ＢＢＯ結晶１５は、寸法が５×５×７ｍｍ
の直方体をなし、５×５ｍｍの対向する１対の面の一方
の面である入射面１５ａから波長１．０６μｍの基本波
レーザ光Ｌ₁ を入射したとき、他方の面である出射面１
５ｂからこの基本波レーザ光の波長の１／２の波長のレ
ーザ光を含む光Ｌ₂ を射出する波長変換素子である。

【００１７】このＢＢＯ結晶１５の対向する１対の側
面、すなわち、図１中左右の側面には、弾性を有する伝
熱シート１８ａ，１８ｂを介してペルチェ素子１７ａ，
１７ｂが所定の接触圧で接触されている。また、これら
ペルチェ素子１７ａ，１７ｂはヒートシンク１６ａ，１
６ｂに図示しない適宜の固定手段で固定され、さらに、
これらヒートシンク１６ａ，１６ｂは、取り付け台２０
の取り付け板部２０ａに取り付けビス２２ａ，２２ｂに
よって固定されている。すなわち、ＢＢＯ結晶１５は伝
熱シート１８ａ，１８ｂの弾性力によって保持される。
なお、伝熱シート１８ａ，１８ｂはボロンナイトライド
を含有したシリコンゴムで構成され、ペルチェ素子１７
ａ，１７ｂはそれぞれ図示しない制御装置に接続されて
いる。

【００１８】また、ＢＢＯ結晶１５の対向する他の１対
の側面、すなわち、図１中上下の側面は、ヒートシンク
１６ｃ，１６ｄに接触され、また、これらヒートシンク
１６ｃ，１６ｄは、取り付け台２０の取り付け板部２０
ａに取り付けビス２２ｃ，２２ｄによって固定されてい
る。したがって、ＢＢＯ結晶１５はこれらペルチェ素子
１７ａ，１７ｂ及びヒートシンク１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄによってレーザ光の進行方向に直交する方向
の温度勾配が押さえられつつ一定の温度に維持されて保
持される。

【００１９】取り付け台２０は、図中水平方向に配置さ
れる板状基部２０ｂと、この基部２０ｂから図中上方に
向かって設けられた取り付け板部２０ａとからなり、取
り付け板部２０ａには、レーザ光通過孔２０ｃが設けら
れている。このレーザ通過光孔２０ｃはＢＢＯ結晶１５
の出射面１５ｂと略同じかやや大きい四角形状の孔であ
り、ＢＢＯ結晶１５を保持したとき、その出射面１５ｂ
に面するようになっている。 また、ＢＢＯ結晶１５の
入射面１５ａの前には、保護板１９が配置される。この
保護板１９は、フッ素金雲母セラミックスの粉末を焼結
したバルク材から、１５×１５×１ｍｍの正方形状の板
材を切削加工によって切り出し、その中央部にレーザ光
を通過させる開口部１９ａを設けたものである。この保
護板１９は、開口部１９ａの周囲にある板材からなる保
護部１９ｂを４本の固定ビス２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，
２３ｄでそれぞれヒートシンク１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄに固定することによって固定してある。この
保護板１９の開口部１９ａは４．５×４．５ｍｍの正方
形状をなしたもので、保護板１９はこの開口部１９ａの
中心がＢＢＯ結晶１５の入射面１５ａの中心に一致する
ように配置される。また、保護部１９ｂの表面は、表面
粗さがＲｍａｘでおおよそ２５μｍ内外の粗面となって
いる。この保護板１９の保護部１９ｂにレーザ光が照射
された場合、レーザ光は表面で散乱されてそのエネルギ
ーが四方に分散される。すなわち、保護部１９ｂに照射
されたレーザ光は、保護部１９ｂに吸収されたり、ある
いは、有害な反射光となるようなことはない。

【００２０】ヒートシンク１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１
６ｄはともにアルミ材からなる角柱体であり、各々の内
部に冷却水流通路が形成されており、冷却水導入パイプ
及び冷却水排出パイプを通じて冷却水が流通されるよう
になっている。なお、図１及び図２にあっては、ヒート
シンク１６ａ及び１６ｃに設けられた冷却水導入パイプ
１６ａ1 ，１６ｃ1 及び冷却水排出パイプ１６ａ2 ，１
６ｃ2 、並びに、ヒートシンク１６ｃ，１６ｄに設けら
れた冷却水流通路１６ｃ3 ，１６ｄ3 だけを示してあ
る。

【００２１】以上の構成において、いま、保護板１９ａ
の開口部を通じてＢＢＯ結晶１５の入射面１５ａから波
長１．０６μｍの基本波レーザ光Ｌ₁ を入射させると、
出射面１５ｂからこの基本波レーザ光の波長の１／２の
波長のレーザ光を含む光Ｌ₂が射出され、波長変換が行
われる。この場合、基本波レーザ光Ｌ₁ の一部が保護板
１９の開口部１９ａからはみだして保護部１９ｂに照射
されても、このレーザ光は保護部１９ａの表面で散乱さ
れてそのエネルギーが四方に分散される。すなわち、保
護部１９ｂに照射されたレーザ光は、保護部１９ｂに吸
収されたり、あるいは、有害な反射光となるようなこと
はない。これにより、保護板１９自体の損傷を防止しつ
つ、かつ、有害な反射光等を生じさせることなく、レー
ザ光Ｌ₁が、保持部材たる伝熱シート１８ａ，１８ｂや
ペルチェ素子１７ａ，１７ｂ、もしくはヒートシンク１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに直接照射されることを
効果的に防止することができる。

【００２２】固体レーザ装置の一実施例 図３は本発明の一実施例にかかる固体レーザ装置の構成
を示す断面図、図４は図３に示される固体レーザ装置の
斜視図である。

【００２３】これらの図において、符号１０は固体レー
ザ媒体、符号１１はキャビティ、符号１２は押さえ板、
符号１３はＯリング、符号２５は励起用のフラッシュラ
ンプ、符号２６はリフレクター、符号２７は全反射鏡、
符号２８は出力鏡である。なお、この実施例は図７に示
した従来の固体レーザ装置と基本構成が同じであるの
で、共通する部分には同一の符号を付してその詳細説明
を省略する。

【００２４】箱状をなしたキャビティ１１内の一方の部
位、すなわち、図中下部にはレーザ媒体１０が配置さ
れ、キャビティ１１に保持されている。レーザ媒体１０
はＮｄ：ＹＡＧレーザ媒体である。このレーザ媒体１０
の保持方法は上述の図７に示した従来の固体レーザ装置
とほぼ同じである。すなわち、レーザ媒体１０のレーザ
光の入・出射端面１０ａ，１０ｂの近傍の端部をキャビ
ティ１１の貫通孔１１ａ，１１ｂを通じて外部に露出さ
せ、これら端部を貫通孔１１ａ，１１ｂ内に取り付けら
れたＯリング１３，１３に挿通させ、これらＯリングを
押さえ板１２，１２によって押圧することによりＯリン
グ１３で締め付けるようにして固定している。また、キ
ャビティ１１内の他方の部位、すなわち、図中上部には
励起用フラッシュランプ２５が配置され、キャビティ１
１に保持されている。このフラッシュランプは図示しな
い外部電源装置に接続されている。さらに、キャビティ
１１の内周面には、フラッシュランプ２５の光を反射し
てレーザ媒体１０に集光するリフレクター２６が形成さ
れている。また、レーザ媒体１０の入・出射端面１０ａ
及び１０ｂにそれぞれ対向する部位には、レーザ媒体の
レーザ光路の光軸とその光軸を共通して全反射鏡２７及
び出力鏡２８が配置されている。なお、以上の構成は、
従来の周知のレーザ装置の構成と同じである。この実施
例のレーザ装置が従来のレーザ装置と異る点は、押さえ
板１２，１２の外側にこれら押さえ板を覆い、かつ、レ
ーザ媒体１０の入・出射端面１０ａ，１０ｂのみを外部
に露出させるようにした保護板１９１，１９２を設けた
点である。

【００２５】保護板１９１，１９２は、上述のレーザ光
学部品保持装置の一実施例における保護板１９を構成す
る材料と同じ材料で構成され、略同じ構成を有しおり、
それぞれレーザ光を通過させる開口部１９１ａ，１９２
ａと、レーザ光を散乱させる保護部１９１ｂ，１９２ｂ
とからなる。この場合、開口部１９１ａ，１９２ａの開
口形状は、レーザ媒体１０の外径とほぼ同じ内径の円形
であり、レーザ媒体１０に入・出射するレーザ光Ｌ₀ が
押さえ板１２やＯリング１３に直接照射されないように
なっている。なお、この実施例は、出力鏡２８の外側に
光軸を共通にして上述の一実施例にかかる光学部品保持
装置を配置することにより、波長変換したレーザ光を得
られるようにしたものである。

【００２６】上述の構成において、いま、励起光源２５
からレーザ媒体１０に励起光Ｌを照射すると、全反射鏡
２７と出力鏡２８からなるレーザ共振器内でレーザ光Ｌ
₀ が生じ、出力鏡２８を通じて波長１．０６μｍの発振
レーザ光Ｌ₁ が得られる。この発振レーザ光Ｌ₁ は光学
部品保持装置によって保持されたＢＢＯ結晶を通過する
ことにより、波長を１／２に変換されたレーザＬ₂ （波
長；５３２ｎｍ）として取り出される。

【００２７】この実施例によれば、レーザ媒体１０に入
・出射するレーザ光Ｌ₀ の一部がレーザ媒体１０の入・
出射端面１０ａ，１０ｂからはみだした場合でも、この
はみだしたレーザ光は保護板１９１，１９２の保護部１
９１ｂ，１９２ｂによって散乱され、押さえ板１２，１
２やＯリング１３，１３等に直接照射されることがな
い。したがって、これら押さえ板１２，１２等が損傷あ
るいは劣化することがないとともに、有害な反射光を生
じさせるようなこともない。

【００２８】なお、この実施例においては、ＢＢＯ結晶
を保持したレーザ光学部品保持装置を全反射鏡２７と出
力鏡２８からなるレーザ共振器の外に設けた例をかかげ
たが、ＢＢＯ結晶をレーザ共振器内に配置するようにし
てもよい。その場合には、レーザ光学部品保持装置にお
ける取り付け台２０の取り付け板部２０ａの外側にも保
護板１９と同じ保護板を取り付ける必要がある。また、
出力鏡２８としては波長１．０６μｍのレーザ光をほぼ
１００％反射し、一方、波長５３２ｎｍのレーザ光をほ
ぼ１００％透過するダイクロイックミラーを用いる。

【００２９】また、レーザ媒体１０としてレーザ発振と
波長変換との双方を行う非線形結晶、例えば、ＮＹＡＢ
（Ｎｄ_x Ｙ_1-x Ａｌ_s （ＢＯ₃ ）₄ ）、Ｎｄ：ＭｇＯ：
ＬｉＮｂＯ₃ 、ＥＹＡＢ（Ｅｒ_x Ｙ_1-x Ａｌ₂ （Ｂ
Ｏ₃ ）₄ ）等を用いれば、ＢＢＯ結晶を用いる必要な
く、５３２ｎｍの波長のレーザ光を得ることができる。

【００３０】さらに、上述の各実施例では、保護板を構
成する光散乱性物質として、フッ素金雲母セラミッスス
を用いた例をかかげたが、これと同様の機能を有する他
の物質、例えば、酸化マグネシウムセラミックス、酸化
アルミニウムセラミックス又はこれらの混合物、あるい
は、米国ＬＡＢＳＰＨＥＲＥ社から販売されているフッ
素樹脂の一種であるスペクトラロン（ＬＡＢＳＰＨＥＲ
Ｅ社の商品名）等を用いてもよい。また、これらのセラ
ミックス等は特に積極的に粗面化処理を施さなくてもレ
ーザ光を散乱させる性質を有しているが、これらに積極
的に粗面化加工等の粗面化処理を施せばより散乱特性が
向上することは勿論である。

【００３１】また、レーザ光学部品保持装置に保持され
るレーザ光学部品としては、ＢＢＯ結晶の外に、他の波
長変換素子たるＫＤＰ、ＫＴＰ、ＬＢＯ、偏向用非線形
結晶たるＬｉＮｂＯ₃ 、ＫＤＰ、もしくは、レーザ飽和
吸収用結晶たるＬｉＦ等がある。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかるレ
ーザ光学部品保持装置は、レーザ光学部品に入・出射す
るレーザ光を通過させる開口部と、レーザ光に対して保
持部材又は保持部材を含む周辺部材を覆うようにした保
護部とを備えた保護板を、少なくともその表面が前記レ
ーザ光を吸収せずに散乱する性質を有する光散乱性物質
で構成したものであり、本発発明にかかる固体レーザ装
置は、この発明のレーザ光学部品保持装置によって固体
レーザ媒体を保持するようにしたもので、これにより、
有害な反射光を発生させることなくレーザ光からレーザ
光学部品を保持する保持部材等を保護することを可能に
したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のレーザ光学部品保持装置の
構成を示す斜視図である。

【図２】図１のＩＩーＩＩ線断面図である。

【図３】本発明の一実施例の固体レーザ装置の構成を示
す断面図である。

【図４】本発明の一実施例の固体レーザ装置の構成を示
す斜視図である。

【図５】従来のレーザ光学部品保持装置の構成を示す斜
視図である。

【図６】図５のＶＩーＶＩ線断面図である。

【図７】従来の固体レーザ装置の構成を示す部分断面図
である。

【符号の説明】

１０…レーザ媒体、１１…キャビティ、１２…押さえ
板、１３…Ｏリング、１５…レーザ光学部品を構成する
ＢＢＯ結晶、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…ヒート
シンク、１７ａ，１７ｂ…ペルチェ素子、１９，１９
１，１９２…保護板、１９ａ，１９１ａ，１９２ａ…開
口部、１９ｂ，１９１ｂ，１９２ｂ…保護部、２０…取
り付け台。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光が入・出射するレーザ光学部品
   を保持する保持部材又は保持部材を含む周辺部材を有す
   るレーザ光学部品保持装置であって、 前記レーザ光学部品に入・出射するレーザ光を通過させ
   る開口部と、前記レーザ光に対して前記保持部材又は保
   持部材を含む周辺部材を覆うようにした保護部とを備え
   た保護板を有し、 前記保護板は、少なくともその表面が前記レーザ光を散
   乱する性質を有する光散乱性物質で構成されたものであ
   ることを特徴としたレーザ光学部品保持装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ光学部品保持装
   置において、 前記光散乱性物質は、フッ素金雲母セラミックス、酸化
   マグネシウムセラミックス及び酸化アルミニウムセラミ
   ックスのうちのいずれか１又は２以上の物質からなるも
   のであることを特徴としたレーザ光学部品保持装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のレーザ光学部品
   保持装置において、 前記レーザ光学部品が、レーザ発振もしくは光増幅する
   固体レーザ媒体、又は、レーザ発振及び光増幅、レーザ
   光の変調、偏向もしくは波長変換を行う非線形光学結晶
   であることを特徴としたレーザ光学部品保持装置。
4. 【請求項４】 固体レーザ媒体と、 この固体レーザ媒体を励起する励起光源と、 前記固体レーザ媒体のレーザ光路上に光軸を共通にして
   配置されたレーザ共振器とを備えた固体レーザ装置にお
   いて、 前記固体レーザ媒体が、請求項１又は２に記載のレーザ
   光学部品保持装置によって保持されたものであることを
   特徴とした固体レーザ装置。