JPH05267753A - 固体レーザ装置 - Google Patents

固体レーザ装置

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JPH05267753A
JPH05267753A JP6363692A JP6363692A JPH05267753A JP H05267753 A JPH05267753 A JP H05267753A JP 6363692 A JP6363692 A JP 6363692A JP 6363692 A JP6363692 A JP 6363692A JP H05267753 A JPH05267753 A JP H05267753A
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Teiu Chin
定宇 陳
Mitsuyoshi Watanabe
光由 渡▲なべ▼
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Brother Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体レーザ励起固体レーザにおいて、レーザ
発振時にレーザ媒質の中心部に残留する熱エネルギーを
完全に除去し、ビーム品質の高い固体レーザ装置を提供
する。 【構成】固体レーザ媒質10のレーザ光出力する端面、
あるいはその反対側にある端面に、透光性熱伝導体11
を密着する。レーザ発振時にレーザ媒質10に吸収され
た励起光によるエネルギー中、レーザ発振に寄与しない
分は熱エネルギーに変換されて、レーザ媒質10内で発
熱するが、この熱をレーザ媒質10の端面に密着する透
光性熱伝導体11によって除去でき、レーザ媒質10の
光軸15に対して垂直な方向における温度の上昇が防止
できる。この場合、光軸方向における温度分布が無視で
き、レーザ媒質10の側面に密着された熱伝導体が不必
要となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光によりレーザ媒質を
励起し、レーザ発振させる固体レーザ装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の熱効果を除去するランプ励起固体
レーザ装置の一例を図7に示す。図7の従来の固体レー
ザ装置50は、断面が矩形のレーザ媒質51と、その側
面に接着層53により接着された熱伝導体52と、レー
ザ媒質51の端面に配置され、その表面を冷却する冷媒
54と、励起ランプ57と、一対の共振器鏡59,60
からなる光共振器、などから構成されている。
【0003】次に、この構成の固体レーザ装置50の動
作を簡単に説明する。励起ランプ57より発光した励起
光は、レーザ媒質51に吸収されて、そのエネルギーの
一部は一対の共振器ミラー59、60によりレーザビー
ム62として媒質外に取り出される。このレーザ発振時
にレーザ媒質51に吸収された励起光によるエネルギー
中、レーザ発振に寄与しない分は熱エネルギーに変換さ
れて、この熱をレーザ媒質51の側面に密着して設けら
れた熱伝導体52によって、密着面での発熱を除去し、
並びにこの熱伝導体52及びレーザ媒質51を循環する
冷媒54によって冷却する。このように、レーザ媒質内
の温度分布に基づく熱レンズ効果を低減した固体レーザ
装置が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置においては、前記冷却手段により、前記熱レンズ効
果を低減する際、液状の冷媒を冷却するための大型な循
環水冷装置を要し、レーザ装置の小型化には不向きであ
る。
【0005】また、装置を小型化するために、冷媒を用
いず、熱伝導体のみで冷却した場合には、光軸に沿うレ
ーザ媒質の中心部からの光照射により発生する熱エネル
ギーの一部のみは、熱拡散によりレーザ媒質の側面に伝
搬され、除去できるが、レーザ媒質の中心部に残留する
熱エネルギーを完全に除去することができず、したがっ
て、発振ビームパターンの歪を防ぎ、発振効率の低下を
防止し、ビーム品質の高い固体レーザ装置が得られない
問題点があった。
【0006】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、レーザ媒質の中心部に残留する
熱エネルギーを完全に除去することができて、ビーム品
質の高い固体レーザ装置を提供することを目的としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の固体レーザ装置は、光によって励起するレー
ザ媒質と、このレーザ媒質を含む光共振器とから構成し
たものであり、前記レーザ媒質のレーザ光出力する端
面、あるいはその反対側にある端面の少なくとも一方に
透光性熱伝導体を密着させたことを特徴とする固体レー
ザ装置を備えている。
【0008】また、前記固体レーザ装置において、励起
に半導体レーザを用いてもよい。
【0009】また、前記固体レーザ装置において、非線
形光学素子を光共振器内に含んでもよい。
【0010】
【作用】上記の構成を有する本発明の固体レーザ装置
は、光によってレーザ媒質を励起すると、レーザ媒質を
含む光共振器からレーザビームを取り出すことができ
る。この際レーザ媒体は発熱するが、この熱は透光性熱
伝導体により吸収され、レーザ媒質の温度変化が防止で
きる。
【0011】また、前記固体レーザ装置において、励起
に半導体レーザを用いても、前記手段でレーザ媒質の発
熱を吸収し、レーザ媒質の温度変化が防止できる。
【0012】また、前記固体レーザ装置において、非線
形光学素子を光共振器内に含んでも、前記手段でレーザ
媒質並びに非線形光学素子の発熱を吸収し、その温度変
化が防止できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
【0014】まず、本発明の第一の実施例の固体レーザ
装置の構成図を図1に示す。
【0015】本実施例のレーザ装置70は、光軸15上
に配置された励起用半導体レーザ16と、前記半導体レ
ーザ16の発振光17を集光するレンズ系20と、前記
発振光17が集光された場所に配置されたレーザ媒質1
0と、前記レーザ媒質10の半導体レーザ16側端面に
配置された透光性熱伝導体11と、レーザ媒質10の両
側に配置された一対の入出力ミラー12、14からなる
光共振器とから構成されている。
【0016】ここでは、半導体レーザ16の波長を80
8nmとし、レーザ媒質10としてNd:YAG結晶を
用いた。入力ミラー12は、波長1064nmには高反
射、波長808nmには高透過となるコーティング13
が施してあり、出力ミラー14は、1064nmの一部
が透過し、その他は反射するコーティング22施してあ
る。透光性熱伝導体11は、図2に示すように、可視光
から赤外光までを透過する熱伝導体材料、例えばAl2
3(熱伝導率K:0.303W/cmdeg)、MgO(熱伝導率
K:0.362W/cmdeg)、BeO(熱伝導率K:2.205W/cmd
eg)を用いることができ、ここでは、Al23を用い
た。ちなみにレーザ媒質10のNd:YAG結晶の熱伝
導率Kは0.12W/cmdegである。透光性熱伝導体11とレ
ーザ媒質10とを接着するための接着材19として透明
シリコン系接着剤を用いることができ、例えばシルポッ
ト186(熱伝導率K:0.0015W/cmdeg)を用い、接着
層の厚みを50〜100μmとした。
【0017】この構成のレーザ装置の動作を次に説明す
る。半導体レーザ16から出射した波長808nmの励
起光17は、集光レンズ系20により集光され、Nd:
YAG結晶10に吸収される。Nd:YAG結晶10は
励起光17を吸収し、誘導放出と共振動作により、波長
1064nmの基本波18を発生する。基本波18は、
その一部が出力ミラー14を透過して外部に出力され
る。波長1064nmには高反射、波長808nmには
高透過となるコーティング13と、1064nmの一部
が透過し、その他は反射するコーティング22で光共振
器を形成し、レーザ光を発振させる。このレーザ発振時
にレーザ媒質10に吸収された励起光によるエネルギー
中、レーザ発振に寄与しない分は熱エネルギーに変換さ
れて、レーザ媒質内で発熱するが、この熱をレーザ媒質
10の端面に密着する透光性熱伝導体11によって除去
でき、レーザ媒質の光軸に対して垂直な方向における温
度の上昇が防止できる。この場合、光軸方向における温
度分布が無視でき、レーザ媒質の側面に密着された熱伝
導体が不必要となる。
【0018】なお、本実施例では、透光性熱伝導体11
はレーザ媒質10の半導体レーザ16側端面に配置され
たが、レーザ媒質10の出力ミラー14側端面に配置さ
れてもよい。また、二枚の透光性熱伝導体11を用い
て、レーザ媒質10の両側に同時に配置されてもよい。
【0019】図3に、実施例1から集光レンズ及び入出
力ミラーを省略した変形例である実施例2を示す。
【0020】本実施例の固体レーザ装置80は、光軸上
に配置された固体レーザ媒質10と、前記固体レーザ媒
質10を励起するための半導体レーザ16と、前記固体
レーザ媒質10の前記半導体レーザ16側端面に、波長
1064nmには高反射、波長808nmには高透過と
なるコーティング13を施した上、球状の透光性熱伝導
体11と、その反対側端面に、1064nmの一部が透
過し、その他は反射するコーティング22を施した球状
の透光性熱伝導体11とから構成されている。レーザ媒
質10の両側にあるコーティングされた球面は実施例1
の固体レーザ装置にある入出力ミラーと同様に光共振器
を形成する上、固体レーザ媒質10の前記半導体レーザ
16側端面の球状の透光性熱伝導体11は固体レーザ装
置70での集光レンズ系20と同等な集光機能を持つ。
したがって、レーザ媒質10の両側にあるコーティング
された球面によって、実施例1から集光レンズ系及び入
出力ミラーを省略することができ、固体レーザ装置が一
層小型化できる。
【0021】この構成で、Nd:YAGレーザ基本波を
発生する過程及び端面にある透光性熱伝導体による熱効
果の除去する過程は、実施例1の固体レーザ装置と同様
である。
【0022】次に、固体レーザ装置70を第2高調波発
生に応用した実施例3を、図4を参照しながら説明す
る。
【0023】図4の固体レーザ装置90は、第2高調波
発生用の非線形光学素子例えばKTiOPO4(以下、K
TPと略す。)26を光共振器内に設置した構成であ
る。前記固体レーザ装置90は、光軸15上に配置され
た励起用半導体レーザ16と、前記半導体レーザ16の
発振光17を集光するレンズ系20と、前記発振光17
が集光された場所に配置されたレーザ媒質10と、前記
レーザ媒質10の半導体レーザ16側端面に配置された
透光性熱伝導体11と、レーザ媒質10の両側に配置さ
れた一対の入出力ミラー12、14からなる光共振器
と、前記固体レーザ媒質10より発生する基本波光18
を倍波し、レーザ媒質10と出力ミラー14の間に配置
された非線形素子KTP26とから構成されている。
【0024】ここでは、半導体レーザ16の波長を80
8nmとし、レーザ媒質10としてNd:YAG結晶を
用いた。入力ミラー12は、波長1064nmには高反
射、波長808nmには高透過となるコーティング13
が施してあり、出力ミラー14は、波長1064nmに
対して高反射、波長532nmに対して高透過するよう
にコーティング23が施されている。本実施例の固体レ
ーザ装置90では、光共振器内で共振動作した基本波1
8の一部が、KTP26内で第2高調波28に変換され
る。第2高調波28の波長は532nmであるから、出
力ミラー14を透過して外部に出力される。
【0025】この構成で、Nd:YAGレーザ基本波を
発生する過程及び端面にある透光性熱伝導体による熱効
果の除去する過程は、実施例1の固体レーザ装置と同様
である。
【0026】なお、本実施例では、透光性熱伝導体11
はレーザ媒質10の入力ミラー12側端面に配置された
が、レーザ媒質10の出力ミラー14側端面に配置され
てもよい。また、二枚の透光性熱伝導体11を用いて、
レーザ媒質10の両側に同時に配置されてもよい。ま
た、非線形素子26のどちらか片側または両側に配置さ
れてもよい。さらに、非線形素子26を入力ミラー12
とレーザ媒質10の間に配置されてもよい。
【0027】次に、実施例3の変形例である実施例4の
第2高調波発生用の固体レーザ装置100を、図5を参
照しながら説明する。
【0028】レーザ媒質10及びKTP26端面に透光
性熱伝導体11で球面形状を形成し、入出力ミラー12
及び14と同等の機能をもたせ、光共振器を形成し、熱
効果を除去することも可能である。この際、透光性熱伝
導体11でKTP26端面に球面を形成した後、透光性
熱伝導体11に、波長1064nmに対して高反射、波
長532nmに対して高透過するようなコーティング2
3を施す。また、透光性熱伝導体11で固体レーザ媒質
10端面に球面を形成した後、透光性熱伝導体11に、
波長1064nmには高反射、波長808nmには高透
過となるコーティング13を施す。
【0029】レーザ媒質10の両側にあるコーティング
された球面は実施例3の固体レーザ装置にある入出力ミ
ラーと同様に光共振器を形成する上、固体レーザ媒質1
0の前記半導体レーザ16側端面の球状の透光性熱伝導
体11は固体レーザ装置90での集光レンズ系20と同
等な集光機能を持つ。したがって、レーザ媒質10の両
側にあるコーティングされた球面によって、実施例3か
ら集光レンズ系及び入出力ミラーを省略することがで
き、固体レーザ装置が一層小型化できる。
【0030】この構成で、Nd:YAGレーザ基本波及
び第2高調波を発生する過程、端面にある透光性熱伝導
体による熱効果の除去する過程は、実施例3の固体レー
ザ装置と同様である。
【0031】なお、本実施例では、レーザ媒質10と非
線形素子26とを密着して配置されたが、レーザ媒質1
0と非線形素子26との間に透光性熱伝導体11を挿入
してもよい。
【0032】次に、この固体レーザ装置を和周波発生に
応用した実施例5を、図6に示す。図6の固体レーザ装
置110は、和周波発生用の非線形光学素子例えばKT
P27を光共振器内に設置した構成である。前記固体レ
ーザ装置110は、光軸15上に配置された励起用半導
体レーザ16と、前記半導体レーザ16の発振光17を
集光するレンズ系20と、前記発振光17が集光された
場所に配置されたレーザ媒質10と、前記レーザ媒質1
0の半導体レーザ16側端面に配置された透光性熱伝導
体11と、レーザ媒質10の両側に配置された一対の入
出力ミラー12、14からなる光共振器と、前記固体レ
ーザ媒質10より発生する基本波光18を和周波し、レ
ーザ媒質10と出力ミラー14の間に配置された非線形
素子KTP27とから構成されている。
【0033】和周波発生用の非線形光学結晶KTP27
は、図4、5の第2高調波発生用の非線形素子KTP2
6とは光軸に対する結晶軸の方向が違い、従って位相整
合が成立する波長が異なっている。ここで用いたKTP
27は、半導体レーザの出射光の波長808nmと、N
d:YAGレーザ基本波の波長1064nmで位相整合
条件が成立ち、波長459nmの青色のレーザ光を発生
する。なお、コーティング13は波長808nmに対し
て高透過、波長1064nmに対して高反射、コーティ
ング24は波長1064nmに対して高反射、波長45
9nmに対して高透過である。従って、KTP27で発
生した波長459nmのレーザ光29はコーティング2
4を透過して、外部に出力される。
【0034】また、和周波発生用の固体レーザ装置は、
レーザ媒質10及びKTP27端面に透光性熱伝導体1
1で球面形状を形成し、入出力ミラー12及び14と同
等の機能をもたせ、それぞれのミラー端面に前記コーテ
ィング13、コーティング24を施し、光共振器を形成
し、実施例5から集光レンズ系及び入出力ミラーを省略
することができ、実施例2、4と同様にレーザ装置をよ
り小型化することが可能である。
【0035】この構成で、Nd:YAGレーザ基本波を
発生する過程及び端面にある透光性熱伝導体による熱効
果の除去する過程は、実施例1の固体レーザ装置と同様
である。
【0036】なお、本実施例では、透光性熱伝導体11
はレーザ媒質10の入力ミラー12側端面に配置された
が、レーザ媒質10の出力ミラー14側端面に配置され
てもよい。また、二枚の透光性熱伝導体11を用いて、
レーザ媒質10の両側に同時に配置されてもよい。さら
に、非線形素子27のどちらか片側または両側に配置さ
れてもよい。
【0037】なお、本実施例において固体レーザ媒質に
Nd:YAGを使用したが、Nd:YVO4など、他の固
体レーザ媒質でも構わない。また、非線形光学素子にK
TPを使用したが、有機非線形光学素子など他の非線形
光学材料でも構わない。その他、本発明の主旨を逸脱し
ない範囲に於て、種々の変更を加えることができる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の固体レーザ装置は、レーザ媒質のレーザ光出力す
る端面、あるいはその反対側にある端面の少なくとも一
方に透光性熱伝導体と密着することにより熱効果を取り
除き、よりビーム品質の高い固体レーザ装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の固体レーザ装置の構成図である。
【図2】透光性熱伝導体をレーザ媒質に密着した部分の
詳細図である。
【図3】実施例2の固体レーザ装置の構成図である。
【図4】実施例3の第2高調波発生用固体レーザ装置の
構成図である。
【図5】実施例4の第2高調波発生用固体レーザ装置の
構成図である。
【図6】実施例5の和周波発生用固体レーザ装置の構成
図である。
【図7】従来のの固体レーザ装置の構成図である。
【符号の説明】 10 Nd:YAG結晶 11 透光性熱伝導体 16 半導体レーザ 26 第2高調波発生用KTP 27 和周波発生用KTP

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光によって励起するレーザ媒質と、前記
    レーザ媒質を含む光共振器とから構成した固体レーザ装
    置において、 前記レーザ媒質のレーザ光が出力する端面、あるいはそ
    の反対側にある端面の少なくとも一方に透光性熱伝導体
    を密着させたことを特徴とする固体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の固体レーザ装置におい
    て、励起に半導体レーザを用いたことを特徴とする固体
    レーザ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の固体レーザ装置におい
    て、非線形光学素子を光共振器内に含むことを特徴とす
    る固体レーザ装置。
JP6363692A 1992-03-19 1992-03-19 固体レーザ装置 Pending JPH05267753A (ja)

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