JPH05343765A - スラブ形固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スラブ状レーザ媒体と励起光源とを、レーザ媒
体から出たレーザ光を外部へ導く透光部材を保持する収
納容器内に収納してなる固体レーザ装置を、高出力かつ
ビームの広がり角の小さい装置に構成する。 【構成】複数本のスラブ状レーザ媒体２を、熱絶縁され
る側面と垂直の方向に側面同志を重ねつつ一平面を形成
するように並列に並べたレーザ媒体並列体２０を、収納
容器１内に収納するレーザ媒体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
などを対象とした高出力のスラブ形固体レーザ装置に関
し、装置の構成として、レーザ光を全反射する１対の全
反射面と，熱絶縁される１対の側面とを備えたスラブ状
のレーザ媒体と、スラブ状レーザ媒体の両側にかつ前記
両側面間の幅を２等分する，全反射面に垂直な平面内に
全反射面と平行に配される直管状の励起光源とを収納す
るとともに、レーザ媒体から出たレーザ光を外部へ導く
１対の透光部材を保持する収納容器と、該収納容器の外
部に配され該１対の透光部材とそれぞれ対向する全反射
ミラーおよび出力ミラーとを備えてなるスラブ形固体レ
ーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のスラブ形固体レーザ装置の構
成, 原理は、例えば、本発明と同一出願人が先に提案し
た特開平３−２２５７９号公報などに開示されている。
また、本発明の出願人は、前記のスラブ形固体レーザ装
置に対し、レーザ光が出入りするレーザ媒体の両端面が
レーザ光の進行方向に対して傾いた斜端面として形成さ
れ、この斜端面に最小の間隔をもって対向するレーザ光
透過部材を収納容器のレーザ光取出し部に設けた構成を
特願平２−３２４０７１号にて提案している。

【０００３】ここで、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザは、イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット (略称ＹＡＧ)
の結晶体を母材に、活性媒質としてＮｄイオンを注入し
たものであり、前記レーザ材料を炉内で溶解し、引上げ
装置により結晶を育成しながら引き上げた単結晶体のロ
ッドから良質部分を切り出してスラブ形のレーザ媒質を
製造するようにしている。なお、前記のようにして製造
されるＮｄ：ＹＡＧレーザは製造技術面から大きな単結
晶体を得ることが困難であり、現在メーカから入手可能
なサイズは最大でも縦１０mm、横２７mm、長さ２１０mm
程度である。

【０００４】一方、固体レーザ装置のレーザ出力、特に
連続動作での発振出力は、装置内に組み込まれたレーザ
媒体の大きさに支配されて決まる。ところで、前述した
固体レーザ装置では１台の装置ごとにその収納容器内に
１本の単結晶レーザ媒体を収容して構成されており、こ
のために装置１台のレーザ出力も自ずと限界がある。そ
こで、特に大出力レーザ装置の要求に対しては、複数台
のレーザ発振器を直列に連結して用いるカスケード接続
型固体レーザ装置が従来より提唱され、既に実用化され
ている。図１２はこのカスケード接続型固体レーザ装置
を示すものであり、共通架台２０の上に光軸を合わせて
複数基の固体レーザ発振器２１を直列に配置し、かつそ
の両側に共振器用ミラーとして全反射ミラー２２, 出力
ミラー２３を配備して構成されている。なお、各レーザ
発振器２１には各基ごとに単結晶体の固体レーザ媒体２
４, 励起光源などが収納容器に組み込まれている。な
お、Ｌはレーザ光、ＬＯはレーザ出力を示す。かかる構
成により装置全体でのレーザ出力は各基のレーザ発振器
２１の出力の総和にほぼ等しくなり、これにより大出力
のレーザ装置が得られる。

【０００５】しかし、前記したカスケード接続型レーザ
装置は、次記のような難点がある。すなわち、 (1) 共通架台２０の上に複数基のレーザ発振器２１を個
々に据付ける際には、各レーザ発振器２１の固体レーザ
媒体２４, ミラー２２, ２３の相互間で光軸を正確に合
わせることが必要であり、多少でも光軸がずれていると
パワー損失が増大して所定の出力特性が得られない。し
かも、この光軸合わせの調整作業は極めて厄介であり、
高精度な位置決めには多くの労力と時間を要する。ま
た、このような調整を工場出荷試験時に行っても、製品
を現地に輸送する際に振動などが加わると共通架台２０
に対する個々のレーザ発振器２１の据付位置が微妙に狂
うことが避けられず、このために据付け先の現地では再
度調整が必要となるなど、その取扱いが極めて面倒であ
る。

【０００６】(2) また、かかるカスケード接続型レーザ
装置の構成要素である各基のレーザ発振器２１は個々に
独立して製作されるために、装置全体が大形化するほ
か、トータル的なコストが嵩んで非常に高価なものとな
る。以上のような問題点を解決するため、本発明者はさ
きに、高出力のスラブ形固体レーザ装置として、複数本
のスラブ形レーザ媒体を同一の収納容器内に光軸を合わ
せて直列に並べて収納配備するようにした, 図１１にそ
の一実施例を示すごとき装置構成を提案した (特願平３
−１０７６８５号) 。図において、符号２,２が直列に
並べられたスラブ状レーザ媒体であり、収納容器１に保
持されたレーザ光透過部材７との間に介装されたスラブ
形導光部材６とともにレーザ光の光路を構成する。な
お、図において、符号３は直管状の励起光源ランプ、４
はレーザ媒体に有害な紫外光を遮断する紫外光ファルタ
である。また、この装置構成において、光軸合わせのた
めのレーザ媒体の高精度な位置決めを容易にするため、
収納容器の内壁面を取付け座面として図１１には位置の
みを示すレーザ媒体の保持具を設置し、該保持具を介し
て収納容器内に配列した各レーザ媒体を所定位置に位置
決め固定することを提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、高出力の
スラブ形固体レーザ装置を得るのに、複数本のスラブ形
レーザ媒体を直列に並べる場合でも、同一出力を得るの
に装置はできるだけ小形にしたいので、レーザ媒体とし
てはできるだけ幅の広いものを用いて直列数を少なくす
るようにする。このため、レーザ媒体の全反射面間では
温度分布があってもレーザ光が全反射面間をジグザグに
進行するため、温度分布によって生じる熱応力分布に基
づく屈折率分布が平均化されて全反射面間ではビームの
広がり角を小さくすることができる一方、熱絶縁される
両側面間の幅方向の温度分布は、側面の完全な熱絶縁が
困難であることから避け難いので、温度分布によって生
じる熱応力分布に従った屈折率分布が生じ、この屈折率
分布は全反射面間の屈折率分布のようにレーザ光の進路
により平均化されることがないので、ビームの広がり角
を生じ、レーザ光による熱加工等で必要とされる，ビー
ムを小さなスポットに収斂させることが困難になるとい
う問題が生じる。

【０００８】また、スラブ状レーザ媒体では、レーザ光
を全反射面で全反射させてジグザグに進行させるために
レーザ光が出入りする端面は全反射面に対してある角度
を持たせており、このため、レーザ媒体端部には、側面
側からみて鋭角部が存在する。鋭角部ではレーザ媒体の
剛性が小さくなるので、研磨により角度の精度を出すの
が難しくなり、また取扱い時に先端を損傷させる恐れが
ある。

【０００９】本発明の目的は、高出力であるにもかかわ
らずビームの広がり角が小さくなり、さらにスラブ状レ
ーザ媒体の端面加工も容易となる小形なスラブ形固体レ
ーザ装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、複数本のレーザ媒体を、熱絶縁
される側面と垂直の方向に側面同志を重ねつつ一平面を
形成するように並列に並べてレーザ媒体並列体を形成
し、該レーザ媒体並列体を、収納容器内に収納配備する
レーザ媒体とする。

【００１１】この場合、装置の使用目的により、レーザ
媒体並列体を、収納容器内で、光軸を合わせて複数直列
に並べてもよい。また、レーザ媒体並列体のレーザ光が
出入りする両端面は、全反射面に対して傾斜し側面に対
して垂直な斜端面に形成するようにしてもよい。この場
合には、両端面が斜端面に形成されたレーザ媒体並列体
と，収納容器に保持された１対の透光部材との間にそれ
ぞれ、レーザ媒体並列体を構成する各レーザ媒体に共通
なスラブ形導光部材を、レーザ媒体並列体と光軸を合わ
せてするようにすればさらに好適である。

【００１２】また、レーザ媒体並列体のレーザ光が出入
りする両端面を、全反射面と側面とに垂直な垂直端面に
形成するとともに、収納容器に保持された１対の透光部
材とレーザ媒体並列体との間にそれぞれ、レーザ媒体並
列体を構成する各レーザ媒体に共通なスラブ形導光部材
を、レーザ媒体並列体と光軸を合わせて配するようにす
れば極めて好適である。

【００１３】なお、レーザ媒体並列体を構成する各レー
ザ媒体は、レーザ媒体並列体の全体幅の中央部に近いも
のほど、熱絶縁される側面間の幅を大きく形成するのが
よい。また、レーザ媒体並列体の収納容器内の保持は、
収納容器の内壁面を取付け座面とする保持具により、レ
ーザ媒体並列体を構成する各レーザ媒体が側面同志互い
に押圧する状態となるようにレーザ媒体並列体をその両
外側の熱絶縁材を介して挟持することにより行うように
すれば好適である。

【００１４】

【作用】すでに述べたように、レーザ媒体側面の完全な
熱絶縁は困難であり、このため、レーザ媒体の幅方向の
温度分布は避けられない。そして、幅が広いほど、温度
分布による熱応力分布が大きくなり、屈折率分布が増し
てビームの広がり角が大きくなる。以下、レーザ媒体内
の温度分布と熱応力分布との関係につき説明する。

【００１５】まず、図５にレーザ媒体側面の熱絶縁が完
全な場合のレーザ媒体内の温度分布を、また、図６にレ
ーザ媒体側面の熱絶縁が不完全な場合のレーザ媒体内の
温度分布を示す。図５のように、レーザ媒体側面の熱絶
縁が完全な場合にはレーザ媒体側面間方向すなわち幅方
向 (ｙ方向) の温度は、全反射面間の方向すなわち厚み
方向 (ｘ方向) の位置ごとに一定になる。なお、厚み方
向には、厚みの中央部で温度が最高となり、全反射面位
置で最も低い抛物線分布となる。

【００１６】一方、図６のように、レーザ媒体側面の熱
絶縁が不完全な場合には、幅方向の温度分布が不均一と
なるほか、厚み方向にも、幅方向の位置ごとに異なった
温度分布を示す。そこで、図６のように、レーザ媒体側
面の熱絶縁が不完全な場合、すなわち幅方向の温度分布
が存在する場合の幅方向熱応力分布を求めてみる。

【００１７】図７は同一幅のレーザ媒体を１個の単結晶
で形成した場合の幅方向温度分布と，この温度分布によ
る全反射面内長手方向 (レーザ光進行方向) 熱応力の幅
方向分布とを示す。幅方向中央部の温度が側面側よりも
高いため、中央部には圧縮応力, 側面側には引張り応力
が現れ、この応力分布に従い、幅方向に屈折率分布が現
れる。

【００１８】図８に、同一幅のレーザ媒体を３個の単結
晶で形成した場合の幅方向温度分布と，この温度分布に
よる全反射面内長手方向 (レーザ光進行方向) 熱応力の
幅方向分布とを示す。幅全体での温度分布は図７の場合
と同じであるが、熱応力分布は、各単結晶ごとの温度分
布 (幅方向の温度差) に従って現れ、各単結晶における
圧縮応力, 引張応力はともに図７の場合と比較して大幅
に小さくなり、これに伴い、幅方向の屈折率分布も大幅
に均一化される。そこで、レーザ媒体の幅全体のなかで
各単結晶の幅をどのような割合で割り振ったときに熱応
力 (圧縮応力,引張応力) が最小となるかを求めてみ
る。

【００１９】図９に示すように、レーザ媒体の幅全体の
なかの幅ｈを対象とし、その上面 (Ｂ面) と下面 (Ａ
面) とで温度差Δθが存在するものとすると、この温度
差Δθにより、幅ｈの部分は図のように湾曲する。湾曲
の曲率半径をＡ面でＲとし、幅ｈ部分の長手方向の長さ
を角度ｄδでみてみると、この長さは、Ａ面およびＢ面
でそれぞれ

【００２０】

【数１】 ｌ_A ＝Ｒｄδ (1)

【００２１】

【数２】 ｌ_B ＝ (Ｒ＋ｈ) ｄδ (2) となる。材料の線膨脹係数をαとすると、Ａ面、Ｂ面の
伸びの差Δｌは、

【００２２】

【数３】 Δｌ＝ｌ_A ・α・Δθ＝Ｒｄδ・α・Δθ (3) Δｌ＝ｌ_B −ｌ_A であるから、 (Ｒ＋ｈ) ｄδ−Ｒｄδ＝Ｒｄδ・α・Δθ すなわち

【００２３】

【数４】 ｈ＝Ｒ・α・Δθ (4) 従って、曲率 (１／Ｒ) は、

【００２４】

【数５】 従って、幅ｈの両側が拘束されていない場合には、幅ｈ
の部分は(5) 式に従って湾曲する。しかし、レーザ媒体
の幅全体では幅方向の温度分布は幅方向両側へ対称であ
り、幅ｈの部分も湾曲を生じない。このことは、幅ｈの
部分に、湾曲を妨げる曲げモーメントが作用しているこ
とを意味する。曲げモーメントの一般式は、

【００２５】

【数６】 ここで、 Ｅ：材料のヤング率 Ｉ：幅ｈの部分の断面二次モーメント Ｒ：曲率 Ｍ：曲げモーメント α：応力 Ｚ：幅ｈの部分の断面係数 ｘ方向すなわちレーザ媒質の厚み方向に単位厚さ１を考
えると、 となり、(6) 式,(5)式より

【００２６】

【数７】 ここで、Ｅ, αは定数なので、Ｅα＝Ｋとおけば

【００２７】

【数８】 σ＝ＫΔθ (8) となる。すなわち、応力は温度差Δθに比例する。従っ
てスラブの幅全体としての温度差Δθが同一であれば、
幅を分割して分割区分ごとの温度差を小さくした方が応
力が小さくなる。図１０にこの分割の仕方の一例を示
す。この例では、分割区分の幅を、Δθ₁ ＝Δθ₂ ＝Δ
θ₃ ＝２Δθ₄ となるｙ方向寸法ｈ₁ , ｈ₂, ｈ₃ およ
び中央の２ｈ₄ とすることで、いずれの分割区分での応
力もその最大値を等しく、かつ最大値自体の大きさを小
さくしている。すなわち、温度差が等しくなるような幅
の単結晶でレーザ媒体並列体を構成することにより、単
結晶中の最大曲げ応力が最も小さくなり、単結晶の並列
本数が同数の場合、ビームの広がり角が最小となる。

【００２８】そこで、スラブ形固体レーザ装置の収納容
器内に収納するレーザ媒体をレーザ媒体並列体とすれ
ば、レーザ媒体並列体を構成する各単結晶の幅を従来の
レーザ媒体１個の幅よりも小さくすることにより、温度
分布に基因して屈折率分布が現れる, いわゆる熱レンズ
効果のより小さいレーザ媒体とすることができ、広がり
角の小さい, 品質の良好なレーザビームを得ることがで
きる。また、レーザ媒体並列体として、各単結晶の幅は
小さくても全体として幅の広い並列体とすることによ
り、より高電力の固体レーザ装置とすることができる。

【００２９】一方、同一の高電力固体レーザ装置であっ
ても、使用目的により、ビームの広がり角をより小さく
してビームを極度に小さいスポットに収斂させたいよう
な場合、例えば高電力ビームを光ファイバに入れる場合
が生じる。このようなときは、レーザ媒体並列体の並列
数を減らし、代わりに並列数の少ないレーザ媒体並列体
を光軸を合わせて直列に並べることにより、出力を落と
すことなく、広がり角のより小さい良質のビームを発生
することができる。

【００３０】また、レーザ媒体並列体のレーザ光が出入
りする両端面を、全反射面に対して傾斜し側面に対して
垂直な斜端面に形成すれば、斜端面を収納容器の透光部
材と直接対向させることができるので、従来の装置構成
を変えることなく、かつ装置をレーザ光進行方向に大型
化することなく、より高出力の固体レーザ装置を得るこ
とができる。また、この場合、両端面が斜端面に形成さ
れたレーザ媒体並列体と，収納容器に保持された１対の
透光部材との間にそれぞれ、レーザ媒体並列体を構成す
る各レーザ媒体に共通なスラブ形導光部材を、レーザ媒
体並列体と光軸を合わせて配するようにすれば、光透過
率の高い光学ガラスで作られるスラブ形導光部材が、レ
ーザ媒体並列体と収納容器に保持された透光部材との間
を中継する導光路として機能するとともに、レーザ媒体
並列体とほぼ同一の断面形状と、励起光源ランプの両端
端子金具の寸法に相応して定めた長さとを有することか
ら、レーザ媒体並列体がその全長にわたり、励起光源ラ
ンプの端子金具の干渉なしに励起光源ランプからの励起
光照射を均一に受けることができる。

【００３１】また、レーザ媒体並列体のレーザ光が出入
りする両端面を、全反射面と側面とに垂直な垂直端面に
形成するとともに、収納容器に保持された１対の透光部
材とレーザ媒体並列体との間にそれぞれ、レーザ媒体並
列体を構成する各レーザ媒体に共通なスラブ形導光部材
を、レーザ媒体並列体と光軸を合わせて配するようにす
れば、レーザ媒体並列体を構成する複数の単結晶を一体
として端面研磨を行うときの端面の高精度加工が容易と
なり、また、斜端面のように鋭角部がないので、剛性の
小さい部位が存在せず、精度および強度の両面から端面
加工が難しいという従来の問題点を解決することができ
る。

【００３２】さらに、レーザ媒体並列体を構成する各レ
ーザ媒体は、レーザ媒体並列体の全体幅の中央部に近い
ものほど、熱絶縁される側面間の幅を大きく形成するよ
うにすれば、各レーザ媒体内に発生する熱応力の最大値
がレーザ媒体相互間で均等化され、これら最大値中の最
大値が小さくなり、熱応力分布, 従って屈折率分布が均
一化されてより高品質のビームを得ることができる。

【００３３】また、レーザ媒体並列体の収納容器内の保
持を、収納容器の内壁面を取付け座面とする保持具によ
り、レーザ媒体並列体を構成する各レーザ媒体が側面同
志互いに押圧する状態となるようにレーザ媒体並列体を
その両外側の熱絶縁材を介して挟持することにより行う
ようにすれば、収納容器の内壁面は高精度に加工される
ので、この内壁面を取付け座面とする保持具により、レ
ーザ媒体並列体を構成する複数のレーザ媒体を押圧状態
に挟持する際に並列体が崩れないように保持することが
できる。そして、この保持を、レーザ媒体並列体最外側
に一体化された熱絶縁材を介して挟持して行うので、保
持具が励起光照射の妨げとなる恐れがなく、かつ熱絶縁
材を介しての挟持であるため、レーザ媒体並列体内部に
不当な温度勾配を生じる恐れがない。

【００３４】

【実施例】図１および図２に本発明によるスラブ形固体
レーザ装置構成の第１の実施例を示す。図１はスラブ形
固体レーザ装置全体の構成断面図、図２は図１の矢視Ａ
−Ａ断面図を示すものであり、図において、１は液密な
密閉容器として構成された装置の収納容器、１５は収納
容器１内の中央部に、熱絶縁される側面同志を重ねつつ
一平面を形成するように並列に並べられた複数本 (図示
例では２本) のスラブ状レーザ媒体 (単結晶のロッドか
ら断面矩形状に切り出して作られたもの）２からなるレ
ーザ媒体並列体であって、図のように収納容器１内に保
持されるのに先立ち、熱絶縁される側面同志を重ね合わ
せて一平面を形成させた複数のレーザ媒体を一体として
両端面を全反射面と側面とに垂直な端面となるように研
磨加工を行った後、最外側レーザ媒体のそれぞれ一方の
側面に熱絶縁物としてシリコンゴム等の樹脂を一体に成
形し、再び複数のレーザ媒体を一体として後述の保持具
１０, １０の間に保持させてなるものである。３はレー
ザ媒体並列体１５を中央に挟んでその両側に平行配備し
た励起光源ランプ、４は光源ランプ３のリフレクタ、５
は光源ランプ３とレーザ媒体並列体１５との間に介装し
た紫外光フィルタ、６はレーザ媒体並列体１５の両側に
光軸を合わせて直列に配備したスラブ形の導光部材、７
は導光部材６の端面と向かい合わせて収納容器１に取り
付けたレーザ光取出し窓となるレーザ光透過部材、８,
９はレーザ光透過部材７に対向して収納容器１の両側に
配備した共振器用の全反射ミラー, 出力ミラー、１０は
前記したレーザ媒体並列体１５および導光部材６を個々
に所定位置に位置決め固定する保持具であり、レーザ媒
体並列体１５, 導光部材６に対してその長手方向の両端
部を支持している。また、収容容器１の各接合面, 収納
容器１に組み込んだ各部品の貫通部はＯリングなどによ
り液密シールされている。

【００３５】上記の構成で、収納容器１の内部には図示
されてない冷却媒体入口, 出口を通じて冷却媒体 (純
水) が次記のように通流し、レーザ媒体並列体１５, 励
起光源ランプ３, リフレクタ４などを冷却して発生熱を
系外に排熱するようにしている。すなわち、図２におい
て収納容器１の入口側ヘッダ室１ｂに流入した冷却媒体
は、ここからレーザ媒体並列体１５と紫外光フィルタ５
との間に仕切られた空間１ｃを流れ、さらに励起光源ラ
ンプ３の周囲空間１ｄを通流した後に出口側ヘッダ室１
ｅを経由して流出するように通流する。

【００３６】一方、励起光源ランプ３は、その発光部の
長さが導光部材６, ６のレーザ媒体並列体１５との対向
端面間距離を十分カバーする長さを有し、その両端の端
子金具３ａを含めて収納容器１の内部に収容されてい
る。また、レーザ媒体並列体１５の前後両端側に直列配
備した上記導光部材６は光学ガラスで作られたスラブ形
の導光部材で、その断面形状はレーザ媒体並列体１５の
断面と同一もしくは一回り大きく、長さはレーザ媒体並
列体１５の前後端とレーザ光透過部材７との間の間隔に
合わせたサイズに構成されている。この導光部材６はレ
ーザ媒体並列体１５とレーザ光透過部材７との間を中継
する導光路として機能するもので、レーザ光は導光部材
６の中を全反射を繰り返しながらジグザグに進む。

【００３７】前記のように収納容器１の内部にレーザ媒
体並列体１５とほぼ同様な断面形状を有するスラブ形の
導光部材６をレーザ媒体並列体１５と収納容器１の端面
に取り付けたレーザ光透過部材７との間に介在させて追
加装備することにより、励起光源ランプ３の端子金具３
ａの干渉なしに光源ランプ３の励起光をレーザ媒体並列
体１５の励起面全域に均一照射することができ、これに
よりレーザ発振効率を高めてレーザ出力の増大化が図れ
る。

【００３８】次にレーザ媒体並列体１５の保持具１０に
ついての詳細構造を述べる。図２において、まずレーザ
媒体並列体１５を囲んで収納容器１の内部に画成した,
レーザ媒体並列体冷却のための冷却媒体通流空間１ｃは
その両側の内壁面がＶ字形溝を形成するように高精度に
加工されており、このＶ字形の内壁面を取付け座面とし
てここに熱絶縁材１１を介してレーザ媒体並列体１５を
両側面 (励起光源ランプ３から励起光照射を受けない非
励起側の側面) から挟持するように先端部が二股状に分
かれたＹ字形の保持具１０が向かい合わせに設置されて
いる。ここで、一方の保持具 (図２の下方側) はその基
部が貫通ボルト１２を介して収納容器２に遊嵌式に固定
され、他方の保持具 (図２の上方側) は締付ねじ１３を
介して背後から締付け固定されている。なお、前記した
導光部材６も同様な保持具１０を介して固定される。

【００３９】このように高精度に加工された収納容器１
の内壁面を取付け座面とし、これを基準面に保持具１０
を介して並列に並ぶ各レーザ媒体２からなるレーザ媒体
並列体１５, 導光部材６を個々にその両側から挟持固定
するようにした支持構造では、保持具１０がレーザ媒体
並列体１５の全反射面に対する励起光照射の障害物とな
ることがなく、かつ各レーザ媒体並列体１５, 導光部材
６を相互間で光軸が一致するような位置に正しく位置決
めして固定支持することができる。

【００４０】図３に本発明の第２の実施例を示す。この
実施例は、高出力のレーザ光を光ファイバに入れること
を意図したときの光路構成を示すもので、ビームの広が
り角を特に小さくするために、通常のレーザ媒体１個の
幅を５個のそれぞれ単結晶からなるレーザ媒体を並列に
したレーザ媒体並列体１５として得るとともに、出力増
加をレーザ媒体並列体１５を直列にして得るようにした
ものである。レーザ媒体並列体１５の両端面は、全反射
面への垂直面に対して角度φだけ傾いた斜端面に形成さ
れ、これらレーザ媒体並列体１５と図示されない収納容
器が保持する透光部材との間に光透過率の高い光学ガラ
スからなるスラブ形導光部材が配される。 図４に本発
明の第３の実施例を示す。この実施例も高出力のレーザ
ビームを極小のスポットに収斂させることを意図したと
きの光路構成を示すものであるが、図３と異なる所は、
レーザ媒体並列体１５の両端面を全反射面と側面とに垂
直な垂直端面に形成している点である。このように端面
を垂直に形成することにより、端面の高精度加工が容易
になり、また、端面に鋭角部がないので端面の剛性が向
上し、損傷が起こりにくくなる。

【００４１】

【発明の効果】本発明においては、スラブ形固体レーザ
装置を上述のように構成したので、以下に記載する効果
が得られる。請求項１の装置では、スラブ状レーザ媒体
を複数並列に側面同志を当接させつつ一平面に並べたレ
ーザ媒体並列体を収納容器内に収納されるレーザ媒体と
するので、レーザ媒体並列体を構成する複数のレーザ媒
体の各幅を通常のレーザ媒体１個の幅より小さく設定す
ることにより、従来より広がり角の小さい良質なレーザ
ビームを得ることができ、また、レーザ媒体並列体の全
体幅が通常のレーザ媒体１個の幅より大きくなるように
レーザ媒体の並列数を増すことにより高出力のビームを
得ることができる。

【００４２】請求項２の装置では、出力を減らすことな
く、より小スポットに収斂可能なビームを得ることがで
きる。請求項３の装置では、従来装置の構成を変えるこ
となく、装置の横幅のみの大型化でより高出力の装置と
することができる。請求項４の装置では、レーザ媒体並
列体が励起光源ランプの両端端子部の干渉なく全長にわ
たり均一な励起光照射を受けることができ、励起効率が
向上する。

【００４３】請求項５の装置では、レーザ媒体並列体の
両端面の高精度加工が容易となり、かつ端面の損傷が起
こりにくくなり、より実用的な、かつ信頼性の高い装置
とすることができる。請求項６の装置では、同一幅, 同
一並列数のレーザ媒体並列体でも、レーザ媒体並列体を
構成する各レーザ媒体における熱応力最大値が平均化さ
れ、かつ最大値中の最大値が小さくなり、広がり角がよ
り小さいビームを得ることができる。

【００４４】請求項７の装置では、保持具の取付け座面
となる収納容器の内壁面が精度高く加工されるので、押
圧状態に両側から挟持されるレーザ媒体並列体中の各レ
ーザ媒体が安定に保持され、また、レーザ媒体並列体を
直列に並べるときの光軸合わせが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光路構成の第１の実施例を含むス
ラブ形固体レーザ装置構成の一実施例を示す装置の水平
断面図

【図２】図１に水平断面図を示すスラブ形固体レーザ装
置の正面断面図

【図３】本発明による光路構成の第２の実施例を示す光
路の斜視図

【図４】本発明による光路構成の第３の実施例を示す光
路の斜視図

【図５】側面の熱絶縁が完全なときのスラブ状レーザ媒
体中の温度分布を示す図であって、同図(a) はレーザ媒
体断面中の位置を指示するための座標図、同図(b) はレ
ーザ媒体厚み方向 (ｘ方向) の温度分布を、幅方向 (ｙ
方向) の位置をパラメータとして示す線図、同図(c) は
レーザ媒体幅方向 (ｙ方向) の温度分布を、厚み方向
(ｘ方向) の位置をパラメータとして示す線図

【図６】側面の熱絶縁が不完全なときのスラブ状レーザ
媒体中の温度分布を示す図であって、同図(a) はレーザ
媒体断面中の位置を指示するための座標図、同図(b) は
レーザ媒体厚み方向 (ｘ方向) の温度分布を、幅方向
(ｙ方向) の位置をパラメータとして示す線図、同図(c)
はレーザ媒体幅方向 (ｙ方向) の温度分布を、厚み方
向 (ｘ方向) の位置をパラメータとして示す線図

【図７】スラブ状レーザ媒体を幅方向に分割しない場合
の長手方向熱応力の幅方向分布を示す図であって、同図
(a) はレーザ媒体断面中の位置を指示するための座標
図、同図(b) はレーザ媒体幅方向の温度分布を示す線
図、同図(c) はレーザ媒体長手方向熱応力の幅方向分布
を示す線図

【図８】スラブ状レーザ媒体を幅方向に分割した場合の
長手方向熱応力の幅方向分布を示す図であって、同図
(a) はレーザ媒体断面中の位置を指示するための座標
図、同図(b) はレーザ媒体幅方向の温度分布を示す線
図、同図(c) はレーザ媒体長手方向熱応力の幅方向分布
を示す線図

【図９】レーザ媒体内熱応力計算時に用いた各記号の意
味を説明する図

【図１０】スラブ状レーザ媒体の長手方向熱応力を小さ
くするための幅方向分割の仕方の一例を示す図であっ
て、同図(a) は分割幅の大きさを中央部と側面側とで対
比して示すレーザ媒体横断面図、同図(b) は分割の仕方
を示す説明図

【図１１】本発明者が先に提案したスラブ形固体レーザ
装置 (特願平３−１０７６８５号) の構成を示す装置の
水平断面図

【図１２】従来の高出力スラブ形固体レーザ装置構成の
一例を示す説明図

【符号の説明】

１ 収納容器 ２ レーザ媒体 ３ 励起光源ランプ（励起光源） ６ スラブ形導光部材 ７ レーザ光透過部材（透光部材） ８ 全反射ミラー ９ 出力ミラー １０ 保持具 １１ 熱絶縁材 １５ レーザ媒体並列体 Ｌ レーザ光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を全反射する１対の全反射面と，
   熱絶縁される１対の側面とを備えたスラブ状のレーザ媒
   体と、スラブ状レーザ媒体の両側にかつ前記両側面間の
   幅を２等分する，全反射面に垂直な平面内に全反射面と
   平行に配される直管状の励起光源とを収納するととも
   に、レーザ媒体から出たレーザ光を外部へ導く１対の透
   光部材を保持する収納容器と、該収納容器の外部に配さ
   れ該１対の透光部材とそれぞれ対向する全反射ミラーお
   よび出力ミラーとを備えてなるスラブ形固体レーザ装置
   において、複数本のレーザ媒体を、熱絶縁される側面と
   垂直の方向に側面同志を重ねつつ一平面を形成するよう
   に並列に並べてレーザ媒体並列体を形成し、該レーザ媒
   体並列体を、収納容器内に収納配備するレーザ媒体とし
   たことを特徴とするスラブ形固体レーザ装置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の固体レーザ装置にお
   いて、レーザ媒体並列体を、収納容器内で、光軸を合わ
   せて複数直列に並べたことを特徴とするスラブ形固体レ
   ーザ装置。
3. 【請求項３】請求項第１項または第２項に記載の固体レ
   ーザ装置において、レーザ媒体並列体のレーザ光が出入
   りする両端面を、全反射面に対して傾斜し側面に対して
   垂直な斜端面に形成したことを特徴とするスラブ形固体
   レーザ装置。
4. 【請求項４】請求項第３項に記載の固体レーザ装置にお
   いて、両端面が斜端面に形成されたレーザ媒体並列体
   と，収納容器に保持された１対の透光部材との間にそれ
   ぞれ、レーザ媒体並列体を構成する各レーザ媒体に共通
   なスラブ形導光部材を、レーザ媒体並列体と光軸を合わ
   せて配したことを特徴とするスラブ形固体レーザ装置。
5. 【請求項５】請求項第１項または第２項に記載の固体レ
   ーザ装置において、レーザ媒体並列体のレーザ光が出入
   りする両端面を、全反射面と側面とに垂直な垂直端面に
   形成するとともに、収納容器に保持された１対の透光部
   材とレーザ媒体並列体との間にそれぞれ、レーザ媒体並
   列体を構成する各レーザ媒体に共通なスラブ形導光部材
   を、レーザ媒体並列体と光軸を合わせて配したことを特
   徴とするスラブ形固体レーザ装置。
6. 【請求項６】請求項第１項に記載の固体レーザ装置にお
   いて、レーザ媒体並列体を構成する各レーザ媒体は、レ
   ーザ媒体並列体の全体幅の中央部に近いものほど、熱絶
   縁される側面間の幅を大きく形成されることを特徴とす
   るスラブ形固体レーザ装置。
7. 【請求項７】請求項第１項または第２項に記載の固体レ
   ーザ装置において、レーザ媒体並列体の収納容器内の保
   持は、収納容器の内壁面を取付け座面とする保持具によ
   り、レーザ媒体並列体を構成する各レーザ媒体が側面同
   志互いに押圧する状態となるようにレーザ媒体並列体を
   その両外側の熱絶縁材を介して挟持することにより行わ
   れることを特徴とするスラブ形固体レーザ装置。