JPH0566035B2 - - Google Patents
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- JPH0566035B2 JPH0566035B2 JP63246990A JP24699088A JPH0566035B2 JP H0566035 B2 JPH0566035 B2 JP H0566035B2 JP 63246990 A JP63246990 A JP 63246990A JP 24699088 A JP24699088 A JP 24699088A JP H0566035 B2 JPH0566035 B2 JP H0566035B2
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- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
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- Optics & Photonics (AREA)
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- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
イ 発明の目的
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザ加工などに用いられる固体レ
ーザ装置のレーザヘツドに関するものである。
ーザ装置のレーザヘツドに関するものである。
従来、ランプ励起を用いた固体レーザ装置とし
ては、第４図に示す様に、楕円円筒型の集光器１
１と固体レーザロツド１３、励起ランプ１２、外
部の反射ミラー１４、出射ミラー１５から構成さ
れていた。励起ランプ１２の光は、集光器１１に
よつて固体レーザロツドの中心部に集光され、反
射ミラー１４と出射ミラー１５との間で往復増幅
されレーザ発振する。
ては、第４図に示す様に、楕円円筒型の集光器１
１と固体レーザロツド１３、励起ランプ１２、外
部の反射ミラー１４、出射ミラー１５から構成さ
れていた。励起ランプ１２の光は、集光器１１に
よつて固体レーザロツドの中心部に集光され、反
射ミラー１４と出射ミラー１５との間で往復増幅
されレーザ発振する。
固体レーザロツド例えばNd−YAGレーザロツ
ドの吸収スペクトルは線幅の狭い線状スペクトル
を示すため、励起光のほとんどの波長のエネルギ
は利用されていない。第２図に固体レーザの吸収
スペクトルと第３図にキセノンフラツシユランプ
の発光スペクトルを示す。第２図のａは、ほぼ１
原子％のネオジウム（Nd）と、イツトリウム(Y)、
アルミニウム（Al）ガーネツト(G)単結晶（Nd−
YAG）の吸収スペクトルで、第２図のｂは発振
に寄与するNdイオンを効率よく励起するための
増感イオンとしてクロム（Cr）イオンを含むNd
が１原子％Crが0.6原子％含有するガドリニウム
（Gd）、スカンジウム（Sc）、ガリウム（Ga）、ガ
ーネツト(G)、（Nd，Cr−GSGG）の吸収スペクト
ルである。第２図に示すこれらの吸収スペクトル
の面積を300nmから900nmまでの間で求めた場
合、Nd，Cr−GSGGは、Nd−YAGに比べ、６
倍もの吸収量を有することが認められた。しかる
に、レーザ発振をさせた時には、３倍のレーザ発
振効率が得られる。しかし、Nd，Cr−GSGGの
ような多元素添加単結晶は、エネルギー吸収量に
対して発振効率の値が低いため発熱量が大きくロ
ツド中心に励起光を集光する構造では発振光の強
さが不均一で良質のビーム光が得られない。一方
従来の集光器はNd−YAGの場合、安定なAuメ
ツキ膜を用いるが、600nm以下の波長領域で高反
射率を必要とするNd，Cr−GSGGではAgが有効
であるが、Ag膜は耐久性がない欠点がある。
ドの吸収スペクトルは線幅の狭い線状スペクトル
を示すため、励起光のほとんどの波長のエネルギ
は利用されていない。第２図に固体レーザの吸収
スペクトルと第３図にキセノンフラツシユランプ
の発光スペクトルを示す。第２図のａは、ほぼ１
原子％のネオジウム（Nd）と、イツトリウム(Y)、
アルミニウム（Al）ガーネツト(G)単結晶（Nd−
YAG）の吸収スペクトルで、第２図のｂは発振
に寄与するNdイオンを効率よく励起するための
増感イオンとしてクロム（Cr）イオンを含むNd
が１原子％Crが0.6原子％含有するガドリニウム
（Gd）、スカンジウム（Sc）、ガリウム（Ga）、ガ
ーネツト(G)、（Nd，Cr−GSGG）の吸収スペクト
ルである。第２図に示すこれらの吸収スペクトル
の面積を300nmから900nmまでの間で求めた場
合、Nd，Cr−GSGGは、Nd−YAGに比べ、６
倍もの吸収量を有することが認められた。しかる
に、レーザ発振をさせた時には、３倍のレーザ発
振効率が得られる。しかし、Nd，Cr−GSGGの
ような多元素添加単結晶は、エネルギー吸収量に
対して発振効率の値が低いため発熱量が大きくロ
ツド中心に励起光を集光する構造では発振光の強
さが不均一で良質のビーム光が得られない。一方
従来の集光器はNd−YAGの場合、安定なAuメ
ツキ膜を用いるが、600nm以下の波長領域で高反
射率を必要とするNd，Cr−GSGGではAgが有効
であるが、Ag膜は耐久性がない欠点がある。
本発明の課題は、従来の集光器に用いている
Ag膜の耐久性のない欠点と、固体レーザロツド
内に生ずる発熱による不均一なレーザ光が発生す
ると云う欠点を補い、高いレーザ発振効率でかつ
ビームが均質なレーザ光を得ることにある。
Ag膜の耐久性のない欠点と、固体レーザロツド
内に生ずる発熱による不均一なレーザ光が発生す
ると云う欠点を補い、高いレーザ発振効率でかつ
ビームが均質なレーザ光を得ることにある。
ロ 発明の構成
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、円錐型のセラミツクスからなる拡散
型集光器の一方に励起用ランプを設置し、他方に
多元素添加単結晶と一元素添加単結晶を直列に配
置したことを特徴する均質なビームと発振効率の
高い固体レーザ装置の提供にある。
型集光器の一方に励起用ランプを設置し、他方に
多元素添加単結晶と一元素添加単結晶を直列に配
置したことを特徴する均質なビームと発振効率の
高い固体レーザ装置の提供にある。
即ち、本発明は1.レーザロツドと励起用ラン
プ、及び拡散型集光器から成るレーザ発振器の、
円錐状のセラミツクスを用いた拡散型集光器の一
方に励起用ランプを設置し、もう一方に直接ミラ
ーコートされた固体レーザロツドを配置し、エン
ドポンピングによつてレーザ発振させる固体レー
ザ装置において、増感作用によつてレーザ媒質の
吸収波長以外のポンピング光を有効に励起エネル
ギーに変換するための増感イオンを含む多元素添
加固体レーザロツドを複数種直列に配置し、エン
ドポンピングすることを特徴とする固体レーザ装
置であり、2.請求項１記載において、異なる発振
波長を有する固体レーザロツドを複数種組み合せ
構成したことを特徴とする固体レーザ装置であ
る。
プ、及び拡散型集光器から成るレーザ発振器の、
円錐状のセラミツクスを用いた拡散型集光器の一
方に励起用ランプを設置し、もう一方に直接ミラ
ーコートされた固体レーザロツドを配置し、エン
ドポンピングによつてレーザ発振させる固体レー
ザ装置において、増感作用によつてレーザ媒質の
吸収波長以外のポンピング光を有効に励起エネル
ギーに変換するための増感イオンを含む多元素添
加固体レーザロツドを複数種直列に配置し、エン
ドポンピングすることを特徴とする固体レーザ装
置であり、2.請求項１記載において、異なる発振
波長を有する固体レーザロツドを複数種組み合せ
構成したことを特徴とする固体レーザ装置であ
る。
安定な比較的反射効率の高い硫酸バリウム
（BaSO4）粉末を固めたセラミツク板からなる拡
散型反射板を用いて集光器を形成し、且つ増感イ
オンを含む結晶をレーザロツドとして組合せ使用
した固体レーザ装置とすることにより、均質なレ
ーザ光と、いくつかのレーザ光を高効率に得る固
体レーザ装置とする。又レーザ発振光を発生する
Nd，Cr−GSGG、Cr−Al2O3、Nd−YAGに入
射する励起光を発生するキセノンフラツシユラン
プからの励起光は、Nd，Cr−GSGG、Cr−
Al2O3、Nd−YAGの発振光の波長が夫々
1.061μm、0.69μm、1.064μmであるのに対し、波
長が0.3μmないし0.9μmの間で連続した発光パワ
ーを有するので、夫々の発振波長に合わせ異なる
誘電体膜の層を夫々発振波長に合わせて形成した
100％反射膜であるので、励起光であるキセノン
フラツシユランプの光は100％反射膜を容易に透
過して固体レーザロツト内に入り、従つて容易に
エンドポンピングを可能にする。
（BaSO4）粉末を固めたセラミツク板からなる拡
散型反射板を用いて集光器を形成し、且つ増感イ
オンを含む結晶をレーザロツドとして組合せ使用
した固体レーザ装置とすることにより、均質なレ
ーザ光と、いくつかのレーザ光を高効率に得る固
体レーザ装置とする。又レーザ発振光を発生する
Nd，Cr−GSGG、Cr−Al2O3、Nd−YAGに入
射する励起光を発生するキセノンフラツシユラン
プからの励起光は、Nd，Cr−GSGG、Cr−
Al2O3、Nd−YAGの発振光の波長が夫々
1.061μm、0.69μm、1.064μmであるのに対し、波
長が0.3μmないし0.9μmの間で連続した発光パワ
ーを有するので、夫々の発振波長に合わせ異なる
誘電体膜の層を夫々発振波長に合わせて形成した
100％反射膜であるので、励起光であるキセノン
フラツシユランプの光は100％反射膜を容易に透
過して固体レーザロツト内に入り、従つて容易に
エンドポンピングを可能にする。
実施例 １
本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は、本発明の実施例を示す固体レーザ装
置の発振器の断面図である。第３図に示す波長と
発光パワーとの関係を有し、Nd，Cr−GSGGと
Nd−YAGの発振光より短い波長のNd，Cr−
GSGGとNd−YAGを励起する球型キセノンフラ
ツシユランプ２から発した光は、BaSO4セラミ
ツクスから成る拡散型反射板１で散乱反射して増
感イオンを含む入射端面に入射する。Nd，Cr−
GSGGとNd−YAGの発振波長より短い波長の励
起光はNd−YAG発振光の、波長が1.064μmで
100％反射するよう形成された100％反射コート膜
７が形成されたNd，Cr−GSGG４に入射する。
拡散型反射板１を形成するBaSO4粉末は、反射
率が比較的大きく、粉末内で乱反射が起こるた
め、BaSO4セラミツクス板では高い反射率が得
られる。BaSO4セラミツクスの拡散型反射板の
集光器の効率は、Agより20％劣るが、Auの1.5
倍の効率が得られ、又、Agのように変質するこ
とがないので半永久的に使用出来る。しかも光が
拡散するので、Nd，Cr−GSGG４の断面内は均
一に励起され、径方向に温度分布の不均一が発生
することはない。従つて、熱レンズ効果を起こさ
ない一つの手段となる。又、長さ方向での励起光
の密度分布があつても、発振波長が近接している
Nd，Cr−GSGGとNd−YAGの発振波長に対し
て1/4波長の厚さの異なる誘電体膜を積層形成し
た100％反射コート面７と、同様に50％反射コー
ト面６の間で発振光は往復するため、励起光の密
度分布によるレーザ発振への影響はない。Nd，
Cr−GSGGの固体レーザロツトでは励起光の成
分で波長600nm以下の波長の励起光は波長が100
％反射コート面７と異なるため100％反射コート
面からNd，Cr−GSGGのロツト内に入射され十
分に吸収し、且つ、600nm以上の励起光を一部吸
収し、有効にレーザ発振する。又Nd，Cr−
GSGGを透過した、励起光の波長が700nmないし
900nmの励起光はNd−YAG５を励起し、Nd，
Cr−GSGGで発振する波長が1.0612μmのレーザ
と、Nd−YAGで発振する波長が1.0641μmのレ
ーザがほぼ100％反射される100％反射コート面７
と50％反射コート面６間で往復増幅され、レーザ
発振する。
置の発振器の断面図である。第３図に示す波長と
発光パワーとの関係を有し、Nd，Cr−GSGGと
Nd−YAGの発振光より短い波長のNd，Cr−
GSGGとNd−YAGを励起する球型キセノンフラ
ツシユランプ２から発した光は、BaSO4セラミ
ツクスから成る拡散型反射板１で散乱反射して増
感イオンを含む入射端面に入射する。Nd，Cr−
GSGGとNd−YAGの発振波長より短い波長の励
起光はNd−YAG発振光の、波長が1.064μmで
100％反射するよう形成された100％反射コート膜
７が形成されたNd，Cr−GSGG４に入射する。
拡散型反射板１を形成するBaSO4粉末は、反射
率が比較的大きく、粉末内で乱反射が起こるた
め、BaSO4セラミツクス板では高い反射率が得
られる。BaSO4セラミツクスの拡散型反射板の
集光器の効率は、Agより20％劣るが、Auの1.5
倍の効率が得られ、又、Agのように変質するこ
とがないので半永久的に使用出来る。しかも光が
拡散するので、Nd，Cr−GSGG４の断面内は均
一に励起され、径方向に温度分布の不均一が発生
することはない。従つて、熱レンズ効果を起こさ
ない一つの手段となる。又、長さ方向での励起光
の密度分布があつても、発振波長が近接している
Nd，Cr−GSGGとNd−YAGの発振波長に対し
て1/4波長の厚さの異なる誘電体膜を積層形成し
た100％反射コート面７と、同様に50％反射コー
ト面６の間で発振光は往復するため、励起光の密
度分布によるレーザ発振への影響はない。Nd，
Cr−GSGGの固体レーザロツトでは励起光の成
分で波長600nm以下の波長の励起光は波長が100
％反射コート面７と異なるため100％反射コート
面からNd，Cr−GSGGのロツト内に入射され十
分に吸収し、且つ、600nm以上の励起光を一部吸
収し、有効にレーザ発振する。又Nd，Cr−
GSGGを透過した、励起光の波長が700nmないし
900nmの励起光はNd−YAG５を励起し、Nd，
Cr−GSGGで発振する波長が1.0612μmのレーザ
と、Nd−YAGで発振する波長が1.0641μmのレ
ーザがほぼ100％反射される100％反射コート面７
と50％反射コート面６間で往復増幅され、レーザ
発振する。
本発明では、多元素添加単結晶の母体材と一元
素添加単結晶の母体の材質が異なるため、違つた
２つのレーザ光が出てくる。即ち前記のようにこ
の場合、Nd−YAGは1.0641μmで発振し、Nd，
Cr−GSGGでは1.0612μmで発振する。Nd−
YAGに達する励起光は、Nd，Cr−GSGGで吸収
されて残つたNd−YAGを励磁するのに有効なほ
とんどの波長600nm以上の光であるため、Nd−
YAGでの発熱がほとんど無く、従来発生してい
たNd−MAG固体レーザロツド内の温度上昇が
ないため均質な良質のレーザ光が得られる。
素添加単結晶の母体の材質が異なるため、違つた
２つのレーザ光が出てくる。即ち前記のようにこ
の場合、Nd−YAGは1.0641μmで発振し、Nd，
Cr−GSGGでは1.0612μmで発振する。Nd−
YAGに達する励起光は、Nd，Cr−GSGGで吸収
されて残つたNd−YAGを励磁するのに有効なほ
とんどの波長600nm以上の光であるため、Nd−
YAGでの発熱がほとんど無く、従来発生してい
たNd−MAG固体レーザロツド内の温度上昇が
ないため均質な良質のレーザ光が得られる。
実施例 ２
次に、第１図に於て、Nd，Cr−GSGG４の代
わりに、Crを添加したクロム（Cr）−アルミナ
（Al2O3）からなるルビーレーザロツドイ（Cr−
Al2O3）とNd−YAG５を配置した場合について
説明する。
わりに、Crを添加したクロム（Cr）−アルミナ
（Al2O3）からなるルビーレーザロツドイ（Cr−
Al2O3）とNd−YAG５を配置した場合について
説明する。
ルビーレーザの光吸収は、400nmと550nm付近
に幅の広い吸収ピークを有するだけで、600nm以
上での光吸収がほとんどない。Nd−YAGに於て
は、600nm以上の励起光だけが有効にレーザ発振
に寄与するが、600nm以下の励起光のほとんどは
Nd−YAG内で熱エネルギーに変換されるため、
固体レーザロツド内の温度上昇を大きくし、レー
ザビームの拡がり角度を大きくする働きがある。
第１図のように配置した場合、Nd−YAGに有害
な励起光でCr−Al2O3からなるルビーレーザ発振
をさせ、残りの励起光でNd−YAGを励起してレ
ーザ発振させることにより、ビーム拡がり角度の
小さい良質の波長が1.06μmのNd−YAGレーザ
光と、可視領域の波長が0.69μmのルビーレーザ
光が同時に得られる。この時100％反射コート膜
７と50％反射コート膜６は波長が1.06μmのNd−
YAGレーザ光と波長が0.69μmのルビーレーザ光
に対し夫々1/4波長の異なる誘電体膜を交互に積
層した反射膜を形成する。Nd−YAGレーザ光は
加工用レーザ光源として、ルビーレーザ光は光学
系の調整用として用いることが出来る。又、Ｑス
イツチなどを用いた大出力レーザでは、可視光に
吸収を有する物質のレーザ加工に有効に用いるこ
とが出来る。
に幅の広い吸収ピークを有するだけで、600nm以
上での光吸収がほとんどない。Nd−YAGに於て
は、600nm以上の励起光だけが有効にレーザ発振
に寄与するが、600nm以下の励起光のほとんどは
Nd−YAG内で熱エネルギーに変換されるため、
固体レーザロツド内の温度上昇を大きくし、レー
ザビームの拡がり角度を大きくする働きがある。
第１図のように配置した場合、Nd−YAGに有害
な励起光でCr−Al2O3からなるルビーレーザ発振
をさせ、残りの励起光でNd−YAGを励起してレ
ーザ発振させることにより、ビーム拡がり角度の
小さい良質の波長が1.06μmのNd−YAGレーザ
光と、可視領域の波長が0.69μmのルビーレーザ
光が同時に得られる。この時100％反射コート膜
７と50％反射コート膜６は波長が1.06μmのNd−
YAGレーザ光と波長が0.69μmのルビーレーザ光
に対し夫々1/4波長の異なる誘電体膜を交互に積
層した反射膜を形成する。Nd−YAGレーザ光は
加工用レーザ光源として、ルビーレーザ光は光学
系の調整用として用いることが出来る。又、Ｑス
イツチなどを用いた大出力レーザでは、可視光に
吸収を有する物質のレーザ加工に有効に用いるこ
とが出来る。
ハ 発明の効果
以上述べたように、本発明を用いたレーザ装置
では、多元素添加固体レーザロツドを複数種直列
に配列するか、異なる発振波長を有する固体レー
ザロツドを複数種組み合わせ構成した固体レーザ
装置としてあるのでレーザ発振効率が良く、レー
ザビームの質が良いレーザ光が得られる。又、エ
ンドポンピング方式であるため、装置の小型化が
可能であり、安価に作ることが出来る。多元素添
加単結晶の代わりにルビーレーザロツド等を置く
ことによつて、可視と赤外で同時にレーザ発振す
るレーザ装置を作ることも可能で、赤外で吸収を
持たない物質に可視光を照射させながら、赤外光
を照射してレーザ加工する分野での応用が可能で
ある。
では、多元素添加固体レーザロツドを複数種直列
に配列するか、異なる発振波長を有する固体レー
ザロツドを複数種組み合わせ構成した固体レーザ
装置としてあるのでレーザ発振効率が良く、レー
ザビームの質が良いレーザ光が得られる。又、エ
ンドポンピング方式であるため、装置の小型化が
可能であり、安価に作ることが出来る。多元素添
加単結晶の代わりにルビーレーザロツド等を置く
ことによつて、可視と赤外で同時にレーザ発振す
るレーザ装置を作ることも可能で、赤外で吸収を
持たない物質に可視光を照射させながら、赤外光
を照射してレーザ加工する分野での応用が可能で
ある。
第１図は、本発明による固体レーザ装置の発振
器の断面図。第２図は、固体レーザロツドの吸収
スペクトルを示し、ａはNd−YAGの透過率を示
し、ｂはNd，Cr−GSGGの透過率を示す。第３
図は、キセノンフラツシユランプの発光スペクト
ルを示す。第４図は、従来の固体レーザ装置の発
振器の断面図である。 １……拡散型反射板、２……球状キセノンフラ
ツシユランプ、３……ガラス管、４……Nd，Cr
−GSGG、５……Nd−YAG、６……50％反射コ
ート膜、７……100％反射コート膜、１１……集
光器、１２……励起ランプ、１３……固体レーザ
ロツド、１４……反射ミラー、１５……出射ミラ
ー、ａ……Nd−YAGの透過率、ｂ……Nd，Cr
−GSGGの透過率。
器の断面図。第２図は、固体レーザロツドの吸収
スペクトルを示し、ａはNd−YAGの透過率を示
し、ｂはNd，Cr−GSGGの透過率を示す。第３
図は、キセノンフラツシユランプの発光スペクト
ルを示す。第４図は、従来の固体レーザ装置の発
振器の断面図である。 １……拡散型反射板、２……球状キセノンフラ
ツシユランプ、３……ガラス管、４……Nd，Cr
−GSGG、５……Nd−YAG、６……50％反射コ
ート膜、７……100％反射コート膜、１１……集
光器、１２……励起ランプ、１３……固体レーザ
ロツド、１４……反射ミラー、１５……出射ミラ
ー、ａ……Nd−YAGの透過率、ｂ……Nd，Cr
−GSGGの透過率。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザロツドと励起用ランプ、及び拡散型集
光器から成るレーザ発振器の、円錐状のセラツミ
ツクスを用いた拡散型集光器の一方に励起用ラン
プを設置し、もう一方に直接ミラーコートされた
固体レーザロツドを配置し、エンドポンピングに
よつてレーザ発振させる固体レーザ装置におい
て、増感作用によつてレーザ媒質の吸収波長以外
のポンピング光を有効に励起エネルギーに変換す
るための増感イオンを含む多元素添加固体レーザ
ロツドを複数種直列に配置し、エンドポンピング
することを特徴とする固体レーザ装置。 ２ 請求項１記載において、異なる発振波長を有
する固体レーザロツドを複数種組み合せ構成した
ことを特徴とする固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246990A JPH0294487A (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246990A JPH0294487A (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294487A JPH0294487A (ja) | 1990-04-05 |
| JPH0566035B2 true JPH0566035B2 (ja) | 1993-09-20 |
Family
ID=17156735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63246990A Granted JPH0294487A (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0294487A (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS496894A (ja) * | 1972-08-23 | 1974-01-22 | ||
| JPS5413018Y2 (ja) * | 1973-06-01 | 1979-06-05 | ||
| JPS5040093A (ja) * | 1973-08-15 | 1975-04-12 | ||
| JPS5045595A (ja) * | 1973-08-27 | 1975-04-23 | ||
| JPS5541036A (en) * | 1978-09-18 | 1980-03-22 | Seiko Epson Corp | Hearing-aid unit |
-
1988
- 1988-09-29 JP JP63246990A patent/JPH0294487A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0294487A (ja) | 1990-04-05 |
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