JPH06268290A

JPH06268290A - スラブ型固体レーザ媒質

Info

Publication number: JPH06268290A
Application number: JP7772793A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yoshida; 国雄吉田; Yoshiaki Kato; 義章加藤; Sadao Nakai; 貞雄中井; Kiyoshi Takeuchi; 清武内; Tomoyasu Noda; 智靖野田; Hiroshi Okuda; 宏史奥田
Original assignee: Osaka University NUC; Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Osaka University NUC; Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】寄生発振を防止し、大出力のレーザ光を出力
できるスラブ型の固体レーザ媒質の簡易な構造を提供す
る。【構成】ＹＡＧ結晶等からなる固体レーザ媒質の端面
は、レーザ光の光線に垂直な面であり、当該端面よりレ
ーザ光が出る。一方、両側面は異なる角度θ₁，θ₂で
ストレートに傾斜している。従って、幅Ｗ方向の断面Ｃ
Ｓ１は、中心軸ＡＸ１（辺４１の中点を通る）に対して
非線対称な台形となる。各側辺５１，６１で反射した寄
生発振光ＰＬは、断面ＣＳ１内では閉光路を構成せず、
充分に減衰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＹＡＧレーザやガラ
スレーザやルビーレーザ等に代表される固体レーザ発振
装置等に用いられるスラブ型の固体レーザ媒質に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、固体レーザ発振器に於て用い
られているスラブ型の固体レーザ媒質を示す斜視図であ
る。当該レーザ媒質１０′は、レーザ光ＬＢの出力面が
ブリュスター角でカットされているいわゆるジグザグ型
の固体レーザ媒質とは異なり、出力面がレーザ光ＬＢの
発振方向（光線方向）と直交するストレート型の媒質で
ある。即ち、固体レーザ媒質１０′の長手方向（Ｌ方
向）及び幅方向（Ｗ方向）に於ける断面図は、共に矩形
型となる。

【０００３】同図に於て、固体レーザ媒質１０′として
は、Ｎｄ³⁺を含んだガラスやＹＡＧ結晶等が用いられ
る。又、固体レーザ媒質１０′の上面３又は下面４側に
は、ＸｅランプやＫｒランプ等のフラッシュランプが設
けられており（図示せず）、当該フラッシュランプより
出た励起光は、上面３又は下面４を通して固体レーザ媒
質１０′へ入射し、当該媒質１０′によって吸収され
る。これにより、固体レーザ媒質１０′内に誘導放出光
が発生する。ここで端面１及び２は、レーザ光に垂直な
矩形型の面であり、各端面１，２に対向して出力鏡及び
全反射鏡が配置されている（図示せず）。従って、固体
レーザ媒質１０′内で生じた誘導放出光の内、端面１，
２より出たレーザ光ＬＢは、出力鏡と全反射鏡とで構成
される共振器内で共振し、その一部がレーザ発振光とし
て出力鏡より出力される。

【０００４】一方、２つの側面５′，６′は、レーザ光
ＬＢの光線に平行な矩形型の面（ストレート型）であ
る。ここで、レーザ光ＬＢの光線を法線方向とする仮想
的な面ＣＳで固体レーザ媒質１０′を切断した場合の断
面図（Ｗ方向の断面図）ＣＳ０を示したのが、図１４で
ある。当該断面ＣＳ０は、矩形型となる。ここで、上面
３の幅方向の中心と下面４の幅方向の中心とを結んだ中
心軸を記号ＡＸ１で表すとともに、側面５′の厚み方向
（Ｔ方向）の中心と側面６′の厚み方向の中心とを結ん
だ中心軸を記号ＡＸ２と表すこととする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１３では、直方体形
の固体レーザ媒質を使用しているため、ジグザグ型固体
レーザ媒質の様にＬ方向には寄生発振（上面，下面で繰
り返し反射し、発生する寄生発振）は生じない。又、固
体レーザ媒質１０′の厚みＴは薄く設定されているの
で、Ｔ方向に於ける寄生発振（上面３，下面２が共振器
構造となって発生する寄生発振）は問題とならない。

【０００６】しかしながら、Ｗ方向に関しては、両側面
５′，６′が共振器を形成する。従って、固体レーザ媒
質１０′内で発生した誘導放出光が当該側面５′，６′
間で反射され、同じ光路上を往復する結果、Ｗ方向につ
いて無視できない寄生発振（図１４における発振モード
ＰＬ）が発生する。この様な寄生発振が発生すると、レ
ーザ光ＬＢの出力は、当該寄生発振がない本来のレーザ
光出力よりも低出力となり、大出力の固体レーザ発振器
を実現することができなくなる問題が生ずる。そこで、
この様な寄生発振を防止するための解決策が必要とな
る。

【０００７】その様な従来の解決策としては、例えば特
開昭６３−２１１７７９号公報や特開平３−１９０２９
３号公報に記載されたものがある。これらの技術は、端
面がブリュスター角でカットされたスラブ型固体レーザ
媒質（ジグザグ型）に関するものであり、レーザ活生物
質を含有したガラスを当該固体レーザ媒質として用いて
いる。当該固体レーザ媒質（ジグザグ型）の一例を、断
面図として図１５に例示する。この様なジグザグ型固体
レーザ媒質においては、記述した通り、レーザ光の一部
が正規のジグザグ状の共振光路から外れて進行し、上面
３Ｐ及び下面４Ｐ間で往復反射する結果、有害な寄生発
振ＰＬが生ずる。この寄生発振ＰＬを防止するため、両
従来技術の内の前者においては、ガラスの上面３Ｐ及び
下面４Ｐをラッピング加工として、これらの面３Ｐ，４
Ｐを乱反射面に形成している。又、後者においては、上
記寄生発振が反射される上面３Ｐ及び下面４Ｐの局所部
分に、当該寄生発振光ＰＬを吸収する光吸収部材を固着
させた構成が用いられている。具体的には、当該寄生発
振光を吸収し得る不純物イオンを含有したガラスを用い
ている。

【０００８】又、後者と同様な構成をとる他の従来技術
としては、特開昭６１−７５５７９号公報に開示された
ものがある。この技術では、ディスク型のレーザガラス
を固体レーザ媒質として用いている。そして、ディスク
の側面方向に生じる寄生発振光を抑制するため、当該デ
ィスク側面全面にわたって、その様な寄生発振光を吸収
し得るクラッドガラスを固着させると共に、抑圧効果を
更に一層向上させるため、当該クラッドガラスを所定の
角度で凹型形状に形成する構成を採用している。

【０００９】この様な従来技術は、たしかに寄生発振を
吸収して抑制する効果を発揮し得る。しかしながら、図
１３で示したいわゆるストレート形状の固体媒質を固体
レーザ媒質として用いる場合には、上記従来技術は、以
下の理由により、好ましくないものと言うことができ
る。即ち、

【００１０】ｉ）固体レーザ媒質の側面に吸収性物質
を固着させるには、実際には接着剤を用いる必要が生じ
る。その様な接着剤を介在させた場合には、無用な屈折
率勾配が生じない様に、又、熱歪み等に起因した熱レン
ズ効果等が生じない様に、当該接着剤を厳密に選定する
必要が生じる。その様な選定は、特に固体レーザ媒質と
してＹＡＧ結晶を用いる場合には、極めて困難な選定と
なる。

【００１１】又、ガラスをレーザ媒質として用いる場合
には、固着方法として熱融着を用いることも可能であ
る。しかしこの熱融着による方法においても、熱融着面
において熱歪み等が極力発生しない様に、光吸収物質を
選定する必要が生じる。その様な材料選定及びコントロ
ールは一般に容易なものではない。特に、ＹＡＧ結晶や
ルビー結晶をレーザ媒質として用いる場合には、熱融着
方法は現時点においては不可能なものであると言うこと
ができる。この様に、光吸収部材を固体レーザ媒質の側
面に固着させる方法は信頼性の点で好ましくないものと
言うことができる。

【００１２】ii）又、光吸収性物質を固着する場合に
は、部材数が増加すると共に固着等の工程が必要となる
ため、製造コストがアップするという問題も生じる。

【００１３】iii) 更に、固体レーザ媒質を液体冷却す
る点においても、当該光吸収性物質が固着された固体レ
ーザ媒質をシールするのは容易でないという問題も生じ
る。

【００１４】

【発明の目的】この発明は、以上のような問題点に鑑み
なされたものである。即ち、本発明の目的は、側面間で
発生する寄生発振を防止し得るスラブ型固体レーザ媒質
を提供することである。又、固体レーザ媒質の種類やそ
の端面の形状いかんにかかわらず適用できる簡易な構造
を備えたスラブ型固体レーザ媒質を実現することをも目
的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明
は、レーザ光が出射しない側面で反射した光が固体レー
ザ媒質内で閉光路を構成しない様に、当該２つの側面の
形状を設定したものである。

【００１６】請求項２に係る発明は、レーザ光の光
線方向を法線方向とする固体レーザ媒質の断面が固体レ
ーザ媒質の上面と下面とを結ぶ当該断面の中心軸に対し
非線対称な形状となる様に、レーザ光が出射しない側面
を形成したものである。

【００１７】ここで、中心軸とは、固体レーザ媒質の断
面が矩形型であると仮定した場合に相当する中心軸に対
応している。

【００１８】請求項３に係る発明は、請求項２の発
明に於ける側面を、各側面がそれぞれ異なる角度で傾斜
する様に形成したものである。

【００１９】請求項４に係る発明は、請求項２の発
明に於ける断面の形状を六角形としたものである。

【００２０】請求項５に係る発明は、請求項４の発
明に於ける六角形の各頂角が全て異なる様に構成したも
のである。

【００２１】請求項６に係る発明は、レーザ光が出
ない側面の少なくとも一つを所定の曲率半径で湾曲する
様に構成したものである。

【００２２】請求項７に係る発明は、請求項６の発
明に於ける各側面を、その円弧の中心が互いに同軸上と
ならない様な湾曲面に形成したものである。

【００２３】

【作用】請求項１ないし請求項７に係る発明では、励起
光を吸収した結果放出される誘導放出光のうち、側面で
反射される光は、閉光路を構成できずに減衰する。

【００２４】

【実施例】（Ａ）実施例１

【００２５】図２は、この発明の一実施例であるスラブ
型固体レーザ媒質１０（以下、レーザ媒質と称す）を用
いた固体レーザ発振器の主要部を模式的に示した図であ
り、同図（ａ）はその斜視図を、（ｂ）はその正面図を
各々示している。本図においては、冷却系統やシール構
造等の図示化は省略されている。レーザ媒質１０は、い
わゆるストレート型のスラブ状の媒質であり、励起光が
入射する上面３及び下面４と側面５及び６（当該側面の
形状は、本実施例の特徴部分であり、後述される）と、
レーザ光ＬＢの光線を法線方向とする端面１及び２とを
備えている。上面３及び下面４に対向して、フラッシュ
ランプ９（Ｘｅランプ等）が配設されており、フラッシ
ュランプ９から放出された光の一部は、励起光としてレ
ーザ媒質１０へ入射する。又、端面１及び２に対向し
て、それぞれ出力鏡７及び全反射鏡８が配設されてい
る。これらの鏡７，８は、長手方向に関して共振器を構
成しており、端面１及び２から出たレーザ光ＬＢは、両
鏡７，８間で共振する。そして、その一部は、出力鏡７
からレーザ発振光ＬＢ０として出力する。

【００２６】図１は、当該レーザ媒質１０を図１３で例
示した仮想的な面ＣＳで切断した際に生じる断面図を示
している。図１に示す様に、本レーザ媒質１０の側面５
１及び６１は、互いに異なる角度θ₁，θ₂で傾いてい
る。従って、その断面ＣＳ１は、図１４で例示した中心
軸ＡＸ１に対して非線対称な台形となる。この場合、両
側面５１，６１は、Ｗ方向に関して共振器を形成しない
こととなる。従って、各側辺５１，６１で反射した寄生
発振光ＰＬは、当該断面ＣＳ１内においては閉光路を形
成することができなくなり、寄生発振光ＰＬは減衰す
る。その結果、レーザ発振光ＬＢ０の出力は、本来得ら
るべき出力値となり、発振効率を向上させることができ
ると共に、大出力の固体レーザ発振器を容易に実現する
ことができる。

【００２７】（Ｂ）実施例２

【００２８】図４は、この発明の第二の実施例であるレ
ーザ媒質１０Ａを用いた固体レーザ発振器を示した図で
ある（（ａ）：斜視図、（ｂ）：正面図）。本実施例２
が実施例１と相違する点は、レーザ媒質１０Ａの側面の
形状であり、他の部分は同一である。

【００２９】図３は、当該レーザ媒質１０Ａを前述の仮
想的な面ＣＳで切断した際の断面ＣＳ２を表した断面図
である。同図に示すように、側面５Ａ及び６Ａは、異な
る角度θ₁及びθ₂でそれぞれ角度付けられており、そ
の断面ＣＳ２は、前述の中心軸ＡＸ１に対して非線対称
な六角形となる。この様な非線対称な構造を有すること
から、例えば側辺５Ａ２，６Ａ２で反射した寄生発振光
ＰＬは、当該断面ＣＳ２内では閉光路を形成しないこと
となることは明らかである。但し、頂角θ₁，θ₂の六
角形の頂点は同一軸ＡＸ２上にあるので、当該両頂点で
反射した寄生発振光は閉光路を形成するので、この寄生
発振光に関しては除去することはできない。しかし、そ
れ以外の寄生発振光ＰＬを充分に減衰させることができ
るので、本実施例２においても又、レーザ光ＬＢ０の出
力を増加させることができ、且つ発振効率を向上させる
ことが可能である。

【００３０】（Ｃ）実施例３

【００３１】図５は、この発明の第三の実施例であるレ
ーザ媒質１０Ｂを用いた固体レーザ発振器の斜視図を示
している。本実施例３においても、特徴的な部分は、レ
ーザ媒質１０Ｂの形状にある。

【００３２】ここで、図６は、当該レーザ媒質１０Ｂを
前述の仮想的な面ＣＳで切断した際に生じる断面ＣＳ３
を表す断面図である。同図に示す通り、両側面５Ｂ，６
Ｂは、それぞれ曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂の円弧状に湾曲した
面に形成されている。湾曲した両側面５Ｂ，６Ｂの中心
点は、共に同一軸ＡＸ２上にある。但し、曲率半径Ｒ₁
及びＲ₂は、共に等しい値であってもよく、又互いに異
なる値であってもよい。この様に側面５Ｂ，６Ｂが湾曲
面に形成されていることから、各側辺５Ｂ１，６Ｂ１で
反射した寄生発振光が閉光路を構成しないことは明白で
ある。但し、本実施例３においても、中心軸ＡＸ２上に
閉光路を形成する寄生発振光を除去することはできな
い。しかし、それ以外の寄生発振光を充分に減衰できる
ため、本実施例３も又、発振効率を高め且つ大出力の固
体レーザ発振器を実現することができる。

【００３３】（Ｄ）その他の変型例

【００３４】この発明は、前実施例１〜３において明ら
かとなった様に、両側面が共振器構成とならない様に両
側面の形状を設定することに、その特徴点を有してい
る。従って、この思想を実現する構成としては、様々な
ものが考えられる。その様な変型例を、以下に列挙する
こととする。

【００３５】図７は、レーザ媒質の側面５Ｃ，６Ｃ
の第一変形例を示した断面図である。この断面ＣＳ４も
又、仮想的な面ＣＳの切断によって形成されるものであ
る。当該側面５Ｃ，６Ｃは、それぞれその中心点Ｏ₁，
Ｏ₂が同一軸上にない曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂の円弧状に湾
曲された面に形成されている。従って、断面ＣＳ４は、
図６の断面ＣＳ３（Ｒ₁＝Ｒ₂のときには線対称とな
る）とは異なり、中心軸ＡＸ１に関して常に非線対称な
四角形となる。この様な断面ＣＳ４においても、図８に
示すように、側辺５Ｃ１，６Ｃ１でそれぞれ反射した寄
生発振光ＰＬは、閉光路を構成することができない。し
かも、本レーザ媒質では、図６のレーザ媒質１０Ｂとは
異なり、中心軸ＡＸ２上においても寄生発振光ＰＬは閉
光路を構成することができない。従って、Ｗ方向におけ
る全ての寄生発振光を減衰させることが可能となる。

【００３６】図９は、レーザ媒質の第二変形例を示
す断面図である。この場合には、側面５Ｄの側辺５Ｄ１
は角度θ₁（０＜θ₁＜９０°）で傾いているのに対し
て、側面６Ｄは上面３Ｄ及び下面４Ｄに垂直な面を構成
している。この様に中心軸ＡＸ１に対して非線対称な断
面ＣＳ５としたので、同じくＷ方向の寄生発振を防止す
ることができる。

【００３７】図１０は、レーザ媒質の第三変形例を
示すものであり、前述した図３に示されたレーザ媒質の
変形例に該当している。即ち、レーザ媒質の断面ＣＳ６
は、全ての頂角（θ₁〜θ₆）が異なる六角形を形成し
ており、中心軸ＡＸ１に対し非線対称な図形となってい
る。この場合、頂角θ₁及びθ₂の頂点は、共に同一軸
上に存在しないため、断面ＣＳ６内では全ての寄生発振
光が閉光路を構成できずに減衰することとなる。従っ
て、図３に示した場合よりも更に一層の発振効率の増大
及びレーザ光の大出力化を達成することが可能となる。

【００３８】図１１は、レーザ媒質の第四変形例に
該当しており、且つ図１０の第三変形例に対応したもの
である。即ち、レーザ媒質の断面ＣＳ７は、頂角θ₁及
びθ₂が鈍角となる六角形を形成しており、この場合に
も断面ＣＳ７内において寄生発振光を全て減衰させるこ
とができる。

【００３９】図１２は、レーザ媒質の第五変形例を
示す断面図であり、その断面ＣＳ８は一方の側辺が曲率
半径Ｒで湾曲しており、他方の側辺が上面及び下面に対
し直角な辺となるような四角形を形成している。この場
合、曲率半径Ｒの円弧上の中心点は、中心軸ＡＸ２上に
はないため、中心軸ＡＸ２上には寄生発振光の閉光路は
構成されない。従って、断面ＣＳ８内においては全ての
寄生発振光が減衰されることとなる。

【００４０】上記実施例１〜３及び変形例１〜５に
おいては、レーザ媒質の端面が全てストレート型となる
ようなものを取り扱ってきたが、本発明は、図１５で示
したいわゆるジグザグ型のスラブ型固体レーザ媒質に
も、幅方向の寄生発振防止手段として適用可能である。
又、この発明は、ＹＡＧ結晶やルビー結晶やガラス等の
レーザ媒質の他、あらゆるスラブ型の固体レーザ媒質に
適用することができる。更に、本発明は、固体レーザ発
振器のレーザ媒質としてのみならず、光増幅器用のレー
ザ媒質としても用いることができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１ないし請求項７に係る発明は、
両側面間で発生する寄生発振を防止することができるの
で、発振効率を向上させるとともに、レーザ光の発振出
力を増大させることができる効果を奏する。しかも、本
発明に係る固体レーザ媒質は簡易な構造を有するため、
様々なスラブ型の固体レーザ媒質に適用可能であり、製
造時のコストを低減せしめる効果をも併せ有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】固体レーザ媒質の断面図である。

【図２】この発明の固体レーザ媒質を用いた固体レーザ
発振器の主要部の構成を示した説明図である。

【図３】固体レーザ媒質の断面図である。

【図４】この発明の他の固体レーザ媒質を適用した固体
レーザ発振器の主要部の構成を示した説明図である。

【図５】この発明の他の固体レーザ媒質を適用した固体
レーザ発振器の主要部の構成を示した説明図である。

【図６】固体レーザ媒質の断面図である。

【図７】固体レーザ媒質の断面図である。

【図８】固体レーザ媒質の断面図である。

【図９】固体レーザ媒質の断面図である。

【図１０】固体レーザ媒質の断面図である。

【図１１】固体レーザ媒質の断面図である。

【図１２】固体レーザ媒質の断面図である。

【図１３】従来の固体レーザ媒質の形状を表す斜視図で
ある。

【図１４】従来の固体レーザ媒質の断面図である。

【図１５】ジグザグ型の固体レーザ媒質の正面図であ
る。

【符号の説明】

１，２端面３上面４下面５，６側面７出力鏡８全反射鏡９フラッシュランプ１０固体レーザ媒質ＡＸ１中心軸ＬＢ，ＬＢ０レーザ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武内清兵庫県西宮市田近野町６番107号新明和工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者野田智靖兵庫県西宮市田近野町６番107号新明和工業株式会社開発技術本部内 (72)発明者奥田宏史兵庫県西宮市田近野町６番107号新明和工業株式会社開発技術本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光の出射面と、励起光が入射する
上面又は下面と、レーザ光が出射しない２つの側面とを
有するスラブ型固体レーザ媒質であって、前記側面で反射した光が前記固体レーザ媒質内で閉光路
を構成しない様に前記側面の形状が設定されていること
を特徴とするスラブ型固体レーザ媒質。
【請求項２】レーザ光の出射面と、励起光が入射する
上面又は下面と、レーザ光が出射しない２つの側面とを
有するスラブ型固体レーザ媒質であって、前記レーザ光の光線方向を法線方向とする前記固体レー
ザ媒質の断面が前記上面と下面とを結ぶ当該断面の中心
軸に対し非線対称な形状となる様に前記側面が形成され
ており、前記中心軸は前記固体レーザ媒質の断面が矩形型である
と仮定した場合に相当する中心軸に対応していることを
特徴とするスラブ型固体レーザ媒質。
【請求項３】前記各側面がそれぞれ異なる角度で傾斜
していることを特徴とする請求項２記載のスラブ型固体
レーザ媒質。
【請求項４】前記断面の形状が六角形であることを特
徴とする請求項２記載のスラブ型固体レーザ媒質。
【請求項５】前記六角形の各頂角が全て異なることを
特徴とする請求項４記載のスラブ型固体レーザ媒質。
【請求項６】レーザ光の出射面と、励起光が入射する
上面又は下面と、レーザ光が出射しない２つの側面とを
有するスラブ型固体レーザ媒質であって、前記側面の少なくとも一つが所定の曲率半径で湾曲して
いることを特徴とするスラブ型固体レーザ媒質。
【請求項７】前記各側面がそれぞれ所定の曲率半径で
湾曲しており、当該各側面の円弧の中心が互いに同軸上
にないことを特徴とする請求項６記載のスラブ型固体レ
ーザ媒質。