JPH0644649B2 - Ｃｗポンプド・レーザにおける高パルス繰返し数を発生する方法および装置 - Google Patents
Ｃｗポンプド・レーザにおける高パルス繰返し数を発生する方法および装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＷ（連続波）ポンプ
ド（ｐｕｍｐｅｄ）Ｑ−スイッチ・レーザ用の大きなパ
ルス繰返し数を生じる方法および装置に関し、特にスピ
ニング・ロッドを使用するＣＷポンプドＱスイッチＮ
ｄ：ＹＡＧレーザの大きなパルス繰返し数を発生する方
法および装置に関する。また、レーザ生成ロッドを冷却
する方法および装置が開示される。本発明はまた、ＣＷ
ポンプド・レーザ用の大きなパルス繰返し数を発生する
ため中空のレーザ・ロッドが使用可能であることを開示
する。
ド（ｐｕｍｐｅｄ）Ｑ−スイッチ・レーザ用の大きなパ
ルス繰返し数を生じる方法および装置に関し、特にスピ
ニング・ロッドを使用するＣＷポンプドＱスイッチＮ
ｄ：ＹＡＧレーザの大きなパルス繰返し数を発生する方
法および装置に関する。また、レーザ生成ロッドを冷却
する方法および装置が開示される。本発明はまた、ＣＷ
ポンプド・レーザ用の大きなパルス繰返し数を発生する
ため中空のレーザ・ロッドが使用可能であることを開示
する。
【０００２】
【従来の技術】レーザを有効にポンプしてレーザ・ポン
ピング媒体から最大出力を得るために、種々の方法およ
び装置が使用されてきた。例えば、米国特許第３，３１
１，８４４号は、「高速」パルス・レーザ・システムを
開示している。これは、ホイールの周囲に固定される多
数のロッドを使用する。これらロッドは、レーザ空洞内
へ回転されて、パルス・ポンプドされて励起される。し
かし、このシステムにおける「高速」とは、非常に高電
力が必要でせいぜい１Ｈzである。また、この米国特許
には、連続的な割出し法によるロッドの冷却も実施され
る。このシステムはまた、これら１つ以上のロッドをポ
ンピング・チャンバ内でパルス・ポンピング（励起）す
るため多数のポンピング・ランプが使用できることをも
示している。これらのランプは、チャンバ内のロッドに
ポンピング・エネルギを供給するためポンピング・チャ
ンバ内のロッドの通過と関連して閃光される。このよう
に、１つのランプに過剰熱が生じることを避けるためラ
ンプは逐次発光される。各レーザ・ロッドをパルスを受
けた後に冷却することが要求されるならば、レーザ・ロ
ッドがパルスを受けた後冷却するように冷却気の流れを
生じるため、ファンまたはブロワの如き１つ以上の冷却
装置をシステムの周囲に配置することができる。
ピング媒体から最大出力を得るために、種々の方法およ
び装置が使用されてきた。例えば、米国特許第３，３１
１，８４４号は、「高速」パルス・レーザ・システムを
開示している。これは、ホイールの周囲に固定される多
数のロッドを使用する。これらロッドは、レーザ空洞内
へ回転されて、パルス・ポンプドされて励起される。し
かし、このシステムにおける「高速」とは、非常に高電
力が必要でせいぜい１Ｈzである。また、この米国特許
には、連続的な割出し法によるロッドの冷却も実施され
る。このシステムはまた、これら１つ以上のロッドをポ
ンピング・チャンバ内でパルス・ポンピング（励起）す
るため多数のポンピング・ランプが使用できることをも
示している。これらのランプは、チャンバ内のロッドに
ポンピング・エネルギを供給するためポンピング・チャ
ンバ内のロッドの通過と関連して閃光される。このよう
に、１つのランプに過剰熱が生じることを避けるためラ
ンプは逐次発光される。各レーザ・ロッドをパルスを受
けた後に冷却することが要求されるならば、レーザ・ロ
ッドがパルスを受けた後冷却するように冷却気の流れを
生じるため、ファンまたはブロワの如き１つ以上の冷却
装置をシステムの周囲に配置することができる。
【０００３】米国特許第４，５５５，７８６号は、別の
高電力ソリッドステート・レーザを開示している。この
特許は、レーザ媒体の回転運動が専ら熱負荷の分散の目
的のためであるレーザ・システムを記載している。スピ
ン・ガラス・ディスクまたはスラブを参照する。レーザ
発生媒体を運動させる目的は、ガラス・ディスクまたは
スラブを破壊から保護するためその内部の熱応力を減少
させることである。この米国特許はまた、レーザ発生ス
ラブまたはディスクが割出し整合流体の膜を用いること
により冷却できることも示している。この膜は、熱を回
転するディスクまたはスラブから冷却シートまたはプレ
ートへ移転するため回転するレーザ発生ディスクの表面
上に塗布される。
高電力ソリッドステート・レーザを開示している。この
特許は、レーザ媒体の回転運動が専ら熱負荷の分散の目
的のためであるレーザ・システムを記載している。スピ
ン・ガラス・ディスクまたはスラブを参照する。レーザ
発生媒体を運動させる目的は、ガラス・ディスクまたは
スラブを破壊から保護するためその内部の熱応力を減少
させることである。この米国特許はまた、レーザ発生ス
ラブまたはディスクが割出し整合流体の膜を用いること
により冷却できることも示している。この膜は、熱を回
転するディスクまたはスラブから冷却シートまたはプレ
ートへ移転するため回転するレーザ発生ディスクの表面
上に塗布される。
【０００４】米国特許第４，５６７，５９７号は、静止
レーザ発生領域を有するレーザ・システムを開示してい
る。レーザ発生媒体は、熱的に冷却される非励起部分を
レーザ発生空洞内へ送り、ここで励起され次いでレーザ
を生じさせられ、従ってレーザ発生媒体は、熱がシリン
ダから周囲へ移動されるように、レーザ発生空洞から出
るように回転される。この米国特許はまた、冷却された
非励起領域が共振器の空洞内へ送られ、次いで熱が中空
のシリンダから周囲へ伝達されるように、中空のレーザ
・ロッドの励起部分が完全に回転されるよう回転される
中空の円筒形状のレーザ・ロッドを開示している。
レーザ発生領域を有するレーザ・システムを開示してい
る。レーザ発生媒体は、熱的に冷却される非励起部分を
レーザ発生空洞内へ送り、ここで励起され次いでレーザ
を生じさせられ、従ってレーザ発生媒体は、熱がシリン
ダから周囲へ移動されるように、レーザ発生空洞から出
るように回転される。この米国特許はまた、冷却された
非励起領域が共振器の空洞内へ送られ、次いで熱が中空
のシリンダから周囲へ伝達されるように、中空のレーザ
・ロッドの励起部分が完全に回転されるよう回転される
中空の円筒形状のレーザ・ロッドを開示している。
【０００５】米国特許第４，５７５，８５４号は、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザに対する別の独特な励起方式を開示し
ている。アーク灯を使用する代わりに、１列のレーザ・
ダイオード・アレイあるいはレーザ・ダイオードの１ア
レイが、円筒状ロッドを包囲している。これらレーザ・
ダイオード・アレイは、他のダイオード・アレイがオフ
である間少なくとも１つのダイオード・アレイがオンで
あることを保証することことにより、ＣＷの励起を生じ
るように順次パルスを受ける。各ダイオード・アレイ
は、冷却の目的のため実際に非常に低いデューティ・サ
イクルで動作する。静止Ｎｄ：ＹＡＧレーザ・ロッド
は、回転中電子的に励振されるダイオード・レーザ・バ
ーの包囲アレイにより励起される。
ｄ：ＹＡＧレーザに対する別の独特な励起方式を開示し
ている。アーク灯を使用する代わりに、１列のレーザ・
ダイオード・アレイあるいはレーザ・ダイオードの１ア
レイが、円筒状ロッドを包囲している。これらレーザ・
ダイオード・アレイは、他のダイオード・アレイがオフ
である間少なくとも１つのダイオード・アレイがオンで
あることを保証することことにより、ＣＷの励起を生じ
るように順次パルスを受ける。各ダイオード・アレイ
は、冷却の目的のため実際に非常に低いデューティ・サ
イクルで動作する。静止Ｎｄ：ＹＡＧレーザ・ロッド
は、回転中電子的に励振されるダイオード・レーザ・バ
ーの包囲アレイにより励起される。
【０００６】米国特許第４，８４５，７２１号は、冷媒
が流過し得る内孔を有するソリッドステート・レーザを
開示している。ここではまた、レーザ材料の他の部分が
冷却されている間その特定部分のみが励起を受けるよう
に、ロッドを回転させることを開示している。この特許
はさらに、ソリッドステート・レーザ媒体が実際の材料
の特別な設計／形状により冷却が可能である手段を記載
している。これらの設計は、熱の放出のための表面積を
増すことによりレーザの冷却を容易にする。共振器の励
起領域内へ回転させられる管状ロッド（中空のシリン
ダ）に触れているが、これは専ら冷却目的のためになさ
れる。
が流過し得る内孔を有するソリッドステート・レーザを
開示している。ここではまた、レーザ材料の他の部分が
冷却されている間その特定部分のみが励起を受けるよう
に、ロッドを回転させることを開示している。この特許
はさらに、ソリッドステート・レーザ媒体が実際の材料
の特別な設計／形状により冷却が可能である手段を記載
している。これらの設計は、熱の放出のための表面積を
増すことによりレーザの冷却を容易にする。共振器の励
起領域内へ回転させられる管状ロッド（中空のシリン
ダ）に触れているが、これは専ら冷却目的のためになさ
れる。
【０００７】米国特許第４，８９０，２８９号は、レー
ザ生成ディスクの回転軸心から偏心位置に置かれたソー
スにより光学的に励起される回転ディスク・レーザを開
示している。この特許は、熱負荷の分散を目的とするレ
ーザ発生媒体の回転または移動について記載している。
ランプの励起により生じる熱的影響を低減することがこ
の特許の主な目的である。これは、光ファイバを介する
放射線の供給によるダイオードの励起を包含している。
更に、媒体の回転は、専ら媒体内の熱応力の低減の目的
のためである。
ザ生成ディスクの回転軸心から偏心位置に置かれたソー
スにより光学的に励起される回転ディスク・レーザを開
示している。この特許は、熱負荷の分散を目的とするレ
ーザ発生媒体の回転または移動について記載している。
ランプの励起により生じる熱的影響を低減することがこ
の特許の主な目的である。これは、光ファイバを介する
放射線の供給によるダイオードの励起を包含している。
更に、媒体の回転は、専ら媒体内の熱応力の低減の目的
のためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、回転
するソリッドステート・レーザ・ロッドを使用するＣＷ
ポンプドＱスイッチ・レーザのための大きなパルス繰返
し数を提供することにある。
するソリッドステート・レーザ・ロッドを使用するＣＷ
ポンプドＱスイッチ・レーザのための大きなパルス繰返
し数を提供することにある。
【０００９】本発明の別の目的は、高いパルス繰返し数
あるいは低い回転速度を発生することができる大きな直
径のソリッドステート・レーザ・ロッドを提供すること
である。
あるいは低い回転速度を発生することができる大きな直
径のソリッドステート・レーザ・ロッドを提供すること
である。
【００１０】本発明の更に別の目的は、ガウス・ビーム
特性を維持しながら、レーザ媒体の全体積を利用するこ
とである。
特性を維持しながら、レーザ媒体の全体積を利用するこ
とである。
【００１１】本発明の他の目的は、ガウス・ビーム特性
を持つより大きなＣＷレーザ出力を達成することであ
る。
を持つより大きなＣＷレーザ出力を達成することであ
る。
【００１２】本発明の更に他の目的は、ソリッドステー
ト・レーザ・ロッドから最大レーザ出力を引出すことで
ある。
ト・レーザ・ロッドから最大レーザ出力を引出すことで
ある。
【００１３】本発明の更に他の目的は、ソリッドステー
ト・レーザ・ロッドを冷却する手段を提供することであ
る。
ト・レーザ・ロッドを冷却する手段を提供することであ
る。
【００１４】本発明の更に他の目的は、加圧された流体
ベアリングを提供することにより、レーザ空洞内の油の
汚染を排除することである。
ベアリングを提供することにより、レーザ空洞内の油の
汚染を排除することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ロッドの長い
軸心において高速度で回転されるソリッドステート・レ
ーザ発生ロッドを開示している。このロッドは、レーザ
・ビームが通過する開口の大きさより大きいサイズを有
する。ロッドがミラー状の空洞内で回転される間、ロッ
ドは光子で励起される。レーザ・ロッドが前記開口より
大きいため、処理のため使用されるレーザ・ビームはロ
ッド軸心から偏心させることができる。この偏心開口を
通る光ビームは、ロッドにより増幅され、端部ミラーを
通過させられ、次いで工作物に対して指向される。
軸心において高速度で回転されるソリッドステート・レ
ーザ発生ロッドを開示している。このロッドは、レーザ
・ビームが通過する開口の大きさより大きいサイズを有
する。ロッドがミラー状の空洞内で回転される間、ロッ
ドは光子で励起される。レーザ・ロッドが前記開口より
大きいため、処理のため使用されるレーザ・ビームはロ
ッド軸心から偏心させることができる。この偏心開口を
通る光ビームは、ロッドにより増幅され、端部ミラーを
通過させられ、次いで工作物に対して指向される。
【００１６】スピニング・ロッドは、ロッドが回転する
時、光子を出さずあるいはレーザを生じないロッドの領
域が光子により充電即ち励起されつつあるためレーザ繰
返し数を増し、その結果レーザを生じる各領域が、開口
内でレーザを生じるよう回転される時充分に充電される
ことになる。
時、光子を出さずあるいはレーザを生じないロッドの領
域が光子により充電即ち励起されつつあるためレーザ繰
返し数を増し、その結果レーザを生じる各領域が、開口
内でレーザを生じるよう回転される時充分に充電される
ことになる。
【００１７】中空のソリッドステート・レーザ発生ロッ
ドもまた本発明で使用することができる。このような場
合、中空のレーザ発生ロッドは、内部および（または）
からの光子により励起される。中空のロッドは、偏心し
た開口を用いて回転することができ、また更にソリッド
ステート・レーザ発生ロッドを用いて得られるものと似
た結果を得ることができる。
ドもまた本発明で使用することができる。このような場
合、中空のレーザ発生ロッドは、内部および（または）
からの光子により励起される。中空のロッドは、偏心し
た開口を用いて回転することができ、また更にソリッド
ステート・レーザ発生ロッドを用いて得られるものと似
た結果を得ることができる。
【００１８】前記の中空のレーザ発生ロッドは、水その
他の流体を用いて内部から冷却することもできる。他の
液体または気体の媒体、例えば液体窒素またはフレオン
もまた、中空またはソリッドステートのレーザ発生ロッ
ドを外側から冷却するため使用することができる。
他の流体を用いて内部から冷却することもできる。他の
液体または気体の媒体、例えば液体窒素またはフレオン
もまた、中空またはソリッドステートのレーザ発生ロッ
ドを外側から冷却するため使用することができる。
【００１９】本発明はまた、中実あるいは中空のソリッ
ドステート・レーザ・ロッドが回転される時、流体また
は水ベアリングの使用が可能であることを開示する。こ
のような場合、流体はソリッドステート・レーザ・ロッ
ドの支持面の冷却のために使用されるのみでなく潤滑材
としても働く。
ドステート・レーザ・ロッドが回転される時、流体また
は水ベアリングの使用が可能であることを開示する。こ
のような場合、流体はソリッドステート・レーザ・ロッ
ドの支持面の冷却のために使用されるのみでなく潤滑材
としても働く。
【００２０】
【実施例】ＣＷ（連続波）ポンプドＱ−スイッチＮｄ：
ＹＡＧレーザの性能を改善する試みにおいて、最大ピー
ク電力における最大繰返し数が約１ＫＨzで生じること
が明らかになった。これは、主として図１に示される如
きＣＷポンプド・レーザ・ロッドの固定された最大ポン
ピング数によるものであり、Ｘ軸はポンピング時間ｔを
示し、Ｙ軸はレーザ・ロッドのゼロ乃至１００％の励起
レベルまでの励起を示している。
ＹＡＧレーザの性能を改善する試みにおいて、最大ピー
ク電力における最大繰返し数が約１ＫＨzで生じること
が明らかになった。これは、主として図１に示される如
きＣＷポンプド・レーザ・ロッドの固定された最大ポン
ピング数によるものであり、Ｘ軸はポンピング時間ｔを
示し、Ｙ軸はレーザ・ロッドのゼロ乃至１００％の励起
レベルまでの励起を示している。
【００２１】現在ある連続的に励起されるＱスイッチ・
ソリッドステート・レーザの場合、時間ｔ2におけるレ
ーザ・パルスに先立ち時間ｔ1で、レーザ・ロッドが完
全に励起され、最大反転分布にある。点４においてレー
ザが励起され、時間ｔ2において記憶されたエネルギ５
のソリッドステート・レーザ・ロッドを減損する。最大
数における一定の励起では、反転分布はポンピング・カ
ーブ６上の点８に部分的に復元され、時間ｔ3では完全
に励起されるが、これはＮｄ：ＹＡＧレーザでは典型的
に１ミリ秒（ｍｓ）である。
ソリッドステート・レーザの場合、時間ｔ2におけるレ
ーザ・パルスに先立ち時間ｔ1で、レーザ・ロッドが完
全に励起され、最大反転分布にある。点４においてレー
ザが励起され、時間ｔ2において記憶されたエネルギ５
のソリッドステート・レーザ・ロッドを減損する。最大
数における一定の励起では、反転分布はポンピング・カ
ーブ６上の点８に部分的に復元され、時間ｔ3では完全
に励起されるが、これはＮｄ：ＹＡＧレーザでは典型的
に１ミリ秒（ｍｓ）である。
【００２２】標準的なレーザ・システムにおいては、レ
ーザ・ロッドが完全に再励起される時間を持つ前にレー
ザが始動されるならば、結果として生じる光の出力パル
スが完全に励起されたレーザ・ロッドからのパルスより
も強さが弱い。このため、不規則にパルスされたレーザ
・ロッドに対する出力エネルギの大きな変動をもたら
し、大半のレーザ用途に対して全く望ましくない。
ーザ・ロッドが完全に再励起される時間を持つ前にレー
ザが始動されるならば、結果として生じる光の出力パル
スが完全に励起されたレーザ・ロッドからのパルスより
も強さが弱い。このため、不規則にパルスされたレーザ
・ロッドに対する出力エネルギの大きな変動をもたら
し、大半のレーザ用途に対して全く望ましくない。
【００２３】典型的な従来技術のソリッドステートＮ
ｄ：ＹＡＧレーザ空洞１１が図２に示される。典型的に
は液体で冷却された楕円反射器である反射器１２が、Ｃ
Ｗクリプトン・アーク灯の如き励起用光源１４と、ソリ
ッドステート・レーザ・ロッド１６の双方を収容してい
る。これも出力結合ミラーであり得る第１の、即ち後部
ミラー１８と、出力結合ミラー２０である第２の、即ち
前部ミラー２０とが、レーザ共振器即ち光空洞１１を形
成している。ミラー１８、２０の位置は、どの側でレー
ザ・ビームを必要とするかに従って出口から発射するよ
うに、相互に容易に変更することができる。前部板２１
の前部開口２２と、後部板２７の後部開口２８とは、ガ
ウス出力ビーム２４を生じるように許容し得るビーム経
路を定義するため空間フィルタ作用を提供する。Ｑスイ
ッチ２６は、ビームを実質的に断続して、要求される時
出力レーザ・パルスの発生を許容する。
ｄ：ＹＡＧレーザ空洞１１が図２に示される。典型的に
は液体で冷却された楕円反射器である反射器１２が、Ｃ
Ｗクリプトン・アーク灯の如き励起用光源１４と、ソリ
ッドステート・レーザ・ロッド１６の双方を収容してい
る。これも出力結合ミラーであり得る第１の、即ち後部
ミラー１８と、出力結合ミラー２０である第２の、即ち
前部ミラー２０とが、レーザ共振器即ち光空洞１１を形
成している。ミラー１８、２０の位置は、どの側でレー
ザ・ビームを必要とするかに従って出口から発射するよ
うに、相互に容易に変更することができる。前部板２１
の前部開口２２と、後部板２７の後部開口２８とは、ガ
ウス出力ビーム２４を生じるように許容し得るビーム経
路を定義するため空間フィルタ作用を提供する。Ｑスイ
ッチ２６は、ビームを実質的に断続して、要求される時
出力レーザ・パルスの発生を許容する。
【００２４】図３は、図２における３−３に関する断面
図で、レーザ・ロッド１６を有する反射器１２を示す。
クリプトン・アーク灯１４は、励起用放射線即ち光線即
ち光子１５を楕円反射器１２の内側で放出する。これら
の光線１５がレーザ・ロッド１６を励起する。充分に充
電されると、レーザ・ロッド１６は、光子を後部ミラー
１８に対して放出する。電子的制御下のＱスイッチ２６
は、レーザ・ビームの通過を制御し、指令と同時に、光
子が後部ミラー１８に当たることを許容する。これらの
光子は、レーザ・ロッド１６へ反射された後、刺激され
た発光により増幅されてレーザ・ビーム２４を生じ、こ
のビームは前部開口２２を経て出力結合ミラー２０から
出る。典型的には、出力結合ミラー２０は、レーザ・ビ
ーム２４の約２０％のみを透過させ、また光子の刺激発
光により更に増幅するため残りの光をレーザ空洞１１内
へ戻るよう反射する。開口２２および２８は、許容レー
ザ・ビーム径を規定するため使用することができる。レ
ーザ・ビーム径の開口によりこのような制御は、レーザ
・ロッド１６に活性状態即ちレーザ発生領域３０と、不
活性状態即ち非レーザ発生領域２５とを生成する。これ
らの開口２２、２８は、レーザが精密に合焦が可能なガ
ウス・ビームを生じることを保証するため使用される。
これらの開口２２、２８が使用されない場合、放出され
たレーザ・ビームは精密に合焦することができない多重
モードである。高い品質のビームを得るため開口２２、
２８を使用することは、レーザ・ロッド１６の比較的小
さな部分がレーザを発生し得ないという事実により、よ
り低い出力をもたらす結果となる。
図で、レーザ・ロッド１６を有する反射器１２を示す。
クリプトン・アーク灯１４は、励起用放射線即ち光線即
ち光子１５を楕円反射器１２の内側で放出する。これら
の光線１５がレーザ・ロッド１６を励起する。充分に充
電されると、レーザ・ロッド１６は、光子を後部ミラー
１８に対して放出する。電子的制御下のＱスイッチ２６
は、レーザ・ビームの通過を制御し、指令と同時に、光
子が後部ミラー１８に当たることを許容する。これらの
光子は、レーザ・ロッド１６へ反射された後、刺激され
た発光により増幅されてレーザ・ビーム２４を生じ、こ
のビームは前部開口２２を経て出力結合ミラー２０から
出る。典型的には、出力結合ミラー２０は、レーザ・ビ
ーム２４の約２０％のみを透過させ、また光子の刺激発
光により更に増幅するため残りの光をレーザ空洞１１内
へ戻るよう反射する。開口２２および２８は、許容レー
ザ・ビーム径を規定するため使用することができる。レ
ーザ・ビーム径の開口によりこのような制御は、レーザ
・ロッド１６に活性状態即ちレーザ発生領域３０と、不
活性状態即ち非レーザ発生領域２５とを生成する。これ
らの開口２２、２８は、レーザが精密に合焦が可能なガ
ウス・ビームを生じることを保証するため使用される。
これらの開口２２、２８が使用されない場合、放出され
たレーザ・ビームは精密に合焦することができない多重
モードである。高い品質のビームを得るため開口２２、
２８を使用することは、レーザ・ロッド１６の比較的小
さな部分がレーザを発生し得ないという事実により、よ
り低い出力をもたらす結果となる。
【００２５】上記の形態は制限された繰返し数の安定し
たガウス・モードを生じ、レーザ・ロッド１６の励起さ
れた体積を最も有効に利用する。しかし、同じガウス・
ビーム２４は、同じ開口を持つより大きな直径のロッド
（高出力の多重モード・レーザにおいて通常使用され
る）を使用することにより得ることもできるが効率が低
下し、これは励起されたロッドの未使用の体積によるも
のである。
たガウス・モードを生じ、レーザ・ロッド１６の励起さ
れた体積を最も有効に利用する。しかし、同じガウス・
ビーム２４は、同じ開口を持つより大きな直径のロッド
（高出力の多重モード・レーザにおいて通常使用され
る）を使用することにより得ることもできるが効率が低
下し、これは励起されたロッドの未使用の体積によるも
のである。
【００２６】標準的なＮｄ：ＹＡＧレーザ形態において
は、先に述べたように、ガウス・ビーム特性２４を生じ
るためには、楕円励起チャンバ１２内の小径のソリッド
ステート・レーザ・ロッド１６は、ガウス・モードおよ
びレーザ・ロッド１６内のビーム経路を画成するため開
口２２、２８と共に用いられる。
は、先に述べたように、ガウス・ビーム特性２４を生じ
るためには、楕円励起チャンバ１２内の小径のソリッド
ステート・レーザ・ロッド１６は、ガウス・モードおよ
びレーザ・ロッド１６内のビーム経路を画成するため開
口２２、２８と共に用いられる。
【００２７】図４および図５は、本発明の一実施例を示
している。図４の線５−５に関する概略図が図５に示さ
れる。ソリッドステート・レーザ・ロッド３６は、その
回転軸３２が光軸３３から隔てられている。レーザ空洞
３１は、ソリッドステート・レーザ・ロッド３６が高速
度でその長い軸上で回転させられることを除いて、図２
において論述した如きレーザ空洞１１と類似する。更
に、レーザ・ロッド３６の回転軸３２は、光軸３３から
活性領域３７の少なくとも１つの半径だけ偏心していな
ければならない。ソリッドステート・レーザ・ロッド３
６は、１つ以上のレーザ・ダイオードまたは１つ以上の
アーク灯の如き種々の装置により光学的に励起すること
ができる。反射器１２は、楕円形として示されるが、円
形あるいは他の形状としてもよい。先に述べたように、
開口２２、２８の使用することで、活性領域即ちレーザ
発生領域３７と不活性領域即ち非レーザ発生領域３５と
をもたらす結果となる。回転方向３９は反時計方向に示
されるが、レーザ・ロッド３６が時計方向あるいは反対
方向に回転されても同様な結果が得られる。望ましい実
施態様においては、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジム：イットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット）が使用される。本発
明で用いることが可能な他のソリッドステート・レーザ
・ロッドは、いくつかを挙げれば、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉ
ｒｅ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＬＦ（ネオジム：イ
ットリウム・ランタン・フルオリド）からなるグループ
から選択することができる。
している。図４の線５−５に関する概略図が図５に示さ
れる。ソリッドステート・レーザ・ロッド３６は、その
回転軸３２が光軸３３から隔てられている。レーザ空洞
３１は、ソリッドステート・レーザ・ロッド３６が高速
度でその長い軸上で回転させられることを除いて、図２
において論述した如きレーザ空洞１１と類似する。更
に、レーザ・ロッド３６の回転軸３２は、光軸３３から
活性領域３７の少なくとも１つの半径だけ偏心していな
ければならない。ソリッドステート・レーザ・ロッド３
６は、１つ以上のレーザ・ダイオードまたは１つ以上の
アーク灯の如き種々の装置により光学的に励起すること
ができる。反射器１２は、楕円形として示されるが、円
形あるいは他の形状としてもよい。先に述べたように、
開口２２、２８の使用することで、活性領域即ちレーザ
発生領域３７と不活性領域即ち非レーザ発生領域３５と
をもたらす結果となる。回転方向３９は反時計方向に示
されるが、レーザ・ロッド３６が時計方向あるいは反対
方向に回転されても同様な結果が得られる。望ましい実
施態様においては、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジム：イットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット）が使用される。本発
明で用いることが可能な他のソリッドステート・レーザ
・ロッドは、いくつかを挙げれば、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉ
ｒｅ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＬＦ（ネオジム：イ
ットリウム・ランタン・フルオリド）からなるグループ
から選択することができる。
【００２８】ビームの中心線３３が先に述べたようにレ
ーザ・ロッドの回転軸３２と平行にその半径より大きい
距離だけ偏心されるため、レーザ・ロッド３６はその回
転軸３２の周囲に回転させられる。このため、未使用の
完全に励起されないロッド体積である非活性領域３５を
活性領域３７に実質的に移動して、高い繰返し数のレー
ザ・ビーム３４を生じる。このため、レーザ・ロッド３
６のビーム経路にない部分に励起を生じさせる。このよ
うな形態は、開口を偏心させてレーザ・ロッドを非常に
高速で回転させることにより非常に増加した繰返し数を
可能にする。この方法は、全ての同様なソリッドステー
ト・レーザ・ロッドに対してその繰返し数および平均出
力を改善するため使用することができる。
ーザ・ロッドの回転軸３２と平行にその半径より大きい
距離だけ偏心されるため、レーザ・ロッド３６はその回
転軸３２の周囲に回転させられる。このため、未使用の
完全に励起されないロッド体積である非活性領域３５を
活性領域３７に実質的に移動して、高い繰返し数のレー
ザ・ビーム３４を生じる。このため、レーザ・ロッド３
６のビーム経路にない部分に励起を生じさせる。このよ
うな形態は、開口を偏心させてレーザ・ロッドを非常に
高速で回転させることにより非常に増加した繰返し数を
可能にする。この方法は、全ての同様なソリッドステー
ト・レーザ・ロッドに対してその繰返し数および平均出
力を改善するため使用することができる。
【００２９】Ｑスイッチ２６を取除くことにより、連続
波（ＣＷ）の放射が回転しないレーザ・ロッドの場合よ
り遥かに高い平均光出力をもたらす結果となる。
波（ＣＷ）の放射が回転しないレーザ・ロッドの場合よ
り遥かに高い平均光出力をもたらす結果となる。
【００３０】開口２２、２８を大きくすることにより、
先に述べたものと同様に低次の多重モード動作を得るこ
とができる。
先に述べたものと同様に低次の多重モード動作を得るこ
とができる。
【００３１】図６は、本発明のソリッドステート・レー
ザ・ロッドを充電し放電させるプロセスを示している。
レーザ・ロッド３６が回転すると、レーザ・ロッド３６
の「新しい」完全に励起された領域が偏心した開口によ
り画成される空洞／共振器と同一線上に置かれる。新し
い最大パルス数は、レーザ・ロッド３６の内部状況と一
致する開口の大きさの領域数に比例する。レーザ・ロッ
ド３６を完全に再励起するに要する時間が図１に示され
る如く１ミリ秒であり、また図６に示される如きレーザ
・ロッド３６が１ミリ秒に１回転（６０，０００ｒｐ
ｍ）を完了させられるならば、（パルス照射後の）レー
ザ・ロッド３６の減損部分は１回転の時間中連続的かつ
完全に再充電されあるいは励起されることになる。この
ことは、１２倍の理論的パルス繰返し数の改善を示す。
これは、１２のビーム径より大きい数を知ることにより
計算され、あるいは活性領域３７が６０，０００ｒｐｍ
のレーザ・ロッド３６の周囲に一致することになり、パ
ルス繰返し数は１２ＫＨzまで増加してパルス当たり同
じピーク電力となる。位置Ａは、レーザ・ロッドが完全
に励起され、始動されることにより、図１で番号５で示
される如く完全に減損される時間ｔ2における活性レー
ザ発生領域３７を示す。レーザ・ロッド３６が６０，０
００ｒｐｍで連続的に回転する時、領域Ａは１ミリ秒の
１２分の１の位置Ｂにあることになる。その後、位置Ａ
は位置Ｃ、Ｄ乃至Ｌを掃引し、励起用光源１４により連
続的に励起されるためより大きな反転分布を取得する。
位置Ｌにおいて、反転分布は更に大きく飽和状態に近
く、これによりこの領域は完全に励起されて、再び位置
Ａ即ち活性領域３７に戻る時、始動の用意ができる。
ザ・ロッドを充電し放電させるプロセスを示している。
レーザ・ロッド３６が回転すると、レーザ・ロッド３６
の「新しい」完全に励起された領域が偏心した開口によ
り画成される空洞／共振器と同一線上に置かれる。新し
い最大パルス数は、レーザ・ロッド３６の内部状況と一
致する開口の大きさの領域数に比例する。レーザ・ロッ
ド３６を完全に再励起するに要する時間が図１に示され
る如く１ミリ秒であり、また図６に示される如きレーザ
・ロッド３６が１ミリ秒に１回転（６０，０００ｒｐ
ｍ）を完了させられるならば、（パルス照射後の）レー
ザ・ロッド３６の減損部分は１回転の時間中連続的かつ
完全に再充電されあるいは励起されることになる。この
ことは、１２倍の理論的パルス繰返し数の改善を示す。
これは、１２のビーム径より大きい数を知ることにより
計算され、あるいは活性領域３７が６０，０００ｒｐｍ
のレーザ・ロッド３６の周囲に一致することになり、パ
ルス繰返し数は１２ＫＨzまで増加してパルス当たり同
じピーク電力となる。位置Ａは、レーザ・ロッドが完全
に励起され、始動されることにより、図１で番号５で示
される如く完全に減損される時間ｔ2における活性レー
ザ発生領域３７を示す。レーザ・ロッド３６が６０，０
００ｒｐｍで連続的に回転する時、領域Ａは１ミリ秒の
１２分の１の位置Ｂにあることになる。その後、位置Ａ
は位置Ｃ、Ｄ乃至Ｌを掃引し、励起用光源１４により連
続的に励起されるためより大きな反転分布を取得する。
位置Ｌにおいて、反転分布は更に大きく飽和状態に近
く、これによりこの領域は完全に励起されて、再び位置
Ａ即ち活性領域３７に戻る時、始動の用意ができる。
【００３２】領域Ａ乃至Ｌは、例示だけを目的とするも
のであり、別個の領域ではないが、始動のされ減損され
るまで、励起光線１５により連続的に励起されつつある
隣接領域である。例えば、位置Ａが活性領域３７におい
て完全に励起され、始動され、減損された状態になる
と、位置Ｂへ回転して大部分充電された領域Ｌを活性領
域３７に入り完全に励起され、始動されて減損させられ
る。更に、その後に領域Ｋ、Ｊ、Ｉなどが連続して続
く。従って、本例においては、レーザ・ロッド３６は回
転毎に１２回始動することができ、１２ＫＨzのパルス
繰返し数を生じ、これは静止レーザ・ロッドの１２倍の
改善となる。最大パルス電力に対しては、レーザ・ロッ
ド３６は、典型的にはＮｄ：ＹＡＧレーザの場合に１ミ
リ秒である始動の前に完全に励起される。一方、本発明
においては、このレーザは既に、あたかも１パルス／ミ
リ秒のパルスを生じる小さな径の静止ロッドからのもの
と同じ強さで１ミリ秒に１２回始動される。同様に、同
じ回転速度を維持しながら、２４の開口サイズの領域が
レーザ・ロッド３６の内周部に一致し得るならば、２４
倍の改善が達成され得る。異なる材料から作られたレー
ザ・ロッドの場合は、回転速度は、その特定の励起、あ
るいは再励起、あるいは減損時間に従って調整すべきで
ある。同様に、より大きな径のレーザ・ロッドは、比例
的に高い励起速度を必要とする。
のであり、別個の領域ではないが、始動のされ減損され
るまで、励起光線１５により連続的に励起されつつある
隣接領域である。例えば、位置Ａが活性領域３７におい
て完全に励起され、始動され、減損された状態になる
と、位置Ｂへ回転して大部分充電された領域Ｌを活性領
域３７に入り完全に励起され、始動されて減損させられ
る。更に、その後に領域Ｋ、Ｊ、Ｉなどが連続して続
く。従って、本例においては、レーザ・ロッド３６は回
転毎に１２回始動することができ、１２ＫＨzのパルス
繰返し数を生じ、これは静止レーザ・ロッドの１２倍の
改善となる。最大パルス電力に対しては、レーザ・ロッ
ド３６は、典型的にはＮｄ：ＹＡＧレーザの場合に１ミ
リ秒である始動の前に完全に励起される。一方、本発明
においては、このレーザは既に、あたかも１パルス／ミ
リ秒のパルスを生じる小さな径の静止ロッドからのもの
と同じ強さで１ミリ秒に１２回始動される。同様に、同
じ回転速度を維持しながら、２４の開口サイズの領域が
レーザ・ロッド３６の内周部に一致し得るならば、２４
倍の改善が達成され得る。異なる材料から作られたレー
ザ・ロッドの場合は、回転速度は、その特定の励起、あ
るいは再励起、あるいは減損時間に従って調整すべきで
ある。同様に、より大きな径のレーザ・ロッドは、比例
的に高い励起速度を必要とする。
【００３３】より大きな径のロッドは、比例的に高い繰
返し数または低い回転速度を許容する。Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザ・ロッドは、更に高い繰返し数を可能にするより大
きな径で使用可能である。
返し数または低い回転速度を許容する。Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザ・ロッドは、更に高い繰返し数を可能にするより大
きな径で使用可能である。
【００３４】Ｎｄ：ＹＡＧレーザの繰返し数を増加させ
るこの方法は、処理能力が問題となる材料の処理におけ
る適用を考える際に特に有効である。レーザの繰返し数
における１２倍の増加は、ツールの処理能力における１
２倍の増加と直接対応する。
るこの方法は、処理能力が問題となる材料の処理におけ
る適用を考える際に特に有効である。レーザの繰返し数
における１２倍の増加は、ツールの処理能力における１
２倍の増加と直接対応する。
【００３５】図７は、レーザ・ロッド３６の全周以内の
レーザ・ロッド３６の励起を示し、レーザ・ロッド３６
の点Ａで完全に充電され始動即ちレーザ発生が可能であ
る。領域９０は、励起光線１５がレーザ・ロッド３６に
当たり充電しつつある回転レーザ・ロッド３６の部分を
示す。一方、領域９５は、励起光線で照射されない回転
レーザ・ロッド３６の部分を示している。従って、最適
の速度以下で回転する、あるいは異なる組成のロッド３
６または７６（図１１に示される）においては、励起照
射を全周より少ない部分に集中することにより強化され
た性能／増加した励起効率が実現し得る。これは、反射
または屈折手段により、あるいは複数のランプまたはレ
ーザ・ダイオード（図示せず）の使用により容易に達成
し得る。励起照射を領域９０に限定することにより、ま
た照射がレーザ・ロッド３６あるいは類似のレーザ・ロ
ッドの特定の回転速度における再励起に要する時間と均
衡するように領域９０を調整することにより、レーザ・
システムは最適化することが可能である。
レーザ・ロッド３６の励起を示し、レーザ・ロッド３６
の点Ａで完全に充電され始動即ちレーザ発生が可能であ
る。領域９０は、励起光線１５がレーザ・ロッド３６に
当たり充電しつつある回転レーザ・ロッド３６の部分を
示す。一方、領域９５は、励起光線で照射されない回転
レーザ・ロッド３６の部分を示している。従って、最適
の速度以下で回転する、あるいは異なる組成のロッド３
６または７６（図１１に示される）においては、励起照
射を全周より少ない部分に集中することにより強化され
た性能／増加した励起効率が実現し得る。これは、反射
または屈折手段により、あるいは複数のランプまたはレ
ーザ・ダイオード（図示せず）の使用により容易に達成
し得る。励起照射を領域９０に限定することにより、ま
た照射がレーザ・ロッド３６あるいは類似のレーザ・ロ
ッドの特定の回転速度における再励起に要する時間と均
衡するように領域９０を調整することにより、レーザ・
システムは最適化することが可能である。
【００３６】回転ロッド・システムの組立ては図８に示
される如くである。モータ４６は中空のロータ４８を有
する。ロータ４８は、中空軸５４および中空可撓性継手
５２を介してレーザ・ロッド３６と結合される。あるい
はまた、所要の回転速度を得るように適当な速比で設定
されたベルトとプリー、あるいは歯車を備えた高速度モ
ータの使用が可能である。中空軸５４は、前部のベアリ
ング組立体の一部を構成する。
される如くである。モータ４６は中空のロータ４８を有
する。ロータ４８は、中空軸５４および中空可撓性継手
５２を介してレーザ・ロッド３６と結合される。あるい
はまた、所要の回転速度を得るように適当な速比で設定
されたベルトとプリー、あるいは歯車を備えた高速度モ
ータの使用が可能である。中空軸５４は、前部のベアリ
ング組立体の一部を構成する。
【００３７】モータ４６は、モータ支持台４７により所
定位置に保持される。レーザ・ロッド３６を回転する中
空ロータ４８は、レーザ・ビーム３４が透過することを
許容するため中空となっている。同様に、中空の可撓性
継手５２および中空軸５４、中空ロータ４８をソリッド
ステート・レーザ・ロッド３６と結合する中空軸６４も
また、レーザ・ビーム３４の透過を妨げないように中空
でなければならない。ある場合には、中空ロータ４８を
直接レーザ・ロッド３６に結合することが望ましい。
定位置に保持される。レーザ・ロッド３６を回転する中
空ロータ４８は、レーザ・ビーム３４が透過することを
許容するため中空となっている。同様に、中空の可撓性
継手５２および中空軸５４、中空ロータ４８をソリッド
ステート・レーザ・ロッド３６と結合する中空軸６４も
また、レーザ・ビーム３４の透過を妨げないように中空
でなければならない。ある場合には、中空ロータ４８を
直接レーザ・ロッド３６に結合することが望ましい。
【００３８】通常の運転中、レーザ・ロッド３６および
アーク灯１４は冷却する必要がある。これは、多くの方
法で達成可能である。例えば、アーク灯１４およびレー
ザ・ロッド３６を収容する楕円反射器１２は、冷却流体
を出入りさせてアーク灯１４およびレーザ・ロッド３６
を冷却させるため、１つ以上の冷却ポート５６、５８を
持つことができる。図８に示されるように、レーザ・ハ
ウジング組立体４１は、レーザ・ロッド３６、アーク灯
１４、アーク灯１４に対する電気配線５１、および組立
体を冷却する冷却ポート５６、５８のための支持部を提
供する。冷却流体入口５６は、冷却流体がレーザ・ハウ
ジング組立体４１から楕円反射器１２に流入してこの楕
円反射器１２内部のレーザ構成要素を冷却することを可
能にする。この冷却流体は、冷却流体出口５８から標準
的な外部の熱交換器へ出る。
アーク灯１４は冷却する必要がある。これは、多くの方
法で達成可能である。例えば、アーク灯１４およびレー
ザ・ロッド３６を収容する楕円反射器１２は、冷却流体
を出入りさせてアーク灯１４およびレーザ・ロッド３６
を冷却させるため、１つ以上の冷却ポート５６、５８を
持つことができる。図８に示されるように、レーザ・ハ
ウジング組立体４１は、レーザ・ロッド３６、アーク灯
１４、アーク灯１４に対する電気配線５１、および組立
体を冷却する冷却ポート５６、５８のための支持部を提
供する。冷却流体入口５６は、冷却流体がレーザ・ハウ
ジング組立体４１から楕円反射器１２に流入してこの楕
円反射器１２内部のレーザ構成要素を冷却することを可
能にする。この冷却流体は、冷却流体出口５８から標準
的な外部の熱交換器へ出る。
【００３９】図９は、高速の液体ベアリング装置を示し
ている。ＣＷ励起レーザ・ロッド３６は、レーザ・ロッ
ド３６と、この場合アーク灯１４である励起用光源１４
の双方を冷却するため加圧流体で充填された反射器１２
内に保持されている。後端部では、レーザ・ロッド３６
が中空軸６４に支持され、回転ベアリング面として中空
軸６４を用いてレーザ・ハウジング組立体４１内に配置
される。前端部では図８に示される如く、レーザ・ロッ
ド３６が同様な方法で中空軸５４に対して支持されてい
る。ある場合には、中空ロータ４８を有するモータ４６
を中空軸６４を用いてレーザ・ロッド３６の反対側端部
に対して支持することが望ましい。典型的には加圧され
る水の如き少なくとも一種類の冷却流体７０が、ブッシ
ング６６と中空軸６４との間に圧送されて、潤滑材およ
び冷媒として働き、中空軸６４とブッシング６６が相互
に接触することを防止して、疲労が少なく、低摩擦、低
汚染性のベアリングを提供する結果となる。
ている。ＣＷ励起レーザ・ロッド３６は、レーザ・ロッ
ド３６と、この場合アーク灯１４である励起用光源１４
の双方を冷却するため加圧流体で充填された反射器１２
内に保持されている。後端部では、レーザ・ロッド３６
が中空軸６４に支持され、回転ベアリング面として中空
軸６４を用いてレーザ・ハウジング組立体４１内に配置
される。前端部では図８に示される如く、レーザ・ロッ
ド３６が同様な方法で中空軸５４に対して支持されてい
る。ある場合には、中空ロータ４８を有するモータ４６
を中空軸６４を用いてレーザ・ロッド３６の反対側端部
に対して支持することが望ましい。典型的には加圧され
る水の如き少なくとも一種類の冷却流体７０が、ブッシ
ング６６と中空軸６４との間に圧送されて、潤滑材およ
び冷媒として働き、中空軸６４とブッシング６６が相互
に接触することを防止して、疲労が少なく、低摩擦、低
汚染性のベアリングを提供する結果となる。
【００４０】レーザ・ハウジング組立体４１は、中空軸
６４に取付けられて外部のモータ４６により多孔質のブ
ロンズ・ブッシングの如きブッシング６６内で回転させ
られるレーザ・ロッド３６を含む。楕円反射器１２内の
空洞は、水その他の液体または気体の如き冷却流体７０
で充填される。この少なくとも一種類の冷却流体７０
は、高圧の即ち流入ポート５６と接続されたポンプによ
り前記空洞内を流過させられる。低圧の即ち流出ポート
５８は、冷却流体７０により空洞内で吸収された熱を取
除く熱交換ループへの還路として働く。
６４に取付けられて外部のモータ４６により多孔質のブ
ロンズ・ブッシングの如きブッシング６６内で回転させ
られるレーザ・ロッド３６を含む。楕円反射器１２内の
空洞は、水その他の液体または気体の如き冷却流体７０
で充填される。この少なくとも一種類の冷却流体７０
は、高圧の即ち流入ポート５６と接続されたポンプによ
り前記空洞内を流過させられる。低圧の即ち流出ポート
５８は、冷却流体７０により空洞内で吸収された熱を取
除く熱交換ループへの還路として働く。
【００４１】高圧の即ち流入ポート５６は、前記空洞を
加圧してブッシング６６と中空軸６４カンの間隙７１を
流過する流体７０のゆるやかな流れを生じ、流体７０の
膜を生成する。この流体の膜は、中空軸６４およびブッ
シング６６を相互に接触しないように保持する低摩擦の
境界面として働く。この結果、疲労が少なく汚染のない
ベアリングをもたらす結果となる。外部の液滴収集シス
テム７２はベアリング組立体を流過する流体７０を除去
し、この流体を冷却流体貯溜部へ戻す。
加圧してブッシング６６と中空軸６４カンの間隙７１を
流過する流体７０のゆるやかな流れを生じ、流体７０の
膜を生成する。この流体の膜は、中空軸６４およびブッ
シング６６を相互に接触しないように保持する低摩擦の
境界面として働く。この結果、疲労が少なく汚染のない
ベアリングをもたらす結果となる。外部の液滴収集シス
テム７２はベアリング組立体を流過する流体７０を除去
し、この流体を冷却流体貯溜部へ戻す。
【００４２】図１０は、本発明の別の冷却および流体ベ
アリング・システムを示す。レーザ・ハウジング組立体
４１は、ハウジング組立体４１のいずれか一方の端部ま
たは両縁部に開口即ち空洞７７を有し、モータ巻線６７
を収容する。モータのロータ６９が中空軸６４に取付け
られ、またブッシング６６の正反対の側にある。ブッシ
ング６６とモータのロータ６９との間に、冷却流体７０
を流過させる小さな間隙７１を提供することが望まし
い。冷却流体７０の間隙７１のこのような制限された通
過は、モータのロータ６９およびブッシング６６に対す
る冷却ばかりでなく、潤滑材をも提供する。モータのモ
ータ巻線６７は、モータのロータ６９の回転即ちスピニ
ングを付勢して強制する電源に至る電線８４を有し、こ
のロータは更にソリッドステート・レーザ・ロッド３６
あるいは類似のレーザ・ロッドを回転させる。このシス
テムの利点は、レーザ・ロッド３６に対する回転手段が
直接同系内で提供されることである。
アリング・システムを示す。レーザ・ハウジング組立体
４１は、ハウジング組立体４１のいずれか一方の端部ま
たは両縁部に開口即ち空洞７７を有し、モータ巻線６７
を収容する。モータのロータ６９が中空軸６４に取付け
られ、またブッシング６６の正反対の側にある。ブッシ
ング６６とモータのロータ６９との間に、冷却流体７０
を流過させる小さな間隙７１を提供することが望まし
い。冷却流体７０の間隙７１のこのような制限された通
過は、モータのロータ６９およびブッシング６６に対す
る冷却ばかりでなく、潤滑材をも提供する。モータのモ
ータ巻線６７は、モータのロータ６９の回転即ちスピニ
ングを付勢して強制する電源に至る電線８４を有し、こ
のロータは更にソリッドステート・レーザ・ロッド３６
あるいは類似のレーザ・ロッドを回転させる。このシス
テムの利点は、レーザ・ロッド３６に対する回転手段が
直接同系内で提供されることである。
【００４３】回転レーザ・ロッドの別の実施例が図１１
に示される。この実施例は、少なくとも１つの中空領域
７９を有する中空のソリッドステート・レーザ・ロッド
７６を開示し、この領域は中空レーザ・ロッド７６の内
部から励起放射線７５を提供するアーク灯の如き少なく
とも１つの励起用光源の付設を可能にする。更に、中空
領域７９は、これを流過するよう水その他の液体または
気体の如き冷却用流体を圧送することにより冷却するこ
とができる。この実施例は、中空レーザ・ロッド７６の
回転を許容ながらその内部の冷却を可能にするため回転
流体継手を必要とする。中空レーザ・ロッド７６の外部
もまた、先に述べたように冷却および圧送が可能であ
る。
に示される。この実施例は、少なくとも１つの中空領域
７９を有する中空のソリッドステート・レーザ・ロッド
７６を開示し、この領域は中空レーザ・ロッド７６の内
部から励起放射線７５を提供するアーク灯の如き少なく
とも１つの励起用光源の付設を可能にする。更に、中空
領域７９は、これを流過するよう水その他の液体または
気体の如き冷却用流体を圧送することにより冷却するこ
とができる。この実施例は、中空レーザ・ロッド７６の
回転を許容ながらその内部の冷却を可能にするため回転
流体継手を必要とする。中空レーザ・ロッド７６の外部
もまた、先に述べたように冷却および圧送が可能であ
る。
【００４４】更にまた、レーザ・ロッド全体が照射光源
に対して均等に露呈されるという事実のため、回転レー
ザ・ロッド３６または７６がレーザ・ロッドにおける更
に均一な温度分布を提供することが判った。この回転ロ
ッドは、励起用光源を有効に均一化し、これによりＴ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅなどの材料における歪みが生じる
複屈折を低減する。
に対して均等に露呈されるという事実のため、回転レー
ザ・ロッド３６または７６がレーザ・ロッドにおける更
に均一な温度分布を提供することが判った。この回転ロ
ッドは、励起用光源を有効に均一化し、これによりＴ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅなどの材料における歪みが生じる
複屈折を低減する。
【００４５】レーザ・ダイオードの励起あるいは他の励
起光源は、従来のアーク灯１４の代わりに、あるいはア
ーク灯１４と関連して使用することができる。
起光源は、従来のアーク灯１４の代わりに、あるいはア
ーク灯１４と関連して使用することができる。
【００４６】モータ４６は、電動機あるいは液圧作動モ
ータ、あるいは空気で駆動される気体モータ、あるいは
レーザ・ダイオードの回転のため使用されるタービンで
もよい。レーザ・ロッドに対してカップまたはパドルを
配置し、冷却流体の運動によりレーザ・ロッドを回転さ
せるなどにより、レーザ・ダイオードを回転させる他の
手段もある。レーザ・ロッドは、図示の如く直接駆動す
ることもでき、あるいはモータに対するロッドの回転速
度を逓増するためプリーまたは歯車を用いる間接的な駆
動装置でもよい。
ータ、あるいは空気で駆動される気体モータ、あるいは
レーザ・ダイオードの回転のため使用されるタービンで
もよい。レーザ・ロッドに対してカップまたはパドルを
配置し、冷却流体の運動によりレーザ・ロッドを回転さ
せるなどにより、レーザ・ダイオードを回転させる他の
手段もある。レーザ・ロッドは、図示の如く直接駆動す
ることもでき、あるいはモータに対するロッドの回転速
度を逓増するためプリーまたは歯車を用いる間接的な駆
動装置でもよい。
【００４７】ブッシング６６は、多孔質あるいは非多孔
質のプラスチックまたは金属から作ることもできる。同
様に、従来のボール・ベアリングもまたブッシング６６
の代わりに使用することもできる。加圧流体のジャーナ
ル・ベアリングはブッシング６６を置換する別の方法で
ある。同様に、空気または気体ベアリングもまたブッシ
ング６６の代わりに高速ベアリングとして使用すること
もできる。
質のプラスチックまたは金属から作ることもできる。同
様に、従来のボール・ベアリングもまたブッシング６６
の代わりに使用することもできる。加圧流体のジャーナ
ル・ベアリングはブッシング６６を置換する別の方法で
ある。同様に、空気または気体ベアリングもまたブッシ
ング６６の代わりに高速ベアリングとして使用すること
もできる。
【００４８】冷却流体７０はハウジング組立体４１から
出て油その他の汚染物の流入を許さないため、加圧され
た冷却流体７０をベアリング潤滑材として使用すること
により、レーザ空洞内部の油汚染を排除する。
出て油その他の汚染物の流入を許さないため、加圧され
た冷却流体７０をベアリング潤滑材として使用すること
により、レーザ空洞内部の油汚染を排除する。
【００４９】楕円反射器１２から外部の液滴収集システ
ム７２に至る冷却流体７０の流れは、運転中外部の液滴
収集システム７２に流れる冷却／潤滑流体７０の流れを
制御するようにブッシング６６の外表面に、あるいは中
空軸６４の外表面に、またはその両方に微小溝または微
小チャンネルを提供することにより強化することができ
る。
ム７２に至る冷却流体７０の流れは、運転中外部の液滴
収集システム７２に流れる冷却／潤滑流体７０の流れを
制御するようにブッシング６６の外表面に、あるいは中
空軸６４の外表面に、またはその両方に微小溝または微
小チャンネルを提供することにより強化することができ
る。
【００５０】本発明については、特定の望ましい実施態
様に関して特に記述したが、当業者には、本文の記述に
照らして多くの変更、修正が明らかであろう。従って、
本願発明の特許請求の範囲は、かかる変更および修正を
本発明の真の範囲および趣旨に該当するものとして網羅
することを意図する。
様に関して特に記述したが、当業者には、本文の記述に
照らして多くの変更、修正が明らかであろう。従って、
本願発明の特許請求の範囲は、かかる変更および修正を
本発明の真の範囲および趣旨に該当するものとして網羅
することを意図する。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、回転するソリッドステ
ート・レーザ・ロッドを使用するＣＷポンプドＱスイッ
チ・レーザのための大きなパルス繰返し数が提供され、
ガウス・ビーム特性を持つより大きなＣＷレーザ出力が
達成される。更に、本発明によれば、加圧された流体ベ
アリングによりレーザ空洞内の油の汚染を排除してレー
ザ・ロッドを冷却することができる。
ート・レーザ・ロッドを使用するＣＷポンプドＱスイッ
チ・レーザのための大きなパルス繰返し数が提供され、
ガウス・ビーム特性を持つより大きなＣＷレーザ出力が
達成される。更に、本発明によれば、加圧された流体ベ
アリングによりレーザ空洞内の油の汚染を排除してレー
ザ・ロッドを冷却することができる。
【図１】本発明のソリッドステート・レーザ発生ロッド
の充電および放電時間を示すグラフである。
の充電および放電時間を示すグラフである。
【図２】ＣＷポンプドＱスイッチ・レーザ空洞内でソリ
ッドステート・レーザ発生ロッドをレーザ発生動作させ
る従来技術の方法および装置を示す図である。
ッドステート・レーザ発生ロッドをレーザ発生動作させ
る従来技術の方法および装置を示す図である。
【図３】図２における線２−２に関する断面図である。
【図４】偏心した開口を有する回転レーザ・ロッドを示
す本発明の一実施例を示す図である。
す本発明の一実施例を示す図である。
【図５】図４における線５−５に関する断面図である。
【図６】本発明のソリッドステート中実レーザ・ロッド
を充電および放電させるプロセスを示す図である。
を充電および放電させるプロセスを示す図である。
【図７】本発明のソリッドステート中実レーザ・ロッド
の少なくとも一部を充電および放電させる別のプロセス
を示す図である。
の少なくとも一部を充電および放電させる別のプロセス
を示す図である。
【図８】本発明の望ましい実施例を示すソリッドステー
ト・レーザ・ロッドの回転のための装置を示す図であ
る。
ト・レーザ・ロッドの回転のための装置を示す図であ
る。
【図９】本発明の冷却用流体ベアリング・システムを示
す図である。
す図である。
【図１０】本発明の別の冷却用流体ベアリング・システ
ムを示す図である。
ムを示す図である。
【図１１】中空のソリッドステート・レーザ・ロッドを
示す本発明の別の実施例を示す図である。
示す本発明の別の実施例を示す図である。
１２ 楕円励起チャンバ １４ クリプトン・アーク灯（励起用光源） １５ 光線 １６ ソリッドステート・レーザ・ロッド １８ 後部ミラー ２０ 出力結合（前部）ミラー ２１ 前部板 ２２ 前部開口 ２４ ガウス出力ビーム ２５ 非レーザ発生領域 ２６ Ｑスイッチ ２７ 後部板 ２８ 後部開口 ３０ レーザ発生領域 ３１ レーザ空洞 ３２ 回転軸 ３３ 光軸 ３４ レーザ・ビーム ３５ 非レーザ発生（非活性）領域 ３６ レーザ・ロッド ３７ レーザ発生（活性）領域 ４１ レーザ・ハウジング組立体 ４６ モータ ４７ モータ支持台 ４８ 中空ロータ ５１ 電気配線 ５２ 中空可撓性継手 ５４ 中空軸 ５６ 冷却流体入口（ポート） ５８ 冷却流体出口（ポート） ６４ 中空軸 ６６ ブッシング ６７ モータ巻線 ６９ ロータ ７０ 冷却流体 ７１ 間隙 ７２ 外部の液滴収集システム ７５ 励起放射線 ７６ 中空のソリッドステート・レーザ・ロッド ７７ 空洞 ７９ 中空領域 ９０ 領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード・アルバート・ベンダー アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州フ ィッシュキル、ビーチ・コート 36番地 (72)発明者 ウィリアム・デイル・カバフ アメリカ合衆国12542 ニューヨーク州マ ルボロ、ラチンタウン・ロード 468番地 (72)発明者 マーク・ジョゼフ・ラプランテ アメリカ合衆国12586 ニューヨーク州ワ ルデン、ウォルナット・ストリート 60番 地 (72)発明者 クリストファー・デビッド・セッツァー アメリカ合衆国12590 ニューヨーク州ワ ッピンガーズ・フォールズ、カンタベリ ー・レイン 17エフ番地 (56)参考文献 特公 平４−58719（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (13)
- 【請求項１】ＣＷポンプド・レーザであって、 ａ）レーザ・ビームを生成するレーザ・ロッドを設け、
該レーザ・ロッドは、回転軸とレーザ・ビーム光軸とを
有し、該光軸は前記回転軸から少なくとも１レーザ・ビ
ーム半径だけ偏心しており、 ｂ）前記レーザ・ロッドの少なくとも一部を光学的に励
起する少なくとも１つの手段と、 ｃ）前記レーザ・ロッドを回転させる少なくとも１つの
手段と、 ｄ）前記レーザ・ビームの少なくとも一部を反射する少
なくとも１つの第１のミラーとを有し、 ｅ）少なくとも１つの第２のミラーとを設け、該第２の
ミラーが前記レーザ・ビームの少なくとも一部を反射す
る出力結合ミラーであり、該第２のミラーは前記第１の
ミラーと対向しており、 ｆ）前記レーザ・ビームの直径を規定する少なくとも１
つの開口を設け、 ｇ）前記レーザ・ロッドの回転中、前記光軸が前記開口
と前記第１および第２のミラーとを通ることにより前記
ＣＷポンプド・レーザを形成する、 ことを特徴とするＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項２】前記レーザ・ロッドがソリッドステート・
レーザ・ロッドである請求項１記載のＣＷポンプド・レ
ーザ。 - 【請求項３】前記レーザ・ロッドを光学的に励起する前
記少なくとも１つの手段が少なくとも１つのアーク灯で
ある請求項１記載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項４】前記レーザ・ロッドを光学的に励起する前
記少なくとも１つの手段が少なくとも１つのレーザ・ダ
イオードである請求項１記載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項５】前記レーザ・ロッドを光学的に励起する前
記少なくとも１つの手段が反射装置を更に含む請求項１
記載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項６】前記レーザ・ロッドが、レーザ発生部分と
レーザ非発生部分とを有し、該レーザ非発生部分の少な
くとも一部が、前記レーザ・ロッドを光学的に励起する
前記少なくとも１つの手段により連続的に励起される請
求項１記載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項７】少なくとも１つのＱスイッチが前記レーザ
・ビームの通過を制御する請求項１記載のＣＷポンプド
・レーザ。 - 【請求項８】前記レーザ・ロッドおよび該レーザ・ロッ
ドを光学的に励起する前記少なくとも１つの手段を冷却
するため少なくとも１つの手段が設けられる請求項１記
載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項９】前記レーザ・ロッドが、該レーザ・ロッド
が回転中潤滑を行う少なくとも１つの手段を有する請求
項１記載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項１０】前記回転するレーザ・ロッドに対する前
記潤滑が少なくとも１つの冷却流体により行われる請求
項９記載のＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項１１】ＣＷポンプド・レーザであって、 ａ）レーザ・ロッドの少なくとも一部が中空であり、か
つ該レーザ・ロッドの少なくとも中空でない部分がレー
ザ・ビームを形成し、前記中空のレーザ・ロッドが回転
軸とレーザ・ビーム光軸とを有し、該光軸が前記回転軸
から少なくとも１レーザ・ビーム半径だけ偏心してお
り、 ｂ）前記中空レーザ・ロッドの少なくとも一部を光学的
に励起する少なくとも１つの手段と、 ｃ）前記中空レーザ・ロッドを回転させる少なくとも１
つの手段と、 ｄ）前記レーザ・ビームの少なくとも一部を反射する少
なくとも１つの第１のミラーとを有し、 ｅ）少なくとも１つの第２のミラーとを設け、該第２の
ミラーが前記レーザ・ビームの少なくとも一部を反射す
る出力結合ミラーであり、該第２のミラーは前記第１の
ミラーと対向しており、 ｆ）前記レーザ・ビームの直径を規定する少なくとも１
つの開口を設け、 ｇ）前記中空レーザ・ロッドの回転中、前記光軸が前記
開口と前記第１および第２のミラーとを通ることにより
前記ＣＷポンプド・レーザを形成する、 ことを特徴とするＣＷポンプド・レーザ。 - 【請求項１２】ＣＷポンプド・レーザにおいて大きなパ
ルス繰返し数を発生する方法において、 ａ）回転軸からレーザ・ビームの少なくとも１半径だけ
偏心された光軸と回転軸とを有するレーザ・ロッドを回
転するステップと、 ｂ）前記回転するレーザ・ロッドの非レーザ発生部分の
少なくとも一部が光学的に励起される間、前記回転する
レーザ・ロッドの少なくとも一部がレーザ発振して前記
レーザ・ビームを生成するように、前記回転するレーザ
・ロッドの少なくとも一部を光学的に励起するステップ
と、 ｃ）少なくとも一つが出力結合ミラーである少なくとも
２つのミラーが前記レーザ・ビームの少なくとも一部を
反射するステップと、 ｄ）前記反射されたレーザ・ビームを少なくとも１つの
出口を通過させ、これにより前記ＣＷポンプド・レーザ
における前記パルス繰返し数を増加させるステップとを
含むことを特徴とする、大きなパルス繰返し数を発生す
る方法。 - 【請求項１３】ＣＷポンプド・レーザにおける大きいパ
ルス繰返し数を発生する方法において、 ａ）少なくとも一部が中空であり、光軸と回転軸とを有
し、該光軸が該回転軸からレーザ・ビームの少なくとも
１半径だけ偏心するレーザ・ロッドを回転するステップ
と、 ｂ）前記回転するレーザ・ロッドの非レーザ発生部分の
少なくとも一部が光学的に励起されつつある間、前記回
転する中空レーザ・ロッドの少なくとも一部がレーザ発
振して前記レーザ・ビームを生成するように、前記回転
する中空レーザ・ロッドの少なくとも一部を光学的に励
起するステップと、 ｃ）少なくとも一つが出力結合ミラーである少なくとも
２つのミラーが前記レーザ・ビームの少なくとも一部を
反射するステップと、 ｄ）前記反射されたレーザ・ビームを少なくとも１つの
出口を通過させ、これにより前記ＣＷポンプド・レーザ
における前記パルス繰返し数を増加させるステップとを
含むことを特徴とする、大きなパルス繰返し数を発生す
る方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/734,499 US5172388A (en) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | Method and apparatus for an increased pulse repetition rate for a CW pumped laser |
| US734499 | 1991-07-23 | ||
| CA002077062A CA2077062A1 (en) | 1991-07-23 | 1992-08-27 | Method and apparatus for an increased pulse repetition rate for a cw pumped laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190944A JPH05190944A (ja) | 1993-07-30 |
| JPH0644649B2 true JPH0644649B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=25675469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4169411A Expired - Lifetime JPH0644649B2 (ja) | 1991-07-23 | 1992-06-26 | Ｃｗポンプド・レーザにおける高パルス繰返し数を発生する方法および装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5172388A (ja) |
| EP (1) | EP0525891B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0644649B2 (ja) |
| CA (1) | CA2077062A1 (ja) |
| DE (1) | DE69202416T2 (ja) |
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