JPH0666488B2 - スラブ型レーザー素子 - Google Patents
スラブ型レーザー素子Info
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- JPH0666488B2 JPH0666488B2 JP63101750A JP10175088A JPH0666488B2 JP H0666488 B2 JPH0666488 B2 JP H0666488B2 JP 63101750 A JP63101750 A JP 63101750A JP 10175088 A JP10175088 A JP 10175088A JP H0666488 B2 JPH0666488 B2 JP H0666488B2
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- type laser
- laser
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- 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
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08095—Zig-zag travelling beam through the active medium
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明、スラブ型レーザー素子に関し、特に、レーザー
ビームが入出射する端面が反射防止膜で被覆されてな
る、高出力のスラブ型レーザー素子に関する。
ビームが入出射する端面が反射防止膜で被覆されてな
る、高出力のスラブ型レーザー素子に関する。
従来のスラブ型レーザー素子においては、レーザービー
ムの入射面に平行な偏光成分（以下、Ｐ成分という）の
みが選択的に入出射され、該Ｐ成分に垂直な偏光成分
（以下、Ｓ成分という）はレーザービームが端面を１回
通過するごとに約３０％反射されるように、レーザービ
ームが入出射する端面は全反射面に対して傾斜して形成
され、レーザービームは該端面にブリュースタ角で入射
されていた。したがって、Ｐ成分のみが出力の増幅に利
用されていた。
ムの入射面に平行な偏光成分（以下、Ｐ成分という）の
みが選択的に入出射され、該Ｐ成分に垂直な偏光成分
（以下、Ｓ成分という）はレーザービームが端面を１回
通過するごとに約３０％反射されるように、レーザービ
ームが入出射する端面は全反射面に対して傾斜して形成
され、レーザービームは該端面にブリュースタ角で入射
されていた。したがって、Ｐ成分のみが出力の増幅に利
用されていた。
このようなスラブ型レーザー素子においては、当然なが
ら素子の端面で反射されるＳ成分は増幅に利用されな
い。また、通常、スラブ型レーザー素子においては、励
起と冷却とが広い全反射面で行われ、レーザー媒質内部
の熱歪による屈折率分布はレーザービームを媒質内をジ
グザグに進行させることにより平均化され熱レンズ効果
が補償されているが、それでも、レーザービームが媒質
内を進行中に、局所的な熱歪等に起因するものと考えら
れる偏光変換によるＳ成分を有するレーザービームが発
生する。しかし、このＳ成分は、素子の端面において反
射されるため素子から有効に取り出すことができず、出
力として寄与しない損失となっていた。
ら素子の端面で反射されるＳ成分は増幅に利用されな
い。また、通常、スラブ型レーザー素子においては、励
起と冷却とが広い全反射面で行われ、レーザー媒質内部
の熱歪による屈折率分布はレーザービームを媒質内をジ
グザグに進行させることにより平均化され熱レンズ効果
が補償されているが、それでも、レーザービームが媒質
内を進行中に、局所的な熱歪等に起因するものと考えら
れる偏光変換によるＳ成分を有するレーザービームが発
生する。しかし、このＳ成分は、素子の端面において反
射されるため素子から有効に取り出すことができず、出
力として寄与しない損失となっていた。
このように、従来のスラブ型レーザー素子においては、
素子の端面がＰ成分を選択的に入出射させるようになっ
ているためにＳ成分を増幅に利用できず、レーザー媒質
内で発生したＳ成分は損失となっている。そのため、効
率が低く、出力の向上が妨げられていた。
素子の端面がＰ成分を選択的に入出射させるようになっ
ているためにＳ成分を増幅に利用できず、レーザー媒質
内で発生したＳ成分は損失となっている。そのため、効
率が低く、出力の向上が妨げられていた。
そこで、本発明の目的は、レーザービームのＰ成分のみ
ならずＳ成分も増幅に利用し、レーザー媒質内で発生し
たＳ成分も出力として取り出せる高出力のスラブ型レー
ザー素子を提供することにある。
ならずＳ成分も増幅に利用し、レーザー媒質内で発生し
たＳ成分も出力として取り出せる高出力のスラブ型レー
ザー素子を提供することにある。
本発明は、このようなレーザー素子として、２つの平行
な全反射面と、レーザービームが入出射する２つの端面
とを有するスラブ型レーザー素子において、前記２つの
端面が、レーザービームの入射面に平行な偏光成分（Ｐ
成分）および該偏光成分に対し垂直な偏光成分（Ｓ成
分）に対する反射防止膜により被覆されていることを特
徴とするスラブ型レーザー素子を提供するものである。
な全反射面と、レーザービームが入出射する２つの端面
とを有するスラブ型レーザー素子において、前記２つの
端面が、レーザービームの入射面に平行な偏光成分（Ｐ
成分）および該偏光成分に対し垂直な偏光成分（Ｓ成
分）に対する反射防止膜により被覆されていることを特
徴とするスラブ型レーザー素子を提供するものである。
本発明のスラブ型レーザー素子（以下、単に、素子とい
う）では、Ｐ成分だけでなく、Ｓ成分を含む他のすべて
の偏光成分をレーザー媒質内に入出射させて増幅に利用
するので、レーザービームを素子の端面にブリュースタ
角などの特定の入射角で入出射させる必要がない。した
がって、素子の端面と全反射面とのなす角は、特に限定
されない。
う）では、Ｐ成分だけでなく、Ｓ成分を含む他のすべて
の偏光成分をレーザー媒質内に入出射させて増幅に利用
するので、レーザービームを素子の端面にブリュースタ
角などの特定の入射角で入出射させる必要がない。した
がって、素子の端面と全反射面とのなす角は、特に限定
されない。
素子を構成するレーザー媒質の材料としては、波長1.06
μｍにおける屈折率1.45〜2.05の範囲にある固体レーザ
ー用の材料、例えば、Nd3+ドープGd3Ga5O12（Nd:GGG、
ｎｓ＝1.95）、Nd3+ドープY3Al5O12（Nd：YAG、ns＝1.8
2）等の結晶、ならびにNd3+ドープガラスが挙げられ
る。
μｍにおける屈折率1.45〜2.05の範囲にある固体レーザ
ー用の材料、例えば、Nd3+ドープGd3Ga5O12（Nd:GGG、
ｎｓ＝1.95）、Nd3+ドープY3Al5O12（Nd：YAG、ns＝1.8
2）等の結晶、ならびにNd3+ドープガラスが挙げられ
る。
端面に形成される反射防止膜としては、波長1.06μｍに
おける屈折率1.13〜1.44の範囲のものが好ましく、この
とき触媒としてNd：GGGまたはNd：YAGを用いた場合、入
射角を０°〜ブリュースタ角の範囲と設定すればＰ成分
およびＳ成分の端面におけるそれぞれの反射率を７％以
下に抑制することができる。また、反射防止膜の屈折率
は、1.16〜1.39の範囲がより好ましく、このとき上記の
場合、Ｐ成分およびＳ成分の合計の反射率を７％以下に
抑制することができる。
おける屈折率1.13〜1.44の範囲のものが好ましく、この
とき触媒としてNd：GGGまたはNd：YAGを用いた場合、入
射角を０°〜ブリュースタ角の範囲と設定すればＰ成分
およびＳ成分の端面におけるそれぞれの反射率を７％以
下に抑制することができる。また、反射防止膜の屈折率
は、1.16〜1.39の範囲がより好ましく、このとき上記の
場合、Ｐ成分およびＳ成分の合計の反射率を７％以下に
抑制することができる。
このような反射防止膜に特に好適に用いることができる
材料としては、例えば、MgF2,SiO2,Na5Al3F14,Na3AlF6,
SrF2等が挙げられ、その形成は、真空蒸着、スパッタリ
ング、ＣＤＶ、ゾールゲル法などの方法により行うこと
ができる。
材料としては、例えば、MgF2,SiO2,Na5Al3F14,Na3AlF6,
SrF2等が挙げられ、その形成は、真空蒸着、スパッタリ
ング、ＣＤＶ、ゾールゲル法などの方法により行うこと
ができる。
以下、図面に示す実施例に即してさらに詳しく説明す
る。
る。
第１図は、本発明の素子の一例の縦断面を概念的に表し
た図であり、素子を構成するレーザー媒質１は全反射面
２および２′と、全反射面に対してある角度で傾斜した
相対向する２つの端面３および３′とを有している。端
面３，３′は、それぞれ、反射防止膜４および４′で被
覆されている。
た図であり、素子を構成するレーザー媒質１は全反射面
２および２′と、全反射面に対してある角度で傾斜した
相対向する２つの端面３および３′とを有している。端
面３，３′は、それぞれ、反射防止膜４および４′で被
覆されている。
この素子の端面に、レーザービーム５が入射角θ０で入
射した時、反射防止膜における屈折角θｆと、レーザー
媒質における屈折角θｓとは、それぞれ、スネルの法則
により、式(1)および(2)で表される。
射した時、反射防止膜における屈折角θｆと、レーザー
媒質における屈折角θｓとは、それぞれ、スネルの法則
により、式(1)および(2)で表される。
〔ここで、ｎｏは外界媒質、通常、空気の屈折率、ｎｓ
はレーザー媒質の屈折率、ｎｆは反射防止膜の屈折率で
ある。〕 外界媒質と反射防止膜との界面における、Ｐ成分の反射
係数をｒｐ、Ｓ成分の反射係数をｒｓとし、反射防止膜
とレーザー媒質との界面における、Ｐ成分の反射係数を
ｒｐ′、Ｓ成分の反射係数をｒｓ′とすると、これら
は、次の式(3)〜(6)のように表される。
はレーザー媒質の屈折率、ｎｆは反射防止膜の屈折率で
ある。〕 外界媒質と反射防止膜との界面における、Ｐ成分の反射
係数をｒｐ、Ｓ成分の反射係数をｒｓとし、反射防止膜
とレーザー媒質との界面における、Ｐ成分の反射係数を
ｒｐ′、Ｓ成分の反射係数をｒｓ′とすると、これら
は、次の式(3)〜(6)のように表される。
したがって、Ｐ成分およびＳ成分の端面における、それ
ぞれの反射率ＲｐおよびＲｓは式(3)〜(6)から次式
(7)，(8)で表される。
ぞれの反射率ＲｐおよびＲｓは式(3)〜(6)から次式
(7)，(8)で表される。
また、反射防止膜の膜厚（物理的膜厚）をｄとすると、
その光学的膜厚は、次式(9)で表される。
その光学的膜厚は、次式(9)で表される。
〔ここで、λは、レーザー発振波長を表す。〕 レーザービームの増幅に利用される偏光成分の割合を大
きくするためには、Ｐ成分、Ｓ成分の反射率Ｒｐ，Ｒｓ
のいずれをも小さくすることが必要であるが、これらは
式(7)，(8)さらには式(3)〜(6)から明らかなように、レ
ーザービームの端面への入射角θｏ、ならびに外界媒
質、反射防止膜およびレーザー媒質の屈折率に依存す
る。
きくするためには、Ｐ成分、Ｓ成分の反射率Ｒｐ，Ｒｓ
のいずれをも小さくすることが必要であるが、これらは
式(7)，(8)さらには式(3)〜(6)から明らかなように、レ
ーザービームの端面への入射角θｏ、ならびに外界媒
質、反射防止膜およびレーザー媒質の屈折率に依存す
る。
そこで、代表的なレーザー媒質であるNd：GGG(ns＝1.9
5)またはNd：YAG(ns＝1.82)で構成された素子を、外界
媒質を空気(no=1.0)として用いた場合、ＲｐおよびＲｓ
の両方が、例えば、５％以下となる条件は、式(7)，(8)
から第１表に示すように計算される。この表にしたがっ
て、用いられるレーザービームの入出射角に応じた屈折
率を有する材料を選択して反射防止膜を形成することに
より、ＲｐおよびＲｓの両方を５％以下とすることがで
きる。このとき、膜厚は、用いる材料の屈折率ｎｆに応
じて式(9)を満たすように決定すればよい。
5)またはNd：YAG(ns＝1.82)で構成された素子を、外界
媒質を空気(no=1.0)として用いた場合、ＲｐおよびＲｓ
の両方が、例えば、５％以下となる条件は、式(7)，(8)
から第１表に示すように計算される。この表にしたがっ
て、用いられるレーザービームの入出射角に応じた屈折
率を有する材料を選択して反射防止膜を形成することに
より、ＲｐおよびＲｓの両方を５％以下とすることがで
きる。このとき、膜厚は、用いる材料の屈折率ｎｆに応
じて式(9)を満たすように決定すればよい。
以上の方法によれば、Ｐ成分およびＳ成分の端面におけ
る反射率を所望値以下に抑制する条件を見出すことは容
易である。
る反射率を所望値以下に抑制する条件を見出すことは容
易である。
第２図は、上記のNd：GGGのレーザー媒質からなる素子
の端面に種々の屈折率の膜を式(9)から導いた膜厚に設
け、一例として、外界媒質空気、入出射角θｏ62.8度、
レーザー発振波長1.06μｍとした場合の、上記の方法に
より求められるＲｐおよびＲｓの反射防止膜の屈折率ｎ
ｆに対する依存性を示したものである。この場合、ｎｆ
が1.16〜1.39の範囲にあると、Ｒｐは若干大きくなる
が、Ｒｓが著しく減少するので、全体として出力に寄与
する偏光成分を大幅に増加させることができることがわ
かる。
の端面に種々の屈折率の膜を式(9)から導いた膜厚に設
け、一例として、外界媒質空気、入出射角θｏ62.8度、
レーザー発振波長1.06μｍとした場合の、上記の方法に
より求められるＲｐおよびＲｓの反射防止膜の屈折率ｎ
ｆに対する依存性を示したものである。この場合、ｎｆ
が1.16〜1.39の範囲にあると、Ｒｐは若干大きくなる
が、Ｒｓが著しく減少するので、全体として出力に寄与
する偏光成分を大幅に増加させることができることがわ
かる。
実施例 次に、本発明のスラブ型レーザー素子を実施例により具
体的に説明する。第１図に示す形状の、幅５５mm、長さ
２０３mm、厚さ9.5mmの素子をレーザー媒質１としてN
d：GGGを用いて製造した。
体的に説明する。第１図に示す形状の、幅５５mm、長さ
２０３mm、厚さ9.5mmの素子をレーザー媒質１としてN
d：GGGを用いて製造した。
両端面３，３′は、全反射面２，２′と31.4度に傾斜し
ている。この端面３，３′に、MgF2（実施例１）、また
はSiO2（実施例２）からなる反射防止膜４，４′を真空
蒸着法によって、膜厚が第２表に示す膜厚となるように
形成した。このときの光学的膜厚も第１表に示す。これ
らの素子をレーザー発振波長1.06μｍ、レーザービーム
の入射角θｏ＝62.8度で発振させた。該波長に対し、前
記レーザー媒質の屈折率はｎｓ＝1.95であり、形成した
反射防止膜の屈折率ｎｆは第２表に示すとおりである。
このとき、端面における、レーザービームのＰ成分およ
びＳ成分の反射率ＲｐおよびＲｓは、第２表に示すとお
りである。
ている。この端面３，３′に、MgF2（実施例１）、また
はSiO2（実施例２）からなる反射防止膜４，４′を真空
蒸着法によって、膜厚が第２表に示す膜厚となるように
形成した。このときの光学的膜厚も第１表に示す。これ
らの素子をレーザー発振波長1.06μｍ、レーザービーム
の入射角θｏ＝62.8度で発振させた。該波長に対し、前
記レーザー媒質の屈折率はｎｓ＝1.95であり、形成した
反射防止膜の屈折率ｎｆは第２表に示すとおりである。
このとき、端面における、レーザービームのＰ成分およ
びＳ成分の反射率ＲｐおよびＲｓは、第２表に示すとお
りである。
実施例１の素子を用い、励起ランプ入力３４kWにおいて
レーザー発振させたところ、レーザー発振出力５１０Ｗ
であった。
レーザー発振させたところ、レーザー発振出力５１０Ｗ
であった。
比較例として、反射防止膜を形成しない以外は、実施例
１，２と同様の構成の素子のＲｐおよびＲｓも第２表に
示す。この比較例の素子を用い、上記と同様に、励起ラ
ンプ入力３４kWにおいてレーザー発振させたところ、レ
ーザー発振出力２３０Ｗであった。
１，２と同様の構成の素子のＲｐおよびＲｓも第２表に
示す。この比較例の素子を用い、上記と同様に、励起ラ
ンプ入力３４kWにおいてレーザー発振させたところ、レ
ーザー発振出力２３０Ｗであった。
〔発明の効果〕 本発明のスラブ型レーザー素子は、レーザービームのＰ
成分だけでなく、Ｓ成分をも増幅およびレーザ発振の出
力として利用するため、高出力が得られる。
成分だけでなく、Ｓ成分をも増幅およびレーザ発振の出
力として利用するため、高出力が得られる。
このスラブ型レーザー素子は、高出力レーザービームが
求められる、鋼類などの切断、溶接、アニーリング等に
用いる各種のレーザー加工機に有用である。
求められる、鋼類などの切断、溶接、アニーリング等に
用いる各種のレーザー加工機に有用である。
第１図は、本発明のスラブ型レーザー素子の縦断面を表
わす概念図であり、 第２図は、レーザー媒質としてNd：GGGを用いた場合の
一定条件下における、Ｐ成分およびＳ成分の反射率と反
射防止膜の屈折率との関係を表わす。
わす概念図であり、 第２図は、レーザー媒質としてNd：GGGを用いた場合の
一定条件下における、Ｐ成分およびＳ成分の反射率と反
射防止膜の屈折率との関係を表わす。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 英男 東京都武蔵村山市緑ケ丘1460 (72)発明者 大町 盛幸 東京都青梅市末広町２―８―１
Claims (3)
- 【請求項１】２つの平行な全反射面と、レーザービーム
が入出射する２つの端面とを有するスラブ型レーザー素
子において、 前記２つの端面が、レーザービームの入射面に平行な偏
光成分および該偏光成分に対し垂直な偏光成分に対する
反射防止膜により被覆されていることを特徴とするスラ
ブ型レーザー素子。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のスラブ型レー
ザー素子において、該素子を構成するレーザー媒質が、
波長1.06μｍにおける屈折率が1.45〜2.05のものであ
り、反射防止膜が波長1.06μｍの屈折率が1.13〜1.44の
物質からなるスラブ型レーザー素子。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のスラブ型レー
ザー素子において、前記レーザー媒質がＮｄドープＧＧ
ＧまたはＮｄドープＹＡＧからなり、前記反射防止膜が
MgF2，SiO2,Na5A3F14，Na3AF6およびSrF2から選ば
れる物質からなるスラブ型レーザー素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101750A JPH0666488B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | スラブ型レーザー素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63101750A JPH0666488B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | スラブ型レーザー素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01272174A JPH01272174A (ja) | 1989-10-31 |
| JPH0666488B2 true JPH0666488B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=14308917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63101750A Expired - Fee Related JPH0666488B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | スラブ型レーザー素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666488B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012253092A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ発振器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176180A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-01 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ発振装置 |
| JPS6319888A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | スラブ型レ−ザ素子 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP63101750A patent/JPH0666488B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176180A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-01 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ発振装置 |
| JPS6319888A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-27 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | スラブ型レ−ザ素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01272174A (ja) | 1989-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |