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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- 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
- H01S3/06—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
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- 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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- 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 |