JPH0677563A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スラブ型レーザ媒質の励起効率を高め、さら
には励起分布の均一度を高めることができると共に、ス
ラブ型レーザ媒質の幅方向の熱レンズ形成を低減でき、
集束性の良いレーザビームを安定して効率よく発生させ
ることができるようにする。 【構成】 スラブ型レーザ媒質１と集光器６との間に、
前記スラブ型レーザ媒質１の幅方向両端部に隙間のない
スラブ冷却用冷媒流路９を形成したものである。 【効果】 スラブ型レーザ媒質の幅方向両端部に隙間が
ないことにより、励起光が励起キャビティ外に洩れるよ
うなことがなく、効率のよい励起が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スラブ（平板）状の
レーザ媒質を使用した固体レーザ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば特開昭６３−１９８８９号
公報に開示された従来の固体レーザ装置を示す概略的な
縦断面図、図１０は図９のＡ−Ａ線断面図である。図に
おいて、１は断面ほぼ矩形状のスラブ型固体レーザ媒質
（以下、スラブという）、１ａはそのスラブ１の励起表
面である光学的平滑面、１ｂは前記スラブ１の前記光学
的平滑面１ａとは異なる一対のスラブ側面、２はそれら
のスラブ側面１ｂに配置され該スラブ１を保持している
スラブ保持体（以下、サイドサポートという）であり、
このサイドサポート２は、例えばアクリル，ＳＵＳ，ア
ルミなどから成っている。２ａは前記サイドサポート２
の表面、２ｂは前記スラブ１に対する前記サイドサポー
ト２の接触面、３は励起光源としてのランプ、４はその
ランプ３の周囲を囲繞するフローチューブ、５はランプ
冷却用冷媒流路であり、このランプ冷却用冷媒流路５
は、前記フローチューブ４によって前記ランプ３の外周
面との間に形成されている。

【０００３】６は前記ランプ３の励起光を前記スラブ１
に集光照射するための集光器、６ａはその集光器６の前
記スラブ１との対向面、７はその対向面６ａに配置され
た透明体で、例えばガラス板から成っている。ここで、
前記スラブ１とランプ３および集光器６は、レーザヘッ
ドを構成している。

【０００４】８は集光器冷却用冷媒流路で、前記フロー
チューブ４の外周面と前記集光器６の反射面と前記透明
体７とによって囲繞形成されている。９はスラブ冷却用
冷媒流路で、前記スラブ１の光学的平滑面１ａと前記透
明体７との間に形成され、前記スラブ１に平行してい
る。１０は前記スラブ冷却用冷媒流路９のスラブ幅方向
両端部近傍に生じた隙間である。

【０００５】次に動作について説明する。ランプ３の励
起光は集光器６で反射され、透明体７を透過した後、ス
ラブ１に集光吸収され、スラブ１を励起し反転分布が形
成され、レーザ共振器によりレーザビームが取り出され
る。ここで、前記ランプ３において、入力電力のうち、
２０％から５０％は励起光に変換されずに熱となる。ま
た、前記励起光が集光器６および透明体７で反射あるい
は透過する際にも吸収が起こり、前記のレーザヘッド構
成部品を加熱する。そして、前記スラブ１においても、
吸収した励起光のうち、約半分はレーザ光に変換されず
に熱となり、加熱される。

【０００６】このように、レーザヘッドの構成部品であ
るスラブ１とランプ３および集光器６は加熱されるの
で、安定なレーザ動作を行うためには、それら構成部品
の各々を冷却する必要がある。この場合、まず、スラブ
１においては、不均一な温度分布による歪の作用を防ぐ
ために、スラブ冷却用冷媒流路９に流した冷媒によって
前記スラブ１を表面から冷却している。また、集光器冷
却用冷媒流路８にも冷媒を流して集光器６を冷却すると
共に、ランプ冷却用冷媒流路５にも冷媒を流してランプ
３の冷却を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は以上のように構成されているので、ランプ３による励
起効率を高めるためには、集光器６でスラブ（レーザ媒
質）１に集光照射される励起光の割合を高める必要があ
るが、しかし、スラブ冷却用冷媒流路９には、スラブ幅
方向両端部近傍で隙間１０が生じていること、および、
透明体７が励起空間の外側まで伸びていることによっ
て、図１１に示すように、前記隙間１０から励起光が洩
れ励起効率を高めることができないという問題点があっ
た。

【０００８】このように励起光が洩れると、図１２に示
すように、前記隙間１０付近における前記スラブ１の幅
方向周辺部の励起密度が低下し、このため、スラブ１で
の励起の均一性が低下し、前記スラブ１には幅方向に温
度分布が生じ、該スラブ１での光屈折率はその温度の依
存するため、前記温度分布により、前記スラブ１の幅方
向に熱レンズが形成されるという問題点もあった。

【０００９】また、前記スラブ１を両側面で保持してい
るサイドサポート２の材質が、アクリル，ＳＵＳ，アル
ミなどから成っていて、励起光に対する反射率が低いた
め、前記励起光が前記サイドサポート２のスラブ１との
接触面２ｂで反射される際に損失が生じ、このため、前
記サイドサポート２の材質も励起効率に大きな影響を及
ぼして励起効率を高めることができないという問題点が
あった。

【００１０】さらには、スラブ側面１ｂ周辺での励起密
度が低下し、スラブ１の幅方向に温度分布が生じること
により、熱レンズが形成されるという問題点、および、
前記サイドサポート２が励起光で加熱されて発熱変形す
ることにより、前記スラブ１に熱負荷と熱応力を与えて
しまうという問題点があった。

【００１１】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、集光器からスラブに集光
照射される励起光が洩れずに励起効率を高めることがで
き、特にスラブ幅方向の熱レンズ形成を低減できて、集
束性のよいレーザビームを効率よく安定して発生させる
ことができる固体レーザ装置を得ることを目的とする。

【００１２】請求項２の発明の目的は、スラブ保持用の
サイドサポートで励起光が吸収されないようにして、そ
のサイドサポート近傍での励起強度の低下を未然に防止
し、且つ、前記サイドサポートの加熱低減を図ってスラ
ブへの熱負荷および熱応力を低減させることができる固
体レーザ装置を得ることにある。

【００１３】請求項３の発明の目的は、集光器の励起キ
ャビティ内に励起光を略完全に閉じ込めることができる
ようにして、励起光の損失割合を更に低減できる固体レ
ーザ装置を得ることにある。

【００１４】請求項４の発明の目的は、励起光透過用の
透明体の保持構造が簡単で、装置のコンパクト化が図れ
ると共に、スラブ幅方向端部での励起強度低下を抑える
ことができ、励起分布の均一度が向上する固体レーザ装
置を得ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る固
体レーザ装置は、断面ほぼ矩形状のスラブ型レーザ媒質
と、これを励起する光源と、この光源からの励起光を前
記スラブ型レーザ媒質に集光照射する集光器とを備えた
固体レーザ装置において、前記集光器と前記スラブ型レ
ーザ媒質との間に、該スラブ型レーザ媒質の幅方向両端
部に隙間の無いスラブ冷却用冷媒流路を形成したもので
ある。

【００１６】請求項２の発明に係る固体レーザ装置は、
スラブ型レーザ媒質の両側面に配置され、該スラブ型レ
ーザ媒質を保持しているサイドサポートの前記スラブ型
レーザ媒質との接触面を含む表面を、前記光源からの励
起光に対して高反射率の反射面として形成したものであ
る。

【００１７】請求項３の発明に係る固体レーザ装置は、
断面ほぼ矩形状のスラブ型レーザ媒質と、これを励起す
る光源と、この光源からの励起光を前記スラブ型レーザ
媒質に集光照射する集光器とを備え、前記集光器と前記
スラブ型レーザ媒質との間にスラブ冷却用冷媒流路が形
成された固体レーザ装置において、前記集光器は、両側
面が閉塞された筒状に形成され、その内部に前記スラブ
型レーザ媒質を有する構成としたものである。

【００１８】請求項４の発明に係る固体レーザ装置は、
集光器が備えている透明体を、前記集光器の両側内面に
設けられた係合溝に挿入係合させて保持したものであ
る。

【００１９】

【作用】請求項１の発明における固体レーザ装置は、ス
ラブ冷却用冷媒流路の幅方向両端部に隙間が無いので、
励起光の洩れがなくなって、励起強度が向上し、特にス
ラブ端部での励起密度の低下が軽減されることにより、
スラブ幅方向への励起密度の均一性が向上する。

【００２０】請求項２の発明における固体レーザ装置
は、スラブ保持用サイドサポートのスラブとの接触面が
励起光に対して高反射率の反射面に形成されているた
め、励起光がサイドサポートで吸収されるようなことが
なく、その励起光はキャビティ内に反射される。また、
サイドサポートでのロスが抑えられることにより、サイ
ドサポート近傍での励起強度低下が抑えられる。さら
に、サイドサポートの加熱が低減されるため、スラブへ
の熱負荷および応力負荷が低減する。

【００２１】請求項３の発明における固体レーザ装置
は、スラブが集光器で略完全に包み込まれているので、
励起光が略完全にキャビティ内に閉じ込められる。ま
た、従来のサイドサポートに用いられていたような励起
光反射率の低い材質を励起キャビティ内に有していない
ので、励起光の損失割合が更に低減する。

【００２２】請求項４の発明における固体レーザ装置
は、集光器の両側内面の係合溝に透明体を挿入係合する
だけで、その透明体を支持することができ、従って、そ
の透明体の支持構造が簡単で、装置のコンパクト化が図
れると共に、透明体を透過して励起キャビティ外に洩れ
ていた励起光をその励起キャビティ内に閉じ込めること
ができるので、励起密度が向上し、特にスラブ幅方向両
端部での励起強度低下が抑えられ、励起分布の均一度が
向上する。

【００２３】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１は請求項１の発明に対応した一実
施例による固体レーザ装置の断面図であり、図９〜図１
２と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。図において、１１はスラブ冷却用冷媒流路
９の幅方向両端部に配置された高反射率の励起光反射部
材であり、この励起光反射部材１１は、例えば通常の集
光器６に使用されるセラミックスや樹脂，表面に金属蒸
着を施したものなど、高反射率の部材から成っている。

【００２４】かかる励起光反射部材１１は、サイドサポ
ート２または透明体７に接着したもの、あるいは前記サ
イドサポート２と前記透明体７との間に単に挿入したも
のの何れであってもよい。

【００２５】このようにして、スラブ冷却用冷媒流路９
の幅方向両端部に配置された励起光反射部材１１は、前
記スラブ冷却用冷媒流路９の幅方向両端部におけるサイ
ドサポート２と透明体７との間の隙間を塞いで無くして
いる。

【００２６】次に動作について説明する。ランプ３から
の励起光は集光器６で反射されることにより、透明体７
を透過してスラブ１に吸収集光される。このとき、従来
は図９に示すように隙間１０から洩れていた励起光は、
この発明では、図２に示すように前記従来の隙間１０が
無いので、再び集光器６で反射されて励起キャビティ内
に戻り、前記スラブ１に無駄なく照射されることとな
り、従って、スラブ１は効率よく励起される。

【００２７】また、励起分布については、スラブ冷却用
冷媒流路９の幅方向両端部に隙間が無いことにより、図
３に示すように、スラブ１のサイドサポート２に接して
いる幅方向両端部近傍での励起密度の低下が抑えられ、
前記スラブ１の均一な励起が可能となる。これにより、
スラブ１での幅方向熱分布形成が抑えられ、より均質な
レーザー媒質（スラブ１）が得られるため、品質の高い
レーザビームが安定して得られる。

【００２８】実施例２．図４は請求項２の発明に対応し
た一実施例による固体レーザ装置を示す断面図であり、
この実施例では、スラブ１に側面で接するサイドサポー
ト２の接触面２ｂを含む表面２ａを、励起光に対して高
反射率となる材質、例えば高反射率のセラミックスや樹
脂などで形成したものである。

【００２９】このように、サイドサポート２の前記接触
面２ｂおよび表面２ａを光高反射率の材質で形成するこ
とにより、従来はサイドサポート２で吸収され損失して
いた励起光を有効に利用でき、このため、更に励起効率
が向上する。

【００３０】また、前記サイドサポート２近傍での励起
光密度の低下を低減できるため、前記スラブ１での幅方
向の励起密度の均一度を向上させることができ、幅方向
の熱レンズ形成を低減できる。これと共に、前記サイド
サポート２は励起光による加熱が低減されるため、前記
スラブ１の熱負荷および応力負荷を低減でき、良質のレ
ーザ媒質が得られる。

【００３１】なお、この実施例２では、前記サイドサポ
ート２の材質として、励起光に対し高反射率の材質を用
いたが、このサイドサポート２の材質は従来から用いら
れている反射率の低い材質を用いて、その表面に励起光
に対する高反射率材料のコーティングを施すことによ
り、励起光に対して高反射率のサイドサポート２表面を
形成してもよい。

【００３２】実施例３．図５はこの発明の他の実施例に
よる固体レーザ装置を示す断面図である。前記実施例
１，２では、スラブ冷却用冷媒流路９を形成するため
に、透明体７が存在する場合の例を挙げて説明した。し
かし、中小出力の固体レーザ装置などでは、スラブ１の
冷却が比較的重要とならないので、この実施例３では、
前記実施例１，２における励起光透過用の透明体７を取
り除いて、集光器６内に該集光器冷却用冷媒流路８と共
通のスラブ冷却用冷媒流路９を形成し、該スラブ冷却用
冷媒流路９の幅方向両端部の隙間を前記集光器６で塞ぎ
込んで無くした構成としている。

【００３３】なお、この実施例３においても、前記サイ
ドサポート２の接触面２ｂを含む表面２ａは、前記実施
例２の場合と同様に高反射率の反射面として形成された
ものとする。従って、この実施例３の場合も、前記実施
例１，２の場合と同様の効果が期待できる。

【００３４】また、この実施例３の場合、透明体７が存
在しないので、励起光が透明体７を透過して励起キャビ
ティ外に洩れることがなくなり、さらに、励起効率が向
上し、且つ励起分布が均一になる。

【００３５】実施例４．図６は請求項３の発明に対応し
た一実施例による固体レーザ装置を示す断面図である。
この実施例４では、集光器６を側面に開口が無い筒状に
一体形成し、かかる集光器６の内部に前記スラブ１を一
体的に収納配置して、該スラブ１を前記集光器６で包み
込んだ構成としている。

【００３６】これにより、前記集光器６の励起キャビテ
ィ内に励起光をほぼ完全に閉じ込めることができると共
に、前記実施例１，２におけるサイドサポート２と透明
体７とを不要化でき、さらには、前記励起キャビティ内
に、従来は、サイドサポート２のために使用されていた
反射率の低いＳＵＳ材などが存在しないため、励起キャ
ビティ内ロスを低く抑えられ、励起効率を向上させるこ
とができる。

【００３７】実施例５．図７は請求項４の発明に対応し
た一実施例による固体レーザ装置を示す断面図である。
この実施例５は、透明体７を有する固体レーザ装置の改
良であって、特に、前記透明体７の支持構造を改良した
ものである。この実施例５では、前記集光器６内におけ
るスラブ１近傍の両側面に透明体７保持用の係合溝６ｂ
を設け、この係合溝６ｂに前記透明体７を嵌込み係合さ
せて保持し、且つ、前記実施例２の場合と同様に前記集
光器６の端面６ａをサイドサポート２に接し、該サイド
サポート２の材質を励起光に対して高反射率となるよう
にしたものである。

【００３８】この実施例５によれば、前実施例の場合と
同様、透明板７を透過して励起キャビティ外に励起光が
洩れることがなく、励起光は無駄なく本来の励起に使わ
れるため、スラブ１は更に効率よく励起され、励起分布
も均一となる。

【００３９】また、前記実施例３，４の場合に比べて、
透明板７によりスラブ冷却用冷媒流路９を形成している
ため、冷媒をスラブ１の光学的平滑面１ａに対して平行
に流すことができ、前記スラブ１の冷却が更に均一に行
えることにより、更に均一な温度分布を持った前記スラ
ブ１が得られ、高品質のレーザビームが高効率で得られ
る。

【００４０】実施例６．図８はこの発明の更に別の実施
例による固体レーザ装置を示す断面図である。この実施
例６では、前記実施例４（図６）による一体筒状の集光
器６のスラブ１近傍の両側面に、前記実施例５の場合と
同様、透明体７保持用の係合溝６ｂを設け、この係合溝
６ｂに前記透明体７を嵌込み係合させることにより、該
透明体７と前記スラブ１との間にスラブ冷却用冷媒流路
９を形成すると共に、前記スラブ１と前記透明体７を前
記集光器６の内部に包み込んだ構成としている。

【００４１】このような構成によれば、励起光は殆ど励
起キャビティ内に閉じ込められるため、励起光は無駄な
く本来の励起に使われるようになり、前記スラブ１は効
率よく励起される。また、励起分布も均一になる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、集光器の端部とスラブの励起表面との間に、スラブ
幅方向両端部に隙間のないスラブ冷却用冷媒流路を形成
した構成としたので、励起光が励起キャビティ外に洩れ
るようなことがなく、効率のよい励起が得られるという
効果がある。また、スラブ幅方向両端部での励起強度の
低下が低減され、励起の均一度が向上し、スラブの熱レ
ンズ化を低減することができ、このため、集束性のよい
安定した高効率の固体レーザ装置が得られるという効果
がある。

【００４３】請求項２の発明によれば、スラブ保持用の
サイドサポートの全表面を光源からの励起光に対して高
反射率の反射面に形成したので、励起光が前記サイドサ
ポートで吸収されて損失する割合を低減でき、このた
め、励起効率が更に向上し、発振効率の高い固体レーザ
装置が得られるという効果がある。また、前記サイドサ
ポートでの励起光損失が低減されることにより、サイド
サポートの加熱変形が防止され、スラブへの熱負荷およ
び応力負荷が低減されるという効果がある。さらには、
前記サイドサポートとの境界近傍における励起強度の低
下が低減され、このため、励起の均一性が向上し、スラ
ブの幅方向への熱レンズ形成を更に低減することがで
き、集束性の良い安定した高効率の固体レーザ装置が得
られる効果がある。

【００４４】請求項３の発明によれば、集光器の内部に
スラブ配置部を設け、その集光器でスラブを包み込んだ
構成としたので、前記集光器の側面に開口が存在せず、
このため、励起光を前記集光器内に略完全に閉じ込める
ことができ、これによって、発振効率の高い固体レーザ
装置が得られるという効果がある。

【００４５】請求項４の発明によれば、集光器の両側内
面に透明体保持用の係合溝を設け、この係合溝に透明体
を挿入係合した構成としたので、前記透明体の支持構造
が簡単で、装置のコンパクト化が図れると共に、透明体
を透過して励起キャビティ外に洩れていた励起光をその
励起キャビティ内に閉じ込めることができるので、励起
密度が向上し、特にスラブ幅方向両端部での励起強度低
下が抑えられ、励起分布の均一度が向上するという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明に対応した実施例１による固体
レーザ装置の断面図である。

【図２】図１の励起分布状態を示す固体レーザ装置の断
面図である。

【図３】図２の励起分布図である。

【図４】請求項２の発明に対応した実施例２による固体
レーザ装置の断面図である。

【図５】この発明の実施例３による固体レーザ装置の断
面図である。

【図６】請求項３の発明に対応した実施例４による固体
レーザ装置の断面図である。

【図７】請求項４の発明に対応した実施例５による固体
レーザ装置の断面図である。

【図８】この発明の実施例６による固体レーザ装置の断
面図である。

【図９】従来の固体レーザ装置を示す断面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。

【図１１】図９の励起分布状態を示す固体レーザ装置の
断面図である。

【図１２】図１１の励起分布図である。

【符号の説明】

１ スラブ型レーザ媒質 ２ サイドサポート ２ａ サイドサポートの表面 ２ｂ サイドサポートのスラブとの接触面 ３ 光源 ６ 集光器 ６ｂ 係合溝 ７ 透明体 ９ スラブ冷却用冷媒流路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面ほぼ矩形状のスラブ型レーザ媒質
   と、これを励起する光源と、この光源からの励起光を前
   記スラブ型レーザ媒質に集光照射する集光器とを備えた
   固体レーザ装置において、前記集光器と前記スラブ型レ
   ーザ媒質との間に、該スラブ型レーザ媒質の幅方向両端
   部に隙間の無いスラブ冷却用冷媒流路を形成したことを
   特徴とする固体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記スラブ型レーザ媒質の両側面に配置
   され、該スラブ型レーザ媒質を保持しているサイドサポ
   ートの前記スラブ型レーザ媒質との接触面を含む表面
   が、前記光源からの励起光に対して高反射率の反射面に
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体レ
   ーザ装置。
3. 【請求項３】 断面ほぼ矩形状のスラブ型レーザ媒質
   と、これを励起する光源と、この光源からの励起光を前
   記スラブ型レーザ媒質に集光照射する集光器とを備えた
   固体レーザ装置において、前記集光器は両側面が閉塞さ
   れた筒状に形成され、その集光器の内部に前記スラブ型
   レーザ媒質が収納配置されていることを特徴とする固体
   レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記集光器は、前記励起光を前記スラブ
   型レーザ媒質側に透過させ、且つ、前記スラブ型レーザ
   媒質との間で前記スラブ冷却用冷媒流路を形成する透明
   体を備え、この透明体は、前記集光器の両側内面に設け
   られた係合溝に挿入係合されていることを特徴とする請
   求項１から３の何れか１項に記載の固体レーザ装置。