JPH0685354A

JPH0685354A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH0685354A
Application number: JP25539192A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Kuba; 一樹久場; Masaki Seguchi; 正記瀬口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JP3110567B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シール材の吸光・発熱によるレーザ媒体のシ
ール部における熱光学歪の発生がなく、ビーム品質、出
力安定性に優れ、ビーム品質や出力安定性の経年変化も
少なく、また、高集束性ビームの伝搬に適した構造の固
体レーザ装置を得る。【構成】レーザ媒体の全反射面における冷媒のシール
部近傍にコーティングされた低屈折率膜に、レーザビー
ムの迷光や励起光に対して高い反射率を持つ反射膜をさ
らにコーティングし、また、その反射膜として金属膜を
用い、また、その反射膜の上にさらに冷媒に対して耐久
性のある保護膜をコーティングし、また、低屈折率膜を
全反射面のスラブ端面より１ビーム幅に相当する全反射
領域の全面にコーティングした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は固体レーザ装置、特に
そのスラブ型固体レーザの冷媒のシール及び媒質の支持
構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は例えば特開昭６２−７３６８５号
公報に開示された従来の固体レーザ装置を示す斜視図で
あり、図７はその断面側面図、図８はその要部を拡大し
た要部拡大断面側面図である。図において１は断面がほ
ぼ矩形状のスラブ型のレーザ媒質であり、２はそのレー
ザビームの主ビームである。１ａはこの主ビーム２を全
反射する光学的平滑面（以下全反射面という）、１ｂは
レーザビームの主ビーム２が入出射されるスラブ端面で
あり、３は全反射面１ａに施された低屈折率膜である。
４はレーザ媒質１が収容される筐体であり、５はその筐
体４に保持されてレーザ媒質１を支持するとともに、後
述する冷媒をシールする例えばＯリングのようなシール
材である。６はこのシール材５でシールされ、レーザ媒
質１をその全反射面１ａより冷却する前述の冷媒であ
る。７はレーザ媒質１を光励起する励起光源としてのラ
ンプであり、８１，８２はこのランプ７による励起光を
示す。一点鎖線２０はレーザビームの主ビーム２の光路
の中心を示し、２１はシール部を通るレーザビームの主
ビームであり、２２は主ビーム２のスラブ端面１ｂによ
る反射光である。なお、１０はシール材５によるレーザ
ビームの吸収、発熱に伴ってレーザ媒質１のシール部に
発生する熱光学的歪である。

【０００３】次に動作について説明する。レーザ媒質１
はランプ７からの励起光８１，８２を吸収し、反転分布
を形成する。反転分布のエネルギーはレーザ媒質１の全
反射面１ａで内部反射をくり返しながらジグザグ状に伝
搬するレーザビームの主ビーム２として媒質外に取り出
される。しかしながら吸収された励起光エネルギーの大
部分は、レーザ媒質１内で熱エネルギーとなり、最終的
には、全反射面１ａに接して満たされた冷媒６へ流れ
る。冷媒６は外部へもれないようにシール材５によって
全反射面１ａ上でシールされている。又、シール材５
は、レーザ媒質１の筐体４への支持も兼ねている。

【０００４】このような固体レーザ装置では、シール部
でのシール材５によるレーザ主ビーム２の吸収、発熱、
およびこれに伴うレーザ媒質１のシール部での熱光学歪
１０の発生を防止するため、全反射面１ａ上にシール５
材が接触しているシール部にレーザ媒質１より屈折率の
低い低屈折率膜３を設け、主ビーム２の全反射を保証し
ている。

【０００５】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、内部全反射による正規光路を通るレー
ザビームの主ビーム２は、低屈折率膜３によって全反射
を保証され、シール材５を照射することはないが、主ビ
ーム２のスラブ端面１ｂでの反射光２２等の迷光やラン
プ７からの励起光８２には、全反射面１ａに対する入射
角が小さく、低屈折率膜３によっても全反射されずにシ
ール材５を照射、加熱するためシール材５近傍のレーザ
媒質１に熱光学歪１０を発生させ、これにより、レーザ
ビームが歪んだり、出力が不安定になるなどの問題点が
あった。

【０００６】請求項１および２に記載の発明は、上記の
ような問題点を解消するためになされたもので、シール
材の加熱によるレーザ媒質の熱光学歪を抑え、ビーム品
質および出力安定性に優れた固体レーザ装置を得ること
を目的とする。

【０００７】また、請求項３に記載の発明は、さらに経
年変化によるレーザビームの品質および出力安定性の低
下が防止できる固体レーザ装置を得ることを目的とす
る。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は、レーザ媒
質外部の媒体の差による位相変化をなくして、高集束性
ビームの伝搬に適した構造の固体レーザ装置を得ること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る固体レーザ装置は、レーザ媒質の光学的平滑面のシ
ール部を含んだ部分にコーティングされた低屈折率膜の
シール部近傍に、さらに、レーザビームの迷光、および
レーザ媒質の励起光に対して高い反射率を持つ反射膜を
コーティングしたものである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明に係る固体レ
ーザ装置は、反射膜として金属膜を用いたものである。

【００１１】また、請求項３に記載の発明に係る固体レ
ーザ装置は、冷媒に対して耐久性を有する保護膜を、反
射膜の上にさらにコーティングしたものである。

【００１２】また、請求項４に記載の発明に係る固体レ
ーザ装置は、全反射面のスラブ端面から１ビーム幅に相
当する全反射領域を低屈折率膜で全面コーティングした
ものである。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明における反射膜は、シー
ル部における主ビームの全反射を保証している低屈折率
膜の上にコーティングされ、当該低屈折率膜を通過して
シール材に照射されるレーザビームの迷光や励起光を反
射し、それらを収光したシール材の発熱によるレーザ媒
質の熱光学的歪の発生を防止する。

【００１４】また、請求項２に記載の発明における反射
膜は、それに金属膜を用いることにより、反射率の入射
角依存性を低減させて、低屈折率膜を通過した迷光や励
起光をより確実に反射する。

【００１５】また、請求項３に記載の発明における保護
膜は、低屈折率膜および反射膜を覆うことにより、それ
ら低屈折率膜や反射膜が冷媒にさらされて劣化するのを
防止する。

【００１６】また、請求項４に記載の発明における低屈
折率膜は、全反射面のスラブ端面より１ビーム幅に相当
する領域を覆うことにより、内部全反射時におけるレー
ザ媒質外部の媒体の差による位相変化をなくし、高集束
性ビームの伝搬に適した構造とする。

【００１７】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例１を図に
ついて説明する。図１は請求項１および２に記載した発
明の一実施例を示す要部拡大断面側面図である。図にお
いて、１はレーザ媒体、１ａは全反射面、１ｂはスラブ
端面、２は主ビーム、２０は主ビーム２の光路の中心、
２１はシール部を通る主ビーム、２２は主ビーム２のス
ラブ端面１ｂでの反射光、３は低屈折率膜、４は筐体、
５はシール材、６は冷媒、７は励起光源としてのラン
プ、８１，８２は励起光であり、図８に同一符号を付し
た従来のそれらと同一、あるいは相当部分であるため詳
細な説明は省略する。３１は前記レーザ媒質１の全反射
面１ａのシール部を含んだ所定の部分にコーティングさ
れて、シール部における主ビーム２の全反射を保証して
いる低屈折率膜３の上にさらにコーティングされ、レー
ザビームの迷光２２およびランプ７からの励起光８２に
対して高い反射率を有して、当該低屈折率膜３を通過し
てシール材５に照射される前記迷光２２や励起光８２を
反射する反射膜である。

【００１８】次に動作について説明する。ここで、基本
的な動作は従来の場合と同様であるため、２層構造にコ
ーティングした低屈折率膜３と反射膜３１の作用とその
具体例について説明する。まず、低屈折率膜３は、従来
の場合と同様に、正規光路を通るレーザビーム２のシー
ル部における内部全反射を保証するためのもので、例え
ばレーザ媒質１として屈折率がｎ₀＝１．８２のイット
リウム・アルミニウム・ガーネット（以下ＹＡＧとい
う）結晶を用いた場合、これより低屈折率の誘電体、例
えば屈折率がｎ₁＝１．３８のフッ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ₂）や、屈折率がｎ₁＝１．４５の酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）がレーザビームの波長程度以上の厚みにコ
ーティングされる。このような低屈折率膜３によって、
正規光路を通る主ビーム２はシール部に於ても全反射を
保証され、当該シール部を通る主ビーム２１は図１に示
すように内部全反射によるジグザグ光路を通り、シール
材５に吸収されることはない。しかしながら、主ビーム
２のスラブ端面１ｂからの反射光２２等の迷光や、ラン
プ７からの励起光８２の中には、全反射面１ａの入射角
が非常に小さく、低屈折率膜３によっても全反射されな
いものがある。そして、これらの光をシール材５が吸収
して加熱されると、レーザ媒質１のシール部近傍に熱光
学歪が発生して、レーザビームが歪み、そのため出力が
不安定になるという問題は完全には解消されない。

【００１９】そこで、この実施例１では、全反射面１ａ
への入射角が小さなレーザビームの迷光や励起光８２に
対しても高い反射率を有する反射膜３１をその低屈折率
膜３の上にさらにコーティングするものである。この反
射膜３１としては、低屈折率膜３よりさらに屈折率の低
い膜や、誘電体多層膜による全反射コーティングを施す
ことが考えられるが、この反射膜３１は主ビーム２を反
射する低屈折率膜３とは異なり、レーザビームの迷光２
２や励起光８２に対して、ある程度の反射率を有すれば
光学的精度は不要であること、さらにはレーザビームの
迷光２２や励起光８２には様々な角度で全反射面１ａに
入射するものが存在するため、反射率の入射角依存性が
少ないことが望ましいなどにより、金属膜が最も適して
いる。レーザ媒質１がネオジム（Ｎｄ）イオンを含むＹ
ＡＧ結晶で、発振波長がλ＝１．０６μｍであり、励起
光源としてのランプ７がアークランプで、その発光スペ
クトル分布がλ＝０．５〜０．９μｍである場合には、
金、銀、アルミニウム等がこの波長域で反射率が９０％
以上と高く適していると考えられる。従って、これら
金、銀、あるいはアルミニウム等の金属膜を反射膜３１
として低屈折率膜３の上にコーティングすれば、低屈折
率膜３を透過した迷光２２や励起光８２はこの反射膜３
１によって完全に反射され、シール材５に吸収されてそ
れを加熱するようなことは完全に防止できる。

【００２０】なお、低屈折率膜３を介すことなく金属膜
による反射膜３１をレーザ媒質１の全反射面１ａに直接
コーティングすることも考えられるが、この場合主ビー
ム２の全反射面１ａでの反射は屈折率差による内部全反
射とはならず、金属面反射となるため、反射面での損失
は不可避となり、レーザ出力の低下が生じてレーザ動作
にはあまり適さない。

【００２１】実施例２．次に、この発明の実施例２を図
について説明する。図２は請求項３に記載した発明の一
実施例を示す要部拡大断面側面図で、図１と同一の部分
には同一符号を付してその説明を省略する。図におい
て、３２は低屈折率膜３および反射膜３１の上にさらに
コーティングされた、前記冷媒６に対して耐久性を有す
る保護膜である。

【００２２】次に動作について説明する。ここで、基本
的な動作は実施例１および従来の場合と同様であるた
め、反射膜３１上にコーティングされた保護膜３２の作
用とその具体例について説明する。一般にレーザ媒質１
の冷媒６としては水が用いられる場合が多く、反射膜３
１として金のような耐水性を有する金属膜を用いた場合
には問題ないが、銀やアルミニウム等の酸化性を有する
金属膜を用いた場合には、冷媒６である水により酸化が
促進され、反射率の低下や、膜のはく離等の問題が生じ
る。また反射膜３１を誘電体多層膜とした場合でも、多
層膜を形成する誘電体、例えばフッ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ₂）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等は水に溶解し、
反射率の低下や膜のはく離等の問題が生じる。そこでこ
の実施例２では反射膜３１のさらにその上に耐水性を有
する、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）や金等の
保護膜３２をコーティングし、反射膜３１が冷媒６にさ
らされるのを防止する。

【００２３】なお、冷媒６が水以外の化学薬品、例えば
エチレングリコールと水の混合液や、ＦＣ−１０４（３
Ｍ社、フオロカーボン）などの場合には、各々の薬品に
対して耐久性を有する材料による保護膜３２をコーティ
ングすればよい。

【００２４】実施例３．また、上記実施例２では反射膜
３１の上に単純に保護膜３２をコーティングしたものを
示したが、このようなケースでは、低屈折率膜３および
反射膜３１の側面は冷媒６にさらされ、この部分からコ
ーティングが劣化する場合もある。そこでこの実施例３
では図３に示すように、保護膜３２を低屈折率膜３およ
び反射膜３１より若干広めにとり、その側面部までを完
全に包み込むようにコーティングを施こしている。これ
により、冷媒６による反射膜３１の劣化の全くない、シ
ール材５の迷光等の照射防止コートが経年変化によって
劣化することを防止できる。

【００２５】実施例４．さらに、上記実施例１〜３で
は、シール材５の位置をレーザ媒質１のスラブ端面１ｂ
近傍とした場合について述べたが、図４に示すようにス
ラブ端面１ｂから離れた位置にシール材５を配置するよ
うにしてもよい。そのような場合でも、レーザ媒質１の
シール材５によるシール部近傍の全反射面１ａに、低屈
折率膜３、反射膜３１、さらには保護膜３２を同様にコ
ーティングしてやれば、上記各実施例と同様の効果が得
られる。

【００２６】実施例５．次に、この発明の実施例５を図
について説明する。図５は請求項４に記載した発明の一
実施例を示す要部拡大断面側面図で、図において、１１
はレーザ媒質１のスラブ端面１ｂから１ビーム幅に相当
する第１回の全反射領域、１２は同じく第２回の全反射
領域、１１０はレーザ媒質１外部の大気であり、他は図
４の相当部分と同一符号を付してその説明を省略する。
この実施例５は図示のように、前記第１回の全反射領域
１１と第２回の全反射領域１２の全面に低屈折率膜３が
コーティングされている点で、上記実施例１〜４とは異
なっている。

【００２７】ここで、上記各実施例では、シール部にお
ける主ビーム２の全反射を保証する低屈折率膜３をシー
ル部近傍のみにコーティングする場合を示したが、この
場合１つのビーム幅相当の全反射領域１１内でも、レー
ザ媒質１の外部の媒体が大気１１０、低屈折率膜３、冷
媒６と変化し、内部全反射時の位相がわずかに異なるた
め、高集束性ビームを得る時には問題となる。この実施
例５では、図５に示すように、低屈折率膜３を第１回の
全反射領域１１および第２回の全反射領域１２の全面に
コーティングしている。これによって１つのビーム斜断
面内での位相変化は完全になくなり、高集束性ビームの
伝搬に適した構造となる。なお、反射膜３１は第１回の
全反射領域１１及び第２回の全反射領域１２の全面にコ
ーティングする必要はなく、実施例１〜４の場合と同様
にシール部の近傍にのみコーティングすればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明によ
れば、レーザ媒質のシール部を含む全反射面にコーティ
ングされた低屈折率膜のシール部近傍に、レーザビーム
の迷光および励起光に対し高い反射率を有する反射膜を
更にコーティングするように構成したので、シール材の
吸光・発熱およびそれに伴うレーザ媒体のシール部近傍
の熱光学歪の発生を低減することができ、ビーム品質に
優れ、出力の安定な固体レーザ装置が得られる効果があ
る。

【００２９】また、請求項２に記載の発明によれば、反
射膜として金属膜を用いるように構成したので、シール
材へのレーザビームの迷光や励起光の照射を完全に防止
することができ、さらにビーム品質に優れ、出力の安定
な固体レーザ装置が得られる効果がある。

【００３０】また、請求項３に記載の発明によれば、高
反射率膜の上に冷媒に対して耐久性を有する保護膜をコ
ーティングするように構成したので、低屈折率膜および
高反射率膜の劣化を防止することができ、ビーム品質お
よび出力安定性の経年変化の少ない、安定な固体レーザ
装置が得られる効果がある。

【００３１】また、請求項４に記載の発明によれば、低
屈折率膜によって全反射面のスラブ端面より１ビーム幅
に相当する領域を覆うように構成したので、レーザ媒質
外部の媒体の差による内部全反射時における位相変化が
なくなり、高集束性ビームの伝搬に適した構造の固体レ
ーザ装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す要部拡大断面側面図
である。

【図２】この発明の実施例２を示す要部拡大断面側面図
である。

【図３】この発明の実施例３を示す要部拡大断面側面図
である。

【図４】この発明の実施例４を示す要部拡大断面側面図
である。

【図５】この発明の実施例５を示す要部拡大断面側面図
である。

【図６】従来の固体レーザ装置を示す分解斜視図であ
る。

【図７】その断面側面図である。

【図８】その要部拡大断面側面図である。

【符号の説明】

１レーザ媒質１ａ全反射面（光学的平滑面）１ｂスラブ端面３低屈折率膜３１反射膜３２保護膜４筐体５シール材６冷媒７ランプ（励起光源）１１，１２全反射領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを内部全反射させる対向し
た一対の光学的平滑面を有する、断面形状が略矩形のス
ラブ型のレーザ媒質と、前記レーザ媒質を光励起する励
起光源と、前記レーザ媒質を前記光学的平滑面より冷却
する冷媒と、前記レーザ媒質を収容する筐体と、前記レ
ーザ媒質の前記筐体に対する支持を前記光学的平滑面に
おいて行うとともに、前記冷媒のシールを行うシール材
と、前記レーザ媒質より低い屈折率を有し、前記シール
材によるシール部を含んだ前記光学的平滑面にコーティ
ングされた低屈折率膜と、前記レーザビームの迷光、お
よび前記レーザ媒質の励起光に対して高い反射率を持
ち、前記低屈折率膜の前記シール部近傍にコーティング
された反射膜とを備えた固体レーザ装置。
【請求項２】前記反射膜が金属膜であることを特徴と
する請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】前記反射膜の上に、前記冷媒に対して耐
久性を有する材料による保護膜をコーティングしたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の固体レーザ装
置。
【請求項４】前記低屈折率膜を、前記レーザ媒質の光
学的平滑面上のスラブ端面より１ビーム幅に相当する全
反射領域の全面にコーティングしたことを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか１項に記載の固体レーザ装
置。