JPH07307513A - Solid laser device - Google Patents

Solid laser device

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JPH07307513A
JPH07307513A JP9776594A JP9776594A JPH07307513A JP H07307513 A JPH07307513 A JP H07307513A JP 9776594 A JP9776594 A JP 9776594A JP 9776594 A JP9776594 A JP 9776594A JP H07307513 A JPH07307513 A JP H07307513A
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JP
Japan
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solid
laser
medium
radius
mirror
Prior art date
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Pending
Application number
JP9776594A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Kojima
実 小島
Yoshito Uehara
義人 上原
Koichi Igarashi
康一 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to direct a laser beam to an optical fiber of small diameter by a method wherein the distance between an output mirror and the main plane on the output side and the focal length of lense are in a specific relation in a large output solid laser device provided with a solid laser medium, an output mirror, a condensor lens and optical fiber to which the laser beam is directed. CONSTITUTION:In the formulas I and II, R1 is the radius of curvature of an output mirror 3, L1 is the distance from the output mirror 3 to the plane of the output side, RF is the core diameter of an optical fiber 8, NA is the numerical apertures of the optical fiber 8, RB is the radius of the laser beam to be made incident on a lense 7, RL is the radius of a solid laser medium 1, and (f) is the focal distance of the lense 7. Then, as the design procedure to determine each dimension, the focal length (f), the distance L1 from the main plane H' to the reflection surface 3A, an emission angle theta, the condition when RB=RL, the curvature radius R1 of a reflection surface 4A, the curvature radius R2 of the reflection surface 4A, and the distance L2 from the main plane H to the reflection surface 4A are computed. Accordingly, the angel of incidence of the laser beam which is made incident on the optical fiber 8 is smaller than the numerical aperture NA of the optical fiber 8, and its focused beam diameter becomes smaller than the core diameter RF.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ装置に関す
る。特に、大出力のレーザ光が得られるように構成して
も、レーザ光を細径の光ファイバに入射させることがで
きる固体レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser device. In particular, the present invention relates to a solid-state laser device that can make a laser beam incident on a small-diameter optical fiber even if it is configured to obtain a large output laser beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1に固体レーザ装置の一般的構成の概
略を示す。図1において、YAG(イットリウム・アル
ミニウム・ガーネット)等からなるロッド状のレーザ媒
質1は、その中心軸と同軸に配置された全反射ミラー4
と出力ミラー3により挟まれている。また、レーザ媒質
1の側部には、このレーザ媒質と平行に、ポンピングデ
バイスとしての励起ランプ2が配置されている。なお、
図示は省略しているが、レーザ媒質1と励起ランプ2と
は、内面ミラーにより覆われている。
2. Description of the Related Art FIG. 1 schematically shows a general structure of a solid-state laser device. In FIG. 1, a rod-shaped laser medium 1 made of YAG (yttrium-aluminum-garnet) or the like is a total reflection mirror 4 arranged coaxially with its central axis.
And the output mirror 3. An excitation lamp 2 as a pumping device is arranged on the side of the laser medium 1 in parallel with the laser medium. In addition,
Although illustration is omitted, the laser medium 1 and the excitation lamp 2 are covered with an inner mirror.

【0003】この様に構成される固体レーザ装置をレー
ザ発振させるには、先ず、励起ランプ2に電力を投入す
ることにより、励起光をレーザ媒質1に付与する。する
と、レーザ媒質1は励起光によって励起され、レーザ光
を発振する。このレーザ光は、両ミラーによって反射さ
れつつレーザ媒質1中を往復することにより増幅され
て、遂に出力ミラー3から出射される。
To oscillate the solid-state laser device having the above-described structure, first, power is applied to the excitation lamp 2 to apply excitation light to the laser medium 1. Then, the laser medium 1 is excited by the excitation light and oscillates the laser light. This laser light is amplified by reciprocating in the laser medium 1 while being reflected by both mirrors, and finally emitted from the output mirror 3.

【0004】このような固体レーザ装置において、高出
力のレーザ光を得るために、励起ランプ2に投入する電
力を増加すると、固体レーザ媒質に熱レンズ効果という
現象が生じる。これは、励起ランプ2からの励起光がレ
ーザ媒質1中で拡散して熱に変換するが、外表面側から
のみ冷却されることに起因する。つまり、レーザ媒質の
中心軸から外表面に向かって、温度が漸次低くなる温度
分布が生じる。このレーザ媒質の屈折率は、温度が高く
なるにつれて大きくなるので、レンズ(凸レンズ)と略
同じ屈折率分布を有するに至るのである。
In such a solid-state laser device, when the power supplied to the excitation lamp 2 is increased in order to obtain a high-power laser beam, a phenomenon called a thermal lens effect occurs in the solid-state laser medium. This is because the excitation light from the excitation lamp 2 diffuses in the laser medium 1 and is converted into heat, but is cooled only from the outer surface side. That is, a temperature distribution in which the temperature gradually decreases from the central axis of the laser medium toward the outer surface occurs. Since the refractive index of the laser medium increases as the temperature rises, the laser medium has a refractive index distribution substantially the same as that of the lens (convex lens).

【0005】この熱レンズ効果により、レーザ装置1か
ら発振されるレーザ光5は発散角θを持つようになる。
なお、熱レンズ効果は、励起ランプへの投入電力に比例
して強くなる。従って、レーザ光5の発散角θは、投入
電力に対する依存性を持つ。これを図12に示す。
Due to this thermal lens effect, the laser light 5 emitted from the laser device 1 has a divergence angle θ.
The thermal lens effect becomes stronger in proportion to the electric power supplied to the excitation lamp. Therefore, the divergence angle θ of the laser light 5 has a dependency on the input power. This is shown in FIG.

【0006】なお、大出力を目的とした固体レーザ装置
では、大きな投入電力を付与してもスタビリティダイア
グラム(図13)における安定領域(投入電力の増加に
対してレーザ出力が単純増加する領域)を維持するよう
に、この安定領域を広げていた。つまり、全反射ミラー
4の反射面4a及び出力ミラー3の反射面3aに曲率の
大きいものを使用し、かつ全反射側ミラー3と出力側ミ
ラー4との距離を極力短くしていた。
In a solid-state laser device intended for high output, a stable region (a region where the laser output simply increases as the input power increases) in the stability diagram (FIG. 13) even if a large input power is applied. This stability region was widened to maintain. That is, the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 and the reflecting surface 3a of the output mirror 3 having a large curvature are used, and the distance between the total reflection side mirror 3 and the output side mirror 4 is made as short as possible.

【0007】図13に基づいて、固体レーザ装置のスタ
ビリティダイアグラムを説明する。いま、固体レーザ装
置の情報が全て入っているg−パラメータを、以下の様
に定義する。
A stability diagram of the solid-state laser device will be described with reference to FIG. Now, the g-parameter containing all the information of the solid-state laser device is defined as follows.

【0008】 g1=1−(L1+L2)/R1−L2/f・(1−L1/R1) ……(1) g2=1−(L1+L2)/R2−L1/f・(1−L2/R2) ……(2) ここに、R1は出力ミラー3の反射面3aの曲率半径で
あり、R2は全反射ミラー4の反射面4aの曲率半径で
あり、L1は熱レンズ効果を生じているレーザ媒質1の
出力ミラー側主平面と出力ミラー3の反射面3aとの間
の距離であり、L2は熱レンズ効果を生じているレーザ
媒質1の全反射ミラー側主平面と全反射ミラー4の反射
面4aとの距離である。このとき、共振器が安定に発振
する条件は、 0≦g12≦1 ……(3) であるので、図13に示すg1−g2面上において、ハッ
チングで示した領域以外が安定領域になる。即ち、投入
電力ゼロ(f=∞)におけるA0の点から投入電力を増
加してA2に至らしめると、図14に示すように、安定
領域においてレーザ出力は単純増加し、不安定領域にお
いて減少するのである。ミラー関距離を短くすると、以
上説明した安定領域を広げることができるのである。
G 1 = 1− (L 1 + L 2 ) / R 1 −L 2 / f · (1−L 1 / R 1 ) ... (1) g 2 = 1− (L 1 + L 2 ) / R 2− L 1 / f · (1−L 2 / R 2 ) ... (2) where R 1 is the radius of curvature of the reflecting surface 3 a of the output mirror 3 and R 2 is the reflecting surface of the total reflection mirror 4. 4a is the radius of curvature, L 1 is the distance between the output mirror side main plane of the laser medium 1 that is producing the thermal lens effect and the reflecting surface 3a of the output mirror 3, and L 2 is the thermal lens effect. The distance between the main surface of the laser medium 1 facing the total reflection mirror and the reflection surface 4a of the total reflection mirror 4. At this time, the condition under which the resonator oscillates stably is 0 ≦ g 1 g 2 ≦ 1 (3), so that the region other than the hatched region on the g 1 -g 2 plane shown in FIG. It becomes a stable area. That is, when the input power is increased from the point of A 0 at zero input power (f = ∞) to reach A 2 , as shown in FIG. 14, the laser output simply increases in the stable region and in the unstable region. It will decrease. By shortening the mirror distance, the stable region described above can be expanded.

【0009】但し、ミラー間距離を短くすると、ミラー
間距離に反比例して上記レーザ光の発散角θが定まるの
で、大出力固体レーザ装置から発振するレーザ光の発散
角θは、かなり大きな値(20mrad前後)となって
いた。
However, when the distance between the mirrors is shortened, the divergence angle θ of the laser light is determined in inverse proportion to the distance between the mirrors. Therefore, the divergence angle θ of the laser light oscillated from the high-power solid-state laser device is considerably large ( It was around 20 mrad).

【0010】ところで、固体レーザ装置を金属加工など
に応用する場合には、図2に示すように、出力ミラー3
から発散されつつ出射されるレーザ光を、一度集光レン
ズ7に入射させて集光し、光ファイバ8に入射させる。
そして、この光ファイバ8を通過した光を、集光レンズ
系9によって加工点に集光し、加工を行なう。
By the way, when the solid-state laser device is applied to metal processing or the like, as shown in FIG.
The laser light emitted while being diverged from is once made incident on the condenser lens 7 to be condensed and made incident on the optical fiber 8.
Then, the light that has passed through the optical fiber 8 is condensed at the processing point by the condenser lens system 9 and processed.

【0011】この加工性能は、出力ミラーから出射され
るレーザ出力の総計が一定の場合、加工点でのエネルギ
ー密度に依る。即ち、エネルギー密度が大きいほど加工
性能は向上する。そして、加工点でのエネルギー密度
は、光ファイバ8の太さに大きく依存し、細いほど大き
くなる。なぜならば、伝送する総エネルギー量が同じで
在れば、細いファイバ光8ほどエネルギー密度は大きく
なり、また、レーザ光は光ファイバ8の出射面における
コア全面から均一に出射されるためにコア径より小さく
集光させることはできないために、スポット径が光ファ
イバ8のコア径に依存するからである。
This processing performance depends on the energy density at the processing point when the total laser output emitted from the output mirror is constant. That is, the higher the energy density, the better the processing performance. The energy density at the processing point largely depends on the thickness of the optical fiber 8, and the smaller the energy density, the larger the energy density. This is because, if the total amount of energy to be transmitted is the same, the energy density increases as the fiber light 8 becomes thinner, and since the laser light is uniformly emitted from the entire core surface on the emission surface of the optical fiber 8, the core diameter is reduced. This is because the spot diameter depends on the core diameter of the optical fiber 8 because the light cannot be condensed smaller.

【0012】従って、レーザ光をより細い光ファイバ8
に入射させる必要がある。従来の固体レーザ装置におい
ては、ミラー間距離を長くして、集光レンズ7に入射す
るレーザ光の発散角を小さく制限する事によって、レー
ザ光を細径のファイバ8に入射させるようにしていた。
Therefore, the laser light is made thinner by the optical fiber 8
Need to be incident on. In the conventional solid-state laser device, the distance between the mirrors is increased to limit the divergence angle of the laser light incident on the condenser lens 7 to be small so that the laser light is incident on the thin fiber 8. .

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ミラー
間距離を長くすると、スタビリティダイアグラムにおけ
る安定領域が狭くなってしまっていた。
However, when the distance between the mirrors is increased, the stable region in the stability diagram is narrowed.

【0014】また、細径のファイバに入射するために
は、集光レンズ7によるレーザ光の集束性を良くしなけ
ればならない。この場合、集光レンズ7によって収束す
るレーザ光の集光径は、集光レンズ7の焦点距離に比例
する。従って、細径の光ファイバ8のコア径よりも小さ
いレーザ光スポットを形成するには、集光レンズ7の焦
点距離をある程度短くしなければならない。また、焦点
距離を短くしすぎると、光ファイバ8に入射する光束の
角度が光ファイバ8の開口数を超えてしまう。このよう
に、集光レンズの条件を無視することはできない。
Further, in order to enter the thin fiber, the converging property of the laser light by the condenser lens 7 must be improved. In this case, the focus diameter of the laser light converged by the condenser lens 7 is proportional to the focal length of the condenser lens 7. Therefore, in order to form a laser light spot smaller than the core diameter of the thin optical fiber 8, the focal length of the condenser lens 7 must be shortened to some extent. Further, if the focal length is made too short, the angle of the light beam incident on the optical fiber 8 exceeds the numerical aperture of the optical fiber 8. Thus, the condition of the condenser lens cannot be ignored.

【0015】なお、レーザ媒質励起手段への投入電力を
変化させた場合には、熱レンズ効果も変化する。それに
伴い、従来の固体レーザ装置では、図15に示すよう
に、レーザ光の発散角θも変化していた(図15(a)
は熱レンズ効果がない状態であり、(c)は熱レンズが
最大の状態である。)。従って、集光レンズ7及び光フ
ァイバ8の位置を固定とした場合には、図15のよう
に、集光レンズ7から集光点までの距離が変化し、光フ
ァイバ8の入射端面におけるスポット径が変化する。こ
のため、従来は、予めこの熱レンズ効果の変化に伴って
スポット径が最大になった場合を想定し、この最大のス
ポット径を取り込める太さの光ファイバを使用しなけれ
ばならなかった。
When the electric power applied to the laser medium exciting means is changed, the thermal lens effect also changes. Along with this, in the conventional solid-state laser device, the divergence angle θ of the laser light also changed as shown in FIG. 15 (FIG. 15A).
Shows the state where there is no thermal lens effect, and (c) shows the state where the thermal lens is maximum. ). Therefore, when the positions of the condenser lens 7 and the optical fiber 8 are fixed, the distance from the condenser lens 7 to the condensing point changes as shown in FIG. 15, and the spot diameter on the incident end surface of the optical fiber 8 changes. Changes. For this reason, conventionally, it has been necessary to use an optical fiber having a thickness capable of capturing the maximum spot diameter, assuming a case where the spot diameter becomes maximum in advance due to the change of the thermal lens effect.

【0016】このように、出力の大きな固体レーザ装置
では細径ファイバに入射することは非常に困難であっ
た。本発明は、以上の問題点を解決するためになされた
もので、出力の大きな固体レーザ装置において、細径の
光ファイバ8にレーザ光が入射可能となる固体レーザ装
置を提供することを技術的課題とする
As described above, in a solid-state laser device having a large output, it was very difficult to enter the thin fiber. The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is a technical object of the present invention to provide a solid-state laser device capable of injecting laser light into a small-diameter optical fiber 8 in a solid-state laser device having a large output. To be an issue

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明による固体レーザ
装置は、上記技術的課題を解決するために、熱レンズ効
果により出力側及び全反射側の主平面を有する半径RL
の固体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質を励起するレー
ザ媒質励起手段と、前記レーザ媒質励起手段により励起
された固体レーザ媒質から発振されたレーザ光を全反射
させて前記固体レーザ媒質に戻すための全反射ミラー
と、前記レーザ媒質励起手段により励起された固体レー
ザ媒質から発振されたレーザ光を反射させて前記固体レ
ーザ媒質に戻すとともに、当該レーザ光を外部に向けて
透過させるため出力ミラーと、前記出力ミラーを透過し
たレーザ光を集光するレンズと、前記レンズにより集光
されたレーザ光が入射する光ファイバからなり、前記出
力ミラーの曲率半径をR1,前記光ファイバのコア径を
F,前記光ファイバの開口数をNAとし、前記レンズ
に入射する前記レーザ光のビーム半径をRBとしたと
き、前記出力側ミラーと前記出力側主平面までの距離L
1が、 RBL/(RF tan(sin-1NA))≦ L1 ≦ R1/2 ……(4) であり、前記レンズの焦点距離fが、 L1F/RL ≧ f ≧ RB / tan(sin-1NA) ……(5) であることを特徴とする(請求項1に対応)。以下、各
構成要件について説明する。
In order to solve the above-mentioned technical problems, the solid-state laser device according to the present invention has a radius R L having a main plane on the output side and the total reflection side due to the thermal lens effect.
Solid laser medium, laser medium pumping means for pumping the solid laser medium, and total reflection of laser light oscillated from the solid laser medium pumped by the laser medium pumping means and returning to the solid laser medium. A total reflection mirror, and an output mirror for reflecting the laser light oscillated from the solid-state laser medium excited by the laser-medium excitation means and returning it to the solid-state laser medium, and transmitting the laser light toward the outside. It comprises a lens for condensing the laser light transmitted through the output mirror and an optical fiber on which the laser light condensed by the lens is incident. The radius of curvature of the output mirror is R 1 and the core diameter of the optical fiber is R. F, the numerical aperture of the optical fiber and NA, when the beam radius of the laser beam incident on the lens was R B, the output-side mirror The distance L to the output side principal plane
1 is R B R L / (R F tan (sin −1 NA)) ≦ L 1 ≦ R 1/2 (4), and the focal length f of the lens is L 1 R F / R L ≧ f ≧ R B / tan ( sin -1 NA) , characterized in that a ... (5) (corresponding to claim 1). Hereinafter, each constituent element will be described.

【0018】<固体レーザ媒質>本発明において用いら
れる固体レーザ媒質としては、希土類元素(La,C
e,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)を、YAG(Y3
Al512)やGGG(Ga3Gd512)等のガーネッ
ト結晶やガラス,又はYVO(YVO4)やYLF(Y
LiF4)等にドープしたものでもよいし、種々のスト
イキオメトリック結晶でも良い。
<Solid-State Laser Medium> The solid-state laser medium used in the present invention includes rare earth elements (La, C).
e, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, D
y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) to YAG (Y 3
Garnet crystal such as Al 5 0 12 ) or GGG (Ga 3 Gd 5 O 12 ) or glass, or YVO (YVO 4 ) or YLF (Y
It may be doped with LiF 4 ) or the like, or various stoichiometric crystals.

【0019】固体レーザ媒質が熱レンズ効果によってレ
ンズと等価になると、入射光線の屈折の具合により、全
反射ミラー側及び出力ミラー側の主平面を特定すること
ができる。
When the solid-state laser medium becomes equivalent to a lens due to the thermal lens effect, the principal planes on the total reflection mirror side and the output mirror side can be specified by the degree of refraction of incident light rays.

【0020】<レーザ媒質励起手段>レーザ媒質励起手
段は、フラッシュランプ,アークランプ,キセノン放電
管,半導体レーザのような励起光照射装置とすることが
できる。
<Laser Medium Exciting Means> The laser medium exciting means can be an exciting light irradiation device such as a flash lamp, an arc lamp, a xenon discharge tube, or a semiconductor laser.

【0021】上述したように本発明は固体レーザ媒質を
凸レンズとして扱うために、固体レーザ媒質の全周にお
いて均一な屈折率分布を得ることが望ましい。そのため
には、固体レーザ媒質の全周において、均一に励起光の
照射する必要がある。その手段としては、例えば、固体
レーザ媒質の全周に励起光照射手段を配置するとか、固
体レーザ媒質と励起光照射手段の双方を楕円筒内面反射
鏡で覆うと共に両者を楕円の各焦点位置に配置する等の
手段が採用できる。
As described above, the present invention treats the solid-state laser medium as a convex lens, so that it is desirable to obtain a uniform refractive index distribution over the entire circumference of the solid-state laser medium. For that purpose, it is necessary to irradiate the excitation light uniformly over the entire circumference of the solid-state laser medium. As the means, for example, the excitation light irradiation means is arranged around the entire circumference of the solid-state laser medium, or both the solid-state laser medium and the excitation light irradiation means are covered with an elliptic cylinder inner surface reflecting mirror and both are placed at respective focal positions of the ellipse. Means such as placement can be adopted.

【0022】<全反射ミラー,出力ミラー>全反射ミラ
ー及び出力ミラーの反射面の位置,及び曲率半径は、固
体レーザ媒質から発振するレーザ光の発散角が小さくな
るように設定することが望ましい。このようにすれば、
集光レンズへ入射するレーザ光のビーム半径RBを小さ
くすることができるからである。このように入射ビーム
半径RBが小さくなれば、式(5)におけるfの下限が
下がり、fの採りうる範囲が広くなるからである。
<Total Reflection Mirror, Output Mirror> It is desirable that the positions of the reflection surfaces of the total reflection mirror and the output mirror and the radius of curvature are set so that the divergence angle of the laser light oscillated from the solid laser medium becomes small. If you do this,
This is because the beam radius R B of the laser light that enters the condenser lens can be reduced. This is because when the incident beam radius R B becomes smaller in this way, the lower limit of f in the equation (5) decreases and the range in which f can be taken becomes wider.

【0023】また、この場合、熱レンズ効果の増減に拘
わらず発散角の変化が少なくなるように設定することが
望ましい。例えば、出力側ミラーの反射面の曲率半径R
1を 2L1 ≦ R1 ≦ 3L1 ……(6) と設定すれば、発散角の変化を抑えることができる(請
求項2に対応)。
Further, in this case, it is desirable to set such that the change of the divergence angle is small regardless of the increase or decrease of the thermal lens effect. For example, the radius of curvature R of the reflecting surface of the output side mirror
If 1 is set to 2L 1 ≦ R 1 ≦ 3L 1 (6), the change in divergence angle can be suppressed (corresponding to claim 2).

【0024】また、投入電力を増減してもレーザ出力が
安定して増減するように設定することが望ましい。例え
ば、全反射側ミラーの反射面と固体レーザ媒質の全反射
側主平面までの距離L2を、 L1(1− 2L1/ (R1+L1)) ≦ L2 ……(7) と設定したり(請求項3に対応)、全反射ミラーの曲率
半径R2を R2 = L2 21/(L1 2+(L2−L1)R1) ……(8) と設定すれば(請求項4に対応)、レーザ出力の安定領
域を広げることができる。
Further, it is desirable to set the laser output so as to stably increase and decrease even when the input power is increased or decreased. For example, the distance L 2 between the reflection surface of the total reflection side mirror and the main surface of the solid-state laser medium on the total reflection side is L 1 (1−2L 1 / (R 1 + L 1 )) ≦ L 2 (7) Setting (corresponding to claim 3) or setting the radius of curvature R 2 of the total reflection mirror to R 2 = L 2 2 R 1 / (L 1 2 + (L 2 −L 1 ) R 1 ) ... (8) If set (corresponding to claim 4), the stable region of the laser output can be expanded.

【0025】<光ファイバ>光ファイバの入射端面は、
集光レンズによるレーザ光の収束点に配置することが望
ましい。この位置はレーザ光のビームウェストにあた
り、ビーム径が最も小さくなるからである。
<Optical fiber> The incident end face of the optical fiber is
It is desirable to place it at the converging point of the laser light by the condenser lens. This is because this position corresponds to the beam waist of the laser light and the beam diameter is the smallest.

【0026】従って、集光レンズに入射するレーザ光の
発散角が最低になり、レーザ光が平行光となれば、光フ
ァイバの入射端面は集光レンズの出射側焦点位置に配置
されることが望ましい。
Therefore, when the divergence angle of the laser light incident on the condenser lens is minimized and the laser light becomes parallel light, the incident end face of the optical fiber may be arranged at the focal position on the emission side of the condenser lens. desirable.

【0027】<本発明における付加的構成要件>本発明
は、上記必須の構成要件からなるが、以下の構成を付加
した上でも成立する。
<Additional Constituent Requirements in the Present Invention> The present invention consists of the above essential constitutional requirements, but can also be realized by adding the following constitutions.

【0028】〔ビーム径制限部材〕固体レーザ装置から
出射されるレーザ光の発散角を制限するために、ビーム
径制限部材を併用しても良い。このビーム径制限部材
は、絞りとしての機能を有する。そして、その配置位置
は、固体レーザ媒質と出力側ミラーとの間でも良いし
(請求項5に対応)、固体レーザ媒質と全反射ミラーと
の間でも良い(請求項6に対応)。このようなビーム径
制限部材を用いれば、たとえ集光レンズに入射するレー
ザ光の発散角が大きくても、集光レンズに入射するレー
ザ光のビーム半径RBの拡大を抑制することができる。
例えば、入射ビーム径RBを固体レーザ媒質の半径RL
同じ大きさにすることができる。さらに、このビーム径
制限部材によれば、レーザ光の発散角を低減することが
できる。
[Beam Diameter Limiting Member] A beam diameter limiting member may be used in combination to limit the divergence angle of the laser light emitted from the solid-state laser device. The beam diameter limiting member has a function as a diaphragm. The arrangement position may be between the solid-state laser medium and the output side mirror (corresponding to claim 5) or between the solid-state laser medium and total reflection mirror (corresponding to claim 6). By using such a beam diameter limiting member, even if the divergence angle of the laser light incident on the condenser lens is large, it is possible to suppress the expansion of the beam radius R B of the laser light incident on the condenser lens.
For example, the incident beam diameter R B can be made the same as the radius R L of the solid-state laser medium. Further, this beam diameter limiting member can reduce the divergence angle of the laser light.

【0029】[0029]

【作用】レーザ媒質励起手段に電力を投入すると、レー
ザ媒質励起手段は、その電力に応じて固体レーザ媒質を
励起する。固体レーザ媒質が励起されると、レーザ光が
発振される。発振されたレーザ光は、全反射ミラーと出
力ミラーとにより多重反射され固体レーザ媒質を通過す
る毎に増幅され、遂に出力ミラーから外部に対して出射
される。この際、出力ミラーの曲率半径R1,出力ミラ
ーと出力側主平面までの距離L1,前記光ファイバのコ
ア径RF,前記光ファイバの開口数NA,前記レンズに
入射する前記レーザ光のビーム半径RB,固体レーザ媒
質の半径RLとの関係から、光ファイバに入射するレー
ザ光の入射角は光ファイバの開口数よりも小さくなり、
その集光径は光ファイバのコア径よりも小さくなる。よ
って、細径の光ファイバへのレーザ光の入射が可能にな
る。
When power is applied to the laser medium pumping means, the laser medium pumping means pumps the solid-state laser medium according to the power. When the solid laser medium is excited, laser light is oscillated. The oscillated laser light is multiply reflected by the total reflection mirror and the output mirror, amplified every time it passes through the solid-state laser medium, and finally emitted from the output mirror to the outside. At this time, the radius of curvature R 1 of the output mirror, the distance L 1 between the output mirror and the output-side main plane, the core diameter R F of the optical fiber, the numerical aperture NA of the optical fiber, and the laser light incident on the lens. Due to the relationship between the beam radius R B and the radius R L of the solid-state laser medium, the incident angle of the laser light incident on the optical fiber becomes smaller than the numerical aperture of the optical fiber,
The condensing diameter is smaller than the core diameter of the optical fiber. Therefore, the laser light can be incident on the optical fiber having a small diameter.

【0030】レーザ媒質として半径RL=5mmのN
d:YAGロッドを用い、出力ミラーの反射面から固体
レーザ媒質の出力側主平面までの距離L1=408mm
とし、他のパラメータを変化させた時の発散角θの変化
を図11に示す。
As a laser medium, N having a radius R L = 5 mm
d: using a YAG rod, distance L 1 = 408 mm from the reflecting surface of the output mirror to the output-side main plane of the solid-state laser medium
FIG. 11 shows changes in the divergence angle θ when other parameters are changed.

【0031】[0031]

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。以下に示す何れの実施例も、図2に示したレーザ
加工装置に使用することを前提に、図1に示した様な構
造を有しているが、これに限るものではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each of the following embodiments has a structure as shown in FIG. 1 on the assumption that it will be used in the laser processing apparatus shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this.

【0032】図1における各部の寸法を、図3に基づい
て定義する。図3において、レーザ媒質1に対して励起
用ランプ2により励起光を付与すると、熱レンズ効果に
より、レーザ媒質1は凸レンズと等価になる。その際に
おける主平面の位置をH,H’により示す。この主平面
H,H’は、熱レンズ効果の変化に伴って移動する。即
ち、主平面H,H’は、レーザ媒質1の各端面からl/
(2n)の位置に形成される。ここにおいて、lはレー
ザ媒質1のロッド長であり、nはレーザ媒質1の屈折率
である。よって、nの変化に伴い、主平面H,H’の位
置が若干移動する。但し、この移動量は無視できる程度
であるので、主平面H,H’の位置が固定であるとみな
しても支障はない。
The dimensions of each part in FIG. 1 will be defined based on FIG. In FIG. 3, when excitation light is applied to the laser medium 1 by the excitation lamp 2, the laser medium 1 becomes equivalent to a convex lens due to the thermal lens effect. The position of the main plane at that time is indicated by H and H '. The principal planes H and H'move along with changes in the thermal lens effect. That is, the main planes H and H ′ are 1 / l from each end face of the laser medium 1.
It is formed at the position (2n). Here, 1 is the rod length of the laser medium 1, and n is the refractive index of the laser medium 1. Therefore, the positions of the principal planes H and H ′ slightly move as the value of n changes. However, since this amount of movement is negligible, there is no problem even if the positions of the principal planes H and H ′ are fixed.

【0033】また、レーザ媒質1の光軸C上における主
平面H’から出射ミラー3の反射面3aまでの距離をL
1とする。同様に、レーザ媒質の光軸C上における主平
面Hから全反射ミラー4の反射面4aまでの距離をL2
とする。また、レーザ媒質1の半径をRLとする。ま
た、反射面3aの曲率半径をR1とし、反射面4aの曲
率半径をR2とする。
The distance from the principal plane H'on the optical axis C of the laser medium 1 to the reflecting surface 3a of the emitting mirror 3 is L.
Set to 1 . Similarly, the distance from the principal plane H on the optical axis C of the laser medium to the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 is L 2
And Further, the radius of the laser medium 1 is RL . The radius of curvature of the reflecting surface 3a is R 1 and the radius of curvature of the reflecting surface 4a is R 2 .

【0034】次に、以上のように定義される各寸法を決
定するための設計手順を説明する。
Next, a design procedure for determining each dimension defined as above will be described.

【0035】〔焦点距離f〕いま、レーザ媒質1から略
平行なレーザ光が出射され、出力ミラー3における屈折
が無視できるとすると、集光レンズ7の入射側面におけ
るレーザ光のビーム半径RBは、 RB=RL ……(9) となる。
[Focal Length f] Now, assuming that substantially parallel laser light is emitted from the laser medium 1 and refraction at the output mirror 3 can be ignored, the beam radius R B of the laser light at the incident side surface of the condenser lens 7 is , the R B = R L ...... (9 ).

【0036】このレーザ光を集光レンズ7の焦点位置に
その端面を配置した光ファイバ8に入射させるには、 tan(sin-1NA) ≧ RB/f ……(10) とする必要がある。ここに、NAは光ファイバ8の開口
数であり、fは集光レンズの焦点距離である。この式
(10)を変形すると、fの下限を f ≧ RB/tan(sin-1NA) ……(11) と規定することができる。
[0036] To enter the laser light to the optical fiber 8 which places the end surface at the focal position of the condenser lens 7, needs to be tan (sin -1 NA) ≧ R B / f ...... (10) is there. Here, NA is the numerical aperture of the optical fiber 8 and f is the focal length of the condenser lens. By modifying this equation (10), the lower limit of f can be defined as f ≧ R B / tan (sin −1 NA) (11).

【0037】また、レーザ光5の発散角をθとすると、
θが小さい範囲では、レンズ7による集光径は近似的に
f・θで表わされる。従って、半径RFの光ファイバに入
射させるには、 f・θ ≦ RF ……(12) にならなければならない。
When the divergence angle of the laser beam 5 is θ,
In the range in which θ is small, the diameter of light condensed by the lens 7 is approximately represented by f · θ. Therefore, in order to enter the optical fiber having the radius R F , it is necessary to satisfy f · θ ≦ R F (12).

【0038】レーザ光5の発散角θについては、本発明
者が鋭意研究した結果、下記式(13)に示す関係を有
することが明らかになった。 θ = RL/ L1 ……(13) 従って、この式(12)及び式(13)とから、fの上
限を f ≦ L1F/RL ……(14) と規定することができる。
As for the divergence angle θ of the laser beam 5, as a result of intensive studies by the present inventor, it became clear that it has the relationship shown in the following formula (13). θ = R L / L 1 ...... (13) Therefore, to be defined from this equation (12) and (13), the upper limit of f f ≦ L 1 R F / R L ...... (14) it can.

【0039】式(11)及び式(14)とから、fの採
りうる範囲として、下記式(15)を得ることができ
る。 L1F/RL ≧ f ≧ RB/tan(sin-1NA) ……(15)
From the equations (11) and (14), the following equation (15) can be obtained as a range in which f can be taken. L 1 R F / R L ≧ f ≧ R B / tan (sin −1 NA) …… (15)

【0040】〔主平面H’から反射面3aまでの距離L
1〕式(15)から、fの項を削除すると、 L1F/RL ≧ RB/tan(sin-1NA) ……(16) となる。この式(16)を移項すると、下記式(17)
を得ることができる。
[Distance L from the main plane H'to the reflecting surface 3a]
1 ] From the equation (15), if the term of f is deleted, then L 1 R F / R L ≧ R B / tan (sin −1 NA) (16) Transferring this equation (16), the following equation (17)
Can be obtained.

【0041】 RLB/(RF tan(sin-1NA)) ≦ L1 ……(17) このようにして、L1の下限を規定することができる。
一方、L1の上限は、R1との関係により規定することが
できる。即ち、図4に示すように、 2L1 = R1 ……(18) の関係を満たせば、発散角θは投入電力に依らず一定
(θ0)になる。しかし、式(18)の関係よりもL1
大きくし、 2L1 > R1 ……(19) とすると、発散角θはθ0を超えて大きくなり、しかも
投入電力に依って変化するようになる。従って、この式
(17)乃至式(19)から、下記式(20)の関係を
得ることができる。
R L R B / (R F tan (sin −1 NA)) ≦ L 1 (17) In this way, the lower limit of L 1 can be defined.
On the other hand, the upper limit of L 1 can be defined by the relationship with R 1 . That is, as shown in FIG. 4, if the relationship of 2L 1 = R 1 (18) is satisfied, the divergence angle θ becomes constant (θ 0 ) regardless of the input power. However, if L 1 is made larger than the relation of the equation (18) and 2L 1 > R 1 (19), the divergence angle θ becomes larger than θ 0 , and further, it changes depending on the input power. become. Therefore, the relationship of the following expression (20) can be obtained from the expressions (17) to (19).

【0042】 RLB/(RF tan(sin-1NA))≦ L1 ≦ R1/2 ……(20) これら式(15)及び式(20)の両条件を満たせば、
光ファイバ8への入射光束の最大角を光ファイバ8の開
口数より小さくしつつ、集光レンズ7による集束径を光
ファイバ8のコア径よりも小さくし、もって、細径の光
ファイバ8にレーザ光を入射させることができる。
R L R B / (R F tan (sin −1 NA)) ≦ L 1 ≦ R 1/2 (20) If both conditions of these formulas (15) and (20) are satisfied,
While making the maximum angle of the light beam incident on the optical fiber 8 smaller than the numerical aperture of the optical fiber 8, the converging diameter by the condenser lens 7 is made smaller than the core diameter of the optical fiber 8, thus making the optical fiber 8 of a small diameter. Laser light can be incident.

【0043】〔発散角θ〕式(11)に式(12)を代
入すると、レーザ光の発散角θの条件は、下記式(2
1)によって定められる。
[Divergence angle θ] By substituting the equation (12) into the equation (11), the condition for the divergence angle θ of the laser beam is as follows:
1).

【0044】 θ ≦ (RFtan(sin-1NA))/RB ……(21)Θ ≦ (R F tan (sin −1 NA)) / R B (21)

【0045】〔RB=RLにおける条件〕図3において、
ビーム径制限部材としてのアパーチャS1は、固体レー
ザ媒質1端面と全反射ミラー4との間に配置されてい
る。一方、ビーム径制限部材としてのアパーチャS
2は、固体レーザ媒質1端面と出力ミラー3との間に配
置されている。これらアパーチャS1,S2は、出力ミラ
ー3から出射されるビームの形状を円形に整形するとと
もに、ビーム径を調節して、集光レンズ7への入射ビー
ム半径RBを固体レーザ媒質1の半径RLに対してRB
Lとしている。
[Conditions for R B = R L ] In FIG.
The aperture S 1 as a beam diameter limiting member is arranged between the end face of the solid-state laser medium 1 and the total reflection mirror 4. On the other hand, the aperture S as a beam diameter limiting member
2 is arranged between the end face of the solid-state laser medium 1 and the output mirror 3. These apertures S 1 and S 2 shape the shape of the beam emitted from the output mirror 3 into a circular shape, and adjust the beam diameter so that the incident beam radius R B to the condenser lens 7 can be controlled by the solid laser medium 1. R B = for radius R L
RL .

【0046】上記、式(10),(15),(20),
及び(21)は、RB=RLの前提下では、夫々、 tan(sin-1NA) ≧ RL/f ……(22) L1F/RL ≧ f ≧ RL/tan(sin-1NA) ……(23) RL 2/(RF tan(sin-1NA))≦ L1 ≦ R1/2 ……(24) θ ≦ (RFtan(sin-1NA))/RL ……(25)
The above equations (10), (15), (20),
And (21), on the assumption that R B = R L , respectively, tan (sin −1 NA) ≧ RL / f (22) L 1 R F / R L ≧ f ≧ RL / tan ( sin -1 NA) ...... (23) R L 2 / (R F tan (sin -1 NA)) ≦ L 1 ≦ R 1/2 ...... (24) θ ≦ (R F tan (sin -1 NA) ) / RL …… (25)

【0047】〔反射面3aの曲率半径R1〕なお、式
(18)の関係よりもL1を小さくしていき、 3L1 = R1 ……(26) に達すると、発散角θはθ0の半分(θ0/2)になり、
しかも投入電力に依って変化するようになる(この途中
では、図11に示したように、漸次変化するようにな
る。)。従って、式(18),(19),及び(26)
から、下記式(27)を得ることができる。
[Curve Radius R 1 of Reflecting Surface 3a] When L 1 is made smaller than the relation of the expression (18) and 3L 1 = R 1 (26), the divergence angle θ becomes θ. 0 half will be (θ 0/2),
Moreover, it changes depending on the input power (in the middle of this, it gradually changes as shown in FIG. 11). Therefore, equations (18), (19), and (26)
From this, the following equation (27) can be obtained.

【0048】 2L1 ≦ R1 ≦ 3L1 ……(27) この式(27)の条件を満たせば、発散角θを必要最小
限に制限しつつ投入電力に依存しないように、固体レー
ザ装置を構成することができる。
2L 1 ≦ R 1 ≦ 3L 1 (27) If the condition of this expression (27) is satisfied, the solid-state laser device is designed so that the divergence angle θ is limited to the necessary minimum and does not depend on the input power. Can be configured.

【0049】次に、レーザ発振が安定に行われるための
条件について説明する。
Next, conditions for stable laser oscillation will be described.

【0050】〔反射面4aの曲率半径R2〕図13にお
いて、A1が原点を通る条件から、レーザ発振が最も安
定になるためのR2の条件を求める。式(1)におい
て、g1=0と置き、変形すると、 D=(1−(L1+L2)/R1)/(L2(1−L1/R1)) ……(28) 但し、D=1/f となる。この式(28)を式(2)に代入して、g2
0と置くと、 g2=1−(L1+L2)/R2 −L1(1−(L1+L2)/R1)(1−L2/R2)/(L2(1−L1/R1)) ……(29) となる。これより、 R2 = L2 21/(L1 2+(L2−L1)R1) ……(30) との条件を満たすと、投入電力を増加する途中における
不安定領域をなくせることが解る。
[Radius of curvature R 2 of reflecting surface 4a] In FIG. 13, the condition of R 2 for the most stable laser oscillation is obtained from the condition that A 1 passes through the origin. In the formula (1), when g 1 = 0 is set and transformed, D = (1- (L 1 + L 2 ) / R 1 ) / (L 2 (1-L 1 / R 1 )) (28) However, D = 1 / f. Substituting this equation (28) into equation (2), g 2 =
Putting 0, g 2 = 1- (L 1 + L 2 ) / R 2 -L 1 (1- (L 1 + L 2 ) / R 1 ) (1-L 2 / R 2 ) / (L 2 (1 -L 1 / R 1 )) (29). From this, when the condition of R 2 = L 2 2 R 1 / (L 1 2 + (L 2 −L 1 ) R 1 ) ... (30) is satisfied, the unstable region in the middle of increasing the input power is I know what I can lose.

【0051】〔主平面Hから反射面4aまでの距離
2〕一方、先ず、式(1)及び式(2)において、投
入電力ゼロ(f=∞)とおくと、各々、 g1=1−(L1+L2)/R1 ……(31) g2=1−(L1+L2)/R2 ……(32) となる。これら式(31)及び(32)を、式(3)の
条件に当てはめると、 (1−(L1+L2)/R1)(1−(L1+L2)/R2)≦1 ……(33) となる。この式(33)を変形すると、 ((L1+L2)−(R1−R2))/R12≦0 ……(34) となる。この式(34)に式(30)を代入すると、 (L1−R1)((L1+R1)L2+(L1−R1)L1)≦0 ……(35) となり、変形するとL2の条件を求めることができる。
即ち、 L2≧(R1−L1)L1/(R1+L1) ≧L1(1− 2L1/ (R1+L1)) ……(36) との条件を満足させることが、レーザ発振させる上で望
ましいことが解る。
[Distance L 2 from Principal Plane H to Reflecting Surface 4a] On the other hand, first, in equations (1) and (2), if the input power is zero (f = ∞), then g 1 = 1 - a (L 1 + L 2) / R 1 ...... (31) g 2 = 1- (L 1 + L 2) / R 2 ...... (32). Applying these expressions (31) and (32) to the condition of the expression (3), (1- (L 1 + L 2 ) / R 1 ) (1- (L 1 + L 2 ) / R 2 ) ≦ 1 ... (33) When this equation (33) is modified, ((L 1 + L 2 ) − (R 1 −R 2 )) / R 1 R 2 ≦ 0 (34) By substituting the equation (30) into the equation (34), (L 1 −R 1 ) ((L 1 + R 1 ) L 2 + (L 1 −R 1 ) L 1 ) ≦ 0 (35) When deformed, the condition of L 2 can be obtained.
That is, the condition of L 2 ≧ (R 1 −L 1 ) L 1 / (R 1 + L 1 ) ≧ L 1 (1−2L 1 / (R 1 + L 1 )) (36) can be satisfied. It turns out that this is desirable for laser oscillation.

【0052】[0052]

【実施例1】以上に示した式(22)乃至(25),
(27),(30),(36)で定まる各パラメータ
に、以下の様な数値を代入した。
Example 1 Formulas (22) to (25) shown above,
The following numerical values were substituted for each parameter determined by (27), (30) and (36).

【0053】即ち、レーザ媒質1として、長さ195m
m,半径RL=5mmのNd:YAGロッドを用いた。
そして、半径RF=0.3mm,NA=0.2の光ファ
イバ8に入射可能に構成した。この場合には、式(2
5)より、 θ ≦ 12.2 mrad ……(37) にしなければならない。
That is, the laser medium 1 has a length of 195 m.
An Nd: YAG rod with m and radius R L = 5 mm was used.
Then, it is configured such that it can be incident on the optical fiber 8 having a radius R F = 0.3 mm and NA = 0.2. In this case, the formula (2
From 5), it is necessary to satisfy θ ≤ 12.2 mrad (37).

【0054】このとき、出力ミラー3の反射面3aから
YAGロッドの出力側主平面H’までの距離L1は、式
(24)より、 408 mm ≦ L1 ≦ 500 mm ……(38) となる。そこで、L1の具体値として、410mmを採
用した。
At this time, the distance L 1 from the reflecting surface 3a of the output mirror 3 to the output side main plane H'of the YAG rod is 408 mm ≤ L 1 ≤ 500 mm (38) according to the equation (24). Become. Therefore, 410 mm is adopted as a specific value of L 1 .

【0055】L1=410mmと定めたので、出力ミラ
ー3の反射面3aの曲率半径R1は、式(27)より、 820 mm ≦ R1 ≦ 1230 mm ……(39) となる。そこで、R1の具体値として、1000mmを
採用した。
Since L 1 = 410 mm is determined, the radius of curvature R 1 of the reflecting surface 3a of the output mirror 3 is 820 mm ≤ R 1 ≤ 1230 mm (39) according to the equation (27). Therefore, 1000 mm is adopted as a specific value of R 1 .

【0056】R1=1000mmと定めたので、全反射
ミラー4の反射面4aからYAGロッドの全反射側主平
面Hまでの距離L2は、式(36)より、 171.56 mm ≦ L2 ……(40) となる。そこで、L2の具体値として、282mmを採
用した。
Since R 1 is set to 1000 mm, the distance L 2 from the reflection surface 4a of the total reflection mirror 4 to the main surface H of the YAG rod on the total reflection side is 171.56 mm ≤ L 2 from the equation (36). … (40) Therefore, 282 mm is adopted as a specific value of L 2 .

【0057】L2=282mmと定めたので、全反射ミ
ラー4の反射面4aの曲率半径R2は、式(30)よ
り、 R2 = 1983 mm ……(41) となる。そこで、R2の具体値として、2000mmを
採用した。
Since L 2 = 282 mm is determined, the radius of curvature R 2 of the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 is R 2 = 1983 mm (41) according to the equation (30). Therefore, 2000 mm is adopted as a specific value of R 2 .

【0058】一方、L1=410mmと定めたので、集
光レンズ7の焦点距離fは、式(23)より、 24.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm ……(42) となる。そこで、fの具体値として、24.5mmを採
用した。
On the other hand, since L 1 = 410 mm is determined, the focal length f of the condenser lens 7 is 24.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm (42) according to the equation (23). Therefore, 24.5 mm is adopted as a specific value of f.

【0059】以上のように寸法が定められた固体レーザ
装置をフラッシュランプで励起したとき、発散角θのラ
ンプ投入電力依存性は図5のようになり、投入電力0か
ら30kWまで安定に発振した。このとき発散角θは
9.8から12.1mradまでしか変化していない。
投入電力0から30kWのときレーザ出力は0から90
0Wまで得られ、半径RF=0.3mm、NA=0.2
の光ファイバに損失無く入射できた。
When the solid-state laser device of which the dimensions are determined as described above is excited by a flash lamp, the dependency of the divergence angle θ on the power supplied to the lamp is as shown in FIG. 5, and the supplied power stably oscillates from 0 to 30 kW. . At this time, the divergence angle θ changes only from 9.8 to 12.1 mrad.
Laser power is 0 to 90 when input power is 0 to 30 kW
Obtained up to 0 W, radius R F = 0.3 mm, NA = 0.2
Was able to enter the optical fiber of

【0060】[0060]

【実施例2】以上に示した式(22)乃至(25),
(27),(30),(36)で定まる各パラメータ
に、以下の様な数値を代入した。
[Embodiment 2] Equations (22) to (25) shown above,
The following numerical values were substituted for each parameter determined by (27), (30) and (36).

【0061】即ち、レーザ媒質1として、長さ195m
m,半径RL=5mmのNd:YAGロッドを用いた。
そして、半径RF=0.3mm,NA=0.2の光ファ
イバ8に入射可能に構成した。この場合には、式(2
5)より、 θ ≦ 12.2 mrad ……(43) にしなければならない。
That is, the laser medium 1 has a length of 195 m.
An Nd: YAG rod with m and radius R L = 5 mm was used.
Then, it is configured such that it can be incident on the optical fiber 8 having a radius R F = 0.3 mm and NA = 0.2. In this case, the formula (2
From 5), it is necessary to set θ ≤ 12.2 mrad (43).

【0062】このとき、出力ミラー3の反射面3aから
YAGロッドの出力側主平面H’までの距離L1は、式
(24)より、 408 mm ≦ L1 ≦ 500 mm ……(44) となる。そこで、L1の具体値として、410mmを採
用した。
At this time, the distance L 1 from the reflecting surface 3a of the output mirror 3 to the output side main plane H'of the YAG rod is 408 mm ≤ L 1 ≤ 500 mm (44) according to the equation (24). Become. Therefore, 410 mm is adopted as a specific value of L 1 .

【0063】L1=410mmと定めたので、出力ミラ
ー3の反射面3aの曲率半径R1は、式(27)より、 820 mm ≦ R1 ≦ 1230 mm ……(45) となる。そこで、R1の具体値として、1000mmを
採用した。
Since L 1 = 410 mm is determined, the radius of curvature R 1 of the reflecting surface 3 a of the output mirror 3 is 820 mm ≦ R 1 ≦ 1230 mm (45) according to the equation (27). Therefore, 1000 mm is adopted as a specific value of R 1 .

【0064】R1=1000mmと定めたので、全反射
ミラー4の反射面4aからYAGロッドの全反射側主平
面Hまでの距離L2は、式(36)より、 171.56 mm ≦ L2 ……(46) となる。そこで、L2の具体値として、218mmを採
用した。
Since R 1 is set to 1000 mm, the distance L 2 from the reflection surface 4a of the total reflection mirror 4 to the main surface H of the YAG rod on the total reflection side is 171.56 mm ≤ L 2 from the equation (36). (46) Therefore, 218 mm is adopted as a specific value of L 2 .

【0065】L2=218mmと定めたので、全反射ミ
ラー4の反射面4aの曲率半径R2は、式(30)よ
り、 R2 = −1988 mm(凸ミラー) ……(47) となる。そこで、R2の具体値として、−2000mm
を採用した。
Since L 2 = 218 mm is determined, the radius of curvature R 2 of the reflecting surface 4 a of the total reflection mirror 4 is R 2 = −1988 mm (convex mirror) (47) from the equation (30). . Therefore, as a specific value of R 2 , -2000 mm
It was adopted.

【0066】一方、L1=410mmと定めたので、集
光レンズ7の焦点距離fは、式(23)より、 24.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm ……(48) となる。そこで、fの具体値として、24.5mmを採
用した。
On the other hand, since L 1 = 410 mm is determined, the focal length f of the condenser lens 7 is 24.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm (48) from the formula (23). Therefore, 24.5 mm is adopted as a specific value of f.

【0067】以上のように寸法が定められた固体レーザ
装置をフラッシュランプで励起したとき、発散角θの投
入電力依存性は図6のようになり、発散角θは9.3か
ら12.1mradまでしか変化していない。投入電力
0から30kWのときレーザ出力は0から900Wまで
得られ、半径RF=0.3mm、NA=0.2の光ファ
イバに損失無く入射できた。
When the solid-state laser device having the dimensions as described above is excited by a flash lamp, the dependence of the divergence angle θ on the input power is as shown in FIG. 6, and the divergence angle θ is from 9.3 to 12.1 mrad. It has only changed. When the applied power was 0 to 30 kW, the laser output was obtained from 0 to 900 W, and the laser could be incident on the optical fiber with radius R F = 0.3 mm and NA = 0.2 without loss.

【0068】[0068]

【実施例3】以上に示した式(22)乃至(25),
(27),(30),(36)で定まる各パラメータ
に、以下の様な数値を代入した。
[Third Embodiment] Equations (22) to (25) shown above,
The following numerical values were substituted for each parameter determined by (27), (30) and (36).

【0069】即ち、レーザ媒質1として、長さ195m
m,半径RL=5mmのNd:YAGロッドを用いた。
そして、半径RF=0.3mm,NA=0.2の光ファ
イバ8に入射可能に構成した。また、出力ミラー3の反
射面3a近傍に、半径4.5mmのアパーチャS2を配
置した。
That is, the laser medium 1 has a length of 195 m.
An Nd: YAG rod with m and radius R L = 5 mm was used.
Then, it is configured such that it can be incident on the optical fiber 8 having a radius R F = 0.3 mm and NA = 0.2. Further, an aperture S 2 having a radius of 4.5 mm is arranged in the vicinity of the reflecting surface 3 a of the output mirror 3.

【0070】この場合には、式(25)より、 θ ≦ 12.2 mrad ……(49) にしなければならない。In this case, from the equation (25), it is necessary to satisfy θ ≦ 12.2 mrad (49).

【0071】このとき、出力ミラー3の反射面3aから
YAGロッドの出力側主平面H’までの距離L1は、式
(24)より、 408 mm ≦ L1 ≦ 500 mm ……(50) となる。そこで、L1の具体値として、410mmを採
用した。
At this time, the distance L 1 from the reflecting surface 3a of the output mirror 3 to the output side main plane H'of the YAG rod is 408 mm ≤ L 1 ≤ 500 mm (50) according to the equation (24). Become. Therefore, 410 mm is adopted as a specific value of L 1 .

【0072】L1=410mmと定めたので、出力ミラ
ー3の反射面3aの曲率半径R1は、式(27)より、 820 mm ≦ R1 ≦ 1230 mm ……(51) となる。そこで、R1の具体値として、1000mmを
採用した。
Since L 1 = 410 mm is determined, the radius of curvature R 1 of the reflecting surface 3a of the output mirror 3 is 820 mm ≤ R 1 ≤ 1230 mm (51) according to the equation (27). Therefore, 1000 mm is adopted as a specific value of R 1 .

【0073】R1=1000mmと定めたので、全反射
ミラー4の反射面4aからYAGロッドの全反射側主平
面Hまでの距離L2は、式(36)より、 171.56 mm ≦ L2 ……(52) となる。そこで、L2の具体値として、282mmを採
用した。
Since R 1 is set to 1000 mm, the distance L 2 from the reflection surface 4a of the total reflection mirror 4 to the total reflection side main plane H of the YAG rod is 171.56 mm ≤ L 2 from the equation (36). ... (52). Therefore, 282 mm is adopted as a specific value of L 2 .

【0074】L2=282mmと定めたので、全反射ミ
ラー4の反射面4aの曲率半径R2は、式(30)よ
り、 R2 = 1983 mm ……(53) となる。そこで、R2の具体値として、2000mmを
採用した。
Since L 2 = 282 mm is determined, the radius of curvature R 2 of the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 is R 2 = 1983 mm (53) according to equation (30). Therefore, 2000 mm is adopted as a specific value of R 2 .

【0075】一方、L1=410mmと定めたので、集
光レンズ7の焦点距離fは、式(23)より、 24.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm ……(54) となる。そこで、fの具体値として、24.5mmを採
用した。
On the other hand, since L 1 = 410 mm is determined, the focal length f of the condenser lens 7 is 24.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm (54) from the formula (23). Therefore, 24.5 mm is adopted as a specific value of f.

【0076】以上のように寸法が定められた固体レーザ
装置をフラッシュランプで励起したとき、発散角θの投
入電力依存性は図7のようになり、投入電力0から30
kWまで安定に発振した。このとき、発散角θは6から
12.1mradまでしか変化していない。特に、比較
的低い出力領域(投入電力20kW以下)ではアパーチ
ャを配置することで発散角を小さくすることができた。
投入電力0から30kWのときレーザ出力は0から90
0Wまで得られ、半径RF=0.3mm、NA=0.2
の光ファイバに損失無く入射できた。
When the solid-state laser device whose dimensions are determined as described above is excited by a flash lamp, the dependence of the divergence angle θ on the applied power is as shown in FIG.
It oscillated stably up to kW. At this time, the divergence angle θ changes only from 6 to 12.1 mrad. In particular, the divergence angle could be reduced by arranging the aperture in a relatively low output region (power input of 20 kW or less).
Laser power is 0 to 90 when input power is 0 to 30 kW
Obtained up to 0 W, radius R F = 0.3 mm, NA = 0.2
Was able to enter the optical fiber of

【0077】[0077]

【比較例1】以上に示した式(22)乃至(25),
(27),(30),(36)で定まる各パラメータ
に、以下の様な数値を代入した。
Comparative Example 1 Equations (22) to (25) shown above,
The following numerical values were substituted for each parameter determined by (27), (30) and (36).

【0078】即ち、レーザ媒質1として、長さ195m
m,半径RL=5mmのNd:YAGロッドを用い、半
径RF=0.3mm,NA=0.2の光ファイバ8を用
いた。そして、実施例1,2の場合に求めた 408 mm ≦ L1 ≦ 500 mm ……(55) の条件に比して、L1の具体値として、210mmを採
用した。
That is, the laser medium 1 has a length of 195 m.
An Nd: YAG rod with m and radius R L = 5 mm was used, and an optical fiber 8 with radius R F = 0.3 mm and NA = 0.2 was used. Then, in comparison with the condition of 408 mm ≤ L 1 ≤ 500 mm (55) obtained in Examples 1 and 2, 210 mm was adopted as a specific value of L 1 .

【0079】L1=210mmと定めたので、出力ミラ
ー3の反射面3aの曲率半径R1は、式(27)より、 420 mm ≦ R1 ≦ 630 mm ……(56) となる。しかし、R1の具体値として、∞mm(平面
鏡)を採用した。
Since L 1 = 210 mm is determined, the radius of curvature R 1 of the reflecting surface 3a of the output mirror 3 is 420 mm ≤ R 1 ≤ 630 mm (56) according to the equation (27). However, as a specific value of R 1 , ∞ mm (plane mirror) was adopted.

【0080】R1=∞mmと定めたので、全反射ミラー
4の反射面4aからYAGロッドの全反射側主平面Hま
での距離L2は、式(36)より、 210 mm ≦ L2 ……(57) となる。そこで、L2の具体値として、210mmを採
用した。
Since R 1 = ∞ mm is determined, the distance L 2 from the reflection surface 4a of the total reflection mirror 4 to the main plane H of the YAG rod on the total reflection side is 210 mm ≤ L 2 ... (57) Therefore, 210 mm is adopted as a specific value of L 2 .

【0081】L2=210mmと定めたので、全反射ミ
ラー4の反射面4aの曲率半径R2は、式(30)よ
り、 R2 = 1000 mm ……(58) となる。しかし、R2の具体値としては、∞mm(平面
鏡)を採用した。
Since L 2 = 210 mm is determined, the radius of curvature R 2 of the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 is R 2 = 1000 mm (58) according to the equation (30). However, as a specific value of R 2 , ∞ mm (plane mirror) was adopted.

【0082】一方、L1=210mmと定めたので、集
光レンズ7の焦点距離fは、式(23)より、 12.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm ……(59) となり、式(23)が成立しなくなる。しかし、fの具
体値として、24.5mmを採用した。
On the other hand, since L 1 = 210 mm is determined, the focal length f of the condenser lens 7 is 12.6 mm ≧ f ≧ 24.49 mm (59) from the formula (23), and the formula (59) 23) will not hold. However, 24.5 mm was adopted as the specific value of f.

【0083】以上のように寸法が定められた固体レーザ
装置をフラッシュランプで励起したとき、発散角θのラ
ンプ投入電力依存性は図8のようになり、投入電力0か
ら40kWまで安定に発振した。このとき発散角θは0
から21.4mradまで変化した。このように、発散
角θの入力電力に対する強い依存性が認められる。ま
た、レーザ出力は、最高で1000Wまで得られたが、
発散角θが大きいため入射できた光ファイバの半径RF
は0.5mm(NA=0.2)であった。
When the solid-state laser device having the dimensions as described above was excited by the flash lamp, the dependence of the divergence angle θ on the power applied to the lamp was as shown in FIG. 8, and the power oscillated stably from 0 to 40 kW. . At this time, the divergence angle θ is 0
To 21.4 mrad. Thus, a strong dependence of the divergence angle θ on the input power is recognized. The maximum laser output was 1000 W,
Since the divergence angle θ is large, the radius of the optical fiber R F
Was 0.5 mm (NA = 0.2).

【0084】[0084]

【比較例2】以上に示した式(22)乃至(25),
(27),(30),(36)で定まる各パラメータ
に、以下の様な数値を代入した。
Comparative Example 2 Formulas (22) to (25) shown above,
The following numerical values were substituted for each parameter determined by (27), (30) and (36).

【0085】即ち、レーザ媒質1として、長さ195m
m,半径RL=5mmのNd:YAGロッドを用いた。
そして、半径RF=0.3mm,NA=0.2の光ファ
イバ8に入射可能に構成した。そして、実施例1,2の
場合に求めた 408 mm ≦ L1 ≦ 500 mm ……(60) の条件に比して、L1の具体値として、346mmを採
用した。
That is, the laser medium 1 has a length of 195 m.
An Nd: YAG rod with m and radius R L = 5 mm was used.
Then, it is configured such that it can be incident on the optical fiber 8 having a radius R F = 0.3 mm and NA = 0.2. Then, in comparison with the condition of 408 mm ≤ L 1 ≤ 500 mm (60) obtained in the cases of Examples 1 and 2, 346 mm was adopted as the specific value of L 1 .

【0086】L1=346mmと定めたので、出力ミラ
ー3の反射面3aの曲率半径R1は、式(27)より、 692 mm ≦ R1 ≦ 1038 mm ……(61) となる。しかし、R1の具体値として、∞mm(平面
鏡)を採用した。
Since L 1 = 346 mm is determined, the radius of curvature R 1 of the reflecting surface 3a of the output mirror 3 is 692 mm ≤ R 1 ≤ 1038 mm (61) according to the equation (27). However, as a specific value of R 1 , ∞ mm (plane mirror) was adopted.

【0087】R1=∞mmと定めたので、全反射ミラー
4の反射面4aからYAGロッドの全反射側主平面Hま
での距離L2は、式(36)より、 346 mm ≦ L2 ……(62) となる。そこで、L2の具体値として、346mmを採
用した。
Since R 1 = ∞ mm is determined, the distance L 2 from the reflection surface 4a of the total reflection mirror 4 to the total reflection side principal plane H of the YAG rod is 346 mm ≤ L 2 ... (62) Therefore, 346 mm is adopted as a specific value of L 2 .

【0088】L2=346mmと定めたので、全反射ミ
ラー4の反射面4aの曲率半径R2は、式(30)よ
り、 R2 = 1000 mm ……(63) となる。しかし、R2の具体値としては、∞mm(平面
鏡)を採用した。
Since L 2 = 346 mm is determined, the radius of curvature R 2 of the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 is R 2 = 1000 mm (63) according to the equation (30). However, as a specific value of R 2 , ∞ mm (plane mirror) was adopted.

【0089】一方、L1=346mmと定めたので、集
光レンズ7の焦点距離fは、式(23)より、 20.75 mm ≧ f ≧ 24.49 mm ……(64 ) となり、式(23)が成立しなくなる。しかし、fの具
体値として、24.5mmを採用した。
On the other hand, since it is determined that L 1 = 346 mm, the focal length f of the condenser lens 7 is 20.75 mm ≧ f ≧ 24.49 mm (64) from the expression (23), and the expression (64) 23) will not hold. However, 24.5 mm was adopted as the specific value of f.

【0090】以上のように寸法が定められた固体レーザ
装置をフラッシュランプで励起したとき、発散角θの投
入電力依存性は図9のようになり、ランプ投入電力が0
から30kWまで安定に発振した。しかし、このときの
発散角θは0から14.4mradまで変化した。この
ように、発散角θの入力電力に対する強い依存性が認め
られる。また、レーザ出力は、最大900Wまで得られ
たが、投入電力0から20kWの範囲すなわち、レーザ
出力で0から580Wの範囲でのみ半径RF=0.3m
m、NA=0.2の光ファイバに損失無く入射できた。
When the solid-state laser device of which the dimensions are determined as described above is excited by the flash lamp, the dependence of the divergence angle θ on the applied power is as shown in FIG. 9, and the applied power to the lamp is 0.
Oscillated stably up to 30 kW. However, the divergence angle θ at this time changed from 0 to 14.4 mrad. Thus, a strong dependence of the divergence angle θ on the input power is recognized. Further, the laser output was obtained up to 900 W, but the radius R F = 0.3 m only in the range of input power 0 to 20 kW, that is, in the range of laser output 0 to 580 W.
m could be incident on the optical fiber of NA = 0.2 without loss.

【0091】[0091]

【比較例3】以上に示した式(22)乃至(25),
(27),(30),(36)で定まる各パラメータ
に、以下の様な数値を代入した。
COMPARATIVE EXAMPLE 3 Expressions (22) to (25),
The following numerical values were substituted for each parameter determined by (27), (30) and (36).

【0092】即ち、レーザ媒質1として、長さ195m
m,半径RL=5mmのNd:YAGロッドを用いた。
そして、半径RF=0.5mm,NA=0.2の光ファ
イバ8に入射可能に構成した。この場合には、式(2
5)より、 θ ≦ 20.4 mrad ……(65) にしなければならない。
That is, the laser medium 1 has a length of 195 m.
An Nd: YAG rod with m and radius R L = 5 mm was used.
Then, it is configured such that it can be incident on the optical fiber 8 having a radius R F = 0.5 mm and NA = 0.2. In this case, the formula (2
According to 5), θ ≦ 20.4 mrad (65) must be satisfied.

【0093】このとき、出力ミラー3の反射面3aから
YAGロッドの出力側主平面H’までの距離L1は、式
(24)より、 245 mm ≦ L1 ≦ 2500 mm ……(66) となる。しかし、L1の具体値として、210mmを採
用した。
At this time, the distance L 1 from the reflecting surface 3a of the output mirror 3 to the output side main plane H ′ of the YAG rod is 245 mm ≦ L 1 ≦ 2500 mm (66) according to the equation (24). Become. However, 210 mm was adopted as a specific value of L 1 .

【0094】L1=210mmと定めたので、出力ミラ
ー3の反射面3aの曲率半径R1は、式(27)より、 420 mm ≦ R1 ≦ 630 mm ……(67) となる。しかし、R1の具体値として、5000mmを
採用した。
Since L 1 = 210 mm is determined, the radius of curvature R 1 of the reflecting surface 3a of the output mirror 3 is 420 mm ≤ R 1 ≤ 630 mm (67) according to the equation (27). However, 5000 mm was adopted as a specific value of R 1 .

【0095】R1=5000mmと定めたので、全反射
ミラー4の反射面4aからYAGロッドの全反射側主平
面Hまでの距離L2は、式(36)より、 193 mm ≦ L2 ……(68) となる。しかし、L2の具体値として、210mmを採
用した。
Since R 1 = 5000 mm is determined, the distance L 2 from the reflecting surface 4 a of the total reflection mirror 4 to the total reflection-side main plane H of the YAG rod is 193 mm ≦ L 2 according to equation (36). (68) However, 210 mm was adopted as a specific value of L 2 .

【0096】L2=210mmと定めたので、全反射ミ
ラー4の反射面4aの曲率半径R2は、式(30)よ
り、 R2 = 5000 mm ……(69) となる。そこで、R2の具体値として、5000mmを
採用した。
Since L 2 = 210 mm is determined, the radius of curvature R 2 of the reflecting surface 4a of the total reflection mirror 4 is R 2 = 5000 mm (69) according to the equation (30). Therefore, 5000 mm is adopted as a specific value of R 2 .

【0097】一方、L1=210mmと定めたので、集
光レンズ7の焦点距離fは、式(23)より、 21.0 mm ≧ f ≧ 24.49 mm ……(70) となり、式(23)が成立しなくなる。しかし、fの具
体値として、24.5mmを採用した。
On the other hand, since L 1 = 210 mm is determined, the focal length f of the condenser lens 7 is 21.0 mm ≧ f ≧ 24.49 mm (70) from the formula (23), and the formula (70) 23) will not hold. However, 24.5 mm was adopted as the specific value of f.

【0098】以上のように寸法が定められた固体レーザ
装置をフラッシュランプで励起したとき、発散角θのラ
ンプ投入電力依存性は図10のようになり、投入電力0
から40kWまで安定に発振した。このとき発散角θは
6.8から21.3mradまで変化した。このよう
に、発散角θの入力電力に対する強い依存性が認められ
る。また、レーザ出力は、最高で1000Wまで得られ
たが、発散角θが大きいため入射できた光ファイバの半
径RFは0.5mm(NA=0.2)であった。
When the solid-state laser device having the dimensions as described above is excited by a flash lamp, the dependence of the divergence angle θ on the power supplied to the lamp is as shown in FIG.
From 40 kW to 40 kW. At this time, the divergence angle θ changed from 6.8 to 21.3 mrad. Thus, a strong dependence of the divergence angle θ on the input power is recognized. The laser output was obtained up to 1000 W, but since the divergence angle θ was large, the radius R F of the optical fiber that could be incident was 0.5 mm (NA = 0.2).

【0099】[0099]

【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、出力の大きな固体レーザ装置において、集光レンズ
を介して細径の光ファイバにレーザ光を入射することが
可能となる。
According to the present invention configured as described above, in a solid-state laser device having a large output, it becomes possible to make a laser beam enter an optical fiber having a small diameter through a condenser lens.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 固体レーザ装置の一般的構成を示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram showing a general configuration of a solid-state laser device.

【図2】 固体レーザ装置を加工装置に用いた構成を示
す図
FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which a solid-state laser device is used as a processing device.

【図3】 図1におけるレーザ媒質とミラーの寸法を説
明する図
FIG. 3 is a diagram illustrating dimensions of a laser medium and a mirror in FIG.

【図4】 発散角の投入電力依存性がなくなるための条
件を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing a condition for eliminating the dependence of the divergence angle on the input power.

【図5】 第1実施例における投入電力−発散角特性を
示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in the first embodiment.

【図6】 第2実施例における投入電力−発散角特性を
示すグラフ
FIG. 6 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in the second embodiment.

【図7】 第3実施例における投入電力−発散角特性を
示すグラフ
FIG. 7 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in the third embodiment.

【図8】 第1比較例における投入電力−発散角特性を
示すグラフ
FIG. 8 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in the first comparative example.

【図9】 第2比較例における投入電力−発散角特性を
示すグラフ
FIG. 9 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in the second comparative example.

【図10】 第3比較例における投入電力−発散角特性
を示すグラフ
FIG. 10 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in a third comparative example.

【図11】 本発明の作用を示すグラフFIG. 11 is a graph showing the action of the present invention.

【図12】 従来例における投入電力−発散角特性を示
すグラフ
FIG. 12 is a graph showing input power-divergence angle characteristics in a conventional example.

【図13】 固体レーザ装置の安定性を示すスタビリテ
ィダイアグラム
FIG. 13 is a stability diagram showing the stability of a solid-state laser device.

【図14】 図13におけるA0から投入電力を増加さ
せた際のレーザ出力特性を示す図
FIG. 14 is a diagram showing a laser output characteristic when the input power is increased from A 0 in FIG.

【図15】 発散角の変化を示す図FIG. 15 is a diagram showing changes in divergence angle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ媒質 2 励起ランプ 3 出力ミラー 3a 反射面 4 全反射ミラー 4a 反射面 5 レーザ光 7 集光レンズ 8 光ファイバ 9 集光レンズ系 10 披加工物 1 Laser Medium 2 Excitation Lamp 3 Output Mirror 3a Reflecting Surface 4 Total Reflecting Mirror 4a Reflecting Surface 5 Laser Light 7 Condensing Lens 8 Optical Fiber 9 Condensing Lens System 10 Workpiece

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体レーザ媒質と、 該固体レーザ媒質を励起するレーザ媒質励起手段と、 前記レーザ媒質励起手段により励起された固体レーザ媒
質から発振されたレーザ光を全反射させて前記固体レー
ザ媒質に戻すための全反射ミラーと、 前記レーザ媒質励起手段により励起された固体レーザ媒
質から発振されたレーザ光を反射させて前記固体レーザ
媒質に戻すとともに、当該レーザ光を外部に向けて透過
させるための出力ミラーと、 前記出力ミラーを透過したレーザ光を集光するレンズ
と、 前記レンズにより集光されたレーザ光が入射する光ファ
イバからなり、 前記出力ミラーの曲率半径をR1,前記固体レーザ媒質
の半径をRL,前記光ファイバのコア径をRF,前記光フ
ァイバの開口数をNAとし、前記レンズに入射する前記
レーザ光のビーム半径をRBとしたとき、前記固体レー
ザ媒質の熱レンズ効果による出力側主平面と前記出力側
ミラーまでの距離L1が、 RBL/(RF tan(sin-1NA))≦ L1 ≦ R
1/2 であり、 前記レンズの焦点距離fが、 L1F/RL ≧ f ≧ RB / tan(sin-1NA) であることを特徴とする光学系を有する固体レーザ装
置。
1. A solid-state laser medium, a laser medium pumping means for pumping the solid-state laser medium, and a laser light oscillated from the solid-state laser medium pumped by the laser-medium pumping means to totally reflect the solid-state laser medium. A total reflection mirror for returning the laser light oscillated from the solid-state laser medium excited by the laser-medium excitation means to return to the solid-state laser medium and to transmit the laser light to the outside. Of the output mirror, a lens for condensing the laser light transmitted through the output mirror, and an optical fiber on which the laser light condensed by the lens is incident, the radius of curvature of the output mirror is R 1 , and the solid-state laser is the laser radius of the medium R L, the core diameter of the optical fiber R F, the numerical aperture of the optical fiber and NA, enters the lens When the beam radius was R B, the distance L 1 between the output side principal plane by thermal lens effect of the solid-state laser medium to said output-side mirror, R B R L / (R F tan (sin -1 NA) ) ≤ L 1 ≤ R
The solid-state laser device having an optical system, wherein the focal length f of the lens is L 1 R F / R L ≧ f ≧ R B / tan (sin −1 NA).
【請求項2】前記出力側ミラー反射面の曲率半径R1が 2L1 ≦ R1 ≦ 3L1 であることを特徴とする請求項1記載の固体レーザ装
置。
2. The solid-state laser device according to claim 1 , wherein the radius of curvature R 1 of the output-side mirror reflection surface is 2L 1 ≦ R 1 ≦ 3L 1 .
【請求項3】前記全反射側ミラー反射面と前記固体レー
ザ媒質の全反射側主平面までの距離L2が L1(1−2L1/(R1+L1)) ≦ L2 であることを特徴とする請求項1又は2記載の固体レー
ザ装置。
3. The distance L 2 between the total reflection side mirror reflection surface and the total reflection side main plane of the solid-state laser medium is L 1 (1-2L 1 / (R 1 + L 1 )) ≦ L 2 The solid-state laser device according to claim 1 or 2, characterized in that:
【請求項4】前記全反射ミラーの曲率半径R2が R2 = L2 21/(L1 2+(L2−L1)R1) であることを特徴とする請求項2乃至4の何れかに記載
の固体レーザ装置。
4. The radius of curvature R 2 of the total reflection mirror is R 2 = L 2 2 R 1 / (L 1 2 + (L 2 −L 1 ) R 1 ). 4. The solid-state laser device according to any one of 4 above.
【請求項5】前記出力側ミラーと前記固体レーザ媒質と
の間にレーザ光のビーム径を制限する部材を設けたこと
を特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の固体レー
ザ装置。
5. The solid-state laser device according to claim 1, further comprising a member for limiting a beam diameter of laser light provided between the output-side mirror and the solid-state laser medium.
【請求項6】 前記全反射側ミラーと前記固体レーザ媒
質との間にレーザ光のビーム径を制限する部材を設けた
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の固体
レーザ装置。
6. The solid-state laser device according to claim 1, further comprising a member for limiting a beam diameter of a laser beam provided between the total reflection side mirror and the solid-state laser medium. .
【請求項7】固体レーザ媒質と、 該固体レーザ媒質を励起するレーザ媒質励起手段と、 前記レーザ媒質励起手段により励起された固体レーザ媒
質から発振されたレーザ光を全反射させて前記固体レー
ザ媒質に戻すための全反射ミラーと、 前記レーザ媒質励起手段により励起された固体レーザ媒
質から発振されたレーザ光を反射させて前記固体レーザ
媒質に戻すとともに、当該レーザ光を外部に向けて透過
させるための出力ミラーと、 前記出力ミラーを透過したレーザ光を集光するレンズ
と、 前記レンズにより集光されたレーザ光が入射する光ファ
イバからなり、 前記出力ミラーの曲率半径をR1,前記固体レーザ媒質
の半径をRL,前記光ファイバのコア径をRF,前記光フ
ァイバの開口数をNAとしたとき、前記固体レーザ媒質
の熱レンズ効果による出力側主平面と前記出力側ミラー
までの距離L1が、 RL 2/(RF tan(sin-1NA))≦ L1 ≦ R1
/2 であり、 前記レンズの焦点距離が、 L1F/RL ≦ f ≦ RL / tan(sin-1NA) であることを特徴とする光学系を有する固体レーザ装
置。
7. A solid laser medium, a laser medium pumping means for pumping the solid laser medium, and a laser light oscillated from the solid laser medium pumped by the laser medium pumping means for totally reflecting the solid laser medium to obtain the solid laser medium. A total reflection mirror for returning the laser light oscillated from the solid-state laser medium excited by the laser-medium excitation means to return to the solid-state laser medium and to transmit the laser light to the outside. Of the output mirror, a lens for condensing the laser light transmitted through the output mirror, and an optical fiber on which the laser light condensed by the lens is incident, the radius of curvature of the output mirror is R 1 , and the solid-state laser is the radius of the medium R L, when the core diameter of the optical fiber and R F, the numerical aperture of the optical fiber and NA, Netsure of the solid-state laser medium Distance L 1 between the output side principal plane by's effect to the output side mirror, R L 2 / (R F tan (sin -1 NA)) ≦ L 1 ≦ R 1
/ 2, the focal length of the lens, the solid-state laser apparatus having an optical system, which is a L 1 R F / R L ≦ f ≦ R L / tan (sin -1 NA).
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