JPH0738469B2 - スラブ型レ−ザ素子 - Google Patents
スラブ型レ−ザ素子Info
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- JPH0738469B2 JPH0738469B2 JP61165171A JP16517186A JPH0738469B2 JP H0738469 B2 JPH0738469 B2 JP H0738469B2 JP 61165171 A JP61165171 A JP 61165171A JP 16517186 A JP16517186 A JP 16517186A JP H0738469 B2 JPH0738469 B2 JP H0738469B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- total reflection
- laser
- slab type
- angle
- coating layer
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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
-
- 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
- H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
- H01S3/0625—Coatings on surfaces other than the end-faces
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スラブ型レーザ素子に関し、特に全反射面に
接する物質による吸収損失がなく、かつ均一な横モード
を有する出力光が得られるスラブ型レーザ素子に関す
る。
接する物質による吸収損失がなく、かつ均一な横モード
を有する出力光が得られるスラブ型レーザ素子に関す
る。
近年、固体レーザ素子をスラブ状に形成し、その素子内
を全反射を利用してレーザ光をジグザグに進行させるこ
とにより、従来の固体レーザ素子内に生じていた熱歪に
より発振パターンの乱れを解消できるというスラブ型レ
ーザが注目されている。このようなスラブ型レーザ素子
の表面は全反射面を形成するための光学研摩面の状態に
あり、そのまま使用されている。その結果、全反射面の
裏面に当る表面は、通常、中央部は冷却水と接し、左右
の一部はシリコーンシーラント等からなる固定具と接
し、さらに両端部は空気と接している。
を全反射を利用してレーザ光をジグザグに進行させるこ
とにより、従来の固体レーザ素子内に生じていた熱歪に
より発振パターンの乱れを解消できるというスラブ型レ
ーザが注目されている。このようなスラブ型レーザ素子
の表面は全反射面を形成するための光学研摩面の状態に
あり、そのまま使用されている。その結果、全反射面の
裏面に当る表面は、通常、中央部は冷却水と接し、左右
の一部はシリコーンシーラント等からなる固定具と接
し、さらに両端部は空気と接している。
ところで、ある屈折率の媒質内を進行する電磁波がそれ
とは異なる屈折率の媒質との界面で全反射する場合、全
反射後の電磁波の位相は接する相手の媒質の屈折率によ
って変化することは周知の通りである。従って、前記従
来のスラブ型レーザ素子では、全反射面にそれぞれの屈
折率が異なる複数の物質（即ち、水、シリコーンシーラ
ントおよび空気）が接触しているため、レーザ媒質内を
同一位相で並進したレーザ光が全反射面で全反射したと
き、全反射の位置によって、即ち界面で接している相手
媒質の相違によって反射後の位相変化にズレが起り、反
射光の位相は同一でなくなってしまう。（例えば、Nd:G
GGレーザの場合、ブリュースタ角62.7゜、スラブ型素子
の端部頂角27.3゜（全反射面への入射角57.6゜）のとき
に、発振波長1.06μｍについての位相変化は、相手媒質
により−116.8゜（水）、−101゜（シーラント）、−15
2.7゜（空気）と異なる。）その結果、得られるレーザ
出力光の横モードに乱れが生じ均一な横モードを有する
出力光を得ることができないという問題がある。また、
接触している物質により、あるいは付着するホコリ等に
より、全反射の際に一部吸収損失が発生するとの問題も
あった。そこで、本発明の目的は、均一な横モードを有
する出力光が得られ、かつ全反射面に接する物質による
吸収損失がないスラブ型レーザ素子を提供することにあ
る。
とは異なる屈折率の媒質との界面で全反射する場合、全
反射後の電磁波の位相は接する相手の媒質の屈折率によ
って変化することは周知の通りである。従って、前記従
来のスラブ型レーザ素子では、全反射面にそれぞれの屈
折率が異なる複数の物質（即ち、水、シリコーンシーラ
ントおよび空気）が接触しているため、レーザ媒質内を
同一位相で並進したレーザ光が全反射面で全反射したと
き、全反射の位置によって、即ち界面で接している相手
媒質の相違によって反射後の位相変化にズレが起り、反
射光の位相は同一でなくなってしまう。（例えば、Nd:G
GGレーザの場合、ブリュースタ角62.7゜、スラブ型素子
の端部頂角27.3゜（全反射面への入射角57.6゜）のとき
に、発振波長1.06μｍについての位相変化は、相手媒質
により−116.8゜（水）、−101゜（シーラント）、−15
2.7゜（空気）と異なる。）その結果、得られるレーザ
出力光の横モードに乱れが生じ均一な横モードを有する
出力光を得ることができないという問題がある。また、
接触している物質により、あるいは付着するホコリ等に
より、全反射の際に一部吸収損失が発生するとの問題も
あった。そこで、本発明の目的は、均一な横モードを有
する出力光が得られ、かつ全反射面に接する物質による
吸収損失がないスラブ型レーザ素子を提供することにあ
る。
本発明は、前記問題点を解決するものとして、 ２つの平行な全反射面を有するスラブ型レーザ素子にお
いて、 前記２つの全反射面の裏面に相当する２つの表面、屈折
率n2および厚さｔが、それぞれ次式（１）および
（２）： 〔上記式中、n1はレーザ媒質の屈折率、αは素子の端部
頂角、θはブリュースタ角、φは端面にブリュースタ角
で入射したレーザ光の屈折角、そしてλはレーザ光の波
長（真空中）を示す。〕の条件を満たすコーティング層
を有することを特徴とするスラブ型レーザ素子を提供す
るものである。
いて、 前記２つの全反射面の裏面に相当する２つの表面、屈折
率n2および厚さｔが、それぞれ次式（１）および
（２）： 〔上記式中、n1はレーザ媒質の屈折率、αは素子の端部
頂角、θはブリュースタ角、φは端面にブリュースタ角
で入射したレーザ光の屈折角、そしてλはレーザ光の波
長（真空中）を示す。〕の条件を満たすコーティング層
を有することを特徴とするスラブ型レーザ素子を提供す
るものである。
まず、本発明のコーティング層を、レーザ素子の全反射
面の裏面に相当する表面全体に、一定以上の厚さで形成
することにより、全反射面を界面としてレーザ媒質と接
する相手の媒質はすべて同一物質からなるコーティング
層となり、平行して進行する同位相のレーザ光は全反射
面のどの位置で全反射しても反射後の位相は同一に保た
れ、レーザ光の特徴であるコヒーレント性を損わず、横
モードに乱れを生じない。
面の裏面に相当する表面全体に、一定以上の厚さで形成
することにより、全反射面を界面としてレーザ媒質と接
する相手の媒質はすべて同一物質からなるコーティング
層となり、平行して進行する同位相のレーザ光は全反射
面のどの位置で全反射しても反射後の位相は同一に保た
れ、レーザ光の特徴であるコヒーレント性を損わず、横
モードに乱れを生じない。
前記式（１）の条件は次にように説明される。
レーザ媒質（屈折率n1、波長λ）中を進行するレーザ光
が全反射面で全反射するためには、入射角θｉは、全反
射の臨界角θｃより大きい必要があり、 θｉ＞θｃ （ｉ） である。一方、sinθｃ＝n2/n1（n2はコーティング層の
屈折率）であることから、 である。さらに、レーザ光は素子の端面にブリュースタ
角θの角度で入射するので、屈折光の屈折角をφ、素子
の端面と全反射面が形成する頂角をαとすると、 θｉ＝α＋φ （iii） であることから、（ｉ），（ii）および（iii）式よ
り、前記式（１）の条件が導かれる。
が全反射面で全反射するためには、入射角θｉは、全反
射の臨界角θｃより大きい必要があり、 θｉ＞θｃ （ｉ） である。一方、sinθｃ＝n2/n1（n2はコーティング層の
屈折率）であることから、 である。さらに、レーザ光は素子の端面にブリュースタ
角θの角度で入射するので、屈折光の屈折角をφ、素子
の端面と全反射面が形成する頂角をαとすると、 θｉ＝α＋φ （iii） であることから、（ｉ），（ii）および（iii）式よ
り、前記式（１）の条件が導かれる。
コーティング層の厚さｔについての条件を表わす式
（２）は次のように説明される。θｉ＞θｃのとき、入
射電磁波のエネルギーは全反射面においてすべて反射さ
れる。しかし、その電磁界は全反射面の外側ですぐに消
失するのではなく、全反射面の外側へ浸み出し、界面か
らの距離とともに指数関数的に減衰する。その浸出距離
dp（電磁波の振幅が1/eに減衰する距離）は で表わされるので、コーティング層の厚さｔはdpより大
きく設ける必要があり、式（２）の条件が導びかれる。
（２）は次のように説明される。θｉ＞θｃのとき、入
射電磁波のエネルギーは全反射面においてすべて反射さ
れる。しかし、その電磁界は全反射面の外側ですぐに消
失するのではなく、全反射面の外側へ浸み出し、界面か
らの距離とともに指数関数的に減衰する。その浸出距離
dp（電磁波の振幅が1/eに減衰する距離）は で表わされるので、コーティング層の厚さｔはdpより大
きく設ける必要があり、式（２）の条件が導びかれる。
なお、素子の端面における入射角θ（＝ブリュースタ
角）と屈折角φの間には、空気の屈折率を１として、 の関係があることから、φは、 φ＝sin-1（sinθ/n1） …（３） により決定される。
角）と屈折角φの間には、空気の屈折率を１として、 の関係があることから、φは、 φ＝sin-1（sinθ/n1） …（３） により決定される。
また、コーティング層はレーザ光に対し実質的に透明で
あることが重要で、そのため吸収損失は生じない。
あることが重要で、そのため吸収損失は生じない。
本発明のスラブ型レーザ素子のレーザ媒質としては、N
d:GGG（Nd3+ドープトGd3Ga5O12、Nd:YAG（Nd3+ドープト
Y3Al5O12）等が挙げられ、また、これらの媒質材料に対
し式（１）の条件を満足し、実質的に透明であるコーテ
ィング層の材料としては、例えば、SiO2、LaF3、BaF2、
CaF2、MgF2、LiF、Na3AlF6、NaF等が挙げられるが、特
にこれらに限定するものではない。形成されるコーティ
ング層の強度、耐久性、耐水性等の点からは、SiO2が好
ましい材料である。コーティング層を素子基体表面に形
成する方法としては、真空蒸着法、CVD法、スパッタリ
ング法等を利用することができる。
d:GGG（Nd3+ドープトGd3Ga5O12、Nd:YAG（Nd3+ドープト
Y3Al5O12）等が挙げられ、また、これらの媒質材料に対
し式（１）の条件を満足し、実質的に透明であるコーテ
ィング層の材料としては、例えば、SiO2、LaF3、BaF2、
CaF2、MgF2、LiF、Na3AlF6、NaF等が挙げられるが、特
にこれらに限定するものではない。形成されるコーティ
ング層の強度、耐久性、耐水性等の点からは、SiO2が好
ましい材料である。コーティング層を素子基体表面に形
成する方法としては、真空蒸着法、CVD法、スパッタリ
ング法等を利用することができる。
第１図に示すスラブ型レーザ素子を、Nd:GGGを母材とし
て製造した。Nd:GGG媒質１は、上下の２つの全反射面上
に全面にわたり、SiO2からなるコーティング層2,2′が
形成されている（図では厚さを誇張して示してある）。
レーザ光軸は全反射面と平行であるように製作されてい
るので、左右の端面３および３′はブリュースタ角（θ
＝62.7゜）傾いており、したがって端部の傾斜角αは2
7.3゜である。
て製造した。Nd:GGG媒質１は、上下の２つの全反射面上
に全面にわたり、SiO2からなるコーティング層2,2′が
形成されている（図では厚さを誇張して示してある）。
レーザ光軸は全反射面と平行であるように製作されてい
るので、左右の端面３および３′はブリュースタ角（θ
＝62.7゜）傾いており、したがって端部の傾斜角αは2
7.3゜である。
このスラブ型レーザ素子は、発振波長λ＝1.06μｍに対
し屈折率n1＝1.94であり、端面３にブリュースタ角（θ
＝62.7゜）で入射した光の屈折角φは前記式（３）よ
り、φ＝27.3゜である。したがって、式（１）より n2＜1.58 でなければならない。今、SiO2コーティング層の屈折率
は、n2＝1.45であり、この条件を満たしている。このと
きのコーティング層の必要な厚さｔは、式（２）より ｔ＞0.27（μｍ） と求められる。
し屈折率n1＝1.94であり、端面３にブリュースタ角（θ
＝62.7゜）で入射した光の屈折角φは前記式（３）よ
り、φ＝27.3゜である。したがって、式（１）より n2＜1.58 でなければならない。今、SiO2コーティング層の屈折率
は、n2＝1.45であり、この条件を満たしている。このと
きのコーティング層の必要な厚さｔは、式（２）より ｔ＞0.27（μｍ） と求められる。
本実施例のようにNd:GGG媒質の全反射面をSiO2コーティ
ング層で被覆したとき、全反射の際の位相変化は、反射
位置によらず常に−90.5゜となるので、横モードの乱れ
は起らない。また、SiO2は波長1.06μｍの光を吸収しな
いので、吸収損失も発生しない。
ング層で被覆したとき、全反射の際の位相変化は、反射
位置によらず常に−90.5゜となるので、横モードの乱れ
は起らない。また、SiO2は波長1.06μｍの光を吸収しな
いので、吸収損失も発生しない。
実施例２ Nd:YAGを発振媒質として用い、実施例１と同様のスラブ
型レーザ素子を製作した。この場合も発振波長はλ＝1.
06μｍで、該波長に対するNd:YAGの屈折率はn1＝1.82で
ある。ブリュースタ角は61.2゜であり、スラブ端部の頂
角α＝28.8゜とした。端面３にブリュースタ角（θ＝6
1.2゜）で入射した光の屈折角φは前記式（３）よりφ
＝28.8゜であり、したがって、式（１）より n2＜1.53 でなければならない。SiO2コーティング層の屈折率n2＝
1.45はこの条件を満たしている。このとき、コーティン
層の必要な厚さｔは、式（２）より ｔ＞0.33（μｍ） と求められる。
型レーザ素子を製作した。この場合も発振波長はλ＝1.
06μｍで、該波長に対するNd:YAGの屈折率はn1＝1.82で
ある。ブリュースタ角は61.2゜であり、スラブ端部の頂
角α＝28.8゜とした。端面３にブリュースタ角（θ＝6
1.2゜）で入射した光の屈折角φは前記式（３）よりφ
＝28.8゜であり、したがって、式（１）より n2＜1.53 でなければならない。SiO2コーティング層の屈折率n2＝
1.45はこの条件を満たしている。このとき、コーティン
層の必要な厚さｔは、式（２）より ｔ＞0.33（μｍ） と求められる。
参考例 コーティング層の材料として使用し得る物質の屈折率
（λ＝1.06μｍ）を第１表に例示する。これら物質はλ
＝1.06μｍについて透明である。実施例１の結果から、
LaF3以外の例示物質はいずれもNd:GGGレーザのコーディ
ング層として使用できることがわかる。また、Nd:YAGレ
ーザに対してはいずれの例示物質も使用できることがわ
かる。
（λ＝1.06μｍ）を第１表に例示する。これら物質はλ
＝1.06μｍについて透明である。実施例１の結果から、
LaF3以外の例示物質はいずれもNd:GGGレーザのコーディ
ング層として使用できることがわかる。また、Nd:YAGレ
ーザに対してはいずれの例示物質も使用できることがわ
かる。
〔発明の効果〕 本発明のスラブ型レーザ素子は、全反射面に接する物質
による吸収損失がなく、また全反射面のいずれの位置に
おいても反射による位相変化が常に同一であるためレー
ザ出力光に横モードの乱れが生じない。したがって、単
に広い断面積を有するばかりでなく、均一な横モードを
有する良質のレード出力光を得ることができる。このよ
うなレーザ出力光はレーザマーカー、レーザアニール等
の加工、又、微細に出力光を絞り込む事が容易であり、
該素子は切断、溶接、トリミング等の各種レーザ加工機
に有用である。
による吸収損失がなく、また全反射面のいずれの位置に
おいても反射による位相変化が常に同一であるためレー
ザ出力光に横モードの乱れが生じない。したがって、単
に広い断面積を有するばかりでなく、均一な横モードを
有する良質のレード出力光を得ることができる。このよ
うなレーザ出力光はレーザマーカー、レーザアニール等
の加工、又、微細に出力光を絞り込む事が容易であり、
該素子は切断、溶接、トリミング等の各種レーザ加工機
に有用である。
第１図は、本発明のスラブ型レーザ素子の一実施例の概
略を示す図である。 １……レーザ媒質、2,2′……コーティング層
略を示す図である。 １……レーザ媒質、2,2′……コーティング層
Claims (1)
- 【請求項１】２つの平行な全反射面を有するスラブ型レ
ーザ素子において、 前記２つの全反射面の裏面に相当する２つの表面に、屈
折率n2および厚さｔが、それぞれ次式（１）および
（２）： 〔上記式中、n1はレーザ媒質の屈折率、αは素子の端部
頂角、θはブリュースタ角、φは端面にブリュースタ角
で入射したレーザ光の屈折角、そしてλはレーザ光の波
長（真空中）を示す。〕の条件を満たすコーティング層
を有することを特徴とするスラブ型レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165171A JPH0738469B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | スラブ型レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165171A JPH0738469B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | スラブ型レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319888A JPS6319888A (ja) | 1988-01-27 |
| JPH0738469B2 true JPH0738469B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=15807207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61165171A Expired - Lifetime JPH0738469B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | スラブ型レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738469B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2616976B1 (fr) * | 1987-06-22 | 1989-10-13 | Lasag Ag | Laser avec systeme de refroidissement perfectionne |
| JPH0666488B2 (ja) * | 1988-04-25 | 1994-08-24 | 財団法人光産業技術振興協会 | スラブ型レーザー素子 |
| JP2692012B2 (ja) * | 1990-04-12 | 1997-12-17 | 三菱電機株式会社 | 固体レーザ装置 |
| EP2830168A4 (en) | 2012-03-19 | 2015-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | LASER DEVICE |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60247983A (ja) * | 1984-05-24 | 1985-12-07 | Hoya Corp | エルビウムレ−ザ発振装置 |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61165171A patent/JPH0738469B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 末松安晴、伊賀健一「光ファイバ通信入門」改訂２版（昭６０−８−２０）Ｐ．１５−２４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6319888A (ja) | 1988-01-27 |
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