JPH09321371A - スラブ型固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】熱レンズ効果を低減し、また全反射鏡と出力鏡
との間の干渉を防止して、ビーム品質の高い、高出力の
固体レーザ装置を提供する。 【解決手段】全反射鏡４および出力鏡５とレーザ結晶１
との間にルーフプリズム２ａ、９０°プリズム３とレー
ザ結晶１との間にルーフプリズム２ｂを配置する。全反
射鏡４から出たレーザ光９は、ルーフプリズム２ａの作
用でレーザ結晶１に斜めに入射し、結晶内を斜めに横断
したのち、ルーフプリズム２ｂの作用でレーザ装置の中
心軸に平行に戻され、９０°プリズム３に入る。９０°
プリズム３で反転された後、ルーフプリズム２ｂの作用
でレーザ結晶１に斜めに入射し、結晶内を斜めに横断し
たのち、ルーフプリズム２ａの作用でレーザ装置の中心
軸に平行に戻され、出力鏡５に向かう。レーザ結晶１内
を斜めに横断するので、温度分布の影響が平均化され、
熱レンズ効果が抑制され、高ビーム品質、高出力のレー
ザ装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｎｄ：ＹＡＧ等
のスラブ型固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】板状のレーザ結晶を用いる従来のスラブ
型固体レーザ装置の主要部の平面図を図４（ａ）に、そ
の断面図を同図（ｂ）に示す。図４（ｂ）において、励
起用ランプ１１から放出された励起光は、その周囲の反
射筒１２で反射されて、スラブ型のＮｄ：ＹＡＧ等のレ
ーザ結晶１に導かれる。その結果、レーザ結晶１内のレ
ーザ活性体が励起され、レーザ発振が生ずる。このと
き、スラブ型のレーザ結晶１内では、図のようにその内
面で全反射しながらジグザグに伝播し、レーザ光９とし
て出力される。レーザ結晶１に吸収された光の多くはレ
ーザ発振に寄与せずに、熱に変わる。そのため、固体結
晶１が発熱するため、冷却する必要があり、レーザ結晶
１の周りには冷却媒体が流されている。

【０００３】図４（ａ）において、全反射鏡４と出力鏡
５とはレーザ結晶１の幅方向にずらして配置されている
ことがわかる。全反射鏡４で反射された光はレーザ結晶
１を通って９０°プリスム２に達し、そこで方向を反転
され再びレーザ結晶１を通って出力鏡５に当たり、この
反射を繰り返した後、出力鏡５からレーザ光９として出
力される。６はアパーチャである。

【０００４】図５（ａ）、（ｂ）は、レーザ結晶１内の
温度分布を示した図である。図５（ａ）の８はスラブ状
のレーザ結晶１の幅方向（ｘ方向）の温度分布、同図
（ｂ）の７はレーザ結晶１の厚さ方向（ｙ方向）の温度
分布である。図の右方が高温に当たる。冷却はレーザ結
晶１の外側から行われるため、中心部が高い温度分布に
なる。この温度分布が、レーザ結晶１の屈折率分布を発
生させる。そのため、レーザ結晶１はレンズの作用をも
つようになり、レーザ光の広がりが大きくなるなどのビ
ーム品質の悪化をもたらす。この作用は熱レンズ効果と
呼ばれている。温度差ΔＴは数〜１０℃であるが、この
熱レンズ効果のために、固体レーザ装置において、高出
力化を行うと、ビーム品質が悪化するという問題があ
る。

【０００５】この問題の対策として、スラブ型固体レー
ザ装置では、板状のレーザ結晶１の図５（ｂ）のｙ方向
の温度分布７に対しては、図４（ｂ）に示したようにレ
ーザ結晶１内をジグザグ伝播させてることにより、レー
ザ光が受ける屈折率変化を全体として平均化させ、熱レ
ンズ効果を低減している。また、ジグザグ伝播しない図
５の（ａ）のｘ方向に対しては、温度分布が生じないよ
うにレーザ結晶１の端部に断熱材１３を設置し、熱レン
ズ効果の影響を小さくしている。

【０００６】他にも、レーザ結晶１の幅方向のビーム品
質改善が試みられている。例えば、ビーム品質はレーザ
結晶１の断面積が小さい程良くなるので、図４に示した
従来技術の例では、９０°プリズム３を利用し、レーザ
結晶１の断面を図の中心軸に対して上半分と下半分とに
分けて、使用するようにしている。全反射鏡４と９０°
プリズム３との間の光路にはレーザ結晶１の図の上半分
を使用し、９０°プリズム３と出力鏡５との間の光路に
は下半分を使用するようにしている。このようにして、
使用するレーザ結晶１の断面積を半分にすることで、ビ
ーム品質向上を図っているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４の
方式では、温度分布の影響を解消するには十分でない。
レーザ結晶１内に温度分布が存在していると、例えば破
線で示すように、レーザ結晶１の上端付近の低温部分を
通るレーザ光は、９０°プリズム３で折り返したのち、
今度はレーザ結晶１の下端付近の低温部分を通るので、
温度の低い部分を多く通過することになる。従って、レ
ーザ光はレーザ結晶１の温度分布の影響を大きく受け、
ビーム品質の悪化や、レーザ出力の低下という問題が残
った。

【０００８】勿論、断熱材では完全に断熱することは出
来ず、図５のｘ方向、すなわちレーザ結晶１の幅方向の
熱レンズ効果が残ってビーム品質を悪くしている。ま
た、もう一つの問題として、図４に示した従来のスラブ
型固体レーザ装置では、出力鏡５と全反射鏡４との端が
干渉するという問題があり、アパーチヤ６等でレーザ光
を調整する必要があった。

【０００９】以上の問題に鑑みて、本発明の目的は、レ
ーザ結晶の幅方向に温度分布が存在しても、レーザビー
ムの品質を向上し、かつ高出力化が可能なスラブ型固体
レーザ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、スラブ型のレーザ結晶を用い、全反射鏡と出
力鏡とを備えた固体レーザ装置において、スラブ型のレ
ーザ結晶のレーザ光が入、出射する少なくとも一方の面
に対向する、例えば断面形状が二等辺三角形状で、その
頂点をレーザ結晶の反対側に向けて配置されたルーフプ
リズムを有するものとする。

【００１１】そのようにすれば、ルーフプリズムと全反
射鏡とを結ぶ光軸、ルーフプリズムと出力鏡とを結ぶ光
軸、またはレーザ結晶を通過する光軸を、スラブ型固体
レーザ装置の中心軸に対して傾斜させることができる。
特に、全反射鏡と出力鏡とがレーザ結晶を挟んで互いに
反対側に配置され、レーザ結晶と全反射鏡との間および
レーザ結晶と出力鏡との間にそれぞれルーフプリズムを
有するか、または、全反射鏡と出力鏡とがレーザ結晶の
同じ側に有り、レーザ結晶と全反射鏡および出力鏡との
間に共通のルーフプリズム、レーザ結晶のレーザ光が
入、出射する面に対向して、レーザ結晶からの光を反転
し再びレーザ結晶に入射させる９０°プリズムを有し、
その９０°プリズムとレーザ結晶との間にルーフプリズ
ムを有するものとする。

【００１２】そのようにすれば、またはレーザ結晶を通
過する光軸を、スラブ型固体レーザ装置の中心軸に対し
て傾斜させることができ、レーザ結晶内を幅方向に斜め
横断するようにできる。レーザ結晶と全反射鏡および出
力鏡との間に二枚のルーフプリズムを有するものとして
もよい。

【００１３】そのようにすれば、ルーフプリズムと全反
射鏡とを結ぶ光軸、ルーフプリズムと出力鏡とを結ぶ光
軸、およびレーザ結晶を通過する光軸を、スラブ型固体
レーザ装置の中心軸に対して傾斜させることができる。
そして、ルーフプリズムの角度が、一方のルーフプリズ
ムの端付近にスラブ型固体レーザ装置の中心軸に平行に
入射した光を、他方のルーフプリズムのスラブ型固体レ
ーザ装置の中心軸に近い位置に達しさせ、再びスラブ型
固体レーザ装置の中心軸に平行にするような角度である
ものとする。

【００１４】そのようにすれば、９０°プリズムで反転
され、レーザ光が反射を繰り返すことができる。また、
ルーフプリズムと全反射鏡、ルーフプリズムと出力鏡を
結ぶ光軸が、スラブ型固体レーザ装置の中心軸に対して
外側に傾斜しているものとする。そのようにすれば、全
反射鏡と出力鏡との距離を互いに干渉しないように大き
くできる。

【００１５】ルーフプリズムが、断面形状が二等辺三角
形状で、その頂点をレーザ結晶の反対側に向けて配置す
るものとする。そのようにすれば、ルーフプリズムの製
造および配置が容易である。

【００１６】

【発明の実施の形態】上記課題を解決するため本発明
は、スラブ型のレーザ結晶を用い、全反射鏡と出力鏡と
を備えた固体レーザ装置において、スラブ型のレーザ結
晶のレーザ光が入、出射する少なくとも一方の面に対向
するルーフプリズムを有するものとする。

【００１７】以下、図面を引用しながら本発明の実施例
について説明する。 ［実施例１］図１（ａ）は本発明第一の実施例のスラブ
型固体レーザ装置の主要部の平面図、同図（ｂ）はその
断面図である。図１（ｂ）において、図示されない励起
用ランプから放出された励起光が、その周囲の反射筒で
反射されて、スラブ型のＮｄ：ＹＡＧのレーザ結晶１に
導かれ、レーザ結晶１内のレーザ活性体が励起される。
レーザ結晶１の前後に全反射鏡４、出力鏡５および９０
°プリズム３が配置されていて、レーザ発振が生じ、レ
ーザ光９として出力される。レーザ結晶１の厚さ方向に
関しては、レーザ結晶１の内面で全反射しながらジグザ
グに伝播するのは、図４（ｂ）の場合と同じである。６
は内部アパーチャである。

【００１８】図４（ｂ）と異なる点は、レーザ結晶１の
両脇に、すなわちレーザ結晶１と全反射鏡４、出力鏡５
との間およびレーザ結晶１と９０°プリズム３との間に
それぞれ断面形状が二等辺三角形状のルーフプリズム２
ａ、２ｂが、その頂点をレーザ結晶の反対側に向けて配
置されている点である。ルーフプリズム２ａ、２ｂの材
質は、９０°プリズム３と同じく石英である。または、
例えばほう珪酸ガラスの一種であるＢＫ７等の光学ガラ
スでもよい。

【００１９】ルーフプリズム２ａ、２ｂの作用について
は、図１（ａ）を用いて以下に説明する。全反射鏡４の
中央部から出る実線で示すレーザ光９は、図の右側のル
ーフプリズム２ａの作用によってレーザ結晶１に斜めに
入射し、レーザ結晶１を斜めに横断した後、図の左側の
ルーフプリズム２ｂの作用によって、再びスラブ型固体
レーザ装置の中心軸１０に平行になり、９０°プリズム
３に達して反射されて逆方向に戻される。再び図の左側
のルーフプリズム２ｂの作用によってレーザ結晶１を斜
めに横断した後、図の右側のルーフプリズム２ａの作用
によってスラブ型固体レーザ装置の中心軸１０に平行に
なり、出力鏡５に向かう。

【００２０】また、レーザ結晶１の上端側の破線で示す
レーザ光９’は、全反射鏡４から出発し、図の右側のル
ーフプリズム２ａの作用によってレーザ結晶１を斜めに
横断してレーザ結晶１の左端中央付近から出た後、図の
左側のルーフプリズム２ｂの作用によってスラブ型固体
レーザ装置の中心軸１０に平行にされ、９０°プリズム
３に入り、反射されて逆方向に戻される。再び図の左側
のルーフプリズム２ｂの作用によってレーザ結晶１の中
央付近に入射され、レーザ結晶１を斜めに横断した後、
図の右側のルーフプリズム２ａの作用によってスラブ型
固体レーザ装置の中心軸１０に平行になり、出力鏡５に
向かう。

【００２１】従って、レーザ光９はレーザ結晶１内を斜
めに横断するので、レーザ結晶内に温度分布があって
も、高温部分および低温部分を通ることになり、温度分
布による屈折率変化の影響は相殺され平均化される。す
なわち、熱レンズ効果によるビーム品質の低下は軽減さ
れ、高品質を保ったままで高出力化が可能になる。この
実施例ではルーフプリズム２ａ、２ｂの形状を二等辺三
角形としたが、全反射鏡４、出力鏡５の位置によっては
ルーフプリズム２ａは必ずしも二等辺三角形であること
を要しない。また、９０°プリズム３の頂角も必ずしも
９０°であることを要しない。９０°プリズム３の形状
によっては、ルーフプリズム２ｂも二等辺三角形でない
ようにすることもできる。 ［実施例２］図２は本発明第二の実施例のスラブ型固体
レーザ装置の主要部の平面図である。

【００２２】この例では、レーザ結晶１の片側、すなわ
ちレーザ結晶１と全反射鏡４、出力鏡５との間に共通の
ルーフプリズム２ｃが配置されている。ルーフプリズム
２ｃの材質は、９０°プリズム３と同じく、石英または
ＢＫ７等の光学ガラスである。そして、ルーフプリズム
２ｃと全反射鏡４とを結ぶ光軸、ルーフプリズム２ｃと
出力鏡５とを結ぶ光軸は、スラブ型固体レーザ装置の中
心軸１０の平行線から外側に傾いている。

【００２３】すなわち、ルーフプリズム２ｃの作用は、
ルーフプリズム２ｃと全反射鏡４を結ぶ光軸、ルーフプ
リズム２ｃと出力鏡５を結ぶ光軸を、スラブ型固体レー
ザ装置の中心軸１０の平行線から外側に傾けることであ
る。その作用によって、レーザ光は図の上部では上方に
屈折し、下部では下方に屈折するため、レーザ光を空間
的に十分分離できる。そして、全反射鏡４と出力鏡５と
は、スラブ型固体レーザ装置の中心軸１０から遠ざけら
れ、互いの間の距離を離すことができるので、全反射鏡
４と出力鏡５との干渉を解消することができる。 ［実施例３］図３は本発明第三の実施例のスラブ型固体
レーザ装置の主要部の平面図である。

【００２４】この例は、上記の実施例１と実施例２とを
併せて適用した場合である。レーザ結晶１の両側に計三
個のルーフプリズム、すなわちレーザ結晶１と全反射鏡
４、出力鏡５との間にルーフプリズム２ａ、２ｃ、レー
ザ結晶１と９０°プリズム３との間にルーフプリズム２
ｂが配置されている。そして、ルーフプリズム２ｃと全
反射鏡４とを結ぶ光軸、ルーフプリズム２ｃと出力鏡５
とを結ぶ光軸は、スラブ型固体レーザ装置の中心軸１０
の平行線から外側に傾いている。

【００２５】ルーフプリズム２ａ、２ｂの作用は、レー
ザ光がレーザ結晶１内を斜めに横断するようにすること
である。それにより、温度分布による屈折率変化の影響
は相殺され、ビーム品質を高品質に保ったままで高出力
化が可能になる。ルーフプリズム２ｃの作用は、ルーフ
プリズム２ｃと全反射鏡４、出力鏡５とを結ぶ光軸をス
ラブ型固体レーザ装置の中心軸１０の平行線から傾ける
ことである。その作用によって、全反射鏡４と出力鏡５
との間の距離を離すことができ、出力鏡５と全反射鏡４
とが、特にその端部同士が干渉することはなくなる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ラブ型結晶を用い、全反射鏡と出力鏡とを備えたスラブ
型固体レーザ装置において、スラブ型のレーザ結晶の少
なくとも一方の側にルーフプリズムを配置することによ
って、レーザ光の一部経路をスラブ型固体レーザ装置の
中心軸に対して傾斜させることができる。

【００２７】特に、レーザ結晶の両側にルーフプリズム
を配置することによって、レーザ光がレーザ結晶内を斜
めに横断するようになり、レーザ結晶内の温度分布によ
る屈折率変化の影響は相殺され、ビーム品質を高品質に
保ったままで高出力化が可能になる。また、レーザ結晶
と全反射鏡、出力鏡との間にルーフプリズムを配置する
ことによって、ルーフプリズムと全反射鏡、出力鏡とを
結ぶ光軸がスラブ型固体レーザ装置の中心軸に対して外
側に傾けられ、全反射鏡と出力鏡との間の距離を離すこ
とができるようになる。その結果、両鏡の干渉を解消す
ることができて、ビーム品質の高品質化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一の実施例のレーザ共振器の断面図

【図２】本発明第二の実施例のレーザ共振器の断面図

【図３】本発明第三の実施例のレーザ共振器の断面図

【図４】従来のレーザ共振器の断面図

【図５】スラブ型固体レ ザ媒質内の温度分布を示す図

【符号の説明】

１ レーザ結晶 ２ａ、２ｂ、２ｃ ルーフプリスム ３ ９０°プリスム ４ 全反射鏡 ５ 出力鏡 ６ 内部アパチャ ７ ｙ方向温度分布 ８ ｘ方向温度分布 ９、９’ レーザ光 １０ スラブ型固体レーザ装置の中心軸 １１ ランプ １２ 反射筒 １３ 断熱材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スラブ型結晶を用い、全反射鏡と出力鏡と
   を備えたスラブ型固体レーザ装置において、スラブ型の
   レーザ結晶のレーザ光が入、出射する少なくとも一方の
   面に対向して、レーザ光を屈折させるルーフプリズムを
   有することを特徴とするスラブ型固体レーザ装置。
2. 【請求項２】全反射鏡と出力鏡とがレーザ結晶を挟んで
   互いに反対側に配置され、レーザ結晶と全反射鏡との間
   およびレーザ結晶と出力鏡との間にそれぞれルーフプリ
   ズムを有することを特徴とする請求項１記載のスラブ型
   固体レーザ装置。
3. 【請求項３】全反射鏡と出力鏡とがレーザ結晶の同じ側
   に有り、レーザ結晶と全反射鏡および出力鏡との間に共
   通のルーフプリズムを有することを特徴とする請求項１
   記載のスラブ型固体レーザ装置。
4. 【請求項４】レーザ結晶のレーザ光が入、出射する面に
   対向して、レーザ結晶からの光を反転し再びレーザ結晶
   に入射させる９０°プリズムを有し、その９０°プリズ
   ムとレーザ結晶との間にルーフプリズムを有することを
   特徴とする請求項３記載のスラブ型固体レーザ装置。
5. 【請求項５】レーザ結晶と全反射鏡および出力鏡との間
   に二枚のルーフプリズムを有することを特徴とする請求
   項４記載のスラブ型固体レーザ装置。
6. 【請求項６】ルーフプリズムの角度が、一方のルーフプ
   リズムの端付近にスラブ型固体レーザ装置の中心軸に平
   行に入射した光を、他方のルーフプリズムのスラブ型固
   体レーザ装置の中心軸に近い位置に達しさせ、再びスラ
   ブ型固体レーザ装置の中心軸に平行にするような角度で
   あることを特徴とする請求項２、４または５のいずれか
   に記載のスラブ型固体レーザ装置。
7. 【請求項７】ルーフプリズムと全反射鏡、ルーフプリズ
   ムと出力鏡を結ぶ光軸が、スラブ型固体レーザ装置の中
   心軸に対して外側に傾斜していることを特徴とする請求
   項３ないし６のいずれかに記載のスラブ型固体レーザ装
   置。
8. 【請求項８】ルーフプリズムが、断面形状が二等辺三角
   形状で、その頂点をレーザ結晶の反対側に向けて配置す
   ることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載
   のスラブ型固体レーザ装置。