JPH0955551A - 固体レーザ装置 - Google Patents

固体レーザ装置

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JPH0955551A
JPH0955551A JP22857095A JP22857095A JPH0955551A JP H0955551 A JPH0955551 A JP H0955551A JP 22857095 A JP22857095 A JP 22857095A JP 22857095 A JP22857095 A JP 22857095A JP H0955551 A JPH0955551 A JP H0955551A
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JP
Japan
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solid
state laser
laser medium
insertion hole
solid state
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JP22857095A
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English (en)
Inventor
Yukio Morishige
幸雄 森重
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロッド状をした固体レーザ媒質を支持体に支
持する場合、固体レーザ媒質の周面と支持体との接触面
状態によって冷却効率が不均一となり、レーザ出力が不
安定なものとなる。 【解決手段】 截頭円錐ロッド型をした固体レーザ媒質
1を、ヒートシンク2に設けた同じ円錐型の内面形状を
有する貫通状態の挿通穴2a内に挿入し、かつヒートシ
ンクに螺合した締結ねじ8により固体レーザ媒質1を挿
通穴2aの内面に対して軸方向に押圧する。円錐面の当
接関係により、固体レーザ媒質1は挿通穴2aの内面に
対して均一にかつ同心状態で支持される。このため、固
体レーザ媒質の支持に伴う不均一な応力が加えられるこ
ともなく、冷却効率に優れ、出力が安定で特性劣化のな
い実用性の高い固体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】本発明は固体レーザ媒質を冷
却しかつ安定に支持して高安定化を図った固体レーザ装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体レーザで固体レーザ媒質
を励起する固体レーザ装置では、固体レーザ媒質におけ
る熱変動によって出力変動が生じることを防止するため
に、固体レーザ媒質をヒートシンクに接触させて伝熱冷
却により冷却する構成がとられている。例えば、この種
の固体レーザ装置として、特開平4−10585号公報
に記載されているものがある。この固体レーザ装置で
は、円柱状の固体レーザ媒質を、ほぼ同径の内部径を有
する円筒型のヒートシンク内に内挿し、熱伝導性接着剤
によりヒートシンク内に固定する構造がとられている。
【0003】また、この種の固体レーザ装置では、固体
レーザ媒質をその中心位置が変動されることなく安定に
支持することも要求されている。このため、米国特許第
4897850号明細書では、内径が固体レーザ媒質の
外径に略等しい多角形の内面を有する支持体を軸方向に
半分に割り、この多角形の内面内に固体レーザ媒質を内
装し、その両側から固体レーザ媒質を一様な力で挟持す
ることで、固体レーザ媒質を安定に支持する構造がとら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前者のヒートシンクに
よる冷却構造の固体レーザ装置では、ヒートシンクと固
体レーザ媒質との間の隙間により、固体レーザ媒質の中
心位置を高精度に位置決めすることが難しいという問題
がある。また、励起時と非励起時の熱履歴等のため、経
時的に固体レーザ媒質の中心位置が変動され、レーザ共
振器のミスアライメントが起こり易いという問題もあ
る。また、固体レーザ媒質の中心位置にずれが生じる
と、固体レーザ媒質の周囲の隙間の間隔にばらつきが生
じ、熱の拡散が均一でなくなり、固定レーザ媒質の内部
温度分布が軸対称でなくなり、励起入力の変化により共
振器のアライメントが変動され、出力変動が生じるとい
う問題がある。
【0005】また、後者の固体レーザ媒質を支持体で挟
持する固体レーザ装置では、固体レーザ媒質の中心を精
度良く位置決めできる点では有利であるが、固体レーザ
媒質と支持体の接触が線あるいは点接触であるため、支
持体をヒートシンクとして構成する場合には固体レーザ
媒質との接触面積が小さく、冷却効果が低下されるとい
う問題が生じる。また、全体的に挟持力が一様にはなる
ものの、接触部と非接触部の間では応力が異なり、局所
的な応力分布が発生し、レーザ発振に悪影響を与えると
いう問題がある。本発明の目的は、固体レーザ媒質の中
心位置を高精度に保持するとともに冷却効果の高い状態
で支持することを可能にした固体レーザ装置を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の固体レーザ装置
は、固体レーザ媒質をレーザ発振光軸を中心軸とする截
頭円錐ロッド型に形成し、支持体に設けた同じ円錐型の
内面形状を有する貫通された挿通穴内に前記固体レーザ
媒質を挿入し、かつ固体レーザ媒質を挿通穴の内面に対
して軸方向に押圧した状態で固体レーザ媒質を支持体に
支持する構成とする。この場合、固体レーザ媒質の太径
側において、支持体の挿通穴に螺合される中空の締結ね
じにより固体レーザ媒質を細径側に押圧させる。また、
支持体はヒートシンクで構成する。
【0007】あるいは、固体レーザ媒質の太径側の端面
にヒートシンクを当接させ、かつこのヒートシンクを支
持体に対して押圧保持させることにより固体レーザ媒質
を挿通穴の内面に対し軸方向に押圧させる構成とする。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態の断
面図である。長さ10mm、一方の径が5mm、他方の
径が6mmをした截頭円錐ロッド状のNd:YAG結晶
からなる固体レーザ媒質1は、内面形状が前記固体レー
ザ媒質1の円錐面と同一形状をした挿通穴2aが貫通形
成されているヒートシンク2の該挿通穴2aに挿入され
ている。この固体レーザ媒質1の細径の一方の端面には
励起光を透過し、固体レーザの発振光を高反射するダイ
クロイックコート3が施され、太径の他方の端面には無
反射コート4が施されている。
【0009】また、ヒートシンク2は内部に図示を省略
するパイプが埋設され、その一端は冷却水入口5とされ
て冷却水を導入可能とし、他端は冷却水出口6として冷
却水を排出し、この冷却水によって固体レーザ媒質1を
冷却するように構成される。そして、前記固体レーザ媒
質1の周面には20μm程度の厚みの熱伝導性コンパウ
ンド7を設け、ヒートシンク2の挿通穴2aの内面との
隙間に充填される。また、固体レーザ媒質1の長さは挿
通穴2aの長さよりも短くされており、この挿通穴2a
の大径側の内面には雌ねじ溝が形成され、中心部が開口
されて光を通過可能な円筒状をした締結ねじ8が締結さ
れ、この締結ねじ8によって固体レーザ媒質1の太径側
の端面をそのロッド軸方向に押圧している。
【0010】さらに、前記固体レーザ媒質1の細径側の
端面に対向して励起光源として半導体レーザ光源9が配
置され、この励起光源9からのレーザ光を集光レンズ1
0により固体レーザ媒質1の細径端部に集光する。ま
た、固体レーザ媒質1の太径側の端面に対向して出力鏡
11が配置され、これにより前記ダイクロイックコート
3と出力鏡11との間に共振器を構成している。
【0011】この構成によれば、ヒートシンク2の挿通
穴2aに固体レーザ媒質1を挿入し、締結ねじ8をヒー
トシンク2に締結すれば、固体レーザ媒質1は細径側に
向けて軸方向に押圧される。したがって、挿通穴2aの
円錐状の内面と固体レーザ媒質1の円錐状の周面との当
接により、固体レーザ媒質1は挿通穴2aの内面に密接
され、挿通穴2aに対する固体レーザ媒質1の中心位置
が位置合わせされ、固体レーザ媒質1の周面の熱伝導性
コンパウンド7も均一な厚さの状態となる。また、固体
レーザ媒質1は、その周面の略全面において挿通穴2a
内に保持されることになり、均一な応力によって保持さ
れる。これにより、固体レーザ媒質1とヒートシンク2
との間の熱伝導による熱拡散を固体レーザ媒質1の半径
方向に均一化でき、安定なレーザ発振特性を得ることが
可能となる。
【0012】因みに、励起光源として出力10Wの半導
体レーザ装置を用いた場合、レーザ出力は励起入力10
W時に3Wが得られ、短時間安定度2%(〜1分)、長
時間安定度3%(〜1時間)、2週間の経時出力変動1
%の非常に安定なレーザ発振特性を得ることができた。
【0013】なお、励起入力を上下させても共振器の最
適アライメントが変動しないことから、固体レーザ媒質
の保持が極めて安定であることが確認できた。また、長
時間運転誤に固体レーザ媒質端面の汚れを落とすために
固体レーザ媒質をヒートシンクから取り外し、クリーニ
ングした後、再度取り付けた場合でも、レーザの発振光
軸の再調整は不要であり、その中心位置が高精度に位置
合わせされていることが確認できた。
【0014】図2は本発明の第2の実施形態の断面図で
ある。厚み3mm、上部径5mm、底部径8mmの円錐
台型のNd:YAG結晶からなる固体レーザ媒質21
は、同様な円錐台形状をした挿通穴22aを貫通形成し
た石英ガラスからなる支持体22の該挿通穴22a内に
内挿されている。この固体レーザ媒質21は、その底部
面には高反射コート23が施されている。そして、固体
レーザ媒質21の底部面側から前記支持体22に対して
サファイア結晶からなるヒートシンク24が当接され
る。
【0015】このヒートシンク24は、固体レーザ媒質
21の周囲に等配されて支持体22に螺合される複数本
の締結ねじ25によってヒートシンク24が支持体22
に一体的に締結され、その締結力によって固体レーザ媒
質21を挿通穴22aの内面に対して軸方向に押圧して
いる。なお、前記ヒートシンク24には第1実施形態と
同様に冷却水を通流するためのパイプが埋設され、冷却
水入口26から冷却水出口27に向け冷却水が通流さ
れ、固体レーザ媒質21をその底部面側から冷却する。
【0016】また、前記固体レーザ媒質21の上部側に
は、励起光源28、集光レンズ29、ダイクロイックミ
ラー30が一直線上に対向配置されかつ前記ダイクロイ
ックミラー30の反射側位置には出力鏡31が配置され
て共振器が構成されている。
【0017】したがって、励起光源28からのレーザ光
は集光レンズ29で集光され、ダイクロイックミラー3
0を透過して固体レーザ媒質21に集光照射され、これ
に基づいて共振器内でレーザ発振が行われる。また、固
体レーザ媒質21はヒートシンク24に接触されている
底部面により冷却されるため、固体レーザ媒質21にお
ける熱の流れはその軸方向に向けられる。したがって、
レーザ光の発振光軸と熱流の向きが平行とされるため、
熱レンズ効果が発生することはなく、高出力でかつ高ビ
ーム品質のレーザを得ることが可能となる。
【0018】因みに、この固体レーザ装置においては、
励起入力100WでTEM00モード出力40Wが得ら
れた。レーザの安定度は、短時間安定度3%(〜1
分)、長時間安定度4%(〜1時間)、2週間の経時出
力変動1%の安定なレーザ発振特性を得ることができ
た。
【0019】なお、前記した本発明の第1及び第2の各
実施形態では、固体レーザ媒質をヒートシンクに押圧す
る手段、或いはヒートシンクを支持体に一体化する手段
としてそれぞれ締結ねじを利用しているが、接着剤によ
る固定構造を採用してもよい。この場合には、締結ねじ
が不要となるため、構成部品点数が削減でき、小型化、
低価格化に有利となる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、截頭円錐
ロッド型に形成した固体レーザ媒質を、ヒートシンク等
の支持体に設けた同じ円錐型の内面形状を有する貫通さ
れた挿通穴内に挿入し、かつ固体レーザ媒質を挿通穴の
内面に対して軸方向に押圧した状態で固体レーザ媒質を
支持体に支持しているので、固体レーザ媒質を挿通穴内
に同心状態でかつ挿通穴の内面に均一に接触された状態
で支持することができる。これにより、固体レーザ媒質
を安定に支持でき、支持に伴う不均一な応力が加えられ
ることもなく、冷却効率に優れ、かつ半径方向の熱伝導
の均一性に優れることから、出力が安定で特性劣化のな
い実用性の高い固体レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態の断面図である。
【符号の説明】
1 固体レーザ媒質 2 ヒートシンク 3 ダイクロイックコート 8 締結ねじ 9 励起光源 11 出力鏡 21 固体レーザ媒質 22 支持体 24 ヒートシンク 28 励起光源 30 ダイクロイックミラー 31 出力鏡

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体レーザ媒質をレーザ発振光軸を中心
    軸とする截頭円錐ロッド型に形成し、支持体に設けた同
    じ円錐型の内面形状を有する貫通された挿通穴内に前記
    固体レーザ媒質を挿入し、かつ固体レーザ媒質を挿通穴
    の内面に対して軸方向に押圧した状態で固体レーザ媒質
    を支持体に支持することを特徴とする固体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 固体レーザ媒質の太径側において、支持
    体の挿通穴に螺合される中空の締結ねじにより固体レー
    ザ媒質を細径側に押圧させる請求項1の固体レーザ装
    置。
  3. 【請求項3】 支持体がヒートシンクである請求項1ま
    たは2の固体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 固体レーザ媒質の一方の端面に高反射コ
    ートが施され、他方の端面に無反射コートが施され、一
    方の端面に対向して励起光源が配置され、他方の端面に
    対向して出力鏡が配置される請求項1ないし3のいずれ
    かの固体レーザ装置。
  5. 【請求項5】 固体レーザ媒質の太径側の端面にヒート
    シンクを当接させ、かつこのヒートシンクを支持体に対
    して押圧保持させることにより固体レーザ媒質を挿通穴
    の内面に対し軸方向に押圧させる請求項1の固体レーザ
    装置。
  6. 【請求項6】 固体レーザ媒質の太径側の端面に高反射
    コートが施され、細径側の端面に対向して励起光源、ダ
    イクロイックミラー、出力鏡が配置される請求項5の固
    体レーザ装置。
JP22857095A 1995-08-14 1995-08-14 固体レーザ装置 Pending JPH0955551A (ja)

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