JPH10135539A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時における調整が簡単で、半導体レ−ザ
素子からの励起光を効率良くレーザ媒質に入射させて励
起効率の高いレ−ザ光を得る。 【解決手段】 レーザロッド１の軸方向に沿って複数個
の半導体レーザ５を配置し、レーザロッド１と半導体レ
ーザ５の間には導波路６を配置する。導波路６はレーザ
ロッド１の軸方向に沿って上下に配置され傾斜した反射
平面６ｃ，６ｄを持つ。固体レーザ媒質には軸方向に沿
ったスリット状の開口部１１ａを除きその外周側面を囲
む反射手段１１が設けてある。半導体レーザ５から発散
出射した励起光は、導波路６の反射平面で反射すること
によりレーザロッドのスリット状の開口部１１ａに漏れ
ることなく導光され、レーザロッド１に入射する。レー
ザロッド１では反射手段１１により励起光が多段反射さ
れて励起を効率良く行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザから
の励起光を固体レーザ媒質に照射してレーザ発振を行う
レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりＮｄ：ＹＡＧ等に代表される固
体レーザ媒質に励起光源からの励起光を照射してレーザ
光を発振させ、発振したレーザ光を加工や治療に利用す
るレーザ装置が知られている。この種のレーザ装置にお
ける励起光源としては、クリプトンやキセノン等のフラ
ッシュランプや、半導体レーザが用いられている。とく
に、半導体レーザ励起はランプ励起と比較して、長寿命
で励起効率が高く、良好な品質のビームが得られ、ま
た、装置の小型化が可能である等の利点があることか
ら、近年では多くの半導体レーザ励起型の装置が提案さ
れている。

【０００３】半導体レーザによる励起方式には、固体レ
ーザ媒質の軸方向に沿って複数個の半導体レーザ素子を
並べ、固体レーザ媒質の側面から励起光を照射する側面
励起方式のものが知られている。この側面励起方式の例
としては、次のような装置が提案されている。

【０００４】例えば、特開平１−２０５４８４号公報に
記載された装置では、固体レーザ媒質の光軸に沿う外周
を反射面で囲み、その一部に設けた開口部から半導体レ
ーザの励起光を固体レーザ媒質内に入射させる。入射し
た励起光は反射面で多重反射され、これによりエネルギ
効率の高い励起を行えるとういものである。

【０００５】また、特開平１−２４８５８２号公報に記
載された装置では、複数の半導体レーザの励起光をシリ
ンドリカルレンズを用いて固体レーザ媒質の軸心上で焦
点を結ぶように集光させて、固体レーザ媒質の側面から
内部に入射させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
半導体レーザ素子の出射面はある程度の面積を持ち、ま
た、レーザビームは発散して出射するので、特開平１−
２０５４８４号公報のように励起光を直接開口部から入
射させるためには、ある程度の大きさの開口部が必要と
なる。開口部が大きいと、反射面で反射した励起光が外
部に逃げやすくなり、励起効率が低下する。開口部を小
さく抑えるためには、半導体レーザ素子を固体レーザ媒
質にできるだけ近接して配置すればよいが、このように
すると固体レーザ媒質の軸方向では最初の直接励起光で
照射できない部分ができ、軸方向での均一な光励起を行
うことができず、励起効率が低下する。

【０００７】また、特開平１−２４８５８１号公報に示
された装置のように、シリンドリカルレンズを用いる方
式のものは、レンズの光軸調整や焦点位置の位置合わせ
調整が難しい。

【０００８】本発明は上記従来技術の問題点を鑑み、製
造時における調整が簡単で、半導体レ−ザ素子からの励
起光を効率良くレーザ媒質に入射させて励起効率の高い
レ−ザ光を得ることができるレーザ装置を提供すること
を技術課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、以下のような構成を備えることを特徴とす
る。

【００１０】（１） 固体レーザ媒質の軸方向に沿って
複数個の半導体レーザを配置し、該半導体レーザから出
射する励起光を前記固体レーザ媒質の側面に照射してレ
ーザ発振を行うレーザ装置において、前記固体レーザ媒
質の軸方向に沿って上下に配置された反射平面を持ち前
記複数個の半導体レーザから発散出射する励起光を反射
することにより固体レーザ媒質の側面に導光する導光手
段を備えることを特徴とする。

【００１１】（２） （１）のレーザ装置において、前
記固体レーザ媒質には軸方向に沿ったスリット状の開口
部を除きその外周側面を囲む反射手段を設け、前記導光
手段は前記上下の反射平面により形成される出射口を持
ち、該出射口は前記前記スリット状の開口部と略同一ま
たはそれより狭くしたことを特徴とする。

【００１２】（３） （２）のレーザ装置において、前
記半導体レーザは放射光の強度分布に基づき隣接する各
半導体レーザからの励起光の重ね合わせにより前記開口
部上での軸方向における光強度が略均一になるように配
置したことを特徴とする。

【００１３】（４） （３）のレーザ装置において、前
記半導体レーザは放射強度分布がガウシアン分布となる
方向を前記固体レーザ媒質の軸と平行になるように配置
したことを特徴とする。

【００１４】（５） （２）のレーザ装置において、前
記反射平面は前記複数個の半導体レーザの出射光軸に対
して傾斜させて配置したことを特徴とする。

【００１５】（６） （１）のレーザ装置において、前
記導光手段とは前記励起光を透過するとともに前記固体
レーザ媒質の軸方向に沿う上下の平面に反射膜が施され
た光学素子であることを特徴とする。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１（ａ）は実施例であるレーザ装置の構成を
示す図であり、（ａ）はその要部上面断面図を示し、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図を示す。

【００１７】１は固体レーザロッドであり、実施例では
基本波長１０６４ｎｍの光を発振するＮｄ：ＹＡＧロッ
ドを使用している。レーザロッド１の外周側面には、軸
方向に沿ったスリット状の開口部１１ａを除き、後述す
る半導体レーザ光源５からの励起光（波長８０７ｎｍ付
近）をロッド内に内面反射させるミラーコーティング１
１が施されている。開口部１１ａは、半導体レーザ光源
５からの励起光をロッド内に効率よく入射させるよう
に、半導体レーザ光源５とレーザロッド１の中心軸Ｌを
結ぶ線上に半導体レーザ光源５の方に向けられて配置さ
れている。さらに、開口部１１ａのその開口部分には励
起光に対する反射防止膜が施されており、レーザロッド
１に入射させる励起光の損失を抑えるようにしている。
また、レーザロッド１の両端面には半導体レーザによる
励起光を反射し、誘導放出される波長１０６４ｎｍの光
を透過する特性を持つコーティングが施されている。

【００１８】３は半導体レーザ光源５や導波路６を保持
するガイド台２、共振光学系等が取り付けられるハウジ
ング部であり、４は多数の放熱用フィン４ａを持つ放熱
ハウジング部である。放熱ハウジング部４にはレーザロ
ッド１の側面の一部を当接させる部分円筒状の溝が形成
されている。レーザロッド１はハウジング部３と放熱ハ
ウジング部４との取付け固定により保持される。レーザ
ロッド１で発生した熱は、当接する溝から放熱用フィン
４ａに伝達されて放熱され、これによりレーザロッド１
が冷却される。

【００１９】５は励起用の半導体レーザ光源（以下、Ｌ
Ｄという）であり、Ｎｄ：ＹＡＧの光吸収スペクトルに
合うように、例えば波長８０７ｎｍ付近の光を出射する
ものを使用する。また、実施例のＬＤ５は、ペルチェ素
子、温度センサ等を持ち、光放射に伴う温度の上昇を検
出して冷却を行う自己冷却型のものを使用している。Ｌ
Ｄ５はレーザロッド１と離隔し、レーザロッド１の軸Ｌ
に平行な軸線上に複数個配置されている（この配置の詳
細については後述する）。

【００２０】６はレーザロッド１とＬＤ５との間に配置
された導波路であり、その材料にはガラス、アクリル等
の光を透過する特性を持つものが利用できる。図２に導
波路６の周辺の要部斜視図を示す。導波路６は、レーザ
ロッド１の開口部１１ａに対向する側が短辺でＬＤ５に
対向する側が長辺である楔形断面（レーザロッド１の軸
に直交する方向の断面）を持ち、レーザロッド１の軸方
向には一様な柱形状をしている。レーザロッド１と対向
する出射面６ａは、開口部１１ａに対して同等か若干小
さい幅に形成されている。この出射面６ａとＬＤ５に対
向する入射面６ｂには、ＬＤ５からの励起光を透過させ
るための反射防止膜が施されており、出射面６ａは開口
部１１ａに近接配置され、ＬＤ５は入射面６ｂに近接配
置されている。出射面６ａと入射面６ｂを囲むその他の
面６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆには励起光を反射する反射膜
が施されている。ＬＤ５から発散出射された励起光は入
射面６ｂから入射し、楔形の上面と下面を構成する反射
面６ｃ，６ｄにより反射を繰り返して出射面６ａへ導か
れる。そして、出射面６ａから出射した励起光は開口部
１１ａからレーザロッド１内に入射するようになる。こ
のように、レーザロッド１の軸に直交する方向の成分の
励起光は、導波路６の反射面６ｃ，６ｄにより効率良く
レーザロッド１内に導くことができる。

【００２１】なお、ＬＤ５の光軸に対する反射面６ｃ，
６ｄの傾斜角度は、発散出射された励起光がその反射面
で反射してもＬＤ５側へ戻らないように、出射面６ａの
高さ、レーザロッド１とＬＤ５の配置距離等により決定
される。また、レーザロッド１内での反射励起光が外部
へ逃げにくくなるように、励起光がレーザロッド１へ入
射する時になるべく広い拡散角度で入射するような傾斜
角度にすることが好ましい（ただし、出射面６ａから出
射する際にその角度が臨界角度を越えるものは全反射さ
れるので、これを考慮する必要がある）。

【００２２】このような構成の導波路６は、単にガイド
台２に置くだけで、出射面６ａが開口部１１ａと対向す
るように位置決めして配置できるようになっている。こ
れにより、レ−ザロッドの断面方向に対して特別な光軸
調整を行わずに、ＬＤ５からの励起光をレ−ザロッド内
に入射させることができる。

【００２３】７はレーザ出射と対向する側に配置された
共振用の全反射ミラーであり、レーザロッド１から放出
される基本波長１０６４ｎｍの光を全反射する。８はレ
ーザロッド１の出射側に配置された出力ミラーである。
出力ミラー８は波長１０６４ｎｍの光の一部を透過し、
大部分の光を反射する特性を持つ。

【００２４】ロッドハウジング３の出射側にはレーザ光
を被照射物に導くための導光光学系等が配置されるが、
導光光学系はレーザ光の利用目的により種々のものが使
用でき、本発明とは関係が薄いので、その説明は省略す
る。

【００２５】次に、レーザロッド１の軸Ｌに平行な軸線
上でのＬＤ５の配置について説明する。まず、半導体レ
ーザからの放射される光強度の特性について説明する。
半導体レーザからの放射強度分布は、一般に、放射光の
軸方向によって異なる。図３（ａ）に示すように、半導
体レーザの水平方向（半導体レーザを構成するクラッド
層に対して水平な方向）では、放射光の大部分は発散角
約±１０°の範囲内にあり、放射強度は±５°付近で最
も強く、中央部分で最大値と比較して弱い。また、図３
（ｂ）に示すように、垂直方向（半導体レーザを構成す
るクラッド層に対して垂直な方向）では、放射光の大部
分は発散角約±３０°の範囲内にあり、放射強度分布は
中央部分が最大値となるガウシアン分布である。

【００２６】この放射強度分布の特性に基づき、レーザ
ロッド１に対する各ＬＤ５の配置は次のようにする。各
ＬＤ５のレーザロッド１に対する向きは、放射強度分布
がガウシアン分布となるＬＤ５の垂直方向（クラッド層
に対して垂直な方向）がレーザロッド１の軸Ｌと平行に
なるようにする。したがって、各ＬＤ５から放射された
中央部分の強度分布が弱い水平方向（クラッド層に対し
て水平な方向）の光は、ＬＤ５を出射後、導波路６の反
射面６ｃ、６ｄにより繰り返し反射されながら導波路６
内を進み、開口部１１ａからレーザロッド１内に入射す
る。

【００２７】一方、強度分布がガウシアン分布となるＬ
Ｄ５の垂直方向（ＬＤクラッド層に対して垂直な方向）
の光は、導波路６内を発散しながらレーザロッド１に向
かう。レーザロッド１上では隣接する各ＬＤ５からの放
射光が重ね合わせられる。このとき、スリット状の開口
部１１ａでの光照射強度がほぼ均一になるように隣接す
る各ＬＤの間隔をとる。すなわち、各ＬＤからの垂直方
向（ＬＤクラッド層に対して垂直な方向）の放射光強度
はガウシアン分布をしているので、図４に示すように、
隣接するＬＤから出射する光の放射強度が最高強度の約
５０％となる位置ＣＰで、励起光同士を重なるようにす
る。この重ね合わせにより、放射強度の弱い部分が互い
に強め合うこととなり、開口部１１ａでの光照射強度分
布は点線ＴＩで示すように放射強度の最大値とほぼ同じ
値まで強くなる。均一化された励起光を開口部１１ａを
通してレーザロッド１に照射することによって、レーザ
ロッド１の軸方向での光励起を均一に行うことができ、
高い励起効率が得られるようになる。

【００２８】また、このようなＬＤ５の配置により、レ
ーザロッド１の軸Ｌに対して垂直な方向での励起光の放
射強度分布は中央部が弱いため、開口部１１ａの対向す
るミラーコーティング面での反射によって開口部１１ａ
から漏れる励起光は中央部分の比較的放射強度の弱いも
のとなる。

【００２９】以上のような構成を持つレーザ装置につい
て、以下にその動作を説明する。図示なき電源部により
ＬＤ５へ電源を供給する。ＬＤ５からは励起光となるレ
ーザ光が発散出射され、導波路６を介してレーザロッド
１に向かう。レーザロッド１の軸に平行な方向の励起光
は、そのまま発散しながら開口部１１ａでの光照射強度
がほぼ均一になってレーザロッド１に照射される。レー
ザロッド１の軸Ｌに対して垂直な方向の励起光は、導波
路６によって集光されながら、開口部１１ａよりレーザ
ロッド１を照射する。このようにレーザロッド１は、ま
ずＬＤ５からの直接励起光により励起される。レーザロ
ッド１に吸収されずに通過した励起光は、さらにロッド
側面に施されたミラーコーティング１１で反射されレー
ザロッド１を再び光励起する。このとき開口部１１ａか
らは一部の反射励起光が漏れるが、その量は微量であ
り、ほとんどの励起光はレーザロッド１に完全に吸収さ
れるまで何度も反射され、レーザロッド１の光励起を効
率良く行う。さらに、レーザロッド１の両端面には励起
光を反射して、誘導放出される波長１０６４ｎｍの光を
透過する特性を持つコーティングが施してあるため、両
端面から励起光が逃げることなく、励起光は有効に活用
される。

【００３０】励起光の照射により励起されたレーザロッ
ド１からは光が誘導放出される。その光のうち１０６４
ｎｍの波長の光が、さらに反射ミラー７と出力ミラー８
によって共振増幅され、出力ミラー８からレーザ出射さ
れる。レーザロッド１は高効率の励起が行われるので、
大出力のレーザを得ることができる。出射されたレーザ
光は、図示なき導光光学系を介して被照射物に照射さ
れ、加工や医療等の各種の目的に対して使用される。例
えば、眼科医療では、スリットランプに導光光学系を設
け、患者眼眼底にレ−ザ光を照射して光凝固を行うこと
ができる。

【００３１】なお、共振光学系内にＫＴＰ等の非線形結
晶を配置すると、波長１０６４ｎｍの第２高調波である
波長５３２ｎｍのレ−ザ光が得られるので、これを凝固
に使用することができる。あるいは共振器内にＱスイッ
チを設けて、さらに高出力のジャイアントパルスレ−ザ
を得ることもできる。

【００３２】上述のように、レーザロッド１とＬＤ５と
の間に導波路６を設けることにより、複雑な光軸調整を
することなく、また、ＬＤ５からの出射励起光も効率よ
くレーザロッド１に入射させる事ができる。

【００３３】以上の実施例では、レーザロッドに対して
１方向からの光励起を行ったが、ＬＤ５及び導波路６の
配列は９０度の２方向配列としたり、さらに配列の増や
して多方向から励起光を照射するようにしても良い。ま
た、ガイド台２をハウジング部と別に設けたが、ハウジ
ングの一部として一体化することもできる。

【００３４】さらに、以上の実施例で説明した導波路６
は次のようにすることができる。前述したような各ＬＤ
５の配置により、レーザロッド１の断面方向におけるＬ
Ｄ５からの放射光の大部分は発散角約±１０°の比較的
狭い範囲にある。この発散角により導波路６内を励起光
が進む角度に対して反射面６ｃ，６ｄに入射する角度を
臨界角より大きくなるように反射面６ｃ，６ｄの傾斜角
度を設定する。こうすると、反射面６ｃ，６ｄでは励起
光が全反射するようになるので、反射面６ｃ，６ｄには
反射膜を施すことなく研磨面とするだけで、ＬＤ５から
出射した励起光をほとんど漏らすことなくレーザロッド
１内に導光することができる。

【００３５】また、実施例で示した導波路６内を空間に
し、反射面６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆに当たる面にミラ−
を配置するようにしても良い。この場合も実施例とほぼ
同様な効果が得られる。

【００３６】このように本発明は種々の変容が可能であ
り、これらも技術思想を同一にする範囲において本発明
に含まれるものである。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造上の複雑な調整を伴うことなく、半導体レーザ素子
から放射されるレーザ光を固体レーザ媒質の励起光とし
て有効に活用できる。これにより簡単な構成で、励起効
率の高いレーザ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例であるレーザ装置の概略構成図である。

【図２】導波路の配置を説明する図である。

【図３】半導体レーザ光源より出射される放射強度分布
を示す図である。

【図４】励起光の重ね合わせの説明図である。

【符号の説明】

１ 固体レーザロッド ２ ガイド台 ５ 半導体レーザ ６ 導波路 ６ａ 出射面 ６ｂ 入射面 ６ｃ，６ｄ 反射面 １１ ミラーコーティング １１ａ 開口部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザ媒質の軸方向に沿って複数個
   の半導体レーザを配置し、該半導体レーザから出射する
   励起光を前記固体レーザ媒質の側面に照射してレーザ発
   振を行うレーザ装置において、前記固体レーザ媒質の軸
   方向に沿って上下に配置された反射平面を持ち前記複数
   個の半導体レーザから発散出射する励起光を反射するこ
   とにより固体レーザ媒質の側面に導光する導光手段を備
   えることを特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１のレーザ装置において、前記固
   体レーザ媒質には軸方向に沿ったスリット状の開口部を
   除きその外周側面を囲む反射手段を設け、前記導光手段
   は前記上下の反射平面により形成される出射口を持ち、
   該出射口は前記前記スリット状の開口部と略同一または
   それより狭くしたことを特徴とするレーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項２のレーザ装置において、前記半
   導体レーザは放射光の強度分布に基づき隣接する各半導
   体レーザからの励起光の重ね合わせにより前記開口部上
   での軸方向における光強度が略均一になるように配置し
   たことを特徴とするレーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項３のレーザ装置において、前記半
   導体レーザは放射強度分布がガウシアン分布となる方向
   を前記固体レーザ媒質の軸と平行になるように配置した
   ことを特徴とするレーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項２のレーザ装置において、前記反
   射平面は前記複数個の半導体レーザの出射光軸に対して
   傾斜させて配置したことを特徴とするレーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項１のレーザ装置において、前記導
   光手段とは前記励起光を透過するとともに前記固体レー
   ザ媒質の軸方向に沿う上下の平面に反射膜が施された光
   学素子であることを特徴とするレーザ装置。