JPH10284775A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JPH10284775A JPH10284775A JP9090819A JP9081997A JPH10284775A JP H10284775 A JPH10284775 A JP H10284775A JP 9090819 A JP9090819 A JP 9090819A JP 9081997 A JP9081997 A JP 9081997A JP H10284775 A JPH10284775 A JP H10284775A
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- 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
- H01S3/0612—Non-homogeneous structure
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- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/0915—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
- H01S3/092—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
- H01S3/093—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium
- H01S3/0931—Imaging pump cavity, e.g. elliptical
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、固体レーザ媒質中の熱レンズ効果を
軽減して、安定に、高出力で高品質にレーザビームを出
力する。 【解決手段】固体レーザ媒質１３を励起して発生する誘
導光をリアミラー１９と出力ミラー２０との間で共振さ
せてレーザビームＱ10を出力する固体レーザ装置におい
て、固体レーザ媒質１３を、所定の屈折率の温度特性を
有する活性媒質１３ａとこの活性媒質１３ａの屈折率の
温度特性に対して逆の温度特性を有する非活性媒質１３
ｂとをレーザ光軸方向に複数個交互に拡散接着して構成
する。
軽減して、安定に、高出力で高品質にレーザビームを出
力する。 【解決手段】固体レーザ媒質１３を励起して発生する誘
導光をリアミラー１９と出力ミラー２０との間で共振さ
せてレーザビームＱ10を出力する固体レーザ装置におい
て、固体レーザ媒質１３を、所定の屈折率の温度特性を
有する活性媒質１３ａとこの活性媒質１３ａの屈折率の
温度特性に対して逆の温度特性を有する非活性媒質１３
ｂとをレーザ光軸方向に複数個交互に拡散接着して構成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性媒質を含む固
体レーザ媒質を励起してレーザビームを取り出す固体レ
ーザ装置に関する。
体レーザ媒質を励起してレーザビームを取り出す固体レ
ーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は固体レーザ装置の構成図であ
る。この固体レーザ装置は、活性媒質を含む固体レーザ
媒質１の側面側に、この固体レーザ媒質１を励起するた
めの励起ランプ２などの励起手段が配置され、かつレー
ザ光軸方向となる位置にレーザ光学手段としての高反射
ミラー３、出力ミラー４が配置されている。そして、固
体レーザ媒質１の周囲には、この固体レーザ媒質１を冷
却するための冷却媒質を流すフローチューブ５が設けら
れている。
る。この固体レーザ装置は、活性媒質を含む固体レーザ
媒質１の側面側に、この固体レーザ媒質１を励起するた
めの励起ランプ２などの励起手段が配置され、かつレー
ザ光軸方向となる位置にレーザ光学手段としての高反射
ミラー３、出力ミラー４が配置されている。そして、固
体レーザ媒質１の周囲には、この固体レーザ媒質１を冷
却するための冷却媒質を流すフローチューブ５が設けら
れている。
【０００３】このような構成であれば、励起ランプ２か
ら放射された光が固体レーザ媒質１に照射されて固体レ
ーザ媒質１が励起されると、この励起により発生した誘
導光が高反射ミラー３と出力ミラー４との間で共振し、
出力ミラー４からレーザビームＱ1 として出力される。
ら放射された光が固体レーザ媒質１に照射されて固体レ
ーザ媒質１が励起されると、この励起により発生した誘
導光が高反射ミラー３と出力ミラー４との間で共振し、
出力ミラー４からレーザビームＱ1 として出力される。
【０００４】このような固体レーザ装置において、安定
に、高出力で高品質なレーザビームＱ1 を高効率で発生
させるために、文献「Solid-State Laser Engineering,
pp.348-392,W.Koechner,Springer」には、例えば、楕円
鏡の一方の焦点に励起ランプを配置するとともに他方の
焦点にロッド状の固体レーザ媒質を配置することによ
り、固体レーザ媒質を均一に励起する方式が開示されて
いる。
に、高出力で高品質なレーザビームＱ1 を高効率で発生
させるために、文献「Solid-State Laser Engineering,
pp.348-392,W.Koechner,Springer」には、例えば、楕円
鏡の一方の焦点に励起ランプを配置するとともに他方の
焦点にロッド状の固体レーザ媒質を配置することによ
り、固体レーザ媒質を均一に励起する方式が開示されて
いる。
【０００５】しかしながら、このような方式では、励起
ランプの空間的な発光特性の不均一性が固体レーザ媒質
の励起を不均一にし、又半導体レーザによる励起が困難
であるという問題がある。
ランプの空間的な発光特性の不均一性が固体レーザ媒質
の励起を不均一にし、又半導体レーザによる励起が困難
であるという問題がある。
【０００６】これに対して他の技術、例えば特開平８−
１８１３６８号公報には、励起光源からの励起光を集光
する集光器を固体レーザ媒質を囲むように配置し、この
集光器の内面を拡散反射面で構成し、かつフローチュー
ブを直接又は間接的に挟み込んで保持することが記載さ
れている。
１８１３６８号公報には、励起光源からの励起光を集光
する集光器を固体レーザ媒質を囲むように配置し、この
集光器の内面を拡散反射面で構成し、かつフローチュー
ブを直接又は間接的に挟み込んで保持することが記載さ
れている。
【０００７】このような技術であれば、拡散反射を利用
するため、励起光源の不均一性が軽減されるという利点
を持ち、さらに半導体レーザを励起光源として使用する
ことが可能となる。
するため、励起光源の不均一性が軽減されるという利点
を持ち、さらに半導体レーザを励起光源として使用する
ことが可能となる。
【０００８】一方、固体レーザ装置では、固体レーザ媒
質１に対する励起により発生する熱量によって、固体レ
ーザ媒質１中に熱レンズ効果が発生し、この熱レンズ効
果にって固体レーザ媒質１が凸レンズとして働いてしま
い、固体レーザ装置を安定に、高出力で高品質に、高効
率で動作させることが困難となっている。
質１に対する励起により発生する熱量によって、固体レ
ーザ媒質１中に熱レンズ効果が発生し、この熱レンズ効
果にって固体レーザ媒質１が凸レンズとして働いてしま
い、固体レーザ装置を安定に、高出力で高品質に、高効
率で動作させることが困難となっている。
【０００９】この固体レーザ媒質１中の熱レンズ効果を
軽減するために、上記文献「Solid-State Laser Engine
ering,pp.348-392,W.Koechner,Springer」には、例えば
固体レーザ媒質として薄板状のスラブ材質を用いること
により、固体レーザ媒質１の冷却を効率化し、さらに固
体レーザ媒質１中でのレーザ光軸をいわゆるジグザグ状
にし、固体レーザ媒質１中の熱レンズ効果をキャンセル
する工夫が記載されている。
軽減するために、上記文献「Solid-State Laser Engine
ering,pp.348-392,W.Koechner,Springer」には、例えば
固体レーザ媒質として薄板状のスラブ材質を用いること
により、固体レーザ媒質１の冷却を効率化し、さらに固
体レーザ媒質１中でのレーザ光軸をいわゆるジグザグ状
にし、固体レーザ媒質１中の熱レンズ効果をキャンセル
する工夫が記載されている。
【００１０】又、固体レーザ媒質１として円柱状のロッ
ド材質を用いた場合には、ロッド端面を、固体レーザ媒
質１に生じた熱レンズ効果と反対の曲率を持たせること
により軽減している。
ド材質を用いた場合には、ロッド端面を、固体レーザ媒
質１に生じた熱レンズ効果と反対の曲率を持たせること
により軽減している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−１８１３６８号公報に記載されているように集
光器の拡散反射面で拡散反射させる技術では、励起光源
の不均一性を軽減できるものの、固体レーザ媒質の熱レ
ンズ効果を軽減することはできない。
開平８−１８１３６８号公報に記載されているように集
光器の拡散反射面で拡散反射させる技術では、励起光源
の不均一性を軽減できるものの、固体レーザ媒質の熱レ
ンズ効果を軽減することはできない。
【００１２】又、固体レーザ媒質として薄板状のスラブ
材質を用い、かつ固体レーザ媒質１中でのレーザ光の伝
搬をジグザグ状にする技術では、固体レーザ媒質１中の
熱レンズ効果をキャンセルすることはできるが、出力さ
れるレーザビームのＸＹ方向でレーザビーム特性が異な
り、楕円状のビーム形状となり、例えばレーザ加工等の
応用の際に問題が生じる。
材質を用い、かつ固体レーザ媒質１中でのレーザ光の伝
搬をジグザグ状にする技術では、固体レーザ媒質１中の
熱レンズ効果をキャンセルすることはできるが、出力さ
れるレーザビームのＸＹ方向でレーザビーム特性が異な
り、楕円状のビーム形状となり、例えばレーザ加工等の
応用の際に問題が生じる。
【００１３】又、レーザロッドに発生する熱レンズ効果
と反対の曲率をロッド端面に持たせる技術では、固体レ
ーザ装置におけるアライメントが困難となる。又、熱レ
ンズ効果の度合いによって、異なる曲率を持った固体レ
ーザ媒質を使用しなければならない。
と反対の曲率をロッド端面に持たせる技術では、固体レ
ーザ装置におけるアライメントが困難となる。又、熱レ
ンズ効果の度合いによって、異なる曲率を持った固体レ
ーザ媒質を使用しなければならない。
【００１４】そこで本発明は、固体レーザ媒質中の熱レ
ンズ効果を軽減して、安定に、高出力で高品質にレーザ
ビームを出力できる固体レーザ装置を提供することを目
的とする。
ンズ効果を軽減して、安定に、高出力で高品質にレーザ
ビームを出力できる固体レーザ装置を提供することを目
的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、固体
レーザ媒質に励起光を照射して励起し、この固体レーザ
媒質の励起により発生する誘導光を共振させてレーザビ
ームを出力する固体レーザ装置において、固体レーザ媒
質は、所定の屈折率の温度特性を有する活性媒質とこの
活性媒質の屈折率が有する温度の変化特性に対してほぼ
逆の温度の変化特性を有する非活性媒質とをレーザ光軸
方向に接続して配置した構成である固体レーザ装置であ
る。
レーザ媒質に励起光を照射して励起し、この固体レーザ
媒質の励起により発生する誘導光を共振させてレーザビ
ームを出力する固体レーザ装置において、固体レーザ媒
質は、所定の屈折率の温度特性を有する活性媒質とこの
活性媒質の屈折率が有する温度の変化特性に対してほぼ
逆の温度の変化特性を有する非活性媒質とをレーザ光軸
方向に接続して配置した構成である固体レーザ装置であ
る。
【００１６】請求項２によれば、請求項１記載の固体レ
ーザ装置において、固体レーザ媒質を複数個、レーザ光
軸上に沿って互いに隔離して直列に配置した。請求項３
によれば、請求項２記載の固体レーザ装置において、複
数の固体レーザ媒質のうちいずれか２つの固体レーザ媒
質の間のレーザ光軸上に旋光子を配置した。
ーザ装置において、固体レーザ媒質を複数個、レーザ光
軸上に沿って互いに隔離して直列に配置した。請求項３
によれば、請求項２記載の固体レーザ装置において、複
数の固体レーザ媒質のうちいずれか２つの固体レーザ媒
質の間のレーザ光軸上に旋光子を配置した。
【００１７】請求項４によれば、請求項１又は２記載の
固体レーザ装置において、固体レーザ媒質は、活性媒質
と非活性媒質とを複数個ずつ交互に拡散接着して配置し
た。請求項５によれば、請求項１又は２記載の固体レー
ザ装置において、活性媒質と非活性媒質との接着面は、
レーザ光軸に対して略垂直方向である。請求項６によれ
ば、請求項１又は２記載の固体レーザ装置において、活
性媒質と非活性媒質との各屈折率の差は、所定値以内で
ある。
固体レーザ装置において、固体レーザ媒質は、活性媒質
と非活性媒質とを複数個ずつ交互に拡散接着して配置し
た。請求項５によれば、請求項１又は２記載の固体レー
ザ装置において、活性媒質と非活性媒質との接着面は、
レーザ光軸に対して略垂直方向である。請求項６によれ
ば、請求項１又は２記載の固体レーザ装置において、活
性媒質と非活性媒質との各屈折率の差は、所定値以内で
ある。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は固体レーザ装置の
側面から見た構成図であり、図２は正面から見た構成図
である。
いて図面を参照して説明する。図１は固体レーザ装置の
側面から見た構成図であり、図２は正面から見た構成図
である。
【００１９】ベース板１０上には、所定間隔をおいて２
つの端板１１、１２が取り付けられている。これら端板
１１、１２の間には、固体レーザ媒質１３が保持されて
いる。
つの端板１１、１２が取り付けられている。これら端板
１１、１２の間には、固体レーザ媒質１３が保持されて
いる。
【００２０】この固体レーザ媒質１３は、後で詳記する
ように、所定の屈折率の温度特性を有する活性媒質１３
ａと、この活性媒質１３ａの屈折率の温度特性に対して
逆の温度特性を有する非活性媒質１３ｂとをレーザ光軸
方向に複数個交互に接着した構成となっている。
ように、所定の屈折率の温度特性を有する活性媒質１３
ａと、この活性媒質１３ａの屈折率の温度特性に対して
逆の温度特性を有する非活性媒質１３ｂとをレーザ光軸
方向に複数個交互に接着した構成となっている。
【００２１】この固体レーザ媒質１３の外周側には、フ
ローチューブ１４が設けられ、このフローチューブ１４
と固体レーザ媒質１３との間に冷却媒体１５が流れて、
固体レーザ媒質１３が冷却されるようになっている。
ローチューブ１４が設けられ、このフローチューブ１４
と固体レーザ媒質１３との間に冷却媒体１５が流れて、
固体レーザ媒質１３が冷却されるようになっている。
【００２２】又、２つの端板１１、１２の間には、固体
レーザ媒質１３を囲うように二重楕円体鏡１６が保持さ
れ、この二重楕円体鏡１６の一方の焦点位置に固体レー
ザ媒質１３が配置されている。
レーザ媒質１３を囲うように二重楕円体鏡１６が保持さ
れ、この二重楕円体鏡１６の一方の焦点位置に固体レー
ザ媒質１３が配置されている。
【００２３】この二重楕円体鏡１６の他方の焦点位置に
は、それぞれ励起ランプ１７、１８が各端板１１、１２
により保持され、これら励起ランプ１７、１８から放射
された励起光が二重楕円体鏡１６により固体レーザ媒体
１３に集光されるようになっている。
は、それぞれ励起ランプ１７、１８が各端板１１、１２
により保持され、これら励起ランプ１７、１８から放射
された励起光が二重楕円体鏡１６により固体レーザ媒体
１３に集光されるようになっている。
【００２４】この二重楕円体鏡１６は、その内面が金メ
ッキ等の施された鏡面、又は拡散反射面に形成されてい
る。又、ベース板１０上には、レーザ共振器を構成する
リアミラー１９、出力ミラー２０が取り付けられてい
る。
ッキ等の施された鏡面、又は拡散反射面に形成されてい
る。又、ベース板１０上には、レーザ共振器を構成する
リアミラー１９、出力ミラー２０が取り付けられてい
る。
【００２５】なお、図示しないが各励起ランプ１７、１
８に電力を供給する手段、冷却媒体１５を外部から循環
させる手段が備えられている。ここで、固体レーザ媒質
１３について、活性媒質中での熱レンズ効果について図
３に示す円筒状の固体レーザ媒質３０を例にとって説明
する。
８に電力を供給する手段、冷却媒体１５を外部から循環
させる手段が備えられている。ここで、固体レーザ媒質
１３について、活性媒質中での熱レンズ効果について図
３に示す円筒状の固体レーザ媒質３０を例にとって説明
する。
【００２６】この固体レーザ媒質３０の半径ｒo に比べ
て、固体レーザ媒質３０の長さｌが十分長い場合、励起
によって加熱された固体レーザ媒質３０は、例えばフロ
ーチューブに流れる冷却媒体と側面で接することにより
冷却される。
て、固体レーザ媒質３０の長さｌが十分長い場合、励起
によって加熱された固体レーザ媒質３０は、例えばフロ
ーチューブに流れる冷却媒体と側面で接することにより
冷却される。
【００２７】このため、固体レーザ媒質３０内の温度分
布は、図４の固体レーザ媒質３０中での半径方向での温
度分布図に示すように、側面表面が冷却媒体と同一温度
となって最も低く、固体レーザ媒質３０の半径方向に沿
って中心に近付くに従って高くなる特性を示す。
布は、図４の固体レーザ媒質３０中での半径方向での温
度分布図に示すように、側面表面が冷却媒体と同一温度
となって最も低く、固体レーザ媒質３０の半径方向に沿
って中心に近付くに従って高くなる特性を示す。
【００２８】一方、固体レーザ媒質３０の屈折率ｎは、
次式(1) で与えられる。 ｎ＝ｎo ＋（ｄｎo ／ｄＴ）・ΔＴ＋Ｂ・σ …(1) ここで、ｎo は熱影響がない場合の屈折率、（ｄｎo ／
ｄＴ）は屈折率の温度依存性、Ｂは光弾性係数、σは歪
みである。
次式(1) で与えられる。 ｎ＝ｎo ＋（ｄｎo ／ｄＴ）・ΔＴ＋Ｂ・σ …(1) ここで、ｎo は熱影響がない場合の屈折率、（ｄｎo ／
ｄＴ）は屈折率の温度依存性、Ｂは光弾性係数、σは歪
みである。
【００２９】この式(1) から分かるように固体レーザ媒
質３０の屈折率ｎは、温度に対する依存性を持っている
ことが分かる。この屈折率ｎの温度依存性（ｄｎo ／ｄ
Ｔ）は、固体レーザ媒質３０の組成により異なり、例え
ばレーザ媒質として良く知られているＮｄ−ＹＡＧでは
７．３×１０-6Ｋ-1、Ｎｄ−ガラス（ＬＧ−670 、Scho
tt社）では２．９×１０-6Ｋ-1である。
質３０の屈折率ｎは、温度に対する依存性を持っている
ことが分かる。この屈折率ｎの温度依存性（ｄｎo ／ｄ
Ｔ）は、固体レーザ媒質３０の組成により異なり、例え
ばレーザ媒質として良く知られているＮｄ−ＹＡＧでは
７．３×１０-6Ｋ-1、Ｎｄ−ガラス（ＬＧ−670 、Scho
tt社）では２．９×１０-6Ｋ-1である。
【００３０】このように屈折率ｎの温度依存性（ｄｎo
／ｄＴ）が正の場合、固体レーザ媒質３０の周辺部の屈
折率ｎが低く、中心部になるに従って屈折率ｎが高くな
る。一般に、光の進む速度は、屈折率が高い程遅くなる
ので、上記固体レーザ媒質３０では、屈折率ｎの温度依
存性（ｄｎo ／ｄＴ）が正の場合、凸レンズとして働
く。
／ｄＴ）が正の場合、固体レーザ媒質３０の周辺部の屈
折率ｎが低く、中心部になるに従って屈折率ｎが高くな
る。一般に、光の進む速度は、屈折率が高い程遅くなる
ので、上記固体レーザ媒質３０では、屈折率ｎの温度依
存性（ｄｎo ／ｄＴ）が正の場合、凸レンズとして働
く。
【００３１】反対に、上記固体レーザ媒質３０において
屈折率ｎの温度依存性（ｄｎo ／ｄＴ）が負の場合、凹
レンズとして働く。従って、上記固体レーザ媒質１３の
ように活性媒質１３ａと、この活性媒質１３ａの屈折率
の温度特性に対して逆の温度特性を有する非活性媒質１
３ｂとを複数個交互に接着して用いることにより、熱レ
ンズ効果が相殺されるものとなる。次に、この固体レー
ザ媒質１３の具体的な構造について説明する。固体レー
ザ媒質１３の熱レンズの焦点距離ｆは、
屈折率ｎの温度依存性（ｄｎo ／ｄＴ）が負の場合、凹
レンズとして働く。従って、上記固体レーザ媒質１３の
ように活性媒質１３ａと、この活性媒質１３ａの屈折率
の温度特性に対して逆の温度特性を有する非活性媒質１
３ｂとを複数個交互に接着して用いることにより、熱レ
ンズ効果が相殺されるものとなる。次に、この固体レー
ザ媒質１３の具体的な構造について説明する。固体レー
ザ媒質１３の熱レンズの焦点距離ｆは、
【００３２】
【数１】 により表される。
【００３３】ここで、Ｋは熱伝導率、Ａは固体レーザ媒
質の断面積、Ｐa は固体レーザ媒質への入熱量、αは線
膨脹係数、Ｃは光弾性係数、ｒo は半径、ｎo は屈折
率、Ｌは固体レーザ媒質の長さである。
質の断面積、Ｐa は固体レーザ媒質への入熱量、αは線
膨脹係数、Ｃは光弾性係数、ｒo は半径、ｎo は屈折
率、Ｌは固体レーザ媒質の長さである。
【００３４】上記式(2) において右辺の第一項は屈折率
の熱勾配による熱レンズ効果、第二項は光弾性効果によ
る熱レンズ効果、第三項は端面効果によるレンズ効果を
表している。一般的に、第一項の熱レンズ効果が支配的
な要因である。
の熱勾配による熱レンズ効果、第二項は光弾性効果によ
る熱レンズ効果、第三項は端面効果によるレンズ効果を
表している。一般的に、第一項の熱レンズ効果が支配的
な要因である。
【００３５】図５は固体レーザ媒質１３の拡大図であ
り、上記の通り活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとが
複数個交互に拡散接着されている。活性媒質１３ａとし
ては例えばＮｄドープのガラス（ＬＧ−670 、Schott
社）が用いられ、非活性媒質１３ｂとしては例えばガラ
ス（ＬＧ−760 、Schott社）が用いられている。
り、上記の通り活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとが
複数個交互に拡散接着されている。活性媒質１３ａとし
ては例えばＮｄドープのガラス（ＬＧ−670 、Schott
社）が用いられ、非活性媒質１３ｂとしては例えばガラ
ス（ＬＧ−760 、Schott社）が用いられている。
【００３６】この固体レーザ媒質１３の大きさは、例え
ば直径６ｍｍ、長さ４４０ｍｍに形成され、このうち活
性媒質１３ａとしては長さ５０ｍｍと１００ｍｍとを各
２個用い、非活性媒質１３ｂとしては長さ３０ｍｍのも
のを３個用い、これら長さの活性媒質１３ａと非活性媒
質１３ｂと交互に拡散接着した構造となっている。
ば直径６ｍｍ、長さ４４０ｍｍに形成され、このうち活
性媒質１３ａとしては長さ５０ｍｍと１００ｍｍとを各
２個用い、非活性媒質１３ｂとしては長さ３０ｍｍのも
のを３個用い、これら長さの活性媒質１３ａと非活性媒
質１３ｂと交互に拡散接着した構造となっている。
【００３７】なお、４個の活性媒質１３ａのうち長い２
個を中央部に配置し、短い２個を両端部に配置してい
る。図６は長さ１００ｍｍの活性媒質１３ａの熱レンズ
効果による焦点距離の入熱量依存性を示し、図７は長さ
３０ｍｍの非活性媒質１３ｂの熱レンズ効果による焦点
距離の入熱量依存性を示す。
個を中央部に配置し、短い２個を両端部に配置してい
る。図６は長さ１００ｍｍの活性媒質１３ａの熱レンズ
効果による焦点距離の入熱量依存性を示し、図７は長さ
３０ｍｍの非活性媒質１３ｂの熱レンズ効果による焦点
距離の入熱量依存性を示す。
【００３８】これら図６及び図７は固体レーザ媒質１３
中に一様に入熱されたと仮定した計算結果である。活性
媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとのレーザ光軸方向に沿
った長さの比は１０：３としたので、図６の縦軸の１０
００Ｗは図７の横軸の３００Ｗに相当する。
中に一様に入熱されたと仮定した計算結果である。活性
媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとのレーザ光軸方向に沿
った長さの比は１０：３としたので、図６の縦軸の１０
００Ｗは図７の横軸の３００Ｗに相当する。
【００３９】これら図から分かるように熱レンズ効果に
より、活性媒質１３ａへの入熱量が大きくなると焦点距
離が短くなり、非活性媒質１３ｂへの入熱量が大きくな
ると逆に焦点距離が長くなっている。
より、活性媒質１３ａへの入熱量が大きくなると焦点距
離が短くなり、非活性媒質１３ｂへの入熱量が大きくな
ると逆に焦点距離が長くなっている。
【００４０】従って、固体レーザ媒質１３は、図５に示
す通り活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとを複数個交
互に拡散接着することにより、固体レーザ媒質１３の熱
レンズ効果は、固体レーザ媒質１３への入熱によらず相
殺されるものとなる。
す通り活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとを複数個交
互に拡散接着することにより、固体レーザ媒質１３の熱
レンズ効果は、固体レーザ媒質１３への入熱によらず相
殺されるものとなる。
【００４１】一方、一般に屈折率の異なる媒質の境界で
は、次式(3) に示すようなフレネル反射ｒが発生する。 ｒ＝｛（ｎ1 −ｎ2 ）／（ｎ1 ＋ｎ2 ）｝2 …(3) ここで、ｎ1 は第１の媒質の屈折率、ｎ2 は第２の媒質
の屈折率である。
は、次式(3) に示すようなフレネル反射ｒが発生する。 ｒ＝｛（ｎ1 −ｎ2 ）／（ｎ1 ＋ｎ2 ）｝2 …(3) ここで、ｎ1 は第１の媒質の屈折率、ｎ2 は第２の媒質
の屈折率である。
【００４２】この式(3) から分かるように２つの媒質の
屈折率が同じであれば、フレネル反射ｒは発生しない。
なお、２つの媒質の屈折率が異なる場合には、フレネル
反射ｒが発生し、レーザ共振器内での損失となる。
屈折率が同じであれば、フレネル反射ｒは発生しない。
なお、２つの媒質の屈折率が異なる場合には、フレネル
反射ｒが発生し、レーザ共振器内での損失となる。
【００４３】この場合、媒質の界面がレーザ光軸に対し
て垂直であれば、フレネル反射したレーザビームＱ10を
レーザ共振器内に閉じ込めることが可能となり、損失を
軽減することが可能となる。
て垂直であれば、フレネル反射したレーザビームＱ10を
レーザ共振器内に閉じ込めることが可能となり、損失を
軽減することが可能となる。
【００４４】従って、固体レーザ媒質１３は、活性媒質
１３ａと非活性媒質１３ｂとの各屈折率が略同じである
ことが望ましく、かつ活性媒質１３ａと非活性媒質１３
ｂとの接着面（すなわち活性媒質１３ａと非活性媒質１
３ｂとの界面）がレーザ共振器のレーザ光軸に対して垂
直方向に形成されている。
１３ａと非活性媒質１３ｂとの各屈折率が略同じである
ことが望ましく、かつ活性媒質１３ａと非活性媒質１３
ｂとの接着面（すなわち活性媒質１３ａと非活性媒質１
３ｂとの界面）がレーザ共振器のレーザ光軸に対して垂
直方向に形成されている。
【００４５】これに対して、２つの媒質の屈折率が異な
る場合でも、その屈折率差が小さければ、損失を低く抑
えることができる。固体レーザ媒質１３では、例えば活
性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとの屈折率差が０．０
６であるため、フレネル反射は１面あたり０．０３５％
となり、大きな損失とならない。
る場合でも、その屈折率差が小さければ、損失を低く抑
えることができる。固体レーザ媒質１３では、例えば活
性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとの屈折率差が０．０
６であるため、フレネル反射は１面あたり０．０３５％
となり、大きな損失とならない。
【００４６】又、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂと
の屈折率差を０．４以内とすれば、フレネル反射を１．
５％以内に抑えることができ、レーザ発振への影響を低
減できる。
の屈折率差を０．４以内とすれば、フレネル反射を１．
５％以内に抑えることができ、レーザ発振への影響を低
減できる。
【００４７】従って、固体レーザ媒質１３では、活性媒
質１３ａと非活性媒質１３ｂとの屈折率差を０．４以内
とすることが望ましい。次に上記の如く構成された装置
の作用について説明する。
質１３ａと非活性媒質１３ｂとの屈折率差を０．４以内
とすることが望ましい。次に上記の如く構成された装置
の作用について説明する。
【００４８】各励起ランプ１７，１８から光が放射され
ると、この光は励起光として２重楕円体鏡１６により集
光されて固体レーザ媒体１３に照射される。このように
励起光が固体レーザ媒質１３に照射されると、この固体
レーザ媒質１は励起され、この励起により誘導光が発生
する。この誘導光は、リアミラー１９と出力ミラー２０
との間で共振し、出力ミラー２０からレーザビームＱ10
として出力される。
ると、この光は励起光として２重楕円体鏡１６により集
光されて固体レーザ媒体１３に照射される。このように
励起光が固体レーザ媒質１３に照射されると、この固体
レーザ媒質１は励起され、この励起により誘導光が発生
する。この誘導光は、リアミラー１９と出力ミラー２０
との間で共振し、出力ミラー２０からレーザビームＱ10
として出力される。
【００４９】このようなレーザ発振の作用のとき、固体
レーザ媒質１３の励起により熱が発生するが、この場
合、一方の活性媒質１３ａの入熱量が大きくなると、図
６に示すように焦点距離が短くなり、他方の非活性媒質
１３ｂの入熱量が大きくなると、図７に示すように逆に
焦点距離が長くなる。
レーザ媒質１３の励起により熱が発生するが、この場
合、一方の活性媒質１３ａの入熱量が大きくなると、図
６に示すように焦点距離が短くなり、他方の非活性媒質
１３ｂの入熱量が大きくなると、図７に示すように逆に
焦点距離が長くなる。
【００５０】従って、このように活性媒質１３ａと非活
性媒質１３ｂとが互いに反対の熱レンズ効果による焦点
距離の入熱量依存性を持っていることから、固体レーザ
媒質１３は、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとを複
数個交互に拡散接着しているので、熱レンズ効果は入熱
量によらず相殺される。
性媒質１３ｂとが互いに反対の熱レンズ効果による焦点
距離の入熱量依存性を持っていることから、固体レーザ
媒質１３は、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとを複
数個交互に拡散接着しているので、熱レンズ効果は入熱
量によらず相殺される。
【００５１】このように上記一実施の形態においては、
固体レーザ媒質１３を、所定の屈折率の温度特性を有す
る活性媒質１３ａとこの活性媒質の屈折率の温度特性に
対して逆の温度特性を有する非活性媒質１３ｂとをレー
ザ光軸方向に複数個交互に拡散接着する構成としたの
で、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとが互いに反対
の入熱量依存性によって熱レンズ効果を入熱量によらず
相殺でき、固体レーザ媒質１３中の熱レンズ効果を軽減
して、安定に、高出力で高品質にレーザビームＱ10を出
力できる。
固体レーザ媒質１３を、所定の屈折率の温度特性を有す
る活性媒質１３ａとこの活性媒質の屈折率の温度特性に
対して逆の温度特性を有する非活性媒質１３ｂとをレー
ザ光軸方向に複数個交互に拡散接着する構成としたの
で、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとが互いに反対
の入熱量依存性によって熱レンズ効果を入熱量によらず
相殺でき、固体レーザ媒質１３中の熱レンズ効果を軽減
して、安定に、高出力で高品質にレーザビームＱ10を出
力できる。
【００５２】そして、固体レーザ媒質１３への励起を行
っていない場合には、熱レンズ効果は発生しないので、
容易にレーザ共振器のレーザ光軸に対するアライメント
を行うことができる。
っていない場合には、熱レンズ効果は発生しないので、
容易にレーザ共振器のレーザ光軸に対するアライメント
を行うことができる。
【００５３】又、熱レンズの大きさは、励起による熱量
により変化する。そこで、固体レーザ媒質の熱レンズ効
果を補正する場合、励起の熱量によって固体レーザ媒質
を交換する必要があるが、上記固体レーザ媒質１３であ
れば、非活性媒質１３ｂによる熱レンズ効果を励起の熱
量によって変化できるので、広い範囲の励起強度におい
て、固体レーザ媒質１３を交換せずに同一の固体レーザ
媒質１３によって安定した動作を得ることができる。
により変化する。そこで、固体レーザ媒質の熱レンズ効
果を補正する場合、励起の熱量によって固体レーザ媒質
を交換する必要があるが、上記固体レーザ媒質１３であ
れば、非活性媒質１３ｂによる熱レンズ効果を励起の熱
量によって変化できるので、広い範囲の励起強度におい
て、固体レーザ媒質１３を交換せずに同一の固体レーザ
媒質１３によって安定した動作を得ることができる。
【００５４】又、固体レーザ媒質１３における活性媒質
１３ａと非活性媒質１３ｂとの各屈折率が略同じで、か
つ活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとの界面がレーザ
共振器のレーザ光軸に対して垂直方向に形成されている
ので、上記界面でレーザビームの反射があっても、レー
ザ共振器内にレーザビームを閉じ込めることができ、フ
レネル反射ｒの発生を抑え、レーザ共振器内での損失を
低減できる。
１３ａと非活性媒質１３ｂとの各屈折率が略同じで、か
つ活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとの界面がレーザ
共振器のレーザ光軸に対して垂直方向に形成されている
ので、上記界面でレーザビームの反射があっても、レー
ザ共振器内にレーザビームを閉じ込めることができ、フ
レネル反射ｒの発生を抑え、レーザ共振器内での損失を
低減できる。
【００５５】さらに、活性媒質１３ａと非活性媒質１３
ｂとの各屈折率が異なる場合でも、その屈折率差が小さ
ければ、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとの界面で
の反射による損失を低く抑えることができ、例えばその
屈折率差を０．４以内とすれば、フレネル反射を１．５
％以内に抑えることができ、レーザ発振への影響を低減
できる。
ｂとの各屈折率が異なる場合でも、その屈折率差が小さ
ければ、活性媒質１３ａと非活性媒質１３ｂとの界面で
の反射による損失を低く抑えることができ、例えばその
屈折率差を０．４以内とすれば、フレネル反射を１．５
％以内に抑えることができ、レーザ発振への影響を低減
できる。
【００５６】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、固
体レーザ媒質１３を励起する手段としては半導体レーザ
にしてもよく、この半導体レーザにすれば、励起ランプ
１７、１８を用いるに比べて、固体レーザ媒質１３への
入熱量を減少させることが可能となり、さらに高出力化
が可能となる。
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、固
体レーザ媒質１３を励起する手段としては半導体レーザ
にしてもよく、この半導体レーザにすれば、励起ランプ
１７、１８を用いるに比べて、固体レーザ媒質１３への
入熱量を減少させることが可能となり、さらに高出力化
が可能となる。
【００５７】又、図８に示すように複数の固体レーザ媒
質１３、すなわちｎ個の固体レーザ媒質１３−１〜１３
−ｋをレーザ光軸上に沿って互いに隔離して直列に配置
してもよい。なお、各固体レーザ媒質１３−１〜１３−
ｋごとに各励起ランプ１７−１〜１７−ｋ、１８−１〜
１８−ｋが配置され、かつこれら励起ランプ１７−１〜
１７−ｋ、１８−１〜１８−ｋから放射された励起光が
二重楕円体鏡１６で集光されて各固体レーザ媒質１３−
１〜１３−ｋに照射されることは上記一実施の形態と同
様の構成である。このような構成にすることにより、レ
ーザ出力の高出力化が図れる。
質１３、すなわちｎ個の固体レーザ媒質１３−１〜１３
−ｋをレーザ光軸上に沿って互いに隔離して直列に配置
してもよい。なお、各固体レーザ媒質１３−１〜１３−
ｋごとに各励起ランプ１７−１〜１７−ｋ、１８−１〜
１８−ｋが配置され、かつこれら励起ランプ１７−１〜
１７−ｋ、１８−１〜１８−ｋから放射された励起光が
二重楕円体鏡１６で集光されて各固体レーザ媒質１３−
１〜１３−ｋに照射されることは上記一実施の形態と同
様の構成である。このような構成にすることにより、レ
ーザ出力の高出力化が図れる。
【００５８】又、図９に示すように複数の固体レーザ媒
質１３−１〜１３−ｋをレーザ光軸上に沿って互いに隔
離して直列に配置し、このうちいずれか２つの固体レー
ザ媒質１３−１〜１３−ｋの間、例えば固体レーザ媒質
１３−１と１３−２との間のレーザ光軸上に、旋光子２
１を配置してもよい。
質１３−１〜１３−ｋをレーザ光軸上に沿って互いに隔
離して直列に配置し、このうちいずれか２つの固体レー
ザ媒質１３−１〜１３−ｋの間、例えば固体レーザ媒質
１３−１と１３−２との間のレーザ光軸上に、旋光子２
１を配置してもよい。
【００５９】この旋光子２１は、入射するレーザビーム
の偏光面を、このレーザビームが一度透過する毎に９０
度回転させる作用を持つもので、この旋光子２１を配置
することにより、固体レーザ媒質１３−１〜１３−ｋで
発生する熱複屈折の影響を軽減することが可能となり、
高出力化、高効率化が図れる。
の偏光面を、このレーザビームが一度透過する毎に９０
度回転させる作用を持つもので、この旋光子２１を配置
することにより、固体レーザ媒質１３−１〜１３−ｋで
発生する熱複屈折の影響を軽減することが可能となり、
高出力化、高効率化が図れる。
【００６０】
【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１〜
６によれば、固体レーザ媒質中の熱レンズ効果を軽減し
て、安定に、高出力で高品質にレーザビームを出力でき
る固体レーザ装置を提供できる。
６によれば、固体レーザ媒質中の熱レンズ効果を軽減し
て、安定に、高出力で高品質にレーザビームを出力でき
る固体レーザ装置を提供できる。
【００６１】又、本発明の請求項２によれば、複数の固
体レーザ媒質を直列に配列することにより、レーザ出力
の高出力化が図れる固体レーザ装置を提供できる。又、
本発明の請求項３によれば、偏光旋光子を配置すること
により、固体レーザ媒質で発生する熱複屈折の影響を軽
減することが可能となり、高出力化、高効率化が図れる
固体レーザ装置を提供できる。
体レーザ媒質を直列に配列することにより、レーザ出力
の高出力化が図れる固体レーザ装置を提供できる。又、
本発明の請求項３によれば、偏光旋光子を配置すること
により、固体レーザ媒質で発生する熱複屈折の影響を軽
減することが可能となり、高出力化、高効率化が図れる
固体レーザ装置を提供できる。
【００６２】又、本発明の請求項５によれば、活性媒質
と非活性媒質との接着面をレーザ光軸に対して略垂直方
向にすることにより、フレネル反射の発生を抑えてレー
ザ共振器内での損失を低減できる固体レーザ装置を提供
できる。
と非活性媒質との接着面をレーザ光軸に対して略垂直方
向にすることにより、フレネル反射の発生を抑えてレー
ザ共振器内での損失を低減できる固体レーザ装置を提供
できる。
【００６３】又、本発明の請求項６によれば、活性媒質
と非活性媒質との各屈折率の差を所定値以内にすること
により、フレネル反射を小さく抑えることができレーザ
発振への影響を低減できる固体レーザ装置を提供でき
る。
と非活性媒質との各屈折率の差を所定値以内にすること
により、フレネル反射を小さく抑えることができレーザ
発振への影響を低減できる固体レーザ装置を提供でき
る。
【図１】本発明に係わる固体レーザ装置の第１の実施の
形態を示す側面から見た構成図。
形態を示す側面から見た構成図。
【図２】同装置を正面から見た構成図。
【図３】円筒状の固体レーザ媒質の外観図。
【図４】固体レーザ媒質中での半径方向での温度分布を
示す図。
示す図。
【図５】固体レーザ媒質の具体的な構成図。
【図６】活性媒質の熱レンズ効果による焦点距離の入熱
量依存性を示す図。
量依存性を示す図。
【図７】非活性媒質の熱レンズ効果による焦点距離の入
熱量依存性を示す図。
熱量依存性を示す図。
【図８】複数の固体レーザ媒質を直列に配列した変形例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図９】偏光旋光子を配置した変形例を示す構成図。
【図１０】従来の固体レーザ装置の構成図。
１０…ベース板、 １１，１２…端板、 １３，１３−１〜１３−ｎ…固体レーザ媒質、 １３ａ…活性媒質、 １３ｂ…非活性媒質、 １４…フローチューブ、 １５…冷却媒体、 １６…２重楕円体鏡、 １７，１８…励起ランプ、 １９…リアミラー、 ２０…出力ミラー、 ２１…旋光子。
Claims (6)
- 【請求項１】 固体レーザ媒質に励起光を照射して励起
し、この固体レーザ媒質の励起により発生する誘導光を
共振させてレーザビームを出力する固体レーザ装置にお
いて、 前記固体レーザ媒質は、所定の屈折率の温度特性を有す
る活性媒質とこの活性媒質の屈折率が有する温度による
変化特性に対してほぼ逆の温度による変化特性を有する
非活性媒質とをレーザ光軸方向に接続して配置した構成
であることを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記固体レーザ媒質を複数個、前記レー
ザ光軸上に沿って互いに隔離して直列に配置したことを
特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。 - 【請求項３】 複数の前記固体レーザ媒質のうちいずれ
か２つの前記固体レーザ媒質の間のレーザ光軸上に旋光
子を配置したことを特徴とする請求項２記載の固体レー
ザ装置。 - 【請求項４】 前記固体レーザ媒質は、前記活性媒質と
前記非活性媒質とを複数個ずつ交互に拡散接着して配置
した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。 - 【請求項５】 前記活性媒質と前記非活性媒質との接着
面は、前記レーザ光軸に対して略垂直方向であることを
特徴とする請求項１又は２記載の固体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記活性媒質と前記非活性媒質との各屈
折率の差は、所定値以内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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9090819A JPH10284775A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9090819A JPH10284775A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284775A true JPH10284775A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=14009212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9090819A Pending JPH10284775A (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10284775A (ja) |
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-
1997
- 1997-04-09 JP JP9090819A patent/JPH10284775A/ja active Pending
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