JPH11163446A - 固体レーザロッド励起モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起
できず、また高ビーム品質のレーザ光が得られなかっ
た。 【解決手段】 拡散性反射筒４と、スタック型半導体レ
ーザ５と、半導体レーザ光集光手段６と、半導体レーザ
光集光手段６により集光された半導体レーザ光を、バー
状素子の積層方向と平行な方向の大きさを略保持して拡
散性反射筒４の内部に導入する半導体レーザ光導入手段
７と、半導体レーザ光導入手段７により導入された半導
体レーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段８と、半
導体レーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ
光の進行方向を固体レーザロッド２の方向から逸らす半
導体レーザ光方向変換手段９とを備える。

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、半導体レーザを
用いて固体レーザロッドを励起しレーザ光を得る固体レ
ーザロッド励起モジュールに関し、特にスタック型半導
体レーザを用いて固体レーザロッドを高パワーで高効率
に励起し高ビーム品質のレーザ光を得る固体レーザロッ
ド励起モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体レーザロッド励起モジュールは、半
導体レーザから出射されたレーザ光（以下、半導体レー
ザ光という場合もある）を固体レーザロッドに吸収させ
て固体レーザロッドを励起しレーザ光を得るものであ
る。このため、半導体レーザ光をいかに効率良く固体レ
ーザロッドに吸収させるかが固体レーザロッドの励起の
効率に影響を与える。

【０００３】一般に、半導体レーザのレーザ光の出射端
を固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数集積す
ることにより高出力化を図る側面励起方式の固体レーザ
ロッド励起モジュールにおいては、半導体レーザ光が固
体レーザロッドを単一通過する構成では、固体レーザロ
ッドの断面積が小さいため、固体レーザロッドの高効率
な励起ができない。このため、従来、半導体レーザ光
を、固体レーザロッドを取り囲んで配置された反射筒の
内部に導入して反射筒の内部に閉じ込めることで、固体
レーザロッドを複数回通過させて固体レーザロッドの高
効率な励起を行う方法が用いられている。

【０００４】この方法では、反射筒の内部での半導体レ
ーザ光の閉じ込めが高いとき、固体レーザロッドの励起
の効率が高くなるが、反射筒の内部での半導体レーザ光
の閉じ込めを高くするためには、反射筒に設けられた半
導体レーザ光導入口からの半導体レーザ光の逃げを小さ
くすること、すなわち半導体レーザ光導入口をできるだ
け小さくすることが必要となる。

【０００５】また、一般に、さらに高出力化を図るため
に、半導体レーザとしてスタック型半導体レーザを用い
る。スタック型半導体レーザは、レーザ光の出射端を固
体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数集積して構
成されたバー状素子を、固体レーザロッドの軸方向と垂
直な方向に複数積層して構成されるものである。

【０００６】ただし、スタック型半導体レーザを用いる
場合には、各バー状素子から出射されたレーザ光を、反
射筒に設けられた半導体レーザ光導入口から反射筒の内
部に導入することができるように集光することが困難で
ある。このため、固体レーザロッドの高効率な励起はこ
れまで実現されていない。また、固体レーザロッドを励
起し高ビーム品質のレーザ光を得るためには、固体レー
ザロッドの励起時に固体レーザロッド内に発生する熱に
よる固体レーザロッド自身の波面収差を低く抑える必要
がある。このため、固体レーザロッドに半導体レーザ光
をできるだけ均一に照射し、固体レーザロッド内での半
導体レーザ光の強度分布を軸対称で均一なものとし、固
体レーザロッド内での温度分布を２次の軸対称分布とす
ることで、固体レーザロッドを波面収差のない理想的な
グレーディッド・リフラクティブインデックス・レンズ
とすることが望ましい。

【０００７】しかし、従来の固体レーザロッド励起モジ
ュールでは、半導体レーザ光導入口から導入された半導
体レーザ光が最初に固体レーザロッドに入射する部分の
半導体レーザ光の強度が高いため、固体レーザロッド内
での温度分布が２次の軸対称分布となり難い。このた
め、従来の固体レーザロッド励起モジュールにおいて、
低ビーム品質のレーザ光として平均パワーが１ｋＷ程度
のものが実現されているが、高ビーム品質のレーザ光と
して平均パワーが１００Ｗ程度のものしか実現されてい
ない。

【０００８】従来例１．図１３は、例えば、文献１
「Ｓ．Ｆｕｊｉｋａｗａ ｅｔ ａｌ．， ｉｎｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ
Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ’９７， ｐ２
９６， １９９７」に示された従来例１の固体レーザロ
ッド励起モジュールの構成を示す断面図である。図１３
において、１０１は固体レーザロッド励起モジュール、
１０２は固体レーザロッド、１０３は固体レーザロッド
１０２と略同軸に固体レーザロッド１０２を取り囲んで
配置された、固体レーザロッド１０２を冷却するための
冷却液を閉じ込める、半導体レーザ光に対して透明な筒
状のクーリングスリーブ、１０４は固体レーザロッド１
０２と略同軸に固体レーザロッド１０２およびクーリン
グスリーブ１０３を取り囲んで配置された、半導体レー
ザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に対して拡散
性の筒状の拡散性反射筒、１０５はレーザ光の出射端を
固体レーザロッド１０２の軸方向と平行な方向に複数集
積して構成された半導体レーザ、１０７は拡散性反射筒
１０４に設けられた、半導体レーザ１０５から出射され
たレーザ光を拡散性反射筒１０４の内部に固体レーザロ
ッド１０２に向けて導入する、薄板ガラスから成る半導
体レーザ光導入手段である。

【０００９】次に動作について説明する。半導体レーザ
１０５から出射されたレーザ光は半導体レーザ光導入手
段１０７としての薄板ガラスの上下面で全反射しながら
拡散性反射筒１０４の内部に固体レーザロッド１０２に
向けて導入される。拡散性反射筒１０４の内部に導入さ
れた半導体レーザ光は、固体レーザロッド１０２に入射
し、一部吸収される。固体レーザロッド１０２を透過し
た残りの半導体レーザ光は拡散性反射筒１０４により拡
散反射され、拡散性反射筒１０４の内部で均一に分布さ
れる。図１３には、この様子が破線で示す矢印により示
されている。均一に分布された半導体レーザ光は固体レ
ーザロッド１０２を均一に照射する。固体レーザロッド
１０２内で発生した熱は、クーリングスリーブ１０３に
閉じ込められた冷却液により固体レーザロッド１０２の
外周から排除される。

【００１０】この従来例１の固体レーザロッド励起モジ
ュール１０１では、薄板ガラスから成る半導体レーザ光
導入手段１０７の、拡散性反射筒１０４の内面に位置す
る部分の面積が小さいため、半導体レーザ光導入手段１
０７からの半導体レーザ光の逃げが小さく、固体レーザ
ロッド１０２の高効率な励起が行われる。

【００１１】従来例２．図１４は、例えば、文献２
「Ｈ．Ｂｒｕｅｓｓｅｌｂａｃｋ ｅｔ ａｌ．，ｉｎ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ’９
７， ｐ２８５， １９９７」に示された従来例２の固
体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図であ
る。図１４において、１１１は固体レーザロッド励起モ
ジュール、１１２は固体レーザロッド、１１３は固体レ
ーザロッド１１２と略同軸に固体レーザロッド１１２を
取り囲んで配置された、固体レーザロッド１１２を冷却
するための冷却液を閉じ込める、半導体レーザ光に対し
て透明な筒状のクーリングスリーブ、１１４は固体レー
ザロッド１１２と略同軸に固体レーザロッド１１２およ
びクーリングスリーブ１１３を取り囲んで配置された、
半導体レーザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に
対して鏡面反射性の筒状の鏡面反射性反射筒、１１５は
レーザ光の出射端を固体レーザロッド１１２の軸方向と
平行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、固
体レーザロッド１１２の軸方向と垂直な方向に複数積層
して構成されたスタック型半導体レーザ、１１５−１〜
１１５−５はスタック型半導体レーザ１１５を構成する
バー状素子、１１６はスタック型半導体レーザ１１５か
ら出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手
段、１１６−１〜１１６−５はスタック型半導体レーザ
１１５を構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、
対向するバー状素子から略焦点距離だけ離れた位置に配
置された、対向するバー状素子から出射されたレーザ光
を平行化するシリンドリカルレンズ、１１６ａは５個の
シリンドリカルレンズ１１６−１〜１１６−５を５個の
バー状素子１１５−１〜１１５−５の積層間隔と同じ間
隔で５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層方
向と平行な方向に集積して構成されたシルンドリカルレ
ンズアレー、１１６ｂは各シリンドリカルレンズ１１６
−１〜１１６−５により平行化された半導体レーザ光を
５個のバー状素子１１５−１〜１１５−５の積層方向と
平行な方向に集光する集光レンズレット、１１７は鏡面
反射性反射筒１１４に設けられた、半導体レーザ光集光
手段１１６により集光された半導体レーザ光を鏡面反射
性反射筒１１４の内部に導入する半導体レーザ光導入手
段である。鏡面反射性反射筒１１４はクーリングスリー
ブ１１３の外周面に施された高反射コーティング膜によ
り構成され、半導体レーザ光導入手段１１７はクーリン
グスリーブ１１３の外周面にスリット状に施された減反
射コーティング膜により構成されている。すなわち、ク
ーリングスリーブ１１３の外周面は鏡面反射性反射筒１
１４としての高反射コーティング膜と、半導体レーザ光
導入手段１１７としてのスリット状の減反射コーティン
グ膜とで覆われている。

【００１２】次に動作について説明する。各バー状素子
１１５−１〜１１５−５から出射されたレーザ光は対向
するシリンドリカルレンズにより平行化される。各バー
状素子１１５−１〜１１５−５から出射されたレーザ光
は固体レーザロッド１１２の軸方向と平行な方向に１０
°程度の広がり角度を持ち、固体レーザロッド１１２の
軸方向と垂直な方向に３０°程度の広がり角度を持って
いる。平行化された半導体レーザ光は集光レンズレット
１１６ｂにより線上に集光される。集光された半導体レ
ーザ光は集光位置近傍に位置する減反射コーティング膜
により構成される半導体レーザ光導入手段１１７から鏡
面反射性反射筒１１４の内部に導入される。鏡面反射性
反射筒１１４の内部に導入された半導体レーザ光は、固
体レーザロッド１１２に入射し、一部吸収される。固体
レーザロッド１１２に吸収されなかった半導体レーザ光
は、高反射コーティング膜から成る鏡面反射性反射筒１
１４により反射され、再び固体レーザロッド１１２に入
射し、吸収される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の固体レーザ
ロッド励起モジュールは以上のように構成されているの
で、レーザ光の出射端を固体レーザロッド１０２の軸方
向と平行な方向に複数集積して構成された半導体レーザ
１０５では、固体レーザロッド１０２を高いパワーで励
起できず、高出力化には不向きであるという課題があっ
た。

【００１４】また、薄板ガラスから成る半導体レーザ光
導入手段１０７により拡散性反射筒１０４の内部に導入
された半導体レーザ光は、最初に固体レーザロッド１０
２に入射する。このため、固体レーザロッド１０２の吸
収率が高くなると、半導体レーザ光が固体レーザロッド
１０２に最初に入射するときの半導体レーザ光の強度
が、拡散性反射筒１０４により拡散反射された半導体レ
ーザ光の強度より高くなり、固体レーザロッド１０２内
での半導体レーザ光の強度分布が半導体レーザ光導入手
段１０７側で高く固体レーザロッド１０２内での半導体
レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものではなくな
り、半導体レーザロッド１０２内での温度分布が２次の
軸対称分布からずれ、固体レーザロッド１０２は波面収
差を持ったグレーディッド・リフラクティブインデック
ス・レンズとなるという課題があった。

【００１５】また、従来例２の固体レーザロッド励起モ
ジュールは以上のように構成されているので、半導体レ
ーザ光導入手段１１７から鏡面反射性反射筒１１４の内
部に導入された半導体レーザ光のうち、図１５に示すよ
うに、固体レーザロッド１１２に入射しない半導体レー
ザ光は、鏡面反射性反射筒１１４で複数回反射しても幾
何学的に固体レーザロッド１１２に入射しない。図１５
には、この様子が実線で示す矢印により示されている。
このため、固体レーザロッド１１２での半導体レーザ光
の高効率な吸収を図るために、集光レンズレット１１６
ｂでの集光角度が半導体レーザ光導入手段１１７から固
体レーザロッド１１２を見込む角度に収まるように集光
レンズレット１１６ｂの焦点距離を調整することが必要
となる。その結果、集光レンズレット１１６ｂの焦点距
離により一意に決定される、集光レンズレット１１６ｂ
により線上に集光された半導体レーザ光の、５個のバー
状素子１１５−１〜１１５−５の積層方向と平行な方向
の大きさ（以下、半導体レーザ光の集光点の大きさとい
う場合もある）は、集光レンズレット１１６ｂを用いて
得られる最小の大きさとならず、半導体レーザ光導入手
段１１７の大きさが大きくなり、鏡面反射性反射筒１１
４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下する
という課題があった。なお、半導体レーザ光の集光点の
大きさは、理想的には各レーザ光の出射端の大きさをｄ
１とし、各シリンドリカルレンズ１１６−１〜１１６−
５の焦点距離をｆ１とし、集光レンズレット１１６ｂの
焦点距離をｆ２としたとき、ｄ１×ｆ２／ｆ１となる
が、実際には、５個のバー状素子１１５−１〜１１５−
５の積層間隔のばらつき、シリンドリカルレンズアレー
１１６ａを構成する５個のシリンドリカルレンズ１１６
−１〜１１６−５のピッチ誤差、５個のバー状素子１１
５−１〜１１５−５およびシリンドリカルレンズアレー
１１６ａの設置誤差などにより、さらに大きくなる。

【００１６】一方、鏡面反射性反射筒１１４の内部での
半導体レーザ光の閉じ込め性能を上げるため、半導体レ
ーザ光導入手段１１７の大きさを小さくすると、半導体
レーザ光の集光点の大きさが、半導体レーザ光導入手段
１１７の大きさより大きくなる。このため、鏡面反射性
反射筒１１４の内部に導入される半導体レーザ光の割合
が小さくなり、固体レーザロッド１１２での半導体レー
ザ光の高効率な吸収を図ることができないという課題が
あった。従来例２の場合、シリンドリカルレンズアレー
１１６ａを透過した半導体レーザ光のうち、固体レーザ
ロッド１１２に吸収される半導体レーザ光は２６％と非
常に低い値であった。

【００１７】また、半導体レーザ光導入手段１１７から
鏡面反射性反射筒１１４の内部に導入された半導体レー
ザ光は、最初に固体レーザロッド１１２に入射する。こ
のため、固体レーザロッド１１２の吸収率が高くなる
と、半導体レーザ光が固体レーザロッド１１２に最初に
入射するときの半導体レーザ光の強度が、鏡面反射性反
射筒１１４により反射された半導体レーザ光の強度より
高くなり、固体レーザロッド１１２内での半導体レーザ
光の強度分布が半導体レーザ光導入手段１１７側で高く
固体レーザロッド１１２内での半導体レーザ光の強度分
布が軸対称で均一なものではなくなり、半導体レーザロ
ッド１１２内での温度分布が２次の軸対称分布からず
れ、固体レーザロッド１１２は波面収差を持ったグレー
ディッド・リフラクティブインデックス・レンズとなる
という課題があった

【００１８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、固体レーザロッドを高パワーで高
効率に励起し高ビーム品質のレーザ光が得られる固体レ
ーザロッド励起モジュールを得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る固体レー
ザロッド励起モジュールは、固体レーザロッドと、クー
リングスリーブと、拡散性反射筒と、スタック型半導体
レーザと、半導体レーザ光集光手段と、拡散性反射筒に
設けられた、半導体レーザ光集光手段により集光された
レーザ光を、バー状素子の積層方向と平行な方向の大き
さを略保持して拡散性反射筒の内部に固体レーザロッド
に向けて導入する半導体レーザ光導入手段と、半導体レ
ーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に設けられ
た、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光
を拡散する半導体レーザ光拡散手段および半導体レーザ
光導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を固体
レーザロッドの方向から逸らす半導体レーザ光方向変換
手段の少なくとも一方とを備えたものである。

【００２０】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、固体レーザロッドと、クーリングスリーブ
と、鏡面反射性反射筒と、スタック型半導体レーザと、
半導体レーザ光集光手段と、鏡面反射性反射筒に設けら
れた、上記半導体レーザ光集光手段により集光されたレ
ーザ光を、鏡面反射性反射筒の内部に導入する半導体レ
ーザ光導入手段と、半導体レーザ光導入手段と固体レー
ザロッドとの間に設けらた、半導体レーザ光導入手段に
より導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散
手段とを備えたものである。

【００２１】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間
隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複
数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、
バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非
球面レンズとを備えた半導体レーザ光集光手段を備え、
シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカ
ルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞ
れ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子から
各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に
配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレ
ーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レ
ーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ離れ
た位置に配置されたものである。

【００２２】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、シリンドリカルレンズアレーを通過したレー
ザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとし
たとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であ
る半導体レーザ光集光手段を備えたものである。

【００２３】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、シリンドリカルレンズアレーと非球面レンズ
とが一体的に形成された非球面合成レンズを備えた半導
体レーザ光集光手段を備えたものである。

【００２４】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、拡散性反射筒に形成されたスリットと、スリ
ット内に配置された六面体形のスラブ導波路と、スラブ
導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端面お
よびレーザ光が出射する第２の端面以外の４端面とスリ
ットとの空隙に設けられた、スラブ導波路より屈折率の
小さい接着材層とを備えた半導体レーザ光導入手段を備
えたものである。

【００２５】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、第１の端面の面積より第２の端面の面積が小
さい半導体レーザ光導入手段を備えたものである。

【００２６】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、スリガラス状に荒らされた、クーリングスリ
ーブの表面から構成された半導体レーザ光拡散手段を備
えたものである。

【００２７】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、気泡を内包するクーリングスリーブから構成
された半導体レーザ光拡散手段を備えたものである。

【００２８】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、クーリングスリーブがサファイヤから成るも
のである。

【００２９】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、スラブ導波路の長手方向に対して非垂直な該
スラブ導波路の第２の端面から構成された半導体レーザ
光方向変換手段を備えたものである。

【００３０】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、スタック型半導体レーザと、半導体レーザ光
集光手段と、半導体レーザ光導入手段と、半導体レーザ
光拡散手段および半導体レーザ光方向変換手段の少なく
とも一方とを備えた半導体レーザ光照射手段を、固体レ
ーザロッドの周囲に複数配置したものである。

【００３１】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、スタック型半導体レーザと、半導体レーザ光
集光手段と、半導体レーザ光導入手段と、半導体レーザ
光拡散手段とを備えた半導体レーザ光照射手段を、固体
レーザロッドの周囲に複数配置したものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による固
体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図であ
る。図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った断面
図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）中のＡ部分の拡大図、図１
（Ｄ）は図１（Ａ）中のＢ部分の拡大図である。図１
（Ａ）〜（Ｄ）において、１は固体レーザロッド励起モ
ジュール、２は固体レーザロッド、３は固体レーザロッ
ド２と略同軸に固体レーザロッド２を取り囲んで配置さ
れた、固体レーザロッド２を冷却するための冷却液を閉
じ込める、半導体レーザ光に対して透明な筒状のクーリ
ングスリーブ、４は固体レーザロッド２と略同軸に固体
レーザロッド２およびクーリングスリーブ３を取り囲ん
で配置された、半導体レーザ光を反射し閉じ込める、半
導体レーザ光に対して拡散性の筒状の拡散性反射筒、５
はレーザ光の出射端を固体レーザロッド２の軸方向と平
行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、固体
レーザロッド２の軸方向と垂直な方向に複数積層して構
成されたスタック型半導体レーザ、５−１〜５−５はス
タック型半導体レーザ５を構成するバー状素子、６はス
タック型半導体レーザ５から出射されたレーザ光を集光
する半導体レーザ光集光手段、６−１〜６−５はスタッ
ク型半導体レーザ５を構成するそれぞれ異なるバー状素
子と対向し、対向するバー状素子から略焦点距離だけ離
れた位置に配置された、対向するバー状素子から出射さ
れたレーザ光を平行化するシリンドリカルレンズ、６ａ
は５個のシリンドリカルレンズ６−１〜６−５を５個の
バー状素子５−１〜５−５の積層間隔と同じ間隔で５個
のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に
集積して構成されたシリンドリカルレンズアレー、６ｂ
はシリンドリカルレンズアレー６ａと半導体レーザ光導
入手段との間であって、半導体レーザ光導入手段から焦
点距離だけ離れた位置に配置された、５個のバー状素子
５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に屈折率を有す
る、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５により平行
化された半導体レーザ光を５個のバー状素子５−１〜５
−５の積層方向と平行な方向に集光する非球面レンズ、
７は拡散性反射筒４に設けられた、半導体レーザ光集光
手段６により集光された半導体レーザ光を、５個のバー
状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさ
を略保持して拡散性反射筒４の内部に固体レーザロッド
２に向けて導入する半導体レーザ光導入手段、８は半導
体レーザ光導入手段７と固体レーザロッド２との間に設
けられた、半導体レーザ光導入手段７により導入された
半導体レーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段、９
は半導体レーザ光導入手段７により導入された半導体レ
ーザ光の進行方向を固体レーザロッド２の方向から逸ら
す半導体レーザ光方向変換手段である。図１（Ａ）にお
いて、矢印Ｘは固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方
向を示し、図１（Ｂ）において、矢印Ｙは固体レーザロ
ッド２の軸方向と平行な方向を示している。図１（Ｂ）
には、冷却液が流れる様子が示されている。

【００３３】なお、図１には、バー状素子およびシリン
ドリカルレンズをそれぞれ５個備えている場合が示され
ているが、５個以上備えている場合もある。また、図１
には、スタック型半導体レーザ５、半導体レーザ光集光
手段６、半導体レーザ光導入手段７をそれぞれ１個備え
ている場合について説明したが、固体レーザロッドの軸
方向に同一の構成要素が複数備えている場合もある。

【００３４】以下、半導体レーザ光集光手段６、半導体
レーザ光導入手段７、半導体レーザ光拡散手段８および
半導体レーザ光方向変換手段９について詳細に説明した
後、固体レーザロッド励起モジュール１の動作について
説明する。

【００３５】１．半導体レーザ光集光手段 半導体レーザ光集光手段６は、高出力化を図るために、
スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光
するものである。また、半導体レーザ光導入手段７の大
きさを小さくすることにより半導体レーザ光導入手段７
からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザロ
ッド２の高効率な励起を図るために、半導体レーザ光の
集光点の大きさを小さくするものである。

【００３６】このため、実施の形態１では、半導体レー
ザ光集光手段６を、シリンドリカルレンズアレー６ａと
非球面レンズ６ｂとから構成している。シリンドリカル
レンズアレー６ａは、５個のシリンドリカルレンズ６−
１〜６−５をＮ個のバー状素子５−１〜５−５の積層間
隔と同じ間隔で５個のバー状素子５−１〜５−５の積層
方向と平行な方向に集積して構成している。各シリンド
リカルレンズ６−１〜６−５を、スタック型半導体レー
ザ５を構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向させ、
対向するバー状素子から各シリンドリカルレンズ６−１
〜６−ｎの略焦点距離だけ離れた位置に配置している。
非球面レンズ６ｂを、５個のバー状素子５−１〜５−５
の積層方向と平行な方向に屈折力を有し、シリンドリカ
ルレンズアレー６ａと半導体レーザ光導入手段７との間
であって、半導体レーザ光導入手段７から非球面レンズ
６ｂの焦点距離だけ離れた位置に配置している。

【００３７】このように半導体レーザ光集光手段６を構
成した場合、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５に
より、対向するバー状素子から出射されたレーザ光は平
行化される。各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５に
より平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂに
より５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行
な方向に線上に集光される。非球面レンズ６ｂにより線
上に集光された半導体レーザ光の、５個のバー状素子５
−１〜５−５の積層方向と平行な方向の大きさ（すなわ
ち、集光点の大きさ）は、理想的には各レーザ光の出射
端の大きさをｄ２とし、各シリンドリカルレンズ６−１
〜６−５の焦点距離をｆ３とし、非球面レンズ６ｂの焦
点距離をｆとしたとき、ｄ２×ｆ／ｆ３となり、例えば
数μｍと非常に小さい。

【００３８】この場合、シリンドリカルレンズアレー６
ａを通過した半導体レーザ光の５個のバー状素子５−１
〜５−５の積層方向と平行な方向の幅は、例えば１０〜
２０μｍと大きく、集光レンズでの集光角度が大きくな
るため、球面収差が生じ集光点の大きさが大きくなる
が、集光レンズとして非球面レンズ６ｂを用いることに
より球面収差が低く抑えられ、集光点の大きさが小さく
抑えられている。

【００３９】また、この場合、５個のバー状素子５−１
〜５−５のいずれかが所定の設置位置からずれると、所
定の設置位置からずれたバー状素子から出射されたレー
ザ光が対向するシリンドリカルレンズにより平行化され
たとき、平行化された半導体レーザ光に所定の方向から
の角度ずれが生じる。例えば、図２には、バー状素子５
−１が所定の設置位置からΔｐだけずれ（５個のバー状
素子５−１〜５−５の所定の積層間隔がｐであるのに、
バー状素子５−１と隣接するバー状素子５−２との間隔
がｐ＋Δｐであるとき）、対向するシリンドリカルレン
ズ６−１により平行化された半導体レーザ光が所定の方
向から角度ずれθ（単位：ラジアン）が生じている場合
を示している。このとき、角度ずれθ１が生じている平
行化された半導体レーザ光の非球面レンズ６ｂによる集
光位置は、所定の集光位置０１から５個のバー状素子５
−１〜５−ｎの積層方向と平行な方向にｆ×θ（１ｆは
非球面レンズ６ｂの焦点距離）だけずれる。

【００４０】所定の集光位置０１からのずれを小さくし
集光点の大きさを小さくするためには、非球面レンズ６
ｂの焦点距離ｆを小さくすればよいが、焦点距離ｆを小
さくするに従い、非球面レンズ６ｂの中心位置から離れ
た位置を通過する半導体レーザ光にコマ収差が生じ集光
点の大きさが大きくなる。図３はシリンドリカルレンズ
アレー６ａを通過した半導体レーザ光の５個のバー状素
子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の幅Ｌで規格
化した非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆを横軸とし、５個
のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に
±θ１の広がり角度を持つシリンドリカルレンズアレー
６ａを通過した半導体レーザ光が非球面レンズ６ｂによ
り線上に集光されたときの集光点の大きさを縦軸として
示したグラフ図である。図３は非球面レンズ６ｂの非球
面形状を各焦点距離における集光点の大きさが最小にな
るように計算した結果である。図３において、曲線ａは
コマ収差が生じる場合であり、曲線ｂはコマ収差が生じ
ない場合である。図３に示すように、コマ収差が生じな
い場合には、焦点距離が小さくなるに従い、集光点の大
きさは小さくなる。一方、コマ収差が生じる場合には幅
Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆが０．７
のとき最小となり、０．５より小さくなると極端に大き
くなる。従って、幅Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの
焦点距離ｆが０．５以上であるとき、すなわち、非球面
レンズの焦点距離ｆは０．５×Ｌ以上であるとき、集光
点の大きさが小さくなるために望ましい。

【００４１】なお、シリンドリカルレンズアレー６ａと
非球面レンズ６ｂとの間に、図１（Ａ）に示したＩ−Ｉ
線を回転軸とした、所定の設置位置からの角度ずれが生
じた場合、固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向に
所定の間隔だけ離れた２点において、５個のバー状素子
５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に、半導体レー
ザ光の非球面レンズ６ｂによる集光位置のずれが生じ、
集光点の大きさが大きくなる。例えば、１°の角度ずれ
が生じた場合、１０ｍｍ離れた２点において、集光位置
のずれが１７０μｍとなる。従って、図４に示すよう
に、シリンドリカルレンズアレーと非球面レンズとを一
体的に形成した非球面合成レンズ６ｃを用いた場合、角
度ずれを０．１°以下に抑えることができ、集光位置の
ずれが小さくなり集光点の大きさが小さくなるために望
ましい。

【００４２】また、レーザ光の出射端の集積方向と平行
な方向にも屈折力を有する非球面レンズを用いた場合に
は、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５により平行
化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂにより５個
のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に
線上に集光されるとともに、レーザ光の出射端の集積方
向と平行な方向にも集光される。従って、レーザ光の出
射端の集積方向と平行な方向にも屈折力を有する非球面
レンズを用いた場合には、半導体レーザ光導入手段７の
大きさを小さくすることにより半導体レーザ光導入手段
７からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザ
ロッド２の高効率な励起をより図ることができるために
望ましい。

【００４３】２．半導体レーザ光導入手段 半導体レーザ光導入手段７は、固体レーザロッド２の高
効率な励起を図るために、導体レーザ光集光手段６によ
り集光された半導体レーザ光を、Ｎ個のバー状素子５−
１〜５−Ｎの積層方向と平行な方向の大きさを略保持し
て拡散性反射筒４の内部に固体レーザロッド２に向けて
導入するものである。

【００４４】このため、図５に示すように、実施の形態
１では、半導体レーザ光導入手段７を、拡散性反射筒４
に形成されたスリット１１と、スリット１１内に配置さ
れた六面体形のスラブ導波路１２と、スラブ導波路１２
の６端面のうち半導体レーザ光が入射する第１の端面１
２ａおよび半導体レーザ光が出射する第２の端面１２ｂ
以外の４端面とスリット１１との空隙に設けられた、ス
ラブ導波路１２より屈折率の小さい、光学接着材から成
る接着材層１３とから構成することにより構成を簡略化
している。図５（Ｂ）は図５（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿っ
た断面図である。

【００４５】このように半導体レーザ光導入手段７を構
成した場合、集光位置０２において線上に集光された半
導体レーザ光は、第１の端面１２ａからスラブ導波路１
２に入射する。スラブ導波路１２に入射した半導体レー
ザ光は、スラブ導波路１２より屈折率の小さい接着材層
１３と接触している、スラブ導波路１２の端面で全反射
を繰り返し、第２の端面１２ｂから出射し、拡散性反射
筒４の内部に導入される。図５には、この様子が矢印に
より示されている。

【００４６】また、この場合、図６に示すように、スラ
ブ導波路１２の第１の端面１２ａの面積より第２の端面
１２ｂの面積が小さければ、半導体レーザ光導入手段７
からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザロ
ッド２の高効率な励起を図ることができるため望まし
い。ただし、第１の端面１２ａの面積より第２の端面１
２ｂの面積を小さくし過ぎると、スラブ導波路１２の端
面への半導体レーザ光の入射角度が小さくなり、全反射
条件を満たさなくなる恐れがあるため、これを考慮して
第１，第２の端面１２ａ，１２ｂの大きさを設定する必
要がある。また、スラブ導波路１２の屈折率をできるだ
け大きくして、全反射条件の臨界角をできるだけ小さく
することが望ましい。図６（Ｂ）は図６（Ａ）中のＩ−
Ｉ線に沿った断面図である。

【００４７】なお、非球面レンズ６ｂにより線上に集光
される半導体レーザ光の、５個のバー状素子５−１〜５
−５の積層方向と平行な方向の大きさは、非球面レンズ
６ｂによる集光位置で最小となるが、その前後で大きく
なる。また、拡散性反射筒４を形成する材料として一般
的に用いられるセラミックス材料やポリマー材料により
拡散性反射筒４を形成する場合には、反射率が拡散性反
射筒４の厚さに大きく依存し、例えば、セラミックス材
料により、反射率９８％以上の拡散性反射筒４を形成す
る場合には、拡散性反射筒４の厚さを１０ｍｍ程度にす
る必要がある。このため、図７に示すように、半導体レ
ーザ光導入手段７を、拡散性反射筒４に形成されたスリ
ット１１のみで構成する場合には、スリット１１の５個
のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の
大きさを大きくしなければならない。例えば、拡散性反
射筒４の厚さが１０ｍｍ、シリンドリカルレンズアレー
６ａを通過した半導体レーザ光の５個のバー状素子５−
１〜５−５の積層方向と平行な幅Ｌが１０μｍ、非球面
レンズ６ｂの焦点距離が７μｍのとき、非球面レンズ６
ｂによる集光位置の前後での半導体レーザ光の広がり角
度が７０°程度となり、スロット１１両端での半導体レ
ーザ光の、５個のバー状素子５−１〜５−５の積層方向
と平行な方向の大きさは７ｍｍとなる。従って、拡散反
射性反射筒４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能
が低下する。

【００４８】３．半導体レーザ光拡散手段および半導体
レーザ光方向変換手段 半導体レーザ光拡散手段８は、固体レーザロッド２内で
の半導体レーザ光の強度分布を均一にすることにより半
導体レーザロッド２内での温度分布を２次の軸対称にし
て高ビーム品質のレーザ光を得るために、半導体レーザ
光導入手段７と固体レーザロッド２との間で、半導体レ
ーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ光を拡
散するものである。

【００４９】このため、実施の形態１では、半導体レー
ザ光拡散手段８を、スリガラス状に荒らされたクーリン
グスリーブ３の内面から構成していている。半導体レー
ザ光拡散手段８は、スリガラス状の透明材料を固体レー
ザロッド２を囲んで配置することにより構成することが
できるが、クーリングスリーブ３の内面をグランドラフ
としスリガラス状に荒らすことにより構成を簡略化して
いる。グランドラフの表面粗度は、クーリングスリーブ
３の屈折率にもよるが、半導体レーザ光の波長の数倍か
ら１０倍程度、すなわち数μｍから１０μｍ程度とする
のが良い。グランドラフとする方法には、機械的研磨、
化学処理などの方法があるが、クラックなどの発生を抑
止できることから化学処理を用いることが望ましい。同
じ表面祖度でも、境界の屈折率差が大きい程、拡散性が
高くなるため、クーリングスリーブ３を屈折率の高い材
料により形成することが望ましい。クーリングスリーブ
３として薄くて機械強度が高いことが望まれるため、ク
ーリングスリーブ３をサファイヤにより形成することが
適している。

【００５０】このように半導体レーザ光拡散手段８を構
成した場合、図８に示すように、拡散性反射筒４の内部
に導入された指向性のある高強度の半導体レーザ光は、
クーリングスリーブ３の内面で拡散される。図８には、
この様子が矢印により示されている。ただし、図８には
後述する半導体レーザ光方向変換手段９は示されていな
い。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射筒４の内
部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入射し吸収
される。このため、固体レーザロッド２内での半導体レ
ーザ光の強度分布が軸対称で均一なものとなり半導体レ
ーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分布となり
固体レーザロッド２は波面収差を持たないグレーディッ
ド・リフラクティブインデックス・レンズとなり、高ビ
ーム品質のレーザ光を得ることができる。

【００５１】なお、クーリングスリーブ３を半導体レー
ザ光の波長の数倍から１０倍程度、すなわち数μｍから
１０μｍ程度の直径の気泡を内包する発砲性ガラスによ
り構成し、これを半導体レーザ光拡散手段８として用い
ることもできる。この場合、拡散性はクーリングスリー
ブ３の内面をグランドラフとする場合より高い。

【００５２】一方、半導体レーザ光方向変換手段９は、
固体レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布を
均一にすることにより半導体レーザロッド２内での温度
分布を２次の軸対称にして高ビーム品質のレーザ光を得
るために、半導体レーザ光導入手段７と固体レーザロッ
ド２との間で、半導体レーザ光導入手段７により導入さ
れた半導体レーザ光の進行方向を固体レーザロッド２の
方向から逸らすものである。

【００５３】このため、実施の形態１では、半導体レー
ザ光方向変換手段９を、スラブ導波路１２の長手方向に
対して非垂直なスラブ導波路１２の第２の端面１２ｂか
ら構成している。半導体レーザ光方向変換手段９は、く
さび形の透明材料を半導体レーザ光導入手段７と固体レ
ーザロッド２との間に配置することにより構成すること
ができるが、スラブ導波路１２の第２の端面１２ｂをス
ラブ導波路１２の長手方向に対して非垂直にすることに
より構成を簡略化している。

【００５４】このように半導体レーザ光方向変換手段９
を構成した場合、図９に示すように、スラブ導波路１２
に入射した半導体レーザ光の進行方向は、第２の端面１
２ｂから出射する際に、固体レーザロッド２の方向から
逸らされる。そして、拡散性反射筒４で拡散される。図
９には、この様子が矢印により示されている。ただし、
図９には後述する半導体レーザ光方向変換手段９は示さ
れていない。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射
筒４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入
射し吸収される。このため、固体レーザロッド２内での
半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものとなり
半導体レーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分
布となり固体レーザロッド２は波面収差を持たないグレ
ーディッド・リフラクティブインデックス・レンズとな
り、高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。

【００５５】上述した説明から理解できるように、高ビ
ーム品質のレーザ光を得るためには、半導体レーザ光拡
散手段８および半導体レーザ光方向変換手段９の少なく
とも一方を備えていればよい。

【００５６】なお、半導体レーザ光拡散手段８および半
導体レーザ光方向変換手段９を設けなかった場合には、
図１０に示すように、拡散性反射筒４の内部に導入され
た指向性のある高強度の半導体レーザ光は、クーリング
スリーブ３を透過して、固体レーザロッド２に入射し、
一部吸収される。固体レーザロッド２に吸収されなかっ
た残りの半導体レーザ光は、拡散性反射筒４により拡散
反射されて指向性を失い強度が低くなり、拡散性反射筒
４の内部で均一に分布され、再び固体レーザロッド２に
入射し吸収される。図１０には、この様子が矢印により
示されている。ただし、図１０には前述した半導体レー
ザ光拡散変換手段８は示されていない。このため、固体
レーザロッド２内での半導体レーザ光の強度分布が半導
体レーザ光導入手段７側で高く固体レーザロッド２内で
の半導体レーザ光の強度分布が均一ではなくなり、半導
体レーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分布か
らずれ、固体レーザロッド２は波面収差を持ったグレー
ディッド・リフラクティブインデックス・レンズとな
り、高ビーム品質のレーザ光を得ることができない。

【００５７】次に動作について説明する。各バー状素子
５−１〜５−５から出射されたレーザ光は、対向するシ
リンドリカルレンズにより平行化される。各バー状素子
５−１〜５−５から出射されたレーザ光は固体レーザロ
ッド２の軸方向と平行な方向に１０°程度の広がり角度
を持ち、固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向に３
０°程度の広がり角度を持っている。平行化された半導
体レーザ光は非球面レンズ６ｂにより５個のバー状素子
５−１〜５−５の積層方向と平行な方向に線上に集光さ
れる。線上に集光された半導体レーザ光は、第１の端面
１２ａからスラブ導波路１２に入射する。スラブ導波路
に入射した半導体レーザ光は、スラブ導波路１２の端面
で全反射を繰り返し、第２の端面１２ｂから出射し、拡
散性反射筒４の内部に導入される。このとき、半導体レ
ーザ光の進行方向はスラブ導波路１２の第２の端面１２
ｂにより固体レーザロッド２の方向から逸らされる。図
１（Ｄ）には、半導体レーザ光の進行方向がθ２だけ屈
折する様子が示されている。その後、半導体レーザ光
は、クーリングスリーブ３の内面および拡散性反射筒４
で拡散される。図１（Ｃ）には、半導体レーザ光がクー
リングスリーブ３の内面で拡散される様子が矢印により
示されている。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反
射筒４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に
入射し吸収される。

【００５８】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、固体レーザロッド励起モジュール１を、上述した固
体レーザロッド２と、クーリングスリーブ３と、拡散性
反射筒４と、スタック型半導体レーザ５と、半導体レー
ザ光集光手段６と、半導体レーザ光導入手段７と、半導
体レーザ光拡散手段８と、半導体レーザ光方向変換手段
９とで構成したので、固体レーザロッドを高パワーで高
効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることができ
る効果が得られる。

【００５９】ここまで、スタック型半導体レーザ５、半
導体レーザ光集光手段６、半導体レーザ光導入手段７、
半導体レーザ光拡散手段８および半導体レーザ光方向変
換手段９から構成される半導体レーザ光照射手段を１個
備えた系について説明したが、図１１に示すように、半
導体レーザ光照射手段２２を固体レーザロッド２の周囲
に、例えば４個配置して固体レーザロッド励起モジュー
ル２１を構成した場合には、固体レーザロッド２内での
半導体レーザ光の強度が高くなり、強度分布もより軸対
称で均一なものとなり、より高パワーで高ビーム品質の
レーザ光を得ることができる。

【００６０】実施の形態２．図１２はこの発明の実施の
形態２による固体レーザロッド励起モジュールの構成を
示す断面図である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）中のＩ
−Ｉ線に沿った断面図、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）中
のＣ部分の拡大図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）におい
て、３１は固体レーザロッド励起モジュール、３４は固
体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２および
クーリングスリーブ３を取り囲んで配置された、半導体
レーザ光を反射し閉じ込める、半導体レーザ光に対して
鏡面反射性の筒状の鏡面反射性反射筒、３７は鏡面反射
性反射筒３４に設けられた、半導体レーザ光集光手段６
により集光された半導体レーザ光を、鏡面反射性反射筒
３４の内部に導入する半導体レーザ光導入手段である。
その他の構成要素は図１において同一の符号を付して示
したものと同一あるいは同等であるため、その詳細な説
明は省略する。図１２（Ａ）において、矢印Ｘは固体レ
ーザロッド２の軸方向と垂直な方向を示し、図１２
（Ｂ）において、矢印Ｙは固体レーザロッド２の軸方向
と平行な方向を示している。図１２（Ｂ）には、冷却液
が流れる様子が示されている。

【００６１】実施の形態２では、鏡面反射性反射筒３４
をクーリングスリーブ３の外周面に施した高反射コーテ
ィング膜により構成し、半導体レーザ光導入手段３７を
クーリングスリーブ３の外周面にスリット状に施した減
反射コーティング膜により構成している。この場合、ス
リット状に施した減反射コーティング膜により構成され
る半導体レーザ光導入手段３７の大きさを、非球面レン
ズ６ｂにより線上に集光される半導体レーザ光の大きさ
と同じ程度とし、鏡面反射性反射筒３４の内部での半導
体レーザ光の閉じ込め性能を高くしている。また、半導
体レーザ拡散手段８を、スリガラス状に荒らされたクー
リングスリーブ３の内面により構成している。

【００６２】このように固体レーザロッド励起モジュー
ル３１を構成した場合、各バー状素子５−１〜５−５か
ら出射されたレーザ光は、対向するシリンドリカルレン
ズにより平行化される。平行化された半導体レーザ光は
非球面レンズ６ｂにより５個のバー状素子５−１〜５−
５の積層方向と平行な方向に線上に集光される。線上に
集光された半導体レーザ光は、集光位置に位置する減反
射コーティング膜により構成される半導体レーザ光導入
手段３７から鏡面反射性反射筒３４の内部に導入され
る。鏡面反射性反射筒３４の内部に導入された半導体レ
ーザ光は、クーリングスリーブ３の内面で拡散される。
図１２（Ｂ），（Ｃ）には、半導体レーザ光がクーリン
グスリーブ３の内面で拡散される様子が矢印により示さ
れている。拡散された半導体レーザ光は、拡散性反射筒
４の内部で均一に分布され、固体レーザロッド２に入射
し吸収される。

【００６３】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、固体レーザロッド励起モジュール３１を、上述した
固体レーザロッド２と、クーリングスリーブ３と、鏡面
反射性反射筒３４と、スタック型半導体レーザ５と、半
導体レーザ光集光手段６と、半導体レーザ光導入手段３
７と、半導体レーザ光拡散手段８とで構成したので、固
体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品
質のレーザ光を得ることができる。

【００６４】なお、半導体レーザ光拡散手段８を設けな
かった場合には、非球面レンズ６ｂでの集光角度が半導
体レーザ光導入手段３７から固体レーザロッド２を見込
む角度に収まるように非球面レンズ６ｂの焦点距離を調
整することが必要となり、その結果、半導体レーザ光導
入手段３７の大きさが大きくなり、鏡面反射性反射筒３
４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下す
る。

【００６５】ここまで、スタック型半導体レーザ５、半
導体レーザ光集光手段６、半導体レーザ光導入手段３７
および半導体レーザ光拡散手段８から構成される半導体
レーザ光照射手段を１個用いる系について説明したが、
実施の形態１の場合と同様に、半導体レーザ光照射手段
を固体レーザロッド２の周囲に複数配置して固体レーザ
ロッド励起モジュールを構成した場合には、固体レーザ
ロッド２内での半導体レーザ光の強度が高くなり、強度
分布もより軸対称で均一なものとなり、より高パワーで
高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、固体
レーザロッド励起モジュールを、固体レーザロッドと、
クーリングスリーブと、拡散性反射筒と、スタック型半
導体レーザと、半導体レーザ光集光手段と、拡散性反射
筒に設けられた、半導体レーザ光集光手段により集光さ
れたレーザ光を、バー状素子の積層方向と平行な方向の
大きさを略保持して拡散性反射筒の内部に固体レーザロ
ッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段と、半導
体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に設けら
れた、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ
光を拡散する半導体レーザ光拡散手段および半導体レー
ザ光導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を固
体レーザロッドの方向から逸らす半導体レーザ光方向変
換手段の少なくとも一方とを備えるように構成したの
で、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビ
ーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。

【００６７】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、固体レーザロッドと、クーリングスリー
ブと、鏡面反射性反射筒と、スタック型半導体レーザ
と、半導体レーザ光集光手段と、鏡面反射性反射筒に設
けられた、上記半導体レーザ光集光手段により集光され
たレーザ光を、鏡面反射性反射筒の内部に導入する半導
体レーザ光導入手段と、半導体レーザ光導入手段と固体
レーザロッドとの間に設けられた、半導体レーザ光導入
手段により導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ
光拡散手段とを備えるように構成したので、固体レーザ
ロッドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレー
ザ光を得ることができる効果がある。

【００６８】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、シリンドリカルレンズをバー状素子の積
層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向
に複数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレー
と、バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有す
る非球面レンズとを備えた半導体レーザ光集光手段を備
え、シリンドリカルレンズアレーを構成する各シリンド
リカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成するそ
れぞれ異なるバー状素子と対向し、対向するバー状素子
から各シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位
置に配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズ
アレーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導
体レーザ光導入手段から非球面レンズの略焦点距離だけ
離れた位置に配置されるように構成したので、構成を簡
略化できる効果がある。

【００６９】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、シリンドリカルレンズアレーを通過した
レーザ光のバー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬ
としたとき、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上
である半導体レーザ光集光手段を備えるように構成した
ので、集光点の大きさが小さくなる効果がある。

【００７０】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、シリンドリカルレンズアレーと非球面レ
ンズとが一体的に形成された非球面合成レンズを備えた
半導体レーザ光集光手段を備えるように構成したので、
集光点の大きさが小さくなる効果がある。

【００７１】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、拡散性反射筒に形成されたスリットと、
スリット内に配置された六面体形のスラブ導波路と、ス
ラブ導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端
面およびレーザ光が出射する第２の端面以外の４端面と
スリットとの空隙に設けられた、スラブ導波路より屈折
率の小さい接着材層とを備えた半導体レーザ光導入手段
を備えるように構成したので、構成を簡略化できる効果
がある。

【００７２】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、第１の端面の面積より第２の端面の面積
が小さい半導体レーザ光導入手段を備えるように構成し
たので、固体レーザロッドを高効率で励起することが効
果がある。

【００７３】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、スリガラス状に荒らされた、クーリング
スリーブの表面から構成された半導体レーザ光拡散手段
を備えるように構成したので、構成を簡略化できる効果
がある。

【００７４】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、気泡を内包するクーリングスリーブから
構成された半導体レーザ光拡散手段を備えるように構成
したので、構成を簡略化できる効果がある。

【００７５】この発明によれば、クーリングスリーブを
サファイヤにより構成したので、クーリングスリーブの
機械的強度が高くなる効果がある。

【００７６】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、スラブ導波路の長手方向に対して非垂直
な該スラブ導波路の第２の端面から構成された半導体レ
ーザ光方向変換手段を備えるように構成したので、構成
を簡略化できる効果がある。

【００７７】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、スタック型半導体レーザと、半導体レー
ザ光集光手段と、半導体レーザ光導入手段と、半導体レ
ーザ光拡散手段および半導体レーザ光方向変換手段の少
なくとも一方とを備えた半導体レーザ光照射手段を、固
体レーザロッドの周囲に複数配置するように構成したの
で、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得ること
ができる効果がある。

【００７８】この発明によれば、固体レーザロッド励起
モジュールを、スタック型半導体レーザと、半導体レー
ザ光集光手段と、半導体レーザ光導入手段と、半導体レ
ーザ光拡散手段とを備えた半導体レーザ光照射手段を、
固体レーザロッドの周囲に複数配置するように構成した
ので、より高パワーで高ビーム品質のレーザ光を得るこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールの構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段の
説明に供する断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段を
構成する非球面レンズの説明に供するグラフ図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段を
構成する非球面合成レンズの構成を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光導入手段の
構成を示す断面図である。

【図６】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる別の半導体レーザ光導入手
段の構成を示す断面図である。

【図７】 半導体レーザ光導入手段を、スリットのみで
構成した場合の問題点の説明に供する断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光拡散手段の
動作の説明に供する断面図である。

【図９】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光方向変換手
段の動作の説明に供する断面図である。

【図１０】 半導体レーザ光拡散手段および半導体レー
ザ光方向変換手段を設けなかった場合の問題点の説明に
供する断面図である。

【図１１】 半導体レーザ光照射手段が固体レーザロッ
ドの周囲に複数配置されている、この発明の実施の形態
１による固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す
断面図である。

【図１２】 この発明の実施の形態２による固体レーザ
ロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。

【図１３】 従来例１による固体レーザロッド励起モジ
ュールの構成を示す断面図である。

【図１４】 従来例２による固体レーザロッド励起モジ
ュールの構成を示す断面図である。

【図１５】 従来例２による固体レーザロッド励起モジ
ュールの問題点の説明に供する断面図である。

【符号の説明】

１，２１，３１ 固体レーザロッド励起モジュール、２
固体レーザロッド、３ クーリングスリーブ、４ 拡
散性反射筒、５ スタック型半導体レーザ、５−１〜５
−５ バー状素子、６ 半導体レーザ光集光手段、６ａ
シリンドリカルレンズアレー、６ｂ 非球面レンズ、
６ｃ 非球面合成レンズ、６−１〜６−５ シリンドリ
カルレンズ、７，３７ 半導体レーザ光導入手段、８
半導体レーザ光拡散手段、９ 半導体レーザ光方向変換
手段、１１ スリット、１２ スラブ導波路、１２ａ
第１の端面、１２ｂ 第２の端面、１３ 接着材層、２
２半導体レーザ光照射手段、３４ 鏡面反射性反射筒。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体レ
   ーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングス
   リーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
   および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
   筒状の拡散性反射筒と、 レーザ光の出射端を上記固体レーザロッドの軸方向と平
   行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、上記
   固体レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数積層して
   構成されたスタック型半導体レーザと、 上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を
   集光する半導体レーザ光集光手段と、 上記拡散性反射筒に設けられた、上記半導体レーザ光集
   光手段により集光されたレーザ光を、上記バー状素子の
   積層方向と平行な方向の大きさを略保持して上記拡散性
   反射筒の内部に上記固体レーザロッドに向けて導入する
   半導体レーザ光導入手段と、 上記半導体レーザ光導入手段と上記固体レーザロッドと
   の間に設けられた、上記半導体レーザ光導入手段により
   導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段
   および上記半導体レーザ光導入手段により導入されたレ
   ーザ光の進行方向を上記固体レーザロッドの方向から逸
   らす半導体レーザ光方向変換手段の少なくとも一方とを
   備えたことを特徴とする固体レーザロッド励起モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体レ
   ーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングス
   リーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
   および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
   筒状の鏡面反射性反射筒と、 レーザ光の出射端を上記固体レーザロッドの軸方向と平
   行な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、上記
   固体レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数積層して
   構成されたスタック型半導体レーザと、 上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を
   集光する半導体レーザ光集光手段と、 上記鏡面反射性反射筒に設けられた、上記半導体レーザ
   光集光手段により集光されたレーザ光を、上記鏡面反射
   性反射筒の内部に導入する半導体レーザ光導入手段と、 上記半導体レーザ光導入手段と上記固体レーザロッドと
   の間に設けらた、上記半導体レーザ光導入手段により導
   入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段と
   を備えたことを特徴とする固体レーザロッド励起モジュ
   ール。
3. 【請求項３】 半導体レーザ光集光手段は、 シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間
   隔で上記バー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積
   して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、上記バ
   ー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球
   面レンズとを備え、 上記シリンドリカルレンズアレーを構成する各上記シリ
   ンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを構成す
   るそれぞれ異なる上記バー状素子と対向し、対向する上
   記バー状素子から各該シリンドリカルレンズの略焦点距
   離だけ離れた位置に配置され、 上記非球面レンズが、上記シリンドリカルレンズアレー
   と半導体レーザ光導入手段との間であって、上記半導体
   レーザ光導入手段から該非球面レンズの略焦点距離だけ
   離れた位置に配置されたものであることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載の固体レーザロッド励起モジ
   ュール。
4. 【請求項４】 半導体レーザ光集光手段は、シリンドリ
   カルレンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積
   層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズ
   の焦点距離が０．５×Ｌ以上であるものであることを特
   徴とする請求項３記載の固体レーザロッド励起モジュー
   ル。
5. 【請求項５】 半導体レーザ光集光手段は、シリンドリ
   カルレンズアレーと非球面レンズとが一体的に形成され
   た非球面合成レンズを備えたものであることを特徴とす
   る請求項３記載の固体レーザロッド励起モジュール。
6. 【請求項６】 半導体レーザ光導入手段は、拡散性反射
   筒に形成されたスリットと、上記スリット内に配置され
   た六面体形のスラブ導波路と、上記スラブ導波路の６端
   面のうちレーザ光が入射する第１の端面およびレーザ光
   が出射する第２の端面以外の４端面と上記スリットとの
   空隙に設けられた、上記スラブ導波路より屈折率の小さ
   い接着材層とを備えたものであることを特徴とする請求
   項１記載の固体レーザロッド励起モジュール。
7. 【請求項７】 半導体レーザ光導入手段は、第１の端面
   の面積より第２の端面の面積が小さいものであることを
   特徴とする請求項６記載の固体レーザロッド励起モジュ
   ール。
8. 【請求項８】 半導体レーザ光拡散手段は、スリガラス
   状に荒らされた、クーリングスリーブの表面から構成さ
   れたものであることを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の固体レーザロッド励起モジュール。
9. 【請求項９】 半導体レーザ光拡散手段は、気泡を内包
   するクーリングスリーブから構成されたものであること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の固体レーザ
   ロッド励起モジュール。
10. 【請求項１０】 クーリングスリーブがサファイヤから
    成ることを特徴とする請求項８記載の固体レーザロッド
    励起モジュール。
11. 【請求項１１】 半導体レーザ光方向変換手段は、スラ
    ブ導波路の長手方向に対して非垂直な該スラブ導波路の
    第２の端面から構成されたものであることを特徴とする
    請求項６記載の固体レーザロッド励起モジュール。
12. 【請求項１２】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体
    レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリング
    スリーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
    および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
    筒状の拡散性反射筒と、 上記固体レーザロッドの周囲に複数配置された半導体レ
    ーザ光照射手段とを備え、 上記半導体レーザ光照射手段が、レーザ光の出射端を上
    記固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数集積し
    て構成されたバー状素子を、上記固体レーザロッドの軸
    方向と垂直な方向に複数積層して構成されたスタック型
    半導体レーザと、上記スタック型半導体レーザから出射
    されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と、
    上記拡散性反射筒に設けられた、上記半導体レーザ光集
    光手段により集光されたレーザ光を、上記バー状素子の
    積層方向と平行な方向の大きさを略保持して上記拡散性
    反射筒の内部に上記固体レーザロッドに向けて導入する
    半導体レーザ光導入手段と、上記半導体レーザ光導入手
    段と上記固体レーザロッドとの間に設けられた、上記半
    導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光を拡散
    する半導体レーザ光拡散手段および上記半導体レーザ光
    導入手段により導入されたレーザ光の進行方向を折り曲
    げて上記固体レーザロッドの方向から逸らす半導体レー
    ザ光方向変換手段の少なくとも一方とを備えたものであ
    ることを特徴とする固体レーザロッド励起モジュール。
13. 【請求項１３】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体
    レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリング
    スリーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
    および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
    筒状の鏡面反射性反射筒と、 上記固体レーザロッドの周囲に複数配置された半導体レ
    ーザ光照射手段とを備え、 上記半導体レーザ光照射手段が、レーザ光の出射端を上
    記固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数集積し
    て構成されたバー状素子を、上記固体レーザロッドの軸
    方向と垂直な方向に複数積層して構成されたスタック型
    半導体レーザと、上記スタック型半導体レーザから出射
    されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段と、
    上記鏡面反射性反射筒に設けられた、上記半導体レーザ
    光集光手段により集光されたレーザ光を、上記鏡面反射
    性反射筒の内部に導入する半導体レーザ光導入手段と、
    上記半導体レーザ光導入手段と上記固体レーザロッドと
    の間に設けらた、上記半導体レーザ光導入手段により導
    入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段と
    を備えたものであることを特徴とする固体レーザロッド
    励起モジュール。