JPH11284256A - 固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明はレーザロッドを効率よく励起する
ことができるようにした固定レーザ装置を提供すること
にある。 【解決手段】 レーザロッド１を光励起してレーザ光を
発生させる固体レーザ装置において、中空状に形成され
その内部に上記固体レーザ媒質が収容されるとともに周
壁が外部からの光に対して凸レンズ作用を抑制する筒状
体２と、この筒状体の外周部に周方向に所定間隔でかつ
上記固体レーザ媒質の軸心に対して非対称に配置され上
記固体レーザ媒質を光励起する励起光を出力する複数の
励起光源１８と、上記筒状体の外周部の上記固体レーザ
媒質の軸心に対して上記励起光源と対称となる位置にそ
れぞれ設けられ上記励起光源から出力されて上記固体レ
ーザ媒質を透過した励起光を反射させる反射面１５ａと
を具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は固体レーザ媒質を
光励起してレーザ光を発生させる固体レーザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、固体レーザ装置は固体レーザ媒
質としてのレーザロッドを有し、このレーザロッドを光
励起することでレーザ光を発生するようになっている。
したがって、上記レーザロッドを光共振器内に配置すれ
ば、このレーザロッドから発生したレーザ光が上記光共
振器によって増幅されて発振出力されるようになってい
る。

【０００３】上記レーザロッドを光励起する励起光源と
してはアークランプ、フラッシュランプあるいはレーザ
ダイオードなどが知られており、最近では上記レーザロ
ッドに吸収される所定の波長の励起光を出力することの
できるレーザダイオードが用いられることが多くなって
きている。それによって、上記レーザロッドの光励起を
効率よく行うことが可能となる。

【０００４】従来、そのような固体レーザ装置としては
特開平８−１８１３６８号公報に示されるものが知られ
ている。この公報に示された固定レーザ装置は、水など
の冷却媒体が流されるフローチューブ内にレーザロッド
が挿通保持され、このフローチューブは内面が拡散反射
面に形成された集光器内に保持されている。

【０００５】上記集光器の外部には上記レーザロッドを
光励起する励起光源としてのレーザダイオードが配置さ
れ、このレーザダイオードから出力された励起光は上記
集光器に形成された開口部から内部に入射するようにな
っている。

【０００６】したがって、上記励起光は上記拡散反射面
で多重反射して上記レーザロッドを光励起するようにな
っている。ところで、このような構成の固体レーザ装置
によると、集光器内に入射した励起光を拡散反射面で多
重反射させてレーザロッドを光励起する構成であるた
め、上記集光器に形成される開口部を小さく、しかも少
なくすることで、内部で多重反射する励起光が集光器の
外部に逃げるのを防止するようにしている。

【０００７】そのため、集光器の外部に配置されるレー
ザダイオードの数に制限を受けることになるから、上記
レーザロッドの単位長さ当りに入射させることができる
励起光のパワーを大きくすることができなくなり、それ
によって上記レーザロッドの励起効率が低下するという
ことがあった。しかも、励起光を集光器内部で多重反射
させても、その励起光は反射する毎に強度が低下するか
ら、励起効率をあまり高めることができないということ
もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の固
体レーザ装置において、内面が拡散反射面に形成された
集光器に開口部を形成し、その開口部から励起光を入射
させ、上記拡散反射面で多重反射させて固体レーザ媒質
を光励起するようにしていたのでは、開口部の数や大き
さに制限を受け、上記固体レーザ媒質の励起効率を十分
に高めることができないということがった。この発明
は、固体レーザ媒質を効率よく光励起することができる
ようにした固体レーザ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、固体
レーザ媒質を光励起してレーザ光を発生させる固体レー
ザ装置において、中空状に形成されその内部に上記固体
レーザ媒質が収容されるとともに周壁が上記固定レーザ
媒質を光励起する励起光に対して凸レンズ作用を抑制す
る筒状体と、この筒状体の外周部に周方向に所定間隔で
かつ上記固体レーザ媒質の軸心に対して非対称に配置さ
れ光励起する励起光を出力する複数の励起光源と、上記
筒状体の外周部の上記固体レーザ媒質の軸心に対して上
記励起光源と対称となる位置にそれぞれ設けられ上記励
起光源から出力されて上記固体レーザ媒質を透過した励
起光を反射させる反射手段とを具備したことを特徴とす
る。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記反射手段は、内周面が反射面に形成されている
とともに、周壁の上記励起光源と対応する部分には励起
光を通過させるスリットが形成された円筒反射体からな
り、この円筒反射体の内部に上記筒状体が収容されてい
ることを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記反射手段は、上記筒状体の外周面に周方向に所
定間隔で設けられた反射膜からなることを特徴とする。
請求項１乃至請求項３の発明によれば、筒状体に収容さ
れた固体レーザ媒質の外周部に周方向に沿って所定間隔
で複数の励起光源を、上記固体レーザ媒質の軸心に対し
て非対称に配置し、かつ上記軸心に対して上記励起光源
と対称となる位置には上記励起光源からの励起光を反射
する反射手段を配置したことで、上記固体レーザ媒質は
複数の励起光源からの励起光および固定レーザ媒質を透
過して反射手段で反射した励起光によって効率よく励起
される。

【００１２】しかも、筒状体の周壁が凸レンズ作用を呈
することで、固体レーザ媒質を透過して反射手段に入射
する励起光の幅寸法を狭くできるから、上記筒状体の周
方向に沿って配置される励起光源の数を増やし、固体レ
ーザ媒質に入射する励起光のパワーアップを図ることも
できる。請求項３の発明によれば、筒状体の外周面に反
射膜を設けることで反射手段としたから、全体構成のコ
ンパクト化を図ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図１乃至図３を参照して説明する。図１に示すこの発明
の固体レーザ装置は固体レーザ媒質としてのたとえばＮ
ｄ−ＹＡＧ結晶ロッドなどからなるレーザロッド１を有
する。このレーザロッド１は筒状体２に挿通されている
とともに、その両端部には筒状のホルダ３の一端部が液
密に接続されている。

【００１４】上記筒状体２の一方の端面には第１の端部
材４がＯリング５を介して液密に接合され、他方の端面
には同じく第２の端部材７がＯリング６を介して液密に
接合されている。各端部材４，７の外面にはそれぞれ板
状の第１，第２の支持部材８，９が接合されている。

【００１５】接合された各端部材４，７および支持部材
８，９にはそれぞれこれら両者の厚さ方向にわたって貫
通した支持孔１１，１２が穿設されていて、これら支持
孔１１，１２には上記ホルダ３の他端部が挿通され、Ｏ
リング１３によって液密に保持されている。

【００１６】上記筒状体２の外周面には、図２に示すよ
うに内周面が反射面１５ａに形成された円筒反射体１５
が設けられている。この円筒反射体１５の周壁には周方
向に所定間隔、この実施の形態では７２度の間隔で５つ
のスリット１６が軸方向ほぼ全長にわたって形成されて
いる。つまり、５つのスリット１６は、円筒反射体１５
と軸心を一致させて設けられた上記レーザロッド１の軸
心に対してそれぞれ非対称に形成されており、そして各
スリット１６と、上記円筒反射体１５の上記各スリット
１６によって分割された各反射面１５ａとは上記レーザ
ロッド１の軸心に対して対称になっている。

【００１７】上記筒状体２の外方で、上記一対の端部材
４，７の間には上記各スリット１６に対向して支持部材
１７が設けられている。各支持部材１７には励起光源１
８が保持されている。この励起光源１８は多数のレーザ
ダイオードを直線状に配置したアレイ状をなしていて、
この実施の形態では各励起光源１８は３列のレーザダイ
オードアレイによって形成されている。

【００１８】励起光源１８の各レーザダイオードアレイ
からは上記レーザロッド１に吸収され易い波長の励起光
Ｐ（図３に示す）が３列で出力される。各励起光源１８
の出射面には３列で出射された各励起光Ｐが入射するシ
リンドリカルレンズからなるコリメートレンズ１９が配
置されている。

【００１９】上記コリメートレンズ１９に入射して平行
光となった励起光Ｐは上記筒状体２の周壁に入射する。
この筒状体２はたとえば石英などの励起光Ｐに対して透
明な材料によってその周壁が所定の凸レンズ作用（光を
収束する作用）を抑制する厚さ寸法に設定される。

【００２０】それによって、励起光Ｐは図３に示すよう
に、上記筒状体２の周壁を通過してレーザロッド１を照
射するとともに、このレーザロッド１に吸収されずに上
記円筒反射体１５の反射面１５ａに入射する励起光Ｐ
は、上記筒状体２の凸レンズ作用による屈折が抑制され
ることで、その幅寸法ｄがほとんど拡大されることがな
い。

【００２１】つまり、筒状体２は、周壁を厚くして外周
面と内周面との曲率に差を持たせることで、励起光Ｐの
焦点を光の進行方向へずらし、凸レンズ作用を抑制する
ようになっており、それによって反射面１５ａに入射す
る励起光Ｐの幅寸法ｄが抑制される。

【００２２】たとえば、上記筒状体２の内径寸法を１５
ｍｍ、外形寸法を４０ｍｍとすることで、その周壁の厚
さを１２．５ｍｍとした場合、上記励起光源１８から出
力され、円筒反射体１５のスリット１６からレーザロッ
ド１を透過して円筒反射体１５の反射面１５ａに入射し
た励起光Ｐの幅寸法ｄは５ｍｍであった。

【００２３】これに対して上記筒状体２の内径寸法を１
５ｍｍ、外径寸法を１８ｍｍとし、その肉厚を１．５ｍ
ｍとした場合、反射面１５ａに入射する励起光Ｐの幅寸
法ｄは８ｍｍとなった。

【００２４】以上のことから、筒状体２の周壁の肉厚を
厚くし、その周壁の凸レンズ作用を抑制することで、レ
ーザロッド１に吸収されずに円筒反射体１５の反射面１
５ａに入射する励起光Ｐの幅寸法ｄを小さくできるか
ら、上記円筒反射体１５に形成されるスリット１６の周
方向の間隔も小さくすることができる。

【００２５】それによって、レーザロッド１の周方向に
配置される励起光源１８の間隔を小さくできるから、そ
の分、励起光源１８の数を多くすることができる。つま
り、レーザロッド１へ入射する励起光Ｐのパワーを増大
させ、このレーザロッド１の励起効率を向上させること
ができる。

【００２６】すなわち、筒状体２の凸レンズ作用を抑制
し、レーザロッド１の周囲に配置できる励起光源１８の
数を増大させるためには、上記筒状体２の外周面と内周
面との曲率半径の差を５ｍｍ以上と流ことが望ましい。

【００２７】上記第１の端部材４には上記筒状体２の内
部に連通する冷却液の供給路２１が形成され、上記第２
の端部材７には同じく上記筒状体２の内部に連通する水
などの冷却液の排出路２２が形成されている。したがっ
て、上記供給路２１から供給された冷却液は上記筒状体
２内を通ってレーザロッド１を冷却し、上記排出路２２
から排出されるようになっている。

【００２８】上記筒状体２は上述したように凸レンズ作
用を持たせるために周壁が厚肉に形成されている。その
ため、励起光Ｐによる加熱と冷却液による冷却とによっ
て内周面と外周面とに温度差が生じても、損傷しにくく
なっている。

【００２９】上記構成の固体レーザ装置において、レー
ザ光を発生させるためには、まず供給路２１から筒状体
２内へ冷却液を供給してレーザロッド１を冷却しなが
ら、各励起光源１８に通電して励起光Ｐを出力し、その
励起光Ｐによってレーザロッド１を光励起する。それに
よって、上記レーザロッド１からレーザ光が発生し、こ
のレーザ光はレーザロッド１の一方の端面と他方の端面
とに離間対向して配置された図示しない一対の反射鏡か
らなる光共振器によって増幅され、出力側の反射鏡から
発振出力されることになる。

【００３０】上記励起光源１８から出力された励起光Ｐ
は、コリメートレンズ１９で平行光線にされてから円筒
反射体１５のスリット１６を通過して筒状体２の周壁を
通過し、レーザロッド１に入射する。それによって、レ
ーザロッド１が光励起されることになる。

【００３１】上記レーザロッド１に吸収されない励起光
Ｐは、レーザロッド１を透過して上記円筒反射体１５の
反射面１５ａに入射し、その反射面１５ａで反射して上
記レーザロッド１を再度励起することになる。そのた
め、レーザロッド１の励起効率を向上させることができ
る。

【００３２】上記筒状体２の周壁は凸レンズ作用を抑制
する厚さに設定されている。そのため、筒状体２の周壁
を通過し、レーザロッド１に吸収されずに、上記円筒反
射体１５の反射面１５ａに入射する励起光Ｐの幅寸法ｄ
を小さくすることができる。それによって、筒状体２の
周囲に配置できる励起光源１８の数を増やし、レーザロ
ッド１に入射させることができる励起光Ｐのパワーを増
大させることができるから、上記レーザロッド１の励起
効率を高めることが可能となる。

【００３３】上記円筒反射体１５に形成される複数のス
リット１６は、中心軸を一致させたレーザロッド１の軸
心に対して非対称に形成されている。そのため、各スリ
ット１６に対向して配置された励起光源１８から出射さ
れたのち、レーザロッド１に吸収されない励起光Ｐは、
上記円筒反射体１５の他のスリット１６から逃げること
なく、レーザロッド１の軸心に対して上記スリット１６
と対称に形成された反射面１５ａで反射して上記レーザ
ロッド１を確実に励起する。したがって、そのことによ
っても上記レーザロッド１の励起効率を高めることがで
きる。

【００３４】図４はこの発明の他の実施の形態を示す。
この実施の形態は円筒反射体１５を設ける代わりに、筒
状体２の外周面に、軸方向全長にわたる反射膜３１を周
方向に所定間隔で設けることで、励起光源１８からの励
起光Ｐを入射させるスリット３２およびレーザロッド１
の吸収されない励起光Ｐを反射させる反射面３３を形成
するようにした。

【００３５】上記スリット３２と反射面３３とは、上記
一実施の形態と同様、上記レーザロッド１の軸心に対し
て対称に形成されている。それによって、スリット３２
から入射してレーザロッド１に吸収されなかった励起光
Ｐは確実に反射面３３で反射し、他のスリット３２から
出射してしまうということがないから、上記レーザロッ
ド１の励起効率を向上させることができるようになって
いる。

【００３６】このような構成によれば、上記一実施の形
態のように筒状体２の外側に円筒反射体１５を設けずに
すむから、部品点数の減少や全体構成のコンパクト化を
図ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、内
部にレーザロッドが収容される筒状体の周壁が凸レンズ
作用を抑制するようにしたことで、上記レーザロッドの
周囲に配置される励起光源の数を増やすことが可能とな
るから、上記レーザロッドの励起効率を向上させること
ができる。

【００３８】しかも、レーザロッドで吸収されない励起
光を確実に反射させてレーザロッドを照射させるように
したから、そのことによってもレーザロッドの励起効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す固体レーザ装置
の断面図。

【図２】同じく励起光源の配置状態を示す筒状体の断面
図。

【図３】同じく筒状体に入射する励起光の説明図。

【図４】この発明の他の実施の形態を示す

【符号の説明】

１…レーザロッド ２…筒状体 １５ａ…反射面 １８…励起光源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザ媒質を光励起してレーザ光を
   発生させる固体レーザ装置において、 中空状に形成されその内部に上記固体レーザ媒質が収容
   されるとともに周壁が上記光レーザ媒質を光励起する励
   起光に対して凸レンズ作用を抑制する筒状体と、 この筒状体の外周部に周方向に所定間隔でかつ上記固体
   レーザ媒質の軸心に対して非対称に配置され励起光を出
   力する複数の励起光源と、 上記筒状体の外周部の上記固体レーザ媒質の軸心に対し
   て上記励起光源と対称となる位置にそれぞれ設けられ上
   記励起光源から出力されて上記固体レーザ媒質を透過し
   た励起光を反射させる反射手段とを具備したことを特徴
   とする固体レーザ装置。
2. 【請求項２】 上記反射手段は、内周面が反射面に形成
   されているとともに、周壁の上記励起光源と対応する部
   分には励起光を通過させるスリットが形成された円筒反
   射体からなり、この円筒反射体の内部に上記筒状体が収
   容されていることを特徴とする請求項１記載の固体レー
   ザ装置。
3. 【請求項３】 上記反射手段は、上記筒状体の外周面に
   周方向に所定間隔で設けられた反射膜からなることを特
   徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。