JPS6319888A - スラブ型レ−ザ素子 - Google Patents
スラブ型レ−ザ素子Info
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- JPS6319888A JPS6319888A JP16517186A JP16517186A JPS6319888A JP S6319888 A JPS6319888 A JP S6319888A JP 16517186 A JP16517186 A JP 16517186A JP 16517186 A JP16517186 A JP 16517186A JP S6319888 A JPS6319888 A JP S6319888A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/05—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
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
-
- H—ELECTRICITY
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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
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- H01S3/0625—Coatings on surfaces other than the end-faces
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- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、スラブ型レーザ素子に関し、特に全反射面に
接する物質による吸収損失がなく、かつ均一な横モード
を有する出力光が得られるスラブ型レーザ素子に関する
。
接する物質による吸収損失がなく、かつ均一な横モード
を有する出力光が得られるスラブ型レーザ素子に関する
。
近年、固体レーザ素子をスラブ状に形成し、その素子内
を全反射を利用してレーザ光をジグザグに進行させるこ
とにより、従来の固体レーザ素子内に生じていた熱歪に
より発振パターンの乱れを解消できるというスラブ型レ
ーザが注目されている。このようなスラブ型レーザ素子
の表面は全反射面を形成するための光学研摩面の状態に
あり、そのまま使用されている。その結果、全反射面の
裏面に当る表面は、通常、中央部は冷却水と接し。
を全反射を利用してレーザ光をジグザグに進行させるこ
とにより、従来の固体レーザ素子内に生じていた熱歪に
より発振パターンの乱れを解消できるというスラブ型レ
ーザが注目されている。このようなスラブ型レーザ素子
の表面は全反射面を形成するための光学研摩面の状態に
あり、そのまま使用されている。その結果、全反射面の
裏面に当る表面は、通常、中央部は冷却水と接し。
左右の一部はシリコーンシーラント等からなる固定具と
接し、さらに両端部は空気と接している。
接し、さらに両端部は空気と接している。
ところで、ある屈折率の媒質内を進行する電磁波がそれ
とは異なる屈折率の媒質との界面で全反射する場合、全
反射後の電磁波の位相は接する相手の媒質の屈折率によ
って変化することは周知の通りである。従って、前記従
来のスラブ型レーザ素子では、全反射面にそれぞれの屈
折率が異なる複数の物質（即ち、水、シリコーンシーラ
ントおよび空気）が接触しているため、レーザ媒質内を
同一位相で並進したレーザ光が全反射面で全反射したと
き、全反射の位置によって、即ち界面で接している相手
媒質の相違によって反射後の位相変化にズレが起り、反
射光の位相は同一でなくなってしまう。（例えば、Ｎｄ
：ＧＧＧレーザの場合、ブリュースタ角６２．７＠、ス
ラブ型素子の端部頂角２７．３゜（全反射面への入射角
５７．６°）のときに、発振波長１．０６μｍについて
の位相変化は、相手媒質により−１１６，８’（水）、
−１０１’（シーラント）、−１５２，７°（空気）と
異なる。）その結果、得られるレーザ出力光の横モード
に乱れが生じ均一な横モードを有する出力光を得ること
ができないという問題がある。また、接触している物質
により、あるいは付着するホコリ等により、全反射の際
に一部吸収損失が発生するとの問題もあった。そこで、
本発明の目的は、均一な横モードを有する出力光が得ら
れ、かつ全反射面に接する物質による吸収損失がないス
ラブ型レーザ素子を提供することにある。
とは異なる屈折率の媒質との界面で全反射する場合、全
反射後の電磁波の位相は接する相手の媒質の屈折率によ
って変化することは周知の通りである。従って、前記従
来のスラブ型レーザ素子では、全反射面にそれぞれの屈
折率が異なる複数の物質（即ち、水、シリコーンシーラ
ントおよび空気）が接触しているため、レーザ媒質内を
同一位相で並進したレーザ光が全反射面で全反射したと
き、全反射の位置によって、即ち界面で接している相手
媒質の相違によって反射後の位相変化にズレが起り、反
射光の位相は同一でなくなってしまう。（例えば、Ｎｄ
：ＧＧＧレーザの場合、ブリュースタ角６２．７＠、ス
ラブ型素子の端部頂角２７．３゜（全反射面への入射角
５７．６°）のときに、発振波長１．０６μｍについて
の位相変化は、相手媒質により−１１６，８’（水）、
−１０１’（シーラント）、−１５２，７°（空気）と
異なる。）その結果、得られるレーザ出力光の横モード
に乱れが生じ均一な横モードを有する出力光を得ること
ができないという問題がある。また、接触している物質
により、あるいは付着するホコリ等により、全反射の際
に一部吸収損失が発生するとの問題もあった。そこで、
本発明の目的は、均一な横モードを有する出力光が得ら
れ、かつ全反射面に接する物質による吸収損失がないス
ラブ型レーザ素子を提供することにある。
本発明は、前記問題を解決するものとして。
２つの平行な全反射面を有するスラブ型レーザ素子にお
いて、 前記２つの全反射面の裏面に相当する２つの表面に、屈
折率ｎ２および厚さｔが、それぞれ次式％式％（２）： 〔上記式中、ｎｌはレーザ媒質の屈折率、αは素子の端
部頂角、θはブリュースタ角、φは端面にブリュースタ
角で入射したレーザ光の屈折角、そしてλはレーザ光の
波長（真空中）を示す。〕の条件を満たすコーティング
層を有することを特徴とするスラブ型レーザ素子を提供
するものである。
いて、 前記２つの全反射面の裏面に相当する２つの表面に、屈
折率ｎ２および厚さｔが、それぞれ次式％式％（２）： 〔上記式中、ｎｌはレーザ媒質の屈折率、αは素子の端
部頂角、θはブリュースタ角、φは端面にブリュースタ
角で入射したレーザ光の屈折角、そしてλはレーザ光の
波長（真空中）を示す。〕の条件を満たすコーティング
層を有することを特徴とするスラブ型レーザ素子を提供
するものである。
まず、本発明のコーティング層を、レーザ素子の全反射
面の裏面に相当する表面全体に、一定以上の厚さで形成
することにより、全反射面を界面としてレーザ媒質と接
する相手の媒質はすべて同一物質からなるコーティング
層となり、平行して進行する同位相のレーザ光は全反射
面のどの位置で全反射しても反射後の位相は同一に保た
れ、レーザ光の特徴であるコヒーレント性を損わず、横
モートに乱れを生じない。
面の裏面に相当する表面全体に、一定以上の厚さで形成
することにより、全反射面を界面としてレーザ媒質と接
する相手の媒質はすべて同一物質からなるコーティング
層となり、平行して進行する同位相のレーザ光は全反射
面のどの位置で全反射しても反射後の位相は同一に保た
れ、レーザ光の特徴であるコヒーレント性を損わず、横
モートに乱れを生じない。
前記式（１）の条件は次のように説明される。
レーザ媒質（屈折率ｎ工、波長λ）中を進行するレーザ
光が全反射面で全反射するためには、入射角Ｏ１は、全
反射の臨界角Ｏｃより大きい必要があり、 Ｄｊ＞θｃ （ｉ）である。
光が全反射面で全反射するためには、入射角Ｏ１は、全
反射の臨界角Ｏｃより大きい必要があり、 Ｄｊ＞θｃ （ｉ）である。
一方、５ｉｎＯｃ”ｎ２／ｎｔ （ｎｚはコーティング
層の屈折率）であることから、 ｓｉｎθｉ＞−（ｉｉ） である。さらに、レーザ光は素子の端面にブリュースタ
角θの角度で入射するので、屈折光の屈折角をφ、素子
の端面と全反射面が形成する頂角をαとすると、 θｉ＝α＋φ （ｉｉ＋）であるこ
とから、 （ｉ ）、（ｉｉ）および（市）式より、前
記式（１）の条件が導びかれる。
層の屈折率）であることから、 ｓｉｎθｉ＞−（ｉｉ） である。さらに、レーザ光は素子の端面にブリュースタ
角θの角度で入射するので、屈折光の屈折角をφ、素子
の端面と全反射面が形成する頂角をαとすると、 θｉ＝α＋φ （ｉｉ＋）であるこ
とから、 （ｉ ）、（ｉｉ）および（市）式より、前
記式（１）の条件が導びかれる。
コーティング層の厚さｔについての条件を表わす式（２
）は次のように説明される。θｉ〉θＣのとき、入射電
磁波のエネルギーは全反射面においてすべて反射される
。しかし、その電磁界は全反射面の外側ですぐに消失す
るのではなく、全反射面の外側へ浸み出し、界面からの
距離とともに指数関数的に減衰する。その浸出距離ｄｐ
（電磁波の振幅が１／ｅに減衰する距離）は λ／ｎ工 で表わされるので、コーティング層の厚さｔはｄρより
大きく設ける必要があり、式（２）の条件が導びかれる
。
）は次のように説明される。θｉ〉θＣのとき、入射電
磁波のエネルギーは全反射面においてすべて反射される
。しかし、その電磁界は全反射面の外側ですぐに消失す
るのではなく、全反射面の外側へ浸み出し、界面からの
距離とともに指数関数的に減衰する。その浸出距離ｄｐ
（電磁波の振幅が１／ｅに減衰する距離）は λ／ｎ工 で表わされるので、コーティング層の厚さｔはｄρより
大きく設ける必要があり、式（２）の条件が導びかれる
。
なお、素子の端面における入射角θ（＝ブリュースタ角
）と屈折角φの間には、空気の屈折率を１として。
）と屈折角φの間には、空気の屈折率を１として。
ｓｉｎθ
ｓｉｎφ
の関係があることから、φは、
φ＝ｓｉｎ”” （ｓｉｎθ／ｎよ）
・・・（３）により決定される。
・・・（３）により決定される。
また、コーティング層はレーザ光に対し実質的に透明で
あることが重要で、そのため吸収損失は生じない。
あることが重要で、そのため吸収損失は生じない。
本発明のスラブ型レーザ素子のレーザ媒質としては、Ｎ
ｄ：ＧＧＧ （Ｎｄ”ドープトＧｄ、Ｇａｐ、、）、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ’ゝドープトＹ、ＡＱ、０．）等が挙
げられ、また、これらの媒質材料に対し式（１）の条件
を満足し５実質的に透明であるコーティング層の材料と
しては、例えば、Ｓｉｎ□、 ＬａＦ３、ＢａＦ２、Ｃ
ａＦ、、ＭｇＦ、、 ＬｉＦ、Ｎａ、ＡＱＦ、、ＮａＦ
等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない
。形成されるコーティング層の強度、耐久性、耐水性等
の点からは、 ５ｉｎ２が好ましい材料である。コーテ
ィング層を素子基体表面に形成する方法としては、真空
蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を利用すること
ができる。
ｄ：ＧＧＧ （Ｎｄ”ドープトＧｄ、Ｇａｐ、、）、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ’ゝドープトＹ、ＡＱ、０．）等が挙
げられ、また、これらの媒質材料に対し式（１）の条件
を満足し５実質的に透明であるコーティング層の材料と
しては、例えば、Ｓｉｎ□、 ＬａＦ３、ＢａＦ２、Ｃ
ａＦ、、ＭｇＦ、、 ＬｉＦ、Ｎａ、ＡＱＦ、、ＮａＦ
等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない
。形成されるコーティング層の強度、耐久性、耐水性等
の点からは、 ５ｉｎ２が好ましい材料である。コーテ
ィング層を素子基体表面に形成する方法としては、真空
蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を利用すること
ができる。
第１図に示すスラブ型レーザ素子を、Ｎｄ：ＧＧＧを母
材として製造した。Ｎｄ ： ＧＧＧ媒質１は、上下の
２つの全反射面上に全面にわたり、５ｉｎ２からなるコ
ーティング層２，２′が形成されている（図では厚さを
誇張して示しである）。レーザ光軸は全反射面と平行で
あるように製作されているので、左右の端面３および３
′はブリュースタ角（θ＝５２．７＠）傾いており、し
たがって端部の傾斜角αは２７．３゜である。
材として製造した。Ｎｄ ： ＧＧＧ媒質１は、上下の
２つの全反射面上に全面にわたり、５ｉｎ２からなるコ
ーティング層２，２′が形成されている（図では厚さを
誇張して示しである）。レーザ光軸は全反射面と平行で
あるように製作されているので、左右の端面３および３
′はブリュースタ角（θ＝５２．７＠）傾いており、し
たがって端部の傾斜角αは２７．３゜である。
このスラブ型レーザ素子は、発振波長λ＝ １．０６μ
ｍに対し屈折率ｎ工＝１．９４であり、端面３にブリュ
ースタ角（θ＝６２．７°）で入射した光の屈折角φは
前記式（３）より、φ＝ ２７．３°である。したがっ
て、式（１）より ｎ２（１，５８ でなければならない。今、Ｓｉｎ、コーティング層の屈
折率は、ｎよ＝１．４５であり、この条件を満たしてい
る。このときのコーティング層の必要な厚さしは、式（
２）より し＞０．２７ （μｍ） と求められる。
ｍに対し屈折率ｎ工＝１．９４であり、端面３にブリュ
ースタ角（θ＝６２．７°）で入射した光の屈折角φは
前記式（３）より、φ＝ ２７．３°である。したがっ
て、式（１）より ｎ２（１，５８ でなければならない。今、Ｓｉｎ、コーティング層の屈
折率は、ｎよ＝１．４５であり、この条件を満たしてい
る。このときのコーティング層の必要な厚さしは、式（
２）より し＞０．２７ （μｍ） と求められる。
本実施例のようにＮｄ：ＧＧＧ媒質の全反射面をＳｉＯ
□コーティング層で被覆したとき、全反射の際の位相変
化は、反射位置によらず常に−９０，５°となるので、
横モードの乱れは起らない。また、 ５ｉｎ２は波長１
．０６μｍの光を吸収しないので、吸収損失も発生しな
い。
□コーティング層で被覆したとき、全反射の際の位相変
化は、反射位置によらず常に−９０，５°となるので、
横モードの乱れは起らない。また、 ５ｉｎ２は波長１
．０６μｍの光を吸収しないので、吸収損失も発生しな
い。
実施例２
Ｎｄ：ＹＡＧを発振媒質として用い、実施例１と同様の
スラブ型レーザ素子を製作した。この場合も発振波長は
え＝ １．０６μｍで、該波長に対するＮｄ：ＹＡＧの
屈折率はｎ １＝ １．８２である。ブリュースタ角は
６１．２’であり、スラブ端部の頂角α＝２８．８’と
した、端面３にブリュースタ角（θ＝６１．２″′）で
入射した光の屈折角φは前記式（３）よりφ＝ ２８．
８°であり。
スラブ型レーザ素子を製作した。この場合も発振波長は
え＝ １．０６μｍで、該波長に対するＮｄ：ＹＡＧの
屈折率はｎ １＝ １．８２である。ブリュースタ角は
６１．２’であり、スラブ端部の頂角α＝２８．８’と
した、端面３にブリュースタ角（θ＝６１．２″′）で
入射した光の屈折角φは前記式（３）よりφ＝ ２８．
８°であり。
したがって、式（１）より
ｎ２〈１．５３
でなければならない。５ｉｎ２コ一テイング層の屈折率
ｎ、＝１．４５はこの条件を満たしている。このとき、
コーチイン層の必要な厚さｔは、式（２）よりｔ＞０．
３３（μｍ） と求められる。
ｎ、＝１．４５はこの条件を満たしている。このとき、
コーチイン層の必要な厚さｔは、式（２）よりｔ＞０．
３３（μｍ） と求められる。
参考例
コーティング層の材料として使用し得る物質の屈折率（
λ＝ １．０６μｍ）を第１表に例示する。これら物質
はλ＝ １．０６μｍについて透明である。実施例１の
結果から、 ＬａＦ３以外の例示物質はいずれもＮｄ
： ＧＧＧレーザのコーティング層として使用できるこ
とがわかる。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザに対してはいず
れの例示物質も使用できることがわかる。
λ＝ １．０６μｍ）を第１表に例示する。これら物質
はλ＝ １．０６μｍについて透明である。実施例１の
結果から、 ＬａＦ３以外の例示物質はいずれもＮｄ
： ＧＧＧレーザのコーティング層として使用できるこ
とがわかる。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザに対してはいず
れの例示物質も使用できることがわかる。
第１表
〔発明の効果〕
本発明のスラブ型レーザ素子は、全反射面に接する物質
による吸収損失がなく、また全反射面のいずれの位置に
おいても反射による位相変化が常に同一であるためレー
ザ出力光に横モードの乱れが生じない。したがって、単
に広い断面積を有するばかりでなく、均一な横モードを
有する良質のレード出力光を得ることができる。このよ
うなレーザ出力光はレーザマーカー、レーザアニール等
の加工、又、微細に出力光を絞り込む事が容易であり、
該素子は切断、溶接、トリミング等の各種レーザ加工機
に有用である。
による吸収損失がなく、また全反射面のいずれの位置に
おいても反射による位相変化が常に同一であるためレー
ザ出力光に横モードの乱れが生じない。したがって、単
に広い断面積を有するばかりでなく、均一な横モードを
有する良質のレード出力光を得ることができる。このよ
うなレーザ出力光はレーザマーカー、レーザアニール等
の加工、又、微細に出力光を絞り込む事が容易であり、
該素子は切断、溶接、トリミング等の各種レーザ加工機
に有用である。
第１図は１本発明のスラブ型レーザ素子の一実施例の概
略を示す図である。
略を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ２つの平行な全反射面を有するスラブ型レーザ素子に
おいて、 前記２つの全反射面の裏面に相当する２つの表面に、屈
折率ｎ＿２および厚さｔが、それぞれ次式（１）および
（２）： ｎ＿２＜ｎ＿１ｓｉｎ（α＋φ）・・・（１）ｔ＞（λ
／ｎ＿１）／〔２π√（ｓｉｎ＾２（α＋φ）−（ｎ＿
２／ｎ＿１）＾２）〕・・・（２）ここで、φ＝ｓｉｎ
＾−＾１（ｓｉｎθ／ｎ＿１）〔上記式中、ｎ＿１はレ
ーザ媒質の屈折率、αは素子の端部頂角、θはブリュー
スタ角、φは端面にブリュースタ角で入射したレーザ光
の屈折角、そしてλはレーザ光の波長（真空中）を示す
。〕の条件を満たすコーティング層を有することを特徴
とするスラブ型レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165171A JPH0738469B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | スラブ型レ−ザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165171A JPH0738469B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | スラブ型レ−ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319888A true JPS6319888A (ja) | 1988-01-27 |
| JPH0738469B2 JPH0738469B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=15807207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61165171A Expired - Lifetime JPH0738469B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | スラブ型レ−ザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738469B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0198281A (ja) * | 1987-06-22 | 1989-04-17 | Lasag Ag | 改良された冷却システムを有するレーザー |
| JPH01272174A (ja) * | 1988-04-25 | 1989-10-31 | Hikari Sangyo Gijutsu Shinko Kyokai | スラブ型レーザー素子 |
| JPH03293787A (ja) * | 1990-04-12 | 1991-12-25 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置 |
| WO2013140432A1 (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | 三菱電機株式会社 | レーザ装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60247983A (ja) * | 1984-05-24 | 1985-12-07 | Hoya Corp | エルビウムレ−ザ発振装置 |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61165171A patent/JPH0738469B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Also Published As
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| JPH0738469B2 (ja) | 1995-04-26 |
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