JPS63244692A - 固体レ−ザ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアニーリングラスクリペアなどの精密加工に利
用される固体レーザ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からある代表的な固体レーザ装置としては、楕円体
形状のり７レクタの各焦点位置に、それぞれ円柱状のレ
ーザ活性媒体（以下レーザ媒体と略す）と励起用ランプ
とを平行に対向配置したものなどが知られているが、こ
のようなものにおいて紘人力エネルギが増加してくると
、円柱状（ロンド型）レーザ媒体の中心と表面での温度
差が原因で、出力エネルギが不安定になったシ、レーザ
媒体が破壊したりしてしまいレーザ発振が停止してしま
うなどの問題があった。そのため、近年スラブ（８ＬＡ
Ｂ）　ＩＩ　（５１ＰＩＩ　Ｖ＠ｌ　６９　（１９７！
５）　Ｌａｍ＠ｒＳｙｓｔ＠ｍｓ　Ｐ３８〜４４）と呼
ばれる表面冷却、表面励起形の固体レーザ装置が開発、
使用されるに至っている。

これは板状のレーザ媒体を挾んで励起用ランプを配置し
、その間に冷却水、圧縮空気等の冷媒を流すように構成
したもので、レーザ光拡レーザ媒体の励起用ランプに面
する対向主表面で全反射を繰シ返すことによりジグザク
の光路を通〕、その際冷却された主表面の低温部分と中
心の高温部分とを交互に繰シ返して進行することから、
平均化された温度分布状態のスラブ型レーザ媒体中を伝
搬することで、前述のロッド型レーザ媒体の欠点が軽減
される。第７図および第８図はこのようなスラブ型固体
レーザ装置の従来例を示すもので、これを概略説明する
と、１はレーザ媒体、２はレーザ媒体１を保持する保持
器、３は前記保持器２および励起用ラング４を収納する
ラングハウジングで、このランプハウジング３は保持器
２を挾んで対向配置された左右一対のハウジング本体３
Ａ。

３Ｂで構成され、その夫々の互いに対向する内側面には
前記ランプ４を収納する収納凹部５人、５Ｂが形成され
ておシ、これらの凹部５人、５Ｂにはそ。

れぞれ２本のランプ４が上下にかつレーザ媒体１と平行
に収納配置され、また該凹部５Ａ、５Ｂの内壁面は円弧
状に湾曲形成されかつ金めつきが施されることＫよシ各
ランプ４から出射した光を反射し前記レーザ媒体１の主
表面１ｍ、１ｂにそれぞれ集光させるリフレクタ６．７
を形成している。各ランプ４は冷却管８によって囲繞さ
れている。そして、各収納凹部５人、５Ｂはその前面開
口部が透光性ガラス基板９Ａ、９Ｂによってそれぞれ機
密に密閉され、内部に前記ランプ４を冷却するための冷
却水１３がパイプ１０を介して供給されるように構成さ
れている。また各励起用ランプ４の両端部に設けられた
電極取出部１１を保持する保持器１２には前記冷却管８
にイオン交換水１５（又は冷却ガス）を供給するための
パイプ１４がそれぞれ接続されている。

前記ランプハウジング３の上面中央部には図示を省略し
た循環器から送出された冷却ガス１６を前記レーザ媒体
１の各主表面１ａ、Ｉｂに直接供給するための冷媒供給
部材１Ｔが配設されている。

冷却ガス１６は前記各主表面１ｍ　、１ｂと前記透光性
ガラス基板９Ａ、９Ｂとの間にそれぞれ形成された冷媒
通路１８Ａ　、　１８Ｂに送シ込まれることにより、前
記各主表面１ｍｌ　ｌｂに溢って下方に流れてレーザ媒
体１を冷却し、ランプハウジング３が載置固定されてい
る光学ペース２０内に設けられた排出通路２１Ａ　、　
２１Ｂを通ってパイプ２２に導かれる。

この場合、前記冷却ガス１６と前記冷却管８に供給され
るイオン交換水１５とは、前記パイプ１０によって各収
納凹部５人、５Ｂ内に循環供給される冷却水１３によっ
て冷却される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の固体レーザ装置におい
ては、レーザ媒体１の各主表面ｌａ　、　ｌｂの温度分
布は、励起用ランプ４の直射光を最も強く受ける部分、
すなわちランプ４と対向する部分が他の部分に比して高
温になっているので、とのような不均一な温度分布を呈
している。レーザ媒体１の主表面１ａｐ　ｌｂに冷却ガ
ス１６を該面と平行に流すと、どの部分に対しても冷却
能力は同じであるため、レーザ媒体１の高温部を十分に
かつ効果的に冷却することができなかった。特に、励起
用ランプ４からの入・カエネルギのｍｂ返しが早くなっ
たとき、・レーザ媒体１の第９図Ａ−Ａ線で切断した断
面方向に第１０図（＆）に示すような不均一な温度分布
を生じ、しかもレーザ媒体１の中心部の温度だけが冷却
ガス１Ｂと接している主表面１ａ。

１ｂと比較して高い温度となシ、そのため熱応力が発生
してレーザ媒体１を破壊するという問題があった。

したがって、本発明では上記のような欠点を改善し、レ
ーザ媒体の主表面を効果的に冷却し得、熱応力による破
壊を未然に防止し得る固体レーザ装置を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る固体レーザ装置は上記目的を達成するため
に、励起用ランプにより励起されるレーザ媒体の高温部
分と低温部分のり、ち少なくとも高温部分に対して冷媒
を実質的に垂直に吹きつける噴出口と、・前記レーザ媒
体の高温部分から低温部分に涜って冷媒を流通させる冷
媒通路とを設けたものである。

〔作用〕

本発明においてはレーザ活性媒体の主表面高温部分く冷
媒をほぼ垂直に吹きつけているので、該高温部分を効果
的に冷却し、主表面全体の温度分布を均一化させる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る固体レーザ装置の一実施例を示す
第３図Ｌ　−Ｉ線断面図、第２図は一方のハウジング本
体の斜視図、第３図は同装置の外観斜視図、第４図は第
３図ＩＶ−ＩＮ’線断面図、なお、図中第７図〜第９図
に示した従来装置と同一構成部品１部分に対しては同一
符号を以って示し、その説明を省略する。本実施例は各
ハウジング本体３Ａ、３Ｂの収納凹部５Ａ、５Ｂに励起
用ランプ４をそれぞれ１つずつ配置した例を示す。また
、レーザ媒体１としてｉＮｄ”十を６重量係合んだリン
酸塩系レーザガラスＬＨＧ−５（ＨＯＹＡ製）を、幅Ｗ
＝１５ｍ＋長さＬ＝５５ｍ＋厚さｔ冨４０の薄板状に加
工したもので、θ＝３３°に加工した端面から入射した
光が互いに平行な対向主表面１ａ　、ｌｂで交互に６回
全反射を繰シ返すように形成されている。そして、前記
励起用ランプ４は内径６■、肉厚１Ｗ１１の真空容器を
用いた円柱状のＸ・ランプで、励起長は約５０ｍとされ
る。

さて、前記各ハウジング本体３Ａ、３Ｂはレーザ媒体１
の保持器２を挾んで対向するように光学ベース２０上に
ビス３０によって固定され、その互いに対向する内側面
中央部には適宜深さの凹陥部３１人、３１Ｂが形成され
ておシ、この各凹陥部３１人。

３１Ｂの内底面中央部に前記ランプ４を収納する半円形
の収納凹部５Ａ、５Ｂが該ランプ４の長手方向に形成さ
れている。各収納凹部５Ａ、５Ｂの内壁面は金めつき処
理されることによりリフレフタ６゜７をそれぞれ形成し
ている。また、各収納凹部５Ａ。

５Ｂは、厚さ２ｗ程度でパイレックスガラス等からなシ
表面が光の散乱を防ぐために精密研磨された透光性ガラ
ス基板９Ａ、９Ｂによって機密に密閉され、さらに前記
各凹陥部３１Ａ　、　３１Ｂの開口部にもそれぞれ上下
一対からなる透光性ガラス基板３２ｍと３２ｂ　、　ａ
ａａと３３ｂがそれぞれ配設されている。この場合、前
記透光性ガラス基板９ム、９Ｂはその周縁部を前記各凹
陥部３１Ａ　、　３１Ｂの内底面に０リング３４を介し
て密接させ、かつ押えプレー　。

ト３５によって抑圧固定されている。押えプレート３５
は止めねじ３６によって凹陥部内底面に固定されている
。同様に前記透光性ガラス基板３２ａ。

３２ｂ　、　３３ｍ　、　３３ｂも各ハウジング本体３
ＡＩ３Ｂの内側面に０リング３１を介して密接され、か
つねじ止め固定される押えプレート３８によってそれぞ
れ抑圧固定されている。そして、前記各透光性ガラス基
板３２ｍと３２ｂおよび３３ｍと３３ｂとの間に形成さ
れたスリット状の隙間は、冷媒としての冷却ガス１６を
前記レーザ媒体１の各主表面、１　ａ　ｔ　１　ｂに対
してほぼ垂直に噴射する冷媒噴出口３９人。

３９Ｂを形成している。

これらの噴出口３９人、　３！ＩＢは前記ランプ４、換
言すれば前記各主表面１ａ＊１ｂのうちの励起用ランプ
４と最も近接し、その直射光を最も多く受ける高温部に
対応して形成されている。

この場合、本実施例は各冷媒噴出口３９人、３９Ｂを２
枚のガラス基板３２＆と３２ｂ　、　３３ｍと３３ｂに
よってその全長に亘って等間隔に形成したが、これに限
らず例えば第５図（ａ）　、　（ｂ）に示すような形状
のガラス基板３２ｍと３２ｂ　（３３ｍと３３ｂも同様
）を用いて中央部分の噴出口幅を大きくしたシ、あるい
は同図（ｅ）Ｋ示すように１枚のガラス基板３２に形成
された多数の小孔により冷媒噴出口３９を形成してもよ
いものである。

前記各ハウジング本体３ム、３Ｂの内部には一端が該本
体３Ａ、３Ｂの外側面に開口し他端が前記各凹陥部３１
人、３１Ｂに連通する合計６つの冷媒流路４１．４２が
３個ずつ上下２段にそれぞれ形成され、これら通路４１
，４２の一端開口部にはパイプ４３がそれぞれ接続され
ている。

前記各ハウジング本体３Ａ、３Ｂの内側面と保持器２と
の間には前記各冷却ガス１６の冷媒導路１８Ａ、１８Ｂ
が形成されておシ、これらの通路１８Ａ。

１８Ｂは、光学ペース２０に設けられた排出通路２１Ａ
　、　２１Ｂおよびランプハウジング３上に設置された
冷媒排出部材４７の排出通路４８にそれぞれ連通されて
いる。

次に１上記構成からなる固体レーザ装置の冷却について
説明する。冷却ガス循環器（図示せず）から供給される
冷却ガス１６（圧力０．５　ｋ＃／−の圧縮空気）は、
パイプ４３を通って各ハウジング本体３ム、３Ｂ内に形
成された冷媒流路４１．４２に導かれ、凹陥部３１Ａ　
、　３１Ｂに流入すると、冷媒噴出口３９人、３９Ｂか
らレーザ媒体１の各主表面１ａｙ１ｂにほぼ垂直に吹き
つけられる。この時、各主表面１ｍ’、ｌｂの冷却ガス
１６が吹きつけられる部分は励起用ランプ４の直射光を
最も多く受け、最も高い温度に加熱された高温部である
ため、該高温部の熱エネルギが冷却ガス１６に効率よく
移動し、高温部の温度を効果的に低下させることになる
。一方、高温部よシ熱エネルギを奮った前記冷却ガス１
６は、冷媒通路１８Ａ、１８Ｂに沿ってレーザ媒体１の
前記高温部よシは励起用ランプ４の距離が離れているた
め比較的熱エネルギの蓄積が少ない低温部へと熱交換を
行いつつ移動し、光学ペース２０の排出通路２１Ａ　、
　２１Ｂおよび冷媒排出部材４７の排出通路４８へと排
出される。そして、これらの通路から排出された冷却ガ
ス１６はパイプ２２を通って冷媒の循環器に戻る。

一方、各励起用ランプ４自体を冷却するためにイオン交
換水１５の循環器から供給される前記イオン交換水１５
は、電極保持部１２内に形成された流路（図示せず）を
通って冷却管８内に流入し、前記ランプ４の外壁と接触
することにより熱交換を行い、熱エネルギを奮ったイオ
ン交換水は他方の電極保持部１２′に形成された流路を
通って再びイオン交換水の循環器へと戻る。

各ハウジング本体１３Ａ　、　１３Ｂの収納凹部５Ａ、
５Ｂには冷却水１３が循環器よシバイブ１０およびハウ
ジング本体１３Ａ、１３Ｂの通路５０（第４図）を通っ
て供給され、励起用ランプ４を冷却管８の外部から冷却
する。そして、この冷却水１３はハウジング本体１３Ａ
　、　１３Ｂの通路５１（第４図）およびパイプ１０′
を通って循還器へと戻る。

かくしてこのような固体レーザ装置による冷却構造によ
れば、冷却ガス１６をレーザ媒体１の高温部に集中的に
吹き付けているため、冷却効果が大で、第９図Ａ−Ａ線
で切断した断面での温度分布を第６図に示すようＫはぼ
均一にすることができる。このため、温度差による熱応
力の発生を抑えることができ、安定したレーザ発振を維
持することができる。また、本実施例はランプハウジン
グ３が冷却ガス１６の流路形成部材を兼ねているため、
部品点数を減少させると共に組付は手数を節約すること
ができる。

なお、上記実施例はスラブ型の固体レーザ装置に適用し
たが、ロッド盟の固体レーザ装置であってもよく、また
冷媒１６も圧縮空気の替Ｊ）　Ｋ　Ｎ　ｚガス、Ｈ・ガ
スなどであっても同様の効果が得られるものである。

また、上記実施例では冷媒１６とイオン交換水１５を冷
却するための冷却水１３を収納凹部５Ａ。

５Ｂ　Ｋ循環させたが、冷却水の代シに冷却ガスを使用
してもよく、その場合には透光性ガラス基板９Ａ、９Ｂ
を取り外し、冷媒１６と共に冷媒噴出口３９Ａ　、　３
９Ｂよシレーザ媒体１の各主表面１ａ　、　Ｉｂに吹き
付けてもよい。

さらに、上記実施例はレーザ媒体１の各主表面１ａｓｌ
ｂに冷媒１６を吹き付けるように構成したが、励起用ラ
ンプ４が唯１つの場合は、ランプ４に対応して１つの噴
射口とし、一方の主素面のみを冷却すればよく、その場
合もランプ側の主表面に限らず、反対側の主表面に吹き
付けてもレーザ媒体１の板厚が薄い場合には十分な冷却
効果が得られるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る固体レーザ装置は、励
起用ランプによって励起されたレーザ活性媒体の高温部
と低温部のうち少なくとも高温部分に冷媒をほぼ垂直に
吹き付けるように構成したので、該高温部分を効果的に
冷却することができ、温度分布の均一化を計ることがで
きる。したがって熱応力によるレーザ活性媒体の破壊を
効果的に防止でき、安定外発振動作をする固体レーザ装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体レーザ装置の一実施例を示す
第３図Ｉ−Ｉ線断面図、第２図はハウジング本体の斜視
図、第３図は同レーザ装置の外観斜視図、第４図は第３
図ＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図（ａ）　、　（ｂ）　、
　（ｃ）はそれぞれ冷媒噴出口の他の実施例を示す図、
第６図はレーザ媒体の温度分布図、第７図はスラブ型固
体レーザ装置の従来例を示す第８図■−■線断面図、第
８図は同レーザ装置の外観斜視図、第９図はレーザ媒体
の斜視図、第１０図は従来装置におけるレーザ媒体の温
度分布図である。 １・・拳・レーザ活性媒体、１ｍ＋１ｂ・・・・主表面
、３・拳・−ランプハウジング、３Ａ、３Ｂ−・・中ハ
ウジング本体、４・・・・励起用ランプ、１（ｉｅｅｅ
＊冷媒、１８Ａ、１８Ｂ−−−−冷媒通路、３９Ａ　、
　３９Ｂ・・・・冷媒噴出口、４１．４２・・９拳冷媒
流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒体と励起用ランプとを互いに実質的に平行に配
   置した固体レーザ装置において、前記励起用ランプによ
   り励起される前記レーザ媒体の高温部分と低温部分のう
   ち少なくとも高温部分に対して冷媒を実質的に垂直に吹
   きつける噴出口と、前記レーザ媒体の高温部分から低温
   部分に沿って前記冷媒を流通させる冷媒通路とを備えた
   ことを特徴とする固体レーザ装置。