TWI359542B - Solid-state laser device and wave length conversio - Google Patents

Description

IS59542 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種以固態雷射元件使高輸出的雷射光 進行振盪之固態雷射裝置、以及以非線性結晶使該裝置所 產生之雷射光進行波長變換且予以輪出的波長變換雷射裝 置。 '田、 【先前技術】 一固態雷射的主要用途係可列舉如金屬材料或碎晶圓的 精费加工、印刷基板材料的微細開孔加工等。如上述之精 密加工’―般而言為了極力避免對加工材料的熱影響而^ 現=質的加工，則使用以Q開關而進行高峰值脈衝振盈 之早柄固態雷射（single mc)de s〇lid state ^小以及 將如此之IS態雷射作成基本波雷射光源之波長變換雷射。 長變換雷射，-般為將紅外光波長之基本波雷射光 =換成ία的波長之綠光雷射'以及變換成1/3或^ 、波長之紫外光雷射（以下稱為UV雷射）。 衡夕=用途之中’金屬或石夕材料的加工係適用高峰值脈 :之：射，而求得脈寬較短(短脈衝)之高能量的固態雷 刷美變換雷射。另—方面’由樹脂材料所構成之印 材用途，由於高重覆頻率之uv雷射其樹脂 率而東：：广而能進行高速加工，故盡量以高重覆頻 輸出之uv雷射。求得高頻、高平均輸出之 出：:衝二Ϊ基本之基本波雷射必須為高頻、高平均輸 卜結果，在橫向單模固態雷射的領域當 319807 6 K59542 中，求得短脈衝、高能量化之相關技術之提升、以及高頻、 高輸出之相關技術之提升之2項，若具有能滿足雙方的要 求之固態雷射技術，則可說最為理想。 . 進行高輸出振盪之固態雷射裝置，一般係使用以摻雜 .Nd原子之Y3Ai5〇12結晶（通稱YAG結晶）為材料之棒狀的雷 射元件（以下簡稱為YAG棒）的Nd : YAG雷射、以及使用摻 雜相同的Nd原子之YV〇4結晶之Nd : YV〇4雷射。由於Nd : YV〇4雷射之雷射增益為極高，故即使以高效率且100kHz 籲左右之高重覆頻率亦能進行穩定之脈衝振盪，相反地，由 於大型的結晶之育成較難，故進行高輸出化有其限制。另 一方面，Nd : YAG雷射係能作成大型的YAG棒，且能進行 高輸出、高能量之脈衝雷射振盪，相反地，由於YV〇4結晶 之雷射增益並不高，故高重覆頻率之脈衝振盪具有不穩定 之傾向，一般而言係以50kHz以下之中程度的重覆頻率區 域而達成實用化。 φ 目前市售之UV雷射中，高能量型係以Nd : YAG雷射作 為基本波雷射，高重覆頻率型係以Nd : YV〇4雷射作為基本 .波雷射而成為其主流。但’由於結晶尺寸的限制專，故要 達成Nd : YV〇4雷射以上之高輸出化較難，若具有高輸出化 較易之Nd:YAG雷射即使在100kHz左右之高重覆頻率下亦 能進行穩定之脈衝振盪之製品技術，則即使在較高重覆頻 率之領域中亦能獲得更高輸出之UV雷射。 ；

Nd : YAG雷射以高重覆頻率之高輸出振盪為目標係因 ·-能有效地增加YAG棒内之激發密度，因此，對應-於-YAG棒 7 319807 1559542 •内部所產生之較強的熱透鏡並能穩定地進行雷射振盪之共 振器技術和激發技術即為必要條件。此點在製作高能量、 高輸出之Nd : YAG雷射上亦相同。亦即，在以Nd : YAG雷 .射而達成高能量、高輸出化上、以及達成高重覆、高輸出 化上，其如何能以較強的熱透鏡穩定地進行雷射振盪即成 為關鍵技術。 繼而說明有關於Nd : YAG雷射之高輸出橫向單模振盪 之技術。 ® 由於YAG棒係具有按照激發輸入（excite input)而產 生變化之熱透鏡，故設計共振器時，必須考量YAG棒内部 的熱透鏡而作成能進行穩定型振盪之設計值。由於YAG棒 之熱透鏡係按照激發密度而產生變化，所以當激發輸入自 低輸入而改變成高輸入時，YAG棒之熱透鏡亦具有按照此 而緩慢地增大之特性，但，為了使一個共振器能維持為穩 定型振盪，其内部所具備之熱透鏡的強度係具有界限，且 |僅能在特定之熱透鏡範圍内進行雷射振盪。該熱透鏡範圍 係存在著上限和下限，其值和熱透鏡範圍之寬度係按照共 振器之設計值而異。亦即*設計成較弱的熱透鏡條件用之 共振器中，其較強的熱透鏡（=高激發輸入）係無法進行雷 射振盪，而設計成較強的熱透鏡之共振器中，其較弱的熱 透鏡（=低激發輸入）係無法進行雷射振盈。此後，將該能 進行雷射振盪之熱透鏡範圍稱為共振器的振盪區域。 該振盪區域之寬度係根據共振器之設計值而改變，主 要係根據和YAG棒内‘部進行激發的區域之光軸垂直之方向 319807 F359542 的截面積、以及以共振器設計值而理論性地計算之YAG棒 内之TEMOO光束的截面積之比而決定。例如，若為側面激 發方式之f雷射，則由於YAG棒之全部均被激發， 故根據=對於YAG棒的圓形截面積之TEM〇〇光束的截面積 盈區域的寬度。因此’對YAG棒直徑以非常細 伴寬卢而進行振I之横向多模振I時，雖可择 束直徑而進行《之橫向二==β之_光 振盈區域…亦可則僅能確保狭事的 振器内而抑制多模成分之振盪，且插=共 廣===盪、。但’該情形時，為了能確保寬 法進行古^仔已而進订極低效率的雷射振盈，致盔 ，，輸出振盪。上述在將YAG棒端面的 ： 激發的端面激發之情形時，在^ 的觸0光束直徑而進行橫向單 以和激發乾圍同等 同樣，其振盡區域的寬幅係相應性地變ί共振"時的情形 結果，以高效率而設計高輸 不根據激發方式’情非得已 二：:振蘯器時， 而成為具有僅在特定的狹窄激發輪振盪區域， 銳形狀的輪出特性之泰射。隹 £園進行振盪之尖 形時’雖能確保寬廣的振盪：域多模振盪之情 至高激發輸入之寬闊的輸出 ：得自低激發輸入 輪出之横向單模振盪時， /輪出雷射，但，高 來一種尖銳的着出特性之雷射。彳于市光性之高度，卻換 319807 9 059542 仁振盪區域之寬幅極端狹窄時，相對於YAG棒之埶 透鏡的搖規、逢動而形成敏感的特性，且無法進行穩定的' 雷射減而不能期望高輸出振盪。高輸出振盪所必需之振 盧區域雖存在寬幅界限，但，通常在進行高效率之橫向單 模振盧時，由於會降低振盈區域之寬幅的界限值， 设计以南激發輸入而進行振I之共振器，亦產生輸出飽和 現象，而無法取得目標值之高輸出振盪。為了迴避該界限， 則由將左右的共振裔鏡片作成相同的曲率且對稱之光 統配置所構成之對稱共振器構成是為有效的。左右不對稱 之共振器構成之情形時，由於狹窄的2個振i區域係分別 分離存在於低激發輸入側和高激發輸入側，故各個振盈區 忒=欠乍而發生輸出飽和現象。但，對稱共振器構成之情 =時，由於2個振盪區域未分離而成為一體，且形成2‘ T度之振盪區域，故相對於熱透鏡的搖幌、變動卻能充= 穩定’故能進行相應於激發輸人的增加之高輸出的橫向: 模振盪。 又，作成以何種程度之熱透鏡條件進行雷射振盪之共 振器設計，其一般而言主要係根據共振器鏡片的曲率、配 置等之設計值而決定’欲讀強的熱透鏡條件（高激發輸入） 進行振盪時，則以較強的曲率（較短的曲率半徑）之共振哭 w而組成對稱共振n構成。但’以極強的熱透鏡ς件 仃振盪時’則共振器鏡片上之光束直徑即變成極端小，且 有超越鏡片的塗層之耐光強度界限而使鏡片產生毁損之情 形“為了迴避如此之界限，哥亦有—種將，進行m、AG^ 319807 10 K59542 之熱透鏡的動作之熱透鏡補償光學系統（由凹透鏡等所構 成）編入共振器内，且即使以更強之熱透鏡條件亦能 + 射振盪之構成。 田 • 另一方面，YAG棒係具有產生按照偏光方向而不同之2 •種熱透鏡之熱複透鏡之問題。在激發之YAG棒内，因伴隨 著溫度分佈之應力產生而複折射者，係一種對於yag棒^ 面的直徑方向和圓周方向具有偏光面之2種之光，感受到 各個熱透鏡之現象。結杲，由於共振器之中，2種偏光模 態係以各個熱透鏡狀態.而進行振盤，故產生模態間之競爭 現象，特別是橫向單模振料，則具有振盈效率降低，且 陷入極不穩定之振盪狀態的問題。 •為了解決此問題，則使用同等級激發之2個YAG棒， 並於YAG棒之間配置晶體旋轉器等之9〇度旋光構件，使2 個偏光模態之光分別來回於共振器之中1次時所感應之熱 透鏡的總和作成平均化之複折射補償技術之方式係為有效 鲁的。兩個偏光模態互相以相同的熱透鏡狀態而穩定地進行 振盪，藉此即能形成高效率之横向單模振盪。 專利文獻1之第1圖係顯示使用該複折射補償技術之 習知的共振器之例。該例係進而將前述之凹透鏡的熱透鏡 補償手段配置於兩棒之外側’而形成能進行更強之熱透鏡 的向輸出振盪之共振器構成。 此外，進行更完全之複折射補償之手段係已知有一種 將藉由望遠鏡將YAG棒之間進行影像轉印連接之技術組合 …於上述複折烟敎·技術的方法。非專利城1之第5圖 319807 11 K59542 係除了 90度旋光構件之複折射補償之技術之外，尚記載以 YAG棒之中心和透鏡之間的光學性的距離規定為^，將2 個透鏡之間的光學性的距離規定為2f，而將2個透鏡（焦 距f)所構成之望遠鏡配置於2個YAG棒之間之構成。據、 此’可顯示完全解除熱複透鏡的影響，而實現最高U指 的直線偏光之橫向單模振盪之例。 此外，亦有如非專敎獻2之第14圖之構成，將利用 上述複折射補償技術進行振ϋ向單模雷射光通過激發 之抓棒而輸出放大之隨技術組合，而取得高輸出之橫 向單模輸出之方法。 繼而說明有關於波長變換雷射技術。 叙而σ，在_代表UV雷射之高輸出的波長變換雷射當 中，將以直線偏光進行振堡之固態雷射的輸出光作成基本 波雷射一光，且入射至非線性結晶，藉此而使波長變換成工 /N的高諧波（higherharm〇nic)雷射光且予以輸出。非線 性結晶一般而言係有LBO結晶（LiB3〇5)、ΠΡ結晶 (KTiOPOO、CLB〇結晶（CsLiB6〇i〇等。將變換成I/〗波長 =雷射光稱為2倍波，將變換成1/3、1/4波長之雷射光 —稱為3仏波、4倍波。基本波雷射係使用以q開關進 行脈衝振ϋ向單模雷射振。如上述，特別是代表 3倍t之UV雷射’其除了高能量·高輸出化之外，亦強烈 要求=頻化•高輪出化，因此，即使高重覆頻率亦必須為 可穩定進行雷射振盡之橫向單模之基本波雷射。現狀係多 數為以有利於..高重覆頻率的振盪之腿：γν〇4雷射作為基本 319807 12 B59542 波之UV雷射製品，例如1 00kHz之重覆頻率大約20W之平 均輸出的3倍波雷射等亦已上市。另一方面，高能量型之 UV雷射係大多數將有利於高輸出化之Nd : YAG雷射作成基 . 本波雷射之情形。 非專利文獻2之第14圖係報告將以上述複折射補償技 術進行振盪之基本波雷射光進而通過激發之YAG棒而輸出 放大之ΜΟΡΑ技術予以高輸出化至205W為止，且入射至非 線性結晶，藉此而以頻率40-45kHz取得最高64W的3倍波 •輸出之例。 專利文獻1 :特開2003-8121號公報（第1圖） 非專利文獻 1 : M. Frede ei: al.，“High power fundamental mode M : YAG laser with efficient birefringence compensation”，Opt. Express 12，3581-3589(2004)(Fig. 5) 非專利文獻 2 : Char 1 es X· Wang et al.，“High power • Q-switched TEMOO Mode Diode-Pumped Solid State Lasers with > 30W Output Power at 355nm”，Proc. of SPIE Vol. 6100. 610019 、 （2006)(Figurel4) 【發明内容】 [發明欲解決的課題] 然而，有關於上述固態雷射，特別是Nd : YAG雷射之 習知技術，雖均具有以較強的熱透鏡條件進行穩定之高輸 出雷射振盪之技術，但，在以更高輸出化或強的熱透鏡條 - 件之嚯射振盪為目標方面·，則·存在著2個問題一其一為伴 13 319807 丄 隨：為了取：更高輸出之激發輸入的增加，而使偏離雷射 π之…負何或雷射共振之理想狀態增大，結果，產生阻 :===而形成輸出飽和之問題。另-個為即 =振I㈣_要目之料，亦^取得㈣於高^：— * ' ~ ' 1 " ' " - - - I ί _ ‘^0^— 之-間—:¾' " 茲以專利文獻1為例說明之。專利文獻J之 熱透鏡補償手段為藉由調整配置於共振器内之凹透鏡的焦

Jii而亦月b進行無論在原理上多強的熱透鏡條件之 又。十么'，只際上卻發生因高輸出振盪時雷射共振 理想的左右對稱狀態崩離所引起之高輸出振盪的阻礙要 因·。由於具有該阻礙要因係配合激發輸入的增加而增大之 特性，故即使設計無論以多高的激發輸入進行振盈之共振 T，均陷入不會較某個固定準位更增加雷射輸出之飽和現 象。具體而言，複折射補償之對稱共振器之情形時，並係 ，有在振盈區域的中心產生陷入不穩定型振蘯之特異點區 域，且妨礙其條件附近的高輸出振盪之問題。此係以90 度旋光構件而進行複折射補償，以左右的YAG棒感應到雷 射光之熱透鏡上產生差異（相當於複熱透鏡的差，大約咖 的差異）’共振器之對稱性些微崩毁的原因，在測定相對於 激發輸入的雷射輸出的變化之雷射輸出入特性當中，在特 ，的中心其雷射輸出最高的區域附近產生輸出之凹陷(假 疋稱此為窪p自（d i p))之現象。特別是進行以高激發輸入（較 強的熱透鏡）進打振盪之共振器設計，增加對稱性之崩毁， 319807 14 B59542 特異點區域擴大而使窪陷增大，而妨礙高輸出振盡。 文獻1之構成的眾知例係實現最A2〇8w的橫向單模 論文報告。但，我們的實驗中係 、、盪之 2進灯檢向早模振盈之蘭左右為界限，即使進而提升激 發輸入而以南輪出振盪為目標之設計，亦無法 出以謂左右而達飽和之高輪出的橫向單模振盡。射輸 有關於另-方面之問題則以非專利文獻丨為例說明 ^非專利文獻！係以插入至2個彻棒之間的望遠鏡將 左右的Y A G棒間進行影像韓命碴拉 心了〜像轉印連接，用以防止雷射共振的 Η冉性之朋毀。據此，即不會發生窪陷現象，且备不產生 :輸出振盛之阻礙要因。但，由於望遠鏡係形成；2個凸 透鏡的焦距限定於f，將透鏡間的距離限定於之影像轉 印，成’故實際上係產生無法設計對應於高激發輪入之共 振盗的問題。該構成係藉由將左右之共振器鏡片作成曲率 極強（曲率半徑較短）之鏡片，而能作成高激發輸入對應的 共振器。但’該情料，由於鏡片上之光束直徑變得極小， ^會超越鏡>{的反射塗敷之耐光強度的界限，且鏡片已毁 員时口此某種程度以上南輸出化係無法對應，且難以橫 向單模進行100W以上之高輸出振盪。 一此外，該構成係採取將來自各個複數個LD光源之激發 光予以木光照射於各棒的兩端面之端面激發構成。該 ^形時，由於激發光係被局部性地集中吸收於yAG棒的兩 端面附近，故雖分別局部性地產生較強的熱透鏡，但實際 將複數個』《予以重.邊而合成之激發光的強度分俾作， 319807 15 B59542 成 知化保相當困難，各熱透鏡係無法完 相同之透鏡。結I，即使以望遠鏡將㈣棒之生—致 轉印連接」而實際上亦殘留雷射共振之非對稱性像 則產生(則者的問題)高輸出振盪之妨礙要因之情形。。、’ Nd: YAG雷射而實現高重覆頻率的穩定之 模。以 二原本激發密度高之端面激發方式雖為有效，：用 化上則該點係形成瓶頸。 1-在只用 另外，亦考量進而將如專利文獻l之献透 ΓΓΤ遠鏡組合複折射補償技術而成的共“之方' 計二上償用凹透鏡之雙方共 、 八振益内成為極複雜之構成.，.故享垂 上並非為能進行調整之共振 Λ 業製品之技術。 構成1並非為能應用於產 此外，亦有如非專利文獻2之帛u目的基 二用複折射補償技術咖 元大之方法。但’每次以複數個放大單 ㈣光束模㈣㈣毁，即使能達成 祕出化’亦具有橫向單模之高集先性受毁損之== =成複雜且難以調整之問題，難謂可應用於產業製品之 本發明係有鑑於上述問題 獲得一種高輸出、較佳為100w 定地進行之固態雷射裝置。 而開發完成者，其目的在於 以上的橫向單模振盪得以穩 有難-以以高頻實現 另一方面’在波長變換雷射當中? 319807 16 K59542 呵輪出之波長變換雷射的問題。具體 ， 射作為基本波雷射振蓋器時，由於高頻振 用„ 的擴大或脈衝振盤之不穩定化 使二幅 降低，特別是無法實現以超= 使用之高諧波雷射光之波錢換雷射。此外，即使 .YV〇4雷射之情形時，雖能進行10.0kHz以上之汽 =盪且:之尺寸的限制而無法進行高輸出 且難以貝現兩輸出之波長變換雷射。 if亦報告以1嶋進行最高 、'^㈣非線性結晶之集光強度以提高波長變 =效率’結果卻犧牲非線性結晶的壽命，在製品準位之技 1上則100kHz、20W左右之3倍高諧波輪出為其界限。結 J ’在任何一個基本波雷射之情形當中，無法實現以製‘ 準位之品質進行期以上之高輸出振盪之3倍高諧波雷射。 本^明之目的在於獲得一種使用上述之固態雷射裝 ^ ’以得到既高頻、較佳約為1〇〇kHz以上且高輸出之高諧 波雷射光之波長變換雷射裝置。 [知決課題之手段] _在本發明之固態雷射裝置中，係在具備2個固態雷射 元件之對稱共振器的固態雷射元件之間配置焦距丨之2片 凸透鏡和90度旋光構件，將2片透鏡之間隔設為較2f更 紐，且將各透鏡和鄰接之固態雷射元件之中心的距離設為 大致為f。 此外，在本·發明之波長變換雷射裝置當中，更於本發一 319807 17

Jjy：>42 明之固態雷射裝置具 之基本波雷射光入射 [發明之功效] 備Q開關和偏光元件，用以將所輸出 至非線性元件且進行波長變換。 即使=精心完成望眼鏡之構成’而達成能設哥 行高輸出振盪條件亦能進行版共振器’且能造 【實施方式】 以下，根據圖式而詳細地說明本發明之固態雷射裝 、皮長欠換田射裝置之實施形態。又，本發明並不受雁 於該實施形態。此外，有關於本說明書中所記载之距離， 如未特別限制，則顯示光學性的距離。. 實施形態1. 第1圖係顯示本發明之固態雷射裝置之實施形態的構 成:該固態雷射裝置係由全部反射鏡（全反射鏡）n和部份 反射鏡12而構成共振器，並於共振器的内部，將2個固態 雷射元件2卜22，度旋光構件（GpticairQtat〇ryinem㈣ 5、以及2個透鏡61、62配置於同軸上。此處，將全部反 射鏡11側之固態雷射元件稱為第]固態雷射元件21或左 側之固態雷射元件Μ，而將部份反射鏡]2側之固態雷射 元件稱為第2固態雷射元件22或右側之固態雷射元件 22。此外，將全部反射鏡u側之透鏡稱為第1透鏡， 而將部份反射鏡12側之透鏡稱為第2透鏡62。第丨固態 雷射元件21和第2固態雷射元件22其一例係均為相同尺 寸之YAG-棒，且以同箏的激發—輪入而被激發，而產生同等 319807 P359542 之熱透鏡（此後’將固態雷射元件均稱為YAG棒）❶全部反 射鏡11和部份反射鏡12均為曲率半徑R之反射鏡，其係 夾住2個固態雷射元件21、22而配置成光學左右對稱^並 構成對稱共振器（此後，將全部反射鏡11和部份反射鏡i2 均稱為共振器鏡片）。 兄 由該對稱共振器、第1固態雷射元件21、第2固熊雷 射元件22、以及設置於兩個固態雷射元件之間的卯度^走田 光構件5構成複折射補償型共振器。此外，第丨透鏡η 和第2透鏡62係均為焦距『之凸透鏡，且設置於第：固態 雷射元件21和第2固態雷射元件22之間而構成望遠鏡: 此處，第1透鏡61和其所鄰接之第i固態雷射元件2ι的 中心之光學性距離係設定成·和透鏡61、62的焦距f大致相 同的長度’此外’第2透鏡62和其所鄰接之第2固態雷射 疋件22的中心之光學性距離亦同樣地設定成大致為卜此 外，第1透鏡61和第2透鏡62之光學性距離係設定成後 述之未滿2 f之任音的基瘅τ w的長度L2。又，90度旋光構件5的設 位置雖為兩個雷射元件之間均可，但，由耐 而言，其通常係設置於光束直徑較粗的 21和第1透鏡61之間，或去笛由对70件 透鏡62之間。 次者弟2固副元件22和第2 該固態雷_器，由於其各_2 強的熱透鏡，故如第i圖夕、且 知，、有較

弟1圖之振盪雷射光7之執跡所示，YAp 棒21、22内部之光東亩妳炎旦 叮不YAG 果直k為最粗，共振器鏡片11、19 μ 兔細微之傳送狀態的雷射先進行振盡。此處-，將固態雷射 319807 19 對Γ之最大橫向單模光束直徑作成時，以 該對㈣棒2卜22之外徑D能形成足夠大之值之方 =設=振器時’則使高效率之横向單模之雷 右的大小。其中，根據立槎赤:Γ 的7〇%左 ㈣湯夕味成而亦有6〇%以上進行橫向單 杈振盪之情形，並非一概為數值規定。 有=之固態雷射元件21、22之間的望遠鏡係具 =使…㈣雷射元件21㈣心和第2固態雷射 22的中心之2 Μ彡像互相重疊之影 =共振器由於係以左右…而對振 各個熱透鏡，故產生共振器之非對稱狀態。但，以^= = 棒的中心進行影像轉印時，由於以不同強 能在正!相同的位置產生之方式而感應於振盈 ,^ 於共振益的中心產生2個不同的熱透鏡重疊之 狀態，而解除共振器之非對稱性。 ’、Μ於非專利文獻1之習知技術，其望遠鏡的 ’、成如第1透鏡和第2透鏡之間的距離L2等於各透 :::距f的2倍(2f)之限定配置。此處，以2個透鏡而 衫像轉印光學系統時，則如上述，將2個透鏡間的距 _成2f係般所採用之構成，據此，即能在各固態雷射 7C 件的中$ pg ju •— ] ’構成轉印光束直徑、以及雷射的波面資 ^之的影像轉印條件之望遠鏡。但，如此之構成則具 °又汁以低激發輸入（較弱的熱透鏡條件）進行振盪之 。。的問題〇本發明係發現將h設為2f以外的距離夯一 20 319807 B59542 能在複折射補償型共振器之 J ^ 9 -P ΛΑ 如輝知像轉印的功效，葬pb 作成L2<2i的條件而實現習 政藉由 入（較強的熱透鏡）條件亦 凑、絲付之南激發輸 振盈器。 讀叙㈣㈣橫向單模 弟2圖係顯示專利文獻1所 之複折射補償型共振哭之構成L 各習知的望遠鏡 和平板的全部反射㈣份反射鏡^ …Κ」 個固態雷射元件2卜22構成

左右對稱之共振器’且於固態雷射元件21、22之間且備成 i =且並於固態雷射元件21、22和共振器鏡片 1 312之間具備凹透鏡36卜啦之構成。關於和第i 圖相同的構成_予相同的元件符號13圖係顯示將YAG 棒的熱透鏡（此處將熱透鏡之焦距設為f。，此後將敎透鏡 之強度以！八予以顯示）和YAG棒内之橫向單模光束直徑 的關係進行模擬計算的結果。第3®⑷係根據專利文獻i 和非專利文獻1所記載之習知技術之示意圖，第3圖⑻ 係根據本發明之示意圖。第4_顯示制於第3圖所示 之構成的雷射輸出入特性的實驗結果。第4圖（3)係顯示習 知之複折射補償型共振器的結果及其問題點，第4圖化） 係顯示將新規構成之望遠鏡組合於複折射補償型共振器的 結果和組合習知構成之望遠鏡的結果所作之比較。 在第3圖中’設計條件a和B係根據第2圖所示之專 利文獻1所記載之習知技術之根據複折射補償型共振器的 低激發輪入用之設計值和高激發輸入用之設計值。作成低 激發用或作成高激發用係例^如使第2圖之凹透鏡的a焦距產 319807 W59542 生變化而能對應。設計條件c係將非專利文獻丨所記載之 習知技術之望遠鏡和複折射補償型共振器予以組合。設計 條件D、E#、本發明之構成，其係㈣將後狀效率作成最 佳化時之設計值，進而根據高激發輸入用之設計值。 首先，注意設計條件八和B之情形。在第3圖之模擬 的曲線圖之中’棒内光束直徑係具有採取有限之值之熱透 鏡的範圍，此係稱為顯示能進行穩定型振m的條件範圍之 振盈區域。該振錢域的中心並非光束直徑為採取有限之 值的區域，此係起因於振盡的非對稱性之特異點區域。該 特異點區域係具有低激發輸入用（較弱的熱透鏡條件）的設 計值較為狹窄，高激發輸人用（較強的熱透鏡條件）的設 值較為寬廣之傾向。 比較對應於此之第4圖（a)之雷射輸出入特性的實驗 結果時，難激發輸人（㈣的熱透鏡條件）用之設計條件 A係產生特異點’且未出現對f射輸出人特性的影塑。但， 局激發輪人（較強的熱透鏡條件）用之設計條件B，i係按 照特異點區域之寬幅的擴大而使雷射輸出入特性分割成2 =波峰，且使振盪效铸低^此後將分割成2 部份稱為_)。亦即，特異點區： =田，，、，乍^，其雷射輪出人特性雖不受影響，但，超 ’、固臨界點而形成十分寬廣的特異點區域時 。 ，出入特性即產生蓬陷，而無法進行高輸“射 在第4圖⑷，，於設計條件…之間 二 ”條件之複數個倏侔，伯祕 ，、百、，用锨地變更 條件，但據此而在.以較⑽一 〇.㈣‘ 319807 22 1359542 2的熱透鏡條件所設計之共振器產生t 係(l/f〇 = 0.刚龍'較直 上^界點 射補償型丑㈣合產生” 透鏡條件係習知之折 心會產生窪陷’而無法敎地進 c振堡。由於該限制，我們的實驗結果係雷射輪出 為具有120W左右之界限。 田耵叛出 習知之望遠鏡（L2=2f)之複折射 之光束直徑特性的計算結果顯示於第3圖⑷之* :二=算上在特異點區域係完全解除而能進行理i 而°其中’能設計之熱透鏡的強度係'受限制， 堇-進行低輸出振盈。將假定之雷 顯不於第4圖⑻。最高輸出係大約限制為綱=乂虛線 相對於此，觀看本發明之構成a2< 2f)的 擬結果(第3圖(b)之設計條件d、e)時，可知二 為、寸異點區域’且能以習知構成（L2=2f)之2倍以上= 進行振盪。相對於此之雷射輸出入特性的實驗 圖⑻之設計條件d、e，分別形成無蓬陷之平 波峰之特性’且能與激發輸入的增加成正比而實 ^輪出的雷射振盪。結果，和部份反射鏡的透過率之最 2作組合，我們的實驗結果，能實現最高為2_以上之 阿輸出的橫向單模振盪。 以下略為詳細地說明有關於該點之理論性的背景 顯圖（f係顯示記載於非專利文獻1之構成，第5圖⑻係 ::宜St之構成的2個透鏡61 ' 62之望遠鏡的模式圖、 :、光線奮障。又，為了計算之音單化，則於各個秘 319807 23 ::望遠“Λ:了備熱透鏡。著眼於第5圖⑷之習知技 之值係成為〇,此係顯示左右 形成將光束直握資訊和波面資訊之 的中心之間’ 影像轉印構成之情形。苐6圖;:料之完全的 '内時之模式圖。該圖係顯示。、“對應振 熱透鏡之2種熱透鏡的焦距，相 ^ 稷 方向具有偏光面之，偏光之献透鏡的㈣面之圓周 Π，直徑—;偏== 二=二雖 tr 一一 弗忐r低止 形成r偏光、以及左方的YAG棒21 =偏光、右方的YAG棒22陶偏光之 =二由於僅左右互相更換而具有相同特性之雷射 光故為了單純化，而僅拙屮 / 僅抽出則者之雷射光作為模式圖。 ==，位於望遠鏡的左右之焦距為h之熱透鏡和隹距 :::透鏡可視為以傳送距離。之狀態予。亦 12:=，）所示’_為^之熱透鏡和“熱透鏡 哭之光=:重叠於相同的位置之狀態為等效，該共振 Ϊ心而配置：Γ不2個不同的熱透鏡為重疊於共振器的 r之禮# 結果’共振11係形成光學性地左右對 稱之構成，且能取得無特異點之特性。 ⑻t方面，本發明之構成心⑺之光線矩陣係如第 ⑽)所示’矩陣-式CA_之内，僅β形成0，此係在左 319807 24 1*359542 JA=21、22之間僅轉印光束直徑資訊，而波 =兄疋未轉印之部份的影像轉印構成。將此編 :，左右之YAG棒21、22上的波面之方向雖為不同， .之熱透鏡和焦距{，之熱透鏡係以傳送距離 列。亦即維持重叠而配置之特徵。結果，該情形 =暴：2個不同的熱透鏡為重疊於共振器的中心而配置之 冉广。此外，利用左右之咖棒21、22上的 丨同之狀態’如第5圖⑻所示，自望遠鏡入射至兩 r以21、22的波面係能形成發散波面而構成時，即 b =知構成之望遠鏡更強之熱透鏡而進行㈣。因 ::生能保持針.對起因於複折射補償型共振器之非對稱 點問題之功效，且能選擇對應於較強之熱透鏡的 5又冲條件之優點。 激發=論;"，將12作成愈短，則愈能進行較強之熱透鏡（高 激發輸入）之雷射㈣，關於該點而說明如下。首先，將A =本發明之構成之望遠鏡的共振器之模式圖顯示於第7 3 圖。此處為了單純化’ YAG棒21、22的熱透鏡係於⑽棒 ^之隹2的中心位置以（1八。d)之強度而產生。此處，熱透 二：广係_光之熱透鏡的焦距“和“爲光之熱 “如作成平均化。該共振器來往1次份之光線矩 陣係如下式而予以計算。

-2/ +A 〇Vi

Yf^ . ιΑ~% .J 3 //^ -Λ° Λγ%. 319807 25 (1) 1*359542 使用該（ABCD)矩陣，可由下列 光束之固有解(光束直徑〜，波d件共振器之雷射

B ~'(ac+£..

B (2) 具有該0之值為有限之數值（實數 振盈區域，將該振盪區域的H ^的範圍係 時，則求得下述fQ之解。 ‘，、、透鏡的焦距設為f。

U

2/2Z^ + 2/,,2 -Li2Z,j - f2R - 2fLxR + LXLXR (3) 2心HI 和橫向單模振盪所必需之…棒 1:内光束直徑^作成一致時…係形成“ 函數，未料束直徑2ωϋ所必需之^形成下述

A -Jr2 (共振器鏡片為凸鏡片之情形）（4) (共振器鏡片為凹鏡片之情形）（4)， λ 此處，尤. (3 )式係能變換成下述之情形 (5).

/0 / 2/2 RK 此係顯不望遠鏡的透鏡6丨、62間距離L2和能進行振 盪之熱透鏡的強度的關係之關係式，將Lz作成愈短，I俞 能進行較強-的熱透鏡（高激發輸入 > 之雷射振蘯_。 '思 319807 26 1359542 將習知構成之望遠鏡的條件（L2= 2f)適用於（5)式 ^ ’習知構成之情形時的熱透鏡（1 / f。）則形成下式。 (6) 第8圖係（6)式之振盪區域的熱透鏡（1/f。）的計算結 果之一例’顯示使用例如0 2mm的YAG棒之情形。共振哭 反射鏡之曲率愈強（曲率半徑_R較小），則愈能以較強的熱 透鏡條件進行振盪。但，考量實際上採取之反射鏡曲 i、上限（R==50inm左右）時，則熱透鏡條件之上限為 ^Ο.ΟΟδπιπΓ1左右’且無法設計以此上限以上之熱透鏡 條件而進行振盪之共振器。 、▲相對於此’本發明之構成（L2<2〇之熱透鏡（5)式則能 以較習知構成更強下述程度的熱透鏡條件（=高激發輸入; 而進行振盪。 / # L-^) '第9圖係顯示相對於將共振器反射鏡之曲率半徑R 成50mm時之l2之振盈區域之熱透鏡的強度（1/⑴之 j X及描績和上述之設計條件cd、e相對應的點 :進二=第9圖即可以越短就越能以較強的熱透鏡 c，則：發明二:Γ相較於習知構成㈣)之設計條' 的^鏡條件亦能進行振盡。此外，原理上即 2 能没定，故亦能設計相較-於設計條件C而能以3-倍 319807 27 1359542 較強的熱透鏡條件進行振蓋之雷射 振器。此處，由於激 共 题_，田； 發輸入和熱透鏡的強度係具有正比關係，故可說是能設計 以3倍以上之激發輸入進行振盪之雷射共振器。 繼而說明有關於L2之最佳化。此處係考量以具有焦距 。之熱透鏡之YAG棒而進行雷射振簠時之ya(j棒内部的 雷射光之傳送狀態。YAG棒之熱透鏡係起因於反映棒内的 溫度分佈之折射率分佈，且形成將通過之雷射光的波面改 變成收斂狀態之凸透鏡的作用。因此，入射至抓棒之帝 射光係在YAG棒内部描綠弓形之曲線，且邊進行收敛而^ 過。該曲線之内側，亦即通過振盤雷射光之區域係將⑽ 棒内部的激發能量變換成雷射輸出之區域。該區域之體積 ⑽麵)(稱為模態體積^—)愈大，愈對激發區 域提升較大之雷射振盡效率。模態體積係因YAG棒内部的 雷射光之傳送狀態而大不相同，YAG棒内部的雷射光之傳 送^態係根據望遠鏡之設計值而決定。亦即，根據望遠鏡 之δ又计值而左右模態體積。說明該點如下。

第1〇圖（a)係顯示平行波面的雷射光入射至第2YAG f 22時之YAG# 22内部的雷射光之傳送狀態之模式圖， 第10 ®(b)係顯示入射發散波面的雷射光時之撕棒 内部的雷射光之傳送狀態之模式圖。第10圖雖僅記載第 2YAG棒22,但，第薦棒21亦和第2YAG棒22為左右對 稱而形成相同的f射光傳送㈣。第1G圖⑷係正好 知構成之望遠鏡的配置（（L2=2f)時，於共振器内再現之傳 运狀態，在YAG棒-2-2妁左侧端面（入射端面）其光束直徑為 319807 28 取大二伴隨著在右側進行而.光束直徑縮小，在右侧端面係 =成最）之狀態。第1〇圖…）係本發明之構成（^〈以） 時，於共振器内再現之傳送狀態，自撕棒22的左側端面 .入射端面)進打於内部的位置(χ) ’其光束直徑為最膨脹之 傳C狀心該位1 (x)係具有入射波面的曲率較強而有移行 至YAG棒22的右側之傾向。本發明之共振器構成係往yag 棒22的f射光之人射波面為依存於望遠鏡的透鏡6ΐ、μ φ 門的距離L2，且Lz較短程度之波面曲率係變強，故Yag 棒22内部的光束直徑為最膨脹之位置亦移行至右側。 此處，將第10圖（a)和第10圖（„之模態體積作比較。 P使相互之取大光束直徑相同，而模態體積則後者為較 大，且意味著能進行更高效率之雷射振盈。此外，光束直 ，係按照最大的位置⑴而使模態體積產生變化，此係意味 考存在將模態體積作成最大之最佳位置。 第10圖（c)係顯示第22YAG棒22内部的雷射光之傳送 鲁狀態和模態體積的關係。曲線圖的橫軸係於棒内部距離光 束最膨脹的位置之棒端面的距離（χ)，將γΑ(?棒的全長以ι 而施以規格化。曲線圖的縱軸係模態體積。首先， 之傳送狀態（甲）係YAG棒的入射端面其光束直徑為最大之 習知構成。相對於此，隨著⑴的值之增力口而模態體積亦增 加，（x=0.5)之傳送狀態（乙）其模態體積雖為最大，但， 更大值（m)之傳送狀態⑷其模態體積反而減少。該 例係指模態體積為最大之傳送狀態(乙），其模態體積較傳 迗狀恝(-f )大約大30%，而能進犴該程度‘之高效率的振盪。 319807 29 繼而敘述有關於滿足該傳送狀 值。該傳送狀態係ΥΛ(；棒22內a〜、（乙）之望遠鏡的設計 乂…”…的尹心形成左内：心其光束直徑為最 入射至YAG棒之雷射光的波面=傳运狀態。因此， α/f。）的-半作均衡之條件 ^和W棒之熱透鏡 導出下述之式子。 寸加該條件於式（2)時，則 L^—2 ⑺ 2 -Jr7 此外’此時之熱透鏡係如下式 丄 (8) /〇吹 此外（4)式所定義之參數 亦月b如下述而變形。

Li 時 κ係使用共振器參數R， (共振器鏡片為凸鏡片之情形）（9) (共振器鏡片為凹鏡片之情形）⑻， 使用此’⑺式係如下述，亦能將表記作變形。

厶 2 e 〜尸 21^ + R 以Α + Λ)(共振器鏡片為凸鏡片之情形）（10)

Lj 土 2，、尸 21^ —/? 凹鏡片之情形）（10) 乂(4-句（共振器鏡片為 之〇. 6至0· 7倍而進行 此外，_ ω。係能以yag棒半徑 模態體積較大的橫峰模振蓋。0.?倍以上時〜雖亦有振 319807 30 1-359542 盪雷射光的外緣部自yAG捧的外徑露出而降低效率之情 f ’但’橫向單模振里則為有效。此外，即使未滿〇 6倍 #，横向單模㈣時之模態體積料低，但，本發明為有 . 效則不變。 ' 之、°果°又。十以目標之熱透鏡U/fo)而進行振盪 之雷射共振器時，共振哭鐘月n、19 ⑴斗… °。鏡片U 12之曲率半徑R係能由 1最適化，望遠鏡之透鏡間的距離L2係能 ，體2二成最適化。滿足該⑺式之設計值係為了將模態 ^作成m且進行最佳效率之橫向單模振盪之設計 又’以上說明雖係以相對於横向單模振里之有效性為 以說明’但對於橫向複模式振盈在本質上亦為有 = 點條件而使共振器損失增大 時，特+的★數成份的f射光振盪之橫向單模振盈 之：敏感地帽響’而出現雷射輸出入特性的蓬陷 =。但’多個次數之雷射光進行共生振盈 式振盪，即使某個次數的光 、 由於補足另外的次數之雷射光而造〜響而受到損失， 特異點具有純感之傾向，作，受=1=盧’雖相對性地對 別是稱為Mho以下程度:低I j情形則不變。特 係能期待根據橫向單模振盪之功：拉式之低次數振盪，其 模而能取得最大之功效，二但，終究係以横向單 此外，構紅叙”鏡的錢6 輕，終究係㈣論計算而求得之理想值，錢嚴=:一 319807 M59542 理想的設計值—勒β1 , 設計值時，^ 此，*取得不致於太偏離理想值之 塑对、’、法取得解除原本的雷射振盪之特異點的影 /列如，望遠鏡的透鏡61、62和距離yAG棒2卜 .、'心之光學性距離和透鏡。、62的焦距Q作成一 使特1點P祕被 特/、姑區域，且與偏離量成正比而亦 入特性產：二：大’但’若該量為十分小，則不會於輸出 ’ 生洼陷之現象而不成問題。 :，如刖述’在習知技術之複折射補償型共振器當 條株Γί在輸出入特性產生4陷之現象的熱透鏡的臨界 寬Η产大2由於YAG棒之熱透鏡變強而使特異點區域的 見:擴大m之產生仙，故上述臨界條件 :對於特異點區域的寬幅之臨界條件。本發明中取2 =想值的設計值時之特異點區域的寬幅若小於該臨Γ 里則不會有產生窪陷之現象的問題。 我們的計算係有關於望遠鏡的透鏡和YAG棒的中心之 先學性距離之設計值和理想值的差異若為m以下，則不 成問題’當超過m時，則恐有超越臨界量而產生蓬陷的 現象，虞。亦即，以對理想值而能形成1〇%左右的範圍内 之偏私之方式而採取設計值，則能充分取得本 實施形態2. 第11圖係顯示本發明之固態雷射裝置之實施形皞2 的構成。和第1圖相同構成的部份係賦予相同的元件^ 號。本構成雖係根據和第1圖的構成相同的原理而罝^相 -同的功-效’但，配置於YAG棒之濶的透鏡6„3之構禽(數量、 319807 32 1359542 配且）則並不相同。將該構成之動作原理敘述如下。 首先’在第1圖當中，為了將一對之YAG棒21、22 的中心之間進行影像轉印連接，則使用2個相同的焦距f .之透鏡61、62,透鏡61、62的距離Lz係作成較透鏡的焦 .距f之2倍（2f)更短之任意的距離。該L2雖較短而構成以 尚激發輸入進行振盪之共振器，但’即使再短亦不予限制， 原理上為〇亦可。2個透鏡6卜62係以距離0而排列，亦 鲁指合成1個2倍強度（一半的焦距）之透鏡。因此，該狀態 係插入i個透鏡63於左右之YAG棒21、22的光學性之中 間的位置，其透鏡63和左右之YAG棒21、22的中心之光 學性距離係分別形成該透鏡63的焦距的2倍之狀態。第 11圖係將該構成進行模式化之示意圖。在一對之棒 2卜22之間係具有！個焦趣f的透鏡63，左右之抓棒 21、22的中心和透鏡63之間的光學性距離係分別形成透 鏡的焦距f的2倍（2f)之狀態。 鲁 根據如此之構成，其激發效率係較第1〇圖（c)之傳送 狀態稍為降低（本構成之情形時，在第1〇圖化）中，模熊體 積係形成xmw近之值）’而形成極適合於高激發ς入 之構成，且具有能取得極高輸出之雷射光的雷射共振器之 功效。 實施形態3. 第12圖係在第1圖所示的實施形態！之固態雷射裝置 當中，以側面激發方式而構成YAG棒的激發部份之裝置。 在第12圖當中，第-册棒21係根據第u發用雷射二極 319807 33 1359542 體（LD)501、502而自側面方向照射激發光， 係根據第2激發用雷射二極冑棒22 竑發用LD或亦可簡稱為LD)

503 ' 504而自側面方向昭射今菸本 ^ l LUJ …、耵竑發先，藉此而各YAG棒内部 全體則大致均-地被激發。又，進行高重覆頻率的脈衝雷 射振盪之情形時’將Q開關元件編人於該共振器，此外， 為了提升YAG棒内的激發密度，貝j YAG棒2卜&係採用细 的外徑尺寸。欲盡量進行高重覆頻率之脈衝振盈時，則㈣ 棒的外徑亦以盡量細為佳。 另」方面，作成與此相對比之構成，而將以端面激發 方二而構成第1圖之固態雷射裝置的裝置顯示於第13圖。 在第13圖中’炎介彎曲鏡片511、512、513、514，並藉 由丫八0棒21、22、共振器鏡片11、12、構成望遠鏡之第曰1 和第2透鏡6卜62、以及90度旋光構件5而構成和實施 形態1相同之雷射共振器。彎曲鏡片511至514係分別完 全反射紅外波長的振盪雷射光並施行完全透過8〇8咖附2 的波長之激發光之二向色塗膜（dichr〇ic c〇ating)。發自 第1激發用LD 521、522之激發光係分別藉由集光透鏡 53卜532而自彎曲鏡片511、512的背面集光於第nAG. 21的兩端面’且集中激發該兩端面中心部。此外，發自第 2激發用LD 523、524之激發光係分別藉由集光透鏡533、 534而自彎曲鏡片513、514的背面集光於第2γΑ(；棒μ的 兩端面’且同樣地集中激發該兩端面中心部。. 其中’在設計高輸出振盪之固態雷射上，激發各端面 之LD若為1個〜’ 則激發功率並不-足-夠，必須將複數個- 319807 34 1359542 予以重疊而進行集光照射。通常係以光纖54ι至544而將 發自個別的LD之激發光進行光線傳送，且將該複數個激發 光傳送纖維收斂成一個，並於光纖的射出端部予以重疊， 並以集光透鏡531至534集光於¥轺棒21、22端部的中* 將該狀態顯示於第14圖。第14圖（3)係以！個激發以進 行，發時之示意圖，第14圖（5)係以複數個激發〇進行激 發時之示意圖，並顯示集光照射於各YAG棒端部之激發光 =強度分佈。以第14圖⑷之單—LD進行激發時，雖顯示 集先於YAG棒端面之激發光的強度分佈係平滑的高斯分佈 (Ga㈣iandistribuii〇n)，但，如第14圖⑻之以複數個 LD進行集光激發時，由於重疊部的精度或各個⑶的特性 之不均等因素’則具有形成具有複數個尖學值的傾斜形狀 的強度分佈之傾向。因此’ YAG棒端面之溫度分佈並非必 定要相同的分佈，且未限定形成均質且無傾斜之熱透鏡。 =外雜由YAG棒所吸收之激發光量在MG棒端面附近 為取強，雖隨著於YAG棒内部進行而緩慢地變弱，作，該 係根據各個激發D的純（例如發光波長或發散 角而產生大的變化，故艰士 影響。第^ 鏡的—方亦敏感地受到 立同彳^ 雖係省略幫曲鏡片和雷射光的折返之示 2卜22端面之各熱透^ a、^、a)所示，形成於各個YAG棒 均之情形，且各的強度係多數具有不 向。因此，即使可^ΐ具有不同的像差成份之傾 列娜G棒之熱3 鏡以傳送距離。之狀態而排 .....兄 第15圖（a)所-示’熱-透鏡&和 319807 35 1359542 熱^鏡^為相重疊之透鏡、以及熱透鏡b和熱透鏡d為相 重i之透鏡係和存在於左右之狀態等效，而共振器之左右 對稱性則崩毁。 ' 另一方面，第12圖的側面激發方式之情形時，由於不 *須多次以擴散的激發光而照射激發YAG棒21、22全部，故 具有YAG棒内部之溫度分佈係達成均質化，且形成像差較 少之均等的熱透鏡之特徵。考量如此之激發方式的差異 φ時則糕面激發方式係如第13圖所示，即使以望遠鏡而將 2個YAG棒之間進行影像轉印連接，由於各個端面之熱透 鏡的不均或像差而使共振器之左右對稱性崩毀，故無法充 分取得如實施形態1所示之功效，側面激發方式之一方可 說是有效。將2個YAG棒之間進行影像轉印連接之本發明 之另外的實施形態，其側面激發方式亦為有效。 又，上述實施形態雖係以雷射二極體為例而說明激發 光源，但，激發光源並非限定於雷射二極體，可知即使^ 籲如電燈等亦可取得相同的功效。 實施形態4. 實施形態1係於2個YAG棒之間具備2個凸透鏡，實 施形態2係於2個YAG棒之間具備1個凸透鏡。本實施形 態係對2個YAG棒具有凸透鏡的作用，而不需凸透^固 態雷射裴置。第16圖係將構成第}圖所示之固態雷射裝置 之望遠鏡的2個凸透鏡61、62和YAG棒作成整體化之構成 ，固態雷射裝置之構成圖，$遠鏡以外的構成係和實施形 ’態1相同。於第[和第2YAG棒121、122之-對向端面八別 319807 36 工 :以曲率半徑Ra之球面加工而形成 棒121、122之間係配置度旋光構件5。 此處’將各YAG棒121、夕且由 ..^ 1 122之長度作成L。，將折射 率作成η。’將YAG棒端部之八读於μ 之凸透鏡的焦距作成卜該情形 恰，焦距f係自球面加工之ν Λ w刀工之YAG棒12卜122的端部至中心 光學性的距離，亦即和抓棒12卜122的長度之一 半的光學長度U/(2nQ)為相等時，則具有2個似棒 21、122的中^之間進行影像連接之作用。 以曲率半徑Ra而進行⑽棒端之凸透鏡的球面加工時 之焦距f係由下式予以顯示。 (11) -A. «〇~ι

該焦距f係等於YAG# m、122的一半之光學長度， 且下述條件成為必要。 X (12) 式 根據（11)式、（12)式而求得下述曲率半徑Ra 之條件

R -1 2”。 (13) '此外，由於該共振器和實施形態1(第丨圖）不同而非 為獨立之凸透鏡’故作為形成於YAG棒端之凸透鏡的球面 加工部之間的距離，亦即假定僅切取棒之球面加工部 之透鏡時，該透，鏡之主要點之間嗬距離^係相當於第丨圖 319807 37 ^59542 之固態雷射裝置之透鏡之間的距離L”因此，將^俞 且，則愈能設計以高激發輸入條件進行振 器。如第5圖所示之習知的望遠鏡，相當於完“射像： 條件之L3之㈣係由下式而求得。 〜像轉印 2/

A (14) 相對於此’滿足下述L3之條件時，該共振 和貫施形態1之固態雷射穿詈相鬥沾此取侍 横向單模振盈。 裝置相同的功效而進行高輪出之 (1 5) 乂0 、·—· »0 ^本，施形態當中係如上述，由於未使用另外的凸透 :而“間單的構成將2個YAG棒之間進行影 接’故相較於實施形離1 (第1同） 、 而構成要辛#d 或貫施形態2(第11圖） 要素純為早純化，能實現小型且故障較 >出的橫向單模固態雷射。 同輸 實施形態5. 貫施形態]和2雖#由且古知η 振器，但，木接㈣二 同曲率之鏡片而構成共 φ射#w 一η u由平面鏡片而構成共振器之固鲅 :射裝置。第17圖係顯示在第」圖所示之固態口： 將共振益鏡片作成平面鏡片時 ’、 17圖中，Y_21、22、構成圓在弟 62、以及90度旋光構件5的配置—口第透鏡6卜 將，振器鏡片31 ]、3】2作斜面口貧施形们相同，但 面鏡片、。此夕卜.”平面鏡片 319807 38 3二？2和^棒21、22、以及2個透鏡61 施形恝1同樣地對稱性地予以配置。 糸和只 之複折射補该型共振器、或編 距離限定為2f之爭德酷c：, <規之間的 μ 〜像轉印光學系統之共振器，其係以半。 鏡片而構成共振器時 +面 rf:且無法設計高輸出之雷射振蘯器。但，如第j 、，扁入構成望遠鏡之第〗和第2 · 的影像轉印光學系統纟 2 、轉之狹窄 2i秀铲R1 βο 振态構成，其係僅調整第1和第

At 之間的距離，和共振器鏡片的曲率|關，而 能設計對應於較強的埶透 手"，、關而 之共据哭播出一 故亦能以平面鏡片 成设计鬲輸出之雷射振盪器。 .亦即，在實施形態1當中，雖係顯據 望遠鏡之2個读於, 只丁柢像(、㈧式而縮紐 激發輸人）:、、2間的距離而進行強的熱透鏡（高 為^面钕-:振盪。但，由於本實施形態其共振器鏡片 把H 式中之共振器鏡片U、12之曲率半徑只可 二：；：，卜)之情形。在⑸式當中如卜-時，則⑸ m

K (5) 之（）式而得知即使在本實施形態當中，縮短望遠鏡 61 62之間的距離L2，而亦能進行強的熱透鏡（高 破發輸入）之雷射振盪。 點 塵而《•兄明有關於以平面鏡片而構成共振器鏡片時之優 t 319807 39 鏡61苐:等圖之？示相對於YA_ 兄Η 62專之共振器内光學零件之 4 2处 變化之情形。在第 交動之振盪光軸的 共振器周圍的環卜/ :、略9〇度旋光構件5。藉由 的框體之外力等：之又化或振動、施加於雷射振盈器 位置變動，但：此時：:：之光學零件雖能產生些微之 位置變動的產生1 雷射光轴產生變化之現象。因 棒和構成望遠鏡之之光：零件’則考量YAG 動，則影塑% 。、令任意一個進行位置變 鏡“行^鏡之第1透 1又動之情开>如下。笫π 311、312之共撮器構成之情形時第=:平:鏡片 之球面鏡片U 、]2 Α 圖㈤知具有曲率 —置變動而射二二== 圖⑻所示，球面鏡# n 1Q 1 9之^化°如弟ΐδ 度雙方產生變化。另一士 ，，沾虛線）而使位置和角 片3U、312的構成之^面士’如第18圖（a)所示，平面鏡 位置變化而僅產生偏移;動：：生因第1透鏡61的 在進行精密雷射加工上變化。 之問題，當集光於加工作之指標穩定性為重要 間變動時，則無法進行: = =時 割成雷射振盪器的出‘艾化係可考I分 變化成份。雖根據雷射^ 置變化成份和角度 設計，但一=3!!盛器至加工作業台之光路系統的 。係雷射之-指標變化上受到較大影響者 319807 40 1359542 ，射光軸的角度變化成份。第18圖⑷之平面鏡月之構 成時，由於並不產生光軸的角度變化，而僅產生偏移變動， 故僅限定於對雷射加工的料，而能實現穩定之精密加工。 . 又，本實施形態所示的構成之情形時，在較第10圖（c) -之傳送狀態（B)而激發效率為降低（本構成之情形時，在第 1()圖（c)中，模態體積係形成x=1〇附近之值）之點中， 相對於實施形態1之構成而具有其缺點。但，本實施形態 鲁=構成，其特徵在於和實施形態i之構成同樣地能對應ς 向激發輸入的同時，亦能如上述，可取得雷射光之指標穩 疋性則較見施形悲1之構成更為提升之功效。此外，亦可 適用於將實施形態4所示之固態雷射元件和望遠鏡的透鏡 予以整體化之構成的固態雷射裝置之平面鏡片。 實施形態6. 第19圖係顯示本實施形態之固態雷射裝置的構成。其 係並排2個實施形態5之第17圖所示之平面鏡片之共振器 鲁的内部構成（共振器鏡片311、312之間的構成），且於兩端 配置平面鏡片之共振器鏡片311、312之共振器構成。在第 19圖當中’配置於左側之YAG棒21a、22a、2個透鏡61&、 62a、和90度旋光構件5a、以及配置於右側之yAg棒21b、 22b、2個透鏡61b、62b、和90度旋光構件5b係對稱性地 配置。此外，將全部反射鏡311和鄰接於該鏡片之YAG棒 21 a的中心之間的距離、以及部份反射鏡312和鄰接於該 鏡片之YAG棒21 b的中心之間的距離作成Li時，則相互鄰 •接之YAG棒21 a的中心和·AG棒21 b的中心-之-間的距離l 41 319807 1359542 係設定成L!的2倍。 第19圖所示之共振器其於共振器内部進行振盪之雷 :光之傳送狀況和並排2個第17圖之共振器之狀態為： :’個構成要素係分別具有和第17圖之共振器相同的特 1之共振器單元之作用。據此’振盪區域的寬幅或目標之 厂透鏡值等之特性即能保持相同之狀態，形成僅雷射大約 2倍的高輪出雷射裝置。 。口第20圖係顯示帛17圖所示之YAG棒2個之基本構成、 早純地倍增YAG棒的數量之構成、以及將第Μ圖所示之其 f構錢行2級連結之本實施形態之成之_域的比土 較第20圖（a-i)係顯示基本構成，第2〇圖（a-2)係顯示 基本構成之振盪區域的特性。此外，第2〇圖（b— 早純地倍增YAG棒的數量的共振器之構成，帛2〇圖（卜2) 係顯示該構成之特性。此外，第2〇圖㈣係顯示本實施 例之構成，第20圖（c-2)係顯示其特性。第2〇圖（㈠）之 構，時，由於隨著共振器内的YAG棒的數量之增加.，而共 振器内雷射光所感應之熱透鏡量的總和亦單純地倍加，= 相對於激發輸入P的變化之熱透鏡的變化亦倍增。因此， 如第20圖（b-2)所示，振盪區域的寬幅恥相較於第2〇圖 (a-Ι )所示之基本構成之振盪區域的寬幅黏則成為一半 (Wb=Wa/2)。但，第20目⑹之構成係共振器的左半分和 右半分為分別和第20圖（a)之基本構成相同，而構成共振 器之週期構成要素(以下稱為共振器單元），由於各個：振 器單元係分.擔而-背.負相對於各的YAG棒之熱透鏡變化ς負— 319807 42 1359542 何，故如第20圖（c-i)所示，振盪區域的寬幅Wc和第扣 圖（a 1)所示之基本構成之寬幅μ則完全相同（& = ^。 因此，根據本貫施形態之構成，則振盪區域的寬幅不 會變窄’且能使共振器内之雷射增^倍增’且雷射輪出亦 能提升大約2倍。此外，藉由共振H内之雷射增益的增加1 即能進行更高重覆頻率之Q開關脈衝雷射振盪。

、人，工述雖况明有關於將第17圖所示之基本構成進个 2級連結之情形’自’連結3級以上之多級亦可 的功效，且能期待按照連結級數之雷射輸出之提升'、以^ Q開關脈衝振㈣重覆解之提升。此外，若非於妓振器 内部將全料連結級進行逹結，㈣共振II科部i列相 同的配置，作.成將此類作為放大段而使用之刪構成亦 可。此外，亦可適用將實施形態4所示之固態雷射元件和 望遠鏡之透鏡作成整體化之構成。 實施形態7.

第21圖係顯示本實施形能# +貝她φ怨之固態雷射裝置的構 如第1圖所示之球面鏡片構成之共振器進行如實施形離6 之第19圖所社2級連結時之構成。兩端係配置曲料徑 R的球面鏡片11、12而構成j£括耍 . 稱成共振态，共振器中心部係配置 焦距fm之透鏡13。該隹距f孫射从上 ' 色^係對共振器鏡片11、12的曲 率半徑R設計成f^R/2之值，並 振态鏡片11、12為& 鏡片時，該透鏡13為凹透鏡，共振哭 银σο鏡月11、12為四赫 片時，該透鏡13為凸透鏡。第g " 兄弟圖係顯示共振器鏡片n、 12為凸鏡片，透鏡13-為凹透鏡 兄月 匱形。此外，共振器鏡 319807 43 月 1卜 12、YAG 棒 21a、22a、21b、22b、透鏡 6ia、62a、 —62b以及9〇度旋光構件5a、5b之配置和實施形態 6(第19圖）為相同。 藉由/、備如此之構成，即能和實施形態6同樣地，具 有牙左右的共振盗單疋之基本構成相同的振盈區域特性， 而且能貫現雷射輸出大約為2倍之高輸出雷射裝置。 、又中心的焦距f-之透鏡13係徹底採用具有將入射 籲至透鏡的曲率半徑k雷射波面的發散角予以反轉的作用 之光學零件’例如具有2個組的透鏡之望遠鏡等、具有相 同的波面反轉的作用之光學零件時，則並非一定要單一的 透鏡此外，和貫施形態6同樣地，亦可連結3級以上之 多級，排列㈣的構成於共振器外部作為放大級而使用之 A構成此外，共振器鏡片為球面鏡片之實施形態2 (第 11圖）的構成或實施形態4(第16圖）的構成亦可適用於本 實施形態，並藉由複數級連結而提升雷射輸出。 φ實施形態8. 第22圖係顯示將實施形態5的第17圖所示之基本構 成排列成2級，而且具有以4個彎曲鏡片42ι至424連結 成裱狀之共振器構成的固態雷射裝置之構成圖。在第^ 圖中’將4個幫曲鏡片之中的J個彎曲鏡片似作成部份 反射鏡，而將另外之彎曲鏡片421、423、424作成全部反 射鏡。此外，配置於上侧之YAG棒21a、22a、2個透鏡61&、 62a以及90度叙光構件5a、配置於下側之mg棒21 b、 --22b、2個透鏡61b、6.2b·、90度旋光構件沾、以及4個彎 319807 曲鏡片位 片 士稱性地配置。此外，在彎曲鏡片422和彎曲鏡 在—之間係插入規定雷射光的進行方向之隔離器4 2 5。 向第22圖中，雷射光的進行方向係規定為黑色箭頭的方 。該情形時，自部份反射鏡之彎曲鏡片422射出雷射光 於白色箭頭的方向。 容祐ίί上述構成，本實施形態之雷射裝置即形成具有和 6相同的振盪特性之環狀共振器。環狀共振器本 和、二進行單一縱模式振盪時之好方法，但，藉由將此 ^進二向激發輸入的雷射振盛之實施形態6的構成作組 則能，行極高輸出之單—縱模式的橫向單模振蓋。 環狀共振器之中所連結之基本構成的級數並非一 盪之】I ’亦可作成以3級以上之連結而進行更高輸 為全部相等之方的㈣係以能成 甘 立、方式而配置。此外，4個琴曲鏡片之中，將 二」:f一個作成部份反射鏡均可，隔離器之插入位置亦 士 亦了為不插入隔離器之構成’詨 情形％•，在第19圖當中，帝射#" 白色箭頭和；先係自％曲鏡片422射出於 白色則頭和虛線前頭之2個方向 形態4所示之YAG棒和望 週用將λΜ 實施形態9· ^之透鏡作絲體化之構成。 —第23圖係顯示在以2個透鏡而構成望遠鏡之實施形能 1和貫施形4 3至8的固態雷射裝置當成： 鏡之2個透鏡61、62的控制之 1構成望逖 第1逢鏡61-和-第2透鏡62 冓成。構成望遠鏡之 。乂添加於共通的導引器6 〇—· 319807 45 切 9542 八;it動之座°予以支撐。第1透鏡61和第2透鏡62係 9刀9藉由滾珠螺桿等之第1移動手段31和第2移動手段 =而添加於共通的導引器6Q而可移動於光軸（一點虛線） •。。移動手段3卜32係藉由控制手段33而控制該動作。 -:制手段33係根據另外輸人之激發輪 存激發輸入和相對於此之最佳的L2之值的組合表格猎之由^ 部而選擇最佳之匕，以第i透鏡61和第2透鏡62之_ •距離能成為最佳之L2之方式而控制移動手段31、32。由於 此處係移動2個透鏡61、62，故將移動手段設置於各透鏡， 但’僅能移動任意1個透鏡亦可。 通常，欲以能取得例如200W的雷射輸出之方式設計之 共振器而求得1QQW的雷射輸出之情形時 而將雷射輸出合併於目的之值’但，該情形時，二= 的發散角、脈衝穩定性等之光束品質亦產生變化。因此， 如上述所示，藉由改變第丨透鏡61和第2透鏡62之間的 鲁距離，利用能改變自以低激發輪入進行振盪之共振器至 以高激發輸入進行振盪之共振器的共振器形態之情形了配 合激發輸入的增減而控制望遠鏡的透鏡之間的距離b。結 果，欲改變激發輸入而進行較弱的輸出之雷射振盪之情形 %，亦能將雷射光束的發散角、脈衝穩定性等之光束品質 維持於固定之狀態。 Μ 、又，此處之第1透鏡61和第2透鏡62雖係添加於共 通的導引器60而可移動，但，若各透鏡添加於雷射光的光 轴而可移動時’則無洪通之-導引器亦可。其中，添咖於共 319807 46 U59542 通的導引器而可移動各透鏡方面 而使共振器之對準 b，透鏡自光軸上脫離 成高可靠度之控^ 危險率達成最小化，且能達 的中心和透鏡，僅移動望遠鏡之透鏡而使YAG棒 之理想條:二：，距離產生變化，雖使咖 ㈣的範圍而移動透鏡方面，則不成;題值的—為簡 貫施形態〗0. 貝苑形態5之第】8圖中，雖說明 具有曲率之鏡月日车η . , , β卿H盗鏡片為 、易文到光學零件的位置變動之影變之 點，但，本實施形態係用以解除該 ’、曰 =圖_不本發明之固態雷射褒置之實施形態ι〇的構 :光::之基本構成雖和實施形態1(第⑽同，但， 2子碰之保持構造均具有其特徵。第24圖⑷係 2Ι si態雷射元件和望遠鏡之空腔模組的部份構成圖，第 圖（b)係含有共振器鏡片之共振器全部的構成圖。 门/先，在第24目⑷中1 1固態'雷射元件2Γ和第2 也雷射兀件22係分別固定保持於第1激發單元23、以 及第2激發單元24的内部。激發單域例如第24圖（a) 所不，將YAG棒夾住於2個板狀體之間之構成，在yag 的周圍係設置未圖示之激發光源或集光器等。各激發單元 23、24、第i透鏡61、以及第2透鏡62係以能形成整體 之方式而予以固定，並形成空腔模組2〇。此外，9〇度旋光 構件5亦固定於第】激發單元23、或f 2激發單元μ之 透鏡61、62側妁側部…並保持於空腔模愈_ 2〇内。該空腔 319807 47 :::20係形成和固定共振器鏡片之第 獨立之構成。 70予暴〇26分離 之構Π圖⑻係顯示該空腔模組2〇和第2光學基台26 鏡U之第2光學基台26上， 伤反射 構件2(Π、2〇2、挪而間接地並夹介3個支持 内置球面轴承，且以第2 1 = ° 3個支持構件係 動於角度方向之方： 26和空腔模組2。能滑 20 #二/ 連接支持。此外，該空腔模组 20係可自弟2光學基台26上 耦，，且 w213之抵接面而4:定==到定位銷 現性佳之方式而安裝。_ ϋ據此而邊以位置再 H的先軸相垂直的方向之空腔模組2Q的位置，在第μ 圖（b)中，配置於空腔模组 乂 传決定+鼾、、、' 此外，定位銷213 置== 直的方向之空腔模組2G的位 12側。®⑻中，配置於空腔模組20的部份反射鏡 冬作為用以提升雷射振蘯器之使用方法的-個概 心’無論將雷射振場g 0 ㈣攜入任何處所，均具有以無 °周：而考手：和移送前相同狀態之免持性的思想。高輸出 之田射振蓋$時’通常雖係於移^時有必要再調整，但， f用於必須頻繁地進行佈局的變更之生產設備中之情形 % ’即使移設亦無須調整，且能作成即時作動之雷射振盪 器即為其較大的優點。在本發明之共振器當中，為了= 免持性，麟共振器巾特触移之伽，料地提高具考 319807 48 Ϊ359542 敏感的靈敏度之光學零件的位置穩定性為有效。 本發明之共振器對共振器鏡片U、12i位移雖具有較 寬廣之餘裕度，但，對望遠鏡之透鏡61、62之位移則具有 敏感之特性。特別是對左右的YAG棒21、22的中心軸和望 遇鏡之透鏡61、62的中心軸之位移極為敏感，該2軸雖維 持-致之狀態，但’在穩定性之提升或免持性的達成上則 具有重要性。 ' 弟“圖係顯示模擬對共振器内之光學元件的位移之 雷射光的振堡狀態之結果。第25圖⑷係顯示無位移 來之狀態，第25圖⑻係對YAG棒2卜22或共振’、 U、12的中心軸（二點虛線），而使2個透鏡U2的中 心軸（一點虛線）位移於下方之情形。此 對⑽棒2卜22或構成望遠鏡之第弟2二圖⑷係 光二::===目。_的 W棒2卜22内而截割的雷射光之成夕^大’則未通過 輸出降低。比較兩個情形時，如第^日加且使雷射 鏡片位移之情形時，雷射光之 Θ c所不之共振器 心轴幾乎未產生位移現象，S，對棒21、22的中 25圖（b)所示之透鏡位移之情形時，之降低，如第

棒U、22的中心軸大動作的位移，之光轴係自YAG .第綱係顯示_搬送雷伽盪器則大幅降低。 、加任何..外力於雷 319807 49 丄〇 而會不會產生變形之模式圖。第26圖（a)传直接 ::發單元固定於光學基台上時之構成，第二2 時，由於-般係需要較長的情形 u βι ρ 的共振态長度，故固定共振器鐘 長的炉狀2之搬第2光學基台26亦形成伸展於光轴方向之細 得重旦' ②如此之長方形狀㈣置時，通常係以能取 此^的Γ衡之方式，將力F附加於左右的支點而舉起。 、如弟26圖所示，光學基台別雖 :部!;而凹陷，且具有變形之傾向，但，對於二 =6=示之構成時，棒21、22的_ 山透鏡6卜62的中心軸係產生位移情形，且受到雷射輪 61降影響。第26圖（b)係顯示抓棒21、22和透鏡 、""軸之位移情形。在第26圖(b)中，由於第2 = 而請棒Μ的中心軸(虛線） L 鏡片11、12的中心軸（一點虛線）位於更下方，此 夕’透鏡6卜62的中心軸（二點虛線）較YAG棒2卜&的 中心軸（虛線）位於更下方。 、 另：方面，如第26圖（c)所示之本發明之構成時，由 於外力之第2光學基台26和空腔模組2()係形立 造，故即使藉由外力F而使第2光學基台％變形，亦可不 在夾介可滑動於角度方向之球面軸承201、202、203之支 持構件而被固定之空腔模組2〇上費外力，空腔模組2〇係 不；夂形。按照第2光學基台26的變形，而空腔模組 的位置雖產生微小的變.化，但，由.於特別敏感的部份之抓 319807 50 1359542 ± 、22的中心轴和透鏡6卜62的中心轴之位置關係常 訏保持’故對雷射輪出之影響較小’而對搬送時的外 強’且能保持優良之穩定性。» 26圖⑷係顯示批棒21 乂、 22和透鏡6卜62的關係。在第26圖⑷中，由於第 學基台26的彎曲，而使YAG棒.22的中心轴（二點虛 和透鏡6卜62的中心軸（二點虛線）較共-振器鏡片u 的:心抽（一點虛線）位於更下方，但，由於空腔模纽加 的第1光學基台25並不彎曲，故於YAG棒21、22的中心 軸（二點虛線）和透鏡61、62的中心軸（二點虛線）的位置^ 係上’幾乎不會產生位移之情形。 又，本實施形態中，由將空腔模組2〇連接於第2光學 基台26上之球面軸承2〇1、2〇2、2〇3所構成之支持構件雖 係作成3個，但，光學基台26和空腔模組2〇形成分離之 構造時，則使用4個以上之支持構件亦可。此外，球面轴 承以外之滑動構件亦可。 此外，本發明係作成將對定位銷211、212、213作為 疋位的基準，且能自光學基台26上裝卸空腔模組之構 成。在固態雷射振盪器中，激發光源之雷射二極體係消耗 ，件，必須按照壽命而交換。特別是自YAG棒的侧面照射 鉍發光，且進行激發之側面激發型之固態雷射振盪器，其 大多數為將雷射二極體編入激發單元的内部之情形，雷射 二極體的交換係必須成為激發單元全部之交換。習知之技 術中，雖係個別地交換各激發單元，但在零件精度的問題 上，-由於各-激發單元其YAG棒的中心·軸之位置.係微妙‘地不 319807 51 1*359542 同’故透鏡的中心軸和YAG棒的中心、軸之位置再現 低，而於交換後有再調整之必要。 如本發明，將激發單元和望遠鏡整體配置Μ腔模组 内，特別是將預先在另外的裝置等進行精密的調整所必兩 之YAG棒和透鏡的中心軸之調整的空腔模組進行交換，二 ，則無須交換後之望遠鏡的再調整。此外，本發明之： 器係對具有YAG棒和共振器鏡片的中心軸之位移具有較 ，之餘裕度。具體而言，兩者之相對性位置即使位移〇 2咖 =幾光軸的變化量為數…位，對崎^ 、乎，又有衫錾。此處，使用定位銷等之正面的空腔模 ，、且之位置再現性為〇· 2roni以内，根據定位銷而將空腔模組 王體進仃交換，結果’即能形成幾乎不須共振器鏡片，等之 再調整的無調整交換。 又，本實施形態雖係以實施形態丨（第丨圖）所示之共 振器的構成而進行說明’但，即使在如實施形態2心 圖）所示之固態雷射元件之間财透鏡之情形時，亦能 有效地防止透鏡和YAG棒的中心軸之位移現象。 實施形態11. &第27圖係顯示本發明之波長變換雷射裝置的實施形 態11的構成之圖示。本構成係將第i圖之固態雷射裝置作 成基本構成，將Q開關3和偏光元件4插入共振器内部， :猎由Q開關控制手段41而以期望之頻率使Q開關3作成 通、不導通之狀態，據此而能進行直線偏光之Q開關脈 衝振盪.。说外’構成共振晋之全部反射鏡丨丨和部份反射铲 319807 52 句為相同的曲率半裡只之凸鏡片。在第圖令 3,係插入於全部反射鏡u和第⑽棒21之間，但:： 所均可。偏光元二1 共振器内部，則配置於任何處 M丄偏先兀件4雖亦於第27圖而無特別規定，但，一 =:;2如為第：圖所示’以對固態雷射元件而配置於部份 Q門關= 外’由雷射光之損傷的防止觀點而言， Q汗1關3和偏光元件4均盡量以配詈

棒附近為佳。 、里讀置於先束直位較粗的YAG 、古在進仃田射加工上，為了提升加工之生產性，則具有 =同頻而必須盡量短的脈寬之高輸出脈衝雷射振盪器之用 =。以有利於高輸出之脈衝雷射振盈之有利的Μ 射而對翁如此之要求，，則如下述之方法屬於有效。田 人其係抓棒之細徑化或激發輸 (2)對短脈衝振|之實現’其係激發密度之提升和共振 盗長度之縮短。 +特別是有.於激發密度之提升，由於脈寬和頻率振靈 =之f射脈衝的穩定性均受到強烈的影響，故就重要的參 丈而3 ’在實現雷射振盪頻率之高頻化和短脈衝化之雙方 上，則YAG棒的激發密度之提升可說是不可或缺。提=激 =度和增強YAG棒之熱透鏡料效，以較強的熱透鏡條 件進仃振盪之共振H係成為必要。但，如上述實施形態i /已敘習知之共振器技術係'無法以較強的熱透鏡條件進 仃问輪出之橫向單發㈣。卿·，f如技術之共振器係即 319807 53 1359542 1吏f升YAG棒之激發密度·，亦無法穩定進行高輸出振盈。 处人本，明之共振器構成係即使以較強的熱透鏡條件，亦 =進行高輸出振盤’故亦能對應於yAG棒之激發密度之提 .升_/結果，藉由本發明之構成，則能實現最初為]〇〇kflz 頻亦能進行穩定之崎振盪之高輪出脈衝雷射共 振盗。 另-方面’以下係就藉由共振器長度之縮短而達成的 •知脈衝化加以敘述。第_雖係圖示共振器鏡片I Μ 均使用凸鏡；^ ’但，原本係能均可採取正的曲 和負的曲率(凹鏡片)之任意一方。若為相同的” 採用凹鏡V凸鏡片之任意-方時，藉由調； 丄 、^和共振益鏡片之間的光學性距離]^，即能設 ===的激發輸入而進行橫向單模振盪之相同振盪 之之:射共振器。第28圖係比較以凸鏡片而設計共振器 =和以凹鏡片而設計之情形。第28圖⑷係凸鏡片 之情形，第28圖⑻係凹鏡片1U、U2之情形。 比較兩者之設計值時，則凸鏡片之情形係共振器長度為較 =。用以進行橫向單模振盈之YAG棒2卜22 μ心和共振 -鏡片之間的光學性距離Li係分別由前述⑷式和⑷，式、 : = 兩式時’可知凸鏡片構成之Ll係較凹鏡片構 二：：短曲率半徑R之程度(共振器全長為2R)。由於 與共振器長度成正比’故共振器長度較短時， 於二：：：衝振盛。此外，凹鏡片構成之情形時，易於 t取共振則所產生之寄生㈣光.而形成振盪混亂之要 319807 54 向單模雷射光之輸出降低 在q輸出振盧當中’凸鏡片構成之方亦 作為！奸例，本構成㈣YAG棒的外徑作成02咖以^， 乍為潋發輸入而將每i個“(^棒50⑽以上 輸出光（波長808nm)照射於YAG棒時 田’ 1體之 率在脈眘彳nn P此以〗0〇kHz的頻 卞在脈見_邮以下將刪以上之横 驾 穩定振盪。 干保胍衝田射進行 又，本貫施形態雖係以實施形態丨（ 態裝置的構成進行說明，但，.於如圖)所不之固 示之固能+射·放 、只&开^、2(第11圖）所 二！：：射象間僅有1個透鏡之情形、或將如實施 ==圖)所示之固態雷射元件和望遠鏡之透鏡予以 二體化之情：、或以平面鏡片而構成如實施形態 :)所不之共振器鏡片之情形時，亦能輸出高輪出 適用於如實施形態6、7、8所示之複數個 共振益早7G的連結構成之固態雷射裝置。 此外’作成將Q開關編入於本實施形態所示之共振 益，且進行高重覆頻率之脈衝雷射振蓋時，原本即為集中 激發^軸週邊之局部性的範圍，且易於提高激發密度之端 面4發方式屬於有利。但，為了高輸出化而必須多個激發 用LD之構成時’則無法充分取得如實施形態i的功效，寧 可如以侧面激發之激發方式將細微的外徑之yag棒進行激 發之第12圖所示之構成，則能對應於高重覆頻率。 實施形態12. ' .一第.29圖侧示本發狀波長變換雷射裝置的實施形 319807 55 Ϊ359542 和Μ,置係由基本波雷射振盈器 =長’換早續構成’基本波雷射振盤器部係具有和第 27圖之固態雷射裝置相同的構成，當 射元件之間之::作備成1:第 透鏡予以整體化之構成。波長變換單元雖因產 3二Γ種類而使得構成不同，，此處係顯示產生 波的波長變換雷射裝置時的構成作為-例。 衝j第29时，基本波雷射振係根據"關3的脈 而使高頻之脈衝雷射光進行㈣，且自部份反射鏡 輸出般而言，部份反射鏡412係基於製作的容易 ^而背面多數由.平坦之凸鏡片所構成。第別圖係記 為平坦之凸鏡片。如此之背面為平坦之凸鏡片、或 圖所㊉載之兩面均為球面之凹凸透鏡形狀的鏡片之 ’部份反射鏡係對透過之雷射光具有作為焦距^ 之鏡之作用。因此’有考量透鏡的作用而作成光路設 之必要。 / 如上述’由於部份反射鏡係具有作為焦距&的透鏡之 用士’故基本波雷射光70係在通過部份反射鏡412正後而 Μ集光’此後則取代發散性的波面。繼 ί鏡81而集光於第1非線性結晶91上，並產生2倍= 進而以第2集光透鏡82同時將基本波雷射光和2倍高 δ白波集光於第2非線性結晶92上，並產生3倍高 第1非線性結晶[以及第2.·非線性一結晶92係使用 319807 56 '，'口曰日 ° 本實施形態係具有使用第27圖之固態雷射裝置作為 基本波雷射振盈器之特徵。藉由採用第27圖之構成置乍= .以南頻將高輸出之脈衝雷射光作為基本波雷射而使用於波 長變換雷射’故能以高頻而實現高輸出之肝雷射。 又’上述雖係敘述有關於3倍高譜波雷射時之構成 例’但’ 2倍波係能以！個非線性結晶（狐結晶）進行變換， • .3倍波係必須2個非線性結晶（哪結晶和丁hg結晶倍 ^亦必須2個非線性結晶（SHG結晶和顺結晶）。一般而 :作為SHG結曰曰係LBO結晶、κτρ結晶，作為丁結晶 係LBO結晶，作為FHG結晶係CLB〇結晶。 古為:對應於來自加工用途之要求，並以1〇_ζ以上之 间頻而貫現具有高輸出的特性之波長變換雷射’則必須以 lO^kHz之高頻而穩定地進行短脈衝振盈之高輸出的基本 波田射。本構成係藉由將帛27 _之固態雷射裝置作為基本 鲁波雷射而使用之狀態’而能以1〇_ζ之高頻初次以製品準 位之非線性結晶壽命而實現謂以上的3倍波平均輸出。 ^亦能適用於如實施形態6、7、8所示之複數個共振器 單兀的連結構成之固態雷射裝置。 實施形態13. ^第3〇圖係顯示本發明之波長變換雷射裝置的實施形 態13之構成。除了實施形態12的第29圖之構成之外，在 =份反射鏡412正後設置特殊濾波器71。固態雷射振盪器 知除了故。向單模之主要光束之外.,，亦有使寄生光進。行振盪 319807 57 1359542 並於主要光束的周圍產生同心圓狀之干涉光72之情形。該 干涉光72係由第1集光透鏡心集光於結晶附近，並照 ，於i呆心非線性結晶91之座台構件或非線性結晶之邊緣 部’且被吸收該熱氣。結果，精密的溫度調整所必需之非 2結晶的溫度狀態難生變動，且無法進行敎之波長 受換。

特殊濾波器71係在將形成如此之混亂要因的干涉光 =射於非線性結日日日91之相予以遮斷，而能防止波長 二广亂、。此外，由於該干涉光”由振盪器射出時的發 、/基本波田射光7〇完全不同，因此基本波雷射光7〇 之光束直徑較大的位置，其基本波雷射光7〇和干涉光K 無法分離。部份反射鏡412正後之基本波雷射光 ΜH之消耗位置附近係最有效而能分離基本波雷射 干涉^ 72的位置。由於該基本波雷射光7G之消耗 係形成於部份反射鏡412的背面、以及自 份反射鏡412的透過光之僅距離fpR的位置之間，故】= t开置Γ設置較基本波雷射光70之先束直徑具有更大的開 形狀之特殊濾波器71為佳。 於固二本/施形態雖係以如第3°圖所示之配置2個透鏡 口 I射元件之_波長變換雷射裝置之構成進行說 一月但，僅具備1個透鏡於如實施形態2所示之固態雷射 成、如實施形態4所示之將YAG棒和望遠鏡 '、兄以正體化之構成、以及如實施形態5所示之共振 °。鏡71為平面鏡一片之構減’均可取得相同的功效。則自無,, 319807 58 1359542 所示之複數 爭議。此外，亦能適用於如實施形態6、7、 個共振器單元的連結構成之固態雷射裝置。 實施形態14. ^ 第31圖係顯示本發明之波長變換雷射裝置的實施形 :、之構成。其和實施形態12之第29圖之不同點在於基 =振盛器以後之光路設計。在第31圖#中，部份反射鏡 ^和弟i非線性結晶91之間係設置第u光透鏡⑽和 弟2集光透鏡84之2個透鏡。此外，在第」非線性結晶 91和弟2非線性結晶92之間係設置第3集光透鏡“和第 4集光透鏡86。» 2固態雷射元件22和第i非線性結晶 9卜以及第2非雜結晶92係分⑽能進行影像轉印連接 之方式而設計各區間的光學系統。 將各非線性結晶和固態雷射元件之間進行影像轉印連 接係具有2個理由。其一為相對於基本波雷射光之指標變 動之穩練的提升，其：為相對於激發輪人產生變化時的 光束直徑的變化而能確保其可靠度^首先，說明有關於 者。 作為基本波雷射振盪器而使用之固態雷射振盪器，並 非Φ纣射出固定狀態之雷射光，而於短時間之間以某個比 例而改變射出之雷射光的位置、以及角度。該變動之情形 稱為指標（p〇iniing)變動。該指標變動較大時，則由^兩 射光A?、射於非線性結晶的位置產生變動，故非線性妹j内 之溫度狀態即呈現不穩定之狀態。該指標變動之原因主 為雷射光的發生係‘之YAG .棒等-之固態-雷射元件之震動，。 319807 59 1359542 列舉保持固態雷射元件的構件之 態雷射元件的水流震動，，以固=射固 動作為起點，使雷射光的射出角 U“辰 變動。 又產生交動，而形成指標 & 方面由於非線性結晶係根據其溫度而使波+轉 =率（將基本波雷射光變換成高譜波雷射光 = 二;=溫度係具有極為敏感之特性。因此，雖= ^的溫度控制裝置進行溫度控制，但，亦於結晶 :以雷射光的照射點為中心之溫度分 ： :=之溫度狀態，其照射的雷射光之狀態亦穩 置：生：：】因此’當照射於非線性結晶之雷射光的位 ^生㈣時，則非線性結晶内之溫度分佈並不穩定，且 波長變換效率亦呈現不轉 心 之鈐… 狀痛。亦即，高諧波雷射光 不敎之狀態。進行敎之波長變換雷射係 田’光月匕吊時照射於非線性結晶之固定位置為佳。相對 |於此丄由於基本波雷射光係存在著指標變動，故無法完全 以固疋之狀恝照射雷射光。但，根據光路設計而存在 標變動的影響較大之光路系統、以及影響較小之光路系統曰。 一第32圖係比較相對於實施形態12之構成和本構成之 2路系統的指標變動的影響之示意圖。第32圖（3)係顯示 只把形怨12的構成之雷射光軸的變化之模式圖，第犯圖 =)係顯示本構成之模式.圖。根據光路設計而亦具有基本波 雷射光之些微的指標變動係放大於非線性結晶上之情形。 在第赶-圖（a)中’當第2固態噹射元件22偏移至-上側時， 319807 60 1359542

則每射光之指標變動即形 I 晶9卜92則特別少w 偏移，而非線性結 穩定之現象。此2偏二：：波長變換效率呈現不 指芦轡動hp氺氺占: α怠由射兀件偏移至下側時之 ^ >成座線箭頭之偏移，同樣地，非線性έ士曰 "則形成極大之偏移。另—方面，如第=二_ 之影像轉印連接的井跋έ& ξ()斤不 的指標變動量係相=r::r連接之2點 變動量係以能和第2固態雷射元件=:μ 91、9 2之指標 動量為相等之方式 2移之指標變 則非線性結晶32圖⑷’ 如第％圖⑻所示，將指標變動源之固態雷射 二:：：和非線性結晶91之間進行辦 孕统才謹ί於控制指標變動的影響上可說是有效之光路 件、21 :=係f本波雷射振盈器内之全部的固態雷射元 22和各非線性結晶91、犯 :。結果’即使為以任意之加棒21、22== 二，使各非線性結晶的影響達成最少化：而二： I又性佳之波長變換雷射。 、現 明有關於激發輸人變化時之可靠度的問題。第 圖係心激發輸人產生變化時之YAG棒2卜22内 束直徑的變化、以及非線性結晶 化之情形。第33圖⑷係實施形態12之= r.(b)係本發明之影像轉印連接之二:棒Γ I其光束直彳㈣對光·★直徑的變化正好形成如騎‘=，， 319807 61 1359542 字之特性形狀，和第3圖同樣地，將光束直徑具有有限之 值的範圍稱為振蘆區域。振蘯區域的下限附近和上限附 近，其光束直徑為最大，振盈區域的中心之光束直徑 小。 取 相對於此，非線性結晶的光束直徑係根據光路系統的 設計而顯示*_特性。第33圖⑻之影像轉印連接之光 路系統之情形時，其係形成和YAG棒之光束直徑的變化特 J·生相似之形狀，且振盪區域的下限和上限附近，其光束直 徑為最大’振盈區域的中心為最小。此處，振盈區域的中 心之光束直徑相能成為目標之光點直徑之方式而設★十。 另一方面，第33圖（a)之實施形態12之光路系統之情形 時，亦具有隨著激發輸入之增加而光束直徑即變小，且振 f區域的上限附近’其光束直徑為最小的特性之情形。通 如上述之振魅域的中心、之光束直徑錢計為成為目 &之光點直徑’故進行較振盈區域的中心條件更強的激發 輸入時’則結晶之光束直徑係進而達成小徑化。因此，輸 入過多的激發輸人時，則結晶内的雷射光即過度集光，= 超過f晶之破壞臨界值，並恐有破壞結晶之虞。因此，實 施形態12的構成之光路系統係於激發輪人產生變化時，^ 亦伴隨著恐有破壞非線性結晶之虞，但，由於影像轉印連 接之光路系統之情形時，即使提高激發輸人亦使光束直秤 擴大，故不致於產生如此之疑慮。目此，本發明之影 印連接之光路系統’其就零件的毀損防止之可 而言，可說是具有極佳之特_性。一 靦..占 319807 62 1359542 繼而具體說明有關於用以進行影像轉印連接 条：如下’⑽刚'雷射元件和非線性結晶進行影： 俜二二：：須具有滿足如此之光路設計條件，本構成 =2個集光透鏡配置於如第31圖所示之部份 非線性結晶91之間之構成。原本雖為2個集光透鏡 m’我們的計算上q個集光透鏡並未存在滿足影 透鏡。之現貫性的設計值’故必須為2個以上之集光 ^個以上之集光透鏡而構成雖亦可，但，此虛将 圖示最簡單的構成之2個集光透鏡構成之情形。' :先，在第31圖中，將第！集光透鏡83之焦距作成 ^2集光透鏡84之焦距作成fb，將自部份反射鏡 光透心1集先透鏡83為止之光學性距離作成La，將兩集 =83、84間之光學性距離作成u，將自將第2集光 =84至第！非線性結晶91的中心為止之光學性距離作 C此外，部份反射鏡412係曲率半徑R(絕對值）之凸 ，片’且將作用於透過雷射光而作為透鏡時之焦距作成 將第2固態雷射元件22的中心至部份反射鏡412之 :之：學性距離作成Ll。該光路系統之第2固態雷射元件 1非線性結晶91之間的光線矩陣係如下式。 ^ Lc\

Yh 1 Lb' A' (16) 方面，該光路系統係振盪區域的中^之熱透鏡條 ::，其係於雷射光之消耗位置配置帛2非線性結晶犯。 ^之-消耗的絲直徑係#附加第2固態雷㈣件Μ内之 319807 63 光束直捏 足下式。 〇ύ 的Ms倍之條件時，則上述光線矩陣係必須滿 (17) A B' £> U白此處，r。係振盪區域的尹心條件之第2固態雷射元件 求：之中:，雷射光的波面曲率半徑，可由自⑴至(3)式所 下式而予以計糞。 ❿ r〇 (18) 」&和Lb作成任意之距離時，則滿足（1 6) 1禾件係如下述。 (17)式 之 (19) (2 0)

.Le fpR tJA fo fpR f(Ms

L w。·1 f/+〇Lc) (2 1) -hia 此處 藉由使La、l 式，即能將自第^能= _fb之各參數滿足⑽至（2 為止的光路、隹〜，心田射兀件22至第1非線性結晶 ^竹影像轉印連接。 繼而求得望，dfc & 行第1非線性結晶9】$ $。w a 間的影像轅Ed」 BB 和第2非線性結晶92 印光路〜-在第Ή固丄

第31圖中’將第3集·光透鏡8E 319807 64 1359542 焦距作成；fc，將第4集光透鎊 非绫性处曰Q1 ，兄86之焦距作成fd，將自第1 F線性、.，口曰日91的中心至第3隼 瀚你士 τ 卞先这鏡85為止之光學性距 邊作成Ld ’將自第3集光透鏡 與极？e缺於85至弟4集光透鏡86之光 子姓距離作成Le，將第4隼#、系拉ΟΛ 92 ^ φ . . L 本忐透鏡86至第2非線性結晶 92的中〜為止之光學性距離 如下式。 烕Li犄，其間的光線矩陣係 (A B ,C D)-\q »%k ΐ t

V (2 2) 振盡區域的中心之熱透鏡條 # ίΕ. ?5? I? -b*v 、 弟 2 非線性結晶 9 2 :好配置於雷射光之消耗位置，而且，此時之消耗的光 束徑係作成第2固態雷射元件22的光束直徑 倍，並課以下式之條件。 ω 〇 的 Ml U B' (2 3) 根據（22)、（23)式而滿足此等解 τ ^ ^ 于 < 牌其對任意之距離 L,和任思之焦距fc，而必須滿足下式之條件。 L·: fc+fi (24) (2 5) fc、fd、Ld、Le、Li 非線性結晶91和第2非線性結晶 之各設計值滿足上述條件時，第 為影像轉印連接之光路。 藉由採取滿足上述條件之設計-值， 92之間的光學系統即成 即能達成將第1 .固 319807 65 P359542 怨雷射兀件21、第2固態雷射元件22、f i非線性注曰 91'以及第2非線性結晶92的全部進行影像轉印連接二 計，且能實現極穩定之波長變換雷射裝£。 。又 又’本實施形態雖係以如第31圖所示之配置2個透鏡 於固態雷射元件之間的波長變換雷射裝置之構成而進行說 明，但，僅具備i個透鏡於如實施形態2所示之固態 元件之間之構成、如實施形態4所示之將γΑ(?棒和望^ 之透鏡予以整體化之構成、以及如實施形態5所示之 器鏡月為平面鏡片之構成，均可取得相同的功效，則自、無 爭議。此外，亦能適用於如實施形態6、7、8所示之數 個共振器單元的連結構成之固態雷射裝置。 實施形態15. 但，在實施形態14當中，顯示將2個YAG棒21、22、 第卜第2非線性結晶92的各區間進行影像轉印連接之構 成。但，因此必須於部份反射鏡412和帛！非線性結晶91 之間配置2個以上之集光透鏡’而於第1非線性結晶91 和第2非線性結晶92之間亦必須配置2個以上之集光透 ，，並產生構成複雜，且必須較長的傳送距離之缺點。該 情形時，例如作成僅將第棒22和第2非線性結晶Μ 之間進行影像轉印連接之構成亦可。具體而言係如第34 圖所示，於部份反射鏡412和第！非線性結晶91之間配置 2個集光透鏡87、88,並於第丄非線性結晶9ι和第2非線 :生結晶92之間亦必須配置}個集光透鏡δ9。集光透鏡π 別伽以能將第2YAG棒22的中心轉印於.第2㈣性結晶犯 319807 66 1359542 的中心之方式而配置，隹4；.头〆 ι木先透鏡89係以能將雷射光集光於 第2非線性結晶之方式而配置。 3倍波或4涪波之情形時，相較於第2非線性結晶92， 則第1非線性結曰曰91係具有較緩和之溫度特性，因此 使對結晶内部的溫度變化或指標變動亦不易受影響。因 此，若能指標式地抑制在溫度變化上具有敏感的特性之第 2非線性結晶9 2的指標變動，則以僅配置ι個 ==第2非線性結晶92之間的簡單構成，亦能取得和上 k之只施形態相同的高穩定性。 又，本實施形態雖係以如第34圖所示 於於固態雷射元伴夕鬥认a e 直z 1固透鏡 射；0件之間的波長變換雷射裝置之構成..而進行 射-杜旦，僅具備1個透鏡於如實施形態2所示之固能雷 :讀之間之構成、如實施形態4所示之將加棒和二 以整體化之構成、以及如實施形態5所示之丑 益 鏡月之構成，均可取得相同的功效，則自 倉，、于=此外，亦能適用於如實施形態6、7、 數個共振器單元的連結構成之固態雷射裝置。/、之複 (產業上之可利用性） 特別固態雷射裝置係適用於要求高輪出之領域， 用者d皮長變換雷射裝置之基本波光的產生手段而使 【圖式簡單說明】 •成圖 第1圖係顯示本發明實施形態】之固態雷射裝置之構 319807 67 1359542 第2圖係習知之固態雷射裝置之構成圖。 第3圖（a)及（b)係比較本發明實施形態1之構成和習 知構成之光束直徑特性的計算結果之示意圖。 第4圖（a)及（b)係比較本發明實施形態！之構成和習 知構成之雷射輸出特性的實驗結果之示意圖。 第5圖（a)及（b)係本發明實施形態丨之望遠鏡和習知 構成之望遠鏡之示意圖。 第6圖（a)及（b)係顯示將習知構成之望遠鏡編入於共 振器時的功效。 ' 第7圖係編入本發明實施形態1之望遠鏡後的共振器 之示意圖。— 第8圖係顯示能以習知構成進行振盪之熱透鏡的強度 之计鼻結果。 第9圖係顯示能以本發明實施形態1之固態雷射裝置 進行振盪之熱透鏡的強度之計算結果。 第10圖（a)至（C)係顯示本發明實施形態丨之固態雷射 裝置中，模態體積成為最大的條件。 .第11圖係顯示本發明實施形態2之固態雷射裝置之構 成圖。 第12圖係顯示本發明實施形態3之固態雷射裝置之構 成圖。 第13圖係在本發明實施形態3之固態雷射裝置進行端 面激發時之構成圖。 第14 SUa)及（b)係顯示奋.固態雷射裝置當中進行^端 68 319807 1359542 面激發叶之激發光的強度分佈。 第15圖（a)及（b)係顯示在本發明實施形態3之固態雷 射裝置進行端面激發時之YAG棒内所產生的熱透鏡之示专 .圖。 第1 6圖係顯示本發明實施形態4之固態雷射裝置之構 成圖。 第17圖係顯示本發明實施形態5之固態雷射裝置之構 成圖。 譽 第18圖（a)及（b)係顯示本發明實施形態5之固態雷射 裝置和實施形態1之固態雷射裝置之光學零件的位置變動 之光軸的透鏡之示意圖。 弟19圖係顯示本發明實施形態6之固態雷射農置之構 成圖。 第20圖（a-Ι )至（c-2)係比較本發明實施形態6之固態 雷射裝置和實施形態5之固態雷射裝置等的構成和振盪區 _域之示意圖。 第21圖係顯示本發明實施形態7之固態雷射裝置之構 成圖。 第22圖係顯示本發明實施形態8之固態雷射裝置之構 成圖。 ^ 第23圖係顯示本發明實施形態9之固態雷射裝置的望 遠鏡之構成圖。 第24圖（a)及（…係顯示本發明實施形態之固態雷 射裝置之構成圖。. .... . 69 319807 B59542 第25圖（a)至（c)係顯示本發明之光學元件的位置偏 移和雷射光之光軸的偏移之示意圖。 第26圖（a)至（〇係顯示本發明實施形態1〇的功效之 示意圖。 第27圖係顯示本發明實施形態n之固態雷射裝置之 構成圖。 第28圖（a)及（b)係顯示本發明實施形態11之受到共 振器鏡片之凹凸影響之示意圖。 /、 第29圖係顯示本發明實施形態12之固態雷射裴置之 構成圖。 第30圖係顯示本發明實施形態丨3之固態雷射裝置之 構成圖。 第31圖係顯示本發明實施形態14之固態雷射 構成圖。 、夏之 .第32圖（a)及（b)係顯示本發明實施形態14之 標變動影響之示意圖。 曰 第33圖（a)及（b)係顯示本發明實施形態14之受 束直徑變化影響之示意圖。 “ 之 第34圖係顯示本發明實施形態15之固態雷射裝 構成圖。 【主要元件符號說明】 3 Q開關 4 偏光元件 5、5a、5b 90度旋光構件7 振盪雷射光 9 -光拍—^ 319807 70 1359542 11、 311 全部反射鏡（球面鏡片） 12、 312、412部份反射鏡（球面鏡片 20 空腔模組

21 22 23 25 31 61 63 71 81 85 87、 zia 22a -,,-Λα ιηυ j 122第2YAG棒（固態雷射元件或似棒） 第1激發單元 … 32 61a 83 88 第1光學基台 移動手段 、61b第1透鏡 透鏡 特殊濾波器 第I集光透鏡 苐3集光透鏡 531至534集光透鏡 24 第2激發單元 26 第2光學基台 60 導引器 62、 62a 、 62b 第 2 透 70 基本波雷射光 72 干涉光 82、 84第2集光透鏡 86 第4集光透鏡 91、92 #線性元件（非線性結晶）

201至203支持構件（球面軸承） 211至213定位銷 361、362凹透鏡 311、312共振器鏡片 421 至 424 、 511至514彎曲鏡片 425 隔離器 523、524第2激發用 f 焦距

Wa ' Wb 寬幅 521、522第1激發用 541至544光纖 R 曲率半徑 319807 71

Claims (1)

1359542

第96147154號專利申請案 100年9月23日修正替換頁 、申請專利範園： 一種固態雷射裝置 具備：

部份反射鏡和全部反射鏡，其係構成共振器； 2個棒狀之固態雷射元件，其係沿著雷射光軸而對 稱地配置於前述部份反射鏡和全部反射鏡之間；以及 焦距f之2個凸透鏡和90度旋光構件，其係配置 於該2個固態雷射元件之間的雷射光軸上； 前述2個透鏡的距離係較2f更小，而與各透鏡相 鄰接之前述固態雷射元件的中心與其鄰接之透鏡的距 離係大致為f。 .如申請專利範圍第1項之固態雷射裝置，其中 則述90度旋光構件係配置於前述2個透鏡之中之 一方和鄰接於該透鏡的前述固態雷射元件之間。 .如申請專利範圍第1項之固態雷射裝置，其中

前述部份反射鏡和全部反射鏡係具有相同曲率之 鏡片。 4·如申請專利範圍第1項之固態雷射裝置，其中 前述部份反射鏡和全部反射鏡均為平面鏡片。 .如申睛專利範圍第3項之固態雷射裝置，其中 將剛述部份反射鏡和全部反射鏡的曲率半徑為[ 將削述固態雷射元件的中心之橫向單模成份之售 射光束半徑為ω。時，則 月J这2個透鏡之間的距離係大致為 319807修正版 72 + 2ΛΑ：(其中，

’ R顯示絕對值）。 第96147154號專利申請案 100年9月23日修正替換頁 6·如申請專利範圍第5項之固態雷射裝置，其中 前述光束半徑ω Q係前述固態雷射元件的半徑之 0. 6 至 0. 7 倍。 7.如申請專利範圍第3項之固態雷射裝置，其中 將前述部份反射鏡和全部反射鏡的曲率半徑為R， 將該部份反射鏡和鄰接於該部份反射鏡之前述固 態雷射元件的中心之距離或前述全部反射鏡和鄰接於 該全部反射鏡之前述固態雷射元件的中心之距離為匕 時，貝1J 當前述部份反射鏡和全部反射鏡為凸鏡片時，前述 2個透鏡之間的距離大致為 2/-/1 .乂 +及 ’而當則述部份反射鏡和全部反射鏡為凹鏡片時，前述 之距離則大致為 " -r) ο 8. —種固態雷射裝置，其特徵在於： 具備： 相 振器； 同曲率的部份反射鏡和全部反射鏡，其係構成共 個棒狀之固態雷射元件’其係沿著雷射光軸而對 319807修正版 73 第96147154號專利申請案 100年9月23日修正替換苜 、 | too年9月23曰修正卷;t 稱地配置於前述部份反射鏡和全部反射鏡之間；以及 焦距f之凸透鏡和90度旋光構件，其係配置於該 2個固態雷射元件之間的雷射光軸上； 前述透鏡和前述各固態雷射元件的中心之距離係 大致為2f。 9. 一種固態雷射裝置，其特徵在於： 具備： 部份反射鏡和全部反射鏡，其係構成共振器； 長度L。折射率n。之2個棒狀之固態雷射元件其 係沿著雷射光軸而對稱地配置於前述部份反射鏡和全 部反射鏡之間，且於相互對向的各端面施予曲率半徑 Ra之曲面加工俾使該棒狀固態雷射元件的端面產生凸 透鏡之作用；以及 90度旋光構件，其係配置於該2個固態雷射元件 之間的雷射光轴上； 前述曲率半徑係 ，而前述2個固態雷射元件之間的距離l3係 ^ 〇 % 10·如申請專利範圍第9項之固態雷射裝置，其中 前述部份反射鏡和全部反射鏡係具有相同曲率之 鏡片。 74 319807修正版 1359542 _ 第96M7154號專利申諳案 1 1〇〇年9月23日修正替換頁 11·如申請專利範圍第9項之固態雷射裝置，其中 - 則述部份反射鏡和全部反射鏡均為平面鏡片。 12.—種固態雷射裝置，其特徵在於： . 具備： 2個棒狀之固態雷射元件，其係沿著雷射光轴而配 置於構成共振器之平面鏡片的部份反射鏡和全部反射 鏡之間； 焦距f之2個凸透鏡和90度旋光構件，其係配置 於該2個固態雷射元件之間的雷射光軸上；以及 複數個共振器的週期性構成要素，其係前述2個透 鏡的距離較2f更小，和各透鏡相鄰接之前述固態雷射 70件的中心之透鏡的距離大致為f， 與前述部份反射鏡相鄰接之前述固態雷射元件的 中〜和該部份反射鏡之距離、以及與前述全部反射鏡相 鄰接之則述固態雷射元件的中心和該全部反射鏡之距 φ 離係相等， 在前述各共振器的週期性構成要素之間相鄰接之 刖述固態雷射元件的中心之距離，係等於前述部份反射 鏡和相鄰接之前述固態雷射元件的中心之距離的2倍。 13. —種固態雷射裝置，其特徵在於·· 具備： 2個棒狀之固態雷射元件，其係沿著雷射光軸而配 置於構成共振器之相同曲率之部份反射鏡和全部反射 鏡之間； C1 319807修正版 75 1359542 第96147154號專利申請案 • 100年9月23日修正替換頁 焦距f之2個凸透鏡和9〇度旋光構件，其係配置 -⑨該2個㈣雷射元件之間的雷射光轴上；以及 . 複數個共振11的週期性構成要素，其係前述2個透 鏡的距離較2f更小，而與各透鏡相鄰接之前述固態雷 射元件的中心之透鏡的距離大致為f , 和别述部份反射鏡相鄰接之前述固態雷射元件的 中心和該部份反射鏡之距離、以及與前述全部反射鏡相 #接之㈣雷射元件的巾钟該全部反射鏡之距 響 離係相等， 在前述各共振器的週期性構成要素之間相鄰接之 前述固態雷射元件的中心之距離，係等於前述部份反射 鏡和相鄰接之前述固態雷射元件的中心之距離的2倍， 將前述部份反射鏡的曲率半徑為㈣，則配置焦距 =/2之透鏡於相互鄰接之前述共振器的週期性構成 要素之中間位置。 14· 一種固態雷射裝置，其特徵在於： 由平面鏡片之1個部份反射鏡和複數個全部反射 鏡而構成環狀共振器， 具備： 狀之固態雷射元件’其係沿著前述共振器内 的雷射光抽而配置； 焦距f之2個凸透鏡和9G度旋光構件，盆係配置 於該2個固態雷射元件之間的雷射光軸上·以及 複數個共振器的週期性構成要素，前述2個透鏡的 319807修正版 76 1359542 乐竑畢利申請案 100 年 9 月 23 離較2f更小，各透鏡和相鄰接之前述固態雷射元件 的中心之距離大致為f， 前述各共振器的週期性構成要素係以使相互鄰接 之各共振器的週期性構成要素之間的距離全部相等之 方式而配置。 15·如申請專利範圍第丨項之固態雷射裝置，其中，具備： 移動手段，其係將剷述2個透鏡的一方或雙方往丘 振器的光軸方向移動。 16.如申請專利範圍第15項之固態雷射裝置，其中，具備： 控制手知· ’其係按照激發輸入指令值而控制 動手段。 I7·如申請專利範圍第3項之固態雷射裝置，其中 具備： 光學基台，其係配置有前述2個固態雷射元 午、前述透鏡、以及前述9〇度旋光構件；以及 第2光學基台，其係酉己置有前述部份反射鏡和全部 反射鏡， 前述第1光學基台係經由可向角度方向滑動之支 待構件而配置於前述第2光學基台上。 8·如申请專利範圍第17項之固態雷射裝置，其中 前述第i光學基台係經由3個前述支持構件而配置 於則述第2光學基台上。 19.如申請專利範圍第17項之固態雷射裝置，其 具備： ' 319807修正版 77 1359542 -___ 第96147154號專利申請案 100年9月23日修正替換頁 定位手段，其係設於前述第2光學基台上而具有對 於前述第1光學基台的側面之抵接面， 以該定位手段之抵接面為基準，而決定前述第1 光學基台的前述第2光學基台上之位置。 20. 如申請專利範圍第3項之固態雷射裝置，其中 如述部份反射鏡和全部反射鏡均為凸鏡片。 21. 如申請專利範圍第1項之固態雷射裝置，其中 具備： 籲 Q開關，其係配置於前述部份反射鏡和全部反射鏡 之間； Q開關控制手段，其係控制該Q開關的導通•不導 通之狀態；以及 偏光元件，其係配置於前述部份反射鏡和鄰接於該 部份反射鏡的前述固態雷射元件之間； »玄固匕、辑射裝置係輸出直線偏光的脈衝雷射光。 鲁22.如申請專利範圍第i項之固態雷射裝置，其中 該固態雷射裝置係自前述各固態雷射元件的侧面 照射激發光之側面激發方式。 认如申請專利範圍第丨項至第22項中任一項之固態雷射 裝置，其中 進行振盪之雷射光係橫向單模。 2冬一種波長變換雷射裝置，其特徵在於： 具備： 申請專利範圍第1項至第23中任—項所記載之固 319807修正版 78 1359542 第96147丨54號專利申請案 • 100年9月23日修正替拖苜 態雷射裝置；以及 ' • 非線性結晶，其係配置於自該固態雷射裝置所輸出 之雷射光的光軸上，用以將該雷射光變換成高諧波光。 • 25.如申請專利範圍第24項之波長變換雷射裝置，其中 前述部份反射鏡係對穿透雷射光具有作為焦距fpR 的透鏡之作用， 該波長變換雷射裝置具備： 特殊濾波器，其係配置於前述部份反射鏡的雷射光 所穿透之侧的面和離開該面僅有距離fpR的位置之間， 且具有較所穿相雷射光之光束直徑更大的開口。 如申明專利範圍第24項或第25項之波長變換雷射裝 具備： m數個透鏡’其係配置於前述部份反射鏡和前述非 線性結晶之間，用以將前述部份反射鏡側之前述固態雷 鲁 射元件和該非線性結晶進行影像轉印連接。 27.如申請專利範圍第26項之波長變換雷射裝置 具備： 複數個前述非線性結晶；以及 =數個透鏡，其係配置於該各非線性結晶之間，用 ~鄰接之2個非線性結晶之間進行影像轉印連接。 319807修正版 79