WO1998034305A1 - Oscillateur laser - Google Patents

Description

明 細 書

レ ーザ発振装置

技 術 分 野

本発明は 、 例え ばレ ーザ加工装置等で用い られる レ ー ザ発振装置の改良技術に関 し 、 更に詳し く 言え ば 、 光共 振器内 に配置 さ れる 固体利得媒質を用意 し易 く し 、 製造 コ ス ト を低減 さ せる ため の改良技術に関する 。

JR' 術

T i を ド ープ し た A 1 O 3 、 N d ド ープ し た Y A G等 の 固体 （ 単結晶ま たは多結晶 ） を レ ーザ利得媒質 と し て 用い る レ ーザ発振装置 （ 以下 、 「 固体レ ーザ発振装置 」 と 言 う ） は 、 高出力で安定し たレ 一ザビーム が得 ら れる こ と か ら 、 金属あ る いは非金属の材料の切断 、 溶接な ど を行な う レ ーザ加工装置等に広 く 使用 さ れてい る 。 図 6 は 、 ス ラ ブ形固体レ ーザ発振装置を例に と り 、 従来の 固 体レ ーザ発振装置の構造の概略を示す図であ る 。 図 6 におい て 、 固体利得媒質 （ T i ： A 1 O 3 、 N d ： Y A G等 ） 1 は 、 例え ばキセ ノ ン ラ ンプか ら な る 励 起ラ ンプ L 1 ， L 2 と 共にレ フ レ ク タ 3 0 内 に配置 さ れ る 。 固体利得媒質 1 の両端側方には リ ア鏡 （ 全反射鏡 ） M l と 出力鏡 （ 部分反射鏡 ） M 2 が配置 さ れ 、 光共振器 が構成 さ れる 。 レ フ レ ク タ 3 0 の 内壁 3 1 は高光反射率 の面 と さ れてレ、 る 。

ま た 、 レ フ レ ク タ 3 0 の 内部を循環する よ う に冷却水 ( 純水 ） を流通 さ せる こ と で固体利得媒質 、 励起ラ ンプ レ フ レ ク タ 等を含む装置各部の過熱を防ぎ 、 温度上昇に よ る レ ーザ光の品質低下を防止 し てい る 。 矢印 C 1 , 矢 印 C 2 は循環する 冷却水の入 口 及び出 口 を表わ し てい る 励起ラ ンプ L 1 ， L 2 は励起電源 4 0 で駆動 さ れ 、 励起 光 5 0 を放射する 。

励起ラ ンプ L l ， L 2 か ら放射さ れた励起光 5 0 が直 接あ る いはレ フ レ ク タ 3 0 の高光反射率の 内壁 3 1 で反 射さ れてか ら 固体利得媒質 1 に入射する と 、 固体利得媒 質 1 がボ ン ビ ング さ れて 、 レ ーザ光 S が生成 さ れる 。 レ 一ザ光は リ ア鏡 M l と 出力鏡 M 2 の光共振器空間を往復 する 過程で増幅 さ れ 、 その一部 S ' が外部に取 り 出 さ れ て 、 レ ーザ加工等の 目 的に利用 さ れる 。

通常 、 固体利得媒質 1 の表面の全部ま たは一部は冷却 水 （ 純水 ） に直接接触 し てい る 。 従っ て 、 固体利得媒質 1 への光入射並びに固体利得媒質 1 か ら の光出射は 、 固 体利得媒質 1 と 冷却水 （ 純水 ） あ る い は空気 と の間の 界 面を通 し て行なわれる 。 固体利得媒質 1 と 冷却水 （ 純水

) あ る いは空気の間 には 当然相 当 大 き な屈折率差が存在 する 。 例え ば T i ： A 1 O 3 の場合 、 固体利得媒質 1 の 屈折率は約 1 . 7 7 であ り 、 常温におけ る 純水の屈折率 は約 1 . 3 3 、 空気の屈折率はほぼ 1 . 0 であ る 。

そ こ で 、 固体利得媒質 1 の両端面 1 0 a , 1 O b は 、 光共振器の効率を高 く 保っため に 、 ブ リ ュ ー ス タ 条件を ほぼ満たす よ う な角度を以て力 ッ ト さ れた面 と さ れる 。 例え ば Y A G を 固体利得媒質 と し た場合 、 ブ リ ュ ー ス タ 角 は 6 0 度〜 6 2 度前後であ り 、 本例の よ う に 、 全反射 鏡 M l 、 固体利得媒質 1 、 部分反射鏡 M 2 を一直線上に 並べた配置では 、 固体利得媒質 1 の両端面 1 0 a , 1 0 b の傾斜角 は 、 2 8 度〜 3 0 度前後 と さ れる 。

と こ ろで 、 こ の よ う な従来装置で使用 さ れてい る 固体 利得媒質 1 は 、 ブ リ ュ ー ス タ 条件に適合する よ う にカ ツ ト さ れる 両端面 1 0 a , 1 0 b のみな らず 、 固体利得媒 質 1 の表面全体が凹凸がない よ う に高度に研磨 さ れる 。 これは 、 固体利得媒質 1 と こ れを取 り 囲む媒体 （ 図 6 の 例では純水 、 場合に よ っ ては空気等の気体 ） と の界面で 生じ る 光の散乱に起因する 共振器損失を抑止する ため で あ る 。

図 5 は 、 固体利得媒質 1 の表面が粗面であ る 場合 （ 即 ち 、 未研磨あ る いは研磨 さ れていても 十分でない場合 ） について 、 固体利得媒質 1 と こ れを取 り 囲む媒体 （ 水 、 空気等 ） 6 0 と の界面を形成す る 表面 1 a 付近におけ る 光の挙動を説明す る 図であ る 。 図 5 に示 し た よ う に 、 固 体利得媒質 1 の表面 1 a を境に し て屈折率が大き く 異な る 場合 、 入射光 5 0 は一部が透過光 5 1 と な る 一方 、 相 当部分は反射光 5 2 と な る 。 そ し て 、 粗い表面 1 a の 凹 凸のため 、 入射光線 5 0 の進行方向 に対し て 、 透過光 5 1 及び反射光 5 2 の進行方向が乱れたも の と な る 。

こ の よ う な光散乱の現象は 、 固体利得媒質 1 の 内部側 か ら外部 （ 水 、 空気等 ） 6 0 への光出射の際も 同様に生 起さ れる 。 こ れ ら 固体利得媒質 1 の表面 1 a におけ る 光 散乱は 、 一般に 、 固体利得媒質 1 の屈折率 と 外部 （ 水 、 空気等 ） 6 0 の屈折率の差が大き く な る 程 、 ま た 、 表面 1 a の粗さ が増す程大き く な り 、 共振器損失も 増大する これが従来装置において 固体利得媒質 1 の表面 1 a に高 度の滑 ら か さ が要求 さ れて き た理由 であ る 。

そ し て 、 固体利得媒質 1 の表面 1 a に高度の滑 ら か さ を持たせる ため には 、 ス ラ ブ形状あ る いは 口 ッ ド 形状で 用意さ れる 固体利得媒質 1 の表面を時間 と 費用 をかけ て 入念に研磨する 必要があ り 、 時間的 、 経済的な負担が大 き 力 つ た 。

発 明 の 開 示

本発明の 目 的は 、 固体利得媒質の表面に高度の滑 らか さ を与え な く と も 大き な共振器損失が生じ ない よ う に固 体レ ーザ発振装置を改良する 技術を提供し 、 その こ と を 通 し て 、 固体利得媒質 1 の表面研磨に要する 大き な時間 的 、 経済的な負担を解消 し ょ う と する も のであ る 。

本発明の レ ーザ発振装置は 、 固体利得媒質 と 、 固体利 得媒質の屈折率 と 整合する 屈折率を有する 液体 と 、 光共 振器 と 、 光共振器内 に配置 さ れ 、 固体利得媒質及び液体 を 、 固体利得媒質が液体中 に浸漬し た状態で収容する 透 明容器 と を備え る 。 固体利得媒質の表面の粗さ は 、 平均 粗さ R a が 1 n m以上であ っ て 良い 。 ま た 、 液体の屈折 率は固体利得媒質の屈折率 と 一致する こ と が理想であ る が 、 実際的な一つの 目 安 と し ては 、 固体利得媒質の屈折 率を基準に し て 士 1 5 <½の範囲にあれば良 く 、 特に土 5 %以内 に収ま る こ と が好ま し い 。

固体利得媒質は 、 複数個のバ ル ク （ 多数の粒子の形態 を と ら ない程度 ） で構成する こ と が出来る 。 透明容器の 形状は 、 ス ラ ブ形状 、 ロ ッ ド 形状な ど と する こ と が出来 る 。 ま た 、 透明容器の窓部はブ リ ュ ース タ 条件を満たす よ う に形成 さ れてい る こ と が好ま しい 。

レ ーザ発振時には液体 と こ れに浸漬さ れた固体利得媒 質の温度上昇が予測 さ れる が 、 これを積極的に回避する ため に 、 透明容器に液体の冷却の ため の循環系を接続す る こ と が 出来る 。 その際の透明容器内 におけ る 液体の流 動方向は 、 光共振器の光軸方向 と ほぼ平行 、 或いはそれ と 交差する 方向いずれを選んでも 良いが 、 後者は冷却効 率の点で特に好ま しい 。

なお 、 固体利得媒質の典型例 と し ては 、 A 1 2 O 3 、 Y A G 、 Y A 1 0 3 、 Y V 04 、 S — V A P 、 G d V O 4 、 G L F 、 B Y F 、 K Y F 、 K L Y F 、 K L G F 、 G G G 、 L O S 、 B G O な ど に 、 ド ーノヽ⁰ ン ト と し て ラ ン タ ノ イ ド 元素あ る いは C r 、 T i な ど を発光元素を含有す る も の があ る 。

固体利得媒質を 、 固体利得媒質の屈折率 と 整合する 屈 折率を有する 液中 に浸漬さ せた状態で使用する こ と に よ つ て 固体利得媒質の表面を高度の滑 ら か さ に仕上げる こ と な く 共振器損失が抑え ら れる 理由 は次の通 り であ る 。

図 4 は 、 前述 し た図 5 と 同様の形式で 、 固体利得媒質 1 の表面 l a を粗面 と し た状態で屈折率整合液 2 と 接 し P

させた場合について 、 表面 1 a 付近におけ る 光の挙動を 説明する 図である 。

屈折率整合液 2 は固体利得媒質 1 と 屈折率が等しいか それに近い屈折率を有し ている ので 、 図示したよ う に 、 光線 5 0 が屈折率整合液 2 側か ら表面 l a に入射する と 全部あ るいは多 く の部分が透過光 5 1 と なっ て固体利得 媒質 1 内部に進入し 、 反射光は全 く あるいは少量しか発 生し ない 。 そ し て 、 粗い表面 1 a に凹凸があっ ても 、 表 面 1 a を境にし た両側の屈折率の差が大き く ないため に 入射光線 5 0 の進行方向に対して透過光 5 1 進行方向は 殆ど乱れない 。

こ の事は 、 固体利得媒質 1 の内部側か ら屈折率整合液 2 への光出射についても 同様に言え る 事柄である 。 従つ て 、 屈折率整合液 2 中に固体利得媒質 1 を浸漬したこ と によ り 、 固体利得媒質 1 の表面 1 a におけ る 光入出射時 の光散乱が抑制 さ れる 。 その結果 、 固体利得媒質 1 の表 面 1 a に凹凸が存在しても 、 共振器損失が大き く な ら な い 。 こ の よ う な作用は 、 固体利得媒質 1 の屈折率 と 屈折 率整合液 2 の屈折率の差が小さ い程顕著 と な る 。

本発明は 、 従来の よ う に固体利得媒質 1 の表面 1 a に 高度の滑らかさ を与え る こ と で散乱抑制を行な う 代わ り に屈折率整合液 2 を使用 し て固体利得媒質 1 の表面 1 a で起る 光散乱を抑制 し 、 共振器損失を低減させたも の と 言 う こ と が出来る 。

換言すれば 、 本発明 によれば 、 固体利得媒質を未研磨 のまま 、 あるいは極 く 簡単な研磨 （ 平均粗さ R a を 1 n m以下にな ら ない程度 ） を行なっ ただけで使用 し た条件 で 、 高度に研磨さ れた固体利得媒質を用いた従来構造の レーザ発振器と 同程度の効率 と 出力を得る こ と が出来る ， 図面の簡単な説明

図 1 は 、 本発明の第 1 実施例に係る レーザ発振器の要 部構成を示す断面図 、

図 2 は 、 本発明の第 2 実施例に係る レーザ発振器の要 部構成を示す断面図 、

図 3 は 、 本発明の第 3 実施例に係る レ 一ザ発振器の要 部構成を示す斜視図 、

図 4 は 、 固体利得媒質の表面を粗面 と し た状態で屈折 率整合液 と 接触させた場合について 、 固体利得媒質の表 面付近におけ る 光の挙動を説明する 図 、

図 5 は 、 固体利得媒質の表面が粗面であ る場合につい て 、 固体利得媒質 と これを取 り 囲む媒体 と の界面を形成 する表面付近におけ る 光の挙動を説明する 図 、

図 6 は 、 従来の固体レーザ発振装置の構造の概略を示 す図である 。

発明を実施する ため の最良の形態 図 1 〜図 3 を参照し て 、 本発明の好適な実施例につい て説明する 。

[ 第 1 実施例 ]

図 1 は 、 第 1 実施例に係る レーザ発振器の要部構成を 示す。 図 1 に示し たよ う に 、 本実施例では固体利得媒質 と し て 2 個のバルク （ 単結晶 ） l b ， 1 c が使用 されて レヽる 。 本発明の特徴に従い 、 これら 固体利得媒質 1 b , 1 c は 、 未研磨または簡単な研磨処理を施し た状態 （ 平 均粗さ R a が 1 n mを下回 ら ない程度 ) で屈折率整合液 ( 充填液 ） 2 と と も に透明容器 3 内に中に封入されてい る 。

固体利得媒質 1 b , 1 c 並びに屈折率整合液 2 を封入 し た透明容器 3 は 、 リ ア鏡 （ 全反射鏡 ) M l と 出力鏡 ( 部分透過鏡 ） M 2 で構成さ れた光共振器内に配置され てレ、る 。

図示さ れた透明容器 3 は 、 ス ラブ形状で両端面の窓部 4 ， 5 が外部 （ 空気 ） と の間でブ リ ュ一ス タ ー条件を満 たすよ う な角度に形成されている が 、 容器形状をス ラブ 形状ではな く ロ ッ ド状 とする こ と も 出来る 。 また 、 場合 によ っ てはブ リ ュース タ ー角 とする 条件が守 られない こ と も 有 り 得る 。 これら容器形状に関する 事項は 、 本実施 例のみな らず 、 第 2 実施例 、 第 3 実施例においても 同様 である 。

固体利得媒質 l b ， l c の材料と しては 、 例えば T i を添加し た A 1 2 O 3 や N d を添カロし た Y A G ( 単結晶 ) カ あ る 。 T i : A l 2 03 , N d ： Y A G以外の固体 利得媒質の例 と し ては 、 ドーパン ト と し て Y b や C r 、 N d 、 E r 、 H f 等を添加し た Y A P , Y L F , G G G Y V 04 ， S - V A P , G d V O 4 , G L F , B Y F , K Y F , K L Y F , K L G F , L O F , B G O カ あ る 。 屈折率整合液 2 は固体利得媒質 l b , l c と の屈折率 差が小 さ なも の を使用する こ と が適当 であ る 。 レ ーザ発 振器で使用 さ れる 固体利得媒質は 、 上記の例で挙げた材 料をは じ め と し ていずれも 水 （ 屈折率約 1 . 3 3 ) よ り も 相 当 高い屈折率を有し てい る 。 従っ て 、 屈折率整合液 2 と し ては少な く と も 水 よ り も 高い屈折率を有する も の が使用 さ れる 。

例え ば利得媒質を T i ： A 1 2 O 3 と し た場合 、 A 1 O 3 の屈折率は 1 . 7 7 程度であ り 、 こ の値は T i を ド ープ し ても 余 り 変わ ら ないか ら 、 屈折率整合液 2 と し て は 、 例え ば沃化 メ チ レ ン 、 黄燐 、 硫黄を 、 それぞれ 1 ： 8 ： 1 で混合 し た飽和溶液を沃化 メ チ レ ンで約 1 1 倍に 希釈 し た液を用い る こ と が出来る 。

ま た 、 同 じ 飽和溶液を沃化メ チ レ ン で希釈する 際の希 釈倍率を変えれば 、 屈折率を調整する こ と が出来る 。 例 え ば 、 同飽和溶液 （ 沃化 メ チ レ ン 、 黄燐 、 硫黄を 、 それ ぞれ 1 ： 8 ： 1 で混合し た飽和溶液 ） を沃化 メ チ レ ン で 約 4 倍に希釈 し た液は 、 N d ： Y A G を 固体利得媒質に 用い た場合の屈折率整合液 と し て好適に使用 出来る 。

なお 、 本実施例では固体利得媒質 と し て 2 個のバル ク 1 b , 1 c を用いてレヽ る カ 、 単一あ る い は 3 個以上のバ ルク を用い ても 良い 。 2 個以上のバル ク 1 b ， 1 c を使 用 し た場合 、 隣合 う ノ ル ク 1 b , 1 c 間 に隙間 2 a が 出 来る が 、 こ の隙間 2 a も 屈折率整合液 2 で埋め られる の で 、 こ の部分での散乱に よ る 損失も 抑制 さ れる 。 屈折率整合液 2 の組成を選択する 際には 、 屈折率が固 体利得媒質に近い こ と に加えて 、 レ ーザの波長及び励起 光の波長に対する 吸収率が小さ い こ と が望ま しいの は言 う までも なレ、 。

こ の よ う な配慮の下で選ばれた屈折率整合液 2 と と も に固体利得媒質 1 b , 1 c を充填し た透明容器 3 に 、 側 方に配置された励起用 ラ ンプ （ 図示省略 ） か らの励起光 5 0 を照射する と 、 屈折率整合液 2 に浸漬さ れた固体利 得媒質 1 b , 1 c が励起され 、 レーザ光 S が生成さ れる レーザ光 S は 、 リ ア鏡 M l と 出力鏡 M 2 で構成される 光 共振器内で増幅され 、 出力鏡 M 2 か ら レーザ光 S ' と し て出力 される 。

レーザ光 S は 、 透明容器 3 内では屈折率整合液 2 中及 び固体利得媒質 l b ， l c 中を伝播する が 、 屈折率整合 液 2 と 固体利得媒質 1 b , 1 c の界面におけ る 屈折率変 ィ匕が小さ いため 、 前述し たよ う に 、 界面通過に伴 う 散乱 が顕著でな く 、 大き な共振器損失の原因にな ら ない 。 こ の よ う に本実施例によれば 、 固体利得媒質 1 b ， 1 c を 屈折率整合液 2 と と も に透明容器 3 内に収容し た共振器 損失の少ないレーザ発振器が提供さ れる 。

更に 、 本実施例に見られる如 く 、 本発明 によれば固体 利得媒質は屈折率整合液中に浸漬さ れる ため 、 固体利得 媒質に複数個のバ ルク 形態のも の （ 多数の粒子集合まで は細分化さ れていない ） が散乱損失の顕著な増大を招 く こ と な く 使用 出来る と い う 利点も あ る 。 なお 、 本実施例をはじ め と して本発明の レーザ発振器 で使用 される 「 透明容器 」 は 、 必ずし も いたる と こ ろす ベて透明であ る 必要はないが 、 共振器内でレーザ光 s が 出入 り する 窓部 4 ， 5 の他に 、 励起光 5 0 を取 り 入れる 部分についても 透明であ る 必要があ る 。

[ 第 2 実施例 ]

図 2 は 、 第 2 実施例に係る レーザ発振器の要部構成を 図 1 と 同様の形式で示し たも のであ る 。 本実施例の レ ー ザ発振器は 、 図 1 に示した第 1 実施例 と類似し た構成に 屈折率整合液循環冷却系を付加し た構成を有し ている 。 屈折率整合液循環系は 、 透明容器 3 の両端部近 く か ら 引 き 出 された配管 6 ， 7 を有し 、 その途中に屈折率整合液 循環冷却装置 8 が設け られている 。

屈折率整合液循環冷却装置 8 は 、 通常の流体を循環 - 冷却させる 場合 と 同様に 、 屈折率整合液 2 を循環さ せる ための循環ポンプ 、 屈折率整合液 2 を強制的に冷却する ための冷却器を備えたも のが使用出来る 。 但し 、 屈折率 整合液 2 を循環させる だけで放熱によ る 冷却が十分行な われる のであれば 、 冷却器を省いた構造とする こ と も 出 来る 。 また 、 異物を排除する フ ィ ルタ等を必要に応じ て 設け られる こ と も 通常の循環系 と 同様である 。

屈折率整合液循環系を除 く 部分の構成は 、 第 1 実施例 のレ一ザ発振器と ほぼ同 じであ る 。 固体利得媒質 1 は 、 こ こ では単一バル タ （ 単結晶 ） 1 が使用 されてい る が 、 複数個のバルク で構成し ても 良い 。 本発明の特徴に従い 固体利得媒質 1 は 、 未研磨ま たは簡単な研磨処理を施 し た状態で屈折率整合液 （ 充填液 ） 2 と と も に透明容器 3 内 に中 に封入さ れてレヽ る 。

固体利得媒質 1 並びに屈折率整合液 2 を収容 し た透明 容器 3 は 、 リ ア鏡 （ 全反射鏡 ） M l と 出力鏡 （ 部分透過 鏡 ） M 2 で構成 さ れた光共振器内 に配置 さ れる 。

透明容器 3 は 、 ス ラ ブ形状であ り 、 両端面の 窓部 4 , 5 が外部 （ 空気 ） と の 間でブ リ ュ ース タ ー条件を満たす よ う な角度に形成 さ れてい る 。 但し 、 第 1 実施例の場合 と 同 じ く 、 容器形状をス ラ ブ形状ではな く ロ ッ ド 状 と し て も 良い こ と 、 ブ リ ュ ース タ ー角 と する 条件が守 られない こ と も 有 り 得る こ と は 、 第 1 実施例の説明で述べた通 り であ る 。 また 、 固体利得媒質 1 の材料並びに屈折率整合 液 2 の選択に関する 事項も 、 第 1 実施例の場合 と 同 じ で あ る か ら繰 り 返し 説明 は省略する 。

図 2 に示 し たレ ーザ発振器の屈折率整合液循環冷却装 置 8 を作動 さ せた状態で透明容器 3 に対し 、 側方に配置 さ れた励起用 ラ ンプ （ 図示省略 ） か ら の励起光 5 0 を照 射する と 、 屈折率整合液 2 内の 固体利得媒質 1 がレ ーザ 励起 さ れ 、 リ ア鏡 M l と 出力鏡 M 2 で構成 さ れる 光共振 器内でレ ーザ発振が始ま り 、 出力鏡 M 2 か ら レ ーザ光 S ' が出力 さ れる 。

一般に 、 レ ーザ発振のエネルギー効率は 1 0 0 % と な ら ないか ら 、 励起光 5 0 のエネルギーの一部は必ず熱ェ ネルギ一 に転化 さ れる 。 こ れに よ つ て透明容器 3 内外の 温度が上昇する と 、 透明容器 3 の歪みによ る 共振器損失 や 、 ド ッ プラ ー効果によ る 分散等が生じ 、 レーザ発振器 の出力特性を劣化させる 。 本実施例では 、 光共振器側方 に屈折率整合液 2 を退避させ 、 屈折率整合液循環冷却装 置 8 を通すよ う に流動させる こ と で 、 透明容器 3 内外に おけ る 温度上昇を回避し 、 出力特性の劣化を防いでい る なお 、 本配置の よ う に屈折率整合液 2 の透明容器 3 内 におけ る 流れの方向を光共振器の光軸に平行 と した場合 次に述べる 第 3 実施例の よ う に交差する方向 （ 例えば 、 垂直方向 ） と し た場合 と 比較して 、 レーザ共振器の周辺 構成を よ り 簡素に保っ たまま屈折率整合液循環冷却装置 8 を組み込むこ と が出来る と い う 利点があ る 。 但し 、 光 共振器の軸心付近か ら周辺部分にかけて発生し易い温度 勾配を除去する 作用 については 、 屈折率整合液 2 の流れ を光共振器の光軸 と 交差する方向 と し た場合に比べてや や不利であ る こ と に注意する 必要があ る （ 第 3 実施例の 説明を参照 ） 。

また 、 レーザ光 S ' は 、 透明容器 3 内では屈折率整合 液 2 中及び固体利得媒質 1 中を伝播する が 、 屈折率整合 液 2 と 固体利得媒質 1 の界面における 屈折率変化が小さ いため 、 界面通過に伴 う 散乱が顕著でな く 、 大き な共振 器損失の原因にな ら ない と い う こ と は 、 第 1 実施例の場 合と 同様である 。

こ の よ う に本実施例によれば 、 高度の研磨を要し ない 固体利得媒質を使用 し 、 簡単な構造で屈折率整合液を循 環冷却 さ せる こ と が出来る 共振器損失の少ない却レ ーザ 発振器が提供さ れる 。

[ 第 3 実施例 ]

図 3 は 、 第 3 実施例に係る レ ーザ発振器の要部構成を 示 し た見取図であ る 。 本実施例の レ ーザ発振器は 、 図 2 に示 し た第 2 実施例 と 同 じ く 、 固体利得媒質 （ こ こ では 不図示 ） を屈折率整合液 2 に浸漬さ せた状態で透明容器 3 内 に収容する と と も に 、 屈折率整合液 2 を循環 · 冷却 する も のであ る が 、 屈折率整合液 2 の透明容器 3 内 にお け る 流れの方向 を光共振器の光軸に垂直 と し た点で 、 第 2 実施例 と は異な っ てい る 。

こ の場合 、 透明容器 3 に各々 テーパ管部 1 1 a , 1 2 a と 偏平管部 l i b , 1 2 b カゝ ら な る 流出 口 1 1 及び流 入 口 1 2 を設け る な ど し て 、 透明容器 3 内で光共振器の 光軸に垂直な屈折率整合液 2 の滑 ら かな流れを作 り 出す こ と が好ま しい 。 そぼ場合 、 前述 し た第 2 実施例の場合 と 比べて 、 レ ーザ共振器の周辺構成がやや複雑にな る 。 し か し 、 屈折率整合液 2 が光共振器の光軸 と 交差する 方 向 に流れる ため に 、 光共振器の軸心付近か ら 周辺部分に かけ て発生し 易い温度勾配を抑止出来る と い う 利点があ る 。

ま た 、 本実施例の よ う に屈折率整合液 2 の透明容器 3 内 におけ る 流れの方向 を光共振器の光軸に垂直 と し た場 合 、 循環流路の断面積を比較的大き く と り 易いため 、 循 環速度が小 さ い場合でも 屈折率整合液 2 の循環量を大 き く し て 、 熱除去の効率を高め る こ と が容易 にな る 。 なお . 図 3 においては 、 流出 口 1 1 と 流入 口 1 2 の間 に配置 さ れる 屈折率整合液循環冷却装置 （ 第 2 実施例参照 ） 並び に透明容器 3 の側方に配置 さ れる 励起用 ラ ンプ （ 反射鏡 等を含む ） の図示を省略し た 。

こ の よ う に本実施例に よ れば 、 高度の研磨を要 し ない 固体利得媒質を使用する と と も に 、 屈折率整合液を循環 冷却 さ せて共振器径方向の温度勾配を効果的に抑止 し た 共振器損失の少ない却レ ーザ発振器が提供さ れる 。

以上説明 し た よ う に 、 本発明 に よ り 、 固体利得媒質を 未研磨あ る い はそれに近い状態の ま ま使用する 一方 、 屈 折率整合性の流体を用いて光散乱に起因 し た共振器損失 を低 く 抑え る こ と で 、 従来の 同型の高度に研磨し た固体 利得媒質を用い たレ ーザ発振器に比較 し て遜色の ない効 率 と 出力の性能を示すレ ーザ発振器を低コ ス ト で提供す る こ と が可能にな る 。

また 、 本発明 に よれば固体利得媒質は屈折率整合液中 に浸漬 さ れる ため 、 固体利得媒質に複数個のバル ク 形態 の も の を使用 し た実施例が 、 散乱損失の顕著な増大を招 く こ と な く 実現出来る と レヽ ぅ 利点も あ り 、 こ の点でも 経 済的に有利であ る 。 なぜな ら ば 、 固体利得媒質のバル ク ( レ ーザ結晶 ） は 、 サイ ズが大き く な る 程 、 安価に高品 質な も の が製作し難 く な る か ら であ る 。 又 、 固体利得媒 質に接触 さ せる 屈折率整合液は 、 放熱手段 と し ても 利用 出来る の で 、 温度上昇に伴 う 発振特性の劣化を防止する

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Claims

請 求 の 範 囲

1 . 固体利得媒質と 、

前記固体利得媒質の屈折率 と整合する 屈折率を有する 液体 と 、

光共振器と 、

前記光共振器内に配置され 、 前記固体利得媒質及び前 記液体を 、 前記固体利得媒質が前記液体中 に浸漬し た状 態で収容する透明容器と を備えた 、 レーザ発振装置。

2 . 前記固体利得媒質の表面の平均粗さ R a は l n m以 上である 、 請求の範囲第 1 項に記載のレーザ発振装置。

3 . 前記透明容器はス ラ ブ形状を有する 、 請求の範囲第 1 項に記載の レーザ発振装置 。

4 . 前記透明容器は 、 ブ リ ュー ス タ 条件を満たすよ う に 形成された窓部を有する 、 請求の範囲第 3 項に記載の レ 一ザ発振装置。

5 . 前記透明容器はロ ッ ド形状を有する 、 請求の範囲第 1 項に記載のレーザ発振装置 。

6 . 前記透明容器は 、 ブ リ ュー ス タ条件を満たすよ う に 形成された窓部を有する 、 請求の範囲第 5 項に記載の レ 一ザ発振装置。

7 . 前記透明容器に接続さ れ 、 前記液体が前記透明容器 内で流動する よ う 前記液体を循環させて冷却する循環系 を更に備え る 、 請求の範囲第 1 項に記載のレーザ発振器

8 . 前記透明容器内におけ る 前記液体の流動方向は 、 前 記光共振器の光軸方向 と ほぼ平行であ る 、 請求の範囲第 7 項に記載の レ ーザ発振器 。

9 . 前記透明容器内 におけ る.前記液体の流動方向は 、 前 記光共振器の光軸方向 と 交差し てい る 、 請求の範囲第 7 項に記載の レ ーザ発振器 。

1 0 . 前記固体利得媒質は 、 複数のバルタ に よ っ て構成 さ れてい る 、 請求の範囲第 1 項乃至第 9 項のいずれかに 記載の レ ーザ発振器 。