WO2017149944A1 - 固体レーザー装置 - Google Patents

固体レーザー装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017149944A1
WO2017149944A1 PCT/JP2017/000796 JP2017000796W WO2017149944A1 WO 2017149944 A1 WO2017149944 A1 WO 2017149944A1 JP 2017000796 W JP2017000796 W JP 2017000796W WO 2017149944 A1 WO2017149944 A1 WO 2017149944A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
refrigerant
laser medium
solid
incident
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/000796
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩一 濱本
松田　竜一
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Priority to EP17759416.5A priority Critical patent/EP3319186B1/en
Priority to US15/751,258 priority patent/US11063403B2/en
Publication of WO2017149944A1 publication Critical patent/WO2017149944A1/ja

Links

Images

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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0407—Liquid cooling, e.g. by water
    • 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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/025—Constructional details of solid state lasers, e.g. housings or mountings
    • H01S3/027—Constructional details of solid state lasers, e.g. housings or mountings comprising a special atmosphere inside the housing
    • 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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0401—Arrangements for thermal management of optical elements being part of laser resonator, e.g. windows, mirrors, lenses
    • 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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
    • 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
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • 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
    • H01S3/0612—Non-homogeneous structure
    • 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
    • H01S3/0615—Shape of end-face
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • 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
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • 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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/025—Constructional details of solid state lasers, e.g. housings or mountings
    • 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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
    • 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
    • H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
    • H01S3/0621—Coatings on the end-faces, e.g. input/output surfaces of the laser light
    • 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
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers

Definitions

  • the present invention relates to a solid state laser device.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2016-038298, filed Feb. 29, 2016, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Yb Yttrium Aluminum Garnet
  • Yb Ytterbium
  • the temperature of such a laser medium rises as the laser output increases.
  • it is desirable to use a low temperature such as 120 K or less. Therefore, in such a high power solid laser, the laser medium is cooled using liquefied nitrogen or the like.
  • cooling the laser medium may cause a temperature difference between the inside and the outside of the container to cause condensation.
  • Patent Document 1 proposes a technique for accommodating a laser medium and a refrigerant container in which a refrigerant for cooling the laser medium flows is contained in a vacuum container to prevent condensation especially on the inside of the container including the window.
  • Patent Document 1 further discloses a method of thinning an amplification medium as a technique for effectively cooling a laser medium.
  • a method of thinning an amplification medium as a technique for effectively cooling a laser medium.
  • Patent Document 2 proposes a structure in which a thin amplification medium is joined to a transparent medium, and laser light is propagated by total reflection.
  • Patent No. 5424320 gazette Patent No. 5330801
  • the above-described laser medium is made of a brittle material such as glass, single crystal, or ceramic. Therefore, in a system for propagating laser light by total reflection as in Patent Document 2, as in Patent Document 1, it is intended to separate a refrigerant area for cooling the laser medium by bringing a seal into direct contact with the laser medium and a vacuum area. In this case, a load is applied to the laser medium, and the laser medium may be broken. It is an object of the present invention to provide a solid-state laser device capable of easily exchanging a laser medium and suppressing the breakage of the laser medium and blocking of the laser light, thereby enabling high-efficiency laser oscillation. Do.
  • a solid-state laser device includes a laser medium, an inner vessel, an outer vessel, a refrigerant supply unit, and a cover unit.
  • the laser medium has a light incident / exit surface on which at least one of light incidence and emission is made on a part of the surface.
  • the inner container accommodates the laser medium, and has an inner light transmitting portion through which the incident light incident on the light incident / emitting surface and the outgoing light emitted from the light incident / emitting surface are transmitted.
  • the outer container accommodates the inner container and is provided at a position facing the inner light transmitting portion, transmits the incident light and the outgoing light, and is vacuum-insulated outer light to the inner light transmitting portion. It has at least a transparent portion.
  • the refrigerant supply unit supplies the refrigerant to the inside of the inner container so that the refrigerant is in contact with at least a part of the surface of the laser medium except the light incident / emitting surface.
  • the cover section divides the light passing area through which the incident light and the outgoing light pass between the light incident / emitting surface and the inner light transmitting section from the refrigerant supply area to which the refrigerant is supplied by the refrigerant supply section. .
  • the inner light transmitting portion and the outer light transmitting portion are vacuum-insulated, even if the laser medium is cooled by the refrigerant without disposing the laser medium in a vacuum atmosphere, a temperature difference occurs on the inner and outer surfaces of the inner light transmitting portion. It is possible to suppress generation and temperature difference between the inner and outer surfaces of the outer light transmitting portion. Therefore, it can suppress that dew condensation generate
  • the laser medium can be cooled efficiently. As a result, it is possible to easily replace the laser medium while suppressing breakage of the laser medium and blocking of the laser light, and it is possible to cause the laser oscillation with high efficiency.
  • the light incident / emitting surface according to the first aspect may be a downward inclined surface which is disposed gradually outward from the lower side to the upper side.
  • the refrigerant supply unit may spray the refrigerant from above and below the laser medium.
  • the refrigerant supply unit may spray the refrigerant from a direction horizontal to the laser medium.
  • the shape of the laser medium easy to handle such that the excitation light and the laser output light propagate in the horizontal plane.
  • the refrigerant is sprayed from the direction horizontal to the laser medium, so that it is possible to suppress the droplets of the refrigerant from coming around to the light entrance / exit surface. As a result, it is possible to suppress that the laser light is blocked by the refrigerant.
  • the cover according to any one of the first to third aspects may include a support for supporting the laser medium.
  • the laser medium can be supported by the support portion of the cover portion, and therefore, the number of components can be reduced compared to the case where the cover portion and the support portion for supporting the laser medium are provided separately. Furthermore, the degree of freedom in the arrangement of the cover can be improved.
  • the volatile component provided inside the inner container and contained in the atmosphere in the inner container You may provide the trap part which collects these.
  • these volatile components are collected before adhering to the inner light transmitting portion or the laser medium. be able to.
  • the occurrence of condensation due to volatile components can be suppressed.
  • the heating can heat at least one of the inner light transmitting portion and the light incident / emitting surface. You may have a warm part. With this configuration, the temperature of the inner light transmitting portion and the light incident / emitting surface of the laser medium can be raised, so that the volatile component is condensed first at a relatively low temperature inside the inner container. Can. As a result, it is possible to suppress that the volatile component condenses in the laser medium or the inner light transmitting portion.
  • the inner vessel according to the sixth aspect may be a vacuum vessel that can be evacuated.
  • the inside of the inner container can be evacuated to reduce the amount of volatile components remaining inside the inner container.
  • the laser medium can be easily exchanged while suppressing breakage of the laser medium and blocking of the laser light, and laser oscillation can be performed with high efficiency.
  • FIG. 3 shows schematic structure of the solid-state laser apparatus in 1st embodiment of this invention. It is a perspective view of the laser medium of the said solid-state laser apparatus. It is a perspective view which shows the fixed location of the support member in 1st embodiment. It is a flowchart of the operating method of the solid-state laser apparatus in 1st embodiment of this invention. It is a perspective view equivalent to FIG. 3 in the 1st modification of 1st embodiment of this invention. It is a perspective view equivalent to FIG. 3 in the 2nd modification of 1st embodiment of this invention. It is a perspective view equivalent to FIG. 3 in the 3rd modification of 1st embodiment of this invention. It is a perspective view equivalent to FIG.
  • FIG. 3 in the 4th modification of 1st embodiment of this invention. It is a perspective view equivalent to FIG. 3 in the 5th modification of 1st embodiment of this invention. It is a perspective view equivalent to FIG. 3 in the 6th modification of a first embodiment of this invention. It is a figure corresponded in FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in 2nd embodiment of this invention. It is a figure corresponded in FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in 3rd embodiment of this invention. It is a figure corresponded in FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in 4th embodiment of this invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. It is a figure corresponded in FIG.
  • FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in 5th embodiment of this invention It is a figure corresponded in FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in 6th embodiment of this invention. It is a figure corresponded in FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in the modification of 5th embodiment.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a solid state laser device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a laser medium of the solid-state laser device.
  • the solid-state laser apparatus according to the first embodiment uses a solid-state laser apparatus using, as an amplification medium, yttrium aluminum garnet (hereinafter, simply referred to as YAG) doped with ytterbium (hereinafter, simply referred to as Yb) as an active element.
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • Yb ytterbium
  • the present invention is not limited to a solid-state laser apparatus using this amplification medium or base material (hereinafter, the same applies to each of the modifications and the second to sixth embodiments).
  • the solid-state laser apparatus 1A of the first embodiment mainly includes a laser medium 2A, an inner vessel 3, an outer vessel 4, a refrigerant supply unit 5, and a cover unit 6. .
  • the laser medium 2A includes the transparent portion 10A and the amplification medium 11.
  • the laser medium 2A has a light incident / exit surface on which at least one of the incidence of the excitation light and the emission of the laser beam amplified from the excitation light is made on the transparent portion 10A.
  • the transparent portion 10A is formed of YAG or the like not doped with an active element.
  • a ceramic material which can be enlarged can be used. By using such a ceramic material, the excitation light can be absorbed by the amplification medium 11 while expanding the excitation area.
  • the transparent portion 10A includes two side surfaces 12A, an upper surface 13A, a lower surface 14A, and two incident (output) light surfaces (light incident / emitting surfaces) 15A.
  • the two side surfaces 12A are respectively formed in parallel to the YZ plane.
  • the two side surfaces 12A are each formed in the same trapezoidal shape.
  • the side surfaces 12A are arranged to overlap when viewed from the X direction.
  • the upper side 12a and the lower side 12b of the trapezoidal side surface 12A respectively extend in the Y direction, and the central positions in the longitudinal direction coincide with each other in the Y direction.
  • the two oblique sides 12c of the trapezoidal side surface 12A connect the end portions of the upper side 12a and the lower side 12b.
  • the upper surface 13A connects the upper sides 12a of the two side surfaces 12A.
  • the lower surface 14A connects the lower sides 12b of the two side surfaces 12A.
  • the upper surface 13A and the lower surface 14A are each formed in a plane parallel to the XY plane.
  • the entrance / exit (emission) surface 15A connects the oblique sides 12c adjacent in the X direction. These entrance / exit (projection) 15 A of surfaces are formed in the plane which inclines so that the central position of the longitudinal direction of the upper side 12a may be approached as it goes to the upper side 12a from the lower side 12b.
  • These incident (exit) and emission surfaces 15A are light incident / emission surfaces on which at least one of the incidence of the excitation light described above and the emission of the laser beam obtained by amplifying the excitation light is performed.
  • the inclination angles of the incident (exit) and the incident surfaces 15A are set so as to reduce the reflection of the excitation light or the laser light.
  • a plurality of amplification media 11 are provided.
  • the amplification media 11 are respectively joined to the upper surface 13A and the lower surface 14A of the transparent portion 10A.
  • one amplification medium 11 is provided on the upper surface 13A and two amplification media are provided on the lower surface 14A.
  • the amplification media 11 are formed in a thin flat plate shape.
  • the amplification medium 11 is formed of YAG doped with Yb which is an active element.
  • the amplification media 11 joined to the lower surface 14A are arranged at intervals in the Y direction.
  • the amplification media 11 joined to the lower surface 14A are disposed at both ends in the Y direction of the lower surface 14A.
  • the amplification medium 11 joined to the upper surface 13A is disposed at the center of the upper surface 13A in the Y direction.
  • the amplification medium 11 in an example of this embodiment is formed in a rectangular plate shape having the same width dimension as the transparent portion 10A in the X direction.
  • the excitation light and the laser light which are incident from one of the two incident (exit) incident surfaces 15A are totally reflected by the amplification medium 11, respectively.
  • a zigzag light path (see FIG. 1) is formed, and the light is emitted from the other incident (exit) light surface 15A.
  • the excitation light is incident from an excitation light source (not shown).
  • the same incident (output) light emitted after being emitted from the laser medium 2A is reflected by the total reflection mirror or the like and emitted.
  • the light is incident from the surface 15A.
  • the inner container 3 accommodates the laser medium 2A.
  • the inner container 3 is configured to receive incident light (for example, excitation light, laser light) incident on the incident (output) surface 15A of the laser medium 2A and emitted light (such as laser light) emitted from the incident (output) surface 15A. ) (Inner light transmitting portion) 20 which can transmit light.
  • incident light for example, excitation light, laser light
  • emitted light such as laser light emitted from the incident (output) surface 15A.
  • Inner light transmitting portion 20 which can transmit light.
  • Incident light is incident from the outside of the inner vessel 3 into the inside of the inner vessel 3 in which the laser medium 2A is installed, through the inner window portion 20.
  • the emitted light is emitted from the inside of the inner container 3 to the outside through the inner window portion 20.
  • the case where the two inner windows 20 are provided is illustrated.
  • the inner window portions 20 are disposed one by one at positions where the excitation light and the laser light can be input and output respectively to the two input (output) surface 15A.
  • the optical axes of the excitation light and the laser light transmitted through the inner window portion 20 are indicated by solid lines (hereinafter, the same applies to the optical axis passing through the outer container 4).
  • the outer container 4 accommodates the inner container 3.
  • the outer container 4 is provided with an outer window portion (outside light transmitting portion) 21 at a portion facing the inner window portion 20.
  • the inner surface 22 of the outer container 4 is spaced apart from the outer surface 23 of the inner container 3 by a predetermined distance.
  • the outer container 4 in this embodiment is a vacuum container that accommodates the inner container 3, and a vacuum atmosphere is formed between the outer container 4 and the inner container 3. That is, the outer container 4 is vacuum insulated from the inner container 3. Therefore, the space between the inner window 20 of the inner container 3 and the outer window 21 of the outer container 4 is also vacuum-insulated.
  • the outer window portion 21 can transmit incident light and output light, and light passing through the inner window portion 20 passes through the outer window portion 21 as well.
  • the inner container 3 may be supported, for example, via a support (not shown) that supports the bottom of the container from below. Moreover, you may support from the side and upper side of a container.
  • an antireflective film may be formed on the inner window 20 and the outer window 21 to prevent reflection of excitation light and laser light, for example.
  • the inner window portion 20 and the outer window portion 21 may be arranged to have an incident angle (Bluester angle) at which the reflection loss is minimized with respect to the optical axes of the excitation light and the laser light.
  • the refrigerant supply unit 5 supplies the refrigerant to the inside of the inner container 3 so that a refrigerant such as liquefied nitrogen is in contact with at least a part of the surface of the laser medium 2A excluding the incident (exit) incident surface 15A.
  • the refrigerant supply unit 5 in this embodiment includes a plurality of nozzles 24 for injecting the refrigerant toward the plurality of amplification media 11 described above. In this embodiment, the case where one nozzle 24 is provided for one amplification medium 11 is illustrated. These nozzles 24 respectively inject the refrigerant upward from the bottom to the amplification medium 11 joined to the lower surface 14A of the transparent portion 10A.
  • the nozzle 24 further jets the refrigerant downward from above with respect to the amplification medium 11 joined to the upper surface 13A of the transparent portion 10A. As described above, by injecting the refrigerant by the nozzle 24, cooling can be performed as in impingement cooling, and as a result, the amplification medium 11 can be cooled efficiently.
  • the cover 6 supplies a refrigerant through a light passage area (area surrounded by a two-dot chain line in FIG. 1) A1 through which the incident light and the outgoing light between the incident (exit) incident surface 15A and the inner window 20 pass. It divides from refrigerant
  • the cover 6 is fixed to the laser medium 2A via a seal or the like.
  • the laser medium 2A in this embodiment is, for example, supported by the inner container 3 via a support member (not shown) in the refrigerant supply area A2. That is, the support member (not shown) does not block the excitation light or the laser light.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a fixed place of the support member in the first embodiment.
  • the fixing points of the support member (not shown) are indicated by thick lines (solid lines and broken lines).
  • illustration of the amplification medium 11 is omitted.
  • the support member in this embodiment is fixed to the laser medium 2A along the periphery of the upper surface 13A. Further, the support member is fixed to the laser medium 2A along the periphery of the lower surface 14A.
  • the cover 6 suppresses the refrigerant from coming into contact with the incident (exit) light emitting surface 15A.
  • the cover portion 6 is disposed to rise upward from the top surface 13A closest to the light passing area A1, and downward from the bottom surface 14A (or amplification medium 11) closest to the light passing area A1. It is arranged to hang down.
  • the rising length and the hanging length of the cover 6 may be set according to the momentum of the refrigerant to be injected.
  • one end of the cover 6 may be fixed to the laser medium 2A and the other end may be fixed to the inner surface 25 of the inner container 3.
  • FIG. 4 is a flowchart of the method of operating the solid-state laser apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, first, a step of removing volatile components such as moisture (for example, water vapor) inside the inner container 3 is performed (step S01).
  • the volatile components can be removed by purging the inside of the inner container 3 with a drying gas.
  • the drying gas may be, for example, a gas from which water has been previously removed by a cold trap or the like.
  • the inner container 3 may be a vacuum container. As described above, when the inner container 3 is a vacuum container, it is effective to purge the inner container 3 with the dry gas after temporarily evacuating the inner container 3.
  • so-called baking may be performed in which the inside container 3 is heated while vacuuming the inside of the inside container 3 by a vacuum pump (not shown).
  • a vacuum pump not shown
  • the volatile components adhering to the inner surface of the inner container 3 can be vaporized, and the vaporized volatile components can be discharged to the outside of the inner container 3 by a vacuum pump (not shown).
  • volatile components such as water remaining inside the inner container 3 can be further removed.
  • water removal has been described as an example of removal of volatile components, volatile components other than water (e.g., oil components) can be similarly removed.
  • a precooling step of cooling the laser medium 2A in advance is performed (step S02).
  • a liquid refrigerant is injected into the inner vessel 3 and the laser medium 2A disposed in the inner vessel 3 is immersed in the refrigerant so that the laser medium 2A is uniformly precooled. can do.
  • the refrigerant in which the laser medium 2A is immersed is discharged from the inner vessel 3 through a drain (not shown) after precooling the laser medium 2A.
  • step S03 the injection of the refrigerant by the nozzle 24 is started, and the laser medium 2A is sufficiently cooled. Further, in a state where the laser medium 2A is sufficiently cooled, the incidence of the excitation light to the laser medium 2A is started and its output is gradually increased (step S04), and the operation shifts to the steady operation (step S05).
  • the inner window 20 and the outer window 21 are vacuum-insulated.
  • the temperature difference between the inner and outer surfaces of the inner window 20 and the temperature difference between the inner and outer surfaces of the outer window 21 can be suppressed. Therefore, it can suppress that dew condensation generate
  • the laser medium 2A it is not necessary to arrange the laser medium 2A in a vacuum atmosphere, and the light passage area A1 and the refrigerant supply area A2 can be under the same pressure. Therefore, there is no need to press the cover 6 against the laser medium 2A, and the load on the laser medium can be reduced. Therefore, the deformation and breakage of the laser medium 2A can be reduced.
  • the laser medium can be cooled efficiently.
  • FIG. 5 is a perspective view corresponding to FIG. 3 in the first modified example of the first embodiment of the present invention.
  • a support member (not shown) for supporting the laser medium 2A may be fixed along the peripheral edge of each of the two side surfaces 12A.
  • the installation space of the amplification medium is not reduced without blocking the light incident / exit surface 15A.
  • the portion of the laser medium 2A in the side view to be the end of the trapezoid has a relatively low strength because it is tapered, but no load is concentrated on the portion to be the end of the trapezoid. Less load on the
  • FIG. 6 is a perspective view corresponding to FIG. 3 in a second modified example of the first embodiment of the present invention.
  • a support member (not shown) for supporting the laser medium 2A may be fixed along the peripheral edge portions of the two input (output) surfaces. In this way, the surface area of the laser medium 2A that can be directly cooled by the refrigerant can be increased, and the installation space of the amplification medium is not reduced.
  • FIG. 7 is a perspective view corresponding to FIG. 3 in the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • a support member (not shown) for supporting the laser medium 2A is provided between the upper surface 13A and the lower surface 14A at a position closer to the center than the respective two incident (outgoing) emission surfaces 15A. It may be fixed to a portion (a rectangular annular portion) which intersects the vertical plane perpendicular to both. By doing this, it is possible to further reduce the load applied to the end portion of the trapezoidal shape of the laser medium 2A in the side view without blocking the light incident / exit surface 15A which is the light incident / exit surface.
  • FIG. 8 is a perspective view corresponding to FIG. 3 in a fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • a support member (not shown) for supporting the laser medium 2A is located at a position closer to the center than the two input (output) surfaces 15A. It may be fixed to a portion (a rectangular annular portion) intersecting a plane parallel to By doing this, it is possible to increase the surface area of the laser medium 2A that can be directly cooled by the refrigerant than in the third modification. Furthermore, the light incident / exit surface 15A which is the light incident / exit surface is not blocked.
  • FIG. 9 is a perspective view corresponding to FIG. 3 in a fifth modification of the first embodiment of the present invention.
  • a support member (not shown) for supporting the laser medium 2A is fixed to a portion (trapezoidal ring portion) intersecting with a plane parallel to the side surface 12A in the vicinity of each of the two side surfaces 12A. You may do so. By doing this, the load applied to the end portion of the trapezoidal shape of the laser medium 2A in the side view can be made smaller than in the second modification.
  • FIG. 10 is a perspective view corresponding to FIG. 3 in a sixth modification of the first embodiment of the present invention.
  • a supporting member (not shown) for supporting the laser medium 2A is a portion (a large and small annular shape) that intersects a plane parallel to the upper surface 13A and the lower surface 14A in the vicinity of the upper surface 13A and the lower surface 14A. It may be fixed to the part). In this way, in particular, it does not hinder the attachment of the cover 6 and is advantageous in that the installation space of the amplification medium 11 can be widely secured.
  • the fixing site of the support member to the laser medium 2A is not limited to the fixing site of the first embodiment and each modification described above. For example, these fixed sites may be used in combination as appropriate.
  • the solid-state laser device according to the second embodiment differs from the solid-state laser device according to the first embodiment only in the direction of the laser medium. I omit it.
  • FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 1 of the solid-state laser apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the solid-state laser device 1B of the second embodiment mainly includes a laser medium 2B, an inner vessel 3, an outer vessel 4, a refrigerant supply unit 5, and a cover unit 6. There is.
  • the laser medium 2B includes the transparent portion 10B and the amplification medium 11.
  • the transparent portion 10B is formed of YAG or the like not doped with the active element, as in the transparent portion 10A of the first embodiment.
  • the transparent portion 10B includes two side surfaces 12B, an upper surface 13B, a lower surface 14B, and two incident (exit) light surfaces (light incident / exit surfaces) 15B.
  • the transparent portion 10B corresponds to the transparent portion 10A of the first embodiment described above that is vertically inverted. That is, the two side surfaces 12B are each formed in an inverted trapezoidal shape, and the upper surface 13B is formed longer than the lower surface 14B.
  • the two incident (outgoing) surface 15B is a downwardly inclined flat surface disposed gradually outward from the lower side to the upper side.
  • the amplification medium 11 is joined to the center of the upper surface 13B and both ends of the lower surface 14B in the same manner as in the first embodiment.
  • the nozzles 24 of the refrigerant supply unit 5 are disposed at positions where the refrigerant can be injected toward the amplification medium 11. More specifically, the refrigerant supply unit 5 has two nozzles 24 for injecting the refrigerant downward from above the laser medium 2B, and one nozzle 24 for injecting the refrigerant upward from below the laser medium 2B. And each one.
  • the cover 6 is a light passage area through which the incident light and the outgoing light between the incident (outgoing) light emitting surface 15B and the inner window portion 20 pass (in FIG. Region A1 is divided from a refrigerant supply region A2 (a region excluding the region surrounded by a two-dot chain line in FIG. 11) to which the refrigerant is supplied by the refrigerant supply unit 5.
  • the incoming (outgoing) outgoing surface 15B is inclined downward, it is easy for the droplets of the refrigerant to drop from the upper end of the incoming (going out) outgoing surface 15B. Even in the case where the movement of the refrigerant can not be prevented by the cover portion 6, the movement of the droplets of the refrigerant along the incident (outgoing) light emission surface 15 B, which is the light incident / emission surface, can be reduced. As a result, it is possible to suppress that the excitation light and the laser light passing through the light passage region are blocked by the refrigerant.
  • the solid-state laser device of the third embodiment differs from the solid-state laser device of the first embodiment described above only in the direction in which the refrigerant is sprayed. Therefore, while attaching and explaining the same code to the same portion as a first embodiment, the overlapping explanation is omitted.
  • FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 1 of the solid-state laser apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the solid-state laser apparatus 1C according to the third embodiment changes the injection direction of the refrigerant from the vertical direction to the horizontal direction, and The attitude of the laser medium is changed by 90 degrees along with the change. That is, the two trapezoidal surfaces of the laser medium 2C of this embodiment are the upper surface 13C and the lower surface 14C, respectively. Further, the incident (output) surface 15C of the laser medium 2C is inclined in the horizontal direction.
  • the amplification medium 11 is joined to the two side surfaces 12C different in size, similarly to the upper surface 13A and the lower surface 14A of the laser medium 2A described above.
  • the refrigerant is further sprayed from the horizontal direction to the laser medium 2C.
  • the droplets of the refrigerant get around to the entrance (exit) entrance surface 15C.
  • the laser light is blocked by the refrigerant.
  • the solid-state laser device of the fourth embodiment differs from the solid-state laser device of the first embodiment described above only in the configuration of the cover member. Therefore, while attaching and explaining the same code to the same portion as a first embodiment, the overlapping explanation is omitted.
  • FIG. 13 is a view corresponding to FIG. 1 of the solid-state laser apparatus in the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV of FIG.
  • a solid-state laser device 1D in this embodiment mainly includes a laser medium 2D, an inner vessel 3, an outer vessel 4, a refrigerant supply unit 5, and a cover 6D.
  • the cover 6D doubles as the support member (not shown) of the first embodiment described above. That is, the laser medium 2D of the fourth embodiment is supported by the inner container 3 via the cover 6D.
  • the cover 6D includes a light supply area A1 (an area surrounded by a two-dot chain line in FIG. 13) A1 and a refrigerant supply area A2 where the refrigerant supply part 5 supplies the refrigerant.
  • A1 an area surrounded by a two-dot chain line in FIG. 13
  • A2 a refrigerant supply area A2 where the refrigerant supply part 5 supplies the refrigerant.
  • the region excluding the region enclosed by the two-dot chain line is divided.
  • the cover 6D suppresses the refrigerant from coming into contact with the in / out (emission) surface 15D of the laser medium 2D.
  • the cover 6D is a space that accommodates the nozzle 24 of the refrigerant supply unit 5 disposed above the upper surface 13D together with the inner surface of the inner container 3 and the upper surface 13D of the laser medium 2D Form A2). Further, the cover portion 6D, together with the inner surface of the inner container 3 and the lower surface 14D of the laser medium 2D, forms a space (refrigerant supply area A2) that accommodates the nozzle 24 of the refrigerant supply unit 5 disposed below the lower surface 14D. .
  • a sealing material (not shown) may be provided at the junction of the cover 6D and the laser medium 2D to prevent the refrigerant from leaking from the refrigerant supply area A2 to the light passage area A1.
  • This sealing material only needs to restrict the movement of the liquid refrigerant, and does not have to ensure airtightness.
  • the cover 6D in this embodiment is joined to the inner surface of the inner container 3, and a sealing material may be provided similarly at this joining point.
  • the number of parts can be reduced as compared with the case where the cover 6D and the support member are separately provided. Furthermore, since the support member does not interfere with the installation of the cover 6D, the degree of freedom in arranging the cover 6D can be improved.
  • the solid-state laser device of the fifth embodiment differs from the solid-state laser device of the first embodiment described above in that a trap portion is provided. Therefore, while attaching and explaining the same code to the same portion as a first embodiment, the overlapping explanation is omitted.
  • FIG. 15 is a view corresponding to FIG. 1 of the solid-state laser apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the solid-state laser apparatus 1E in this embodiment mainly includes a laser medium 2A, an inner vessel 3, an outer vessel 4, a refrigerant supply unit 5, a cover unit 6, and a trap unit 30.
  • Prepare for The laser medium 2A, the inner container 3, the outer container 4, the refrigerant supply unit 5, and the cover 6 have the same configuration as that of the first embodiment described above.
  • the trap unit 30 collects volatile components such as water contained in the atmosphere in the inner container 3.
  • the trap portion 30 can be disposed, for example, on the lower inner surface of the inner container 3 sufficiently separated from the inner window 20.
  • the trap portion 30 condenses volatile components that have come into contact with the low temperature portion of the trap portion 30 by having a temperature lower than that of the surroundings.
  • the liquid generated by condensing the volatile component may be discharged to the outside of the solid state laser device 1E via, for example, a drain (not shown) provided in the vicinity of the trap portion 30.
  • the trap portion 30 is arranged so as to be sufficiently separated from the inner window portion 20 and the laser medium 2A, so that heat is not easily transferred from the trap portion 30 to the inner window portion 20 and the laser medium 2A.
  • a heat insulating material or the like may be provided between the trap portion 30 and the inner surface of the inner container 3 so that a large thermal resistance is generated between the trap portion 30 and the inner surface of the inner container 3.
  • the volatile component is trapped before adhering to the inner window portion 20 or the laser medium 2A. Can be collected. As a result, it is possible to further suppress that the excitation light and the laser beam are blocked due to the condensation due to the volatile component.
  • the solid-state laser device of the sixth embodiment differs from the solid-state laser device of the first embodiment described above in that a heating unit is provided. Therefore, while attaching and explaining the same code to the same portion as a first embodiment, the overlapping explanation is omitted.
  • FIG. 16 is a view corresponding to FIG. 1 of the solid-state laser apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • a solid-state laser device 1F in this embodiment includes a laser medium 2A, an inner container 3, an outer container 4, a refrigerant supply unit 5, a cover unit 6, and a heating unit 31. I prepare for the main.
  • the laser medium 2A, the inner container 3, the outer container 4, the refrigerant supply unit 5, and the cover 6 have the same configuration as that of the first embodiment described above.
  • the heating portion 31 is configured to be capable of heating at least one of the inner window portion 20 (inner light transmitting portion) and the entrance / exit (emission) surface 15A.
  • the heating portion 31 in this embodiment is disposed around the inner window 20 of the inner surface of the inner container 3.
  • the heating unit 31 may be disposed so as to surround the inner window 20.
  • the heating unit 31 can adopt various heating methods such as heating by a heater, radiation of electromagnetic waves, and heating by warm air blowing.
  • the heating unit 31 is disposed in the light passing area A1. Thereby, the heat of the heating portion 31 is transmitted not only to the inner window portion 20 but also to the incident (exit) light emitting surface 15A through the internal gas of the inner container 3 or is radiated from the heating portion 31
  • the input / output surface 15A is also heated by the electromagnetic wave.
  • the relatively lower temperature in the inner container 3 leads.
  • volatile components such as water can be condensed.
  • condensation of volatile components such as water on the laser medium 2A and the inner window 20 can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications of the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific shape, configuration, and the like described in the embodiment are merely examples, and can be appropriately modified.
  • the shape of the laser medium is not limited to the trapezoidal shape.
  • the laser medium may be a parallelogram in a side view (or a top view).
  • the laser medium may be in the form of a rod, a thin disc, a slab, or a disc. A shape in which excitation light or laser light propagates in the horizontal plane is preferable because handling becomes easy.
  • the shapes of the inner container 3 and the outer container 4 are merely examples, and are not limited to the shapes illustrated in the above-described embodiments.
  • FIG. 17 is a view corresponding to FIG. 1 of a solid-state laser device in a modification of the fifth embodiment.
  • the trap portion 30 of the fifth embodiment may be used in combination with the heating portion 31 of the sixth embodiment.
  • the volatile component can be collected by the trap portion 30 while reducing the occurrence of condensation by heating the inner window portion 20 and the entrance / exit (output) surface 15A. It is possible to positively suppress the occurrence of condensation.
  • each embodiment is not limited to the combination of the fifth embodiment and the sixth embodiment, and the configuration of each of the embodiments described above may be used in combination as appropriate.
  • the precooling step may be performed by the refrigerant injection from the nozzle 24. Furthermore, the precooling step may be performed by a low temperature gas.
  • vacuum insulation is performed over the entire region between the inner container 3 and the outer container 4 as an example.
  • vacuum insulation is performed only between the inner window portion 20 and the outer window portion 21, and in the other portions, a thermal insulation structure other than vacuum thermal insulation (for example, super insulation) or a structure that does not perform positive thermal insulation.
  • a thermal insulation structure other than vacuum thermal insulation for example, super insulation
  • a structure that does not perform positive thermal insulation for example, super insulation
  • 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1G solid state laser devices 2A, 2B, 2C, 2D, 2E: laser medium 3.
  • inner container 4 outer container 5 refrigerant supply portion 6, 6D cover portion 10A, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10B ... Transparent part 11 ... Amplifying medium 12A, 12B, 12C ... Side surface 13A, 13B, 13C, 13D ... Upper surface 14 ... Lower surface 15A, 15B, 15C, 15D ... In (out) radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

固体レーザー装置は、内側容器（３）と、外側容器（４）と、冷媒供給部（５）と、カバー部６と、を備える。内側容器（３）は、レーザー媒質（２Ａ）を収容し、内側光透過部（２０）を有する。外側容器（４）の外側光透過部２１は、内側光透過部（２０）と対向する部位に設けられて内側光透過部（２０）に対して真空断熱されている。冷媒供給部（５）は、レーザー媒質（２Ａ）における光入出射面（１５Ａ）を除く表面に冷媒が接するように冷媒を供給する。カバー部６は、光通過領域（Ａ１）を、冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２から区画する。

Description

固体レーザー装置
　この発明は、固体レーザー装置に関する。
　本願は、２０１６年２月２９日に、日本に出願された特願２０１６－０３８２９８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、キロワットクラスの平均出力を有した高出力の固体レーザー装置のレーザー媒質として、Ｙｂ（イッテルビウム）をドープしたＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）等が知られている。
　このようなレーザー媒質は、レーザー出力の増大に伴ってその温度が上昇してしまう。しかし、このレーザー媒質により高効率でレーザー発振させるためには、例えば、１２０Ｋ以下のような低温にすることが望ましい。そのため、このような高出力の固体レーザーでは、液化窒素などを用いてレーザー媒質を冷却することが行われている。しかしながら、レーザー媒質は、容器内に収容されているため、レーザー媒質を冷却することによって容器の内側と外側とに温度差が生じて結露が発生する場合がある。
　特許文献１には、レーザー媒質および、レーザー媒質を冷却する冷媒が流れる冷媒容器を真空容器に収容して、特に窓を含む容器内側の結露を防止する技術が提案されている。
　特許文献１には、レーザー媒質の冷却を効果的に行う技術として、増幅媒質を薄くする方式が更に開示されている。しかし、このような方式では、レーザー反射のためのコーティングが必要となり、熱特性を悪化させる可能性が有る。
　特許文献２には、薄く形成された増幅媒質を透明な媒質に接合して、全反射によりレーザー光が伝搬する構造が提案されている。
特許第５４２４３２０号公報 特許第５３３０８０１号公報
　上述したレーザー媒質は、ガラス、単結晶、セラミックスなどの脆性材料で構成されている。そのため、特許文献２のような全反射によりレーザー光を伝搬させる方式で、特許文献１のように、レーザー媒質に直接シールを接触させてレーザー媒質を冷却する冷媒領域と真空領域とを区画しようとした場合、レーザー媒質に荷重がかかり、レーザー媒質が破損してしまう可能性が有る。
　この発明は、レーザー媒質の破損、および、レーザー光が遮られることを抑制しつつ、レーザー媒質を容易に交換でき、高効率でレーザー発振させることが可能な固体レーザー装置を提供することを目的とする。
　この発明の第一態様によれば、固体レーザー装置は、レーザー媒質と、内側容器と、外側容器と、冷媒供給部と、カバー部と、を備える。レーザー媒質は、光の入射と出射との少なくとも一方がなされる光入出射面を表面の一部に有している。内側容器は、前記レーザー媒質を収容し、前記光入出射面に入射される入射光および前記光入出射面から出射される出射光が透過する内側光透過部を有する。外側容器は、前記内側容器を収容するとともに前記内側光透過部と対向する部位に設けられて、前記入射光および前記出射光を透過し、前記内側光透過部に対して真空断熱された外側光透過部を少なくとも有する。冷媒供給部は、前記レーザー媒質における前記光入出射面を除く少なくとも一部の表面に冷媒が接するように前記内側容器の内部に前記冷媒を供給する。カバー部は、前記光入出射面と前記内側光透過部との間の前記入射光および前記出射光が通過する光通過領域を、前記冷媒供給部によって冷媒が供給される冷媒供給領域から区画する。
　内側光透過部と外側光透過部とが真空断熱されていることで、レーザー媒質を真空雰囲気に配置せずにレーザー媒質を冷媒によって冷却したとしても、内側光透過部の内外面に温度差が生じること、および、外側光透過部の内外面に温度差が生じることをそれぞれ抑制できる。そのため、内側光透過部と外側光透過部とに結露が発生することを抑制できる。さらに、レーザー媒質を真空雰囲気に配置する必要がなく、光通過領域と冷媒供給領域とを同一圧力下とすることができるため、カバー部をレーザー媒質に押し付ける必要が無くレーザー媒質にかかる荷重を低減できる。さらに、光通過領域と冷媒供給領域とを同一圧力下とすることで、レーザー媒質を強固に固定する必要がない。さらに、光入出射面を除く少なくとも一部の表面に冷媒が直接触れるように冷媒を供給できるため、効率よくレーザー媒質を冷却することができる。
　その結果、レーザー媒質の破損、および、レーザー光が遮られることを抑制しつつ、レーザー媒質を容易に交換でき、高効率でレーザー発振させることが可能となる。
　この発明の第二態様によれば、第一態様に係る光入出射面は、下方から上方に向かって漸次外方に配置される下向きの傾斜面とされていてもよい。前記冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して上下方向から冷媒を吹き付けるようにしてもよい。
　このように構成することで、傾斜面の上端部から冷媒の液滴が落下し易くなる。これにより、仮に、カバー部によって冷媒の移動を防ぎきれない場合であっても、冷媒の液滴が光入出射面の傾斜面を伝って移動することを低減できる。その結果、光が冷媒によって遮られることを抑制できる。
　この発明の第三態様によれば、第一又は第二態様に係る冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して水平な方向から冷媒を吹き付けるようにしてもよい。
　このように構成することで、励起光およびレーザー出力光が水平面内を伝搬するような扱いが容易なレーザー媒質の形状とすることができる。さらに、レーザー媒質に対して水平な方向から冷媒が吹き付けられることで、冷媒の液滴が光入出射面に回り込むことを抑制できる。その結果、レーザー光が冷媒によって遮られることを抑制できる。
　この発明の第四態様によれば、第一から第三態様の何れか一つの態様に係るカバー部が、前記レーザー媒質を支持する支持部を備えていてもよい。
　このように構成することで、カバー部の支持部によってレーザー媒質を支持することができるため、カバー部とレーザー媒質を支持する支持部とを個別に設ける場合よりも部品点数を低減できる。さらに、カバー部の配置自由度を向上できる。
　この発明の第五態様によれば、第一から第四態様の何れか一つの態様に係る固体レーザー装置において、前記内側容器の内部に設けられて、前記内側容器内の雰囲気に含まれる揮発成分を捕集するトラップ部を備えていてもよい。
　このように構成することで、仮に、内側容器の内部に微量の揮発成分等が残存している場合であっても、これら揮発成分が内側光透過部やレーザー媒質に付着する前に捕集することができる。その結果、揮発成分による結露が生じることを抑制できる。
　この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る固体レーザー装置において、前記内側光透過部と前記光入出射面との少なくとも一方を加温可能な加温部を備えていてもよい。
　このように構成することで、内側光透過部やレーザー媒質の光入出射面を温度上昇させることができるため、内側容器の内部において相対的に温度の低い箇所で先んじて揮発成分を結露させることができる。その結果、揮発成分がレーザー媒質や内側光透過部で結露することを抑制できる。
　この発明の第七態様によれば、第六態様に係る内側容器は、真空引き可能な真空容器とされていてもよい。
　このように構成することで、内側容器の内部を真空引きして、内側容器の内部に残存する揮発成分を減少させることができる。その結果、より一層、内側容器の内部に残存する揮発成分が光入出射面や内側光透過部に付着することを抑制することができる。
　上記固体レーザー装置によれば、レーザー媒質の破損、および、レーザー光が遮られることを抑制しつつ、レーザー媒質を容易に交換でき、高効率でレーザー発振させることができる。
この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の概略構成を示す図である。 上記固体レーザー装置のレーザー媒質の斜視図である。 第一実施形態における支持部材の固定箇所を示す斜視図である。 この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の運用方法のフローチャートである。 この発明の第一実施形態の第一変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第二変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第三変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第四変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第五変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第六変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第二実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 この発明の第三実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 この発明の第四実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。 この発明の第五実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 この発明の第六実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 第五実施形態の変形例における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
（第一実施形態）
　次に、この発明の第一実施形態における固体レーザー装置について説明する。
　図１は、この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の概略構成を示す図である。図２は、上記固体レーザー装置のレーザー媒質の斜視図である。
　この第一実施形態における固体レーザー装置は、活性元素としてイッテルビウム（以下、単にＹｂと称する）がドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（以下、単にＹＡＧと称する）を増幅媒質として用いた固体レーザー装置を一例に説明する。しかし、この増幅媒質または母材を用いる固体レーザー装置に限られない（以下、各変形例、および、第二から第六実施形態も同様）。
　図１に示すように、第一実施形態の固体レーザー装置１Ａは、レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、を主に備えている。
　レーザー媒質２Ａは、透明部１０Ａと増幅媒質１１とを備えている。このレーザー媒質２Ａは、透明部１０Ａに励起光の入射と、励起光を増幅したレーザー光の出射との少なくとも一方がなされる光入出射面を表面の一部に有している。
　透明部１０Ａは、活性元素がドープされていないＹＡＧ等により形成されている。この透明部１０Ａとしては、大型化が可能なセラミックス素材を用いることができる。このようなセラミックス素材を用いることで、励起面積を広げるとともに、光強度の大きい励起光を増幅媒質１１で吸収させることができる。
　図２に示すように、透明部１０Ａは、２つの側面１２Ａと、上面１３Ａと、下面１４Ａと、２つの入（出）射面（光入出射面）１５Ａとを備えている。
　２つの側面１２Ａは、それぞれＹＺ平面に平行に形成されている。２つの側面１２Ａは、それぞれ同一の台形状に形成されている。これら側面１２Ａは、Ｘ方向から見て重なるように配置されている。この台形状に形成された側面１２Ａの上辺１２ａと下辺１２ｂとは、それぞれＹ方向に延びて、互いの長さ方向の中心位置がＹ方向で一致している。さらに、台形状に形成された側面１２Ａの２つの斜辺１２ｃは、上辺１２ａと下辺１２ｂとの端部同士を繋いでいる。
　上面１３Ａは、２つの側面１２Ａが備える上辺１２ａ同士を繋いでいる。下面１４Ａは、２つの側面１２Ａが備える下辺１２ｂ同士を繋いでいる。これら上面１３Ａおよび下面１４Ａは、それぞれＸＹ平面に平行な平面に形成されている。
　入（出）射面１５Ａは、Ｘ方向で隣り合う斜辺１２ｃ同士を繋いでいる。これら入（出）射面１５Ａは、下辺１２ｂから上辺１２ａに向かうに従って上辺１２ａの長さ方向の中心位置に近づくように傾斜する平面に形成されている。これら入（出）射面１５Ａは、上述した励起光の入射と、励起光を増幅したレーザー光の出射との少なくとも一方がなされる光入出射面となる。これら入（出）射面１５Ａの傾斜角度は、励起光又はレーザー光の反射が少なくなるように設定されている。
　増幅媒質１１は、複数設けられている。これら増幅媒質１１は、透明部１０Ａの上面１３Ａと、下面１４Ａとにそれぞれ接合されている。この実施形態における増幅媒質１１は、上面１３Ａに一つ、下面１４Ａに二つ設けられた場合を例示している。これら増幅媒質１１は、薄い平板状に形成されている。増幅媒質１１は、それぞれ活性元素であるＹｂがドープされたＹＡＧにより形成されている。下面１４Ａに接合された増幅媒質１１は、互いにＹ方向に間隔を空けて配置されている。これら下面１４Ａに接合された増幅媒質１１は、下面１４ＡのＹ方向両端部に配置されている。上面１３Ａに接合された増幅媒質１１は、Ｙ方向における上面１３Ａの中央に配置されている。この実施形態の一例における増幅媒質１１は、Ｘ方向において透明部１０Ａの幅寸法と同じ幅寸法を有した矩形板状に形成されている。
　上述したレーザー媒質２Ａによれば、２つの入（出）射面１５Ａのうち何れか一方の入（出）射面１５Ａから入射した励起光およびレーザー光は、それぞれ増幅媒質１１で全反射されてジグザグな光路（図１参照）を形成し、他方の入（出）射面１５Ａから出射される。ここで、励起光は、励起光源（図示せず）から入射される。励起光が増幅されたレーザー光が入（出）射面１５Ａから入射される場合は、例えば、レーザー媒質２Ａから出射された後に全反射ミラー等により反射されて出射された同じ入（出）射面１５Ａから入射される。
　図１に示すように、内側容器３は、レーザー媒質２Ａを収容する。内側容器３は、レーザー媒質２Ａの入（出）射面１５Ａに入射される入射光（例えば、励起光、レーザー光）および入（出）射面１５Ａから出射される出射光（例えば、レーザー光）を透過可能な内側窓部（内側光透過部）２０を有している。入射光は、内側窓部２０を介して、内側容器３の外部からレーザー媒質２Ａが設置された内側容器３の内部に入射される。出射光は、内側窓部２０を介して、内側容器３の内部から外部へと出射される。この実施形態の内側容器３としては、２つの内側窓部２０を備えている場合を例示している。これら内側窓部２０は、それぞれ２つの入（出）射面１５Ａに対して励起光やレーザー光を入出射可能な位置にそれぞれ一つずつ配置されている。図１中、内側窓部２０を透過する励起光およびレーザー光の光軸を実線で示している（以下、外側容器４を通る光軸も同様）。
　外側容器４は、内側容器３を収容する。外側容器４は、内側窓部２０と対向する部位に外側窓部（外側光透過部）２１を備えている。外側容器４の内面２２は、内側容器３の外面２３と所定距離だけ離れて配置されている。さらに、この実施形態における外側容器４は、内側容器３を収容する真空容器であり、外側容器４と内側容器３との間に真空雰囲気が形成されている。つまり、内側容器３に対して外側容器４が真空断熱されている。したがって、内側容器３の内側窓部２０と外側容器４の外側窓部２１との間も、真空断熱されている。外側窓部２１は、入射光および出射光を透過可能とされており、内側窓部２０を通過する光は、外側窓部２１も同様に通過する。内側容器３は、例えば、容器の底部を下方から支持する支持部（図示せず）を介して支持されてもよい。また、容器の側方や上方から支持してもよい。
　ここで、内側窓部２０と外側窓部２１とには、例えば、励起光およびレーザー光の反射を防止する反射防止膜を形成しても良い。内側窓部２０と外側窓部２１とは、励起光およびレーザー光の光軸に対して反射損失が最小となる入射角（ブルースター角）となるように配置しても良い。
　冷媒供給部５は、レーザー媒質２Ａにおける入（出）射面１５Ａを除く少なくとも一部の表面に液化窒素などの冷媒が接するように内側容器３の内部に冷媒を供給する。この実施形態における冷媒供給部５は、上述した複数の増幅媒質１１に向けて冷媒を噴射する複数のノズル２４を備えている。この実施形態においては、一つの増幅媒質１１に対して一つのノズル２４が設けられている場合を例示している。これらノズル２４は、それぞれ透明部１０Ａの下面１４Ａに接合された増幅媒質１１に対しては、下から上に向けて冷媒を噴射している。ノズル２４は、更に、透明部１０Ａの上面１３Ａに接合された増幅媒質１１に対しては、上から下に向けて冷媒を噴射する。このようにノズル２４により冷媒を噴射することでインピンジメント冷却と同様に冷却することができ、その結果、効率よく増幅媒質１１を冷却することができる。
　カバー部６は、入（出）射面１５Ａと内側窓部２０との間の入射光および出射光が通過する光通過領域（図１中、二点鎖線で囲んだ領域）Ａ１を、冷媒供給部５によって冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２（図１中、二点鎖線で囲んだ領域を除く領域）から区画する。すなわち、カバー部６は、冷媒供給部５によって内側容器３の内部に供給された冷媒が入（出）射面１５Ａに接触しないように内側容器３の内部空間を区画している。カバー部６は、レーザー媒質２Ａにシール等を介して固定されている。
　この実施形態におけるレーザー媒質２Ａは、例えば、冷媒供給領域Ａ２において、支持部材（図示せず）を介して内側容器３に支持されている。つまり、支持部材（図示せず）が励起光やレーザー光を遮ることが無いようになっている。
　図３は、第一実施形態における支持部材の固定箇所を示す斜視図である。
　この図３においては、支持部材（図示せず）の固定箇所を太線（実線および破線）で示している。さらに、図３においては、増幅媒質１１の図示を省略している。
　図３に示すように、この実施形態における支持部材は、上面１３Ａの周縁に沿ってレーザー媒質２Ａに固定されている。さらに、支持部材は、下面１４Ａの周縁に沿ってレーザー媒質２Ａに固定されている。
　カバー部６は、入（出）射面１５Ａへ冷媒が接触することを抑制する。
　図１に示すように、カバー部６は、光通過領域Ａ１の直近の上面１３Ａから上方に立ち上がるように配置されるとともに、光通過領域Ａ１の直近の下面１４Ａ（又は増幅媒質１１）から下方に垂れ下がるように配置されている。これらカバー部６の立ち上がる長さ、および、垂れ下がる長さは、冷媒の噴射される勢いなどに応じて設定すればよい。例えば、カバー部６の一方の端部がレーザー媒質２Ａに固定され、他方の端部が内側容器３の内面２５に固定されていてもよい。
　次に、上述した固体レーザー装置１Ａの運用方法について図面を参照しながら説明する。
　図４は、この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の運用方法のフローチャートである。
　図４に示すように、まず、内側容器３の内部の水分（例えば、水蒸気）等の揮発成分を除去する工程を行う（ステップＳ０１）。
　内側容器３の内部の揮発成分を除去するためには、内側容器３の内部に乾燥ガスによるパージを行うことで揮発成分を除去できる。乾燥ガスは、例えば、コールドトラップなどにより予め水分を取り除いている気体であればよい。内側容器３の内部の揮発成分を除去するために、上記内側容器３を真空容器とすることもできる。このように内側容器３を真空容器とした場合には、内側容器３を一時的に真空状態とした後に乾燥ガスによるパージを行うことが有効である。
　さらに、内側容器３の内部を真空ポンプ（図示せず）により真空引きしつつ内側容器３を加熱する、いわゆるベーキングを行うようにしても良い。このように内側容器３のベーキングを行うことで、内側容器３の内面に付着した揮発成分を気化させて、この気化した揮発成分を真空ポンプ（図示せず）によって内側容器３の外部に排出できる。その結果、より一層、内側容器３の内部に残存する水分などの揮発成分を除去することができる。揮発成分の除去として水分除去を一例に説明したが、水分以外の揮発成分（例えば、油分）も同様に除去可能である。
　次に、励起光を入射させる前に、予めレーザー媒質２Ａを冷却する予冷工程を行う（ステップＳ０２）。この予冷工程においては、例えば、内側容器３の内部に液状の冷媒を注入し、内側容器３の内部に配置されているレーザー媒質２Ａを冷媒に浸漬させることで、レーザー媒質２Ａを均一に予冷却することができる。レーザー媒質２Ａが浸漬された冷媒は、レーザー媒質２Ａを予冷却した後、ドレン（図示せず）を介して内側容器３から排出される。
　その後、ノズル２４による冷媒の噴射を開始し、レーザー媒質２Ａを十分に冷却する（ステップＳ０３）。
　さらに、レーザー媒質２Ａが十分に冷却された状態で、レーザー媒質２Ａへ励起光の入射を開始して徐々にその出力を増加させて（ステップＳ０４）、定常運転へと移行する（ステップＳ０５）。
　上述した第一実施形態によれば、内側窓部２０と外側窓部２１とが真空断熱されていることで、レーザー媒質２Ａを真空雰囲気に配置せずにレーザー媒質２Ａを冷媒によって冷却したとしても、内側窓部２０の内外面に温度差が生じること、および、外側窓部２１の内外面に温度差が生じることをそれぞれ抑制できる。そのため、内側窓部２０と外側窓部２１とに結露が発生することを抑制できる。
　さらに、レーザー媒質２Ａを真空雰囲気に配置する必要がなく、光通過領域Ａ１と冷媒供給領域Ａ２とを同一圧力下とすることができる。そのため、カバー部６をレーザー媒質２Ａに押し付ける必要が無くレーザー媒質にかかる荷重を低減できる。したがって、レーザー媒質２Ａの変形や破損を低減できる。
　さらに、光通過領域Ａ１と冷媒供給領域Ａ２とを同一圧力下とすることで、レーザー媒質２Ａを強固に位置決め固定する必要がない。
　さらに、光入出射面である入（出）射面１５Ａを除くレーザー媒質２Ａの表面に冷媒が直接触れるように冷媒を供給できるため、効率よくレーザー媒質を冷却することができる。
（第一実施形態の第一変形例）
　上述した第一実施形態においては、図３に示す固定位置でレーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）をレーザー媒質２Ａに固定する場合について説明した。しかし、支持部材の固定位置は、上述した第一実施形態の固定位置に限られない。
　図５は、この発明の第一実施形態の第一変形例における図３に相当する斜視図である。
　例えば、図５に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、２つの側面１２Ａのそれぞれの周縁部に沿って固定するようにしても良い。このようにすることで、光入出射面である入（出）射面１５Ａを遮蔽することなく、増幅媒質の設置スペースを減少させることもない。更に、側面視におけるレーザー媒質２Ａの台形の端部となる部分は先細りとなるため相対的に強度が低くなるが、この台形の端部となる部分に荷重が集中しないため、台形の端部となる部分への荷重をより少なくできる。
（第一実施形態の第二変形例）
　図６は、この発明の第一実施形態の第二変形例における図３に相当する斜視図である。
　例えば、図６に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、２つの入（出）射面の周縁部に沿って固定するようにしても良い。このようにすることで、冷媒によって直接冷却できるレーザー媒質２Ａの表面積を増加できるとともに、増幅媒質の設置スペースを減少させることもない。
（第一実施形態の第三変形例）
　図７は、この発明の第一実施形態の第三変形例における図３に相当する斜視図である。
　例えば、図７に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれの２つの入（出）射面１５Ａよりも中央寄りの位置において、上面１３Ａと下面１４Ａとの両方に垂直な垂直面と交わる部分（矩形環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、光入出射面である入（出）射面１５Ａを遮蔽することなく、更に、側面視におけるレーザー媒質２Ａの台形の端部となる部分にかかる荷重をより少なくできる。
（第一実施形態の第四変形例）
　図８は、この発明の第一実施形態の第四変形例における図３に相当する斜視図である。
　例えば、図８に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれの２つの入（出）射面１５Ａよりも中央寄りの位置において、入（出）射面１５Ａと平行な平面と交わる部分（矩形環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、第三変形例よりも冷媒によって直接冷却できるレーザー媒質２Ａの表面積を増加できる。さらに、光入出射面である入（出）射面１５Ａを遮蔽することがない。
（第一実施形態の第五変形例）
　図９は、この発明の第一実施形態の第五変形例における図３に相当する斜視図である。
　例えば、図９に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれ２つの側面１２Ａの近傍で側面１２Ａと平行な平面と交わる部分（台形環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、第二変形例よりも、側面視におけるレーザー媒質２Ａの台形の端部となる部分にかかる荷重をより少なくできる。
（第一実施形態の第六変形例）
　図１０は、この発明の第一実施形態の第六変形例における図３に相当する斜視図である。
　例えば、図１０に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれ上面１３Ａおよび下面１４Ａの近傍で上面１３Ａおよび下面１４Ａと平行な平面と交わる部分（大小の環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、特に、カバー部６の取り付けの妨げとならず、また、増幅媒質１１の設置スペースを広く確保できる点で有利となる。
　レーザー媒質２Ａに対する支持部材の固定部位は、上述した第一実施形態、および、各変形例の固定部位に限られない。例えば、これら固定部位を適宜組み合わせて用いても良い。
（第二実施形態）
　次に、この発明の第二実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第二実施形態の固体レーザー装置は、上述した第一実施形態の固体レーザー装置とレーザー媒質の向きが異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
　図１１は、この発明の第二実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
　図１１に示すように、この第二実施形態の固体レーザー装置１Ｂは、レーザー媒質２Ｂと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、を主に備えている。
　レーザー媒質２Ｂは、透明部１０Ｂと増幅媒質１１とを備えている。
　透明部１０Ｂは、第一実施形態の透明部１０Ａと同様に、活性元素がドープされていないＹＡＧ等により形成されている。透明部１０Ｂは、２つの側面１２Ｂと、上面１３Ｂと、下面１４Ｂと、２つの入（出）射面（光入出射面）１５Ｂとを備えている。この透明部１０Ｂは、上述した第一実施形態の透明部１０Ａを、上下反転したものに相当する。すなわち、２つの側面１２Ｂは、それぞれ逆台形状に形成され、上面１３Ｂは下面１４Ｂよりも長く形成されている。
　２つの入（出）射面１５Ｂは、下方から上方に向かって漸次外方に配置される下向きに傾斜する平面とされている。
　この第二実施形態における透明部１０Ｂには、上面１３Ｂの中央と下面１４Ｂの両端とに、それぞれ第一実施形態と同様に増幅媒質１１が接合されている。冷媒供給部５のノズル２４は、増幅媒質１１に向けて冷媒を噴射可能な位置にそれぞれ配置されている。より具体的には、冷媒供給部５は、冷媒をレーザー媒質２Ｂの上方から下方に向けて噴射する二つのノズル２４と、冷媒をレーザー媒質２Ｂの下方から上方に向けて噴射する一つのノズル２４とをそれぞれ備えている。
　カバー部６は、第一実施形態と同様に、入（出）射面１５Ｂと内側窓部２０との間の入射光および出射光が通過する光通過領域（図１１中、二点鎖線で囲んだ領域）Ａ１を、冷媒供給部５によって冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２（図１１中、二点鎖線で囲んだ領域を除く領域）から区画している。
　上述した第二実施形態によれば、入（出）射面１５Ｂが下向きに傾斜していることで、入（出）射面１５Ｂの上端部から冷媒の液滴が落下し易くなるので、仮に、カバー部６によって冷媒の移動を防ぎきれない場合であっても、冷媒の液滴が光入出射面である入（出）射面１５Ｂを伝って移動することを低減できる。その結果、光通過領域を通る励起光やレーザー光が冷媒によって遮られることを抑制できる。
（第三実施形態）
　次に、この発明の第三実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第三実施形態の固体レーザー装置は、上述した第一実施形態の固体レーザー装置と冷媒を吹き付ける向きが異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
　図１２は、この発明の第三実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
　図１２に示すように、この第三実施形態における固体レーザー装置１Ｃは、第一実施形態の固体レーザー装置１Ａにおける、冷媒の噴射方向を上下方向から水平方向に変更し、且つ、この噴射方向の変更に伴いレーザー媒質の姿勢を９０度変更したものである。すなわち、この実施形態のレーザー媒質２Ｃは、２つの台形状の面がそれぞれ上面１３Ｃおよび下面１４Ｃとなっている。さらに、レーザー媒質２Ｃの入（出）射面１５Ｃが、それぞれ水平方向に傾斜している。このレーザー媒質２Ｃは、大きさの異なる２つの側面１２Ｃに、上述したレーザー媒質２Ａの上面１３Ａ、下面１４Ａと同様に、それぞれ増幅媒質１１が接合されている。
　上述した第三実施形態によれば、励起光およびレーザー光が水平面内を伝搬するような扱いが容易なレーザー媒質２Ｃの形状としつつ、さらに、レーザー媒質２Ｃに対して水平な方向から冷媒を吹き付けることで、冷媒の液滴が入（出）射面１５Ｃに回り込むことを抑制できる。その結果、第二実施形態と同様に、レーザー光が冷媒によって遮られることを抑制できる。
（第四実施形態）
　次に、この発明の第四実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第四実施形態の固体レーザー装置は、上述した第一実施形態の固体レーザー装置とカバー部材の構成が異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
　図１３は、この発明の第四実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。
　図１３に示すように、この実施形態における固体レーザー装置１Ｄは、レーザー媒質２Ｄと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６Ｄと、を主に備えている。
　カバー部６Ｄは、上述した第一実施形態の支持部材（図示せず）を兼ねている。すなわち、この第四実施形態のレーザー媒質２Ｄは、カバー部６Ｄを介して内側容器３に支持されている。
　図１３、図１４に示すように、カバー部６Ｄは、光通過領域（図１３中、二点鎖線で囲んだ領域）Ａ１を、冷媒供給部５によって冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２（図１３中、二点鎖線で囲んだ領域を除く領域）から区画する。これにより、カバー部６Ｄは、レーザー媒質２Ｄの入（出）射面１５Ｄへ冷媒が接触することを抑制する。
　図１４に示すように、カバー部６Ｄは、内側容器３の内面と、レーザー媒質２Ｄの上面１３Ｄと共に、上面１３Ｄの上方に配置される冷媒供給部５のノズル２４を収容する空間（冷媒供給領域Ａ２）を形成する。さらに、カバー部６Ｄは、内側容器３の内面と、レーザー媒質２Ｄの下面１４Ｄと共に、下面１４Ｄの下方に配置される冷媒供給部５のノズル２４を収容する空間（冷媒供給領域Ａ２）を形成する。
　カバー部６Ｄと、レーザー媒質２Ｄとの接合される箇所には、例えば、冷媒が冷媒供給領域Ａ２から光通過領域Ａ１に漏出することを防止するシール材（図示せず）を設けても良い。このシール材は、液状の冷媒の移動を規制できればよく、気密性を担保する必要はない。この実施形態におけるカバー部６Ｄは、内側容器３の内面と接合されており、この接合箇所においても同様にシール材を設けても良い。
　上述した第四実施形態によれば、カバー部６Ｄによってレーザー媒質２Ｄを保持することができるため、カバー部６Ｄと支持部材とを個別に設ける場合よりも部品点数を低減できる。
　さらに、支持部材がカバー部６Ｄの設置を妨げることが無いので、カバー部６Ｄの配置自由度を向上できる。
（第五実施形態）
　次に、この発明の第五実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第五実施形態の固体レーザー装置は、トラップ部を備えている点で上述した第一実施形態の固体レーザー装置と異なる。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
　図１５は、この発明の第五実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
　図１５に示すように、この実施形態における固体レーザー装置１Ｅは、レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、トラップ部３０と、を主に備えている。レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６とは、上述した第一実施形態と同様の構成である。
　トラップ部３０は、内側容器３内の雰囲気に含まれる水分などの揮発成分を捕集する。このトラップ部３０は、例えば、内側窓部２０から十分に離れた内側容器３の下部内面に配置することができる。このトラップ部３０は、周囲よりも低温になることで、トラップ部３０の低温部分に触れた揮発成分を凝縮させる。揮発成分が凝縮されて生じる液体は、例えば、トラップ部３０の近傍に設けられたドレン（図示せず）等を介して固体レーザー装置１Ｅの外部に排出するようにしても良い。トラップ部３０は、内側窓部２０およびレーザー媒質２Ａから十分に離れて配置されることでトラップ部３０から内側窓部２０およびレーザー媒質２Ａに伝熱され難い。すなわち、トラップ部３０が低温となっても、内側窓部２０およびレーザー媒質２Ａが冷却され難くなっている。例えば、トラップ部３０と内側容器３の内面との間に大きな熱抵抗が生じるように、これらトラップ部３０と内側容器３の内面との間に断熱材等を設けてもよい。
　上述した第五実施形態によれば、内側容器３の内部に微量の揮発成分等が残存している場合であっても、これら揮発成分が内側窓部２０やレーザー媒質２Ａに付着する前に捕集することができる。その結果、揮発成分による結露が生じて、励起光やレーザー光が遮られることをより一層抑制できる。
（第六実施形態）
　次に、この発明の第六実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第六実施形態の固体レーザー装置は、加温部を備えている点で上述した第一実施形態の固体レーザー装置と異なる。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
　図１６は、この発明の第六実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
　図１６に示すように、この実施形態における固体レーザー装置１Ｆは、レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、加温部３１と、を主に備えている。レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６とは、上述した第一実施形態と同様の構成である。
　加温部３１は、内側窓部２０（内側光透過部）と入（出）射面１５Ａとの少なくとも一方を加温可能に構成されている。この実施形態における加温部３１は、内側容器３の内面のうち、内側窓部２０の周囲に配置されている。この加温部３１は、例えば、内側窓部２０を囲むように配置しても良い。加温部３１は、例えば、ヒーターによる加温、電磁波の放射や温風送風による加温など種々の加温方法を採用できる。
　加温部３１は、光通過領域Ａ１に配置されている。これにより、加温部３１の熱が、内側窓部２０だけではなく、内側容器３の内部気体を介して入（出）射面１５Ａにも熱が伝わり、又は、加温部３１から放射される電磁波によって入（出）射面１５Ａも加温されるようになっている。内側窓部２０と入（出）射面１５Ａとの両方を加温する場合について説明したが、何れか一方のみを加温するようにしても良い。
　上述した第六実施形態によれば、内側窓部２０やレーザー媒質２Ａの入（出）射面１５Ａを温度上昇させることができるため、内側容器３の内部において相対的に温度の低い箇所で先んじて水分等の揮発成分を結露させることができる。その結果、水分等の揮発成分がレーザー媒質２Ａや内側窓部２０で結露することを抑制できる。
　この発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
　例えば、上述した各実施形態および各変形例においては、レーザー媒質２Ａ、２Ｂが側面視（第三実施形態のレーザー媒質２Ｃでは上面視）で台形状に形成される場合を一例にして説明した。しかし、レーザー媒質の形状は、台形状に限られない。例えば、レーザー媒質は、側面視（又は、上面視）で平行四辺形であっても良い。さらに、レーザー媒質は、ロッド形状、薄ディスク形状、スラブ形状、ディスク形状であっても良い。なお、励起光やレーザー光が水平面内を伝播する形状であると、取扱が容易になるので好ましい。
　さらに、内側容器３および外側容器４の形状は一例であって、上述した各実施形態で図示した形状に限られるものでは無い。
　図１７は、第五実施形態の変形例における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
　例えば、図１７に示す固体レーザー装置１Ｇように、第五実施形態のトラップ部３０を第六実施形態の加温部３１と組み合わせて用いても良い。このように構成することで、内側窓部２０および入（出）射面１５Ａを加温して結露が生じることを低減しつつ、トラップ部３０によって揮発成分を捕集することができるため、より積極的に結露の発生を抑制できる。
　さらに、各実施形態の組合せは、第五実施形態と第六実施形態との組み合わせに限られず、上述した各実施形態の構成を適宜組み合わせて用いても良い。
　さらに、冷媒として液化窒素を用いる場合を例示したが、液化窒素以外の冷媒を用いても良い。
　さらに、上述した第一実施形態においては、予冷工程において、レーザー媒質２Ａを冷媒に浸漬させる場合について説明したが、ノズル２４からの冷媒噴射によって、予冷工程を行うようにしても良い。さらに、低温のガスにより、予冷工程を行うようにしても良い。
　さらに、上述した第一実施形態においては、内側容器３と外側容器４との間の全域に渡って真空断熱する場合を一例に説明した。しかし、真空断熱は、内側窓部２０と外側窓部２１との間のみ行い、他の部分については、真空断熱以外の断熱構造（例えば、スーパーインシュレーション）や、積極的な断熱を行わない構造としても良い。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…固体レーザー装置　２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ…レーザー媒質　３…内側容器　４…外側容器　５…冷媒供給部　６，６Ｄ…カバー部　１０Ａ，１０Ｂ…透明部　１１…増幅媒質　１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…側面　１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…上面　１４…下面　１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…入（出）射面　２０…内側窓部　２１…外側窓部　２２…内面　２３…外面　２４…ノズル　２５…内面　３０…トラップ部　３１…加温部　Ａ１…光通過領域　Ａ２…冷媒供給領域

Claims (7)

  1. 　光の入射と出射との少なくとも一方がなされる光入出射面を表面の一部に有したレーザー媒質と、
    　前記レーザー媒質を収容し、前記光入出射面に入射される入射光および前記光入出射面から出射される出射光が透過する内側光透過部を有する内側容器と、
    　前記内側容器を収容するとともに前記内側光透過部と対向する部位に設けられて、前記入射光および前記出射光を透過し、前記内側光透過部に対して真空断熱された外側光透過部を少なくとも有する外側容器と、
    　前記レーザー媒質における前記光入出射面を除く少なくとも一部の表面に冷媒が接するように前記内側容器の内部に前記冷媒を供給する冷媒供給部と、
    　前記光入出射面と前記内側光透過部との間の前記入射光および前記出射光が通過する光通過領域を、前記冷媒供給部によって冷媒が供給される冷媒供給領域から区画するカバー部と、
    を備える固体レーザー装置。
  2. 　前記光入出射面は、下方から上方に向かって漸次外方に配置される下向きの傾斜面とされ、
    　前記冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して上下方向から冷媒を吹き付ける請求項１に記載の固体レーザー装置。
  3. 　前記冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して水平な方向から冷媒を吹き付ける請求項１又は２に記載の固体レーザー装置。
  4. 　前記カバー部は、前記レーザー媒質を支持する支持部を備える請求項１から３の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
  5. 　前記内側容器の内部に設けられて、前記内側容器内の雰囲気に含まれる揮発成分を捕集するトラップ部を備える請求項１から４の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
  6. 　前記内側光透過部と前記光入出射面との少なくとも一方を加温可能な加温部を備える請求項１から５の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
  7. 　前記内側容器は、真空引き可能な真空容器とされる請求項１から６の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
PCT/JP2017/000796 2016-02-29 2017-01-12 固体レーザー装置 WO2017149944A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17759416.5A EP3319186B1 (en) 2016-02-29 2017-01-12 Solid-state laser device
US15/751,258 US11063403B2 (en) 2016-02-29 2017-01-12 Solid-state laser device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-038298 2016-02-29
JP2016038298A JP6569865B2 (ja) 2016-02-29 2016-02-29 固体レーザー装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017149944A1 true WO2017149944A1 (ja) 2017-09-08

Family

ID=59743710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/000796 WO2017149944A1 (ja) 2016-02-29 2017-01-12 固体レーザー装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11063403B2 (ja)
EP (1) EP3319186B1 (ja)
JP (1) JP6569865B2 (ja)
WO (1) WO2017149944A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019163207A1 (ja) * 2018-02-26 2019-08-29 三菱重工業株式会社 固体レーザ装置
US20210203118A1 (en) * 2019-02-27 2021-07-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser apparatus

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3309913B1 (en) * 2016-10-17 2024-09-25 Universität Stuttgart Radiation field amplifier system
EP3309914A1 (en) 2016-10-17 2018-04-18 Universität Stuttgart Radiation field amplifier system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5330801B2 (ja) * 1972-04-21 1978-08-29
JPS5424320B1 (ja) * 1968-06-18 1979-08-20
JP2014022568A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Osaka Univ レーザ媒質ユニット、レーザ増幅器及びレーザ発振器並びに冷却方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857793A (en) * 1973-05-01 1974-12-31 Gte Laboratories Inc Fluorescent organic compound laser
US4787088A (en) * 1985-03-20 1988-11-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor laser beam source apparatus
US5224110A (en) * 1992-05-27 1993-06-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Tunable laser frequency stabilizing system
US6671305B2 (en) * 1996-11-29 2003-12-30 Corporation For Laser Optics Research Solid state laser
US5904870A (en) * 1998-05-14 1999-05-18 Midland Manufacturing Corp. Laser lens heater
JPWO2002045218A1 (ja) * 2000-11-30 2004-04-08 三菱電機株式会社 固体レーザ装置
JP2006186230A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Osaka Univ 光増幅モジュール、光増幅器およびレーザ発振器
US7535633B2 (en) * 2005-01-10 2009-05-19 Kresimir Franjic Laser amplifiers with high gain and small thermal aberrations
JP5330801B2 (ja) * 2008-11-04 2013-10-30 三菱重工業株式会社 レーザ利得媒質、レーザ発振器及びレーザ増幅器
JP5424320B2 (ja) * 2009-08-31 2014-02-26 浜松ホトニクス株式会社 固体レーザ装置
US9209598B1 (en) * 2011-12-14 2015-12-08 Colorado State University Research Foundation Cooling system for high average power laser
JP6308965B2 (ja) 2015-03-26 2018-04-11 三菱重工業株式会社 レーザ発振装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5424320B1 (ja) * 1968-06-18 1979-08-20
JPS5330801B2 (ja) * 1972-04-21 1978-08-29
JP2014022568A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Osaka Univ レーザ媒質ユニット、レーザ増幅器及びレーザ発振器並びに冷却方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HIROAKI FURUSE ET AL.: "Zenhansha Active Mirror-gata Teion Reikyaku Yb: YAG Laser -Riso Kogen no Kaihatsu o Mezashite", LASER CROSS, vol. 254, May 2009 (2009-05-01), pages 1 - 2, XP055414929 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019163207A1 (ja) * 2018-02-26 2019-08-29 三菱重工業株式会社 固体レーザ装置
JPWO2019163207A1 (ja) * 2018-02-26 2020-09-03 三菱重工業株式会社 固体レーザ装置
US11322903B2 (en) 2018-02-26 2022-05-03 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Solid state laser apparatus
US20210203118A1 (en) * 2019-02-27 2021-07-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser apparatus
US11569630B2 (en) * 2019-02-27 2023-01-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP6569865B2 (ja) 2019-09-04
JP2017157647A (ja) 2017-09-07
EP3319186A1 (en) 2018-05-09
US20180233874A1 (en) 2018-08-16
US11063403B2 (en) 2021-07-13
EP3319186B1 (en) 2021-03-31
EP3319186A4 (en) 2018-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017149944A1 (ja) 固体レーザー装置
EP1514332B1 (en) Laser cooling apparatus and method
JP4741707B2 (ja) 光学クリスタル、または、レーザクリスタル、それぞれ、のための冷却装置
KR102435770B1 (ko) 적외선 히터 및 적외선 처리 장치
US7822091B2 (en) Inverted composite slab sandwich laser gain medium
JP5721897B1 (ja) 赤外線処理装置及び赤外線ヒーター
JP2007081029A (ja) 光ファイバレーザモジュール、光ファイバレーザ発振器、光ファイバレーザ増幅器
EP1670104B1 (en) Solid-state laser pumped module and laser oscillator
CN110459938A (zh) 一种激光晶体封装及冷却结构
KR101499054B1 (ko) 내부 오염 방지형 진공 증발원
US9151483B2 (en) Heat pipe for cooling optical sources
JP2005332842A (ja) レーザ発振装置
EP3288127B1 (en) Solid laser amplification device
CN115672686B (zh) 加热处理装置
CN111211466B (zh) 透明导光与低应力封装的固体激光模块装置及其焊接方法
EP3820004B1 (en) Laser device
JP2010258354A (ja) レーザモジュール
US20210102735A1 (en) Optical refrigerator and sensor including such a refrigerator
JP2006286735A (ja) 固体レーザ発振装置
US6950595B2 (en) Optical attenuator with heat compensation
JP3996169B2 (ja) レーザによる成膜装置
JPH07273501A (ja) 極低温高周波窓
JPH03257979A (ja) レーザ発振器
JP2016207504A (ja) 赤外線ヒーター及び赤外線処理装置
JP2015079783A (ja) ガスレーザ発振装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017759416

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15751258

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE