JP2000307181A - Solid state laser device and laser processing device - Google Patents
Solid state laser device and laser processing deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】工業的に安定に得られる固体素子の長さで,最
大出力が制限される上に,長い固体素子を用いるほど,
ビーム品質を低下させないと,出力の増加ができない課
題があった.発振効率を損なうことなく,さらにビーム
品質を損なうことなく,レーザ出力を任意に増大させる
ことができる固体レーザ装置を得る。
【解決手段】半導体レーザと集光器からなる励起ブロッ
クと、集光器内に配置され,半導体レーザにより励起さ
れた活性媒質である固体素子とからなる固体レーザモジ
ュールを複数個備え,上記励起ブロックの中心が固体レ
ーザ光の光軸に沿ってほぼ等間隔になるよう上記固体レ
ーザモジュールを配置した。
(57) [Summary] [PROBLEMS] The maximum output is limited by the length of a solid-state element that can be obtained industrially stably, and the longer the solid-state element is used,
There was a problem that the output could not be increased without lowering the beam quality. A solid-state laser device capable of arbitrarily increasing a laser output without deteriorating oscillation efficiency and further deteriorating beam quality. The excitation block includes a plurality of solid-state laser modules each including an excitation block including a semiconductor laser and a condenser, and a solid-state element disposed in the condenser and serving as an active medium excited by the semiconductor laser. The solid-state laser modules were arranged such that the centers of the solid-state lasers were substantially equally spaced along the optical axis of the solid-state laser light.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、指向性が高く、
出力の大きい高出力レーザ光の発生装置に関するもので
ある。TECHNICAL FIELD The present invention has a high directivity,
The present invention relates to an apparatus for generating a high-output laser beam having a large output.
【0002】[0002]
【従来の技術】図18、および19は、例えば特開平5
−259540号公報に記載された従来の固体レーザ装
置を示す側面図、および縦断面図であり、図において、
1は全反射ミラーで、例えば石英からなる基板上に誘電
体多層膜を配置して形成される。2は、部分反射ミラー
で、同じく、例えば石英からなる基板上に誘電体多層膜
を配置して形成され、反射率が50%程度である。3は
半導体レーザで、半導体レーザ基台35の上に例えばG
aAlAsを主成分とし、波長808nm程度で出力2
00W程度を発生する半導体レーザチップ30を備えた
ものである。4は、内面が拡散反射状の集光器で、たと
えばセラミックや、白色の樹脂で構成される。5は、固
体素子で、YAGレーザを例に取れば、NdやYbをド
ーピングしたYAG(Yttrium Aluminu
m Garnet)、すなわちNd:YAGやYb:Y
AGである。6は、ミラー1、2で構成されたレーザ共
振器中に発生したレーザビーム、7は、部分反射ミラー
2により外部に取り出されたレーザビームである。31
は、集光器4内に備えられた開口部である。また、8は
固体素子5を覆うように配置されたフローチューブで、
内部を固体素子を冷却する冷媒が流れる。2. Description of the Related Art FIGS.
FIGS. 1A and 1B are a side view and a longitudinal sectional view showing a conventional solid-state laser device described in JP-A-259540;
Reference numeral 1 denotes a total reflection mirror formed by disposing a dielectric multilayer film on a substrate made of, for example, quartz. Reference numeral 2 denotes a partial reflection mirror, which is also formed by disposing a dielectric multilayer film on a substrate made of, for example, quartz, and has a reflectance of about 50%. Reference numeral 3 denotes a semiconductor laser.
aAlAs as main component, output at wavelength 808nm
It is provided with a semiconductor laser chip 30 that generates about 00W. Reference numeral 4 denotes a light collector having a diffuse reflection inner surface, which is made of, for example, ceramic or white resin. Numeral 5 is a solid-state element, taking a YAG laser as an example, a YAG (Yttrium Aluminum) doped with Nd or Yb.
m Garnet), that is, Nd: YAG or Yb: Y
AG. Reference numeral 6 denotes a laser beam generated in the laser resonator constituted by the mirrors 1 and 2, and reference numeral 7 denotes a laser beam extracted to the outside by the partial reflection mirror 2. 31
Is an opening provided in the light collector 4. Reference numeral 8 denotes a flow tube arranged so as to cover the solid state element 5.
A coolant for cooling the solid state element flows inside.
【0003】つぎに動作について説明する。半導体レー
ザ基台35上に配置され、この基台により冷却された半
導体レーザチップ30は、およそ800−900nm近
くで200W程度のレーザ出力を発生する。このレーザ
出力は、指向性が悪く、すなわち、短距離の伝播で大き
く広がる性格を持つ。このために、そのままでは、レン
ズ等での集光が難しく、集光してレーザ加工等に用いる
ことができない。Next, the operation will be described. The semiconductor laser chip 30 placed on the semiconductor laser base 35 and cooled by the base generates a laser output of about 200 W at about 800 to 900 nm. This laser output has poor directivity, that is, has a characteristic that it spreads greatly over a short distance. For this reason, it is difficult to collect light with a lens or the like as it is, and the light cannot be collected and used for laser processing or the like.
【0004】この半導体レーザチップ30から発せられ
た光は、半導体レーザチップ30の近傍に配置された開
口部31を通して集光器内に導かれ、フローチューブ8
を通過後に、固体素子5を励起する。一回の固体素子通
過で、およそ、50%の光が固体素子に吸収される。固
体素子に吸収されずに、固体素子を通過する残り50%
の光は、集光器内で拡散反射され、再び、固体素子の励
起を行なう。このようにして、半導体レーザチップ30
から発せられた光は、集光器内で複数回の反射を繰り返
しながら、固体素子5の励起を行ない、これをレーザ媒
質とする。The light emitted from the semiconductor laser chip 30 is guided into the light collector through an opening 31 arranged near the semiconductor laser chip 30 and the flow tube 8
, The solid-state element 5 is excited. In one pass through the solid state device, approximately 50% of the light is absorbed by the solid state device. 50% remaining through solid-state element without being absorbed by solid-state element
Is diffusely reflected in the light collector, and again excites the solid-state device. Thus, the semiconductor laser chip 30
The light emitted from the solid-state device 5 excites the solid-state element 5 while repeating reflection a plurality of times in the light collector, and this is used as a laser medium.
【0005】レーザ媒質となった固体素子5から発生し
た放出光は、反射ミラー1と2からなる共振器中に閉じ
こめられ、2つの反射ミラー間を往復する毎に、励起さ
れた固体素子により増幅され、出力の向上とともに、指
向性も整えられ、レーザビーム6となる。このレーザビ
ームは、ある一定以上の大きさになると、部分反射ミラ
ー2からレーザビーム7として外部に取り出される。The light emitted from the solid-state device 5 serving as a laser medium is confined in a resonator composed of the reflection mirrors 1 and 2 and is amplified by the excited solid-state device every time the laser beam reciprocates between the two reflection mirrors. Then, the output is improved and the directivity is adjusted, so that the laser beam 6 is obtained. When this laser beam reaches a certain size or larger, it is extracted from the partial reflection mirror 2 as a laser beam 7 to the outside.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は以上のように構成されているが、高出力化をするため
には、長い固体素子を用いる必要があった。また、複数
の固体素子を用いるための技術が確立していなかった。
以下で詳しく説明する。The conventional solid-state laser device is configured as described above, but it is necessary to use a long solid-state element in order to increase the output. Further, a technique for using a plurality of solid-state elements has not been established.
This will be described in detail below.
【0007】固体素子に吸収された半導体レーザ光のう
ち、30%程度が固体素子に熱として吸収される。この
吸収された熱のために、固体素子が熱変形し、著しい場
合には、その破壊に至ることがあった。その破壊限界の
指標は、長さあたりの照射パワーであらわされ、Ndを
ドープしたYAG固体素子を例に取ると、1cmあた
り、およそ200Wを超えると破壊に至るとされてい
る。このために、例えば400Wの半導体レーザ4つ、
合計1600Wの半導体レーザ出力を用いた図18の例
では、固体素子の長さは8cm以上必要であった。この
場合のレーザ出力は、640W程度となる。YAG固体
素子を例にとると、工業的に安定して製造できる長さは
250mm程度であり、従って、640Wの3倍程度、
すなわち、1920W程度の出力しか得られないという
問題があった。[0007] Of the semiconductor laser light absorbed by the solid state device, about 30% is absorbed as heat by the solid state device. Due to the absorbed heat, the solid state element is thermally deformed, and in a severe case, it may be broken. The index of the destruction limit is represented by irradiation power per length. In the case of a Nd-doped YAG solid-state device, it is said that destruction occurs when the power exceeds approximately 200 W per cm. For this purpose, for example, four 400 W semiconductor lasers,
In the example of FIG. 18 using a total of 1600 W of semiconductor laser output, the length of the solid-state device was required to be 8 cm or more. The laser output in this case is about 640 W. Taking a YAG solid-state element as an example, the length that can be manufactured industrially stably is about 250 mm, so that it is about three times as large as 640 W,
That is, there is a problem that only an output of about 1920 W can be obtained.
【0008】さらに、熱変形した固体素子のレンズ作用
により、固体素子内でのビーム形状が図20のようにな
り、固体素子端部にレーザビームが通過しない、すなわ
ちレーザビームを取り出せないデッドゾーン50が発生
し、効率の低下を招くが、長い固体素子を用いた場合に
は、このデッドゾーンが急増し、発振効率が著しく低下
するという問題があった。この問題は、反射ミラー1、
2の間の距離を短くすることにより実現できるが、この
場合、レーザビームの集光性が悪化するという問題があ
った。Further, due to the lens action of the thermally deformed solid element, the beam shape in the solid element becomes as shown in FIG. 20, and the laser beam does not pass through the end of the solid element, that is, the dead zone 50 where the laser beam cannot be extracted. Occurs, which causes a decrease in efficiency. However, when a long solid-state element is used, there is a problem that the dead zone increases sharply and the oscillation efficiency is significantly reduced. The problem is that the reflection mirror 1,
This can be realized by shortening the distance between the two, but in this case, there is a problem that the light-collecting property of the laser beam is deteriorated.
【0009】以上で説明した従来の固体レーザ装置の問
題点をまとめると、工業的に安定に得られる固体素子の
長さで、最大出力が制限される上に、長い固体素子を用
いるほど、ビーム品質を低下させないと、出力の増加が
できない。さらには、複数の固体素子を用いた場合、ビ
ーム品質を低下させずに高出力化する技術が確立してい
なかった。もちろん、ランプ励起の固体レーザにおいて
複数の固体素子を用いて高出力化する方式は良く知られ
ているが、この場合はビーム品質が極端に悪く、また効
率も悪いため多大な電源入力を必要とするという決定的
な問題点があった。To summarize the problems of the conventional solid-state laser device described above, the maximum output is limited by the length of the solid-state element which can be obtained in an industrially stable manner. Unless the quality is reduced, the output cannot be increased. Furthermore, when a plurality of solid-state elements are used, a technique for increasing the output without lowering the beam quality has not been established. Of course, a method of increasing the output by using a plurality of solid-state elements in a lamp-pumped solid-state laser is well known, but in this case, the beam quality is extremely poor and the efficiency is low, so a large power input is required. There was a decisive problem of doing so.
【0010】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、発振効率を損なうことなく、
さらにビーム品質を損なうことなく、レーザ出力を任意
に増大させても安定に動作する固体レーザ装置を得るこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and without deteriorating the oscillation efficiency.
It is another object of the present invention to provide a solid-state laser device that operates stably even if the laser output is arbitrarily increased without impairing the beam quality.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
に記載の固体レーザ装置は、活性媒質を含む固体素子
と、この固体素子を励起するための半導体レーザからの
励起光を上記固体素子の周囲から照射するように構成さ
れた励起ブロックと、からなる固体レーザモジュールを
複数個備え、上記励起ブロックの中心が固体レーザビー
ムの光軸に沿ってほぼ等間隔になるよう上記固体レーザ
モジュールを配置したものである。Means for Solving the Problems Claim 1 according to the present invention.
The solid-state laser device described in (1) comprises a solid-state element including an active medium, and an excitation block configured to irradiate excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state element from around the solid-state element. A plurality of solid-state laser modules are provided, and the solid-state laser modules are arranged so that the centers of the excitation blocks are substantially equally spaced along the optical axis of the solid-state laser beam.
【0012】この発明に係る請求項2に記載の固体レー
ザ装置は、固体素子間の距離を500(cm)/√M2
以下としたものである。In the solid-state laser device according to a second aspect of the present invention, the distance between the solid-state elements is set to 500 (cm) / √M 2.
It is as follows.
【0013】この発明に係る請求項3に記載の固体レー
ザ装置は、固体素子の直径が、0.1(cm)×√M2
以下としたものである。According to a third aspect of the present invention, in the solid-state laser device, the diameter of the solid-state element is 0.1 (cm) × √M 2.
It is as follows.
【0014】この発明に係る請求項4に記載の固体レー
ザ装置は、単位長さあたりの励起密度を100W/cm
以上にしたものであるAccording to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state laser device, the excitation density per unit length is set to 100 W / cm.
That's it
【0015】この発明に係る請求項5に記載の固体レー
ザ装置は、固体素子の直径を5.5mm以下としたもの
である。According to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state laser device, the diameter of the solid-state element is set to 5.5 mm or less.
【0016】この発明に係る請求項6に記載の固体レー
ザ装置は、固体素子がYttrium Aluminu
m Garnet(YAG)であり、ビーム品質がM2
<100としたものであるIn the solid-state laser device according to a sixth aspect of the present invention, the solid-state element has a Yttrium Aluminum.
m Garnet (YAG) and the beam quality is M 2
<100
【0017】この発明に係る請求項7に記載の固体レー
ザ装置は、複数個の固体レーザモジュールのうち少なく
とも2個は上記レーザ光学系の間に配置し、上記固体レ
ーザモジュールのうち少なくとも1個は上記レーザ光学
系の外部に配置したものにおいて、励起ブロックの中心
が固体レーザビームの光軸に沿って光学的にほぼ等間隔
になるよう固体レーザモジュールを配置したである。In a solid state laser device according to a seventh aspect of the present invention, at least two of the plurality of solid state laser modules are disposed between the laser optical systems, and at least one of the solid state laser modules is disposed. In the arrangement outside the laser optical system, the solid-state laser modules are arranged such that the centers of the excitation blocks are optically at substantially equal intervals along the optical axis of the solid-state laser beam.
【0018】この発明に係る請求項8に記載の固体レー
ザ装置は、複数個の固体レーザモジュールと、固体素子
からレーザ光を取り出すレーザ光学系と、複数の半導体
レーザを駆動する電源と、この電源を制御する制御手段
を備え、この制御手段は複数の半導体レーザに通電を開
始する時間を制御するものである。According to another aspect of the present invention, there is provided a solid-state laser device comprising: a plurality of solid-state laser modules; a laser optical system for extracting laser light from a solid-state element; a power supply for driving a plurality of semiconductor lasers; Control means for controlling the time at which energization of a plurality of semiconductor lasers is started.
【0019】この発明に係る請求項9に記載の固体レー
ザ装置は、請求項8の固体レーザ装置において、電源か
ら複数の上記半導体レーザに通電を開始する時間のずれ
を1ミリ秒以下としたものである。A solid-state laser device according to a ninth aspect of the present invention is the solid-state laser device according to the eighth aspect, wherein a time lag in starting to energize the plurality of semiconductor lasers from a power supply is set to 1 millisecond or less. It is.
【0020】この発明に係る請求項10に記載の固体レ
ーザ装置は、請求項8の固体レーザ装置において、少な
くとも2個の上記固体レーザモジュールを上記レーザ光
学系の間に配置し、少なくとも1個の上記固体レーザモ
ジュールを上記レーザ光学系の外部に配置したものであ
る。According to a tenth aspect of the present invention, in the solid state laser device of the eighth aspect, at least two of the solid state laser modules are arranged between the laser optical systems, and at least one of the solid state laser modules is disposed. The solid-state laser module is disposed outside the laser optical system.
【0021】この発明に係る請求項11に記載の固体レ
ーザ装置は、請求項10の固体レーザ装置において、電
源から複数の半導体レーザに通電を開始する順番が、レ
ーザ光学系の間に配置された固体レーザモジュールに含
まれる半導体レーザから、レーザ光学系の外部に配置さ
れた固体レーザモジュールに含まれる半導体レーザへ、
との順番になるよう半導体レーザに通電を開始する時間
を制御するものである。In the solid-state laser device according to the eleventh aspect of the present invention, in the solid-state laser device according to the tenth aspect, the order in which power is supplied from the power supply to the plurality of semiconductor lasers is arranged between the laser optical systems. From the semiconductor laser included in the solid-state laser module to the semiconductor laser included in the solid-state laser module disposed outside the laser optical system,
The time for starting the energization of the semiconductor laser is controlled so as to be in the following order.
【0022】この発明に係る請求項12に記載の固体レ
ーザ装置は、レーザ光学系の間に配置された複数の固体
レーザモジュールは、それぞれに光軸方向に複数の半導
体レーザを並べて設けるとともに、励起ブロックの中心
が固体レーザビームの光軸に沿ってほぼ等間隔になるよ
う配置され、複数の半導体レーザに通電を開始する時間
のずれを1ミリ秒以上とし、この通電を開始する順番
を、それぞれの固体素子への入熱が上記励起ブロックの
列の中央に対してほぼ対称となるよう制御するものであ
る。According to a twelfth aspect of the present invention, in the solid-state laser device, the plurality of solid-state laser modules disposed between the laser optical systems are provided with a plurality of semiconductor lasers arranged side by side in the optical axis direction. The centers of the blocks are arranged so as to be substantially equally spaced along the optical axis of the solid-state laser beam. Is controlled so that the heat input to the solid state element is substantially symmetric with respect to the center of the row of the excitation blocks.
【0023】この発明に係る請求項13に記載の固体レ
ーザ装置は、レーザ光学系の間に2個の固体レーザモジ
ュールを配置し、これら2個の固体レーザモジュールの
それぞれに光軸方向にそれぞれ2個の半導体レーザを並
べて設け、制御手段は、上記4個の半導体レーザに通電
を開始する順番を、最初に通電開始した半導体レーザの
次に、この最初に通電開始した半導体レーザの固体レー
ザモジュールの列の中央に対して対称な位置にある半導
体レーザに通電開始し、その次に2番目に通電開始した
半導体レーザと同じ固体レーザモジュールの他方の半導
体レーザに通電開始し、その次に最初に通電開始した半
導体レーザと同じ固体レーザモジュールの他方の半導体
レーザに通電開始するよう制御するものである。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the solid-state laser device, two solid-state laser modules are arranged between the laser optical systems, and each of the two solid-state laser modules is arranged in the optical axis direction with a respective one. The semiconductor lasers are arranged side by side, and the control means sets the order in which the four semiconductor lasers are started to be energized, after the semiconductor laser that is first energized, the solid-state laser module of the semiconductor laser that is first energized. The semiconductor laser at a position symmetrical with respect to the center of the row is energized, and then the other semiconductor laser of the same solid-state laser module as the second energized semiconductor laser is energized, and then energized first. The control is performed so that the energization is started to the other semiconductor laser of the same solid-state laser module as the started semiconductor laser.
【0024】この発明に係る請求項14に記載の固体レ
ーザ装置は、励起ブロックは、半導体レーザと、内面が
拡散反射状に形成され、上記半導体レーザからの光を内
部に導入する開口部を有する集光器とからなるものであ
る。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the solid-state laser device, the excitation block has a semiconductor laser and an opening having an inner surface formed in a diffuse reflection shape and for introducing light from the semiconductor laser into the inside. And a condenser.
【0025】この発明に係る請求項15に記載の固体レ
ーザ装置は、半導体レーザと、内面が拡散反射状に形成
され、上記半導体レーザからの光を内部に導入する開口
部を有し、かつ冷却手段を備えた集光器と、上記集光器
内に配置され、上記半導体レーザの光により励起された
活性媒質を含む固体素子と、この励起された固体素子か
らレーザ光を取り出すレーザ光学系とを備えたものであ
る。According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a solid-state laser device, comprising: a semiconductor laser; an opening having an inner surface formed in a diffuse reflection shape, for introducing light from the semiconductor laser into the inside; A concentrator having means, a solid-state device disposed in the concentrator and including an active medium excited by light of the semiconductor laser, and a laser optical system for extracting laser light from the excited solid-state device. It is provided with.
【0026】この発明に係る請求項16に記載の固体レ
ーザ装置は、集光器の開口部に、半導体レーザの光を伝
送する光学素子を備えたものである。[0026] A solid state laser device according to a sixteenth aspect of the present invention is provided with an optical element for transmitting light of a semiconductor laser in an opening of a light collector.
【0027】この発明に係る請求項17に記載の固体レ
ーザ装置は、集光器に冷却媒体通路を設けたものであ
る。[0027] A solid-state laser device according to a seventeenth aspect of the present invention includes a condenser provided with a cooling medium passage.
【0028】この発明に係る請求項18に記載の固体レ
ーザ装置は、固体素子の周囲を囲むように円筒状のフロ
ーチューブを設けこのフローチューブ内に冷却媒体を流
すとともに、集光器内面の断面形状を円形に形成し、上
記フローチューブの外面と集光器内面の隙間を0.2m
m以下として、集光器の熱の一部を冷却媒体に伝えるよ
うにしたものである。In the solid-state laser device according to the present invention, a cylindrical flow tube is provided so as to surround a solid-state element, a cooling medium flows through the flow tube, and a cross section of the inner surface of the condenser is provided. The shape is circular, and the gap between the outer surface of the flow tube and the inner surface of the condenser is 0.2 m.
m, part of the heat of the light collector is transmitted to the cooling medium.
【0029】この発明に係る請求項19に記載の固体レ
ーザ装置は、固体レーザモジュールを固体素子の軸がほ
ぼ一致するよう複数個直列に並べ、固体素子の軸上でか
つ固体レーザモジュールの列の片側に全反射ミラーを配
置し、固体レーザモジュールの列の全反射ミラーとは反
対の端に位置する固体素子の端面からレーザ光を取り出
すものである。In the solid-state laser device according to the nineteenth aspect of the present invention, a plurality of solid-state laser modules are arranged in series so that the axes of the solid-state elements substantially coincide with each other. A total reflection mirror is arranged on one side, and laser light is extracted from an end face of a solid-state element located at an end opposite to the total reflection mirror in a row of the solid-state laser modules.
【0030】この発明に係る請求項20に記載の固体レ
ーザ装置は、以上のいずれかの固体レーザ装置におい
て、出力を1kW以上としたものである。According to a twentieth aspect of the present invention, in any one of the above-described solid-state laser devices, the output is 1 kW or more.
【0031】この発明の請求項21に記載のレーザ加工
装置は、以上のいずれかの固体レーザ装置を備えたもの
である。A laser processing apparatus according to a twenty-first aspect of the present invention includes any one of the solid-state laser devices described above.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図について説明する。図1は本発明の実
施の形態1を示す側面図、図2は断面図である。図1お
よび図2において、1は全反射ミラー、2は部分反射ミ
ラー、3は半導体レーザで、半導体レーザ基台35に、
例えば出力200W程度を発生する半導体レーザチップ
30がマウントされたものである。4は内面が拡散反射
状の集光器で、例えば白色のセラミックや樹脂で構成さ
れ、半導体レーザチップ30からのレーザ光を集光器内
に導入する開口部31を有する。5は固体素子で、例え
ばNd:YAGである。6はレーザ光学系であるミラー
1,2で構成されたレーザ共振器中に発生したレーザビ
ーム、7は部分反射ミラー2により外部に取り出された
レーザビームである。8は固体素子5を覆うように配置
されたフローチューブで、内部に固体素子を冷却するた
めの水等の冷媒を流す。100は基台である。ここで、
半導体レーザ3と集光器4から構成された励起ブロック
50と、1個の固体素子5との集合体である固体レーザ
モジュール55を4個、基台100の上に励起ブロック
の中心の間隔がLとなるように等間隔に配置している。
ここで励起ブロックの中心とは、固体素子5の軸方向に
拡がる半導体レーザ励起光分布の重心を意味する。ま
た、励起密度が100W/cm以上となるよう高励起密
度になるようにしている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view. 1 and 2, 1 is a total reflection mirror, 2 is a partial reflection mirror, and 3 is a semiconductor laser.
For example, a semiconductor laser chip 30 generating an output of about 200 W is mounted. Reference numeral 4 denotes a condenser having a diffuse reflection shape on the inner surface, which is made of, for example, white ceramic or resin, and has an opening 31 for introducing laser light from the semiconductor laser chip 30 into the concentrator. Reference numeral 5 denotes a solid state element, for example, Nd: YAG. Reference numeral 6 denotes a laser beam generated in a laser resonator constituted by mirrors 1 and 2 serving as a laser optical system, and 7 denotes a laser beam extracted by the partial reflection mirror 2 to the outside. Reference numeral 8 denotes a flow tube arranged so as to cover the solid-state element 5, through which a coolant such as water for cooling the solid-state element flows. 100 is a base. here,
Four solid-state laser modules 55, each of which is an aggregate of an excitation block 50 composed of a semiconductor laser 3 and a concentrator 4, and one solid-state element 5, are arranged on the base 100 at an interval between the centers of the excitation blocks. L are arranged at equal intervals.
Here, the center of the excitation block means the center of gravity of the semiconductor laser excitation light distribution spreading in the axial direction of the solid-state element 5. The high excitation density is set so that the excitation density becomes 100 W / cm or more.
【0033】ここで、励起ブロックの中心の間隔が等間
隔に配置されているため、固体素子間でのビームの振る
舞いを考慮することで、効率を低下させずに出力を増大
させるよう固体レーザモジュールの数を増加させるとき
の設計が容易になる。また、複数の固体素子を用いた場
合、各固体素子の方向を微調整する必要があるが、これ
は、図1に示す固体素子間の距離Dが短いほどに容易で
あり、従って安定に動作させることができる。しかしな
がら、固体素子間の距離が短い場合には、ビーム品質を
高めることがむつかしい。Here, since the centers of the excitation blocks are arranged at equal intervals, the solid-state laser module is designed to increase the output without lowering the efficiency by considering the behavior of the beam between the solid-state elements. The design becomes easier when increasing the number of. When a plurality of solid-state elements are used, it is necessary to finely adjust the direction of each solid-state element. This is easier as the distance D between the solid-state elements shown in FIG. Can be done. However, when the distance between the solid-state elements is short, it is difficult to improve the beam quality.
【0034】ここでは、ビーム品質の指標値として一般
に用いられているM2値を用いる。M2=40を発生する
固体素子間の距離Dを、固体素子としてNd:YAGロ
ッドを用いた場合を例に取り、ロッドの直径の関数とし
て計算して図3に示す。直径0.4cmロッドの場合に
は、固体素子間の距離は18cm以上となるが、ロッド
の直径が増大するほどに、必要な固体素子間の距離は増
大し、直径0.8cmロッドでは、72cm以上となっ
た。固体素子1本当たり640Wのレーザ出力が得られる
ことから、例えば、2kW以上の出力を得るには、4本
以上の固体素子を用いる必要があり、直径0.8cmの
ロッドを用いた場合には、共振器ミラー間の距離が32
8cm以上となった。Here, an M 2 value generally used as an index value of the beam quality is used. FIG. 3 shows the distance D between the solid-state elements generating M 2 = 40 calculated as a function of the diameter of the rod, taking the case of using an Nd: YAG rod as an example of the solid-state element. In the case of a 0.4 cm diameter rod, the distance between the solid elements is 18 cm or more, but as the diameter of the rod increases, the required distance between the solid elements increases. That's all. Since a laser output of 640 W can be obtained per solid element, for example, to obtain an output of 2 kW or more, it is necessary to use four or more solid elements, and when a rod having a diameter of 0.8 cm is used, And the distance between the resonator mirrors is 32
It became 8 cm or more.
【0035】固体素子間の距離が増大すると、固体素子
間でビームが拡散し、効率が低下するという問題があっ
た。このために、固体素子間の距離が75cmを超える
条件では、レーザ出力の変動が急増し、安定な動作の実
現が難しかった。このことから、M2=40以下のビー
ムを発生する場合には、直径0.8cm以下の固体素子
を用いる必要があった。When the distance between the solid-state elements is increased, there is a problem that the beam is diffused between the solid-state elements and the efficiency is reduced. For this reason, when the distance between the solid-state elements exceeds 75 cm, the fluctuation of the laser output sharply increases, and it has been difficult to realize a stable operation. For this reason, when generating a beam of M 2 = 40 or less, it was necessary to use a solid-state element having a diameter of 0.8 cm or less.
【0036】工業的な用途では、M2=100程度の少
し低品質のビームでも実用的なことがある。この場合に
は、固体素子の直径に対する固体素子間の距離は、同じ
く図3に示すようになった。この場合においては、ビー
ム品質が悪いことにより、さらにビームの発散性が強
く、固体素子間の距離を、おおむね50cm以下に設定
しないと安定な発振が難しかった。In industrial applications, a slightly lower quality beam of about M 2 = 100 may be practical. In this case, the distance between the solid devices with respect to the diameter of the solid devices was also as shown in FIG. In this case, since the beam quality was poor, the divergence of the beam was further strong, and stable oscillation was difficult unless the distance between the solid-state elements was set to approximately 50 cm or less.
【0037】このことから、固体素子間の距離が、以下
の式を満たすときに、ほぼ効率的な安定発振が可能であ
ることがわかった。 固体素子間の距離<500(cm)/√M2 (1) ただし、これを満たす固体素子間の距離で、同じビーム
品質、すなわちM2を同じとするには、図3に示すよう
に、固体素子間の距離を短くするほど固体素子の直径は
小さくする必要がある。From this, it has been found that when the distance between the solid-state elements satisfies the following equation, almost efficient stable oscillation is possible. Distance between solid elements <500 (cm) / √M 2 (1) However, in order to make the same beam quality, that is, the same M 2 , at the distance between solid elements that satisfies this condition, as shown in FIG. The shorter the distance between the solid-state elements, the smaller the diameter of the solid-state elements.
【0038】さらに、固体素子の振動を考えると、ビー
ム品質によらず、固体素子間の距離を、おおむね40c
m以下にする必要があった。図3を参照すれば、M2=
40では固体素子の直径0.55cm以下、M2=60
では0.7cm以下、M2=100では0.97cm以
下にする必要がある。このことから、固体素子の直径と
しては、近似式として、以下の式が導出された。 固体素子の直径<0.1(cm)×√M2 (2)Further, considering the vibration of the solid-state elements, the distance between the solid-state elements is approximately 40c regardless of the beam quality.
m or less. Referring to FIG. 3, M 2 =
At 40, the diameter of the solid element is 0.55 cm or less, and M 2 = 60.
Must be 0.7 cm or less when M 2 = 100. From this, the following equation was derived as an approximate equation for the diameter of the solid state device. Diameter of solid device <0.1 (cm) × ΔM 2 (2)
【0039】すなわち、固体素子間の距離を40cm以
下でM2=40以下の高品質のレーザビームを得ようと
すると固体素子の直径は5.5mm以下にすればよい。
さらにコンパクトな構成にするためには固体素子の直径
は5mm以下、さらに好ましくは4.5mm以下にすれ
ば良い。また、固体素子の直径が細くなれば、熱レンズ
値が大きくなり、共振器設計が難しくなるため、励起密
度が100W/cm以上となるような高励起密度にする
ためには、固体素子の直径はおおよそ0.5mm以上、
好ましくは1mm以上とする必要がある。That is, in order to obtain a high-quality laser beam of M 2 = 40 or less when the distance between the solid-state elements is 40 cm or less, the diameter of the solid-state element may be 5.5 mm or less.
In order to achieve a more compact configuration, the diameter of the solid element may be set to 5 mm or less, more preferably 4.5 mm or less. Further, when the diameter of the solid element becomes small, the thermal lens value becomes large, and the resonator design becomes difficult. Therefore, in order to obtain a high excitation density such that the excitation density becomes 100 W / cm or more, the diameter of the solid element becomes large. Is about 0.5 mm or more,
Preferably, it is necessary to be 1 mm or more.
【0040】次に、本発明における、固体素子を内面が
拡散反射状の集光器内で励起した構成の複数の固体素子
の配置での効果を確認するために、市販の固体レーザに
用いられている、光源をランプ、または半導体レーザと
し、集光器が、金属の反射板で構成されたものの結果を
説明する。Next, in order to confirm the effect of the arrangement of a plurality of solid state elements in the present invention in which the solid state elements are excited in a concentrator having a diffuse reflection inner surface, the solid state elements are used in a commercially available solid state laser. In the following, the results of a case where the light source is a lamp or a semiconductor laser and the concentrator is formed of a metal reflector will be described.
【0041】この場合、ランプ励起では光が時間的な揺
らぎが多い上に、光源を半導体レーザにしても、集光器
が金属の反射板で構成されているので固体素子を均一に
励起できないことから、固体素子が収差を持った光学系
として作用した。このために、1つの固体素子を用いた
場合には、安定した出力が得られたが、高出力化を図っ
て、複数の固体素子を用いて1kW以上の出力を得よう
とした場合には、ビーム品質をM2>100としなけれ
ば安定に動作しなかった。すなわち式(1)、(2)
は、均一に励起できる拡散反射の集光器、かつ光の時間
的揺らぎが少なく固体素子の熱発生も少なくなる半導体
レーザ励起を用いた場合で、出力1kW以上で、またM
2<100の場合に特に有効であることがわかった。In this case, in the case of lamp excitation, the light has many temporal fluctuations, and even if a semiconductor laser is used as the light source, the solid state element cannot be uniformly excited because the condenser is formed of a metal reflector. Therefore, the solid-state element worked as an optical system having aberration. For this reason, when one solid-state element was used, a stable output was obtained. However, when an attempt was made to increase the output and obtain an output of 1 kW or more using a plurality of solid-state elements, Unless the beam quality was set to M 2 > 100, stable operation was not achieved. That is, equations (1) and (2)
Is a case of using a diffuse reflection condenser that can uniformly excite, and a semiconductor laser excitation that causes less temporal fluctuation of light and less heat generation of a solid-state device.
It was found to be particularly effective when 2 <100.
【0042】実施の形態2.図4は本発明の実施の形態
2を示す横側面図である。実施の形態1では励起ブロッ
ク50には固体素子5の軸方向に半導体レーザ3を1個
だけ配置した例を説明したが、一つの半導体レーザ3の
出力が数10Wといったようにやや小さい場合は、図4
に示すように、励起ブロック50には、半導体レーザ3
を固体素子5の軸方向に複数個並べてもよい。この場
合、励起ブロックの中心は、複数個並んだ半導体レーザ
から発せられる励起光における、固体素子の軸方向励起
光分布の重心で定義される。Embodiment 2 FIG. 4 is a lateral side view showing Embodiment 2 of the present invention. In the first embodiment, an example is described in which only one semiconductor laser 3 is arranged in the excitation block 50 in the axial direction of the solid-state element 5. However, when the output of one semiconductor laser 3 is rather small such as several tens of watts, FIG.
As shown in FIG.
May be arranged in the axial direction of the solid-state element 5. In this case, the center of the excitation block is defined by the center of gravity of the excitation light distribution in the axial direction of the solid-state element in the excitation light emitted from the plurality of semiconductor lasers arranged side by side.
【0043】実施の形態3.通常は、半導体レーザから
出射されたレーザ出力のうち、ほとんどが固体素子に吸
収されるために、集光器の温度が極端に上昇することは
ないが、例えば非常に細い固体素子を用いたり、励起分
布の均一化のため、内径の大きな集光器を用いた場合、
半導体レーザから出された出力の数10%程度が集光器
に吸収されることもある。また、半導体レーザの出力が
大きい場合にも集光器に吸収される熱量は多くなる。実
施の形態3では、図5に示すように、集光器4中に冷却
媒体通路40を配置し、この中に例えば水を流し、集光
器4を冷却して集光器の温度上昇を防ぐ。Embodiment 3 Usually, of the laser output emitted from the semiconductor laser, most of the laser output is absorbed by the solid state device, so the temperature of the concentrator does not rise extremely, for example, using a very thin solid state device, When using a collector with a large inner diameter to make the excitation distribution uniform,
Some tens of percent of the output from the semiconductor laser may be absorbed by the collector. Further, even when the output of the semiconductor laser is large, the amount of heat absorbed by the light collector increases. In the third embodiment, as shown in FIG. 5, a cooling medium passage 40 is arranged in the light collector 4, and for example, water is flowed through the cooling medium passage 40 to cool the light collector 4 and increase the temperature of the light collector. prevent.
【0044】実施の形態4.図6は本発明の実施の形態
4を示す縦断面図である。図5に示す実施例では、集光
器に冷却媒体通路を設けて集光器を冷却する構成を示し
たが、図6に示すように、アルミやステンレス等の金属
でできた、例えば水冷された冷却板41を集光器に押し
つけて、集光器を冷却するようにしてもよい。Embodiment 4 FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 4 of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 5, a configuration in which the condenser is provided with a cooling medium passage to cool the condenser is shown. However, as shown in FIG. 6, the condenser is made of a metal such as aluminum or stainless steel. Alternatively, the cooling plate 41 may be pressed against the light collector to cool the light collector.
【0045】実施の形態5.さらに、集光器表面の熱を
廃熱するためには、図7に示すように、フローチューブ
と集光器の間の距離を狭く、好ましくは0.2mm以下にす
ることで、集光器表面とフローチューブ間の空気層によ
る断熱の影響が小さくなり、集光器表面の熱をフローチ
ューブ内のロッド冷却水へ廃熱することができる。Embodiment 5 FIG. Furthermore, in order to waste heat on the surface of the light collector, as shown in FIG. 7, the distance between the flow tube and the light collector is narrowed, preferably, 0.2 mm or less. The influence of the heat insulation by the air layer between the flow tube and the flow tube is reduced, and the heat of the light collector surface can be wasted to the rod cooling water in the flow tube.
【0046】本実施の形態を実現するためには、LDに
よる励起光31が照射される領域において、集光器表面
とフローチューブの間隔を精密にあわせる必要がある。
通常フローチューブ8は冷却水のシールのために、Oリ
ング等で支持されているので、精度よく位置あわせする
ことが難しい。そこで、例えばフローチューブの形状を
図8に示すような両端に段を持つ形状にし、集光器とフ
ローチューブの位置関係はフローチューブの段の部分8
1で集光器内面と接触させれば、両者の位置関係を機械
的に再現できるので、フローチューブの部分82と集光
器内面との隙間を制御することができる。In order to realize the present embodiment, it is necessary to precisely adjust the distance between the surface of the light collector and the flow tube in a region irradiated with the excitation light 31 by the LD.
Usually, since the flow tube 8 is supported by an O-ring or the like for sealing the cooling water, it is difficult to accurately position the flow tube 8. Therefore, for example, the shape of the flow tube is made into a shape having steps at both ends as shown in FIG.
By making contact with the inner surface of the light collector in step 1, the positional relationship between the two can be mechanically reproduced, so that the gap between the flow tube portion 82 and the inner surface of the light collector can be controlled.
【0047】半導体レーザの光により励起された固体素
子はレンズとして作用しているため、これを通過するレ
ーザビームの出射方向は、固体素子の位置ずれにより大
きく変動する。以上の実施の形態3から実施の形態5の
ように、固体素子周囲の構成部品である集光器を冷却す
ることにより、その熱変形による固体素子の位置ずれを
防ぐことが可能となり、レーザの発振軸のずれ、発振不
安定さの発生を防ぎ、より安定な発振を実現することが
できる。Since the solid-state element excited by the light of the semiconductor laser acts as a lens, the emission direction of the laser beam passing therethrough varies greatly due to the displacement of the solid-state element. As in Embodiments 3 to 5 described above, by cooling the concentrator, which is a component around the solid-state device, it is possible to prevent the position shift of the solid-state device due to its thermal deformation. The displacement of the oscillation axis and the occurrence of oscillation instability can be prevented, and more stable oscillation can be realized.
【0048】また、上記で説明した、集光器冷却の効果
は、固体素子が一つの場合にも発揮されるが、複数の固
体素子を備えた場合には、特に各固体素子の位置精度が
要求されるため、本発明の効果が増す。さらに、実施の
形態3から実施の形態5の2つあるいは全てを併用すれ
ば、さらに冷却効果が上がるのは言うまでもない。The effect of condenser cooling described above can be exerted even with a single solid-state element. However, when a plurality of solid-state elements are provided, the position accuracy of each solid-state element is particularly low. As a result, the effect of the present invention is increased. Further, if two or all of the third to fifth embodiments are used together, it goes without saying that the cooling effect is further improved.
【0049】実施の形態6.図9は本発明の実施の形態
6を示す縦断面図である。図9では、半導体レーザの光
を、集光器の開口部に挿入された、例えば、サファイア
や活性媒質をドープしていないYAG(Yttrium
Aluminum Garnet)やガラスを材質と
する薄いガラス板よりなる光学素子32により伝送して
いる。半導体レーザの光は薄い板の上下面で全反射しな
がら伝送される。実験的に得られた伝送効率は97%以
上であった。この光学素子の配置により、開口部での損
失が減少し、より効率的な動作をさせることができる。Embodiment 6 FIG. FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 9, for example, a YAG (Yttrium) doped with sapphire or an active medium inserted into the opening of the condensing light is emitted from a semiconductor laser.
The light is transmitted by an optical element 32 formed of a thin glass plate made of aluminum garnet (Aluminum Garnet) or glass. The light of the semiconductor laser is transmitted while being totally reflected on the upper and lower surfaces of the thin plate. The transmission efficiency obtained experimentally was 97% or more. With the arrangement of the optical element, loss at the opening is reduced, and more efficient operation can be performed.
【0050】半導体レーザへ反射光が入射すると、著し
い場合には半導体レーザの発振が不安定になったり、波
長が変動することがある。集光器からの反射光の程度
は、開口部の設置精度のために必ずしも均一にはならな
いために、その影響にアンバランスが発生し、各半導体
レーザの出力にアンバランスが発生し、極端な場合に
は、固体素子内の励起分布が断面内で偏りを持つことが
ある。この偏りがあると、複数の固体素子の位置ずれが
発生したことと等価となり、出力の低下や変動を招くこ
とがある。When the reflected light is incident on the semiconductor laser, the oscillation of the semiconductor laser may become unstable or the wavelength may fluctuate in a severe case. The degree of the reflected light from the light collector is not always uniform due to the accuracy of installation of the opening, so that the influence is unbalanced, and the output of each semiconductor laser is unbalanced. In some cases, the excitation distribution in the solid-state device may have a bias in the cross section. This deviation is equivalent to the occurrence of displacement of a plurality of solid-state elements, which may cause a decrease or fluctuation in output.
【0051】この実施例での光学素子は、全反射を利用
しているために、一定の入射角以上の光を通過させな
い。このために、出射角が半角で40度程度の半導体レ
ーザから発散される光は、そのほとんどが光学素子を通
過する。しかしながら、集光器内から反射する光は、そ
の出射角が180度あり、ほとんど光学素子を通過しな
い。このために、半導体レーザへの集光器からの反射光
の入射を軽減することができる。反射光の影響が軽減で
き、安定に複数の固体素子を配置することができる。Since the optical element in this embodiment utilizes total reflection, it does not transmit light having a certain angle of incidence or more. For this reason, most of the light diverged from a semiconductor laser having an emission angle of about 40 degrees at a half angle passes through the optical element. However, the light reflected from the light collector has an emission angle of 180 degrees and hardly passes through the optical element. For this reason, it is possible to reduce the incidence of reflected light from the light collector on the semiconductor laser. The influence of the reflected light can be reduced, and a plurality of solid state elements can be stably arranged.
【0052】実施の形態7.図10は本発明の実施の形
態7を示す縦断面図である。実施の形態7では、光学素
子として、上下面にテーパのついたウエッジ形状のガラ
ス33を用いている。この場合、発光面積の大きな、例
えば2次元アレイのような一個当たりの出力の大きな半
導体レーザチップ330を用いて、単位長さ当たりの励
起密度を上げることが可能となり、より短い固体素子を
用いることができる。このことにより装置が安価になる
ばかりでなく、従来の動作例で図20を用いて説明した
デッドゾーン50を減少させ、効率的なレーザ発振をさ
せることができる。Embodiment 7 FIG. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 7 of the present invention. In the seventh embodiment, wedge-shaped glass 33 having tapered upper and lower surfaces is used as an optical element. In this case, it is possible to increase the excitation density per unit length by using a semiconductor laser chip 330 having a large light emitting area and a large output per unit such as a two-dimensional array. Can be. This not only makes the device inexpensive, but also reduces the dead zone 50 described with reference to FIG. 20 in the conventional operation example, thereby enabling efficient laser oscillation.
【0053】実施の形態8.また、実施の形態6と同
様、光学素子として薄板状のガラスを用い、さらに、図
11に示すように、半導体レーザの光をレンズ34で集
光して、この薄いガラス板32により伝送しても良い。
この場合も、図10の実施例と同様に、発光面の大きな
半導体レーザを用いて、単位長さ当たりの励起密度を上
げることが可能となり、従ってより短い固体素子を用い
ることができる。このことにより装置が安価になるばか
りでなく、従来の動作例で図20を用いて説明したデッ
ドゾーン50を減少させ、効率的なレーザ発振をさせる
ことができる。Embodiment 8 FIG. As in the sixth embodiment, a thin glass plate is used as an optical element. Further, as shown in FIG. 11, light from a semiconductor laser is condensed by a lens 34 and transmitted by the thin glass plate 32. Is also good.
Also in this case, similarly to the embodiment of FIG. 10, it becomes possible to increase the excitation density per unit length by using a semiconductor laser having a large light emitting surface, so that a shorter solid-state element can be used. This not only makes the device inexpensive, but also reduces the dead zone 50 described with reference to FIG. 20 in the conventional operation example, thereby enabling efficient laser oscillation.
【0054】実施の形態9.上記実施の形態では、いず
れもレーザ共振器により、励起された固体素子からレー
ザビームを取り出す実施の形態を示したが、励起された
固体素子を増幅器として用いても良い。図12に実施の
形態9を示す。図1で示した、複数個の固体レーザモジ
ュール55と全反射ミラー1および部分反射ミラー2か
らなる発振器からのレーザビーム7を、励起ブロックの
中心が等間隔になるよう配置された複数個の固体レーザ
モジュール55の列に入射して増幅させる構成にしてい
る。この実施の形態9では発振器からのレーザビーム7
を2つの折り返しミラー20で折り曲げているが、折り
返しミラー20を用いずにすべての固体レーザモジュー
ル55を一直線上に配置してもよい。このような増幅器
構成においては、共振器構成を取る場合にくらべて、固
体素子の位置ずれによる発振光軸の変動を減少させるこ
とができる。しかし、増幅器構成で十分な出力を固体素
子から取り出すには、固体素子へ入射させるレーザ出力
がある一定以上の大きさである必要がある。例えば、直
径6mmの固体素子を用いると、発振器からのレーザ出
力が2kW程度あれば、増幅器から出力が十分取り出せ
る。従って、4つの固体素子を発振器に、4つの固体素
子を増幅器に用いても、8つの固体素子を発振器に用い
ても、ほぼ同等の出力が得られ、増幅器構成のほうが安
定に動作できる。さらに直径の小さな固体素子を用いれ
ば、発振器の出力は小さくてもよく、2つの固体素子、
すなわち2つの固体レーザモジュールで発振器を構成
し、その後増幅器に入力する構成でも良い。Embodiment 9 FIG. In each of the above embodiments, an embodiment has been described in which a laser beam is extracted from a solid state element excited by a laser resonator. However, an excited solid state element may be used as an amplifier. FIG. 12 shows a ninth embodiment. The laser beam 7 from the oscillator composed of the plurality of solid-state laser modules 55 and the total reflection mirror 1 and the partial reflection mirror 2 shown in FIG. The configuration is such that the light enters the row of the laser module 55 and is amplified. In the ninth embodiment, a laser beam 7
Is folded by two folding mirrors 20, but all the solid-state laser modules 55 may be arranged on a straight line without using the folding mirror 20. In such an amplifier configuration, the fluctuation of the oscillation optical axis due to the displacement of the solid-state element can be reduced as compared with the case where the resonator configuration is adopted. However, in order to extract a sufficient output from the solid-state device with the amplifier configuration, it is necessary that a laser output to be incident on the solid-state device has a certain magnitude or more. For example, when a solid-state element having a diameter of 6 mm is used, if the laser output from the oscillator is about 2 kW, the output can be sufficiently extracted from the amplifier. Therefore, even if four solid-state elements are used as an oscillator and four solid-state elements are used as an amplifier, or eight solid-state elements are used as an oscillator, almost the same output can be obtained, and the amplifier configuration can operate more stably. If a solid-state element with a smaller diameter is used, the output of the oscillator may be small, and two solid-state elements may be used.
That is, an oscillator may be configured by two solid-state laser modules and then input to an amplifier.
【0055】実施の形態10.図13にこの発明の実施
の形態10の固体レーザ装置を示す。図13では発振器
に2個の固体レーザモジュール55を配置し、増幅器に
2個の固体レーザモジュール55を発振器とレーザ光軸
が直線状になるよう配置したものである。77は共振器
外部の固体レーザモジュールにより増幅されたレーザビ
ームである。また、dは表裏両面が平面に形成された部
分反射ミラー2のレーザビーム7の伝搬方向の厚み、n
は部分反射ミラー2のレーザビーム7の波長における屈
折率を表す。Embodiment 10 FIG. FIG. 13 shows a solid-state laser device according to Embodiment 10 of the present invention. In FIG. 13, two solid-state laser modules 55 are arranged in the oscillator, and two solid-state laser modules 55 are arranged in the amplifier such that the oscillator and the laser optical axis are linear. Reference numeral 77 denotes a laser beam amplified by a solid-state laser module outside the resonator. D is the thickness in the propagation direction of the laser beam 7 of the partial reflection mirror 2 having both the front and back surfaces formed flat, and n
Represents the refractive index of the partial reflection mirror 2 at the wavelength of the laser beam 7.
【0056】図13において、全反射ミラー1と部分反
射ミラー2で構成された共振器間には、半導体レーザ3
と集光器4から構成された励起ブロック50と、1個の
固体素子5との集合体である固体レーザモジュール55
を2個配置しており、共振器外部にも固体レーザモジュ
ール55を2個配置している。共振器間の2個の固体レ
ーザモジュール55、および、共振器外部の2個の固体
レーザモジュール55は、それぞれ励起ブロックの中心
の間隔がLとなるように配置している。また、部分反射
ミラー2を間にはさむ2個の励起ブロック55は、励起
ブロックの中心の間隔がL+d(n−1)/nとなるよ
うに配置している。このような配置間隔にすることによ
り、4個の固体レーザモジュール55は、光学的に等間
隔に配置されていることになる。In FIG. 13, a semiconductor laser 3 is provided between a resonator constituted by a total reflection mirror 1 and a partial reflection mirror 2.
Solid-state laser module 55 which is an aggregate of an excitation block 50 composed of
Are arranged, and two solid-state laser modules 55 are arranged outside the resonator. The two solid-state laser modules 55 between the resonators and the two solid-state laser modules 55 outside the resonator are arranged such that the distance between the centers of the excitation blocks is L. The two excitation blocks 55 sandwiching the partial reflection mirror 2 are arranged such that the distance between the centers of the excitation blocks is L + d (n-1) / n. With such an arrangement interval, the four solid-state laser modules 55 are optically arranged at equal intervals.
【0057】部分反射ミラー2から共振器外部に取り出
されたレーザービーム7は、共振器外部の2個の固体レ
ーザモジュール55内の固体素子5を通過するうちに増
幅されレーザビーム77となり、固体レーザ装置外部に
取り出される。The laser beam 7 extracted from the partial reflection mirror 2 to the outside of the resonator is amplified while passing through the solid-state elements 5 in the two solid-state laser modules 55 outside the resonator, and becomes a laser beam 77. It is taken out of the device.
【0058】以上のような固体レーザ装置においては、
共振器間に2個の固体レーザモジュール55を配置して
いることから、固体素子1本当たりの出力が例えば50
0W以上の場合、レーザビーム7の出力は1kW以上と
なることから、固体素子の直径を例えば4mmとすれ
ば、レーザビーム7が共振器外部の2個の固体レーザモ
ジュール55内の固体素子5を通過するときの抽出効率
が50〜100%の高い値となり、また、固体レーザモ
ジュール55を各励起ブロックの中心の間隔が光学的に
ほぼ等間隔になるように配置していることから、複数の
固体素子の出力をほとんどロスなく確実に結合できるた
め、結果として、2kW以上の出力を持つレーザビーム
77を安定に効率良く発生させることができる。In the solid-state laser device as described above,
Since two solid-state laser modules 55 are arranged between the resonators, the output per solid-state element is, for example, 50%.
In the case of 0 W or more, the output of the laser beam 7 is 1 kW or more. Therefore, if the diameter of the solid-state element is set to, for example, 4 mm, the laser beam 7 will Since the extraction efficiency at the time of passing is a high value of 50 to 100%, and the solid-state laser modules 55 are arranged so that the centers of the excitation blocks are optically substantially at equal intervals, a plurality of solid-state laser modules are arranged. Since the outputs of the solid-state elements can be reliably coupled with almost no loss, a laser beam 77 having an output of 2 kW or more can be generated stably and efficiently.
【0059】なお、ここでは、発振器、増幅器共にも固
体レーザモジュール55が2個配置されたものについて
説明したが、発振器に3個、増幅器に2個、あるいは発
振器に2個、増幅器に3個の固体レーザモジュールを配
置してもよいし、発振器、増幅器それぞれにさらに多数
の固体レーザモジュールを配置してもよい。この場合も
全ての励起ブロックの中心の間隔が光学的にほぼ等間隔
になるよう配置する。In this embodiment, both the oscillator and the amplifier have been described in which two solid-state laser modules 55 are arranged. However, three oscillators, two amplifiers, two oscillators, and three oscillators are provided. A solid-state laser module may be arranged, or more solid-state laser modules may be arranged for each of the oscillator and the amplifier. Also in this case, the arrangement is such that the centers of all the excitation blocks are optically substantially equally spaced.
【0060】実施の形態11.図14にこの発明の実施
の形態11の固体レーザ装置を示す。図において、5
A、5Cは共振器内にある固体素子、5E、5Gは増幅
器の固体素子を示す。また固体素子5Aを励起する半導
体レーザを3a、3b、5Cを励起する半導体レーザを
3c、3d、5Eを励起する半導体レーザを3e、3
f、5Gを励起する半導体レーザを3g、3hとする。
9は半導体レーザ3a〜3hを駆動するための電源、9
1は電源9を制御するための制御装置(制御手段)であ
り、92は半導体レーザ3を駆動する電流を流すための
電線、93は制御装置91から電源9に制御信号を伝送
するための電線である。電源9は各半導体レーザ3a〜
3hにそれぞれ別々に電流を供給するように多出力にな
っている。また、半導体レーザ毎に個別の電源を用いて
も良い。Embodiment 11 FIG. FIG. 14 shows a solid-state laser device according to Embodiment 11 of the present invention. In the figure, 5
A and 5C denote solid-state elements in the resonator, 5E and 5G denote solid-state elements of the amplifier. The semiconductor lasers for exciting the solid-state element 5A are 3a, 3b, 5C, and the semiconductor lasers for exciting 3c, 3d, and 5E are 3e and 3e.
f, 3g and 3h are semiconductor lasers for exciting 5G.
Reference numeral 9 denotes a power supply for driving the semiconductor lasers 3a to 3h.
Reference numeral 1 denotes a control device (control means) for controlling the power supply 9, reference numeral 92 denotes an electric wire for flowing a current for driving the semiconductor laser 3, and reference numeral 93 denotes an electric wire for transmitting a control signal from the control device 91 to the power supply 9. It is. The power supply 9 is connected to each of the semiconductor lasers 3a to
Multiple outputs are provided so that currents are separately supplied to 3h. Further, an individual power supply may be used for each semiconductor laser.
【0061】図15は、例えば半導体レーザ3aの部分
を光軸方向から見た断面図であり、図15において、9
01は電源9の+端子、902は電源9の―端子であ
り、301は半導体レーザ3a1〜3a4のアノード端
子、302は半導体レーザ3a1〜3a4のカソード端
子である。このように、半導体レーザ3aは、固体素子
5の光軸方向にほぼ同位置で固体素子を囲むように4個
の半導体レーザ3a1〜3a4を配置し、これら4個の
半導体レーザを直列に配線接続したものである。すなわ
ち、電源9の+端子901から半導体レーザ3a1のア
ノード端子301、半導体レーザ3a1のカソード端子
302から次の半導体レーザ3a2のアノード端子30
1へと電線92により配線され、最後の半導体レーザ3
a4のカソード端子301と電源9の―端子902が電
線92により接続されている。その他の半導体レーザ3
b〜3hも同様の構造になっている。FIG. 15 is a sectional view of a portion of, for example, the semiconductor laser 3a viewed from the optical axis direction.
01 is a + terminal of the power supply 9, 902 is a-terminal of the power supply 9, 301 is an anode terminal of the semiconductor lasers 3a1 to 3a4, and 302 is a cathode terminal of the semiconductor lasers 3a1 to 3a4. As described above, in the semiconductor laser 3a, the four semiconductor lasers 3a1 to 3a4 are arranged so as to surround the solid state element at substantially the same position in the optical axis direction of the solid state element 5, and these four semiconductor lasers are connected in series by wiring. It was done. That is, from the + terminal 901 of the power supply 9 to the anode terminal 301 of the semiconductor laser 3a1, from the cathode terminal 302 of the semiconductor laser 3a1 to the anode terminal 30 of the next semiconductor laser 3a2.
1 and the last semiconductor laser 3
The cathode terminal 301 of a4 and the negative terminal 902 of the power supply 9 are connected by the electric wire 92. Other semiconductor lasers 3
b to 3h have the same structure.
【0062】制御装置91は、電源9から各半導体レー
ザ3a〜3hに通電し始める時間を制御している。複数
の固体素子を有する固体レーザにおいては、各固体素子
の励起の立ちあがりのずれが問題となることを本発明者
らは見出した。各固体素子の励起の立ちあがりのずれ、
すなわち半導体レーザの発光開始のずれが1ms(ミリ
秒)以下では安定に発振するが、ずれが1ms以上程度
になると発振が不安定になる現象が生じる場合があるこ
とがわかった。半導体レーザの発光開始のずれを1ms
以下、すなわち半導体レーザへの通電開始のずれを1m
s以下にすることが電源によっては難しいことがある。
この場合には発振が不安定になる場合があるが、以下に
説明するように、半導体レーザの通電開始の順番を制御
すれば、半導体レーザの通電開始にずれがあっても発振
が安定になることがわかった。The control device 91 controls the time when the power supply 9 starts to supply power to each of the semiconductor lasers 3a to 3h. The present inventors have found that in a solid-state laser having a plurality of solid-state elements, a problem arises in that the rising of excitation of each solid-state element becomes a problem. Deviation of the rise of the excitation of each solid-state device,
That is, it has been found that the semiconductor laser oscillates stably when the shift of the light emission start of the semiconductor laser is 1 ms (millisecond) or less, but the oscillation may become unstable when the shift is about 1 ms or more. 1 ms delay of semiconductor laser emission start
In the following, that is, the deviation of the start of energization to the semiconductor laser is 1 m.
It may be difficult depending on the power supply to make it less than s.
In this case, the oscillation may be unstable. However, as described below, by controlling the order of the energization of the semiconductor laser, the oscillation becomes stable even if there is a deviation in the energization of the semiconductor laser. I understand.
【0063】すなわち、共振器内に複数の固体素子が配
置され、固体素子1個当たり光軸方向に複数の半導体レ
ーザが並んで配置されているものにおいて、それぞれの
固体素子への入熱位置が上記励起ブロックの列の中央に
対してほぼ対称となるような順番で通電開始すればよ
い。That is, in the case where a plurality of solid state devices are arranged in a resonator and a plurality of semiconductor lasers are arranged side by side in the optical axis direction for each solid state device, the heat input position to each solid state device is The energization may be started in such an order as to be substantially symmetrical with respect to the center of the row of the excitation blocks.
【0064】それぞれの固体素子への入熱位置が上記固
体レーザモジュールの列の中央に対してほぼ対称となる
ように、とは、最初に通電開始した(発光させた)半導
体レーザの次に、最初に通電開始した半導体レーザと、
励起ブロックの中央に対して対称な位置にある半導体レ
ーザを通電開始し、しかも励起ブロックの中央に対して
対称な位置にある固体素子への入熱の積分値が等しくな
るように各半導体レーザの通電開始の順番を制御するこ
とである。In order that the positions of heat input to the respective solid-state devices are substantially symmetrical with respect to the center of the row of the solid-state laser modules, the following means: A semiconductor laser that is first energized;
The semiconductor lasers located at positions symmetrical with respect to the center of the excitation block are energized, and each semiconductor laser is set so that the integrated value of heat input to the solid-state device located at a position symmetrical with respect to the center of the excitation block becomes equal. This is to control the order of the energization start.
【0065】具体的には、図14において、まず固体素
子5Aの片方の半導体レーザ3aに通電開始し、次にΔ
t秒遅れて固体素子5Cの2個の半導体レーザのうち、
固体レーザモジュールの列の中央CCに対して3aの対
称な位置にある3dに通電開始する。さらにΔt秒遅れ
て半導体レーザ3cに通電開始する。さらにΔt秒遅れ
て半導体レーザ3bに通電開始する。このようにするこ
とで、1個の半導体レーザの出力が500Wとすると、
最初に点灯する半導体レーザ3aが点灯してから、最後
に点灯する3bが点灯するまでの間に固体レーザ素子5
Aには500Wx3Δtの励起エネルギーが投入され、固体
レーザ素子5Cにも500Wx(2+1)Δt=500Wx3Δtの励
起エネルギーが投入される。このように、この間に固体
素子5Aおよび5Cに投入される励起エネルギーが等し
くなるため、固体素子5Aおよび5Cの熱履歴が略等し
くなって2つの固体素子の熱レンズの時間変化もほぼ同
じとなる。しかも、励起ブロックの列の中央に対して対
称な位置にある半導体レーザを大きな時間遅れなく点灯
するため、スイッチオン時の過渡的な熱レンズ変化時で
も、各固体素子の熱レンズは時間的に変化するが、励起
ブロックの列の中央に対して対称に時間変化するので、
固体素子を等間隔に配置して設計した共振器設計が生
き、安定な動作が確保できる。Specifically, in FIG. 14, first, power supply to one semiconductor laser 3a of the solid-state device 5A is started, and
Of the two semiconductor lasers of the solid state element 5C delayed by t seconds,
The energization is started to 3d at a position symmetrical to 3a with respect to the center CC of the row of solid-state laser modules. Further, the power supply to the semiconductor laser 3c is started with a delay of Δt seconds. Further, the power supply to the semiconductor laser 3b is started with a delay of Δt seconds. By doing so, if the output of one semiconductor laser is 500 W,
The solid-state laser element 5 is turned on after the semiconductor laser 3a, which is turned on first, is turned on and before the last laser 3b is turned on.
A is supplied with excitation energy of 500 Wx3Δt, and the solid-state laser element 5C is also supplied with excitation energy of 500 Wx (2 + 1) Δt = 500 W × 3Δt. As described above, since the excitation energies applied to the solid-state elements 5A and 5C during this period are equal, the thermal histories of the solid-state elements 5A and 5C are substantially equal, and the time change of the thermal lens of the two solid-state elements is also substantially equal. . In addition, since the semiconductor laser located at a position symmetrical with respect to the center of the row of the excitation blocks is turned on without a large time delay, the thermal lens of each solid-state element is temporally changed even when the thermal lens changes transiently when the switch is turned on. But symmetrically with respect to the center of the row of excitation blocks,
The resonator design in which the solid-state elements are arranged at equal intervals is alive, and stable operation can be ensured.
【0066】なお、半導体レーザを通電開始する順番は
上記したものに限らず、3b→3c→3d→3a、ある
いは3c→3b→3a→3d、あるいは3d→3a→3
b→3cの順であっても良い。The order in which the semiconductor laser is energized is not limited to the order described above, but may be 3b → 3c → 3d → 3a, or 3c → 3b → 3a → 3d, or 3d → 3a → 3.
The order may be b → 3c.
【0067】増幅器の固体レーザモジュールの半導体レ
ーザ3e、3f、3g、3hについては、共振器内の固
体レーザモジュールの全ての半導体レーザへの通電開始
後に通電開始するのが好ましい。これは、増幅器を発振
器段よりも前に励起すると、増幅器で寄生発振を起こす
恐れがあるからである。このように、増幅器の半導体レ
ーザを発振器段の半導体レーザの後に通電開始するよう
制御することで、安定な高出力レーザビーム77が得ら
れる。As for the semiconductor lasers 3e, 3f, 3g, and 3h of the solid-state laser module of the amplifier, it is preferable to start the current supply to all the semiconductor lasers of the solid-state laser module in the resonator. This is because exciting the amplifier before the oscillator stage can cause parasitic oscillations in the amplifier. As described above, by controlling the semiconductor laser of the amplifier to start energizing after the semiconductor laser of the oscillator stage, a stable high-power laser beam 77 can be obtained.
【0068】実施の形態12.本実施の形態12では、
図16のように共振器段の固体レーザモジュールが3個
ある場合の半導体レーザの通電開始の順番について述べ
る。それぞれの固体レーザモジュールの光軸方向に2個
の半導体レーザが配置されている場合において、半導体
レーザを全反射ミラー1側から3a、3b、3c、3
d、3e、3f、固体素子を全反射ミラー1側から5
A、5C、5Eとする。まず3bに通電開始すれば、そ
れと全反射ミラー1と部分反射ミラー2との間、すなわ
ち発振器にある励起ブロックの列の中央CCに対して対
称な位置にある3eに通電開始し、次にまだ入熱のない
中央の固体レーザモジュールの半導体レーザ3d、その
次は3dとCCに対して対称な位置にある3c、次に2
番目に通電開始した半導体レーザ3eがある固体レーザ
モジュールにあるもう一方の半導体レーザ3f、最後に
3aを通電開始する。このような順番で通電開始するこ
とで、それぞれの固体素子への入熱位置が上記固体レー
ザモジュールの列の中央CCに対してほぼ対称となり、
しかも各固体素子への入熱の積分値が等しくなる。以上
の場合は3cと3dの順番は逆であってもよい。さら
に、次のような順番でも良い。まず中央の固体レーザモ
ジュールにある3cに通電開始し、次に3cの対称位置
の3d、次に3a、その次に3aと対称位置の3f、次
に3e、最後に3bという順番に通電開始してもよい。
この場合は、中央の固体素子5Cに入熱量が他の2個の
入熱量より多くなるが、この固体素子5Cは共振器の中
央に位置し、この固体素子の熱レンズが他の固体素子の
熱レンズと少し異なっていても、発振に及ぼす影響は小
さい。固体素子5Aと5Eのように固体レーザモジュー
ルの中央に対して対称な位置にある固体素子の熱レン
ズ、すなわち入熱量の積分値が等しくなるような順番で
あればよい。Embodiment 12 FIG. In the twelfth embodiment,
A description will be given of the order of starting the energization of the semiconductor laser when there are three solid-state laser modules in the resonator stage as shown in FIG. When two semiconductor lasers are arranged in the optical axis direction of each solid-state laser module, the semiconductor lasers are moved from the total reflection mirror 1 side to 3a, 3b, 3c, 3c.
d, 3e, 3f, the solid-state element is 5
A, 5C, and 5E. First, when power is started to 3b, power is started to 3e located between the total reflection mirror 1 and the partial reflection mirror 2, that is, symmetrically with respect to the center CC of the row of excitation blocks in the oscillator. The semiconductor laser 3d of the central solid-state laser module without heat input, followed by 3d and 3c symmetrically positioned with respect to CC, and then 2d.
The energization of the semiconductor laser 3e in the solid-state laser module in which the energization of the semiconductor laser 3e is started first and the energization of the other semiconductor laser 3f are finally started. By starting the energization in such an order, the heat input position to each solid-state element becomes substantially symmetric with respect to the center CC of the row of the solid-state laser modules,
In addition, the integrated value of the heat input to each solid element becomes equal. In the above case, the order of 3c and 3d may be reversed. Further, the following order may be used. First, energization is started to 3c in the central solid-state laser module, then to 3d at the symmetric position of 3c, then 3a, then to 3f at the symmetric position to 3a, then to 3e, and finally to 3b. You may.
In this case, the heat input to the central solid element 5C is larger than the other two heat inputs, but this solid element 5C is located at the center of the resonator, and the heat lens of this solid element is the same as that of the other solid elements. Even if it is slightly different from the thermal lens, the effect on oscillation is small. The order is such that the thermal lenses of the solid-state devices located symmetrically with respect to the center of the solid-state laser module like the solid-state devices 5A and 5E, that is, the order in which the integrated values of the heat input amounts are equal.
【0069】ここで、電源9から各半導体レーザ3に通
電し始める時間のずれΔtを例えば1秒以下となるよう
に制御することにより、熱変形した各固体素子5A,5
C、5Eのレンズの強さの時間的な差が小さくなり、高
出力のレーザビーム7を安定に発生することができる。Here, by controlling the deviation Δt of the time when the power supply 9 starts energizing the respective semiconductor lasers 3 to be, for example, 1 second or less, the thermally deformed solid-state elements 5A and 5A are controlled.
The time difference between the intensities of the lenses C and 5E is reduced, and the high-power laser beam 7 can be generated stably.
【0070】増幅器の固体レーザモジュールの半導体レ
ーザ3g、3h、3i、3jについては、実施の形態1
1と同様、共振器内の固体レーザモジュールの全ての半
導体レーザへの通電開始後に通電開始するのが好まし
い。このように、増幅器の半導体レーザを発振器段の半
導体レーザの後に通電開始するよう制御することで、安
定な高出力レーザビーム77が得られる。The semiconductor lasers 3g, 3h, 3i and 3j of the solid-state laser module of the amplifier are described in Embodiment 1.
As in the case of 1, it is preferable that energization is started after energization of all the semiconductor lasers in the solid-state laser module in the resonator. As described above, by controlling the semiconductor laser of the amplifier to start energizing after the semiconductor laser of the oscillator stage, a stable high-power laser beam 77 can be obtained.
【0071】実施の形態13.図17はこの発明の実施
の形態13の固体レーザ装置を示す概略図である。これ
までの実施の形態では、いずれもレーザ光学系が2枚の
対向する共振器ミラーによりレーザ共振器を構成する実
施の形態を示したが、本実施の形態では片側の全反射ミ
ラー1のみを配置して、その反対側の固体素子の端面か
らレーザビーム777を取り出す構成になっている。多
段に配置した活性媒質を含む固体素子の端面からの微小
な反射光により、全反射ミラー1と固体素子端面との間
でレーザ発振が生じ、部分透過ミラーを配置することな
くレーザ出力が得られる。また、レーザ媒質の内部側面
のガイド効果により、ある一定のビーム品質以上の共振
モードのみが発振し、結果としてビーム品質の良いレー
ザ光が得られる。実際の実験結果により、本構成におい
て、1kW以上の出力をM2=50程度のビーム品質で取り出
すことができた。Embodiment 13 FIG. FIG. 17 is a schematic diagram showing a solid-state laser device according to Embodiment 13 of the present invention. In each of the embodiments described above, the laser optical system forms the laser resonator by using two opposing resonator mirrors. However, in this embodiment, only one total reflection mirror 1 is used. It is arranged so that the laser beam 777 is taken out from the end face of the solid-state element on the opposite side. Laser oscillation occurs between the total reflection mirror 1 and the end face of the solid-state element due to minute reflected light from the end face of the solid-state element including the active medium arranged in multiple stages, and a laser output can be obtained without disposing a partial transmission mirror. . In addition, due to the guide effect of the inner side surface of the laser medium, only a resonance mode having a certain beam quality or higher oscillates, and as a result, a laser beam with good beam quality is obtained. According to actual experimental results, in this configuration, an output of 1 kW or more could be extracted with a beam quality of about M2 = 50.
【0072】なお、上記のすべての実施の形態では、光
学部品のレーザビーム入射、出射面の光学コーティング
については触れなかったが、光学素子や、フローチュー
ブなど、レーザビームの通過箇所の任意の箇所に無反射
コーティングを施せば発振効率の向上が計れる。In all the above-mentioned embodiments, the optical coating of the laser beam incidence and emission surfaces of the optical components has not been described. However, any location of the laser beam passage, such as an optical element or a flow tube, is not described. If an anti-reflection coating is applied to the device, the oscillation efficiency can be improved.
【0073】また、固体素子の回りに、半導体レーザが
4つのものを示したが、これに限るものでなく、複数で
あれば同様の効果が得られる。さらに、内面が拡散反射
面の集光器により均一に励起するものを示したが、実施
の形態3、4および5以外の実施の形態では、拡散反射
面の集光器を用いずに均一に励起するものであってもよ
く、例えば、半導体レーザを固体素子の周りに6個とか
多数配置し、集光器を用いないものであるとか、半導体
レーザのレーザ光をファイバーで導き均一に励起する
等、ほぼ均一に励起できるものであれば同様の効果が発
揮できる。Although four semiconductor lasers are shown around the solid-state element, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained if there are a plurality of semiconductor lasers. In addition, although the inner surface is shown to be uniformly excited by the light collector of the diffuse reflection surface, in the embodiments other than the third, fourth and fifth embodiments, the light is uniformly excited without using the light collector of the diffuse reflection surface. Excitation may be used. For example, six or many semiconductor lasers are arranged around a solid-state element, and a concentrator is not used. For example, a similar effect can be exerted if it can be excited almost uniformly.
【0074】実施の形態14.以上の実施の形態1ない
し13の固体レーザ装置をレーザ加工装置に適用すれ
ば、高ビーム品質で安定なレーザ加工装置が得られ、安
定で高品質な加工ができる。また、ファイバー伝送によ
るレーザ加工装置にあっては、ビーム位置が安定なた
め、ファイバーへの入射位置がずれず、安定にファイバ
ー入射できる。Embodiment 14 FIG. When the solid-state laser device according to Embodiments 1 to 13 described above is applied to a laser processing device, a stable laser processing device with high beam quality can be obtained, and stable and high-quality processing can be performed. Further, in a laser processing apparatus using fiber transmission, since the beam position is stable, the incident position on the fiber does not shift, and the fiber can be stably incident.
【0075】[0075]
【発明の効果】以上のように請求項1に記載の発明で
は、活性媒質を含む固体素子と、この固体素子を励起す
るための半導体レーザからの励起光を上記固体素子の周
囲から照射するように構成された励起ブロックと、から
なる固体レーザモジュールを複数個備え、上記励起ブロ
ックの中心が固体レーザビームの光軸に沿ってほぼ等間
隔になるよう上記固体レーザモジュールを配置したこと
により、複数の固体素子の出力を確実に結合して、安定
に高出力なレーザビームを発生させることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the solid state device including the active medium and the excitation light from the semiconductor laser for exciting the solid state device are irradiated from the periphery of the solid state device. And a plurality of solid-state laser modules comprising: a plurality of solid-state laser modules comprising: a plurality of solid-state laser modules comprising: a plurality of solid-state laser modules; The output of the solid-state element can be reliably coupled to generate a high-power laser beam stably.
【0076】請求項2に記載の発明では、固体素子間の
距離を500(cm)/√M2以下としたことにより、
安定なレーザ出力を得ることができ、これにより、安定
なレーザ加工を実現できる。According to the second aspect of the present invention, the distance between the solid-state elements is set to 500 (cm) / √M 2 or less.
A stable laser output can be obtained, and thereby stable laser processing can be realized.
【0077】請求項3に記載の固体レーザ装置は、固体
素子の直径が、0.1(cm)×√M2以下としたの
で、安定なレーザ出力を得ることができ、これにより、
安定なレーザ加工を実現できる。In the solid-state laser device according to the third aspect, since the diameter of the solid-state element is 0.1 (cm) × √M 2 or less, a stable laser output can be obtained.
Stable laser processing can be realized.
【0078】請求項4に記載の発明では、単位長さあた
りの励起密度を100W/cm以上にしたため、短い長
さの固体素子で、高出力を得ることができる。According to the fourth aspect of the invention, since the excitation density per unit length is set to 100 W / cm or more, a high output can be obtained with a solid element having a short length.
【0079】請求項5に記載の発明では、固体素子が円
柱形状で直径が5.5mm以下としたので、コンパクト
な構成で、高出力かつビーム品質が良いレーザビームを
得ることができる。According to the fifth aspect of the present invention, since the solid-state element has a cylindrical shape and a diameter of 5.5 mm or less, it is possible to obtain a laser beam having high output and good beam quality with a compact configuration.
【0080】請求項6に記載の発明では、固体素子がY
ttrium AluminumGarnet(YA
G)であり、ビーム品質がM2<100としたため、安
定なレーザビームが得られ、このレーザビームを用い
て、効率的なレーザ加工が実現できる。According to the sixth aspect of the present invention, the solid-state element is a Y element.
ttrium AluminumGarnet (YA
G), and the beam quality is M 2 <100, so that a stable laser beam is obtained, and efficient laser processing can be realized using this laser beam.
【0081】請求項7に記載の発明では、活性媒質を含
む固体素子と、この固体素子を励起するための半導体レ
ーザからの励起光を固体素子の周囲から照射するように
構成された励起ブロックと、からなる固体レーザモジュ
ールを複数個と、固体素子からレーザ光を取り出すレー
ザ光学系を備え、複数個の固体レーザモジュールのうち
少なくとも2個はレーザ光学系の間に配置し、固体レー
ザモジュールのうち少なくとも1個はレーザ光学系の外
部に配置したものにおいて、複数個の固体レーザモジュ
ールのそれぞれの励起ブロックの中心が固体レーザビー
ムの中心に沿って光学的にほぼ等間隔になるよう固体レ
ーザモジュールを配置したので、安定により高出力なレ
ーザビームを発生させることができる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a solid-state device including an active medium, and an excitation block configured to irradiate excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state device from around the solid-state device. A plurality of solid-state laser modules, and a laser optical system for extracting laser light from the solid-state device, at least two of the plurality of solid-state laser modules are disposed between the laser optical systems, and At least one of the plurality of solid-state laser modules is disposed outside the laser optical system, and the solid-state laser modules are arranged such that the centers of the respective excitation blocks of the plurality of solid-state laser modules are substantially equally spaced optically along the center of the solid-state laser beam. Since the laser beam is arranged, a laser beam having a higher output and higher stability can be generated.
【0082】請求項8に記載の発明では、複数個の固体
レーザモジュールと、固体素子からレーザ光を取り出す
レーザ光学系と、複数の半導体レーザを駆動する電源
と、この電源を制御する制御手段を備え、この制御手段
は複数の半導体レーザに通電を開始する時間を制御する
ようにしたので、発振開始直後から安定に高出力なレー
ザビームを発生させるよう制御することができる。According to the present invention, a plurality of solid-state laser modules, a laser optical system for extracting laser light from a solid-state element, a power supply for driving a plurality of semiconductor lasers, and a control means for controlling the power supply are provided. In addition, since the control means controls the time when the energization of the plurality of semiconductor lasers is started, it is possible to control to stably generate a high-output laser beam immediately after the start of oscillation.
【0083】請求項9に記載の発明では、請求項8の固
体レーザ装置において、電源から複数の上記半導体レー
ザに通電を開始する時間のずれを1ミリ秒以下としたの
で、発振開始直後から安定に高出力なレーザビームを発
生させることができる。According to the ninth aspect of the present invention, in the solid-state laser device of the eighth aspect, the time lag between the start of energization from the power supply to the plurality of semiconductor lasers is set to 1 millisecond or less. A high-power laser beam can be generated.
【0084】請求項10に記載の発明では、請求項8の
固体レーザ装置において、少なくとも2個の固体レーザ
モジュールをレーザ光学系の間に配置し、少なくとも1
個の固体レーザモジュールをレーザ光学系の外部に配置
したので、安定により高出力なレーザビームを発生させ
ることができる。According to a tenth aspect of the present invention, in the solid-state laser device of the eighth aspect, at least two solid-state laser modules are arranged between the laser optical systems, and at least one
Since the solid state laser modules are arranged outside the laser optical system, it is possible to stably generate a high-output laser beam.
【0085】請求項11に記載の発明では、請求項10
の固体レーザ装置において、複数の半導体レーザに通電
を開始する順番が、レーザ光学系の間に配置された固体
レーザモジュールに含まれる半導体レーザから、レーザ
光学系の外部に配置された固体レーザモジュールに含ま
れる半導体レーザへ、との順番になるよう半導体レーザ
に通電を開始する時間を制御するようにしたので、発振
開始直後から安定に高出力なレーザビームを発生させる
ことができる。According to the eleventh aspect, in the tenth aspect,
In the solid-state laser device, the order in which the plurality of semiconductor lasers are energized is changed from the semiconductor laser included in the solid-state laser module disposed between the laser optical systems to the solid-state laser module disposed outside the laser optical system. Since the time for starting energization of the semiconductor laser is controlled so that the order of the semiconductor lasers is included, a high-power laser beam can be stably generated immediately after the start of oscillation.
【0086】請求項12に記載の発明では、請求項11
の固体レーザ装置において、レーザ光学系の間に配置さ
れた複数の固体レーザモジュールは、それぞれに光軸方
向に複数の半導体レーザを並べて設けるとともに、励起
ブロックの中心が固体レーザビームの光軸に沿ってほぼ
等間隔になるよう配置され、複数の半導体レーザに通電
を開始する時間のずれを1ミリ秒以上とし、この通電を
開始する順番を、それぞれの固体素子への入熱が上記励
起ブロックの列の中央に対してほぼ対称となるよう制御
するようにしたので、発振開始直後から確実に高出力か
つ安定なレーザビームを発生させることができる。According to the twelfth aspect of the present invention,
In the solid-state laser device, a plurality of solid-state laser modules arranged between the laser optical systems are provided with a plurality of semiconductor lasers arranged side by side in the optical axis direction, and the center of the excitation block is along the optical axis of the solid-state laser beam. Are arranged at substantially equal intervals, and the time lag between the start of energization of the plurality of semiconductor lasers is set to 1 millisecond or more, and the order of starting the energization is determined by the heat input to each solid state element of the excitation block. Since the control is performed so as to be substantially symmetrical with respect to the center of the row, a high-output and stable laser beam can be reliably generated immediately after the start of oscillation.
【0087】請求項13に記載の発明では、レーザ光学
系の間に2個の固体レーザモジュールを配置し、これら
2個の固体レーザモジュールのそれぞれに光軸方向にそ
れぞれ2個の半導体レーザを並べて設け、上記制御手段
は、上記4個の半導体レーザに通電を開始する順番を、
最初に通電開始した半導体レーザの次に、この最初に通
電開始した半導体レーザの上記固体レーザモジュールの
列の中央に対して対称な位置にある半導体レーザに通電
開始し、その次に2番目に通電開始した半導体レーザと
同じ固体レーザモジュールのもう一方の半導体レーザに
通電開始し、その次に最初に通電開始した半導体レーザ
と同じ固体レーザモジュールの他方の半導体レーザに通
電開始するよう制御するようにしたので、発振開始直後
から確実に高出力かつ安定なレーザビームを発生させる
ことができる。According to the thirteenth aspect of the present invention, two solid-state laser modules are arranged between the laser optical systems, and two semiconductor lasers are arranged on each of the two solid-state laser modules in the optical axis direction. Wherein the control means sets the order in which the four semiconductor lasers are energized,
After the semiconductor laser that has been first energized, energization of the semiconductor laser that has been initially energized starts at a position symmetrical to the center of the row of the solid-state laser module, and then energizes second. The other semiconductor laser of the same solid-state laser module as the started semiconductor laser is energized, and then the other semiconductor laser of the same solid-state laser module as the first energized semiconductor laser is controlled to be energized. Therefore, a high-output and stable laser beam can be reliably generated immediately after the start of oscillation.
【0088】請求項14に記載の発明では、励起ブロッ
クは、上記半導体レーザと、内面が拡散反射状に形成さ
れ、上記半導体レーザからの光を内部に導入する開口部
を有する集光器とから構成したので、高効率かつ安定に
高出力なレーザビームを発生させることができる。According to a fourteenth aspect of the present invention, the excitation block includes the semiconductor laser and a condenser having an inner surface formed in a diffuse reflection shape and having an opening for introducing light from the semiconductor laser into the inside. With this configuration, a high-output laser beam can be generated with high efficiency and stability.
【0089】請求項15に記載の発明では、半導体レー
ザと、内面が拡散反射状に形成され、半導体レーザから
の光を内部に導入する開口部を有し、かつ冷却手段を備
えた集光器と、集光器内に配置され、半導体レーザの光
により励起された活性媒質を含む固体素子と、この励起
された固体素子からレーザ光を取り出すレーザ光学系と
を備えるようにしたので、高出力化による固体素子近傍
の部材の熱変形を防止することができ、安定に複数の固
体素子を連結して、高出力化することができる。According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a concentrator having a semiconductor laser, an opening having an inner surface formed in a diffuse reflection shape, and for introducing light from the semiconductor laser into the inside, and having a cooling means. And a solid-state device disposed in the condenser and including an active medium excited by the light of the semiconductor laser, and a laser optical system for extracting laser light from the excited solid-state device, so that high output Therefore, thermal deformation of members near the solid state element due to the formation of the solid state element can be prevented, and a plurality of solid state elements can be stably connected to increase the output.
【0090】請求項16に記載の発明では、集光器の開
口部に、上記半導体レーザの光を伝送する光学素子を備
えたので、単純な構成で半導体レーザの光を確実に、効
率良く集光器内に導くことができ、効率の良いものが得
られる。According to the present invention, since the optical element for transmitting the light of the semiconductor laser is provided in the opening of the condenser, the light of the semiconductor laser can be collected efficiently with a simple configuration. It can be guided into the optical device, and an efficient one can be obtained.
【0091】請求項17に記載の発明では、集光器に冷
却媒体通路を設けたので、高出力化による固体素子近傍
の部材の熱変形を確実に防止することができる。According to the seventeenth aspect of the present invention, since the cooling medium passage is provided in the light collector, thermal deformation of members near the solid-state element due to high output can be reliably prevented.
【0092】請求項18に記載の発明では、固体素子の
周囲を囲むように円筒状のフローチューブを設けこのフ
ローチューブ内に冷却媒体を流すとともに、集光器内面
の断面形状を円形に形成し、フローチューブの外面と集
光器内面の隙間を0.2mm以下として、集光器の熱の
一部を冷却媒体に伝えるようにしたので、高出力化によ
る固体素子近傍の部材の熱変形をより確実に防止するこ
とができる。According to the eighteenth aspect of the present invention, a cylindrical flow tube is provided so as to surround the periphery of the solid-state device, a cooling medium flows through the flow tube, and the cross-sectional shape of the inner surface of the light collector is formed circular. The gap between the outer surface of the flow tube and the inner surface of the light collector is set to 0.2 mm or less, and a part of the heat of the light collector is transmitted to the cooling medium. It can be prevented more reliably.
【0093】請求項19に記載の発明では、活性媒質を
含む固体素子と、この固体素子を励起するための半導体
レーザからの励起光を上記固体素子の周囲から照射する
ように構成された励起ブロックと、からなる固体レーザ
モジュールを固体素子の軸がほぼ一致するよう複数個直
列に並べ、固体素子の軸上でかつ固体レーザモジュール
の列の片側に全反射ミラーを配置し、固体レーザモジュ
ールの列の全反射ミラーとは反対の端に位置する固体素
子の端面からレーザ光を取り出すようにしたので、非常
に簡単な構成で高出力のレーザビームを得ることができ
る。According to the nineteenth aspect of the present invention, there is provided a solid-state device including an active medium and an excitation block configured to irradiate the solid-state device with excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state device. A plurality of solid-state laser modules are arranged in series so that the axes of the solid-state elements substantially coincide with each other, and a total reflection mirror is arranged on the axis of the solid-state elements and on one side of the row of the solid-state laser modules. Since the laser light is extracted from the end face of the solid-state element located at the end opposite to the total reflection mirror, a high-output laser beam can be obtained with a very simple configuration.
【0094】請求項20に記載の発明では、以上の固体
レーザ装置において出力が1kW以上としたため、コン
パクトな構成で、高出力のレーザビームを得ることがで
きる。According to the twentieth aspect of the present invention, the output is set to 1 kW or more in the solid-state laser device described above, so that a high-power laser beam can be obtained with a compact configuration.
【0095】請求項21に記載の発明では、レーザ加工
装置において、以上の固体レーザ装置を備えたので、安
定に高品質のレーザ加工を行うものが得られる。According to the twenty-first aspect of the present invention, since the above-mentioned solid-state laser device is provided in the laser processing device, it is possible to stably perform high-quality laser processing.
【図1】 本発明の実施の形態1の固体レーザ装置を示
す横側面図。FIG. 1 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施の形態1の固体レーザ装置を示
す縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the solid-state laser device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の固体レーザ装置の動作を説明する
図。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the solid-state laser device according to the present invention.
【図4】 本発明の実施の形態2の固体レーザ装置を示
す横側面図。FIG. 4 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の実施の形態3の固体レーザ装置を示
す縦断面図。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の実施の形態4の固体レーザ装置を示
す縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】 本発明の実施の形態5の固体レーザ装置を示
す縦断面図。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の実施の形態5の固体レーザ装置のフ
ローチューブを示す概略斜視図。FIG. 8 is a schematic perspective view showing a flow tube of a solid-state laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の実施の形態6の固体レーザ装置を示
す縦断面図。FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図10】 本発明の実施の形態7の固体レーザ装置を
示す縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図11】 本発明の実施の形態8の固体レーザ装置を
示す縦断面図。FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to an eighth embodiment of the present invention.
【図12】 本発明の実施の形態9の固体レーザ装置を
示す横側面図。FIG. 12 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to a ninth embodiment of the present invention.
【図13】 本発明の実施の形態10の固体レーザ装置
を示す横側面図。FIG. 13 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to Embodiment 10 of the present invention.
【図14】 本発明の実施の形態11の固体レーザ装置
を示す横側面図。FIG. 14 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to Embodiment 11 of the present invention.
【図15】 本発明の実施の形態11の固体レーザ装置
を示す縦断面図。FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a solid-state laser device according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図16】 本発明の実施の形態12の固体レーザ装置
を示す横側面図。FIG. 16 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図17】 本発明の実施の形態13の固体レーザ装置
を示す横側面図。FIG. 17 is a lateral side view showing a solid-state laser device according to Embodiment 13 of the present invention.
【図18】 従来の固体レーザ装置を示す横側面図。FIG. 18 is a lateral side view showing a conventional solid-state laser device.
【図19】 従来の固体レーザ装置を示す縦断面図。FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a conventional solid-state laser device.
【図20】 従来の固体レーザ装置の動作を説明する
図。FIG. 20 illustrates an operation of a conventional solid-state laser device.
1 全反射ミラー 3、3a〜3j、3a1〜3a4 半導体レーザ 4 集光器 40 冷却媒体通路 5、5A、5C、5E、5G、5I 固体素子 31 開口部 32、33 光学素子 50 励起ブロック 55 固体レーザモジュール 9 電源 91 制御手段 L 励起ブロックの中心の間隔 D 固体素子間の距離 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Total reflection mirror 3, 3a-3j, 3a1-3a4 Semiconductor laser 4 Condenser 40 Cooling medium passage 5, 5A, 5C, 5E, 5G, 5I Solid element 31 Opening 32, 33 Optical element 50 Excitation block 55 Solid laser Module 9 Power supply 91 Control means L Distance between centers of excitation blocks D Distance between solid-state elements
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 哲夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 古田 啓介 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 瀬口 正記 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5F072 AB01 AB02 AK01 FF09 HH09 JJ04 JJ05 JJ06 KK30 PP07 TT01 TT14 TT22 YY06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tetsuo Kojima 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Keisuke Furuta 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Rishi Electric Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Seguchi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 5F072 AB01 AB02 AK01 FF09 HH09 JJ04 JJ05 JJ06 KK30 PP07 TT01 TT14 TT22 YY06
Claims (21)
子を励起するための半導体レーザからの励起光を上記固
体素子の周囲から照射するように構成された励起ブロッ
クと、からなる固体レーザモジュールを複数個備え、上
記励起ブロックの中心が固体レーザビームの光軸に沿っ
てほぼ等間隔になるよう上記固体レーザモジュールを配
置したことを特徴とする固体レーザ装置。1. A solid-state laser module comprising: a solid-state device including an active medium; and an excitation block configured to irradiate excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state device from around the solid-state device. Wherein the solid-state laser module is arranged so that the centers of the excitation blocks are substantially equally spaced along the optical axis of the solid-state laser beam.
ザ装置から発生されるレーザビームの品質指標値M
2と、以下の式で結ばれることを特徴とする請求項1記
載の固体レーザ装置。 固体素子間の距離<500(cm)/√M2 2. The method according to claim 1, wherein the distance between the solid-state elements is a quality index value M of a laser beam generated from the solid-state laser device.
2. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the solid-state laser device is connected to the following equation. Distance between solid elements <500 (cm) / √M 2
装置から発生されるレーザビームの品質指標値M2と、
以下の式で結ばれることを特徴とする請求項1記載の固
体レーザ装置。 固体素子の直径<0.1(cm)×√M2 3. The quality index value M 2 of a laser beam generated from the solid-state laser device, wherein the diameter of the solid-state element is:
The solid-state laser device according to claim 1, wherein the solid-state laser device is connected by the following equation. Diameter of solid device <0.1 (cm) × ΔM 2
cm以上にしたことを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の固体レーザ装置。4. An excitation density per unit length of 100 W /
The solid-state laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance is set to not less than cm.
mm以下であることを特徴とする請求項4記載の固体レ
ーザ装置。5. The solid-state element having a cylindrical shape and a diameter of 5.5.
The solid-state laser device according to claim 4, wherein the diameter is equal to or less than mm.
minum Garnet(YAG)であり、ビーム品
質がM2<100であることを特徴とする請求項1ない
し5のいずれかに記載の固体レーザ装置。6. The solid-state device is a Yttrium Alu.
minum a Garnet (YAG), the beam quality is solid-state laser apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a M 2 <100.
子を励起するための半導体レーザからの励起光を上記固
体素子の周囲から照射するように構成された励起ブロッ
クと、からなる固体レーザモジュールを複数個と、上記
固体素子からレーザ光を取り出すレーザ光学系を備え、
上記複数個の固体レーザモジュールのうち少なくとも2
個は上記レーザ光学系の間に配置し、上記固体レーザモ
ジュールのうち少なくとも1個は上記レーザ光学系の外
部に配置したものにおいて、上記複数個の固体レーザモ
ジュールのそれぞれの励起ブロックの中心が固体レーザ
ビームの光軸に沿って光学的にほぼ等間隔になるよう上
記固体レーザモジュールを配置したことを特徴とする固
体レーザ装置。7. A solid-state laser module comprising: a solid-state element including an active medium; and an excitation block configured to irradiate the solid-state element with excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state element from around the solid-state element. And a laser optical system for extracting laser light from the solid-state element,
At least two of the plurality of solid-state laser modules
Are disposed between the laser optical systems, and at least one of the solid-state laser modules is disposed outside the laser optical system. A solid-state laser device, wherein the solid-state laser modules are arranged so as to be optically at substantially equal intervals along the optical axis of the laser beam.
子を励起するための半導体レーザからの励起光を上記固
体素子の周囲から照射するように構成された励起ブロッ
クと、からなる固体レーザモジュールを複数個と、上記
固体素子からレーザ光を取り出すレーザ光学系と、上記
半導体レーザを駆動する電源と、この電源を制御する制
御手段を備え、この制御手段は複数の上記半導体レーザ
に通電を開始する時間を制御することを特徴とする固体
レーザ装置。8. A solid-state laser module comprising: a solid-state device including an active medium; and an excitation block configured to irradiate the solid-state device with excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state device from around the solid-state device. A laser optical system for extracting laser light from the solid-state device, a power supply for driving the semiconductor laser, and control means for controlling the power supply. The control means starts energizing the plurality of semiconductor lasers. A solid-state laser device characterized by controlling the time for performing the operation.
通電を開始する時間のずれを1ミリ秒以下としたことを
特徴とする請求項8記載の固体レーザ装置。9. The solid-state laser device according to claim 8, wherein a time lag between the start of power supply to the plurality of semiconductor lasers from the power supply is set to 1 millisecond or less.
ュールを上記レーザ光学系の間に配置し、少なくとも1
個の上記固体レーザモジュールを上記レーザ光学系の外
部に配置したことを特徴とする請求項8記載の固体レー
ザ装置。10. At least two solid-state laser modules are disposed between said laser optics and at least one
9. The solid-state laser device according to claim 8, wherein said solid-state laser modules are arranged outside said laser optical system.
する順番が、上記レーザ光学系の間に配置された上記固
体レーザモジュールに含まれる上記半導体レーザから、
上記レーザ光学系の外部に配置された上記固体レーザモ
ジュールに含まれる上記半導体レーザへ、との順番にな
るよう上記半導体レーザに通電を開始する時間を制御す
ることを特徴とする請求項10記載の固体レーザ装置。11. An order in which energization of the plurality of semiconductor lasers is started from the semiconductor laser included in the solid-state laser module disposed between the laser optical systems.
11. The semiconductor laser according to claim 10, wherein a time for starting energization of the semiconductor laser is controlled so that the semiconductor laser included in the solid-state laser module disposed outside the laser optical system is in order. Solid state laser device.
数の固体レーザモジュールは、それぞれに光軸方向に複
数の半導体レーザを並べて設けるとともに、上記励起ブ
ロックの中心が固体レーザビームの光軸に沿ってほぼ等
間隔になるよう配置され、上記複数の半導体レーザに通
電を開始する時間のずれを1ミリ秒以上とし、この通電
を開始する順番を、上記それぞれの固体素子への入熱が
上記レーザ光学系の間に配置された上記励起ブロックの
列の中央に対してほぼ対称となるよう制御することを特
徴とする請求項8または11記載の固体レーザ装置。12. A plurality of solid-state laser modules disposed between the laser optical systems, a plurality of semiconductor lasers are provided side by side in the optical axis direction, and the center of the excitation block is aligned with the optical axis of the solid-state laser beam. The semiconductor lasers are arranged at substantially equal intervals along a line, and a time lag for starting the current supply to the plurality of semiconductor lasers is set to 1 millisecond or more, and the order of starting the current supply is determined by the heat input to each of the solid-state elements. 12. The solid-state laser device according to claim 8, wherein the control is performed so as to be substantially symmetrical with respect to the center of the row of the excitation blocks arranged between the laser optical systems.
ーザモジュールを配置し、これら2個の固体レーザモジ
ュールのそれぞれに光軸方向にそれぞれ2個の半導体レ
ーザを並べて設け、上記制御手段は、上記4個の半導体
レーザに通電を開始する順番を、最初に通電開始した半
導体レーザの次に、この最初に通電開始した半導体レー
ザの上記固体レーザモジュールの列の中央に対して対称
な位置にある半導体レーザに通電開始し、その次に2番
目に通電開始した半導体レーザと同じ固体レーザモジュ
ールの他方の半導体レーザに通電開始し、その次に最初
に通電開始した半導体レーザと同じ固体レーザモジュー
ルの他方の半導体レーザに通電開始するよう制御するこ
とを特徴とする請求項12記載の固体レーザ装置。13. Two solid-state laser modules are arranged between the laser optical systems, and two semiconductor lasers are arranged side by side in the optical axis direction on each of the two solid-state laser modules. The order in which the four semiconductor lasers are energized is set at a position symmetrical to the center of the solid-state laser module row of the first energized semiconductor laser after the first energized semiconductor laser. A certain semiconductor laser is energized, and then the other solid-state laser of the same solid-state laser module as the second energized semiconductor laser is energized, and then the same solid-state laser module as the first energized semiconductor laser is energized. 13. The solid-state laser device according to claim 12, wherein control is performed to start energization of the other semiconductor laser.
ザと、内面が拡散反射状に形成され、上記半導体レーザ
からの光を内部に導入する開口部を有する集光器とから
なることを特徴とする請求項1ないし13のいずれかに
記載の固体レーザ装置。14. The excitation block comprises the semiconductor laser and a condenser having an inner surface formed in a diffuse reflection shape and having an opening for introducing light from the semiconductor laser into the inside. The solid-state laser device according to claim 1.
形成され、上記半導体レーザからの光を内部に導入する
開口部を有し、かつ冷却手段を備えた集光器と、上記集
光器内に配置され、上記半導体レーザの光により励起さ
れた活性媒質を含む固体素子と、この励起された固体素
子からレーザ光を取り出すレーザ光学系とを備えた固体
レーザ装置。15. A concentrator having a semiconductor laser, an inner surface formed in a diffuse reflection shape, an opening for introducing light from the semiconductor laser into the inside, and a cooling means, and the concentrator. A solid-state laser device, comprising: a solid-state device disposed inside the semiconductor device and including an active medium excited by the light of the semiconductor laser; and a laser optical system for extracting laser light from the excited solid-state device.
ーザの光を伝送する光学素子を備えたことを特徴とする
請求項14または15記載の固体レーザ装置。16. The solid-state laser device according to claim 14, wherein an optical element for transmitting light of the semiconductor laser is provided in an opening of the condenser.
とを特徴とする請求項15記載の固体レーザ装置。17. The solid-state laser device according to claim 15, wherein a cooling medium passage is provided in said condenser.
状のフローチューブを設けこのフローチューブ内に冷却
媒体を流すとともに、上記集光器内面の断面形状を円形
に形成し、上記フローチューブの外面と上記集光器内面
の隙間を0.2mm以下として、上記集光器の熱の一部
を上記冷却媒体に伝えるようにしたことを特徴とする請
求項15記載の固体レーザ装置。18. A cylindrical flow tube is provided so as to surround the periphery of the solid-state element. A cooling medium flows through the flow tube, and a cross-sectional shape of the inner surface of the light collector is circular. 16. The solid-state laser device according to claim 15, wherein a gap between an outer surface and the inner surface of the light collector is set to 0.2 mm or less, and a part of heat of the light collector is transmitted to the cooling medium.
素子を励起するための半導体レーザからの励起光を上記
固体素子の周囲から照射するように構成された励起ブロ
ックと、からなる固体レーザモジュールを上記固体素子
の軸がほぼ一致するよう複数個直列に並べ、上記固体素
子の軸上でかつ上記固体レーザモジュールの列の片側に
全反射ミラーを配置し、上記固体レーザモジュールの列
の上記全反射ミラーとは反対の端に位置する固体素子の
端面からレーザ光を取り出すことを特徴とする固体レー
ザ装置。19. A solid-state laser module, comprising: a solid-state device including an active medium; and an excitation block configured to irradiate excitation light from a semiconductor laser for exciting the solid-state device from around the solid-state device. Are arranged in series so that the axes of the solid-state elements substantially coincide with each other, and a total reflection mirror is arranged on the axis of the solid-state elements and on one side of the row of the solid-state laser modules. A solid-state laser device, which extracts a laser beam from an end face of a solid-state element located at an end opposite to a reflection mirror.
する請求項1ないし19のいずれかに記載の固体レーザ
装置。20. The solid-state laser device according to claim 1, wherein the output is 1 kW or more.
の固体レーザ装置を備えたことを特徴とするレーザ加工
装置。21. A laser processing apparatus comprising the solid-state laser device according to claim 1.
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| JP3553799 | 1999-02-15 | ||
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1999
- 1999-12-24 JP JP36633299A patent/JP2000307181A/en active Pending
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