JPH01297875A - 高圧ナトリウムランプ励起固体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高圧ナトリウムランプにより励起する固体
レーザに関するものである。

〔従来技術〕

固体レーザは出力が大きく、パルス化を行うことにより
さらに大出力化が図れるので、高出力を要する宇宙通信
やリモートセンシング用光源として重要である。特に、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザは高出力なので、光通信、加工、計
測分野への応用が期待されている。

以下、従来のＮｄ：ＹＡＧレーザの基本構成を説明する
。Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザは、基本的にＹＡＧ結晶と励
起用光源を含んで構成されている。

このＹＡＧ結晶は通常円柱状に形成されるので、レーザ
の効率を高める為に楕円筒の鏡面を利用している。すな
わち、楕円筒の第１焦点位置にＹＡＧ結晶を配置し、こ
のＹＡＧ結晶の円柱軸に対し平行となるように、第２焦
点位置に細長い励起用光源を配置している。

以上のようにＮｄ：ＹＡＧレーザは構成されているので
、レーザの寿命及び出力は励起用光源に依存し、また、
レーザ自体の効率は第２焦点位置に励起用光源が配置さ
れる精度に依存するものである。

従来、レーザの励起用光源にはキセノンランプ、クリプ
トンランプ、ＬＤ１タングステンランプ、ハロゲンラン
プ、水銀ランプ、ＬＥＤが使用されているが、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザには、キセノンランプ、クリプトンランプ、
ＬＤの３種が実用的である。キセノンランプは平均出力
がＩＷ程度以上のパルス発振に、クリプトンランプは平
均出力かＩＷ程度以上のＣＷ発振に、ＬＤは平均出力が
１Ｗ程度以下のパルス発振及びＣＷ発振にそれぞれ用い
られている。なお、タングステンランプ、ハロゲンラン
プ、水銀ランプ、ＬＥＤの４種は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の
励起スペクトルに合致しないことから励起効率が悪く、
はとんど使用されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の励起用光源には数百Ｗの光出力及
び数千時間の寿命を有するものがなかったので、数Ｗ以
上の出力を有しかつ数千時間以上補修が必要のないＹＡ
Ｇレーザは存在しなかった。

これは、高出力に適するキセノンランプやクリプトンラ
ンプは寿命が数百時間程度と短く、一方、ＬＤは数千時
間の寿命を有するが数百Ｗの光出力を出すことは技術的
に困難だったからである。

ところで、高圧ナトリウムランプは寿命が１０．０００
〜２０，０００時間と長く、発光スペクトルがＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶の励起スペクトルとよく合っており、さらに、
ランプなので数百Ｗの光出力を出すことが容易である。

従って、ＮｄニＹＡＧ結晶を励起してレーザ発振させる
には好適なランプと考えられる。

しかし、従来の高圧ナトリウムランプは本来室内、屋外
照明用として開発されたものである。その為、ＹＡＧレ
ーザの励起用光源に適した形状及び大きさのものはなく
、励起光を効率良＜：ＹＡＧに集めることはできなかっ
た。以下、問題点を説明する。

第６図は、従来の高圧ナトリウムランプを示すものであ
る。いずれも、光を発する発光管１及び発光管１を真空
中に封入する外管２を備えて構成されている。同図（ａ
）の高圧ナトリウムランプは、外管２が球状に形成され
ているので、楕円筒の焦点位置に発光管１が位置するよ
うに楕円筒内へ挿入することは困難である。また、ラン
プ冷却用の水が楕円筒から漏れないようにすることも困
難である。同図（’ｂ　）、（Ｃ）の高圧ナトリウムラ
ンプは、外管２が円筒状に形成されているので前述した
ような不都合はないが、外管が太すぎる（発光管１の直
径に対して外管２の直径が大きすぎる）為、ランプの光
を効率良＜ＹＡＧ結晶に集めることができない。さらに
、発光管１の中心と外管２の中心とが一致していない為
に、発光管１の中心を楕円筒の第２焦点位置に配置する
ことが困難である。従って、ランプの光を第１焦点位置
に置かれたＹＡＧ結晶に集光させることが難しくなる。

以上のように、既存の励起用光源を使用する従来のＹＡ
Ｇレーザには、高出力で高寿命のものは存在しなかった
。

また、励起用光源として高圧ナトリウムランプを適用す
る場合、既存のものを使用する限り励起光を効率良＜Ｙ
ＡＧ結晶に集光させることができないという欠点があっ
た。

そこでこの発明は、高圧ナトリウムランプをＹ　Ａ　’
Ｇレーザに適用することにより、高出力で高寿命であり
、さらに効率の良い固体レーザを提供することを目的と
する。

〔課題を解体するための手段〕 上記課題を達成する為、この発明は固体レーザ媒体と、
固体レーザ媒体と並置され発光部及び当該発光部を封入
する円筒管を含んで成る高圧ナトリウムランプと、固体
レーザ媒体の中心軸及び高圧ナトリウムランプの円筒軸
をそれぞれ第１焦点及び第２焦点の位置とした楕円筒あ
るいは楕円面で形成された鏡面体と、固体レーザ媒体の
円柱軸の延長線上における前後にレーザの発振波長にお
いて高反射率のミラー及び出力用ミラーとを備えて構成
されている。

この場合、高圧ナトリウムランプが発光部と円筒管との
間に位置決め部材を介在し、発光部を円筒部のほぼ円筒
軸上に配置してもよい。

また、高圧ナトリウムランプが当該放熱部分に冷却手段
を備えてもよい。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、高圧ナ
トリウムランプの作用により、励起用光源の寿命は１０
，０００〜２０，０００時間と長くなるばかりが、数百
Ｗの光出力を出すことができる。

また、使用される高圧ナトリウムランプは既存のものと
は異なり細く形成されているので、ＹＡＧ結晶への集光
性が向上する。

〔実施例〕

以下、この発明に係る高圧ナトリウムランプ励起固体レ
ーザの一実施例を添附図面に基づき説明する。なお、説
明において同一要素には同一符号を使用し、重複する説
明は省略する。

第１図は、この発明に係る高圧ナトリウムランプ励起固
体レーザの一実施例を示すものであり、第２図は、第１
図の高圧ナトリウムランプ励起固体レーザをＡ−Ａ−線
からみたものである。この実施例は、基本的にＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶（固体レーザ媒体）３、高圧ナトリウムランプ
４、電源５、楕円筒で構成された鏡面体６、高反射率の
ミラー７及び出力用ミラー８を含んで構成されている。

Ｎｄ：ＹＡＧ結晶３は、例えば直径４ｍｍ’、長さ８０
ｍｍの円柱状に形成されている。高圧ナトリウムランプ
４は、光を発光する発光管（発光部）４ａと、この発光
管４ａを封入する外管（円筒管）４ｂを備えて構成され
ている。この発光管４ａと外管４ｂとの間には、湾曲し
た板ばね４ｅ％４Ｃ１・・・が挾まれており、外管４ｂ
の円筒軸上に発光管４ａが置かれるように位置決めされ
ている。なお、詳細は後述する。電源５は、上記高圧ナ
トリウムランプ４の両端部に接続されており、所定の交
流電力を定常状態で供給している。鏡面体６は、断面が
楕円形の筒であってＮｄ：ＹＡＧ結晶３の円柱軸及び高
圧ナトリウムランプ４の円筒軸をそれぞれ第１焦点、第
２焦点の位置とするように配置されており、その内側は
高圧ナトリウムランプ４の発光波長に対する反射率を高
める為に当該端面も含め銀メツキ等の鏡面で形成されて
いる。なお、高圧ナトリウムランプ４の放電により発熱
するのは中心部分の約７０ｍｍのところなので、鏡面体
６には当該部分を冷却する為に水Ｃが満たされている。

また、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶３の円柱軸の延長線上には、一
対のミラー７．８が対向して置かれている。ミラー７に
は、レーザを発振させる為、例えば１．０６μｍに対す
る反射率が９９．９％の高い反射率の平面ミラーが使用
されている。−方、ミラー８には例えば１．０６μｍに
対する反射率が１０％の凹面ミラーが使用されている。

第３図は、第１図の高圧ナトリウムランプ励起固体レー
ザに使用できる高圧ナトリウムランプの構造例を示すも
のであり、第４図は、第３図の高圧ナトリウムランプを
Ｂ−Ｂ　−線からみた断面図である。発光管４ａは、通
常の照明用のものと変わらず、例えば直径８ｍｍ、長さ
９２ｍｍの円筒形セラミックス管の両端に放電電極４ｅ
、４ｅを設け、ナトリウムアマルガムと希ガスを封入し
て構成されている。この発光管４ａを封入する外管４ｂ
は、例えば内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍの石英で形成さ
れている。これは、発光管４ａの動作中においては１０
００℃に近い高温状態になるので、通常に照明用のもの
（石英以外の材質）は割れたり溶けたりするからである
。なお、発光管４ａと近接しない部分は高温状態になら
ないのでコバールガラス等でもよい。発光管４ａと外管
４ｂとの間には、それぞれの軸を一致させると共に、放
電による熱が外管４ｂに伝わらないようにする為に第５
図で示すような板ばね４　Ｃ％　４　ｃ　’−・・・を
介在させている。これらの板ばね４ｃ、４ｃ。

・・・は発光管４ａの両端部に固定されるステンレス製
のリング４ｄ、４ｄに溶着されている（第４図参照）。

さらに、リード線に接続することで発光管４ａに応力が
作用することを防止する為に、放電電極４ｅのリード線
４ｆとリード線９をそれぞれにステンレス製のよじり線
１０を介在して結合している。なお、発光管４ａを外管
４ｂの適切な位置に配置する為に軸方向へ移動させたと
き、リング４ｄが発光管４ａから外れないように止め金
（図示せず）が放電電極４ｅ、４ｅに固定されている。

高圧ナトリウムランプは、５９０±１０ｎｍの波長を有
し、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は当該波長帯に１．０６μｍの励
起光スペクトル帯を持つ。その為、高圧ナトリウムラン
プはＮｄ　：　ＹＡＧレーザの好適な励起用光源になる
。

次に、上記高圧ナトリウムランプと従来の高圧ナトリウ
ムランプとの差異を説明する。まず第１に、上記高圧ナ
トリウムランプは円柱状に形成された発光管４ａを外径
がほとんど変わらないような細いガラスパイプで形成し
た外管４ｂの中に封入している。その為、発する光のほ
とんどを無駄なく固体レーザ媒体であるＮｄ：ＹＡＧ結
晶３に集光させることができる。さらに、発光管４ａと
外管４−　ｂとは直接接触せず隙間が設けられているの
で、熱伝導により発光管４ａの熱が奪われることもない
。第２に、発光管４ａに固定されるリング４ｄに溶着さ
れた板ばね（位置決め部材）４０１４　Ｃ％・・・を介
在している。その為、発光管４ａと外管４ｂとの中心位
置はほぼ一致している。従って、外管４ｂを第２焦点位
置に置くことにより発光管４ａからの光を効率良く第１
焦点位置に置かれたＮｄ：ＹＡＧ結晶３に集光させるこ
とができる。第３に、放電電極４　ｅ　−、４ｅの先端
部は鏡面体６内に位置するが、他の大部分は鏡面体６外
の空気中に露出している。その為、水冷により放電に必
要な熱が奪われることなく有効な光励起か行われる。

なお、この実施例では固体レーザとしてＮｄ。

ＹＡＧレーザで説明しているが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザに
限定されるものではなく、励起スペクトルが高圧ナトリ
ウムランプと良く合っている固体レーザであればよい。

例えば、Ｎｄ−ガラス、ＹＬＦ、アレキサンドライトレ
ーザにも使用できる。

また、実施例においては鏡面体として楕円筒を使用して
いるが、形状は筒状でなくてもよく、楕円面を有するも
のであればよい。

さらに、１つの固体レーザ媒体に対して、複数の高圧ナ
トリウムランプを並置してもよい。

例えば、複数の楕円筒、を第１焦点が互いに重なるよう
に配置し、共通する第１焦点の位置に固体レーザ媒体、
それぞれの第２焦点の位置に高圧ナトリウムランプを配
置するようにしてもよい。

重要なことは、楕円筒あるいは楕円面で形成された鏡面
体の２つの焦点位置に、固体レーザ媒体と高圧ナトリウ
ムランプを配置している点である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
固体レーザの出力及び寿命を高めることができる。

さらに、励起光の集光性が向上し、効率の良い固体レー
ザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る高圧ナトリウムランプ励起固
体レーザの一実施例を示す図、第２図は、第１図のＡ−
Ａ−線からみた側面図、第３図は、この発明に係る高圧
ナトリウムランプ励起固体レーザに使用できる高圧ナト
リウムランプの構造を示す断面図、第４図は、第３図の
Ｂ−Ｂ−線からみた断面図、第５図は、第３図の高圧ナ
トリウムランプに使用できる板ばねの構造を示す図、第
６図は、従来の高圧ナトリウムランプの構造を示す断面
図である。 １・・・発光管 ２・・・外管 ３・・Ｎｄ：ＹＡＧ結晶 ４・・・高圧ナトリウムランプ ５・・・電源 ６・・二楕円筒 ７．８・・・ミラー ９・・・リード線 １０・・・よじり線 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　　　　　　山　
　　　１）　　　イ丁　　　　−高圧ナトリウムランプ
の構造 第３図 Ｂ　−Ｂ’線断面図　　　　　　板ばねの構造第４図　
　　　第５図 従来の高圧ナトリウムランプ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体レーザ媒体と、前記固体レーザ媒体と並置され
   発光部及び当該発光部を封入する円筒管を含んで成る高
   圧ナトリウムランプと、 前記固体レーザ媒体の中心軸及び前記高圧ナトリウムラ
   ンプの円筒軸をそれぞれ第１焦点及び第２焦点の位置と
   した楕円筒あるいは楕円面で形成された鏡面体と、 前記固体レーザ媒体の円柱軸の延長線上における前後に
   、レーザの発振波長において高反射率の反射ミラー及び
   出力用のハーフミラーとを備えて構成されている高圧ナ
   トリウムランプ励起固体レーザ。 ２、前記高圧ナトリウムランプが、前記発光部と前記円
   筒管との間に位置決め部材を介在し、前記発光部を前記
   円筒部のほぼ円筒軸上に配置する請求項１記載の高圧ナ
   トリウムランプ励起固体レーザ。 ３、前記高圧ナトリウムランプが、当該放熱部分に冷却
   手段を備えている請求項１記載の高圧ナトリウムランプ
   励起固体レーザ。