JPH02177486A

JPH02177486A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH02177486A
Application number: JP33225688A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Kuba; 一樹久場; Masaki Kuzumoto; 昌樹葛本; Shigenori Yagi; 重典八木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-10

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）この発明はスラブ型固体レーザーの基本構造及び熱レン
ズ補正に関するものである。

（従来の技術）第１２図は特許出願公告昭４８−１５５９９に示された
従来のスラブ型固体レーデ装置を示す側面図である。

図に於いて、（１）はスラブ、（ｌａ）はその光学的平
滑表面、（１ｂ）はレーザビーム（２）の人出射出端面
である。（２ａ）はレーザビームの光軸、（２ｂ）はそ
の外縁である。（３）は励起ランプ、（４）は集光器、
（５）はスラブ（１）及びランプ（３）を冷却する冷媒
である。（６）は全反射鏡、（７）は部分反射鏡で両者
は、共振器を構成する。

次に動作について説明する。

薄板状レーザ媒質であるスラブ（１）は、励起ランプ（
３）と集光器（４）によって、その表面（１ａ）より励
起される。励起されたエネルギーの一部は、共振器ミラ
ー＜６）（７）によって内部全反射をくり返しながらジ
グザグ状に伝搬するレーザビーム（２）として、媒質外
に取り出される。

又、残りの励起エネルギーは、スラブ（１）内で熱とな
り、冷媒（５）によって、その表面（１ａ）より除熱さ
れる。この時スラブ内には厚み方向に二乗温度分布が生
じ、これによって熱レンズ化が起きる。しかしながら、
レーザビーム光軸（２ａ）がジグザグ状である為、二乗
温度分布及び熱レンズに代表される光学歪は、相殺低減
され、レーザビームのスラブ型固体レーザ装置は以上の
様に構成されており、理想的には熱レンズ効果は低減さ
れるが、内部全反射を要する為レーザ媒質表面（１ａ）
を光学的平滑面に研磨する必要があり、レーザ媒質を著
しく高価なものとしていた。又、実際には、レーデ媒質
の熱膨張及びレーザ媒質の支持及び冷媒のシール位置に
於けるストレスによって内部全反射面である表面が歪み
、レーザビームの品質が劣化するという大きな問題もあ
った。さらには、光学的平滑面である表面を反射光路に
持つ、寄生発振により、出力が低下するという問題もあ
った。

この発明は上記の様な問題点を解決する為になされたも
ので、安価であるとともに、ビーム品質の秀れた。効率
の高い固体レーザ装置を得る事を第１の発明に係る固体
レーザ装置はレーザビームのレーザ媒質内光路をレーザ
媒質表面と平行にし、さらに、第２ないし第７の発明に
係る固体レーザ装置はレーザビーム光路上に一次元熱レ
ンズの光学的相殺手段を設けたものである。

（作　用）第１の発明に於けるレーザビームは、媒質の厚み方向の
みに熱レンズ効果を受け、さらに、第２ないし第７の発
明に於ける一次元熱レンズの光学的相殺手段は、一次元
熱レンズ効果を光学的に補正する。

（実施例〕以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図（ａ）、　（ｂ）は各々第１の発明の一実施例に
於ける上面断面図、正面断面図である。図において（１
）は薄板状レーザ媒質、（ｌａ）はその表面。

（１ｂ）はレーザビーム（２）の入出射端面である。

（２ａ）はレーザビームの光軸、（２ｂ）はレーザビー
ムの外縁である。（３）は励起ランプ、（４）は集光器
（５）は冷媒である。（６）は全反射鏡、（７）は部分
反射鏡で共振器を構成する。

次に動作について説明する。

薄板状レーザ媒質（１）は、励起ランプ（３）と集光器
（４）によって、その表面（ｌａ）より励起される。励
起されたエネルギーの一部は、共振器ミラー（６）、　
（？）によって、レーザ媒質（１）内をその表面（ｌａ
）と平行に伝搬するレーザビーム（２）として媒質外に
取り出される。残りの励起エネルギーはレーザ媒質（１
）内で熱となり、冷媒（５）によってその表面（１ａ）
より除熱される。この時媒質（１）内には第２図に示す
様に厚み方向に二乗温度分布が生じ、これによって熱レ
ンズ化が起きる。

しかし、媒質表面（１ａ）に平行な方向には、熱レンズ
化は起きない。尚、レーザ媒質（１）を大面積で冷却す
る為、効率の良い冷却が可能である。

レーザビーム（２）は、その先軸（２ａ）がレーザ媒質
表面（１ａ）に平行であるため、従来の内部全反射型ス
ラブレーザで見られる媒質表面（１ａ）の熱歪又は応力
歪による影響は受けず、レーザ媒質（１）の厚み方向の
熱レンズ効果を受けるのみであり媒質（１）外の光学素
子で補正する事が容易になる効果がある。又、内部全反
射を要しないので。

従来のように媒質表面（ｌａ）を光学研磨する必要がな
く、装置の大幅な価格低減が出来るという絶大な効果が
あるとともに、媒質表面（１ａ）を反射光路に持つ寄生
発振を防止できレーザ出力の効率が向上する効果もある
。

次に一次元熱レンズ効果がレーザ出力特性に与える影響
について述べた後、この一次元熱レンズ効果を補正した
第２ないし第７の発明の実施例について述べる。

第１図に於ける。全反射鏡（６）を平面鏡２部分反射鏡
（７）を凹面鏡として安定型発振器を組みレーザ発振を
行うと、第３図に示す様に８人力レベルが低い間、即ち
Ｐ、−ΔＰ−Ｐ、では、安定に発振し１人力の増加に応
じてレーザ出力も増加するが、やがてレーザ媒質（１）
内に生じる一次元熱レンズ化の為、媒質内のレーザビー
ム断面積が厚み方向に減少するとともに出力が低下し、
最終的には人力Ｐ１＋ΔＰで、熱レンズ媒質を含む共振
器は不安定領域に入り１発振は停止する。第３図に於て
破線は、熱レンズ化が生じていない場合のレーザ出力特
性である。

第４図は第２の発明の一実施例であるとともに。

第３の発明の一実施例であり、上記欠点を解消すること
ができる。全反射鏡（６）を入力Ｐ２（Ｐ２＞ｐ＋）で
発生する媒質の熱レンズを相殺する様な曲率を持つ１次
元凸面鏡（６１）にすれば、入力　Ｐ２付近（Ｐ、−Δ
Ｐ−Ｐ、＋ΔＰ）で、１次元凸面全反射鏡（６１）と熱
レンズ化レーザ媒質が、平面全反射鏡（６）と熱レンズ
効果のない媒質の組合せとほぼ等価になる。この結果人
力Ｐ２付近では、媒質に熱レンズ化が生じていない場合
の出力特性をほぼ再現する。この様子を第５図実線で示
す。図中破線は、熱レンズ化が生じていない場合のレー
ザ出力特性である。

第６図は第４の発明の一実施例で、一次元可変曲率ミラ
ー（６２）を用いた例である。入力レベルに応じて常に
媒質の熱レンズ効果を相殺する様一次元可変曲率ミラー
（６２）の曲率半径Ｒを制御し、全入力領域にわたって
、熱レンズ化の生じていないレーザ媒質と同様のレーザ
出力特性を得る事が出来る。

尚１曲率半径Ｒの可変手段としては９表面が鏡面の弾性
のある薄肉金属パイプ（６２）の光軸に垂直な径を電歪
素子（６２１）で変化させる事等が考えられる。又、制
御方法としては、レーザ人力を測定器（１０）でモニタ
ーし、このモニター信号を増幅器（１２）で増幅して、
電歪素子（６２１）の人力とする帰還制御法等が考えら
れる。

第７図は第４の発明の他の実施例である。図に示す様に
、異なる入力レベルＰ、、Ｐ２．Ｐ３における熱レンズ
効果を相殺する曲率を持つ１次曲面全反射鏡（６１１）
、　（６１２）、　（６１３）を備え、各入力レベルＰ
　１．　Ｐ　２．　Ｐ　、に応じて、これらを切り替え
る事でも、第８図に示す様に広い入力範囲にわたってほ
ぼ安定なレーザ出力特性を得る事が出来る。第８図に於
て、破線、−転鎖線、二点鎖線は、各々第７図に於ける
一次元凸面全反射鏡（６１１）　、　（６１２）　。

（６１３）を用いた場合のレーザ出力特性であり、実線
はこれらを入力レベルで切り替えた時の出力特性である
。

尚９人力レベルに応じたミラーの切り替え方法としては
、各ミラー（６１１）、　（６１２）、　（６１３）を
光軸に垂直な方向に移動軸を持つ、電動精密トランスレ
ータ−（９）上に配置し、入力レベルモニター信号を、
切り替え基準レベルと比較器（１１）で比較し。

この比較信号によりトランスレータ−（９）をトランス
レータ−駆動器（１２）で駆動し、自動的に切り替える
方法等が考えられる。

第９図は第５の発明の一実施例である。図に示す様に共
振器内に一次元凹レンズ（８）を配置することによって
、媒質の一次元熱凸レンズを補正する。

第１０図は第６の発明の一実施例で、共振器内の一次元
凹レンズ（８）の位置を光軸上で移動させる事で媒質の
一次元熱凸レンズ補正範囲を拡大する事が出来る。

尚、レンズ（８）の移動法としては、光軸方向に移動軸
を持つトランスレータ−（９）を用い、第６図に示した
実施例と同様のレーザ人力による帰還制御で行う法等が
考えられる。

第１１図は第７の発明の一実施例である。図に示す様に
複数の異なる焦点距離を持つ一次元量レンズ（８１）、
　（８２）、　（８３）を備え、入力レベルに応じてこ
れらを切り替える事でもレーザ出力の安定動作領域は拡
大する。尚、レンズの切り替えは、第７図に示した実施
例と同様の方法で行う事が出来る。

（発明の効果）以上のように、第１の発明によれば、レーザ媒質を薄板
状にし、かつ表面より冷却するとともに。

レーザビームの媒質内光路を表面と平行としたので、一
次元の熱レンズ効果の影響は受けるが、歪の少ないレー
ザビームが得られるとともに、装置が安価になる効果が
ある。さらに第２ないし第７の発明によれば、レーザ媒
質内に生じる一次元量レンズをレーザ光路上に設けた一
次元量レンズの光学的相殺手段によって実質的にキャン
セルしたので、より歪の少ない、良質な高出力レーザビ
ームを高効率で得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は各々第１の発明の一実施例に
よる固体レーザ装置を示す断面上面図及び断面側面図、
第２図は第１の発明に於けるレーザ媒質断面図と、これ
に対応した厚み方向及び幅方向の温度分布と熱レンズ分
布を示した説明図、第３図は、第１図に示した第１の発
明の実施例による固体レーザ装置のレーザ出力特性説明
図、第４図（ａ）（ｂ）は各々第２及び第３の発明の一
実施例による固体レーザ装置を示す断面上面図及び断面
側面図、第５図は第４図に示した。第２及び第３の発明
の一実施例による固体レーザ装置のレーザ出力特性説明
図、第６図（ａ）（ｂ）は各々第４図の発明の一実施例
による固体レーザ装置を示す断面上面及び断面側面図　
第７図は、第４の発明の他の実施例による固体レーザ装
置を示す斜視図、第８図は、第７図に示した第４の発明
の他の実施例による固体レーザ装置のレーザ出力特性説
明図、第９図は第５の発明の一実施による固体レーザ装
置を示す断面図、第１０図は第６の発明の一実施例によ
る固体レーデ装置を示す断面図、第１１図は第７の発明
の一実施例による固体レーザ装置を示す斜視図、第１２
図は従来の固体レーザ装置を示す断面側面図である。図において、（１）・・・レーザ媒質、（ｌａ）・・・
レーザ媒質表面、（２）・・・レーザビーム、（３）・
・・励起光源、（６）・・・共振器ミラー、　（６１）
・・・一次元曲率ミラ（６２）・・・一次元可変曲率ミ
ラー、（７）・・・共振器ミラー、（８）・・・一次元
レンズである。なお１図中同一符号は同−又は相当部分を示す。図面の浄書（内容に変更なし）１ニド（醇質Ｉａ：Ｌ−＋ｒ蛯質濠面２：１−ザＬ−ムに励起光源６；全及射餞７：部古及射夕東

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いにほぼ平行な二つの広い表面を持つ薄板状レ
ーザ媒質と、レーザ媒質を励起する光源と、レーザ媒質
内の励起エネルギーの一部をレーザビームとし取り出す
一組の共振器ミラーとで構成される固体レーザ装置に於
て、レーザ媒質内の光路が上記表面に平行で、レーザ媒
質の冷却が上記表面より行われる事を特徴とする固体レ
ーザ装置。
（２）レーザ媒質内の厚み方向の温度分布に基づく１次
元熱レンズを光学的に相殺する手段がレーザ共振器内に
設けられている事を特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の固体レーザ装置。
（３）一次元熱レンズの光学的相殺手段が、レーザ媒質
の厚み方向のみに曲率を持つ一次元曲率ミラーである事
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の固体レーザ装
置。
（４）一次元曲率ミラーの曲率がレーザの動作状況に応
じて変化する事を特徴とする特許請求の範囲第３項記載
の固体レーザ装置。
（５）一次元熱レンズの光学的相殺手段が、レーザ媒質
の厚み方向一次元レンズである事を特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の固体レーザ装置。
（６）一次元レンズの光軸上の位置がレーザの動作状況
に応じて変化する様に構成されている事を特徴とする特
許請求の範囲第５項記載の固体レーザ装置。
（７）一次元レンズの焦点距離が、レーザの動作状況に
応じて変化する様に構成されている事を特徴とする特許
請求の範囲第５項目記載の固体レーザ装置。