JPH02209778A - 固体レーザ装置 - 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］ 本発明は固体レーザ装置に関するものであり、特に、真
直な筒状を成す固体のレーザ発生体の内側に励起光源を
配置した形式の固体レーザ装置（以下、内側励起型の固
体レーザ装置という）における冷却に関するものである
。

（発明の背景〕 内側励起型の固体レーザ装置は、上記レーザ発生体と励
起光源とに加えて光共振手段を含むように構成される。

レーザ発生体は光励起に基づくレーザ光を両端面から放
出するものであり、励起光源はレーザ発生体に励起光を
照射してそれを光励起するものであって、光共振手段は
レーザ発生体をそれの軸方向の両側から挟んで互に対向
する一対の反射面を有するもの、とされる。

この固体レーザ装置の一例が特開昭５８−１１８１８２
号公報に開示されている。これは第３図に示すように、
（ａ）真直な円筒状のレーザ発生体１００と、（ｂ）レ
ーザ発生体１００の後端面（図において右側の端面）と
前端面（左側の端面）とにそれぞれ形成され、レーザ発
生体１００をそれの軸方向において挟んで互に対向する
全反射型のリヤ反射面１０２と部分透過型の出力反射面
１０４とから成る光共振手段１０６と、（Ｃ）励起光源
としての棒状ランプ１０８とを備えている。この固体レ
ーザ装置においては、ランプ１０８が励起光をレーザ発
生体１００の内周面に照射すれば、レーザ発生体１００
が光励起され、この光励起に基づくレーザ光がリヤ反射
面１０２および出力反射面１０４間を往復する間に誘導
放出により増幅されて発振し、これにより位相の揃った
十分な強度のレーザ光が出力反射面１０４を透過して出
力される。

なお、図において符号１１０と１１２とは共にランプ１
０８の電極である。

〔発明が解決しようとする課題］ レーザ発生体は一般に励起光を吸収すると発熱するため
、熱膨張が生じて屈折率が変化したり破損してしまうこ
とがある。そのため、固体レーザ装置には、レーザ発生
体を冷却することによりレーザ発生体の温度上昇を抑制
する冷却手段を設けるのが普通である。

本発明は前述の内側励起型の固体レーザ装置に好適な冷
却手段を提供することを課題として為されたものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、内側励起型の固体レーザ装置に、（ａ）レー
ザ発生体の外面を支持することによりレーザ発生体を保
持するケーシングと、（ｂ）各々がレーザ発生体の内面
に液密に嵌合され、冷却液を収容する冷却室をレーザ発
生体の内面と共同しで形成するとともに、励起光源をそ
れの外面が冷却室内の冷却液に接触する状態で保持する
一対の保持部材と、（Ｃ）冷却室に冷却液を供給する冷
却装置とを設けたことを要旨とする。

（作用および発明の効果〕 本発明装置においては、レーザ発生体がそれの内面が冷
却液に接触させられることによって冷却されるから、励
起光源からの励起光の照射に伴うレーザ発生体の温度上
昇が抑制される。

さらに、本発明装置においては、レーザ発生体の保持が
、ケーシングがレーザ発生体の外面を支、持することに
よって実現されるとともに、励起光源の保持が、レーザ
発生体の内面に嵌合された一対の保持部材によって実現
されるから、ケーシングのレーザ発生体を保持する部分
および励起光源を保持する一対の保持部材によってレー
ザ発生体の両端面から放出されるレーザ光の光路が遮ら
れることがない。さらに、レーザ発生体の内面と励起光
源の外面と一対の保持部材の互に対向する端面同士とが
共同して冷却室（以下、内側冷却室という）を形成する
から、冷却室内の冷却液によっても上記光路が遮られる
ことがない。

これらの様子を具体的に説明すれば、例えば、先の従来
例のように、光共振手段がそれの一対の反射面がレーザ
発生体の両端面に形成されたいわゆる内部鏡形式である
場合には、それら一対の反射面のうちの出力反射面（一
対の反射面の一方のみが出力反射面とされる場合と、双
方が共に出力反射面とされる場合とがある）を透過して
外部へ進む光路（以下、出力光路という）が遮られるこ
とがない。

また、光共振手段にはこの内部鏡形式の他に、一対のミ
ラーを有し、かつ、互に対応する各ミラーとレーザ発生
体の各端面とがレーザ発生体の軸方向に距離を隔てて対
向したいわゆる外部鏡影式が存在する。この形式の場合
には、内部鏡形式の場合と異なり、各ミラーとレーザ発
生体の各端面との間に空間が存在するが、この空間を利
用してレーザ発生体もしくは励起光源の保持またはレー
ザ発生体の冷却を行うと、レーザ光が一対のミラー間で
往復する光路（以下、往復光路という）が遮られること
となる。しかし、本発明に従えば、その空間を利用する
ことなく上記保持または冷却を行い得るから上記往復光
路が遮られることがなく、また、内部鏡形式の場合と同
様に一対のミラーのうちの出力ミラー（部分透過型のミ
ラー）を透過して外部へ進む出力光路が遮られることも
ない。

このように、本発明に従えば、レーザ発生体および励起
光源の保持ならびに冷却室の形成のためにレーザ光の光
路が遮られることがないから、レーザ発生体のレーザ光
発生効率を高めることができる。

さらに、本発明装置においては、レーザ発生体と励起光
源との相対位置が一対の保持部材によって規定されるか
ら、励起光源をケーシングに設けた部材に保持させる場
合より容易にレーザ発生体と励起光源との相対位置精度
を高めることができる。

［補足説明］ 本発明装置に更に、レーザ発生体の外面と共同してその
外面に接触する状態で冷却液を収容する外側冷却室を形
成する冷却室形成部材と、この外側冷却室に冷却液を供
給する第２の冷却装置とを設けることができる。このよ
うにすれば、レーザ発生体が外面からも内面からも冷却
されることとなり、レーザ発生体の温度上昇が一層良好
に抑制される。

この態様において、外側冷却室と前記内側冷却室とを、
レーザ発生体を半径方向に貫通する液通路を経て互に連
通させることができる。このようにすれば、各冷却室に
対する冷却液供給を一つの冷却装置によって実現するこ
とが可能となり、内側冷却室に冷却液を供給する前記冷
却装置と外側冷却室に冷却液を供給する第２の冷却装置
とを共通化することができ、装置コストが節減できる。

また、この場合は、前記ケーシングによって外側冷却室
を形成することも可能であり、この場合にはケーシング
が冷却室形成部材を兼ねることとなり、装置コストが節
減できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

本発明の実施例である固体レーザ装置は第１図に示すよ
うに、円筒容器状を成すケーシングｌＯを備えている。

このケーシング１０により真直な円筒状のレーザ発生体
１２がケーシング１０と同軸に、かつ、レーザ発生体１
２の両端面がケーシング１０から突出する状態で保持さ
れている。ケーシング１０の前端壁１４　（図において
左側の端壁）と後端壁１６（右側の端壁）とを同軸に貫
通する同径の貫通穴１８．２０の内周面によってレーザ
発生体１２両端部の外周面が支持されているのである。

レーザ発生体１２の中心には一対の保持部材２２．２４
により励起光源としての棒状ランプ２６がレーザ発生体
１２と同軸に保持されている。各保持部材２２．２４は
真直な筒状を成しており、それの外周面がレーザ発生体
１２の内周面の、各保持部材２２．２４の外周面に対応
する部分に軸方向に摺動可能に嵌合される一方、内周面
がランプ２６の発光部の外周面の、各保持部材２２，２
４の内周面に対応する部分に軸方向に摺動可能に嵌合さ
れている。一対の保持部材２２．２４により、レーザ発
生体１２とランプ２６との半径方向相対位置と軸方向相
対位置とがそれぞれ規定されるのである。

レーザ発生体１２は活性物質としての３価のネオジウム
イオンＮ　ｄ　”が母体材料としてのＹＡＧ（Ｙ　３　
Ａ　Ｅ　ｓ　Ｏ＋　ｚ　）の結晶にドープされたもので
ある。レーザ発生体１２の各端面ばそれの軸線に直角な
平面に鏡面研磨され、その上で各端面にレーザ光の反射
を防止する反射防止膜がコーティングされている。また
、レーザ発生体１２の内周面は適当に粗い表面粗さで研
磨され、ランプ２６からの励起光が・高い効率でレーザ
発生体１２に吸収されるようにされている。一方、レー
ザ発生体１２の外周面には、レーザ発生体１２からのレ
ーザ光およびレーザ発生体１２を透過したランプ２６の
励起光をレーザ発生体１２に反射する反射膜がコーティ
ングされており、これにより、それらレーザ光および励
起光がレーザ発止体１２内に閉じ込められるようにされ
ている。

レーザ発生体１２の後方（図において右方）にリヤミラ
ー２８、前方に出力ミラー３０がそれぞれ配設されてい
る。リヤミラー２８は、レーザ発生体１２のそのミラー
２８側の端面から放出されるレーザ光のほとんどをレー
ザ発生体１２に反射する全反射型の反射面を有するもの
とされている。

一方、出力ミラー３０は、レーザ発生体１２のそのミラ
ー３０側の端面から放出されるレーザ光の一部は透過さ
せるが、それ以外のレーザ光のほとんどはレーザ発生体
１２に反射する部分透過型の反射面を有するものとされ
ている。本実施例においては、それらリヤミラー２８と
出力ミラー３０とが外部鐘形式の光共振手段を構成して
いるのである。

ケーシング１０にレーザ発生体１２が嵌合されることに
よってレーザ発生体１２の外側に筒状空間が形成されて
いる。この空間はケーシング１０の内側の、ケーシング
１０の軸方向中央に形成された円環状隔壁３１によって
前後（図において左右）に仕切られており、それぞれが
外側冷却室３２および３４とされている。また、レーザ
発生体１２の内側にランプ２６と一対の保持部材２２゜
２４とによって筒状の内側冷却室３６が形成されている
。

ケーシング１０とレーザ発生体１２との間の液密、レー
ザ発生体１２と各保持部材２２．２４との間の液密およ
び各保持部材２２．２４とランプ２６との間の液密はそ
れぞれ、シール手段としての０リング３８．４０および
４２によって達成されている。また、０リング３８．４
０および４２はそれぞれ、自身の弾性力によりレーザ発
生体１２とケーシング１０との間、レーザ発生体１２と
各保持部材２２．２４との間および各保持部材２２．２
４とランプ２６との間の軸方向相対変位を一定限度内で
許容する移動規制手段を兼ねている。

外側冷却室３４はケーシング１０の入口ポート４６にお
いて液通路４８を介して、外側冷却室３２は出口ボート
５０において液通路５２を介してそれぞれ冷却装置５４
に接続されている。レーザ発生体１２の両端部にはそれ
ぞれ、第２図に示すように、レーザ発生体１２の軸線を
中心として半径方向に互に等角で放射状に延びる６個の
貫通穴５６が形成されている。外側冷却室３２および３
４と内側冷却室３６とが対応する貫通穴５６によってそ
れぞれ互に連通させられているのである。

第１図に示す冷却装置５４は光学的に透明な冷却水を冷
却液として液通路４８を経て入口ボート４６に供給する
一方、この供給に伴って出口ボート５０から押し出され
た冷却水を液通路５２から取り込むことにより、冷却水
を液通路４８．外側冷却室３４．内側冷却室３６．外側
冷却室３２および液通路５２に順に循環させる。また、
冷却装置５４は、液通路５２から取り込んだ冷却水を次
回の循環に備えて一定温度に冷却する。

次に作動を説明する。

ランプ２６が励起光を発すれば、この発した励起光が内
側冷却室３６内の冷却水を透過してレーザ発生体１２の
内周面に到達する。レーザ発生体１２はその励起光を吸
収し、レーザ発生体１２内のネオジウムイオンＮｄ”が
光励起される。この光励起されたネオジウムイオンＮｄ
”はそれより低いエネルギ準位に遷移する際に、レーザ
発生体１２の両端面からレーザ光を放出する。この放出
されたレーザ光はりャミラ−２８および出力ミラー３０
間を往復する間に誘導放出によって増幅される。増幅さ
れて発振したレーザ光は出力ミラー３０を透過して出力
される。

ランプ２６が励起光の照射を開始するのに伴って冷却装
置５４が作動を開始させられる。したがって、励起光の
照射によりレーザ発生体１２が発熱し、また、ランプ２
６も発熱しても、冷却水が外側冷却室３４．内側冷却室
３６および外側冷却室３２等を順に循環させられる結果
、外側冷却室３２．３４内の冷却水によってレーザ発生
体１２の外周面が冷却され、内側冷却室３６内の冷却水
によってレーザ発生体１２の内周面とランプ２６の外周
面とが共に冷却されるから、レーザ発生体１２およびラ
ンプ２６の温度上昇がそれぞれ抑制される。

なお、付言すれば、レーザ発生体１２は中実の結晶素材
の中心部を除去することによって得られる。ところで、
結晶成長の際に、結晶素材の中心部にはレーザ光発生に
不適当な光学歪が発生する。

しかし、本実施例においては、結晶素材からその光学歪
の発生領域が除去されたものがレーザ発生体１２として
使用されることとなるから、励起光がレーザ光発生に不
適当な部分に照射されることがなくなり、励起光が無駄
に消費されることがない。

また、結晶素材には、各々が結晶素材の中心線に平行に
延びかつ、その中心線を中心に互に等角で放射状に延び
る６つの面領域にもそれぞれ光学歪が発生する。これら
の領域は結晶素材からレーザ発生体１２を製作する際に
除去されないため、レーザ発生体１２の、その光学歪の
発生領域からは十分なレーザ光を得ることができない。

ところで、本実施例においては、外側冷却室３２．３４
の各々と内側冷却室３６とをそれぞれ互に連通させるた
めにレーザ発生体１２に複数の貫通穴５６が設けられて
いるが、これら貫通穴５６が光学歪の発生領域とレーザ
発生体１２の軸方向（レーザ光の進行方向と一致する）
において対応して設けられている。したがって、レーザ
発生体１２に貫通穴５６を設けてその各貫通穴５６に冷
却水を流通させても、レーザ光発生体１２のレーザ光発
生能率はレーザ発生体１２に貫通穴５６を全く設けない
場合と大差ない。

さらに、本実施例においては、レーザ発生体１２とラン
プ２６との半径方向相対位置が一対の保持部材２２．２
４によって規定されるから、その相対位置精度がそれら
一対の保持部材２２．２４の部品精度によって決まるこ
ととなり、レーザ発生体１２とランプ２６との同軸度を
容易に高めることができる。したがって、ランプ２６が
レーザ発生体１２の中心に高い精度で正確に配置され、
レーザ発生体１２にそれの周方向に励起光が均一に照射
されることとなる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明はその他の態様で実施することが可能であ
る。

例えば、前記実施例においては、ケーシング１０とレー
ザ発生体１２．レーザ発生体１２と各保持部材２２．２
４および各保持部材２２．２４とランプ２６の各両者を
互に軸方向に関して弾性的に結合するとともに、各両者
間の液密を達成する手段として０リング３８．４０およ
び４２が用いられていたが、これらＯリング３Ｂ、４０
．４２を用いる代わりに、各両者をシリコン系の接着剤
により互に軸方向に関して弾性的にかつ液密に接着する
ことができる。

また、前記実施例においては、冷却装置５４が冷却水を
外側冷却室３２．３４および内側冷却室３６に循環させ
ることにより同じ冷却水を何回も使用する形式とされて
いたが、−度使用した冷却水は再使用しない形式とする
ことも可能である。

また、前記実施例においては、レーザ発生体１２の外周
面に反射膜がコーティングされていたが、この代わりに
、レーザ発生体１２の外側にそれと同軸に円筒形の反射
面を存する集光反射鏡を設けることができる。しかし、
後者の場合には反射面を支持する支持体が余分に必要と
なるから、前者のほうが後者より材料コストの面で有利
である。

また、前記実施例における固体レーザ装置は、レーザ発
生体１２の内側にランプ２６を一つ備えた形式とされて
いたが、必要に応じてランプ２６の数を増大させること
ができる。

これらの他、活性物質の種類を変更したり、母体材料を
ガラス等の非晶質に変更したりするなど、当業者の知識
に基づいて種々の変形、改良等を施した態様で本発明を
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である固体レーザ装置を示す
部分側面断面図、第２図は第１図における■−■断面図
である。第３図は固体レーザ装置の一従来例を示す斜視
図である。 １０：ケーシング　　　１・２：レーザ発生体２２．２
４：保持部材　２６：ランプ ２８：リャミラ−３０：出力ミラー ３２．３４：外側冷却室３６：内側冷却室５４：冷却装
置　　　　５６：貫通穴

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真直な筒状を成し、光励起に基づくレーザ光を両端面か
   ら放出する固体のレーザ発生体と、そのレーザ発生体の
   内側に配置され、レーザ発生体に励起光を照射してそれ
   を光励起する励起光源と、 前記レーザ発生体をそれの軸方向の両側から挟んで互に
   対向する一対の反射面を有する光共振手段と を含む固体レーザ装置において、 前記レーザ発生体の外面を支持することによりレーザ発
   生体を保持するケーシングと、 各々が前記レーザ発生体の内面に液密に嵌合され、冷却
   液を収容する冷却室をレーザ発生体の内面と共同して形
   成するとともに、前記励起光源をそれの外面が前記冷却
   室内の冷却液に接触する状態で保持する一対の保持部材
   と、 前記冷却室に冷却液を供給する冷却装置と を設けたことを特徴とする固体レーザ装置。