JPH04330792A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JPH04330792A JPH04330792A JP3023887A JP2388791A JPH04330792A JP H04330792 A JPH04330792 A JP H04330792A JP 3023887 A JP3023887 A JP 3023887A JP 2388791 A JP2388791 A JP 2388791A JP H04330792 A JPH04330792 A JP H04330792A
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- laser
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【産業上の利用分野】この発明は固体レーザ装置に関す
るものであり、発振器と増幅器によって構成され、固体
レーザによるレーザビームを直接増幅してこれを得るた
めのレーザ装置であって、高励起、高繰返し動作でもビ
ームの質が劣化せず、かつ高効率で良質なレーザビーム
が得られる固体レーザのレーザ装置を提供するものであ
る。
るものであり、発振器と増幅器によって構成され、固体
レーザによるレーザビームを直接増幅してこれを得るた
めのレーザ装置であって、高励起、高繰返し動作でもビ
ームの質が劣化せず、かつ高効率で良質なレーザビーム
が得られる固体レーザのレーザ装置を提供するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体レーザ装置は種々多様なもの
が提案されているが、高い出力のレーザビームを得るた
め発振器と増幅器によって固体レーザのレーザビームを
直接増幅する方法では、一般的に同一種の結晶を夫々発
振器と増幅器の固体レーザ材料として用い、各固体レー
ザ材料を夫々キセノンランプなどでポンピングし、発振
器と増幅器とを出力結合器で接続するという構成を採っ
ている。
が提案されているが、高い出力のレーザビームを得るた
め発振器と増幅器によって固体レーザのレーザビームを
直接増幅する方法では、一般的に同一種の結晶を夫々発
振器と増幅器の固体レーザ材料として用い、各固体レー
ザ材料を夫々キセノンランプなどでポンピングし、発振
器と増幅器とを出力結合器で接続するという構成を採っ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで結晶系固体レ
ーザ材料においては、結晶の平均吸収係数が小さければ
熱レンズ効果によるビーム品質の劣化は少ないが、動作
効率は低い。一方結晶の平均吸収係数が大きければ動作
効率は高いが、特に高レベルの励起時に熱レンズ効果の
ためビームの質が劣化するという問題がある。
ーザ材料においては、結晶の平均吸収係数が小さければ
熱レンズ効果によるビーム品質の劣化は少ないが、動作
効率は低い。一方結晶の平均吸収係数が大きければ動作
効率は高いが、特に高レベルの励起時に熱レンズ効果の
ためビームの質が劣化するという問題がある。
【０００４】従って従来この種の固体レーザ装置におい
ては、上記の如く同一種の結晶を夫々発振器と増幅器の
固体レーザ材料として用いているため、平均吸収係数が
小さい固体レーザ材料を用いて良質なビームを発生させ
る場合には動作効率が低下し、逆に平均吸収係数が大き
い固体レーザ材料を用いて動作効率を高レベルにすると
ビームの質が劣化してしまうという問題があった。
ては、上記の如く同一種の結晶を夫々発振器と増幅器の
固体レーザ材料として用いているため、平均吸収係数が
小さい固体レーザ材料を用いて良質なビームを発生させ
る場合には動作効率が低下し、逆に平均吸収係数が大き
い固体レーザ材料を用いて動作効率を高レベルにすると
ビームの質が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は上述のような
従来技術に存する問題点を解決するものであり、高励起
、高繰返し動作でもビームの質が劣化せず、高効率で良
質なレーザビームを発生させる固体レーザのレーザ装置
を提供するものである。
従来技術に存する問題点を解決するものであり、高励起
、高繰返し動作でもビームの質が劣化せず、高効率で良
質なレーザビームを発生させる固体レーザのレーザ装置
を提供するものである。
【０００６】そのための構成についていえば、この発明
は発振器と増幅器によって構成され、平均吸収係数の小
さい固体レーザ材料を発振器側のレーザ媒質に用い、一
方平均吸収係数の大きい固体レーザ材料を増幅器側のレ
ーザ媒質に用いている。
は発振器と増幅器によって構成され、平均吸収係数の小
さい固体レーザ材料を発振器側のレーザ媒質に用い、一
方平均吸収係数の大きい固体レーザ材料を増幅器側のレ
ーザ媒質に用いている。
【０００７】またさらにこのような構成に係る発振器と
増幅器を、後述するような一定の距離をおいて配置する
ことも提案できる。
増幅器を、後述するような一定の距離をおいて配置する
ことも提案できる。
【０００８】而して発振器側レーザ媒質には平均吸収係
数が小さい固体レーザ材料を用いているため熱伝導性が
良く、熱レンズ効果が少ない。従って基本的に発振器で
は良質のビームが得られる。但し吸収領域が狭いので、
効率（励起効率）が低く、また励起レベルを上げると熱
レンズ効果が増大してしまう。
数が小さい固体レーザ材料を用いているため熱伝導性が
良く、熱レンズ効果が少ない。従って基本的に発振器で
は良質のビームが得られる。但し吸収領域が狭いので、
効率（励起効率）が低く、また励起レベルを上げると熱
レンズ効果が増大してしまう。
【０００９】これに対し、増幅器側レーザ媒質には平均
吸収係数が大きい固体レーザ材料を用いているため吸収
効率は高い。しかし熱伝導性が悪いため熱レンズ効果が
大きい。
吸収係数が大きい固体レーザ材料を用いているため吸収
効率は高い。しかし熱伝導性が悪いため熱レンズ効果が
大きい。
【００１０】従って、そのような特性を有する発振器と
増幅器とによって構成されているこの発明に拠れば、発
振器での良質なビームが増幅器において高効率で増幅さ
れ、結果的に励起効率が高い良質なレーザビームが得ら
れるものである。
増幅器とによって構成されているこの発明に拠れば、発
振器での良質なビームが増幅器において高効率で増幅さ
れ、結果的に励起効率が高い良質なレーザビームが得ら
れるものである。
【００１１】なお発振器と増幅器に用いる各固体レーザ
材料の平均吸収係数は、発振器側は０．４〔外１〕以下
のもの、増幅器側は平均吸収係数が２．０〔外１〕以上
のものが好ましく、特に〔外２〕を発振器側固体レーザ
材料に使用し、新開発の〔外３〕を増幅器側固体レーザ
材料に使用した場合、良好な結果が得られた。
材料の平均吸収係数は、発振器側は０．４〔外１〕以下
のもの、増幅器側は平均吸収係数が２．０〔外１〕以上
のものが好ましく、特に〔外２〕を発振器側固体レーザ
材料に使用し、新開発の〔外３〕を増幅器側固体レーザ
材料に使用した場合、良好な結果が得られた。
【００１２】さらにまたそのような特性を有する発振器
と増幅器とを適切な位置に置くことにより、高い繰返し
周波数による高レベル励起での発振器のビームの質の劣
化（広がり角の増大）が、増幅器の固体レーザ材料の熱
レンズ効果による集束性で相殺される。従って高い繰返
し周波数による高レベル励起で動作しても、増幅器から
出力されるビームは広がり角が増大しない良質なもので
ある。その場合、発振器と増幅器との間の距離は、発振
器におけるミラー間の距離をＬとしたとき、当該発振器
の出力側ミラーの出力側端面と、増幅器のアパーチャと
の間の距離をＬ／２にすれば、上記したビームの質の劣
化（広がり角の増大）が防止されるものである。
と増幅器とを適切な位置に置くことにより、高い繰返し
周波数による高レベル励起での発振器のビームの質の劣
化（広がり角の増大）が、増幅器の固体レーザ材料の熱
レンズ効果による集束性で相殺される。従って高い繰返
し周波数による高レベル励起で動作しても、増幅器から
出力されるビームは広がり角が増大しない良質なもので
ある。その場合、発振器と増幅器との間の距離は、発振
器におけるミラー間の距離をＬとしたとき、当該発振器
の出力側ミラーの出力側端面と、増幅器のアパーチャと
の間の距離をＬ／２にすれば、上記したビームの質の劣
化（広がり角の増大）が防止されるものである。
【００１３】
【実施例】この発明をより詳細に説明するために、添付
の図面に示した実施例に従ってこれを説明する。この実
施例では、結晶系固体レーザ材料であるＧＳＡＧに活性
イオンの〔外４〕
の図面に示した実施例に従ってこれを説明する。この実
施例では、結晶系固体レーザ材料であるＧＳＡＧに活性
イオンの〔外４〕
【外４】
並びに〔外５〕
【外５】
をコードープ（Ｃｏ−ｄｏｐｅ）した新しい固体レーザ
材料である、〔外３〕をレーザロッドとして増幅器側に
使用している。
材料である、〔外３〕をレーザロッドとして増幅器側に
使用している。
【００１４】添付図面図１に基づいて具体的に説明する
と、１は発振器側レーザロッドであり、そのレーザ媒質
は〔外２〕である。この発振器側レーザロッド１の大き
さは直径が４ｍｍ、長さが８０ｍｍである。なお発振器
における反射側のミラー２の反射率は１００％であり、
出力側のミラー３の反射率は２０％である。
と、１は発振器側レーザロッドであり、そのレーザ媒質
は〔外２〕である。この発振器側レーザロッド１の大き
さは直径が４ｍｍ、長さが８０ｍｍである。なお発振器
における反射側のミラー２の反射率は１００％であり、
出力側のミラー３の反射率は２０％である。
【００１５】一方、増幅器側レーザロッド４のレーザ媒
質は新開発の〔外３〕を用いている。この新たに開発し
た〔外３〕は、従来の〔外２〕に〔外５〕をさらにコー
ドープしたものであり、本実施例では０．５×１０２０
／ｃｍ３の〔外５〕濃度である。またレーザロッド４の
大きさは、直径が７．２ｍｍ、長さが９２ｍｍである。 そして発振器の出力側のミラー３の出力側端面と増幅器
のアパーチャ５との間の距離は、ミラー２、３間の距離
をＬとすれば、Ｌ／２となるように設定してある。以上
の配置に基づき、実際にポンピングしてレーザービーム
を発生させた結果を、従来技術と比較しつつ下記に示す
。
質は新開発の〔外３〕を用いている。この新たに開発し
た〔外３〕は、従来の〔外２〕に〔外５〕をさらにコー
ドープしたものであり、本実施例では０．５×１０２０
／ｃｍ３の〔外５〕濃度である。またレーザロッド４の
大きさは、直径が７．２ｍｍ、長さが９２ｍｍである。 そして発振器の出力側のミラー３の出力側端面と増幅器
のアパーチャ５との間の距離は、ミラー２、３間の距離
をＬとすれば、Ｌ／２となるように設定してある。以上
の配置に基づき、実際にポンピングしてレーザービーム
を発生させた結果を、従来技術と比較しつつ下記に示す
。
【００１６】まず従来技術にかかる固体レーザ装置の概
要は、図２に示したようにレーザロッド１１の前後にミ
ラー１２、１３を配した一般的なもので、使用したレー
ザロッド１１のレーザ媒質はこの発明の実施例と同じく
、新開発の〔外３〕であり、大きさも全く同一であって
径が７．２ｍｍ、長さが９２ｍｍである。また反射側の
ミラー１２の反射率は１００％、出力側のミラー１３の
反射率は２０％である。
要は、図２に示したようにレーザロッド１１の前後にミ
ラー１２、１３を配した一般的なもので、使用したレー
ザロッド１１のレーザ媒質はこの発明の実施例と同じく
、新開発の〔外３〕であり、大きさも全く同一であって
径が７．２ｍｍ、長さが９２ｍｍである。また反射側の
ミラー１２の反射率は１００％、出力側のミラー１３の
反射率は２０％である。
【００１７】以上の配置構成に係る従来の固体レーザ装
置において、レーザロッド１１をポンピングパワー２２
０〔Ｊ〕で励起させる。一方上記実施例では発振器側の
レーザロッド１をポンピングパワー５０〔Ｊ〕で励起し
、増幅器側のレーザロッド４を２２０〔Ｊ〕で励起させ
る。その結果得られたレーザビームの広がり角の特性を
夫々図３、図４のグラフに示した。なおこれらグラフは
、横軸に繰返し周波数Ｒ．Ｒ．、即ち毎秒当たりのレー
ザパルス生成回数をとり、縦軸に広がり角度の変化率θ
／θ０、即ちパルスを一回出したときに観測されるレー
ザビームの広がり角度θ０と、繰返し動作時におけるレ
ーザビームの広がり角度θとの比をとったものである。
置において、レーザロッド１１をポンピングパワー２２
０〔Ｊ〕で励起させる。一方上記実施例では発振器側の
レーザロッド１をポンピングパワー５０〔Ｊ〕で励起し
、増幅器側のレーザロッド４を２２０〔Ｊ〕で励起させ
る。その結果得られたレーザビームの広がり角の特性を
夫々図３、図４のグラフに示した。なおこれらグラフは
、横軸に繰返し周波数Ｒ．Ｒ．、即ち毎秒当たりのレー
ザパルス生成回数をとり、縦軸に広がり角度の変化率θ
／θ０、即ちパルスを一回出したときに観測されるレー
ザビームの広がり角度θ０と、繰返し動作時におけるレ
ーザビームの広がり角度θとの比をとったものである。
【００１８】これらの結果をみると、従来では図３に示
したように、繰返し周波数Ｒ．Ｒ．が増加するにつれて
広がり角度の変化率θ／θ０もほぼ比例して大きくなり
、熱レンズ効果によって次第にビーム幅が広がっている
ことがわかる。これは理論値、実験値とも同じような特
性を示している。
したように、繰返し周波数Ｒ．Ｒ．が増加するにつれて
広がり角度の変化率θ／θ０もほぼ比例して大きくなり
、熱レンズ効果によって次第にビーム幅が広がっている
ことがわかる。これは理論値、実験値とも同じような特
性を示している。
【００１９】それに対し、実施例では図４に示したよう
に、繰返し周波数Ｒ．Ｒ．が増えてもビームの広がり角
度の変化率θ／θ０は殆ど変わらず、ほぼ１のままであ
る。従って高繰返し周波数で動作しても、ビームの質が
劣化していないことがわかる。即ち、実質的に高励起レ
ベルでポンピングしてもビームの質が劣化しないのであ
る。
に、繰返し周波数Ｒ．Ｒ．が増えてもビームの広がり角
度の変化率θ／θ０は殆ど変わらず、ほぼ１のままであ
る。従って高繰返し周波数で動作しても、ビームの質が
劣化していないことがわかる。即ち、実質的に高励起レ
ベルでポンピングしてもビームの質が劣化しないのであ
る。
【００２０】さらにその出力の様子を図５に示した。同
図はレーザの入力パルス（電気）エネルギーを出力パル
ス（光）エネルギーの関係をグラフで表わしたものであ
り、これから読み取れば実施例の出力は約１０Ｊである
ことがわかる。従って効率よくレーザビームが得られる
ことがわかる。なおその発振波長は１．０６０１μｍで
あった。
図はレーザの入力パルス（電気）エネルギーを出力パル
ス（光）エネルギーの関係をグラフで表わしたものであ
り、これから読み取れば実施例の出力は約１０Ｊである
ことがわかる。従って効率よくレーザビームが得られる
ことがわかる。なおその発振波長は１．０６０１μｍで
あった。
【００２１】また発振器と増幅器との間の距離には関係
しない、入力パワー（入力電気パルスエネルギー×パル
スの繰返し周波数）と出力パワー（入力パワーと同様に
光パルスから光パワーを計算したもの）との関係を図６
に示した。そしてこの場合の絶対効率η０（出力パワー
／入力パワー）は約５．３％であり、またスロープ効率
ηｓ（発振しきい値を原点とした場合の傾き、即ち△Ｐ
−ｏｕｔ／△Ｐ−ｉｎ）は約５．９％であった。
しない、入力パワー（入力電気パルスエネルギー×パル
スの繰返し周波数）と出力パワー（入力パワーと同様に
光パルスから光パワーを計算したもの）との関係を図６
に示した。そしてこの場合の絶対効率η０（出力パワー
／入力パワー）は約５．３％であり、またスロープ効率
ηｓ（発振しきい値を原点とした場合の傾き、即ち△Ｐ
−ｏｕｔ／△Ｐ−ｉｎ）は約５．９％であった。
【００２２】従って単に、発振器の固体レーザ材料に平
均吸収係数が０．４〔外１〕以下のものを使用し、増幅
器の固体レーザ材料には平均吸収係数が２．０〔外１〕
以上のものを使用した場合にも、効率よくレーザビーム
が得られることがわかる。もちろんこの場合、平均吸収
係数の低い固体レーザ材料を発振器に使用しているから
、従来のように発振器、増幅器とも平均吸収係数が高い
固体レーザ材料を使用した場合に比べて、本質的にビー
ムの品質も良いものである。
均吸収係数が０．４〔外１〕以下のものを使用し、増幅
器の固体レーザ材料には平均吸収係数が２．０〔外１〕
以上のものを使用した場合にも、効率よくレーザビーム
が得られることがわかる。もちろんこの場合、平均吸収
係数の低い固体レーザ材料を発振器に使用しているから
、従来のように発振器、増幅器とも平均吸収係数が高い
固体レーザ材料を使用した場合に比べて、本質的にビー
ムの品質も良いものである。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る固体レー
ザ装置は、ビームの質が良いモードで発振でき、これを
高効率で増幅させることでができる。
ザ装置は、ビームの質が良いモードで発振でき、これを
高効率で増幅させることでができる。
【００２４】しかも発振器におけるミラー間の距離をＬ
としたとき、当該発振器の出力側ミラーの出力側端面と
、増幅器のアパーチャとの間の距離をＬ／２とした場合
には、高繰返し周波数による高励起レベルで動作しても
ビーム角は広がらず、励起レベルに無関係に高いビーム
の質が維持できる。従って、この発明は例えばセラミッ
クスなど高融点材料の加工に適しており、その他高エネ
ルギー密度を必要とするレーザ加工技術に応用できるも
のである。
としたとき、当該発振器の出力側ミラーの出力側端面と
、増幅器のアパーチャとの間の距離をＬ／２とした場合
には、高繰返し周波数による高励起レベルで動作しても
ビーム角は広がらず、励起レベルに無関係に高いビーム
の質が維持できる。従って、この発明は例えばセラミッ
クスなど高融点材料の加工に適しており、その他高エネ
ルギー密度を必要とするレーザ加工技術に応用できるも
のである。
【図１】この発明に係る固体レーザ装置の実施例の概要
を示すための説明図である。
を示すための説明図である。
【図２】従来技術に係る固体レーザ装置の概要を示すた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図３】従来技術に係る固体レーザ装置によるレーザビ
ームの広がり角特性を示すグラフである。
ームの広がり角特性を示すグラフである。
【図４】この発明に係る固体レーザ装置の実施例による
レーザビームの広がり角特性を示すグラフである。
レーザビームの広がり角特性を示すグラフである。
【図５】この発明に係る固体レーザ装置の実施例におけ
る入力エネルギーと出力エネルギーの関係を示すグラフ
である。
る入力エネルギーと出力エネルギーの関係を示すグラフ
である。
【図６】この発明に係る固体レーザ装置の実施例におけ
る入力パワーと出力パワーの関係を示すグラフである。
る入力パワーと出力パワーの関係を示すグラフである。
１ 発振器側レーザロッド
２ ミラー
３ ミラー
４ 増幅器側レーザロッド
１１ レーザロッド
１２ ミラー
１３ ミラー
Claims (3)
- 【請求項１】発振器と増幅器によって構成される固体レ
ーザ装置であって、発振器の固体レーザ材料には平均吸
収係数が０．４〔外１〕以下のものを使用し、【外１】 増幅器の固体レーザ材料には平均吸収係数が２．０〔外
１〕以上のものを使用したことを特徴とする、固体レー
ザ装置。 - 【請求項２】発振器における固体レーザ材料が〔外２〕
、 【外２】 増幅器における固体レーザ材料が〔外３〕であることを
特徴とする、 【外３】 請求項１記載の固体レーザ装置。 - 【請求項３】発振器におけるミラー間の距離をＬとした
とき、当該発振器の出力側ミラーの出力側端面と、増幅
器のアパーチャとの間の距離をＬ／２としたことを特徴
とする、請求項１又は請求項２記載の固体レーザ装置。 【０００１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023887A JPH04330792A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023887A JPH04330792A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04330792A true JPH04330792A (ja) | 1992-11-18 |
Family
ID=12122963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3023887A Pending JPH04330792A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04330792A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004078076A (ja) * | 2002-08-22 | 2004-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 光導波路およびレーザ増幅器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5758379A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | Laser amplifying device |
| JPS6441296A (en) * | 1987-08-07 | 1989-02-13 | Nec Corp | Laser system |
-
1991
- 1991-01-25 JP JP3023887A patent/JPH04330792A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5758379A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | Laser amplifying device |
| JPS6441296A (en) * | 1987-08-07 | 1989-02-13 | Nec Corp | Laser system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004078076A (ja) * | 2002-08-22 | 2004-03-11 | Mitsubishi Electric Corp | 光導波路およびレーザ増幅器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19941108 |