JPH0513844A - 固体レーザ発振方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザビームの軸に直角な面内の各方向につ
いて光学的に均一なビーム品質を励起効率よく得るこ
と。 【構成】 円筒形状の固体結晶であるレーザ媒質１を用
い、レーザ媒質１の円筒内に円柱形状のレーザ励起ラン
プ５を配置し、レーザ媒質１に入射されるレーザビーム
を前記円筒の内径面と外径面とで内部全反射させて形成
される概ね螺旋形状のビーム経路を通過して出射させる
ことにより固体レーザ発振を行なう。 【効果】 レーザビームの軸に直角な面内で光学的に均
一なビーム品質が得られ、且つ励起効率もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ媒質に固体結晶
を用いた固体レーザ発振器の発振方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３〜図６は、例えば特願昭４５−３２
９３１号公報に示された従来の内部反射型固体レーザの
構造を示す図であり、図３はレーザ装置の一部切欠斜視
図、４図はビーム経路を示す図３のＸ−Ｘ線断面図であ
る。図３及び図４において、１０はレーザ装置、１２は
例えばネオジウムをドープしたけい酸ガラスからなる細
長いレーザ媒質である固体結晶、１４Ａ，１４Ｂはレー
ザ媒質１２の縦軸に平行に延びる２個の光学的平面、１
６はレーザ媒質１２の一方の端面２４Ａに直角に入射す
る電磁放射のコヒーレントビームの経路を示す。１８は
フラッシュランプ、２０はリフレクタ、２２Ａ，２２Ｂ
はレーザ媒質１２の縦方向の面、２４Ａ，２４Ｂはレー
ザ媒質１２の端面である。

【０００３】図３及び図４のレーザ発振方法について説
明する。同図に示されるレーザ媒質１２である固体結晶
は、断面が矩形で細長い形状であり、電磁放射のビーム
１６は、この固体結晶の一端面１４Ａに直角に入射す
る。この入射され固体結晶内を通過するビーム１６は、
２つの光学的平面１４Ａ，１４Ｂ間を多重反射しながら
レーザ媒質１２の長さ方向に進行する。一方フラッシュ
ランプ１８及びリフレクタ２０はビーム１６の通過に応
じて電磁放射の誘導放射を助ける分布反転をレーザ媒質
１２内に生ぜしめるように表面１４Ａ，１４Ｂを等方的
にポンプする。またレーザ媒質１２内に生じる熱は適当
な流体熱交換媒体で表面１４Ａ，１４Ｂを強制対流冷却
して運び去る。

【０００４】従ってレーザ媒質１２は外部からの励起及
び冷却により、その内部に温度分布をもち、結晶内は光
学的に均一ではない。このためレーザ媒質１２の結晶内
のビーム経路によって発振出力であるレーザビームが均
一でなくなる。しかし２つの平面１４Ａ，１４Ｂ間を多
重反射するビーム１６の各光線は異なる熱的内容、即ち
屈折率を異にするレーザ結晶の各領域を均一に通過する
ことになる。その結果、レーザ媒質１２の他端面２４Ｂ
から増幅されて出力されるビーム波の位相のずれは、同
一条行で軸方向に直進するビームの場合に比較すると１
／３程度に減少する。即ちこの例では、レーザ媒質１２
の結晶のある平面での光学的性質を平均化することによ
り、この平面内においては、発生するビームはほぼ均一
な性質をもつことになる。

【０００５】図５は前記特許公報に示された液冷に適す
るレーザ装置の斜視図であり、図６は図５のＹ−Ｙ線断
面図である。図５及び図６において、２６Ａ，２６Ｂは
電磁放射のビームをレーザ本体２８に入射させるガラス
プリズム、２８はレーザ本体、３０Ａ，３０Ｂは入射ビ
ームを内部全反射させる光学的に平滑な平面で、強制冷
却される。３２はコヒーレントビーム、３６はフラッシ
ュランプ、３８はリフレクタ、３９はコーナサポート、
４２Ａ，４２Ｂはプリズム、４４は偏光子、４６はカー
セル、４８は半透明鏡、５０は鏡である。

【０００６】図５及び図６において、リフレクタ３８の
内面は光学的平面３０Ａ，３０Ｂから離して液体冷却剤
の適当な通路となっており、コーナサポート３９は液体
冷却剤を面４０Ａ，４０Ｂから離し、レーザ本体２８内
にこれらの面に垂直な平面に沿う熱勾配が生じないよう
に作用する。また２つの光学的平面３０Ａ，３０Ｂ間を
多重反射しながらレーザ本体２８内を長さ方向に進行す
るビームが複数種の熱的環境を通過するのは図３及び図
４の場合と同様である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の内部全反射型レ
ーザ発振器は以上のように構成されているため、レーザ
媒質の不均一性を除去する機構が平面的であり、発生す
るビームの軸方向に直角な２方向について、不均一性を
除去した面を含む方向とその直角方向でビーム品質が同
一とならない。またレーザ励起については、一般に概ね
円柱形状のランプを用いるため概ね直方体形状のレーザ
媒質では励起効率が悪いという問題があった。この発明
は上記のうよな問題を解決するためになされたもので、
レーザビームの軸に直角な面内の各方向について光学的
に均一なビーム品質を励起効率よく得ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る固体レーザ発振方法は、レーザ媒質として円筒形状の
固体結晶を用い、前記円筒形状の固体結晶の内径面と外
径面とをそれぞれ内部全反射面として前記結晶内で概ね
螺旋形状のビーム経路を形成し、前記円筒形状の固体結
晶に入射されるレーザビームを前記結晶内の概ね螺旋形
状のビーム経路により内部全反射させ出射させることに
よりレーザ発振を行なうものである。

【０００９】この発明の請求項２に係る固体レーザ発振
方法は、前記請求項１に係る方法において、前記レーザ
媒質である円筒形状の固体結晶の円筒内に、円柱形状の
レーザ励起ランプを配置するものである。

【００１０】

【作用】この発明の請求項１においては、レーザ媒質と
して円筒形状の固体結晶を用い、前記円筒形状の固体結
晶の内径面と外径面とをそれぞれ内部全反射面として前
記結晶内で概ね螺旋形状のビーム経路を形成し、前記円
筒形状の固体結晶に入射されるレーザビームを前記結晶
内の概ね螺旋形状のビーム経路によりビーム軸方向に直
角な面内でいろいろな方向に内部全反射させ、この面内
の結晶のいろいろな部分をビームが通過することによ
り、この面内のいずれの方向にも均一なビーム品質を得
ることができる。

【００１１】この発明の請求項２においては、前記請求
項１における前記レーザ媒質である円筒形状の固体結晶
の円筒内に円柱形状のレーザ励起ランプを配置し、前記
円柱形状の励起ランプはその軸方向に直角な面内のすべ
ての方向に励起光を放射し、ランプの励起光を効率よく
レーザ媒質に放射させることができるため、レーザ発振
における励起効率がよい。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明の一実施例に係る固体レーザ
発振方法を示す概念図である。同図において、１はレー
ザ媒質であり、固体レーザの場合は結晶体である。この
結晶体は円筒形状をしており、その内径面と外径面はビ
ームの結晶内部全反射のために光学研磨が施されてお
り、必要に応じてコーティングが施されている。また円
筒の両端面は、ビームの入射及び出射に係るため、その
一部または全部に光学研磨が施されており、必要に応じ
てコーティングが施されている。２はレーザ媒質１に入
射するビームを示し、４はレーザ媒質１から出射するビ
ームを示す。５は円柱形状の励起ランプである。また図
のＺ軸方向が、円筒形状のレーザ媒質１及び円柱形状の
励起ランプ５の軸方向である。

【００１３】図２は図１の実施例におけるレーザ媒質内
のビーム経路の説明図であり、同図の（ａ）はレーザ媒
質の軸方向から見た図であり、（ｂ）はレーザ媒質の軸
方向に直角な方向から見た図である。

【００１４】図２の（ａ）及び（ｂ）を用いて本実施例
におけるレーザビーム経路を説明する。レーザに入射す
るビーム２は、Ａ点よりレーザ媒質１に入射し、レーザ
媒質１の内径面のＢ₁ 点で内部全反射する。Ｂ₁ 点で内
部全反射したレーザビームはレーザ媒質１の外径面のＣ
₁ 点でまた内部全反射する。以下この内径面と外径面と
の全反射をＢ₂ ，Ｃ₂ ，Ｂ₃ ，Ｃ₃ 及びＢ₄ において繰
返し、Ｄ点よりレーザ媒質１を出射するビーム４とな
る。

【００１５】このようにこの発明においては、レーザ媒
質１を円筒形状とし、そのビーム経路は、径方向にみれ
ば回転形鋸歯をえがくように内径面と外径面の間を多重
反射し、また軸方向にみれば螺旋状に軸方向を進行する
ように形成される。それ故この発明における円筒形状の
固体結晶内のビーム経路は、滑らかな螺旋形状ではな
く、内径面と外径面の間の多重反射の基づく鋸歯形状を
含む螺旋形状ではあるが、巨視的にみれば概ね螺旋形状
ということができる。従ってこの明細書においては、本
発明のビーム経路は概ね螺旋形状であるということにす
る。

【００１６】このようにレーザ媒質１を円筒形状とし、
そのビーム経路を円筒媒質内で概ね螺旋形状にしたの
で、レーザ媒質１の軸方向に直角な面内では、内径面と
外径面との間でいろいろの方向に内部全反射を繰返しな
がら進行し、この面内の結晶のいろいろな部分をビーム
が通過することにより、この面内のいずれの方向にも均
一なビーム品質を得ることができる。また円柱形状のレ
ーザ励起ランプ５は、その軸方向に直角な面内のすべて
の方向に励起光を放射する。この円柱形状の励起ランプ
５を円筒形状のレーザ媒質１の円筒内に配置するように
したので、ランプの励起光を効率よくレーザ媒質１に放
射せしむることにより、レーザ発振における励起効率が
よい。

【００１７】また前記実施例では、レーザ媒質内の内部
全反射回数が７回である場合の例を示したが、本発明は
これに限定されるものではない。一般にこの内部全反射
回数は、レーザ媒質の屈折率、レーザ媒質へのビームの
入射角、出射角及びレーザ媒質の形状寸法（内径、外
径、長さ）等によって適当とする回数が決められるもの
であるので、この適当とする任意の回数でよい。

【００１８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、レーザ
媒質を円筒形状にしてビーム経路を円筒媒質内で概ね螺
旋形状にしたので、レーザ媒質の軸方向に直角な面内の
媒質の不均一性を平均化できるため、ビームの軸方向に
直角な面内でビーム品質を均一化することができる。さ
らに、レーザ媒質が円筒形状をしているため、励起用ラ
ンプをレーザ媒質の内側に配置することができ、励起効
率をよくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る固体レーザ発振方法
を示す概念図である。

【図２】図１の実施例におけるレーザ媒質内のビーム経
路の説明図である。

【図３】従来のレーザ装置の一部切欠斜視図である。

【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。

【図５】従来の液冷に適するレーザ装置の斜視図であ
る。

【図６】図５のＹ−Ｙ線断面図である。

【符号の説明】 １ レーザ媒質 ２ 入射ビーム ４ 出射ビーム ５ 励起ランプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質として円筒形状の固体結晶を
   用い、 前記円筒形状の固体結晶の内径面と外径面とをそれぞれ
   内部全反射面として前記結晶内で概ね螺旋形状のビーム
   経路を形成し、 前記円筒形状の固体結晶に入射されるレーザビームを前
   記結晶内の概ね螺旋形状のビーム経路により内部全反射
   させ出射させることによりレーザ発振を行なうことを特
   徴とする固体レーザ発振方法。
2. 【請求項２】 前記レーザ媒質である円筒形状の固体結
   晶の円筒内に、円柱形状のレーザ励起ランプを配置する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体レーザ発振方法。