JPH05211361A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構成により、発振出力が安定で
かつ容易に高出力とすることが可能な半導体レーザ励起
固体レーザ装置を提供する。 【構成】 励起用半導体レーザ装置３及び固体レーザ媒
体２を容器１内に収容し、該容器内１に絶縁性の透明液
体からなる冷却液７を入れて該冷却液７が前記励起用半
導体レーザ装置３及び固体レーザ媒体２の少なくとも一
部に接触するようにするとともに、前記冷却液７の温度
を、前記励起用半導体レーザ装置３の発振波長Ｌ₀ が固
体レーザ媒体２の吸収波長になる温度に維持する温度制
御装置６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ装置か
ら射出されたレーザ光を励起光として用いる半導体レー
ザ励起固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ装置から射出されたレーザ
光を励起光として用いる半導体レーザ励起固体レーザ装
置は、励起用半導体レーザ装置から射出される励起用レ
ーザ光の波長が固体レーザ媒体の吸収波長に一致してい
ないと、著しく発振効率が落ちる。ここで、励起用半導
体レーザ装置の発振波長は、励起用半導体レーザ装置の
温度によって変化する。このため、この励起用半導体レ
ーザ装置の発振波長を固体レーザ媒体の吸収波長と一致
させるために、該励起用半導体レーザ装置の温度を所定
の温度に正確に保持する必要がある。

【０００３】励起用半導体レーザ装置の温度を所定の温
度に保持する方法としては、励起用半導体レーザ装置の
発光部を取付けた基板をペルチェ素子等を用いて一定の
温度に保持する方法が一般的であった（例えば、米国特
許第4,739,507 号明細書参照）。しかし、高出力を得る
ために多数の励起用半導体レーザ装置を用いる場合に
は、多数のペルチェ素子とその駆動装置が必要となり、
装置が複雑高価になって現実的でない。そこで、このよ
うな場合には、励起用半導体レーザ装置の発光部を取付
けた基板に放熱器を取り付け、この放熱器に冷却水を通
して冷却する方法も試みられている（Advaced Solid-St
ate Laser 1991 technical digest pdp8-1参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
の方法における励起用半導体レーザ装置の冷却方法は、
励起用半導体レーザ装置を固定する基板の温度を一定に
保持し、この基板表面と半導体レーザ装置との接触面で
熱伝導による熱交換を行ない、半導体レーザ装置の発光
部の温度を間接的に所定の温度にしようとするものであ
った。しかしながら、このような間接冷却方法では、接
触面で熱抵抗が生じるため、温度制御の効率及び安定性
の向上には一定の限界があった。例えば、出力が１０Ｗ
の半導体レーザ装置の温度を２０℃で駆動させようとす
ると、半導体レーザ装置は約３０Ｗの熱を発生し、半導
体レーザ装置と基板との接触面の熱抵抗が０．２℃／Ｗ
の場合、基板の温度は１４℃まで下げなければならな
い。半導体レーザ装置の出力が増加すれば、さらに半導
体レーザ装置と基板との温度差は拡がる結果となり、高
出力の半導体レーザ装置を用いるときに問題となる。

【０００５】このように、従来の方法においては半導体
レーザ装置の放熱を考慮することが不可欠であったた
め、装置の構造には熱の問題に関する制限が非常に多く
あり、使用できる半導体レーザ装置の出力と配置できる
個数が限られてしまい、装置の構造も複雑にならざるを
得なかった。

【０００６】さらに、固体レーザ媒体は、固体レーザ媒
体を支持する部分と接触している部分からしか冷却され
ないため、この接触部分に微細な凹凸が存在する等の原
因により一様に熱が伝搬しないような場合には固体レー
ザ媒体内部に不規則な温度分布が生じ易く、熱歪みによ
るレーザービーム品質の低下や固体レーザ媒体の劣化を
引き起こしやすかった。

【０００７】この発明は、上述の背景のもとでなされた
ものであり、比較的簡単な構成により、発振出力が安定
でかつ容易に高出力とすることが可能な半導体レーザ励
起固体レーザ装置を提供することを目的としたものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明は、（１） 励起用半導体レーザ装置から射
出された励起用のレーザ光を、レーザ共振器内に配置さ
れた固体レーザ媒体に照射し、該固体レーザ媒体を励起
して出力レーザ光を得るようにした半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、前記励起用半導体レーザ装置及
び固体レーザ媒体を容器内に収容し、該容器内に絶縁性
を有しかつ透明な冷媒を入れて該冷媒が前記励起用半導
体レーザ装置及び固体レーザ媒体の少なくとも一部に接
触するようにするとともに、前記冷媒の温度を、前記励
起用半導体レーザ装置の発振波長が前記固体レーザ媒体
の吸収波長に一致するように励起用半導体レーザ装置の
温度を維持する温度制御装置を設けたことを特徴とする
構成とした。

【０００９】また、この構成１の態様として、（２）
構成１の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前
記冷媒が冷却液であることを特徴とした構成、（３）
構成１の半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前
記冷媒が冷却ガスであることを特徴とした構成、及び、
（４） 構成１の半導体レーザ励起固体レーザ装置にお
いて、前記温度制御装置は、前記冷媒の一部を前記容器
から取り出して導入し、その温度を目的の温度にした
後、前記容器に戻すようにした循環式温度制御装置であ
ることを特徴とした構成とした。

【００１０】さらに、構成１〜４の態様として、（５）
構成１ないし４のいずれかの半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置において、前記励起用半導体レーザ装置から射
出された励起用のレーザ光を、前記固体レーザ媒体の側
面から該固体レーザ媒体に照射するようにしたことを特
徴とする構成、及び、（６） 構成１ないし４のいずれ
かの半導体レーザ励起固体レーザ装置において、前記励
起用半導体レーザ装置から射出された励起用のレーザ光
を、前記固体レーザ媒体の共振レーザ光の入・出射面た
る端面から該固体レーザ媒体に照射するようにしたこと
を特徴とする構成とした。

【００１１】

【作用】上述の構成１によれば、励起用半導体レーザ装
置の発光部に液体または気体の冷媒を直接接触させて冷
却できるため、冷媒を正確に所定の温度に維持すること
により、励起用半導体レーザ装置の発光部の温度を正確
に所定の温度に保持することが可能である。このため、
半導体レーザ装置の波長変動を抑えることができ、固体
レーザ媒体に吸収される励起光の出力を安定にすること
ができる。また、複数の励起用半導体レーザ装置を用い
る場合には、半導体レーザ装置ごとに放熱方法を考慮す
る必要がなく装置の構造を単純にでき、より多くの励起
用半導体レーザ装置を比較的自由に配置するスペースを
確保することが可能である。さらに、冷媒により励起用
半導体レーザ装置とともに固体レーザ媒体も同時に冷却
でき、固体レーザ媒体の温度を安定した温度に維持する
ことができる。このため、発振するレーザ光の出力やビ
ーム特性を安定して得ることが可能となる。

【００１２】ここで、構成２のように、冷媒として熱容
量の大きい冷却液を用いると、励起用半導体レーザ装置
等の発熱量が大きい場合でもこれを強力に冷却すること
ができ、構成３のように冷媒として冷却ガスを用いるこ
とにより、比較的簡易な冷却が可能となる。

【００１３】また、構成４によれば、冷媒の温度を所定
の温度にする温度制御装置を外部に設けることができる
から、容器周辺の構成をより小型・コンパクトにするこ
とができる。

【００１４】さらに、構成５によれば、側面励起方法を
とることにより、多数の励起用半導体レーザ装置を配置
し、これらを正確に所定の温度に維持することができる
から、高出力のレーザ光の発振が可能となる。

【００１５】また、構成６によれば、端面励起方法をと
ることにより、容器内に励起用半導体レーザ装置と固体
レーザ装置とを収容し、これら双方を冷媒により冷却す
るという単純な構成にできるとともに、励起用半導体レ
ーザ装置の温度を極めて正確に所定の温度に保持するこ
とができるから、端面励起の特徴を十分に生かしてビー
ム特性にすぐれたレーザ光を得ることができ、かつ、装
置を極めて小型・コンパクトに形成できる端面励起の半
導体レーザ励起固体レーザ装置を得ることができる。

【００１６】

【実施例】第１実施例 図１はこの発明の第１実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の縦断面図、図２はこの発明の第１実施
例にかかる半導体レーザ励起固体レーザ装置の横断面図
である。以下、これらの図を参照にしながらこの発明の
第１実施例を詳細に説明する。なお、この実施例は、冷
却媒体として冷却液を用い、側面励起方法により、高出
力のレーザ光を得る場合の例である。

【００１７】図１及び図２において、符号１は容器、符
号２はロッド状の固体レーザ媒体、符号３は励起用半導
体レーザ装置、符号４は全反射ミラー、符号５は出力ミ
ラー、符号６は循環式温度制御装置、符号７は容器１内
に満たされた冷却液である。なお、全反射ミラー４と出
力ミラー５とでレーザ共振器を構成する。

【００１８】容器１は、アルミ、ステンレス等の材質で
構成され、外形が角柱状をなすとともに、内部に角柱の
軸に沿って固体レーザ媒体２の外形より大きい径の円柱
形状の空洞が形成され、これが収納部１ａとされている
ものである。また、角柱の軸と交わる両端面には固体レ
ーザ媒体２の径と略等しい径の円形状の窓部１ｂ及び１
ｃが形成されている。そして、これら窓部１ｂ及び１ｃ
に固体レーザ媒体２の両端部を嵌合し、Ｏリング１ｄを
挾んでこれら窓部に形成されたねじ部に止めねじ１ｅを
螺合することにより、固体レーザ媒体２の両端部を密封
して固定するようになっている。すなわち、固体レーザ
媒体２は、収納部１ａの中心軸に沿って配置され、か
つ、その光軸と交わる両端面は外部に露出されるように
なっている。

【００１９】また、収納部１ａの内周面の一部はその長
手方向の全長にわたって中心に向かって突出され、か
つ、その突出部の表面の一部が中心に向かう平坦面に形
成されており、これが台座部１ｆとされている。そし
て、この台座部１ｆには、５個の励起用半導体レーザ装
置３が、それぞれの発光部が固体レーザ媒体２の方向に
向くようにして互いに所定の間隔をおいて固定されるよ
うになっている。

【００２０】さらに、容器１の長手方向の両端部には、
冷却液流出孔１ｇ及び冷却液流入孔１ｈがそれぞれ設け
られており、冷却液流出孔１ｇには接合金具６ａを介し
て冷却液流出パイプの一端が接続され、また、冷却液流
入孔１ｈには接合金具６ｃを介して冷却液流入パイプ６
ｄの一端が接続されている。そして、これら冷却液流出
孔１ｇ及び冷却液流入孔１ｈのそれぞれの他端は循環式
温度制御装置６の冷却液導入口及び冷却液排出口に接続
されている。

【００２１】この循環式温度制御装置６は冷却液導入口
から冷却液を導入し、冷却液排出孔から排出して冷却液
７を循環させる循環ポンプと、導入した冷却液の温度を
一定の温度にコントロールする温度コントローラを内蔵
するものである。

【００２２】さらに、容器１内で収納部１ａを形成する
内周面は鏡面に形成されており、反射面１ｉとされてい
る。この反射面１ｉは、容器１内で収納部１ａを形成す
る内周面を鏡面研摩したものであるが、アルミ、銀もし
くは金その他の反射膜を形成したものでもよい。

【００２３】固体レーザ媒体２は、波長１０６４ｎｍの
レーザ光を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザロッドであっ
て、直径３ｍｍφ、長さ３０ｍｍの寸法を有し、両端面
は平面研摩され、発振レーザ光に対する反射防止膜が形
成されている。この固体レーザ媒体２の光吸収ピーク波
長は８０７ｎｍである。

【００２４】この固体レーザ媒体２の長手方向における
両側であって、容器１の外側に位置する部位には、固体
レーザ媒体２と光軸を共通にしてともに球曲面状の凹面
を反射面とする全反射ミラー４と出力ミラー５とが配置
されて、レーザ共振器を構成している。

【００２５】ここで、全反射鏡４は、全反射面たる凹面
の曲率半径を５ｍに設定したものである。また、出力ミ
ラー５は、凹面がレーザ媒体２側に向くように配置され
た凹レンズ状をなしたガラス体の凹面の表面に誘電体多
層膜からなる反射膜を形成し、出力レーザ光Ｌ₁ に対す
る透過率が３％になるようにしたもので、凹面の曲率半
径を５ｍに設定することにより、全反射鏡４とで共振器
長が１００ｍｍのレーザ共振器を構成している。

【００２６】励起用半導体レーザ装置３は、発振波長が
８００〜８２０ｎｍのＧａＡｓ系の半導体レーザ装置で
あり、出力が５Ｗである。５個の励起用半導体レーザ装
置３は、各々の温度が皆等しいときに、各々のレーザ光
の発振波長が一致するものを揃える必要がある。この実
施例においては、５個の励起用半導体レーザ装置３が、
ともその温度が２５℃で発振波長が８０７ｎｍになるも
のを使用する。これは固体レーザ媒体２として吸収のピ
ーク波長が８０７ｎｍのＮｄ：ＹＡＧを用いた場合であ
るが、吸収のピーク波長が７９５ｎｍのＮｄ：ＹＬＦを
固体レーザ媒体として用いる場合には、それぞれの温度
が同じときすべての発振波長が７９５ｎｍになるように
特性の揃った半導体レーザ装置を選ぶ。なお、この励起
用半導体レーザ３は、駆動装置３ａによって駆動される
ようになっている。

【００２７】冷却液７は、透明で高い絶縁性を示す液体
を用いる。この実施例では、フロロカーボン化合物の一
種であり、半導体部品等の冷却液として使用されるフロ
リナート（米国スリーエム社の商品名）を用いた。この
フロリナートは、励起用半導体レーザ装置３から射出さ
れる波長８０７ｎｍの光に対して９０％以上の高い透過
率を有し、絶縁耐力が３０ＫＶと極めて高いとともに、
熱的、化学的に安定であって、励起用レーザ装置３の動
作を乱したり発光部を損なうようなことがない。しか
も、熱伝導率がシリコンオイルの２倍であるので、冷却
液として最適である。なお、この冷却液７としては、シ
リコンオイルを用いてもよい。

【００２８】上述の構成において、循環式温度制御装置
６によって冷却液７を２５°Ｃに保持し、駆動装置３ａ
により、励起用半導体レーザ装置３を駆動して固体レー
ザ媒体２に励起用レーザ光Ｌ₀ （波長；８０７ｎｍ）を
照射してレーザ発振を行うことにより、波長１０６４ｎ
ｍで、出力が３Ｗの極めて高い値を有し、ビーム特性の
すぐれた出力レーザ光Ｌ₁ を得ることができる。ちなみ
に、従来の半導体レーザ励起の固体レーザ装置で同等の
出力を得るためには、各々の励起用半導体レーザ装置の
基底部に水冷用の配管を行なうなど装置全体が複雑な構
造となり、かつ、大型なものとなっていた。これに対
し、上述の実施例では、構造が極めて単純であり、した
がって、装置を極めて小型コンパクトに構成することが
できる。

【００２９】第２実施例 図３はこの発明の第２実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の横断面図である。以下図３を参照にし
ながら第２実施例を詳述する。なお、この実施例も冷却
媒体として冷却液を用い、側面励起方法によるものであ
り、上述の第１実施例と構成の多くが共通するので、共
通する部分には同一の符号を付してその説明を省略し、
以下ではこの実施例に特有な点のみを説明する。

【００３０】この実施例は、上述の第１実施例における
容器１の代わりに容器２１を用い、この容器２１に第１
実施例の場合に比較してより多くの励起用半導体レーザ
装置を取り付けられるようにして、より大きな出力のレ
ーザ光を得るようにしたものである。すなわち、容器２
１は、収納部２１ａ内に上述の第１実施例における台座
部１ｆに相当する台座部２１ｆが、収納部１ａの中心軸
の周りに４つ設けられたものであり、これら各台座部２
１ｆにそれぞれ５個の励起用半導体レーザ装置３が取り
付けられ、合計２０個の励起用半導体レーザ装置３によ
り固体レーザ媒体２を励起するようにしたものである。
その外の構成は第１実施例と略同じである。これによ
り、出力９Ｗの極めて高い出力のレーザ光を極めて安定
して得ることができる。

【００３１】第３実施例 図４はこの発明の第３実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザ装置の横断面図である。以下図４を参照にし
ながら第３実施例を詳述する。なお、この実施例は、冷
却媒体として冷却液を用いる点では上記第１及び第２実
施例と同じであるが、励起方法として端面励起方法を採
用することにより、極めて小型コンパクトな構成で、ビ
ーム特性にすぐれたレーザ光を得た例である。

【００３２】図４において、符号３１は容器、符号３２
はロッド状の固体レーザ媒体、符号３３は励起用半導体
レーザ装置、符号３４は固体レーザ媒体３２の一方の端
面に形成された選択反射膜、符号３５は出力ミラー、符
号３７は容器３１内に満たされた冷却液、符号３８ａ，
３８ｂは集光レンズである。なお、選択反射膜３４と出
力ミラー５とでレーザ共振器を構成する。

【００３３】容器３１は、アルミ、ステンレス等の材質
で構成され、外形が角柱状をなすとともに、内部に角柱
の軸に沿って固体レーザ媒体２の外形より大きい径の略
円柱形状の空洞が形成され、これが収納部３１ａとされ
ているものである。また、角柱の軸と交わる一方の端
部、すなわち図中右端部は肉厚に形成され、この右端部
には角柱の中心軸方向に沿って固体レーザ媒体３２の径
と略等しい径の円形状の貫通孔３１ｂが形成されてい
る。そして、この貫通孔３１ｂに固体レーザ媒体３２が
挿入され、固体レーザ媒体３２の一部（全長の略１／３
程度）が収納部３１ａ内に突出するようにして配置さ
れ、この突出された側と反対側がＯリング３１ｄを挾ん
で貫通孔３１ｄに形成されたねじ部に止めねじ３１ｅを
螺合することにより、固体レーザ媒体２の右端部を密封
して固定するようになっている。すなわち、固体レーザ
媒体２は、収納部１ａの中心軸に沿って配置され、か
つ、その光軸と交わる両端面のうち、左端面は収納部３
１ａに露出され、右端面は外部に露出されるようになっ
ている。

【００３４】また、収納部３１ａ内には、固体レーザ媒
体３２と光軸を共通にして、左方側から励起用半導体レ
ーザ装置３３及び集光レンズ３８ａ，３８ｂが順次配置
されている。この場合、励起用半導体レーザ装置３３
は、収納部３１ａの左端面に固定され、また、集光レン
ズ３８ａ，３８ｂは、収納部３１ａの内周面の一部を中
心に向けてリング状に突出させて形成した２つのレンズ
保持枠３１ｊに保持されるようになっている。なお、レ
ンズ保持枠３１ｊには、冷却液流通孔３１ｋが形成さ
れ、冷却液７が収納部３１ａ内を自由に流通できるよう
になっている。

【００３５】さらに、容器３１の長手方向の両端部に
は、冷却液流出孔３１ｇ及び冷却液流入孔３１ｈがそれ
ぞれ設けられており、図示しない循環式温度制御装置に
接続されて、第１実施例と同様に、冷却液７を循環して
所定の温度（２５°Ｃ）に保持できるようになってい
る。

【００３６】固体レーザ媒体３２は、波長１０６４ｎｍ
のレーザ光を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザロッドであっ
て、直径３ｍｍφ、長さ５ｍｍの寸法を有し、波長８０
７ｎｍの光に吸収ピークを有する。

【００３７】この固体レーザ媒体３２の光軸と交わる一
方の端面、すなわち、図中左端面には誘電体多層膜から
なる選択反射膜３４が形成されている。この選択反射膜
３４は、出力ミラー３５とでレーザ共振器を構成するも
のであり、出力レーザ光（Ｌ₁ ＝１０６４ｎｍ）に対し
ては９９．９％以上の高い反射率をもち、一方、励起用
レーザ光（Ｌ₀ ＝８０７ｎｍ）を８５％以上透過する性
質を有する。なお、固体レーザ媒体３２の他方の端面、
すなわち、図中右端面には図示しないが、無反射コート
が施されており、この端面での出力レーザ光Ｌ₁ に対す
る反射率が０．５％以下になるようになっている。

【００３８】出力ミラー３５は、凹面がレーザ媒体３２
側に向くように配置された凹レンズ状をなしたガラス体
の凹面の表面に誘電体多層膜からなる反射膜を形成し、
出力レーザ光Ｌ₁ に対する透過率が３％になるようにし
たもので、凹面の曲率半径を３０ｍｍに設定することに
より、上述の選択反射膜３４とで共振器長が２５ｍｍの
レーザ共振器を構成している。

【００３９】励起用半導体レーザ装置３３は、発振波長
が８００〜８２０ｎｍのＧａＡｓ系の半導体レーザ装置
であり、出力が５００ｍＷである。この励起用半導体レ
ーザ装置３３は、その温度を２５°Ｃに保持したとき、
発振波長が固体レーザ媒体３２の吸収ピークに一致する
８０７ｎｍになる。なお、この励起用半導体レーザ３３
は、図示しない駆動装置によって駆動されるようになっ
ている。

【００４０】集光レンズ３８ａ，３８ｂは、励起用半導
体レーザ装置３３から射出された励起用レーザ光Ｌ₀ を
集光して固体レーザ媒体３２の選択反射膜３４が形成さ
れた端面から該固体レーザ媒体３２内に入射させて励起
するものである。なお、その集光度合いは、励起用レー
ザ光Ｌ₀ のモード体積と出力レーザ光Ｌ₁ のモード体積
との良い一致が得られるように設定される。なお、冷却
液７は上述の第１及び第２実施例で用いた冷却液７と同
じものである。

【００４１】この実施例によれば、冷却液７によって、
励起用半導体レーザ装置３３を正確に一定の温度（２５
°Ｃ）に維持でき、励起用レーザ光Ｌ₀ の波長を常に正
確に所定の波長（８０７ｎｍ）に維持できるとともに、
固体レーザ媒体３２も一定の温度に維持できる。しか
も、装置を極めて小型コンパクトに形成できる。したが
って、端面励起の特徴を十分に生かしたビーム特性にす
ぐれたレーザ光を得ることができ、かつ、装置を極めて
小型・コンパクトに形成できる端面励起の半導体レーザ
励起固体レーザ装置を得ることができる。この実施例の
装置を用い、冷却液７を２５°Ｃに保持して発振させる
と、波長１０６４ｎｍで、出力が１５０ｍＷを有し、縦
・横モードとも極めてすぐれた出力レーザ光Ｌ₁ を得る
ことができる。

【００４２】第４実施例 図５はこの発明の第４実施例にかかる半導体レーザ励起
固体レーザー装置の縦断面図、図６は図５のＶＩーＶＩ
線断面図である。以下、図５及び図６を参照にしながら
第４実施例を説明する。なお、この実施例は、冷却媒体
として冷却ガスたる高圧乾燥ガスを用い、励起方法とし
て側面励起方法を採用するとともに、励起用半導体レー
ザ装置や固体レーザ媒体のほかに全反射ミラー及び出力
ミラーをも冷却用の容器内に収納するようにした例であ
る。

【００４３】図５において、符号４１は容器、符号４２
はロッド状の固体レーザ媒体、符号４３は励起用半導体
レーザ装置、符号４４は全反射ミラー、符号４５は出力
ミラー、符号４６は温度制御装置、符号４６ａは熱電素
子、符号４７は容器４１内に封入された高圧乾燥ガス
（冷却媒体）である。

【００４４】容器４１は、アルミ、ステンレス等の材質
で構成され、中空の箱形になっている。すなわち、容器
４１の内部には、中空部４１ａが形成され、この中空部
４１ａ内には、固体レーザ媒体４２を収納固定する突条
収納部４１ｍと、５個の励起用の半導体レーザ装置４３
を固定する台座部４１ｆ及び全反射ミラー４４を固定す
るミラー台座部４１ｐとが設けられている。また、容器
４１の図中右端部には中空部４１ａと外部とを貫通した
孔部であって出力レーザ光の取り出し窓を兼ねた出力ミ
ラーの固定孔４１ｂが形成されている。さらに、中空部
４１ａの内周面全体には、表面積を増やすためにひだ状
に加工された熱交換部４１ｎが形成されている。そし
て、容器４１の外面部、すなわち、図中底面部には、ペ
ルチェ素子等の熱電素子４６ａの一方の面が密着固定さ
れ、この熱電素子４６ａの他方の面には放熱フィン４６
ｃを備えた放熱器４６ｂが取り付けられて放熱が行われ
るようになっている。ここで、熱電素子４６ａは温度制
御装置４６によって制御駆動されるようになっており、
熱電素子４６ａによって容器４１全体を冷却することに
より、容器４１内部の固体レーザ媒体４２や半導体レー
ザ装置４３等を冷却するようにしている。

【００４５】突条収納部４１ｍは、中空部４１ａの内部
側面部を中心部に向かって突条に突出させ、その内部
に、固体レーザ媒体４２を収納する円柱状の空洞部であ
る固体レーザ媒体収納部４１ｉを形成し、この固体レー
ザ媒体収納部４１ｉの長手方向に沿ってその一部、すな
わち、図中下部に長尺の開口部を形成し、励起用レーザ
光を導入する励起レーザ光入射窓４１ｑを設けたもので
ある。この固体レーザ媒体収納部４１ｉには、ロッド状
の固体レーザ媒体４２が収納され、該固体レーザ媒体４
２の両端部に装着されたＯリング等によって該固体レー
ザ媒体収納部４１ｉ内に保持・固定されるようになって
いる。なお、この固体レーザ媒体収納部４１ｉの内面
は、鏡面又はアルミ、銀もしくは金その他の反射膜が被
着された反射面となっており、また、この固体レーザ媒
体収納部４１ｉの内周面と固体レーザ媒体４２の外周面
とは接触に近い程近接するようになっており、これらの
間でできるだけ効率のよい熱交換が行えるようになって
いる。

【００４６】また、固体レーザ媒体収納部４１ｉの励起
レーザ光入射窓４１ｑに対向する部位には該レーザ光入
射窓４１ｑの長手方向に沿って順次等間隔をもって５個
の半導体レーザ装置４３が配置される。これら半導体レ
ーザ装置４３は、突条収納部４１ｍの図中下部に該突条
収納部４１ｍと同様の突条部である台座部４１ｆに固定
されるようになっている。

【００４７】また、ミラー台座部４１ｐに固定された全
反射ミラー４４、固体レーザ媒体４２及び出力ミラーの
固定孔４１ｂに固定された出力ミラー４５はともに光軸
が共通になるように配置され、全反射ミラー４４と出力
ミラー４５とでレーザ共振器を構成するようになってい
る。なお、出力ミラー４５は、出力ミラーの固定孔４１
ｂに形成されたねじ部に止めねじ４１ｅを螺合して該止
めねじ４１ｅと該出力ミラーの固定孔４１ｂとの間に介
在されたＯリング４１ｄを押圧することにより該出力ミ
ラー固定孔４１ｂに固定保持されているとともに、これ
により同時に中空部４１ａと外部との気密が保持される
ようになっている。

【００４８】固体レーザ媒体４２は、波長１０６４ｎｍ
のレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザロッドであっ
て、直径３ｍｍφ、長さ３０ｍｍの寸法を有し、両端面
は平面研磨され、発振レーザ光に対する反射防止膜が形
成されている。この固体レーザ媒体４２の光吸収ピーク
波長は８０７ｎｍである。

【００４９】励起用半導体レーザ装置４３は、所定の温
度のときの発振波長が固体レーザ媒体４２の吸収波長の
ピークの８０７ｎｍに一致するもので、固体レーザ媒体
４２を側面から励起するものである。なお、半導体レー
ザ装置４３は図示されていない電源により駆動され、１
個あたりの出力が５Ｗで、５個で合計２５Ｗの出力を有
する。

【００５０】全反射ミラー４４は、曲率半径が５ｍで、
固体レーザ媒体４２の発振波長の光を全反射する凹面ミ
ラーである。なお、図示しないがミラー台座部４１ｐに
は、全反射ミラー４４の角度を変化させる調整機構が設
けられており、反射角度を調整できるようになってい
る。

【００５１】出力ミラー４５は、曲率半径が５ｍで、固
体レーザ媒体４２の発振波長の光を９５％反射する凹面
ミラーである。

【００５２】容器４１の内部には冷媒たる３気圧程度の
高圧乾燥ガス４７が封入されている。この高圧乾燥ガス
４７は半導体レーザ装置４３や固体レーザ媒体４２の発
生した熱を吸収し、熱交換部４１ｎを通じて容器４１と
の間で自然対流による熱交換を行なう。こうして容器４
１に吸収された熱は熱電素子４６ａに強制的に吸収さ
れ、放熱器４６ｂによって外部に放熱される。高圧乾燥
ガス４７としては、ヘリウムやネオン等の分子量が小さ
く不活性な気体を用いる。分子量の小さな気体は熱を吸
収して運動しやすく、熱を伝える性質に優れている。例
えば、ヘリウムの熱伝導率は０．１４Ｗ・ｍ^-1・ｋ^-1で
あり、窒素に比べて約６倍の熱伝導率を有する。半導体
レーザー装置は特に湿気に弱いため、冷媒たる気体は出
来るだけ水分を含まないようにする必要があり、相対湿
度を２０％程度に抑えることが望ましい。なお、高圧乾
燥ガス４７は、図示しないガスの取り込み口より容器４
１の内部に封入される。また、本実施例では冷媒たる高
圧乾燥ガスを容器４１の内部に封入する方法を示した
が、他の実施例のように冷媒を循環させて外部冷却器で
温度調整をしてもよい。さらに、この実施例では気体を
封入した例を掲げたが、液体を封入してもよいことは勿
論である。

【００５３】上述の構成において、固体レーザ媒体４２
と半導体レーザ装置４３は、容器４１を冷却することに
より間接的に冷却されるが、容器４１の内部には乾燥高
圧ガス４７が封入されているため、該高圧乾燥ガス４７
の分子が固体レーザ媒体４２と半導体レーザ装置４３と
が発生する熱を吸収して容器４１の内面にひだ状に突起
した熱交換部４１ｎに熱を伝導するため、固体レーザ媒
体４２と半導体レーザ装置４３とが効率よく冷却され
る。また、固体レーザ媒体４２と突条収納部４１ｍとの
間の熱抵抗を下げることもできる。

【００５４】この実施例の利点は以下の通りである。

【００５５】冷媒の吸収による光損失が少なく効率が
高い。

【００５６】レーザー共振器を構成するミラーも固体
レーザー媒体や半導体レーザー装置と同一の容器内部に
納めることができる。

【００５７】冷媒ガスを封入する場合では外部冷却器
や配管などが不要なため取り扱いも容易である。

【００５８】価格も気体の方が安価である。

【００５９】気体は液体に比べて熱伝導率が低いた
め、半導体レーザー装置の個数が少ない比較的低い出力
のレーザー装置の場合に有効である。

【００６０】なお、上述の実施例では、固体レーザ媒体
としてＮｄ：ＹＡＧロッドを用いた例を掲げたが、この
固体レーザ媒体としては、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ｇｌａ
ｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ｇｌａｓｓ
等を用いてもよいし、その種類も、ロッド以外に、例え
ば、スラブや多面体形状のものであってもよい。その場
合には、各レーザ媒体に応じてレーザ共振器等の条件を
選定すべきは勿論である。

【００６１】また、励起用半導体レーザ装置も、固体レ
ーザ媒体の励起波長に応じて、例えば、ＩｎＧａＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ等を用いてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる半
導体レーザ励起固体レーザ装置は、励起用半導体レーザ
装置及び固体レーザ媒体を容器内に収容し、該容器内に
絶縁性の透明液体もしくは不活性ガスからなる冷媒を入
れて、該冷媒が前記励起用半導体レーザ装置及び固体レ
ーザ媒体の少なくとも一部に接触し、前記励起用半導体
レーザ装置の発振波長が前記固体レーザ媒体の吸収波長
になる温度に冷却することを特徴とする。これにより、
容器内部に収納した励起用半導体レーザ装置及び固体レ
ーザ媒体を液体または気体の冷媒で直接冷却することが
できるため、半導体レーザ装置の発光部の温度制御も精
度良く行なうことができ、半導体レーザ装置及び固体レ
ーザ媒体を比較的自由に配置することが可能となる。ま
た、多数の励起用半導体レーザ装置を用いることができ
るため、より高出力のレーザ装置が得られる。また、固
体レーザ媒体の温度も下げられるため、ビーム品質がよ
く安定なレーザ光が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の縦断面図である。

【図２】この発明の第１実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の横断面図である。

【図３】この発明の第２実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の横断面図である。

【図４】この発明の第３実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の縦断面図である。

【図５】この発明の第４実施例にかかる半導体レーザ励
起固体レーザ装置の縦断面図である。

【図６】図５のＶＩーＶＩ線断面図である。

【符号の説明】

１，２１，３１，４１…容器、２，３２，４２…固体レ
ーザ媒体、３，３３，４３…励起用半導体レーザ装置、
４，４４…全反射ミラー、５，３５，４５…出力ミラ
ー、６…循環式温度制御装置、７…冷却液、３４…選択
反射膜、３８ａ，３８ｂ…集光レンズ、４７…高圧乾燥
気体、４６…温度制御装置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起用半導体レーザ装置から射出された
   励起用のレーザ光を、レーザ共振器内に配置された固体
   レーザ媒体に照射し、該固体レーザ媒体を励起して出力
   レーザ光を得るようにした半導体レーザ励起固体レーザ
   装置において、 前記励起用半導体レーザ装置及び固体レーザ媒体を容器
   内に収容し、該容器内に絶縁性を有しかつ透明な冷媒を
   入れて該冷媒が前記励起用半導体レーザ装置及び固体レ
   ーザ媒体の少なくとも一部に接触するようにするととも
   に、前記冷媒の温度を、前記励起用半導体レーザ装置の
   発振波長が前記固体レーザ媒体の吸収波長に一致するよ
   うに励起用半導体レーザ装置の温度を維持する温度制御
   装置を設けたことを特徴とする半導体レーザ励起固体レ
   ーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
   レーザ装置において、 前記冷媒が冷却液であることを特徴とした半導体レーザ
   励起固体レーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
   レーザ装置において、 前記冷媒が冷却ガスであることを特徴とした半導体レー
   ザ励起固体レーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザ励起固体
   レーザ装置において、 前記温度制御装置は、前記冷媒の一部を前記容器から取
   り出して導入し、その温度を目的の温度にした後、前記
   容器に戻すようにした循環式温度制御装置であることを
   特徴とした半導体レーザ励起固体レーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
   導体レーザ励起固体レーザ装置において、 前記励起用半導体レーザ装置から射出された励起用のレ
   ーザ光を、前記固体レーザ媒体の側面から該固体レーザ
   媒体に照射するようにしたことを特徴とする半導体レー
   ザ励起固体レーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
   導体レーザ励起固体レーザ装置において、 前記励起用半導体レーザ装置から射出された励起用のレ
   ーザ光を、前記固体レーザ媒体の共振レーザ光の入・出
   射面たる端面から該固体レーザ媒体に照射するようにし
   たことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。