JPH06350171A

JPH06350171A - 固体レーザ装置および積分球

Info

Publication number: JPH06350171A
Application number: JP7521494A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Tanuma; 良平田沼
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】固体レーザ装置の効率を上げるため、近赤外か
ら紫外領域にわたり高い反射率のリフレクタ、熱伝導率
の低い断熱材、励起光の波長を最適にする波長変換方法
を提供する。また、強力な光に耐え得る積分球を提供す
る。【構成】リフレクタあるいは断熱材の材料として発泡ガ
ラス、特に発泡石英を用いる。また拡散反射リフレクタ
の裏面からの光の漏れを防ぐ高反射材料層により裏面を
覆う。波長変換は、３価金属イオンをドープした結晶、
ガラスなどよりなるフィルタを用いる。また、積分球の
壁体を発泡ガラスで作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ媒質を光に
よって励起してレーザを発振させる固体レーザ装置およ
び光学計測系に使用する積分球に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体レーザ媒質としてＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂を
用いたＹＡＧレーザに代表される固体レーザは小形で使
いやすい。それ故、既に多くの使用実績があるレーザ加
工分野のほか、最近では計測、医学等の諸分野にも広く
浸透するようになった。一般に固体レーザ装置では、柱
状体 (ロッド) 状あるいは板状体 (スラブ) 状のレーザ
媒質を、これと平行に配置したクリプトンフラッシュラ
ンプ等の放電管で励起してレーザを発振させる。

【０００３】固体レーザの最大の課題は次の二つがあ
る。 (1) 発振効率を高める (2) レーザ媒質の発熱に起因する問題を排除するこの課題を解決するためには次のことが必要である。 (a) 励起光源が発する光を効率よくレーザ媒質に注入す
る (b) 励起光がレーザ発振に適した波長分布を有している (a) の観点に立った方策の一つは、励起光を反射させる
リフレクタの反射率を上げることである。この目的のた
めに従来から種々の高反射性物質で製作されたリフレク
タが用いられてきた。最も一般的なものは、銅あるいは
黄銅を金めっきしたリフレクタである。このほか、銀め
っきリフレクタあるいはセラミックリフレクタ等が知ら
れている。

【０００４】固体レーザの中で板状の結晶を用いるスラ
ブレーザにおいては、 (a)を達成するために、リフレク
タと同様、結晶の断熱材も光の吸収のない材料で構成す
る必要がある。スラブレーザのレーザ媒質は、内部に一
次元熱勾配を形成させるために、スラブ側面のうちレー
ザ光がジグザグ状に伝播するために全反射する一対の側
面を冷却し、他の２側面には断熱材を密着させて熱の流
れを抑止する構造となっている。この断熱材はレーザ媒
質近傍に位置するため、光の吸収があるとレーザの効率
が低下するばかりでなく、断熱材が発熱してレーザ媒質
を加熱するという不都合を生じる。したがって、スラブ
レーザに用いる断熱材は、熱伝導率が小さいことに加え
て、レーザ光および励起光に対して高反射率あるいは高
透過率を有する必要がある。そこでこの断熱材として、
従来はガラス、セラミックス等が用いられてきた。

【０００５】(b)により発振効率を上げる他の方法とし
て、励起光の波長分布をレーザ媒質の励起に適した分布
に変換する方法がある。ランプの発光スペクトルのうち
レーザ発振に適した部分はごく一部であることが、ラン
プ励起固体レーザの効率が低い大きな原因となってい
る。そこでレーザ発振に適した波長の螢光を発光する物
質で励起光の波長を変換しようとするのがこの考え方で
ある。

【０００６】よく知られた方式に、レーザ活性物質とし
てＮｄ³⁺をドープしたレーザ媒質を用いる固体レーザに
おいて、サマリウム (Ｓｍ) あるいは特開昭６１−２３
３７４号公報により開示されたセリウム (Ｃｅ) をドー
プしたガラスを励起光フィルタとして用いる方法があ
る。これらは紫外線領域の光を吸収して、波長λ＝0.６
μｍ付近の螢光を発する。Ｎｄ³⁺はこの波長領域に吸収
ピークの一つがあるため、螢光を高効率で吸収し発振効
率が改善される。

【０００７】同様の方法に、本発明者の発明に係る特開
平２−１２３７７６号公報によって開示されたＡｌＧａ
Ａｓ半導体を用いて励起光波長を変換する方法がある。
ＡｌＧａＡｓ半導体のバンドギャップは、λ＝８１０ｎ
ｍ付近のフォトエネルギーに相当するため、これより短
波長側の励起光は吸収されて、λ＝８１０ｎｍ付近の光
を螢光として発光する。この波長の光はＮｄ³⁺の励起に
最も適しており、この光によりＮｄ³⁺が励起されるため
高効率発振が可能になる。

【０００８】ＳｍあるいはＣｅをドープしたガラスフィ
ルタを用いる方法、ＡｌＧａＡｓ半導体フィルタを用い
る方法では、いずれも余分な熱エネルギーの一部がこれ
らのフィルタ内で発生し、レーザ結晶への熱負荷を軽減
することができる。したがってこれらは上記 (2)の固体
レーザ結晶内部での発熱に起因する問題を解決する上で
有効な手段である。

【０００９】Ｎｄ³⁺を活性物質とする固体レーザの効率
を改善する方法として、Ｗ，Koechner著の書籍”Solid
State Laser Engineering,IIIrd Ed"Spninger-Verlag社
刊行（１９９２）Ｐ５７に記載されている、ＮｄとＣｒ
をドープしたＧｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂ (Ｎｄ，Ｃｒ：Ｇ
ＳＧＧ) 等の多元素添加レーザ媒質を用いる方法があ
る。一般に固体レーザ媒質にドープされたＮｄ³⁺の吸収
スペクトルは線スペクトルに近い局在化した分布を示す
ため、ランプ光のスペクトル分布との整合が悪い。この
ことがＮｄ：ＹＡＧレーザ等の効率が低い大きな原因と
なっている。これに対してＣｒ³⁺は４００〜６５０ｎｍ
にわたる広汎な吸収スペクトルを示す。そこでＮｄ，Ｃ
ｒ：ＧＳＧＧ等はＣｒ³⁺により広い波長範囲の励起光を
吸収し、Ｃｒ³⁺の励起状態からＮｄ³⁺の励起状態へエネ
ルギーを移動するいわゆる増感作用によってＮｄ³⁺を励
起する。したがって広い波長範囲の励起光が有効に利用
されるため、Ｎｄ³⁺を単独に用いた場合より効率が向上
する。この方式は励起光波長を変換する代わりにレーザ
媒質の吸収スペクトルを変化させるもので、上記 (b)を
狙う方式の一種と考えることができる。

【００１０】以上の方式と若干考え方の異なる方法が特
公平５−６６０３５号公報に開示されている。これはＮ
ｄ，Ｃｒ：ＧＳＧＧ等の多元素添加固体レーザロッドと
Ｎｄ：ＹＡＧロッドを直列に配置し、多元素添加固体レ
ーザロッドの側から励起光を注入して両者を励起するも
のである。この方式では、多元素添加固体レーザ媒質が
広い波長範囲の光を吸収して発振し、さらにこの媒質を
通過した光がＮｄ：ＹＡＧを励起して発振させる。多元
素添加固体レーザ媒質を通過した光はＮｄ：ＹＡＧの励
起に適した波長分布を有していることから、全体として
高効率なレーザ発振が可能となる。

【００１１】以上は固体レーザにおける効率改善の従来
技術に関するものであったが、この他に光の反射が関係
する装置で、同様に光エネルギーの損失低減を要求され
るものとして積分球がある。例えば光のエネルギーを測
定する際、通常光検出器の受光部の面積には制限がある
ため、測定する光の強度分布が異なり、受光し得る光の
割合が異なると、同じエネルギーを有する光であっても
異なる測定結果を得ることになる。積分球はこのような
場合に用いるもので、注入された光がその内面で拡散反
射を繰り返すうちに、強度分布が均一化されるように工
夫されている。積分球内面の高反射性物質としては、Ｍ
ｇＯやＢａＳＯ₄を主成分とする白色塗料が一般に用い
られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】金めっきリフレクタ
は、特にＹＡＧレーザの発振に大きく寄与する波長0.８
μｍ付近の光に対して反射率が高く、めっき面の汚れ、
劣化などによる反射率の低下も少ないという優れた特長
がある。しかしながら、金めっき面の反射率は0.６μｍ
以下の波長で低下するため、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の0.５〜
0.６μｍの吸収帯で吸収される光に対して損失が大きい
ことから、励起効率に限界がある。また、Ｃｒ，Ｎｄ：
ＧＳＧＧやＣｒ：ＢｅＡｌ₂Ｏ₂( アレキサンドライト
)などのＣｒ ³⁺をドープしたレーザ結晶では、0.５〜0.
６μｍの波長領域に大きな吸収帯があるため、これらを
レーザ媒質とする固体レーザ装置には金めっきリフレク
タは適さない。

【００１３】また、短波長領域で反射率の高いリフレク
タとして銀めっきリフレクタがあるが、銀は硫化物を形
成して反射率が低下することが最大の問題である。この
問題は、銀の表面にＳｉＯ₂などの保護膜をコーティン
グしたり、ガラスの裏面に銀めっきを施して、銀面が直
接冷却水に触れないようにするなどして解決することが
できる。しかし高出力レーザでは、励起光により発生す
る熱により反射面が損傷を受けるため、銀めっきリフレ
クタの使用は困難である。

【００１４】さらに、近年になり短波長領域での反射率
が高いセラミックを用いるリフレクタが注目されてい
る。しかし、セラミックリフレクタも反射率の面で必ず
しも十分とはいえない。また、セラミック粒子をガラス
マトリックス中に分散した、いわゆる快削性セラミック
を用いたリフレクタでは、セラミック材料中を光が透過
して反射率が低下するという問題がある。

【００１５】一方、積分球もレーザ用リフレクタと同様
な問題を有している。すなわち、微弱光に対しては、上
記のＭｇＯやＢａＳＯ₄を含む塗料は極めて優れた材料
であるが、高出力レーザ光を対象とする場合には光に対
する耐力は十分とは言えない。スラブレーザにおける断
熱材として従来から用いられてきたガラスは、励起光、
レーザ光の両者に対して吸収を持たない。しかし、加工
が難しく、強度も十分とはいえない欠点がある。セラミ
ックスは、この目的の断熱材としては比較的適した素材
であるが、短波長領域の光を吸収するためにこれによる
加熱が問題となる。またガラス、セラミックスとも、断
熱材として十分な程度に熱伝導率が低いとは言えない。

【００１６】固体レーザの発振効率を上げるために、Ｓ
ｍやＣｅをドープガラスを励起光フィルタとして用いる
方法は、螢光の発光効率が小さく、固体レーザの効率が
改善されたとしても僅かであることがわかっている。Ａ
ｌＧａＡｓ半導体を用いて励起光波長を変換する方法は
有望であるが、ＡｌＧａＡｓの屈折率が３以上と極めて
高いことが難点である。屈折率が高いと励起光の多くが
反射するため、入射する光が少なく、また内部で波長変
換された光も外部に放出されにくい。またこの素材は酸
化されやすいことも実用上の問題点である。

【００１７】Ｎｄ，Ｃｒ：ＧＳＧＧ等の多元素添加固体
レーザ媒質を用いる方法は効率改善に有力な手段である
が、余分に熱エネルギーは結晶内部で発生するために、
レーザ媒質の熱負荷の軽減は期待できない。むしろＧＳ
ＧＧ等はＹＡＧより熱伝導率が小さいことから、発熱の
影響が大きく現れる欠点がある。Ｎｄ，Ｃｒ：ＧＳＧＧ
等の多元素添加固体レーザロッドとＮｄ：ＹＡＧロッド
を直列に配置し、多元素添加固体レーザロッドの側から
励起光を注入して両者を励起する方法は、二つの波長の
レーザ光が発振することが問題である。応用によっては
２波長発振が許容される場合もあるが、波長範囲に幅が
あるとレンズの色収差の影響が大きく現れるなど不都合
な点が多い。また熱の影響が大きく現れる点では、Ｎ
ｄ，Ｃｒ：ＧＳＧＧ等を単独で用いる場合と同様であ
る。

【００１８】本発明の第一の目的は、従来の固体レーザ
用リフレクタの問題点を解決して、近赤外から紫外領域
にわたり高い反射率を有するリフレクタを用いた高効率
の固体レーザ装置を提供することにある。本発明の第二
の目的は、従来のスラブレーザ用断熱材の問題点を解決
して、熱伝導率が低く、耐久性にすぐれ、近赤外から紫
外領域にわたり光の吸収がなく、加工性に優れた断熱材
を用いた高効率、高ビーム品質の固体レーザ装置を提供
することにある。

【００１９】本発明の第三の目的は、従来の励起光波長
を最適なものに変換する方法の問題点を解決して、実用
的に高効率励起光波長変換を行う高効率、高ビーム品質
の固体レーザ装置を提供することにある。本発明の第四
の目的は、高出力レーザ光のような強力な光に耐え得る
積分球を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の第一の目的を達成
するために、請求項１記載の第一の本発明は、固体レー
ザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起す
るための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対向
する反射面を有するリフレクタとを備えた固体レーザ装
置において、リフレクタが発泡ガラスよりなるものとす
る。あるいは同じ目的を達成するために、請求項２記載
の第二の本発明は、同様の固体レーザ装置において、リ
フレクタが拡散反射リフレクタであり、その裏面が高反
射性材料により被覆されたものとする。その場合も、拡
散反射リフレクタが発泡ガラスよりなることが良い。

【００２１】上記の第二の目的を達成するために、請求
項４記載の第三の本発明は、対向した一対の側面が光学
研磨面である板状の固体レーザ媒質と、このレーザ媒質
の両端面を挟んで対向する全反射ミラーおよび出力ミラ
ーと、前記媒質の光学研磨面以外の側面に密着する断熱
材とを備えた固体レーザ装置において、断熱材が発泡ガ
ラスよりなるものとする。

【００２２】上記の第三の目的を達成するために、請求
項５に記載された第四の本発明は、Ｎｄ³⁺をドープした
固体レーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質
を励起するための光源と、この光源および固体レーザ媒
質に対向する反射面を有するリフレクタとを備えた固体
レーザ装置において、光源およびリフレクタの反射面と
固体レーザ媒質との間に、Ｃｒ³⁺をドープした結晶より
なるフィルタが介在するものとする。その場合、結晶
が、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｙ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂、Ｙ₃Ｓｃ ₂Ｇａ
₃Ｏ₁₂、Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂、Ｇｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂、
Ｌａ₃Ｌｕ₂Ｇａ ₃Ｏ₁₂、ＫＹｎＦ₃、ＢｅＡｌ
₂Ｏ₄、ＬｉＳｒＡｌＦ₆およびＬｉＣａＡｌＦ ₆のう
ちの一つであることが良い。あるいは同じ第三の目的を
達成するために、請求項７および８に記載の第五の本発
明および第六の本発明は、上記と同様の固体レーザ装置
において、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ
媒質との間に、Ｃｒ³⁺をドープしたガラスあるいはＴｉ
³⁺をドープしたＡｌ₂Ｏ₃よりなるフィルタを備えたも
のとする。

【００２３】上記の第四の目的を達成するために、請求
項９に記載された第七の本発明の積分球は、内面が球状
である壁体が発泡ガラスよりなるものとする。

【００２４】

【作用】発泡ガラスは、ガラス中に数百ミクロンの微細
な独立気泡を含むものである。例えば、ガラスが石英ガ
ラス (ＳｉＯ₂) の場合、その比重は通常の石英ガラス
の１／１０〜１／２である。またこの材料は、熱伝導度
率が石英の１／１０程度と小さく、加工が容易なため、
断熱材などに用いられている。本発明者は、例えば石英
ガラス自体は紫外領域まで高い透過率を有する材料であ
るが、発泡ガラスは、内部に無数の固一気界面が存在す
ることにより、高い反射率を有すると考えた。これはち
ょうど微細な氷の集合体である雪の反射率が高いのと同
様である。

【００２５】第一の本発明では、この発泡ガラスを単独
で用いる。励起光源で発生した光は、直接レーザ媒質に
入射するものの他は大部分が発泡ガラスリフレクタに入
射し、微細気泡で乱反射する。入射した光のうち多くは
数回の反射の後リフレクタ外に放出される。中には、何
度も乱反射を繰り返すものもあるが、例えば石英の透過
率は事実上１００％とみなすことが出来るため、いずれ
はリフレクタ外に放出されることになる。すなわち反射
率はほぼ１００％である。ただし、リフレクタの裏面に
放出される光は損失となるため、第一発明の発泡ガラス
リフレクタは、ある程度の厚みを必要とする。発泡ガラ
スの材料としては石英が理想的であるが、短波長領域で
多少の光の吸収が許容されるのであれば、ほうけい酸ガ
ラス等の他のガラス材料であっても差支えない。このよ
うに、第一発明によれば、励起光のリフレクタでの損失
がほとんど無くなるため、高効率のレーザ発振が可能に
なる。

【００２６】第二の本発明では、拡散反射リフレクタの
裏面を銀等の高反射性材料により被覆する。上記のよう
に、第一発明の発泡ガラスリフレクタは、裏面への光の
透過を防ぐため、ある程度の厚みが必要であった。そこ
で第二発明では、拡散反射リフレクタの裏面に銀めっき
を施すなどして、リフレクタ裏面への光の透過を防止し
て反射率を高める。したがって、小形のリフレクタで高
反射率が得られ、高効率レーザ発振が可能となる。拡散
反射リフレクタに発泡ガラスフィルタを用いれば反射率
はより高くなるが、上記従来技術の項で述べた快削性セ
ラミックリフレクタを用いることもできる。また高反射
性材料としては、銀の他に、ＭｇＯ、ＢａＳＯ₄の粉
末、積分球の内面塗装に用いられる白色塗料、レーザ用
リフレクタ材料として開発された高反射性樹脂などが使
用できる。

【００２７】前述のように、金以外の高反射性材料を固
体レーザ用リフレクタ材料として用いる場合の最大の問
題は、これらの材料が強力な励起光に耐えられないとい
うことであった。しかるに第二発明によれば、励起光の
大部分は、拡散反射リフレクタで反射され、実際にその
外側の高反射性材料に到達する光は極微量である。すな
わち、高反射性材料は、拡散反射リフレクタから漏れ出
る微弱光を反射するために用いられるものであるから、
光に対する耐力をそれ程考慮する必要がない。またこれ
ら高反射性材料は、拡散反射リフレクタ裏面に密着して
いて、実際の反射面は冷却水等に接触しないため、銀な
ど表面の劣化が問題になる材料にも使用できる。

【００２８】第三の本発明では、発泡ガラスをスラブレ
ーザの断熱材として用いる。発泡ガラスは上記の如く、
熱伝導率が小さく、高反射率かつ加工性に優れているこ
とからスラブ状レーザ媒質用断熱材として理想的な性能
を発揮する。第四、第五、第六の本発明に用いられる材
料は、従来は固体レーザ媒質として用いられてきた。し
かしこれらの発光スペクトルが、例えば前記の特開平２
−１２３７７６号公報に記載されている、λ＝８１０ｎ
ｍ付近のＮｄ³⁺の励起に適した波長に極大を持つ。本発
明者はこのことからこれらの材料がむしろ励起光波長変
換用素材として適していると考えた。レーザ媒質として
用いる場合は、結晶全体にわたって高い光学的均質性が
要求されるため、これらの要求を満たす大型結晶を育成
することは大きな困難が伴う。しかるに励起光波長変換
フィルタへの適用を前提とするならば、そのような高品
位結晶は必要なく、容易にこの目的に用いる大型結晶を
製作することができる。また熱伝導率が小さくレーザ結
晶として用いた場合は熱レンズ効果が強く現れて十分な
性能が得られない結晶も十分に使用できる。例えばＴｉ
³⁺をドープしたＡｌ₂Ｏ₃( Ｔｉ：Sapphire )のよう
に、螢光寿命が短いためにレーザ結晶として用いるため
には強力な励起が必要となるような結晶も、螢光寿命が
短いことは遷移確率が大きく螢光の発光効率が高いこと
を意味するから、波長変換用フィルタとしてはむしろ望
ましいことになる。

【００２９】これらの波長変換フィルタは、λ＝４００
〜６５０ｎｍの励起光を吸収し、Ｎｄ³⁺の励起に適した
λ＝８１０ｎｍ付近の光を発光する。もちろん波長変換
不要のλ＝８１０ｎｍ付近の光はそのまま透過するた
め、波長変換された励起光の分だけ効率が向上する。第
七の本発明では、積分球の拡散反射材料として発泡ガラ
スを用いる。第一の発明で説明したように、発泡ガラス
は光に対して高反射率、かつ高耐力であるから、第七発
明による積分球は、高出力レーザ光に対しても使用可能
である。

【００３０】

【実施例】以下、共通の部分に同一の符号を付した各図
を引用して本発明の実施例について説明する。図１
(ａ) 、 (ｂ) は、第一の本発明および請求項４記載の
第三の本発明の一実施例のスラブＹＡＧレーザを示す。
図において、スラブ状ＹＡＧ結晶１からなるレーザ媒質
は全反射ミラー２と出力ミラー３の間に配置され、その
上下側面に対向して励起用フラッシュランプ４が設置さ
れている。励起用ランプ４とＹＡＧ結晶スラブ１の間に
は紫外線カット用ほうけい酸ガラスフィルタ５が介在
し、ランプ４の背後にはリフレクタ６が存在する。ＹＡ
Ｇ結晶スラブ１の水平方向の側面では、断熱材７が接触
している。フィルタ５とリフレクタ６に囲まれた空洞に
は水８を流して励起用ランプ４を冷却することができ
る。レーザ光１０はＹＡＧ結晶スラブ１の中をジグザグ
に進む。第一および第三の本発明により、リフレクタ６
および側面断熱材７は発泡石英ガラスにより作られてい
る。

【００３１】このような構成で、励起用ランプ４で発し
た光のうちフィルタ５を透過して直接ＹＡＧ結晶スラブ
１に入射するものもあるが、大部分は複雑な経路を辿
る。すなわち、発泡石英ガラスリフレクタ６で乱反射し
た後にＹＡＧ結晶スラブ１に入射するもの、冷却水８に
吸収されるもの、冷却水出入口から外部に漏れるもの、
リフレクタ６の裏面から漏れるもの、ＹＡＧ結晶スラブ
１に入っても結晶に吸収されずに反対側に出るものなど
様々である。従来の金めっきリフレクタを用いた場合
に、リフレクタで吸収される光の割合は概略５０％にも
なることが判っている。このように励起光の多くがリフ
レクタに吸収されるのは、上記のように何度もリフレク
タで反射する機会があることと、金めっきリフレクタの
反射率が0.６μｍ以下の光に対して９０％に低下するこ
とに起因している。これに対して、この実施例では、発
泡石英ガラスの反射率がほとんど１００％でリフレクタ
６での吸収が極めて少ないため、ＹＡＧ結晶スラブ１に
吸収される光の割合が増加し、高効率のレーザ発振が可
能となる。

【００３２】さらにこの実施例では、側面断熱材７にも
発泡石英を用いているため、この部分での吸収もほとん
どなく、より高効率のレーザ発振が達成される。発泡石
英は熱伝導率も低いから、スラブ側面の断熱性能もすぐ
れ、ビーム品質は高い。図２は、第二の本発明の実施例
である。この図では、側面図は図１と同様であるので、
断面図のみ示してある。この実施例では、発泡石英リフ
レクタ６の裏面に銀めっき層９が被着している。リフレ
クタ６は図１の場合に比して薄く、リフレクタに入射し
た光のうち一部は裏面に到達するが、この銀めっき層９
の面で反射されるため、リフレクタ裏側への光の漏れは
無くなる。

【００３３】図３は第二の本発明の異なる実施例であ
る。この実施例も側面図は図１と同様であるため、断面
図のみを示してある。この実施例では、発泡石英リフレ
クタ６と、保護カバー１２の間に、酸化マグネシウム
(ＭｇＯ) 粉末１１が充填してある。ＭｇＯの反射率が
９５％と極めて高いため、図２に示した銀めっき層９の
面と同様、リフレクタ裏面への光の漏れを防止すること
ができる。

【００３４】図２、図３に示した実施例から分かるよう
に、第二の本発明によるリフレクタは、第一の本発明の
リフレクタ６より高い反射率を有するため、より高効率
のレーザ発振が達成される。また発泡石英リフレクタ６
の厚みを薄くすることが出来るため、装置の小形化が可
能となる。図４ (ａ) 、 (ｂ) は、第一、第三の本発明
に第四、第五、第六の本発明のいずれかを組み合わせた
実施例である。この実施例では、図１のほうけい酸ガラ
スフィルタ５の代わりに波長変換フィルタ５１を用いて
いる。波長変換フィルタ５１は、フラッシュランプ４１
の光をＹＡＧの励起に最も適したλ＝８１０ｎｍ付近の
光に変換する。このフィルタ５１は、請求項６ないし８
に記載されたＣｒ³⁺をドープした、Ｙ₃Ａｌ₃Ｏ₁₂ (Ｙ
ＡＧ) 、Ｙ₃Ｇａ₅Ｏ₁₅ (ＹＧＧ) 、Ｙ₃Ｓｃ₂Ｇａ₂
Ｏ₁₂ (ＹＳＧＧ) 、Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂ (ＧＧＧ) 、Ｇｄ
₃Ｓｃ₂Ｇａ ₃Ｏ₁₂ (ＧＳＧＧ) 、Ｌａ₃Ｌｕ₂Ｇａ₃
Ｏ₁₂ (ＬＬＧＧ) 、ＫＹｎＦ₃ (ＫＹＦ) 、ＢｅＡｌ₂
Ｏ₄( アレキサンドライト) 、ＬｉＳｒＡｌＦ₆( Ｌｉ
ＳＡＦ) 、ＬｉＣａＡｌＦ₆ (ＬｉＣＡＦ) 、Ｃｒ³⁺を
ドープしたガラスあるいはＴｉ ³⁺をドープしたＡｌ₂Ｏ
₃( サファイア) のいずれかを用いる。しかし、これら
の素材が紫外線で劣化するので、それを防止するため
に、励起用のフラッシュランプ４１として、チューブに
セリウム (Ｃｅ) をドープしたものを用いる。フラッシ
ュランプ４１が発光した光のうち、λ＝８１０ｎｍ付近
の光は波長変換フィルタ５１を透過して直接ＹＡＧ結晶
１に入射するが、λ＝４００〜６５０ｎｍの光の大部分
が波長変換フィルタ５１に吸収され、λ＝８１０ｎｍ付
近の光に変換されて、この変換光がＹＡＧ結晶１に吸収
される。すなわち励起光のほとんどが、ＹＡＧの励起に
最も適したλ＝８１０ｎｍの光に変換されることにな
り、極めて高効率のレーザ発振が可能となる。さらにレ
ーザ発振に寄与しない光エネルギーの大部分が波長変換
フィルタ５１内で熱エネルギーに変換されるため、ＹＡ
Ｇ結晶１への熱負荷が減少し、熱レンズ効果等の結晶の
発熱に起因する効果が低減され、発振レーザ光のビーム
品質が向上する。

【００３５】図５は、第四、第五、第六の本発明のロッ
ドタイプのＹＡＧレーザにおける実施例である。すなわ
ち、ロッド状Ｎｄ：ＹＡＧ結晶２１がレーザ媒質であ
る。この実施例では素材としてセラミックスを用いたリ
フレクタ２２が用いられている。このリフレクタ２２
は、ＹＡＧ結晶ロッド２１を囲む管状の波長変換フィル
タ５２とフラッシュランプ２を囲むほうけい酸ガラス製
フローチューブ２３を収容する。フローチューブ２３に
は、入口２４から出口２５へ流れる冷却水の通路とな
り、この冷却水がランプ２を冷却する。また、ＹＡＧ結
晶ロッド２１とフィルタ５２との間の空間は、入口２６
から出口２７へ流れる冷却水の通路となり、この冷却水
がＹＡＧ結晶ロッド２１を冷却する。フィルタ５２およ
びフローチューブ２３とリフレクタ２２の間の空間２８
にも冷却水が満たされる。フィルタ５２の素材は、図４
のフィルタ５１と同様、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｃｒ：ＹＧＧ、
Ｃｒ：ＹＳＧＳ、Ｃｒ：ＧＧＧ、Ｃｒ：ＧＳＧＧ、Ｃ
ｒ：ＬＬＧＧ、Ｃｒ：ＫＹＦ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｃ
ｒ：ＬｉＣＡＦ、Ｃｒドープアレキサンドライト、Ｃｒ
ドープガラス、Ｔｉドープサファイアのいずれかであ
る。

【００３６】図６は、第七の本発明の実施例で、レーザ
光のパワー測定に用いる積分球を示す。この積分球は、
内部に球状空間３２を有する壁体３１からなり、この壁
体が本発明により発泡石英で形成されている。壁体３１
の一方に設けられた入射口３３から空間３２内に入った
レーザ光１０は壁体３１の内面で乱反射される。光は反
射を繰り返し、入射口３３から再び外部に漏れたり、発
泡石英を通り抜ける一部の光以外は、出射口３４にはめ
込まれた検出部３５に到達しパワーが測定される。レー
ザ光１０は空間３２内部で乱反射されて、均一な強度分
布が得られるため、積分球入射以前のレーザ光の強度分
布に影響されることなく、パワー測定が可能になる。こ
の実施例では、反射面は発泡石英であるから、レーザ光
に対する耐力が高く、高出力レーザに対しても問題なく
適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】第一、第二の本発明によれば、発泡ガラ
スをリフレクタに用いることにより、あるいは拡散反射
フィルタの裏面側に出る光を反射する高反射材料層を設
けることにより、固体レーザ用励起キャビティ内での励
起光の損失を抑制できる。それにより、固体レーザの発
振効率を格段に高めることが可能となった。第三の本発
明によれば、発泡ガラスを断熱材として用いることによ
り、スラブレーザの側面断熱の性能を改善して、ビーム
品質を向上させることができた。

【００３８】第四、第五、第六の本発明によれば、Ｎｄ
³⁺をドープしたレーザ媒質を用いた固体レーザの励起光
のほとんどを、ＣｒあるいはＴｉの３価イオンをドープ
した物質よりなる波長変換フィルタを用いることによ
り、励起に最も適した光に変換することができる。この
結果、極めて高効率のレーザ発振が可能となる。さらに
レーザ発振に寄与しない光エネルギーの大部分が波長変
換フィルタ内で熱エネルギーに変換されるため、レーザ
結晶への熱負荷が減少し、熱レンズ効果等の結晶の発熱
に起因する効果が低減され、発振レーザ光のビーム品質
を改善することができた。

【００３９】第七の本発明によれば、球状内面をもつ壁
体を発泡ガラスで作ることにより、高出力レーザ光にも
適用可能な積分球を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一、第三の本発明の一実施例の固体レーザ装
置の構成図であり、 (ａ) は装置の側断面図、 (ｂ) は
(ａ) におけるＡ−Ａ線矢視断面図

【図２】第二の本発明の一実施例の固体レーザ装置の構
成を示す断面図

【図３】第二の本発明の異なる実施例の固体レーザ装置
の構成を示す断面図

【図４】第四、第五、第六の本発明の一実施例の固体レ
ーザ装置の構成図であり、 (ａ) は装置の側断面図、
(ｂ) は (ａ) におけるＢ−Ｂ線矢視断面図

【図５】第四、第五、第六の本発明の異なる実施例の固
体レーザ装置の構成図であり、(ａ) は装置の側断面
図、 (ｂ) は (ａ) におけるＣ−Ｃ線矢視断面図

【図６】第七の本発明の実施例の積分球の構成を示す断
面図

【符号の説明】

１ＹＡＧ結晶スラブ２全反射ミラー３出力ミラー４、４１励起用ランプ５フィルタ５１、５２波長変換フィルタ６発泡石英リフレクタ７側面断熱材９銀めっき層１０レーザ光１１ＭｇＯ粉末２１ＹＡＧ結晶ロッド２２セラミックスリフレクタ３１壁体３２球状空間３３入射口３４出射口３５検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体レーザ媒質を含む光共振器と、この固
体レーザ媒質を励起するための光源と、この光源および
固体レーザ媒質に対向する反射面を有するリフレクタと
を備えたものにおいて、リフレクタが発泡ガラスよりな
ることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】固体レーザ媒質を含む光共振器と、この固
体レーザ媒質を励起するための光源と、この光源および
固体レーザ媒質に対向する反射面を有するリフレクタと
を備えたものにおいて、リフレクタが拡散反射リフレク
タであり、その裏面が高反射性材料により被覆されたこ
とを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】拡散反射リフレクタが発泡ガラスよりなる
請求項２記載の固体レーザ装置。
【請求項４】対向した一対の側面が光学研磨面である板
状の固体レーザ媒質と、このレーザ媒質の両端面を挟ん
で対向する全反射ミラーおよび出力ミラーと、前記媒質
の光学研磨面以外の側面に密着する断熱材とを備えたも
のにおいて、断熱材が発泡ガラスよりなることを特徴と
する固体レーザ装置。
【請求項５】３価のネオジムイオンをドープした固体レ
ーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起
するための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対
向する反射面を有するリフレクタとを備えたものにおい
て、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ媒質と
の間に、３価のクロムイオンをドープした結晶よりなる
フィルタが介在することを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項６】結晶が、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｙ₃Ｇａ
₅Ｏ₁₂、Ｙ₃Ｓｃ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂、Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂、Ｇ
ｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂、Ｌａ₃Ｌｕ₂Ｇａ₃Ｏ₁₂、ＫＹ
ｎＦ₃、ＢｅＡｌ₂Ｏ₄、ＬｉＳｒＡｌＦ₆およびＬｉ
ＣａＡｌＦ₆のうちの一つである請求項５記載の固体レ
ーザ装置。
【請求項７】３価のネオジムイオンをドープした固体レ
ーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起
するための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対
向する反射面を有するリフレクタとを備えたものにおい
て、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ媒質と
の間に、３価のクロムイオンをドープしたガラスよりな
るフィルタを備えたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項８】３価のネオジムイオンをドープした固体レ
ーザ媒質を含む光共振器と、この固体レーザ媒質を励起
するための光源と、この光源および固体レーザ媒質に対
向する反射面を有するリフレクタとを備えたものにおい
て、光源およびリフレクタの反射面と固体レーザ媒質と
の間に、３価のチタンイオンをドープしたＡｌ₂Ｏ₃よ
りなるフィルタを備えたことを特徴とする固体レーザ装
置。
【請求項９】内面が球状である壁体が発泡ガラスよりな
ることを特徴とする積分球。