JPH07193302A - 固体レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】集光器２と、該集光器２に内設するレーザロッ
ド６及び励起光源７と、上記レーザロッド６の両側に配
置する一対の反射鏡８，９とで固定レーザ発振器１を構
成するとともに、前記集光器２を成す外装体３をセラミ
ックスで形成し、上記外装体３に穿設した内孔５の壁面
に、黄色系ガラスを焼き付けする。 【効果】レーザロッド６及び励起光源７の取り付け位置
が若干ずれたとしても、レーザ光の出力低下を生じるこ
とがなく、所定出力のレーザ光を出射できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザや
Ｎｄ−ガラスレーザなどの固体レーザ発振器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられている固体レーザ発振
器の構造は、図５に示すように、集光器１２を構成する
金属製の外装体１３に、断面形状が楕円形状をした内孔
１５が長手方向に穿設してあり、この内孔１５の一方の
焦点軸上には固体レーザとしてＹＡＧ或いはガラスから
成る円柱状のレーザロッド６が、他方の焦点軸上にはク
リプトン・アークランプやタングステン・ハロゲンラン
プ、或いはキセノン・フラッシュランプなどの円柱状の
励起光源７がそれぞれ配置され、外装体１３の内孔１５
壁面には、励起光源７からの光をレーザロッド６に照射
するための集光反射面１４が備えてあり、上記レーザロ
ッド６の両側には一対の反射鏡８，９を配置して構成し
たものであった。

【０００３】このような固体レーザ発振器１０は、励起
光源７にトリガー電圧を印加することで励起光源７を発
光させ、その光を直接的及び集光反射面１４で反射させ
て間接的にレーザロッド６へ照射することにより、レー
ザロッド６を構成するＹＡＧやガラス内に含有するＮｄ
イオンを励起させ、このＮｄイオンが励起状態から安定
状態へ遷移する時に発せられる光をレーザ光として取り
出し、このレーザ光を出力反射鏡８と反射鏡９の間で往
復させたあと、所定出力のレーザ光を出力反射鏡８から
出射させるようになっていた。

【０００４】ところで、上記レーザロッド６に照射され
る光は殆どが集光反射面１４で反射したものであり、し
かもレーザロッド６には５５０ｎｍ未満の波長光を照射
させずにそれ以上の波長である５５０ｎｍ〜９００ｎｍ
の波長光（以下、励起光という）を照射しなければなら
ないため、集光反射面１４の構成材として金或いは銀が
用いられていた（実開昭６２−１８６４５０号公報、実
開平２−８４３５４号公報参照）。

【０００５】なお、固体レーザ発振器には、他に集光器
の内孔断面形状がメガネ形状をしたものもあり、この固
体レーザ発振器は、内孔断面の略円形状部の焦点軸上に
励起光源をそれぞれ配置し、この２つの励起光源を結ぶ
中心にレーザロッドを配置したものであり、集光反射面
の構成材としてやはり金或いは銀が用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な固体レーザ発振器１０において、レーザロッド６及び
励起光源７を焦点軸上へ高精度に配置することは非常に
難しく、特に、レーザロッド６の取り付け位置が焦点軸
より少しでもずれてしまうと、レーザロッド６に照射さ
れる励起光の光量が減少するためにレーザ光の出力が低
下し、場合によっては、ＹＡＧやガラス内に含有するＮ
ｄイオンを励起させることができず、レーザ光を出射す
ることができないといった問題があった。

【０００７】即ち、集光反射面１４を構成する金或いは
銀は、５５０ｎｍ未満の波長光を吸収し、且つ励起光を
高効率で反射するという特性を有しており、集光反射面
１４の構成材として優れているものの、入射光を一方向
へのみしか反射させることができないために集光反射面
１４で反射した励起光は全て焦点軸上へ照射され、焦点
軸上から若干ずれて取り付けられたレーザロッド６には
励起光を殆ど照射することができなかった。

【０００８】又、上記固体レーザ発振器１０には、レー
ザロッド６の発熱を抑えるために、集光器１２の内孔１
５を冷却水で満たすようになっているものがあるが、集
光反射面１４をなす金或いは銀の表面に、水あかやゴミ
等の付着による曇りが発生し、本来の輝きが得られなく
なるという問題があった。その為、集光反射面１４での
光の反射効率が低下し、レーザ光の出力が低下するとい
った問題もあった。

【０００９】一方、集光器１２を構成する外装体１３
は、銅合金等の金属で形成されているために、励起光源
７に印加するトリガー電圧がリークし易く、このリーク
が発生すると励起光源７が発光しなくなるといった問題
もあった。

【００１０】本発明の目的は、レーザロッド及び励起光
源の取り付け位置が若干ずれたとしても、所定の出力が
得られ、且つ安定したレーザ光の出射が長期間にわたり
可能な固体レーザ発振器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では上記
問題に鑑み、固体レーザ発振器の集光器を構成する外装
体を、緻密で、且つ絶縁性を有するセラミックスで形成
するとともに、外装体の内孔壁面に備える集光反射面を
黄色系ガラスで形成したものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、集光反射面の構成材として黄
色系ガラスを用いているため、５５０ｎｍ未満の波長光
を選択的に吸収し、且つ励起光を高効率で反射する金と
ほぼ同等の反射特性が得られる。しかも、黄色系ガラス
は入射光を表面で拡散反射させることができ、又、ガラ
ス表面に曇りを生じることもない。

【００１３】又、本発明によれば、集光器の外装体を緻
密で、且つ絶縁性を有するセラミックスで形成してある
ため、トリガー電圧をリークさせることがなく、又、冷
却水が漏れるといったこともない。しかも、黄色系ガラ
スを焼き付けにより貼設することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明実施例を説明する。

【００１５】図１は本発明に係る固体レーザ発振器１の
一部を破断した斜視図である。なお、従来例と同一部分
については同一符号で示す。

【００１６】図１に示すように、集光器２を構成する外
装体３に、断面形状が楕円形状をした内孔５が長手方向
に穿設してあり、この楕円形状をした内孔５の一方の焦
点軸上にはＹＡＧ或いはガラスから成る円柱状のレーザ
ロッド６を、他方の焦点軸上にはクリプトン・アークラ
ンプやタングステン・ハロゲンランプ、或いはキセノン
・フラッシュランプなどの円柱状の励起光源７をそれぞ
れ配置し、集光器２の内孔５の壁面には、励起光源７か
らの光をレーザロッド６に照射するための集光反射面４
を設けてあり、上記レーザロッド６の両側には一対の反
射鏡８，９を配置して構成してある。

【００１７】今、励起光源７にトリガー電圧を印加して
励起光源７を発光させると、一部の光はレーザロッド６
に直接照射され、他の光は集光反射面４で反射させて励
起光（５５０ｎｍ〜９００ｎｍ）のみをレーザロッド６
に照射することができるため、レーザロッド６を構成す
るＹＡＧやガラス内に含まれるＮｄイオンを励起させて
レーザ光を出力反射鏡８に出射し、このレーザ光を出力
反射鏡８と反射鏡９の間で往復させることで、所定出力
のレーザ光を出力反射鏡８から出射するようになってい
る。

【００１８】ところで、上記集光器２の集光反射面４
は、５５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長光（励起光）を高効
率で反射し、且つ５５０ｎｍ未満の波長光を吸収するこ
とができる材質でなければならないことから、これらの
特性を満足する材質について種々実験を繰り返した結
果、黄色系ガラスが最適であることを見出したのであ
る。

【００１９】即ち、黄色系ガラスは、レーザロッド６を
破損する恐れのある５５０ｎｍ未満の波長光を吸収し、
且つレーザロッド６内のＮｄイオンを励起させるために
重要な５５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長光（励起光）を高
効率で反射させることができる。しかも、入射した光は
拡散反射させることができるため、レーザロッド６及び
励起光源７の取り付け位置が焦点軸上から若干ずれたと
しても、レーザロッド６に励起光を照射することができ
る。

【００２０】又、黄色系ガラスは、水あか等の付着が少
ないために曇りを生じ難く、本来の色を損なうことがな
い。その為、常に高い反射効率が得られる。

【００２１】そこで、上記集光反射面４として用いる黄
色系ガラスは、ほう珪酸ガラスなどのガラス材に、カド
ニウムイエロ、アンチモンイエロ、チタンイエロ、クロ
ムイエロ、バナジウムイエロ、或いは黄色酸化鉄などの
着色顔料を、ガラス及び着色顔料の合計のうち２〜３％
の割合で添加したものを用いる。

【００２２】着色顔料を上記範囲で添加するのは、含有
量が２％未満であると、ガラスが半透明状になってしま
うために下地の色が現れ、励起光以外の波長光も反射し
てしまうからで、逆に含有量が３％より多いと、所望の
色とは異なった色がでてしまうために、励起光を高効率
で反射させることができず、しかも５５０ｎｍ未満の波
長光も反射してしまう恐れがあるからでる。

【００２３】又、上記集光反射面４を形成する黄色系ガ
ラスの表面は、反射効率を高めるため、中心線平均粗さ
（Ｒａ）で０．１〜３．０μｍの範囲とすることが重要
である。これは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ
より小さくすることは、加工上困難であるためで、逆に
中心線平均粗さ（Ｒａ）で３．０μｍより大きいと、ガ
ラス表面での光の吸収が多く、励起光の一部も吸収され
てしまう恐れがあるたである。

【００２４】さらに、黄色系ガラスの厚み幅ｈは５〜３
０μｍの範囲とし、好ましくは７〜１５μｍの範囲とす
る。これは、厚み幅ｈが５μｍより小さいと、薄すぎる
ために製作が困難であるばかりか、下地をなす外装体１
３の色がガラス表面に現れ、本来の色である黄色が損な
われてしまうからである。なお、逆に、厚み幅ｈを大き
くしすぎると無駄が多くなり過ぎるため、厚み幅ｈは３
０μｍ以下の範囲で設けてあればよい。

【００２５】一方、集光器２を構成する外装体３は、黄
色系ガラスとの密着性及び絶縁性が要求されることか
ら、セラミックスにより形成する。

【００２６】セラミックスとしては、アルミナ、ジルコ
ニア、或いは窒化珪素などを使用することができるが、
これらのセラミックスに限定するものではなく、少なく
とも絶縁性を有し、且つ吸水率が０％であるセラミック
スにより形成してあればよい。

【００２７】このように、外装体３を緻密質で絶縁性を
有するセラミックスで形成することで、励起光源７に印
加するトリガー電圧をリークさせることがなく、又、内
孔５内に満たされた冷却水の漏れを生じることもない。

【００２８】さらに、セラミックスは１０００℃以上の
高温で焼成するため、集光反射面４を成す黄色系ガラス
を焼き付けすることができ、特に外装体３がアルミナな
ど焼結助剤としてＳｉＯ₂ を含むセラミックスで形成し
たものにあっては、黄色系ガラスとの結合が強まり強固
に固着することができる。しかも、セラミックスの熱膨
張係数は、３〜１０×１０^-6／℃とガラスの熱膨張係数
（α＝５×１０^-6／℃程度）と近似させることができる
ため、焼き付けされたガラス表面に歪みを生じることが
ない。

【００２９】次に、一例として外装体３がアルミナから
成る集光器２の製造方法について説明する。

【００３０】まず、集光器２を成す外装体３を製作する
ため、アルミナ原料に、焼結助剤及び有機バインダを所
定量添加して粉砕したあと、スプレードライヤにより造
粒体を作製する。得られた造粒体はラバープレス、アイ
ソスタティックプレスなど公知の成形方法により円柱体
に成形し、切削加工を施すことで、半円状の溝を長手方
向に刻設した３００×１５０×３０ｍｍ程度の直方体を
形成する。しかる後、焼成温度１３５０℃〜１７００℃
程度の温度で焼成すれば外装体３の半分が得られる。次
に、上記直方体の溝表面をバフ研摩したあと、２〜３％
の割合で着色顔料を含有したガラスシートを上記溝表面
に転写し、８００℃〜１１５０℃程度の温度に加熱する
ことでガラスの焼き付けを行う。

【００３１】このようにして得られた直方体を２つ用意
し、互いの溝を対向させて重ねることで集光器２を製作
することができる。

【００３２】なお、本発明実施例では、外装体３がアル
ミナから成る集光器２についてのみ示したが、外装体３
が他のセラミックスから成る集光器２の場合には、一般
的に知られた製造方法によりセラミック製の外装体３を
製作したあと、上述に示すような方法によりガラスを焼
き付けすることで製作することができる。

【００３３】実験例 次に、集光器２の集光反射面４を成す本願発明の黄色系
ガラスと、比較例として金を用い、白色光を照射した時
の各波長の反射率について実験を行った。なお、本願発
明の黄色系ガラスは、ホウ珪酸ガラスに３％のアンチモ
ンイエロを添加したものである。

【００３４】この実験の測定には自記分光光度計（日立
製作所製３３０型）を使用し、標準試料として酸化アル
ミニウムを用いて、この標準試料の反射率を１００％と
したときの相対反射率を測定したものであり、入射角度
０°及び５°についてそれぞれ測定を行った。

【００３５】なお、上記自記分光光度計とは、図２に示
すような積分球と言われる球状体の側部に検出部を備
え、底部に試料となる集光反射面４を配置したものであ
り、上方から集光反射面４に白色光を照射した時に、集
光反射面４で反射した光が積分球内で検出部に集光さ
れ、それぞれの波長光の光量について検出するようにな
っており、白色光の入射角度５°については試料を下方
に５°傾けることで、入射角度５°としている。

【００３６】それぞれの結果は表１及び本発明の黄色系
ガラスについては図３に、比較例である金については図
４にそれぞれ示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１及び図３，４より判るように、まず、
本発明の黄色系ガラスは比較例である金とほぼ同等の反
射特性を示しており、共に５５０ｎｍ未満の波長光を吸
収し、５５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長光（励起光）につ
いては９０％以上の反射率が得られている。

【００３９】この結果より、本発明の黄色系ガラスを集
光反射面４として使用しても所定出力のレーザ光を出射
できることが判る。

【００４０】なお、本願発明の黄色系ガラスにおいて、
入射角度５°の時に反射率が低下しているのは、試料で
ある黄色系ガラスを水平方向に対して５°傾けて実験を
行っているため、黄色系ガラスで拡散反射した反射光の
一部しか積分球で検出できなかったためと考えられる。

【００４１】次に、入射角度０°でのそれぞれの反射率
を見ると、比較例である金はどの波長光も殆ど反射して
いないことが判る。この理由として金は金原子が均一に
配列された単体であるため、入射光はある一定方向へ殆
ど全て反射されるためと考えられる。その為、入射角度
０°で入射した光は垂直に反射され、金表面で反射した
光が積分球に照射されなかったためと考えられる。

【００４２】従って、金を集光反射面４として使用した
固体レーザ発振器１は、レーザロッド６や励起光源７を
高精度に内孔５の焦点軸上へ配置しなければならないこ
とが判る。

【００４３】これに対し、本発明の黄色系ガラスは、入
射角度０°で５５０ｎｍ未満の波長光を吸収し、５５０
〜９００ｎｍの波長光（励起光）を９０％以上反射率し
ていることが判る。

【００４４】このように、本発明の黄色系ガラスが入射
角度０°でも５５０〜９００ｎｍの波長光（励起光）を
９０％以上反射率しているのは、入射した白色光を拡散
反射しているためと考えられる。その為、本発明の黄色
系ガラスを集光反射面４として使用すれば、レーザロッ
ド６や励起光源７の配置に若干のずれがあったとしても
所定出力のレーザ光を出射できる固定レーザ発振器１を
提供することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明は、Ｎｄ−ＹＡＧレ
ーザ或いはＮｄ−ガラスレーザ等の固体レーザ発振器に
おいて、外装体を緻密で絶縁性を有するセラミックスで
形成するとともに、該外装体の内孔の壁面に、５５０ｎ
ｍ未満の波長光を吸収し、且つ５５０ｎｍ〜９００ｎｍ
の波長光を拡散反射する黄色系ガラスを集光反射面とし
て備えて集光器を構成してあることから、内孔に内設す
るレーザロッド及び励起光源の取り付け位置に若干のず
れがあったとしてもレーザ光の出力低下を生じることが
殆どなく、又、集光反射面に曇りを生じることもないた
め、所定出力のレーザ光を出射させることができる。

【００４６】しかも、トリガー電圧をリークさせること
もないため、長期にわたり安定したレーザ光の出射が可
能である。

【００４７】さらに、本発明の固体レーザ発振器では、
レーザロッドや励起光源の高い取り付け精度を必要とし
ないため、製造が簡単で歩留りを大幅に向上させること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体レーザ発振器の一部を破断し
た斜視図である。

【図２】自記分光光度計を示した簡略図である。

【図３】本発明の黄色系ガラスに入射角度０°及び５°
で白色光を照射したときの各波長の反射率を示すグラフ
である。

【図４】従来の金に入射角度０°及び５°で白色光を照
射したときの各波長の反射率を示すグラフである。

【図５】従来の固体レーザ発振器の一部を破断した斜視
図である。

【符号の説明】

１ ：固体レーザ発振器 ２ ：集光器 ３ ：外装体 ４ ：集光反射面 ５ ：内孔 ６ ：レーザロッド ７ ：励起光源 ８ ：出力反射鏡 ９ ：反射鏡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外装体の内孔壁面に集光反射面を備えた集
   光器と、上記外装体の内孔に内設する励起光源及びレー
   ザロッドと、該レーザロッドの両側に配置した一対の反
   射鏡とから成る固体レーザ発振器において、上記集光器
   を構成する外装体をセラミックスで形成するとともに、
   集光反射面を黄色系ガラスで形成したことを特徴とする
   固体レーザ発振器。