JPH0728066B2 - ロッド型固体レーザ装置 - Google Patents
ロッド型固体レーザ装置Info
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- JPH0728066B2 JPH0728066B2 JP62240169A JP24016987A JPH0728066B2 JP H0728066 B2 JPH0728066 B2 JP H0728066B2 JP 62240169 A JP62240169 A JP 62240169A JP 24016987 A JP24016987 A JP 24016987A JP H0728066 B2 JPH0728066 B2 JP H0728066B2
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
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- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
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- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/0915—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
- H01S3/092—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
- H01S3/093—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium
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- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はYAGレーザ等、レーザ媒質として結晶，ガラ
スの母材に遷移金属イオン，希土類元素イオン等をドー
プした円柱状のロッドを用いたロッド型固体レーザ装置
に関する。
スの母材に遷移金属イオン，希土類元素イオン等をドー
プした円柱状のロッドを用いたロッド型固体レーザ装置
に関する。
一般に知られているように固体レーザ装置のレーザ媒質
としてYAG（Y3Al5O12）,GGG（Gd3Ga5O12）,GSGG（Gd3Sc
2Ga3O12）等の結晶，ガラスの母材に遷移イオン（C
r3+）あるいは希土類元素イオン（Nd3+）等の不純物を
少量ドープしたものが用いられている。またその形状は
円柱状のロッド型が一般的であるが、最近ではスラブ型
のものも出現している。
としてYAG（Y3Al5O12）,GGG（Gd3Ga5O12）,GSGG（Gd3Sc
2Ga3O12）等の結晶，ガラスの母材に遷移イオン（C
r3+）あるいは希土類元素イオン（Nd3+）等の不純物を
少量ドープしたものが用いられている。またその形状は
円柱状のロッド型が一般的であるが、最近ではスラブ型
のものも出現している。
ここで第５図，第６図にロッド型固体レーザ装置を、第
７図，第８図にスラブ型固体レーザ装置の構成概要を示
す。まず第５図，第６図において、１は円柱状のレーザ
媒質ロッド、２は光励起ランプ、３は励起光集光用の楕
円筒形反射鏡、4,5はロッド１の両端側に対向配備した
光共振器用の全反射鏡，および出力鏡、６は楕円筒型反
射鏡の内部を通流する冷却水であり、ロッド１および光
励起ランプ２は楕円筒型反射鏡の各焦点に位置してい
る。
７図，第８図にスラブ型固体レーザ装置の構成概要を示
す。まず第５図，第６図において、１は円柱状のレーザ
媒質ロッド、２は光励起ランプ、３は励起光集光用の楕
円筒形反射鏡、4,5はロッド１の両端側に対向配備した
光共振器用の全反射鏡，および出力鏡、６は楕円筒型反
射鏡の内部を通流する冷却水であり、ロッド１および光
励起ランプ２は楕円筒型反射鏡の各焦点に位置してい
る。
かかる構成で励起光をレーザロッド１に集光することに
より、光共振器の全反射鏡４と出力鏡５との間の系内光
路を光７が多数回往復する間にレーザ増幅作用によりエ
ネルギーが高まって自励発振を起こすようになり、発振
したレーザ光が透過特性を持つ出力鏡を透過して光共振
器外に出力されるようになる。
より、光共振器の全反射鏡４と出力鏡５との間の系内光
路を光７が多数回往復する間にレーザ増幅作用によりエ
ネルギーが高まって自励発振を起こすようになり、発振
したレーザ光が透過特性を持つ出力鏡を透過して光共振
器外に出力されるようになる。
一方、スラブ型固定冷却装置は第７図，第８図のように
両端面を斜めカットしたレーザ媒質のスラブ板８を挟ん
でその両側に光励起手段として光励起ランプ2,および励
起光集光用の反射鏡３を配して構成されている。かかる
構成により、スラブ板８の斜めカットされた端面より入
射した光７はこの端面で屈折し、レーザ媒質内をスラブ
板７の板側面（図示では上下面）で全反射を繰り返しな
がら図示のようにジグザグに進行するようになる。
両端面を斜めカットしたレーザ媒質のスラブ板８を挟ん
でその両側に光励起手段として光励起ランプ2,および励
起光集光用の反射鏡３を配して構成されている。かかる
構成により、スラブ板８の斜めカットされた端面より入
射した光７はこの端面で屈折し、レーザ媒質内をスラブ
板７の板側面（図示では上下面）で全反射を繰り返しな
がら図示のようにジグザグに進行するようになる。
上記した固体レーザの特徴はレーザ媒質の密度が高く、
本質的に大きな出力密度が得られる点にある。しかして
第５図，第６図に示したロッド型固体レーザではレーザ
媒質内に生じた熱に起因して媒質の膨張，屈折率に変化
が発生するために高出力動作が制約を受けるようにな
る。すなわちロッド１に発生する熱は外部から冷却水６
を流して除熱するようにしているが、レーザ出力が大き
くなるにつれてロッド１の媒質内部ではロッド中心部の
温度が高く，周側面に近いほど温度が低く成るような温
度勾配が生じる。しかもレーザ媒質内部にこのような温
度勾配が生じると、いわゆる熱レンズ効果によりロッド
はその中心部の屈折率が大きい凸レンズの特性を持つよ
うになり、レーザ装置の出力特性に悪影響を及ぼす。な
お第９図はこの様子を表したもので、ロッド１の内部を
進む光７は前記した熱レンズ効果により直進しなくな
る。
本質的に大きな出力密度が得られる点にある。しかして
第５図，第６図に示したロッド型固体レーザではレーザ
媒質内に生じた熱に起因して媒質の膨張，屈折率に変化
が発生するために高出力動作が制約を受けるようにな
る。すなわちロッド１に発生する熱は外部から冷却水６
を流して除熱するようにしているが、レーザ出力が大き
くなるにつれてロッド１の媒質内部ではロッド中心部の
温度が高く，周側面に近いほど温度が低く成るような温
度勾配が生じる。しかもレーザ媒質内部にこのような温
度勾配が生じると、いわゆる熱レンズ効果によりロッド
はその中心部の屈折率が大きい凸レンズの特性を持つよ
うになり、レーザ装置の出力特性に悪影響を及ぼす。な
お第９図はこの様子を表したもので、ロッド１の内部を
進む光７は前記した熱レンズ効果により直進しなくな
る。
一方、前記の熱レンズ効果が無視できない場合には、あ
らかじめ熱レンズ効果を考慮してレーザ装置の発振条件
が満たされるように光学系を設計するようにしている。
しかしながらロッド内の温度分布はレーザ出力の変化に
よって変わり、かつこれに伴って熱レンズの焦点距離も
変化することから問題が複雑になり、このことが固体レ
ーザ装置の高出力化の大きな障害となっている。
らかじめ熱レンズ効果を考慮してレーザ装置の発振条件
が満たされるように光学系を設計するようにしている。
しかしながらロッド内の温度分布はレーザ出力の変化に
よって変わり、かつこれに伴って熱レンズの焦点距離も
変化することから問題が複雑になり、このことが固体レ
ーザ装置の高出力化の大きな障害となっている。
かかる点、第７図，第８図に示したスラブ型固体レーザ
装置では、第10図におけるX,Y,Zの座標系でスラブ板８
はその左右側面（Ｘ−Ｚ面）が冷却水６で冷却されるの
に対し、レーザ光はＹ−Ｚ平面内をジグザグ進行する。
したがってＹ軸方向の温度分布の影響は光のジグザグ進
行の過程で相殺，軽減されるようになる。これにより前
記ロッド型と比べて高繰り返し，高平均出力のレーザ出
力が期待できる。
装置では、第10図におけるX,Y,Zの座標系でスラブ板８
はその左右側面（Ｘ−Ｚ面）が冷却水６で冷却されるの
に対し、レーザ光はＹ−Ｚ平面内をジグザグ進行する。
したがってＹ軸方向の温度分布の影響は光のジグザグ進
行の過程で相殺，軽減されるようになる。これにより前
記ロッド型と比べて高繰り返し，高平均出力のレーザ出
力が期待できる。
しかしてかかるスラブ型でも第10図におけるＸ軸方向で
の温度分布の影響を除去すること困難である。すなわち
スラブ板８の側面に冷却水を流してＸ軸方向の温度分布
が極力均一となるようにしているが、現実には冷却むら
等によりＸ軸方向に温度勾配が存在する。したがってス
ラブ型でもＸ軸方向の熱レンズ効果による影響は容認せ
ざるを得ないのが現状である。
の温度分布の影響を除去すること困難である。すなわち
スラブ板８の側面に冷却水を流してＸ軸方向の温度分布
が極力均一となるようにしているが、現実には冷却むら
等によりＸ軸方向に温度勾配が存在する。したがってス
ラブ型でもＸ軸方向の熱レンズ効果による影響は容認せ
ざるを得ないのが現状である。
さらに固体レーザ装置には前記した熱レンズ効果による
問題とは別に励起光の強度分布に伴う問題点もある。す
なわち第５図，第６図のロッド型固体レーザ装置では励
起光の集光用として楕円筒型反射鏡３の内部にロッド１
と光励起ランプ２とを並置して構成しているが、ロッド
１に対する励起入光量は光励起ランプ２との対向面側に
比べてその反対側からの光量が少なく、このためにロッ
ド内での励起光の強度分布が不均一となる。しかもこの
励起光の強度分布はそのままレーザビームの光強度分布
として現れ、出力されるレーザ光の光強度分布が不均一
となる。一方、第７図，第８図のスラブ型ではＹ軸方向
と光強度分布の影響は光のジグザグ進行により熱的影響
と同様に相殺されるが、Ｘ軸方向の励起光強度分布の影
響はそのまま現れることになる。
問題とは別に励起光の強度分布に伴う問題点もある。す
なわち第５図，第６図のロッド型固体レーザ装置では励
起光の集光用として楕円筒型反射鏡３の内部にロッド１
と光励起ランプ２とを並置して構成しているが、ロッド
１に対する励起入光量は光励起ランプ２との対向面側に
比べてその反対側からの光量が少なく、このためにロッ
ド内での励起光の強度分布が不均一となる。しかもこの
励起光の強度分布はそのままレーザビームの光強度分布
として現れ、出力されるレーザ光の光強度分布が不均一
となる。一方、第７図，第８図のスラブ型ではＹ軸方向
と光強度分布の影響は光のジグザグ進行により熱的影響
と同様に相殺されるが、Ｘ軸方向の励起光強度分布の影
響はそのまま現れることになる。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的は先記した従来の固体レーザ装置の特性面での欠
点を解消し、レーザ媒質内での温度，および励起光の強
度分布に起因する悪影響を相殺して光強度が均一で，か
つ高繰り返し，高平均出力なレーザ光が得られるように
したロッド型固体レーザ装置を提供することにある。
の目的は先記した従来の固体レーザ装置の特性面での欠
点を解消し、レーザ媒質内での温度，および励起光の強
度分布に起因する悪影響を相殺して光強度が均一で，か
つ高繰り返し，高平均出力なレーザ光が得られるように
したロッド型固体レーザ装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の第一発明によれ
ば、結晶，ガラスをレーザ媒質とする円柱状のロッド
と、このロッドの両端側に配した光共振器用の全反射
鏡，出力鏡と、光励起手段とから成り、光共振器の系内
光路中にロッドの入射光，出射光に対する円錐面を有す
る屈折部，ないし反射部を備え、ロッド端面より入射し
た光がロッドの周側面で全反射を繰り返しながらロッド
内を進行するように成したロッド型固体レーザ装置にお
いて、屈折部としてロッドの両端面が軸中心を合わせて
同じ頂角の円錐状凸面ないし凹面に形成されると共に、
円錐面のロッド中心軸に対する傾斜角が、ロッド中心軸
と平行な入射光の入射角がブルースター角に近似な角度
となるように設定されるものとする。
ば、結晶，ガラスをレーザ媒質とする円柱状のロッド
と、このロッドの両端側に配した光共振器用の全反射
鏡，出力鏡と、光励起手段とから成り、光共振器の系内
光路中にロッドの入射光，出射光に対する円錐面を有す
る屈折部，ないし反射部を備え、ロッド端面より入射し
た光がロッドの周側面で全反射を繰り返しながらロッド
内を進行するように成したロッド型固体レーザ装置にお
いて、屈折部としてロッドの両端面が軸中心を合わせて
同じ頂角の円錐状凸面ないし凹面に形成されると共に、
円錐面のロッド中心軸に対する傾斜角が、ロッド中心軸
と平行な入射光の入射角がブルースター角に近似な角度
となるように設定されるものとする。
また、本発明の第二発明によれば、結晶，ガラスをレー
ザ媒質とする円柱状のロッドと、このロッドの両端側に
配した光共振器用の全反射鏡，出力鏡と、光励起手段と
から成り、光共振器の系内光路中にロッドの入射光，出
射光に対する円錐面を有する屈折部，ないし反射部を備
え、ロッド端面より入射した光がロッドの周側面で全反
射を繰り返しながらロッド内を進行するように成したロ
ッド型固体レーザ装置において、ロッドの両端面をロッ
ド軸と垂直な平面となし、かつこのロッドの一方の端面
側には反射部として円錐凹面形の全反射鏡を配置し、他
方の端面側には出力鏡との間に屈折部として円錐状レン
ズを介装すると共に、円錐面のロッド中心軸に対る傾斜
角が、ロッド中心軸と平行な入射光の入射角がブルース
ター角に近似な角度となるように設定されるものとす
る。
ザ媒質とする円柱状のロッドと、このロッドの両端側に
配した光共振器用の全反射鏡，出力鏡と、光励起手段と
から成り、光共振器の系内光路中にロッドの入射光，出
射光に対する円錐面を有する屈折部，ないし反射部を備
え、ロッド端面より入射した光がロッドの周側面で全反
射を繰り返しながらロッド内を進行するように成したロ
ッド型固体レーザ装置において、ロッドの両端面をロッ
ド軸と垂直な平面となし、かつこのロッドの一方の端面
側には反射部として円錐凹面形の全反射鏡を配置し、他
方の端面側には出力鏡との間に屈折部として円錐状レン
ズを介装すると共に、円錐面のロッド中心軸に対る傾斜
角が、ロッド中心軸と平行な入射光の入射角がブルース
ター角に近似な角度となるように設定されるものとす
る。
上記の構成で、ロッドはその両端面を軸中心を合わせて
同じ頂角の円錐状凸面ないし凹面と成して屈折部を形成
するか、あるいはロッドの両端面をロッド軸と垂直な平
面となした上で、該ロッドの一方の端面側には反射部と
して円錐状凹面の全反射鏡を対向配備し、他方の端面側
には出力鏡との間に屈折部としての円錐状レンズを介装
して構成されており、かつ前記円錐状端面のロッド中心
軸に対する角度は、該端面を境界面とするロッド中心軸
と平行な入射光の入射角がブルースター角に近似な角度
となるよう設定されている。
同じ頂角の円錐状凸面ないし凹面と成して屈折部を形成
するか、あるいはロッドの両端面をロッド軸と垂直な平
面となした上で、該ロッドの一方の端面側には反射部と
して円錐状凹面の全反射鏡を対向配備し、他方の端面側
には出力鏡との間に屈折部としての円錐状レンズを介装
して構成されており、かつ前記円錐状端面のロッド中心
軸に対する角度は、該端面を境界面とするロッド中心軸
と平行な入射光の入射角がブルースター角に近似な角度
となるよう設定されている。
かかる構成によりロッドに入射する光の反射損失を抑え
つつ、かつロッド内部ではロッド中心軸を含む各方向の
面内でロッドの周側面で全反射を繰り返しながらジグザ
グに進行するようになる。したがってレーザ媒質内部の
温度，励起光強度の不均一な分布に起因する影響は全て
の方向で相殺され、この結果として光強度分布が均一
で，かつ高繰り返し，高平均出力となる特性のよい出力
レーザ光を得ることができる。
つつ、かつロッド内部ではロッド中心軸を含む各方向の
面内でロッドの周側面で全反射を繰り返しながらジグザ
グに進行するようになる。したがってレーザ媒質内部の
温度，励起光強度の不均一な分布に起因する影響は全て
の方向で相殺され、この結果として光強度分布が均一
で，かつ高繰り返し，高平均出力となる特性のよい出力
レーザ光を得ることができる。
第１図は本発明によるロッド型固体レーザ装置の一実施
例の構成図、第２図，第３図はそれぞれ第１図における
ロッド端面の拡大図，およびロッド内部での光進行の様
子を示す説明図、第４図は前記と異なる実施例の構成図
を示すものであり、第５図，第６図に対応する同一部材
には同じ符号が付してある。
例の構成図、第２図，第３図はそれぞれ第１図における
ロッド端面の拡大図，およびロッド内部での光進行の様
子を示す説明図、第４図は前記と異なる実施例の構成図
を示すものであり、第５図，第６図に対応する同一部材
には同じ符号が付してある。
まず第１図において、レーザ媒質ロッド１はその両端面
11が軸中心を合わせて同じ頂角の円錐状凸面とした屈折
部が形成されている。これによりロッド１の端面に達し
たロッド軸と平行な光７の入射光は円錐状凸面の端面11
を境界面として屈折して透過し、さらにロッド内部では
円柱形ロッド１の周側面12で図示のように全反射を繰り
返しながらロッド中心軸を含む各半径方向の面内でジグ
ザグ進行する。また反対側の出射側端面でも光７は同様
に屈折して再びロッド軸と平行なビームとなる。
11が軸中心を合わせて同じ頂角の円錐状凸面とした屈折
部が形成されている。これによりロッド１の端面に達し
たロッド軸と平行な光７の入射光は円錐状凸面の端面11
を境界面として屈折して透過し、さらにロッド内部では
円柱形ロッド１の周側面12で図示のように全反射を繰り
返しながらロッド中心軸を含む各半径方向の面内でジグ
ザグ進行する。また反対側の出射側端面でも光７は同様
に屈折して再びロッド軸と平行なビームとなる。
したがって第７図のスラブ型固体レーザ装置で説明した
と同様にロッド１の内部温度，励起光強度分布の影響を
相殺することができる。しかもロッド型はスラブ型と異
なり、レーザ媒質内を進行する光の光路は一定した方向
に限定されることなくロッド中心軸を含む各半径方向の
面に沿って進行するので、あらゆる方向での前記影響を
相殺して光強度分布が均一な出力レーザ光がが得られる
ようになる。
と同様にロッド１の内部温度，励起光強度分布の影響を
相殺することができる。しかもロッド型はスラブ型と異
なり、レーザ媒質内を進行する光の光路は一定した方向
に限定されることなくロッド中心軸を含む各半径方向の
面に沿って進行するので、あらゆる方向での前記影響を
相殺して光強度分布が均一な出力レーザ光がが得られる
ようになる。
次に第２図にロッド１の端面拡大図を示す。なお図中９
はロッド固定枠、10はシール用のＯリングである。ここ
で端面11のロッド中心軸に対する傾斜角θは端面11の透
過光（屈折光）とロッド中心軸との間の成す角度γと等
しくし、端面11を透過した光が円錐端面と平行して進む
ように定めてある。すなわち、ロッド端面11に対する光
７の入射角をα，屈折角をβとすると、スネルの法則に
より、 sinα/sinβ＝ｎ ……（１） が成立する。なおｎはレーザ媒質の空気に対する相対屈
折率である。一方、光の入射角αは、 α＝（π/2）−θ ……（２） として表され、かつθ＝γであるためには、屈折角β
が、 β＝α−θ＝（π/2）−２θ ……（３） であることが必要である。ここで式（２），（３）を式
（１）に代入すると、 cosθ/cos2θ＝ｎ ……（４） となり、これを解くことにより端面11の傾斜面θが求ま
る。ここでレーザ媒質としてYAG（屈折率ｎ＝1.823）を
用いるとすると、θ＝31度となり、tanαＢ＝ｎによっ
て決まるブルースター角（Brewster角）αＢ＝61.25度
に近似な値となる。したがって光の振動電場方向が入射
面内にあるｐ偏光成分は端面11で殆ど反射されずにレー
ザ媒質内に透過する。つまり前記のようにロッド両端に
形成した円錐状端面11の傾斜角θを、ロッド１の端面11
に対してロッド軸と平行に入射する光の入射角αが前記
のようにブルースター角に近似となるように設定するこ
とにより、端面11での反射損失を低く抑えることができ
る。なおこの条件はロッド１の出射側でも同様である。
はロッド固定枠、10はシール用のＯリングである。ここ
で端面11のロッド中心軸に対する傾斜角θは端面11の透
過光（屈折光）とロッド中心軸との間の成す角度γと等
しくし、端面11を透過した光が円錐端面と平行して進む
ように定めてある。すなわち、ロッド端面11に対する光
７の入射角をα，屈折角をβとすると、スネルの法則に
より、 sinα/sinβ＝ｎ ……（１） が成立する。なおｎはレーザ媒質の空気に対する相対屈
折率である。一方、光の入射角αは、 α＝（π/2）−θ ……（２） として表され、かつθ＝γであるためには、屈折角β
が、 β＝α−θ＝（π/2）−２θ ……（３） であることが必要である。ここで式（２），（３）を式
（１）に代入すると、 cosθ/cos2θ＝ｎ ……（４） となり、これを解くことにより端面11の傾斜面θが求ま
る。ここでレーザ媒質としてYAG（屈折率ｎ＝1.823）を
用いるとすると、θ＝31度となり、tanαＢ＝ｎによっ
て決まるブルースター角（Brewster角）αＢ＝61.25度
に近似な値となる。したがって光の振動電場方向が入射
面内にあるｐ偏光成分は端面11で殆ど反射されずにレー
ザ媒質内に透過する。つまり前記のようにロッド両端に
形成した円錐状端面11の傾斜角θを、ロッド１の端面11
に対してロッド軸と平行に入射する光の入射角αが前記
のようにブルースター角に近似となるように設定するこ
とにより、端面11での反射損失を低く抑えることができ
る。なおこの条件はロッド１の出射側でも同様である。
またレーザ媒質としてガラス（ｎ＝1.5）を採用した場
合には、前記した（４）式からθ＝27度となり、この場
合でも入射角α＝90−27＝63度はブルースター角αＢ＝
56.3度に近似な値となる。同様にレーザ媒質としてGGG
（ｎ＝1.95）,GSGG（ｎ＝1.942）等を用いた場合でも前
記したブルースター角の条件がほぼ満たされる。
合には、前記した（４）式からθ＝27度となり、この場
合でも入射角α＝90−27＝63度はブルースター角αＢ＝
56.3度に近似な値となる。同様にレーザ媒質としてGGG
（ｎ＝1.95）,GSGG（ｎ＝1.942）等を用いた場合でも前
記したブルースター角の条件がほぼ満たされる。
次にロッド内部でレーザ媒質を進行する光の光路に付い
て述べると、まずレーザ媒質にYAGを用い、かつ先記の
ようにロッド１の円錐状端面11の傾斜角をθ＝31度に設
定したとすると、ロッド１の内部を進行する光のロッド
周側面12に対する入射角δ（第２図）はδ＝90−γ＝59
度となる。しかもロッド１の周側面12の外周側は冷却水
の媒質であることから、レーザ媒質と冷却水媒質との間
の境界面における相対屈折率ｎ′は、 ｎ′＝1.823/1.333＝1.37 ……（６） となる。したがって、その臨界角δＣは、 sinδＣ＝1/1.37 ……（７） より47度となる。したがって前記した入射角δは臨界角
δＣよりも大となって全反射条件を満たし、これにより
光はロッド内部で全反射を繰り返しながらジグザグに進
行するようになる。またレーザ媒質として先記した各固
体材料の大部分はこの全反射条件を満たす。なお例外的
にガラスの場合はδ≒δＣとなるが、ロッド１の周面を
適宜な材質でコーティング処理するか、あるいはロッド
周面に流す冷却媒体として水の代わりにガスを用いるこ
とにより全反射条件を満たすことができる。また第２図
におけるロッド両端部で局部的に固定枠９あるいはＯリ
ング10で覆われる周面部分でも、この部分に適宜なコー
ティング処理を施すことにより、前記と同様にロッド周
側面での全反射条件を満たすことができる。
て述べると、まずレーザ媒質にYAGを用い、かつ先記の
ようにロッド１の円錐状端面11の傾斜角をθ＝31度に設
定したとすると、ロッド１の内部を進行する光のロッド
周側面12に対する入射角δ（第２図）はδ＝90−γ＝59
度となる。しかもロッド１の周側面12の外周側は冷却水
の媒質であることから、レーザ媒質と冷却水媒質との間
の境界面における相対屈折率ｎ′は、 ｎ′＝1.823/1.333＝1.37 ……（６） となる。したがって、その臨界角δＣは、 sinδＣ＝1/1.37 ……（７） より47度となる。したがって前記した入射角δは臨界角
δＣよりも大となって全反射条件を満たし、これにより
光はロッド内部で全反射を繰り返しながらジグザグに進
行するようになる。またレーザ媒質として先記した各固
体材料の大部分はこの全反射条件を満たす。なお例外的
にガラスの場合はδ≒δＣとなるが、ロッド１の周面を
適宜な材質でコーティング処理するか、あるいはロッド
周面に流す冷却媒体として水の代わりにガスを用いるこ
とにより全反射条件を満たすことができる。また第２図
におけるロッド両端部で局部的に固定枠９あるいはＯリ
ング10で覆われる周面部分でも、この部分に適宜なコー
ティング処理を施すことにより、前記と同様にロッド周
側面での全反射条件を満たすことができる。
次にロッド１の長さ寸法に付いて述べる。すなわち光が
ロッド内を進行する過程でロッド内部での温度，励起光
強度分布の影響を相殺させるためには、ロッド内を通過
する全ての光線がロッド内部で同じ距離だけ進むことが
必要がある。第３図は第１図，第２図に示したロッド１
の内部をその円錐状端面11より入射した光の光線イ，
ロ，ハに付いてその光路を描いたものであり、ここでロ
ッド１の直径をｄとすると、光線がロッド周側面12で全
反射した地点から次に全反射するまでに進む中心軸方向
の距離ｌは、 ｌ＝d/tan（α−β） ……（８） となる。したがってロッド１の円柱部全長Ｌを、 Ｌ＝md/tan（α−β） ……（９） 但しｍは１以上の整数 となるように選定すれば、ロッド内で全反射を繰り返し
ながらジグザグに進む全ての光線は同じ長さの光路を進
むことになって前記した条件を満たすことができる。
ロッド内を進行する過程でロッド内部での温度，励起光
強度分布の影響を相殺させるためには、ロッド内を通過
する全ての光線がロッド内部で同じ距離だけ進むことが
必要がある。第３図は第１図，第２図に示したロッド１
の内部をその円錐状端面11より入射した光の光線イ，
ロ，ハに付いてその光路を描いたものであり、ここでロ
ッド１の直径をｄとすると、光線がロッド周側面12で全
反射した地点から次に全反射するまでに進む中心軸方向
の距離ｌは、 ｌ＝d/tan（α−β） ……（８） となる。したがってロッド１の円柱部全長Ｌを、 Ｌ＝md/tan（α−β） ……（９） 但しｍは１以上の整数 となるように選定すれば、ロッド内で全反射を繰り返し
ながらジグザグに進む全ての光線は同じ長さの光路を進
むことになって前記した条件を満たすことができる。
なお第１図の実施例ではロッド１の入射光，出射光に対
する屈折部としてロッド両端面11を円錐状凸面としてた
例を示したが、逆に端面を円錐状の凹面に形成しても同
様な効果を奏することができる。なおこの凹面構造では
ロッド端面の加工が第１図の凸面と比べて若干困難とな
る。
する屈折部としてロッド両端面11を円錐状凸面としてた
例を示したが、逆に端面を円錐状の凹面に形成しても同
様な効果を奏することができる。なおこの凹面構造では
ロッド端面の加工が第１図の凸面と比べて若干困難とな
る。
さらに別な実施例を第４図に示す。この実施例ではレー
ザ媒質ロッドとして両端面がロッド中心軸と直角な平面
を成す通常のレーザロッド１を用い、かつその端面に対
向して一方側には反射部として鏡面が円錐状凹面を呈す
る光共振器用の円錐凹面形全反射鏡13を反射部として配
備するとともに、他方側にはロッドの端面と出力鏡５と
の間に屈折部として円錐レンズ14を介在させて構成した
ものである。なお円錐凹面形全反射鏡13,および円錐レ
ンズ14における円錐面の傾斜角は先記実施例と同様にブ
ルースター角の条件をほぼ満たし、かつロッド１の内部
では光が周側面で全反射を繰り返しながらジグザグに進
行するような角度に選定されている。
ザ媒質ロッドとして両端面がロッド中心軸と直角な平面
を成す通常のレーザロッド１を用い、かつその端面に対
向して一方側には反射部として鏡面が円錐状凹面を呈す
る光共振器用の円錐凹面形全反射鏡13を反射部として配
備するとともに、他方側にはロッドの端面と出力鏡５と
の間に屈折部として円錐レンズ14を介在させて構成した
ものである。なお円錐凹面形全反射鏡13,および円錐レ
ンズ14における円錐面の傾斜角は先記実施例と同様にブ
ルースター角の条件をほぼ満たし、かつロッド１の内部
では光が周側面で全反射を繰り返しながらジグザグに進
行するような角度に選定されている。
かかる構成によれば、前記した第１図の実施例と同様に
光がロッド内でその周側面に全反射を繰り返しながらジ
グザグに進行する過程で、ロッド内の温度，励起光強度
分布の影響を相殺，軽減することができる。しかも第４
図の実施例ではロッド１の長さ寸法に対する制約がな
く、ロッド長を任意に選定しても、ロッドを通過する全
ての光線の光路長が等しくなる。
光がロッド内でその周側面に全反射を繰り返しながらジ
グザグに進行する過程で、ロッド内の温度，励起光強度
分布の影響を相殺，軽減することができる。しかも第４
図の実施例ではロッド１の長さ寸法に対する制約がな
く、ロッド長を任意に選定しても、ロッドを通過する全
ての光線の光路長が等しくなる。
以上に述べたように、本発明の第一発明ならびに第二発
明によれば、上記の構成を採用した結果、従来の固体レ
ーザ装置で問題となっていたロッド内での温度分布，励
起光強度分布の不均一性に基づく影響を相殺，除去して
均一な光強度分布で、かつ高繰り返し，高平均出力な特
性の優れ出力レーザ光を得ることができる。
明によれば、上記の構成を採用した結果、従来の固体レ
ーザ装置で問題となっていたロッド内での温度分布，励
起光強度分布の不均一性に基づく影響を相殺，除去して
均一な光強度分布で、かつ高繰り返し，高平均出力な特
性の優れ出力レーザ光を得ることができる。
第１図は本発明一実施例の全体構成図、第２図は第１図
におけるロッド端面部の拡大図、第３図はロッド内での
光線の進む光路を表した説明図、第４図は別な実施例の
構成図、第５図，第６図は従来におけるロッド型固体レ
ーザ装置の略示側面図，およびその端面図、第７図，第
８図はスラブ型固体レーザ装置の略示側面図，およびそ
の端面図、第９図は第７図のレーザ媒質ロッドに対する
熱レンズ効果の説明図、第10は第７図のスラブ板内を通
過する光路を立体的に表した説明図である。各図におい
て、 1:レーザ媒質ロッド、2:光励起用ランプ、3:励起光集光
用反射鏡、4:光共振器用の全反射鏡、5:出力鏡、6:冷却
水、7:光、11:ロッドの円錐状端面、12:ロッドの周側
面、13:円錐凹面形全反射鏡、14:円錐レンズ、θ：円錐
状端面の傾斜角、α：光の入射角、β：屈折角。
におけるロッド端面部の拡大図、第３図はロッド内での
光線の進む光路を表した説明図、第４図は別な実施例の
構成図、第５図，第６図は従来におけるロッド型固体レ
ーザ装置の略示側面図，およびその端面図、第７図，第
８図はスラブ型固体レーザ装置の略示側面図，およびそ
の端面図、第９図は第７図のレーザ媒質ロッドに対する
熱レンズ効果の説明図、第10は第７図のスラブ板内を通
過する光路を立体的に表した説明図である。各図におい
て、 1:レーザ媒質ロッド、2:光励起用ランプ、3:励起光集光
用反射鏡、4:光共振器用の全反射鏡、5:出力鏡、6:冷却
水、7:光、11:ロッドの円錐状端面、12:ロッドの周側
面、13:円錐凹面形全反射鏡、14:円錐レンズ、θ：円錐
状端面の傾斜角、α：光の入射角、β：屈折角。
Claims (2)
- 【請求項１】結晶，ガラスをレーザ媒質とする円柱状の
ロッドと、このロッドの両端側に配した光共振器用の全
反射鏡，出力鏡と、光励起手段とから成り、光共振器の
系内光路中にロッドの入射光，出射光に対する円錐面を
有する屈折部，ないし反射部を備え、ロッド端面より入
射した光がロッドの周側面で全反射を繰り返しながらロ
ッド内を進行するように成したロッド型固体レーザ装置
において、 屈折部としてロッドの両端面が軸中心を合わせて同じ頂
角の円錐状凸面ないし凹面に形成されると共に、 円錐面のロッド中心軸に対する傾斜角が、ロッド中心軸
と平行な入射光の入射角がブルースター角に近似な角度
となるように設定されていることを特徴とするロッド型
固体レーザ装置。 - 【請求項２】結晶，ガラスをレーザ媒質とする円柱状の
ロッドと、このロッドの両端側に配した光共振器用の全
反射鏡，出力鏡と、光励起手段とから成り、光共振器の
系内光路中にロッドの入射光，出射光に対する円錐面を
有する屈折部，ないし反射部を備え、ロッド端面より入
射した光がロッドの周側面で全反射を繰り返しながらロ
ッド内を進行するように成したロッド型固体レーザ装置
において、 ロッドの両端面をロッド軸と垂直な平行となし、かつこ
のロッドの一方の端面側には反射部として円錐凹面形の
全反射鏡を配置し、他方の端面側には出力鏡との間に屈
折部として円錐状レンズを介装すると共に、 円錐面のロッド中心軸に対する傾斜角が、ロッド中心軸
と平行な入射光の入射角がブルースター角に近似な角度
となるように設定されていることを特徴とするロッド型
固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62240169A JPH0728066B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | ロッド型固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62240169A JPH0728066B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | ロッド型固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6482578A JPS6482578A (en) | 1989-03-28 |
| JPH0728066B2 true JPH0728066B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=17055513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62240169A Expired - Lifetime JPH0728066B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | ロッド型固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728066B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2755217B2 (ja) * | 1995-06-15 | 1998-05-20 | 日本電気株式会社 | 固体レーザ発振器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6289376A (ja) * | 1985-10-16 | 1987-04-23 | Nec Corp | レ−ザ増幅器 |
| JPS62158854U (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 |
-
1987
- 1987-09-25 JP JP62240169A patent/JPH0728066B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6482578A (en) | 1989-03-28 |
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