JPH0789590B2 - 固体レ−ザ発振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は固体レーザ発振装置に係り、特に共振器内に制
限開口を設けて低次発振モードの出力を得る固体レーザ
発振装置に関する。

（従来の技術） 従来YAGレーザロッドと励起ランプとをレーザ発振ヘッ
ドの中に収容し、レーザロッドの光軸上に１〜2mm直径
の制限開口を有する制限開口体を設けたレーザ共振器を
用いて低次の発振モード出力を取り出すことが行なわれ
ている。低次の発振モードを高い出力で得るために、レ
ーザロッドを強力に励起すると、レーザロッドは外周部
が水冷されていることと、励起光がロッド内に吸収され
て発熱することによるレーザロッド内部の温度分布のた
めに、レーザロッドの光軸方向に通過するレーザ光は収
束作用を受けて、実用的な光励起レベルにおいては、平
均的な焦点距離で10cm程度短くなる。また低次の発振モ
ードを得るためにはレーザ発振に寄与するレーザロッド
はロッドの中心部のみに制限開口で規制される。すなわ
ち、レーザロッドの外周部分は発振に寄与しない部分が
生じる。しかしこの外周部も励起ランプからの光を吸収
するので上述した発熱による悪影響を増大させることに
なる。現在使用されているレーザロッドの外周面は表面
が光学的に粗面に仕上げられており、励起光が表面から
内部に入射するときに散乱するように作られていて、レ
ーザロッド断面内に均一に分散し、光励起するように考
えられている。またこれとは反対に、レーザロッドの外
周面が光学的に滑らかに仕上げられていて、上述の散乱
性をもたせないレーザロッドを使用することも一部では
試みられている。しかしこの表面が滑らかなレーザロッ
ドはレーザロッド内の光により励起されている強度が部
分的に強い所が生じ軸対称性が悪いという欠点がある。
軸対称性を失なわない程度に弱く光励起すると、レーザ
出力も十分な高出力が得られない。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したように、冷却されたレーザロッドを用いて高出
力を得ようとすると励起ビームは収束され、また低次の
発振モードの場合は制限開口体を用いてレーザビームの
中心部だけを用いるのでレーザロッドの発振に寄与しな
い部分が生じ効率が悪く低次発振モードにおいては高出
力のものが得られない。

本発明は上述の不都合を解決するためになされたもの
で、低次の発振モードで高出力のレーザビームを発振す
る固体レーザ装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明はレーザロッドと、励起光源と、制限開口体と、
冷却する手段をもった固定レーザ発振装置において、レ
ーザロッドをその表面が粗面に形成された非光択環状部
と、表面が滑らかに仕上げられた光択環状部とで構成
し、共振器ミラーの位置を光択環状部における励起ビー
ム断面の径が非光択環状部における励起ビーム断面の径
より小なるように設定した固体レーザ発振装置である。

（作用） 励起ビーム断面の径小な部分を光択環状部にこれより径
大な部分を非光択環状部に発生させるようにして光学的
な粗面により励起光が散乱する部分では断面全部を有効
に利用し、光学的に滑らかな部分では励起光をレーザロ
ッドの中心部に集中させ励起に寄与する部分に励起光を
有効に作用させるようにしたもので、非光択表面による
作用と光択表面による作用とを適宜組合わせて軸対称性
を損なわずに出力の向上を計ったものである。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例により説明する。第
１図は第１の実施例を示すもので、（１）はハウジング
で、内部に空所（２）が形成されている。この空所内に
楕円反射鏡（３）が設けられている。この楕円反射鏡
（３）の一方の焦点位置に放電管からなる励起光源
（４）が取付けられている。また他方の焦点位置にはレ
ーザロッド（５）が取付けられている。このレーザロッ
ド（５）は中央部が表面が粗面の非光択環状部（６）
（斜線部）となっていて、その両側端部が表面滑らかな
光択環状部（７），（８）に形成されている。このレー
ザロッド（５）は、ハウジング（１）の両端壁を貫通し
た両端開口した２個の支持体（10），（11）により液密
に固定されている。このレーザロッド（５）と同心にフ
ローパイプ（15）が取付けられていてハウジング（１）
に設けられた冷却水（16）の流入孔（17）と流出孔（1
8）とともに流路を画定している。そして冷却水は矢印
（19）で示すように、最初フローパイプ（15）の一端側
から入ってレーザロッド（５）を冷却しながら他端側に
至り、反転して励起光源（４）を冷却しながら流出口
（18）から出て行く。またレーザロッド（５）と同軸上
に共振器ミラー（21），（22）が対向して設けられてい
て、出力側の共振器ミラー（21）の近傍に直径3mmの開
口（23）をもった制限開口体（24）が配設されている。
その他発振のための電気回路があるが一般公知のものと
同様なので省略する。なお、フローパイプ（15）、冷却
水（16）、流入孔（17）、流出孔（18）とで冷却手段
（15a）を構成している。

以上のように本実施例は構成されているが、常法により
これを作動させた場合の特性につき述べる。第２図は入
出力特性を示すものであるが、いま横軸に入力Piを、縦
軸に出力Ｐをとると、制限開口体（24）がない場合は、
その出力特性は曲線（31）のようになり、レーザロッド
（５）が全長にわたり粗面仕上げされたものとほとんど
変わらない。しかし共振器内に制限開口体（24）を設け
た場合は、すなわち低次発振モードの場合は全面粗面の
従来のものは曲線（32）のようになり、本実施例のもの
は曲線（33）のようになる。すなわち、出力の向上があ
る。これはレーザロッド（５）断面において、第３図に
示すように、外周が滑らかな光択面に仕上げたものは光
択環状部（７），（８）側面から入射する励起光（3
5），（36）はレーザロッド（５）の中心に集中するよ
うに進んでレーザロッド（５）の中心部の励起強度を増
すこと、また第４図に示すようにレーザロッド（５）の
中間部の非光択環状部（６）に入射した励起光（37），
（38）は入射面において散乱され、レーザロッド（５）
内で散らばるからレーザロッド（５）の中心部において
は励起強度が弱まるためと考えられる。このような励起
強度分布においてレーザ発振させると、レーザロッド
（５）内の励起ビーム（39）の断面径は両端部の光択環
状部（７），（８）では中央部の非光択環状部（６）よ
りも小さい直径である。このため制限開口体（24）を挿
入すると、レーザロッド（５）の中心部のみから出力が
得られるから曲線（32）と曲線（33）で示すように差が
生じると考えられる。レーザロッド（５）の中央部にお
いては励起ビーム（39）の径が最大となるから断面内で
全体的に均一に光励起される方がレーザ出力をより大き
く取り出すことができる。

次に第２の実施例を第５図、第６図を参照して説明す
る。レーザロッド（41）を共振器ミラー（42），（43）
の間に非対称に配置し、レーザロッド（41）の一端から
ほぼ半分までを非光択環状部（45）に、残り半分を光択
環状部（46）に形成する。そして制限開口体（47）を共
振器ミラー（43）の前面に設けて構成した。このような
構成のものを励起した時の特性は第６図に示すようにな
る。まず制限開口体（47）を設けない場合は曲線（51）
のように、逆Ｓ字形の特性曲線が得られ入力の増加とと
もに出力が一度増加し、その後出力は低下し、再度出力
が立ち上がる。次に制限開口体（47）を設けると、曲線
（52）のような低次発振モードの出力が得られる。これ
に対し、レーザロッド（41）全面を粗面とし、制限開口
体（47）を設けたものは、曲線（53）のように曲線（5
2）より低い出力となる。この実施例の場合は、入力の
大きなP₂近傍では、レーザロッド（41）の光択環状部
（46）の方が、励起ビーム（39）の断面は細径となって
いるので、レーザロッド（41）の中心部が強く励起さ
れ、この部分の発振がより大きく寄与して出力の増大が
計れたと考えられる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の固体レーザ発振装置は、
レーザロッドの表面を非光択環状部と光択環状部とで形
成し、励起ビームの断面が光択環状部で他の部分より径
小となるように共振器ミラーを配置したので、励起ビー
ムの径大部では断面均一に励起させ、径小部では中心部
に励起を集中させて、主として発振に寄与するレーザロ
ッドの部分に励起エネルギーを有効に投射するようにし
たので、出力向上に益するところ極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の断面正面図、第２図は
同じく第１の実施例の特性と従来例の特性との比較図、
第３図および第４図は同じく第１の実施例の作用説明
図、第５図は同じく第２の実施例の要部のみ示す正面
図、第６図は同じく第２の実施例の特性と従来例の特性
との比較図である。 （４）……励起光源、（５），（41）……レーザロッ
ド、 （６），（45）……非光択環状部、（７），（８），
（46）……光択環状部、 （15a）……冷却手段、（21），（22），（42），（4
3）……共振器ミラー、 （24），（47）……制限開口体、（39）……励起ビー
ム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザロッドと、これを励起する励起光源
   と、上記レーザロッド発振のための共振器ミラーと、上
   記共振器ミラー間に挿入された低次発振モードのための
   制限開口体と、上記レーザロッドおよび励起光源を冷却
   する冷却手段とを有する固体レーザ発振装置において、
   少なくとも光励起される部分における上記レーザロッド
   は表面が粗面に形成された非光択環状部と滑らかに形成
   された光択環状部とを有し上記共振器ミラーは上記光択
   環状部における発振ビーム断面が上記非光択環状部にお
   ける発振ビーム断面より小径に形成される位置に配設さ
   れていることを特徴とする固体レーザ発振装置。
2. 【請求項２】レーザロッドの両端部分が光択環状部に形
   成され中間部が非光択環状部に形成されその両部分が光
   励起されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の固体レーザ発振装置。
3. 【請求項３】レーザロッドの中間部から一方端側を光択
   環状部に他端側を非光択環状部に形成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の固体レーザ発振装置。