JPH08330648A - 固体レーザ発振器 - Google Patents
固体レーザ発振器Info
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- JPH08330648A JPH08330648A JP13707895A JP13707895A JPH08330648A JP H08330648 A JPH08330648 A JP H08330648A JP 13707895 A JP13707895 A JP 13707895A JP 13707895 A JP13707895 A JP 13707895A JP H08330648 A JPH08330648 A JP H08330648A
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- JP
- Japan
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- container
- laser rod
- laser
- light source
- coolant
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
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- H01S3/02—Constructional details
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- H01S3/06—Construction or shape of active medium
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- H01S3/061—Crystal lasers or glass lasers with elliptical or circular cross-section and elongated shape, e.g. rod
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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
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 励起光源から出射される励起光を無駄良く
レーザロッドに入射させること。 【構成】 本発明の固体レーザ装置では、レーザロッ
ド１と励起光源６とが設けられている容器１０内に冷却
剤１１を流通させている。
レーザロッドに入射させること。 【構成】 本発明の固体レーザ装置では、レーザロッ
ド１と励起光源６とが設けられている容器１０内に冷却
剤１１を流通させている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体レーザ発振器全般に
関わる。
関わる。
【０００２】
【従来の技術】現在様々な産業の場においてレーザ装置
が利用されている。このレーザ装置はレーザ装置内に存
在しレーザ光を発生させる源になる物質、すなわちコヒ
ーレント光を発生させるために必要とされる反転分布の
状態をとり得る物質に何を用いているかによって様々な
分類が存在する。このうちＹＡＧやルビーなどの棒状の
固体（以下、レーザロッド）を用いているレーザ装置を
特に固体レーザ装置という。
が利用されている。このレーザ装置はレーザ装置内に存
在しレーザ光を発生させる源になる物質、すなわちコヒ
ーレント光を発生させるために必要とされる反転分布の
状態をとり得る物質に何を用いているかによって様々な
分類が存在する。このうちＹＡＧやルビーなどの棒状の
固体（以下、レーザロッド）を用いているレーザ装置を
特に固体レーザ装置という。
【０００３】こうしたレーザロッドを励起する励起光源
としてレーザダイオード（以下、ＬＤ）光を用いる方法
がある。従来のＬＤ励起固体レーザ装置のレーザ発振器
要部について、その構造を図を用いて説明する。図２に
示したのは従来のＬＤ励起固体レーザ発振器の断面図で
ある。レーザロッド１は透明なパイプ３の中に保持され
ている。これはレーザロッド１が発生する熱を吸収する
冷却水層２をレーザロッド１を取り囲むようにして形成
するためである。パイプ３の周囲にはシリンドリカルレ
ンズ対４が設けられる。シリンドリカルレンズ対４は、
ＬＤ６の持つ熱を放散させる放熱体となるヒートシンク
８を利用した導波路部９を伝わって到達するＬＤ光を、
レーザロッド１に集光するためのものである。ＬＤ６は
マウント７に固定されており、マウント７はヒートシン
ク８にネジ止めされている。ＬＤ６は温度変化があると
発振周波数が遷移するという性質を持つ。そのためヒー
トシンク８には冷却水路５が設けられておりＬＤ６の温
度を適性に保つように温度制御を行う。
としてレーザダイオード（以下、ＬＤ）光を用いる方法
がある。従来のＬＤ励起固体レーザ装置のレーザ発振器
要部について、その構造を図を用いて説明する。図２に
示したのは従来のＬＤ励起固体レーザ発振器の断面図で
ある。レーザロッド１は透明なパイプ３の中に保持され
ている。これはレーザロッド１が発生する熱を吸収する
冷却水層２をレーザロッド１を取り囲むようにして形成
するためである。パイプ３の周囲にはシリンドリカルレ
ンズ対４が設けられる。シリンドリカルレンズ対４は、
ＬＤ６の持つ熱を放散させる放熱体となるヒートシンク
８を利用した導波路部９を伝わって到達するＬＤ光を、
レーザロッド１に集光するためのものである。ＬＤ６は
マウント７に固定されており、マウント７はヒートシン
ク８にネジ止めされている。ＬＤ６は温度変化があると
発振周波数が遷移するという性質を持つ。そのためヒー
トシンク８には冷却水路５が設けられておりＬＤ６の温
度を適性に保つように温度制御を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成の従来の固体レーザ発振器では以下に述べるよ
うな問題点が発生してくる。上記構成の装置ではレーザ
ロッドから放出される熱を発散させるために冷却水層を
レーザロッドの周りに形成しなければならないため、こ
の冷却水槽を保持するためのパイプを設け、このパイプ
の中にレーザロッドを閉じ込めなければならない。ま
た、励起光を効率良くレーザロッドに照射させるため、
励起光源とレーザロッドとの間にレーザロッドに対して
励起光を収束させるための光学系を設けなければならな
い。したがって、これらの部材をすべて通過しないこと
には励起光がレーザロッドに照射されないという事があ
り、結果として励起光の減衰を招いているという問題が
あった。
うな構成の従来の固体レーザ発振器では以下に述べるよ
うな問題点が発生してくる。上記構成の装置ではレーザ
ロッドから放出される熱を発散させるために冷却水層を
レーザロッドの周りに形成しなければならないため、こ
の冷却水槽を保持するためのパイプを設け、このパイプ
の中にレーザロッドを閉じ込めなければならない。ま
た、励起光を効率良くレーザロッドに照射させるため、
励起光源とレーザロッドとの間にレーザロッドに対して
励起光を収束させるための光学系を設けなければならな
い。したがって、これらの部材をすべて通過しないこと
には励起光がレーザロッドに照射されないという事があ
り、結果として励起光の減衰を招いているという問題が
あった。
【０００５】本発明は上記のような技術的課題を解決す
るために、励起光源からの励起光のレーザロッドへの入
射効率を向上させた固体レーザ発振器を提供することを
目的としている。
るために、励起光源からの励起光のレーザロッドへの入
射効率を向上させた固体レーザ発振器を提供することを
目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
技術的課題を解決するためになされたものであり、励起
光を出射する励起光源と、前記励起光を受光しレーザ光
を発生するレーザロッドと、前記励起光源と、前記レー
ザロッドと、前記励起光源及び前記レーザロッドに接触
させて、これらを共に冷やす冷却剤と、を保持する中空
の容器と、前記容器内の前記冷却剤を流動させる冷却系
と、前記レーザ光を共振させる共振器と、を具備するこ
とを特徴とする固体レーザ発振器である。励起光源の信
頼性向上のために、励起光源の少なくとも冷却剤に接し
ている面には冷却剤による浸食から前記励起光源を防護
する保護膜を形成しておくことが好ましい。
技術的課題を解決するためになされたものであり、励起
光を出射する励起光源と、前記励起光を受光しレーザ光
を発生するレーザロッドと、前記励起光源と、前記レー
ザロッドと、前記励起光源及び前記レーザロッドに接触
させて、これらを共に冷やす冷却剤と、を保持する中空
の容器と、前記容器内の前記冷却剤を流動させる冷却系
と、前記レーザ光を共振させる共振器と、を具備するこ
とを特徴とする固体レーザ発振器である。励起光源の信
頼性向上のために、励起光源の少なくとも冷却剤に接し
ている面には冷却剤による浸食から前記励起光源を防護
する保護膜を形成しておくことが好ましい。
【０００７】
【作用】本発明の固体レーザ発振器は上記のような構成
により以下の作用を奏する。励起光源から出射する励起
光がレーザロッドに到達するためにはいくつかの物質の
層を通過しなければならない。しかし、これら層の各々
が持つ屈折率が同一でないことから、互いの境目では励
起光の反射が起こることがある。また励起光が各々の層
を通過する際、各層によって励起光が少しずつ吸収・減
衰されているということがある。したがって励起光源と
レーザロッドとの間の屈折率が不連続に変化する点を除
くことにより励起光がレーザロッドに到達する割合が向
上することになる。本発明では励起光源とレーザロッド
と冷却剤は容器内にまとめて設けられている。冷却剤は
レーザロッドを冷却しかつ励起光源をも冷却する。その
ため従来必要であったパイプ３や冷却水路５やヒートシ
ンク８等の部材は必要がなくなる。これら部材が無くな
ることによってレーザロッドと励起光源との間には励起
光を減衰させる構成要素が減り、またレーザロッドと励
起光源との距離を縮めることができるようにもなる。距
離を縮める事ができるのであるから励起光を集束させる
ためのシリンドリカルレンズ対４も必要がなくなる。す
なわち励起光源とレーザロッドとの間には、これらを冷
却する冷却剤以外の部材を配置する必要が無くなる。レ
ーザロッドに近接させて設けられる励起光源から出射し
た励起光を受けたレーザロッドは誘導放出を起こす。こ
の誘導放出された光を共振器によって共振させて発振器
外に出射する。
により以下の作用を奏する。励起光源から出射する励起
光がレーザロッドに到達するためにはいくつかの物質の
層を通過しなければならない。しかし、これら層の各々
が持つ屈折率が同一でないことから、互いの境目では励
起光の反射が起こることがある。また励起光が各々の層
を通過する際、各層によって励起光が少しずつ吸収・減
衰されているということがある。したがって励起光源と
レーザロッドとの間の屈折率が不連続に変化する点を除
くことにより励起光がレーザロッドに到達する割合が向
上することになる。本発明では励起光源とレーザロッド
と冷却剤は容器内にまとめて設けられている。冷却剤は
レーザロッドを冷却しかつ励起光源をも冷却する。その
ため従来必要であったパイプ３や冷却水路５やヒートシ
ンク８等の部材は必要がなくなる。これら部材が無くな
ることによってレーザロッドと励起光源との間には励起
光を減衰させる構成要素が減り、またレーザロッドと励
起光源との距離を縮めることができるようにもなる。距
離を縮める事ができるのであるから励起光を集束させる
ためのシリンドリカルレンズ対４も必要がなくなる。す
なわち励起光源とレーザロッドとの間には、これらを冷
却する冷却剤以外の部材を配置する必要が無くなる。レ
ーザロッドに近接させて設けられる励起光源から出射し
た励起光を受けたレーザロッドは誘導放出を起こす。こ
の誘導放出された光を共振器によって共振させて発振器
外に出射する。
【０００８】
【実施例】本発明を実施するための装置の構成例を図を
用いて説明する。図１（ａ）は本発明の固体レーザ発振
器の横断面図を、図１（ｂ）は縦断面図をそれぞれ示
す。ＹＡＧからなるレーザロッド１の大部分は金属から
なる容器１０内にあり、両端部を容器１０の外に突出さ
せて設けられている。すなわち図１（ｂ）に示すように
レーザロッド１は中空の容器に挿通されて設けられてい
る。このレーザロッド１の両端部方向には図１（ｂ）に
示すように共振器たるミラー対１４が設けられており、
レーザロッド１から出射する光を共振させる。励起光源
たるＬＤ６は図１（ａ）に示すように容器１０の側部に
備えられており、励起光が出射する端面のみを容器１０
内に露出させて設けられている。容器１０内は冷却剤た
るシリコンオイル１１で満たされている。したがってＬ
Ｄ６から出射した励起光は冷却剤１１内を伝播した後直
接レーザロッド１に入射する。容器１０は、容器下部に
設けられた冷却剤導入口１２と容器上部に設けられた冷
却剤排出口１３とにおいて冷却系たる図示せぬ冷却剤循
環装置と接続されている。この循環装置は冷却剤導入口
１２からシリコンオイル１１を逐次流入させる。容器１
０内に流入したシリコンオイル１１はレーザロッド１と
ＬＤ６とに接しながら流動し、これらの発する熱を奪
う。シリコンオイル１１は逐次容器１０に供給されてい
るから同量のシリコンオイル１１を容器１０の外に排出
する必要がある。そのため循環装置は冷却剤排出口１３
から暖まったシリコンオイル１１を逐次排出させる。排
出されたシリコンオイル１１は循環装置内に戻され、熱
を放出させた後に再び冷却剤導入口１２に送り込まれ
る。これら冷却系はレーザロッド１及びＬＤ６の温度変
化を±５℃以内に制御する。
用いて説明する。図１（ａ）は本発明の固体レーザ発振
器の横断面図を、図１（ｂ）は縦断面図をそれぞれ示
す。ＹＡＧからなるレーザロッド１の大部分は金属から
なる容器１０内にあり、両端部を容器１０の外に突出さ
せて設けられている。すなわち図１（ｂ）に示すように
レーザロッド１は中空の容器に挿通されて設けられてい
る。このレーザロッド１の両端部方向には図１（ｂ）に
示すように共振器たるミラー対１４が設けられており、
レーザロッド１から出射する光を共振させる。励起光源
たるＬＤ６は図１（ａ）に示すように容器１０の側部に
備えられており、励起光が出射する端面のみを容器１０
内に露出させて設けられている。容器１０内は冷却剤た
るシリコンオイル１１で満たされている。したがってＬ
Ｄ６から出射した励起光は冷却剤１１内を伝播した後直
接レーザロッド１に入射する。容器１０は、容器下部に
設けられた冷却剤導入口１２と容器上部に設けられた冷
却剤排出口１３とにおいて冷却系たる図示せぬ冷却剤循
環装置と接続されている。この循環装置は冷却剤導入口
１２からシリコンオイル１１を逐次流入させる。容器１
０内に流入したシリコンオイル１１はレーザロッド１と
ＬＤ６とに接しながら流動し、これらの発する熱を奪
う。シリコンオイル１１は逐次容器１０に供給されてい
るから同量のシリコンオイル１１を容器１０の外に排出
する必要がある。そのため循環装置は冷却剤排出口１３
から暖まったシリコンオイル１１を逐次排出させる。排
出されたシリコンオイル１１は循環装置内に戻され、熱
を放出させた後に再び冷却剤導入口１２に送り込まれ
る。これら冷却系はレーザロッド１及びＬＤ６の温度変
化を±５℃以内に制御する。
【０００９】従来の固体レーザ発振器の場合では励起光
がレーザロッドに到達するまでの損失が少なくとも７〜
８％程度存在した。この原因は上記したように主に励起
光が屈折率変化の不連続な点をいくつか通過する際に反
射や損失が発生するからであった。本発明においてはこ
のような屈折率変化の不連続点が存在するのはレーザロ
ッドと冷却剤との境目のみである。冷却剤としては水
（屈折率は約１．３）など、流体であって励起光近辺の
波長を吸収しないものであれば用いる事ができるが、な
るべくレーザロッドの屈折率に近いものを用いることが
好ましい。例えば本実施例においてはシリコンオイルを
用いた。このシリコンオイルの屈折率は１．４程度であ
る。一方レーザロッドの屈折率は１．８３程度である。
したがって屈折率変化の不連続点における損失が２％足
らずになる。冷却剤の屈折率をレーザロッドの屈折率に
近付ける事によりこの損失はさらに低下させることがで
きる。
がレーザロッドに到達するまでの損失が少なくとも７〜
８％程度存在した。この原因は上記したように主に励起
光が屈折率変化の不連続な点をいくつか通過する際に反
射や損失が発生するからであった。本発明においてはこ
のような屈折率変化の不連続点が存在するのはレーザロ
ッドと冷却剤との境目のみである。冷却剤としては水
（屈折率は約１．３）など、流体であって励起光近辺の
波長を吸収しないものであれば用いる事ができるが、な
るべくレーザロッドの屈折率に近いものを用いることが
好ましい。例えば本実施例においてはシリコンオイルを
用いた。このシリコンオイルの屈折率は１．４程度であ
る。一方レーザロッドの屈折率は１．８３程度である。
したがって屈折率変化の不連続点における損失が２％足
らずになる。冷却剤の屈折率をレーザロッドの屈折率に
近付ける事によりこの損失はさらに低下させることがで
きる。
【００１０】本発明では冷却剤が励起光源に対して直接
接している。したがって冷却剤の種類によるか、もしく
は冷却剤に不要物が混入することによって励起光源が浸
食をうける場合もある。本実施例の装置に用いたＬＤの
表面には厚さ０．０５ミクロンのＳｉＯ2 のコーティン
グが施してある。保護膜の膜厚があまり厚いときには励
起光源から励起光が出射されない場合がある。そのため
保護膜は薄ければ薄いほど好ましい。膜厚は少なくとも
励起光源が発する励起光の波長の２５％以下であればよ
く、膜厚が励起光の波長の１０％程度であれば、励起光
に対する保護膜の影響がほとんどない。このような保護
膜を励起光源の表面に設けることによって装置の信頼性
を向上させる事ができる。保護膜にはＡｌ2 Ｏ3 ，Ｃｅ
Ｆ3 ，ＭｇＦ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ3 ，ＺｎＳ等の材
料を用いることができる。
接している。したがって冷却剤の種類によるか、もしく
は冷却剤に不要物が混入することによって励起光源が浸
食をうける場合もある。本実施例の装置に用いたＬＤの
表面には厚さ０．０５ミクロンのＳｉＯ2 のコーティン
グが施してある。保護膜の膜厚があまり厚いときには励
起光源から励起光が出射されない場合がある。そのため
保護膜は薄ければ薄いほど好ましい。膜厚は少なくとも
励起光源が発する励起光の波長の２５％以下であればよ
く、膜厚が励起光の波長の１０％程度であれば、励起光
に対する保護膜の影響がほとんどない。このような保護
膜を励起光源の表面に設けることによって装置の信頼性
を向上させる事ができる。保護膜にはＡｌ2 Ｏ3 ，Ｃｅ
Ｆ3 ，ＭｇＦ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＴｉＯ3 ，ＺｎＳ等の材
料を用いることができる。
【００１１】本実施例ではＬＤの励起光が出射される励
起光源の端面のみを冷却剤に曝しているが、励起光源全
体を冷却剤に浸漬させるようにして設けても良い。本発
明では、励起光源とレーザロッドとの間の物質（すなわ
ち冷却剤）の屈折率の値をレーザロッドの屈折率に近付
ける事によりさらに励起光の伝達効率を向上させること
ができる。
起光源の端面のみを冷却剤に曝しているが、励起光源全
体を冷却剤に浸漬させるようにして設けても良い。本発
明では、励起光源とレーザロッドとの間の物質（すなわ
ち冷却剤）の屈折率の値をレーザロッドの屈折率に近付
ける事によりさらに励起光の伝達効率を向上させること
ができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明の固体レーザ発振器では、励起光
源からの励起光を減衰させることなくレーザロッドに入
射させる事ができる。
源からの励起光を減衰させることなくレーザロッドに入
射させる事ができる。
【図１】 （ａ）は本発明の実施例のレーザ発振器を示
す横断面図、（ｂ）は本発明の実施例のレーザ発振器を
示す縦断面図。
す横断面図、（ｂ）は本発明の実施例のレーザ発振器を
示す縦断面図。
【図２】 従来のレーザ発振器要部を示す横断面図。
１…レーザロッド ２…冷却水層 ３…パイプ ４…シリンドリカルレンズ対 ５…冷却水路 ６…ＬＤ（レーザダイオード） ７…マウント ８…ヒートシンク ９…導波路部 １０…容器 １１…シリコンオイル（冷却剤） １２…冷却剤導入口 １３…冷却剤排出口 １４…ミラー対
Claims (2)
- 【請求項１】励起光を出射する励起光源と、 前記励起光を受光しレーザ光を発生するレーザロッド
と、 前記励起光源と、前記レーザロッドと、前記励起光源及
び前記レーザロッドに接触させて、これらを共に冷やす
冷却剤と、を保持する中空の容器と、 前記容器内の前記冷却剤を流動させる冷却系と、 前記レーザ光を共振させる共振器と、を具備することを
特徴とする固体レーザ発振器。 - 【請求項２】励起光源の少なくとも冷却剤に接している
面には冷却剤による浸食から前記励起光源を防護する保
護膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の
固体レーザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13707895A JPH08330648A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 固体レーザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13707895A JPH08330648A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 固体レーザ発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330648A true JPH08330648A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=15190388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13707895A Pending JPH08330648A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 固体レーザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08330648A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0897206A4 (en) * | 1997-01-30 | 2000-10-04 | Fanuc Ltd | LASEROSCILLATOR |
| EP1670103A4 (en) * | 2003-09-25 | 2006-10-11 | Hamamatsu Photonics Kk | SEMICONDUCTOR LASER |
| JP2008066368A (ja) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Okamoto Kogaku Kakosho:Kk | 太陽光励起レーザー装置 |
| US7502396B2 (en) | 2003-08-28 | 2009-03-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state laser apparatus |
-
1995
- 1995-06-05 JP JP13707895A patent/JPH08330648A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0897206A4 (en) * | 1997-01-30 | 2000-10-04 | Fanuc Ltd | LASEROSCILLATOR |
| US7502396B2 (en) | 2003-08-28 | 2009-03-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state laser apparatus |
| EP1670103A4 (en) * | 2003-09-25 | 2006-10-11 | Hamamatsu Photonics Kk | SEMICONDUCTOR LASER |
| JP2008066368A (ja) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Okamoto Kogaku Kakosho:Kk | 太陽光励起レーザー装置 |
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