JPH11261137A - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JPH11261137A JPH11261137A JP6100798A JP6100798A JPH11261137A JP H11261137 A JPH11261137 A JP H11261137A JP 6100798 A JP6100798 A JP 6100798A JP 6100798 A JP6100798 A JP 6100798A JP H11261137 A JPH11261137 A JP H11261137A
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- Japan
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- laser
- composite
- rod
- laser rod
- laser material
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、レーザ光軸と励起光軸とが一致する
ように励起方向を定めた端面励起型のレーザ装置に関
し、集光レンズとレーザ材料との間隔を近づけて焦点距
離の短い集光レンズを用い、小型で高効率なビーム品質
のすぐれたレーザ装置を実現する。 【解決手段】レーザイオンを含む円筒形状のレーザ材料
2と、そのレーザ材料2の両端面のうちの少なくとも一
方の端面に接合された、そのレーザ材料2と同一径の円
筒形状であって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ
厚みが円筒直径dよりも薄い厚さtの非レーザ材料3と
からなる円筒形状の複合型レーザロッド1を備えた。
ように励起方向を定めた端面励起型のレーザ装置に関
し、集光レンズとレーザ材料との間隔を近づけて焦点距
離の短い集光レンズを用い、小型で高効率なビーム品質
のすぐれたレーザ装置を実現する。 【解決手段】レーザイオンを含む円筒形状のレーザ材料
2と、そのレーザ材料2の両端面のうちの少なくとも一
方の端面に接合された、そのレーザ材料2と同一径の円
筒形状であって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ
厚みが円筒直径dよりも薄い厚さtの非レーザ材料3と
からなる円筒形状の複合型レーザロッド1を備えた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光軸と励起
光軸とが一致するように励起方向を定めた端面励起型の
レーザ装置に関する。
光軸とが一致するように励起方向を定めた端面励起型の
レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】端面光励起型のレーザ装置は、効率の高
いレーザ発振を行わせることを目的として、レーザの空
間的モード分布と合致するようなビーム形状をもつ励起
光により、レーザ材料に含まれるレーザイオンの中でレ
ーザ発振に有効な部分だけをレーザ上位準位に励起し、
レーザ下位準位との間での誘導放出を光共振器内部で蓄
える構造を有している。ここで、レーザ上位準位への励
起過程、レーザ下位準位から基底準位への遷移の過程
は、無放射の結晶の加熱を伴い、このため、レーザ材料
の温度上昇が避けられない。また、励起光が、レーザ遷
移にあずからずレーザ材料の加熱にのみ関わるスペクト
ルも含む場合、レーザ材料の温度はさらに高まる。
いレーザ発振を行わせることを目的として、レーザの空
間的モード分布と合致するようなビーム形状をもつ励起
光により、レーザ材料に含まれるレーザイオンの中でレ
ーザ発振に有効な部分だけをレーザ上位準位に励起し、
レーザ下位準位との間での誘導放出を光共振器内部で蓄
える構造を有している。ここで、レーザ上位準位への励
起過程、レーザ下位準位から基底準位への遷移の過程
は、無放射の結晶の加熱を伴い、このため、レーザ材料
の温度上昇が避けられない。また、励起光が、レーザ遷
移にあずからずレーザ材料の加熱にのみ関わるスペクト
ルも含む場合、レーザ材料の温度はさらに高まる。
【0003】このようなレーザ材料の温度上昇は、レー
ザ動作に各種の悪影響を及ぼす。すなわち、空間的にみ
て、レーザ材料の中でレーザ発振に関係する部分だけで
熱発生があり、その部分の温度が上昇するため、局在し
た高温部のある勾配の激しい温度分布が形成される。こ
のためレーザ材料内には局所的な熱膨張分布が生じ、こ
れによる熱歪みが生じ、極端な場合これがレーザ材料の
抗張力を越えるとレーザ材料の破壊に至る。破壊に至ら
ないまでも熱歪みはレーザ結晶に熱複屈折効果を与え、
レーザ発振特性を損なわせ、所望の出力値や所望の偏向
特性を損なわせる結果になる。また上述の温度分布は、
レーザ材料の屈折率の温度依存性により、励起入力条件
で変化するレンズを形成することになるから、レーザ発
振現象を不安定なものにする。
ザ動作に各種の悪影響を及ぼす。すなわち、空間的にみ
て、レーザ材料の中でレーザ発振に関係する部分だけで
熱発生があり、その部分の温度が上昇するため、局在し
た高温部のある勾配の激しい温度分布が形成される。こ
のためレーザ材料内には局所的な熱膨張分布が生じ、こ
れによる熱歪みが生じ、極端な場合これがレーザ材料の
抗張力を越えるとレーザ材料の破壊に至る。破壊に至ら
ないまでも熱歪みはレーザ結晶に熱複屈折効果を与え、
レーザ発振特性を損なわせ、所望の出力値や所望の偏向
特性を損なわせる結果になる。また上述の温度分布は、
レーザ材料の屈折率の温度依存性により、励起入力条件
で変化するレンズを形成することになるから、レーザ発
振現象を不安定なものにする。
【0004】さらに、準3準位レーザと呼ばれる範疇の
レーザにおいては、レーザ材料の動作温度が上昇するこ
と自体が、致命的な結果をもたらす。レーザイオンとし
てNd3+を含むYAG結晶を用いた946nmのレーザ
発振は準3準位レーザの代表例であるが、ここではレー
ザ下位準位が基底準位のすぐ近傍にあり、室温であって
もレーザ下位準位を占めるレーザイオンが存在し、温度
上昇とともにその割合は急増する。従って温度の上昇と
ともにレーザ発振に必須の逆転分布が得にくくなった
り、またレーザ下位準位を占めるレーザイオンが946
nmのレーザ光を吸収しレーザ上位準位へ再励起され
て、レーザ発振に対しての損失として働いたりして、そ
れらの結果として発振閾値の上昇現象や効率低下現象に
到る。
レーザにおいては、レーザ材料の動作温度が上昇するこ
と自体が、致命的な結果をもたらす。レーザイオンとし
てNd3+を含むYAG結晶を用いた946nmのレーザ
発振は準3準位レーザの代表例であるが、ここではレー
ザ下位準位が基底準位のすぐ近傍にあり、室温であって
もレーザ下位準位を占めるレーザイオンが存在し、温度
上昇とともにその割合は急増する。従って温度の上昇と
ともにレーザ発振に必須の逆転分布が得にくくなった
り、またレーザ下位準位を占めるレーザイオンが946
nmのレーザ光を吸収しレーザ上位準位へ再励起され
て、レーザ発振に対しての損失として働いたりして、そ
れらの結果として発振閾値の上昇現象や効率低下現象に
到る。
【0005】このような各種の悪影響を低減すべくレー
ザ材料と非レーザ材料とが複合された複合形レーザロッ
ドを用いた結晶による端面光励起型レーザ装置が、US
P5,563,899号公報、特開平7−17075号
公報、United States Statutor
y Invention RegistrationR
eg.Number:H1673 Publishe
d:Aug.5,1997(以下、H1673と略記す
る)」において提案されている。例としてH1673の
FIG.1、FIG.2を参照すると、複合形レーザロ
ッドは非レーザ材料の部分でOリングを用いて冷却ジャ
ケットに保持され、励起光源から集光レンズを介して照
射されて生ずる、レーザ材料部で発生した熱は、非レー
ザ材料部にも導かれて放散し、複合型レーザロッドのか
なり広い側面で液状冷媒に直接接触して除去される。こ
れにより、レーザ材料の動作温度の上昇が抑制されてい
る。このような、複合形レーザロッドの側面を液状冷媒
に直接接触させて強制冷却する必要のあるような大出力
レーザ装置構成において、非レーザ材料部に必要な長さ
に関する考察が、「IEEE Journal of
selectedtopics in quantum
electronics誌のvol.3,No1 F
ebruary 1997,71〜81ページ」に掲載
された“Diode Arrays,Crystal
s, and Thermal Management
for Solid−State Lasers”で
報告されている。その74ページには「非レーザ材料の
部分の長さとしてレーザロッドの直径の1〜2倍につい
て検討を行っている。非レーザ材料が意味を持つには少
なくともレーザロッドの直径分は必要である」と記載さ
れている。
ザ材料と非レーザ材料とが複合された複合形レーザロッ
ドを用いた結晶による端面光励起型レーザ装置が、US
P5,563,899号公報、特開平7−17075号
公報、United States Statutor
y Invention RegistrationR
eg.Number:H1673 Publishe
d:Aug.5,1997(以下、H1673と略記す
る)」において提案されている。例としてH1673の
FIG.1、FIG.2を参照すると、複合形レーザロ
ッドは非レーザ材料の部分でOリングを用いて冷却ジャ
ケットに保持され、励起光源から集光レンズを介して照
射されて生ずる、レーザ材料部で発生した熱は、非レー
ザ材料部にも導かれて放散し、複合型レーザロッドのか
なり広い側面で液状冷媒に直接接触して除去される。こ
れにより、レーザ材料の動作温度の上昇が抑制されてい
る。このような、複合形レーザロッドの側面を液状冷媒
に直接接触させて強制冷却する必要のあるような大出力
レーザ装置構成において、非レーザ材料部に必要な長さ
に関する考察が、「IEEE Journal of
selectedtopics in quantum
electronics誌のvol.3,No1 F
ebruary 1997,71〜81ページ」に掲載
された“Diode Arrays,Crystal
s, and Thermal Management
for Solid−State Lasers”で
報告されている。その74ページには「非レーザ材料の
部分の長さとしてレーザロッドの直径の1〜2倍につい
て検討を行っている。非レーザ材料が意味を持つには少
なくともレーザロッドの直径分は必要である」と記載さ
れている。
【0006】前述の946nmの発振線は、分光計測の
分野から見ると波長可変レーザとして著名なチタンサフ
ァイアレーザの限界波長であり、Nd:YAGレーザの
1064nmとの間を補間する貴重な波長と考えられ
る。また946nmは、その第2高調波である青色の4
73nmという波長が、光記録、プリンターなどのため
の高いビーム品質をもつ光源としても注目されている。
このような計測用光源としては、小型で、高効率、ビー
ム品質の優れたレーザ装置が要求される。ここで、高効
率化を考える場合、レーザ材料中のレーザイオンを励起
光の強度を高めて励起することが望ましい。焦点距離f
のレンズを用い、直径D、波長λの励起ビームを集光し
た場合、その焦点位置における集光寸法はλf/πDと
なりfに比例する。このため、集光寸法を小さくして励
起光の強度を高めるには、集光レンズの焦点距離fをな
るべく短くすることが好ましい。ところが、H1673
のFIG.1、FIG.2を参照すると、レーザイオン
を含む円筒状レーザ材料は、Oリングを使用し冷却ジャ
ケットに保持する機構が必要なため、非レーザ材料の長
さをレーザロッドの直径以上に十分長くする必要があ
り、励起はこの長い非レーザ材料領域を通して行われる
ために、集光レンズと複合型レーザロッドのレーザ材料
との距離を近づけることは不可能であり、焦点距離fの
短いレンズを使用することはできず、高効率化は困難で
ある。
分野から見ると波長可変レーザとして著名なチタンサフ
ァイアレーザの限界波長であり、Nd:YAGレーザの
1064nmとの間を補間する貴重な波長と考えられ
る。また946nmは、その第2高調波である青色の4
73nmという波長が、光記録、プリンターなどのため
の高いビーム品質をもつ光源としても注目されている。
このような計測用光源としては、小型で、高効率、ビー
ム品質の優れたレーザ装置が要求される。ここで、高効
率化を考える場合、レーザ材料中のレーザイオンを励起
光の強度を高めて励起することが望ましい。焦点距離f
のレンズを用い、直径D、波長λの励起ビームを集光し
た場合、その焦点位置における集光寸法はλf/πDと
なりfに比例する。このため、集光寸法を小さくして励
起光の強度を高めるには、集光レンズの焦点距離fをな
るべく短くすることが好ましい。ところが、H1673
のFIG.1、FIG.2を参照すると、レーザイオン
を含む円筒状レーザ材料は、Oリングを使用し冷却ジャ
ケットに保持する機構が必要なため、非レーザ材料の長
さをレーザロッドの直径以上に十分長くする必要があ
り、励起はこの長い非レーザ材料領域を通して行われる
ために、集光レンズと複合型レーザロッドのレーザ材料
との距離を近づけることは不可能であり、焦点距離fの
短いレンズを使用することはできず、高効率化は困難で
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的とするところは、集光レンズとレーザ材料との間隔
を近づけて焦点距離の短い集光レンズを用い、小型で高
効率なビーム品質のすぐれたレーザ装置を実現すること
にある。
目的とするところは、集光レンズとレーザ材料との間隔
を近づけて焦点距離の短い集光レンズを用い、小型で高
効率なビーム品質のすぐれたレーザ装置を実現すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のレーザ装置は、レーザイオンを含む円筒形状のレー
ザ材料と、そのレーザ材料の両端面のうちの少なくとも
一方の端面に接合された、そのレーザ材料と同一径の円
筒形状であって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ
厚みが円筒直径よりも薄い非レーザ材料とからなる円筒
形状の複合型レーザロッド、上記複合型レーザロッドを
構成する非レーザ材料を通してその複合型レーザロッド
を構成するレーザ材料に励起光を入射する励起手段、お
よび上記複合型レーザロッドを構成するレーザ材料で発
せられた光を種にしてレーザ発振に至らしめる光共振器
を備えたことを特徴とする。
明のレーザ装置は、レーザイオンを含む円筒形状のレー
ザ材料と、そのレーザ材料の両端面のうちの少なくとも
一方の端面に接合された、そのレーザ材料と同一径の円
筒形状であって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ
厚みが円筒直径よりも薄い非レーザ材料とからなる円筒
形状の複合型レーザロッド、上記複合型レーザロッドを
構成する非レーザ材料を通してその複合型レーザロッド
を構成するレーザ材料に励起光を入射する励起手段、お
よび上記複合型レーザロッドを構成するレーザ材料で発
せられた光を種にしてレーザ発振に至らしめる光共振器
を備えたことを特徴とする。
【0009】ここで、上記複合型レーザロッドは、その
複合型レーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材
料が拡散接合されたものであることが好ましい。あるい
は、上記複合型レーザロッドは、その複合型レーザロッ
ドを構成するレーザ材料と非レーザ材料とが接着媒体も
しくは液状媒体を介在させることにより接合されたもの
であってもよい。
複合型レーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材
料が拡散接合されたものであることが好ましい。あるい
は、上記複合型レーザロッドは、その複合型レーザロッ
ドを構成するレーザ材料と非レーザ材料とが接着媒体も
しくは液状媒体を介在させることにより接合されたもの
であってもよい。
【0010】上記複合型レーザロッドを構成する非レー
ザ材料は、その複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の母材と同一の材料からなるものであってもよく、あ
るいは、上記複合型レーザロッドを構成する非レーザ材
料は、その複合型レーザロッドを構成するレーザ材料の
熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなるもの
であってもよい。
ザ材料は、その複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の母材と同一の材料からなるものであってもよく、あ
るいは、上記複合型レーザロッドを構成する非レーザ材
料は、その複合型レーザロッドを構成するレーザ材料の
熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなるもの
であってもよい。
【0011】また、本発明のレーザ装置において、上記
励起手段は、上記複合型レーザロッドのを構成するレー
ザ材料内におけるビーム径がその複合型レーザロッドの
円筒直径の1/3以下となるように調整された励起光
を、その複合型レーザロッドに照射するものであること
が好ましい。さらに、本発明のレーザ装置は、上記複合
型レーザロッドの円筒面を保持するとともにその複合型
レーザロッドからの伝熱を受けるホルダを備えたもので
あることが好ましい。
励起手段は、上記複合型レーザロッドのを構成するレー
ザ材料内におけるビーム径がその複合型レーザロッドの
円筒直径の1/3以下となるように調整された励起光
を、その複合型レーザロッドに照射するものであること
が好ましい。さらに、本発明のレーザ装置は、上記複合
型レーザロッドの円筒面を保持するとともにその複合型
レーザロッドからの伝熱を受けるホルダを備えたもので
あることが好ましい。
【0012】また、本発明のレーザ装置において、上記
光共振器は、一対のミラーを有し、それら一対のミラー
のうちの少なくとも一方のミラーが、上記複合型レーザ
ロッドの端面に施されたコーティングからなるものであ
ってもよい。前述した従来の技術では、励起光による温
度上昇を抑制するために複合形レーザロッドの側面を液
状冷媒に直接接触させて強制冷却することが必要であ
り、このため液状冷媒の漏洩を防止する必要上、複合形
レーザロッドの非レーザ材料の部分でOリングを用いて
シールすることが必要であり、このことが焦点距離の短
かい集光レンズの採用するためのの障害になっている。
また、この従来の技術における非レーザ材料は、複合形
レーザロッドのレーザ材料部で発生する熱による温度上
昇や歪みを緩和するために必要な非レーザ材料の長さが
レーザロッドの直径の1から2倍以上必要であるという
知見にもとづいてその長さが定められている。
光共振器は、一対のミラーを有し、それら一対のミラー
のうちの少なくとも一方のミラーが、上記複合型レーザ
ロッドの端面に施されたコーティングからなるものであ
ってもよい。前述した従来の技術では、励起光による温
度上昇を抑制するために複合形レーザロッドの側面を液
状冷媒に直接接触させて強制冷却することが必要であ
り、このため液状冷媒の漏洩を防止する必要上、複合形
レーザロッドの非レーザ材料の部分でOリングを用いて
シールすることが必要であり、このことが焦点距離の短
かい集光レンズの採用するためのの障害になっている。
また、この従来の技術における非レーザ材料は、複合形
レーザロッドのレーザ材料部で発生する熱による温度上
昇や歪みを緩和するために必要な非レーザ材料の長さが
レーザロッドの直径の1から2倍以上必要であるという
知見にもとづいてその長さが定められている。
【0013】これに対し、本発明者は、励起光のパワー
レベルや励起ビーム寸法によっては、あるいはレーザ材
料部と非レーザ材料部の熱定数によっては、レーザ材料
部の一方の端部にレーザロッドの直径分に満たない長さ
の非レーザ材料部を接合し、液状冷媒による直接接触に
よる冷却を省くことにより、0リングシールに必要な構
造部分を省き、これによって、上述の障害を克服できる
ことを見い出した。また本発明者は、熱伝導に関する理
論解析を行い、励起ビームの直径がレーザロッドの直径
に比べ十分小さければ、レーザ材料内で発生した熱によ
る温度上昇は、非レーザ材料部の長さがロッドの直径よ
り短い場合であっても、非レーザ材料の長さがレーザロ
ッドの直径の2倍以上の場合と比べ、ほとんど変わらな
いことを見い出した。
レベルや励起ビーム寸法によっては、あるいはレーザ材
料部と非レーザ材料部の熱定数によっては、レーザ材料
部の一方の端部にレーザロッドの直径分に満たない長さ
の非レーザ材料部を接合し、液状冷媒による直接接触に
よる冷却を省くことにより、0リングシールに必要な構
造部分を省き、これによって、上述の障害を克服できる
ことを見い出した。また本発明者は、熱伝導に関する理
論解析を行い、励起ビームの直径がレーザロッドの直径
に比べ十分小さければ、レーザ材料内で発生した熱によ
る温度上昇は、非レーザ材料部の長さがロッドの直径よ
り短い場合であっても、非レーザ材料の長さがレーザロ
ッドの直径の2倍以上の場合と比べ、ほとんど変わらな
いことを見い出した。
【0014】本発明は、これらの知見に基づいて成され
たものであり、本発明によれば、複合型レーザロッドを
用い、小型で高効率な、かつビーム品質のすぐれたレー
ザ装置を実現することができる。
たものであり、本発明によれば、複合型レーザロッドを
用い、小型で高効率な、かつビーム品質のすぐれたレー
ザ装置を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の技術思想を実現
するための複合型レーザロッド1の斜視図である。同図
において、レーザ発振に必要なレーザイオンを含む直径
dの円筒状レーザ材料2の片側に、レーザイオンを含ま
ず、直径dよりも薄い厚みtを有する非レーザ材料3が
接合されている。
するための複合型レーザロッド1の斜視図である。同図
において、レーザ発振に必要なレーザイオンを含む直径
dの円筒状レーザ材料2の片側に、レーザイオンを含ま
ず、直径dよりも薄い厚みtを有する非レーザ材料3が
接合されている。
【0016】この場合の接合方法としては、接合面を光
学研摩してオプティカルコンタクトさせ、融点以下の必
要温度まで昇温して拡散接合(diffusion b
onding)させ、そののちアニールを行って機械的
にも光学的にも歪みのない状態を作り出す方法を採用す
ることが、接合面の強度、あるいは接合面での光学的連
続性の観点から好ましい。このとき、拡散接合の信頼性
あるいは接合面での光学的連続性を確保することを最重
要とするならば、結晶の格子定数、結晶方向などの一致
性から、非レーザ材料3として、レーザ材料2に用いら
れる母材と同一の材料を用いることが好ましい。すなわ
ち、レーザ材料2は、Nd、Yb、Tm、Ho、Crな
どのレーザイオンがドープされたYAG、YLF、YV
O4 、LiSrAlF、LiSrGaF6 、LiSrC
aF6 などであり、非レーザ材料3は、レーザイオンが
ドープされていないYAG、YLF、YVO4 、LiS
rAlF、LiSrGaF6 、LiSrCaF6 などが
良い。ただし非レーザ材料3における熱放散作用を最優
先させるならば、作業条件の確立による信頼性の保証の
もとで、レーザ材料2の熱伝導率よりも高い熱伝導率を
持ち、光学的諸特性にも優れた材料、たとえば、サファ
イアなどを選んでもよい。
学研摩してオプティカルコンタクトさせ、融点以下の必
要温度まで昇温して拡散接合(diffusion b
onding)させ、そののちアニールを行って機械的
にも光学的にも歪みのない状態を作り出す方法を採用す
ることが、接合面の強度、あるいは接合面での光学的連
続性の観点から好ましい。このとき、拡散接合の信頼性
あるいは接合面での光学的連続性を確保することを最重
要とするならば、結晶の格子定数、結晶方向などの一致
性から、非レーザ材料3として、レーザ材料2に用いら
れる母材と同一の材料を用いることが好ましい。すなわ
ち、レーザ材料2は、Nd、Yb、Tm、Ho、Crな
どのレーザイオンがドープされたYAG、YLF、YV
O4 、LiSrAlF、LiSrGaF6 、LiSrC
aF6 などであり、非レーザ材料3は、レーザイオンが
ドープされていないYAG、YLF、YVO4 、LiS
rAlF、LiSrGaF6 、LiSrCaF6 などが
良い。ただし非レーザ材料3における熱放散作用を最優
先させるならば、作業条件の確立による信頼性の保証の
もとで、レーザ材料2の熱伝導率よりも高い熱伝導率を
持ち、光学的諸特性にも優れた材料、たとえば、サファ
イアなどを選んでもよい。
【0017】拡散接合以外の接合方法として、使用材料
と作業条件が整えば、その屈折率がレーザ材料2と非レ
ーザ材料3の屈折率に近い値に調整された透明な接着媒
体により接合されていたり、あるいは液状媒体を介して
接合されていてもよい。この場合、接着媒体あるいは液
状媒体は熱伝導率の高いものが選択される。図2,図3
は、図1に示した複合型レーザロッドを採用した本発明
のレーザ装置の各実施形態を示す図である。
と作業条件が整えば、その屈折率がレーザ材料2と非レ
ーザ材料3の屈折率に近い値に調整された透明な接着媒
体により接合されていたり、あるいは液状媒体を介して
接合されていてもよい。この場合、接着媒体あるいは液
状媒体は熱伝導率の高いものが選択される。図2,図3
は、図1に示した複合型レーザロッドを採用した本発明
のレーザ装置の各実施形態を示す図である。
【0018】これら図2,図3に示す各実施形態は、複
合多々レーザロッド1をホルダ4に収納して保持し、そ
の両側に光共振器を配置し、励起光源10から発せられ
た励起光5を焦点距離fの集光レンズ6を用いて集光
し、複合型レーザロッド1の非レーザ材料3を通してレ
ーザ材料2に導くことによりレーザ発振を起こさせる構
成の例である。図2での光共振器は、励起光5の波長に
対しては透過、レーザ波長に対しては高反射特性を示
す、複合型レーザロッド1の端部に施されたコーティン
グ7と、レーザ波長に対して部分的透過率を与えるコー
ティングが施された出力ミラー8とで構成されている。
図3の光共振器は、励起光の波長に対しては透過特性を
示し、レーザ波長に対しては高反射特性を示すコーティ
ング7が施された後面ミラー9と図2の場合と同様な出
力ミラー8とで構成されている。図2の光共振器では、
図3の光共振器における後面ミラー9に相当するものが
複合型レーザロッド1の端面に施されたコーティング7
であり、この考え方を拡張して、出力ミラーとして必要
なコーティングを複合型レーザロッド1の他の端面に施
し、光共振器としては構造物として目に見える形で現れ
ない構成を採用してもよい。光共振器を複合型レーザロ
ッドの両面のコーティングとすれば、製造後の光共振器
の自由度はなくなるが、より小型のレーザ発振器を実現
できる。一方、図3のように光共振器として、対向する
一対のミラーが配置される場合、複合型レーザロッド1
の、励起光が入射する側の端面には励起光の波長及びレ
ーザ波長の双方に対しての無反射コーティングを施し、
他の側の端面にはレーザ波長に対する無反射コーティン
グを施すことが好ましい。
合多々レーザロッド1をホルダ4に収納して保持し、そ
の両側に光共振器を配置し、励起光源10から発せられ
た励起光5を焦点距離fの集光レンズ6を用いて集光
し、複合型レーザロッド1の非レーザ材料3を通してレ
ーザ材料2に導くことによりレーザ発振を起こさせる構
成の例である。図2での光共振器は、励起光5の波長に
対しては透過、レーザ波長に対しては高反射特性を示
す、複合型レーザロッド1の端部に施されたコーティン
グ7と、レーザ波長に対して部分的透過率を与えるコー
ティングが施された出力ミラー8とで構成されている。
図3の光共振器は、励起光の波長に対しては透過特性を
示し、レーザ波長に対しては高反射特性を示すコーティ
ング7が施された後面ミラー9と図2の場合と同様な出
力ミラー8とで構成されている。図2の光共振器では、
図3の光共振器における後面ミラー9に相当するものが
複合型レーザロッド1の端面に施されたコーティング7
であり、この考え方を拡張して、出力ミラーとして必要
なコーティングを複合型レーザロッド1の他の端面に施
し、光共振器としては構造物として目に見える形で現れ
ない構成を採用してもよい。光共振器を複合型レーザロ
ッドの両面のコーティングとすれば、製造後の光共振器
の自由度はなくなるが、より小型のレーザ発振器を実現
できる。一方、図3のように光共振器として、対向する
一対のミラーが配置される場合、複合型レーザロッド1
の、励起光が入射する側の端面には励起光の波長及びレ
ーザ波長の双方に対しての無反射コーティングを施し、
他の側の端面にはレーザ波長に対する無反射コーティン
グを施すことが好ましい。
【0019】図1からわかるように、複合型レーザロッ
ド1の非レーザ材料3の長さtがその直径dよりも短い
こと、および複合型レーザロッド1をOリングシールし
ていないことから、レーザ材料2への集光は従来にくら
べて非常に短い焦点距離の集光レンズを用いて行ってい
る。複合型レーザロッド1のレーザ材料2における励起
光の集光ビーム径はロッド径の1/3より小さいことが
望ましい。励起ビーム径をより小さくすることにより、
レーザの発振利得を高めることができ、またレーザ共振
器のレーザ発振モードとの重なりも良くなるため、発振
効率が向上する。励起ビーム径をより小さくすれば非レ
ーザ材料の厚さtをさらに薄くしても、温度上昇を十分
に緩和することができる。
ド1の非レーザ材料3の長さtがその直径dよりも短い
こと、および複合型レーザロッド1をOリングシールし
ていないことから、レーザ材料2への集光は従来にくら
べて非常に短い焦点距離の集光レンズを用いて行ってい
る。複合型レーザロッド1のレーザ材料2における励起
光の集光ビーム径はロッド径の1/3より小さいことが
望ましい。励起ビーム径をより小さくすることにより、
レーザの発振利得を高めることができ、またレーザ共振
器のレーザ発振モードとの重なりも良くなるため、発振
効率が向上する。励起ビーム径をより小さくすれば非レ
ーザ材料の厚さtをさらに薄くしても、温度上昇を十分
に緩和することができる。
【0020】励起光5の照射により発生した、複合型レ
ーザロッド1のレーザ材料2の中心軸上での熱は、レー
ザ材料2の径方向に伝導し、レーザ材料2の円筒面に到
達して放熱されたり、非レーザ材料3の方向につまり軸
方向に伝導してから非レーザ材料3の内部を径方向に伝
導して非レーザ材料3の円筒面に到達して放熱される。
複合型レーザロッド1を保持するホルダ4は、複合型レ
ーザロッド1の円筒面に到達した熱を受け止め吸収しこ
れを他所へ捨てる役目も果たしている。このため、複合
型レーザロッド1の円筒状側面とホルダ4の円筒状内面
との接触は、熱抵抗が小さくなるようインジウム箔を介
在させたり、サーマルコンパウンドを介在させたり、熱
伝導度の良いグリースを介在させたりして、空隙がない
よう配慮することが必要である。図2,図3のホルダ4
においては、周辺の空気と接する全側面において熱交換
がなされている。
ーザロッド1のレーザ材料2の中心軸上での熱は、レー
ザ材料2の径方向に伝導し、レーザ材料2の円筒面に到
達して放熱されたり、非レーザ材料3の方向につまり軸
方向に伝導してから非レーザ材料3の内部を径方向に伝
導して非レーザ材料3の円筒面に到達して放熱される。
複合型レーザロッド1を保持するホルダ4は、複合型レ
ーザロッド1の円筒面に到達した熱を受け止め吸収しこ
れを他所へ捨てる役目も果たしている。このため、複合
型レーザロッド1の円筒状側面とホルダ4の円筒状内面
との接触は、熱抵抗が小さくなるようインジウム箔を介
在させたり、サーマルコンパウンドを介在させたり、熱
伝導度の良いグリースを介在させたりして、空隙がない
よう配慮することが必要である。図2,図3のホルダ4
においては、周辺の空気と接する全側面において熱交換
がなされている。
【0021】図4は、複合型レーザロッド1を保持する
ホルダに関する他の各種の例を示す図である。図4
(a)ではホルダ4での熱交換面積を広げるため放熱フ
ィン11を設けている。この放熱フィン11を強制空冷
することもできる。図4(b)ではホルダ4の一部に温
度センサ12を置き、電子冷却素子であるペルチェ素子
13を取り付けて、その温度センサ12の温度が上昇し
すぎないよう制御している。図4(c)ではホルダ4内
に設けた流路14を流れる冷却液によりホルダ4からの
熱を外部に運び出している。ここでは温度センサを置い
ていないが、送り込む冷却液の温度が制御されている。
図4では、複合型レーザロッド1からの発熱をホルダ4
に伝え、ホルダ4で空冷、電子冷却、液冷する概念を示
したが、他にも本発明の技術思想の範囲での変形は可能
である。
ホルダに関する他の各種の例を示す図である。図4
(a)ではホルダ4での熱交換面積を広げるため放熱フ
ィン11を設けている。この放熱フィン11を強制空冷
することもできる。図4(b)ではホルダ4の一部に温
度センサ12を置き、電子冷却素子であるペルチェ素子
13を取り付けて、その温度センサ12の温度が上昇し
すぎないよう制御している。図4(c)ではホルダ4内
に設けた流路14を流れる冷却液によりホルダ4からの
熱を外部に運び出している。ここでは温度センサを置い
ていないが、送り込む冷却液の温度が制御されている。
図4では、複合型レーザロッド1からの発熱をホルダ4
に伝え、ホルダ4で空冷、電子冷却、液冷する概念を示
したが、他にも本発明の技術思想の範囲での変形は可能
である。
【0022】図1には、レーザ材料2の片側の端面に非
レーザ材料3が接合された複合型レーザロッドを示した
が、図5の斜視図に示すように、レーザ材料2の両端面
に、それぞれの厚みtが円筒直径dより薄い非レーザ材
料3を接合すると、レーザ材料2の動作温度の低減のた
めにさらに有効である。この場合においても、複合型レ
ーザロッド1の円筒状側面でホルダに発熱を伝達し、そ
のホルダにおいて空冷、電子冷却、液冷するなどの本発
明の主旨は同様である。
レーザ材料3が接合された複合型レーザロッドを示した
が、図5の斜視図に示すように、レーザ材料2の両端面
に、それぞれの厚みtが円筒直径dより薄い非レーザ材
料3を接合すると、レーザ材料2の動作温度の低減のた
めにさらに有効である。この場合においても、複合型レ
ーザロッド1の円筒状側面でホルダに発熱を伝達し、そ
のホルダにおいて空冷、電子冷却、液冷するなどの本発
明の主旨は同様である。
【0023】図5の複合型レーザロッドは、図6のよう
に、蝶ネクタイ型リングレーザに適用することもでき
る。ここでは両端面の非レーザ材料を経由して両方向か
らの励起光がレーザ材料に導入され、リングレーザの特
徴であるシングルモード発振光15が比較的高出力で得
られる。リングレーザにおいては、光共振器内部に、オ
プティカルダイオード16、エタロン板17、ときには
波長選択素子などを挿入することが必要である。これら
は光学的損失要素であるから、これに打ち勝つための利
得を確保する必要があり、図6のような両方向からの励
起はその一方法であり、この場合非レーザ材料がレーザ
材料の両側にあることが好ましい。
に、蝶ネクタイ型リングレーザに適用することもでき
る。ここでは両端面の非レーザ材料を経由して両方向か
らの励起光がレーザ材料に導入され、リングレーザの特
徴であるシングルモード発振光15が比較的高出力で得
られる。リングレーザにおいては、光共振器内部に、オ
プティカルダイオード16、エタロン板17、ときには
波長選択素子などを挿入することが必要である。これら
は光学的損失要素であるから、これに打ち勝つための利
得を確保する必要があり、図6のような両方向からの励
起はその一方法であり、この場合非レーザ材料がレーザ
材料の両側にあることが好ましい。
【0024】
【発明の効果】従来、複合型レーザロッドは非レーザ材
料の長さtとしてその複合型レーザロッドの直径d以上
の長さのものを接合し、レーザ材料の動作温度を低減さ
せて結晶の破壊限界に挑戦しようとする考え方のもとで
研究開発が進められてきた。しかし、本発明者は、所望
の出力がこのように挑戦的なレベルではない、例えば計
測用光源のレベルの場合、非レーザ材料の長さがロッド
の直径未満であってもその効果を奏することを見い出し
た。特に、励起光の集光寸法がロッドの直径の1/3以
下であれば、この飽和現象は顕著であることを見出し
た。
料の長さtとしてその複合型レーザロッドの直径d以上
の長さのものを接合し、レーザ材料の動作温度を低減さ
せて結晶の破壊限界に挑戦しようとする考え方のもとで
研究開発が進められてきた。しかし、本発明者は、所望
の出力がこのように挑戦的なレベルではない、例えば計
測用光源のレベルの場合、非レーザ材料の長さがロッド
の直径未満であってもその効果を奏することを見い出し
た。特に、励起光の集光寸法がロッドの直径の1/3以
下であれば、この飽和現象は顕著であることを見出し
た。
【0025】本発明によれば、非レーザ材料の長さとし
てロッドの直径未満のものを接合することにより、レー
ザ材料の動作温度の低減効果と同時に、短焦点の集光レ
ンズを用いて励起光の集光密度を高めることができ、レ
ーザ発振効率を高めることができ、さらにレーザ装置の
小型化を実現できる。Nd:YAGレーザの946nm
の発振線に代表される準3準位レーザでは、動作温度の
低減がとくに要求されるが、本発明により、946nm
という分光的計測で重要な波長を発振できる、小型で高
効率の計測用レーザ発振器を実現することができる。
てロッドの直径未満のものを接合することにより、レー
ザ材料の動作温度の低減効果と同時に、短焦点の集光レ
ンズを用いて励起光の集光密度を高めることができ、レ
ーザ発振効率を高めることができ、さらにレーザ装置の
小型化を実現できる。Nd:YAGレーザの946nm
の発振線に代表される準3準位レーザでは、動作温度の
低減がとくに要求されるが、本発明により、946nm
という分光的計測で重要な波長を発振できる、小型で高
効率の計測用レーザ発振器を実現することができる。
【0026】波長可変レーザの母材として期待されてい
るLiSrAlF6 ,LiSrGaF6 ,LiSrCa
F6 などは熱伝導率が低いために動作温度を低減でき
ず、効率の制限、ビーム品質の限界が問題となってい
た。本発明により、これらの母材を採用した場合であっ
ても、小型、高効率でビーム品質のすぐれた計測用波長
可変レーザ発振器を実現することができる。
るLiSrAlF6 ,LiSrGaF6 ,LiSrCa
F6 などは熱伝導率が低いために動作温度を低減でき
ず、効率の制限、ビーム品質の限界が問題となってい
た。本発明により、これらの母材を採用した場合であっ
ても、小型、高効率でビーム品質のすぐれた計測用波長
可変レーザ発振器を実現することができる。
【図1】本発明のレーザ装置の実施形態に採用される複
合型レーザロッドの一例を示す斜視図である。
合型レーザロッドの一例を示す斜視図である。
【図2】図1に示した複合型レーザロッドを採用した本
発明のレーザ装置の第1実施形態の構造図である。
発明のレーザ装置の第1実施形態の構造図である。
【図3】図1に示した複合型レーザロッドを採用した本
発明のレーザ装置の第2実施形態の構造図である。
発明のレーザ装置の第2実施形態の構造図である。
【図4】複合型レーザロッドを保持するホルダの各種の
例を示した図である。
例を示した図である。
【図5】本発明のレーザ装置の実施形態に採用される複
合型レーザロッドの他の例を示す斜視図である。
合型レーザロッドの他の例を示す斜視図である。
【図6】図5に示した複合型レーザロッドを採用した本
発明のレーザ装置の第3実施形態の構造図である。
発明のレーザ装置の第3実施形態の構造図である。
1 複合型レーザロッド 2 レーザ材料 3 非レーザ材料 4 ホルダ 5 励起光 6 集光レンズ 7 コーティング 8 出力ミラー 9 後面ミラー 10 励起光源 11 放熱フィン 12 温度センサ 13 ペルチェ素子 14 流路 15 シングルモード発振光 16 オプティカルダイオード 17 エタロン板
Claims (8)
- 【請求項1】 レーザイオンを含む円筒形状のレーザ材
料と、該レーザ材料の両端面のうちの少なくとも一方の
端面に接合された、該レーザ材料と同一径の円筒形状で
あって、実質的にレーザイオンを含まず、かつ厚みが円
筒直径よりも薄い非レーザ材料とからなる円筒形状の複
合型レーザロッド、 前記複合型レーザロッドを構成する非レーザ材料を通し
て該複合型レーザロッドを構成するレーザ材料に励起光
を入射する励起手段、および前記複合型レーザロッドを
構成するレーザ材料で発せられた光を種にしてレーザ発
振に至らしめる光共振器を備えたことを特徴とするレー
ザ装置。 - 【請求項2】 前記複合型レーザロッドは、該複合型レ
ーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材料が拡散
接合されたものであることを特徴とする請求項1記載の
レーザ装置。 - 【請求項3】 前記複合型レーザロッドは、該複合型レ
ーザロッドを構成するレーザ材料と非レーザ材料が接着
媒体もしくは液状媒体を介在させることにより接合され
たものであることを特徴とする請求項1記載のレーザ装
置。 - 【請求項4】 前記複合型レーザロッドを構成する非レ
ーザ材料は、該複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の母材と同一の材料からなるものであることを特徴と
する請求項1記載のレーザ装置。 - 【請求項5】 前記複合型レーザロッドを構成する非レ
ーザ材料は、該複合型レーザロッドを構成するレーザ材
料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料からなる
ものであることを特徴とする請求項1記載のレーザ装
置。 - 【請求項6】 前記励起手段は、前記複合型レーザロッ
ドを構成するレーザ材料内におけるビーム径が該複合型
レーザロッドの円筒直径の1/3以下となるように調整
された励起光を、該複合型レーザロッドに照射するもの
であることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。 - 【請求項7】 前記複合型レーザロッドの円筒面を保持
するとともに該複合型レーザロッドからの伝熱を受ける
ホルダを備えたことを特徴とする請求項1記載のレーザ
装置。 - 【請求項8】 前記光共振器は、一対のミラーを有し、
該一対のミラーのうちの少なくとも一方のミラーが、前
記複合型レーザロッドの端面に施されたコーティングか
らなることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100798A JPH11261137A (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100798A JPH11261137A (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11261137A true JPH11261137A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=13158865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6100798A Pending JPH11261137A (ja) | 1998-03-12 | 1998-03-12 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11261137A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008124389A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | コヒーレントドップラーライダー |
| JP2009141362A (ja) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Robert Bosch Gmbh | レーザ装置 |
| JP2018513555A (ja) * | 2015-03-23 | 2018-05-24 | アイピージー フォトニクス コーポレーション | 高パワー連続波中赤外レーザー |
| JP2022057009A (ja) * | 2020-09-30 | 2022-04-11 | 日亜化学工業株式会社 | レーザ装置、及びレーザ装置の動作方法 |
| JP2025001174A (ja) * | 2023-06-20 | 2025-01-08 | 株式会社信光社 | 光学部品および光学部品の製造方法 |
-
1998
- 1998-03-12 JP JP6100798A patent/JPH11261137A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008124389A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | コヒーレントドップラーライダー |
| JP2009141362A (ja) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Robert Bosch Gmbh | レーザ装置 |
| JP2018513555A (ja) * | 2015-03-23 | 2018-05-24 | アイピージー フォトニクス コーポレーション | 高パワー連続波中赤外レーザー |
| JP2022057009A (ja) * | 2020-09-30 | 2022-04-11 | 日亜化学工業株式会社 | レーザ装置、及びレーザ装置の動作方法 |
| JP2025001174A (ja) * | 2023-06-20 | 2025-01-08 | 株式会社信光社 | 光学部品および光学部品の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19991130 |