JPH1187816A - Ｌｄ励起固体レーザ発振装置 - Google Patents
Ｌｄ励起固体レーザ発振装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大高出力が可能なＬＤ励起固体レーザ発振装
置。 【解決手段】 出力鏡７とリア鏡８で構成される光共振
器内に、ＹＡＧレーザ結晶等のスラブ形固体レーザ媒体
１が配置される。両端面１ａ、１ｂは、ブリュースタ条
件を満たすように斜めにカットされる。スラブ形レーザ
媒体１内部では全反射を繰り返すジグザグ光路が形成さ
れる。光共振器の長手方向軸に沿っていくつかのレンズ
ダクト５が配置され、その外側に多数のレーザダイオー
ド３が配置される。レンズダクト５の出射面１１は平坦
に形成され、出射面１１より広い入射面１０の緩やかな
凸面に沿って多数のレーザダイオード３が配置され、潤
沢な励起光４がレンズダクト５を介してスラブ形レーザ
媒体１に供給される。本発明は、ロッド形固体レーザ媒
体を用いたＬＤ励起固体レーザ発振装置にも適用出来
る。
置。 【解決手段】 出力鏡７とリア鏡８で構成される光共振
器内に、ＹＡＧレーザ結晶等のスラブ形固体レーザ媒体
１が配置される。両端面１ａ、１ｂは、ブリュースタ条
件を満たすように斜めにカットされる。スラブ形レーザ
媒体１内部では全反射を繰り返すジグザグ光路が形成さ
れる。光共振器の長手方向軸に沿っていくつかのレンズ
ダクト５が配置され、その外側に多数のレーザダイオー
ド３が配置される。レンズダクト５の出射面１１は平坦
に形成され、出射面１１より広い入射面１０の緩やかな
凸面に沿って多数のレーザダイオード３が配置され、潤
沢な励起光４がレンズダクト５を介してスラブ形レーザ
媒体１に供給される。本発明は、ロッド形固体レーザ媒
体を用いたＬＤ励起固体レーザ発振装置にも適用出来
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、励起源としてレー
ザダイオードを用いた固体レーザ発振装置（ＬＤ励起固
体レーザ発振装置）に関し、更に詳しく言えば、励起源
として使用するレーザダイオードの配置に関して改良を
加えたＬＤ励起固体レーザ発振装置に関する。
ザダイオードを用いた固体レーザ発振装置（ＬＤ励起固
体レーザ発振装置）に関し、更に詳しく言えば、励起源
として使用するレーザダイオードの配置に関して改良を
加えたＬＤ励起固体レーザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＹＡＧ等の固体のレーザ媒質を光共振器
内に配置し、これを励起源から供給される光エネルギで
レーザ励起するようにした固体レーザ発振装置は、高出
力で安定したレーザ発振が得られ易いことから、金属そ
の他の材料の切断、溶接などを行なうレーザ加工装置等
に広く使用されている。固体レーザ発振装置用の励起源
として、従来はハロゲンランプ、キセノンランプなどの
ランプが多用されていたが、近年、ＬＤ（Laser Diode
＝レーザダイオード。以下同じ。）が注目されている。
ＬＤを励起源に用いたレーザ発振装置は、一般に「ＬＤ
励起固体レーザ発振装置」と呼ばれている。
内に配置し、これを励起源から供給される光エネルギで
レーザ励起するようにした固体レーザ発振装置は、高出
力で安定したレーザ発振が得られ易いことから、金属そ
の他の材料の切断、溶接などを行なうレーザ加工装置等
に広く使用されている。固体レーザ発振装置用の励起源
として、従来はハロゲンランプ、キセノンランプなどの
ランプが多用されていたが、近年、ＬＤ（Laser Diode
＝レーザダイオード。以下同じ。）が注目されている。
ＬＤを励起源に用いたレーザ発振装置は、一般に「ＬＤ
励起固体レーザ発振装置」と呼ばれている。
【０００３】図９、図１０はいずれも従来より提案され
ている側面励起方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置の２
つの例につき、２つの方向から見た断面図（ａ）、
（ｂ）で要部構造を表わしたもので、図９の例ではスラ
ブ形の固体レーザ媒体が用いられ、図１０の例ではロッ
ド形の固体レーザ媒体が用いられている。両図におい
て、（ａ）には長手方向に沿った断面、（ｂ）には長手
方向に垂直な断面が描かれている。
ている側面励起方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置の２
つの例につき、２つの方向から見た断面図（ａ）、
（ｂ）で要部構造を表わしたもので、図９の例ではスラ
ブ形の固体レーザ媒体が用いられ、図１０の例ではロッ
ド形の固体レーザ媒体が用いられている。両図におい
て、（ａ）には長手方向に沿った断面、（ｂ）には長手
方向に垂直な断面が描かれている。
【０００４】先ず図９（ａ）、（ｂ）を参照すると、例
えばＹＡＧレーザ結晶からなる偏平棒状のスラブ形の固
体レーザ媒体１が、出力鏡（部分反射鏡）７とリア鏡
（全反射鏡）８で構成される光共振器内に配置されてい
る。光共振器の効率を高く保つために、スラブ形レーザ
媒体１の両端面１ａ、１ｂは、ブリュースタ条件をほぼ
満たす角度を持たせて厚み方向に関して斜めにカットさ
れている。
えばＹＡＧレーザ結晶からなる偏平棒状のスラブ形の固
体レーザ媒体１が、出力鏡（部分反射鏡）７とリア鏡
（全反射鏡）８で構成される光共振器内に配置されてい
る。光共振器の効率を高く保つために、スラブ形レーザ
媒体１の両端面１ａ、１ｂは、ブリュースタ条件をほぼ
満たす角度を持たせて厚み方向に関して斜めにカットさ
れている。
【０００５】励起光源として用いられる複数個のレーザ
ダイオード３は、スラブ形レーザ媒体１の側方近傍に、
光共振器の長手方向に沿って配列されている。レーザダ
イオード３の配列態様は種々あるが、ここでは２列構成
のアレイが１個づつスラブ形レーザ媒体１の両側に配置
されている。
ダイオード３は、スラブ形レーザ媒体１の側方近傍に、
光共振器の長手方向に沿って配列されている。レーザダ
イオード３の配列態様は種々あるが、ここでは２列構成
のアレイが１個づつスラブ形レーザ媒体１の両側に配置
されている。
【０００６】各レーザダイオード３から発せられた励起
光４は、スラブ形レーザ媒体１に側方から供給され、レ
ーザ励起のためのエネルギとして使用される。
光４は、スラブ形レーザ媒体１に側方から供給され、レ
ーザ励起のためのエネルギとして使用される。
【０００７】励起光４によってスラブ形レーザ媒体１が
レーザ励起されて発生するレーザビーム光束６は、出力
７とリア鏡８の間を往復しながらスラブ形レーザ媒体１
内でレーザ増幅され、その一部が外部にレーザビーム出
力９として取り出される。出力鏡２から外部に取り出さ
れたビーム出力９は、レーザ加工等のために利用され
る。
レーザ励起されて発生するレーザビーム光束６は、出力
７とリア鏡８の間を往復しながらスラブ形レーザ媒体１
内でレーザ増幅され、その一部が外部にレーザビーム出
力９として取り出される。出力鏡２から外部に取り出さ
れたビーム出力９は、レーザ加工等のために利用され
る。
【０００８】レーザ励起されたスラブ形レーザ媒体１内
では大量の熱が発生する。そこでこれを除去するため
に、適当な冷却機構（冷却水の循環機構等）が付設さ
れ、スラブ形レーザ媒体１が冷却される（冷却機構の図
示は省略）。その際、スラブ形の固体レーザ媒体１の表
面から熱放散が起るので、スラブ形レーザ媒体１の表面
から中心部にかけて温度勾配が発生し、それに伴い屈折
率の勾配が生する。
では大量の熱が発生する。そこでこれを除去するため
に、適当な冷却機構（冷却水の循環機構等）が付設さ
れ、スラブ形レーザ媒体１が冷却される（冷却機構の図
示は省略）。その際、スラブ形の固体レーザ媒体１の表
面から熱放散が起るので、スラブ形レーザ媒体１の表面
から中心部にかけて温度勾配が発生し、それに伴い屈折
率の勾配が生する。
【０００９】これは光共振器内の光路長の均一性を低下
させる原因になる。そこで、良く知られているように、
固体レーザ媒体１がスラブ形である場合には、図９
（ａ）に示したように、内部で全反射を繰り返すジグザ
グ光路が形成されるようにして、高屈折率領域（相対的
に高温の領域）から低屈折率領域（相対的に高温の領
域）までまんべんなく光束を通過させ、光共振器内の光
路長の均一性低下を抑制することが出来る。
させる原因になる。そこで、良く知られているように、
固体レーザ媒体１がスラブ形である場合には、図９
（ａ）に示したように、内部で全反射を繰り返すジグザ
グ光路が形成されるようにして、高屈折率領域（相対的
に高温の領域）から低屈折率領域（相対的に高温の領
域）までまんべんなく光束を通過させ、光共振器内の光
路長の均一性低下を抑制することが出来る。
【００１０】なお、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが傾斜している場合、その傾斜角がブリュース
タ条件を満たしていなくともスラブ形レーザ媒体１内で
全反射を繰り返すジグザグ状の光路をとらせることは可
能であり、それによって光学的光路長の均質化を図るこ
とが出来る。また、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが傾斜していない場合であっても、両端面１
ａ、１１ｂにおける入出射が斜めから行われるように出
力鏡７とリア鏡８を配置すれば、やはりスラブ形レーザ
媒体１内でジグザグ状に全反射を繰り返す光路を形成
し、レーザ光の品質を向上させることが出来る。
ａ、１ｂが傾斜している場合、その傾斜角がブリュース
タ条件を満たしていなくともスラブ形レーザ媒体１内で
全反射を繰り返すジグザグ状の光路をとらせることは可
能であり、それによって光学的光路長の均質化を図るこ
とが出来る。また、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが傾斜していない場合であっても、両端面１
ａ、１１ｂにおける入出射が斜めから行われるように出
力鏡７とリア鏡８を配置すれば、やはりスラブ形レーザ
媒体１内でジグザグ状に全反射を繰り返す光路を形成
し、レーザ光の品質を向上させることが出来る。
【００１１】次に図１０（ａ）、（ｂ）に示した固体レ
ーザ発振装置は、スラブ形の固体レーザ媒体１に代えて
円柱棒状のロッド形の固体レーザ媒体２が用いられてい
る点を除けば、図９（ａ）、（ｂ）に示した例と同様の
要部構成を有している。
ーザ発振装置は、スラブ形の固体レーザ媒体１に代えて
円柱棒状のロッド形の固体レーザ媒体２が用いられてい
る点を除けば、図９（ａ）、（ｂ）に示した例と同様の
要部構成を有している。
【００１２】即ち、例えばＹＡＧレーザ結晶からなる円
柱状のロッド形固体レーザ媒体２が、出力鏡（部分反射
鏡）７とリア鏡（全反射鏡）８で構成される光共振器内
に配置され、励起光源として複数個のレーザダイオード
３が、ロッド形レーザ媒体２の側方近傍に、光共振器の
長手方向に沿って配列されている。レーザダイオード３
の配列態様は種々あるが、ここでは１列構成のアレイが
ロッド形レーザ媒体２の周囲に計４列配置されている。
柱状のロッド形固体レーザ媒体２が、出力鏡（部分反射
鏡）７とリア鏡（全反射鏡）８で構成される光共振器内
に配置され、励起光源として複数個のレーザダイオード
３が、ロッド形レーザ媒体２の側方近傍に、光共振器の
長手方向に沿って配列されている。レーザダイオード３
の配列態様は種々あるが、ここでは１列構成のアレイが
ロッド形レーザ媒体２の周囲に計４列配置されている。
【００１３】各レーザダイオード３から発せられた励起
光４は、ロッド形レーザ媒体２に側方から供給され、レ
ーザ励起のためのエネルギとして使用される。励起光４
によってロッド形レーザ媒体２がレーザ励起されて発生
するレーザビーム光束６は、出力２とリア鏡３の間を往
復しながらロッド形レーザ媒体２内でレーザ増幅され、
その一部が外部にレーザビーム出力９として取り出され
る。出力鏡２から外部に取り出されたビーム出力９は、
レーザ加工等のために利用される。
光４は、ロッド形レーザ媒体２に側方から供給され、レ
ーザ励起のためのエネルギとして使用される。励起光４
によってロッド形レーザ媒体２がレーザ励起されて発生
するレーザビーム光束６は、出力２とリア鏡３の間を往
復しながらロッド形レーザ媒体２内でレーザ増幅され、
その一部が外部にレーザビーム出力９として取り出され
る。出力鏡２から外部に取り出されたビーム出力９は、
レーザ加工等のために利用される。
【００１４】なお、ロッド形レーザ媒体２を用いた場合
も、発生する熱を除去するために適当な冷却機構（冷却
水の循環機構等）が付設され、ロッド形レーザ媒体２が
冷却される点はスラブ形のレーザ媒体を用いた場合と同
様である（冷却機構の図示は省略）。但し、ロッド形の
固体レーザ媒体２を採用しているため、レーザ媒体内で
ジグザグ状の光路をとらせて光学的光路長の均質化を図
ることは出来ない。
も、発生する熱を除去するために適当な冷却機構（冷却
水の循環機構等）が付設され、ロッド形レーザ媒体２が
冷却される点はスラブ形のレーザ媒体を用いた場合と同
様である（冷却機構の図示は省略）。但し、ロッド形の
固体レーザ媒体２を採用しているため、レーザ媒体内で
ジグザグ状の光路をとらせて光学的光路長の均質化を図
ることは出来ない。
【００１５】このように、図９、図１０に示した構成に
よれば、光共振器の長手方向に沿って複数のレーザダイ
オード３を配置することが可能であり、その範囲で励起
光４の総光量を増やし、固体レーザ発振装置の大出力化
を図ることが出来る。しかし、現実問題としては、光共
振器の長手方向に沿って配列出来るレーザダイオード３
の個数には限りがある。
よれば、光共振器の長手方向に沿って複数のレーザダイ
オード３を配置することが可能であり、その範囲で励起
光４の総光量を増やし、固体レーザ発振装置の大出力化
を図ることが出来る。しかし、現実問題としては、光共
振器の長手方向に沿って配列出来るレーザダイオード３
の個数には限りがある。
【００１６】また、多数のレーザダイオード３を固体レ
ーザ媒体１、２の近傍に密集配置することは、冷却機構
等を含む光共振器周辺の構造を複雑化し、高温化による
レーザダイオード３に対する悪影響（寿命短縮や発光効
率低下）も考えられる。
ーザ媒体１、２の近傍に密集配置することは、冷却機構
等を含む光共振器周辺の構造を複雑化し、高温化による
レーザダイオード３に対する悪影響（寿命短縮や発光効
率低下）も考えられる。
【００１７】これに対して、最近提案された技法とし
て、図１１に示したように、いわゆるレンズダクトを介
してレーザダイオード３の光を固体レーザ媒体の端面か
ら供給する端面励起方式がある。同図に示したように、
この方式によれば、例えばＹＡＧレーザ結晶からなる円
柱状のロッド形固体レーザ媒体２の一つの端面２ａを出
力鏡（部分反射鏡）７に対向させる一方、他方の端面２
ｂ側にはレンズダクト５が配置される。
て、図１１に示したように、いわゆるレンズダクトを介
してレーザダイオード３の光を固体レーザ媒体の端面か
ら供給する端面励起方式がある。同図に示したように、
この方式によれば、例えばＹＡＧレーザ結晶からなる円
柱状のロッド形固体レーザ媒体２の一つの端面２ａを出
力鏡（部分反射鏡）７に対向させる一方、他方の端面２
ｂ側にはレンズダクト５が配置される。
【００１８】レンズダクト５は全体として先細り形状を
有する導光体であり、ここでは相対的に大きな面積を持
つ方の端面が入射面１０として使用され、相対的に小さ
な面積を持つ方の端面が出射面１１とし使用される。レ
ンズダクト５は、出射面１１は固体レーザ媒体２の端面
２ｂに近接して正対するように配置されている。
有する導光体であり、ここでは相対的に大きな面積を持
つ方の端面が入射面１０として使用され、相対的に小さ
な面積を持つ方の端面が出射面１１とし使用される。レ
ンズダクト５は、出射面１１は固体レーザ媒体２の端面
２ｂに近接して正対するように配置されている。
【００１９】レンズダクト５の入射面１０は緩やかな凸
面形状を有しており、その入射面１０に沿って多数のレ
ーザダイオード３が配置されている。各レーザダイオー
ド３から発せられた励起光４は、レンズダクト５の内部
を導光され、出射面１１から出射され、固体レーザ媒体
２の端面２ｂに入射してレーザ励起に供せられる。
面形状を有しており、その入射面１０に沿って多数のレ
ーザダイオード３が配置されている。各レーザダイオー
ド３から発せられた励起光４は、レンズダクト５の内部
を導光され、出射面１１から出射され、固体レーザ媒体
２の端面２ｂに入射してレーザ励起に供せられる。
【００２０】ここで、レンズダクト５の入射面１０は出
射面１１よりも大きな面積を有しているから、多数のレ
ーザダイオード３を入射面１０に沿うように分布配置す
ることで、上記導光の過程で励起光を集光し、高エネル
ギ密度の励起光４を固体レーザ媒体２の端面２ｂから供
給出来る。
射面１１よりも大きな面積を有しているから、多数のレ
ーザダイオード３を入射面１０に沿うように分布配置す
ることで、上記導光の過程で励起光を集光し、高エネル
ギ密度の励起光４を固体レーザ媒体２の端面２ｂから供
給出来る。
【００２１】このように、レンズダクトを利用した端面
励起方式のＬＤレーザ発振装置は、高エネルギ密度の励
起光４を供給出来る利点があり、また、高熱を発散する
レーザ媒体から離れた位置にレーザダイオード３を配置
出来る点でも有利である。しかし、励起光４を固体レー
ザ媒体の端面から供給するという制約から、励起光４の
総光量を高めることが困難であるという問題点がある。
励起方式のＬＤレーザ発振装置は、高エネルギ密度の励
起光４を供給出来る利点があり、また、高熱を発散する
レーザ媒体から離れた位置にレーザダイオード３を配置
出来る点でも有利である。しかし、励起光４を固体レー
ザ媒体の端面から供給するという制約から、励起光４の
総光量を高めることが困難であるという問題点がある。
【００２２】出射面１１の面積（固体レーザ媒体の端面
面積とほぼ同等）に対して入射面１対の面積比を非常に
大きくとれば、レーザダイオード３の配置数を増大さ
せ、励起光４の総光量の増大を図ることが可能とも考え
られるがこの方策には限界がある。図５は、その理由を
説明するために、レンズダクトの内部における反射の様
子を描いた図である。
面積とほぼ同等）に対して入射面１対の面積比を非常に
大きくとれば、レーザダイオード３の配置数を増大さ
せ、励起光４の総光量の増大を図ることが可能とも考え
られるがこの方策には限界がある。図５は、その理由を
説明するために、レンズダクトの内部における反射の様
子を描いた図である。
【００２３】同図に於て、入射面１０の面積が出射面１
１の面積に比べて大きい場合、入射面１０からレンズダ
クト５内へ導入された励起光４は、直接出射面１１へ向
かうことは殆どなく、１回以上の内部反射を経験するよ
うになる。
１の面積に比べて大きい場合、入射面１０からレンズダ
クト５内へ導入された励起光４は、直接出射面１１へ向
かうことは殆どなく、１回以上の内部反射を経験するよ
うになる。
【００２４】今、最初に経験する内部反射（正反射）の
入射角をφとすると、２回目の内部反射の入射角はそれ
より小さいφ−θとなる。ここで、θはレンズダクト５
の開き角である。従って、レンズダクト５の先細り形状
の開き角θが大きい程、２回目以降の内部反射の入射角
が小さくなり易く、また、臨界角を下回ることによる漏
光成分Ａ、Ｂも増加し、出射面１１からの出射効率が悪
くなる。
入射角をφとすると、２回目の内部反射の入射角はそれ
より小さいφ−θとなる。ここで、θはレンズダクト５
の開き角である。従って、レンズダクト５の先細り形状
の開き角θが大きい程、２回目以降の内部反射の入射角
が小さくなり易く、また、臨界角を下回ることによる漏
光成分Ａ、Ｂも増加し、出射面１１からの出射効率が悪
くなる。
【００２５】そのため、入射面１０に沿って非常に多く
のレーザダイオード３を配置するには、レンズダクト５
の奥行き（入射面１０と出射面１１の間の距離）が大き
くとらざるを得なくなり、現実的でない。更に、端面励
起方式では、図９、図１０の構造で使用されているよう
な全反射鏡からなるリア鏡８を使用出来ないから共振効
率が低下し易い（端面２ｂを半透性あるいは部分透光性
とするか、レンズダクト５の入射面１０の内面を部分透
光性とするなどの手段により、リア鏡８の代用機能を果
たさせる）。
のレーザダイオード３を配置するには、レンズダクト５
の奥行き（入射面１０と出射面１１の間の距離）が大き
くとらざるを得なくなり、現実的でない。更に、端面励
起方式では、図９、図１０の構造で使用されているよう
な全反射鏡からなるリア鏡８を使用出来ないから共振効
率が低下し易い（端面２ｂを半透性あるいは部分透光性
とするか、レンズダクト５の入射面１０の内面を部分透
光性とするなどの手段により、リア鏡８の代用機能を果
たさせる）。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のＬＤ励起固体レーザ発振装置では、側面励起方式を採
用した場合には、比較的多くのレーザダイオードを配置
し得るものの、レーザ媒体による高熱の影響などもあ
り、大出力化に必要な励起光量の確保が難かしい。ま
た、端面励起方式を採用した場合には、レーザダイオー
ドの配置数を増やすことが更に困難であり、レンズダク
トによる集光を行なっても、上述した制約から、実際に
励起光量不足の問題を解決することは難かしい。
のＬＤ励起固体レーザ発振装置では、側面励起方式を採
用した場合には、比較的多くのレーザダイオードを配置
し得るものの、レーザ媒体による高熱の影響などもあ
り、大出力化に必要な励起光量の確保が難かしい。ま
た、端面励起方式を採用した場合には、レーザダイオー
ドの配置数を増やすことが更に困難であり、レンズダク
トによる集光を行なっても、上述した制約から、実際に
励起光量不足の問題を解決することは難かしい。
【００２７】そこで本発明の目的は、従来の端面励起方
式あるいは側面励起方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置
に比して、大出力化に必要な励起光量の確保が容易であ
り、また、レーザ媒体による高熱の影響を受けにくいＬ
Ｄ励起固体レーザ発振装置を提供することにある。
式あるいは側面励起方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置
に比して、大出力化に必要な励起光量の確保が容易であ
り、また、レーザ媒体による高熱の影響を受けにくいＬ
Ｄ励起固体レーザ発振装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明は、光共振器内に
固体レーザ媒質を配置し、該固体レーザ媒質をレーザ励
起してレーザ出力を得る固体レーザ発振装置において、
光共振器の長手方向に沿って少なくとも一つのレンズダ
クトが配置し、その外側にレーザダイオードを発光源と
する励起光源を配置する態様で側面励起方式を採用する
ことにより上記技術課題を解決したものである。本発明
で使用されるレンズダクトは先細り形の形状を有する導
光体で構成され、励起光源からの励起光を受け入れる入
射面の面積がレーザ媒質へ向けて励起光を出射する出射
面の面積よりも大きくなるような向きで使用される。
固体レーザ媒質を配置し、該固体レーザ媒質をレーザ励
起してレーザ出力を得る固体レーザ発振装置において、
光共振器の長手方向に沿って少なくとも一つのレンズダ
クトが配置し、その外側にレーザダイオードを発光源と
する励起光源を配置する態様で側面励起方式を採用する
ことにより上記技術課題を解決したものである。本発明
で使用されるレンズダクトは先細り形の形状を有する導
光体で構成され、励起光源からの励起光を受け入れる入
射面の面積がレーザ媒質へ向けて励起光を出射する出射
面の面積よりも大きくなるような向きで使用される。
【００２９】レンズダクトの配置態様として種々のもの
が採用出来る。例えば、光共振器の長手方向軸に関して
複数のレンズダクトを対称形に配置しても良く、光共振
器の実質的に全周を取り巻くように配置することも出来
る。また、レンズダクトの入射面を凸面とし、その凸面
に沿ってレーザダイオードを発光源とする励起光源を配
置することも好ましい。
が採用出来る。例えば、光共振器の長手方向軸に関して
複数のレンズダクトを対称形に配置しても良く、光共振
器の実質的に全周を取り巻くように配置することも出来
る。また、レンズダクトの入射面を凸面とし、その凸面
に沿ってレーザダイオードを発光源とする励起光源を配
置することも好ましい。
【００３０】本発明を適用するに際しては、光共振器内
に配置されるレーザ媒質の形態に特に制約はない。典型
的には、スラブ形固体レーザ媒体、ロッド形固体レーザ
媒体いずれを使用したＬＤ励起固体レーザ発振装置に本
発明が適用される。前者のスラブ形固体レーザ媒体を採
用した場合には、周知の技法に従ってスラブ形固体レー
ザ媒体内に全反射を繰り返すジグザグ状の光路を形成す
ることが出来る。
に配置されるレーザ媒質の形態に特に制約はない。典型
的には、スラブ形固体レーザ媒体、ロッド形固体レーザ
媒体いずれを使用したＬＤ励起固体レーザ発振装置に本
発明が適用される。前者のスラブ形固体レーザ媒体を採
用した場合には、周知の技法に従ってスラブ形固体レー
ザ媒体内に全反射を繰り返すジグザグ状の光路を形成す
ることが出来る。
【００３１】このように本発明は、従来は端面励起方式
で用いられていたレンズダクトを側面励起方式に適用す
ることで、励起光量不足の問題と高熱発生源（固体レー
ザ媒体）からの影響の問題を同時に解決したものでであ
る。
で用いられていたレンズダクトを側面励起方式に適用す
ることで、励起光量不足の問題と高熱発生源（固体レー
ザ媒体）からの影響の問題を同時に解決したものでであ
る。
【００３２】
【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の一つの
実施形態に係るＬＤ励起固体レーザ発振装置の要部構造
を説明する図で、図１には光共振器の長手方向軸に沿っ
た断面が表わされ、図２には光共振器の長手方向軸に垂
直な面に沿った断面図で表わしたものである。両図に示
したように、本実施形態に係るＬＤ励起固体レーザ発振
装置は、図９に示した側面励起方式のＬＤ励起固体レー
ザ発振装置を改良した構造を有している。
実施形態に係るＬＤ励起固体レーザ発振装置の要部構造
を説明する図で、図１には光共振器の長手方向軸に沿っ
た断面が表わされ、図２には光共振器の長手方向軸に垂
直な面に沿った断面図で表わしたものである。両図に示
したように、本実施形態に係るＬＤ励起固体レーザ発振
装置は、図９に示した側面励起方式のＬＤ励起固体レー
ザ発振装置を改良した構造を有している。
【００３３】即ち、出力鏡（部分反射鏡）７とリア鏡
（全反射鏡）８で構成される光共振器内には、例えばＹ
ＡＧレーザ結晶からなる偏平棒状のスラブ形の固体レー
ザ媒体１が配置され、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが光共振器の効率を高く保つために、ブリュー
スタ条件をほぼ満たす角度を持たせて厚み方向に関して
斜めにカットされている。
（全反射鏡）８で構成される光共振器内には、例えばＹ
ＡＧレーザ結晶からなる偏平棒状のスラブ形の固体レー
ザ媒体１が配置され、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが光共振器の効率を高く保つために、ブリュー
スタ条件をほぼ満たす角度を持たせて厚み方向に関して
斜めにカットされている。
【００３４】そして、スラブ形レーザ媒体１の両側に
は、光共振器の長手方向軸に沿ってレンズダクト５が一
つづつ配置され、その外側に励起発光源として多数のレ
ーザダイオード３が配置されている。
は、光共振器の長手方向軸に沿ってレンズダクト５が一
つづつ配置され、その外側に励起発光源として多数のレ
ーザダイオード３が配置されている。
【００３５】レンズダクト５のスラブ形レーザ媒体１に
対向する出射面１１は平坦に形成され、スラブ形レーザ
媒体１の側面に平行に近接して正対している。これに対
して、励起光をレーザダイオード３から取り入れる入射
面１０は緩やかな凸面に形成され、その凸面に沿って多
数のレーザダイオード３が２次元アレイ状に配置されて
いる。レンズダクト５の入射面１０の面積は出射面１１
の面積よりも大きく形成され、全体として先細り状の形
状を有する集光型の導光体を構成している。
対向する出射面１１は平坦に形成され、スラブ形レーザ
媒体１の側面に平行に近接して正対している。これに対
して、励起光をレーザダイオード３から取り入れる入射
面１０は緩やかな凸面に形成され、その凸面に沿って多
数のレーザダイオード３が２次元アレイ状に配置されて
いる。レンズダクト５の入射面１０の面積は出射面１１
の面積よりも大きく形成され、全体として先細り状の形
状を有する集光型の導光体を構成している。
【００３６】多数のレーザダイオード３から発せられた
励起光４は、入射面１０からレンズダクト５内に導入さ
れ、出射面１１から直接に、あるいは側面１２による内
部反射を経て、スラブ形レーザ媒体１に供給され、レー
ザ励起のためのエネルギとして使用される。
励起光４は、入射面１０からレンズダクト５内に導入さ
れ、出射面１１から直接に、あるいは側面１２による内
部反射を経て、スラブ形レーザ媒体１に供給され、レー
ザ励起のためのエネルギとして使用される。
【００３７】励起光４によってスラブ形レーザ媒体１が
レーザ励起されて発生するレーザビーム光束６は、出力
７とリア鏡８の間を往復しながらスラブ形レーザ媒体１
内でレーザ増幅され、その一部が外部にレーザビーム出
力９として取り出される。出力鏡２から外部に取り出さ
れたビーム出力９は、レーザ加工等のために利用され
る。
レーザ励起されて発生するレーザビーム光束６は、出力
７とリア鏡８の間を往復しながらスラブ形レーザ媒体１
内でレーザ増幅され、その一部が外部にレーザビーム出
力９として取り出される。出力鏡２から外部に取り出さ
れたビーム出力９は、レーザ加工等のために利用され
る。
【００３８】スラブ形レーザ媒体１内で発生する大量の
熱を逃がすための適当な冷却機構（冷却水の循環機構
等）が付設されること、及び、図１（ａ）に示したよう
に、スラブ形レーザ媒体１内部で全反射を繰り返すジグ
ザグ光路が形成されるようにして光共振器内の光路長の
均一性低下を抑制出来ることなどは、図９に関連して説
明した従来装置と同様である。
熱を逃がすための適当な冷却機構（冷却水の循環機構
等）が付設されること、及び、図１（ａ）に示したよう
に、スラブ形レーザ媒体１内部で全反射を繰り返すジグ
ザグ光路が形成されるようにして光共振器内の光路長の
均一性低下を抑制出来ることなどは、図９に関連して説
明した従来装置と同様である。
【００３９】また、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが傾斜している場合、その傾斜角がブリュース
タ条件を満たしていなくともスラブ形レーザ媒体１内で
全反射を繰り返すジグザグ状の光路をとらせることは可
能であり、それによって光学的光路長の均質化を図るこ
とが出来る点も同様である。
ａ、１ｂが傾斜している場合、その傾斜角がブリュース
タ条件を満たしていなくともスラブ形レーザ媒体１内で
全反射を繰り返すジグザグ状の光路をとらせることは可
能であり、それによって光学的光路長の均質化を図るこ
とが出来る点も同様である。
【００４０】更に、スラブ形レーザ媒体１の両端面１
ａ、１ｂが傾斜していない場合であっても、両端面１
ａ、１ｂにおける入出射が斜めから行われるように出力
鏡７とリア鏡８を配置すれば、やはりスラブ形レーザ媒
体１内でジグザグ状に全反射を繰り返す光路を形成し、
レーザ光の品質を向上させることが出来ることも従来と
変わりはない。
ａ、１ｂが傾斜していない場合であっても、両端面１
ａ、１ｂにおける入出射が斜めから行われるように出力
鏡７とリア鏡８を配置すれば、やはりスラブ形レーザ媒
体１内でジグザグ状に全反射を繰り返す光路を形成し、
レーザ光の品質を向上させることが出来ることも従来と
変わりはない。
【００４１】ここで、同じく側面励起方式のＬＤ励起固
体レーザ発振装置である図９と本実施形態を比較して見
ると、次の２点（１）、（２）で大きな差異がある。 （１）レーザダイオード３の配置可能なエリアが、図９
の装置ではスラブ形レーザ媒体１の周囲に限定されてい
るのに対して、本実施形態ではレンズダクト５の入射面
１０の大きさに対応して大きく確保出来る。従来方式で
確保可能な領域は、レンズダクト５の出射面１１の大き
さ（入射面１０より小さい）に対応している。
体レーザ発振装置である図９と本実施形態を比較して見
ると、次の２点（１）、（２）で大きな差異がある。 （１）レーザダイオード３の配置可能なエリアが、図９
の装置ではスラブ形レーザ媒体１の周囲に限定されてい
るのに対して、本実施形態ではレンズダクト５の入射面
１０の大きさに対応して大きく確保出来る。従来方式で
確保可能な領域は、レンズダクト５の出射面１１の大き
さ（入射面１０より小さい）に対応している。
【００４２】別の言い方をすれば、同一形状、同一寸法
のスラブ形レーザ媒体１を使用した条件で比較して、同
じレーザダイオード３の配置密度の下で多数のレーザダ
イオード３を配置することが出来る。
のスラブ形レーザ媒体１を使用した条件で比較して、同
じレーザダイオード３の配置密度の下で多数のレーザダ
イオード３を配置することが出来る。
【００４３】（２）高熱の発生源となるレーザダイオー
ド３から離して、レーザダイオード３を配置することが
出来るので、レーザダイオード３を熱による悪影響を受
け難い。
ド３から離して、レーザダイオード３を配置することが
出来るので、レーザダイオード３を熱による悪影響を受
け難い。
【００４４】また、同じくレンズダクトを用いたＬＤ励
起固体レーザ発振装置である図１０と本実施形態を比較
しても、レーザダイオード３の配置可能なエリアが、図
１０の装置よりも明らかに大きい。特に、出射面１１の
面積が図１０の装置よりも遥かに大きくとれるから、レ
ンズダクト５の開き角をそれほど大きくしなくても広い
入射面１０を確保することが出来る。従って、内部反射
による効率低下を抑えた条件で、多数のレーザダイオー
ド３を配置して、潤沢な光量の励起光４をスラブ形レー
ザ媒体１に供給することが出来る。
起固体レーザ発振装置である図１０と本実施形態を比較
しても、レーザダイオード３の配置可能なエリアが、図
１０の装置よりも明らかに大きい。特に、出射面１１の
面積が図１０の装置よりも遥かに大きくとれるから、レ
ンズダクト５の開き角をそれほど大きくしなくても広い
入射面１０を確保することが出来る。従って、内部反射
による効率低下を抑えた条件で、多数のレーザダイオー
ド３を配置して、潤沢な光量の励起光４をスラブ形レー
ザ媒体１に供給することが出来る。
【００４５】なお、図１、図２に示した構造において、
偏平棒状のスラブ形固体レーザ媒体１に代えて図１０で
説明したような円柱状のロッド形固体レーザ媒体１に代
えた実施形態も考えられる。但し、その場合には、後述
する図４のようにほぼ光共振器のほぼ全周方向から励起
光を供給する構成を採用することがレーザ出力を高める
上で有利である。
偏平棒状のスラブ形固体レーザ媒体１に代えて図１０で
説明したような円柱状のロッド形固体レーザ媒体１に代
えた実施形態も考えられる。但し、その場合には、後述
する図４のようにほぼ光共振器のほぼ全周方向から励起
光を供給する構成を採用することがレーザ出力を高める
上で有利である。
【００４６】一般に、レンズダクト並びにその外側で励
起光源を構成するレーザダイオードの配列は、本実施形
態以外の多様な形態が採用可能である。図３及び図４
は、その例を表わしている。図３には、スラブ形レーザ
媒体１の両側に２個１組のレンズダクト５を、光共振器
の周りに対称的に計４個設けた配置例が示されている。
レーザダイオード３は、各レンズダクト５の入射面１０
に沿って多数配置することが出来る。
起光源を構成するレーザダイオードの配列は、本実施形
態以外の多様な形態が採用可能である。図３及び図４
は、その例を表わしている。図３には、スラブ形レーザ
媒体１の両側に２個１組のレンズダクト５を、光共振器
の周りに対称的に計４個設けた配置例が示されている。
レーザダイオード３は、各レンズダクト５の入射面１０
に沿って多数配置することが出来る。
【００４７】また図４は、適宜数のレンズダクト５で光
共振器乃至レーザ媒体の実質的に全周を取り巻いた例を
表わしている。レーザダイオード３は、各レンズダクト
５の入射面１０に沿って多数配置される。この配置は符
号２を付して図示されているように、円柱状のロッド形
固体レーザ媒体を使用したタイプの装置に適している。
この配置を採用すれば、ロッド形固体レーザ媒体２のほ
ぼ全周方向からまんべんなく励起光４の供給を受けるこ
とが出来るので、励起光４の総光量を大きくする上で特
に有利である。
共振器乃至レーザ媒体の実質的に全周を取り巻いた例を
表わしている。レーザダイオード３は、各レンズダクト
５の入射面１０に沿って多数配置される。この配置は符
号２を付して図示されているように、円柱状のロッド形
固体レーザ媒体を使用したタイプの装置に適している。
この配置を採用すれば、ロッド形固体レーザ媒体２のほ
ぼ全周方向からまんべんなく励起光４の供給を受けるこ
とが出来るので、励起光４の総光量を大きくする上で特
に有利である。
【００４８】光共振器の側方に配置するレンズダクト５
の形状についても、図１〜図４に示された形状に限定さ
れるものではなく、先細り形状を以て相対的に大きな入
射面と相対的に小さな出射面を確保し得るものであれ
ば、任意のものを使用出来る。図６は図１〜図４に示さ
れたものと同様の形状のレンズダクト５を表わしている
が、図７はそれとは異なり、入射面１０が凸面では」な
く平坦面とされている。また、図８に示した例では、円
錐台形状のものが示されている。
の形状についても、図１〜図４に示された形状に限定さ
れるものではなく、先細り形状を以て相対的に大きな入
射面と相対的に小さな出射面を確保し得るものであれ
ば、任意のものを使用出来る。図６は図１〜図４に示さ
れたものと同様の形状のレンズダクト５を表わしている
が、図７はそれとは異なり、入射面１０が凸面では」な
く平坦面とされている。また、図８に示した例では、円
錐台形状のものが示されている。
【００４９】
【発明の効果】本発明は、レンズダクトを側面励起方式
のＬＤ励起固体レーザ発振装置に導入することで、高熱
発生源（固体レーザ媒体）の影響を避けながらレーザダ
イオードを配置し、そこから励起光を集光して潤沢に固
体レーザ媒体に向けて供給出来るようにしているため、
従来方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置に比べて大出力
化の達成がはるかに容易である。
のＬＤ励起固体レーザ発振装置に導入することで、高熱
発生源（固体レーザ媒体）の影響を避けながらレーザダ
イオードを配置し、そこから励起光を集光して潤沢に固
体レーザ媒体に向けて供給出来るようにしているため、
従来方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置に比べて大出力
化の達成がはるかに容易である。
【図１】本発明の一つの実施形態に係るＬＤ励起固体レ
ーザ発振装置の要部構造を光共振器の長手方向軸に沿っ
た断面図で表わしたものである。
ーザ発振装置の要部構造を光共振器の長手方向軸に沿っ
た断面図で表わしたものである。
【図２】図１に示したＬＤ励起固体レーザ発振装置につ
いて、要部構造を光共振器の長手方向軸に垂直な面に沿
った断面図で表わしたものである。
いて、要部構造を光共振器の長手方向軸に垂直な面に沿
った断面図で表わしたものである。
【図３】レンズダクトとレーザダイオードの配列の一つ
の変形例を、光共振器の長手方向軸に垂直な面に沿った
断面図で表わしたものである。
の変形例を、光共振器の長手方向軸に垂直な面に沿った
断面図で表わしたものである。
【図４】レンズダクトとレーザダイオードの配列の別の
変形例を、光共振器の長手方向軸に垂直な面に沿った断
面図で表わしたものである。
変形例を、光共振器の長手方向軸に垂直な面に沿った断
面図で表わしたものである。
【図５】レンズダクトの内部における反射の様子を説明
する図である。
する図である。
【図６】本発明で使用されるレンズダクトの一例を表わ
した図である。
した図である。
【図７】本発明で使用されるレンズダクトの別の例を表
わした図である。
わした図である。
【図８】本発明で使用されるレンズダクトの更に別の例
を表わした図である。
を表わした図である。
【図９】スラブ形のレーザ媒体を用いた従来の側面励起
方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置の要部構造を、光共
振器の長手方向軸に沿った断面図（ａ）、及び光共振器
の長手方向軸に垂直な断面図（ｂ）で示したものであ
る。
方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置の要部構造を、光共
振器の長手方向軸に沿った断面図（ａ）、及び光共振器
の長手方向軸に垂直な断面図（ｂ）で示したものであ
る。
【図１０】ロッド形のレーザ媒体を用いた従来の側面励
起方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置の要部構造を、光
共振器の長手方向軸に沿った断面図（ａ）、及び光共振
器の長手方向軸に垂直な断面図（ｂ）で示したものであ
る。
起方式のＬＤ励起固体レーザ発振装置の要部構造を、光
共振器の長手方向軸に沿った断面図（ａ）、及び光共振
器の長手方向軸に垂直な断面図（ｂ）で示したものであ
る。
【図１１】レンズダクトを用いた端面励起方式のＬＤ励
起固体レーザ発振装置の要部構造を説明する図である。
起固体レーザ発振装置の要部構造を説明する図である。
１ スラブ形レーザ媒体 １ａ、１ｂ 端面 ２ ロッド形レーザ媒体 ３ ＬＤ（レーザダイオード） ４ 励起光（矢印群） ５ レンズダクト ６ レーザビーム光束 ７ 出力鏡 ８ リア鏡 ９ レーザ出力 １０ レンズダクト入射面 １１ レンズダクト出射面 １２ レンズダクト側面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年８月３１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (7)
- 【請求項１】 光共振器内に固体レーザ媒質を配置し、
該固体レーザ媒質をレーザ励起してレーザ出力を得る固
体レーザ発振装置において、 前記光共振器の長手方向に沿って少なくとも一つのレン
ズダクトが配置されており、 該レンズダクトの外側にはレーザダイオードを発光源と
する励起光源が配置されており、 前記レンズダクトは先細り形の形状を有する導光体で構
成されており、前記励起光源からの励起光を受け入れる
入射面の面積が、前記励起光を前記光共振器内に配置さ
れた固体レーザ媒質へ向けて出射する出射面の面積より
も大きい、前記固体レーザ発振装置。 - 【請求項２】 前記レンズダクトは、前記光共振器の長
手方向軸に関して対称形に複数個配置されている、請求
項１に記載された固体レーザ発振装置。 - 【請求項３】 前記レンズダクトは、前記前記光共振器
の実質的に全周を取り巻くように配置されている、請求
項１または請求項２に記載された固体レーザ発振装置。 - 【請求項４】 前記レンズダクトの前記入射面は凸面を
形成しており、前記凸面に沿って前記レーザダイオード
を発光源とする励起光源が配置されている、請求項１〜
請求項３のいずれか１項に記載された、固体レーザ発振
装置。 - 【請求項５】 前記固体レーザ媒質が偏平棒状のスラブ
形固体レーザ媒体で構成されている、請求項１〜請求項
４のいずれか１項に記載された、固体レーザ発振装置。 - 【請求項６】 前記スラブ形固体レーザ媒体内で全反射
を繰り返すジグザグ状の光路が形成されている、請求項
５に記載された、固体レーザ発振装置。 - 【請求項７】 前記固体レーザ媒質が円柱状のロッド形
固体レーザ媒体で構成されている、請求項１〜請求項４
のいずれか１項に記載された、固体レーザ発振装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26512097A JPH1187816A (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Ｌｄ励起固体レーザ発振装置 |
| EP98307411A EP0902511A3 (en) | 1997-09-12 | 1998-09-14 | Solid laser oscillator with laser diode excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26512097A JPH1187816A (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Ｌｄ励起固体レーザ発振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1187816A true JPH1187816A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=17412902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26512097A Pending JPH1187816A (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Ｌｄ励起固体レーザ発振装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0902511A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1187816A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 1997-09-12 JP JP26512097A patent/JPH1187816A/ja active Pending
-
1998
- 1998-09-14 EP EP98307411A patent/EP0902511A3/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0902511A3 (en) | 2000-05-31 |
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