JPS5986280A

JPS5986280A - レ−ザ装置

Info

Publication number: JPS5986280A
Application number: JP19665582A
Authority: JP
Inventors: Miki Kuhara; 美樹工原; Masami Tatsumi; 雅美龍見
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1982-11-08
Filing date: 1982-11-08
Publication date: 1984-05-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（ア）　　　目　　　　　　　的この発明は、ロッドの熱的歪、ストレスなどによる出力
飽和が起シにくく、かつ、よフ高出力のＹＡＧレーザを
与えることを目的とする。

（イ）要　約この発明のＹＡＧレーザは、細いロッドを複数本束ねて
レーザロッドとしてあシ、Ｎｄ３１の濃度を中央部程高
く、周辺部はど低くし、冷却水が細いロッドの隙間に入
シこんで、中央のロッドも十分冷却できるようにしてい
る。

（つ）従来のＹＡＧレーザ第６図に従来のＹＡＧレーザの断面図を示す。

ＹＡＧレーザハ、レーザロッド１１と、レーザロッド１
１の両側に対向させた、ミラー１２．１３と、レーザロ
ッド１１に励起光を与えるだめの励起光源１４とを備え
る。レーザロッド１１の周囲には、水冷ジャケット１５
が設けてあシ、水１Ｇを通してレーザロッド１１を冷却
するようになっている。

レーザロッドは、Ｙ３Ａ１５０□２の結晶の中にＮｄ３
１イイオンを含ませたものである。

ロッドの直径は３〜ＩＱ＋ｕφ、長さは５０〜１００Ｍ
程度である。励起光のエネルギーで、レーザロッドは強
く加熱される。温度上昇を抑えるだめに、冷却水を流し
、レーザロッドを直接冷却する。

ＹＡＧロッドの熱伝導率は比較的良い。しかし、ロッド
の表面を水が洗ってゆくのであるから、ロッドの中心部
は、充分冷却されない。

このため、ロッドの半径方向に、熱的歪み、ストレスな
どが生じる。レンズ効果や複屈折効果が、これに伴って
現われる。発振ヌポットサイスがふらつき、出力が減少
する。さらには、ロッドの熱的ブレークダウンにより、
ロッドが破壊されることがある。

例えば、１昨屑φの直径で長さ１０（ＩＩのＹＡＧロッ
ドを、いくら励起しても、レーザ出力は、高々２００〜
２５０　Ｗａｔｔにしかならず、この程度で飽和してし
まう。

これは、ロッドの直径が大きく、ロッドの中央にまで、
冷却水の冷却効果が及びにくいからである。

ロッドの直径が大きいことによる難点である。

また、従来のＹＡＧレーザは、Ｎｄ”１のロッド径方向
の分布が均一であった。従って、励起光の多くが、ロッ
ドの周辺で吸収され、損失となってしまう。

（勾　本発明のＹＡＧレーザ本発明のＹＡＧレーザは、このような難点を解決するも
のである。一本のレーザロッドを用いるのではなく、細
い多数本のレーザロッドを使用する。

細い素ロッドの隙間には冷却水が流れるので、中央部の
ロッドにも冷却水が接触し、これを冷却できる。さらに
、素ロッドの内、中央部に近いものほどｒｉａ”＞ｓ度
を高くし、周辺部に近いものはＮｄ”濃度を低くする。

以下、実施例を示す図面によって説明する。

第１図は本発明の実施例に係るレーザ装置の長手方向に
沿う縦断面図である。

レーザロッド１は太い１本のロッドではなく、細い素ロ
ッド８．８・・・の集合体である。

ロッド１の左右には、ミラー２．３が、光軸と直角にな
るよう設けられる。

ロッド１の周囲には、励起光源４が設けられる。

励起光源４は、Ｗ−Ｉランプ又はＫｒアークランプなど
である。

ロッド１を囲んで水冷ジャケット５が取付けられ、冷却
水６がロッドを冷却するために流される。

第２図はロッドに垂直な面で切った拡大断面図である。

ロッド１は、多数の細い素ロッド８．８・・・の集合体
である。素ロッド８．８、・・・の間には水の通る隙間
が生じる。隙間は１００μｍ〜２００μｍでもよい。冷
却水は、素ロッド８、・・・の隙間を伝って、中火部の
素ロッド８、・・・にも接触する。

中央部のロッド８が特に高温になった場合、特に強い対
流が生じるので、中央部と周辺部との冷却水の流通がさ
かんになる。このため、中央部のロッドが高温になって
熱的ブレークダウンを起すことはない。

まだ、素ロッド８は、Ｎｄ３＋ａ度が全て同じなのでは
ない。中央部の素ロッド程Ｎｄ３〜度を大きく、周辺部
の素ロッドはどＮｄ　３＋ａ度を小さくしである。

素ロッド８は支持円板７などで固定する。第３図は支持
円板７０部分の断面図である。支持円板７には多数の通
し穴９、・・・が穿設してあシ、ここへ素ロッド８を差
込み固定しである。

（２）　　効　　　果本発明は、１本の太いＹＡＧロッドにかえて、細い多数
本のＹＡＧロッドをレーザロツｈて用い、Ｎｄ３１濃度
を中央部はど高くしているから、次の効果がある。

（１）　　従来のＹＡＧレーザに比べて、同じサイズの
ロッドでもより大きなレーザ出力がでる。

冷却水が、素ロッド８、・・・の隙間を通るので、冷却
効率が高い。ロッドの全体積が等しいとき、１本のロッ
ドと、これを８本の細い素ロッドの集合体ロッドとを比
較すると、円周方向の表面となる。

表面積が増え、ロッド半径が減少するのであるから、冷
却水の効果はほぼｔ（倍になる。これは累ロッド８の全
体についての冷却効果の毘揚についてであるが、特に重
要なのは、中央の素ロッドについての優れた冷却効果で
ある。

冷却水は、中央部の素ロッドにも接触するから、これを
よく冷却できる。

トレヌの影響が殆んど現われなくなる。細径でろるから
、中心と周辺で温度差が小さくなるた　　（ｂ）めであ
る。

（３）　　素ロッドを組合わせるから、Ｎａ”１１度を
局所的に自由に設定できる。本発明では、高濃度のＮｄ
”Ｑ含むロッドを中央部に、よシ低濃度のロッドを周辺
部に配置している。このだめ、中央部の素ロッドの励起
光の吸収率を高くできる。

全体として、励起効率を高めることができる。

（、’Ｊ）　　実験データ（１）従来のＹＡＧレーザのロッドと、本発明のロッドとの優
劣を比１咬しだ。

第４図は、従来ロッドと本発明ロッドの励起光パワー（
ＫｖＶ）に苅するレーザ出力（ｗ’　）の測定結果を示
すグラフである。

（ａ）　　従来ロッドというのは、直径５　ｍｍφで長
さ７５朋の円柱である。１化膿度は１％である。データ
　　−を黒丸で示す。　　　　　　　　　　　　　　　
　さ励起光とともにレーザ出力も大きくなるが、励起光
が６　Ｉｃｗ程度で飽和し、飽和出力はｌｌ０Ｗであっ
た。

本発明の実施例のロッドは、直径Ｑ、６ｍｍφの素ロッ
ド（長さは７５期）を８０本束ねたものである。掴ｄ濃
度は、全ての素ロッドが１％であった。データを白丸で
示す。

とのロッドはＹＡＧ材料から、引上げ法で素ロッドとし
たもので、これを束にしてから、両端λ 而を／　に光学研磨しである。全体の外径は６０１１７−〃φであった。

とのロッドを使うと、飽和出力は１６０Ｗ程度に達しだ
。

このデータによると、ｔｉｄ３％度が一様であるとき、
励起光に対する飽和出力が本発明に於て増大することが
わかる。

（キ）　実験データ（Ｉ）Ｎｄ濃度を中央で高く、周辺で低くしたものでレザロッ
ドを構成したことの効果を示すために、らに、従来ロッ
ドと本発明のロッドについて実験した。

第５図は実験結果を示すグラフである。横軸は励起光パ
ワー（Ｉ（Ｗ　）、縦軸はレーザ出力（Ｗ’　）である
。

従来例のロッドのデータを黒丸で示す。これは、直径５
　ａｍφ、長さ７５闘のＹＡＧロッドで、Ｎｄ７度は１
％である。

本発明のロッドのデータを白丸で示す。

累ロッドの直径はＱ、６ｔｎｍφで、長さは７５藺であ
シ、これを８０本束ねて、両端を札に光学研磨したもの
である。

Ｎｄ１１度は、中央から周辺へかけて、１．１％、０．
９％、０．７％、０．５％と４段階の素ロッドを配置し
ている。

既に述べたように、従来ロッドについては、レーザ出力
がｌｌ０Ｗで飽和する。

濃度変化をつけた本発明のロッドを使うと、励。

卸元に列するレーザ出力の比の値が大きくなる。

励起光パワーが４．８ＫＶ？程度で飽和出力１６０　Ｗ
を従来ロッドでは、励起光パワーが５，８ＫＷで飽和出
力１１０ｗを得ていた。本発明によれば、励起光のパワ
ーをよシ小さくしても、よシ大きなレーザ出力を得るこ
とができる。二重の利益がめる。励起光源をよシ小型に
することができる。

この実験では４段階に変化させたが、２段階でもよい。

例えば、中央で０．９〜１．２ａ姉、周辺で０．３〜Ｑ
、５ａｔ％のＮｄ濃度とすると良い。

り）　　用　　　　　途本発明は、ＩＣのトリミング、レーザメヌ、レーザボン
ディングに使用されるＹＡＧ　”レーザに適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るレーザ装置の長手方向の
断面図。第２図はロッドに垂直な面で切った断面図。第３図は支持円板で切った断面図。第４図は従来ロッドと本発明ロッドについての励起光パ
ワーとレーザ出力の関係を示す実験結果ラドのデータを
白丸で示す。従来ロッドは６闘φ×７５騎のＹＡＧで、
Ｎｄ濃度は１％である。本発明は、０．６間φ×７５朋
×８０本のＹＡＧロッド集合で、Ｎｄ濃度は１％である
。第５図は従来ロッドと本発明ロッドについての励起光パ
ワーとレーザ出力の関係を示す実験結果のグラフ。従来
ロッドのデータを黒丸、本発明ロッドのデータを白丸で
示す。従来ロッドは第４図のものと同じ、本発明ロッド
は第４図のものに、さらにＮｄａ度を中央から周辺にか
けて１．１％、０．９％、０．７％、０．５％の４段階
に変化させたものである。第６図は従来例に係るＹＡＧレーザの長手方向断Ｉｎｊ
図である。１　・・・・・・・・・　レーザロッド２．３・・・・
・・・・ミラー４　・・・・・・・・・励起光源５　・・・・・・・・・　水冷ジャケット６　　・・・
・・・・・・　　冷　　却　　水７　　・・・・・・・
・・　　支　　持　　板８　　　・・・　・・・　・・
・　　　素　　ロ　　ッ　　ド９　　・・・・・・・・
・　　通　　し　穴発明者　　　　　　工　原　美　樹龍　　見　　雅　　美＠打出願人　　　　　住友電気工業株式会社レーザ出力
（Ｗ）　　　　　　　第４図０１２３４５６７　　−＞
８扉ノ　　起　　光　　パ　　ワ　　−・　　（ｋｗ）０
０し　　１５０ザ出１００力（Ｗ）０第５図０１２８４５６７　−）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　Ｙ３Ａ＆　０１２の母体結晶にＩイｄ３＋イ
オンをドープしだＹＡＧ結晶の細い素ロッド８、・・・
を多数本束ねてレーザロッドとしたことを特徴とするレ
ーザ装置。
（２）素ロッド８、・・・は中央のものほどＮｄ３＋の
濃３＋度が高く、周辺のものほどＮｄ　のｉ１度を、低くしで
ある特許請求の範囲第（１）項記載のレーザ装置。
（３）　　Ｎ２””７Ｊｊｆ度カ周辺テ０．３〜０．５
　ａｔ％、中央で０．９〜１，２ａｔ％とした特許請求
の範囲第（２）項記載のレーザ装置。