(57)【要約】【課題】レーザ母材の外周面に励起光集光のための砂面を形成すると、このレーザ母材の集合体を形成したときにレーザ母材間の平行度が失われる。その結果、レーザ母材の両端面の平行度やレーザ母材の長さ方向と端面間の直角度が失われ、固体レーザロッド製造の歩留まりが悪かった。【解決手段】円柱形状をするとともに粗面に仕上げられた側面と前記側面の両端部近傍の一部を前記側面より凸部となるような鏡面と、鏡面研磨した両端面と、両端面の平行度が１分以下である固体レーザロッドとしたことである。これにより、所期の目的を達成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状のレーザ発振用ロッドであって、前記ロッドの側面は、その両端部近傍に径大な鏡面を備えるとともに、前記両端部以外が粗面で形成されており、前記ロッドの両端面は鏡面研磨され、両端面の平行度が１分以下である固体レーザロッド。
【請求項２】
両端面をＣ面カットした請求項１に記載の固体レーザロッド。
【請求項３】
両端面にレーザ発振の波長に対する反射膜を、一方は９９．５％以上の反射膜、もう一方は８５％〜９５％の反射膜を成膜した請求項１に記載の固体レーザロッド。
【請求項４】
前記ロッドの粗面がメッシュ＃１５０程度の砂面である請求項１に記載の固体レーザロッド。
【請求項５】
前記固体レーザロッドの鏡面がレーザ発振として使用するレーザ波長のλ／１０程度の光学鏡面である請求項１に記載の固体レーザロッド。
【請求項６】
板体状の母材から四角柱形状にロッドを切り出す工程と、前記ロッドから円柱形状にロッドを形成する工程と、前記円柱形状のロッドの両端部近傍の一部を基準面として残すような段差形状を形成する工程と、前記基準面を鏡面に形成する工程と、前記基準面が形成された複数個のロッドの前記基準面のみを接触させた集合体を形成し、この集合体の端面を鏡面加工する工程と、前記両端面に夫々反射膜を形成する工程とを有する固体レーザロッドの製造方法。
【請求項７】
板体状の母材から四角柱形状にロッドを切り出す工程と、前記ロッドから円柱形状にロッドを形成する工程と、前記円柱状のロッドの両端部近傍の一部を基準面として残すような段差形状を形成する工程と、前記基準面を鏡面に形成する工程と、前記基準面が形成された複数個のロッドの前記基準面のみを接触させた集合体を形成し、この集合体の端面を鏡面加工する工程とを有する固体レーザロッドの製造方法。
【請求項８】
内側を鏡面とした筒体と、前記筒体内に配置された請求項１に記載の固体レーザロッドと、この固体レーザロッドと平行に配置された光源と、前記固体レーザロッドの軸上に設けられたレンズとを有する固体レーザ装置。
【請求項９】
前記固体レーザロッドの配置時の支えは、前記固体レーザロッドの基準面で支える請求項５に記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザロッドとその製造方法及び前記固体レーザロッドを用いた固体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザは加工、医療、計測などの分野で急速に広く使用されている。これらレーザの種類は、固体レーザをはじめ、気体レーザ、ファイバーレーザ、自由電子レーザなどがある。また、レーザの発振モードには、連続波（ＣＷ）、パルスモードなどがあり、パルス幅、波長などは任意に設定することができる。
【０００３】
このなかで固体レーザについて説明する。固体レーザは、レーザユニット内に備えられた固体レーザロッドに、励起光を照射してレーザ光を取り出す装置である。メイマンが初めてルビーでレーザを発振したのが固体レーザの始まりである。
【０００４】
また、イットリウム、アルミニウム、ガーネットの頭文字をとったＹＡＧをロッド母材とする固体レーザが有名である（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
従来の固体レーザユニット１の簡単な構成を図１１に示す。固体レーザユニット１は、基本的に、レーザ光を発振するレーザロッド３と、発振したレーザ光を増幅するための反射鏡４および反射鏡５と、レーザロッド３に光エネルギーを照射するためのフラッシュランプ６と、フラッシュランプ６を発光させるための電源８と、フラッシュランプ６の全体を覆い、光を反射してレーザロッド３に照射する鏡筒２とを有する。
【０００６】
反射鏡４および反射鏡５の代わりに、レーザロッド３の端面に反射膜が形成されている場合もある。反射膜とは誘電体多層膜などであり、スパッタなどの方法で形成される。反射鏡５の反射率が８０％〜９５％に設定され、反射鏡４の反射率が９９．５％以上のほぼ全反射に設定されることで、レーザの増幅が可能となる。さらに、レーザロッド３から出射されたレーザ光を、レーザロッド３の出射軸線上に配置したレンズ７で、一点に絞って強度を上げて使用する。
【０００７】
このようなレーザロッドの両端面の平行度は５秒（５／３６００度）以下で、側面と端面との直角度は５分（５／６０度）である。また側面の面粗さは＃１５０程度の砂面であるため、ロッド同士を重ねてワックスで一体化して両端面を研磨しながら平行度を確認して加工するが、うまく加工精度が出ないという課題があった。
【０００８】
次に、レーザロッド６３の製造方法について説明する。図１２に示すように、先ず第１の工程６５では、板体状の母材６２ａからダイサーなどで複数個の四角柱形状のレーザロッド６２ｂを切り出す。そして、次の第２の工程６６では、切り出された四角柱形状のレーザロッド６２ｂを芯なし研削、又は円筒研削等で円柱形状のレーザロッド６２に加工する。このとき、外周面に表面粗さ＃１５０程度の砂面（表面粗さＲａ１〜２）を形成する。次に、第３の工程６７では、レーザロッド６２を複数個集めてワックスなどで接着して集合体とするが、レーザロッド６２同士で集合した集合体６２ｃと真ん中の冶具を介して集合した集合体６２ｄがある。この集合体６２ｃもしくは６２ｄの両端面を鏡面研磨して、両端面の平行度と、両端面とレーザロッド６２の長手方向との直角度を得る。次に、図示していないが、第４の工程６８では、両端面に反射膜を成膜する。
【０００９】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−１１５２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このようなレーザロッドの両端面の平行度は５秒（５／３６００度）以下で、側面と端面との直角度は５分（５／６０度）である。ロッド同士を重ねてワックスで一体化して両端面を研磨しながら平行度を確認して加工する際に、前記ロッドの側面の表面粗さがＲａ１〜２であるため、ばらついて接着されるため、うまく加工精度が出ないという課題があった。そのため、歩留まり良く固体レーザロッドを得ることが困難であった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決したもので、歩留まりの良い固体レーザロッドを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために本発明の固体レーザロッドは、粗面に仕上げられた側面と前記側面の両端部近傍の一部を前記側面より大きな径となるような鏡面と、鏡面研磨した両端面と、両端面の平行度が１分以下としたものであるこれにより、所期の目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、円柱形状のレーザ発振用ロッドであって、前記ロッドは粗面に仕上げられた側面と前記側面の両端部近傍の一部を前記側面より大きな径となるような鏡面と、鏡面研磨した両端面と、両端面の平行度が１分以下である固体レーザロッドとなる。
【００１４】
従って、固体レーザロッドの側面に形成された粗面の影響を受けることなく、固体レーザロッドが平行に並んだ集合体を容易に得ることができる。従って、固体レーザロッドの両端面に反射膜を成膜した場合、予め定められた両端面の平行度や、両端面と側面との直角度を容易に得ることができ、歩留まりの良い固体レーザロッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における固体レーザロッド１１の斜視図である。本実施の形態では固体レーザロッド１１の材料として、Ｅｒ：ＹＡＧ（エルビウムをドープしたイットリウム、アルミニウム、ガーネット）を用いている。図１において、側面１２は円柱形状をしており、励起光集光の目的でメッシュ＃１５０程度（表面粗さＲａ１〜２）の砂面（粗面）で形成されている。このレーザロッド１１の側面１２に対して固体レーザロッド１１の両端部に側面１３よりも凸部の基準面１４ａ、１４ｂ（第１、第２の基準面）が夫々設けられている。また、基準面１４ａ、１４ｂの平坦度は、レーザの波長λに対してλ／１０程度の光学鏡面としている。
端面１５ａと１５ｂの平坦度は、レーザの波長λに対してλ／１０程度の粗さを持つ鏡面加工されており、外部共振器を用いる場合には、この状態でそのままレーザを発振させることができる。
【００１６】
また、外部共振器を用いない場合には、固体レーザロッド１１の一方の端面１２ａには反射率８０〜９５％の第１の反射膜１５ａ（部分透過反射膜）が成膜されており、他方の端面１２ｂには反射率９９．５％以上の第２の反射膜１５ｂ（全反射膜）が成膜されている。また、固体レーザロッド１１の直径は略２ｍｍであり、その長さは２０ｍｍ〜４０ｍｍである。
【００１７】
次に、固体レーザロッド１１の製造方法について説明する。図２に示す第１の工程１６において、板状のレーザ母材２１をダイサーなどの切断器で切断して四角柱形状のレーザ角柱２２を切り出す。次に、第２の工程１７において、前記レーザ角柱２２を芯なし研削、或いは円筒研削等を使って円柱形状に加工し、更に両端部に段差を設けて基準面２３ａ、２３ｂを形成するために、芯なし研削、或いは円筒研削等を使って円柱側面１３ａを加工してレーザ円柱２３を得る。なお、両端部に段差を設けるために基準面２３ａ、２３ｂをマスキングしてサンドブラストで円柱側面１３ａを形成しても良い。このときの円柱形状１３ａの表面粗さはメッシュ＃１５０程度の砂面を形成する。また、基準面２３ａ、２３ｂは、基準面１４ａ、１４ｂの元となっており、円柱形状１３ａの直径より大きい径を持つ。
【００１８】
次に、第３の工程１８では、基準面２３ａ、２３ｂを鏡面仕上げして基準面１４ａ、１４ｂを形成する。これがレーザロッド母材１２となる。この基準面１４ａ、１４ｂは、光学測定の基準光の波長をλとすると、平坦度λ／１０程度の光学鏡面としている。（ここでは、赤色レーザを使用しているためλは６３０ｎｍである。）
次に、第４の工程１９では、レーザロッド母材１２を複数本集めた第１の集合体２４ａ、或いは第２の集合体２４ｂを形成する。第１の集合体２４ａは、複数本のレーザロッド母材１２のみを束ねて形成している。レーザロッド母材１２を複数本束ねる際に、砂面を形成する円柱側面１３ａは接触せず、基準面１４ａ、１４ｂ同士のみが接触するように束ねており、束ねたレーザロッド母材１２同士が離れないようにワックスなどで固定する必要がある。基準面１４ａ、１４ｂは鏡面仕上げされているので、円柱側面１３が砂面であるにも係わらず複数本束ねられたレーザロッド母材１２同士の平行は保たれている。
【００１９】
第２の集合体２４ｂは、外周面が鏡面仕上げされた円筒部材２５の外周面に、レーザロッド母材１２を複数本束ねて装着する。レーザロッド母材１２を円筒部材２５に複数本束ねて装着しても、本実施例では、砂面を形成する外周面１３ａは円筒部材２５に接触せず、基準面１４ａ、１４ｂのみが円筒部材２５に接触するようになる。基準面１４ａ、１４ｂは鏡面仕上げされているので、本体部１３が砂面であるにも係わらず複数本装着されたレーザロッド母材１２同士の平行は保たれる。
【００２０】
このように構成された集合体２４ａ、或いは集合体２４ｂを固定冶具（図示せず）に配置し、ラッピング用の回転定盤２６上へ載置し、所定の加重（図示せず）を加える。そして、回転定盤２６を回転させながら、固定冶具も自転することにより、レーザロッド母材１２の一方の端面１２ａを鏡面に研磨していく、このとき液体と混合された研磨剤を注入するが、研磨剤の粒径は時間とともに数段階に分けて小さくする。一方の端の研磨が終了した後、集合体２４ａ、２４ｂの上下を逆転させて他方の端面１２ｂも鏡面に研磨する。
【００２１】
このように、複数本のレーザロッド母材１２同士の平行が、基準面１４ａ、１４ｂにより保証されているので、レーザロッド母材１２の長さ方向と両端面１２ａ、１２ｂとの直角度（５／６０度）やレーザロッド母材１２の両端面１２ａ、１２ｂ平行度（５／３６００度）を容易に得ることができ、歩留まり良く加工することができる。
【００２２】
次に、第５の工程２０について、図３、図４を用いて説明する。第５の工程２０は、このレーザロッド母材１２の両端面１２ａ、１２ｂに夫々反射膜１５ａ、１５ｂを成膜する工程である。第５の工程２０では、先ず、図３に示すように、成膜治具２７に複数個のレーザロッド母材１２をセットする。本実施の形態では、横列に５個、縦列に３個のレーザロッド母材１２をセットし、合計して１５個のレーザロッド母材１２をセットしている。このように、セットされた成膜冶具２７を成膜装置（ここではＩＢＳ：イオンビームスパッタ）に入れて成膜を行なう。
【００２３】
通常のレーザの膜には、目的のレーザ波長に対して高屈折率の材料と低屈折率の材料を交互に成膜して反射率を高くしていく方式の誘電体多層膜を形成する。膜の層は目的のレーザ波長によって決定される。まず一方の端面１２ａに反射率８０〜９５％の反射膜を、第１の反射膜１５ａ（部分透過反射膜）として形成する。次に、他方の端面１２ｂにも反射率９９．５％以上の反射膜を第２の反射膜１５ｂ（全反射膜）として形成する。
【００２４】
図４は、一個のレーザロッド母材１２の例えば一方の端面１２ａに第１の反射膜１５ａを装着した斜視図である。直径２８は、基準面１４ａ（或るいは基準面１４ｂ）の直径である。径の端２９ｂを直角の角形にしておくと応力が集中して成膜（図４では第１の反射膜１５ａ）が剥がれ易くなるため、図５に示すように、径の端２９ｂに４５度程度のＣ面３１を形成することにより、膜が剥がれづらくなり、成膜の強度が保てるので良い。
【００２５】
ここで、径方向の距離２９とレーザ出力光３０とは、図８に示すように径の中心２９ａでは最も強く、径の端２９ｂでの出力は非常に小さく、指穿刺などに使用する強度としては無視できる程度になる。従って、Ｃ面３１を形成してもレーザ出力光３０の特性には殆ど影響しない。また、レーザの共振は円柱側面１３ａの径内で行なわれるため、基準面１４ａ、１４ｂの直径を円柱側面１３ａの直径より大きくしてもレーザ出力光３０の特性には影響しない。
【００２６】
これは、レーザロッド母材１２内におけるレーザ光３２が図６に示すように、レーザロッド母材１２の一方の端面１２ａに形成された第１の反射膜１５ａと、レーザロッド母材１２の他方の端面１２ｂに形成された第２の反射膜１５ｂとの間で反射を繰り返しながら増幅され、レーザ光３２の強度が一定のレベルを超えたとき、第１の反射膜１５ａを通過して固体レーザロッド１１の外部へ出力される。この外部へ出力された光がレーザ出力光３０となるためである。
【００２７】
ここで、図７に示すように、円柱側面１３ａより径の大きな基準面１４ａ、１４ｂの径大部１４ｃでは、レーザ光３２の増幅は起こらないため、レーザ出力光３０の特性は円柱側面１３ａに依存している。
【００２８】
また、固体レーザロッド１１の取り付けは、図９に示すように、取り付け部材３３で基準面１４ａ、１４ｂの部分を用いて支える構成とするが、基準面１４ａ、１４ｂは鏡面仕上げされているので、取り付け精度を向上させることができる。また、レーザ光３２の増幅に伴って、熱が発生してレーザロッド母材１２が膨張することも考えられるが、レーザロッド母材１２が膨張しても、支持している部分が鏡面仕上げされた基準面１４ａ、１４ｂであるため、レーザロッド母材１２は取り付け部材３３上を滑動するため、光軸方向の伸長は摩擦なく行なわれるため、レーザロッド母材１２の応力は少ない。
【００２９】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態１で説明した固体レーザロッド１１を用いたレーザ穿刺装置４１の断面図である。なお、実施の形態１と同じ物については同符号を付し、説明を簡略化している。
【００３０】
図１０において、円または楕円形をした筒形状の筐体４２の内部は光源を効率よく反射するために鏡面４２ａとしている。前記筐体４２が楕円形状の場合、一方の焦点にはフラッシュランプ（光源の一例として用いた）４３を配置し他方の焦点には、固体レーザロッド１１を配置することで、フラッシュランプ４３から放射された光が効率良く固体レーザロッド１１へ照射される。なお、固体レーザロッド１１の両端に形成された基準面１４ａ、１４ｂは、取り付け部材３３で支えて固定されているため、レーザ出力の減少を起こすことはない。
【００３１】
固体レーザロッド１１を構成するレーザロッド母材１２の一方の端面１２ａには、第１の反射膜１５ａが成膜されており、その前方にはレンズ４４を設けている。このレンズ４４の更に前方には、レンズ４４が外部からのごみで汚染されないようにレーザ出力光３０が透過するレーザ透過板４２ｂを筐体４２に装着している。また、レーザロッド母材１２の他方の端面１２ｂには、第２の反射膜１５ｂが成膜されている。
【００３２】
電源５１によってフラッシュランプ４３の両端に、約２００Ｖ〜７００Ｖの電圧を印加した後、約５〜１０ｋＶの電圧を瞬間的にトリガー電圧として印加すると、スパークコイルが昇圧して、封入されたキセノンガスがイオン化され、電気が流れてキセノンガスが放電されて発光する。これが励起光となる。
【００３３】
フラッシュランプ４３から発射された励起光は、固体レーザロッド１１の内部に入り、ドープされたレーザ動作物質（本例ではエルビウムＥｒ）を励起させて光を発生させる。これが誘導放出である。
【００３４】
発生した光は、第一の反射膜１５ａと固体レーザロッド１１と第二の反射膜１５ｂ間を共振するとともに増幅される。増幅されたレーザ光の一部は反射膜１５ａを通過する。反射膜１５ａを通過したレーザ光はレンズ４４を透過して出射し、レーザ透過板４２ｂを通過して集光する。
【００３５】
このようにして集光した光の部分に穿刺指４７を配置すると、レーザ出力光３０によって、皮膚４７ａを穿刺することができる。皮膚４７ａの一部はレーザ出力光３０によって蒸散され同時に傷つけられた皮膚内部の毛細血管からは血液４８が滲出する。この滲出した血液４８は、血糖値検査やコレステロール検査等の血液検査に使用することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかる固体レーザロッドは、製造時における歩留まりが良いので、レーザ穿刺装置に用いる固体レーザロッドとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における固体レーザロッドの斜視図
【図２】同、レーザ母材の製造工程図
【図３】同、成膜工程の斜視図
【図４】同、要部斜視図
【図５】同、要部拡大斜視図
【図６】同、レーザ光の動作説明図
【図７】同、固体レーザロッドの外形説明斜視図
【図８】同、レーザ光出力の特性図
【図９】同、固体レーザロッド取り付け説明の斜視図
【図１０】同、実施の形態２におけるレーザ穿刺装置のブロック図
【図１１】従来のレーザユニットの断面図
【図１２】同、レーザ母材の製造工程図
【符号の説明】
【００３８】
１，１１    固体レーザユニット
２    鏡筒
３    レーザロッド
４，５    反射鏡
６    フラッシュランプ
７    レンズ
８    電源
１２    レーザロッド母材
１３    側面
１３ａ    円柱側面
１４ａ，１４ｂ    基準面
１５ａ，１５ｂ    端面
２１    レーザ母材
２２    レーザ角柱
２３ａ，２３ｂ    基準面
２３    レーザ円柱
２４ａ    第１の集合体
２４ｂ    第２の集合体
２５    円筒部材
２７    成膜治具
２８    直径
２９    距離
２９ａ    径の中心
２９ｂ    径の端
３０    レーザ出力光
３１    Ｃ面
３２    レーザ光
３３    取り付け部材
４１    レーザ穿刺装置
４２    筐体
４２ａ    鏡面
４２ｂ    レーザ透過板
４３    フラッシュランプ
４４    レンズ
４７    穿刺指
４７ａ    皮膚
４８    血液
６２，６３    レーザロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010098215.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010098215.tif 000011
【図１０】
2010098215.tif 000012
【図１１】
2010098215.tif 000013
【図１２】
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