(57)【要約】【課題】  本発明は、構造が簡単で、安価にでき、かつ、固体レーザロッドやフラッシュランプの冷却も確実にできるレーザヘッドを提供する。【解決手段】  本発明のレーザヘッド１００は、第１の中空筒１１０と、第１の中空筒の外側に空間を介して配置された第２の中空筒１２０と、第１の中空筒内に配置された固体レーザロッド１７０及びフラッシュランプ１８０と、固体レーザロッドの両側に設けられた反射ミラー１７１、１７２と、前記第１の中空筒と第２の中空筒との間の空間１３０に充填された反射材と、前記第１の中空筒と第２の中空筒の各両端を閉塞する側板１４０、１５０と、前記第１の中空筒の両端を閉塞する側板に形成され、前記第１の中空筒の内部に冷却用液体を循環供給する液体の入口１４１と出口１５１と、を有する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な第１の中空筒と、前記第１の中空筒の外側に空間を介して配置された第２の中空筒と、前記第１の中空筒内に配置された固体レーザロッド及びフラッシュランプと、前記固体レーザロッドの両側に設けられた反射ミラーと、前記第１の中空筒と第２の中空筒との間の前記空間に充填された反射材と、前記第１の中空筒と第２の中空筒の各両端を閉塞する側板と、前記第１の中空筒の両端を閉塞する側板に形成され、前記第１の中空筒の内部に冷却用液体を循環供給する液体の入口と出口と、を有することを特徴とするレーザヘッド。
【請求項２】
前記反射材が、硫酸バリウムであることを特徴とする請求項１に記載のレーザヘッド。
【請求項３】
前記第１の中空筒と第２の中空筒とが同じ長さで、両中空筒の両端を、それぞれ１枚の前記側板で閉塞することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザヘッドに関し、特に、金メッキが不要で、腐食に強い固体レーザヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザヘッドでは、レーザ媒質に励起源から強力なエネルギーを供給し、レーザ媒質内に励起状態の原子を増加させ、レーザ媒質の両側に設けられた反射ミラー間で繰り返し往復反射させることで増幅する。レーザ媒質の両側に設けられた反射ミラーは、一方が反射率１００％の全反射ミラーで、他方は反射率が１００％未満の部分反射ミラーである。両側の反射ミラーで反射され増幅された光は、ある一定以上のエネルギーになると部分反射ミラーを透過してレーザ光として出射し、使用されることになる。
【０００３】
レーザ媒質としては、炭酸ガスやヘリウム・ネオンガスなどのガスを使用したものや、ルビーやＹＡＧなどの固体を使用したものがある。励起源としては、フラッシュランプを使用している。
【０００４】
固体レーザの場合、励起源としてのフラッシュランプからは可視光あるいは近可視光が放射され、固体レーザロッドでレーザビームに変更するのであるが、この変換率は低い。したがって、フラッシュランプからのエネルギーは、その一部だけが固体レーザロッドによりレーザビームに変換されるが、多くの部分が熱に変換される。固体レーザロッドの効率は、温度の上昇とは逆に低下するので、固体レーザロッドを適当な方法により冷却する必要がある。従来の冷却方法としては、以下に示すものが知られている。
【０００５】
図３は、従来の固体レーザヘッドの主要部の断面図である。この主要部１０は、２つ割にされた第１ブロック１１と第２ブロック１２とから構成されている。第１ブロック１１には、断面が半楕円形の凹部１１ａがあり、第２ブロック１２には、同様の凹部１２ａがあって、第１ブロック１１と第２ブロック１２とを重ねると、断面形状が楕円形の空所１３が形成される。そして、この空所１３内に、固体レーザロッド１４と、フラッシュランプ１５とが取り付けられる。
【０００６】
固体レーザロッド１４と、フラッシュランプ１５との冷却は、空所１３内に冷却水を充填し、循環させることで行われる。第１ブロック１１と第２ブロック１２とは、共にアルミニウム製であるが、水による腐食を防止するために、凹部１１ａ、１２ａに金メッキをしている。金メッキにより冷却水の浸透を防止することができるだけでなく、空所１３の内壁を金メッキにすることで、反射率を上げ、レーザのポンピングを効果的に行うことが可能となる。
【０００７】
しかしながら、使用時間の経過に伴い金メッキが剥がれることがあり、冷却水が金メッキ層を通過してアルミニウムを腐食させてしまうという問題があった。また、アルミニウムに金メッキをするので、非常に高価になるという問題もあった。
【０００８】
そこで、特許文献１（特公平５−４２１４５）では、次のような冷却方法を提案している。ここでは、レーザのポンピング空洞を形成するハウジングを３つのブロックに分割し、これらの接合部にポンピング空洞を形成している。そして、空洞内にフラッシュランプとレーザロッドを収容している。レーザロッドやフラッシュランプの冷却は、各ブロックを貫通するチャンネルを形成し、ここに冷却用の液体を流すことで行われる。すなわち、レーザロッドやフラッシュランプの熱は、ポンピング空洞の壁から各ブロックに伝達され、この熱を各ブロックのチャンネルに流れる冷却用液体で冷却するのである。
【０００９】
レーザロッドやフラッシュランプの熱を各ブロックに効果的に伝達するために、空洞内のフラッシュランプは、空洞の壁面との間に粉体を充填して、伝導熱によって放熱できるようにしている。
【００１０】
また、レーザロッドは、空洞の約半分をガラスフィルターで仕切った中に収容し、周囲を半液体のゲル材料で充填し、これによって各ブロックに熱を伝達し、冷却されるようにしている。この方法では、空洞内に冷却水を入れないので、各ブロックをアルミニウム製としても空洞の内壁が浸食されることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公平５−４２１４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、この冷却方法は構造が複雑になり、製造コストが高価になる、という問題がある。また、レーザロッドとフラッシュランプとは、フィルターで離隔しているので、フィルターを通過する際に光が減衰し、効率が低下するという問題もある。
【００１３】
本発明は、上記の問題を解決するためのもので、構造が簡単で、安価にでき、効率がよく、かつ、冷却も確実にできるレーザヘッドを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために本発明のレーザヘッドは、透明な第１の中空筒と、前記第１の中空筒の外側に空間を介して配置された第２の中空筒と、前記第１の中空筒内に配置された固体レーザロッド及びフラッシュランプと、前記固体レーザロッドの両側に設けられた反射ミラーと、前記第１の中空筒と第２の中空筒との間の前記空間に充填された反射材と、前記第１の中空筒と第２の中空筒の各両端を閉塞する側板と、前記第１の中空筒の両端を閉塞する側板に形成され、前記第１の中空筒の内部に冷却用液体を循環供給する液体の入口と出口と、を有することを特徴としている。
【００１５】
前記反射材が、硫酸バリウムである構成としたり、前記第１の中空筒と第２の中空筒とが同じ長さで、両中空筒の両端を、それぞれ１枚の前記側板で閉塞する構成としたりすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
フラッシュランプの光は、固体レーザロッドに入射して固体レーザロッド内における励起状態の原子数が増え、ポンピングが行われる。このとき、透明な第１の中空筒の外側にある反射材の作用で、フラッシュランプの光は外部に漏れることがなく、全て固体レーザロッドに入射され、固体レーザロッド内の原子を励起する。また、固体レーザロッドとフラッシュランプとの間には、フィルターなどの仕切りがないので、フラッシュランプの光は減衰することなく固体レーザロッドに入射する。固体レーザロッド内の励起された原子は、固体レーザロッドの左右にある反射ミラーで繰り返し反射され、増幅されてレーザビームとなって取り出され、種々の用途に使用される。
【００１７】
透明な第１の中空筒内には、フラッシュランプと固体レーザロッドとがあり、双方とも上記の作用により温度が上昇する。そこで、本発明のレーザヘッドでは、第１の中空筒内に水などの冷却用の液体を入れ、これを循環させることで、冷却する。
【００１８】
本発明によれば、金メッキが不要となり、安価に製造することができる。また、透明なガラス、プラスチック、水晶等の素材の筒を使用するので、アルミニウムの腐食という問題も発生しない。反射材として使用する硫酸バリウムは、金メッキより反射率が高いので、ポンピングがより効果的に行われるようになる、という優れた効果を奏し得る。
【００１９】
また、本発明では、第１の中空筒内に配置された固体レーザロッドとフラッシュランプとは、同一空間内に配置されており、両者間には、硝子などの間仕切りがない。そのため、光を減衰するものが少なくなり、効率よくレーザ光に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のレーザヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】従来のレーザヘッドの要部構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明のレーザヘッドの構成を示す断面図で、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２２】
これらの図に示すように、本発明のレーザヘッド１００は、第１の中空筒１１０と、第２の中空筒１２０とを有する。第１の中空筒１１０及び第２の中空筒１２０は、ともに楕円形の横断面形状を有し、両者の間には空間１３０が形成されている。第１の中空筒１１０と、第２の中空筒１２０とは同じ長さで、両端を側板１４０、１５０で封止されている。第１の中空筒１１０および第２の中空筒１２０と側板１４０、１５０との間には、水漏れ防止のリング状のパッキングａが嵌装されている。
【００２３】
第１の中空筒１１０は、透明な素材で形成され、実施例で使われているガラスの他、プラスチック、水晶等を使用することができる。第２の中空筒１２０は、実施例では透明ガラスを使用しているが、これ以外の各種の金属や合成樹脂などの素材を使用することができる。
【００２４】
第１の中空筒１１０は、たとえば、ガラスをブロー成形したり、プラスチックを射出成形したり、水晶を削りだしたりすることにより、成形することが可能である。また、出来上がった第１の中空筒１１０は、全体がほぼ一定の厚さになっている。第２の中空筒１２０も、第１の中空筒１１０と同様に成形することができる。
【００２５】
第１の中空筒１１０内の空間１６０には、レーザ媒質としての固体レーザロッド１７０と、励起源となるポンピング用ランプ光源として、フラッシュランプ１８０が、両側の側板１４０、１５０を貫通して取り付けられている。固体レーザロッド１７０とフラッシュランプ１８０とは、楕円の２つの焦点に位置するように配置されており、フラッシュランプ１８０から出射される光は、全て固体レーザロッド１７０に入射する。
【００２６】
本発明では、固体レーザロッド１７０とフラッシュランプ１８０とは、第１の中空筒１１０内の空間１６０内に透明な仕切りを設けることなく設置されている。このような構成により、仕切りを設けた場合に比べ、光が減衰せずにレーザ光を効率よく射出することが可能となる。
【００２７】
固体レーザロッド１７０としては、ルビーレーザ、チタン・サファイアレーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ等があるが、この実施例ではＹＡＧレーザを使用している。側板１４０、１５０を貫通する部分には、水漏れを防止するためにリング状のパッキングｂが嵌装される。固体レーザロッド１７０の両側には、反射ミラー１７１、１７２がある。一方の反射ミラー１７１は、反射率が１００％で、反射ミラー１７２は反射率が１００％未満である。
【００２８】
第１の中空筒１１０内の空間１６０内には、冷却用液体として水が充填されるが、側板１４０には、冷却用液体の入口１４１があり、側板１５０には出口１５１が設けられている。冷却用液体は、入口１４１から空間１６０内に入り、空間１６０内を充填して、固体レーザロッド１７０とフラッシュランプ１８０を冷却して出口１５１から出て、図示しない放熱器で冷却され、再び入口１４１から空間１６０内に入ることを繰り返し、循環をしている。第１の中空筒１１０と、第２の中空筒１２０との間の空間１３０内には、反射材として硫酸バリウムが充填されている。
【００２９】
本発明では、反射材として硫酸バリウムを使用するので、第１の中空筒１１０を金メッキする必要がない。特に、硫酸バリウムは、金メッキより反射率が高い。また、冷却用液体は、第１の中空筒１１０内に収容されるが、周囲がガラスやプラスチック等なので、内壁を腐食することがない。
【００３０】
なお、側板１４０、１５０はアルミニウム製なので、腐食される可能性があるが、面積が小さいこともあり、金メッキしても従来のものほど費用は掛からない。また、側板１４０、１５０は、光を反射する必要が無いので、金メッキ以外の安価なコーティングや塗装等によっても腐食を防止することが可能である。
【００３１】
上記の構成において、第１の中空筒１１０と、第２の中空筒１２０との長さを同一にしているので、片側１枚ずつの側板１４０、１５０で閉塞することができる。しかし、第１の中空筒１１０を第２の中空筒１２０より長くし、片側を２枚の側板（１枚はドーナツ形状で、他の１枚は円形となる）で閉塞するようにしてもよい。
【００３２】
また、第１の中空筒１１０と第２の中空筒１２０を、共にガラス製とすれば、強度も十分であり形状も単純なので、安価に製造することができる。金メッキが不要になるので、その分も安価になる。
【００３３】
次に、本発明のレーザヘッドの作用を説明する。
フラッシュランプ１８０が図示しない駆動回路により発光すると、フラッシュランプ１８０の側面に近接して配置された固体レーザロッド１７０は励起状態にポンピングされる。固体レーザロッド１７０を２枚の反射ミラー１７１、１７２で挟み込み、これらの間で光を繰り返し反射させることによって、光はさらに増幅される。増幅された光は、ある一定以上のエネルギーになると反射率が１００％未満の反射ミラー１７２から射出され、レーザビームとして出力される。
【００３４】
第１の中空筒１１０と、第２の中空筒１２０との間の空間１３０内には、反射材として硫酸バリウムが充填されているので、フラッシュランプ１８０から発光された光は、外部に出ることなく全て固体レーザロッド１７０に入射する。
【００３５】
レーザ光の発光によって、固体レーザロッド１７０とフラッシュランプ１８０の温度は上昇する。しかし、冷却用液体としての水が循環しているので、常に、冷却された水により冷やすことができ、効率を低下させずにレーザ光を発光することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のレーザヘッドは、各種の固体レーザロッドを使用するレーザ装置に利用することができ、たとえば、ＹＡＧレーザに適用して歯科用治療機器に応用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００    レーザヘッド
１１０    第１の中空筒
１２０    第２の中空筒
１３０    空間
１４０    側板
１４１    入口
１５０    側板
１５１    出口
１６０    空間
１７０    固体レーザロッド
１７１    反射ミラー
１７２    反射ミラー
１８０    フラッシュランプ
ａ        パッキング
ｂ        パッキング
【図１】
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【図２】
2010278291.tif 000004
【図３】
2010278291.tif 000005