(57)【要約】【課題】半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送して、該半導体レーザー光を励起光として固体レーザー媒質に入射するようにした半導体レーザー励起固体レーザー装置において、光ファイバーの脱着をレーザーの特性を変化させること無く高精度に行えるようにする。【解決手段】光ファイバーにおける半導体レーザー光の出射側端部側に、コリメーターレンズを固定的に配設し、レーザー共振器を配置したレーザーヘッドに、コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光を集光して固体レーザー媒質に入射する集光レンズを固定的に配設し、コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光が、集光レンズにより固体レーザー媒質に集光して入射されるように、コリメーターレンズと集光レンズとを着脱自在に連結する。【選択図】        図５
2011233805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送し、前記光ファイバーにより転送した半導体レーザー光を、レーザーヘッドに配置されたレーザー共振器内に位置する固体レーザー媒質に入射して、半導体レーザー光により前記固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー励起固体レーザー装置であって、
前記光ファイバーにおける半導体レーザー光の出射側端部側に、コリメーターレンズを固定的に配設し、
前記レーザー共振器を配置したレーザーヘッドに、前記コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光を集光して前記固体レーザー媒質に入射する集光レンズを固定的に配設し、
前記コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光が、前記集光レンズにより前記固体レーザー媒質に集光して入射されるように、前記コリメーターレンズと前記集光レンズとを着脱自在に連結する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項２】
半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送し、前記光ファイバーにより転送した半導体レーザー光を、レーザーヘッドに配置されたレーザー共振器内に位置する固体レーザー媒質に入射して、半導体レーザー光により前記固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー励起固体レーザー装置であって、
前記光ファイバーにおける半導体レーザー光の出射側端部が固定的に配設され、前記出射側端部から半導体レーザー光が入射される鏡筒と、
前記鏡筒内に固定的に配設されるとともに、前記出射側端部から前記鏡筒内に入射された半導体レーザー光を平行光とするコリメーターレンズと、
前記レーザーヘッド内に固定的に配設され、前記コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光を集光して前記固体レーザー媒質に入射する集光レンズと、
前記コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光が、前記集光レンズにより前記固体レーザー媒質に集光して入射されるように、前記鏡筒と前記レーザーヘッドとを着脱自在に連結する連結手段と
を有することを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４結晶、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶またはＹｂ：ＹＡＧ結晶のいずれかである
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器内に配置された非線形光学結晶を
有することを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器内に配置されたＱスイッチを
有することを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、さらに詳細には、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を励起光として用い、当該励起光により固体レーザー媒質を励起する固体レーザー装置である半導体レーザー励起固体レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を励起光として用い、当該励起光により固体レーザー媒質を励起する固体レーザー装置である半導体レーザー励起固体レーザー装置が知られている。
【０００３】
こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置の励起方法としては、種々の励起方法が知られているが、端面励起（エンドポンプ）と称される励起方法によれば、半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが同軸となるため、固体レーザー媒質内に作られる励起ボリュームとレーザー共振器のモードボリュームとの重なりがよくなり、効率よくレーザーエネルギーを得ることができる。
【０００４】
この端面励起においては、励起光たる半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが一致しているほど効率は上がり、レーザーの安定性や最大パワーが向上し、ビームパターンが良くなる。
【０００５】
従って、端面励起を用いた半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、励起光たる半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とを高い精度で位置合わせする必要があった。
【０００６】
従来、励起光たる半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とを高い精度で位置合わせする手法としては、例えば、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーの一方の端部たる入射側端部（始端部）に入射して、当該光ファイバーにより入射した半導体レーザー光を他方の端部たる出射側端部（終端部）まで導光して転送し、当該光ファイバーの終端部からレーザー共振器内に半導体レーザー光を入射するという手法が知られている。
【０００７】
より詳細には、上記手法は、半導体レーザーから始端部に半導体レーザー光を入射される光ファイバーの終端部を、筐体内にレーザー共振器、固体レーザー媒質ならびに当該固体レーザー媒質に半導体レーザー光を集光するためのレンズ系などを収納したレーザーヘッドに接続し、当該光ファイバーの終端部とレーザーヘッドとを固定した状態においてレーザー共振器の調整を行って半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とを一致させ、半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが一致した状態を保持するようにするというものである。
【０００８】
ところで、上記したようなレーザーヘッドに光ファイバーが接続された半導体レーザー励起固体レーザー装置を、当該半導体レーザー励起固体レーザー装置のレーザー光を利用する各種の装置に搭載する場合などには、当該搭載作業の作業スペースなどの関係から、レーザーヘッドから光ファイバーを取り外す必要がある。
【０００９】
このため、レーザーヘッドと光ファイバーとは、容易に着脱することができるように接続することが好ましいものであった。
【００１０】
ここで、レーザー励起用半導体レーザーの半導体レーザー光を転送するために用いる転送用の光ファイバーの終端部を、レーザーヘッドに着脱自在に接続可能とするために、一般にはＳＭＡ型やＦＣ型と称されるコネクタが使用されている。
【００１１】
これらのコネクタは、光ファイバーの終端部周辺を樹脂や金属などで固定しフェルールを形成し、レーザーヘッド側にはこのフェルール形状に合わせたレセプタクルを筐体に設置し、こうしたフェルールとレセプタクルとを嵌合させることにより、レーザーヘッドと光ファイバーとを着脱自在に接続可能に構成するものである。
【００１２】
そして、上記したフェルールとレセプタクルとを嵌合させる構成のコネクタを備えた半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー共振器に対する光ファイバーの終端部の位置合わせの精度が、フェルールとレセプタクルとの嵌合の精度により決定され、フェルールとレセプタクルとの嵌合の精度により、フェルールとレセプタクルとの着脱を行った際におけるレーザー共振器に対する光ファイバーの終端部の位置合わせの再現性が決定されものであった。
【００１３】
即ち、フェルールとレセプタクルとの嵌合の精度を高めることにより、フェルールとレセプタクルとの着脱を行った際におけるレーザー共振器に対する光ファイバーの終端部の位置合わせの再現性を高めることができるものであった。
【００１４】
しかしながら、フェルールとレセプタクルとの嵌合の精度を高め過ぎると、フェルールとレセプタクルとの抜き差しが困難となったり、フェルールをレセプタクルに嵌合する際にフェルールの変形などが起こりやすいので、フェルールとレセプタクルとの嵌合の精度をあまり高め過ぎず、フェルールとレセプタクルとがある程度の裕度をもって嵌合することができるようにする必要があった。
【００１５】
ここで、図１には、フェルールとレセプタクルとがある程度の裕度をもって嵌合することができるようにした従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置について、その各構成部材の配置関係をあらわす説明図（構成の一部を破断して示す。）が示されている。
【００１６】
なお、以下の説明においては、説明を簡明化して技術内容の理解を容易にするために、励起光の波長は８０８ｎｍであり、固体レーザー媒質としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶を用いることにより、半導体レーザー励起固体レーザー装置から波長１０６４ｎｍのレーザー光を出射するものとして説明する。
【００１７】
この図１に示す従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置１００は、レーザーヘッド１０２の筐体１０４内に配設した出力ミラー１０６とエンドミラー１０８とによりレーザー共振器が構成されており、このレーザー共振器内に、固体レーザー媒質１１０としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶が配置されている。
【００１８】
ここで、出力ミラー１０６は、波長１０６４ｎｍのレーザー光を、例えば、２０％の透過率で透過するとともに波長１０６４ｎｍのレーザー光を、例えば、８０％の反射率で反射する部分反射ミラーであり、また、エンドミラー１０８は、波長８０８ｎｍのレーザー光を、例えば、９７％の透過率で透過するとともに波長１０６４ｎｍのレーザー光を、例えば、９９．９％の反射率で反射するダイクロイックミラーである。
【００１９】
そして、固体レーザー媒質１１０は、後述する励起用半導体レーザー（ＬＤ）１１２により出射された波長８０８ｎｍの半導体レーザー光を励起光として入射することにより励起されて、波長１０６４ｎｍのレーザー光を誘導放出する。
【００２０】
より詳細には、半導体レーザー励起固体レーザー装置１００は、波長８０８ｎｍの半導体レーザー光を出射する励起用半導体レーザー１１２と、励起用半導体レーザー１１２から出射され所定の集光光学系（図示せず。）により集光された励起光たる半導体レーザー光を始端部１１４ａから入射するとともに当該入射した励起光たる半導体レーザー光を終端部１１４ｂから出射する転送用の光ファイバー１１４と、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂに形成されたフェルール１１６と、筐体１０４に形成された孔部１０４ａに配設されるとともにフェルール１１６と所定の裕度をもって嵌合するレセプタクル１１８と、筐体１０４内に配置されるとともに光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された励起光たる半導体レーザー光を平行光とするためのコリメーターレンズ１２０と、筐体１０４内に配置されるとともにコリメーターレンズ１２０から出射された平行光の励起光たる半導体レーザー光を集光する集光レンズ１２２と、集光レンズ１２２により集光された励起光たる波長８０８ｎｍの半導体レーザー光を、例えば、９７％の透過率で透過するとともに波長１０６４ｎｍのレーザー光を、例えば、９９．９％の反射率で反射するダイクロイックミラーであるエンドミラー１０８と、エンドミラー１０８を透過したりエンドミラー１０８に反射されたレーザー光を一方の端面１１０ａから入射される固体レーザー媒質１１０と、固体レーザー媒質１１０の他方の端面１１０ｂから出射された波長１０６４ｎｍのレーザー光を、例えば、２０％の透過率で透過するとともに波長１０６４ｎｍのレーザー光を、例えば、８０％の反射率で反射する部分反射ミラーである出力ミラー１０６とを有して構成されている。
【００２１】
ここで、出力ミラー１０６、エンドミラー１０８、固体レーザー媒質１１０、レセプタクル１１８、コリメーターレンズ１２０および集光レンズ１２２は、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが一致する状態を保持するようにして筐体１０４に取り付けられ、レーザーヘッド１０２を構成している。
【００２２】
そして、レーザーヘッド１０２の筐体１０４には、出力ミラー１０６を透過した波長１０６４ｎｍのレーザー光を、レーザーヘッド１０２の外部へ出射するための窓部１２４が設けられている。
【００２３】
従って、出力ミラー１２を透過した波長１０６４ｎｍのレーザー光は、窓部１２４を介して半導体レーザー励起固体レーザー装置１００の出力として、レーザーマーキングやレーザー溶接といった各種のレーザー加工などを含む種々の分野に利用される。
【００２４】
なお、励起用半導体レーザー１１２より出射される励起光の出力は、例えば、１０Ｗ以上とする。
【００２５】
以上の構成において、半導体レーザー励起固体レーザー装置１００によるレーザー発振を説明すると、まず、励起用半導体レーザー１１２より出射された波長８０８ｎｍの半導体レーザー光（励起光）が図示しない集光光学系により集光されて光ファイバー１１４の始端部１１４ａに入射され、始端部１１４ａより入射した半導体レーザー光は、光ファイバー１４内を伝播して終端部１１４ｂから出射される。
【００２６】
そして、終端部１１４ｂから出射された半導体レーザー光は、コリメーターレンズ１２０により平行光とされ、平行光とされた半導体レーザー光は集光レンズ１２２により集光され、半導体レーザー光はエンドミラー１０８を通過して固体レーザー媒質１１０の端面１１０ａに集光されて入射される。
【００２７】
この固体レーザー媒質１１０の端面１１０ａからの半導体レーザー光の入射により、半導体レーザー光が固体レーザー媒質１１０に吸収され、固体レーザー媒質１１０から波長１０６４ｎｍのレーザー光が誘導放出される。
【００２８】
上記のようにして固体レーザー媒質１１０から誘導放出されたレーザー光は、出力ミラー１０６とエンドミラー１０８とからなるレーザー共振器を往復することにより増幅され、増幅されたレーザー光は出力ミラー１０６からレーザー共振器の外部へ出力され、窓部１２４を介して半導体レーザー励起固体レーザー装置１００の外部へ出力される。
【００２９】
ここで、図２（ａ）には、図１に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置１００において、フェルール１１６とレセプタクル１１８とを嵌合させて光ファイバー１１４の終端部１１４ｂをレーザーヘッド１０２の筐体１０４に取り付けた際に、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の裕度により生ずる半導体レーザー光の光軸のずれ、換言すれば、光ファイバー１１４の終端部１１４ａから出射される半導体レーザー光のビームの集光位置のずれの状態を概念的に表した説明図が示されている。
【００３０】
また、図２（ｂ）には、図２（ａ）に示す各構成部材の配置距離の関係を図２（ａ）と対応して表す説明図が示されている。
【００３１】
なお、図２（ａ）において、実線で示す光ファイバー１１４と破線で示す光ファイバー１１４とが、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の裕度により生ずるレーザーヘッド１０２に対する接続位置のずれを表している。
【００３２】
この図２（ａ）を参照しながら説明すると、光ファイバー１１４の終端部１１４ａから出射される半導体レーザー光は広い拡がり角をもっているが、この広い拡がり角をもった半導体レーザー光をコリメーターレンズ１２０によりコリメートして平行光とし、平行光とした半導体レーザー光を集光レンズ１２２により固体レーザー媒質１１０の端面１１０ａに集光する。
【００３３】
従って、コリメーターレンズ１２０は、光ファイバー１１４の終端部１１４ａからＦａ（Ｆａ：コリメーターレンズ１２０の焦点距離）の距離だけ離した場所に置くことにより、光ファイバー１１４の終端部１１４ａから出射された半導体レーザー光のビームがコリメートされる。
【００３４】
その後に、コリメーターレンズ１２０により平行光とされた半導体レーザー光は、集光レンズ１２２により当該集光レンズ１２２からＦｂ（Ｆｂ：集光レンズ１２２の焦点距離）だけ離れた位置に集光される。
【００３５】
このとき、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における半導体レーザー光のビームの直径（ビーム径）たる集光径φｂは、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａ、ＦａおよびＦｂにより決定され、
φｂ＝φａ×Ｆｂ／Ｆａ
によりあらわされる。
【００３６】
ここで、光ファイバー１１４の終端部１１４ａのレーザーヘッド１０２への取り付け位置が、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の裕度により本来の取り付け位置からずれた場合に、そのずれ量（光軸に対して垂直方向のずれ量）をＨａとすると、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれ量Ｈｂは、
Ｈｂ＝Ｈａ×Ｆｂ／Ｆａ
によりあらわされる。
【００３７】
上記したことより、半導体レーザー光の集光径に対するずれ量の割合は、
Ｈｂ／φｂ＝Ｈａ／φａ
であり、コリメーターレンズ１２０や集光レンズ１２２の倍率によらず、光ファイバー１１４の終端部１１４ａのレーザーヘッド１０２への取り付け位置のずれの割合と同等となる。
【００３８】
従って、フェルール１１６とレセプタクル１１８とを嵌合する際に、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａに対して１０％のずれが生じた場合には、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置においても集光径φｂに対して１０％のずれが生じることとなり、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが一致しなくなるという問題点が生ずるものであった。
【００３９】
図２（ｃ）を参照しながら、具体的に説明すると、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａが４００μｍ（φａ＝４００μｍ）であり、Ｆａが２５ｍｍ（Ｆａ＝２５ｍｍ）であり、Ｆｂが５０ｍｍ（Ｆｂ＝５０ｍｍ）であるときに、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の裕度による本来の取り付け位置からのずれ量Ｈａが４０μｍ（Ｈａ＝４０μｍ）となった場合には、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における半導体レーザー光の集光径φｂは８００μｍ（φｂ＝８００μｍ）となり、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれ量Ｈｂは８０μｍと（Ｈｂ＝８０μｍ）なる。
【００４０】
このように、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の裕度による本来の取り付け位置からのずれ量と同じ割合だけ、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における集光径もずれることになり、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが一致しなくなるものであった。
【００４１】
以上において説明したように、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の精度を高めることにより、フェルール１１６とレセプタクル１１８との着脱を行った際におけるレーザー共振器に対する光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの位置合わせの再現性を高めることはできるが、フェルール１６とレセプタクル１１８との抜き差しが困難となったり、フェルール１１６をレセプタクル１１８に嵌合する際にフェルール１１６の変形などが起こりやすいという弊害があった。
【００４２】
こうした弊害を解消するため、フェルール１１６とレセプタクル１１８とがある程度の裕度をもって嵌合することができるようにすると、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の裕度による本来の取り付け位置からのずれ量と同じ割合だけ、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における集光径もずれることになり、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸とが一致しなくなるものであった。
【００４３】
さらに、フェルール１１６とレセプタクル１１８との嵌合の精度を高めると、フェルール１１６をレセプタクル１１８に抜き差しする際に、フェルール１１６とレセプタクル１１８とが無用にぶつかって、レセプタクル１１８によりフェルール１１６が削られて粉末状の粉塵が発生することとなっていた。
【００４４】
そして、こうして発生された粉塵や半導体レーザー励起固体レーザー装置１００を設置している場所に存在する塵埃などが光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの端面に付着し、その状態で励起用半導体レーザー１１２を駆動して半導体レーザー光を発光させると、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにダメージが生じさせるという問題点があった。
【００４５】
なお、上記した粉塵などにより光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにダメージを生じさせるという問題点は、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの端面の面積は非常に小さく（例えば、５０μｍ〜８００μｍ程度である。）、かつ、励起用半導体レーザー１１２から出射される半導体レーザー光の輝度が高いため生じるものである。
【００４６】
このため、フェルール１１６をレセプタクル１１８に抜き差しする際には、ファイバースコープなどによる光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの端面の検査および洗浄が必要とされており、その作業が繁雑かつ長い作業時間を要するものとなっていた。
【００４７】
こうしたフェルール１１６をレセプタクル１１８に抜き差しすることに関する問題点や、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにダメージを生じさせるという問題点を解決するための手法として、特許文献１として提示する特表平１０−５０２４９６号公報の図６や図７に開示された手法が提案されている。
【００４８】
この特許文献１に開示する手法は、光ファイバーの終端部に鏡筒を接続し、当該鏡筒内にコリメーターレンズと集光レンズとの２枚のレンズを配置するようにしたものである。
【００４９】
図３には、上記した光ファイバーの終端部に接続された鏡筒内にコリメーターレンズと集光レンズとの２枚のレンズを配置するようにした従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置について、その各構成部材の配置関係をあらわす説明図（構成の一部を破断して示す。）が示されている。
【００５０】
また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）には、図３に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ相当する説明図が示されている。
【００５１】
以下、図３ならびに図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら、光ファイバーの終端部に接続された鏡筒内にコリメーターレンズと集光レンズとの２枚のレンズを配置するようにした従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置について説明するが、以下の説明においては、図１ならびに図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら説明した半導体レーザー励起固体レーザー装置１００と同一または相当する構成などについては、上記において用いた符号と同一の符号を用いてそれぞれ示すことにより、その詳細な構成ならびに作用などの説明は適宜に省略することとする。
【００５２】
この図３に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置２００は、レセプタクル１１８が筐体１０４に形成された孔部１０４ａから取り除かれるとともに、一方の端部側にレセプタクル１１８’を配設するための孔部２０２ａが形成され、かつ、他方の端部側に筐体１０４に形成された孔部１０４ａと略同径に形成された開口部２０２ｂを形成した鏡筒２０２が筐体１０４に取り付けられていて、鏡筒２０２内にコリメーターレンズ１２０と集光レンズ１２２とを配設している点において、上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置１００と異なっている。
【００５３】
また、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにはフェルール１１６’が形成されており、フェルール１１６’とレセプタクル１１８’とは極めて高い精度で嵌合するように構成されている。
【００５４】
なお、符号２０４は、鏡筒２０２を筐体１０４に着脱自在に取り付けるためのボルトである。鏡筒２０２は、孔部２０２ａと孔部１０４ａとが連通するようにして、ボルト２０４により筐体１０４に取り付けられている。
【００５５】
上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置２００によれば、フェルール１１６’とレセプタクル１１８’とは常に固定しておき、各種の装置に搭載する場合などは、ボルト２０４を外して筐体１０４から鏡筒２０２を取り外して作業すればよい。
【００５６】
即ち、半導体レーザー励起固体レーザー装置２００においては、フェルール１１６’をレセプタクル１１８’に抜き差しする必要がないので、フェルール１１６’とレセプタクル１１８’とは極めて高い精度で嵌合するように構成することができ、上記したフェルール１１６をレセプタクル１１８に抜き差しすることに関する問題点を解決することができる。
【００５７】
また、半導体レーザー励起固体レーザー装置２００においては、鏡筒２０２、コリメーターレンズ１２０および集光レンズ１２２により、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの周囲を遮蔽することができるので、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂに粉塵や塵埃が付着するのを防止して、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの端面を保護することができ、上記した光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにダメージを生じさせることに関する問題点を解決することができる。
【００５８】
ここで、半導体レーザー励起固体レーザー装置２００における光ファイバー１１４の終端部１１４ａから出射される半導体レーザー光のビームの集光位置のずれの大きさは、鏡筒２０２と筐体１０４とを着脱自在に構成しているので、鏡筒２０２と筐体１０４との取り付け位置の精度によって決定される。
【００５９】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら説明するが、コリメーターレンズ１２０を光ファイバー１１４の終端部１１４ａからＦａ（Ｆａ：コリメーターレンズ１２０の焦点距離）の距離だけ離した場所に置き、鏡筒２０２と筐体１０４との取り付け位置のずれ量をＨａとし、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれの量をＨｂとすると、Ｈｂは、
Ｈｂ＝Ｈａ
によりあらわされる。
【００６０】
従って、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａをとし、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における半導体レーザー光のビームの直径（ビーム径）たる集光径をφｂとすると、半導体レーザー光の集光径に対するずれ量の割合は、
Ｈｂ／φｂ＝Ｈａ／φａ×Ｆａ／Ｆｂ
となり、鏡筒２０２と筐体１０４との取り付け位置のずれ量のＦａ／Ｆｂ倍となる。
【００６１】
図４（ｃ）を参照しながら、具体的に説明すると、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａが４００μｍ（φａ＝４００μｍ）であり、Ｆａが２５ｍｍ（Ｆａ＝２５ｍｍ）であり、Ｆｂが５０ｍｍ（Ｆｂ＝５０ｍｍ）であるときに、鏡筒２０２と筐体１０４との取り付け位置のずれ量（光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの位置のずれ量）Ｈａが４０μｍ（Ｈａ＝４０μｍ）となった場合には、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における半導体レーザー光の集光径φｂは８００μｍ（φｂ＝８００μｍ）となり、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれ量Ｈｂは４０μｍと（Ｈｂ＝４０μｍ）なる。
【００６２】
従って、半導体レーザー励起固体レーザー装置２００においては、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸との不一致の度合いを半導体レーザー励起固体レーザー装置１００とほぼ同等とすることができ、かつ、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの端面の保護も図ることができるものであった。
【００６３】
しかしながら、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置が数％のずれただけでもレーザー出力が数十％変動することが知られており、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれ量Ｈｂは小さければ小さいほどよいものであり、そのため光ファイバー１１４の終端部１１４ｂより出射された半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸との不一致の度合いをより低減することのできる技術が要望されていた。
【００６４】
即ち、固体レーザー媒質に励起光として半導体レーザー光を入射する光ファイバーの脱着を、レーザーの特性を変化させること無く高精度に行うことを可能にする技術が要望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特表平１０−５０２４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００６６】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点や要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送して、該半導体レーザー光を励起光として固体レーザー媒質に入射するようにした半導体レーザー励起固体レーザー装置において、光ファイバーの脱着をレーザーの特性を変化させること無く高精度に行えるようにした半導体レーザー励起固体レーザー装置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】
【００６７】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送し、光ファイバーにより転送した半導体レーザー光をレーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に入射して、半導体レーザー光により固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、光ファイバーにより転送した半導体レーザー光を出射する出射側端部側にコリメーターレンズを固定し、レーザーヘッド側に集光レンズを固定し、コリメーターレンズと集光レンズとの間に着脱機構を設けるようにしたものである。
【００６８】
即ち、本発明は、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送し、光ファイバーにより転送した半導体レーザー光を、レーザーヘッドに配置されたレーザー共振器内に位置する固体レーザー媒質に入射して、半導体レーザー光により固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー励起固体レーザー装置であって、光ファイバーにおける半導体レーザー光の出射側端部側に、コリメーターレンズを固定的に配設し、レーザー共振器を配置したレーザーヘッドに、コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光を集光して固体レーザー媒質に入射する集光レンズを固定的に配設し、コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光が、集光レンズにより固体レーザー媒質に集光して入射されるように、コリメーターレンズと集光レンズとを着脱自在に連結するようにしたものである。
【００６９】
また、本発明は、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を光ファイバーにより転送し、光ファイバーにより転送した半導体レーザー光を、レーザーヘッドに配置されたレーザー共振器内に位置する固体レーザー媒質に入射して、半導体レーザー光により固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー励起固体レーザー装置であって、光ファイバーにおける半導体レーザー光の出射側端部が固定的に配設され、出射側端部から半導体レーザー光が入射される鏡筒と、鏡筒内に固定的に配設されるとともに、出射側端部から鏡筒内に入射された半導体レーザー光を平行光とするコリメーターレンズと、レーザーヘッド内に固定的に配設され、コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光を集光して固体レーザー媒質に入射する集光レンズと、コリメーターレンズにより平行光とされた半導体レーザー光が、集光レンズにより固体レーザー媒質に集光して入射されるように、鏡筒とレーザーヘッドとを着脱自在に連結する連結手段とを有するようにしたものである。
【００７０】
また、本発明は、上記固体レーザー媒質を、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４結晶、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶またはＹｂ：ＹＡＧ結晶のいずれかであるようにしたものである。
【００７１】
また、本発明は、上記レーザー共振器内に配置された非線形光学結晶を有するようにしたものである。
【００７２】
また、本発明は、上記レーザー共振器内に配置されたＱスイッチを有するようにしたものである。
【発明の効果】
【００７３】
本発明は、以上説明したように構成されているので、レーザー共振器を備えたレーザーヘッドと当該レーザーヘッドに励起光として半導体レーザー光を導光する光ファイバーとを着脱自在に接続可能に構成しても、半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸との不一致の度合いを低減することができるようになるという優れた効果を奏する。
【００７４】
換言すれば、本発明は、励起用半導体レーザーから出射された励起光を転送用の光ファイバーにより転送して固体レーザー媒質に入射するようにした半導体レーザー励起固体レーザー装置において、転送用の光ファイバーの脱着をレーザーの特性を変化させること無く高精度に行えるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、フェルールとレセプタクルとがある程度の裕度をもって嵌合することができるようにした従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置について、その各構成部材の配置関係をあらわす説明図である。なお、その構成の一部を破断して示している。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置において、フェルールとレセプタクルとを嵌合させて光ファイバーの終端部をレーザーヘッドの筐体に取り付けた際に、フェルールとレセプタクルとの嵌合の裕度により生ずる半導体レーザー光の光軸のずれ、換言すれば、光ファイバーの終端部から出射される半導体レーザー光のビームの集光位置のずれの状態を概念的に表した説明図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す各構成部材の配置距離の関係を図２（ａ）と対応して表す説明図である。
【００７６】
また、図２（ｃ）は、光ファイバーの終端部から出射される半導体レーザー光のビームの集光位置のずれの状態を具体的数値とともに示した説明図である。
【図３】図３は、光ファイバーの終端部に接続された鏡筒内にコリメーターレンズと集光レンズとの２枚のレンズを配置するようにした従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置について、その各構成部材の配置関係をあらわす説明図である。なお、その構成の一部を破断して示している。
【図４】図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図３に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ相当する説明図である。
【図５】図５は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例について、その各構成部材の配置関係をあらわす説明図である。なお、その構成の一部を破断して示している。
【図６】図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図５に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ相当する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００７８】
なお、以下の説明においては、図１ならびに図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら説明した半導体レーザー励起固体レーザー装置１００あるいは図３ならびに図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら説明した半導体レーザー励起固体レーザー装置２００と同一または相当する構成などについては、上記において用いた符号と同一の符号を用いてそれぞれ示すことにより、その詳細な構成ならびに作用などの説明は適宜に省略することとする。
【００７９】
ここで、図５には、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例について、その各構成部材の配置関係をあらわす説明図（構成の一部を破断して示す。）が示されている。
【００８０】
また、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）には、図５に示す半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ相当する説明図が示されている。
【００８１】
この図５に示す本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０は、レセプタクル１１８が筐体１０４に形成された孔部１０４ａから取り除かれるとともに、一方の端部側にレセプタクル１１８’を配設するための孔部１２ａが形成され、かつ、他方の端部側に筐体１０４に形成された孔部１０４ａより若干小径に形成された開口部１２ｂを形成した鏡筒１２が筐体１０４に取り付けられていて、鏡筒１２内にコリメーターレンズ１２０を配設している点において、上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置１００と異なっている。
【００８２】
また、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにはフェルール１１６’が形成されており、フェルール１１６’と孔部１２ａに固定されたレセプタクル１１８’とは極めて高い精度で嵌合するように構成されている。
【００８３】
なお、符号１４は、鏡筒１２を筐体１０４に着脱自在に取り付けるためのボルトである。鏡筒１２は、孔部１２ａと孔部１０４ａとが連通するようにして、ボルト１４により筐体１０４に取り付けられている。
【００８４】
また、鏡筒１２の開口部１２ｂ側の端部には、筐体１２の孔部１２ａと所定の公差で嵌合するように形成された係合突部１２ｃが形成されている。
【００８５】
従って、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂとコリメーターレンズ１２０とを固定した鏡筒１２をレーザーヘッド１０２に固定する際には、孔部１２ａに係合突部１２ｃを嵌め込むことにより容易に位置合わせすることができ、その後にボルト１４により鏡筒１２と筐体１０４とを固定すればよい。
【００８６】
このとき、上記した公差は、鏡筒１２とレーザーヘッド１０２との着脱作業の容易さと必要とされる精度とにより適宜に調整すればよい。
【００８７】
なお、励起用半導体レーザー１１２より出射される励起光の出力は、例えば、１０Ｗ以上とする。
【００８８】
以上の構成において、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂから出射された半導体レーザー光が、鏡筒１２内に入射され、さらにコリメーターレンズ１２０に入射されて平行光とされる。
【００８９】
そしてこの平行光とされた半導体レーザー光は集光レンズ１２２に入射され、エンドミラー１０８を透過した後に、レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質１０６の端面１０６ａに集光されることになる。
【００９０】
ここで、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０では、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂを固定した鏡筒１２内にコリメーターレンズ１２０のみを固定し、集光レンズ１２２はレーザーヘッド１０２の筐体１０４内に固定されている。
【００９１】
なお、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、鏡筒１２に光ファイバー１１４の終端部１１４ｂを固定する際に、フェルール１１６’とレセプタクル１１８’とにより構成されるコネクタ構造を用いたが、接着やねじ込などにより固定してもよい。
【００９２】
また、鏡筒１２にコリメーターレンズ１２０を固定する際にも、接着やねじ込などにより固定してもよい。
【００９３】
なお、鏡筒１２に光ファイバー１１４の終端部１１４ｂやコリメーターレンズ１２０を固定する作業時に、終端部１１４ｂの端面が外部雰囲気に触れないようにすると、塵や埃などによる終端部１１４ｂの端面の損傷を防止することができる。
【００９４】
上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、フェルール１１６’とレセプタクル１１８’とは常に固定しておき、各種の装置に搭載する場合などは、ボルト１４を外して筐体１０４から鏡筒１２を取り外して作業すればよい。
【００９５】
即ち、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、フェルール１１６’をレセプタクル１１８’に抜き差しする必要がないので、上記において説明したフェルール１１６をレセプタクル１１８に抜き差しすることに関する問題点を解決することができる。
【００９６】
また、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、鏡筒１２およびコリメーターレンズ１２０により、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの周囲を遮蔽することができるので、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂに粉塵や塵埃が付着するのを防止して、光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの端面を保護することができ、上記において説明した光ファイバー１１４の終端部１１４ｂにダメージを生じさせることに関する問題点を解決することができる。
【００９７】
以下に、上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、鏡筒１２とレーザーヘッド１０２との着脱を繰り返しても、従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置と比較して、励起光たる半導体レーザー光の光軸とレーザー共振器の光軸との位置合わせの精度を著しく向上することができる点について、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながらより詳細に説明する。
【００９８】
即ち、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａとし、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における半導体レーザー光のビームの直径（ビーム径）たる集光径をφｂとし、コリメーターレンズ１２０から出射された半導体レーザー光の直径φｃとし、鏡筒１２と筐体１０４との取り付け位置のずれ量をＨａとし、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれの量をＨｂとし、コリメーターレンズ１２０から出射された半導体レーザー光の垂直方向のずれ量をＨｃとし、光ファイバー１１４の開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）をＮＡ（ＮＡ＝ｓｉｎθ）とすると、
φｂ＝φａ×Ｆｂ／Ｆａ
φｃ＝２×Ｆａ×ｔａｎθ＝２×Ｆａ×（（ＮＡ）／（１−（ＮＡ）２）１／２）
Ｈｂ＝Ｈｃ×φｂ／φｃ
（φｃ＞＞φａ）
となる。
【００９９】
従って、Ｈｂは、
Ｈｂ＝Ｈａ×（（φａ×Ｆｂ×（１−（ＮＡ）２）１／２）／（２×Ｆａ２×（ＮＡ））
によりあらわされる。
【０１００】
従って、半導体レーザー光の集光位置における集光径に対するずれ量は、鏡筒１２と筐体１０４との取り付け位置のずれ量よりも著しく小さくすることができる。
【０１０１】
図６（ｃ）を参照しながら、具体的に説明すると、光ファイバー１１４の終端部１１４ａの直径φａが４００μｍ（φａ＝４００μｍ）であり、Ｎａが０．２（Ｎａ＝０．２）であり、Ｆａが２５ｍｍ（Ｆａ＝２５ｍｍ）であり、Ｆｂが５０ｍｍ（Ｆｂ＝５０ｍｍ）であるときに、鏡筒１２と筐体１０４との取り付け位置のずれ量（光ファイバー１１４の終端部１１４ｂの位置のずれ量）Ｈａが４０μｍ（Ｈａ＝４０μｍ）となった場合には、コリメーターレンズ１２０から出射された半導体レーザー光の直径φｃは１０，２００μｍ（φｃ＝１０，２００μｍ）となり、コリメーターレンズ１２０から出射された半導体レーザー光の垂直方向のずれ量をＨｃは４０μｍ（Ｈｃ＝４０μｍ）となり、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置における半導体レーザー光の集光径φｂは８００μｍ（φｂ＝８００μｍ）となり、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれ量Ｈｂは３．１μｍと（Ｈｂ＝３．１μｍ）なる。
【０１０２】
このように、従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置と比較すると、集光レンズ１２２からＦｂだけ離れた集光位置におけるずれ量を著しく低減することができる。
【０１０３】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形して他の実施の形態を構成してもよい。
【０１０４】
（１）上記した実施の形態においては、ボルト１４を連結手段として用いて、鏡筒１２と筐体１０４とを着脱自在に連結するように構成したが、鏡筒１２と筐体１０４とを着脱自在に連結するための構成はこれに限られるものではないことは勿論であり、例えば、ネジ結合などの連結手段を用いるようにしてもよい。
【０１０５】
（２）上記した実施の形態においては、固体レーザー媒質１０６としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶を用いたが、本発明において用いることのできる固体レーザー媒質はこれに限られるものではないことは勿論であり、例えば、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４結晶、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶あるいはＹｂ：ＹＡＧ結晶などを用いるようにしてもよい。
【０１０６】
（３）上記した実施の形態において、レーザー共振器内に非線形光学結晶を配置して、レーザー出力として基本発振波長の高調波を得るようにしてもよいことは勿論である。
【０１０７】
例えば、固体レーザー媒質１１０としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶を用いた上記した実施の形態の場合には、その基本発振波長は１０６４ｎｍの近赤外であるが、可視領域や紫外領域の波長を有するレーザー光を得るために、レーザー共振器内に非線形光学結晶を配置して、レーザー出力として基本発振波長の高調波を得るようにしてもよい。
【０１０８】
具体的には、図５に配置構成において、例えば、出力ミラー１０６とエンドミラー１０８との間に非線形光学結晶を配置し、出力ミラー１０６が波長１０６４ｎｍの光を反射するとともに波長５３２ｎｍの光を透過するように構成する。
【０１０９】
これにより、波長５３２ｎｍのレーザー光をレーザー共振器の外部へ出力することができる。
【０１１０】
（４）上記した実施の形態において、レーザー共振器内にＱスイッチを配置してパルス発振させ、よりエネルギー密度の高いレーザー光を出力するようにしてもよいことは勿論である。
【０１１１】
（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、産業用や民生用などの各種の分野、例えば、レーザーマーキングやレーザー溶接といった各種のレーザー加工などを含む種々の産業分野や、レーザープリンターやレーザースキャンディスプレイなどを含む種々の民生分野において利用することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１０      半導体レーザー励起固体レーザー装置
１２      鏡筒
１２ａ    孔部
１２ｂ    開口部
１２ｃ    係合突部
１４      ボルト
１００      半導体レーザー励起固体レーザー装置
１０２      レーザーヘッド
１０４      筐体
１０４ａ    孔部
１０６      出力ミラー
１０８      エンドミラー
１１０      固体レーザー媒質
１１２      励起用半導体レーザー（ＬＤ）
１１４      光ファイバー
１１４ａ    始端部
１１４ｂ    終端部
１１６、１１６’      フェルール
１１８、１１８’      レセプタクル
１２０      コリメーターレンズ
１２２      集光レンズ
１２４      窓部
２００      半導体レーザー励起固体レーザー装置
２０２      鏡筒
２０２ａ    孔部
２０２ｂ    開口部
２０４      ボルト
【図１】
2011233805.tif 000003
【図２】
2011233805.tif 000004
【図３】
2011233805.tif 000005
【図４】
2011233805.tif 000006
【図５】
2011233805.tif 000007
【図６】
2011233805.tif 000008