(57)【要約】ロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質の保持構造に関するものであり、安定したレーザ光を発生させることが可能なロッド型固体レーザ装置を提供する。この発明のロッド型固体レーザは、固体レーザ媒質（１）の両端部分の周囲に外側面の一部または全体がテーパ状に形成された固定リング（９）を設け、さらに固定リング（９）の周囲に、固定リング（９）との対向面が、固定リングのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成されたロッドホルダ（２）を設け、固定リング（９）をロッドホルダ（２）のテーパ状の内壁面に押圧させると共に、固体レーザ媒質（１）に押圧させて固体レーザ媒質（１）をロッドホルダ（２）に固定する。
2003069738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、外側面の一部または全体がテーパ状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられ、前記固定リングとの対向面が、前記固定リングのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成されたロッドホルダ、及び前記固定リングを前記ロッドホルダのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記ロッドホルダに固定する押圧部材を備えたことを特徴とするロッド型固体レーザ。
【請求項２】
ロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなる固定リング、該固定リングの周囲に設けられたロッドホルダ、及び前記固定リングを前記ロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記ロッドホルダに固定する押圧部材を備えたことを特徴とするロッド型固体レーザ。
【請求項３】
ロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、前記固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられたロッドホルダ、及び前記固定リングを前記ロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記ロッドホルダに固定する押圧部材を備えたことを特徴とするロッド型固体レーザ。
【請求項４】
ロッドホルダにＯリングを配すための空隙を設け、該空隙中に配したＯリングを用いて、固体レーザ媒質を冷却する冷却媒体をシールすることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項５】
固定リングは、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のロッド型固体レーザ。
【請求項６】
固定リングは、固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、または第５項のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項７】
固定リングの材質が、フッ素系の樹脂であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項８】
固体レーザ媒質が半導体レーザ光によって励起されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、ロッド型固体レーザに関するものであり、詳しくは、ロッド型の固体レーザ媒質より安定にレーザビームを取り出すためのロッド保持構造に関するものである。
背景技術
第６図は、例えば文献「Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ３ｒｄ．Ｅｄ．」（Ｋｏｃｈｎｅｒ）第３７４頁に示された従来のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第６図において、１は端面がブリュースター角度でカットされた円形断面を有するロッド型の固体レーザ媒質、２は固体レーザ媒質１を固定するため、貫通穴が設けられたロッドホルダであり、貫通穴中にはＯリング溝を備えている。３はロッド型の固体レーザ媒質１の一端を支持するとともに、固体レーザ媒質１を冷却する冷却媒体をシールするために用いるロッド固定用Ｏリングであり、ロッドホルダ２の貫通穴中に設けられたＯリング溝内に配設されている。４はロッドホルダ２を固定する側板、５は固体レーザ媒質１を冷却する冷却媒体を供給、または排出するため、側板４中に設けられた冷却水路、６はロッドホルダ２を側板４に固定する際、冷却媒体をシールするために用いるロッドホルダ用Ｏリング、７は固体レーザ媒質１の周囲に、冷却媒体を流すために設けたフローチューブであり、固体レーザ媒質１はフローチューブ７に内包されるよう、ロッドホルダ２に固定されている。８はフローチューブ７を側板４に固定する際、冷却媒体をシールするために用いるフローチューブ用Ｏリングである。第６図は固体レーザ媒質１の一方の端部を固定する構成を示しているが、固体レーザ媒質１のもう一方の端部についても、同一の構成により固定されている。この場合、一方の側板側に設けられた冷却水路５より供給した冷却媒体は、フローチューブ７を介し、固体レーザ媒質１を冷却しながらもう一方の側板側の冷却水路５にまで到達し、外部に排出される。
第７図は、例えば実開平６−８２８７３号公報に示された、従来の他のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第７図において、１、２、３は第６図に示すものと同様の部材である。２０はキャップであり、ロッドホルダ２にねじ込まれ、ロッドホルダ２の開口端側からバックアップリング３０を介してＯリング３を押さえつける。キャップ２０及びバックアップリング３０はＯリング３の抜けを防止する押さえ部材としての機能を有する。
以上のように、従来のロッド型固体レーザにおいては、固体レーザ媒質の両端部を、冷却媒体をシールするために用いるＯリング３によって保持していた。Ｏリング３に固体レーザ媒質１の保持機能を兼ねさせているため、従来装置においては固体レーザ媒質の固定が不安定になる恐れがあった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、固体レーザ媒質を安定に保持し、安定したレーザ光を出力するロッド型固体レーザを得ることを目的とするものである。
発明の開示
第１の発明に係るロッド型固体レーザは、ロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、外側面の一部または全体がテーパ状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられ、前記固定リングとの対向面が、前記固定リングのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成されたロッドホルダ、及び前記固定リングを前記ロッドホルダのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記ロッドホルダに固定する押圧部材を備えたものである。これによれば、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、安定に固体レーザ媒質を保持することができる。この結果、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
また、第２の発明に係るロッド型固体レーザは、ロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなる固定リング、該固定リングの周囲に設けられたロッドホルダ、及び前記固定リングを前記ロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記ロッドホルダに固定する押圧部材を備えたものである。これによれば、本発明の固定リングは、通常Ｏリングの素材として使用されるシリコンゴム等に比べ剛性が高く、堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
また、第３の発明に係るロッド型固体レーザは、ロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、前記固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられたロッドホルダ、及び前記固定リングを前記ロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記ロッドホルダに固定する押圧部材を備えたものである。これによれば、本発明の固定リングはＯリングに比べ、固体レーザ媒質との接触面積が広くとれ、堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、ロッドホルダにＯリングを配すための空隙を設け、該空隙中に配したＯリングを用いて、固体レーザ媒質を冷却する冷却媒体をシールするものである。これによれば、固定リングを用いて固体レーザ媒質を固定する際、固体レーザ媒質に対する応力を緩和し、光学歪の発生を抑えることができるので、集光性を劣化させることなく、安定にレーザ光を発生させることができる効果がある。
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固定リングは、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなるものである。これによれば、固定リングの剛性が高く、より堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、固体レーザ媒質の振動をさらに抑制することが可能になる。
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、上記ロッド型固体レーザ、または第１または第２の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固定リングは、固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成されているものである。これによれば、固定リングと固体レーザ媒質との接触面積が広くとれ、より堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、固体レーザ媒質の振動をさらに抑制することが可能になる。
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固定リングの材質が、フッ素系の樹脂であるものである。これによれば、固定リングをレーザ光近傍に配置しても、熱変性や脱ガスを生じることなく、常に安定なレーザ発振を維持することができる。また固定リングを常に冷却水に接触する状態で配置しても、腐食や変質を生じることなく、純水の電気伝導度を低い値に保ち、冷却媒体を清浄に維持することができる効果がある。
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固体レーザ媒質が半導体レーザ光によって励起されるものである。これによれば、細い径の固体レーザ媒質を用いて、効率よく、高出力高品質のレーザ光を安定して得ることが可能となる効果がある。
発明を実施するための最良の形態
実施例１．
前述のように、ロッド型固体レーザにおいて、固体レーザ媒質の保持はＯリングによりなされており、不安定ではあるが、通常のレーザでは固体レーザ媒質が振動する問題は無かった。即ち、固体レーザ媒質をランプ等の励起源により励起するものにおいて、ランプから発せられる励起光は指向性が無く等方的に放射するため、ロッド径の小さい固体レーザ媒質を使用した場合、固体レーザ媒質に励起光を効率よく吸収させることは困難であった。このため、通常は６ｍｍ以上のロッド径のレーザ媒質が用いられていた。また、固体レーザ媒質をランプ等の励起源により励起するものにおいて、高出力、高品質のレーザ光を得ようとすると、固体レーザ媒質の発熱が大きく、出力レーザ光のビーム品質を上げるために固体レーザ媒質のロッド径を細くすることができなかった。従って、このような通常のロッド径の固体レーザ媒質では振動等の問題は無かった。しかしながら、固体レーザ媒質を半導体レーザ光により励起するものにおいては、半導体レーザに指向性があるため、ロッド径が小さくても効率よく励起光を固体レーザ媒質に照射することが可能となる。また、固体レーザ媒質を半導体レーザ光により励起するものにおいては、発熱量が小さいので、固体レーザ媒質のロッド径を細くし、高出力高品質のレーザ光を得ることが可能となる。発明者らは実験の結果、このような固体レーザ媒質のロッド径の小さいものにおいて、従来と同様の装置構成とした場合、ロッド径が４ｍｍ未満になると、固体レーザ媒質を堅固に固定することができず、冷却媒体の乱流や機械的な外乱にともなう固体レーザ媒質の振動が顕著になるとともに、ロッド径が小さくなるほど、レーザ発振の安定性に対する振動の影響が大きくなるため、レーザ発振が不安定となり、安定なレーザ出力を得ることができないという問題を発見した。
また、固体レーザ媒質のロッド径が４ｍｍ未満になると、冷却媒体の乱流や機械的な外力によって、固体レーザ媒質の中心光軸が容易に偏心するため、複数の固体レーザ媒質を直列に配置し、高出力のレーザ光を発生させる構成において、ロッド毎に中心光軸の位置が変化し、レーザ光の発生効率が低下するという問題を発見した。
以下にこれらの問題を解決する構成を示す。
第１図は本発明の実施例１によるロッド型固体レーザの構成を示す断面構成図である。図において、１はロッド型の固体レーザ媒質、９ａ，９ｂは固体レーザ媒質１の両端部分の周囲に設けられた固定リングであり、固体レーザ媒質１との対向面は円筒状に形成され、内径が固体レーザ媒質１の直径と略等しい。固定リング９ａ，９ｂの外側面の一部はテーパ状に形成されている。また、固定リング９ａ，９ｂのヤング率は３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質１のヤング率より小さい材質よりなる。例えば、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）、ヤング率：３９０ＭＰａ）を素材として使用している。２ａ，２ｂは固定リング９ａ，９ｂ及び固体レーザ媒質１が配される貫通穴が設けられたロッドホルダであり、貫通穴における固定リング９ａ，９ｂとの対向面は、固定リング９ａ，９ｂのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成されている。４ａ，４ｂはロッドホルダ２ａ，２ｂを固定する側板、５ａ，５ｂは固体レーザ媒質１を冷却する冷却媒体を供給、または排出するため、側板４ａ，４ｂ中に設けられた冷却水路、６ａ，６ｂはロッドホルダ２ａ，２ｂを側板４ａ，４ｂに固定する際、冷却媒体をシールするために用いるロッドホルダ用Ｏリング、７は固体レーザ媒質１の周囲に、冷却媒体を流すために設けたフローチューブであり、固体レーザ媒質１はフローチューブ７に内包されるよう、固定リング９ａ，９ｂを介してロッドホルダ２ａ，２ｂに固定されている。８ａ，８ｂはフローチューブ７を側板４ａ，４ｂに固定する際、冷却媒体をシールするために用いるフローチューブ用Ｏリングである。１０ａ，１０ｂは押え金具、１１ａ，１１ｂは押えボルトであり、押え金具１０ａ，１０ｂ及び押えボルト１１ａ，１１ｂは、固定リング９ａ，９ｂをロッドホルダ２ａ，２ｂのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、固体レーザ媒質１に押圧させ、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２ａ，２ｂに固定するための押圧部材である。１２は固体レーザ媒質１を光励起するために用いる半導体レーザであり、固体レーザ媒質１の光軸に沿って３段にわたり配置されている。１３は光共振器を構成する部分反射鏡、１４は部分反射鏡１３を固定する部分反射鏡ホルダであり、部分反射鏡１３の位置及び角度を調整するための調整機構を有している。１５は光共振器を構成するもう一方のミラーである全反射鏡、１６は全反射鏡１５を固定する全反射鏡ホルダであり、部分反射鏡ホルダ１４と同じく、全反射鏡１５の位置及び角度を調整するための調整機構を有している。１７は基板であり、側板４ａ，４ｂ、部分反射鏡ホルダ１４、全反射鏡ホルダ１６が共通の基板１７上に堅固に固定されている。１８は部分反射鏡１３及び全反射鏡１５により構成された光共振器によって取り出されるレーザ光である。本実施例のロッド型固体レーザにおいては、図に示すように、固体レーザ媒質保持部の構成は左右同一の構造を有している。
次に、動作について説明する。半導体レーザ１２から発せられた励起光を固体レーザ媒質１へ照射すると、固体レーザ媒質１中に含まれる活性媒質が励起され、反転分布を形成する。反転分布中で上準位に位置する励起粒子が下準位へ緩和する際、反転分布間のエネルギー差に相当する波長を有する自然放出光が発生する。部分反射鏡１３には、反転分布間のエネルギー差に相当する波長に対する部分反射コーティング、全反射鏡１５には、反転分布間のエネルギー差に相当する波長に対する波長に対する全反射コーティングが施されており、光共振器を構成している。固体レーザ媒質１中で発生した自然放出光の一部は、部分反射鏡１３と全反射鏡１５により構成される光共振器内に閉じこめられ、光共振器中を往復する。光共振器を往復する自然放出光が、活性媒質によって形成された反転分布を通過する際、誘導放出による増幅作用を被り、光共振器内の光強度は急速に増加する。光強度の増加とともに、位相の揃ったレーザビームが成長し、レーザ発振へと至る。光共振器内のレーザビームは、部分反射鏡１３の透過率に相当する割合で、レーザ光１８として光共振器外部へ取り出される。
半導体レーザ１２により励起された固体レーザ媒質１は、非放射遷移の存在により発熱するため、冷却媒体である純水によって冷却される。冷却媒体である純水は、冷却水路５ａより供給され、フローチューブ７と固体レーザ媒質１との間を通過しながら固体レーザ媒質１を冷却する。固体レーザ媒質１を冷却した純水は、冷却水路５ｂより排出される。
本実施例においては、外側面の一部がテーパ状に形成された固定リング９ａ，９ｂを介して、固体レーザ媒質１の両端がロッドホルダ２ａ，２ｂに保持されている。即ち、ロッドホルダ２ａ，２ｂ中央の貫通穴には、固定リング９ａ，９ｂの外側面と略等しい角度を有するテーパが形成されており、固体レーザ媒質１の両端に固定リング９ａ、９ｂを装着するとともに、押え金具１０ａ，１０ｂを用いて、固定リング９ａ，９ｂを、ロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中へ、押えボルト１１ａ，１１ｂにより押圧することにより、固定リング９ａ，９ｂを、ロッドホルダ２ａ，２ｂのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、固体レーザ媒質１に押圧し、固定リング９ａ，９ｂ外側面のテーパ部とロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中のテーパ部、及び固定リング９ａ，９ｂ中央に設けられた固体レーザ媒質１の直径と略等しい内径を有する貫通穴の円筒状の内壁面と固体レーザ媒質１の外側面とを密接させて、固体レーザ媒質１の両端部をロッドホルダ２ａ，２ｂに堅固に固定するとともに、冷却媒質である純水の外部への漏洩をシールしている。
本実施例においては、外側面がテーパ状に形成された固定リング９ａ，９ｂを固体レーザ媒質１の両端部に装着し、ロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中に設けられたテーパ部へ押圧することにより、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２ａ，２ｂに固定しているので、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、安定に固体レーザ媒質を保持することができる。この結果、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
更に、固定用リング９ａ，９ｂの外側面、及びロッドホルダ２ａ，２ｂに設けられた貫通穴の一部が、略等しい角度を有するテーパ状に形成されているので、固体レーザ媒質１を交換する際にも、常に一定の位置へ再現性よく固定することが可能になり、常に安定したレーザ出力を得ることができる。
また、複数の固体レーザ媒質１を直列に配置し、高いレーザ出力を得る構成においても、各固体レーザ媒質１の中心光軸を常に一定、かつ同軸状に保ち、効率よく各固体レーザ媒質中に形成された反転分布より、レーザ光を取り出すことができる。
また、本実施例においては、固体レーザ媒質１の両端を固定する固定リング９ａ，９ｂとして、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質を用いたので、堅固にロッド型の固体レーザ媒質１の両端を固定することができる。即ち、従来のロッド型レーザでは固体レーザ媒質１の両端をＯリングで固定していたが、上記Ｏリングの素材としては一般にシリコンゴム等の弾性体が使用され、軟らかい素材で構成されていた。これに対して、本実施例では上記Ｏリングの素材とは全く異なる剛性が高い素材からなる固定部材を使用しているのでレーザ媒質を堅固に固定することが可能となる。従って、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
また、固定リング９ａ，９ｂの素材として、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥを使用した場合、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥは、波長１μｍ近傍の光に対し反射率が高く、かつ耐熱性にも優れるため、レーザ光近傍に配置しても、熱変性や脱ガスを生じることなく、常に安定なレーザ発振を維持することができる。
更に、フッ素系樹脂は、材料の安定性、耐薬品性にも優れるため、常に冷却水に接触する状態で配置しても、腐食や変質を生じることなく、純水の電気伝導度を低い値に保ち、冷却媒体を清浄に維持することができる。
また、本実施例においては、固定リングの、固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成されているので、Ｏリングに比べ、固体レーザ媒質との接触面積が広くとれ、堅固にロッド型の固体レーザ媒質１の両端を固定することができる。従って、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
なお、本実施例においては、固定リングの外側面の一部がテーパ状に形成されたものを示したが、固定リングの外側面の全体がテーパ状であってもよい。
実施例２．
第２図は本発明の実施例２によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第２図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。図において、２はロッドホルダ、４は側板、５は冷却水路、６はロッドホルダ用Ｏリング、８はフローチューブ用Ｏリング、９は固定リング、１０は押え金具である。
第１図に示した前記実施例１においては、押えボルト１１ａ，１１ｂを用いて、押え金具１０ａ，１０ｂをロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中に挿入し、固定リング９ａ，９ｂを押圧することにより、固体レーザ媒質１を固定していた。本実施例２においては、ロッドホルダ２の貫通穴中に雌ネジ、押え金具１０の外側面に雄ネジを設け、押え金具１０をロッドホルダ２の貫通穴中へネジ込むことにより、固定リング９を押圧し、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２に固定する構成としている。
本実施例２に示すように、ロッドホルダ２の貫通穴中に雌ネジ、押え金具１０の外側面に雄ネジを設け、押え金具１０をロッドホルダ２の貫通穴中へネジ込む構成としても、前記実施例１と同様な効果が得られるばかりでなく、押えボルトを使用する必要がないので、簡易に固定リング９を押圧し、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２に固定することができる。このため、固体レーザ媒質１の取り付けや交換が容易になり、ロッド型固体レーザの保守性を向上させることができる。
実施例３．
第３図は本発明の実施例３によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第３図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。本実施例３では、ロッドホルダ２の貫通穴中で、テーパ状の内壁面の小径側に、矩形の空隙（Ｏリング溝）を設け、該Ｏリング溝中にＯリング３を配している。なお、固定リング９の押圧方法については、第２図に示した前記実施例２と同じである。
本実施例３においては、Ｏリング３により冷却媒体である純水のシールを行っている。また、外側面がテーパ状に形成された固定リング９により、固体レーザ媒質端部の正確な位置だし、及び固体レーザ媒質の固定を行っている。
固定リング９が、固体レーザ媒質１の固定、及び冷却媒体のシールの両機能を兼ねる場合、冷却媒体の漏洩を防ぐため、固定リング９を押え金具１０により十分に押圧、変形させ、ロッドホルダ２と固定リング９、固定リング９と固体レーザ媒質１との間を密接させる必要があった。この結果、固体レーザ媒質１の端部には、固定リング９の強い押圧にともなう応力が発生し、固体レーザ媒質１内部において光弾性効果にともなう光学歪を生じ、集光性の高いレーザ光を安定に発生することが困難になるという問題がある。本実施例３においては、固定リング９とは別にＯリング３を用いて冷却媒体のシールを行っているため、固体リング９を押圧する力は、固体レーザ媒質１の位置だしを行うとともに、振動及び光軸の偏心を抑える程度の最小限度の力に留めることができるので、固体レーザ媒質１への応力を緩和し、光学歪の発生を抑えることができるため、固定リング９を用いて固体レーザ媒質１端部の固定を行う構成においても、集光性を劣化させることなく、安定にレーザ光を発生させることができる。
実施例４．
第４図は本発明の実施例４によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第４図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。本実施例４においても、第３図に示す前記実施例３と同じく、Ｏリング３を用いて、冷却媒体のシールを行っている。但し、本実施例のロッド型固体レーザにおいては、Ｏリング３を配すため、ロッドホルダ２の貫通穴中に設けているＯリング溝は、矩形の断面形状を有しておらず、ロッドホルダ２の貫通穴中において、テーパ状の内壁面の小径側は開放された空隙となっており、この空隙中にＯリング３を配している。固体レーザ媒質１の先端部に装着したＯリング３は、固定リング９により、空隙内部へ押し込める構成としている。
本実施例４に示すように、冷却媒体をシールするためのＯリング３を、ロッドホルダ２のテーパ状の内壁面に連通した空隙中に配する構成とすれば、ロッドホルダ２を製作する際、機械加工が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。
更に、Ｏリング３は、固体レーザ媒質１の先端部に装着し、固定リング９により空隙内部へ押し込めばよいので、固体レーザ媒質１の設置、交換をより簡単に行うことができる。
なお、本実施例４においても、前記実施例３と同様な効果が得られることは言うまでもない。
また、実施例３、４において、固定リング９の押圧は第２図に示した構成により行ったが、第１図に示した実施例１と同様な構成を用いて行ってもよいことは言うまでもない。
実施例５．
第５図は本発明の実施例５によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第５図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。本実施例５においては、ロッドホルダ２の貫通穴の内壁面、及び固定リング９の外側面ともにテーパは設けられていない。ロッドホルダ２の貫通穴の内壁面には固定リング９を配する空隙とＯリング３を配する空隙とが設けられており、固定リング９を配設する空隙部分の内径は一定である。また、固定リング９の外径は、ロッドホルダ２に設けられた固定リング９を配する空隙部分の内径に対し、０．０５ｍｍから０．１ｍｍ程度小さく、固定リング９の内径（貫通穴径）は、固体レーザ媒質１の外径に対し、０．０５ｍｍから０．１ｍｍ程度大きく形成された円筒状の形状をしている。従って、ロッドホルダ２の貫通穴と固定リング９の外径、及び固定リング９の貫通穴と、固体レーザ媒質１の外径は、いわゆるはめあいの関係となっている。また、固定リング９の材質は、実施例１と同様、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質１のヤング率より小さい材質よりなる。例えば、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥを素材として使用している。
本実施例においても、前記固定リング９は、押え金具１０によって、ロッドホルダ２の内壁面に押圧され、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２に固定している。即ち、固定リング９を押え金具１０により固体レーザ媒質１の長手方向へ押圧して固定リング９をロッドホルダ２の内壁面に押圧することにより、固定リング９に弾性変形が生じ、固定リング９の外径が増加し、内径が減少する。この結果、固定リング９の円筒状の外側面とロッドホルダ２の貫通穴の円筒状の内壁面、固定リング９の貫通穴の円筒状の内壁面と固体レーザ媒質１の外側面は密接し、ロッドホルダ２に対し、固体レーザ媒質１を堅固に固定することができる。
この結果、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、安定に固体レーザ媒質を保持するとともに、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
また、本実施例５においては、固定リング９として、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質を用いたので、通常、Ｏリングの素材として使用されるシリコンゴム等に比べ、剛性が高く、堅固にロッド型の固体レーザ媒質１の両端を固定することができる。従って、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
また、本実施例５においては、Ｏリング３により冷却媒体である純水のシールを行い、円筒状の固定リング９により、固体レーザ媒質の固定を行っているので、固定リング９により固体レーザ媒質１を押圧する力は、最小限度に留めることができる。従って、固体レーザ媒質固定時に、固体レーザ媒質に加わる応力が緩和され、光学歪の発生を効果的に抑制するとともに、集光性に優れたレーザ光を安定に発生させることが可能となる。
また、本実施例５においては、ロッドホルダ２に設ける貫通穴及び固定リング９の外側面ともに、テーパ部を設けていないので、ロッドホルダ２及び固定リング９の製作が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。
なお、本実施例５においては円筒状の固定リング９とＯリング３とを備えたものを示したが、押さえ金具１０による押圧力を高めて円筒状の固定リング９に冷却媒体のシール機能を持たせることにより、Ｏリング３を無くした構成としてもよい。
なお、本実施例においては、ロッドホルダ２に設ける貫通穴の内径、固定リング９の外径、ともに一定の直径を有する構成を示したが、固体レーザ媒質１の固定方法はこれに限るものではなく、例えば、固定リング９の外径をテーパ状、ロッドホルダ２に設ける貫通穴の内径を一定に形成してもよいし、逆に、固定リング９の外径を一定、ロッドホルダ２に設ける貫通穴の内径をテーパ状に形成してもよい。即ち、ロッドホルダの空隙の形状と固定リングの外側面の形状が異なる形状であってもよく、固定リングの一部分がロッドホルダの内壁面に押圧される構成とすればよい。
また、前記実施例１〜５においては、固定リングは貫通穴を有する一体型の固定リングを示したが、固体レーザ媒質１の周囲に分割されて配される固定リングであってもよい。
また、上記実施例１〜５においては、半導体レーザ光によって固体レーザ媒質が励起されるものを示したが、例えばランプ等、他の励起源によって励起されるレーザであってもよい。
産業上の利用可能性
この発明によるロッド型固体レーザは、加工用のロッド型固体レーザに関するのみならず、リモートセンシング、分光、医療など、その他各種の用途に用いられるロッド型固体レーザに対して適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１によるロッド型固体レーザの構成を示す断面構成図、第２図は本発明の実施例２によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第３図は本発明の実施例３によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第４図は本発明の実施例４によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第５図は本発明の実施例５によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第６図は従来のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第７図は従来の他のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。
【図１】
2003069738.tif 000003
【図２】
2003069738.tif 000004
【図３】
2003069738.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月20日(2004.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザによって励起されるロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、外側面の一部または全体がテーパ状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられ、前記固定リングとの対向面が、前記固定リングのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成された板状のロッドホルダ、及び前記固定リングを前記板状のロッドホルダのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記板状のロッドホルダに固定する押圧部材を備えたことを特徴とするロッド型固体レーザ。
【請求項２】
半導体レーザによって励起されるロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなる固定リング、該固定リングの周囲に設けられた板状のロッドホルダ、及び前記固定リングを前記板状のロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記板状のロッドホルダに固定する押圧部材を備えたことを特徴とするロッド型固体レーザ。
【請求項３】
半導体レーザによって励起されるロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、前記固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられた板状のロッドホルダ、及び前記固定リングを前記板状のロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記板状のロッドホルダに固定する押圧部材を備えたことを特徴とするロッド型固体レーザ。
【請求項４】
ロッド型の固体レーザ媒質の直径が４ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項５】
ロッドホルダにＯリングを配すための空隙を設け、該空隙中に配したＯリングを用いて、固体レーザ媒質を冷却する冷却媒体をシールすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項６】
固定リングは、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなることを特徴とする請求項１記載のロッド型固体レーザ。
【請求項７】
固定リングは、固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１、２、または６のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項８】
固定リングの材質が、フッ素系の樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【請求項９】
ロッドホルダを固定する基台を設け、前記ロッドホルダをネジで前記基台に固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロッド型固体レーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロッド型固体レーザに関するものであり、詳しくは、ロッド型の固体レーザ媒質より安定にレーザビームを取り出すためのロッド保持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
第６図は、非特許文献１に示された従来のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第６図において、１は端面がブリュースター角度でカットされた円形断面を有するロッド型の固体レーザ媒質、２は固体レーザ媒質１を固定するため、貫通穴が設けられたロッドホルダであり、貫通穴中にはＯリング溝を備えている。３はロッド型の固体レーザ媒質１の一端を支持するとともに、固体レーザ媒質１を冷却する冷却媒体をシールするために用いるロッド固定用Ｏリングであり、ロッドホルダ２の貫通穴中に設けられたＯリング溝内に配設されている。４はロッドホルダ２を固定する側板、５は固体レーザ媒質１を冷却する冷却媒体を供給、または排出するため、側板４中に設けられた冷却水路、６はロッドホルダ２を側板４に固定する際、冷却媒体をシールするために用いるロッドホルダ用Ｏリング、７は固体レーザ媒質１の周囲に、冷却媒体を流すために設けたフローチューブであり、固体レーザ媒質１はフローチューブ７に内包されるよう、ロッドホルダ２に固定されている。８はフローチューブ７を側板４に固定する際、冷却媒体をシールするために用いるフローチューブ用Ｏリングである。第６図は固体レーザ媒質１の一方の端部を固定する構成を示しているが、固体レーザ媒質１のもう一方の端部についても、同一の構成により固定されている。この場合、一方の側板側に設けられた冷却水路５より供給した冷却媒体は、フローチューブ７を介し、固体レーザ媒質１を冷却しながらもう一方の側板側の冷却水路５にまで到達し、外部に排出される。
【０００３】
第７図は、特許文献１に示された、従来の他のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第７図において、１、２、３は第６図に示すものと同様の部材である。２０はキャップであり、ロッドホルダ２にねじ込まれ、ロッドホルダ２の開口端側からバックアップリング３０を介してＯリング３を押さえつける。キャップ２０及びバックアップリング３０はＯリング３の抜けを防止する押さえ部材としての機能を有する。
【０００４】
【非特許文献１】Ｋｏｃｈｎｅｒ，「Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ３ｒｄ．Ｅｄ．」，第３７４頁
【０００５】
【特許文献１】実開平６−８２８７３号公報
【発明の開示】
【０００６】
以上のように、従来のロッド型固体レーザにおいては、固体レーザ媒質の両端部を、冷却媒体をシールするために用いるＯリング３によって保持していた。Ｏリング３に固体レーザ媒質１の保持機能を兼ねさせているため、従来装置においては固体レーザ媒質の固定が不安定になる恐れがあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、固体レーザ媒質を安定に保持し、安定したレーザ光を出力するロッド型固体レーザを得ることを目的とするものである。
【０００８】
第１の発明に係るロッド型固体レーザは、半導体レーザによって励起されるロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、外側面の一部または全体がテーパ状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられ、前記固定リングとの対向面が、前記固定リングのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成された板状のロッドホルダ、及び前記固定リングを前記板状のロッドホルダのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記板状のロッドホルダに固定する押圧部材を備えたものである。
これによれば、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、安定に固体レーザ媒質を保持することができる。この結果、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【０００９】
また、第２の発明に係るロッド型固体レーザは、半導体レーザによって励起されるロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなる固定リング、該固定リングの周囲に設けられた板状のロッドホルダ、及び前記固定リングを前記板状のロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記板状のロッドホルダに固定する押圧部材を備えたものである。
これによれば、本発明の固定リングは、通常Ｏリングの素材として使用されるシリコンゴム等に比べ剛性が高く、堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００１０】
また、第３の発明に係るロッド型固体レーザは、半導体レーザによって励起されるロッド型の固体レーザ媒質、該固体レーザ媒質の両端部分の周囲に設けられ、内径が前記固体レーザ媒質の直径と略等しく、前記固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成された固定リング、該固定リングの周囲に設けられた板状のロッドホルダ、及び前記固定リングを前記板状のロッドホルダの内壁面に押圧させると共に、前記固体レーザ媒質に押圧させ、前記固体レーザ媒質を前記板状のロッドホルダに固定する押圧部材を備えたものである。
これによれば、本発明の固定リングはＯリングに比べ、固体レーザ媒質との接触面積が広くとれ、堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００１１】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、前記ロッド型の固体レーザ媒質の直径が４ｍｍ未満であるものである。
【００１２】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、ロッドホルダにＯリングを配すための空隙を設け、該空隙中に配したＯリングを用いて、固体レーザ媒質を冷却する冷却媒体をシールするものである。
これによれば、固定リングを用いて固体レーザ媒質を固定する際、固体レーザ媒質に対する応力を緩和し、光学歪の発生を抑えることができるので、集光性を劣化させることなく、安定にレーザ光を発生させることができる効果がある。
【００１３】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固定リングは、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ前記固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質よりなるものである。
これによれば、固定リングの剛性が高く、より堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、固体レーザ媒質の振動をさらに抑制することが可能になる。
【００１４】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、上記ロッド型固体レーザ、または第１または第２の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固定リングは、固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成されているものである。
これによれば、固定リングと固体レーザ媒質との接触面積が広くとれ、より堅固にロッド型の固体レーザ媒質の両端を固定することができるので、固体レーザ媒質の振動をさらに抑制することが可能になる。
【００１５】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固定リングの材質が、フッ素系の樹脂であるものである。
これによれば、固定リングをレーザ光近傍に配置しても、熱変性や脱ガスを生じることなく、常に安定なレーザ発振を維持することができる。また固定リングを常に冷却水に接触する状態で配置しても、腐食や変質を生じることなく、純水の電気伝導度を低い値に保ち、冷却媒体を清浄に維持することができる効果がある。
【００１６】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、固体レーザ媒質が半導体レーザ光によって励起されるものである。
これによれば、細い径の固体レーザ媒質を用いて、効率よく、高出力高品質のレーザ光を安定して得ることが可能となる効果がある。
【００１７】
また、この発明に係るロッド型固体レーザは、第１〜第３の発明によるロッド型固体レーザにおいて、ロッドホルダを固定する基台を設け、前記ロッドホルダをネジで前記基台に固定するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施例１．
前述のように、ロッド型固体レーザにおいて、固体レーザ媒質の保持はＯリングによりなされており、不安定ではあるが、通常のレーザでは固体レーザ媒質が振動する問題は無かった。即ち、固体レーザ媒質をランプ等の励起源により励起するものにおいて、ランプから発せられる励起光は指向性が無く等方的に放射するため、ロッド径の小さい固体レーザ媒質を使用した場合、固体レーザ媒質に励起光を効率よく吸収させることは困難であった。このため、通常は６ｍｍ以上のロッド径のレーザ媒質が用いられていた。また、固体レーザ媒質をランプ等の励起源により励起するものにおいて、高出力、高品質のレーザ光を得ようとすると、固体レーザ媒質の発熱が大きく、出力レーザ光のビーム品質を上げるために固体レーザ媒質のロッド径を細くすることができなかった。従って、このような通常のロッド径の固体レーザ媒質では振動等の問題は無かった。しかしながら、固体レーザ媒質を半導体レーザ光により励起するものにおいては、半導体レーザに指向性があるため、ロッド径が小さくても効率よく励起光を固体レーザ媒質に照射することが可能となる。また、固体レーザ媒質を半導体レーザ光により励起するものにおいては、発熱量が小さいので、固体レーザ媒質のロッド径を細くし、高出力高品質のレーザ光を得ることが可能となる。発明者らは実験の結果、このような固体レーザ媒質のロッド径の小さいものにおいて、従来と同様の装置構成とした場合、ロッド径が４ｍｍ未満になると、固体レーザ媒質を堅固に固定することができず、冷却媒体の乱流や機械的な外乱にともなう固体レーザ媒質の振動が顕著になるとともに、ロッド径が小さくなるほど、レーザ発振の安定性に対する振動の影響が大きくなるため、レーザ発振が不安定となり、安定なレーザ出力を得ることができないという問題を発見した。
また、固体レーザ媒質のロッド径が４ｍｍ未満になると、冷却媒体の乱流や機械的な外力によって、固体レーザ媒質の中心光軸が容易に偏心するため、複数の固体レーザ媒質を直列に配置し、高出力のレーザ光を発生させる構成において、ロッド毎に中心光軸の位置が変化し、レーザ光の発生効率が低下するという問題を発見した。
以下にこれらの問題を解決する構成を示す。
【００１９】
第１図は本発明の実施例１によるロッド型固体レーザの構成を示す断面構成図である。図において、１はロッド型の固体レーザ媒質、９ａ，９ｂは固体レーザ媒質１の両端部分の周囲に設けられた固定リングであり、固体レーザ媒質１との対向面は円筒状に形成され、内径が固体レーザ媒質１の直径と略等しい。固定リング９ａ，９ｂの外側面の一部はテーパ状に形成されている。また、固定リング９ａ，９ｂのヤング率は３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質１のヤング率より小さい材質よりなる。例えば、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化）、ヤング率：３９０ＭＰａ）を素材として使用している。２ａ，２ｂは固定リング９ａ，９ｂ及び固体レーザ媒質１が配される貫通穴が設けられたロッドホルダであり、貫通穴における固定リング９ａ，９ｂとの対向面は、固定リング９ａ，９ｂのテーパ状の外側面と略等しい角度でテーパ状に形成されている。４ａ，４ｂはロッドホルダ２ａ，２ｂを固定する側板、５ａ，５ｂは固体レーザ媒質１を冷却する冷却媒体を供給、または排出するため、側板４ａ，４ｂ中に設けられた冷却水路、６ａ，６ｂはロッドホルダ２ａ，２ｂを側板４ａ，４ｂに固定する際、冷却媒体をシールするために用いるロッドホルダ用Ｏリング、７は固体レーザ媒質１の周囲に、冷却媒体を流すために設けたフローチューブであり、固体レーザ媒質１はフローチューブ７に内包されるよう、固定リング９ａ，９ｂを介してロッドホルダ２ａ，２ｂに固定されている。８ａ，８ｂはフローチューブ７を側板４ａ，４ｂに固定する際、冷却媒体をシールするために用いるフローチューブ用Ｏリングである。１０ａ，１０ｂは押え金具、１１ａ，１１ｂは押えボルトであり、押え金具１０ａ，１０ｂ及び押えボルト１１ａ，１１ｂは、固定リング９ａ，９ｂをロッドホルダ２ａ，２ｂのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、固体レーザ媒質１に押圧させ、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２ａ，２ｂに固定するための押圧部材である。１２は固体レーザ媒質１を光励起するために用いる半導体レーザであり、固体レーザ媒質１の光軸に沿って３段にわたり配置されている。１３は光共振器を構成する部分反射鏡、１４は部分反射鏡１３を固定する部分反射鏡ホルダであり、部分反射鏡１３の位置及び角度を調整するための調整機構を有している。１５は光共振器を構成するもう一方のミラーである全反射鏡、１６は全反射鏡１５を固定する全反射鏡ホルダであり、部分反射鏡ホルダ１４と同じく、全反射鏡１５の位置及び角度を調整するための調整機構を有している。１７は基板であり、側板４ａ，４ｂ、部分反射鏡ホルダ１４、全反射鏡ホルダ１６が共通の基板１７上に堅固に固定されている。１８は部分反射鏡１３及び全反射鏡１５により構成された光共振器によって取り出されるレーザ光である。本実施例のロッド型固体レーザにおいては、図に示すように、固体レーザ媒質保持部の構成は左右同一の構造を有している。
【００２０】
次に、動作について説明する。半導体レーザ１２から発せられた励起光を固体レーザ媒質１へ照射すると、固体レーザ媒質１中に含まれる活性媒質が励起され、反転分布を形成する。反転分布中で上準位に位置する励起粒子が下準位へ緩和する際、反転分布間のエネルギー差に相当する波長を有する自然放出光が発生する。部分反射鏡１３には、反転分布間のエネルギー差に相当する波長に対する部分反射コーティング、全反射鏡１５には、反転分布間のエネルギー差に相当する波長に対する波長に対する全反射コーティングが施されており、光共振器を構成している。固体レーザ媒質１中で発生した自然放出光の一部は、部分反射鏡１３と全反射鏡１５により構成される光共振器内に閉じこめられ、光共振器中を往復する。光共振器を往復する自然放出光が、活性媒質によって形成された反転分布を通過する際、誘導放出による増幅作用を被り、光共振器内の光強度は急速に増加する。光強度の増加とともに、位相の揃ったレーザビームが成長し、レーザ発振へと至る。光共振器内のレーザビームは、部分反射鏡１３の透過率に相当する割合で、レーザ光１８として光共振器外部へ取り出される。
【００２１】
半導体レーザ１２により励起された固体レーザ媒質１は、非放射遷移の存在により発熱するため、冷却媒体である純水によって冷却される。冷却媒体である純水は、冷却水路５ａより供給され、フローチューブ７と固体レーザ媒質１との間を通過しながら固体レーザ媒質１を冷却する。固体レーザ媒質１を冷却した純水は、冷却水路５ｂより排出される。
本実施例においては、外側面の一部がテーパ状に形成された固定リング９ａ，９ｂを介して、固体レーザ媒質１の両端がロッドホルダ２ａ，２ｂに保持されている。即ち、ロッドホルダ２ａ，２ｂ中央の貫通穴には、固定リング９ａ，９ｂの外側面と略等しい角度を有するテーパが形成されており、固体レーザ媒質１の両端に固定リング９ａ、９ｂを装着するとともに、押え金具１０ａ，１０ｂを用いて、固定リング９ａ，９ｂを、ロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中へ、押えボルト１１ａ，１１ｂにより押圧することにより、固定リング９ａ，９ｂを、ロッドホルダ２ａ，２ｂのテーパ状の内壁面に押圧させると共に、固体レーザ媒質１に押圧し、固定リング９ａ，９ｂ外側面のテーパ部とロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中のテーパ部、及び固定リング９ａ，９ｂ中央に設けられた固体レーザ媒質１の直径と略等しい内径を有する貫通穴の円筒状の内壁面と固体レーザ媒質１の外側面とを密接させて、固体レーザ媒質１の両端部をロッドホルダ２ａ，２ｂに堅固に固定するとともに、冷却媒質である純水の外部への漏洩をシールしている。
【００２２】
本実施例においては、外側面がテーパ状に形成された固定リング９ａ，９ｂを固体レーザ媒質１の両端部に装着し、ロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中に設けられたテーパ部へ押圧することにより、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２ａ，２ｂに固定しているので、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、安定に固体レーザ媒質を保持することができる。この結果、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００２３】
更に、固定用リング９ａ，９ｂの外側面、及びロッドホルダ２ａ，２ｂに設けられた貫通穴の一部が、略等しい角度を有するテーパ状に形成されているので、固体レーザ媒質１を交換する際にも、常に一定の位置へ再現性よく固定することが可能になり、常に安定したレーザ出力を得ることができる。
【００２４】
また、複数の固体レーザ媒質１を直列に配置し、高いレーザ出力を得る構成においても、各固体レーザ媒質１の中心光軸を常に一定、かつ同軸状に保ち、効率よく各固体レーザ媒質中に形成された反転分布より、レーザ光を取り出すことができる。
【００２５】
また、本実施例においては、固体レーザ媒質１の両端を固定する固定リング９ａ，９ｂとして、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質を用いたので、堅固にロッド型の固体レーザ媒質１の両端を固定することができる。即ち、従来のロッド型レーザでは固体レーザ媒質１の両端をＯリングで固定していたが、上記Ｏリングの素材としては一般にシリコンゴム等の弾性体が使用され、軟らかい素材で構成されていた。これに対して、本実施例では上記Ｏリングの素材とは全く異なる剛性が高い素材からなる固定部材を使用しているのでレーザ媒質を堅固に固定することが可能となる。従って、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００２６】
また、固定リング９ａ，９ｂの素材として、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥを使用した場合、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥは、波長１μｍ近傍の光に対し反射率が高く、かつ耐熱性にも優れるため、レーザ光近傍に配置しても、熱変性や脱ガスを生じることなく、常に安定なレーザ発振を維持することができる。
【００２７】
更に、フッ素系樹脂は、材料の安定性、耐薬品性にも優れるため、常に冷却水に接触する状態で配置しても、腐食や変質を生じることなく、純水の電気伝導度を低い値に保ち、冷却媒体を清浄に維持することができる。
【００２８】
また、本実施例においては、固定リングの、固体レーザ媒質との対向面が円筒状に形成されているので、Ｏリングに比べ、固体レーザ媒質との接触面積が広くとれ、堅固にロッド型の固体レーザ媒質１の両端を固定することができる。従って、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００２９】
なお、本実施例においては、固定リングの外側面の一部がテーパ状に形成されたものを示したが、固定リングの外側面の全体がテーパ状であってもよい。
【００３０】
実施例２．
第２図は本発明の実施例２によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第２図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。図において、２はロッドホルダ、４は側板、５は冷却水路、６はロッドホルダ用Ｏリング、８はフローチューブ用Ｏリング、９は固定リング、１０は押え金具である。
第１図に示した前記実施例１においては、押えボルト１１ａ，１１ｂを用いて、押え金具１０ａ，１０ｂをロッドホルダ２ａ，２ｂの貫通穴中に挿入し、固定リング９ａ，９ｂを押圧することにより、固体レーザ媒質１を固定していた。本実施例２においては、ロッドホルダ２の貫通穴中に雌ネジ、押え金具１０の外側面に雄ネジを設け、押え金具１０をロッドホルダ２の貫通穴中へネジ込むことにより、固定リング９を押圧し、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２に固定する構成としている。
【００３１】
本実施例２に示すように、ロッドホルダ２の貫通穴中に雌ネジ、押え金具１０の外側面に雄ネジを設け、押え金具１０をロッドホルダ２の貫通穴中へネジ込む構成としても、前記実施例１と同様な効果が得られるばかりでなく、押えボルトを使用する必要がないので、簡易に固定リング９を押圧し、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２に固定することができる。このため、固体レーザ媒質１の取り付けや交換が容易になり、ロッド型固体レーザの保守性を向上させることができる。
【００３２】
実施例３．
第３図は本発明の実施例３によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第３図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。本実施例３では、ロッドホルダ２の貫通穴中で、テーパ状の内壁面の小径側に、矩形の空隙（Ｏリング溝）を設け、該Ｏリング溝中にＯリング３を配している。なお、固定リング９の押圧方法については、第２図に示した前記実施例２と同じである。
本実施例３においては、Ｏリング３により冷却媒体である純水のシールを行っている。また、外側面がテーパ状に形成された固定リング９により、固体レーザ媒質端部の正確な位置だし、及び固体レーザ媒質の固定を行っている。
固定リング９が、固体レーザ媒質１の固定、及び冷却媒体のシールの両機能を兼ねる場合、冷却媒体の漏洩を防ぐため、固定リング９を押え金具１０により十分に押圧、変形させ、ロッドホルダ２と固定リング９、固定リング９と固体レーザ媒質１との間を密接させる必要があった。この結果、固体レーザ媒質１の端部には、固定リング９の強い押圧にともなう応力が発生し、固体レーザ媒質１内部において光弾性効果にともなう光学歪を生じ、集光性の高いレーザ光を安定に発生することが困難になるという問題がある。本実施例３においては、固定リング９とは別にＯリング３を用いて冷却媒体のシールを行っているため、固体リング９を押圧する力は、固体レーザ媒質１の位置だしを行うとともに、振動及び光軸の偏心を抑える程度の最小限度の力に留めることができるので、固体レーザ媒質１への応力を緩和し、光学歪の発生を抑えることができるため、固定リング９を用いて固体レーザ媒質１端部の固定を行う構成においても、集光性を劣化させることなく、安定にレーザ光を発生させることができる。
【００３３】
実施例４．
第４図は本発明の実施例４によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第４図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。本実施例４においても、第３図に示す前記実施例３と同じく、Ｏリング３を用いて、冷却媒体のシールを行っている。但し、本実施例のロッド型固体レーザにおいては、Ｏリング３を配すため、ロッドホルダ２の貫通穴中に設けているＯリング溝は、矩形の断面形状を有しておらず、ロッドホルダ２の貫通穴中において、テーパ状の内壁面の小径側は開放された空隙となっており、この空隙中にＯリング３を配している。固体レーザ媒質１の先端部に装着したＯリング３は、固定リング９により、空隙内部へ押し込める構成としている。
【００３４】
本実施例４に示すように、冷却媒体をシールするためのＯリング３を、ロッドホルダ２のテーパ状の内壁面に連通した空隙中に配する構成とすれば、ロッドホルダ２を製作する際、機械加工が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。
更に、Ｏリング３は、固体レーザ媒質１の先端部に装着し、固定リング９により空隙内部へ押し込めばよいので、固体レーザ媒質１の設置、交換をより簡単に行うことができる。
なお、本実施例４においても、前記実施例３と同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００３５】
また、実施例３、４において、固定リング９の押圧は第２図に示した構成により行ったが、第１図に示した実施例１と同様な構成を用いて行ってもよいことは言うまでもない。
【００３６】
実施例５．
第５図は本発明の実施例５によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。第５図は固体レーザ媒質左側端部の保持構成について示しているが、固体レーザ媒質右側端部についても、同一の構成により固体レーザ媒質を保持している。本実施例５においては、ロッドホルダ２の貫通穴の内壁面、及び固定リング９の外側面ともにテーパは設けられていない。ロッドホルダ２の貫通穴の内壁面には固定リング９を配する空隙とＯリング３を配する空隙とが設けられており、固定リング９を配設する空隙部分の内径は一定である。また、固定リング９の外径は、ロッドホルダ２に設けられた固定リング９を配する空隙部分の内径に対し、０．０５ｍｍから０．１ｍｍ程度小さく、固定リング９の内径（貫通穴径）は、固体レーザ媒質１の外径に対し、０．０５ｍｍから０．１ｍｍ程度大きく形成された円筒状の形状をしている。従って、ロッドホルダ２の貫通穴と固定リング９の外径、及び固定リング９の貫通穴と、固体レーザ媒質１の外径は、いわゆるはめあいの関係となっている。また、固定リング９の材質は、実施例１と同様、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質１のヤング率より小さい材質よりなる。例えば、フッ素系樹脂の一種である白色のＰＴＦＥを素材として使用している。
【００３７】
本実施例においても、前記固定リング９は、押え金具１０によって、ロッドホルダ２の内壁面に押圧され、固体レーザ媒質１をロッドホルダ２に固定している。即ち、固定リング９を押え金具１０により固体レーザ媒質１の長手方向へ押圧して固定リング９をロッドホルダ２の内壁面に押圧することにより、固定リング９に弾性変形が生じ、固定リング９の外径が増加し、内径が減少する。この結果、固定リング９の円筒状の外側面とロッドホルダ２の貫通穴の円筒状の内壁面、固定リング９の貫通穴の円筒状の内壁面と固体レーザ媒質１の外側面は密接し、ロッドホルダ２に対し、固体レーザ媒質１を堅固に固定することができる。
この結果、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、安定に固体レーザ媒質を保持するとともに、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００３８】
また、本実施例５においては、固定リング９として、ヤング率が３００ＭＰａ以上で、かつ固体レーザ媒質のヤング率より小さい材質を用いたので、通常、Ｏリングの素材として使用されるシリコンゴム等に比べ、剛性が高く、堅固にロッド型の固体レーザ媒質１の両端を固定することができる。従って、冷却水の直接衝突や、乱流冷却、その他機械的外乱にともなう固体レーザ媒質の振動を効果的に抑制し、常に一定のレーザ出力を安定に維持することが可能になる。
【００３９】
また、本実施例５においては、Ｏリング３により冷却媒体である純水のシールを行い、円筒状の固定リング９により、固体レーザ媒質の固定を行っているので、固定リング９により固体レーザ媒質１を押圧する力は、最小限度に留めることができる。従って、固体レーザ媒質固定時に、固体レーザ媒質に加わる応力が緩和され、光学歪の発生を効果的に抑制するとともに、集光性に優れたレーザ光を安定に発生させることが可能となる。
【００４０】
また、本実施例５においては、ロッドホルダ２に設ける貫通穴及び固定リング９の外側面ともに、テーパ部を設けていないので、ロッドホルダ２及び固定リング９の製作が容易になり、製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
なお、本実施例５においては円筒状の固定リング９とＯリング３とを備えたものを示したが、押さえ金具１０による押圧力を高めて円筒状の固定リング９に冷却媒体のシール機能を持たせることにより、Ｏリング３を無くした構成としてもよい。
【００４２】
なお、本実施例においては、ロッドホルダ２に設ける貫通穴の内径、固定リング９の外径、ともに一定の直径を有する構成を示したが、固体レーザ媒質１の固定方法はこれに限るものではなく、例えば、固定リング９の外径をテーパ状、ロッドホルダ２に設ける貫通穴の内径を一定に形成してもよいし、逆に、固定リング９の外径を一定、ロッドホルダ２に設ける貫通穴の内径をテーパ状に形成してもよい。即ち、ロッドホルダの空隙の形状と固定リングの外側面の形状が異なる形状であってもよく、固定リングの一部分がロッドホルダの内壁面に押圧される構成とすればよい。
【００４３】
また、前記実施例１〜５においては、固定リングは貫通穴を有する一体型の固定リングを示したが、固体レーザ媒質１の周囲に分割されて配される固定リングであってもよい。
また、上記実施例１〜５においては、半導体レーザ光によって固体レーザ媒質が励起されるものを示したが、例えばランプ等、他の励起源によって励起されるレーザであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明によるロッド型固体レーザは、加工用のロッド型固体レーザに関するのみならず、リモートセンシング、分光、医療など、その他各種の用途に用いられるロッド型固体レーザに対して適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
第１図は本発明の実施例１によるロッド型固体レーザの構成を示す断面構成図、第２図は本発明の実施例２によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第３図は本発明の実施例３によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第４図は本発明の実施例４によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第５図は本発明の実施例５によるロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第６図は従来のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図、第７図は従来の他のロッド型固体レーザにおける固体レーザ媒質保持部の構成を示す断面構成図である。
【国際調査報告】
2003069738.tif 000010
2003069738.tif 000011
2003069738.tif 000012
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