(57)【要約】【課題】従来方式では、拡散反射鏡や集光レンズ、その保持機構や冷却機構など部品点数が増えることによって高価かつ複雑になってしまう問題があった。【解決手段】半導体レーザ２を励起光源としてレーザ出力を得る固体レーザ装置において、冷却チューブ３の外側面に半導体レーザ光透過ロスを抑えるための反射防止膜１１と、半導体レーザ光を反射させるための高反射膜１２を交互に施し、また、半導体レーザ出射方向をレーザロッド中心に向けるのではなく、積極的にある角度の傾きを持たせて励起する。【選択図】      図２
2004179412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザロッドを側面励起する半導体レーザ励起の固体レーザ装置であって、
前記レーザロッドを内包して同軸状に配設され、通水によって前記レーザロッドを冷却するための冷却チューブを備え、
前記冷却チューブの外側面に、前記励起光に対する反射防止領域が設けられ、前記反射防止領域が設けられていない前記側面には前記励起光に対する高反射領域が設けられている、
ことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】
さらに、前記反射防止領域を透過して前記レーザロッドに入射する励起光の光軸は、前記レーザロッドの中心軸と交わらないように、前記励起用半導体レーザが配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
さらに、前記冷却チューブの内側面は、前記励起光に対する散乱面が形成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
前記反射防止領域は、前記外側面の円周方向に沿って複数箇所に設けられている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
前記複数箇所に設けられた反射防止領域は、前記円周方向に等間隔に配されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
前記反射防止領域は、反射防止膜であり、
前記高反射領域は、高反射膜である、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項７】
さらに、前記高反射膜は、前記反射防止膜で覆われている、ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項８】
さらに、前記高反射領域の前記外側面には散乱面が形成されている、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項９】
前記反射防止領域は、反射防止膜のみを有し、
前記高反射領域は、前記反射防止膜の上に高反射膜を有する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１０】
レーザロッドを内包して同軸状に配設され、通水によって前記レーザロッドを冷却するための冷却チューブを備え、前記レーザロッドを側面励起する半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法であって、
前記冷却チューブの外側面に、
前記励起光に対する反射防止領域を設ける工程と、
前記反射防止領域が設けられていない前記側面には前記励起光に対する高反射領域を設ける工程を、
含むことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
さらに、前記反射防止領域を透過して前記レーザロッドに入射する励起光の光軸が、前記レーザロッドの中心軸と交わらないように前記励起用半導体レーザを配置する工程を、
含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
さらに、前記冷却チューブの内側面に、前記励起光に対する散乱面を形成する工程を、
含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記反射防止領域は、前記外側面の円周方向に沿って複数箇所である、
ことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記複数箇所に設けられた反射防止領域は、前記円周方向に等間隔に配されている、
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記反射防止領域は、反射防止膜であり、
前記高反射領域は、高反射膜である、
ことを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１６】
さらに、前記高反射膜は、前記反射防止膜で覆われている、
ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】
さらに、前記高反射領域の前記外側面には散乱面が形成されている、
ことを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【請求項１８】
前記反射防止領域は、反射防止膜のみを有し、
前記高反射領域は、前記反射防止膜の上に高反射膜を有する、
ことを特徴とする請求項１０から１８のいずれかに記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ励起固体レーザ装置並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、高出力・高ビーム品質のレーザビームを得るためには、レーザロッド内部の励起分布を均一状態にすることが必要である。例えばレーザロッド内部の励起分布が、ロッド中心が高いプロファイルになれば、レーザロッドでの熱レンズが大きくなり、レーザ出力の飽和やレーザビーム品質の低下、さらにはレーザロッド損傷が発生するという問題を招く。従来レーザロッド内部での励起分布を均一にするために、拡散集光器という方法が提案されている。
【０００３】
半導体レーザ励起固体レーザ装置の従来の方法に関し、図７の断面図を参照して説明する。レーザロッド１の外側には冷却チューブ３が配置される。レーザロッド１と冷却チューブ３との隙間には冷却水６が流れ、レーザロッド１およびロッドホルダを直接冷却する。冷却チューブ３の外側には励起用ＬＤ２が配置され、反射防止膜１７を通してレーザロッド１に対して側面励起を行う。冷却チューブ３に密接して外側に拡散集光器が設けられる。これは、セラミックなどの材質で作製した拡散反射鏡１５の反射面にてＬＤ光１３をランダムに反射させ、レーザロッドに均一に吸収させるものである。この場合、拡散反射鏡１５は反射面にて反射したＬＤ光１３により加熱されるため、熱によって拡散反射鏡が損傷するという問題が発生し、拡散反射鏡の損傷を防ぐために冷却穴をもうけ、冷却水で冷却しなければならなかった。また、物理的に拡散反射鏡が大きくなり、その分励起用ＬＤ２とレーザロッド１との距離が離れるため、ＬＤ光１３を効率よくレーザロッド１に伝搬させるために集光レンズ１６が必要になる。以上のように従来方式では、拡散反射鏡や集光レンズ、その保持機構や冷却機構など部品点数が増えることによって高価かつ複雑になってしまう問題があった。
【０００４】
拡散反射鏡を用いずに、内面に反射膜を有し励起用ＬＤ導入孔を持った円筒状部材を冷却チューブの外側に備え、円筒状部材内面の反射膜で励起ＬＤ光を反射させる構成の半導体レーザ励起固体レーザ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記の文献に開示されている技術では、円筒状部材の内面に反射膜を設けなければならず、また、円筒状部材に入射した励起ＬＤ光が円筒状部材内面の反射膜で反射された後再び入射位置に戻るようにする必要（上記文献では正反射の条件と称している）があるため、励起ＬＤのアライメントが極めて難しい。これらのことから、結果的に高価な半導体レーザ励起固体レーザ装置になってしまうという難点を有する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４４５２６号公報（第１０−１２頁、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の難点に鑑みてなされたものであって、その目的は、効率よくレーザロッドが励起され、高出力で高ビーム品質のレーザを高信頼かつ安価に得ることができる半導体レーザ励起固体レーザ装置並びにその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、レーザロッドを側面励起する半導体レーザ励起の固体レーザ装置であって、レーザロッドを内包して同軸状に配設され、通水によってレーザロッドを冷却するための冷却チューブを備え、冷却チューブの外側面に、励起光に対する反射防止領域が設けられ、反射防止領域が設けられていない側面には励起光に対する高反射領域が設けられている、ことを特徴とする。
さらに、反射防止領域を透過してレーザロッドに入射する励起光の光軸は、レーザロッドの中心軸と交わらないように、励起用半導体レーザが配置されている。さらに、冷却チューブの内側面は、励起光に対する散乱面が形成されている。
反射防止領域は、外側面の円周方向に沿って複数箇所に設けられている。
複数箇所に設けられた反射防止領域は、円周方向に等間隔に配されている。
反射防止領域は、反射防止膜であり、高反射領域は、高反射膜である。
さらに、高反射膜は、反射防止膜で覆われている。
さらに、高反射領域の外側面には散乱面が形成されている。
反射防止領域は、反射防止膜のみを有し、高反射領域は、前記反射防止膜の上に高反射膜を有する。
【０００８】
また、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法は、レーザロッドを内包して同軸状に配設され、通水によってレーザロッドを冷却するための冷却チューブを備え、レーザロッドを側面励起する半導体レーザ励起固体レーザ装置の製造方法であって、冷却チューブの外側面に、励起光に対する反射防止領域を設ける工程と、反射防止領域が設けられていない側面には励起光に対する高反射領域を設ける工程を含むことを特徴とする。
さらに、前記反射防止領域を透過して前記レーザロッドに入射する励起光の光軸が、前記レーザロッドの中心軸と交わらないように前記励起用半導体レーザを配置する工程を含む。
さらに、冷却チューブの内側面に、励起光に対する散乱面を形成する工程を含む。
反射防止領域は、外側面の円周方向に沿って複数箇所である。
複数箇所に設けられた反射防止領域は、円周方向に等間隔に配されている。
反射防止領域は、反射防止膜であり、高反射領域は、高反射膜である。
さらに、高反射膜は、反射防止膜で覆われている。
さらに、高反射領域の外側面には散乱面が形成されている。
反射防止領域は、反射防止膜のみを有し、高反射領域は、反射防止膜の上に高反射膜を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、半導体レーザ（以下  ＬＤ）励起固体レーザ装置概略図である。レーザロッド１はロッドホルダ４により保持され、フランジ５に固定する。レーザロッド１の外側には冷却チューブ３が配置され、同じくフランジ５に固定する。レーザロッド１と冷却チューブ３との隙間には冷却水６が流れ、レーザロッド１およびロッドホルダ４を直接冷却する。冷却チューブ３の外側には励起用半導体レーザ２が配置され、レーザロッド１に対してＬＤ光１０によって側面励起が行われる。全反射ミラー７と出力ミラー８がレーザロッド１端面に平行に配置され、ミラー間で共振したレーザ光９が出射される。
【００１０】
図２は断面詳細図である。ここでは、励起用ＬＤ２を３個１２０゜等間隔に配置している。構造上配置可能である場合には励起用ＬＤ２は４個、５個と個数を増やすことも可能である。また、レーザロッドの軸に沿ってスパイラル状に多数配設しても良い。
冷却チューブ３の外側面には各ＬＤ光１３の透過ロスを抑えるための反射防止膜１１とレーザロッド１に吸収しきれずにレーザロッドを通過したＬＤ光１３をもう一度レーザロッド１に吸収させるための高反射膜１２が円周方向に沿って交互に、かつレーザロッド１長手方向にストライプ状に施されている。また、励起ＬＤをレーザロッドの軸に沿ってスパイラル状に多数配設した場合には、ストライプをスパイラル状に形成することになる。
そして、励起用ＬＤ２は、出射光１３の光軸がレーザロッド１中心に対して積極的にθ傾けた状態で配置されレーザロッドを励起する。
レーザロッド１と冷却チューブ３との隙間には冷却水６が流れる。
【００１１】
上記のように、冷却チューブ３の外側面に高反射膜１２を設けてあり、さらに励起光１３が、レーザロッド１中をロッドの中心を避けて透過するように、光軸を傾けて設定されているため、レーザロッドに吸収しきれずに透過した励起光は、高反射膜１２で反射し、再び異なる光路を辿ってレーザロッドを透過する。さらに、その反射透過においても吸収されなかった励起光は、更に異なる高反射膜のストライプによって反射を受ける。従って冷却チューブ内の励起光の光路は、星形を一筆書きしたような軌跡を形成する。すなわち、冷却チューブの外側面の高反射膜部分は、積分球のような役割をする。このため、レーザロッドによって吸収しきれない励起光は複数回レーザロッドを透過することになるため、効率の良い励起が行われる。
本発明の構成は、冷却チューブの外側に円筒状部材を配設し、しかもその内面にパターン化した高反射膜等を設ける従来技術と異なり、冷却チューブそのものの外側面に高反射膜を設ければよいので、各段に製作が容易であり、従って安価となる。
【００１２】
上記の実施形態での高反射膜１２のストライプと反射防止膜のストライプは、冷却チューブの外側面上に交互に配設する場合を述べたが、この構成に限定されるものではない。
すなわち、反射防止膜１１と高反射膜１２の成膜は、図３のように冷却チューブ３の外側面にまずストライプ状かつレーザロッド１長手方向に高反射膜１２を成膜し、次に冷却チューブ３と高反射膜１２外側を覆うように反射防止膜１１を施してもよい。
【００１３】
また、反射防止膜１１と高反射膜１２の成膜は、図４のように、まず冷却チューブ３の外側面全周に反射防止膜１１を成膜し、次に反射防止膜１１の外側面にストライプ状かつレーザロッド１長手方向に高反射膜１２を施してもよい。
【００１４】
上記の第１の実施形態の構成を取ることによって、励起用ＬＤから出射されたＬＤ光が、冷却チューブの反射防止膜を少ないロスで透過し、レーザロッドに効率よく吸収される。レーザロッドに吸収しきれず透過したＬＤ光は、冷却チューブ対面側に施されている高反射膜にて反射され、再びレーザロッドに戻り吸収されるため、励起光を効率よくレーザロッドに吸収させることができる。
また、ＬＤ光出射方向をレーザロッド中心から積極的に傾きを持たせることにより、レーザロッド内部の励起分布が均一状態に近づくため、高出力・高ビーム品質のレーザが得られる。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施形態を、図５を参照して説明する。
冷却チューブ３の外側面には各ＬＤ光１３の透過ロスを抑えるための反射防止膜１１とレーザロッド１に吸収しきれずにレーザロッドを通過したＬＤ光１３をもう一度レーザロッド１に吸収させるための高反射膜１２が円周方向に沿って交互に、かつレーザロッド１長手方向にストライプ状に施されている。そして、高反射膜を設ける場所のレーザロッド側面は、あらかじめある粗さ（砂目）で拡散面１４を形成し、その表面に高反射膜１２を施してある。
そして、励起用ＬＤ２は、出射光１３の光軸がレーザロッド１中心に対して積極的にＸ゜傾けた状態で配置されレーザロッドを励起する。
レーザロッド１と冷却チューブ３との隙間には冷却水６が流れる。
また、図６のように拡散面１４は、冷却チューブ３内側面全周に施してもよい。チューブ内面全体に砂目を施すことは、内面に金属膜等の高反射膜をパターン化して設ける従来技術より遙かに容易である。
【００１６】
上記の第２の実施形態の構成を取ることによって、励起用ＬＤから出射されたＬＤ光が、反射防止膜を少ないロスで透過し、レーザロッドに効率よく吸収される。レーザロッドに吸収されずに透過したＬＤ光は高反射膜にて反射され、再びレーザロッドに戻り吸収される。ＬＤ光が高反射膜にて反射される際に拡散面で反射するため、反射したＬＤ光はランダムにレーザロッドに吸収される。これにより、レーザロッド内部の励起分布が均一状態に近づくため、高出力・高ビーム品質のレーザが得られる。
【００１７】
以上の全ての実施形態及び実施例の説明において、冷却チューブ３の表面と励起用ＬＤ２との間隔を大きくすることが有効である。励起用ＬＤとレーザロッドとの距離が大きいと、ＬＤ光が空間的に広がった状態でレーザロッドに入射されるため、レーザロッド内部の励起分布の均一性が増し、さらに高ビーム品質のレーザが得られる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置は、励起用ＬＤ、冷却チューブ、レーザロッドという簡素な構成で、冷却チューブの外側面には各ＬＤ光の透過ロスを抑えるための反射防止膜とレーザロッドに吸収しきれずにレーザロッドを通過したＬＤ光をもう一度レーザロッドに吸収させるための高反射膜が交互にストライプ状に、かつレーザロッド１長手方向に施され、かつ励起用ＬＤの光軸はレーザロッド中心に対して積極的に傾けた状態で配置・励起されるため、効率よくレーザロッドが励起され、高出力・高ビーム品質のレーザを高信頼かつ安価に得ることができるものである。
【００１９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の側面断面構成図である。
【図２】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第１の実施形態における第１実施例のレーザロッドに垂直な断面構成図である。
【図３】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第１の実施形態における第２実施例のレーザロッドに垂直な断面構成図である。
【図４】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第１の実施形態における第３実施例のレーザロッドに垂直な断面構成図である。
【図５】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第２の実施形態における第１実施例のレーザロッドに垂直な断面構成図である。
【図６】本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の第２の実施形態における第２実施例のレーザロッドに垂直な断面構成図である。
【図７】従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置の断面構成図である。
【符号の説明】
１    レーザロッド
２    励起用半導体レーザ
３    冷却チューブ
４    ロッドホルダ
５    フランジ
６    冷却水
７    全反射ミラー
８    出力ミラー
９    レーザ光
１０    ＬＤ光
１１    反射防止膜
１２    高反射膜
１３    ＬＤ光
１４    拡散面
１５    拡散反射鏡
１６    集光レンズ
１７    反射防止膜
【図１】
2004179412.tif 000003
【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】
2004179412.tif 000008
【図７】
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