(57)【要約】【課題】  被増幅光の伝播方向に沿って固体レーザ媒質の温度が均一となるように固体レーザ媒質を冷却することができる固体レーザ装置を提供する。【解決手段】  固体レーザ装置１においては、流路１２ａ，１２ｂを流通する冷却水が固体レーザ媒質３の一対の反射端面５ａ，５ｂに直接接触するため、半導体レーザ９から出射された励起光によって加熱されたレーザ媒質３を効率良く冷却することができる。しかも、流路１２ａ，１２ｂを流通する冷却水は、被増幅光Ｌの伝播面Ｐに略垂直な方向に流通するため、被増幅光Ｌの伝播方向に沿っては、固体レーザ媒質３の温度が均一となるように固体レーザ媒質３を冷却することができる。従って、固体レーザ媒質３内における熱レンズ効果及び熱複屈折効果を低減することが可能になる。【選択図】  図１
2005101324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラブ型の固体レーザ媒質内で被増幅光をジグザグに伝播させて増幅する固体レーザ装置であって、
前記被増幅光の伝播面に略垂直な方向に冷却水を流通させると共に、前記固体レーザ媒質において前記被増幅光を反射させる一対の反射端面に前記冷却水を接触させる流路を備えることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記流路の流入口と前記固体レーザ媒質との間には、前記流入口側から前記反射端面のそれぞれに向かって末広がりの断面形状を有する整流部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記流路の流入口と前記固体レーザ媒質との間には、前記冷却水の流れを乱流にする乱流発生部材が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記固体レーザ媒質において前記伝播面に略平行な一対の平行端面には、前記固体レーザ媒質内で発生する自然放出光を吸収する光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記固体レーザ媒質において前記伝播面に略平行な一対の平行端面には断熱部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記固体レーザ媒質において前記伝播面に略平行な一対の平行端面には、前記固体レーザ媒質内で発生する自然放出光を吸収する光学部材を介して断熱部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記固体レーザ媒質において前記被増幅光が入射又は出射する両端の入出射部分では、その角部が曲面状に面取りされており、
前記入出射部分を保持して前記流路の側壁の少なくとも一部を成す保持部材と前記入出射部分との間において前記入出射部分にはＯリングが嵌められていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項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、スラブ型の固体レーザ媒質内で被増幅光をジグザグに伝播させて増幅する固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来におけるこの種の固体レーザ装置として、例えば、非特許文献１に記載されたものがある。この固体レーザ装置においては、被増幅光の伝播方向に沿って冷却水を流通させ、レーザ媒質において被増幅光を反射させる一対の反射端面に冷却水を接触させることで、レーザ媒質の温度上昇を防止し、熱レンズ効果及び熱複屈折効果の低減を図っている。
【非特許文献１】高出力ＬＤ励起ジグザグスラブＮｄガラスレーザーの増幅解析，「レーザー学会学術講演会第２３回年次大会  講演予稿集」，ｐ．５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した固体レーザ装置には、次のような課題が存在している。すなわち、冷却水がレーザ媒質から熱を奪うことで冷却水の温度は下流側に行くほど上昇することになるため、被増幅光の伝播方向に沿ってレーザ媒質の温度に温度勾配が生じてしまう。その結果、熱レンズ効果及び熱複屈折効果を低減することが妨げられ、レーザ出力の低下やビーム品質の低下を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被増幅光の伝播方向に沿って固体レーザ媒質の温度が均一となるように固体レーザ媒質を冷却することができる固体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体レーザ装置は、スラブ型の固体レーザ媒質内で被増幅光をジグザグに伝播させて増幅する固体レーザ装置であって、被増幅光の伝播面に略垂直な方向に冷却水を流通させると共に、固体レーザ媒質において被増幅光を反射させる一対の反射端面に冷却水を接触させる流路を備えることを特徴とする。
【０００６】
この固体レーザ装置においては、被増幅光を反射させる一対の反射端面に接触させる冷却水を、被増幅光の伝播面に略垂直な方向に流通させる。そのため、被増幅光の伝播方向に沿っては、固体レーザ媒質の温度が均一となるように固体レーザ媒質を冷却することができる。従って、固体レーザ媒質内における熱レンズ効果及び熱複屈折効果を低減することが可能になる。ここで、伝播面とは、固体レーザ媒質内において被増幅光がジグザグに伝播される伝播路を含む面のことである。また、伝播方向とは、伝播面と反射端面との交線に略平行な方向を意味する。
【０００７】
また、流路の流入口と固体レーザ媒質との間には、流入口側から反射端面のそれぞれに向かって末広がりの断面形状を有する整流部材が配置されていることが好ましい。これにより、流入口側から各反射端面に向かってスムーズに冷却水を流通させることができる。
【０００８】
また、流路の流入口と固体レーザ媒質との間には、冷却水の流れを乱流にする乱流発生部材が配置されていることが好ましい。これにより、乱流状態で冷却水が各反射端面に接触することになるため、層流状態の場合に比べて効率良く固体レーザ媒質から熱を奪うことができ、固体レーザ媒質の冷却効率を向上させることが可能になる。
【０００９】
また、固体レーザ媒質において伝播面に略平行な一対の平行端面には、固体レーザ媒質内で発生する自然放出光を吸収する光学部材が配置されていることが好ましい。励起光の照射により固体レーザ媒質内で発生した自然放出光が、各平行端面に配置された光学部材によって吸収されることになるため、自然放出光が無用に増幅されるのを防止することができる。
【００１０】
また、固体レーザ媒質において伝播面に略平行な一対の平行端面には断熱部材が配置されていることが好ましい。これにより、固体レーザ媒質内で発生した熱が各平行端面から放出されることが防止されるため、被増幅光の伝播面に垂直な方向に沿っても、個体レーザ媒質の温度を均一化することができる。
【００１１】
また、固体レーザ媒質において伝播面に略平行な一対の平行端面には、固体レーザ媒質内で発生する自然放出光を吸収する光学部材を介して断熱部材が配置されていることが好ましい。このような構成を採用することで、固体レーザ媒質内で発生した自然放出光が無用に増幅されるのを防止することができると共に、被増幅光の伝播面に垂直な方向に沿っても、個体レーザ媒質の温度を均一化することができる。
【００１２】
また、固体レーザ媒質において被増幅光が入射又は出射する両端の入出射部分では、その角部が曲面状に面取りされており、入出射部分を保持して流路の側壁の少なくとも一部を成す保持部材と入出射部分との間において入出射部分にはＯリングが嵌められていることが好ましい。このように、固体レーザ媒質の両端の入出射部分において、伝播方向に延在する角部を曲面状に面取りすることで、保持部材と入出射部分との間において入出射部分に嵌められたＯリングは入出射部分の側面に確実に密着することになる。そのため、保持部材と固体レーザ媒質との間の水密性を確実に維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被増幅光の伝播方向に沿って固体レーザ媒質の温度が均一となるように固体レーザ媒質を冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る固体レーザ装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、固体レーザ装置１は、ハウジング２内に配置されたスラブ型の固体レーザ媒質３内で被増幅光Ｌをジグザグに伝播させて増幅する装置であり、冷却水により固体レーザ媒質３を冷却する構造を有している。このレーザ媒質３は、リン酸塩系のレーザ用ガラスを母材として、ネオジウム（Ｎｄ）をレーザ活性種としてドープしたものであるが、これに限定されない。例えば、母材としては、シリカ系のレーザ用ガラス、又はＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４、Ｓ−ＦＡＰ、サファイア、アレキサンドライト、フォルステライト、ガーネット等の結晶材料を用いてもよい。また、レーザ活性種としては、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｍ等の希土類元素、又はＣｒ、Ｔｉ等の遷移元素を用いてもよい。
【００１６】
図３に示されるように、レーザ媒質３は長方形平板状であり、その長手方向において対面する各端面が被増幅光Ｌの入射端面４ａ、出射端面４ｂとされ、その厚さ方向において対面する各端面が被増幅光Ｌの反射端面５ａ，５ｂとされている。前述の入射端面４ａ及び出射端面４ｂは、レーザ媒質３の長手方向に対して斜めに（例えば４０°の角度をもって）形成され、互いに平行となっている。なお、以下の説明では、レーザ媒質３内において被増幅光Ｌがジグザグに伝播される伝播路を含む面を伝播面Ｐとし、レーザ媒質において伝播面Ｐに略平行な各端面を平行端面６ａ，６ｂとする。また、伝播面Ｐと反射端面３ｃとの交線に略平行な方向（すなわち、レーザ媒質３の長手方向）を伝播方向とする。
【００１７】
図１及び図２に戻り、レーザ媒質３は、入射端面４ａ及び出射端面４ｂがそれぞれ外部に露出するようにハウジング２を貫通しており、ハウジング２においてレーザ媒質３の各反射端面５ａ，５ｂに対向する位置には、窓部材８が水密に取り付けられた矩形状の開口部２ａが形成されている。更に、ハウジング２の外側において各反射端面５ａ，５ｂに対向する位置には、レーザ媒質３に励起光を照射するための半導体レーザ９が伝播方向に延在するように配置され、ハウジング２に取り付けられた支持部材１１によって保持されている。
【００１８】
従って、半導体レーザ９から出射された励起光は、窓部材８を透過してレーザ媒質３に照射され、レーザ媒質３は励起された状態となる。よって、入射端面４ａからレーザ媒質３内に入射した被増幅光Ｌは、励起状態にあるレーザ媒質３内で増幅されながら、対面する反射端面５ａ，５ｂで全反射を繰り返してレーザ媒質３内をジグザグに伝播し、出射端面４ｂから出射する。
【００１９】
また、ハウジング２内には、固体レーザ媒質３を冷却するための冷却水を流通させる流路１２が形成されている。この流路１２の流入口１３は、ハウジング２において下側の平行端面６ａに対向する位置に形成され、この位置には、冷却水を循環供給する冷却水供給装置の流路（図示せず）を流入口１３に接続するための上流側マニホールド１４が取り付けられている。一方、流路１２の流出口１６は、ハウジング２において上側の平行端面６ｂに対向する位置に形成され、この位置には、冷却水供給装置の流路と流出口１６とを接続するための下流側マニホールド１７が取り付けられている。
【００２０】
そして、流入口１３と流出口１６との間において流路１２は、レーザ媒質３の一方の反射端面５ａと一方の窓部材８との間に形成された流路１２ａと、レーザ媒質３の他方の反射端面５ｂと他方の窓部材８との間に形成された流路１２ｂとに分岐している。従って、上流側マニホールド１４内から流入口１３を通って流路１２に流入した冷却水は、流路１２ａと流路１２ｂとに分岐した後、再び合流して流出口１６を通って下流側マニホールド１４内に流出する。
【００２１】
このように、固体レーザ装置１においては、流路１２ａ，１２ｂを流通する冷却水が固体レーザ媒質３の一対の反射端面５ａ，５ｂに直接接触するため、半導体レーザ９から出射された励起光によって加熱されたレーザ媒質３を効率良く冷却することができる。しかも、流路１２ａ，１２ｂを流通する冷却水は、被増幅光Ｌの伝播面Ｐに略垂直な方向に流通するため、被増幅光Ｌの伝播方向に沿っては、固体レーザ媒質３の温度が均一となるように固体レーザ媒質３を冷却することができる。従って、固体レーザ媒質３内における熱レンズ効果及び熱複屈折効果を低減することが可能になる。
【００２２】
また、図１に示されるように、レーザ媒質３の下側の平行端面６ａには、レーザ媒質３内で発生する自然放出光を吸収するクラッディングガラス製の光学部材１８が伝播方向に延在した状態で固定され、この光学部材１８上には、光による劣化が殆どないテフロン（登録商標）製の断熱部材１９が伝播方向に延在した状態で固定されている。同様に、レーザ媒質３の上側の平行端面６ｂには光学部材１８が伝播方向に延在した状態で固定され、この光学部材１８上には断熱部材１９が伝播方向に延在した状態で固定されている。
【００２３】
このような構成を採用することで、半導体レーザ９による励起光の照射によってレーザ媒質３内で発生した自然放出光が光学部材１８によって吸収されることになるため、自然放出光が無用に増幅されるのを防止することができる。更に、レーザ媒質３内で発生した熱が断熱部材１９によって各平行端面６ａ，６ｂから放出されることが防止されるため、被増幅光Ｌの伝播面Ｐに垂直な方向に沿っても、レーザ媒質３の温度を均一化することができる。
【００２４】
更に、流路１２の流入口１３とレーザ媒質３との間において断熱部材１９上には、流入口１３側から反射端面５ａ，５ｂのそれぞれに向かって末広がりの三角形の断面形状を有する整流部材２１が伝播方向に延在した状態で固定されている。これにより、流入口１３側から各反射端面５ａ，５ｂに向かってスムーズに冷却水を分岐させることができる。一方、流路１２の流出口１６とレーザ媒質３との間において断熱部材１９上には、流出口１６側から反射端面５ａ，５ｂのそれぞれに向かって末広がりの三角形の断面形状を有する整流部材２２が伝播方向に延在した状態で固定されている。これにより、各反射端面５ａ，５ｂから流出口１６側に向かってスムーズに冷却水を合流させることができる。
【００２５】
また、流路１２の流入口１３とレーザ媒質３との間においてハウジング２には、冷却水の流れを乱流にする金属メッシュ部材（乱流発生部材）２３が取り付けられている。これにより、乱流状態で冷却水が各反射端面５ａ，５ｂに接触することになるため、層流状態の場合に比べて効率良くレーザ媒質３から熱を奪うことができ、レーザ媒質３の冷却効率を向上させることが可能になる。なお、乱流発生部材としては、金属メッシュ部材２３に限らず、例えば、流入口１３とレーザ媒質３との間においてハウジング２に複数の突起を設けたり、整流部材２１の表面を階段状にしたり、更には、整流部材２１の表面に伝播方向に延在する複数の溝を設けたりしてもよい。
【００２６】
更に、図３に示されるように、レーザ媒質３において被増幅光Ｌが入射する入射部分（入出射部分）３ａ、及び被増幅光Ｌが出射する出射部分（入出射部分）３ｂでは、伝播方向に延在すべき角部が曲面状に面取りされており、その断面形状は長円形状（細長いトラック形状）となっている。そして、図２に示されるように、入射部分３ａはハウジング２から外部に突出しており、この突出した部分には、入射部分３ａを保持して流路１２の側壁の一部を成す保持部材２４の第１の部分２４ａと第２の部分２４ｂとが順次嵌め込まれ、この保持部材２４と入射部分３ａとの間において入射部分３ａには、第１の部分２４ａと第２の部分２４ｂとに挟まれるようにＯリング２６が嵌められている。この保持部材２４の第１の部分２４ａはボルト２７によってハウジング２に固定され、第２の部分２４ｂはボルト２８によって第１の部分２４ａに固定されている。なお、出射部分３ｂ側のハウジング２、保持部材２４及びＯリング２６に関する構成は入射部分３ａ側と同様であるため、その説明を省略する。
【００２７】
このような構成を採用することで、ボルト２８を締め付けるとＯリング２６が保持部材２４と入射部分３ａとの隙間に押し付けられることになる。このとき、入射部分３ａにおいて、伝播方向に延在すべき角部が曲面状に面取りされているため、保持部材２４と入射部分３ａとの間において入射部分３ａに嵌められたＯリング２６が入射部分３ａの側面に確実に密着することになる。このことは、出射部分３ｂ側においても同様である。従って、保持部材２４とレーザ媒質３との間の水密性を確実に維持することができる。
【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、光学部材１８を介して断熱部材１９が各平行端面６ａ，６ｂに配置される場合であったが、各平行端面６ａ，６ｂに光学部材１８のみが配置されてもよいし、断熱部材１９のみが配置されてもよい。なお、上記実施形態のように、光学部材１８を介して断熱部材１９が各平行端面６ａ，６ｂに配置される場合、光学部材１８の厚さを調整して自然放出光の吸収量を制御すれば、断熱部材１９を介して僅かに熱が逃げてしまうようなときにも、光学部材１８の発熱によって、レーザ媒質３内で発生した熱が各平行端面６ａ，６ｂから放出されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る固体レーザ装置の一実施形態の断面図ある。
【図２】図１の固体レーザ装置のII−II線に沿っての部分拡大断面図である。
【図３】図１の固体レーザ装置の固体レーザ媒質の斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…固体レーザ装置、３ａ…入射部分（入出射部分）、３ｂ…出射部分（入出射部分）、３…固体レーザ媒質、５ａ，５ｂ…反射端面、６ａ，６ｂ…平行端面、１２，１２ａ，１２ｂ…流路、１３…流入口、１８…光学部材、１９…断熱部材、２１…整流部材、２３…金属メッシュ部材（乱流発生部材）、２４…保持部材、２６…Ｏリング、Ｌ…被増幅光、Ｐ…伝播面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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