(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性元素を含有し励起光が照射されることによってレーザ光を発振するドープ部およびそれを囲繞しレーザ光を発振しない非ドープ部とを有する薄板状のレーザ媒質と、このレーザ媒質の側方から該レーザ媒質に向けて励起光を入射させる励起手段とを備えて、上記レーザ媒質から所定の方向に向けてレーザ光を出力させるようにした固体レーザ発振装置において、
上記励起光の光路から外れた上記レーザ媒質の非ドープ部に、該レーザ媒質内の寄生発生を抑制する貫通孔を穿設したことを特徴とする固体レーザ発振装置。
【請求項２】
上記貫通孔の内面に多数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ発振装置。
【請求項３】
上記貫通孔の内面にレーザ光を吸収する吸収体を設けて、この吸収体を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ発振装置。
【請求項４】
上記レーザ媒質は、その外周に平坦面からなる四辺を備えており、このレーザ媒質の四辺に対向させて上記励起手段を合計４つ配置してあり、
さらに、上記各励起手段から照射される励起光の光路から外して上記レーザ媒質の非ドープ部における四角の位置にそれぞれ上記貫通孔が穿設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体レーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体レーザ発振装置に関し、より詳しくは、レーザ媒質内での寄生発振を抑制するようにした固体レーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体レーザ発振装置においては、レーザ媒質に向けて励起手段から励起光を入射させて、所定の方向に向けてレーザ光を出力させるようになっている。
こうした従来の固体レーザ発振装置においては、励起光をレーザ媒質に入射させることに伴って該レーザ媒質内で共振器ミラーを介さない本来の取り出したい方向のレーザ光とは異なる寄生発振が生じる。このように寄生発振が生じるとレーザ媒質から共振器ミラーを介して出力される本来のレーザ光の出力が低下するので、従来では、寄生発振を防止するための提案がなされている（例えば特許文献１、特許文献２）。
特許文献１の装置においては、レーザ媒質の外周部における平坦面の幅とレーザ媒質のコアの内径等との寸法比率を所定の比率に設定するようにしている。
また、特許文献２においては、レーザ媒質の上下面のいずれかに寄生発振光を吸収可能な吸収体を設けている。
【特許文献１】特開２００７−１３４５６０号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来のレーザ発振装置においては、寄生発振を効率的に抑制できないという欠点があった。しかも、上記特許文献２の装置においては、寄生発振を吸収する吸収体を備えているため、該吸収体が加熱されるという欠点が指摘されていたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、活性元素を含有し励起光が照射されることによってレーザ光を発振するドープ部およびそれを囲繞しレーザ光を発振しない非ドープ部とを有する薄板状のレーザ媒質と、このレーザ媒質の側方から該レーザ媒質に向けて励起光を入射させる励起手段とを備えて、上記レーザ媒質から所定の方向に向けてレーザ光を出力させるようにした固体レーザ発振装置において、
上記励起光の光路から外れた上記レーザ媒質の非ドープ部に、該レーザ媒質内の寄生発生を抑制する貫通孔を穿設したものである。
【発明の効果】
【０００５】
上述した構成によれば、上記レーザ媒質の非ドープ部に設けた貫通孔によりレーザ媒質内での寄生発振を効率的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明すると、図１ないし図２において、１は固体レーザ発振装置であり、この固体レーザ発振装置１は、出力鏡２を介して鉛直上方に向けてレーザ光Ｌ（出力光）を発振できるようなっている。
固体レーザ発振装置１は、概略正方形をした薄板状のレーザ媒質３と、このレーザ媒質３を囲むように４箇所にそれぞれ配置されるとともに励起光Ｌ１〜Ｌ４を生じさせる第１励起手段１１〜第４励起手段１４と、上記レーザ媒質３の上方側に配置されたＱｓｗ発振用のＡＯＭ４と、このＡＯＭ４の近接上方側に配置された上記出力鏡２と、上記レーザ媒質３を水平に支持するとともに該レーザ媒質３を冷却するヒートシンク５とを備えている。
【０００７】
レーザ媒質３の概略正方形の４辺に相当する部分の側面には、それぞれ平坦面３Ａ〜３Ｄが形成されている。またレーザ媒質３のヒートシンク５側底面には、誘電体多層膜からなる図示しない全反射膜が施されており、この全反射膜と出力鏡２とで共振器を構成するようになっている。レーザ媒質３の出力鏡２側の面には出力光Ｌに対して反射しないように図示しない反射防止膜が施されている。他方、各励起手段１１〜１４は、上記レーザ媒質３の各平坦面３Ａ〜３Ｄと直交する側方に配置されており、各励起手段１１〜１４からレーザ媒質３の中心部に向けて励起光Ｌ１〜Ｌ４を入射させることができるようになっている。
【０００８】
第１励起手段１１〜第４励起手段１４は同じ構成となっているので、それらを代表して上記第１励起手段１１の構成を説明する。すなわち、第１励起手段１１は、上記レーザ媒質３の平坦面３Ａに向けて配置された励起用ＬＤ（レーザダイオード）６と、この励起用ＬＤ６とレーザ媒質３の平坦面３Ａとの間に順次配置された第１シリンドリカルレンズ７および第２シリンドリカルレンズ８とを備えている。第１シリンドリカルレンズ７と第２シリンドリカルレンズ８とにより集光手段を構成してあり、励起用ＬＤ６から励起光Ｌ１が発振されると、その励起光Ｌ１は集光手段としての両シリンドリカルレンズ７，８によって集束させるようにしてレーザ媒質３に入射されるようになっている。
第２励起手段１２〜第４励起手段１４も上記第１励起手段１１と同様に構成されており、各励起手段１１〜１４から励起光Ｌ１〜Ｌ４が発振されると、それらの各励起光Ｌ１〜Ｌ４は、レーザ媒質３の側方からレーザ媒質３の外周の各平坦面３Ｂ〜３Ｄを経て中心に位置するドープ部３Ｅに照射されるようになっている。
【０００９】
次に、図３に拡大して示すように、レーザ媒質３は、中心部に配置されるとともにＹＡＧからなる母材にＹｂなどの活性元素が添加されたドープ部３Ｅと、このドープ部３Ｅを囲繞する残余部分となるＹＡＧからなる非ドープ部３Ｆとを備えている。そして、この非ドープ部３Ｆには、厚さ方向に貫通し、かつ断面円形となる複数の貫通孔３Ｇが形成されている。
ドープ部３Ｅは円筒形をしており、このドープ部３Ｅは概略正方形をした非ドープ部３Ｆの中心に光学的に接合されるように設けられている。非ドープ部３Ｆは軸方向（厚さ方向）に短い円板形状から、その外周面を削ってほぼ等間隔に４つの平坦面３Ａ〜３Ｄを設けた形状をしており、それらは励起光Ｌ１〜Ｌ４の入射面となっている。なお、本実施例においては、非ドープ部３Ｆにおける対向位置となる２対の平坦面（３Ａと３Ｃ、３Ｂと３Ｄ）は完全に平行ではなく、寄生発振が増幅しないように一方の面は他方の面に対して約１度〜２度傾斜させてある。
【００１０】
さらに、本実施例においては、非ドープ部３Ｆの概略正方形の４角に相当する位置の近傍に厚さ方向の上記貫通孔３Ｇをそれぞれ穿設している。これら４箇所の各貫通孔３Ｇの内径は同一であり、かつ、各貫通孔３Ｇはドープ部３Ｅから同一距離だけ隔てた位置に形成されている。また、各貫通孔３Ｇの内径は、上記ドープ部３Ｅの外径の２／３程度の寸法に設定されている。そして、上記4箇所の貫通孔３Ｇは、各励起手段１１〜１４から発振される励起光Ｌ１〜Ｌ４の光路から外れる位置に設けられている。
このように、本実施例においては、レーザ媒質３の非ドープ部３Ｆに、ドープ部３Ｅを取り囲むように４箇所の貫通孔３Ｇを穿設してあり、それにより、レーザ媒質３内における寄生発振を抑制できるようになっている。
【００１１】
ここで、上述のように構成されたレーザ媒質３の製造工程を説明する。まず、セラミックス粉状のＹＡＧの微細結晶を型に入れてプレスすることにより、軸方向（厚さ方向）に短い円柱形状に形成する。次に該円柱形状の部材のドープ部となる中心部及び４箇所の貫通孔３Ｇを設ける部分にドリルで軸方向の貫通孔を形成する。その後、微細結晶をプレスして円筒形状に固めた活性元素含有ＹＡＧを上記部材の中央の貫通孔に挿入し、それらを一体となるよう焼結する。この焼結工程を経ることで概略円柱状をしたレーザ媒質３が形成される。なお、このように概略円柱状にレーザ媒質３を焼結させることで、ドープ部と非ドープ部が光学的に接合されるとともに、その内部に応力が溜まらないようにしている。またレーザ媒質３の外面には微小な凹凸が形成される。
その後、レーザ媒質３の外周部となる側面の４箇所を光学研磨して平坦面３Ａ〜３Ｄを形成するとともに、レーザ媒質３の表裏面（上下面）を光学研磨する。なお、光学研磨を施したレーザ媒質３の平坦面３Ａ〜３Ｄ及び表裏面以外の面は研磨しないことで微小な凹凸を残すようにする。本実施例においては、このようにしてレーザ媒質３を製造するようにしている。
【００１２】
次に、ヒートシンク５は図２に示すように、上記レーザ媒質３を底面（下面）側から支持するもので概略カップ状をしており、所要時に供給パイプ１５からヒートシンク５内に冷却水を供給することで、該ヒートシンク５を介してレーザ媒質３を冷却できるようになっている。
【００１３】
以上の構成に基づく固体レーザ発振装置１の作動を説明する。先ず、第１励起手段１１〜第４励起手段１４から励起光Ｌ１〜Ｌ４を同期して発振させてレーザ媒質３に入射させる。これにより、励起光Ｌ１〜Ｌ４はレーザ媒質３の平坦面３Ａ〜３Ｄからレーザ媒質３の非ドープ部３Ｆを透過してドープ部３Ｅに照射される。
これにより、ドープ部３Ｅにおいてレーザ光Ｌ（出力光）が発振され、該レーザ光ＬはＡＯＭ４と出力鏡２とを介して上方に向けて出射される。
その際、レーザ媒質３の非ドープ部３Ｆの４箇所には上記貫通孔３Ｇが穿設されており、それらは寄生発振の増幅を抑制するように機能する。例えば図３に示したドープ部３Ｅで発生した光Ｋ１はドープ部３Ｅから非ドープ部３Ｆへ向かい、非ドープ部３Ｆに設けられた貫通孔３Ｇ形成面が凸面鏡として作用し、その反射光がドープ部３Ｅから外れる方向へ反射する。また、ドープ部３Ｅで発生した光Ｋ１とは異なる方向へ向かう光Ｋ２はドープ部３Ｅから非ドープ部３Ｆを透過して平坦面３Ｂ（外側面）で反射され、さらにその後、貫通孔３Ｇ形成面で反射される。このように光Ｋ２の反射光もドープ部３Ｅから外れる方向へ反射するようになっている。
このように本実施例においては上記貫通孔３Ｇを非ドープ部３Ｆに設けたことにより、ドープ部３Ｅから出た光が再度ドープ部３Ｅに戻ることを防止することができ、それによりレーザ媒質３内における寄生発振を抑制することができる。
【００１４】
これに対して、図５は非ドープ部３Ｆに貫通孔を備えていない従来のレーザ媒質３において、周辺の４箇所の励起手段からレーザ媒質３に励起光Ｌ１〜Ｌ４を照射した場合の寄生発振の発生状態を示したものである。図３の光Ｋ１と同じ位置から発光した光Ｋ３は非ドープ部３Ｆを透過してその外側面で反射し、ドープ部３Ｅを通ってから反対側の外側面で反射することを繰り返すような光路となる。また、図３の光Ｋ２と同じ位置から発光した光Ｋ４は、非ドープ部３Ｆを透過してその外側面で反射されてから非ドープ部３Ｆを再度通って、隣接位置の外側面（３Ａ）で反射される。その後、さらに光Ｋ４は非ドープ部３Ｆを通って隣接位置の外側面（３Ｄ）で反射されから非ドープ部３Ｆとドープ部３Ｅを順次通過する。このように、従来のレーザ媒質３においては、その内部で寄生発振が増幅されやすいことが理解できる。
そして、上記図３と図５に示した寄生発振の発生状況の比較から容易に理解できるように、本実施例においては、レーザ媒質３内での寄生発振を従来と比較して効率的に抑制できることは明らかである。
【００１５】
上述した本実施例によれば、レーザ媒質３の非ドープ部３Ｆに４箇所の貫通孔３Ｇを穿設したことにより、各励起手段１１〜１４から励起光Ｌ１〜Ｌ４をレーザ媒質３に照射した際に、該レーザ媒質３内で寄生発振が生じることを効率的に抑制することができる。したがって、従来と比較してレーザ光Ｌを出力する際にエネルギー効率が良好な固体レーザ発振装置１を提供できる。
【００１６】
次に、図４は本発明の第２実施例としてのレーザ媒質３を示したものである。上記図３の第１実施例においては、レーザ媒質３の四角の近くにそれぞれ単独の大きな貫通孔３Ｇを穿設していたが、この第２実施例においては、レーザ媒質３の非ドープ部３Ｆにおける四角の近くに、それぞれ複数の小さな貫通孔３Ｇを穿設したものである。各角の複数の貫通孔３Ｇは、ドープ部３Ｅに向けて膨らむ仮想の略半円上に位置して等ピッチとなるように、非ドープ部３Ｆの四角の近くに形成されている。このような第２実施例であっても、上述した第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００１７】
なお、上記実施例において、レーザ媒質３に設けた貫通孔３Ｇ形成面全域にわたって微小な凹凸を形成することにより、貫通孔３Ｇ形成面に入射した寄生発振光の反射方向を変えるようにしている。このような微小な凹凸を形成することにより貫通孔形成面への入射角によってはレーザ媒質３の外部に出射することになり、寄生発振の抑制になる。また、貫通孔３Ｇ形成面全域にわたって熱伝導率の高い薄膜状のめっきを施してヒートシンクにより冷却するようにすれば、レーザ媒質３とめっきの境界に入射した寄生発振光の多くを吸収することができる。この場合のめっきの材料としては、錫、金錫や銅を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例を示す平面図。
【図２】図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図１の要部の拡大図。
【図４】本発明の第２実施例を示す平面図。
【図５】従来のレーザ媒質の平面図。
【符号の説明】
【００１９】
１‥固定レーザ発振装置                      ３‥レーザ媒質
３Ｆ‥非ドープ部                            ３Ｇ‥貫通孔
１１‥第１励起手段                          １２‥第２励起手段
１３‥第３励起手段                          １４‥第４励起手段
Ｌ１〜Ｌ４‥励起光                          Ｌ‥レーザ光（出力光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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