(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）筐体内に、レーザロッドと、前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドに励起光を集光する集光器とを配設してなるレーザキャビティと、（ｂ）前記レーザキャビティを所定の光軸方向に設置するベースとを備えた固体レーザ装置において、
前記ベースに配設された一対の支柱に、前記筐体のレーザロッド両端部に隣接する両側面を固定し、
該筐体の両側面から前記レーザロッド両端部を保持するロッド保持部材を突出させて、前記ロッド保持部材を前記筐体の両側面に固定すると共に、前記筐体の両側面の前記支柱に対する固定を解除した時に前記筐体が回転可能となるように前記ロッド保持部材を前記支柱に支持せしめたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記レーザロッド両端部を保持するロッド保持部材を、嵌合によって前記支柱に支持させた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】
前記支柱を前記ベースに着脱自在に取り付けると共に、前記支柱又は前記ベースに、位置決めのための嵌合溝を設けた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４】
前記一対の支柱を支持し、かつ前記ベース上を光軸方向に移動可能なサブベースを、前記支柱と前記ベースとの間に備えた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５】
前記サブベース又は前記ベースに、光軸方向に延在する嵌合溝を設けたことを特徴とする請求項４記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
複数のレーザキャビティを、単一のベースに設置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ装置に関し、特に、光軸調整が容易で安定に高出力で高品質なレーザビームを発生することのできる固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の固体レーザ装置の一例を示す断面図である。図６において、２は固体レーザ媒質の励起を行うレーザキャビティ、３ａ及び３ｂはレーザ発振を行うための部分反射鏡及び全反射鏡、４はレーザキャビティ及び反射鏡を所定の光軸方向に設置するベースである。レーザキャビティ２は、その筐体７の底面を介して、所定の光軸方向を向くようにベース４に固定されている。レーザキャビティ２の筐体７内部には、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）等の固体レーザ媒質からなるレーザロッド１０、レーザロッドに励起光を照射するためのアークランプ１３、レーザロッドに励起光を効率良く集光するための集光器１６、レーザロッド１０及びランプ１３を冷却するためのフローチューブ１２及び１４が収納されている。また、レーザロッド１０の両端部はロッドホルダ５によって筐体７の側板７ａに固定されている。
【０００３】
図６に示す固体レーザ装置の動作は次の通りである。ランプ１３から発した励起光は、集光器１６によってレーザロッド１０に集光され、レーザロッド１０にエネルギーが注入（ポンピング）される。すると、レーザロッド１０及びその両側に設置された反射鏡３ａ及び３ｂによって構成される共振器においてレーザ発振が起こり、部分反射鏡３ａからレーザビームが放射される。レーザロッド１０に注入されるエネルギーのうちレーザ光に変換されるのはその一部だけであって、残りは全て熱エネルギーに変わる。そこで、レーザロッド１０及びランプ１３を冷却するために、レーザロッド１０及びランプ１３を包むフローチューブ１２内には、筐体の側板７ａ内部に設けた水路を介して冷却水が流されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ出力を安定して効率良く取り出すためには、レーザロッド１０の光軸と反射鏡３ａ及び３ｂとのアライメントが重要であり、光軸ずれを数ｍｒａｄ以下に調整する必要がある。図６に示す固体レーザ装置において、レーザロッド１０の両端は金属又はアクリル製の筐体７に固定されているが、筐体７は集光器１６から漏れた励起光や冷却水に直接さらされているため熱膨張・収縮による延びや反りを起こしやすい。このため、筐体７の温度変化に伴ってレーザロッド１０の位置がずれてしまい、レーザロッド１０の光軸が不安定となっていた。レーザロッド１０の光軸が不安定であると、レーザロッド１０と反射鏡３ａ及び３ｂとの間の光軸調整が困難となり、レーザの出力も不安定となってしまう。
【０００５】
特に、多段カスケード発振など複数のレーザロッドを直列に配置して用いる固体レーザ装置においては、各レーザロッドの光軸を高精度に一致させる必要があるが、従来の構成においては各レーザロッド毎に光軸変動が生じるため、調整が非常に困難であり、出力が不安定となると共に低下してしまう問題があった。
【０００６】
こうした問題点を改善するため、特開平９−３６４６１には、図７に示すような固体レーザ装置が開示されている。図７に示すレーザ装置において、レーザロッド１０の両端部は筐体７の外側でホルダーブロック６によってベース４に直接固定されているため、筐体７の熱膨張・収縮によるレーザロッド１０の軸ずれを抑制することができる。
【０００７】
しかし、図７に示す固体レーザ装置においても、次のような理由により、レーザロッド１０の光軸の安定性は十分ではなかった。図７に示す固体レーザ装置においては、筐体７がレーザロッド１０と独立してベース４に直接固定されているため、筐体７が熱膨張・収縮を起こすと、筐体７内部の励起光源、集光器、フローチューブ等とレーザロッド１０との相対位置にずれが生じる。このため、励起光源又は集光器により形成される励起光分布の中心軸とレーザロッド１０の中心軸がずれ、レーザロッド１０の温度分布がその中心軸に対して非対称となってしまう。また、フローチューブの中心軸がレーザロッド１０の中心軸からずれることによっても、レーザロッド１０の冷却が不均一となり、レーザロッド１０の温度分布が中心軸に対して非対称となる。レーザロッド１０内にはその中心軸に垂直な面内の温度分布に基づく屈折率分布によってレンズ作用が生じているため、レーザロッド１０内の温度分布が中心軸について非対称となると、レーザロッド１０内に形成されたレンズの光軸がレーザロッドの中心軸からずれた方向に向く。したがって、筐体７の熱膨張・収縮によって、レーザロッド１０自身の中心軸が殆どずれないにも関わらず、レーザロッド１０の光軸が不安定となってしまう。
【０００８】
また、図６又は図７に示す固体レーザ装置においてはレーザキャビティ２の筐体７がベース４に固定されているため、レーザキャビティ２の底面近くにある部材の交換等を行うにはレーザキャビティ２自身をベースから取り外す必要がある。このため、部材の交換後に再度のアライメント調整が必要となり、レーザキャビティ２内の部材の交換作業に長時間を要するという問題もあった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、光軸調整が容易で出力が安定しており、レーザキャビティ内の部材交換等のメンテナンスが容易な固体レーザ装置提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、（ａ）筐体内に、レーザロッドと、前記レーザロッドに励起光を照射する励起光源と、前記レーザロッドに励起光を集光する集光器とを配設してなるレーザキャビティと、（ｂ）前記レーザキャビティを所定の光軸方向に設置するベースとを備えた固体レーザ装置において、前記ベースに配設された一対の支柱に、前記筐体のレーザロッド両端部に隣接する両側面を固定し、該筐体の両側面から前記レーザロッド両端部を保持するロッド保持部材を突出させて、前記ロッド保持部材を前記筐体の両側面に固定すると共に、前記筐体の両側面の前記支柱に対する固定を解除した時に前記筐体が回転可能となるように前記ロッド保持部材を前記支柱に支持せしめたことを特徴とする固体レーザ装置である。
【００１１】
これにより、筐体の熱膨張・収縮によるレーザロッドの軸ずれを抑制するだけでなく、レーザロッド内の温度分布によるレンズ作用の変化に基づく光軸ずれも抑制することができる。また、レーザロッドを中心としてレーザキャビティ筐体を回転させることができるため、レーザキャビティ内の部材交換が容易となる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記レーザロッド両端部を保持するロッド保持部材を、嵌合によって前記支柱に支持させたことを特徴とする。これにより、レーザロッドの位置を高さ方向及び水平方向に高精度に規定することができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記支柱を前記ベースに着脱自在に取り付けると共に、前記支柱又は前記ベースに位置決めのための嵌合溝を設けたことを特徴とする。これにより、支柱の位置を精度良く再現することができ、レーザロッドの光軸を高精度に規定することができる。
【００１４】
またさらに、請求項４に記載の発明は、前記一対の支柱を支持し、かつ前記ベース上を光軸方向に移動可能なサブベースを、前記支柱と前記ベースとの間に備えたことを特徴とする。これにより、レーザキャビティの光軸方向への位置調整が可能となり、レーザ装置の共振器長の調整を容易にすることができる。
【００１５】
加えて、請求項５に記載の発明は、前記サブベース又は前記ベースに、光軸方向に延在する嵌合溝を設けたことを特徴とする。これにより、レーザロッドの光軸をずらすことなく、レーザキャビティを光軸方向に位置調整することができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、複数のレーザキャビティを単一のベースに設置した固体レーザ装置に、請求項１乃至５記載の発明を適用したことを特徴とする。これにより、複数のレーザキャビティを有するカスケード型固体レーザ装置において、各レーザキャビティの光軸を一致させ、光軸調整を容易にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置を示す断面図である。図１において、２はレーザキャビティ、４はレーザキャビティを固定するベースである。図中、反射鏡は省略されている。レーザキャビティ２の筐体７には、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ媒質からなるレーザロッド１０、励起光源である半導体レーザ１５、集光器１６、フローチューブ１２が取り付けられている。レーザロッド１０はロッド固定板５に保持されており、ロッド固定板５は筐体７の外側に固定されている。尚、図１に示す固体レーザ装置は、励起光源として半導体レーザ１５を用いているが、レーザ装置としての基本動作は励起光源としてランプを用いた場合と同様である。
【００１８】
本実施の形態において、レーザキャビティ２は次のようにしてベース４に固定されている。ベース４上にレーザキャビティを支持するための支柱８が一対に設けられている。図２に示すように、支柱８にはロッド固定板５を嵌め合わせるための嵌合穴８ａが開けられており、ねじ止め等の手段によってベース４に固定されている。この支柱８の嵌合孔８ａにロッド固定板５が嵌め合わされ、支柱８の側面に筐体７の側板７ａがねじ止め等によって固定されている。
【００１９】
図１に示す固体レーザ装置においては、レーザロッド１０はその両端部が支柱８に固定されているため、筐体７の熱膨張・収縮による軸ずれを起こしにくい。また、次の理由により、レーザロッド１０内のレンズ作用に基づく光軸ずれも起こしにくい。まず、筐体７の側板７ａは支柱８に固定されているため、側板７ａに平行な面内、即ちレーザロッド１０の中心軸に対して垂直な面内における筐体７の膨張・収縮は抑制される。また、筐体７はレーザーロッドの中心軸に対して対称に固定されているため、筐体７の膨張・収縮が起きた場合であっても、レーザロッド１０の中心軸に対して対称に膨張・収縮することになる。このため、筐体７に固定された集光器１６と励起光源１４とにより形成される励起光分布の中心軸は、レーザロッド１０の中心軸からずれにくい。また、筐体７に固定されたフローチューブ１２の中心軸も、レーザロッド１０の中心軸からずれにくい。したがって、レーザロッド１０内の温度分布の対称性がロッド中心軸について維持され、レーザロッド１０内に形成されたレンズ作用に基づく光軸ずれが抑制される。
【００２０】
また、図１に示す固体レーザ装置においては、筐体の側板７ａを支柱８に固定するねじ等を取り外せば、レーザロッド１０を中心として筐体７を回転させることができる。このため、筐体７に取り付けた集光器や半導体レーザ１５が交換困難な位置にある場合であっても、筐体７をレーザロッド１０を中心に回転させることにより、レーザーロッド１０の光軸を維持したまま交換作業を行うことができる。
【００２１】
さらに、レーザキャビティ２自身をベース４から取り外して交換する場合にも、一方の支柱８はベース４に固定したまま交換作業を行うことができるため、交換後の光軸調整が比較的容易である。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置の支柱及びベースを示す断面図である。本実施の形態においては、支柱８をベース４に着脱する際の支柱８の位置決め精度を向上するために、支柱８及びベース４にキー溝（＝嵌合溝）４ａ及び８ｂを設け、支柱８とベース４の間にキー９を挿入している。これにより支柱８の位置決めが正確となり、レーザロッド１０の光軸を高さ方向及び水平方向に高精度に規定することができる。したがって、レーザロッド１０と反射鏡の光軸調整を容易に行うことができ、光軸のアライメント状態を高精度に再現して固体レーザ装置の出力を安定化することができる。尚、本実施の形態においては、支柱８とベース４の双方にキー溝を設けたが、一方にキー溝を設け、他方にキーに相当する突起を設けても構わない。
【００２４】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る固体レーザ装置を示す斜視図である。本実施の形態は、レーザ装置の共振器長を変化させて初期と異なるビーム品質のレーザビームを得る場合に、レーザキャビティ２の光軸方向への位置調整を可能とするための構成を提供するものである。実施の形態１又は２に示すレーザ装置においては、支柱をベースに固定するためのねじ穴が所定位置に決まってしまうため、レーザキャビティ２の光軸方向の位置を殆ど調整することができなかった。そこで本実施の形態においては、実施の形態２に示した固体レーザ装置のベース４と支柱８の間にサブベース１８をさらに設け、支柱８をサブベース１８の所定位置に固定し、サブベース１８をベース４に対して光軸方向に位置調整できるようにする。例えば、図４に示すように、サブベース１８にねじ止めのための小判穴１８ｃを開け、光軸方向に任意の位置で固定ができるようにする。また、サブベース１８下面及びベース４上面に設けたキー溝１８ｂ及び４ａにキー１１を嵌め込み、サブベースの移動による光軸のずれを抑制する。こうした構成によれば、レーザキャビティ２を光軸をずらすことなく自由に位置調整することができるため、共振器長の調整が容易で出力変動の少ない固体レーザ装置を提供することができる。
【００２５】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る固体レーザ装置を示す上面図である。本実施の形態においては１つのベース４上にレーザキャビティ２を複数個配列したカスケード型固体レーザ装置に本発明を適用した例について示す。図５において個々のレーザキャビティ２は実施の形態３と同様の構成となっている。即ち、各々のレーザキャビティ２は支柱８を介してサブベース１８に固定され、サブベース１８はベース上面に設けたキー溝４ａに沿って光軸方向に位置調整が可能となっている。また、反射鏡３ａ及び３ｂ等のレーザキャビティ以外の光学素子もキー溝４ａを利用して固定されており、容易に高精度な光軸調整を行うことができるようにしている。こうした構成によれば、個々のレーザキャビティ２の光軸を高精度に一致させることができ、レーザキャビティ２の光軸方向への位置調整も光軸をずらさずに行うことができるため、共振器長の調整が容易で出力変動の少ないカスケード型固体レーザ装置を提供することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているため、下記の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、ベースに配設された一対の支柱に、レーザキャビティ筐体の両側面を固定し、筐体の両側面からレーザロッド両端部又は該両端部を保持するロッド保持部材を突出させて支柱に把持させたため、レーザロッドの光軸ずれを抑制し、光軸調整が容易で出力の安定した固体レーザ装置を提供することができる。また、レーザロッドを中心としてレーザキャビティ筐体を回転させることができるため、レーザキャビティ内の部材交換が容易である。
【００２７】
また、請求項２に記載の発明によれば、レーザロッド両端部又は該両端部を保持するロッド保持部材を、嵌合によって支柱に把持させたため、レーザロッドの位置を高さ方向及び水平方向に高精度に規定して、固体レーザ装置の出力をさらに安定とすることができる。
【００２８】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、支柱をベースに着脱自在に取り付けると共に、支柱又はベースに位置決めのための嵌合溝を設けたため、レーザロッドの光軸を高精度に規定して、固体レーザ装置の分解・組立の際の出力再現性を高めることができる。
【００２９】
またさらに、請求項４に記載の発明によれば、ベース上を光軸方向に移動可能なサブベースを備えたため、レーザキャビティの光軸方向への位置調整を可能とし、共振器長の調整が容易な固体レーザ装置を提供することができる。
【００３０】
加えて、請求項５に記載の発明によれば、サブベース又はベースに光軸方向に延在する嵌合溝を設けたため、光軸をずらすことなくレーザキャビティを光軸方向に位置調整することができ、共振器長の調整が容易で出力の安定した固体レーザ装置を提供することができる。
【００３１】
また、請求項６に記載の発明によれば、複数のレーザキャビティを単一のベースに設置したカスケード型固体レーザ装置に請求項１乃至５記載の発明を適用したため、光軸調整が容易で出力の安定したカスケード型固体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置を示す断面図である。
【図２】  図２は、本発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置の支柱及びベースを示す断面図である。
【図３】  図３は、本発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置の支柱及びベースを示す断面図である。
【図４】  図４は、本発明の実施の形態３に係る固体レーザ装置を示す斜視図である。
【図５】  図５は、本発明の実施の形態４に係る固体レーザ装置を示す上面図である。
【図６】  図６は、従来の固体レーザ装置の一例を示す断面図である。
【図７】  図７は、従来の固体レーザ装置の別の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
２  レーザキャビティ、３ａ及び３ｂ  反射鏡、４  ベース、５  ロッド固定板、７  筐体、８  支柱、１０  レーザロッド、１２及び１４  フローチューブ、１３及び１５  励起光源、１６  集光器、１８  サブベース。
【図１】
0003751176.tif 000002
【図２】
0003751176.tif 000003
【図３】
0003751176.tif 000004
【図４】
0003751176.tif 000005
【図５】
0003751176.tif 000006
【図６】
0003751176.tif 000007
【図７】
0003751176.tif 000008