(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性媒体としての結晶板（２）及び冷却液（８）を容れる冷却室（４）を有する固体レーザにおいて、結晶板（２）が冷却室（４）の壁面を形成し、冷却室（４）に対向する面側（１３）で冷却液（８）と直接熱接触し、冷却室（４）に対向しない結晶板（２）の側に、光透過性の支持体  （２０）が配置され、更にレーザ光線Ｌが結晶板の、冷却室と反対側の面側から出ていくことをことを特徴とする固体レーザ。
【請求項２】
冷却室（４）に面している結晶板（２）の面側（１３）に、冷却液（８）による機械的及び化学的攻撃に対し抵抗できる保護層（１６）を備えることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ。
【請求項３】
支持体（２０）が円板形をなし、１つの面側で結晶板（２）と加圧接合されたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体レーザ。
【請求項４】
結晶板（２）が支持体（２０）に押圧されたことを特徴とする請求項３記載の固体レーザ。
【請求項５】
支持体（２０）が不可分に結晶板（２）と接合されたことを特徴とする請求項３記載の固体レーザ。
【請求項６】
支持体（２０）がドーピングされていないＹＡＧからなることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の固体レーザ。
【請求項７】
支持体（２０）がサファイアからなることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の固体レーザ。
【請求項８】
支持体（２０）が結晶板（２）と拡散接合法により接合されたことを特徴とする請求項７記載の固体レーザ。
【請求項９】
保護層（１６）が金（Ａｕ）から成ることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の固体レーザ。
【請求項１０】
保護層（１６）が二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）から成ること を特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の固体レーザ。
【請求項１１】
結晶板（２）に対向しない支持体（２０）の端面（２１）が反りを有することを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の固体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、冷却のため冷却室内にある冷却液と直接熱接触する、活性媒体としての結晶板を有する固体レーザに関する。
【０００２】
このような固体レーザは例えば米国特許第５５５３０８８号明細書から公知である。明細書で板状レーザと記載されている、この種の固体レーザのレーザ活性基本要素は、厚さが１０分の数ｍｍ〜数ｍｍに過ぎず、典型的には約１０ｍｍの大きさの範囲の直径を有する結晶板であり、この板は塊状の銅製冷却体上に配置され、冷却体に面するその表面上に反射層を備えている。結晶板を冷却体と接合するため、レーザ作動中の結晶の熱的変形を受容できる軟質の中間層、例えばインジウム（Ｉｎ）層が設けられている。この結晶板中に生じる熱は、延性の中間層を経て塊状の冷却体中に流れる。この冷却体は、通常は水である冷却液により貫流され、こうして熱は運び出される。
【０００３】
しかしこの公知の構造は一連の欠点を有する。延性の中間層を冷却体と結晶板との間に使用することにより、理想的な大面積で接触した場合でも伝熱抵抗が増大する。更にこの伝熱抵抗は結晶板と冷却体との間の接触状態により左右されることから、この熱接触の十分な再現性を達成するため、製造技術上の出費をどうしても高めることになる。更に作動中に熱により惹起される結晶板の著しい変形を回避できず、そのため冷却接触部が部分的に破壊しかねず、その結果この帯域内の熱の排除が明らかに低下することになる。
【０００４】
上記の諸欠点は、例えばドイツ特許出願公開第１９７３４４８４号明細書から公知のレーザダイオード用冷却装置により知られているような、冷却液と結晶板とが直接熱接触している場合にのみ回避できよう。この公知の冷却装置の場合、レーザダイオードは冷却液用の冷却管が設けられている冷却体上に配置されている。このレーザダイオードは冷却液と直接熱的に接触するように、冷却管の開口部の上方に装着されている。このようにして実際に熱的変形が起こった場合にも確実な冷却が保証される。
【０００５】
また量子エレクトロニクスＩＥＥＥジャーナル（Quantum  Electronics  IEEE  Journal）、第３４巻、第６号、１９９８年、第１０４６〜１０５８頁から、固体レーザのレーザ棒を直接冷却水と接触させて冷却する方法が公知である。
【０００６】
しかしこのような直接冷却は、板状レーザの壊れ易く、薄い結晶板では簡単には実現できない。
【０００７】
本発明の課題は、公知の板状レーザに比べその冷却を改善した、活性媒体として結晶板を有する固体レーザを提供することにある。
【０００８】
上記の課題は、本発明の請求項１の特徴により解決される。本発明による結晶板は冷却液を容れる冷却室の壁面を形成し、従ってその面側が冷却液と直接熱的に接触しているため、冷却液が結晶板に常にその形に関係なく接触し、結晶板の変形によっても影響されない最小の伝熱抵抗が保証され、従って冷却の喪失は起こらない。更にこの低い伝熱抵抗の高度の再現性は、製造技術上容易に実現できるものである。
【０００９】
結晶板の冷却室に対向しない側に光透過性の支持体を配置したので、冷却液との直接の熱接触による冷却が可能である。この措置により、冷却室と外部空間との間に冷却液の圧力により生じる圧力差から惹起される結晶板の変形は回避される。また結晶板の振動も抑制され、特に直接結晶板に向かって冷却液を流す場合、液体の圧力が高過ぎて結晶板が破壊するのを回避できる。その際支持体の使用は、特に結晶板の厚さが極めて薄く、高効率レーザの場合に使用されるような例えば３００μm以下の場合に有利である。
【００１０】
結晶板が冷却液と直接熱的に接触する、その冷却室に面している面側に、冷却液による機械的及び化学的攻撃に対し抵抗できる保護層を備えると有利である。それにより結晶板に高度の耐用期間が保証される。
【００１１】
特に結晶板の表面を形成する保護層が金属、特に金（Ａｕ）からなると有利である。例えば蒸着された金層は、最終層として結晶板の反射層上に極めて確実に固着するので、冷却液に対し機械的にも化学的にも高度の安定性が保証される。
【００１２】
代替的に、保護層は誘電材料、特に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）でできていても よい。この措置により機械的安強度は更に高められる。
【００１３】
有利な１実施形態では、支持体は円板の形をなし、１つの面側で結晶板と緊密に接合されている。この面接合により結晶板の極めて均等な支えが達成される。
【００１４】
本発明のもう１つの有利な実施態様では、結晶板は支持体に押し付けられる。この種の機械的な加圧接合は製造技術上特に容易に実現でき、また結晶板と支持体の解体を可能にする。
【００１５】
本発明の特に有利な実施形態では、支持体は結晶板と不可分に接合される。この措置により支持体と結晶板との間に特に確実な接触が保証される。
【００１６】
拡散接合法により結晶板と接合される支持体は、無ドープのＹＡＧ又はサファイアから成ると有利であり、このようにして結晶板と支持体との間に特に堅牢な接合を可能にする。
【００１７】
本発明のもう１つの有利な実施態様では、結晶板に対向しない支持体の端面に反りをもたせる。それにより支持体を同時に光線を成形するために使用できる。
【００１８】
本発明の実施例を図面に基づき以下に詳述する。
【００１９】
図１によれば、レーザ活性媒体として使用される結晶板２は冷却室４の壁面３にはめ込まれ、冷却室４の境を成す壁面の構成要素を形成する。更にこの実施例では、中空円筒の冷却室４内の内周に結晶板２をはめ込む切込み溝６がある。
【００２０】
冷却室４内には冷却液８があり、冷却液はこの例では内部にある冷却管１０に通され、結晶板２に向かって直接流れ、この結晶板により向きを変えられ、環状管１２内に運ばれる。
【００２１】
結晶板２は冷却室４に面するその面側１３に、通常重層の反射性の高い鏡面層１４を備え、その上に例えば金（Ａｕ）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）から成る 保護層１６が施されており、保護層１６の光学特性は、鏡面層１４の反射特性を補助的に改善できる。換言すれば、この保護層１６は表面を形成する重層の鏡面層１４の最終層となり得る。
【００２２】
保護層１６は、流れてくる冷却液８（通常は水）により剥離することがないように、機械的に十分に堅牢にできている。またこの保護層１６はその下にある鏡面層１４を冷却液８による化学的腐食から保護する。
【００２３】
外部に対し冷却室４の十分な密封性を得るため、付加的な封止手段、例えばＯリングを結晶板の押圧座に加えて溝６内に設けてもよい。加えて、この例ではリングフランジ１８が壁面３の端面に固定されており、該フランジの端面と壁面３は各々凹部をもち、それらが繋ぎ合わされた状態で切込み溝６を形成する。
【００２４】
冷却室４に対向しないその結晶板２の面側に光透過性の支持体２０が配置されており、冷却室４に対向しないこの支持体の端面２１に反射防止性の（高透光性）の層２２が備えられている。
【００２５】
この実施例では、結晶板２は縦方向にポンピングされ、即ちこのポンピング光は結晶板２のレーザ光線Ｌが出ていく面側上に入射する。これとは別に結晶板２を放射状にポンピングしてもよい。この場合、切込み溝６の範囲内に放射状の通路開口が設けられ、そこを通りポンピング光が側方から結晶板２内に入射する。このポンピング光はまた、側方と斜めから支持体２０内に入射され、そこから内部反射により結晶板２内に導入される。
【００２６】
支持体２０は結晶板２と同様に円板形をなし、従って結晶板２と支持体２０との間に面接合が生じる。これは結晶板２と支持体２０との間の加圧接合により、例えばリングフランジ１８により切込み溝６内にはめ込むことができる。しかし不可分のボンディング接合を備えることも有利であり、特に拡散接合法による接合が有利である。拡散接合法の場合、接合すべき部分を極めてよく研磨し、相互に加圧し合い、次いで融点よりごく僅かに低い温度にする。こうしてイオン交換を界面を通して行い（拡散）、それにより光学的に質の高い堅牢な接合を行う。この方法は、例えばONYX  OPTICS社、６５５１、Sierra  Lane、ダブリン、カリフォルニア、９４５６８により行われている。
【００２７】
十分な機械的強度を与えるのに、支持体２０の厚さはｍｍ範囲で十分である。材料として、特にサファイアやノンドープのＹＡＧが適する。これらは傑出した光学特性の他に、その膨張率が結晶板２の膨張率を若干下廻る利点も有する。
【００２８】
この結晶板２を単に機械的に支持体２０に押圧する場合、結晶板２と支持体２０との間に補助的に反射を低下させる界面層を挿入してもよい。これは結晶板２と支持体２０が拡散接合法により直接互いに接合する場合には行わない。
【００２９】
図１に示す、平らな端面を持つ支持体２０の実施例に代えて、図２の実施例では端面２１が凹形をなしている。逆に端面２１を凸形に湾曲させてもよい。これらの場合、支持体２０は結像させる光学素子の作用も兼ね、レーザ光線を幾何学的に成形（光線の成形）する役目をする。支持体２０が表面を成形研磨できる厚さを持つため、この種の成形は可能である。基本的に、この種の光学素子を結晶板２上に被着することは、結晶板２を従来通り冷却する、即ち本発明のように直接冷却液と接触させない板状レーザにおいても有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により直接冷却される結晶板を有する固体レーザの概略断面図。
【図２】  同様に本発明の固体レーザのもう１つの有利な実施形態の概略断面図。
【符号の説明】
２    結晶板
３    壁面
４    冷却室
６    切込み溝
８    冷却液
１０  冷却管
１２  環状管
１３  面側
１４  鏡面層
１６  保護層
１８  リングフランジ
２０  支持体
２１  端面
２２  高透光性の層
【図１】
0003839717.tif 000002
【図２】
0003839717.tif 000003