(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を吸収し所定の波長の光を発生あるいは増幅する固体レーザ媒質と、前記励起光を発生しかつ発生した励起光を直接、あるいは光学素子を介して該レーザ媒質に導入する半導体レーザ光源とを少なくとも有する固体レーザ装置において、
該固体レーザ装置を構成するレーザ共振器内の前記固体レーザ媒質と該固体レーザ媒質端面に対向配置された出力ミラー又は共振器ミラーとの間の、該共振器内で発生するレーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に、該固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を検出する蛍光検出手段を備え、前記蛍光検出手段が、前記レーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に配設された光学的手段と、前記光学的手段に導かれた前記蛍光を検出する光検出器とからなり、
前記蛍光検出手段で検出された前記固体レーザ媒質から発生する蛍光の量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、前記半導体レーザ光源の劣化状況の診断を行う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】
前記励起光が、前記レーザ発振光の光軸に対して略直交する方向から導入されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
前記光学的手段が、該固体レーザ媒質から発せられた前記蛍光を反射させるミラーを含み、該ミラーに反射された前記蛍光が、空間伝搬して所定の位置に配設された前記光検出器に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
前記ミラーがパラボラ型形状に形成され、該ミラーに反射された前記蛍光が、空間伝搬して前記光検出器に集光することを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
前記光学的手段が、前記蛍光の波長において透明な媒質を備え、該媒質の一端から入射した前記蛍光が、該媒質内部を伝播して他端に配設された前記光検出器に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
前記光学的手段が、前記レーザ発振光の光路の一部において光軸の周囲を取り囲むように形成され、前記光学的手段に設けた開口の端部から入射した前記蛍光が、外周側端部の所定の位置に配設された前記光検出器に導かれることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項７】
前記光学的手段が、円板形状、多角形形状又は楕円形状をなすことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項８】
前記楕円形状の第１の焦点に前記開口の中心が配置され、第２の焦点に前記光検出器が配置されていることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項９】
前記光学的手段の外周のうち、前記光検出器近傍を除く領域に前記蛍光を反射する反射手段を備え、前記開口側端部から入射した前記蛍光が前記反射手段によって反射されて前記光検出器に導かれることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記光検出器が、前記光学的手段の外周全周にわたって複数配設され、該複数の光検出器の出力を比較することにより、前記レーザ光の軸対称性又は劣化した前記半導体レーザ光源の特定が行われることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記開口が、前記レーザ媒質の径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一に記載の半導体レーザ励起レーザ装置。
【請求項１２】
前記透明な媒質が、ガラスを母材として形成されていることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１３】
前記透明な媒質が、前記励起光の波長の光を選択的に減衰させる材料、又は、レーザ発振に利用されない蛍光の輝線スペクトルの波長を選択的に透過する材料で形成されていることを特徴とする請求項５乃至１２のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項１４】
励起光を吸収し所定の波長の光を発生あるいは増幅する固体レーザ媒質と、前記励起光を発生しかつ発生した励起光を直接、あるいは光学素子を介して該レーザ媒質に導入する半導体レーザ光源と、該固体レーザ装置を構成するレーザ共振器内の前記固体レーザ媒質と該固体レーザ媒質端面に対向配置された出力ミラー又は共振器ミラーとの間の、該共振器内で発生するレーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に設けられた蛍光検出手段とを少なくとも有する固体レーザ装置の状態診断方法であって、
前記蛍光検出手段が、前記レーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に配設された光学的手段と、前記光学的手段に導かれた前記蛍光を検出する光検出器とからなり、  該固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を前記蛍光検出手段で検出し、前記蛍光の量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、前記半導体レーザ光源の劣化状況を診断することを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項１５】
前記光学的手段が、該固体レーザ媒質から発せられた前記蛍光を反射させるミラーを含み、該ミラーで反射した前記蛍光を、空間伝搬させて所定の位置に配設した前記光検出器に入射させることを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項１６】
前記ミラーをパラボラ型形状に形成し、該ミラーで反射した前記蛍光を、空間伝搬させて前記光検出器に集光させることを特徴とする請求項１５記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項１７】
前記光学的手段が、前記蛍光の波長において透明な媒質を備え、該媒質の一端から入射した前記蛍光を、該媒質内部を伝播させて他端に配設した前記光検出器に入射させることを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項１８】
前記光学的手段を、前記レーザ発振光の光路の一部において光軸の周囲を取り囲むように形成し、前記光学的手段に設けた開口の端部から入射した前記蛍光を、外周側端部の所定の位置に配設した前記光検出器に導くことを特徴とする請求項１７記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項１９】
前記光学的手段が、円板形状、多角形形状又は楕円形状をなすことを特徴とする請求項１８記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項２０】
前記楕円形状の第１の焦点に前記開口の中心を配置し、第２の焦点に前記光検出器を配置することを特徴とする請求項１９記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項２１】
前記光学的手段の外周のうち、前記光検出器近傍を除く領域に前記蛍光を反射する反射手段を備え、前記開口側端部から入射した前記蛍光を前記反射手段によって反射して前記光検出器に導くことを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項２２】
前記光検出器を、前記光学的手段の外周全周にわたって複数配設し、該複数の光検出器の出力を比較することにより、前記レーザ光の軸対称性又は劣化した前記半導体レーザ光源の特定を行うことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【請求項２３】
前記開口を、前記レーザ媒質の径よりも小さく設定し、広がり角の大きいレーザビームを前記媒質により抑制することにより、前記レーザ光の広がり角を制御することを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれか一に記載の半導体レーザ励起レーザ装置の診断方法。
【請求項２４】
前記透明な媒質が、前記励起光の波長の光を選択的に減衰させる材料、又は、レーザ発振に利用されない蛍光の輝線スペクトルの波長を選択的に透過する材料で形成されていることを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか一に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置の診断方法。
【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及び該装置の状態診断方法に関し、特に、半導体レーザの劣化診断を簡便かつ容易に行うことができる信頼性の高い半導体レーザ励起固体レーザ装置及び該装置の状態診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｄ：ＹＡＧをはじめとする固体レーザ媒質の光による励起方式として、ランプに比べレーザ媒質への吸収効率が高く、小型・高効率・長寿命の半導体レーザダイオード（以下ＬＤと記す）を励起光源とする、いわゆるＬＤ励起固体レーザが近年注目されている。特に近年、１つの共振器内に数百個のＬＤを用いてキロワットにいたるレーザ出力を放出するＬＤ励起固体レーザ装置も開発されている。
【０００３】
ＬＤはランプに比べ１０倍以上寿命が長く、連続して１０、０００時間程度使用できるといわれている。しかしながらこの時間は平均的なもので、個々のＬＤでは数千時間程度で出力が低下するものも混在しており、初期的なＬＤの選別でそれらを完全に認識、取り除くことは困難である。また、ＬＤは固体レーザ装置に実装された状態においても、静電気や電源からの電気的なサージ、戻り光、埃やガス、結露などの外乱や外部環境によっても寿命が著しく短くなるために、レーザ装置の信頼性向上、早期の故障対応には何らかの手段によってＬＤからの励起光の光量を検出し、その劣化の度合いを把握する必要がある。
【０００４】
そこで、１０Ｗ以下の低出力動作用ＬＤでは、通常ＬＤチップの出射面（前面）の反対側の高反射面（裏面）からわずかに漏れる励起光を、ＬＤパッケージ内に配設した光検出器でエネルギーを検出して励起光量の制御或いはＬＤの劣化検出に利用している。
【０００５】
また、従来より固体レーザ共振器を構成する出力ミラーから共振器の外部へ出射されるレーザ発振光を一部分岐したり、出力ミラー以外のミラーから漏れ出る発振光のエネルギーを光検出器で測定することで、レーザ出力の制御やＬＤの劣化検出に用いる方法も用いられている。
【０００６】
また、蛍光強度あるいは蛍光分布をレーザ発振光軸に沿った方向あるいはその延長線上で検出する方法も提案されている。図１５、図１６は、特開２０００−２６９５７６号公報に記載されている実施例であり、固体レーザロッドからレーザ発振光軸に沿って出射された蛍光をモニター用ミラーで分岐し、ＣＣＤカメラによりその励起分布を結像・観測し、その画像から励起分布を均一にするためにそれぞれのＬＤの駆動電流を独立に調節する方法が提案されている。この従来技術について以下に説明する。
【０００７】
この従来例では、図１６に示すように、各ＬＤ１０２〜１０７の駆動電流の値を設定する際、まず固体レーザ共振器のミラーをはずした状態で励起を行い、その励起分布が均一になるようにＣＣＤカメラ１３０で励起分布を観察しながら可変抵抗１２２〜１２７で調整したのち、再び共振器ミラーを取り付ける方法が記載されている。また、図１５に示すように、共振器ミラー１２０、１２１を取り付けた状態で、蛍光分布測定時のみ共振器内に折り返しミラー１２８を挿入し、この折り返しミラー１２８を通してレーザロッド１０１からの蛍光をＣＣＤカメラ１３０で観察するという方法も提案されている。
【０００８】
さらに、この従来例では、ＬＤの駆動電源１１７を小型化し、配線を簡略化し、さらに各ＬＤ１０２〜１０７の駆動電流を独立に調整する方法として、全てのＬＤを直列に接続して１つの電源１１７で駆動し、各ＬＤ１０２〜１０７に可変抵抗１２２〜１２７を並列に接続して各ＬＤに流れる電流値を制御する方法が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在普及している２０Ｗ以上の高出力動作用のＬＤチップは発光面が１ｃｍ程度の長さを有しているため、後方に設ける光検出器で１ｃｍ幅すべての光を検出するためには幅の広い検出器が必要になることや、該チップの裏面からでも漏れる光量が大きいために、光検出器の前に減光のフィルターを設けないと光検出器の出力が飽和してしまうことなどから光検出の構成が複雑になり、コストも高くなるために、通常、高出力動作用ＬＤではパッケージ自体に光量検出を行う機構を設けていないことが多い。さらにスタックと呼ばれる、ＬＤを狭い間隔で半導体層に対して垂直方向に積層させる構成の場合、裏面に光検出器を設ける十分な場所がないという理由もあり、光検出機能は通常設けられていない。このため高出力ＬＤを用いた高出力の固体レーザ装置の場合、ＬＤの劣化を直接検出することはできなかった。
【００１０】
また、発光面１ｃｍ程度の長さのＬＤ素子が安定して動作できる光出力は２０Ｗから最大で８０Ｗ程度である。したがってこれ以上高い励起を必要とする高出力レーザ装置の場合にはこのＬＤをさらに複数個用いる必要がある。例えば、固体レーザ装置からキロワット級のレーザ出力を得るためには１つの固体レーザ媒質に対して数十から百個程度、またはそれ以上のＬＤを励起源として使う場合があり、非常に多くのＬＤを同時に用いる場合、個々のＬＤ素子にそれぞれ独立した駆動電源を設けていたのでは電源の数が非常に多くなり、広い設置体積が必要な上に、配線も煩雑になり運転効率も悪い。そこで数個から数十個の複数のＬＤを１つのグループとして電気的に直列に接続を行い駆動することが通常である。
【００１１】
このように多数個のＬＤを直列に駆動する場合、仮に個々のＬＤに光検出機能を設け、それによってそのうちの特定のＬＤの出力低下を検出できても、複数個のＬＤが電気的に直列に接続されているために、特定のＬＤのみの駆動電流を増加させてそのＬＤのみの出力低下を補償することはできない。例えば、駆動電流を増加させて特定のＬＤの出力を補償する場合、出力低下を起こしていない他の多くのＬＤでは出力が当初の値より増大するため、そのグループ全体としては励起光出力が大幅に増大し、固体レーザ出力も当初設定した値を大きく越えて増加したり、他のグループのＬＤとの励起のバランスが崩れ、逆に固体レーザ出力が低下したり、不安定になったり、出射ビームの品質が低下したりする恐れがある。さらに数十個以上の個々のＬＤに光検出器が備えた場合、それらを制御するための配線や回路が非常に複雑になり装置のコストが高くなる。
【００１２】
また、従来より知られている方法として、固体レーザ共振器の外部に取り出されるレーザ発振光量を検出して、間接的にＬＤの劣化の度合いを知ることは可能である。しかし、共振器からの発振光量はＬＤの劣化によって低下するばかりでなく、共振器ミラーのアライメントのずれやミラー自身の汚れ、損傷、レーザ媒質の変質や損傷そのコーティング膜の汚れなどによっても著しく低下し、むしろ頻度としてはＬＤ以外の原因の場合の方が高いために、レーザ発振光の光量からＬＤの劣化の度合いを分離して把握することは難しい。
【００１３】
また、図１５及び図１６に示した従来の方法では、レーザ光軸に沿ってあるいはその延長上にＣＣＤカメラを設置する必要性と、レーザ発振させると強いレーザ光の影響で蛍光分布が見えなくなるために、蛍光分布を測定する際に、共振器ミラーを一端はずしたり、あるいは一時的に共振器内に折り返しミラーを挿入して、固体レーザ装置として発振させないようにする必要があり、稼働状態でのＬＤの劣化検出が出来ないため、実用性に乏しい。加えて、高いレーザ出力を得る目的でレーザ装置内に複数のレーザロッドが配置されている場合、レーザ発振光軸に沿った１つの方向から１台のＣＣＤカメラで長尺なレーザロッド、あるいは複数のレーザロッド内の蛍光分布を一度に観測することは結像の焦点距離などから極めて困難であるため、複数のＣＣＤあるいは、複数の折り返しミラー、さらにはさまざまな焦点距離の結像レンズ等が必要になり、光学系が極めて複雑かつコストが高くなってしまう。
【００１４】
さらに、従来図で示したように、全てのＬＤを直列に接続して１つの電源で駆動する場合、直列に接続するＬＤの数が２０〜３０個を越え、駆動電圧が４０Ｖを越えた場合、逆に電源が非常に大型になる。これは特に駆動電圧の上昇に対応して電源を構成している電子部品が急激に大型になるためであり、搭載するＬＤの数が多い場合、２０〜３０個のＬＤを１つのグループとして電源を分けた方が電源全体としては小型になる。また、１つの電源で大電流、高電圧を扱う場合、電子部品の冷却方法や耐久性、信頼性の低下、個々の部品が大型化することによる交換、保守のしづらさも実用的に大きな問題である。さらに加えて可変抵抗で個々のＬＤへの駆動電流を制御した場合、抵抗における発熱やドリフト、運転効率低下の問題も生じる。
【００１５】
さらに、本願発明者が実際にレーザ装置を試作して得た知見として、数十から数百個のＬＤを用いて１つあるいは数個のレーザロッドを励起する場合、個々のＬＤの電流値を変化させても、それが蛍光分布全体に及ぼす変化量の割合は小さく、むしろ電源から各ＬＤに供給されている電流値の時間変動や熱変動、リップル、検出器の検出揺らぎやノイズの影響による蛍光の変動量の方が大きいために、現実には個々のＬＤの駆動電流を制御する機構を設けても有効に機能しない。
【００１６】
さらに、全てのＬＤを１つの電源で駆動した場合の問題点として、電源に何らかの部品の不良あるいは制御システムの不具合、使用者による誤操作、さらには落雷、停電などの外部的要因によってＬＤの許容範囲を超える過大電流が流れた場合、全てのＬＤが同時に一様に破壊されてしまうことになる。
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ＬＤ励起固体レーザ装置におけるＬＤの劣化の度合いを常時、正確に把握することができる信頼性の高いレーザ装置を提供することにある。特に、数十個から数百個におよぶ多数個のＬＤを搭載した固体レーザ装置において、ＬＤの劣化の度合いとその劣化した部位を正確かつ簡便な構成で把握、検出できる信頼性の高いレーザ装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、劣化したＬＤの度合いに応じて固体レーザ媒質への励起の度合いを補正、調整するための簡便な方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、励起光を吸収し所定の波長の光を発生あるいは増幅する固体レーザ媒質と、前記励起光を発生しかつ発生した励起光を直接、あるいは光学素子を介して該レーザ媒質に導入する半導体レーザ光源とを少なくとも有する固体レーザ装置において、該固体レーザ装置を構成するレーザ共振器内の前記固体レーザ媒質と該固体レーザ媒質端面に対向配置された出力ミラー又は共振器ミラーとの間の、該共振器内で発生するレーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に、該固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を検出する蛍光検出手段を備え、前記蛍光検出手段が、前記レーザ発振光の光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に配設された光学的手段と、前記光学的手段に導かれた前記蛍光を検出する光検出器とからなり、前記蛍光検出手段で検出された前記固体レーザ媒質から発生する蛍光の量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、前記半導体レーザ光源の劣化状況の診断を行うものである。
【００２０】
本発明におけるＬＤ劣化検出は、レーザ発振光ではなくレーザ媒質から発せられる蛍光の光量を測定するというものである。蛍光の量は、レーザ媒質内で吸収された励起光量に比例するため、波長の変化による吸収量の変化の効果・情報も含まれており、特にＬＤの場合、ランプと異なり動作温度によって波長が大きく変化するために、単純にＬＤから出射される励起光量を測定するよりも正確に励起の状況、ＬＤの劣化による波長変化の様子なども知ることができる。
【００２１】
加えて、蛍光は共振器ミラーのアライメントのずれや汚れなどによって光量がまったく影響を受けない。レーザ媒質自身の変質や損傷そのコーティング膜の汚れなどによって低下するが、その度合いはレーザ発振光の変化に比べれば遥かに小さい。これは蛍光が励起光が照射されているレーザ媒質全体から放射されるためで、レーザ発振光よりも局所的な変化の影響を受け難いためである。
【００２２】
しかしながら、レーザ光と違い蛍光は指向性が弱く、発生すると伝播しながらすぐに広がって散逸するために、その検出はなるべくレーザ媒質に近い位置で行うことが望ましい。固体レーザ媒質の外側の周囲は通常金属などで覆われ蛍光が遮られてしまうが、レーザ発振光の光軸近傍であれば、レーザ媒質が光学的に露出しており、かならず蛍光が観測できる。しかし、光軸近傍でも共振器の外側では共振器のミラーで蛍光も反射されてしまうために、レーザ共振器内で計測することが望ましい。
【００２３】
ここで、共振器内で蛍光量を計測する場合、計測のための光計測器あるいはそこに蛍光を導くための光学的手段、あるいは光検出器そのものがレーザ発振光の光軸を遮ってしまってはレーザ発振自体が阻害されるために、稼働状態で常時蛍光量を検出するためには光軸を遮らない程度に近接させる必要がある。
【００２４】
本願発明者が実際にレーザ装置を試作して実験的に得た知見として、レーザ媒質内での励起光の励起分布は、ＬＤとレーザ媒質との機械的な位置構成が決まれば、その蛍光量あるいはその相対値だけを検出すれば良く、励起分布そのものをＣＣＤカメラで検出する必要はなく、さらに蛍光量を測定すれば励起の効率がわかるが、それが一定の値であれば励起の分布の状態も常に一定の状態に保たれることがわかった。従って、蛍光量はレーザ光の光軸上で検出する必要はなく、レーザ光に比べて広がりが大きいことを利用して、レーザ光の光軸を遮らない程度に離れたところで検出すればよい。また、常に同じ位置で計測することで蛍光量全体との比率は常に一定に保たれるため、励起の全体の状態を正確に知ることが出来る。
【００２５】
本発明においては、前記励起光が、前記レーザ発振光の光軸に対して略直交する方向から導入される構成とすることができる。
【００２６】
固体レーザ媒質により数多くのＬＤからの励起光を照射しようという場合、励起光の光軸を固体レーザ媒質でのレーザ発振光の光軸に対して垂直に、かつ発振光の光軸に沿って配置するいわゆる側面励起という手法が有効であり、本発明では、ＬＤからの励起光を直接測定するのではなく、固体レーザ媒質からの蛍光量を測定するため、ＬＤと固体レーザ媒質との位置関係や励起方法に依存せず測定が可能であり、励起光の光軸が固体レーザ媒質でのレーザ発振光の光軸に対して垂直に設定される場合であっても適用することができる。
【００２７】
また、本発明においては、前記光学的手段が、該固体レーザ媒質から発せられた前記蛍光を反射させるミラーを含み、該ミラーに反射された前記蛍光が、空間伝搬して所定の位置に配設された前記光検出器に入射する構成とすることができる。
【００２８】
光検出器を直接レーザ共振器内のレーザ発振光路に近づける場合、光検出器の形状や大きさのために近づけられなかったり、設置位置に制約が生じる場合がある。そこで光検出器をレーザ発振光の光軸から離れたところに設置し、レーザ発振光の光軸にはレーザ媒質からの蛍光が照射され、かつ照射された蛍光を光検出器に向けて反射させる手段を設けることで、直接光検出器をレーザ発振光路に近接させなくとも、蛍光を検出することができる。
【００２９】
また、本発明においては、前記光学的手段が、前記蛍光の波長において透明な媒質を備え、該媒質の一端から入射した前記蛍光が、該媒質内部を伝播して他端に配設された前記光検出器に入射する構成とすることもできる。
【００３０】
蛍光は指向性が弱いために、レーザ発振光路近傍から離れた位置に設置した光検出器まで空間伝播させた場合、急激に広がってしまい、検出に十分な光量が取れない場合がある。そこで、蛍光の波長において透明な媒質を用い、その媒質の一部をレーザ発振光路に近接させ、また別の一部に媒質内を伝播した蛍光を受光するように光検出器を配設することにより、蛍光を媒質内に閉じ込めて伝播させ、蛍光が光検出器に到達するまでに著しく拡散・散逸しないようにするというものである。その際、レーザ発振光路に近づける媒質の部分を、薄く或いは細く加工することで狭いレーザ共振器内のレーザ光路にも容易に挿入・近接させることができる。さらにレーザ発振光路に近づける媒質の部分の形状を蛍光が効率よく媒質内に導入、光検出器まで効率よく伝播するように媒質の表面の形状を加工あるいは表面に所定の反射率を有するコーティングを施してもよい。
【００３１】
また、本発明においては、前記光学的手段が、前記レーザ発振光の光路の一部において光軸の周囲を取り囲むように形成され、前記光学的手段に設けた開口の端部から入射した前記蛍光が、外周側端部の所定の位置に配設された前記光検出器に導かれる構成とすることもできる。光軸の周囲を取り囲むように蛍光の波長において透明な媒質を配設することで、微弱な蛍光まで効果的に収集、取り出し、検出することができる。
【００３２】
更に、本発明においては、前記開口が、前記レーザ媒質の径よりも小さく設定されている構成とすることもできる。レーザ共振器内の発振光光軸の周囲に十分に近接して媒質を取り囲むことで、蛍光の検出と同時にレーザ発振光の発振横モードの制御や共振器外からの戻り光の分離を行うことができる。例えば、特願平１０−２５３１１６号公報にはレーザ光路上に配設してレーザ光のメインビームと迷光成分を分離する非吸収型の円形のアパーチャが記載されているが、このアパーチャの外形側面に近接して光検出器を配設することで、アパーチャ内部を伝播する蛍光も同時に検出することができる。
【００３３】
また、本発明においては、前記透明な媒質が、ガラスを母材として形成されていることが好ましい。ガラスを母材とすれば安価で形状の加工が容易であり、しかも内部を蛍光が吸収されることなく光検出器まで伝播させることができる。
【００３４】
また、本発明においては、前記光検出器に到達する前記蛍光の光路上に、前記励起光の波長の光を選択的に減衰させるフィルターを備える構成とすることもできる。
【００３５】
励起の形態によっては、固体レーザ媒質から発せられる蛍光を検出するための受光面に励起光が同時に混入する可能性がある。レーザ発振光軸と励起光の光軸とが平行な場合、レーザ媒質内で吸収されなかった大量の励起光がレーザ媒質外へ抜け出て、レーザ媒質からの蛍光と同時に光検出器の受光面に混入する可能性がある。
【００３６】
この場合、例えば励起光の波長が変化し、レーザ媒質の吸収波長からずれた場合、レーザ媒質からの蛍光量は減少するにもかかわらず、励起光は固体レーザ媒質での吸収が減るために外に漏れ出す光量が増加し、全体として光検出器の受光面に達する光の光量は両者の光量の合計によって大きく変化し、場合によって増加して検出される。したがって蛍光そのものは減少したと言う正しい情報が伝わらない。そこで蛍光が光検出器の受光面に到達する光路上に、励起光の波長の光を選択的に減衰するフィルターを備えることで蛍光のみを選択的に受光することができる。
【００３７】
また、本発明においては、前記光検出器に到達する前記蛍光の光路上に、前記固体レーザ媒質から発せられる前記蛍光のうち、レーザ発振に利用されない蛍光の輝線スペクトルの波長を選択的に透過するフィルターを備える構成とすることもできる。
【００３８】
固体レーザ装置の発振が始まると光軸に近い位置あるいはその位置からの反射あるいは導波光を検出する光検出器の受光面には、設置位置によっては蛍光のみならず非常に強度の強い発振光の散乱光が照射され、検出器の出力が飽和したり、また飽和を避けるために信号増幅器の利得を下げた場合、発振前の蛍光強度が十分な精度で測定できない可能性がある。さらに光検出器に入射する発振光が非常に強い場合、光検出器自体を破壊してしまったり性能を劣化させてしまう可能性がある。
【００３９】
そこで、固体レーザ媒質から発せられる蛍光がもともと広がりを持っていることを利用し、そのうちのレーザ発振に利用されないスペクトルの波長のみを透過するフィルターを備えることで、レーザ媒質が発振しても検出器に入射する蛍光の量は大幅に増えないために、光検出器を飽和させたり破壊したりすることがない。
【００４０】
また、本発明においては、前記半導体レーザ光源が、複数の半導体レーザ素子と、該複数の半導体レーザ素子を所定数のグループに分けて駆動する電源と、前記電源の駆動電流を制御する制御手段とを含み、前記光検出器で検出される前記蛍光の強度に応じて、前記グループごとの駆動電流が前記制御手段によって調整される構成とすることができる。
【００４１】
上記従来例で述べたように、固体レーザ装置内で励起用として非常に多くのＬＤを同時に用いる場合、数個から数十個の複数のＬＤを１つのグループとして電気的に直列に接続して駆動するのが一般的であるが、単にグループに分けて駆動するだけでなくそれぞれがグループの電源単位に単独で動作できるように電気回路を構成し、それぞれを独立に駆動させたときの固体レーザ媒質からの蛍光量を測定することで、個々のＬＤあるいはグループ内のＬＤの出力、波長などの動作状況を個別に検出、制御することができ、また故障したＬＤ或いは故障したＬＤを含むグループを特定することができる。
【００４２】
また、故障したＬＤおよびそれを含む最小限の数のグループのＬＤだけを交換することで、他の正常なＬＤおよび含まれるすべてのＬＤが正常なグループのＬＤまで交換することなくレーザ装置を復旧させることができるために、ＬＤの交換保守作業が大幅に容易になり、かつ交換するＬＤが必要最小限で良いために交換時のＬＤ等の部品代も安価になる。
【００４３】
さらに、ＬＤが故障した場合だけでなく、わずかに劣化した場合に於いてもそれぞれのＬＤあるいはＬＤのグループの電気回路を単独に駆動させ、その際検出される固体レーザ媒質から発生する蛍光の強度に応じて該各ＬＤ光源あるいはそのグループの駆動電流を変化させる制御回路を設けることで、常に固体レーザ媒質への励起状態を一定の状態、あるいは初期的に設定した安定な状態に復帰させることが出来る。また、ＬＤのもともと有する個々の出力や発振波長のばらつきから生じる励起光の吸収効率の違いについても、そのＬＤの励起時の蛍光強度から駆動電流を制御することで、実用的に最小限のばらつきの範囲内に補正することが出来る。
【００４４】
また、個々のＬＤの駆動電流を独立に制御する必要はなく、２０個ぐらいまでの単体ＬＤをグループとして１つの電源で駆動し、その中の個々のＬＤについては個別に駆動できるような回路構成にはしない。これによって小型で信頼性の高い電源が構成でき、さらに電源の電子部品に不具合があった場合でもそれによるＬＤの破損を最小限に抑えることが出来る。
【００４５】
また、本発明は、上記構成の半導体レーザ励起個体レーザ装置のみならず、該レーザ装置による前記半導体レーザ光源の劣化状況の診断方法を提供するものである。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置は、その好ましい一実施の形態において、レーザロッドと、励起光を発生する半導体レーザ素子と、レーザ共振器内のレーザ光軸の近傍かつ光軸を遮らない位置に設けた反射ミラー、光導波媒質等の光学的手段と、蛍光を検出する光検出器とを少なくとも有し、固体レーザ媒質から発生する蛍光の量を光検出手段で検出し、その蛍光量と予め定めた値又は予め測定した値とを比較することによって、半導体レーザ光源の劣化状況を常時診断するものである。
【００４７】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００４８】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質内のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射するいわゆる端面励起の構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【００４９】
図１に示すように、複数個積層された半導体レーザ素子２（例えば、出力４０Ｗ、発光幅１ｃｍを５素子積層）より出射した励起光４（波長８０８ｎｍ）は、集光光学系３を通して円筒形のＮｄ：ＹＡＧレーザロッド１（例えば、Ｎｄ濃度１．０％ａｔ、ロッド直径３ｃｍ、長さ５ｃｍ）の端面１ａを通してレーザロッド１内に照射される。相対するレーザロッド１の端面１ｂには、例えば、励起光８０８ｎｍに対して反射率９５％以上、レーザ発振光波長１０６４ｎｍに対して０．２％以下の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されており、レーザロッド１に吸収されなかった励起光４は端面１ｂで再度レーザロッド１の内部に反射されるようになっている。
【００５０】
本実施例の固体レーザ発振器は、レーザロッドの励起光が入射する端面１ａと相対して設けた出力ミラー８（例えば、凹面曲率半径１ｍ）の端面８ａで共振するように反射膜コーティングされて配置されており、レーザ発振光の光軸５を形成している。具体的には、例えば、端面１ａには励起光８０８ｎｍに対して透過率９５％以上、レーザ発振光波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の反射率を持つ誘電体多層膜が形成され、端面８ａにはレーザ発振光波長１０６４ｎｍに対して９０％の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されている。
【００５１】
一方、Ｓｉ等を母材とする半導体光検出器７は、その共振器内の光軸５の近傍、かつ光軸を遮らない位置に設置されている。半導体レーザ素子２から照射された励起光４はレーザロッド１内で吸収され、吸収された領域から蛍光６が発生する。蛍光６は四方八方に拡散するが、そのうちの一部の蛍光が、図１に示すようにレーザロッド１の共振器側の端面１ｂを通して外部に拡散し、半導体光検出器７に到達する。
【００５２】
蛍光６は吸収された領域から方向性なく均一に四方に広がるため、レーザロッド１や半導体光検出器７の位置などが変化しなければ、半導体光検出器７で検出される蛍光量の変化は、レーザロッド１全体から発生される蛍光６の総量、すなわち励起光４の吸収量にほぼ比例する。励起光４の吸収量が減る原因としては半導体レーザ素子の劣化による励起光出力の低下が最も代表的なものであるが、他に半導体レーザ素子の冷却機構の不良による波長の変化、さらに度合いとしては少ないが集光光学系３の汚れや破損、レーザロッド１の破損などがある。
【００５３】
具体的な半導体レーザ素子２の劣化の検出手順としては、半導体レーザ素子２が劣化していない初期の状態に於いて、特定の駆動電流で駆動したときの蛍光量を半導体光検出器７で検出して記録しておき、一定時間経過後あるいは必要に応じて同じ駆動電流で半導体レーザ素子２を駆動し、そのとき検出される蛍光強度と比較することで半導体レーザ素子２の劣化状況を把握することが出来る。
【００５４】
このときの半導体レーザ素子２の駆動電流は、固体レーザが発振する駆動電流値より低く選ぶと都合がよい。もちろん固体レーザが発振している状態でも蛍光量の検出は可能であるが、固体レーザが発振した状態では単純に蛍光量だけで励起光の吸収の度合いを判断することは出来ない場合が出てくる。これは固体レーザが発振すると吸収された励起光エネルギーが発振光としても消費されるためで、例えばミラーの汚れやアライメントのズレなど固体レーザ共振器に障害があった場合、吸収された励起エネルギーがレーザ光に変換される割合が減少し、代わりに蛍光として放出されるために検出される蛍光の量が上がるが、これは励起光の状態を反映していない。半導体レーザ素子２の駆動電流を固体レーザが発振する駆動電流値より低く選べば、レーザロッド１内に吸収されたエネルギーはほとんど全て蛍光６に変換されるために、蛍光強度と励起光４の吸収の度合いは常に比例すると判断することが出来る。
【００５５】
また、後述するように、半導体レーザ素子２あるいは半導体レーザ素子２のグループが複数の独立した電源あるいは独立して駆動できるように回路が構成されており、かつそれらを単独で駆動した場合に、それによって励起された固体レーザ装置が発振しないような構成の場合には、それらの半導体レーザ素子２あるいはそのグループを単独に駆動し、特定の電流値に設定して蛍光強度を測定することで、各半導体レーザ素子２あるいはそのグループの劣化状況を独立に把握することが出来る。
【００５６】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図２及び図１３（ｄ）を参照して説明する。図２は、第２の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。また、図１３（ｄ）は、蛍光を反射するミラーの他の構成を示す断面図である。
【００５７】
図２に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１０（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の長手方向に沿って複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｈ（それぞれ出力４０Ｗ程度）が配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ（波長８０９ｎｍ）は、光学系３０ａ〜３０ｈを通して整形され該レーザロッド１０に照射される。
【００５８】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッド１０に対向した端面８０ａ、８１ａには固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく８０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１０によって図中５０で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸５０とレーザロッド１０が接する端面１０ａ、１０ｂには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【００５９】
このレーザ共振器内の光軸５０の近傍、かつ光軸を遮らない位置に、例えば、波長１０６４ｎｍに対して９７％の反射率を有する反射ミラー７１が配設されており、レーザロッド１０から発せられた蛍光６０を、半導体光検出器７０に向けて反射するように角度が調整されている。なお、蛍光６０を反射するミラーとして、図１３（ｄ）に示すようなパラボラ型ミラー９６を用いることもでき、この場合は、装置としては大がかりとなるが、広い範囲の蛍光６０を効率よく半導体光検出部７０に集光することができ、高感度に蛍光６０を検出するシステムに適している。
【００６０】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図３を参照して説明する。図３は、第３の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【００６１】
図３に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１０（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の側面、長手方向に沿ってレーザロッド１０を取り囲むように複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｈが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ（波長８０９ｎｍ）は光学系３０ａ〜３０ｈを通して整形され該レーザロッド１０に照射される。
【００６２】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッド１０に対向した端面８０ａ、８１ａには固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく８０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１０によって図中５０で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸とレーザロッド１０が接する端面１０ａ、１０ｂには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【００６３】
このレーザ共振器内の光軸５０の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７２（例えば、石英ガラス）が配設されており、レーザロッド１０から発せられた蛍光６０を、半導体光検出器７０に向けて反射するように角度が調整されている。具体的には、レーザロッド１０より発せられた蛍光６０は光導波媒質７２のレーザロッド１０に対向した面７２ａを透過し、直進してきた蛍光６０に対し約４５度の角度を有する面７２ｂで反射され、光導波媒質７２内を伝搬し、面７２ｃより出射され、面７２ｃに近接して配置された半導体光検出器７０の受光面に達する。
【００６４】
このように透明な光導波媒質７２を介して蛍光６０を検出することにより、半導体光検出器７０の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器７０の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド１０と共振器ミラー８１の間隔が狭く半導体光検出器７０を挿入することが難しい場合でも、小型の媒質７２を挿入することで蛍光６０を半導体光検出器７０に効率的に導き検出することが出来る。
【００６５】
［実施例４］
次に、本発明の第４の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図４を参照して説明する。図４は、第４の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【００６６】
図４に示すように、菱形のＮｄ：ＹＡＧレーザスラブ１５（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、スラブ幅５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の長手方向に沿って複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｄが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｄ（波長８０９ｎｍ）は光学系３０ａ〜３０ｄを通して整形され該レーザ結晶に照射される。
【００６７】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらの固体レーザスラブ１５に対向した端面８０ａ、８１ａには、例えば、固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく８０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザスラブ１５によって図中で示すジグザグのレーザ発振光軸５１が形成される。レーザ発振光は光軸に対してブリュースター角に傾けられた端面１５ａ、１５ｂを透過し、スラブ内の半導体レーザ素子に励起される端面１５ｄおよび対向する１５ｃで全反射しながら進行する。
【００６８】
このレーザ共振器内の光軸５１の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７２が配設されており、固体レーザスラブ１５から発せられた蛍光６０を、半導体光検出器７０に向けて反射するように角度が調整されている。
【００６９】
［実施例５］
次に、本発明の第５の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図５、図１３（ａ）乃至（ｃ）及び図１４を参照して説明する。図５は、第５の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。また、図１３（ａ）乃至（ｃ）は、光導波媒質の詳細構造及びバリエーションを模式的に示した図であり、図１４は、半導体レーザ励起固体レーザ装置の他の構造を模式的に示した図である。
【００７０】
図５に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１０（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の側面、長手方向に沿って、レーザロッド１０を取り囲むように複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｈが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ（波長８０８ｎｍ）は光学系３０ａ〜３０ｈを通して整形され該レーザロッド１０に照射される。
【００７１】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッド１０に対向した端面８０ａ、８１ａには固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく８０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１０によって図中５０で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸とレーザロッド１０が接する端面１０ａ、１０ｂには固体レーザ発振光を反射散逸しないように波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【００７２】
このレーザ共振器内の光軸５０の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７３が配設されている。媒質７３は光軸５０の周囲を取り囲んで光軸を中心に回転対称形状を有しており、その側面外部に半導体光検出器７０が近接されている。媒質７３の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド１０より発せられた蛍光６０がその面７３ａを通して媒質７３内に導入され、内部で反射されながら外側へ伝搬され、最終的に半導体光検出器７０の受光面に達する。
【００７３】
より具体的には、図１３（ａ）に示すように、光導波媒質７３は、レーザ光９０が通過する中心部分に開口を有する円盤状に形成され、開口部近傍には所定の傾斜角を有する蛍光入射端面７３ａが設けられ、外周部には半導体光検出器７０以外の領域に金属又は誘電体膜等からなる全反射膜９３が設けられており、端面７３ａから入射した蛍光６０は媒質７３の外周部に向かって放射状に伝搬し、外周部の全反射膜９３によって反射されて最終的に半導体光検出器７０に入射する。
【００７４】
なお、光導波媒質の形状として円盤状に限らず、多角形形状や楕円形状等であってもよい。例えば、図１３（ｂ）に示す台形の場合は、蛍光入射端面９４ａから入射した蛍光６０が光導波媒質９３の外周部に向かって伝搬し、半導体光検出器７０が配置される辺以外の外周に設けた全反射膜９３で反射して最終的に半導体光検出器７０に入射する。また、図１３（ｃ）に示す楕円形状の場合は、光導波媒質９５の開口部の中心及びレーザ光軸５０を楕円の第１焦点に配置し、半導体光検出器７０を第２焦点に配置することによって全反射膜９３で反射される全ての蛍光６０を半導体光検出器７０で検出することができる。また上記構造において、光導波媒質の半導体光検出器７０に対向する面に無反射膜９７を設けることによって蛍光６０の反射を抑え、蛍光６０を効率よく半導体光検出器７０に導くことも可能となる。
【００７５】
このように透明な媒質７３を光軸の周囲を取り囲むように配置することで媒質７３内へ導入できる蛍光６０の量が増加し、半導体光検出器７０の受光面に達する蛍光６０の量を増やすことが出来る。また、半導体光検出器７０の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器７０の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド１０と共振器ミラー８１の間隔が狭く半導体光検出器７０を挿入することが難しい場合でも、薄型の媒質７３を挿入することで半導体光検出器７０に蛍光６０を導き、検出することが出来る。
【００７６】
なお、図１４に示すように、半導体光検出器７０は円盤状の媒質７３の周囲を取り囲むように複数並べて形成しても良く、この複数の半導体光検出器７０からの出力を比較することによって、レーザ発光の軸対称性を判断することができ、また、劣化の詳細な部位の特定を行うこともできる。
【００７７】
［実施例６］
次に、本発明の第６の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図６を参照して説明する。図６は、第６の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【００７８】
図６に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１０（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の側面、長手方向に沿ってレーザロッド１０を取り囲むように複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｈが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ（波長８０８ｎｍ）は光学系３０ａ〜３０ｈを通して整形され該レーザロッドに照射される。
【００７９】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面８０ａ、８１ａには固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく８０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１０によって図中５０で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸５０とレーザロッド１０が接する端面１０ａ、１０ｂには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【００８０】
このレーザ共振器内の光軸５０の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７４が配設されている。媒質７４は光軸５０の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器７０が近接されている。媒質７４の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド１０より発せられた蛍光６０がその面７４ａを通して回折あるいは反射されて媒質７４内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器７０の受光面に達する。
【００８１】
このように透明な媒質７４を光軸の周囲を取り囲むように配置することで媒質内へ導入できる蛍光６０の量が増加し、半導体光検出器７０の受光面に達する蛍光６０の量を増やすことが出来る。また、半導体光検出器７０の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器７０の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド１０と共振器ミラー８１の間隔が狭く半導体光検出器７０を挿入することが難しい場合でも、薄型の媒質７４を挿入することで蛍光６０を検出することが出来る。
【００８２】
さらに媒質７４の光軸が通過する穴の直径は３．５ｍｍ程度で、レーザロッド１０の外径５ｍｍよりも小さく設定されている。このためレーザ発振時にはビーム広がり角の大きいあるいはビーム径の広いビーム品質の悪い成分は媒質７４を透過する際に大きな光学的な損失を受け、発振が阻害されるために最終的にミラー８１より出射されるレーザ光９０の品質を高めることが出来る。蛍光強度の検出と同時にレーザビーム品質の改善も同時に実現することができる。
【００８３】
［実施例７］
次に、本発明の第７の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図７を参照して説明する。図７は、第７の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【００８４】
図７に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザロッド１０（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の側面、長手方向に沿ってレーザロッド１０を取り囲むように複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｈが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ（波長８０８ｎｍ）は光学系３０ａ〜３０ｈを通して整形され該レーザロッド１０に照射される。
【００８５】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面８０ａ、８１ａには、固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく８０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１０によって図中５０で示すレーザ発振光軸が形成される。また、レーザ光軸５０とレーザロッド１０が接する端面１０ａ、１０ｂには固体レーザ発振光を反射散逸しないように、例えば、波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【００８６】
このレーザ共振器内の光軸５０の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７２、７４がそれぞれミラー８０、８１に近接して配設されている。媒質７２は、レーザロッド１０の端面１０ａより発せられる蛍光６０ａを媒質内を伝搬させ、近接させた光検出器７０ａに導くように配置されており、一方、媒質７４は光軸５０の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器７０ｂが近接されている。媒質７４の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド１０より発せられた蛍光６０ｂがその面で回折あるいは反射されて媒質７４内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器７０ｂの受光面に達する。
【００８７】
レーザロッド１０が長尺で半導体レーザ素子の配列の数が多くなった場合、蛍光は指向性が少ないために半導体光検出器からより遠いＬＤあるいはレーザロッド１０の励起領域の蛍光が散逸してしまうが、このようにレーザロッド１０を挟んで両端面側に半導体光検出器を配置することで、一方の検出器から遠い半導体レーザ素子あるいは励起領域の情報もより正確に知ることが出来る。
【００８８】
［実施例８］
次に、本発明の第８の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８は、第８の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。また、図９は、励起光遮光フィルターの透過特性を示す図であり、図１０は、発振に寄与しない波長成分のみを取り出す狭帯域透過フィルターの透過特性を示す図である。
【００８９】
図８に示すように、複数個積層された半導体レーザ素子２（例えば、出力４０Ｗ、発光幅１ｃｍを５素子積層）より出射した励起光４（波長８０８ｎｍ）は集光光学系３を通して円筒形のＮｄ：ＹＡＧレーザロッド１（例えば、Ｎｄ濃度０．８％ａｔ、ロッド直径３ｃｍ、長さ５ｃｍ）の端面１ａを通してレーザロッド１内に照射される。
【００９０】
相対するレーザロッド１の端面１ｂには、例えば、励起光８０８ｎｍに対して反射率９５％以上、レーザ発振光波長１０６４ｎｍに対して０．２％以下の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されており、レーザロッド１に吸収されなかった励起光は端面１ｂで再度反射されレーザロッド１内に戻されるようになっている。
【００９１】
本実施例の固体レーザ発振器はレーザロッド１の励起光４が入射する端面１ａと相対して設けた出力ミラー８の端面８ａで共振するように反射膜コーティングされて配置されており、レーザ発振光の光軸５を形成している。具体的には、例えば、端面１ａには励起光８０８ｎｍに対して透過率９５％以上、レーザ発振光波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されている。また同じく端面８ａにはレーザ発振光波長１０６４ｎｍに対して９０％の反射率を持つ誘電体多層膜が形成されている。
【００９２】
このレーザ共振器内の光軸５の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７２が配設されている。媒質７２は光軸５の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器７が近接されている。媒質７２の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド１より発せられた蛍光６がその面で回折あるいは反射されて媒質７２内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器７の受光面に達する。
【００９３】
このように透明な媒質７３を光軸５の周囲を取り囲むように配置することで媒質７３内へ導入できる蛍光６の量が増加し、半導体光検出器７の受光面に達する蛍光６の量を増やすことが出来る。また、半導体光検出器７の受光面を直接レーザの光路に近づける必要がないため、半導体光検出器７の配置の自由度が高く、例えばレーザロッド１と共振器ミラー８の間隔が狭く半導体光検出器７を挿入することが難しい場合でも、薄型の媒質７２を挿入することで蛍光６を検出することが出来る。
【００９４】
さらに、媒質７３の側面と半導体光検出器７との間には、励起光４の波長を吸収し、レーザロッド１より発せられる蛍光６のみを透過する励起光遮光フィルター（例えば、ＨＯＹＡ  ＲＭ１００）７５と、蛍光６のうちレーザ発振に寄与しない波長成分のみを透過する狭帯域透過フィルター（干渉フィルター）７６が挿入されており、半導体光検出器７には蛍光６のうちレーザ発振に寄与しない波長の光のみが到達し検出される。このように２枚のフィルターを備えることにより、励起光そのものではなく励起光を吸収することによって発生する蛍光の量を正確に信頼性よく計測することが出来る。
【００９５】
図９は、励起光をカットし、蛍光のみを透過する励起光遮光フィルター７５の透過特性の一例を示した図である。図からわかるように、励起光８０８ｎｍ近傍では透過率が５％未満と低く、逆に蛍光の波長１０６４ｎｍ近傍では高い透過率を有する。このような特性のフィルターとしては、例えばＨＯＹＡ製のＲ８５あるいはＲＭ１００があげられる。また吸収型のフィルターではなく、同様の透過性を有する誘電体多層膜でもよい。
【００９６】
また、図１０は、レーザロッド１より発せられる蛍光成分のうち、発振に寄与しない波長成分のみを取り出す狭帯域透過フィルター７６の透過特性の一例を示した図である。図からわかるように、蛍光成分のうち９４６ｎｍ成分のみを透過し、主に発振に寄与する１０６４ｎｍ近傍の光を透過しない。このような特性は干渉フィルターを用いることで容易に実現することができる。もちろん干渉型フィルターの代わりに、誘電体多層膜によるバンドパスフィルターでも構わない。更に透過波長は、Ｎｄ：ＹＡＧの他の発光スペクトルである１３１０ｎｍ近傍にしても構わない。
【００９７】
また、本実施例では光導波媒質７３と半導体光検出器７との間に励起光遮光フィルター７５及び狭帯域透過フィルター７６を設ける構成について記載したが、光導波媒質７３自体を特定の波長の光を透過又は吸収する材料で形成し、フィルターの機能を兼ね備えることも可能である。また、狭帯域透過フィルター７６の帯域を蛍光の波長近傍で細かく分割し、レーザロッド１の劣化に応じて変化する蛍光波長のずれを検出することも可能である。
【００９８】
［実施例９］
次に、本発明の第９の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図１１を参照して説明する。図１１は、第９の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、複数個直列に配置されたレーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面を示している。
【００９９】
図１１に示すように、長手方向に配列された３本のＮｄ：ＹＡＧレーザロッド１０、１１、１２（例えば、Ｎｄ濃度０．７％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、各長さ１０ｃｍ）の側面、長手方向に沿って同じく複数の半導体レーザ素子２０ａ〜２０ｈ、２１ａ〜２１ｈ、２２ａ〜２２ｈが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ、４１ａ〜４１ｈ、４２ａ〜４２ｈ（波長８０８ｎｍ）はそれぞれ光学系３０ａ〜３０ｈ、３１ａ〜３１ｈ、３２ａ〜３２ｈを通して整形され該レーザロッド１０、１１、１２に照射される。
【０１００】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面８０ａ、８１ａには固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく５０％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１０〜１２によって図中５１で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸５１と各レーザロッド１０〜１２が接する端面１０ａ〜１２ａ、１０ｂ〜１２ｂには、例えば、固体レーザ発振光を反射散逸しないように波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【０１０１】
このレーザ共振器内の光軸５１の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７２ａ〜７２ｄが配設されている。各媒質は光軸５１の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、レーザロッド１０、１１、１２の各端面より発せられる蛍光６０ａ〜６２ａ、６０ｂ〜６２ｂを媒質内を伝搬させ近接させた光検出器７０ａ〜７０ｄに導くように配置されている。各媒質の光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、各レーザロッドより発せられた蛍光がその面で回折あるいは反射されて媒質内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器の受光面に達する。
【０１０２】
具体的には媒質７２ａはレーザロッド１０の端面１０ａを通して発生される蛍光６０ａを検出し、媒質７２ｂはレーザロッド１０の端面１０ｂあるいはレーザロッド１１の端面１１ａを通して発せられる蛍光６０ｂあるいは６１ａを検出し、媒質７２ｃはレーザロッド１１の端面１１ｂあるいはレーザロッド１２の端面１２ａを通して発せられる蛍光６１ｂあるいは６２ａを検出し、媒質７２ｄはレーザロッド１２の端面１２ｂを通して発せられる蛍光６２ｂを検出するように配設されている。
【０１０３】
レーザロッドが長尺で半導体レーザの配列の数が多くなった場合、蛍光は指向性が少ないために検出器からより遠いＬＤあるいはレーザロッドの励起領域の蛍光が散逸してしまうが、このようにレーザロッド１０〜１２を挟んで両端面側に半導体光検出器を配置することで、一方の検出器から遠いＬＤあるいは励起領域の情報もより正確に知ることが出来る。
【０１０４】
さらに各媒質７２ａ〜７２ｄと半導体光検出器７０ａ〜７０ｄとの間には、半導体レーザの励起光の波長を吸収、あるいは反射し、レーザロッドより発せられる蛍光のみを透過する励起光遮光フィルター７５ａ〜７５ｄと、蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長成分のみを透過する狭帯域透過フィルター７６ａ〜７６ｄが挿入されており、半導体光検出器には蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長の光のみが到達し検出される。このように２枚のフィルターを備えることにより、励起光そのものではなく励起光を吸収することによって発生する蛍光の量を正確に信頼性よく計測することが出来る。
【０１０５】
［実施例１０］
次に、本発明の第１０の実施例に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置について、図１２を参照して説明する。図１２は、第１０の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示した図であり、レーザ媒質のレーザ発振光光軸に沿ってＬＤの励起光を照射される構成において、レーザ発振光の光軸方向に沿った方向の断面の様子を示している。
【０１０６】
図１２に示すように、長手方向に配列された２のＮｄ：ＹＡＧレーザロッド１１、１２（例えば、Ｎｄ濃度１．０％ａｔ、ロッド直径５ｃｍ、長さ１０ｃｍ）の長手方向に沿って同じく複数の半導体レーザ素子２５ａ〜２５ｈ、２６ａ〜２５ｈが配設されており、それより出射された励起光４０ａ〜４０ｈ、４１ａ〜４１ｈ（波長８０９ｎｍ）は光学系３０ａ〜３０ｈ、３１ａ〜３１ｈを通して整形され該レーザロッドに照射される。
【０１０７】
固体レーザ共振器は２枚の共振器ミラー８０、８１よりなり、それらのレーザロッドに対向した端面８０ａ、８１ａには固体レーザの発振光（波長１０６４ｎｍ）に対して特定の反射率を有する誘電体多層膜が形成されている。具体的には、例えば、端面８０ａには波長１０６４ｎｍに対して９９％以上の高反射膜、８１ａには同じく７５％の部分反射膜が形成されている。これら２枚のミラー８０、８１および固体レーザロッド１１、１２によって図中５１で示すレーザ発振光軸が形成される。またレーザ光軸５１と各レーザロッド１１、１２が接する端面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂには固体レーザ発振光を反射散逸しないように波長１０６４ｎｍに対して反射率０．２％以下の反射防止膜が形成されている。
【０１０８】
このレーザ共振器内の光軸５１の近傍、かつ光軸を遮らない位置に波長１０６４ｎｍに対して透明な媒質７２ａ〜７２ｃが配設されている。各媒質７２ａ〜７２ｃは光軸５の周囲を取り囲むように光軸を中心に回転対称形状を有しており、その外部に半導体光検出器７０ａ〜７０ｃが近接されている。媒質７２ａ〜７２ｃの光軸に対向した面には図に示すように三角形状の突起が形成されており、レーザロッド１１、１２より発せられた蛍光６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂがその面で回折あるいは反射されて媒質内部へ伝搬され、最終的に半導体光検出器の受光面に達する。
【０１０９】
ロッドが長尺で半導体レーザの配列の数が多くなった場合、蛍光は指向性が少ないために検出器からより遠いＬＤあるいはロッドの励起領域の蛍光が散逸してしまうが、このようにレーザロッド１１、１２を挟んで両端面側に半導体光検出器を配置することで、一方の検出器から遠い半導体レーザあるいは励起領域の情報もより正確に知ることが出来る。
【０１１０】
さらに媒質７２ａ〜７２ｃと光検出器７０ａ〜７０ｃとの間には、励起光４０ａ〜４０ｈ、４１ａ〜４１ｈの波長を吸収、あるいは反射し、レーザロッドより発せられる蛍光のみを透過する励起光遮光フィルター７５ａ〜７５ｃと、蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長成分のみを透過する狭帯域透過フィルター７６ａ〜７６ｃが挿入されており、半導体光検出器７０ａ〜７０ｃには蛍光のうちレーザ発振に寄与しない波長の光のみが到達検出される。このように２枚のフィルターを備えることにより、ＬＤからの励起光の吸収状況を正確に計測することが出来る。
【０１１１】
そして、図に示すように半導体レーザ素子を２個ずつ直列に接続しそれぞれ独立の電源２５ａ〜２６ｄで駆動する。それらの電源には電流値を外部から制御するための制御信号がインターフェース９１ａ〜９１ｄから供給される。さらにインターフェースは上位の制御ホスト９２によって制御・監視・記録される。
【０１１２】
次に、基本的な制御の流れの一例を説明する。制御ホスト９２からの指令によってインターフェース９１ａを介して電源２５ａから電流２５アンペアが半導体レーザ素子２０ａ、２０ｂに供給される。このとき電源２５ａ以外の他の電源は休止している。半導体レーザ素子２０ａ、及び２０ｂからの励起光４０ａ、４０ｂは光学系３０ａ、３０ｂで整形された後、レーザロッド１１に照射される。半導体レーザ光はレーザロッド１１ａに吸収され蛍光６０ａを発する。この蛍光はその発生した位置から最も近い蛍光検出用の透明媒質７２ａに伝搬し、媒質７２ａ内を伝播した後、励起光を除去するための励起光遮光フィルター７５ａと蛍光成分のうち、実際にレーザ発振に寄与しない成分のみを透過するフィルター７６ａを透過した後、半導体光検出器７０ａに到達し検出される。
【０１１３】
このとき、半導体レーザ素子２０ａ、２０ｂのみ駆動されているため、半導体光検出器７０ａにより検出される蛍光量は半導体レーザ素子２０ａ、２０ｂからの励起によって発生したものである。従って検出される蛍光量は、半導体レーザ素子２０ａ、２０ｂの励起光の吸収量に比例し、言い換えればこれら半導体レーザ素子の出力光の総量及びその波長を反映した値である。
【０１１４】
次に、同様に制御ホスト９２からの指令によりインターフェース９１ｂを通して電源２５ｂより半導体レーザ素子２０ｃ、２０ｄに通電を行う。このとき発生する蛍光６０ｂは最も距離の近い７２ｂを通して半導体光検出器７０ｂで検出される。このときの駆動電流は固体レーザ装置が発振しない値に選択する必要がある。
【０１１５】
このようにすべての駆動電源２５ａ〜２６ｄを順に単独に駆動し、その時発生する蛍光強度を最寄りの半導体光検出器で検出し、制御ホスト９２に記録しておく。基準となる状態、たとえば、これらの半導体レーザ素子が新品でまったく劣化していない状態で特定の電流値、たとえば２５アンペアを通電し、このときの蛍光量を制御ホスト９２のメモリーに記憶しておく。次に一定時間経過後、あるいは固体レーザ出力に異常が発生した時点で、再度すべての駆動電源を同様に単独で駆動し、そのときに発生する蛍光強度を全く同様の経路で半導体光検出器により検出する。そして、それらの値を元の値と比較することで各半導体レーザ素子の劣化の具合を個別に検出することが可能である。たとえば蛍光の量が使用開始時の７０％以下まで低下した場合、その電源で駆動している半導体レーザ素子が劣化したと判断し交換するように決めておけばよい。
【０１１６】
なお、以上の実施例において、Ｎｄ：ＹＡＧをレーザ媒質の例としてあげたが、他のいかなるレーザ発振元素、例えば、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｃｒ、Ｔｉを含むものでもよいし、母材としても他にＹＬＦやＹＶＯ４、ＧＧＧ、ＧＳＧＧのような結晶でもよく、ガラス、セラミックのような非晶質のものでもよい。
【０１１７】
また、光導波媒質の材料としてはガラスを例としてあげたが、励起光に対して高い透過率を有するものであればよい。特に、鉛を添加した高屈折率のガラスを用いれば、導波板内を伝搬する励起光が全反射により効率的に伝搬できる。また、屈折率の高い透明な材料として、サファイアやレーザ元素を含まないＹＡＧなどの結晶材料でもよい。また、光導波媒質の形状として穴のあいた円盤状形状、台形、楕円形やパラボラ形状を挙げたが、他のいかなる形状でもよく、レーザ媒質から発生した蛍光を光検出器まで伝搬させるものであれば、すべて本特許の請求の範囲に含められる。また形状や媒質としてはなるべく伝搬の途中で弱めないようなものであればよく、さらに集めるような形状であれば理想的である。プラスチックのような樹脂でも良いので、光ファイバーでも良い。レーザロッドの径は実施例では直径５ｍｍを用いたが、他のサイズでもよく、必要とされるレーザ装置の構成上最適な径と長さが選ばれる。また励起に用いるＬＤの発振波長も８０８ｎｍ以外でもよく、レーザ結晶や励起分布の構成を考慮して最適な波長が選ばれる。
【０１１８】
半導体レーザ素子としては、例えば米国ＳＤＬ社のＳＤＬ３４７０Ｓを用いることができ、他に米国オプトパワー社のＯＰＣ−Ａ０２０−ＭＭＭ−ＣＬでもよいし、フランスＴｏｍｓｏｎ−ＣＳＦ社のＴＨ−Ｃ１７２０−Ｐでもよい。また、半導体レーザ素子も予めアレイ状に４個並べたフランスＴｏｍｓｏｎ−ＣＳＦ社のＴＨ−Ｃ１７２０−Ｒ（４）でもよい。また半導体レーザ素子の出力は１ｃｍあたり２０Ｗ以下であればよいから３０Ｗ用でも４０Ｗ用でもよく、この場合、定格出力の半分以下の出力で使用することから半導体レーザ素子の寿命を３倍から９倍程度まで長くすることが出来、固体レーザ装置の信頼性を向上できる。
【０１１９】
また、以上の実施例では励起光の波長の光を減衰する励起光遮光フィルターと発振に寄与しない固体レーザ媒質の蛍光の輝線波長のみを選択的に透過する狭帯域透過フィルターをペアで使用したが、励起構成の関係で励起光が半導体光検出器に到達しない場合には、前者のフィルターを省略しても良いし、また固体レーザロッドの蛍光の輝線波長のみを選択的に透過するフィルターの非透過波長帯が励起光の波長まで達している場合には、同じく後者のフィルターだけで励起光が透過しないために前者のフィルターを省略しても良い。半導体光検出器としてＳｉの例を挙げたが他にＧｅでもＧａＡｓでもＩｎＧａＡｓでも他の半導体材料でも良い。蛍光の波長に合わせ最も感度良く検出できる材料が選択される。
【０１２０】
また、励起構成の関係で励起光が半導体光検出器に到達しない場合で、かつ固体レーザが発振しても発振光によって光検出器が性能を劣化させないのであれば、いずれのフィルターも省略してもよい。さらにその代わりに、発振光で光検出器が劣化しないように、すべての光を減衰させるような、たとえばＮＤフィルターを挿入しても良いし、拡散板を挿入しても良い。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、半導体レーザからの励起光をレーザロッドで吸収し、増幅する半導体レーザ励起固体レーザ装置において、共振器内の光軸近傍かつ光軸を遮らない位置に、反射ミラーや光導波媒質等を設けてレーザロッドから発せられる蛍光を半導体光検出器に導くことによって、励起状態を正確に把握することができ、励起用半導体レーザの状態、寿命をレーザ装置を稼働した状態で計測・管理することができる。
【０１２２】
また、本発明では、半導体レーザからの励起光を直接測定するのではなく、レーザロッドからの蛍光を測定するため、半導体レーザとレーザロッドとの位置関係や励起方法に依存せず、励起光とレーザ光の光軸が一致する構成、光軸が直交する構成のいずれに対しても適用することができる。
【０１２３】
また、本発明では、蛍光を測定する半導体光検出器は共振器内やレーザ光軸近傍にしなくてもよく、反射ミラーや光導波媒質により導けばよいため、レーザロッドと共振器ミラーとの間隔が狭い場合であっても確実に蛍光を検出することができる。
【０１２４】
また、光導波媒質を光軸の周囲を取りまくようにドーナツ状に形成し、かつ光導波媒質内側の開口径をレーザロッドの径よりも小さくすることによって、広がり角の大きいビームの発振を抑制することができ、蛍光強度の検出と同時にレーザビーム品質の改善も実現することができる。
【０１２５】
また、本発明では、半導体光検出器の前段に励起光遮光フィルタや狭帯域透過フィルタを設置することによって、励起光の混入を防ぎ、レーザ発振に寄与しなる蛍光のみを検出することができるため、励起光の吸収状況を正確に計測することができる。
【０１２６】
更に、本発明では、複数の半導体レーザ素子を複数のグループに分割し、各々のグループに対して半導体レーザ素子を駆動する電源を個別に設け、その電源をホストの指令により制御することによって、半導体レーザ素子の劣化状態を個別に診断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第５の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第６の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第７の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第８の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図９】励起光の波長を遮断するフィルターの特性を表わしたものである。
【図１０】レーザ発振に利用されない輝線スペクトルの波長のみを透過するフィルターの特性を表わしたものである。
【図１１】本発明の第９の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第１０の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の構造を模式的に示す図である。
【図１３】本発明のＬＤ励起固体レーザ装置の他の構造を示す図であり、（ａ）乃至（ｃ）は光導波媒質の他の構造、（ｄ）は反射ミラーの他の構造を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施例に係るＬＤ励起固体レーザ装置の他の構造を模式的に示す図である。
【図１５】従来のＬＤ励起固体レーザ装置の構造を示す図である。
【図１６】従来のＬＤ励起固体レーザ装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザロッド
１ａ、１ｂ  レーザロッド端面
２  半導体レーザ素子
３  集光光学系
４  励起光
５  光軸
６  蛍光
７  光検出器
８  ミラー
８ａ  ミラー端面
９  レーザ光
１０  レーザロッド
１０ａ、１０ｂ  レーザロッド端面
１５  レーザロッドスラブ
１５ａ、１５ｂ  ブリュースターカット面
１５ｃ、１５ｄ  全反射端面
２０ａ〜２０ｈ、２１ａ〜２１ｈ、２２ａ〜２２ｈ  半導体レーザ素子
２５ａ〜２５ｄ、２６ａ〜２６ｄ  直流電源
３０ａ〜３０ｈ、３１ａ〜３１ｈ、３２ａ〜３２ｈ  光学系
４０ａ〜４０ｈ、４１ａ〜４１ｈ、４２ａ〜４２ｈ  励起光
５０  レーザ光軸
６０、６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ  蛍光
７０、７０ａ〜７０ｄ  半導体光検出器
７１  反射ミラー
７２、７２ａ〜７２ｄ、７３、７４、９４、９５  光導波媒質
７２ａ、７２ｃ  低反射コーティング端面
７２ｂ  全反射端面
７３ａ、７４ａ、９４ａ、９５ａ  蛍光入射端面
７５、７５ａ〜７５ｄ  励起光遮光フィルター
７６、７６ａ〜７６ｄ  狭帯域透過フィルター
８０  共振器ミラー
８０ａ  ミラー端面
８１  共振器ミラー
８１ａ  ミラー端面
９０  レーザ光
９１ａ〜９１ｄ  インターフェース
９２  制御ホスト装置
９３  全反射膜
９６  パラボラ型ミラー
９７  無反射膜
１０１  レーザロッド
１０２〜１０７  励起用半導体レーザ素子
１１７  電源
１２０  共振器ミラー（全反射）
１２１  共振器ミラー（部分反射）
１２２〜１２７  可変抵抗
１２８  折り返しミラー
１２９  集光レンズ
１３０  ＣＣＤカメラ
１３１  制御回路
【図１】
0003859455.tif 000002
【図２】
0003859455.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003859455.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003859455.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003859455.tif 000013
【図１３】
0003859455.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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