JPH01238080A

JPH01238080A - ソリッドステートレーザーロッド

Info

Publication number: JPH01238080A
Application number: JP63184758A
Authority: JP
Inventors: Lutz Langhans; ルッツ・ラングハンス
Original assignee: Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1988-07-26
Publication date: 1989-09-22
Also published as: US4912713A; EP0301526A1; EP0301526B1; ES2035892T3; DE3725144A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、ソリッドステートザーロッドに関する。

従来技術及びその課題材料の加工に主として用いられるレーザーは。

ガスレーザー（Ｇｏ！　）及びソリッドステートタイプ
レーザー（Ｎｄ−ＹＡＧ又はＮｄガラス）である、Ｃ０
２レーザーは、出力が大きい参巻（商業的には約２０ｋ
Ｗのものが入手できる。）ことが有利である。

ソリッドステートタイプのレーザーは、コンパクトな構
造、より小さい焦点が得られること及び短い波長を特徴
とする。ソリッドレーザーの波長は赤外線に近い傘領域
にあるため、ガラスの光学が利用できる。ソリッドレー
ザーの不利な点は効率が１．５乃至２％と低いこと、出
力が小さいこと（現在では商業的には約１０００１１１
　）及び高出力での光線の品質、すなわち、焦点性がよ
くないことである。

現在迄のところ、ソリッドレーザーとしては、円形レー
ザーロッドが通常使用されてきた。しかしながら、ロッ
ドの円形断面は、光学的ポンピングによるエネルギー供
給のため、半径方向の温度勾配を生じる。ロッドの内部
において温度が異なることは、ロッドの異なる点におい
て屈折率が異なることになるから、ロッド内において熱
的レンズが形成されることになる。この熱的レンズは、
ビームの品質を悪くシ（光線の拡散を多くするため）、
ポンピングパワーのためにこれが強くなりすぎると、安
定した共鳴器は最早不可能となる。

レーザー活性なソリッドステート体として１通常の円形
のロッドとは異なる種々の形状のものが提案されている
（例えば、フランス特許明細書第一ナル１月−２月７２
，３８Ｏｆｆ）　。

＾これらの提案において、光線は多角形状内において数回
反射され（部分的には損失の少ない境界面における全反
射を利用し）、かくして、レーザー活性な媒体において
できるだけ長い光線の経路を得るようにしている。光線
経路の長さは、このような多角形ディスクを複数重ねて
これらのディスクを次々に通過させることによりさらに
増加される。

光線の経路を長くすれば、理論的により高出力のレーザ
ーが得られると期待するであろう、しかしながら、光学
的に不均一性が生じる場合（温度勾配による屈折率の変
動）、光線の経路が長くなるとこれに対応して、光線の
品質は悪くなる。

しかも、これまで提案されているものは、その寸法及び
表面の加工の点で難点がある。

熱的問題及びその結果として生じる光学的問題に鑑み、
矩形新面のレーザーロッドが開発され、これがいわゆる
「スラブレーザー」である（米国特許第３，６３３．１
２６；４，２１４，７１６　）　、光線は、好ましくは
ブルースター角で方向づけられたスラブの一端に導入さ
れ、光線は他端から出ていく前に、ロッド内部において
ロッドの対向する２つの長手方向全反射面において数回
反射される。ポンピング形態（ｇｅｏｍｅｔｒ幻を適切
にすると、円形断面のロッドのような径方向の温度勾配
が生ぜず、等湯面のために熱の消散がよりよく行なわれ
る。熱の消散が増すので、レーザー出力は大きくなる。

レーザーロッド内で光線はジグザグの経路になるので、
光線は熱勾配を逆方向に通り抜ける。このこと１熱レン
ズの効果を１つの軸上で補償する。他の軸上では、平面
的等混線のため、勾配は生じない。

従って、スラブレーザーは、ポンピング出力を高めると
ともに、良好な光線品質の高出力を可能にする。しかし
ながら、ポンピング形態のために、その効率は円形ロッ
ドを用いた場合より劣る。

本発明の目的は、比較の対象であるソリッドステートレ
ーザーより効率を高める一方で光線の品質を良くすると
ともに、ポンピング出力を高めそれにより出力を高めた
ソリッドステートタイプのレーザーのロッドを提供する
ことである。

課題を解決するための手段本発明は、請求項１の構成によって前記課題を解決した
ものである。

発明の作泪・効果公知のスラブレーザーでは、ジグザグ経路を描く光線は
レーザーロッド内に１つの面を形成する桜本発明による
螺旋状の光線の経路は、レーザーロラド内にレーザーロ
ッドの新面形状により複数の面を形成する。光の入射面
は、光が軸に平行に入り又は出ることができるように、
ブルースター角になっているとよい、光線は、成る点で
入射面に入り、そこから側面の長手方向反射面に向かい
、そこの反指点からロッドのｊＩ２の長手方向側面に向
かい、そこからロッドの第３の長手方向側面に向かい、
それからさらに他の長手方向側面に向かう、光線は、か
くしてレーザーロッド内に角張った螺旋を形成し、この
螺旋は、多角形新面のレーザーロッドにおける長手方向
の側面の数が多くなるに従って円形に近づく。

１回転すなおち３８０　”捻れるごとに、光線はそれ自
体において適切なピッチで７２０°回転する。

この回転は光線経路における光学的不均一性を平均化さ
せる。かくして、好ましくない勾配がスラブレーザーの
場合のような不利なポンピング形態により効率を悪くす
ることなく大体補償される。

円形のレーザーロッドに比べると、ロッド内の光線経路
が長いため、より高い効率が得られる。このごとは、光
線がずれた経路で繰り返し通過するときさらに顕著にな
る。

レーザーロッドの新面は、ロッドに入る光線が螺旋を描
く限り、実際上どのような形状でもよい。

しかしながら、断面は、好ましくは四角形であり、光線
はレーザーロッド内で光線によって描かれる螺旋が同じ
く四角形新面になるように入射面に導入されるか、又は
二等辺三角形であって、ａ旋の断面も長手方向に見たと
き二等辺三角形であると好適である。ランダムな三角形
では、螺旋形ではないが依然として３次元の他の経路が
生じることがある。

原則として、５以上の角を有する新面形状も可能である
。

光の出口面は、光線がロッド内で前にも後にも進むよう
に、ルーフプリズムとして知られているもので置き換え
ことができる。

レーザーロッド内で複数の螺旋が生じるように光の入射
面に異なる点で複数の光線を導入することもできる。適
切な形態（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を用いれば、光線がどの
点でも干渉しないようにできる。

適切な端部部材を用いれば、ブルースター角を用いなく
ても光線が軸に平行に入り、出るようにすることができ
る。そのような端部部材を用いてルーフプリズムにより
ビームを偏向させてずれた経路でロッドを再度通過させ
ることができる。

実　　　施　　　例ＩＩＩ図に示す第１実施例は、ソリッドステートタイプ
のレーザーロッド１を示し、これは、適当なレーザー材
料からなり、四角形新面を有し、光の入射面２と出口面
３の端部を有し、且つ、４つの長手方向側面４ａ、４ｂ
、４ｃ及び４ｄを有している。

端部２，３はロッドの軸に対してブルースター角で装置
されている。長芋方向側面４ａ乃至４ｄは、全反射面と
して設計されている。

光線Ｌｅは、ロッドの長手方向軸に平行に、光入射面２
の点５に当たる、ロッド内において、光線りは、第１図
に底で示されている側面４ａに偏向され、そこで、隣の
側面４ｄに向けて斜めに反射され、側面４ｄによって光
の出口面３に向けて斜めに上部側面４ｃに当てられ、そ
れから再び側面４ａに向けら九、再び出口面３に向けて
斜めに進む、かくして、光線りは、ロッド１内において
角張った螺旋曲線と呼ぶことができる３次元の曲線を形
成することになる。

光線りが側面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの間で前記経路を
数回カバーした後、光線は、出口面３がロッドの長手方
向軸に対してブルースター角になっているため、出口面
３に当たって、ロッドから光線Ｌａとして出て行く、こ
の場合、角張った螺旋は、２回転し、すなわち、光軸の
周りに２回転した後、光線は出口面３からロッドを出て
行く。

第２図乃至第４図は、レーザーロッドの３つの側面図で
ある。レーザーロッド１は、四角形の新面になっている
。光の入射面２と出口面３は、ロッドの長手方向軸に対
してブルースター角に装置されている。第２図乃至第５
図に示すように、光線りは、ロッド１内において、４つ
の側面４ａ。

４ｂ、４ｃ、４ｄにおいて出口面３に対して鋭角に全反
射されることにより、角張った螺旋の３次元曲線を描く
。

第４図から明らかなように、光線りの角張った螺旋は、
ロッド１内において、四角形の新面を有し、その四角形
はロッドの２つの横軸に対称にロッドに形成される。

本発明は、以上に説明した具体例に限定されるものでは
ない、光の出口面３の替すりに、ロッド内に光線が戻る
ように、ルーフプリズムを設けてもよい、光の入射面２
又は３に別々の光線を導入してもよい、第２図の場合は
、入射点５の対向位置に対称にもう１つの入射点を設け
てもよい、２つの光線の替わりに、４つの光線を導入し
てもよい、２つ又は４つの光線を導入することにより、
ロッド内において対応する互いにずれた２つ又は４つの
角張った螺旋が得られ、ロッドの全容積に光が当てられ
る。

ロッドに４つの光線が互いにずれて螺旋状に通るように
したいときは、端面においてブルースター角を用いるこ
とができない。しかしながら、端面が真直ぐであれば、
光線は軸に対して、例えば４５°の角度で、４つの異な
る方向に出て行く（互いに９０°ずれて）、このことは
、水冷式ポンプのランプハウジングに組み込むには好ま
しくない。

適切な端部部材を用いれば、光線は再び軸方向に偏向さ
せることができる。ｊＩ６図は、そのような構成を示す
ものである。４つの光線のうち、２つだけが示されてい
る。この２つの光線は、ロッドの端面から４５°で出て
行き、シリンダー状幹部の面で軸方向に反射される。第
７図はこの端部部材を斜視図で示したものである。光線
が出て行がないでロッドに戻るようにする場合は、端部
部材は第８ｖｉ！Ｉに示すように、ルーフプリズムにす
るとよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は四角形レーザーロッドの斜視図、ｊＩ２図は同
し−ザーロッドの側面図、第３図は第２図のレーザーロ
ッドを右側から見た図。第４図は第３図の４−４線所面図、第５図はレーザーロッドの全体側面図、第６図は光線が
軸に平行に出て行くようにするための端部部材の側面図
、第７図は同端部部材の斜視図、第８図は光線をロッドに戻すように偏向するルーフプリ
ズム付き端部部材の側面図である。１・・・レーザーロッド２・・・入射面　　３・・・出口面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　・・・側面５・・・入射点

Claims

【特許請求の範囲】

（１）活性レーザー材料からなり少なくとも３つの平ら
な全反射長手方向側面を有し、光の入射面である一端部
から入った光線が他端部における光出口面から又は他端
部にルーフプリズムがある場合には前記一端部から出て
行くまでに前記側面において繰り返し全反射されるよう
になっているソリッドステートレーザーロッドにおいて
、該ロッドの断面は多角形であり、光線は、前記入射面に光線が前記長手方向側面において
全反射され該ロッド内に角張った螺旋を描くような角度
と点で入射し、該ロッドの長さは、前記螺旋が整数回の回転となるよう
な長さである、レーザーロッド。
（２）前記ロッドの断面が四角形である、請求項１のレ
ーザーロッド。
（３）前記ロッドの断面が三角形である、請求項１のレ
ーザーロッド。
（４）少なくとも前記入射面がブルースター角で装置さ
れている、請求項１乃至３のレーザーロッド。
（５）複数のレーザー光線が、前記入射面における異な
る点から前記レーザーロッドに入ることを特徴とする、
請求項１乃至４のレーザーロッドを具えたソリッドステ
ートタイプレーザー装置。
（６）前記ロッドの端部に光線が軸に平行に入り又は出
るようにプリズム式端部部材を具えた、請求項１乃至５
のレーザーロッド。
（７）前記端部部材の一方が光線を偏向するためのルー
フプリズムと組合わされている、請求項６のレーザーロ
ッド。
（８）前記端部部材が頭部を切除したピラミッド形状で
あり、その基部が光の出入部となるシリンダー部につな
がっている、請求項６又は７のレーザーロッド。