JPH0482281A

JPH0482281A - 固体レーザー発振器

Info

Publication number: JPH0482281A
Application number: JP19680590A
Authority: JP
Inventors: Michio Oka; 美智雄岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1992-03-16
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: JP3060493B2

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〕本発明は固体レーザー発振器に関する。

［発明の概要〕本発明は、１対のミラー及びその１対のミラー間に配さ
れた固体レーザー媒質から成るレーザー共振器と、固体
レーザー媒質を励起するポンピング光を発生する励起光
源とを有する固体レーザー発振器において、固体レーザ
ー媒質の励起光源からのポンピング光が照射される部分
に、固体レーザー媒質より熱伝導率の高い光透過性ヒー
トシンクを設けたことにより、固体レーザー媒質の熱レ
ンズ効果、熱収差、熱複屈折等を低減できるので出力が
安定と成り、固体レーザー媒質の熱伝導率で決まる出力
限界を向上させることができ、且つ、固体レーザー発振
器の小型化が容易と成るものである。

〔従来の技術〕

固体レーザー発振器において、１対のミラー及びその１
対のミラー間に配された固体レーザー媒質から成るレー
ザー共振器の固体レーザー媒質の周囲に蝮旋状のフラッ
シュランプを配し、このフラッシュランプによって、レ
ーザー媒質にポンピング光を照射して、レーザー媒質を
励起するようにしたものがあるが、レーザー媒質の全体
を励起するため、変換効率が悪く、最大出力は熱的に限
界があった。

又、固体レーザー発振器において、１対のミラー及びそ
の１対のミラー間に配された固体レーザー媒質から成る
レーザー共振器の固体レーザー媒質を、半導体レーザー
（レーザーダイオード）からのポンピング光によって励
起するものがあるが、これはレーザー媒質の励起準位だ
けを励起し、且つ、レーザー媒質の発振領域のみを選択
的に励起するため、変換効率が頗る高く成る。

レーザーダイオードは出力がＩＷクラスのものもあり、
又、複数のレーザーダイオードからのレーザー光を光フ
アイババンドルを構成する各光ファイバに入射せ５め、
光フアイババンドルの他端からのレーザー光の束を、ポ
ンピング光としてレーザー媒質に照射せしめるようにし
たものもある。

又、かかる半導体レーザーを用いた固体レーザー発振器
としては、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧを用い、レ
ーザー媒質と出力ミラーとの間にＫＴＰ等の非線形光学
素子を配し、第２高調波光を出力レーザー光（数Ｗの出
力を有する）とじたものもある。

口発明が解決しようとする課題〕固体レーザー発振器において、その固体レーザー媒質を
励起するポンピング光の出力が高（成ると、そのポンピ
ング光によってレーザー媒質が局所的に加熱されるため
、そのレーザー媒質にその熱伝導率で決まる温度分布（
その−例を第７図に示す）が発生し、これによって、熱
レンズ効果、熱収差効果、熱複屈折等が発生し、又、レ
ーザー媒質の熱伝導率で決まる出力に限界があった。

尚、第７図は、半径が４ｍｒｎ、＆さが７ｍｍのＮｄ：
ＹＡＧのレーザーロットの図において右側の端面にポン
ピング光が照射されたときの、シュミレーション計算に
よる軸心を通る断面の上半分の温度分布を示し、数字は
等温線の温度の常温との差の温度（°　Ｃ）を示す。こ
こで、レーザーロッドの図において右側の端面には、断
熱材が配されているものとする。

かかる点に鑑み、本発明は　固体レーザー媒質の熱レン
ズ効果、熱収差、熱複屈折等を低減できるので出力が安
定と成り、固体レーザー媒質の熱伝導率で決まる出力限
界を向上させることができ、且つ、固体レーザー発振器
の小型化容易と成るものである。

３課題を解決するための手段〕本発明は、１対のミラー（６）　、（８）及びその１対
のミラー（６）　、（８）間に配された固体レーザー媒
質（５）から成るレーザー共振器Ｒ３と、固体レーザー
媒質（５）を励起するポンピング光を発生する励起光＃
（１）　とを有する固体レーザー発振器において、固体
レーザー媒質（５）の励起光源（１）からのポンピング
光が照射される部分に、固体レーザー媒質（５）より熱
伝導率の高い光透過性ヒートシンク（９）を設けたもの
である。

１作用〕かかる本発明によれば、レーザー媒質（５）の励起光源
（１）からのポンピング光の照射される部分の熱が、ヒ
ートシンク（９）によって放熱される。

Ｓ実施例〕以下に、図面を参照して、本発明の各実施例を詳細に説
明する。先ず、第１図を参照して、実施例（１）を説明
する。（５）は固体レーザー媒質（Ｎｄ：ＹＡＧから成
る円柱状のレーザーロッド）で、図において、左側の端
面に、ミラーコート（６）を介して、ダイアモンドから
成る円板状のヒートシンク（９）が貼付されている。ミ
ラーコート（６）は、ポンピング光り、を略１００％通
過させるも、出力レーザー光Ｌ２を略１００％反射させ
る。

ヒートシンク（９）の図において左側の端面には、ヒー
トシンク（９）をレーザー媒質（５）に付加したことに
よる光学損失を軽減するための無反射コー）　（１０）
が形成されている。レーザー媒質（５）の図において右
側には、所定間隅を置いて、出力ミラ（７）が配されて
いる。（８）は、その出力ミラー（７）に形成された凹
面ミラーコートである。このミラーコート（８）は、共
振器Ｒ５における発振し−ブー光の数％〜数１０％を通
過させ、残りの部分を反射する。

そして、ミラーコート（６）を介してヒートシンク（９
）が貼付されたレーザー媒質（５）及び凹面ミラーコー
ト（８）の形成された出力ミラー（７）にて、レーザー
共振器Ｒ３が構成される。

（１）は複数のレーザーダイオードで、各レーザーダイ
オード（１）からの出射レーザー光が、光フアイバハン
ドル（３）を構成する各光ファイバ（２）の各一端に入
射せしめられ、光フアイババンドル（３）の他端からの
レーザー光の束（ポンピング光）Ｌ、が集光レーザー（
４）によって集光せ巳められ、ヒートシンク（９）を透
過して、レーザー媒質（５）内に焦点を結ぶように、レ
ーザー媒質（５）に照射せしめられる。これによりレー
ザー媒質（５）が励起され、レーザー媒質（５）に固有
の波長の発振レーザー光が発生し、ミラーコー）　（６
）　、（８）間を繰り返し往復伝播し、その一部のレー
ザー光が出力レーザー光Ｌ２として出力ミラー（８）を
通過して共振器Ｒ３の外側に出射される。

尚、レーザー媒質（５）とヒートシンク（９）との接合
面では、若干の光学損失が認容されるため、その接合面
間に、シリコンコンパウンド等を塗布しても良い。

第６図に、半径が４ｍｍ、長さが７ｍｍのＮｄ：ＹＡＧ
のレーザー四ノドの図において右側の端面に厚さが１■
のダイアモンドから成る円板状のヒートシンクが貼付さ
れた場合の、そのヒートシンクの端面に、ポンピング光
が照射されたときの、シュミレーション計算による、軸
心を通断面の上半分の温度分布を示じ、数字は等温線の
温度の常温との差の温度（°Ｃ）を示す。

この第６図の温度分布を、第７図の従来例の温度分布と
比較すると、レーザー媒質にヒートシンクを設けたこと
によって、第７図に示したようにレーザー媒質の半径方
向に生していた温度分布が、第６図に示すようにヒート
シンクによって拡散されるように成ったことが分かる。

これにより、レーザー媒質の熱レンズ効果、熱収差効果
、熱複屈折が大幅に緩和される。

尚、ヒートシンク（９）の材料としては、ダイアモンド
の他にサファイア等も可能である。但し、ダイアモンド
の方がサファイアに比べて、大きな熱伝導率を有する。

以下に、Ｎｄ：ＹＡＧ、ダイアモンド及びサファイアの
熱伝導率を列挙する。

Ｎｄ　：　ＹＡＧ　：　　０．　１２に／ｃｍ−にダイ
アモンド：　ｌ　９　　　　Ｗ／ｃｍ−にサファイア　
：　　０．４６Ｗ／ｃｍ−に次に、第２図を参照して、
実施例（２）を説明する。この実施例（２）では、第１
図の実施例（１）において、レーザー媒質（５）及びヒ
ートシンク（９）の間にあったミラーコート（６）を、
無反射コート（１０）に代えて、ヒートシンク（９）の
端面に形成した場合で、その他の構成は、実施例（１）
と同様である。

この実施例のように、Ｎｄ　：　ＹＡＧのレーザー媒質
（５）に、ダイアモンドのヒートシンク（９）が直接貼
付されていると、Ｎｄ　：　ＹＡＧとダイアモンドの反
射率の違いから、その境界面での反射損が問題と成るが
、ヒートシンク（９）として、ダイアモンドに代えてサ
ファイアを使用すれば、Ｎｄ：　ＹＡＧとサファイアの
反射率の差は小さいので、境界面での反射損の問題はな
く成る。

次に、第３図を参照して、実施例（３）を説明する。こ
の実施例（３）では、第２図の実施例（２）において、
レーザー媒質（５）のヒートシンク（９）に対し反対側
の端面にも、ダイアモンドから成る円板状のヒートシン
ク（１１）を貼付すると共に、その図において右側の端
面上に、出力ミラー用の凹面状のミラーコート（８）を
形成した場合である。その他の構成は、実施例（２）と
同様である。

次に、第４図を参照して、実施例（４）を説明する。こ
の実施例（４）では、第３図の実施例（３）において、
ポンピング光Ｌ２の入射側のミラーコート（６）も凹面
ミラーにすると共に、出力ミラーとしてのミラーコート
（８）を、ポンピング光Ｌ１及び出力レーザー光Ｌ２に
対して、高反射率を有するするものにし、集光レンズ（
４）及びミラーコート（６）の間に、ポンピング光り、
は透過するが、出力レーザー光Ｌ２を反射する平面ミラ
ー（１２）を光軸に対し４５°の角度を成すように配置
するようにして、出力レーザー光Ｌ２をレーザー共振器
Ｒ３のボンピング光Ｌ１入射側から出力させるようにし
た場合である。

上述の各実施例ムニおいては、レーザー媒質（５）及び
ヒートシンク（９）等の各接合面を、出力レーザー光Ｌ
２の波長の１／１０程度までの平面度にして、貼付した
場合であるが、第５図に示す如く、レーザー媒質（５）
及びヒートシンク（９）等の接合面を、一方は曲率半径
の大きな球面に、他方は平面にして、両接合面を物理的
に接触させるようにしても良い。

尚、レーザー共振器Ｒ３内に非直線光学素子を配して、
発振レーザー光の第２高調波等の出力レーザー光を出力
させるようにした固体レーザー発振器にも、本発明を通
用することができる。

［発明の効果］上述せる本発明によれば、１対のミラー及びそ０１対の
ミラー間に配された固体レーザー媒質から成るレーザー
共振器と、固体レーザー媒質を励起するボンピング光を
発生する励起光源とを有する固体レーザー発振器におい
て、固体レーザー媒質の励起光源からのボンピング光が
照射される部分に、固体レーザー媒質より熱伝導率の高
い光透過性ヒートシンクを設けたので、固体レーザー媒
質の熱レンズ効果、熱収差、熱複屈折等を低減できるの
で出力が安定と成り、固体レーザー媒質の熱伝導率で決
まる出力限界を向上させることができ、且つ、固体レー
ザー発振器の小型化が容易と成る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図及び第５図は夫々本発
明の各実施例を示す配置図、第６図は実施例のレーザー
媒質の温度分布を示す分布図、第７図は従来例のレーザ
ー媒質の温度分布を示す分布図である。（１）はレーザーダイオード、（２）は光ファイバ、（
３）は光フアイババンドル、（４）は集光レンズ、（５
）はレーザー媒質、（６）はミラーコート、（７）は出
力ミラー、（８）はミラーコート、（９）はヒートシン
ク、（１０）は無反射コート、（１１）はヒートシンク
、（１２）はミラーである。実施例の温度分布第６図

Claims

【特許請求の範囲】　１対のミラー及び該１対のミラー間に配された固体レ
ーザー媒質から成るレーザー共振器と、上記固体レーザ
ー媒質を励起するポンピング光を発生する励起光源とを
有する固体レーザー発振器において、上記固体レーザー媒質の上記励起光源からのポンピング
光が照射される部分に、上記固体レーザー媒質より熱伝
導率の高い光透過性ヒートシンクを設けたことを特徴と
する固体レーザー発振器。