半導体レーザー励起固体レーザー装置
【課題】装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性が優れた半導体レーザー励起固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【解決手段】レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に励起光を入射してレーザー発振させ、レーザー共振器からレーザー光を出力する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、筐体内にレーザー媒質を保持するとともに熱伝導特性の優れた素材により構成される保持手段と、保持手段におけるレーザー媒質の近傍に位置するように配設される加熱手段と、保持手段におけるレーザー媒質と加熱手段との間に配置されるとともにレーザー媒質の近傍の温度を計測する測温手段と、測温手段によるレーザー媒質近傍の温度の測温結果に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを有し、保持手段における排熱と加熱手段による加熱によりレーザー媒質近傍の温度を一定に保つようにした。
【解決手段】レーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に励起光を入射してレーザー発振させ、レーザー共振器からレーザー光を出力する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、筐体内にレーザー媒質を保持するとともに熱伝導特性の優れた素材により構成される保持手段と、保持手段におけるレーザー媒質の近傍に位置するように配設される加熱手段と、保持手段におけるレーザー媒質と加熱手段との間に配置されるとともにレーザー媒質の近傍の温度を計測する測温手段と、測温手段によるレーザー媒質近傍の温度の測温結果に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを有し、保持手段における排熱と加熱手段による加熱によりレーザー媒質近傍の温度を一定に保つようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、さらに詳細には、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を励起光として用い、当該励起光により固体レーザー媒質を励起する固体レーザー装置である半導体レーザー励起固体レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を励起光として用い、当該励起光により固体レーザー媒質を励起する固体レーザー装置である半導体レーザー励起固体レーザー装置が知られている。
【０００３】
こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、励起光源たる半導体レーザーから出力された半導体レーザー光たる励起光が照射される固体レーザー媒質（以下、励起光が照射される固体レーザー媒質を、単に、「レーザー媒質」と適宜に称することとする。）として、Ｎｄ：ＹＶＯ４（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｏｒｔｈｏｖａｎａｄａｔｅ）やＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）などが一般的に使用される。
【０００４】
ここで、Ｎｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＹＡＧなどをレーザー媒質として用いた小型の半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、一般に、ファイバーカップルされた半導体レーザーを用いて、ファイバーを介してレーザー媒質の端面から励起光を照射する手法が採用されている。
【０００５】
こうした励起の手法を採用する理由としては、ファイバーカップルされた半導体レーザーを用いてファイバーを介してレーザー媒質の端面から励起光を照射すると、半導体レーザーによる励起光の照射によりレーザー媒質内に作られる励起ボリュームと共振器のモードボリュームとの重なりが良好になり、効率良くレーザーエネルギーを得ることができるようになるからである。
【０００６】
そして、その結果、半導体レーザーが出力する励起光の励起パワーが小さくてすみ、レーザー媒質における熱の発生を小さく抑えることができるようになるため、半導体レーザー励起固体レーザー装置の出力が１０Ｗを超えるものであっても、レーザー媒質を空冷により冷却することが可能となるものであった。
【０００７】
ここで、レーザー媒質における冷却あるいは排熱が十分に行われない場合には、レーザー媒質が高温になり、レーザー媒質が高温になることにより、熱レンズ効果が強く発生し、レーザー媒質の端面における球面収差の影響により、レーザー出力に限界を生じさせてしまう。
【０００８】
さらに、レーザー媒質における冷却あるいは排熱が十分に行われない場合には、レーザー媒質により生じる歪みによりレーザー媒質自体が損傷してしまう。
【０００９】
このため、こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー媒質の冷却あるいは排熱を十分に行えるような構成を備えている。
【００１０】
具体的には、低出力の半導体レーザー励起固定レーザー装置においては、レーザー媒質と緊密に接触し、筐体内部において当該レーザー媒質を保持する金属部品たるレーザー媒質ホルダーを利用して伝熱することにより、レーザー媒質に生じた熱の排熱を実現している。
【００１１】
なお、こうした金属部品たるレーザー媒質ホルダーには、例えば、フィンや熱拡散プレートなどが取り付けられており、効率良く排熱することができるように工夫されている。
【００１２】
ところで、半導体レーザーが出力する励起光の励起パワーが１０Ｗを超えるような高出力励起による半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー媒質と緊密に接触しているレーザー媒質ホルダーが熱的な平衡に達するまでに時間がかかるため、当該半導体レーザー励起固体レーザー装置のウォームアップに長い時間を必要とすることが指摘されていた。
【００１３】
また、レーザー媒質の排熱は筐体外部に向けて行われるものであるが、筐体の周囲の温度が変化するような場合には、その変化に伴って筐体の温度が変化することによりレーザー媒質ホルダーを介してレーザー媒質の温度も変化し、半導体レーザー励起固体レーザー装置のレーザー出力自体が変動してしまうものであった。
【００１４】
このため、従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー媒質を緊密に接触して保持するレーザー媒質ホルダーの恒温化を図る必要があり、レーザー媒質ホルダーの恒温化のため、筐体に水冷ヒートシンク、ＴＥクーラー、ファンあるいはヒーターなどを配設して、筐体を介してレーザー媒質ホルダーの温度を一定に保つような工夫がなされていた。
【００１５】
具体的には、例えば、特許文献１として提示する特開２０００−１６４９５８号公報に開示された技術や特許文献２として提示する特表２００２−５３０８９９号公報に開示された技術によれば、レーザー媒質の近傍に放熱フィンなどの冷却ユニットや水冷ヒートシンク、ＴＥクーラー、ファンなどの構成を設けることにより、筐体外部から能動的に熱的な制御を行って、レーザー媒質における熱レンズ効果を安定化して、安定したレーザー発振を行うようにしている。
【００１６】
また、特許文献２に開示された技術によれば、レーザー媒質と緊密に接触する金属部品をフィンまたは熱拡散プレートに取り付けることにより、フィンや熱拡散プレートが配設された筐体の外部に排熱を行うことで、受動的に熱的な制御を行って、レーザー媒質における熱レンズ効果を安定化して、安定したレーザー発振を行うようにしている。
【００１７】
しかしながら、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、特許文献１および特許文献２に記載されているような、レーザー媒質ホルダーを能動的な制御によって冷却する構成では、装置全体が複雑かつ大型化しまっていた。
【００１８】
また、特許文献１および特許文献２に開示された技術においては、レーザー媒質ホルダーを能動的あるいは受動的な制御によって冷却するため、レーザー媒質に入出する熱量が変化した場合には、レーザー媒質が熱的に平衡状態になるまで時間を要することとなり、平衡状態になるまでのレーザー媒質の温度変化に伴ってレーザーの出力が変動してしまっていた。
【００１９】
さらに、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、冷却装置などのアクティブな付帯設備を用いて筐体外部から能動的に熱的な制御を行うことなく、フィンや熱拡散プレートなどを使用して受動的に熱的な制御を行う場合には、冷感時にレーザー発振を開始すると、図１（ａ）に示すように、半導体レーザー励起固体レーザー装置からのレーザー出力が、予め設定した所望の値αを一度大きく超えた後に所望の値αに徐々に移行したり、あるいは、図１（ｂ）に示すように、半導体レーザー励起固体レーザー装置からのレーザー出力が、予め設定した所望の値αより著しく低い値から徐々に所望の値αに移行したりするなどの現象が見られていた。
【００２０】
即ち、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、受動的な制御により冷却が行われる場合には、冷感時にレーザー発振を開始した際、レーザー発振開始直後に所望のレーザー出力が得られず、レーザー発振開始後に徐々に所望のレーザー出力が得られるようになるという立ち上がり応答特性が現出することになる。
【００２１】
従って、こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置をレーザー加工などに応用した場合には、レーザー加工開始部分において加工が浅くなったり深くなったりするという不具合が生じる恐れがあった。
【００２２】
なお、こうした現象は、レーザー発振時とレーザー非発振時とでレーザー媒質の温度が異なることにより、レーザー媒質内で生じる熱レンズ効果が変化することに起因するものであった。
【００２３】
つまり、レーザー非発振時には、レーザー媒質が吸収した半導体レーザーによる励起光のエネルギーは、ほとんど光エネルギーに変化しないため熱に変化し、レーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度を上昇させるように作用する。
【００２４】
これに対し、レーザー発振時には、レーザー媒質が吸収した半導体レーザーによる励起光のエネルギーは、光エネルギーとなってレーザー出力されるため、レーザー非発振時に比べてレーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度は下がることとなる。
【００２５】
こうしたレーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度変化が、半導体レーザー励起固体レーザー装置のレーザー出力変動の主な原因であると認識されている。
【００２６】
また、レーザー媒質の周辺の温度が変化する、つまり、半導体レーザー励起固体レーザー装置の周辺環境温度が変化すると、レーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度も周辺環境温度と連動して変化してしまい、その結果、半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー出力が変化してしまっていた。
【００２７】
さらに、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、受動的な制御により冷却が行われる場合には、励起光たる半導体レーザー光の出力を変更するなどの設定を変更したときには、当該設定の変化に伴ってレーザー媒質ホルダーの温度が変化してしまい、冷感時と同様に、設定変更直後に所望のレーザー出力が得ることができず、設定変更後に徐々に所望の出力が得られるようになるという立ち上がり応答特性が現出することになってしまっていた。
【００２８】
このため、装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性に優れ、周辺の温度の変動に対して影響を受け難い半導体レーザー励起固体レーザー装置の実現が強く望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２０００−１６４９５８号公報
【特許文献２】特表２００２−５３０８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性に優れた半導体レーザー励起固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【００３１】
また、本発明の目的とするところは、周辺環境の温度の変動に対して影響を受け難い半導体レーザー励起固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体レーザーより出射された半導体レーザー光を励起光として、該励起光をレーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に入射してレーザー発振させ、上記レーザー共振器からレーザー光を出力する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、筐体内に固体レーザー媒質を保持するとともに、熱伝導特性の優れた素材により構成されるレーザー媒質保持手段と、上記レーザー媒質保持手段における上記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設される加熱手段と、上記レーザー媒質保持手段における上記固体レーザー媒質と上記加熱手段との間に配置されるとともに、上記固体レーザー媒質の近傍の温度を計測する測温手段と、上記測温手段による上記固体レーザー媒質近傍のレーザー媒質保持手段の温度の測温結果に基づいて、上記加熱手段を制御する制御手段とを有し、上記レーザー媒質保持手段における排熱と上記加熱手段による加熱とにより上記固体レーザー媒質近傍の温度を一定温度に保つようにしたものである。
【００３３】
また、本発明は、上記した発明において、上記レーザー媒質保持手段は、略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部を形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部と、所定の空間を形成するようにして上記基台部に融着されてネジにより上記基台部に固定された略直方体の接合部材とを有し、上記固体レーザー媒質は、上記所定の空間において、上記基台部および上記接合部材との当接面において融着して固定的に配設されるようにしたものである。
【００３４】
また、本発明は、上記した発明において、上記加熱手段は、保持板によって上記基台部と挟持されるようにして上記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設されるようにしたものである。
【００３５】
また、本発明は、上記した発明において、上記制御手段は、半導体レーザーから出射される半導体レーザー光による熱量の減少分を補完するようにして、最小限のエネルギーによって上記加熱手段を制御するようにしたものである。
【００３６】
また、本発明は、上記した発明において、上記制御手段は、上記レーザー媒質保持手段の温度を４０℃〜１００℃の範囲内の所望の温度で、精度±２℃以下に維持するように制御するようにしたものである。
【００３７】
また、本発明は、上記した発明において、上記レーザー共振器内にＱスイッチを有するようにしたものである。
【００３８】
また、本発明は、上記した発明において、上記レーザー共振器内に非線形光学結晶を有するようにしたものである。
【００３９】
また、本発明は、上記した発明において、上記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、上記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が１０６４ｎｍであり、レーザー出力が８Ｗ以上であるようにしたものである。
【００４０】
また、本発明は、上記した発明において、上記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、上記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が５３２ｎｍであり、レーザー出力が５Ｗ以上であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、以上説明したように構成されているので、装置全体の構成を簡潔かつ小型化することができるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性を向上することができるという優れた効果を奏する。
【００４２】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、周辺環境の温度の変動に対して影響を受け難いという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）（ｂ）は、従来技術を用いた際の半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー出力の立ち上がり応答特性を示したグラフであり、また、図１（ｃ）は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー出力の立ち上がり応答特性を示したグラフである。
【図２】図２（ａ）は、上面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図であり、また、図２（ｂ）は、右側面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図である。
【図３】図３（ａ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの正面図であり、また、図３（ｂ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの右側面図であり、また、図３（ｃ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの平面図である。
【図４】図４は、実験に用いたレーザー媒質ホルダーの温度を変化させたときのレーザー出力を測定した結果を示し、レーザー媒質ホルダーの温度変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。
【図５】図５は、ヒーターによる加熱を行わないときのレーザー発振時における周辺環境温度の変化に対するレーザー媒質ホルダーの温度の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、ヒーターによる加熱を行わないときのレーザー発振時における周辺環境温度の変化に対するレーザー出力の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、レーザー媒質ホルダーの温度が常に３５℃ならびに４０℃になるよう温度制御されたときのレーザーの入出力特性を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー媒質ホルダーの温度と出力との関係を示すグラフであり、また、図８（ｂ）は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー媒質ホルダーの温度と出力との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置においてレーザー共振器内にＱスイッチを配置した状態を示すものであって、筐体のみを破断して平面から見た状態の概略構成説明図である。
【図１０】図１０は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置においてレーザー共振器内に非線形光学素子を配置した状態を示すものであって、筐体のみを破断して平面から見た状態の概略構成説明図である。
【図１１】図１１は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置における基本波と第２高調波とについて、実験に用いたレーザー媒質ホルダーの温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果を示し、レーザー媒質ホルダーの温度の変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００４５】
図２（ａ）には、上面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されており、また、図２（ｂ）には、右側面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。
【００４６】
この半導体レーザー励起固体レーザー装置１０は、後述する出力ミラー２０ａと高反射ミラー２０ｂとによりレーザー共振器が構成されており、このレーザー共振器内にレーザー媒質１６が配置されている。
【００４７】
より詳細には、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０は、ファイバー２８をカップルされた半導体レーザー１２と、半導体レーザー１２より生成されてファイバー２８を介して出射される半導体レーザー光たる励起光を平行光とするためのコリメーターレンズ１４ａと、コリメーターレンズ１４ａで平行光とされた励起光を集光するための集光レンズ１４ｂと、集光レンズ１４ｂにより集光された励起光によりレーザー発振するレーザー媒質１６と、レーザー媒質１６を保持するレーザー媒質ホルダー１８と、レーザー媒質１６から誘導放出されたレーザー光の波長に対して所定の透過率を持つ出力ミラー２０ａと、ファイバー２８を介して出射された励起光の波長を透過するとともにレーザー媒質１６から誘導放出されたレーザー光の波長を高反射率で反射する高反射ミラー２０ｂと、ファイバー２８から出力される励起光をレーザー共振器内に入射するための入射ウインドウ２２ａおよび出力ミラー２０ａからレーザー共振器の外部へ出力されたレーザー光を出射するための出射ウインドウ２２ｂが設けられた筐体２４とを有して構成されている。
【００４８】
なお、筐体２４は、レーザー媒質ホルダー１８などが配置される筐体底部２４ａ−１と筐体底部２４ａ−１から立設された筐体側壁部２４ａ−２とよりなる筐体基部２４ａと、筐体基部２４ａの上面を閉塞するための筐体蓋部２４ｂとより構成されている。
【００４９】
入射ウインドウ２２ａならびに出射ウインドウ２２ｂは、対向して配置される筐体側壁部２４ａ−２にそれぞれ形成されている。
【００５０】
ここで、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０におけるレーザー媒質ホルダー１８の構成ならびにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４の筐体底部２４ａ−１へ取り付けるための構成を除く他の構成については、従来より公知の技術を援用することができるものであるので、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略し、以下においては、レーザー媒質ホルダー１８の構成ならびにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４の筐体底部２４ａ−１へ取り付けるための構成を中心に詳細に説明する。
【００５１】
まず、図３（ａ）には、レーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の正面図が示されており、また、図３（ｂ）には、レーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の右側面図が示されており、また、図３（ｃ）には、レーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の平面図が示されている。
【００５２】
このレーザー媒質ホルダー１８は、略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部１８ｄ、１８ｅを形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部１８ａと、所定の空間１８ｃを形成するようにして基台部１８ａに融着され、さらに、ネジ１８ｂａ、１８ｂｂにより基台部１８ａに固定された略直方体の接合部材１８ｂとを有して構成されている。
【００５３】
そして、基台部１８ａと接合部材１８ｂとにより形成された空間１８ｃに、レーザー媒質１６が配設されている。レーザー媒質１６の側面と基台部１８ａならびに接合部材１８ｂとの当接面は融着されていて、レーザー媒質１６は空間１８ｃの高さ方向における所定の位置に固定的に配設されている。
【００５４】
具体的には、空間１８ｃ内において、レーザー媒質１６は上下方向ではレーザー媒質ホルダー１８に接することなしに左右方向でのみ固定され保持されている。
【００５５】
また、凸部１８ｄ、１８ｅには、高さ方向に貫通する楕円形状の長孔１８ｄａ、１８ｅａが穿設されている。そして、この長孔１８ｄａ、１８ｅａの任意の位置にそれぞれネジ１８ｄｂ、１８ｅｂを挿通して、そのネジを筐体底部２４ａ−１に形成されたネジ穴２４ａ−１ａにネジ結合することにより、レーザー媒質ホルダー１８を位置調整可能に筐体底部２４ａ−１に固定することができるように構成されている。
【００５６】
さらに、この半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、レーザー媒質１６の近傍に位置するようにヒーター３０が配設されており、ヒーター３０とレーザー媒質１６との間に温度を計測する温度センサー３２が設けられている。
【００５７】
具体的には、ヒーター３０は、基台部１８ａの左側面１８ａａに設けられた凹部１８ａｂに、その一部を嵌め込むようにして配設されるとともに、ネジ３４ａ、３４ｂにより基台部１８ａに固定される保持板３４によって、保持板３４と基台部１８ａとにより挟持されるようにして固定的に配設される。
【００５８】
また、温度センサー３２は、基台部１８ａの上面１８ａｃに設けられた孔１８ａｄに差し込まれるとともに、保持板３４により基台部１８ａに固定的に配設されたヒーター３０とレーザー媒質１６との間にセンサー部３２ａが位置するようにして配設される。
【００５９】
なお、こうしたヒーター３０および温度センサー３２は図示しない温度コントローラーに接続されており、温度センサー３２で計測した温度に基づいて、当該温度コントローラーによりヒーター３０が制御されるようになされている。
【００６０】
こうした温度コントローラーは、例えば、温度センサー３２により計測される温度が、後述するように、レーザー出力が１０Ｗ以上となる４０℃〜１００℃の範囲の所望の温度で、精度±２℃以下となるように、ヒーター３０を制御する。
【００６１】
また、レーザー媒質ホルダー１８を構成する基台部１８ａ、接合部材１８ｂおよびネジ１８ｂａ、１８ｂｂ、１８ｄｂ、１８ｅｂは、熱伝導特性の優れた材料、具体的には、金属、例えば、銅により構成し、さらに、筐体２４については、熱伝導特性が高い材料、例えば、金属などにより構成する。
【００６２】
例えば、銅の熱伝導率は「３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であるが、銅や銅と同程度の熱伝導率の材料であるならば、レーザー媒質ホルダー１８を構成する基台部１８ａ、接合部材１８ｂおよびネジ１８ｂａ、１８ｂｂ、１８ｄｂ、１８ｅｂや筐体２４に用いて好適である。
【００６３】
なお、銀の熱伝導率は「４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であり、金の熱伝導率は「３２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であり、アルミニウムの熱伝導率は「２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であるので、こうした材料や銅を含むこれらの材料の合金などを用いるようにしてもよい。
【００６４】
以上の構成において、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を用いてレーザーを発振するには、まず、ファイバー２８にカップリングされた半導体レーザー１２より、入射ウインドウ２２ａからファイバー２８を介して筐体２４内に半導体レーザー光たる励起光を入射し、コリメーターレンズ１４ａにおいて入射された励起光を平行光にする。
【００６５】
そして、平行光とされた励起光を集光レンズ１４ｂにおいて集光し、集光した励起光をレーザー媒質１６に入射する。
【００６６】
このレーザー媒質１６への励起光の入射によりレーザー媒質１６からレーザー光が誘導放出される。
【００６７】
この誘導放出されたレーザー光は、出力ミラー２０ａと高反射ミラー２０ｂとからなるレーザー共振器において増幅され、増幅されたレーザー光は透過性のある出力ミラー２０ａからレーザー共振器の外部へ出力され、出射ウインドウ２２ｂを通って半導体レーザー励起固体レーザー装置１０の外部へ出力される。
【００６８】
この際に、温度コントローラー（図示せず。）により温度センサー３２における計測温度に基づいて、ヒーター３０を制御することによって、レーザー媒質ホルダー１８を所定の温度で恒温化することで、変動率の小さいレーザー出力を得ることができる。
【００６９】
即ち、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、熱伝導特性の優れたレーザー媒質ホルダー１８により排熱を行いながら、温度コントローラー（図示せず。）に接続されたヒーター３０により、レーザー媒質ホルダー１８を加温して恒温化するため、レーザー発振時、レーザー非発振時によらずレーザー媒質ホルダー１８を恒温化することができるため、レーザー発振直後から安定したレーザー出力を得ることができるとともに、レーザー媒質ホルダー１８が周辺環境温度の影響を受けにくくなり、周辺環境温度が変化しても安定したレーザー出力を得ることができる。
【００７０】
また、ヒーター３０をレーザー媒質１６の近傍に位置するように配設したため、ヒーター３０においてはレーザー媒質ホルダー１８を温めるだけの最低限のパワーがあればよく、こうしたヒーター３０のパワーは、筐体全体を恒温化するような従来の方法と比較して、はるかに小さいパワーでよい。
【００７１】
例えば、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を使用する際の周辺環境温度が常温付近であれば、ヒーター３０のパワーは半導体レーザー１２のパワーと同程度のワット数で良いこととなる。
【００７２】
次に、本願発明者が上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を用いて行った実験結果について詳細に説明する。なお、実験は、以下の条件において行った。
【００７３】
１．材料
半導体レーザー１２の材料 ＧａＡｓ
レーザー媒質１６の材料 Ｎｄ：ＹＶＯ４
レーザー媒質ホルダー１８の材料 銅
筐体２４の材料 アルミニウム合金
２．機器
ヒーター３０ 坂口電熱社製ＭＳ−３
温度センサー３２ 石塚電子社製１０３ＥＴ
３．半導体レーザー１２により出力される励起光
ファイバー２８のファイバーコア径 ４００μｍ
波長 ８０８．５ｎｍ
エネルギー ５０Ｗ
４．出力されるレーザー光
波長 １０６４ｎｍ
ここで、図４には、レーザー媒質ホルダー１８の温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果が示されている。即ち、図４は、レーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係を示すグラフである。
【００７４】
なお、上記したように、レーザー媒質１６としては、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いており、レーザー出力されたレーザー光は基本波であってその波長は１０６４ｎｍである。
【００７５】
図４に示されているように、レーザー媒質ホルダー１８の温度が変化すると、その変化に伴ってレーザー出力も変化し、レーザー媒質ホルダー１８の温度が８０℃のときにピークを迎えている。そして、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６０℃〜１００℃の間では、レーザー出力の変動が小さいことがわかる。
【００７６】
ここで、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置することなしにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合では、周辺環境温度が２５℃のときには、レーザー媒質ホルダー１８の温度はレーザー非発振時に約６５℃となり、レーザー発振時には約４０度となる。
【００７７】
これを図４にあてはめてみると、レーザー発振直後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態にあり、レーザー発振が安定した後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＢの状態にあることを示す。
【００７８】
従って、レーザー発振する際には、レーザー出力はレーザー発振直後に１１．９Ｗとなり徐々に低下して１０．０Ｗで安定化する。
【００７９】
つまり、この場合のレーザーの立ち上がり応答特性は、図１（ａ）に示すようになり、レーザー発振直後から安定した出力を得ることができない。
【００８０】
これに対して、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定し、温度コントローラー（図示せず。）の制御によりレーザー媒質ホルダー１８の温度が所定の温度になるように設定した場合では、当該所定の温度を６５℃と設定すると、周辺環境温度が２５℃のときは、レーザー非発振時には、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６５℃となるため温度コントローラー（図示せず。）の制御によるヒーター３０による加熱を行わず、レーザー発振時には、何もしないとレーザー媒質ホルダー１８の温度が４０℃まで低下してしまうので、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の温度の計測結果に基づく温度コントローラー（図示せず。）の制御により、ヒーター３０による加熱が行われて、レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に６５℃に保つようになされる。
【００８１】
これを図４にあてはめてみると、レーザー発振直後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態にあり、レーザー発振が安定した後にもレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態であることを示す。
【００８２】
従って、レーザー発振する際には、レーザー出力はレーザー発振直後から１１．９Ｗとなり、１１．９Ｗで安定する。
【００８３】
つまり、この場合には、レーザー出力がレーザー発振直後からほぼ一定の値を示すようになり、レーザー立ち上がり応答特性は、図１（ｃ）に示すように、レーザー発振直後から安定した出力を得ることができる。
【００８４】
即ち、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の温度の計測結果に基づく温度コントローラー（図示せず。）の制御によって、ヒーター３０によりレーザー媒質ホルダー１８の温度を常に所定の温度に保つようにすることで、レーザー媒質ホルダー１８のレーザー発振時、非発振時における温度が、常に所定の温度近傍の数値を示し、レーザー発振時とレーザー非発振時とにおけるレーザー媒質ホルダーの温度差が小さくなる。
【００８５】
その結果、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配設しない半導体レーザー励起固体レーザー装置に比べて、半導体レーザー励起固体レーザー１０においては、レーザー出力の変動が抑制されて安定したレーザー出力を得ることができる。
【００８６】
次に、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定し、温度コントローラー（図示せず。）の制御によりレーザー媒質ホルダー１８の温度が常に所定の温度になるようにヒーター３０を制御する場合、つまり、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御が可能な場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御を行わない際の、レーザー発振時（レーザーを連続運転して、定常状態になった時点）における周辺環境温度に対するレーザー媒質ホルダー１８の温度の変化を図５に示す。
【００８７】
なお、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御が可能な場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御を行わない際とは、実質的に、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置することなしにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定する場合に相当するものである。
【００８８】
また、レーザー発振条件としては、
半導体レーザー１２の電流値 ５０Ａ固定
レーザー出力 周辺環境温度２５℃で１０．０Ｗ
である。
【００８９】
図５に示すように、周辺環境温度が０℃〜５０℃まで変化すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は１５℃〜６５℃まで変化している。
【００９０】
これは、周辺環境温度の変化に影響されてレーザー媒質ホルダー１８の温度が連動して変化し、周辺環境温度の変化量５０℃がそのままレーザー媒質ホルダー１８の温度の変化量となっている。
【００９１】
この条件において、周辺環境温度が１５℃〜４０℃まで変化すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は３０℃〜５５℃まで変化することとなり、このときのレーザー出力は、図６に示すように、８．７Ｗ〜１１．２Ｗまで変化してしまう。
【００９２】
このため、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御が可能な場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御を行わない際には、レーザー発振時において周辺環境温度の変化がレーザー出力に大きな影響を及ぼすことになる。
【００９３】
つまり、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置することなしにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定する場合においても、レーザー発振時において周辺環境温度の変化がレーザー出力に大きな影響を及ぼすということになる。
【００９４】
しかしながら、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の計測温度が常に５５℃になるように、温度コントローラー（図示せず。）によってヒーター３０による加熱を制御すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は周辺温度の影響に関わらず常に一定となるので、レーザー出力は１１．２Ｗに保たれることとなる。
【００９５】
仮に、レーザーをＯＮ−ＯＦＦさせる（レーザーの発振、非発振状態を切り替える）場合では、レーザーＯＦＦ時（非発振時）には、レーザー媒質ホルダー１８の温度は周辺環境温度が２５℃のときに最大６５℃に達するため、温度コントローラー（図示せず。）によりヒーター３０による加熱を制御して、レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に６５℃になるように設定すると、周辺環境温度、レーザー発振直後であるか否かなどに関わらず、レーザー出力を常に１１．９Ｗに保つことができるようになる。
【００９６】
このように、レーザー出力を安定させる場合には、周辺環境温度、レーザー非発振状態のときに達する温度のうち、高い方の温度をレーザー媒質ホルダー１８の温度となるように温度コントローラー（図示せず。）において設定すればよい。
【００９７】
以上においては、半導体レーザー１２の励起強度が一定の状態における半導体レーザー励起固体レーザー装置１０のレーザー出力の変動について説明したが、次に、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０のレーザー出力をコントロールするために半導体レーザー１２の励起強度を変化させる場合について、図７を参照しながら、詳細に説明することとする。
【００９８】
この図７には、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配設してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度が常に３５℃になるように温度制御したときと、レーザー媒質ホルダー１８の温度が常に４０℃になるように温度制御したときのレーザーの入出力特性が示されている。
【００９９】
即ち、この図７においては、レーザー媒質ホルダー１８の温度を３５℃および４０℃に設定したときの、半導体レーザー１２に供給する電流値に対する半導体レーザー励起固体レーザー装置１０から出射されるレーザー出力が示されている。
【０１００】
図７に示すように、レーザーの入出力特性はレーザー媒質ホルダー１８の温度により、一般的には異なるものである。
【０１０１】
ここで、レーザー媒質ホルダー１８の温度を制御しない場合、周辺環境温度が２５℃で半導体レーザー１２に５０Ａの電流を流し、連続発振させ続けるとレーザー出力は１０Ｗとなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度は４０℃で安定する。これは、図７のＤに示す状態である。
【０１０２】
これに対し、周辺環境温度が２５℃で半導体レーザー１２に４５Ａの電流を流し、連続発振させ続けるとレーザー出力は４Ｗとなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度は３５℃で安定する。これは、図７のＥに示す状態である。
【０１０３】
ここで、半導体レーザー１２に供給する電流値を５０Ａから４５Ａに変更して、レーザーの出力をコントロールする場合について説明する。
【０１０４】
即ち、半導体レーザー１２を電流値５０Ａで連続発振させると、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０より出力されるレーザーは１０Ｗ（図７のＤで示す状態）で安定し、レーザー出力をコントロールするために電流値を急激に下げて電流値を４５Ａにした場合には、半導体レーザー１２に供給する電流値の変更直後は、レーザー媒質ホルダー１８の温度が４０℃のままであるため、出力されるレーザーは５．４Ｗ（図７のＦで示す状態）となる。
【０１０５】
その後、半導体レーザー１２の励起強度が減少したためにレーザー媒質ホルダー１８の温度が徐々に下がり、レーザー媒質ホルダー１８の温度の低下に伴ってレーザー出力も徐々に低下し、最終的にレーザー出力が４Ｗ（図７のＥで示す状態）となる。
【０１０６】
つまり、半導体レーザー１２に供給する電流値を調整して半導体レーザー励起固体レーザー装置１０のレーザー出力を調整する場合には、電流値を変更した後に徐々に所定のレーザー出力になるものであった。
【０１０７】
こうした場合において電流値を変更した後にレーザー出力を直ちに安定させるようにするには、レーザー媒質ホルダー１８の温度を、変更前の電流値と変更後の電流値とでより高いレーザー出力を示す温度に設定すればよい。
【０１０８】
つまり、図７に示すような場合には、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の温度の計測結果に基づく温度コントローラー（図示せず。）の制御によって、ヒーター３０によりレーザー媒質ホルダー１８の温度を常に４０℃以上になるように設定すればよい。
【０１０９】
さらに、レーザー発振停止（レーザー非発振時）を考慮するならば、レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に６５℃以上になるように設定すればよい。
【０１１０】
レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に４０℃以上になるように設定した場合には、レーザー非発振状態からレーザー発振状態に移行する際に、レーザー媒質１６に入射される半導体レーザー１２の光量が低下して半導体レーザー１２からの熱量が低減しても、ヒーター３０によりレーザー媒質ホルダー１８を介してレーザー媒質１６が加熱される。
【０１１１】
このため、半導体レーザー１２に供給する電流値が５０Ａから４５Ａへと変更しても、常に、図７における◆印で示す曲線にしたがったレーザー出力となり、半導体レーザー１２の電流値変更後に直ちにレーザー出力を安定化することができる。
【０１１２】
以上において説明したように、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、温度コントローラー（図示せず。）により温度センサー３２における計測温度に基づいて、ヒーター３０を制御することによって、レーザー媒質ホルダー１８を所定の温度で恒温化して、変動率の小さいレーザー出力を得ることができる。
【０１１３】
即ち、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、熱伝導特性の優れたレーザー媒質ホルダー１８によりレーザー媒質１６の排熱を行いながら、温度センサー３２の計測結果に基づいて温度コントローラー（図示せず。）により制御されたヒーター３０によってレーザー媒質ホルダー１８を加熱して恒温化するため、レーザー発振時、レーザー非発振時によらずレーザー媒質ホルダー１８を恒温化することができる。
【０１１４】
このため、レーザー媒質１６を恒温化することとなり、レーザー媒質１６の熱レンズ効果を安定化することができ、これにより、レーザー発振直後から安定したレーザー出力を得ることができる。
【０１１５】
さらに、レーザー媒質ホルダー１８を恒温化することにより、レーザー媒質ホルダー１８が周辺環境温度の影響を受けにくくなり、レーザー媒質１６の熱レンズ効果が安定化し、周辺環境温度が変化しても安定したレーザー出力を得ることができるようになる。
【０１１６】
また、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、ヒーター３０をレーザー媒質１６の近傍に位置するように配置したため、ヒーター３０においてはレーザー媒質ホルダー１８を温めるだけの最低限のパワーがあればよく、こうしたヒーター３０のパワーは、筐体全体を恒温化するような従来の方法と比較して、はるかに小さいパワーでよい。
【０１１７】
具体的には、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を使用する際の周辺環境温度が常温付近であれば、ヒーター３０のパワーは半導体レーザー１２のパワーと同程度のワット数で良いこととなる。
【０１１８】
つまり、ヒーター３０による加熱は、半導体レーザーによる熱量の減少分を補うようにして、最小限のエネルギーによって制御されることになる。
【０１１９】
これにより、図８（ａ）（ｂ）に示すように、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置では、レーザー媒質ホルダーの温度変化が大きいためレーザー出力の変動が大きくなっているのに対し（図８（ａ）を参照する。）、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０では、レーザー媒質ホルダー１８の温度が一定に制御されているためレーザー出力に変動がないようになる（図８（ｂ）を参照する。）。
【０１２０】
さらに、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、長時間使用していない場合には、レーザー媒質が完全に冷却しているため、半導体レーザー照射後にレーザー媒質ホルダーが所定の温度に達するまでに時間、つまり、ウォームアップタイムが長くなり、安定的にレーザーを出射するまでに時間がかかっていた。
【０１２１】
しかしながら、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、ヒーター３０がレーザー媒質ホルダー１８を加熱するため、ウォームアップタイムが従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置に比べて短縮することができるようになる。
【０１２２】
ここで、励起強度が大きいレーザー、つまり、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、半導体レーザーにより出射される半導体レーザー光が１０Ｗ以上の高出力レーザー光の場合、レーザー媒質における排熱を十分に実行することができないとレーザー媒質は熱膨張などにより結晶が損傷してしまう。
【０１２３】
こうした高出力レーザー光を励起光とする半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、従来の技術によれば、ペルチェ素子などを使用することによって、レーザー媒質ホルダーの温度制御を行ってレーザー媒質の排熱を行っていた。
【０１２４】
しかしながら、こうしたレーザー媒質ホルダーを温度制御するためにペルチェ素子などを使用する場合には、レーザー媒質ホルダー全ての熱を吸収しながら温度制御を行う必要があるために、ペルチェ素子からの排熱を行うためのヒートシンクが大型化してしまっていた。
【０１２５】
これにより、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置は、装置全体の構成が大型化してしまっていた。
【０１２６】
これに対し、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、熱伝導特性の優れた材料により作製されたレーザー媒質ホルダー１８を直接筐体に接続しているため、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置と比べて、装置全体の構成が小型となる。
【０１２７】
さらに、レーザー媒質ホルダー１８をヒートシンクを介して筐体に接続するようにしたとしても、使用するヒートシンクはペルチェ素子使用時に使用するヒートシンクよりも小さくて良いため、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置と比べて、装置全体の構成が小型となる。
【０１２８】
なお、「レーザー非発振時」とする方法としては、例えば、レーザー共振器内に機械シャッターやスイッチなどを入れて、レーザー発振を止めることにより実現する方法などを用いることができる。
【０１２９】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形することができるものである。
【０１３０】
（１）上記した実施の形態においては、基台部１２ａの側面１２ａａに設けられた凹部１２ａｂに一部が埋め込まれるようにしてヒーター３０を保持板３４と基台部１２ａとで挟持するように保持していたが、これに限られるものではないことは勿論であり、凹部１２ａｂを設けることなく、単に、保持板３４と基台部１２ａの側面１２ａａとによりヒーター３０を挟持するようにして保持するようにしてもよい。
【０１３１】
（２）上記した実施の形態においては、特に記載しなかったが、筐体２４の外側に放熱用フィンやファンを設けるようにしてもよいことは勿論である。
【０１３２】
（３）上記した実施の形態において、図９に示すように、レーザー共振器内にＱスイッチを設けてパルス発光を可能とし、よりエネルギー密度の高いレーザー光を出力することができるようにしてもよい。
【０１３３】
（４）上記した実施の形態においては詳細な説明を省略したが、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０において、レーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合には、その基本発振波長は１０６４ｎｍの近赤外であるが、可視領域や紫外領域の波長を有するレーザー光を得るために、レーザー共振器内に非線形光学素子を配置してレーザー出力として高調波を得るようにしてもよい。
【０１３４】
例えば、図１０に示すようにレーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合に、高反射ミラー２０ｂと高反射ミラー３６とによりレーザー共振器を構成し、このレーザー共振器内に非線形光学素子を配置すればよい。
【０１３５】
符号３８は出力ミラーであって、波長１０６４ｎｍの光を反射するとともに波長５３２ｎｍの光を透過し、波長５３２ｎｍのレーザー光を出射ウインドウ２２ｂから筐体２４の外部へ出力する。
【０１３６】
なお、図１１には、基本波と第２高調波とについて、レーザー媒質ホルダー１８の温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果が示されている。
【０１３７】
第２高調波においても基本波と同様に、レーザー媒質ホルダー１８の温度が８０℃のときにピークを迎えるとともに、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６０℃〜１００℃の間ではレーザー出力の変動が小さいかった。
【０１３８】
（５）上記した実施の形態においては、レーザー媒質１６として、Ｎｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＹＡＧだけでなく、チタンサファイヤまたはＹＡＧなどの各種レーザー媒質を用いるようにしてもよい。
【０１３９】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、レーザーマーキングおよびレーザー溶接といったの各種レーザー加工などの分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０ 半導体レーザー励起固体レーザー装置
１２ 半導体レーザー
１４ａ コリメーターレンズ
１４ｂ 集光レンズ
１６ レーザー媒質
１８ レーザー媒質ホルダー
１８ａ 基台部
１８ｂ 接合部材
１８ｂａ、１８ｂｂ、１８ｄｂ、１８ｅｂ、３４ａ、３４ｂ ネジ
２０ａ、３８ 出力ミラー
２０ｂ、３６ 高反射ミラー
２２ａ 入射ウインドウ
２２ｂ 出射ウインドウ
２４ 筐体
２８ ファイバー
３０ ヒーター
３２ 温度センサー
３４ 保持板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザー励起固体レーザー装置に関し、さらに詳細には、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を励起光として用い、当該励起光により固体レーザー媒質を励起する固体レーザー装置である半導体レーザー励起固体レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体レーザーから出射された半導体レーザー光を励起光として用い、当該励起光により固体レーザー媒質を励起する固体レーザー装置である半導体レーザー励起固体レーザー装置が知られている。
【０００３】
こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、励起光源たる半導体レーザーから出力された半導体レーザー光たる励起光が照射される固体レーザー媒質（以下、励起光が照射される固体レーザー媒質を、単に、「レーザー媒質」と適宜に称することとする。）として、Ｎｄ：ＹＶＯ４（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｏｒｔｈｏｖａｎａｄａｔｅ）やＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）などが一般的に使用される。
【０００４】
ここで、Ｎｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＹＡＧなどをレーザー媒質として用いた小型の半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、一般に、ファイバーカップルされた半導体レーザーを用いて、ファイバーを介してレーザー媒質の端面から励起光を照射する手法が採用されている。
【０００５】
こうした励起の手法を採用する理由としては、ファイバーカップルされた半導体レーザーを用いてファイバーを介してレーザー媒質の端面から励起光を照射すると、半導体レーザーによる励起光の照射によりレーザー媒質内に作られる励起ボリュームと共振器のモードボリュームとの重なりが良好になり、効率良くレーザーエネルギーを得ることができるようになるからである。
【０００６】
そして、その結果、半導体レーザーが出力する励起光の励起パワーが小さくてすみ、レーザー媒質における熱の発生を小さく抑えることができるようになるため、半導体レーザー励起固体レーザー装置の出力が１０Ｗを超えるものであっても、レーザー媒質を空冷により冷却することが可能となるものであった。
【０００７】
ここで、レーザー媒質における冷却あるいは排熱が十分に行われない場合には、レーザー媒質が高温になり、レーザー媒質が高温になることにより、熱レンズ効果が強く発生し、レーザー媒質の端面における球面収差の影響により、レーザー出力に限界を生じさせてしまう。
【０００８】
さらに、レーザー媒質における冷却あるいは排熱が十分に行われない場合には、レーザー媒質により生じる歪みによりレーザー媒質自体が損傷してしまう。
【０００９】
このため、こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー媒質の冷却あるいは排熱を十分に行えるような構成を備えている。
【００１０】
具体的には、低出力の半導体レーザー励起固定レーザー装置においては、レーザー媒質と緊密に接触し、筐体内部において当該レーザー媒質を保持する金属部品たるレーザー媒質ホルダーを利用して伝熱することにより、レーザー媒質に生じた熱の排熱を実現している。
【００１１】
なお、こうした金属部品たるレーザー媒質ホルダーには、例えば、フィンや熱拡散プレートなどが取り付けられており、効率良く排熱することができるように工夫されている。
【００１２】
ところで、半導体レーザーが出力する励起光の励起パワーが１０Ｗを超えるような高出力励起による半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー媒質と緊密に接触しているレーザー媒質ホルダーが熱的な平衡に達するまでに時間がかかるため、当該半導体レーザー励起固体レーザー装置のウォームアップに長い時間を必要とすることが指摘されていた。
【００１３】
また、レーザー媒質の排熱は筐体外部に向けて行われるものであるが、筐体の周囲の温度が変化するような場合には、その変化に伴って筐体の温度が変化することによりレーザー媒質ホルダーを介してレーザー媒質の温度も変化し、半導体レーザー励起固体レーザー装置のレーザー出力自体が変動してしまうものであった。
【００１４】
このため、従来の半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、レーザー媒質を緊密に接触して保持するレーザー媒質ホルダーの恒温化を図る必要があり、レーザー媒質ホルダーの恒温化のため、筐体に水冷ヒートシンク、ＴＥクーラー、ファンあるいはヒーターなどを配設して、筐体を介してレーザー媒質ホルダーの温度を一定に保つような工夫がなされていた。
【００１５】
具体的には、例えば、特許文献１として提示する特開２０００−１６４９５８号公報に開示された技術や特許文献２として提示する特表２００２−５３０８９９号公報に開示された技術によれば、レーザー媒質の近傍に放熱フィンなどの冷却ユニットや水冷ヒートシンク、ＴＥクーラー、ファンなどの構成を設けることにより、筐体外部から能動的に熱的な制御を行って、レーザー媒質における熱レンズ効果を安定化して、安定したレーザー発振を行うようにしている。
【００１６】
また、特許文献２に開示された技術によれば、レーザー媒質と緊密に接触する金属部品をフィンまたは熱拡散プレートに取り付けることにより、フィンや熱拡散プレートが配設された筐体の外部に排熱を行うことで、受動的に熱的な制御を行って、レーザー媒質における熱レンズ効果を安定化して、安定したレーザー発振を行うようにしている。
【００１７】
しかしながら、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、特許文献１および特許文献２に記載されているような、レーザー媒質ホルダーを能動的な制御によって冷却する構成では、装置全体が複雑かつ大型化しまっていた。
【００１８】
また、特許文献１および特許文献２に開示された技術においては、レーザー媒質ホルダーを能動的あるいは受動的な制御によって冷却するため、レーザー媒質に入出する熱量が変化した場合には、レーザー媒質が熱的に平衡状態になるまで時間を要することとなり、平衡状態になるまでのレーザー媒質の温度変化に伴ってレーザーの出力が変動してしまっていた。
【００１９】
さらに、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、冷却装置などのアクティブな付帯設備を用いて筐体外部から能動的に熱的な制御を行うことなく、フィンや熱拡散プレートなどを使用して受動的に熱的な制御を行う場合には、冷感時にレーザー発振を開始すると、図１（ａ）に示すように、半導体レーザー励起固体レーザー装置からのレーザー出力が、予め設定した所望の値αを一度大きく超えた後に所望の値αに徐々に移行したり、あるいは、図１（ｂ）に示すように、半導体レーザー励起固体レーザー装置からのレーザー出力が、予め設定した所望の値αより著しく低い値から徐々に所望の値αに移行したりするなどの現象が見られていた。
【００２０】
即ち、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、受動的な制御により冷却が行われる場合には、冷感時にレーザー発振を開始した際、レーザー発振開始直後に所望のレーザー出力が得られず、レーザー発振開始後に徐々に所望のレーザー出力が得られるようになるという立ち上がり応答特性が現出することになる。
【００２１】
従って、こうした半導体レーザー励起固体レーザー装置をレーザー加工などに応用した場合には、レーザー加工開始部分において加工が浅くなったり深くなったりするという不具合が生じる恐れがあった。
【００２２】
なお、こうした現象は、レーザー発振時とレーザー非発振時とでレーザー媒質の温度が異なることにより、レーザー媒質内で生じる熱レンズ効果が変化することに起因するものであった。
【００２３】
つまり、レーザー非発振時には、レーザー媒質が吸収した半導体レーザーによる励起光のエネルギーは、ほとんど光エネルギーに変化しないため熱に変化し、レーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度を上昇させるように作用する。
【００２４】
これに対し、レーザー発振時には、レーザー媒質が吸収した半導体レーザーによる励起光のエネルギーは、光エネルギーとなってレーザー出力されるため、レーザー非発振時に比べてレーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度は下がることとなる。
【００２５】
こうしたレーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度変化が、半導体レーザー励起固体レーザー装置のレーザー出力変動の主な原因であると認識されている。
【００２６】
また、レーザー媒質の周辺の温度が変化する、つまり、半導体レーザー励起固体レーザー装置の周辺環境温度が変化すると、レーザー媒質およびレーザー媒質ホルダーの温度も周辺環境温度と連動して変化してしまい、その結果、半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー出力が変化してしまっていた。
【００２７】
さらに、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、受動的な制御により冷却が行われる場合には、励起光たる半導体レーザー光の出力を変更するなどの設定を変更したときには、当該設定の変化に伴ってレーザー媒質ホルダーの温度が変化してしまい、冷感時と同様に、設定変更直後に所望のレーザー出力が得ることができず、設定変更後に徐々に所望の出力が得られるようになるという立ち上がり応答特性が現出することになってしまっていた。
【００２８】
このため、装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性に優れ、周辺の温度の変動に対して影響を受け難い半導体レーザー励起固体レーザー装置の実現が強く望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２０００−１６４９５８号公報
【特許文献２】特表２００２−５３０８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置全体の構成が簡潔かつ小型であるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性に優れた半導体レーザー励起固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【００３１】
また、本発明の目的とするところは、周辺環境の温度の変動に対して影響を受け難い半導体レーザー励起固体レーザー装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体レーザーより出射された半導体レーザー光を励起光として、該励起光をレーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に入射してレーザー発振させ、上記レーザー共振器からレーザー光を出力する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、筐体内に固体レーザー媒質を保持するとともに、熱伝導特性の優れた素材により構成されるレーザー媒質保持手段と、上記レーザー媒質保持手段における上記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設される加熱手段と、上記レーザー媒質保持手段における上記固体レーザー媒質と上記加熱手段との間に配置されるとともに、上記固体レーザー媒質の近傍の温度を計測する測温手段と、上記測温手段による上記固体レーザー媒質近傍のレーザー媒質保持手段の温度の測温結果に基づいて、上記加熱手段を制御する制御手段とを有し、上記レーザー媒質保持手段における排熱と上記加熱手段による加熱とにより上記固体レーザー媒質近傍の温度を一定温度に保つようにしたものである。
【００３３】
また、本発明は、上記した発明において、上記レーザー媒質保持手段は、略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部を形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部と、所定の空間を形成するようにして上記基台部に融着されてネジにより上記基台部に固定された略直方体の接合部材とを有し、上記固体レーザー媒質は、上記所定の空間において、上記基台部および上記接合部材との当接面において融着して固定的に配設されるようにしたものである。
【００３４】
また、本発明は、上記した発明において、上記加熱手段は、保持板によって上記基台部と挟持されるようにして上記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設されるようにしたものである。
【００３５】
また、本発明は、上記した発明において、上記制御手段は、半導体レーザーから出射される半導体レーザー光による熱量の減少分を補完するようにして、最小限のエネルギーによって上記加熱手段を制御するようにしたものである。
【００３６】
また、本発明は、上記した発明において、上記制御手段は、上記レーザー媒質保持手段の温度を４０℃〜１００℃の範囲内の所望の温度で、精度±２℃以下に維持するように制御するようにしたものである。
【００３７】
また、本発明は、上記した発明において、上記レーザー共振器内にＱスイッチを有するようにしたものである。
【００３８】
また、本発明は、上記した発明において、上記レーザー共振器内に非線形光学結晶を有するようにしたものである。
【００３９】
また、本発明は、上記した発明において、上記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、上記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が１０６４ｎｍであり、レーザー出力が８Ｗ以上であるようにしたものである。
【００４０】
また、本発明は、上記した発明において、上記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、上記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が５３２ｎｍであり、レーザー出力が５Ｗ以上であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、以上説明したように構成されているので、装置全体の構成を簡潔かつ小型化することができるとともに、レーザー出力の立ち上がり応答特性を向上することができるという優れた効果を奏する。
【００４２】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、周辺環境の温度の変動に対して影響を受け難いという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）（ｂ）は、従来技術を用いた際の半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー出力の立ち上がり応答特性を示したグラフであり、また、図１（ｃ）は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー出力の立ち上がり応答特性を示したグラフである。
【図２】図２（ａ）は、上面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図であり、また、図２（ｂ）は、右側面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図である。
【図３】図３（ａ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの正面図であり、また、図３（ｂ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの右側面図であり、また、図３（ｃ）は、レーザー媒質を保持したレーザー媒質ホルダーの平面図である。
【図４】図４は、実験に用いたレーザー媒質ホルダーの温度を変化させたときのレーザー出力を測定した結果を示し、レーザー媒質ホルダーの温度変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。
【図５】図５は、ヒーターによる加熱を行わないときのレーザー発振時における周辺環境温度の変化に対するレーザー媒質ホルダーの温度の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、ヒーターによる加熱を行わないときのレーザー発振時における周辺環境温度の変化に対するレーザー出力の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、レーザー媒質ホルダーの温度が常に３５℃ならびに４０℃になるよう温度制御されたときのレーザーの入出力特性を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー媒質ホルダーの温度と出力との関係を示すグラフであり、また、図８（ｂ）は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置におけるレーザー媒質ホルダーの温度と出力との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置においてレーザー共振器内にＱスイッチを配置した状態を示すものであって、筐体のみを破断して平面から見た状態の概略構成説明図である。
【図１０】図１０は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置においてレーザー共振器内に非線形光学素子を配置した状態を示すものであって、筐体のみを破断して平面から見た状態の概略構成説明図である。
【図１１】図１１は、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置における基本波と第２高調波とについて、実験に用いたレーザー媒質ホルダーの温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果を示し、レーザー媒質ホルダーの温度の変化に対するレーザー出力の変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００４５】
図２（ａ）には、上面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されており、また、図２（ｂ）には、右側面から見た状態において筐体のみを破断して示した本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。
【００４６】
この半導体レーザー励起固体レーザー装置１０は、後述する出力ミラー２０ａと高反射ミラー２０ｂとによりレーザー共振器が構成されており、このレーザー共振器内にレーザー媒質１６が配置されている。
【００４７】
より詳細には、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０は、ファイバー２８をカップルされた半導体レーザー１２と、半導体レーザー１２より生成されてファイバー２８を介して出射される半導体レーザー光たる励起光を平行光とするためのコリメーターレンズ１４ａと、コリメーターレンズ１４ａで平行光とされた励起光を集光するための集光レンズ１４ｂと、集光レンズ１４ｂにより集光された励起光によりレーザー発振するレーザー媒質１６と、レーザー媒質１６を保持するレーザー媒質ホルダー１８と、レーザー媒質１６から誘導放出されたレーザー光の波長に対して所定の透過率を持つ出力ミラー２０ａと、ファイバー２８を介して出射された励起光の波長を透過するとともにレーザー媒質１６から誘導放出されたレーザー光の波長を高反射率で反射する高反射ミラー２０ｂと、ファイバー２８から出力される励起光をレーザー共振器内に入射するための入射ウインドウ２２ａおよび出力ミラー２０ａからレーザー共振器の外部へ出力されたレーザー光を出射するための出射ウインドウ２２ｂが設けられた筐体２４とを有して構成されている。
【００４８】
なお、筐体２４は、レーザー媒質ホルダー１８などが配置される筐体底部２４ａ−１と筐体底部２４ａ−１から立設された筐体側壁部２４ａ−２とよりなる筐体基部２４ａと、筐体基部２４ａの上面を閉塞するための筐体蓋部２４ｂとより構成されている。
【００４９】
入射ウインドウ２２ａならびに出射ウインドウ２２ｂは、対向して配置される筐体側壁部２４ａ−２にそれぞれ形成されている。
【００５０】
ここで、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０におけるレーザー媒質ホルダー１８の構成ならびにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４の筐体底部２４ａ−１へ取り付けるための構成を除く他の構成については、従来より公知の技術を援用することができるものであるので、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略し、以下においては、レーザー媒質ホルダー１８の構成ならびにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４の筐体底部２４ａ−１へ取り付けるための構成を中心に詳細に説明する。
【００５１】
まず、図３（ａ）には、レーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の正面図が示されており、また、図３（ｂ）には、レーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の右側面図が示されており、また、図３（ｃ）には、レーザー媒質１６を保持したレーザー媒質ホルダー１８の平面図が示されている。
【００５２】
このレーザー媒質ホルダー１８は、略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部１８ｄ、１８ｅを形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部１８ａと、所定の空間１８ｃを形成するようにして基台部１８ａに融着され、さらに、ネジ１８ｂａ、１８ｂｂにより基台部１８ａに固定された略直方体の接合部材１８ｂとを有して構成されている。
【００５３】
そして、基台部１８ａと接合部材１８ｂとにより形成された空間１８ｃに、レーザー媒質１６が配設されている。レーザー媒質１６の側面と基台部１８ａならびに接合部材１８ｂとの当接面は融着されていて、レーザー媒質１６は空間１８ｃの高さ方向における所定の位置に固定的に配設されている。
【００５４】
具体的には、空間１８ｃ内において、レーザー媒質１６は上下方向ではレーザー媒質ホルダー１８に接することなしに左右方向でのみ固定され保持されている。
【００５５】
また、凸部１８ｄ、１８ｅには、高さ方向に貫通する楕円形状の長孔１８ｄａ、１８ｅａが穿設されている。そして、この長孔１８ｄａ、１８ｅａの任意の位置にそれぞれネジ１８ｄｂ、１８ｅｂを挿通して、そのネジを筐体底部２４ａ−１に形成されたネジ穴２４ａ−１ａにネジ結合することにより、レーザー媒質ホルダー１８を位置調整可能に筐体底部２４ａ−１に固定することができるように構成されている。
【００５６】
さらに、この半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、レーザー媒質１６の近傍に位置するようにヒーター３０が配設されており、ヒーター３０とレーザー媒質１６との間に温度を計測する温度センサー３２が設けられている。
【００５７】
具体的には、ヒーター３０は、基台部１８ａの左側面１８ａａに設けられた凹部１８ａｂに、その一部を嵌め込むようにして配設されるとともに、ネジ３４ａ、３４ｂにより基台部１８ａに固定される保持板３４によって、保持板３４と基台部１８ａとにより挟持されるようにして固定的に配設される。
【００５８】
また、温度センサー３２は、基台部１８ａの上面１８ａｃに設けられた孔１８ａｄに差し込まれるとともに、保持板３４により基台部１８ａに固定的に配設されたヒーター３０とレーザー媒質１６との間にセンサー部３２ａが位置するようにして配設される。
【００５９】
なお、こうしたヒーター３０および温度センサー３２は図示しない温度コントローラーに接続されており、温度センサー３２で計測した温度に基づいて、当該温度コントローラーによりヒーター３０が制御されるようになされている。
【００６０】
こうした温度コントローラーは、例えば、温度センサー３２により計測される温度が、後述するように、レーザー出力が１０Ｗ以上となる４０℃〜１００℃の範囲の所望の温度で、精度±２℃以下となるように、ヒーター３０を制御する。
【００６１】
また、レーザー媒質ホルダー１８を構成する基台部１８ａ、接合部材１８ｂおよびネジ１８ｂａ、１８ｂｂ、１８ｄｂ、１８ｅｂは、熱伝導特性の優れた材料、具体的には、金属、例えば、銅により構成し、さらに、筐体２４については、熱伝導特性が高い材料、例えば、金属などにより構成する。
【００６２】
例えば、銅の熱伝導率は「３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であるが、銅や銅と同程度の熱伝導率の材料であるならば、レーザー媒質ホルダー１８を構成する基台部１８ａ、接合部材１８ｂおよびネジ１８ｂａ、１８ｂｂ、１８ｄｂ、１８ｅｂや筐体２４に用いて好適である。
【００６３】
なお、銀の熱伝導率は「４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であり、金の熱伝導率は「３２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であり、アルミニウムの熱伝導率は「２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ）」であるので、こうした材料や銅を含むこれらの材料の合金などを用いるようにしてもよい。
【００６４】
以上の構成において、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を用いてレーザーを発振するには、まず、ファイバー２８にカップリングされた半導体レーザー１２より、入射ウインドウ２２ａからファイバー２８を介して筐体２４内に半導体レーザー光たる励起光を入射し、コリメーターレンズ１４ａにおいて入射された励起光を平行光にする。
【００６５】
そして、平行光とされた励起光を集光レンズ１４ｂにおいて集光し、集光した励起光をレーザー媒質１６に入射する。
【００６６】
このレーザー媒質１６への励起光の入射によりレーザー媒質１６からレーザー光が誘導放出される。
【００６７】
この誘導放出されたレーザー光は、出力ミラー２０ａと高反射ミラー２０ｂとからなるレーザー共振器において増幅され、増幅されたレーザー光は透過性のある出力ミラー２０ａからレーザー共振器の外部へ出力され、出射ウインドウ２２ｂを通って半導体レーザー励起固体レーザー装置１０の外部へ出力される。
【００６８】
この際に、温度コントローラー（図示せず。）により温度センサー３２における計測温度に基づいて、ヒーター３０を制御することによって、レーザー媒質ホルダー１８を所定の温度で恒温化することで、変動率の小さいレーザー出力を得ることができる。
【００６９】
即ち、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、熱伝導特性の優れたレーザー媒質ホルダー１８により排熱を行いながら、温度コントローラー（図示せず。）に接続されたヒーター３０により、レーザー媒質ホルダー１８を加温して恒温化するため、レーザー発振時、レーザー非発振時によらずレーザー媒質ホルダー１８を恒温化することができるため、レーザー発振直後から安定したレーザー出力を得ることができるとともに、レーザー媒質ホルダー１８が周辺環境温度の影響を受けにくくなり、周辺環境温度が変化しても安定したレーザー出力を得ることができる。
【００７０】
また、ヒーター３０をレーザー媒質１６の近傍に位置するように配設したため、ヒーター３０においてはレーザー媒質ホルダー１８を温めるだけの最低限のパワーがあればよく、こうしたヒーター３０のパワーは、筐体全体を恒温化するような従来の方法と比較して、はるかに小さいパワーでよい。
【００７１】
例えば、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を使用する際の周辺環境温度が常温付近であれば、ヒーター３０のパワーは半導体レーザー１２のパワーと同程度のワット数で良いこととなる。
【００７２】
次に、本願発明者が上記した半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を用いて行った実験結果について詳細に説明する。なお、実験は、以下の条件において行った。
【００７３】
１．材料
半導体レーザー１２の材料 ＧａＡｓ
レーザー媒質１６の材料 Ｎｄ：ＹＶＯ４
レーザー媒質ホルダー１８の材料 銅
筐体２４の材料 アルミニウム合金
２．機器
ヒーター３０ 坂口電熱社製ＭＳ−３
温度センサー３２ 石塚電子社製１０３ＥＴ
３．半導体レーザー１２により出力される励起光
ファイバー２８のファイバーコア径 ４００μｍ
波長 ８０８．５ｎｍ
エネルギー ５０Ｗ
４．出力されるレーザー光
波長 １０６４ｎｍ
ここで、図４には、レーザー媒質ホルダー１８の温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果が示されている。即ち、図４は、レーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係を示すグラフである。
【００７４】
なお、上記したように、レーザー媒質１６としては、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いており、レーザー出力されたレーザー光は基本波であってその波長は１０６４ｎｍである。
【００７５】
図４に示されているように、レーザー媒質ホルダー１８の温度が変化すると、その変化に伴ってレーザー出力も変化し、レーザー媒質ホルダー１８の温度が８０℃のときにピークを迎えている。そして、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６０℃〜１００℃の間では、レーザー出力の変動が小さいことがわかる。
【００７６】
ここで、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置することなしにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合では、周辺環境温度が２５℃のときには、レーザー媒質ホルダー１８の温度はレーザー非発振時に約６５℃となり、レーザー発振時には約４０度となる。
【００７７】
これを図４にあてはめてみると、レーザー発振直後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態にあり、レーザー発振が安定した後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＢの状態にあることを示す。
【００７８】
従って、レーザー発振する際には、レーザー出力はレーザー発振直後に１１．９Ｗとなり徐々に低下して１０．０Ｗで安定化する。
【００７９】
つまり、この場合のレーザーの立ち上がり応答特性は、図１（ａ）に示すようになり、レーザー発振直後から安定した出力を得ることができない。
【００８０】
これに対して、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定し、温度コントローラー（図示せず。）の制御によりレーザー媒質ホルダー１８の温度が所定の温度になるように設定した場合では、当該所定の温度を６５℃と設定すると、周辺環境温度が２５℃のときは、レーザー非発振時には、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６５℃となるため温度コントローラー（図示せず。）の制御によるヒーター３０による加熱を行わず、レーザー発振時には、何もしないとレーザー媒質ホルダー１８の温度が４０℃まで低下してしまうので、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の温度の計測結果に基づく温度コントローラー（図示せず。）の制御により、ヒーター３０による加熱が行われて、レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に６５℃に保つようになされる。
【００８１】
これを図４にあてはめてみると、レーザー発振直後にはレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態にあり、レーザー発振が安定した後にもレーザー媒質ホルダー１８の温度とレーザー出力との関係はＡの状態であることを示す。
【００８２】
従って、レーザー発振する際には、レーザー出力はレーザー発振直後から１１．９Ｗとなり、１１．９Ｗで安定する。
【００８３】
つまり、この場合には、レーザー出力がレーザー発振直後からほぼ一定の値を示すようになり、レーザー立ち上がり応答特性は、図１（ｃ）に示すように、レーザー発振直後から安定した出力を得ることができる。
【００８４】
即ち、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の温度の計測結果に基づく温度コントローラー（図示せず。）の制御によって、ヒーター３０によりレーザー媒質ホルダー１８の温度を常に所定の温度に保つようにすることで、レーザー媒質ホルダー１８のレーザー発振時、非発振時における温度が、常に所定の温度近傍の数値を示し、レーザー発振時とレーザー非発振時とにおけるレーザー媒質ホルダーの温度差が小さくなる。
【００８５】
その結果、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配設しない半導体レーザー励起固体レーザー装置に比べて、半導体レーザー励起固体レーザー１０においては、レーザー出力の変動が抑制されて安定したレーザー出力を得ることができる。
【００８６】
次に、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定し、温度コントローラー（図示せず。）の制御によりレーザー媒質ホルダー１８の温度が常に所定の温度になるようにヒーター３０を制御する場合、つまり、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御が可能な場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御を行わない際の、レーザー発振時（レーザーを連続運転して、定常状態になった時点）における周辺環境温度に対するレーザー媒質ホルダー１８の温度の変化を図５に示す。
【００８７】
なお、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御が可能な場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御を行わない際とは、実質的に、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置することなしにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定する場合に相当するものである。
【００８８】
また、レーザー発振条件としては、
半導体レーザー１２の電流値 ５０Ａ固定
レーザー出力 周辺環境温度２５℃で１０．０Ｗ
である。
【００８９】
図５に示すように、周辺環境温度が０℃〜５０℃まで変化すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は１５℃〜６５℃まで変化している。
【００９０】
これは、周辺環境温度の変化に影響されてレーザー媒質ホルダー１８の温度が連動して変化し、周辺環境温度の変化量５０℃がそのままレーザー媒質ホルダー１８の温度の変化量となっている。
【００９１】
この条件において、周辺環境温度が１５℃〜４０℃まで変化すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は３０℃〜５５℃まで変化することとなり、このときのレーザー出力は、図６に示すように、８．７Ｗ〜１１．２Ｗまで変化してしまう。
【００９２】
このため、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御が可能な場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度制御を行わない際には、レーザー発振時において周辺環境温度の変化がレーザー出力に大きな影響を及ぼすことになる。
【００９３】
つまり、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配置することなしにレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定する場合においても、レーザー発振時において周辺環境温度の変化がレーザー出力に大きな影響を及ぼすということになる。
【００９４】
しかしながら、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の計測温度が常に５５℃になるように、温度コントローラー（図示せず。）によってヒーター３０による加熱を制御すると、レーザー媒質ホルダー１８の温度は周辺温度の影響に関わらず常に一定となるので、レーザー出力は１１．２Ｗに保たれることとなる。
【００９５】
仮に、レーザーをＯＮ−ＯＦＦさせる（レーザーの発振、非発振状態を切り替える）場合では、レーザーＯＦＦ時（非発振時）には、レーザー媒質ホルダー１８の温度は周辺環境温度が２５℃のときに最大６５℃に達するため、温度コントローラー（図示せず。）によりヒーター３０による加熱を制御して、レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に６５℃になるように設定すると、周辺環境温度、レーザー発振直後であるか否かなどに関わらず、レーザー出力を常に１１．９Ｗに保つことができるようになる。
【００９６】
このように、レーザー出力を安定させる場合には、周辺環境温度、レーザー非発振状態のときに達する温度のうち、高い方の温度をレーザー媒質ホルダー１８の温度となるように温度コントローラー（図示せず。）において設定すればよい。
【００９７】
以上においては、半導体レーザー１２の励起強度が一定の状態における半導体レーザー励起固体レーザー装置１０のレーザー出力の変動について説明したが、次に、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０のレーザー出力をコントロールするために半導体レーザー１２の励起強度を変化させる場合について、図７を参照しながら、詳細に説明することとする。
【００９８】
この図７には、レーザー媒質ホルダー１８にヒーター３０を配設してレーザー媒質ホルダー１８を筐体２４に固定した場合において、レーザー媒質ホルダー１８の温度が常に３５℃になるように温度制御したときと、レーザー媒質ホルダー１８の温度が常に４０℃になるように温度制御したときのレーザーの入出力特性が示されている。
【００９９】
即ち、この図７においては、レーザー媒質ホルダー１８の温度を３５℃および４０℃に設定したときの、半導体レーザー１２に供給する電流値に対する半導体レーザー励起固体レーザー装置１０から出射されるレーザー出力が示されている。
【０１００】
図７に示すように、レーザーの入出力特性はレーザー媒質ホルダー１８の温度により、一般的には異なるものである。
【０１０１】
ここで、レーザー媒質ホルダー１８の温度を制御しない場合、周辺環境温度が２５℃で半導体レーザー１２に５０Ａの電流を流し、連続発振させ続けるとレーザー出力は１０Ｗとなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度は４０℃で安定する。これは、図７のＤに示す状態である。
【０１０２】
これに対し、周辺環境温度が２５℃で半導体レーザー１２に４５Ａの電流を流し、連続発振させ続けるとレーザー出力は４Ｗとなり、レーザー媒質ホルダー１８の温度は３５℃で安定する。これは、図７のＥに示す状態である。
【０１０３】
ここで、半導体レーザー１２に供給する電流値を５０Ａから４５Ａに変更して、レーザーの出力をコントロールする場合について説明する。
【０１０４】
即ち、半導体レーザー１２を電流値５０Ａで連続発振させると、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０より出力されるレーザーは１０Ｗ（図７のＤで示す状態）で安定し、レーザー出力をコントロールするために電流値を急激に下げて電流値を４５Ａにした場合には、半導体レーザー１２に供給する電流値の変更直後は、レーザー媒質ホルダー１８の温度が４０℃のままであるため、出力されるレーザーは５．４Ｗ（図７のＦで示す状態）となる。
【０１０５】
その後、半導体レーザー１２の励起強度が減少したためにレーザー媒質ホルダー１８の温度が徐々に下がり、レーザー媒質ホルダー１８の温度の低下に伴ってレーザー出力も徐々に低下し、最終的にレーザー出力が４Ｗ（図７のＥで示す状態）となる。
【０１０６】
つまり、半導体レーザー１２に供給する電流値を調整して半導体レーザー励起固体レーザー装置１０のレーザー出力を調整する場合には、電流値を変更した後に徐々に所定のレーザー出力になるものであった。
【０１０７】
こうした場合において電流値を変更した後にレーザー出力を直ちに安定させるようにするには、レーザー媒質ホルダー１８の温度を、変更前の電流値と変更後の電流値とでより高いレーザー出力を示す温度に設定すればよい。
【０１０８】
つまり、図７に示すような場合には、温度センサー３２によるレーザー媒質１６近傍のレーザー媒質ホルダー１８の温度の計測結果に基づく温度コントローラー（図示せず。）の制御によって、ヒーター３０によりレーザー媒質ホルダー１８の温度を常に４０℃以上になるように設定すればよい。
【０１０９】
さらに、レーザー発振停止（レーザー非発振時）を考慮するならば、レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に６５℃以上になるように設定すればよい。
【０１１０】
レーザー媒質ホルダー１８の温度を常に４０℃以上になるように設定した場合には、レーザー非発振状態からレーザー発振状態に移行する際に、レーザー媒質１６に入射される半導体レーザー１２の光量が低下して半導体レーザー１２からの熱量が低減しても、ヒーター３０によりレーザー媒質ホルダー１８を介してレーザー媒質１６が加熱される。
【０１１１】
このため、半導体レーザー１２に供給する電流値が５０Ａから４５Ａへと変更しても、常に、図７における◆印で示す曲線にしたがったレーザー出力となり、半導体レーザー１２の電流値変更後に直ちにレーザー出力を安定化することができる。
【０１１２】
以上において説明したように、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、温度コントローラー（図示せず。）により温度センサー３２における計測温度に基づいて、ヒーター３０を制御することによって、レーザー媒質ホルダー１８を所定の温度で恒温化して、変動率の小さいレーザー出力を得ることができる。
【０１１３】
即ち、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、熱伝導特性の優れたレーザー媒質ホルダー１８によりレーザー媒質１６の排熱を行いながら、温度センサー３２の計測結果に基づいて温度コントローラー（図示せず。）により制御されたヒーター３０によってレーザー媒質ホルダー１８を加熱して恒温化するため、レーザー発振時、レーザー非発振時によらずレーザー媒質ホルダー１８を恒温化することができる。
【０１１４】
このため、レーザー媒質１６を恒温化することとなり、レーザー媒質１６の熱レンズ効果を安定化することができ、これにより、レーザー発振直後から安定したレーザー出力を得ることができる。
【０１１５】
さらに、レーザー媒質ホルダー１８を恒温化することにより、レーザー媒質ホルダー１８が周辺環境温度の影響を受けにくくなり、レーザー媒質１６の熱レンズ効果が安定化し、周辺環境温度が変化しても安定したレーザー出力を得ることができるようになる。
【０１１６】
また、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０によれば、ヒーター３０をレーザー媒質１６の近傍に位置するように配置したため、ヒーター３０においてはレーザー媒質ホルダー１８を温めるだけの最低限のパワーがあればよく、こうしたヒーター３０のパワーは、筐体全体を恒温化するような従来の方法と比較して、はるかに小さいパワーでよい。
【０１１７】
具体的には、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０を使用する際の周辺環境温度が常温付近であれば、ヒーター３０のパワーは半導体レーザー１２のパワーと同程度のワット数で良いこととなる。
【０１１８】
つまり、ヒーター３０による加熱は、半導体レーザーによる熱量の減少分を補うようにして、最小限のエネルギーによって制御されることになる。
【０１１９】
これにより、図８（ａ）（ｂ）に示すように、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置では、レーザー媒質ホルダーの温度変化が大きいためレーザー出力の変動が大きくなっているのに対し（図８（ａ）を参照する。）、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０では、レーザー媒質ホルダー１８の温度が一定に制御されているためレーザー出力に変動がないようになる（図８（ｂ）を参照する。）。
【０１２０】
さらに、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、長時間使用していない場合には、レーザー媒質が完全に冷却しているため、半導体レーザー照射後にレーザー媒質ホルダーが所定の温度に達するまでに時間、つまり、ウォームアップタイムが長くなり、安定的にレーザーを出射するまでに時間がかかっていた。
【０１２１】
しかしながら、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、ヒーター３０がレーザー媒質ホルダー１８を加熱するため、ウォームアップタイムが従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置に比べて短縮することができるようになる。
【０１２２】
ここで、励起強度が大きいレーザー、つまり、半導体レーザー励起固体レーザー装置において、半導体レーザーにより出射される半導体レーザー光が１０Ｗ以上の高出力レーザー光の場合、レーザー媒質における排熱を十分に実行することができないとレーザー媒質は熱膨張などにより結晶が損傷してしまう。
【０１２３】
こうした高出力レーザー光を励起光とする半導体レーザー励起固体レーザー装置においては、従来の技術によれば、ペルチェ素子などを使用することによって、レーザー媒質ホルダーの温度制御を行ってレーザー媒質の排熱を行っていた。
【０１２４】
しかしながら、こうしたレーザー媒質ホルダーを温度制御するためにペルチェ素子などを使用する場合には、レーザー媒質ホルダー全ての熱を吸収しながら温度制御を行う必要があるために、ペルチェ素子からの排熱を行うためのヒートシンクが大型化してしまっていた。
【０１２５】
これにより、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置は、装置全体の構成が大型化してしまっていた。
【０１２６】
これに対し、本発明による半導体レーザー励起固体レーザー装置１０においては、熱伝導特性の優れた材料により作製されたレーザー媒質ホルダー１８を直接筐体に接続しているため、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置と比べて、装置全体の構成が小型となる。
【０１２７】
さらに、レーザー媒質ホルダー１８をヒートシンクを介して筐体に接続するようにしたとしても、使用するヒートシンクはペルチェ素子使用時に使用するヒートシンクよりも小さくて良いため、従来の技術による半導体レーザー励起固体レーザー装置と比べて、装置全体の構成が小型となる。
【０１２８】
なお、「レーザー非発振時」とする方法としては、例えば、レーザー共振器内に機械シャッターやスイッチなどを入れて、レーザー発振を止めることにより実現する方法などを用いることができる。
【０１２９】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形することができるものである。
【０１３０】
（１）上記した実施の形態においては、基台部１２ａの側面１２ａａに設けられた凹部１２ａｂに一部が埋め込まれるようにしてヒーター３０を保持板３４と基台部１２ａとで挟持するように保持していたが、これに限られるものではないことは勿論であり、凹部１２ａｂを設けることなく、単に、保持板３４と基台部１２ａの側面１２ａａとによりヒーター３０を挟持するようにして保持するようにしてもよい。
【０１３１】
（２）上記した実施の形態においては、特に記載しなかったが、筐体２４の外側に放熱用フィンやファンを設けるようにしてもよいことは勿論である。
【０１３２】
（３）上記した実施の形態において、図９に示すように、レーザー共振器内にＱスイッチを設けてパルス発光を可能とし、よりエネルギー密度の高いレーザー光を出力することができるようにしてもよい。
【０１３３】
（４）上記した実施の形態においては詳細な説明を省略したが、半導体レーザー励起固体レーザー装置１０において、レーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合には、その基本発振波長は１０６４ｎｍの近赤外であるが、可視領域や紫外領域の波長を有するレーザー光を得るために、レーザー共振器内に非線形光学素子を配置してレーザー出力として高調波を得るようにしてもよい。
【０１３４】
例えば、図１０に示すようにレーザー媒質１６としてＮｄ：ＹＶＯ４を用いた場合に、高反射ミラー２０ｂと高反射ミラー３６とによりレーザー共振器を構成し、このレーザー共振器内に非線形光学素子を配置すればよい。
【０１３５】
符号３８は出力ミラーであって、波長１０６４ｎｍの光を反射するとともに波長５３２ｎｍの光を透過し、波長５３２ｎｍのレーザー光を出射ウインドウ２２ｂから筐体２４の外部へ出力する。
【０１３６】
なお、図１１には、基本波と第２高調波とについて、レーザー媒質ホルダー１８の温度を変化させてレーザー出力を測定した測定結果が示されている。
【０１３７】
第２高調波においても基本波と同様に、レーザー媒質ホルダー１８の温度が８０℃のときにピークを迎えるとともに、レーザー媒質ホルダー１８の温度が６０℃〜１００℃の間ではレーザー出力の変動が小さいかった。
【０１３８】
（５）上記した実施の形態においては、レーザー媒質１６として、Ｎｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＹＡＧだけでなく、チタンサファイヤまたはＹＡＧなどの各種レーザー媒質を用いるようにしてもよい。
【０１３９】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、レーザーマーキングおよびレーザー溶接といったの各種レーザー加工などの分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０ 半導体レーザー励起固体レーザー装置
１２ 半導体レーザー
１４ａ コリメーターレンズ
１４ｂ 集光レンズ
１６ レーザー媒質
１８ レーザー媒質ホルダー
１８ａ 基台部
１８ｂ 接合部材
１８ｂａ、１８ｂｂ、１８ｄｂ、１８ｅｂ、３４ａ、３４ｂ ネジ
２０ａ、３８ 出力ミラー
２０ｂ、３６ 高反射ミラー
２２ａ 入射ウインドウ
２２ｂ 出射ウインドウ
２４ 筐体
２８ ファイバー
３０ ヒーター
３２ 温度センサー
３４ 保持板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーより出射された半導体レーザー光を励起光として、該励起光をレーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に入射してレーザー発振させ、前記レーザー共振器からレーザー光を出力する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
筐体内に固体レーザー媒質を保持するとともに、熱伝導特性の優れた素材により構成されるレーザー媒質保持手段と、
前記レーザー媒質保持手段における前記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設される加熱手段と、
前記レーザー媒質保持手段における前記固体レーザー媒質と前記加熱手段との間に配置されるとともに、前記固体レーザー媒質の近傍の温度を計測する測温手段と、
前記測温手段による前記固体レーザー媒質近傍のレーザー媒質保持手段の温度の測温結果に基づいて、前記加熱手段を制御する制御手段と
を有し、
前記レーザー媒質保持手段における排熱と前記加熱手段による加熱とにより前記固体レーザー媒質近傍の温度を一定温度に保つ
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー媒質保持手段は、
略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部を形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部と、
所定の空間を形成するようにして前記基台部に融着されてネジにより前記基台部に固定された略直方体の接合部材と
を有し、
前記固体レーザー媒質は、前記所定の空間において、前記基台部および前記接合部材との当接面において融着して固定的に配設される
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記加熱手段は、保持板によって前記基台部と挟持されるようにして前記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設される
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記制御手段は、半導体レーザーから出射される半導体レーザー光による熱量の減少分を補完するようにして前記加熱手段を制御する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記制御手段は、前記レーザー媒質保持手段の温度を４０℃〜１００℃の範囲内の所望の温度で、精度±２℃以下に維持するように制御する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器内にＱスイッチを有する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器内に非線形光学結晶を有する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、
前記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が１０６４ｎｍであり、レーザー出力が８Ｗ以上である
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、
前記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が５３２ｎｍであり、レーザー出力が５Ｗ以上である
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項１】
半導体レーザーより出射された半導体レーザー光を励起光として、該励起光をレーザー共振器内に配置された固体レーザー媒質に入射してレーザー発振させ、前記レーザー共振器からレーザー光を出力する半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
筐体内に固体レーザー媒質を保持するとともに、熱伝導特性の優れた素材により構成されるレーザー媒質保持手段と、
前記レーザー媒質保持手段における前記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設される加熱手段と、
前記レーザー媒質保持手段における前記固体レーザー媒質と前記加熱手段との間に配置されるとともに、前記固体レーザー媒質の近傍の温度を計測する測温手段と、
前記測温手段による前記固体レーザー媒質近傍のレーザー媒質保持手段の温度の測温結果に基づいて、前記加熱手段を制御する制御手段と
を有し、
前記レーザー媒質保持手段における排熱と前記加熱手段による加熱とにより前記固体レーザー媒質近傍の温度を一定温度に保つ
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー媒質保持手段は、
略直方体の下端部が左右方向に突出して凸部を形成した略Ｔ字状体を逆さまにした形状の基台部と、
所定の空間を形成するようにして前記基台部に融着されてネジにより前記基台部に固定された略直方体の接合部材と
を有し、
前記固体レーザー媒質は、前記所定の空間において、前記基台部および前記接合部材との当接面において融着して固定的に配設される
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記加熱手段は、保持板によって前記基台部と挟持されるようにして前記固体レーザー媒質の近傍に位置するように配設される
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記制御手段は、半導体レーザーから出射される半導体レーザー光による熱量の減少分を補完するようにして前記加熱手段を制御する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記制御手段は、前記レーザー媒質保持手段の温度を４０℃〜１００℃の範囲内の所望の温度で、精度±２℃以下に維持するように制御する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器内にＱスイッチを有する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記レーザー共振器内に非線形光学結晶を有する
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、
前記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が１０６４ｎｍであり、レーザー出力が８Ｗ以上である
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の半導体レーザー励起固体レーザー装置において、
前記固体レーザー媒質は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、
前記レーザー共振器から出力されるレーザー光は、波長が５３２ｎｍであり、レーザー出力が５Ｗ以上である
ことを特徴とする半導体レーザー励起固体レーザー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−３３８１８（Ｐ２０１２−３３８１８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３７０６（Ｐ２０１０−１７３７０６）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（５１００５７４０８）株式会社シングルモード (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（５１００５７４０８）株式会社シングルモード (2)
【Ｆターム（参考）】
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