固体レーザーモジュール
【課題】 長時間安定したレーザー出力を維持することができる固体レーザーモジュールを提供する。
【解決手段】 固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源１と、この半導体レーザー光源１から照射された励起光９を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系２と、少なくとも前記固体レーザー媒質と、この固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振ミラーからなるレーザー共振器３を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記励起光学系２、前記レーザー共振器３が直線状に配置されて光軸７を形成しており、前記半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部４内を前記光軸７に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３の周囲以外であり、かつ前記半導体レーザー光源１とレーザー共振器３の中間の領域に設けたモジュール支持部５を伝わってモジュール固定・冷却面６を介してモジュール外部へ排熱される。
【解決手段】 固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源１と、この半導体レーザー光源１から照射された励起光９を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系２と、少なくとも前記固体レーザー媒質と、この固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振ミラーからなるレーザー共振器３を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記励起光学系２、前記レーザー共振器３が直線状に配置されて光軸７を形成しており、前記半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部４内を前記光軸７に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３の周囲以外であり、かつ前記半導体レーザー光源１とレーザー共振器３の中間の領域に設けたモジュール支持部５を伝わってモジュール固定・冷却面６を介してモジュール外部へ排熱される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３から図１７に従来の固体レーザーモジュールの構成例を示し、併せてその課題を示す。
【０００３】
図１３は従来の固体レーザーモジュールの構成（その１）を示す図である。
【０００４】
図１３において、１０１は半導体レーザー光源、１０２は励起光学系、１０３はレーザー共振器である。１０４は各光学部品が固定され、支持されるモジュール支持部、１０５はモジュールを固定しかつ外から冷却されるモジュール固定・冷却面、１０６は励起光、１０７はレーザー共振器１０３の光軸、１０８はレーザー共振器１０３からの出力レーザー光、１０９は熱の流れを示している。ここで、レーザー共振器１０３は、両端に共振器ミラーを有し、その間には固体レーザー媒質と、レーザー発生の制御を行う光スイッチ素子、偏光制御素子、さらにレーザー光の波長を変換する非線形光学素子などが用途に応じて配置される。この固体レーザーモジュールの冷却構造としては、図１３の熱の流れ１０９に示すように、モジュールを構成する部品全体を固定、支持するモジュール支持部１０４を通して、モジュールの動作時に各部品より発生する熱、特に励起用の半導体レーザー光源１０１やレーザー共振器１０３内の固体レーザー媒質から発生する熱を光軸１０７に対して垂直方向に伝搬させ、モジュール固定・冷却面１０５から排熱する構成となっている。モジュール固定・冷却面１０５に伝搬した熱は、さらにそのモジュール固定・冷却面１０５に密着させたペルチェ素子あるいは水等の冷却媒質によりモジュール外部に完全に排熱される（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、励起用の半導体レーザー光源と励起光学系をモジュールの外部に設置し、レーザー共振器のみをモジュール支持部上に構成して排熱する例も示されている（下記特許文献２参照）。
【０００６】
図１４は従来の固体レーザーモジュールの構成（その２）を示す図である。
【０００７】
この図において、１１０はモジュール保持部、１１１は半導体レーザー光源、１１２は励起光学系、１１３はレーザー共振器、１１４はモジュール支持部、１１５はモジュール固定・冷却面、１１６は励起光、１１７は光軸、１１８は出力レーザー光、１１９は熱の流れを示している。
【０００８】
このように固体レーザーモジュールを構成する各素子の周囲を囲むように、素子の保持と放熱を兼ねたモジュール保持部１１０を有し、それらが同様に共通のモジュール支持部１１４上に配置されている例も示されている（下記特許文献３参照）。なお、図１４に示すような固体レーザーモジュールの構成例においては、素子から発生した熱は一時的に素子の周囲のモジュール保持部１１０を伝搬しても、最終的には光軸１１７に対して垂直方向である熱の流れ１１９の方向モジュール支持部１１４へと伝搬し、モジュール外へ排熱される（下記特許文献３参照）。
【０００９】
図１５は従来の固体レーザーモジュールの構成（その３）を示す図である。
【００１０】
この図において、２０１はレーザーダイオード、２０２は集光光学系、２０３は全反射ミラー、２０４は固体レーザー媒質、２０５は出力ミラー、２０６はモジュール保持部、２０７は放熱フィン、２０８は光軸、２０９は熱の流れを示している。
【００１１】
このような従来の固体レーザーモジュール構造においては、モジュールを構成する各素子は、周囲のモジュール保持部２０６で保持され、最も発熱の大きいレーザーダイオード２０１に密着して放熱フィン２０７が設けられている。
【００１２】
この構成においては、各素子から発生した熱は周囲のモジュール保持部２０６に伝わり、光軸２０８と平行な熱の流れ２０９の方向に伝搬し、放熱フィン２０７からモジュール外部へ排熱される（下記特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４９３７１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５６２８号公報
【特許文献３】特開２００７−８１２３３号公報
【特許文献４】特開平９−１１６２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記図１３に示した従来例の構造においては、モジュール支持部１０４内において光軸１０７に対して垂直方向に温度勾配が形成されるため、図１６に示すように、モジュール支持部１０４の材料の熱膨張によって、モジュールが、凸形状に変形してしまう。そのため、励起光１０６や光軸１０７が設計時の最適条件からずれ、時間の経過とともに得られる出力レーザー光の出力が低下したり、レーザービームの方向や形状が変形したりする可能性があった。例えば熱伝導に優れた銅製で長さ５ｃｍ、厚み０．５ｃｍのモジュール支持部１０４において、上下で２０℃の温度差が生じると、最大で０．１ｍｍの反りが発生することが計算で予測される。
【００１４】
また、上記の図１４に示した従来例においても同様で、最終的にモジュール保持部１１０、モジュール支持部１１４を通して光軸１１７と垂直方向に排熱を行うために、図１７に示すように、モジュール保持部１１０やモジュール支持部１１４の上下面で温度差が生じ、反りが生じて光軸１１７がずれる可能性があった。
【００１５】
さらに、図１３、図１４の従来例において、モジュールの固定かつ冷却を行うモジュール固定・冷却面１０５，１１５に電子冷却素子であるペルチェ素子を密着させてモジュールの温度制御を行った場合には、ペルチェ素子自体に動作時に発生する反りがモジュールに直接応力として伝搬し、モジュールの光軸がさらにずれる可能性があった。
【００１６】
また、図１５に示す従来例においては排熱方向が光軸２０８に対し平行であるため、他の従来例のように光軸２０８がずれる可能性は少ないが、排熱する方向が最も発熱量の大きな半導体レーザー側であるため、レーザーダイオード２０１の排熱によって放熱フィン２０７の温度が上がってしまいレーザー共振器、特に固体レーザー媒質２０４からの排熱が効率よく行われない可能性があった。
【００１７】
また、放熱フィン２０７の放熱性能がレーザーダイオード２０１の発熱に比べて低い場合には、レーザーダイオード２０１からの発熱がレーザー共振器側に逆流して動作が不安定になる可能性があった。
【００１８】
本発明は、上記状況に鑑みて、長時間安定したレーザー出力を維持することができる固体レーザーモジュールを提供することを目的とする。
【００１９】
さらに、本発明においては長時間安定したレーザー出力を維持することができる固体レーザーモジュールにおいて、それらを構成する光学部品の交換が容易な固体レーザーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源と、この半導体レーザー光源から照射された励起光を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系と、少なくとも前記固体レーザー媒質とこの固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振器ミラーからなるレーザー共振器を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記励起光学系、前記レーザー共振器が直線状に配置されて光軸を形成しており、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部内を前記光軸に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器の周囲以外であり、かつ前記半導体レーザー光源とレーザー共振器の中間の領域に設けたモジュール支持部を伝わってモジュール固定・冷却面を介してモジュール外部へ排熱されるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
〔２〕上記〔１〕記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール保持部は、前記半導体レーザー光源、前記励起光学系、前記レーザー共振器及びその構成部品がそれぞれ独立した板状の保持ブロックに固定されてなり、光軸方向の少なくとも１本の棒状のガイドによって、それぞれの前記板状の保持ブロックが貫通され、所望の順序で重ねて前記モジュール支持部に固定されることを特徴とする。
【００２２】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール支持部は、前記励起光学系が配置される下部に突出して配置されることを特徴とする。
【００２３】
〔４〕上記〔１〕記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュールの固定・冷却面は前記モジュール支持部に連設され、さらに前記固定・冷却面にペルチェ素子が接続され、前記モジュール支持部の断面積が、前記ペルチェ素子の面積より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、半導体レーザー光源およびレーザー共振器より発生した熱が、周囲のモジュール保持部内を光軸に沿って伝搬するために、モジュール保持部の温度勾配は光軸方向に形成され、モジュール保持部が熱膨張しても光軸は直線のままで反ることはないため、発振が不安定になることがない。さらに半導体レーザー光源およびレーザー共振器の周囲以外でかつそれらの中間の領域に設けたモジュール支持部を伝わらせた熱をモジュール固定・冷却面からモジュール外部へ排熱することにより、半導体レーザー光源で発生した熱がレーザー共振器に伝わることが少ない。さらにモジュール支持部の断面積を熱の伝導路となし、ペルチェ素子の面積より小さくすることにより、モジュール固定・冷却面に密着させたペルチェ素子により温度制御を行っても、ペルチェ素子の反りがレーザー共振器に伝わることが少ない。これにより、長時間安定した出力レーザー光を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の固体レーザーモジュールは、固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源１と、この半導体レーザー光源１から照射された励起光９を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系２と、少なくとも前記固体レーザー媒質を含んで、この固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振器ミラーからなるレーザー共振器３を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記半導体レーザー光源１、前記励起光学系２、レーザー共振器３が直線状に配置されて光軸７を形成しており、前記半導体レーザー光源１および内部に固体レーザー媒質を含むレーザー共振器３内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部４内を前記光軸７に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３の周囲以外であり、かつ両者の中間の領域に設けたモジュール支持部５を伝わってモジュール固定・冷却面６を介してモジュール外部へ排熱される。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の固体レーザーモジュールの基本構成を示す模式図、図２はその固体レーザーモジュールによる効果を示す概念図である。
【００２８】
これらの図に示すように、固体レーザーモジュールは、固体レーザー媒質（図示なし）を励起する半導体レーザー光源１と、この半導体レーザー光源１から照射された励起光９を整形し、固体レーザー媒質に導くための励起光学系２と、固体レーザー媒質を含んで、この固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させるレーザー共振器３を備えている。これらの半導体レーザー光源１、励起光学系２、固体レーザー媒質およびレーザー共振器３が直線状に配置されて光軸７を形成しており、半導体レーザー光源１および内部に固体レーザー媒質を含むレーザー共振器３内で発生した熱は、その周囲のモジュール保持部４内を光軸７に沿った方向に伝搬する。熱の流れＡは、半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３の周囲以外で、かつ両者の中間の領域に設けたモジュール支持部５を伝わって、モジュール固定・冷却面６を介してモジュール外部へ排熱させることができる。
【００２９】
このように構成したので、モジュール支持部５の面積は、モジュール固定・冷却面６に密着させたペルチェ素子１０の面積より小さくなっている。そのためペルチェ素子１０による温度制御を行っても、図２の概念図に示したように、ペルチェ素子１０の反りがレーザー共振器３に伝わることが少ない。これにより、長時間安定した出力レーザー光８を維持することができる。
【００３０】
以下、本発明の固体レーザーモジュールの具体的実施例について説明する。
【００３１】
図３は本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す上面図、図４はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図、図５はその固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す側面図、図６はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図、図７はその固体レーザーモジュールをレーザー出射側から見た側面図である。
【００３２】
これらの図において、１１は半導体レーザー素子（光源）、１２は集光レンズ（励起光学系）、１３はレーザー共振器であり、このレーザー共振器１３は、固体レーザー媒質１４、光スイッチ素子１５、出力ミラー１６からなっている。１７は光軸、１８は励起光、１９は出力レーザー光、２０はガイド、２１，２３，２４，２５は保持ブロック、２２はモジュール支持部、２６はモジュール支持部２２と保持ブロック２１及び２３並びに隣り合う保持ブロック２３〜２５が当接する接触面である。また、２９はモジュール固定・冷却面、３０はペルチェ素子である。
【００３３】
より具体的には、図３において、１１は波長８０８ｎｍの固体レーザー媒質励起用の半導体レーザー素子（光源）、１２は半導体レーザー素子１より発せられた励起レーザー光を整形し、固体レーザー媒質に集光するための集光レンズ（励起光学系）、１３はレーザー共振器であり、このレーザー共振器１３は、固体レーザー媒質１４と光スイッチ素子１５、出力ミラー１６からなる。固体レーザー媒質１４はＮｄを１ａｔ．％含有するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）で直径３ｍｍ、長さ４ｍｍの円筒形状（ロッド）である。このＹＡＧロッドの励起光学系側の面には波長１０６４ｎｍのレーザー発振光に対して反射率９９％以上の高反射、波長８０８ｎｍの励起光に対して９５％以上の透過率のコーティング膜が形成されており、この膜と発振光に対し５０％の反射率を有する出力ミラー１６との間でレーザー共振が起こり、出力ミラー１６を通じて外部に取り出される。光スイッチ素子１５はＣｒを含有するＹＡＧで１０６４ｎｍの光に対し６０％の透過率を有する。直径は固体レーザー媒質１４と同じく３ｍｍである。図３に示すように、集光レンズ１２を除き、各素子はそれぞれ個別の板状の保持ブロック２１，２３，２４，２５に固定されている。これらの保持ブロック２１，２３，２４，２５は熱伝導率の高い銅製で、相対するブロックの面は接触させた際に熱伝導が良好に行われるようになめらかな平面に加工されている。さらに各保持ブロック２１，２３，２４，２５およびモジュール支持部２２には貫通穴２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａがそれぞれ２箇所ずつ形成されており、２本の直径３ｍｍのステンレス製の円柱状のガイド２０により貫かれている。このガイド２０により各素子の光軸位置が固定され、保持ブロック２１，２３，２４，２５がガイド２０に沿って移動しても光軸１７はずれることがない。さらにガイド２０に対して各ブロック２１，２３，２４，２５の相対する面は垂直になるように高精度に加工しており、密着させても隙間が生じたりすることはない。
【００３４】
図４はガイド２０に沿って各保持ブロック２１，２３，２４，２５をモジュール支持部２２の方向に密着させ固定した様子を上面から見た図である。
【００３５】
図５はその固体レーザーモジュールの断面を側面から示したもので、各保持ブロック２１，２３，２４，２５及びモジュール支持部２２にはガイド２０が通される貫通穴２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａとは別に、各保持ブロック２１，２３，２４，２５をモジュール支持部２２側に密着させて固定するための固定用ネジ２８ａ，２８ｂの穴２１ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂが形成されている。固定用ネジ２８ａおよび２８ｂの嵌合部２７はモジュール支持部２２に形成した穴２２ｂ内面に形成されている。
【００３６】
図６は、これらの固定用ネジ２８ａ，２８ｂを回転させることで、各保持ブロック２１，２３，２４，２５をガイド２０に沿ってモジュール支持部２２に重ねて密着させ、固定した断面を示す側面図である。各保持ブロック２１，２３，２４，２５を密着、一体化させることで各素子から発生した熱を図６に示す熱の流れＡの方向に伝搬し、接触面２６を通してモジュール支持部２２に伝達させ、モジュール固定・冷却面２９から排熱する。
【００３７】
図７は固体レーザーモジュールを出力ミラー側から見た側面図であり、ガイド２０と固定用ネジ２８ｂ、出力ミラー１６の位置関係が示されている。
【００３８】
図８は本発明の第２実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【００３９】
この実施例では、第１実施例と異なる固体レーザーモジュールの側面の構造を示しており、固定用ネジ２８ｃ，２８ｄの嵌合部２７ａ，２７ｂを固体レーザーモジュールの両端部の保持ブロック２１と２５にそれぞれ設けている。励起用半導体レーザー素子（光源）側とレーザー共振器側で独立して固定用ネジ２８ｃ，２８ｄの嵌合部２７ａ，２７ｂを設けることにより、それぞれの保持ブロックの厚みや組み合わせに対して固定用ネジ２８ｃ，２８ｄの長さの自由度が向上する。
【００４０】
図９は本発明の第３実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図、図１０はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図である。
【００４１】
これらの図において、励起用半導体レーザー素子（光源）１１と集光レンズ（励起光学系）１２はあらかじめ保持ブロック３１内で位置を固定され一体化されており、これを、図１０に示すように、モジュール支持部３２に挿入する構造である。保持ブロック３１およびモジュール支持部３２の嵌合部３４にネジを形成しておき挿入するようにしても良いし、モジュール支持部３２に外部から貫通ネジで固定するようにしても良い。レーザー共振器１３の構造は図１と同じである。なお、３３はガイドである。
【００４２】
このような構造にすることにより、集光レンズ１２を交換する場合においてもモジュール支持部３２を取り外したり、交換したりする必要がないため、固体レーザーモジュールの保守性が大幅に向上する。
【００４３】
図１１は本発明の第４実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図、図１２はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【００４４】
これらの図に示すように、この実施例では、保持ブロック３１内には励起用光源３５が配置され、この励起用光源３５として励起光を光ファイバー３６で伝搬させるように構成した。
【００４５】
図１２には図１１に示される分解された構成においてモジュール支持部３２に保持ブロック３１を嵌合させて組み立てた状態での側面から見た構造が示されており、この実施例において、モジュール支持部３２は集光レンズ１２が配置される位置の下部に突出して配置されている。集光レンズ１２からなる励起光学系は発熱することが少なく、しかも励起用光源３５とレーザー共振器１３の中間にあることから、その部位にモジュール固定・冷却面２９に接続するモジュール支持部３２を設けることで、両者の熱的な干渉を抑え、さらに熱による光軸１７の歪みの影響が少ない動作の安定した固体レーザーモジュールを構成することができる。また、２８ｅは固定用ネジである。
【００４６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、固体レーザーモジュールとして一体化して動作する最終的な形態として図１に示す本発明の趣旨に基づいて、個々の部品形状、種類には種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、固体レーザー媒質の母材としてはＹＡＧ以外にＹＡｌＯ3 、ＹＶＯ4 、Ｙ2 Ｏ3 、ＹＬＦ、ＫＧＷ、ＫＹＷ、ＧｄＶＯ4 、ＬｉＳＡＦ、ＬｉＣＡＦ、ＧＧＧ, ＧＳＧＧなどでもよい。また、添加するレーザー元素としてはＮｄ以外にＹｂ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐｒやそれらの組み合わせでも構わない。必要とするレーザー波長、出力に合わせて適切に選択される。さらに励起を行う半導体レーザー素子（光源）については使用する固体レーザー媒質の吸収特性に合わせ適切な波長、出力のものが選択される。また、同じレーザー媒質においても吸収波長が複数ある場合には、目的に応じそのうちの最適な波長が選択さる。励起光学系としての集光レンズについては励起用半導体レーザー素子や光ファイバーのコア径と必要とされる集光ビーム径から適切に選択される。また、この集光レンズは１個でも良いし複数直列に並べても良い。
【００４７】
本発明の実施例ではレーザー共振器内に光スイッチ素子としてＣｒ: ＹＡＧを用いたが、これ以外にＣｏ: Ｓｐｉｎｅｌ、Ｖ: ＹＡＧや半導体材料であるＳＡＭでもよい。さらに、非線形光学素子としてＫＴＰ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）、ＫＮｂＯ3 （ＫＮ）、ＬｉＴａＯ3 （ＬＴ）、ＧｄＹＣＯＢなどを挿入しても良い。また、能動Ｑスイッチ素子や偏光制御素子、レンズなどを挿入しても良い。もちろん固体レーザー媒質のみでもよい。必要な機能に合わせ適当な光学素子を前記保持ブロックに固定してモジュール内に必要な枚数、順番で挿入することができる。レーザー共振の方法としては実施例のように固体レーザー媒質の片面のコーティングと出力ミラーの組み合わせでも良いし、２枚の個別のミラーを用いても良い。さらに挿入する光学素子の片端面に直接コーティングして出力ミラーと同じ作用をさせることもできる。
【００４８】
また、ガイドとしては円柱状のものを例として示したが、光軸の位置を規定するガイドとして機能すればどのような形状でも良く、断面が多角形でも良い。また、配置する位置もどこでも良く、レール状にして保持ブロックの下部に設けても良い。数量も１本でも良いし、３本でもそれ以上でも良い。さらに各保持ブロックを貫通するガイドでなくても光軸の位置が規定されればよいので、例えばそれぞれの保持ブロックの相対する面に位置を決めた突起等を設けて、それぞれに嵌合するようにして一体化するようにしてもよい。
【００４９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の固体レーザーモジュールは、レーザー光を用いた様々な産業・理化学応用分野において、長時間安定したレーザー出力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の固体レーザーモジュールの基本構成を示す模式図である。
【図２】本発明の固体レーザーモジュールによる効果を示す概念図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す上面図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図である。
【図５】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す側面図である。
【図６】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【図７】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールをレーザー出射側から見た側面図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【図９】本発明の第３実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図である。
【図１０】本発明の第３実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図である。
【図１１】本発明の第４実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図である。
【図１２】本発明の第４実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【図１３】従来の固体レーザーモジュールの構成（その１）を示す図である。
【図１４】従来の固体レーザーモジュールの構成（その２）を示す図である。
【図１５】従来の固体レーザーモジュールの構成（その３）を示す図である。
【図１６】図１３に示された従来の固体レーザーモジュール（その１）の熱による変形を示す図である。
【図１７】図１４に示された従来の固体レーザーモジュール（その２）の熱による変形を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 半導体レーザー光源
２ 励起光学系
３，１３ レーザー共振器
４ モジュール保持部
５，２２，３２ モジュール支持部
６，２９ モジュール固定・冷却面
７，１７ 光軸
８，１９ 出力レーザー光
９，１８ 励起光
Ａ 熱の流れ
１０，３０ ペルチェ素子
１１ 半導体レーザー素子（光源）
１２ 集光レンズ（励起光学系）
１４ 固体レーザー媒質
１５ 光スイッチ素子
１６ 出力ミラー
２０，３３ ガイド
２１，２３，２４，２５，３１ 保持ブロック
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ ガイドの貫通穴
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ 固定用ネジの穴
２６ 接触面
２７，２７ａ，２７ｂ 固定用ネジの嵌合部
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ 固定用ネジ
３４ モジュール支持部の嵌合部
３５ 励起用光源
３６ 光ファイバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３から図１７に従来の固体レーザーモジュールの構成例を示し、併せてその課題を示す。
【０００３】
図１３は従来の固体レーザーモジュールの構成（その１）を示す図である。
【０００４】
図１３において、１０１は半導体レーザー光源、１０２は励起光学系、１０３はレーザー共振器である。１０４は各光学部品が固定され、支持されるモジュール支持部、１０５はモジュールを固定しかつ外から冷却されるモジュール固定・冷却面、１０６は励起光、１０７はレーザー共振器１０３の光軸、１０８はレーザー共振器１０３からの出力レーザー光、１０９は熱の流れを示している。ここで、レーザー共振器１０３は、両端に共振器ミラーを有し、その間には固体レーザー媒質と、レーザー発生の制御を行う光スイッチ素子、偏光制御素子、さらにレーザー光の波長を変換する非線形光学素子などが用途に応じて配置される。この固体レーザーモジュールの冷却構造としては、図１３の熱の流れ１０９に示すように、モジュールを構成する部品全体を固定、支持するモジュール支持部１０４を通して、モジュールの動作時に各部品より発生する熱、特に励起用の半導体レーザー光源１０１やレーザー共振器１０３内の固体レーザー媒質から発生する熱を光軸１０７に対して垂直方向に伝搬させ、モジュール固定・冷却面１０５から排熱する構成となっている。モジュール固定・冷却面１０５に伝搬した熱は、さらにそのモジュール固定・冷却面１０５に密着させたペルチェ素子あるいは水等の冷却媒質によりモジュール外部に完全に排熱される（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、励起用の半導体レーザー光源と励起光学系をモジュールの外部に設置し、レーザー共振器のみをモジュール支持部上に構成して排熱する例も示されている（下記特許文献２参照）。
【０００６】
図１４は従来の固体レーザーモジュールの構成（その２）を示す図である。
【０００７】
この図において、１１０はモジュール保持部、１１１は半導体レーザー光源、１１２は励起光学系、１１３はレーザー共振器、１１４はモジュール支持部、１１５はモジュール固定・冷却面、１１６は励起光、１１７は光軸、１１８は出力レーザー光、１１９は熱の流れを示している。
【０００８】
このように固体レーザーモジュールを構成する各素子の周囲を囲むように、素子の保持と放熱を兼ねたモジュール保持部１１０を有し、それらが同様に共通のモジュール支持部１１４上に配置されている例も示されている（下記特許文献３参照）。なお、図１４に示すような固体レーザーモジュールの構成例においては、素子から発生した熱は一時的に素子の周囲のモジュール保持部１１０を伝搬しても、最終的には光軸１１７に対して垂直方向である熱の流れ１１９の方向モジュール支持部１１４へと伝搬し、モジュール外へ排熱される（下記特許文献３参照）。
【０００９】
図１５は従来の固体レーザーモジュールの構成（その３）を示す図である。
【００１０】
この図において、２０１はレーザーダイオード、２０２は集光光学系、２０３は全反射ミラー、２０４は固体レーザー媒質、２０５は出力ミラー、２０６はモジュール保持部、２０７は放熱フィン、２０８は光軸、２０９は熱の流れを示している。
【００１１】
このような従来の固体レーザーモジュール構造においては、モジュールを構成する各素子は、周囲のモジュール保持部２０６で保持され、最も発熱の大きいレーザーダイオード２０１に密着して放熱フィン２０７が設けられている。
【００１２】
この構成においては、各素子から発生した熱は周囲のモジュール保持部２０６に伝わり、光軸２０８と平行な熱の流れ２０９の方向に伝搬し、放熱フィン２０７からモジュール外部へ排熱される（下記特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４９３７１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１５６２８号公報
【特許文献３】特開２００７−８１２３３号公報
【特許文献４】特開平９−１１６２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記図１３に示した従来例の構造においては、モジュール支持部１０４内において光軸１０７に対して垂直方向に温度勾配が形成されるため、図１６に示すように、モジュール支持部１０４の材料の熱膨張によって、モジュールが、凸形状に変形してしまう。そのため、励起光１０６や光軸１０７が設計時の最適条件からずれ、時間の経過とともに得られる出力レーザー光の出力が低下したり、レーザービームの方向や形状が変形したりする可能性があった。例えば熱伝導に優れた銅製で長さ５ｃｍ、厚み０．５ｃｍのモジュール支持部１０４において、上下で２０℃の温度差が生じると、最大で０．１ｍｍの反りが発生することが計算で予測される。
【００１４】
また、上記の図１４に示した従来例においても同様で、最終的にモジュール保持部１１０、モジュール支持部１１４を通して光軸１１７と垂直方向に排熱を行うために、図１７に示すように、モジュール保持部１１０やモジュール支持部１１４の上下面で温度差が生じ、反りが生じて光軸１１７がずれる可能性があった。
【００１５】
さらに、図１３、図１４の従来例において、モジュールの固定かつ冷却を行うモジュール固定・冷却面１０５，１１５に電子冷却素子であるペルチェ素子を密着させてモジュールの温度制御を行った場合には、ペルチェ素子自体に動作時に発生する反りがモジュールに直接応力として伝搬し、モジュールの光軸がさらにずれる可能性があった。
【００１６】
また、図１５に示す従来例においては排熱方向が光軸２０８に対し平行であるため、他の従来例のように光軸２０８がずれる可能性は少ないが、排熱する方向が最も発熱量の大きな半導体レーザー側であるため、レーザーダイオード２０１の排熱によって放熱フィン２０７の温度が上がってしまいレーザー共振器、特に固体レーザー媒質２０４からの排熱が効率よく行われない可能性があった。
【００１７】
また、放熱フィン２０７の放熱性能がレーザーダイオード２０１の発熱に比べて低い場合には、レーザーダイオード２０１からの発熱がレーザー共振器側に逆流して動作が不安定になる可能性があった。
【００１８】
本発明は、上記状況に鑑みて、長時間安定したレーザー出力を維持することができる固体レーザーモジュールを提供することを目的とする。
【００１９】
さらに、本発明においては長時間安定したレーザー出力を維持することができる固体レーザーモジュールにおいて、それらを構成する光学部品の交換が容易な固体レーザーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源と、この半導体レーザー光源から照射された励起光を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系と、少なくとも前記固体レーザー媒質とこの固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振器ミラーからなるレーザー共振器を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記励起光学系、前記レーザー共振器が直線状に配置されて光軸を形成しており、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部内を前記光軸に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器の周囲以外であり、かつ前記半導体レーザー光源とレーザー共振器の中間の領域に設けたモジュール支持部を伝わってモジュール固定・冷却面を介してモジュール外部へ排熱されるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
〔２〕上記〔１〕記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール保持部は、前記半導体レーザー光源、前記励起光学系、前記レーザー共振器及びその構成部品がそれぞれ独立した板状の保持ブロックに固定されてなり、光軸方向の少なくとも１本の棒状のガイドによって、それぞれの前記板状の保持ブロックが貫通され、所望の順序で重ねて前記モジュール支持部に固定されることを特徴とする。
【００２２】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール支持部は、前記励起光学系が配置される下部に突出して配置されることを特徴とする。
【００２３】
〔４〕上記〔１〕記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュールの固定・冷却面は前記モジュール支持部に連設され、さらに前記固定・冷却面にペルチェ素子が接続され、前記モジュール支持部の断面積が、前記ペルチェ素子の面積より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、半導体レーザー光源およびレーザー共振器より発生した熱が、周囲のモジュール保持部内を光軸に沿って伝搬するために、モジュール保持部の温度勾配は光軸方向に形成され、モジュール保持部が熱膨張しても光軸は直線のままで反ることはないため、発振が不安定になることがない。さらに半導体レーザー光源およびレーザー共振器の周囲以外でかつそれらの中間の領域に設けたモジュール支持部を伝わらせた熱をモジュール固定・冷却面からモジュール外部へ排熱することにより、半導体レーザー光源で発生した熱がレーザー共振器に伝わることが少ない。さらにモジュール支持部の断面積を熱の伝導路となし、ペルチェ素子の面積より小さくすることにより、モジュール固定・冷却面に密着させたペルチェ素子により温度制御を行っても、ペルチェ素子の反りがレーザー共振器に伝わることが少ない。これにより、長時間安定した出力レーザー光を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の固体レーザーモジュールは、固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源１と、この半導体レーザー光源１から照射された励起光９を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系２と、少なくとも前記固体レーザー媒質を含んで、この固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振器ミラーからなるレーザー共振器３を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記半導体レーザー光源１、前記励起光学系２、レーザー共振器３が直線状に配置されて光軸７を形成しており、前記半導体レーザー光源１および内部に固体レーザー媒質を含むレーザー共振器３内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部４内を前記光軸７に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３の周囲以外であり、かつ両者の中間の領域に設けたモジュール支持部５を伝わってモジュール固定・冷却面６を介してモジュール外部へ排熱される。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の固体レーザーモジュールの基本構成を示す模式図、図２はその固体レーザーモジュールによる効果を示す概念図である。
【００２８】
これらの図に示すように、固体レーザーモジュールは、固体レーザー媒質（図示なし）を励起する半導体レーザー光源１と、この半導体レーザー光源１から照射された励起光９を整形し、固体レーザー媒質に導くための励起光学系２と、固体レーザー媒質を含んで、この固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させるレーザー共振器３を備えている。これらの半導体レーザー光源１、励起光学系２、固体レーザー媒質およびレーザー共振器３が直線状に配置されて光軸７を形成しており、半導体レーザー光源１および内部に固体レーザー媒質を含むレーザー共振器３内で発生した熱は、その周囲のモジュール保持部４内を光軸７に沿った方向に伝搬する。熱の流れＡは、半導体レーザー光源１およびレーザー共振器３の周囲以外で、かつ両者の中間の領域に設けたモジュール支持部５を伝わって、モジュール固定・冷却面６を介してモジュール外部へ排熱させることができる。
【００２９】
このように構成したので、モジュール支持部５の面積は、モジュール固定・冷却面６に密着させたペルチェ素子１０の面積より小さくなっている。そのためペルチェ素子１０による温度制御を行っても、図２の概念図に示したように、ペルチェ素子１０の反りがレーザー共振器３に伝わることが少ない。これにより、長時間安定した出力レーザー光８を維持することができる。
【００３０】
以下、本発明の固体レーザーモジュールの具体的実施例について説明する。
【００３１】
図３は本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す上面図、図４はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図、図５はその固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す側面図、図６はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図、図７はその固体レーザーモジュールをレーザー出射側から見た側面図である。
【００３２】
これらの図において、１１は半導体レーザー素子（光源）、１２は集光レンズ（励起光学系）、１３はレーザー共振器であり、このレーザー共振器１３は、固体レーザー媒質１４、光スイッチ素子１５、出力ミラー１６からなっている。１７は光軸、１８は励起光、１９は出力レーザー光、２０はガイド、２１，２３，２４，２５は保持ブロック、２２はモジュール支持部、２６はモジュール支持部２２と保持ブロック２１及び２３並びに隣り合う保持ブロック２３〜２５が当接する接触面である。また、２９はモジュール固定・冷却面、３０はペルチェ素子である。
【００３３】
より具体的には、図３において、１１は波長８０８ｎｍの固体レーザー媒質励起用の半導体レーザー素子（光源）、１２は半導体レーザー素子１より発せられた励起レーザー光を整形し、固体レーザー媒質に集光するための集光レンズ（励起光学系）、１３はレーザー共振器であり、このレーザー共振器１３は、固体レーザー媒質１４と光スイッチ素子１５、出力ミラー１６からなる。固体レーザー媒質１４はＮｄを１ａｔ．％含有するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）で直径３ｍｍ、長さ４ｍｍの円筒形状（ロッド）である。このＹＡＧロッドの励起光学系側の面には波長１０６４ｎｍのレーザー発振光に対して反射率９９％以上の高反射、波長８０８ｎｍの励起光に対して９５％以上の透過率のコーティング膜が形成されており、この膜と発振光に対し５０％の反射率を有する出力ミラー１６との間でレーザー共振が起こり、出力ミラー１６を通じて外部に取り出される。光スイッチ素子１５はＣｒを含有するＹＡＧで１０６４ｎｍの光に対し６０％の透過率を有する。直径は固体レーザー媒質１４と同じく３ｍｍである。図３に示すように、集光レンズ１２を除き、各素子はそれぞれ個別の板状の保持ブロック２１，２３，２４，２５に固定されている。これらの保持ブロック２１，２３，２４，２５は熱伝導率の高い銅製で、相対するブロックの面は接触させた際に熱伝導が良好に行われるようになめらかな平面に加工されている。さらに各保持ブロック２１，２３，２４，２５およびモジュール支持部２２には貫通穴２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａがそれぞれ２箇所ずつ形成されており、２本の直径３ｍｍのステンレス製の円柱状のガイド２０により貫かれている。このガイド２０により各素子の光軸位置が固定され、保持ブロック２１，２３，２４，２５がガイド２０に沿って移動しても光軸１７はずれることがない。さらにガイド２０に対して各ブロック２１，２３，２４，２５の相対する面は垂直になるように高精度に加工しており、密着させても隙間が生じたりすることはない。
【００３４】
図４はガイド２０に沿って各保持ブロック２１，２３，２４，２５をモジュール支持部２２の方向に密着させ固定した様子を上面から見た図である。
【００３５】
図５はその固体レーザーモジュールの断面を側面から示したもので、各保持ブロック２１，２３，２４，２５及びモジュール支持部２２にはガイド２０が通される貫通穴２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａとは別に、各保持ブロック２１，２３，２４，２５をモジュール支持部２２側に密着させて固定するための固定用ネジ２８ａ，２８ｂの穴２１ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂが形成されている。固定用ネジ２８ａおよび２８ｂの嵌合部２７はモジュール支持部２２に形成した穴２２ｂ内面に形成されている。
【００３６】
図６は、これらの固定用ネジ２８ａ，２８ｂを回転させることで、各保持ブロック２１，２３，２４，２５をガイド２０に沿ってモジュール支持部２２に重ねて密着させ、固定した断面を示す側面図である。各保持ブロック２１，２３，２４，２５を密着、一体化させることで各素子から発生した熱を図６に示す熱の流れＡの方向に伝搬し、接触面２６を通してモジュール支持部２２に伝達させ、モジュール固定・冷却面２９から排熱する。
【００３７】
図７は固体レーザーモジュールを出力ミラー側から見た側面図であり、ガイド２０と固定用ネジ２８ｂ、出力ミラー１６の位置関係が示されている。
【００３８】
図８は本発明の第２実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【００３９】
この実施例では、第１実施例と異なる固体レーザーモジュールの側面の構造を示しており、固定用ネジ２８ｃ，２８ｄの嵌合部２７ａ，２７ｂを固体レーザーモジュールの両端部の保持ブロック２１と２５にそれぞれ設けている。励起用半導体レーザー素子（光源）側とレーザー共振器側で独立して固定用ネジ２８ｃ，２８ｄの嵌合部２７ａ，２７ｂを設けることにより、それぞれの保持ブロックの厚みや組み合わせに対して固定用ネジ２８ｃ，２８ｄの長さの自由度が向上する。
【００４０】
図９は本発明の第３実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図、図１０はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図である。
【００４１】
これらの図において、励起用半導体レーザー素子（光源）１１と集光レンズ（励起光学系）１２はあらかじめ保持ブロック３１内で位置を固定され一体化されており、これを、図１０に示すように、モジュール支持部３２に挿入する構造である。保持ブロック３１およびモジュール支持部３２の嵌合部３４にネジを形成しておき挿入するようにしても良いし、モジュール支持部３２に外部から貫通ネジで固定するようにしても良い。レーザー共振器１３の構造は図１と同じである。なお、３３はガイドである。
【００４２】
このような構造にすることにより、集光レンズ１２を交換する場合においてもモジュール支持部３２を取り外したり、交換したりする必要がないため、固体レーザーモジュールの保守性が大幅に向上する。
【００４３】
図１１は本発明の第４実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図、図１２はその固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【００４４】
これらの図に示すように、この実施例では、保持ブロック３１内には励起用光源３５が配置され、この励起用光源３５として励起光を光ファイバー３６で伝搬させるように構成した。
【００４５】
図１２には図１１に示される分解された構成においてモジュール支持部３２に保持ブロック３１を嵌合させて組み立てた状態での側面から見た構造が示されており、この実施例において、モジュール支持部３２は集光レンズ１２が配置される位置の下部に突出して配置されている。集光レンズ１２からなる励起光学系は発熱することが少なく、しかも励起用光源３５とレーザー共振器１３の中間にあることから、その部位にモジュール固定・冷却面２９に接続するモジュール支持部３２を設けることで、両者の熱的な干渉を抑え、さらに熱による光軸１７の歪みの影響が少ない動作の安定した固体レーザーモジュールを構成することができる。また、２８ｅは固定用ネジである。
【００４６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、固体レーザーモジュールとして一体化して動作する最終的な形態として図１に示す本発明の趣旨に基づいて、個々の部品形状、種類には種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、固体レーザー媒質の母材としてはＹＡＧ以外にＹＡｌＯ3 、ＹＶＯ4 、Ｙ2 Ｏ3 、ＹＬＦ、ＫＧＷ、ＫＹＷ、ＧｄＶＯ4 、ＬｉＳＡＦ、ＬｉＣＡＦ、ＧＧＧ, ＧＳＧＧなどでもよい。また、添加するレーザー元素としてはＮｄ以外にＹｂ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐｒやそれらの組み合わせでも構わない。必要とするレーザー波長、出力に合わせて適切に選択される。さらに励起を行う半導体レーザー素子（光源）については使用する固体レーザー媒質の吸収特性に合わせ適切な波長、出力のものが選択される。また、同じレーザー媒質においても吸収波長が複数ある場合には、目的に応じそのうちの最適な波長が選択さる。励起光学系としての集光レンズについては励起用半導体レーザー素子や光ファイバーのコア径と必要とされる集光ビーム径から適切に選択される。また、この集光レンズは１個でも良いし複数直列に並べても良い。
【００４７】
本発明の実施例ではレーザー共振器内に光スイッチ素子としてＣｒ: ＹＡＧを用いたが、これ以外にＣｏ: Ｓｐｉｎｅｌ、Ｖ: ＹＡＧや半導体材料であるＳＡＭでもよい。さらに、非線形光学素子としてＫＴＰ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ3 （ＬＮ）、ＫＮｂＯ3 （ＫＮ）、ＬｉＴａＯ3 （ＬＴ）、ＧｄＹＣＯＢなどを挿入しても良い。また、能動Ｑスイッチ素子や偏光制御素子、レンズなどを挿入しても良い。もちろん固体レーザー媒質のみでもよい。必要な機能に合わせ適当な光学素子を前記保持ブロックに固定してモジュール内に必要な枚数、順番で挿入することができる。レーザー共振の方法としては実施例のように固体レーザー媒質の片面のコーティングと出力ミラーの組み合わせでも良いし、２枚の個別のミラーを用いても良い。さらに挿入する光学素子の片端面に直接コーティングして出力ミラーと同じ作用をさせることもできる。
【００４８】
また、ガイドとしては円柱状のものを例として示したが、光軸の位置を規定するガイドとして機能すればどのような形状でも良く、断面が多角形でも良い。また、配置する位置もどこでも良く、レール状にして保持ブロックの下部に設けても良い。数量も１本でも良いし、３本でもそれ以上でも良い。さらに各保持ブロックを貫通するガイドでなくても光軸の位置が規定されればよいので、例えばそれぞれの保持ブロックの相対する面に位置を決めた突起等を設けて、それぞれに嵌合するようにして一体化するようにしてもよい。
【００４９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の固体レーザーモジュールは、レーザー光を用いた様々な産業・理化学応用分野において、長時間安定したレーザー出力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の固体レーザーモジュールの基本構成を示す模式図である。
【図２】本発明の固体レーザーモジュールによる効果を示す概念図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す上面図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図である。
【図５】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが分解された断面状態を示す側面図である。
【図６】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【図７】本発明の第１実施例を示す固体レーザーモジュールをレーザー出射側から見た側面図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【図９】本発明の第３実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図である。
【図１０】本発明の第３実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す上面図である。
【図１１】本発明の第４実施例を示す固体レーザーモジュールが分解されている断面状態を示す上面図である。
【図１２】本発明の第４実施例を示す固体レーザーモジュールが組み立てられた断面状態を示す側面図である。
【図１３】従来の固体レーザーモジュールの構成（その１）を示す図である。
【図１４】従来の固体レーザーモジュールの構成（その２）を示す図である。
【図１５】従来の固体レーザーモジュールの構成（その３）を示す図である。
【図１６】図１３に示された従来の固体レーザーモジュール（その１）の熱による変形を示す図である。
【図１７】図１４に示された従来の固体レーザーモジュール（その２）の熱による変形を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 半導体レーザー光源
２ 励起光学系
３，１３ レーザー共振器
４ モジュール保持部
５，２２，３２ モジュール支持部
６，２９ モジュール固定・冷却面
７，１７ 光軸
８，１９ 出力レーザー光
９，１８ 励起光
Ａ 熱の流れ
１０，３０ ペルチェ素子
１１ 半導体レーザー素子（光源）
１２ 集光レンズ（励起光学系）
１４ 固体レーザー媒質
１５ 光スイッチ素子
１６ 出力ミラー
２０，３３ ガイド
２１，２３，２４，２５，３１ 保持ブロック
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ ガイドの貫通穴
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ｂ 固定用ネジの穴
２６ 接触面
２７，２７ａ，２７ｂ 固定用ネジの嵌合部
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ 固定用ネジ
３４ モジュール支持部の嵌合部
３５ 励起用光源
３６ 光ファイバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源と、該半導体レーザー光源から照射された励起光を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系と、少なくとも前記固体レーザー媒質と該固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振器ミラーからなるレーザー共振器を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記励起光学系、前記レーザー共振器が直線状に配置されて光軸を形成しており、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部内を前記光軸に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器の周囲以外であり、かつ前記半導体レーザー光源とレーザー共振器の中間の領域に設けたモジュール支持部を伝わってモジュール固定・冷却面を介してモジュール外部へ排熱されるようにしたことを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項２】
請求項１記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール保持部は、前記半導体レーザー光源、前記励起光学系、前記レーザー共振器及びその構成部品がそれぞれ独立した板状の保持ブロックに固定されてなり、光軸方向の少なくとも１本の棒状のガイドによって、それぞれの前記板状の保持ブロックが貫通され、所望の順序で重ねて前記モジュール支持部に固定されることを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール支持部は、前記励起光学系が配置される下部に突出して配置されることを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項４】
請求項１記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュールの固定・冷却面は前記モジュール支持部に連設され、さらに前記固定・冷却面にペルチェ素子が接続され、前記モジュール支持部の断面積が、前記ペルチェ素子の面積より小さいことを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項１】
固体レーザー媒質を励起する半導体レーザー光源と、該半導体レーザー光源から照射された励起光を整形し前記固体レーザー媒質に導くための励起光学系と、少なくとも前記固体レーザー媒質と該固体レーザー媒質から発せられるレーザー光を共振させる共振器ミラーからなるレーザー共振器を備えた固体レーザーモジュールにおいて、前記励起光学系、前記レーザー共振器が直線状に配置されて光軸を形成しており、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器内で発生した熱がその周囲のモジュール保持部内を前記光軸に沿った方向に伝搬し、前記半導体レーザー光源およびレーザー共振器の周囲以外であり、かつ前記半導体レーザー光源とレーザー共振器の中間の領域に設けたモジュール支持部を伝わってモジュール固定・冷却面を介してモジュール外部へ排熱されるようにしたことを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項２】
請求項１記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール保持部は、前記半導体レーザー光源、前記励起光学系、前記レーザー共振器及びその構成部品がそれぞれ独立した板状の保持ブロックに固定されてなり、光軸方向の少なくとも１本の棒状のガイドによって、それぞれの前記板状の保持ブロックが貫通され、所望の順序で重ねて前記モジュール支持部に固定されることを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュール支持部は、前記励起光学系が配置される下部に突出して配置されることを特徴とする固体レーザーモジュール。
【請求項４】
請求項１記載の固体レーザーモジュールにおいて、前記モジュールの固定・冷却面は前記モジュール支持部に連設され、さらに前記固定・冷却面にペルチェ素子が接続され、前記モジュール支持部の断面積が、前記ペルチェ素子の面積より小さいことを特徴とする固体レーザーモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−５４８３８（Ｐ２００９−５４８３８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２０９５１（Ｐ２００７−２２０９５１）
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【Ｆターム（参考）】
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