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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Feststofflaservorrichtung, welche
nützlich
ist, wenn sie beispielsweise als von einem Halbleiterlaser angeregte
YAG-Laservorrichtung
zur Verwendung bei der Materialverarbeitung eingesetzt wird, wie
z. B. beim Bohren, Schneiden oder Schweißen und bei der Oberflächenbehandlung,
wie z. B. bei der Oberflächenmodifizierung
oder -markierung.
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Stand der Technik
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Gegenwärtig zieht
eine Halbleiterlaservorrichtung (Laserdiode; kann im Folgenden als
LD bezeichnet werden) Aufmerksamkeit auf sich als anregende Lichtquelle
einer Feststofflaservorrichtung, wie z. B. einer YAG-Laservorrichtung.
Diese LD-Vorrichtung erzeugt Halbleiterlaserlicht aus einer LD-Vorrichtung
und hat eine hervorragende Oszillationseffizienz und Lebensdauer
im Vergleich mit einer herkömmlichen
Pumplampe.
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14 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer herkömmlichen
LD-angeregten YAG-Laservorrichtung
zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, besitzt eine YAG-Laservorrichtung 11 ein
Paar von LD-Vorrichtungen 2 als
anregende Lichtquelle, und diese LD-Vorrichtungen 2 sind so angeordnet,
dass sie den beiden Seitenflächen 1a, 1b eines
platteförmigen
YAG-Kristalls (im Folgenden einfach als Kristall bezeichnet) gegenüberliegen.
Ein Ausbeutespiegel 3 und ein Totalreflexionsspiegel 4 sind
parallel auf einer Seite der Längsrichtung (x-Achsenrichtung)
des Kristalls 1 vorgesehen, während ein Totalreflexions-Rücksendespiegel 5 und
ein Totalreflexions-Rücksendespiegel 6 parallel
auf der anderen Seite in der Längsrichtung
des Kristalls 1 vorgesehen sind. Diese Spiegel 3, 4, 5, 6 stellen
einen Resonator dar. Das dargestellte Beispiel zeigt einen YAG-Laserlichtpfad
im Kristall mit zwei Achsen, einem YAG-Laserlichtpfad 10a und einem
YAG-Laserlichtpfad 10b. Die LD-Vorrichtung 2 umfasst viele Kühlblöcke 8,
die in der x-Achsenrichtung
gestapelt sind, wobei an jedem Kühlblock 8 eine
LD-Vorrichtung 7 an dessen Seitenfläche befestigt ist. Die hier verwendete
LD-Vorrichtung 7 umfasst eine zweistellige Größenordnung
von aktiven Medien, die eindimensional angeordnet sind (d. h. eine
eindimensionale LD-Array-Vorrichtung), wobei jedes der aktiven Medien
eine Querschnittsfläche
von mehreren μm × mehrere
100 μm aufweisen.
Die LD-Vorrichtungen 7 sind zusammen mit den Kühlblocks 8 so
gestapelt, dass sie eine zweidimensionale LD-Array-Vorrichtung darstellen. Indem
von einer Stromquelle (nicht gezeigt) ein Antriebsstrom in der Stapelrichtung
des Kühlblocks
angelegt wird, wird Laserlicht 9 aus den jeweiligen LD-Vorrichtungen 7 emittiert
und dieses Laserlicht 9 wird als anregendes Licht auf die
gegenüberliegenden
Seitenflächen 1a, 1b des
Kristalls 1 gerichtet. Als Ergebnis wird YAG-Laserlicht 10 aus dem
Ausbeutespiegel 3 des Resonators ausgegeben.
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Zu
diesem Zeitpunkt sind die YAG-Laserlichtpfade 10a, 10b im
Kristall optische Zick-Zack-Wege, in welchen das Laserlicht in der x-Achsenrichtung
voranschreitet, während
es von den gegenüberliegenden
Seitenflächen 1a, 1b in
der Dickenrichtung (z-Achsenrichtung) des Kristalls 1 reflektiert
wird, da der Eintritt und der Austritt aus dem Kristall 1 (die
gegenüberliegenden
Endflächen
der x-Achsenrichtung) einen Brewster-Winkel aufweisen. Selbst wenn
somit eine Temperaturverteilung in der z-Achsenrichtung im Kristall
sowie eine Brechungsindexverteilung gemäß dieser Temperaturverteilung auftritt,
wird ein durch dieses Phänomen
bewirkter thermischer Linseneffekt kompensiert.
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Für die Brechungsindexverteilung
in der y-Achsenrichtung wird andererseits der thermische Linseneffekt
nicht kompensiert. Somit muss die Brechungsindexverteilung in der
y-Achsenrichtung
im Bereich des Laserlichtpfads gleichmäßig gestaltet werden. Mit der
oben beschriebenen herkömmlichen YAG-Laservorrichtung 11 tritt
jedoch eine Brechungsindexverteilung auch in der y-Achsenrichtung
im Kristall auf, da Laserlicht 9 aus der LD-Vorrichtung 2 gleichmäßig auf
die gesamte Seitenfläche
des Kristalls 1 geworfen wird, indem der Abstand zwischen der
LD-Vorrichtung 2 und dem Kristall 1 eingestellt wird.
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D.
h., dass wenn Laserlicht 9 auf die Gesamtheit der Seitenflächen 1a, 1b des
Kristalls angewandt wird, die angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung auf diesen Kristallseitenflächen 1a, 1b über die
Seitenfläche
hinweg gleichmäßig ist,
wie von einer durchgezogenen Linie in 15(a) angedeutet
ist. Die angewandte Lichtintensität neigt dazu, am oberen und
unteren Ende der Kristallseitenflächen 1a, 1b gering
zu sein. Somit ist die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung
im Kristall eine Verteilung, die im mittleren Abschnitt des Kristalls
einen Maximalwert aufweist, wie von der durchgezogenen Linie in 15(b) angedeutet ist, und zwar aufgrund
der Wärmeleitung
in der diametralen Richtung (y-Achsenrichtung) eines Querschnitts
des Laserlichtpfads. Somit ist die Brechungsindexverteilung in der
y-Achsenrichtung im Kristall ebenfalls eine nicht gleichmäßige Verteilung, wie
in 15(c) gezeigt ist, und zwar gemäß dieser Temperaturverteilung.
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Aufgrund
der thermischen Linseneffekts wird dementsprechend das YAG-Laserlicht 10 in
den YAG-Laserlichtpfaden 10a, 10b im Kristall
kondensiert oder verzerrt, was zu einer Verschlechterung der Lichtqualität führt. Die
Kondensierung des YAG-Laserlichts 10 im Kristall kann den
Durchmesser des YAG-Laserlichts kleiner als einen vorbestimmten Durchmesser machen.
Die Abnahme des Durchmessers des YAG-Laserlichts 10 kann
die Oszillationseffizienz verringern oder kann sogar den Kristall 1 ausbrennen.
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In
der in 15(a) gezeigten angewandten Lichtintensitätsverteilung
ist nur der Bereich A der beiden YAG-Laserlichtpfade 10a, 10b ein
Teil, der zur optischen Anregung des in den Kristall 1 dotierten
Lasermediums beiträgt,
und der andere Teil hat keine Verwendung. In anderen Worten ist
die angewandte Lichtdichte im Laserlichtpfadbereich A gering. Somit ist
die Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts 9 gering
und die Ausbeute des Halbleiterlasers ist in Bezug auf die notwendige
YAG-Laserausbeute groß. Der
vom Laserlichtpfadbereich A im Kristall 1 verschiedene
Teil ist ein als Mechanismus zur Kühlung und Aufrechterhaltung
des Kristalls 1 notwendiger Teil, und er ist für die Einstellung
der optischen Achse des YAG-Laserlichts 10 notwendig.
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Somit
wurde die vorliegende Erfindung im Lichte der vorangegangenen Probleme
erzielt und beabsichtigt, eine Feststofflaservorrichtung bereitzustellen,
die eine hohe Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts aufweist
und in der Lage ist, die Brechungsindexverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenflächen
eines plattenförmigen
Kristalls im Laserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls gleichmäßig zu gestalten.
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Die
Druckschrift
JP-5-21869 offenbart
eine Feststofflaservorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Weiter offenbart die Druckschrift
JP-5-90670 einen Feststofflaser mit
einem Halbleiterarray als anregende Lichtquelle auf jeder Seite
der des Feststofflaserkristalls, welche eine Lichtintensitätsverteilung
im Feststofflaserkristall erzeugt, die eine Verteilung mit einem
einzigen Maximum ist und im Laserlichtpfadbereich des Feststofflaserkristalls
konzentriert ist. Die Druckschrift
JP 11-214776 offenbart
einen von einer Laserdiode angeregten Feststofflaser, bei dem eine
zylindrische Linse auf jeder Seite des Feststofflaserkristalls das anregende
Licht in den Laserlichtpfadbereich des Feststofflaserkristalls fokussiert.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Feststofflaservorrichtung der vorliegenden Erfindung, die die obige
Aufgabe löst,
ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:
- 1.
Feststofflaservorrichtung, die eine Laserdiodenvorrichtung als anregende
Lichtquelle aufweist und geeignet ist, von der Laserdiodenvorrichtung
emittiertes Laserlicht als anregendes Licht auf die Seitenflächen eines
plattenförmigen Kristalls
zu lenken, um Feststofflaserlicht zu emittieren, wobei das Feststofflaserlicht
dem Kristall zick-zack-reflektiert wird, wobei die Seitenflächen senkrecht
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs liegen, und
wobei die Feststofflaservorrichtung
eine Lichtkonzentrations-/Anwendungsvorrichtung aufweist, um das
aus der Laserdiodenvorrichtung emittierte anregende Laserlicht auf
einen Laserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls oder den Laserlichtpfadbereich
und seine Umgebung zu konzentrieren und anzuwenden, wobei
die
Lichtkonzentrations-/Anwendungsvorrichtung eine Vorrichtung zum
Konzentrieren und Anwenden des aus der Laserdiodenvorrichtung emittierten
anregenden Laserlichts auf einen Laserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls
und dessen Umgebung und zum Ausbilden einer konzentrierten anregenden Lichtintensitätsverteilung in
einer Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des
Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall als Verteilung
mit doppelter Spitze ist, die Maximalwerte auf in Bezug zur Achse
des Laserresonators gegenüberliegenden
Seiten des Feststofflaserlichtpfadbereichs des plattenförmigen Kristalls
oder in dessen Umgebungen aufweist, so dass eine Temperaturverteilung
in der Seitenrichtung der Seitenflächen senkrecht zur Ebene des
Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im plattenförmigen Kristall
im Feststofflaserlichtpfadbereich gleichförmig ist.
Gemäß dieser
Erfindung wird Halbleiterlaserlicht auf den Laserlichtpfadbereich
oder den Laserlichtpfadbereich und seine Umgebung konzentriert und
angewandt. Somit wird die Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts
erhöht,
und wenn dieselbe Feststofflaserausbeute wie zuvor erhalten werden
soll, kann die Halbleiterlaserausbeute (dem Kristall zugeführte Energie)
kleiner als zuvor gemacht werden. Wenn in anderen Worten dieselbe
Halbleiterlaserlichtausbeute wie zuvor gegeben ist, kann eine größere Feststofflaserausbeute
als zuvor erhalten werden.
Ebenfalls kann gemäß dieser
Erfindung im Vergleich mit einer bloßen Konzentration und Anwendung
des Laserlichts die Temperaturverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche
senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts
im Kristall gleichmäßig gemacht
werden und die Brechungsindexverteilung kann auch gleichmäßig gemacht
werden. Dementsprechend kann die Kondensierung oder die Verzerrung
des Feststofflaserlichts im Kristall aufgrund des thermischen Linseneffekts
verhindert werden und die Qualität
des Feststofflaserlichts kann verbessert werden.
- 2. Die Feststofflaservorrichtung umfasst weiter eine konkave
Linse zum Diffundieren des aus der Laserdiodenvorrichtung emittierten
anregenden Laserlichts in einer Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall;
und
ein Paar von reflektierenden Spiegeln, die so angeordnet
sind, dass deren reflektierende Oberflächen in einer Breitenrichtung
der Seitenfläche senkrecht
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall
einander gegenüberliegen
und dass der Abstand zwischen den reflektierten Oberflächen sich
allmählich
von Basisendabschnitten der reflektierenden Spiegel, die der konkaven
Linse zugewandt sind, zu den Vorderendabschnitten der reflektierenden
Spiegel, die dem plattenförmigen
Kristall zugewandt sind, verengt und an den Vorderendabschnitten
der reflektierenden Spiegel zu einem Abstand wird, der einen Feststofflaserlichtpfadbereich
des plattenförmigen
Kristalls und dessen Umgebung entspricht, und wobei
das aus
der Laserdiodenvorrichtung emittierte anregende Laserlicht von der
konkaven Linse diffundiert wird, dann von den reflektierenden Spiegeln reflektiert
wird und auf den Feststofflaserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls
und dessen Umgebung konzentriert und angewandt wird, wobei eine
konzentrierte anregende Lichtintensitätsverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche senkrecht
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall
als Verteilung mit doppelter Spitze ausgebildet wird, die Maximalwerte
auf in Bezug zur Achse des Laserresonators gegenüberliegenden Seiten des Feststofflaserlichtpfadbereichs
des plattenförmigen
Kristalls oder in dessen Umgebung aufweist, so dass eine Temperaturverteilung
in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs
des Feststofflaserlichts im Kristall eine gleichförmige Verteilung
im Laserlichtpfadbereich ist.
Gemäß dieser Erfindung wird Halbleiterlaserlicht auf
den Laserlichtpfadbereich und seine Umgebung konzentriert und angewandt.
Somit wird die Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts erhöht, und
wenn dieselbe Feststofflaserausbeute wie zuvor erhalten werden soll,
kann die Halbleiterlaserausbeute (dem Kristall zugeführte Energie)
kleiner als zuvor gemacht werden. In anderen Worten, wenn dieselbe
Halbleiterlaserausbeute wie zuvor gegeben ist, kann eine größere Feststofflaserausbeute
als zuvor erhalten werden.
Des Weiteren ist die konzentrierte
angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs
des Feststofflaserlichts im Kristall als eine Verteilung mit zwei
Spitzen ausgebildet, die die Maximalwerte an in Bezug auf die Achse
des Laserresonators gegenüberliegenden Seiten
des Laserlichtpfadbereichs des Kristalls oder in dessen Umgebungen
aufweist. Somit ist die Temperaturverteilung in der Breitenrichtung der
Seitenfläche
im Kristall eine gleichförmige Verteilung
im Laserlichtpfadbereich. Gemäß dieser
Temperaturverteilung ist auch die Brechungsindexverteilung in der
Breitenrichtung der Seitenfläche
senkrecht zu Eben des Zick-Zack-Wegs dessen Feststofflaserlichts
im Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich. Dementsprechend wird Feststofflaserlicht
davor bewahrt, aufgrund des thermischen Linseneffekts in den Feststofflaserlichtpfaden
im Kristall kondensiert oder verzerrt zu werden, so dass die Qualität des Feststofflaserlichts
verbessert wird.
- 3. Die Feststofflaservorrichtung umfasst weiter eine Führungslinse,
die so ausgebildet ist, dass eine Basisendfläche der Führungslinse, die der Laserdiodenvorrichtung
zugewandt ist, eine konkave Oberfläche ist, die Oberflächen der
Führungslinse,
die einander in einer Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im plattenförmigen Kristall
gegenüberliegen,
reflektierende Oberflächen
sind und der Abstand zwischen den reflektierenden Oberflächen sich
allmählich
von einem Basisendabschnitt der Führungslinse, welche der Laserdiodenvorrichtung zugewandt
ist, zu einem Vorderendabschnitt der Führungslinse, welch dem plattenförmigen Kristall zugewandt
ist, verengt und an einer Vorderendfläche der Führungslinse zu einer Breite
wird, die einen Feststofflaserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls
und dessen Umgebung entspricht, und wobei das aus der Laserdiodenvorrichtung emittierte
anregende Laserlicht von der Führungslinse
auf den Laserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls und dessen
Umgebung konzentriert und angewandt wird, wodurch eine konzentrierte
angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des
Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im plattenförmigen Kristall
als Verteilung mit zwei Spitzen ausgebildet wird, die Maximalwerte auf
in Bezug zur Achse des Laserresonators gegenüberliegenden Seiten des Laserlichtpfadbereichs
des plattenförmigen
Kristalls oder in dessen Umgebungen aufweist, so dass die Temperaturverteilung
in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des
Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall eine gleichförmige Verteilung
im Laserlichtpfadbereich ist.
Gemäß dieser Erfindung wird das
Halbleiterlaserlicht auf den Laserlichtpfadbereich und seine Umgebung konzentriert
und angewandt. Somit wird die Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts erhöht, und
wenn dieselbe Feststofflaserausbeute wie zuvor erhalten werden soll,
kann die Halbleiterlaserausbeute (dem Kristall zugeführte Energie)
kleiner als zuvor gemacht werden. In anderen Worten, wenn dieselbe
Halbleiterlaserausbeute wie zuvor gegeben ist, kann eine größere Feststofflaserausbeute
als zuvor erhalten werden.
Des Weiteren ist die konzentrierte
angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs
des Feststofflaserlichts im Kristall als Verteilung mit zwei Spitzen
ausgebildet, die die Maximalwerte an in Bezug auf die Achse des
Laserresonators gegenüberliegenden
Seiten des Laserlichtpfadbereichs des Kristalls oder in dessen Umgebungen
aufweist. Somit ist die Temperaturverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche
senkrecht zur Eben des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im
Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich. Gemäß dieser Temperaturverteilung,
ist auch die Brechungsindexverteilung in der Breitenrichtung der
Seitenfläche
senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflichts im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich. Dementsprechend wird Feststofflaserlicht
davor bewahrt, aufgrund des thermischen Linseneffekts im Feststofflaserlichtpfad im
Kristall kondensiert oder verzerrt zu werden, so dass die Qualität des Feststofflaserlichts
verbessert wird.
- 6. Die Feststofflaservorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet,
dass eine Vielzahl von zylindrischen Linsen parallel angeordnet
sind, so dass deren Längsrichtungen
entlang einer Längsrichtung
des plattenförmigen
Kristalls liegen; und das aus der Laserdiodenvorrichtung emittierte
anregende Laserlicht von den zylindrischen Linsen auf einen Laserlichtpfadbereich
des plattenförmigen Kristalls
und dessen Umgebung konzentriert und angewandt wird, wodurch eine
konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im plattenförmigen Kristall
als Verteilung mit einer doppelten Spitze ausgebildet wird, die
Maximalwerte an in Bezug auf die Achse des Laserresonators gegenüberliegenden
Seiten des Laserlichtpfadbereichs des plattenförmigen Kristalls oder in dessen
Umgebungen aufweist, so dass die Temperaturverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche
senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts
im Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich ist.
Gemäß dieser
Erfindung wird Laserlicht auf den Laserlichtpfadbereich und seiner
Umgebung konzentriert und angewandt. Somit wird die Ausnutzungseffizienz
des Halbleiterlaserlichts erhöht, und
wenn dieselbe Feststofflaserausbeute wie zuvor erhalten werden soll,
kann die Halbleiterlaserausbeute (dem Kristall zugeführte Energie)
kleiner als zuvor gemacht werden. In anderen Worten, wenn dieselbe
Halbleiterlaserausbeute wie zuvor gegeben ist, kann eine größere Feststofflaserausbeute
als zuvor erhalten werden.
Des Weiteren ist die konzentrierte
Lichtintensitätsverteilung
in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht zur Ebene des
Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall als Verteilung mit
doppelter Spitze ausgebildet, die die Maximalwerte auf in Bezug
auf die Achse des Laserresonators gegenüberliegenden Seiten des Laserlichtpfadbereichs
des Kristalls oder in dessen Umgebungen aufweist. Somit ist die
Temperaturverteilung in der Breitenrichtung der Seitenfläche senkrecht
zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung in der Breitenrichtung der
Seitenfläche
senkrecht zur Ebene des Zick-Zack-Wegs des Feststofflaserlichts
im Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich. Dementsprechend wird das Feststofflaserlicht
daran gehindert, aufgrund des thermischen Linseneffekts in den Feststofflaserlichtpfaden
im Kristall kondensiert oder verzerrt zu werden, so dass die Qualität des Feststofflaserlichts
verbessert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Gestaltung einer YAG-Laservorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der YAG-Laservorrichtung, die in 1 gezeigt
ist.
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3(a) bis 3(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und die Brechungsindexverteilung in der
Breitenrichtung der Seitenfläche
des zuvor genannten plattenförmigen YAG-Kristalls
zeigt.
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4(a) und 4(b) sind
Temperaturverlaufsansichten und eine Brechungsindexverlaufsansicht, die
die Ergebnisse einer Analyse zeigen, wenn Laserlicht so konzentriert
und angewandt wird, dass eine konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
eine Verteilung mit doppelter Spitze sein wird.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der YAG-Laservorrichtung
mit einem einachsigen Laserlichtpfad zeigt.
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6(a) bis 6(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und Brechungsindexverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche
des plattenförmigen
YAG-Kristalls der
oben beschriebenen YAG-Laservorrichtung zeigen.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer YAG-Laservorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 ist
eine Querschnittsansicht der obigen YAG-Laservorrichtung.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer YAG-Laservorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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10 ist
eine Querschnittsansicht der obigen YAG-Laservorrichtung.
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11(a) bis 11(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und die Brechungsindexverteilung in der
Breitenrichtung der Seitenfläche
des plattenförmigen
YAG-Kristalls der oben
beschriebenen YAG-Laservorrichtung zeigen.
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12 ist
eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der YAG-Laservorrichtung
mit einem einachsigen Laserlichtpfad zeigt.
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13(a) bis 13(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und die Brechungsindexverteilung in der
Breitenrichtung der Seitenfläche
des plattenförmigen
YAG-Kristalls der oben
beschriebenen YAG-Laservorrichtung zeigen.
-
14 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer herkömmlichen
YAG-Laservorrichtung zeigt.
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15(a) bis 15(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und die Brechungsindexverteilung in der
Breitenrichtung der Seitenfläche
des plattenförmigen
YAG-Kristalls zeigen,
und zwar in Zellen, in denen ein Halbleiterlaser gleichmäßig auf
die gesamte Seitenfläche
des plattenförmigen
YAG-Kristalls angewandt wird und der Halbleiterlaser auf eine Laserlichtpfadsregion
des plattenförmigen
YAG-Kristalls und seine Umgebung konzentriert und angewandt wird.
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16(a) und 16(b) sind
eine Ansicht der Temperaturkontur und eine Ansicht der Brechungsindexkontur,
die die Ergebnisse einer Analyse zeigen, die gemacht wurde, wenn
das Halbleiterlaserlicht konzentriert und angewandt wurde.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden detailliert mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer YAG-Laservorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine
Querschnittsansicht der obigen YAG-Laservorrichtung.
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3(a) bis 3(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und die Brechungsindexverteilung in der
Breitenrichtung der Seitenfläche
des plattenförmigen
YAG-Kristalls der
obigen YAG-Laservorrichtung zeigen.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, besitzt eine YAG-Laservorrichtung 20,
d. h. eine Feststofflaservorrichtung, ein Paar von LD-Vorrichtungen 22 als anregende
Lichtquellen, und diese LD-Vorrichtungen 22 sind so angeordnet,
dass sie beiden Seitenflächen 21a und 21b eines
plattenförmigen
YAG-Kristalls 21 (im Folgenden einfach als Kristall bezeichnet)
gegenüber
liegen.
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Ein
Ausbeutespiegel 23 und ein Totalreflexions-Spiegel 24 sind
parallel auf einer Seite in der Längsrichtung (x-Achsenrichtung)
des Kristalls 21 vorgesehen, während ein Totalreflexions-Rücksendespiegel 25 und
ein Totalreflexions-Rücksendespiegel 26 parallel
auf der anderen Seite in der Längsrichtung
des Kristalls 21 vorgesehen sind. Diese Spiegel 23, 24, 25 und 26 stellen
einen Resonator dar. Das dargestellte Beispiel zeigt einen YAG-Laserlichtpfad im
Kristall mit zwei Achsen, nämlich
einem YAG-Laserlichtpfad 30a und einem YAG-Laserlichtpfad 30b (Laserlichtachsen 30a-1 und 30b-1).
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Die
LD-Vorrichtung 22 umfasst viele Kühlblöcke 28, die in der
X-Achsenrichtung gestapelt sind, wobei an der Seitenfläche jedes
der Kühlblocks 28 eine
LD-Vorrichtung 27 befestigt ist. Eine Wasserleitung (nicht
gezeigt) zum Strömen
von Kühlwasser, das
die LD-Vorrichtung 27 kühlt,
ist im Kühlblock 28 ausgebildet.
Die hier verwendet LD-Vorrichtung 27 umfasst eine zweistellige
Anzahl von aktiven Medien, die eindimensional angeordnet sind (d.
h. eine eindimensionale LD-Array-Vorrichtung),
wobei jedes der aktiven Medien eine Querschnittsfläche von
mehreren Mikrometern mal mehrere hundert Mikrometer besitzt. Die
LD-Vorrichtungen 27 sind zusammen mit den Kühlblocks 28 so
gestapelt, dass sie eine zweidimensionale LD-Array-Vorrichtung darstellen.
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Indem
ein Antriebsstrom in der Stapelrichtung der Kühlblocks 28 von einer
Stromversorgungsvorrichtung (nicht gezeigt) fließt, wird Halbleiterlaserlicht 29 von
den jeweiligen LD-Vorrichtungen 27 emittiert
und dieses Laserlicht wird als anregendes Licht auf die gegenüberliegenden
Seitenflächen 21a und 21b des
Kristalls 21 gerichtet. Als Ergebnis wird das Lasermedium,
mit dem der Kristall dotiert ist, angeregt, wodurch YAG-Laserlicht 30 aus
dem Ausgangsspiegel 23 des Resonators ausgesendet wird.
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Zu
diesem Zeitpunkt sind die YAG-Laserlichtpfade 30a, 30b im
Kristall zickzackförmige
optische Pfade, in denen sich Laserlicht in der X-Achsenrichtung
ausbreitet, während
es von den gegenüberliegenden
Seitenflächen 21a und 21b in
der Dickenrichtung (z-Achsenrichtung) des Kristalls 21.
reflektiert wird, da der Eingang und der Ausgang des Kristalls 21 (die
gegenüberliegenden
Endflächen
in der x-Achsenrichtung) unter dem Brewster-Winkel angeordnet sind.
Selbst wenn somit in der z-Achsenrichtung im Kristall eine Temperaturverteilung
und eine dieser Temperaturverteilung entsprechende Brechungsindexverteilung
auftritt, wird der durch dieses Phänomen begründete thermische Linseneffekt
kompensiert.
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Eine
konkave Linse 31 und ein Paar von reflektierenden Spiegeln 32 und 33 sind
zwischen der LD-Vorrichtung 22 und dem Kristall 21 angeordnet.
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Die
konkave Linse 31 ist vor der LD-Vorrichtung 22 angeordnet
und streut das Halbleiterlaserlicht 29, das von der LD-Vorrichtung 22 emittiert
wird, in der Breitenrichtung der Seitenfläche (y-Achsenrichtung) des
Kristalls 21. Die beiden reflektierenden Spiegel 22 und 33 liegen
zwischen der konkaven Linse 31 und dem Kristall 21 und
besitzen reflektierende Oberflächen 32a und 33a,
die einander in der y-Achsenrichtung gegenüberliegen. Der Abstand zwischen diesen
reflektierenden Oberflächen 32a und 33a in der
y-Achsenrichtung verengt sich allmählich von den Basisendabschnitten
der reflektierenden Spiegel, die der konkaven Linse zugewandt sind,
zu den Vorderendabschnitten der reflektierenden Spiegel, die dem
Kristall zugewandt sind, und wird an den Vorderenden der reflektierenden
Spiegel zu einem Abstand, der einem Laserlichtpfadbereich A des
Kristalls 21 und seiner Umgebung entspricht.
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D.
h., dass das aus der LD-Vorrichtung 22 emittierte Halbleiterlaserlicht 29 von
der konkaven Linse 31 gestreut und dann von den reflektierenden Spiegeln 32, 33 reflektiert
wird, wodurch das Laserlicht 29 auf den Laserlichtpfadbereich
A des Kristalls 21 und seine Umgebung konzentriert und
angewandt wird. Wie in 3(a) gezeigt
ist, ist gemäß diesem Merkmal
die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung
auf den Seitenflächen 21a, 21b des
Kristalls 21 eine Verteilung mit doppelter Spitze, die
Maximalwerte P1 und P2 an gegenüberliegenden
Endabschnitten A1 und A2 des Laserlichtpfadbereichs
A des Kristalls oder in deren Umgebungen aufweist.
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3(a) zeigt das Vorhandensein der Maximalwerte
P1 und P2 an den
gegenüberliegenden
Endabschnitten A1 und A2 des
Laserlichtpfadbereichs A. Jedoch gibt es einen Fall, in dem die
Maximalwerte P1 und P2 in
der Umgebung der gegenüberliegenden Endabschnitte
A1 und A2 vorhanden
sind, und die optimalen Positionen können basierend auf einer Analyse
oder auf Experimenten geeignet eingestellt werden. In jedem Fall
ist die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung
auf den Seitenflächen 21a, 21b des
Kristalls 21 weder eine Verteilung mit zwei Spitzen, die
Maximalwerte P1 und P2 in
der Mitte der Querschnitte der YAG-Laserlichtpfade 30a und 30b aufweist (d.
h. der Laserlichtachsen 30a-1 und 30b-1), noch
eine Verteilung mit einer Spitze, die einen Maximalwert in der Mitte zwischen
dem Laserlichtpfad 30a und dem Laserlichtpfad 30b aufweist,
sondern ist eine Verteilung mit zwei Spitzen, die Maximalwerte P1 und P2 an gegenüberliegenden
Endabschnitten A1 und A2 des
Laserlichtpfadbereichs A oder deren Umgebungen aufweist.
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Als
Ergebnis können
Abnahmen der Lichtintensitäten
an den gegenüberliegenden
Endabschnitten A1 und A2 des
Laserlichtpfadbereichs A im Vergleich mit der Lichtintensität in der
Mitte des Laserlichtpfadbereichs A, die durch Wärmeleitung bedingt sind, kompensiert
werden. Wie in 3(b) gezeigt ist, ist
somit die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A wie in 3(c) gezeigt
ist.
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Gemäß der vorliegenden,
oben beschriebenen Ausführungsform
wird das Halbleiterlaserlicht 29 auf den Laserlichtpfadbereich
A und seine Umgebung konzentriert und angewandt. Somit wird die Ausnutzungseffizienz
des Halbleiterlaserlichts 29 erhöht, und wenn dieselbe YAG-Laserausbeute wie
zuvor erhalten werden soll, kann die Halbleiterlaserlichtausbeute
(dem Kristall zugeführte
Energie) kleiner als zuvor gemacht werden. In anderen Worten, wenn
dieselbe Halbleiterlaserlichtausbeute wie zuvor gegeben ist, kann
eine größere YAG-Laserausbeute als
zuvor erhalten werden.
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Des
weiteren ist die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung des Kristalls 21 eine Verteilung
mit zwei Spitzen, die Maximalwerte P1 und
P2 an den gegenüberliegenden Endabschnitten
A1 und A2 des Laserlichtpfadbereichs
A des Kristalls 21 oder deren Umgebungen aufweist. Somit
ist die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall
eine gleichförmige Verteilung
im Laserlichtpfadbereich A. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung in der y-Achsenrichtung im
Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A. Dementsprechend wird das
YAG-Laserlicht 30 daran gehindert, in den YAG-Laserlichtpfaden 30a, 30b im Kristall
aufgrund des thermischen Linseneffekts kondensiert oder verzerrt
zu werden, sodass die Qualität des
YAG-Laserlichts 30 verbessert wird.
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4(a) und 4(b) zeigen
ein Beispiel einer Analyse, die gemacht wurde, wenn Laserlicht so
konzentriert und angewandt wurde, dass die konzentrierte angewandte
Lichtintensitätsverteilung
eine Verteilung mit zwei Spitzen ist (d. h. das Laserlicht wird
auf eine Breite von 16 mm relativ zur Kristallbreite von 20 mm angewandt).
In diesen Zeichnungen stellen die Unterschiede in der Farbdichte
Unterschiede in der Temperatur dar, und die numerischen Werte in
den Zeichnungen stellen Temperaturen (°C) dar. Wie in 4(a) gezeigt
ist, ist die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung in dem
Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung in der y-Achsenrichtung im
Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich, wie in 4(b) gezeigt
ist.
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Die
obigen Beschreibungen zeigen den Laserlichtpfad im Kristall mit
zwei Achsen, aber es muss nicht erwähnt werden, dass dies keine
Einschränkung
darstellt. Die Erfindung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
1 kann auf einen Laserlichtpfad mit einer einzigen Achse, oder drei
oder mehr Achsen angewandt werden.
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5 zeigt
einen einachsigen Laserlichtpfad. Wie in 6(a) gezeigt
ist, ist auch in diesem Fall die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung auf den Seitenflächen 21a, 21b des
Kristalls 21 eine Verteilung mit zwei Spitzen, die die
Maximalwerte P1 und P2 an
den gegenüberliegenden
Endabschnitte A1 und A2 des Laserlichtpfadbereichs
A des Kristalls 21 oder deren Umgebungen aufweist. Wie
in 6(b) gezeigt ist, ist somit die
Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall eine gleichförmige Verteilung
im Laserlichtpfadbereich A. Gemäß dieser
Temperaturverteilung ist auch die Brechungsindexverteilung in der y-Achsenrichtung
im Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A, wie in 6(c) gezeigt
ist.
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Zudem
wird das Laserlicht durch geeignete Lichtkonzentrations-/Anwendungsmittel
konzentriert, um eine konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
zu erzielen, die einen Maximalwert in der Mitte in der y-Achsenrichtung
im Laserlichtpfadbereich A aufweist, wie von den gestrichelten Linien in 15(a) gezeigt ist. Diese Maßnahme verbessert die
Ausnutzungseffizienz eines Halbleiterlasers gegenüber früheren Technologien.
In diesem Fall ist jedoch die Temperaturverteilung ebenfalls eine
Verteilung mit einem Maximalwert in der Mitte in der y-Achsenrichtung im
Laserlichtpfadbereich A, wie von den gestrichelten Linien in 15(b) angedeutet ist. Gemäß dieser
Temperaturverteilung ist auch die Brechungsindexverteilung eine
Verteilung mit einem Maximalwert in der Mitte in der y-Achsenrichtung
im Laserlichtpfadbereich A, wie von den gestrichelten Linien in 15(c) angedeutet ist.
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16(a) und 16(b) zeigen
ein Beispiel einer Analyse, die gemacht wurde, wenn Halbleiterlaserlicht
nur auf eine Breite von 11 mm konzentriert und angewandt wurde.
In diesem Fall ist die Temperaturverteilung eine Verteilung mit
einem Maximalwert in der Mitte in der y-Achsenrichtung im Laserlichtpfadbereich,
wie in 16(a) gezeigt ist. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung eine Verteilung mit einem Maximalwert
in der Mitte in der y-Achsenrichtung im Laserlichtpfadbereich, wie
in 16(b) gezeigt ist.
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In
den obigen Beispielen wird eine konkave Linse 31 verwendet,
um das Halbleiterlaserlicht 29 einmal zu streuen. Wenn
jedoch der Abstand zwischen der LD-Vorrichtung 22 und dem
Kristall 21 verbreitert wird, so dass das Halbleiterlaserlicht 29 sich vollständig ausbreitet,
muss keine konkave Linse verwendet werden, und die Verwendung der
reflektierenden Spiegel allein reicht aus. In diesem Fall jedoch
wird die Vorrichtung vergrößert, und
das Halbleiterlaserlicht hat sich zu dem Zeitpunkt, an dem es am
Kristall ankommt, stark abgeschwächt.
In anderen Worten werden diese Probleme dadurch gelöst, dass
die konkave Linse 31 verwendet wird. Zusätzlich würde der
Erwerb einer LD-Vorrichtung,
die Laserlicht mit einem ausreichend großen Ausbreitungswinkel emittieren
kann, die Möglichkeit
eröffnen,
die LD-Vorrichtung und den Kristall näher aneinander zu bringen,
selbst unter Verwendung der reflektierenden Spiegel allein ohne
Verwendung der konkaven Linse. Somit würde keine Vergrößerung der
Vorrichtung herbeigeführt
werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer YAG-Laservorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist eine
Querschnittsansicht der obigen YAG-Laservorrichtung.
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Wie
in 7 und 8 gezeigt ist, besitzt die Laservorrichtung 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine Führungslinse 41,
die als Lichtkonzentrations-/Anwendungsmittel zwischen eine LD-Vorrichtung 22 und
einen plattenförmigen YAG-Kristall 21 zwischengestellt
ist.
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Die
Führungslinse 41 ist
eine Quartzlinse deren Basisendfläche 41a, die der LD-Vorrichtung
zugewandt ist, eine konkave Oberfläche ist, und deren einander
in der y-Achsenrichtung gegenüberliegende Oberflächen 41b und 41c reflektierende
Oberflächen sind,
die jeweils mit einer reflektierenden Beschichtung wie z. B. einer
Goldbeschichtung versehen sind. Der Abstand zwischen diesen reflektierenden
Oberflächen 41b und 41c in
der y-Achsenrichtung verengt sich allmählich von einem Basisendabschnitt
der Führungslinse,
der der LD-Vorrichtung zugewandt ist, zu einem Vorderendabschnitt
der Führungslinse, der
dem Kristall zugewandt ist, und wird an der Vorderendfläche 41d der
Führungslinse
zu einer Breite, die einem Laserlichtpfadbereich des Kristalls 21 und seiner
Umgebung entspricht.
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D.
h., dass Laserlicht 29, das aus der LD-Vorrichtung 22 emittiert
wird, von der Führungslinse 41 auf
den Laserlichtpfadbereich A des Kristalls 21 und seine
Umgebung konzentriert und angewandt wird. Gemäß diesem Merkmal ist die konzentrierte angewandte
Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung auf den Seitenflächen 21a, 21b des
Kristalls 21 eine Verteilung mit zwei Spitzen, die Maximalwerte
an gegenüberliegenden
Endabschnitten des Laserlichtpfadbereichs A des Kristalls 21 oder
deren Umgebungen aufweist (siehe 3(a) bis 3(c)). Die anderen Komponenten sind dieselben
wie in der zuvor genannten ersten Ausführungsform. Somit werden sie
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und ihre detaillierte Beschreibung
wird weggelassen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
werden dieselben Maßnahmen
und Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt. D. h.,
dass das Laserlicht 29 auf den Laserlichtpfadbereich A
und seine Umgebung angewandt wird. Somit wird die Ausnutzungseffizienz
des Halbleiterlaserlichts 29 erhöht, und wenn dieselbe YAG-Laserausbeute
wie zuvor erhalten werden soll, kann die Halbleiterlaserausbeute (dem
Kristall zugeführte
Energie) kleiner als zuvor gemacht werden. Wenn in anderen Worten
dieselbe Halbleiterlaserlichtausbeute wie zuvor gegeben ist, kann
eine größere YAG-Laserausbeute
als zuvor erhalten werden.
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Des
Weiteren ist die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung des Kristalls 21 eine Verteilung
mit zwei Spitzen, die Maximalwerte an den gegenüberliegenden Endabschnitten
des Laserlichtpfadbereichs A des Kristalls 21 oder in deren
Umgebungen aufweist. Somit ist die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung
im Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung in der y-Achsenrichtung im
Kristall eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A. Dementsprechend wird das
YAG-Laserlicht 30 daran gehindert, aufgrund des thermischen
Linseneffekts in den YAG-Laserlichtpfaden 30a, 30b im
Kristall kondensiert oder verzerrt zu werden, sodass die Qualität des YAG-Laserlichts 30 verbessert
wird.
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Die
Erfindung gemäß der vorliegenden
zweiten Ausführungsform
ist nicht auf den zweiachsigen Laserlichtpfad beschränkt, sondern
kann auch auf den Laserlichtpfad einer einzigen Achse oder von drei
oder mehr Achsen angewandt werden, obwohl dies nicht dargestellt
ist.
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[Dritte Ausführungsform]
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer YAG-Laservorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 10 ist
eine Querschnittsansicht der obigen YAG-Laservorrichtung. 11(a) bis 11(c) sind
erläuternde
Zeichnungen, die die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung,
die Temperaturverteilung und die Brechungsindexverteilung in der Breitenrichtung
der Seitenfläche
eines plattenförmigen
YAG-Kristalls der
oben beschriebenen YAG-Laservorrichtung zeigen.
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In
einer YAG-Laservorrichtung 50 gemäß der vorliegenden dritten
Ausführungsform,
die in 9 und 10 gezeigt ist, sind zwei zylindrische
Linsen 51 und 52 als Lichtkonzentrierungs-/Anwendungsmittel
zwischen eine LD-Vorrichtung 22 und
einen plattenförmigen
YAG-Kristall 21 zwischengestellt. Die zylindrischen Linsen 51 und 52 haben
eine halbzylindrische Form.
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Die
zylindrischen Linsen 51 und 52 sind parallel angeordnet,
sodass sie ihre Längsrichtung (y-Achsenrichtung)
entlang der Längsrichtung (y-Achsenrichtung)
des Kristalls 21 liegt. Laserlicht 29, das von
der LD-Vorrichtung 22 emittiert wird, wird von diesen zylindrischen
Linsen 51 und 52 auf einen Laserlichtpfadbereich
A des Kristalls 21 und seine Umgebung konzentriert und
angewandt. Wie in 11(a) gezeigt ist,
ist gemäß diesem
Merkmal die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung in
der y-Achsenrichtung auf den Seitenflächen 21a, 21b des
Kristalls 21 eine Verteilung mit zwei Spitzen, die Maximalwerte
P1 und P2 an gegenüberliegenden Endabschnitten
A1 und A2 des Laserlichtpfadbereichs A
des Kristalls 21 oder deren Umgebungen aufweist. Die zylindrischen
Linsen sind in ihrer Anzahl nicht auf zwei beschränkt, jedoch
können
ihre Kombination oder ihre Brennweiten geeignet ausgewählt werden, wodurch
die oben genannte konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
mit zwei Spitzen erhalten werden kann.
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Indem
die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung als Verteilung
mit zwei Spitzen ausgebildet wird, wie in 11(a) gezeigt
ist, können Abnahmen
der Lichtintensitäten
an den gegenüberliegenden
Endabschnitt A1 und A2 des
Laserlichtpfadbereichs A im Vergleich mit der Lichtintensität in der Mitte
des Laserlichtpfadbereichs A, die durch Wärmeleitung bedingt sind, kompensiert
werden. Wie in 11(b) gezeigt ist,
ist somit die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A, wie in 11(c) gezeigt
ist.
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Die
anderen Komponenten sind dieselben wie in der zuvor genannten ersten
Ausführungsform. Somit
werden sie mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und ihre detaillierte
Beschreibung wird weggelassen.
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Gemäß der vorliegenden
dritten Ausführungsform,
die oben beschrieben wurde, wird Laserlicht 29 auf den
Laserlichtpfadbereich A und seine Umgebung angewandt. Somit wird
die Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts 29 vergrößert, und wenn
dieselbe YAG-Laserausbeute wie zuvor erhalten werden soll, kann
die Halbleiterlichtausbeute (dem Kristall zugeführte Energie) kleiner als zuvor gemacht
werden. In anderen Worten, wenn dieselbe Halbleiterlaserlichtausbeute
wie zuvor gegeben ist, kann eine größere YAG-Laserausbeute als
zuvor erhalten werden.
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Des
Weiteren ist die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung des Kristalls 21 eine Verteilung
mit zwei Spitzen, die die Maximalwerte P1 und
P2 an den gegenüberliegenden Endabschnitten
A1 und A2 des Laserlichtpfadbereichs
A des Kristalls 21 oder deren Umgebungen aufweist. Somit
ist die Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A. Gemäß dieser Temperaturverteilung
ist auch die Brechungsindexverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall
eine gleichförmige
Verteilung im Laserlichtpfadbereich A. Dementsprechend wird das
YAG-Laserlicht 30 daran gehindert, aufgrund des thermischen
Linseneffekts in den YAG-Laserlichtpfaden 30a, 30b im
Kristall kondensiert oder verzerrt zu werden, sodass die Qualität des YAG-Laserlichts 30 verbessert
wird.
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Die
obigen Beschreibungen zeigen den Laserlichtpfad im Kristall als
zweiachsig, aber es muss nicht erwähnt werden, dass dies nicht
einschränkend ist.
Die Erfindung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
kann auch auf den Laserlichtpfad mit einer einzigen Achse oder drei
oder mehr Achsen angewandt werden.
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12 zeigt
einen einachsigen Laserlichtpfad. Auch in diesem Fall, wie in 13(a) gezeigt ist, ist die konzentrierte
angewandte Lichtintensitätsverteilung
in der y-Achsenrichtung auf den Seitenflächen 21a, 21b des
Kristalls 21 eine Verteilung mit zwei Spitzen, die die
Maximalwerte P1 und P2 an
den gegenüberliegenden
Endabschnitten A1 und A2 des Laserlichtpfadbereichs
A des Kristalls 21 oder deren Umgebungen aufweist. Wie
in 13(b) gezeigt ist, ist somit die
Temperaturverteilung in der y-Achsenrichtung im Kristall eine gleichförmige Verteilung
im Laserlichtpfadbereich A. gemäß dieser
Temperaturverteilung ist auch die Brechungsindexverteilung in der
y-Achsenrichtung im Kristall eine gleichförmige Verteilung im Laserlichtpfadbereich
A, wie in 12(c) gezeigt ist.
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Ein
Vergleich wird angestellt zwischen der vorliegenden Ausführungsform
und der zuvor genannten ersten Ausführungsform. In der vorliegenden
Ausführungsform
wird Laserlicht von den zylindrischen Linsen 52, 52 auf
den Laserlichtpfadbereich A und seine Umgebung konzentriert und
angewandt. Somit tendiert das Licht dazu, aus diesem Bereich nach
außen
zu entweichen. Im Gegensatz dazu wird in der ersten Ausführungsform
Laserlicht von den reflektierenden Spiegeln 32, 33 auf
den Laserlichtpfadbereich A und seine Umgebung konzentriert und
angewandt. Somit tritt Licht nur minimal aus diesem Bereich nach
außen
aus. In dieser Hinsicht besitzt die erste Ausführungsform gegenüber der
vorliegenden Ausführungsform
einen Vorteil.
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Gemäß der ersten
bis dritten Ausführungsform
wird die konzentrierte angewandte Lichtintensitätsverteilung in der y-Achsenrichtung
des Kristalls 21 durch optische Mittel als Verteilung mit
zwei Spitzen ausgebildet, die die Maximalwerte an gegenüberliegenden
Endabschnitten des Laserlichtpfadbereichs A des Kristalls 21 oder
deren Umgebungen aufweist. Jedoch kann das Halbleiterlaserlicht
elektrisch gesteuert werden, um eine derartige konzentrierte angewandte
Lichtintensitätsverteilung
mit zwei Spitzen zu erhalten.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
zuvor beschrieben, besitzt die Feststofflaservorrichtung der vorliegenden
Erfindung eine hohe Ausnutzungseffizienz des Halbleiterlaserlichts, macht
die Brechungsindexverteilung in der Breitenrichtung der Seitenfläche eines
plattenförmigen
Kristalls im Laserlichtpfadbereich des plattenförmigen Kristalls gleichförmig und
ist zum Einsatz bei der Materialbearbeitung, wie z. B. Bohren, Schneiden
oder Schweißen
sowie der Oberflächenbehandlung,
wie der Oberflächenmodifizierung
oder -markierung von Nutzen.