JP2017216387A

JP2017216387A - Laser device, laser amplifier and laser oscillator

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Publication number: JP2017216387A
Application number: JP2016109963A
Authority: JP
Inventors: 茂樹時田; Shigeki Tokita; 準二河仲; Junji Kawanaka; 功一伊山; Koichi Iyama; 利幸川嶋; Toshiyuki Kawashima
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Osaka University NUC
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Osaka University NUC
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: JP6678956B2

Abstract

【課題】所望のレーザ特性を安定して得ることが可能なレーザ増幅器を提供する。【解決手段】レーザ増幅器１は、レーザ装置４と、レーザ光Ｌ２をレーザ装置４に入射させるミラー３ａと、レーザ装置４によって増幅されたレーザ光Ｌ２を出力するミラー３ｂと、を備える。レーザ装置４は、下部ヒートシンク２４と、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂが照射されることによりレーザ光Ｌ２を発生するレーザ媒質体２２と、下部ヒートシンク２４に固定される媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃと、を有する。媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは、下部ヒートシンク２４に固定される固定部３４と、弾性変形が可能な変形部３６と、を有する。さらに媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは、レーザ媒質体２２において発生した熱を下部ヒートシンク２４に伝える熱伝導部材により形成される。【選択図】図２PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser amplifier capable of stably obtaining desired laser characteristics. A laser amplifier 1 includes a laser device 4, a mirror 3a that causes a laser beam L2 to enter the laser device 4, and a mirror 3b that outputs a laser beam L2 amplified by the laser device 4. The laser device 4 includes a lower heat sink 24, a laser medium 22 that generates laser light L2 when the excitation lights L1a and L1b are irradiated, and medium holding blocks 28A, 28B and 28C fixed to the lower heat sink 24. Has. The medium body holding blocks 28A, 28B, and 28C have a fixing portion 34 fixed to the lower heat sink 24 and a deforming portion 36 capable of elastic deformation. Further, the medium body holding blocks 28A, 28B, 28C are formed by a heat conductive member that transfers the heat generated in the laser medium body 22 to the lower heat sink 24. [Selection diagram] Fig. 2

Description

本発明は、レーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器に関する。 The present invention relates to a laser device, a laser amplifier, and a laser oscillator.

特許文献１には、レーザ利得媒質の発熱の影響を低減可能なレーザ媒質ユニットが開示されている。このレーザ媒質ユニットは、レーザ利得媒質を冷却する冷却媒質を流す冷却媒質流路を有する。この冷却媒質流路は、レーザ利得媒質に対する励起光の照射領域内の強度分布のうち強度の高い領域から低い領域に向けて冷却媒質が流れるように配置されている。 Patent Document 1 discloses a laser medium unit capable of reducing the influence of heat generated by a laser gain medium. This laser medium unit has a cooling medium flow path for flowing a cooling medium for cooling the laser gain medium. The cooling medium flow path is arranged such that the cooling medium flows from a high intensity region to a low region in the intensity distribution in the excitation light irradiation region for the laser gain medium.

特開２０１４−２２５６８号公報JP 2014-22568 A

レーザ媒質は、光路に対する位置や姿勢が予め設定されている。この位置及び姿勢は、所望のレーザ特性が得られるように設定されている。従って、光路に対するレーザ媒質の位置及び姿勢がずれると、所望のレーザ特性が得られなくなる虞がある。 The laser medium has a preset position and orientation relative to the optical path. This position and orientation are set so that desired laser characteristics can be obtained. Therefore, if the position and posture of the laser medium with respect to the optical path are shifted, there is a possibility that desired laser characteristics cannot be obtained.

そこで、本発明は、所望のレーザ特性を安定して得ることが可能なレーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a laser device, a laser amplifier, and a laser oscillator that can stably obtain desired laser characteristics.

本発明の一形態であるレーザ装置は、第１の基板と、励起光が照射されることにより励起状態とされるレーザ媒質体と、第１の基板に固定されると共に、第１の基板に対するレーザ媒質体を保持する媒質体保持部材と、を備え、媒質体保持部材は、第１の基板に固定される固定部と、レーザ媒質体に当接されると共に弾性変形が可能な変形部と、を有すると共に、レーザ媒質体において発生した熱を変形部及び固定部を介して第１の基板に伝えるように構成されている。 A laser device according to one embodiment of the present invention includes a first substrate, a laser medium body that is excited by being irradiated with excitation light, a first substrate, and a first substrate that is fixed to the first substrate. A medium body holding member that holds the laser medium body, the medium body holding member being fixed to the first substrate, and a deforming part that is in contact with the laser medium body and capable of elastic deformation , And the heat generated in the laser medium body is transmitted to the first substrate through the deformation portion and the fixing portion.

レーザ装置では、レーザ媒質体において生じた熱が媒質体保持部材によって第１の基板に伝達される。従って、レーザ媒質体の温度を均一化し、レーザ媒質体の特性を安定化することが可能になる。また、レーザ装置は、弾性変形が可能な媒質体保持部材によってレーザ媒質体を保持する。従って、第１の基板とレーザ媒質体との間において相対的な位置関係を維持しつつ、レーザ媒質体に対する応力の負荷が抑制されるので、レーザ媒質体を物理的に安定した状態で保持することができる。これにより、光路に対するレーザ媒質体の位置ずれが低減されるので、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。 In the laser device, heat generated in the laser medium body is transmitted to the first substrate by the medium body holding member. Therefore, the temperature of the laser medium body can be made uniform, and the characteristics of the laser medium body can be stabilized. Further, the laser device holds the laser medium body by a medium body holding member capable of elastic deformation. Accordingly, since the stress load on the laser medium body is suppressed while maintaining the relative positional relationship between the first substrate and the laser medium body, the laser medium body is held in a physically stable state. be able to. Thereby, since the positional deviation of the laser medium body with respect to the optical path is reduced, desired laser characteristics can be stably obtained.

上記のレーザ装置は、第１の基板に固定されると共に、レーザ媒質体に当接される位置決め部材をさらに備え、レーザ媒質体は、励起光が照射されることにより励起状態とされるレーザ利得媒質と、第１の基板に載置されると共に励起光を透過させる光学媒質であって、第１の基板に当接される第１の主面、第１の主面に対向する第２の主面、レーザ利得媒質が接合される第１の側面、及び、励起光を通過させる第２の側面を有する光学媒質と、を有し、第１の側面の法線方向を含む方向へのレーザ利得媒質の移動が生じたとき、変形部は、第１の側面の法線方向に沿って弾性変形してもよい。この構成によれば、レーザ利得媒質で発生した熱が、レーザ利得媒質に当接する変形部を介して第１の基板に排出される。従って、レーザ利得媒質の過度な加熱が抑制されるので、レーザ利得媒質の温度を所定の温度に安定化させることができる。さらに、レーザ利得媒質に当接する変形部は、弾性変形することによって固定部とレーザ利得媒質との間の距離の変化を許容するので、レーザ媒質体を構造的に安定した状態で保持することができる。これにより、所望のレーザ特性を好適に得ることができる。 The above laser apparatus further includes a positioning member fixed to the first substrate and abutted against the laser medium body, and the laser medium body is brought into an excited state by being irradiated with excitation light. A medium and an optical medium placed on the first substrate and transmitting excitation light, the first main surface being in contact with the first substrate and the second main surface facing the first main surface A laser in a direction including a normal direction of the first side surface, the main surface, a first side surface to which the laser gain medium is joined, and an optical medium having a second side surface through which the excitation light passes. When the gain medium moves, the deforming portion may be elastically deformed along the normal direction of the first side surface. According to this configuration, the heat generated in the laser gain medium is exhausted to the first substrate via the deformable portion that contacts the laser gain medium. Accordingly, since excessive heating of the laser gain medium is suppressed, the temperature of the laser gain medium can be stabilized at a predetermined temperature. Further, since the deforming portion that comes into contact with the laser gain medium is elastically deformed to allow a change in the distance between the fixed portion and the laser gain medium, the laser medium body can be held in a structurally stable state. it can. Thereby, desired laser characteristics can be suitably obtained.

上記のレーザ装置は、第２の主面に当接される第２の基板と、第１の基板と第２の基板とのそれぞれに接続され、第１の基板を第２の基板に熱的に接続する第１の導熱部と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、第１の基板と第２の基板とが互いに熱的に接続されるので、第１の基板と第２の基板との間において温度差を小さくすることが可能になる。従って、部品間において生じる温度差に起因する応力の発生を抑制することができる。 The above laser device is connected to each of the second substrate in contact with the second main surface, the first substrate, and the second substrate, and thermally connects the first substrate to the second substrate. And a first heat conducting section connected to the first heat conducting section. According to this configuration, since the first substrate and the second substrate are thermally connected to each other, it is possible to reduce the temperature difference between the first substrate and the second substrate. Therefore, it is possible to suppress the generation of stress due to the temperature difference that occurs between components.

上記のレーザ装置は、第１の基板に連結された一端と、第２の基板に連結された他端と、を含み、第１の基板をレーザ媒質体に押し当てると共に第２の基板をレーザ媒質体に押し当てる引張力を発生させる弾性部材をさらに備えてもよい。この構成によれば、レーザ媒質体と第１及び第２の基板との接触圧力が高まるので、レーザ媒質体で発生した熱を第１及び第２の基板に好適に伝達することができる。また、レーザ媒質体の温度上昇に起因してレーザ媒質体の厚みが増加したとき、第１及び第２の基板の間隔は、弾性部材の引張力によって、厚みの増加に対応するように拡張又は縮小することができる。従って、レーザ媒質体に作用する応力の発生を抑制することができる。 The above laser device includes one end connected to the first substrate and the other end connected to the second substrate, and presses the first substrate against the laser medium body and lasers the second substrate. You may further provide the elastic member which generate | occur | produces the tensile force pressed on a medium body. According to this configuration, since the contact pressure between the laser medium body and the first and second substrates is increased, the heat generated in the laser medium body can be suitably transmitted to the first and second substrates. In addition, when the thickness of the laser medium body increases due to the temperature increase of the laser medium body, the distance between the first and second substrates is expanded or adjusted to correspond to the increase in thickness by the tensile force of the elastic member. Can be reduced. Therefore, the generation of stress acting on the laser medium body can be suppressed.

上記のレーザ装置は、光学媒質及びレーザ利得媒質を冷却する冷却部と、冷却部に接続された第２の導熱部と、第２の導熱部に接続された一端及び第２の基板に接続された他端を有する第３の導熱部と、をさらに備え、第３の導熱部は、冷却部が発生させる振動の周波数よりも低い固有周波数を有してもよい。この構成によれば、第３の導熱部の固有周波数は冷却部において発生した振動の周波数よりも低いので、この振動は第３の導熱部において減衰される。従って、レーザ媒質体への振動の影響を抑制できるので、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。 The laser device is connected to a cooling unit that cools the optical medium and the laser gain medium, a second heat conducting unit connected to the cooling unit, one end connected to the second heat conducting unit, and the second substrate. A third heat conducting section having the other end, and the third heat conducting section may have a natural frequency lower than a frequency of vibration generated by the cooling section. According to this configuration, since the natural frequency of the third heat conducting unit is lower than the frequency of the vibration generated in the cooling unit, this vibration is attenuated in the third heat conducting unit. Accordingly, since the influence of vibration on the laser medium body can be suppressed, desired laser characteristics can be stably obtained.

本発明の別の形態であるレーザ増幅器は、上記の何れかのレーザ装置と、光増幅されるべきレーザ光をレーザ装置が有する光学媒質に励起光と同軸の光路で入射させる入射光学系と、レーザ装置が有するレーザ媒質体によって増幅され励起光と同軸の光路でレーザ媒質体から出射されたレーザ光を励起光の光路とは異なる方向に出力する出力光学系と、を備える。レーザ増幅器は上記のレーザ媒質ユニットを備えているので、光路に対するレーザ媒質体の位置ずれが低減される。従って、所望のレーザ増幅特性を安定して得ることができる。 A laser amplifier according to another aspect of the present invention includes any one of the laser devices described above, an incident optical system that causes the laser light to be optically amplified to enter an optical medium included in the laser device through an optical path coaxial with the excitation light, An output optical system that outputs laser light amplified by a laser medium body included in the laser device and emitted from the laser medium body in an optical path coaxial with the excitation light in a direction different from the optical path of the excitation light. Since the laser amplifier includes the laser medium unit described above, the positional deviation of the laser medium body with respect to the optical path is reduced. Therefore, desired laser amplification characteristics can be stably obtained.

本発明のさらに別の形態であるレーザ発振器は、上記の何れかのレーザ装置と、レーザ装置が有するレーザ媒質体を共振光路上に配置された光共振器と、を備える。レーザ発振器は、上記のレーザ媒質ユニットを備えているので、光路に対するレーザ媒質体の位置ずれが低減される。従って、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。 A laser oscillator according to still another embodiment of the present invention includes any one of the laser devices described above and an optical resonator in which a laser medium body included in the laser device is disposed on a resonance optical path. Since the laser oscillator includes the laser medium unit described above, the positional deviation of the laser medium body with respect to the optical path is reduced. Therefore, desired laser characteristics can be stably obtained.

本発明によれば、所望のレーザ特性を安定して得ることが可能なレーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser apparatus, laser amplifier, and laser oscillator which can obtain a desired laser characteristic stably are provided.

図１は、一形態に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser amplifier according to one embodiment. 図２は、図１に示されたレーザ装置の構成を示す断面斜視図である。FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of the laser apparatus shown in FIG. 図３は、図２に示されたレーザ媒質ユニットの構成を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the laser medium unit shown in FIG. 図４は、図３に示されたレーザ媒質体の構成を示す分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view showing a configuration of the laser medium body shown in FIG. 図５は、媒質体保持ブロックが変形する様子を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a state where the medium body holding block is deformed. 図６は、別の形態に係るレーザ共振器の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a laser resonator according to another embodiment. 図７の（ａ）部及び図７の（ｂ）部は、変形例に係る媒質体保持部を示す図である。Part (a) of FIG. 7 and part (b) of FIG. 7 are views showing a medium body holding part according to a modification.

＜第１実施形態＞
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 <First Embodiment>
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本発明の一形態に係るレーザ装置を備えたレーザ増幅器の構成を概略的に示す図である。レーザ増幅器１は、シード光源部１００から提供される増幅されるべきレーザ光Ｌ２（種光）を増幅する。レーザ増幅器１は、励起光源部２と、ミラー部３と、レーザ装置４と、を有する。励起光源部２は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ２ａを出射する。ミラー部３は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを透過すると共にレーザ光Ｌ２を反射する。レーザ装置４は、励起光源部２から提供された励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによって励起され、シード光源部１００から提供されたレーザ光Ｌ２を増幅する。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser amplifier provided with a laser apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser amplifier 1 amplifies the laser light L2 (seed light) to be amplified provided from the seed light source unit 100. The laser amplifier 1 includes an excitation light source unit 2, a mirror unit 3, and a laser device 4. The excitation light source unit 2 emits excitation light L1a and L2a. The mirror unit 3 transmits the excitation lights L1a and L1b and reflects the laser beam L2. The laser device 4 is excited by the excitation light L1a and L1b provided from the excitation light source unit 2, and amplifies the laser light L2 provided from the seed light source unit 100.

励起光源部２は、励起光Ｌ１ａを提供する光源２ａと、励起光Ｌ１ｂを提供する光源２ｂと、を有する。励起光Ｌ１ａの光路は、シード光源部１００から提供されるレーザ光Ｌ２の光路と交差する。光源２ａ，２ｂは、レーザ装置４のレーザ媒質ユニット８を励起し得る波長の光を出力する。励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの波長は、レーザ光Ｌ２の波長とは異なる。光源２ａ，２ｂとして、例えば、半導体レーザを採用し得る。なお、励起光源部２は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを集光する集光光学系（不図示）を備えていてもよい。 The excitation light source unit 2 includes a light source 2a that provides the excitation light L1a and a light source 2b that provides the excitation light L1b. The optical path of the excitation light L1a intersects the optical path of the laser light L2 provided from the seed light source unit 100. The light sources 2 a and 2 b output light having a wavelength that can excite the laser medium unit 8 of the laser device 4. The wavelengths of the excitation light L1a and L1b are different from the wavelength of the laser light L2. As the light sources 2a and 2b, for example, semiconductor lasers can be employed. The excitation light source unit 2 may include a condensing optical system (not shown) that condenses the excitation light L1a and L1b.

ミラー部３は、励起光源部２とレーザ装置４との間における励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの光路上に配置される。ミラー部３は、入射光学系として機能するミラー３ａと、出力光学系として機能するミラー３ｂとを有する。ミラー３ａ，３ｂは、所定の波長を有する光を透過すると共に、所定の波長とは別の波長を有する光を反射するダイクロイックミラーを用いることができる。また、ミラー３ａ，３ｂは、レーザ増幅器１を平面視したとき、左右対称となる位置に配置される。このような対称配置によれば、レーザ媒質ユニット８に対して均等に、より多くのパワーを供給することができる。なお、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、レーザ媒質ユニット８においてほとんど吸収されるため、レーザ媒質ユニット８を透過して外部に出射される励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂはほとんどない。 The mirror unit 3 is disposed on the optical path of the excitation light L1a and L1b between the excitation light source unit 2 and the laser device 4. The mirror unit 3 includes a mirror 3a that functions as an incident optical system and a mirror 3b that functions as an output optical system. As the mirrors 3a and 3b, dichroic mirrors that transmit light having a predetermined wavelength and reflect light having a wavelength different from the predetermined wavelength can be used. Further, the mirrors 3a and 3b are arranged at positions that are symmetrical when the laser amplifier 1 is viewed in plan. According to such a symmetrical arrangement, more power can be supplied to the laser medium unit 8 equally. Since the excitation light L1a and L1b are almost absorbed by the laser medium unit 8, there is almost no excitation light L1a and L1b that passes through the laser medium unit 8 and is emitted to the outside.

ミラー３ａは、励起光Ｌ１ａの光路とレーザ光Ｌ２の光路との交点に配置される。ミラー部３は、光源２ａからの励起光Ｌ１ａを透過して励起光Ｌ１ａをレーザ装置４に入射させる。また、ミラー３ａは、シード光源部１００からのレーザ光Ｌ２を反射してレーザ光Ｌ２をレーザ装置４に入射させる。ミラー３ａを透過した後の励起光Ｌ１ａの光路とミラー部３で反射された後のレーザ光Ｌ２の光路とは、同軸である。図１において、互いに並列するように示された励起光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ２とは、それらが同軸であることを意味する。 The mirror 3a is disposed at the intersection of the optical path of the excitation light L1a and the optical path of the laser light L2. The mirror unit 3 transmits the excitation light L1a from the light source 2a and causes the excitation light L1a to enter the laser device 4. Further, the mirror 3 a reflects the laser light L 2 from the seed light source unit 100 and causes the laser light L 2 to enter the laser device 4. The optical path of the excitation light L1a after passing through the mirror 3a and the optical path of the laser light L2 after being reflected by the mirror section 3 are coaxial. In FIG. 1, the pumping light L1a and the laser light L2 shown so as to be parallel to each other mean that they are coaxial.

ミラー３ｂは、レーザ装置４から出射された増幅後のレーザ光Ｌ２を励起光Ｌ１ｂの光路と交差する方向へ反射する。また、ミラー３ｂは、光源２ｂからの励起光Ｌ１ｂを透過して励起光Ｌ１ｂをレーザ装置４に入射させる。 The mirror 3b reflects the amplified laser light L2 emitted from the laser device 4 in a direction intersecting the optical path of the excitation light L1b. The mirror 3b transmits the excitation light L1b from the light source 2b and causes the excitation light L1b to enter the laser device 4.

続いて、レーザ装置４について説明する。図２は、レーザ装置４の構成を示す断面斜視図である。レーザ装置４は、フレーム６と、チャンバ７と、レーザ媒質ユニット８と、冷却ユニット９と、を有する。 Next, the laser device 4 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the configuration of the laser device 4. The laser device 4 includes a frame 6, a chamber 7, a laser medium unit 8, and a cooling unit 9.

フレーム６は、チャンバ７及び冷却ユニット９を所定の位置に保持する。フレーム６は、底板１１と、中間板１２と、天板１３と、スペーサ１４と、除振部１６と、を有する。底板１１は、円板状を呈し、主面１１ａ上には、チャンバ７が載置される。また、底板１１の主面１１ａ上には、複数のスペーサ１４が配置される。底板１１の主面１１ａ上において、複数のスペーサ１４は、チャンバ７を囲むように等間隔をもって配置される。 The frame 6 holds the chamber 7 and the cooling unit 9 at predetermined positions. The frame 6 includes a bottom plate 11, an intermediate plate 12, a top plate 13, a spacer 14, and a vibration isolation unit 16. The bottom plate 11 has a disk shape, and the chamber 7 is placed on the main surface 11a. A plurality of spacers 14 are arranged on the main surface 11 a of the bottom plate 11. On the main surface 11 a of the bottom plate 11, the plurality of spacers 14 are arranged at equal intervals so as to surround the chamber 7.

スペーサ１４の上端側には、中間板１２が配置される。すなわち、底板１１と中間板１２との間には、チャンバ７とスペーサ１４とが配置される。スペーサ１４の長さは、チャンバ７の高さより長い。従って、チャンバ７と中間板１２との間には、隙間が形成される。 An intermediate plate 12 is disposed on the upper end side of the spacer 14. That is, the chamber 7 and the spacer 14 are disposed between the bottom plate 11 and the intermediate plate 12. The length of the spacer 14 is longer than the height of the chamber 7. Accordingly, a gap is formed between the chamber 7 and the intermediate plate 12.

中間板１２は、リング状を呈し、冷却ユニット９の一部が挿通される貫通穴１２ｂを有する。中間板１２の上面１２ａには、複数の除振部１６が配置される。除振部１６は、中間板１２の中心軸のまわりに等間隔に配置される。除振部１６の上端側には、天板１３が配置される。 The intermediate plate 12 has a ring shape and has a through hole 12b through which a part of the cooling unit 9 is inserted. A plurality of vibration isolation units 16 are disposed on the upper surface 12 a of the intermediate plate 12. The vibration isolation parts 16 are arranged at equal intervals around the central axis of the intermediate plate 12. A top plate 13 is disposed on the upper end side of the vibration isolation unit 16.

天板１３は、冷却ヘッド１７を支持する。天板１３の主面１３ａの中央には、冷却ヘッド１７が配置される。冷却ヘッド１７は、例えば、ギフォードマクホンサイクルに基づいて駆動するＧＭ冷凍機であり得る。冷却ヘッド１７は、その運転時に振動を発生させる。この振動は、天板１３と中間板１２との間に配置された除振部１６によって減衰される。天板１３とチャンバ７との間には、ベロー１８が配置される。 The top plate 13 supports the cooling head 17. A cooling head 17 is disposed in the center of the main surface 13 a of the top plate 13. The cooling head 17 may be, for example, a GM refrigerator that is driven based on the Gifford McHon cycle. The cooling head 17 generates vibrations during its operation. This vibration is damped by the vibration isolation unit 16 disposed between the top plate 13 and the intermediate plate 12. A bellows 18 is disposed between the top plate 13 and the chamber 7.

チャンバ７は、レーザ媒質ユニット８を収容する容器であり、底板１１上に配置される。チャンバ７には、レーザ媒質ユニット８と冷却ユニット９の一端とが配置される。また、チャンバ７は、第１の窓７ａ及び第２の窓７ｂを有する。チャンバ７の側壁に設けられた第１の窓７ａは、励起光Ｌ１ａ及びレーザ光Ｌ２を通過させる。第１の窓７ａは、光源２ａからレーザ媒質ユニット８に至る光路上に形成される。また、チャンバ７の別の場所の側壁に設けられた第２の窓７ｂは、励起光Ｌ１ｂ及びレーザ光Ｌ２を通過させる。第２の窓７ｂは、レーザ媒質ユニット８から光源２ｂに至る光路上に形成される。 The chamber 7 is a container that accommodates the laser medium unit 8 and is disposed on the bottom plate 11. In the chamber 7, a laser medium unit 8 and one end of a cooling unit 9 are arranged. The chamber 7 has a first window 7a and a second window 7b. The first window 7a provided on the side wall of the chamber 7 allows the excitation light L1a and the laser light L2 to pass therethrough. The first window 7 a is formed on the optical path from the light source 2 a to the laser medium unit 8. Further, the second window 7b provided on the side wall at another location of the chamber 7 allows the excitation light L1b and the laser light L2 to pass therethrough. The second window 7b is formed on the optical path from the laser medium unit 8 to the light source 2b.

レーザ媒質ユニット８は、励起光源部２から提供された励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによって励起され、シード光源部１００から提供されたレーザ光Ｌ２を増幅する。レーザ媒質ユニット８は、チャンバ７の底面上に載置される。レーザ媒質ユニット８の詳細な構造については、後述する。 The laser medium unit 8 is excited by the excitation light L1a and L1b provided from the excitation light source unit 2, and amplifies the laser light L2 provided from the seed light source unit 100. The laser medium unit 8 is placed on the bottom surface of the chamber 7. The detailed structure of the laser medium unit 8 will be described later.

冷却ユニット９は、レーザ媒質ユニット８を冷却する。冷却ユニット９は、冷却ヘッド１７（冷却部）と、クライオ吸熱部１９（第２の導熱部）と、複数の導熱ユニット２１Ａ（第３の導熱部）と、を有する。冷却ユニット９は、一例として、レーザ媒質ユニット８を１００Ｋ〜２００Ｋ程度に冷却する。 The cooling unit 9 cools the laser medium unit 8. The cooling unit 9 includes a cooling head 17 (cooling unit), a cryo heat absorbing unit 19 (second heat conducting unit), and a plurality of heat conducting units 21A (third heat conducting unit). As an example, the cooling unit 9 cools the laser medium unit 8 to about 100K to 200K.

クライオ吸熱部１９は、円柱状の部材であり、上端が冷却ヘッド１７に接続され、下端が導熱ユニット２１Ａに接続される。 The cryo endothermic part 19 is a cylindrical member, and has an upper end connected to the cooling head 17 and a lower end connected to the heat conducting unit 21A.

導熱ユニット２１Ａは、上端がクライオ吸熱部１９に接続され、下端がレーザ媒質ユニット８に接続される。導熱ユニット２１Ａは、銅網２１ａと、固定板２１ｂとを有する。銅網２１ａの上端は、クライオ吸熱部１９の下端と固定板２１ｂとの間に挟持されて、物理的及び熱的に接続される。銅網２１ａの下端は、レーザ媒質ユニット８と固定板２１ｂとの間に挟持されて、物理的及び熱的に接続される。銅網２１ａは、良好な熱伝導性を有する銅又は銅合金により形成される。銅網２１ａは、細い銅線が編み込まれて形成され、板状の銅板と比較して低い剛性を有する。換言すると、銅網２１ａは、レーザ媒質ユニット８とクライオ吸熱部１９とを熱的に接続する部材であり、機械的な支持力が期待されない部材である。従って、排熱部３１と上部ヒートシンク２６（第２の基板）は、構造的にはクライオ吸熱部１９を介してフレーム６に吊下げられた構成を有する。 The heat conducting unit 21 A has an upper end connected to the cryothermal absorption unit 19 and a lower end connected to the laser medium unit 8. The heat conducting unit 21A includes a copper net 21a and a fixed plate 21b. The upper end of the copper net 21a is sandwiched between the lower end of the cryo-heat absorption part 19 and the fixed plate 21b, and is physically and thermally connected. The lower end of the copper net 21a is sandwiched between the laser medium unit 8 and the fixed plate 21b and is physically and thermally connected. The copper net 21a is formed of copper or a copper alloy having good thermal conductivity. The copper net 21a is formed by braiding thin copper wires, and has a lower rigidity than a plate-like copper plate. In other words, the copper net 21a is a member that thermally connects the laser medium unit 8 and the cryothermal absorption part 19, and is a member that is not expected to have a mechanical support force. Accordingly, the heat exhausting portion 31 and the upper heat sink 26 (second substrate) are structurally suspended from the frame 6 via the cryothermal absorption portion 19.

この構成によれば、冷却ヘッド１７において発生した振動は、クライオ吸熱部１９に伝達されるが、銅網２１ａを有する導熱ユニット２１Ａにおいて減衰される。具体的には、銅網２１ａの剛性が低い（即ち、銅網２１ａの固有周波数が小さい）ので、機械振動の周波数応答曲線に基づけば、固有周波数より大きい周波数を有する冷却ヘッド１７において発生した振動は減衰される。 According to this configuration, the vibration generated in the cooling head 17 is transmitted to the cryothermal absorption unit 19, but is attenuated in the heat conducting unit 21A having the copper net 21a. Specifically, since the rigidity of the copper mesh 21a is low (that is, the natural frequency of the copper mesh 21a is small), based on the frequency response curve of mechanical vibration, vibration generated in the cooling head 17 having a frequency larger than the natural frequency. Is attenuated.

続いて、レーザ媒質ユニット８について詳細に説明する。図３に示されるように、レーザ媒質ユニット８は、レーザ媒質体２２と、断熱シート２３と、下部ヒートシンク２４（第１の基板）と、上部ヒートシンク２６（第２の基板）と、位置決めブロック２７（位置決め部材）と、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ（媒質体保持部材）と、引張バネ２９（弾性部材）と、導熱ユニット２１Ｂ（第１の導熱部）と、を有する。 Next, the laser medium unit 8 will be described in detail. As shown in FIG. 3, the laser medium unit 8 includes a laser medium body 22, a heat insulating sheet 23, a lower heat sink 24 (first substrate), an upper heat sink 26 (second substrate), and a positioning block 27. (Positioning member), medium body holding blocks 28A, 28B, 28C (medium body holding member), a tension spring 29 (elastic member), and a heat conducting unit 21B (first heat conducting section).

下部ヒートシンク２４は、平面視して矩形状を呈する板状部材であり、セラミックなどにより形成された断熱シート２３を介してチャンバ７の底面上に載置される。従って、チャンバ７から下部ヒートシンク２４への熱の移動が抑制されるので、レーザ媒質ユニット８の温度を好適に制御し得る。下部ヒートシンク２４は、熱伝導性のよい金属材料であり、例えば銅或いは銅合金により形成される。なお、以下の説明において、「熱伝導性がよい」とは、当該部材の熱伝導性が、レーザ媒質体２２、即ちレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び光学媒質３２の熱伝導性よりも高いことを意味する。 The lower heat sink 24 is a plate-like member that has a rectangular shape in plan view, and is placed on the bottom surface of the chamber 7 via a heat insulating sheet 23 formed of ceramic or the like. Accordingly, since the heat transfer from the chamber 7 to the lower heat sink 24 is suppressed, the temperature of the laser medium unit 8 can be suitably controlled. The lower heat sink 24 is a metal material with good thermal conductivity, and is formed of, for example, copper or a copper alloy. In the following description, “good thermal conductivity” means that the thermal conductivity of the member is higher than the thermal conductivity of the laser medium body 22, that is, the laser gain media 33A, 33B, 33C and the optical medium 32. Means that.

レーザ媒質体２２は、下部ヒートシンク２４に載置される。具体的には、レーザ媒質体２２の下面は、下部ヒートシンク２４の主面２４ａに物理的に接触する。主面２４ａ上におけるレーザ媒質体２２の位置は、位置決めブロック２７と、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃとにより維持される。レーザ媒質体２２と、位置決めブロック２７及び媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃとの詳細な関係は、後述する。 The laser medium body 22 is placed on the lower heat sink 24. Specifically, the lower surface of the laser medium body 22 physically contacts the main surface 24 a of the lower heat sink 24. The position of the laser medium body 22 on the main surface 24a is maintained by the positioning block 27 and the medium body holding blocks 28A, 28B, and 28C. The detailed relationship between the laser medium body 22, the positioning block 27, and the medium body holding blocks 28A, 28B, and 28C will be described later.

レーザ媒質体２２の上には、上部ヒートシンク２６が載置される。具体的には、レーザ媒質体２２の上面は、上部ヒートシンク２６の下面２６ａに物理的に接触する。上部ヒートシンク２６は、平面視して矩形状を呈する板状部材であり、下部ヒートシンク２４と同形状を呈する。上部ヒートシンク２６の主面２６ｂには、円板状の排熱部３１が設けられる。排熱部３１には、導熱ユニット２１Ａの下端が接続される。上部ヒートシンク２６は、熱伝導性のよい金属材料であり、例えば銅或いは銅合金により形成される。 An upper heat sink 26 is placed on the laser medium body 22. Specifically, the upper surface of the laser medium body 22 is in physical contact with the lower surface 26 a of the upper heat sink 26. The upper heat sink 26 is a plate-like member that has a rectangular shape in plan view, and has the same shape as the lower heat sink 24. A disk-shaped heat exhaust part 31 is provided on the main surface 26 b of the upper heat sink 26. The heat exhaust unit 31 is connected to the lower end of the heat conducting unit 21A. The upper heat sink 26 is a metal material with good thermal conductivity, and is formed of, for example, copper or a copper alloy.

引張バネ２９は、下部ヒートシンク２４及び上部ヒートシンク２６の背面に設けられる。引張バネ２９の下端（一端）は下部ヒートシンク２４に連結されると共に上端（他端）は上部ヒートシンク２６に連結される。引張バネ２９は、上部ヒートシンク２６を下部ヒートシンク２４側に引っ張る力を生じさせる。レーザ媒質体２２は、これらの引張バネ２９により下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とに挟持される。 The tension spring 29 is provided on the back surface of the lower heat sink 24 and the upper heat sink 26. The lower end (one end) of the tension spring 29 is connected to the lower heat sink 24 and the upper end (the other end) is connected to the upper heat sink 26. The tension spring 29 generates a force that pulls the upper heat sink 26 toward the lower heat sink 24. The laser medium body 22 is sandwiched between the lower heat sink 24 and the upper heat sink 26 by these tension springs 29.

また、下部ヒートシンク２４及び上部ヒートシンク２６の背面には、３個の導熱ユニット２１Ｂが設けられる。導熱ユニット２１Ｂは、導熱ユニット２１Ａと同様の構成を有する。導熱ユニット２１Ｂの下端は下部ヒートシンク２４の背面に接続され、上端は上部ヒートシンク２６の背面に接続される。これら導熱ユニット２１Ｂにより、下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とは互いに熱的に接続される。 Further, three heat conducting units 21 B are provided on the back surfaces of the lower heat sink 24 and the upper heat sink 26. The heat conducting unit 21B has the same configuration as the heat conducting unit 21A. The lower end of the heat conducting unit 21 B is connected to the back surface of the lower heat sink 24, and the upper end is connected to the back surface of the upper heat sink 26. By these heat conducting units 21B, the lower heat sink 24 and the upper heat sink 26 are thermally connected to each other.

図４に示されるように、レーザ媒質体２２は、固体レーザ媒質体であり、光学媒質３２と、レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、を有する。 As shown in FIG. 4, the laser medium body 22 is a solid laser medium body, and includes an optical medium 32 and laser gain media 33A, 33B, and 33C.

光学媒質３２は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）からなる透明部材であり、光学媒質３２は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂとレーザ光Ｌ２とを透過する。光学媒質３２は、平面視して台形形状を呈する薄い平板である。光学媒質３２は、４枚の側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを有する。側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは平坦面である。光学媒質３２を平面視したとき、側面３２ｃ（第１の側面）と側面３２ｄ（第２の側面）とは互いに平行であり、例えば、側面３２ｄを下底とし、側面３２ｃを上底と呼ぶこともできる。側面３２ａ（第１の側面）と側面３２ｂ（第１の側面）とは、台形の脚と呼ぶこともできる。さらに、光学媒質３２は、第１の主面３２ｅと、第２の主面３２ｆとを有する。第１の主面３２ｅは、下部ヒートシンク２４の主面２４ａと当接する。第１の主面３２ｅと対向する第２の主面３２ｆは、上部ヒートシンク２６の下面２６ａと当接する。 The optical medium 32 is a transparent member made of yttrium, aluminum, and garnet (YAG), and the optical medium 32 transmits the excitation light L1a and L1b and the laser light L2. The optical medium 32 is a thin flat plate that has a trapezoidal shape in plan view. The optical medium 32 has four side surfaces 32a, 32b, 32c, and 32d. The side surfaces 32a, 32b, 32c, and 32d are flat surfaces. When the optical medium 32 is viewed in plan, the side surface 32c (first side surface) and the side surface 32d (second side surface) are parallel to each other. For example, the side surface 32d is referred to as a lower base, and the side surface 32c is referred to as an upper base. You can also. The side surface 32a (first side surface) and the side surface 32b (first side surface) can also be called trapezoidal legs. Further, the optical medium 32 has a first main surface 32e and a second main surface 32f. The first main surface 32 e abuts on the main surface 24 a of the lower heat sink 24. The second main surface 32f facing the first main surface 32e is in contact with the lower surface 26a of the upper heat sink 26.

側面３２ａにはレーザ利得媒質３３Ａが接続され、側面３２ｂにはレーザ利得媒質３３Ｂが接続され、側面３２ｃにはレーザ利得媒質３３Ｃが接続される。一方、側面３２ｄは、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂが入射されると共に増幅されたレーザ光Ｌ２が出射される光入出射面である。すなわち、側面３２ｄには、レーザ利得媒質が接続されていない。 A laser gain medium 33A is connected to the side surface 32a, a laser gain medium 33B is connected to the side surface 32b, and a laser gain medium 33C is connected to the side surface 32c. On the other hand, the side surface 32d is a light incident / exit surface from which the excitation light L1a and L1b are incident and the amplified laser light L2 is emitted. That is, the laser gain medium is not connected to the side surface 32d.

レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、例えば、セラミックコンポジット技術によって、光学媒質３２に接合される。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの大きさ及び平面視形状は、側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃの形状及び大きさ並びにレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに入射される励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの径などに応じて設定され得る。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、そこに入射される励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの照射領域より大きければよい。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの大きさ及び平面視形状の例は、矩形及び正方形を含む。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、ＹＡＧに活性元素としてＹｂがドープされたものである。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂにより励起状態とされる。励起状態とされたレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、放出光を出力することができる。放出光の一例は、誘導放出光である。この誘導放出光が、レーザ光Ｌ２の光増幅に寄与する。 The laser gain media 33A, 33B, and 33C are joined to the optical medium 32 by, for example, ceramic composite technology. The size and the plan view shape of the laser gain media 33A, 33B, and 33C are the shape and size of the side surfaces 32a, 32b, and 32c, and the diameters of the excitation lights L1a and L1b that are incident on the laser gain media 33A, 33B, and 33C. Can be set accordingly. The laser gain media 33A, 33B, and 33C need only be larger than the irradiation areas of the excitation lights L1a and L1b incident thereon. Examples of the sizes and shapes of the laser gain media 33A, 33B, and 33C include a rectangle and a square. The laser gain media 33A, 33B, and 33C are YAG doped with Yb as an active element. The laser gain media 33A, 33B, and 33C are excited by the excitation lights L1a and L1b. The laser gain media 33A, 33B, and 33C in the excited state can output emitted light. An example of emitted light is stimulated emission light. This stimulated emission light contributes to the optical amplification of the laser light L2.

位置決めブロック２７は、下部ヒートシンク２４（図３参照）に対して物理的に固定される。位置決めブロック２７は、その側面２７ａが光学媒質３２の側面３２ｄに当接する。従って、光学媒質３２は、側面２７ａ，３２ｄの法線Ｎ１の方向への移動は規制される。位置決めブロック２７の高さは、光学媒質３２の高さよりも低い。すなわち、位置決めブロック２７と上部ヒートシンク２６との間には、隙間が形成される。位置決めブロック２７は、熱伝導性のよい金属材料であり、例えば銅或いは銅合金により形成される。 The positioning block 27 is physically fixed to the lower heat sink 24 (see FIG. 3). The positioning block 27 has a side surface 27 a that contacts the side surface 32 d of the optical medium 32. Accordingly, the optical medium 32 is restricted from moving in the direction of the normal line N1 of the side surfaces 27a and 32d. The height of the positioning block 27 is lower than the height of the optical medium 32. That is, a gap is formed between the positioning block 27 and the upper heat sink 26. The positioning block 27 is a metal material with good thermal conductivity, and is made of, for example, copper or a copper alloy.

媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは、配置される位置が異なるだけであり、単体としてはそれぞれ同じ形状を有する。以下、媒質体保持ブロック２８Ｃについて詳細に説明し、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂの説明を省略する。 The medium body holding blocks 28A, 28B, and 28C differ only in the positions where they are arranged, and each has the same shape as a single body. Hereinafter, the medium body holding block 28C will be described in detail, and description of the medium body holding blocks 28A and 28B will be omitted.

媒質体保持ブロック２８Ｃは、良好な熱伝導性を有する熱伝導部材であり、一例として銅により形成される。媒質体保持ブロック２８Ｃは、固定部３４と変形部３６とを有する。固定部３４は、直方体状を呈し、下部ヒートシンク２４に対して物理的に接触した状態で固定される。従って、媒質体保持ブロック２８Ｃは、下部ヒートシンク２４に対して熱的に接続される。媒質体保持ブロック２８Ｃの高さは、光学媒質３２の高さよりも低い。すなわち、媒質体保持ブロック２８Ｃと上部ヒートシンク２６との間には、隙間が形成される。 The medium body holding block 28C is a heat conductive member having good heat conductivity, and is formed of copper as an example. The medium body holding block 28 C includes a fixing part 34 and a deformation part 36. The fixing portion 34 has a rectangular parallelepiped shape, and is fixed in a state of being in physical contact with the lower heat sink 24. Therefore, the medium body holding block 28 C is thermally connected to the lower heat sink 24. The height of the medium body holding block 28C is lower than the height of the optical medium 32. That is, a gap is formed between the medium body holding block 28 C and the upper heat sink 26.

レーザ利得媒質３３Ｃに対面する固定部３４の側面には、変形部３６が設けられる。変形部３６は、固定部３４と一体に形成される。従って、変形部３６は、固定部３４と熱的に接続される。変形部３６は、固定部３４の側面からレーザ利得媒質３３Ｃに向けて延在する複数の櫛歯３６ａを有する。変形部３６の先端（すなわち櫛歯３６ａの先端）は、レーザ利得媒質３３Ｃに当接する。従って、変形部３６は、レーザ利得媒質３３Ｃに対して熱的に接続される。従って、レーザ利得媒質３３Ｃは、媒質体保持ブロック２８Ｃの変形部３６及び固定部３４を介して、下部ヒートシンク２４に熱的に接続される。 A deforming portion 36 is provided on the side surface of the fixing portion 34 facing the laser gain medium 33C. The deformation portion 36 is formed integrally with the fixing portion 34. Accordingly, the deforming portion 36 is thermally connected to the fixing portion 34. The deformable portion 36 has a plurality of comb teeth 36a extending from the side surface of the fixed portion 34 toward the laser gain medium 33C. The tip of the deformable portion 36 (that is, the tip of the comb tooth 36a) is in contact with the laser gain medium 33C. Accordingly, the deforming portion 36 is thermally connected to the laser gain medium 33C. Accordingly, the laser gain medium 33C is thermally connected to the lower heat sink 24 via the deforming portion 36 and the fixing portion 34 of the medium body holding block 28C.

固定部３４の側面は、レーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａと対面する。より具体的には、固定部３４の側面は、レーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａに対して平行である。櫛歯３６ａは、固定部３４の側面に対して傾いた方向に延びる。換言すると、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１は、固定部３４の側面の法線方向Ｎ２ａに対して傾く。従って、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１は、固定部３４の側面に対して平行なレーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａに対しても傾く。すなわち、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１はレーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａの法線方向Ｎ２ｂに対しても傾く。 The side surface of the fixed portion 34 faces the main surface 33a of the laser gain medium 33C. More specifically, the side surface of the fixed portion 34 is parallel to the main surface 33a of the laser gain medium 33C. The comb teeth 36 a extend in a direction inclined with respect to the side surface of the fixed portion 34. In other words, the extending direction A1 of the comb teeth 36a is inclined with respect to the normal direction N2a of the side surface of the fixed portion 34. Accordingly, the extending direction A1 of the comb teeth 36a is also inclined with respect to the main surface 33a of the laser gain medium 33C parallel to the side surface of the fixed portion 34. That is, the extending direction A1 of the comb teeth 36a is also inclined with respect to the normal direction N2b of the main surface 33a of the laser gain medium 33C.

ここで、図５に示されるように、固定部３４の法線方向Ｎ２ａ（又はレーザ利得媒質３３Ｃの法線方向Ｎ２ｂ）に沿った力Ｆが、櫛歯３６ａの先端３６ｂのそれぞれに作用した場合を想定する。櫛歯３６ａの一本に注目すると、力Ｆの方向ＦＡは、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１に対して傾いている。そうすると、櫛歯３６ａには、固定部３４側の基端部３６ｃを固定端とし、レーザ利得媒質３３Ｃ側の先端３６ｂを自由端とする片持ち梁構造を有する板バネであるとみなせる。片持ち梁構造によれば、自由端（先端３６ｂ）に作用する力に対して櫛歯３６ａが柔軟に弾性変形することが可能になる。複数の櫛歯３６ａを有する変形部３６の全体を見たときには、複数の櫛歯３６ａの先端がレーザ利得媒質３３Ｃに当接する。レーザ利得媒質３３Ｃが、レーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａの法線方向Ｎ２ｂに移動した時には、櫛歯３６ａのそれぞれに曲げ変形が生じる。すなわち、変形部３６は、レーザ利得媒質３３Ｃの法線方向Ｎ２ｂへの移動を許容する。 Here, as shown in FIG. 5, when the force F along the normal direction N2a of the fixed portion 34 (or the normal direction N2b of the laser gain medium 33C) acts on each of the tips 36b of the comb teeth 36a. Is assumed. When attention is paid to one of the comb teeth 36a, the direction FA of the force F is inclined with respect to the extending direction A1 of the comb teeth 36a. Then, the comb tooth 36a can be regarded as a leaf spring having a cantilever structure in which the base end portion 36c on the fixed portion 34 side is a fixed end and the tip end 36b on the laser gain medium 33C side is a free end. According to the cantilever structure, the comb teeth 36a can be elastically deformed flexibly with respect to the force acting on the free end (tip 36b). When the entire deformed portion 36 having a plurality of comb teeth 36a is viewed, the tips of the plurality of comb teeth 36a abut against the laser gain medium 33C. When the laser gain medium 33C moves in the normal direction N2b of the main surface 33a of the laser gain medium 33C, bending deformation occurs in each of the comb teeth 36a. That is, the deforming unit 36 allows the laser gain medium 33C to move in the normal direction N2b.

従って、媒質体保持ブロック２８は、レーザ媒質体２２において生じた熱を下部ヒートシンク２４に伝達する伝熱経路として機能すると共に、レーザ媒質体２２の変形を許容する物理的なバッファとして機能する。 Therefore, the medium body holding block 28 functions as a heat transfer path for transmitting heat generated in the laser medium body 22 to the lower heat sink 24 and also functions as a physical buffer that allows deformation of the laser medium body 22.

ところで、レーザ増幅器１に用いられるレーザ媒質ユニット８は、レーザ利得媒質として用いるＹｂ：ＹＡＧ結晶を、その稼働時において１００Ｋ程度にまで冷却する必要がある。このため、レーザ増幅器１のレーザ媒質ユニット８は、その稼働時には１００Ｋ程度の冷却が行われる一方で、例えば保守時には室温程度の環境に曝される。このように、極低温環境と室温環境とに曝されるレーザ媒質ユニット８では、構成部品の熱膨張及び熱収縮が生じる。この構成部品の熱膨張及び熱収縮が繰り返されると、レーザ媒質ユニット８のアライメントずれが生じることがあった。 By the way, the laser medium unit 8 used in the laser amplifier 1 needs to cool the Yb: YAG crystal used as the laser gain medium to about 100 K during its operation. For this reason, the laser medium unit 8 of the laser amplifier 1 is cooled to about 100 K during its operation, and is exposed to an environment of about room temperature, for example, during maintenance. Thus, in the laser medium unit 8 that is exposed to a cryogenic environment and a room temperature environment, thermal expansion and contraction of components occur. When the thermal expansion and thermal contraction of the components are repeated, the laser medium unit 8 may be misaligned.

そこで、熱膨張及び熱収縮が生じたときであってもレーザ媒質のずれが生じないように、レーザ媒質ユニット８の保持部材を構成することが考えられる。しかし、このような構成によれば、レーザ媒質ユニット８が室温環境に曝されたとき、すなわち、レーザ媒質ユニット８が熱膨張を生じた時に熱膨張に伴う変形が許容されない。従って、レーザ媒質ユニット８に応力が生じる可能性も生じる。 Therefore, it is conceivable to configure the holding member of the laser medium unit 8 so that the laser medium does not shift even when thermal expansion and contraction occur. However, according to such a configuration, when the laser medium unit 8 is exposed to a room temperature environment, that is, when the laser medium unit 8 undergoes thermal expansion, deformation due to thermal expansion is not allowed. Accordingly, there is a possibility that stress is generated in the laser medium unit 8.

そこで、レーザ媒質ユニット８では、位置決めブロック２７が下部ヒートシンク２４に固定されている。従って、位置決めブロック２７は、光学媒質３２の移動を規制可能であるので、位置決めブロック２７によって光学媒質３２及び光学媒質３２に接続されたレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの光軸ずれを抑制できる。一方、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは変形部３６を有するので、レーザ媒質ユニット８を構成する部品同士の熱膨張率の差と、温度変化と、に起因して生じる熱変形を許容する。従って、レーザ媒質ユニット８を構成する部品に生じる熱応力の発生を抑制できる。その上、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは熱伝導性のよい銅により形成されるので、レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃにおいて発生した熱を変形部３６及び固定部３４を介して下部ヒートシンク２４に伝えることができる。従って、レーザ媒質ユニット８の動作時に生じる熱が好適に排出されるので、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの内部における熱分布を均一化することができる。これにより、レーザ媒質ユニット８は、レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの光学的なアライメントずれの発生を抑制し、内部応力の発生を抑制すると共に、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃにおける熱分布を均一化するので、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの状態を熱的及び構造的に安定化させることが可能になる。従って、所望のレーザ特性を安定して得ることできる。 Therefore, in the laser medium unit 8, the positioning block 27 is fixed to the lower heat sink 24. Therefore, since the positioning block 27 can restrict the movement of the optical medium 32, the optical block of the laser gain media 33A, 33B, and 33C connected to the optical medium 32 and the optical medium 32 by the positioning block 27 can be suppressed. On the other hand, since the medium body holding blocks 28A, 28B, and 28C have the deforming portion 36, thermal deformation caused by a difference in thermal expansion coefficient between components constituting the laser medium unit 8 and a temperature change is allowed. . Accordingly, it is possible to suppress the generation of thermal stress that occurs in the components constituting the laser medium unit 8. In addition, since the medium body holding blocks 28A, 28B, and 28C are formed of copper having good thermal conductivity, the heat generated in the laser gain media 33A, 33B, and 33C is transferred to the lower heat sink via the deforming portion 36 and the fixing portion 34. 24. Accordingly, heat generated during the operation of the laser medium unit 8 is suitably discharged, so that the heat distribution in the optical medium 32 and the laser gain media 33A, 33B, and 33C can be made uniform. As a result, the laser medium unit 8 suppresses the occurrence of optical misalignment of the laser gain media 33A, 33B, and 33C, suppresses the generation of internal stress, and the optical medium 32 and the laser gain media 33A, 33B, and 33C. As a result, the state of the optical medium 32 and the laser gain media 33A, 33B, and 33C can be stabilized thermally and structurally. Therefore, desired laser characteristics can be stably obtained.

また、レーザ媒質体２２は、下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とに挟持される。下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とは、導熱ユニット２１Ｂにより熱的に互い接続される。従って、レーザ媒質体２２において発生し、下部ヒートシンク２４に排出された熱は、導熱ユニット２１Ｂを介して上部ヒートシンク２６に伝達される。そして、上部ヒートシンク２６の排熱部３１から、導熱ユニット２１Ａ，２１Ｂ及びクライオ吸熱部１９を介して冷却ユニット９に向けて排出される。従って、レーザ媒質体２２において発生した熱を効率よく排出することができる。 Further, the laser medium body 22 is sandwiched between a lower heat sink 24 and an upper heat sink 26. The lower heat sink 24 and the upper heat sink 26 are thermally connected to each other by the heat conducting unit 21B. Therefore, the heat generated in the laser medium body 22 and discharged to the lower heat sink 24 is transmitted to the upper heat sink 26 via the heat conducting unit 21B. And it is discharged | emitted from the heat exhausting part 31 of the upper heat sink 26 toward the cooling unit 9 via the heat conducting units 21A and 21B and the cryo heat absorbing part 19. Therefore, the heat generated in the laser medium body 22 can be efficiently discharged.

また、下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とは、引張バネ２９によって互いに引き付けられて、レーザ媒質体２２を挟持する。この構成によれば、レーザ媒質体２２の厚み方向の変形が引張バネ２９の伸びによって許容される。従って、レーザ媒質体２２の保持状態をより安定化することができる。 The lower heat sink 24 and the upper heat sink 26 are attracted to each other by a tension spring 29 to sandwich the laser medium body 22. According to this configuration, deformation of the laser medium body 22 in the thickness direction is allowed by the extension of the tension spring 29. Therefore, the holding state of the laser medium body 22 can be further stabilized.

また、レーザ媒質ユニット８は、導熱ユニット２１Ｂを介してクライオ吸熱部１９に接続される。この導熱ユニット２１Ｂは、冷却ヘッド１７が発生させる振動の周波数よりも低い固有周波数を有する。従って、冷却ヘッド１７において発生した振動は、導熱ユニット２１Ｂにおいて減衰される。すなわち、冷却ヘッド１７において発生した振動は、レーザ媒質ユニット８に影響を与えることがない。従って、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの状態をさらに安定化させることが可能になる。従って、安定したレーザ特性を好適に得ることできる。 Further, the laser medium unit 8 is connected to the cryothermal absorption part 19 via the heat conducting unit 21B. The heat conducting unit 21 B has a natural frequency lower than the frequency of vibration generated by the cooling head 17. Therefore, the vibration generated in the cooling head 17 is attenuated in the heat conducting unit 21B. That is, the vibration generated in the cooling head 17 does not affect the laser medium unit 8. Therefore, the states of the optical medium 32 and the laser gain media 33A, 33B, and 33C can be further stabilized. Therefore, stable laser characteristics can be suitably obtained.

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係るレーザ発振器の構成を概略的に示す図である。図６に示されたレーザ発振器１Ａは、励起光Ｌ１ａ，Ｌ２ａが供給されることにより、レーザ光Ｌ３を生成する。レーザ発振器１Ａは、励起光源部２と、ミラー部３Ａと、レーザ装置４と、を有する。励起光源部２及びレーザ装置４は、第１実施形態の励起光源部２及びレーザ装置４と同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。 Second Embodiment
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a laser oscillator according to the second embodiment. The laser oscillator 1A shown in FIG. 6 generates the laser light L3 when the pumping lights L1a and L2a are supplied. The laser oscillator 1 A includes an excitation light source unit 2, a mirror unit 3 A, and a laser device 4. Since the excitation light source unit 2 and the laser device 4 have the same configuration as the excitation light source unit 2 and the laser device 4 of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

ミラー部３Ａは、励起光源部２とレーザ装置４との間における励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの光路上に配置される。ミラー部３Ａは、ミラー３ｃ，３ｄ，３ｅ有する。ミラー３ｃは、光源２ａから出射される励起光Ｌ１ａの光路上に配置される。ミラー３ｃは、励起光Ｌ１ａを透過すると共に、レーザ装置４が発生する放出光としてのレーザ光Ｌ３を反射する。 The mirror unit 3A is disposed on the optical path of the excitation light L1a and L1b between the excitation light source unit 2 and the laser device 4. The mirror unit 3A includes mirrors 3c, 3d, and 3e. The mirror 3c is disposed on the optical path of the excitation light L1a emitted from the light source 2a. The mirror 3c transmits the excitation light L1a and reflects the laser light L3 as the emitted light generated by the laser device 4.

ミラー３ｄは、光源２ｂから出射される励起光Ｌ１ｂの光路上に配置される。ミラー３ｄは、励起光Ｌ１ｂを透過し、レーザ光Ｌ３の一部を反射する。ミラー３ｃ，３ｄは、光共振器を構成する。換言すると、ミラー３ｃ，３ｄの間でレーザ光Ｌ３が繰り返し反射するように、ミラー３ｃ，３ｄが配置される。このミラー３ｃ，３ｄの間の共振光路内にレーザ媒質ユニット８が配置される。 The mirror 3d is disposed on the optical path of the excitation light L1b emitted from the light source 2b. The mirror 3d transmits the excitation light L1b and reflects a part of the laser light L3. The mirrors 3c and 3d constitute an optical resonator. In other words, the mirrors 3c and 3d are arranged so that the laser beam L3 is repeatedly reflected between the mirrors 3c and 3d. A laser medium unit 8 is disposed in the resonant optical path between the mirrors 3c and 3d.

ミラー３ｅは、ミラー３ｄと光源２ｂとの間に配置される。ミラー３ｅは、光源２ｂから出射された励起光Ｌ１ｂを透過し、ミラー３ｄを透過した一部のレーザ光Ｌ３を励起光Ｌ１ｂの光路とは異なる方向へ反射する。従って、ミラー３ｅにより反射されたレーザ光Ｌ３が出力光である。 The mirror 3e is disposed between the mirror 3d and the light source 2b. The mirror 3e transmits the excitation light L1b emitted from the light source 2b, and reflects a part of the laser light L3 transmitted through the mirror 3d in a direction different from the optical path of the excitation light L1b. Therefore, the laser beam L3 reflected by the mirror 3e is output light.

レーザ発振器１Ａは、レーザ装置４を備えているので、レーザ媒質体５１を物理的に安定した状態で保持することができる。これにより、光路に対するレーザ媒質体５１の位置ずれが低減されるので、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。 Since the laser oscillator 1A includes the laser device 4, the laser medium body 51 can be held in a physically stable state. Thereby, since the positional deviation of the laser medium body 51 with respect to the optical path is reduced, desired laser characteristics can be stably obtained.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、図７の（ａ）部に示されるように、レーザ媒質ユニット８Ｂは、円柱状のレーザ媒質体５１を備えていてもよい。円柱状のレーザ媒質体５１は、一端を媒質体保持部５２Ａによって支持され、他端を媒質体保持部５２Ｂによって支持される。媒質体保持部５２Ａ，５２Ｂは、それぞれヒートシンク５３Ａ，５３Ｂに固定される。図７の（ｂ）部に示されるように、媒質体保持部５２Ａは、ヒートシンク５３Ａに固定される固定部５４と、弾性変形が可能な変形部５６とを有する。変形部５６は、円筒状の固定部５４の内周面から中心に向かって円弧状に伸びる複数の櫛歯５６ａを有する。櫛歯５６ａは、固定部５４の中心軸線まわりに等間隔に設けられる。櫛歯５６ａの外周側は、固定部５４に対して固定された固定端である。櫛歯５６ａの内周側は、レーザ媒質体５１に当接される自由端である。変形部５６は、固定部５４の直径方向（即ちレーザ媒質体５１の直径方向）に弾性変形が可能である。従って、レーザ媒質体５１が発熱し、レーザ媒質体５１の直径が大きくなったときには、変形部５６がその直径の変化を許容する。従って、レーザ媒質体５１を構造的に安定した状態で保持することができる。これにより、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。 For example, as shown in part (a) of FIG. 7, the laser medium unit 8 B may include a cylindrical laser medium body 51. The cylindrical laser medium body 51 is supported at one end by the medium body holding part 52A and at the other end by the medium body holding part 52B. Medium body holding portions 52A and 52B are fixed to heat sinks 53A and 53B, respectively. As shown in part (b) of FIG. 7, the medium body holding part 52A includes a fixing part 54 that is fixed to the heat sink 53A and a deformation part 56 that can be elastically deformed. The deformable portion 56 has a plurality of comb teeth 56a extending in an arc shape from the inner peripheral surface of the cylindrical fixed portion 54 toward the center. The comb teeth 56 a are provided at equal intervals around the central axis of the fixed portion 54. The outer peripheral side of the comb tooth 56 a is a fixed end fixed to the fixing portion 54. The inner peripheral side of the comb teeth 56 a is a free end that comes into contact with the laser medium body 51. The deformable portion 56 can be elastically deformed in the diameter direction of the fixed portion 54 (that is, the diameter direction of the laser medium body 51). Therefore, when the laser medium body 51 generates heat and the diameter of the laser medium body 51 becomes large, the deformable portion 56 allows the change of the diameter. Therefore, the laser medium body 51 can be held in a structurally stable state. Thereby, desired laser characteristics can be stably obtained.

また、レーザ媒質ユニット８の冷却には、例えば、液体窒素を用いる構成であってもよい。 The laser medium unit 8 may be cooled by using, for example, liquid nitrogen.

１…レーザ増幅器、１Ａ…レーザ発振器、２…励起光源部、３…ミラー部、４…レーザ装置、６…フレーム、７…チャンバ、８…レーザ媒質ユニット、９…冷却ユニット、１１…底板、１２…中間板、１３…天板、１４…スペーサ、１６…除振部、１７…冷却ヘッド（冷却部）、１８…ベロー、１９…クライオ吸熱部（第２の導熱部）、２１Ａ…導熱ユニット（第３の導熱部）、２１Ｂ…導熱ユニット（第１の導熱部）、２１ａ…銅網、２１ｂ…固定板、２２…レーザ媒質体、２３…断熱シート、２４…下部ヒートシンク（第１の基板）、２６…上部ヒートシンク（第２の基板）、２７…位置決めブロック（位置決め部材）、２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…媒質体保持ブロック（媒質体保持部）、２９…引張バネ（弾性部材）、３１…排熱部、３２…光学媒質、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…レーザ利得媒質、３４…固定部、３６…変形部、３６ａ，５６ａ…櫛歯、５１…レーザ媒質体、５２Ａ，５２Ｂ…媒質体保持部、５３Ａ，５３Ｂ…ヒートシンク、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…励起光、Ｌ２…レーザ光。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser amplifier, 1A ... Laser oscillator, 2 ... Excitation light source part, 3 ... Mirror part, 4 ... Laser apparatus, 6 ... Frame, 7 ... Chamber, 8 ... Laser medium unit, 9 ... Cooling unit, 11 ... Bottom plate, 12 ... Intermediate plate, 13 ... Top plate, 14 ... Spacer, 16 ... Vibration isolator, 17 ... Cooling head (cooling part), 18 ... Bellow, 19 ... Cryo heat absorption part (second heat conduction part), 21A ... Heat conduction unit ( 3rd heat conduction part), 21B ... Heat conduction unit (first heat conduction part), 21a ... Copper net, 21b ... Fixed plate, 22 ... Laser medium, 23 ... Heat insulation sheet, 24 ... Lower heat sink (first substrate) , 26 ... upper heat sink (second substrate), 27 ... positioning block (positioning member), 28A, 28B, 28C ... medium body holding block (medium body holding part), 29 ... tension spring (elastic member), 31 ... exhaust Hot section, 3 ... optical medium, 33A, 33B, 33C ... laser gain medium, 34 ... fixed part, 36 ... deformation part, 36a, 56a ... comb teeth, 51 ... laser medium body, 52A, 52B ... medium body holding part, 53A, 53B ... Heat sink, L1a, L1b ... excitation light, L2 ... laser light.

Claims

A first substrate;
A laser medium that is excited by being irradiated with excitation light; and
A medium body holding member fixed to the first substrate and holding the laser medium body with respect to the first substrate,
The medium body holding member has a fixed portion fixed to the first substrate and a deformable portion that is in contact with the laser medium body and capable of elastic deformation, and is generated in the laser medium body A laser apparatus configured to transmit heat to the first substrate through the deforming part and the fixing part.

A positioning member fixed to the first substrate and in contact with the laser medium body;
The laser medium body is a laser gain medium that is excited by being irradiated with the excitation light, and an optical medium that is placed on the first substrate and transmits the excitation light. A first main surface that is in contact with one substrate, a second main surface that faces the first main surface, a first side surface to which the laser gain medium is joined, and the excitation light. The optical medium having a second side surface,
The deformation portion is elastically deformed along a normal direction of the first side surface when the laser gain medium moves in a direction including a normal direction of the first side surface. The laser apparatus described.

A second substrate in contact with the second main surface;
The apparatus according to claim 2, further comprising: a first heat conducting portion connected to each of the first substrate and the second substrate and thermally connecting the first substrate to the second substrate. The laser apparatus described.

One end connected to the first substrate and the other end connected to the second substrate, pressing the first substrate against the laser medium body, and attaching the second substrate to the laser The laser apparatus according to claim 3, further comprising an elastic member that generates a tensile force to be pressed against the medium body.

A cooling unit for cooling the optical medium and the laser gain medium;
A second heat conducting part connected to the cooling part;
A third heat transfer section having one end connected to the second heat transfer section and the other end connected to the second substrate;
5. The laser apparatus according to claim 3, wherein the third heat conducting unit has a natural frequency lower than a frequency of vibration generated by the cooling unit.

A laser device according to any one of claims 1 to 5;
An incident optical system for causing a laser beam to be optically amplified to enter an optical medium of the laser device through an optical path coaxial with the excitation light;
An output optical system that outputs the laser light amplified by a laser medium body included in the laser device and emitted from the laser medium body in an optical path coaxial with the excitation light in a direction different from the optical path of the excitation light. , Laser amplifier.

A laser device according to any one of claims 1 to 5;
A laser oscillator comprising: a laser medium body included in the laser device; and an optical resonator disposed on a resonant optical path.