JP3265173B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、活性固体媒質を
含む固体素子を備えた固体レーザ装置に関するものであ
る。
含む固体素子を備えた固体レーザ装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図３７は、例えば、「ソリッドステート
レーザ エンジニアリング（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ
Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｓｐｒｉｎｇ
ｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ），１１９頁〜１２０頁，１９８８
年」に記された従来の固体レーザ装置を示す構成図であ
り、図において、１は反射ミラー、２は部分反射ミラ
ー、３は活性固体媒質を含む固体素子で、ヤグレーザを
例にとれば活性固体媒質としてＮｄをドーピングしたＮ
ｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
Ｇａｒｎｅｔ）、４は励起光源で、例えばＧａＡｌＡ
ｓを主成分とする半導体レーザ、５は励起光源４を駆動
する電源、６は集光レンズ、７は反射ミラー１及び部分
反射ミラー２により構成されたレーザ共振器内に発生し
たレーザビーム、１０は反射ミラー１がレーザビーム７
に対して全反射となり励起光源４からの光に対して全透
過となるように作用する光学薄膜、７０は部分反射ミラ
ー２により外部に取り出されたレーザビーム、１００は
基台である。
レーザ エンジニアリング（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ
Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｓｐｒｉｎｇ
ｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ），１１９頁〜１２０頁，１９８８
年」に記された従来の固体レーザ装置を示す構成図であ
り、図において、１は反射ミラー、２は部分反射ミラ
ー、３は活性固体媒質を含む固体素子で、ヤグレーザを
例にとれば活性固体媒質としてＮｄをドーピングしたＮ
ｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
Ｇａｒｎｅｔ）、４は励起光源で、例えばＧａＡｌＡ
ｓを主成分とする半導体レーザ、５は励起光源４を駆動
する電源、６は集光レンズ、７は反射ミラー１及び部分
反射ミラー２により構成されたレーザ共振器内に発生し
たレーザビーム、１０は反射ミラー１がレーザビーム７
に対して全反射となり励起光源４からの光に対して全透
過となるように作用する光学薄膜、７０は部分反射ミラ
ー２により外部に取り出されたレーザビーム、１００は
基台である。
【０００３】次に動作について説明する。電源５により
点灯された励起光源４から放射された励起光は、集光レ
ンズ６により固体素子３の端面より導入される。固体素
子３に導入された励起光は、活性固体媒質を励起してレ
ーザ増幅媒質を形成する。レーザ増幅媒質より発生した
自然放出光は、反射ミラー１及び部分反射ミラー２によ
り構成されるレーザ共振器間を往復する間に増幅され、
指向性の良いレーザビーム７となり、一定以上の大きさ
に達すると、レーザビーム７０として外部に取り出され
る。
点灯された励起光源４から放射された励起光は、集光レ
ンズ６により固体素子３の端面より導入される。固体素
子３に導入された励起光は、活性固体媒質を励起してレ
ーザ増幅媒質を形成する。レーザ増幅媒質より発生した
自然放出光は、反射ミラー１及び部分反射ミラー２によ
り構成されるレーザ共振器間を往復する間に増幅され、
指向性の良いレーザビーム７となり、一定以上の大きさ
に達すると、レーザビーム７０として外部に取り出され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は以上のように構成されているので、高出力を発生させ
ようとして出力の大きい励起光源４により励起した場
合、高出力の高品質レーザビームを発生させることはで
きないなどの課題があった。高品質レーザビームが発生
できない原因については、固体素子３が熱変形し、その
熱変形により発生した固体素子３内の複屈折によると推
測されてきたが、その詳細な機構については不明であっ
た。
は以上のように構成されているので、高出力を発生させ
ようとして出力の大きい励起光源４により励起した場
合、高出力の高品質レーザビームを発生させることはで
きないなどの課題があった。高品質レーザビームが発生
できない原因については、固体素子３が熱変形し、その
熱変形により発生した固体素子３内の複屈折によると推
測されてきたが、その詳細な機構については不明であっ
た。
【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、高出力且つ品質の良いレーザビー
ムを安定して発生することができる固体レーザ装置を得
ることを目的とする。
めになされたもので、高出力且つ品質の良いレーザビー
ムを安定して発生することができる固体レーザ装置を得
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る固体レーザ装置は、それぞれ活性固体媒質を含み光軸
上に互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、固体
素子を励起する励起手段と、複数の固体素子のいずれか
二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレーザビ
ームの偏光を回転する偏光回転手段と、固体素子で発生
したレーザビームを取り出すレーザ光学手段とを備え、
励起手段が、固体素子を囲む拡散反射面を有する集光器
を備え、かつ、レーザ光学手段が、固体素子の直径と固
体素子中のガウスレーザビームの直径の比がおよそ１０
以下になるよう構成されたレーザ共振器であるものであ
る。
る固体レーザ装置は、それぞれ活性固体媒質を含み光軸
上に互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、固体
素子を励起する励起手段と、複数の固体素子のいずれか
二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレーザビ
ームの偏光を回転する偏光回転手段と、固体素子で発生
したレーザビームを取り出すレーザ光学手段とを備え、
励起手段が、固体素子を囲む拡散反射面を有する集光器
を備え、かつ、レーザ光学手段が、固体素子の直径と固
体素子中のガウスレーザビームの直径の比がおよそ１０
以下になるよう構成されたレーザ共振器であるものであ
る。
【０００７】請求項２記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項１記載の固体レーザ装置において偏光回転手
段が入射したレーザビームが一度通過する間にレーザビ
ームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一つの
偏光旋光子を含むものである。
は、請求項１記載の固体レーザ装置において偏光回転手
段が入射したレーザビームが一度通過する間にレーザビ
ームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一つの
偏光旋光子を含むものである。
【０００８】請求項３記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて偏光回転手段とこれに入射するレーザビームの光軸
とのなす角度を調節する角度調節手段を備えたものであ
る。
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて偏光回転手段とこれに入射するレーザビームの光軸
とのなす角度を調節する角度調節手段を備えたものであ
る。
【０００９】請求項４記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸
上に設けられ入射するレーザビームの光軸位置を補正す
る光軸補正手段を備えたものである。
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸
上に設けられ入射するレーザビームの光軸位置を補正す
る光軸補正手段を備えたものである。
【００１０】請求項５記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項４記載の固体レーザ装置において光軸補正手
段がくさび状部材であるものである。
は、請求項４記載の固体レーザ装置において光軸補正手
段がくさび状部材であるものである。
【００１１】請求項６記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて少なくとも一つの固体素子の端部を上下左右方向に
移動させる移動手段を備えたものである。
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて少なくとも一つの固体素子の端部を上下左右方向に
移動させる移動手段を備えたものである。
【００１２】請求項７記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて固体素子で発生したレーザビームの波長を変換する
波長変換手段を備えたものである。
は、請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置にお
いて固体素子で発生したレーザビームの波長を変換する
波長変換手段を備えたものである。
【００１３】請求項８記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項７記載の固体レーザ装置において波長変換手
段の断面の熱変形分布形状が固体素子の断面内の熱変形
分布形状と相似であるように波長変換手段の温度を制御
する温度制御手段を備えたものである。
は、請求項７記載の固体レーザ装置において波長変換手
段の断面の熱変形分布形状が固体素子の断面内の熱変形
分布形状と相似であるように波長変換手段の温度を制御
する温度制御手段を備えたものである。
【００１４】請求項９記載の発明に係る固体レーザ装置
は、請求項１記載の固体レーザ装置において複数の固体
素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円形状の集光器の第
一の共焦点に配置され、励起手段は楕円形状の集光器の
第二の共焦点に配置された励起光源を具備するものであ
る。
は、請求項１記載の固体レーザ装置において複数の固体
素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円形状の集光器の第
一の共焦点に配置され、励起手段は楕円形状の集光器の
第二の共焦点に配置された励起光源を具備するものであ
る。
【００１５】請求項１０記載の発明に係る固体レーザ装
置は、少なくとも複数の固体素子、励起手段、及び偏光
回転手段が一体に設けられる基台を具備するものであ
る。
置は、少なくとも複数の固体素子、励起手段、及び偏光
回転手段が一体に設けられる基台を具備するものであ
る。
【００１６】請求項１１記載の発明に係る固体レーザ装
置は、それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔
して設けられた複数の固体素子、固体素子を励起する励
起手段、及び、複数の固体素子のいずれか二つの固体素
子間の光軸上に設けられ入射するレーザビームの偏光を
回転する偏光回転手段をそれぞれ具備する複数の励起モ
ジュールと、複数の励起モジュールのそれぞれの固体素
子内の長手方向におけるレーザビーム外形形状の軌跡が
互いに同一になるように複数の励起モジュールを光学的
に連結する連結光学手段と、励起モジュールで発生した
レーザビームを取り出すレーザ共振器とを備え、励起手
段が、固体素子を囲む拡散反射面を有する集光器を備
え、かつ、レーザ共振器が、固体素子の直径と固体素子
中のガウスレーザビームの直径の比がおよそ１０以下に
なるよう構成されたものである。
置は、それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔
して設けられた複数の固体素子、固体素子を励起する励
起手段、及び、複数の固体素子のいずれか二つの固体素
子間の光軸上に設けられ入射するレーザビームの偏光を
回転する偏光回転手段をそれぞれ具備する複数の励起モ
ジュールと、複数の励起モジュールのそれぞれの固体素
子内の長手方向におけるレーザビーム外形形状の軌跡が
互いに同一になるように複数の励起モジュールを光学的
に連結する連結光学手段と、励起モジュールで発生した
レーザビームを取り出すレーザ共振器とを備え、励起手
段が、固体素子を囲む拡散反射面を有する集光器を備
え、かつ、レーザ共振器が、固体素子の直径と固体素子
中のガウスレーザビームの直径の比がおよそ１０以下に
なるよう構成されたものである。
【００１７】請求項１２記載の発明に係る固体レーザ装
置は、請求項１１記載の固体レーザ装置において偏光回
転手段が入射したレーザビームが一度通過する間にレー
ザビームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一
つの偏光旋光子を含むものである。
置は、請求項１１記載の固体レーザ装置において偏光回
転手段が入射したレーザビームが一度通過する間にレー
ザビームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一
つの偏光旋光子を含むものである。
【００１８】請求項１３記載の発明に係る固体レーザ装
置は、複数の励起モジュールのいずれか一つはレーザ発
振器であり、他の励起モジュールはレーザ増幅器である
ものである。
置は、複数の励起モジュールのいずれか一つはレーザ発
振器であり、他の励起モジュールはレーザ増幅器である
ものである。
【００１９】請求項１４記載の発明に係る固体レーザ装
置は、請求項１１または請求項１２記載の固体レーザ装
置において複数の励起モジュールのそれぞれは、該励起
モジュールが一体に設けられるモジュール基台を具備す
るものである。
置は、請求項１１または請求項１２記載の固体レーザ装
置において複数の励起モジュールのそれぞれは、該励起
モジュールが一体に設けられるモジュール基台を具備す
るものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１． 図１は、この発明の実施の形態１による固体レーザ装置
を示す横断面図であり、図２（ａ）は励起部の詳細を示
す長手方向の縦断面図、（ｂ）は短手方向の縦断面図、
（ｃ）は側面図である。図中、図３７と同一符号は、従
来の固体レーザ装置と同一または相当部分を示すもので
ある。８は内面が拡散反射面よりなる集光器、１２は部
分反射ミラー、１４は固体素子３から発生した基本波の
レーザビーム、２０はフローチューブで、このフローチ
ューブ２０と固体素子３の間には冷却水が流される。さ
らに集光器８は内部にフローチューブ２０を挟み込むよ
うにして保持される。図２（ｂ）において、４５は例え
ばサファイアやドープされていないＹＡＧからなる板状
の光導波光学素子であり、励起光源４から放射された励
起光を集光器８内に導くものである。また、８０は集光
器８の側面の一部に開けられた開口部、９５は例えば水
晶で構成され、固体素子３から発生したレーザビーム１
４の偏光方向を約９０度回転させる偏光旋光子（偏光回
転手段）、９６は偏光旋光子９５とレーザビーム１４の
光軸のなす角度を調節する角度調節機構で、例えば角度
調節器（角度調節手段）、１００はステンレス鋼やアク
リルの板から成る基台であり、固体素子３、励起光源
４、集光器８、偏光旋光子９５、反射ミラー１、及び部
分反射ミラー１２を一つの基台１００上に配置して一体
化している。また、１０１は側板（移動手段）である。
さらに、φは固体素子３の直径を示し、Ｒはレーザビー
ム１４の集光点を示している。尚、この実施の形態１で
は、レーザ光学手段はレーザ共振器であり、反射ミラー
１と部分反射ミラー１２とから構成される。また、励起
手段は、励起光源４及び集光器８を含む。
説明する。 実施の形態１． 図１は、この発明の実施の形態１による固体レーザ装置
を示す横断面図であり、図２（ａ）は励起部の詳細を示
す長手方向の縦断面図、（ｂ）は短手方向の縦断面図、
（ｃ）は側面図である。図中、図３７と同一符号は、従
来の固体レーザ装置と同一または相当部分を示すもので
ある。８は内面が拡散反射面よりなる集光器、１２は部
分反射ミラー、１４は固体素子３から発生した基本波の
レーザビーム、２０はフローチューブで、このフローチ
ューブ２０と固体素子３の間には冷却水が流される。さ
らに集光器８は内部にフローチューブ２０を挟み込むよ
うにして保持される。図２（ｂ）において、４５は例え
ばサファイアやドープされていないＹＡＧからなる板状
の光導波光学素子であり、励起光源４から放射された励
起光を集光器８内に導くものである。また、８０は集光
器８の側面の一部に開けられた開口部、９５は例えば水
晶で構成され、固体素子３から発生したレーザビーム１
４の偏光方向を約９０度回転させる偏光旋光子（偏光回
転手段）、９６は偏光旋光子９５とレーザビーム１４の
光軸のなす角度を調節する角度調節機構で、例えば角度
調節器（角度調節手段）、１００はステンレス鋼やアク
リルの板から成る基台であり、固体素子３、励起光源
４、集光器８、偏光旋光子９５、反射ミラー１、及び部
分反射ミラー１２を一つの基台１００上に配置して一体
化している。また、１０１は側板（移動手段）である。
さらに、φは固体素子３の直径を示し、Ｒはレーザビー
ム１４の集光点を示している。尚、この実施の形態１で
は、レーザ光学手段はレーザ共振器であり、反射ミラー
１と部分反射ミラー１２とから構成される。また、励起
手段は、励起光源４及び集光器８を含む。
【００２１】次に動作について説明する。まず図２を参
照しながら、上記のように構成された固体レーザ装置の
励起部の動作について説明する。図２（ｂ）に示すよう
に、電源５は励起光源４を点灯し、これから発せられた
励起光４０は、集光器８の開口部８０近傍に備えられた
光導波光学素子４５の上下面で全反射を繰り返しながら
伝搬する。そして、集光器８の内面に入り、固体素子３
を励起して、レーザビーム１４を増幅するレーザ増幅媒
質を生成する。
照しながら、上記のように構成された固体レーザ装置の
励起部の動作について説明する。図２（ｂ）に示すよう
に、電源５は励起光源４を点灯し、これから発せられた
励起光４０は、集光器８の開口部８０近傍に備えられた
光導波光学素子４５の上下面で全反射を繰り返しながら
伝搬する。そして、集光器８の内面に入り、固体素子３
を励起して、レーザビーム１４を増幅するレーザ増幅媒
質を生成する。
【００２２】固体素子３により吸収されなかった励起光
４０は、固体素子３を通過後、集光器８の内面で拡散反
射し、再び固体素子３をその周囲から均一に励起する。
このために励起光源４の光は無駄になることなく、何回
も集光器８の内部を往復してほとんどが固体素子３に吸
収されて、効率よく、均一なレーザ増幅媒質を形成す
る。また、図２（ｂ）に示すように、励起光４０を導光
する二つの光導波光学素子４５が、固体素子３の両側に
設けられており、それらの高さは等しくなく軸中心から
ずらして対向するように設けられている。これにより、
左右の励起光源４からの光が干渉するのを防止でき、か
つ固体素子３内の励起分布の均一度が増す。
４０は、固体素子３を通過後、集光器８の内面で拡散反
射し、再び固体素子３をその周囲から均一に励起する。
このために励起光源４の光は無駄になることなく、何回
も集光器８の内部を往復してほとんどが固体素子３に吸
収されて、効率よく、均一なレーザ増幅媒質を形成す
る。また、図２（ｂ）に示すように、励起光４０を導光
する二つの光導波光学素子４５が、固体素子３の両側に
設けられており、それらの高さは等しくなく軸中心から
ずらして対向するように設けられている。これにより、
左右の励起光源４からの光が干渉するのを防止でき、か
つ固体素子３内の励起分布の均一度が増す。
【００２３】この実施の形態では、図１に示すように、
図２で説明した固体素子３をそれぞれ含む励起部を所定
間隔をあけて２個所に列設し、その間に細かい角度調節
を可能とする角度調節器９６を備えた偏光旋光子９５を
配置している。そして、反射ミラー１，部分反射ミラー
１２との組み合わせからなるレーザ共振器によって、２
個の励起部からのレーザビーム１４を取り出している。
図２で説明した固体素子３をそれぞれ含む励起部を所定
間隔をあけて２個所に列設し、その間に細かい角度調節
を可能とする角度調節器９６を備えた偏光旋光子９５を
配置している。そして、反射ミラー１，部分反射ミラー
１２との組み合わせからなるレーザ共振器によって、２
個の励起部からのレーザビーム１４を取り出している。
【００２４】レーザ共振器の長さ（Ｌ）、即ち反射ミラ
ー１と部分反射ミラー１２の間の距離（横軸）とレーザ
ビーム品質（縦軸）との関係を図３の曲線Ａに示す。こ
の特性からレーザ共振器長が長い方が短い場合に比べて
固体素子３自体のレーザビーム品質が良くなる。一方、
レーザ出力は固体素子３の歪みに対するレーザ共振器の
強さ（安定性）に関係し、レーザ共振器長が長くなれば
固体素子３の歪みに対するレーザ共振器の強さが弱くな
り、レーザ出力を上げることができなくなる。図３にお
ける曲線Ｂ１は固体素子３の歪みが大きいときのレーザ
共振器長とレーザ共振器の強さの関係を示し、曲線Ｂ２
は固体素子３の歪みが小さいときのレーザ共振器長とレ
ーザ共振器の強さの関係を示している。
ー１と部分反射ミラー１２の間の距離（横軸）とレーザ
ビーム品質（縦軸）との関係を図３の曲線Ａに示す。こ
の特性からレーザ共振器長が長い方が短い場合に比べて
固体素子３自体のレーザビーム品質が良くなる。一方、
レーザ出力は固体素子３の歪みに対するレーザ共振器の
強さ（安定性）に関係し、レーザ共振器長が長くなれば
固体素子３の歪みに対するレーザ共振器の強さが弱くな
り、レーザ出力を上げることができなくなる。図３にお
ける曲線Ｂ１は固体素子３の歪みが大きいときのレーザ
共振器長とレーザ共振器の強さの関係を示し、曲線Ｂ２
は固体素子３の歪みが小さいときのレーザ共振器長とレ
ーザ共振器の強さの関係を示している。
【００２５】最初に比較例として、２個の励起部を所定
の間隔をあけて列設し、この間に偏光旋光子９５を設け
ていない構成について考察する。即ち、図１の構成から
偏光旋光子９５及び角度調節器９６を省略したものを比
較例とする。従来の固体レーザ装置のように、反射ミラ
ー１及び部分反射ミラー２を固体素子３の近傍に近づけ
てレーザ共振器長を２０ｍｍ程度にした場合には、図３
のＰに示す条件となるので、レーザ共振器の強さは曲線
Ｂ１，Ｂ２の条件Ｐにおけるように固体素子３の歪みに
それほど関係なく充分なレーザ出力のものが得られる。
ところがこの構成では、曲線Ａから明らかなように発生
するレーザビーム１４の品質（例えば、レーザビーム１
４の広がり角度）が悪かった。レーザビーム品質は、固
体素子３の直径をφとし、固体素子３中に理論的に計算
されるガウスレーザビームの強度が中央の１／ｅ
2 （ｅ：自然対数の底）に減少する点で定義される半径
のうち、固体素子３内での最大値をωとしたとき、φ／
（２ω）が小さいほど良くなることが知られている。上
記のようなレーザビーム品質が悪い条件では、固体素子
３中に理論的に計算されるガウスレーザビームの直径
は、固体素子３の直径のおおよそ１／１４倍であり、理
論限界のガウスレーザビームの１／２００倍程度、即ち
横モード次数として２００次程度のレーザビーム品質を
持つレーザビーム１４が得られる。
の間隔をあけて列設し、この間に偏光旋光子９５を設け
ていない構成について考察する。即ち、図１の構成から
偏光旋光子９５及び角度調節器９６を省略したものを比
較例とする。従来の固体レーザ装置のように、反射ミラ
ー１及び部分反射ミラー２を固体素子３の近傍に近づけ
てレーザ共振器長を２０ｍｍ程度にした場合には、図３
のＰに示す条件となるので、レーザ共振器の強さは曲線
Ｂ１，Ｂ２の条件Ｐにおけるように固体素子３の歪みに
それほど関係なく充分なレーザ出力のものが得られる。
ところがこの構成では、曲線Ａから明らかなように発生
するレーザビーム１４の品質（例えば、レーザビーム１
４の広がり角度）が悪かった。レーザビーム品質は、固
体素子３の直径をφとし、固体素子３中に理論的に計算
されるガウスレーザビームの強度が中央の１／ｅ
2 （ｅ：自然対数の底）に減少する点で定義される半径
のうち、固体素子３内での最大値をωとしたとき、φ／
（２ω）が小さいほど良くなることが知られている。上
記のようなレーザビーム品質が悪い条件では、固体素子
３中に理論的に計算されるガウスレーザビームの直径
は、固体素子３の直径のおおよそ１／１４倍であり、理
論限界のガウスレーザビームの１／２００倍程度、即ち
横モード次数として２００次程度のレーザビーム品質を
持つレーザビーム１４が得られる。
【００２６】これに対し、比較例では図１に示すように
レーザ共振器長を５００ｍｍ程度に構成した。例えば、
曲率の小さい反射ミラー１、例えば曲率半径１ｍ以下、
典型的には０．５ｍから０．１ｍの反射ミラー１を用い
て、反射ミラー１の前面で小さいスポットに集光すると
共に、凸状の部分反射ミラー１２を固体素子３の近傍に
配置し、固体素子３の凸状の熱レンズ作用と併せて、実
質数ｍの曲率半径の大きな反射ミラーを構成している。
このような片寄りのあるレーザ共振器を用いてレーザ共
振器長５００ｍｍ程度のものを構成すると、図３で示す
条件Ｑとなり、曲線Ａで示すようにレーザビーム品質の
向上を実現できる。
レーザ共振器長を５００ｍｍ程度に構成した。例えば、
曲率の小さい反射ミラー１、例えば曲率半径１ｍ以下、
典型的には０．５ｍから０．１ｍの反射ミラー１を用い
て、反射ミラー１の前面で小さいスポットに集光すると
共に、凸状の部分反射ミラー１２を固体素子３の近傍に
配置し、固体素子３の凸状の熱レンズ作用と併せて、実
質数ｍの曲率半径の大きな反射ミラーを構成している。
このような片寄りのあるレーザ共振器を用いてレーザ共
振器長５００ｍｍ程度のものを構成すると、図３で示す
条件Ｑとなり、曲線Ａで示すようにレーザビーム品質の
向上を実現できる。
【００２７】このレーザ共振器では、レーザビーム１４
が集光点Ｒよりも固体素子３中で径が大きくなるように
構成し、固体素子３近くでの理論的に計算されるガウス
レーザビームの直径を大きくする。例えば、固体素子３
の直径の１／５倍程度にして実験を行ったところ、レー
ザビーム品質は回折限界の１／２０倍程度、即ち横モー
ド次数として２０次程度と、従来の１／１０程度へと激
減したが、発振効率の悪化と出力のふらつきが観測され
た。図４は、実験で得られた発振特性の一例であり、横
軸に励起光源４の出力，縦軸にレーザ出力を表してい
る。図中、直線Ｃは従来装置の発振特性であり、レーザ
ビーム品質が悪い、例えば理論限界のガウスレーザビー
ムの１／２００倍程度、即ち横モード次数として２００
次のレーザビーム品質を持つレーザビーム１４を発生さ
せた場合である。また、直線Ｄは比較例の発振特性であ
り、理論限界のガウスレーザビームの１／２０倍程度、
即ち横モード次数として２０次程度のレーザビーム品質
を持つレーザビーム１４を発生させた場合である。直線
Ｄに示す比較例ではレーザビーム品質は向上している
が、レーザ出力は小さくなってしまうという問題点があ
る。
が集光点Ｒよりも固体素子３中で径が大きくなるように
構成し、固体素子３近くでの理論的に計算されるガウス
レーザビームの直径を大きくする。例えば、固体素子３
の直径の１／５倍程度にして実験を行ったところ、レー
ザビーム品質は回折限界の１／２０倍程度、即ち横モー
ド次数として２０次程度と、従来の１／１０程度へと激
減したが、発振効率の悪化と出力のふらつきが観測され
た。図４は、実験で得られた発振特性の一例であり、横
軸に励起光源４の出力，縦軸にレーザ出力を表してい
る。図中、直線Ｃは従来装置の発振特性であり、レーザ
ビーム品質が悪い、例えば理論限界のガウスレーザビー
ムの１／２００倍程度、即ち横モード次数として２００
次のレーザビーム品質を持つレーザビーム１４を発生さ
せた場合である。また、直線Ｄは比較例の発振特性であ
り、理論限界のガウスレーザビームの１／２０倍程度、
即ち横モード次数として２０次程度のレーザビーム品質
を持つレーザビーム１４を発生させた場合である。直線
Ｄに示す比較例ではレーザビーム品質は向上している
が、レーザ出力は小さくなってしまうという問題点があ
る。
【００２８】そこで、この実施の形態１では偏光旋光子
９５を挿入し、その角度を角度調節器９６により数ｍｒ
ａｄのきざみで細かく調整した。この調整を最適値にす
ると、レーザ共振器の強さは図３における曲線Ｂ３で示
すように比較例（曲線Ｂ２）よりも強くなり、比較例と
同様のレーザビーム品質で、かつ発振特性は図４の直線
Ｃで示すものが得られた。しかも、この場合、ほとんど
揺らぎのない発振波形が得られた。
９５を挿入し、その角度を角度調節器９６により数ｍｒ
ａｄのきざみで細かく調整した。この調整を最適値にす
ると、レーザ共振器の強さは図３における曲線Ｂ３で示
すように比較例（曲線Ｂ２）よりも強くなり、比較例と
同様のレーザビーム品質で、かつ発振特性は図４の直線
Ｃで示すものが得られた。しかも、この場合、ほとんど
揺らぎのない発振波形が得られた。
【００２９】表１に、レーザビーム横モード次数をいろ
いろと変化させた時の、実施の形態１のように二つの固
体素子３の間に偏光旋光子９５ありの場合と、比較例の
ように偏光旋光子９５なしの場合のレーザ出力値を示
す。この表１において、例えば、従来装置のものはレー
ザビーム横モード次数が２００で、レーザ出力（偏光旋
光子９５なし）が２００Ｗに相当する。これに対し、比
較例のものはレーザビーム横モード次数が２０で、レー
ザ出力（偏光旋光子９５なし）が５０Ｗに相当し、前述
のようにレーザ品質は向上しているがレーザ出力が低下
している。一方、この実施の形態１による固体レーザ装
置では偏光旋光子９５を設けており、レーザビーム横モ
ード次数が２０で、レーザ出力（偏光旋光子９５あり）
は２００Ｗになり、レーザ出力が向上する。表１から、
特にレーザビーム１４の品質を理論限界の１／１００倍
程度、即ち横モード次数として約１００次以下にした場
合に、偏光旋光子９５の効果が大きくなることが実験的
に確認された。これは、例えばこの実施の形態のように
安定型レーザ共振器を用いた場合には、φ／（２ω）が
およそ１０以下になるようにレーザ共振器を構成するこ
とと実質的に同じである。ただし、不安定型のレーザ共
振器の場合は、上記条件にあてはまらなくても横モード
次数として約１００次以下に構成することは可能であ
る。
いろと変化させた時の、実施の形態１のように二つの固
体素子３の間に偏光旋光子９５ありの場合と、比較例の
ように偏光旋光子９５なしの場合のレーザ出力値を示
す。この表１において、例えば、従来装置のものはレー
ザビーム横モード次数が２００で、レーザ出力（偏光旋
光子９５なし）が２００Ｗに相当する。これに対し、比
較例のものはレーザビーム横モード次数が２０で、レー
ザ出力（偏光旋光子９５なし）が５０Ｗに相当し、前述
のようにレーザ品質は向上しているがレーザ出力が低下
している。一方、この実施の形態１による固体レーザ装
置では偏光旋光子９５を設けており、レーザビーム横モ
ード次数が２０で、レーザ出力（偏光旋光子９５あり）
は２００Ｗになり、レーザ出力が向上する。表１から、
特にレーザビーム１４の品質を理論限界の１／１００倍
程度、即ち横モード次数として約１００次以下にした場
合に、偏光旋光子９５の効果が大きくなることが実験的
に確認された。これは、例えばこの実施の形態のように
安定型レーザ共振器を用いた場合には、φ／（２ω）が
およそ１０以下になるようにレーザ共振器を構成するこ
とと実質的に同じである。ただし、不安定型のレーザ共
振器の場合は、上記条件にあてはまらなくても横モード
次数として約１００次以下に構成することは可能であ
る。
【００３０】
【表１】
【００３１】以下に、実施の形態１における偏光旋光子
９５の効果について理論的に考察する。固体素子３は周
囲から励起され熱変形し、例えば丸い断面形状の固体素
子３を例に取ると、断面内の径方向と周方向で、結晶の
伸びや屈折率変化に差が生じる。この二つの伸びの方向
は直交しており、それぞれの方向で異なった二つのレン
ズ作用を持つように作用する。このため、入射レーザビ
ーム１４の異なった偏光成分に対して熱レンズの焦点距
離が異なることになる。
９５の効果について理論的に考察する。固体素子３は周
囲から励起され熱変形し、例えば丸い断面形状の固体素
子３を例に取ると、断面内の径方向と周方向で、結晶の
伸びや屈折率変化に差が生じる。この二つの伸びの方向
は直交しており、それぞれの方向で異なった二つのレン
ズ作用を持つように作用する。このため、入射レーザビ
ーム１４の異なった偏光成分に対して熱レンズの焦点距
離が異なることになる。
【００３２】例えば、図５（ａ），（ｂ）の矢印で示す
二つの基本偏光モードをもつレーザビーム１４が固体素
子３を通過した場合、受ける熱レンズ作用の大きさがそ
れぞれの基本偏光モードをもつレーザビーム毎に異な
る。このために、励起光源４の出力に対する固体素子３
内の理論的に計算されるガウスレーザビームの直径をプ
ロットすると、偏光旋光子９５を備えていない装置で
は、図６（ａ）で示すように、例えば図５（ａ）の基本
偏光モードレーザビームに対して領域Ｅ１で表され、図
５（ｂ）の基本偏光モードレーザビームに対して領域Ｅ
２で表される。この曲線Ｅ１、Ｅ２の二つの曲線で表さ
れる部分が、それぞれの基本偏光モードに対して計算さ
れる発振可能領域であり、これ以外の部分では、レーザ
共振器の損失が大きく発振が起きない。二つの領域Ｅ
１、Ｅ２の重なり部分では、二つの基本偏光モードが同
時に発振可能であり、任意の偏光成分を持つレーザビー
ム１４が発生できる。しかしながら、領域Ｅ１，Ｅ２の
互いに重なっていない領域では、図５（ａ），（ｂ）の
いずれかの基本偏光モードのレーザビーム１４しか発振
できない。
二つの基本偏光モードをもつレーザビーム１４が固体素
子３を通過した場合、受ける熱レンズ作用の大きさがそ
れぞれの基本偏光モードをもつレーザビーム毎に異な
る。このために、励起光源４の出力に対する固体素子３
内の理論的に計算されるガウスレーザビームの直径をプ
ロットすると、偏光旋光子９５を備えていない装置で
は、図６（ａ）で示すように、例えば図５（ａ）の基本
偏光モードレーザビームに対して領域Ｅ１で表され、図
５（ｂ）の基本偏光モードレーザビームに対して領域Ｅ
２で表される。この曲線Ｅ１、Ｅ２の二つの曲線で表さ
れる部分が、それぞれの基本偏光モードに対して計算さ
れる発振可能領域であり、これ以外の部分では、レーザ
共振器の損失が大きく発振が起きない。二つの領域Ｅ
１、Ｅ２の重なり部分では、二つの基本偏光モードが同
時に発振可能であり、任意の偏光成分を持つレーザビー
ム１４が発生できる。しかしながら、領域Ｅ１，Ｅ２の
互いに重なっていない領域では、図５（ａ），（ｂ）の
いずれかの基本偏光モードのレーザビーム１４しか発振
できない。
【００３３】次に、この重ならない領域での損失発生メ
カニズムについて説明する。例えば、図５（ａ）に示す
基本偏光モードが損失なく発生するには、固体素子３の
断面内において熱変形方向が周方向に異なることなく熱
変形方向分布が均一である必要があるが、実際には結晶
の変形方向には分布があり、軸対称とは限らない。この
場合、図５（ａ）で示す偏光モードが発生しても、その
一部が固体素子３断面内の熱変形部分により、図５
（ｂ）で示すもう一つの基本偏光モードに変換される。
この変換された部分は、図６（ａ）の領域Ｅ２では発振
するが、いまは領域Ｅ１で動作しているために、この部
分は損失となってレーザ共振器外部に吐き出される。こ
のように、固体素子３の熱変形によって、固体素子３内
のレーザビーム径が励起光源４の出力に対して図６
（ａ）の領域Ｅ１，Ｅ２のような特性になり、重なる部
分が少なくて重ならない部分が多いので、損失の発生が
大きくなってしまう。
カニズムについて説明する。例えば、図５（ａ）に示す
基本偏光モードが損失なく発生するには、固体素子３の
断面内において熱変形方向が周方向に異なることなく熱
変形方向分布が均一である必要があるが、実際には結晶
の変形方向には分布があり、軸対称とは限らない。この
場合、図５（ａ）で示す偏光モードが発生しても、その
一部が固体素子３断面内の熱変形部分により、図５
（ｂ）で示すもう一つの基本偏光モードに変換される。
この変換された部分は、図６（ａ）の領域Ｅ２では発振
するが、いまは領域Ｅ１で動作しているために、この部
分は損失となってレーザ共振器外部に吐き出される。こ
のように、固体素子３の熱変形によって、固体素子３内
のレーザビーム径が励起光源４の出力に対して図６
（ａ）の領域Ｅ１，Ｅ２のような特性になり、重なる部
分が少なくて重ならない部分が多いので、損失の発生が
大きくなってしまう。
【００３４】理論的な計算において、この重なり領域
は、固体素子３の直径と固体素子３中の理論的に計算さ
れるガウスレーザビームの直径の比｛φ／（２ω）｝を
小さくするほど狭くなる。このことが、比較例での固体
素子３中のレーザビーム１４のレーザビーム品質を向上
させる場合に、レーザ出力が十分に出ない一因となって
いる。また、励起光源４からの励起光４０の照射位置が
揺らぐと、この重なり領域も揺らぐ。さらに断面内で励
起分布が揺らぐと、断面内の一部のみがこの重なり領域
で損失なく発振し、その場所が励起分布の変化とともに
変化し、レーザ出力が揺らぐことになる。
は、固体素子３の直径と固体素子３中の理論的に計算さ
れるガウスレーザビームの直径の比｛φ／（２ω）｝を
小さくするほど狭くなる。このことが、比較例での固体
素子３中のレーザビーム１４のレーザビーム品質を向上
させる場合に、レーザ出力が十分に出ない一因となって
いる。また、励起光源４からの励起光４０の照射位置が
揺らぐと、この重なり領域も揺らぐ。さらに断面内で励
起分布が揺らぐと、断面内の一部のみがこの重なり領域
で損失なく発振し、その場所が励起分布の変化とともに
変化し、レーザ出力が揺らぐことになる。
【００３５】これに対して、実施の形態１のように列設
した複数の励起部間に偏光旋光子９５を挿入してレーザ
共振器を構成すると、第一の励起部における固体素子３
を通過するレーザビーム１４の偏光方向が９０度回転さ
れる。即ち、第一の励起部における固体素子３に入射し
た図５（ａ）に示す基本偏光モードを備えたレーザビー
ム成分は、図５（ｂ）に示す基本偏光モードを備えたレ
ーザビーム成分に変換されて第二の励起部における固体
素子３に入射しこれを通過する。また、第一の励起部に
おける固体素子３に入射した図５（ｂ）に示す基本偏光
モードを備えたレーザビーム成分は、図５（ａ）に示す
基本偏光モードを備えたレーザビーム成分に変換されて
第二の励起部における固体素子３に入射しこれを通過す
る。このように、図５（ａ）又は図５（ｂ）のいずれか
一方の偏光特性を有するレーザビーム成分は、偏光旋光
子９５を挟む二つの固体素子３を互いに異なる偏光成分
を持つレーザビーム成分として通過することになり、二
つの固体素子３通過の際に偏光方向により異なる熱レン
ズ作用をそれぞれ受ける。従って、一つの固体素子３の
熱レンズ作用はレーザビーム１４の図５（ａ）と図５
（ｂ）とに示す偏光方向で異なるが、例えば一つのレー
ザビーム１４に含まれる異なる偏光方向の二つのレーザ
ビーム成分は二つの固体素子３でそれぞれ異なった熱レ
ンズ作用を受けるので、それら二つのレーザビーム成分
は全体では全く同一な熱レンズ作用を受けることにな
る。この場合でも図６（ａ）に示す領域を計算したのと
同一の方法で、励起光源４の出力に対する固体素子３内
の理論的に計算されるガウスレーザビームの直径をプロ
ットすると、図６（ｂ）で示すように表される。例え
ば、図５（ａ）の基本偏光モードのレーザビーム１４に
対して領域Ｆ１で表され、図５（ｂ）の基本偏光モード
のレーザビーム１４に対して領域Ｆ２で表される。それ
ぞれの基本偏光モードのレーザビーム１４に対する二つ
の領域Ｆ１とＦ２が重なり、重なり領域は図６（ａ）の
場合に比較して格段に広がり、広い範囲で任意の偏光モ
ードが発振可能となる。このために、結晶の熱変形の断
面内の分布により偏光成分が変化しても（例えば、複屈
折により直線偏光が楕円偏光に代わっても）、レーザ共
振器内で損失となることなく、揺らぎも抑えられて、安
定して発振できると説明できる。図５（ａ），（ｂ）に
示す基本偏光モードのレーザビーム１４のパターンは中
央部が凹んだドーナツ状であるために、理論限界のガウ
スレーザビームを発生する場合や、レーザ共振器内に偏
光素子を挿入して直線偏光を発生させる場合には、この
ような偏光旋光子９５が必要であることは実験前に類推
できた。しかし、今回の様にレーザビーム品質が理論限
界の１００倍〜数倍程度の低次モード発振条件でも効果
のあることは、この実験により初めて確認できたことで
ある。
した複数の励起部間に偏光旋光子９５を挿入してレーザ
共振器を構成すると、第一の励起部における固体素子３
を通過するレーザビーム１４の偏光方向が９０度回転さ
れる。即ち、第一の励起部における固体素子３に入射し
た図５（ａ）に示す基本偏光モードを備えたレーザビー
ム成分は、図５（ｂ）に示す基本偏光モードを備えたレ
ーザビーム成分に変換されて第二の励起部における固体
素子３に入射しこれを通過する。また、第一の励起部に
おける固体素子３に入射した図５（ｂ）に示す基本偏光
モードを備えたレーザビーム成分は、図５（ａ）に示す
基本偏光モードを備えたレーザビーム成分に変換されて
第二の励起部における固体素子３に入射しこれを通過す
る。このように、図５（ａ）又は図５（ｂ）のいずれか
一方の偏光特性を有するレーザビーム成分は、偏光旋光
子９５を挟む二つの固体素子３を互いに異なる偏光成分
を持つレーザビーム成分として通過することになり、二
つの固体素子３通過の際に偏光方向により異なる熱レン
ズ作用をそれぞれ受ける。従って、一つの固体素子３の
熱レンズ作用はレーザビーム１４の図５（ａ）と図５
（ｂ）とに示す偏光方向で異なるが、例えば一つのレー
ザビーム１４に含まれる異なる偏光方向の二つのレーザ
ビーム成分は二つの固体素子３でそれぞれ異なった熱レ
ンズ作用を受けるので、それら二つのレーザビーム成分
は全体では全く同一な熱レンズ作用を受けることにな
る。この場合でも図６（ａ）に示す領域を計算したのと
同一の方法で、励起光源４の出力に対する固体素子３内
の理論的に計算されるガウスレーザビームの直径をプロ
ットすると、図６（ｂ）で示すように表される。例え
ば、図５（ａ）の基本偏光モードのレーザビーム１４に
対して領域Ｆ１で表され、図５（ｂ）の基本偏光モード
のレーザビーム１４に対して領域Ｆ２で表される。それ
ぞれの基本偏光モードのレーザビーム１４に対する二つ
の領域Ｆ１とＦ２が重なり、重なり領域は図６（ａ）の
場合に比較して格段に広がり、広い範囲で任意の偏光モ
ードが発振可能となる。このために、結晶の熱変形の断
面内の分布により偏光成分が変化しても（例えば、複屈
折により直線偏光が楕円偏光に代わっても）、レーザ共
振器内で損失となることなく、揺らぎも抑えられて、安
定して発振できると説明できる。図５（ａ），（ｂ）に
示す基本偏光モードのレーザビーム１４のパターンは中
央部が凹んだドーナツ状であるために、理論限界のガウ
スレーザビームを発生する場合や、レーザ共振器内に偏
光素子を挿入して直線偏光を発生させる場合には、この
ような偏光旋光子９５が必要であることは実験前に類推
できた。しかし、今回の様にレーザビーム品質が理論限
界の１００倍〜数倍程度の低次モード発振条件でも効果
のあることは、この実験により初めて確認できたことで
ある。
【００３６】次に励起分布の均一性について説明する。
以上の理論説明では、固体素子３内の熱レンズ作用が均
一であることを仮定していた。この仮定は、この実施の
形態１によれば固体素子３が拡散反射面を有する集光器
８内で励起されており、励起光４０がぼぼ均一に固体素
子３に集光されていることを根拠としている。さらに、
この実施の形態１では、固体素子３の表面粗さを例えば
１００ミクロン以上とし、固体素子３表面に入射した励
起光４０が固体素子３表面で拡散反射される程度を調節
することにより、固体素子３内部の熱レンズ作用の均一
化を実現している。
以上の理論説明では、固体素子３内の熱レンズ作用が均
一であることを仮定していた。この仮定は、この実施の
形態１によれば固体素子３が拡散反射面を有する集光器
８内で励起されており、励起光４０がぼぼ均一に固体素
子３に集光されていることを根拠としている。さらに、
この実施の形態１では、固体素子３の表面粗さを例えば
１００ミクロン以上とし、固体素子３表面に入射した励
起光４０が固体素子３表面で拡散反射される程度を調節
することにより、固体素子３内部の熱レンズ作用の均一
化を実現している。
【００３７】しかしながら、従来の例えば市販の固体レ
ーザ装置では、この励起の均一化が実現化できていない
場合が多い。このような場合、固体素子３断面内の熱レ
ンズ分布が発生してしまい、偏光旋光子９５を挿入する
効果が減少する。図７は、固体素子３の断面内の熱レン
ズ分布が均一でない場合に、図６（ｂ）の曲線が熱レン
ズ分布によりどのように変化するかを示す図である。図
７において、Ｆ１in，Ｆ１out は、それぞれ第一の励起
部における固体素子３断面内の中央付近及びその周囲部
の熱レンズを元に計算された発振領域を示し、Ｆ２in，
Ｆ２out は、それぞれ第二の励起部における固体素子３
断面内の中央付近及びその周囲部の熱レンズを元に計算
された発振領域を示す。励起の均一化が実現化できてい
ない場合、図７に示すように、図６（ｂ）と比較して発
振領域の重なりが減少し、それ故、図６（ａ）を元に説
明した理論によりレーザ出力が低下し、発振波形が不安
定になる。
ーザ装置では、この励起の均一化が実現化できていない
場合が多い。このような場合、固体素子３断面内の熱レ
ンズ分布が発生してしまい、偏光旋光子９５を挿入する
効果が減少する。図７は、固体素子３の断面内の熱レン
ズ分布が均一でない場合に、図６（ｂ）の曲線が熱レン
ズ分布によりどのように変化するかを示す図である。図
７において、Ｆ１in，Ｆ１out は、それぞれ第一の励起
部における固体素子３断面内の中央付近及びその周囲部
の熱レンズを元に計算された発振領域を示し、Ｆ２in，
Ｆ２out は、それぞれ第二の励起部における固体素子３
断面内の中央付近及びその周囲部の熱レンズを元に計算
された発振領域を示す。励起の均一化が実現化できてい
ない場合、図７に示すように、図６（ｂ）と比較して発
振領域の重なりが減少し、それ故、図６（ａ）を元に説
明した理論によりレーザ出力が低下し、発振波形が不安
定になる。
【００３８】次に、偏光旋光子９５の角度を調節する角
度調節器９６の作用について説明する。図８は角度調節
器９６を拡大してその詳細を示す構成図である。図にお
いて、９６ａは例えばバネなどを内在する押さえ、９６
ｂはマイクロメータである。偏光旋光子９５が有効に作
用するには、各固体素子３の特性（例えば、寸法、励起
入力に対する熱レンズ作用）が揃って、固体素子３の同
一の部分（例えば中央部）をレーザビーム１４が異なる
偏光成分として通過する必要がある。このために、まず
各固体素子３の中央部をレーザビーム１４が通過するよ
うに調節すると共に、偏光旋光子９５が正確にレーザビ
ーム１４の偏光方向を回転する必要がある。
度調節器９６の作用について説明する。図８は角度調節
器９６を拡大してその詳細を示す構成図である。図にお
いて、９６ａは例えばバネなどを内在する押さえ、９６
ｂはマイクロメータである。偏光旋光子９５が有効に作
用するには、各固体素子３の特性（例えば、寸法、励起
入力に対する熱レンズ作用）が揃って、固体素子３の同
一の部分（例えば中央部）をレーザビーム１４が異なる
偏光成分として通過する必要がある。このために、まず
各固体素子３の中央部をレーザビーム１４が通過するよ
うに調節すると共に、偏光旋光子９５が正確にレーザビ
ーム１４の偏光方向を回転する必要がある。
【００３９】実際に実験を行うと、偏光旋光子９５を二
つの固体素子３の間に配置し、さらに、角度調節器９６
により、微細に偏光旋光子９５の角度を変えて、レーザ
出力が安定するように調整を施すことが必要な場合があ
った。また、励起状態の変化に合わせて微細に偏光旋光
子９５の角度を変えるのが必要なこともあった。これは
複数の固体素子３の中心軸の調整が必要なためと考える
ことができる。
つの固体素子３の間に配置し、さらに、角度調節器９６
により、微細に偏光旋光子９５の角度を変えて、レーザ
出力が安定するように調整を施すことが必要な場合があ
った。また、励起状態の変化に合わせて微細に偏光旋光
子９５の角度を変えるのが必要なこともあった。これは
複数の固体素子３の中心軸の調整が必要なためと考える
ことができる。
【００４０】各固体素子３の光軸調整を行うには、角度
調節器９６を用いて偏光旋光子９５を回転させて、偏光
旋光子９５の表面での光の屈折を利用し、図８に示すよ
うに光路を変更することにより実現できる。固体素子３
の位置決め精度不足から発生する軸ずれを補正したり、
固体素子３の励起によって発生する固体素子３内の熱レ
ンズ作用の作用中心のずれを補正することにより、図６
（ｂ）に示す重なり領域を増大できたものと考える。
調節器９６を用いて偏光旋光子９５を回転させて、偏光
旋光子９５の表面での光の屈折を利用し、図８に示すよ
うに光路を変更することにより実現できる。固体素子３
の位置決め精度不足から発生する軸ずれを補正したり、
固体素子３の励起によって発生する固体素子３内の熱レ
ンズ作用の作用中心のずれを補正することにより、図６
（ｂ）に示す重なり領域を増大できたものと考える。
【００４１】偏光旋光子９５を光軸に対して傾けると偏
光回転させる角度が変化する。この実施の形態１で用い
ている水晶でできた９０度回転の偏光旋光子９５を例に
取ると、回転角の変化を１％以内に収めるためには偏光
旋光子９５の角度変化は数ｍｒａｄ以内でなければなら
ない。一般には、この範囲内で十分に光路のずれが補正
できる。特にこの例では、拡散反射集光器内で固体素子
３を励起しており、固体素子３内の励起分布が均一とな
り、従って熱変形が軸対称形状になるので、熱分布の中
心軸で規定される光軸のずれが少ない。従って、初期設
定で光軸の調整が十分にできていれば励起により固体素
子３の光軸が動く量は小さく前記した数ｍｒａｄ程度の
角度範囲で十分に光路のずれを補正することができる。
実際、実験によれば、偏光回転角にほとんど影響を与え
ずに、複数の固体素子３間の光軸ずれを補正することが
できた。
光回転させる角度が変化する。この実施の形態１で用い
ている水晶でできた９０度回転の偏光旋光子９５を例に
取ると、回転角の変化を１％以内に収めるためには偏光
旋光子９５の角度変化は数ｍｒａｄ以内でなければなら
ない。一般には、この範囲内で十分に光路のずれが補正
できる。特にこの例では、拡散反射集光器内で固体素子
３を励起しており、固体素子３内の励起分布が均一とな
り、従って熱変形が軸対称形状になるので、熱分布の中
心軸で規定される光軸のずれが少ない。従って、初期設
定で光軸の調整が十分にできていれば励起により固体素
子３の光軸が動く量は小さく前記した数ｍｒａｄ程度の
角度範囲で十分に光路のずれを補正することができる。
実際、実験によれば、偏光回転角にほとんど影響を与え
ずに、複数の固体素子３間の光軸ずれを補正することが
できた。
【００４２】レーザ共振器の光軸は、レーザ共振器を構
成する二つのミラーの曲率中心を結ぶ線で表されるが、
曲率中心の位置の変化はミラーの曲率半径に比例する。
このために、この実施の形態１のように、曲率半径の小
さい、例えば１ｍ以下の反射ミラー１を用いた場合に
は、ミラーの角度変化に対する光軸の変化が小さく、偏
光旋光子９５による動作がより安定する。
成する二つのミラーの曲率中心を結ぶ線で表されるが、
曲率中心の位置の変化はミラーの曲率半径に比例する。
このために、この実施の形態１のように、曲率半径の小
さい、例えば１ｍ以下の反射ミラー１を用いた場合に
は、ミラーの角度変化に対する光軸の変化が小さく、偏
光旋光子９５による動作がより安定する。
【００４３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、複数の固体素子３内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザビーム発生の損失
や変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム１４を
安定して発生させることができる効果が得られる。ま
た、角度調節器９６を用いて偏光旋光子９５を回転させ
ることにより、複数の固体素子３間の光軸ずれを補正す
ることができる効果が得られる。さらに、固体素子３に
より吸収されなかった励起光４０は集光器８の拡散反射
面で拡散反射され、再び固体素子３をその周囲から均一
に励起するので、効率よく均一なレーザ増幅媒質を固体
素子３内に形成できる効果が得られる。さらに、固体素
子３、励起光源４、集光器８、偏光旋光子９５、反射ミ
ラー１、及び部分反射ミラー１２を一つの基台１００上
に配置して一体化しているので、固体レーザ装置が安定
して動作することができる効果が得られる。
ば、複数の固体素子３内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザビーム発生の損失
や変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム１４を
安定して発生させることができる効果が得られる。ま
た、角度調節器９６を用いて偏光旋光子９５を回転させ
ることにより、複数の固体素子３間の光軸ずれを補正す
ることができる効果が得られる。さらに、固体素子３に
より吸収されなかった励起光４０は集光器８の拡散反射
面で拡散反射され、再び固体素子３をその周囲から均一
に励起するので、効率よく均一なレーザ増幅媒質を固体
素子３内に形成できる効果が得られる。さらに、固体素
子３、励起光源４、集光器８、偏光旋光子９５、反射ミ
ラー１、及び部分反射ミラー１２を一つの基台１００上
に配置して一体化しているので、固体レーザ装置が安定
して動作することができる効果が得られる。
【００４４】なお、偏光旋光子９５は偏光方向を約９０
度回転させるものとしたが、これに限るものではなく、
例えば固体素子３を３個設け、それらの固体素子３間の
２カ所にそれぞれ偏光旋光子９５を配置し、偏光方向を
それぞれ約４５度回転させ、全体で約９０度回転させる
ように構成してもよい。また、この実施の形態１による
固体レーザ装置は反射ミラー１及び部分反射ミラー１２
から構成されるレーザ共振器を備えていたが、このよう
な構成を増幅器のようにレーザ共振器を構成しない固体
レーザ装置に適用してもよい。
度回転させるものとしたが、これに限るものではなく、
例えば固体素子３を３個設け、それらの固体素子３間の
２カ所にそれぞれ偏光旋光子９５を配置し、偏光方向を
それぞれ約４５度回転させ、全体で約９０度回転させる
ように構成してもよい。また、この実施の形態１による
固体レーザ装置は反射ミラー１及び部分反射ミラー１２
から構成されるレーザ共振器を備えていたが、このよう
な構成を増幅器のようにレーザ共振器を構成しない固体
レーザ装置に適用してもよい。
【００４５】実施の形態２． 図９はこの発明の実施の形態２による固体レーザ装置を
示す横断面図である。図において、９７はくさび状部材
（光軸補正手段）で、例えばガラスや水晶で構成された
ウエッジ基板であり、列設した複数の固定素子３の間に
配置している。９８はウエッジ基板９７を回転させる回
転器である。図９において、実施の形態１と同一符号は
同一、または相当部分を示しており、偏光旋光子９５の
前面にウエッジ基板９７を備えている以外は、実施の形
態１と同様の構成である。
示す横断面図である。図において、９７はくさび状部材
（光軸補正手段）で、例えばガラスや水晶で構成された
ウエッジ基板であり、列設した複数の固定素子３の間に
配置している。９８はウエッジ基板９７を回転させる回
転器である。図９において、実施の形態１と同一符号は
同一、または相当部分を示しており、偏光旋光子９５の
前面にウエッジ基板９７を備えている以外は、実施の形
態１と同様の構成である。
【００４６】次に動作について説明する。実施の形態１
で示したように実際に偏光旋光子９５をレーザビーム１
４の光軸に対して傾けると、ある程度光軸のずれを補正
できるが、レーザビーム１４の偏光を回転させる角度が
変化してしまうので、偏光旋光子９５だけでは大きな軸
ずれは補正できない。これに対して、この実施の形態２
では、回転器９８を用いてウエッジ基板９７をレーザビ
ーム１４の光軸に対して傾けることにより、容易に複数
の固体素子３の光軸を調整し一致させることができる。
ウエッジ基板９７と回転器９８との組み合わせで大きな
軸ずれを補正できる。図９ではウエッジ基板９７を１枚
のみ用いた例を示しているが、複数用いることもできる
し、さらにウエッジ基板９７に角度調節器９６を付加す
ればさらに調整が容易となる。
で示したように実際に偏光旋光子９５をレーザビーム１
４の光軸に対して傾けると、ある程度光軸のずれを補正
できるが、レーザビーム１４の偏光を回転させる角度が
変化してしまうので、偏光旋光子９５だけでは大きな軸
ずれは補正できない。これに対して、この実施の形態２
では、回転器９８を用いてウエッジ基板９７をレーザビ
ーム１４の光軸に対して傾けることにより、容易に複数
の固体素子３の光軸を調整し一致させることができる。
ウエッジ基板９７と回転器９８との組み合わせで大きな
軸ずれを補正できる。図９ではウエッジ基板９７を１枚
のみ用いた例を示しているが、複数用いることもできる
し、さらにウエッジ基板９７に角度調節器９６を付加す
ればさらに調整が容易となる。
【００４７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、より容易に複数の固体素子３の光軸を調整し一致さ
せることができる上に、大きな軸ずれを補正できる効果
が得られる。ウエッジ基板９７により複数の固体素子３
の光軸を調整し一致させる構造は、偏光旋光子９５を用
いない構成でも、図５（ａ），（ｂ）に示す基本偏光モ
ードのいずれかのレーザビーム１４を容易に発振させる
ことができ、レーザ出力をある程度向上することができ
る。
ば、より容易に複数の固体素子３の光軸を調整し一致さ
せることができる上に、大きな軸ずれを補正できる効果
が得られる。ウエッジ基板９７により複数の固体素子３
の光軸を調整し一致させる構造は、偏光旋光子９５を用
いない構成でも、図５（ａ），（ｂ）に示す基本偏光モ
ードのいずれかのレーザビーム１４を容易に発振させる
ことができ、レーザ出力をある程度向上することができ
る。
【００４８】実施の形態３． 図１０はこの発明の実施の形態３による固体レーザ装置
の固体素子３の保持部及び移動機構を詳細に示す断面図
である。図において、１０３は固体素子端部ホルダー、
１０２は固体素子端部ホルダー１０３を側板１０１に押
しつけて固定するためのねじ、１０４はＯリングなどの
弾性体である。尚、この実施の形態３では、移動手段
は、側板１０１、ねじ１０２、固体素子端部ホルダー１
０３及び弾性体１０４から成る。
の固体素子３の保持部及び移動機構を詳細に示す断面図
である。図において、１０３は固体素子端部ホルダー、
１０２は固体素子端部ホルダー１０３を側板１０１に押
しつけて固定するためのねじ、１０４はＯリングなどの
弾性体である。尚、この実施の形態３では、移動手段
は、側板１０１、ねじ１０２、固体素子端部ホルダー１
０３及び弾性体１０４から成る。
【００４９】次に動作について説明する。この実施の形
態３における固体素子３の移動機構の動作は、弾性体１
０４の弾力の範囲内で、固体素子端部ホルダー１０３を
上下左右方向に移動させて固体素子３の端部の位置を移
動し、ねじ１０２を締め付けて固定する。この様に動作
することにより、移動機構は固体素子３の端部を上下左
右方向に移動させることができ、複数の励起部における
固体素子３の軸ずれを調節できる。この実施の形態３の
様な光軸を調節する機構は、上記実施の形態１，２に比
較して部品が少なくて実現できる。
態３における固体素子３の移動機構の動作は、弾性体１
０４の弾力の範囲内で、固体素子端部ホルダー１０３を
上下左右方向に移動させて固体素子３の端部の位置を移
動し、ねじ１０２を締め付けて固定する。この様に動作
することにより、移動機構は固体素子３の端部を上下左
右方向に移動させることができ、複数の励起部における
固体素子３の軸ずれを調節できる。この実施の形態３の
様な光軸を調節する機構は、上記実施の形態１，２に比
較して部品が少なくて実現できる。
【００５０】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、容易に複数の固体素子３の光軸を調整し一致させる
ことができる上に、光軸調整のための移動機構の部品数
が少ないので固体レーザ装置のコストを下げる効果が得
られる。
ば、容易に複数の固体素子３の光軸を調整し一致させる
ことができる上に、光軸調整のための移動機構の部品数
が少ないので固体レーザ装置のコストを下げる効果が得
られる。
【００５１】なお、上記の固体素子３の移動機構により
複数の固体素子３の光軸を調整する構造は、偏光旋光子
９５を用いない構成でも、図５（ａ），（ｂ）に示す基
本偏光モードのいずれかのレーザビーム１４を容易に発
振させることができ、レーザ出力をある程度向上するこ
とができる。
複数の固体素子３の光軸を調整する構造は、偏光旋光子
９５を用いない構成でも、図５（ａ），（ｂ）に示す基
本偏光モードのいずれかのレーザビーム１４を容易に発
振させることができ、レーザ出力をある程度向上するこ
とができる。
【００５２】実施の形態４． 図１１はこの発明の実施の形態４による固体レーザ装置
を示す横断面図である。図において、図１と同一符号は
同一または相当部分を示しており、１４は固体素子３か
ら発生する基本波のレーザビーム、１６は波長変換レー
ザビーム、２１は波長選択反射ミラー、２２は反射ミラ
ー、４１は波長変換素子（波長変換手段）、６１は排気
口、６２は容器、８０Ａは波長変換素子を温度制御する
温度制御機構で、例えば金属板などの温度コントロール
基台（温度制御手段）、１０１Ａはファン、１０２Ａは
フィルターである。この実施の形態４では、反射ミラー
１及び波長選択反射ミラー２１でレーザ共振器を構成し
ている。
を示す横断面図である。図において、図１と同一符号は
同一または相当部分を示しており、１４は固体素子３か
ら発生する基本波のレーザビーム、１６は波長変換レー
ザビーム、２１は波長選択反射ミラー、２２は反射ミラ
ー、４１は波長変換素子（波長変換手段）、６１は排気
口、６２は容器、８０Ａは波長変換素子を温度制御する
温度制御機構で、例えば金属板などの温度コントロール
基台（温度制御手段）、１０１Ａはファン、１０２Ａは
フィルターである。この実施の形態４では、反射ミラー
１及び波長選択反射ミラー２１でレーザ共振器を構成し
ている。
【００５３】次に動作について説明する。上記のように
構成された固体レーザ装置において、励起光源４により
発生された励起光４０は集光器８により閉じこめられ、
固体素子３に導かれてこれを励起する。励起された固体
素子３内にレーザ媒質が生成し、このレーザ媒質による
レーザビーム１４を、反射ミラー１及び波長選択反射ミ
ラー２１により構成されるレーザ共振器内に閉じ込め、
高輝度の基本波のレーザビーム１４をレーザ共振器内に
発生させる。さらに、発生した基本波のレーザビーム１
４をレーザ共振器内の波長変換素子４１により波長変換
し、波長変換レーザビーム１６を発生させる。波長選択
反射ミラー２１は、基本波のレーザビーム１４に対して
全反射となり、かつ、波長変換レーザビーム１６に対し
て全透過となる光学薄膜が施されており、波長変換レー
ザビーム１６のほとんどは、波長選択反射ミラー２１に
より外部に取り出される。さらに、波長変換レーザビー
ム１６は、反射ミラー２２により方向を変更されて加工
レーザステーションなどに導かれ、レーザ切断、レーザ
溶接、レーザ穴あけ、レーザアブレーションなどに用い
られたり、他の固体素子のレーザ励起などに用いられ
る。
構成された固体レーザ装置において、励起光源４により
発生された励起光４０は集光器８により閉じこめられ、
固体素子３に導かれてこれを励起する。励起された固体
素子３内にレーザ媒質が生成し、このレーザ媒質による
レーザビーム１４を、反射ミラー１及び波長選択反射ミ
ラー２１により構成されるレーザ共振器内に閉じ込め、
高輝度の基本波のレーザビーム１４をレーザ共振器内に
発生させる。さらに、発生した基本波のレーザビーム１
４をレーザ共振器内の波長変換素子４１により波長変換
し、波長変換レーザビーム１６を発生させる。波長選択
反射ミラー２１は、基本波のレーザビーム１４に対して
全反射となり、かつ、波長変換レーザビーム１６に対し
て全透過となる光学薄膜が施されており、波長変換レー
ザビーム１６のほとんどは、波長選択反射ミラー２１に
より外部に取り出される。さらに、波長変換レーザビー
ム１６は、反射ミラー２２により方向を変更されて加工
レーザステーションなどに導かれ、レーザ切断、レーザ
溶接、レーザ穴あけ、レーザアブレーションなどに用い
られたり、他の固体素子のレーザ励起などに用いられ
る。
【００５４】このような構成の固体レーザ装置におい
て、波長変換の効率は、波長変換素子４１の位置でのレ
ーザビーム品質、レーザビーム強度に比例する。このた
め、偏光旋光子９５と、その角度を調節しうる角度調節
器９６を、例えば二つの固体素子３の間に設けることに
より、実施の形態１と同様の動作で、高出力、高品質な
レーザビーム１４を発生できる。特にレーザビーム１４
の品質を理論限界の１／１００倍程度、即ち横モード次
数として１００次以下にすると好ましく、この場合、上
記実施の形態１で述べたように、偏光旋光子９５の効果
が顕著に表れる。また、波長変換素子４１は、レーザ共
振器の中で最もレーザビーム径が小さくなる反射ミラー
１の近傍に配置すれば、さらに効果がある。波長変換素
子４１の変換効率は温度の関数でもあるので、温度コン
トロール基台８０Ａによって波長変換素子４１の温度を
制御する。
て、波長変換の効率は、波長変換素子４１の位置でのレ
ーザビーム品質、レーザビーム強度に比例する。このた
め、偏光旋光子９５と、その角度を調節しうる角度調節
器９６を、例えば二つの固体素子３の間に設けることに
より、実施の形態１と同様の動作で、高出力、高品質な
レーザビーム１４を発生できる。特にレーザビーム１４
の品質を理論限界の１／１００倍程度、即ち横モード次
数として１００次以下にすると好ましく、この場合、上
記実施の形態１で述べたように、偏光旋光子９５の効果
が顕著に表れる。また、波長変換素子４１は、レーザ共
振器の中で最もレーザビーム径が小さくなる反射ミラー
１の近傍に配置すれば、さらに効果がある。波長変換素
子４１の変換効率は温度の関数でもあるので、温度コン
トロール基台８０Ａによって波長変換素子４１の温度を
制御する。
【００５５】この実施の形態４のような構成では、偏光
旋光子９５の効果がさらに顕著に表れる。波長変換素子
４１の変換効率は内部の基本波のレーザビーム１４に依
存し、基本波のレーザビーム１４の出力が変動すると、
波長変換効率が変動する。波長変換効率の変動は、レー
ザ共振器内に閉じこめられた基本波のレーザビーム１４
の出力の変動をもたらす。このため、基本波レーザビー
ム出力の小さな変動が、時間と共に大きく増幅されて発
生し、これに伴い、外部に取り出される波長変換レーザ
ビーム１６の出力が大きく変動するという問題があっ
た。これ対し、この実施の形態４では偏光旋光子９５を
設けているので、図６（ｂ）に示すように、二つの偏光
モードの発振領域の重なった部分を多くすることがで
き、基本波の変動をほぼ除去することができる。
旋光子９５の効果がさらに顕著に表れる。波長変換素子
４１の変換効率は内部の基本波のレーザビーム１４に依
存し、基本波のレーザビーム１４の出力が変動すると、
波長変換効率が変動する。波長変換効率の変動は、レー
ザ共振器内に閉じこめられた基本波のレーザビーム１４
の出力の変動をもたらす。このため、基本波レーザビー
ム出力の小さな変動が、時間と共に大きく増幅されて発
生し、これに伴い、外部に取り出される波長変換レーザ
ビーム１６の出力が大きく変動するという問題があっ
た。これ対し、この実施の形態４では偏光旋光子９５を
設けているので、図６（ｂ）に示すように、二つの偏光
モードの発振領域の重なった部分を多くすることがで
き、基本波の変動をほぼ除去することができる。
【００５６】さらに、出力を上げた場合には、波長変換
素子４１に基本波のレーザビーム１４の一部が吸収さ
れ、波長変換素子４１が熱変形することがわかった。波
長変換素子４１は一般的に、断面が矩形状のものが用い
られるが、この場合、熱変形の分布（同一の変形が現れ
るところを結んだ曲線）も矩形状になり、しかも底板を
介してのみ温度制御されているだけなので、その分布中
心も光軸中心からずれる。この場合、偏光旋光子９５が
ない場合には、図６（ａ）に示すように、二つの偏光モ
ードの領域Ｅ１，Ｅ２の重なり領域がさらに狭くなるこ
とが類推される。ところが、この実施の形態４では、偏
光旋光子９５の動作によって、上記のように図６（ｂ）
に示す二つの偏光モードの領域Ｆ１，Ｆ２の重なりを多
くでき、安定して波長変換レーザビーム１６を取り出す
ことができる。実際、図１１に示す固体レーザ装置で偏
光旋光子９５を除去すると、波長変換レーザビーム１６
の出力がランダムに激しく変動し安定しなかったが、偏
光旋光子９５を設けることにより、波長変換レーザビー
ム１６の出力が安定したことを確認した。
素子４１に基本波のレーザビーム１４の一部が吸収さ
れ、波長変換素子４１が熱変形することがわかった。波
長変換素子４１は一般的に、断面が矩形状のものが用い
られるが、この場合、熱変形の分布（同一の変形が現れ
るところを結んだ曲線）も矩形状になり、しかも底板を
介してのみ温度制御されているだけなので、その分布中
心も光軸中心からずれる。この場合、偏光旋光子９５が
ない場合には、図６（ａ）に示すように、二つの偏光モ
ードの領域Ｅ１，Ｅ２の重なり領域がさらに狭くなるこ
とが類推される。ところが、この実施の形態４では、偏
光旋光子９５の動作によって、上記のように図６（ｂ）
に示す二つの偏光モードの領域Ｆ１，Ｆ２の重なりを多
くでき、安定して波長変換レーザビーム１６を取り出す
ことができる。実際、図１１に示す固体レーザ装置で偏
光旋光子９５を除去すると、波長変換レーザビーム１６
の出力がランダムに激しく変動し安定しなかったが、偏
光旋光子９５を設けることにより、波長変換レーザビー
ム１６の出力が安定したことを確認した。
【００５７】また、折り返しミラーを用いたレーザ共振
器では、折り返しミラーの反射率が紙面垂直方向と、水
平方向で異なり、これにより、レーザ共振器内の偏光が
紙面方向に長軸がそろった楕円偏光になることもあっ
た。楕円偏光のレーザビーム１４は、図５（ａ），
（ｂ）に示す基本偏光モードの二つのレーザビーム１４
が同時に発振しないと実現できない。このためには、図
６（ｂ）に示すように領域Ｆ１，Ｆ２の重なりが多い状
態である必要がある。従って、このような折り返しミラ
ーを用いたレーザ共振器では、上記で説明した複数の固
体素子３と偏光旋光子９５を用いた構成の効果が高ま
る。
器では、折り返しミラーの反射率が紙面垂直方向と、水
平方向で異なり、これにより、レーザ共振器内の偏光が
紙面方向に長軸がそろった楕円偏光になることもあっ
た。楕円偏光のレーザビーム１４は、図５（ａ），
（ｂ）に示す基本偏光モードの二つのレーザビーム１４
が同時に発振しないと実現できない。このためには、図
６（ｂ）に示すように領域Ｆ１，Ｆ２の重なりが多い状
態である必要がある。従って、このような折り返しミラ
ーを用いたレーザ共振器では、上記で説明した複数の固
体素子３と偏光旋光子９５を用いた構成の効果が高ま
る。
【００５８】なお、波長変換素子４１が加熱される状態
では、励起光源４の入力の変化に対応して、角度調節器
９６によって偏光旋光子９５の角度を変化させれば、さ
らに安定した波長変換レーザビーム１６の出力が得られ
る。
では、励起光源４の入力の変化に対応して、角度調節器
９６によって偏光旋光子９５の角度を変化させれば、さ
らに安定した波長変換レーザビーム１６の出力が得られ
る。
【００５９】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム１６を安定して発生させること
ができる効果が得られる。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム１６を安定して発生させること
ができる効果が得られる。
【００６０】実施の形態５． 図１２はこの発明の実施の形態５による固体レーザ装置
を示す横断面図である。図において、図１１と同一符号
は同一または相当部分を示している。この実施の形態５
では、一つの波長変換素子４１は上下方向及び左右方向
から二対の温度コントロール板（温度制御手段）８０Ｂ
により挟み込まれて温度制御されるように構成されてい
る。二対の温度コントロール板８０Ｂは、例えば金属の
板から成る。
を示す横断面図である。図において、図１１と同一符号
は同一または相当部分を示している。この実施の形態５
では、一つの波長変換素子４１は上下方向及び左右方向
から二対の温度コントロール板（温度制御手段）８０Ｂ
により挟み込まれて温度制御されるように構成されてい
る。二対の温度コントロール板８０Ｂは、例えば金属の
板から成る。
【００６１】次に動作について説明する。波長変換素子
４１の温度制御領域はその長手方向に２分され、それぞ
れ独立に温度制御が行なわれる。即ち、一方の波長変換
素子４１の温度制御領域では、波長変換素子４１の光軸
に垂直な断面において上下方向に一対の温度コントロー
ル板８０Ｂにより温度制御され、他方の波長変換素子４
１の温度制御領域では、波長変換素子４１の光軸に垂直
な断面において左右方向に他の一対の温度コントロール
板８０Ｂにより温度制御される。そして、断面方向から
見た波長変換素子４１内の熱変形分布が、少なくとも中
央部で対称で、固体素子３内の熱変形分布と相似の形状
となるように、二つの温度制御領域での温度制御を組み
合わせて実行している。
４１の温度制御領域はその長手方向に２分され、それぞ
れ独立に温度制御が行なわれる。即ち、一方の波長変換
素子４１の温度制御領域では、波長変換素子４１の光軸
に垂直な断面において上下方向に一対の温度コントロー
ル板８０Ｂにより温度制御され、他方の波長変換素子４
１の温度制御領域では、波長変換素子４１の光軸に垂直
な断面において左右方向に他の一対の温度コントロール
板８０Ｂにより温度制御される。そして、断面方向から
見た波長変換素子４１内の熱変形分布が、少なくとも中
央部で対称で、固体素子３内の熱変形分布と相似の形状
となるように、二つの温度制御領域での温度制御を組み
合わせて実行している。
【００６２】以下、この実施の形態５における温度制御
の手法について詳しく説明する。図１３は、固体素子３
内に発生した温度分布に基づく屈折率分布を３次元で示
す説明図である。矩形の波長変換素子４１を、例えば上
下面から温度コントロール板８０Ｂに挟み込んで冷却す
ると、上下方向に温度分布が発生し、この温度分布によ
り波長変換素子４１内には例えば図１４（ａ）に示すよ
うな屈折率分布が発生する。図１４（ａ）に示した波長
変換素子４１内に生じる屈折率分布の形状は、図１３に
示した固体素子３内のものとは大きく異なっている。レ
ーザビーム１４はその断面において固体素子３内の屈折
率分布に対応した位相分布をもって発生するために、波
長変換素子４１の屈折率分布が固体素子３内のものと異
なると、波長変換素子３を通過する際に、レーザビーム
１４の位相分布が乱れ、共振条件が乱れる。このように
レーザビーム１４の位相分布が乱されると、レーザビー
ム品質が劣化すると共に、レーザ共振器内での動作点が
ずれるため、レーザ共振器内で損失が発生し、レーザ出
力が減少する。このレーザビーム品質の劣化とレーザ出
力の減少の二つの作用により波長変換出力が著しく減少
することになる。
の手法について詳しく説明する。図１３は、固体素子３
内に発生した温度分布に基づく屈折率分布を３次元で示
す説明図である。矩形の波長変換素子４１を、例えば上
下面から温度コントロール板８０Ｂに挟み込んで冷却す
ると、上下方向に温度分布が発生し、この温度分布によ
り波長変換素子４１内には例えば図１４（ａ）に示すよ
うな屈折率分布が発生する。図１４（ａ）に示した波長
変換素子４１内に生じる屈折率分布の形状は、図１３に
示した固体素子３内のものとは大きく異なっている。レ
ーザビーム１４はその断面において固体素子３内の屈折
率分布に対応した位相分布をもって発生するために、波
長変換素子４１の屈折率分布が固体素子３内のものと異
なると、波長変換素子３を通過する際に、レーザビーム
１４の位相分布が乱れ、共振条件が乱れる。このように
レーザビーム１４の位相分布が乱されると、レーザビー
ム品質が劣化すると共に、レーザ共振器内での動作点が
ずれるため、レーザ共振器内で損失が発生し、レーザ出
力が減少する。このレーザビーム品質の劣化とレーザ出
力の減少の二つの作用により波長変換出力が著しく減少
することになる。
【００６３】この実施の形態５ではこれを防ぐために、
波長変換素子４１の二つの部分で冷却方向を変化させて
組み合わせ、その屈折率分布を固体素子３内のものと相
似の分布形状にしている。例えば、波長変換素子４１の
上下面から温度コントロール板８０Ｂで挟み込んで冷却
すると、波長変換素子４１内の屈折率分布は図１４
（ａ）に示すようになる。さらに波長変換素子４１の左
右面から温度コントロール板８０Ｂで挟み込んで冷却す
ると、波長変換素子４１内の屈折率分布は図１４（ｂ）
に示すようになる。即ち、図１４（ａ）及び（ｂ）に示
す屈折率分布を持った波長変換素子４１を光軸上に直列
に配置すると、その光軸からみた合成屈折率分布は図１
５に示すようになる。この合成屈折率分布は、図１３に
示した固体素子３内に発生した温度分布に基づく屈折率
分布と相似の軸対称に近い形状に構成することができ
る。従って、高出力域での発振を安定させることができ
る。
波長変換素子４１の二つの部分で冷却方向を変化させて
組み合わせ、その屈折率分布を固体素子３内のものと相
似の分布形状にしている。例えば、波長変換素子４１の
上下面から温度コントロール板８０Ｂで挟み込んで冷却
すると、波長変換素子４１内の屈折率分布は図１４
（ａ）に示すようになる。さらに波長変換素子４１の左
右面から温度コントロール板８０Ｂで挟み込んで冷却す
ると、波長変換素子４１内の屈折率分布は図１４（ｂ）
に示すようになる。即ち、図１４（ａ）及び（ｂ）に示
す屈折率分布を持った波長変換素子４１を光軸上に直列
に配置すると、その光軸からみた合成屈折率分布は図１
５に示すようになる。この合成屈折率分布は、図１３に
示した固体素子３内に発生した温度分布に基づく屈折率
分布と相似の軸対称に近い形状に構成することができ
る。従って、高出力域での発振を安定させることができ
る。
【００６４】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、実施の
形態４と比較してより高出力の波長変換レーザビーム１
６を安定して発生させることができる効果が得られる。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、実施の
形態４と比較してより高出力の波長変換レーザビーム１
６を安定して発生させることができる効果が得られる。
【００６５】実施の形態６． 図１６はこの発明の実施の形態６による固体レーザ装置
を示す横断面図である。図において、図１１と同一符号
は同一または相当部分を示している。この実施の形態６
では、二つの波長変換素子４１を所定の間隔をあけて光
軸方向に直列に配置し、二つの波長変換素子４１のそれ
ぞれは上下方向及び左右方向から一対の温度コントロー
ル板８０Ｂにより挟み込まれている。
を示す横断面図である。図において、図１１と同一符号
は同一または相当部分を示している。この実施の形態６
では、二つの波長変換素子４１を所定の間隔をあけて光
軸方向に直列に配置し、二つの波長変換素子４１のそれ
ぞれは上下方向及び左右方向から一対の温度コントロー
ル板８０Ｂにより挟み込まれている。
【００６６】次に動作について説明する。二つの波長変
換素子４１のそれぞれは独立に温度制御される。即ち、
波長変換素子４１の光軸に垂直な断面において、一方を
上下方向から温度制御し、他方を左右方向から温度制御
している。そして、断面方向から見たそれらの波長変換
素子４１内の熱変形分布が、少なくとも中央部で対称
で、固体素子３内の熱変形分布と相似の形状となるよう
に、二つの波長変換素子４１の温度制御を組み合わせて
実行する。
換素子４１のそれぞれは独立に温度制御される。即ち、
波長変換素子４１の光軸に垂直な断面において、一方を
上下方向から温度制御し、他方を左右方向から温度制御
している。そして、断面方向から見たそれらの波長変換
素子４１内の熱変形分布が、少なくとも中央部で対称
で、固体素子３内の熱変形分布と相似の形状となるよう
に、二つの波長変換素子４１の温度制御を組み合わせて
実行する。
【００６７】この様に構成することにより、実施の形態
５と同様、波長変換素子４１内の合成屈折率分布を固体
素子３内に発生した温度分布に基づく屈折率分布と相似
の軸対象に近い形状に構成することができるので、高出
力域での発振を安定させることができる。さらに、波長
変換素子４１を２つ設けた構成にしたので、各波長変換
素子４１の温度を別々に制御するなどの手段を比較的容
易に取ることができる。また、実施の形態５に比べ、各
波長変換素子４１内での熱の流れが単純化されるために
温度制御しやすくなった。このため、断面方向から見た
熱変形が、少なくとも中央部が対称で、固体素子３内の
熱変形とより相似の分布形状に近くなるように制御で
き、高出力域での発振を極めて安定させることができ
る。
５と同様、波長変換素子４１内の合成屈折率分布を固体
素子３内に発生した温度分布に基づく屈折率分布と相似
の軸対象に近い形状に構成することができるので、高出
力域での発振を安定させることができる。さらに、波長
変換素子４１を２つ設けた構成にしたので、各波長変換
素子４１の温度を別々に制御するなどの手段を比較的容
易に取ることができる。また、実施の形態５に比べ、各
波長変換素子４１内での熱の流れが単純化されるために
温度制御しやすくなった。このため、断面方向から見た
熱変形が、少なくとも中央部が対称で、固体素子３内の
熱変形とより相似の分布形状に近くなるように制御で
き、高出力域での発振を極めて安定させることができ
る。
【００６８】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム１６を安定して発生させること
ができ上に、実施の形態５に比較して波長変換素子４１
の温度制御を容易にできる効果が得られる。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム１６を安定して発生させること
ができ上に、実施の形態５に比較して波長変換素子４１
の温度制御を容易にできる効果が得られる。
【００６９】実施の形態７． 図１７はこの発明の実施の形態７による固体レーザ装置
に係る波長変換素子４１の近傍を拡大して示す断面図で
ある。図１７において、図１６と同一符号は同一または
相当部分を示しており、２０は波長変換素子４１を内包
するフローチューブである。この実施の形態７では、図
１７に示すように、波長変換素子４１の断面形状は固体
素子３の断面形状と同一になるように、波長変換素子４
１は構成されている。
に係る波長変換素子４１の近傍を拡大して示す断面図で
ある。図１７において、図１６と同一符号は同一または
相当部分を示しており、２０は波長変換素子４１を内包
するフローチューブである。この実施の形態７では、図
１７に示すように、波長変換素子４１の断面形状は固体
素子３の断面形状と同一になるように、波長変換素子４
１は構成されている。
【００７０】次に動作について説明する。円柱形の波長
変換素子４１を用いて、これを周囲から水冷することに
より、固体素子３内の断面内の熱変形分布を固体素子３
内のものと相似に近い分布形状になるように温度制御す
る。この温度制御機構の構成は図２（ａ）に示した固体
素子３における構成と同様であり、フローチューブ２０
と波長変換素子４１の間に冷却水を流して水冷する。さ
らに側板１０１を設けて水路を構成している。
変換素子４１を用いて、これを周囲から水冷することに
より、固体素子３内の断面内の熱変形分布を固体素子３
内のものと相似に近い分布形状になるように温度制御す
る。この温度制御機構の構成は図２（ａ）に示した固体
素子３における構成と同様であり、フローチューブ２０
と波長変換素子４１の間に冷却水を流して水冷する。さ
らに側板１０１を設けて水路を構成している。
【００７１】この様に構成しても、光軸の断面方向から
見た波長変換素子４１内の熱変形は固体素子３内の熱変
形とより相似の分布形状となるように制御でき、高出力
域での発振がより安定した。
見た波長変換素子４１内の熱変形は固体素子３内の熱変
形とより相似の分布形状となるように制御でき、高出力
域での発振がより安定した。
【００７２】以上のように、この実施の形態７によれ
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム１６を安定して発生させること
ができる効果が得られる。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム１
４を波長変換素子４１近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム１４により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム１６を安定して発生させること
ができる効果が得られる。
【００７３】なお、実施の形態５から実施の形態７にお
ける波長変換素子４１の温度制御機構は、偏光旋光子９
５を用いない構成でも、図５（ａ），（ｂ）に示す基本
偏光モードのいずれかのレーザビーム１４を容易に発振
させることができ、レーザ出力をある程度向上すること
ができる。さらに、実施の形態５から実施の形態７では
固体素子３を複数設けた固体レーザ装置について説明し
たが、これに限らず固体素子３が一つで構成されている
ものにも適用できる。
ける波長変換素子４１の温度制御機構は、偏光旋光子９
５を用いない構成でも、図５（ａ），（ｂ）に示す基本
偏光モードのいずれかのレーザビーム１４を容易に発振
させることができ、レーザ出力をある程度向上すること
ができる。さらに、実施の形態５から実施の形態７では
固体素子３を複数設けた固体レーザ装置について説明し
たが、これに限らず固体素子３が一つで構成されている
ものにも適用できる。
【００７４】実施の形態８． 図１８はこの発明の実施の形態８による固体レーザ装置
を示す横断面図である。図において、図１と同一符号は
同一または相当部分を示しており、６ａ，６ｂはレンズ
である。この実施の形態８では実施の形態１における部
分反射ミラー１２の代わりに、レンズ６ａ及び６ｂと部
分反射ミラー１２とからなるいわゆる像転写光学系を用
いている。
を示す横断面図である。図において、図１と同一符号は
同一または相当部分を示しており、６ａ，６ｂはレンズ
である。この実施の形態８では実施の形態１における部
分反射ミラー１２の代わりに、レンズ６ａ及び６ｂと部
分反射ミラー１２とからなるいわゆる像転写光学系を用
いている。
【００７５】次に動作について説明する。この構成の固
体レーザ装置では、固体素子３の端面近傍のレーザビー
ムパターンを部分反射ミラー１２に転送するために、ほ
ぼ一定のレーザビーム径を持つレーザビーム１４を外部
に出射する。出射されたレーザビーム１４は、レンズ６
ｂにより平行光に変換されてレーザ加工ステーションな
どに導かれて、レーザ切断、溶接加工、レーザ穴あけ、
レーザアブレーション、他の固体素子の励起などに用い
られる。
体レーザ装置では、固体素子３の端面近傍のレーザビー
ムパターンを部分反射ミラー１２に転送するために、ほ
ぼ一定のレーザビーム径を持つレーザビーム１４を外部
に出射する。出射されたレーザビーム１４は、レンズ６
ｂにより平行光に変換されてレーザ加工ステーションな
どに導かれて、レーザ切断、溶接加工、レーザ穴あけ、
レーザアブレーション、他の固体素子の励起などに用い
られる。
【００７６】この実施の形態８でも実施の形態１と同
様、複数列設した固体素子３間の少なくとも１カ所に偏
光旋光子９５を備えると共に、偏光旋光子９５の角度を
調節する機構である角度調節器９６を備えて複数の固体
素子３間の光軸の微調整を行うように構成する。従っ
て、複数の固体素子３内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザ共振器の損失、そ
の変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム１４を
安定して発生させることができる。
様、複数列設した固体素子３間の少なくとも１カ所に偏
光旋光子９５を備えると共に、偏光旋光子９５の角度を
調節する機構である角度調節器９６を備えて複数の固体
素子３間の光軸の微調整を行うように構成する。従っ
て、複数の固体素子３内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザ共振器の損失、そ
の変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム１４を
安定して発生させることができる。
【００７７】また、レンズ６ａ及び６ｂと部分反射ミラ
ー１２とからなるいわゆる像転写光学系は、等価的に、
固体素子３の端面近傍に曲率を持った部分反射ミラー１
２を備えたのと同じ作用を行う。その曲率は、部分反射
ミラー１２とレンズ６ａ，６ｂの間の距離を変更するこ
とにより変化させることができるので、例えば固体素子
３が励起されて、熱変形して熱レンズ作用を持った場合
に、像転写光学系の等価曲率を変化させて、熱レンズ作
用の補正を実現できる。この場合、部分反射ミラー１２
とレンズ６ａ，６ｂの間の距離を、ピエゾ素子により移
動させるようにすれば、高速で固体素子３の熱レンズ作
用の補正を実現できる。
ー１２とからなるいわゆる像転写光学系は、等価的に、
固体素子３の端面近傍に曲率を持った部分反射ミラー１
２を備えたのと同じ作用を行う。その曲率は、部分反射
ミラー１２とレンズ６ａ，６ｂの間の距離を変更するこ
とにより変化させることができるので、例えば固体素子
３が励起されて、熱変形して熱レンズ作用を持った場合
に、像転写光学系の等価曲率を変化させて、熱レンズ作
用の補正を実現できる。この場合、部分反射ミラー１２
とレンズ６ａ，６ｂの間の距離を、ピエゾ素子により移
動させるようにすれば、高速で固体素子３の熱レンズ作
用の補正を実現できる。
【００７８】この熱レンズ作用補正により、実施の形態
１の動作の説明で示した図６（ａ）に示す、曲線Ｅ１，
Ｅ２の重なりで表す動作領域のうち、その中心部の安定
領域を移動させて、励起光源４の出力の変動に合わせ
て、常に安定領域で発振するように変化させることがで
きる。
１の動作の説明で示した図６（ａ）に示す、曲線Ｅ１，
Ｅ２の重なりで表す動作領域のうち、その中心部の安定
領域を移動させて、励起光源４の出力の変動に合わせ
て、常に安定領域で発振するように変化させることがで
きる。
【００７９】以上のように、この実施の形態８によれ
ば、複数の固体素子３内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザビーム発生の損失
や変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム１４を
安定して発生させることができる効果が得られる。ま
た、部分反射ミラー１２とレンズ６ａ，６ｂの間の距離
をピエゾ素子等により移動させることにより、高速で固
体素子３の熱レンズ作用の補正できる効果が得られる。
ば、複数の固体素子３内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザビーム発生の損失
や変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム１４を
安定して発生させることができる効果が得られる。ま
た、部分反射ミラー１２とレンズ６ａ，６ｂの間の距離
をピエゾ素子等により移動させることにより、高速で固
体素子３の熱レンズ作用の補正できる効果が得られる。
【００８０】なお、この熱レンズ作用補正光学系は、実
施の形態１に限らず、他の実施の形態にも同様に適用で
きるのは言うまでもない。
施の形態１に限らず、他の実施の形態にも同様に適用で
きるのは言うまでもない。
【００８１】また、この実施の形態８のレーザ共振器の
構成は上記のものに限定するものではなく、レーザビー
ム１４の集光点Ｒよりもいずれかの固体素子３の内部又
はその近傍でレーザビーム１４のビーム径が大きくなる
様に構成すれば良い。例えば、図１９に示すように、曲
率が１ｍ以下の小さな凸ミラーを反射ミラー１として設
けても良い。この様に構成すれば、固体素子３の近傍の
光路を、実施の形態１とほとんど同様に保ったままで、
レーザ共振器の長さを短くしてコンパクトにできる。
構成は上記のものに限定するものではなく、レーザビー
ム１４の集光点Ｒよりもいずれかの固体素子３の内部又
はその近傍でレーザビーム１４のビーム径が大きくなる
様に構成すれば良い。例えば、図１９に示すように、曲
率が１ｍ以下の小さな凸ミラーを反射ミラー１として設
けても良い。この様に構成すれば、固体素子３の近傍の
光路を、実施の形態１とほとんど同様に保ったままで、
レーザ共振器の長さを短くしてコンパクトにできる。
【００８２】また、例えば図２０に示すように、折り返
しミラー１１によりレーザ共振器を折り返して、装置の
長さを短くして構成しても良い。さらに、図２１，図２
２に示すように、両側に曲率が例えば１ｍ以下の小さい
ミラーを備えても良いし、折り返し構造を導入して、例
えば図２３の様に構成しても良い。
しミラー１１によりレーザ共振器を折り返して、装置の
長さを短くして構成しても良い。さらに、図２１，図２
２に示すように、両側に曲率が例えば１ｍ以下の小さい
ミラーを備えても良いし、折り返し構造を導入して、例
えば図２３の様に構成しても良い。
【００８３】折り返しミラー１１を用いたレーザ共振器
では、折り返しミラー１１の反射率が紙面垂直方向と、
水平方向で異なり、これにより、レーザ共振器内の偏光
が紙面方向に長軸がそろった楕円偏光になることがあ
る。楕円偏光のレーザビーム１４は、図５（ａ），
（ｂ）に示す基本偏光モードの２つが同時に発振しない
と実現できない。即ち、固体素子３内レーザビーム径が
図６（ｂ）に示すように重なり部分が多い状態である必
要がある。従って、このような折り返しミラー１１を用
いたレーザ共振器で構成された固体レーザ装置では、こ
の発明における複数の列設した固体素子３と偏光旋光子
９５とを用いた構成の効果が一層高まる。
では、折り返しミラー１１の反射率が紙面垂直方向と、
水平方向で異なり、これにより、レーザ共振器内の偏光
が紙面方向に長軸がそろった楕円偏光になることがあ
る。楕円偏光のレーザビーム１４は、図５（ａ），
（ｂ）に示す基本偏光モードの２つが同時に発振しない
と実現できない。即ち、固体素子３内レーザビーム径が
図６（ｂ）に示すように重なり部分が多い状態である必
要がある。従って、このような折り返しミラー１１を用
いたレーザ共振器で構成された固体レーザ装置では、こ
の発明における複数の列設した固体素子３と偏光旋光子
９５とを用いた構成の効果が一層高まる。
【００８４】また、上記いずれの実施の形態において
も、固体素子３近傍に部分反射ミラー１２を配置する構
成を示したが、これに限るものでなく、任意のミラーを
部分反射ミラーにしてレーザビーム１４を取り出しても
良い。
も、固体素子３近傍に部分反射ミラー１２を配置する構
成を示したが、これに限るものでなく、任意のミラーを
部分反射ミラーにしてレーザビーム１４を取り出しても
良い。
【００８５】また、上記いずれの実施の形態において
も、固体レーザ装置は、偏光旋光子９５の光軸に対する
角度を調節する角度調節機構を備えていたが、初期設定
の精度向上、もしくは、取り付けねじの可動範囲で調整
が可能なこともある。
も、固体レーザ装置は、偏光旋光子９５の光軸に対する
角度を調節する角度調節機構を備えていたが、初期設定
の精度向上、もしくは、取り付けねじの可動範囲で調整
が可能なこともある。
【００８６】また、固体素子３を２個用いる例について
説明したが、これに限るものではなく、２個以上でも良
いし、この場合、偏光旋光子９５は、固体素子３の間の
全部の場所に配置しても良いし、いくつかの選択した位
置に配置しても良い。また、くさび状部材も固体素子３
の間の全部の場所に配置しても良いし、いくつかの選択
した位置に配置しても良い。さらに、固体素子３の端部
を左右上下に移動する機構も、すべての固体素子３に設
けてもよいし、いくつかの選択した固体素子３に設けて
も良い。
説明したが、これに限るものではなく、２個以上でも良
いし、この場合、偏光旋光子９５は、固体素子３の間の
全部の場所に配置しても良いし、いくつかの選択した位
置に配置しても良い。また、くさび状部材も固体素子３
の間の全部の場所に配置しても良いし、いくつかの選択
した位置に配置しても良い。さらに、固体素子３の端部
を左右上下に移動する機構も、すべての固体素子３に設
けてもよいし、いくつかの選択した固体素子３に設けて
も良い。
【００８７】実施の形態９． 図２４（ａ）はこの発明の実施の形態９による固体レー
ザ装置の励起部の詳細を示す長手方向の縦断面図、図２
４（ｂ）は短手方向の縦断面図である。図において、図
２（ａ）及び図２（ｂ）と同一符号は同一または相当部
分を示している。この実施の形態９によれば、集光器８
の断面形状は楕円であり、固体素子３とアークランプな
どの励起光源４とはそれぞれ楕円形状の集光器８内の共
焦点に配置されている。
ザ装置の励起部の詳細を示す長手方向の縦断面図、図２
４（ｂ）は短手方向の縦断面図である。図において、図
２（ａ）及び図２（ｂ）と同一符号は同一または相当部
分を示している。この実施の形態９によれば、集光器８
の断面形状は楕円であり、固体素子３とアークランプな
どの励起光源４とはそれぞれ楕円形状の集光器８内の共
焦点に配置されている。
【００８８】次に動作について説明する。電源５は励起
光源４を点灯しここから発せられた励起光４０は、集光
器８内で拡散反射され、固体素子３をその周囲から均一
に励起する。実施の形態１の説明で述べた拡散反射集光
面を備えた集光器８の場合、励起光源４の出力が小さい
際には集光器８の作用で固体素子３の断面内でほぼ均一
なレーザ媒質が形成されるが、励起光源４の出力を極端
に強くすると、励起光源４に近い側が強く励起される傾
向がある。この場合、励起光源４に近い側の熱レンズ作
用が強く、遠い側の熱レンズ作用が相対的に弱くなると
言うように熱レンズ作用に分布ができ、実施の形態１の
動作で説明した偏光旋光子９５の効果を弱めてしまう。
光源４を点灯しここから発せられた励起光４０は、集光
器８内で拡散反射され、固体素子３をその周囲から均一
に励起する。実施の形態１の説明で述べた拡散反射集光
面を備えた集光器８の場合、励起光源４の出力が小さい
際には集光器８の作用で固体素子３の断面内でほぼ均一
なレーザ媒質が形成されるが、励起光源４の出力を極端
に強くすると、励起光源４に近い側が強く励起される傾
向がある。この場合、励起光源４に近い側の熱レンズ作
用が強く、遠い側の熱レンズ作用が相対的に弱くなると
言うように熱レンズ作用に分布ができ、実施の形態１の
動作で説明した偏光旋光子９５の効果を弱めてしまう。
【００８９】これに対して、図２４（ａ）及び図２４
（ｂ）に示すこの実施の形態９による固体レーザ装置で
は、集光器８の断面を楕円形状とし、固体素子３及び励
起光源４をそれぞれ楕円の共焦点に配置することによ
り、拡散反射効果に加えて楕円形状の反射面の集光効果
を利用して均一励起を実現している。励起光源４から発
せられた励起光４０は集光器８の内面で拡散反射される
が、その散乱中心成分は楕円の内面の形状に従って反射
し、楕円の集光作用により第一の共焦点に配置された固
体素子３の周囲からこれを均一に励起する。
（ｂ）に示すこの実施の形態９による固体レーザ装置で
は、集光器８の断面を楕円形状とし、固体素子３及び励
起光源４をそれぞれ楕円の共焦点に配置することによ
り、拡散反射効果に加えて楕円形状の反射面の集光効果
を利用して均一励起を実現している。励起光源４から発
せられた励起光４０は集光器８の内面で拡散反射される
が、その散乱中心成分は楕円の内面の形状に従って反射
し、楕円の集光作用により第一の共焦点に配置された固
体素子３の周囲からこれを均一に励起する。
【００９０】以上のように、この実施の形態９によれ
ば、励起光源４の出力を極端に強くした場合にも均一な
励起が保証でき、複数の固体素子３間に備えられた偏光
旋光子９５の作用と合わせて、複数の固体素子３を設け
た際に生じる損失や変動を低減する。従って、レーザ媒
質から損失なくレーザビーム１４を取り出すことがで
き、効率よく高品質なレーザビーム１４を安定して発生
できる効果が得られる。なお、拡散反射を用いているた
め楕円の精度には裕度があり、完全な楕円でなくても楕
円に近い形状であれば、同様の効果が期待できる。
ば、励起光源４の出力を極端に強くした場合にも均一な
励起が保証でき、複数の固体素子３間に備えられた偏光
旋光子９５の作用と合わせて、複数の固体素子３を設け
た際に生じる損失や変動を低減する。従って、レーザ媒
質から損失なくレーザビーム１４を取り出すことがで
き、効率よく高品質なレーザビーム１４を安定して発生
できる効果が得られる。なお、拡散反射を用いているた
め楕円の精度には裕度があり、完全な楕円でなくても楕
円に近い形状であれば、同様の効果が期待できる。
【００９１】実施の形態１０． 図２５はこの発明の実施の形態１０による固体レーザ装
置を示す断面図である。図において、図１と同一符号は
同一または相当部分を示しており、２４は連結用反射ミ
ラー（連結光学手段）、１１０は例えばステンレス鋼や
アクリルの板から成るモジュール基台であり、固体素子
３、励起光源４、集光器８、及び偏光旋光子９５を一つ
のモジュール基台１１０上に配置して、一つの励起モジ
ュールとして一体化している。また、２００ａは第一の
励起モジュール、２００ｂは第二の励起モジュールであ
る。レーザ共振器は、部分反射ミラー１２と連結用反射
ミラー２４と反射ミラー１とから構成される。部分反射
ミラー１２と連結用反射ミラー２４との間を往復する第
一の光路の光学条件と、連結用反射ミラー２４と反射ミ
ラー１との間を往復する第二の光路の光学条件とは同一
に設定されている。この設定は、例えば、部分反射ミラ
ー１２の曲率と反射ミラー１の曲率とを同一にし、部分
反射ミラー１２及び反射ミラー１のそれぞれと連結用反
射ミラー２４との間の距離を同一にすることによって実
現できる。
置を示す断面図である。図において、図１と同一符号は
同一または相当部分を示しており、２４は連結用反射ミ
ラー（連結光学手段）、１１０は例えばステンレス鋼や
アクリルの板から成るモジュール基台であり、固体素子
３、励起光源４、集光器８、及び偏光旋光子９５を一つ
のモジュール基台１１０上に配置して、一つの励起モジ
ュールとして一体化している。また、２００ａは第一の
励起モジュール、２００ｂは第二の励起モジュールであ
る。レーザ共振器は、部分反射ミラー１２と連結用反射
ミラー２４と反射ミラー１とから構成される。部分反射
ミラー１２と連結用反射ミラー２４との間を往復する第
一の光路の光学条件と、連結用反射ミラー２４と反射ミ
ラー１との間を往復する第二の光路の光学条件とは同一
に設定されている。この設定は、例えば、部分反射ミラ
ー１２の曲率と反射ミラー１の曲率とを同一にし、部分
反射ミラー１２及び反射ミラー１のそれぞれと連結用反
射ミラー２４との間の距離を同一にすることによって実
現できる。
【００９２】次に動作について説明する。この実施の形
態１０においては、部分反射ミラー１２と連結用反射ミ
ラー２４との間の第二の励起モジュール２００ｂの光学
条件と、反射ミラー１と連結用反射ミラー２４との間の
第一の励起モジュール２００ａの光学条件とが同一にな
るように、これらの光学系を含む固体レーザ装置が構成
される。即ち、連結用反射ミラー２４を図２６に示すよ
うに部分反射ミラー１２に向けて仮想的に回転させた場
合、部分反射ミラー１２と連結用反射ミラー２４とで構
成されるレーザ共振器内をレーザビーム１４が往復し、
第二の励起モジュール２００ｂからレーザビーム１４を
取り出すことができる。また、連結用反射ミラー２４を
仮想的に回転させてレーザビーム１４が反射ミラー１方
向にも伝搬するようにすると（反射ミラー１又は連結用
反射ミラー２４が部分反射ミラーと仮定すると）、レー
ザビーム１４が第一の励起モジュール２００ａからも取
り出されるように構成されている。従って、第一の励起
モジュール２００ａを通過するレーザビーム１４の光学
条件は第二の励起モジュール２００ｂを通過するレーザ
ビーム１４の光学条件と同一であるから、二つの光路内
でその長手方向において同一のレーザビーム外形形状の
軌跡が現れる（即ち、レーザビーム１４の外形形状の変
化が同様に現れる）。レーザビーム１４の品質などの変
化はなく、ほぼ同一品質のレーザビーム１４が、第一の
励起モジュール２００ａと第二の励起モジュール２００
ｂとの連結からおおよそ２倍に出力が向上して発生され
得る。このように複数の励起モジュールを連結すること
により、一つの励起モジュールで得られる出力より高い
レーザ出力を得ることができる。得られたレーザビーム
１４は、レーザ加工ステーションなどに導かれて、レー
ザ切断、溶接加工、レーザ穴あけ、レーザアブレーショ
ン、他の固体レーザ素子の励起などに使用され得る。
態１０においては、部分反射ミラー１２と連結用反射ミ
ラー２４との間の第二の励起モジュール２００ｂの光学
条件と、反射ミラー１と連結用反射ミラー２４との間の
第一の励起モジュール２００ａの光学条件とが同一にな
るように、これらの光学系を含む固体レーザ装置が構成
される。即ち、連結用反射ミラー２４を図２６に示すよ
うに部分反射ミラー１２に向けて仮想的に回転させた場
合、部分反射ミラー１２と連結用反射ミラー２４とで構
成されるレーザ共振器内をレーザビーム１４が往復し、
第二の励起モジュール２００ｂからレーザビーム１４を
取り出すことができる。また、連結用反射ミラー２４を
仮想的に回転させてレーザビーム１４が反射ミラー１方
向にも伝搬するようにすると（反射ミラー１又は連結用
反射ミラー２４が部分反射ミラーと仮定すると）、レー
ザビーム１４が第一の励起モジュール２００ａからも取
り出されるように構成されている。従って、第一の励起
モジュール２００ａを通過するレーザビーム１４の光学
条件は第二の励起モジュール２００ｂを通過するレーザ
ビーム１４の光学条件と同一であるから、二つの光路内
でその長手方向において同一のレーザビーム外形形状の
軌跡が現れる（即ち、レーザビーム１４の外形形状の変
化が同様に現れる）。レーザビーム１４の品質などの変
化はなく、ほぼ同一品質のレーザビーム１４が、第一の
励起モジュール２００ａと第二の励起モジュール２００
ｂとの連結からおおよそ２倍に出力が向上して発生され
得る。このように複数の励起モジュールを連結すること
により、一つの励起モジュールで得られる出力より高い
レーザ出力を得ることができる。得られたレーザビーム
１４は、レーザ加工ステーションなどに導かれて、レー
ザ切断、溶接加工、レーザ穴あけ、レーザアブレーショ
ン、他の固体レーザ素子の励起などに使用され得る。
【００９３】この実施の形態１０においては、部分反射
ミラー１２、連結用反射ミラー２４、及び反射ミラー１
として凹ミラーを用いた例を示したが、図２７に示すよ
うに凹ミラーを凸ミラーに換えても同様な効果が得られ
る。さらに、図２８に示すように連結用反射ミラー２４
を凸ミラーに、部分反射ミラー１２及び反射ミラー１を
凹ミラーとしてもよい。要は、第一の励起モジュール２
００ａ内のレーザビーム１４の外形形状の軌跡と第二の
励起モジュール２００ｂ内のレーザビーム１４の外形形
状の軌跡とが同一になるように構成すればよい。この場
合、凸ミラーによるレーザビーム１４の発散は固体素子
３の熱レンズ作用による収束によりほぼ相殺され、レー
ザビーム１４はレーザ共振器内にとじ込められる。
ミラー１２、連結用反射ミラー２４、及び反射ミラー１
として凹ミラーを用いた例を示したが、図２７に示すよ
うに凹ミラーを凸ミラーに換えても同様な効果が得られ
る。さらに、図２８に示すように連結用反射ミラー２４
を凸ミラーに、部分反射ミラー１２及び反射ミラー１を
凹ミラーとしてもよい。要は、第一の励起モジュール２
００ａ内のレーザビーム１４の外形形状の軌跡と第二の
励起モジュール２００ｂ内のレーザビーム１４の外形形
状の軌跡とが同一になるように構成すればよい。この場
合、凸ミラーによるレーザビーム１４の発散は固体素子
３の熱レンズ作用による収束によりほぼ相殺され、レー
ザビーム１４はレーザ共振器内にとじ込められる。
【００９４】この実施の形態１０においては、第一の励
起モジュール２００ａと第二の励起モジュール２００ｂ
とを一つの連結用反射ミラー２４で連結した例を示した
が、図２９に示すように更に励起モジュールの数を増や
し、例えば第一〜第三の励起モジュール２００ａ，２０
０ｂ，２００ｃのように３つの励起モジュールを連結し
てもよい。励起モジュールを増やしても、各励起モジュ
ール内の光路における光学条件を同一にすることによ
り、レーザビーム品質を維持しつついくらでもレーザ出
力を向上させることができる。図３０は、実際に実験で
得られたレーザ出力とレーザビーム品質との関係を示す
グラフ図である。図中、横軸は励起光源４の出力
（Ｗ）、縦軸はレーザ出力（Ｗ）及びレーザビーム品質
（Ｍ2 ）を示し、直線Ｐ１と曲線Ｑ１とはそれぞれ一つ
の励起モジュールの発振特性とレーザビーム品質とを示
しており、直線Ｐ２と曲線Ｑ２とはこの実施の形態に１
０による二つの励起モジュール２００ａ，２００ｂの発
振特性とレーザビーム品質とを示している。レーザビー
ム品質（Ｍ2 ）は、レーザビーム１４の発散角がガウス
状のレーザビーム１４の発散角の理論限界の何倍になる
かを示す指標であり、この値が小さいほどレーザビーム
品質が良い。図３０から明らかなように、励起モジュー
ルの数を増加させることにより、レーザ出力を向上させ
ることができる。励起モジュールの数にほぼ比例してレ
ーザ出力の向上が図られる。
起モジュール２００ａと第二の励起モジュール２００ｂ
とを一つの連結用反射ミラー２４で連結した例を示した
が、図２９に示すように更に励起モジュールの数を増や
し、例えば第一〜第三の励起モジュール２００ａ，２０
０ｂ，２００ｃのように３つの励起モジュールを連結し
てもよい。励起モジュールを増やしても、各励起モジュ
ール内の光路における光学条件を同一にすることによ
り、レーザビーム品質を維持しつついくらでもレーザ出
力を向上させることができる。図３０は、実際に実験で
得られたレーザ出力とレーザビーム品質との関係を示す
グラフ図である。図中、横軸は励起光源４の出力
（Ｗ）、縦軸はレーザ出力（Ｗ）及びレーザビーム品質
（Ｍ2 ）を示し、直線Ｐ１と曲線Ｑ１とはそれぞれ一つ
の励起モジュールの発振特性とレーザビーム品質とを示
しており、直線Ｐ２と曲線Ｑ２とはこの実施の形態に１
０による二つの励起モジュール２００ａ，２００ｂの発
振特性とレーザビーム品質とを示している。レーザビー
ム品質（Ｍ2 ）は、レーザビーム１４の発散角がガウス
状のレーザビーム１４の発散角の理論限界の何倍になる
かを示す指標であり、この値が小さいほどレーザビーム
品質が良い。図３０から明らかなように、励起モジュー
ルの数を増加させることにより、レーザ出力を向上させ
ることができる。励起モジュールの数にほぼ比例してレ
ーザ出力の向上が図られる。
【００９５】以上のように、この実施の形態１０によれ
ば、複数の固体素子３を設けた際に生じる損失や変動を
低減し、レーザ媒質から損失なくレーザビーム１４を取
り出すことができ、高品質で高出力なレーザビーム１４
を効率よく且つ安定して発生させることができる効果が
得られる。さらに、第一〜第三の励起モジュール２００
ａ，２００ｂ，２００ｃはそれぞれモジュール基台１１
０上に一体化されているので、各励起モジュールを精度
良く連結でき安定した動作を得ることができる効果が得
られる。
ば、複数の固体素子３を設けた際に生じる損失や変動を
低減し、レーザ媒質から損失なくレーザビーム１４を取
り出すことができ、高品質で高出力なレーザビーム１４
を効率よく且つ安定して発生させることができる効果が
得られる。さらに、第一〜第三の励起モジュール２００
ａ，２００ｂ，２００ｃはそれぞれモジュール基台１１
０上に一体化されているので、各励起モジュールを精度
良く連結でき安定した動作を得ることができる効果が得
られる。
【００９６】実施の形態１１． 図３１はこの発明の実施の形態１１による固体レーザ装
置を示す断面図である。図において、図２５と同一符号
は同一または相当部分を示しており、２６は二つの励起
モジュール２００ａ，２００ｂを連結するためのレンズ
である。この実施の形態１１ではレンズ２６が上記実施
の形態１０の連結用反射ミラー２４の役割すなわち連結
手段の役割を果たしている。
置を示す断面図である。図において、図２５と同一符号
は同一または相当部分を示しており、２６は二つの励起
モジュール２００ａ，２００ｂを連結するためのレンズ
である。この実施の形態１１ではレンズ２６が上記実施
の形態１０の連結用反射ミラー２４の役割すなわち連結
手段の役割を果たしている。
【００９７】次に動作について説明する。上記実施の形
態１０の連結用反射ミラー２４の曲率の半分の焦点距離
を持つレンズ２６の配置により上記実施の形態１０と同
様に、二つの励起モジュール２００ａ，２００ｂの光路
内で固体素子３の長手方向に沿って同一のレーザビーム
外形形状の軌跡（即ち、レーザビーム外形形状の変化）
が現れる。
態１０の連結用反射ミラー２４の曲率の半分の焦点距離
を持つレンズ２６の配置により上記実施の形態１０と同
様に、二つの励起モジュール２００ａ，２００ｂの光路
内で固体素子３の長手方向に沿って同一のレーザビーム
外形形状の軌跡（即ち、レーザビーム外形形状の変化）
が現れる。
【００９８】このようにすると、レーザ共振器を直線上
に配置することもできるし、さらに、図３２に示すよう
にフラット反射ミラー９ａ，９ｂと組み合わせて、装置
を短く構成することができる。この場合、フラット反射
ミラー９ａ，９ｂがＳ偏光とＰ偏光で反射率が異なるの
で、図３３に示すように、第一の励起モジュール２００
ａと第二の励起モジュール２００ｂとの間に偏光素子９
８を配置して、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対する反射率の平均化
を計っても良い。例えば、フラット反射ミラー９ａに、
紙面に垂直な方向の直線偏光が主成分であるレーザビー
ム１４が入射したとする。この直線偏光のレーザビーム
１４はフラット反射ミラー９ａに入射する以前に、紙面
と垂直な面内で４５度傾けて配置された１／４波長板か
らなる偏光素子９８の作用により、円偏光に変換され
る。この円偏光のレーザビーム１４は、フラット反射ミ
ラー９ａで反射されレンズ２６を通過しフラット反射ミ
ラー９ｂで反射された後、第一の励起モジュール２００
ａを通過して、反射ミラー１に入射する。レーザビーム
１４は反射ミラー１で反射されると、その円偏光の回転
方向が逆になる。回転方向が逆になった円偏光のレーザ
ビーム１４は、第一の励起モジュール２００ａ、フラッ
ト反射ミラー９ｂ、レンズ２６、及びフラット反射ミラ
ー９ａを経た後偏光素子９８に再度入射し、偏光素子９
８の作用によりその偏光方向が紙面と平行な方向に変換
される。このように、図３３に示す偏光素子９８を挿入
することにより、紙面に垂直な又は平行な直線偏光が発
生しても、第一の励起モジュール２００ａと第二の励起
モジュール２００ｂとを往復するたびに、その直線方向
は直ちにこれと垂直な方向、即ち、紙面に垂直な成分は
平行な成分へ、紙面に平行な成分は垂直な成分へと変換
してそれら２つの成分の出力を平均化するので、偏光方
向がいずれかの方向に偏ることを防止することができ
る。これに対して、図３２に示すような偏光素子９８が
無い場合、フラット反射ミラー９ａ，９ｂの折り返し方
向によって、紙面に垂直な又は平行な直線偏光のレーザ
ビーム成分の出力がより大きくなってしまう。
に配置することもできるし、さらに、図３２に示すよう
にフラット反射ミラー９ａ，９ｂと組み合わせて、装置
を短く構成することができる。この場合、フラット反射
ミラー９ａ，９ｂがＳ偏光とＰ偏光で反射率が異なるの
で、図３３に示すように、第一の励起モジュール２００
ａと第二の励起モジュール２００ｂとの間に偏光素子９
８を配置して、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対する反射率の平均化
を計っても良い。例えば、フラット反射ミラー９ａに、
紙面に垂直な方向の直線偏光が主成分であるレーザビー
ム１４が入射したとする。この直線偏光のレーザビーム
１４はフラット反射ミラー９ａに入射する以前に、紙面
と垂直な面内で４５度傾けて配置された１／４波長板か
らなる偏光素子９８の作用により、円偏光に変換され
る。この円偏光のレーザビーム１４は、フラット反射ミ
ラー９ａで反射されレンズ２６を通過しフラット反射ミ
ラー９ｂで反射された後、第一の励起モジュール２００
ａを通過して、反射ミラー１に入射する。レーザビーム
１４は反射ミラー１で反射されると、その円偏光の回転
方向が逆になる。回転方向が逆になった円偏光のレーザ
ビーム１４は、第一の励起モジュール２００ａ、フラッ
ト反射ミラー９ｂ、レンズ２６、及びフラット反射ミラ
ー９ａを経た後偏光素子９８に再度入射し、偏光素子９
８の作用によりその偏光方向が紙面と平行な方向に変換
される。このように、図３３に示す偏光素子９８を挿入
することにより、紙面に垂直な又は平行な直線偏光が発
生しても、第一の励起モジュール２００ａと第二の励起
モジュール２００ｂとを往復するたびに、その直線方向
は直ちにこれと垂直な方向、即ち、紙面に垂直な成分は
平行な成分へ、紙面に平行な成分は垂直な成分へと変換
してそれら２つの成分の出力を平均化するので、偏光方
向がいずれかの方向に偏ることを防止することができ
る。これに対して、図３２に示すような偏光素子９８が
無い場合、フラット反射ミラー９ａ，９ｂの折り返し方
向によって、紙面に垂直な又は平行な直線偏光のレーザ
ビーム成分の出力がより大きくなってしまう。
【００９９】以上のように、この実施の形態１１によれ
ば、実施の形態１０と同様に、複数の固体素子３を設け
た際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失
なくレーザビーム１４を取り出すことができ、高品質で
高出力なレーザビーム１４を効率よく且つ安定して発生
させることができる効果が得られる。さらに、第一の励
起モジュール２００ａ及び第二の励起モジュール２００
ｂはそれぞれモジュール基台１１０上に一体化されてい
るので、安定して励起モジュールを連結できる効果が得
られる。
ば、実施の形態１０と同様に、複数の固体素子３を設け
た際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失
なくレーザビーム１４を取り出すことができ、高品質で
高出力なレーザビーム１４を効率よく且つ安定して発生
させることができる効果が得られる。さらに、第一の励
起モジュール２００ａ及び第二の励起モジュール２００
ｂはそれぞれモジュール基台１１０上に一体化されてい
るので、安定して励起モジュールを連結できる効果が得
られる。
【０１００】実施の形態１２． 図３４はこの発明の実施の形態１２による固体レーザ装
置を示す断面図である。図において、図において、図２
５と同一符号は同一または相当部分を示している。上記
実施の形態１０及び１１と同様に、固体素子３、励起光
源４、集光器８、及び偏光旋光子９５を一つのモジュー
ル基台１１０上に配置して一つの励起モジュールとして
一体化している。この実施の形態１２による固体レーザ
装置は、レーザ発振器−レーザ増幅器構成を有してお
り、部分反射ミラー１２と反射ミラー１とから構成され
るレーザ共振器を備えたレーザ発振器である第一の励起
モジュール２００ａから放射されたレーザビーム１４が
第二の励起モジュール２００ｂを１回通過するように構
成されており、第二の励起モジュール２００ｂによって
レーザビーム１４は増幅されるように構成されている。
置を示す断面図である。図において、図において、図２
５と同一符号は同一または相当部分を示している。上記
実施の形態１０及び１１と同様に、固体素子３、励起光
源４、集光器８、及び偏光旋光子９５を一つのモジュー
ル基台１１０上に配置して一つの励起モジュールとして
一体化している。この実施の形態１２による固体レーザ
装置は、レーザ発振器−レーザ増幅器構成を有してお
り、部分反射ミラー１２と反射ミラー１とから構成され
るレーザ共振器を備えたレーザ発振器である第一の励起
モジュール２００ａから放射されたレーザビーム１４が
第二の励起モジュール２００ｂを１回通過するように構
成されており、第二の励起モジュール２００ｂによって
レーザビーム１４は増幅されるように構成されている。
【０１０１】次に動作について説明する。部分反射ミラ
ー１２と反射ミラー１とから構成されるレーザ共振器に
より、紙面で左側に配置されたレーザ発振器である第一
の励起モジュール２００ａからレーザビーム１４が発生
する。部分反射ミラー１２の外面の曲率は、このミラー
の部分反射によって発生したレーザビーム１４に対して
所定のレンズ作用を与えるように構成されている。ここ
で、部分反射ミラー１２と反射ミラー１との間を往復す
る第一の光路の光学条件と、第二の励起モジュール２０
０ｂを通過するレーザビーム１４の光学条件（光軸方向
でのレーザビーム外形形状の軌跡）とは、上記実施の形
態１０で説明したものと同様に、同一に設定されてい
る。従って、第一の励起モジュール２００ａで発生した
レーザビーム１４のうち部分反射ミラー１２から放出さ
れたレーザビーム１４は、第二の励起モジュール２００
ｂ内で同一のレーザビーム１４の外形形状の軌跡が現れ
て通過するとともに、レーザ増幅器である第二の励起モ
ジュール２００ｂで増幅される。
ー１２と反射ミラー１とから構成されるレーザ共振器に
より、紙面で左側に配置されたレーザ発振器である第一
の励起モジュール２００ａからレーザビーム１４が発生
する。部分反射ミラー１２の外面の曲率は、このミラー
の部分反射によって発生したレーザビーム１４に対して
所定のレンズ作用を与えるように構成されている。ここ
で、部分反射ミラー１２と反射ミラー１との間を往復す
る第一の光路の光学条件と、第二の励起モジュール２０
０ｂを通過するレーザビーム１４の光学条件（光軸方向
でのレーザビーム外形形状の軌跡）とは、上記実施の形
態１０で説明したものと同様に、同一に設定されてい
る。従って、第一の励起モジュール２００ａで発生した
レーザビーム１４のうち部分反射ミラー１２から放出さ
れたレーザビーム１４は、第二の励起モジュール２００
ｂ内で同一のレーザビーム１４の外形形状の軌跡が現れ
て通過するとともに、レーザ増幅器である第二の励起モ
ジュール２００ｂで増幅される。
【０１０２】上記のような、レーザ発振器−レーザ増幅
器の構成は、大きなレーザ出力を取り出すのに有効であ
り、また、パルスレーザ出力を得るのに適している。上
記実施の形態１１では、全ての励起モジュール、すなわ
ち第一の励起モジュール２００ａ及び第二の励起モジュ
ール２００ｂをレーザ共振器内に配置し複数の励起モジ
ュールを用いて高出力化を図った。この場合、レーザ共
振器内のレーザ出力は外部に取り出されるレーザ出力よ
り大きく、この大きなレーザ出力が全ての励起モジュー
ルを往復することにより、励起モジュールの熱変形や内
部の光学部品の熱変形が発生することがある。この実施
の形態１２では、レーザ共振器内を往復するレーザビー
ム１４は第一の励起モジュール２００ａのみで発生し、
その後、増幅媒質としての第二の励起モジュール２００
ｂを１回のみ通過するように、第一の励起モジュール２
００ａと第二の励起モジュール２００ｂとが構成されて
いるので、第一の励起モジュール２００ａ及び第二の励
起モジュール２００ｂの熱変形や内部の光学部品の熱変
形の度合いを軽減することができる。
器の構成は、大きなレーザ出力を取り出すのに有効であ
り、また、パルスレーザ出力を得るのに適している。上
記実施の形態１１では、全ての励起モジュール、すなわ
ち第一の励起モジュール２００ａ及び第二の励起モジュ
ール２００ｂをレーザ共振器内に配置し複数の励起モジ
ュールを用いて高出力化を図った。この場合、レーザ共
振器内のレーザ出力は外部に取り出されるレーザ出力よ
り大きく、この大きなレーザ出力が全ての励起モジュー
ルを往復することにより、励起モジュールの熱変形や内
部の光学部品の熱変形が発生することがある。この実施
の形態１２では、レーザ共振器内を往復するレーザビー
ム１４は第一の励起モジュール２００ａのみで発生し、
その後、増幅媒質としての第二の励起モジュール２００
ｂを１回のみ通過するように、第一の励起モジュール２
００ａと第二の励起モジュール２００ｂとが構成されて
いるので、第一の励起モジュール２００ａ及び第二の励
起モジュール２００ｂの熱変形や内部の光学部品の熱変
形の度合いを軽減することができる。
【０１０３】レーザ媒質の増幅率は、レーザ媒質を通過
するレーザビーム１４の強度が増加すると飽和する傾向
を示すようになる。例えば、入力レーザビーム出力が極
めて小さいときに、増幅率が半分に減衰する入力レーザ
出力を飽和強度と呼ぶと、この飽和強度程度のレーザ出
力が入力されるならば、レーザ共振器を使わなくとも、
効率的なレーザ出力を増幅のみで得ることができる。こ
の飽和強度の値は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを例に取ると、
直径８ｍｍのロッドで１５００Ｗ程度である。従って、
１５００Ｗ程度の大出力レーザ装置を構築する際には、
このレーザ発振器−レーザ増幅器の構成を用いることに
より効率的にレーザ出力を発生させることができる。
するレーザビーム１４の強度が増加すると飽和する傾向
を示すようになる。例えば、入力レーザビーム出力が極
めて小さいときに、増幅率が半分に減衰する入力レーザ
出力を飽和強度と呼ぶと、この飽和強度程度のレーザ出
力が入力されるならば、レーザ共振器を使わなくとも、
効率的なレーザ出力を増幅のみで得ることができる。こ
の飽和強度の値は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを例に取ると、
直径８ｍｍのロッドで１５００Ｗ程度である。従って、
１５００Ｗ程度の大出力レーザ装置を構築する際には、
このレーザ発振器−レーザ増幅器の構成を用いることに
より効率的にレーザ出力を発生させることができる。
【０１０４】図３５は、この実施の形態１２によるレー
ザ発振器−レーザ増幅器の構成におけるレーザ発振特性
と、１台のレーザ発振器の構成におけるレーザ発振特性
とを示すグラフ図である。図中、Ｐ３はこの実施の形態
１２によるレーザ発振器−レーザ増幅器の構成における
レーザ発振特性を示し、Ｐ４はレーザ発振器の構成にお
けるレーザ発振特性を示している。この図から明らかな
ように、２０００Ｗ以上では、この実施の形態１２によ
るレーザ発振器−レーザ増幅器の構成の方が有利であ
る。
ザ発振器−レーザ増幅器の構成におけるレーザ発振特性
と、１台のレーザ発振器の構成におけるレーザ発振特性
とを示すグラフ図である。図中、Ｐ３はこの実施の形態
１２によるレーザ発振器−レーザ増幅器の構成における
レーザ発振特性を示し、Ｐ４はレーザ発振器の構成にお
けるレーザ発振特性を示している。この図から明らかな
ように、２０００Ｗ以上では、この実施の形態１２によ
るレーザ発振器−レーザ増幅器の構成の方が有利であ
る。
【０１０５】この実施の形態１２において、レーザ発振
器は第一の励起モジュール２００ａのみから構成されて
いたが、連結された複数の励起モジュールから構成され
ても良い。各励起モジュール内で光軸方向で同様なレー
ザビーム外形形状の軌跡（レーザビーム外形形状の変
化）が現れるように構成することにより、レーザビーム
１４の品質を維持したままレーザ出力をいくらでも向上
させることができる。さらに、図３６に示すようにフラ
ット反射ミラー９ａ，９ｂと組み合わせて、装置を短く
構成することもできる。
器は第一の励起モジュール２００ａのみから構成されて
いたが、連結された複数の励起モジュールから構成され
ても良い。各励起モジュール内で光軸方向で同様なレー
ザビーム外形形状の軌跡（レーザビーム外形形状の変
化）が現れるように構成することにより、レーザビーム
１４の品質を維持したままレーザ出力をいくらでも向上
させることができる。さらに、図３６に示すようにフラ
ット反射ミラー９ａ，９ｂと組み合わせて、装置を短く
構成することもできる。
【０１０６】以上のように、この実施の形態１２によれ
ば、実施の形態１０と同様に、複数の固体素子３を設け
た際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失
なくレーザビーム１４を取り出すことができ、上記実施
の形態１０及び実施の形態１１と比較して、高品質で高
出力なレーザビーム１４をより効率よく且つ安定して発
生させることができる効果が得られる。また、第一の励
起モジュール２００ａ及び第二の励起モジュール２００
ｂはそれぞれモジュール基台１１０上に一体化されてい
るので、安定して励起モジュールを連結できる効果が得
られる。さらに、第一の励起モジュール２００ａ及び第
二の励起モジュール２００ｂの熱変形や内部の光学部品
の熱変形の度合いを軽減することができる効果が得られ
る。
ば、実施の形態１０と同様に、複数の固体素子３を設け
た際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失
なくレーザビーム１４を取り出すことができ、上記実施
の形態１０及び実施の形態１１と比較して、高品質で高
出力なレーザビーム１４をより効率よく且つ安定して発
生させることができる効果が得られる。また、第一の励
起モジュール２００ａ及び第二の励起モジュール２００
ｂはそれぞれモジュール基台１１０上に一体化されてい
るので、安定して励起モジュールを連結できる効果が得
られる。さらに、第一の励起モジュール２００ａ及び第
二の励起モジュール２００ｂの熱変形や内部の光学部品
の熱変形の度合いを軽減することができる効果が得られ
る。
【０１０７】なお、上記いずれの実施の形態において
も、固体素子３、フローチューブ２０の断面が円形であ
ることを前提として説明したが、いずれも円形に限るも
のでなく、矩形や楕円でもよい。
も、固体素子３、フローチューブ２０の断面が円形であ
ることを前提として説明したが、いずれも円形に限るも
のでなく、矩形や楕円でもよい。
【０１０８】また、上記いずれの実施の形態においても
特に説明しなかったが、フローチューブ２０の側面、光
学素子など、レーザビーム１４が通過する部分のうち、
特に指示のない部分にも、通常の光学素子のように無反
射薄膜を施せば通過損失が減少し、効率の良いレーザ発
振を実現することができる。
特に説明しなかったが、フローチューブ２０の側面、光
学素子など、レーザビーム１４が通過する部分のうち、
特に指示のない部分にも、通常の光学素子のように無反
射薄膜を施せば通過損失が減少し、効率の良いレーザ発
振を実現することができる。
【０１０９】また、固体素子３としてＮｄ：ＹＡＧ（Ｎ
ｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅ
ｔ）を用いたものについて説明したが、これに限るもの
でなく、例えば、Ｎｄ：ＹＬＦ（Ｎｄ：Ｌｉｔｈｉｕｍ
Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）などを用いるこ
とができ、光により励起されてレーザ媒質となり得る素
子であれば良く、また固体に限るものでもない。
ｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅ
ｔ）を用いたものについて説明したが、これに限るもの
でなく、例えば、Ｎｄ：ＹＬＦ（Ｎｄ：Ｌｉｔｈｉｕｍ
Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）などを用いるこ
とができ、光により励起されてレーザ媒質となり得る素
子であれば良く、また固体に限るものでもない。
【０１１０】また、各実施の形態において、励起光源４
として主として半導体レーザを用いた例を示したが、こ
れに限るものでなく、光励起するための光源、例えばア
ークランプ、フラッシュランプを用いて図３７に示すよ
うに光源部を構成しても良い。
として主として半導体レーザを用いた例を示したが、こ
れに限るものでなく、光励起するための光源、例えばア
ークランプ、フラッシュランプを用いて図３７に示すよ
うに光源部を構成しても良い。
【０１１１】また、固体素子３として同一の大きさのも
のを同一の条件で励起する構成を例に取り説明したが、
これに限るものではなく、図６（ｂ）に示すごとく、二
つの領域が重なるには、固体素子３の長さが異なるも
の、異なる特性のものなどを用いたほうが良い場合もあ
り、さらに励起光源４の出力を複数の固体素子３で変化
させても良い場合もある。
のを同一の条件で励起する構成を例に取り説明したが、
これに限るものではなく、図６（ｂ）に示すごとく、二
つの領域が重なるには、固体素子３の長さが異なるも
の、異なる特性のものなどを用いたほうが良い場合もあ
り、さらに励起光源４の出力を複数の固体素子３で変化
させても良い場合もある。
【０１１２】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔
して設けられた複数の固体素子と、固体素子を励起する
励起手段と、複数の固体素子のいずれか二つの固体素子
間の光軸上に設けられ入射するレーザビームの偏光を回
転する偏光回転手段と、固体素子で発生したレーザビー
ムを取り出すレーザ光学手段とを備え、励起手段が、固
体素子を囲む拡散反射面を有する集光器を備え、かつ、
レーザ光学手段が、固体素子の直径と固体素子中のガウ
スレーザビームの直径の比がおよそ１０以下になるよう
構成されたレーザ 共振器であることにより、複数の固体
素子内に発生した偏光方向により異なるレンズ作用を打
ち消して、レーザビーム発生の損失や変動を低減し、効
率よく高品質なレーザビームを安定して発生させること
ができる効果がある。
れば、それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔
して設けられた複数の固体素子と、固体素子を励起する
励起手段と、複数の固体素子のいずれか二つの固体素子
間の光軸上に設けられ入射するレーザビームの偏光を回
転する偏光回転手段と、固体素子で発生したレーザビー
ムを取り出すレーザ光学手段とを備え、励起手段が、固
体素子を囲む拡散反射面を有する集光器を備え、かつ、
レーザ光学手段が、固体素子の直径と固体素子中のガウ
スレーザビームの直径の比がおよそ１０以下になるよう
構成されたレーザ 共振器であることにより、複数の固体
素子内に発生した偏光方向により異なるレンズ作用を打
ち消して、レーザビーム発生の損失や変動を低減し、効
率よく高品質なレーザビームを安定して発生させること
ができる効果がある。
【０１１３】請求項２記載の発明によれば、偏光回転手
段を入射したレーザビームが一度通過する間にレーザビ
ームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一つの
偏光旋光子を含むように構成したので、複数の固体素子
内に発生した偏光方向により異なるレンズ作用を打ち消
して、レーザビーム発生の損失や変動を低減し、効率よ
く高品質なレーザビームを安定して発生させることがで
きる効果がある。
段を入射したレーザビームが一度通過する間にレーザビ
ームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一つの
偏光旋光子を含むように構成したので、複数の固体素子
内に発生した偏光方向により異なるレンズ作用を打ち消
して、レーザビーム発生の損失や変動を低減し、効率よ
く高品質なレーザビームを安定して発生させることがで
きる効果がある。
【０１１４】請求項３記載の発明によれば、偏光回転手
段とこれに入射するレーザビームの光軸とのなす角度を
調節する角度調節手段を備えるように構成したので、角
度調節手段を用いて偏光回転手段を回転させることによ
り、複数の固体素子間の光軸ずれを補正することができ
る効果がある。
段とこれに入射するレーザビームの光軸とのなす角度を
調節する角度調節手段を備えるように構成したので、角
度調節手段を用いて偏光回転手段を回転させることによ
り、複数の固体素子間の光軸ずれを補正することができ
る効果がある。
【０１１５】請求項４記載の発明によれば、複数の固体
素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ入
射するレーザビームの光軸位置を補正する光軸補正手段
を備えるように構成したので、より容易に複数の固体素
子の光軸を調整し一致させることができる上に、大きな
軸ずれを補正できる効果がある。
素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ入
射するレーザビームの光軸位置を補正する光軸補正手段
を備えるように構成したので、より容易に複数の固体素
子の光軸を調整し一致させることができる上に、大きな
軸ずれを補正できる効果がある。
【０１１６】請求項５記載の発明によれば、光軸補正手
段がくさび状部材であるように構成したので、より容易
に複数の固体素子の光軸を調整し一致させることができ
る上に、大きな軸ずれを補正できる効果がある。
段がくさび状部材であるように構成したので、より容易
に複数の固体素子の光軸を調整し一致させることができ
る上に、大きな軸ずれを補正できる効果がある。
【０１１７】請求項６記載の発明によれば、少なくとも
一つの固体素子の端部を上下左右方向に移動させる移動
手段を備えるように構成したので、容易に複数の固体素
子３の光軸を調整し一致させることができる上に、光軸
調整のための移動手段を簡易に構成でき固体レーザ装置
のコストを下げる効果がある。
一つの固体素子の端部を上下左右方向に移動させる移動
手段を備えるように構成したので、容易に複数の固体素
子３の光軸を調整し一致させることができる上に、光軸
調整のための移動手段を簡易に構成でき固体レーザ装置
のコストを下げる効果がある。
【０１１８】請求項７記載の発明によれば、固体素子で
発生したレーザビームの波長を変換する波長変換手段を
備えるように構成したので、固体素子の複屈折による損
失の発生を防いで、効率よく高品質で高出力な基本波レ
ーザビームを波長変換手段近傍に発生させ、基本波レー
ザビームにより効率よく波長変換を実現して、高出力の
波長変換レーザビームを安定して発生させることができ
る効果がある。
発生したレーザビームの波長を変換する波長変換手段を
備えるように構成したので、固体素子の複屈折による損
失の発生を防いで、効率よく高品質で高出力な基本波レ
ーザビームを波長変換手段近傍に発生させ、基本波レー
ザビームにより効率よく波長変換を実現して、高出力の
波長変換レーザビームを安定して発生させることができ
る効果がある。
【０１１９】請求項８記載の発明によれば、波長変換手
段の断面の熱変形分布形状が固体素子の断面内の熱変形
分布形状と相似であるように波長変換手段の温度を制御
する温度制御手段を備えるように構成したので、固体素
子の複屈折による損失の発生を防いで、効率よく高品質
で高出力な基本波レーザビームをレーザ共振器内に発生
させ、基本波レーザビームにより効率よく波長変換を実
現して、高出力の波長変換レーザビームをより安定して
発生させることができる効果がある。
段の断面の熱変形分布形状が固体素子の断面内の熱変形
分布形状と相似であるように波長変換手段の温度を制御
する温度制御手段を備えるように構成したので、固体素
子の複屈折による損失の発生を防いで、効率よく高品質
で高出力な基本波レーザビームをレーザ共振器内に発生
させ、基本波レーザビームにより効率よく波長変換を実
現して、高出力の波長変換レーザビームをより安定して
発生させることができる効果がある。
【０１２０】請求項９記載の発明によれば、複数の固体
素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円形状の集光器の第
一の共焦点に配置され、励起手段は楕円形状の集光器の
第二の共焦点に配置された励起光源を具備するように構
成したので、励起光源の出力を極端に強くした場合にも
均一な励起が保証できる効果がある。
素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円形状の集光器の第
一の共焦点に配置され、励起手段は楕円形状の集光器の
第二の共焦点に配置された励起光源を具備するように構
成したので、励起光源の出力を極端に強くした場合にも
均一な励起が保証できる効果がある。
【０１２１】請求項１０記載の発明によれば、少なくと
も複数の固体素子、励起手段、及び偏光回転手段が一体
に設けられる基台を具備するように構成したので、安定
した動作を得ることができる効果がある。
も複数の固体素子、励起手段、及び偏光回転手段が一体
に設けられる基台を具備するように構成したので、安定
した動作を得ることができる効果がある。
【０１２２】請求項１１記載の発明によれば、それぞれ
活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔して設けられた
複数の固体素子、固体素子を励起する励起手段、及び、
複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に
設けられ入射するレーザビームの偏光を回転する偏光回
転手段をそれぞれ具備する複数の励起モジュールと、複
数の励起モジュールのそれぞれの固体素子内の長手方向
におけるレーザビーム外形形状の軌跡が互いに同一にな
るように複数の励起モジュールを光学的に連結する連結
光学手段と、励起モジュールで発生したレーザビームを
取り出すレーザ 共振器とを備え、励起手段が、固体素子
を囲む拡散反射面を有する集光器を備え、かつ、レーザ
共振器が、固体素子の直径と前記固体素子中のガウスレ
ーザビームの直径の比がおよそ１０以下になるよう構成
されたものであることにより、複数の固体素子を設けた
際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失な
くレーザビームを取り出すことができ、高品質で高出力
なレーザビームを効率よく且つ安定して発生させること
ができる効果がある。
活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔して設けられた
複数の固体素子、固体素子を励起する励起手段、及び、
複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に
設けられ入射するレーザビームの偏光を回転する偏光回
転手段をそれぞれ具備する複数の励起モジュールと、複
数の励起モジュールのそれぞれの固体素子内の長手方向
におけるレーザビーム外形形状の軌跡が互いに同一にな
るように複数の励起モジュールを光学的に連結する連結
光学手段と、励起モジュールで発生したレーザビームを
取り出すレーザ 共振器とを備え、励起手段が、固体素子
を囲む拡散反射面を有する集光器を備え、かつ、レーザ
共振器が、固体素子の直径と前記固体素子中のガウスレ
ーザビームの直径の比がおよそ１０以下になるよう構成
されたものであることにより、複数の固体素子を設けた
際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失な
くレーザビームを取り出すことができ、高品質で高出力
なレーザビームを効率よく且つ安定して発生させること
ができる効果がある。
【０１２３】請求項１２記載の発明によれば、偏光回転
手段が入射したレーザビームが一度通過する間にレーザ
ビームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一つ
の偏光旋光子を含むように構成したので、複数の固体素
子を設けた際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質
から損失なくレーザビームを取り出すことができ、高品
質で高出力なレーザビームを効率よく且つ安定して発生
させることができる効果がある。
手段が入射したレーザビームが一度通過する間にレーザ
ビームの偏光を総和で約９０度回転する少なくとも一つ
の偏光旋光子を含むように構成したので、複数の固体素
子を設けた際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質
から損失なくレーザビームを取り出すことができ、高品
質で高出力なレーザビームを効率よく且つ安定して発生
させることができる効果がある。
【０１２４】請求項１３記載の発明によれば、複数の励
起モジュールのいずれか一つはレーザ発振器であり、他
の励起モジュールはレーザ増幅器であるように構成した
ので、複数の固体素子を設けた際に生じる損失や変動を
低減し、レーザ媒質から損失なくレーザビームを取り出
すことができ、高品質で高出力なレーザビームをさらに
効率よく且つ安定して発生させることができる効果があ
る。
起モジュールのいずれか一つはレーザ発振器であり、他
の励起モジュールはレーザ増幅器であるように構成した
ので、複数の固体素子を設けた際に生じる損失や変動を
低減し、レーザ媒質から損失なくレーザビームを取り出
すことができ、高品質で高出力なレーザビームをさらに
効率よく且つ安定して発生させることができる効果があ
る。
【０１２５】請求項１４記載の発明によれば、複数の励
起モジュールのそれぞれは、該励起モジュールが一体に
設けられるモジュール基台を具備するように構成したの
で、励起モジュールを精度良く連結でき安定した動作を
得ることができる効果がある。
起モジュールのそれぞれは、該励起モジュールが一体に
設けられるモジュール基台を具備するように構成したの
で、励起モジュールを精度良く連結でき安定した動作を
得ることができる効果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１による固体レーザ装
置を示す横断面図である。
置を示す横断面図である。
【図２】 実施の形態１による固体レーザ装置を示す図
であり、（ａ）は長手方向の縦断面図、（ｂ）は短手方
向の縦断面図、（ｃ）は側面図である。
であり、（ａ）は長手方向の縦断面図、（ｂ）は短手方
向の縦断面図、（ｃ）は側面図である。
【図３】 実施の形態１による固体レーザ装置におけ
る、レーザ共振器の長さに対するレーザビーム品質及び
レーザ共振器の強さを示す特性図である。
る、レーザ共振器の長さに対するレーザビーム品質及び
レーザ共振器の強さを示す特性図である。
【図４】 実施の形態１による固体レーザ装置におけ
る、励起光源の出力に対するレーザ出力を示す特性図で
ある。
る、励起光源の出力に対するレーザ出力を示す特性図で
ある。
【図５】 実施の形態１による固体レーザ装置におけ
る、レーザビームの基本偏光モードを示す説明図であ
る。
る、レーザビームの基本偏光モードを示す説明図であ
る。
【図６】 実施の形態１による固体レーザ装置におけ
る、励起光源の出力に対する固体素子内のレーザビーム
径を示す特性図である。
る、励起光源の出力に対する固体素子内のレーザビーム
径を示す特性図である。
【図７】 実施の形態１による固体レーザ装置におけ
る、励起光源の出力と固体素子内のレーザビーム径の関
係を示すグラフ図である。
る、励起光源の出力と固体素子内のレーザビーム径の関
係を示すグラフ図である。
【図８】 実施の形態１による固体レーザ装置におけ
る、偏光旋光子を拡大して示す構成図である。
る、偏光旋光子を拡大して示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態２による固体レーザ装
置を示す横断面図である。
置を示す横断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３による固体レーザ
装置の固体素子の保持部を詳細に示す断面図である。
装置の固体素子の保持部を詳細に示す断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態４による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態５による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５に係る固体素子の
熱変形を示す説明図である。
熱変形を示す説明図である。
【図１４】 この発明の実施の形態５に係る波長変換素
子の熱変形を示す説明図である。
子の熱変形を示す説明図である。
【図１５】 この発明の実施の形態５に係る波長変換素
子の熱変形を示す説明図である。
子の熱変形を示す説明図である。
【図１６】 この発明の実施の形態６による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図１７】 この発明の実施の形態７による固体レーザ
装置に係る波長変換素子近傍を拡大して示す断面図であ
る。
装置に係る波長変換素子近傍を拡大して示す断面図であ
る。
【図１８】 この発明の実施の形態８による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図１９】 実施の形態８の一変形例による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図２０】 実施の形態８の一変形例による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図２１】 実施の形態８の一変形例による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図２２】 実施の形態８の一変形例による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図２３】 実施の形態８の一変形例による固体レーザ
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
【図２４】 この発明の実施の形態９による固体レーザ
装置を示す図であり、（ａ）は長手方向の縦断面図、
（ｂ）は短手方向の縦断面図である。
装置を示す図であり、（ａ）は長手方向の縦断面図、
（ｂ）は短手方向の縦断面図である。
【図２５】 この発明の実施の形態１０による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図２６】 実施の形態１０による固体レーザ装置にお
いて、連結用反射ミラーを仮想的に回転させた場合を示
す図である。
いて、連結用反射ミラーを仮想的に回転させた場合を示
す図である。
【図２７】 この発明の実施の形態１０による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図２８】 実施の形態１０の一変形例による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図２９】 実施の形態１０の一変形例による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図３０】 実施の形態１０の固体レーザ装置におい
て、実験で得られたレーザ出力とレーザビーム品質との
関係を示すグラフ図である。
て、実験で得られたレーザ出力とレーザビーム品質との
関係を示すグラフ図である。
【図３１】 この発明の実施の形態１１による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図３２】 実施の形態１１の一変形例による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図３３】 実施の形態１１の一変形例による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図３４】 この発明の実施の形態１２による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図３５】 実施の形態１２によるレーザ発振器−レー
ザ増幅器の構成におけるレーザ発振特性と、１台のレー
ザ発振器の構成におけるレーザ発振特性との比較を示す
グラフ図である。
ザ増幅器の構成におけるレーザ発振特性と、１台のレー
ザ発振器の構成におけるレーザ発振特性との比較を示す
グラフ図である。
【図３６】 実施の形態１２の一変形例による固体レー
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
【図３７】 従来の固体レーザ装置を示す構成図であ
る。
る。
１ 反射ミラー（レーザ共振器，レーザ光学手段）、３
固体素子、４ 励起光源（励起手段）、８ 集光器
（励起手段）、１２ 部分反射ミラー（レーザ共振器，
レーザ光学手段）、１４ レーザビーム、２４ 連結用
反射ミラー（レーザ共振器，連結光学手段）、２６ レ
ンズ（連結光学手段）、４１ 波長変換素子（波長変換
手段）、８０Ａ 温度コントロール基台（温度制御手
段）、８０Ｂ温度コントロール板（温度制御手段）、９
５ 偏光旋光子（偏光回転手段）、９６ 角度調節器
（角度調節手段）、９７ ウエッジ基板（光軸補正手
段、くさび状部材）、１００ 基台、１０１ 側板（移
動手段）、１０２ ねじ（移動手段）、１０３ 固体素
子端部ホルダー（移動手段）、１０４ 弾性体（移動手
段）、１１０ モジュール基台、２００ａ，２００ｂ，
２００ｃ 第一〜第三の励起モジュール（励起モジュー
ル）。
固体素子、４ 励起光源（励起手段）、８ 集光器
（励起手段）、１２ 部分反射ミラー（レーザ共振器，
レーザ光学手段）、１４ レーザビーム、２４ 連結用
反射ミラー（レーザ共振器，連結光学手段）、２６ レ
ンズ（連結光学手段）、４１ 波長変換素子（波長変換
手段）、８０Ａ 温度コントロール基台（温度制御手
段）、８０Ｂ温度コントロール板（温度制御手段）、９
５ 偏光旋光子（偏光回転手段）、９６ 角度調節器
（角度調節手段）、９７ ウエッジ基板（光軸補正手
段、くさび状部材）、１００ 基台、１０１ 側板（移
動手段）、１０２ ねじ（移動手段）、１０３ 固体素
子端部ホルダー（移動手段）、１０４ 弾性体（移動手
段）、１１０ モジュール基台、２００ａ，２００ｂ，
２００ｃ 第一〜第三の励起モジュール（励起モジュー
ル）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今野 進 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−37372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−37648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−295682（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−224524（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−119683（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−72568（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (14)
- 【請求項１】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互
いに離隔して設けられた複数の固体素子と、前記固体素
子を励起する励起手段と、前記複数の固体素子のいずれ
か二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレーザ
ビームの偏光を回転する偏光回転手段と、前記固体素子
で発生したレーザビームを取り出すレーザ光学手段とを
備え、前記励起手段は、前記固体素子を囲む拡散反射面
を有する集光器を備え、かつ、前記レーザ光学手段は、
前記固体素子の直径と前記固体素子中のガウスレーザビ
ームの直径の比がおよそ１０以下になるよう構成された
レーザ共振器であることを特徴とする固体レーザ装置。 - 【請求項２】 偏光回転手段は、入射したレーザビーム
が一度通過する間に該レーザビームの偏光を総和で約９
０度回転する少なくとも一つの偏光旋光子を含むことを
特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。 - 【請求項３】 偏光回転手段と該偏光回転手段に入射す
るレーザビームの光軸とのなす角度を調節する角度調節
手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２
記載の固体レーザ装置。 - 【請求項４】 複数の固体素子のいずれか二つの固体素
子間の光軸上に設けられ入射するレーザビームの光軸位
置を補正する光軸補正手段を備えたことを特徴とする請
求項１または請求項２記載の固体レーザ装置。 - 【請求項５】 光軸補正手段はくさび状部材であること
を特徴とする請求項４記載の固体レーザ装置。 - 【請求項６】 少なくとも一つの固体素子の端部を上下
左右方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の固体レーザ装置。 - 【請求項７】 固体素子で発生したレーザビームの波長
を変換する波長変換手段を備えたことを特徴とする請求
項１または請求項２記載の固体レーザ装置。 - 【請求項８】 波長変換手段の断面の熱変形分布形状が
前記固体素子の断面内の熱変形分布形状と相似であるよ
うに前記波長変換手段の温度を制御する温度制御手段を
備えたことを特徴とする請求項７記載の固体レーザ装
置。 - 【請求項９】 集光器の拡散反射面の断面形状は楕円で
あり、複数の固体素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円
形状の前記集光器の第一の共焦点に配置され、励起手段
は楕円形状の前記集光器の第二の共焦点に配置された励
起光源を具備することを特徴とする請求項１記載の固体
レーザ装置。 - 【請求項１０】 少なくとも複数の固体素子、励起手
段、及び偏光回転手段が一体に設けられる基台を具備す
ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体
レーザ装置。 - 【請求項１１】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に
互いに離隔して設けられた複数の固体素子、前記固体素
子を励起する励起手段、及び、前記複数の固体素子のい
ずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレ
ーザビームの偏光を回転する偏光回転手段をそれぞれ具
備する複数の励起モジュールと、前記複数の励起モジュ
ールのそれぞれの前記固体素子内の長手方向におけるレ
ーザビーム外形形状の軌跡が互いに同一になるように前
記複数の励起モジュールを光学的に連結する連結光学手
段と、前記励起モジュールで発生したレーザビームを取
り出すレーザ共振器とを備え、前記励起手段は、前記固
体素子を囲む拡散反射面を有する集光器を備え、かつ、
前記レーザ共振器は、前記固体素子の直径と前記固体素
子中のガウスレーザビームの直径の比がおよそ１０以下
になるよう構成されたものであることを特徴とする固体
レーザ装置。 - 【請求項１２】 偏光回転手段は、入射したレーザビー
ムが一度通過する間に該レーザビームの偏光を総和で約
９０度回転する少なくとも一つの偏光旋光子を含むこと
を特徴とする請求項１１記載の固体レーザ装置。 - 【請求項１３】 複数の励起モジュールのいずれか一つ
はレーザ発振器であり、他の励起モジュールはレーザ増
幅器であることを特徴とする請求項１１または請求項１
２記載の固体レーザ装置。 - 【請求項１４】 複数の励起モジュールのそれぞれは、
該励起モジュールが一体に設けられるモジュール基台を
具備することを特徴とする請求項１１または請求項１２
記載の固体レーザ装置。
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|---|---|---|---|
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| JP190795 | 1995-01-10 | ||
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| JPH10284775A (ja) * | 1997-04-09 | 1998-10-23 | Toshiba Corp | 固体レーザ装置 |
| JPH10294511A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-04 | Amada Eng Center:Kk | 固体レーザ共振器 |
| JPH1187813A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-03-30 | Toshiba Corp | 固体レーザ発振器 |
| JPH11126934A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-05-11 | Mitsubishi Electric Corp | 固体レーザ装置並びにその光共振器の設計方法 |
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| JP4618487B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2011-01-26 | ソニー株式会社 | １次元照明装置及び画像生成装置 |
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- 1996-01-09 DE DE19601951A patent/DE19601951A1/de not_active Ceased
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