(57)【要約】  従来の固体レーザ装置では、固体レーザ媒質の軸を中心とした励起分布の均一性のみを考慮しており、固体レーザ装置全体での光軸方向の励起分布の対称性については考慮されていなかったため、高出力の高品質レーザビームを高効率に発生することができないという問題があった。この問題を解決すべく、本発明は、共振器の中央付近に偶数個の励起モジュール５１、５２を固体レーザビーム１８の光軸に沿って並べて配置し、それぞれの励起モジュール５１、５２に配置される励起光源である半導体レーザ２１〜２８および固体レーザ媒質１１、１２を、これら偶数個の励起モジュールの中央にある間隙に設けた仮想対称面６１に対し面対称になるように配置した。
2012137259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置されたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記部分反射ミラーおよび全反射ミラーを同じ曲率とし、前記仮想平面を前記共振器の光学的中央に一致させることで、この共振器を対称型共振器としたことを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記複数の励起光源は、前記レーザビーム光軸を含む第１の平面の一方の面側のみに配置されたことを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記複数の励起光源は、各励起光源から出射される励起光の前記レーザビーム光軸を含む第１の平面に対する入射角が二種類以上となるように配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記固体レーザ媒質の内一つの固体レーザ媒質を励起する前記励起光源がｎ個の場合、各励起光源から出射される励起光の前記第１の平面に対する入射角が、１８０度をｎで割った商の値ずつ角度がずれるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対して、前記一つの固体レーザ媒質を励起する励起光源の励起光の前記第２の平面に対する入射角が、レーザビーム光軸方向から見て対称になるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記固体レーザ媒質の長手方向の１箇所には一つの励起光源のみを配置したことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
前記固体レーザ媒質の中の同一の固体レーザ媒質を励起する前記複数の励起光源において、隣り合う励起光源は前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対しそれぞれ反対の面側に配置し、
これらの隣接した励起光源間の距離が前記励起光源の幅よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記仮想平面に対し、対称な位置に配置された固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を、前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に配置したことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に２枚のレンズを配置し、この２枚のレンズを用いて前記仮想平面に対し対称な位置に配置された各固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を構成した場合に比べ、このレンズと隣り合う固体レーザ媒質間の距離は変えず２枚のレンズ間距離のみを転写光学系よりも短くしたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置したことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ媒質を複数の励起光源で励起するように構成した固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体レーザ装置においては、固体レーザ装置に複数の励起モジュールを設け、その励起モジュールを光学的に直列に配置するように構成していた。励起モジュールには開口部がそれぞれ設けられ、例えば励起部が２個の場合は、開口部が互いに反対方向となるように、また励起部が３個以上の場合は、各開口部の向きが光軸回りの円周上で等分割となるように配置されており、各開口部には各２個の励起光源が設けられていた。これにより、励起強度を光軸付近の励起領域に集中させ、各励起モジュールで発生する熱歪みによる影響を全体のレベルで解消するようにしていた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３５６６２号公報（段落［００２４］〜段落［００２６］、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の固体レーザ装置では、固体レーザ媒質の軸を中心とした励起分布の均一性のみを考慮しており、固体レーザ装置全体での光軸方向の励起分布の対称性については考慮されていなかったため、高出力の高品質レーザビームを高効率に発生することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
共振器の中央付近に偶数個の励起モジュールをレーザビーム光軸に沿って並べて配置し、それぞれの励起モジュールに配置される励起光源および固体レーザ媒質を、これら偶数個の励起モジュールの中央にある間隙に設けた仮想対称面に対し、面対称になるように配置する。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、固体レーザビームが固体レーザ媒質の各励起部を通過する際に感じる熱レンズおよび励起分布を、仮想対称面に対し略対称とすることができる。その結果、固体レーザビームの伝搬の対称性が崩れる場合、特にレーザビームが高出力な場合に生じる、固体レーザ媒質通過時に固体レーザ媒質の熱歪の非対称性の影響を受けて固体レーザビームが歪んでビーム品質が悪化するという状況の発生を抑え、高出力なレーザビームの品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置の主要部を示し、（ａ）は図２中のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２中のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図２中のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は図２中のＤ−Ｄ断面図、（ｅ）は図２中のＥ−Ｅ断面図、（ｆ）は図２中のＦ−Ｆ断面図、（ｇ）は図２中のＧ−Ｇ断面図、（ｈ）は図２中のＨ−Ｈ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置のレーザビームの伝搬状況を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１における固体レーザ媒質内の励起強度分布を示す図であり、（ａ）は図３（ａ）の断面における励起強度分布、（ｂ）は図３（ｂ）の断面における励起強度分布、（ｃ）は図３（ｃ）の断面における励起強度分布、（ｄ）は図３（ｄ）の断面における励起強度分布、（ｅ）は図３（ｅ）の断面における励起強度分布、（ｆ）は図３（ｆ）の断面における励起強度分布、（ｇ）は図３（ｇ）の断面における励起強度分布、（ｈ）は図３（ｈ）の断面における励起強度分布それぞれを全反射ミラー１３側から見た図である。
【図６】本発明の実施例１における固体レーザ媒質内の励起強度分布を示す図であり、図５（ａ）から（ｄ）の断面における励起強度分布を重ね合わせた励起強度分布を全反射ミラー１３側から見た図である。
【図７】本発明の実施の形態２による固体レーザ装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３による固体レーザ装置を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３による固体レーザ装置を示す上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における固体レーザ媒質内の励起強度分布を像転写により合成した励起強度分布示す図であり、（ａ）は図９の励起光源２１、２５による断面励起強度分布を合成した励起強度分布、（ｂ）は図９の励起光源２２、２６による断面励起強度分布を合成した励起強度分布、（ｃ）は図９の励起光源２３、２７による断面励起強度分布を合成した励起強度分布、（ｄ）は図９の励起光源２４、２８による断面励起強度分布を合成した励起強度分布それぞれを全反射ミラー１３側から見た図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による固体レーザ装置を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による固体レーザ装置を示す上面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５による固体レーザ装置の主要部を示し、（ａ）は図１２中のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１２中のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図１２中のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は図１２中のＤ−Ｄ断面図、（ｅ）は図１２中のＥ−Ｅ断面図、（ｆ）は図１２中のＦ−Ｆ断面図、（ｇ）は図１２中のＧ−Ｇ断面図、（ｈ）は図１２中のＨ−Ｈ断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態５による固体レーザ装置の半導体レーザ基台の詳細図である。
【図１５】本発明の実施の形態６による固体レーザ装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１による固体レーザ装置を示す。図１は斜視図であり、図２は上面図である。図３（ａ）は図２中のＡ−Ａ断面図、図３（ｂ）は図２中のＢ−Ｂ断面図、図３（ｃ）は図２中のＣ−Ｃ断面図、図３（ｄ）は図２中のＤ−Ｄ断面図、図３（ｅ）は図２中のＥ−Ｅ断面図、図３（ｆ）は図２中のＦ−Ｆ断面図、図３（ｇ）は図２中のＧ−Ｇ断面図、図３（ｈ）は図２中のＨ−Ｈ断面図である。
【０００９】
図１に示したように、固体レーザ装置は、共振器を構成する全反射ミラー１３と、部分反射ミラー１４を備え、その間には直列に配置された二つの励起モジュール５１、５２が配置されている。ここでは、全反射ミラー１３側に配置された励起モジュールを第１の励起モジュール５１とし、部分反射ミラー１４側に配置された励起モジュールを第２の励起モジュール５２とする。
【００１０】
第１の励起モジュール５１は、ロッド型の第１の固体レーザ媒質１１と、この固体レーザ媒質を側方から励起する励起光源としてレーザビーム１８の光軸に沿って並べられ、発光部を含む半導体レーザバーとヒートシンクからなる複数の半導体レーザ２１〜２４とを備える。ここでは４つの半導体レーザを備え、全反射ミラー１３側から第１の半導体レーザ２１、第２の半導体レーザ２２、第３の半導体レーザ２３、第４の半導体レーザ２４とする。また、第１の固体レーザ媒質１１を支えると共に各半導体レーザ２１〜２４をそれぞれ支える四つの半導体レーザ基台３１〜３４と、この四つの半導体レーザ基台３１〜３４を支える第１の基台４１を備える。ここでは、四つの半導体レーザ基台を各半導体レーザに対応させ、第１の半導体レーザ基台３１、第２の半導体レーザ基台３２、第３の半導体レーザ基台３３、第４の半導体レーザ基台３４とする。
【００１１】
同様に、第２の励起モジュール５２は、ロッド型の第２の固体レーザ媒質１２と励起光源としての四つの第５〜第８の半導体レーザ２５〜２８と、固体レーザ媒質１２を支えると共に各半導体レーザ２５〜２８を支える第５〜第８の半導体レーザ基台３５〜３８と、この四つの半導体レーザ基台３５〜３８を支える第２の基台４２を備える。ここでは、全反射ミラー１３側から第５の半導体レーザ２５（第５の半導体レーザ基台）〜第８の半導体レーザ２８（第８の半導体レーザ基台）とする。
【００１２】
なお、本実施の形態における励起モジュールとは、固体レーザ媒質毎に設定されるものであり、図１においては固体レーザ媒質が二つ存在しているので、励起モジュールも二つ存在していることとなる。仮に、図１において、第１の基台４１と第２の基台４２が同じ部材で一体成形されていたとしても、すなわち一つの基台に二つの固体レーザ媒質が配置されていたとしても、二つの励起モジュールが存在していることとなる。
【００１３】
全反射ミラー１３は第１のホルダ４３に、部分反射ミラー１４は第２のホルダ４４にそれぞれ固定されている。
【００１４】
第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２は、内部に活性媒質を含み、励起光の照射によって反転分布を形成して、光を増幅する機能を有する部材であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・ヤグ）等からなり、ロッド型、好ましくは円柱状の形状を有する。なお、第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２は、同一の形状（長さや形等）である。
【００１５】
第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８は、第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２を励起するための励起光を発生する機能を有し、本発明では第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２の側方から励起光を照射する側方励起の配置を採用している。
【００１６】
また、第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８は、各半導体レーザのヒートシンクを介してそれぞれ第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８上に固定されている。第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８と第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８の間には、図示はしていないが、例えばインジウムなどの柔軟な金属や熱伝導率の高い樹脂シートやセラミックなどが配置されており、第１〜第８の半導体レーザの各ヒートシンクと第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８間の熱伝達が良くなるようにしている。
【００１７】
第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８は、良好な放熱性を有する金属材料、例えば、銅で形成されている。また、図３（ａ）〜（ｈ）等で示すように、第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８を所定の高さ、角度に設置するための台座と、第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２を格納するための第１〜第８の円筒穴７１〜７８と、半導体レーザ２１〜２８からの励起光を反射し、円筒穴７１〜７８の内部に励起光を閉じ込めるための部分円筒状の集光面とがそれぞれ一体に形成されている。
【００１８】
また、第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８は、図３（ａ）〜（ｈ）に示すように、第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８の励起光出射面に対する対向面には、第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８からの励起光を通過させるために各半導体レーザ２１〜２８にそれぞれ対応した第１〜第８のスリット８１〜８８が形成されている。第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８の少なくとも円筒状の集光面および第１〜第８のスリット８１〜８８の壁面には、例えば、金メッキ等の高反射膜が施されており、第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８からの励起光を効率よく反射できる。
【００１９】
第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２は、第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８のそれぞれの円筒穴７１〜７８内に、図示はしていないが、第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８からの励起光に対してほぼ透明な、例えばポッティング剤や接着剤などで固定されている。このポッティング剤や接着剤などは、第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２を支える以外に、第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２で発生した熱を第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８に伝達する機能も有している。
【００２０】
また、第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８は、第１または第２の基台４１、４２上に配置されている。第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８と第１または第２の基台４１、４２の間には、図示はしていないが、例えばインジウムなどの柔軟な金属や熱伝導率の高い樹脂シートやセラミックなどが配置されており、第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８と第１または第２の基台４１、４２間の熱伝達が良くなるようにしている。
【００２１】
また、第１および第２の基台４１、４２は、良好な放熱性を有する金属材料、例えば、銅で形成され、内部に水を流す、電子冷却素子（ペルチェ素子）上に配置されるなどして冷却されており、熱を発生する第１〜第８の半導体レーザ２１〜２８や第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２を第１〜第８の半導体レーザ基台３１〜３８を介して冷却する機能を有している。
【００２２】
このような固体レーザ装置において、第１および第２の励起モジュール５１、５２から発生した固体レーザビーム１８は、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４からなる共振器を往復するうちに第１および第２の励起モジュール５１、５２を通過する毎に増幅され、共振器を往復する固体レーザビーム１８の一部は部分反射ミラー１４を透過して固体レーザ装置の外部に取り出される。
【００２３】
本実施の形態における固体レーザ装置において、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２にそれぞれ配置される第１〜第４の半導体レーザ２１〜２４と第５〜第８の半導体レーザ２５〜２８は、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２の間隙にあるレーザビーム１８光軸に垂直な仮想対称面６１に対し面対称になるように配置されている。また、第１の固体レーザ媒体１１と第２の固体レーザ媒体１２は、同一の形状であるので、第１の固体レーザ媒体１１と第２の固体レーザ媒体１２も、仮想対称面６１に対し面対称な構成となっている。
【００２４】
また、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４は同じ曲率のミラーを用いており、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２は、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２の間隙にある仮想対称面６１が全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４からなる共振器の光学的中央になるように配置されている。すなわち、全反射ミラー１３、部分反射ミラー１４および２つの励起モジュール５１、５２は対称型共振器を構成している。
【００２５】
図４は、図３の２つの固体レーザ媒質１１、１２の中心軸を含み、基台４１、４２の表面と平行な第１の平面６２に沿った断面図である。なお、図４は、固体レーザ装置から各固体レーザ媒質１１、１２、全反射ミラー１３、部分反射ミラー１４、および、固体レーザビーム１８のみを抜き出して記載した図であり、固体レーザビーム１８は光軸に垂直な方向のビーム径も考慮して記載している。また、第１の平面６２を基台４１、４２の表面と平行としたが、これは便宜的に設定したものであり、特にこれに限定される訳ではなく、固体レーザ媒質１１、１２の中心軸、すなわちレーザビーム１８の光軸を含む平面であれば任意の平面で良い。
【００２６】
図４に示したように、対称型共振器の中央付近に２つの励起モジュール１１、１２を配置した場合、共振器の中央でもある仮想対称面６１に対し面対称になるように固体レーザビーム１８のビーム径は変化する。したがって、図２のＡ−Ａ断面とＨ−Ｈ断面、図２のＢ−Ｂ断面とＧ−Ｇ断面、図２のＣ−Ｃ断面とＦ−Ｆ断面、および、図２のＤ−Ｄ断面とＥ−Ｅ断面それぞれの位置での固体レーザビーム１８のビーム径は同じとなる。これにより、図２のＡ−Ａ断面とＨ−Ｈ断面、図２のＢ−Ｂ断面とＧ−Ｇ断面、図２のＣ−Ｃ断面とＦ−Ｆ断面、および、図２のＤ−Ｄ断面とＥ−Ｅ断面それぞれの位置での励起分布、ビーム径が同じになるので、固体レーザビーム１８は同じ強度分布の固体レーザ媒質の熱レンズ、熱歪の影響を受けることになる。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態においては、対称型共振器の中央付近に二つの励起モジュール５１、５２を配置し、それぞれの励起モジュール５１、５２に配置される励起光源２１〜２８を、二つの励起モジュール５１、５２の間隙にある仮想対称面６１に対し面対称になるように配置した。これにより、固体レーザビーム１８が固体レーザ媒質１１、１２の各励起部を通過する際に感じる熱レンズおよび励起分布が仮想対称面６１に対し対称となり、固体レーザビーム１８が対称型共振器において理想的なビーム伝搬状況、すなわち仮想対称面６１に対し面対称なビーム伝搬状況になるようにすることができる。その結果、固体レーザビームの伝搬の対称性が崩れた場合、特にレーザビームが高出力な場合に生じる、固体レーザ媒質通過時に固体レーザ媒質の熱歪の非対称性の影響を受けて固体レーザビームが歪んでビーム品質が悪化するという状況が発生せず、高出力なレーザビームの品質を高めることができる。
【００２８】
また、対称型共振器の中央付近に二つの励起モジュール５１、５２を配置したので、共振器内を伝搬する固体レーザビーム１８のビーム径が、共振器の中央でもっとも太く、かつ、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４上でもっとも細くなる光軸方向に中心対称な形状にでき、固体レーザ媒質１１、１２の利用効率を高くできる。その結果、高出力で高品質なレーザビームの発生効率をより高効率にすることができる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、図１もしくは図３に示したように、それぞれの励起モジュール５１、５２内における半導体レーザ２１〜２８からの励起光の入射方向、言い換えるならば、固体レーザ媒質１１、１２の中心軸を含む第１の平面６２に対する入射角が、２種類以上となるように配置した。これにより、固体レーザ媒質１１、１２を均一に励起することができ、その結果、高出力なレーザビームのビーム品質をより高めることができる。
【００３０】
また、図３に示したように、固体レーザ媒質１１、１２の中心軸を含む第１の平面６２に対して片方の面側に半導体レーザ２１〜２８を配置したので、この第１の平面６２が基台４１、４２の表面にほぼ平行であれば、半導体レーザ基台を基台に取り付ける際、および、励起光源を半導体レーザ基台に取り付ける際に一方向からアクセスすることができる。これにより、高出力で高品質なレーザビームを高効率に発生することができる固体レーザ装置を簡単な構成にでき、かつ、組立も簡単にできる。
【００３１】
また、図３に示すように、固体レーザ媒質１１、１２の長手方向の１箇所には１個の半導体レーザが配置するようにしたので、固体レーザ媒質の長手方向の熱密度を小さくできるため、簡単な冷却構成で、高出力で高品質なレーザビームを高効率に発生することができる固体レーザ装置を得ることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、図１から３に示したように、二つの励起モジュールにて対称型共振器を構成する場合について説明を行ったが、それよりも多くの励起モジュールで構成しても良い。ただし、複数の励起モジュールの中央の間隙に設ける仮想対称面６１に対して、複数の励起モジュールを対称に配置するので、励起モジュールの数は偶数となる。すなわち、例えば仮想対称面６１に対し、励起モジュールを片側に１個、計２個と配置する場合、片側に２個、計４個の場合、片側に３個、計６個の場合等が考えられる。当然ながら、各励起モジュールの励起光源は、仮想対称面６１に対し面対称に配置しておく必要がある。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００３３】
また、本実施の形態においては、４個の半導体レーザで１つの励起モジュールを構成する例を示したが、２個、３個あるいは５個以上の半導体レーザで１つの励起モジュールを構成してもよい。当然ながら、各半導体レーザは仮想対称面６１に対して面対称に配置されることは必須である。これも、他の実施の形態においても同様である。
【００３４】
また、上述した、励起光の入射方向を二種類以上とする構成、励起光源を第１の平面６２の片側に配置する構成、および１箇所に１個の励起光源を配置する構成は、それぞれ、励起光源を仮想対称面６１に対し面対称に配置する構成による効果を更に向上させるための構成であり、本実施の形態においては必須ではなく、より望ましい構成である。これも、他の実施の形態においても同様である。
【００３５】
また、本実施の形態においては、対称型共振器にて説明したが、これに限るものでは無く対称型発振器でなくても良い。これは、レーザビーム光軸に沿って並んだ複数の励起モジュールの中央の間隙に設けられた仮想対称面６１に対して、励起モジュールを対称に配置することは必須であるが、例えば、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４の曲率が異なる場合や、全反射ミラー１３と励起モジュールとの間隔と部分反射ミラー１４の間隔とが異なっていても良い、との意味である。この場合、仮想対称面６１に対しての対称位置でのビーム径が同じではなくなるため、対称位置での熱レンズ、熱歪が同じになるという効果がやや弱まる。これも、他の実施の形態においても同様である。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、それぞれの半導体レーザ２１〜２８と半導体レーザ基台３１〜３８と、基台４１、４２をそれぞれ別々の部材として構成したが、励起モジュール毎に半導体レーザ基台と基台を一体形成しても良く、また、全励起モジュールの半導体レーザ基台と基台を一体形成しても良く、この場合コンパクトな構成により高出力で高品質なレーザビームを高効率に発生することができる。これも、他の実施の形態においても同様である。
【００３７】
次に、本実施の形態による具体的な実施例１を説明する。
【００３８】
実施例１．
２つの励起モジュール５１、５２を共振器内に配置し、それぞれの励起モジュールに４個ずつの半導体レーザ２１〜２４および半導体レーザ２５〜２８を配置した。
【００３９】
具体的な半導体レーザ２１〜２８の配置を、図３により説明する。第１の励起モジュール５１に配置された第１の半導体レーザ２１の励起光の、基台４１、４２の表面に平行な第１の平面６２に対する入射角は、図３（ａ）に示したように右上方から６７．５度である。同じく、第２の半導体レーザ２２の励起光の第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｂ）に示したように右下方から２２．５度、第３の半導体レーザ２３の励起光の第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｃ）に示したように右上方から２２．５度、第４の半導体レーザ２４の励起光の第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｄ）に示したように右下方から６７．５度となるように配置した。また、第２の励起モジュール５２に配置された第５の半導体レーザ２５の励起光の、第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｅ）に示したように右下方から６７．５度である。同じく、第６の半導体レーザ２６の励起光の第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｆ）に示したように右上方から２２．５度、第７の半導体レーザ２７の励起光の第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｇ）に示したように右下方から２２．５度、第８の半導体レーザ２８の励起光の第１の平面６２に対する入射角は、図３（ｈ）に示したように右上方から６７．５度となるように配置した。
【００４０】
このような配置とすることにより、第１の半導体レーザ２１の励起光に対する第２の半導体レーザ２２の励起光の入射角、第３の半導体レーザ２３の励起光に対する第４の半導体レーザ２４の励起光の入射角、第５の半導体レーザ２５の励起光に対する第６の半導体レーザ２６の励起光の入射角、第７の半導体レーザ２７の励起光に対する第８の半導体レーザ２８の励起光の入射角、それぞれが９０度となるようにしている。
【００４１】
また、図３に示すように、第１の半導体レーザ２１と第８の半導体レーザ２８、第２の半導体レーザ２２と第７の半導体レーザ２７、第３の半導体レーザ２３と第６の半導体レーザ２６、第４の半導体レーザ２４と第５の半導体レーザ２５、それぞれが同方向に励起光を発生するように配置されており、図２に示すように、第１〜第４の半導体レーザ２１〜２４と第５〜第８の半導体レーザ２５〜２８は、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２の間隙にある仮想対称面６１に対し、面対称になるように配置されていることになる。
【００４２】
図５は、第１および第２の固体レーザ媒質１１、１２の断面励起分布であり、外側の円が固体レーザ媒質の外形を示し、斜線で示した部分が断面内の励起強度が強い部分を示している。図５（ａ）は図２中のＡ−Ａ断面における励起分布、図５（ｂ）は図２中のＢ−Ｂ断面における励起分布、図４（ｃ）は図２中のＣ−Ｃ断面における励起分布、図５（ｄ）は図２中のＤ−Ｄ断面における励起分布、図５（ｅ）は図２中のＥ−Ｅ断面における励起分布、図５（ｆ）は図２中のＦ−Ｆ断面における励起分布、図５（ｇ）は図２中のＧ−Ｇ断面における励起分布、図４（ｈ）は図２中のＨ−Ｈ断面における励起分布を示している。
【００４３】
図２において、固体レーザビーム１８が共振器内を仮想対称面６１から左方向に進行して、第１の固体レーザ媒質１１を通過する時には、図５（ｄ）、図５（ｃ）、図５（ｂ）、図５（ａ）の励起分布による熱レンズをこの順に感じることになる。一方、固体レーザビーム１８が共振器内を仮想対称面６１から右方向に進行して、第２の固体レーザ媒質１２を通過する時には、図５（ｅ）、図５（ｆ）、図５（ｇ）、図５（ｈ）の励起分布による熱レンズをこの順に感じることになる。また、図４に示したように、図２のＡ−Ａ断面とＨ−Ｈ断面、図２のＢ−Ｂ断面とＧ−Ｇ断面、図２のＣ−Ｃ断面とＦ−Ｆ断面、および、図２のＤ−Ｄ断面とＥ−Ｅ断面、それぞれの位置での固体レーザビーム１８のビーム径は同じとなるので、図５（ａ）と図５（ｈ）、図５（ｂ）と図５（ｇ）、図５（ｃ）と図５（ｆ）、および、図５（ｄ）と図５（ｅ）それぞれの熱レンズを感じる際の固体レーザビーム１８のビーム径は同じとなり、したがって、固体レーザビーム１８が共振器内を進行するときに感じる熱レンズおよび励起強度の方向性も仮想対称面６１に対して対称となり、高出力で高品質なレーザビームを高効率に発生することができる。
【００４４】
また、本実施例においては、一つの固体レーザ媒質に対して四つの半導体レーザにて励起を行っているが、各半導体レーザを図３に示したように、固体レーザ媒質の軸方向から見て４５度ずつ角度をずらして配置しているので、固体レーザ媒質を軸中心対称に励起することができる。これは、図５の（ａ）から（ｄ）を重ね合わせると、図６に示したように、各半導体レーザ２１〜２４からの励起光による四つの励起分布が軸対称な分布になると言うことである。四つ以外の場合は、例えば、三つの半導体レーザで励起する場合には、固体レーザ媒質の軸方向から見て６０度ずつ角度をずらして配置すれば良いし、五つの場合は３６度ずつずらして配置すれば良い。これを一般的に拡張するならば、ｎ個の半導体レーザを用いる場合には、固体レーザ媒質の軸方向から見て、１８０度をｎで割った商の値ずつ角度をずらして半導体レーザを配置すれば良いと言うことである。
【００４５】
更に、本実施例においては、図３に示したように、第１の平面６２に垂直でレーザビーム１８光軸を含む第２の平面６３に対して、レーザビーム１８光軸方向から見て各半導体レーザを対称に配置している。すなわち、レーザビーム１８光軸方向から見て、四つの半導体レーザを４５度ずつ角度をずらして、かつ平面６３に対して対称に配置すべく、図６に示したように、平面６３に対して、±２２．５度の位置（例えば、第１の半導体レーザ２１と第４の半導体レーザ２４）と±６７．５度の位置（例えば、第２の半導体レーザ２２と第３の半導体レーザ２３）に配置している。このように配置することで、図３から明らかなように、第１の半導体レーザ基台３１と第４の半導体レーザ基台３４は、同一部材を単に逆向きに配置しただけとなり、また、第２の半導体レーザ基台３２と第３の半導体レーザ基台３３も、同一部材を単に逆向きに配置しただけとなる。これは、第５から第８の半導体レーザ基台３５〜３８も同様である。従って、本実施例においては、半導体レーザは全部で八つ使用するが、半導体レーザ基台は二種類の部材のみでよいこととなり、部品の種類を大幅に削減することができる。
【００４６】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による固体レーザ装置を示す斜視図である。図７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いる。本実施の形態における固体レーザ装置では、実施の形態１で示した固体レーザ装置に加えて、レーザビーム１８の偏光方向を光軸中心に９０度回転させる９０度偏光ローテータ１５を備えている。
【００４７】
９０度偏光ローテータ１５は、ホルダ４５に固定され、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２との間に配置されて、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２との間で、固体レーザビーム１８の偏光方向が９０度異なるように構成されている。
【００４８】
以上説明したように、９０度偏光ローテータ１５を二つの励起モジュール間に配置し、二つの励起モジュールそれぞれで固体レーザビーム１８の偏光方向が９０度異なるようにしたので、偏光方向により異なる固体レーザ媒質の熱レンズを、共振器全体を通して均一化することができる。その結果、より高品質なレーザビームを高出力かつ高効率に発生することができる。
【００４９】
なお、実施の形態１でも述べたように、励起モジュールは偶数個であれば二つ以上でも構成することができる。この場合、並んだ複数の励起モジュールの中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置することで、９０度偏光ローテータより部分反射ミラー側に配置された励起モジュールと、全反射ミラー側に配置された励起モジュールとの間で、固体レーザビーム１８の偏光方向が９０度異なるようにできる。これにより、偏光方向により異なる固体レーザ媒質の熱レンズを、共振器全体を通して均一化することができる。
【００５０】
実施の形態３．
図８、９は、本発明の実施の形態３による固体レーザ装置を示し、図８は斜視図であり、図９は上面図ある。図８、９において、図７と同一符号は同一または相当部分を示している。本実施の形態における固体レーザ装置では、実施の形態２で示した固体レーザ装置に加えて、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２間に、レーザビーム１８に沿って２枚のレンズ１６、１７を備えており、全反射ミラー１３側の第１のレンズ１６は第１のホルダ４６に、部分反射ミラー１４側の第２のレンズ１７は第２のホルダ４７にそれぞれ固定されている。
【００５１】
ここで、２枚のレンズの配置については、固体レーザ媒質の熱レンズの強さによって二種類の構成が考えられる。熱レンズが弱い場合には、２枚のレンズ１６、１７は、第１の固体レーザ媒質１１の中央を、第２の固体レーザ媒質１２の中央に像転写する光学系となるような焦点距離および配置とする。
【００５２】
このように、二つの励起モジュール５１、５２の間に、第１の固体レーザ媒質１１の中央を第２の固体レーザ媒質１２の中央に像転写する光学系を配置することで、固体レーザ媒質１１、１２の熱レンズが弱い状態において、一方の固体レーザ媒質の励起分布を他方の固体レーザ媒質上に像転写されるようになり、固体レーザ媒質の断面それぞれにおける励起分布をより均一にすることができる。その結果、低励起強度、すなわち低出力時に、より高品質なレーザビームをより高効率に発生することができる。
【００５３】
一方、上述した構成で安定型共振器として動作する熱レンズの強さを超えた熱レンズに対しては、上述した像転写光学系となる焦点距離と配置から２枚のレンズ間距離のみを短くした配置、すなわち、第１の固体レーザ媒質１１と第１のレンズ１６間距離と、第２の固体レーザ媒質１２と第２のレンズ１７間距離は像転写光学系と同距離で、第１のレンズ１６と第２のレンズ１７間の距離を像転写光学系より短くした配置とする。
【００５４】
このように、複数の励起モジュールの間に像転写光学系におけるレンズ間の距離を短くした光学系を配置することで、より高励起強度、すなわち、固体レーザ媒質の熱レンズがより強い状態において、１つの固体レーザ媒質の励起分布を他の固体レーザ媒質上に像転写されるようになり、固体レーザ媒質の断面それぞれにおける固体レーザ媒質の励起分布をより均一にすることができる。その結果、より高励起強度、すなわち、より高出力時に、より高品質なレーザビームをより高効率に発生することができる。
【００５５】
なお、実施の形態１でも述べたように、励起モジュールは偶数個であれば二つ以上でも構成することができる。この場合、並んだ複数の励起モジュールの中央の間隙に、二つのレンズ１６、１７を配置することで、二つのレンズ１６、１７より部分反射ミラー側に配置された固体レーザ媒質の励起分布と、全反射ミラー側に配置された固体レーザ媒質の励起分布とが、それぞれ反対側の固体レーザ媒質上に像転写されるようにできる。これにより、励起分布をより均一にすることができる。
【００５６】
次に、本実施の形態による具体的な実施例２を説明する。
【００５７】
実施例２．
本実施例における固体レーザ装置の構成は、図８および図９に示すものである。２つの励起モジュール５１、５２は実施例１と同一または相当のものであり、具体的な半導体レーザ２１〜２８の配置は、実施例１と同じく図３に示すような配置としている。
【００５８】
また、２枚のレンズ１６、１７は、第１の固体レーザ媒質１１と第１のレンズ１６間距離と、第２の固体レーザ媒質１２と第２のレンズ１７間距離とは像転写光学系と同距離で、２枚のレンズ１６、１７間の距離を像転写光学系より短くなるように配置している。
【００５９】
このような固体レーザ装置において、固体レーザ媒質の断面励起分布は、実施例１と同じく図５に示すものとなり、図９のＡ−Ａ断面〜Ｈ−Ｈ断面における励起分布はそれぞれ図５（ａ）〜、図５（ｈ）になる。
【００６０】
２枚のレンズ１６、１７からなる光学系により、高入力時に図２のＥ−Ｅ断面はほぼＡ−Ａ断面の位置に像転写され、図２のＦ−Ｆ断面はほぼＢ−Ｂ断面の位置に像転写され、図２のＧ−Ｇ断面はほぼＣ−Ｃ断面の位置に像転写され、図２のＨ−Ｈ断面はほぼＤ−Ｄ断面の位置に像転写される。
【００６１】
像転写により励起分布も像転写されるので、像転写された位置では、その位置での励起分布と像転写元の位置での励起分布を合成した励起分布となっているとみなすことができる。図１０は、像転写された固体レーザ媒質の断面励起分布を合成した励起分布である。図１０（ａ）は、図９のＥ−Ｅ断面とＡ−Ａ断面での励起分布を合成した励起分布、図１０（ｂ）は、図９のＦ−Ｆ断面とＢ−Ｂ断面での励起分布を合成した励起分布、図１０（ｃ）は、図９のＧ−Ｇ断面とＣ−Ｃ断面での励起分布を合成した励起分布、図１０（ｄ）は、図９のＨ−Ｈ断面とＤ−Ｄ断面での励起分布を合成した励起分布である。
【００６２】
図１０に示すように、像転写で合成された励起分布は、図５で示すそれぞれの断面での励起分布よりも励起強度が強い部分の面積が広がっていることから、より均一に近い励起分布となっており、固体レーザ媒質のそれぞれの断面における励起分布をより均一にすることができていることがわかる。その結果、より品質を高めた高出力なレーザビームをより高効率に発生することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態においては、複数の励起モジュールの間に９０度偏光ローテータ１５と２枚のレンズ１６、１７を備える固体レーザ装置を例として示したが、複数の励起モジュールの間にレンズ１６、１７のみを備える固体レーザ装置でもよく、本実施の形態の固体レーザ装置と同等の効果がある。
【００６４】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４による固体レーザ装置を示す上面図である。図１１において図９と同符号は同一または相当部分を示している。本実施の形態による固体レーザ装置は、図９の構成に加え、レーザビーム１８の光軸に沿って、第３の固体レーザ媒質１１１を励起する第３の励起モジュール１５１を、全反射ミラー１３と第１の励起モジュール５１との間に備え、第４の固体レーザ媒質１１２を励起する第４の励起モジュール１５２を、部分反射ミラー１４と第２の励起モジュール５２との間に備える。
【００６５】
第３の励起モジュール１５１は、第３の固体レーザ媒質１１１と励起光源としての四つの第９〜第１２の半導体レーザ１２１〜１２４と、第９〜第１２の半導体レーザ１２１〜１２４と第３の固体レーザ媒質１１１を支える第９〜第１２の半導体レーザ基台１３１〜１３４と、第９〜第１２の半導体レーザ基台１３１〜１３４を支える第３の基台１４１を備えている。また、第１の励起モジュール５１と同一または相当の方向に第９〜第１２の半導体レーザ１２１〜１２４が配置されており、第１の励起モジュール５１と全反射ミラー１３との間に第１の励起モジュール５１に近接されて配置されている。
【００６６】
同様に、第４の励起モジュール１５２は、第４の固体レーザ媒質１１２と励起光源として四つの第１３〜第１６の半導体レーザ１２５〜１２８と、第１３〜第１６の半導体レーザ１２５〜１２８と第４の固体レーザ媒質１１２を支える第１３〜第１６の半導体レーザ基台１３５〜１３８と、第１３〜第１６の半導体レーザ基台１３５〜１３８を支える基台１４２を備えている。また、第２の励起モジュール５２と同一または相当の方向に第１３〜第１６の半導体レーザ１２５〜１２８が配置されており、第２の励起モジュール５２と部分反射ミラー１４との間に第２の励起モジュール５２に近接されて配置されている。
【００６７】
第１の励起モジュール５１に配置される第１〜第４の半導体レーザ２１〜２４と、第２の励起モジュール５２に配置される第５〜第８の半導体レーザ２５〜２８とは、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２との間隙にある仮想対称面６１に対し、面対称になるように配置されている。更に、第３の励起モジュール１５１に配置される第９〜第１３の半導体レーザ１２１〜１２４と、第４の励起モジュール１５２に配置される第１３〜第１６の半導体レーザ１２５〜１２８とは、第１の励起モジュール５１と第２の励起モジュール５２との間隙にある仮想対称面６１に対し、面対称になるように配置されている。
【００６８】
以上説明したように、複数の励起モジュールに配置される励起光源を複数の励起モジュールの中央の間隙にある仮想対称面６１に対し面対称になるように配置したので、固体レーザビーム１８が固体レーザ媒質１１、１２、１１１、１１２の各励起部を通過する際に感じる熱レンズおよび励起分布が仮想対称面６１に対し対称となり、固体レーザビーム１８が仮想対称面６１に対し面対称な伝搬状況になるようにすることができる。その結果、固体レーザビームの伝搬の対称性が崩れた場合、特にレーザビームが高出力な場合に生じる、固体レーザ媒質通過時に固体レーザ媒質の熱歪の非対称性の影響を受けて固体レーザビームが歪んでビーム品質が悪化するという状況が発生せず、高出力なレーザビームの品質を高めることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、第１の励起モジュール５１と全反射ミラー１３との間に、第１の励起モジュール５１に近接させて第３の励起モジュール１５１を配置し、第２の励起モジュール５２と部分反射ミラー１４との間に、第２の励起モジュール５２に近接させて第４の励起モジュール１５２を配置する固体レーザ装置を例として示したが、これに限るものでない。例えば、第１の励起モジュール５１と全反射ミラー１３の間に、第１の励起モジュール５１に近接させて第４の励起モジュール１５２を配置し、第２の励起モジュール５２と部分反射ミラー１４との間に、第２の励起モジュール５２に近接させて第３の励起モジュール１５１を配置してもよく、要は、複数の励起モジュールに配置される励起光源を複数の励起モジュールの中央の間隙にある仮想対称面６１に対し、面対称になるように配置すれば、同等の効果が得られる。
【００７０】
また、本実施の形態では、同数の励起光源を備える励起モジュールを４つ用いる固体レーザ装置を例として示したが、これに限るものでない。例えば、同数の励起光源を備える励起モジュールの数は６つでも、８つでもよく、また、１つの励起モジュールに備えられる励起光源の数は異なっていてもよく、要は、複数の励起光源を複数の励起モジュールの中央の間隙にある仮想対称面６１に対し面対称になるように配置すれば、同等の効果が得られる。
【００７１】
なお、図１１においては、実施の形態２で説明したような、複数の励起モジュールの中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置する構成や、実施の形態３で説明したような、複数の励起モジュールの中央の間隙に、二つのレンズ１６、１７を配置する構成を適用したが、これにより、実施の形態２や実施の形態３で説明した効果と同様の効果を得られる。当然ながら、これらの構成がない場合も、複数の励起光源を複数の励起モジュールの中央の間隙にある仮想対称面６１に対し面対称になるように配置したことによる効果は得られる。
【００７２】
実施の形態５．
図１２、１３は、本発明の実施の形態５による固体レーザ装置を示す。図１２は上面図であり、図１３（ａ）は図１２中のＡ−Ａ断面図、図１３（ｂ）は図１２中のＢ−Ｂ断面図、図１３（ｃ）は図１２中のＣ−Ｃ断面図、図１３（ｄ）は図１２中のＤ−Ｄ断面図、図１３（ｅ）は図１２中のＥ−Ｅ断面図、図１３（ｆ）は図１２中のＦ−Ｆ断面図、図１３（ｇ）は図１２中のＧ−Ｇ断面図、図１３（ｈ）は図１２中のＨ−Ｈ断面図である。
【００７３】
図１２、１３に示すとおり、本実施の形態の固体レーザ装置は、二つの固体レーザ媒質２１１、２１２を備えた二つの励起モジュール２５１、２５２と、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４などを備える。また、一方の励起モジュール２５１は、固体レーザ媒質２１１と励起光源としての四つの半導体レーザ２２１〜２２４と、各半導体レーザ２２１〜２２４と固体レーザ媒質２１１を支える四つの半導体レーザ基台２３１〜２３４と、この四つの半導体レーザ基台を支える基台２４１を備える。同様に、他方の励起モジュール２５２は、固体レーザ媒質１２と励起光源としての四つの半導体レーザ２２５〜２２８と、各半導体レーザ２２５〜２２８と固体レーザ媒質２１２を支える四つの半導体レーザ基台２３５〜２３８と、この四つの半導体レーザ基台を支える基台２４２を備える。
【００７４】
また、一方の励起モジュール２５１に配置される四つの半導体レーザ２２１〜２２４と、他方の励起モジュール２５２に配置される四つの半導体レーザ２２５〜２２８とは、一方の励起モジュール２５１と他方の励起モジュール２５２との間隙にある仮想対称面６１に対し、面対称になるように配置されている。
【００７５】
このような構成において、図１３に示すように、一方の励起モジュール２５１内に配置された四つの半導体レーザ２２１〜２２４は、固体レーザ媒質２１１の中心軸を含み基台４１の表面に略平行な第１の平面６２に対し、基台４１が存在する側とは反対側に配置されている。また、四つの半導体レーザ２２１〜２２４のうち隣り合う半導体レーザは、第１の平面６２に垂直で固体レーザ媒質２１１、２１２の中心軸を含む第２の平面６３に対し交互になるように、それぞれ反対の面側に配置されている。他方の励起モジュール２５２においても、仮想対称平面６１に対し一方の励起モジュール２５１と対称になるように、半導体レーザや半導体レーザ基台が同様に配置されている。
【００７６】
図１４は、図１２に示す励起モジュール２５１から固体レーザ媒質２１１、半導体レーザ２２１、および、半導体レーザ基台２３１を取り出して詳細に示した図であり、図１４（ａ）は側面図、図１４（ｂ）は上面図である。半導体レーザ２２１は、発光部を含む半導体レーザバー２２１ａとヒートシンク２２１ｂからなっており、半導体レーザ基台２３１は半導体レーザ支持部２３１ｂと固体レーザ媒質支持部２３１ａからなっている。なお、半導体レーザ基台２３１の半導体レーザ支持部２３１ｂと固体レーザ媒質支持部２３１ａは一体に成形されている。
【００７７】
半導体レーザ基台２３１の半導体レーザ支持部２３１ｂの大きさは、半導体レーザ２２１を搭載できる大きさで決定され、半導体レーザ基台２３１の固体レーザ媒質支持部２３１ａの大きさは、半導体レーザ２２１から発せられる励起光を固体レーザ媒質２１１に伝送できる幅として決定される。したがって、半導体レーザ基台２３１の半導体レーザ支持部２３１ｂの横方向の幅は、半導体レーザ２２１のヒートシンク２２１ｂより広い幅とする必要があり、半導体レーザ基台２３１の固体レーザ媒質支持部２３１ａの横方向の幅は、半導体レーザ２２１の半導体レーザバー２２１ａより広くする必要がある。ここで、一般的に半導体レーザバー２２１ａの幅はヒートシンク２２１ｂの幅より狭く、例えば半導体レーザバー２２１ａの幅が１０ｍｍで、ヒートシンク２２１ｂの幅が２５ｍｍのものが多いので、図１４（ｂ）に示したように、半導体レーザ基台２３１の固体レーザ媒質支持部２３１ａは半導体レーザ支持部２３１ｂよりも幅を半分程度に狭くできる。
【００７８】
これらの構成により、それぞれの励起モジュール内に配置された半導体レーザ２２１〜２２４および半導体レーザ２２５〜２２８は、固体レーザ媒質の軸方向に半導体レーザ２２１〜２２４および半導体レーザ２２５〜２２８のヒートシンクの幅より狭い間隔で設置されている。言い換えれば、半導体レーザ基台の距離、例えば図１２においてはＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面の距離やＥ−Ｅ断面とＦ−Ｆ断面の距離等、は半導体レーザ支持部よりも狭くできると言うことである。なお、Ａ−Ａ断面等は図１２に示したように、各半導体レーザ基台の上面図における中心線に沿った断面である。
【００７９】
以上説明したように、複数の励起モジュールに配置される励起光源を複数の励起モジュールの中央の間隙にある仮想対称面６１に対し面対称になるように配置し、また、１つの励起モジュール内における隣り合う励起光源をレーザビーム１８の光軸方向により近接して配置したので、固体レーザ媒質１１、１２を高密度に励起することができ、固体レーザ媒質１１、１２のゲインを高めることができるようになる。その結果、高出力でより高品質なレーザビームを発生する効率をより高めることができる。
【００８０】
なお、実施の形態２で説明したような、複数の励起モジュールの中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置する構成や、実施の形態３で説明したような、複数の励起モジュールの中央の間隙に、二つのレンズ１６、１７を配置する構成を、本実施の形態に適用しても良い。この場合、実施の形態２や実施の形態３で説明した効果と同様の効果を得られる。
【００８１】
実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６による固体レーザ装置を示す斜視図である。本実施の形態における固体レーザ装置は、実施の形態１による固体レーザ装置の励起光源の配置を、二つの固体レーザ媒質の軸に対し全周方向から励起するように変更したものである。
【００８２】
図１５に示すとおり、本実施の形態における固体レーザ装置は、二つの固体レーザ媒質３１１、３１２を備えた二つの励起モジュール３５１、３５２と、全反射ミラー１３と部分反射ミラー１４などを備える。また、一方の励起モジュール３５１は、固体レーザ媒質３１１と励起光源としての四つの半導体レーザ３２１〜３２４と、各半導体レーザ３２１〜３２４と固体レーザ媒質３１１を支える四つの半導体レーザ基台３３１〜３３４と、この四つの半導体レーザ基台を支える基台３４１を備える。同様に、他方の励起モジュール３５２は、固体レーザ媒質３１２と励起光源としての四つの半導体レーザ３２５〜３２８と、各半導体レーザ３２５〜３２８と固体レーザ媒質３１２を支える四つの半導体レーザ基台３３５〜３３８と、この四つの半導体レーザ基台を支える基台３４２を備える。当然ながら、二つの励起モジュールは、その中央の間隙にある仮想対称面６１に対し、面対称となるように半導体レーザや固体レーザ媒体が配置されている。
【００８３】
これらの構成は、実施の形態１と同様であるが、各励起モジュールの四つの半導体レーザ基台の形状が異なり、各半導体レーザの固体レーザ媒質への励起光の照射方向が全周方向となっている点が異なる。具体的には、図１５に示すように、固体レーザ媒質の光軸方向から見て１２時、３時、６時、９時の方向から励起光が照射されるように、四つの半導体レーザが配置されている。
【００８４】
これにより、実施の形態１による固体レーザ装置の効果のうち、固体レーザ装置を簡単な構成にでき、かつ、組立も簡単にできるという効果はなくなるが、より均一に固体レーザ媒質を励起できるという効果が高まり、より高品質で高出力なレーザビームを高効率に発生することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月8日(2011.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置すると共に、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に２枚のレンズを配置し、この２枚のレンズを用いて前記仮想平面に対し対称な位置に配置された各固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を構成した場合に比べ、このレンズと隣り合う固体レーザ媒質間の距離は変えず２枚のレンズ間距離のみを転写光学系よりも短くしたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置すると共に、
前記仮想平面に対し、対称な位置に配置された固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を、前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に配置したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
前記部分反射ミラーおよび全反射ミラーを同じ曲率とし、前記仮想平面を前記共振器の光学的中央に一致させることで、この共振器を対称型共振器としたことを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記複数の励起光源は、前記レーザビーム光軸を含む第１の平面の一方の面側のみに配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記複数の励起光源は、各励起光源から出射される励起光の前記レーザビーム光軸を含む第１の平面に対する入射角が二種類以上となるように配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記固体レーザ媒質の内一つの固体レーザ媒質を励起する前記励起光源がｎ個の場合、各励起光源から出射される励起光の前記第１の平面に対する入射角が、１８０度をｎで割った商の値ずつ角度がずれるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対して、前記一つの固体レーザ媒質を励起する励起光源の励起光の前記第２の平面に対する入射角が、レーザビーム光軸方向から見て対称になるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項６に記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
前記固体レーザ媒質の長手方向の１箇所には一つの励起光源のみを配置したことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記複数の励起光源の各励起光源を保持する励起光源支持部と、前記固体レーザ媒質を保持する固体レーザ媒質支持部とからなる基台を備え、
この基台の前記固体レーザ媒質支持部の幅を前記励起光源支持部の幅よりも狭くすると共に、
前記固体レーザ媒質の中の同一の固体レーザ媒質を励起する前記複数の励起光源において、隣り合う励起光源は前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対しそれぞれ反対の面側に配置するように、これらの励起光源をそれぞれ支持する前記基台を配置し、
これらの基台の隣接した基台間の距離が前記励起光源支持部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置したことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月18日(2011.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置すると共に、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に２枚のレンズを配置し、この２枚のレンズを用いて前記仮想平面に対し対称な位置に配置された各固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を構成した場合に比べ、このレンズと隣り合う固体レーザ媒質間の距離は変えず２枚のレンズ間距離のみを転写光学系よりも短くし、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に２枚のレンズを配置し、この２枚のレンズを用いて前記仮想平面に対し対称な位置に配置された各固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を構成した場合に安定型共振器として動作する固体レーザ媒質の熱レンズの強さを超えた熱レンズで動作させたことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置すると共に、
前記仮想平面に対し、対称な位置に配置された固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を、前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に配置したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
前記部分反射ミラーおよび全反射ミラーを同じ曲率とし、前記仮想平面を前記共振器の光学的中央に一致させることで、この共振器を対称型共振器としたことを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記複数の励起光源は、前記レーザビーム光軸を含む第１の平面の一方の面側のみに配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記複数の励起光源は、各励起光源から出射される励起光の前記レーザビーム光軸を含む第１の平面に対する入射角が二種類以上となるように配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記固体レーザ媒質の内一つの固体レーザ媒質を励起する前記励起光源がｎ個の場合、各励起光源から出射される励起光の前記第１の平面に対する入射角が、１８０度をｎで割った商の値ずつ角度がずれるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対して、前記一つの固体レーザ媒質を励起する励起光源の励起光の前記第２の平面に対する入射角が、レーザビーム光軸方向から見て対称になるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項６に記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
前記固体レーザ媒質の長手方向の１箇所には一つの励起光源のみを配置したことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記複数の励起光源の各励起光源を保持する励起光源支持部と、前記固体レーザ媒質を保持する固体レーザ媒質支持部とからなる基台を備え、
この基台の前記固体レーザ媒質支持部の幅を前記励起光源支持部の幅よりも狭くすると共に、
前記固体レーザ媒質の中の同一の固体レーザ媒質を励起する前記複数の励起光源において、隣り合う励起光源は前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対しそれぞれ反対の面側に配置するように、これらの励起光源をそれぞれ支持する前記基台を配置し、
これらの基台の隣接した基台間の距離が前記励起光源支持部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置したことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月16日(2011.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置すると共に、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に２枚のレンズを配置し、この２枚のレンズを用いて前記仮想平面に対し対称な位置に配置された各固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を構成した場合に比べ、このレンズと隣り合う固体レーザ媒質間の距離は変えず２枚のレンズ間距離のみを転写光学系よりも短くし、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に２枚のレンズを配置し、この２枚のレンズを用いて前記仮想平面に対し対称な位置に配置された各固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を構成した場合に安定型共振器として動作する固体レーザ媒質の熱レンズの強さを超えた熱レンズで動作させた状態で、前記一方の固体レーザ媒質の励起分布を前記他方の固体レーザ媒質上に像転写されるように設定したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
共振器を構成する部分反射ミラーおよび全反射ミラーと、
前記部分反射ミラーと全反射ミラーの間のレーザビーム光軸上に直列に並んで配置された偶数個のロッド型の固体レーザ媒質と、
この固体レーザ媒質を側方から励起する複数の励起光源とを備え、
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に仮想的に設けられた前記レーザビーム光軸に垂直な仮想平面に対し、前記複数の励起光源および偶数個の固体レーザ媒質が面対称となるように配置すると共に、
前記仮想平面に対し、対称な位置に配置された固体レーザ媒質の一方の固体レーザ媒質の中心を他方の固体レーザ媒質の中心に転写する転写光学系を、前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に配置したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
前記部分反射ミラーおよび全反射ミラーを同じ曲率とし、前記仮想平面を前記共振器の光学的中央に一致させることで、この共振器を対称型共振器としたことを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記複数の励起光源は、前記レーザビーム光軸を含む第１の平面の一方の面側のみに配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記複数の励起光源は、各励起光源から出射される励起光の前記レーザビーム光軸を含む第１の平面に対する入射角が二種類以上となるように配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記固体レーザ媒質の内一つの固体レーザ媒質を励起する前記励起光源がｎ個の場合、各励起光源から出射される励起光の前記第１の平面に対する入射角が、１８０度をｎで割った商の値ずつ角度がずれるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対して、前記一つの固体レーザ媒質を励起する励起光源の励起光の前記第２の平面に対する入射角が、レーザビーム光軸方向から見て対称になるように、前記励起光源が配置されたことを特徴とする請求項６に記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
前記固体レーザ媒質の長手方向の１箇所には一つの励起光源のみを配置したことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記複数の励起光源の各励起光源を保持する励起光源支持部と、前記固体レーザ媒質を保持する固体レーザ媒質支持部とからなる基台を備え、
この基台の前記固体レーザ媒質支持部の幅を前記励起光源支持部の幅よりも狭くすると共に、
前記固体レーザ媒質の中の同一の固体レーザ媒質を励起する前記複数の励起光源において、隣り合う励起光源は前記レーザビーム光軸を含みかつ前記第１の平面に垂直な第２の平面に対しそれぞれ反対の面側に配置するように、これらの励起光源をそれぞれ支持する前記基台を配置し、
これらの基台の隣接した基台間の距離が前記励起光源支持部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記偶数個の固体レーザ媒質の中央の間隙に、９０度偏光ローテータを配置したことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の固体レーザ装置。
【国際調査報告】
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2012137259.tif 000019
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