(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レーザー材料部に入射された平行光束の被増幅ビームの伝搬するレーザーモード体積と外部励起光源により励起される前記固体レーザー材料部の励起体積とが実質的に重なり合うよう構成された前記固体レーザー材料部を有するジグザグスラブ型固体レーザー増幅器において、
前記固体レーザー材料部は、平行光束の被増幅ビームが入射する入射部と、励起領域を含み、前記入射された平行光束の被増幅ビームが伝搬する本体と、当該伝搬された平行光束の被増幅ビームが出射する出射部とを有し、
前記入射部、本体及び出射部は、同一材料で一体に形成され、
前記本体は、所定の厚みｔと、当該厚み方向ｔに直交し互いに対向している上側全反射面及び下側全反射面であって、当該全反射面に対して内部反射角θで入射された前記被増幅ビームを全反射する前記上側全反射面及び下側全反射面とを有し、
前記入射部は、前記本体における前記被増幅ビームの伝搬方向であって平行光束の被増幅ビームの入射側へ前記本体から延在するよう配置され、
前記入射部は更に、前記下側全反射面に対して実質的に前記内部反射角θで入射される平行光束の被増幅ビームの入射方向に対して実質的に直交する入射面を有し、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における上側の最も外側を通る光と前記上側全反射面とが最初に交わる位置をｐとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における下側の最も外側を通る光と前記下側全反射面とが最初に交わる位置をｒとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記上側全反射面側の上端位置をｕとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記下側全反射面側の下端位置をｖとし、
前記上側全反射面を位置ｐから前記入射面に延長して当該入射面と交わる点をｗとし、
位置ｐと点ｗとの間の距離をｇとし、
点ｗと位置ｕとの間の長さをｅとし、
点ｗと位置ｖとの間の長さをｆとすると、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向の前記入射面の長さｅ＋ｆが次式
ｅ＋ｆ≧ｄ
の関係を満たし、
前記入射面が、次式
ｇ≧ｔ（１／ｔａｎθ−１／ｔａｎ（９０°−θ））
の関係を満たすよう位置ｐから入射側に延長した位置にあり、
前記入射面の上端位置ｕと前記上側全反射面の位置ｐとの間にある前記入射部の上側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの上側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成され、
前記入射面の下端位置ｖと前記下側全反射面の位置ｒとの間にある前記入射部の下側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの下側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成される
ことを特徴とするジグザグスラブ型固体レーザー増幅器。
【請求項２】
前記出射部は、前記本体における前記被増幅ビームの伝搬方向であって平行光束の被増幅ビームの出射側へ前記本体から延在するよう配置され、
前記出射部が前記入射部と実質的同一形状及び大きさを有し、前記入射部の入射面に対応する面が出射面となる
請求項１記載のジグザグスラブ型固体レーザー増幅器。
【請求項３】
固体レーザー材料部に入射された平行光束の被増幅ビームの伝搬するレーザーモード体積と外部励起光源により励起される前記固体レーザー材料部の励起体積とが実質的に重なり合うよう構成された前記固体レーザー材料部を有するジグザグスラブ型固体レーザー発振器において、
前記固体レーザー材料部は、平行光束の被増幅ビームが入射する入射部と、励起領域を含み、前記入射された平行光束の被増幅ビームが伝搬する本体と、当該伝搬された平行光束の被増幅ビームが出射する出射部とを有し、
前記入射部、本体及び出射部は、同一材料で一体に形成され、
前記本体は、所定の厚みｔと、当該厚み方向ｔに直交し互いに対向している上側全反射面及び下側全反射面であって、当該全反射面に対して内部反射角θで入射された前記被増幅ビームを全反射する前記上側全反射面及び下側全反射面とを有し、
前記入射部は、前記本体における前記被増幅ビームの伝搬方向であって平行光束の被増幅ビームの入射側へ前記本体から延在するよう配置され、
前記入射部は更に、前記下側全反射面に対して実質的に前記内部反射角θで入射される平行光束の被増幅ビームの入射方向に対して実質的に直交する入射面を有し、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における上側の最も外側を通る光と前記上側全反射面とが最初に交わる位置をｐとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における下側の最も外側を通る光と前記下側全反射面とが最初に交わる位置をｒとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記上側全反射面側の上端位置をｕとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記下側全反射面側の下端位置をｖとし、
前記上側全反射面を位置ｐから前記入射面に延長して当該入射面と交わる点をｗとし、
位置ｐと点ｗとの間の距離をｇとし、
点ｗと位置ｕとの間の長さをｅとし、
点ｗと位置ｖとの間の長さをｆとすると、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向の前記入射面の長さｅ＋ｆが次式
ｅ＋ｆ≧ｄ
の関係を満たし、
前記入射面が、次式
ｇ≧ｔ（１／ｔａｎθ−１／ｔａｎ（９０°−θ））
の関係を満たすよう位置ｐから入射側に延長した位置にあり、
前記入射面の上端位置ｕと前記上側全反射面の位置ｐとの間にある前記入射部の上側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの上側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成され、
前記入射面の下端位置ｖと前記下側全反射面の位置ｒとの間にある前記入射部の下側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの下側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成される
ことを特徴とするジグザグスラブ型固体レーザー発振器。
【請求項４】
前記出射部は、前記本体における前記被増幅ビームの伝搬方向であって平行光束の被増幅ビームの出射側へ前記本体から延在するよう配置され、
前記出射部が前記入射部と実質的同一形状及び大きさを有し、前記入射部の入射面に対応する面が出射面となる
請求項３記載のジグザグスラブ型固体レーザー発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザー（ＬＤ）やフラッシュランプなどの励起光源より端面あるいは側面励起されるジグザグスラブ型固体レーザー増幅器及び発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ジグザグスラブ型固体レーザー増幅器及び発振器において、回折が起こらない程度に平行光束の被増幅ビームの断面積をジグザグスラブ型固体レーザー材料の入出射面の面積より小さくし、固体レーザー材料に垂直に入射することによって被増幅ビームを増幅してきた。代表的な従来例として、図３にジグザグスラブ型固体レーザーの増幅器及び発振器の構成図を示す。
【０００３】
図３に示されるように、ジグザグスラブ型固体レーザーは、ジグザグスラブ型固体レーザー材料１００及び励起光源１０２を有する。固体レーザー材料１００は、入射される平行光束の被増幅ビーム１０４に対して垂直の入射面１０６、及び出射される被増幅ビーム１０４に対して垂直の出射面１０８を有する。固体レーザー材料１００は、例えばＮｄ：ＹＡＧから成る。励起光源１０２は、例えば半導体レーザー又はフラッシュランプから成る。なお、参照番号１１０は励起光源１０２により励起される固体レーザー材料１００の励起領域を示す。図３に示されるように、被増幅ビーム１０４は、入射面１０６から固体レーザー材料１００に入射され、固体レーザー材料１００内の対向する全反射面１１２ａ、１１２ｂで全反射してジグザグ状に出射面１０８に伝搬し、その間励起された固体レーザー材料１００からエネルギーを得て増幅され、出射面１０８から出射される。
【０００４】
今、被増幅ビーム１０４の断面が固体レーザー材料１００の入射面１０６及び出射面１０８に完全に一致しているとする。被増幅ビーム１０４が固体レーザー材料１００の全反射面１１２ａ、１１２ｂで全反射する内部反射角をθとすると、固体レーザー材料１００内の励起領域１１０で囲まれた部分をどれだけ被増幅ビーム１０４が伝搬するかの割合を示すエネルギー結合効率Ｃは次式で与えられる。
【０００５】
【数１】
Ｃ＝（１／（２ＣＯＳ2θ））・（２−１／（２ＣＯＳ2θ））    （１）
このエネルギー結合効率Ｃは、平行光束の被増幅ビームの伝搬するレーザーモード体積と励起光源により励起される固体レーザー材料の励起体積との重なりの割合で、図３に示される固体レーザー材料１００内においてハッチング部分の占める割合に対応する。
【０００６】
図４に内部反射角θに対するエネルギー結合効率Ｃの計算結果を示す。図４より内部反射角が４５°のときエネルギー結合効率は１００％となり、極めて効率の良い増幅を行うことができるということが分かる。内部反射角が４５°の場合には、図３における入射面１０６及び出射面１０８は固体レーザー材料１００の全反射面１１２ａ、１１２ｂに対して４５°の傾きを有し、固体レーザー材料１００内の白抜きの部分がなくなり全部ハッチングされた形になる。
【０００７】
しかし、固体レーザー材料１００の屈折率が小さい場合や、冷却剤（例えば、純水）によって固体レーザー材料１００を冷却する場合は、全反射条件を満足するために内部反射角は４５°より小さくしなければならない。このように、内部反射角が４５°より小さい場合には、図３に示されるように、入射面１０６及び出射面１０８は全反射面１１２ａ、１１２ｂに対して４５°より大きい傾きを有し、その結果、被増幅ビーム１０４の伝搬するレーザーモード体積と固体レーザー材料１００内の励起領域１１０で囲まれた励起体積とが完全に一致せず、図３の白抜きの部分が生じる。このため、エネルギー結合効率は１００％より低下し、固体レーザー材料１００内に蓄積されているエネルギーを完全に被増幅ビーム１０４の増幅に寄与させることはできず、レーザー出力、総合効率の低下を招いたり、被増幅ビーム１０４が伝搬しない領域における蓄積エネルギーが熱となり、固体レーザー材料１００自体が変形したり屈折率分布が生じ、出力レーザービームの品質を低下させる欠点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、内部反射角が４５°より小さい場合にも１００％のエネルギー結合効率が得られるようにしたジグザグスラブ型固体レーザー増幅器及び発振器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、固体レーザー材料部に入射された平行光束の被増幅ビームの伝搬するレーザーモード体積と外部励起光源により励起される前記固体レーザー材料部の励起体積とが実質的に重なり合うよう構成された前記固体レーザー材料部を有する本発明のジグザグスラブ型固体レーザー増幅器は、
前記固体レーザー材料部は、平行光束の被増幅ビームが入射する入射部と、励起領域を含み、前記入射された平行光束の被増幅ビームが伝搬する本体と、当該伝搬された平行光束の被増幅ビームが出射する出射部とを有し、
前記入射部、本体及び出射部は、同一材料で一体に形成され、
前記本体は、所定の厚みｔと、当該厚み方向ｔに直交し互いに対向している上側全反射面及び下側全反射面であって、当該全反射面に対して内部反射角θで入射された前記被増幅ビームを全反射する前記上側全反射面及び下側全反射面とを有し、
前記入射部は、前記本体における前記被増幅ビームの伝搬方向であって平行光束の被増幅ビームの入射側へ前記本体から延在するよう配置され、
前記入射部は更に、前記下側全反射面に対して実質的に前記内部反射角θで入射される平行光束の被増幅ビームの入射方向に対して実質的に直交する入射面を有し、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における上側の最も外側を通る光と前記上側全反射面とが最初に交わる位置をｐとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における下側の最も外側を通る光と前記下側全反射面とが最初に交わる位置をｒとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記上側全反射面側の上端位置をｕとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記下側全反射面側の下端位置をｖとし、
前記上側全反射面を位置ｐから前記入射面に延長して当該入射面と交わる点をｗとし、
位置ｐと点ｗとの間の距離をｇとし、
点ｗと位置ｕとの間の長さをｅとし、
点ｗと位置ｖとの間の長さをｆとすると、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向の前記入射面の長さｅ＋ｆが次式
ｅ＋ｆ≧ｄ
の関係を満たし、
前記入射面が、次式
ｇ≧ｔ（１／ｔａｎθ−１／ｔａｎ（９０°−θ））
の関係を満たすよう位置ｐから入射側に延長した位置にあり、
前記入射面の上端位置ｕと前記上側全反射面の位置ｐとの間にある前記入射部の上側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの上側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成され、
前記入射面の下端位置ｖと前記下側全反射面の位置ｒとの間にある前記入射部の下側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの下側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、固体レーザー材料部に入射された平行光束の被増幅ビームの伝搬するレーザーモード体積と外部励起光源により励起される前記固体レーザー材料部の励起体積とが実質的に重なり合うよう構成された前記固体レーザー材料部を有する本発明のジグザグスラブ型固体レーザー発振器は、
前記固体レーザー材料部は、平行光束の被増幅ビームが入射する入射部と、励起領域を含み、前記入射された平行光束の被増幅ビームが伝搬する本体と、当該伝搬された平行光束の被増幅ビームが出射する出射部とを有し、
前記入射部、本体及び出射部は、同一材料で一体に形成され、
前記本体は、所定の厚みｔと、当該厚み方向ｔに直交し互いに対向している上側全反射面及び下側全反射面であって、当該全反射面に対して内部反射角θで入射された前記被増幅ビームを全反射する前記上側全反射面及び下側全反射面とを有し、
前記入射部は、前記本体における前記被増幅ビームの伝搬方向であって平行光束の被増幅ビームの入射側へ前記本体から延在するよう配置され、
前記入射部は更に、前記下側全反射面に対して実質的に前記内部反射角θで入射される平行光束の被増幅ビームの入射方向に対して実質的に直交する入射面を有し、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における上側の最も外側を通る光と前記上側全反射面とが最初に交わる位置をｐとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における下側の最も外側を通る光と前記下側全反射面とが最初に交わる位置をｒとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記上側全反射面側の上端位置をｕとし、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向における前記入射面の前記下側全反射面側の下端位置をｖとし、
前記上側全反射面を位置ｐから前記入射面に延長して当該入射面と交わる点をｗとし、
位置ｐと点ｗとの間の距離をｇとし、
点ｗと位置ｕとの間の長さをｅとし、
点ｗと位置ｖとの間の長さをｆとすると、
前記平行光束の被増幅ビームの厚みｄ方向の前記入射面の長さｅ＋ｆが次式
ｅ＋ｆ≧ｄ
の関係を満たし、
前記入射面が、次式
ｇ≧ｔ（１／ｔａｎθ−１／ｔａｎ（９０°−θ））
の関係を満たすよう位置ｐから入射側に延長した位置にあり、
前記入射面の上端位置ｕと前記上側全反射面の位置ｐとの間にある前記入射部の上側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの上側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成され、
前記入射面の下端位置ｖと前記下側全反射面の位置ｒとの間にある前記入射部の下側側面は、前記入射部への入射後の平行光束の被増幅ビームの下側の最も外側を通る光が前記入射部内を通るようにそれより外側に形成されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の概念を先に説明すると、本発明では、固体レーザー材料の入射面を、また好ましくは出射面を平行光束の入射被増幅ビーム断面に合わせるか又はそれより大きく取り、且つ入射ビームが固体レーザー材料内をむらなく伝搬できるようにする、即ち平行光束の被増幅ビームの伝搬するレーザーモード体積と励起手段により励起される固体レーザー材料の励起体積とが完全に重なり合うようにすることにより内部反射角が４５°より小さい場合にも１００％のエネルギー結合効率を達成できるようにするものである。
【００１２】
以下図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の好適な実施形態によるジグザグスラブ型固体レーザー増幅器又は発振器の概略構成図である。図１において、図３に示される参照番号と同一の参照番号により示される要素は図３のと同一の要素を示し、その説明は繰り返さない。図１において、本発明の好適な実施形態によるジグザグスラブ型固体レーザー増幅器又は発振器の固体レーザー材料１０は、図３の固体レーザー材料１００と同じ材料、例えばＮｄ：ＹＡＧから成り、この同じ材料から成る三角形のプリズム型の入射部分１２及び出射部分１４を入出射端部のそれぞれに新たに設けている。平行光束の被増幅ビーム１６は、入射部分１２の入射面１８から入射され、固体レーザー材料１０内で全反射しながら増幅され、出射部分１４の出射面２０から出射される。
【００１４】
図２に、寸法関係を見やすくするため、図１に示される被増幅ビーム１６のハッチングを除いた以外図１と同じ構成図を示す。平行光束の被増幅ビーム１６は固体レーザー材料１０の下側全反射面２２ａに対して内部反射角θで入射するとする。図２に示される寸法、位置の記号の意味は次のとおりである。
【００１５】
ｔ：固体レーザー材料１０の厚み
θ：内部反射角
φ：被増幅ビーム１６の入射方向と直交している入射面１８と全反射面２２ａ及び２２ｂとが成す角度で、内部反射角θと余角の関係、即ち９０°−θに等しい角度
ｄ：平行光束の被増幅ビーム１６の厚み
ｐ：平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける上側の最も外側を通る光２４と上側全反射面２２ｂとが最初に交わる位置
ｑ：平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける上側の最も外側を通る光２４と下側全反射面２２ａとが最初に交わる位置
ｒ：平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける下側の最も外側を通る光２６と下側全反射面２２ａとが最初に交わる位置
ｕ：入射面１８の上側全反射面２２ｂ側の上端位置
ｖ：入射面１８の下側全反射面２２ａ側の下端位置
ｗ：上側全反射面２２ｂをｐ点から入射面１８側に延長して入射面１８と交わる点
ｇ：ｐ−ｗ間の距離
ｅ：ｗ−ｕ間の長さ
ｆ：ｗ−ｖ間の長さ
【００１６】
図２から分かるように、被増幅ビーム１６が固体レーザー材料１０内をむらなく伝搬する、即ち平行光束の被増幅ビーム１６の伝搬するレーザーモード体積と励起光源１０２により励起される固体レーザー材料１０の励起体積（固体レーザー材料１０のうちの励起領域１１０で囲まれた部分）とが完全に重なり合うための被増幅ビーム１６の厚みｄは
【数２】
ｄ＝２ｔ・ｃｏｓθ                    （２）
と与えられる。内部反射角θの値に関わらず、（２）式を満足するビームを用いれば１００％のエネルギー結合効率を達成できる。前述したように、θは４５°より小さいのでビームの厚みｄは√２ｔより大きい。一方、θが４５°より小さいので、φは４５°より大きくなり、そのため固体レーザー材料１０の入射端面を斜めにカットした入射面のビーム厚みｄ方向の長さは√２ｔより短くなる。従って、上記の厚みｄを有するビームを入射させる入射面は固体レーザー材料１０の入射端面を単に斜めにカットしただけでは実現できない。そこで、本発明では入射部分として固体レーザー材料１０の上側全反射面２２ｂより上側に突き出た構造を用いている。
【００１７】
その入射部分である三角形のプリズム型の入射部分１２の寸法は、（２）式を満足する被増幅ビーム１６の全てが固体レーザー材料１０中に入射されその中を伝搬できるようにするために以下の式を満足しなければならない。
【００１８】
第１の条件は、固体レーザー材料１０におけるビームの入射面１８を平面にするため、即ち被増幅ビーム１６を入射面１８に対して垂直に入射させるための条件で、次式で表される。
【００１９】
【数３】
φ＝９０°−θ                        （３）
第２の条件は、ビーム厚みｄをもつ被増幅ビーム１６を受け入れる固体レーザー材料１０の入射面１８を確保するための条件で、入射面１８のビーム厚みｄの方向の寸法ｅ＋ｆは原理的にはビームの厚みｄだけあればよい。但し、実際には被増幅ビーム１６の入射位置ずれ等が多少生じたり、回折が生じたりするのでそれより大きい寸法を有するのが好ましい。従って、第２の条件は次式で示される。
【００２０】
【数４】
ｅ＋ｆ≧ｄ                              （４）
第３の条件は、固体レーザー材料内で折り返った入射ビームが固体レーザー材料１０の全反射面に折り返るための条件で、換言すると、平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける下側の最も外側を通る光２６が下側全反射面２２ａのｒ点で全反射し、その全反射した光が次に上側全反射面２２ｂのｐ点で全反射し、更にその全反射した光が平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける上側の最も外側を通る光２４と重なり合うようにして下側全反射面２２ａのｑ点に向かうように、被増幅ビーム１６を入射面１８から受け入れ且つ固体レーザー材料１０内で伝搬させる条件である。従って、この条件は、ｇの長さで表せば、入射面１８のｖ点がｒ点に一致したときのｇの長さ以上であることになる。
【００２１】
【数５】
ｇ≧ｔ（１／ｔａｎθ−１／ｔａｎ（９０°−θ））        （５）
上記の３つの条件を満たせば、入射面１８のｖ点は平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける下側の最も外側を通る光２６上にあるかそれより下側に位置し、ｕ点は平行光束の被増幅ビーム１６の厚み方向ｄにおける上側の最も外側を通る光２４上にあるかそれより上側に位置するので、被増幅ビーム１６の全てが必ず固体レーザー材料１０内に入射され、入射後に固体レーザー材料１０内でむらなく伝搬することになる。なお、図２に示される実施形態においては線分ｕ−pにより表される上側側面は平面（線分ｕ−pでは直線）であるが、入射後の平行光束の被増幅ビーム１６の上側の最も外側を通る光２４が固体レーザー材料１０内を伝搬できればいずれの形状でも良い。更に、図２に示される実施形態においては線分ｖ−ｒにより表される下側側面は下側全反射面２２ａを延伸させた平面（線分ｖ−ｒでは直線）であるが、入射後の平行光束の被増幅ビーム１６の下側の最も外側を通る光２６が固体レーザー材料１０内を伝搬できれば、ｖ点がｒ点に一致することを含めていずれの形状でも良い。三角形のプリズム型の入射部分１２の図２における断面形状は、上記３つの条件を満たしたｐ−ｕ−ｗにより表される形を取ればよい。
【００２２】
被増幅ビーム１６が固体レーザー材料１０内をむらなく伝搬するためには上記のような三角形のプリズム型の入射部分１２及び上記のような下側側面（図２の断面形状の線分ｖ−ｒ）を有すればよいが、このようにして固体レーザー材料１０内で増幅されたビーム１６を全部出射させるには、出射部分１４及びそれと反対側の上側側面（図２の断面形状の線分ｖ′−ｒ′の部分）が、入射部分１２及び上記下側側面（図２の断面形状の線分ｖ−ｒ）と同様の構造を取ればよいことは当業者には明らかであろう。三角形のプリズム型の出射部分１４も入射部分１２の上記３つの条件を満たした構造であればよい。また、図２において、ｕ′を出射面２０の下側全反射面側２２ａの下端位置、ｖ′を出射面２０の上側全反射面２２ｂ側の上端位置、ｐ′を平行光束の被増幅ビーム１６が出射する際にその厚み方向における下側の最も外側を通る光３０と下側全反射面２２ａとが最後に交わる位置、ｒ′を平行光束の被増幅ビーム１６が出射する際に厚み方向における上側の最も外側を通る光３２と上側全反射面２２ｂとが最後に交わる位置とすると、線分ｕ′−ｐ′により表される下側側面は平面（線分ｕ′−ｐ′では直線）であるが、出射する際の平行光束の被増幅ビーム１６の上側の最も外側を通る光３０が固体レーザー材料１０内を伝搬できればいずれの形状でも良く、また線分ｖ′−ｒ′により表される上側側面は上側全反射面２２ｂを延伸させた平面（線分ｖ′−ｒ′では直線）であるが、出射する際の平行光束の被増幅ビーム１６の上側の最も外側を通る光３２が固体レーザー材料１０内を伝搬できれば、ｖ′点がｒ′点に一致することを含めていずれの形状でも良い。
【００２３】
なお、図２に示される構成では、出射面２０は、下側全反射面２２ａ側に向いているが、上側全反射面２２ｂ側に向けてもよい。
【００２４】
また、本発明においては、固体レーザー材料１０の材料は上記の材料に限定されず、ジグザグスラブ型固体レーザー増幅器あるいは発振器の固体レーザー材料に用いることができるいずれの材料でもよい。
【００２５】
更に、平行光束の被増幅ビーム１６の断面において厚みｄ方向に対して直交する方向、即ち幅と、それに対応する固体レーザー材料１０の入射面の幅との関係は従来のジグザグスラブ型固体レーザー増幅器及び発振器の場合と同じで固体レーザー材料１０の幅が被増幅ビーム１６の幅以上あればよいことは明らかである。
【００２６】
上記実施形態においては固体レーザー材料１０内での被増幅ビーム１６の増幅について説明したが、この構成がジグザグスラブ型固体レーザー発振器にも用いられることは当業者には明らかであろう。
【００２７】
本発明は以上説明したように構成されているので、内部反射角が４５°以下のあらゆる内部反射角に対しても、また被増幅ビームの断面がジグザグスラブ型固体レーザー材料の入出射面に完全に一致していない場合に対しても、被増幅ビームの全てが固体レーザー材料内に入射され且つその中をむらなく伝搬するので、１００％のエネルギー結合効率を達成することができる。従って、固体レーザー材料内に蓄積されているエネルギーを完全に被増幅ビームの増幅に寄与させることが可能になり、レーザー出力、総合効率を向上させることができる。同時に、被増幅ビームの増幅に寄与しない部分が全くなくなることにより、被増幅ビームが伝搬しない領域におけるエネルギーに起因する熱問題による出力レーザービームの品質の低下を軽減できる。また、内部反射角θを小さくできることにより固体レーザー材料のエッジ部分（図２におけるｖ及びｖ′点近傍部分）を極めて緩やかに（即ちφを大きく）できるので大幅に寄生発振を抑制することができる。更に、本発明の好適一局面においては、固体レーザー材料の入射面における被増幅ビームの厚み方向の長さを被増幅ビームの厚みより長くすることができるので、上記エッジ部分を面取りすることができ材料自体の機械的強度をも高く取ることができる。
【００２８】
つまり、本発明は、レーザー動作特性の効率を特徴づける主要なパラメーターであるエネルギー結合効率を簡単な構成で１００％にできるものである。従って、従来よりも簡便に小型で、効率良く高出力を得ることができるとともに、好適実施形態においては固体レーザー材料自体の機械的強度の向上も期待できるので、高繰り返し、高出力、高効率、高ビーム品質固体レーザーに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態によるジグザグスラブ型固体レーザー増幅器又は発振器の概略構成図である。
【図２】寸法関係を見やすくするため、図１に示される被増幅ビーム１６のハッチングを除いた以外図１と同じ構成図である。
【図３】代表的な従来例としてのジグザグスラブ型固体レーザー増幅器又は発振器の構成図である。
【図４】内部反射角θに対するエネルギー結合効率Ｃの計算結果を示す図である。
【符号の説明】
１０  固体レーザー材料
１２  入射部分
１４  出射部分
１６  被増幅ビーム
１８  入射面
２０  出射面
２２ａ、２２ｂ  全反射面
１０２  励起光源
１１０  励起領域
【図１】
0003640819.tif 000002
【図２】
0003640819.tif 000003
【図３】
0003640819.tif 000004
【図４】
0003640819.tif 000005