(57)【要約】【課題】所望の波長のレーザ光を得るための波長変換を行う場合に、変換効率を高めることで高出力のレーザ光を得ること。【解決手段】Ｎｄ：ＹＡＧロッド３２と、Ｑスイッチ３３と、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３２及びＱスイッチ３３を挟んで配置され、第１レーザ光をＬ１反射する全反射ミラー３１及び第２部分反射ミラー３６とを有する第１レーザ共振器Ｋ１と、第１レーザ光Ｌ１を波長変換して第２レーザ光Ｌ２に変換する第１非線形結晶３５と、第１非線形結晶３５を挟んで配置され、第２レーザ光Ｌ２を反射するミラー３４及び第２部分反射ミラー３６とを有する第２レーザ共振器Ｋ２とを備え、第２レーザ共振器Ｋ２のミラー３４及び第１非線形結晶３５は、第１レーザ共振器Ｋ１内に配置されるとともに、ミラー３４は、第１レーザ光を透過する。【選択図】      図１
2006093560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レーザ媒質と、Ｑスイッチ素子と、これら固体レーザ媒質及びＱスイッチ素子を挟んで配置され、第１波長からなる第１レーザ光を反射する第１端面ミラー及び第１出力ミラーとを有する第１レーザ共振器と、
上記第１レーザ光を波長変換して第２波長からなる第２レーザ光に変換する第１非線形結晶と、この第１非線形結晶を挟んで配置され、上記第２レーザ光を反射する第２端面ミラー及び第２出力ミラーとを有する第２レーザ共振器とを備え、
上記第２レーザ共振器の上記第２端面ミラー及び上記第１非線形結晶は、上記第１レーザ共振器内に配置されるとともに、上記第２端面ミラーは、上記第１波長を透過するものであることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
上記第１出力ミラーと上記第２出力ミラーとは共通のミラーである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】
固体レーザ媒質と、Ｑスイッチ素子と、これら固体レーザ媒質及びＱスイッチ素子を挟んで配置され、第１波長からなる第１レーザ光を反射する第１端面ミラー及び第１出力ミラーとを有する第１レーザ共振器と、
上記第１レーザ光を波長変換して第２波長からなる第２レーザ光に変換する第１非線形結晶と、この第１非線形結晶を挟んで配置され、上記第２レーザ光を反射する第２端面ミラー及び第２出力ミラーとを有する第２レーザ共振器と、
上記第２レーザ光を波長変換して第３波長からなる第３レーザ光に変換する第２非線形結晶と、この第２非線形結晶を挟んで配置され、上記第３レーザ光を反射する第３端面ミラー及び第３出力ミラーとを有する第２レーザ共振器とを備え、
上記第２レーザ共振器の上記第２端面ミラー及び上記第１非線形結晶は、上記第１レーザ共振器内に配置されるとともに、上記第２端面ミラーは、上記第１波長を透過するものであり、
上記第３レーザ共振器の上記第３端面ミラー及び上記第２非線形結晶は、上記第２レーザ共振器内に配置されるとともに、第３端面ミラーは、上記第２波長を透過するものであることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項４】
上記第２出力ミラーと上記第３出力ミラーとは共通のミラーであり、
上記第１出力ミラーと上記第３端面ミラーとは共通のミラーであることを特徴とする請求項３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、レーザ光の波長を変換する固体レーザ装置に関し、特に変換効率を向上させたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は一般的なＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた固体レーザ装置１を模式的に示す説明図である。レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧロッド３とレーザ光をパルス化するためのＱスイッチ４を端面ミラー２及び出力ミラー５で構成された共振器で挟み込む形となる。端面ミラー２は全反射ミラーであり、出力ミラー５は部分反射鏡となっており、そこからレーザ光が出力される。ここで出力ミラー５の反射率は一般的に８０％程度で、この場合レーザ共振器内部で共振しているレーザ光の２０％がレーザ光として外部に出力されることとなる。したがって、共振器内部のレーザ高強度は出力されるレーザ光の５倍の強度となっている。
【０００３】
ＯＰＯ（光パラメトリック発振）を利用して高出力コヒーレント光を発生させる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。例えば赤外光を発生させる場合には、励起光としてＮｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザを用い、赤外パラメトリック発振用の非線形光学結晶として、ＬｉＮｂＯ３，ＡｇＧａＳｅ２、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＺＧＰ（ＺｎＧｅＰ２）等を用いる。
【０００４】
図４は光パラメトリック発振を用いて波長変換を行う固体レーザ装置１０の構成を模式的に示す説明図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光から波長４μｍのレーザ光を得ようとした場合、２段階の波長変換を行う必要がある。
【０００５】
このような固体レーザ装置１０では、光軸Ｃに沿って、全反射ミラー１１、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１２、Ｑスイッチ１３、部分反射ミラー１４、集光レンズ１５、部分反射ミラー１６、非線形結晶１７、部分反射ミラー１８、集光レンズ１９、部分反射ミラー２０、非線形結晶２１、部分反射ミラー２２が配置されている。このうち、全反射ミラー１１、Ｎｄ：ＹＡＧロッド１２、Ｑスイッチ１３、部分反射ミラー１４により、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器Ｍ１が構成されている。部分反射ミラー１６、非線形結晶１７、部分反射ミラー１８により１段目光パラメトリック発振器Ｍ２が構成されている。部分反射ミラー２０、非線形結晶２１、部分反射ミラー２２により２段目光パラメトリック発振器Ｍ３が構成されている。
【０００６】
このような固体レーザ装置１０では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器Ｍ１からの発振光Ｈ１を集光レンズ１５により集光し、１段目光パラメトリック発振器Ｍ２に導入することで、非線形結晶１７を励起する。続いて、１段目光パラメトリック発振器Ｍ２からの発振光Ｈ２を集光レンズ１９により集光して、２段目光パラメトリック発振器Ｍ３に導入することで、非線形結晶２１を励起する。そして、発振光Ｈ３を外部に取り出す。
【特許文献１】特開平１０−１５０２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した光パラメトリック発振を用いて波長変換を行う固体レーザ装置１０であると次のような問題があった。すなわち、１段目光パラメトリック発振器Ｍ２及び２段目光パラメトリック発振器Ｍ３の変換効率は２０％程度で、２段の波長変換を行うと変換効率はその積となりＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器Ｍ１で発生した波長１μｍのレーザ光から波長４μｍのレーザ光を得ようとした場合、全体の変換効率は４％と非常に低いものとなっていた。
【０００８】
そこで本発明は、所望の波長のレーザ光を得るための波長変換を行う場合に、変換効率を高めることで高出力のレーザ光を得ることができる固体レーザ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の固体レーザ装置は次のように構成されている。
【００１０】
（１）固体レーザ媒質と、Ｑスイッチ素子と、これら固体レーザ媒質及びＱスイッチ素子を挟んで配置され、第１波長からなる第１レーザ光を反射する第１端面ミラー及び第１出力ミラーとを有する第１レーザ共振器と、上記第１レーザ光を波長変換して第２波長からなる第２レーザ光に変換する第１非線形結晶と、この第１非線形結晶を挟んで配置され、上記第２レーザ光を反射する第２端面ミラー及び第２出力ミラーとを有する第２レーザ共振器とを備え、上記第２レーザ共振器の上記第２端面ミラー及び上記第１非線形結晶は、上記第１レーザ共振器内に配置されるとともに、上記第２端面ミラーは、上記第１波長を透過するものであることを特徴とする。
【００１１】
（２）上記（１）に記載された固体レーザ装置であって、上記第１出力ミラーと上記第２出力ミラーとは共通のミラーであることを特徴とする。
【００１２】
（３）固体レーザ媒質と、Ｑスイッチ素子と、これら固体レーザ媒質及びＱスイッチ素子を挟んで配置され、第１波長からなる第１レーザ光を反射する第１端面ミラー及び第１出力ミラーとを有する第１レーザ共振器と、上記第１レーザ光を波長変換して第２波長からなる第２レーザ光に変換する第１非線形結晶と、この第１非線形結晶を挟んで配置され、上記第２レーザ光を反射する第２端面ミラー及び第２出力ミラーとを有する第２レーザ共振器と、上記第２レーザ光を波長変換して第３波長からなる第３レーザ光に変換する第２非線形結晶と、この第２非線形結晶を挟んで配置され、上記第３レーザ光を反射する第３端面ミラー及び第３出力ミラーとを有する第２レーザ共振器とを備え、上記第２レーザ共振器の上記第２端面ミラー及び上記第１非線形結晶は、上記第１レーザ共振器内に配置されるとともに、上記第２端面ミラーは、上記第１波長を透過するものであり、上記第３レーザ共振器の上記第３端面ミラー及び上記第２非線形結晶は、上記第２レーザ共振器内に配置されるとともに、第３端面ミラーは、上記第２波長を透過するものであることを特徴とする。
【００１３】
（４）上記（３）に記載された固体レーザ装置であって、上記第２出力ミラーと上記第３出力ミラーとは共通のミラーであり、上記第１出力ミラーと上記第３端面ミラーとは共通のミラーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所望の波長のレーザ光を得るための波長変換を行う場合に、変換効率を高めることで高出力のレーザ光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る固体レーザ装置３０の構成を模式的に示す説明図である。固体レーザ装置３０は、光軸Ｃに沿って図１中左方から全反射ミラー３１と、励起されることにより波長１μｍのレーザ光Ｌ１を発生するＮｄ：ＹＡＧロッド３２と、例えば１５ｋＨｚで光透過／光遮断が切り替わるＱスイッチ３３と、ミラー３４と、第１非線形結晶３５と、第２部分反射ミラー３６とを備えている。
【００１６】
全反射ミラー３１は、波長１μｍのレーザ光Ｌ１に対して全反射である。また、ミラー３４は、レーザ光Ｌ１に対して全透過、波長２μｍのレーザ光Ｌ２に対して全反射である。さらに、第２部分反射ミラー３６はレーザ光Ｌ１に対して全反射、レーザ光Ｌ２に対して部分反射（透過率２０％）である。また、第１非線形結晶３５はＫＴＰ等で形成された波長変換用の非線形結晶であり、波長１μｍのレーザ光Ｌ１を波長２μｍのレーザ光Ｌ２へ波長変換する機能を有している。
【００１７】
ここで、全反射ミラー３１と第２部分反射ミラー３６との間で第１レーザ共振器Ｋ１が構成され、ミラー３４と第２部分反射ミラー３６との間で第２レーザ共振器Ｋ２が構成されることになる。
【００１８】
このように構成された固体レーザ装置３０によれば、Ｎｄ：ＹＡＧロッド３２が励起されることにより、波長１μｍのレーザ光Ｌ１が発生する。レーザ光Ｌ１は、全反射ミラー３１と第２部分反射ミラー３６とで全反射し、第１レーザ共振器Ｋ１内で共振状態となる。
【００１９】
一方、出力が増加したレーザ光Ｌ１は第１非線形結晶３５により波長変換され、波長２μｍのレーザ光Ｌ２が発生する。レーザ光Ｌ２は、ミラー３４で全反射し、第２部分反射ミラー３６で部分反射（透過率２０％）することで第２レーザ共振器Ｋ２内で共振状態となる。そして、第２部分反射ミラー３６からレーザ光Ｌ２の一部（約２０％）が出力される。
【００２０】
このように、第２レーザ共振器Ｋ２内にある第１非線形結晶３５は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザによる第１レーザ共振器Ｋ１内の強度の強いレーザ光Ｌ１が励起するため変換効率の高い波長変換を行うことが可能となる。最終的にはＮｄ：ＹＡＧロッド３２で発生したレーザ光Ｌ１から高い変換効率で波長２μｍのレーザ光Ｌ２を得ることが可能となる。
【００２１】
上述したように、本実施の形態に係る固体レーザ装置３０によれば、光パラメトリック発振を用いて波長変換を行う場合に、高い変換効率（５０％程度）で波長１μｍ光から波長２μｍ光への波長変換を行うことが可能となる。例えば、変換効率が低い（２０％程度）の光パラメトリック発振器を用いたものに対して、２．５倍程度の変換効率が得られることとなる。
【００２２】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る固体レーザ装置４０の構成を模式的に示す説明図である。固体レーザ装置４０は、光軸Ｃに沿って図２中左方から全反射ミラー４１と、励起されることにより波長１μｍのレーザ光Ｌ１を発生するＮｄ：ＹＡＧロッド４２と、例えば１５ｋＨｚで光透過／光遮断が切り替わるＱスイッチ４３と、ミラー４４と、第１非線形結晶４５と、第２部分反射ミラー４６と、第２非線形結晶４７と、第３部分反射ミラー４８とを備えている。
【００２３】
全反射ミラー４１は、波長１μｍのレーザ光Ｌ１に対して全反射である。また、ミラー４４は、レーザ光Ｌ１に対して全透過、波長２μｍのレーザ光Ｌ２に対して全反射である。さらに、第２部分反射ミラー４６はレーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ３に対して全反射、レーザ光Ｌ２に対して部分反射（透過率８０％）である。また、第１非線形結晶４５はＫＴＰ等で形成された波長変換用の非線形結晶であり、波長１μｍのレーザ光Ｌ１を波長２μｍのレーザ光へ波長変換する機能、第２非線形結晶４７はＺＧＰ等で形成された波長変換用の非線形結晶であり、波長２μｍのレーザ光Ｌ２を波長４μｍのレーザ光Ｌ３へ波長変換する機能、を有している。
【００２４】
ここで、全反射ミラー４１と第２部分反射ミラー４６との間で第１レーザ共振器Ｋ１が構成され、ミラー４４と第３部分反射ミラー４８との間で第２レーザ共振器Ｋ２が構成され、ミラー４４と第３部分反射ミラー４８との間で第３レーザ共振器Ｋ３が構成されることになる。
【００２５】
このように構成された固体レーザ装置４０によれば、Ｎｄ：ＹＡＧロッド４２が励起されることにより、波長１μｍのレーザ光Ｌ１が発生する。レーザ光Ｌ１は、全反射ミラー４１と第２部分反射ミラー４６とで全反射し、第１レーザ共振器Ｋ１内で共振状態となる。
【００２６】
一方、出力が増加したレーザ光Ｌ１は第１非線形結晶４５により波長変換され、波長２μｍのレーザ光Ｌ２が発生する。レーザ光Ｌ２は、ミラー４４で全反射し、第３部分反射ミラー４８で全反射することで第２レーザ共振器Ｋ２内で共振状態となる。
【００２７】
さらに、レーザ光Ｌ３は、第２部分反射ミラー４６で全反射し、第３部分反射ミラー４８で部分反射（透過率２０％）することで第３レーザ共振器Ｋ３内で共振状態となる。そして、第３部分反射ミラー４８からレーザ光Ｌ３の一部（約２０％）が出力される。
【００２８】
このように、第２レーザ共振器Ｋ２内にある第１非線形結晶４５は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザによる第１レーザ共振器Ｋ１内の強度の強いレーザ光Ｌ１が励起するため高い変換効率（５０％程度）で波長変換を行うことが可能となる。さらに、第３レーザ共振器Ｋ３内にある第２非線形結晶４５は、第２レーザ共振器Ｋ２内の強度の強いレーザ光Ｌ２が励起するため高い変換効率（５０％程度）で波長変換を行うことが可能となる。したがって、最終的にはＮｄ：ＹＡＧロッド４２で発生したレーザ光Ｌ１から高い変換効率（２５％程度）で波長４μｍのレーザ光Ｌ４を得ることが可能となる。
【００２９】
上述したように、本実施の形態に係る固体レーザ装置４０によれば、光パラメトリック発振を用いて波長変換を行う場合に、高い変換効率（２５％程度）で波長１μｍ光から波長４μｍ光への波長変換を行うことが可能となる。例えば、変換効率が低い（２０％程度）の光パラメトリック発振器を用いたものに対して、６倍程度の変換効率が得られることとなる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体レーザ装置の構成を模式的に示す説明図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る固体レーザ装置の構成を模式的に示す説明図。
【図３】固体レーザ装置を模式的に示す説明図。
【図４】光パラメトリック発振を用いて波長変換を行う固体レーザ装置の構成を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００３２】
３０…固体レーザ装置、３１…全反射ミラー、３２…Ｎｄ：ＹＡＧロッド、３３…Ｑスイッチ、３４…ミラー、３５…第１非線形結晶、３６…第２部分反射ミラー、４０…固体レーザ装置、４１…全反射ミラー、４２…Ｎｄ：ＹＡＧロッド、４３…Ｑスイッチ、４４…ミラー、４５…第１非線形結晶、４６…第２部分反射ミラー、４７…第２非線形結晶、４８…第３部分反射ミラー。
【図１】
2006093560.tif 000003
【図２】
2006093560.tif 000004
【図３】
2006093560.tif 000005
【図４】
2006093560.tif 000006