(57)【要約】【課題】発振効率を向上させることができるレーザ装置を提供する。【解決手段】  レーザ装置は、面発光レーザアレイと第１集光光学系とからなる光源装置、該光源装置からの光を伝送する光ファイバ、該光ファイバからの光を集光する第２集光光学系、及びレーザ媒質を含み、第２集光光学系からの光によって励起されるレーザ共振器を備えている。そして、レーザ媒質のＺ軸方向に関する長さは５ｍｍであり、「レーザ媒質内での光の体積」に対する「該光におけるビームウエスト径を直径とする円柱部分の体積」の大きさに対応する体積率Ｒｖは４５％以上であり、光ファイバから射出される光のＭ２値と第２集光光学系からの光のビームウェスト径（直径）Ｄとの関係が、Ｍ２値≦７６９．１×Ｄ２−５３．１６６×Ｄ、を満足するように設定されている。【選択図】図９
2018085469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、
前記光源装置からの光を伝送する光伝送部材と、
前記光伝送部材からの光を集光する光学系と、
レーザ媒質を含み、前記光学系からの光によって励起されるレーザ共振器とを備え、
「前記レーザ媒質内での光の体積」に対する「該光におけるビームウエスト径を直径とする円柱部分の体積」の大きさに基づいて、前記光伝送部材から射出される光のＭ２値と前記光学系からの光のビームウエスト径との関係が決定されているレーザ装置。
【請求項２】
前記光伝送部材から射出される光のＭ２値と前記光学系からの光のビームウエスト径との関係は、
前記光学系からの光について、大気中において、該光の進行方向に関して、ビームウェスト位置を中心として前記レーザ媒質の長さに対応した範囲を抽出し、該抽出された光の体積をＶｔ、該抽出された光におけるビームウェスト径を直径とする円柱部分の体積をＶｂとしたとき、Ｖｂ÷Ｖｔ×１００で得られる体積比（％）に基づいて、決定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記レーザ媒質の長さは５ｍｍであり、前記体積比（％）が４５％以上となるように、前記光伝送部材から射出される光のＭ２値と前記光学系からの光のビームウエスト径との関係が決定されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光伝送部材から射出される光のＭ２値と前記光学系からの光のビームウエスト径（直径）Ｄとの関係は、Ｍ２値≦７６９．１×Ｄ２−５３．１６６×Ｄ、であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記レーザ媒質に入射した光は、前記レーザ媒質の側面に当たることなく前記レーザ媒質内を通過することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ共振器に入射する光のビーム径は、前記レーザ共振器の入射端面の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記光伝送部材は、光ファイバであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記光源装置は、垂直共振器型の面発光レーザを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記レーザ共振器は、Ｑスイッチレーザであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記レーザ共振器は、可飽和吸収体を含むことを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ媒質はＮｄがドープされたＹＡＧ結晶であり、前記可飽和吸収体はＣｒがドープされたＹＡＧ結晶であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記光伝送部材から射出される光のパワーは、２００Ｗ以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記レーザ媒質の長さは、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置からの光を集光する光学系とを備える点火装置。
【請求項１５】
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する内燃機関において、
前記燃料に点火するための請求項１４に記載の点火装置を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置、点火装置及び内燃機関に係り、更に詳しくは、レーザ共振器を有するレーザ装置、該レーザ装置を有する点火装置、及び該点火装置を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
光励起によって発振するレーザ共振器を有するレーザ装置は、点火装置、レーザ加工機、医療用機器など様々な分野への応用が期待されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、レーザ活性固体及びＱスイッチ回路を有するレーザ装置と、該レーザ装置を光ポンピングするポンプ光源とを備えた内燃機関用のレーザ点火装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体レーザ光源と、その半導体レーザ光源が放射した半導体レーザ光で励起されて燃料点火用のパルスレーザ光を放射する固体レーザ媒質を備えている車載用点火装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のレーザ装置では、発振効率の向上に関して改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光源装置と、前記光源装置からの光を伝送する光伝送部材と、前記光伝送部材からの光を集光する光学系と、レーザ媒質を含み、前記光学系からの光によって励起されるレーザ共振器とを備え、「前記レーザ媒質内での光の体積」に対する「該光におけるビームウエスト径を直径とする円柱部分の体積」の大きさに基づいて、前記光伝送部材から射出される光のＭ２値と前記光学系からの光のビームウエスト径との関係が決定されているレーザ装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のレーザ装置によれば、発振効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略を説明するための図である。
【図２】点火装置を説明するための図である。
【図３】レーザ共振器を説明するための図である。
【図４】第２集光光学系を説明するための図である。
【図５】発振に寄与しない領域の大きさを説明するための図（その１）である。
【図６】発振に寄与しない領域の大きさを説明するための図（その２）である。
【図７】体積比を説明するための図である。
【図８】面発光レーザアレイにおける複数の発光部が設けられている領域を説明するための図である。
【図９】体積比が４５％のときの、光ファイバから射出される光のＭ２値と該光のビームウェスト径Ｄとの関係を説明するための図である。
【図１０】レーザ媒質に入射した光がレーザ媒質内を通過する際に、レーザ媒質の側面に当たる場合を説明するための図である。
【図１１】レーザ媒質に入射した光がレーザ媒質内を通過する際に、レーザ媒質の側面に当たらない場合を説明するための図である。
【図１２】レーザ共振器の入射端面よりも、励起光のビーム径のほうが大きい場合を説明するための図である。
【図１３】レーザ共振器の入射端面のほうが、励起光のビーム径よりも大きい場合を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれレーザアニール装置の概略構成を説明するための図である。
【図１５】レーザ加工機の概略構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
「概要」
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１には、一実施形態に係る内燃機関としてのエンジン３００の主要部が模式図的に示されている。
【００１０】
このエンジン３００は、点火装置３０１、燃料噴出機構３０２、排気機構３０３、燃焼室３０４、及びピストン３０５などを備えている。
【００１１】
エンジン３００の動作について簡単に説明する。
（１）燃料噴出機構３０２が、燃料と空気の可燃性混合気を燃焼室３０４内に噴出させる（吸気）。
（２）ピストン３０５が上昇し、可燃性混合気を圧縮する（圧縮）。
（３）点火装置３０１が、燃焼室３０４内にレーザ光を射出する。これにより、燃料に点火される（着火）。
（４）燃焼ガスが発生し、ピストン３０５が降下する（燃焼）。
（５）排気機構３０３が、燃焼ガスを燃焼室３０４外へ排気する（排気）。
【００１２】
このように、吸気、圧縮、着火、燃焼、排気からなる一連の過程が繰り返される。そして、燃焼室３０４内の気体の体積変化に対応してピストン３０５が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には例えば天然ガスやガソリン等が用いられる。
【００１３】
なお、エンジン３００は、該エンジン３００の外部に設けられ、該エンジン３００と電気的に接続されているエンジン制御装置の指示に基づいて、上記動作を行う。
【００１４】
点火装置３０１は、一例として図２に示されるように、レーザ装置２００、射出光学系２１０、及び保護部材２１２などを有している。
【００１５】
射出光学系２１０は、レーザ装置２００から射出される光を集光する。これにより、集光点で高いエネルギー密度を得ることができる。
【００１６】
保護部材２１２は、燃焼室３０４に臨んで設けられた透明の窓である。ここでは、一例として、保護部材２１２の材料としてサファイアガラスが用いられている。
【００１７】
レーザ装置２００は、面発光レーザアレイ２０１、第１集光光学系２０３、光ファイバ２０４、第２集光光学系２０５、及びレーザ共振器２０６を備えている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系を用い、面発光レーザアレイ２０１からの光の射出方向を＋Ｚ方向として説明する。
【００１８】
面発光レーザアレイ２０１は、励起用光源であり、複数の発光部を有している。各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）である。面発光レーザアレイ２０１から射出される光の波長は８０８ｎｍである。
【００１９】
面発光レーザアレイは、射出される光の、温度による波長ずれが非常に少ないため、励起波長のずれによって特性が大きく変化するＱスイッチレーザを励起するのに有利な光源である。そこで、面発光レーザアレイを励起用光源に用いると、環境の温度制御を簡易なものにできるという利点がある。
【００２０】
第１集光光学系２０３は、面発光レーザアレイ２０１から射出される光を集光する。
【００２１】
光ファイバ２０４は、第１集光光学系２０３によって光が集光される位置にコアの−Ｚ側端面の中心が位置するように配置されている。ここでは、光ファイバ２０４として、コア径が１．５ｍｍ、ＮＡが０．３９の光ファイバが用いられている。
【００２２】
光ファイバ２０４を設けることによって、面発光レーザアレイ２０１をレーザ共振器２０６から離れた位置に置くことができる。これにより配置設計の自由度を増大させることができる。また、レーザ装置２００を点火装置に用いる際に、熱源から面発光レーザアレイ２０１を遠ざけることができるため、エンジン３００を冷却する方法の幅を広げることが可能である。
【００２３】
光ファイバ２０４に入射した光はコア内を伝播し、コアの＋Ｚ側端面から射出される。
【００２４】
第２集光光学系２０５は、光ファイバ２０４から射出された光の光路上に配置され、該光を集光する。第２集光光学系２０５で集光された光は、レーザ共振器２０６に入射する。
【００２５】
レーザ共振器２０６は、Ｑスイッチレーザであり、一例として図３に示されるように、レーザ媒質２０６ａ、及び可飽和吸収体２０６ｂを有している。
【００２６】
レーザ媒質２０６ａは、直方体形状のＮｄ：ＹＡＧ結晶であり、Ｎｄが１．１％ドープされている。可飽和吸収体２０６ｂは、直方体形状のＣｒ：ＹＡＧ結晶であり、初期透過率が０．１５（１５％）〜０．７０（７０％）の間で適宜調整されるものである。
【００２７】
なお、ここでは、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶とＣｒ：ＹＡＧ結晶は接合されており、いわゆるコンポジット結晶となっている。また、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶は、いずれもセラミックスである。
【００２８】
第２集光光学系２０５からの光は、レーザ媒質２０６ａに入射される。すなわち、第２集光光学系２０５からの光によってレーザ媒質２０６ａが励起される。なお、面発光レーザアレイ２０１から射出される光の波長は、ＹＡＧ結晶において最も吸収効率の高い波長である。そして、可飽和吸収体２０６ｂは、Ｑスイッチの動作を行う。
【００２９】
レーザ媒質２０６ａの入射側（−Ｚ側）の面、及び可飽和吸収体２０６ｂの射出側（＋Ｚ側）の面は光学研磨処理がなされ、ミラーの役割を果たしている。なお、以下では、便宜上、レーザ媒質２０６ａの入射側の面を「第１の面」ともいい、可飽和吸収体２０６ｂの射出側の面を「第２の面」ともいう（図３参照）。
【００３０】
そして、第１の面及び第２の面には、面発光レーザアレイ２０１から射出される光の波長、及びレーザ共振器２０６から射出される光の波長に応じた誘電体膜がコーティングされている。
【００３１】
具体的には、第１の面には、波長が８０８ｎｍの光に対して高い透過率を示し、波長が１０６４ｎｍの光に対して高い反射率を示すコーティングがなされている。また、第２の面には、波長が１０６４ｎｍの光に対して約５０％の反射率を示すコーティングがなされている。
【００３２】
これにより、レーザ共振器２０６内で光が共振し増幅される。
【００３３】
図２に戻り、駆動装置２２０は、エンジン制御装置２２２の指示に基づいて、面発光レーザアレイ２０１を駆動する。すなわち、駆動装置２２０は、エンジン３００の動作における着火のタイミングで点火装置３０１から光が射出されるように、面発光レーザアレイ２０１を駆動する。なお、面発光レーザアレイ２０１における複数の発光部は、同時に点灯及び消灯される。
【００３４】
上記実施形態において、面発光レーザアレイ２０１をレーザ共振器２０６から離れた位置に置く必要がない場合は、光ファイバ２０４が設けられなくても良い。
【００３５】
また、ここでは、内燃機関として燃焼ガスによってピストンを運動させるエンジン（ピストンエンジン）の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロータリーエンジンや、ガスタービンエンジンや、ジェットエンジンであっても良い。要するに、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するものであれば良い。
【００３６】
また、排熱を利用して、動力や温熱や冷熱を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに、点火装置３０１を用いても良い。
【００３７】
また、ここでは、点火装置３０１が内燃機関に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００３８】
また、ここでは、レーザ装置２００が点火装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ加工機、レーザピーニング装置、テラヘルツ発生装置などに用いることができる。
【００３９】
「詳細」
レーザ装置２００から射出される光のＺ軸方向に関する集光位置の調整は、射出光学系２１０の焦点距離、及びＺ軸方向に関する射出光学系２１０の配置位置を調整することにより、行うことができる。
【００４０】
第１集光光学系２０３は、少なくとも１つの集光レンズを有している。ここでは、第１集光光学系２０３における光学素子の構成については限定されない。要するに、面発光レーザアレイ２０１から射出される光が、光ファイバ２０４の−Ｚ側端面の中心部に集光されれば良い。
【００４１】
本実施形態では、光ファイバ２０４を用いることにより、面発光レーザアレイ２０１とレーザ共振器２０６との距離を光ファイバ２０４の長さの分だけ長くすることができる。
【００４２】
そこで、レーザ装置２００を内燃機関の点火装置に使用する場合、該内燃機関の周辺の高温領域や振動領域から面発光レーザアレイ２０１を遠ざけることが可能となり、点火装置の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
第２集光光学系２０５は、ここでは、一例として図４に示されるように、第１レンズ２０５ａと第２レンズ２０５ｂとから構成されている。
【００４４】
第１レンズ２０５ａは、コリメートレンズであり、光ファイバ２０４から射出された光を略平行光とする。
【００４５】
第２レンズ２０５ｂは、集光レンズであり、第１レンズ２０５ａによって略平行光とされた光を集光する。
【００４６】
なお、第２集光光学系２０５は、３つ以上の光学素子から構成されていても良い。また、第２集光光学系２０５は、１つの光学素子から構成されていても良い。この場合、該１つの光学素子は集光レンズである。
【００４７】
具体的には、レーザ共振器２０６は、Ｚ軸方向を長手方向とする四角柱形状であり、Ｘ軸方向に関する長さ及びＹ軸方向に関する長さが５ｍｍである。そして、レーザ媒質２０６ａは、Ｚ軸方向に関する長さが５ｍｍであり、屈折率が１．８２９である。また、可飽和吸収体２０６ｂは、初期透過率が０．５０（５０％）となるように調整されている。
【００４８】
レーザ共振器２０６は、本実施形態では、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶が、いずれもセラミックスであるため、単結晶に比べて生産コストが低く、安価である。また、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶とＣｒ：ＹＡＧ結晶の境界部が分離していないため、単一の結晶と同等の特性が得られ、機械強度的及び光学的に有利である。
【００４９】
第２レンズ２０５ｂで集光された光は、レーザ媒質２０６ａに入射される。すなわち、第２レンズ２０５ｂで集光された光によってレーザ媒質２０６ａが励起される。なお、以下では、レーザ媒質２０６ａに入射される光を「励起光」ともいう。
【００５０】
ところで、半導体レーザとして、端面発光レーザが広く知られている。しかしながら、この端面発光レーザから射出される光は、温度に対する波長の変動が大きい。そこで、高温環境下での使用が想定される点火装置では、端面発光レーザを励起用光源に使用する場合、端面発光レーザの温度を一定に保つための精密な温度制御機構が必要になり、点火装置の大型化や高コスト化を招く。
【００５１】
一方、面発光レーザアレイから射出される光は、温度に対する波長の変動が端面発光レーザの約１／１０である。そこで、面発光レーザアレイを励起用光源に使用する点火装置では、精密な温度制御機構を必要としない。そのため、小型かつ低コストな点火装置を実現することができる。
【００５２】
加えて、面発光レーザアレイは、発光領域が半導体内部にあることから端面破壊の懸念がなく、点火装置の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
光ファイバ２０４は、コア径が１．５ｍｍ、ＮＡが０．３９の光ファイバであり、光ファイバ２０４から射出される光のビーム品質を示すＭ２値は約１４００である。
【００５４】
このとき、ビームウエスト径を直径１ｍｍ程度にすると、一例として図５に示されるように、レーザ発振器内で励起光は発散し、発振に寄与しない領域が大きくなる。すなわち、発振効率は悪い。
【００５５】
そこで、ビームウエスト径を直径１．５ｍｍ程度にすると、一例として図６に示されるように、レーザ発振器内で励起光は発散しにくくなり、発振に寄与しない領域が小さくなる。すなわち、発振効率は向上する。
【００５６】
本実施形態では、「前記レーザ媒質内での光の体積」に対する「該光におけるビームウエスト径を直径とする円柱部分の体積」の大きさに基づいて、光ファイバから射出される光のＭ２値と第２集光光学系からの光のビームウエスト径との関係が決定されている。
【００５７】
ここでは、光ファイバから射出された光を大気中（屈折率＝１．０）で任意のレンズを用いて絞り、該絞られた光のうち、図７に示されるように、Ｚ軸方向に関して、ビームウェスト位置を中心とした５ｍｍの範囲を抽出する。そして、抽出された光の体積をＶｔとする。また、抽出された光におけるビームウェスト径を直径とする円柱部分の体積をＶｂとする。そして、次の（１）式で示されるように、Ｖｔに対するＶｂの大きさを体積比Ｒｖ（％）と定義する。
Ｒｖ＝Ｖｂ÷Ｖｔ×１００  ……（１）
【００５８】
本実施形態では、図８に示されるように、面発光レーザアレイ２０１における複数の発光部が設けられている領域の直径は、約９ｍｍである。そして、面発光レーザアレイ２０１から射出される光のパワーは、約３００Ｗである。但し、各光学部材の位置誤差や形状誤差などにより、光ファイバ２０４から射出される光のパワーは約２００Ｗである。
【００５９】
発明者等は、本実施形態において、体積比Ｒｖが４５％以上であれば、エンジン点火に必要なレーザ共振器の出力を得ることができるという新しい知見を得た。このとき、レーザ共振器は、エンジン稼働時を想定し、約１００℃に加熱した際に、５００μ秒中に、２．５ｍＪのパルス光を４パルス出力することができた。なお、２．５ｍＪのパルス光を４パルス出力できれば、エンジンを安定して稼働させることが可能である（常包正樹、他５名、「マイクロレーザーによるエンジン点火」、レーザー研究、第３７巻第４号、ｐ２８３−ｐ２８９、２００９年４月、参照）。
【００６０】
図９には、体積比Ｒｖが４５％のときの、光ファイバ２０４から射出される光のＭ２値と第２集光光学系２０５からの光のビームウェスト径（直径）Ｄとの関係が示されている。この関係は、次の（２）式で示されることが判明した。
Ｍ２値＝７６９．１×Ｄ２−５３．１６６×Ｄ  ……（２）
【００６１】
そして、次の（３）式が満足されると、体積比Ｒｖは４５％以上となる。
Ｍ２値≦７６９．１×Ｄ２−５３．１６６×Ｄ  ……（３）
【００６２】
すなわち、上記（３）式が満足されると、エンジン点火に必要なレーザ共振器の出力を得ることができる。本実施形態では、Ｍ２値が１４００であるため、次の（４）式が満足されるように設定されている。
７６９．１×Ｄ２−５３．１６６×Ｄ≧１４００  ……（４）
【００６３】
上記（４）式を解くと、Ｄ≧１．３８５ｍｍとなる。本実施形態では、ビームウェスト径Ｄが１．６０ｍｍ（１／ｅ２）となるように設定されている。
【００６４】
ところで、一例として図１０に示されるように、レーザ媒質２０６ａに入射した光がレーザ媒質２０６ａ内を通過する際に、レーザ媒質２０６ａの側面に当たると、レーザ媒質２０６ａ内に励起光が戻り、レーザ媒質２０６ａ内で熱が発生し、レーザ媒質２０６ａの特性に悪影響を与えるおそれがある。また、場合によっては、レーザ媒質２０６ａの側面で反射された励起光がレーザ媒質２０６ａ内で増幅され、望まない寄生発振が生じるおそれがある。この寄生発振は不要な発振であり、本来の光の増幅に使われるべき励起エネルギーを消費してしまうため、レーザ共振器の出力低下をもたらす。
【００６５】
そこで、本実施形態では、レーザ媒質２０６ａに入射した光がレーザ媒質２０６ａ内を通過する際に、レーザ媒質２０６ａの側面に当たらないように設定されている（図１１参照）。
【００６６】
また、一例として図１２に示されるように、レーザ媒質２０６ａの入射端面（第１の面）よりも、励起光のビーム径のほうが大きいと、励起光の一部はレーザ媒質２０６ａの側面に当たり、励起光がそこで反射される。この場合、励起光のエネルギーがＱスイッチレーザに変換されず、発振効率が低下する。
【００６７】
そこで、本実施形態では、レーザ媒質２０６ａの入射端面（第１の面）の大きさが、励起光のビーム径よりも大きくなるように設定されている（図１３参照）。
【００６８】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るレーザ装置２００では、面発光レーザアレイ２０１と第１集光光学系２０３とによって、本発明のレーザ装置における光源装置が構成されている。また、本実施形態に係るレーザ装置２００では、第２集光光学系２０５によって、本発明のレーザ装置における光学系が構成され、光ファイバ２０４によって、本発明のレーザ装置における伝送部材が構成されている。
【００６９】
そして、本実施形態に係る点火装置３０１では、射出光学系２１０によって、本発明の点火装置における「レーザ装置からの光を集光する光学系」が構成されている。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置２００は、面発光レーザアレイ２０１、第１集光光学系２０３、光ファイバ２０４、第２集光光学系２０５、及びレーザ共振器２０６などを備えている。
【００７１】
面発光レーザアレイ２０１は、励起用光源であり、面発光レーザアレイ２０１から射出された光は、第１集光光学系２０３、光ファイバ２０４、及び第２集光光学系２０５を介して、励起光としてレーザ共振器２０６に入射される。
【００７２】
レーザ共振器２０６は、Ｑスイッチレーザであり、レーザ媒質２０６ａ、及び可飽和吸収体２０６ｂを有している。
【００７３】
そして、体積比Ｒｖに基づいて、光ファイバ２０４から射出される光のＭ２値と第２集光光学系２０５からの光のビームウエスト径との関係が決定されている。すなわち、レーザ媒質２０６ａのＺ軸方向に関する長さは５ｍｍであり、「レーザ媒質２０６ａ内での光の体積」に対する「該光におけるビームウエスト径を直径とする円柱部分の体積」の大きさに対応する体積比Ｒｖは４５％以上であり、光ファイバ２０４から射出される光のＭ２値と第２集光光学系２０５からの光のビームウェスト径Ｄとの関係が上記（３）式を満足するように設定されている。また、レーザ媒質２０６ａ内を通過する光がレーザ媒質２０６ａの側面に当たらないように設定されている。さらに、レーザ媒質２０６ａの入射端面（第１の面）の大きさが、励起光のビーム径よりも大きくなるように設定されている。この場合は、発振効率を向上させることができる。
【００７４】
そして、点火装置３０１は、レーザ装置２００を備えているため、安定した点火を効率良く行うことができる。
【００７５】
また、エンジン３００は、点火装置３０１を備えているため、結果として、効率化を図ることができる。
【００７６】
なお、上記実施形態において、射出光学系２１０は、単一の光学素子からなっていても良いし、複数の光学素子からなっていても良い。
【００７７】
また、上記実施形態において、励起用光源として面発光レーザアレイが用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００７８】
また、上記実施形態では、光ファイバ２０４から射出される光のパワーが２００Ｗの場合について説明したが、これに限定されるものではない。なお、光ファイバ２０４から射出される光のパワーは２００Ｗ以上が好ましい。
【００７９】
また、上記実施形態では、光ファイバ２０４から射出される光のＭ２値が１４００の場合について説明したが、これに限定されるものではない。光ファイバ２０４から射出される光のＭ２値に応じて第２集光光学系２０５からの光のビームウェスト径を決定することにより、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、レーザ媒質２０６ａのＺ軸方向に関する長さが５ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。なお、レーザ媒質２０６ａのＺ軸方向に関する長さがあまり小さいと、レーザ共振器２０６から射出されるレーザ光の品質が低下する。そこで、レーザ媒質２０６ａのＺ軸方向に関する長さは５ｍｍ以上が好ましい。
【００８１】
また、レーザ装置２００は、レーザアニール装置やレーザ加工機に用いることができる。
【００８２】
《レーザアニール装置》
一例として図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に、レーザ装置２００を有するレーザアニール装置１０００の概略構成が示されている。このレーザアニール装置１０００は、光源１０１０、光学系１０２０、テーブル装置１０３０、及び制御装置などを備えている。
【００８３】
光源１０１０は、前述したレーザ装置２００を有し、レーザ光を射出することができる。光学系１０２０は、光源１０１０から射出されたレーザ光を対象物Ｐの表面に導光する。テーブル装置１０３０は、対象物Ｐが載置されるテーブルを有している。該テーブルは、少なくともＹ軸方向に沿って移動することができる。
【００８４】
例えば、対象物Ｐがアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の場合、レーザ光が照射されると、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）は、温度が上昇し、その後、徐々に冷却されることによって結晶化し、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）になる。
【００８５】
このレーザアニール装置１０００は、光源１０１０がレーザ装置２００を有しているため、処理効率を向上させることができる。
【００８６】
《レーザ加工機》
一例として図１５に、前述したレーザ装置２００を有するレーザ加工機３０００の概略構成が示されている。このレーザ加工機３０００は、光源３０１０、光学系３１００、対象物Ｐが載置されるテーブル３１５０、テーブル駆動装置３１６０、操作パネル３１８０及び制御装置３２００などを備えている。
【００８７】
光源３０１０は、レーザ装置２００を有し、制御装置３２００の指示に基づいてレーザ光を射出する。光学系３１００は、光源３０１０から射出されたレーザ光を対象物Ｐの表面近傍で集光させる。テーブル駆動装置３１６０は、制御装置３２００の指示に基づいて、テーブル３１５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させる。
【００８８】
操作パネル３１８０は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。制御装置３２００は、操作パネル３１８０からの各種設定情報に基づいて、光源３０１０及びテーブル駆動装置３１６０を制御する。
【００８９】
このレーザ加工機３０００は、光源３０１０がレーザ装置２００を有しているため、加工（例えば、切断や溶接）の処理効率を向上させることができる。
【００９０】
なお、レーザ加工機３０００は、複数の光源３０１０を有しても良い。
【００９１】
また、前述したレーザ装置２００は、レーザアニール装置及びレーザ加工機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。例えば、レーザ装置２００を表示装置の光源に用いても良い。
【符号の説明】
【００９２】
２００…レーザ装置、２０１…面発光レーザアレイ（光源装置の一部）、２０３…第１集光光学系（光源装置の一部）、２０４…光ファイバ（伝送部材）、２０５…第２集光光学系（光伝送部材からの光を集光する光学系）、２０５ａ…第１レンズ、２０５ｂ…第２レンズ、２０６…レーザ共振器、２０６ａ…レーザ媒質、２０６ｂ…可飽和吸収体、２１０…射出光学系（レーザ装置からの光を集光する光学系）、２１２…保護部材、２２０…駆動装置、２２２…エンジン制御装置、３００…エンジン（内燃機関）、３０１…点火装置、３０２…燃料噴出機構、３０３…排気機構、３０４…燃焼室、３０５…ピストン、１０００…レーザアニール装置、１０１０…光源、１０２０…光学系、１０３０…テーブル装置、３０００…レーザ加工機、３０１０…光源、３１００…光学系、３１５０…テーブル、３１６０…テーブル駆動装置、３１８０…操作パネル、３２００…制御装置、Ｐ…対象物。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特表２０１３−５４５２８０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９２１６６号公報
【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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