(57)【要約】【課題】冷却により利得特性を向上しつつ光路制御の精度の低下を抑制可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置１は、励起光Ｌ２及びシード光Ｌ１の入力を受けてシード光Ｌ１を増幅する第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２と、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を保持するホルダ１１と、冷媒の体積変化に応じて第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２をそれぞれ冷却するための一対の冷却部３０と、を備える。ホルダ１１は、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置を維持するように第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を一体的に保持している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面の反対側の第２面とを有し、前記第１面側から励起光及びシード光の入力を受けて前記シード光を増幅する第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部と、
前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部を保持するホルダと、
冷媒の体積変化に応じて前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部をそれぞれ冷却するための一対の冷却部と、
を備え、
前記第２面には、少なくとも前記シード光を反射する第１ミラーが設けられており、
前記第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部は、前記第１レーザ媒質部の前記第１ミラーによって反射された前記シード光を前記第２レーザ媒質部の前記第１ミラーによってさらに反射する相対位置に配置されており、
前記ホルダは、前記相対位置を維持するように前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部を一体的に保持している、
レーザ装置。
【請求項２】
前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部は、前記第１ミラーが互いに平行となるように配置されている、
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第２レーザ媒質部の前記第１ミラーによって反射された前記シード光を、前記第２レーザ媒質部の前記第１ミラーによる前記シード光の反射角と等しい入射角をもって前記第２レーザ媒質部の前記第１ミラーに入射するように反射する第２ミラーを備える、
請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記シード光の光路に沿った載置面において前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部が載置される載置部と、前記載置面から突出して前記載置部と一体に設けられ、前記相対位置を維持するように前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部を保持する保持部と、含む、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部と前記冷却部とは、可撓性の熱伝導部材を介して熱的に接続されている、
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】
前記冷却部は、前記冷媒の周期的な圧縮及び膨張に応じて前記第１レーザ媒質部及び前記第２レーザ媒質部を冷却する冷凍機である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レーザ装置が記載されている。このレーザ装置は、共振型レーザ増幅器と、共振型レーザ増幅器によって増幅されたレーザ光をさらに増幅するパス型レーザ光増幅器（マルチパスアンプ）と、を備えている。パス型レーザ光増幅器は、レーザ媒体と、レーザ光の光路（パス）を形成する６つ反射板と、を有する。反射板によって形成された光路は、全て、レーザ媒体を通過するように構成されている。共振型レーザ増幅器からのレーザ光は、反射板を次々と反射することにより、多数の光路を通過してから出力される。レーザ光は、これらの光路を通過するたびに、レーザ媒体を通過する。レーザ光は、レーザ媒体を通過するたびに増幅される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２７８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したようなレーザ装置においては、例えば、レーザ媒体として低温冷却Ｙｂ：ＹＡＧを採用することが考えられる。この場合、レーザ媒体での利得特性を向上するために、例えばレーザ媒体を１００Ｋ以下に冷却することが望ましい。レーザ媒体の冷却には、例えば、ギフォード・マクマホンサイクルを利用した冷凍機を利用することができる。この冷凍機においては、冷媒の圧縮及び膨張による振動が発生する。このため、振動がレーザ媒体に伝わることによって、レーザ媒体にも振動が発生するおそれがある。振動しているレーザ媒体を増幅対象のレーザ光が透過・反射すると、レーザ媒体から出射される増幅後のレーザ光の方向や位置が変動し、光路制御の精度が低下する。
【０００５】
本発明は、冷却により利得特性を向上しつつ光路制御の精度の低下を抑制可能なレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るレーザ装置は、第１面と第１面の反対側の第２面とを有し、第１面側から励起光及びシード光の入力を受けてシード光を増幅する第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部と、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部を保持するホルダと、冷媒の体積変化に応じて第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部をそれぞれ冷却するための一対の冷却部と、を備え、第２面には、少なくともシード光を反射する第１ミラーが設けられており、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部は、第１レーザ媒質部の第１ミラーによって反射されたシード光を第２レーザ媒質部の第１ミラーによってさらに反射する相対位置に配置されており、ホルダは、相対位置を維持するように第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部を一体的に保持している。
【０００７】
このレーザ装置は、励起光の入力を受けてシード光を増幅する第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部が、それぞれ、冷却部によって冷却される。このため、利得特性を向上可能である。一方で、冷却部は、冷媒の体積変化を利用する。したがって、冷媒の体積変化に伴う振動によって、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部が振動するおそれがある。これに対して、このレーザ装置にあっては、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部が、互いの第１ミラーの相対位置が維持されるように、ホルダによって一体的に保持されている。このため、第１レーザ媒質部の振動と第２レーザ媒質部の振動とが、その向きや位相を含めて同期される。この結果、第１レーザ媒質部の第１ミラーにおけるシード光の入射角及び反射角の振動による変位が、第２レーザ媒質部の第１ミラーにおけるシード光の入射角及び反射角の振動による変位により補償され、出力されるシード光の方向や位置の変動が抑制される。よって、このレーザ装置によれば、光路制御の精度の低下が抑制される。
【０００８】
本発明に係るレーザ装置においては、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部は、第１ミラーが互いに平行となるように配置されていてもよい。この場合、第１レーザ媒質部のミラーにおけるシード光の入射角及び反射角の振動による変位を、第２レーザ媒質部の第１ミラーにおけるシード光の入射角及び反射角の振動による変位によって確実に補償し、出力されるシード光の方向や位置の変動を一層抑制できる。
【０００９】
本発明に係るレーザ装置は、第２レーザ媒質部の第１ミラーによって反射されたシード光を、第２レーザ媒質部の第１ミラーによるシード光の反射角と等しい入射角をもって第２レーザ媒質部の第１ミラーに入射するように反射する第２ミラーを備えてもよい。この場合、シード光は、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部を通過した後に、再び、同様の入射角及び反射角をもって第２レーザ媒質部及び第１レーザ媒質部を通過することになる。この場合には、シード光の入射位置と出射位置とのずれを実質的になくすことができる。
【００１０】
本発明に係るレーザ装置においては、ホルダは、シード光の光路に沿った載置面において第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部が載置される載置部と、載置面から突出して載置部と一体に設けられ、相対位置を維持するように第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部を保持する保持部と、含でもよい。この場合、第１レーザ媒質部と第２レーザ媒質部との相対位置を確実に維持できる。
【００１１】
本発明に係るレーザ装置においては、第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部と冷却部とは、可撓性の熱伝導部材を介して熱的に接続されていてもよい。この場合、冷却部から第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部に伝わる振動を低減できる。
【００１２】
本発明に係るレーザ装置においては、冷却部は、冷媒の周期的な圧縮及び膨張に応じて第１レーザ媒質部及び第２レーザ媒質部を冷却する冷凍機であってもよい。このように、周期的な振動が生じ得る冷凍機を用いる場合に、上記構成が特に有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷却により利得特性を向上しつつ光路制御の精度の低下を抑制可能なレーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係るレーザ装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す図である。
【図３】シード光の位置変動の概略を示す図である。
【図４】シード光の位置変動の概略を示す図である。
【図５】ミラーがφ方向に回転した場合を説明するための図である。
【図６】ミラーがφ方向に回転した場合のシード光の出射位置の移動量の計算結果を示す図である。
【図７】図２の状態をＸ方向からみた場合の図である。
【図８】ミラーがθ方向に回転した場合のシード光の出射位置の移動量の計算結果を示す図である。
【図９】ミラーがθ方向に回転した場合のシード光の出射位置の移動量の計算結果を示す図である。
【図１０】シード光の位置安定性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るレーザ装置の全体構成を示す模式図である。図２は、図１の要部を拡大して示す図である。図１，２に示されるように、レーザ装置１は、増幅部１０と、一対の冷却部３０とを備えている。増幅部１０は、ホルダ１１、第１レーザ媒質部１２、及び、第２レーザ媒質部２２を有している。ホルダ１１は、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を保持している。冷却部３０は、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２をそれぞれ冷却する。
【００１７】
第１レーザ媒質部１２は、第１面１２ａと、第１面１２ａの反対側の第２面１２ｂと、を有している。第１レーザ媒質部１２は、第１面１２ａ側からシード光Ｌ１及び励起光Ｌ２の入力を受けてシード光Ｌ１を増幅する。第２レーザ媒質部２２は、第１面２２ａと、第１面２２ａの反対側の第２面２２ｂと、を有している。第２レーザ媒質部２２は、第１面２２ａ側からシード光Ｌ１及び励起光Ｌ２の入力を受けてシード光Ｌ１を増幅する。シード光Ｌ１は、例えば、１０３０ｎｍ程度の波長を有するレーザ光である。励起光Ｌ２は、例えば、シード光Ｌ１と異なる波長であって、９４０ｎｍ程度の波長を有するレーザ光である。
【００１８】
第１レーザ媒質部１２は、例えば平板状の利得媒質１２Ａを含む。第１面１２ａ及び第２面１２ｂは、利得媒質１２Ａの表面及び裏面である。第２レーザ媒質部２２は、例えば平板状の利得媒質２２Ａを含む。第１面２２ａ及び第２面２２ｂは、利得媒質２２Ａの表面及び裏面である。利得媒質１２Ａ，２２Ａは、例えば、活性元素としてＹｂを含むレーザ利得媒質（一例としてＹｂ：ＹＡＧ）である。
【００１９】
第１レーザ媒質部１２（利得媒質１２Ａ）の第２面１２ｂには、反射膜１３が形成されている。反射膜１３は、例えば、シード光Ｌ１及び励起光Ｌ２を反射する誘電体多層膜である。これにより、第２面１２ｂには、シード光Ｌ１及び励起光Ｌ２を反射するミラー（第１ミラー）Ｍ１が形成されることとなる。すなわち、第１レーザ媒質部１２は、ミラーＭ１を含む。また、第２レーザ媒質部２２（利得媒質２２Ａ）の第２面２２ｂには、反射膜２３が形成されている。反射膜２３は、例えば、シード光Ｌ１及び励起光Ｌ２を反射する誘電体多層膜である。これにより、第２面２２ｂには、シード光Ｌ１及び励起光Ｌ２を反射するミラー（第１ミラー）Ｍ２が形成されることとなる。すなわち、第２レーザ媒質部２２は、ミラーＭ２を含む。
【００２０】
さらに、第１レーザ媒質部１２の第２面１２ｂには、反射膜１３を介してヒートシンク１４が設けられている。すなわち、第１レーザ媒質部１２（利得媒質１２Ａ）は、ヒートシンク１４に熱的に接続されている。また、第２レーザ媒質部２２の第２面２２ｂには、反射膜２３を介してヒートシンク２４が設けられている。すなわち、第２レーザ媒質部２２（利得媒質２２Ａ）は、ヒートシンク２４に熱的に接続されている。ここでは、ホルダ１１は、このヒートシンク１４，２４を保持することにより、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を保持している。
【００２１】
冷却部３０は、冷媒（例えば窒素及びヘリウム）の体積変化に応じて第１レーザ媒質部１２（利得媒質１２Ａ）及び第２レーザ媒質部２２（利得媒質２２Ａ）を冷却する。冷媒の体積変化とは、例えば、気体・液体間の膨張・圧縮といったように冷媒の相転移を伴う体積変化、及び、少なくとも一部の相転移を伴わない（例えば冷媒ガスの）体積変化を含む。ここでは、冷却部３０は、冷媒の周期的な圧縮及び膨張に応じて第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を冷却する冷凍機である。
【００２２】
冷凍機の一例としては、スターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機、及び、ギフォード・マクマホンサイクルを利用したギフォード・マクマホン冷凍機が挙げられる。より具体的には、図１に示されるように、冷却部３０は、圧縮機３１、コールドヘッド３２、及び、配管３３を備えている。圧縮機３１は、ピストンを往復運動させることにより、冷媒ガス（例えばヘリウムガス）の圧縮を行うと共に、配管３３を通じて圧縮した冷媒ガスをコールドヘッド３２に供給する。コールドヘッド３２は、シリンダ内においてディスプレーサを往復運動させることにより、圧縮機３１から供給された冷媒ガスを膨張させることにより、冷熱を発生させる。
【００２３】
冷却部３０は、可撓性の熱伝導部材３４を介して第１レーザ媒質部１２（利得媒質１２Ａ）及び第２レーザ媒質部２２（利得媒質２２Ａ）と熱的に接続されている。熱伝導部材３４は、例えば銅網線である。熱伝導部材３４は、その一端がコールドヘッド３２に取り付けられており、その他端がヒートシンク１４，２４に取り付けられている。これにより、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２は、第２面１２ｂ，２２ｂ側から冷熱が提供されて冷却される。
【００２４】
ここで、レーザ装置１は、偏光ビームスプリッタ４１、ダイクロイックミラー４２，４３、偏光回転素子（例えばλ／４波長版）４４、及び、ミラー（第２ミラー）４５をさらに備えている。レーザ装置１においては、シード光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ４１を介して外部から入力される。偏光ビームスプリッタ４１を通過したシード光Ｌ１は、ダイクロイックミラー４２を通過して増幅部１０に入力される。増幅部１０に入力されたシード光Ｌ１は、まず、第１面１２ａ側から第１レーザ媒質部１２に入射され、第２面１２ｂ側においてミラーＭ１により反射されて第１面１２ａから出射される。これにより、シード光Ｌ１は、利得媒質１２Ａを往復することにより２回の増幅が行われる。
【００２５】
第１レーザ媒質部１２から出射されたシード光Ｌ１は、第１面２２ａ側から第２レーザ媒質部２２に入射され、第２面２２ｂ側においてミラーＭ２により反射されて第１面２２ａから出射される。これにより、シード光Ｌ１は、利得媒質２２Ａを往復することにより２回の増幅が行われる。第２レーザ媒質部２２から出射されたシード光Ｌ１は、増幅部１０から出力され、ダイクロイックミラー４３を通過して偏光回転素子４４に入力される。偏光回転素子４４に入力されたシード光Ｌ１は、その偏光方向が直線偏光から円偏光に変更されて出力される。偏光回転素子４４から出力されたシード光Ｌ１は、ミラー４５によって反射されて、上記と逆の経路に向かわされる。シード光Ｌ１のミラー４５への入射角は、ここでは実質的に０°である。すなわち、ミラー４５は、０°ミラーである。
【００２６】
したがって、ミラー４５によって反射されたシード光Ｌ１のミラーＭ２への入射角は、ミラー４５に向かうシード光Ｌ１のミラーＭ２による反射角と実質的に等しくなる。すなわち、レーザ装置１は、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２によって反射されたシード光Ｌ１を、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２によるシード光Ｌ１の反射角と等しい入射角をもって第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２に入射するように反射するミラー４５を備えることとなる。
【００２７】
ミラー４５によって反射されたシード光Ｌ１は、偏光回転素子４４に入力される。偏光回転素子４４に入力されたシード光Ｌ１は、その偏光方向が円偏光から直線偏光に変更されて出力される。これにより、シード光Ｌ１の偏光方向が合計で９０°回転されることとなる。偏光回転素子４４から出力されたシード光Ｌ１は、再度、増幅部１０に入力される。増幅部１０に入力されたシード光Ｌ１は、第１面２２ａ側から第２レーザ媒質部２２に入射され、第２面２２ｂ側において反射されて第１面２２ａから出射される。これにより、シード光Ｌ１は、利得媒質２２Ａを往復することにより再び２回の増幅が行われる。
【００２８】
第２レーザ媒質部２２から出射されたシード光Ｌ１は、第１面１２ａ側から第１レーザ媒質部１２に入射され、第２面１２ｂ側において反射されて第１面１２ａから出射される。これにより、シード光Ｌ１は、利得媒質１２Ａを往復することによりさらに２回の増幅が行われる。第１レーザ媒質部１２から出射されたシード光Ｌ１は、増幅部１０から出力され、ダイクロイックミラー４２を通過して偏光ビームスプリッタ４１に入力される。このときのシード光Ｌ１の偏光方向は、偏光回転素子４４の往復により９０°回転されている。
【００２９】
このため、偏光ビームスプリッタ４１に入力されたシード光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ４１によって反射されてレーザ装置１から取り出される。レーザ装置１から取り出されたシード光Ｌ１は、例えば、後段の増幅器（主増幅器部）へと供される。したがって、この例では、レーザ装置１は、前置増幅器部である。なお、励起光Ｌ２は、ダイクロイックミラー４２及びダイクロイックミラー４３に反射されて増幅部１０に入力される。ここでは、励起光Ｌ２は、ダイクロイックミラー４２とダイクロイックミラー４３との間、すなわち、増幅部１０において、シード光Ｌ１と同一の経路を経る。
【００３０】
引き続いて、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置について具体的に説明する。図２に示されるように、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２は、第１レーザ媒質部１２のミラーＭ１によって反射されたシード光Ｌ１を第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２によってさらに反射する相対位置に配置されている。ここでは、上述したように、偏光ビームスプリッタ４１側から増幅部１０に入力されたシード光Ｌ１が、第１レーザ媒質部１２に入射してミラーＭ１によって反射された後に、第２レーザ媒質部２２に入射し、ミラーＭ２によってさらに反射された後に増幅部１０からミラー４５に向けて出力される。一方で、レーザ装置１においては、シード光Ｌ１は、ミラー４５によって反射されて（折り返されて）再び第２レーザ媒質部２２及び第１レーザ媒質部１２を通過する。
【００３１】
したがって、ここでは、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置は、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２によって反射されたシード光Ｌ１を第１レーザ媒質部１２のミラーＭ１によってさらに反射する相対位置ともいえる。以下では、第１レーザ媒質部１２から第２レーザ媒質部２２に向かうシード光Ｌ１の経路を「往路」と称し、第２レーザ媒質部２２から第１レーザ媒質部１２に向かうシード光Ｌ１の経路を「復路」と称する場合がある。
【００３２】
第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置は、シード光Ｌ１の往路及び復路のそれぞれにおけるミラーＭ１及びミラーＭ２のそれぞれでの反射回数が１回（すなわち合計２回）となるような相対位置であってもよい。或いは、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置は、シード光Ｌ１の往路及び復路のそれぞれにおけるミラーＭ１及びミラーＭ２のそれぞれでの反射回数が２回（すなわち合計４回）となるような相対位置であってもよい。第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置は、シード光Ｌ１の往路及び復路のそれぞれにおけるミラーＭ１及びミラーＭ２のそれぞれでの反射回数が互いに等しい（すなわち合計の反射回数が偶数回となる）相対位置とすることができる。
【００３３】
なお、ここでは、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２は、ミラーＭ１とミラーＭ２とが互いに実質的に平行となるように配置されている。また、ここでは、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２は、ミラーＭ１，Ｍ２に交差（直交）する方向からみて互いに部分的に重複するように配置されている。また、上述したように、ここでは、増幅部１０において、励起光Ｌ２もシード光Ｌ１と同一の経路を経る。したがって、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置は、励起光Ｌ２についても同様である。
【００３４】
ホルダ１１は、以上の第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２の相対位置を維持するように、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を一体的に保持している。より具体的には、ホルダ１１は、シード光Ｌ１の光路に沿った載置面１１ｓにおいて第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が載置される載置部１１ａと、載置面１１ｓから突出して載置部１１ａと一体に設けられ、当該相対位置を維持するように第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を保持する複数の保持部１１ｂと、含む。
【００３５】
ここでは、載置面１１ｓに沿って互いに対向するように配置された一対の保持部１１ｂによって、ヒートシンク１４，２４が挟持されることにより、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が保持されている。ホルダ１１は、例えば、ステンレス等の金属、ガラス、及び、樹脂といった材料であって、熱抵抗の大きな材料から構成される。また、ホルダ１１は、例えば、単一のブロックからの削り出しにより形成される。これにより、載置部１１ａと保持部１１ｂとの一体が確保される。
【００３６】
引き続いて、レーザ装置１の作用・効果の概要について説明する。レーザ装置１は、励起光Ｌ２の入力を受けてシード光Ｌ１を増幅する第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が、それぞれ、冷却部３０によって冷却される。このため、利得特性を向上可能である。一方で、冷却部３０は、冷媒の体積変化を利用する。したがって、冷媒の体積変化に伴う振動によって、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が振動するおそれがある。
【００３７】
これに対して、レーザ装置１にあっては、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が、互いのミラーＭ１，Ｍ２の相対位置が維持されるように、ホルダ１１によって一体的に保持されている。このため、第１レーザ媒質部１２の振動と第２レーザ媒質部２２の振動とが、その向きや位相を含めて同期される。この結果、第１レーザ媒質部１２のミラーＭ１におけるシード光Ｌ１の入射角及び反射角の振動による変位が、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２におけるシード光Ｌ１の入射角及び反射角の振動による変位により補償され、増幅部１０から出力されるシード光Ｌ１の方向や位置の変動が抑制される。よって、レーザ装置１によれば、光路制御の精度の低下が抑制される。
【００３８】
また、レーザ装置１においては、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２は、ミラーＭ１とミラーＭ２とが互いに平行となるように配置されていてもよい。この場合、第１レーザ媒質部１２のミラーＭ１におけるシード光Ｌ１の入射角及び反射角の振動による変位を、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２におけるシード光の入射角及び反射角の振動による変位によって確実に補償し、出力されるシード光Ｌ１の方向や位置の変動を一層抑制できる。
【００３９】
また、レーザ装置１は、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２によって反射されたシード光Ｌ１を、第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２によるシード光Ｌ１の反射角と等しい入射角をもって第２レーザ媒質部２２のミラーＭ２に入射するように反射するミラー４５を備えている。このため、シード光Ｌ１は、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を通過した後に、再び、概ね同様の入射角及び反射角をもって第２レーザ媒質部２２及び第１レーザ媒質部１２を通過することになる。これにより、シード光Ｌ１の入射位置と出射位置とのずれを実質的になくすことができる。
【００４０】
また、レーザ装置１においては、ホルダ１１は、シード光Ｌ１の光路に沿った載置面１１ｓにおいて第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が載置される載置部１１ａと、載置面１１ｓから突出して載置部１１ａと一体に設けられ、当該相対位置を維持するように第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を保持する保持部１１ｂと、含でいる。このため、第１レーザ媒質部１２と第２レーザ媒質部２２との相対位置を確実に維持できる。
【００４１】
また、レーザ装置１においては、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２と冷却部３０とは、可撓性の熱伝導部材３４を介して熱的に接続されている。このため、冷却部３０から第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２に伝わる振動を低減できる。
【００４２】
さらに、レーザ装置１においては、冷却部３０は、冷媒の周期的な圧縮及び膨張に応じて第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を冷却する冷凍機であってもよい。このように、周期的な振動が生じ得る冷凍機を用いる場合に、上記構成が特に有効である。
【００４３】
引き続いて、レーザ装置１の作用・効果の詳細について説明する。図３は、レーザ媒質部が振動した場合のシード光の位置変動の概略を示す図である。なお、以下の説明は、シード光Ｌ１を例にとって説明するが、本実施形態においては、励起光Ｌ２についても同様である。図３に示されるように、第１レーザ媒質部１２のミラーＭ１へのシード光Ｌ１の入射角αを３０°とする。また、シード光Ｌ１は、ミラーＭ１，Ｍ２のそれぞれで２回反射されるものとする。第１レーザ媒質部１２（ミラーＭ１）及び第２レーザ媒質部２２（ミラーＭ２）の振動の成分は、ミラーＭ１，Ｍ２の角度を維持したまま、図３の直交座標系Ｓ１のＸ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向に平行にシフトする平行移動成分と、Ｘ−Ｙ面内に回転する成分(φ方向の回転成分とする)と、Ｙ−Ｚ面内に回転する成分(θ方向の回転成分とする)と、に分けられる。
【００４４】
平行移動成分に着目した場合、Ｘ方向及びＺ方向はミラーＭ１，Ｍ２の反射面内での移動である為、ミラーＭ１，Ｍ２を反射するシード光Ｌ１の位置も入射角(反射角)も影響を受けない。そのため、増幅部１０を出射したシード光Ｌ１の位置も向きも変動しない。
【００４５】
図４は、Ｙ方向の振動に応じたシード光の位置変動の概略を示す図である。ミラーＭ１，Ｍ２が、図２の直交座標系Ｓ１のＹ方向に平行移動した場合、シード光Ｌ１の出射位置のずれ量Ａ２は入射角αに応じて変化する。入射角α＝３０°の場合のずれ量（ミラーＭ１，Ｍ２に対する相対的な位置ずれの量）Ａ２は、ミラーＭ１，Ｍ２のＹ方向の移動量Ａ１の１／２となる（ｓｉｎ３０°＝１／２より）。例えば、ミラーＭ１，Ｍ２のＹ方向の移動量が１ｍｍであれば、シード光Ｌ１の出射位置のずれ量Ａ２は０．５ｍｍとなる。しかし、ミラーＭ１，Ｍ２へのシード光Ｌ１の入射角(反射角)は変化しないので、シード光Ｌ１の出射の向きは変動しない。
【００４６】
次に、回転成分について説明する。図５は、ミラーがφ方向（Ｘ−Ｙ面内）に回転した場合を説明するための図である。互いに平行なミラーＭ１，Ｍ２が回転してシード光の入射角が変化すると、ミラーＭ１におけるシード光Ｌ１の反射角の変化は、反射の法則により入射角の変化と等しくなる。ミラーＭ１を反射したシード光Ｌ１がミラーＭ２に入射するときの角度は、ミラーＭ１とミラーＭ２とが互いに平行であるため、ミラーＭ１での反射角と等しくなる。同様に、ミラーＭ２でのシード光Ｌ１の反射角は、その入射角と同じ角度となる。
【００４７】
その結果、ミラーＭ２を反射したシード光Ｌ１の向きは、ミラーＭ１に入射するシード光Ｌ１の向きと同じとなって出射される。シード光Ｌ１が、一対のミラーＭ１，Ｍ２を何度反射しても、ミラーＭ２から出射されるシード光Ｌ１の向きは変化しない。図６は、ミラーがφ方向（Ｘ−Ｙ面内）に回転した場合のシード光の出射位置の移動量の計算結果を示す図である。図６の計算の際には、ミラーＭ１とミラーＭ２との間の距離を１３６．４ｍｍとし、利得媒質１２Ａ，２２Ａの厚みを５ｍｍとし、利得媒質１２Ａ，２２Ａの屈折率を１．８２とし、ミラーＭ１へのシード光の入射角αを３０°とした。
【００４８】
また、図６の計算結果は、ミラーＭ１，Ｍ２が、ミラーＭ１へのシード光Ｌ１の入射位置を基点に、図２の直交座標系Ｓ１におけるφ方向に±４°の範囲で回転した場合の結果である。図６に示されるように、ミラーＭ１，Ｍ２がφ方向に回転すると、図４の直交座標系Ｓ２のＹ方向に、シード光Ｌ１の出射位置が移動する。ただし、上述したように、ミラーＭ１，Ｍ２が同じ方向に同じ角度で回転した場合、シード光Ｌ１の出射方向は変動しない。
【００４９】
次に、図３の直交座標系Ｓ１のＹ−Ｚ面内（θ方向）の回転について説明する。図７は、図２の状態をＸ方向からみた場合の図である。図７の（ａ）に示されるように、ミラーＭ１，Ｍ２がθ方向に回転していない場合、シード光Ｌ１は、直交座標系Ｓ１，Ｓ２のＺ方向には移動しない。これに対して、図７の（ｂ）に示されるように、ミラーＭ１，Ｍ２がθ方向に回転した場合、シード光Ｌ１はＺ方向に移動しながら反射を繰り返すこととなる。また、図３の直交座標系Ｓ２のＹ方向にもわずかに平行移動する。
【００５０】
図８及び図９は、ミラーがθ方向に回転した場合のシード光の出射位置の移動量の計算結果を示す図である。図８の計算結果は、ミラーＭ１におけるシード光Ｌ１の入射位置を基点に、ミラーＭ１，Ｍ２がθ方向に±４°の範囲で回転した場合のシード光の出射位置のＺ方向への移動量の計算結果である。図９の計算結果は、ミラーＭ１におけるシード光Ｌ１の入射位置を基点に、ミラーＭ１，Ｍ２がθ方向に±４°の範囲で回転した場合のシード光の出射位置のＹ方向（直交座標系Ｓ２のＹ方向）への移動量の計算結果である。ミラーＭ１，Ｍ２がθ方向に回転した場合のシード光Ｌ１の出射位置の移動量は、これらの図８，９に示されるとおりである。ただし、この場合にも、ミラーＭ１，Ｍ２が同じ方向に同じ角度で回転した場合には、増幅部１０からのシード光Ｌ１の出射の方向は変動しない。
【００５１】
以上の事から、一対のミラーＭ１，Ｍ２（第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２）が各々個別に振動すると、シード光Ｌ１の出射位置も向きも変動するが、一対のミラーＭ１，Ｍ２（第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２）が同期して振動すると（向き及び角度を保って振動すると）、シード光Ｌ１の出射置は平行移動するものの出射方向は変わらないことが分かる。
【００５２】
次に、シード光Ｌ１の位置安定化について説明する。増幅部１０を出射したシード光Ｌ１が、０°ミラーであるミラー４５に入射する場合、一対のミラーＭ１，Ｍ２が互いの角度（相対位置、ここでは平行）を保ったまま振動すれば、ミラー４５へのシード光Ｌ１の入射位置は上述した移動量だけずれる。一方で、ミラー４５へのシード光Ｌ１の入射角は、振動する前の入射角を０°とした場合、振動後も０°となる。このため、ミラー４５において反射したシード光Ｌ１はミラー４５に入射した光路をそのまま戻ることになる。
【００５３】
図１０は、シード光の位置安定性を示すグラフである。図１０においては、ミラーＭ１，Ｍ２（第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２）の振動が周期的であり、正弦波であると仮定している。また、図１０においては、ミラーＭ１，Ｍ２がφ方向に周波数１０Ｈｚ（周期１００ｍｓ）及び振幅±３°で振動すると仮定している。この場合、ミラーＭ２におけるシード光Ｌ１の出射位置からミラー４５までの距離を４．３ｍと仮定すると、シード光Ｌ１がミラーＭ２を出射してミラー４５により反射されて再びミラーＭ２に入射するまでの時間は、約２８．７ｎｓとなる。２８．７ｎｓの間に、ミラーＭ１，Ｍ２が振動して回転する量は、約５．４×１０−６（°）と見積もられる。
【００５４】
５．４×１０−６（°）回転したミラーＭ１，Ｍ２を伝播し、ミラーＭ１におけるシード光Ｌ１の入射位置と同じ位置まで戻ったときの増幅後のシード光Ｌ１の位置ずれのずれ量は、約±０．５ｎｍと算出される。シード光Ｌ１のビーム径が□４０ｍｍであった場合、上記のずれ量は、ビーム径の０．０００００１３％となり大幅に低減されている。図６の（ａ）を参照すると、ミラーＭ２からのシード光Ｌ１の出射位置の移動量は、±３°において＋２５．０ｍｍ及び−２５．８ｍｍであったのに対して、ミラー４５で折り返して再びミラーＭ２，Ｍ１を伝播させることにより、ミラーＭ１からのシード光Ｌ１の出射位置の移動量は、１／１０７以下まで低減される。
【００５５】
これは、ミラーＭ１，Ｍ２（第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２）がφ方向に回転した場合の説明であるが、θ方向の回転成分やＹ方向への平行移動成分といった様々な振動成分を組み合わせた場合についても同じ効果が得られる。以上の事から、一対のミラーＭ１，Ｍ２を、その角度（相対位置、平行）を保つ構造としつつ、０°ミラーであるミラー４５を用いてミラーＭ２を出射したシード光Ｌ１を折り返して元の光路に戻し、偏光ビームスプリッタ４１等を用いて増幅前後のシード光Ｌ１を分離することによって、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が振動しても位置と向きが安定した増幅光を提供することが可能となることが理解される。
【００５６】
以上の実施形態は、本発明に係るレーザ装置の一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ装置は、上述したレーザ装置１に限定されず、種々の変形が可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態においては、ホルダ１１が、単一のブロックからの削り出しにより形成される例を挙げた。しかしながら、ホルダ１１においては、互いに別体に形成された載置部１１ａと保持部１１ｂとを機械的に固定して一体としてもよい。また、例えば、互いに対向する一対の板部材の間に、ミラーＭ１，Ｍ２が板部材の対向面に交差（直交）するように第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２を配置し、板部材に固定してもよい。すなわち、ホルダ１１としては、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２が互いに同期して振動するように保持するものであればよい。
【００５８】
また、ミラーＭ１とミラーＭ２とは、互いに平行でなくてもよい。また、第１レーザ媒質部１２及び第２レーザ媒質部２２は、ミラーＭ１，Ｍ２に交差（直交）する方向からみて、互いに全体的に重複するように配置されてもよいし、互いに重複しないように配置されてもよい。
【００５９】
さらには、利得媒質１２Ａ，２２Ａとして、例えば、活性元素としてＮｄを含むもの（例えばＮｄ：ＹＡＧ）を用いることもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１…レーザ装置、１１…ホルダ、１１ａ…載置部、１１ｂ…保持部、１１ｓ…載置面、３４…熱伝導部材、１２…第１レーザ媒質部、１２ａ，２２ａ…第１面、１２ｂ，２２ｂ…第２面、２２…第２レーザ媒質部、３０…冷却部、４５…ミラー（第２ミラー）、Ｌ１…シード光、Ｌ２…励起光、Ｍ１，Ｍ２…ミラー（第１ミラー）。
【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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