(57)【要約】【課題】  波長３マイクロメートル近傍の中赤外レーザーの波長、効率の改良を図る。【解決手段】  レーザー装置において、励起されてレーザー光を発振するホスト素材４と、高反射ミラーとしてのダイクロイックミラー３、および出力ミラー５が共振器を構成する。ホスト素材４は、５％のＥｒイオンを添加した、ＹＡＰ結晶である。半導体レーザー６は、波長９７６ナノメートル、集光スポットサイズ３６０マイクロメートルの狭帯域（±５マイクロメートル）のレーザーである。半導体レーザー６から射出されたレーザー光は、光ファイバーによって導かれ、照射器７から励起用レーザー光Ｌ１として照射される。励起用レーザー光Ｌ１は、コリメートレンズ１、集光レンズ２を介して集光されながら、ダイクロイックミラー３を透過し、ホスト素材４に照射される。こうすることによって、ホスト素材４が励起され、レーザー光Ｌ２が発振される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー装置であって、
出力ミラーと高反射ミラーの間にホスト材料を介在させた共振器と、
前記ホスト材料を励起する励起用レーザーとを備え、
前記ホスト材料は、Ｅｒイオンを添加したＹＡＰ結晶であり、
前記励起用レーザーは、波長９６９から９８２ナノメートルのＥｒ吸収ピークに合致した半導体レーザーであるレーザー装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー装置であって、
前記励起用レーザーは、集光スポットサイズが２００から５００マイクロメートルであるレーザー装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザー装置であって、
前記励起用レーザーは、狭帯域の半導体レーザーであるレーザー装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載のレーザー装置であって、
発振されるレーザー光は連続光であるレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長３マイクロメートル近傍の中赤外レーザーを発振するレーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長３マイクロメートル近傍の中赤外レーザーは、水分子やＯＨ結合と高い効率で相互作用するため広く応用が可能とされている。特許文献１は、Ｅｒ（エルビウム）イオンを添加したＹＡＰ結晶（イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト結晶、ＹＡｌＯ３）を用い、レーザーダイオードで励起することにより波長２．９マイクロメートルのレーザー発振を実現する技術を開示している。非特許文献１は、Ｅｒイオンを添加したＬｕ２Ｏ３を用いることにより、２．８マイクロメートルの連続光を発振する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５１０７９８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Hiyori Uehara, Ryo Yasuhara, Shigeki Tokita, Junji Kawanaka, Masanao Murakami, and Seiji Shimizu, “Efficient continuous wave and quasi-continuous wave operation of a 2.8 μm Er:Lu203 ceramic laser”, Opt. Express 25, 18677-18684(2017)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術には、さらに改良の余地が残されていた。特許文献１、非特許文献１ともに、発振されるレーザー光の波長は、３マイクロメートルに、より接近させる方が好ましい。また、特許文献１のレーザー光はパルス発振であり、連続光の出力が望まれる。さらに、いずれも効率の向上も望まれていた。本発明は、これらの改良を図る技術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】
本発明は、
レーザー装置であって、
出力ミラーと高反射ミラーの間にホスト材料を介在させた共振器と、
前記ホスト材料を励起する励起用レーザーとを備え、
前記ホスト材料は、Ｅｒイオンを添加したＹＡＰ結晶であり、
前記励起用レーザーは、波長９６９から９８２ナノメートルのＥｒ吸収ピークに合致した半導体レーザーであるレーザー装置として構成することができる。
Ｅｒイオンの添加は、任意に決定可能であるが、５％とすることが好ましい。
励起用レーザーの波長は、上述の範囲で任意に選択可能であり、例えば、９７６ナノメートルとすることができる。
【０００７】
発明者による種々の実験の結果、上記態様により波長２．９２マイクロメートルのレーザー発振が可能となることが確認され、またスロープ効率で３０％以上となることが確認された。従来、Ｅｒイオンを添加したＹＡＰ結晶は、フラッシュランプによって励起されることが通常であり、半導体レーザーによる励起は実現されていなかった。本発明は、種々の実験の結果、半導体レーザーの波長を上記態様の通り選択することで励起可能となることを見いだしたのである。
【０００８】
本発明において、
前記励起用レーザーは、集光スポットサイズが２００から５００マイクロメートルであるものとすることが好ましい。
こうすることにより、効率向上を図ることができる。
集光スポットサイズは、上記範囲から任意に選択可能であり、例えば、３６０マイクロメートルとすることができる。
【０００９】
本発明において、
前記励起用レーザーは、狭帯域の半導体レーザーであるものとすることが好ましい。
こうすることにより、効率的に励起を実現することができる。狭帯域とは、波長分布がピークの波長に対して±５マイクロメートル程度に収まるものを言う。
【００１０】
本発明において、
発振されるレーザー光は連続光であるものとすることが好ましい。
こうすることで効率向上を図ることができる。本発明では、ホスト材料の励起に、フラッシュランプではなく半導体レーザーを用いることにより、連続光の出力を可能としている。
【００１１】
上述した種々の特徴は、必ずしも全てを備えている必要はなく、適宜、一部を省略したり組み合わせたりしてもよい。
本発明は、レーザー装置としての態様の他、レーザー発振方法として構成してもよい。
即ち、レーザー発振方法であって、
出力ミラーと高反射ミラーの間にホスト材料を介在させた共振器を準備する工程と、
前記ホスト材料を励起する励起用レーザーによって励起を行う工程とを備え、
前記ホスト材料は、Ｅｒイオンを添加したＹＡＰ結晶であり、
前記励起用レーザーは、波長９６９から９８２ナノメートルのＥｒ吸収ピークに合致した半導体レーザーであるレーザー発振方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例としてのレーザー装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】実施例のレーザー装置の発振結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１は、実施例としてのレーザー装置の構成を模式的に示す説明図である。このレーザー装置において、励起されてレーザー光を発振するホスト素材４と、高反射ミラーとしてのダイクロイックミラー３、および出力ミラー５が共振器を構成する。ホスト素材４は、５％のＥｒイオンを添加した、ＹＡＰ結晶である。Ｅｒイオンの添加量は調整可能である。ＹＡＰ結晶の寸法、形状も適宜、選択すればよい。
レーザー装置は、ホスト素材４を励起するための励起用レーザーとして、半導体レーザー６を有する。本実施例では、半導体レーザー６は、波長９７６ナノメートル、集光スポットサイズ３６０マイクロメートルの狭帯域（±５マイクロメートル）のレーザーを用いた。半導体レーザー６から射出されたレーザー光は、光ファイバーによって導かれ、照射器７から励起用レーザー光Ｌ１として照射される。励起用レーザー光Ｌ１は、コリメートレンズ１、集光レンズ２を介して集光されながら、ダイクロイックミラー３を透過し、ホスト素材４に照射される。こうすることによって、ホスト素材４が励起され、レーザー光Ｌ２が発振される。
このように本実施例では、半導体レーザー６によって励起するため、出力されるレーザー光も、パルス光ではなく連続光とすることができる。
【００１４】
図２は、実施例のレーザー装置の発振結果を示す説明図である。
図２（ａ）は、レーザー出力を表すグラフである。横軸に励起電力、縦軸にレーザー出力を示した。周知の通り、両者は、直線の相関を示し、この直線の傾きがスロープ効率となる。図示する通り、本実施例のレーザー装置では３０％以上の値が得られている。従来技術では、２５％程度までしか達成されていなかったため、本実施例は、スロープ効率を大幅に向上させることが確認された。
図２（ｂ）には、実施例のレーザー装置による出力ビームパターンを示した。レーザー光の品質としては、この出力ビームパターンが円形に近いことが好ましいとされている。図２（ｂ）に示される通り、本実施例のレーザー装置は、円形に近い出力ビームパターンが実現されており、品質として優れていることが確認された。
図２（ｃ）は、レーザー光の波長分布を示した。図示する通り、波長２．９２マイクロメートルのレーザー光が出力されていることが分かる。これは従来技術における２．９マイクロメートルよりも、より３マイクロメートルに近くなっており、レーザー光の有用性が高くなることを意味している。
【００１５】
以上で説明した実施例のレーザー装置によれば、従来よりも一層、３マイクロメートルに近い連続光のレーザー光を高効率で出力できる。
実施例で説明した種々の特徴は、必ずしも全てを備えている必要はなく、適宜、その一部を省略したり組み合わせたりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、波長３マイクロメートル近傍の中赤外レーザーを発振するレーザー装置に利用できる。
【符号の説明】
【００１７】
１     コリメートレンズ
２     集光レンズ
３     ダイクロイックミラー
４     ホスト素材
５     出力ミラー
６     半導体レーザー
７     照射器
【図１】
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【図２】
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