(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種光および励起光を受け取り、前記種光および前記励起光を同軸光として出力する第１光学素子と、
前記同軸光を受け取り、前記励起光を用いて前記種光を増幅し、前記種光の増幅により得られる増幅光を出力する増幅器と、
前記第１光学素子と前記増幅器との間に配置され、前記第１光学素子から前記同軸光を受け取り、前記同軸光を前記増幅器に供給する入力側光学系と、
前記入力側光学系を駆動して、前記同軸光の前記増幅器への入射方向を変更する駆動機構と、
前記駆動機構を制御する制御装置と
を具備し、
前記増幅器は、
前記同軸光が導入され、前記種光を増幅する第１レーザ利得媒質と、
前記第１レーザ利得媒質の前記同軸光が導入される表面の裏側に配置され、前記第１レーザ利得媒質に導入された前記同軸光を反射する第１反射層と、
前記第１レーザ利得媒質からの前記同軸光が導入され、前記同軸光を増幅する第２レーザ利得媒質と、
前記第２レーザ利得媒質の前記同軸光が導入される表面の裏側に配置され、前記第２レーザ利得媒質に導入された前記同軸光を反射する第２反射層と
を具備し、
前記制御装置は、前記駆動機構を制御して、前記入射方向を変更することにより、前記第１反射層における前記同軸光の反射スポットの位置を移動させる
レーザ増幅システム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ増幅システムであって、
前記第１レーザ利得媒質は、前記第２レーザ利得媒質から離れて配置されている
レーザ増幅システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ増幅システムであって、
前記入力側光学系は、前記同軸光を反射する第１ミラーを含み、
前記駆動機構は、前記第１ミラーを揺動または回転させる第１駆動機構を含む
レーザ増幅システム。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ増幅システムであって、
前記制御装置は、前記第１ミラーが、第１軸まわりに揺動または回転するように前記第１駆動機構を制御し、
前記第１ミラーが、前記第１軸まわりに揺動または回転することにより、前記反射スポットは、前記第１反射層上を移動する
レーザ増幅システム。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ増幅システムであって、
前記制御装置は、前記第１ミラーが、前記第１軸とは異なる第２軸まわりに、揺動または回転するように前記第１駆動機構を制御し、
前記第１ミラーが、前記第１軸まわりに揺動または回転するとともに、前記第２軸まわりに揺動または回転することにより、前記反射スポットは、前記第１反射層上を２次元的に移動する
レーザ増幅システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ増幅システムであって、
前記増幅光を受け取り、前記増幅光を集光し、前記増幅光を定方向に向けて出力する出力側光学系を更に含み、
前記出力側光学系は、前記反射スポットの位置の移動に関わらず、前記増幅光を前記定方向に向けて出力する
レーザ増幅システム。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ増幅システムであって、
前記出力側光学系は、固定型の集光光学系である
レーザ増幅システム。
【請求項８】
請求項６に記載のレーザ増幅システムであって、
前記入力側光学系を構成する入力側光学要素と、前記出力側光学系を構成する出力側光学要素とは、互いに対称的に配置される
レーザ増幅システム。
【請求項９】
請求項６に記載のレーザ増幅システムであって、
前記増幅器からの前記増幅光が入射され、前記増幅光を反射する第３ミラーと、
前記第３ミラーからの前記増幅光が入射され、前記増幅光を反射する第４ミラーと、
前記第３ミラーを揺動または回転する第３駆動機構と、
前記第４ミラーを揺動または回転する第４駆動機構と
を更に具備し、
前記第３ミラーおよび前記第４ミラーは、前記出力側光学系を構成する
レーザ増幅システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレーザ増幅システムであって、
前記第１レーザ利得媒質を冷却する冷却機構を更に備える
レーザ増幅システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザ増幅システムであって、
前記冷却機構は、前記第１反射層に接触配置されるヒートシンクを含む
レーザ増幅システム。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のレーザ増幅システムであって、
前記冷却機構は、
冷媒流路と、
前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給機構と
を備える
レーザ増幅システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ増幅システムであって、
前記冷媒流路は、光学部品に向けて前記冷媒を供給する冷媒放出口を備え、
前記冷媒は、前記光学部品を洗浄する
レーザ増幅システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ増幅システムであって、
前記増幅器を囲む筐体と、
前記増幅光を前記筐体の内部から前記筐体の外部に出力する出力窓と
を更に備え、
洗浄される前記光学部品は、前記出力窓である
レーザ増幅システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ増幅システム、特に、レーザの反射スポットの位置を変化させることにより、レーザ利得媒質に作用する熱負荷を分散させるレーザ増幅システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アクティブミラー型の固体レーザシステム（反射型の固体レーザーシステム）の研究開発が行われている。アクティブミラー型の固体レーザシステムでは、ディスクまたは板状のレーザ利得媒質の一部表面が反射膜で覆われている。レーザ光は、反射膜で覆われた表面とは異なる表面からレーザ利得媒質内に導入され、反射膜で反射され、反射膜で覆われた表面とは異なる表面からレーザ利得媒質外に出力される。
【０００３】
ところで、レーザ加工また防衛等の分野において、要求されるレーザ出力が増加し、レーザ利得媒質に作用する熱負荷は、大きくなる傾向がある。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、固体レーザ装置が記載されている。特許文献１に記載の固体レーザ装置は、固体レーザ利得媒質と、固体レーザ利得媒質を冷却する冷媒と、冷媒を収納する冷媒容器とを備える。固体レーザ利得媒質は、冷媒容器の開口部に配置される。固体レーザ利得媒質が、冷却容器の内面に向かって押圧されることにより、冷媒容器の開口部が、固体レーザ利得媒質によって塞がれる。固体レーザ利得媒質は、レーザ反射面が冷媒と接触することにより冷却される。
【０００５】
特許文献２には、レーザ発振器およびレーザ増幅器が記載されている。特許文献２に記載のレーザ発振器およびレーザ増幅器は、光学媒質と、光学媒質に接合されたレーザ利得媒質とを備える。レーザ利得媒質の周囲には、冷却手段が設けられている。冷却手段は、レーザ利得媒質の背面側を冷却する。
【０００６】
特許文献３には、レーザ波長変換装置が記載されている。特許文献３に記載のレーザ波長変換装置は、レーザ共振器と、レーザ共振器内に配置された非線形光学結晶と、非線形光学結晶よりも上流側に配置されたレーザビーム光路シフト用の平行平板透過板と、当該透過板を振動させる振動機構とを備える。なお、非線形光学結晶は、入射されるレーザビームから高調波ビームを生成する結晶である。レーザビーム光路シフト用の平行平板透過板を振動させることにより、レーザビームの光路がシフトする。レーザビームの光路シフトにより、非線形光学結晶内におけるレーザビームの通過経路が変化する。通過経路の変化により、非線形光学結晶の温度上昇が抑制される。
【０００７】
特許文献４には、高調波レーザ装置が記載されている。特許文献４に記載の高調波レーザ装置は、励起用半導体レーザと、集光レンズと、反射ミラーと、固体レーザ媒質と、非線形光学結晶と、出力ミラーを備える。また、高調波レーザ装置は、レーザ光の光軸に垂直方向に非線形光学結晶の位置を移動させる移動機構、または、非線形光学結晶上のレーザ光の通過位置をレーザ照射に連動して変化させる移動機構付光学素子を含む。移動機構または移動機構付光学素子を用いることにより、非線形光学結晶内におけるレーザビームの通過経路が変化する。通過経路の変化により、非線形光学結晶の温度上昇が抑制される。
【０００８】
特許文献５には、固体レーザ装置が記載されている。特許文献５に記載の固体レーザ装置は、半導体レーザ光源と、ロッドレンズと、ＶＢＧと、ボールレンズと、ミラーと、固体レーザ結晶と、波長変換素子と、凹面型ミラーを備える。凹面型ミラーは、レーザの光軸から傾けて配置される。凹面型ミラーを、光軸から傾けて配置することにより、固体レーザ結晶中や波長変換素子中のレーザ光の透過領域が拡大する。レーザ光の透過領域の拡大により、固体レーザ結晶や波長変換素子の温度上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第５４２４３２０号公報
【特許文献２】特許第５３３０８０１号公報
【特許文献３】特開平７−２２６８６号公報
【特許文献４】特開２００４−２２９４６号公報
【特許文献５】特開２００９−２５９８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、レーザの反射スポットの位置を変化させることにより、レーザ利得媒質に作用する熱負荷を分散させるレーザ増幅システムを提供することにある。熱負荷の分散により、レーザ利得媒質の温度上昇が抑制される。
【００１１】
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。
【００１３】
いくつかの実施形態に係るレーザ増幅システムは、種光（Ａ）および励起光（Ｂ）を受け取り、前記種光（Ａ）および前記励起光（Ｂ）を同軸光（Ｃ）として出力する第１光学素子（４０；４０’）と、前記同軸光（Ｃ）を受け取り、前記励起光（Ｂ）を用いて前記種光（Ａ）を増幅し、前記種光（Ａ）の増幅により得られる増幅光（Ｍ）を出力する増幅器（６０；６０’：６０’’）と、前記第１光学素子（４０；４０’）と前記増幅器（６０；６０’：６０’’）との間に配置され、前記第１光学素子（４０；４０’）から前記同軸光（Ｃ）を受け取り、前記同軸光（Ｃ）を前記増幅器（６０；６０’：６０’’）に供給する入力側光学系（５０；５０’；５０’’；５０’’’）と、前記入力側光学系（５０；５０’；５０’’；５０’’’）を駆動して、前記同軸光（Ｃ）の前記増幅器（６０；６０’：６０’’）への入射位置（６５）または入射方向（Ｄ）を変更する駆動機構（８０；８０’；８０’’）と、前記駆動機構（８０；８０’；８０’’）を制御する制御装置（９０）とを具備する。前記増幅器（６０；６０’：６０’’）は、前記同軸光（Ｃ）が導入され、前記種光（Ａ）を増幅する第１レーザ利得媒質（６２）と、前記同軸光（Ｃ）を反射する第１反射層（６７）とを具備する。前記制御装置（９０）は、前記駆動機構（８０；８０’；８０’’）を制御して、前記入射位置（６５）または前記入射方向（Ｄ）を変更することにより、前記第１反射層（６７）における前記同軸光（Ｃ）の反射スポット（６８）の位置を移動させる。
【００１４】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記入力側光学系（５０；５０’’；５０’’’）は、前記同軸光（Ｃ）を反射する第１ミラー（５０；５０’’；５０−１）を含んでいてもよい。前記駆動機構（８０；８０’’）は、前記第１ミラー（５０；５０’’；５０−１）を揺動または回転させる第１駆動機構（８０；８０’’；８０−１）を含んでいてもよい。
【００１５】
請求項２に記載のレーザ増幅システムであって、
上記レーザ増幅システムにおいて、前記制御装置（９０）は、前記第１ミラー（５０；５０’’；５０−１）が、第１軸（Ｘ；Ｘ１；ＡＸ１）まわりに揺動または回転するように前記第１駆動機構（８０；８０’’；８０−１）を制御してもよい。前記第１ミラー（５０；５０’’；５０−１）が、前記第１軸（Ｘ；Ｘ１；ＡＸ１）まわりに揺動または回転することにより、前記反射スポット（６８）は、前記第１反射層（６７）上を移動してもよい。
【００１６】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記制御装置（９０）は、前記第１ミラー（５０’’）が、前記第１軸（ＡＸ１）とは異なる第２軸（ＡＸ２）まわりに、揺動または回転するように前記第１駆動機構（８０’’）を制御してもよい。前記第１ミラー（５０’’）が、前記第１軸（ＡＸ１）まわりに揺動または回転するとともに、前記第２軸（ＡＸ２）まわりに揺動または回転することにより、前記反射スポット（６８）は、前記第１反射層（６７）上を２次元的に移動してもよい。
【００１７】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記入力側光学系は、前記第１ミラー（５０−１）と前記増幅器（６０；６０’：６０’’）との間に配置され、前記第１ミラー（５０−１）からの前記同軸光（Ｃ）を受け取り、前記同軸光（Ｃ）を反射する第２ミラー（５０−２）を含んでいてもよい。また、前記駆動機構（８０）は、前記第２ミラー（５０−２）を揺動または回転させる第２駆動機構（８０−２）を含んでいてもよい。また、前記制御装置（９０）は、前記入射方向（Ｄ）を固定した状態で前記入射位置（６５）を変化させる平行入射モードを実行してもよい。
【００１８】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記増幅光（Ｍ）を受け取り、前記増幅光（Ｍ）を集光し、前記増幅光（Ｍ）を定方向に向けて出力する出力側光学系（５５；５５’）を更に含んでもよい。前記出力側光学系（５５；５５’）は、前記反射スポット（６８）の位置の移動に関わらず、前記増幅光（Ｍ）を前記定方向（Ｆ）に向けて出力してもよい。
【００１９】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記出力側光学系（５５’）は、固定型の集光光学系であってもよい。
【００２０】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記入力側光学系（５０’’’）を構成する入力側光学要素と、前記出力側光学系（５５）を構成する出力側光学要素とは、互いに対称的に配置されてもよい。
【００２１】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記増幅器（６０；６０’：６０’’）からの前記増幅光（Ｍ）が入射され、前記増幅光（Ｍ）を反射する第３ミラー（５５−３）と、前記第３ミラー（５５−３）からの前記増幅光（Ｍ）が入射され、前記増幅光（Ｍ）を反射する第４ミラー（５５−４）と、前記第３ミラー（５５−３）を揺動または回転する第３駆動機構（８５−３）と、前記第４ミラー（５５−４）を揺動または回転する第４駆動機構（８５−４）とを更に具備してもよい。前記第３ミラー（５５−３）および前記第４ミラー（５５−４）は、前記出力側光学系（５５）を構成してもよい。
【００２２】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記増幅器（６０’；６０’’）は、前記第１レーザ利得媒質（６２）からの前記同軸光（Ｃ）が導入され、前記種光（Ａ）を増幅する第２レーザ利得媒質（６２−２）と、前記同軸光（Ｃ）を反射する第２反射層（６７−２）とを具備してもよい。
【００２３】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記第１レーザ利得媒質（６２）を冷却する冷却機構（７０）を更に備えてもよい。
【００２４】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記冷却機構（７０）は、前記第１反射層（６７）に接触配置されるヒートシンク（７０）を含んでいてもよい。
【００２５】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記冷却機構（７０）は、冷媒流路（７２）と、前記冷媒流路（７２）に冷媒を供給する冷媒供給機構（７４）とを備えてもよい。
【００２６】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記冷媒流路（７２）は、光学素子に向けて前記冷媒を供給する冷媒放出口（１０１Ａ、１０１Ｂ）を備えてもよい。前記冷媒は、前記光学素子を洗浄してもよい。
【００２７】
上記レーザ増幅システムにおいて、前記増幅器（６０；６０’：６０’’）を囲む筐体（１００）と、前記増幅光（Ｍ）を前記筐体（１００）の内部から前記筐体（１００）の外部に出力する出力窓（１１０）とを更に備えてもよい。洗浄される前記光学部品は、前記出力窓（１１０）であってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、レーザの反射スポットの位置を変化させることにより、レーザ利得媒質に作用する熱負荷を分散させるレーザ増幅システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、比較例におけるレーザ増幅器を模式的に示す図である。図１の上側の図は、側面図であり、図１の下側の図は、底面図である。
【図２】図２は、別の比較例におけるレーザ共振器を模式的に示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第１の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、第１の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、第１の実施形態の第３変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、第１の実施形態の第３変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、第１の実施形態の第４変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、第１の実施形態の第４変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、第１の実施形態の第４変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、第１の実施形態の第４変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、第１の実施形態の第５変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｌ】図３Ｌは、第１の実施形態の第５変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図３Ｍ】図３Ｍは、第１の実施形態の第５変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、平行入射モードの１例を模式的に示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、第２の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、第２の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、第２の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第３の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第３の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第３の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、第３の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、第３の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、第３の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す側面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、第３の実施形態の第３変形例のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第４の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第４の実施形態のレーザ増幅システムを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施形態に係るレーザ増幅システムに関して、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
（発明者によって認識された事項）
図１および図２を参照して、発明者によって認識された事項について説明する。
【００３２】
図１は、比較例におけるレーザ増幅器１を模式的に示す図である。図１の上側の図は、側面図であり、図１の下側の図は、底面図である。
【００３３】
図１において、レーザ増幅器１は、レーザ利得媒質２と、反射膜３とを備える。種光４は、レーザ利得媒質２に導入され、反射スポット６の位置において、反射膜３によって反射される。励起光５は、レーザ利得媒質２に導入され、反射スポット６の位置において、反射膜３によって反射される。種光４の一部および励起光５の一部は、レーザ利得媒質２によって吸収され熱に変換される。
【００３４】
ところで、図１に記載の例のように、レーザ増幅器１では、種光４と励起光５とがレーザ利得媒質２における同じ場所に照射される必要がある。このため、一般的には、種光４の光路および励起光５の光路は、固定化されており、時間に応じて変化しない。
【００３５】
したがって、種光４の光路内および励起光５の光路内では、レーザ利得媒質２の熱負荷（温度上昇）が大きい。特に、反射スポット６の周辺領域において、熱負荷（温度上昇）が大きくなる。
【００３６】
図２は、別の比較例におけるレーザ共振器１０を模式的に示す図である。
【００３７】
レーザ共振器１０は、共振器ミラー１１と、レーザ利得媒質１３と、平行平板透過板１４と、非線形光学結晶１５と、共振器ミラー１２と、レーザ励起用のランプ１８とを備える。共振器ミラー１１、１２は、周波数ｆのレーザ光に対し高い反射率を示し、周波数２ｆのレーザ光に対し高い透過率を示す。レーザ利得媒質１３は、周波数ｆのレーザ光を生成する。平行平板透過板１４は、レーザ光の光路を、光の屈折現象を用いて、変更する。非線形光学結晶１５は、周波数ｆのレーザ光を、周波数２ｆのレーザ光に変換する。レーザ励起用のランプ１８は、レーザ利得媒質１３を励起する。
【００３８】
レーザ励起用のランプ１８を用いて、レーザ利得媒質１３内で生成された周波数ｆのレーザ光は、平行平板透過板１４に導入され、平行平板透過板１４を通過する。平行平板透過板１４が、図２の破線で示される第１位置にある時には、レーザ光は、光路１６を通って、非線形光学結晶１５を通過する。他方、平行平板透過板１４が、図２の実線で示される第２位置にある時には、レーザ光は、光路１７を通って、非線形光学結晶１５を通過する。光路１６または光路１７を通って、非線形光学結晶１５を通過するレーザ光は、周波数２ｆのレーザ光に変換される。そして、周波数２ｆのレーザ光は、共振器ミラー１２を透過して、レーザ共振器１０の外部に向けて取り出される。
【００３９】
図２に記載の例では、非線形光学結晶１５を通過するレーザ光の光路が、（光路１６と光路１７との間で）変更されるため、非線形光学結晶１５の温度上昇が抑制される。しかし、図２に記載の例は、レーザ共振器に適用される温度上昇抑制技術を示しており、レーザ増幅器に適用可能な温度上昇抑制技術を示していない。例えば、レーザ増幅器の場合、異なる周波数のレーザ光（種光および励起光）が同じ場所に照射されるように、レーザ利得媒質に導入される必要がある。しかし、図２の記載の例は、このような場合に適していない。例えば、平行平板透過板の揺動を用いた光路変更では、周波数の異なる２つの光が、互いに分離されてしまうおそれ、換言すれば、同軸光が維持されないおそれがある。
【００４０】
また、上述の特許文献４もレーザ増幅器に適用可能な温度上昇抑制技術を示していない。例えば、特許文献４には、移動機構付光学素子２２の移動による光軸のずれについて記載されている。特許文献４に記載の技術を増幅器に適用した場合には、光軸のずれにより、同軸光が維持されないおそれがある。
【００４１】
なお、図１、および、図２は、発明者によって認識された事項を説明するための図であって、公知の課題等を示すものではない。
【００４２】
（第１の実施形態）
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、第１の実施形態に係るレーザ増幅システム３０について説明する。図３Ａは、レーザ増幅システム３０を模式的に示す平面図、図３Ｂは、レーザ増幅システム３０を模式的に示す側面図（図３Ａを矢印Ｔ方向に沿って見た時の側面図）である。なお、図３Ｂには、図面の複雑化を避けるため、入力側光学系５０および増幅器６０以外の構成要素については、記載が省略されている。
【００４３】
レーザ増幅システム３０は、第１光学素子４０と、入力側光学系５０と、増幅器６０と、駆動機構８０と、制御装置９０とを備える。レーザ増幅システム３０は、種光源９８、または、励起光源９９のうちの少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００４４】
（光源）
種光源９８は、増幅されるべき種光Ａの光源である。種光Ａは、波長λ１を有する。種光Ａは、第１光学素子４０に入射される。なお、種光源９８と第１光学素子４０との間には、１つまたは複数の光学素子が配置されてもよい。
【００４５】
励起光源９９は、後述の第１レーザ利得媒質６２を励起する励起光Ｂの光源である。励起光Ｂは、種光Ａの波長λ１とは異なる波長λ２を有する。励起光の波長λ２は、種光の波長λ１より大きくてもよいし、種光の波長λ１より小さくてもよい。励起光Ｂは、第１光学素子４０に入射される。なお、励起光源９９と第１光学素子４０との間には、１つまたは複数の光学素子が配置されてもよい。
【００４６】
（第１光学素子）
第１光学素子４０は、種光Ａおよび励起光Ｂを受け取り、種光Ａおよび励起光Ｂを同軸光Ｃとして出力する。本明細書において、「同軸」とは、種光Ａの進行方向が、励起光Ｂの進行方向と同じであり（種光Ａの進行方向が、励起光Ｂの進行方向と実質的に同じである場合を含む）、かつ、種光Ａの少なくとも一部と励起光Ｂの少なくとも一部とがオーバーラップしている状態を意味する。すなわち、同軸光Ｃは、種光Ａおよび励起光Ｂを含み、同軸光Ｃを構成する種光Ａの進行方向と、同軸光Ｃを構成する励起光Ｂの進行方向とは同じ（実質的に同じ）であり、同軸光Ｃを構成する種光Ａの少なくとも一部と、同軸光Ｃを構成する励起光Ｂの少なくとも一部とは、互いにオーバーラップしている。同軸光Ｃにおいて、励起光Ｂの光路が、種光Ａの光路を完全に包含していてもよい。例えば、励起光Ｂの進行方向に垂直な断面における励起光Ｂの直径は、種光Ａの進行方向に垂直な断面における種光Ａの直径よりも大きくてもよい。同軸光Ｃにおいて、励起光Ｂの中心軸と、種光Ａの中心軸とは、互いに一致していてもよいし、互いに多少オフセットしていてもよい。
【００４７】
第１光学素子４０は、例えば、ダイクロイックミラーである。図３Ａに記載の例では、ダイクロイックミラー（第１光学素子４０）は、波長λ１の種光Ａを透過し、波長λ２の励起光Ｂを反射するミラーである。代替的に、ダイクロイックミラー（第１光学素子４０）は、波長λ１の種光Ａを反射し、波長λ２の励起光Ｂを透過するミラーであってもよい。後者の場合、図３Ａにおいて、種光源９８の位置を、図３Ａにおける励起光源９９の位置に変更し、励起光源９９の位置を、図３Ａにおける種光源９８の位置に変更すればよい。
【００４８】
（入力側光学系）
入力側光学系５０は、第１光学素子４０と増幅器６０との間に配置される光学系である。入力側光学系５０は、第１光学素子４０から同軸光Ｃを受け取る。また、入力側光学系５０は、増幅器６０に同軸光Ｃを供給する。
【００４９】
図３Ａおよび図３Ｂに記載の例では、入力側光学系５０は、ポリゴンミラー（第１ポリゴンミラー）を含む。ポリゴンミラーでは、例えば、正多角形柱のそれぞれの側面にミラーが配置されている。ポリゴンミラーが、Ｘ軸まわりに回転することにより、ポリゴンミラーによって反射された同軸光Ｃの進行方向が変化する。例えば、図３Ｂにおいて、光路Ｃ１は、ポリゴンミラーが第１の位置にあるときの同軸光Ｃの光路を示し、光路Ｃ２は、ポリゴンミラーが第２の位置にあるときの同軸光Ｃの光路を示す。
【００５０】
図３Ａに記載の例では、ポリゴンミラーの回転は、駆動機構８０（第１駆動機構）によって行われる。図３Ａに記載の例では、駆動機構８０は、モータ８１と出力軸８２とによって構成され、出力軸８２とポリゴンミラーとが機械的に連結されている。なお、モータ８１とポリゴンミラーとの間には、適宜の動力伝達機構が配置されてもよい。
【００５１】
駆動機構８０は、制御装置９０からの指令信号（例えば、電気信号）に基づいて駆動される。図３Ａに記載の例では、制御装置９０と駆動機構８０とは電気的に接続されており、駆動機構８０は、制御装置９０からの指令信号に基づいて、ポリゴンミラー（入力側光学系５０）を駆動する。駆動機構８０は、ポリゴンミラーを、例えば、Ｘ軸まわりに定角速度で回転させる。
【００５２】
なお、入力側光学系５０は、ポリゴンミラーに加えて、他の光学素子を含んでいてもよい。
【００５３】
（増幅器）
増幅器６０は、入力側光学系５０から同軸光Ｃを受け取る。増幅器６０は、第１レーザ利得媒質６２と、第１反射層６７とを含む。
【００５４】
第１レーザ利得媒質６２は、励起光Ｂによって、エネルギ状態が高い状態に励起される。また、種光Ａが励起状態の第１レーザ利得媒質６２を通過することにより、エネルギが誘導放出される。その結果、種光Ａが増幅される。増幅された種光Ａは、増幅光Ｍとして、増幅器６０から出力される。なお、本明細書では、増幅器から出力されるレーザ光を「増幅光」と呼ぶ。
【００５５】
第１レーザ利得媒質６２として固体のレーザ利得媒質を用いてもよい。第１レーザ利得媒質６２として固体のレーザ利得媒質を用いる場合、固体のレーザ利得媒質として、例えば、イッテルビウム３価イオン（Ｙｂ３＋）を含んだイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）が選択されてもよい。代替的に、第１レーザ利得媒質６２として液体のレーザ利得媒質を用いてもよい。第１レーザ利得媒質６２として液体のレーザ利得媒質を用いる場合、液体のレーザ利得媒質として、例えば、蛍光性の有機色素（例えば、オキサジン系色素）が溶剤（例えば、アルコール）に融解した液体が選択されてもよい。
【００５６】
第１レーザ利得媒質６２は、同軸光Ｃが入射する側の表面６３、および、第１反射層６７に接触配置される表面６４を含む。
【００５７】
第１反射層６７は、第１レーザ利得媒質６２の表面６４に接して配置される。第１反射層６７は、同軸光Ｃを反射する。第１反射層６７は、反射膜であってもよいし、反射フィルムであってもよいし、反射コーティングであってもよい。第１反射層６７は、例えば、誘電体多層膜である。
【００５８】
図３Ａおよび図３Ｂから把握されるように、ポリゴンミラー（入力側光学系５０）が駆動されることにより、同軸光Ｃの増幅器６０（第１レーザ利得媒質６２）への入射位置６５または入射方向Ｄが変更される。図３Ａおよび図３Ｂに記載の例では、入射位置６５および入射方向Ｄの両者が変更される。なお、入射方向Ｄは、表面６３（および第１反射層６７）に対して傾斜している。換言すれば、入射方向Ｄの表面６３に対する入射角は、例えば、０度より大きく９０度より小さい。
【００５９】
入射位置６５または入射方向Ｄが変更されることにより、第１反射層６７における反射スポット６８の位置が移動する。図３Ｂに記載の例では、光路Ｃ１に対応する反射スポット６８が、反射スポット６８Ｄ１であり、光路Ｃ２に対応する反射スポット６８が、反射スポット６８Ｄ２である。なお、ポリゴンミラーをＸ軸まわりにＲ方向（図３Ａを参照。）に連続的に回転させる場合、反射スポット６８の位置は、符号６８Ｄ１によって示される位置から、符号６８Ｄ２によって示される位置に向けて連続的に移動する（図３Ｂにおいて符号Ｅで示される矢印を参照）。そして、ポリゴンミラーの回転により、同軸光Ｃが、ポリゴンミラーの角部５１（図３Ｂを参照）を通過する時、反射スポット６８の位置は、符号６８Ｄ２によって示される位置から、符号６８Ｄ１によって示される位置に不連続的に移動する。
【００６０】
なお、ポリゴンミラーのＸ軸まわりの回転は、連続回転であっても間歇回転であってもよい。ポリゴンミラーを間歇回転させる場合、反射スポット６８の位置は、符号６８Ｄ１によって示される位置から、符号６８Ｄ２によって示される位置に向けて間歇的に移動する。ただし、より均質な増幅光Ｍを得るためには、ポリゴンミラーを間歇回転させるより、ポリゴンミラーを連続回転させる方が好ましい。
【００６１】
第１の実施形態では、レーザ増幅システム３０の作動中に（換言すれば、増幅光Ｍの出力中に）、入力側光学系５０が駆動される。より具体的には、第１の実施形態では、レーザ増幅システム３０の作動中に、入力側光学系５０を構成する光学素子（例えば、ポリゴンミラー等）の位置または角度が変化する（例えば、位置または角度が周期的に変化する）。そして、入力側光学系５０が駆動されることにより、第１反射層６７における同軸光Ｃの反射スポット６８の位置が移動する。その結果、第１レーザ利得媒質６２に作用する熱負荷が分散される。
【００６２】
また、第１の実施形態では、入力側光学系５０が、ポリゴンミラーによって構成されている。このため、例えば、平行平板透過板の揺動を用いる場合と比較して、種光Ａと励起光Ｂとの間の軸ずれが抑制される。その結果、同軸光Ｃを構成する種光Ａの第１レーザ利得媒質への入射位置（または入射方向）と、同軸光Ｃを構成する励起光Ｂの第１レーザ利得媒質への入射位置（または入射方向）との間のずれが抑制される。
【００６３】
さらに、入力側光学系５０として、ポリゴンミラーを採用する場合、図３Ｂに示されるように、反射スポット６８の位置は、周期的に変化する。より具体的には、反射スポットの位置は、符号６８Ｄ１によって示される位置から符号６８Ｄ２によって示される位置に向けて移動し、当該移動が周期的に繰り返される。これに対し、入力側光学系５０として、揺動するミラーを採用する場合には、反射スポット６８の位置は、符号６８Ｄ１によって示される位置と符号６８Ｄ２によって示される位置との間を、周期的に往復移動する。後者の例（揺動するミラーの例）では、符号６８Ｄ１で示される位置と符号６８Ｄ２によって示される位置との間の中間部分が、符号６８Ｄ１で示される位置に対応する部分（端部分）または符号６８Ｄ２で示される位置に対応する部分（端部分）よりも、同軸光によって加熱され易い。これに対し、前者の例（ポリゴンミラーの例）では、当該中間部分の同軸光による加熱と、当該端部分の同軸光による加熱とが、同程度となり易い。このため、前者の例（ポリゴンミラーの例）の方が、後者の例（揺動するミラーの例）よりも、均質な増幅光を得る観点からみて、より有利である。
【００６４】
（第１の実施形態の第１変形例）
図３Ｃは、第１の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システム３０Ａを模式的に示す平面図である。なお、第１変形例のレーザ増幅システム３０Ａにおいて、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００６５】
図３Ｃに記載の例では、図３Ａの第１光学素子４０が、第１光学素子４０’に置換されている。図３Ｃにおけるその他の構成は、図３Ａにおける構成と同様である。
【００６６】
第１光学素子４０’は、例えば、回折格子である。第１光学素子４０’は、種光Ａおよび励起光Ｂを受け取り、種光Ａおよび励起光Ｂを同軸光Ｃとして出力する。第１光学素子４０’（回折格子）には、波長λ１の種光Ａおよび波長λ２の励起光Ｂが、互いに異なる入射角度で入射される。また、第１光学素子４０’（回折格子）からは、同軸光Ｃが出力される。なお、図３Ｃに記載の例では、第１光学素子４０’は、反射型の回折格子であるが、代替的に、透過型の回折格子が採用されてもよい。
【００６７】
（第１の実施形態の第２変形例）
図３Ｄは、第１の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｂを模式的に示す平面図である。なお、第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｂにおいて、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００６８】
図３Ｄに記載の例では、図３Ａの入力側光学系５０が、入力側光学系５０’に置換され、駆動機構８０が、駆動機構８０’（第１駆動機構）に置換されている。図３Ｄにおけるその他の構成は、図３Ａにおける構成と同様である。
【００６９】
入力側光学系５０’は、第１光学素子４０と増幅器６０との間に配置される光学系である。入力側光学系５０’は、第１光学素子４０から同軸光Ｃを受け取る。また、入力側光学系５０’は、増幅器６０に同軸光Ｃを供給する。図３Ｄに記載の例では、入力側光学系５０’は、光ファイバーを含む。光ファイバーの出射側の端部は、駆動機構８０’（例えば、マニピュレータ）に接続されている。駆動機構８０’の駆動により、光ファイバーの出射側の端部は、連続的または間歇的に移動する。光ファイバーが、図３Ｄにおいて実線で示される位置にある時には、同軸光Ｃは、光路Ｃ１に沿って進行する。そして、同軸光Ｃは、反射スポット６８Ｄ１において反射される。他方、光ファイバーが、図３Ｄにおいて破線で示される位置にある時には、同軸光Ｃは、光路Ｃ２に沿って進行する。そして、同軸光Ｃは、反射スポット６８Ｄ２において反射される。
【００７０】
図３Ｄに記載の第２変形例では、第１反射層６７における同軸光Ｃの反射スポット６８の位置が移動する。その結果、第１レーザ利得媒質６２に作用する熱負荷が分散される。また、第２変形例では、入力側光学系５０’が、光ファイバーによって構成されている。このため、例えば、平行平板透過板の揺動を用いる場合と比較して、種光Ａと励起光Ｂとの間の軸ずれが抑制される。
【００７１】
なお、入力側光学系として、プリズムを用いることも可能である。しかし、入力側光学系に、屈折を利用する光学素子（プリズム等）が含まれる場合、屈折により種光Ａと励起光Ｂとが分離されるおそれがある。このため、種光Ａの波長λ１と、励起光Ｂの波長λ２との違いが大きくない場合を除いて、入力側光学系には、屈折を利用する光学素子が含まれない方がよい。
【００７２】
（第１の実施形態の第３変形例）
図３Ｅは、第１の実施形態の第３変形例のレーザ増幅システム３０Ｃを模式的に示す平面図である。また、図３Ｆは、第１の実施形態の第３変形例のレーザ増幅システム３０Ｃを模式的に示す側面図である。なお、第３変形例のレーザ増幅システム３０Ｃにおいて、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００７３】
図３Ｅおよび図３Ｆに記載の例では、図３Ａおよび図３Ｂの増幅器６０が、増幅器６０’に置換されている。図３Ｅおよび図３Ｆにおけるその他の構成は、図３Ａおよび図３Ｂにおける構成と同様である。
【００７４】
増幅器６０’は、第１段目の増幅ユニット６０−１と、第２段目の増幅ユニット６０−２とを備える。第１段目の増幅ユニット６０−１は、第１レーザ利得媒質６２と第１反射層６７とを含む。第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７は、図３Ａおよび図３Ｂに記載された第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７と、それぞれ同一である。よって、第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７について、繰り返しとなる説明は省略する。
【００７５】
第２段目の増幅ユニット６０−２は、第２レーザ利得媒質６２−２と第２反射層６７−２とを含む。第２レーザ利得媒質６２−２は、励起光Ｂによって、エネルギ状態が高い状態に励起される。また、種光Ａが励起状態の第２レーザ利得媒質６２−２を通過することにより、エネルギが誘導放出される。その結果、種光Ａが増幅される。第２レーザ利得媒質６２−２の材質は、第１レーザ利得媒質６２の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。図３Ｅおよび図３Ｆに記載の例では、第２レーザ利得媒質６２−２は、第１レーザ利得媒質６２から離間して配置されている。
【００７６】
第２レーザ利得媒質６２−２は、同軸光Ｃが入射する側の表面６３−２、および、第２反射層６７−２に接触配置される表面６４−２を含む。
【００７７】
第２反射層６７−２は、第２レーザ利得媒質６２−２の表面６４−２に接して配置される。第２反射層６７−２は、同軸光Ｃを反射する。第２反射層６７−２の材質は、第１反射層６７の材質と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００７８】
図３Ｅおよび図３Ｆから把握されるように、入力側光学系５０が駆動されることにより、同軸光Ｃの第２レーザ利得媒質６２−２への入射位置６５−２または入射方向Ｄ’が変更される。図３Ｅおよび図３Ｆに記載の例では、入射位置６５−２および入射方向Ｄ’の両者が変更される。
【００７９】
また、入射位置６５−２または入射方向Ｄ’が変更されることにより、第２反射層６７−２における反射スポット６８−２の位置が移動する。図３Ｆに記載の例では、光路Ｃ１に対応する反射スポット６８−２が、反射スポット６８Ｄ１−２であり、光路Ｃ２に対応する反射スポット６８−２が、反射スポット６８Ｄ２−２である。なお、入力側光学系５０をＸ軸まわりにＲ方向に連続的に回転させる場合、反射スポット６８−２の位置は、符号６８Ｄ１−２によって示される位置から、符号６８Ｄ２−２によって示される位置に向けて連続的に移動する（図３Ｆにおいて符号Ｅ’で示される矢印を参照）。そして、入力側光学系５０の回転により、同軸光Ｃが、ポリゴンミラーの角部５１を通過する時、反射スポット６８−２の位置は、符号６８Ｄ２−２によって示される位置から、符号６８Ｄ１−２によって示される位置に不連続的に移動する。
【００８０】
第１の実施形態の第３変形例では、第２反射層６７−２における同軸光Ｃの反射スポット６８−２の位置が移動する。その結果、第２レーザ利得媒質６２−２に作用する熱負荷が分散される。また、第３変形例では、増幅器が、第１段目の増幅ユニット６０−１と、第２段目の増幅ユニット６０−２とを含む。このため、第３変形例では、図３Ａおよび図３Ｂに記載の例と比較して、種光の増幅率の高いレーザ増幅システムを実現することができる。
【００８１】
なお、図３Ｅおよび図３Ｆに記載の例では、増幅ユニットの数が２つであるが、増幅ユニットの数は３つ以上であってもよい。また、図３Ｅおよび図３Ｆに記載の例では、入力側光学系５０が、ポリゴンミラーによって構成されている。代替的に、入力側光学系５０が、図３Ｄに記載の光ファイバー、あるいは、ポリゴンミラー以外のミラー（例えば、ガルバノミラー、ピエゾミラー、ＭＥＭＳミラー）によって構成されてもよい。
【００８２】
（第１の実施形態の第４変形例）
図３Ｇは、第１の実施形態の第４変形例のレーザ増幅システム３０Ｄを模式的に示す平面図である。また、図３Ｈは、第１の実施形態の第４変形例のレーザ増幅システム３０Ｄを模式的に示す側面図である。なお、第４変形例のレーザ増幅システム３０Ｄにおいて、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００８３】
図３Ｇおよび図３Ｈに記載の例では、図３Ａおよび図３Ｂの入力側光学系５０が、入力側光学系５０’’に置換され、図３Ａおよび図３Ｂの駆動機構８０が、駆動機構８０’’（第１駆動機構）に置換されている。図３Ｇおよび図３Ｈにおけるその他の構成は、図３Ａおよび図３Ｂにおける構成と同様である。
【００８４】
入力側光学系５０’’は、第１光学素子４０と増幅器６０との間に配置される光学系である。入力側光学系５０’’は、第１光学素子４０から同軸光Ｃを受け取る。また、入力側光学系５０’’は、増幅器６０に同軸光Ｃを供給する。図３Ｇおよび図３Ｈに記載の例では、入力側光学系５０’’は、ミラー（第１ミラー）を含む。ミラーは、例えば、ガルバノミラー（ミラーを軸まわりに揺動させる形式のミラー）、ピエゾミラー（ピエゾ素子によって揺動駆動されるミラー）、または、ＭＥＭＳミラー（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍによって駆動されるミラー）である。
【００８５】
図３Ｇおよび図３Ｈに記載のミラー（入力側光学系５０’’）は、駆動機構８０’’に接続され、駆動機構８０’’によって駆動される。ミラーがピエゾミラーである場合、駆動機構８０’’は、ピエゾ素子を含む。ミラーがＭＥＭＳミラーである場合、駆動機構８０’’は、ＭＥＭＳ素子を含む。駆動機構８０’’の駆動により、ミラーは、連続的または間歇的に回転または揺動する。
【００８６】
図３Ｇに記載の例では、駆動機構８０’’は、ミラー（入力側光学系５０’’）を、第１軸ＡＸ１まわりに揺動させる。第１軸ＡＸ１は、第１反射層６７の反射面に平行であってもよいし、非平行であってもよい。ミラー（入力側光学系５０’’）が、第１軸ＡＸ１まわりに揺動することにより、反射スポット６８は、図３Ｈの矢印Ｅ１で示される方向に平行な方向に移動する。
【００８７】
図３Ｇに記載の例では、駆動機構８０’’は、ミラー（入力側光学系５０’’）を、第２軸ＡＸ２まわりにも揺動させる。第２軸ＡＸ２は、第１軸ＡＸ１とは異なる軸である。第２軸ＡＸ２は、第１軸ＡＸ１に垂直な軸であってもよいし、第１軸ＡＸ１に垂直な軸、かつ、第１反射層６７の反射面に平行な軸であってもよい。ミラー（入力側光学系５０’’）が、第２軸ＡＸ２まわりに揺動することにより、反射スポット６８は、図３Ｇの矢印Ｅ２で示される方向に平行な方向に移動する。
【００８８】
図３Ｇおよび図３Ｈに記載の第４変形例では、第１反射層６７における同軸光Ｃの反射スポット６８の位置が移動する。その結果、第１レーザ利得媒質６２に作用する熱負荷が分散される。また、第４変形例では、ミラー（入力側光学系５０’’）が、第１軸ＡＸ１まわりに揺動または回転するとともに、第２軸ＡＸ２まわりに揺動または回転する。このため、第１反射層６７における同軸光Ｃの反射スポット６８は、第１反射層６７上を２次元的に移動する。その結果、第１レーザ利得媒質６２に作用する熱負荷がより一層分散される。また、第４変形例では、入力側光学系５０’’が、ミラーによって構成されている。このため、平行平板透過板の揺動を用いる場合と比較して、種光Ａと励起光Ｂとの間の軸ずれが抑制される。
【００８９】
なお、第４変形例では、ミラー（入力側光学系５０’’）が、第１軸ＡＸ１まわりに揺動または回転するとともに、第２軸ＡＸ２まわりに揺動または回転する例について説明した。しかし、ミラー（入力側光学系５０’’）の揺動または回転は、１つの軸まわりのみで行われてもよい。図３Ｉおよび図３Ｊに記載の例では、ミラーは、第１軸ＡＸ１まわりに揺動または回転するが、第１軸ＡＸ１とは異なる軸まわりには揺動または回転しない。この場合、ミラー（入力側光学系５０’’）が第１軸ＡＸ１まわりに揺動または回転することにより、反射スポット６８は、第１反射層６７上を１次元的に、すなわち、直線的に移動する。なお、図３Ｉおよび図３Ｊに記載の例では、図３Ｇおよび図３Ｈに記載の例と比較して、駆動機構８０’’をより簡素化することが可能である。
【００９０】
（第１の実施形態の第５変形例）
図３Ｋ乃至図３Ｍは、第１の実施形態の第５変形例のレーザ増幅システム３０Ｅを模式的に示す平面図である。なお、第５変形例のレーザ増幅システム３０Ｅにおいて、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００９１】
図３Ｋ乃至図３Ｍに記載の例では、増幅器６０に冷却機構７０が配置されている点で、図３Ａに記載の例と異なる。図３Ｋ乃至図３Ｍにおけるその他の構成は、図３Ａにおける構成と同様である。冷却機構７０は、増幅器６０（特に、第１レーザ利得媒質６２等のレーザ利得媒質）を冷却する機構である。
【００９２】
図３Ｋに記載の例では、冷却機構７０は、ヒートシンクを含む。ヒートシンクは、熱伝導率の高い材料、例えば、金属材料によって構成される。図３Ｋに記載の例では、ヒートシンク（冷却機構７０）は、第１レーザ利得媒質６２の裏面側（第１反射層６７が設けられている側）に配置されている。ヒートシンクは、第１反射層６７に接触配置されている。
【００９３】
図３Ｋに記載の例では、冷却機構７０によって、第１レーザ利得媒質６２の温度上昇が、より一層抑制される。なお、冷却機構７０は、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｇ、図３Ｉに記載の例における増幅器６０（より具体的には、第１レーザ利得媒質６２の裏面側）に適用されてもよい。また、冷却機構７０は、図３Ｅに記載の例における増幅器６０’に適用されてもよい。例えば、第１のヒートシンク（冷却機構７０）が、第１反射層６７に接触配置され、かつ、第２のヒートシンク（冷却機構７０）が、第２反射層６７−２に接触配置されてもよい。
【００９４】
図３Ｌに記載の例では、冷却機構７０は、冷媒流路７２と、冷媒流路７２に冷媒（例えば、水、液化窒素、液化ヘリウム等の液体、または、空気等の気体）を供給する冷媒供給機構７４（例えば、冷媒タンク、冷媒供給ポンプ等）とを含む。冷媒流路７２の少なくとも一部は、第１反射層６７に沿って配置されてもよい。冷媒流路７２の少なくとも一部は、第１反射層６７に平行に配置されてもよい。また、図３Ｌに記載の例では、冷媒流路７２は、第１レーザ利得媒質６２の裏面側（第１反射層６７が設けられている側）に配置されている。
【００９５】
図３Ｌに記載の例では、冷媒流路７２を流れる冷媒によって、第１レーザ利得媒質６２の温度上昇が、より一層抑制される。なお、冷媒流路７２は、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｇ、図３Ｉに記載の例における増幅器６０（より具体的には、第１レーザ利得媒質６２の裏面側）に適用されてもよい。また、冷媒流路７２は、図３Ｅに記載の例における増幅器６０’に適用されてもよい。例えば、冷媒流路７２の少なくとも一部が、第１反射層６７に沿って配置され、かつ、冷媒流路７２の少なくとも一部が、第２反射層６７−２に沿って配置されてもよい。
【００９６】
図３Ｍに記載の例は、図３Ｋに記載の例と、図３Ｌに記載の例との組み合わせである。冷却機構７０は、ヒートシンクと、冷媒流路７２と、冷媒流路７２に冷媒（例えば、水、液化窒素、液化ヘリウム等の液体、または、空気等の気体）を供給する冷媒供給機構７４（例えば、冷媒タンク、冷媒供給ポンプ等）とを含む。図３Ｍに記載の例では、冷媒流路７２は、ヒートシンクの内部に設けられている。代替的に、冷媒流路７２は、ヒートシンクの表面に冷媒を供給してもよい。
【００９７】
図３Ｍに記載の例では、ヒートシンクおよび冷媒流路７２によって、第１レーザ利得媒質６２の温度上昇が、より一層抑制される。なお、ヒートシンクおよび冷媒流路７２は、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｇ、図３Ｉに記載の例における増幅器６０（より具体的には、第１レーザ利得媒質６２の裏面側）に適用されてもよい。また、ヒートシンクおよび冷媒流路７２は、図３Ｅに記載の例における増幅器６０’に適用されてもよい。例えば、第１ヒートシンクおよび冷媒流路７２が第１レーザ利得媒質６２の裏面側に配置され、かつ、第２ヒートシンクおよび第２冷媒流路が、第２レーザ利得媒質６２−２の裏面側に配置されてもよい。
【００９８】
（第２の実施形態）
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、第２の実施形態に係るレーザ増幅システム３０Ａ−１について説明する。図４Ａは、レーザ増幅システム３０Ａ−１を模式的に示す平面図であり、図４Ｂは、レーザ増幅システム３０Ａ−１を模式的に示す側面図である。なお、図４Ｂには、図面の複雑化を避けるため、入力側光学系５０’’’および増幅器６０以外の構成要素については、記載が省略されている。また、第２の実施形態におけるレーザ増幅システム３０Ａ−１において、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【００９９】
第２の実施形態におけるレーザ増幅システム３０Ａ−１は、入力側光学系５０’’’の構成が、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０における入力側光学系５０と異なっている。
【０１００】
入力側光学系５０’’’は、第１光学素子４０と増幅器６０との間に配置される光学系である。入力側光学系５０’’’は、第１光学素子４０から同軸光Ｃを受け取る。また、入力側光学系５０’’’は、増幅器６０に同軸光Ｃを供給する。入力側光学系５０’’’は、第１ミラー５０−１と、第２ミラー５０−２とを備える。
【０１０１】
第１ミラー５０−１は、第１光学素子４０からの同軸光Ｃを受け取る。第１ミラー５０−１は、同軸光Ｃを反射し、同軸光Ｃを第２ミラー５０−２に供給する。第２ミラー５０−２は、第１ミラー５０−１と増幅器６０との間に配置される。第２ミラー５０−２には、第１ミラー５０−１からの同軸光Ｃが入射され、第２ミラー５０−２は、同軸光Ｃを反射する。第２ミラー５０−２によって反射された同軸光Ｃは、増幅器６０に供給される。
【０１０２】
第１ミラー５０−１は、図４Ａに記載の例では、ポリゴンミラーであるが、その他のミラー（ガルバノミラー、ピエゾミラー、ＭＥＭＳミラー）であってもよい。第２ミラー５０−２は、図４Ａに記載の例では、ポリゴンミラーであるが、その他のミラー（ガルバノミラー、ピエゾミラー、ＭＥＭＳミラー）であってもよい。
【０１０３】
図４Ａに記載の例では、第１ミラー５０−１の回転または揺動は、第１駆動機構８０−１によって行われる。第１駆動機構８０−１は、例えば、モータおよび動力伝達機構を備える。図４Ａに記載の例では、第１駆動機構８０−１は、第１ミラー５０−１に機械的に連結されている。
【０１０４】
第１駆動機構８０−１は、制御装置９０からの指令信号（例えば、電気信号）に基づいて駆動される。図４Ａに記載の例では、制御装置９０と第１駆動機構８０−１とは電気的に接続されており、第１駆動機構８０−１は、制御装置９０からの指令信号に基づいて、第１ミラー５０−１を駆動する。第１駆動機構８０−１は、第１ミラー５０−１を、軸Ｘ１まわりに、連続的または間歇的に回転または揺動する。
【０１０５】
図４Ａに記載の例では、第２ミラー５０−２の回転または揺動は、第２駆動機構８０−２によって行われる。第２駆動機構８０−２は、例えば、モータおよび動力伝達機構を備える。図４Ａに記載の例では、第２駆動機構８０−２は、第２ミラー５０−２に機械的に連結されている。
【０１０６】
第２駆動機構８０−２は、制御装置９０からの指令信号（例えば、電気信号）に基づいて駆動される。図４Ａに記載の例では、制御装置９０と第２駆動機構８０−２とは電気的に接続されており、第２駆動機構８０−２は、制御装置９０からの指令信号に基づいて、第２ミラー５０−２を駆動する。第２駆動機構８０−２は、第２ミラー５０−２を、軸Ｘ２まわりに、連続的または間歇的に回転または揺動する。第１駆動機構８０−１および第２駆動機構８０−２は、入力側光学系５０’’’を駆動する駆動機構を構成する。
【０１０７】
（平行入射モード）
制御装置９０は、駆動機構（第１駆動機構８０−１および第２駆動機構８０−２）に制御信号を送信する。図４Ａおよび４Ｂに記載の例では、制御装置９０は、増幅器６０への入射方向Ｄを固定した状態で増幅器６０への入射位置６５を変化させる平行入射モードを実行可能である。平行入射モードでは、増幅器６０から、互いに平行な増幅光Ｍ（図４Ｂの光路Ｍ１、および、光路Ｍ２を参照）が出力される。なお、入射方向Ｄの表面６３に対する入射角は、例えば、０度より大きく９０度より小さい。
【０１０８】
図４Ｃを参照して、平行入射モードの１例について説明する。図４Ｃには、第１ミラー５０−１と、第２ミラー５０−２とが記載されている。第１ミラー５０−１は、第１反射面５２−１を含み、第２ミラー５０−２は、第２反射面５２−２を含む。第１ミラー５０−１に向けて入射される同軸光Ｃは、第１ミラー５０−１の第１反射面５２−１および第２ミラー５０−２の第２反射面５２−２で反射され、光路Ｃ１または光路Ｃ２等に沿って出射される。図４Ｃの上側の図に記載の例では、第１反射面５２−１と、第２反射面５２−２とが平行である。このため、第１ミラー５０−１に向けて入射される同軸光Ｃと、光路Ｃ１に沿って出射される同軸光とは、互いに平行である。
【０１０９】
図４Ｃの下側の図は、図４Ｃの上側の図に示される状態から、第１ミラー５０−１がＲ１方向に第１角度θ回転し、第２ミラー５０−２がＲ２方向（Ｒ１方向と同方向）に第２角度θ（第１角度＝第２角度）回転した後の状態を示す。図４Ｃの下側の図に記載の例では、第１反射面５２−１と、第２反射面５２−２とが平行である。このため、第１ミラー５０−１に向けて入射される同軸光Ｃと、光路Ｃ２に沿って出射される同軸光とは、互いに平行である。以上のことから、図４Ｃにおいて、光路Ｃ１と光路Ｃ２とは、互いに平行であることが把握される。すなわち、図４Ｃに記載の例では、第１反射面５２−１と、第２反射面５２−２とが互いに平行となるように、制御装置９０は、駆動機構（第１駆動機構８０−１および第２駆動機構８０−２）に制御信号を送信する。その結果、平行入射モードが実現される。
【０１１０】
なお、図４Ａ乃至図４Ｃに記載の例では、制御装置９０は、第１ミラー５０−１の揺動速度の大きさまたは回転速度の大きさが、第２ミラー５０−２の揺動速度の大きさまたは回転速度の大きさと等しくなるように、第１駆動機構８０−１および第２駆動機構８０−２を制御してもよい。また、制御装置９０は、制御装置９０は、第１ミラー５０−１の揺動方向または回転方向（軸Ｘ１まわりの揺動方向Ｒ１または回転方向Ｒ１）が、第２ミラー５０−２の揺動方向または回転方向（軸Ｘ２まわりの揺動方向Ｒ２または回転方向Ｒ２）と同方向となるように、第１駆動機構８０−１および第２駆動機構８０−２を制御してもよい。
【０１１１】
なお、平行入射モードにおける制御は、図４Ｃに記載の例に限定されない。平行入射モードにおける制御は、増幅器６０への入射方向Ｄを固定した状態で増幅器６０への入射位置６５を変化させる制御であれば、第１ミラー５０−１および第２ミラー５０−２をどのように制御してもよい。
【０１１２】
図４Ｂに記載の例では、平行入射モードが実行されることにより、反射スポット６８は、符号６８Ｄ１で示される位置から、符号６８Ｄ２で示される位置に連続的または間歇的に移動する（図４Ｂにおいて符号Ｅで示される矢印を参照）。反射スポット６８の位置の移動に伴い、増幅光Ｍの光路は、符号Ｍ１で示される光路から、符号Ｍ２で示される光路に移動する。光路Ｍ１と光路Ｍ２とは互いに平行である。
【０１１３】
第２の実施形態は、第１の実施形態の効果と同様の効果を奏する。また、第２の実施形態では、増幅器６０への入射方向Ｄを一定にする平行入射モードを実行可能である。平行入射モードでは、互いに平行な増幅光が出力される。互いに平行な増幅光が出力される場合には、互いに非平行な増幅光が出力される場合と比較して、増幅光の取り扱い、例えば、増幅光の目標（加工対象物あるいは破壊対象物）への誘導制御が容易となる。また、第１の実施形態では、増幅器内において、光路間の幅（図３Ｂにおける光路Ｃ１と光路Ｃ２との間の距離）が、同軸光Ｃの進行につれて広がる。これに対し、平行入射モードでは、増幅器内において、光路間の幅（図４Ｂにおける光路Ｃ１と光路Ｃ２との間の距離）が、同軸光Ｃの進行につれて広がらない。よって、レーザ利得媒質を小型化することが可能である。特に、同軸光の進行方向に沿って複数の増幅ユニットが配置されている場合、小型化の効果は顕著である。当該効果について、下記第１変形例を用いて説明する。
【０１１４】
（第２の実施形態の第１変形例）
図４Ｄは、第２の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システム３０Ｂ−１を模式的に示す平面図である。また、図４Ｅは、第２の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システム３０Ｂ−１を模式的に示す側面図である。なお、第１変形例のレーザ増幅システム３０Ｂ−１において、第２の実施形態、第１の実施形態（および第１の実施形態の各変形例）のレーザ増幅システムの構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１１５】
図４Ｄおよび図４Ｅに記載の例では、図４Ａおよび図４Ｂの増幅器６０が、増幅器６０’に置換されている。図４Ｄおよび図４Ｅにおけるその他の構成は、図４Ａおよび図４Ｂにおける構成と同様である。
【０１１６】
増幅器６０’は、第１段目の増幅ユニット６０−１と、第２段目の増幅ユニット６０−２とを備える。第１段目の増幅ユニット６０−１は、第１レーザ利得媒質６２と第１反射層６７とを含む。また、第２段目の増幅ユニット６０−２は、第２レーザ利得媒質６２−２と第２反射層６７−２とを含む。図４Ｄおよび図４Ｅに記載の第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７の機能は、図３Ａおよび図３Ｂに記載の第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７の機能と、それぞれ同一である。また、図４Ｄおよび図４Ｅに記載の第２レーザ利得媒質６２−２、第２反射層６７−２の機能は、図３Ｅおよび図３Ｆに記載の第２レーザ利得媒質６２−２、第２反射層６７−２の機能と、それぞれ同一である。よって、第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７、第２レーザ利得媒質６２−２、第２反射層６７−２について、繰り返しとなる説明は省略する。なお、図４Ｄおよび図４Ｅに記載の例では、増幅ユニットの数が２つであるが、増幅ユニットの数は３つ以上であってもよい。
【０１１７】
図４Ｄおよび図４Ｅから把握されるように、入力側光学系５０が駆動されることにより、同軸光Ｃの第２レーザ利得媒質６２−２への入射位置６５−２が変更される。他方、同軸光Ｃの第２レーザ利得媒質６２−２への入射方向Ｄ’は一定である
【０１１８】
入射位置６５−２が変更されることにより、第２反射層６７−２における反射スポット６８−２の位置が移動する。図４Ｅに記載の例では、光路Ｃ１に対応する反射スポット６８−２が、反射スポット６８Ｄ１−２であり、光路Ｃ２に対応する反射スポット６８−２が、反射スポット６８Ｄ２−２である。
【０１１９】
図４Ｅに記載の例では、同軸光Ｃの第１レーザ利得媒質６２への入射方向Ｄは一定であり、同軸光Ｃの第２レーザ利得媒質６２−２への入射方向Ｄ’は一定である。このため、増幅器６０’内において、光路間の幅（図４Ｅにおける光路Ｃ１と光路Ｃ２との間の距離）が、同軸光Ｃの進行につれて広がらない。このため、図４Ｅに記載の例では、図３Ｆに記載の例と比較して、第２レーザ利得媒質６２−２の大きさを、より小型化することが可能である。
【０１２０】
第２の実施形態の第１変形例は、第２の実施形態と同様の効果を奏する。また、第１変形例では、増幅器が、第１段目の増幅ユニット６０−１と、第２段目の増幅ユニット６０−２とを含む。このため、第１変形例では、図４Ａおよび図４Ｂに記載の例と比較して、種光の増幅率の高いレーザ増幅システムを実現することができる。加えて、第２の実施形態の第１変形例では、第２レーザ利得媒質６２−２の小型化が可能である。
【０１２１】
（第２の実施形態の第２変形例）
図４Ｆは、第２の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｃ−１を模式的に示す平面図である。なお、第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｃ−１において、第２の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−１の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１２２】
図４Ｆに記載の例では、増幅器６０に冷却機構７０が配置されている点で、図４Ａに記載の例と異なる。図４Ｆにおけるその他の構成は、図４Ａにおける構成と同様である。
【０１２３】
冷却機構７０は、図３Ｋに記載の冷却機構７０と同じであってもよいし、図３Ｌに記載の冷却機構７０と同じであってもよいし、図３Ｍに記載の冷却機構７０と同じであってもよい。
【０１２４】
図４Ｆに記載の例では、冷却機構７０によって、第１レーザ利得媒質６２の温度上昇が抑制される。
【０１２５】
なお、冷却機構７０は、第２の実施形態の第１変形例（具体的には、図４Ｄに記載の例における増幅器６０’）に適用されてもよい。
【０１２６】
（第３の実施形態）
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、第３の実施形態に係るレーザ増幅システム３０Ａ−２について説明する。図５Ａは、レーザ増幅システム３０Ａ−２を模式的に示す平面図であり、図５Ｂは、レーザ増幅システム３０Ａ−２を模式的に示す側面図である。なお、図５Ｂには、図面の複雑化を避けるため、入力側光学系５０’’’、増幅器６０、出力側光学系５５以外の構成要素については、記載が省略されている。また、第３の実施形態におけるレーザ増幅システム３０Ａ−２において、第１の実施形態のレーザ増幅システム３０の構成要素、または、第２の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−１の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１２７】
第３の実施形態におけるレーザ増幅システム３０Ａ−２は、出力側光学系５５を備える点で、第２の実施形態におけるレーザ増幅システム３０Ａ−１と異なる。
【０１２８】
出力側光学系５５は、増幅器６０からの増幅光Ｍを受け取る。また、出力側光学系５５は、増幅光Ｍを集光する。また、出力側光学系５５は、増幅光Ｍを定方向Ｆに向けて出射する。後述されるように、出力側光学系５５は、反射スポット６８の位置の移動に関わらず、増幅光Ｍを定方向Ｆに向けて出射する。なお、出力側光学系５５は、反射スポット６８の位置の移動に関わらず、増幅光Ｍを定位置Ｐから定方向Ｆに向けて出射するようにしてもよい。
【０１２９】
図５Ａおよび図５Ｂに記載の例では、出力側光学系５５は、第３ミラー５５−３と、第４ミラー５５−４とを備える。出力側光学系５５は、任意付加的に、第３ミラーおよび第４ミラー以外の１つまたは複数の光学素子５５−５を備えていてもよい。
【０１３０】
第３ミラー５５−３は、増幅器６０からの増幅光Ｍを受け取る。第３ミラー５５−３は、増幅器６０と第４ミラー５５−４との間に配置される。第３ミラー５５−３は、増幅光Ｍを反射し、増幅光Ｍを第４ミラー５５−４に供給する。第４ミラー５５−４には、第３ミラー５５−３からの増幅光Ｍが入射され、第４ミラー５５−４は、増幅光Ｍを反射する。第４ミラー５５−４によって反射された増幅光Ｍは、出力窓（図５Ａおよび図５Ｂには、図示せず）を介して、レーザ増幅システム３０Ａ−２の外部に、出力レーザ光として出力される。
【０１３１】
第３ミラー５５−３は、図５Ａに記載の例では、ポリゴンミラーであるが、その他のミラー（ガルバノミラー、ピエゾミラー、ＭＥＭＳミラー）であってもよい。第４ミラー５５−４は、図５Ａに記載の例では、ポリゴンミラーであるが、その他のミラー（ガルバノミラー、ピエゾミラー、ＭＥＭＳミラー）であってもよい。
【０１３２】
図５Ａに記載の例では、第３ミラー５５−３の回転または揺動は、第３駆動機構８５−３によって行われる。第３駆動機構８５−３は、例えば、モータおよび動力伝達機構を備える。図５Ａに記載の例では、第３駆動機構８５−３は、第３ミラー５５−３に機械的に連結されている。
【０１３３】
第３駆動機構８５−３は、制御装置９０からの指令信号（例えば、電気信号）に基づいて駆動される。図５Ａに記載の例では、制御装置９０と第３駆動機構８５−３とは電気的に接続されており、第３駆動機構８５−３は、制御装置９０からの指令信号に基づいて、第３ミラー５５−３を駆動する。第３駆動機構８５−３は、第３ミラー５５−３を、軸Ｘ３まわりに、連続的または間歇的に回転または揺動する。
【０１３４】
図５Ａに記載の例では、第４ミラー５５−４の回転または揺動は、第４駆動機構８５−４によって行われる。第４駆動機構８５−４は、例えば、モータおよび動力伝達機構を備える。図５Ａに記載の例では、第４駆動機構８５−４は、第４ミラー５５−４に機械的に連結されている。
【０１３５】
第４駆動機構８５−４は、制御装置９０からの指令信号（例えば、電気信号）に基づいて駆動される。図５Ａに記載の例では、制御装置９０と第４駆動機構８５−４とは電気的に接続されており、第４駆動機構８５−４は、制御装置９０からの指令信号に基づいて、第４ミラー５５−４を駆動する。第４駆動機構８５−４は、第４ミラー５５−４を、軸Ｘ４まわりに、連続的または間歇的に回転または揺動する。第３駆動機構８５−３および第４駆動機構８５−４は、出力側光学系５５を駆動する駆動機構を構成する。
【０１３６】
（集光モード）
制御装置９０は、駆動機構（第３駆動機構８５−３および第４駆動機構８５−４）に制御信号を送信する。図５Ａおよび図５Ｂに記載の例では、制御装置９０は、増幅器６０からの増幅光Ｍを集光する集光モードを実行可能である。集光モードでは、制御装置９０は、例えば、第３ミラー５５−３の第３反射面５６−３と、第４ミラー５５−４の第４反射面５６−４とが互いに平行となるように、第３駆動機構８５−３および第４駆動機構８５−４を制御する。
【０１３７】
より具体的には、集光モードでは、制御装置９０は、第３ミラー５５−３の揺動速度の大きさまたは回転速度の大きさが、第４ミラー５５−４の揺動速度の大きさまたは回転速度の大きさと等しくなるように、第３駆動機構８５−３および第４駆動機構８５−４を制御する。また、集光モードでは、制御装置９０は、第３ミラー５５−３の揺動方向または回転方向（軸Ｘ３まわりの揺動方向Ｒ３または回転方向Ｒ３）が、第４ミラー５５−４の揺動方向または回転方向（軸Ｘ４まわりの揺動方向Ｒ４または回転方向Ｒ４）と同方向となるように、第３駆動機構８５−３および第４駆動機構８５−４を制御する。
【０１３８】
また、集光モードでは、制御装置９０は、例えば、第３ミラー５５−３の揺動方向または回転方向（軸Ｘ３まわりの揺動方向Ｒ３または回転方向Ｒ３）が、第２ミラー５０−２の揺動方向または回転方向（軸Ｘ２まわりの揺動方向Ｒ２または回転方向Ｒ２）と同方向となるように、第２駆動機構８０−２および第３駆動機構８５−３を制御する。さらに、制御装置９０は、第３ミラー５５−３の揺動速度の大きさまたは回転速度の大きさが、第２ミラー５０−２の揺動速度の大きさまたは回転速度の大きさと等しくなるように、第２駆動機構８０−２および第３駆動機構８５−３を制御してもよい。
【０１３９】
なお、集光モードでは、増幅光Ｍが、定方向Ｆに向けて出射される。増幅光Ｍが、定方向Ｆに向けて出射される場合には、増幅光Ｍの出射方向が変化する場合と比較して、増幅光の取り扱い、例えば、増幅光の目標（加工対象物あるいは破壊対象物）への誘導制御が容易となる。なお、集光モードにおける制御装置９０による制御は、上述の例に限定されない。
【０１４０】
図５Ａおよび図５Ｂに記載の例では、入力側光学系５０’’’を構成する光学要素である第１ミラー５０−１と、出力側光学系５５を構成する第４ミラー５５−４とが、種光の光路に沿って（あるいは、増幅器６０に対して）、互いに対称的に配置されている。第１ミラー５０−１と、第４ミラー５５−４とは、同じ部品によって構成されてもよい。部品の共通化によりコストが削減される。また、図５Ａおよび図５Ｂに記載の例では、入力側光学系５０’’’を構成する光学要素である第２ミラー５０−２と、出力側光学系５５を構成する第３ミラー５５−３とが、種光の光路に沿って（あるいは、増幅器６０に対して）、互いに対称的に配置されている。第２ミラー５０−２と、第３ミラー５５−３とは、同じ部品によって構成されてもよい。部品の共通化によりコストが削減される。なお、第１ミラー５０−１乃至第４ミラー５５−４が全て、同じ部品によって構成されてもよい。
【０１４１】
なお、レーザ増幅システムは、方向調整器５９を備えていてもよい。方向調整器５９は、出力側光学系５５から増幅光Ｍを受け取り（出力側光学系５５が存在しない時には、増幅器６０から増幅光を受け取り）、目標ＴＡ（加工対象物、破壊対象物等）に向けて増幅光Ｍが進行するように増幅光の進行方向を調整する。方向調整器５９は、例えば、ミラー５９Ａとミラー５９Ａの角度を調整する駆動機構５９Ｂ（モータ等）を備えていてもよい。方向調整器５９の構成は、上述の第１の実施形態または第２の実施形態に適用されてもよい。
【０１４２】
（第３の実施形態の第１変形例）
図５Ｃは、第３の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システム３０Ｂ−２を模式的に示す平面図である。また、図５Ｄは、第３の実施形態の第１変形例のレーザ増幅システム３０Ｂ−２を模式的に示す側面図である。なお、第１変形例のレーザ増幅システム３０Ｂ−２において、第３の実施形態のレーザ増幅システム３０Ｂ−１の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１４３】
図５Ｃおよび図５Ｄに記載の例では、図５Ａおよび図５Ｂの出力側光学系５５が、出力側光学系５５’に置換されている。図５Ｃおよび図５Ｄにおけるその他の構成は、図５Ａおよび図５Ｂにおける構成と同様である。
【０１４４】
出力側光学系５５’は、固定型の集光光学系である。固定型の集光光学系においては、レーザ増幅システム３０Ｂ−２の作動中に、出力側光学系５５’を構成する光学要素（例えば、後述の凸レンズ５７、凹レンズ５８）は、駆動されない。換言すれば、レーザ増幅システム３０Ｂ−２の作動中に、出力側光学系５５’を構成する光学要素（例えば、後述の凸レンズ５７、凹レンズ５８）は、位置変更されず、かつ、角度変更されない。
【０１４５】
図５Ｃおよび図５Ｄを参照して、出力側光学系５５’の一例について説明する。出力側光学系５５’は、凸レンズ５７および凹レンズ５８を含む。凸レンズ５７は、増幅光Ｍを集光する。なお、上述の平行入射モードが実行される時、凸レンズ５７に入射される増幅光Ｍは、平行光である（換言すれば、図５Ｄにおける光路Ｃ１と光路Ｃ２とは、互いに平行である）。凹レンズ５８は、集光された増幅光Ｍを定位置Ｐから定方向Ｆに向けて出力する。
【０１４６】
第３の実施形態の第１変形例は、第３の実施形態と同様の効果を奏する。また、図５Ｃおよび図５Ｄに記載の例では、出力側光学系５５’は、固定型の集光光学系である。このため、図５Ｃおよび図５Ｄに記載の例では、図５Ａおよび図５Ｂに記載の例と比較して、駆動機構を簡素化または省略することが可能である。
【０１４７】
（第３の実施形態の第２変形例）
図５Ｅは、第３の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｃ−２を模式的に示す平面図である。また、図５Ｆは、第３の実施形態の第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｃ−２を模式的に示す側面図である。なお、第２変形例のレーザ増幅システム３０Ｃ−２において、第３の実施形態（および第２の実施形態の第１変形例）のレーザ増幅システムの構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１４８】
図５Ｅおよび図５Ｆに記載の例では、図５Ａおよび図５Ｂの増幅器６０が、増幅器６０’’に置換されている。図５Ｅおよび図５Ｆにおけるその他の構成は、図５Ａおよび図５Ｂにおける構成と同様である。
【０１４９】
増幅器６０’’は、第１段目の増幅ユニット６０−１と、第２段目の増幅ユニット６０−２と、第３段目の増幅ユニット６０−３とを備える。第１段目の増幅ユニット６０−１は、第１レーザ利得媒質６２と第１反射層６７とを含み、第２段目の増幅ユニット６０−２は、第２レーザ利得媒質６２−２と第２反射層６７−２とを含み、第３段目の増幅ユニット６０−３は、第３レーザ利得媒質６２−３と第３反射層６７−３とを含む。第３レーザ利得媒質６２−３、第３反射層６７−３の材質は、第１レーザ利得媒質６２、第１反射層６７の材質と同じであってもよい。なお、図５Ｅおよび図５Ｆに記載の例では、増幅ユニットの数が３つであるが、増幅ユニットの数は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【０１５０】
図５Ｅに記載の例では、同軸光Ｃの第１レーザ利得媒質６２への入射方向Ｄは一定であり、同軸光Ｃの第２レーザ利得媒質６２−２への入射方向Ｄ’は一定であり、同軸光Ｃの第３レーザ利得媒質６２−３への入射方向Ｄ’’は一定である。このため、増幅器６０’’内において、光路間の幅（図５Ｆにおける光路Ｃ１と光路Ｃ２との間の距離）が、同軸光Ｃの進行につれて広がらない。このため、図５Ｆに記載の例では、図３Ｆに記載の例と比較して、第２レーザ利得媒質６２−２の大きさを小型化することが可能である。また、図５Ｆに記載の例では、第３レーザ利得媒質６２−３の大きさを小型化することも可能である。
【０１５１】
第３の実施形態の第２変形例は、第３の実施形態と同様の効果を奏する。また、第２変形例では、増幅器が、複数の増幅ユニットを含む。このため、第２変形例では、図５Ａおよび図５Ｂに記載の例と比較して、種光の増幅率の高いレーザ増幅システムを実現することができる。加えて、第３の実施形態の第２変形例では、レーザ利得媒質の小型化が可能である。
【０１５２】
（第３の実施形態の第３変形例）
図５Ｇは、第３の実施形態の第３変形例のレーザ増幅システム３０Ｄ−２を模式的に示す平面図である。なお、第３変形例のレーザ増幅システム３０Ｄ−２において、第３の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−２の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１５３】
図５Ｇに記載の例では、増幅器６０に冷却機構７０が配置されている点で、図５Ａに記載の例と異なる。図５Ｇにおけるその他の構成は、図５Ａにおける構成と同様である。
【０１５４】
冷却機構７０は、図３Ｋに記載の冷却機構７０と同じであってもよいし、図３Ｌに記載の冷却機構７０と同じであってもよいし、図３Ｍに記載の冷却機構７０と同じであってもよい。
【０１５５】
図５Ｇに記載の例では、冷却機構７０によって、第１レーザ利得媒質６２の温度上昇が抑制される。
【０１５６】
なお、冷却機構７０は、第３の実施形態の第１変形例または第２変形例に適用されてもよい。
【０１５７】
（第４の実施形態）
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、第４の実施形態に係るレーザ増幅システム３０Ａ−３について説明する。図６Ａは、第４の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−３を模式的に示す平面図である。図６Ｂは、第４の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−３を模式的に示す断面図である。
【０１５８】
なお、第４の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−３において、第３の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−２（または、第３の実施形態のレーザ増幅システムの各変形例）の構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ図番を付与し、繰り返しの説明を省略する。
【０１５９】
第４の実施形態のレーザ増幅システム３０Ａ−３は、増幅器６０を囲む筐体１００と、増幅光Ｍを筐体の内部から筐体の外部に出力するための出力窓１１０とを含む。筐体１００内には、増幅器６０に加え、種光源９８、励起光源９９、第１光学素子４０、入力側光学系５０、出力側光学系５５、冷媒供給機構７４のうちの少なくとも１つが配置されてもよい。
【０１６０】
レーザ増幅システム３０Ａ−３は、冷媒流路７２と、冷媒流路７２に冷媒を供給する冷媒供給機構７４とを備える。冷媒流路７２を流れる冷媒は、増幅器６０（例えば、第１レーザ利得媒質６２）を冷却する。冷媒流路７２は、冷媒を出力窓１１０に向けて供給する放出口１０１Ａ、１０１Ｂを備える。放出口１０１Ａは、筐体１００の内部に配置されており、放出口１０１Ａは、出力窓１１０の内面（筐体内部側の面）に向けて冷媒を供給する。その結果、出力窓１１０の内面が洗浄される。放出口１０１Ｂは、筐体１００の外部に配置されており、放出口１０１Ｂは、出力窓１１０の外面（筐体外部側の面）に向けて冷媒を供給する。その結果、出力窓１１０の外面が洗浄される。放出口１０１Ｂと、冷媒流路７２の筐体内の部分とは、開閉弁１０３を介して接続されている。放出口１０１Ｂへの冷媒の供給は、開閉弁１０３が開いている時のみ可能である。なお、筐体１００の外部は、筐体１００の内部と比較して、塵、汚れ等が蓄積され易い。このため、出力窓１１０の外面を洗浄する機構を設けることは、有意義である。
【０１６１】
冷媒流路７２は、冷媒の回収機構１０２Ａ、１０２Ｂを備える。回収機構１０２Ａは、放出口１０１Ａから出力窓１１０に向けて供給された冷媒を回収し、回収された冷媒は、冷媒供給機構７４に戻される。回収機構１０２Ｂは、放出口１０１Ｂから出力窓１１０に向けて供給された冷媒を回収し、回収された冷媒は、冷媒供給機構７４に戻される。回収機構１０２Ｂと、冷媒流路７２の筐体内の部分とは、開閉弁１０４を介して接続されている。
【０１６２】
第４の実施形態では、増幅器の冷却に使用する冷媒を利用して、出力窓等の光学素子を洗浄する。その結果、光路上の塵、汚れ等が除去される。光路上の塵、汚れ等が除去されることにより、光学素子（出力窓等）の焼き付きが防止される。また、光学素子（出力窓等）の透過効率の低下が防止され、光学素子（ミラー等）の反射効率の低下が防止される。
【０１６３】
なお、図６Ａおよび図６Ｂに記載の例では、出力窓１１０の洗浄機構（例えば、放出口１０１Ａ、１０１Ｂ等）について説明されたが、洗浄機構は、レーザ増幅システム３０−４を構成する他の光学素子の洗浄のために用いられてもよい。この場合、洗浄対象の各光学素子に対応して冷媒の放出口が設けられ、洗浄対象の各光学素子に対応して冷媒の回収機構が設けられることとなる。
【０１６４】
また、第４の実施形態における光学素子の洗浄機構あるいは筐体の構成は、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、あるいは、各実施形態の各変形例にも適用可能である。
【０１６５】
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。なお、本発明は、上述の特許文献１乃至５に記載の技術を排除するものではない。特許文献１乃至５に記載の技術と、本発明とを組み合わせれば、特許文献１乃至５に記載の技術が改善され得る。
【符号の説明】
【０１６６】
１                  ：レーザ増幅器
２                  ：レーザ利得媒質
３                  ：反射膜
４                  ：種光
５                  ：励起光
６                  ：反射スポット
１０                ：レーザ共振器
１１                ：共振器ミラー
１２                ：共振器ミラー
１３                ：レーザ利得媒質
１４                ：平行平板透過板
１５                ：非線形光学結晶
１６                ：光路
１７                ：光路
１８                ：ランプ
３０                ：レーザ増幅システム
４０、４０'          ：第１光学素子
５０、５０'、５０''、５０'''  ：入力側光学系
５０−１            ：第１ミラー
５０−２            ：第２ミラー
５１                ：角部
５２−１            ：第１反射面
５２−２            ：第２反射面
５５、５５'          ：出力側光学系
５５−３            ：第３ミラー
５５−４            ：第４ミラー
５５−５            ：光学素子
５６−３            ：第３反射面
５６−４            ：第４反射面
５７                ：凸レンズ
５８                ：凹レンズ
５９                ：方向調整器
５９Ａ              ：ミラー
５９Ｂ              ：駆動機構
６０、６０'、６０''  ：増幅器
６０−１、６０−２、６０−３    ：増幅ユニット
６２                ：第１レーザ利得媒質
６２−２            ：第２レーザ利得媒質
６２−３            ：第３レーザ利得媒質
６３                ：表面
６４                ：表面
６５、６５−２      ：入射位置
６７                ：第１反射層
６７−２            ：第２反射層
６７−３            ：第３反射層
６８、６８−２      ：反射スポット
７０                ：冷却機構
７２                ：冷媒流路
７４                ：冷媒供給機構
８０、８０'、８０''  ：駆動機構
８０−１            ：第１駆動機構
８０−２            ：第２駆動機構
８１                ：モータ
８２                ：出力軸
８５−３            ：第３駆動機構
８５−４            ：第４駆動機構
９０                ：制御装置
９８                ：種光源
９９                ：励起光源
１００              ：筐体
１０１Ａ、１０１Ｂ  ：放出口
１０２Ａ、１０２Ｂ  ：回収機構
１０３              ：開閉弁
１０４              ：開閉弁
１１０              ：出力窓
Ａ                  ：種光
Ｂ                  ：励起光
Ｃ                  ：同軸光
Ｃ１                ：光路
Ｃ２                ：光路
Ｄ、Ｄ'、Ｄ''        ：入射方向
Ｍ                  ：増幅光
Ｍ１                ：光路
Ｍ２                ：光路
Ｐ                  ：定位置
【図１】
0006739915.tif 000002
【図２】
0006739915.tif 000003
【図３Ａ】
0006739915.tif 000004
【図３Ｂ】
0006739915.tif 000005
【図３Ｃ】
0006739915.tif 000006
【図３Ｄ】
0006739915.tif 000007
【図３Ｅ】
0006739915.tif 000008
【図３Ｆ】
0006739915.tif 000009
【図３Ｇ】
0006739915.tif 000010
【図３Ｈ】
0006739915.tif 000011
【図３Ｉ】
0006739915.tif 000012
【図３Ｊ】
0006739915.tif 000013
【図３Ｋ】
0006739915.tif 000014
【図３Ｌ】
0006739915.tif 000015
【図３Ｍ】
0006739915.tif 000016
【図４Ａ】
0006739915.tif 000017
【図４Ｂ】
0006739915.tif 000018
【図４Ｃ】
0006739915.tif 000019
【図４Ｄ】
0006739915.tif 000020
【図４Ｅ】
0006739915.tif 000021
【図４Ｆ】
0006739915.tif 000022
【図５Ａ】
0006739915.tif 000023
【図５Ｂ】
0006739915.tif 000024
【図５Ｃ】
0006739915.tif 000025
【図５Ｄ】
0006739915.tif 000026
【図５Ｅ】
0006739915.tif 000027
【図５Ｆ】
0006739915.tif 000028
【図５Ｇ】
0006739915.tif 000029
【図６Ａ】
0006739915.tif 000030
【図６Ｂ】
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