(57)【要約】【目的】　安定に高出力かつ高品質のレーザビームを高効率で発生することができる固体レーザ増幅装置及び固体レーザ装置を、簡単な構成により安価に得る。【構成】　活性固体媒質を含む固体素子３、この固体素子３を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ２０、固体素子３を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成され、かつフローチューブ２０を直接挟み込んで保持する集光器８、集光器外に配置され、固体素子３を励起する励起光４０を発する励起光源４、及び集光器８に設けられ、励起光４０を導光する開口部８０により装置を構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成され、かつ上記フローチューブを直接、または間接的に挟み込んで保持する集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えた固体レーザ増幅装置。
【請求項２】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、この集光器の両端部を保持する側板、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えた固体レーザ増幅装置。
【請求項３】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、この集光器を保持する基台、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えた固体レーザ増幅装置。
【請求項４】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及び上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射により転送する光学素子を備えた固体レーザ増幅装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置において、励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射により転送する光学素子を備えたことを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項６】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及び上記励起光源からの出射光が全反射となる光学薄膜が側面に施され、上記出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えた固体レーザ増幅装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置において、励起光源からの出射光が全反射となる光学薄膜が側面に施され、上記出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたことを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項８】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及びレンズ状に分布した屈折率を持ち、上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えた固体レーザ増幅装置。
【請求項９】
請求項１ないし３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置において、レンズ状に分布した屈折率を持ち、上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたことを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項１０】
請求項４ないし９のいずれかに記載の光学素子は、励起光源と一体化して構成されていることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項１１】
活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する複数の開口部を備え、上記複数の開口部のそれぞれの位置は、上記固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化していることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置において、開口部は複数有り、複数の上記開口部のそれぞれの位置は、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化していることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の励起光源は半導体レーザであることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置、及び固体素子から光を取り出すレーザ共振器を備えた固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、安価な構成で、安定に、高出力で高品質なレーザビームを、高効率に発生させることができる固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　図１３は、従来の固体レーザ装置を示す側面構成図である（例えば、非特許文献１参照）。図において、１は反射ミラー、２は部分反射ミラー、３は活性固体媒質を含む固体素子で、ヤグレーザを例にとれば活性固体媒質としてＮｄをドーピングしたＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）である。４は励起光源で、例えばＧａＡｌＡｓを主成分とする半導体レーザ、５は励起光源４を駆動する電源、６は集光レンズ、７はミラー１、２により構成されたレーザ共振器内に発生したレーザビーム、１０は反射ミラー１がレーザビーム７に対して全反射、半導体レーザの光に対して全透過となるようにする光学薄膜、４０は半導体レーザ４から発せられた光、７０は部分反射ミラー２により外部に取り出されたレーザビーム、１００は基台である。
【０００３】
　従来の固体レーザ装置は上記のように構成されており、電源５により点灯された半導体レーザ４の光を、集光レンズ６により固体素子３の端面より導入し、これを励起してレーザ増幅媒質とする。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され、指向性の良いレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達すると、レーザビーム７０として外部に放出される。
【０００４】
【非特許文献１】Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、１１９−１２０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　上記のような従来の固体レーザ装置では、半導体レーザの光を端面より固体素子に導く構成としたために、端面近傍が強く励起され、高出力を発生させようとして出力の大きい半導体レーザにより励起すると、固体素子内に光の強度分布が発生しビーム形状が崩れた。このために、従来の構成で高出力の高品質ビームを発生させることはできなかった。
【０００６】
　さらに、従来の固体レーザ装置では、固体素子の吸収率は半導体レーザの波長に依存するために、安定な動作をさせるには半導体レーザの波長を固体素子の吸収波長に合わせる必要があった。図１４はＮｄ：ＹＡＧレーザを例に取り、半導体レーザの波長と励起効率の関係を示すが、励起発振効率を一定に保った安定な動作には、中心波長が８１０ｎｍの半導体レーザを選択して、さらにその温度コントロールを行う必要がある。これにより装置の構成が複雑になるのに加え、半導体レーザの製造における歩留まりを悪くし、その価格を押し上げ、高価な装置になるという問題もあった。
【０００７】
　さらに、従来の固体レーザ装置では、半導体レーザの光をレンズで固体素子の一点に集光して励起するように構成したために、機械的な振動などにより半導体レーザの出射方向が変化すると励起部の位置が変動し、発振が安定せず、また半導体レーザの寿命により交換する場合にも、半導体レーザの細かい位置、角度調整が必要であるという問題もあった。
【０００８】
　本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、固体素子を側面から均一に励起して、高品質で、高出力のレーザ増幅媒質を得るとともに、励起光源の波長が変化しても発振効率が一定であり、また、機械的振動に対しても安定に発振し、出力の変動が少なく、安定に高出力かつ品質の良いレーザビームを発生することができる固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置を、簡単な構成により安価に得ることを目的としている。また、励起光源の交換も容易である固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
　本発明の請求項１に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成され、かつ上記フローチューブを直接、または間接的に挟み込んで保持する集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものである。
【００１０】
　また、本発明の請求項２に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、この集光器の両端部を保持する側板、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものである。
【００１１】
　また、本発明の請求項３に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、この集光器を保持する基台、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものである。
【００１２】
　また、本発明の請求項４に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及び上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射により転送する光学素子を備えたものである。
【００１３】
　また、本発明の請求項５に係る固体レーザ増幅装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載された装置に対し、励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射により転送する光学素子を設けたものである。
【００１４】
　また、本発明の請求項６に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及び上記励起光源からの出射光が全反射となる光学薄膜が側面に施され、上記出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
【００１５】
　また、本発明の請求項７に係る固体レーザ増幅装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、励起光源からの出射光が全反射となる光学薄膜が側面に施され、上記出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
【００１６】
　また、本発明の請求項８に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部、及びレンズ状に分布した屈折率を持ち、上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
【００１７】
　また、本発明の請求項９に係る固体レーザ増幅装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、レンズ状に分布した屈折率を持ち、上記励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたものである。
【００１８】
　また、本発明の請求項１０に係る固体レーザ増幅装置は、請求項４ないし９のいずれかに記載の光学素子が、励起光源と一体化して構成されているものである。
【００１９】
　また、本発明の請求項１１に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成された集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する複数の開口部を備え、上記複数の開口部のそれぞれの位置は、上記固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化しているものである。
【００２０】
　また、本発明の請求項１２に係る固体レーザ増幅装置は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、励起光を導光する複数の開口部を備え、上記複数の開口部のそれぞれの位置は、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化しているものである。
【００２１】
　また、本発明の請求項１３に係る固体レーザ増幅装置は、励起光源として半導体レーザを用いるようにしたものである。
【００２２】
　また、本発明の請求項１４に係る固体レーザ装置は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置に対し、固体素子から光を取り出すレーザ共振器を備えたものである。
【発明の効果】
【００２３】
　本発明の請求項１においては、活性固体媒質を含む固体素子、この固体素子を冷却する冷却媒体を流すフローチューブ、上記固体素子を囲むように配置され、内面が拡散反射面で構成され、かつ上記フローチューブを直接、または間接的に挟み込んで保持する集光器、集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部により固体レーザ増幅装置を構成したので、安定に、高出力、高品質のレーザビームを発生する固体レーザ増幅装置を、簡単な構成により安価に得ることができる。
【００２４】
　また、本発明の請求項２においては、集光器の両端部を側板で保持するようにしたので、上記と同様、安定に、高出力、高品質のレーザビームを発生する固体レーザ増幅装置を、簡単な構成により安価に得ることができる。
【００２５】
　また、本発明の請求項３においては、集光器をフローチューブを支える側板とは別の基台で支えるようにしたために、集光器の取り外しが容易となり、集光器の交換を敏速に行うことができる。
【００２６】
　また、本発明の請求項４においては、内部全反射により入射光を転送する光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで内部全反射によりに導くように構成したので、ほとんどロスなく、励起光源の光を集光器内部に導くことができるとともに、励起光の強度分布が均一になり、集光器内でより均一に拡散反射して、固体素子を極めて均一に励起することができ、高効率に高品質のレーザ増幅を行うことができる。
【００２７】
　また、本発明の請求項５においては、上記請求項１〜３の装置に対し、内部全反射により入射光を転送する光学素子を設けて、励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、上記効果に加え、フローチューブの周囲で集光器を回転させて、固体素子への励起位置を変化させたとき、安定して励起光を導くことができる。
【００２８】
　また、本発明の請求項６においては、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺に導くようにしたために、上記請求項４と同様の効果がある。また、安価な材料を用いることができるために、装置全体を安価にできる効果もある。
【００２９】
　また、本発明の請求項７においては、上記請求項１〜３の装置に対し、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子を設けて、励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、請求項５と同様の効果がある。
【００３０】
　また、本発明の請求項８においては、レンズ状に分布した屈折率を持つ光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺に導くように構成したので、上記請求項４と同様の効果がある。また、光学素子の長さに影響されずに、安定した品質の励起光を集光器内部に導くことができ、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
【００３１】
　　また、本発明の請求項９においては、上記請求項１〜３の装置に対し、レンズ状に分布した屈折率を持つ光学素子を設けて、励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、請求項５と同様の効果がある。
【００３２】
　また、本発明の請求項１０においては、励起光源と一体化して光学素子を配置したので、固体素子への励起光の入射位置が変化しても、光源と固体素子の位置関係を一定に保ち、励起分布の調整を容易にする。
【００３３】
　また、本発明の請求項１１においては、開口部を複数設け、これら複数の開口部の位置が、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化するようにしたので、均一な励起分布が実現でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
【００３４】
　また、本発明の請求項１２においては、上記請求項１〜１０の装置に対し、開口部を複数設け、これら複数の開口部の位置が、固体素子の軸方向から見て、少なくとも一カ所で変化するようにしたので、均一な励起分布が実現でき、高品質のレーザ増幅を行うことができるとともに、フローチューブの周囲で集光器を回転させて、固体素子への励起位置を変化させたとき、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することができる。また、光学素子を用いた場合、励起光を均一化する作用が有効に作用して、さらに均一な増幅分布を得ることができる。
【００３５】
　また、本発明の請求項１３においては、励起光源として半導体レーザを用いるようにしたために、コンパクトな励起光源から、高効率で高出力な励起光を発生させることができ、高効率に高品質のレーザ増幅を行うことができる。
【００３６】
　また、本発明の請求項１４においては、レーザ共振器を用いて、励起光源からの光により励起された固体素子から、レーザビームを取り出すように構成したために、高効率に高品質なレーザビームを発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
　実施の形態１．
　図１は本発明の一実施の形態を示す構成図であり、図１（ａ）は横断面構成図、図１（ｂ）は縦断面構成図、図１（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。図において、１、２、３、４、５、７、４０、７０、１００は、従来装置と全く同一のものである。８は固体素子３を囲むように配置され、内面が拡散反射面よりなる集光器であり、集光器８は複数の集光器を固体素子３の軸方向に並べて構成されている。２０はフローチューブで、このフローチューブ２０と固体素子３の間には冷却水が流される。さらに集光器８は、このフローチューブ２０を挟み込むようにしてフローチューブ２０に保持される。８０は集光器の側面の一部に開けられた開口部、１０１はフローチューブ２０を支持する側板である。
【００３８】
　上記のように構成された固体レーザ装置において、活性固体媒質を含む固体素子３は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部８０から導入された、半導体レーザ４から発せられる励起光４０により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム７０として外部に放出される。
【００３９】
　上記構成において、固体素子３により吸収されなかった半導体レーザの光は、固体素子を通過後、集光器内面で拡散反射し、再び固体素子を均一に励起する。この場合の励起効率は、固体素子に最終的に吸収されるまでの、拡散反射面での光の反射回数の確率を考慮して計算できる。
【００４０】
　図２は固体素子の励起効率を、集光器内面の反射率と、固体素子を励起光が一回のみ通過するとした場合の励起効率（吸収率）との関数として計算した結果である。励起光である、例えば半導体レーザの波長が変化し、固体素子の吸収率が２０〜１００％と変化しても、固体素子の励起効率の変化は緩やかであることがわかる。このことは、従来例に比較してより広い範囲の波長をもつ励起光源を使用でき、また、波長の制御も厳密にする必要がないことを示す。その結果、半導体レーザの製造における歩留まりを上げ、簡単な構成で、かつ安価な装置が実現できるようになる。
【００４１】
　なお、固体素子３に吸収されてレーザ光とならなかった成分は熱となり、この熱により加熱された固体素子３は、周囲に配置されたフローチューブ内を流れる冷却媒体により冷却される。
【００４２】
　図３には、実施の形態１による固体レーザ装置の発振特性を実験により取得した結果の一例を示す。長さ１ｃｍ、幅５ミクロンの空間的に扁平な励起光を、波長８１０ｎｍ近傍で発生するＧａＡｌＡｓを主成分とする連続発振の半導体レーザ６個を用いて、それぞれの半導体レーザ４から発生されるレーザ光を、それぞれの半導体レーザ４に対して用意した集光器８の側面に設けた、それぞれ長さ１．５ｃｍ、幅０．５ｍｍの大きさを持つ開口部８０から集光器８内に導き、集光器内に収めた直径４ｍｍ、長さ１００ｍｍの細いＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）ロッド３を励起して、透過率６％の部分反射ミラー２と１００％の反射率を持つ反射ミラー１からなる安定型共振器によりレーザ出力を得た。
【００４３】
　半導体レーザ全部の出力が併せて７２Ｗの時に、レーザビーム７０として２５Ｗのレーザ出力が得られた。発振特性のスロープ効率、いわゆる光−光スロープ効率は４８％となった。この値は、本発明の明細書の作成時点での世界最高記録である。細いロッドを用いるほど、ビーム品質の良いレーザビームの発生が容易になる。従って、このような細いロッドでこのような高い記録を達成できことは、本発明の構成が、高品質のレーザビームを、高効率で発生できるものであることを示している。
【００４４】
　なお、上記実施の形態では、半導体レーザ４を固体素子３の側面に複数個対称に配置する構成を示したが、これに限るものではなく、１つでもよい。
【００４５】
　また、上記実施の形態では、集光器の交換や、各半導体レーザのビーム入射位置の調整が容易なように、集光器８は複数の集光器を固体素子３の軸方向に並べ、各集光器が開口部８０を備える構成を示したが、１つの集光器に複数の開口部をもうけても良い。
【００４６】
　また、上記実施の形態では集光器８は、開口部８０で、固体素子３の軸方向に沿って横方向に分割され、上下からフローチューブ２０を挟んで保持する構成を示したが、これに限る必要はなく、図４に示すように縦方向に分割して、左右からフローチューブ２０を挟んで保持する構成でもよく、さらに縦、横方向に４分割しても良い。
　このように構成することにより、分割された集光器の一部をはずして、開口部からの出射光のパターンを見ることができ、例えば、開口部に半導体レーザの光が入射していることを確認できる。
【００４７】
　さらに、本実施の形態の構成においては、集光器８をフローチューブの周囲で回転させることも可能であり、開口部の位置を変化させて、励起光の入射位置を変化させるように構成すれば、固体素子をより均一に励起でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
【００４８】
　以上のように、上記構成の固体レーザ装置は、内面が拡散反射面で構成された集光器内に固体素子を配置し、開口部から励起光を導入して固体素子を励起するようにしたために、固体素子を効率よく、均一に励起できる。
　また、励起光を、励起光の発散角やビーム品質に関係ない拡散反射状のビームに変換して、固体素子を励起することができる構成としているので、入射ビームの発散状態や、ビームモード、開口部への入射位置に、ほとんど影響されずに固体素子を励起することができ、従って、機械的な振動に対しても安定に発振でき、さらに細かい再調整をすることなく、励起光源の交換ができる。
　また、集光器を固体素子の周囲でフローチューブを挟み込むようにして支えるようにしたために、集光器と固体素子との関係が安定し、安定した動作が実現できる。また、フローチューブの中心、即ち、固体素子の中心と、集光器の中心とが一致するようにでき、より均一に励起できるようになる。
【００４９】
　実施の形態２．
　図５は本発明の実施の形態２による固体レーザ装置を示す構成図であり、図５（ａ）は横断面構成図、図５（ｂ）は縦断面構成図、図５（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。実施の形態１では、集光器８をフローチューブ２０を挟んで固体素子の周囲に保持する構成を示したが、フローチューブ２０を支える側板にネジ止めなどにより機械的に集光器の両端部を固定するか、あるいは図５に示すように、２つの側板１０１を連結するネジ１０２を備え、このネジ１０２で２つの側板１０１間の距離を可変として、この間に集光器８を収めた後に、側板間の距離を縮めて集光器８を圧接して保持する様にしても良い。
【００５０】
　このようにすることにより、集光器と固体素子との関係が安定し、安定した動作が実現できる。また、フローチューブの中心、即ち、固体素子の中心と、集光器の中心とが一致するようにでき、より均一に励起できるようになる。
【００５１】
　さらに、本実施の形態の構成においても、集光器８をフローチューブの周囲で回転させることも可能であり、開口部の位置を変化させて、励起光の入射位置を変化させるように構成すれば、固体素子をより均一に励起でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
【００５２】
　実施の形態３．
　図６は本発明の実施の形態３による固体レーザ装置を示す構成図であり、図６（ａ）は横断面構成図、図６（ｂ）は縦断面構成図、図６（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。集光器８の保持の仕方としては、さらに、図６に示すように、集光器８を基台１００の上に固定しても良い。この場合、集光器８は側板１０１と離すこともできるが、固体素子３の、基台１００からの高さの調整が必要であり、例えば固体素子３の高さを、集光器８の中心が、フローチューブ２０の中心、即ち固体素子３の中心と一致するように、調整する調整装置をもうけるか、機械精度でおさめれるような構造設計をすればよい。
【００５３】
　このように、集光器８をフローチューブ２０を支える側板１０１とは別の基台１００で支えるようにしたために、集光器８の取り外しが容易となり、集光器内部に汚れが発生した場合に、集光器の交換を敏速に行うことができる。
【００５４】
　実施の形態４．
　図７は本発明の実施の形態４による固体レーザ装置の主要部を示す断面構成図であり、図７（ａ）は横断面構成図、図７（ｂ）は縦断面構成図である。図において、４５は板状の、例えばサファイア、またはドープされていないＹＡＧからなる、励起光４０を導波する光導波光学素子であり、開口部８０内に配設されている。
【００５５】
　上記のように構成された固体レーザ装置においては、上記実施の形態１〜３と同様、活性固体媒質を含む固体素子３は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部８０から導入された、半導体レーザ４から発せられる励起光４０により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム７０として外部に放出される。
【００５６】
　本実施の形態に特徴的な光導波光学素子４５の動作についてつけ加える。光導波光学素子４５の端面には、励起光に対する無反射コートが施されており、励起光源４の光はほとんどロスなく光導波光学素子４５内に導かれる。光導波光学素子４５はサファイア、またはＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）から作られており、屈折率が約１．７から１．８と大きいため、光導波光学素子４５内に斜入射された励起光は、光導波光学素子４５の上下面で全反射させられ、ほとんどロスなく、集光器内部に導かれる。実際に、実験においても、９９％以上の透過特性が実証されている。
【００５７】
　光導波光学素子４５は、さらに励起光の空間分布を均一化する作用もある。例えば半導体レーザからなる励起光源５から発生された光のうち、中央部の光は全反射されることなく光導波光学素子４５を通過するが、周囲部は全反射により中央部に折り返されて、光導波光学素子４５から集光器内部に導かれる。この様にして、中央部と、周囲部の光を混合して、励起光の強度分布を一定にすることができる。こうして励起光の強度分布を均一化して集光器内に導くと、集光器の拡散反射による、固体素子の励起の均一化効果を高めることができる。
【００５８】
　なお、光導波光学素子４５として、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子、例えばガラス、または溶融石英に例えば金、またはアルミニウム、またはフッカマグネシウムの薄膜を蒸着した素子を用いて図７と同様に構成してもよい。この場合は、安価な材料を用いることができるために、装置全体を安価にできる効果もある。
【００５９】
　また、光導波光学素子４５として、内部の屈折率がなめらかに変化してレンズ作用により光を伝送する光学素子、例えば光ファイバーを用いて、図８に示すように構成しても良い。この場合、励起光源のビーム品質を保持したまま、励起光を導くことができるため、励起光を導く光学素子の長さに影響されずに、安定した品質の励起光を集光器内部に導くことができ、固体素子内部の励起分布を安定にすることができ、高品質のレーザ増幅を行うことができる。
　なお、半導体レーザを励起光源として用いた場合には、励起光の発散は上下方向のみが大きいために、上下方向のみに屈折率をなめらかにするようにしても良い。
【００６０】
　また、このように、光導波光学素子４５を用いる場合には、集光器の開口部を、この光導波光学素子４５により閉塞できるために、フローチューブ２０を取り除いて、集光器内部に冷却剤を流して、集光器内部にフローチューブの役割をさせることもできる。
【００６１】
　また、光導波光学素子４５は光源４と同一パッケージ内に一体化して配置しても良く、こうすると光源４と光学素子４５の位置調整状態を保持したままで、光学素子４５の、ロッド側面への入射位置の変更が容易にできる。例えば、実施の形態１や実施の形態２の構成のものに対し、集光器８を回転可能に構成し、開口部８０の位置を変化させて固体素子への励起光の入射位置を変化させる際に、光源４と一体化された光導波光学素子４５を用いて励起光を導けば、位置ズレや入射角の変化があっても励起光の伝送効率が変わらず、安定して励起光を導くことができる。
【００６２】
　実施の形態５．
　図９は本発明の実施の形態５による固体レーザ装置を示す構成図であり、図９（ａ）は横断面構成図、図９（ｂ）は縦断面構成図、図９（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。本実施の形態においては、図９に示すように、集光器８に設けられた開口部８０の位置が高さ方向で変化しており、したがって、励起光源４の設置位置も高さ方向で変化している。
【００６３】
　本実施の形態の固体レーザ装置においては、上記実施の形態１〜３と同様、活性固体媒質を含む固体素子３は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部８０から導入された、半導体レーザ４から発せられる励起光４０により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム７０として外部に放出される。
【００６４】
　本実施の形態に特徴的な開口部４０の配置について説明をつけ加える。本実施の形態では、対向する２個の半導体レーザ４を、固体素子の軸方向に３組、合計６個配置しており、固体素子への励起光の入射位置が、固体素子の軸方向からみて、なるべく特定の場所に集中しないように、均等に近くなるようにしている。固体素子の増幅率は、固体素子の軸方向の積分値で表されるから、このようにして軸方向から見た励起光の入射を均等にすると、固体素子断面内の増幅率も均等となり、高品質なレーザビームの発生、増幅が容易となる。
【００６５】
　固体素子への入射位置の均一化のためには、図９では各段に２個の半導体レーザを配置する構成を示したが、これに限らないのは言うまでもなく、要は集光器の側面に備えられた開口部を複数個備えると共に、その固体素子の軸方向から見た位置が、それぞれの開口部の少なくとも一カ所でも変化していれば、固体素子断面内の増幅分布の均一性は格段に改善される。
　なお、励起光源からの入射パワーを増大させると、高品質なビームの発生、増幅のために、より均一な入射位置の配置が必要となるため、上記構成が特に有効となる。
【００６６】
　本実施の形態においても、実施の形態４で用いた光導波光学素子４５を用いる構成が考えられる。上述したような、光導波光学素子４５による、励起光を均一化する作用が有効に作用して、さらに均一な増幅分布を得ることができる。
【００６７】
　実施の形態６．
　実施の形態５では、集光器８に設けた開口部８０の位置を変化させたが、実施の形態１で示した、集光器８をフローチューブ２０を挟んで固定するものに対し、フローチューブ２０の回りで集光器８を回転させて、固体素子３の軸方向から見て、断面内で周囲から均一に励起されるように、構成しても良い。図１０はこのような構成の一例を示すものであり、図１０（ａ）には横断面構成図を、図１０（ｂ）には集光器部を抜き出して、集光器部が回転している様子を固体素子の軸方向から見た図を示す。この場合、軸方向に分割された複数の集光器８は各々自由に回転できるので、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することもできる。
【００６８】
　上記実施の形態は実施の形態１の構成のものに対する適用例であったが、実施の形態２で示した、側板１０１で集光器８を挟みつけて固定する構成のものに対しても、フローチューブ２０の回りで集光器８を回転させて、固体素子３の軸方向から見て、断面内で周囲から均一に励起されるように構成しても良い。この場合も、軸方向に分割された複数の集光器８は各々自由に回転できるので、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することもできる。
【００６９】
　実施の形態７．
　上記いずれの実施の形態においても、励起光源として半導体レーザを用い、かつ直接、集光器の開口部、もしくは光導波光学素子に導光する例を示したが、これに限るものでなく、例えばイオンレーザなどの他の励起源を用いても良いし、例えば図１１に示すように、面状に発光するパルス半導体レーザの光を集光レンズ６を用いて、開口部８０に光を導く構成も考えられる。要は集光器８に設けた開口部８０に光を導光すればよい。
【００７０】
　実施の形態８．
　また、上記いずれの実施の形態においても、励起光源により励起された固体素子を増幅媒質とし、この増幅媒質からレーザ共振器によりレーザビームを取り出す構成を例として示したが、増幅媒質を固体レーザ増幅装置として用いることもできる。図１２には、固体レーザ装置２００よりレーザ共振器１、２により取り出したレーザビーム７０を固体レーザ増幅装置３００で増幅して、レーザビーム７１として外部に取り出す構成の例を示している。
【００７１】
　なお上記いずれの実施の形態においても、固体素子、及びフローチューブの断面が円形のものについて説明したが、いずれも円形に限るものでなく、矩形、楕円でもよい。
【００７２】
　また、上記いずれの実施の形態においても特に説明しなかったが、フローチューブ側面、光学素子など、レーザビームが通過する部分のうち、特に指示のない部分にも、通常の光学素子のように無反射薄膜を施せば通過ロスが減少し、効率の良いレーザ発振を実現することができる。
【００７３】
　また、固体素子としてＮｄ：ＹＡＧを用いたものについて説明したが、これに限るものでなく、光励起できる固体素子であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置の動作を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置の動作を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１による他の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４による他の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態５による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態６による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態７による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態８による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１３】従来の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１４】従来の固体レーザ装置の動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
　１　反射ミラー、２　部分反射ミラー、３　固体素子、４　励起光源、５　電源、７　レーザビーム、８　集光器、２０　フローチューブ、４０　励起光、４５　光導波光学素子、７０　レーザビーム、７１　レーザビーム、８０　開口部、１００　基台、１０１　側板、１０２　ネジ、２００　固体レーザ装置、３００　固体レーザ増幅装置。
【図１】
2004006975.tif 000003
【図２】
2004006975.tif 000004
【図３】
2004006975.tif 000005
【図４】
2004006975.tif 000006
【図５】
2004006975.tif 000007
【図６】
2004006975.tif 000008
【図７】
2004006975.tif 000009
【図８】
2004006975.tif 000010
【図９】
2004006975.tif 000011
【図１０】
2004006975.tif 000012
【図１１】
2004006975.tif 000013
【図１２】
2004006975.tif 000014
【図１３】
2004006975.tif 000015
【図１４】
2004006975.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月2日(2003.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性固体媒質を含む固体素子、上記固体素子を囲むように配置された集光器、上記集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものであって、上記開口部は上記集光器の側面における形状が細長い矩形状で上記固体素子の軸方向に複数有り、複数の上記開口部は、その細長い矩形の長辺を含む面が互いに平行かつ上記固体素子の軸を含む面に対して平行であり、かつ複数の上記開口部のそれぞれの位置は上記固体素子の軸方向から見て少なくとも一ヵ所で変化していることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体レーザ増幅装置において、複数の開口部は、階段状に配置されていることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体レーザ増幅装置において、励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を備えたことを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の励起光源は半導体レーザであることを特徴とする固体レーザ増幅装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の固体レーザ増幅装置、及び固体素子から光を取り出すレーザ共振器を備えた固体レーザ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】　本発明は、安価な構成で、安定に、高出力で高品質なレーザビームを、高効率に発生させることができる固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】　図１３は、従来の固体レーザ装置を示す側面構成図である（例えば、非特許文献１参照）。図において、１は反射ミラー、２は部分反射ミラー、３は活性固体媒質を含む固体素子で、ヤグレーザを例にとれば活性固体媒質としてＮｄをドーピングしたＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）である。４は励起光源で、例えばＧａＡｌＡｓを主成分とする半導体レーザ、５は励起光源４を駆動する電源、６は集光レンズ、７はミラー１、２により構成されたレーザ共振器内に発生したレーザビーム、１０は反射ミラー１がレーザビーム７に対して全反射、半導体レーザの光に対して全透過となるようにする光学薄膜、４０は半導体レーザ４から発せられた光、７０は部分反射ミラー２により外部に取り出されたレーザビーム、１００は基台である。【０００３】　従来の固体レーザ装置は上記のように構成されており、電源５により点灯された半導体レーザ４の光を、集光レンズ６により固体素子３の端面より導入し、これを励起してレーザ増幅媒質とする。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され、指向性の良いレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達すると、レーザビーム７０として外部に放出される。【０００４】
【非特許文献１】Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、１１９−１２０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】　上記のような従来の固体レーザ装置では、半導体レーザの光を端面より固体素子に導く構成としたために、端面近傍が強く励起され、高出力を発生させようとして出力の大きい半導体レーザにより励起すると、固体素子内に光の強度分布が発生しビーム形状が崩れた。このために、従来の構成で高出力の高品質ビームを発生させることはできなかった。【０００６】　さらに、従来の固体レーザ装置では、固体素子の吸収率は半導体レーザの波長に依存するために、安定な動作をさせるには半導体レーザの波長を固体素子の吸収波長に合わせる必要があった。図１４はＮｄ：ＹＡＧレーザを例に取り、半導体レーザの波長と励起効率の関係を示すが、励起発振効率を一定に保った安定な動作には、中心波長が８１０ｎｍの半導体レーザを選択して、さらにその温度コントロールを行う必要がある。これにより装置の構成が複雑になるのに加え、半導体レーザの製造における歩留まりを悪くし、その価格を押し上げ、高価な装置になるという問題もあった。【０００７】　さらに、従来の固体レーザ装置では、半導体レーザの光をレンズで固体素子の一点に集光して励起するように構成したために、機械的な振動などにより半導体レーザの出射方向が変化すると励起部の位置が変動し、発振が安定せず、また半導体レーザの寿命により交換する場合にも、半導体レーザの細かい位置、角度調整が必要であるという問題もあった。【０００８】　本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、固体素子を側面から均一に励起して、高品質で、高出力のレーザ増幅媒質を得るとともに、励起光源の波長が変化しても発振効率が一定であり、また、機械的振動に対しても安定に発振し、出力の変動が少なく、安定に高出力かつ品質の良いレーザビームを発生することができる固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置を、簡単な構成により安価に得ることを目的としている。また、励起光源の交換も容易である固体レーザ増幅装置、及び固体レーザ装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】　本発明に係る固体レーザ増幅装置は、活性固体媒質を含む固体素子、上記固体素子を囲むように配置された集光器、上記集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものであって、上記開口部は上記集光器の側面における形状が細長い矩形状で上記固体素子の軸方向に複数有り、複数の上記開口部は、その細長い矩形の長辺を含む面が互いに平行かつ上記固体素子の軸を含む面に対して平行であり、かつ複数の上記開口部のそれぞれの位置は上記固体素子の軸方向から見て少なくとも一ヵ所で変化しているものである。【００１０】　また、複数の開口部は、階段状に配置されているものである。【００１１】　また、励起光源からの出射光を開口部周辺または固体素子周辺まで転送する光学素子を設けたものである。【００１２】　また、励起光源として半導体レーザを用いるようにしたものである。【００１３】　また、上記いずれかの固体レーザ増幅装置に対し、固体素子から光を取り出すレーザ共振器を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】　本発明においては、活性固体媒質を含む固体素子、上記固体素子を囲むように配置された集光器、上記集光器外に配置され、上記固体素子を励起する励起光を発する励起光源、及び上記集光器に設けられ、上記励起光を導光する開口部を備えたものであって、上記開口部は上記集光器の側面における形状が細長い矩形状で上記固体素子の軸方向に複数有り、複数の上記開口部は、その細長い矩形の長辺を含む面が互いに平行かつ上記固体素子の軸を含む面に対して平行であり、かつ複数の上記開口部のそれぞれの位置は上記固体素子の軸方向から見て少なくとも一ヵ所で変化しているので、安定に、高出力、高品質のレーザビームを発生する固体レーザ増幅装置を、簡単な構成により安価に得ることができる。さらに、均一な励起分布が実現でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。また、光学素子を用いた場合、励起光を均一化する作用が有効に作用して、さらに均一な増幅分布を得ることができる。【００１５】　また、入射光を転送する光学素子により、励起光源から発せられた励起光を集光器の開口部周辺または固体素子周辺まで導くように構成したので、ほとんどロスなく、励起光源の光を集光器内部に導くことができるとともに、励起光の強度分布が均一になり、集光器内でより均一に拡散反射して、固体素子を極めて均一に励起することができ、高効率に高品質のレーザ増幅を行うことができる。【００１６】　また、励起光源として半導体レーザを用いるようにしたために、コンパクトな励起光源から、高効率で高出力な励起光を発生させることができ、高効率に高品質のレーザ増幅を行うことができる。【００１７】　また、レーザ共振器を用いて、励起光源からの光により励起された固体素子から、レーザビームを取り出すように構成したために、高効率に高品質なレーザビームを発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】　参考例１．　図１は本発明の一参考例を示す構成図であり、図１（ａ）は横断面構成図、図１（ｂ）は縦断面構成図、図１（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。図において、１、２、３、４、５、７、４０、７０、１００は、従来装置と全く同一のものである。８は固体素子３を囲むように配置され、内面が拡散反射面よりなる集光器であり、集光器８は複数の集光器を固体素子３の軸方向に並べて構成されている。２０はフローチューブで、このフローチューブ２０と固体素子３の間には冷却水が流される。さらに集光器８は、このフローチューブ２０を挟み込むようにしてフローチューブ２０に保持される。８０は集光器の側面の一部に開けられた開口部、１０１はフローチューブ２０を支持する側板である。【００１９】　上記のように構成された固体レーザ装置において、活性固体媒質を含む固体素子３は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部８０から導入された、半導体レーザ４から発せられる励起光４０により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム７０として外部に放出される。【００２０】　上記構成において、固体素子３により吸収されなかった半導体レーザの光は、固体素子を通過後、集光器内面で拡散反射し、再び固体素子を均一に励起する。この場合の励起効率は、固体素子に最終的に吸収されるまでの、拡散反射面での光の反射回数の確率を考慮して計算できる。【００２１】　図２は固体素子の励起効率を、集光器内面の反射率と、固体素子を励起光が一回のみ通過するとした場合の励起効率（吸収率）との関数として計算した結果である。励起光である、例えば半導体レーザの波長が変化し、固体素子の吸収率が２０〜１００％と変化しても、固体素子の励起効率の変化は緩やかであることがわかる。このことは、従来例に比較してより広い範囲の波長をもつ励起光源を使用でき、また、波長の制御も厳密にする必要がないことを示す。その結果、半導体レーザの製造における歩留まりを上げ、簡単な構成で、かつ安価な装置が実現できるようになる。【００２２】　なお、固体素子３に吸収されてレーザ光とならなかった成分は熱となり、この熱により加熱された固体素子３は、周囲に配置されたフローチューブ内を流れる冷却媒体により冷却される。【００２３】　図３には、参考例１による固体レーザ装置の発振特性を実験により取得した結果の一例を示す。長さ１ｃｍ、幅５ミクロンの空間的に扁平な励起光を、波長８１０ｎｍ近傍で発生するＧａＡｌＡｓを主成分とする連続発振の半導体レーザ６個を用いて、それぞれの半導体レーザ４から発生されるレーザ光を、それぞれの半導体レーザ４に対して用意した集光器８の側面に設けた、それぞれ長さ１．５ｃｍ、幅０．５ｍｍの大きさを持つ開口部８０から集光器８内に導き、集光器内に収めた直径４ｍｍ、長さ１００ｍｍの細いＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）ロッド３を励起して、透過率６％の部分反射ミラー２と１００％の反射率を持つ反射ミラー１からなる安定型共振器によりレーザ出力を得た。【００２４】　半導体レーザ全部の出力が併せて７２Ｗの時に、レーザビーム７０として２５Ｗのレーザ出力が得られた。発振特性のスロープ効率、いわゆる光−光スロープ効率は４８％となった。この値は、本発明の明細書の作成時点での世界最高記録である。細いロッドを用いるほど、ビーム品質の良いレーザビームの発生が容易になる。従って、このような細いロッドでこのような高い記録を達成できことは、本発明の構成が、高品質のレーザビームを、高効率で発生できるものであることを示している。【００２５】　なお、上記参考例では、半導体レーザ４を固体素子３の側面に複数個対称に配置する構成を示したが、これに限るものではなく、１つでもよい。【００２６】　また、上記参考例では、集光器の交換や、各半導体レーザのビーム入射位置の調整が容易なように、集光器８は複数の集光器を固体素子３の軸方向に並べ、各集光器が開口部８０を備える構成を示したが、１つの集光器に複数の開口部をもうけても良い。【００２７】　また、上記参考例では集光器８は、開口部８０で、固体素子３の軸方向に沿って横方向に分割され、上下からフローチューブ２０を挟んで保持する構成を示したが、これに限る必要はなく、図４に示すように縦方向に分割して、左右からフローチューブ２０を挟んで保持する構成でもよく、さらに縦、横方向に４分割しても良い。　このように構成することにより、分割された集光器の一部をはずして、開口部からの出射光のパターンを見ることができ、例えば、開口部に半導体レーザの光が入射していることを確認できる。【００２８】　さらに、本参考例の構成においては、集光器８をフローチューブの周囲で回転させることも可能であり、開口部の位置を変化させて、励起光の入射位置を変化させるように構成すれば、固体素子をより均一に励起でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。【００２９】　以上のように、上記構成の固体レーザ装置は、内面が拡散反射面で構成された集光器内に固体素子を配置し、開口部から励起光を導入して固体素子を励起するようにしたために、固体素子を効率よく、均一に励起できる。　また、励起光を、励起光の発散角やビーム品質に関係ない拡散反射状のビームに変換して、固体素子を励起することができる構成としているので、入射ビームの発散状態や、ビームモード、開口部への入射位置に、ほとんど影響されずに固体素子を励起することができ、従って、機械的な振動に対しても安定に発振でき、さらに細かい再調整をすることなく、励起光源の交換ができる。　また、集光器を固体素子の周囲でフローチューブを挟み込むようにして支えるようにしたために、集光器と固体素子との関係が安定し、安定した動作が実現できる。また、フローチューブの中心、即ち、固体素子の中心と、集光器の中心とが一致するようにでき、より均一に励起できるようになる。【００３０】　参考例２．　図５は本発明の参考例２による固体レーザ装置を示す構成図であり、図５（ａ）は横断面構成図、図５（ｂ）は縦断面構成図、図５（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。参考例１では、集光器８をフローチューブ２０を挟んで固体素子の周囲に保持する構成を示したが、フローチューブ２０を支える側板にネジ止めなどにより機械的に集光器の両端部を固定するか、あるいは図５に示すように、２つの側板１０１を連結するネジ１０２を備え、このネジ１０２で２つの側板１０１間の距離を可変として、この間に集光器８を収めた後に、側板間の距離を縮めて集光器８を圧接して保持する様にしても良い。【００３１】　このようにすることにより、集光器と固体素子との関係が安定し、安定した動作が実現できる。また、フローチューブの中心、即ち、固体素子の中心と、集光器の中心とが一致するようにでき、より均一に励起できるようになる。【００３２】　さらに、本参考例の構成においても、集光器８をフローチューブの周囲で回転させることも可能であり、開口部の位置を変化させて、励起光の入射位置を変化させるように構成すれば、固体素子をより均一に励起でき、高品質のレーザ増幅を行うことができる。【００３３】　参考例３．　図６は本発明の参考例３による固体レーザ装置を示す構成図であり、図６（ａ）は横断面構成図、図６（ｂ）は縦断面構成図、図６（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。集光器８の保持の仕方としては、さらに、図６に示すように、集光器８を基台１００の上に固定しても良い。この場合、集光器８は側板１０１と離すこともできるが、固体素子３の、基台１００からの高さの調整が必要であり、例えば固体素子３の高さを、集光器８の中心が、フローチューブ２０の中心、即ち固体素子３の中心と一致するように、調整する調整装置をもうけるか、機械精度でおさめれるような構造設計をすればよい。【００３４】　このように、集光器８をフローチューブ２０を支える側板１０１とは別の基台１００で支えるようにしたために、集光器８の取り外しが容易となり、集光器内部に汚れが発生した場合に、集光器の交換を敏速に行うことができる。【００３５】　実施の形態１．　図７は本発明の実施の形態１による固体レーザ装置の主要部を示す断面構成図であり、図７（ａ）は横断面構成図、図７（ｂ）は縦断面構成図である。図において、４５は板状の、例えばサファイア、またはドープされていないＹＡＧからなる、励起光４０を導波する光導波光学素子であり、開口部８０内に配設されている。【００３６】　上記のように構成された固体レーザ装置においては、上記参考例１〜３と同様、活性固体媒質を含む固体素子３は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部８０から導入された、半導体レーザ４から発せられる励起光４０により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム７０として外部に放出される。【００３７】　本実施の形態に特徴的な光導波光学素子４５の動作についてつけ加える。光導波光学素子４５の端面には、励起光に対する無反射コートが施されており、励起光源４の光はほとんどロスなく光導波光学素子４５内に導かれる。光導波光学素子４５はサファイア、またはＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｇａｒｎｅｔ）から作られており、屈折率が約１．７から１．８と大きいため、光導波光学素子４５内に斜入射された励起光は、光導波光学素子４５の上下面で全反射させられ、ほとんどロスなく、集光器内部に導かれる。実際に、実験においても、９９％以上の透過特性が実証されている。【００３８】　光導波光学素子４５は、さらに励起光の空間分布を均一化する作用もある。例えば半導体レーザからなる励起光源５から発生された光のうち、中央部の光は全反射されることなく光導波光学素子４５を通過するが、周囲部は全反射により中央部に折り返されて、光導波光学素子４５から集光器内部に導かれる。この様にして、中央部と、周囲部の光を混合して、励起光の強度分布を一定にすることができる。こうして励起光の強度分布を均一化して集光器内に導くと、集光器の拡散反射による、固体素子の励起の均一化効果を高めることができる。【００３９】　なお、光導波光学素子４５として、側面に施した光学薄膜による全反射により光を伝送する光学素子、例えばガラス、または溶融石英に例えば金、またはアルミニウム、またはフッカマグネシウムの薄膜を蒸着した素子を用いて図７と同様に構成してもよい。この場合は、安価な材料を用いることができるために、装置全体を安価にできる効果もある。【００４０】　また、光導波光学素子４５として、内部の屈折率がなめらかに変化してレンズ作用により光を伝送する光学素子、例えば光ファイバーを用いて、図８に示すように構成しても良い。この場合、励起光源のビーム品質を保持したまま、励起光を導くことができるため、励起光を導く光学素子の長さに影響されずに、安定した品質の励起光を集光器内部に導くことができ、固体素子内部の励起分布を安定にすることができ、高品質のレーザ増幅を行うことができる。　なお、半導体レーザを励起光源として用いた場合には、励起光の発散は上下方向のみが大きいために、上下方向のみに屈折率をなめらかにするようにしても良い。【００４１】　また、このように、光導波光学素子４５を用いる場合には、集光器の開口部を、この光導波光学素子４５により閉塞できるために、フローチューブ２０を取り除いて、集光器内部に冷却剤を流して、集光器内部にフローチューブの役割をさせることもできる。【００４２】　また、光導波光学素子４５は光源４と同一パッケージ内に一体化して配置しても良く、こうすると光源４と光学素子４５の位置調整状態を保持したままで、光学素子４５の、ロッド側面への入射位置の変更が容易にできる。例えば、参考例１や参考例２の構成のものに対し、集光器８を回転可能に構成し、開口部８０の位置を変化させて固体素子への励起光の入射位置を変化させる際に、光源４と一体化された光導波光学素子４５を用いて励起光を導けば、位置ズレや入射角の変化があっても励起光の伝送効率が変わらず、安定して励起光を導くことができる。【００４３】　実施の形態２．　図９は本発明の実施の形態２による固体レーザ装置を示す構成図であり、図９（ａ）は横断面構成図、図９（ｂ）は縦断面構成図、図９（ｃ）は集光器を横方向から見た側面構成図である。本実施の形態においては、図９に示すように、集光器８に設けられた開口部８０の位置が高さ方向で変化しており、したがって、励起光源４の設置位置も高さ方向で変化している。【００４４】　本実施の形態の固体レーザ装置においては、上記実施の形態１および参考例１〜３と同様、活性固体媒質を含む固体素子３は、内面が拡散反射面よりなる、例えばセラミック製の集光器内に配置され、開口部８０から導入された、半導体レーザ４から発せられる励起光４０により励起され、レーザビームを増幅するレーザ増幅媒質となる。レーザ増幅媒質より発生された自然放出光は、ミラー１とミラー２により構成される共振器間を往復する間に増幅され指向性の揃ったレーザビーム７となり、一定以上の大きさに達するとレーザビーム７０として外部に放出される。【００４５】　本実施の形態に特徴的な開口部４０の配置について説明をつけ加える。本実施の形態では、対向する２個の半導体レーザ４を、固体素子の軸方向に３組、合計６個配置しており、固体素子への励起光の入射位置が、固体素子の軸方向からみて、なるべく特定の場所に集中しないように、均等に近くなるようにしている。固体素子の増幅率は、固体素子の軸方向の積分値で表されるから、このようにして軸方向から見た励起光の入射を均等にすると、固体素子断面内の増幅率も均等となり、高品質なレーザビームの発生、増幅が容易となる。【００４６】　固体素子への入射位置の均一化のためには、図９では各段に２個の半導体レーザを配置する構成を示したが、これに限らないのは言うまでもなく、要は集光器の側面に備えられた開口部を複数個備えると共に、その固体素子の軸方向から見た位置が、それぞれの開口部の少なくとも一カ所でも変化していれば、固体素子断面内の増幅分布の均一性は格段に改善される。　なお、励起光源からの入射パワーを増大させると、高品質なビームの発生、増幅のために、より均一な入射位置の配置が必要となるため、上記構成が特に有効となる。【００４７】　本実施の形態においても、実施の形態１で用いた光導波光学素子４５を用いる構成が考えられる。上述したような、光導波光学素子４５による、励起光を均一化する作用が有効に作用して、さらに均一な増幅分布を得ることができる。【００４８】　参考例４．　実施の形態２では、集光器８に設けた開口部８０の位置を変化させたが、参考例１で示した、集光器８をフローチューブ２０を挟んで固定するものに対し、フローチューブ２０の回りで集光器８を回転させて、固体素子３の軸方向から見て、断面内で周囲から均一に励起されるように、構成しても良い。図１０はこのような構成の一例を示すものであり、図１０（ａ）には横断面構成図を、図１０（ｂ）には集光器部を抜き出して、集光器部が回転している様子を固体素子の軸方向から見た図を示す。この場合、軸方向に分割された複数の集光器８は各々自由に回転できるので、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することもできる。【００４９】　上記参考例は参考例１の構成のものに対する適用例であったが、参考例２で示した、側板１０１で集光器８を挟みつけて固定する構成のものに対しても、フローチューブ２０の回りで集光器８を回転させて、固体素子３の軸方向から見て、断面内で周囲から均一に励起されるように構成しても良い。この場合も、軸方向に分割された複数の集光器８は各々自由に回転できるので、発振するレーザビームの品質を観測しながら、最適な位置を決定することもできる。【００５０】　実施の形態３．　上記いずれの実施の形態および参考例においても、励起光源として半導体レーザを用い、かつ直接、集光器の開口部、もしくは光導波光学素子に導光する例を示したが、これに限るものでなく、例えばイオンレーザなどの他の励起源を用いても良いし、例えば図１１に示すように、面状に発光するパルス半導体レーザの光を集光レンズ６を用いて、開口部８０に光を導く構成も考えられる。要は集光器８に設けた開口部８０に光を導光すればよい。【００５１】　実施の形態４．　また、上記いずれの実施の形態および参考例においても、励起光源により励起された固体素子を増幅媒質とし、この増幅媒質からレーザ共振器によりレーザビームを取り出す構成を例として示したが、増幅媒質を固体レーザ増幅装置として用いることもできる。図１２には、固体レーザ装置２００よりレーザ共振器１、２により取り出したレーザビーム７０を固体レーザ増幅装置３００で増幅して、レーザビーム７１として外部に取り出す構成の例を示している。【００５２】　なお上記いずれの実施の形態および参考例においても、固体素子、及びフローチューブの断面が円形のものについて説明したが、いずれも円形に限るものでなく、矩形、楕円でもよい。【００５３】　また、上記いずれの実施の形態および参考例においても特に説明しなかったが、フローチューブ側面、光学素子など、レーザビームが通過する部分のうち、特に指示のない部分にも、通常の光学素子のように無反射薄膜を施せば通過ロスが減少し、効率の良いレーザ発振を実現することができる。【００５４】　また、固体素子としてＮｄ：ＹＡＧを用いたものについて説明したが、これに限るものでなく、光励起できる固体素子であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の参考例１による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図２】本発明の参考例１による固体レーザ装置の動作を説明する説明図である。
【図３】本発明の参考例１による固体レーザ装置の動作を説明する説明図である。
【図４】本発明の参考例１による他の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図５】本発明の参考例２による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図６】本発明の参考例３による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１による他の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１０】本発明の参考例４による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１３】従来の固体レーザ装置を示す構成図である。
【図１４】従来の固体レーザ装置の動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５６】　１　反射ミラー、２　部分反射ミラー、３　固体素子、４　励起光源、５　電源、７　レーザビーム、８　集光器、２０　フローチューブ、４０　励起光、４５　光導波光学素子、７０　レーザビーム、７１　レーザビーム、８０　開口部、１００　基台、１０１　側板、１０２　ネジ、２００　固体レーザ装置、３００　固体レーザ増幅装置。