(57)【要約】【課題】励起光源により直接励起しづらい場合でも高い変換効率をもち、しかもパルス発振の可能な二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置を提供する。【解決手段】励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体を備えた第２のレーザー共振器と、前記第２のレーザー共振器から出力光を取り出す構成とを備える。レーザー媒体として、波長の異なる二つのレーザーロッドを用いる。一方のレーザー共振器中に他方のレーザー媒体を設置し、一方のレーザー発振で他方を光励起する。また、どちらかの共振器中に発振制御素子をおいて、パルス発振などの制御を行なう。【選択図】  図１
2004172230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体を備えた第２のレーザー共振器と、前記第２のレーザー共振器から出力光を取り出す構成とを備えることを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項２】
励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体で増幅される光を入力する入力手段と、増幅された光を出力する出力手段とを備えることを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項３】
上記の第１のレーザー共振器と第２のレーザー共振器とは、ひとつの共通の反射鏡を備えることを特徴とする請求項１に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項４】
上記の第２のレーザー共振器のひとつの反射鏡は、上記の第１の固体レーザー媒体で増幅される光の一部を透過することで出力することを特徴とする請求項３に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項５】
上記の第２のレーザー共振器内の光路上に、発振制御素子を配置したことを特徴とする請求項１、３、あるいは４に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項６】
上記の発振制御素子は、Ｑスイッチであることを特徴とする請求項５に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項７】
上記の発振制御素子は、モード同期素子であることを特徴とする請求項５に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項８】
上記の発振制御素子は、波長変換素子であることを特徴とする請求項５に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項９】
上記の第１のレーザー共振器は、発振器の状態にあり、上記の第２のレーザー共振器は、増幅器の状態にあることを特徴とする請求項１、２、３、４、あるいは８に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１０】
上記の第１のレーザー共振器内の光路上に、発振制御素子を配置したことを特徴とする請求項１、２、３、４、あるいは８に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１１】
上記の発振制御素子は、Ｑスイッチであり、上記の第２の固体レーザー媒体は、パルス光の増幅を行なうことを特徴とする請求項１０に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１２】
上記の発振制御素子は、波長変換素子であることを特徴とする請求項１０に記載の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１３】
（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１のレーザー発振器の光路と第２のレーザー発振器の光路とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）第１のレーザー発振器の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体と、第２のレーザー発振器の光共振器を構成する二つの反射体の一方が設置され、（４）第１のレーザー発振器を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１４】
（１）二つの反射体からなる光共振器と第１のレーザー媒体とを備えたレーザー発振器と、反射体と第２のレーザー媒体とを備えた光増幅器と、を備え、（２）レーザー発振器の光路と光増幅器の光路とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）レーザー発振器の光共振器のなかに、光増幅器の反射体と第２のレーザー媒体とが設置され、（４）反射体の設けられた側の第２のレーザー媒体の第１の端部とは反対側の第２の端部から増幅する光を入力し、増幅された光を前記の第２の端部から出力する構成をもち、（５）レーザー発振器のレーザー光を励起光源として光増幅器を励起することを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１５】
（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１のレーザー発振器の光路の一部と第２のレーザー発振器の光路の一部とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（４）第１のレーザー発振器を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１６】
（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器と、を備え、（２）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（３）第１のレーザー発振器の光路の一部は、第２のレーザー媒体の中に形成され、その第２のレーザー媒体の端面で入射し、その側面で反射しながら伝搬し、他の端面から出射する経路上にあり、（４）第１のレーザー発振器のレーザー光を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１７】
（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（３）第２のレーザー発振器の光路の一部は、その第２のレーザー媒体の端面で入射し、その側面で反射しながら伝搬し、他の端面から出射する経路上にあり、（４）第１のレーザー発振器のレーザー光を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【請求項１８】
（１）二つの反射体からなる光共振器と第１のレーザー媒体とを備えたレーザー発振器と、第２のレーザー媒体を備えた光増幅器と、を備え、（２）レーザー発振器の光共振器のなかに、一対の端部を有する第２のレーザー媒体が設置され、（３）第２のレーザー媒体の一方の端部から増幅する光を入力し、増幅された光を他方の端部から出力する構成をもち、（４）レーザー発振器のレーザー光を励起光源として光増幅器を励起することを特徴とする二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、連続波やパルス波の発振器や増幅器として用いることのできるレーザー媒体を２組備えた二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー発振器の励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ）やランプの放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合は、レーザー媒体を励起できない場合がある。このような場合、従来は、ランプやＬＤで励起できるレーザー元素１を、励起すべき目標であるレーザー元素２とともにレーザーロッドにドープさせる複合ドーピングが行なわれてきた。複合ドーピングされたレーザー媒体では、光エネルギーで励起されたレーザー元素１が基底状態に戻る際に、レーザー元素２がそのエネルギーを受け取って励起される。
【０００３】
しかし、一般に、励起光吸収率と発振効率がともに高くなるような複合ドーピングされたレーザー媒体の製造では、レーザー元素１とレーザー元素２のレーザーロッドへのドーピングの設定が難しい。つまり、励起光源からの励起光エネルギーをレーザーエネルギーへ高い効率で変換することが困難である。また、励起光エネルギーがひとつのロッドに蓄積、放出されるので、レーザーロッドの温度が上昇し、レーザー元素２の温度も上昇してしまうため、その最適動作温度にするためには冷却する必要があるが、二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の場合、一般に冷却が難しい。例えば非特許文献１に記載されているように、レーザー元素として希土類イオンを利用したＱスイッチレーザーには、レーザー遷移の終準位のエネルギーレベルがその元素の基底準位に近いものがあり、高温の環境ではこの準位の状態密度が減少しづらいため、レーザー遷移が阻害され、高い変換効率と大きなレーザーパルスエネルギーを同時に実現することが困難となる。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔ．  Ｙ．  Ｆａｎ，  Ｇ．  Ｈｕｂｂｅｒ  ａｎｄ  Ｒ．  Ｌ．  Ｂｙｅｒ，  ”Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｔ２．１ｍｍ  ｏｆ  ａ  ｄｉｏｄｅ−ｌａｓｅｒ−ｐｕｍｐｅｄ，  Ｔｍ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｈｏ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２  ｌａｓｅｒ  ａｔ  ３００Ｋ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．  １２，  ｎｏ．  ９，  ｐｐ６７８−６８０  （１９８７）．
【０００５】
従来の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置では、レーザー元素１がドープされたレーザー媒体（レーザーロッド１）とその共振器となる一対のミラーからなるレーザー発振器１の中に、レーザー元素２がドープされたレーザーロッド２とその共振器となる一対のミラーからなるレーザー発振器２が挿入された構成である。レーザーロッド１をＬＤで光励起してレーザー発振を行わせ、その出力の一部を出力鏡のミラーから取り出す。この発振光が共振器内のレーザーロッド２を通過する際にこれを光励起し、レーザー発振器２の共振器により発振する。その出力はレーザー発振器２の出力鏡のミラーから取り出し、その外側にあるレーザー発振器１の共振器のミラーを透過して外部に取り出される。
【０００６】
上記の構成においては、レーザー発振器２の共振器は、レーザー発振器１のレーザー光を損失なく通過させなければならないので、レーザー発振器２にその発振を制御するＱスイッチ等の発振制御素子を挿入して、パルス発振させることが困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、レーザー発振器の励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ）やランプの放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合では、従来の複合ドーピングされたレーザーロッドをもつレーザー装置では、高温の環境においてこの準位の状態密度が減少しづらいため、レーザー遷移が阻害され、高い変換効率と大きなレーザーパルスエネルギーを同時に実現することが困難であり、また、共振器となる一対のミラーをもった固体レーザー発振器と、その共振器内部に設けられているが、また他の共振器となる一対のミラーをもった他の固体レーザー発振器とからなるレーザー装置では、いずれかの発振器にその発振を制御するＱスイッチ等の発振制御素子を挿入してパルス発振させることが困難である。
【０００８】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ）やランプにより直接励起しづらい場合でも高い変換効率をもち、しかもパルス発振の可能な二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体レーザー元素の励起吸収スペクトルが励起光源の波長に一致しないために、ＬＤで励起することができない、または、ランプでは効率よく励起できない固体レーザーのレーザーロッドを、効率よく励起し、励起されたレーザーロッドをレーザー発振器やレーザー増幅器に利用して、偏光や発振モード、Ｑスイッチ等の発振制御や増幅を容易にしたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために第１の発明は二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置に関しており、励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体を備えた第２のレーザー共振器と、前記第２のレーザー共振器から出力光を取り出す構成とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、第２の発明は、増幅を行なうレーザー装置に関するものであり、励起光源により励起された第１の固体レーザー媒体を備えた第１のレーザー共振器と、前記の第１のレーザー共振器内に設けられ上記の第１の固体レーザー媒体で増幅された光により励起される第２の固体レーザー媒体と、前記の第２の固体レーザー媒体で増幅される光を入力する入力手段と、増幅された光を出力する出力手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、第３の発明は、第１の発明において、上記の第１のレーザー共振器と第２のレーザー共振器とは、ひとつの共通の反射鏡を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、第４の発明は、第１の発明において、上記の第２のレーザー共振器のひとつの反射鏡は、上記の第１の固体レーザー媒体で増幅される光の一部を透過することで出力することを特徴としている。
【００１４】
また、第５の発明は、種々の形態のレーザー発振を実現するために第１、第３、あるいは第４の発明において、上記の第２のレーザー共振器内の光路上に、発振制御素子を配置したことを特徴としている。
【００１５】
また、第６の発明は、パルス発振させるために、第５の発明において、上記の発振制御素子は、Ｑスイッチであることを特徴としている。
【００１６】
また、第７の発明は、モード同期型とするために、第５の発明において、上記の発振制御素子は、モード同期素子であることを特徴としている。
【００１７】
また、第８の発明は、より短波長の光出力とするために、第５の発明において、上記の発振制御素子は、波長変換素子であることを特徴としている。
【００１８】
また、第９の発明は、光増幅をおこなわせるために、第１、第２、第３、第４、あるいは第８の発明において、上記の第１のレーザー共振器は、発振器の状態にあり、上記の第２のレーザー共振器は、増幅器の状態にあることを特徴としている。
【００１９】
また、第１０の発明は、第２の固体レーザー媒体を効率よく励起するために、第１、第２、第３、第４、あるいは第８の発明において、上記の第１のレーザー共振器内の光路上に、発振制御素子を配置したことを特徴としている。
【００２０】
また、第１１の発明は、反転分布における上準位寿命の短い第２の固体レーザー媒体を効率よく励起するために、第１０の発明において、上記の発振制御素子は、Ｑスイッチであり、上記の第２の固体レーザー媒体は、パルス光の増幅を行なうことを特徴としている。
【００２１】
また、第１２の発明は、第１のレーザー発振器の発振波長より短波長の光で第２の固体レーザー媒体を励起するために、第１０の発明において、上記の発振制御素子は、波長変換素子であることを特徴としている。
【００２２】
また、第１３の発明は、レーザー発振器に関しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１のレーザー発振器の光路と第２のレーザー発振器の光路とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）第１のレーザー発振器の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体と、第２のレーザー発振器の光共振器を構成する二つの反射体の一方が設置され、（４）第１のレーザー発振器を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２３】
また、第１４の発明は、レーザー増幅器に関しており、（１）二つの反射体からなる光共振器と第１のレーザー媒体とを備えたレーザー発振器と、反射体と第２のレーザー媒体とを備えた光増幅器と、を備え、（２）レーザー発振器の光路と光増幅器の光路とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）レーザー発振器の光共振器のなかに、光増幅器の反射体と第２のレーザー媒体とが設置され、（４）反射体の設けられた側の第２のレーザー媒体の第１の端部とは反対側の第２の端部から増幅する光を入力し、増幅された光を前記の第２の端部から出力する構成をもち、（５）レーザー発振器のレーザー光を励起光源として光増幅器を励起することを特徴としている。
【００２４】
また、第１５の発明は、レーザー発振器に関しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１のレーザー発振器の光路の一部と第２のレーザー発振器の光路の一部とは重なって並行するかあるいは交差しており、（３）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（４）第１のレーザー発振器を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２５】
また、第１６の発明は、レーザー発振器に関しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器と、を備え、（２）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（３）第１のレーザー発振器の光路の一部は、第２のレーザー媒体の中に形成され、その第２のレーザー媒体の端面で入射し、その側面で反射しながら伝搬し、他の端面から出射する経路上にあり、（４）第１のレーザー発振器のレーザー光を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２６】
また、第１７の発明は、第１６の発明における励起用レーザと出力用レーザとの構成を入れ換えたものに相当しており、（１）二つの反射体からなる第１の光共振器と第１のレーザー媒体とを備えた第１のレーザー発振器と、二つの反射体からなる第２の光共振器と第２のレーザー媒体とを備えた第２のレーザー発振器とを備え、（２）第１の光共振器のなかに、第２のレーザー媒体が設置され、（３）第２のレーザー発振器の光路の一部は、その第２のレーザー媒体の端面で入射し、その側面で反射しながら伝搬し、他の端面から出射する経路上にあり、（４）第１のレーザー発振器のレーザー光を励起光源として第２のレーザー発振器がレーザー発振することを特徴としている。
【００２７】
また、第１８の発明は、レーザー増幅器に関しており、第１５、第１６、第１７の発明における第２のレーザ共振器を構成する二つの反射体を取り去り、第２のレーザー媒体を単一通過のレーザー増幅器として用いることを特徴としている。単一通過して増幅されたレーザー光を、ミラーでレーザー増幅器へ折り返してさらに増幅できることは明らかである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明において、同じ素子あるいは同じ機能を持つ素子に付いては、同じ符号を付して説明する。
【００２９】
本発明は、レーザー発振器の励起光源となる半導体レーザー（ＬＤ、例えば、ＧａＡｌＡｓ  ＬＤ、発振波長＝７９２ｎｍ）やランプの放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合に、その固体レーザー元素が吸収できる波長を発振する他の固体レーザーで効率よくレーザーロッドを励起し、かつ、その発振を制御できるようにするものである。
【００３０】
このため、図１に示す様に、レーザー媒体として、波長１に利得をもつレーザー元素１と波長２に利得を持つレーザー元素２がそれぞれドープされた二つのレーザーロッド２（例えば、Ｔｍ：ＹＬＦ）と３（例えば、Ｈｏ：ＹＬＦ）を用いる。レーザーロッド３の二つの入射面の片面は、波長１でほぼ全反射し、波長２でほぼ無反射になる光学膜５がつけられており、もう片面は、逆の反射特性をもつ光学膜７がつけられている。レーザー発振器１０は、レーザーロッド２とミラー４と光学膜５で構成されているが、その共振器内の光路上にレーザーロッド３が設置されている。また、レーザー発振器２０はレーザーロッド３とミラー６と光学膜７とで構成されている。
【００３１】
レーザーロッド２をランプ、または、ＬＤで光励起することにより、レーザー発振器１０で繰返し増幅され波長１でレーザー発振する。レーザーロッド３はこの発振したレーザー光を吸収して励起される。共振器内の光は、出力された光に比べて高強度であるため、励起をより容易に行なえる。また、レーザーロッド３は、共振器２０の中にあり波長２でレーザー発振し、その出力は出力鏡のミラー６から取り出される。
【００３２】
また、発振器２０のレーザー光を、同様にして励起された別のレーザーロッド３の中を往復させて、光増幅することもできる。
【００３３】
さらに、発振器２０の中に、偏光子やＱスイッチ等の発振制御素子８を配置しても発振器１０の動作に影響を与えない。あるいは、発振器１０の共振器中に発振制御素子８を入れることもできる。例えば、発振器１の中に波長変換素子を挿入して、波長１の高調波でレーザーロッド３を励起することも可能である。
【００３４】
【実施例】
［第１実施例］  本発明の望ましい構成例として二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の第１の実施例を図１に示す。図１の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器を含むレーザー発振器であり、一方のレーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４と光学膜５とで構成される共振器と、を含み、他方のレーザー発振器２０は、レーザーロッド３と、ミラー６と光学膜７とを含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。光学膜５は、レーザー発振器１０の発振波長（波長１）について良好な反射特性を持つがレーザー発振器２０の発振波長（波長２）については、良好な透過特性をもつものである。また、光学膜７は、レーザー発振器１０の発振波長について良好な透過特性を持つが、レーザー発振器２０の発振波長については、良好な反射特性をもつものである。このような光学膜は、誘電体の多層膜によって実現されている。一般にレーザー発振器においては、出力される光に比べて共振器内の光の強度は遥かに大きいため、共振器１０内のレーザー光によりレーザーロッド３は、容易に励起される。この励起により、ミラー６と光学膜７とによる共振器内に置かれたレーザーロッド３の構成をもった発振器２０によりレーザー発振が生じ、出力鏡であるミラー６からレーザー光が出力される。
【００３５】
図１に示す様に、ミラー６と光学膜７とによる共振器内に発振制御素子８を挿入することにより、レーザー発振器２０の発振動作を容易に制御することができる。発振制御素子８として、Ｑスイッチ（例えば、ポッケルスセルＱスイッチ、あるいは、音響光学Ｑスイッチ）を用いた場合には、容易にパルスレーザー光を得る事ができる。また、モード同期素子を用いた場合には、モード同期レーザーとなる。また、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子を用いた場合には、より短波長の光を出力することができる。
【００３６】
［第２実施例］
また、図２に示す様に、発振器１０のミラー４と光学膜５とによる共振器内に発振制御素子８を挿入し、レーザー発振器１０の発振を制御できる。発振制御素子８として、Ｑスイッチを用いた場合には、レーザー媒体３の上準位寿命が励起光源１の励起時間より短い場合でも、効率よくレーザーロッド３を励起できる。また発振制御素子８として、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子（例えば、ＫＤＰ、ＬＢＯ、あるいはＢＢＯ）を用いた場合には、波長１より短波長の光でレーザーロッド３を励起することができるので、より短波長で発振するレーザー発振器や、より短波長の光を増幅することのできる光増幅装置を得る事ができる。
【００３７】
［第３実施例］
次に、レーザー増幅器の例として二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の第３の実施例を図３に示す。図３の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、１つのレーザー発振器と１つの増幅器を含むレーザー増幅器であり、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４と光学膜５とで構成される共振器とを含み、レーザー増幅器３０は、レーザーロッド３を含むものである。レーザーロッド３は、レーザー発振器１０とレーザー増幅器３０の光路上に置かれている。光学膜５は、レーザー発振器１０の発振波長について良好な反射特性を持つが、レーザー増幅器３０への入力光の波長については、良好な透過特性をもつものである。また、光学膜７は、レーザー発振器１０の発振波長について良好な透過特性を持つがレーザー増幅器３０への入力光の波長については、良好な反射特性をもつものである。
【００３８】
［第４実施例］
図４に示す様に、ミラー４と光学膜５とによる共振器内に発振制御素子８を挿入することにより、レーザー増幅器２０の動作を容易に制御することができる。発振制御素子８として、Ｑスイッチを用いた場合には、レーザー媒体３の上準位寿命が励起光源１の励起時間より短い場合でも、効率よくレーザーロッド３を励起できる。また、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子を用いた場合には、レーザーロッド３を合わせて選択することにより、より単波長の光を増幅することができる。
【００３９】
［第５実施例］
図５は、増幅する光（波長２）の入射に偏光ビームスプリッタ２３を用いた例を示す。レーザーロッド３で増幅される波長２の光は、偏光ビームスプリッタ２３と１／４波長板２２で入力光と出力光とが分離される構成になっており、入出力光は偏光ビームスプリッタ２３の別々の光学面に入射、および、出射する。偏光ビームスプリッタ２３を反射してきた波長２の直線偏光の入力光は、遅波軸を紙面垂直から４５度傾けた１／４波長板で円偏光化され、光学膜７で反射されてレーザーロッド２を往復する間に増幅される。この光が再び１／４波長板２２を通過すると、合計１／２波長板を通過したのと同じになり、偏光方向が入力光と垂直な直線偏光に変わり、ビームスプリッタ２３を通過して出力光が得られる。
【００４０】
［第６実施例］
この場合も、図６に示す様に、ミラー４と光学膜５とによる共振器内に発振制御素子８を挿入することにより、レーザー増幅器２０の動作を容易に制御することができる。発振制御素子８として、Ｑスイッチを用いた場合には、レーザー媒体３の上準位寿命が励起光源１の励起時間より短い場合でも、効率よくレーザーロッド３を励起できる。また、例えば２倍の高調波を発生する波長変換素子を用いた場合には、レーザーロッド３をそれに合わせて選択することにより、より短波長の光を増幅することができる。
【００４１】
［第７実施例］
図７に示す構成は、上記の実施例にさらに、ミラー２４と、偏光子２５と、ファラデー回転子２６、１／２波長板２７を加えて、レーザーロッド３で増幅される光がレーザーロッド３を２往復するようにしたものである。このように共振器内を光が往復することで飽和増幅しやすくなり、レーザーロッド３に蓄えられたエネルギーを高い効率で波長２の光に変換できる。偏光子２３で反射された波長２の直線偏光の入力光は、遅波軸を紙面垂直から２２．５度傾けた１／２波長板で偏光方向を＋４５度回転され、ファラデー回転子２６で今度は逆に−４５度回転されて元の偏光方向と同一になる。この光は偏光子２５を無反射で通過し、レーザーロッド３を往復して偏光子２５で反射され、さらに、ミラー２４で折り返される。再びレーザーロッド３を往復した光は、偏光子２５を通過し、ファラデー回転子で−４５度回転し、１／２波長板で今度は＋６７．５度回転し、偏光方向が最初の入力光と垂直な直線偏光になり、偏光子２３を通過して出力光として取り出される。
【００４２】
［第８実施例］
次に、レーザー発振器の例として二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置の第８の実施例を図８に示す。図８の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器を含むレーザー装置であり、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４とミラー１３とで構成される共振器とを含み、レーザー発振器２０は、ミラー６とミラー１３とによる共振器と、その共振器内に置かれたレーザーロッド３と、を含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。上記の第１実施例では、レーザーロッド２の両端の光学膜で共振器１と２を分離しているのに対し、これをダイクロイックビームスプリッタ２９を用いて分離した構成である。ダイクロイックビームスプリッタ２９は波長１を反射し、波長２を透過する。レーザー発振器１０の共振器、もしくは、レーザー発振器２０の共振器の中に発振制御素子８を挿入し、第１実施例の場合と同様に発振を制御できることは明らかである。
【００４３】
また、図１１に示すように、図８の構成からレーザー発振器２０のミラー６を取り去り、レーザーロッド３をレーザー増幅器としても利用できる。
【００４４】
さらに、図１５に示す様に、波長１では良好な反射特性をもち波長２では良好な透過特性をもつダイクロイックビームスプリッター２８で、図１１の構成のミラー１３を置き換え、またミラー９を用いた構成とすることによって、レーザーロッド３を単一通過のレーザー増幅器としても利用できる。
【００４５】
［第９実施例］
次に、レーザー発振器の例として第９の実施例を図９に示す。図９の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器を含むレーザー発振器であり、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４とミラー９とで構成される共振器とを含み、レーザー発振器２０は、ミラー１２とミラー１３とによる共振器と、その共振器内に置かれたレーザーロッド３と、を含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。レーザー発振器１０内のレーザー光によりレーザーロッド３は、容易に励起される。この励起により、ミラー１３とミラー１２とによる共振器内に置かれたレーザーロッド３の構成をもったレーザー発振器２０によりレーザー発振が生じ、出力鏡であるミラー１２からレーザー光が出力される。また、図１２に示すように、レーザー発振器１０の光路とレーザー発振器２０の光路とが交差する構成によってもレーザー光を発生させることができる。
【００４６】
［第１０実施例］
次に、レーザー発振器の例として第１０の実施例を図１０に示す。図１０の二つのレーザー媒体を用いたレーザー装置は、２つのレーザー発振器で構成され、レーザー発振器１０は白熱ランプあるいは放電ランプ、または、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源１により光励起されたレーザーロッド２と、ミラー４とミラー９とで構成される共振器とを含み、レーザー発振器２０は、ミラー１３とミラー１２とによる共振器と、その共振器内に置かれたレーザーロッド３と、を含むものである。レーザーロッド３は、両方のレーザー発振器の光路上に置かれている。レーザーロッド３は６面体で、光は、両端面でブリュースター角で入射する。波長１の光はレーザーロッド３の内部で両側面で反射され、両端面の入射角もブリュースター角である。ここで波長２の光の入射角を、入射面の法線に対し波長１と対称になるようにすることにより、波長１、２の両方の光はロッド外部に出るときに分離される。両側面での反射は、内部全反射であることが望ましい。しかし、全反射の条件が満たされない場合は、高反射膜を設けて、これによる反射でも、上記の発振動作を実現することができる。
【００４７】
図１０に示したものとは逆に、図１３に示すように、レーザーロッド３の中を波長１の光が直進し、波長２の光が両側面で反射を繰り返してもよいことは明らかである。さらに、図１４に示すように、両方の波長の光をどちらも側面反射させる構成とすることができることも明らかである。この際、側面反射は、全反射が望ましいが、誘電体の多層反射膜や、金属反射膜でも実現できる。
【００４８】
また、この実施例においても、上記と同様に、共振器２と発振制御素子を取り除き、レーザーロッド２をレーザー増幅に利用することができる。
【００４９】
このようなレーザー装置の利点は、波長１は、波長２より短波長である必要があるが、波長２については、波長１の励起レーザーとは独立して調整と制御ができる点である。
【００５０】
上記の実施例においては、二つの固体レーザー媒体を用いる例を示したが、本発明は、固体レーザー媒体に限定する必要はなく、ガスレーザー媒体や色素レーザー媒体あるいは、固体レーザー媒体とそれらのレーザーとの組合せによっても、上記の説明と同様な効果を実現することができる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００５２】
第１ないし第１７のそれぞれの発明は、第２と第１４の発明を除いて、レーザー発振器に適用することが可能であり、第２ないし第４、あるいは第１０ないし第１２、第１４、第１８のそれぞれの発明は、レーザー増幅器に適用することができる。
【００５３】
上記の様に構成することにより、レーザー発振器の励起光源の放射スペクトルが、レーザー媒体に分散された固体レーザー元素の励起吸収スペクトルに一致しない場合で直接励起しづらい場合でも、レーザー媒体の組合せを選択することによって、高い変換効率をもち、しかもパルス発振の可能なレーザー装置とすることができる。
【００５４】
第１ないし第１７のそれぞれの発明は、第１４の発明を除いて、第１のレーザー発振器と第２のレーザー発振器とを独立に設計できるため、それぞれの最適条件を容易に実現できる。
【００５５】
第４ないし第８のそれぞれの発明では、第２のレーザー発振器に、また、第１０ないし第１２のそれぞれの発明では、第１のレーザー発振器に偏光子やＱスイッチ、モード同期素子、波長変換素子等の発振制御素子を挿入したので、Ｑスイッチパルス発振や共振器内高調波発生、あるいは、モード同期等を行えるようになる。特に第１２の発明では、第１のレーザー発振器に波長１の波長変換素子を挿入したので、波長１の高調波によってレーザーロッド３を励起できるようになり、より短波長のレーザー光を得られる様になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】第２の実施例を示すブロック図である。
【図３】第３の実施例を示すブロック図である。
【図４】第４の実施例を示すブロック図である。
【図５】第５の実施例を示すブロック図である。
【図６】第６の実施例を示すブロック図である。
【図７】第７の実施例を示すブロック図である。
【図８】第８の実施例を示すブロック図である。
【図９】第９の実施例を示すブロック図である。
【図１０】第１０の実施例を示すブロック図である。
【図１１】第８の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１２】第９の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１３】第１０の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１４】第１０の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【図１５】第８の実施例の構成を僅かに変えた実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  励起光源
２、３  レーザーロッド
４  ミラー
５  光学膜
６  ミラー
７  光学膜
８  発振制御素子
９  ミラー
１０  レーザー発振器
１１  光路
１２、１３  ミラー
２０  レーザー発振器
２１  光路
２２  １／４波長板
２３  偏光ビームスプリッタ
２４  ミラー
２５  偏光子
２６  ファラデー回転子
２７  １／２波長板
２８、２９  ダイクロイックビームスプリッタ
３０  レーザー増幅器
【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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