(57)【要約】【課題】熱複屈折を十分に小さくできると同時に、レーザ光のビーム品質を十分に向上させることができる固体レーザ装置を提供すること。【解決手段】本発明は、固体レーザ媒質からなるロッド２、ロッド２の一端側のミラー３、ロッド２の他端側に設けられ、ミラー３と共振器を構成しレーザ共振を起こさせ、レーザ光を出射させるミラー４、レーザ媒質を励起する複数のＬＤアレイ６を備える固体レーザ装置１であって、各ＬＤアレイ６が、複数の半導体レーザ光源７を有し、光源７がミラー３側からミラー４側に向かう方向に配列され、各ＬＤアレイ６でミラー３側から所定の順番にあり且つロッド２を包囲する複数の光源７を１組の光源群とした場合に、各組の光源群からロッド２に励起光を照射した時のロッド２の焦点距離Ｌがミラー３側からミラー４側に向かうにつれて大きくなるよう複数組の光源群がロッド２の長手方向に沿って配置される。【選択図】  図１
2005072269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レーザ媒質からなる固体レーザロッドと、
前記固体レーザロッドの一端側に設けられる第１ミラーと、
前記固体レーザロッドの他端側に設けられ、前記第１ミラーとともに共振器を構成してレーザ発振を起こさせ、レーザ光を出射させる第２ミラーと、
前記固体レーザロッドの長手方向に沿って設けられ、前記固体レーザ媒質を励起する複数の半導体レーザアレイと、
前記複数の半導体レーザアレイに駆動電流を供給する電流供給手段と、
を備える固体レーザ装置であって、
前記複数の半導体レーザアレイのそれぞれが、前記電流供給手段による前記駆動電流の供給により、前記固体レーザ媒質を励起する励起光を発する複数の半導体レーザ光源を有し、前記複数の半導体レーザ光源が前記第１ミラー側から前記第２ミラー側に向かう方向に沿って順次配列され、
前記複数の半導体レーザアレイのそれぞれにおいて前記第１ミラー側から所定の順番にあり且つ前記固定レーザロッドを包囲する複数の半導体レーザ光源を１組の半導体レーザ光源群とした場合に、複数組の半導体レーザ光源群のそれぞれから前記固体レーザロッドに励起光を照射した時の前記固体レーザロッドの焦点距離が前記第１ミラー側から前記第２ミラー側に向かうにつれて大きくなるように前記複数組の半導体レーザ光源群が前記固定レーザロッドの長手方向に沿って配置されている、
ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記複数の半導体レーザ光源のそれぞれが、前記固体レーザロッドの長手方向に沿って複数の発光部を有することを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記複数の半導体レーザアレイが、前記固体レーザロッドの周囲に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ装置に係り、より詳細には、いわゆる側面励起型の固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ装置として、いわゆる側面励起型の固体レーザ装置が知られている。この側面励起型の固体レーザ装置は、半導体レーザ光源から発せられる励起光を固体レーザロッドの側面より照射し、その励起光により固体レーザロッドを励起してレーザ光を発生させ、共振させた後に出射するものである。かかる側面励起型の固体レーザ装置は一般に高出力であるため、金属加工、材料の熱処理、医療などの様々な分野で応用されている。
【０００３】
このような固体レーザ装置として、従来、特開２０００−２６９５７６号公報に記載のものが知られている。同公報に記載の固体レーザ装置は、図８に示すように、固体レーザロッド１０１の長手方向に沿って配置された複数の半導体レーザ１０２から出射される励起光をロッド１０１の側面より照射し、その励起光によりロッド１０１を励起してレーザ光を発生させる。発生したレーザ光は、全反射鏡１０３及び出力鏡１０４で構成される共振器で共振され、出力鏡１０４から出射された後、モニタ用ミラー１０５で反射され、モニタ光学系１０６を経てモニタ用ＣＣＤカメラ１０７で撮像される。そして、ＣＣＤカメラ１０７で撮像されたレーザ光に基づき、出力・波長制御装置１０８により、各半導体レーザ１０２に接続された可変抵抗１０９の抵抗値が変更され、それにより各半導体レーザ１０２に供給される駆動電流が調整され、レーザ光のビーム品質の改善が図られている。なお、図８において、符号１１０は、半導体レーザ用電源を表す。
【特許文献１】特開２０００−２６９５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の公報に記載の固体レーザ装置１００には、以下に示す課題が存在していた。即ち上記固体レーザ装置１００においては、ＣＣＤカメラ１０７で撮像されたレーザ光に基づき出力・波長制御装置１０８により各半導体レーザ１０２に供給される駆動電流を調整しているが、使用中に、熱複屈折が大きくなったり、あるいは基本モードのみならず高次モードのレーザ光が発生してビーム品質が劣化するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固体レーザロッドにおける熱複屈折を十分に小さくできると同時に、レーザ光のビーム品質を十分に向上させることができる固体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】
上記課題を解決するため、本発明は、固体レーザ媒質からなる固体レーザロッドと、固体レーザロッドの一端側に設けられる第１ミラーと、固体レーザロッドの他端側に設けられ、第１ミラーとともに共振器を構成してレーザ発振を起こさせ、レーザ光を出射させる第２ミラーと、固体レーザロッドの長手方向に沿って設けられ、固体レーザ媒質を励起する複数の半導体レーザアレイと、複数の半導体レーザアレイに駆動電流を供給する電流供給手段とを備える固体レーザ装置であって、複数の半導体レーザアレイのそれぞれが、電流供給手段による駆動電流の供給により、固体レーザ媒質を励起する励起光を発する複数の半導体レーザ光源を有し、複数の半導体レーザ光源が第１ミラー側から第２ミラー側に向かう方向に沿って順次配列され、複数の半導体レーザアレイのそれぞれにおいて第１ミラー側から所定の順番にあり且つ固定レーザロッドを包囲する複数の半導体レーザ光源を１組の半導体レーザ光源群とした場合に、複数組の半導体レーザ光源群のそれぞれから固体レーザロッドに励起光を照射した時の固体レーザロッドの焦点距離が第１ミラー側から第２ミラー側に向かうにつれて大きくなるように複数組の半導体レーザ光源群が固定レーザロッドの長手方向に沿って配置されていることを特徴とする。ここで、焦点距離とは、半導体レーザ光源群から固体レーザロッドにレーザ光を入射したときにレーザ光が集光される空間上の一点と主面との間の距離のことをいう。
【０００７】
この固体レーザ装置によれば、電流供給手段により複数の半導体レーザアレイに電流が供給されると、各半導体レーザアレイにおいて、複数の半導体レーザ光源から励起光が発せられる。この励起光は、固体レーザロッドを照射して固体レーザ媒質を励起し、固体レーザロッドでレーザ光を発生させる。発生したレーザ光は第１ミラー及び第２ミラーからなる共振器によって共振されてレーザ発振が起こり、レーザ光が第２ミラーから出射される。ここで、各半導体レーザアレイにおいて第１ミラー側から所定の順番にある複数の半導体レーザ光源を１組の半導体レーザ光源群とした場合に、複数組の半導体レーザ光源群のそれぞれから固体レーザロッドに励起光を照射した時の固体レーザロッドの焦点距離が第１ミラー側から第２ミラー側に向かうにつれて大きくなるように複数の半導体レーザ光源が配置されることにより、駆動電流を十分に大きくしながら、レーザロッド端面での基本モードのビーム半径を十分に小さくすることが可能となる。ここで、レーザロッド端面での基本モードビーム半径は、ビーム品質の安定範囲の目安となるものであり、この基本モードビーム半径が小さいほどビーム品質の安定範囲が広くなる。また駆動電流の大きさは熱複屈折の目安になるものであり、駆動電流が大きくなるほど、熱複屈折が小さくなる傾向にある。従って、本発明の固体レーザ装置によれば、熱複屈折を十分に小さくできると同時に、レーザ光のビーム品質を十分に向上させることができる。
【０００８】
具体的には、上記複数の半導体レーザ光源のそれぞれは、固体レーザロッドの長手方向に沿って複数の発光部を有するものである。
【０００９】
また上記複数の半導体レーザアレイが、固体レーザロッドの周囲に等間隔に配置されていることが好ましい。この場合、励起光が固体レーザロッドに均等に照射されることになり、熱による固体レーザロッド内での屈折率変化が均一になり、熱レンズによる収差がより十分に低減される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体レーザ装置によれば、駆動電流を十分に大きくしながらビーム径を十分に小さくすることができるため、固体レーザロッドにおける熱複屈折を十分に小さくでき、熱レンズ効果を十分に抑えることができると同時に、ビーム品質を十分に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る固体レーザ装置の好適な実施形態を示す側面図、図２は、固体レーザロッドと半導体レーザアレイ（以下、「ＬＤアレイ」という）との位置関係を示す図である。図１に示すように、固体レーザ装置１は、固体レーザ媒質からなる円柱状の固体レーザロッド２を備えている。固体レーザ媒質は、レーザ光を発生することが可能な媒質であれば特に限定されず、例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶などで構成される。
【００１３】
固体レーザロッド２の一端側には、固体レーザロッド２で発生するレーザ光を反射するリアミラー（第１ミラー）３が配置され、固体レーザロッド２の他端側には、固体レーザロッド２で発生するレーザ光の一部を反射し残りを透過して出射させる出射ミラー（第２ミラー）４が配置されている。リアミラー３及び出射ミラー４は共振器を構成し、固体レーザロッド２で発生するレーザ光を共振させてレーザ発振を起こさせる。
【００１４】
なお、図示しないが、固体レーザロッド２は通常、固体レーザロッド２を冷却するための冷却水を通す冷却管によって包囲され、冷却管は、固体レーザロッド２から発せられるレーザ光を反射するリフレクタによって包囲される。冷却管は、石英ガラス等で構成され、リフレクタは、金属等で構成される。またリフレクタは、その外側から励起光を入射できるようにするために、スリットを形成するよう複数に分割されている。
【００１５】
図２に示すように、固体レーザロッド２の周囲には、固体レーザロッド２の長手方向に沿って延びるＬＤアレイ６が３本配置されている。各ＬＤアレイ６は、固体レーザ媒質を励起する励起光を固体レーザロッド２に照射するものである。ここで、３本のＬＤアレイ６は、固体レーザロッド２の外周に沿って等間隔に配置されることが好ましい。この場合、３本のＬＤアレイ６から出射される励起光が固体レーザロッド２に均等に照射されることになり、熱による固体レーザロッド２内での屈折率変化が均一になり、熱レンズによる収差がより十分に低減される。
【００１６】
図３は、ＬＤアレイ６を示す斜視図である。図３に示すように、ＬＤアレイ６は、固体レーザ媒質の励起光を発する６個のＬＤバー（半導体レーザ光源）７を有している。ＬＤアレイ６において、６個のＬＤバー７は、固体レーザロッド２の長手方向に沿って一列に配置されている。各ＬＤバー７は、駆動電流の供給により励起光を発するようになっている。
【００１７】
ここで、ＬＤバー７について詳細に述べると、ＬＤバー７は複数の発光点７ａを有しており、これら複数の発光点７ａは、各ＬＤバー７において、固体レーザロッド２の長手方向に沿って一列に配置されている。従って、各ＬＤバー７から出射される励起光は、発光点７ａから出射される光を重ね合わせたものとなる。発光点７ａは、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を励起し得る励起光を発するものであればよく、かかる発光点７ａとしては、例えば中心波長が８０８ｎｍ前後（例えば８０５．３ｎｍ〜８０８．３ｎｍ)
の励起光を発するものが用いられる。
【００１８】
ＬＤアレイ６には、図示しない電源（電流供給手段）が電気的に接続され、この電源により各ＬＤアレイ６を介して各ＬＤバー７に駆動電流が供給されるようになっている。なお、図示しないが、６個のＬＤバー７は、これらに電圧を印加する一対の導電性サブマウントベースによって挟まれており、これらがヒートシンク（図示せず）上に搭載されている。従って、電源によりＬＤアレイ６に供給された駆動電流は、上記サブマウントベース間のＬＤバー７に供給されるようになっており、また６個のＬＤバー７は、相互に容易に分離させることが可能となっている。更にヒートシンクには冷却水を通すことが可能となっており、ヒートシンクによって、サブマウントベースを介してＬＤバー７が冷却されるようになっている。    
【００１９】
本発明者等は、従来の固体レーザ装置において、固体レーザロッドにおける熱複屈折が大きくなったり、あるいはビーム品質が劣化することがあることから、これら問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者等は、上記問題点が、ＬＤアレイにおいて複数のＬＤバーが同一の特性を有していないことと、そのＬＤバーの配列順序に起因するものと考えた。ここで、複数のＬＤバーについて同一の特性を持たせることが困難であることは一般に知られている。そこで、本発明者等は、ＬＤバーの配列順序について更に鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者等は、（１）固体レーザロッドに励起光を照射すると、その吸収により固体レーザロッドが熱せられていわゆる熱レンズの状態となること、及び、（２）ＬＤバーのリアミラー側から所定の順番にあり且つ固定レーザロッドを包囲する複数のＬＤバーを１組のＬＤバー群とした場合に、複数組のＬＤバー群のそれぞれから固体レーザロッドに励起光を照射した時の固体レーザロッドの焦点距離が配列順序によって変化すること、に着目し、ＬＤアレイにおいて、各ＬＤバー群に対応する固体レーザロッドの焦点距離がリアミラー側から出射ミラー側に向かうにつれて大きくなるようにＬＤバー群を配置することで、上記固体レーザ装置を製造し得ることを見出した。
【００２０】
従って、本実施形態では、各ＬＤアレイ６において、図４に示すように、各ＬＤバー７においてリアミラー側から所定の順番にある複数のＬＤバー７を１組のＬＤバー群とした場合に、６組のＬＤバー群のそれぞれから固体レーザロッド２に励起光を照射した時の固体レーザロッド２の焦点距離がリアミラー３側から出射ミラー４側に向かうにつれて、即ちＺ軸方向に向かうにつれて大きくなるように配置されている。言い換えるならば、６組のＬＤバー群のそれぞれから固体レーザロッド２に励起光を照射した時に固体レーザロッド２によって吸収されるエネルギーがリアミラー３側から出射ミラー４側に向かうにつれて、即ちＺ軸方向に向かうにつれて小さくなるように配置されている。
【００２１】
６個のＬＤバー群が上記のように配置されることで、ＬＤアレイ６に供給される駆動電流を十分に大きくしながらビーム径を小さくすることが可能となる。なお、焦点距離とは、固体レーザロッド２にレーザ光を入射したときにレーザ光が集光される空間上の一点と主面との間の距離のことをいう。
【００２２】
次に、上述した固体レーザ装置１の製造方法について説明する。
【００２３】
まず固体レーザロッド２と３本のＬＤアレイ６を用意し、固体レーザロッド２の周囲に３本のＬＤアレイ６を配置する。そして、３本のＬＤアレイ６においてリアミラー３側から所定の順番にある３個のＬＤバー７を１組のＬＤバー群とした場合に、６組のＬＤバー群のそれぞれから固体レーザロッド２に励起光を照射したときの固体レーザロッド２の焦点距離を求める。
【００２４】
ここで、まず固体レーザロッド２の焦点距離を測定する方法について説明する。まず当該方法に先立って、当該方法を実施する測定装置の構成について説明する。図５は、この測定装置の一例を示す概略図である。図５に示すように、この測定装置８は、対向配置される撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）９及び可視光を発する可視レーザ装置（例えばヘリウムネオンレーザ）１０を有する。撮像装置９は、可視レーザ装置１０側に向けられた受光部９ａを有し、図示矢印Ａ方向に沿って往復移動可能となっている。また撮像装置９は、コンピュータ１１を介してモニタ１２に接続されている。そして、撮像装置９と、可視レーザ装置１０との間には、固体レーザ装置１に使用する３本のＬＤアレイ６が設けられ、３本のＬＤアレイ６は、撮像装置９と可視レーザ装置１０との間に固体レーザロッド２を配置できるスペースを空けて配置されている。
【００２５】
この測定装置８において固体レーザロッド２の焦点距離を測定する場合には、固体レーザロッド２を、撮像装置９と可視レーザ装置１０との間のスペースに、３本のＬＤアレイ６によって包囲されるように配置する。この状態で、各ＬＤアレイ６においてリアミラー３側から１番目にある３個のＬＤバー７に駆動電流を供給し、その３個のＬＤバー７から固体レーザロッド２に励起光を照射する。その後、可視レーザ装置１０を作動すると、可視レーザ装置１０から出射されたレーザ光が、固体レーザロッド２を通過し、固体レーザロッド２のレンズ作用により空間上の一点１３に集光される。このとき、モニタ１２を監視しながら撮像装置９を前後に移動させ、撮像装置９で観察されるレーザ光のビーム径が最小となる位置で停止させる。このとき、撮像装置９の受光部９ａの位置が焦点となる。こうしてレーザ光の出射端面２ａから焦点１３までの距離Ｌ２が算出される。なお、このとき、可視レーザ装置１０から出射されるレーザ光は可視光であるため、ビーム径を容易に視認することができる。
【００２６】
焦点が決まったならば、レーザ光の出射端面２ａから主面１４までの距離と、レーザ光の出射端面２ａから焦点１３までの距離Ｌ２との和で表される焦点距離Ｌを以下のようにして求める。即ち、まず上記のようにして算出されたＬ２を用い、下記方程式：
【数１】
2005072269.tif 000003
の解Ａを求める。次に、上記のようにして求めた解Ａを用い、下記式：
【数２】
2005072269.tif 000004
に基づいて、焦点距離Ｌを求める。
【００２７】
こうしてリアミラー３側から１番目の３個のＬＤバー７からなるＬＤバー群に対応する焦点距離Ｌを求めた後は、各ＬＤアレイ６においてリアミラー３側から２番目にある３個のＬＤバー７に駆動電流を供給し、このときの焦点距離Ｌを求める。以下、同様にして、リアミラー３側から３〜６番目にある各組のＬＤバー群について、対応する焦点距離Ｌをそれぞれ求める。
【００２８】
全組のＬＤバー群のそれぞれに対応する焦点距離を求めた後は、各ＬＤアレイ６において、ヒートシンクに搭載された導電性サブマウントベース間の６個のＬＤバー７を取り出し、その長手方向に向かって焦点距離の大きい順又は小さい順にＬＤバー７を並べ替える。そして、再びサブマウントベース間に挟み、ヒートシンク上に搭載してＬＤアレイ６を組み立てる。こうして再組立された各ＬＤアレイ６を固体レーザロッド２の外周に沿って等間隔に配置する。
【００２９】
続いて、６組のＬＤバー群に対応する固体レーザロッド２の焦点距離がリアミラー３側から出射ミラー４側に向かうにつれて大きくなるように、固体レーザロッド２の両端にそれぞれリアミラー３及び出射ミラー４を配置する。
【００３０】
最後に、上記固体レーザロッド２、ＬＤアレイ６及びリアミラー３及び出射ミラー４を包囲カバー（図示せず）で包囲し、こうして固体レーザ装置１の製造が完了する。
【００３１】
次に、上述した固体レーザ装置１の動作方法について説明する。
【００３２】
まず固体レーザロッド２から出射されるレーザ光のビーム径と、３本のＬＤアレイ６に供給される駆動電流との関係を求める（第１工程）。ここで、ビーム径とは、固体レーザロッド２の端面での基本モードビーム半径を言う。具体的には、まず電源より、３本のＬＤアレイ６におけるＬＤバー７の全てに駆動電流を供給し、全ＬＤバー７から励起光を出射させる。すると、励起光は、固体レーザロッド２の側面を照射し、固体レーザロッド２の固体レーザ媒質を励起する。こうして、固体レーザロッド２からレーザ光が発生する。発生したレーザ光は、リアミラー３及び出射ミラー４間でレーザ共振された後、出射ミラー４から出射される。なお、ＬＤバー７から励起光を出射させている間は、ヒートシンクに冷却水を通し、導電性サブマウントベースを介してＬＤバー７を冷却するようにする。
【００３３】
この状態で、レーザ光のビーム径を以下のようにして算出する。即ちまずレーザのビーム品質Ｍ２を以下のようにして測定する  即ちＣＣＤカメラを用いて各距離ｚでのＧａｕｓｓｉａｎビームの半径ｗ（ｚ）を測定する。その後、下記式：
【００３４】
【数３】
2005072269.tif 000005
（上記式中、Ｍ２は、推算しようとするＧａｕｓｓｉａｎビームのビーム品質係数、ｗ０は、推算しようとするＧａｕｓｓｉａｎビームのウェスト半径、ｚ０は、推算しようとするＧａｕｓｓｉａｎビームのウェストの位置を表す）。
を用い、最小二乗法によってＭ２、ｗ０、ｚ０を推算する。  次に、上記のようにして推算したＭ２及びｗ０を用い、固体レーザロッド２の端面での基本モードビーム半径ｗ１を下記式：
【００３５】
【数４】
2005072269.tif 000006
（上記式中、Ｍ２は、推算されたＧａｕｓｓｉａｎビームのビーム品質係数、ｗ０は、推算されたＧａｕｓｓｉａｎビームのウェスト半径、ｄ０は、固体レーザロッド２の端面から出射ミラー４までの距離を表す）
に基づいて算出する。
【００３６】
こうして基本モードビーム径を算出した後は、３本のＬＤアレイ６に供給される駆動電流の値を次々に変え、その駆動電流ごとにレーザ光のビーム径を測定する。こうして、ビーム径と駆動電流との関係が求められる。
【００３７】
こうして求められたビーム径と駆動電流との関係は、ビーム径が、ある駆動電流に対して最小となり、その駆動電流より小さくなるにつれて、及びその駆動電流より大きくなるにつれてビーム径が大きくなる傾向がある。
【００３８】
そこで、上記のようにして求めたビーム径と駆動電流との関係に基づいて、ビーム径が最小となる駆動電流を求め、電源を作動して、その駆動電流を電源からＬＤアレイ６に供給する（第２工程）。
【００３９】
このようにして固体レーザ装置１を作動すると、駆動電流を十分に大きくしながら、レーザ光のビーム径を十分に小さくすることできる。ここで、レーザロッド端面での基本モードビーム半径は、ビーム品質の安定範囲の目安となるものであり、ビーム径が小さいほどビーム品質の安定範囲が広くなる。また、駆動電流の大きさは熱複屈折の目安になるものであり、駆動電流は、図６に示すように、それが大きくなるほど、熱複屈折が小さくなる傾向がある。なお、図６において、縦軸が熱複屈折（ｆφ−ｆｒ）を表し、横軸が駆動電流Ｉを表す。ｆｒは、固体レーザロッド２の径方向の屈折率を表し、ｆφは、固体レーザロッド２の径方向に直交する方向、即ちｆｒに直交する方向の屈折率を表す。
【００４０】
従って、固体レーザ装置１によれば、固体レーザロッド２における熱複屈折を十分に小さくすることにより熱レンズ効果を十分に抑えながら、レーザ光のビーム品質を十分に向上させることができる。
【００４１】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では１つのＬＤアレイ６につきＬＤバー７が６個設けられているが、ＬＤバー７の数は６個に限定されるものではなく、固体レーザロッド２の長さ等に応じて適宜変更することができる。またＬＤアレイ６の数も３個に限られるものではなく、４個以上であってもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の内容を、実施例を用いて、より具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
まず３本のＬＤアレイ（以下、それぞれを区別するためＡ，Ｂ，Ｃと称する）及び１本の固体レーザロッド（直径０．３ｃｍ、長さ１２．５ｃｍ）を用意し、固体レーザロッドの外周に沿って３本のＬＤアレイＡ〜Ｃを等間隔に配置した。このとき、各ＬＤアレイ（ＬＤアレイＡ〜Ｃ）においては、６個のＬＤバー（以下、それぞれを区別するため、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと称する）を一列に並べて配置した。
【００４４】
そして、ＬＤアレイＡ、Ｂ、Ｃにおいてリアミラー側から同じ順番にある３個のＬＤバーで構成されるＬＤバー群から励起光を照射したときの固体レーザロッド２の熱レンズとしての焦点距離を、図５に示す測定装置８を用いて求めた。具体的には、まず３個のＬＤバーｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ）からなるＬＤバー群に駆動電流を供給し、ＬＤバー群から出射される励起光を固体レーザロッド２に照射した後、ヘリウムネオンレーザ１０から、固体レーザロッド２の中心を通るようにレーザ光を出射させた。そして、モニタ１２を監視しながらＣＣＤカメラ９を前後に動かし、ＣＣＤカメラ９で観察されるレーザ光のビーム径が最小となる位置でＣＣＤカメラ９を固定し、そのときの受光部９ａから固体レーザロッド２の出射端面２ａまでの距離Ｌ２を測定した。そして、測定されたＬ２を用い、下記方程式：
【数５】
2005072269.tif 000007
の解Ａをコンピュータによって求めた。続いて、この解Ａを用い、下記式：
【数６】
2005072269.tif 000008
に基づいて、焦点距離Ｌを求めた。結果を表１に示す。
【表１】
2005072269.tif 000009
【００４５】
その後、表１に示す結果に基づき、各ＬＤアレイＡ〜Ｃにおいて、固体レーザロッド２の長手方向に沿って焦点距離Ｌが大きくなる順又は小さくなる順に、６個のＬＤバーａ〜ｆを並べ替えた。その結果を表２に示す。なお、表２において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は３本のＬＤアレイの一端側からの位置を表す。
【表２】
2005072269.tif 000010
【００４６】
続いて、６組のＬＤバー群のそれぞれに対応する固体レーザロッド２の焦点距離がリアミラー３側から出射ミラー４側に向かうにつれて大きくなるようにリアミラー３及び出射ミラー４を配置した。
【００４７】
その後、上記固体レーザロッド、ＬＤアレイＡ〜Ｃ、リアミラー及び出射ミラーを包囲カバーで包囲し、固体レーザ装置を完成させた。
【００４８】
次に、３本のＬＤアレイＡ〜ＣにおけるＬＤバーａ〜ｆの全てに２５〜２７Ａの駆動電流を供給し、全ＬＤバーから同時に励起光を出射させた。このとき、出射ミラー４から出射されるレーザ光の固体レーザロッド２の端面での基本モードのビーム半径を測定した。固体レーザロッド２の端面での基本モードのビーム半径ｗ１は、以下のようにして算出した。即ちまずレーザのビーム品質Ｍ２及びｗ０を以下のようにして推算した。即ちＣＣＤカメラを用いて、固体レーザロッド２の長手方向に沿った距離ｚにおけるＧａｕｓｓｉａｎビームの半径ｗ（ｚ）をｚの値を変えて測定した。その後、下記式：
【００４９】
【数７】
2005072269.tif 000011
（上記式中、Ｍ２は、推算しようとするＧａｕｓｓｉａｎビームのビーム品質係数、ｗ０は、推算しようとするＧａｕｓｓｉａｎビームのウェスト半径、ｚ０は、推算しようとするＧａｕｓｓｉａｎビームのウェストの位置を表す）。
を用い、最小二乗法によってＭ２、ｗ０、ｚ０を推算した。
【００５０】
次に、上記のようにして推算したＭ２及びｗ０を用い、固体レーザロッド２の端面での基本モードビーム半径ｗ１を下記式：
【００５１】
【数８】
2005072269.tif 000012
（上記式中、Ｍ２は、推算されたＧａｕｓｓｉａｎビームのビーム品質係数、ｗ０は、推算されたＧａｕｓｓｉａｎビームのウェスト半径、ｄ０は、固体レーザロッド２の端面から出射ミラー４までの距離を表す）
に基づいて算出した。
【００５２】
こうして基本モードビーム半径ｗ１を測定した後は、３本のＬＤアレイＡ〜Ｃに供給される駆動電流の値を次々に変え、その駆動電流ごとにレーザ光の基本モードビーム半径を測定し、基本モードビーム半径と駆動電流との関係を求めた。結果を表３及び図７に示す。
【表３】
2005072269.tif 000013
【００５３】
次に、表３及び図７の結果に基づいて、ビーム径が最小となる駆動電流を求め、その駆動電流をＬＤアレイＡ〜Ｃに供給した。
【００５４】
（比較例１〜４）
各ＬＤアレイＡ〜Ｃにおいて６個のＬＤバーを、表４に示す通りに配置した以外は実施例１と同様にして固体レーザ装置を製造した。なお、表４において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は位置を表し、Ｎｏ．１からＮｏ．６に向かうにつれて出射ミラー４から遠い位置を表す。
【表４】
2005072269.tif 000014
【００５５】
そして、実施例１と同様にして、比較例１〜４に係る固体レーザ装置のビーム径と駆動電流との関係を求めた。結果を表５〜８及び図７に示す。なお、表５〜表８はそれぞれ、比較例１〜４に対応するものである。
【表５】
2005072269.tif 000015
【表６】
2005072269.tif 000016
【表７】
2005072269.tif 000017
【表８】
2005072269.tif 000018
【００５６】
そして、表５〜８の結果及び図７に基づいて、比較例１〜４のぞれぞれについて、ビーム径が最小となる駆動電流を求め、その駆動電流をＬＤアレイＡ〜Ｃに供給した。
【００５７】
以上の結果より、図７に示す曲線の極小値が、実施例１について最も右斜め下方に位置していることから、実施例１の固体レーザ装置によれば、比較例１〜４の固体レーザ装置に比べて、駆動電流を十分に大きくしながらビーム径を十分に小さくできることが分かった。即ち、本発明の固体レーザ装置により、固定レーザロッドにおける熱複屈折を十分に小さくしながらビーム品質を十分に向上できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る固体レーザ装置の好適な実施形態を示す側面図である。
【図２】固体レーザロッドと半導体レーザアレイとの位置関係を示す図である。
【図３】半導体レーザアレイとしてのＬＤアレイを示す斜視図である。
【図４】固体レーザロッドにおける熱複屈折又は固体レーザロッドによる吸収エネルギーと、固体レーザロッドの長手方向に沿った位置との関係を示す図である。
【図５】固定レーザロッドの焦点距離を測定する測定装置の一例を示す概略図である。
【図６】熱複屈折と駆動電流との関係を示すグラフである。
【図７】実施例１及び比較例１〜４に係るビーム径と駆動電流との関係を示すグラフである。
【図８】固体レーザ装置の従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…固体レーザ装置、２…固体レーザロッド、３…リアミラー（第１ミラー）、４…出射ミラー（第２ミラー）、６…半導体レーザアレイ、７…ＬＤバー（半導体レーザ光源）、７ａ…発光部、Ｌ…焦点距離。
【図１】
2005072269.tif 000019
【図２】
2005072269.tif 000020
【図３】
2005072269.tif 000021
【図４】
2005072269.tif 000022
【図５】
2005072269.tif 000023
【図６】
2005072269.tif 000024
【図７】
2005072269.tif 000025
【図８】
2005072269.tif 000026