(57)【要約】【課題】  固体レーザ装置であって発光効率の高いレーザ装置を提供すること。【解決手段】  本発明に係るレーザ装置１は、互いに対向する第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂを有し、Ｎｄ3+が添加されたＧｄＶＯ4又はＹＶＯ4からなる固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質に対して第１面上に形成され、第１波長範囲８８０±５ｎｍ及び第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長の光を反射する高反射膜１２と、第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、第３波長範囲１０６０〜１０６５ｎｍの全波長の光に対する共振のＱ値より大きい光共振器を高反射膜と共に構成し、光共振器内に固体レーザ媒質が位置するように配置された反射手段２０と、固体レーザ媒質を励起する第１波長範囲の波長の光を出力する励起光源２２とを備え、光共振器の光軸の方向と異なる方向から光共振器内に励起光源からの光を導きつつ固体レーザ媒質に入射させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１面及び第２面を有し、Ｎｄ3+が添加されたＧｄＶＯ4又はＹＶＯ4からなる固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質に対して第１面上に形成され、第１波長範囲８８０±５ｎｍの波長の光及び第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長の光を反射する高反射膜と、
前記第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、第３波長範囲１０６０〜１０６５ｎｍの全波長の光に対する共振のＱ値より大きい光共振器を前記高反射膜と共に構成し、前記光共振器内に前記固体レーザ媒質が位置するように配置された反射手段と、
前記固体レーザ媒質を励起する前記第１波長範囲の波長の光を出力する励起光源と
を備え、
前記光共振器の光軸の方向と異なる方向から前記光共振器内に前記励起光源からの光を導きつつ前記固体レーザ媒質に入射させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記固体レーザ媒質の第２面上に形成され、前記第１波長範囲の波長の光及び前記第２波長範囲の波長の光を透過する反射防止膜を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記光共振器における前記第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、前記光共振器における前記第３波長範囲の全波長の光に対する共振のＱ値よりも１０倍以上大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記固体レーザ媒質におけるＮｄ3+の濃度が３at．％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記励起光源からの光を前記光共振器に導くための光ファイバを備えることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記励起光源からの光を前記固体レーザ媒質上に集光させる集光光学系を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記励起光源からの光の前記固体レーザ媒質への入射方向と、前記光共振器の光軸とのなす角度が５°以上であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記光共振器内の光軸上に配置され、前記励起光源からの光が前記固体レーザ媒質に前記光共振器の光軸と略同軸で入射するように、前記光共振器内に導入された前記励起光源からの光の光路を変更する光路変更素子を備えることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記光共振器の光軸に対する前記固体レーザ媒質の長さが３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記固体レーザ媒質から出射する光の光路上に配置され、前記固体レーザ媒質から出射した光からパルス光を生成するパルス発生素子を備えることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記固体レーザ媒質から出射する光の光路上に配置され、非線形光学効果により、前記固体レーザ媒質から出射する光から、前記固体レーザ媒質から出射した光の波長と異なる波長を有する光を生成する非線形光学素子を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、特に、固体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体レーザ装置、特に半導体レーザ励起固体レーザとしては、固体レーザ媒質としてＮｄドープされたＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）が用いられている。Ｎｄ：ＹＡＧをレーザ媒質として用いた場合、レーザ装置は、波長約８０８ｎｍの光でレーザ媒質を励起し、利得の最も大きな波長約１０６４ｎｍの光の発振が得られるように設計されている。また、ＮｄがドープされたＧｄＶＯ4（Ｎｄ：ＧｄＶＯ4）やＹＶＯ4（Ｎｄ：ＹＶＯ4）などのバナデート系材料を固体レーザ媒質として用いた場合には、Ｎｄ：ＹＡＧよりも励起光吸収断面積が大きく発光効率が高くなることが期待できることが知られている。このようなバナデート系材料を用いたレーザ装置としては、例えば、非特許文献１に、ＮｄがドープされたＧｄＶＯ4（Ｎｄ：ＧｄＶＯ4）を固体レーザ媒質として用いて波長約８０８ｎｍの光で励起するレーザ装置が開示されている。
【非特許文献１】Chenlin Du, et.al, "Continuous-wave and passively Q-switched Nd:GdVO4 lasers at 1.06μm end-pumped by laser-diode-array.", Optics & Laser Technology 34, pp.699-702 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、波長約８０８ｎｍの光でＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4及びＮｄ：ＹＶＯ4夫々を励起した場合には、固体レーザ媒質の電子は、基底準位からレーザ上準位よりも高いエネルギー準位に励起される。より具体的に、固体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧを例として図９を参照して説明する。なお、図９は、Ｎｄ：ＹＡＧのエネルギー準位の模式図である。固体レーザ媒質に波長約８０８ｎｍの光が入射されると、固体レーザ媒質の電子は、基底準位4Ｉ9/2から、レーザ上準位4Ｆ3/2よりも高いエネルギー準位4Ｆ5/2に励起される。そして、エネルギー準位4Ｆ5/2から非輻射遷移過程Ａを経てレーザ上準位4Ｆ3/2に移る。そのため、励起光のエネルギーの３０％近くは発光に寄与しない非輻射遷移過程Ａに関与したエネルギーとなる。したがって、レーザ発振の高効率化が妨げられると共に、レーザ装置の高出力化を図る場合には熱問題が引き起こされていた。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体レーザ装置であって発光効率が高いレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、Ｎｄ：ＹＡＧをレーザ媒質とする場合に、波長約８８５ｎｍの光で固体レーザ媒質をレーザ上準位に直接励起することで効率を大幅に改善できることを見出した。また、本発明者らは、Ｎｄ：ＹＡＧには、波長約９４６ｎｍにも強い発光線が存在することに着目し、波長約８８５ｎｍでＮｄ：ＹＡＧからなる固体レーザ媒質を励起し波長約９４６ｎｍの光を発振させることを検討した。
【０００６】
ところで、通常、固体レーザ媒質は、一対の反射鏡から構成された光共振器内に配置される。そして、レーザ装置では、レーザ媒質の端面から光共振器の光軸とほぼ同軸で励起光が固体レーザ媒質に入射される端面励起方式が採用されている。そのため、波長約８８５ｎｍの光で固体レーザ媒質を励起し、波長約９４６ｎｍの光を発振させる場合には、光共振器を構成する一対の反射鏡に波長約８８５ｎｍの光を透過しつつ波長約９４６ｎｍの光を反射させるコーティングを施す必要がある。ただし、励起光の波長と発振波長とが近いために効率的に波長８８５ｎｍを透過し波長９４６ｎｍを反射するコーティングは困難でありレーザ装置全体としての効率が低下すると共に、コーティングの価格が高価となるという問題が生じた。
【０００７】
また、本発明者らは、Ｎｄ：ＹＡＧよりも誘導放出断面積、励起光吸収断面積が大きく更に高効率化が期待できるバナデート系材料を用いたレーザ媒質に対して鋭意研究を重ねた。そして、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4及びＮｄ：ＹＶＯ4をレーザ媒質として用いた場合、それらを波長約８８０ｎｍでレーザ上準位へ直接励起できることを見出した。しかしながら、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4及びＮｄ：ＹＶＯ4における発光中心は夫々波長約９１２ｎｍ及び波長約９１４ｎｍであり、励起光の波長（約８８０ｎｍ）と約３２ｎｍ程度の差しかない。そのため、Ｎｄ：ＹＡＧよりも高効率化が期待できつつも、従来の端面励起方法でレーザ発振させることはＮｄ：ＹＡＧの場合よりも更に困難であった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係るレーザ装置は、互いに対向する第１面及び第２面を有し、Ｎｄ3+が添加されたＧｄＶＯ4又はＹＶＯ4からなる固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質に対して第１面上に形成され、第１波長範囲８８０±５ｎｍの波長の光及び第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長の光を反射する高反射膜と、第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、第３波長範囲１０６０〜１０６５ｎｍの全波長の光に対する共振のＱ値より大きい光共振器を高反射膜と共に構成し、光共振器内に固体レーザ媒質が位置するように配置された反射手段と、固体レーザ媒質を励起する第１波長範囲の波長の光を出力する励起光源とを備え、光共振器の光軸の方向と異なる方向から光共振器内に励起光源からの光を導きつつ固体レーザ媒質に入射させることを特徴とする。
【０００９】
上記構成では、固体レーザ媒質に第１波長範囲８８０±５ｎｍの光が入射されると、固体レーザ媒質はレーザ上準位に直接励起され、第２波長範囲の波長（例えば、波長約９１２ｎｍ又は波長約９１４ｎｍ）及び第３波長範囲の波長（例えば、波長約１０６４ｎｍ）の光が自然放出される。そして、光共振器において、第２波長範囲の波長の光に対する光共振器のＱ値が、第３波長範囲の全波長に対する光共振器のＱ値より大きいので、第２波長範囲の波長の光に対して誘導放出が生じる。したがって、第２波長範囲の波長の光がレーザ光として出力される。また、上記レーザ装置では、励起光源からの光（励起光）を光共振器の光軸の方向と異なる方向から光共振器内に導いて、固体レーザ媒質を励起している。そのため、励起波長と発振波長とが近い場合であっても、反射手段と共に光共振器を構成している高反射膜の形成が容易である。
【００１０】
また、本発明に係るレーザ装置においては、固体レーザ媒質の第２面上に形成され、第１波長範囲の波長の光及び第２波長範囲の波長の光を透過する反射防止膜を備えることが望ましい。この場合、固体レーザ媒質の第２面上に上述した特性を有する反射防止膜があるので、第３波長範囲の波長の光に比べて第１波長範囲及び第２波長範囲の波長の光は、光共振器を構成している高反射膜と反射手段との間で反射を繰り返し易い。従って、より効率的に第２波長範囲の波長の光をレーザ光として出力することが可能である。
【００１１】
上記レーザ装置においては、光共振器における第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、光共振器における第３波長範囲の全波長の光に対する共振のＱ値よりも１０倍以上大きいことが好ましい。これにより、第２波長範囲の波長の光が効率的且つ確実にレーザ光として出力される。
【００１２】
また、固体レーザ媒質におけるＮｄ3+の濃度が３at．％以下であることが好ましい。この場合、より効率的に励起光が吸収されるためレーザ発振の効率化が可能である。
【００１３】
また、本発明に係るレーザ装置では、励起光源からの光を光共振器に導くための光ファイバを備えることが望ましい。この場合、励起光源をレーザ装置内に配置する場合の励起光源の位置の自由度が大きくなる。また、本発明に係るレーザ装置では、励起光源からの光を固体レーザ媒質上に集光させる集光光学系を備えることが好適である。
【００１４】
更にまた、本発明に係るレーザ装置においては、励起光源からの光の固体レーザ媒質への入射方向と、光共振器の光軸とのなす角度が５°以上であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明に係るレーザ装置においては、光共振器内の光軸上に配置され、励起光源からの光が固体レーザ媒質に光共振器の光軸と略同軸で入射するように、光共振器内に導入された励起光源からの光の光路を変更する光路変更素子を備えることが好適である。
また、本発明に係るレーザ装置においては、発振効率及び放熱の観点から光共振器の光軸に対する固体レーザ媒質の長さが３ｍｍ以下であることが有効である。
【００１６】
また、本発明に係るレーザ装置においては、固体レーザ媒質から出射する光の光路上に配置され、固体レーザ媒質から出射した光からパルス光を生成するパルス発生素子を備えることが望ましい。これによりレーザ装置からパルス光を出力することが可能である。なお、パルス発生素子としては、可飽和吸収体、光音響光学効果素子、及び電気光学効果素子等が例示される。
【００１７】
更にまた、本発明に係るレーザ装置においては、固体レーザ媒質から出射する光の光路上に配置され、非線形光学効果により、固体レーザ媒質から出射する光から、固体レーザ媒質から出射した光の波長と異なる波長を有する光を生成する非線形光学素子を備えることが望ましい。この場合には、固体レーザ媒質が自然放出する光の波長とは異なる波長の光をレーザ装置から出力させることが可能である。なお、非線形光学効果としては、パラメトリック過程、和周波発生過程、差周波発生過程、及び高調波発生過程などが例示される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、Ｎｄ3+が添加されたＧｄＶＯ4及びＹＶＯ4からなる固体レーザ媒質を、第１波長範囲８８０±５ｎｍの波長の光により励起し第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長の光をレーザ発振させることができる。これにより、９６％を上回る高い原子量子効率を実現可能であり、発光効率を高くすることができる。このように高い原子量子効率を実現可能であることから熱の発生が抑制され、固体レーザ媒質の冷却機構も簡単になるためレーザ装置の小型化が図られると共に、高出力化も図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面とともに本発明によるレーザ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２０】
図１は本実施形態に係るレーザ装置の概略構成を説明するための模式図である。図１の固体レーザ装置１は、Ｎｄイオン（Ｎｄ3+）が添加されたバナデート系材料であるＧｄＶＯ4（Ｎｄ：ＧｄＶＯ4）又はＹＶＯ4（Ｎｄ：ＹＶＯ4）から構成されている固体レーザ媒質１０を有している。固体レーザ媒質１０におけるＮｄイオンの添加濃度は３at.％以下であることが好適である。これにより励起光を効率的に吸収することができる。固体レーザ媒質１０の特性の一例を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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表１に示しているように、固体レーザ媒質１０は、波長約８８０ｎｍの光を吸収する特性を有している。そして、固体レーザ媒質１０がＹＶＯ4から構成されている場合は、波長約９１４ｎｍ及び波長約１０６４ｎｍの蛍光を発する。また、固体レーザ媒質１０がＧｄＶＯ4から構成されている場合には、波長約９１２ｎｍ及び波長約１０６３ｎｍの蛍光を発する。本明細書では、固体レーザ媒質１０が吸収可能な光の波長（例えば、波長約８８０ｎｍ）を含む波長範囲８８０ｎｍ±５ｎｍを第１波長範囲と称す。また、固体レーザ媒質１０が発する蛍光のうち短波長側の波長（例えば、波長約９１２ｎｍ及び波長約９１４ｎｍ）を含む波長範囲９１０〜９１６ｎｍを第２波長範囲、高波長側の波長（例えば、波長約１０６４ｎｍ）を含む波長範囲１０６０〜１０６５ｎｍを第３波長範囲と称す。レーザ装置１は、第１波長範囲８８０ｎｍ±５ｎｍの波長約８８０ｎｍの光で固体レーザ媒質１０を励起し、第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長約９１４ｎｍ（又は約９１２ｎｍ）の光を出力させるものである。
【００２２】
固体レーザ媒質１０は、図１に示すように互いに対向する第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂを有している。なお、第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂに直交する方向の固体レーザ媒質１０の厚さは、発振効率及び放熱の観点から約３ｍｍ以下が好適である。
【００２３】
固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ上には、第１波長範囲８８０±５ｎｍ及び第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長の光をより多く反射する、言い換えれば、第１波長範囲及び第２波長範囲の波長の光に対して高反射率である高反射膜１２が形成されている。高反射膜１２における第１波長範囲及び第２波長範囲の波長の光に対する反射率はほぼ１００％が好ましい。高反射膜１２上（図１中左側）には、高反射膜１２側から順に低熱抵抗コンタクト層１４及びヒートシンク１６が設けられている。低熱抵抗コンタクト層１４は、例えば、Ｉｎ（インジウム）から構成されていれば良い。これにより、固体レーザ媒質１０で発生する熱は、ヒートシンク１６に拡散するようになっている。
【００２４】
また、固体レーザ媒質１０の第２面１０Ｂ上には、第１波長範囲及び第２波長範囲の波長の光をより多く透過する、言い換えれば、第１波長範囲及び第２波長範囲の波長の光の反射を防止した反射防止膜１８が形成されている。なお、反射防止膜１８における第１波長範囲及び第２波長範囲に対する透過率はほぼ１００％が好ましい。
【００２５】
更に、レーザ装置１は、固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂの法線方向に沿って第２面１０Ｂから離れた位置に第１面１０Ａ上の高反射膜１２と共に光共振器を構成するように配置された出力鏡（反射手段）２０を有する。図１から理解されるように、出力鏡２０は、第２面１０Ｂと略平行に配置されており、光共振器の光軸と第１面１０Ａ（又は第２面１０Ｂ）の法線方向とが略一致している。出力鏡２０は一部透過ミラーであって、例えば、ガラス板上に所定の反射特性のコーティング膜を形成したものとすれば良い。所定の反射特性としては、透過率約１０％であることが例示される。高反射膜１２と出力鏡２０とから構成される光共振器は、第２波長範囲の波長の光に対するＱ値が、第３波長範囲の全波長の光に対するＱ値よりも大きくなるように構成されている。
【００２６】
また、レーザ装置１は、第１波長範囲の波長約８８０ｎｍの光を出力する半導体レーザ素子（励起光源）２２、半導体レーザ素子２２を駆動する駆動電源２４及び半導体レーザ素子２２から出力された光を固体レーザ媒質１０上に集光する集光光学系２６を備えている。集光光学系２６は、半導体レーザ素子２２からの光が、固体レーザ媒質１０上の反射防止膜１８側から固体レーザ媒質１０に、その入射方向と光共振器の光軸とのなす角度αが５°以上で入射する、言い換えれば、集光光学系２６の光軸と光共振器の光軸とのなす角度αが５°以上となるように配置されている。なお、角度αは５°以上としているが、励起光が光共振器にその光軸の方向と異なる方向から導光され固体レーザ媒質１０に入射されていれば良い。ただし、レーザ装置１において、他の光学素子などを配置する観点から角度αが５°以上であることが好適である。
【００２７】
なお、レーザ装置１は、上述した半導体レーザ素子２２、駆動電源２４、集光光学系２６、固体レーザ媒質１０、高反射膜１２、反射防止膜１８、低熱抵抗コンタクト層１４、ヒートシンク１６、及び出力鏡２０以外にもレーザ装置１を機能させるための各構成要素を備えているが説明は省略している。
【００２８】
次に、上記レーザ装置１の動作について説明する。以下の説明では、固体レーザ媒質１０は、Ｎｄ：ＹＶＯ4から構成されているものとする。
【００２９】
まず、駆動電源２４を作動させて半導体レーザ素子２２から固体レーザ媒質１０を励起するための波長約８８０ｎｍのレーザ光（励起光）を出力させる。半導体レーザ素子２２から出力された励起光は集光光学系２６を経て反射防止膜１８側から固体レーザ媒質１０に入射される。固体レーザ媒質１０中の電子は、入射された波長約８８０ｎｍの光によりレーザ上準位に直接励起されて自然発光する。言い換えれば、固体レーザ媒質１０は、波長約８８０ｎｍの光で励起されて蛍光を発する。この蛍光の波長は約９１４ｎｍ及び波長約１０６４ｎｍである。この際、励起波長により近い波長約９１４ｎｍの蛍光の方が波長約１０６４ｎｍの蛍光よりも効率的に発せられるコーティングを施すようにしておく。
【００３０】
固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ上及び第２面１０Ｂ上には、上述した反射特性（透過特性）を有する高反射膜１２及び反射防止膜１８が形成されているので、固体レーザ媒質１０から出射された発振波長となるべき波長約９１４ｎｍの光は、高反射膜１２で反射される。高反射膜１２で反射された波長約９１４ｎｍの光は、反射防止膜１８を透過して出力鏡２０に達し、出力鏡２０で一部反射されて固体レーザ媒質１０側に向かう。そのため、固体レーザ媒質１０からの波長約９１４ｎｍの光は、出力鏡２０と高反射膜１２との間において反射を繰り返す。そして、ある時点において固体レーザ媒質１０内で誘導放出が生じ、出力鏡２０を介して外部に発振波長約９１４ｎｍのレーザ光が出力される。一方、波長約１０６４ｎｍの光に対しては光共振器のＱ値が波長約９１４ｎｍの光よりも小さいので、誘導放出は抑制されている。
【００３１】
以上述べたように、固体レーザ媒質１０に高反射膜１２及び反射防止膜１８が形成されており、高反射膜１２と出力鏡２０とから構成される光共振器において、第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、第３波長範囲の光に対する共振のＱ値よりも大きいことから、光共振器において波長約１０６４ｎｍの光の寄生的な発振が抑制され、波長約９１４ｎｍの光がレーザ光として出力される。なお、光共振器において、第２波長範囲の波長の光の共振のＱ値が、第３波長範囲の全波長の光の共振のＱ値の１０倍以上であることが、効率的且つ確実に第２波長範囲の波長の光をレーザ発振させる観点から好適である。
【００３２】
本実施形態のレーザ装置１では、固体レーザ媒質１０として、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4やＮｄ：ＹＶＯ4を使用している。そして、固体レーザ媒質１０の電子を、励起光として波長約８８０ｎｍの光を用いてレーザ上準位に直接励起している。この場合、非輻射遷移過程Ａを経ないため、固体レーザ媒質１０での熱の発生が抑制されると共に、約９６％を越える原子量子効率を実現できる。更に、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4やＮｄ：ＹＶＯ4における波長約８８０ｎｍの吸収断面積は、Ｎｄ：ＹＡＧにおいて、直接励起可能な波長約８８５ｎｍの光の吸収断面積よりも大きいため、Ｎｄ：ＹＡＧを直接励起する場合に比べて発光効率をより高くすることができる。このように、上記レーザ装置１の構成では、高効率化が図られ熱の発生も抑制されるため、冷却機構も簡単になり小型化が望めると共に、高出力化も図れる。
【００３３】
ところで、励起波長が約８８０ｎｍであり、発振波長が約９１２ｎｍ（又は約９１４ｎｍ）である場合、従来の端面励起方式では光共振器を構成している一対の反射鏡の一方に、波長約８８０ｎｍの光を透過しつつ波長約９１２ｎｍ（９１４ｎｍ）の光を反射させる部分反射コーティングを施さなければならない。しかしながら、励起光の波長と発振波長とが近いため、効率的な部分反射コーティングが困難であり、そのコーティングに要するコストが高くなる。
【００３４】
これに対して、本実施形態では、光共振器の光軸とずらして励起光を光共振器内に導いて固体レーザ媒質１０に入射させている。そのため、光共振器を構成している高反射膜１２及び出力鏡２０並びに反射防止膜１８には、励起波長及び発振波長の両波長に対して同様の反射特性を有するコーティングを施すことが可能である。そのため、構成が簡易であり、低コストのレーザ装置１を実現できる。
【００３５】
次に、本実施形態の種々の変形形態について説明する。本実施形態では、励起光の光共振器への入射方向と光共振器の光軸の方向とが異なる、すなわち、集光光学系２６の光軸の方向と光共振器の光軸の方向とが異なれば良い。例えば、図２に示すレーザ装置２のように、励起光の入射方向（集光光学系２６の光軸の方向）と光共振器の光軸とのなす角度が約９０°、言い換えれば、固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂに隣接している端面２８から励起光を入射させても良い。
【００３６】
また、上述した好適な実施形態では、励起光は、固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂの法線方向に対して斜めに入射しているが、必ずしも固体レーザ媒質１０に斜めに入射する必要はなく、上述したように励起光の光共振器への入射方向と光共振器の光軸の方向とが異なっていれば良い。例えば、図３に示すように偏光板（光路変更素子）３０を用いて光共振器の光軸とほぼ同軸で入射させることも可能である。図３は、レーザ装置１の１つの変形形態であって、偏光板３０を備えるレーザ装置３の模式図である。レーザ装置３は、偏光板３０を備えている点で相違する以外はレーザ装置１の構成と同様である。
【００３７】
図３から理解されるように、偏光板３０は、反射防止膜１８と出力鏡２０との間であって、光共振器の光軸に対して略直交する方向から光共振器に導かれる励起光の光路を光共振器の光軸方向に変更するように配置されている。なお、励起光は、半導体レーザ素子２２から出力されて偏光板３０に到達するまでに、偏光素子（不図示）により所定の偏光方向（例えば、Ｓ偏光、Ｐ偏光）に偏光されていれば良い。なお、光路変更素子としては、偏光板に限らず、偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。
【００３８】
更に、半導体レーザ素子２２からの出力光を光ファイバに入射し光共振器内に励起光を導いても良い。図４に光ファイバを備えるレーザ装置４の模式図を示す。レーザ装置４は、光ファイバ３２と、半導体レーザ素子２２からの出力光を光ファイバ３２へ入射させるための入射光学系３４とを更に備えている点でレーザ装置１と相違する以外はレーザ装置１の構成と同じである。この場合には、半導体レーザ素子２２からの出力光は、入射光学系３４を経て光ファイバ３２に入射される。そして、光ファイバ３２の他端から集光光学系２６を介して固体レーザ媒質１０に入射され、固体レーザ媒質１０を励起する。固体レーザ媒質１０が励起された後の動作はレーザ装置１の場合と同じである。
【００３９】
光ファイバ３２を用いた場合には、レーザ装置４内における半導体レーザ素子２２の位置の自由度が大きくなり、レーザ装置４内におけるスペースを有効利用できる。そのため、レーザ装置の小型化も可能である。
【００４０】
また、複数の光ファイバ３２を用いてもよい。この場合、複数の半導体レーザ素子２２をアレイ状に配置し、各半導体レーザ素子２２からの出力光を各光ファイバ３２に入射する。そして、それらの複数の光ファイバ３２を束にして、その一方の端から出力される光を、集光光学系２６を介して固体レーザ媒質１０に入射する。このような構成では、複数の半導体レーザ素子２２からの光で固体レーザ媒質１０を励起することが可能である。
【００４１】
更に、光ファイバ３２を用いる場合には、集光光学系２６を設けなくても良い。この場合には、光ファイバ３２において、半導体レーザ素子２２からの励起光を出力する出力端を固体レーザ媒質１０の近傍に配置して励起することが可能である。光ファイバ３２の出力端を移動させるだけで励起光の入射方向を変えられるので、集光光学系２６を用いている場合よりも、光共振器の光軸と異なる種々の方向から容易に励起光を固体レーザ媒質１０に入射させることができる。
【００４２】
更に、上記レーザ装置１では連続光を出力しているが、例えば、図５のレーザ装置５のように反射防止膜１８と出力鏡２０との間の光軸上に可飽和吸収体、光音響光学効果素子、電気光学効果素子などのパルス発生素子３６を設けてパルス光を出力させることも可能である。レーザ装置５は、パルス発生素子３６を備えている点でレーザ装置１と相違する他はレーザ装置１と同様である。
【００４３】
パルス発生素子３６として可飽和吸収体を配置した場合を例に、パルス光を出力させる場合の動作について説明する。可飽和吸収体は、光の強度を上げると透明になる(吸収の飽和により光の吸収が弱くなる)。そのため、固体レーザ媒質１０からの光（例えば、波長９１４ｎｍ）を吸収する可飽和吸収体を光共振器内に配置すれば、固体レーザ媒質１０が励起されて光を出射すると、その光は可飽和吸収体に吸収される。この吸収に伴い、可飽和吸収体の透過率が上がり透明化する。このように可飽和吸収体が透明化した場合には、上述したレーザ装置１の場合と同様に第２波長範囲の波長約９１４ｎｍの光は、出力鏡２０及び高反射膜１２において反射を繰り返し、ある時点において固体レーザ媒質１０内で誘導放出が生じ、出力鏡２０を介して外部にレーザ光が出力される。一旦、レーザ光が出力されると、可飽和吸収体において励起準位への電子の蓄積が始まる。したがって、レーザ光出力は周期的に行われる。すなわち、パルス光が得られる。なお、図５では、パルス発生素子３６は反射防止膜１８と出力鏡２０との間の光軸上に配置されているが、レーザ装置５内であって、固体レーザ媒質１０から出射される光の光路上に配置されていれば良い。
【００４４】
更にまた、レーザ装置１から出力される光は、第２波長範囲の波長の光（例えば、波長９１２ｎｍ，９１４ｎｍ）としているが、非線形光学素子（波長変換素子）を固体レーザ媒質１０から出射される光の光路上に配置して、高調波発生過程、パラメトリック過程、和周波発生過程、差周波発生過程等の非線形光学効果を利用して異なる波長の光を生成することも可能である。図６に、非線形光学素子３８を備えたレーザ装置６の模式図を示す。図６は、第２高調波発生過程を生じさせる非線形光学素子（非線形光学結晶）を光共振器外部のレーザ光の光軸上に配置した場合のレーザ装置６の模式図である。図６において、光共振器の出力鏡２０から出力された第２波長範囲の波長λ1の光が非線形光学素子に入射すると、第２高調波発生過程により、波長λ2の光が生成されて波長λ1の光と共に出力される。非線形光学素子から出力される光は、波長λ1の光と波長λ2の光とであるため、光軸上にビームスプリッタ（又はフィルタ）４０などを配置して波長が異なる２つの光を取り出すことが可能である。なお、非線形光学素子は、光共振器内に配置することも可能である。
【００４５】
また、上記実施形態のレーザ装置１では、固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ（又は第２面１０Ｂ）と出力鏡２０とを平行に配置し、直線型の光共振器を構成しているが、必ずしもこの場合に限られない。例えば、図７に示すように、固体レーザ媒質１０の第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂの法線に対して線対称となるように出力鏡２０及び反射鏡４２を配置して、高反射膜１２、出力鏡２０及び反射鏡４２でＶ字型の光共振器を構成することも可能である。また、Ｖ字型光共振器の場合のように、第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂの法線方向と光共振器の光軸の方向とが異なる場合には、光共振器の光軸の方向に沿った固体レーザ媒質１０の長さが約３ｍｍ以下であればよい。なお、反射鏡４２の反射特性としては、Ｖ字型の光共振器において、第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、第３波長範囲の全波長の光に対する共振のＱ値よりも大きくなるようになっていればよい。図７は、Ｖ字型の光共振器を有するレーザ装置７の模式図である。レーザ装置７は、光共振器をＶ字型としている点でレーザ装置１と相違する点以外は、レーザ装置１と同様の構成をしている。
【００４６】
この場合にも、励起光は、高反射膜１２及び出力鏡２０間の光軸の方向と、固体レーザ媒質１０及び光共振器への入射方向（集光光学系２６の光軸の方向）とが異なっており、好ましくは５°以上の角度を形成していれば良い。例えば、第１面１０Ａ及び第２面１０Ｂの法線方向と、高反射膜１２及び出力鏡２０間の光軸のなす角度βが５°以上であれば、図７のレーザ装置７のようにその法線方向から入射させることもできる。また、励起光の光共振器への入射方向（集光光学系２６の光軸の方向）と光共振器の光軸とのなす角度が異なり、好ましくは５°以上であれば、図８に示すレーザ装置８のように固体レーザ媒質１０の端面２８から入射させても良い。レーザ装置８は、端面２８側から励起光を入射させている点以外は、レーザ装置７と同じ構成である。
【００４７】
更に、励起光の光共振器への入射方向とがずれており且つ光共振器のＱ値が第２波長範囲の波長の光に対して第３波長範囲の全波長の光に対するよりも大きくなっていれば、Ｚ型光共振器やリング型光共振器とすることも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態のレーザ装置１では、励起光源２２を半導体レーザ素子としているが、必ずしも半導体レーザ素子でなくても良く、固体レーザ媒質１０を励起可能な第１波長範囲８８０±５ｎｍの光を出力できればよい。更に、レーザ装置１では、半導体レーザ素子を連続発振させているが、半導体レーザ素子をパルス発振させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るレーザ装置の一実施形態の構成を説明するための模式図である。
【図２】図１のレーザ装置の一変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図３】図１のレーザ装置の他の変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図４】図１のレーザ装置の更に他の変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図５】図１のレーザ装置の更に他の変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図６】図１のレーザ装置の更に他の変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図７】図１のレーザ装置の更に他の変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図８】図１のレーザ装置の更に他の変形形態の構成を説明するための模式図である。
【図９】Ｎｄ：ＹＡＧのエネルギー準位の模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２，３，４、５，６，７，８…レーザ装置、１０…固体レーザ媒質、１２…高反射膜、１４…低熱抵抗コンタクト層、１６…ヒートシンク、１８…反射防止膜、２０…出力鏡（反射手段）、２２…半導体レーザ素子（励起光源）、２４…駆動電源、２６…集光光学系、２８…端面、３０…偏光板（光路変更素子）、３２…光ファイバ、３４…入射光学系、３６…パルス発生素子、３８…非線形光学素子、４０…ビームスプリッタ、４２…反射鏡
【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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