(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、前記電源により駆動されて発振波長８８０±５ｎｍのレーザー光を出射する半導体レーザーと、前記半導体レーザーを冷却する冷却装置とを有し、前記半導体レーザーから出射されたレーザー光を外部へ出射する電源部と、
前記電源部と電気配線により電気的に接続されて前記電源部を制御するコントローラーと、
共振器と、レーザー媒質として前記共振器内に配置されたレーザー活性イオンとしてネオジウムが添加されたガドリニウムバナデイト結晶たるネオジウム添加ガドリニウムバナデイト（Ｎｄ：ＧｄＶＯ４）結晶とを有して、前記電源部とは別体に構成され、前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶が励起光により励起されてレーザー発振することにより、外部へレーザー光を出射するレーザーヘッド部と、
前記電源部と前記レーザーヘッド部とを光学的に接続し、前記電源部から外部へ出射されたレーザー光を前記レーザーヘッド部の前記共振器内へ導光するファイバーと
を有し、
前記ファイバーにより前記共振器内に導光された発振波長８８０±５ｎｍの前記半導体レーザーから出射されたレーザー光を励起光として、前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶を端面励起してレーザー発振させるレーザーシステムであって、
前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は、フローティングゾーン法により生成され、レーザー活性イオンとしてネオジウムが原子数の比率で２％乃至１５％の濃度となるように添加されたガドリニウムバナデイト結晶であり、
前記電源部は波長８８０±５ｎｍのレーザー光を外部へ出射し、前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は主吸収帯である波長８０８ｎｍ帯とは異なる波長８８０ｎｍ帯の励起光により励起される
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザーシステムにおいて、
前記半導体レーザーはパルス動作し、前記電源部は発振波長８８０±５ｎｍのパルスレーザー光を外部へ出射する
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のレーザーシステムにおいて、さらに、
前記レーザーヘッド部は、前記共振器内に配置されたＱスイッチを有する
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザーシステムにおいて、
前記Ｑスイッチは、受動Ｑスイッチである
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項５】
請求項４記載のレーザーシステムにおいて、
前記受動Ｑスイッチは、Ｃｒ：ＹＡＧ結晶である
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項６】
請求項３に記載のレーザーシステムにおいて、
前記Ｑスイッチは、ＥＯ−Ｑスイッチである
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項７】
請求項３に記載のレーザーシステムにおいて、
前記Ｑスイッチは、ＡＯ−Ｑスイッチである
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザーシステムにおいて、
前記半導体レーザーは連続発振動作し、前記電源部は発振波長８８０±５ｎｍの連続レーザー光を外部へ出射する
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のレーザーシステムにおいて、
前記冷却装置は、電子冷却により前記半導体レーザーを冷却する
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項１０】
パルス電源と、前記パルス電源により駆動されて発振波長８８０±５ｎｍのパルスレーザー光を出射する半導体レーザーと、前記半導体レーザーを冷却する冷却装置とを有し、前記半導体レーザーから出射されたパルスレーザー光を外部へ出射する電源部と、
前記電源部と電気配線により電気的に接続されて前記電源部を制御するコントローラーと、
共振器と、レーザー媒質として前記共振器内に配置されたレーザー活性イオンとしてネオジウムが添加されたガドリニウムバナデイト結晶たるネオジウム添加ガドリニウムバナデイト（Ｎｄ：ＧｄＶＯ４）結晶と、前記共振器内に配置された受動Ｑスイッチとを有して、前記電源部とは別体に構成され、前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶が励起光により励起されてレーザー発振することにより、外部へレーザー光を出射するレーザーヘッド部と、
前記電源部と前記レーザーヘッド部とを光学的に接続し、前記電源部から外部へ出射されたレーザー光を前記レーザーヘッド部の前記共振器内へ導光するファイバーと
を有し、
前記ファイバーにより前記共振器内に導光された発振波長８８０±５ｎｍの前記半導体レーザーから出射されたレーザー光を励起光として、前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶を端面励起してレーザー発振させるレーザーシステムであって、
前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は、フローティングゾーン法により生成され、レーザー活性イオンとしてネオジウムが原子数の比率で２％乃至１５％の濃度となるように添加されたガドリニウムバナデイト結晶であり、
前記電源部は波長８８０±５ｎｍのパルスレーザー光を外部へ出射し、前記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は主吸収帯である波長８０８ｎｍ帯とは異なる波長８８０ｎｍ帯の励起光により励起される
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載のレーザーシステムにおいて、
前記レーザーヘッド部は、前記共振器内に高調波発生用の結晶を配置した
ことを特徴とするレーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーシステムに関し、さらに詳細には、励起光により励起されてレーザー発振するレーザー媒質を備えたレーザーシステムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来のレーザーシステムとして、ランプの発光を励起光として用いて、共振器内に配設されたレーザー媒質を励起するようにしたものが知られている。
【０００３】
しかしながら、こうしたレーザーシステムは、ランプの発光を励起光として用いてレーザー媒質を励起するものであるので、レーザー発振の効率がよくないという問題点があった。
【０００４】
こうした問題点を解決するために、レーザーダイオードなどの半導体レーザーから出射される所定の波長のレーザー光を励起光として用いて、共振器内に配設されたレーザー媒質を励起するレーザーシステムが開発されている。
【０００５】
この半導体レーザーから出射される所定の波長のレーザー光を励起光として用いてレーザー媒質を励起するレーザーシステムは、レーザー媒質の吸収帯の波長のレーザー光を出射する半導体レーザーを選択して、当該半導体レーザーのレーザー光を励起光として用いてレーザー媒質を励起することができるので、レーザー発振の効率が極めてよいものである。
【０００６】
ところで、従来の半導体レーザーを用いてレーザー媒質を励起するレーザーシステムにおいては、例えば、励起光によりレーザー媒質としてのロッド状レーザー結晶の側面から励起する場合には、励起光としてのレーザー光を出射するレーザーダイオードなどの半導体レーザーを、ロッド状レーザー結晶に近接させて配置する必要があった。このため、従来の半導体レーザーを用いてレーザー媒質を励起するレーザーシステムにおいては、一般に、内部にレーザー媒質を配置した共振器と一体的に半導体レーザーが配置されていた。
【０００７】
しかしながら、こうした従来の半導体レーザーを用いてレーザー媒質を励起するレーザーシステムによれば、内部にレーザー媒質を配置した共振器と一体的に近接して半導体レーザーが配置されることになるため、共振器周りの装置構成が大型化してスペース的に不利になるという問題点があった。
【０００８】
また、上記した従来の半導体レーザーを用いてレーザー媒質を励起するレーザーシステムによれば、内部にレーザー媒質を配置した共振器と一体的に近接して半導体レーザーが配置されることになるため、半導体レーザーから発生する熱によりレーザー媒質の安定性の低下を招くという問題点があり、さらに、半導体レーザーから発生する熱を冷却するための冷却機構が必要になるので、共振器周りの装置構成が大型化してスペース的に不利になるという問題点があった。
【０００９】
さらに、上記した従来の半導体レーザーを用いてレーザー媒質を励起するレーザーシステムによれば、半導体レーザーの故障や寿命による交換などの際に、共振器の再調整が必要となるため、メンテナンスが煩雑になるという問題点があった。
【００１０】
また、従来の波長８０８ｎｍでの励起では、波長１０６３ｎｍのレーザー光を発生させる場合に、エネルギー変換効率は「８０８／１０６３」により制限され、残りのエネルギーが熱としてレーザー媒質に残されるという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振器周りの装置構成を小型化することのできるレーザーシステムを提供しようとするものである。
【００１２】
また、本発明の目的とするところは、レーザー媒質が熱による影響を受けることがないようにして、ビームの高品質化を図ったレーザーシステムを提供しようとするものである。
【００１３】
また、本発明の目的とするところは、励起波長をレーザーの発振波長に近づけることにより、エネルギーの変換効率を向上させて高効率化を図り、レーザー媒質に残る熱を低減することができるようにしたレーザーシステムを提供しようとするものである。
【００１４】
また、本発明の目的とするところは、メンテナンスを容易にしたレーザーシステムを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、電源と、上記電源により駆動されて発振波長８８０±５ｎｍのレーザー光を出射する半導体レーザーと、上記半導体レーザーを冷却する冷却装置とを有し、上記半導体レーザーから出射されたレーザー光を外部へ出射する電源部と、上記電源部と電気配線により電気的に接続されて上記電源部を制御するコントローラーと、共振器と、レーザー媒質として上記共振器内に配置されたレーザー活性イオンとしてネオジウムが添加されたガドリニウムバナデイト結晶たるネオジウム添加ガドリニウムバナデイト（Ｎｄ：ＧｄＶＯ４）結晶とを有して、上記電源部とは別体に構成され、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶が励起光により励起されてレーザー発振することにより、外部へレーザー光を出射するレーザーヘッド部と、上記電源部と上記レーザーヘッド部とを光学的に接続し、上記電源部から外部へ出射されたレーザー光を上記レーザーヘッド部の上記共振器内へ導光するファイバーとを有し、上記ファイバーにより上記共振器内に導光された発振波長８８０±５ｎｍの上記半導体レーザーから出射されたレーザー光を励起光として、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶を端面励起してレーザー発振させるレーザーシステムであって、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は、フローティングゾーン法により生成され、レーザー活性イオンとしてネオジウムが原子数の比率で２％乃至１５％の濃度となるように添加されたガドリニウムバナデイト結晶であり、上記電源部は波長８８０±５ｎｍのレーザー光を外部へ出射し、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は主吸収帯である波長８０８ｎｍ帯とは異なる波長８８０ｎｍ帯の励起光により励起されるようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、互いに分離された電源部とレーザーヘッド部とをファイバーにより光学的に接続し、電源部から外部へ出射されたレーザー光をレーザーヘッド部の共振器内へ導光するようにしたため、共振器周りの装置構成を小型化することができるようになるとともに、レーザー媒質が熱による影響を受けることがなくなり、さらには、半導体レーザーの交換などの際におけるメンテナンスが容易になる。
【００２４】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記半導体レーザーはパルス動作し、上記電源部は発振波長８８０±５ｎｍのパルスレーザー光を外部へ出射するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、さらに、上記レーザーヘッド部は、上記共振器内に配置されたＱスイッチを有するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記Ｑスイッチは、受動Ｑスイッチとしたものである。
【００２７】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記受動Ｑスイッチは、Ｃｒ：ＹＡＧ結晶としたものである。
【００２８】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記Ｑスイッチは、ＥＯ−Ｑスイッチとしたものである。
【００２９】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記Ｑスイッチは、ＡＯ−Ｑスイッチとしたものである。
【００３０】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記半導体レーザーは連続発振動作し、上記電源部は発振波長８８０±５ｎｍの連続レーザー光を外部へ出射するようにしたものである。
【００３２】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記冷却装置は、電子冷却により上記半導体レーザーを冷却するようにしたものである。
【００３３】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、パルス電源と、上記パルス電源により駆動されて発振波長８８０±５ｎｍのパルスレーザー光を出射する半導体レーザーと、上記半導体レーザーを冷却する冷却装置とを有し、上記半導体レーザーから出射されたパルスレーザー光を外部へ出射する電源部と、上記電源部と電気配線により電気的に接続されて上記電源部を制御するコントローラーと、共振器と、レーザー媒質として上記共振器内に配置されたレーザー活性イオンとしてネオジウムが添加されたガドリニウムバナデイト結晶たるネオジウム添加ガドリニウムバナデイト（Ｎｄ：ＧｄＶＯ４）結晶と、上記共振器内に配置された受動Ｑスイッチとを有して、上記電源部とは別体に構成され、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶が励起光により励起されてレーザー発振することにより、外部へレーザー光を出射するレーザーヘッド部と、上記電源部と上記レーザーヘッド部とを光学的に接続し、上記電源部から外部へ出射されたレーザー光を上記レーザーヘッド部の上記共振器内へ導光するファイバーとを有し、上記ファイバーにより上記共振器内に導光された発振波長８８０±５ｎｍの上記半導体レーザーから出射されたレーザー光を励起光として、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶を端面励起してレーザー発振させるレーザーシステムであって、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は、フローティングゾーン法により生成され、レーザー活性イオンとしてネオジウムが原子数の比率で２％乃至１５％の濃度となるように添加されたガドリニウムバナデイト結晶であり、上記電源部は波長８８０±５ｎｍのパルスレーザー光を外部へ出射し、上記ネオジウム添加ガドリニウムバナデイト結晶は主吸収帯である波長８０８ｎｍ帯とは異なる波長８８０ｎｍ帯の励起光により励起されるようにしたものである。
【００３５】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載の発明において、上記レーザーヘッド部は、上記共振器内に高調波発生用の結晶を配置するようにしたものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるレーザーシステムの実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３７】
図１には、本発明の実施の形態の一例によるレーザーシステムの概略構成説明図が示されている。
【００３８】
このレーザーシステム１０は、電源部１２と、レーザーヘッド部１４と、電源部１２とレーザーヘッド部１４とを光学的に接続するファイバー１６と、電源部１２の動作を制御するためのコントローラー１８とにより構成されている。なお、電源部１２とコントローラー１８とは別体に構成され、電源部１２とコントローラー１８とは電気配線２０により電気的に接続されている。
【００３９】
電源部１２は、ケーシング１２ａ内に、半導体レーザー１２ｃ（後述する。）を駆動する電源１２ｂと、電源１２ｂにより駆動されてレーザー媒質１４ｅ（後述する。）を励起する励起光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー１２ｃと、電源１２ｂならびに半導体レーザー１２ｃを電子冷却などにより冷却する冷却装置１２ｄとを配設して構成されている。即ち、半導体レーザー１２ｃは、電源部１２内においてその発振動作を制御される。
【００４０】
なお、電源１２ｂのオン／オフ制御、冷却装置１２ｄの温度制御ならびに半導体レーザー１２ｃがレーザー光としてパルスレーザー光を出射するパルス動作をさせる際のパルスの繰り返し制御などは、コントローラー１８によって制御される。
【００４１】
ここで、電源１２ｂをオンすると、このレーザーシステム１０全体が駆動状態におかれ、電源１２ｂをオフすると、このレーザーシステム１０全体が停止状態となる。
【００４２】
電源１２ｂとしては、例えば、パルス電源や連続動作安定化電源を用いることができる。
【００４３】
即ち、このレーザーシステム１０において、半導体レーザー１２ｃがレーザー光としてパルスレーザー光を出射するパルス動作をさせる場合には、電源１２ｂとしてパルス電源を用いればよい。一方、半導体レーザー１２ｃがレーザー光としてパルスレーザー光を出射するパルス動作をさせる必要がなく、半導体レーザー１２ｃがレーザー光として連続レーザー光を出射する連続発振動作をさせる場合には、電源１２ｂとして連続動作安定化電源を用いればよい。
【００４４】
ここで、電源１２ｂとしてのパルス電源とは、半導体レーザー１２ｃをパルス動作させるために、電源１２ｂから半導体レーザー１２ｃに電流が流れる回路の途中にスイッチ機構が設けられているものである。このスイッチ機構を開けたり閉じたりすることにより、当該回路を流れている電流を遮ったり通したりすることができ、その結果、半導体レーザー１２ｃはパルス動作して出力されるレーザー光はパルス、即ち、パルスレーザー光となるものである。そして、コントローラー１８は、このスイッチ機構のスイッチングの間隔を任意に設定することができ、それにより半導体レーザー１２ｃをパルス動作させる際のパルスの繰り返し制御が実現される。
【００４５】
また、後述するように、電源部１２内において半導体レーザー１２ｃをパルス動作するように制御すると、この半導体レーザー１２ｃのパルス動作により、受動Ｑスイッチ１４ｆの繰り返しが制御される。
【００４６】
ここで、ケーシング１２ａは、例えば、アルミニウムや鉄などの材料に構成することができる。
【００４７】
また、半導体レーザー１２ｃとしては、例えば、ＧａＡｓを用いたレーザーバーを用いることができる。
上記したように、冷却装置１２ｄは半導体レーザー１２ｃを冷却して、半導体レーザー１２ｃの温度制御が行っている。こうした冷却装置１２ｄによる半導体レーザー１２ｃの温度制御によって、半導体レーザー１２ｃの発振波長を微調整することが可能である。
【００４８】
冷却装置１２ｄとしては、例えば、電子冷却方式の冷却装置を用いることができる。なお、冷却装置１２ｄは電子冷却方式の冷却装置に限られるものではなく、水冷式の冷却装置や、空冷式の冷却装置などを用いるようにしてもよい。
【００４９】
コントローラー１８は、マイクロコンピューターにより構成されており、以下のような制御を行う。
【００５０】
即ち、コントローラー１８は、上記したように、例えば、電源１２ｂのオン／オフ制御や冷却装置１２ｄの温度制御や半導体レーザー１２ｃのパルス動作の制御などを行う。
【００５１】
なお、後述するように、半導体レーザー１２ｃのパルス動作に応じて、受動Ｑスイッチ１４ｆの制御が行われる。
【００５２】
レーザーヘッド部１４は、図２にその詳細な構成を示すように、ケーシング１４ａ内に、ファイバー１６を接続するためのファイバーコネクタ１４ｂと、ファイバー１６およびファイバーコネクタ１４ｂを介して半導体レーザー１２ｃから出射されたレーザー光（以下、「半導体レーザー１２ｃから出射されたレーザー光」を「励起光」と称する。）を集光する集光レンズ１４ｃと、集光レンズ１４ｃから出射された励起光を透過するとともにレーザー媒質１４ｅ（後述する。）から出射されたレーザー光を高効率で反射する反射鏡１４ｄと、半導体レーザー１２ｃから出射された所定の波長のレーザー光の当該所定の波長に吸収帯があって当該所定の波長のレーザー光を励起光としてレーザー発振するレーザー結晶などのレーザー媒質１４ｅと、パルス動作のためのＱスイッチとしての受動Ｑスイッチ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ）１４ｆと、反射鏡１４ｄとレーザー共振器を構成する出力カップラー１４ｇと、出力カップラー１４ｇから出射されたレーザー光を外部へ透過させるウインドウ１４ｈとを配設して構成されている。
【００５３】
即ち、このレーザーシステム１０においては、レーザーヘッド部１４の反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより共振器が構成されている。
【００５４】
ここで、ケーシング１４ａは、例えば、アルミニウムやインバー（ニッケル合金の一種）などの材料に構成することができる。
【００５５】
なお、ファイバーコネクタ１４ｂとしては、例えば、ＳＭＡコネクタやＦＣコネクタなどの各種の市販のコネクタを用いることができる。
【００５６】
また、集光レンズ１４ｃは、例えば、合成石英の平凸レンズよりなり、その焦点距離は、例えば、５０ｍｍである。
【００５７】
また、反射鏡１４ｄは、例えば、合成石英よりなり、その反射率は、例えば、波長１０６３ｍｍに対して９９％以上である。
【００５８】
また、レーザー媒質１４ｅとしては、例えば、レーザー活性イオンとしてネオジウム（Ｎｄ）が添加（以下、「ドープ」と適宜に称する。）されたガドリニウムバナデイト（ＧｄＶＯ４）結晶であるネオジウム添加ガドリニウムバナデイト（以下、「Ｎｄ：ＧｄＶＯ４」と適宜称する。）結晶や、レーザー活性イオンとしてネオジウムがドープされたイットリウムバナデイト結晶であるネオジウム添加イットリウムバナデイト（以下、「Ｎｄ：ＹＶＯ４」と適宜称する。）結晶などを用いることができる。
【００５９】
これらＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＶＯ４結晶は、例えば、フローティングゾーン法を用いて作成されたものが好ましい。また、Ｎｄ添加濃度としては、レーザー活性イオンとしてＮｄが原子数の比率で１５％以下の濃度となるものであることが好ましく、その中でも２％以上の濃度であることが好ましく、例えば、２％乃至１５％の濃度であることが好ましい。
【００６０】
また、このレーザーシステム１０において、レーザー媒質１４ｅとしてＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＶＯ４結晶を用いる場合には、例えば、「縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ１ｍｍ」ほどのサイズの長方体形状のものを用いることができる。
【００６１】
また、受動Ｑスイッチ１４ｆは、内部に蓄えられた光エネルギーがある一定値を越えたとき、透過率が８０％〜９０％になるという性質をもった結晶である。
この受動Ｑスイッチ１４ｆとしては、例えば、クロームＹＡＧ（Ｃｒ：ＹＡＧ）結晶やＣｒ：ＭｇＳｉＯ４結晶などを用いることができる。
【００６２】
また、出力カップラー１４ｇは、例えば、部分反射鏡により構成することができる。より詳細には、出力カップラー１４ｇは、例えば、表面に誘電多層膜をコーディングした凹面鏡により構成することができる。こうした出力カップラー１４ｇの波長１０６３ｎｍでの反射率は、例えば、８０％〜９５％である。
【００６３】
また、ウインドウ１４ｈとしては、例えば、合成石英やＢＫ７ガラスを用いることができる。
【００６４】
さらに、ファイバー１６としては、例えば、石英のバンドル型などのファイバーを用いることができる。
【００６５】
ここで、ファイバー１６とレーザーヘッド部１４とは、ファイバーコネクタ１４ｂを介して接続されることになるが、ファイバー１６と半導体レーザー１２ｃとは、例えば、図５（ａ）（ｂ）に示すようにして接続される。
【００６６】
ここで、図５（ａ）にはバンドル方式が示されており、半導体レーザー１２ｃに近接して配置したファイバー１６に光を入射させ、バンドル状に束ねて光を伝送するようになされている。
【００６７】
また、図５（ｂ）にはレンズ集光方式が示されており、半導体レーザー１２ｃから出射された光を合成石英などの集光レンズで集光して、ファイバー１６に入射して伝送するようになされている。
【００６８】
以上の構成において、このレーザーシステム１０においては、電源部１２とレーザーヘッド部１４とがファイバー１６によって接続され、電源部１２から出射された励起光はファイバー１６を介してファイバー伝送され、レーザーヘッド部１４へ入射される。
【００６９】
従って、電源部１２とレーザーヘッド部１４とは、ファイバー１６を取り付けたり取り外したりすることにより、容易に接続や切り離しを行うことができる。
【００７０】
そして、レーザーヘッド部１４へ入射した励起光は、レーザー媒質１４ｅ内で焦点を結ぶように、集光レンズ１４ｃにより集光される。
【００７１】
上記したように、このレーザーシステム１０の共振器は、反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより構成され、反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとの間にレーザー媒質１４ｅが配置される。
【００７２】
レーザーヘッド部１４における共振器により発振されたレーザー光は、ウインドウ１４ｈを透過して外部へと出射される。
【００７３】
上記したように、このレーザーシステム１０においては、電源部１２の半導体レーザー１２ｃとレーザーヘッド部１４とをファイバー１６によってファイバー結合し、励起光をファイバー１６によってレーザーヘッド部１４の共振器へ伝送するようにしている。これにより、レーザーヘッド部１４と励起源ならびに電気系たる電源部１２とを空間的に分離して配置することが可能となされている。
【００７４】
即ち、このレーザーシステム１０は、半導体レーザー１２ｃを電源部１２内に組み込み、半導体レーザー１２ｃからの励起光をファイバー１６によって伝送させてレーザーヘッド部１４内に入射させるようにして、レーザーヘッド部１４内から熱源となる電機部品を排除することを可能にし、レーザーヘッド部１４の小型化や安定化を実現している。
【００７５】
また、電源部１２とレーザーヘッド部１４とを光学的に接続する接続手段として、脱着可能なファイバー１６を用いるようにしたので、電源部１２とレーザーヘッド部１４とを容易に分離することができる。このため、電源部１２内の電源１２ｂや半導体レーザーｃのメンテナンスの際に、レーザーヘッド部１４内の共振器の環境を変える必要がなく、容易にメンテナンスを行うことができる。
【００７６】
このレーザーシステム１０のレーザーヘッド部１４内に配置されたレーザー媒質１４ｅとしてＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶を用いると、レーザー媒質１４ｅたるＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶を８８０±５ｎｍ帯の励起光で励起して、レーザー発振させることができる。つまり、このレーザーシステム１０においては、８８０ｎｍ帯での励起を行うことが可能となる。
【００７７】
即ち、Ｎｄをレーザー活性イオンとするレーザー結晶（レーザー媒質）の励起光をもっとも効率よく吸収する波長は８０８ｎｍであり、それ以外の波長帯では吸収が非常に小さく、効率が悪いために励起を行うのは難しかった。
【００７８】
しかしながら、Ｎｄ添加濃度を上げることで、図３に示すように、低濃度のときには励起が行えなかった８８０ｎｍ帯での励起が可能となるものである。なお、８８０ｎｍ帯での励起が可能となるＮｄ添加濃度は、好ましくは１５％以下の濃度（ネオジウムの原子数の比率が１５％以下）であり、その中でも２％以上の濃度（ネオジウムの原子数の比率が２％以上）であることが好ましく、例えば、２％乃至１５％の濃度（ネオジウムの濃度が２％乃至１５％）であることが好ましい。
【００７９】
そして、この８８０ｎｍ帯での励起を用いると、８０８ｎｍ帯での励起に比べエネルギー変換効率の理論的限界として約１０％ほど上昇させることができ、また、レーザー媒質１４ｅ内部の熱の影響を約３０％ほど低減させることができる。そして、こうした効果により、レーザーシステム１０全体の高効率化や、出射されるレーザー光のビームの品質の向上などを図ることができる。
【００８０】
そして、レーザー媒質１４ｅとして用いることのできるＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＶＯ４結晶は、ファイバー１６による励起に適している。即ち、高品質なレーザー光を高効率に得るためには、ファイバーによる結晶の端面励起が適しており、その端面励起には、吸収係数が高いＮｄ：ＧｄＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＶＯ４結晶が大変有効である。
【００８１】
さらに、このレーザーシステム１０においては、レーザーヘッド部１４から出射されるレーザー光をパルス動作させるために、受動Ｑスイッチ１４ｆを用いている。従って、レーザーヘッド部１４からパルス動作させるための電気系を除去することができ、レーザーヘッド部１４を小型化することができるとともに、制御性が向上される。
【００８２】
即ち、受動Ｑスイッチ１４ｆは、内部に蓄えられた光エネルギーがある一定値を越えたとき、透過率が８０％〜９０％になるというシャッター動作を行うものである。従って、反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより構成される共振器内に配置された受動Ｑスイッチ１４ｆは、レーザー媒質１４ｅからの自然放出光によりシャッター動作を制御されることになる。
【００８３】
ここで、反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより構成される共振器内を往復するレーザー光の生成の制御は、電源部１２によって行われる励起光の生成の制御に基づくものであるので、ひいてはレーザーヘッド部１４から出射されるレーザー光のパルス動作の制御は、電源部１２によって行われることになる。
【００８４】
上記したように、受動Ｑスイッチ１４ｆを用いることにより、レーザーヘッド部１４から出射されるレーザー光のパルス動作の制御を、励起光を生成する半導体レーザー１２ｃの電源部１２によって行うことができるので、当該レーザー光のパルス動作の安定化を図ることができるとともに、レーザーヘッド部１４の小型化を図ることができる。
【００８５】
即ち、従来のレーザーシステムにおいては、ＡＯ−ＱスイッチやＥＯ−Ｑスイッチなどが使用されていた。これら従来において用いられていたＱスイッチは、音響波や電気によってスイッチングを行っていたため、共振器内にＱスイッチを挿入した場合には、電気部品の組み込みが不可欠となり、レーザーヘッドの大型化が避けられず、また、熱の発生によるレーザー発振の不安定さの原因にもなっていた。また、電気配線、発振器などの必要性により、装置全体の大型化も免れなかった。
【００８６】
しかしながら、このレーザーシステム１０においては、パルス動作のために受動Ｑスイッチを用いることで、Ｑスイッチから電気部品を一切排除するようにしたものである。そのため、レーザーヘッド部１４も極めて簡潔な構造として小型化することが可能となり、また、レーザーヘッド部１４から出射されるレーザー光のパルス動作の制御を、半導体レーザー１２ｃのパルス動作の制御によって行うことができるため、Ｑスイッチ用の電源も不要になった。受動Ｑスイッチ１４ｆに入射するレーザー光のパルス動作を制御することにより、任意の繰り返しをもつＱスイッチの機能を果たすことができる。
【００８７】
特に、この受動Ｑスイッチ１４ｆは、自然放出断面積が大きなレーザー媒質に適しているため、大きな自然放出断面積をもつＮｄ：ＧｄＶＯ４やＮｄ：ＹＶＯ４との適性が極めて好ましいものである。
【００８８】
ここで、受動Ｑスイッチ１４ｆについてさらに説明すると、受動Ｑスイッチ１４ｆを使う場合には、パルス動作の半導体レーザー１２ｃと組み合わせて用いることが重要である。即ち、受動Ｑスイッチは、内部に蓄えられた光エネルギーがある一定値を越えたとき、透過率が８０〜９０％になるという性質を持った結晶である。そのため、受動Ｑスイッチそのものはパルスを発生させることはできても、その繰り返しを制御する機能は持っておらず、ある一定の光エネルギーが溜まった時点でレーザー光を放出し、また光エネルギーを溜めて放出するということしかできない。そこで、受動Ｑスイッチ１４ｆに入射した光エネルギーが溜まっていくまでの間隔は、励起用レーザー、即ち、半導体レーザー１２ｃから発生される光の量を調節することによって制御することが可能となる。このため、励起用レーザー、即ち、半導体レーザー１２ｃをパルス動作させれば、半導体レーザー１２ｃからのパルスレーザー光が入射しているときだけレーザー媒質１４ｅが励起され、光エネルギーが放出されて受動Ｑスイッチ１４ｆに蓄えられるので、半導体レーザー１２ｃの電流の印加時間によって、受動Ｑスイッチ１４ｆの繰り返しも制御できることになる。
【００８９】
また、このレーザーシステム１０がパルス動作を必要としない場合には、受動Ｑスイッチ１４ｆを設ける必要はなく、半導体レーザー１２ｃの電源１２ｂとしてもスイッチング機構を持たない連続動作する連続安定化電源などを用いればよく、半導体レーザー１２ｃとしても連続発振を行うことができるものを用いればよい。
【００９０】
なお、上記した実施の形態は、以下に説明する（１）乃至（８）に示すように変形してもよい。
【００９１】
（１）上記した実施の形態においては、レーザーヘッド部１４の反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより共振器を構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、図４（ａ）に示すように、レーザー媒質１４ｅの励起光の入射側の面、即ち、ファイバーコネクタ１４ｂが位置する側の面を全反射膜４０でコーティングすることにより、反射鏡１４ｄを省略するようにしてもよい。
【００９２】
なお、全反射膜４０は、例えば、誘電体多層膜よりなるものであり、反射率は、例えば、９９％以上である。
【００９３】
（２）上記した実施の形態においては、レーザーヘッド部１４の反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより共振器を構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、図４（ｂ）に示すように、レーザー媒質１４ｅの励起光の入射側の面、即ち、ファイバーコネクタ１４ｂが位置する側の面を全反射膜４０でコーティングするとともに、他方の面を受動Ｑスイッチ１４ｆと接合させることにより、反射鏡１４ｄを省略し、かつ、レーザー媒質１４ｅと受動Ｑスイッチ１４ｆとを一体化するようにしてもよい。
【００９４】
（３）上記した実施の形態においては、レーザーヘッド部１４の反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより共振器を構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、図４（ｃ）に示すように、レーザー媒質１４ｅの励起光の入射側の面、即ち、ファイバーコネクタ１４ｂが位置する側の面を全反射膜４０でコーティングするとともに、他方の面を受動Ｑスイッチ１４ｆと接合させ、さらに受動Ｑスイッチ１４ｆに出力カップラー１４ｇを接合することにより、反射鏡１４ｄを省略し、かつ、レーザー媒質１４ｅと受動Ｑスイッチ１４ｆと出力カップラー１４ｇとを一体化するようにしてもよい。
【００９５】
（４）上記した実施の形態においては、レーザーヘッド部１４の反射鏡１４ｄと出力カップラー１４ｇとにより共振器を構成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、図４（ｄ）に示すように、レーザー媒質１４ｅの励起光の入射側の面、即ち、ファイバーコネクタ１４ｂが位置する側の面を全反射膜４０でコーティングするとともに、他方の面を受動Ｑスイッチ１４ｆと接合させ、さらに受動Ｑスイッチ１４ｆのレーザー光の出射側の面に部分反射膜４２をコーティングすることにより、反射鏡１４ｄおよび出力カップラー１４ｇを省略し、レーザー媒質１４ｅと受動Ｑスイッチ１４ｆとを一体化するようにしてもよい。
【００９６】
なお、部分反射膜４２は、例えば、誘電体多層膜よりなるものであり、反射率葉、例えば、８０〜９５％である。
【００９７】
（５）上記した実施の形態においては、Ｑスイッチとして受動Ｑスイッチ１４ｆを用いたが、これに限られるものではないことは勿論である。Ｑスイッチとして受動ＱスイッチでないＡＯ−ＱスイッチやＥＯ−Ｑスイッチを用いた場合には、これらのＱスイッチのドライバーを電源部１２に組み込み、コントローラー１８で制御するようにしてもよい。
【００９８】
なお、レーザーシステム１０にパルス動作を行わせる必要がない場合には、共振器内にＱスイッチを配置する必要はない。
【００９９】
（６）上記した実施の形態においては、レーザーヘッド部１４にレーザー光を透過するウインドウｈを設けたが、必ずしもウインドウ１４ｈを使用しなくてもよいものであり、その場合にはウインドウ１４ｈを配設しなければよい。
【０１００】
（７）上記した実施の形態において、レーザーシステム１０の共振器内に高調波発生用の結晶を配置して、この高調波発生用の結晶にレーザーシステム１０のレーザー媒質１４ｅによって発振されたレーザー光を入射するようにして、当該入射したレーザー光の波長とは異なった波長のレーザー光をレーザーシステム１０から取り出すようにしてもよい。高調波発生用の結晶としては、例えば、ＬＢＯ結晶やＫＴＰ結晶などの非線形光学結晶がある。こうしたＬＢＯ結晶やＫＴＰ結晶などの非線形光学結晶のサイズは、例えば、「縦４ｍｍ×横４ｍｍ×厚さ５ｍｍ」程度であり、こうした非線形光学結晶にレーザー媒質１４ｅによって発振されたレーザー光を入射させることにより、当該入射されたレーザー光の波長とは異なった波長のレーザー光を取り出すことができる。例えば、入射されたレーザー光の波長が１０６３ｎｍであるならば、約５３１．５ｎｍの波長のレーザー光を取り出すことができる。
【０１０１】
（８）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（７）に示す変形例は、適宜に組み合わせて用いるようにしてもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、共振器周りの装置構成を小型化することができるという優れた効果を奏する。
【０１０３】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、レーザー媒質が熱による影響を受けることがなく、ビームの高品質化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【０１０４】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、励起波長をレーザーの発振波長に近づけることにより、エネルギーの変換効率を向上させて高効率化を図ることができ、結晶に残る熱を低減することができるようになるという優れた効果を奏する。
【０１０５】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、メンテナンスが容易になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例によるレーザーシステムの概略構成説明図である。
【図２】レーザーヘッド部の詳細な構成を示す概略構成説明図である。
【図３】本願発明者による実験結果を示すグラフであり、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４結晶のうちで、ネオジウムの濃度が２％、即ち、ネオジウムの原子数の比率が２％のものについて、その吸収スペクトルの測定結果を示すグラフである。なお、横軸は［ｎｍ］単位で波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を示し、縦軸は［ｃｍ−１］単位で吸収係数（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を示している。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ならびに（ｄ）は、本発明の実施の形態の一例によるレーザーシステムの変形例の概略構成説明図である。
【図５】ファイバーと半導体レーザーとの接続の手法を示す説明図であり、（ａ）はバンドル方式を示し、（ｂ）はレンズ集光方式を示している。
【符号の説明】
１０            レーザーシステム
１２            電源部
１２ａ          ケーシング
１２ｂ          電源
１２ｃ          半導体レーザー
１２ｄ          冷却装置
１４            レーザーヘッド部
１４ａ          ケーシング
１４ｂ          ファイバーコネクタ
１４ｃ          集光レンズ
１４ｄ          反射鏡
１４ｅ          レーザー媒質
１４ｆ          受動Ｑスイッチ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ）
１４ｇ          出力カップラー
１４ｈ          ウインドウ
１６            ファイバー
１８            コントローラー
２０            電気配線
４０            全反射膜
４２            部分反射膜
【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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