(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を励起光として固体レーザ素子を励起し、外部に固体レーザ光を出射するようにした固体レーザ装置において、
前記励起光が往復する第１の光共振器内に前記固体レーザ素子を配置し、
前記固体レーザ素子中において、前記第１の光共振器の光軸と前記固体レーザ光の光軸とが０度以外の所定の角度をなし、
前記第１の光共振器内部に前記半導体レーザアレイの活性層に垂直な方向に対する励起光のモード形状を補正するための光学素子が載置されており、
前記第１の光共振器内部に閉じ込められた前記励起光によって前記固体レーザ素子を励起するようにしたことを特徴とする
固体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１の光共振器が、前記半導体レーザアレイにおける励起光出射端面とは反対側の端面からなり前記励起光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、前記固体レーザ素子における前記半導体レーザアレイと反対側の側面方向に配置され前記励起光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、で構成されることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記固体レーザ光を外部に取り出すための第２の光共振器を備え、前記第２の光共振器が、前記固体レーザ光が出射される方向に配置され前記固体レーザ光に対する半透過コーティングを具備するミラーと、前記方向と反対側の光軸方向に配置され前記固体レーザ光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、で構成され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。
【請求項４】
前記固体レーザ素子として３準位系のレーザ媒質を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記半導体レーザアレイがすくなくとも２以上からなり、前記固体レーザ素子を前記半導体レーザアレイにより少なくとも２方向から光励起することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、簡易かつ安価な構成で、安定で効率よく固体レーザ光を発生することが可能な固体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２６は、例えばKoechner著(Springer Verlag社出版) "Solid-state Laser Engineering"、３４２〜３４７ページに示された従来の固体レーザ装置の構成を示す模式図である。図２６中、１は活性媒質を含む固体レーザ素子、２は励起光源である半導体レーザ、３は半導体レーザ２より発せられた励起光、４は励起光３を集光するビーム整形光学系、５は固体レーザ素子より発せられる固体レーザ光、８は固体レーザ光を一部透過する半透過ミラーをそれぞれ示す。
【０００３】
また、１５１は固体レーザ素子１の半導体レーザ２側に向いた一端面を示しており、半導体レーザ波長に対しては低反射率、固体レーザ波長に対しては高反射率となるダイクロイック（２波長）コーティングが施されている。１５２は固体レーザ素子１の半導体レーザ２とは反対側の端面を示しており、半導体レーザ波長に対しては高反射率、固体レーザ波長に対しては低反射率となる２波長コーティングが施されている。
【０００４】
次に動作について説明する。励起光源である半導体レーザ２は、固体レーザ素子１の吸収帯に合致した波長の励起光３を発生する。半導体レーザ２を出射した励起光３は、２枚のレンズで構成されるビーム整形光学系４により、固体レーザ素子１の端面１５１において所望のビーム形状に整形されたのち、固体レーザ素子１を照射する。固体レーザ素子１内に入射した励起光３の一部は、固体レーザ素子１に含まれる活性媒質を励起し、固体レーザ素子１内に反転分布を形成する。
【０００５】
また、固体レーザ素子１内で吸収されることなく、もう一方の端面１５２へ到達した励起光３は、端面１５２に施されたダイクロイックコーティングによって端面１５１の方向へ反射され、再度固体レーザ素子１に含まれる活性媒質の励起に寄与する。
【０００６】
固体レーザ素子１の端面１５１および半透過ミラー８には、それぞれ固体レーザ素子１内に形成される反転分布のエネルギー差に相当した波長に対する高反射コーティングならびに半透過コーティングが施されており、両者で光共振器を構成している。
【０００７】
固体レーザ素子１内で発生する自然放出光の一部は、固体レーザ素子１の端面１５１および半透過ミラー８で構成される光共振器内に閉じこめられ、光共振器内を往復する。光共振器を往復する自然放出光が反転分布領域を通過する際、誘導放出により増幅作用を被り、光共振器内の光強度は急速に増大する。光強度の増大とともに位相の揃った固体レーザ光５が成長し、レーザ発振に至る。光共振器内の固体レーザ光５は、半透過ミラー８の透過率に相当する割合で光共振器外部へ取り出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固体レーザ装置は、上記のように半導体レーザを励起光源として使用し、励起光であるレーザ光を光共振器外部に取り出し、固体レーザ素子に照射する構成としていた。この結果、固体レーザ素子に照射することができる励起用レーザの強度は、励起用レーザの光共振器外部に取り出すことができる励起用レーザの光出力で制限されるという問題点があった。また、厚みの薄い固体レーザ素子を励起する場合、励起光が固体レーザ素子を透過するため、効率よく励起することができないという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で発振効率を飛躍的に向上させることが可能な固体レーザ装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固体レーザ装置は、半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を励起光として固体レーザ素子を励起し、外部に固体レーザ光を出射するようにした固体レーザ装置において、励起光が往復する第１の光共振器内に固体レーザ素子を配置し、固体レーザ素子中において、第１の光共振器の光軸と固体レーザ光の光軸とが０度以外の所定の角度をなし、第１の光共振器内部に前記半導体レーザアレイの活性層に垂直な方向に対する励起光のモード形状を補正するための光学素子が載置されており、前記第１の光共振器内部に閉じ込められた前記励起光によって前記固体レーザ素子を励起するようにしたものである。
【００１１】
また、この発明に係る固体レーザ装置は、前記第１の光共振器が、前記半導体レーザアレイにおける励起光出射端面とは反対側の端面からなり前記励起光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、前記固体レーザ素子における前記半導体レーザアレイと反対側の側面方向に配置され前記励起光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、で構成されたものである。
【００１２】
また、この発明に係る固体レーザ装置は、前記固体レーザ光を外部に取り出すための第２の光共振器を備え、前記第２の光共振器が、前記固体レーザ光が出射される方向に配置され前記固体レーザ光に対する半透過コーティングを具備するミラーと、前記方向と反対側の光軸方向に配置され前記固体レーザ光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、で構成されたものである。
【００１３】
また、この発明に係る固体レーザ装置は、前記固体レーザ素子として３準位系のレーザ媒質を用いることとしたものである。
【００１４】
また、この発明に係る固体レーザ装置は、前記半導体レーザアレイがすくなくとも２以上からなり、前記固体レーザ素子を前記半導体レーザアレイにより少なくとも２方向から光励起することとしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。図中、１は活性媒質を含む固体レーザ素子、２は励起光源である半導体レーザ、３は半導体レーザ２から出射した励起光、５は固体レーザ素子から出射したレーザ光、６は固体レーザ素子を冷却するヒートシンクをそれぞれ示す。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１に発振波長１０３０ｎｍの３準位レーザである薄板状のＹｂ（Ytteribium,イットリビウム）をドープしたＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet,イットリウムアルミニウムガーネット）結晶を使用する構成を示している。
【００３０】
また、励起用レーザには、長さ１ｃｍの単一素子に数１０個の発光部を直線状に設けたＩｎＧａＡｓ（Indium Gallium Arsenide,インジウムガリウムヒ素）を活性領域とした半導体レーザアレイ２を使用している。ここで、半導体レーザアレイ２は、固体レーザ素子１の吸収帯に合致した中心波長９４０ｎｍでレーザ発振する。この半導体レーザアレイ２に対して、固体レーザ素子１は近接して配置されている。図１中、紙面の上下方向が固体レーザ素子１より発せられるレーザ光５の光軸方向、水平方向が半導体レーザアレイ２より発せられる励起光３の光軸方向で、励起用レーザである半導体レーザアレイ２の光軸方向と固体レーザ素子１の光軸方向が直交するように配置している。
【００３１】
図１中、１０１は半導体レーザアレイ２に対して反対側に位置する固体レーザ素子１の一側面を示しており、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射コーティングが施されている。１０２は固体レーザ素子１の半導体レーザアレイ２に対向する側面を示しており、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する低反射コーティングが施されている。１０３は固体レーザ素子１の長手方向（光軸方向）の一端面を示しており、固体レーザ素子１の発振波長１０３０ｎｍに対する高反射コーティングが施されている。１０４は固体レーザ素子１の長手方向（光軸方向）におけるもう一方の端面を示しており、固体レーザ素子１の発振波長１０３０ｎｍに対して一部が透過する半透過コーティングが施されている。
【００３２】
２０１は半導体レーザアレイ２における固体レーザ素子１とは反対側に位置する端面を示しており、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射コーティングが施されている。２０２は半導体レーザアレイ２における固体レーザ素子１に対向する端面を示しており、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する低反射コーティングが施されている。２０３は半導体レーザアレイ２を冷却するヒートシンクで、半導体レーザアレイ２はヒートシンク２０３上にサブマウントを介し、ハンダにより固着されている。また、ヒートシンク２０３は半導体レーザアレイ２を駆動する際の陽極を兼ねた構成となっている。６は固体レーザ素子１を冷却するためのヒートシンクで、固体レーザ素子１は低融点ハンダによりヒートシンク６上に固着されている。半導体レーザアレイ２を冷却するヒートシンク２０３、固体レーザ素子１を冷却するヒートシンク６はともに水冷方式で、各ヒートシンク２０３，６の内部には冷却水路（図示せず）が設けられている。
【００３３】
図２は、実施の形態１による固体レーザ装置の励起部構成を、固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。紙面に垂直な方向がレーザ光軸方向に相当する。図中、２０４は半導体レーザアレイ２を駆動する際、給電に用いる陰極、２０５は上下面がメタライズされたセラミックより構成される絶縁板、２０６は半導体レーザアレイ２の上面（ｎ電極）と絶縁板２０５の上部メタライズ面間を導通させる金属ワイヤである。通常、半導体レーザアレイ２、ヒートシンク（陽極）２０３、陰極２０４、絶縁板２０５、および金属ワイヤ２０６は、図２に示すように全て一体に実装されたパッケージとして市販されている。
【００３４】
次に、本実施の形態における固体レーザ装置の動作について説明する。半導体レーザアレイ２のｎ電極（上面）に電気的に導通している陰極２０４と、半導体レーザアレイ２のｐ電極（下面）に電気的に導通している陽極２０５の間に電圧を印加し、電流を注入すると、半導体レーザアレイ２中の活性層中に反転分布が形成され、活性層を構成する半導体の導電帯と価電子帯間のエネルギー差（バンドギャップ）に相当する波長９４０ｎｍを中心とした自然放出光が発生する。半導体レーザアレイ２の端面２０１と固体レーザ素子１の側面１０１の間で、半導体レーザアレイ２に対するいわゆる外部光共振器が構成されている。以下、第１の光共振器という場合は、この外部光共振器を指し、励起光が往復する光共振器を意味する。
【００３５】
本実施の形態における第１の光共振器とは、半導体レーザアレイ２の端面２０１と固体レーザ素子１の側面１０１との一対の共振器ミラーからなる光共振器である。自然放出光の一部は第１の光共振器内に閉じ込められ、さらに、第１の光共振器内を往復する。第１の光共振器内を往復する自然放出光は半導体レーザアレイ２の活性層を通過する際、誘導放出による増幅作用を被り、第１の光共振器内の光強度は急速に増大するとともにレーザ発振を開始する。第１の光共振器を構成する半導体レーザアレイ２の端面２０１と固体レーザ素子１の側面１０１には、それぞれ半導体レーザアレイ２の発振波長である９４０ｎｍに対する高反射コーティングが施されているため、第１の光共振器での励起光の光閉じ込め効果が強く、第１の光共振器内での波長９４０ｎｍの励起光強度は非常に高くなる。
【００３６】
本実施の形態における固体レーザ装置の第１の光共振器内部には、固体レーザ素子１が配設されている。半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍの励起レーザ光３は固体レーザ素子１の吸収帯に合致するため、半導体レーザアレイ２から発して第１の光共振器内に閉じ込められた励起レーザ光３の一部は、固体レーザ素子１中を通過する際、固体レーザ素子１に吸収され、固体レーザ素子１内の活性媒質を励起する。この結果、固体レーザ素子１内で反転分布が形成され、反転分布のエネルギー差に相当する波長１０３０ｎｍを中心とする自然放出光が発生する。
【００３７】
固体レーザ素子１の長手方向端面１０３には固体レーザ素子１の発振波長１０３０ｎｍに対する高反射コーティング、もう一方の端面１０４には固体レーザ素子１の発振波長１０３０ｎｍに対する半透過コーティングがそれぞれ施されており、両者は固体レーザ素子１に対する光共振器を構成している。以下、固体レーザ光に対する光共振器を第２の光共振器と呼ぶ。かかるコーティングの結果、固体レーザ素子１内で発生した自然放出光の一部は固体レーザ素子１の端面１０３，１０４間で構成される第２の光共振器内に閉じ込められ、第２の光共振器中を往復する。自然放出光が反転分布を通過する際、誘導放出による増幅作用を被り、第２の光共振器内の光強度は急速に増大する。光強度の増大とともに位相の揃った固体レーザ光５が成長し、レーザ発振が開始される。第２の光共振器内の固体レーザ光５は、固体レーザ素子１の端面１０４の透過率に相当する割合で第２の光共振器外部に取り出される。
【００３８】
図３は、半導体レーザアレイ自身の両端面で構成される一対のミラーからなる光共振器の内部のレーザパワー（内部パワー）と半導体レーザアレイ自身の光共振器外部に取り出されるレーザパワー（外部パワー）との比較を、半導体レーザアレイのレーザ光出射端面における半透過ミラーの透過率に対する特性として示したグラフである。但し、図３の特性は半導体レーザアレイ自身の光共振器における一定の共振器損失を仮定した計算値である。
【００３９】
半透過ミラーの透過率に対する外部パワーの依存性は、レーザ媒質の利得ならびに上述の共振器損失等により決定される。図３からわかるように、半透過ミラーの透過率には、外部パワーを最大にする最適値が存在する。本実施の形態における固体レーザ装置で使用する半導体レーザアレイ２における半透過ミラーの透過率の最適値は約８５％であり、この場合約４０Ｗのレーザパワーを半導体レーザアレイ２の外部へ取り出すことができる。
【００４０】
外部パワーをＰｏｕｔ、半透過ミラーの透過率をＴとした場合、半導体レーザアレイの内部パワーＰｉｎは近似的に（１）式で与えられる。
Ｐｉｎ＝（２／Ｔ−１）×Ｐｏｕｔ        （１）
（１）式において透過率Ｔの値は常に１以下であるため、半導体レーザアレイ内部のレーザパワーは、半導体レーザアレイ外部のレーザパワーに比べ、常に高い値となる。さらに、半透過ミラーの透過率を低減（反射率を増加）すれば、内部パワーの強度を効果的に高めることが可能である。本実施の形態における固体レーザ装置における半導体レーザアレイ２を用いた場合には、半透過ミラーの透過率を５％以下とすれば、外部パワー最大値４０Ｗに比べ、半導体レーザアレイ内部では１０倍以上の励起光強度を得ることが可能である。
【００４１】
本実施の形態の固体レーザ装置では、第１の光共振器を半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射ミラーで構成し、第１の光共振器内への励起光閉じ込め効果を強化している。従って、同様な論理から、本実施の形態における固体レーザ装置の構成では、第１の光共振器の外部へ固体レーザ素子１を設置する従来構成の場合に比べ、格段に高い励起光強度で固体レーザ素子１を照射し、効率よく励起することが可能になる。
【００４２】
図４は、本実施の形態における固体レーザ装置（共振器内部励起）と、第１の光共振器の外部に固体レーザ素子を配置する従来の固体レーザ装置（共振器外部励起）の出力特性を比較したグラフである。固体レーザ素子を第１の光共振器内部へ設置することにより、従来の固体レーザ素子を第１の光共振器外部に設置する構成に比べ、格段に高い光強度の励起光を固体レーザ素子へ照射することが可能になる。この結果、従来の第１の光共振器外部に固体レーザ素子を配置する構成に比べ、レーザ発振のしきい値が低下するとともに、光出力および効率の大幅な向上を図ることができた。また、第１の光共振器内部に固体レーザ素子１を配置することにより、半導体レーザアレイ２に対する最大電気入力９０Ｗにおいて、約３０Ｗのレーザ出力を３０％以上の電気効率で発生させることに成功した。
【００４３】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子を第１の光共振器内部に配置すれば、従来の第１の光共振器外部に固体レーザ素子を配置する構成に比べ、格段に高い励起光強度で固体レーザ素子を照射することが可能になる。この結果、効率よく固体レーザ素子を励起し、固体レーザ出力の高出力化、高効率化を効果的に図ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、励起用レーザとして半導体レーザを使用しているため、励起用レーザの共振器長を数ｍｍ〜数ｃｍ程度と短くすることができる。従って、固体レーザ装置をコンパクトに構成することが可能となるばかりでなく、半導体レーザ自体の効率が数１０％程度と高いため、効率よく固体レーザ光を発生させることができる。
【００４５】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、励起用レーザ光の光軸と固体レーザ素子の光軸が直交するように配置しているので、固体レーザ素子に対する励起用レーザの光軸調整が容易になるとともに、固体レーザ素子の光軸に沿って配置する励起用レーザの数を増せば、容易に固体レーザ光の高出力化を図ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態の固体レーザ装置では、３準位レーザであるＹｂをドープしたＹＡＧ結晶を使用している。３準位レーザは量子欠損が小さく、励起時の発熱も少ないため、潜在的効率が高く、高出力動作、集束性に優れたレーザ光の発生に適した固体レーザ素子であると考えられている。しかしながら、３準位のレーザ発振機構を有するため、室温状態において常に下準位が存在し、再吸収損失によりしきい値が高く、レーザ発振を得るためには非常に高い励起光強度で固体レーザ素子を励起する必要があった。よって、従来の固体レーザ装置においては、３準位の発振機構を有する固体レーザ素子を使用した場合、効率よくレーザ発振を行うことは困難であった。
【００４７】
しかしながら、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１を第１の光共振器内部に配置するため、非常に高い励起光強度を容易に得ることが可能である。従って、３準位のレーザ発振機構を有する固体レーザ素子を使用した場合であっても、効率よく固体レーザ光を発生させることができる。加えて、３準位レーザは発熱が少ないため、固体レーザ素子１をヒートシンク６上に設置する間接冷却方式でも十分に冷却することが可能であるとともに、固体レーザ素子１内で発生する熱歪みを最小限に抑え、効率よく集光性に優れたレーザ光を発生させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態における固体レーザ装置のような第１の光共振器を励起光波長に対して高反射率のミラーで構成し、第１の光共振器内部に固体レーザ素子を配置し、固体レーザ光を第２の共振器外部へ取り出す構成では、固体レーザ素子に吸収される励起光パワーが半透過ミラーを用いた一般的な光共振器構成時の外部パワーと等価であるとみなすことができる。従って、固体レーザ素子の励起光吸収率は、半透過ミラーを用いた一般的な光共振器構成における半透過ミラーの透過率に相当する。よって、固体レーザ素子の吸収率には、励起光吸収量を最大とする最適値が存在する。
【００４９】
固体レーザ素子の励起光吸収率は、活性媒質の濃度、励起光が通過する固体レーザ素子の厚み、励起光の波長によって任意に調整することが可能である。励起用レーザの特性に応じて励起光吸収量が最大となるよう、活性媒質の濃度、固体レーザ素子の厚み、励起光の波長を調整することにより、固体レーザ光の発生効率を向上させることが可能である。
【００５０】
第１の光共振器内部の励起光強度は、第１の光共振器内部に配置する固体レーザ素子１の励起光吸収率によって変化する。例えば、励起光吸収率が小さくなると第１の光共振器内部の励起光強度は高くなるため、従来の第１の光共振器外部に固体レーザ素子１を配置する構成では、励起光を十分に吸収させることが困難な程度の厚みの薄い固体レーザ素子１を使用した場合であっても、高い励起光強度で固体レーザ素子１を照射し、効率よく固体レーザ光を発生させることが可能である。
【００５１】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の一側面１０１に励起用レーザに対する高反射コーティングを施して、被励起物である固体レーザ素子１を第１の光共振器の一方のミラーと兼ねる構成としたため、固体レーザ装置の部品点数を低減し製造コストを安価にするとともに、固体レーザ装置を簡易かつコンパクトな構成にすることができるばかりでなく、固体レーザ素子１に対し確実に励起光を照射することが可能になる。さらに、励起用レーザである半導体レーザアレイ２に対し、固体レーザ素子１の位置・方向のみを調整すればよいので、組立・調整も容易になるという利点がある。
【００５２】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の光軸方向に相当する両端面１０３，１０４に、固体レーザ光に対する高反射コーティングならびに半透過コーティングを施し、固体レーザ素子１自体が固体レーザ光を取り出す第２の光共振器における一対のミラーを兼ねる構成としているため、固体レーザ素子１に対する第２の共振器を構成するミラーの調整、アライメントが不要となるばかりでなく、固体レーザ装置全体の小型化を図ることができる。さらに、固体レーザ素子１とは別個に光共振器ミラーを使用する必要がないため、固体レーザ装置の製造コストを低減することが可能になる。
【００５３】
また、固体レーザ素子１を第１の光共振器内部に配置しているため、固体レーザ素子１内の励起領域は、第１の光共振器モード内部に限定される。このため、固体レーザ素子１内で高い利得が得られ、常に安定した固体レーザ出力が得られるばかりでなく、比較的狭い領域に利得が集中するため、利得領域によって固体レーザ光のモードを選択し、容易に集光性に優れた固体レーザ光を発生させることができる。
【００５４】
実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。図中、図１と同一符号は同一部分もしくは相当部分を示している。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１と半導体レーザアレイ２の間に非球面の円筒レンズからなる光学素子４を配置している。
【００５５】
図６は、実施の形態２による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態における固体レーザ装置も実施の形態１と同じく、半導体レーザアレイ２における固体レーザ素子１とは反対側の端面２０１と、固体レーザ素子１における半導体レーザアレイ２とは反対側の側面１０１に、半導体レーザアレイ２の発振波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施すことにより、第１の光共振器を構成している。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１と半導体レーザアレイ２の間に非球面の円筒レンズからなる光学素子４を配置することによって、第１の光共振器内での励起光のモード形状を整形している。
【００５６】
半導体レーザアレイ２内部では、励起光は幅１μｍ程度の導波層に閉じ込められている。この結果、半導体レーザアレイ２の端面２０２から自由空間へ出射した励起光３は、強い回折効果により、図６中の紙面の上下方向に相当する半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向に拡がろうとする性質を有する。従って、通常の平面ミラー等を使用して半導体レーザアレイに対して外部共振器を構成し、安定なレーザ発振を得るためには、平面ミラーを半導体レーザアレイに近接して配置する必要があった。
【００５７】
本実施の形態の固体レーザ装置では、励起光３に対する第１の光共振器中に非球面の円筒レンズからなる光学素子４を挿入し、半導体レーザアレイ２から出射する励起光３をほぼ平行化してから固体レーザ素子１へ照射する構成としたので、第１の光共振器の一対のミラーをそれぞれ構成する半導体レーザ素子２の端面２０１と固体レーザ素子１の側面１０１間の距離を離した場合であっても、第１の共振器損失の増加を抑制するとともに第１の光共振器の安定性が向上し、ひいては安定な固体レーザ出力を得ることができる。よって、上述の実施の形態１と同様な効果が得られるばかりでなく、固体レーザ素子１を半導体レーザアレイ２に対し、近接して配置する必要がないため、固体レーザ素子１の半導体レーザアレイ２に対する設置精度が緩和され、固体レーザ装置の組立、調整を容易に行うことができる。
【００５８】
さらに、光学素子４の形状、焦点距離、設置位置等の変更により、第１の光共振器内部における励起光３のモード形状を任意に変化させ、固体レーザ素子１に対する照射領域を調整することにより、固体レーザ素子１の発振モードの選択を容易に行うことができる。
【００５９】
実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。本実施の形態における固体レーザ装置においても、実施の形態１もしくは２と同様、半導体レーザアレイ２の端面２０１と固体レーザ素子１の側面１０１に、半導体レーザアレイ２の発振波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施し、励起光に対する第１の光共振器を構成している。図中、４０１は上述の実施の形態２で示した光学素子４と同じく半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向に対する励起光３のモード形状を補正するための光学素子、４０２は半導体レーザアレイ２中の複数の発光部に対応して配置され、図７中の上下方向、即ち半導体レーザアレイ２の活性層に平行な方向に対する励起光３のモード形状を補正するマイクロレンズアレイから構成される光学素子である。
【００６０】
半導体レーザアレイ２より出射する励起光は、活性層に垂直な方向のみならず活性層に平行な方向に対しても広がろうとする。本実施の形態における固体レーザ装置によれば、活性層に平行な方向に対しても半導体レーザアレイ２の各発光部に対応して配置された光学素子４０２により励起光を平行化するため、励起光に対する第１の光共振器の安定性は一層向上し、さらに、安定かつ効率よく固体レーザ光を発生させることができる。
【００６１】
本実施の形態の固体レーザ装置では、２つの光学素子４０１、４０２を使用し、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直および平行な方向に対し、それぞれ励起光モード形状を平行化する構成を示したが、光学素子４０１、４０２を使用し、半導体レーザアレイ２の端面２０２上の励起光分布が第１の光共振器往復後に再度、半導体レーザアレイ２の端面２０２上に転写されるよう自己転写光学系を構成すれば、さらに安定な励起用レーザの発振を得ることができる。
【００６２】
実施の形態４．
上述の実施の形態３では、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向と平行な方向に対するモード形状補正に、別々の光学素子４０１、４０２を使用する構成を示したが、図８に示すように入射面が活性層方向に平行な円筒面で構成され、出射面が半導体レーザアレイ２の各発光部に対応した複数の活性層に垂直な円筒面で構成される光学素子４０３を、モード形状補正用の光学素子として使用すれば、単一の光学素子４０３で、半導体レーザアレイ２の活性層に平行な方向に対するモード形状補正と、活性層に垂直な方向のモード形状補正の両方を行うことができるので、実施の形態３と同様な効果が得られるばかりでなく、半導体レーザアレイ２の共振器中へ挿入するモード形状補正用の光学素子の配置、調整がより簡単になる。
【００６３】
実施の形態５．
図９は、この発明を実施するための実施の形態５による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。本実施の形態における固体レーザ装置においても、半導体レーザアレイ２の端面２０１と固体レーザ素子１の側面１０１に、半導体レーザアレイ２の発振波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施し、励起光に対する第１の光共振器を構成している。また、第１の共振器中には、上述の実施の形態３と同様、２つの光学素子４０１，４０２を挿入し、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向と平行な方向の双方に対する励起光のモード形状を補正している。
【００６４】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の外部に固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する高反射ミラー７と半透過ミラー８を配置し、固体レーザ素子１より固体レーザ光を取り出すための第２の光共振器を構成している。また、固体レーザ素子１の長手方向（光軸方向）の両端面１０３，１０４には、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する低反射コーティングがそれぞれ施されている。
【００６５】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子１の外部に高反射ミラー７と半透過ミラー８を配置することにより第２の光共振器を構成すれば、共振器長ならびに共振器に使用するミラーを簡単に変更できるため、固体レーザ光５のモード、集光性の調整を容易に行うことができる。さらに、第２の光共振器を構成する高反射ミラー７および半透過ミラー８の角度調整が可能になるため、固体レーザ素子１内での発熱等により、固体レーザ光５の光軸が変化した場合であっても、高反射ミラー７および半透過ミラー８の設置角度を固体レーザ光５の光出力が最大となるよう最適な角度へ調整することにより、常に、効率よくかつ安定に固体レーザ素子１から固体レーザ光５を取り出すことができる。
【００６６】
また、第２の光共振器を構成する半透過ミラー８の反射率の変更も簡単に行うことができるので、励起用レーザの交換等により、固体レーザ素子１内の利得が変化した場合であっても、半透過ミラー８の反射率を固体レーザ光５の光出力が最大となるような反射率へ変更することによって、効率よく固体レーザ光５を取り出すことができる。
【００６７】
さらに、固体レーザ素子１の両端面１０３，１０４には、固体レーザ光５に対し低反射コーティング１種類のみを施せばよいので、固体レーザ素子１の製造コストの低減を図ることができる。
【００６８】
上記いずれの実施の形態においても、固体レーザ光５を取り出す第２の光共振器として、高反射ミラーと半透過ミラーから成る安定型共振器を使用する構成を示してきたが、第２の光共振器の構成はこれに何ら限定されるものではなく、例えば不安定型共振器を適用すれば、より容易に集光性の優れた固体レーザ光５を発生させることが可能である。
【００６９】
実施の形態６．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態６による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子１の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、半導体レーザアレイ２の端面２０１と、固体レーザ素子１を挟み半導体レーザアレイ２と対向する位置に配置した凹状の円筒面を有する高反射ミラー９により、励起光に対する第１の光共振器が構成されている。高反射ミラー９には、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射コーティングが施されている。また、固体レーザ素子１の両側面１０１、１０２には、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する低反射コーティングがそれぞれ施されている。
【００７０】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子１とは別個に第１の光共振器を構成する高反射ミラー９を使用すれば、半導体レーザアレイ２に対する固体レーザ素子１の設置位置、角度に対する精度が大幅に緩和されるため、組立、調整をより一層簡単に行うことができる。さらに、高反射ミラー９の位置、角度は、容易に調整できるので、たとえ固体レーザ素子１に位置、角度ずれが生じた場合であっても、第１の光共振器内の励起光強度が最大となるよう凹面円筒ミラー９を調整することにより、常に固体レーザ素子１を効率よく励起することが可能になる。
【００７１】
また、固体レーザ素子１の側面には、励起光波長に対する低反射コーティングのみを施せばよいので、固体レーザ素子１の製造コスト低減を図ることができる。
【００７２】
実施の形態７．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態７による固体レーザ装置の励起部構成を、固体レーザ素子１の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態における固体レーザ装置においても、固体レーザ素子１の外部に高反射ミラー９を配置し、半導体レーザアレイ２の端面２０１とともに第１の光共振器を構成している。また、上述の実施の形態６と同じく、高反射ミラー９には半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射コーティングが、さらに、固体レーザ素子１の両側面１０１、１０２には半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する低反射コーティングがそれぞれ施されている。
【００７３】
本実施の形態の固体レーザ装置では、半導体レーザアレイ２の端面２０１と高反射ミラー９により構成された励起光に対する第１の光共振器内部に、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向および平行な方向に対する励起光３のモード形状を、それぞれ平行化するための光学素子４０１、４０２を挿入している。また、高反射ミラー９には平面ミラーを使用している。
【００７４】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、固体レーザ素子１の外部に励起光３に対する第１の光共振器を構成する高反射ミラー９を設けているので、上述の実施の形態６と同様な効果が得られることは言うまでもなく、さらに、半導体レーザアレイ２と固体レーザ素子１の間に励起光３のモード形状を平行化するための光学素子４０１、４０２を挿入しているので、半導体レーザアレイ２に対し、固体レーザ素子１ならびに高反射ミラー９を近接して配置する必要がなく、固体レーザ装置の組立、調整が容易になるとともに、励起光３に対する第１の光共振器の安定性も向上し、ひいては安定な固体レーザ出力を得ることができる。
【００７５】
実施の形態８．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態８による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１’として、波長１０６４ｎｍで発振し、４準位のレーザ発振機構を有するＮｄ（Neodymium,ネオジウム）をドープしたＹＡＧ結晶を使用している。固体レーザ素子１’の長手方向の両端面１０３、１０４は、固体レーザ光５の光軸に対し、波長１０６４ｎｍにおいてブリュースター角となるよう形成されている。また、励起用レーザには、固体レーザ素子１’の吸収帯に合致する波長８０８ｎｍで発振するＡｌＧａＡｓ（Aluminum Gallium Arsenide,アルミニウムガリウムヒ素）を主成分とした半導体レーザアレイ２を使用している。
【００７６】
本実施の形態の固体レーザ装置では、半導体レーザアレイ２の端面２０１と固体レーザ素子１’の側面１０１に、半導体レーザアレイ２の発振波長８０８ｎｍに対する高反射コーティングをそれぞれ施して、励起光に対する第１の光共振器を構成している。また、半導体レーザアレイ２の端面２０２ならびに固体レーザ素子１の側面１０２に、半導体レーザアレイ２の発振波長８０８ｎｍに対する低反射コーティングを施している。本実施の形態における固体レーザ装置においても、半導体レーザアレイ２と固体レーザ素子１’の間に、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向ならびに平行な方向に対し、励起光５のモード形状をそれぞれ平行化するための光学素子４０１、４０２を挿入し、励起用レーザである半導体レーザアレイ２の安定な発振を実現している。
【００７７】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１’の外部に固体レーザ光波長１０６４ｎｍに対する高反射ミラー７と半透過ミラー８を配置して、固体レーザ素子１’より固体レーザ光５を取り出すための第２の光共振器を構成している。また、ブリュースター角に形成された固体レーザ素子１’の長手方向（光軸方向）両端面１０３，１０４は光学研磨で仕上げられており、光学膜コーティングは施していない。本実施の形態における固体レーザ装置における固体レーザ素子１’は、両端面１０３、１０４がブリュースター角に形成されているため、固体レーザ光５は固体レーザ素子１の両端面１０３、１０４に斜入射する。この結果、固体レーザ光５は固体レーザ素子１’の両端面１０３、１０４において進行方向を折り曲げられ、固体レーザ素子１’中で側面１０１、１０２間を全反射しながらジグザグ光路で伝搬する。
【００７８】
一般に、固体レーザ素子を光励起した場合、緩和過程に非放射遷移を含むため、固体レーザ素子内での発熱を避けることができない。特に、本実施の形態における固体レーザ装置に示すような４準位レーザでは３準位レーザに比べ量子欠損が大きく発熱量が多くなるため、固体レーザ素子の発熱が光学特性に与える影響は顕著なものとなる。
【００７９】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子１’を側面１０１からヒートシンク６によって間接冷却した場合、固体レーザ素子１’内での熱の発生により、固体レーザ素子１’の側面１０１から側面１０２へ向かい温度が増加するような温度勾配を生じる。固体レーザ素子１’の屈折率は温度によって変化する。よって、本実施の形態における固体レーザ装置で使用しているＮｄをドープしたＹＡＧ結晶の場合、温度に対し正の屈折率勾配を有するため、固体レーザ素子１’を光励起すると、側面１０１から側面１０２に向かって屈折率が増加する屈折率分布が形成される。光線は屈折率の低い方から高い方へ進行方向を折り曲げる性質を有するため、レーザ光５の光路が固体レーザ素子１’内を直線で通過するよう予め設定した光共振器構成では、大きな回折損失が生じて光出力が低下するとともに、ビーム集束性も劣化するという問題があった。
【００８０】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１’内で固体レーザ光５がジグザグ光路を伝搬するため、固体レーザ素子１の側面１０１から側面１０２へ向かう伝搬時と、側面１０２から側面１０１へ向かう伝搬時とで、屈折率分布が固体レーザ光５へ与える光学的影響が相殺され、たとえ固体レーザ素子１’が発熱し屈折率分布を生じた場合であっても、高い集光性を維持しながら安定かつ高効率なレーザ発振を得ることが可能である。
【００８１】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１’の両端面１０３、１０４を固体レーザ光５の発振波長である１０６４ｎｍに対し、ブリュースター角で形成しているため、図中、紙面に平行な偏波光（Ｐ偏光）の固体レーザ素子１’の端面１０３、１０４における反射率は理論上０となる。
【００８２】
一方、紙面に垂直な偏波光（Ｓ偏光）については、固体レーザ素子１’の端面１０３、１０４における反射率が０とはならない。従って、紙面に平行な偏波光（Ｐ偏光）と垂直な偏波光（Ｓ偏光）との間では、共振器一往復時の光損失に差を生じる。この結果、紙面に平行な光損失が小さな偏波光（Ｐ偏光）が優先的に発振するため、固体レーザ素子１’の端面１０３、１０４を固体レーザ光に対しブリュースター角となるよう形成すれば、簡易に直線偏光発振を得ることができる。
【００８３】
また、第２の光共振器内で優先的に発振する紙面に平行な偏波光（Ｐ偏光）は、固体レーザ素子１’の端面１０３、１０４において反射率が０となるため、固体レーザ素子１’の端面１０３、１０４に反射損失を防止するための低反射コーティング等を施す必要がない。この結果、固体レーザ素子１’の製造コスト低減が可能になるばかりでなく、固体レーザ素子１’の端面１０３、１０４における耐光強度を高め、固体レーザ装置の信頼性向上を図ることができる。
【００８４】
実施の形態９．
図１３は、この発明を実施するための実施の形態９による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１を挟み、半導体レーザアレイ２と対向する位置に高反射ミラー９を配置して、半導体レーザアレイ２の端面２０１とともに第１の光共振器を構成しており、固体レーザ素子１の光軸方向に対し、励起用レーザである半導体レーザアレイ２の光軸が斜めになるよう配置している。
【００８５】
なお、本実施の形態の固体レーザ装置では、半導体レーザアレイ２の端面２０１と、高反射ミラー９に、それぞれ半導体レーザアレイ２の発振波長に対する高反射コーティングを施すとともに、固体レーザ素子１の両側面１０１、１０２に、半導体レーザアレイ２の発振波長に対する低反射コーティングをそれぞれ施している。また、半導体レーザアレイ２と固体レーザ素子１の間に光学素子４０１、４０２を挿入して、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向ならびに平行な方向に対し、励起光３のモード形状をそれぞれ調整している。
【００８６】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の外部に固体レーザ光波長に対する高反射ミラー７と半透過ミラー８を配置して、固体レーザ素子１から固体レーザ光を取り出すための第２の光共振器を構成している。固体レーザ素子１の長手方向（光軸方向）の両端面１０３，１０４に、固体レーザ光波長に対する低反射コーティングをそれぞれ施している。
【００８７】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、固体レーザ素子１の側面１０１、１０２に半導体レーザアレイ２の発振波長に対する低反射コーティングを施しているものの、固体レーザ素子側面１０１、１０２における励起光３の反射をコーティングによって完全に０とすることは困難である。従って、固体レーザ素子１の側面１０１、１０２における一部励起光３の反射を避けることができない。固体レーザ素子１の側面１０１における反射光が再度、半導体レーザアレイ２中へ戻ると、半導体レーザアレイ２中の反転分布数が変化するため、不安定なレーザ発振を生じさせる可能性もある。
【００８８】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の光軸方向に対して励起用レーザである半導体レーザアレイ２の光軸方向を斜めに配置しているので、固体レーザ素子側面における反射光が半導体レーザアレイ２中へ戻ることを防止することができる。従って、励起用レーザの発振を常に安定に維持し、ひいては、安定な固体レーザ光５を効率よく発生させることができる。
【００８９】
また、本実施の形態における固体レーザ装置によれば、固体レーザ素子側面での反射光が励起用レーザの内部へ戻ることがないので、固体レーザ素子側面にコーティングを施さない安価な構成においても、励起用レーザの安定な発振を維持し、効率よくかつ安定に固体レーザ光を発生させることができる。
【００９０】
実施の形態１０．
図１４は、この発明を実施するための実施の形態１０による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１に円盤状のＹｂをドープしたＹＡＧ結晶を使用し、励起光源にはＩｎＧａＡｓを主成分とした発振波長９４０ｎｍの半導体レーザアレイ２を使用している。図中、１０は活性媒質がドープされていないノンドープのＹＡＧ結晶からなる基板で、半導体レーザアレイ２と対向する端面１００２上に、固体レーザ素子１が光学接触により固定されている。基板１０の周囲に水冷ブロックからなるヒートシンク６を配置し、基板１０を介して固体レーザ素子１を冷却している。
【００９１】
本実施の形態の固体レーザ装置では、基板１０の半導体レーザアレイ２に対して反対側に位置する端面１００１に、固体レーザ光波長である１０３０ｎｍに対しては低反射で、かつ半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対しては高反射となる２波長コーティングを施し、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射コーティングを施した半導体レーザアレイ２の端面２０１とともに、第１の光共振器を構成している。また、第１の光共振器中に、半導体レーザアレイ２の活性層に垂直な方向と平行な方向に対して励起光３のモード形状をそれぞれ調整するための光学素子４０１、４０２を挿入している。
【００９２】
また、固体レーザ素子１の半導体レーザアレイ２と対向する側の端面１０２には、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対しては高反射、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対しては低反射となるような２波長コーティングが施されており、固体レーザ素子１の外部に配された固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する半透過ミラー８とともに、固体レーザ光５に対する第２の光共振器を構成している。
【００９３】
なお、固体レーザ素子１の半導体レーザアレイ２の反対側に位置する端面１０１および基板１０の半導体レーザアレイ２に対向する側の端面１００２は、光学研磨により仕上げられているのみで、反射防止のためのコーティング等は施していない。固体レーザ素子１と基板１０は、共にＹＡＧ結晶を母材として使用しているため、両者の間で屈折率差がなく、固体レーザ素子１と基板１０の界面において、反射損失は殆ど発生しない。
【００９４】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１を第１の光共振器中に配置しているので、上述の実施の形態と同様、固体レーザ素子１を高い励起光強度で照射できるため、３準位の固体レーザ素子を使用した場合であっても、効率よくレーザ発振を得ることが可能である。
【００９５】
さらに、固体レーザ光５の光軸方向を、励起用レーザの光軸方向に対して平行となるよう構成しているため、励起用レーザならびに固体レーザ素子１に対する第１および第２の光共振器の配置、調整が容易になるという利点もある。
【００９６】
また、上述の如く、固体レーザ素子１を光励起した場合、固体レーザ素子１内部での発熱は不可避である。本実施の形態の固体レーザ装置では、円盤状の固体レーザ素子１中、面積の大きな端面１０１から基板１０を介し、熱伝導で固体レーザ素子１の冷却を行っている。この結果、固体レーザ素子１の端面１０２から端面１０１へ向かう方向、即ち、固体レーザ素子１の厚み方向に対し温度勾配を生じる。また、固体レーザ素子１内に温度分布に対応し、固体レーザ素子１の屈折率も変化する。
【００９７】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の厚み方向と固体レーザ光５の光軸方向を平行に設定している。従って、固体レーザ素子１内部に発生した屈折率分布が固体レーザ光の光学特性に与える影響は小さく、固体レーザ素子１への入力エネルギーに依らず、ほぼ一定したビーム集光性を安定に保つことができる。
【００９８】
また、励起光３の光共振器中に配置した光学素子４０１，４０２の光学特性および設置位置を変更することにより、固体レーザ素子１中の励起光照射領域を任意に変化させることが可能である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ光５の光軸を励起用レーザの光軸に対して平行となるよう構成しているため、励起光照射領域により、固体レーザ光５のモード選択を簡単に行うことができる。従って、効率よく集光性に優れた固体レーザ光５を発生することが可能である。
【００９９】
実施の形態１１．
図１５は、この発明を実施するための実施の形態１１による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子１の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１として、厚み５μｍと非常に薄い、ＮｄをドープしたＹＡＧ結晶を使用している。また、励起用レーザとして、ＡｌＧａＡｓを主成分とした半導体レーザアレイ２を用いている。図中、１１はサファイアからなる基板であり、固体レーザ素子１は基板１１上に堆積して形成される。
【０１００】
基板１１上に形成された固体レーザ素子１は、半導体レーザアレイ２と共通のヒートシンク２０３上に、半導体レーザアレイ２との間隔が５μｍ以下となるよう、非常に近接して固定されている。固体レーザ素子１における半導体レーザアレイ２とは反対側の側面１０１には、半導体レーザアレイ２の発振波長８０８ｎｍに対する高反射コーティングが施されており、半導体レーザアレイ２の端面２０１とももに、第１の光共振器を構成している。また、固体レーザ素子における半導体レーザアレイ２と対向する側面１０２ならびに半導体レーザアレイ２の端面２０２には、半導体レーザアレイ２の発振波長８０８ｎｍに対する低反射コーティングがそれぞれ施されている。
【０１０１】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の層厚が５μｍ程度と非常に薄く構成されている。また、基板１１の屈折率は固体レーザ素子１の屈折率に比べて小さいため、基板１１が固体レーザ素子１に対してクラッド層として機能する。この結果、励起光３は固体レーザ素子１中に有効に閉じ込められ、固体レーザ素子１中を導波路伝搬する。一方、半導体レーザアレイ２中でも励起光３は導波路伝搬しており、固体レーザ素子１中の導波モードと半導体レーザアレイ２中の導波モード間で、整合のとれる導波モードのみが選択されて、第１の光共振器中でレーザ発振する。半導体レーザアレイ２に対して固体レーザ素子１を近接して配置しているため、固体レーザ素子１中の導波モードと半導体レーザアレイ２中の導波モード間の結合率は非常に高く、本実施の形態における固体レーザ装置のように、固体レーザ素子１の厚みが非常に薄い場合であっても効率よく励起することができる。なお、かかる効果を奏する固体レーザ素子１の層厚としては、３〜１００μｍの範囲が好適である。
【０１０２】
固体レーザ素子１の光軸方向（紙面に垂直な方向）に対する２つの端面のうち、一方の端面に固体レーザ光波長１０６４ｎｍに対する高反射コーティング、もう一方の端面に固体レーザ光波長１０６４ｎｍに対する半透過コーティングを施しており、両端面は固体レーザ光に対する第２の光共振器を構成している。励起光３と同様、固体レーザ光も第２の光共振器内を導波路伝搬しながらレーザ発振する。従って、導波路方向に対しては、理論限界に近い集光性を有する固体レーザ光を効率よく発生させることができる。
【０１０３】
導波路レーザは従来から能動的な集積光学デバイスとして期待されてきたが、効率よく励起することが難しく、実用的なレーザ装置はいまだ実現されていない。しかしながら、本実施の形態における固体レーザ装置によれば、導波路となる固体レーザ素子１を励起用レーザの第１の光共振器中に配置するとともに、固体レーザ素子１内の励起光３の導波モードと半導体レーザアレイ２中の導波モードを結合させているため、励起光３に対する第１の光共振器中での光損失が小さく、固体レーザ素子１が非常に薄い場合であっても高い励起光強度で照射し、効率よく励起することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、共通のヒートシンク２０３を使用して固体レーザ素子１と半導体レーザアレイ２の両者を同時に冷却する構成としているので、固体レーザ装置の大幅な小型化が可能になるばかりでなく、固体レーザ装置を構成する部品点数が少なくなるため、製造コストの低減を図ることができる。さらに、半導体レーザアレイ２に対する固体レーザ素子１の設置精度が向上し、振動等の機械的な外乱に対しても強く、常に安定でかつ効率よく固体レーザ光を取り出すことができる。
【０１０５】
実施の形態１２．
図１６は、この発明を実施するための実施の形態１２による固体レーザ装置の励起部構成を示す斜視図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１にＹｂをドープしたＹＡＧ結晶を使用し、励起光源にはＩｎＧａＡｓを主成分とした発振波長９４０ｎｍの半導体レーザアレイ２を使用している。図中、１２はＫＴＰ（チタンリン酸カリウム）からなる波長変換結晶で、波長１０３０ｎｍにおける第２高調波発生において第２種の位相整合がとれるよう形成されている。１３は波長１０３０ｎｍの固体レーザ光の第２高調波である波長５１０ｎｍのレーザ光である。
【０１０６】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、固体レーザ素子１の側面１０１と半導体レーザアレイ２の端面２０１に、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する高反射コーティングをそれぞれ施し、第１の光共振器を構成している。また、第１の光共振器中に実施の形態４（図８）において示した光学素子を挿入し、励起光３のモード形状を調整している。なお、固体レーザ素子１の側面１０２と半導体レーザアレイ２の端面２０２に、半導体レーザアレイ２の発振波長９４０ｎｍに対する低反射コーティングをそれぞれ施している。さらに、固体レーザ素子１、半導体レーザアレイ２、励起光のモード形状を調整する光学素子４および波長変換結晶１２は、全て同一ヒートシンク２０３上に固定されている。
【０１０７】
波長変換結晶１２における固体レーザ素子１とは反対側の端面１２０１に、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対しては高反射、第２高調波波長５１５ｎｍに対しては低反射となる２波長コーティングが施されており、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する高反射コーティングが施された固体レーザ素子１の端面１０３とともに、第２の光共振器を構成している。また、波長変換結晶１２における固体レーザ素子１と対向する端面１２０２に、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対して低反射で、かつ第２高調波波長５１５ｎｍに対して高反射となる２波長コーティングを施している。さらに、固体レーザ素子１の端面１０４に、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する低反射コーティングを施している。
【０１０８】
次に動作を説明する。固体レーザ素子１は第１の光共振器内部に配置されており、高い励起光強度で効率よく励起され、固体レーザ素子１内部に反転分布が形成される。固体レーザ素子１内で発生した自然放出光の一部は、固体レーザ素子１の端面１０３および波長変換結晶１２の端面１２０１間で構成される第２の光共振器内に閉じ込められ、第２の光共振器中を往復する。自然放出光が反転分布を通過する際、誘導放出による増幅作用を被り、第２の光共振器内の光強度は急速に増大し、レーザ発振を開始する。波長１０３０ｎｍの固体レーザ光５が第２の光共振器内において波長変換結晶１２を通過する際、非線形光学効果により一部が第２高調波に変換され、第２の光共振器外部に取り出される。波長変換結晶１２の端面１２０１から固体レーザ素子１の端面１０３へ進行する固体レーザ光が波長変換結晶１２を通過する際発生する第２高調波に関しても、波長変換結晶１２の端面１２０２によって反射作用を被り、進行方向を逆転させ、第２の光共振器の外部に取り出される。
【０１０９】
波長変換結晶２による第２高調波への変換効率は、理論的には励起光強度の２乗に比例する。本実施の形態の固体レーザ装置では、第１の光共振器中に固体レーザ素子１を配置して固体レーザ素子１を励起するため、励起領域は励起光のモード内部に限定され、非常に高い利得密度を得ることができる。さらに、固体レーザ光５は第２の光共振器中に閉じ込められているため、第２の光共振器内の固体レーザ光強度は著しく高くなる。この結果、かかるコンパクトな構成で極めて効率よく第２高調波を発生させることができる。
【０１１０】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１と波長変換結晶１２が同一のヒートシンク２０３上に固定されているため、第２高調波を発生する固体レーザ装置の更なる小型化が可能となるばかりでなく、振動等の機械的外乱に対しても強く、常に安定して第２高調波を発生させることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、波長変換結晶１２が固体レーザ光５に対する第２の光共振器における一対のミラーの一方を兼ねるため、部品点数が低減し製造コストが安価になるばかりでなく、第２高調波を発生する固体レーザ装置の更なる小型化が可能になるとともに、組立、調整も簡単にすることができる。
【０１１２】
さらに、波長変換結晶１２が固体レーザ光５に対する第２の光共振器における一対のミラーの一方を兼ねているため、固体レーザ光５の光軸は波長変換結晶１２で規定される。従って、固体レーザ光５は、波長変換結晶１２に対し、常に一定の角度で入射する。この結果、常時安定な波長変換効率を維持することができる。
【０１１３】
本実施の形態の固体レーザ装置では、波長変換結晶としてＫＴＰを使用する構成を示したが、波長変換結晶はこれに限るものではなく、使用する固体レーザ素子、所望する波長により適当な波長変換結晶材料を選定すればよい。
【０１１４】
実施の形態１３．
図１７は、この発明を実施するための実施の形態１３による固体レーザ装置の励起部構成を示す斜視図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１にＮｄをドープしたＹＡＧ結晶を用い、励起光源としてＡｌＧａＡｓを主成分とした発振波長８０８ｎｍの半導体レーザアレイ２を使用している。図中、１４はＣｒ（Chromium,クロム）をドープしたＹＡＧ結晶からなる受動Ｑスイッチ素子で、本素子中を通過するレーザ光の光強度に対して過飽和吸収特性を示す。
【０１１５】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、固体レーザ素子１の側面１０１と半導体レーザアレイ２の端面２０１に、半導体レーザアレイ２の発振波長８０８ｎｍに対する高反射コーティングを施して、第１の光共振器を構成している。また、上述の実施の形態１１と同じく第１の光共振器中に実施の形態４（図８）で示した光学素子４を挿入して、励起光のモード形状を調整している。なお、固体レーザ素子１の側面１０２と半導体レーザアレイ２の端面２０２に、半導体レーザアレイ２の発振波長８０８ｎｍに対する低反射コーティングをそれぞれ施している。また、固体レーザ素子１、半導体レーザアレイ２、励起光のモード調整に用いる光学素子４、および受動Ｑスイッチ素子１４は、全て同一ヒートシンク２０３上に固定されている。
【０１１６】
受動Ｑスイッチ素子１４における固体レーザ素子１とは反対側の端面１４０１には、固体レーザ光波長１０６４ｎｍに対して半透過コーティングが施されており、固体レーザ光波長１０６４ｎｍに対する高反射コーティングが施された固体レーザ素子１の端面１０３と、固体レーザ光５に対する第２の光共振器を構成している。また、受動Ｑスイッチ素子１４における固体レーザ素子１と対向する端面１４０２ならびに固体レーザ素子１の端面１０４に、それぞれ固体レーザ光波長１０６４ｎｍに対する低反射コーティングを施している。
【０１１７】
次に動作を説明する。固体レーザ素子１は第１の光共振器内部に配置されており、高い励起光強度で効率よく励起され、固体レーザ素子１内部に反転分布が形成される。受動Ｑスイッチ素子１４として用いるＣｒをドープしたＹＡＧ結晶は基底準位に吸収があるため、第２の光共振器内における光強度の急速な増大を抑制する。この結果、誘導放出にともなう反転分布の減少が抑制され、固体レーザ素子１の上準位には高いエネルギーが蓄積される。上準位へのエネルギー蓄積にともない、固体レーザ素子１内には非常に高い利得が形成され、第２の光共振器内の光強度は徐々に増大していく。光強度の増大につれて、受動Ｑスイッチ素子１４で吸収される光の量も増加し、受動Ｑスイッチ素子１４内の基底準位数は徐々に減少する。受動Ｑスイッチ１４内の基底準位数の減少につれて吸収率は急速に低下し、固体レーザ素子１内において反転分布として蓄えられていたエネルギーは、急峻なパルスレーザ光５として一気に放出される。パルスレーザ光５の発生により固体レーザ素子１内の反転分布は急速に減少し、第２の光共振器内の光強度も低下するため、受動Ｑスイッチ素子１４内の基底準位数が増加し、再び高い吸収率を回復する。このような過程を反復して、繰り返し急峻なパルスレーザ光を発生する。第２の光共振器内の光強度によって吸収に伴う光損失が変化し、パルスレーザ光を発生するため、このような発振形態は受動Ｑスイッチと呼ばれる。
【０１１８】
受動Ｑスイッチ動作で発生するレーザ光のパルス時間幅は、固体レーザ素子１内の利得が高いほど短く、また、第２の光共振器の共振器長に比例する。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１を第１の光共振器内に配置しているため、固体レーザ素子１内の励起領域は励起光のモード内部に限定され、非常に高い利得密度を得ることができる。さらに、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１と受動Ｑスイッチ素子１４が同一ヒートシンク２０３上に固定され、かつ受動Ｑスイッチ素子１４が第２の光共振器における一対のミラーの一方を兼ねているため、第２の光共振器の共振器長を一層短く構成することができる。この結果、コンパクトな構成で、パルス時間幅が短くかつピーク強度の高い急峻なパルスレーザ光を発生させることが可能となる。
【０１１９】
また、受動Ｑスイッチ動作の繰り返し周波数は、固体レーザ素子１の利得が大きいほど高くなる。本実施の形態における固体レーザ装置によれば、固体レーザ素子１内で高い利得密度を形成することが可能であるため、非常に早い繰り返し動作で急峻なパルスレーザ光を発生させることが可能になる。
【０１２０】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１と受動Ｑスイッチ素子１４を同一ヒートシンク２０３上に固定しているため、非常にコンパクトな構成で受動Ｑスイッチ動作が可能となるばかりでなく、振動等の機械的外乱に対しても強く、常に安定してパルスレーザ光を発生させることができる。
【０１２１】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、受動Ｑスイッチ素子１４が第２の光共振器における一対のミラーの一方を兼ねているため、固体レーザ装置を構成する部品点数が少なくなり、組立、調整が容易になるばかりでなく、製造コストの低減を図ることができる。
【０１２２】
実施の形態１４．
図１８は、この発明を実施するための実施の形態１４による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、１つの固体レーザ素子１に対して励起用レーザである２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを固体レーザ素子１の光軸に沿って、励起用レーザの光軸方向が固体レーザ素子１の光軸方向と直交するよう配置している。また、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂは、固体レーザ素子１を挟み、互いに逆向きとなるよう配置している。
【０１２３】
本実施の形態の固体レーザ装置では、励起光波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施した高反射ミラー９ａと第１の半導体レーザアレイ２ａの端面２０１ａとの間で、第１の励起用レーザである第１の半導体レーザアレイ２ａに対する第１の光共振器を構成し、励起光波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施した高反射ミラー９ｂと第２の半導体レーザアレイ２ｂの端面２０１ｂとの間で、第２の励起用レーザである第２の半導体レーザアレイ２ｂに対する第１の光共振器を構成している。また、第１および第２の半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの端面２０２ａ、２０２ｂならびに固体レーザ素子１の側面１０１、１０２に、励起光波長に対する低反射コーティングをそれぞれ施している。なお、第１および第２の半導体レーザアレイ２ａ、２ｂのいずれの第１の光共振器中にも光学素子４０１ａ、４０２ａならびに４０１ｂ、４０２ｂをそれぞれ挿入し、励起光のモード形状を調整している。
【０１２４】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、１つの固体レーザ素子に対し、複数の励起用レーザによる第１の光共振器を配設すれば、固体レーザ光の高出力化を効果的に図ることができる。
【０１２５】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、励起用レーザ２０１ａ、２０１ｂの光軸方向を固体レーザ素子１の光軸方向に対して直交するよう配置しているため、固体レーザ素子１の光軸に沿って第１の光共振器をさらに増設することにより、簡単な構成下で固体レーザ光５の高出力化を効果的に図ることができる。
【０１２６】
さらに、固体レーザ素子１の光軸に沿って複数の励起用レーザによる第１の光共振器を配置し高出力化を行う構成では、励起用レーザの数が増えた場合であっても固体レーザ素子１中の励起密度が一定に維持されるため、固体レーザ素子１内の熱負荷も一定に保たれ、高出力化にともなう固体レーザ光５の集光性劣化を抑制するとともに、固体レーザ素子の熱破壊を防止することができる。
【０１２７】
また、本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子１の光軸に沿って複数の励起用レーザによる第１の光共振器を配置する構成では、励起用レーザの設置方向が固体レーザ素子を挟み交互に逆向きとなるよう配置すれば、固体レーザ素子１内での励起用レーザの光軸方向に対する励起密度勾配の影響が補償され、集光性に優れた固体レーザ光５を安定に発生させることができる。
【０１２８】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の光軸に沿って２つの半導体レーザアレイ２０１ａ、２０１ｂを配置する構成を示したが、固体レーザ素子１に対し配置する励起用レーザの数はこれに限定するものではない。即ち、所望する出力に応じて励起用レーザの数を選定すればよい。
【０１２９】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の光軸に沿って複数の励起用レーザを交互に逆向きとなるよう配置する構成を示したが、複数の励起用レーザを固体レーザ素子１に対し全て同じ方向で設置しても、効果的に高出力化を図ることができるばかりでなく、励起用レーザの配置、調整が容易になるとともに、固体レーザ装置全体の構成が簡易になる。
【０１３０】
実施の形態１５．
図１９は、この発明を実施するための実施の形態１５による固体レーザ装置の励起部構成を、固体レーザ素子１の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、１つの固体レーザ素子１に対して２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを、光軸が直交するよう配置しており、励起光波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施した固体レーザ素子１の端面１０１と第１の半導体レーザアレイ２ａの端面２０１ａとの間で、第１の励起用レーザである第１の半導体レーザアレイ２ａに対する第１の光共振器を構成している。また、励起光波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施した固体レーザ素子１の底面１０５と第２の半導体レーザアレイ２ｂの端面２０１ｂとの間で、第２の励起用レーザである第２の半導体レーザアレイ２ｂに対する第１の光共振器を構成している。さらに、第１および第２の半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの端面２０２ａ、２０２ｂならびに固体レーザ素子１の側面１０２および上面１０６に、励起光波長に対する低反射コーティングを施している。なお、第１および第２の半導体レーザアレイ２ａ、２ｂに対するいずれの第１の光共振器中にも光学素子４０１ａ、４０２ａ、ならびに４０１ｂ、４０２ｂをそれぞれ挿入し、励起光のモード形状を調整している。
【０１３１】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、１つの固体レーザ素子１に対し、光軸角度が異なる複数の励起用レーザに対する第１の光共振器を、固体レーザ素子１を内包するように配置して固体レーザ素子１を励起する構成としても、固体レーザ光を効率的に高出力化することが可能になる。また、異なる角度の光軸を有する複数の励起用レーザを使用すれば、固体レーザ素子１のサイズを一定に維持しながら高出力化することが可能となるため、固体レーザ光共振器中の光損失を増加させることなく、コンパクトな構成下で、効率よく高光出力の固体レーザ光を得ることができる。
【０１３２】
さらに、１つの固体レーザ素子に対し、光軸角度が異なる複数の励起用レーザを配設すれば、固体レーザ素子内部の励起密度分布が均一化され、集光性に優れた固体レーザ光を安定に発生させることができる。
【０１３３】
本実施の形態の固体レーザ装置では、１つの固体レーザ素子に対して２つの半導体レーザアレイを光軸が直交するよう配置する構成を示したが、励起用レーザの数、励起用レーザの光軸の配置、角度はこれに限定するものではない。
【０１３４】
実施の形態１６．
図２０は、この発明を実施するための実施の形態１６による固体レーザ装置の励起部構成を、固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを固体レーザ素子１の両側に配置し、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの端面２０１ａ、２０１ｂにそれぞれ励起光波長に対する高反射コーティングを施し、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを使用して、第１の光共振器を構成している。なお、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの端面２０２ａ、２０２ｂならびに固体レーザ素子１の両側面１０１，１０２に、励起光波長に対する低反射コーティングを施している。また、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂと固体レーザ素子１の間に、励起光のモード形状を調整するための光学素子４０１ａ、４０２ａならびに４０１ｂ、４０２ｂをそれぞれ挿入している。
【０１３５】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子１の両側方に励起用レーザ光を発生する増幅媒質である２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを互いに対向して配置し、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂに対して１つの第１の光共振器を設ける構成とすれば、２つの半導体レーザアレイに対してそれぞれ独立した第１の光共振器を設ける構成に比べ、第１の光共振器内部の励起光強度をより効果的に高めることができるので、固体レーザ素子１の個数、大きさを一定に保ちながら、さらに効率よく高出力化を図ることができる。
【０１３６】
また、本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、固体レーザ素子１の両側方に対向して半導体レーザアレイを配置すれば、固体レーザ素子１内の励起光の光軸方向に対する励起分布が対称になるため、固体レーザ光に対する第１の光共振器の安定性が格段に向上し、集光性および対称性に優れた固体レーザ光をより安定かつ容易に発生することが可能になる。
【０１３７】
実施の形態１７．
図２１は、この発明を実施するための実施の形態１７による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂをそれぞれの光軸が直交するように配置している。また、励起光３の光軸は励起光波長に対し、高反射コーティングが施された固体レーザ素子１の底面１０５によって進行方向が９０度折り曲げられ、半導体レーザアレイ２ａと半導体レーザアレイ２ｂの光軸が一致するように調整されている。本実施の形態における固体レーザ装置においても、半導体レーザアレイ２ａの端面２０１ａと半導体レーザ２ｂの端面２０１ｂに励起光波長に対する高反射コーティングをそれぞれ施しており、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを使用し、１つの第１の光共振器を構成している。また、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂと固体レーザ素子１の間に、励起光のモード形状を調整するための光学素子４０１ａ、４０２ａならびに４０１ｂ、４０２ｂをそれぞれ挿入するとももに、固体レーザ素子１の上面１０６に励起光波長に対する低反射コーティングを施している。
【０１３８】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、２つの励起用レーザ光を発生する増幅媒質である半導体レーザアレイ２ａ、２ｂに対して１つの第１の光共振器を設ける構成としているので、上述の実施の形態１６と同様な効果が得られることは言うまでもなく、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの光軸を直交するように配置しているため、固体レーザ素子１中の励起領域を限定することが可能となり、固体レーザ素子１をより高密度に励起し、効率よく固体レーザ光５を取り出すことが可能となるばかりでなく、励起領域を限定することによって、固体レーザ光５のモード選択が可能になり、集束性に優れた固体レーザ光５の発生をより効率的に行うことができる。
【０１３９】
本実施の形態の固体レーザ装置では、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂのそれぞれの光軸が互いに直交するよう配置する構成を示した。しかしながら、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの光軸がなす角度は直交、つまり９０°に限定されるものではなく、例えば、２つの光軸がなす角度を９０°より小さくすれば、さらに狭い励起領域の限定が可能となり、より高い光密度で固体レーザ素子１を励起し、さらにビーム品質に優れた固体レーザ光５を効率よく取り出すことができる。一方、２つの光軸がなす角度を９０°より大きくすれば、励起領域が拡大されるため、固体レーザ素子１から発生するレーザ光の強度を低減し、固体レーザ素子１の端面破壊等を抑制して固体レーザ装置の信頼性向上を図ることができる。
【０１４０】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、励起光３が固体レーザ素子１の底面において１回だけ反射する構成を示したが、固体レーザ素子１の上面の一部に励起光３に対する高反射コーティングを施し、固体レーザ素子内部で励起光が複数回反射し伝搬した後外部へ出射する構成とすれば、固体レーザ素子内での励起光の吸収割合が増加し、より効率よく固体レーザ素子１を励起することが可能になる。
【０１４１】
なお、本実施の形態の固体レーザ装置では、１つの固体レーザ素子１に対して２つの半導体レーザアレイ２０１ａ、２０１ｂで構成される１つの第１の光共振器を配置し、固体レーザ素子１を励起する構成を示したが、１つの固体レーザ素子に対して複数の増幅媒質から構成される第１の光共振器を複数個設ける構成とすれば、更なる高出力化が可能となるばかりでなく、固体レーザ素子内での励起分布の均一性が向上し、より集束性に優れた固体レーザ光５を安定に取り出すことができる。
【０１４２】
実施の形態１８．
図２２は、この発明を実施するための実施の形態１８による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸側方より臨んだ側面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、薄板の固体レーザ素子１をヒートシンク６上に固定して使用している。励起用レーザ光３を発生する増幅媒質である２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの配置ならびに２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂに対して１つの第１の光共振器を設けることによって固体レーザ素子１を励起する構成に関しては、上述の実施の形態１７と同じである。本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の上面１０６に励起光波長および固体レーザ光波長に対して低反射となる２波長コーティングを施し、固体レーザ素子１の底面１０５に励起光波長および固体レーザ光波長に対して高反射となる２波長コーティングを施している。また、固体レーザ素子１の上部に固体レーザ光波長に対する半透過ミラーを設け、固体レーザ素子１の底面１０５とともに、固体レーザ光に対する第２の光共振器を構成している。
【０１４３】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、励起用レーザ光を発生する増幅媒質として２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂを使用し、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂに対して１つの第１の光共振器を設けて固体レーザ素子１を励起する構成とし、さらに、２つの半導体レーザアレイ２ａ、２ｂの光軸を所定の角度をなして配置しているので、上述の実施の形態１７と同様な効果を得ることができる。
【０１４４】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、薄板状の固体レーザ素子１を使用し、固体レーザ素子１中の面積の大きな底面１０５にヒートシンク６を配置して固体レーザ素子１の冷却を行うため、固体レーザ素子１の発熱にともない、主に固体レーザ素子１の底面１０５から上面１０６に向かう方向、即ち、固体レーザ素子１の厚み方向に対して温度分布が発生する。この固体レーザ素子１内の温度分布に対応して屈折率が変化する。
【０１４５】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子１の厚み方向と固体レーザ光５の光軸方向を平行に設定しているため、固体レーザ素子１の発熱に起因して発生する屈折率分布が固体レーザ光５の光学特性に与える影響は小さく、固体レーザ素子１への入力エネルギーに依存せず、ほぼ一定のビーム集光性を安定に保つことができる。
【０１４６】
実施の形態１９．
図２３は、この発明を実施するための実施の形態１９による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを光軸に沿って直列に配置し、高出力化を図る構成について示している。固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１にはいずれもＹｂをドープしたＹＡＧ結晶を使用し、励起用レーザにはＩｎＧａＡｓを主成分とした発振波長９４０ｎｍの半導体レーザアレイ２を使用している。４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対する励起構成は同一であり、固体レーザ素子の側面１０１と半導体レーザアレイ２の端面２０１で第１の光共振器を構成している。また、第１の光共振器中に２つの光学素子４０１、４０２を挿入し、励起光のモード形状を調整している。
【０１４７】
本実施の形態の固体レーザ装置では、４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを共通のヒートシンク６上に固定している。また、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する高反射コーティングが施された第１の固体レーザ素子１ａの光軸方向端面１０３と、固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する半透過コーティングが施された第２の固体レーザ素子１ｂの光軸方向端面１０４とで、固体レーザ光５に対する第２の光共振器を構成している。その他の固体レーザ素子１ｃ、１ｄの光軸方向に対する端面に、全て固体レーザ光波長１０３０ｎｍに対する低反射コーティングを施している。
【０１４８】
本実施の形態の固体レーザ装置では、第１の固体レーザ素子１ａと第２の固体レーザ素子１ｂに対し、第２の光共振器を設けることにより、固体レーザ光を取り出す構成としている。また、第３の固体レーザ素子１ｃと第４の固体レーザ素子１ｄは、第２の光共振器によって取り出された固体レーザ光を増幅するための増幅器として使用している。
【０１４９】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、第１の光共振器内部に配置された複数の固体レーザ素子を光軸が一致するよう直列に配置すれば、簡易な構成下で、ビーム集光性を維持しながら、効果的に高出力化を図ることができる。
【０１５０】
また、固体レーザ素子を第１の共振器内部に配置すれば、励起領域が励起光のモード内部に限定されるため、固体レーザ素子内で高い利得を得ることができる。この結果、本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、一部の固体レーザ素子で発振器を構成し、残りの固体レーザ素子を増幅器として使用しても、固体レーザ素子から効率よくレーザ光を取り出すことができる。
【０１５１】
また、本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、一部の固体レーザ素子に対して第２の光共振器を設ける構成は、直列に配置した全ての固体レーザ素子に対して第２の光共振器を設ける構成に比べ、固体レーザ素子毎の励起強度ばらつきの影響が小さく、第２の光共振器の安定性が格段に向上する。従って、固体レーザ光の高出力化を安定かつ効率よく図ることができる。
【０１５２】
また、本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、一部の固体レーザ素子で発振器を構成し、残りを増幅器として使用する場合には、直列に配置した全固体レーザ素子に対し、第２の光共振器を設け発振器として使用する構成に比べ、増幅器として使用する固体レーザ素子内部のレーザ光強度が低減するため、固体レーザ素子の破壊等を防ぎ、信頼性の向上を図ることができる。
【０１５３】
また、本実施の形態の固体レーザ装置では、同一のヒートシンク５上に４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを固定しているため、複数の固体レーザ素子を直列に配置して固体レーザ装置の高出力化を図る際に、装置構成を簡素化することができる。さらに、各固体レーザ素子間の光軸位置の設置精度が向上するとともに、振動等の機械的な外乱に対しても強くなるので、複数の固体レーザ素子を直列に配置して高出力化を図る構成において、光出力の安定性を大幅に向上させることができる。
【０１５４】
本実施の形態の固体レーザ装置では、複数の固体レーザ素子を直列に配置するとともに、各固体レーザ素子に対応して１つの半導体レーザアレイを設置し、固体レーザ光の高出力化を図る構成について示したが、１つの固体レーザ素子に対する励起用レーザの数は１つに限るものではなく、１つの固体レーザ素子に対して複数の励起用レーザを設置しても、効果的に高出力化を図ることができるばかりでなく、所望する固体レーザ光出力の発生に必要となる固体レーザ素子の数を減らすことができるので、組立、調整を容易にすることができるという利点がある。
【０１５５】
実施の形態２０．
図２４は、この発明を実施するための実施の形態２０による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。本実施の形態の固体レーザ装置では、ヒートシンク２０３上に固定された４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを縦方向に積層し並列に配置している。各固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対する励起構成は同一であり、それぞれ半導体レーザアレイ２、励起光のモード形状を調整する光学素子４、陽極を兼ねたヒートシンク２０３、陰極２０４、上下面がメタライズされた絶縁板２０５、および金属ワイヤ２０６を備えている。本実施の形態の固体レーザ装置では、上下に位置する陽極２０３と陰極２０４が電気的に接触するよう縦方向に積層しているため、各固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対応する４つの半導体レーザアレイ２は電気的に直列に接続されている。従って、一番下に位置する陽極２０３ａと一番上に位置する陰極２０４ｄとの間に電圧を印加し電流を注入すれば、全ての半導体レーザアレイ２を動作させることができる。
【０１５６】
本実施の形態における固体レーザ装置においても、固体レーザ素子１の側面１０１と半導体レーザアレイ２の端面２０１に励起光波長に対する高反射コーティングを施し、第１の光共振器を構成している。また、各固体レーザ素子の光軸方向に対する一方の端面に固体レーザ光波長に対する高反射コーティング、もう一方の端面に固体レーザ光波長に対する半透過コーティング、をそれぞれ施し、固体レーザ光に対する第２の光共振器を構成している。
【０１５７】
上述の実施の形態では、複数の固体レーザ素子を配置し、高出力化する構成を示した。固体レーザ素子を第１の光共振器内に配置する構成では、固体レーザ素子内の励起領域は励起光のモード内に限定されるため、固体レーザ光のビーム断面は比較的小さい。また、固体レーザ素子内で形成される利得は大きく、固体レーザ素子を複数個直列に配置することにより、固体レーザ光の高出力化を効果的に図ることができる。しかしながら、固体レーザ光のビーム断面は小さく、固体レーザ素子端面における光強度が高くなるため、固体レーザ光出力の上限は固体レーザ素子端面の耐光強度により制限される。
【０１５８】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、複数の固体レーザ素子を並列に配置して各固体レーザ素子から固体レーザ光を発生させる構成とすれば、固体レーザ素子端面における光強度を一定に保ちながら、高い信頼性のもとで、コンパクトな構成で容易に高出力化を図ることができる。
【０１５９】
また、本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、複数の固体レーザ素子を縦方向に積層し並列に配置し、各固体レーザ素子に対応した半導体レーザアレイを電気的に直列に接続するよう構成すれば、簡易かつコンパクトな構成で、効果的に固体レーザ光の高出力化を図ることができる。
【０１６０】
本実施の形態の固体レーザ装置では、固体レーザ素子の光軸方向に対して励起用レーザの光軸方向を直交して配設した固体レーザ素子を並列に配置する構成を示したが、固体レーザ素子の光軸方向に対する励起用レーザの光軸方向はこれに限るものではなく、固体レーザ素子の光軸に対して励起用レーザの光軸を斜め、もしくは平行に配置しても、同様な効果を得ることができる。
【０１６１】
また、直列に配置した複数の固体レーザ素子を並列に配置すれば、より効果的に高出力化を図ることができる。
【０１６２】
実施の形態２１．
図２５は、この発明を実施するための実施の形態２１による固体レーザ装置の励起部構成を、固体レーザ素子の光軸に垂直な方向より臨んだ側面図である。本実施の形態における固体レーザ装置における４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの配置および励起構成は上述の実施の形態１４と同一で、４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを縦方向に積層して配置している。励起用レーザである半導体レーザアレイは、固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの背後に設置されている。
【０１６３】
本実施の形態の固体レーザ装置では、３つの直交プリズム１５ａ、１５ｂ、１５ｃを使用し、各固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを通過する固体レーザ光５の光軸を折り返すことにより、４つの固体レーザ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを光学的に直列に結合している。また、第１の固体レーザ素子１ａの端面１０３に固体レーザ光波長に対する高反射コーティング、第２の固体レーザ素子１ｂの端面１０４に固体レーザ光波長に対する半透過コーティングをそれぞれ施し、固体レーザ光に対する第２の光共振器を構成している。従って、第１の固体レーザ素子１ａと第２の固体レーザ素子１ｂを発振器として使用し、第３の固体レーザ素子１ｃと第４の固体レーザ素子１ｄは増幅器として使用している。
【０１６４】
本実施の形態における固体レーザ装置に示すように、複数の固体レーザ素子を幾何的には並列に配置し、光学的には直列に連結する構成とすれば、コンパクトな構成下で、固体レーザ光の集光性能を損なうことなく、高出力化を効果的に図ることができる。
【０１６５】
本実施の形態の固体レーザ装置では、直交プリズムを使用し、各固体レーザ素子の光軸を折り返す構成を示したが、光軸を折り返す手段はこれに限定されるものではない。例えば、直交ミラー等の反射光学系を使用しても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【０１６６】
実施の形態２２．
上述のそれぞれの実施の形態では、励起用レーザとして半導体レーザアレイを使用し、半導体レーザアレイの固体レーザ素子と対向する端面に半導体レーザアレイの発振波長に対する低反射コーティングを施す構成を示してきたが、例えば図７に示す構成において、半導体レーザアレイ２の固体レーザ素子１と対向する端面２０２に半導体レーザアレイ２の発振波長に対する半透過コーティングを施し、半導体レーザアレイ２の発振波長に対する高反射コーティングを施した固体レーザ素子の側面１０１とともに複合共振器を構成しても、従来の光共振器外部に固体レーザ素子を配置する固体レーザ装置に比べ、格段に高い励起光強度が得られ、効率よく固体レーザ素子の励起を行うことができる。
【０１６７】
さらに、第１の光共振器を複合共振器で構成すれば、半導体レーザアレイ外部に配置した反射ミラーの設置角度や位置に変化等が生じた場合であっても、確実に励起用レーザの発振を維持することができるため、固体レーザ素子および外部ミラーの設置精度が緩和され、組立、調整が簡単になる利点もある。
【０１６８】
上述のそれぞれの実施の形態では、全ての固体レーザ素子に対して第２の光共振器を設け、レーザ発振器として使用する構成を示してきたが、上記構成によって励起した固体レーザ媒質は、第２の光共振器を使用せずに、増幅器としても利用できることは言うまでもない。
【０１６９】
また、上述のそれぞれの実施の形態では、固体レーザ素子の材料として主にＹｂおよびＮｄをドープしたＹＡＧ結晶、励起用レーザとして主にＩｎＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを主成分とした半導体レーザアレイを使用する構成を示したが、固体レーザ素子ならびに半導体レーザアレイの種類はこれに限定されるものではなく、所望する波長や動作特性に合わせて最適な固体レーザ素子を選定し、固体レーザ素子の吸収波長に合致した半導体レーザアレイを選べばよい。
【０１７０】
また、上述の各実施の形態では、何れも固体レーザ素子をヒートシンク上に配置して間接冷却する構成を示したが、冷却方法はこれに限定されるものではなく、水冷ジャケットを使用して直接水冷とすれば、より効果的な冷却が可能となる。さらに、水溶性のある固体レーザ素子に対しては、気体を直接吹き付ける等してもよい。
【０１７１】
また、上述の各実施の形態では、何れも１つ、もしくは複数の励起用レーザからなる第１の光共振器中に１つの固体レーザ素子を配置して励起する構成を示したが、第１の光共振器中に配置する固体レーザ素子の数はこれに限定されるものではなく、１つ、もしくは複数の励起用レーザからなる第１の光共振器中に複数の固体レーザ素子を配置してもよい。
【０１７２】
また、上述の各実施の形態では、何れも励起用レーザとして半導体レーザアレイを使用する構成を示したが、単一発光部で構成される半導体レーザを使用してもよい。また、半導体レーザに限らず固体レーザ素子の光励起にレーザを使用する構成であれば、第１の光共振器中に固体レーザ素子を配置することにより、効率よく固体レーザ素子を励起することが可能になる。例えば、Ｔｉ（Titanium,チタン）がドープされたサファイア結晶を固体レーザ素子として使用し、気体レーザであるアルゴンレーザを励起用レーザとして使用する構成では、アルゴンレーザの光共振器中に固体レーザ素子を配置することにより、励起効率の大幅な改善を図ることができる。
【０１７３】
要するに、レーザを用いて光励起する固体レーザ装置において、固体レーザ素子、励起用レーザ、共振器の材質、種類、数、構成を問わず、励起用レーザが構成する第１の光共振器の内部に固体レーザ素子を配置すれば、励起用レーザが構成する第１の光共振器の外部に固体レーザ素子を配置する従来の固体レーザ装置に比べ、効率を効果的に改善することができる。
【０１７４】
【発明の効果】
この発明に係る固体レーザ装置では、半導体レーザアレイから出射されたレーザ光を励起光として固体レーザ素子を励起し、外部に固体レーザ光を出射するようにした固体レーザ装置において、励起光が往復する第１の光共振器内に固体レーザ素子を配置し、固体レーザ素子中において、第１の光共振器の光軸と固体レーザ光の光軸とが０度以外の所定の角度をなし、第１の光共振器内部に前記半導体レーザアレイの活性層に垂直な方向に対する励起光のモード形状を補正するための光学素子が載置されており、前記第１の光共振器内部に閉じ込められた前記励起光によって前記固体レーザ素子を励起するようにしたので、従来に比べて格段に高い励起光強度で固体レーザ素子を照射し、効率よく光励起することが可能になるため、固体レーザ装置をコンパクトに構成でき、また、効率よく固体レーザ光を発生させることができる。更に、固体レーザ素子の光軸に沿って配置する励起用レーザの数を増せば、容易に固体レーザ光の高出力化を図ることができ、また第１の光共振器の一対のミラーの距離を離した場合であっても、第１の共振器損失の増加を抑制するとともに第１の光共振器の安定性が向上し、ひいては安定な固体レーザ出力を得ることができる。
【０１７５】
また、この発明に係る固体レーザ装置では、前記第１の光共振器が、前記半導体レーザアレイにおける励起光出射端面とは反対側の端面からなり前記励起光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、前記固体レーザ素子における前記半導体レーザアレイと反対側の側面方向に配置され前記励起光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、で構成されたので、半導体レーザアレイに対する固体レーザ素子の設置位置、角度に対する精度が緩和されるため、組立、調整をより一層簡単に行うことができる。さらに、高反射ミラーの位置、角度は、容易に調整することができるので、固体レーザ素子に位置、角度ずれが生じた場合であっても、第１の光共振器内の励起光強度が最大となるように高反射ミラーを調整し、常に固体レーザ素子を効率よく励起することが可能になる。
【０１７６】
また、この発明に係る固体レーザ装置では、前記固体レーザ光を外部に取り出すための第２の光共振器を備え、前記第２の光共振器が、前記固体レーザ光が出射される方向に配置され前記固体レーザ光に対する半透過コーティングを具備するミラーと、前記方向と反対側の光軸方向に配置され前記固体レーザ光に対する高反射コーティングを具備するミラーと、で構成されたので、固体レーザ素子の共振器長ならびに共振器に使用するミラーを簡単に変更できるため、固体レーザ光のモード、集光性の調整を容易に行うことができる。さらに、第２の光共振器を構成する高反射ミラーおよび半透過ミラーの角度調整が可能になるため、固体レーザ素子内での発熱等により、固体レーザ光の光軸が変化した場合であっても、高反射ミラーおよび半透過ミラーの設置角度を固体レーザ光の光出力が最大となるよう最適な角度へ調整することにより、常に、効率よくかつ安定に固体レーザ素子から固体レーザ光を取り出すことができる。
【０１７７】
また、この発明に係る固体レーザ装置では、前記固体レーザ素子として３準位系のレーザ媒質を用いることとしたので、従来の固体レーザ装置では効率よくレーザ発振させることは困難であった３準位のレーザ発振機構を有する固体レーザ素子に対しても、効率よく固体レーザ光を発生させることができる。
【０１７８】
また、この発明に係る固体レーザ装置では、前記半導体レーザアレイがすくなくとも２以上からなり、前記固体レーザ素子を前記半導体レーザアレイにより少なくとも２方向から光励起することとしたので、固体レーザ光の高出力化を効果的に図ることができ、また、固体レーザ素子内での半導体レーザアレイの光軸方向に対する励起密度勾配の影響が補償され、集光性に優れた固体レーザ光を安定に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図２】  実施の形態１による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図３】  半導体レーザアレイの光共振器内部のレーザパワーと、共振器外部に取り出されるレーザパワーの、半透過ミラーの透過率に対する特性を示したグラフである。
【図４】  実施の形態１における固体レーザ装置と、従来の固体レーザ装置の出力特性を比較したグラフである。
【図５】  実施の形態２による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図６】  実施の形態２による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図７】  実施の形態３による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図８】  実施の形態４によるモード形状補正用の光学素子を示す斜視図である。
【図９】  実施の形態５による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図１０】  実施の形態６による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図１１】  実施の形態７による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図１２】  実施の形態８による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図１３】  実施の形態９による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図１４】  実施の形態１０による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図１５】  実施の形態１１による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図１６】  実施の形態１２による固体レーザ装置の励起部構成を示す斜視図である。
【図１７】  実施の形態１３による固体レーザ装置の励起部構成を示す斜視図である。
【図１８】  実施の形態１４による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図１９】  実施の形態１５による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図２０】  実施の形態１６による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図２１】  実施の形態１７による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図２２】  実施の形態１８による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸側方より臨んだ側面図である。
【図２３】  実施の形態１９による固体レーザ装置の励起部構成を示す上面図である。
【図２４】  実施の形態２０による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸方向より臨んだ正面図である。
【図２５】  実施の形態２１による固体レーザ装置の励起部構成を固体レーザ素子の光軸に垂直な方向より臨んだ側面図である。
【図２６】  従来の固体レーザ装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１  固体レーザ素子、  １ａ  第１の固体レーザ素子、  １ｂ  第２の固体レーザ素子、  １ｃ  第３の固体レーザ素子、  １ｄ  第４の固体レーザ素子、  １０１、１５１  励起用レーザに対して反対側の固体レーザ素子の側面、  １０２、１５２  励起用レーザに対向した固体レーザ素子側面、１０３  固体レーザ素子の光軸方向に対する端面、  １０４  固体レーザ素子の光軸方向に対するもう一方の端面、  １０５  固体レーザ素子の底面、  ２  半導体レーザアレイ、２ａ  第１の半導体レーザアレイ、  ２ｂ  第２の半導体レーザアレイ、  ２０１  半導体レーザアレイにおける固体レーザ素子とは反対側に配置された端面、  ２０１ａ  第１の半導体レーザアレイにおける固体レーザ素子とは反対側に配置された端面、  ２０１ｂ  第２の半導体レーザアレイにおける固体レーザ素子とは反対側に配置された端面、  ２０２  半導体レーザアレイにおける固体レーザ素子に対向する端面、  ２０３  ヒートシンク、  ２０４  陰極、  ２０５絶縁板、  ２０６  金属ワイヤ、  ３  励起光、  ４  光学素子、  ４０１  半導体レーザアレイの活性層に垂直な方向のモード形状を調整する光学素子、  ４０２  半導体レーザアレイの活性層に平行な方向のモード形状を調整する光学素子、  ４０３  円筒面で構成される光学素子、  ５  固体レーザ光、  ６  ヒートシンク、  ７  固体レーザ光に対する高反射ミラー、  ８  固体レーザ光に対する半透過ミラー、  ９  励起光に対する高反射ミラー、  １０  基板、  １００１  基板における固体レーザ素子とは反対側に配置された端面、  １１  サファイア基板、  １２  波長変換結晶、  １２０１  波長変換結晶における固体レーザ素子とは反対側に配置された端面、  １３  第２高調波光、  １４  受動Ｑスイッチ素子、  １５  直交プリズム、  １４０１  受動Ｑスイッチ素子における固体レーザ素子とは反対側に配置された端面、  １４０２  受動Ｑスイッチ素子における固体レーザ素子と対向する端面。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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