(57)【要約】【課題】励起光からレーザ光への高い変換率と、高いレーザ利得が得られるようにして、従来のレーザロッドまたは非線形光学結晶の欠点を改善する。【解決手段】レーザ装置を、多重光路の固体スラブレーザロッドまたは非線形光学結晶とこれを励起する励起光源と光共振器で構成し、光路に沿った断面形状が台形または平行四辺形であり６以上の面を備え光増幅作用あるいは非線形光学効果作用を有する固体スラブレーザロッドや非線形光学結晶を用いる。レーザロッドに入射したレーザ光は、レーザロッドの入射端面と出射端面とで全反射して、そのレーザロッド内を、複数回、例えば３回折り返してから出射するようにする。光増幅用には、側面から、励起光を照射する。また、非線形光学効果用には、非線形光学結晶のｚ軸を、光路の面に垂直になるように配置し、固体スラブレーザロッドの温度を位相整合温度に保持する。【選択図】図１６
2007036195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路に沿った断面形状が台形または平行四辺形であり６以上の面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面Ａと出射面Ｂと、入射面Ａと出射面Ｂとに隣接し、光が反射しながら伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面Ｃと面Ｄと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し、入射光を増幅することが可能な固体スラブレーザロッドと、
上記の固体スラブレーザロッドをＡからＦの６面のいずれかの面から励起する励起光源と、を備え、
光の入射面Ａと出射面Ｂとは、互いに対向する面であり、入射面Ａから入射する光について、
（１）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）出射面Ｂで全反射し、
（３）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）入射面Ａで全反射する、
という光伝搬を複数回繰り返して後、面Ｃあるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、出射面Ｂから増幅された光を出力することを特徴とする多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項２】
光路に沿った断面形状が台形または平行四辺形であり６以上の面を非線形光学効果を有する非線形光学結晶を用いたレーザ装置であって、
励起光の入射面Ａと非線形効果による発生光の出射面Ｂと、入射面Ａと出射面Ｂとに隣接し、光が反射しながら伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面Ｃと面Ｄと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し、励起光に対して非線形光学効果を発揮する素子を備え、
光の入射面Ａと出射面Ｂとは、互いに対向する面であり、入射面Ａから入射する光について、
（１）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）出射面Ｂで全反射し、
（３）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）入射面Ａで全反射する、
という光伝搬を複数回繰り返して後、面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、出射面Ｂから非線形光学効果で発生された光を出力することを特徴とする多重光路の非線形光学結晶を用いたレーザ装置。
【請求項３】
光路に沿った断面形状が、側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、下底面ＤXによる台形Ｘと、それに同形の側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣY、下底面ＤYによる台形Ｙとの下底面ＤXと下底面ＤYとを接合した形状と等価な形状であり、上記の側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣYを含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡXと出射面ＢXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＣYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＣY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
光の入射面ＡYと出射面ＢXとは、互いに平行な面であり、
入射面ＡYから入射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）面ＢXで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）面ＡX、あるいは面ＡYで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
出射面ＢX、あるいは出射面ＢYから増幅された光を出力することを特徴とする多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項４】
光路に沿った断面形状が、側面ＡX、側面ＢX、面ＣX、面ＤXによる平行四辺形Ｘと、それに同形の側面ＡY、側面ＢY、面ＣY、面ＤYによる平行四辺形Ｙとの面ＤXと面ＣYとを接合した形状と等価な形状であり、上記の側面ＡX、側面ＢX、面ＣX、側面ＡY、側面ＢY、面ＤYを含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡXと出射面ＢXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＣYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、DY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
光の入射面ＡYと出射面ＢXとは、互いに平行な面であり、
入射面ＡYから入射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）面ＢYで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）面ＡYで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（６）面ＢXで全反射し、
（７）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（８）面ＡXで全反射し、
（９）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
出射面ＢXから増幅された光を出力することを特徴とする多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項５】
光路に沿った断面形状が、隣り合う２つの直角の頂点をもった直角台形であり、該直角台形を底辺に平行な線で２分した２つの直角台形をそれぞれ、側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、下底面ＤXによる台形Ｘと、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣY、下底面ＤYによる台形Ｙとし、上記の直角台形は、下底面ＤXと上底面ＣYとが重なったものと等価な形状をもったものであるとき、上記の側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、側面ＡY、側面ＢY、下底面ＤYを含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡYと出射面ＡXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＤYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＤY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
入射面ＡYから入射し面ＡXから出射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）面ＢXで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）面ＡYで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（６）面ＢYで全反射し、
（７）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（８）面ＡXで全反射し、
（９）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（１０）面ＢYで全反射し、
（１１）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
出射面ＡXから増幅された光を出力することを特徴とする多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項６】
光路に沿った断面形状が、隣り合う２つの直角の頂点をもった直角台形の形状をもち、側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、下底面ＤXからなる直角台形Ｘと、直角台形Ｘに同形の、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣY、下底面ＤYからなる直角台形Ｙとの下底面ＤXと下底面ＤYとが重なったものと等価な形状の断面形状をもち、上記の側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣYを含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡYと出射面ＡXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＣYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＣY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
面ＡYから入射し、面ＡXから出射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）面ＢYで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）面ＡXで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（６）面ＢX、あるいは面ＢYで全反射し、
（７）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（８）面ＡYで全反射し、
（９）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（１０）面ＢXで全反射し、
（１１）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
出射面ＡXから増幅された光を出力することを特徴とする多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項７】
固体スラブレーザロッドは光増幅作用を持ち、面Ｃ、面Ｄのいずれかあるいは両方の面から励起光を照射し、面Ｅ、面Ｆのいずれかあるいは両方の面に熱伝導体を密着させて放熱することを特徴とする請求項１ないし６に記載の多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項８】
励起光の入射面には励起光に対して透過膜となる反射防止膜を設け、発生した光の出射面には発生光に対して透過膜となる反射防止膜を設けたことを特徴とする請求項２に記載の、多重光路の非線形光学結晶を用いたレーザ装置。
【請求項９】
入射面Ａに対する光の入射角をブリュースター角としたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の、多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項１０】
入射面Ａに対する入射光の入射角がブリュースター角以下であり、入射面には入射光に対する反射防止膜を設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の、多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項１１】
面Ｃおよび面Ｄにおける反射は、全反射を用いることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の、多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【請求項１２】
面Ｃおよび面Ｄには、スラブレーザロッド内部からの入射光を反射する反射膜を設けたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の、多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、励起光からレーザ光への変換効率の高い固体レーザ装置実現することのできる多重光路の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置に関に関するものであり、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ装置やＮｄ：ＹＬＦレーザ装置やＹｂ：ＹＡＧレーザ装置に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ装置の電気入力から光出力への変換効率は、レーザの性能のなかでも最も重要な１つである。ランプ励起方式では、ランプ自体の電気から光への変換効率が低く、発光スペクトルも広いのでレーザロッドが吸収できない光が多く、レーザ装置は大きな消費電力が必要になる。レーザダイオード（ＬＤ）励起方式はＬＤ自体の変換効率が高く、発光スペクトルをロッドの吸収ピークに合わせられるので、より高い変換効率が得られるが、それでも十分とはいえない。
【０００３】
その原因には、固体レーザの活性イオンの励起光吸収断面積が小さいため、レーザロッドが励起光を効率的に吸収しきれないことと、誘導放出断面積が小さいため、レーザ利得が小さく、ロッドに蓄えられたエネルギーを効率的にレーザ光へ変換しきれないことがある。
【０００４】
レーザ装置の変換効率を高めるには、この特性を、何らかの方法で補う必要がある。レーザ装置のエネルギー変換効率を上げる従来の方法としては、例えば、次の（１）、（２）に示す方法が知られている。
【０００５】
（１）固体レーザロッドのレーザ活性イオンのドープ量を増加させる。
これは活性イオン濃度を高めて、励起光吸収率とレーザ利得を高める方法である。例えば、特許文献１と特許文献２には、ネオジム（Ｎｄ）等の希土類イオンを含むセラミックレーザロッドの製法と特性について記載がある。ネオジムヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）では、レーザ活性イオンのドープ量を、セラミックでは単結晶よりも増加できる。しかも、より大サイズのレーザロッドの製作が容易である。また、Ｎｄ：ＹＡＧセラミックレーザの発振特性の向上に関しては非特許文献１と非特許文献２に記載されている。
【０００６】
しかし、一般に、レーザ活性イオンのドープ量を増加させるとレーザロッドの屈折率分布の乱れが目立つようになる。また、励起における上準位寿命の減少などの光学品質の低下が起こり易くなる。これらの屈折率分布の乱れの顕在化や光学品質の低下は、得られるレーザビームの横モードが劣化する原因となり、レーザ媒質としての性能低下をもたらす。このため、ドープ量の増加には限界がある。
【０００７】
また、一般に、基本横モード発振のレーザや、高出力レーザでは、レーザロッド内部に発熱があると、これがその内部に温度分布を生み、レーザ媒質に歪を与える。この歪から、レーザロッドの品質の低下や複屈折などが生じて、発振横モードが基本横モードからずれてしまう。これらを防止するためには、温度分布を抑制するために、活性イオンのレーザロッドへのドープ量を下げざるを得ない。
【０００８】
また、レーザ光への変換効率を上げるには、高い光学品質を保てる程度に、ドープ量を下げたレーザロッドを用いても可能であるが、そのためには、
（２）励起光の吸収率が大きく、しかもレーザ利得が高いレーザロッドを用いる、
ことが必要である。
【０００９】
励起光の吸収率を上げるには、励起光のロッド内伝播長を吸収長（吸収で、１/自然体数の底e、に減衰するまでの長さ）より十分長くしなければならない。すなわち、励起ボリュームを大きくする必要がある。
【００１０】
一方、レーザ利得を上げるには、レーザロッドの励起密度を大きくしてレーザ利得を増加させるとともに、発振モードの径を小さくして基本横モードを選択し易くすること、すなわち、モードボリュームを小さくする必要がある。
【００１１】
このように、レーザ装置のエネルギー変換効率を上げるには、励起ボリュームを大きくし、モードボリュームを小さくする必要がある。しかし、これらは、相反する条件であり、これらを整合させることは、従来の通常のレーザ装置では困難である。
【００１２】
しかし、レーザロッド内の光路を多重化することで、これらの条件の整合をとることができる事が知られている。ここに言う多重化とは、レーザ光の光路をレーザロッド内で空間的に少しずつずらして往復させることである。これにより、励起ボリュームを増大させ励起光吸収率を増大できる。さらに、レーザロッド内で屈折率が一様に変化するようになり、レーザビーム断面積が拡がりにくくなるため、モードボリュームを小さく保つことができる。また、レーザロッド内に蓄積されたエネルギーを有効に使うために、レーザビーム断面積をレーザロッドの全断面に等しくして、誘導放出のための光強度を低下させる必要がなくなる。
【００１３】
この結果、レーザロッド内の光路長はロッド長の多重度の数だけ増倍し、レーザ利得を増大でき、遂には、レーザ増幅器用のレーザロッドでは飽和増幅利得を得ることができる。このように飽和増幅利得を得ることは、蓄積されたエネルギーを有効にレーザ光に変換できる指標のひとつであるので、多重化の方法が数多く考案されてきた。
【００１４】
例えば、特許文献３には図１に示したような、反射鏡とスラブロッドで構成したアイセイフ波長の３重光路固体レーザ増幅器が開示されている。また、特許文献４では直角プリズムと平面鏡で構成した４重光路固体レーザ増幅器が開示されている。また、特許文献５には、固体レーザと液体レーザと気体レーザのいずれにも応用できる共焦点共振器、または、ホワイト（White）セルを用いた多重光路のレーザ増幅器について開示されている。そして、特許文献６には、１８０度折り返しプリズムとレンズと反射鏡とによるパラメトリック発振器・増幅器の多重光路に関して開示されている。また、特許文献７には波長板と旋光子と６角形のレーザロッドによる８重光路のレーザ増幅器が開示されている。
【００１５】
また、最近では、図２に示したように、レーザロッドの両側に平面鏡を置き、ロッド内をレーザ光が複数回往復する方法で総合効率の向上と横基本モードの発振が得られるＮｄ：ＹＬＦレーザが非特許文献３に記載されている。これらの方法はいずれも、反射鏡や反射プリズムなどのレーザロッド以外の反射体を用いて多重光路を実現している。
【００１６】
しかし、これらのレーザ装置では多重光路を構成するために必要な光学部品数が増大している。しかも、それぞれの配置には、精密な調整が必要である。このため、レーザ装置の構成が複雑になり装置も大きくなる欠点があった。
【００１７】
さらに、レーザロッド端面の無反射膜と反射体の反射には必ず光学損失があり、レーザ光がレーザロッド端を往復するたびにこの損失が積み重なって、増大したレーザ利得の効果を減少させていた。さらに、従来の多重化では、隣接する光路の方向がわずかしか変化しないため、ロッド内の光路分布の平均化が十分できない欠点もあった。
【００１８】
このような欠点を抑制して高い変換効率をもち、発振モードに関して高品質のレーザ光を容易に発生できるような、多重光路を持ったレーザロッドが求められている。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第３，６４０，８８７号明細書
【特許文献２】米国特許第３，８９７，３５８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，９０２，１２７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１７２，２６３号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６１５，０４３号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７５１，４７２号明細書
【特許文献７】特開平１０−０４１５６５号公報
【特許文献８】米国特許第５，８７２，８０４号明細書
【００２０】
【非特許文献１】“Optical properties and laser characteristics of highly Nd3+-doped Y3Al5O12 ceramics", Applied Physics Letters, Vol. 77, No. 7, pp. 939-941(2000).
【非特許文献２】“72W Nd: Y3Al5O12 ceramic laser", Applied Physics Letters, Vol. 78, No. 23, pp. 3586-3588(2001).
【非特許文献３】"Diode-pumped High-power CW and Modelocked Nd:YLF Lasers", Advanced Slid-State Lasers, 2000 TOPS Vol. 34, Optical Society of America, Washington D.C.(2000).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記の様に、レーザ装置のエネルギー変換効率を上げるために、レーザ装置に多重光路が利用されるが、そのために必要な光学部品数が増大し、しかも、それぞれの配置には精密な調整が必要であるため、レーザ装置の構成が複雑になり装置も大きくなる欠点があった。また、非線形光学素子では、通常、励起光と発生光それぞれの結晶内での伝搬方向と偏波面方向の関係が、結晶軸に対して位相整合条件を満足するような関係に決まっている。そのため、基本的に、非線形光学素子では、直進単一通過の光路か１往復の光路を持つように製作されており、多重光路でないため、十分な波長変換効率が得られなかった。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によって、励起光からレーザ光への変換効率の高い固体レーザ装置を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、レーザロッドに入射したレーザ光が、レーザロッドの入射端面と出射端面とで全反射して、そのレーザロッド内を複数回、例えば３回、折り返して出射するレーザロッドに関するものである。この光路の配置の結果、励起光からレーザ光への高い変換率と、高いレーザ利得が得られ、従来のレーザロッドの欠点を改善することができる。
【００２４】
本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、多重光路の固体スラブレーザロッドとこれを励起する励起光源と光共振器で構成され、光路に沿った断面形状が台形または平行四辺形であり６以上の面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面Ａと出射面Ｂと、入射面Ａと出射面Ｂとに隣接し、光が反射しながら伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面Ｃと面Ｄと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し、入射光を増幅することが可能な固体スラブレーザロッドと、
上記の固体スラブレーザロッドをＡからＦの６面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
光の入射面Ａと出射面Ｂとは、互いに対向する面であり、入射面Ａから入射する光について、
（１）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）出射面Ｂで全反射し、
（３）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）入射面Ａで全反射する、
という光伝搬を複数回繰り返して後、面Ｃあるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、出射面Ｂから増幅された光を出力することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、光路に沿った断面形状が台形または平行四辺形であり６以上の面を備え非線形光学効果を有する非線形光学結晶を用いたレーザ装置であって、
励起光の入射面Ａと非線形効果による発生光の出射面Ｂと、入射面Ａと出射面Ｂとに隣接し、光が反射しながら伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面Ｃと面Ｄと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し、励起光に対して非線形光学効果を発揮する素子を備え、
光の入射面Ａと出射面Ｂとは、互いに対向する面であり、入射面Ａから入射する光について、
（１）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（２）出射面Ｂで全反射し、
（３）面Ｃ、あるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
（４）入射面Ａで全反射する、
という光伝搬を予め決められた回数繰り返して後、面Ｃあるいは面Ｄのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、出射面Ｂから非線形光学効果で発生された光を出力することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、光路に沿った断面形状が、側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、下底面ＤXによる台形Ｘと、それに同形の側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣY、下底面ＤYによる台形Ｙとの下底面ＤXと下底面ＤYとを接合した形状と等価な形状であり、上記の面を含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡXと出射面ＢXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＣYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し、入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＣY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
光の入射面ＡYと出射面ＢXとは、互いに平行な面であり、入射面ＡYから入射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（２）面ＢXで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（４）面ＡX、あるいは面ＡYで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ１回以上反射し、
出射面ＢX、あるいは出射面ＢYから増幅された光を出力することを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、光路に沿った断面形状が側面ＡX、側面ＢX、面ＣX、面ＤXによる平行四辺形Ｘと、それに同形の側面ＡY、側面ＢY、面ＣY、面ＤYによる平行四辺形Ｙとの面ＤXと面ＣYとを接合した形状と等価な形状であり、上記の面を含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡXと出射面ＢXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＣYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＤY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
光の入射面ＡYと出射面ＢXとは、互いに平行な面であり、入射面ＡYから入射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（２）面ＢYで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（４）面ＡYで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（６）面ＢXで全反射し、
（７）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（８）面ＡXで全反射し、
（９）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
出射面ＢXから増幅された光を出力することを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、光路に沿った断面形状が、隣り合う２つの直角の頂点をもった直角台形であり、該直角台形を底辺に平行な線で２分した２つの直角台形をそれぞれ、側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、下底面ＤXによる台形Ｘと、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣY、下底面ＤYによる台形Ｙとし、上記の直角台形は、台形Ｘと台形Ｙとの下底面ＤXと上底面ＣYとが重なったものと等価な断面形状をもった上記の側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、側面ＡY、側面ＢY、下底面ＤYを含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡYと出射面ＡXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＤYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＤY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
入射面ＡYから入射し面ＡXから出射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（２）面ＢXで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（４）面ＡYで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（６）面ＢYで全反射し、
（７）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（８）面ＡXで全反射し、
（９）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（１０）面ＢYで全反射し、
（１１）面ＣX、あるいは面ＤYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
出射面ＡXから増幅された光を出力することを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、光路に沿った断面形状が、隣り合う２つの直角の頂点をもった直角台形の形状をもち、側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、下底面ＤXからなる直角台形Ｘと、直角台形Ｘに同形の、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣY、下底面ＤYからなる直角台形Ｙとの下底面ＤXと下底面ＤYとが重なったものと等価な形状をもち上記の側面ＡX、側面ＢX、上底面ＣX、側面ＡY、側面ＢY、上底面ＣYを含む８以上の平面を備え光増幅作用を有する固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置であって、
光の入射面ＡYと出射面ＡXと、光が伝搬する伝搬路を形成する互いに平行で対向する２つの面ＣXと面ＣYと、上記の断面に沿った面Ｅと面Ｆとを有し入射光の増幅が可能な固体スラブレーザロッドを備え、
上記の固体スラブレーザロッドを、ＡX、ＢX、ＡY、ＢY、ＣX、ＣY、Ｅ、Ｆの８面のいずれかの面から励起する励起光源を備え、
面ＡYから入射し、面ＡXから出射する光について、
（１）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（２）面ＢYで全反射し、
（３）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（４）面ＡXで全反射し、
（５）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（６）面ＢX、あるいは面ＢYで全反射し、
（７）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（８）面ＡYで全反射し、
（９）面ＣX、あるいは面ＣYのいずれかで反射し、あるいは両面でそれぞれ1回以上反射し、
（１０）面ＢXで全反射し、
（１１）面ＣX、あるいは面ＣYで1回以上反射し、
出射面ＡXから増幅された光を出力することを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、特に、固体スラブレーザロッドは光増幅作用を持ち、面Ｃ、面Ｄのいずれかあるいは両方の面から励起光を照射し、面Ｅ、面Ｆのいずれかあるいは両方の面に熱伝導体を密着させて放熱することを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の非線形光学結晶を用いたレーザ装置は、特に、励起光の入射面には励起光に対して透過膜となる反射防止膜を設け、発生した光の出射面には発生光に対して透過膜となる反射防止膜を設けたことを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、特に、入射面ＡあるいはＡXに対する光の入射角をブリュースター角としたことを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、特に、入射面ＡあるいはＡXに対する光の入射角がブリュースター角以下であり、入射面には入射光に対する反射防止膜を設けたことを特徴とするものである。
【００３４】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、特に、（面Ｃあるいは面ＣX、あるいは面ＣY）および（面Ｄあるいは面ＤX、あるいは面ＤY）における反射は、全反射を用いることを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明の固体スラブレーザロッドを用いたレーザ装置は、特に、（面Ｃあるいは面ＣX、あるいは面ＣY）および（面Ｄあるいは面ＤX、あるいは面ＤY）には、スラブレーザロッド内部からの入射光を反射する反射膜を設けたことを特徴とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
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は、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００３７】
本発明のレーザ装置の固体スラブレーザロッドは図３、あるいは、図４に示すように断面が細長い台形、あるいは、平行四辺形のスラブ状の形状をしている。紙面に垂直な４つの面１０、１１、１２、１３はいずれも光学研磨され上下の長い側面１２、１３は必要に応じて、レーザ光の反射膜が付けられている。紙面に平行な2つの面はレーザ光が触れないので、研磨面でも粗面でもよい。
【００３８】
レーザロッドの端面１０にブリュースター角で入射した光線１は、最初の光路としてロッド内部を光路２を通り、側面で反射されながら、端面１１に到達する。ここで端面１１がロッド中心軸から傾いているので光は全反射し、２番目の光路として中心軸からの角度を大きくして、光路３を通り、端面１０に戻る。端面１０は、光線の中心軸からの角度を小さくするように傾けてあるので、ここで全反射された光は、３番目の光路として光路４を通り、端面１１に戻る。端面４にはブリュースター角で入射し、この面から、レーザ光はロッド外部へ出射する。
【００３９】
逆に、上記の端面１１からレーザ光が入射する場合も、同様にして、ロッド内を３回通過して端面１０から、レーザ光が出射する。３重光路は、端面での臨界角とブリュースター角の差を利用して、実現している。レーザロッドの屈折率が高い場合には、側面反射に全反射を利用でき、ロッド内のレーザ光の反射を、すべて内部全反射にすることが可能である。
【００４０】
この３重光路をわかりやすくするため、上下の側面反射を展開した図が、光路展開図の図５である。θBはロッド内部のブリュースター角でロッドの屈折率をｎとすると、ｔａｎθB＝１／ｎである。光路２と光路３の延長は、それぞれ、上下の側面反射回数だけ下方に描いたロッドの端面中央へ向かっている。端面の法線とロッド中心軸との角度をθとすると、光路２あるいは光路３の延長線とロッドの中心軸とのなす角は、それぞれ、θ＋θBと３θ＋θBである。図５に示したロッドの長さＬと幅Ｗと、端面傾斜角θは、側面反射の回数とブリュースター角θBによって決定される。側面反射の回数を、光路２でｋ回、光路３でｍ回として（ｋ，ｍ）と表す。Ｌ／Ｗとθには次の関係があることがわかる。
【００４１】
【数１】
2007036195.tif 000003
【００４２】
【数２】
2007036195.tif 000004
【００４３】
３重光路が成立する条件は、ｋ≧１とｍ＞ｋであり、ｋとｍはどちらかが偶数ならば、他方は奇数である。ロッドの断面はｋが偶数のとき左右対称の台形、奇数のとき平行四辺形になる。式（１）と式（２）を解くには、ｋとｍの値を式に入れ、θとＬ／Ｗの解を求めればよい。
【００４４】
さらに、図３で３重光路の途中の光路が両端面で全反射しなければならないので、次式を満足する必要がある。
【数３】
2007036195.tif 000005
【００４５】
ここで、θTはロッドの臨界角で、ｓｉｎθT＝１／ｎである。さらに、側面で光路２と光路４が全反射するためには次式を満足する必要がある。
【数４】
2007036195.tif 000006
【００４６】
そして、側面で光路３が全反射するためには次式を満足する必要がある。
【数５】
2007036195.tif 000007
【００４７】
波長１０６４ｎｍのＹＡＧロッドでの可能な反射回数の組合せは、ｋの数の小さい順からならべて、（２，３）、（３，４）、（４，７）、（５，８）等である。このそれぞれの組合せに対してＬ／Ｗとθがきまる。反射回数に対するＬ／Ｗとθの値は表１のようになる。ＹＡＧ結晶は屈折率が高いので側面反射にも内部全反射を利用して、すべての内部反射を全反射にできる反射回数の組合せがある。しかし、反射回数によっては端面と側面の全反射の入射角が、臨界角に近いものがある。また、反射回数は少ないほうが、ロッドの製造誤差の影響を受けにくい。反射回数（２，３）の組合せは、反射がすべて全反射であり、その入射角が臨界角から十分に余裕があるので、製造が容易である。
【００４８】
【表１】
2007036195.tif 000008
【００４９】
波長１０５３ｎｍで常光屈折率が１．４４８のＹＬＦなどの屈折率の比較的小さい結晶の場合では、多重光路のうち光路２と光路４（前進光路）の側面反射は全反射である組み合わせがあるが、光路３（後進光路）の側面反射は入射角が臨界角より小さくなり、全反射を利用できない。しかし、側面に反射膜を施すことにより、ＹＡＧと同様の３重光路を得ることができる。反射膜の反射を利用するのが光路３の反射のみであれば、反射損失は小さく抑えることができる。ＹＡＧロッドと同様に、ＹＬＦロッドでの可能な反射回数の組合せに対するＬ／Ｗとθの値を表２に示す。
【００５０】
【表２】
2007036195.tif 000009
【００５１】
上記の３重光路のレーザロッドは、両端面でブリュースター角でレーザ光が外部から入射と出射する。しかし、これらの面に無反射膜をつけてそれより小さな入射角で入射と出射させ、かつ、３重光路の途中でこれらの面の反射に全反射を利用することもできる。それには、式（１）と式（２）で、θBを内部入射角θiに置き換え、０≦θi＜θBとして式（１）と式（２）からθとＬ／Ｗを求め、式（３）が満足されればよい。
【００５２】
両端面へレーザ光が垂直入射する例として、波長１０６４ｎｍのＹＡＧロッドの場合、反射回数（１，４）は３重光路が可能である。しかし、側面反射に全反射を利用できるが、端面の全反射が臨界角の１．００７倍で余裕がない。反射回数（１，６）や（１，８）や（１，１０）などは、後進光路の側面反射に全反射を利用できないので、側面に反射膜が必要であるが、前進光路の側面反射と端面反射は臨界角の１．３７倍以上で余裕があり、３重光路が可能である。反射回数（２，９）、（２，１１）なども後進光路の側面反射に反射膜が必要であるが、その他の反射は余裕があり、３重光路が可能である。例として、上記のＹＡＧロッドで反射回数（１，６）のレーザロッドの光路図を図６に示す。
【００５３】
同じく垂直入射の例として、レーザ光が波長１０５３ｎｍでＹＬＦロッドの常光の場合でも、反射回数（１，８）や（１，１０）などが後進光路の側面反射は全反射を利用できないので、側面に反射膜を用いて３重光路が可能である。
【００５４】
この実施例の３重光路のレーザロッドの利点は、通常のスラブ型レーザロッドと同じく、側面励起で発生する不均一な励起分布が３重光路を含む面内方向に対して平均化できることである。さらに、光が単一通過する通常の直進型のレーザロッドで、同じロッド体積と同じレーザ光の直径を持ったレーザロッドとこのレーザロッドを比較すると、レーザ活性イオンの誘導放出係数を等価的に３倍に増加できる利点がある。
【００５５】
また、側面反射に全反射を利用した場合には、反射による光学損失を非常に小さくでき、光路長の増加による誘導放出の増加を最大限に利用できる、ということも利点である。さらに、ロッドの製作が研磨だけで完成する、という利点もある。しかも、ロッド側面での励起光の反射損失を減少させるため、その面に励起光波長の無反射膜を施してもレーザ光の全反射には影響がなく、励起光吸収率を上げることが可能である。
【００５６】
本方式の３重光路スラブロッドはレーザ利得がほぼ3倍になるのでこれをレーザ発振器や増幅器に用いて、容易にレーザロッドの動作を飽和増幅に近づけることができる。一般に、レーザ発振器が飽和増幅動作に近い状態で動作する場合は、光学部品の光学損失が発振に与える影響は小さくなる。また、ロッドに蓄積されたエネルギーの変換効率が増大するので、レーザ発振における電気−光変換効率が、従来のレーザロッドを用いた場合に比べて大きく向上できる、という利点がある。
【００５７】
レーザロッドは、レーザロッドの一つの表面、あるいは、それらの組み合わせからなる励起面を通して、外部の光源からの励起光で励起される。光源はランプ、あるいは、レーザダイオード、太陽光などである。励起面には、これらの励起光に対して透過率が高くなるように、励起波長での無反射膜を付けてかまわない。また、励起面が入射面あるいは出射面と一致する場合は、エンドポンピングとなるが、本レーザロッドはこのエンドポンピングにも適用できる。
【００５８】
本発明のレーザロッドの母材としては、等方性レーザロッド結晶のたとえば、立方晶系に属するＹＡＧ、ＹＳＧＧなど結晶や、同じく等方性レーザ材料のレーザガラスなどや、光学的に１軸性のレーザ結晶のたとえばＹＬＦやＹＶＯ4やＡｌ2Ｏ3結晶などや、セラミックＹＡＧなどのセラミックレーザロッドに適用できる。ＹＬＦのような１軸性レーザ結晶の場合は、ｃ軸をレーザロッドの多重光路を含む面に垂直にすれば常光の、あるいは、ｃ軸をこの面に平行にすれば、異常光のレーザ光を利用できる。
【００５９】
これらのレーザ母材料にドープできるレーザ活性イオンには、従来から固体レーザ媒質に利用されてきたすべての活性元素が適用できる。たとえば、希土類元素のＮｄ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｅｒなどや、鉄族元素のＣｒなどや、Ｔｉなどが適用できる。
【実施例２】
【００６０】
［直列結合］
上記のレーザロッドを基本セルとして、これに同一のセルを端面で直列に結合した外形のロッドも３重光路を配置でき、長いロッドが製作できる。３重光路を構成するには、基本セルにさらに２個ずつ基本セルを追加していく必要がある。これは基本セルにおける光路順に並べた側面反射回数の偶数と奇数の関係を結合ロッドでも維持するためである。図７と図８に側面反射回数（２，３）と（３，４）の基本セルが各３個ずつ結合されたレーザロッドの例を示す。
台形の基本セルの場合は、ひとつずつ上下を反転させながら直線状に結合する。平行四辺形の基本セルは、反転させずに結合する。
【実施例３】
【００６１】
［並列結合］
あるいは、基本セルの側面同士で２個を並列に結合したロッドでも、３重以上の多重光路を配置できる。台形の基本セルの場合は、接続面で対称になるように結合する。できたロッドは６角形の断面になる。図９に側面反射回数（２，３）の基本セルの結合の例を示す。このロッドでは３重光路が２組できる。
【００６２】
平行四辺形の基本セルの場合は、基本セルを平行移動させて２個並列に結合する。できた並列結合のロッドは、やはり平行四辺形の断面のロッドになる。図１０に側面反射回数（３，４）の基本セルの結合の例を示す。このロッドでは１組の５重光路ができる。
【００６３】
上記および以下にこれから示す結合ロッドでは、側面反射回数の数え方は光が基本セルの側面同士の結合面を通過することも反射回数として数えればよい。
【実施例４】
【００６４】
［直列並列結合］
上記の台形基本セルの並列結合に、さらに直列２個分ずつ結合させた直列並列の結合でも、同様の３重光路が２組のレーザロッドができる。直列接続の個数はしたがって、３個、５個、７個などの奇数個になる。断面はやはり６角形のスラブロッドである。この場合も基本セル２個の並列接続と同様の光路である。図１１に示したロッドは、側面反射回数（２，３）の台形の基本セルを３個直列接続し、さらに、これを側面で２列並列接続したレーザロッドの例を示す。
【００６５】
上記の、平行四辺形の基本セルの並列結合に、さらに直列４個分ずつ結合させた直列並列の結合でも、同様の１組の５重光路を形成できる。直列接続の個数はしたがって、５個、９個、１３個などになる。この場合も基本セル２個の並列接続と同様の光路である。例として図１２に、側面反射回数（３，４）の基本セルの２個直列結合をさらに並列結合したロッドを示す。
【実施例５】
【００６６】
［台形基本セルの直列接続を垂直切断］
台形の基本セルの上記の直列接続を、ある決められた位置で中心軸に垂直に端面を研磨した形状のレーザロッドでは、６重光路が１組できる。垂直端面の位置は、基本セル長の半分とそれに１個ずつ加えていった位置である。例として、側面反射回数（２，３）の基本セルの１／２個長の結合ロッドを図１３に示す。これは切断面である面１２の反射に全反射を利用したものである。面１０の中央に入射した光は内部光路で面１２と面１３の交線上に来て光が二分されるため、光は面１０の下半分か上半分に入射するものとしている。
【００６７】
台形の基本セルの上記の直列接続を側面に対称に並列接続したロッドを、同様にある決められた位置で中心軸に垂直に端面を研磨した形状のレーザロッドでは、６重光路を１組構成できる。垂直端面の位置は基本セルの１．５個長と、これに２個ずつを加えていった位置である。例として、図１４に１．５個の長さの結合ロッドを示す。この場合に、垂直端面で反射点が左に僅かに移動するので、多重光路は基本セルの光路からずれが生じる。これは、通過するレーザ光の断面積が最大になるように形状、あるいは、レーザ光の入射位置を僅かに修正すればよい。
【実施例６】
【００６８】
図１５にＮｄ：ＹＡＧレーザの例を示す。レーザロッドの励起は側面と上下面の内のひとつか、それらを組み合わせた面にランプやＬＤや太陽光などの光源の光を照射して行う。これらの面には励起波長についての無反射膜を施すこともできる。あるいは、レーザロッドのレーザ光の端面を通して励起光を照射し、これを励起することによって、エンドポンピング方式のレーザとすることもできる。
【実施例７】
【００６９】
図１６に示すように、端面垂直入射のレーザロッドの端面１０、あるいは、端面１１に無反射膜をつけて、ロッドの側面から励起することにより、容易に多重光路をレーザロッド内に設けたレーザ増幅器とすることができる。
【実施例８】
【００７０】
図１７に示すように、本レーザロッドを直列接続して、さらに高いレーザ利得と高出力のレーザ光を得ることができるレーザ増幅器を作ることができる。
【実施例９】
【００７１】
非線形光学素子に本多重光路のレーザロッドを応用するには、図１８に示すように、９０度位相整合の取れる非線形光学結晶のｚ軸をスラブに垂直に向け、位相整合温度を保つマウントに保持する。ｘ軸の向きは任意である。例えば、ＬｉＮｂＯ3結晶の波長１０６４ｎｍの第２高調波発生素子では、入力光をスラブ面内に偏光させ図１の光路に沿って素子に入射させれば波長５３２ｎｍの第２高調波がこれに垂直に偏光して光路に沿って発生する。発生した第２高調波はスラブに垂直に偏光しているので、出射端面では反射損失が生じる。これを防ぐには、レーザ光が端面に垂直入射する図６に示した形状の結晶を用いる。入出射端面は基本波と２倍波に対する無反射膜をつける。
この多重光路の非線形結晶は高調波発生だけでなく、同じ構成でパラメトリック発振にも当然利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
（１）レーザロッドの利得の増大
本発明の多重光路のレーザロッドの利点は、第１にレーザロッドの長さに比べてはるかに長い光路長をレーザロッド内に設定できることにある。この長い光路長による効果は、レーザ活性イオンの誘導放出係数を多重度の数だけ増倍させることと等価であり、レーザ利得を大きくできることである。従来の様に外部反射体を用いてレーザロッド内の光路を多重化する場合に比較すると、本発明では、ロッド端面での無反射膜による光学損失がないという利点がある。このように光学損失を抑制できるためレーザロッドの動作を飽和増幅に近づけることが容易になり、レーザロッドに蓄積されたエネルギーをより効率的にレーザ光へ変換することが容易になる。本発明によれば、レーザロッドの外部に通常設ける光学素子を用いずに、６回以上ロッド内を通過させることもでき、部品点数の観点からは、増幅器の光学部をレーザロッドと励起光源だけで構成できる。これにより、装置の小型化、高性能化、高信頼性化が容易にできる。
【００７３】
（２）励起光吸収率の増大と励起分布の平均化
第２に、多重光路がロッドの中心軸に対して傾いて重複するので、その分光路が長くなり、重複がない場合に比べて、励起光を吸収する体積（吸収ボリューム）を増大させることによる効果が得られる。また、これにより励起光吸収率が上昇する。一般に、レーザロッドが側面励起され、励起光吸収率が１００％に近づくと、励起面の反対側では励起率が低下し、励起分布の強い不均一が発生する。しかし、レーザ光の伝搬方向はロッドの中心軸に対して角度をなすので、不均一励起分布やこれに起因する屈折率変動などの光学的不均一性については、レーザ光から見ると平均化され、その結果良好な増幅特性が得られ、良好な横モードのレーザ光を得ることが容易になる。
【００７４】
（３）製造の容易さ
本発明に用いる素子は、少なくとも４面の光学研磨だけで完成する。また、一般に、研磨工程では面を形成する際の角度精度は容易に達成できるが、高い寸法精度を達成することは難しい。本発明に用いるレーザロッドでは、寸法と角度に製造誤差があっても、レーザ光の入出射角の調整でこれらを修正することができる。したがって、製造に高い精度は必要としないので製造が容易である。
【００７５】
（４）本発明を非線形光学素子に適用した場合の特徴
一般に、非線形光学結晶は光学的に均一で大きな結晶については、製造が困難であり高価である。また、非線形光学効果は、僅かな光学的不均一性よっても大きな影響を受けるので、非線形光学効果で発生あるいは変換された光については、そのモードが乱れやすい、という欠点がある。
【００７６】
また、一般に、非線形光学素子であっても、その非線形光学系数そのものが小さいので、非線形光学効果で光を発生あるいは変換するには、高い強度密度の入力光を必要とする。この際、非線形光学結晶の僅かな光吸収差が、大きな温度不均一分布を発生する。この大きな温度不均一分布により、非線形光学結晶の屈折率などの光学的特性が不均一になり、位相整合条件を乱すので、発生する光のモードを劣化させやすい。
【００７７】
これに対して、本発明に用いるレーザロッドを非線形光学結晶に適用すれば、長い光路による長い相互作用長から大きな非線形光学効果が得られ、温度分布などの不均一性も、レーザ光から見て平均化される効果があり、良好な横モードの変換光を得ることが容易になる。特に、非線形光学結晶のうち光学的に１軸性結晶で、タイプＩ型の９０度位相整合が取れるＬｉＮｂＯ３やＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来の多重光路のレーザ増幅器の例を示す図である。
【図２】従来の多重光路のレーザロッドを用いたレーザ発振器の例を示す図である。
【図３】３重光路のレーザロッドを示す図である。
【図４】３重光路のレーザロッドを示す図である。
【図５】光路展開図である。
【図６】垂直入射の３重光路のレーザロッドを示す図である。
【図７】基本セルを直接結合したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図８】基本セルを直接結合したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図９】台形基本セルを並列結合したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図１０】平行四辺形基本セルを並列結合したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図１１】台形基本セルを直列並列結合したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図１２】平行四辺形基本セルを直列並列結合したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図１３】台形基本セルを直列並列結合し垂直切断したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図１４】台形基本セルを直列並列結合し垂直切断したものと等価なレーザロッドを示す図である。
【図１５】レーザ発振器の模式図である。
【図１６】レーザ増幅器の模式図である。
【図１７】レーザロッドの直列接続の例を示す模式図である。
【図１８】非線形光学素子を示す模式図である。
【図１９】反射回数（２、３）の光跡追跡図である。
【符号の説明】
【００７９】
１  入射光
２  入射光の光路
３  反射光の光路
４  端面
５  出射光
１０、１１、１２、１３  端面
【図１】
2007036195.tif 000010
【図２】
2007036195.tif 000011
【図３】
2007036195.tif 000012
【図４】
2007036195.tif 000013
【図５】
2007036195.tif 000014
【図６】
2007036195.tif 000015
【図７】
2007036195.tif 000016
【図８】
2007036195.tif 000017
【図９】
2007036195.tif 000018
【図１０】
2007036195.tif 000019
【図１１】
2007036195.tif 000020
【図１２】
2007036195.tif 000021
【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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