(57)【要約】【課題】  Ｅｒ：ＹＡＧレーザにおける発振波長2.94μmのレーザ光の高出力化を図ることである。【解決手段】  Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質（１１２、１２２）と光ポンピング手段（１１４，１２４）とを含む波長2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置（１００）であって、光ポンピング手段は、Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の側面から前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の長さ方向に沿った複数の領域（１１２、１２２）をタイミングをずらしてポンピング光パルスを照射して各領域を励起する。レーザ媒質の空間領域を時分割で励起することによって、波長2.94μmレーザの下位準位である4Ｉ13/2の非励起領域のＥｒイオンを光の非放出過程によって減少させるので、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの波長2.94μmのレーザ出力の高出力化を図ることができる。【選択図】    図１
2007194369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質と光ポンピング手段とを含む波長2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置であって、前記光ポンピング手段は、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の側面から前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の長さ方向に沿った複数の領域をタイミングをずらしてポンピング光パルスを照射することを特徴とする2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項２】
前記ポンピング光パルスのタイミングは、互いのポンピング光パルスが重ならない程度にずれていることを特徴とする請求項１記載の2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項３】
前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の複数の領域の各々に所定の周期の前記ポンピング光パルスを照射することを特徴とする請求項２記載の2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項４】
前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の複数の領域の各々を時分割でポンピング光パルスを照射することを特徴とする請求項１記載のＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項５】
前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の複数の領域はそれぞれＥｒ：ＹＡＧロッドを含み、前記光ポンピング手段は、前記複数のＥｒ：ＹＡＧロッドの各々に対応した光ポンピング源を含むことを特徴とする請求項１又は４記載の2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項６】
前記光ポンピング手段は、パルス放電動作を行うＸｅフラッシュランプであることを特徴とする請求項１又は４記載の2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項７】
前記光ポンピング手段は、パルス駆動半導体レーザアレイであることを特徴とする請求項１又は４記載の2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項８】
Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質と光ポンピング手段とを含む2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置であって、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質にレーザ発振の軸方向から波長1.55μmのＥｒ：ＹＡＧレーザ光を注入することを特徴とする2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【請求項９】
Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質と、光ポンピング手段と、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の両端に配置された第１及び第２の反射鏡とを含む2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置であって、前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡は波長2.94μm及び波長1.55μmに対して共振器を構成し、前記第2の反射鏡から波長2.94μmのレーザを出力することを特徴とする2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｅｒ：ＹＡＧレーザに関し、特に、発振波長2.94μmレーザ光の高出力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｅｒ：ＹＡＧレーザの発振波長として1.55μm、2.94μmがよく知られている。1.55μm波長のレーザ光は、主として光通信分野に利用され、2.94μm波長のレーザ光は、歯科治療分野で利用されている。2.94μm波長のレーザは、励起源としてフラッシュランプが用いられ、レ―ザ発振持続時間250μsec程度の短時間パルスを最大数10Ｈｚ程度の繰り返しで発生するもので、その平均出力は通常4Ｗ前後である。
【０００３】
2.94μm波長のレーザの高出力化、高繰り返しパルス発振、または高出力の準連続発振が可能になれば、この波長は水の吸収スペクトルのピークと一致していることから、歯科治療などの医療分野に限らず、産業用の加工分野や、処理の分野への応用が期待される。
【０００４】
Ｅｒ：ＹＡＧのエネルギー準位図は3準位レーザとして代表的なルビーレーザと、４準位レーザとして代表的なＮｄ：ＹＡＧレーザとの特徴を兼ね備えたものであり、利得が大変小さいため、Ｅｒイオンの含有量を50％程度に高めて用いられる。
【０００５】
発振波長1.55μmのレーザ発振は4Ｉ13/2準位から4Ｉ15/2の基底準位への遷移に伴う3準位レーザであり、一方、発振波長2.94μmのレーザ発振は4Ｉ11/2準位から4Ｉ13/2準位への遷移に伴う4準位レーザである。この発振波長2.94μmのレーザ発振の下位準位である4Ｉ13/2の蛍光寿命は4ｍsecと、上位準位4Ｉ11/2の蛍光寿命200μsecと比較して桁違いに長い。この寿命の差は、2.94μmのレーザ発振の必須条件である両準位間における占有数の逆転（負温度分布）を維持することを困難にしている。しかし、実際にはＹＡＧロッド内のＥｒイオンの含有量が多いため、Ｅｒイオン間の相互作用により励起準位を含めたエネルギー準位間でのエネルギーの授受が行われ、実際の下位準位の蛍光寿命はかなり短くなっていると言われている。先に説明したように、現実に歯科治療用のパルスレーザがあるし、レーザダイオード励起による出力1Ｗ程度の連続発振が観測されている。
【０００６】
しかしながら、高出力、高繰り返しのパルス発振、または高出力の準連続発振が現在までに達成できていない。その理由は、2.94μmのレーザ遷移の下位準位（4Ｉ13/2）の蛍光寿命が、上位準位（4Ｉ11/2）の蛍光寿命と比べて長く、レーザ発振準位間で占有数の反転分布が維持できなくなるためと考えられる。
【０００７】
【非特許文献１】Walter Koechner著、 「Solid-State Laser Engineering, Fifth Revised and Updated Edition」, Springer-Verlag, 1999, page 374
【非特許文献２】A. Charlton, M. R. Dickinson and T. A. King著, 「High repetition rate, high average power Er:YAG laser at 2.94μm」、Journal of Modern Optics, 1989, vol. 36, No.10, pp.1393-1400
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、Ｅｒ：ＹＡＧレーザにおける発振波長2.94μmのレーザ光の高出力化であり、高出力、高繰り返しのパルス発振、または高出力の準連続発振が得られるＥｒ：ＹＡＧ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】
【０００９】
本発明によれば、Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質と光ポンピング手段とを含む波長2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置であって、前記光ポンピング手段は、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の側面から前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の長さ方向に沿った複数の領域をタイミングをずらしてポンピング光パルスを照射することを特徴とする2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置が得られる。
【００１０】
望ましくは、前記ポンピング光パルスのタイミングは、互いのポンピング光パルスが重ならない程度にずらす。
【００１１】
また、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の複数の領域の各々に所定の周期の前記ポンピング光パルスを照射する。
【００１２】
望ましくは、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の複数の領域の各々時分割でポンピング光パルスが照射される。
【００１３】
本発明の１つの視点によれば、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の複数の領域はそれぞれＥｒ：ＹＡＧロッドを含み、前記光ポンピング手段は、前記複数のＥｒ：ＹＡＧロッドの各々に対応した光ポンピング源を含む。
【００１４】
前記光ポンピング手段として、パルス放電動作を行うＸｅフラッシュランプを用いることができる。また、前記光ポンピング手段として、パルス駆動半導体レーザアレイを用いることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質と光ポンピング手段とを含む2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置であって、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質にレーザ発振の軸方向から波長1.55μmのＥｒ：ＹＡＧレーザ光を注入することを特徴とする2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置が得られる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質と、光ポンピング手段と、前記Ｅｒ：ＹＡＧ結晶媒質の両端に配置された第1及び第2の反射鏡とを含む2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置であって、前記第1の反射鏡及び前記第２の反射鏡は波長2.94μm及び波長1.55μmに対して共振器を構成し、前記第2の反射鏡から波長2.94μmのレーザを出力することを特徴とする2.94μmで発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、波長2.94μmレーザの下位準位であるレベル１のＥｒイオンを光の自然放出過程及び他の緩和過程によって、あるいは、光の誘導放出過程によって減少させるので、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの波長2.94μmのレーザ出力の高出力化を図ることができる。
【００１８】
本発明の１実施形態によれば、レーザ媒質の空間領域を時分割で励起することによって、波長2.94μmレーザの下位準位である4Ｉ13/2の非励起領域のＥｒイオンを光の自然放出過程およびその他の緩和過程によって減少でき、次の発振への回復、準備ができるので、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの波長2.94μmのレーザ出力の平均出力を高出力化できる。
【００１９】
また、本発明の別の実施形態によれば、波長2.94μmレーザの下位準位である4Ｉ13/2のＥｒイオンを、同じ順位を上位準位とする波長1.55μm光による光の誘導放出過程によって減少させるので、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの波長2.94μmのレーザ出力の高出力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
発明の理解を容易にするために、Ｅｒ：ＹＡＧのエネルギー準位について、図１０を参照して説明する。
【００２２】
図１０は、Ｅｒ：ＹＡＧのエネルギー順位を主なポンピング帯とともに示したもので、2.94μmのレーザ発振は、上位準位のレベル２から下位準位のレベル１への遷移によるもので、レベル１は、同時に、レベル１からレベル４への1.55μmの遷移の上位準位でもある。Ｘｅフラッシュランプのように広範囲のスペクトルを持つ励起光源によるポンピングでは、Ｅｒイオンは基底準位である4Ｉ15/2から５４０ｎｍ帯、６５０ｎｍ帯、８００ｎｍ帯のスペクトルによりポンプされ、それぞれ4Ｓ3/2、4Ｆ9/2、4Ｉ9/2のエネルギー準位に励起される。図では、これらのエネルギー準位をまとめてレベル３と表示してある。レベル３は、４準位レーザにおける最上位であり、レベル３から非輻射過程によってレベル２の上位準位にＥｒイオンを分布させ、下位準位であるレベル１との間で反転分布を生じさせる。
【００２３】
３準位レーザとしての1.55μm発振では、その上位準位であるレベル１は、レベル３からの非輻射過程によって、分布が形成されるとともにとともに、レベル２から2.94μm光の放出による分布の寄与を受ける。
【００２４】
一方、2.94μm発振の下位準位の分布は、その準位のイオン同士の相互緩和により、レベル４及びレベル３のうち4Ｉ9/2準位への同時光放出過程による遷移によって減少する。また、1.55μm光の自然放出によってもレベル１の分布は減少する。
【００２５】
上述のように、レベル２とレベル１との反転分布が、特に、下位準位であるレベル１の占有数が、レベル１のＥｒイオン間の相互緩和による減少、及び光の自然放出による減少に依存することから、波長2.94μmのレーザ出力は、下位準位であるレベル１の占有数に依存する。
【００２６】
本発明では、下位準位であるレベル１のＥｒイオンを光の自然放出過程及び他の緩和過程によって、あるいは、光の誘導放出過程によって減少させる手段を設けることによって、レーザ出力を高出力化するものである。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態を模式的に表現した図である。
【００２８】
図１において、レーザ発振装置１００は、レーザヘッド１３０と、その両端にそれぞれ配置された全反射鏡１０及び出力鏡２０を含む。レーザヘッド１３０は、２台のレーザハウジング１１６及び１２８からなる。ハウジング１１６内にはＥｒ：ＹＡＧロッド１１２、Ｘｅフラッシュランプ１１４が配置されている。Ｅｒ：ＹＡＧロッド１１２は、Ｘｅフラッシュランプ１１４の放電により発光するスペクトルをロッドの側面から受けるとともに、ハウジング内の集光器がフラッシュランプの光を受けて反射する光を受け、Ｅｒイオンをその基底順位からポンピングする。一方、ハウジング１２６内にはＥｒ：ＹＡＧロッド１２２、Ｘｅフラッシュランプ１２４が配置され、Ｅｒ：ＹＡＧロッド１２２は、Ｘｅフラッシュランプ１２４の放電により発光するスペクトルをロッドの側面から受けるとともに、ハウジング内の集光器がフラッシュランプの光を受けて反射する光を受け、Ｅｒをその基底順位からポンピングする。ハウジング１１６とハウジング１２８は、Ｅｒ：ＹＡＧロッド１１２とＥｒ：ＹＡＧロッド１２２とが同一軸上に位置するように配置されている。全反射鏡１０及び出力鏡２０は、Ｅｒ：ＹＡＧロッド１１２とＥｒ：ＹＡＧロッド１２２の軸に垂直に配置され、共振器を構成している。全反射鏡１０は、2.94μmの波長に対して１００％反射し、出力鏡は、2.94μmの波長に対して数％透過率があり、透過するもの以外は反射を受けるような反射鏡である。
【００２９】
Ｘｅフラッシュランプ１１４は、パルス電源１１０で所定の繰り返しで放電し、励起光を発する。一方、Ｘｅフラッシュランプ１２４は、パルス電源１２０で所定の繰り返しで放電し、励起光を発する。パルス電源１２０の放電電流パルスは、パルス電源１１０の放電電流パルスより所定時間遅れるようタイミングパルス回路１３１が、パルス電源１１０の放電電流パルスのタイミング信号を受け、タイミングを調整して、パルス電源１２０に供給する。
【００３０】
Ｘｅフラッシュランプ１２４の放電電流のタイミングは、このフラッシュランプの発光によってＥｒ：ＹＡＧロッド１２２のＥｒイオンがポンプされてレーザ発振するレーザパルスが、Ｘｅフラッシュランプ１１４によりポンプされ、Ｅｒ：ＹＡＧロッド１１２がレーザ発振するレーザパルスと重ならないようなタイミングのずれである。このようにすれば、例えば、まずレーザハウジング１１６から100pps又はそれ以上の繰り返しパルス発振を行い、レーザハウジング１１６のパルス発振とパルス発振の中間にレーザハウジング１２６からのパルス発振が位置するように、同じく100pps又はそれ以上の繰り返しパルス発振が行われる。その結果としてこのレーザヘッド１３０からは２倍の200pps又はそれ以上の繰り返しのパルス発振が観測される。本実施例は，Ｅｒ：ＹＡＧロッドのそれぞれを時分割で励起するもので時分割励起方式と呼ぶことができる。いわば、複数の所定のレーザ媒質空間の各々を時分割で励起する方式である。
【００３１】
図２は、このようにして得られるレーザ装置１００から波長2.94μmのレーザパルス出力を示すもので、レーザハウジング１１６からのレーザパルス発振Ａ及びレーザハウジング１２６からのレーザパルス発振Ｂからなることを模式的に示している。
【００３２】
複数個のレーザハウジングを使うことによって、いづれかのレーザハウジングの動作を一時的に休止してレーザハウジング内のＥｒ：ＹＡＧロッドを休ませることである。この休止時間によりレーザ遷移の下位準位（4Ｉ13/2）に存在するＥｒイオンの占有数は基底準位に遷移が促進されレ―ザ発振の高出力が可能になる。
【００３３】
このようにして、繰り返しパルス発振数とパルス発振の持続時間の組み合わせにより200Ｗ又はそれ以上の準連続発振も可能になる。
【００３４】
上記実施例では、２個のレーザハウジングを用いたが、ハウジングの数はこれに制限されるものではない。レーザハウジングの数を増加することによって、各Ｅｒ：ＹＡＧロッドのレーザ動作の時間を軽減し、レーザ装置全体的としてのパルス繰り返し数を上げさらにレーザ出力を増加させることができる。
【００３５】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す概略図である。
【００３６】
図において、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ装置２００は、同一軸上に配置されたレーザハウジング１４６及び１５６、両端に配置された全反射鏡１０及び出力鏡２０を有する。レーザハウジングは共に、Ｅｒ：ＹＡＧロッドを半導体レーザ（LD）で励起する構造になっている。このようなハウジングとして、非特許文献２のFig.6.67に記載の構造を用いることができる。同図の構造は、Ｎｄ：ＹＡＧロッドを用いているが、本発明の実施の形態ではその代わりにＥｒ：ＹＡＧロッドを用いればよい。
【００３７】
図４は、半導体レーザ励起のＥｒ：ＹＡＧレーザハウジング１４６又は１５６の詳細を示す。ハウジング１５６はハウジング１４６と同じ構造であるので、ハウジング１４６について説明し、ハウジング１５６の同じ構成部材を括弧で示し、説明を簡略化する。図４は、図３のレーザ装置においてレーザの軸に垂直なレーザハウジング１４６（１５６）の横断面である。図４において、Ｅｒ：ＹＡＧロッド１４２（１５２）は、サファイアのスリーブ１４３（１５３）内に配置され、サファイアスリープの内壁とレーザロッドの表面とが作る空間には冷却媒質が流れる構造になっている。１４３（１５３）は金属のチェンバーで、３方向からサファイアスリーブを保持している。１４４（１５４）は、半導体レーザアレイで、紙面に垂直な方向にレーザロッドの軸に沿って多数の半導体レーザがアレイをなして配置されている。１４５（１５５）は、レーザロッドと平行に配置された円筒状レンズで、金属チェンバーのスロットに配置され、半導体レーザアレイ１４４（１５４）からのレーザ光を集束してレーザロッドの側面に３方向から照射する。半導体レーザとして4Ｉ9/2準位、あるいは4Ｉ11/2準位に励起できる波長を選択することができる。３方向に配置された半導体レーザアレイ１４４は同時にパルス発振させる。レーザハウジング１５６の３個の半導体レーザアレイ１５４も同時にパルス発振させるが、後者の場合、前者の発光が終了後に発光させるように発光タイミングをずらす。このように半導体レーザアレイの発振のタイミングをずらすことによって、半導体レーザ光によってポンピングを受けるＥｒ：ＹＡＧロッドが切り変わり、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ装置からの2.94μmレーザ出力は、図３と同じようＡ及びＢで示す各々のレーザロッドの発振パルスで構成されたものとなる。
【００３８】
本実施例についても、ハウジングの数を増やし、各ハウジングのＥｒ：ＹＡＧロッドが発振に寄与する時間を減らすことによって、レーザ下位順位の分布を減らし次のレーザ発振への寄与を大きくさせることができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。実施形態１及び実施形態２では、ハウジングを複数用いる場合について説明したが、ハウジングが単一の場合にも、本発明の原理を用いることができる。すなわち、本発明は、Ｅｒ：ＹＡＧのレーザ媒質空間を複数の領域に分割し、その各々を常時ポンピングするのではなく、各空間内で励起時間を分割してポンピングするものであるから、1個のレーザロッドの共振器軸方向に沿って、レーザロッドの所定の場所の各々を時分割でポンピングできればよい。
【００４０】
図５は、第３の実施形態の概略図である。図において、レーザハウジング２４６は、半導体励起レーザハウジングである。この構造は第2の実施例のLD励起レーザハウジング１４６に関して説明した図4と同じような構造をしている。図4との相違点は、半導体レーザアレイ１４４の変わりに、半導体レーザアレイアセンブリが使用される点である。したがって、相違点について説明する。
【００４１】
図６は、半導体レーザアレイアセンブリ２４４を示す斜視図で、アセンブリ２４４は、長さ方向に配列された半導体レーザアレイ２４４１〜２４４７からなる。個々の半導体レーザアレイは、半導体レーザ（ＬＤ）を複数個、個々の発光面が同一方向を向くように配列されたものである。そして個々の半導体レーザアレイのＬＤは、同時に電流供給を受け同時に発振する。しかし、各半導体レーザアレイは、それぞれ異なる時間にレーザ発振するように電流供給を受ける。したがって、半導体レーザアレイアセンブリ２４４の、半導体レーザアレイ２４４１〜２４４７への電流供給を位相をずらして行うと、例えば、半導体レーザアレイ２４４１に所定時間電流パルスを供給し、電流パルスが立ち下がるタイミングで、半導体レーザアレイ２４４２に電流パルスを供給し、以下順に、電流パルスの供給を次の半導体レーザアレイに切り替えていけば、それに伴って、半導体レーザアレイアセンブリからの発振光もアレイ毎に順次切換わる。このため、半導体レーザアレイアセンブリ２４４からのＬＤによって、側面からポンピング光を受けるＥｒ：ＹＡＧロッドの長さ方向の位置は、ロッドの端面に近い位置から順次反対側の端面に向かって移っていく。したがって、Ｅｒ：ＹＡＧロッドのレーザ発振に寄与する位置がロッドの軸方向に空間的に切換わるので、各空間において、Ｅｒイオンの下位準位の分布は次のレーザ作用に関与するまでの間減少し続ける。この実施例では、ＬＤアレイが軸方向に7個の場合について説明したが、その個数はこれに限らず2個以上であればよい。なお、個数を増やせば、レーザロッドの直接発振に寄与する領域は、単位時間当たりで見ると小さくなり、2.94μmの発振パルスのピークは下がるが、個々のＬＤからパルス幅の小さなピーク値の大きなポンピングパルを照射するようにすれば、この点は、解消できると考えられる。
【００４２】
上記各実施の形態では、レーザ媒質の個々の領域に照射するポンピングパルスのパルス幅、パルス間隔、パルスの大きさを適宜調整すると共に、個々の領域間のこれらパルスの位相を調整することによって、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ装置から波長2.94μmの単位時間当たりのエネルギーを増加させることができる。これらの調整によって、準連続のレーザ出力を得ることも期待できる。
【００４３】
図７は、本発明の第4の実施形態の概略図である。本実施例では、上記実施例が、2.94μm遷移の下位準位の分布の減少を主として、その準位からの自然なデイケイ(decay)に委ねるのに対し、本実施例では、下位準位の分布を積極的に減少させようとするものである。図において、本発明の2.94μm光Ｅｒ：ＹＡＧレーザ装置４００は、アークランプに連続放電電流を供給するＣＷ電源９０、ハウジング１１６に収納されたＥｒ：ＹＡＧロッド１１２、Ｋｒアークランプ１１５、レーザロッドの両端に配置された共振器を構成する反射鏡３０及び出力鏡４０を有する。さらに、反射鏡３０の後方に波長1.55μmのレーザ光を発振するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置８０を有する。このレーザ装置からコリメート光学系７０を介して、Ｅｒ：ＹＡＧロッド１１２にその端面から1.55μmのレーザ光が照射される。反射鏡３０は、波長2.94μmに対してはほぼ１００％の反射率を有し、波長1.55μmに対して透過率が１００％近いコーテイングをしてある。本実施形態の場合、レーザ装置のレーザ発振はパルス発振でも、連続発振でもよい。本実施形態では、波長2.94μmのレーザ発振の下位順位が1.55μm遷移の上位準位であることから、外部から1.55μmのレーザ光を導入して、誘導放出によりこの順位の分布を減少させ、これによって、2.94μmのレーザ発振出力の高出力化を図っている。
【００４４】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。先に述べたように、Ｅｒ：ＹＡＧレーザの発振波長は1.55μmおよび2.94μmであるが、2.94μmレーザ遷移の下位準位（4Ｉ13/2）は1.55μmレーザ遷移の上位準位（4Ｉ13/2）になっている。このため、2.94μmレーザ発振の際に同時に1.55μmレーザ発振を可能にすれば、2.94μmレーザ遷移によって下位準位に蓄積される占有数の増加を、適度の1.55μmレーザ発振により2.94μm遷移の下位準位（4Ｉ13/2）と共通になっている1.55μm遷移の上位準位（4Ｉ13/2）から基底準位（4Ｉ15/2）に遷移させ、軽減させることができる。
【００４５】
図８は、本発明の第５の実施形態を示す概略図である。
【００４６】
同図において、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ装置５００は、ハウジング１１６内に収納されたＥｒ：ＹＡＧロッド１１２、Ｋｒアークランプ１１５及び反射鏡５０と反射鏡６０を含む。アークランプは、ＣＷ電源９０から連続的に電力供給を受けアーク放電する。反射鏡５０は、全反射鏡でその表面には、図９（ａ)に示すような、波長1.55μmおよび2.94μmにおいてほぼ100％の反射率を示すような鏡を用いる。他方、出力鏡は2.94μmに対しては95％前後の反射率、一方1.55μmに対しては2.94μmのレーザ発振を妨げない程度の反射率の鏡を製作して用いる。例えば、図９（ｂ）に示すように、波長2.94μmに対しては透過率９５％で、波長1.55μmに対しては反射率９０％程度に設定する。このようにして、2波長発振をさせることにより、2.94μmレーザ発振の高出力化、連続発振化がより容易になることである。
【００４７】
波長2.94μm遷移の下位準位は、同時に波長1.55μm遷移の上位準位であることから、波長1.55μmを同時に発振させることによって、波長2.94μm遷移の下位準位の分布を減少させ、2.94μm発振の上位準位とその下位順位との反転分布数を増加させて2.94μmのレーザ出力を高めることができる。
【００４８】
上記実施形態では、Ｋｒアークランプで連続ポンピングする場合について示したが、半導体レーザアレイでポンピングする場合にも有効である。特に、半導体レーザの発振波長をＥｒイオンの基底準位4Ｉ15／2から4Ｉ11／2に直接ポンピングするような波長を選べば、ポンピングはその準位に集中されるから、出力鏡の1.55μmに対する反射率を100％に設定し、レーザ共振器内の波長1.55μmのレーザ光強度を高めるためることにより誘導放出による4Ｉ13/2準位の分布を一層減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に関するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置の概略図である。
【図２】図１に示すＥｒ：ＹＡＧレーザ装置の出力を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に関するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態で使用するＬＤ励起レーザハウジングの横断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に関するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置の概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態で使用するＬＤアレイアセンブリの斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に関するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置の概略図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に関するＥｒ：ＹＡＧレーザ装置の概略図である。
【図９】本発明の第５の実施形態で使用する共振器を構成する反射鏡の反射率と波長との関係を示す図である。
【図１０】Ｅｒ：ＹＡＧ結晶におけるＥｒイオンのエネルギー図である。
【符号の説明】
【００５０】
８０    １．５５ミクロンレーザ装置
１００，２００，３００，４００、５００    Ｅｒ：ＹＡＧレーザ装置
１１２，１２２，１４２，１５２    Ｅｒ：ＹＡＧロッド
１１４，１２４    Ｘｅフラッシュランプ
１１５    Ｋｒアークランプ
１１６，１２６    ハウジング
１３０    レーザヘッド
９０    ＣＷ電源
１１０，１２０    パルス電源
１３１    タイミング回路
１０，２０，３０，４０，５０，６０    反射鏡
１４６，１５６，２４６    ＬＤ励起レーザハウジング
１４４，１５４    ＬＤアレイ
１４５，１５５    円筒レンズ
２４４    ＬＤアレイアセンブリ
２４４１〜２４４７    ＬＤアレイ
【図１】
2007194369.tif 000003
【図２】
2007194369.tif 000004
【図３】
2007194369.tif 000005
【図４】
2007194369.tif 000006
【図５】
2007194369.tif 000007
【図６】
2007194369.tif 000008
【図７】
2007194369.tif 000009
【図８】
2007194369.tif 000010
【図９】
2007194369.tif 000011
【図１０】
2007194369.tif 000012