(57)【要約】【課題】レーザ媒質の端面に透明伝熱部材を接合する際に、両者間の熱抵抗が低く、レーザ媒質に大きな熱応力を作用させない技術を開発する。【手段】レーザ媒質の端面に反射特性調整膜を形成し、その反射特性調整膜の表面に伝熱部材と同じ材質の層を形成し、同じ材質の層の表面と伝熱部材の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。あるいは、伝熱部材の端面に反射特性調整膜を形成し、その反射特性調整膜の表面にレーザ媒質と同じ材質の層を形成し、同じ材質の層の表面とレーザ媒質の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が低く、レーザ媒質に大きな熱応力が作用しないレーザ装置が得られる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、前記レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに前記励起光が透過する伝熱部材を備えており、前記レーザ媒質の端面と前記伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置を製造する方法であり、
前記レーザ媒質と前記伝熱部材のいずれか一方の部材の端面に反射特性調整膜を形成し、その反射特性調整膜の表面に前記レーザ媒質と前記伝熱部材のうちの他方の部材と同じ材質の層を形成し、
前記同じ材質の層の表面と前記他方の部材の端面を略真空中で活性化し、
活性化した面同志を略真空中で接触させる、レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、前記レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに前記励起光が透過する伝熱部材を備えており、前記レーザ媒質の端面と前記伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置であり、
前記伝熱部材と前記レーザ媒質の間に反射特性調整膜が形成されており、
前記伝熱部材と前記レーザ媒質のいずれか一方の部材と前記反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している、レーザ装置。
【請求項３】
第１伝熱部材とレーザ媒質と可飽和吸収体と第２伝熱部材の順に配置されており、
前記第１伝熱部材の第２端面と前記レーザ媒質の第１端面が接合し、前記レーザ媒質の第２端面と前記可飽和吸収体の第１端面が接し、前記可飽和吸収体の第２端面と前記第２伝熱部材の第１端面が接合しており、
前記可飽和吸収体は、前記レーザ媒質から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和し、
前記第１伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、前記励起光が透過し、
前記第２伝熱部材は、前記可飽和吸収体より熱伝導率が高く、レーザ光が透過し、
前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質の間に第１反射特性調整膜が形成されており、
前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材の間に第２反射特性調整膜が形成されており、
前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質のいずれか一方の部材と前記第１反射特性調整膜の間に、前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質のうちの前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在しており、
前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材のいずれか一方の部材と前記第２反射特性調整膜の間に、前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材のうちの前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している、請求項２のレーザ装置。
【請求項４】
複数個の伝熱部材と複数個のレーザ媒質を備えており、各伝熱部材と各レーザ媒質が交互に配置されており、
前記レーザ媒質は、励起光が入射するとレーザ光を発光し、
前記伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、前記励起光とレーザ光が透過する、請求項２のレーザ装置。
【請求項５】
励起光の入射方向とレーザ光の発光方向が同じ向きであり、
励起光の入射方向と入力光の入射方向が反対向きである
請求項４のレーザ装置。
【請求項６】
前記励起光が入射する端面に近いレーザ媒質より、前記レーザ光を放出する端面に近いレーザ媒質の方が、発光原子濃度が高いことを特徴とする請求項４または５のレーザ装置。
【請求項７】
レーザ媒質と伝熱部材と励起光反射機構を備えており、
前記励起光反射機構は、前記レーザ媒質で反射して前記伝熱部材を通過する励起光を反射して前記伝熱部材を通過して前記レーザ媒質に向かわせる、請求項２のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、固体レーザ媒質を利用するレーザ装置（レーザ発振器とレーザ増幅器を含む）と、その製造方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
励起光が入射すると発光する固体材料が知られている。例えば、Ｎｄ:ＹＡＧ，Ｙｂ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＶＯ４，Ｙｂ：ＹＶＯ４，Ｎｄ：（ｓ−）ＦＡＰ，Ｙｂ（ｓ−）ＦＡＰなどの希土類元素を添加した固体材料は、励起光が入射すると発光する。この固体材料をレーザ共振器のなかに配置すると、レーザ共振器からレーザ光が放出される。本明細書では、励起光を入射してレーザ共振器からレーザ光を放出させる固体材料をレーザ媒質という。また励起光と入力光が入射すると、入力光を増幅した光を放出する固体材料も知られている。本明細書では、この種の固体材料もレーザ媒質という。
【０００３】
動作中のレーザ媒質は発熱するために冷却を要する。特許文献１に、レーザ媒質を冷却する機能を備えた装置が開示されている。特許文献１の技術では、レーザ媒質を円板状とし、同じく円板状に形成した透明な伝熱部材に伝熱する。本明細書では、円板状のレーザ媒質の一方の平面を第１端面といい、他方の平面を第２端面という。特許文献１の技術では、円板状のレーザ媒質の第１端面に円板状の第１伝熱部材を接触させ、円板状のレーザ媒質の第２端面に円板状の第２伝熱部材を接触させてレーザ媒質を第１端面と第２端面の双方から冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，７９６，７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、レーザ媒質と伝熱部材を接触させるために、(1)機械的な力で両部材を接触させておく方法（特許文献１ではoptical contactと表現されている）、(2)両部材を接着材で接着する方法、(3)両部材をエポキシ樹脂で固定する方法、(4)両部材を拡散接合(diffusion bonding)する方法を紹介している。
【０００６】
本発明者らの研究によって、前記(1)から(3)の方法では、レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が高くてレーザ媒質を十分に冷却できないことが判明した。すなわち、レーザ媒質から出力可能なレーザ光強度を必要なレベルにまで増大できないことが判明した。前記(1)では接触面積が不足し、前記(2)と(3)では接着剤やエポキシ樹脂層が熱抵抗となるためである。前記(4)の方法によると、レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗を十分に低下させることはできるものの、高温下で接合することと、レーザ媒質と伝熱部材の熱膨張係数が相違することから、接合後のレーザ媒質に強い熱応力が作用し、これがレーザ媒質の発光能力を低下させ、発光した光の特性を意図しないものに変化させてしまう。
【０００７】
本明細書では、レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が低く、しかも、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させない技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（レーザ装置の製造方法）
本方法では、励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに励起光が透過する（励起光が強度を維持しながら通過することをいう。以下同じ。）伝熱部材を備えており、レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置を製造する。本方法では、レーザ媒質と伝熱部材のいずれか一方の部材の端面に反射特性調整膜を形成し、その反射特性調整膜の表面にレーザ媒質と伝熱部材のうちの他方の部材と同じ材質の層を形成し、「他方の部材と同じ材質の層」の表面と「他方の部材」の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。
【０００９】
ここでいう活性化は、ダングリングボンドを含む新生面を形成する処理をいう。例えば、略真空中でＡｒ等のイオンビームまたは中性原子ビームを試料表面に照射し、表面に吸着していた酸素などを除去し、ダングリングボンドを含む新生面を形成する処理をいう。活性化した面同志を略真空中で接触させると、原子間の相互作用による結合力が発生する。本明細書では、上記を常温接合という。略真空とは、上記したように、表面から酸素を除去して新生面を形成し、その新生面を維持できる真空度を備えた環境をいう。
【００１０】
本方法では、レーザ媒質と伝熱部材のうちのどちらに反射特性調整膜を形成してもよい。レーザ媒質の端面に反射特性調整膜を形成する場合は、その反射特性調整膜の表面に伝熱部材と同じ材質の層（以下では伝熱部材同質層という）を形成し、伝熱部材同質層の表面と伝熱部材の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。この結果、レーザ媒質と、反射特性調整膜と、伝熱部材同質層と、伝熱部材が積層された構造が得られる。伝熱部材の端面に反射特性調整膜を形成する場合は、その反射特性調整膜の表面にレーザ媒質と同じ材質の層（以下ではレーザ媒質同質層という）を形成し、レーザ媒質同質層の表面とレーザ媒質の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。この結果、伝熱部材と、反射特性調整膜と、レーザ媒質同質層と、レーザ媒質が積層された構造が得られる。
本明細書で「レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が接合している」という場合は、正確には、レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が、反射特性調整膜と伝熱部材同質層を介して、または反射特性調整膜とレーザ媒質同質層を介して接合していることをいう。
【００１１】
(レーザ装置)
本明細書では、励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに励起光が透過する伝熱部材を備えており、レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置の新規な構造をも開示する。このレーザ装置では、伝熱部材とレーザ媒質の間に反射特性調整膜が形成されており、伝熱部材とレーザ媒質のいずれか一方の部材と反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在していることを特徴とする。本明細書でいうレーザ装置には、レーザ発振器とレーザ増幅器等が含まれる。
【００１２】
このレーザ装置は、レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えている。この構造は、上記した常温接合方法で製造することができるが、それに限られない。同じ材質の層同志を接合することから、低温度の（従ってレーザ媒質に作用する熱応力が抑制された）拡散結合などによっても得ることができる。
上記によると、レーザ媒質と伝熱部材間の熱抵抗を低くおさえることができ、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させないことができる。
【００１３】
（パルスレーザ装置）
本明細書に記載の技術をパルスレーザ装置に適用すると次の構成となる。このレーザ装置は、第１伝熱部材とレーザ媒質と可飽和吸収体と第２伝熱部材の順に配置されており、第１伝熱部材の第２端面（レーザ媒質側の端面）とレーザ媒質の第１端面（第１伝熱部材側の端面）が接合し、レーザ媒質の第２端面（可飽和吸収体側の端面）と可飽和吸収体の第１端面（レーザ媒質側の端面）が接し、可飽和吸収体の第２端面（第２伝熱部材側の端面）と第２伝熱部材の第１端面（可飽和吸収体側の端面）が接合している。可飽和吸収体は、レーザ媒質から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和する特性を備えており、Ｑスイッチとして動作する。第１伝熱部材は、レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光が透過する。第２伝熱部材は、可飽和吸収体より熱伝導率が高く、レーザ光が透過する（レーザ光が強度を維持して通過することをいう。以下同じ。）。第１伝熱部材とレーザ媒質の間に第１反射特性調整膜が形成されており、可飽和吸収体と第２伝熱部材の間に第２反射特性調整膜が形成されている。第１反射特性調整膜と第２反射特性調整膜の間にパルスレーザ共振器を実現することができる。
このパルスレーザ装置では、第１伝熱部材とレーザ媒質の間と、可飽和吸収体と第２伝熱部材の間に、本明細書で開示する技術を適用する。その結果、第１伝熱部材とレーザ媒質のいずれか一方の部材と第１反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。すなわち、第１伝熱部材と第１反射特性調整膜の間に第１伝熱部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在するか、あるいは、レーザ媒質と第１反射特性調整膜の間にレーザ媒質と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。また、可飽和吸収体と第２伝熱部材のいずれか一方の部材と第２反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。すなわち、可飽和吸収体と第２反射特性調整膜の間に可飽和吸収体と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在するか、あるいは、第２伝熱部材と第２反射特性調整膜の間に第２伝熱部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。
【００１４】
上記によって、レーザ媒質と第１伝熱部材間の熱抵抗を低くおさえることができ、可飽和吸収体と第２伝熱部材間の熱抵抗を低くおさえることができ、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させないことができ、接合後の可飽和吸収体に強い熱応力を作用させないことができる。レーザ媒質の熱は、レーザ媒質に原子レベルで接合しているとともに接合面の全域で接触している第１伝熱部材に効率的に伝熱し、第１伝熱部材からさらに伝熱する。レーザ媒質は第１伝熱部材によって効率的に冷却される。同様に、可飽和吸収体の熱は、可飽和吸収体に原子レベルで接合しているとともに接合面の全域で接触している第２伝熱部材に効率的に伝熱し、第２伝熱部材からさらに伝熱する。可飽和吸収体は第２伝熱部材によって効率的に冷却される。パルスレーザ装置の発熱部が効率的に冷却され、パルスレーザ装置から出力可能なレーザパワーが増大する。
【００１５】
（多段レーザ装置）
複数個のレーザ媒質を直線状に並べて多段に増幅するレーザ装置が必要とされることがある。本明細書に記載の技術を多段の増幅装置に適用すると次の構成となる。この多段増幅装置は、複数個の伝熱部材と複数個のレーザ媒質を備えており、各伝熱部材と各レーザ媒質が交互に配置されている。レーザ媒質は、励起光が入射すると発光し、入力光（種光）を増幅したレーザ光を放出する。伝熱部材は、レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光とレーザ光に透明である（励起光とレーザ光が強度を維持して通過する）。この多段増幅装置は、レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えている。この多段レーザ装置は、レーザ発振器に使用することもできる。
【００１６】
前記した多段増幅装置では、励起光が入射する端面に近いレーザ媒質よりレーザ光を放出する端面に近いレーザ媒質の方が、発光原子濃度が高いことが好ましい。
この場合、励起光の進行に沿って観察すると、まだ励起光が吸収されておらないために励起光強度が高い領域では発光原子濃度が低いレーザ媒質（従って吸収率が低い）を通過し、励起光が吸収された結果として励起光強度が低下した領域では発光原子濃度が高いレーザ媒質（従って吸収率が高い）を通過する関係となる。前者の領域では高強度×低吸収率となり、後者の領域では低強度×高吸収率となり、その積の値が均質化される。多段に配置されたレーザ媒質の温度が均質化され、最高温度が低下する。
【００１７】
（励起光多重反射式レーザ装置）
レーザ媒質の長さ（励起光の入射方向に沿った長さ）が短く、レーザ媒質が励起光を十分に吸収できない場合がある。励起光の入射面からレーザ光の射出面までの距離が短い薄板状のレーザ媒質の場合には、レーザ媒質が励起光を十分に吸収できないという問題が生じる。そのために、励起光の入射面からレーザ媒質中に侵入し、レーザ光の射出面で反射されて励起光の入射面からレーザ媒質外に放出された励起光（本明細書では簡単のためにレーザ媒質で反射された励起光という）を反射してその励起光を再びレーザ媒質に向ける反射機構を備えているレーザ装置が知られている。この場合、レーザ媒質を冷却するために、金属製の伝熱部材に薄板状のレーザ媒質を固定する。この装置の場合、金属製伝熱部材と励起光反射機構が干渉するのを避ける必要があり、レーザ共振器の共振器長が長くなってしまう。伝熱部材と励起光反射機構を用いながら共振器長を短くする技術が必要とされている。
【００１８】
本明細書に記載の技術によると、励起光が透過する部材を伝熱部材に用いることができることから、レーザ媒質で反射して透明伝熱部材を通過する励起光を反射して再び透明伝熱部材を通過してレーザ媒質に向かわせることが可能となる。このために、レーザ媒質で反射して透明伝熱部材を通過する励起光を反射して再び透明伝熱部材を通過してレーザ媒質に向かわせる励起光反射機構を採用することが可能となる。これによって共振器長を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１のパルスレーザ装置の側面図を示す。
【図２】実施例１のパルスレーザ装置の分解斜視図を示す。
【図３】活性化処理前のレーザ媒質と伝熱部材を示す。
【図４】活性化処理中のレーザ媒質と伝熱部材を示す。
【図５】活性化処理後のレーザ媒質と伝熱部材を示す。
【図６】活性化処理後のレーザ媒質と伝熱部材を接触させた後の状態を示す。
【図７】実施例２の多段レーザ装置の側面図を示す。
【図８】実施例３の多重反射式レーザ装置の側面図を示す。
【図９】多重に反射する励起光の光路を図８のＩＸ方向からみた図。
【図１０】多重に反射する励起光の光路を側方からみた図。
【図１１】実施例４の多重反射式レーザ装置の側面図を示す。
【図１２】実施例５の多重反射式レーザ装置の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書で開示する技術は、下記(a)の課題を解決するものであるが、下記の実施例では、その他に、(b)〜(c)の課題を解決する。各課題を解決するそれぞれが有用な技術である。例えば、(a)の課題が解決されなくても(b)の課題が解決されれば、それも有用な技術である。
(a) レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が低く、しかも、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させない技術を提供する。
(b) パルスレーザ装置に適した冷却技術を提供する。
(c) 複数個のレーザ媒質を直線状に多段に並べた多段レーザ装置に適した冷却技術を提供する。
(d) レーザ媒質で反射された励起光を再びレーザ媒質に向ける励起光反射機構と伝熱部材を併用しながら共振器長を短くする技術を提供する。
【００２１】
前記(b)の課題解決のために有用なレーザ装置は、下記の構成を備えている。
第１伝熱部材とレーザ媒質と可飽和吸収体と第２伝熱部材の順に配置されている。
前記第１伝熱部材の第２端面（レーザ媒質側の端面）と前記レーザ媒質の第１端面（第１伝熱部材側の端面）が接合し、前記レーザ媒質の第２端面（可飽和吸収体側の端面）と前記可飽和吸収体の第１端面（レーザ媒質側の端面）が接し、前記可飽和吸収体の第２端面（第２伝熱部材側の端面）と前記第２伝熱部材の第１端面（可飽和吸収体側の端面）が接合している。
前記レーザ媒質は、励起光が入射すると発光する。
前記可飽和吸収体は、前記レーザ媒質から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和する。
前記第１伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、前記励起光が透過する。
前記第２伝熱部材は、前記可飽和吸収体より熱伝導率が高く、レーザ光が透過する。
前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質の間に第１反射特性調整膜が形成されている。
前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材の間に第２反射特性調整膜が形成されている。
前記第１反射特性調整膜と前記レーザ媒質と前記可飽和吸収体と前記第２反射特性調整膜によってパルスレーザ装置が形成されている。
【００２２】
上記装置によると、レーザ媒質の熱は効率的に第１伝熱部材に伝熱し、第１伝熱部材からさらに伝熱する。レーザ媒質は第１伝熱部材によって効率的に冷却される。可飽和吸収体の熱は効率的に第２伝熱部材に伝熱し、第２伝熱部材からさらに伝熱する。可飽和吸収体は第２伝熱部材によって効率的に冷却される。パルスレーザ装置の発熱部が効率的に冷却され、パルスレーザ装置から出力可能なレーザパワーが増大する。
【００２３】
第１伝熱部材とレーザ媒質のいずれか一方の部材と第１反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在しており、可飽和吸収体と第２伝熱部材のいずれか一方の部材と第２反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在していることが好ましいが、不可欠ではない。
【００２４】
前記(c)の課題解決のために有用なレーザ装置は、下記の構成を備えている。
複数個の伝熱部材と複数個のレーザ媒質を備えており、各伝熱部材と各レーザ媒質が交互に配置されている。
前記レーザ媒質は、励起光が入射すると発光し、入力光（種光）のレーザ光を増幅する。
前記伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光とレーザ光が透過する。
前記伝熱部材と前記レーザ媒質の間に反射特性調整膜が形成されている。
この装置によると各レーザ媒質の両端面に伝熱部材が接しており、各レーザ媒質は両端面から効率的に冷却される。
【００２５】
レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えていることが好ましいが、不可欠ではない。
【００２６】
前記(d)の課題解決のために有用なレーザ装置は、下記の構成を備えている。
レーザ媒質と伝熱部材と励起光反射機構を備えており、伝熱部材の端面（レーザ媒質側の端面）とレーザ媒質の端面（伝熱部材側の端面）が接合している。
レーザ媒質は、励起光が入射すると発光する。
伝熱部材は、レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光が透過する。
励起光反射機構は、レーザ媒質で反射して伝熱部材を通過する励起光を反射して伝熱部材を通過してレーザ媒質に向かわせる。
【００２７】
レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えていることが好ましいが、不可欠ではない。
【実施例】
【００２８】
（パルスレーザ装置）
図１は実施例１のパルスレーザ装置の側面図を示し、図２はその分解斜視図を示す。参照番号２は第１伝熱部材を示し、参照番号８はレーザ媒質を示し、参照番号１０は可飽和吸収体を示し、参照番号１６は第２伝熱部材を示している。レーザ媒質８は励起光が入力すると発光し、第２伝熱部材１６を介してパルスレーザ光が放出される。
参照番号６は第１反射特性調整膜であり、励起光に低反射率であり、レーザ光に高反射率である。参照番号１２は第２反射特性調整膜であり、レーザ光に対して中間の反射率である。すなわち、レーザ光の一部を反射して一部が透過する。
レーザ媒質８は励起光が入射すると発光する。可飽和吸収体１０はレーザ媒質８から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和して透明となる。すなわち、可飽和吸収体１０は、第１反射特性調整膜６と第２反射特性調整膜１２の間に閉じ込められているレーザ光の強度が増大すると透明に変化し、受動Ｑスイッチとして動作する。第２伝熱部材１６を介してパルスレーザ光が放出される。
【００２９】
図２はパルスレーザ装置の分解図を示す。レーザ媒質８の端面（第１伝熱部材２側の端面）に第１反射特性調整膜６が形成されており、第１反射特性調整膜６の表面に第１伝熱部材２と同じ材質の層（第１伝熱部材同質層という）４が形成されている。同様に、可飽和吸収体１０の端面（第２伝熱部材１６側の端面）に第２反射特性調整膜１２が形成されており、第２反射特性調整膜１２の表面に第２伝熱部材１６と同じ材質の層（第２伝熱部材同質層という）１４が形成されている。
【００３０】
本実施例では、レーザ媒質８に1.1at.%のＮｄを含むＹＡＧを用いた。レーザ媒質８は直径が５ｍｍで厚みが４ｍｍの円板形状をしている。可飽和吸収体１０にはＣｒ４＋を含むＹＡＧを用いた。励起光４には８０８ｎｍの光を用いた。１０６４ｎｍのパルスレーザ光が得られた。可飽和吸収体１０には、Ｃｒ−ＹＡＧ以外のＱスイッチ材料を利用してもよい。ＬＢＯや水晶といった非線形光学素子でもよい。
【００３１】
本実施例では、誘電体の多層膜をコーティングすることによって第１反射特性調整膜６と第２反射特性調整膜１２を形成した。第１伝熱部材２は、８０８ｎｍの励起光を透過する必要があり、本実施例ではサファイヤ基板を用いた。第２伝熱部材１６は、１０６４ｎｍのレーザ光を透過する必要があり、本実施例ではサファイヤ基板を用いた。
【００３２】
誘電体多層膜（第１反射特性調整膜６，第２反射特性調整膜１２）とサファイヤ基板の間の熱抵抗を低くし、しかも、レーザ媒質８に大きな熱応力が作用しないようにすることは難しい。
機械的な力で誘電体多層膜とサファイヤ基板を接触させておく方法では接触面積が不足し、熱抵抗が下がらない。エポキシ等の接着材で接着する方法によると、接着剤の層が熱抵抗を上げてしまう。誘電体多層膜とサファイヤ基板を拡散接合すると、熱抵抗は低下するもののレーザ媒質８に強い熱応力が作用してしまう。本実施例では、これを避けるために、端面に誘電体多層膜（第１反射特性調整膜６）が形成されているレーザ媒質８とサファイヤ基板（第１伝熱部材２）を常温接合した。また、端面に誘電体多層膜（第２反射特性調整膜１２）が形成されている可飽和吸収体１０とサファイヤ基板（第２伝熱部材１６）を常温接合した。
【００３３】
図２の参照番号４は、第１反射特性調整膜（誘電体多層膜）６の表面に蒸着したアルミナ膜であり、第１伝熱部材（サファイヤ）２と同じ材質の膜である。参照番号１４は、第２反射特性調整膜（誘電体多層膜）１２の表面に蒸着したアルミナ膜であり、第２伝熱部材（サファイヤ）１６と同じ材質の膜である。同じ材質をもっている第１伝熱部材（サファイヤ）２とアルミナ膜４は後記の常温接合で強固に接合する。同様に、同じ材質をもっている第２伝熱部材（サファイヤ）１６とアルミナ膜１４は後記の常温接合で強固に接合する。
【００３４】
図３は、端面に第１反射特性調整膜（誘電体多層膜）６を形成し、その表面に第１伝熱部材２と同じ材質（アルミナ）の膜４を形成したレーザ媒質８の表面（正確にはアルミナ膜４の表面）と、第１伝熱部材（サファイヤ）２の表面を示している。両者が大気中にあると、表面に酸素１８等が吸着し、アルミナ膜４とサファイヤ基板２を接触させても両者は接合しない。
【００３５】
図４は、アルミナ膜４とサファイヤ基板２を略真空環境下に置いて、両者の表面にＡｒ等のイオンビーム２０を照射している様子を示す。表面にイオンビーム２０を照射すると、表面に吸着していた酸素などが除去され、ダングリングボンドを含む新生面が形成される。図５は、新生面が形成されたアルミナ膜４とサファイヤ基板２の表面を示し、表面に結合手が露出している。図６は、表面に結合手が露出しているアルミナ膜４とサファイヤ基板２を接触させた状態を示し、アルミナ膜４とサファイヤ基板２に、原子間の相互作用による結合力が発生し、アルミナ膜４とサファイヤ基板２が強固に接合する。アルミナ膜４とサファイヤ基板２の間の熱抵抗は低い。またアルミナ膜４とサファイヤ基板２は常温で接合するために、レーザ媒質６に大きな熱応力が作用することもない。本実施例では、レーザ媒質８の表面に第１反射特性調整膜６が蒸着されていることから両者間の熱抵抗が低く、第１反射特性調整膜６の表面に第１伝熱部材２と同じ材質の膜４が蒸着されていることから両者間の熱抵抗が低く、第１伝熱部材２と同じ材質の膜４の表面に第１伝熱部材２が常温接合されていることから両者間の熱抵抗が低い。本実施例では、レーザ媒質８と第１伝熱部材２の間の熱抵抗が低い。第１伝熱部材同質層４は、第１伝熱部材２と同じ材質で結晶状態が相違する層である。
【００３６】
可飽和吸収体１０と第２反射特性調整膜１２と第２伝熱部材同質層１４と第２伝熱部材１６の関係も同様であり、第２伝熱部材同質層１４と第２伝熱部材１６は常温接合されている。本実施例では、可飽和吸収体１０と第２伝熱部材１６の間の熱抵抗が低く、可飽和吸収体１０に大きな熱応力が作用することもない。
【００３７】
なお、レーザ媒質８と可飽和吸収体１０の間を常温接合してもよい。レーザ媒質８と可飽和吸収体１０がともにＹＡＧであり、添加物質のみが相違する場合は、両者が同質層であり、同質層形成工程を省略して常温接合することができる。また、図１１に示すように、両者間に反射特性調整膜３０を介在させてもよい。反射特性調整膜３０には、励起光には高反射率であり、レーザ光には低反射率の膜を利用する。レーザ媒質８に反射特性調整膜３０を形成する場合は、その表面に可飽和吸収体同質層を形成しておいて可飽和吸収体１０に常温接合する。可飽和吸収体１０に反射特性調整膜３０を形成する場合は、その表面にレーザ媒質同質層を形成しておいてレーザ媒質８に常温接合する。
なお、第１伝熱部材２と第２伝熱部材１６には、直接ないし間接に図示しない放熱装置を接続することが好ましい。
本実施例では、レーザ媒質８の端面に第１反射特性調整膜６と第１伝熱部材同質層４を形成し、それを第１伝熱部材２に常温接合する。それに代えて、第１伝熱部材２の端面に第１反射特性調整膜６とレーザ媒質同質層を形成し、それをレーザ媒質８に常温接合してもよい。後者の場合は、第１反射特性調整膜６とレーザ媒質８の間に、レーザ媒質同質層が形成される。レーザ媒質同質層は、レーザ媒質８と同じ材質で結晶状態が相違する層である。同様に、第２伝熱部材１６の端面に第２反射特性調整膜１２と可飽和吸収体同質層を形成し、それを可飽和吸収体１０に常温接合してもよい。後者の場合は、第２反射特性調整膜１２と可飽和吸収体１０の間に、可飽和吸収体同質層が形成される。可飽和吸収体同質層は、可飽和吸収体１０と同じ材質で結晶状態が相違する層である。
【００３８】
（多段レーザ装置）
図７は、実施例２のレーザ装置を示し、複数個のレーザ媒質８を直線状に並べて多段に増幅するレーザ装置を示している。各レーザ媒質８は、励起光が入射すると発光し、入力光(種光)のレーザ光を増幅する。各レーザ媒質８の両端面には、レーザ光に対して中間の反射率に調整されている膜６，１２が形成されている。
隣接するレーザ媒質８，８の間に伝熱部材２が挿入されている。伝熱部材２は、レーザ媒質８より熱伝導率が高く、励起光と入力光とレーザ光が透過する。
参照番号４，１４は、反射特性調整膜６，１２と伝熱部材２の間に介在している伝熱部材同質層であり、この同質膜の存在によって、伝熱部材２とレーザ媒質８が常温接合している。参照番号２４は、λ／４板である。λ／４板２４は、図７の右端に配置してもよいし、省略することもできる。シングルパス増幅器の場合は、λ／４板２４が必要とされない。また、λ／４板２４に代えてファラデー回転子を利用してもよい。
伝熱部材２はレーザ媒質８より大径である。図７の装置は、図示しない金属製の円筒に収容して用いる。伝熱部材２の外周面が金属製円筒の内周に接する関係とする。レーザ媒質８の熱は、伝熱部材２を介して金属円筒に伝熱し、効率的に冷却される。
図７では、励起光が左端面に入射しているが、左右の両面から入射するようにしてもよい。入力光は、左右端面のいずれから入射してもよい。
反射特性調整膜の最表面が伝熱部材の材質と同じである場合がある。例えば、反射特性調整膜の最表面がアルミナであり、伝熱部材がサファイヤであることがある。あるいは、反射特性調整膜の最表面がＹＡＧであり、伝熱部材もＹＡＧであることがある。添加物質の種類と量によってＹＡＧは様々な特性に変化し、反射特性調整膜に用いることもできれば、伝熱部材に用いることもできる。この場合は、反射特性調整膜の最表面が同質層を兼ねることができる。
【００３９】
（励起光多重反射式レーザ装置）
図８は、実施例３のレーザ装置を示し、レーザ媒質２８で反射された励起光を反射して再びレーザ媒質２８に入射させる。レーザ媒質２８は薄く（励起光の平均的進行方向（ｘ軸）に沿った距離が短い）、励起光はレーザ媒質２８内を一度往復するだけでは十分に吸収されないので、励起光を多重に反射する。
【００４０】
参照番号２は伝熱部材であり、８０８ｎｍの励起光に透明である。参照番号４は伝熱部材同質層であり、６は第１反射特性調整膜であり、２８はレーザ媒質（実施例１と２のレーザ媒質よりも薄い）であり、３０は第２反射特性調整膜であり、３２はアウトプットカプラーである。
第１反射特性調整膜６は励起光に対して低反射率であり、レーザ光に対して高反射率である。第２反射特性調整膜３０は励起光に対して高反射率であり、レーザ光に対して低反射率である。
【００４１】
図８に示すように、励起光は、励起光が透過する伝熱部材２と励起光が透過する伝熱部材同質層４と励起光が透過する第１反射特性調整膜６を通過してレーザ媒質２８内に侵入する。レーザ媒質２８内を進行した励起光は第２反射特性調整膜３０で反射されてレーザ媒質２８内を左側に向けて進行する。レーザ媒質２８内を左側に向けて進行した励起光は、第１反射特性調整膜６を通過してレーザ媒質２８外に出て、伝熱部材２内を左側に向けて進行する。レーザ媒質２８は薄く、レーザ媒質２８内を一度往復するだけではレーザ媒質２８で励起光を十分に吸収できない。伝熱部材２内を左側に向けて進行する励起光ｂは、まだ利用可能である。そこで、本実施例では励起光反射機構を利用して、励起光ｂを再びレーザ媒質２８に向ける。
【００４２】
図９は、励起光反射機構によって伝熱部材２内を繰り返し通過する励起光の光路を図８のＩＸ方向から観察したものである。
丸印に示す数字は、図８の伝熱部材２内を左側に向けて進行する励起光の反射点を示す。数字は、反射位置の順序を示す。図９のａは、図示しない発光ダイオードから得られる励起光を示し、その他のアルファベットは、レーザ媒質２８または反射点で反射された励起光の光路を示す。例えば、励起光ａはレーザ媒質２８で反射されて光路ｂを進行し、反射点２で反射されて光路ｃを進行し、反射点３で反射されて光路ｄを進行し、レーザ媒質２８で反射されて光路ｅを進行し、反射点４で反射されて光路ｆを進行することを示す。
図１０は、励起光反射機構によって透明伝熱部材２内を繰り返し通過する励起光の光路を側方から観察したものである。ただし、図１０の（Ａ）は図９のＡ−Ａ面内の光路を示し、図１０の（Ｂ）は図９のＢ−Ｂ面内の光路を示している。図８の場合、光路ｂについてはＡ−Ａ面内の光路を示し、光路ｄについてはＢ−Ｂ面内の光路を重ね表示している。
【００４３】
図９と図１０から明らかに、本実施例では、励起光反射機構によって、励起光がレーザ媒質２８に６回到着する（光路ａ，ｄ，ｇ，ｊ，ｍ，ｐ）。レーザ媒質２８は薄いといえども、６回往復する間に必要なだけ吸収され、必要とされる強度のレーザ光を放出する。
【００４４】
励起光反射機構を備えた従来のレーザ装置では、伝熱部材２が金属であり、励起光が通過しなかった。そこで、励起光反射機構を図８のレーザ媒質２８の右側に配置していた。そのために、アウトプットカプラー３２と励起光反射機構の干渉を避ける必要があり、アウトプットカプラー３２とレーザ媒質２８間の距離を短くすることができなかった。アウトプットカプラー３２とレーザ媒質２８間の距離は、レーザ共振器の共振器帳に影響する。共振器帳が長いと、例えばパルスレーザのパルス時間を短くてして尖頭パワーを増大させるといったことが難しくなる。本実施例によると、励起光反射機構を図８のレーザ媒質２８の左側に配置することができ、アウトプットカプラー３２とレーザ媒質２８間の距離を自由に設定することができる。パルスレーザのパルス時間を短くてして尖頭パワーを増大させるといったことが可能となる。
【００４５】
（第４実施例）
図１１の実施例は、図８〜図１０の励起光反射機構と、図１のＱスイッチを合わせ持つ励起光多重反射式パルスレーザ装置である。説明済みの事象について重複説明を省略する。本実施例では、レーザ媒質８と可飽和吸収体１０の間に反射特性調整膜３０を介在させる。反射特性調整膜３０には、励起光には高反射率であり、レーザ光には低反射率の膜を利用する。また、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０を常温接合してもよい。この場合、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０のいずれかの一方に反射特性調整膜３０を蒸着し、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０の他方と同じ材質の膜を反射特性調整膜３０の表面に蒸着し、両者を常温接合する。この結果、反射特性調整膜３０とレーザ媒質２８の間にレーザ媒質２８と同じ材質の層が形成されるか、あるいは反射特性調整膜３０と可飽和吸収体１０の間に可飽和吸収体１０と同じ材質の層が形成される。
【００４６】
（第５実施例）
図１２の実施例は、図８〜図１０の励起光反射機構を備えており、レーザ媒質８の端面に、反射特性調整膜とアウトプットカプラーを兼用する膜３４が形成されている。これによって、連続レーザ光を放出するレーザ装置の構成が簡単化される。図１２の場合、膜３４の右端面に図示しない伝熱部材を接合してもよい。レーザ媒質２８を両端面から冷却することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４８】
２：第１伝熱部材
４：第１伝熱部材同質層
６：第１反射特性調整膜
８：レーザ媒質
１０：可飽和吸収体
１２：第２反射特性調整膜
１４：第２伝熱部材同質層
１６：第２伝熱部材
１８：汚染原子（酸素原子）
２０：イオンビーム：ＦＡＢ(Fast Atom Beam) 
２２：結合手
２４：λ／４板
２８：レーザ媒質
３０：反射特性調整膜
３２：アウトプットカプラー
３４：第２反射特性調整膜兼アウトプットカプラー
【図１】
2017220652.tif 000003
【図２】
2017220652.tif 000004
【図３】
2017220652.tif 000005
【図４】
2017220652.tif 000006
【図５】
2017220652.tif 000007
【図６】
2017220652.tif 000008
【図７】
2017220652.tif 000009
【図８】
2017220652.tif 000010
【図９】
2017220652.tif 000011
【図１０】
2017220652.tif 000012
【図１１】
2017220652.tif 000013
【図１２】
2017220652.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月30日(2017.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、前記レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに前記励起光が透過する伝熱部材を備えており、前記レーザ媒質の端面と前記伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置を製造する方法であり、
前記レーザ媒質と前記伝熱部材のいずれか一方の部材の端面に反射特性調整膜を形成し、その反射特性調整膜の表面に前記レーザ媒質と前記伝熱部材のうちの他方の部材と同じ材質の層を形成し、
前記同じ材質の層の表面と前記他方の部材の端面を略真空中で活性化し、
活性化した面同志を略真空中で接触させる、レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、前記レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに前記励起光が透過する伝熱部材を備えており、前記レーザ媒質の端面と前記伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置であり、
前記伝熱部材と前記レーザ媒質の間に反射特性調整膜が形成されており、
前記伝熱部材と前記レーザ媒質のいずれか一方の部材と前記反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している、レーザ装置。
【請求項３】
第１伝熱部材とレーザ媒質と可飽和吸収体と第２伝熱部材の順に配置されており、
前記第１伝熱部材の第２端面と前記レーザ媒質の第１端面が接合し、前記レーザ媒質の第２端面と前記可飽和吸収体の第１端面が接し、前記可飽和吸収体の第２端面と前記第２伝熱部材の第１端面が接合しており、
前記可飽和吸収体は、前記レーザ媒質から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和し、
前記第１伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、前記励起光が透過し、
前記第２伝熱部材は、前記可飽和吸収体より熱伝導率が高く、レーザ光が透過し、
前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質の間に第１反射特性調整膜が形成されており、
前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材の間に第２反射特性調整膜が形成されており、
前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質のいずれか一方の部材と前記第１反射特性調整膜の間に、前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質のうちの前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在しており、
前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材のいずれか一方の部材と前記第２反射特性調整膜の間に、前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材のうちの前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している、請求項２のレーザ装置。
【請求項４】
複数個の伝熱部材と複数個のレーザ媒質を備えており、各伝熱部材と各レーザ媒質が交互に配置されており、
前記レーザ媒質は、励起光が入射するとレーザ光を発光し、
前記伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、前記励起光とレーザ光が透過する、請求項２のレーザ装置。
【請求項５】
前記レーザ媒質は、励起光と入力光が入射すると入力光を増幅した光を発光する、請求項４のレーザ装置。
【請求項６】
励起光の入射方向とレーザ光の発光方向が同じ向きであり、
励起光の入射方向と入力光の入射方向が反対向きである、請求項５のレーザ装置。
【請求項７】
前記励起光が入射する端面に近いレーザ媒質の発光原子濃度が低く、前記励起光が入射する端面から遠いレーザ媒質の発光原子濃度が高いことを特徴とする請求項４または５のレーザ装置。
【請求項８】
レーザ媒質と伝熱部材と励起光反射機構を備えており、
前記励起光反射機構は、前記レーザ媒質で反射して前記伝熱部材を通過する励起光を反射して前記伝熱部材を通過して前記レーザ媒質に向かわせる、請求項２のレーザ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、固体レーザ媒質を利用するレーザ装置（レーザ発振器とレーザ増幅器を含む）と、その製造方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
励起光が入射すると発光する固体材料が知られている。例えば、Ｎｄ:ＹＡＧ，Ｙｂ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＶＯ４，Ｙｂ：ＹＶＯ４，Ｎｄ：（ｓ−）ＦＡＰ，Ｙｂ：（ｓ−）ＦＡＰなどの希土類元素を添加した固体材料は、励起光が入射すると発光する。この固体材料をレーザ共振器のなかに配置すると、レーザ共振器からレーザ光が放出される。本明細書では、励起光を入射してレーザ共振器からレーザ光を放出させる固体材料をレーザ媒質という。また、励起光と入力光が入射すると、入力光を増幅した光を放出する固体材料も知られている。本明細書では、この種の固体材料もレーザ媒質という。
【０００３】
動作中のレーザ媒質は発熱するために冷却を要する。特許文献１に、レーザ媒質を冷却する機能を備えた装置が開示されている。特許文献１の技術では、レーザ媒質を円板状とし、同じく円板状に形成した透明な伝熱部材に伝熱する。本明細書では、円板状のレーザ媒質の一方の平面を第１端面といい、他方の平面を第２端面という。特許文献１の技術では、円板状のレーザ媒質の第１端面に円板状の第１伝熱部材を接触させ、円板状のレーザ媒質の第２端面に円板状の第２伝熱部材を接触させてレーザ媒質を第１端面と第２端面の双方から冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，７９６，７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、レーザ媒質と伝熱部材を接触させるために、(1)機械的な力で両部材を接触させておく方法（特許文献１ではoptical contactと表現されている）、(2)両部材を接着材で接着する方法、(3)両部材をエポキシ樹脂で固定する方法、(4)両部材を拡散接合(diffusion bonding)する方法を紹介している。
【０００６】
本発明者らの研究によって、前記(1)から(3)の方法では、レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が高くてレーザ媒質を十分に冷却できないことが判明した。すなわち、レーザ媒質から出力可能なレーザ光強度を必要なレベルにまで増大できないことが判明した。前記(1)では接触面積が不足し、前記(2)と(3)では接着剤やエポキシ樹脂層が熱抵抗となるためである。前記(4)の方法によると、レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗を十分に低下させることはできるものの、高温下で接合することと、レーザ媒質と伝熱部材の熱膨張係数が相違することから、接合後のレーザ媒質に強い熱応力が作用し、これがレーザ媒質の発光能力を低下させ、発光した光の特性を意図しないものに変化させてしまう。
【０００７】
本明細書では、レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が低く、しかも、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させない技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（レーザ装置の製造方法）
本方法では、励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに励起光が透過する（励起光が強度を維持しながら通過することをいう。以下同じ。）伝熱部材を備えており、レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置を製造する。本方法では、レーザ媒質と伝熱部材のいずれか一方の部材の端面に反射特性調整膜を形成し、その反射特性調整膜の表面にレーザ媒質と伝熱部材のうちの他方の部材と同じ材質の層を形成し、「他方の部材と同じ材質の層」の表面と「他方の部材」の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。
【０００９】
ここでいう活性化は、ダングリングボンドを含む新生面を形成する処理をいう。例えば、略真空中でＡｒ等のイオンビームまたは中性原子ビームを試料表面に照射し、表面に吸着していた酸素などを除去し、ダングリングボンドを含む新生面を形成する処理をいう。活性化した面同志を略真空中で接触させると、原子間の相互作用による結合力が発生する。本明細書では、上記を常温接合という。略真空とは、上記したように、表面から酸素を除去して新生面を形成し、その新生面を維持できる真空度を備えた環境をいう。
【００１０】
本方法では、レーザ媒質と伝熱部材のうちのどちらに反射特性調整膜を形成してもよい。レーザ媒質の端面に反射特性調整膜を形成する場合は、その反射特性調整膜の表面に伝熱部材と同じ材質の層（以下では伝熱部材同質層という）を形成し、伝熱部材同質層の表面と伝熱部材の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。この結果、レーザ媒質と、反射特性調整膜と、伝熱部材同質層と、伝熱部材が積層された構造が得られる。伝熱部材の端面に反射特性調整膜を形成する場合は、その反射特性調整膜の表面にレーザ媒質と同じ材質の層（以下ではレーザ媒質同質層という）を形成し、レーザ媒質同質層の表面とレーザ媒質の端面を略真空中で活性化し、活性化した面同志を略真空中で接触させる。この結果、伝熱部材と、反射特性調整膜と、レーザ媒質同質層と、レーザ媒質が積層された構造が得られる。
本明細書で「レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が接合している」という場合は、正確には、レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が、反射特性調整膜と伝熱部材同質層を介して、または反射特性調整膜とレーザ媒質同質層を介して接合していることをいう。
【００１１】
(レーザ装置)
本明細書では、励起光が入射すると発光するレーザ媒質と、レーザ媒質より熱伝導率が高いとともに励起光が透過する伝熱部材を備えており、レーザ媒質の端面と伝熱部材の端面が接合しているレーザ装置の新規な構造をも開示する。このレーザ装置では、伝熱部材とレーザ媒質の間に反射特性調整膜が形成されており、伝熱部材とレーザ媒質のいずれか一方の部材と反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在していることを特徴とする。本明細書でいうレーザ装置には、レーザ発振器とレーザ増幅器等が含まれる。
【００１２】
このレーザ装置は、レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えている。この構造は、上記した常温接合方法で製造することができるが、それに限られない。同じ材質の層同志を接合することから、低温度の（従ってレーザ媒質に作用する熱応力が抑制された）拡散結合などによっても得ることができる。
上記によると、レーザ媒質と伝熱部材間の熱抵抗を低くおさえることができ、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させないことができる。
【００１３】
（パルスレーザ装置）
本明細書に記載の技術をパルスレーザ装置に適用すると次の構成となる。このレーザ装置は、第１伝熱部材とレーザ媒質と可飽和吸収体と第２伝熱部材の順に配置されており、第１伝熱部材の第２端面（レーザ媒質側の端面）とレーザ媒質の第１端面（第１伝熱部材側の端面）が接合し、レーザ媒質の第２端面（可飽和吸収体側の端面）と可飽和吸収体の第１端面（レーザ媒質側の端面）が接し、可飽和吸収体の第２端面（第２伝熱部材側の端面）と第２伝熱部材の第１端面（可飽和吸収体側の端面）が接合している。可飽和吸収体は、レーザ媒質から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和する特性を備えており、Ｑスイッチとして動作する。第１伝熱部材は、レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光が透過する。第２伝熱部材は、可飽和吸収体より熱伝導率が高く、レーザ光が透過する（レーザ光が強度を維持して通過することをいう。以下同じ。）。第１伝熱部材とレーザ媒質の間に第１反射特性調整膜が形成されており、可飽和吸収体と第２伝熱部材の間に第２反射特性調整膜が形成されている。第１反射特性調整膜と第２反射特性調整膜の間にパルスレーザ共振器を実現することができる。
このパルスレーザ装置では、第１伝熱部材とレーザ媒質の間と、可飽和吸収体と第２伝熱部材の間に、本明細書で開示する技術を適用する。その結果、第１伝熱部材とレーザ媒質のいずれか一方の部材と第１反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。すなわち、第１伝熱部材と第１反射特性調整膜の間に第１伝熱部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在するか、あるいは、レーザ媒質と第１反射特性調整膜の間にレーザ媒質と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。また、可飽和吸収体と第２伝熱部材のいずれか一方の部材と第２反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。すなわち、可飽和吸収体と第２反射特性調整膜の間に可飽和吸収体と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在するか、あるいは、第２伝熱部材と第２反射特性調整膜の間に第２伝熱部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在している。
【００１４】
上記によって、レーザ媒質と第１伝熱部材間の熱抵抗を低くおさえることができ、可飽和吸収体と第２伝熱部材間の熱抵抗を低くおさえることができ、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させないことができ、接合後の可飽和吸収体に強い熱応力を作用させないことができる。レーザ媒質の熱は、レーザ媒質に原子レベルで接合している第１伝熱部材に効率的に伝熱し、第１伝熱部材からさらに伝熱する。レーザ媒質は第１伝熱部材によって効率的に冷却される。同様に、可飽和吸収体の熱は、可飽和吸収体に原子レベルで接合している第２伝熱部材に効率的に伝熱し、第２伝熱部材からさらに伝熱する。可飽和吸収体は第２伝熱部材によって効率的に冷却される。パルスレーザ装置の発熱部が効率的に冷却され、パルスレーザ装置から出力可能なレーザパワーが増大する。
【００１５】
（多段レーザ装置）
複数個のレーザ媒質を直線状に並べた多段のレーザ装置が必要とされることがある。本明細書に記載の技術を多段のレーザ装置に適用すると次の構成となる。この多段のレーザ装置は、複数個の伝熱部材と複数個のレーザ媒質を備えており、各伝熱部材と各レーザ媒質が交互に配置されている。レーザ媒質は、励起光が入射すると発光する。伝熱部材は、レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光とレーザ光に透明である（励起光とレーザ光が強度を維持して通過する）。この多段のレーザ装置は、レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えている。この多段のレーザ装置は、レーザ発振器に使用することができる。上記のレーザ媒質に、励起光と入力光（種光）が入射すると入力光を増幅した光を発光する固体材料を使用することができる。これによって多段のレーザ増幅器が得られる。
【００１６】
前記した多段のレーザ装置では、励起光が入射する端面に近いレーザ媒質よりレーザ光を放出する端面に近いレーザ媒質の方が、発光原子濃度が高いことが好ましい。
この場合、励起光の進行に沿って観察すると、まだ励起光が吸収されていないために励起光強度が高い領域では発光原子濃度が低いレーザ媒質（従って吸収率が低い）を通過し、励起光が吸収された結果として励起光強度が低下した領域では発光原子濃度が高いレーザ媒質（従って吸収率が高い）を通過する関係となる。前者の領域では高強度×低吸収率となり、後者の領域では低強度×高吸収率となり、その積の値が均質化される。励起光の入射端面に近いレーザ媒質の発光原子濃度が低く、励起光の入射端面から遠いレーザ媒質の発光原子濃度が高いと、多段に配置されたレーザ媒質の温度が均質化され、最高温度が低下する。
【００１７】
（励起光多重反射式レーザ装置）
レーザ媒質の長さ（励起光の入射方向に沿った長さ）が短く、レーザ媒質が励起光を十分に吸収できない場合がある。励起光の入射面からレーザ光の射出面までの距離が短い薄板状のレーザ媒質の場合には、レーザ媒質が励起光を十分に吸収できないという問題が生じる。そのために、励起光の入射面からレーザ媒質中に侵入し、レーザ光の射出面で反射されて励起光の入射面からレーザ媒質外に放出された励起光（本明細書では簡単のためにレーザ媒質で反射された励起光という）を反射してその励起光を再びレーザ媒質に向ける反射機構を備えているレーザ装置が知られている。従来の装置では、レーザ媒質を冷却するために、金属製の伝熱部材に薄板状のレーザ媒質を固定する。この装置の場合、金属製伝熱部材と励起光反射機構が干渉するのを避ける必要があり、レーザ共振器の共振器長が長くなってしまう。伝熱部材と励起光反射機構を用いながら共振器長を短くする技術が必要とされている。
【００１８】
本明細書に記載の技術によると、励起光が透過する部材を伝熱部材に用いることができることから、レーザ媒質で反射して透明伝熱部材を通過する励起光を反射して再び透明伝熱部材を通過してレーザ媒質に向かわせることが可能となる。このために、レーザ媒質で反射して透明伝熱部材を通過する励起光を反射して再び透明伝熱部材を通過してレーザ媒質に向かわせる励起光反射機構を採用することが可能となる。これによって共振器長を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１のパルスレーザ装置の側面図を示す。
【図２】実施例１のパルスレーザ装置の分解斜視図を示す。
【図３】活性化処理前のレーザ媒質と伝熱部材を示す。
【図４】活性化処理中のレーザ媒質と伝熱部材を示す。
【図５】活性化処理後のレーザ媒質と伝熱部材を示す。
【図６】活性化処理後のレーザ媒質と伝熱部材を接触させた後の状態を示す。
【図７】実施例２の多段レーザ装置の側面図を示す。
【図８】実施例３の多重反射式レーザ装置の側面図を示す。
【図９】多重に反射する励起光の光路を図８のＩＸ方向からみた図。
【図１０】多重に反射する励起光の光路を側方からみた図。
【図１１】実施例４の多重反射式レーザ装置の側面図を示す。
【図１２】実施例５の多重反射式レーザ装置の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書で開示する技術は、下記(a)の課題を解決するものであるが、下記の実施例では、その他に、(b)〜(d)の課題を解決する。各課題を解決するそれぞれが有用な技術である。例えば、(a)の課題が解決されなくても(b)の課題が解決されれば、それも有用な技術である。
(a) レーザ媒質と伝熱部材の間の熱抵抗が低く、しかも、接合後のレーザ媒質に強い熱応力を作用させない技術を提供する。
(b) パルスレーザ装置に適した冷却技術を提供する
(c) 複数個のレーザ媒質を直線状に多段に並べた多段レーザ装置に適した冷却技術を提供する。
(d) レーザ媒質で反射された励起光を再びレーザ媒質に向ける励起光反射機構と伝熱部材を併用しながら共振器長を短くする技術を提供する。
【００２１】
前記(b)の課題解決のために有用なレーザ装置は、下記の構成を備えている。
第１伝熱部材とレーザ媒質と可飽和吸収体と第２伝熱部材の順に配置されている。
前記第１伝熱部材の第２端面（レーザ媒質側の端面）と前記レーザ媒質の第１端面（第１伝熱部材側の端面）が接合し、前記レーザ媒質の第２端面（可飽和吸収体側の端面）と前記可飽和吸収体の第１端面（レーザ媒質側の端面）が接し、前記可飽和吸収体の第２端面（第２伝熱部材側の端面）と前記第２伝熱部材の第１端面（可飽和吸収体側の端面）が接合している。
前記レーザ媒質は、励起光が入射すると発光する。
前記可飽和吸収体は、前記レーザ媒質から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和する。
前記第１伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、前記励起光が透過する。
前記第２伝熱部材は、前記可飽和吸収体より熱伝導率が高く、レーザ光が透過する。
前記第１伝熱部材と前記レーザ媒質の間に第１反射特性調整膜が形成されている。
前記可飽和吸収体と前記第２伝熱部材の間に第２反射特性調整膜が形成されている。
前記第１反射特性調整膜と前記レーザ媒質と前記可飽和吸収体と前記第２反射特性調整膜によってパルスレーザ装置が形成されている。
【００２２】
上記装置によると、レーザ媒質の熱は効率的に第１伝熱部材に伝熱し、第１伝熱部材からさらに伝熱する。レーザ媒質は第１伝熱部材によって効率的に冷却される。可飽和吸収体の熱は効率的に第２伝熱部材に伝熱し、第２伝熱部材からさらに伝熱する。可飽和吸収体は第２伝熱部材によって効率的に冷却される。パルスレーザ装置の発熱部が効率的に冷却され、パルスレーザ装置から出力可能なレーザパワーが増大する。
【００２３】
第１伝熱部材とレーザ媒質のいずれか一方の部材と第１反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在しており、可飽和吸収体と第２伝熱部材のいずれか一方の部材と第２反射特性調整膜の間に、前記一方の部材と同じ材質で結晶状態が相違する層が介在していることが好ましいが、不可欠ではない。
【００２４】
前記(c)の課題解決のために有用なレーザ装置は、下記の構成を備えている。
複数個の伝熱部材と複数個のレーザ媒質を備えており、各伝熱部材と各レーザ媒質が交互に配置されている。
前記レーザ媒質は、励起光が入射すると発光する。励起光と入力光（種光）が入射すると増幅光を放射するものであってもよい。
前記伝熱部材は、前記レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光とレーザ光が透過する。
前記伝熱部材と前記レーザ媒質の間に反射特性調整膜が形成されている。
この装置によると各レーザ媒質の両端面に伝熱部材が接しており、各レーザ媒質は両端面から効率的に冷却される。
【００２５】
レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えていることが好ましいが、不可欠ではない。
【００２６】
前記(d)の課題解決のために有用なレーザ装置は、下記の構成を備えている。
レーザ媒質と伝熱部材と励起光反射機構を備えており、伝熱部材の端面（レーザ媒質側の端面）とレーザ媒質の端面（伝熱部材側の端面）が接合している。
レーザ媒質は、励起光が入射すると発光する。
伝熱部材は、レーザ媒質より熱伝導率が高く、励起光が透過する。
励起光反射機構は、レーザ媒質で反射して伝熱部材を通過する励起光を反射して伝熱部材を通過してレーザ媒質に向かわせる。
【００２７】
レーザ媒質と反射特性調整膜と伝熱部材同質層と伝熱部材が積層された構造、あるいは、伝熱部材と反射特性調整膜とレーザ媒質同質層とレーザ媒質が積層された構造を備えていることが好ましいが、不可欠ではない。
【実施例】
【００２８】
（パルスレーザ装置）
図１は実施例１のパルスレーザ装置の側面図を示し、図２はその分解斜視図を示す。参照番号２は第１伝熱部材を示し、参照番号８はレーザ媒質を示し、参照番号１０は可飽和吸収体を示し、参照番号１６は第２伝熱部材を示している。レーザ媒質８は励起光が入力すると発光し、第２伝熱部材１６を介してパルスレーザ光が放出される。
参照番号６は第１反射特性調整膜であり、励起光に低反射率であり、レーザ光に高反射率である。参照番号１２は第２反射特性調整膜であり、レーザ光に対して中間の反射率である。すなわち、レーザ光の一部を反射して一部が透過する。
レーザ媒質８は励起光が入射すると発光する。可飽和吸収体１０はレーザ媒質８から入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和して透明となる。すなわち、可飽和吸収体１０は、第１反射特性調整膜６と第２反射特性調整膜１２の間に閉じ込められているレーザ光の強度が増大すると透明に変化し、受動Ｑスイッチとして動作する。第２伝熱部材１６を介してパルスレーザ光が放出される。
【００２９】
図２はパルスレーザ装置の分解図を示す。レーザ媒質８の端面（第１伝熱部材２側の端面）に第１反射特性調整膜６が形成されており、第１反射特性調整膜６の表面に第１伝熱部材２と同じ材質の層（第１伝熱部材同質層という）４が形成されている。同様に、可飽和吸収体１０の端面（第２伝熱部材１６側の端面）に第２反射特性調整膜１２が形成されており、第２反射特性調整膜１２の表面に第２伝熱部材１６と同じ材質の層（第２伝熱部材同質層という）１４が形成されている。
【００３０】
本実施例では、レーザ媒質８に1.1at.%のＮｄを含むＹＡＧを用いた。レーザ媒質８は直径が５ｍｍで厚みが４ｍｍの円板形状をしている。可飽和吸収体１０にはＣｒ４＋を含むＹＡＧを用いた。励起光４には８０８ｎｍの光を用いた。１０６４ｎｍのパルスレーザ光が得られた。可飽和吸収体１０には、Ｃｒ−ＹＡＧ以外のＱスイッチ材料を利用してもよい。ＬＢＯや水晶といった非線形光学素子でもよい。
【００３１】
本実施例では、誘電体の多層膜をコーティングすることによって第１反射特性調整膜６と第２反射特性調整膜１２を形成した。第１伝熱部材２は、８０８ｎｍの励起光を透過する必要があり、本実施例ではサファイヤ基板を用いた。第２伝熱部材１６は、１０６４ｎｍのレーザ光を透過する必要があり、本実施例ではサファイヤ基板を用いた。
【００３２】
誘電体多層膜（第１反射特性調整膜６，第２反射特性調整膜１２）とサファイヤ基板の間の熱抵抗を低くし、しかも、レーザ媒質８に大きな熱応力が作用しないようにすることは難しい。
機械的な力で誘電体多層膜とサファイヤ基板を接触させておく方法では接触面積が不足し、熱抵抗が下がらない。エポキシ等の接着材で接着する方法によると、接着剤の層が熱抵抗を上げてしまう。誘電体多層膜とサファイヤ基板を拡散接合すると、熱抵抗は低下するもののレーザ媒質８に強い熱応力が作用してしまう。本実施例では、これを避けるために、端面に誘電体多層膜（第１反射特性調整膜６）が形成されているレーザ媒質８とサファイヤ基板（第１伝熱部材２）を常温接合した。また、端面に誘電体多層膜（第２反射特性調整膜１２）が形成されている可飽和吸収体１０とサファイヤ基板（第２伝熱部材１６）を常温接合した。
【００３３】
図２の参照番号４は、第１反射特性調整膜（誘電体多層膜）６の表面に蒸着したアルミナ膜であり、第１伝熱部材（サファイヤ）２と同じ材質の膜である。参照番号１４は、第２反射特性調整膜（誘電体多層膜）１２の表面に蒸着したアルミナ膜であり、第２伝熱部材（サファイヤ）１６と同じ材質の膜である。同じ材質をもっている第１伝熱部材（サファイヤ）２とアルミナ膜４は後記の常温接合で強固に接合する。同様に、同じ材質をもっている第２伝熱部材（サファイヤ）１６とアルミナ膜１４は後記の常温接合で強固に接合する。
【００３４】
図３は、端面に第１反射特性調整膜（誘電体多層膜）６を形成し、その表面に第１伝熱部材２と同じ材質（アルミナ）の膜４を形成したレーザ媒質８の表面（正確にはアルミナ膜４の表面）と、第１伝熱部材（サファイヤ）２の表面を示している。両者が大気中にあると、表面に酸素１８等が吸着し、アルミナ膜４とサファイヤ基板２を接触させても両者は接合しない。
【００３５】
図４は、アルミナ膜４とサファイヤ基板２を略真空環境下に置いて、両者の表面４ａ，２ａにＡｒ等のイオンビーム２０を照射している様子を示す。表面にイオンビーム２０を照射すると、表面に吸着していた酸素などが除去され、ダングリングボンドを含む新生面が形成される。図５は、新生面が形成されたアルミナ膜４とサファイヤ基板２の表面４ａ，２ａを示し、表面に結合手２２が露出している。図６は、表面に結合手が露出しているアルミナ膜４とサファイヤ基板２を接触させた状態を示し、アルミナ膜４とサファイヤ基板２に、原子間の相互作用による結合力が発生し、アルミナ膜４とサファイヤ基板２が強固に接合する。アルミナ膜４とサファイヤ基板２の間の熱抵抗は低い。またアルミナ膜４とサファイヤ基板２は常温で接合するために、レーザ媒質８に大きな熱応力が作用することもない。本実施例では、レーザ媒質８の表面に第１反射特性調整膜６が蒸着されていることから両者間の熱抵抗が低く、第１反射特性調整膜６の表面に第１伝熱部材２と同じ材質の膜４が蒸着されていることから両者間の熱抵抗が低く、第１伝熱部材２と同じ材質の膜４の表面に第１伝熱部材２が常温接合されていることから両者間の熱抵抗が低い。本実施例では、レーザ媒質８と第１伝熱部材２の間の熱抵抗が低い。第１伝熱部材同質層４は、第１伝熱部材２と同じ材質で結晶状態が相違する層である。
【００３６】
可飽和吸収体１０と第２反射特性調整膜１２と第２伝熱部材同質層１４と第２伝熱部材１６の関係も同様であり、第２伝熱部材同質層１４と第２伝熱部材１６は常温接合されている。本実施例では、可飽和吸収体１０と第２伝熱部材１６の間の熱抵抗が低く、可飽和吸収体１０に大きな熱応力が作用することもない。
【００３７】
なお、レーザ媒質８と可飽和吸収体１０の間を常温接合してもよい。レーザ媒質８と可飽和吸収体１０がともにＹＡＧであり、添加物質のみが相違する場合は、両者が同質層であり、同質層形成工程を省略して常温接合することができる。また、図１１に示すように、両者間に反射特性調整膜３０を介在させてもよい。反射特性調整膜３０には、励起光には高反射率であり、レーザ光には低反射率の膜を利用する。レーザ媒質２８に反射特性調整膜３０を形成する場合は、その表面に可飽和吸収体同質層を形成しておいて可飽和吸収体１０に常温接合する。可飽和吸収体１０に反射特性調整膜３０を形成する場合は、その表面にレーザ媒質同質層を形成しておいてレーザ媒質２８に常温接合する。
なお、第１伝熱部材２と第２伝熱部材１６には、直接ないし間接に図示しない放熱装置を接続することが好ましい。
図１と図２の実施例では、レーザ媒質８の端面に第１反射特性調整膜６と第１伝熱部材同質層４を形成し、それを第１伝熱部材２に常温接合する。それに代えて、第１伝熱部材２の端面に第１反射特性調整膜６とレーザ媒質同質層を形成し、それをレーザ媒質８に常温接合してもよい。後者の場合は、第１反射特性調整膜６とレーザ媒質８の間に、レーザ媒質同質層が形成される。レーザ媒質同質層は、レーザ媒質８と同じ材質で結晶状態が相違する層である。同様に、第２伝熱部材１６の端面に第２反射特性調整膜１２と可飽和吸収体同質層を形成し、それを可飽和吸収体１０に常温接合してもよい。後者の場合は、第２反射特性調整膜１２と可飽和吸収体１０の間に、可飽和吸収体同質層が形成される。可飽和吸収体同質層は、可飽和吸収体１０と同じ材質で結晶状態が相違する層である。
【００３８】
（多段レーザ装置）
図７は、実施例２のレーザ装置を示し、複数個のレーザ媒質８を直線状に並べて多段に増幅するレーザ装置を示している。各レーザ媒質８は、励起光が入射すると発光し、入力光(種光)のレーザ光を増幅する。各レーザ媒質８の両端面には、レーザ光に対して中間の反射率に調整されている膜６，１２が形成されている。
隣接するレーザ媒質８，８の間に伝熱部材２が挿入されている。伝熱部材２は、レーザ媒質８より熱伝導率が高く、励起光と入力光とレーザ光が透過する。
参照番号４，１４は、反射特性調整膜６，１２と伝熱部材２の間に介在している伝熱部材同質層であり、この同質膜の存在によって、伝熱部材２とレーザ媒質８が常温接合している。参照番号２４は、λ／４板である。λ／４板２４は、図７の右端に配置してもよいし、省略することもできる。シングルパス増幅器の場合は、λ／４板２４が必要とされない。また、λ／４板２４に代えてファラデー回転子を利用してもよい。
伝熱部材２はレーザ媒質８より大径である。図７の装置は、図示しない金属製の円筒に収容して用いる。伝熱部材２の外周面が金属製円筒の内周に接する関係とする。レーザ媒質８の熱は、伝熱部材２を介して金属円筒に伝熱し、効率的に冷却される。
図７では、励起光が左端面に入射しているが、左右の両面から入射するようにしてもよい。入力光は、左右端面のいずれから入射してもよい。
反射特性調整膜の最表面が伝熱部材の材質と同じである場合がある。例えば、反射特性調整膜の最表面がアルミナであり、伝熱部材がサファイヤであることがある。あるいは、反射特性調整膜の最表面がＹＡＧであり、伝熱部材もＹＡＧであることがある。添加物質の種類と量によってＹＡＧは様々な特性に変化し、反射特性調整膜に用いることもできれば、伝熱部材に用いることもできる。この場合は、反射特性調整膜の最表面が同質層を兼ねることができる。
【００３９】
（励起光多重反射式レーザ装置）
図８は、実施例３のレーザ装置を示し、レーザ媒質２８で反射された励起光を反射して再びレーザ媒質２８に入射させる。レーザ媒質２８は薄く（励起光の平均的進行方向（ｘ軸）に沿った距離が短い）、励起光はレーザ媒質２８内を一度往復するだけでは十分に吸収されないので、励起光を多重に反射する。
【００４０】
参照番号２は伝熱部材であり、８０８ｎｍの励起光に透明である。参照番号４は伝熱部材同質層であり、６は第１反射特性調整膜であり、２８はレーザ媒質（実施例１と２のレーザ媒質よりも薄い）であり、３０は第２反射特性調整膜であり、３２はアウトプットカプラーである。
第１反射特性調整膜６は励起光に対して低反射率であり、レーザ光に対して高反射率である。第２反射特性調整膜３０は励起光に対して高反射率であり、レーザ光に対して低反射率である。
【００４１】
図８に示すように、励起光は、励起光が透過する伝熱部材２と励起光が透過する伝熱部材同質層４と励起光が透過する第１反射特性調整膜６を通過してレーザ媒質２８内に侵入する。レーザ媒質２８内を進行した励起光は第２反射特性調整膜３０で反射されてレーザ媒質２８内を左側に向けて進行する。レーザ媒質２８内を左側に向けて進行した励起光は、第１反射特性調整膜６を通過してレーザ媒質２８外に出て、伝熱部材２内を左側に向けて進行する。レーザ媒質２８は薄く、レーザ媒質２８内を一度往復するだけではレーザ媒質２８で励起光を十分に吸収できない。伝熱部材２内を左側に向けて進行する励起光ｂは、まだ利用可能である。そこで、本実施例では励起光反射機構を利用して、励起光ｂを再びレーザ媒質２８に向ける。
【００４２】
図９は、励起光反射機構によって伝熱部材２内を繰り返し通過する励起光の光路を図８のＩＸ方向から観察したものである。
丸印に示す数字は、図８の伝熱部材２内を左側に向けて進行する励起光の反射点を示す。数字は、反射位置の順序を示す。図９のａは、図示しない発光ダイオードから得られる励起光を示し、その他のアルファベットは、レーザ媒質２８または反射点で反射された励起光の光路を示す。例えば、励起光ａはレーザ媒質２８で反射されて光路ｂを進行し、反射点２で反射されて光路ｃを進行し、反射点３で反射されて光路ｄを進行し、レーザ媒質２８で反射されて光路ｅを進行し、反射点４で反射されて光路ｆを進行することを示す。
図１０は、励起光反射機構によって透明伝熱部材２内を繰り返し通過する励起光の光路を側方から観察したものである。ただし、図１０の（Ａ）は図９のＡ−Ａ面内の光路を示し、図１０の（Ｂ）は図９のＢ−Ｂ面内の光路を示している。図８の場合、光路ｂについてはＡ−Ａ面内の光路を示し、光路ｄについてはＢ−Ｂ面内の光路を重ね表示している。
【００４３】
図９と図１０から明らかに、本実施例では、励起光反射機構によって、励起光がレーザ媒質２８に６回到着する（光路ａ，ｄ，ｇ，ｊ，ｍ，ｐ）。レーザ媒質２８は薄いといえども、６回往復する間に必要なだけ吸収され、必要とされる強度のレーザ光を放出する。
【００４４】
励起光反射機構を備えた従来のレーザ装置では、伝熱部材２が金属であり、励起光が通過しなかった。そこで、励起光反射機構を図８のレーザ媒質２８の右側に配置していた。そのために、アウトプットカプラー３２と励起光反射機構の干渉を避ける必要があり、アウトプットカプラー３２とレーザ媒質２８間の距離を短くすることができなかった。アウトプットカプラー３２とレーザ媒質２８間の距離は、レーザ共振器の共振器帳に影響する。共振器帳が長いと、例えばパルスレーザのパルス時間を短くてして尖頭パワーを増大させるといったことが難しくなる。本実施例によると、励起光反射機構を図８のレーザ媒質２８の左側に配置することができ、アウトプットカプラー３２とレーザ媒質２８間の距離を自由に設定することができる。パルスレーザのパルス時間を短くてして尖頭パワーを増大させるといったことが可能となる。
【００４５】
（第４実施例）
図１１の実施例は、図８〜図１０の励起光反射機構と、図１のＱスイッチを合わせ持つ励起光多重反射式パルスレーザ装置である。説明済みの事象について重複説明を省略する。本実施例では、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０の間に反射特性調整膜３０を介在させる。反射特性調整膜３０には、励起光には高反射率であり、レーザ光には低反射率の膜を利用する。また、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０を常温接合してもよい。この場合、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０のいずれかの一方に反射特性調整膜３０を蒸着し、レーザ媒質２８と可飽和吸収体１０の他方と同じ材質の膜を反射特性調整膜３０の表面に蒸着し、両者を常温接合する。この結果、反射特性調整膜３０とレーザ媒質２８の間にレーザ媒質２８と同じ材質の層が形成されるか、あるいは反射特性調整膜３０と可飽和吸収体１０の間に可飽和吸収体１０と同じ材質の層が形成される。
【００４６】
（第５実施例）
図１２の実施例は、図８〜図１０の励起光反射機構を備えており、レーザ媒質８の端面に、反射特性調整膜とアウトプットカプラーを兼用する膜３４が形成されている。これによって、連続レーザ光を放出するレーザ装置の構成が簡単化される。図１２の場合、膜３４の右端面に図示しない伝熱部材を接合してもよい。レーザ媒質２８を両端面から冷却することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４８】
２：第１伝熱部材
４：第１伝熱部材同質層
６：第１反射特性調整膜
８：レーザ媒質
１０：可飽和吸収体
１２：第２反射特性調整膜
１４：第２伝熱部材同質層
１６：第２伝熱部材
１８：汚染原子（酸素原子）
２０：イオンビーム：ＦＡＢ(Fast Atom Beam) 
２２：結合手
２４：λ／４板
２８：レーザ媒質
３０：反射特性調整膜
３２：アウトプットカプラー
３４：第２反射特性調整膜兼アウトプットカプラー