(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、
前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、
前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第１励起光反射鏡と、
前記固体レーザ媒質を介して前記第１励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第１励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第２励起光反射鏡とを備え、
前記第１励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第２励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、
前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、
前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、
前記励起光源からの励起光を集光させる集光レンズと、
前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第１励起光反射鏡と、
前記固体レーザ媒質を介して前記第１励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第１励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第２励起光反射鏡とを備え、
前記第１励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第２励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３】
前記第１励起光反射鏡と前記第２励起光反射鏡との間にて前記固体レーザ媒質を介して前記第１励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第１励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第３励起光反射鏡をさらに備え、
前記第３励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の中間点を通って延びる平坦面状に形成されるとともに、前記励起光源からの励起光を通過させるための開口を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記励起光源の前記発光部は前記固体レーザ媒質の軸線に沿って線状に並設されたレーザダイオードアレイからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザ媒質を励起させてレーザ光を発振させるレーザ発振器に係わり、とりわけ固体レーザ媒質を効率的に励起させることができるレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、固体レーザ媒質を励起させてレーザ光を発振させるレーザ発振器として、レーザダイオード励起型のレーザ発振器が知られている。図５は従来のレーザ発振器を示す図である。図５に示すように、従来のレーザ発振器１０は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質１１と、固体レーザ媒質１１の軸線方向に沿って固体レーザ媒質１１を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡（本発明を示す図２の符号１３，１４参照）とを備えている。また、固体レーザ媒質１１の一側には、固体レーザ媒質１１の側面に対して励起光を入射させる励起光源１２が配置されている。励起光源１２は、固体レーザ媒質１１の軸線に沿って線状に並設されたレーザダイオードアレイからなる発光部１８を有している。さらに、固体レーザ媒質１１の他側には、励起光源１２からの励起光を反射させて固体レーザ媒質１１の側面に導く円筒状の励起光反射鏡３０が配置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のレーザ発振器１０においては、励起光源１２からの励起光を固体レーザ媒質１１に対して効率的に入射させるため、励起光源１２の発光部１８を固体レーザ媒質１１に近接して配置している。また、励起光源１２からの励起光のうち固体レーザ媒質１１に入射しない励起光を円筒状の励起光反射鏡３０により反射させて再び固体レーザ媒質１１に入射させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、励起光源１２の発光部１８を固体レーザ媒質１１に近接して配置する場合には、固体レーザ媒質１１内での励起光の強度分布に偏りが生じやすく、レーザ発振器１０から出光されるレーザ光のビーム品質が悪化するという問題がある。また、円筒状の励起光反射鏡３０により励起光を反射させる場合には、反射後の励起光を固体レーザ媒質１１の側面に対して確実に入射させることが困難であり、また固体レーザ媒質１１の側面に対して励起光を１回しか入射させることができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができるレーザ発振器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第１励起光反射鏡と、前記固体レーザ媒質を介して前記第１励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第１励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第２励起光反射鏡とを備え、前記第１励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第２励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器である。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質の軸線方向に沿って前記固体レーザ媒質を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡と、前記固体レーザ媒質の一側に配置され、前記固体レーザ媒質の軸線に沿って延び前記固体レーザ媒質の側面に対して励起光を入射させる発光部を有する励起光源と、前記励起光源からの励起光を集光させる集光レンズと、前記固体レーザ媒質の他側に配置され、前記励起光源からの励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第１励起光反射鏡と、前記固体レーザ媒質を介して前記第１励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第１励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第２励起光反射鏡とを備え、前記第１励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置とをそれぞれ焦点とする楕円柱状に形成され、前記第２励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線を中心点とするとともに前記固体レーザ媒質の軸線と前記集光レンズによる集光位置との間の距離を半径とする円筒状に形成されていることを特徴とするレーザ発振器である。
【００１０】
なお、上述した本発明の第１及び第２の特徴においては、前記第１励起光反射鏡と前記第２励起光反射鏡との間にて前記固体レーザ媒質を介して前記第１励起光反射鏡と対向するよう配置され、前記第１励起光反射鏡で反射された励起光を反射させて前記固体レーザ媒質の側面に導く第３励起光反射鏡をさらに備え、前記第３励起光反射鏡の反射面は前記固体レーザ媒質の軸線と前記発光部との間の中間点を通って延びる平坦面状に形成されるとともに、前記励起光源からの励起光を通過させるための開口を有することが好ましい。
【００１１】
本発明の第１及び第２の特徴によれば、励起光源からの励起光を第１励起光反射鏡で反射させて固体レーザ媒質の側面に導くとともに、第１励起光反射鏡で反射され固体レーザ媒質を通過した励起光を第２励起光反射鏡で反射させて再び固体レーザ媒質の側面に導くので、反射後の励起光を固体レーザ媒質の側面に対して確実に入射させることができるとともに、固体レーザ媒質を通過した励起光を再利用することができ、このため簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができる。また、固体レーザ媒質を通過した励起光を第３励起光反射鏡でも反射させることで、固体レーザ媒質を通過した励起光の再利用率をさらに高めることができ、このため固体レーザ媒質をより効率的に励起させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１および図２は本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す図である。
【００１３】
図１および図２に示すように、レーザ発振器１０は、レーザ光を発振させるための棒状の固体レーザ媒質１１と、固体レーザ媒質１１の軸線Ｌ方向に沿って固体レーザ媒質１１を挟むよう配置された一対の共振器反射鏡１３，１４とを備えている。
【００１４】
また、固体レーザ媒質１１の一側には、固体レーザ媒質１１の側面に対して励起光を入射させる励起光源１２が配置されている。励起光源１２は、固体レーザ媒質１１の軸線Ｌに沿って線状に並設された１次元レーザダイオードアレイからなる発光部１８を有している。
【００１５】
さらに、固体レーザ媒質１１の他側には、励起光源１２からの励起光を反射させて固体レーザ媒質１１の側面に導く楕円柱状反射鏡（第１励起光反射鏡）１５が配置されている。
【００１６】
さらにまた、固体レーザ媒質１１を介して楕円柱状反射鏡１５と対向するよう円筒状反射鏡（第２励起光反射鏡）１６および平面反射鏡（第３励起光反射鏡）１７が配置され、楕円柱状反射鏡１５で反射された励起光を反射させて固体レーザ媒質１１の側面に導くことができるようになっている。このうち、円筒状反射鏡１６には、励起光源１２の発光部１８の外形と略同一の大きさの開口１６ａが設けられ、励起光源１２の発光部１８から出射される励起光をレーザ媒質１１へ向けて導くことができるようになっている。また、平面反射鏡１７には、励起光源１２からの励起光を通過させるための開口１７ａが設けられ、励起光源１２からの励起光を遮蔽することなく固体レーザ媒質１１へ向けて導くことができるようになっている。
【００１７】
なお、固体レーザ媒質１１、楕円柱状反射鏡１５、円筒状反射鏡１６および平面反射鏡１７は、ケーシング２０内に収容されている（図１参照）。なお、ケーシング２０は図２においては省略されている。
【００１８】
次に、楕円柱状反射鏡１５、円筒状反射鏡１６および平面反射鏡１７について詳細に説明する。
【００１９】
まず、楕円柱状反射鏡１５はその反射面が、固体レーザ媒質１１の軸線Ｌと発光部１８とをそれぞれ焦点Ｐ′，Ｐとする楕円形状に形成されている。ここで、楕円柱状反射鏡１５の反射面を規定する楕円の長径をａ、短径をｂとし、楕円の中心点をＯ（０，０）とすると、焦点Ｐ′，Ｐの座標はそれぞれ、
【数１】
0004047989.tif 000002
となる。また、励起光源１２の発光部１８から出射される励起光の広がり角（半角）をθとすると、長径ａおよび短径ｂはそれぞれ、次式（１）を満たすように設定される。
【数２】
0004047989.tif 000003
また、円筒状反射鏡１６はその反射面が、固体レーザ媒質１１の軸線Ｌ（楕円の焦点Ｐ′）を中心点とするとともに固体レーザ媒質１１の軸線Ｌ（楕円の焦点Ｐ′）と発光部１８（楕円の焦点Ｐ）との間の距離
【数３】
0004047989.tif 000004
を半径とする円形状に形成されている。
【００２０】
さらに、平面反射鏡１７はその反射面が、固体レーザ媒質１１の軸線Ｌ（楕円の焦点Ｐ′）と発光部１８（楕円の焦点Ｐ）との間の中間点（楕円の中心点Ｏ）を通って楕円の焦点Ｐ′，Ｐを含む平面と直交する面内で延びる平坦面状に形成されている。なお、平面反射鏡１７の開口１７ａの幅（固体レーザ媒質１２の軸線Ｌに直交する平面内での幅）ｄは
【数４】
0004047989.tif 000005
とするとよい。
【００２１】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００２２】
まず、励起光源１２の発光部１８から励起光が数十度の広がり角（半角）θで出射され、円筒状反射鏡１６の開口１６ａ、および平面反射鏡１７の開口１７ａを介して固体レーザ媒質１１の側面に対して入射される。このようにして励起光が固体レーザ媒質１１に入射されると、固体レーザ媒質１１内においてレーザ光が発振する。このレーザ光は一対の共振器反射鏡１３，１４間を進行し、いずれか一方、例えば共振器反射鏡１３（出光側の共振器反射鏡）から出光する。
【００２３】
この間、励起光源１２からの励起光はレーザ媒質１１へ向けて導かれる。この場合、励起光の一部は固体レーザ媒質１１の側面に入射し、残りは楕円柱状反射鏡１５の反射面に到達する。楕円柱状反射鏡１５の反射面は、上述したように、固体レーザ媒質１１の軸線Ｌと発光部１８とをそれぞれ焦点Ｐ′，Ｐとする楕円形状に形成されているので、発光部１８から出射され楕円柱状反射鏡１５の反射面により反射される励起光は全て固体レーザ媒質１１の軸線Ｌに向けられ、固体レーザ媒質１１の側面に入射する。
【００２４】
なお、このようにして固体レーザ媒質１１の側面に入射された励起光の一部は固体レーザ媒質１１を通過するが、このようにして固体レーザ媒質１１を通過した励起光は平面反射鏡１７の反射面および円筒状反射鏡１６の反射面で反射され、再び固体レーザ媒質１１の側面に導かれる。
【００２５】
このように本実施の形態によれば、励起光源１２からの励起光を楕円柱状反射鏡１５で反射させて固体レーザ媒質１１の側面に導くとともに、楕円柱状反射鏡１５で反射され固体レーザ媒質１１を通過した励起光を円筒状反射鏡１６で反射させて再び固体レーザ媒質１１の側面に導くので、反射後の励起光を固体レーザ媒質１１の側面に対して確実に入射させることができるとともに、固体レーザ媒質１１を通過した励起光を再利用することができ、このため簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができる。
【００２６】
また本実施の形態によれば、固体レーザ媒質１１を通過した励起光を平面反射鏡１７でも反射させるので、固体レーザ媒質１１を通過した励起光の再利用率をさらに高めることができ、このため固体レーザ媒質をより効率的に励起させることができる。
【００２７】
次に、図３および図４により、本発明の他の実施の形態について説明する。図３は本発明によるレーザ発振器の他の実施の形態を示す図、図４は本発明によるレーザ発振器のさらに他の実施の形態を示す図である。図３および図４に示す各実施の形態は、励起光源１２からの励起光を集光レンズ２１を用いて円筒状反射鏡１６の開口１６ａの位置で集光させるようにした点を除いて、他は図１および図２に示す実施の形態と略同一である。図３および図４に示す各実施の形態において、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２８】
図３に示すように、本発明の他の実施の形態においては、励起光源１２が円筒状反射鏡１６の開口１６ａ（楕円の焦点Ｐ）から離れた位置に配置され、発光部１８からの励起光は集光レンズ２１を用いて円筒状反射鏡１６の開口１６ａの位置で集光されるようになっている。なお、図３に示す実施の形態においては、上述した広がり角（半角）θに対応する角度として励起光の集光角（集光開口数（ＮＡ）に対応するもの）（半角）θ′が用いられる。
【００２９】
図３に示す実施の形態によれば、励起光源１２を円筒状反射鏡１６の開口１６ａ（楕円の焦点Ｐ）から離れた位置に配置することができるので、励起光源１２およびその発光部１８の位置および大きさを柔軟に変更することができる。
【００３０】
図４に示すように、本発明のさらに他の実施の形態においては、複数の励起光源１２が円筒状反射鏡１６の開口１６ａ（楕円の焦点Ｐ）から離れた位置に配置され、各発光部１８からの励起光は対応する各集光レンズ２１を用いて円筒状反射鏡１６の開口１６ａの位置で集光されるようになっている。なお、図４に示す実施の形態においては、上述した広がり角（半角）θに対応する角度として全励起光の集光角（半角）θ″が用いられる。
【００３１】
図４に示す実施の形態によれば、複数の励起光源１２からの励起光を円筒状反射鏡１６の開口１６ａ（楕円の焦点Ｐ）の位置で集光することができるので、円筒状反射鏡１６の開口１６ａを介して放出される励起光の出力を容易に高めることができる。
【００３２】
なお、上述した実施の形態においては、励起光源１２の発光部１８として１次元レーザダイオードアレイを採用しているが、これに限らず、２次元レーザダイオードスタック等の任意の構成を採用することができる。
【００３３】
また、上述した実施の形態においては、反射面が楕円形状の楕円柱状反射鏡１５、および反射面が円形状の円筒状反射鏡１６を採用しているが、これに限らず、固体レーザ媒質１１の中心と発光部１８（または集光レンズ２１による集光位置）の中心とをそれぞれ焦点とする楕円球状に形成された反射面を有する楕円球状反射鏡、および固体レーザ媒質１１の中心を中心点とするとともに固体レーザ媒質１１の中心と発光部１８（または集光レンズ２１による集光位置）の中心との間の距離を半径とする球状に形成された反射面を有する球状反射鏡を採用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、反射後の励起光を固体レーザ媒質の側面に対して確実に入射させることができるとともに、固体レーザ媒質を通過した励起光を再利用することができ、このため簡単でかつ安価な構造により固体レーザ媒質を効率的に励起させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す側面図。
【図２】本発明によるレーザ発振器の一実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明によるレーザ発振器の他の実施の形態を示す側面図。
【図４】本発明によるレーザ発振器のさらに他の実施の形態を示す側面図。
【図５】従来のレーザ発振器を示す図。
【符号の説明】
１０  レーザ発振器
１１  固体レーザ媒質
１２  励起光源
１３，１４  共振器反射鏡
１５  楕円柱状反射鏡（第１励起光反射鏡）
１６  円筒状反射鏡（第２励起光反射鏡）
１７  平面反射鏡（第３励起光反射鏡）
１８  発光部
２０  ケーシング
２１  集光レンズ
Ｌ  固体レーザ媒質の軸線
Ｐ，Ｐ′  楕円の焦点
Ｏ  楕円の中心点
【図１】
0004047989.tif 000006
【図２】
0004047989.tif 000007
【図３】
0004047989.tif 000008
【図４】
0004047989.tif 000009
【図５】
0004047989.tif 000010