(57)【要約】【課題】エンドミラーの傾斜に対して低感度の構成を有するＱスイッチ固体レーザーを提供する。【解決手段】レーザー光線が、第２エンドミラー（７）によって反射される方向に対して実質的に平行な方向に第１エンドミラー（６）によって反射される。光学素子を介して伝搬し、かつ、第２エンドミラー（７）により反射された後の像（Ｆ）が、当該伝搬方向について光軸（５）を基準とする元の姿勢から光軸（５）の回りに１８０°回転され、かつ、左右非反転されるように光学素子が構成されている。像（Ｆ）の回転および左右非反転が、光学素子および第２エンドミラー（７）におけるレーザー光線の反射によってのみ実現される。第１エンドミラー（６）および第２エンドミラー（７）が相互に堅固に接続されている。【選択図】  図３
2016525803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ＭＷ以上のピークパワーを有するＱスイッチ固体レーザーであって、
光軸（５）を有するレーザー光線が伝搬し、かつ、第１エンドミラー（６）および第２エンドミラー（７）ならびに前記第１エンドミラー（６）および前記第２エンドミラー（７）の間で前記レーザー光線と相互作用する光学素子を有する共振器を備え、前記光学素子はポンピングされるレーザー媒質（１）を備え、
前記レーザー光線が、前記第２エンドミラー（７）によって反射される方向に対して実質的に平行なまたは同一の方向に前記第１エンドミラー（６）によって反射され、
前記光学素子を介して伝搬し、かつ、前記第２エンドミラー（７）により反射された後の像（Ｆ）が、当該伝搬方向について前記光軸（５）を基準とする元の姿勢から前記光軸（５）の回りに１８０°回転され、かつ、左右非反転されるように前記光学素子が構成され、
前記像（Ｆ）の当該回転および左右非反転が、前記光学素子および前記第２エンドミラー（７）における前記レーザー光線の反射によってのみ実現され、かつ、前記第１エンドミラー（６）および前記第２エンドミラー（７）が相互に堅固に接続されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項２】
請求項１記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、さらに、少なくとも伝搬方向に対して垂直に延在する軸線を基準として、像（Ｆ）のサイズ変更が実現されることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項３】
請求項１または２記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記光学素子が、前記レーザー光線の光軸（５）を平面において１８０°だけ屈折させるポロプリズム（１０）を備えていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項４】
請求項３記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記光学素子が、ポロプリズム（１０）からの像（Ｆ）が１８０°だけ屈折される平面に対して平行な平面において像（Ｆ）の反射を引き起こすプリズム（１）を備えていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項５】
請求項４記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記平面において前記像（Ｆ）を反射する前記プリズムが、前記レーザー媒質（１）それ自体によって構成されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項６】
請求項１または２記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記光学素子がアミチプリズム（１７）を備えていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項７】
請求項６記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記光学素子は、反射プリズム（１６）またはミラーを備え、前記アミチプリズム（１７）が、前記反射プリズム（１６）または前記ミラーと連携して前記レーザー光線の光軸（５）を平面において１８０°だけ屈折させるように機能することを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記共振器が不安定共振器として構成されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１つに記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記第１エンドミラー（６）および前記第２エンドミラー（７）が、出力ミラーとして構成されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項１０】
請求項９記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記出力ミラーが傾斜ミラーとして構成されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか１つに記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記レーザーがスラブレーザーとして構成されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか１つに記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記レーザー媒質（１）がサイドポンピングされることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちいずれか１つに記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、電気光学的なＱスイッチを備えていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか１つに記載のＱスイッチ固体レーザーにおいて、前記共振器の最長方向についてのサイズが５０［ｃｍ］以下または２０［ｃｍ］以下であることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｑスイッチ固体レーザーに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｑスイッチ固体レーザーは、高パルスエネルギーのレーザーパルスを提供するために用いられる。パルス期間はナノ秒の範囲である。レーザー媒質の光学的ポンピングのため、通常はレーザーダイオードが採用される。代わりに、この例では、ガス放電ランプが用いられてもよい。レーザーダイオードによりポンピングが実行されるＱスイッチ固体レーザーが知られている（例えば、非特許文献１および２ならびに特許文献１参照）。当該文献は、特にジグザグスラブレーザー（「ジグザグ状のスラブゲイン媒質」を有するレーザー）に関する。増幅されたレーザー媒質から放射され、共振器を伝搬するレーザー光線のためのレーザー媒質の入射面および出射面は反対向きのブリュースター角で配置されている。共振器は、ポロプリズムによって折り畳まれている。
【０００３】
１ＭＷ以上の高いピークパワーを有するこのようなＱスイッチ固体レーザーの共振器は、通常、そこに焦点が存在しないように、第１エンドミラーおよび第２のエンドミラー、ならびにこれらの間に介在する光学素子によって構成される。そうでなければ、エネルギー密度が局所的に非常に高くなり、空気のイオン化（浸食）、光学要素への破壊的な影響および望ましくない非線形光学効果のうち少なくとも１つをもたらす。
【０００４】
これに対して、パルス長がピコ秒またはフェムト秒の範囲にある非ジェネリックのモード同期型の超高速パルスレーザーは、（折り畳まれている長さに関して）比較的長い共振器を有し、共振器に焦点を構成する、強力な集光光学素子が設けられている。モード同期型の固体レーザーが知られている（特許文献２および３参照）。傾斜に対する感度を低減させるため、同じ方向の傾斜が変位に敏感な基準点におけるレーザー光線の状態に対して反対の影響を及ぼす共振器の２つのミラーが相互に堅固に連結されている。当該文献では、２つのエンドミラーに言及されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際特許公開公報  ＷＯ２０１０／０５２３０８Ａ１
【特許文献２】国際特許公開公報  ＷＯ２０１１／１６０１４３Ａ２
【特許文献３】欧州特許公開公報  ＥＰ２２８４９６５Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｅｒｒｉｃｏ  Ａｒｍａｎｄｉｌｌｏ  ａｎｄ  Ｃａｌｌｕｍ  Ｎｏｒｒｉｅ：「Ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ  ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｈｉｇｈ−ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ＮＤ：ＹＡＧ  ｓｌａｂ  ｌａｓｅｒ」，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｖｏｌ．２２，  Ｎｏ．１５，（１９９７．８．１），第１章  第１６８頁〜第１７０頁。
【非特許文献２】Ｅｒｉｃ  Ｃ．  Ｈｏｎｅａ  ｅｔ  ａｌ．：「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａｎ  ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ−ｄｏｕｂｌｅｄ  ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ  Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｎｄ：ＹＡＧ  ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｍｏｒｅ  ｔｈａｎ  １００Ｗ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ  ａｔ  ０．５３２μｍ」，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｖｏｌ．２３，  Ｎｏ．１５，  （１９９８．８．１），  第１２０３頁〜第１２０５頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、特にエンドミラーの傾斜に対して低感度の構成を有するＱスイッチ固体レーザーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、１ＭＷ以上のピークパワーを有するＱスイッチ固体レーザーであって、光軸を有するレーザー光線が伝搬し、かつ、第１エンドミラーおよび第２エンドミラーならびに前記第１エンドミラーおよび前記第２エンドミラーの間で前記レーザー光線と相互作用する光学素子を有する共振器を備え、前記光学素子はポンピングされるレーザー媒質を備え、前記レーザー光線が、前記第２エンドミラーによって反射される方向に対して実質的に平行なまたは同一の方向に前記第１エンドミラーによって反射されるようなＱスイッチ個体レーザーに関する。
【０００９】
本発明のＱスイッチ固体レーザーは、前記光学素子を介して伝搬し、かつ、前記第２エンドミラーにより反射された後の像が、当該伝搬方向について前記光軸を基準とする元の姿勢から前記光軸の回りに１８０°回転され、かつ、左右が維持されるように前記光学素子が構成され、前記像の当該回転および左右維持が、前記光学素子および前記第２エンドミラーにおける前記レーザー光線の反射によってのみ実現され、かつ、前記第１エンドミラーおよび前記第２エンドミラーが相互に堅固に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
第１エンドミラーおよび第２エンドミラーは別個の部材として構成され、たとえば相互に堅固に連結されている。一体的に形成された部材が設けられ、当該部材の一の部分により第１エンドミラーが構成され、他の部分により第２エンドミラーが構成されてもよい。
【００１１】
本発明は、前述したような第１エンドミラーおよび第２エンドミラーの間に配置されてレーザー光線と相互作用する光学素子の構成および等が２つのエンドミラーの堅固な連結によって、前述のタイプの従来のＱスイッチ固体レーザーと比較して、任意の軸線回りのエンドミラーの傾斜に対して低感度である。
【００１２】
少なくとも１つのエンドミラーおよび２つのエンドミラーの間に介在する少なくとも１つの光学素子のうち一方または両方の焦点が合わせられた構成、例えば熱レンズの構成に基づく励起レーザー媒質により、光軸回りに像が実質的に１８０°回転されることに加えて、像のサイズが変更される。像のサイズ変化率は、伝搬方向に対して垂直な少なくとも２つの方向について異なっていてもよく、あるいは、伝搬方向に対して垂直な１つの方向にのみサイズが変化してもよい。
【００１３】
「光学素子を通じた伝播」という表現は、少なくとも１回の内側への反射または光学素子の外側表面の反射を伴う光学素子を通じた伝搬のために用いられる。
【００１４】
本発明のさらなる利点および詳細は、添付図面を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の平面図。
【図２】本発明の第１実施形態の側面図。
【図３】本発明の第１実施形態の構成要素（ポンピング機構、偏光板、ポッケルスセルおよび１／４波長板が省略されている。）の斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態の平面図。
【図５】本発明の第２実施形態の側面図。
【図６】本発明の第３実施形態のレーザーの構成要素（簡単のためにポンピング機構、偏光板、ポッケルスセルおよび１／４波長板が省略されている。）の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の第１実施形態を図１〜図３を参照しながら説明する。簡略化された当該図面は、共振器がＱスイッチを有する固体レーザーを示している。固体レーザーにおいて、光ポンピングによって反転分布が実現される結晶性またはガラス状（アモルファス）の固体から製造された増幅（＝活性）レーザー媒質が用いられる。増幅レーザー媒質１は、例えばＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ガラス、Ｎｄ：バナジン酸、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧまたは共ドープされたその変異体（例えばＴｍ：Ｈｏ：ＹＡＧ）であってもよい。
【００１７】
増幅レーザー媒質１は、レーザーの共振器の一部であり、その構成要素を以下でより詳細に説明する。
【００１８】
ベースプレートと、レーザーの様々な構成要素をベースプレートに取り付けるための連結要素は図示されていない。
【００１９】
レーザー媒質１は、例えば板状に形成されている平面型レーザー（スラブレーザー）である。増幅レーザー媒質１により放射されたレーザー光線は、当該レーザー媒質１を介してジグザグに伝搬する。レーザー媒質１から放射されて共振器を通過するレーザー光線のための入射面２および出射面３は、好ましくはブリュースター角で配置されている。レーザー光線が増幅レーザー媒質１を直線的に通過してもよい。
【００２０】
本実施形態では、レーザー媒質１は上記のようにサイドポンピングされる。レーザー媒質１のポンピング放射光、特にレーザー光線は、入射面２または出射面３だけではなく側面４を通じてレーザー媒質１に侵入しない。当該側面４は入射面２および出射面３のそれぞれに対してある角度で傾斜している。
【００２１】
ポンピング機構８が図１および図２のみに概略的に示されている。ポンピング機構８は、好ましくは、複数のレーザーダイオードにより構成されている光源を備えている。レーザーダイオードスタックを有するポンピング機構が知られている。具体的には、レーザーダイオードスタックは複数のバーを備え、各バーは軸線方向に離間して配置されている複数のレーザーダイオードを有している。レーザーダイオードから放射されたレーザー光線は、光学系を介してレーザー媒質１に伝搬される。
【００２２】
レーザー媒質１は、板状であってもよく棒状であってもよい。
【００２３】
共振器を通過したレーザー光線（その光軸５が図３に示されている。）は、共振器の第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間で往復する。線形共振器は、定在波キャビティにおいて必要とされるように、レーザー光が回転方向に案内されるリング共振器とは異なり、レーザー光が基本的に２つの異なる回転方向に案内されるような定在波共振器である。
【００２４】
レーザー光線の半径またはレーザーモードとして、レーザー光線の強度が１／ｅ2（約１３．５％）にまで低減するような光軸（＝中心軸）からの距離が採用される。レーザー光線の直径は、レーザー光線の半径の２倍である。
【００２５】
第１エンドミラー６および第２エンドミラー７のそれぞれが堅固に連結されている連結要素１５を介して、第１エンドミラー６および第２エンドミラー７は堅固に連結されている。第１エンドミラー６および第２エンドミラー７が直接的に堅固に連結されていてもよい。一体的に構成された部材の一の部分が第１エンドミラー６を構成し、他の部分が第２エンドミラー７を構成してもよい。
【００２６】
第２エンドミラー７は、レーザーから放射されたレーザー光線をでカップリングするためのデカップリングミラーとして構成されている。これに代えて、例えば、第１エンドミラー６がデカップリングミラーとして構成されてもよく、または、他の方法による（具体的には、光路に配置された半透過性要素または偏光板を通じて）デカップリングが実現されてもよい。
【００２７】
レーザー光線の光軸５のうち第１エンドミラー６に連続する第１光路部分５ａは、レーザー光線の光軸５のうち第２エンドミラー７に連続する第２光路部分５ｂに対して平行である。第１エンドミラー６および第２エンドミラー７のそれぞれは、第１反射面６ａおよび第２反射面７ａのそれぞれが向いているのと同じ側にレーザー光線を反射する。レーザー光線は、第１エンドミラー６において反射された後、第２エンドミラー７において反射された後のレーザー光線と同じ方向に伝搬する。当該方向は、図３においてカーテシアン座標系のｚ軸として示されている。
【００２８】
レーザー光線の光軸５のうち第１エンドミラー６に連続する第１光路部分５ａ  および第２エンドミラー７に連続する第２光路部分５ｂは、第１エンドミラー６の第１反射面６ａおよび第２エンドミラー７の第２反射面７ａのそれぞれとの交点において、第１反射面６ａおよび第２反射面７ａのそれぞれに対して垂直である。これは、「レーザー要件」と呼ばれる。
【００２９】
第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間において、レーザー光線は複数の光学素子と相互作用する。レーザー媒質１はそれ自体が光学素子の１つを構成している。本実施形態では、レーザー光線は、側面４、９において全反射されて、レーザー媒質１をジグザグ軌道にしたがって伝搬する。レーザー光線は偶数回だけ反射される。レーザー光線がレーザー媒質１を介して反射せずに直接的に伝搬してもよい。
【００３０】
本実施形態では、共振器は、ポロプリズム１０（＝「シングルポロプリズム」）により折り曲げられている。二等辺直角三角形の反射プリズムの技術にしたがったプリズムに関して、光学的な不作用領域（「端面」）が削除または省略されている。シングルポロプリズム１０の相互に９０°の角度を持って配置されている横面１０ａ、１０ｂは、光軸５を平面において１８０°だけ屈折させるようにレーザー光線を内側に全反射する。横面１０ａおよび１０ｂの両方に連続する底面１０ｃ（図示が省略された端面の反対側にあり、プリズムのさらなる横面が図示されている。）を通じて入射および出射が実現される。
【００３１】
光軸５のうち第１エンドミラー６に連続する第１光路部分５ａは、光軸５のうち第２エンドミラー７に連続する第２光路部分５ｂと共通の平面上にある。当該共通の平面は、図３のカーテシアン座標系におけるｙ−ｚ平面に相当する。
【００３２】
本実施形態では、光軸５のうち第１エンドミラー６に連続する第１光路部分５ａは、光軸５のうち第２エンドミラー７に連続する第２光路部分５ｂが延在する平面において、ポロプリズム１０によりレーザー光線が屈折される。
【００３３】
共振器のさらなる光学素子はダブプリズム１１を含んでいる。これは、二等辺プリズムであり、光学的な不作用領域（＝「端面」）の図示が省略されている。相互に同等に傾斜し、プリズムの左面１１ｃおよび右面１１ｄに連続する前面１１ａおよび後面１１ｂを通じてレーザー光線が入射または出射する。前面１１ａおよび後面１１ｂは、プリズムの端面である下面１１ｅおよび上面１１ｆを介して連続している。二等辺プリズムの光学的な不作用領域（＝「端面」）が存在する場合、上面１１ｆが省略される。
【００３４】
前面１１ａおよび後面１１ｂにおける反射防止膜が省略されるように、前面１１ａおよび後面１１ｂにおけるレーザー光線の入射は、例えばブリュースター角により実現される。前面１１ａおよび後面１１ｂの角度は例えば約１１１．２°である。
【００３５】
前面１１ａおよび後面１１ｂのそれぞれを通じた入射および出射の間に、下面１１ｅにおける全反射が生じる。光軸５のうちダブプリズム１１に連続する光路部分は、入射前および出射後に相互に離間している。ポロプリズム１０における屈折が生じる平面に対して垂直な平面（本実施形態ではｘ−ｚ平面）において、ダブプリズム１１により光軸が転換される。
【００３６】
Ｑスイッチを構成するため、本実施形態では公知のように偏光板１２、ポッケルスセル１３および１／４波長板１４が共振器の光路に配置されている。レーザーから放射されたレーザー光線は、これによりパルス化される。
【００３７】
パルスレーザー光線を形成するために他の形態のＱスイッチが用いられてもよい。電気光学Ｑスイッチのほか、音響光学Ｑスイッチが採用されてもよい。
【００３８】
図１および図２を参照すると、偏光板１２、ポッケルスセル１３および１／４波長板１４は、ダブプリズム１１と第２エンドミラー７との間に配置されている。これらは共振器における光路の別の場所、例えば第１エンドミラー６とレーザー媒質との間に配置されてもよい。
【００３９】
第１エンドミラー６から始まる像の伝搬に基づいて共振器の光学特性を見ると、次のような情報が得られる（図３参照）。
【００４０】
図３において、例えばプリズムなどの光学特性を表現する一般的な方法と同様に、像が符号Ｆにより表わされている。
【００４１】
光軸５に対する像の向きは、レーザー媒質１を通過した後に変化させず、同様にその利き手（左右の正確性ともいえる。）を変化させずに、レーザー媒質１における整数回にわたる反射が起こる。像はレーザー媒質１を通過した後も（鏡映反転することなく）上下および左右が正確に維持される。
【００４２】
ポロプリズム１０の通過後、像の伝搬方向について光軸５に対する向きおよび利き手に変化はなく、像は上下および左右が正確である。伝搬方向はポロプリズム１０によって１８０°だけ屈折される。
【００４３】
ダブプリズム１１の通過後、像の上下が反転しかつ左右が反転する。ダブプリズム１１は、このようにｙ−ｚ平面において鏡像を生成する。
【００４４】
偏光板１２、ポッケルスセル１３および１／４波長板１４を通過する際に、光軸５に対する像の向きおよび像の利き手は変化しない。これらの光学素子は、簡単のために図３では省略されている。
【００４５】
伝播方向は図３に矢印で示されている。
【００４６】
第２エンドミラー７において反射された際、像の利き手が再び変化する。第２エンドミラー７による反射後に像が再び元の利き手に戻り、かつ、左右が正確である。すなわち、左右が反転されておらず、上下が反転されている。
【００４７】
第２エンドミラー７による反射後の像は、第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間に配置されている光学素子と相互作用する前に、伝搬方向について左右が正確であり、かつ、第１エンドミラー６から始まる伝搬方向について見た像に対して光軸５（＝伝播方向）の回りに約１８０゜だけ回転されている。
【００４８】
光軸５のうち第１エンドミラー６に連続する第１光路部分５ａに対する像の向きが、光軸５のうち第２エンドミラー７に連続する第２光路部分５ｂに対する像の向きに合わせられ、それぞれ伝搬方向になる。光軸５のうち第１光路部分５ａおよび第２光路部分５ｂは平行であり、第１エンドミラー６から始まる伝搬方向および第２エンドミラー７から始まる伝搬方向は同じ方向である。
【００４９】
光軸５の第１光路部分５ａと第２光路部分５ｂとが平行に延在していない場合、すなわち相互に非平行であってある角度をなしている場合でも、本発明の効果の大部分が奏される。第２エンドミラー７から始まるレーザー光線が反射される方向（＝第２エンドミラー７から始まる像の伝搬方向）は、第１エンドミラー６から始まるレーザー光線が反射される方向（＝第１エンドミラー６から始まる像の伝搬方向）に対して非平行であってある角度をなしている。本明細書の文章では、当該２つの方向が実質的に平行である旨が記述されているので、当該２つの方向がなす角度は３０°未満である。
【００５０】
同様に、光軸５または伝搬方向の回りの像の上記回転が正確に１８０°ではない場合でも本発明の効果の少なくとも大部分が奏される。本明細書の文章では、実質的に１８０°とは、１８０°との相違が３０°未満である回転角度を意味する。
【００５１】
第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間に配置されている光学素子を伝搬した後の符号Ｆにより表わされている像の方向は、像が２つの平面と、光軸５の第１光路部分５ａおよび第２光路部分５ｂが存在する平面と、当該平面に対して垂直かつ光軸５の第１光路部分５ａおよび第２光路部分５ｂに対して平行な平面と、において反射されるようなものであると説明される。
【００５２】
符号Ｆにより表わされている像は「虚像」と記載される。もちろん、これに代えて共振器の光学特性を調査するために説明したように、共振器によって実像を伝播させることも可能である。
【００５３】
実際の符号Ｆで表わされる像が、特定のレーザー光線の光線プロファイルとして（すなわち光軸５に対して垂直な全ての方向について光軸５の周囲の強度分布として）みなされる。実際の光線プロファイルは、例えば光軸５に対して垂直な全ての方向について均等な理想的な光線プロファイル（例えばガウス分布）とは異なる。これは、符号Ｆで表わされる像の写像に応じて構成される。レーザー光線の光線プロファイルにおける不規則性は、共振器の結像特性を調べるため、レーザー光線について意図的に変調されてもよい。
【００５４】
前述の回転および左右の正確性を伴う像の伝搬は、第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間に配置されている光学素子ならびに第２エンドミラー７におけるレーザー光線の反射のみによって実現される。このため、集光レンズおよび凹面鏡のうち一方または両方による像反転を伴わない。換言すると、第１エンドミラー６および第２エンドミラー７、ならびに第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間に配置されている光学素子は共振器内に焦点を構成しない。
【００５５】
特に、空気のイオン化、光学部品に対する破壊的な効果および非線形光学効果の誘発の可能性の観点から、比較的高いピークパワーを有するＱスイッチ固体レーザーにおいて、共振器内でレーザー光線が少なくとも１つの焦点において収束することは好ましくない。
【００５６】
集束効果を有するすべての既知の集束部品（第１エンドミラー６および第２エンドミラー７ならびにこれらの間に配置されている光学素子を含む。）、さらには収束レンズまたは凹面鏡の焦点距離は、比較的大きく、発散レンズまたは凸面鏡などの発散効果を有する要素の少なくとも一部が補償される。
【００５７】
全ての公知の集束要素の焦点距離は、（折り畳まれた構成と比較して）各方向の共振器のサイズよりも大きいことが好ましい。
【００５８】
符号Ｆで表わされている像の伝搬は、集束素子または発散要素の影響を受けないように説明された。レーザー媒質１により構成される熱レンズに基づき、実際には像のサイズが変化する。第１エンドミラー６および第２エンドミラー７のうち少なくとも１つが中空ミラーを構成していてもよい。
【００５９】
像のサイズ変化率は、光軸５に対して垂直な異なる方向について異なる。このため、例えば第２エンドミラー７に伝搬されるレーザー光線は楕円形状であってもよい。
【００６０】
第１エンドミラー６および第２エンドミラー７、ならびにこれらの間に介在する光学要素がすべて最適に調整された上で、第１エンドミラー６は、ｘ軸に対して平行な軸線回りにその対称の中心位置から回転され、続いて第１エンドミラー６および第２エンドミラー７が相互に堅固に連結されておらずに第２エンドミラー７が回動されていない状況で、少なくとも一定角度の回転は、第２エンドミラー７においてデカップリングされたレーザー光の強度に対して負の作用をもたらす。本発明に係るレーザーの前記光学的な構成により、第２エンドミラー７がｘ軸に対して平行な軸線回りに同方向に回転された場合、当該負の作用が少なくとも部分的に補償される。第１エンドミラー６および第２エンドミラーは７が堅固に連結されているため、このような同方向への回転が自動的に実現される。
【００６１】
これは、ｙ軸に対して平行な軸線回りの第１エンドミラー６の回転および第２エンドミラー７の同方向の回転についても同様である。
【００６２】
本発明の構成によれば、Ｑスイッチ固体レーザーのロバスト性が向上する。例えば、レーザーは、広い温度範囲、例えば、−２０℃〜＋６０℃の温度範囲で機能し、熱膨張係数の相違およびレーザー内部での温度勾配に基づく構成要素の角度変化があったとしても、レーザーヘッドのテンパリング（温度調節）の必要がない。
【００６３】
Ｑスイッチ固体レーザーは、振動および衝撃に耐性がある。
【００６４】
したがって、本発明により、コンパクトかつロバスト性が高く、輸送および屋外での使用に適当なレーザーが提供される。
【００６５】
レーザー光線が分離（デカップリング）される第２エンドミラー７には、反射面において中央領域が周辺領域よりも高くなるように反射率が変化する、いわゆる傾斜ミラー（＝「反射率可変ミラー」）が用いられてもよい。このような傾斜ミラーによって「不安定共振器」が形成され、これにより大きなレーザー光線断面積が実現される。
【００６６】
例えば、第２エンドミラー７において、中心の反射率が０．５〜０．７の範囲にあり、かつ、ガウス次数（中心から径方向への距離の関数としての反射率がどの程度急峻に低下するかを示す。）が６である。第２エンドミラー７の半径パラメータは１．６［ｍｍ］であってもよい。
【００６７】
共振器の最長方向のサイズは５０［ｃｍ］以下であり、より好ましくは２０［ｃｍ］以下である。
【００６８】
本実施形態における共振器のｚ方向の長さは１５［ｃｍ］であり、第１エンドミラー６の焦点距離は＋６０［ｃｍ］であり、第２エンドミラー７の焦点距離は−３０［ｃｍ］であり、かつ、レーザー媒質１の熱レンズの焦点距離は＋１００［ｃｍ］以上の範囲である。
【００６９】
レーザーから放射されるレーザー光線のパルス期間は１００［ｐｓ］以上、好ましくは１［ｎｓ］以上である。
【００７０】
レーザーから放射されるレーザー光線のパルス長は２０［ｎｓ］以下であることが好ましい。
【００７１】
レーザーのピークパワー（＝パルス中のレーザー光線のパワー）は１［ＭＷ］以上であり、５［ＭＷ］以上であることが好ましい。
【００７２】
レーザーから放射されたパルスのエネルギーは１［ｍＪ］以上であり、１０［ｍＪ］以上であることが好ましく、５０［ｍＪ］以上であることがさらに好ましい。
【００７３】
本発明に係るレーザーは小型かつ軽量に構成される。レーザーヘッドのサイズは２０［ｃｍ］×１０［ｃｍ］以下であり、１２［ｃｍ］×６［ｃｍ］以下であることが好ましい。レーザーヘッドそれ自体の質量が１［ｋｇ］以下にすることができる。
【００７４】
図１〜図３では、レーザー媒質１におけるジグザグ形状の軌跡はｘ−ｚ平面において延在するように示されている。このジグザグ形状の軌跡は他の平面、すなわちｙ−ｚ平面においても延在している。
【００７５】
レーザー媒質１のポンピングは、レーザー媒質１においてレーザー光線のジグザグ反射がない側面により実現されてもよい。
【００７６】
本発明の第２の実施形態は、レーザー光の光軸５を示す図４および図５に示されている。第２実施形態のレーザーは、次に説明する相違点を除いて基本的に第１実施形態と同様である。
【００７７】
別個のダブプリズムが省略され、レーザー媒質がダブプリズムの技術にしたがって構成されている。ここでは、レーザー媒質１を伝搬するレーザー光線は、レーザー媒質１の対向する平行な側面４、９において奇数回にわたり反射されてジグザグ軌道を描く。入射面２および出射面３は、光軸５の平行な光路部分に対して垂直であり、レーザー媒質１の両側を画定する逆方向に傾斜した平面である。入射面２および出射面３のそれぞれは、ブリュースター角で配置されている。レーザー媒質１の内部における光軸５のジグザグ形状の軌道は、ポロプリズム１０における反射が実現される平面に対して垂直であり、本実施形態ではｘ−ｚ平面に対して平行である。
【００７８】
基本的に所望の結像特性を達成するために側面４，９におけるレーザー光線の単一反射が実現される。これとは逆に、第１実施形態に示されているダブプリズムは、第２実施形態に示されているレーザー媒質１の形態に対応して構成されている長いプリズムに置換されてもよい。
【００７９】
本発明の第３実施形態が図６に示されている。以下に説明する相違点を除く構成は基本的に第１実施形態に対応している。
【００８０】
第１エンドミラー６から出発して、第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間に配置されている光学素子を通じて伝播されて第２エンドミラー７において反射される像の向きおよび利き手に影響を与える光学素子として、ここでは同じ側に直角三角形状の反射プリズム１６およびアミチプリズム１７が用いられている。反射プリズム１６において相互に垂直に配置されている横面１６ｂ、１６ｃに対して接続されている底面１６ａで反射が行われる。反射により、符号Ｆが付されている像の利き手が変更される。すなわち、像は反射後に反射プリズム１６において反転される。アミチプリズム１７により、反転像は光軸５の回りに（アミチプリズムの前後の各伝搬方向について）１８０°だけ回転されて上下が逆転する。
【００８１】
反射プリズム１６およびアミチプリズム１７の協働により、光軸５は平面（本実施形態ではｙ−ｚ平面）において１８０°だけ反転される。
【００８２】
第２エンドミラー７における反射により、像の利き手が再び反転される。像は、第１エンドミラー６および第２エンドミラー７の間に配置されている光学素子の伝搬および第２エンドミラー７における反射によって光軸５の回りに約１８０°だけ回転され、これにより各伝搬方向について利き手が変化せずに維持される。
【００８３】
本実施形態でＱスイッチを構成する偏光板、ポッケルスセルおよび１／４波長板は、光軸５に関して像の向きおよび利き手に影響を与えない（図６では感嘆のため図示が省略されている。）。
【００８４】
第３実施形態において反射プリズム１６に代えてミラーが設けられてもよい。
【００８５】
本発明のさらなるさまざまな実施形態が可能である。例えば、共振器が１より大きい任意の奇数個の屈折要素を備えてもよい。付加的な屈折要素は、付加的なポロプリズムなどによって実現されてもよい。２つの付加的な屈折要素について、２つの簡易な屈折ミラーが設けられてもよい。２回の反射によって元の利き手が復元される。また、任意の偶数個の屈折要素が設けられてもよく、例えば少なくとも１つのアミチプリズムが用いられる。
【符号の説明】
【００８６】
１‥レーザー媒質、２‥入射面、３‥出射面、４‥側面、５‥光軸、５ａ‥第１光路部分、５ｂ‥第２光路部分、６‥第１エンドミラー、６ａ‥反射面、７‥第２エンドミラー、７ａ‥反射面、８‥ポンピング機構、９‥側面、１０‥ポロプリズム、１０ａ‥横面、１０ｂ‥横面、１０ｃ‥下面、１１‥ダブプリズム、１１ａ‥前面、１１ｂ‥後面、１１ｃ‥右面、１１ｄ‥左面、１１ｅ‥下面、１１ｆ‥上面、１２‥偏光板、１３‥ポッケルスセル、１４‥１／４波長板、１５‥連結要素、１６‥反射プリズム、１６ａ‥底面、１６ｂ‥横面、１６ｃ‥横面、１７‥アミチプリズム。
【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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【国際調査報告】
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