(57)【要約】【課題】レーザ発振光の横モードを容易に制御することができるレーザ光源を提供する。【解決手段】レーザ光源１は、出力ミラー１１，レーザ媒質１２，光ビーム径調整部１３，アパーチャ１４，反射ミラー１５，駆動部２１，制御部２２を備え、出力ミラー１１から外部へレーザ発振光３１を出力する。レーザ媒質１２を挟んで反射ミラー１１および出力ミラー１４が対向して配置されていて、これによりレーザ共振器が構成されている。反射ミラー１５は、光の反射の際に当該光ビーム断面の各位置に応じた量の振幅または位相の変化を与えるものであって、外部からの制御に従って振幅または位相の変化量分布を呈示して、この振幅または位相の変化量分布に基づいてレーザ発振光３１の横モードを決定する。【選択図】図１
2009289990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を挟んで反射ミラーおよび出力ミラーが対向して配置されて構成されるレーザ共振器を備え、
前記反射ミラーが、光の反射の際に当該光ビーム断面の各位置に応じた量の振幅または位相の変化を与えるものであって、外部からの制御に従って振幅または位相の変化量分布を呈示して、この振幅または位相の変化量分布に基づいてレーザ発振光の横モードを決定する、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記レーザ共振器内の共振光路上に設けられ、前記反射ミラーに入射される光のビーム径を調整する光ビーム径調整部を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記レーザ共振器内の共振光路上に設けられ、前記反射ミラーに入射される光のビーム径を制限するアパーチャを更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記反射ミラーが、レーザ発振光の横モードを決定するための振幅または位相の変化量分布に加えて、前記レーザ共振器内の光学素子に起因する位相歪みを補償するための位相変化量分布を重畳して呈示する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記反射ミラーが、レーザ発振光の横モードを決定するための振幅または位相の変化量分布に加えて、凹面鏡として作用するための位相変化量分布を重畳して呈示する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記反射ミラーが、ラゲール・ガウス・モード光をレーザ発振させるための振幅または位相の変化量分布を呈示する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【請求項７】
前記反射ミラーが、エルミート・ガウス・モード光をレーザ発振させるための振幅または位相の変化量分布を呈示する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ媒質を挟んで反射ミラーおよび出力ミラーが対向して配置されて構成されるレーザ共振器を備えるレーザ光源では、励起されたレーザ媒質から放出された誘導放出光は、反射ミラーで反射される一方で、出力ミラーで一部が透過し残部が反射される。反射ミラーと出力ミラーとの間で誘導放出光が往復することでレーザ発振が生じる。出力ミラーを透過して外部へ出力されるレーザ発振光は、一般には幾つかの横モードが重畳されたものとなっている。
【０００３】
ところで、レーザ光源から出力されるレーザ発振光は、用途によって、横モードとして基本モードのみであることが要求される場合があり、或いは、他の特定の横モードのみであることが要求される場合もある。
【０００４】
特許文献１に開示された発明は、レーザ共振器から特定の横モードのレーザ発振光を選択的に出力させることを意図したものである。この文献に開示されたレーザ光源は、レーザ共振器内の共振光路上に不連続位相素子を備えている。この不連続位相素子は、レーザ共振器内を往復する誘導放出光に対して、当該光ビーム断面の各位置に応じた量の位相変化を与える。この不連続位相素子は、厚み分布を有していて、その厚み分布に応じた位相変化量分布を誘導放出光に与えることで、レーザ発振光の横モードを決定する。
【特許文献１】特表２００１−５２３３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたレーザ光源では、不連続位相素子が誘導放出光に与える位相変化量分布が固定であることから、レーザ発振光の横モードの動的な制御が不可能である。したがって、誘導放出光に与える位相変化量分布を調整することができないことから、或る横モードのレーザ発振光を効率的に得ることができない場合がある。また、レーザ発振光の横モードを変更するには、レーザ共振器内に挿入される不連続位相素子を交換する必要があるが、素子の交換に伴い微妙な光学的再調整が必要になるなど、一般に、それは容易ではない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レーザ発振光の横モードを容易に制御することができるレーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザ光源は、レーザ媒質を挟んで反射ミラーおよび出力ミラーが対向して配置されて構成されるレーザ共振器を備える。そして、反射ミラーが、光の反射の際に当該光ビーム断面の各位置に応じた量の振幅または位相の変化を与えるものであって、外部からの制御に従って振幅または位相の変化量分布を呈示して、この振幅または位相の変化量分布に基づいてレーザ発振光の横モードを決定することを特徴とする。本発明に係るレーザ光源では、振幅または位相の変化量分布が反射ミラーに呈示されることで、レーザ光源のレーザ共振器内において効率的に生じる誘導放出光の横モードが決定され、その横モードのレーザ発振光が出力ミラーから外部へ出力される。
【０００８】
本発明に係るレーザ光源は、レーザ共振器内の共振光路上に設けられ、反射ミラーに入射される光のビーム径を調整する光ビーム径調整部を更に備えるのが好適である。また、本発明に係るレーザ光源は、レーザ共振器内の共振光路上に設けられ、反射ミラーに入射される光のビーム径を制限するアパーチャを更に備えるのが好適である。
【０００９】
本発明に係るレーザ光源では、反射ミラーは、レーザ発振光の横モードを決定するための振幅または位相の変化量分布に加えて、レーザ共振器内の光学素子に起因する位相歪みを補償するための位相変化量分布を重畳して呈示するのが好適である。また、反射ミラーは、レーザ発振光の横モードを決定するための振幅または位相の変化量分布に加えて、凹面鏡として作用するための位相変化量分布を重畳して呈示するのが好適である。
【００１０】
本発明に係るレーザ光源では、反射ミラーは、ラゲール・ガウス・モード光をレーザ発振させるための振幅または位相の変化量分布を呈示するのが好適である。また、反射ミラーは、エルミート・ガウス・モード光をレーザ発振させるための振幅または位相の変化量分布を呈示するのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るレーザ光源は、レーザ発振光の横モードを容易に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
【００１４】
図１は、第１実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。この図に示されるレーザ光源１は、出力ミラー１１，レーザ媒質１２，光ビーム径調整部１３，アパーチャ１４，反射ミラー１５，駆動部２１および制御部２２を備え、出力ミラー１１から外部へレーザ発振光３１を出力する。
【００１５】
レーザ媒質１２を挟んで反射ミラー１５および出力ミラー１１が対向して配置されていて、これによりレーザ共振器が構成されている。レーザ媒質１２は、励起エネルギが供給されることにより上位エネルギ準位へ励起され、その上位エネルギ準位から下位エネルギ準位へ遷移する際に光を放出する。レーザ媒質１２は、Ａｒガス，Ｈｅ-Ｎｅガス，ＣＯ２ガス等の気体であってもよいし、色素分子を含有する有機溶媒等の液体であってもよいし、Ｎｄ:ＹＡＧ等の固体であってもよいし、また、レーザダイオードであってもよい。
【００１６】
出力ミラー１１は、入射された光の一部を外部へ透過させ、残部を反射させる。出力ミラー１１は、効率的にレーザ発振を生じさせるために、その反射面が或る曲率（例えば１５ｍ）を有する凹面となっているのが好適である。
【００１７】
反射ミラー１５は、レーザ発振光３１の波長において反射率が高いことが要求される。反射ミラー１５は、光の反射の際に当該光ビーム断面の各位置に応じた量の振幅または位相の変化を与えるものであって、外部からの制御に従って振幅または位相の変化量分布を呈示して、この振幅または位相の変化量分布に基づいてレーザ発振光３１の横モードを決定する。
【００１８】
反射ミラー１５は、入射光に対して空間的に振幅または位相を変調して反射させる空間光変調器（Spatial Light Modulator、以下「ＳＬＭ」という。）であってもよいし、入射光に対して空間的に位相を変調して反射させるセグメント型デフォーマブルミラーやＭＥＭＳ素子であってもよい。また、反射ミラー１５は、ＳＬＭの中でもＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型ＳＬＭであるのが好適である。
【００１９】
ＬＣＯＳ型ＳＬＭは、高い反射率、高い位相変調速度、小型などの特徴を有しており、入射光に対して空間的に位相を変調して反射させる。また、反射ミラー１５の反射面は、レーザ発振光３１の波長において高い反射率となるように反射コーティングがされているのが好適であり、これにより９０％程度の反射率を有することが可能である。なお、以下では主に反射ミラー１５がＬＣＯＳ型ＳＬＭであるとして実施形態を説明する。
【００２０】
駆動部２１は、反射ミラー１５に接続され、また、制御部２２にも接続されている。制御部２２は、例えばパーソナルコンピュータであり、駆動部２１を介して反射ミラー１５を駆動する。反射ミラー１５がＬＣＯＳ型ＳＬＭである場合、制御部２２は、反射ミラー１５の反射面における各位置での反射時の位相変化量を設定し、駆動部２１を介して反射ミラー１５を駆動することで、その設定した位相変化量分布を反射ミラー１５に呈示させる。
【００２１】
レーザ共振器内の共振光路上に光ビーム径調整部１３が設けられているのが好適である。この光ビーム径調整部１３は、反射ミラー１５に入射される光のビーム径を調整するものであり、例えば、２枚のレンズを含んで構成され、レーザ媒質１２と反射ミラー１５との間の光路上に設けられる。光ビーム径調整部１３は、レーザ媒質１２と光ビーム径調整部１３との間の光路における光ビーム径と比べて、光ビーム径調整部１３と反射ミラー１５との間の光路における光ビーム径を大きくする。光ビーム径調整部１３が設けられることにより、反射ミラー１５における位相変調可能な領域に光を入射させることができて、その位相変調可能な領域を有効に利用することができる。なお、反射ミラー１５の解像度が所望の横モードを生成する上で充分であれば、光ビーム径調整部１３は不要である。
【００２２】
また、レーザ共振器内の共振光路上にアパーチャ１４が設けられているのが好適である。このアパーチャ１４は、反射ミラー１５に入射される光のビーム径を制限するものであり、例えば光ビーム径調整部１３と反射ミラー１５との間の光路上に設けられる。このアパーチャ１４は、意図しない不必要な横モード光の発生を抑制する。なお、意図しない横モード光の発生を抑制する必要がない場合には、アパーチャ１４は不要である。
【００２３】
このレーザ光源１の動作は以下のとおりである。レーザ媒質１２に励起エネルギが供給されると、レーザ媒質１２は上位エネルギ準位へ励起され、その上位エネルギ準位から下位エネルギ準位へ遷移する際にレーザ媒質１２から光が放出される。レーザ媒質１２から放出された光は、反射ミラー１５で反射される一方で、出力ミラー１１で一部が透過し残部が反射される。反射ミラー１５と出力ミラー１１との間で光が往復することで、その光はレーザ媒質１２と相互作用して、レーザ媒質１２で誘導放出光が生成されてレーザ発振が生じる。
【００２４】
また、レーザ共振器内においてレーザ媒質１２から反射ミラー１５へ向う光は、光ビーム径調整部１３によりビーム径が拡大され、アパーチャ１４によりビーム径が制限される。反射ミラー１５では、制御部２２により制御された駆動部２１により駆動されて、振幅または位相の変化量分布が呈示される。そして、反射ミラー１５に入射された光が反射ミラー１５で反射される際に、当該光ビーム断面の各位置に応じた量の振幅または位相の変化が反射光に与えられる。なお、反射ミラー１５がＬＣＯＳ型ＳＬＭである場合には、光ビーム断面の各位置に応じた量の位相の変化が反射光に与えられる。そして、この変化量分布に基づいてレーザ発振光３１の横モードが決定される。
【００２５】
反射ミラー１５は、ラゲール・ガウス・モード光（以下「ＬＧモード光」という。）をレーザ発振させるための振幅または位相の変化量分布を呈示するのが好適であり、また、エルミート・ガウス・モード光（以下「ＨＧモード光」という。）をレーザ発振させるための振幅または位相の変化量分布を呈示するのが好適である。ＬＧモードおよびＨＧモードそれぞれは、光の進行方向に直交する光ビーム断面における光の電場振幅パターンである横モードの代表的な例である。
【００２６】
ＬＧモードは、レーザ媒質１２の断面形状が円形である場合によくみられるレーザ発振光の横モードであり、動径指数ｐおよび偏角指数ｋにより指定される。以下では、動径指数がｐであって偏角指数がｋであるＬＧモードをＬＧ(p,k)と表す。一方、ＨＧモードは、レーザ媒質１２の断面形状が方形である場合によくみられるレーザ発振光の横モードであり、２つの指数ｎ，ｍにより指定される。以下では、指数ｎ，ｍのＨＧモードをＨＧ(n,m)と表す。
【００２７】
図２は、第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布の例を示す図である。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれは、反射ミラー１５の反射面における各位置の位相変化量の大きさ（０〜２π）を濃淡で示している。
【００２８】
同図（ａ），（ｂ）は、ＨＧモード光をレーザ発振させるために反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布を示す。同図（ａ）はＨＧ(1,2)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示し、また、同図（ｂ）はＨＧ(2,2)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示す。
【００２９】
同図（ｃ）は、ＬＧモード光をレーザ発振させるために反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布を示す。同図（ｃ）はＬＧ(3,0)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示す。
【００３０】
ＨＧモード光とＬＧモード光とでは、反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布が異なる。ＨＧモード光であっても、指数ｎまたは指数ｍが異なれば、反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布が異なる。また、ＬＧモード光であっても、動径指数ｐまたは偏角指数ｋが異なれば、反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布が異なる。
【００３１】
ただし、ＨＧ(n,m)モード光およびＬＧ(p,k)モード光の何れでも、指数に拘わらず、発振させるべき横モードで光強度が０となる節の部分を含む所定領域（以下「損失領域」という。）においては光に損失を与えるような位相変化量分布とする一方で、上記の損失領域以外の領域（以下では「反射領域」という。）においては光を高い反射率で反射させるような位相変化量分布とする点では共通である。
【００３２】
損失領域において光に損失を与えることは、反射ミラー１５により反射されてレーザ媒質１２に入射される光のビーム断面において損失領域に相当する領域の光強度を低下させることを意味する。具体的には、損失領域に入射する光を吸収すること、損失領域に入射する光を散乱させること、損失領域に入射する光をレーザ媒質１２における誘導放出に寄与しない方向へ反射または回折させること、が含まれる。
【００３３】
図３は、第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布のうち損失領域における位相変化量分布の例を示す図である。同図（ａ）は、損失領域を含む一定範囲における各位置の位相変化量の大きさ（０〜２π）を濃淡で示している。また、同図（ｂ）は、横軸を位置とし縦軸を位相変化量として位相変化量分布を示している。同図（ｂ）において、幅Ｌの領域が損失領域であり、この損失領域以外の領域が反射領域である。
【００３４】
同図に示されるように、反射領域においては各位置の位相変化量は一定値（例えばπ）であるので、この反射領域に入射される光３２は殆ど正反射されて、その反射された光３３はレーザ媒質１２に入射される。これに対して、損失領域においては各位置の位相変化量は一方向に向って階段状に変化しているので、この損失領域に入射される光３４は正反射方向とは異なる方向へ反射されて、その反射された光３５はレーザ媒質１２に入射されない。
【００３５】
図４は、第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布のうち損失領域における位相変化量分布の他の例を示す図である。同図（ａ）〜（ｅ）それぞれは、横軸を位置とし縦軸を位相変化量として位相変化量分布を示している。
【００３６】
同図（ａ），（ｂ）それぞれに示される損失領域における位相変化量分布では、双方向に向って階段状に位相変化量が変化しており、入射光を正反射方向とは異なる２つの方向へ反射させる。同図（ａ）に示される損失領域における位相変化量分布は、互いに対称である２つの方向へ反射させる。また、同図（ｂ）に示される損失領域における位相変化量分布は、互いに非対称である２つの方向へ反射させる。
【００３７】
同図（ｃ）に示される損失領域における位相変化量分布は、図３（ｂ）に示された位相変化量分布における変化繰り返し周期を短くするとともに変化繰り返し回数を増やしたものである。これは、いわゆるブレーズド回折格子と呼ばれる位相分布であり、入射光を正反射方向とは異なる方向へ回折させる。図４（ａ）または（ｂ）に示された位相変化量分布における変化繰り返し周期を短くするとともに変化繰り返し回数を増やして、ブレーズド回折格子の位相分布としてもよい。
【００３８】
同図（ｄ），（ｅ）それぞれに示される損失領域における位相変化量分布では、各位置の位相変化量が周期的に変化しており、反射型回折格子と同等の機能を有する周期的位相分布である。同図（ｄ）に示される損失領域における位相変化量分布では、各画素の位相変化量は２値の何れの値となる。また、同図（ｅ）に示される損失領域における位相変化量分布では、各画素の位相変化量は、位置を変数とする正弦関数（図中の破線）の値に近似した値とされる。これらは、入射光を正反射方向とは異なる方向へ回折させる。
【００３９】
なお、反射ミラー１５がＬＣＯＳ型ＳＬＭである場合には、反射ミラー１５は、位相の変化量分布のみを呈示することができる。このように反射ミラー１５が位相変化量分布のみを呈示することができる場合には、損失領域における位相変化量分布を空間周波数に関してフーリエ変換したときに、そのフーリエ変換結果に含まれる空間周波数が０の成分が５０％以下であるのが好適である。また、反射ミラー１５が振幅変化量分布のみを呈示することができる場合には、反射領域における反射率に対して損失領域における反射率が５０％以下であるのが好適である。また、反射ミラー１５が振幅変化量分布および位相変化量分布の双方を呈示することができる場合には、反射領域における反射率に対して損失領域における正反射方向への反射率が５０％以下であるのが好適である。
【００４０】
図５は、第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布の他の例を示す図である。同図（ａ）はＨＧ(1,2)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示し、同図（ｂ）はＨＧ(2,2)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示し、また、同図（ｃ）はＬＧ(3,0)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示す。同図（ａ）〜（ｃ）それぞれに示された例では、反射ミラー１５の反射面における各位置の位相変化量の大きさが０または２πとされる。位相変化量０，２πの各領域が、黒色領域，白色領域で示されている。反射ミラー１５としてＬＣＯＳ型ＳＬＭを用いた場合、それが画素構造を有していて、有限の解像度を有していることから、位相変化量が２πだけ異なる２つの領域の間の境界では狭く急峻な位相変化量分布が形成されるので、前述の損失領域と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
図６は、第１実施形態に係るレーザ光源１から出力されるレーザ発振光３１の光強度プロファイルの例を示す図である。同図（ａ）はＨＧ(0,1)モード光の光強度プロファイルの例を示し、同図（ｂ）はＨＧ(1,1)モード光の光強度プロファイルの例を示す。このように特定の横モードのレーザ発振光３１が得られている。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態では、振幅または位相の変化量分布が反射ミラー１５に呈示されることで、レーザ光源１のレーザ共振器内において生じる誘導放出光の横モードが効率的に選択され、その横モードのレーザ発振光３１が出力ミラー１１から外部へ出力される。本実施形態では、制御部２２により制御された駆動部２１により駆動されて反射ミラー１５に振幅または位相の変化量分布が呈示されるので、任意の横モードのレーザ発振光３１を容易に得ることができる。また、レーザ発振光３１のビーム径やビーム形状に合わせて、横モードで光強度が０となる節の部分を適切に設定することができるので、或る特定の横モードのレーザ発振光３１を効率的に得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、反射ミラー１５は、レーザ発振光３１の横モードを決定するための振幅または位相の変化量分布に加えて、レーザ共振器内の光学素子（レーザ媒質１２、光ビーム径調整部１３）に起因する位相歪みを補償するための位相変化量分布を重畳して呈示するのが好適であり、凹面鏡として作用するための位相変化量分布を重畳して呈示するのも好適であり、また、レーザ共振器の光軸に垂直な面に対して反射ミラー１５の反射面が傾斜している場合に当該傾斜を補償するための位相変化量分布を重畳して呈示するのも好適である。このような場合にも、制御部２２により制御された駆動部２１により駆動されて反射ミラー１５に位相変化量分布が呈示されるので、或る特定の横モードのレーザ発振光３１を効率的に得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、或る特定の横モードのレーザ発振光３１を効率的に得るために、レーザ発振光３１の光強度プロファイルをモニタして、そのモニタにより得られた光強度プロファイルに基づいて、制御部２２により駆動部２１を介して反射ミラー１５に呈示される振幅または位相の変化量分布をフィードバック制御することも可能である。
【００４５】
（第２実施形態）
【００４６】
図７は、第２実施形態に係るレーザ光源２の構成図である。この図に示される第２実施形態に係るレーザ光源２は、図１に示された第１実施形態に係るレーザ光源１の構成に加えて、シリンドリカルレンズ１６およびシリンドリカルレンズ１７を更に備える。このレーザ光源２は、偏角指数ｋが０でないＬＧモード光（すなわち、光ビーム断面において位相の螺旋構造を有するＬＧモード光）をレーザ発振光３１として出力するのに好適な構成を有している。
【００４７】
シリンドリカルレンズ１６とシリンドリカルレンズ１７とは、出力ミラー１１を挟んで設けられている。シリンドリカルレンズ１６およびシリンドリカルレンズ１７それぞれの焦点ラインは互いに一致している。シリンドリカルレンズ１６と出力ミラー１１との間の距離は、シリンドリカルレンズ１６の焦点距離に等しい。また、シリンドリカルレンズ１７と出力ミラー１１との間の距離は、シリンドリカルレンズ１７の焦点距離に等しい。反射ミラー１５は、巻数が−２ｋである位相変化量分布を反射光に与える。
【００４８】
図８は、第２実施形態に係るレーザ光源２に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布の例を示す図である。同図（ａ），（ｂ）それぞれは、反射ミラー１５の反射面における各位置の位相変化量の大きさ（０〜２π）を濃淡で示している。同図（ａ）は、ＬＧ(1,1)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示しており、１つの円周を含む所定領域が損失領域となっていて、この損失領域により区分される２つの反射領域それぞれでは巻数が−２である螺旋構造の位相変化量分布となっている。また、同図（ｂ）は、ＬＧ(2,2)モード光をレーザ発振させるための位相変化量分布を示しており、２つの円周を各々含む所定領域が損失領域となっていて、これら２つの損失領域により区分される３つの反射領域それぞれでは巻数が−４である螺旋構造の位相変化量分布となっている。
【００４９】
ＬＧ(p,k)モード光をレーザ発振光３１として出力するレーザ光源２において、反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布は一般に以下のように表される。下記（１）式で表されるｐ次多項式のSonine多項式Ｓpk(ｚ)のｐ個の正の実数根ａ１〜ａｐが求められ、これら実数根ａ１〜ａｐと光ビームウェスト半径ｗとから下記（２）式に従って損失領域における円周の半径ｒ１〜ｒｐが求められる。各々の半径ｒｉ（ｉ＝１〜ｐ）の円周を含む一定幅の領域が損失領域とされて、各損失領域における動径方向の位相変化量分布が図３または図４に示されたような分布とされる。また、ｐ個の損失領域により区分される(ｐ＋１)個の反射領域それぞれでは、位相変化量φ(ｒ,θ)は下記（３）式で表される。ｒ，θは、反射ミラー１５の反射面上に設定した極座標系における動径変数および偏角変数である。
【００５０】
【数１】
2009289990.tif 000003
【００５１】
【数２】
2009289990.tif 000004
【００５２】
【数３】
2009289990.tif 000005
【００５３】
なお、ｎを整数としたときに任意の位相αと位相(α＋２ｎπ)とは互いに等価であり、また、位相変化量の分布はオフセット値を無視して相対値のみを問題とすればよい。これらのことを考慮して、反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布は、位相αから位相(α＋２π)までの範囲に制限することが可能であり、また、αを値０としてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においても、図５に示された位相変化量分布のように、各々の半径ｒｉの円周の内側と外側とで位相差が２πとなるような位相変化量分布が反射ミラー１５により呈示されてもよい。
【００５５】
第２実施形態に係るレーザ光源２は、第１実施形態に係るレーザ光源１と略同様の動作をし、同様の効果を奏することができる。ただし、第２実施形態に係るレーザ光源２は、上記（３）式で表されるような巻数が−２ｋである位相変化量分布が反射ミラー１５により呈示されること、および、シリンドリカルレンズ１６，１７が設けられていることに関連して、以下のような動作をする。
【００５６】
すなわち、反射ミラー１５に入射する光がＬＧ(p,k)モード光であるとすると、反射ミラー１５により反射された反射光は、進行方向が逆になるととともに上記の位相変化量分布に従って位相変化が与えられて、ＬＧ(p,k)モードのまま維持される。また、出力ミラー１１に入射する光がＬＧ(p,k)モード光であるとすると、入射時にシリンドリカルレンズ１７により出力ミラー１１の反射面に集光され、出力ミラー１１で反射された後にシリンドリカルレンズ１７によりコリメートされることで、そのコリメートされた後の反射光は、進行方向が逆になるとともに位相分布が線対称に変換されるので、やはり、ＬＧ(p,k)モードのまま維持される。このようにして、ＬＧ(p,k)モード光がレーザ発振する。出力ミラー１１から外部へ出力されたレーザ発振光３１は、シリンドリカルレンズ１６によりコリメートされる。
【００５７】
第２実施形態でも、反射ミラー１５は、レーザ発振光３１の横モードを決定するための振幅または位相の変化量分布に加えて、レーザ共振器内の光学素子（レーザ媒質１２、光ビーム径調整部１３、シリンドリカルレンズ１７）に起因する位相歪みを補償するための位相変化量分布を重畳して呈示するのが好適であり、凹面鏡として作用するための位相変化量分布を重畳して呈示するのも好適であり、また、レーザ共振器の光軸に垂直な面に対して反射ミラー１５の反射面が傾斜している場合に当該傾斜を補償するための位相変化量分布を重畳して呈示するのも好適である。このような場合にも、制御部２２により制御された駆動部２１により駆動されて反射ミラー１５に位相変化量分布が呈示されるので、或る特定の横モードのレーザ発振光３１を効率的に得ることができる。
【００５８】
また、第２実施形態でも、或る特定の横モードのレーザ発振光３１を効率的に得るために、レーザ発振光３１の光強度プロファイルをモニタして、そのモニタにより得られた光強度プロファイルに基づいて、制御部２２により駆動部２１を介して反射ミラー１５に呈示される振幅または位相の変化量分布をフィードバック制御することも可能である。
【００５９】
第２実施形態に係るレーザ光源２は、偏角指数ｋが０でないＬＧモード光をレーザ発振光３１として出力するのに好適な構成を有しているが、偏角指数ｋが０であるＬＧモード光をレーザ発振光３１として出力することも可能であり、また、ＨＧモード光をレーザ発振光３１として出力することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。
【図２】第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布の例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布のうち損失領域における位相変化量分布の例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布のうち損失領域における位相変化量分布の他の例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るレーザ光源１に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布の他の例を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るレーザ光源１から出力されるレーザ発振光３１の光強度プロファイルの例を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成図である。
【図８】第２実施形態に係るレーザ光源２に含まれる反射ミラー１５に呈示される位相変化量分布の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，２…レーザ光源、１１…出力ミラー、１２…レーザ媒質、１３…光ビーム径調整部、１４…アパーチャ、１５…反射ミラー、１６，１７…シリンドリカルレンズ、２１…駆動部、２２…制御部、３１…レーザ発振光。
【図１】
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【図４】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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