(57)【要約】【課題】  反射鏡が破損するのを防止し、かつ、高効率を維持しつつ、パルスエネルギーの調整幅の大きいパルスレーザを発振することのできるレーザ発生装置及びレーザ着火装置を提供すること。【解決手段】  反射鏡、出力鏡、及び前記反射鏡と前記出力鏡との間に配置されて成る増幅媒体及び可飽和吸収体により形成されて成るレーザ発生装置において、前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成るレーザ発生装置、及び、前記レーザ発生装置とこのレーザ発生装置から出力されたレーザ光を内燃機関の燃焼室内に集光させる出力光学系とを有するレーザ着火装置。【選択図】  図１
2009266881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡、出力鏡、及び前記反射鏡と前記出力鏡との間に配置されて成る増幅媒体及び可飽和吸収体により形成されて成るレーザ発生装置において、
前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、
前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成ることを特徴とするレーザ発生装置。
【請求項２】
前記増幅媒体は、前記反射鏡に密着して成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発生装置。
【請求項３】
前記可飽和吸収体は、前記可飽和吸収体を光軸方向に移動させる可飽和吸収体駆動装置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ発生装置。
【請求項４】
さらに、前記増幅媒体に励起光を集光させる励起光学系を有し、前記励起光学系は、前記励起光の前記増幅媒体への入射径を変化させる入射径調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ発生装置とこのレーザ発生装置から出力されたレーザ光を内燃機関の燃焼室内に集光させる出力光学系とを有するレーザ着火装置。
【請求項６】
さらに、増幅媒体を励起させる励起光を供給する励起光源を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ着火装置。
【請求項７】
反射鏡と増幅媒体と出力鏡とがこの順に配置されて成り、能動Ｑスイッチ法によりパルスレーザを出力するレーザ発生装置において、
前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、
前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成ることを特徴とするレーザ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発生装置に関し、特に反射鏡が破損するのを防止し、かつ、高効率を維持しつつ、パルスエネルギーの調整幅の大きいパルスレーザを発振することのできるレーザ発生装置及びレーザ着火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振器をＱスイッチ発振させて高エネルギーのパルスを発生するレーザ発生装置が広く利用されている。Ｑスイッチには能動Ｑスイッチと受動Ｑスイッチとがある。能動Ｑスイッチの代表例としては、共振器内に挿入されたミラーやプリズムの方向を機械的に制御したり、同様に共振器内に挿入された電気光学素子、音響光学素子等の発振波長に対する透過率を外部からのスイッチングにより変化させたりする手法が挙げられる。受動Ｑスイッチの代表例としては、Ｃｒ４＋：ＹＡＧ等の可飽和吸収体を共振器内に挿入する手法が挙げられる。
【０００３】
可飽和吸収体を利用した受動Ｑスイッチングには、励起光源の強度の変動に対してパルスエネルギーの変化が少ないこと、電気もしくは機械的要素を付加することなく、レーザ光学系に可飽和吸収体を挿入するだけでパルスが得られるという特徴があるので、受動Ｑスイッチは簡便なパルス発生手法として知られている。
【０００４】
受動Ｑスイッチによるパルスレーザ発振装置の中でも、代表的な構成のパルスレーザ発振装置として、ファブリペロー型共振器の光軸に沿って励起光が導入される端面励起型のパルスレーザ発振装置が挙げられる。
【０００５】
特に、励起光を透過し発振光を全反射する誘電体多層膜コーティングを板状の固体レーザ媒体の一方の面に形成し、この誘電体多層膜コーティング面をファブリペロー型共振器の一方の端面とし、コーティング面に対して固体レーザ媒体側には、凹面鏡からなる部分反射鏡を設置して、誘電体多層膜コーティング面と凹面鏡との間の光学距離が、凹面鏡の焦点距離と等しくなるように、誘電体多層膜コーティング面と凹面鏡とが配置された半共焦点型の共振器は、構成の単純さ、個々の光学素子の作製し易さ、調整のし易さにより、広く利用されている。
【０００６】
このようなパルスレーザ発振装置は、良く知られた公知技術であり、特許文献１、特許文献２等多数の文献に記載されている。
【０００７】
ところで、このような受動Ｑスイッチを利用したレーザ発振装置を使用する際に、出力されるパルスのエネルギーを、用途や状況に応じて変化させる必要を生じる場合がある。パルスエネルギーの調整幅を広くとることができると、内燃機関における着火装置として使用する場合等には、特に好ましい。しかし、高いパルスエネルギーを得ようとすると、レーザ発振装置における共振器、例えば誘電体多層膜コーティング面が破損してしまったり、レーザ発振装置に供給する励起光のエネルギーにロスが生じたりしてしまう、といった問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平０３−０４４９８２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、反射鏡が破損するのを防止し、かつ、高効率を維持しつつ、パルスエネルギーの調整幅の大きいパルスレーザを発振することのできるレーザ発生装置及びレーザ着火装置を提供することである。さらに、本発明の他の課題は、高効率のパルスレーザを発振することのできるレーザ発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、
反射鏡、出力鏡、及び前記反射鏡と前記出力鏡との間に配置されて成る増幅媒体及び可飽和吸収体により形成されて成るレーザ発生装置において、
前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、
前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成ることを特徴とするレーザ発生装置であり、
請求項２は、
前記増幅媒体は、前記反射鏡に密着して成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発生装置であり、
請求項３は、
前記可飽和吸収体は、前記可飽和吸収体を光軸方向に移動させる可飽和吸収体駆動装置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ発生装置であり、
請求項４は、
さらに、前記増幅媒体に励起光を集光させる励起光学系を有し、前記励起光学系は、前記励起光の前記増幅媒体への入射径を変化させる入射径調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ発生装置であり、
請求項５は、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ発生装置とこのレーザ発生装置から出力されたレーザ光を内燃機関の燃焼室内に集光させる出力光学系とを有するレーザ着火装置であり、
請求項６は、
さらに、増幅媒体を励起させる励起光を供給する励起光源を有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ着火装置であり、
請求項７は、
反射鏡と増幅媒体と出力鏡とがこの順に配置されて成り、能動Ｑスイッチ法によりパルスレーザを出力するレーザ発生装置において、
前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、
前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成ることを特徴とするレーザ発生装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るレーザ発生装置は、反射鏡、出力鏡、及び前記反射鏡と前記出力鏡との間に配置されて成る増幅媒体及び可飽和吸収体により形成されて成るレーザ発生装置において、前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成る。したがって、共振器系における光軸に直交するいずれの断面においても、増幅媒体から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束(以下において、発振光と称することもある。)の径が等しくなると共に、反射鏡と正レンズとの間又は正レンズと出力鏡との間の少なくとも一方の領域において、光束の径が大きく変化するので、光束の径が大きく変化する領域に可飽和吸収体を配置して、光軸方向に移動させることにより、所望のパルスエネルギーを有するパルスレーザを出力することができる。このとき、可飽和吸収体を移動させつつ、励起光の強度調整及び光軸調整を行うだけで、大きなエネルギーを有するパルスレーザを発振させる時に、反射鏡が破損するのを防止することができる。また、共振器系における光軸に直交するいずれの断面においても、増幅媒体から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束の径は等しくなると共に、高いエネルギーを有するパルスレーザを発振させるために、反射鏡への励起光の入射径を所定値以上にしたとしても、反射鏡における共振器系内に形成される光束の光軸に直交する断面が、反射鏡において小さくなることがない。したがって、光のエネルギーが狭い領域に集中することがなく、パルスレーザ発振時に、反射鏡が破損するのを防止することができる。また、高いエネルギーを有するパルスレーザを発振させるために、反射鏡への励起光の入射径を所定値以上にしたとしても、増幅媒体において励起された領域がパルスレーザの発振に有効に寄与するため、励起光源から出力された励起光のエネルギー損失を抑制することができる。その結果、高い効率でパルスエネルギーを出力することができる。本発明に係るレーザ発生装置によれば、反射鏡が破損するのを防止し、かつ、高い効率を維持しつつ、パルスエネルギーの調整幅の大きいパルスレーザを発振することのできるレーザ発生装置を提供することができる。
【００１２】
前記増幅媒体と前記反射鏡とが密着して形成されている場合に、増幅媒体の励起光の入射表面に励起光の集光点を合わせると、増幅媒体において、励起された領域がパルスレーザの発振に有効に寄与するため、励起光のエネルギーの損失を抑え、高い効率でパルスエネルギーを発振させることができる。
【００１３】
このレーザ着火装置は、本発明に係るレーザ発生装置とこのレーザ発生装置から出力されたレーザ光を内燃機関の燃焼室内に集光させる出力光学系とを有するので、燃焼室内における所望の位置に、所望のビームウエストでパルスレーザを発振することができる。したがって、内燃機関の稼動状況に応じて燃焼室内の混合気を燃焼することができる。
【００１４】
本発明に係るレーザ発生装置は、反射鏡と増幅媒体と出力鏡とがこの順に配置されて成り、能動Ｑスイッチ法によりパルスレーザを出力するレーザ発生装置において、前記反射鏡と前記出力鏡とは互いに平行に設置されて成る平面鏡であり、前記反射鏡と前記出力鏡との間に正レンズが配置され、前記正レンズの前側焦点に前記反射鏡が、前記正レンズの後側焦点に出力鏡が配置されて成る。したがって、共振器系における光軸に直交するいずれの断面においても、増幅媒体から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束の径が等しくなるので、増幅媒体において励起された領域がパルスレーザの発振に有効に寄与する。その結果、励起光源から出力された励起光のエネルギー損失を抑制することができ、高い効率でパルスレーザを発振するレーザ発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。本実施形態のレーザ発生装置１は、反射鏡２と出力鏡３とにより形成される共振器系４において、反射鏡２と出力鏡３との間に増幅媒体５と可飽和吸収体６と正レンズ７とが配置され、前記正レンズ７の前側焦点に前記反射鏡２が、前記正レンズ７の後側焦点に出力鏡３が配置されて成る。励起光８を出力する励起光源の一例である半導体レーザ９と光ファイバ１０とが結合され、光ファイバ１０から励起光学系１２の入力部１１に励起光が供給される。励起光学系１２により集光された励起光８は、共振器系４における反射鏡２を介して増幅媒体５に入射されており、端面励起型受動Ｑスイッチ固体レーザを形成している。また、可飽和吸収体６には、可飽和吸収体６を光軸方向に移動させる可飽和吸収体駆動装置１３が備えられている。
【００１６】
この実施形態の共振器系４は、反射鏡２と出力鏡３とにより形成されて成り、反射鏡２と出力鏡３との間に増幅媒体５と可飽和吸収体６と正レンズ７とが配置されている。反射鏡２と出力鏡３と増幅媒体５と可飽和吸収体６と正レンズ７等の光学部品は、所望のエネルギーを有するパルスレーザを出力することができる限り、公知の光学部品を採用することができる。共振器系４の構成としては、例えば、図１に示すように、増幅媒体５における励起光８が入射される側の表面に誘電体多層膜がコーティングされることにより反射鏡２が形成され、正レンズ７と出力鏡３との間に可飽和吸収体６が配置され、反射鏡２と出力鏡３との間でファブリペロー共振器が形成される。
【００１７】
反射鏡２は、増幅媒体５から発振される発振光１４を９９％より大きな反射率（ほぼ１００％の反射率）で反射し、それ以外の波長の光を透過するのが好ましい。図１に示すように、本実施形態のレーザ発生装置１においては、板状の増幅媒体５における励起光８が入射される側の表面に反射鏡２の機能を有する誘電体多層膜がコーティングされることにより反射鏡２が形成されているが、反射鏡２は、独立した部品として配置されても良い。出力鏡３は、増幅媒体５から発振される発振光１４を１０〜９８％の反射率で反射するのが好ましく、特に６０〜９０％の反射率で反射するのが好ましく、その残りの発振光１４は透過する。反射鏡２と出力鏡３とが独立した光学部品として配置される場合には、平面鏡により形成される。
【００１８】
増幅媒体５は、励起光源の一例である半導体レーザ９から出力された励起光８が照射されることにより、励起され光の誘導放出を行う材料であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ等の単結晶やセラミックスが好適に使用される。増幅媒体５の大きさは、共振器系４の内部で往復する光が発生し、共振器系４からレーザ光１５を出力することができる限り特に限定されず、共振器系４の要求性能に応じて適宜調整すれば良い。
【００１９】
可飽和吸収体６は、本実施形態のレーザ発生装置１においては、正レンズ７と出力鏡３との間に配置されているが、反射鏡２と正レンズ７との間に配置されてもよい。
【００２０】
可飽和吸収体６は、増幅媒体５から誘導放出された光を吸収することにより、光の透過率を変化させることができ、Ｑスイッチとしての機能を有する材料である限り特に限定されず、例えば、Ｃｒ４＋：ＹＡＧが好適に使用される。
【００２１】
本実施形態のレーザ発生装置１においては、正レンズ７のうち、平凸レンズを採用し、この平凸レンズの凸部を反射鏡２側に、平面部を出力鏡３側にして配設しているが、正レンズ７の前側焦点に反射鏡２、正レンズ７の後側焦点に出力鏡３が設けられている限り、任意の正レンズ７を配設することができる。例えば、本実施形態のレーザ発生装置１とは反対に、平凸レンズの平面部を反射鏡２側に、凸部を出力鏡３側にして配設されてもよい。この他に、正レンズ７として、両凸レンズ及びメニスカス凸レンズを採用することができ、反射鏡２側と出力鏡３側とのどちら側に曲率半径の大きい凸部が配設されてもよい。特に、増幅媒体の励起領域を広くして高いエネルギーのパルスを出力させる場合、すなわち増幅媒体への励起光の入射径２ｗ０（直径）が下記（式１）の２ｗ０よりも十分に大きい場合は、共振器内部を往復する光の収差を比較的小さく抑えることができる点で、凸部を反射鏡２側に、平面部を出力鏡３側にして配設した平凸レンズが好ましい。
【００２２】
【数１】
2009266881.tif 000003
【００２３】
正レンズ７の前側焦点に反射鏡２、正レンズ７の後側焦点に出力鏡３が設けられていることにより、共振器系４における光軸に直交するいずれの断面においても、増幅媒体５から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束１４の径は等しくなる。また、反射鏡２において、励起光８の入射径と共振器系４内に形成される光束の径とが等しくなる。したがって、励起光源の一例である半導体レーザ９から出力された励起光８のエネルギーの損失を抑制し、高い効率でパルスレーザ１５を出力することができる。
【００２４】
次に、共振器系４内における光軸に直交するいずれの断面においても、増幅媒体５から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束１４の径が等しいと、高い効率でパルスレーザが得られることについて説明する。高いエネルギーを有するパルスレーザを出力させたい場合に、後述する図３〜図６に示した形態のレーザ発生装置のように、増幅媒体に入射される励起光の入射径を大きくすることが考えられる。しかし、共振器系が平面鏡と凹面鏡とにより形成されるファブリペロー型の従来のレーザ発生装置においては、入射径２ｗ０が所定値以上になる、すなわち上記（式１）を満たさなくなると、図１２に示すように、増幅媒体１２０５における励起光１２０８の入射面において、共振器系１２０４内に形成される光束の径が励起光１２０８の入射径よりも小さくなる。増幅媒体１２０５において光束１２１４が通過している部分は、光速１２１４による誘導放出によってパルスレーザ１２１５の発振に寄与する。しかし、増幅媒体１２０５における励起光１２０８の入射面において、励起光１２０８が照射されても、共振器系１２０４内の光束１２１４が通過しない部分は、励起された活性原子の大部分が誘導放出されることなく基底状態に戻るため、パルスレーザ１２１５の発振に寄与しない。この励起領域は、励起光１２０８のエネルギーがパルスレーザ１２１５に変換されないので、励起光１２０８のエネルギーの損失となってしまう。一方、本実施形態のレーザ発生装置１によれば、増幅媒体５に入射される励起光８の入射径を式（１）を満たさなくなる程大きくしたとしても、増幅媒体５の励起光８の入射面において、励起光８の入射径と共振器系４内の光束１４の径とは等しくなる。したがって、励起された領域ほぼ全てがパルスレーザの発振に寄与するため、励起光のエネルギー損失を抑えることができ、高効率でパルスエネルギーを発振することができる。
【００２５】
励起光８は、増幅媒体５のうち、共振器系４の光軸を含む領域に励起光８を照射することができれば良く、本実施形態に係るレーザ発生装置１においては、共振器系４の光軸の延長線上に励起光学系１２が配置され、この励起光学系１２により集光された励起光８が、反射鏡２を透過して、板状の増幅媒体５の表面に垂直に照射されている。この他にも、例えば、増幅媒体５における励起光８が入射される面に対して、励起光８が斜めに入射される位置に、励起光学系１２が配置されても良い。
【００２６】
励起光学系１２は、励起光８が供給される入力部１１と少なくとも一枚のレンズ１６，１７とを有し、励起光源の一例である半導体レーザ９から出力された励起光８を集光し、所望の入射径で増幅媒体５に入射させることができる。本実施形態においては、励起光学系１２は、入力部１１、共振器系４側が凸部の平凸レンズ１６、及び入力部１１側が凸部の平凸レンズ１７が、この順に配置され、入力部１１から入力された励起光８がこの二枚のレンズ１６，１７を用いてコリメート後集光され、共振器系４における反射鏡２を透過して増幅媒体５に入射されている。
【００２７】
本実施形態のレーザ発生装置１における入力部１１は、例えば、筒状部１８とこの筒状部１８を保持する環状部１９とにより形成され、この筒状部１８がレンズ１６，１７を収容する第１筐体２０に嵌め込まれるように設置される。この筒状部１８には、光ファイバ１０が嵌め込まれ、光ファイバ１０を伝送する励起光が、入力部１１を介して励起光学系１２に供給される。また、光ファイバ１０を使用しない場合には、励起光源の一例である半導体レーザ９から入力部１１を介して励起光が励起光学系１２に供給される。後述する他の実施形態である、図５及び図６に示すレーザ発生装置においては、レンズ入力部駆動装置により、入力部５１１，６１１が駆動される場合がある。このとき、入力部５１１，６１１における筒状部５１８，６１８を伸縮させたり、入力部５１１，６１１又は入力部５１１，６１１が固定された第１筐体５２０，６２０端部を適宜の移動手段により駆動させたりすることにより、励起光学系５１２，６１２における入力部５１１，６１１の位置、すなわち増幅媒体５０５，６０５に対する励起光５０８，６０８の出力位置が決められる。
【００２８】
励起光源の一例である半導体レーザ９は、共振器系４における増幅媒体５に励起光を照射して、増幅媒体５を励起させることにより共振器系４から所望のエネルギーを有するパルスレーザ１５を出力させることができる限り、公知の半導体レーザを採用することができる。
【００２９】
光ファイバ１０は、励起光源の一例である半導体レーザ９から出力された励起光８を伝送し、共振器系４における増幅媒体５に励起光８を照射して、増幅媒体５を励起させることにより共振器系４から所望のエネルギーを有するパルスレーザ１５を出力させることができる限り、公知の光ファイバを採用することができる。半導体レーザ９から出力された励起光を光ファイバ１０を介さずに、励起光学系１２で集光して増幅媒体５に照射させても良い。本実施形態のレーザ発生装置１を内燃機関における燃焼室内の混合気を着火させるために使用する場合には、光ファイバ１０を介して入力部１１から励起光８を励起光学系１２に入力させると、半導体レーザ９を内燃機関から離して設置することができるので内燃機関の熱による影響を受けにくくなるので好ましい。
【００３０】
可飽和吸収体駆動装置１３は、可飽和吸収体６を光軸方向に駆動させることができればよく、ピニオン及びラック等の適宜の手段を用いることができる。
【００３１】
本実施形態のレーザ発生装置１は、反射鏡２への励起光８の入射径が十分大きい場合を示す。反射鏡２への励起光８の入射径が十分大きいので、図１に示されるように、反射鏡２と正レンズ７との間に形成される光束１４の発散角は小さく、光軸に直交する光束の断面の径はほぼ一定である。正レンズ７と出力鏡３との間に形成される光束１４については、出力鏡３に近い程、光軸に直交する光束１４の断面の径は小さい。本実施形態のように可飽和吸収体駆動装置１３により、可飽和吸収体６を光軸方向に移動させて、パルスエネルギーを可変させる場合には、可飽和吸収体６は、光軸に直交する光束１４の断面の径の変化が大きい部位に設置されるのが好ましく、本実施形態におけるレーザ発生装置１においては、可飽和吸収体６は、正レンズ７と出力鏡３との間に配設されている。反射鏡２への励起光８の入射径が小さいため、反射鏡２と正レンズ７との間の領域における発散角が大きくなり、その結果反射鏡２と正レンズ７との間に形成される光束１４の径が、反射鏡２に近い程小さくなり、正レンズ７と出力鏡３との間に形成される光束１４の径がほぼ一定である場合には、可飽和吸収体６は反射鏡２と正レンズ７との間に配設されるのが好ましい。
【００３２】
図２は、図１に示したレーザ発生装置１において、可飽和吸収体６を光軸方向に移動して出力鏡３に近接させた場合の例である。正レンズ２０７と出力鏡２０３との間において、共振器系２０４内を往復する光束２１４の光軸に直交する断面積は、出力鏡２０３に近づく程小さくなっているので、可飽和吸収体２０６を通過する光束２１４の断面積は、図１より図２のレーザ発生装置の方が小さい。ところで、可飽和吸収体は所定範囲の波長を有する光を吸収することにより、発振光すなわち光束に対する透過率が大きくなる。そのために必要な光量ならびにそのため、可飽和吸収体２０６のうち光束２１４の通過する領域における単位面積あたりの光束２１４の強度は、出力鏡２０３に近づくにつれて高くなる。図２のレーザ発生装置２０１は、図１のレーザ発生装置１に比べて狭い範囲に光束２１４が吸収されるので、共振器系２０４に貯蔵されるエネルギーが小さい状態で、パルス２１５が出力される。図１のレーザ発生装置１よりも共振器系２１４に蓄積されたエネルギーが低い状態でパルスが出力されるため、出力されるパルス２１５のエネルギーは図１の場合よりも小さくなる。
【００３３】
図２に示したレーザ発生装置２０１のように出力鏡２０３に近接した位置に可飽和吸収体２０６が配置された状態から、光軸に沿って少しずつ可飽和吸収体２０６を正レンズ２０７に近づけていくと共に、励起光２０８の強度の調整及び光軸調整を行うだけで、パルスエネルギーを少しずつ高くすることができる、したがって、高エネルギーのパルスレーザが発振されるときに生じ易い、共振器系２０４における反射鏡の破壊、例えば反射鏡表面のブレークダウンや、当該箇所を起点とした亀裂の進展といった現象を抑制することができる。このとき、増幅媒体２０５から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束２１４の径は一定であるので、励起光２０８のエネルギーの損失を抑制して、高い効率でパルスレーザ２１５が発振される。したがって、可飽和吸収体駆動装置２１３により可飽和吸収体２０６の位置を光軸方向に駆動させることにより、反射鏡２０２の破壊を防止し、かつ、高い効率を維持しつつ、所望のエネルギーを有するパルスレーザ２１５を得ることができる。
【００３４】
次に、他の実施形態のレーザ発生装置について説明する。図３は、本発明の他の実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。図３に示されるレーザ発生装置３０１においては、入射径調整手段の一例である励起光学系駆動装置３２１が備えられている。入射径調整手段は、励起光源の一例である半導体レーザから出力される励起光の前記増幅媒体への入射径を変化させることのできる限り、任意の入射径調整手段を採用することができる。例えば、本実施形態のレーザ発生装置３０１においては、図３（ａ）に示すように、入射径調整手段として励起光学系駆動装置３２１が採用されており、この励起光学系駆動装置３２１は、励起光学系３１２を駆動し、増幅媒体３０５に対する励起光学系３１２の距離を変化させることができる。増幅媒体３０５と励起光学系３１２との距離を可変にすることにより、励起光学系３１２により集光された励起光３１２の集光点３２２の、共振器系３０４に対する相対位置が可変になり、増幅媒体３０５への入射径Ｒ１が可変になる。
【００３５】
本実施形態のレーザ発生装置３０１における励起光学系３１２は、励起光学系駆動装置３２１が設けられていること以外は、図１に示したレーザ発生装置１と同様の構成である。また、本実施形態のレーザ発生装置３０１における共振器系３０４は、可飽和吸収体駆動装置１３が備えられていないこと以外は、図１に示したレーザ発生装置１と同様の構成である。本実施形態のレーザ発生装置３０１においては、可飽和吸収体３０６は、反射鏡３０２と正レンズ３０７との間に配設されているが、正レンズ３０７と出力鏡３０３との間に配設させてもよく、その場合は板状の可飽和吸収体６における正レンズ３０７が配置されている側とは反対側の面に出力鏡３の機能を有する誘電体多層膜がコーティングされることにより出力鏡３が形成されていても良い。なお、本実施形態のレーザ発生装置３０１には可飽和吸収体駆動装置１３が備えられていないが、可飽和吸収体駆動装置１３を設け、可飽和吸収体駆動装置１３と励起光学系駆動装置３２１とによりパルスエネルギーを調整してもよい。本実施形態のレーザ発生装置３０１における励起光源３０９及び光ファイバ３０１は、図１に示したレーザ発生装置と同様の構成である。
【００３６】
本発明に係るレーザ発生装置のように、可飽和吸収体を備えている共振器系から発振されるパルスレーザの１パルスあたりのエネルギー、すなわちパルスエネルギーを調整する方法として、励起光の増幅媒体に対する入射径を変動させることが考えられる。入射径とは、例えば、増幅媒体が板状であり、励起光が入射される増幅媒体の表面が平面である場合に、励起光が増幅体表面に円形状に照射されたときの円の直径である。また、増幅媒体が球状又はレンズ状等の形状を有していたり、励起光が入射される表面が平らではなく起伏があったりする場合などには、入射径とは、励起光が増幅媒体に入射した面を投影した場合に形成される形状の面積を、円に換算した場合の直径である。換言すると、パルスエネルギーは、増幅媒体の表面に入射された励起光の投影面積に依存する。増幅媒体に照射される励起光には通常、入射面に対する強度分布が存在し、その強度分布は、励起光源における励起光強度の分布及び増幅媒体に対する励起光の焦点の位置等により変化するが、一般的に中央部が高く端部が低くなる。本発明においては、パルスレーザを発振するのに十分な励起光の強度が照射されていない弱励起領域は、励起光の投影面積、すなわち入射径には含まれない。
【００３７】
パルスエネルギーが、励起光の増幅媒体に対する入射径、すなわち投影面積により変化する理由について以下に説明する。増幅媒体の表面に入射された励起光の単位投影面積あたりのパルスエネルギーは、可飽和吸収体が固有に有する特性値である発振波長に対する透過率（初期透過率と称することもある。）、出力鏡の反射率等の内部損失によって決まる。ここで、前記内部損失は共振器系内において通常一定であるので、適宜に設計された共振器系において、増幅媒体の表面に入射された励起光の単位投影面積あたりのパルスエネルギーは一定である。したがって、増幅媒体の表面に入射された励起光の投影面積を増大させると、パルスエネルギーは増大する。したがって、励起光の増幅媒体に対する入射径を調整することにより、パルスレーザのパルスエネルギーを所望のように調整することができる。
【００３８】
図３（ａ）に示した本実施形態のレーザ発生装置３０１は、励起光学系３１２により集光された励起光３０８の集光点３２２は増幅媒体３０５の厚み方向の中点に位置している。図３（ｂ）は、励起光が増幅媒体に入射される部位の拡大説明図であり、励起光のスポット径を示している。一方、図４（ａ）は、図３（ａ）におけるレーザ発生装置よりも励起光学系と増幅媒体との距離を近づけた場合の例である。図４（ｂ）は、励起光が増幅媒体に入射される部位の拡大説明図であり、励起光のスポット径を示している。図４（ａ）に示した本実施形態のレーザ発生装置４０１では、励起光学系駆動装置４２１により励起光学系４１２を光軸方向に駆動して、励起光学系４１２と増幅媒体４０５との距離を近づけている。その結果、励起光４１２の集光点４２２は、増幅媒体４０５における光軸上の反射鏡４０２から遠ざかる方向にシフトするので、増幅媒体４０５の表面に入射される励起光４０８の入射径Ｒ２は、図３（ａ）、（ｂ）の場合に比べて大きくなる。励起光４０８の増幅媒体４０５への入射径Ｒ２が大きくなると、本実施形態のレーザ発振装置４０１から発振されるパルスレーザ４１５のパルスエネルギーは大きくなる。  
【００３９】
図５（ａ）及び図６（ａ）は、本発明の他の実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、増幅媒体の励起光が入射される部位の拡大説明図であり、励起光のスポット径を示している。図５（ａ）及び図６（ａ）に示した本実施形態のレーザ発生装置５０１，６０１は、図３（ａ）及び図４（ａ）における励起光学系駆動装置３２１，４２１に代えてレンズ入力部駆動装置５２３，６２３を有している。また、励起光学系５１２，６１２は、入力部５１１，６１１、凸レンズ５２４，６２４、共振器系５０４，６０４側が凸状である平凸レンズ５１６，６１６、及び入力部５１１，６１１側が凸状である平凸レンズ５１７，６１７が、この順に一列に配置されている。レンズ入力部駆動装置５２３，６２３と励起光学系５１２，６１２以外は、図３（ａ）及び図４（ａ）と同様の構成である。図５（ａ）及び図６（ａ）に示した本実施形態のレーザ発生装置５０１，６０１は、レンズ入力部駆動装置３１３，４１３により、励起光を入力する入力部５１１，６１１及びレンズ５２４，５１６，５１７，６２４，６１６，６１７のうちの少なくとも１個を駆動して、増幅媒体５０５，６０５に対する入力部５１１、６１１及びレンズ５２４，５１６，５１７，６２４，６１６，６１７のうちの少なくとも１個との距離を変化させることにより、増幅媒体５０５，６０５中における集光点５２２，６２２の位置を変えることなく、励起光５０８，６０８の増幅媒体５０５，６０５の表面への入射径Ｒ３，Ｒ４を変化させている。図５（ａ）及び図６（ａ）に示した本実施形態のレーザ発生装置５０１，６０１はいずれも、励起光学系５１２，６１２により集光された励起光５０８，６０８の集光点５２２，６２２は増幅媒体５０５，６０５の厚み方向の中点に位置している。図５（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置５０１は、レンズ入力部駆動装置５２３で励起光学系５１２における入力部５１１及びレンズ５２４，５１６，５１７のうちのいずれか１つを駆動することにより、図３（ａ）、（ｂ）の場合と同じ入射径で、増幅媒体５０５の表面に励起光５０８を入射している。一方、図６（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置６０１は、増幅媒体６０５中における集光点の位置を変えることなく、図５（ａ）、（ｂ）の場合よりも集光点のスポット径を増大させた場合の例である。したがって、図６（ａ）、（ｂ）における増幅媒体６０５の表面に入射される励起光６０８の入射径Ｒ４は、図５（ａ）、（ｂ）の場合に比べて大きくなる。励起光６０８の増幅媒体６０５への入射径Ｒ４が大きくなると、図５（ａ）、（ｂ）の場合に比べてパルスエネルギーは大きくなる。なお、図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置の例においては、励起光の集光点は増幅媒体の厚み方向における中点に位置しているが、励起光が入射される増幅媒体の表面あるいは表面近傍等、増幅媒体の形状や材料特性に応じて適宜設定すればよい。
【００４０】
図４（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置４０１における励起光４０８の増幅媒体４０５への入射径Ｒ２と図６（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置６０１における励起光６０８の増幅媒体６０５への入射径Ｒ４とが、同じである場合には、発振されるパルスエネルギーは同じである。しかし、図６（ａ）、（ｂ）における増幅媒体６０５の表面に入射された励起光６０８は、図４（ａ）、（ｂ）における増幅媒体４０５の表面に入射された励起光４０８よりも集光点に近いので、励起光の全エネルギーのうち発振に寄与するエネルギーの割合が高い。したがって、図４（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置４０１よりも図６（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置６０１の方が、高い効率でパルスレーザを得ることができる。
【００４１】
図７（ａ）〜（ｄ）を用いて、さらに詳しく説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、図３（ａ）、（ｂ）〜図６（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置それぞれに対応して、増幅媒体の表面に照射された励起光の入射径と強度との関係を模式的に表した図である。縦軸は、励起光が入射される増幅媒体の表面における、励起光の強度を示し、破線はパルスレーザを発振させるために必要な励起光の強度、すなわちレーザ発振閾値を示す。励起光が入射された増幅媒体の表面における、レーザ発振閾値を超えた面の直径が入射径である。図３（ａ）、（ｂ）と図５（ａ）、（ｂ）と図６（ａ）、（ｂ）とに示したレーザ発生装置は、増幅媒体における厚さ方向における中点に励起光の集光点が位置しており、増幅媒体の表面は集光点に近いので、増幅媒体の表面に照射された励起光の強度は、図７（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示されるように、図７（ｂ）に比べて増幅媒体への照射面において鋭く立ち上がっている。したがって、励起光の全エネルギーのうち、レーザ発振閾値（破線）に満たずに、パルスエネルギーの発振に寄与していない励起光のエネルギーは小さい。一方、図４（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置は、励起光の集光点が光軸上における全反射鏡から離れる位置にシフトしており、励起光の集光点は増幅媒体の表面から遠ざかっているので、図７（ｂ）に示されるように、増幅媒体の表面における励起光の強度は、増幅媒体への照射面において緩やかな山形を描く形をしている。したがって、励起光の全エネルギーのうち、レーザ発振閾値（破線）に満たずに、パルスエネルギーの発振に寄与していない励起光のエネルギーは大きい。したがって、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）に示した励起光学系駆動装置を有するレーザ発生装置よりも、図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）、（ｂ）に示したレンズ入力部駆動装置を有するレーザ発生装置の方が、励起光のエネルギーの損失を抑制して、高効率で所望のパルスエネルギーを有するパルスレーザを発振させることができるので、好ましい。
【００４２】
次に、他の実施形態のレーザ発生装置について説明する。図８は、本発明の他の実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。図８に示されるレーザ発生装置８０１においては、可飽和吸収体及び可飽和吸収体駆動装置に代えて音響光学素子が備えられている以外は、図１に示されるレーザ発生装置１０１と同様の構成を有している。このレーザ発生装置８０１は、これまでに説明したように、可飽和吸収体を備えることにより受動Ｑスイッチ法を使用してパルスレーザを発振させるレーザ発生装置に対して、能動Ｑスイッチ法を使用してパルスレーザを発振させるレーザ発生装置の例である。このレーザ発生装置８０１によると、共振器系８０４における光束８１４を音響光学素子８３１で周期的に回折させることにより、共振器系８０４内を往復する光束８１４を遮断し、この光束８１４の遮断を解除するとパルスレーザ８１５が発振される。音響光学素子８３１は、入力信号に基づいて超音波を生成する振動子と、この超音波によって回折格子が形成される結晶とにより形成される。すなわち、超音波によって結晶を弾性的に振動させて、結晶中に回折格子を形成し、光束８１４を回折させる。音響光学素子８３１としては、所望のエネルギーを有するパルスレーザを所望のタイミングで出力することができる限り任意の音響光学素子を採用することができ、例えば、ＴｅＯ２、ＳｉＯ２（石英）等が挙げられる。また、音響光学素子８３１に代えて、ＬｉＮｂＯ３等の光弾性効果を有するの電気光学素子又は回転鏡を使用する方法等を使用して共振器系内を往復する光束を遮断及び解除する能動Ｑスイッチ法を採用することができる。本実施形態のレーザ発生装置８０１によると、共振器系８０４における光軸に直交するいずれの断面においても、増幅媒体８０５から誘導放出された光の往路と復路とにより形成される光束の径が等しくなるので、増幅媒体８０５において励起された領域がパルスレーザ８１５の発振に有効に寄与する。その結果、半導体レーザ８０９から出力された励起光８０８のエネルギー損失を抑制することができ、高い効率でパルスレーザ８１５を発振するレーザ発生装置８０１を提供することができる。
【００４３】
本発明に係るレーザ発生装置は、加工装置、医療機器、及び内燃機関等パルスレーザを用いる用途一般に幅広く使用することができる。本発明に係るレーザ発生装置を内燃機関に使用する場合には、内燃機関の気筒に装着し、燃焼室内にパルスレーザを照射することにより、燃焼室内にある燃料に着火することができるので、内燃機関用のレーザ着火装置として使用することができる。
【００４４】
図９は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置の構成説明図である。図９は、図２に示したレーザ発生装置と出力光学系とを有するレーザ着火装置である。出力光学系９２５は、少なくとも一枚のレンズ９２６，９２７を有し、共振器系９０４から出力されたパルスレーザ９１５を内燃機関における燃焼室内の所望の位置に、所望のビームウエストで、集光させることができる。本実施形態の出力光学系９２５は、二枚の平凸レンズ９２６，９２７と、これらのレンズ９２６，９２７を収納する第２筐体９２８と第２筐体９２８内部と内燃機関の燃焼室内とを隔離するための光学的には何ら作用がない出力窓９２９とを有している。本発明に係るレーザ発生装置を内燃機関に使用する場合には、出力光学系により共振器系から出力されたパルスレーザを集光させることにより、内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火することができるので、内燃機関用のレーザ着火装置として使用することができる。
【００４５】
図１０は、本実施形態のレーザ着火装置を内燃機関の気筒に装着した場合の気筒の模式図である。内燃機関の気筒１０００は、シリンダブロック１００１とシリンダヘッド１００２とピストン１００３とにより形成され、シリンダブロック１００１とシリンダヘッド１００２とピストン１００３とにより囲まれて形成される空間が燃焼室１００４である。シリンダヘッド１００２には燃料と空気との混合気を供給する吸入管１００５が接続され、吸入弁１００６の開閉により混合気の供給が調節されるように形成されている。また、シリンダヘッド１００２には混合気を排出する排気管１００７が接続され、排気弁１００８の開閉により混合気の排気が調節されるように形成されている。本実施形態のレーザ着火装置１は、燃焼室１００４内の混合気に着火させることができる限り任意の位置に設置することができ、例えば、図１０に示すようにシリンダヘッド１００２における吸入弁１００６と排気弁１００８との間に、本実施形態のレーザ着火装置を設置することができる。レーザ着火装置から出力されたパルスレーザは燃焼室１００４内においてブレークダウンを生じ、パルスレーザの結像点を起点に燃焼室１００４内の混合気が燃焼する。なお、内燃機関における気筒の一例を説明したが、気筒の構成は上記構成に限定されるものではない。本実施形態のレーザ着火装置は、内燃機関の稼働状況に応じて混合気における燃料の割合が変化する場合に、反射鏡が破損するのを防止し、かつ、高い効率を維持しつつ、パルスエネルギーを所望のように調整することができる。したがって、消費電力を抑制したレーザ着火装置を提供することができる。
【００４６】
本実施形態のレーザ着火装置が内燃機関用レーザ着火装置として使用される場合には、励起光源の稼動タイミング、励起光の強度、励起光学系駆動装置、レンズ入力部駆動装置及び可飽和吸収体駆動装置のうちの少なくとも１つを制御する制御装置を有するのが好ましい。制御装置を有することにより、内燃機関の稼動状態に応じて、所望のタイミングで所望のパルスエネルギーを有するパルスレーザを容易にかつ確実に発振させることができる。図１１は、本実施形態のレーザ着火装置の制御装置を説明するための構成図である。本実施形態のレーザ着火装置は、内燃機関の気筒に取り付けられた種々のセンサにより得られる信号を解析し、この解析結果に基づいて、励起光源の一例である半導体レーザの電源、励起光の強度及び可飽和吸収体駆動装置等が制御装置により制御される。制御装置１１００は、演算部１１０１と制御部１１０２とにより形成され、内燃機関の気筒に取り付けられた種々のセンサ１１０３、例えば、クランク角、燃焼室内の圧力、燃焼室内の燃料の濃度、排気管内の排気温度、排気管内の排気中の酸素濃度及び残存燃料濃度等を検知するセンサから送信された信号を演算部１１０１において解析する。解析された結果は、制御部１１０２へ送信され、この制御部１１０２は制御信号を生成し、例えば可飽和吸収体駆動装置１１０４に制御信号を出力する。この制御信号により、可飽和吸収体駆動装置１１０４が可飽和吸収体の光軸方向の位置を制御する。その後、半導体レーザの稼動を開始した後、レーザ着火装置からパルスレーザが出力されるまでの時間を考慮したタイミングで、半導体レーザの電源１１０５ａに制御信号を出力し、半導体レーザ１１０５の電源をｏｎ及びｏｆｆにする。上記工程を繰り返し行うことにより、内燃機関の気筒内の混合気を適切なタイミングで、着火させることができるので、内燃機関の稼動状況に応じて、所望のように気筒を動作させることができる。なお、可飽和吸収体駆動装置に代えて、又は可飽和吸収体と共に、励起光学系駆動装置又はレンズ入力部駆動装置を用いて、増幅媒体に照射される励起光の入射径を調整する場合には、前記制御装置により励起光学系駆動装置又はレンズ入力部駆動装置が制御される。
【００４７】
次に、図９を参照しながら、レーザ着火装置９０１の作用について説明する。図９に示すように、半導体レーザ９０９から出力された励起光９０８は、光ファイバ９１０により伝送され入力部９１１から励起光学系９１２に入力される。入力された励起光９０８は励起光学系９１２における２枚の平凸レンズ９１６，９１７により順次コリメート、集光され、共振器系９０４の反射鏡９０２を透過して増幅媒体９０５に入射され、増幅媒体９０５を励起する。増幅媒体９０５の内部においては、励起光９０８が照射され続けることによって反転分布密度が上昇し、反転分布密度が共振器のパラメータによって決まる閾値を超えることにより誘導放出が起こる。増幅媒体９０５から発振された光が出力鏡９０３と反射鏡９０２とにより形成される共振器系９０４内を往復する過程において、可飽和吸収体９０６が共振器系９０４内部を往復する光を吸収して、可飽和吸収体９０６の透過率が上昇するので、共振器に貯蔵されたエネルギーと損失されたエネルギーとの比であるＱ値が急激に上昇し、共振器系９０４内部を往復する発振光９１４及び出力鏡９０３を透過するレーザ光９１５が急激に増加する。出力の急激な増加に伴い、増幅媒体９０５の反転分布密度は急激に減少するので、共振器系９０４内を往復する発振光９１４及び出力鏡９０３を透過するレーザ光９１５は短時間のうちに減少に転じ、出力はジャイアントパルスとなる。ここで、可飽和吸収体駆動装置９１３により、可飽和吸収体９０６を正レンズ９０７に近づけると、可飽和吸収体９０６において光束９１４が通過する領域が大きくなる。そうすると、共振器系９０４内における損失が大きくなり、共振器系９０４により多くのエネルギーが貯蔵されてから発振が開始される。それに伴い発振の際に放出されるエネルギーも大きくなるため、大きいエネルギーを有するパルスレーザ９１５を発振することができる。
【００４８】
半導体レーザ９０９からの励起光２が連続して照射される場合には、上記過程が繰り返されるので、本実施形態のレーザ着火装置９０１からパルスレーザ９１５が所定間隔で出力される。一方、増幅媒体９０５の反転分布密度が閾値に達した後に、半導体レーザ９０９から出力される励起光９０８を速やかに止めると、単一のパルスレーザ９１５となる。
【００４９】
出力鏡９０３から出力されたパルスレーザ９１５は、出力光学系９２５における二枚の平凸レンズ９２６，９２７により集光されて、出力窓９２９により隔離された気筒の燃焼室内に結像点９３０が形成される。この結像点９３０においては、高い電界が生じる。この電界密度が諸条件によって決まる閾値より高い場合には、ブレークダウンを生じ、この結像点９３０を起点に燃焼室内の混合気が燃焼する。
【００５０】
本発明に係るレーザ着火装置は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更をすることができる。例えば、励起光学系におけるレンズの種類及び個数は特に限定されず、励起光の増幅媒体に対する入射径を所望のように調整することができれば良い。また、出力光学系におけるレンズの種類及び個数も特に限定されず、内燃機関の燃焼室内における所望の位置に所望のビームウエストでパルスレーザの結像点を有するように調整することができれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の一実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。
【図２】図２は、図１におけるレーザ発生装置よりも可飽和吸収体と出力鏡との距離を近づけた場合の例である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の一実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。図３（ｂ）は、励起光が増幅媒体に入射される部位の拡大説明図である。
【図４】図４（ａ）は、図４（ａ）におけるレーザ発生装置よりも励起光学系と増幅媒体との距離を近づけた場合の例である。図４（ｂ）は、励起光が増幅媒体に入射される部位の拡大説明図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の他の実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。図５（ｂ）は、励起光が増幅媒体に入射される部位の拡大説明図である。
【図６】図６（ａ）は、増幅媒体中における集光点の位置を変えることなく、図６（ａ）の場合よりも集光点のスポット径を増大させた場合の例である。図４（ｂ）は、励起光が増幅媒体に入射される部位の拡大説明図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、図３（ａ）、（ｂ）〜図６（ａ）、（ｂ）に示したレーザ発生装置それぞれに対応して、増幅媒体の表面に照射された励起光の入射径と強度との関係を模式的に表した図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施例であるレーザ発生装置の構成説明図である。
【図９】図９は、図２におけるレーザ発生装置と出力光学系とを有するレーザ着火装置の構成説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置を内燃機関の気筒に装着した場合の気筒の模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置の制御装置を説明するための構成図である。
【図１２】図１２は、従来のレーザ発生装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、８０１      レーザ発生装置
２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、８０２、９０２、１２０２  反射鏡
３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、８０３、９０３、１２０３  出力鏡
４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４、８０４、９０４、１２０４  共振器系
５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５、８０５、９０５、１２０５  増幅媒体
６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、９０６、１２０６  可飽和吸収体
７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７、８０７、９０７  正レンズ
８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８、８０８、９０８、１２０８  励起光
９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９、８０９、９０９、１１０５  半導体レーザ
１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、８１０、９１０  光ファイバ
１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、８１１、９１１、１２１１  入力部
１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、８１２、９１２、１２１２  励起光学系
１３、２１３、９１３、  可飽和吸収体駆動装置
１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４、８１４、９１４、１２１４  発振光、光束
１５、２１５、３１５、４１５、５１５、６１５、８１５、９１５、１２１５  パルスレーザ
１６、２１６、３１６、４１６、５１６、６１６、８１６、９１６、１７、２１７、３１７、４１７、５１７、６１７、８１７、９１７、９２６、９２７、        平凸レンズ
１８、２１８、３１８、４１８、５１８、６１８、８１８、９１８        筒状部
１９、２１９、３１９、４１９、５１９、６１９、８１９、９１９          環状部
２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、８２０、９２０        第１筐体
３２１、４２１        励起光学系駆動手段
３２２、４２２、５２２、６２２        集光点
５２３、６２３        レンズ入力部駆動手段
５２４、６２４        凸レンズ
８３１        音響光学素子
９０１        レーザ着火装置
９２８        第２筐体
９２９        出力窓
９３０        結像点
１０００      気筒
１００１      シリンダブロック
１００２      シリンダヘッド
１００３      ピストン
１００４      燃焼室
１００５      吸入管
１００６      吸入弁
１００７      排気管
１００８      排気弁
１１００      制御装置
１１０１      演算部
１１０２      制御部
１１０３      センサ
１１０５ａ    電源
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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