(57)【要約】  スラブ導波路２により伝搬された励起光１を導入する入射面３ａがスラブ導波路２に接合され、その入射面３ａから導入された励起光１を吸収してレーザ光を増幅する固体レーザ媒質３と、その固体レーザ媒質３の対向面３ｂから出射されたレーザ光を全反射する全反射膜４と、その全反射膜４により全反射されたレーザ光を透過して外部に出力する反射防止膜７とを設けるように構成した。これにより、高輝度で高出力なレーザ光を出射することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面から励起光を導入し、その励起光を伝搬する平板状の導波路と、上記導波路により伝搬された励起光を導入する入射面が上記導波路に接合され、その入射面から導入された励起光を吸収してレーザ光を増幅する平板状の固体レーザ媒質と、上記固体レーザ媒質の入射面に対向している側の面から出射されたレーザ光を全反射する全反射部材と、上記導波路に接合され、上記全反射部材により全反射されたレーザ光を透過して外部に出力する透過部材とを備えた固体レーザ励起モジュール。
【請求項２】
固体レーザ媒質で発生する熱を排熱する冷却部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項３】
導波路の入射面が、その導波路の厚さ方向に対して傾斜していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項４】
固体レーザ媒質の厚みが導波路の厚みより薄いことを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項５】
固体レーザ媒質の側面が荒らし面であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項６】
固体レーザ媒質の側面がレーザ光の光軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項７】
導波路の断面面積が入射面から離れるほど小さいことを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項８】
導波路の側面のうち、固体レーザ媒質と接合している部分に接している側面が荒らし面であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の固体レーザ励起モジュール。
【請求項９】
導波路における荒らし面の外側に、光を反射する反射部材が配置されていることを特徴とする請求の範囲第８項記載の固体レーザ励起モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、励起光を吸収してレーザ光を増幅する固体レーザ励起モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザに用いられる固体レーザ媒質の形状は、一般的にロッド型、スラブ型、ディスク型などがある。
この中で、ディスク型の固体レーザ媒質は、レーザ媒質の形状が薄い平板状に加工されている。
また、ディスク型の固体レーザ媒質のうち、最も面積の大きい面の一方からレーザ光を入射し、この入射面に対向する面がレーザ光を反射することにより、レーザ光をディスクの厚さ方向に伝搬させながら増幅する固体レーザ媒質をアクティブミラーと呼ぶ場合がある。【０００３】
ディスク型の固体レーザ媒質がレーザ光を励起することにより発生する熱は、入射面に対向する面（以下、排熱面という）から排熱される。
この構成では、排熱方向がレーザ光の光軸と平行になるため、熱レンズ効果や熱複屈折効果もほとんど発生しない。このため、レーザ出力に依存してレーザ共振条件が変化することがなく、高出力なレーザ光を安定的に得ることが可能である。このように、ディスク型の固体レーザ媒質には、他の形状のレーザ媒質では得られない特有の利点がある。【０００４】
一方、ディスク型の固体レーザ媒質では、同じ厚さで、かつ、同じ励起パワーで大きな利得を得るためには、ディスク径を小さくして励起光を集光させることにより、励起光の密度を高くする必要がある。
しかしながら、ディスク径を小さくすると、排熱面も小さくなるので、排熱の効率が悪くなる。
従って、ディスク径の小さい固体レーザ媒質に励起光を集中させると、発熱密度が大きくなる。これにより、励起時に固体レーザ媒質の温度が過度に上昇すると、固体レーザ媒質自体が熱破壊してしまう可能性がある。また、一般的に、固体レーザ媒質は、温度が上昇すると、発生する利得も小さくなるため、増幅の効率も低下する。【０００５】
また、ディスク型の固体レーザ媒質では、レーザ光の伝搬方向（レーザ光の光軸）に沿って励起光を入射する端面励起を採用すると、励起光の伝搬距離がディスクの厚さ方向で規定される。これにより、励起光の吸収効率を稼ぐことができず、レーザ装置の発振効率が低くなる不具合が発生する。【０００６】
上記の端面励起を採用せずに、レーザ光の光軸に平行な側面から励起光を入射する側面励起を採用すると、励起光がディスクの径方向を伝搬することになり、比較的長い吸収長が得られる。このため、ディスク内に入射した励起光が効率良くレーザ媒質に吸収され、高効率な励起が行われる。
しかしながら、高出力な励起源は励起光の幅が広いため、ディスクの側面から励起光をディスク内に入射させるには、ディスク型の固体レーザ媒質の厚さを厚くする必要がある。【０００７】
一般的に、アクティブミラー方式では、ディスクの反射面から排熱を行うため、ディスクの厚さが厚いほど、固体レーザ媒質の温度が上昇する。このため、固体レーザ媒質が発生する利得も小さくなり、増幅の効率も低下する。【０００８】
このような不具合を解決しているディスク型の固体レーザ媒質の励起方式が以下の特許文献１に開示されている。
特許文献１の第４図に記載されている薄ディスクは、レーザ活性媒質が添加された平板状のレーザ媒質と、レーザ活性媒質が添加されていない平板状の媒質とが一体的に製作されているものである。【０００９】
このように薄ディスクが構成されることにより、励起光を入射する側面の面積を拡大することができるとともに、固体レーザ媒質の厚さを薄くすることができる。
このため、厚さの薄い固体レーザ媒質を用いながらも、薄ディスクの側面から高出力な励起源を用いてレーザ光を入射することができる。
よって、高出力な励起光で厚さの薄い固体レーザ媒質を効率よく励起することが可能となり、高出力なレーザ光を高効率に得ることができるようになる。【００１０】
【特許文献１】ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ：ＵＳ２００２／００３９３７７Ａ１  第４図
【００１１】
従来の固体レーザ励起モジュールは以上のように構成されているので、薄ディスクの側面から入射した励起光が、薄ディスクの上下面間で反射を繰り返しながら伝搬するが、この際、励起光はレーザ活性媒質が添加されている平板状のレーザ媒質部を通過する時に吸収され、レーザ活性媒質が添加されていない平板状の媒質部を通過する時には吸収されずに伝搬する。このため、励起光が上記レーザ媒質部を通過する場所が、励起光の伝搬する角度に依存して飛び飛びとなるため、励起分布が一様とならず、飛び飛びの励起分布になる。このような場合、励起光を吸収することで発生する利得も飛び飛びの分布となるため、高輝度なレーザ発振が困難となり、増幅器として用いる場合でも、増幅後のレーザ光のビーム品質が増幅前のレーザ光のビーム品質より低下することがある課題があった。【００１２】
また、固体レーザ媒質がレーザ光を励起することにより発生する熱は、ディスクの反射面を通して冷却手段に排熱されるが、発熱量に応じて温度が上昇するため、励起分布に依存して、温度分布も飛び飛びに分布する。一般的に、温度が変化すると屈折率が変化するため、温度差のある媒質を通過した光は屈折する。このため、局所的なレンズ作用が薄ディスク面内で多数存在することになり、さらに、高輝度なレーザ発振が困難となり、増幅時のビーム品質の低下を引き起こす課題があった。【００１３】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高輝度で高出力なレーザ光を出射することができる固体レーザ励起モジュールを得ることを目的とする。
【発明の開示】
【００１４】
この発明に係る固体レーザ励起モジュールは、導波路により伝搬された励起光を導入する入射面が導波路に接合され、その入射面から導入された励起光を吸収してレーザ光を増幅する平板状の固体レーザ媒質と、その固体レーザ媒質の入射面に対向している側の面から出射されたレーザ光を全反射する全反射部材と、その全反射部材により全反射されたレーザ光を透過して外部に出力する透過部材とを設けるようにしたものである。
【００１５】
このことによって、高輝度で高出力なレーザ光を出射することができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１による固体レーザ励起モジュールを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による固体レーザ励起モジュールを示す側面図である。
【図３】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図４】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図５】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図６】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図７】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図８】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図９】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図１０】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図１１】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図１２】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図１３】励起光の伝搬状態を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態６による固体レーザ励起モジュールを示す側面図である。
【図１５】図１４の固体レーザ励起モジュールを示す上面図である。
【図１６】この発明の実施の形態７による固体レーザ励起モジュールを示す上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による固体レーザ励起モジュールを示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１による固体レーザ励起モジュールを示す側面図である。
図３及び図４は励起光の伝搬状態を示している。特に、図３は固体レーザ励起モジュールを側面から見ており、図４は固体レーザ励起モジュールを上面から見ている。【００１８】
図において、スラブ導波路２は入射面２ａから励起光１を導入し、その励起光１を伝搬する平板状の導波路である。
なお、スラブ導波路２は固体レーザ媒質３のｚ方向の厚さより大きな厚さを有し、固体レーザ媒質３のｙ方向の長さより大きな長さを有している。また、スラブ導波路２は固体レーザ媒質３とオプティカルコンタクト、または、拡散接合などによって光学的に接合されている。スラブ導波路２は固体レーザ媒質３のホスト材料、固体レーザ媒質３とほぼ同じ屈折率を有する結晶、または、固体レーザ媒質３のガラス材料で構成されている。【００１９】
薄ディスク形状（平板状）の固体レーザ媒質３はスラブ導波路２により伝搬された励起光１を導入する入射面３ａがスラブ導波路２と光学的に接合され、その入射面３ａから導入された励起光１を吸収して利得を得ることによりレーザ光を増幅する。
なお、固体レーザ媒質３としては、一般的な固体レーザ媒質を使用することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを使用する。固体レーザ媒質３における光軸に垂直な断面は、円形、楕円形、多角形など、任意の形状を用いることができるが、特にレーザ光が光軸８に平行に入射される場合には、光軸８に対称な円形や正多角形が望ましい。【００２０】
全反射膜４は固体レーザ媒質３の入射面３ａに対向している側の面（以下、対向面３ｂという）に接合され、その対向面３ｂから出射されたレーザ光を全反射して、そのレーザ光を固体レーザ媒質３に戻す全反射部材である。
なお、全反射膜４は、誘電体薄膜を積層することにより作成することができる。あるいは、金属膜の蒸着などを用いることにより作成することができる。【００２１】
ヒートシンク６は接合剤５によって全反射膜４と接合され、固体レーザ媒質３で発生する熱を排熱する冷却部である。
なお、ヒートシンク６では、例えば、冷却水や空冷ファンなどで熱を冷却することにより、固体レーザ媒質３の温度上昇を抑制している。
接合剤５は金属半田や光学接着剤、あるいは、熱伝導性接着剤などが該当する。【００２２】
反射防止膜７はスラブ導波路２に接合され、外部からレーザ光を導入して、そのレーザ光を固体レーザ媒質３に与える一方、全反射膜４により全反射されたのち、固体レーザ媒質３を透過してきたレーザ光を透過して外部に出力する透過部材である。
なお、反射防止膜７は、例えば、誘電体薄膜を積層することにより作成することができる。【００２３】
なお、励起光１は固体レーザ媒質３に利得を与えるために入射するものであり、励起光１の励起源としては、高出力な半導体レーザを用いてもよいし、ファイバー出力の励起源を用いてもよい。
また、複数の半導体レーザがバー状に配置されたＬＤバーを用いても良いし、さらに複数のＬＤバーが積層されたスタックＬＤを用いてもよい。【００２４】
このような励起源を使用する場合、高出力な励起光１が得られるが、発光面積が大きいため、スラブ導波路２の入射面２ａからスラブ導波路２の内部に効率良く入射させることが困難である。
このため、図示せぬレンズなどの光学部品を用いて励起光１を集光することにより、励起光１のビーム径を小さくすることで入射効率を改善することができる。
しかし、励起源のビーム品質と、ビーム径縮小用の光学部品の外形や収差量とに応じて、縮小可能なビーム径が決まるため、スラブ導波路２の入射面２ａの厚さや幅は、縮小可能なビーム径よりも大きくしておくことが望ましい。【００２５】
次に動作について説明する。
励起源から出射された励起光１は、スラブ導波路２の入射面２ａから導波路内に入射すると、その入射面２ａ以外のスラブ導波路２の全ての面で反射を繰り返しながら伝搬する。
スラブ導波路２のｙ方向の長さが、固体レーザ媒質３のｙ方向の長さよりも長いので、入射面２ａから入射した励起光１は、スラブ導波路２の内部を伝搬したのち、固体レーザ媒質３の上部に到達する。【００２６】
固体レーザ媒質３の入射面３ａがスラブ導波路２と光学的に接合されているので、励起光１が固体レーザ媒質３の上部に到達すると、その励起光１が固体レーザ媒質３に導入される。
固体レーザ媒質３は、入射面３ａから励起光１を導入すると、その励起光１を吸収することにより、利得を発生する（レーザ光の増幅に用いるエネルギーを蓄積する）。【００２７】
一方、外部から光軸８と平行にレーザ光が反射防止膜７に入射されると（図中、上側から下側に向けてレーザ光が反射防止膜７に入射される）、レーザ光は、反射防止膜７とスラブ導波路２を透過して、固体レーザ媒質３に入射される。【００２８】
固体レーザ媒質３は、上述したように、励起光１を吸収することにより利得を発生しているので、レーザ光が入射されると、そのレーザ光を増幅するように作用する。
固体レーザ媒質３により増幅されたレーザ光は、固体レーザ媒質３の対向面３ｂから全反射膜４に向けて出射される。【００２９】
全反射膜４は、固体レーザ媒質３の対向面３ｂからレーザ光を受けると、そのレーザ光を全反射して、そのレーザ光を固体レーザ媒質３に戻すように作用する。
固体レーザ媒質３は、全反射膜４からレーザ光が戻されると、再度、そのレーザ光を増幅する。
なお、固体レーザ媒質３により増幅されたレーザ光は、スラブ導波路２と反射防止膜７を透過して、外部に出力される（図中、下側から上側に向けてレーザ光が外部に出力される）。【００３０】
ここで、固体レーザ媒質３が励起光１を吸収する際に熱を発生するが、その熱は全反射膜４及び接合剤５を介して、ヒートシンク６に伝導する。
ヒートシンク６では、例えば、冷却水や空冷ファンなどで、その熱を冷却する。
これにより、固体レーザ媒質３の温度上昇が抑制される。【００３１】
この実施の形態１では、固体レーザ媒質３が励起光１を吸収して利得を発生するものについて示したが、この点について、もう少し具体的に説明する。
スラブ導波路２から固体レーザ媒質３に入射された励起光１は、固体レーザ媒質３で吸収されながら伝搬したのち、全反射膜４に到達すると、その全反射膜４に反射され、再び、固体レーザ媒質３で吸収されながら伝搬する。【００３２】
固体レーザ媒質３で吸収され尽くされなかった励起光１は、再び、スラブ導波路２に入射され、スラブ導波路２の内面（固体レーザ媒質３の入射面３ａと接合している面に対向している面）で反射される。これにより、その励起光１は、再び、固体レーザ媒質３に入射されて、固体レーザ媒質３で吸収される。【００３３】
スラブ導波路２内での励起光１の進行方向がｚ方向に対して小さい角度である場合には、上記の反射回数が多くなるため、固体レーザ媒質３に再入射する回数も多くなる。このため、固体レーザ媒質３を通過する合計の光路長が長くなり、高い吸収率を得ることができる。
一方、スラブ導波路２内での励起光１の進行方向がｚ方向に対して大きい角度である場合には、上記の反射回数が少なく、固体レーザ媒質３に再入射する回数が少なくなる。しかし、固体レーザ媒質３に対してｚ方向に大きな角度で入射するため、１回当りの固体レーザ媒質３内での光路長が長くなり、高い吸収率を得ることができる。
いずれの場合も、励起光１は、高い吸収率で固体レーザ媒質３に吸収され、固体レーザ媒質３は、大きな利得を発生することができる。【００３４】
この実施の形態１では、固体レーザ媒質３のｚ方向の厚さが、スラブ導波路２のｚ方向の厚さよりも薄いので、スラブ導波路２のｚ方向の厚さを厚くして、励起光１の入射面２ａを大きくしても、固体レーザ媒質３の厚さが比較的に薄くなる。
このため、励起光１を吸収することで発熱する固体レーザ媒質３を十分に薄くすることが可能であり、温度上昇を抑制することができる。したがって、温度上昇に伴う利得の低下や、励起光１の吸収効率の低下を最小限に抑制して、高出力なレーザ発振器や増幅器を構成することができる。【００３５】
また、この実施の形態１では、スラブ導波路２の入射面２ａでの大きさが小さくなるように、励起光１が集光されているため、スラブ導波路２の内部に入射された励起光１は、広がりながら伝搬する。このため、励起光１がスラブ導波路２内を伝搬し、固体レーザ媒質３の上部に到達した時には、固体レーザ媒質３のディスク面（ｘｙ面）の大きさに対して十分に大きくなる。【００３６】
仮に、スラブ導波路２のｙ方向の長さが、固体レーザ媒質３のｙ方向の長さと等しい場合、入射面２ａからスラブ導波路２の内部に入射した励起光１の大きさが十分に大きく広がる前に、固体レーザ媒質３の上部に到達するため、極めて部分的な領域が強く励起されることになり、ディスク面内で励起光１の吸収分布が生じることから、利得分布や温度分布が生じ、高輝度レーザの発振を妨げたり、増幅光のビーム品質を劣化させたりする。【００３７】
しかし、この実施の形態１によれば、固体レーザ媒質３に入射される励起光１は、固体レーザ媒質３のディスク面に対して十分に大きいため、ディスク面全体を均一性良く励起することが可能である。このため、発生する利得もディスク面全体で均一性の良いものとなり、高輝度レーザ発振や均一性のよい増幅が可能となる。【００３８】
さらに、固体レーザ媒質３が励起されることで発生する熱もディスク面内で均一であるため、ディスク面内の温度分布が一様となり、レーザ媒質及びスラブ導波路２のディスク面内温度差に依存して発生する屈折率分布が最小となる。このため、高輝度なレーザ発振が可能であり、増幅器として用いる場合でも、増幅後のビーム品質を劣化させることなく、入射光の増幅が可能となる。【００３９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、スラブ導波路２により伝搬された励起光１を導入する入射面３ａがスラブ導波路２に接合され、その入射面３ａから導入された励起光１を吸収してレーザ光を増幅する固体レーザ媒質３と、その固体レーザ媒質３の対向面３ｂから出射されたレーザ光を全反射する全反射膜４と、その全反射膜４により全反射されたレーザ光を透過して外部に出力する反射防止膜７とを設けるように構成したので、高輝度で高出力なレーザ光を出射することができる効果を奏する。【００４０】
なお、図１及び図２では省略しているが、レーザ光の一部を反射する一方、レーザ光の一部を透過する部分反射鏡を用意し、その部分反射鏡を光軸８上に配置すれば（例えば、反射防止膜７の上部に配置）、レーザ光が部分反射鏡と図１の固体レーザ励起モジュールとからなる経路で、レーザを発振するレーザ共振器を構成することができる。
これにより、部分反射鏡からレーザ共振器により増幅されたレーザ光を外部に出力するレーザ装置として使用することが可能となる。【００４１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、励起光１を所定の方向からスラブ導波路２に入射するものについて示したが、図５に示すように、スラブ導波路２の入射面２ａをｚ軸方向と平行な側面として、入射面２ａに対して様々な角度で励起光１を入射するようにしてもよい。
このように、様々な角度で励起光１を入射させると、スラブ導波路２の内部を伝搬する励起光１の角度も様々なものとなるため、固体レーザ媒質３に入射する励起光１も様々な角度で入射することになる。このため、固体レーザ媒質３の励起分布の均一性が更に向上する効果が得られる。【００４２】
また、図６に示すように、スラブ導波路２の入射面２ａとしてｘｙ面の一部を用いて、スラブ導波路２の内部に励起光１を入射させるようにしてもよい。
この場合、スラブ導波路２の内部に入射された励起光１は、スラブ導波路２の傾斜配置した側面で反射して、固体レーザ媒質３の方向に励起光１を伝搬させることができる。
これにより、励起光源の配置位置の自由度が増加するため、より小型な励起モジュールを構成することができる効果が得られる。【００４３】
また、図７に示すように、スラブ導波路２の入射面２ａを厚さ方向の側面として、ｚ方向に対して傾斜させるようにしてもよい。
これにより、励起光１のスラブ導波路２内での伝搬角度が、入射面２ａの傾斜角度分だけ追加される。このため、様々な角度で入射された励起光１の全てがスラブ導波路２の内部でｙ方向に対して平行ではなく、スラブ導波路２の対向するｘｙ面で反射するようになる。【００４４】
例えば、励起光１がスラブ導波路２の内部で、ｙ方向と平行に伝搬する場合、励起光１が固体レーザ媒質３の上部に到達しても、固体レーザ媒質３に入射することなく、スラブ導波路２の内部を伝搬するので、固体レーザ媒質３に吸収されない。
しかし、図７の構成によれば、全ての励起光１がｙ方向に対して平行ではなく、スラブ導波路２の対向するｘｙ面で反射するので、全ての励起光１が固体レーザ媒質３に入射する。このため、固体レーザ媒質３で吸収される励起光１の割合が高くなり、より高効率で高出力なレーザ発振や増幅が可能になる効果が得られる。【００４５】
上記実施の形態１，２では、特に言及していないが、スラブ導波路２の入射面２ａに、励起光１に対して無反射となるような反射防止膜を施すようにしてもよい。このような反射防止膜は、例えば、誘電体薄膜を積層することにより構成する。
これにより、効率よく励起光１をスラブ導波路２に入射することができる効果を奏する。【００４６】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、励起光１を２方向からスラブ導波路２に入射するものについて示したが、図８に示すように、固体レーザ媒質３に対してスラブ導波路２を４回転対称に配置することにより、励起光１を４方向からスラブ導波路２に入射するようにしてもよい。【００４７】
励起光１を４方向からスラブ導波路２に入射する場合、固体レーザ媒質３が４方向から励起されるため、上記実施の形態１，２のように、２方向から励起される場合よりも、高出力で励起することが可能である。
このため、より高出力な励起が可能となり、高出力なレーザ光を出力するレーザ装置として使用することができる。【００４８】
この実施の形態３では、４方向からの回転対称励起について示したが、励起方向やスラブ導波路２の数は、特に限定するものではない。
また、励起方向は、回転対称配置である必要はなく、非対称に配置してもよい。
さらに、固体レーザ媒質３は、ディスク面の形状が４角形であるものについて示したが、円形、楕円形、多角形などの形状でもよい。
特に円形である場合には、円形のレーザ光に対する重なりが高いため、より高効率で高出力なレーザ光を得ることができるようになる。【００４９】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、特に言及していないが、固体レーザ媒質３のディスク面（ｘｙ面）内の長さが、厚さ方向（ｚ方向）の長さよりも長いため、利得を持った固体レーザ媒質３が放出する蛍光がディスク面内で反射を繰り返すことで増幅され、意図しないエネルギーの抽出が行われることがある。このようなものを一般に“寄生発振”と呼ぶ場合がある。
寄生発振が生じた場合には、固体レーザ媒質３の厚さ方向から入射するレーザ光に対する利得が減少し、レーザ出力や増幅が小さくなる。【００５０】
この実施の形態４では、寄生発振の発生を防止するため、固体レーザ媒質３の厚さ方向の側面を荒らし面にしている。
このように、固体レーザ媒質３の厚さ方向の側面を荒らし面にすると、固体レーザ媒質３のディスク面内を伝搬した後、荒らし面に入射する蛍光は、荒らし面で一部が拡散反射され、一部が透過する。このため、蛍光が固体レーザ媒質３内で周回するような光路がなくなるため、寄生発振の発生が防止される。【００５１】
また、固体レーザ媒質３の厚さ方向の側面がｚ方向に対して平行ではなく、傾斜するようにしてもよい。この場合、厚さ方向の側面が荒らし面ではなく、光学面であってもよい。
これにより、固体レーザ媒質３のディスク面内を伝搬した蛍光は、厚さ方向の側面に入射した後、スラブ導波路２に向って伝搬するため、固体レーザ媒質３内で周回するような光路がなくなり、寄生発振の発生が防止される。よって、高出力で高効率なレーザ発振器や増幅器を提供することができる効果が得られる。【００５２】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、スラブ導波路２の入射面２ａにおける断面面積と、スラブ導波路２の中心部における断面面積が同一であるものについて示したが、図９に示すように、スラブ導波路２の側面をテーパ状に加工することにより、スラブ導波路２の断面面積が入射面２ａから離れるほど小さくなるようにしてもよい。【００５３】
図９の構成では、励起光１の拡がり角が大きい場合や、スラブ導波路２の入射面２ａにおける励起光１の幅が、固体レーザ媒質３の幅よりも大きい場合に有効である。
即ち、側面がテーパ状に加工されたスラブ導波路２は、励起光１をｘ軸方向に集光しながら、固体レーザ媒質３に入射するようになる。これにより、励起光１が固体レーザ媒質３に入射する際の入射効率を高めることができる。【００５４】
固体レーザ媒質３に入射されずに通過した励起光１や、固体レーザ媒質３に入射された後、スラブ導波路２に漏れ出た励起光１の成分が、スラブ導波路２のテーパ形状で反射を繰り返して、再度、固体レーザ媒質３に入射させるように構成することも可能である。また、スラブ導波路２の入射面２ａに対向している面に、励起光１を全反射する全反射膜を配置することにより、さらに、高い入射効率を実現することも可能である。【００５５】
図９の構成では、励起光１を１つ配置しているが、図１０及び図１１に示すように、励起光１及びスラブ導波路２を２以上配置するようにしてもよい。この場合、より大きな励起光１を固体レーザ媒質３に入射することができるため、固体レーザ媒質３の高利得化や高出力化を実現することができる。【００５６】
なお、図９〜図１１の構成では、スラブ導波路２の形状が複雑となり、製作の困難化やコスト高を招く可能性がある。
そこで、図１２及び図１３に示すように、スラブ導波路２のｘｙ面の形状を多角形として、多角形の側面から励起光１を入射するようにしてもよい。【００５７】
この場合、スラブ導波路２内での励起光１の反射折り返しが対向するｘｙ平面だけで行われ、ｘｙ平面内での励起光１の幅は、伝搬して行く方向に広がるようになる。
このように構成すれば、比較的簡単な形状のスラブ導波路２を用いて、複数の励起源から出力される励起光１を固体レーザ媒質３に入射させることができるので、固体レーザ媒質３の高利得化や高出力化を廉価に実現することができる。【００５８】
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６による固体レーザ励起モジュールを示す側面図であり、図１５は図１４の固体レーザ励起モジュールを示す上面図である。図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
スラブ導波路２の厚さ方向の側面のうち、スラブ導波路２が固体レーザ媒質３と光学的に接合している部分に隣接している部分の側面が荒らし面２ｂである。荒らし面２ｂはレーザ光の波長に対して面精度が非常に悪い面である。
なお、荒らし面２ｂの製作方法は、スラブ導波路２の外形を切断した後、部分的に研磨を行わないことで製作してもよいし、側面全体を研磨した後、ヤスリや、その他の手段を用いて、部分的に荒らして製作してもよい。【００５９】
この実施の形態６では、スラブ導波路２の側面の一部を荒らし面２ｂにしているため、荒らし面２ｂに入射する光は、一部が拡散反射し、残りの一部が透過する。このため、励起された固体レーザ媒質３で発生した蛍光が、全反射膜４の平面と、反射防止膜７の平面と、スラブ導波路２が固体レーザ媒質３と光学的に接合している部分に隣接している２つの側面とからなる４面を用いて周回する光路がなくなるため、上記４面を用いた寄生発振が発生しない。このため、より高出力な励起を行っても寄生発振が発生せず、高出力なレーザ発振器や増幅器を提供することができる効果が得られる。【００６０】
実施の形態７．
図１６はこの発明の実施の形態７による固体レーザ励起モジュールを示す上面図である。図において、図１５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
反射部材９はスラブ導波路２における荒らし面２ｂの外側に配置され、荒らし面２ｂから漏れ出た励起光１を反射して、その励起光１をスラブ導波路２の内部に戻すように作用する。図１６ではスラブ導波路２における荒らし面２ｂの外側に反射部材９を配置しているが、荒らし面２ｂと同じ面積の反射部材９を、荒らし面２ｂを覆うように配置してもよいし、荒らし面２ａと固体レーザ媒質３の厚さ方向の側面を合わせた面と同じ大きさで、これを覆うように配置してもよい。【００６１】
反射部材９は、金属薄膜や誘電体多層膜を施した部材から構成し、反射部材９を荒らし面２ｂに近接配置してもよいし、セラミックや、その他の高反射物を近接配置してもよい。さらには、スラブ導波路２の荒らし面２ｂや固体レーザ媒質３の厚さ方向の側面に、直接、金属薄膜や、誘電体多層膜を施すことで構成してもよい。【００６２】
このように、スラブ導波路２における荒らし面２ｂの外側に反射部材９を配置することにより、荒らし面２ｂに入射した光の一部は拡散反射し、残りの光は透過するが、透過した光は反射部材９によって反射されるため、再び、スラブ導波路２の内部に入射されて伝搬する。このとき、スラブ導波路２に再入射された光は、荒らし面２ｂを通過するために、拡散してスラブ導波路２の様々な方向に伝搬する。【００６３】
固体レーザ媒質３が励起されることで利得を持ち、固体レーザ媒質３が蛍光を発生するが、この実施の形態７でも、スラブ導波路２の荒らし面２ｂに入射された光は、拡散して反射されるので、周回光路がなく、寄生発振の発生が防止される。【００６４】
なお、上記実施の形態６では、スラブ導波路２の入射面２ａから入射されて伝搬してきた励起光１が、固体レーザ媒質３に吸収される前に荒らし面２ｂに入射された場合、一部が拡散しながら反射されるため、この反射された励起光１が固体レーザ媒質３に吸収されるが、残りの一部はスラブ導波路２の外に漏れ出てしまうため、この成分を固体レーザ媒質３に吸収させることができない。このため、励起光１の利用効率が小さくなることがある。【００６５】
しかし、この実施の形態７では、荒らし面２ｂの外側に反射部材９が配置されているため、荒らし面２ｂから漏れ出た励起光１を再びスラブ導波路２の内部に入射させることができる。
これにより、より多くの励起光１を固体レーザ媒質３に吸収させることができるため、より高効率で高出力なレーザ発振器や増幅器を提供することができる効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、この発明に係る固体レーザ励起モジュールは、励起光を吸収して利得を得ることによりレーザ光を増幅する薄ディスク型の固体レーザ媒質を用いて構成されており、薄ディスク型の固体レーザ媒質は、加工用レーザ装置やレーザからなる計測装置に用いるのに適している。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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