(57)【要約】  利得媒質の表面粗さが大きい場合でも、高出力化や高繰り返し化を実現することができるレーザ装置を提供する。励起光源と、励起光源から出力された励起光を集光する集光光学系と、集光光学系により集光された励起光を受けて放出光を出力する利得媒質と、利得媒質よりも表面粗さが小さく、利得媒質から出力された放出光を透過する透明部材と、透明部材を透過した放出光の吸収に伴って透過率が増加する過飽和吸収体と、透明部材を挟んで、利得媒質と過飽和吸収体との間で放出光を共振させる共振器とを備え、透明部材の利得媒質側の面に、励起光を反射し、且つ放出光を透過する誘電体多層膜がコーティングされている。
2020137136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と、
前記励起光源から出力された励起光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された前記励起光を受けて放出光を出力する利得媒質と、
前記利得媒質よりも表面粗さが小さく、前記利得媒質から出力された前記放出光を透過する透明部材と、
前記透明部材を透過した前記放出光の吸収に伴って透過率が増加する過飽和吸収体と、
前記透明部材を挟んで、前記利得媒質と前記過飽和吸収体との間で前記放出光を共振させる共振器と、
を備え、
前記透明部材の前記利得媒質側の面に、前記励起光を反射し、且つ前記放出光を透過する第１誘電体多層膜がコーティングされている、レーザ装置。
【請求項２】
前記透明部材と前記利得媒質とがオプティカルコンタクト又は接合されている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記透明部材と前記利得媒質との間にエアギャップが形成されている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記利得媒質の前記透明部材側の面に、前記励起光及び前記放出光に対する反射防止膜がコーティングされている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記透明部材の前記過飽和吸収体側の面に、前記放出光に対する反射防止膜がコーティングされている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記透明部材と前記過飽和吸収体とがオプティカルコンタクト又は接合されている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記透明部材と前記過飽和吸収体との間にエアギャップが形成されている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記過飽和吸収体の前記透明部材側の面に、前記放出光に対する反射防止膜がコーティングされている、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記利得媒質がセラミックＹＡＧからなる、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記セラミックＹＡＧが、イッテルビウムが添加されたセラミックＹＡＧである、請求項９に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記透明部材が二酸化珪素、サファイヤ又はダイヤモンドのいずれかである、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記共振器が、
前記過飽和吸収体から出力された前記放出光の一部を反射し、前記放出光の残部を透過するミラーと、
前記利得媒質の前記集光光学系側の面にコーティングされた第２誘電体多層膜と、
を備える、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記ミラーが、前記過飽和吸収体と離間して設けられる、請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記ミラーが、前記過飽和吸収体の前記透明部材側の面とは反対側の面にコーティングされた第３誘電体多層膜で構成される、請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記励起光源及び前記集光光学系のそれぞれを複数有し、前記利得媒質、前記透明部材、前記過飽和吸収体及び前記ミラーをアレイ構造とした、請求項１に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示に係る技術（本技術）は、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロチップレーザは、励起光源、集光光学系、利得媒質、過飽和吸収体及び共振器を備えるレーザ装置である。マイクロチップレーザの利得媒質の過飽和吸収体側の面には、励起光を反射し、且つ利得媒質の放出光を透過する誘電体多層膜がコーティングされる。この誘電体多層膜は、共振器により共振する放出光のビームウエスト近傍に位置するため、放出光のエネルギーにより破壊され易い。【０００３】
誘電体多層膜等のコーティング膜のレーザ損傷閾値が、膜付けする対象表面の面状態に影響されることは一般的に知られている。非特許文献１には、膜付けする対象の表面欠陥によって電界増強が生じ、反射防止膜に損傷を与えることが報告されている。非特許文献２では、膜付けする対象の表面粗さに依存して反射防止膜のレーザ損傷閾値が変化することが報告されている。【０００４】
誘電体多層膜の耐久性を向上させる手段として、特許文献１には、熱損傷を防ぐためにダイヤモンドを用いた冷却構造が提案されている。しかしながら、膜付けする対象の表面粗さが大きいと電界増強が生じるため、熱損傷を防いだだけでは誘電体多層膜の耐久性を十分向上させることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２３５８０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】N. Bloembergen: Appl. Opt. 22 (1973) 661.
【非特許文献２】Y. Nose et al.: Japan. J. Appl. Phys. 26 (1987) 1256.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に、マイクロチップレーザの利得媒質として、特性バラツキの小さいセラミックのイットリウム・アルミニウム・ガーネット（セラミックＹＡＧ）を使用する場合には、セラミックＹＡＧは単結晶ＹＡＧと比較して、研磨による面精度を出すことができない。このため、利得媒質の表面粗さが大きい表面にコーティングされる誘電体多層膜の耐久性の低下が顕著となる。この結果、高出力化や高繰り返し化が困難となる。【０００８】
本技術は、利得媒質の表面粗さが大きい場合でも、高出力化や高繰り返し化を実現することができるレーザ装置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】
【０００９】
本技術の一態様に係るレーザ装置は、励起光源と、励起光源から出力された励起光を集光する集光光学系と、集光光学系により集光された励起光を受けて放出光を出力する利得媒質と、利得媒質よりも表面粗さが小さく、利得媒質から出力された放出光を透過する透明部材と、透明部材を透過した放出光の吸収に伴って透過率が増加する過飽和吸収体と、透明部材を挟んで、利得媒質と過飽和吸収体との間で放出光を共振させる共振器とを備え、透明部材の利得媒質側の面に、励起光を反射し、且つ放出光を透過する第１誘電体多層膜がコーティングされていることを要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本技術の実施形態に係るレーザ装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１に示したレーザ装置の部分拡大図である。
【図３】図３は、比較例に係るレーザ装置の概略図である。
【図４】図４は、図３に示したレーザ装置の部分拡大図である。
【図５】図５は、本技術の実施形態に係るレーザ加工機の一例を示す概略図である。
【図６】図６は、本技術の実施形態の第１変形例に係るレーザ装置の一例を示す概略図である。
【図７】図７は、本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置の一例を示す概略図である。
【図８】図８は、図７に示したレーザ装置の部分拡大図である。
【図９】図９は、本技術の実施形態の第３変形例に係るレーザ装置の部分拡大図である。
【図１０】図１０は、本技術の実施形態の第４変形例に係るレーザ装置の一例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示したレーザ装置の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、図面を参照して本技術の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本技術の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
【００１３】
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【００１４】
＜レーザ装置の構成＞
本技術の実施形態に係るレーザ装置は、図１に示すように、励起光源１、集光光学系２、利得媒質５、透明部材６、過飽和吸収体７及びミラー（共振器ミラー）８を備えるマイクロチップレーザである。
【００１５】
励起光源１は、励起光Ｌ１を出力する。励起光源１としては、半導体レーザ（レーザダイオード）を使用可能である。半導体レーザは、端面発光レーザであってもよく、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。図１では模式的に、励起光源１が出力する励起光Ｌ１の光軸Ａ１を破線で示し、励起光Ｌ１を一点鎖線で示している。
【００１６】
集光光学系２は、励起光源１から出力された励起光Ｌ１を集光する。集光光学系２は、励起光Ｌ１を平行光とするコリメートレンズ３と、コリメートレンズ３からの平行光とされた励起光Ｌ１を集光する集光レンズ４とを備える。
【００１７】
利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７は、励起光Ｌ１の光軸Ａ１に沿って順に配置されている。利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７は互いにオプティカルコンタクト又は接合されて一体化されている。透明部材６は、利得媒質５に隣接し、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１とは反対側の面Ｓ２の方向に配置されている。過飽和吸収体７は、透明部材６に隣接し、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３とは反対側の面Ｓ４の方向に配置されている。共振器ミラー８は、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５とは反対側の面Ｓ６の方向に配置されている。
【００１８】
利得媒質５は、集光光学系２により集光された励起光Ｌ１を受けて励起光Ｌ１の振幅を増幅し、放出光Ｌ２を出力する。励起光Ｌ１の光軸Ａ１に沿った利得媒質５の厚さは例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。利得媒質５は、光活性物質を含有し、励起光Ｌ１により光活性物質が励起されることにより、放出光Ｌ２を発生させる。利得媒質５としては、例えばセラミックＹＡＧからなる。利得媒質５としては、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を濃度１０％〜５０％程度でセラミックＹＡＧに添加したセラミックＹｂ：ＹＡＧが好適である。セラミックＹｂ：ＹＡＧの励起波長は９４０ｎｍであり、発振波長は１０３０ｎｍである。以下では、利得媒質５としてセラミックＹｂ：ＹＡＧを使用した場合を説明する。
【００１９】
透明部材６は、利得媒質５から出力された放出光Ｌ２を透過する。励起光Ｌ１の光軸Ａ１に沿った透明部材６の厚さは例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。透明部材６としては、例えば石英（ＳｉＯ２）、サファイヤ及びダイヤモンドのいずれかが使用可能である。透明部材６としては、利得媒質５とのオプティカルコンタクト又は接合の際の利得媒質５の冷却の観点からは、サファイヤ又はダイヤモンド等の高熱伝導材料が好ましい。
【００２０】
過飽和吸収体７は、透明部材６を透過した放出光Ｌ２の吸収に伴って透過率が増加する。即ち、過飽和吸収体７は、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる特性を有し、受動Ｑスイッチとして機能する。励起光Ｌ１の光軸Ａ１に沿った過飽和吸収体７の厚さは例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。過飽和吸収体７の初期透過率は例えば３０％〜９５％程度である。過飽和吸収体７としては、例えばセラミックＹＡＧにクロム（Ｃｒ）を添加したセラミックＣｒ：ＹＡＧ等が使用可能である。
【００２１】
共振器ミラー８は、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１にコーティングされた誘電体多層膜５ａ（図２参照）と共に共振器（８，５ａ）を構成する。共振器（８，５ａ）は、透明部材６を挟んで、利得媒質５と過飽和吸収体７との間で放出光Ｌ２を共振させる。図１では模式的に、共振する放出光Ｌ２を二点鎖線で示している。放出光Ｌ２が、共振器（８，５ａ）内で共振しながら利得媒質５で増幅される。利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２近傍には、例えば直径１００μｍ程度のビームウエストが形成され、最もエネルギー密度が高くなる。
【００２２】
共振器ミラー８は、過飽和吸収体７を透過した放出光Ｌ２の一部を反射すると共に、過飽和吸収体７を透過した放出光Ｌ２の残部を透過する機能を有する。共振器ミラー８を透過した放出光Ｌ２がパルス状のレーザ光（発振光）として出力される。共振器ミラー８の放出光Ｌ２の波長に対する反射率は例えば３０％〜９５％程度である。共振器ミラー８としては、例えば誘電体多層膜が使用可能である。
【００２３】
図１に示した利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７の部分の拡大図を図２に示す。利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１には、共振器ミラー８と共に共振器（８，５ａ）を構成する誘電体多層膜５ａがコーティングされている。誘電体多層膜５ａは、例えばＳｉＯ２及び五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、或いはＳｉＯ２及び酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等の、屈折率が互いに異なる材料からなる誘電体層を交互に積層することによって形成し得る。誘電体多層膜５ａは、利得媒質５から出力された放出光Ｌ２を反射すると共に、励起光Ｌ１を透過する機能を有するように、膜厚、屈折率及び膜層数が選定された構造を有している。例えば、放出光Ｌ２の波長（１０３０ｎｍ）の反射率が９９％以上であり、且つ励起光Ｌ１の波長（９４０ｎｍ）の透過率が９５％以上である。一方、利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２には、励起光Ｌ１及び放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）５ｂがコーティングされている。反射防止膜（ＡＲコート）５ｂは、ＳｉＯ２層やＴａ２Ｏ５層等からなる単層又は複数層の誘電体膜で構成することができる。
【００２４】
利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１及び利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２は、誘電体多層膜５ａ及び反射防止膜５ｂをそれぞれコーティングする前に研磨がそれぞれ施されるが、利得媒質５としてセラミックＹＡＧを使用した場合にはケミカル研磨が困難でありメカニカル研磨程度の面精度しか出すことができない。このため、ケミカル研磨が容易な単結晶ＹＡＧと比較して面精度を出し難く、表面粗さを小さくし難い。
【００２５】
透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３には、誘電体多層膜６ａがコーティングされている。誘電体多層膜６ａは、励起光Ｌ１を反射し、且つ放出光Ｌ２を透過する機能を有するように、膜厚、屈折率及び膜層数が選定された構造を有している。例えば、励起光Ｌ１の波長（９４０ｎｍ）の反射率が９９％以上であり、放出光Ｌ２の波長（１０３０ｎｍ）の透過率が９５％以上である。一方、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４には、放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）６ｂがコーティングされている。反射防止膜６ｂは、ＳｉＯ２層やＴａ２Ｏ５層等からなる単層又は複数層の誘電体膜で構成することができる。
【００２６】
透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３及び透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４は、誘電体多層膜６ａ及び反射防止膜６ｂをそれぞれコーティングする前にケミカル研磨がそれぞれ施されるが、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１及び利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２と比較して、ケミカル研磨により面精度を出しやすく、表面粗さを小さくし易い。このため、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３及び透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４の表面粗さは、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１及び利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２の表面粗さよりも小さい。例えば、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３及び透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４の算出平均粗さＲａは、０．１ｎｍ〜１ｎｍ程度であってよい。
【００２７】
過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５には、放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）７ａがコーティングされている。一方、過飽和吸収体７の共振器ミラー８側の面Ｓ６には、放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）７ｂがコーティングされている。反射防止膜７ａ，７ｂは、ＳｉＯ２層やＴａ２Ｏ５層等からなる単層又は複数層の誘電体膜で構成することができる。
【００２８】
利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２にコーティングされた反射防止膜５ｂと、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングされた誘電体多層膜６ａとは、オプティカルコンタクトされているか、或いは常温接合等により接合されているのが好ましい。また、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４にコーティングされた反射防止膜６ｂと、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５にコーティングされた反射防止膜７ａとは、オプティカルコンタクトされているか、或いは常温接合等により接合されているのが好ましい。
【００２９】
＜レーザ装置の動作＞
次に、図１及び図２を参照して、本技術の実施形態に係るレーザ装置の基本的な動作を説明する。図１に示した励起光源１から励起光Ｌ１が出力され、集光光学系２により励起光Ｌ１が集光される。集光光学系２により集光された励起光Ｌ１は、図２に示した誘電体多層膜５ａを透過して利得媒質５に入射する。利得媒質５は、励起光Ｌ１を受けて放出光Ｌ２を出力する。利得媒質５から出力された放出光Ｌ２は、反射防止膜５ｂ、誘電体多層膜６ａ、透明部材６及び反射防止膜６ｂを透過して、過飽和吸収体７に入射する。過飽和吸収体７が透過した放出光Ｌ２は、反射防止膜７ｂを透過して共振器ミラー８に達する。放出光Ｌ２は、共振器（８，５ａ）内で共振しながら利得媒質５で増幅される。
【００３０】
利得媒質５から出力される放出光Ｌ２の光強度が小さいときは、過飽和吸収体７の光吸収率が大きいため、レーザ発振は起こらない。やがて、利得媒質５から出力される放出光Ｌ２の光強度が大きくなり、過飽和吸収体７における光強度が所定値以上となると、過飽和吸収体７の光吸収が飽和して光吸収率が急激に小さくなる。これにより、放出光Ｌ２が過飽和吸収体７を透過することにより、利得媒質５で誘導放出が起こり、レーザ発振が起こる。そして、レーザ発振が起こると利得媒質５から出力される放出光Ｌ２の光強度が小さくなり、過飽和吸収体７の光吸収率が大きくなるため、レーザ発振が終了する。このようにして、本技術の実施形態に係るレーザ装置からパルス状のレーザ光（発振光）が出力される。
【００３１】
＜比較例＞
ここで、図３及び図４を参照して、比較例に係るレーザ装置を説明する。比較例に係るレーザ装置は、図３に示すように、利得媒質５と過飽和吸収体７との間に透明部材が配置されていない点が、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置と異なる。
【００３２】
図３に示した利得媒質５及び過飽和吸収体７の部分の拡大図を図４に示す。利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１に誘電体多層膜５ａがコーティングされている点は、本技術の実施形態に係るレーザ装置と同様である。一方、利得媒質５の過飽和吸収体７側の面Ｓ２には、励起光Ｌ１を反射し、且つ放出光Ｌ２を透過する機能を有する誘電体多層膜５ｘがコーティングされている点が、本技術の実施形態に係るレーザ装置と異なる。
【００３３】
過飽和吸収体７の利得媒質５側の面Ｓ５に、発振波長の反射を防止する反射防止膜７ａがコーティングされ、過飽和吸収体７の共振器ミラー８側の面Ｓ６に、発振波長の反射を防止する反射防止膜７ｂがコーティングされている点は、本技術の実施形態に係るレーザ装置と同様である。
【００３４】
利得媒質５の過飽和吸収体７側の面Ｓ２にコーティングされている誘電体多層膜５ｘと、過飽和吸収体７の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングされた反射防止膜７ａとは、オプティカルコンタクトされてるか、或いは常温接合等により接合されている。
【００３５】
比較例に係るレーザ装置では、過飽和吸収体７の初期透過率を下げることによる高出力化や、励起光Ｌ１のパワーを上げることによる高繰り返し化を行っていくと、ビームウエスト近傍に位置する、利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２にコーティングされている誘電体多層膜５ｘが、放出光Ｌ２のエネルギーで破壊されてしまう。即ち、誘電体多層膜５ｘの耐久性が高出力化・高繰り返し化の制約となっている。特に、量産化を見据え、特性のバラつきが少ないセラミックＹＡＧを利得媒質５として使用する場合には、誘電体多層膜５ｘの破壊が顕著になる。これは、セラミックＹＡＧは単結晶ＹＡＧと比較して、ケミカル研磨が困難であり、表面粗さを小さくし難いため、レーザ損傷閾値の低い誘電体多層膜５ｘしかコーティングすることができないことに起因する。また、誘電体多層膜５ｘは、励起光Ｌ１を反射し、且つ放出光Ｌ２を透過する機能を有するように、膜層数を多くし、膜厚を厚くする必要があるが、誘電体多層膜５ｘは膜層数及び膜厚が増加するほど耐久性が低下する。
【００３６】
＜本技術の実施形態の効果＞
これに対して、本技術の実施形態に係るレーザ装置によれば、利得媒質５と過飽和吸収体７との間に透明部材６を配置している。そして、比較例に係るレーザ装置では利得媒質５の過飽和吸収体７側の面Ｓ２にコーティングした誘電体多層膜５ｘと同様の、励起光Ｌ１を反射し、且つ放出光Ｌ２を透過する機能を有する誘電体多層膜６ａを、利得媒質５よりも表面粗さが小さい透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングしている。一方、透明部材６よりも表面粗さの大きい利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２には、誘電体多層膜６ａよりも膜厚が薄く膜層数が少ない、励起光Ｌ１及び放出光Ｌ２に対する反射防止膜５ｂをコーティングしている。そして、利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２にコーティングされた反射防止膜５ｂと、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングされた誘電体多層膜６ａとを、オプティカルコンタクト又は接合させている。
【００３７】
したがって、本技術の実施形態に係るレーザ装置によれば、比較例に係るレーザ装置の誘電体多層膜５ｘと略同様の位置に誘電体多層膜６ａが配置されることとなるが、誘電体多層膜６ａが利得媒質５よりも表面粗さが小さい透明部材６にコーティングされているため、誘電体多層膜６ａのレーザ損傷閾値の低下を防止することができ、誘電体多層膜６ａの耐久性を向上させることができる。一方、透明部材６よりも表面粗さの大きい利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２にコーティングされた反射防止膜５ｂは、誘電体多層膜６ａよりも膜厚が薄く膜層数が少ないため、利得媒質５にコーティングされた場合でも破壊され難い。よって、利得媒質５に表面粗さの大きいセラミックＹＡＧ等を使用した場合でも、高出力化及び高繰り返し化を実現することができる。更に、本技術の実施形態に係るレーザ装置によれば、セラミックＹＡＧ等の利得媒質５の表面粗さに影響されないので、品質の安定化にもつながる。
【００３８】
＜レーザ加工機＞
本技術の実施形態に係るレーザ装置は、レーザ加工機に適用可能である。例えば図５に示すように、本技術の実施形態に係るレーザ加工機２０は、レーザ装置２１、光増幅器（アンプ）２２、波長変換部２３、パワー調整部２４、スキャン光学系２５及び集光光学系（第２集光光学系）２６を備える。
【００３９】
レーザ装置２１は、図１及び図２に示した構成を有する。即ち、レーザ装置２１は、励起光源１と、励起光源１から出力された励起光Ｌ１を集光する集光光学系（第１集光光学系）２と、セラミックＹＡＧ等からなり、第１集光光学系２により集光された励起光Ｌ１を受けて放出光Ｌ２を出力する利得媒質５と、利得媒質５よりも表面粗さが小さく、利得媒質５から出力された放出光Ｌ２を透過する透明部材６と、透明部材６を透過した放出光Ｌ２の吸収に伴って透過率が増加する過飽和吸収体７と、透明部材６を挟んで、利得媒質５と過飽和吸収体７との間で放出光Ｌ２を共振させる共振器（８，５ａ）とを備える。そして、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３に、励起光Ｌ１を反射し、且つ放出光Ｌ２を透過する誘電体多層膜６ａがコーティングされている。
【００４０】
図５に示したアンプ２２は、レーザ装置２１から出力されたレーザ光を増幅する。波長変換部２３は、アンプ２２により増幅されたレーザ光の波長を変換する。波長変換部２３は、例えば第２高調波発生（ＳＨＧ）、第３高調波発生（ＴＨＧ）、第４高調波発生（ＦＨＧ）等のための構成を有する。パワー調整部２４は、波長変換部２３により波長を変換されたレーザ光のパワーを調整する。パワー調整部２４は、例えば可変減衰器（バリアブルアッテネータ）で構成できる。スキャン光学系２５は、パワー調整部２４によりパワーを調整されたレーザ光を走査する。スキャン光学系２５は、例えばガルバノスキャナや微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー等で構成することができる。第２集光光学系２６は、スキャン光学系２５により走査されたレーザ光を集光し、集光したレーザ光を被加工対象に照射する。集光光学系２は、例えばＦθレンズ及び対物レンズで構成することができる。
【００４１】
（第１変形例）
本技術の実施形態の第１変形例に係るレーザ装置は、図６に示すように、図１に示したレーザ装置にそれぞれが対応する複数のユニットセルを備える点が、本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と異なる。本技術の実施形態の第１変形例に係るレーザ装置は、複数の励起光源１ａ，１ｂ，１ｃ及び複数の集光光学系２ａ，２ｂ，２ｃを有する。図６では、３つの励起光源１ａ，１ｂ，１ｃ及び３つの集光光学系２ａ，２ｂ，２ｃに対応する３つのユニットセルを一次元に配列した場合を例示するが、ユニットセルを２次元に配列してもよい。また、ユニットセルの個数は限定されず、２つのユニットセルを配列してもよく、４つ以上のユニットセルを配列してもよい。
【００４２】
集光光学系２ａは、励起光源１ａに対応して配置され、コリメートレンズ３ａ及び集光レンズ４ａを備える。集光光学系２ｂは、励起光源１ｂに対応して配置され、コリメートレンズ３ｂ及び集光レンズ４ｂを備える。集光光学系２ｃは、励起光源１ｃに対応して配置され、コリメートレンズ３ｃ及び集光レンズ４ｃを備える。
【００４３】
本技術の実施形態の第１変形例に係るレーザ装置は、利得媒質５、透明部材６、過飽和吸収体７及びミラー（共振器ミラー）８の共振器部分をアレイ構造とした点が、本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と異なる。過飽和吸収体７と共振器ミラー８とは透明材料からなるスペーサを介して一体化されていてもよい。
【００４４】
図６において図示を省略するが、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１には、放出光を反射すると共に、励起光を透過する誘電体多層膜がコーティングされている。一方、利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２には、励起光及び放出光の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）がコーティングされている。利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１にコーティングされた誘電体多層膜と共振器ミラー８により共振器が構成されている。
【００４５】
また、図６において図示を省略するが、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３には、励起光を反射し、且つ放出光を透過する誘電体多層膜がコーティングされている。一方、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４には、放出光の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）がコーティングされている。過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５には、放出光の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）がコーティングされている。一方、過飽和吸収体７の共振器ミラー８側の面Ｓ６には、放出光の反射を防止する反射防止膜（ＡＲコート）がコーティングされている。
【００４６】
透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４にコーティングされた反射防止膜と、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５にコーティングされた反射防止膜とは、オプティカルコンタクトされているか、或いは常温接合等により接合されているのが好ましい。利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２にコーティングされた反射防止膜と、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングされた誘電体多層膜とは、オプティカルコンタクトされているか、或いは常温接合等により接合されているのが好ましい。
【００４７】
利得媒質５は、集光光学系２ａ，２ｂ，２ｃにより集光された励起光（一点鎖線で図示）を受けて放出光（二点鎖線で図示）を出力する。利得媒質５から出力された放出光は、共振器ミラー８と、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１にコーティングされた誘電体多層膜とで構成される共振器内で共振しながら利得媒質５で増幅され、各ユニットセル毎にパルス状のレーザ光（発振光）が出力される。
【００４８】
本技術の実施形態の第１変形例に係るレーザ装置によれば、複数の励起光源１ａ，１ｂ，１ｃ及び複数の集光光学系２ａ，２ｂ，２ｃを有し、利得媒質５、透明部材６、過飽和吸収体７及びミラー（共振器ミラー）８の共振器部分をアレイ構造とした複数のユニットセルを有する場合でも、本技術の実施形態に係るレーザ装置と同様に、高出力化及び高繰り返し化を実現することができる。
【００４９】
（第２変形例）
本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置は、図７に示すように、励起光源１、集光光学系２、利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７を備える点は、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と同様である。しかし、本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置は、図７に示すように、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５とは反対側の面Ｓ６側に共振器ミラーが配置されていない点が、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と異なる。
【００５０】
図７に示した利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７の部分の拡大図を図８に示す。過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５とは反対側の面Ｓ６には、反射防止膜７ｂの代わりに、図１に示した共振器ミラー８と同じ反射率の誘電体多層膜（部分反射ミラー）７ｃがコーティングされている。誘電体多層膜７ｃは、過飽和吸収体７を透過した放出光Ｌ２の一部を反射すると共に、過飽和吸収体７を透過した放出光Ｌ２の残部を透過する機能を有する。即ち、誘電体多層膜７ｃは、利得媒質５の集光光学系２側の面Ｓ１にコーティングされた誘電体多層膜５ａと共に共振器（５ａ，７ｃ）を構成する。誘電体多層膜７ｃを透過した放出光Ｌ２がパルス状のレーザ光（発振光）として出力される。
【００５１】
本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置によれば、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置のように共振器ミラー８を個別に配置する代わりに、過飽和吸収体７の面Ｓ６にコーティングされた誘電体多層膜７ｃに共振器ミラー８と同様の役割を持たせた場合でも、本技術の実施形態に係るレーザ装置と同様に、高出力化及び高繰り返し化を実現することができる。なお、図６に示した本技術の実施形態の第１変形例に係るレーザ装置においても、本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置と同様に、共振器ミラー８を個別に配置せず、過飽和吸収体７の面Ｓ６に共振器ミラー８と同じ反射率の誘電体多層膜（部分反射ミラー）がコーティングされていてもよい。
【００５２】
（第３変形例）
本技術の実施形態の第３変形例に係るレーザ装置の全体構成は、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と同様である。本技術の実施形態の第３変形例に係るレーザ装置の利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７の部分の拡大図を図９に示す。図９に示すように、利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７を互いにオプティカルコンタクト又は接合する構造を取る場合、利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２には、励起光Ｌ１及び放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜がコーティングされていなくてもよい。利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２は、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングされた、励起光Ｌ１を反射し、且つ放出光Ｌ２を透過する誘電体多層膜６ａとオプティカルコンタクト又は接合されていてもよい。
【００５３】
また、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５には、放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜がコーティングされていなくてもよい。過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５は、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４にコーティングされた、放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜６ｂとオプティカルコンタクト又は接合されていてもよい。
【００５４】
なお、図示を省略するが、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４に反射防止膜６ｂがコーティングされず、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５に、放出光Ｌ２の反射を防止する反射防止膜がコーティングされていてもよい。その場合、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４は、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５にコーティングされた反射防止膜とオプティカルコンタクト又は接合されていてもよい。
【００５５】
本技術の実施形態の第３変形例に係るレーザ装置によれば、利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７を互いにオプティカルコンタクト又は接合する構造を取る場合、例えば利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２及び過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５に、反射防止膜がそれぞれコーティングされていなくてもよい。この場合でも、本技術の実施形態に係るレーザ装置と同様に、高出力化及び高繰り返し化を実現することができる。なお、本技術の実施形態の第３変形例に係るレーザ装置においても、本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置と同様に、共振器ミラー８を個別に配置せず、過飽和吸収体７の面Ｓ６に共振器ミラー８と同じ反射率の誘電体多層膜（部分反射ミラー）がコーティングされていてもよい。
【００５６】
（第４変形例）
本技術の実施形態の第４変形例に係るレーザ装置は、図１０に示すように、励起光源１、集光光学系２、利得媒質５、透明部材６、過飽和吸収体７及び共振器ミラー８を備える点は、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と同様である。しかし、本技術の実施形態の第４変形例に係るレーザ装置は、図１０に示すように、利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７が互いにオプティカルコンタクト又は接合せずに離間して、利得媒質５と透明部材６の間及び透明部材６と過飽和吸収体７の間にエアギャップがそれぞれ形成されている点が、図１に示した本技術の実施形態に係るレーザ装置の構成と異なる。
【００５７】
図１０に示した利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７の部分の拡大図を図１１に示す。図１１に示すように、利得媒質５の透明部材６側の面Ｓ２にコーティングされた反射防止膜５ｂと、透明部材６の利得媒質５側の面Ｓ３にコーティングされた誘電体多層膜６ａとの間にエアギャップが形成されている。また、透明部材６の過飽和吸収体７側の面Ｓ４にコーティングされた反射防止膜６ｂと、過飽和吸収体７の透明部材６側の面Ｓ５にコーティングされた反射防止膜７ａとの間にエアギャップが形成されている。
【００５８】
本技術の実施形態の第４変形例に係るレーザ装置によれば、利得媒質５、透明部材６及び過飽和吸収体７が互いに離間する場合でも、本技術の実施形態に係るレーザ装置と同様に、高出力化及び高繰り返し化を実現することができる。なお、本技術の実施形態の第４変形例に係るレーザ装置においても、本技術の実施形態の第２変形例に係るレーザ装置と同様に、共振器ミラー８を個別に配置せず、過飽和吸収体７の面Ｓ６に共振器ミラー８と同じ反射率の誘電体多層膜（部分反射ミラー）がコーティングされていてもよい。
【００５９】
なお、本技術の実施形態の第４変形例に係るレーザ装置において、利得媒質５と透明部材６の間にエアギャップが形成され、且つ透明部材６と過飽和吸収体７がオプティカルコンタクト又は接合されていてもよい。また、透明部材６と過飽和吸収体７の間にエアギャップが形成され、且つ利得媒質５と透明部材６がオプティカルコンタクト又は接合されていてもよい。
【００６０】
（その他の実施形態）
上記のように、本技術は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本技術を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６１】
例えば、本技術の実施形態では、利得媒質５にセラミックＹｂ：ＹＡＧを使用した場合を例示したが、他のセラミックＹＡＧを使用してもよい。例えば、利得媒質５として、セラミックＹＡＧにネオジウム（Ｎｄ）を添加したセラミックＮｄ：ＹＡＧ等を使用してもよい。セラミックＮｄ：ＹＡＧの励起波長は８０８ｎｍであり、発振波長は１０６４ｎｍである。
【００６２】
また、本技術の実施形態でに係るレーザ装置をレーザ加工機に適用した場合を例示したが、本技術の実施形態でに係るレーザ装置は、例えばライダー（ＬｉＤＡＲ）等の車載用のセンサにも適用可能であり、種々の用途に適用可能である。
【００６３】
このように、上記の実施形態が開示する技術内容の趣旨を理解すれば、当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が本技術に含まれ得ることが明らかとなろう。また、上記の実施形態及び各変形例において説明される各構成を任意に応用した構成等、本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本技術の技術的範囲は上記の例示的説明から妥当な、特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００６４】
なお、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
励起光源と、
前記励起光源から出力された励起光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系により集光された前記励起光を受けて放出光を出力する利得媒質と、
前記利得媒質よりも表面粗さが小さく、前記利得媒質から出力された前記放出光を透過する透明部材と、
前記透明部材を透過した前記放出光の吸収に伴って透過率が増加する過飽和吸収体と、
前記透明部材を挟んで、前記利得媒質と前記過飽和吸収体との間で前記放出光を共振させる共振器と、
を備え、
前記透明部材の前記利得媒質側の面に、前記励起光を反射し、且つ前記放出光を透過する第１誘電体多層膜がコーティングされている、レーザ装置。
（２）
前記透明部材と前記利得媒質とがオプティカルコンタクト又は接合されている、前記（１）に記載のレーザ装置。
（３）
前記透明部材と前記利得媒質との間にエアギャップが形成されている、前記（１）に記載のレーザ装置。
（４）
前記利得媒質の前記透明部材側の面に、前記励起光及び前記放出光に対する反射防止膜がコーティングされている、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のレーザ装置。
（５）
前記透明部材の前記過飽和吸収体側の面に、前記放出光に対する反射防止膜がコーティングされている、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のレーザ装置。
（６）
前記透明部材と前記過飽和吸収体とがオプティカルコンタクト又は接合されている、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のレーザ装置。
（７）
前記透明部材と前記過飽和吸収体との間にエアギャップが形成されている、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のレーザ装置。
（８）
前記過飽和吸収体の前記透明部材側の面に、前記放出光に対する反射防止膜がコーティングされている、前記（１）〜（７）のいずれかに記載のレーザ装置。
（９）
前記利得媒質がセラミックＹＡＧからなる、前記（１）〜（８）のいずれかに記載のレーザ装置。
（１０）
前記セラミックＹＡＧが、イッテルビウムが添加されたセラミックＹＡＧである、前記（９）に記載のレーザ装置。
（１１）
前記透明部材が二酸化珪素、サファイヤ又はダイヤモンドのいずれかである、前記（１）〜（１０）のいずれかに記載のレーザ装置。
（１２）
前記共振器が、
前記過飽和吸収体から出力された前記放出光の一部を反射し、前記放出光の残部を透過するミラーと、
前記利得媒質の前記集光光学系側の面にコーティングされた第２誘電体多層膜と、
を備える、前記（１）〜（１１）のいずれかに記載のレーザ装置。
（１３）
前記ミラーが、前記過飽和吸収体と離間して設けられる、前記（１２）に記載のレーザ装置。
（１４）
前記ミラーが、前記過飽和吸収体の前記透明部材側の面とは反対側の面にコーティングされた第３誘電体多層膜で構成される、前記（１２）に記載のレーザ装置。
（１５）
前記励起光源及び前記集光光学系のそれぞれを複数有し、前記利得媒質、前記透明部材、前記過飽和吸収体及び前記ミラーをアレイ構造とした、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のレーザ装置。
【符号の説明】
【００６５】
１…励起光源、２…集光光学系、３…コリメートレンズ、４…集光レンズ、５…利得媒質、５ａ，５ｘ，６ａ，７ｃ…誘電体多層膜、５ｂ，６ｂ，７ａ，７ｂ…反射防止膜、６…透明部材、７…過飽和吸収体、８…共振器ミラー、２０…レーザ加工機、２１…レーザ装置、２２…アンプ、２３…波長変換部、２４…パワー調整部、２５…スキャン光学系
【図１】
2020137136.tif 000003
【図２】
2020137136.tif 000004
【図３】
2020137136.tif 000005
【図４】
2020137136.tif 000006
【図５】
2020137136.tif 000007
【図６】
2020137136.tif 000008
【図７】
2020137136.tif 000009
【図８】
2020137136.tif 000010
【図９】
2020137136.tif 000011
【図１０】
2020137136.tif 000012
【図１１】
2020137136.tif 000013
【国際調査報告】
2020137136.tif 000014
2020137136.tif 000015
2020137136.tif 000016
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