JP2000208836A - 固体レ―ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力で高品質なレーザビームを、高効率で
安定に発生させる固体レーザ装置を得る。 【解決手段】 固体レーザ装置において、活性媒質を含
む固体レーザ素子１０１、１０２と偏光回転素子１０２
を、光軸を一致させて偏光回転素子を間に挟んで接合し
一体化した固体レーザ素子を用い、半導体レーザ５によ
り、活性媒質を含む固体レーザ素子１０１、１０２３の
側面のみを照射し励起する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、活性媒質を含む
固体レーザ素子を備えた半導体レーザによる側面励起型
の固体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、特願平４ー２４９４８３号に
記載されている従来の固体レーザ装置の断面図である。
図において、１０１、１０２は活性媒質を含む固体レー
ザ素子、１１１は偏光回転素子、１は偏光回転素子１１
１の両端に活性媒質を含む固体レーザ素子１０１、１０
２を光学接着剤で接合した固体レーザ素子である。５５
は励起光源であるフラッシュランプ、７は全反射ミラ
ー、８は部分反射ミラー、１０はレーザビーム、９３は
ランプハウス、９４はブリュースター板である。

【０００３】実際に図１２に示された固体レーザ装置の
動作を説明する。励起光源のフラッシュランプ５５を点
灯させると、フラッシュランプ５５から励起光が放射さ
れ、固体レーザ素子１０１、１０２に照射される。活性
媒質を含む固体レーザ素子１０１、１０２に光を照射す
ると、その活性媒質は光を吸収して励起された状態とな
り、レーザ増幅媒質を形成する。レーザ増幅媒質内の励
起原子からは、様々な位相、偏光を持った自然放出光が
様々な方向へ放射され、その自然放出光がレーザ増幅媒
質内を通過する際には、誘導放出によって光の強度が増
幅される。このとき、固体レーザ素子の両側に反射ミラ
ー７、８を設置しておくと、光軸方向の自然放出光はミ
ラー７、８によって反射され、再びレーザ増幅媒質内を
通過する間にさらに増幅される。このように光軸に沿っ
た光のみが２枚の反射ミラー７、８の間を何度も往復し
て強度を増し、指向性のよいレーザビームとなる。２枚
の反射ミラー７、８の内の１つを部分反射ミラーとして
おけば、しきい値を越えたレーザビームが外部に取り出
される。

【０００４】一方、ロッド型の固体レーザ素子１０１、
１０２に光を照射すると、固体レーザ素子１０１、１０
２は発熱し、固体レーザ素子１０１、１０２の半径方向
に温度勾配が生じる。固体レーザ素子１０１、１０２の
屈折率は温度にほぼ比例するため、固体レーザ素子１０
１、１０２内には温度勾配に応じた屈折率勾配が生じ
る。固体レーザ素子内の均一発熱を仮定した場合、温度
分布は中央をピークとした放物面形状となり、通常のレ
ンズと類似した集束効果を有するようになる。そのため
この効果は熱レンズ効果と呼ばれ、固体レーザ素子１０
１、１０２を通過して共振器内を往復するレーザビーム
の伝搬に影響を与える。また、この温度勾配はさらに固
体レーザ素子１０１、１０２内に熱応力を発生させる。
熱応力の大きさは半径方向と円周方向とで異なるため、
光弾性効果により、半径方向偏光と円周方向偏光で固体
レーザ素子を通過する際に異なる屈折率を感じる。これ
は熱複屈折と呼ばれ、固体レーザ素子１０１、１０２を
通過したレーザビームは、偏光方向により異なる屈折力
を被る。

【０００５】そこで固体レーザ素子１０１、１０２間に
偏光回転素子１１１を配置すると、偏光回転素子１１１
は通過するレーザビームの偏光を９０度回転させるた
め、固体レーザ素子１０１と１０２では偏光方向成分の
大きさが入れ替わり、各固体レーザ素子１０１、１０２
においてうけた熱複屈折がキャンセルされる。したがっ
て、完全に２つの固体レーザ素子１０１、１０２が均一
に励起される理想的な状態では、偏光回転素子１１１を
使用することによって熱複屈折が補償され、高品質で高
出力なレーザビームを安定に発生させることができる。
また、２つの固体レーザ素子１０１、１０２と偏光回転
素子１１１の光軸が精度よく配列されていない場合には
前記の熱複屈折が十分に補償されないが、これらがあら
かじめ接合されているため、光軸の調整が不要であり、
なおかつ精度が保たれ、熱複屈折補償の効果をあげてい
る。さらに、固体レーザ素子１０１、１０２と偏光回転
素子１１１の微調整機構を設ける必要がない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は上記のように構成されており、励起光源にフラッシュ
ランプを用いているため、固体レーザ素子１０１、１０
２と偏光回転素子１１１に対して同等に光を照射せざる
を得ない構成であった。偏光回転素子１１１はランプ光
を照射され、その光を吸収して発熱し、熱変形を起こ
し、偏光回転効果および接合の信頼性低下という問題を
引き起こしていた。

【０００７】また、ランプ光は半導体レーザに比較する
とスペクトル幅は格段に広く、偏光回転素子１１１が高
い吸収を持つ波長の光も含まれており、フラッシュラン
プを用いる場合の偏光回転素子の熱的問題は非常に深刻
なものであった。

【０００８】また、従来の固体レーザ装置１０１．１０
２では、光の照射を避けた方が好ましく、さらに励起す
る必要がない偏光回転素子１１１部にも励起光を照射せ
ざるを得ない構成となっているため、上記問題に加え、
励起効率が低下するという問題もあった。

【０００９】また、従来の固体レーザ装置では、接合に
光学接着剤を用いており、接着剤の厚みが存在し、不均
一な厚みによるレーザビームの波面の乱れ、および光軸
合わせの精度の低下、発熱時の接着の低信頼性という問
題もあった。

【００１０】また、従来の固体レーザ装置では、光軸に
垂直断面内での十分に均一な励起が行われておらず、偏
光回転素子１１１を用いて熱複屈折補償を図っても、十
分な補償が得られていないという問題もあった。

【００１１】また、従来の固体レーザ装置では、励起光
源にフラッシュランプを用いているので、２つの固体レ
ーザ素子１０１，１０２の相対的励起強度を調整するこ
とは不可能であり、偏光回転素子１１１の両側の固体レ
ーザ素子１０１，１０２の屈折力の強さが等しくなるよ
うな調整をすることができず、熱複屈折を補償する効果
を十分に上げることができないという問題もあった。

【００１２】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、熱複屈折補償の効果を高め、高品質か
つ高出力なレーザビームを高効率に発生し、信頼性のあ
る固体レーザ装置を得ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る固体レーザ装置は、活性媒質を含む第１および第２の
固体レーザ素子の中間にレーザビームの偏光を約９０度
回転させる偏光回転素子をその間に挟み光軸を一致させ
て接合し一体化させた固体レーザ素子を、半導体レーザ
により側方より固体レーザ素子にのみ励起光を照射して
励起するものである。

【００１４】この発明の請求項２に係る固体レーザ装置
は、請求項１記載の固体レーザ素子および励起光源を含
んだ励起手段を用い、さらにその励起手段を備えた固体
レーザ素子を光軸上に偶数個配置するするものである。

【００１５】この発明の請求項３に係る固体レーザ装置
は、この固体レーザ素子を光励起する励起光源、この励
起光源により光励起された第１及び第２の固体レーザ素
子からレーザ光を取り出す光共振器を備えた固体レーザ
装置において、前記第１および第２の固体レーザ素子を
それぞれ光学素子の入射面上においてビームの入射と出
射位置に光軸をあわせると共に、レーザビームの偏光を
約４５度回転させる偏光回転素子を前記光学素子と前記
第１の固体レーザ素子および第２の固体レーザ素子のそ
れぞれの間に挟み、前記第１の固体レーザ素子および第
２の固体レーザ素子の光軸に一致させて接合して一体化
させ、かつ、前記励起光源には半導体レーザを使用し、
前記第１及び第２の固体レーザ素子の光軸に対し側方よ
り励起光を照射するものである。

【００１６】この発明の請求項４に係る固体レーザ装置
は、接合の手段に拡散接合を用いたことを特徴とするも
のである。

【００１７】この発明の請求項５に係る固体レーザ装置
は、固体レーザ素子と偏光回転素子および光学素子を密
着させたことを特徴とするものである。

【００１８】この発明の請求項６に係る固体レーザ装置
は、固体レーザ素子を囲む拡散反射面を有する集光器を
備えたことを特徴とするものである。

【００１９】この発明の請求項７に係る固体レーザ装置
は、偏光回転素子の両側の固体レーザ素子の屈折力が等
しくなるよう励起光源の出力を調整する手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の各実施の形態を
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
固体レーザ装置を示す横断面図であり、図２は図１にお
けるＡ−Ａ線断面図である。図中、図１２と同一符号
は、従来の固体レーザ装置と同一または相当部分を示す
ものである。図において、４は内面が図示しない拡散反
射面よりなる集光器、５は励起光源である半導体レー
ザ、６はフローチューブで、このフローチューブ６と固
体レーザ素子１との間には冷却水が流される。さらに集
光器４は内部にフローチューブ６を囲むようにして保持
される。７は全反射ミラー、８は部分反射ミラーであ
り、９は励起部を納める基台である。１０は発生したレ
ーザビームである。また、本実施の形態１では、偏光回
転素子１１１に水晶からなる９０°ローテーターを使用
している。

【００２１】図１、２を参照しながら、この実施の形態
１による固体レーザ装置の動作を説明する。励起光源５
から出射された励起光１１は固体レーザ素子１０１、１
０２に照射される。固体レーザ素子１０１、１０２が励
起光１１を吸収すると、固体レーザ素子１０１、１０２
内にレーザ増幅媒質が形成され、その励起原子から自然
放出光が放射される。固体レーザ素子１０１、１０２の
両端に設置された全反射ミラー７と部分反射ミラー８に
より、光軸方向の自然放出光が反射されて誘導放出が起
こり、レーザビーム１０が発生する。

【００２２】このとき、励起光源５は図１に示すよう
に、固体レーザ素子１において固体レーザ素子１０１、
１０２の側面にのみ配置されているため、励起光１１は
固体レーザ素子１０１、１０２にのみ直接照射され、偏
光回転素子１１１には直接照射されない。これにより、
励起光１１は有効にかつ効率よく固体レーザ素子１０
１、１０２を励起し、また、偏光回転素子１１１が励起
光１１を吸収して発熱することによる偏光回転素子１１
１の熱変形や破壊、これらに起因する固体レーザ素子１
０１、１０２と偏光回転素子１１１間の接合部の変形や
破損を防止し、固体レーザ素子１の信頼性を向上させて
いる。

【００２３】さらに、この実施の形態１では、励起光源
に複数の半導体レーザ５を用いているため、励起光１１
の波長が限定されている。例えば、固体レーザ素子１０
１、１０２にＮｄをドープしたＹＡＧロッドを用いる場
合、励起光１１の波長は８０８ｎｍ±２ｎｍ程度のもの
を用いる。水晶の９０度ローテーターを用いる場合、水
晶は波長８０８ｎｍ近傍に対して１０％以下の吸収しか
持たず、励起光１１の吸収による発熱等の問題を生じな
い。一方、励起光源にランプを用いる場合は、励起光１
１の波長には広範囲の波長が含まれ、水晶が２０％以上
の吸収率を持つ３０００ｎｍ以上の波長帯も含まれてお
り、半導体レーザ励起の場合と比較し、偏光回転素子１
１１の発熱は大きくなる。この実施の形態１のように、
励起光源に半導体レーザ５を用いることは、偏光回転素
子１１１の熱変形や破壊、これらに起因する固体レーザ
素子１０１、１０２と偏光回転素子１１１間の接合部の
変形や破損を防止し、固体レーザ素子１の信頼性を大き
く向上させる効果がある。

【００２４】ここで、励起部の光軸に垂直な方向の断面
図である図２に関して詳述すると、図において、１１は
半導体レーザ５からの励起光、１２は例えばサファイア
やドープされていないＹＡＧ等からなる板状の光導波固
体素子であり、集光器開口部４０から励起光１１を集光
器４内に導くものである。集光器４の内面は拡散反射面
４１を備えている。

【００２５】図２に示すように、励起光源５から出射さ
れた励起光１１は、集光器４の開口部４０に取り付けら
れた光導波固体素子１２の上下面で全反射を繰り返しな
がら伝搬し集光器４の内部に入り、固体レーザ素子１０
１、１０２に照射される。固体レーザ素子１０１、１０
２に照射された励起光１１のうち、固体レーザ素子１０
１、１０２に吸収されなかった励起光１１は、固体レー
ザ素子１０１、１０２を通過後、集光器４の内面４１で
拡散反射し、再び固体レーザ素子１０１、１０２に照射
される。このように一度集光器４内に導光された励起光
１１は、集光器４の内面４１での反射と固体レーザ素子
１０１、１０２への照射を繰り返し、固体レーザ素子１
０１、１０２をその周囲から均一に励起し、かつ無駄な
く固体レーザ素子１０１、１０２に吸収される。特に本
実施の形態においては拡散反射面を備えた集光器４を使
用しているため、固体レーザ素子１０１、１０２内の励
起の均一性は格段に向上する。また、図２に示すよう
に、励起光源５は、固体レーザ素子１０１、１０２の側
面周囲における４方向に設置されており、固体レーザ素
子１０１、１０２内の励起分布の均一度がさらに上昇す
る。

【００２６】また、光導波固体素子により励起光を集光
器５内に導光し、拡散反射集光器内に閉じ込め未吸収励
起光を繰り返し固体レーザ素子１０１、１０２に照射さ
せる励起方法により、非常に高効率な励起を行ってい
る。

【００２７】では次に、このように発生したレーザビー
ムの共振器内での伝搬と熱複屈折補償の機構について説
明する。従来の技術の項で述べたように、励起光を吸収
した固体レーザ素子１０１、１０２には半径方向に温度
勾配が生じ、熱応力と屈折率勾配が発生する。熱応力は
固体レーザ素子１０１、１０２の光軸に垂直な断面内で
半径方向と円周方向で屈折率が異なるという熱複屈折を
生む。また半径方向の屈折率勾配はその固体レーザ素子
１０１、１０２を通過するレーザビームに対して半径方
向で勾配を持った屈折力を与え、レンズと類似した効果
となることから熱レンズ効果と呼ばれる現象を引き起こ
す。これらは共振器を往復し固体レーザ素子１０１、１
０２を通過するレーザービームの伝搬に影響を及ぼす。

【００２８】ここでレーザビームの２つの偏光として、
例えば図３の（ａ）、（ｂ）に示したような半径方向
（以下ｒ偏光とよぶ）および円周方向（φ偏光）の２つ
の基本偏光モードを考える。いかなる偏光状態もこの２
方向の成分の和として表すことができるため、以下では
これら２方向成分を用いて説明する。

【００２９】励起光源５の出力により固体レーザ素子１
０１、１０２の温度勾配は変化して熱レンズ効果が変化
するため、固体レーザ素子１０１、１０２内でのビーム
径は励起光源５の出力によって変化する。励起された固
体レーザ素子１０１、１０２のように熱複屈折をもつ材
料中をレーザビームが通過すると、レーザビームの２つ
のｒ、φ偏光成分はそれぞれ異なった屈折力を被るか
ら、ｒ、φ偏光におけるビーム径は、図４（ａ）のＢ１
１、Ｂ２２で示したように、偏光により異なっている。
図４の中で、ビーム径が有限に定まる領域が安定領域で
あり、安定型共振器が構成される。そして各々の偏光方
向において定まる２つの領域が重なる部分でのみ安定な
レーザ発振が可能であることが実験的にわかっている。
特に高品質なレーザビームを発生させようとする場合に
は、この２つの領域の重なりは小さくなり、熱複屈折の
影響を受けたレーザビームでは、レーザ発振領域が非常
に狭く、安定に高出力で高品質なレーザ発振を行うこと
は困難であった。

【００３０】そこで図１に示すように、２つの固体レー
ザ素子１０１、１０２の間に偏光を９０度回転する偏光
回転素子１１１を設ける構成を考える。すると固体レー
ザ素子１０１においてｒ偏光成分は、偏光回転素子１１
１を通過することにより偏光が９０度回転し、固体レー
ザ素子１０２ではφ偏光成分となり、固体レーザ素子１
０１においてφ偏光成分は、固体レーザ素子１０２では
ｒ偏光成分となる。したがって、偏光回転素子１１１を
介して固体レーザ素子１０１、１０２を通過する間に受
ける屈折力の総和としては、レーザビームの２方向成分
で等しくなる。このように共振器内で受ける屈折力がほ
ぼ等しい２つのレーザビームの偏光に対するレーザ発振
可能領域は図４（ｂ）に示すようになり、両偏光の安定
領域の重なりが広くなり、熱複屈折による影響が補償さ
れている。その結果、レーザビームを安定に高出力に得
ることができるようになった。

【００３１】さらに、集光器４の内面に拡散反射面４１
を備えているため、光軸に垂直な断面内での励起分布が
より均一になり、２つの異なる固体レーザ素子１０１、
１０２で受ける屈折力の大きさが等しくなり、偏光を回
転させることによる熱複屈折の補償の効果は極めて高
い。

【００３２】さらに励起光源に半導体レーザを用いたの
で、偏光回転素子の両側の固体レーザ素子１０１、１０
２の励起状態が等しくなるように調整することができる
ので、熱複屈折が補償される効果をさらに高めている。

【００３３】一方、２つの固体レーザ素子１０１、１０
２と偏光回転素子を用いて熱複屈折を補償するこの構成
の場合、共振器を往復するレーザビームにおいて、固体
レーザ素子１０１内でのｒ偏光成分は、固体レーザ素子
１０２内ではφ偏光成分として屈折力を被り、固体レー
ザ素子１０１内でのφ偏光成分は、固体レーザ素子１０
２内ではｒ偏光成分として屈折力を被るから、一方の偏
光方向のレーザビームが共振器内で受ける屈折力は左右
２つの固体レーザ素子１０１、１０２で異なり、レーザ
ビームが感じる共振器構成は左右非対称となる。その結
果、図５に示したように、熱複屈折は補償しているため
２つの偏光の安定領域Ｃ１、Ｃ２はほぼ一致するが、各
々の領域Ｃ１、Ｃ２の中間には不安定領域Ｃ０が発生す
る。

【００３４】ここで不安定領域の大きさは活性媒質を含
む第１および第２の固体レーザ素子１０１、１０２の間
隔に依存する。固体レーザ素子１０１、１０２と偏光回
転素子１１１を接合していない場合は、固体レーザ素子
１０１、１０２と偏光回転素子１１１とを隔離して設置
することになり、固体レーザ素子１０１、１０２間の距
離（Ｌ）は接合している場合と比較して大きくなる。固
体レーザ素子１０１（もしくは１０２）と偏光回転素子
１１１との距離をＬ１、偏光回転素子の長さをＬ２と
し、反射ミラーおよび部分反射ミラーと固体レーザ素子
１０１、１０２間の距離を３００ｍｍで同一としたした
場合において、共振器の安定領域を表した特性図を図６
に示す。図６（ａ）では固体レーザ素子１０１、１０２
と偏光回転素子１１１を接合せず距離Ｌ１＝３０ｍｍを
あけて隔離して設置した場合（Ｌ＝２×Ｌ１＋Ｌ２）
と、図６（ｂ）ではこれらを接合した場合（Ｌ＝Ｌ２）
である。

【００３５】図６からわかるように、２つの固体レーザ
素子１０１、１０２間の距離Ｌが大きい方が、２つの安
定領域間に存在する不安定領域Ｄ０１は広くなる。 し
たがって、安定なビームを取り出すためには、２つの固
体レーザ素子１０１、１０２間の距離Ｌが小さい方が望
ましい。本実施の形態１のように、２つの固体レーザ素
子１０１、１０２と偏光回転素子１１１とを接合するこ
とは、２つの固体レーザ素子１０１、１０２間の距離Ｌ
を減少させ、不安定領域を縮小し、レーザビームを安定
に取り出す効果がある。

【００３６】さらに、従来の２つの固体レーザ素子１０
１、１０２を用いる固体レーザ装置では２つの独立した
励起部基台９０が必要であったが、この実施の形態１で
は、図１に示すように、２つの固体レーザ素子１０１、
１０２と偏光回転素子１１１を接合して一体化させた固
体レーザ素子１を用いているため、１つの励起部基台９
で構成することができる。その結果、装置の小型化、簡
素化が図れる。

【００３７】さらに、２つの固体レーザ素子１０１、１
０２を用いる固体レーザ装置では、それらの高精度な光
軸の調整が必要であったが、この実施の形態１ではあら
かじめ接合されているため、調整の必要がなく、微調整
機構も不要となる。偏光回転素子の調整および調整機構
も不要となる。

【００３８】ここでは図２に示したように、半導体レー
ザ５を４方向に配置した構成により説明したが、半導体
レーザの数は４個に限らない。

【００３９】実施の形態２．図７は、本発明の実施の形
態２による固体レーザ装置の励起部の詳細を示す断面図
である。図７は実施の形態１の図２に示した励起部基台
９において、２つの固体レーザ素子１０１の励起手段で
ある集光器４と半導体レーザ５を、各固体レーザ素子１
０１、１０２に対して別々の基台９０に備えた励起部を
使用している。この場合フローチューブ６は、図７
（ａ）のように固体レーザ素子１に対して１つ設けても
良いし、図７（ｂ）のように励起部ごとに設けても良
い。

【００４０】実施の形態２は実施の形態１による固体レ
ーザ装置の励起部の構成を変えたもので、動作は実施の
形態１と同様である。実施の形態２では、１つの固体レ
ーザ素子１内の各固体レーザ素子１０１、１０２ごとに
励起部を設けているので、励起部が２台必要となる一
方、１台の構成は簡単となり、励起部内部の半導体レー
ザなどの交換が容易となる。

【００４１】実施の形態３．図８は、本発明の実施の形
態３による固体レーザ装置を示す断面図である。図８
は、図１および図２に示した固体レーザ素子１を含んだ
励起部を光軸上に２台設置してレーザ共振器を構成した
ものである。

【００４２】次に動作を説明する。実施の形態１と同様
に熱複屈折が補償されてレーザビームが発振する。ここ
でこの実施の形態３では、図８に示すように励起部９が
２台光軸上に設置されている。そのため共振器内部には
偏光回転素子が２個（偏光回転素子１１１、１１２）設
置されており、発振するレーザビームの２つの偏光方向
は偏光回転素子を１個通過することに９０度回転し、全
反射ミラー７から部分反射ミラー８までの共振器半周を
考えると総和で１８０度回転する。したがって、偏光回
転素子１１２と部分反射ミラー８の間の固体レーザ素子
１０４を通過する際のレーザビームの偏光状態は、偏光
回転素子１１１と全反射ミラー７の間の固体レーザ素子
１０１を通過する際の偏光状態と等しく、２つの偏光回
転素子１１１と１１２間の固体レーザ素子１０２、１０
３を通過する際の偏光状態は前記偏光状態とは９０度回
転している状態、すなわち半径方向および円周方向の成
分の大きさが入れ替わっている偏光状態となっている。
結局、全反射ミラー７から部分反射ミラー８まで進行す
るレーザビームにとって、この共振器は左右対称な構成
となっていることがわかる。その結果、レーザビームの
発振可能領域は、図９に示すように、熱複屈折が補償さ
れた効果と左右対称型共振器構成により、単一の広い領
域となる。この実施の形態３ではこのようにして、固体
レーザ素子１を含んだ独立した励起部を２台用いること
により安定で高品質なレーザビームを高出力に得ること
ができる。

【００４３】また、図８では励起部に図２で示した励起
部９を用いて説明したが、図７に示した励起部９０を用
いても良い。

【００４４】また、図８では励起部を２台用いた場合に
ついて説明したが、励起部を共振器内に光軸上に沿って
２個以上の偶数個設けた場合にも、同様の効果がある。

【００４５】実施の形態４．図１０は実施の形態４によ
る固体レーザ装置を示す断面図である。図中、１１５、
１１６は偏光を４５度回転させる４５度偏光回転素子、
１３は例えばプリズムミラーのようなレーザビームの入
射面が平面でありビームを内部で折り返して反射させる
固体光学素子である。また固体レーザ素子３３、３４
は、光軸を一致させて固体レーザ素子１０１と偏光回転
素子１１５および固体レーザ素子１０２と偏光回転素子
１１６を接合した固体レーザ素子であり、複合固体レー
ザ素子３は２本の固体レーザ素子３３、３４を光学素子
１３の入射平面上に、ビームの入射と出射位置にやはり
光軸を合わせて、偏光回転素子１１５，１１６側をプリ
ズムミラー１３に接合したものである。また９１は励起
部基台である。

【００４６】図１１はこの実施の形態４による固体レー
ザ装置励起部の光軸に垂直な方向の断面図である。ここ
で、集光器４は、図１１（ａ）のように固体レーザ素子
１０１、１０２を個々に、または図１１（ｂ）のように
２つを一括して取り囲む形状をとり、内面は拡散反射面
を持つ。固体レーザ素子３３内の固体レーザ素子１０
１、１０２は、励起光源である半導体レーザ５からの励
起光１１を吸収して、集光器４内で光軸に垂直断面内で
ほぼ均一に励起され、レーザビーム１０を増幅するレー
ザ増幅媒質を生成する。

【００４７】次に動作を説明する。固体レーザ素子１０
１、１０２で発生したレーザビーム１０は、２つの固体
レーザ素子１０１、１０２間の２つの偏光回転素子１１
５、１１６を通過することにより、あわせてレーザビー
ムの偏光を９０°回転させ、実施の形態１の図２におけ
る偏光回転素子１１１を通過することと同様の効果を受
け、熱複屈折の影響が補償される。図１０のように、全
反射ミラー７と部分反射ミラー８を用いて共振器を構成
すると、高品質で安定なレーザビームを高出力に得るこ
とができる。

【００４８】この実施の形態４による固体レーザ装置で
は、図１０に示すように、固体光学素子１３を用いて固
体レーザ素子１０１、１０２を並列して配置しているた
め、２つの固体レーザ素子１０１、１０２を単一の励起
部で励起し、さらに折り返し型の共振器構成をとるため
レーザ発振器の長さを約２分の１に縮小することができ
る。

【００４９】また、固体レーザ素子１０１、１０２と偏
光回転素子１１５、１１６と固体光学素子１３を光軸を
一致させて接合しているため、固体レーザ素子１０１、
１０２および偏光回転素子１１５、１１６および固体光
学素子１３を各々保持する機構、および微調整機構が不
要であり、装置の一層の簡素化が図れる。

【００５０】また、２つの固体レーザ素子１０１、１０
２および偏光回転素子１１５、１１６を光軸を一致させ
て微調整することは非常に困難であるが、その必要がな
い。

【００５１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば以下の効
果がある。偏光回転素子を間に挟んで２つの固体レーザ
素子を接合しているため、固体レーザ素子を励起すると
生じる熱複屈折を補償し、高品質で安定なレーザビーム
を高出力に得ることができるという効果がある。 ま
た、接合により固体レーザ素子間の距離を短縮し、レー
ザ発振の不安定領域を縮小させ、安定なビームを取り出
せる領域を拡大させることができる。また、一体化した
固体レーザ素子としたため、常に高精度に光軸が一致し
ており、調整する必要がなく、熱複屈折補償の効果が高
い状態を維持できる。さらに、個別に保持、調整する機
構が必要でなくなり、装置の構成を簡素化できる。

【００５２】また、励起光源として半導体レーザを用い
ているため、固体レーザ素子にのみ励起光を照射するこ
とが可能であり、また励起光に偏光回転素子の吸収が高
い波長の光が含まれていないため、偏光回転素子の熱に
起因する問題を防止し、偏光回転素子と固体レーザ素子
間の接合の信頼性を格段に高めることができる。

【００５３】また、固体レーザ素子にのみ励起光を照射
し、励起領域を規定することにより、効率を向上させる
ことができる。

【００５４】請求項２に記載の発明によれば、偏光回転
素子を間に挟んで２つの固体レーザ素子を接合した固体
レーザ素子を光軸上に共振器内部に偶数個配列させたの
で、レーザビームに対して対称共振器となるため、非対
称な共振器で現れる不安定領域のないレーザ発振領域を
得、さらに高出力なレーザビームを得ることができると
いう効果がある。

【００５５】請求項３に記載の発明によれば、活性媒質
を含む固体レーザ素子、この固体レーザ素子を光励起す
る励起光源、この励起光源により光励起された第及び第
２の固体レーザ素子からレーザ光を取り出す光共振器を
備えた固体レーザ装置において、前記第１および第２の
固体レーザ素子をそれぞれ光学素子の入射面上において
ビームの入射と出射位置に光軸をあわせると共に、レー
ザビームの偏光を約４５度回転させる偏光回転素子を前
記光学素子と前記第１の固体レーザ素子および第２の固
体レーザ素子のそれぞれの間に挟み、前記第１の固体レ
ーザ素子および第２の固体レーザ素子の光軸に一致させ
て接合して一体化させ、かつ、前記励起光源には半導体
レーザを使用し、前記第１及び第２の固体レーザ素子の
光軸に対し側方より励起光を照射することで、熱複屈折
を補償して高品質で安定なレーザビームを高出力に得る
ことができ、また発振器の長さを短縮し、２本の固体レ
ーザ素子を単一の励起部で励起することができるという
効果がある。

【００５６】請求項４に記載の発明によれば、接合手段
として拡散接合を用いているため、接合媒質間に挿入物
がないため波面の乱れを防ぎ、光軸を高精度に一致させ
ることができる、さらに熱的、機械的に強固な接合を実
現できるという効果がある。

【００５７】請求項５に記載の発明によれば、固体レー
ザ素子と偏光回転素子、および光学素子を密着させたの
で、固体レーザ素子間の距離を短縮し、レーザ発振の不
安定領域を縮小させ、安定なビームを取り出せる領域を
拡大させることができるという効果がある。

【００５８】請求項６に記載の発明によれば、拡散反射
面を備えた集光器を用いるよう構成したので、効率よく
均一なレーザ増幅媒質を固体レーザ素子内に生成し、熱
複屈折の保証の効果を極めて高めることができるという
効果がある。

【００５９】請求項７に記載の発明は、偏光回転素子の
両側の屈折力の大きさを等しくするように調整する機構
を備えたため、熱複屈折の補償の効果を高めることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１である固体レーザ装
置を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１である固体レーザ装
置の励起部を示す断面図である。

【図３】 固体レーザ装置における、レーザビームの基
本偏光モードを表す説明図である。

【図４】 熱複屈折が存在する場合および補償した場合
の固体レーザ装置における、励起光源の出力と固体レー
ザ素子内のレーザビーム径の関係を示す特性図である。

【図５】 非対称共振器構成をとる固体レーザ装置にお
ける、励起光源の出力と固体レーザ素子内のレーザビー
ム径の関係を示す特性図である。

【図６】 励起部内の固体レーザ素子間距離が異なる場
合の励起光源の出力と固体レーザ素子内のレーザビーム
径の関係を示す特性図である。

【図７】 この発明の実施の形態２である固体レーザ装
置の励起部を示す断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態３である固体レーザ装
置を示す断面図である。

【図９】 この発明の実施の形態３である固体レーザ装
置における、励起光源の出力と固体レーザ素子内のビー
ム径の関係を示す特性図である。

【図１０】 本発明の実施の形態４である固体レーザ装
置を示す断面図である。

【図１１】 本発明の実施の形態４である固体レーザ装
置の励起部を示す断面図である。

【図１２】 従来の技術の固体レーザ装置を示す断面図
である。

【符号の説明】

１、３３、３４ 固体レーザ素子（１：１０１＋１０２
＋１１１、１０３＋１０４＋１１２、	３３：１０１
＋１１５、３４：１０２＋１１６）、３ 複合固体レー
ザ素子（３：３３＋３４＋１３）、１０１、１０２，１
０３，１０４ 固体レーザ素子、１１１、１１２ ９０
度偏光回転素子、１１５，１１６ ４５度偏光回転素
子、４ 集光器、４０ 集光器開口、４１ 拡散反射
面、５ 半導体レーザ、５５ フラッシュランプ、６
フローチューブ、７ 全反射ミラー、８部分反射ミラ
ー、９，９０，９１ 励起部基台、１０ レーザビー
ム、１１励起光、１２ 光導波固体素子、１３ プリズ
ムミラー、９３ ランプハウス、９４ ブリュースター
板。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性媒質を含む固体レーザ素子、この固
   体レーザ素子を光励起する励起光源、この励起光源によ
   り光励起された固体レーザ素子からレーザ光を取り出す
   光共振器を備えた固体レーザ装置において、前記固体レ
   ーザ素子は、第１および第２の固体レーザ素子の間にレ
   ーザビームの偏光を約９０度回転させる偏光回転素子を
   挟み光軸を一致させて接合し一体化させ、かつ、前記励
   起光源には複数の半導体レーザを使用し、前記第１及び
   ２の固体レーザ素子の光軸に対し側方より励起光を照射
   することを特徴とする固体レーザ装置。
2. 【請求項２】 固体素子と偏光回転素子とを接合した固
   体素子を光軸上に偶数個配列させて用いたことを特徴と
   する請求項１に記載の固体レーザ装置。
3. 【請求項３】 活性媒質を含む固体レーザ素子、この固
   体レーザ素子を光励起する励起光源、この励起光源によ
   り光励起された第１及び第２の固体レーザ素子からレー
   ザ光を取り出す光共振器を備えた固体レーザ装置におい
   て、前記第１および第２の固体レーザ素子をそれぞれ光
   学素子の入射面上においてビームの入射と出射位置に光
   軸をあわせると共に、レーザビームの偏光を約４５度回
   転させる偏光回転素子を前記光学素子と前記第１の固体
   レーザ素子および第２の固体レーザ素子のそれぞれの間
   に挟み、前記第１の固体レーザ素子および第２の固体レ
   ーザ素子の光軸に一致させて接合して一体化させ、か
   つ、前記励起光源には半導体レーザを使用し、前記第１
   及び第２の固体レーザ素子の光軸に対し側方より励起光
   を照射することを特徴とする固体レーザ装置。
4. 【請求項４】 固体レーザ素子、偏光回転素子および光
   学素子間の接合手段に拡散接合を用いたことを特徴とす
   る請求項３に記載の固体レーザ装置。
5. 【請求項５】 固体レーザ素子、偏光回転素子および光
   学素子を密着させたことを特徴とする請求項３または４
   に記載の固体レーザ装置。
6. 【請求項６】 固体レーザ素子を囲む拡散反射面を有す
   る集光器を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項
   ５のいずれかに記載の固体レーザ装置。
7. 【請求項７】 偏光回転素子の両側に接続された各々の
   固体レーザ素子で発生する屈折力がほぼ同一となるよう
   に調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至
   請求項５のいずれかに記載の固体レーザ装置。