JP2000312043A - 半導体レーザ光出力装置および固体レーザロッド励起モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起
できず、また高ビーム品質のレーザ光が得られなかっ
た。 【解決手段】 拡散性反射筒４と、出力レーザ光が固体
レーザロッド２の軸方向に平行な方向（ファスト軸方
向）に大きな広がり角をもつスタック型半導体レーザ５
と、半導体レーザ光集光手段６と、半導体レーザ光集光
手段６により集光された半導体レーザ光を、バー状素子
の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）の大きさを
略保持して拡散性反射筒４の内部に導入する半導体レー
ザ光導入手段７と、半導体レーザ光導入手段７により導
入された半導体レーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散
手段８とを備えた。

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、半導体レーザを
用いてレーザ光を出力する半導体レーザ光出力装置、お
よび半導体レーザ光にて固体レーザロッドを光励起し、
所望のレーザ光を得る固体レーザロッド励起モジュール
に関し、特にアレー半導体レーザやスタック型半導体レ
ーザを用いて高密度にパワーを合成した半導体レーザ光
を高効率で得ることができる半導体レーザ光出力装置、
および半導体レーザ光により固体レーザロッドを高パワ
ーで高効率に励起し、高ビーム品質のレーザ光を得るこ
とができる固体レーザロッド励起モジュールに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ光出力装置は、半導体レー
ザから出射されたレーザ光（以下、半導体レーザ光とい
う場合もある）を用いて高密度にパワーを合成した半導
体レーザ光を得るものである。特にこの半導体レーザ光
出力装置を用いて固体レーザロッドを高パワーで高効率
に励起し、高ビーム品質のレーザ光を得るためには半導
体レーザ光をいかなる方法で集光させるかが半導体レー
ザ光のエネルギー利用効率に大きく影響を与える。

【０００３】このような半導体レーザ光出力装置を利用
した固体レーザロッド励起モジュールとしては、半導体
レーザのレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積し
たアレー半導体レーザを、スロー軸方向と固体レーザロ
ッドの軸方向とが平行になるように配置（半導体レーザ
はその特性上レーザ光の近視野像が楕円状であるものが
一般的であり、レーザ光の光軸を中心とした直交する２
軸においてレーザ光の広がり角が異なる。ここで半導体
レーザ光の出射端において出力されるレーザ光の広がり
角が小さい方向をスロー軸方向、このスロー軸と直交し
出力されたレーザ光の広がり角が大きい方向をファスト
軸方向と呼ぶ）することにより高出力化を図る側面励起
方式の固体レーザロッド励起モジュールにおいては、半
導体レーザ光が固体レーザロッドを単一通過する構成で
は、固体レーザロッドの断面積が小さいため、固体レー
ザロッドの高効率な励起ができない。このため、従来、
半導体レーザ光を固体レーザロッドを取り囲んで配置さ
れた反射筒に導入し、この反射筒内に閉じ込めること
で、固体レーザロッドを複数回通過させて固体レーザロ
ッドの高効率な励起を行う方法が用いられている。

【０００４】この方法では、反射筒内での半導体レーザ
光の閉じ込め効率が高いとき、固体レーザロッドの励起
の効率が高くなるが、反射筒内での半導体レーザ光の閉
じ込め効率を高くするためには、反射筒に設けた半導体
レーザ光導入口から半導体レーザ光の逃げを少なくする
こと、すなわち半導体レーザ光導入口をできるだけ小さ
くすることが必要となる。

【０００５】一般に、さらに高出力化を図るために半導
体レーザとしてスタック型半導体レーザを用いる。スタ
ック型半導体レーザはレーザ光の出射端をスロー軸方向
に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸方
向に複数積層して構成されるものである。

【０００６】また、固体レーザロッドを励起して高ビー
ム品質のレーザ光を得るためには、固体レーザロッドの
励起時に固体レーザロッド内に発生する熱による固体レ
ーザロッド自身の波面収差を低く抑える必要がある。こ
のため、固体レーザロッドに半導体レーザ光をできるだ
け均一に照射し、固体レーザロッド内での半導体レーザ
光の強度分布を軸対称で均一なものとし、固体レーザロ
ッド内の温度分布を２次の軸対称分布とすることで、固
体レーザロッドを波面収差のない理想的なグレーディッ
ド・リフラクティブインデックス・レンズとすることが
望ましい。

【０００７】しかし、従来の固体レーザロッド励起モジ
ュールでは、半導体レーザ光導入口から導入された半導
体レーザ光が最初に固体レーザロッドに入射する部分、
すなわち固体レーザロッドの半導体レーザ光導入口の端
面と対向する部分に半導体レーザ光が強度の減衰なく入
射するため、固体レーザロッド内での半導体レーザ光に
よる励起によって生じる温度分布が２次の軸対称分布と
なり難かった。このため、従来の固体レーザロッド励起
モジュールにおいて、低ビーム品質のレーザ光として平
均パワーが１ｋＷ程度のものが実現されているが、高ビ
ーム品質のレーザ光としては平均パワーが１００Ｗ程度
のものしか実現されていなかった。

【０００８】従来例１．図１９は例えば、文献１「S.Fu
jikawa et al., in technical digest of Advanced Sol
id-State Lasers’97, p296, 1997」に示された従来例
１の固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面
図である。図において、１０１は固体レーザロッド励起
モジュール、１０２は固体レーザロッド、１０３は半導
体レーザ光に対して透明な筒状のクーリングスリーブで
あり、固体レーザロッド１０２と略同軸に固体レーザロ
ッド１０２を取り囲んで配置され、固体レーザロッド１
０２を冷却するための冷却液が循環している。１０４は
半導体レーザ光を拡散反射する筒状の拡散性反射筒であ
って、固体レーザロッド１０２と略同軸に固体レーザロ
ッド１０２およびクーリングスリーブ１０３を取り囲ん
で配置され、半導体レーザ光を反射し閉じ込める効果を
持つ。１０５はレーザ光の出射端を固体レーザロッド１
０２の軸方向と平行に複数集積して構成された半導体レ
ーザである。図示の例では固体レーザロッド１０２の軸
方向がこの半導体レーザ１０５のスロー軸方向に平行に
なるように配置している。この半導体レーザ１０５のみ
から半導体レーザ光出力装置が構成されている。１０７
は半導体レーザ光導入手段で、拡散性反射筒１０４に設
けられ、薄板ガラスから形成されている。

【０００９】次に動作について説明する。半導体レーザ
１０５から出射されたレーザ光は半導体レーザ光導入手
段１０７としての薄板ガラスの上下面で全反射しなが
ら、拡散性反射筒１０４内の固体レーザロッド１０２に
向けて導入される。この拡散性反射筒１０４内に導入さ
れた半導体レーザ光は、固体レーザロッド１０２に入射
し、一部吸収される。固体レーザロッド１０２を透過し
た残りの半導体レーザ光は、拡散性反射筒１０４により
拡散反射され、拡散性反射筒１０４内で均一に分布す
る。図１９には、この様子が破線で示す矢印により示さ
れている。均一に分布した半導体レーザ光は固体レーザ
ロッド１０２を均一に照射する。固体レーザロッド１０
２内で発生した熱は、クーリングスリーブ１０３内を循
環する冷却液により固体レーザロッド１０２の外周から
排除される。

【００１０】この従来例１の固体レーザロッド励起モジ
ュール１０１では、薄板ガラスから成る半導体レーザ光
導入手段１０７の、拡散性反射筒１０４の内面に位置す
る部分の面積が小さいため、半導体レーザ光導入手段１
０７からの半導体レーザ光の逃げが小さく、固体レーザ
ロッド１０２の高効率な励起が行われる。

【００１１】従来例２．図２０，図２１は、それぞれ文
献２「H. Bruesselbach et al., in technicaldigest o
f Advanced Solid-State Lasers'97, P285, 1997」に示
された従来例２の半導体レーザ光出力装置、および固体
レーザロッド励起モジュールの構成を示す図であり、図
２０は半導体レーザ光出力装置のファスト軸方向に沿っ
た断面図、図２１は図２０に示した半導体レーザ光出力
装置を使用した固体レーザロッド励起モジュールの固体
レーザロッドの軸方向に垂直な方向に切った断面図であ
る。図において、１１１は固体レーザロッド励起モジュ
ール、１１２は固体レーザロッド、１１３はクーリング
スリーブで、半導体レーザ光に対して透明な筒状の形状
を有しており、固体レーザロッド１１２と略同軸に固体
レーザロッド１１２を取り囲んで配置されている。ま
た、その内部には固体レーザロッド１１２を冷却するた
めの冷却液が循環している。１１４は鏡面反射性反射筒
であって、半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の
形状を有し、固体レーザロッド１１２と略同軸に固体レ
ーザロッド１１２およびクーリングスリーブ１１３を取
り囲んで配置されている。

【００１２】１１７は半導体レーザ光導入手段であっ
て、鏡面反射性反射筒１１４に設けられ、スタック型半
導体レーザ１２１、シリンドリカルレンズアレー１２２
ａおよび集光レンズレット１２２ｂよりなる半導体レー
ザ光出力装置から出力された半導体レーザ光を鏡面反射
性反射筒１１４内に導入する。鏡面反射性反射筒１１４
はクーリングスリーブ１１３の外周面に施された高反射
コーティング膜により構成され、半導体レーザ光導入手
段１１７はクーリングスリーブ１１３の外周面にスリッ
ト状に施された減反射コーティング膜により構成されて
いる。即ち、クーリングスリーブ１１３の外周面は鏡面
反射性反射筒１１４としての高反射コーティング膜と、
半導体レーザ光導入手段１１７としてのスリット状の減
反射コーティング膜とで覆われている。

【００１３】１２１はレーザ光の出射端をスロー軸方向
に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸方
向に複数積層して構成されたスタック型半導体レーザ
で、上記スロー軸方向を固体レーザロッド１１２の軸方
向と平行に配置している。１２１−１〜１２１−５はス
タック型半導体レーザ１２１を構成するバー状素子、１
２２はスタック型半導体レーザから出射されたレーザ光
を集光する半導体レーザ光集光手段、１２２−１〜１２
２−５はシリンドリカルレンズであって、スタック型半
導体レーザ１２１を構成するそれぞれ異なるバー状素子
１２１−１〜１２１−５と対向し、対向するバー状素子
から略焦点距離だけ離れた位置に配置されており、対向
するバー状素子から出射されたレーザ光を平行化する。
１２２ａはシリンドリカルレンズ１２２−１〜１２２−
５をバー状素子１２１−１〜１２１−５の積層間隔と同
じ間隔でバー状素子１２１−１〜１２１−５の積層方向
と平行な方向に集積して構成されたシリンドリカルレン
ズアレー、１２２ｂは各シリンドリカルレンズ１２２−
１〜１２２−５により平行化された半導体レーザ光をバ
ー状素子１２１−１〜１２１−５の積層方向と平行な方
向（ファスト軸方向）に集光する集光レンズレットであ
る。これらスタック型半導体レーザ１２１、シリンドリ
カルレンズアレー１２２ａおよび集光レンズレット１２
２ｂより半導体レーザ光出力装置が構成されている。

【００１４】次に動作について説明する。各バー状素子
１２１−１〜１２１−５から出射されたレーザ光はスロ
ー軸方向に１０°程度の広がり角度を持ち、ファスト軸
方向に３０°から５０°程度の広がり角度を持ってい
る。各バー状素子１２１−１〜１２１−５から出射され
たレーザ光は対向するシリンドリカルレンズ１２２−１
〜１２２−５により、ファスト軸方向の成分が主に平行
化される。平行化された半導体レーザ光は、集光レンズ
レット１２２ｂにより線上に集光される。集光された半
導体レーザ光は、集光位置近傍に位置する減反射コーテ
ィング膜により構成される半導体レーザ光導入手段１１
７から鏡面反射性反射筒１１４内に導入される。導入さ
れた半導体レーザ光は、固体レーザロッド１１２に入射
して一部吸収される。固体レーザロッド１１２に吸収さ
れなかった残りの半導体レーザ光は、高反射コーティン
グ膜からなる鏡面反射性反射筒１１４により反射され、
再び固体レーザロッド１１２に入射して吸収される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の半導体レー
ザ光出力装置および固体レーザロッド励起モジュールは
以上のように構成されているので、レーザ光の出射端を
スロー軸方向に複数集積して構成された半導体レーザ１
０５を固体レーザロッド１０２の軸方向と上記スロー軸
方向が平行となるように配置した半導体レーザよりなる
半導体レーザ光出力装置では、固体レーザロッド１０２
の半導体レーザ光導入手段１０７側が固体レーザロッド
１０２を高いパワーで励起できず、高出力化には不向き
であるという課題があった。

【００１６】また、薄板ガラスからなる半導体レーザ光
導入手段１０７により拡散性反射筒１０４内に導入され
た半導体レーザ光は、最初に固体レーザロッド１０２に
入射する。このため、固体レーザロッド１０２の半導体
レーザ光導入手段１０７の端面に対向した部分に半導体
レーザ光が強度の減衰なく入射するので、固体レーザロ
ッド１０２内での半導体レーザ光の強度分布が半導体レ
ーザ光導入手段１０７側で高くなってしまう。このた
め、固体レーザロッド１０２内での半導体レーザ光の強
度分布が軸対称で均一ではなくなり、固体レーザロッド
１０２内での半導体レーザ光の吸収による温度分布が２
次の軸対称分布からずれ、固体レーザロッド１０２は波
面収差を持ったグレーディッド・リフラクティブインデ
ックス・レンズとなるという課題があった。

【００１７】また、従来例２の半導体レーザ光出力装置
および固体レーザロッド励起モジュールは以上のように
構成されているので、固体レーザロッド励起モジュール
１１１は半導体レーザ光導入手段１１７から鏡面反射性
反射筒１１４内に導入された半導体レーザ光のうち、図
２２に示すように、固体レーザロッド１１２に入射しな
い半導体レーザ光は、鏡面反射性反射筒１１４で複数回
反射しても幾何学的に固体レーザロッド１１２に入射し
ない。図２２は、この様子が実線で示す矢印により示さ
れている。このため、半導体レーザ光出力装置において
固体レーザロッド１１２での半導体レーザ光の高効率な
吸収を図るために、集光レンズレット１２２ｂでの集光
角度が半導体レーザ光導入手段１１７から固体レーザロ
ッド１１２を見込む角度に収まるように集光レンズレッ
ト１２２ｂの焦点距離を調整することが必要となる。そ
の結果、集光レンズレット１２２ｂの焦点距離により一
意に決定され、集光レンズレット１２２ｂにより線上に
集光された半導体レーザ光の、バー状素子１２１−１〜
１２１−５の積層方向と平行な方向（固体レーザロッド
１１２の軸方向に垂直な方向、ファスト軸方向）の大き
さ（以下、半導体レーザ光の集光点の大きさという場合
もある）は、集光レンズレット１２２ｂを用いて得られ
る最小の大きさとならず、半導体レーザ光のエネルギー
利用効率が低下するという課題があった。これにより、
固体レーザ励起モジュール１１１は半導体レーザ光導入
手段１１７の大きさを大きくしなければならなかったの
で、鏡面反射性反射筒１１４内での半導体レーザ光の閉
じ込め効率が低下するという課題があった。

【００１８】なお、半導体レーザ光の集光点の大きさ
は、理想的には各レーザ光の出射端の大きさをｄ１とし
て各シリンドリカルレンズ１２２−１〜１２２−５の焦
点距離をｆ１とし、集光レンズレット１２２ｂの焦点距
離をｆ２としたとき、ｄ１×ｆ２／ｆ１となるが、実際
には、バー状素子１２１−１〜１２１−５の積層間隔の
ばらつき、シリンドリカルレンズアレー１２２ａを構成
するシリンドリカルレンズ１２２−１〜１２２−５のピ
ッチ誤差、バー状素子１２１−１〜１２１−５およびシ
リンドリカルレンズアレー１２２ａの設置誤差などによ
りさらに大きくなる。

【００１９】一方、鏡面反射性反射筒１１４内での半導
体レーザ光の閉じ込め効率を上げるため、半導体レーザ
光導入手段１１７の大きさを小さくすると、半導体レー
ザ光の集光点の大きさが、半導体レーザ光導入手段１１
７の大きさより大きくなる。このため、鏡面反射性反射
筒１１４内に導入される半導体レーザ光の割合が低下
し、固体レーザロッド１１２での半導体レーザ光の高効
率な吸収を図ることができないという課題があった。ま
た、従来例２の場合、シリンドリカルレンズアレー１２
２ａを透過した半導体レーザ光のうち、固体レーザロッ
ド１１２に吸収される半導体レーザ光は２６％と非常に
低い値であった。

【００２０】また、半導体レーザ光導入手段１１７から
鏡面反射性反射筒１１４内に導入された半導体レーザ光
は、最初に固体レーザロッド１１２に入射する。この
時、固体レーザロッド１１２の吸収率が高い場合は、固
体レーザロッド１１２の半導体レーザ光導入手段１１７
端面と対向する部分に入射する半導体レーザ光の強度
が、鏡面反射性反射筒１１４により反射された半導体レ
ーザ光の強度よりはるかに高くなり、固体レーザロッド
１１２内での半導体レーザ光の強度分布が半導体レーザ
光導入手段１１７側で高く固体レーザロッド１１２内で
の半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものでは
なくなるので、固体レーザロッド１１２内での半導体レ
ーザ光の吸収によって発生する温度分布が２次の軸対称
分布からずれ、固体レーザロッド１１２は波面収差を持
ったグレーディッド・リフラクティブインデックス・レ
ンズとなるという課題があった。

【００２１】さらに、上記半導体レーザ光出力装置にお
いて使用するスタック型半導体レーザ１２１を、レーザ
光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバ
ー状素子１２１−１〜１２１−５を、ファスト軸方向に
複数積層して構成し、このスロー軸方向が固体レーザロ
ッド１１２の軸方向と平行になるように配置しているの
で、出力されたレーザ光が固体レーザロッド１１２の軸
方向と垂直な方向（ファスト軸方向）に大きな広がり角
度をもつが、軸方向と平行な方向（スロー軸方向）では
広がり角度が小さい。このため、固体レーザロッド１１
２の軸方向と垂直な方向に入射する半導体レーザ光は拡
散するが、軸方向と平行な方向では広がり角度が小さい
半導体レーザ光が固体レーザロッド１１２の半導体レー
ザ光導入手段１１７の端面と対向する部分を集中して励
起してしまうという課題があった。

【００２２】さらに、上記半導体レーザ光出力装置にお
いて、集光レンズレット１２２ｂのかわりに非球面レン
ズなどの他の半導体レーザ光集光手段にてレーザ光を集
光させる場合、任意の距離だけ離れた半導体レーザ光の
スロー軸方向の大きさによっては、非球面レンズの大き
さよりレーザ光が広がってしまい全てのレーザ光が入射
されないことがあり、これによって半導体レーザ光のエ
ネルギー利用効率が低下するという課題があった。

【００２３】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、半導体レーザ光を用いて高密度に
パワーを合成したレーザ光を小型で高効率に得ることが
できる半導体レーザ光出力装置と、半導体レーザ光を用
いて固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高ビ
ーム品質のレーザ光が得ることができる固体レーザロッ
ド励起モジュールとを得ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る固体レー
ザロッド励起モジュールは、固体レーザロッドと略同軸
に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクー
リングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固体レ
ーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで配置
された筒状の拡散性反射筒と、レーザ光の出射端を固体
レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数集積して構成
されたバー状素子を、固体レーザロッドの軸方向と平行
な方向に複数積層して構成されたスタック型半導体レー
ザと、このスタック型半導体レーザから出射されたレー
ザ光を集光する半導体レーザ光集光手段とからなる半導
体レーザ光出力装置と、拡散性反射筒に設けられ、半導
体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を、バー
状素子の積層方向と平行な方向の大きさを略保持して、
拡散性反射筒内の固体レーザロッドに向けて導入する半
導体レーザ光導入手段とを備えるものである。

【００２５】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッ
ドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブ
と、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよ
びクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡
面反射性反射筒と、レーザ光の出射端を固体レーザロッ
ドの軸方向と垂直な方向に複数集積して構成されたバー
状素子を、固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複
数積層して構成されたスタック型半導体レーザと、この
スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光
する半導体レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ光
出力装置と、鏡面反射性反射筒に設けられ、半導体レー
ザ光集光手段により集光されたレーザ光を、バー状素子
の積層方向と平行な方向の大きさを略保持して、鏡面反
射性反射筒内に導入する半導体レーザ光導入手段と、半
導体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に、半
導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光を拡散
する半導体レーザ光拡散手段とを備えるものである。

【００２６】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間
隔と同じ間隔でバー状素子の積層方向と平行な方向に複
数集積して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、
バー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非
球面レンズとを半導体レーザ光集光手段が備え、シリン
ドリカルレンズアレーを構成する各シリンドリカルレン
ズが、スタック型半導体レーザを構成するそれぞれ異な
るバー状素子と対向し、対向する上記バー状素子から各
該シリンドリカルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に
配置され、非球面レンズが、シリンドリカルレンズアレ
ーと半導体レーザ光導入手段との間であって、半導体レ
ーザ光導入手段から該非球面レンズの略焦点距離だけ離
れた位置に配置されたことを特徴とするものである。

【００２７】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光集光手段がシリンドリカルレ
ンズアレーを通過したレーザ光のバー状素子の積層方向
と平行な方向の幅をＬとしたとき、非球面レンズの焦点
距離が０．５×Ｌ以上であることを特徴とするものであ
る。

【００２８】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光集光手段がシリンドリカルレ
ンズアレーと非球面レンズとが一体形成された非球面合
成レンズを備えたことを特徴とするものである。

【００２９】この発明に係る半導体レーザ光出力装置
は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構
成したバー状素子であるアレー半導体レーザと、アレー
半導体レーザから出射されたレーザ光をアレー半導体レ
ーザのファスト軸方向に集光する半導体レーザ光集光手
段と、アレー半導体レーザから出射されたレーザ光の全
てあるいは一部をアレー半導体レーザのスロー軸方向に
屈折する半導体レーザ光屈折手段とを備えるものであ
る。

【００３０】この発明に係る半導体レーザ光出力装置
は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構
成したバー状素子をファスト軸方向に複数積層して構成
したスタック型半導体レーザと、スタック型半導体レー
ザから出射されたレーザ光をスタック型半導体レーザの
ファスト軸方向に集光する半導体レーザ光集光手段と、
スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光の全て
あるいは一部をスタック型半導体レーザのスロー軸方向
に屈折する半導体レーザ光屈折手段とを備えるものであ
る。

【００３１】この発明に係る半導体レーザ光出力装置
は、半導体レーザ光屈折手段が屋根型プリズムであり、
この屋根型プリズムの稜線は半導体レーザのファスト軸
方向に平行な方向とし、上記屋根型プリズムの稜線に対
向する面を半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に
設置したことを特徴とするものである。

【００３２】この発明に係る半導体レーザ光出力装置
は、半導体レーザ光屈折手段が屋根型プリズムの稜線部
分を屋根型プリズムの稜線に対向する面に平行な面で切
り取った横断面が台形の角柱プリズムであり、この角柱
プリズムの屋根型プリズムで仮想した稜線はファスト軸
方向に平行な方向とし、角柱プリズムの屋根型プリズム
で仮想した稜線に対向する面は半導体レーザ光の進行方
向に対して略垂直に設置していることを特徴とするもの
である。

【００３３】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッ
ドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブ
と、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよ
びクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の拡
散性反射筒と、この拡散性反射筒に向けてレーザ光を出
力し固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのスロー
軸方向とが平行になるように配置した請求項６または請
求項７記載の半導体レーザ光出力装置と、拡散性反射筒
に設けられ、半導体レーザ出力装置から出射されたレー
ザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して拡散性反射
筒の固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光
導入手段とを備えるものである。

【００３４】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッ
ドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブ
と、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよ
び上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状
の拡散性反射筒と、この拡散性反射筒に向けてレーザ光
を出力し固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのフ
ァスト軸方向とが平行になるように配置した請求項６ま
たは請求項７記載の半導体レーザ光出力装置と、拡散性
反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置から出射され
たレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持して拡散
性反射筒の固体レーザロッドに向けて導入する半導体レ
ーザ光導入手段とを備えるものである。

【００３５】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光導入手段が拡散性反射筒に形
成されたスリットと、スリット内に配置された六面体形
状のスラブ導波路と、スラブ導波路の６端面のうちレー
ザ光が入射する第１の端面およびレーザ光が出射する第
２の端面以外の４端面とスリットとの空隙に設けられ、
スラブ導波路より屈折率の小さい接着材層とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００３６】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光導入手段は、第１の端面の面
積より第２の端面の面積が小さく、且つ、第２の端面の
固体レーザロッドの軸方向に垂直な方向の長さを固体レ
ーザロッドの径より大きくしたことを特徴とするもので
ある。

【００３７】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光導入手段が入射した半導体レ
ーザ光が半導体レーザのファスト軸方向と垂直な方向の
端面を反射する回数は高々１回であることを特徴とする
ものである。

【００３８】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッ
ドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブ
と、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよ
びクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡
面反射性反射筒と、この鏡面反射性反射筒に向けてレー
ザ光を出力し、固体レーザロッドの軸方向と半導体レー
ザのスロー軸方向とが平行になるように配置した請求項
６または請求項７記載の半導体レーザ光出力装置と、鏡
面反射性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置から
出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保持
して鏡面反射性反射筒の固体レーザロッドに向けて導入
する半導体レーザ光導入手段とを備えるものである。

【００３９】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッ
ドを取り囲んで配置された筒状のクーリングスリーブ
と、固体レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドおよ
びクーリングスリーブを取り囲んで配置された筒状の鏡
面反射性反射筒と、この鏡面反射性反射筒に向けてレー
ザ光を出力し、固体レーザロッドの軸方向と半導体レー
ザのファスト軸方向とが平行になるように配置した請求
項６または請求項７記載の半導体レーザ光出力装置と、
鏡面反射性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置か
ら出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略保
持して鏡面反射性反射筒の固体レーザロッドに向けて導
入する半導体レーザ光導入手段とを備えたことを特徴と
するものである。

【００４０】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光導入手段と固体レーザロッド
との間に、半導体レーザ光導入手段により導入されたレ
ーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段を備えたこと
を特徴とするものである。

【００４１】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光拡散手段は、スリガラス状に
表面を荒らした、透明な光学材料から構成されることを
特徴とするものである。

【００４２】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光拡散手段が気泡を内包する透
明な発泡性ガラス材料から構成されることを特徴とする
ものである。

【００４３】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光拡散手段がクーリングスリー
ブに形成されることを特徴とするものである。

【００４４】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光拡散手段がサファイヤから成
ることを特徴とするものである。

【００４５】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、レーザ光の出射端を固体レーザロッドの軸方
向と垂直な方向に複数集積して構成されたバー状素子
を、固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数積層
して構成されたスタック型半導体レーザと、このスタッ
ク型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半
導体レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ光出力装
置と、拡散性反射筒に設けられ、半導体レーザ光集光手
段により集光されたレーザ光を、バー状素子の積層方向
と平行な方向の大きさを略保持して、拡散性反射筒内の
固体レーザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入
手段とを備えた半導体レーザ光照射手段を、固体レーザ
ロッドの周囲に複数配置したことを特徴とするものであ
る。

【００４６】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、半導体レーザ光照射手段が半導体レーザ光導
入手段と固体レーザロッドとの間に、半導体レーザ光導
入手段により導入されたレーザ光を拡散する半導体レー
ザ光拡散手段を備えたことを特徴とするものである。

【００４７】この発明に係る固体レーザロッド励起モジ
ュールは、レーザ光の出射端を固体レーザロッドの軸方
向と垂直な方向に複数集積して構成されたバー状素子
を、固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数積層
して構成されたスタック型半導体レーザと、このスタッ
ク型半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半
導体レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ光出力装
置と、鏡面反射性反射筒に設けられ、半導体レーザ光集
光手段により集光されたレーザ光を、バー状素子の積層
方向と平行な方向の大きさを略保持して、鏡面反射性反
射筒内に導入する半導体レーザ光導入手段と、この半導
体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に設けら
れ、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光
を拡散する半導体レーザ光拡散手段とを備えた半導体レ
ーザ光照射手段を、固体レーザロッドの周囲に複数配置
したことを特徴とするものである。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
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
固体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図で
ある。図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断
面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）中のＢ部分の拡大図であ
る。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）において、１は固体レーザ
ロッド励起モジュール、２は固体レーザロッド、３はク
ーリングスリーブであって、半導体レーザ光に対して透
明で筒状の形状を有しており、固体レーザロッド２と略
同軸に固体レーザロッド２を取り囲んで配置されてい
る。また、内部には固体レーザロッド２を冷却するため
の冷却液が循環している。４は半導体レーザ光に対して
拡散性の筒状の拡散性反射筒であり、固体レーザロッド
２と略同軸に固体レーザロッド２およびクーリングスリ
ーブ３を取り囲んで配置されている。５−１〜５−５は
スタック型半導体レーザ５を構成するバー状素子であ
る。スタック型半導体レーザ５はレーザ光の出射端をス
ロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子を、フ
ァスト軸方向に複数積層して構成されている。また、こ
のスタック型半導体レーザ５は固体レーザロッド２の軸
方向と垂直な方向とスロー軸方向が平行で、固体レーザ
ロッド２の軸方向とファスト軸方向が平行になるように
配置されている。バー状素子５−１〜５−５から出射さ
れたレーザ光は、固体レーザロッド２の軸方向と垂直な
方向には１０°程度の広がり角度を持つが、平行な方向
では３０°程度の大きな広がり角度を持っている。

【００４９】６はスタック型半導体レーザ５から出射さ
れたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段であ
る。６−１〜６−５はシリンドリカルレンズであり、ス
タック型半導体レーザ５を構成するそれぞれ異なるバー
状素子と対向し、対向するバー状素子から、その略焦点
距離だけ離れた位置に配置されており、対向するバー状
素子からの出射レーザ光を平行化している。６ａはシリ
ンドリカルレンズアレーで、シリンドリカルレンズ６−
１〜６−５により構成されている。６ｂは非球面レンズ
であり、この非球面レンズ６ｂおよびシリンドリカルレ
ンズアレー６ａから半導体レーザ光集光手段６が構成さ
れる。また、スタック型半導体レーザ５および半導体レ
ーザ光集光手段６より半導体レーザ光出力装置５ａが構
成される。７は拡散性反射筒４に設けられた半導体レー
ザ光導入手段であって、半導体レーザ光集光手段６によ
り集光された半導体レーザ光を拡散性反射筒４内の固体
レーザロッド２に向けて導入する。８はクーリングスリ
ーブ３の表面に設けられた半導体レーザ光拡散手段であ
り、半導体レーザ光導入手段７により導入された半導体
レーザ光を拡散させる。図１（Ａ）において、矢印Ｘは
固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向を示し、図１
（Ｂ）において、矢印Ｙは固体レーザロッド２の軸方向
と平行な方向を示している。図１（Ｂ）には、冷却液が
流れる様子が示されている。

【００５０】なお、図１には、バー状素子およびシリン
ドリカルレンズをそれぞれ５個備えている場合が示され
ているが、５個以上備えている場合もある。また、図１
には、スタック型半導体レーザ５、半導体レーザ光集光
手段６、半導体レーザ光導入手段７をそれぞれ１個備え
ている場合について説明したが、固体レーザロッド２の
軸方向に同一の構成要素を複数備えている場合もある。

【００５１】以下、半導体レーザ光出力装置５ａ、半導
体レーザ光導入手段７、および半導体レーザ光拡散手段
８について詳細に説明した後、固体レーザロッド励起モ
ジュール１の動作について説明する。

【００５２】１．半導体レーザ光出力装置 （ａ）スタック型半導体レーザ 図示の例では上述のように、スタック型半導体レーザ５
はレーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成
されたバー状素子を、ファスト軸方向に複数積層して構
成されている。また、このスタック型半導体レーザ５は
固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向とスロー軸方
向が平行で、固体レーザロッド２の軸方向とファスト軸
方向が平行になるように配置されている。バー状素子５
−１〜５−５から出射されたレーザ光は、固体レーザロ
ッド２の軸方向と垂直な方向には１０°程度の広がり角
度を持つが、平行な方向では３０°程度の大きな広がり
角度を持っている。

【００５３】（ｂ）半導体レーザ光集光手段 半導体レーザ光集光手段６は、高出力化を図るために、
スタック型半導体レーザ５から出射されたレーザ光を集
光するものである。また、半導体レーザ光導入手段７の
大きさを小さくすることにより拡散性反射筒４内からの
半導体レーザ光の逃げが少なくなるので、全ての半導体
レーザ光を入射させるためにも、半導体レーザ光の集光
点の大きさを小さくすることが必要である。

【００５４】実施の形態１では半導体レーザ光集光手段
６をシリンドリカルレンズアレー６ａと非球面レンズ６
ｂとから構成している。シリンドリカルレンズアレー６
ａは、シリンドリカルレンズ６−１〜６−５をバー状素
子５−１〜５−５の積層間隔と同じ間隔でバー状素子５
−１〜５−５の積層方向と平行な方向（固体レーザロッ
ド２の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向）に集積し
て構成している。各シリンドリカルレンズ６−１〜６−
５を、スタック型半導体レーザ５を構成するそれぞれ異
なるバー状素子５−１〜５−５と対向させ、対向するバ
ー状素子から各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５の
略焦点距離だけ離れた位置に配置している。非球面レン
ズ６ｂを、バー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行
な方向に屈折力を有し、シリンドリカルレンズアレー６
ａと半導体レーザ光導入手段７との間であって、半導体
レーザ光導入手段７から非球面レンズ６ｂの焦点距離だ
け離れた位置に配置している。

【００５５】このように半導体レーザ光集光手段６を構
成した場合、各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５に
より、対向するバー状素子から出射されたレーザ光は平
行化される。各シリンドリカルレンズ６−１〜６−５に
より平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂに
よりバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向
に線上に集光される。非球面レンズ６ｂにより線上に集
光された半導体レーザ光の、バー状素子５−１〜５−５
の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）の大きさ
（すなわち、集光点の大きさ）は、理想的には各レーザ
光の出射端の大きさをｄ２とし、各シリンドリカルレン
ズ６−１〜６−５の焦点距離をｆ３とし、非球面レンズ
６ｂの焦点距離をｆとしたとき、ｄ２×ｆ／ｆ３とな
り、例えば数μｍと非常に小さい。

【００５６】この場合、シリンドリカルレンズアレー６
ａを通過した半導体レーザ光のバー状素子５−１〜５−
５の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）の幅は、
例えば１０〜２０ｍｍと大きく、集光レンズでの集光角
度が大きくなるため、球面収差が生じ集光点の大きさが
大きくぼやけるが、集光レンズとして非球面レンズ６ｂ
を用いることにより球面収差が低く抑えられ、集光点の
大きさが小さく抑えられている。

【００５７】また、この場合、バー状素子５−１〜５−
５のいずれかが所定の設置位置からずれると、所定の設
置位置からずれたバー状素子から出射されたレーザ光が
対向するシリンドリカルレンズにより平行化されたと
き、平行化された半導体レーザ光に所定の方向からの角
度ずれが生じる。例えば、図２には、バー状素子５−１
が所定の設置位置からΔｐだけずれ（バー状素子５−１
〜５−５の所定の積層間隔がｐであるのに、バー状素子
５−１と隣接するバー状素子５−２との間隔がｐ＋Δｐ
であるとき）、対向するシリンドリカルレンズ６−１に
より平行化された半導体レーザ光が所定の方向から角度
ずれθ（単位：ラジアン）を起こしている場合を示して
いる。このとき、角度ずれθ１が生じている平行化され
た半導体レーザ光の非球面レンズ６ｂによる集光位置
は、所定の集光位置Ｏからバー状素子５−１〜５−ｎの
積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）にｆ×θ１
（１ｆは非球面レンズ６ｂの焦点距離）だけずれる。

【００５８】所定の集光位置Ｏからのずれを小さくし、
集光点の大きさを小さくするためには、非球面レンズ６
ｂの焦点距離ｆを小さくすればよいが、焦点距離ｆを小
さくするに従い、非球面レンズ６ｂの中心位置から離れ
た位置を通過する半導体レーザ光にコマ収差が生じて集
光点の大きさが大きくぼやける。図３はシリンドリカル
レンズアレー６ａを通過した半導体レーザ光のバー状素
子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向（固体レーザ
ロッド２の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向）の幅
Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの焦点距離ｆを横軸と
し、バー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向
に±θの広がり角度を持つシリンドリカルレンズアレー
６ａを通過した半導体レーザ光が非球面レンズ６ｂによ
り線上に集光されたときの集光点の大きさを縦軸として
示したグラフ図である。図３に示した値は非球面レンズ
６ｂの非球面形状を各焦点距離における集光点の大きさ
が最小になるように計算した結果である。図３におい
て、曲線ａはコマ収差が生じる場合であり、直線ｂはコ
マ収差が生じない場合である。図３に示すように、コマ
収差が生じない場合には、焦点距離が小さくなると共
に、集光点の大きさは小さくなる。一方、コマ収差が生
じる場合には幅Ｌで規格化した非球面レンズ６ｂの焦点
距離ｆが０．７のとき最小となり、０．５より小さくな
ると極端に大きくなる。従って、幅Ｌで規格化した非球
面レンズ６ｂの焦点距離ｆが０．５以上であるとき、す
なわち、非球面レンズの焦点距離ｆは０．５×Ｌ以上で
あるとき、集光点の大きさが小さくなるために望まし
い。

【００５９】なお、図１（Ａ）に示したＡ−Ａ線を回転
軸としてシリンドリカルレンズアレー６ａと非球面レン
ズ６ｂとが平行に配置された所定の設置位置から角度ず
れを起こした場合、固体レーザロッド２の軸方向と平行
な方向に所定の間隔だけ離れた２点において、バー状素
子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向（ファスト軸
方向）に、半導体レーザ光の非球面レンズ６ｂによる集
光位置のずれが生じ、半導体レーザ光導入手段７に焦点
がぼやけて入射されてしまう。例えば、１°の角度ずれ
が生じた場合、１０ｍｍ離れた２点において、集光位置
のずれが１７０μｍとなる。従って、図４に示すよう
に、シリンドリカルレンズアレーと非球面レンズとを一
体的に形成した非球面合成レンズ６ｃを用いた場合、角
度ずれを０．１°以下に抑えることができ、集光位置の
ずれが小さくなるために望ましい。

【００６０】また、バー状素子５−１〜５−５の積層方
向と垂直な方向（スロー軸方向）にも屈折力を有する非
球面レンズを用いた場合には、各シリンドリカルレンズ
６−１〜６−５により平行化された半導体レーザ光は非
球面レンズ６ｂによりバー状素子５−１〜５−５の積層
方向と平行な方向に線上に集光されるとともに、垂直な
方向にも集光される。従って、バー状素子５−１〜５−
５の積層方向と垂直な方向にも屈折力を有する非球面レ
ンズ６ｂを用いる場合には、半導体レーザ光導入手段７
の大きさをより小さくすることで、拡散性反射筒４から
の半導体レーザ光の逃げが少なくなるため固体レーザロ
ッド２の高効率な励起をより図ることができるために望
ましい。

【００６１】２．半導体レーザ光導入手段 半導体レーザ光導入手段７は、固体レーザロッド２の高
効率な励起を図るために、半導体レーザ光集光手段６に
より集光された半導体レーザ光を、バー状素子５−１〜
５−５の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）の大
きさを略保持して拡散性反射筒４内の固体レーザロッド
２に向けて導入するものである。

【００６２】非球面レンズ６ｂにより線上に集光される
半導体レーザ光のバー状素子５−１〜５−５の積層方向
と平行な方向（ファスト軸方向）の大きさ、すなわち固
体レーザロッド２の軸方向に平行な方向の大きさは非球
面レンズ６ｂによる集光位置で最小となるが、その前後
で発散的に大きくなる。また、拡散性反射筒４を形成す
る材料として一般的に用いられるセラミックス材料やポ
リマー材料により拡散性反射筒４を形成する場合には、
反射率が拡散性反射筒４の厚さに大きく依存し、例え
ば、セラミックス材料により、反射率９８％以上の拡散
性反射筒４を形成する場合には、拡散性反射筒４の厚さ
を１０ｍｍ程度にする必要がある。

【００６３】このため、図５に示すように、半導体レー
ザ光導入手段７を、拡散性反射筒４に形成されたスリッ
ト１１のみで構成する場合には、スリット１１のバー状
素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向（固体レー
ザロッド２の軸方向に平行な方向、ファスト軸方向）の
大きさを大きくしなければならない。例えば、拡散性反
射筒４の厚さが１０ｍｍ、シリンドリカルレンズアレー
６ａを通過した半導体レーザ光のバー状素子５−１〜５
−５の積層方向と平行な幅Ｌが１０ｍｍ、非球面レンズ
６ｂの焦点距離が７ｍｍのとき、非球面レンズ６ｂによ
る集光位置の前後での半導体レーザ光の広がり角度が７
０°程度となり、スリット１１両端での半導体レーザ光
のバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向の
大きさは７ｍｍにもなってしまう。従って、拡散性反射
筒４内での半導体レーザ光の閉じ込め性能が低下する。
これより、半導体レーザ光のバー状素子５−１〜５−５
の積層方向と平行な方向の集光点における大きさを保持
して拡散性反射筒４内に導入する半導体レーザ光導入手
段７が必要となる。

【００６４】図６に示すように、実施の形態１では半導
体レーザ光導入手段７を拡散性反射筒４に形成されたス
リット１１と、スリット１１内に配置された六面体形の
スラブ導波路１２と、スラブ導波路１２の６端面のうち
半導体レーザ光が入射する第１の端面１２ａおよび半導
体レーザ光が出射する第２の端面１２ｂ以外の４端面と
スリット１１との空隙に設けられた、スラブ導波路１２
より屈折率の小さい光学接着材から成る接着剤層１３と
から構成している。図６（Ｂ）は図６（Ａ）中のＢ−Ｂ
線に沿った断面図である。

【００６５】このように半導体レーザ光導入手段７を構
成した場合、集光位置Ｏにおいて線上に集光された半導
体レーザ光は、第１の端面１２ａからスラブ導波路１２
に入射する。スラブ導波路１２に入射した半導体レーザ
光は、スラブ導波路１２より屈折率の小さい接着剤層１
３とスラブ導波路１２との界面で全反射を繰り返し、第
２の端面１２ｂから出射し、拡散性反射筒４内に導入さ
れる。

【００６６】ここで、本発明におけるスタック型半導体
レーザ５はレーザ光の出射端を固体レーザロッド２の軸
方向と垂直な方向に複数集積して構成されたバー状素子
を、固体レーザロッド２の軸方向と平行な方向（ファス
ト軸方向）に複数積層して構成しているので、固体レー
ザロッド２の軸方向に平行な方向の半導体レーザ光は大
きな広がり角度をもっている。このため、スタック型半
導体レーザ５を固体レーザロッド２の軸方向とファスト
軸方向が平行で、固体レーザロッド２の軸方向とスロー
軸方向が垂直に配置した場合と異なり、固体レーザロッ
ド２の軸方向に平行な方向から入射する半導体レーザ光
の内で、固体レーザロッド２の第２の端面１２ｂに対向
した部分へ最初に入射する光量の比率は遙かに小さい。
さらに、図６（Ａ）に示すように第２の端面１２ｂの固
体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向の長さＷを、固
体レーザロッド２の径Ｒより大きくなるように構成する
ことによっても、図６（Ａ）の断面平面に平行な方向か
ら固体レーザロッド２に入射する半導体レーザ光の最初
に固体レーザロッド２に入射する光量の比率を小さくす
ることができる。図６には、この様子が矢印により示さ
れている。

【００６７】スラブ導波路１２の形状としては上記の図
６のような直方体形状でもよいが、図７に示すようにス
ラブ導波路１２の第１の端面１２ａの面積より第２の端
面１２ｂの面積が小さければ、半導体レーザ光導入手段
７からの半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザ
ロッド２の高効率な励起を図ることができるため望まし
い。この時、上記と同様にスラブ導波路１２の第２の端
面１２ｂの固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向の
長さＷを固体レーザロッド２の径Ｒより大きくなるよう
に構成すると、第２の端面１２ｂを出射した半導体レー
ザ光の最初に固体レーザロッド２に入射する光量の比率
を小さくすることができる。これにより、固体レーザロ
ッド２の励起強度の不均一な分布を解消することがで
き、固体レーザロッド２を高パワーで高効率に励起し、
高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。また、ス
ラブ導波路１２の屈折率をできるだけ大きくして、全反
射条件の臨界角をできるだけ小さくすることが望まし
い。なお、図７（Ｂ）は図７（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿っ
た断面図である。

【００６８】ただし、第１の端面１２ａの面積より第２
の端面１２ｂの面積を小さくし過ぎると、スラブ導波路
１２の端面への半導体レーザ光の入射角度が小さくな
り、全反射条件を満たさなくなる恐れがあるため、これ
を考慮して第１、第２の端面１２ａ，１２ｂの大きさを
設定する必要がある。ここで、図８に示すように、スラ
ブ導波路１２において、半導体レーザ光が入射する第１
の端面１２aにおけるスロー軸方向の大きさをａ、半導
体レーザ光が出射する第２の端面１２ｂにおけるスロー
軸方向の大きさをｂ、スロー軸方向およびファスト軸方
向に垂直な方向であるスラブ導波路１２の長手軸方向の
長さをｃ、第３、第４の端面１２ｃ，１２ｄのスラブ導
波路１２の長手軸方向からの傾斜角度をα（＝ｔａｎ
［（ａ−ｂ）／２ｃ］とする。スラブ導波路１２に入射
する半導体レーザ光において、スポットサイズをｋａ、
広がり半角をｉと定義する。半導体レーザ光の光線のス
ラブ導波路１２内での第３、第４の端面１２ｃ，１２ｄ
に対する反射回数ｎを仮定すると、各反射における入射
角度ｉ_n （ｎ＝１，２，．．．）および各反射光線にお
けるスラブ導波路１２の長手軸方向との角度β_n （ｎ＝
１，２，．．．）には、次の式（１）、式（２）の関係
が成り立つ。

【００６９】

【数１】

【００７０】ただし、ｎ₁ は接着材層１３の屈折率、ｎ
₂ はスラブ導波路１２の屈折率、γは半導体レーザ光の
スラブ導波路１２内への出射角度である。上記式
（１）、式（２）から、半導体レーザ光がスラブ導波路
１２内で全反射する条件および半導体レーザ光がスラブ
導波路１２から全透過する条件におけるスラブ導波路１
２内において制限される反射回数の関係が次の式
（３）、式（４）のように得られる。

【００７１】

【数２】

【００７２】図９に、半導体レーザ光におけるスロー軸
方向の広がり角度を１０°とし、ＢＫ７（ｎ₂ ＝１．５
１６）あるいはＹＡＧ（ｎ₂ ＝１．８２）によりスラブ
導波路１２を形成した場合における、式（３）および式
（４）より得られるスラブ導波路１２の長手軸方向から
の傾斜角度αとスラブ導波路１２内において制限される
反射回数の関係をそれぞれ示す。

【００７３】図９に示すように、式（３）および式
（４）より得られる条件からできるだけスラブ導波路１
２の長手軸方向からの傾斜角度αを大きくしてスロー軸
方向およびファスト軸方向に垂直な方向であるスラブ導
波路１２の長手軸方向の長さｃを短くするためには、ス
ラブ導波路１２内における半導体レーザ光のファスト軸
方向と垂直な方向における反射回数は高々１回（つま
り、図７中に示したスラブ導波路１２内の第３、第４の
端面１２ｃ，１２ｄに対する反射回数を高々１回とす
る）として、スラブ導波路１２から出射することが必要
である。さらに、スラブ導波路１２の屈折率ｎ₂ を大き
くすることにより、スラブ導波路１２の長手軸方向から
の傾斜角度αを大きくすることができるので、スラブ導
波路１２の第１の端面１２ａの面積より第２の端面１２
ｂの面積が小さければ、半導体レーザ光導入手段７から
の半導体レーザ光の逃げを小さくして固体レーザロッド
２の高効率な励起を図ることができる。

【００７４】３．半導体レーザ光拡散手段 拡散性反射筒４内へ入射する半導体レーザ光の内で固体
レーザロッド２の軸方向に平行な方向（ファスト軸方
向）の成分は拡散するので、固体レーザロッド２に最初
に入射する半導体レーザ光の割合は小さい。一方、固体
レーザロッド２の軸方向に垂直な方向（スロー軸方向）
の成分の半導体レーザ光は広がり角が小さいので、上述
のようにスラブ導波路１２における第１の端面１２ａの
面積を第２の端面１２ｂより大きくし、且つ、第２の端
面１２ｂの固体レーザロッド２軸方向に垂直な方向の長
さＷを固体レーザロッド２の径Ｒより大きくとることに
よって、固体レーザロッド２に最初に入射する半導体レ
ーザ光の割合を小さくすることができるが、固体レーザ
ロッド２の励起強度の不均一な分布を完全に解消できる
ものではない。

【００７５】図１０に拡散性反射筒４内の半導体レーザ
光の伝搬を模式的に示す。図のように、半導体レーザ光
導入手段７から出射される半導体レーザ光は指向性を有
しているため、透明なクーリングスリーブ３を通過して
固体レーザロッド２の半導体レーザ光導入手段７側に強
い光強度で入射する。この後、固体レーザロッド２で吸
収された残りの弱い強度の半導体レーザ光が拡散性反射
筒４で拡散反射して指向性を落としつつ、さらに強度を
弱くして固体レーザロッド２に再入射する。一旦拡散反
射された半導体レーザ光は拡散性反射筒４内に均一に分
布するようになり、略円筒状の拡散性反射筒４から固体
レーザロッド２に半導体レーザ光を均一に照射するよう
になる。しかし、この照射光強度は小さいために、固体
レーザロッド２内では、半導体レーザ光導入手段７の端
面と対向した部分が高い強度分布を示し、均一な分布が
得られない。

【００７６】この問題を回避するためには、半導体レー
ザ光導入手段７から出射した光が固体レーザロッド２に
入射するまでの間に、半導体レーザ光の指向性を落すこ
とが有効である。そこで、図１１に示すように半導体レ
ーザ光導入手段７と固体レーザロッド２との間で半導体
レーザ光導入手段７により導入された半導体レーザ光を
拡散するために半導体レーザ光拡散手段８を設けた。

【００７７】半導体レーザ光拡散手段８は、スリガラス
状の透明な光学材料を固体レーザロッド２を囲んで配置
することにより構成することができるが、実施の形態１
ではクーリングスリーブ３の内周面をグランドラフとし
てスリガラス状に荒らすことにより、半導体レーザ光拡
散手段８を構成している。この場合、グランドラフの表
面粗度はクーリングスリーブ３の屈折率にもよるが、半
導体レーザ光の波長の数倍から１０倍程度、すなわち数
μｍから１０μｍ程度とするのが良い。また、グランド
ラフとする方法には機械的研磨、化学処理などの方法が
あるが、クラックなどの発生を抑止できることから化学
処理を用いることが望ましい。同じ表面粗度でも、境界
の屈折率差が大きい程、拡散性が高くなるため、半導体
レーザ光拡散手段８の材料は屈折率の高いものであるこ
とが望ましい。クーリングスリーブ３として薄くて機械
強度が高いことが望まれるため、半導体レーザ光拡散手
段８をクーリングスリーブ３に形成した場合、これをサ
ファイヤにより形成することが適している。

【００７８】このようにクーリングスリーブ３の内周面
に形成された半導体レーザ光拡散手段８によって拡散性
反射筒４内に導入された指向性のある高強度の半導体レ
ーザ光が拡散される。図１１には、この様子が矢印によ
り示されている。拡散された半導体レーザ光は、拡散性
反射筒４内で均一に分布され、固体レーザロッド２に入
射し吸収される。このため、固体レーザロッド２内での
半導体レーザ光の強度分布が軸対称で均一なものとなり
固体レーザロッド２内での温度分布が２次の軸対称分布
となり固体レーザロッド２は波面収差を持たないグレー
ディッド・リフラクティブインデックス・レンズとな
り、高ビーム品質のレーザ光を得ることができる。

【００７９】なお、クーリングスリーブ３を半導体レー
ザ光拡散手段８とする場合、半導体レーザ光の波長の数
倍から１０倍程度、すなわち数μｍから１０μｍ程度の
直径の気泡を内包する発砲性ガラスにより構成すること
もできる。この場合、拡散性はクーリングスリーブ３の
内周面をグランドラフとする場合より高い。

【００８０】次に動作について説明する。各バー状素子
５−１〜５−５から出射されたレーザ光は、対向するシ
リンドリカルレンズ６−１〜６−５により平行化され
る。平行化された半導体レーザ光は非球面レンズ６ｂに
よりバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向
（固体レーザロッド２の軸方向に平行な方向、ファスト
軸方向）に線上に集光される。線上に集光された半導体
レーザ光は、第１の端面１２ａからスラブ導波路１２に
入射する。スラブ導波路１２に入射した半導体レーザ光
はスラブ導波路１２の端面で全反射を繰り返し、第２の
端面１２ｂから出射し、拡散性反射筒４内に導入され
る。

【００８１】このとき、スタック型半導体レーザ５の各
バー状素子５−１〜５−５から出射されたレーザ光は固
体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向（スロー軸方
向）に１０°程度の広がり角度を持ち、固体レーザロッ
ド２の軸方向と平行な方向（ファスト軸方向）に３０°
程度の広がり角度を持っている。このため、固体レーザ
ロッド２の軸方向に平行な方向に入射した半導体レーザ
光は拡散し、固体レーザロッド２の半導体レーザ光導入
手段７の端面に対向する部分に入射する半導体レーザ光
の光量の比率は小さな値となる。また、スラブ導波路１
２における第１の端面１２ａの面積を第２の端面１２ｂ
より大きくし、且つ、第２の端面１２ｂの固体レーザロ
ッド２軸方向に垂直な方向の長さＷを固体レーザロッド
２の径Ｒより大きくとることによって、図１（Ａ）に示
すように広がり角の小さい固体レーザロッド２の軸方向
に垂直な方向に入射した半導体レーザ光の内で、固体レ
ーザロッド２に最初に入射する光量の割合を小さくして
いる。さらに、図１（Ｃ）に示すように、クーリングス
リーブ３の内周面に設けた半導体レーザ光拡散手段８に
よって、入射した半導体レーザ光は拡散される。上記の
ようにして半導体レーザ光は拡散性反射筒４内で均一に
分布する。

【００８２】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、固体レーザロッド励起モジュール１を、上述した固
体レーザロッド２と、クーリングスリーブ３と、拡散性
反射筒４と、スタック型半導体レーザ５および半導体レ
ーザ光集光手段６からなる半導体レーザ光出力装置５ａ
と、半導体レーザ光導入手段７と、半導体レーザ光拡散
手段８とで構成したので、固体レーザロッド２を高パワ
ーで高効率に励起し、高ビーム品質のレーザ光を得るこ
とができる。

【００８３】実施の形態２．図１２はこの発明の実施の
形態２による固体レーザロッド励起モジュールの構成を
示す図であり、（Ａ）は固体レーザロッド２の軸方向に
垂直な方向に切った断面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＣ−Ｃ
線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）中のＣ部分の拡大図
である。（Ａ）〜（Ｃ）において、３１は固体レーザロ
ッド励起モジュール、３４は鏡面反射性反射筒であり、
固体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２およ
びクーリングスリーブ３を取り囲んで配置されており、
半導体レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の形状をして
いる。３７は鏡面反射性反射筒３４に設けた半導体レー
ザ光導入手段であり、半導体レーザ光集光手段６により
集光された半導体レーザ光を鏡面反射性反射筒３４内に
導入する。その他の構成要素は図１において同一の符号
を付して示したものと同一あるいは同等であるため、そ
の詳細な説明は省略する。図１２（Ａ）において矢印Ｘ
は固体レーザロッド２の軸方向と垂直な方向（スロー軸
方向）を示し、図１２（Ｂ）において矢印Ｙは固体レー
ザロッド２の軸方向と平行な方向（ファスト軸方向）を
示している。図１２（Ｂ）には、冷却液が流れる様子が
示されている。

【００８４】実施の形態２では、鏡面反射性反射筒３４
をクーリングスリーブ３の外周面に施した高反射コーテ
ィング膜により構成し、半導体レーザ光導入手段３７を
クーリングスリーブ３の外周面にスリット状に施した減
反射コーティング膜により構成している。この場合、ス
リット状に施した減反射コーティング膜により構成され
る半導体レーザ光導入手段３７の大きさを非球面レンズ
６ｂにより線上に集光される半導体レーザ光の大きさと
同じ程度として鏡面反射性反射筒３４内での半導体レー
ザ光の閉じ込め効率を高くしている。また、クーリング
スリーブ３の内周面をスリガラス状に荒らして、半導体
レーザ光拡散手段８を構成している。

【００８５】このように固体レーザロッド励起モジュー
ル３１を構成した場合、半導体レーザ光出力装置５ａ内
で各バー状素子５−１〜５−５から出射されたレーザ光
は、対向するシリンドリカルレンズ６−１〜６−５によ
り平行化される。平行化された半導体レーザ光は非球面
レンズ６ｂにより５個のバー状素子５−１〜５−５の積
層方向と平行な方向（固体レーザロッド２の軸方向に平
行な方向、ファスト軸方向）に線上に集光される。線上
に集光された半導体レーザ光は、集光位置に位置する減
反射コーティング膜により構成される半導体レーザ光導
入手段３７から鏡面反射性反射筒３４内に導入される。
鏡面反射性反射筒３４内に導入された半導体レーザ光
は、クーリングスリーブ３の内周面で拡散される。図１
２（Ｃ）には、半導体レーザ光がクーリングスリーブ３
の内周面に形成された半導体レーザ光拡散手段８で拡散
される様子が矢印により示されている。拡散された半導
体レーザ光は、拡散性反射筒４内で均一に分布され、固
体レーザロッド２に入射して吸収される。

【００８６】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、固体レーザロッド励起モジュール３１を、上述した
固体レーザロッド２と、クーリングスリーブ３と、鏡面
反射性反射筒３４と、スタック型半導体レーザ５および
半導体レーザ光集光手段６よりなる半導体レーザ光出力
装置５ａと、半導体レーザ光導入手段３７と、半導体レ
ーザ光拡散手段８とで構成したので、固体レーザロッド
２を高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光
を得ることができる。

【００８７】なお、半導体レーザ光拡散手段８を設けな
かった場合には、非球面レンズ６ｂでの集光角度が半導
体レーザ光導入手段３７から固体レーザロッド２を見込
む角度に収まるように非球面レンズ６ｂの焦点距離を調
整することが必要となり、その結果、半導体レーザ光導
入手段３７の大きさが大きくなり、鏡面反射性反射筒３
４内での半導体レーザ光の閉じ込め効率が低下する。

【００８８】実施の形態３．実施の形態１及び実施の形
態２では、スタック型半導体レーザ５、半導体レーザ光
集光手段６、半導体レーザ光導入手段３７および半導体
レーザ光拡散手段８から構成される半導体レーザ光照射
手段を１個用いる系について説明したが、図１３に示す
ように実施の形態１もしくは実施の形態２で説明した系
において、半導体レーザ光照射手段２２を固体レーザロ
ッド２の周囲に複数配置して固体レーザロッド励起モジ
ュール２１を構成したものが実施の形態３である。この
実施の形態３によれば固体レーザロッド２内で半導体レ
ーザ光の強度が高くなり、強度分布もより軸対称で均一
なものとなるので、より高パワーで高ビーム品質のレー
ザ光を得ることができる。

【００８９】実施の形態４．図１４はこの発明の実施の
形態４による半導体レーザ光出力装置の構成を示す図で
あり、（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は
（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１
（Ａ），図１（Ｂ）において、５’はレーザ光の出射端
をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子の
アレー半導体レーザである。このアレー半導体レーザ
５’から出射されたレーザ光は、スロー軸方向には１０
°程度の広がり角度を持つが、ファスト軸方向では３０
°程度の大きな広がり角度を持っている。

【００９０】６はアレー半導体レーザ５’から出射され
たレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段である。
６−１はシリンドリカルレンズであり、アレー半導体レ
ーザ５’のバー状素子と対向し、対向するバー状素子か
ら、その略焦点距離だけ離れた位置に配置されており、
対向するバー状素子から出射されたレーザ光を平行化し
ている。６ｂはシリンドリカルレンズ６−１により平行
化された半導体レーザ光をアレー半導体レーザ５’のフ
ァスト軸方向に集光する非球面レンズである。１５はア
レー半導体レーザ５’から出射されたレーザ光を屈折す
る半導体レーザ光屈折手段としての屋根型プリズムであ
り、屋根型プリズム１５の稜線はファスト軸方向に平行
な方向とし、屋根型プリズム１５の稜線に対向する面は
半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置して、
シリンドリカルレンズ６−１から出射された半導体レー
ザ光をスロー軸方向に屈折している。

【００９１】上記半導体レーザ光集光手段６は実施の形
態１において説明したものと同様であるので重複する説
明を省略する。以下、屋根型プリズム１５について詳細
に説明した後、実施の形態４の半導体レーザ光出力装置
の動作について説明する。

【００９２】屋根型プリズム１５は、アレー半導体レー
ザ５’から出射されたレーザ光を屈折するものである。
また、任意の大きさで限られた範囲に、全ての半導体レ
ーザ光のエネルギーを集中させるためには、半導体レー
ザ光のスロー軸方向の大きさを小さく抑えることが必要
である。

【００９３】屋根型プリズム１５は、シリンドリカルレ
ンズ６−１と非球面レンズ６ｂとの間にあって、屋根型
プリズム１５の稜線を含んだカット面が半導体レーザ光
の進行方向に対してスロー軸方向に傾いており、半導体
レーザ光に対してスロー軸方向に屈折力を与えている。
これにより、屋根型プリズム１５に入射した半導体レー
ザ光はスロー軸方向に屈折されて中心に向けて任意の角
度傾いた方向に出射する（図１４中のＡ−Ａ線側に任意
の角度に屈折する）。従って、任意の距離だけ離れた位
置において広がった半導体レーザ光の進行方向を前もっ
て屈折させ、半導体レーザ光のスロー軸方向の大きさを
小さく抑えることができる。

【００９４】次に動作について説明する。アレー半導体
レーザ５’から出射されたレーザ光は、対向するシリン
ドリカルレンズ６−１により、ファスト軸方向に平行化
される。シリンドリカルレンズ６−１を出射した半導体
レーザ光は、屋根型プリズム１５によってスロー軸方向
に屈折されて出射する。屋根型プリズム１５を出射した
レーザ光は、スロー軸方向の大きさを非球面レンズ６ｂ
のスロー軸方向の大きさより小さくなるように抑えられ
て非球面レンズ６ｂに入射し、非球面レンズ６ｂにより
アレー半導体レーザ５’のファスト軸方向に線上に集光
される。その結果、任意の位置から非球面レンズ６ｂの
焦点距離だけ離れた位置にて限られた範囲の大きさに全
ての半導体レーザ光を出力させて、エネルギー利用効率
を高くすることができる。これにより、半導体レーザ光
出力装置５ｂ全体の小型化を図ることもできる。

【００９５】なお、図１４には、屋根型プリズム１５を
シリンドリカルレンズ６−１と非球面レンズ６ｂとの間
に設置している場合が示されているが、スロー軸方向の
レーザ光の広がりを抑えて半導体レーザ光導入手段へレ
ーザ光を入射させることができる配置であれば、上記の
配置に限ることなくそれ以外の半導体レーザ光の光軸上
の位置に設置してもよい。

【００９６】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、半導体レーザ光出力装置５ｂを、上述したアレー型
半導体レーザ５’と、半導体レーザ光集光手段６と、屋
根型プリズム（半導体レーザ光屈折手段）１５とで構成
したので、半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合
成したレーザ光を小型で高効率に得ることができる。

【００９７】実施の形態５．図１５はこの発明の実施の
形態５による半導体レーザ光出力装置の構成を示す断面
図であり、（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、
（Ｂ）は（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図
１５（Ａ），図１５（Ｂ）において、５−１〜５−５は
スタック型半導体レーザ５を構成するバー状素子であ
る。スタック型半導体レーザ５はレーザ光の出射端をス
ロー軸方向に複数集積して構成されたバー状素子５−１
〜５−５を、ファスト軸方向に複数積層して構成されて
いる。このバー状素子５−１〜５−５から出射されたレ
ーザ光は、スロー軸方向には１０°程度の広がり角度を
持つが、ファスト軸方向では３０°程度の大きな広がり
角度を持っている。

【００９８】６はスタック型半導体レーザ５から出射さ
れたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段であ
る。６−１〜６−５はシリンドリカルレンズであり、ス
タック型半導体レーザ５を構成するそれぞれ異なるバー
状素子５−１〜５−５と対向し、対向するバー状素子５
−１〜５−５から、その略焦点距離だけ離れた位置に配
置されており、対向するバー状素子５−１〜５−５から
の出射レーザ光を平行化している。６ａはシリンドリカ
ルレンズアレーで、シリンドリカルレンズ６−１〜６−
５により構成されている。６ｂは各シリンドリカルレン
ズ６−１〜６−５により平行化された半導体レーザ光を
バー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向（フ
ァスト軸方向）に集光する非球面レンズである。

【００９９】１５ａはスタック型半導体レーザ５から出
射されたレーザ光を屈折する半導体レーザ光屈折手段で
ある角柱プリズムであり、屋根型プリズムの稜線部分を
屋根型プリズムの稜線に対向する面に平行な面で切り取
った横断面が台形の角柱プリズムである。半導体レーザ
光出力装置５ｃ内での配置は、この角柱プリズム１５ａ
の屋根型プリズムで仮想した稜線をファスト軸方向に平
行な方向とし、この屋根型プリズムで仮想した稜線に対
向する面をスタック型半導体レーザ５から出力される半
導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置して、各
シリンドリカルレンズ６−１〜６−５から出射された半
導体レーザ光をスロー軸方向に一部屈折している。

【０１００】なお、図１５には、バー状素子５−１〜５
−５およびシリンドリカルレンズ６−１〜６−５をそれ
ぞれ５個備えている場合が示されているが、５個以外の
複数備えている場合もある。

【０１０１】半導体レーザ光集光装置６については上記
実施の形態１と同様であるので重複する説明を省略す
る。以下、角柱プリズム１５ａについて詳細に説明した
後、半導体レーザ光出力装置の動作について説明する。

【０１０２】角柱プリズム１５ａの屋根型プリズムで仮
想した稜線を含んだカット面に入射した半導体レーザ光
は屈折されて中心（図１５（Ａ）中のＡ−Ａ線）に向け
て任意の角度傾いた方向に出射する。従って、任意の距
離だけ離れた位置にて広がった半導体レーザ光の進行方
向を前もって屈折させ、半導体レーザ光のスロー軸方向
の大きさを小さく抑えることができる。

【０１０３】次に動作について説明する。各バー状素子
５−１〜５−５から出射されたレーザ光は、対向するシ
リンドリカルレンズ６−１〜６−５により、ファスト軸
方向に平行化される。シリンドリカルレンズ６−１〜６
−５を出射した半導体レーザ光は、角柱プリズム１５ａ
によってスロー軸方向に一部屈折されて、スロー軸方向
の大きさが非球面レンズ６ｂのスロー軸方向の大きさに
抑えられて非球面レンズ６ｂに入射する。この後、非球
面レンズ６ｂによりバー状素子５−１〜５−５の積層方
向と平行な方向（ファスト軸方向）に線上に集光され
る。その結果、任意の位置から非球面レンズ６ｂの焦点
距離だけ離れた位置にて限られた範囲の大きさに全ての
半導体レーザ光を出力させて、エネルギー利用効率を高
くすることができる。これにより、半導体レーザ光出力
装置５ｃ自体の小型化も図ることができる。

【０１０４】なお、図１５には、角柱プリズム１５ａを
シリンドリカルレンズアレー６ａと非球面レンズ６ｂと
の間に設置している場合が示されているが、スロー軸方
向のレーザ光の広がりを抑えて半導体レーザ光導入手段
へレーザ光を入射させることができる位置であれば、上
記の配置に限ることなくそれ以外の半導体レーザ光の光
軸上の位置に設置してもよい。

【０１０５】なお、実施の形態５では、半導体レーザ光
屈折手段を角柱プリズム１５ａとしているが、屋根型プ
リズム１５においても同様の効果が得られる場合もあ
る。また、実施の形態４では、半導体レーザ光屈折手段
を屋根型プリズム１５としているが角柱プリズム１５ａ
においても同様の効果が得られる場合もある。

【０１０６】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、半導体レーザ光出力装置５ｃをスタック型半導体レ
ーザ５と、半導体レーザ光集光手段６と、角柱プリズム
（半導体レーザ光屈折手段）１５ａとで構成したので、
半導体レーザ光を用いて高密度にパワーを合成したレー
ザ光を小型で高効率に得ることができる。

【０１０７】実施の形態６．実施の形態６は上記実施の
形態５で説明した半導体レーザ光出力装置５ｃを実施の
形態１の固体レーザロッド励起モジュールに使用したも
のである。

【０１０８】図１６はこの発明の実施の形態６による固
体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図であ
り、（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は
（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図におい
て、３００は固体レーザロッド励起モジュール、５ｃは
固体レーザロッド励起モジュール３００に使用する半導
体レーザ光出力装置、２は軸方向がスタック型半導体レ
ーザ５のファスト軸方向と平行な固体レーザロッドであ
る。なお、この他に図１と同一の符号を付したものは同
一構成要素であり重複する説明を省略する。

【０１０９】次に動作について実施の形態１と異なる部
分を主に説明する。スタック型半導体レーザ５から出射
されたレーザ光はシリンドリカルレンズアレー６ａによ
ってファスト軸方向に集光され、その後、半導体レーザ
光屈折手段である角柱プリズム１５ａによってスロー軸
方向に一部屈折される。これにより、半導体レーザ光の
スロー軸方向の大きさが非球面レンズ６ｂのスロー軸方
向の大きさ内に抑えられて非球面レンズ６ｂに入射す
る。非球面レンズ６ｂによりバー状素子５−１〜５−５
の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）に線上に集
光された半導体レーザ光は半導体レーザ光導入手段７を
介して固体レーザロッド２へ照射される。上記実施の形
態１では、シリンドリカルレンズアレー６ａを出射した
レーザ光のスロー軸方向の大きさが非球面レンズ６ｂの
スロー軸方向の大きさ内に納まる位置（シリンドリカル
レンズアレー６ａよりの位置）にしか非球面レンズ６ｂ
を配置することができなかったため、図１（Ｂ）に示す
ように半導体レーザ光導入手段７は拡散性反射筒４から
飛び出すような大きさになることがあるため半導体レー
ザ光導入手段７のレーザ光閉じ込め効率を上げることが
できなかったが、この実施の形態６では図１６（Ｂ）に
示すように半導体レーザ光導入手段７を拡散性反射筒４
から飛び出すことなく設置しても角柱プリズム１５ａに
よってシリンドリカルレンズアレー６ａを出射した全て
のレーザ光を非球面レンズ６ｂに入射することができる
ので、半導体レーザ光導入手段７のレーザ光閉じ込め効
率を向上させることができる。この後の動作は実施の形
態１と同様であるので説明を省略する。

【０１１０】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、半導体レーザ光が半導体レーザ光集光手段６によっ
てファスト軸方向の広がりが抑えられ、角柱プリズム１
５ａによってスロー軸方向の広がりが抑えられ、任意の
距離だけ離れた位置にて高密度にパワーを合成した半導
体レーザ光を高効率に得ることができる。特に、角柱プ
リズム１５ａによってレーザ光のスロー軸方向の広がり
が抑えられるので、上記実施の形態１の場合と異なり半
導体レーザ光導入手段７のスロー軸方向の大きさを小さ
くすることができ、半導体レーザ光導入手段７のレーザ
光の閉じ込め効率が向上するので、固体レーザロッド２
を高パワーで高効率に励起し、高ビーム品質のレーザ光
を得ることができる。さらに、半導体レーザ光出力装置
５ｃの小型化も可能であるので、ひいては、固体レーザ
ロッド励起モジュール３００全体を小型化することがで
きる。

【０１１１】実施の形態７．上記実施の形態６では、軸
方向をファスト軸方向と平行とした固体レーザロッド、
クーリングスリーブ、拡散性反射筒、半導体レーザ光出
力装置および半導体レーザ光導入手段から構成される固
体レーザロッド励起モジュールについて説明したが、軸
方向をスロー軸方向と平行とした固体レーザロッド、ク
ーリングスリーブ、拡散性反射筒、半導体レーザ光出力
装置および半導体レーザ光導入手段から固体レーザロッ
ド励起モジュールを構成したものが実施の形態７であ
る。

【０１１２】図１７はこの発明の実施の形態７による固
体レーザロッド励起モジュールの構成を示す断面図であ
り、（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は
（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図におい
て、３１０は固体レーザロッド励起モジュール、５ｃは
固体レーザロッド励起モジュール３１０に使用する半導
体レーザ光出力装置、２は軸方向がスタック型半導体レ
ーザのスロー軸方向と平行な固体レーザロッドである。
その他の構成要素は図１において同一の符号を付して示
したものと同一あるいは同等であるため、その詳細な説
明は省略する。

【０１１３】この実施に形態７によれば、実施の形態１
で説明したスラブ導波路１２の第１の端面１２ａの面積
より第２の端面１２ｂの面積が小さければ半導体レーザ
光導入手段７からの半導体レーザ光の逃げが少なくな
り、固体レーザロッド２の高効率な励起を図ることがで
きるので、任意の距離だけ離れた位置にて高密度にパワ
ーを合成したレーザ光を小型で高効率に得ることができ
る。

【０１１４】実施の形態８．実施の形態８は上記実施の
形態５で説明した半導体レーザ光出力装置５ｃを実施の
形態２の固体レーザロッド励起モジュールに使用したも
のである。

【０１１５】図１８はこの発明の実施の形態８による固
体レーザロッド励起モジュールの構成を示す図であり、
（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）
中のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図において、３２
０は固体レーザロッド励起モジュール、３４は鏡面反射
性反射筒であり、固体レーザロッド３２０と略同軸に固
体レーザロッド２を取り囲んで配置されており、半導体
レーザ光に対して鏡面反射性の筒状の形状をしている。
３７は鏡面反射性反射筒３４に設けた半導体レーザ光導
入手段であり、半導体レーザ光集光手段６により集光さ
れた半導体レーザ光を鏡面反射性反射筒３４内に導入す
る。その他の構成要素は図１２において同一の符号を付
して示したものと同一あるいは同等であるため、その詳
細な説明は省略する。

【０１１６】次に動作について説明する。各バー状素子
５−１〜５−５から出射されたレーザ光は、対向するシ
リンドリカルレンズアレー６ａにより、ファスト軸方向
に平行化される。シリンドリカルレンズアレー６ａを出
射した半導体レーザ光は、角柱プリズム１５ａによって
スロー軸方向に一部屈折されて出射する。角柱プリズム
１５ａを出射した半導体レーザ光は、スロー軸方向の大
きさを非球面レンズ６ｂのスロー軸方向の大きさに抑え
られて非球面レンズ６ｂに入射し、非球面レンズ６ｂに
よりバー状素子５−１〜５−５の積層方向と平行な方向
（ファスト軸方向）に線上に集光される。線上に集光さ
れた半導体レーザ光は、スロー軸方向の大きさを半導体
レーザ光導入手段３７におけるスロー軸方向の大きさに
抑えられ、集光位置に位置する減反射コーティング膜に
より構成される半導体レーザ光導入手段３７から鏡面反
射性反射筒３４内に導入される。

【０１１７】この実施に形態８によれば、半導体レーザ
光が半導体レーザ光集光手段６によってファスト軸方向
の広がりが抑えられ、角柱プリズム１５ａによってスロ
ー軸方向の広がりが抑えられ、任意の距離だけ離れた位
置にて高密度にパワーを合成した半導体レーザ光を高効
率に得ることができる。これにより、固体レーザロッド
２を高パワーで高効率に励起し、高ビーム品質のレーザ
光を得ることができる。さらに、半導体レーザ光出力装
置５ｃの小型化も可能であるので、ひいては、固体レー
ザロッド励起モジュール３２０全体を小型化することが
できる。

【０１１８】なお、上記実施の形態８では、固体レーザ
ロッド２の軸方向をスタック型半導体レーザ５のファス
ト軸方向と平行な方向とし、クーリングスリーブ３は固
体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２を取り
囲んで配置され、鏡面反射性反射筒３４は、固体レーザ
ロッド２と略同軸に固体レーザロッド２およびクーリン
グスリーブ３を取り囲んで配置されているが、固体レー
ザロッド２の軸方向をスタック型半導体レーザ５のスロ
ー軸方向と平行な方向とし、クーリングスリーブ３は固
体レーザロッド２と略同軸に固体レーザロッド２を取り
囲んで配置され、鏡面反射性反射筒３４は、固体レーザ
ロッド２と略同軸に固体レーザロッド２およびクーリン
グスリーブ３を取り囲んで配置されていても、同様の効
果が得られる。また、上記実施の形態２では鏡面反射性
反射筒３４内に半導体レーザ光拡散手段８を設けたが、
この実施の形態８では角柱プリズム１５ａによってスロ
ー軸方向のレーザ光の広がりが抑えられるので、非球面
レンズ６ｂの集光角度が半導体レーザ光導入手段３７か
ら固体レーザロッド２を見込む角度に収まるように非球
面レンズ６ｂの焦点距離を調整する必要がなく、半導体
レーザ光拡散手段８を設けなくても半導体レーザ光導入
手段３７の大きさを大きくすることがない（図１２
（Ａ）と図１８（Ａ）に示すように半導体レーザ光導入
手段３７の大きさをこの実施の形態８では格段に小さく
することができる）。これにより、鏡面反射性反射筒３
４内での半導体レーザ光の閉じ込め効率を下げることが
ない。

【０１１９】なお、上記実施の形態６から実施の形態８
では半導体レーザ光屈折手段を角柱プリズム１５ａとし
ているが、屋根型プリズムにおいても同様の効果が得ら
れる。

【０１２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、固体
レーザロッドと略同軸に固体レーザロッドを取り囲んで
配置された筒状のクーリングスリーブと、固体レーザロ
ッドと略同軸に固体レーザロッドおよびクーリングスリ
ーブを取り囲んで配置された筒状の拡散性反射筒と、レ
ーザ光の出射端を固体レーザロッドの軸方向と垂直な方
向に複数集積して構成されたバー状素子を、固体レーザ
ロッドの軸方向と平行な方向に複数積層して構成された
スタック型半導体レーザと、このスタック型半導体レー
ザから出射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集
光手段とからなる半導体レーザ光出力装置と、拡散性反
射筒に設けられ、半導体レーザ光集光手段により集光さ
れたレーザ光を、バー状素子の積層方向と平行な方向の
大きさを略保持して、拡散性反射筒内の固体レーザロッ
ドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた
ので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し高
ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果がある。

【０１２１】この発明によれば、固体レーザロッドと略
同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状の
クーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固
体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで
配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、レーザ光の出射
端を固体レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数集積
して構成されたバー状素子を、固体レーザロッドの軸方
向と平行な方向に複数積層して構成されたスタック型半
導体レーザと、このスタック型半導体レーザから出射さ
れたレーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段とから
なる半導体レーザ光出力装置と、鏡面反射性反射筒に設
けられ、半導体レーザ光集光手段により集光されたレー
ザ光を、バー状素子の積層方向と平行な方向の大きさを
略保持して、鏡面反射性反射筒内に導入する半導体レー
ザ光導入手段と、半導体レーザ光導入手段と固体レーザ
ロッドとの間に、半導体レーザ光導入手段により導入さ
れたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段とを備
えたので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起
し高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果があ
る。

【０１２２】この発明によれば、シリンドリカルレンズ
をバー状素子の積層間隔と同じ間隔でバー状素子の積層
方向と平行な方向に複数集積して構成されたシリンドリ
カルレンズアレーと、バー状素子の積層方向と平行な方
向に屈折力を有する非球面レンズとを半導体レーザ光集
光手段が備え、シリンドリカルレンズアレーを構成する
各シリンドリカルレンズが、スタック型半導体レーザを
構成するそれぞれ異なるバー状素子と対向し、対向する
上記バー状素子から各該シリンドリカルレンズの略焦点
距離だけ離れた位置に配置され、非球面レンズが、シリ
ンドリカルレンズアレーと半導体レーザ光導入手段との
間であって、半導体レーザ光導入手段から該非球面レン
ズの略焦点距離だけ離れた位置に配置したので、構成を
簡略化できる効果がある。

【０１２３】この発明によれば、半導体レーザ光集光手
段がシリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光の
バー状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたと
き、非球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であるこ
とを特徴とするので、集光点の大きさが小さくなる効果
がある。

【０１２４】この発明によれば、半導体レーザ光集光手
段がシリンドリカルレンズアレーと非球面レンズとが一
体形成された非球面合成レンズを備えたので、集光位置
のずれが抑えられ、集光点の大きさが小さくすることが
できる効果がある。

【０１２５】この発明によれば、レーザ光の出射端をス
ロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子であるア
レー半導体レーザと、アレー半導体レーザから出射され
たレーザ光をアレー半導体レーザのファスト軸方向に集
光する半導体レーザ光集光手段と、アレー半導体レーザ
から出射されたレーザ光の全てあるいは一部をアレー半
導体レーザのスロー軸方向に屈折する半導体レーザ光屈
折手段とを備えたので、半導体レーザ光を用いて高密度
にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることがで
き、さらに装置自体を小型化することができる効果があ
る。

【０１２６】この発明によれば、レーザ光の出射端をス
ロー軸方向に複数集積して構成したバー状素子をファス
ト軸方向に複数積層して構成したスタック型半導体レー
ザと、スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光
をスタック型半導体レーザのファスト軸方向に集光する
半導体レーザ光集光手段と、スタック型半導体レーザか
ら出射されたレーザ光の全てあるいは一部をスタック型
半導体レーザのスロー軸方向に屈折する半導体レーザ光
屈折手段とを備えたので、半導体レーザ光を用いて高密
度にパワーを合成したレーザ光を高効率に得ることがで
き、さらに装置自体を小型化することができる効果があ
る。

【０１２７】この発明によれば、半導体レーザ光屈折手
段が屋根型プリズムであり、この屋根型プリズムの稜線
は半導体レーザのファスト軸方向に平行な方向とし、上
記屋根型プリズムの稜線に対向する面を半導体レーザ光
の進行方向に対して略垂直に設置したので、任意の位置
から非球面レンズの焦点距離だけ離れた位置にて限られ
た範囲の大きさに全ての半導体レーザ光を出力させて、
エネルギー利用効率を高くすることができる効果があ
る。

【０１２８】この発明によれば、半導体レーザ光屈折手
段が屋根型プリズムの稜線部分を屋根型プリズムの稜線
に対向する面に平行な面で切り取った横断面が台形の角
柱プリズムであり、この角柱プリズムの屋根型プリズム
で仮想した稜線はファスト軸方向に平行な方向とし、角
柱プリズムの屋根型プリズムで仮想した稜線に対向する
面は半導体レーザ光の進行方向に対して略垂直に設置し
ていることを特徴とするので、任意の位置から非球面レ
ンズの焦点距離だけ離れた位置にて限られた範囲の大き
さに全ての半導体レーザ光を出力させて、エネルギー利
用効率を高くすることができる効果がある。

【０１２９】この発明によれば、固体レーザロッドと略
同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状の
クーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固
体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで
配置された筒状の拡散性反射筒と、この拡散性反射筒に
向けてレーザ光を出力し固体レーザロッドの軸方向と半
導体レーザのスロー軸方向とが平行になるように配置し
た請求項６または請求項７記載の半導体レーザ光出力装
置と、拡散性反射筒に設けられ、半導体レーザ出力装置
から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを略
保持して拡散性反射筒の固体レーザロッドに向けて導入
する半導体レーザ光導入手段とを備えたので、固体レー
ザロッドを高パワーで高効率に励起し、高ビーム品質の
レーザ光を得ることができる効果がある。

【０１３０】この発明によれば、固体レーザロッドと略
同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状の
クーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固
体レーザロッドおよび上記クーリングスリーブを取り囲
んで配置された筒状の拡散性反射筒と、この拡散性反射
筒に向けてレーザ光を出力し固体レーザロッドの軸方向
と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になるように
配置した請求項６または請求項７記載の半導体レーザ光
出力装置と、拡散性反射筒に設けられ、半導体レーザ出
力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大き
さを略保持して拡散性反射筒の固体レーザロッドに向け
て導入する半導体レーザ光導入手段とを備えたので、固
体レーザロッドを高パワーで高効率に励起し、高ビーム
品質のレーザ光を得ることができる効果がある。

【０１３１】この発明によれば、半導体レーザ光導入手
段が拡散性反射筒に形成されたスリットと、スリット内
に配置された六面体形状のスラブ導波路と、スラブ導波
路の６端面のうちレーザ光が入射する第１の端面および
レーザ光が出射する第２の端面以外の４端面とスリット
との空隙に設けられ、スラブ導波路より屈折率の小さい
接着材層とを備えたので、構成を簡略化することができ
る効果がある。

【０１３２】この発明によれば、半導体レーザ光導入手
段は、第１の端面の面積より第２の端面の面積が小さ
く、且つ、第２の端面の固体レーザロッドの軸方向に垂
直な方向の長さを固体レーザロッドの径より大きくした
ので、固体レーザロッドを偏った方向からのみ励起する
ことがなく、固体レーザロッドを高効率で励起すること
ができる効果がある。

【０１３３】この発明によれば、半導体レーザ光導入手
段が入射した半導体レーザ光が半導体レーザのファスト
軸方向と垂直な方向の端面を反射する回数は高々１回で
あることを特徴とするので、半導体レーザ光導入手段の
レーザ光の閉じ込め効率を向上させることができ、固体
レーザロッドを高効率で励起することができる効果があ
る。

【０１３４】この発明によれば、固体レーザロッドと略
同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状の
クーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固
体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで
配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、この鏡面反射性
反射筒に向けてレーザ光を出力し、固体レーザロッドの
軸方向と半導体レーザのスロー軸方向とが平行になるよ
うに配置した請求項６または請求項７記載の半導体レー
ザ光出力装置と、鏡面反射性反射筒に設けられ、半導体
レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方
向の大きさを略保持して鏡面反射性反射筒の固体レーザ
ロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備
えたので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励起
し、高出力のレーザ光を得ることができる効果がある。

【０１３５】この発明によれば、固体レーザロッドと略
同軸に固体レーザロッドを取り囲んで配置された筒状の
クーリングスリーブと、固体レーザロッドと略同軸に固
体レーザロッドおよびクーリングスリーブを取り囲んで
配置された筒状の鏡面反射性反射筒と、この鏡面反射性
反射筒に向けてレーザ光を出力し、固体レーザロッドの
軸方向と半導体レーザのファスト軸方向とが平行になる
ように配置した請求項６または請求項７記載の半導体レ
ーザ光出力装置と、鏡面反射性反射筒に設けられ、半導
体レーザ出力装置から出射されたレーザ光をファスト軸
方向の大きさを略保持して鏡面反射性反射筒の固体レー
ザロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを
備えたので、固体レーザロッドを高パワーで高効率に励
起し、高出力のレーザ光を得ることができる効果があ
る。

【０１３６】この発明によれば、半導体レーザ光導入手
段と固体レーザロッドとの間に、半導体レーザ光導入手
段により導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光
拡散手段を備えたので、固体レーザロッドを高パワーで
高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ることがで
きる効果がある。

【０１３７】この発明によれば、半導体レーザ光拡散手
段は、スリガラス状に表面を荒らした、透明な光学材料
から構成されることを特徴とするので、固体レーザロッ
ドを高パワーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光
を得ることができる効果がある。

【０１３８】この発明によれば、半導体レーザ光拡散手
段が気泡を内包する透明な発泡性ガラス材料から構成さ
れることを特徴とするので、固体レーザロッドを高パワ
ーで高効率に励起し高ビーム品質のレーザ光を得ること
ができる効果がある。

【０１３９】この発明によれば、半導体レーザ光拡散手
段がクーリングスリーブに形成されることを特徴とする
ので、構成を簡略化できる効果がある。

【０１４０】この発明によれば、半導体レーザ光拡散手
段がサファイヤから成ることを特徴とするので、半導体
レーザ光拡散手段の機械的強度が高くなる効果がある。

【０１４１】この発明によれば、レーザ光の出射端を固
体レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数集積して構
成されたバー状素子を、固体レーザロッドの軸方向と平
行な方向に複数積層して構成されたスタック型半導体レ
ーザと、このスタック型半導体レーザから出射されたレ
ーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段とからなる半
導体レーザ光出力装置と、拡散性反射筒に設けられ、半
導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光を、バ
ー状素子の積層方向と平行な方向の大きさを略保持し
て、拡散性反射筒内の固体レーザロッドに向けて導入す
る半導体レーザ光導入手段とを備えた半導体レーザ光照
射手段を、固体レーザロッドの周囲に複数配置したこと
を特徴とするので、より高パワーで高ビーム品質のレー
ザ光を得ることができる効果がある。

【０１４２】この発明によれば、半導体レーザ光照射手
段が半導体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間
に、半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光
を拡散する半導体レーザ光拡散手段を備えたので、より
高ビーム品質のレーザ光を得ることができる効果があ
る。

【０１４３】この発明によれば、レーザ光の出射端を固
体レーザロッドの軸方向と垂直な方向に複数集積して構
成されたバー状素子を、固体レーザロッドの軸方向と平
行な方向に複数積層して構成されたスタック型半導体レ
ーザと、このスタック型半導体レーザから出射されたレ
ーザ光を集光する半導体レーザ光集光手段とからなる半
導体レーザ光出力装置と、鏡面反射性反射筒に設けら
れ、半導体レーザ光集光手段により集光されたレーザ光
を、バー状素子の積層方向と平行な方向の大きさを略保
持して、鏡面反射性反射筒内に導入する半導体レーザ光
導入手段と、この半導体レーザ光導入手段と固体レーザ
ロッドとの間に設けられ、半導体レーザ光導入手段によ
り導入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手
段とを備えた半導体レーザ光照射手段を、固体レーザロ
ッドの周囲に複数配置したことを特徴とするので、固体
レーザロッドを高パワーで高効率に励起し、高出力のレ
ーザ光を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールの構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段の
説明に供する断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段を
構成する非球面レンズの説明に供するグラフ図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光集光手段を
構成する非球面合成レンズの構成を示す断面図である。

【図５】 半導体レーザ光導入手段を、スリットのみで
構成した場合の問題点の説明に供する断面図である。

【図６】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる別の半導体レーザ光導入手
段の構成を示す断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態１による固体レーザロ
ッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光導入手段の
構成を示す断面図である。

【図８】 半導体レーザ光の光線のスラブ導波路内での
反射を説明する説明図である。

【図９】 半導体レーザ光におけるスロー軸方向の広が
り角度を１０°とし、ＢＫ７（ｎ₂ ＝１．５１６）ある
いはＹＡＧ（ｎ₂ ＝１．８２）によりスラブ導波路を形
成した場合における、スラブ導波路の長手軸方向からの
傾斜角度αとスラブ導波路内において制限される反射回
数の関係を示すグラフ図である。

【図１０】 半導体レーザ光拡散手段を設けなかった場
合の問題点の説明に供する断面図である。

【図１１】 この発明の実施の形態１による固体レーザ
ロッド励起モジュールに用いる半導体レーザ光拡散手段
の動作の説明に供する断面図である。

【図１２】 この発明の実施の形態２による固体レーザ
ロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。

【図１３】 この発明の実施の形態３による固体レーザ
ロッド励起モジュールの構成を示す断面図である。

【図１４】 この発明の実施の形態４による半導体レー
ザ光出力装置の構成を示す図であり、（Ａ）はスロー軸
方向に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿
った断面図である。

【図１５】 この発明の実施の形態５による半導体レー
ザ光出力装置の構成を示す図であり、（Ａ）はスロー軸
方向に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿
った断面図である。

【図１６】 この発明の実施の形態６による固体レーザ
ロッド励起モジュールの構成を示す断面図であり、
（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）
中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図１７】 この発明の実施の形態７による固体レーザ
ロッド励起モジュールの構成を示す断面図であり、
（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）
中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図１８】 この発明の実施の形態８による固体レーザ
ロッド励起モジュールの構成を示す断面図であり、
（Ａ）はスロー軸方向に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）
中のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

【図１９】 従来例１による固体レーザロッド励起モジ
ュールの構成を示す断面図である。

【図２０】 従来例２による固体レーザロッド励起モジ
ュールに使用する半導体レーザ光出力装置の構成を示す
断面図である。

【図２１】 従来例２による固体レーザロッド励起モジ
ュールの構成を示す断面図である。

【図２２】 従来例２による固体レーザロッド励起モジ
ュールの問題点の説明に供する断面図である。

【符号の説明】

１，２１，３１，３００，３１０，３２０ 固体レーザ
ロッド励起モジュール、２ 固体レーザロッド、３ ク
ーリングスリーブ、４ 拡散性反射筒、５ スタック型
半導体レーザ、５’ アレー半導体レーザ、５ａ，５
ｂ，５ｃ 半導体レーザ光出力装置、５−１〜５−５
バー状素子、６ 半導体レーザ光集光手段、６ａ シリ
ンドリカルレンズアレー、６ｂ 非球面レンズ、６ｃ
非球面合成レンズ、６−１〜６−５ シリンドリカルレ
ンズ、７，３７ 半導体レーザ光導入手段、８ 半導体
レーザ光拡散手段、１１ スリット、１２ スラブ導波
路、１２ａ 第１の端面、１２ｂ 第２の端面、１２ｃ
第３の端面、１２ｄ 第４の端面、１２ｅ 第５の端
面、１２ｆ 第６の端面、１３ 接着材層、１５ 屋根
型プリズム（半導体レーザ光屈折手段）、１５ａ 角柱
プリズム（半導体レーザ光屈折手段）、２２ 半導体レ
ーザ光照射手段、３４ 鏡面反射性反射筒。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パベル ニコライ 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小矢田 康晴 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F072 AK01 JJ02 JJ04 PP07 PP09 YY20

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体レ
   ーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングス
   リーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
   および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
   筒状の拡散性反射筒と、 レーザ光の出射端を上記固体レーザロッドの軸方向と垂
   直な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、上記
   固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数積層して
   構成されたスタック型半導体レーザと、このスタック型
   半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体
   レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ光出力装置
   と、 上記拡散性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ光集光
   手段により集光されたレーザ光を、バー状素子の積層方
   向と平行な方向の大きさを略保持して、上記拡散性反射
   筒内の上記固体レーザロッドに向けて導入する半導体レ
   ーザ光導入手段と を備えた固体レーザロッド励起モジュール。
2. 【請求項２】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体レ
   ーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリングス
   リーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
   および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
   筒状の鏡面反射性反射筒と、 レーザ光の出射端を上記固体レーザロッドの軸方向と垂
   直な方向に複数集積して構成されたバー状素子を、上記
   固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に複数積層して
   構成されたスタック型半導体レーザと、このスタック型
   半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する半導体
   レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ光出力装置
   と、 上記鏡面反射性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ光
   集光手段により集光されたレーザ光を、バー状素子の積
   層方向と平行な方向の大きさを略保持して、上記鏡面反
   射性反射筒内に導入する半導体レーザ光導入手段と、 半導体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に、
   半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光を拡
   散する半導体レーザ光拡散手段とを備えた固体レーザロ
   ッド励起モジュール。
3. 【請求項３】 半導体レーザ光集光手段は、 シリンドリカルレンズをバー状素子の積層間隔と同じ間
   隔で上記バー状素子の積層方向と平行な方向に複数集積
   して構成されたシリンドリカルレンズアレーと、上記バ
   ー状素子の積層方向と平行な方向に屈折力を有する非球
   面レンズとを備え、上記シリンドリカルレンズアレーを
   構成する各上記シリンドリカルレンズが、スタック型半
   導体レーザを構成するそれぞれ異なる上記バー状素子と
   対向し、対向する上記バー状素子から各該シリンドリカ
   ルレンズの略焦点距離だけ離れた位置に配置され、 上記非球面レンズが、上記シリンドリカルレンズアレー
   と半導体レーザ光導入手段との間であって、上記半導体
   レーザ光導入手段から該非球面レンズの略焦点距離だけ
   離れた位置に配置されたことを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の固体レーザロッド励起モジュール。
4. 【請求項４】 半導体レーザ光集光手段は、 シリンドリカルレンズアレーを通過したレーザ光のバー
   状素子の積層方向と平行な方向の幅をＬとしたとき、非
   球面レンズの焦点距離が０．５×Ｌ以上であることを特
   徴とする請求項３記載の固体レーザロッド励起モジュー
   ル。
5. 【請求項５】 半導体レーザ光集光手段は、 シリンドリカルレンズアレーと非球面レンズとが一体形
   成された非球面合成レンズを備えたことを特徴とする請
   求項３記載の固体レーザロッド励起モジュール。
6. 【請求項６】 レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数
   集積して構成したバー状素子であるアレー半導体レーザ
   と、 上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光を上記
   アレー型半導体レーザのファスト軸方向に集光する半導
   体レーザ光集光手段と、 上記アレー半導体レーザから出射されたレーザ光の全て
   あるいは一部を上記アレー半導体レーザのスロー軸方向
   に屈折する半導体レーザ光屈折手段とを備えた半導体レ
   ーザ光出力装置。
7. 【請求項７】 レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数
   集積して構成したバー状素子をファスト軸方向に複数積
   層して構成したスタック型半導体レーザと、 上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を
   上記スタック型半導体レーザのファスト軸方向に集光す
   る半導体レーザ光集光手段と、 上記スタック型半導体レーザから出射されたレーザ光の
   全てあるいは一部を上記スタック型半導体レーザのスロ
   ー軸方向に屈折する半導体レーザ光屈折手段とを備えた
   半導体レーザ光出力装置。
8. 【請求項８】 半導体レーザ光屈折手段は、 屋根型プリズムであり、この屋根型プリズムの稜線は半
   導体レーザのファスト軸方向に平行な方向とし、上記屋
   根型プリズムの稜線に対向する面を半導体レーザ光の進
   行方向に対して略垂直に設置したことを特徴とする請求
   項６または請求項７記載の半導体レーザ光出力装置。
9. 【請求項９】 半導体レーザ光屈折手段は、 屋根型プリズムの稜線部分を上記屋根型プリズムの稜線
   に対向する面に平行な面で切り取った横断面が台形の角
   柱プリズムであり、この角柱プリズムの上記屋根型プリ
   ズムで仮想した稜線はファスト軸方向に平行な方向と
   し、上記角柱プリズムの上記屋根型プリズムで仮想した
   稜線に対向する面は半導体レーザ光の進行方向に対して
   略垂直に設置していることを特徴とする請求項６または
   請求項７記載の半導体レーザ光出力装置。
10. 【請求項１０】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体
    レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリング
    スリーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
    および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
    筒状の拡散性反射筒と、 この拡散性反射筒に向けてレーザ光を出力し上記固体レ
    ーザロッドの軸方向と半導体レーザのスロー軸方向とが
    平行になるように配置した請求項６または請求項７記載
    の半導体レーザ光出力装置と、 上記拡散性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出力装
    置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを
    略保持して上記拡散性反射筒の上記固体レーザロッドに
    向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた固体
    レーザロッド励起モジュール。
11. 【請求項１１】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体
    レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリング
    スリーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
    および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
    筒状の拡散性反射筒と、 この拡散性反射筒に向けてレーザ光を出力し上記固体レ
    ーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸方向と
    が平行になるように配置した請求項６または請求項７記
    載の半導体レーザ光出力装置と、 上記拡散性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出力装
    置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大きさを
    略保持して上記拡散性反射筒の上記固体レーザロッドに
    向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備えた固体
    レーザロッド励起モジュール。
12. 【請求項１２】 半導体レーザ光導入手段は、 拡散性反射筒に形成されたスリットと、 上記スリット内に配置された六面体形状のスラブ導波路
    と、 上記スラブ導波路の６端面のうちレーザ光が入射する第
    １の端面およびレーザ光が出射する第２の端面以外の４
    端面と上記スリットとの空隙に設けられ、上記スラブ導
    波路より屈折率の小さい接着材層とを備えたことを特徴
    とする請求項１、請求項１０および請求項１１記載の固
    体レーザロッド励起モジュール。
13. 【請求項１３】 半導体レーザ光導入手段は、 第１の端面の面積より第２の端面の面積が小さく、且
    つ、上記第２の端面の固体レーザロッドの軸方向に垂直
    な方向の長さを上記固体レーザロッドの径より大きくし
    たことを特徴とする請求項１２記載の固体レーザロッド
    励起モジュール。
14. 【請求項１４】 半導体レーザ光導入手段は、 入射した半導体レーザ光が半導体レーザのファスト軸方
    向と垂直な方向の端面を反射する回数は高々１回である
    ことを特徴とする請求項１２記載の固体レーザロッド励
    起モジュール。
15. 【請求項１５】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体
    レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリング
    スリーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
    および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
    筒状の鏡面反射性反射筒と、 この鏡面反射性反射筒に向けてレーザ光を出力し、上記
    固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのスロー軸方
    向とが平行になるように配置した請求項６または請求項
    ７記載の半導体レーザ光出力装置と、 上記鏡面反射性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出
    力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大き
    さを略保持して上記鏡面反射性反射筒の上記固体レーザ
    ロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備
    えた固体レーザロッド励起モジュール。
16. 【請求項１６】 固体レーザロッドと略同軸に上記固体
    レーザロッドを取り囲んで配置された筒状のクーリング
    スリーブと、 上記固体レーザロッドと略同軸に上記固体レーザロッド
    および上記クーリングスリーブを取り囲んで配置された
    筒状の鏡面反射性反射筒と、 この鏡面反射性反射筒に向けてレーザ光を出力し、上記
    固体レーザロッドの軸方向と半導体レーザのファスト軸
    方向とが平行になるように配置した請求項６または請求
    項７記載の半導体レーザ光出力装置と、 上記鏡面反射性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ出
    力装置から出射されたレーザ光をファスト軸方向の大き
    さを略保持して上記鏡面反射性反射筒の上記固体レーザ
    ロッドに向けて導入する半導体レーザ光導入手段とを備
    えた固体レーザロッド励起モジュール。
17. 【請求項１７】 半導体レーザ光導入手段と固体レーザ
    ロッドとの間に、半導体レーザ光導入手段により導入さ
    れたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段を備え
    たことを特徴とする請求項１、請求項１０、請求項１
    １、請求項１５および請求項１６記載の固体レーザロッ
    ド励起モジュール。
18. 【請求項１８】 半導体レーザ光拡散手段は、スリガラ
    ス状に表面を荒らした、透明な光学材料から構成される
    ことを特徴とする請求項２または請求項１７記載の固体
    レーザロッド励起モジュール。
19. 【請求項１９】 半導体レーザ光拡散手段は、気泡を内
    包する透明な発泡性ガラス材料から構成されることを特
    徴とする請求項２または請求項１７記載の固体レーザロ
    ッド励起モジュール。
20. 【請求項２０】 半導体レーザ光拡散手段は、クーリン
    グスリーブに形成されることを特徴とする請求項１８ま
    たは請求項１９記載の固体レーザロッド励起モジュー
    ル。
21. 【請求項２１】 半導体レーザ光拡散手段は、サファイ
    ヤから成ることを特徴とする請求項１８記載の固体レー
    ザロッド励起モジュール。
22. 【請求項２２】 レーザ光の出射端を固体レーザロッド
    の軸方向と垂直な方向に複数集積して構成されたバー状
    素子を、上記固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に
    複数積層して構成されたスタック型半導体レーザと、こ
    のスタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集
    光する半導体レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ
    光出力装置と、 拡散性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ光集光手段
    により集光されたレーザ光を、上記バー状素子の積層方
    向と平行な方向の大きさを略保持して、上記拡散性反射
    筒内の上記固体レーザロッドに向けて導入する半導体レ
    ーザ光導入手段とを備えた半導体レーザ光照射手段を、
    上記固体レーザロッドの周囲に複数配置したことを特徴
    とする請求項１記載の固体レーザロッド励起モジュー
    ル。
23. 【請求項２３】 半導体レーザ光照射手段は、 半導体レーザ光導入手段と固体レーザロッドとの間に、
    上記半導体レーザ光導入手段により導入されたレーザ光
    を拡散する半導体レーザ光拡散手段を備えたことを特徴
    とする請求項２２記載の固体レーザロッド励起モジュー
    ル。
24. 【請求項２４】 レーザ光の出射端を固体レーザロッド
    の軸方向と垂直な方向に複数集積して構成されたバー状
    素子を、上記固体レーザロッドの軸方向と平行な方向に
    複数積層して構成されたスタック型半導体レーザと、こ
    のスタック型半導体レーザから出射されたレーザ光を集
    光する半導体レーザ光集光手段とからなる半導体レーザ
    光出力装置と、 鏡面反射性反射筒に設けられ、上記半導体レーザ光集光
    手段により集光されたレーザ光を、上記バー状素子の積
    層方向と平行な方向の大きさを略保持して、上記鏡面反
    射性反射筒内に導入する半導体レーザ光導入手段と、 この半導体レーザ光導入手段と上記固体レーザロッドと
    の間に設けられ、上記半導体レーザ光導入手段により導
    入されたレーザ光を拡散する半導体レーザ光拡散手段と
    を備えた半導体レーザ光照射手段を、上記固体レーザロ
    ッドの周囲に複数配置したことを特徴とする請求項２記
    載の固体レーザロッド励起モジュール。