JP2001257403A

JP2001257403A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2001257403A
Application number: JP2000064561A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 健司鈴木
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ媒質が非複屈折性である場合に、ポンピ
ング効率を確保し、なおかつ単一偏光、単一縦モードで
発振する固体レーザ装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ媒質１１を励起するための励起光１
２を放射するチタンサファイアレーザ１０と、レーザ媒
質を保持しレーザ媒質１１で発生する熱を除去するサフ
ァイア基板１６と、非複屈折性の媒質から成るレーザ媒
質１１を含む共振器１１ｃと、移相板１４から構成さ
れ、移相板１４は片端に挿入したスペーサ１５ａによ
り、移相板の表面１４ｂの法線はレーザ媒質１１の端面
の法線に対して０．２゜の角度をなして配置される。そ
して移相板１４と共振器１１ｃとの間の空間１５には、
マッチングオイルの薄い層が少なくともレーザビームが
透過する部分には充満して介在しており、移相板１４と
共振器１１ｃとは互いに固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体レーザでポ
ンピングされる非複屈折性のレーザ媒質を含む共振器か
らなる固体レーザ装置に関し、特に単一直線偏光かつ単
一縦モードで発振させ、レーザ光を出力する固体レーザ
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一対のミラーで構成された長
さ０.１乃至０.５ｍｍの共振器内にレーザ媒質が配置さ
れ、半導体レーザでポンピングされてレーザ光を出力す
る固体レーザ装置が知られている。特にレーザ媒質が非
複屈折性である等方性材料から成る場合、ゲインの等方
性により、直交する二つの偏光が同時に発振することが
知られており、また、一般的に複数の縦モードが発振す
るため、こうした固体レーザ装置を計測用光源として利
用する上で障害となっていた。

【０００３】この点に鑑み、第１の従来技術として、単
一の偏光での発振を目的とした固体レーザ装置として、
図７に示す装置（ＵＳＰａｔ．５，１７２，３９１参
照）が知られている。この例では、励起光源２０によっ
て励起されるレーザ媒質２１を含むレーザ共振器が偏光
共振器に結合された複合共振器構造となっている。レー
ザ共振器の偏光共振器側のミラー２１ｂは部分反射ミラ
ーとなっており、また、偏光共振器の出力ミラー２４ｂ
も部分反射ミラーとなっており、これら二つの部分反射
ミラーに挟まれて複屈折光学素子２５が配置される。

【０００４】複屈折光学素子２５には、例えばＬｉＴａ
Ｏ₃のような電気光学素子を用い、これに電極２４ｃ、
２４ｄ間に加える電圧を制御して偏光軸方向に依存して
異なる量だけ屈折率を可変制御する。これにより、偏光
軸毎に偏光共振器の光学長が変化し、複合共振器の位相
関係が偏光にしたがって差別化される結果、ある縦モー
ドについて注目すれば、正味の反射率が大きくなる偏光
でレーザ発振するようになっている。

【０００５】また、単一縦モード発振に関する検討とし
て、第２の従来技術であるＯｐｔ．Ｌｅｔｔ．１８（１
５），１２３２（１９９３）の文献には、レーザ媒質と
してＥｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓｓを用い、対向する一対の平
行な平面に共振器を構成するミラーを形成した固体レー
ザ装置で、レーザ媒質の厚みを０．３３ｍｍ以下にする
ことにより単一の縦モードの発振が得られるであろうと
推測している。この例では、０．２ｍｍとして単一の縦
モードで発振したことが報告されている。一方、レーザ
媒質の厚みが０．３ｍｍではあまり思わしくない結果し
か得られなかったとも述べられている。また、この例で
は、レーザ媒質の吸収が弱いため、半導体レーザから遠
い位置に配置されたミラーの反射率をポンプ光にたいし
て９５％以上とすることでポンプ光を折り返し、レーザ
媒質での吸収増強を図っている。

【０００６】さらに第３の従来技術としてＯｐｔ．Ｌｅ
ｔｔ．２０（８），８８９（１９９５）の文献には、第
２の従来技術と同様な固体レーザ装置において、レーザ
媒質としてＥｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓｓを用い、レーザ媒質
の厚みが０．４ｍｍでは単一の縦モードで発振せず、
０．２ｍｍとして単一の縦モードで発振した例が報告さ
れている。また、この例では、レーザ媒質の吸収が弱い
ため、半導体レーザから遠い位置に配置されたミラーの
反射率をポンプ光にたいして９５％以上とすることでポ
ンプ光を折り返し、レーザ媒質での吸収増強を図ってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に、固体レーザを
単一縦モードで発振させる方法として、共振器長を短く
すればよいことが知られている。このような例として、
第２や第３の従来技術において、厚み０．２ｍｍのレー
ザ媒質（Ｅｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓｓ）を用いて単一の縦モ
ードの発振が得られている。しかしながら、このように
レーザ媒質が短い場合、レーザ媒質の励起光に対する吸
収量が小さく効率が低いため、ポンプ光を折り返し、レ
ーザ媒質での吸収増強を図る必要性が生じる。ところ
が、ポンプ光を折り返すと、吸収されなかったポンプ光
の一部が半導体レーザに到達し、光学的なフィードバッ
クがかかることによって半導体レーザの出力不安定性や
波長不安定性を引き起こすことが一般的に知られてい
る。そして、半導体レーザの放射光に不安定性がある
と、それによってポンピングされて発振する固体レーザ
装置の出力が不安定になる問題が発生する。

【０００８】このような問題を避けるにはポンプ光の折
り返しをなくせばよいが、その場合には固体レーザ装置
の効率を維持するために長いレーザ媒質が必要となる。
しかしながら、第２の従来技術においてはレーザ媒質
（Ｅｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓｓ）の厚みが０．３ｍｍでは単
一縦モードの発振が困難であることが述べられており、
０．３３ｍｍが単一縦モードの発振を得るための共振器
長の限界であるとされてきた。

【０００９】また、第２と第３の従来技術では、非複屈
折性のレーザ媒質が用いられているが、一般的に、こう
した固体レーザ装置では単一偏光モードの発振が容易に
得られないことが知られている。

【００１０】そこで、第１の従来技術の固体レーザ装置
では、非複屈折性のレーザ媒質を含む共振器で単一偏光
の発振を得るために、複合共振器構造とする方法が示さ
れている。しかしながら、この方法では同時に単一縦モ
ードの発振を実現することは困難である。単一偏光の発
振を得るには、二つの部分反射ミラーからの反射光が、
複屈折光学素子の移相量の差によって、偏光ごとに異な
った位相で重なる必要がある（移相条件あるいはレター
デーション条件）。一方、単一縦モードの発振を得るに
は、複合共振器の正味の反射率が、レーザ媒質のゲイン
ピークに近い共振器の縦モードにたいして最大に、隣接
する縦モードにたいしては小さくなるように設定されな
ければならない（複合共振条件あるいは位相条件）。

【００１１】ところが従来技術では、複合共振条件を実
現すべく電気光学素子を制御するには、電気光学素子の
長さを長くし、加える電圧を大きくしなければならない
といった問題があり、光学長を変えて複合共振条件を実
現することが困難であった。さらには、一般的に、複合
共振条件を実現しようとして電圧を可変にすると、レタ
ーデーションも変化してしまい、複合共振条件と移相条
件を同時に最適に制御するのは非常に困難であった。ま
た、電気光学素子に電圧を加えるための外部回路が必要
になるなど、固体レーザ装置としても大型で複雑であ
る。

【００１２】本発明は、前述の背景のもとになされたも
のであり、レーザ媒質が非複屈折性である場合に、ポン
ピング効率を確保し、なおかつ単一偏光、単一縦モード
で発振する固体レーザ装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ媒質を
ポンピングする励起光の入射側から順に、第１ミラー、
前記レーザ媒質、第２ミラー、移相板、および第３ミラ
ーとを備え、前記第１ミラー、前記レーザ媒質、前記第
２ミラーで共振器が構成されており、前記レーザ媒質は
非複屈折性の材料からなり、互いに平行に対向した一対
の平面を有し、各前記平面にはそれぞれ前記第１ミラー
と前記第２ミラーが形成されており、前記第１ミラーの
反射率と前記第２ミラーの反射率は、前記共振器が連続
波でレーザ発振し、前記第２ミラーからレーザ光を放射
するように選ばれていて、前記第３ミラーが前記移相板
の表面に形成され、前記第３ミラーの法線が前記第２の
ミラーの法線に対して０゜を超え、０．３゜以下の角度
をなして配置され、前記第３ミラーのレーザ光の波長に
たいする反射率が前記第２ミラーの反射率よりも小さ
く、第３ミラーは前記共振器から放射されるレーザ光の
一部を反射して前記共振器のレーザモードにフィードバ
ックし、前記移相板は、互いに平行に対向した一対の平
面を有し、前記平面に垂直な方向のレターデーションの
次数が前記レーザ光の波長において０.５ｍ±０.１２５
（ｍは整数）の一定値に固定され、前記第２ミラーと前
記第３ミラーで挟まれた空間の前記レーザ光の波長にお
ける光学長が前記共振器の光学長の０．４７乃至０．５
３倍であり、前記励起光によりポンピングされるレーザ
媒質内の位置を、前記第３ミラーの法線と前記第２ミラ
ーの法線を含む面内でかつ前記レーザ光の光軸に垂直の
方向に調整されて、単一偏光かつ単一縦モードで発振す
ることを特徴とする固体レーザ装置である。

【００１４】以下、本発明を図１を用いて説明する。図
１において、第１ミラー３１、レーザ媒質３２、第２ミ
ラー３３を配置してなる共振器３４が構成されており、
さらに移相板３６、第３ミラー３５が配置されている。
第１ミラー３１と第２ミラー３３はレーザ媒質３２の互
いに平行に対向した１対の端面に形成されている。第１
ミラー３１の反射率と第２ミラー３３の反射率は、前記
レーザ媒質３２を含む前記共振器が連続波でレーザ発振
し、第２ミラーからレーザ光を放射するように選ばれて
いることを基本的な条件とする。このことによって、第
３ミラー３５の有無に関わらず、第１ミラーと第２ミラ
ーの間でレーザモードが発振し、縦モードの波長が決定
される。また、対向する２つのミラーが互いに平行な平
面であることによって、励起光によりポンピングされる
レーザ媒質内の任意の位置の光軸でレーザ発振を可能な
らしめる。出力として取り出されるレーザ光は、第３ミ
ラー３５を通して放射される。

【００１５】次に第３ミラー３５は、その法線が第２ミ
ラー３３の法線に対して０゜を超える角度をなして配置
される。この角度のために、第３ミラーで部分反射され
るレーザ光の波面法線はレーザモードの波面法線とは０
゜でない角度で交差して重なるが、第３ミラーの角度を
０．３゜以下としたことによって、波面法線の重なりの
ずれを限定し、第２ミラーで反射されるレーザモードの
波面に第３ミラーによる反射光の波面が干渉するよう光
学的フィードバックが行われる。この干渉の効果は、二
つの波面が干渉する位相に依存し、第２ミラーの位置に
形成され、反射率が波長に対して周期的に変調された特
性を示す単一の等価ミラーに置き換えて考えることがで
きる。

【００１６】一般に、光学的にフィードバックされる反
射光の波面法線がレーザモードの波面法線に対して０゜
でない角度を有する場合に、第３ミラーの反射率を大き
くして強い光学的フィードバックを行うと、共振器のレ
ーザモードの波面が乱れてレーザの発振効率が低下す
る。しかし本発明にしたがえば、レーザ光の波長にたい
して第３ミラーの反射率を第２ミラーの反射率よりも小
さくすることによって、レーザモードの波面の乱れを小
さくとどめることができるとともに、以下で説明するよ
うに単一偏光、単一縦モード発振を起すのに十分な等価
ミラーの反射率特性の変調が得られる。

【００１７】第３ミラーの法線が第２ミラーの法線にた
いして０゜を超え０．３゜以下の角度をなして配置さ
れ、半導体レーザからの放射光によりポンピングされる
レーザ媒質内の位置を、第３ミラーの法線と第２ミラー
の法線を含む面内でかつレーザ光の光軸に垂直の方向に
調整することによって、レーザ発振の光軸の位置を連続
的に移動調整し、第２ミラーと第３ミラーで挟まれた空
間の光学長をレーザ光の波長のオーダーで連続的に選択
できる。その結果、等価ミラーの反射率特性の最大点が
共振器の縦モードの波長に合うように調整することがで
きる（位相条件）。

【００１８】共振器３４と第３ミラー３５の間に設けら
れる移相板３６は複屈折性の結晶から成っており、偏光
により屈折率が異なる光学素子である。各偏光の屈折率
を小さい順にｎ₁、ｎ₂、移相板の長さをＫ_pとすると、
移相板のレターデーションの次数Ｎは、Ｎ＝（ｎ₂−ｎ₁）Ｋ_p／λ と表される。また、第２ミラーと前記第３ミラーで挟ま
れた空間の光学長Ｌ_pは、移相板の両偏光の光学長の平
均値をとってＬ_p＝（ｎ₁＋ｎ₂）Ｋ_p／２＋Ｌ’ と定義する。ここで、Ｌ’は移相板を除く空間の光学長
とする。また、等価ミラーの反射率特性の波長周期ＦＳ
Ｒ_pは、レーザ光の波長をλとしてＦＳＲ_p＝λ²／（２Ｌ_p）と表される。一方、共振器の光学長をＬ_cとすれば、レ
ーザモードの縦モード間隔ＦＳＲ_cはＦＳＲ_c＝λ²／（２Ｌ_c）と表される。

【００１９】ここで図２に偏光モードおよび縦モード対
等価ミラーの反射率特性の関係を示す。なお図２におい
て常光偏光と異常光偏光の縦モードを示す線がずれてい
るが、これは見やすくするためで実際は重なっているも
のである。移相板のレターデーションの次数Ｎを前記レ
ーザ光の波長においてＮ＝０．５ｍ±０．１２５（ｍは
整数）の一定値に固定し、第２ミラーと第３ミラーで挟
まれた空間のレーザ光の波長における光学長を前記共振
器の光学長の０．４７乃至０．５３倍（０．４７＜Ｌ_c
／Ｌ_p＜０．５３）、好ましくは０．５倍（Ｌ_c／Ｌ_p＝
０．５）としたことによって、図２のように、直交する
各偏光モードの等価ミラー反射率の最大点の波長が共振
器縦モード間隔の１／２だけ相対的にずれ、また、等価
ミラーの反射率特性の波長周期ＦＳＲ_pは共振器の縦モ
ード間隔ＦＳＲ_cの２倍になる。ここでＮの値は実用的
には上記の式で与えられる値を中心にして−０．０１か
ら＋０．０１の範囲であり、移相板の製作時のレターデ
ーションのばらつきやその他の誤差を許容する。

【００２０】以上の配置で、図２に示すように、例えば
波長１５３５ｎｍの縦モードのうち移相板の常光偏光モ
ード（ｑ_0o）にたいして等価ミラーの反射率特性の最大
点が合うようにレーザ発振の光軸の位置を連続的に移動
調整した場合を考える。ここにおいて、移相板の長さを
一定に固定したことによって、光軸の位置に関わらずレ
ターデーションが一定となり、移相条件を変えることな
く位相条件を調整できる。以上の結果、異なる偏光モー
ド（異常光偏光モード）のすべての縦モード（‥‥‥、
ｑ_-2e、ｑ_-1e、ｑ_0e、ｑ_+1e、ｑ_+2e、‥‥‥）に対して
等価ミラーの反射率が小さくなるので、異なる偏光モー
ドのすべての縦モードの発振を抑制でき、さらに、同一
の偏光モードの隣接縦モード（ｑ_-1o、ｑ_+1o）と奇数番
目に隔たった縦モード（図示の範囲外）に対しては等価
ミラーの反射率が小さくなるのでそれらの発振を抑制で
きる。偶数番目に隔たった縦モード（‥‥‥、ｑ_-2o、
ｑ_+2o、‥‥‥）に対しては中心の縦モード（ｑ_0o）と
同じ反射率となるが、平行平板共振器単独の場合にレー
ザ媒質のゲイン中心の波長を挟んで互いに隣接した二つ
の縦モードにおいてのみレーザ発振させる条件が成立し
ていれば（共振器の長さを適切に設定することで実際に
可能である）、偶数番目に隔たった縦モードはレーザ媒
質のゲイン中心から離れているために、ゲインが小さく
発振には至らない。

【００２１】第２ミラーの反射率は９５％以上であり、
第３ミラーの反射率が０.５％乃至２０％であることが
望ましい。一般に、多くの固体レーザ装置では第２ミラ
ーに相当する出力ミラーの反射率を９５％以上として連
続レーザ発振が最適化される。本発明にしたがえば、第
２ミラーの反射率が９５％以上の場合に、第３ミラーの
反射率を０.５％乃至２０％とすることによって、レー
ザモードの波面の歪みを抑えて効率を維持でき、また、
等価ミラーの反射率特性として、最大０.２５％程度の
反射率の差別化を実現できる。第２ミラーの反射率は１
００％未満までとり得る。

【００２２】ここで、第３ミラー３５は移相板３６の表
面に形成された誘電体多層膜コーティングであっても良
く、また、移相板の光学研磨された表面の反射を利用し
ても良い。

【００２３】ここで、第２ミラーの表面と移相板の第２
ミラー側表面との間に、レーザ光の波長にたいして透明
で、屈折率が移相板の屈折率と略等しい接着剤、または
屈折率マッチング液、または低融点ガラスを介在させて
第２ミラーと移相板とが互いに固定されていることが望
ましい。この場合第２ミラーの表面と移相板の第２ミラ
ー側表面との間の空間３７に、上記の接着剤、または屈
折率マッチング液、または低融点ガラスを充満させるこ
とにより、余分な光学界面の生成を避けることができ
る。

【００２４】一般に、第２ミラーに対向した移相板の表
面３６ａに反射防止膜を形成しない場合、この面は数％
の反射率を有する。第２ミラーと第３ミラーの間の反射
面の存在は、等価ミラーの反射率特性に複雑な変調を加
えることとなり、本発明で目的とするモード選択性に好
ましくない影響を与えるおそれがある。移相板と第２ミ
ラーの間に移相板の屈折率に実質的に等しい媒体を介在
させることは、不要な反射面の発生を防止できるので好
ましい。またこの場合、移相板と前記媒体とをスペーサ
を介するなどして固定することで、第２ミラーと第３ミ
ラーで挟まれる空間が物理的に固定され、光学長が安定
に保たれる。その結果、単一偏光、単一縦モードの発振
状態を長時間安定に保つことができる。

【００２５】さらに移相板の第２ミラー側表面に、接着
剤、または屈折率マッチング液、または低融点ガラスを
透過してくるレーザ光に対する反射防止コーティングが
形成されていることが望ましい。移相板の第２ミラー側
表面に反射防止コーティングを形成することによって、
接着剤、または屈折率マッチング液、または低融点ガラ
スとのわずかな屈折率差による反射を防止することがで
き、より確実に単一偏光、単一縦モード発振を実現す
る。励起光源としては半導体レーザが、そのスポットサ
イズが小さいので好ましく用いられる。

【００２６】図３は、本発明者が単一偏光、単一縦モー
ドの発振を確認した時に用いた、固体レーザ装置の構成
を示す正面図である。この固体レーザ装置は、レーザ媒
質１１を励起するための励起光１２を放射するチタンサ
ファイアレーザ１０と、レーザ媒質を保持しレーザ媒質
１１で発生する熱を除去するサファイア基板１６と、Ｅ
ｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓｓ（非複屈折性の媒質）から成るレ
ーザ媒質１１を含む共振器１１ｃと、移相板１４から構
成される。

【００２７】レーザ媒質１１の対向する一対のミラー面
は面精度λ／４以上、平行度１０秒以内で研磨されてい
る。移相板１４はａ面研磨水晶から成り、面精度λ／４
以上、平行度１０秒以内である。サファイア基板１６は
厚さ１ｍｍのｃ面研磨基板であり、レーザ媒質１１で発
生する熱を除去するための放熱板として働き、電子冷却
素子（図示せず）で２５．０℃の一定温度に制御され
る。

【００２８】移相板１４は片端に挿入したスペーサ１５
ａにより、移相板の表面１４ｂの法線はレーザ媒質１１
の端面の法線に対して０．２゜の角度をなして配置され
る。そして移相板１４と共振器１１ｃとの間の空間１５
には、マッチングオイルの薄い層が少なくともレーザビ
ームが透過する部分には充満して介在しており、移相板
１４と共振器１１ｃとは互いに固定されている。

【００２９】レーザ媒質１１の長さは０．４３ｍｍであ
り、屈折率は１．５２である。移相板１４の波長１５３
５ｎｍにおけるレターデーションの次数は１．１２５
で、長さは２０３．９μｍで、平均の屈折率は１．５３
２である。したがって、移相板１４の光学長は共振器１
１ｃの光学長の０．４８倍である。

【００３０】サファイア基板１６の励起光が入射する表
面には波長９７５ｎｍにたいして透過率が９９％以上と
なるコーティング膜１６ａが形成されている。レーザ媒
質１１の励起光が入射する表面にはレーザ媒質の発振波
長である１５３５ｎｍにたいして反射率が９９．９％以
上であって、波長９７５ｎｍにたいして透過率が９９％
以上となるコーティング膜１１ａが形成されている。ま
た、レーザ媒質の出射側表面には、波長１５３５ｎｍに
たいして反射率が９８．１％であるコーティング膜１１
ｂが形成されている。レーザ媒質のコーティング膜１１
ａの表面とサファイア基板１６の表面は波長９７５ｎｍ
にたいして吸収が１％以下であって、屈折率が約１．５
の接着剤で接着されている。共振器１１ｃはレーザ媒質
の両面に形成されたコーティング膜１１ａと１１ｂで形
成される。移相板１４の両面にはコーティングは形成さ
れておらず、コーティング膜１１ｂと移相板１４との間
の空間には屈折率が約１．４６である市販のマッチング
オイルが完全に充満して介在し、移相板のマッチングオ
イル側境界面における反射を防止している。また、移相
板１４の表面１４ｂの波長１５３５ｎｍにおける反射率
は４．４％である。

【００３１】チタンサファイアレーザ１０からの励起光
１２がレンズ１７によって集束されて、レーザ媒質１１
に入射すると、波長１５３５ｎｍ近傍でレーザ発振が起
こり、出力光１８が得られる。励起光のレーザ媒質内に
おけるスポットサイズは３５μｍであり、レーザ媒質で
発振するレーザモードの径は４５μｍである。

【００３２】以上のような固体レーザ装置について、本
発明者は単一偏光、縦モードの発振について鋭意実験検
討した。ポンプパワーを２５０ｍＷで一定として、固定
された励起光１２の光軸に対してサファイア基板１６か
ら第３ミラーまでが一体化された固体レーザ部分１９
を、移相板の表面１４ｂに形成された第３ミラーの法線
とレーザ媒質の出射側端面１１ｂに形成された第２ミラ
ーの法線を含む面内で、かつレーザ光の光軸に垂直の方
向（図３の紙面を上下方向）に移動し、移動位置に対し
てどのような偏光モードと縦モードが発振するかを調べ
たところ図４に示す結果が得られた。位置１．９３ｍｍ
から１．９６ｍｍの間（図中のＡ）で移相板の異常光偏
光で、また、１．９７ｍｍから２．０３ｍｍの間（図中
のＢ）で常光偏光のそれぞれ単一の偏光、波長約１５３
７ｎｍの単一縦モードの発振することを確認した。この
場合は、固体レーザ部分１９の位置をこのような範囲内
のいずれかに設定したことが、励起光によりポンピング
されるレーザ媒質内の位置が調整されたことになる。

【００３３】励起光によりポンピングされるレーザ媒質
内の位置を調整する方法としては、図３の構成の場合、
単一の偏光、単一縦モードが得られるレーザ媒質の位置
範囲を予め上述のように求めて、レーザ媒質の位置をそ
の範囲内で固定する方法や、図３には示してないが固体
レーザ部分を紙面の上下方向に可変にできる移動機構
を、ポンピングされるレーザ媒質内の位置を調整する手
段として追加して設ける方法がある。

【００３４】次に、固体レーザ部分の位置を固定し、レ
ーザ媒質に吸収されたポンプパワーに対して偏光モード
と縦モード、レーザ出力を測定したところ。図５に示す
結果が得られた。吸収パワーが７０ｍＷから１５０ｍＷ
の間で異常光偏光の単一縦モードの発振が、出力５ｍＷ
から５０ｍＷのレーザ出力として得られた。

【００３５】比較の例として、上記固体レーザ装置の移
相板を取り外した場合のレーザ発振の偏光モードと縦モ
ードを調べたところ、直交する偏光モードが同時発振し
ており、また、各偏光成分について共振器の縦モード間
隔２．４ｎｍで隣接する二つの縦モードの計四つのモー
ドの同時発振が観測された。

【００３６】以上のことから、本発明にしたがえば、偏
光モードと縦モードが選択されて単一偏光、単一縦モー
ドの発振が実現することを確認した。

【００３７】以上説明したように、本発明にしたがえ
ば、単一偏光、単一縦モードで発振する固体レーザ装置
が得られる。

【００３８】

【発明の実施の形態】図６は、本発明の一実施例である
固体レーザ装置の構成を示す正面図である。この固体レ
ーザ装置は、Ｅｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓｓから成るレーザ媒
質１を励起するための励起光２を放射する半導体レーザ
３と、励起光２を集光する軸対称レンズ８とロッドレン
ズ９と、レーザ媒質１を保持するサファイア基板６と、
レーザ媒質１を含む共振器１ｃと、移相板４から構成さ
れる。

【００３９】半導体レーザ３は、発光領域が５０μｍの
ブロードエリア型半導体レーザであり、波長９７５ｎｍ
の励起光を放射する。レーザ媒質１の長さは０．３８ｍ
ｍであり、レーザ媒質１の対向するミラー面は面精度λ
／４以上、平行度１０秒以内で研磨されている。移相板
４は光学軸に対して６７゜でカットした水晶板から成
り、面精度λ／４以上、平行度１０秒以内である。サフ
ァイア基板６は厚さ１ｍｍのｃ面研磨基板であり、電子
冷却素子（図示せず）で２５．０℃の一定温度に制御さ
れる。

【００４０】移相板４は光学接着剤の薄い層５を介して
共振器１ｃに固定され、片端に挿入されたアルミニウム
箔からなるスペーサ５ａにより、移相板の表面４ｂの法
線がミラー面１ｂの法線に対して０．１゜の角度をなし
て配置される。

【００４１】レーザ媒質１の長さは０．３８ｍｍで、屈
折率は１．５２である。移相板４の長さは１８７．４μ
ｍで、平均の屈折率は１．５３２５である。したがっ
て、移相板４の光学長は共振器１ｃの光学長の０．５倍
であり、波長１５３５ｎｍにおけるレターデーションの
次数は０．８７５である。

【００４２】サファイア基板６の励起光２が入射する表
面には、レーザ媒質１の発振波長である１５３５ｎｍに
たいして透過率が９９％以上であって、波長９７５ｎｍ
にたいして透過率が９９％以上となるコーティング膜６
ａが形成される。レーザ媒質１の励起光が入射する表面
には波長１５３５ｎｍにたいして反射率が９９．９％以
上であって、波長９７５ｎｍにたいして透過率が９９％
以上となる第１ミラーであるコーティング膜１ａが形成
される。また、レーザ媒質１の出射側表面には、波長１
５３５ｎｍにたいして反射率が９８％である第２ミラー
となるコーティング膜１ｂが形成される。コーティング
膜１ａの表面とサファイア基板６の表面６ｂは波長９７
５ｎｍにたいして吸収が１％以下であって、屈折率が約
１．５の接着剤で接着される。共振器１ｃはコーティン
グ膜１ａ、レーザ媒質１とコーティング膜１ｂで形成さ
れる。移相板４の表面には波長１５３５ｎｍにたいして
反射率が４％であって、波長９７５ｎｍにたいして反射
率が０．２％以下の第３ミラーであるコーティング膜４
ｂが施される。また、移相板４の共振器側表面にはコー
ティングは形成されておらず、コーティング膜１ｂと移
相板４との間は屈折率が約１．５である市販の光学接着
剤５が介在し、移相板４の光学接着剤側境界面における
反射を防止する。

【００４３】半導体レーザ３からの励起光２が軸対称レ
ンズ８とロッドレンズ９によりレーザ媒質１内に集光さ
れると、波長１５３５ｎｍ近傍でレーザ発振が起こり、
レーザ出力７を得る。ロッドレンズ９のロッド軸９ａの
方向は、移相板４の傾斜方向面内（紙面内）に配置す
る。ここで、ロッドレンズ９のロッド軸９ａの方向を変
えると、屈折により励起光２の光軸が、コーティング膜
１ａの法線とコーティング膜４ｂの法線を含む面内でコ
ーティング膜１ａの法線と垂直方向（紙面内で出力光７
と直交する方向）に平行移動し、レーザ媒質１をポンピ
ングする光軸の位置が調整され、レーザ出力７は単一偏
光、単一縦モードとなる。この場合に、ロッドレンズが
励起光によりポンピングされるレーザ媒質内の位置を調
整する手段となる。

【００４４】なお、以上の例ではＥｒ：Ｙｂ：ｇｌａｓ
ｓにおいてＥｒとＹｂ（ドーパントと呼ぶ）の濃度につ
いて触れてないが、本発明はレーザ発振可能な任意の濃
度範囲のレーザ媒質に適用することができる。

【００４５】また、レーザ媒質としてはＥｒ：Ｙｂ：ｇ
ｌａｓｓに限られるものではなく、他のレーザ媒質、例
えば、ＹＡＧ等の結晶や他の硝種のガラス等の非複屈折
性の材料であれば良く、また、ドーパントは例示のＥｒ
やＹｂに限られるものではなく、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏ等の
希土類元素でも良く、またＣｒやＴｉであっても良く、
またこれら元素の複数の組み合わせであっても良い。

【００４６】また、移相板の材料としては水晶に限られ
るものではなく、ＬｉＴａＯ₃や方解石やサファイア
等、複屈折性の材料であれば良い。

【００４７】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、単
一偏光、単一縦モードで発振する固体レーザ装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明する図

【図２】透過ミラーの反射率特性の説明図

【図３】発明に先立つ実験装置例の説明図

【図４】励起光の光軸位置と偏光、縦モードの例を示す
図

【図５】偏光、縦モードと入出力特性の例を示す図

【図６】本発明の具体例の説明図

【図７】従来の固体レーザ装置を示す図

【符号の説明】

１、１１、２１、３２・・レーザ媒質１ａ，１ｂ・・コーティング膜１ｃ、１１ｃ、３４・・共振器２、１２・・励起光３・・半導体レーザ５ａ，１５ａ・・スペーサ４、１４、２４、３６・・移相板７、１８・・出力光９・・ロッドレンズ１９・・固体レーザ部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ媒質をポンピングする励起光の入射
側から順に、第１ミラー、前記レーザ媒質、第２ミラ
ー、移相板、および第３ミラーとを備え、前記第１ミラ
ー、前記レーザ媒質、前記第２ミラーで共振器が構成さ
れており、前記レーザ媒質は非複屈折性の材料からな
り、互いに平行に対向した一対の平面を有し、各前記平
面にはそれぞれ前記第１ミラーと前記第２ミラーが形成
されており、前記第１ミラーの反射率と前記第２ミラー
の反射率は、前記共振器が連続波でレーザ発振し、前記
第２ミラーからレーザ光を放射するように選ばれてい
て、前記第３ミラーが前記移相板の表面に形成され、前記第
３ミラーの法線が前記第２のミラーの法線に対して０゜
を超え、０．３゜以下の角度をなして配置され、前記第３ミラーのレーザ光の波長にたいする反射率が前
記第２ミラーの反射率よりも小さく、第３ミラーは前記
共振器から放射されるレーザ光の一部を反射して前記共
振器のレーザモードにフィードバックし、前記移相板は、互いに平行に対向した一対の平面を有
し、前記平面に垂直な方向のレターデーションの次数が
前記レーザ光の波長において０.５ｍ±０.１２５（ｍは
整数）の一定値に固定され、前記第２ミラーと前記第３ミラーで挟まれた空間の前記
レーザ光の波長における光学長が前記共振器の光学長の
０．４７乃至０．５３倍であり、前記励起光によりポンピングされるレーザ媒質内の位置
を、前記第３ミラーの法線と前記第２ミラーの法線を含
む面内でかつ前記レーザ光の光軸に垂直の方向に調整さ
れて、単一偏光かつ単一縦モードで発振することを特徴
とする固体レーザ装置。
【請求項２】前記第２ミラーの反射率が９５％以上であ
り、前記第３ミラーの反射率が０.５％乃至２０％であ
ることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】前記レーザ光の波長に対して透明な接着
剤、または屈折率マッチング液、または低融点ガラスが
第２ミラーの表面と移相板の間の空間に充満して介在
し、かつ第２ミラーと移相板が互いに固定されているこ
とを特徴とする請求項１または２記載の固体レーザ装
置。
【請求項４】前記移相板の前記第２ミラー側の面に、前
記接着剤、または屈折率マッチング液、または低融点ガ
ラスを透過してくるレーザ光に対する反射防止コーティ
ング膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記
載の固体レーザ装置。