JP2003502850A - 固体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固体レーザが、共振器（８）内に配置され、かつ互いに光学的に結合されており、さらにレーザ光線（Ｌ）に対する共通の光路を形成する多数の結晶板（２、２ａ〜２ｈ）から成る、レーザ光線（Ｌ）を発生するための能動媒質と、その光軸が多くの光学的に相前後して配置された結晶板の平らな面（２０、２４）と交わるポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）を発生するためのポンプ光源（１０、１０、１０ｂ）とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、レーザ能動媒体として結晶板が使用される固体レーザに関する。

【０００２】 この種固体レーザは、例えば米国特許第 5,553,088号、ドイツ特許出願公開第 197 46 835号明細書から公知である。文献中でウエハ形レーザとも呼ばれるこ
の形の固体レーザのレーザ能動基本要素は、冷却要素上に配置されており、また
その冷却要素の方を向く面上に反射層を設けられた、僅か１０分の数ｍｍの薄い
厚みと、典型的に約１０ｍｍのオーダーの直径とを持つ薄い結晶板である。

【０００３】 かかるウエハ形レーザから発生されるレーザの出力は、特に光学的ポンピング
に用いるポンプ光線の、結晶板内で吸収されるパワーで定まる。結晶板内にポン
プ光線を入力するには、原理的に２つの可能性がある。ポンプ光線は結晶板の平
らな表面（縦型）もしくは狭い側面（横又は半径型）に入力される。

【０００４】 縦型のポンプ配置は、結晶内の小さい行程に基づきポンプ光線の少なからざる
部分が結晶板の内部で吸収されず、かつこうしてレーザ励起に寄与しないという
基本的な欠点を持つ。約１２％のドーピングおよび２００μｍの板厚みを持つレ
ーザ能動媒体としてのＹｂ：ＹＡＧを使用する際、例えば９４０ｎｍのポンプ光
線の波長の際に板を通るポンプ光線の１回の通過時に約３０％の吸収が生ずる。
縦型のポンプ配置で与えられるポンプパワーの利用度を高めるために、米国特許
第 5,553,088 号明細書の図２８又は印刷物“Effiziente diodengepumpte Sch
eibenlaser mit nahezu beugungbegrenzter Strahlung"：Laser und Opto
elektronik、２９（４）、１９９７、第７６〜８３頁の図２に、ポンプ光線が多
数回板の上に復帰反射される配置が提案されている。しかしこの配置は多数の焦
点合わせ鏡を持つ高価な光学的構成を必要とする。

【０００５】 これらの問題は、横型のポンプ配置により避けられる。何故なら、その場合、
結晶板内のポンプ光線の光路長が長くなるからである（例えば米国特許第 5,553
,088 号明細書の図１参照）。このようなポンプ配置の際、各結晶板が多数のレ
ーザダイオードにより囲まれる。このような配置は、基本的に多くの結晶板を光
学的に互いに結合することが必要な高出力レーザを構成するのにも適する。

【０００６】 即ち結晶板の出力パワーは、ポンプ光出力の最大吸収の際にも、現在のところ
板毎に約５００Ｗに制限される。それは、それらの利用可能な面積と厚みが、特
に後者は必要な熱放出に、また厚みの増大に伴う破壊強度の低下に基づき、大き
くできないからである。従って、数ｋＷの範囲内の出力パワーを持つウエハ形レ
ーザを作成するには、複数個の結晶板を使用する必要がある。そのため米国特許
第 5,553,088号明細書、特にその図１７から、複数個の結晶板を光学的に互いに
所謂折り畳まれた光路内に結合することが知られており、各結晶板は、ポンプ光
線の高い吸収を保証するため、横方向に多数のポンプ光源により囲まれている。
しかしこのような構成は、各結晶板にポンプ範囲が対応するので、技術的に非常
に費用がかかる。さらにポンプ光線のかなりの部分が結晶板の縁領域内で吸収さ
れ、レーザ光線を発生するため寄与しないか僅かな部分しか寄与しない。

【０００７】 本発明の課題は、能動媒質が高い出力パワーを発生するため共振器内に配置さ
れ、かつ互いに光学的に結合された複数個の結晶板から構成され、さらに技術的
に安価な構成を可能にする固体レーザを提供することである。

【０００８】 この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を持つ固体レーザにより解決さ
れる。本発明による固体レーザは、共振器内に配置され、互いに光学的に結合さ
れ、かつレーザ光線に対する共通の光路を形成する多数の結晶板から成り、レー
ザ光線を発生する能動媒質と、光軸が多くの光学的に相前後して配置された結晶
板の平らな面と交わるポンプ光線を発生するポンプ光源とを持つ。

【０００９】 この方法で、単一のポンプ光源により複数個の結晶板を光学的に励起すること
ができる。さらにポンプ光源は、構造的に共振器から隔てられたユニットとして
共振器の外側に配置される。それにより共振器の構成が簡単化され、固体レーザ
の保守性が高められる。ここにポンプ光源という用語は、これが多数の光源、例
えばレーザダイオードから構成され、それらの個別の光線がポンプ光線にまとめ
られることと理解すべきである。

【００１０】 その際本発明は、縦型のポンプ配置の場合、結晶板を２回通過するポンプ光線
が比較的小さい割合、実際には３０％以下しか吸収されず、またこうして効率的
に、別の結晶板を光学的に励起するために使用されるという考察から出発する。
従来の技術で知られた、縦型に励起される配置の際と異なり、こうしてポンプ光
線は新たに同一の結晶板内に入力されるのではなく、光学的にその後に配置され
た結晶板を励起するために使用される。

【００１１】 本発明の有利な実施例では、レーザ光線およびポンプ光線が同一の平面内に広
がっている。換言すると、ポンプ光線およびレーザ光線の光学的軸線は同一平面
上にある。この措置により固体レーザの、特にコンパクトな構成が達成される。

【００１２】 本発明の別の有利な実施例では、レーザ光線とポンプ光線が互いにコリニアー
に延び、その際、特にレーザ光線の光学的軸線はポンプ光線の光学的軸線と合致
する。このことは固体レーザの、特にコンパクトな構成を可能にする。

【００１３】 これに対し代替的に、ポンプ光線とレーザ光線の光軸とを同一平面上に配置す
る際、これらを互いに傾斜して配置することも可能である。こうすると、ポンプ
光線の光線経路のジオメトリからの、共振器ジオメトリの解除が可能になる。

【００１４】 好ましくは、結晶板の平らな面の各々に、ポンプ光線およびレーザ光線を結晶
板内へ復帰反射させる鏡面が設けられる。それにより一方ではポンプ光線の光路
長が長くなる。他方では、結晶板を光学的に不透過で熱的に良伝導性の金属製冷
却要素上に形成することも可能である。

【００１５】 特に好ましい実施例では、結晶板を、レーザ光線に対し折り畳まれた光路が生
ずるよう配置する。これは共振器のコンパクトな構成を可能にする。

【００１６】 本発明の特に好ましい実施例では、ポンプ光線の伝搬方向に光学的に相前後し
て配置された結晶板がほぼ同一のポンプ光パワーを吸収する。この措置により、
各結晶板が位置する冷却要素の構造的な設計が等しいように、結晶板の各々が等
しいレーザパワーを持つ全ての固体レーザに寄与し、また等しい方法で熱的に負
荷されることを保証できる。それにより構造的な費用が低減する。

【００１７】 吸収するポンプ光パワーの均一化は、好ましくは結晶板の厚みの変更により行
われ、その際唯一のポンプ光線を使用するときは、結晶板の厚みをポンプ光線の
伝搬方向に増大させる。

【００１８】 近似的に同一強さの、逆向きに入力する２つのポンプ光線を使用する場合、そ
れに応じ結晶板の厚み分布を共振器の中心に対し対称とすべく、結晶板の厚みが
中心から縁に向かって減少するよう結晶板を配置するとよい。換言すれば、両方
の外側の結晶板は等しい厚みであり、内側に位置する結晶板よりも薄い。

【００１９】 本発明の他の実施例では、吸収されるポンプ光パワーを均一化すべく結晶板の
組成、特にドーピングを互いに異ならせ、唯一のポンプ光線を使用するときは、
ドーピングをポンプ光線の伝搬方向に結晶板から結晶板へと増大させる。

【００２０】 本発明の有利な実施例では、共振器内部に、結晶板から出るポンプ光線の焦点
を光学的に後段に接続された結晶板上に合わせる、少なくとも１つの結像要素が
配置される。それにより、結晶板から出る質の悪いビーム、即ち大きな広がりを
持つポンプ光線も、すぐ次の結晶板において励起のために完全に利用できる。前
段に配置された結晶板から広がって出るポンプ光線は、予め定められたビーム直
径で光学的に後段に配置された結晶板上に当たるよう集束される。その際、前段
に配置された結晶板から出るポンプ光線は、光学的に後段に配置された結晶板上
に結像される、即ち後続の結晶板が近似的に像平面内に、また前段に接続された
結晶板が結像要素の物体平面内に位置することが好ましい。

【００２１】 本発明の別の好ましい実施例では、結像要素がほぼポンプ光線の光路のみに影
響する。何故なら、共振器内部でのレーザ光線のビーム整形がその高いビーム質
に基づいて不要だからである。

【００２２】 本発明の別の好ましい実施例では、ポンプ光線の光軸とレーザ光線の光軸とが
互いに近似的にコリニアーである。このことは、僅かな光学的構成要素を持つ、
特にコンパクトな構成を可能にする。何故なら、この場合結晶板が同時にポンプ
光線の伝搬方向を決定するからである。

【００２３】 結像要素として中心開口を持つレンズを設けるとよい。それに伴い、結像要素
によりポンプ光線の光路のみが影響を受け、その広がりが僅かなレーザ光線は乱
されずに共振器内を伝搬する。

【００２４】 これとは代替的に、結像要素として、表面が環状の縁範囲内でのみ湾曲し、中
心範囲が光学的に面平行な表面を持つ板の如く振舞うレンズを設けてもよい。

【００２５】 本発明の別の有利な実施例では、環状の横断面を持つポンプ光線が共振器内に
入力される。

【００２６】 別の好ましい実施例では、結像要素として波長選択的にレーザ光線は反射し、
ポンプ光線を透過する平面と、光学的にその後に配置された反射凹面とを持つ鏡
要素を設ける。代替的に、結像要素として、中央範囲内に反射面を持つ平面と、
光学的にその後に配置された反射凹面とを持つ鏡要素を設けてもよい。

【００２７】 代替的な実施例では、結像要素がレーザ光線およびポンプ光線の両光路に影響
し、その際に共振器鏡の少なくとも１つは、これらが共振器内部の結像要素と一
緒に安定な共振器を形成するように湾曲された反射面を持つ。

【００２８】 共振器内にポンプ光線を入力するため、レーザ光線に対し反射性であり、ポン
プ光線に対し透過性である波長選択性の共振器鏡を設けるとよい。これは、共振
器内へのポンプ光線の特に簡単な入力を可能にする。

【００２９】 これに対し代替的に、レーザ光線の光路内にポンプ光線を入力するため、ビー
ムスプリッターを設けてもよい。

【００３０】 本発明の別の好適な実施例では、レーザ光線を出力するため、レーザ光線の少
なくとも一部を透過し、ポンプ光線を反射する波長選択性の共振器鏡を設ける。
それによりポンプパワーの特に効率的な利用が達成される。

【００３１】 別の好ましい実施例では、ポンプ光線の光軸がレーザ光線の光軸に対して少な
くとも部分的に傾斜して延び、かつポンプ光線を結像するための結像要素がレー
ザ光線により捕捉される共振器の体積の外側に配置される。この措置により、ポ
ンプ光線の結像又は焦点合わせのために必要な結像要素を、レーザ光線の光路に
影響しないよう簡単な方法で保証する配置が得られる。

【００３２】 共振器内に、その中で互いに逆方向に伝搬する２つのポンプ光線を入力すると
よい。この方法で、光学的軸線がコリニアーな場合、折り畳まれた光路内に相前
後して配置される結晶板の数を高めることができる。

【００３３】 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

【００３４】 図１の固体レーザは、終端鏡として働く共振器鏡４と、出力鏡として働く共振
器鏡６と共同してレーザ光線Ｌに対する折り畳まれた光路を持つ共振器８を確定
し、かつ背面を鏡面化された４つの結晶板２ａ〜ｄとを含む。共振器の外側に、
共振器鏡４を介し共振器８内に入力するポンプ光線Ｐを発生するポンプ光源１０
が配置される。終端又は入力鏡として働く共振器鏡４は、そのためレーザ光線Ｌ
に対し高反射性であり、かつポンプ光線Ｐに対し透過性である。

【００３５】 出力鏡としての役割をする共振器鏡６は、実施例ではポンプ光線Ｐに対し高反
射性であり、レーザ光線Ｌに対し部分透過性（５〜１０％）である。

【００３６】 ポンプ光線Ｐとレーザ光線Ｌの光学的軸線は、ジグザグ状に結晶板２ａ〜２ｄ
間を延びる多くの区間から形成される。これら各区間は、ポンプ光線Ｐ並びにレ
ーザ光線Ｌの両光学的軸線が１つの平面内に位置するよう、平面をなしている。
さらに、ポンプ光線Ｐとレーザ光線Ｌの両光学的軸線は、共振器８内で互いに同
一平面上にある。即ちそれらは共通の平面内に延びている。実施例ではさらにポ
ンプ光線Ｐとレーザ光線Ｌの両光学的軸線は共振器８の内部で互いにコリニアー
であり、かつ合致する。

【００３７】 図面では、ポンプ光線Ｐとレーザ光線Ｌを、各光学的軸線を示すことで表示し
ており、判り易くするためポンプ光線Ｐの光学的軸線を示す線は破線、レーザ光
線Ｌの光学的軸線を示す線は実線で示している。実際には、ポンプ光線Ｐとレー
ザ光線Ｌは各々ビーム束から成り、レーザ光線Ｌは高いビームの質に基づいてほ
ぼ平行なビーム束を形成し、他方ポンプ光線Ｐは高い発散度を持つ。

【００３８】 図２によれば、各結晶板２を冷却要素１２上に配置し、熱伝導性を高めるべく
冷却要素１２と結晶板２との良好な熱的接触を保証するため、可延性の金属から
成る良熱伝導性の中間層を使用する。それら冷却要素１２の方を向いた平らな表
面２０上に、結晶板２が反射性の層２２を備えるので、向かい合う平らな表面２
４に入射するポンプ光線Ｐは、結晶板２を厚み方向に横断した後で反射され、結
晶板２を新たに横断し、平らな表面２４から出射する。このポンプ配置は縦型の
ポンプ配置である。即ちポンプ光線Ｐは結晶板２の平らな表面の１つ、例えば平
らな表面２４から入射し、平らな表面の１つ、例えば反射配置に基づいて同じく
平らな表面２４で新たに出射する。そのため、ポンプ光線Ｐの光学的軸線と平ら
な表面２４の垂線とは互いに平行に延びていてはならない。重要なのは、ポンプ
光線Ｐの光学的軸線が結晶板２の平らな表面２４と交差することだけである。

【００３９】 図３では、８つの結晶板２ａ〜２ｈが光学的に相前後して配置されている。こ
の実施例では２つのポンプ光源１０ａ、１０ｂが設けられる。何故なら、ポンプ
光源１０ａから発生されるポンプ光線Ｐａの、最初の４つの結晶板２ａ〜２ｄ内
で起こる吸収は、光学的にその後に配置された結晶板２ｅ〜２ｈの励起をもはや
十分な度合いに保証し得ないからである。両ポンプ光線Ｐａ、Ｐｂは互いに逆方
向に共振器８内を伝搬し、共振器８の互いに反対側の端で共振器鏡４又は６内に
入力し、その際この実施例では出力鏡として働く共振器鏡６はポンプ光線Ｐａ、
Ｐｂの波長に対し透過性である。レーザ光線Ｌの光路内にポンプ光線Ｐｂを入力
するため、共振器８の外側に配置してビームスプリッター２６が設けられる。

【００４０】 図４ａの実施例では、一方でポンプ光線Ｐに対する、また他方でレーザ光線Ｌ
に対する上述の相異なる伝搬条件が一層強調されている。第１共振器内部のレン
ズ３０内で、例えばレーザダイオードスタックから発生されたポンプ光線Ｐが第
１の結晶板２ａ上に、平らな表面２４におけるその横断面が例えば約５ｍｍの直
径Ｄを持つ円板を形成するよう焦点を合わされる。この方法で決定された領域内
で、レーザ光線Ｌが発生する。結晶板２ａの背面上で反射され、かつそこから出
射するポンプ光線Ｐは高い発散度を有し、レンズ３２により、光学的に後段に配
置された結晶板２ｂ上に、この結晶板２ｂの平らな表面２４上に結晶板２ａのポ
ンプ光線Ｐにより照射された平面の像が発生するよう焦点を合わされる。レーザ
光線Ｌは、照射された平面の直径にほぼ匹敵する直径を持つ。このレーザ光線Ｌ
は、図面を見易くするため、両方の光線Ｐ、Ｌの光学的軸線と合致する線として
のみ表示した。実施例で使用するレンズ３０、３２は、光学的軸線の範囲内で孔
として、即ちリングレンズとして構成されており、それに伴い、これらレンズは
レーザ光線Ｌの結像又は焦点合わせを生じさせず、かつ共振器８のレーザ光線Ｌ
に影響する特性に作用を及ぼすこともない。

【００４１】 一実施例では、全ポンプ光線Ｐをレンズ３０、３２により捕捉し、かつ焦点合
せができるように、ポンプ光線Ｐをリング状の横断面とするのが好ましい。

【００４２】 各結晶板で吸収されるポンプパワーが、結晶板から結晶板へとポンプ光線のパ
ワーの減少にも係らず等しい大きさを保つように、結晶板２ａ〜２ｄの厚みｄ_a
〜ｄ_dを各々前段に配置した結晶板の数の増大と共に増大させる、即ち図中に図
解的に示すように、ｄ_a＜ｄ_b＜ｄ_c＜ｄ_dとするとよい。厚みの変化は、共振器８
内のポンプ光線に対する具体的な伝搬状況に適合させる。従って図３の配置では
、結晶板の厚みは各々共振器の中心に向かって増大し、それに伴いこの配置内で
は中心に配置した結晶板は共振器の端側に配置した結晶板より大きい厚みを持つ
。これに対し代替的に、組成、即ちドーピングを相応に設定できる。この場合、
結晶板の厚みは等しくし、ドーピングにＹｂ、レーザの能動媒体としてＹＡＧを
用いるなら、Ｙｂによるドーピングを各々前段に配置した結晶板の数の増大と共
に増大する。これに代えて、各結晶板が近似的に等しいポンプパワーを吸収する
よう、厚みとドーピングの双方を適宜変更してもよい。

【００４３】 図４ｂでは、共振器外部に平行な光束を形成するポンプ光線に代え、ポンプ光
源１０で発生され、発散するポンプ光線Ｐを使用する。この光線Ｐが共振器外部
のレンズ３１を経て共振器鏡上に結像され、この共振器鏡から出発して共振器内
部を、結晶板２ａ（‐ｄ）から出発する各ポンプ光線と等しい方法で伝搬する。
その結果、共振器内部に結像のために使用するレンズ３２は同一にできる。

【００４４】 共振器内部の結像要素として、中心開口を持つレンズに代え、図５のように、
リング状の範囲４２にのみ湾曲した表面４４を有し、その中央の範囲４６は各々
平らな表面を持つレンズ３４を使用してもよい。

【００４５】 図６の実施例では、固体レーザは４つの結晶板２ａ〜２ｄを含み、これら結晶
板は列内に配置され、かつそれらに向かい合って各々鏡要素５０ａ〜５０ｄが設
けられる。結晶板２ａ〜２ｄに入射するレーザ光線Ｌとポンプ光線Ｐは、光学的
に後段に配置された結晶板２ａ〜２ｄへの新たな入射前に鏡要素５０ａ〜５０ｄ
において反射される。

【００４６】 図７ａによれば、鏡要素５０はその結晶板の方に向いた表面５２を平面鏡とし
て、またレーザ光線Ｌ又はポンプ光線Ｐの伝搬方向にその後に位置する表面凹面
鏡５４として形成され、表面５２はレーザ光線Ｌに対し高反射性で、ポンプ光線
Ｐに対し透過性であり、また背面の表面５４はポンプ光線Ｐに対し高反射性であ
る。この方法で、レーザ光線Ｌのビームフォーミングがそれと同時に現れること
なしに、ポンプ光線Ｐは再び焦点を合わされる。

【００４７】 これに対し代替的に、図７ｂのように、レンズを結像のために使用する実施例
に類似して、表面５２の波長選択性でなくてよい空間的に変化する鏡面化、例え
ば単にレーザ光線Ｌの直径に適合した板状の中央表面５２の鏡面化および表面５
４の完全な鏡面化を行ってもよい。換言すると、表面５２は鏡面５６の外側のリ
ング状範囲内でポンプ光線Ｐに対し高透過性であり、かつ背面の表面５４は少な
くともポンプ光線Ｐに対し高反射性である。

【００４８】 図８の実施例では、ポンプ光線は共振器鏡４、６の１つにより入力されるので
はなく、レーザ光線Ｌに対して直角方向からビームスプリッター６０によって入
力される。このような入力は、特に多数の結晶板、例えば８つ以上の多い結晶板
が光学的に結合されるので、ポンプ光線Ｐの両側からの入力では共振器８の中央
に配置した結晶板を励起するのにもはや不十分であるときに有利である。この場
合、共振器８の内部に配置したこのようなビームスプリッター６０により、任意
の個所でポンプ光線をレーザ光線Ｌの光路内に入力できる。

【００４９】 図９の実施例でも、ビームスプリッター６０を用いて入力が行われる。この実
施例では、安定な共振が生ずるよう、共振器鏡４、６の少なくとも１つに湾曲し
た反射性の表面６１が設けられる。この実施例では、ポンプ光線Ｐの焦点合わせ
に使用される共振器内部の結像要素、例えば図５の実施例と相違して中央範囲内
に湾曲した表面を持つレンズ６２、６３により、レーザ光線Ｌのビームフォーミ
ングを実行することも可能である。共振器鏡の使用により各々所望のビームフォ
ーミング特性を持つ共振器が生ずる。

【００５０】 図１０の実施例では、レーザ光線Ｌとポンプ光線Ｐの光学的軸線は同じく単一
の共通平面内を延びているが、互いに傾けられ、従ってコリニアーでない。この
ことは図面中にレーザ光線Ｌおよびポンプ光線Ｐの表面２４を切る光学的軸線間
の角度α１、α２により示されている。そのため各結晶板２ａ〜２ｃに偏向鏡ユ
ニット６４ａ〜ｃが設けられ、この偏向鏡ユニットが垂線に対し僅かな角度βで
、結晶板２ａ〜２ｃの表面から出射するレーザ光線Ｌを偏向させ、かつ光学的に
後段に設けられた偏向鏡６４ａ〜ｃを経てこれら結晶板２ａ〜ｃ上に投影される
。ポンプ光線Ｐはより大きい入射角度α１＋βの下に結晶板２ａ〜ｃ上に当たる
ので、ポンプ光線Ｐとレーザ光線Ｌは結晶板２ａ〜ｃ付近の小さい範囲内でのみ
重なる。互いに異なる方向に向く光学的軸線に基づき、ポンプ光線Ｐとレーザ光
線Ｌの分離が行われるので、すぐ次の結晶板２ａ〜ｃ上へのポンプ光線Ｐの伝達
に必要な光学的結像要素はレーザ光線Ｌの光路の外側に配置される。実施例では
、そのため各凹面鏡６６を設けている。さらに、共振器内にポンプ光線Ｐを入力
するため、ビームスプリッターも、透過性の共振器鏡も不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による固体レーザの概要原理図。

【図２】 結晶板を含んでいるレーザ要素の原理的構成を示す断面図。

【図３】 ２つのポンプ光線が共振器内に入力される本発明による固体レーザ。

【図４】 ａ、ｂはポンプ光線が共振器の内部で結晶板上に焦点を合わされる各実施例。

【図５】 ポンプ光線の焦点を合わせるために適したレンズの代替的な実施例。

【図６】 共振器の内部の結像要素として鏡が設けられた実施例。

【図７】 ａ、ｂは図６による実施例に適した各鏡の拡大図。

【図８】 共振器内へのポンプ光線の代替的な実施例。

【図９】 湾曲した表面を持つ共振器鏡を持つ実施例。

【図１０】 レーザ光線の光路およびポンプ光線の光路が互いにコリニアーでない実施例。

【符号の説明】

２、２ａ〜２ｈ 結晶板 ４、６ 共振器鏡 ８ 共振器 １０、１０ａ、１０ｂ ポンプ光源 １２ 冷却要素 ２０、２４、４４、４８、５２、５４、６１ 表面 ２２ 層 ２６、６０ ビームスプリッター ３０、３１、３２、６２、６３ レンズ ３４ 開口 ４２ リング状の範囲 ４６ 中央の範囲 ５０、５０ａ〜５０ｄ 鏡要素 ５６ 鏡面 ６４ａ〜６４ｃ 偏向鏡要素 ６６ 凹面鏡 Ｌ レーザ光線 Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ ポンプ光線 Ｄ 直径 α１、α２、β 角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F072 AB01 AK03 KK06 KK15 KK18 PP07

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振器（８）内に配置され、互いに光学的に結合され、さら
   にレーザ光線（Ｌ）に対する共通の光路を形成する多数の結晶板（２、２ａ〜ｈ
   ）から成り、レーザ光線（Ｌ）を発生する能動媒質と、光軸が光学的に相前後し
   て配置された多くの結晶板（２ａ〜２ｈ）の平らな面（２０、２４）と交わるポ
   ンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）を発生するためのポンプ光源（１０、１０、１０ｂ
   ）とを持つことを特徴とする固体レーザ。
2. 【請求項２】 レーザ光線（Ｌ）とポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）とが同一
   の平面内に広がることを特徴とする請求項１記載のレーザ。
3. 【請求項３】 レーザ光線（Ｌ）とポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）とが互い
   にコリニアーであることを特徴とする請求項２記載のレーザ。
4. 【請求項４】 ポンプ光線（Ｐ）の光軸がレーザ光線（Ｌ）の光軸に対し傾
   斜して延びることを特徴とする請求項２記載のレーザ。
5. 【請求項５】 結晶板（２、２ａ〜ｈ）の平らな面（２０）の各々に、ポン
   プ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）およびレーザ光線（Ｌ）を結晶板（２、２ａ〜２ｈ）
   内へ復帰反射させる鏡面（２２）が設けられたことを特徴とする請求項１ないし
   ４の１つに記載のレーザ。
6. 【請求項６】 結晶板（２、２ｃ〜２ｈ）が、レーザ光線（Ｌ）に対し折り
   畳まれた光路を生ずるよう配置されたことを特徴とする請求項５記載のレーザ。
7. 【請求項７】 ポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）の伝搬方向に、光学的に相前
   後して配置された結晶板（２、２ａ〜２ｈ）がほぼ同一のポンプ光パワーを吸収
   することを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載のレーザ。
8. 【請求項８】 吸収するポンプ光パワーを均一にすべく結晶板（２、２ａ〜
   ２ｈ）の厚み（ｄ）が互いに異なることを特徴とする請求項７記載のレーザ。
9. 【請求項９】 吸収するポンプ光パワーを均一にすべく各結晶板（２、２ａ
   〜２ｈ）の組成が異なることを特徴とする請求項７又は８記載のレーザ。
10. 【請求項１０】 共振器（８）の内部に、結晶板（２、２ａ〜ｈ）から出る
    ポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）の焦点を光学的に後段に接続された結晶板上に合
    わせるべく少なくとも１つの結像要素（３０、３２、４０、５０、５０ａ〜ｄ、
    ６４）が配置されたことを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載のレーザ。
11. 【請求項１１】 結像要素（３０、３２、４０、６４）が、ほぼポンプ光線
    （Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）の光路のみに影響を及ぼすことを特徴とする請求項１０記載
    のレーザ。
12. 【請求項１２】 ポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）の光軸およびレーザ光線（
    Ｌ）の光軸が、互いに近似的にコリニアーであることを特徴とする請求項１ない
    し１１の１つに記載のレーザ。
13. 【請求項１３】 結像要素として中心開口（３４）を持つレンズ（３０、３
    ２）が設けられたことを特徴とする請求項１２記載のレーザ。
14. 【請求項１４】 結像要素（４０）として、表面（４４）が環状の縁範囲（
    ４２）内でのみ湾曲するレンズ（４０）が設けられたことを特徴とする請求項１
    ２記載のレーザ。
15. 【請求項１５】 環状の横断面を持つポンプ光線（Ｐ）が共振器（８）内に
    入力されることを特徴とする請求項１３又は１４記載のレーザ。
16. 【請求項１６】 結像要素として、波長選択的にレーザ光線（Ｌ）を反射し
    かつポンプ光線（Ｐ）を透過する平面（５２）と、光学的にその後に配置された
    反射する凹面（５４）とを持つ鏡要素（５０、５０ａ〜ｄ）が設けられたことを
    特徴とする請求項１２記載のレーザ。
17. 【請求項１７】 結像要素として、中央範囲内に反射面を持つ平面（５２）
    と、光学的にその後に配置された反射する凹面（５４）とを持つ鏡要素（５０、
    ５０ａ〜ｄ）が設けられたことを特徴とする請求項１２記載のレーザ。
18. 【請求項１８】 結像要素（６２、６３）がレーザ光線（Ｌ）およびポンプ
    光線（Ｐ）の両光路に影響することを特徴とする請求項１０記載のレーザ。
19. 【請求項１９】 共振器鏡（４、６）の少なくとも１つが、これらが共振器
    内部の結像要素（６２、６３）と一緒に安定な共振器を形成するよう湾曲された
    反射面を持つことを特徴とする請求項１８記載のレーザ。
20. 【請求項２０】 共振器（８）内にポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ）を入力す
    るため、レーザ光線に対し反射性でかつポンプ光線に対し透過性である波長選択
    性の共振器鏡（４、６）が設けられたことを特徴とする請求項１２ないし１９の
    １つに記載のレーザ。
21. 【請求項２１】 レーザ光線（Ｌ）の光路内にポンプ光線（Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ
    ）を入力するため、ビームスプリッター（６０）が設けられたことを特徴とする
    請求項１２ないし１９の１つに記載のレーザ。
22. 【請求項２２】 レーザ光線（Ｌ）を出力するため、レーザ光線（Ｌ）の少
    なくとも一部を透過しかつポンプ光線（Ｐ）を反射する波長選択性の共振器鏡（
    ６）が設けられたことを特徴とする請求項２０又は２１記載のレーザ。
23. 【請求項２３】 ポンプ光線（Ｐ）の光軸がレーザ光線（Ｌ）の光軸に対し
    て少なくとも部分的に傾斜して延びており、かつポンプ光線（Ｐ）を結像するた
    めの結像要素（６４）がレーザ光線（Ｌ）により捕捉される共振器（８）のボリ
    ュウムの外側に配置されたことを特徴とする請求項９又は１０記載のレーザ。
24. 【請求項２４】 共振器（８）内に、共振器（８）内で互いに逆方向に伝搬
    する２つのポンプ光線（Ｐａ、Ｐｂ）が入力されることを特徴とする請求項１な
    いし２３の１つに記載のレーザ。