JP2010107661A - レーザ光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力レーザ光における経時的な品質劣化を従来よりも低減することが可能なレーザ光発生装置を提供する。
【解決手段】外部共振器１５内のナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂを、誘電体により構成する。これにより、レーザ光の吸収による熱発生に起因した、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの経時的変化が抑えられる。また、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂにおけるレーザ光の入射面（透過面）Ｓ１，Ｓ２１等が、互いに非平行な光学平滑面となっていると共に、それら光学平滑面への入射レーザ光（レーザビームＬＢ）の少なくとも一部が屈折されるようにする。これにより、散乱光に起因した外部共振器１５内の光学素子（波長変換結晶１５２等）の経時劣化が抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源および共振器を有するレーザ光発生装置に関する。

一般に、レーザ共振器や外部共振器（波長変換器）内には、極めて大きな強度のレーザ光が伝搬している。そのため、共振器内のレーザ結晶や波長変換素子等の光学素子をレーザ光が通過するとき、レーザ光の吸収や電界破壊により、様々な問題が発生する。

例えば、レーザ結晶内では、励起電流や励起光のうちのレーザ発振に関与しなかったエネルギーが熱分布を発生し、屈折率分布や屈折率異方性を通じて、レーザ光の品質を劣化させる。また、レーザ光の通過する材質が時間と共に化学変化を起こし、着色や透過率低下、不均一化などを通じて、経時的にレーザ光の品質を劣化させる。ここで、上記のような材料の化学変化に起因したレーザ光の品質劣化の度合いは、一般にレーザ波長が短いほど大きいため、赤外光よりも可視光、可視光よりも紫外光の方が大きい。

このような熱に起因する歪みや屈折率分布によるレーザ光の品質劣化を回避するには、熱伝導率の大きな材料を使用したり発熱量を低減させるなどにより、温度分布を小さくする方法がある。また、化学変化を低減するには、信頼性の高い物質や不純物少ない材料、構造による変化をキャンセルさせる方法などが用いられる。しかしながら、変化量が大きい場合には、このような手法では完全に除去できず、長時間使用すれば徐々に増大する場合も多い。

そこで、従来、共振器内のレーザ光の品質劣化を低減する方法の１つとして、金属製の開口やスリット、ナイフエッジ等を使用している。これらの素子は、品質の劣化したビームに対して高い共振器内損失を与えると共に、望ましいビーム形状（低次モードなど）に対する光学損失を低くして損失差を生じさせることにより、共振器内に、高品質なレーザ光のみが存在するよう幇助する素子である。

しかしながら、金属製のこうした素子では、レーザ光の高い強度のため、僅かな吸収によっても、レーザ光路に接している部分が高温となる。そのため、融解や気化、または酸化などの化学変化によって経時的に変形するため、当初の目的を果たすことができなくなるという問題があった。特に、素子内に加工時の不均一性やバリなどが存在する場合、その部分にレーザ光の電界が集中して電界破壊が発生したり、先端部分が高温となって起点となり、周囲が比較的短時間で変質または変形してしまう。

そこで、近年では、例えば特許文献１，２に示されたようなナイフエッジが提案されている。

特開平４−１５８９９８号公報 特開平８−２７４３９７号公報

上記特許文献１では、精密な形状を確保するためにガラスまたは誘電体の基板を使用すると共に、そのような基板上にリソグラフィーなどの方法によってクロム等の金属膜を蒸着するようにした、精密開口やスリットなどの素子が提案されている。しかしながら、やはり金属における光吸収に起因して、従来と同様に、長時間のうちに光路に接している部分が変質・変形してしまうことになる。

一方、上記特許文献２では、金属を使用せず、ガラスや石英などの誘電体の基板を加工することにより、開口やスリット・ナイフエッジ等を形成した素子が提案されている。このような素子では、材料自体による光吸収が少なく、また融点も高いため、変形しにくいと共に金属のものと比べて寿命が長くなるという利点がある。

しかしながら、粗面で散乱したレーザ散乱光が、共振器内または周辺にある電線被覆（フレキシブル基板を含む）やポリマー部品に長時間照射され、ガスの発生やポリマーの変形・焼損などを起こす問題があった。また、発生したガスが、強力なレーザ光の存在により、光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長法）のような過程を経て光学系に付着し、２次的な問題を起こすこともある。さらに、紫外線共振器の場合、散乱光が周囲に広がることにより、全ての素子が化学変化により劣化してしまい、共振器の効率が低下してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、出力レーザ光における経時的な品質劣化を従来よりも低減することが可能なレーザ光発生装置を提供することにある。

本発明のレーザ光発生装置は、光源と、誘電体からなるナイフエッジを含んで構成され、光源からの入射光を共振させることにより出力レーザ光を発生させる共振器とを備えたものである。また、上記ナイフエッジは、共振器内のレーザ光が透過すると共に互いに非平行な複数の光学平滑面を有し、それら光学平滑面への入射レーザ光の少なくとも一部を屈折させることによりその屈折光を主ビームと互いに分離させるようになっている。

本発明のレーザ光発生装置では、ナイフエッジが誘電体により構成されているため、従来の金属製のものとは異なり、ナイフエッジにおいて入射レーザ光が吸収されない。したがって、そのような吸収による熱発生に起因した、ナイフエッジの経時的変化が抑えられる。また、ナイフエッジにおけるレーザ光の入射面（透過面）が互いに非平行な複数の光学平滑面となっていると共に、それら光学平滑面への入射レーザ光の少なくとも一部が屈折されるようになされるため、主ビームと分離された光（屈折光）が一定の方向へ進行するようになる。したがって、従来のような光学粗面において分離される場合と比べて散乱光の発生が低減し、そのような散乱光に起因した共振器内の光学素子の経時劣化が抑えられる。

本発明のレーザ光発生装置によれば、ナイフエッジを誘電体により構成するようにしたので、レーザ光の吸収による熱発生に起因した、ナイフエッジの経時的変化を抑えることができる。また、ナイフエッジにおけるレーザ光の入射面（透過面）が互いに非平行な複数の光学平滑面となっていると共に、それら光学平滑面への入射レーザ光の少なくとも一部が屈折されるようにしたので、散乱光に起因した共振器内の光学素子の経時劣化を抑えることができる。よって、出力レーザ光における経時的な品質劣化を従来よりも低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ光発生装置（レーザ光発生装置１）の全体構成を表すものである。このレーザ光発生装置１は、基本波Ｌ１１としてのレーザ光（例えば、赤色波長領域のレーザ光）に対して波長変換がなされたレーザ光（波長変換光Ｌ１２；例えば、緑色波長領域のレーザ光）を外部へ出力するものである。レーザ光発生装置１は、基本波レーザ１１と、ＲＦ信号源１２と、位相変調器１３と、モードマッチングレンズ１４と、外部共振器１５と、レンズ１６とを備えている。

基本波レーザ１１（基本波光源）は、基本波Ｌ１１としてのレーザ光を射出する光源（レーザ光源）を含んで構成されている。このような基本波Ｌ１１としては、例えば赤外波長領域から紫外波長領域（例えば、２０００ｎｍ〜２５０ｎｍ程度の波長領域）のレーザ光が用いられる。また、そのような赤外波長領域から可視光波長領域、紫外波長領域のレーザ光を発する光源としては、例えばネオジム、イットリビウムやエルビウム等の希土類イオンを、結晶やガラス、ファイバー等へドープしたレーザ材料を用いる、Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＶＯ４，Ｙｂ：ＹＡＧ，Ｙｂファイバー、Ｅｒファイバーなどのレーザ光源または、線幅が狭窄化された、外部共振器半導体レーザまたはＤＦＢ（Distributed Feedback）半導体レーザ、およびそれらの高調波（和周波、第二高調波、第四次高調波など）などが用いられる。

ＲＦ信号源１２は、必要に応じて電気的に増幅されたキャリア（ＲＦ信号）を位相変調器１３へ供給するものである。このようなＲＦ信号の一部は、外部共振器１５の誤差信号復調の際に局所発振器として使用される。なお、ＲＦ信号源１２からの出力で充分な場合も多いが、外部共振器１５の誤差信号のＳ／Ｎを充分大きく確保する為に、位相変調器１３との間に電気信号の増幅器などを入れることも有効である。

位相変調器１３は、波長λ₁のレーザ光（基本波Ｌ１１）にサイドバンドを付加するものである。この位相変調器１３は、後段の外部共振器１５において、ＦＭサイドバンド法を用いたロッキングを行うために設けられる。例えば、位相変調器１３に、ＲＦ信号源１２で生成されたＲＦ信号が供給されると、これにより位相変調器１３を通過したレーザ光がＲＦ周波数に応じた位相変調を受ける。具体的には、位相変調器１３に、ＲＦ信号源１２からキャリア周波数ｆ１が供給されると、位相変調器１３を通過するレーザ光Ｌ１１の周波数ｆ_Ｌの周囲にサイドバンドが付加され、ｆ_Ｌ±ｆ１などの周波数を有する光が発生するようになっている。なお、この位相変調器１３の設置数は１台であることが、コスト上および信頼性保持上望ましいが、複数台であってもよい。また、波長変換後のレーザ光Ｌ１２に位相変調器を追加してもよい。

モードマッチングレンズ１４は、図示しないミラーなどと共に用いられ、外部共振器１５の固有モードにレーザ光（基本波Ｌ１１）が空間的に重なる（モードマッチング）ように調整する光学素子である。

外部共振器１５は、波長λ₁のレーザ光（基本波Ｌ１１）を共振させて波長変換を行うことにより、出力レーザ光としての波長変換光Ｌ１２を発生させるものである。すなわち、この外部共振器１５は、波長変換器（具体的には、ボウタイ形の波長共振器）として機能するものである。外部共振器１５は、例えば４枚のミラー１５１ａ〜１５１ｄを有し、ミラー１５１ａとミラー１５１ｂとの間に波長変換結晶１５２が配設されると共に、ミラー１５１ｃとミラー１５１ｄとの間に後述するナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂが配設されたものである。また、この外部共振器１５には、後述するビームダンプ１５４ａ，１５４ｂが設けられている。波長変換結晶１５２は、非線形光学素子であり、入射光の波長を例えば１／２に変換するようになっている。この波長変換結晶１５２は、例えばＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）結晶などにより構成されている。

このような外部共振器１５では、モードマッチとインピーダンスマッチが両立した状態にあり、周回の光路長（共振器周回長）がある値のときに共振し、更にこの光路長が波長λ₁だけ変化するごとに共振状態となる。このため、図示しないが、共振保持のためのサーボ機構が設けられると共に、ミラー１５１ａ〜１５１ｄの少なくとも１つには、ＶＣＭ素子やＰＺＴ素子などの光路長可変手段が設置されている。これにより、共振器反射光のＰＤ検出後に局所発信器を用いて復調して得られた誤差信号と組み合わせて、共振器周回長が波長の整数倍になるようサーボ制御され、共振状態が維持（ロッキング）される。なお、このようなサイドバンドを付加したレーザ光の共振状態を維持して波長変換を行う手法は、いわゆるＦＭサイドバンド法と呼ばれるものである。

このようにして外部共振器１５では、基本波レーザ１１からの基本波Ｌ１１が、ミラー１５１ａ〜１５１ｄで反射されつつ波長変換結晶１５２を通過することにより、基本波Ｌ１１から波長変換光Ｌ１２への波長変換がなされるようになっている。具体的には、例えば近赤外波長領域のレーザ光（基本波Ｌ１１）から、例えば緑色波長領域（５００ｎｍ〜５５０ｎｍ程度の波長領域）のレーザ光（２倍波からなる波長変換光Ｌ１２）への波長変換が行われる。

ここで、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂは、誘電体により構成されており、入射レーザ光の少なくとも一部を屈折させることにより、その屈折光を主ビームと互いに分離させるものである。すなわち、主ビームにおける高次モードを除去することにより、基本モードなどの所望のモードが得られるようにするための光学素子である。また、そのような誘電体としては、使用波長で透明で吸収がほとんどなく（入射レーザ光の波長領域において、例えば１％／ｍｍ以下の光吸収係数を有するもの）、融点の高いものが望ましい。具体的には、石英（合成石英）、サファイアなどの酸化物誘電体や、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムなどのフッ化物誘電体は、この条件を満たすものである。また、使用条件によっては、ガラスを用いるようにしてもよい。このようなナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂは、誘電体の部材を、例えば超音波カッター、ダイヤモンドカッターまたはマルチブレードソー等の工具で切り出したのち、端面に簡単な光学研磨を施すことにより作製される。この際、研磨の面精度および面粗度は、透過光や反射光を共振または出力して使用するわけではないため、通常のレーザ光に要求される研磨レベルほどは必要がない。また、特に融点の低いガラスを用いた場合、量産においては金属などの鋳型により成形することもできる。なお、これらナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの詳細構成については、後述する。

また、ビームダンプ１５４ａ，１５４ｂは、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂからの屈折光（図１中の破線で示した光線のもの）を取り込むことにより、そのような屈折光が外部共振器１５内の他の光学素子（波長変換素子１５２やミラー１５１ａ〜１５１ｄなど）へと照射されないようにするための光学部材である。具体的には、狭い入り口から内部にビームを入射し、内部で散乱・吸収させることにより、外部に出る光を低減することが可能な素子である。ただし、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂのうちのどちらか一方のみが配置されているような場合には、それに対応して、ビームダンプ１５４ａ，１５４ｂのうちのどちらか一方のみを設けるようにすればよい。また、ここでは外部共振器１５がボウタイ形共振器となっているため、共振する光の進行方向が容易に一方向となり、必要なビームダンプの数も削減することが可能となっている。

次に、図２〜図４を参照して、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの詳細構成について説明する。図２は、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの詳細構成例を表したものであり、図２（Ａ）は平面構成例を、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面構成例を、それぞれ表している。また、図３（Ａ）は、図２（Ｂ）における符号Ｐ１部分を拡大して表したものである。

図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ）に示したように、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂはそれぞれ、互いに対向する端面Ｓ１および端面Ｓ２１，Ｓ２２と、同じく互いに対向する端面Ｓ３および端面Ｓ４とを有している。これらのうち、端面Ｓ１，Ｓ２１は互いに平行となっており、端面Ｓ３，Ｓ４も互いに平行となっている。一方、端面Ｓ１，Ｓ２２は互いに非平行となっており、端面Ｓ１，Ｓ２２間では、傾斜角α（材質の屈折率、共振器サイズやビームダンプの位置などの光路設計に依存するが、例えば、５〜１５°程度）をなしている。すなわち、端面Ｓ２２は、端面Ｓ１に対する傾斜面となっている（傾斜面Ｓ２２）。なお、端面Ｓ３，Ｓ４間では、角度β（同様に設計によって異なるが、例えば、６０°〜１２０°程度）をなしている。このように、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂはそれぞれ、誘電体の長方形（正方形）両面平行平板の端部に、傾斜角αの傾斜面Ｓ２２が形成されたものとなっている。

また、これらの端面のうち、互いに非平行な２つの端面Ｓ１，Ｓ２２は、例えば図４に示したように、外部共振器１５内のレーザ光（レーザビームＬＢ）が透過する端面であると共に、光学的な平滑面（光学平滑面）となっている。具体的には、レーザビームＬＢが透過する部分の端面近傍が、研磨や僻開などによる光沢面になっている。

なお、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂにおける断面形状は、図３（Ａ）に示したものには限られず、例えば、図３（Ｂ）〜（Ｆ）に示したような断面形状となっていてもよい。具体的には、図３（Ｂ），（Ｅ）では、角度βが鈍角となっており、図３（Ｃ），（Ｆ）では、角度βが鋭角となっており、図３（Ｄ）では、図３（Ａ）と同様に角度βが直角となっている。また、図３（Ｄ）〜（Ｆ）では、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）における端面Ｓ２１，Ｓ２２の代わりに端面Ｓ２３（傾斜面Ｓ２３）が形成されている。

このような構成によりナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂでは、例えば図４に示したように、光学平滑面からなる端面Ｓ２１，Ｓ１への入射レーザ光（レーザビームＬＢ）の少なくとも一部を屈折させることにより、その屈折光（反射光ＬＲ）を主ビームと互いに分離させるようになっている。この際、端面Ｓ２１，Ｓ１が光学平滑面であるため、これらの部分でのレーザ光の散乱が低減され、周囲への散乱光の照射が抑えられるようになっている。また、このときの屈折角や反射角は設計時に設定することができるため、意図した方向に光を偏向することができる。なお、入射ビーム（レーザビームＬＢ）が光軸ＬＯ上に戻ると、光学素子が損傷したり、基本波レーザ１１の動作が不安定となったりするため、レーザビームＬＢの入射方向と入射面（端面Ｓ２２）とが、傾いている（垂直でない）のが好ましい。これにより、光軸ＬＯ付近への反射光を防止しつつ、ナイフエッジとしての効果を利用できる。

なお、このようなナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂが、例えば図５に示したような光学スリット（スリット部）１５３−１や、図６に示したような光学アパーチャ（開口部）１５３−２として機能するように構成することも可能である。図５（Ａ）は、光学スリット１５３−１の平面構成例を表したものであり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面構成例を表したものである。また、図６（Ａ）は、光学アパーチャ１５３−２の平面構成例を表したものであり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面構成例を表したものである。

ここで、図５に示した光学スリット１５３−１では、ナイフエッジ１５３ａにおける端面Ｓ３とナイフエッジ１５３ｂにおける端面Ｓ３との間に、幅Ｄのスリットが形成されている。また、図６に示した光学アパーチャ１５３−２では、端面Ｓ３に囲まれた直径Ｄの円形状の開口が形成されている。なお、開口の形状は、他にも楕円形や正方形、長方形などであってもよい。

図５において、スリットの幅Ｄは、例えば、この部分を通過するレーザビーム直径２Ｗの１〜３倍程度の大きさを有するように設定される。また、図６において、利得や共振器損失などの設計パラメータによりその適正比率は変わるが、基本モードを低ロスで透過させ、横高次モードに大きなロスを与えるように、直径Ｄが設定される。これにより、開口周辺でのレーザ光の散乱が低減され、周囲への散乱光の照射量を抑えることができる。また、開口周辺に形成された傾斜面Ｓ２２により、損失となるレーザビームが、一定方向に回折されるようになっている。

次に、本実施の形態のレーザ光発生装置１の作用および効果について説明する。

このレーザ光発生装置１では、基本波レーザ１１から基本波Ｌ１１としてのレーザ光が射出されると、この基本波Ｌ１１は、位相変調器１３を通過する。この際、基本波Ｌ１１は、位相変調器１３において、ＲＦ信号源１２から供給されるＲＦ信号に基づいて、上述したようなサイドバンドが付加される。

ここで、位相変調器１３によって付加される側帯波（サイドバンド）周波数ｆ_ｂ（ｆ_ｂ＝ｆ１，ｆ２，…）がどの程度のδ’に相当するかは、一般に、ｆ_ｂ＝ｃδ’／２πＬ（ｃ：真空中の光速）で与えられる。上側帯波と下側帯波の極性が逆になっている為、共振点（反射率極小点）の付近では共振器反射光に含まれるＲＦ成分は局所発振器で検波されると誤差信号を与える。局所発振器の位相を合わせて共振の中心と誤差信号の０点を合わせた後に、サーボ回路により共振器長制御手段を駆動して共振点にロックする。ロックすると、見かけの反射率は著しく低下し、外部共振器１５への入射光の大部分が内部へ注入される。同時に、外部共振器１５内では、入射した基本波Ｌ１１よりもはるかに大きなパワーの光が周回するため、外部共振器１５内に置かれた波長変換結晶１５２における変換効率が高くなる。

位相変調器１３によりサイドバンドを付加された基本波Ｌ１１は、モードマッチングレンズ１４を介して、外部共振器１５に入力する。この外部共振器１５において、基本波Ｌ１１は、ミラー１５１ａ〜１５１ｄ間を周回することにより共振させられると共に、その過程において波長変換結晶１５２を通過することにより、１／２に波長変換される。これにより、外部共振器１５内部の巡回光のパワーが上昇し、基本波Ｌ１１の波長変換効率が高まる。また、この際、サイドバンドを用いた誤差信号により外部共振器１５がロッキングされる。このようにして波長変換されたレーザ光である波長変換光（２次高調波）Ｌ１２は、外部共振器１５から出力される。そしてこの波長変換光Ｌ１２は、レンズ１６を介して、出力レーザ光として外部へ出力される。

このとき、例えば、波長λ₁として１０６４ｎｍの波長を用いた場合には、上記外部共振器１５における波長変換により、５３２ｎｍの波長λ_２のレーザ光（波長変換光）Ｌ１２が出力される。

この際、本実施の形態の外部共振器１５では、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂが誘電体により構成されているため、従来の金属製のものとは異なり、これらナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂにおいて入射レーザ光が吸収されない。したがって、そのような吸収による熱発生に起因した、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの経時的変化が抑えられる。すなわち、吸収の大きい金属などとは異なり、吸収による高温化およびそれに伴う蒸発や融解がないため、長時間使用しても、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂが変形して性能が変化することがない。また、蒸発・融解により飛散する金属の付着・堆積に起因した外部共振器１５内の光学系素子（波長変換結晶１５２やミラー１５１ａ〜１５１ｄなど）の劣化が回避される。

また、例えば図２および図３に示したように、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂにおけるレーザ光の入射面（透過面）Ｓ１，Ｓ２２等が互いに非平行な光学平滑面となっていると共に、例えば図４に示したように、それら光学平滑面への入射レーザ光（レーザビームＬＢ）の少なくとも一部が屈折されるようになされる。これにより、主ビームと分離された光（屈折光；反射光ＬＲ）が一定の方向へ進行するようになる。したがって、従来のような光学粗面において分離される場合と比べて散乱光の発生が低減し、そのような散乱光による外部共振器１５内の光学素子（波長変換結晶１５２やミラー１５１ａ〜１５１ｄなど）の経時劣化が抑えられる。具体的には、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの周囲に存在する電線の被覆やポリマー物質、その他の光学素子が回折たり散乱して広がったレーザ光に照射されて焼損したり、ガスを発生することが抑えられる（または回避される）。また、例えば入射レーザ光が紫外線である場合は、短時間では問題なくとも長時間照射されることにより、化学的に変質したり、発生したガスがレーザＣＶＤのような過程によって紫外線の光軸上に付近にある光学部品上に堆積したりすることが回避される。

さらに、外部共振器１５内にビームダンプ１５４ａ，１５４ｂが設けられているため、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂからの屈折光（図１中の破線で示した光線のもの）が取り込まれることにより、そのような屈折光が外部共振器１５内の他の光学素子（波長変換素子１５２やミラー１５１ａ〜１５１ｄなど）へ照射されるのが、完全に回避される。

以上のように本実施の形態では、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂを誘電体により構成するようにしたので、レーザ光の吸収による熱発生に起因した、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂの経時的変化を抑えることができる。また、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂにおけるレーザ光の入射面（透過面）Ｓ１，Ｓ２１等が互いに非平行な光学平滑面となっていると共に、それら光学平滑面への入射レーザ光（レーザビームＬＢ）の少なくとも一部が屈折されるようにしたので、散乱光に起因した外部共振器１５内の光学素子（波長変換結晶１５２等）の経時劣化を抑えることができる。よって、出力レーザ光における経時的な品質劣化を従来よりも低減することが可能となる。

また、誘電体により構成することによってナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂ自身の劣化を低減させるだけでなく、光学系の他の部品や電気回路の配線などで使用されるポリマーの劣化を防ぐことが出来る。また、ポリマーの劣化によるガスの発生を防ぐことで、光学系全体の寿命を著しく伸ばすことができる。

なお、ナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂにおける断面形状は、本実施の形態で説明したもの（図３（Ａ）〜（Ｆ）に示したもの）には限られず、例えば、図７（Ａ）〜（Ｆ）に示したような断面形状となっていてもよい。すなわち、端面Ｓ１の代わりに、端面Ｓ１１と端面Ｓ１２（傾斜面Ｓ１２）とを形成したり、端面Ｓ１３（傾斜面Ｓ１３）とを形成したりすることにより、入射レーザ光の透過面の両面が傾斜面となっているようにしてもよい。

（変形例）
次に、本発明の変形例について説明する。なお、上記実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図８は、本発明の変形例に係るレーザ光発生装置（レーザ光発生装置２）の全体構成を表したものである。このレーザ光発生装置２は、励起光Ｌ２１をレーザ結晶２５２に照射してレーザ発振させることにより、出力レーザ光Ｌ２２を発生して外部へ出力するものである。レーザ光発生装置２は、励起光源２１と、マッチングレンズ２４と、レーザ共振器２５と、レンズ２６とを備えている。

励起光源２１は、励起光Ｌ２１を射出する光源である。このような励起光源２１としては、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＬＦレーザ、Ｙｂファイバーレーザ、Ｅｒファイバーレーザ等の第二高調波を出力するレーザなど、または、高出力半導体レーザ、およびその出力を増幅したレーザ、およびマルチモードファイバーへ結合した高出力半導体レーザ、場合によってはＬＥＤやＸｅなどのランプ光などを用いることができる。

マッチングレンズ２４は、必要に応じて図示しないミラーなどと共に用いられ、レーザ共振器２５の固有モードに励起光Ｌ２１がほぼ空間的に重なる（モードマッチング）ように調整する光学素子である。

レーザ共振器２５は、ミラー２５１ａ〜２５１ｄと、レーザ結晶２５２と、ナイフエッジ２５３ａ，２５３ｂと、ビームダンプ２５４ａ〜２５４ｄとを有している。このレーザ共振器２５は、入射した励起光Ｌ２１を共振させることにより、出力レーザ光Ｌoutを発生させるものである。

ミラー２５１ａ〜２５１ｄは、上記実施の形態の外部共振器１５におけるミラー１５１ａ〜１５１ｄに対応するものである。レーザ結晶２５２としては、例えばＮｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ，Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ，Ｔｉ：サファイア，Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：セラミック、Ｙｂ：セラミックなどを用いることができる。

また、ナイフエッジ２５３ａ，２５３ｂおよびビームダンプ２５４ａ〜２５４ｄはそれぞれ、外部共振器１５におけるナイフエッジ１５３ａ，１５３ｂおよびビームダンプ１５４ａ，１５４ｂに対応するものである。

このようなレーザ共振器２５では、例えば半導体レーザなどからの励起光Ｌ２１によって出力が大きくなるにつれて、発光領域が大きくなる。したがって、この励起光Ｌ２１をレーザ結晶２５２へ照射する際、照射領域が、レーザ共振器２５の基本モード発振領域より大きくなることが多い。この場合、発振するレーザ光（出力レーザ光Ｌout）は、横基本モードだけでなく、空間的に広がった横高次モードも同時に発振してしまい、レーザ光の集光特性が下がってしまうだけでなく、輝度も下がって目的が達成できなくなることも多い。したがって、レーザ共振器２５内にナイフエッジ（スリット、開口）２５３ａ，２５３ｂを設置して横基本モードのみを発振させることにより、励起光Ｌ１１からのエネルギーを、横基本モードに選択的に注入することが有効である。なお、このようなナイフエッジ２５３ａ，２５３ｂ設置場所は、１ヶ所には限定されない

ただし、本変形例のレーザ共振器２５では、ナイフエッジ２５３ａ，２５３ｂに対して両方向からレーザ光が入射するため、それらの断面形状は、前述の図７（Ａ）〜（Ｆ）に示したようなものとなっている。また、これにより、外部共振器１５の場合とは異なり、４つのビームダンプ２５４ａ〜２５４ｄがレーザ共振器２５内に設けられている。なお、ナイフエッジ２５３ａ，２５３ｂのうちのどちらか一方のみが配置されているような場合には、それに対応して、ビームダンプ２５４ａ，２５４ｂおよびビームダンプ２５４ｃ，２５４ｄのうちのどちらか一方のみを設けるようにすればよい。

本変形例のレーザ光発生装置２では、レーザ共振器２５内に上述したナイフエッジ２５３ａ，２５３ｂが設けられているため、上記実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。すなわち、出力レーザ光における経時的な品質劣化を従来よりも低減することが可能となる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、外部共振器におけるロッキングについて、ＦＭサイドバンド法を用いたものを例に挙げて説明したが、これに限定されず、他の手法、例えばHansch-Couillaud法、Dither法、フリンジサイドロッキングなどを用いてもよい。

さらに、上記実施の形態等では、各共振器がそれぞれ４枚のミラーを含んで構成された場合について説明したが、各共振器の構造はこれに限定されず、適宜変更可能である。例えば、各共振器の構成は、図１および図８に示したようなボウタイ型共振器には限られず、定在波型共振器やＶ字型共振器、Ｚ型共振器、あるいはさらに複雑な形状の共振器であってもよい。また、ナイフエッジ（スリット、開口）を設置する場所や個数なども、図示した例に限定されるわけではない。例えば、ミラーの数は１〜３枚あるいは５枚以上にしてもよい。また、このようなミラーの他にも、例えばプリズム等の素子を用いるようにしてもよい。

本発明の一実施の形態に係るレーザ光発生装置の全体構成を表す図である。 図１に示したナイフエッジの詳細構成の一例を表す平面図および断面図である。 ナイフエッジの構成例の一部を拡大して表した断面図である。 図２に示したナイフエッジの作用について説明するための断面図である。 図２に示したナイフエッジにより構成されるスリット部の構成例を表す平面図および断面図である。 図２に示したナイフエッジにより構成される開口部の構成例を表す平面図および断面図である。 ナイフエッジの他の構成例の一部を拡大して表した断面図である。 本発明の変形例に係るレーザ光発生装置の全体構成を表す図である。

符号の説明

１，２…レーザ光発生装置、１１…基本波レーザ、１２…ＲＦ信号源、１３…位相変調器、１４…モードマッチングレンズ、１５…外部共振器、１５１ａ〜１５１ｄ…ミラー、１５２…波長変換結晶、１５３ａ，１５３ｂ…ナイフエッジ、１５３−１…光学スリット、１５３−２…光学アパーチャ、１５４ａ，１５４ｂ…ビームダンプ、１６…レンズ、２１…励起光源、２４…マッチングレンズ、２５…レーザ共振器、２５１ａ〜２５１ｄ…ミラー、２５２…レーザ結晶、２５３ａ，２５３ｂ…ナイフエッジ、２５４ａ〜２５４ｄ…ビームダンプ、２６…レンズ、Ｌ１１…基本波、Ｌ１２…波長変換光、Ｌ２１…励起光、Ｌ２２…出力レーザ光、Ｓ１，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ３，Ｓ４…端面、Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２２，Ｓ２３…傾斜面、α…傾斜角、β…端面間のなす角度、ＬＯ…光軸、ＬＢ…レーザビーム（入射レーザ光）、ＬＲ…反射光（屈折光）、Ｄ…スリット幅（開口の直径）。

Claims (7)

1. 光源と、
   誘電体からなるナイフエッジを含んで構成され、前記光源からの入射光を共振させることにより、出力レーザ光を発生させる共振器と
   を備え、
   前記ナイフエッジは、前記共振器内のレーザ光が透過すると共に互いに非平行な複数の光学平滑面を有し、それら光学平滑面への入射レーザ光の少なくとも一部を屈折させることにより、その屈折光を主ビームと互いに分離させる
   レーザ光発生装置。
2. 前記ナイフエッジが、前記入射レーザ光の波長領域において１％／ｍｍ以下の光吸収係数を有する酸化物、ガラスまたはフッ化物により構成されている
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
3. 前記ナイフエッジが、石英、サファイア、フッ化マグネシウムまたはフッ化カルシウムにより構成されている
   請求項２に記載のレーザ光発生装置。
4. 前記ナイフエッジが、光学スリットまたは光学アパーチャとして機能するように構成されている
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
5. 前記共振器は、前記ナイフエッジからの屈折光を取り込むための光学部材を有する
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光発生装置。
6. 前記光源が、励起光を射出する励起光源であり、
   前記共振器が、前記ナイフエッジおよびレーザ結晶を含んで構成され、前記励起光を共振させて前記出力レーザ光を発生させるレーザ共振器である
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。
7. 前記光源が、基本波としてのレーザ光を射出する基本波光源であり、
   前記共振器が、前記ナイフエッジおよび波長変換結晶を含んで構成され、前記基本波を共振させて波長変換を行うことにより前記出力レーザ光を発生させる波長変換器である
   請求項１に記載のレーザ光発生装置。

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