JP2023095275A - レーザ媒質ユニット、レーザ増幅装置及びレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができるレーザ媒質ユニット、レーザ増幅装置及びレーザ発振装置を提供する。【解決手段】レーザ媒質ユニット２は、板状に形成されて第１表面１０ａと第１表面１０ａとは反対側の第２表面１０ｂとを有し、第１表面１０ａからの励起光Ｌ１の照射により放出光を発生させるレーザ利得媒質１０と、第１表面１０ａに接続され、励起光Ｌ１を第１表面１０ａに向けて導光すると共にレーザ利得媒質１０を冷却する導光冷却部材２０と、を備える。第１表面１０ａは、導光冷却部材２０が熱的に接続された第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１以外の第２領域Ｒ２と、からなる。第２領域Ｒ２の全体は、導光冷却部材２０から熱的に遮断されている。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ媒質ユニット、レーザ増幅装置及びレーザ発振装置に関する。

特許文献１には、レーザ媒質ユニットが記載されている。このレーザ媒質ユニットは、第１表面からの励起光の照射により放出光を発生させる板状のレーザ利得媒質と、レーザ利得媒質における第１表面とは反対側の第２表面に熱的に接続された冷却部材と、を備えている。このレーザ媒質ユニットでは、冷却部材により第２表面上に形成される冷却エリアをレーザ利得媒質における励起光の照射領域と同等以下の範囲とすることにより、温度勾配に起因する熱レンズ効果の低減が図られている。

特開２０１８－１２９３９１号公報

上述したようなレーザ媒質ユニットでは、冷却部材による冷却エリアが励起光の照射領域と同等以下の範囲となるように冷却部材をレーザ利得媒質に接続する必要があり、例えばレーザ利得媒質が小型化された場合等には、冷却部材とレーザ利得媒質との組み付けに高い精度が要求される。

本発明は、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができるレーザ媒質ユニット、レーザ増幅装置及びレーザ発振装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ媒質ユニットは、板状に形成されて第１表面と第１表面とは反対側の第２表面とを有し、第１表面からの励起光の照射により放出光を発生させるレーザ利得媒質と、第１表面に接続され、励起光を第１表面に向けて導光すると共にレーザ利得媒質を冷却する導光冷却部材と、を備え、第１表面は、導光冷却部材が熱的に接続された第１領域と、第１領域以外の第２領域と、からなり、第２領域の全体は、導光冷却部材から熱的に遮断されている。

このレーザ媒質ユニットでは、レーザ利得媒質の第１表面に導光冷却部材が接続されており、導光冷却部材により励起光が第１表面に向けて導光されると共にレーザ利得媒質が冷却される。これにより、第１表面において励起光の照射領域と冷却領域とを確実に一致させることができ、熱レンズ効果を確実に低減することができる。また、導光冷却部材をレーザ利得媒質に接続しさえすれば照射領域と冷却領域とを一致させることができるため、例えば予め設定された照射領域内に冷却領域が位置するように冷却部材をレーザ利得媒質に接続する場合と比べて、組み付け性を向上することができる。更に、このレーザ媒質ユニットでは、レーザ利得媒質の第１表面が、導光冷却部材が熱的に接続された第１領域と、第１領域以外の第２領域と、からなり、第２領域の全体が導光冷却部材から熱的に遮断されている。これにより、第１表面に平行な方向における第２領域の温度分布が不均一になることを抑制することができ、第２領域の温度分布が不均一になることに起因して熱レンズ効果が発生することを抑制することができる。よって、このレーザ媒質ユニットによれば、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、このレーザ媒質ユニットでは、第１表面に接続された導光冷却部材により励起光を第１表面に向けて導光すると共にレーザ利得媒質を冷却することができるため、第２表面側の構成を簡易化することができ、部材の配置に関する自由度を高めることができる。

第２領域は、第１領域を囲んでいてもよい。この場合、第１表面に平行な方向における第２領域の温度分布が不均一になることを抑制することができ、熱レンズ効果を一層低減することができる。

第１領域は、第１表面に垂直な方向から見た場合に、第１表面の中心を通る直線に関して線対称で且つ中心に関して点対称な形状を有してもよい。この場合、第１表面に平行な方向における第１領域の温度分布を均一化することができ、熱レンズ効果を一層低減することができる。

導光冷却部材は、第１表面に接続された導光部と、導光部の側面に接触した冷却部と、を有していてもよい。この場合、導光部により励起光を第１表面に向けて導光することができると共に、冷却部により導光部を介してレーザ利得媒質を効果的に冷却することができる。

導光冷却部材は、第１表面に接続された導光部を有し、導光部は、励起光が導光部により導光された場合に、第１表面に平行な方向における励起光の強度分布が均一化されるように構成されていてもよい。この場合、第１表面に平行な方向における強度分布が均一化された励起光を第１表面に照射することができ、熱レンズ効果を一層低減することができる。また、導光冷却部材により励起光の強度分布を均一化することができるため、例えば励起光の強度分布を均一化するための部材を別途設ける場合と比べて、構成を簡易化することができる。

導光冷却部材は、第１表面に接続された導光部を有し、第１表面に垂直な方向における導光部の長さは、第１表面に平行な方向における導光部の長さよりも長くてもよい。この場合、導光部により励起光の強度分布を効果的に均一化することができる。

本発明のレーザ媒質ユニットは、励起光を出力する光源を更に備え、光源は、複数の発光領域を有する半導体レーザであってもよい。この場合、励起光の強度を高めることができる。

第１表面には、励起光を透過させる一方で放出光を反射させる層が形成されていてもよい。この場合、励起光がレーザ利得媒質に第１表面側から入射することを許容しつつ、放出光を第２表面側に向けて反射させることができる。

導光冷却部材における励起光の入射面には、励起光を透過させる一方で放出光を反射させる層が形成されていてもよい。この場合、励起光がレーザ利得媒質に第１表面側から入射することを許容しつつ、放出光を第２表面側に向けて反射させることができる。

第２表面には、励起光を反射させる一方で放出光を透過させる層が形成されていてもよい。この場合、励起光が第２表面を透過してしまうことを防止しつつ、放出光を第２表面から出射させることができる。

レーザ利得媒質及び導光冷却部材の各々は、複数備えられており、複数のレーザ利得媒質と複数の導光冷却部材とは、互い違いに接続されていてもよい。この場合、複数のレーザ利得媒質に励起光を吸収させることができ、励起光の吸収効率を高めることができる。また、レーザ利得媒質の両側（第１表面側及び第２表面側）に導光冷却部材が接続されている場合、レーザ利得媒質を両側から励起及び冷却することができる。

本発明のレーザ媒質ユニットは、各々が励起光を出力する複数の光源を更に備え、複数の光源の各々からの励起光が導光冷却部材に入射してもよい。この場合、励起光の強度を高めることができる。

導光冷却部材は、第１表面に接続された導光部を有し、導光部の外周面は、第１表面に垂直な方向に対して傾斜したテーパ形状に形成されていてもよい。この場合、励起光を導光部の内面で繰り返し反射させやすく、導光部によって励起光の強度分布を効果的に均一化することができる。

本発明のレーザ媒質ユニットは、真空の内部空間を有する筐体を更に備え、レーザ利得媒質及び導光冷却部材は、当該内部空間に配置されていてもよい。この場合、レーザ利得媒質を例えば０℃以下の低温に冷却する場合に、レーザ利得媒質等に結露が発生することを抑制することができる。

導光冷却部材は、第１表面に接続された導光部を有し、導光部は、筒状に形成されており、冷媒を流すための流路を内部に画定していてもよい。この場合、当該流路に冷媒を流すことによりレーザ利得媒質を効果的に冷却することができる。

本発明のレーザ増幅装置は、上記レーザ媒質ユニットを備え、第１表面又は第２表面にレーザ光が入射し、レーザ利得媒質において放出光により増幅されたレーザ光が出力される。このレーザ増幅装置によれば、上述した理由により、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。

第２表面にレーザ光が入射し、増幅されたレーザ光が第２表面から出力されてもよい。この場合、レーザ光がレーザ利得媒質内を往復するため、レーザ光の増幅に寄与する作用長を増加させることができ、光エネルギーの抽出効率を向上することができる。

本発明のレーザ増幅装置は、上記レーザ媒質ユニットを複数備え、複数のレーザ媒質ユニットの各々において、第２表面にレーザ光が入射し、レーザ利得媒質において放出光により増幅されたレーザ光が第２表面から出射し、複数のレーザ媒質ユニットは、第１レーザ媒質ユニットと第２レーザ媒質ユニットを含み、第１レーザ媒質ユニットから出射したレーザ光が、第２レーザ媒質ユニットにおいて増幅されてもよい。この場合、複数のレーザ媒質ユニットによりレーザ光を効果的に増幅することができる。

本発明のレーザ発振装置は、上記レーザ媒質ユニットと、レーザ利得媒質から出力される放出光の光路上に配置され、放出光をレーザ発振させる部分反射部と、を備える。このレーザ発振装置によれば、上述した理由により、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。

本発明によれば、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができるレーザ媒質ユニット、レーザ増幅装置及びレーザ発振装置を提供することが可能となる。

実施形態に係るレーザ増幅装置の斜視図である。 レーザ増幅装置の平面図である。 レーザ媒質ユニットの斜視図である。 レーザ媒質ユニットの平面図である。 レーザ媒質ユニットの別の平面図である。 レーザ利得媒質の第１表面を示す図である。 （ａ）は、フラットトップ形状の強度分布を示す図であり、（ｂ）は、ガウス形状の強度分布を示す図である。 第１変形例に係るレーザ媒質ユニットの平面図である。 第２変形例に係るレーザ媒質ユニットの平面図である。 第３変形例に係るレーザ媒質ユニットの平面図である。 第４変形例に係るレーザ媒質ユニットの平面図である。 第５変形例に係るレーザ媒質ユニットの平面図である。 第６変形例に係るレーザ発振装置の平面図である。 第７変形例に係るレーザ増幅装置を示す斜視図である。 第７変形例に係るレーザ増幅装置を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１領域及び第２領域の他の配置例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［レーザ増幅装置］

図１及び図２に示されるように、レーザ増幅装置１は、複数のレーザ媒質ユニット２と、光透過部材３と、を備えるアクティブミラー型のレーザ装置である。複数のレーザ媒質ユニット２は、この例では３つのレーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃを含んでいる。レーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々は、レーザ利得媒質１０を備えており、レーザ利得媒質１０において光透過部材３に接続されている。

光透過部材３は、後述する励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２を透過可能な材料により形成されている。光透過部材３は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）により形成されている。光透過部材３には、例えばＮｄ（ネオジム）等の活性元素が添加されてない。

レーザ増幅装置１では、図２に示されるように、光透過部材３内にシード光として導入されたレーザ光Ｌ２がレーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃのレーザ利得媒質１０において順次に増幅され、増幅されたレーザ光Ｌ２が光透過部材３から出力光として出射される。以下ではまず、１つのレーザ媒質ユニット２の構成を説明するが、レーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、互いに同一の構成を有している。
［レーザ媒質ユニット］

図３、図４及び図５に示されるように、レーザ媒質ユニット２（レーザヘッド）は、レーザ利得媒質１０と、導光冷却部材２０と、光源３０と、集光レンズ４０と、を備えている。レーザ利得媒質１０は、例えば、活性元素としてＮｄ（ネオジム）がドープされたＹＡＧにより形成されている。すなわち、レーザ利得媒質１０には、活性元素が添加されている。ＹＡＧに添加される活性元素は、Ｙｂ（イッテルビウム）であってもよい。レーザ利得媒質１０は、励起光Ｌ１により励起されて放出光を発生させる。放出光の一例は、誘導放出光である。この誘導放出光が、レーザ光Ｌ２の光増幅に寄与する。

レーザ利得媒質１０は、例えば円板状に形成されており、第１表面１０ａと、第１表面１０ａとは反対側の第２表面１０ｂとを有している。第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂは、板状に形成されたレーザ利得媒質１０の主面であり、互いに平行な平坦面である。一例として、レーザ利得媒質１０の直径は２５ｍｍ程度であり、厚さは５ｍｍ程度である。なお、第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂは互いに平行に延在していなくてもよく、例えば第２表面１０ｂが第１表面１０ａに対して約１度程度傾斜していてもよい。

図４に示されるように、第１表面１０ａ上には、第１層１１が形成されている。この例では、第１層１１は、第１表面１０ａの全面に形成されている。第１層１１は、励起光Ｌ１を透過させる一方でレーザ光Ｌ２（放出光）を反射させる第１光選択部として機能する。第１層１１は、例えば、励起光Ｌ１に対する反射防止（Anti-Reflection）コーティングとレーザ光Ｌ２に対する高反射（High Reflection）コーティングとが第１表面１０ａに施されることにより形成されている。

第２表面１０ｂ上には、第２層１２が形成されている。この例では、第２層１２は、第２表面１０ｂの全面に形成されている。第２層１２は、励起光Ｌ１を反射させる一方でレーザ光Ｌ２（放出光）を透過させる第２光選択部として機能する。第２層１２は、例えば、励起光Ｌ１に対する高反射コーティングとレーザ光Ｌ２に対する反射防止コーティングとが第２表面１０ｂに施されることにより形成されている。

導光冷却部材２０は、導光部２１と、冷却部２２と、を有している。導光部２１は、例えば、サファイア、石英、又はノンドープのＹＡＧ等により円柱状に形成されている。この例では、導光部２１は、第１表面１０ａに垂直な第１方向Ｄ１に沿って延在しており、第１方向Ｄ１における一方の端面２１ａにおいて第１表面１０ａに接続されている。より具体的には、上述したとおり第１表面１０ａ上には第１層１１が形成されており、導光部２１は第１層１１を介して第１表面１０ａに接続されている。このように、本明細書において、部材Ａが部材Ｂに接続されていることには、部材Ａが他の要素を介して部材Ｂに接続されていることが含まれる。

導光部２１には、端面２１ａとは反対側の端面２１ｂから励起光Ｌ１が導入される。導光部２１は、導入された励起光Ｌ１を端面２１ａ（第１表面１０ａ）に向けて導光する。導光部２１は、励起光Ｌ１が導光部２１により導光された場合に、第１表面１０ａに平行な方向における励起光Ｌ１の強度分布が均一化されるように構成されている。すなわち、励起光Ｌ１が導光部２１により導光された場合、端面２１ａ（第１表面１０ａ）における励起光Ｌ１の強度分布は、端面２１ｂにおける励起光Ｌ１の強度分布と比べて均一化される。この例では、導光部２１に入射した励起光Ｌ１は、導光部２１の側面２１ｃで繰り返し反射されながら導光されることでミキシングされ、均一化（ホモジナイズ）された強度分布を有する光として第１表面１０ａに入射する。導光部２１に入射する励起光Ｌ１の横モード（第１表面１０ａに平行な方向における強度分布）がシングルモードである場合、励起光Ｌ１が導光部２１により導光されることにより、励起光Ｌ１の横モードがマルチモードに変換され得る。

励起光Ｌ１の強度分布の均一化のためには、導光部２１のアスペクト比（第１表面１０ａに平行な方向における長さＴ２に対する第１方向Ｄ１における長さＴ１の比）が大きいほうが有利である。そのため、この例では、第１方向Ｄ１における導光部２１の長さＴ１は、第１表面１０ａに平行な方向における導光部２１の長さＴ２（最大長さ。この例では導光部２１の直径）よりも長くなっている。すなわち、導光部２１のアスペクト比は、１よりも大きくなっている。一例として、長さＴ１は１００ｍｍ程度であり、長さＴ２は６ｍｍ程度である。このように、導光部２１のアスペクト比は、６以上であってもよいし、１０以上であってもよい。長さＴ１は、導光部２１の形状に関わらず、第１表面１０ａとの接触面（端面２１ａ）における導光部２１の長さ（最大長さ）である。

冷却部２２は、例えば、銅又はステンレス鋼等の金属材料により形成された冷却ブロックであり、導光部２１の側面２１ｃに接触している。この例では、冷却部２２は、第１方向Ｄ１に沿って延在する貫通孔を有するように形成されており、当該貫通孔の内周面において導光部２１の側面２１ｃに全周にわたって接触している。冷却部２２は、第１方向Ｄ１から見た場合に、例えば矩形の外形状を有している。冷却部２２は、第１方向Ｄ１においてレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａと向かい合っている。この例では、冷却部２２は、導光部２１の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料により形成されており、導光部２１からの熱を外部（空気）へ放熱することにより導光部２１を冷却する（伝導冷却）。導光部２１が冷却されることにより、導光部２１が接続されているレーザ利得媒質１０も冷却される。すなわち、冷却部２２は、導光部２１を介してレーザ利得媒質１０を冷却する。

このように、導光冷却部材２０は、導光部２１により励起光Ｌ１をレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに向けて導光すると共に、冷却部２２により導光部２１を介してレーザ利得媒質１０を冷却する。図６は、第１表面１０ａを第１方向Ｄ１から見た図である。図６では、導光部２１が接続された第１領域Ｒ１がハッチングで示されている。図６に示されるように、第１表面１０ａは、第１領域Ｒ１、及び第１領域Ｒ１以外の領域である第２領域Ｒ２の２つの領域からなる。第１領域Ｒ１は導光部２１が接続された接続領域であり、第２領域Ｒ２は導光部２１が接続されていない非接続領域である。

第１領域Ｒ１には、導光冷却部材２０が熱的に接続されている。一方、第２領域Ｒ２の全体は、導光冷却部材２０から熱的に遮断されている。「第１領域Ｒ１に導光冷却部材２０が熱的に接続されている」とは、第１領域Ｒ１と導光冷却部材２０との間での熱の移動が可能となっていることをいう。「第２領域Ｒ２が導光冷却部材２０から熱的に遮断されている」とは、第２領域Ｒ２と導光冷却部材２０との間で熱が移動しないようになっていることをいう（第１領域Ｒ１を介しての熱の移動を除く）。この例では、第１領域Ｒ１には、導光部２１が第１層１１を介して熱的に接続されている。第２領域Ｒ２には導光冷却部材２０が接触しておらず、第２領域Ｒ２と冷却部２２との間は空間となっており、当該空間には空気が存在している。これにより、第２領域Ｒ２の全体と導光冷却部材２０との間が熱的に遮断されている。また、第１領域Ｒ１には、導光部２１が第１層１１を介して光学的に（第１領域Ｒ１と導光部２１との間を光が進行可能となるように）接続されている。第１領域Ｒ１は、第１表面１０ａに励起光Ｌ１が照射される照射領域、及び導光冷却部材２０によりレーザ利得媒質１０が冷却される冷却領域として機能する。第２領域Ｒ２は、第１表面１０ａに励起光Ｌ１が照射されない非照射領域であり、且つ、導光冷却部材２０によりレーザ利得媒質１０が冷却されない非冷却領域でもある。

なお、第２領域Ｒ２と冷却部２２（導光冷却部材２０）との間には、断熱性を有する部材が介在していてもよい。この場合にも、第２領域Ｒ２は冷却部２２から熱的に遮断される。当該部材の熱伝導率は、例えば１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下であってよい。すなわち、第２領域Ｒ２と冷却部２２との間には１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下の熱伝導率を有する部材が介在していてもよい。なお、この例では、レーザ利得媒質１０は、第１表面１０ａにおいて導光部２１に接続されると共に第２表面１０ｂにおいて上述した光透過部材３に接続されることにより、固定されており、レーザ利得媒質１０には導光部２１及び光透過部材３以外の部材は接触していないが、レーザ利得媒質１０は、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下の熱伝導率を有する部材により支持されていてもよい。

図６に示されるように、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の各々は、第１方向Ｄ１から見た場合に、第１表面１０ａの中心Ｃを通る直線ＬＮ１，ＬＮ２の各々に関して線対称で且つ中心Ｃに関して点対称な形状を有している。直線ＬＮ１，ＬＮ２は、互いに直交している。この例では、第１領域Ｒ１の形状は、導光部２１の端面２１ａに対応した円形状であり、第２領域Ｒ２の形状は、第１領域Ｒ１を囲む円環状である。

光源３０は、励起光Ｌ１を出力する励起光源である。光源３０は、例えば、複数の発光領域を有する半導体レーザである。この例では、光源３０は、矩形板状の複数のレーザダイオードが所定方向に沿ってスタックされてなるレーザダイオードモジュールによって構成されており、レーザダイオードの端面により構成された複数の発光領域を有している。

集光レンズ４０は、光源３０から出力された励起光Ｌ１を集光しながら導光部２１の端面２１ｂに導く。端面２１ｂに入射した光は、導光部２１によりレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに向けて導光され、第１層１１を透過して第１表面１０ａに入射する。図４に示されるように、第１表面１０ａに入射した励起光Ｌ１は、第１表面１０ａに平行な方向に広がりながらレーザ利得媒質１０内を第２表面１０ｂに向けて進行する。レーザ利得媒質１０は、第１表面１０ａからの励起光Ｌ１の照射により放出光を発生させる。なお、第２表面１０ｂに到達した励起光Ｌ１は、第２表面１０ｂ上の第２層１２により反射させられる。第１表面１０ａから第２表面１０ｂに向けて進行する際に励起光Ｌ１が広がる発散角度は、導光部２１のサイズやレーザ利得媒質１０の厚さに応じて変化する。

再び図１及び図２を参照しつつ、レーザ増幅装置１について説明する。この例では、レーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｃが光透過部材３の表面３ａに接続されており、レーザ媒質ユニット２Ｂが光透過部材３の表面３ｂに接続されている。表面３ｂは、表面３ａとは反対側の表面である。各レーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、レーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂにおいて光透過部材３に接続されている。レーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、レーザ媒質ユニット２Ａから出射されたレーザ光Ｌ２が光透過部材３内を進行してレーザ媒質ユニット２Ｂに入射すると共に、レーザ媒質ユニット２Ｂから出射されたレーザ光Ｌ２が光透過部材３内を進行してレーザ媒質ユニット２Ｃに入射するように、配置されている。この例では、レーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｃが第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２に沿って並んでおり、第１方向Ｄ１から見た場合にレーザ媒質ユニット２Ｂがレーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｃの間に位置している。

レーザ増幅装置１は、レーザ光Ｌ２を光透過部材３に向けて出力又は導光して供給するレーザ光源部（図示省略）を備えている。光透過部材３に入射したレーザ光Ｌ２は、まず、レーザ媒質ユニット２Ａのレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに向かって進行し、第２層１２を透過して第２表面１０ｂに入射する。励起光Ｌ１により励起されたレーザ利得媒質１０にレーザ光Ｌ２が入射すると、誘導放出現象による放出光によってレーザ光Ｌ２が増幅される。増幅されたレーザ光Ｌ２は、レーザ媒質ユニット２Ａのレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂから出射する。レーザ媒質ユニット２Ａのレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂから出射したレーザ光Ｌ２は、レーザ媒質ユニット２Ｂのレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに入射し、当該レーザ利得媒質１０において増幅されて第２表面１０ｂから出射する。このように、レーザ増幅装置１では、レーザ媒質ユニット２Ａ（第１レーザ媒質ユニット）から出射したレーザ光Ｌ２が、レーザ媒質ユニット２Ｂ（第２レーザ媒質ユニット）において増幅される。

レーザ媒質ユニット２Ｂのレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂから出射したレーザ光Ｌ２は、レーザ媒質ユニット２Ｃのレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに入射し、当該レーザ利得媒質１０において増幅されて第２表面１０ｂから出射する。レーザ媒質ユニット２Ｃから出射したレーザ光Ｌ２は、光透過部材３から出射し、レーザ増幅装置１の出力光として外部に取り出される。なお、各レーザ媒質ユニット２のレーザ利得媒質１０において第２表面１０ｂから入射して第１表面１０ａに到達したレーザ光Ｌ２は、第１表面１０ａ上の第１層１１により反射させられる。
［作用及び効果］

レーザ媒質ユニット２では、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに導光冷却部材２０が接続されており、導光冷却部材２０により励起光Ｌ１が第１表面１０ａに向けて導光されると共にレーザ利得媒質１０が冷却される。これにより、第１表面１０ａにおいて励起光Ｌ１の照射領域と冷却領域とを確実に一致させることができ、熱レンズ効果を確実に低減することができる。すなわち、照射領域と非冷却領域との間の境界部分における位相シフト量の差に起因して発生する熱レンズ効果を低減することができる（温度勾配を軽減することができる）（上記特許文献１参照）。また、導光冷却部材２０をレーザ利得媒質１０に接続しさえすれば照射領域と冷却領域とを一致させることができるため、例えば予め設定された照射領域内に冷却領域が位置するように冷却部材をレーザ利得媒質に接続する場合と比べて、組み付け性を向上することができる。更に、レーザ媒質ユニット２では、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａが、導光冷却部材２０が熱的に接続された第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１以外の第２領域Ｒ２と、からなり、第２領域Ｒ２の全体が導光冷却部材２０から熱的に遮断されている。これにより、第１表面１０ａに平行な方向における第２領域Ｒ２の温度分布が不均一になることを抑制することができ、第２領域Ｒ２の温度分布が不均一になることに起因して熱レンズ効果が発生することを抑制することができる。よって、レーザ媒質ユニット２によれば、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、レーザ媒質ユニット２では、第１表面１０ａに接続された導光冷却部材２０により励起光Ｌ１を第１表面１０ａに向けて導光すると共にレーザ利得媒質１０を冷却することができるため、第２表面１０ｂ側の構成を簡易化することができ、部材の配置に関する自由度を高めることができる。

第２領域Ｒ２が、第１領域Ｒ１を囲んでいる。これにより、第１表面１０ａに平行な方向における第２領域Ｒ２の温度分布が不均一になることを抑制することができ、熱レンズ効果を一層低減することができる。

第１領域Ｒ１が、第１表面１０ａに垂直な第１方向Ｄ１から見た場合に、第１表面１０ａの中心Ｃを通る直線ＬＮ１，ＬＮ２に関して線対称で且つ中心Ｃに関して点対称な形状を有している。これにより、第１表面１０ａに平行な方向における第１領域Ｒ１の温度分布を均一化することができ、熱レンズ効果を一層低減することができる。

導光冷却部材２０が、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに接続された導光部２１と、導光部２１の側面２１ｃに接触した冷却部２２と、を有している。これにより、導光部２１により励起光Ｌ１を第１表面１０ａに向けて導光することができると共に、冷却部２２により導光部２１を介してレーザ利得媒質１０を効果的に冷却することができる。

導光部２１が、励起光Ｌ１が導光部２１により導光された場合に、第１表面１０ａに平行な方向における励起光Ｌ１の強度分布が均一化されるように構成されている。これにより、第１表面１０ａに平行な方向における強度分布が均一化された励起光Ｌ１を第１表面１０ａに照射することができ、熱レンズ効果を一層低減することができる。また、導光冷却部材２０により励起光Ｌ１の強度分布を均一化することができるため、例えば励起光Ｌ１の強度分布を均一化するための部材（例えばフライアイレンズ、回折光学素子、導光路などのホモジナイザ）を別途設ける場合と比べて、構成を簡易化することができる。その結果、部品点数の削減、光学系が複雑化することの抑制、励起光にロスが発生することの抑制を図ることができる。

この点について図７を参照しつつ更に説明する。実施形態のレーザ媒質ユニット２のようなディスク型のレーザヘッドでは、板状のレーザ利得媒質１０が用いられる。ディスク型のレーザヘッドでは、例えば長尺のレーザ利得媒質１０が用いられるロッド型のレーザヘッドと比べて、熱破壊に強く且つ熱効果が小さく、熱的に有利となり得る。ただし、ディスク型のレーザヘッドが熱的に有利となるのは、励起光の強度分布が図７（ａ）に示されるように均一化されたフラットトップ形状である場合であり、励起光の強度分布が図７（ｂ）に示されるようにガウス形状である場合には、ロッド型のレーザヘッドと同様の熱特性となり得る。この点、上述したとおり、実施形態のレーザ媒質ユニット２では、導光部２１により励起光Ｌ１の強度分布を均一化することができ、熱レンズ効果を確実に低減することができる。また、導光冷却部材２０により励起光Ｌ１の強度分布を均一化することができるため、例えば励起光Ｌ１の強度分布を均一化するための部材を別途設ける場合と比べて、構成を簡易化することができる。

第１表面１０ａに垂直な第１方向Ｄ１における導光部２１の長さＴ１が、第１表面１０ａに平行な方向における導光部２１の長さＴ２よりも長くなっている。これにより、導光部２１によって励起光Ｌ１の強度分布を効果的に均一化することができる。

光源３０が、複数の発光領域を有する半導体レーザである。これにより、励起光Ｌ１の強度を高めることができる。一方、そのような半導体レーザからの光を集光した場合、発光領域ごとの光のパターンが残り、励起光Ｌ１の強度分布がガウス形状となりやすい。この点、実施形態のレーザ媒質ユニット２では、導光部２１により励起光Ｌ１の強度分布を均一化することができるため、そのような半導体レーザを光源３０として用いた場合でも、均一化された励起光Ｌ１を第１表面１０ａに照射することができる。

第１表面１０ａ上に、励起光Ｌ１を透過させる一方でレーザ光Ｌ２（放出光）を反射させる第１層１１が形成されている。これにより、励起光Ｌ１がレーザ利得媒質１０に第１表面１０ａ側から入射することを許容しつつ、放出光を第２表面１０ｂ側に向けて反射させることができる。また、レーザ光Ｌ２を第２表面１０ｂ側から入射させる場合に、例えばレーザ光Ｌ２を導光部２１の端面２１ｂまで到達させる必要がないため、レーザ光Ｌ２の第２表面１０ｂに対する入射角度を小さくする必要がなく、その結果、レーザ光Ｌ２の第２表面１０ｂに対する入射角度の許容範囲を広くすることができる。

第２表面１０ｂ上に、励起光Ｌ１を反射させる一方でレーザ光Ｌ２（放出光）を透過させる第２層１２が形成されている。これにより、励起光Ｌ１が第２表面１０ｂを透過してしまうことを防止しつつ、レーザ光Ｌ２を第２表面１０ｂから出射させることができる。

レーザ増幅装置１では、第２表面１０ｂにレーザ光Ｌ２が入射し、レーザ利得媒質１０において放出光により増幅されたレーザ光Ｌ２が第２表面１０ｂから出力される。この場合、レーザ光Ｌ２がレーザ利得媒質１０内を往復するため、レーザ光Ｌ２の増幅に寄与する作用長を増加させることができ、光エネルギーの抽出効率を向上することができる。

レーザ増幅装置１では、複数のレーザ媒質ユニット２は、レーザ媒質ユニット２Ａ（第１レーザ媒質ユニット）とレーザ媒質ユニット２Ｂ（第２レーザ媒質ユニット）を含み、レーザ媒質ユニット２Ａから出射したレーザ光Ｌ２が、レーザ媒質ユニット２Ｂにおいて増幅される。これにより、複数のレーザ媒質ユニット２によりレーザ光Ｌ２を効果的に増幅することができる。
［変形例］

図８に示される第１変形例のレーザ媒質ユニット２Ａでは、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａ上には第１層１１が形成されておらず、導光部２１の端面２１ｂ（導光冷却部材２０における励起光Ｌ１の入射面）上に第１層１１が形成されている。第１層１１は、例えば端面２１ｂの全面に形成されている。レーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに入射したレーザ光Ｌ２は、端面２１ｂ上の第１層１１により反射させられる。第１変形例では、レーザ利得媒質１０と導光部２１とは互いに屈折率が近い異種類の材料により形成されている。例えば、レーザ利得媒質１０はＮｄがドープされたＹＡＧにより形成されており、導光部２１はノンドープのＹＡＧにより形成されている。第１変形例のレーザ媒質ユニット２Ａによっても、上記実施形態と同様に、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、導光冷却部材２０における励起光Ｌ１の入射面上に、励起光Ｌ１を透過させる一方でレーザ光Ｌ２（放出光）を反射させる第１層１１が形成されているため、励起光Ｌ１がレーザ利得媒質１０に第１表面１０ａ側から入射することを許容しつつ、放出光を第２表面１０ｂ側に向けて反射させることができる。また、第１表面１０ａ上に第１層１１が形成されていないため、レーザ利得媒質１０と導光冷却部材２０との接合を容易化することができる。なお、レーザ利得媒質１０及び導光部２１が互いに屈折率が大きく異なる異種類の材料により形成されている場合、レーザ利得媒質１０と導光部２１との間の境界部での反射によるロスの発生を抑制するために、第１表面１０ａに反射防止層が形成されていてもよい。換言すれば、第１変形例では、レーザ利得媒質１０と導光部２１とが互いに屈折率が近い異種類の材料により形成されているため、レーザ利得媒質１０と導光部２１との間の境界部での反射によるロスの発生を抑制することができる。

図９は、第２変形例に係るレーザ媒質ユニット２の平面図である。図９では、導光冷却部材２０が断面化して示されている。第２変形例のレーザ媒質ユニット２Ｂでは、導光冷却部材２０が、鏡筒として構成された導光部２１を有しており、冷却部２２を有していない。導光部２１の内部は中空となっており、導光部２１の内面には鏡面磨き処理、金属メッキ処理、又は反射コーティング処理（誘電体多層膜又は金属蒸着膜によるコーティング）が施されている。導光部２１に入射した励起光Ｌ１は、導光部２１の内面で繰り返し反射しながら導光されることでミキシングされる。すなわち、第２変形例においても、導光部２１は、励起光Ｌ１が導光部２１により導光された場合に、第１表面１０ａに平行な方向における励起光Ｌ１の強度分布が均一化されるように構成されている。

導光部２１は、冷媒２５を流すための流路Ｐを内部に画定している。導光部２１には流入管２３及び排出管２４が接続されており、流入管２３から冷媒２５が導入されて流路Ｐ内を流れ、排出管２４から外部に排出される。冷媒２５は、例えば溶液又はガスである。冷媒２５としては、励起光Ｌ１を吸収しないものが用いられる。流路Ｐ内を冷媒２５が流れることによりレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａが冷却される。導光部２１と第１表面１０ａとの間には、例えばＯリングである断熱部材２６が配置されている。導光部２１における第１表面１０ａとは反対側の端部は、蓋部材２７により塞がれている。第２変形例のレーザ媒質ユニット２Ｂによっても、上記実施形態と同様に、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、流路Ｐに冷媒２５を流すことによりレーザ利得媒質１０を効果的に冷却することができる。

図１０に示される第３変形例のレーザ媒質ユニット２Ｃは、複数の光源３０を備えている。第３変形例では、導光部２１の外周面が、第１方向Ｄ１に対して傾斜したテーパ形状に形成されている。この例では、導光部２１の外周面は、第１表面１０ａに近づくほど直径が小さくなるように傾斜したテーパ形状に形成されている。第３変形例のレーザ媒質ユニット２Ｃによっても、上記実施形態と同様に、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、複数の光源３０を用いることにより、励起光Ｌ１の強度を高めることができる。また、導光部２１の外周面が、第１表面１０ａに近づくほど直径が小さくなるように傾斜したテーパ形状に形成されているため、複数の光源３０を用いる場合でも、励起光Ｌ１を導光部２１に入射させやすくなっている。また、導光部２１の外周面が第１方向Ｄ１に対して傾斜したテーパ形状に形成されているため、励起光Ｌ１を導光部２１の内面で繰り返し反射させやすく、導光部２１によって励起光Ｌ１の強度分布を効果的に均一化することができる。

図１１に示される第４変形例のレーザ媒質ユニット２Ｄは、複数（この例では３つ）のレーザ利得媒質１０及び複数（この例では３つ）の導光冷却部材２０を備えている。第４変形例では、それらのレーザ利得媒質１０及び導光冷却部材２０が、互い違いに接続されている。

３つのレーザ利得媒質１０をそれぞれレーザ利得媒質１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとし、３つの導光冷却部材２０をそれぞれ導光冷却部材２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとし、導光冷却部材２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの導光部２１をそれぞれ導光部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとすると、レーザ利得媒質１０Ａの第１表面１０ａに導光部２１Ａの端面２１ａが接続されている。レーザ利得媒質１０Ａの第２表面１０ｂに導光部２１Ｂの端面２１ｂが接続されている。レーザ利得媒質１０Ｂの第１表面１０ａに導光部２１Ｂの端面２１ａが接続されている。レーザ利得媒質１０Ｂの第２表面１０ｂに導光部２１Ｃの端面２１ｂが接続されている。レーザ利得媒質１０Ｃの第１表面１０ａに導光部２１Ｃの端面２１ａが接続されている。レーザ利得媒質１０Ｃの第２表面１０ｂは、例えば光透過部材３に接続されており、レーザ光Ｌ２の入出射面となっている。

レーザ利得媒質１０Ａの第１表面１０ａ上には、励起光Ｌ１を透過させる一方でレーザ光Ｌ２を反射させる第１層１１が形成されている。レーザ利得媒質１０Ａ，１０Ｂの第２表面１０ｂ、及びレーザ利得媒質１０Ｂ，１０Ｃの第１表面１０ａ上には、励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２を透過させる層１３が形成されている。レーザ利得媒質１０Ｃの第２表面１０ｂ上には、励起光Ｌ１を反射させる一方でレーザ光Ｌ２を透過させる第２層１２が形成されている。

励起光Ｌ１は、導光部２１Ａの端面２１ｂに入射し、レーザ利得媒質１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにより順次に吸収される。レーザ利得媒質１０Ｃの第２表面１０ｂに入射したレーザ光Ｌ２は、レーザ利得媒質１０Ｃ，１０Ｂ，１０Ａにより順次に増幅された後にレーザ利得媒質１０Ａの第１表面１０ａ上の第１層１１により反射させられ、レーザ利得媒質１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにより順次に増幅されつつレーザ利得媒質１０Ｃの第２表面１０ｂに向かって進行し、レーザ利得媒質１０Ｃの第２表面１０ｂから出射する。

第４変形例のレーザ媒質ユニット２Ｄによっても、上記実施形態と同様に、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、複数のレーザ利得媒質１０と複数の導光冷却部材２０とが互い違いに接続されているため、複数のレーザ利得媒質１０に励起光Ｌ１を吸収させることができ、励起光Ｌ１の吸収効率を高めることができる。また、レーザ利得媒質１０Ａの両側（第１表面１０ａ側及び第２表面１０ｂ側）に導光冷却部材２０Ａ，２０Ｂが接続されているため、レーザ利得媒質１０Ａを両側から励起及び冷却することができる。同様に、レーザ利得媒質１０Ｂの両側に導光冷却部材２０Ｂ，２０Ｃが接続されているため、レーザ利得媒質１０Ｂを両側から励起及び冷却することができる。

図１２に示される第５変形例のレーザ媒質ユニット２Ｅは、複数（この例では２つ）の導光冷却部材２０を備えている。２つの導光冷却部材２０をそれぞれ導光冷却部材２０Ｄ，２０Ｅとし、導光冷却部材２０Ｄ，２０Ｅの導光部２１をそれぞれ導光部２１Ｄ，２１Ｅとすると、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに導光部２１Ｄの端面２１ａが接続されており、レーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに導光部２１Ｂの端面２１ｂが接続されている。レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａ上には、励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２を透過させる層１３が形成されている。レーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂ上には、励起光Ｌ１を透過させる一方でレーザ光Ｌ２を反射させる第１層１１が形成されている。

第５変形例のレーザ媒質ユニット２Ｅは、複数（この例では２つ）の光源３０及び複数（この例では２つ）の集光レンズ４０を備えている。第１の光源３０から出力された励起光Ｌ１は第１の集光レンズ４０により集光されて導光部２１Ｄの端面２１ｂに入射し、導光部２１Ｄにより導光されてレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに照射される。第２の光源３０から出力された励起光Ｌ１は第２の集光レンズ４０により集光されて導光部２１Ｅの端面２１ａに入射し、導光部２１Ｅにより導光されてレーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに照射される。このように、この例では、第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂの両方から励起光Ｌ１が照射される。

第５変形例のレーザ媒質ユニット２Ｅは、第１の集光レンズ４０と導光部２１Ｄとの間に配置されたダイクロイックミラー５を備えている。ダイクロイックミラー５は、励起光Ｌ１を透過させる一方でレーザ光Ｌ２を反射させる。第１の光源３０から出力された励起光Ｌ１は、ダイクロイックミラー５を透過して導光部２１Ｄの端面２１ｂに入射する。この例では、ダイクロイックミラー５に向けてレーザ光Ｌ２が供給される。レーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー５により導光部２１Ｄの端面２１ｂに向けて反射され、導光部２１Ｄの端面２１ｂに入射し、導光部２１Ｄにより導光されてレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに入射する。このように、この例では、レーザ利得媒質１０の一方側から励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２が導入される。

第５変形例のレーザ媒質ユニット２Ｅによっても、上記実施形態と同様に、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。また、レーザ利得媒質１０の両側に導光冷却部材２０Ｄ，２０Ｅが接続されているため、レーザ利得媒質１０を両側から励起及び冷却することができ、レーザ利得媒質１０の冷却及びレーザ利得媒質１０へのエネルギーの蓄積を効率的に行うことができる。なお、第５変形例において導光冷却部材２０Ｅ、第２の光源３０及び第２の集光レンズ４０が省略されてもよい。

図１３に示される第６変形例のように、レーザ媒質ユニット２はレーザ発振装置１００を構成していてもよい。レーザ発振装置１００は、レーザ媒質ユニット２と、部分反射ミラー（部分反射部）１１０と、光学部材１２０と、を備えている。部分反射ミラー１１０は、入射した光の一部を透過させて残りを反射させるミラーである。部分反射ミラー１１０は、平坦面を有するミラーであってもよいし、曲率を持った表面を有するミラーであってもよい。部分反射ミラー１１０は、レーザ利得媒質１０から出力される放出光の光路上に配置され、放出光をレーザ発振させる。

光学部材１２０は、例えば過飽和吸収体、ポッケルスセル等により構成されたＱスイッチとして機能する部材である。光学部材１２０は、レーザ利得媒質１０と部分反射ミラー１１０との間に配置されている。レーザ発振装置１００では、レーザ利得媒質１０において発生した放出光がレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａ（第１層１１）と部分反射ミラー１１０との間を増幅されつつ往復してレーザ発振し、レーザ光Ｌ２が部分反射ミラー１１０を透過して出力光として外部に取り出される。第６変形例のレーザ発振装置１００によっても、上述した理由により、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。なお、第６変形例において、部分反射ミラー１１０に代えて、レーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに部分反射層（部分反射部）が形成されてもよい。この場合、光学部材１２０は省略される。或いは、第６変形例において、部分反射ミラー１１０に代えて、光学部材１２０におけるレーザ利得媒質１０とは反対側（図１３中の右側）の表面に部分反射層（部分反射部）が形成されてもよい。

図１４及び図１５に示される第７変形例では、レーザ増幅装置１が筐体７を備えている。この例では、筐体７は、真空チャンバであり、筐体７の内部は真空状態とされている。すなわち、筐体７は、真空の内部空間Ｓを有している。レーザ媒質ユニット２及び光透過部材３は、内部空間Ｓに配置されて筐体７内に収容されている。このような構成は、レーザ利得媒質１０を例えば０℃以下の低温に冷却する場合に、レーザ利得媒質１０等に結露が発生することを抑制するために有効である。筐体７の壁部には、レーザ光Ｌ２が入射する入射窓部７ａ、及びレーザ光Ｌ２が出射する出射窓部７ｂが設けられている。この例では、筐体７の壁部に集光レンズ４０が窓部として取り付けられており、光源３０は筐体７の外側に配置されている。或いは、集光レンズ４０は筐体７の外側に配置されてもよい。この場合、筐体７の壁部には集光レンズ４０からの励起光Ｌ１を透過させる窓部が設けられてもよい。光透過部材３及び各レーザ利得媒質１０は、断熱部材を介して筐体７に固定されていてもよい。この場合、熱レンズ効果の発生を抑制しつつ、複数のレーザ媒質ユニット２の間での位置ずれを抑制することができ、レーザ増幅装置１の安定的な駆動を実現することができる。断熱部材としては、例えば熱伝導率の低い樹脂部材、セラミックボール、又は針等が用いられ得る。セラミックボールや針を用いる場合、点接触により各部材を支持することで熱流路を小さくすることができ、筐体７からの十分な断熱を図ることができる。第７変形例のレーザ増幅装置１によっても、上述した理由により、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。なお、筐体７はレーザ媒質ユニット２の一部であるとみなすこともできる。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示される配置例のようにレーザ利得媒質１０の第１表面１０ａ上に第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が配置されていてもよい。図１６（ａ）の例では、第１領域Ｒ１の中心が第１表面１０ａの中心Ｃからずれている。図１６（ｂ）の例では、第１領域Ｒ１は矩形状に形成されており、第２領域Ｒ２により囲まれていない。このように第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が配置されたレーザ媒質ユニット２によっても、上記実施形態と同様に、熱レンズ効果を低減しつつ、組み付け性を向上することができる。

本発明は、上記実施形態及び変形例に限られない。各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。例えば、第１方向Ｄ１から見た場合におけるレーザ利得媒質１０の形状は円形状に限られず、例えば矩形状等の任意の形状であってよい。冷却部２２の材料は金属材料に限られず、例えばサファイア等であってもよい。

上記実施形態において光透過部材３は省略されてもよい。例えば、光透過部材３は空間に置き換えられてもよい。この場合にも、例えばレーザ媒質ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃを上記実施形態と同一の位置関係に配置することで、レーザ増幅装置１を上記実施形態と同様に動作させることができる。上記実施形態においてレーザ増幅装置１はレーザ媒質ユニット２を１つのみ備えていてもよい。

導光部２１の形状は任意の形状であってよく、例えば六角柱状であってもよい。上記実施形態において冷却部２２が省略されてもよい。この場合、例えば、導光部２１を熱伝導率の高い材料（例えばサファイア）により形成することで、自然放熱によってレーザ利得媒質１０を冷却することができる。冷却部２２は、空冷又は水冷により導光部２１を冷却するものであってもよい。例えば、上記実施形態において冷却部２２を構成する冷却ブロックにペルチェ素子が接続されてもよい。或いは、冷却ブロック内に貫通孔が形成され、当該貫通孔内に冷却用の液体やガスが流されてもよい。このような冷却方法は、第７変形例のようにレーザ利得媒質１０及び導光冷却部材２０が真空状態に配置され、自然放熱が起こりにくい場合に特に有効となる。

第１層１１は、第１表面１０ａの全面に形成されていなくてもよい。例えば、第１層１１は、第１表面１０ａにおいて導光部２１が接続される領域上のみに形成されていてもよい。ただし、第１層１１が第１表面１０ａの全面に形成されている場合、導光部２１を第１層１１上に配置されるように第１表面１０ａに接続する作業を容易化することができる。

上記実施形態において、導光部２１の側面２１ｃの全面に励起光Ｌ１を反射させる反射層が形成されていてもよい。反射層は、例えば、メッキ、蒸着等により形成される金属層、又は反射コーティング層であってよい。反射層が形成されている場合、導光部２１の側面２１ｃにおいて励起光Ｌ１を確実に反射させることができる。また、反射層が金属メッキ層である場合、導光冷却部材２０の冷却性能を向上することができる。

上記実施形態において、第３変形例と同様に、導光部２１が、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに近づくほど直径が小さくなるように傾斜したテーパ形状に形成されていてもよい。或いは、それとは逆に、導光部２１が、レーザ利得媒質１０の第１表面１０ａに近づくほど直径が大きくなるように傾斜したテーパ形状に形成されていてもよい。上記実施形態において、レーザ利得媒質１０の第２表面１０ｂに冷却用の部材が接続されていてもよい。この場合、レーザ利得媒質１０を両側から冷却することができ、レーザ利得媒質１０を効率的に冷却することができる。この冷却用の部材は、例えば導光冷却部材２０であってもよい。上記実施形態において、レーザ利得媒質１０の側面が加熱されてもよい。この場合、熱レンズ効果を一層低減することができる。

１…レーザ増幅装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ…レーザ媒質ユニット、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…レーザ利得媒質、１０ａ…第１表面、１０ｂ…第２表面、１１…第１層、１２…第２層、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…導光冷却部材、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ…導光部、２１ｃ…側面、２２…冷却部、３０…光源、１００…レーザ発振装置、１１０…部分反射ミラー（部分反射部）、Ｌ１…励起光、Ｌ２…レーザ光、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域。

Claims (19)

1. 板状に形成されて第１表面と前記第１表面とは反対側の第２表面とを有し、前記第１表面からの励起光の照射により放出光を発生させるレーザ利得媒質と、
   前記第１表面に接続され、前記励起光を前記第１表面に向けて導光すると共に前記レーザ利得媒質を冷却する導光冷却部材と、を備え、
   前記第１表面は、前記導光冷却部材が熱的に接続された第１領域と、前記第１領域以外の第２領域と、からなり、
   前記第２領域の全体は、前記導光冷却部材から熱的に遮断されている、レーザ媒質ユニット。
2. 前記第２領域は、前記第１領域を囲んでいる、請求項１に記載のレーザ媒質ユニット。
3. 前記第１領域は、前記第１表面に垂直な方向から見た場合に、前記第１表面の中心を通る直線に関して線対称で且つ前記中心に関して点対称な形状を有する、請求項１又は２に記載のレーザ媒質ユニット。
4. 前記導光冷却部材は、前記第１表面に接続された導光部と、前記導光部の側面に接触した冷却部と、を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
5. 前記導光冷却部材は、前記第１表面に接続された導光部を有し、
   前記導光部は、前記励起光が前記導光部により導光された場合に、前記第１表面に平行な方向における前記励起光の強度分布が均一化されるように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
6. 前記導光冷却部材は、前記第１表面に接続された導光部を有し、
   前記第１表面に垂直な方向における前記導光部の長さは、前記第１表面に平行な方向における前記導光部の長さよりも長い、請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
7. 前記励起光を出力する光源を更に備え、
   前記光源は、複数の発光領域を有する半導体レーザである、請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
8. 前記第１表面には、前記励起光を透過させる一方で前記放出光を反射させる層が形成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
9. 前記導光冷却部材における前記励起光の入射面には、前記励起光を透過させる一方で前記放出光を反射させる層が形成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
10. 前記第２表面には、前記励起光を反射させる一方で前記放出光を透過させる層が形成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
11. 前記レーザ利得媒質及び前記導光冷却部材の各々は、複数備えられており、
    前記複数のレーザ利得媒質と前記複数の導光冷却部材とは、互い違いに接続されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
12. 各々が前記励起光を出力する複数の光源を更に備え、
    前記複数の光源の各々からの前記励起光が前記導光冷却部材に入射する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
13. 前記導光冷却部材は、前記第１表面に接続された導光部を有し、
    前記導光部の外周面は、前記第１表面に垂直な方向に対して傾斜したテーパ形状に形成されている、請求項１～１２のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
14. 真空の内部空間を有する筐体を更に備え、
    前記レーザ利得媒質及び前記導光冷却部材は、前記内部空間に配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
15. 前記導光冷却部材は、前記第１表面に接続された導光部を有し、
    前記導光部は、筒状に形成されており、冷媒を流すための流路を内部に画定している、請求項１～１４のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニット。
16. 請求項１～１５のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニットを備え、
    前記第１表面又は前記第２表面にレーザ光が入射し、前記レーザ利得媒質において前記放出光により増幅された前記レーザ光が出力される、レーザ増幅装置。
17. 前記第２表面に前記レーザ光が入射し、増幅された前記レーザ光が前記第２表面から出力される、請求項１６に記載のレーザ増幅装置。
18. 請求項１～１５のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニットを複数備え、
    前記複数のレーザ媒質ユニットの各々において、前記第２表面にレーザ光が入射し、前記レーザ利得媒質において前記放出光により増幅された前記レーザ光が前記第２表面から出射し、
    前記複数のレーザ媒質ユニットは、第１レーザ媒質ユニットと第２レーザ媒質ユニットを含み、
    前記第１レーザ媒質ユニットから出射した前記レーザ光が、前記第２レーザ媒質ユニットにおいて増幅される、レーザ増幅装置。
19. 請求項１～１５のいずれか一項に記載のレーザ媒質ユニットと、
    前記レーザ利得媒質から出力される前記放出光の光路上に配置され、前記放出光をレーザ発振させる部分反射部と、を備える、レーザ発振装置。

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