JP3383217B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents

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、レーザ光を出射
するレーザ発振器を備えた固体レーザ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図９は第１の従来例の固体レーザ装置を
示す概略構成図である。この固体レーザ装置１００は、
レーザ発振器１０１と、このレーザ発振器１０１から出
射されるレーザ光を増幅するレーザ増幅器１０２とを備
えている。レーザ発振器１０１は、円柱状の第１の固体
レーザ媒質１０３と、この第１の固体レーザ媒質１０３
に並設され第１の固体レーザ媒質１０３を励起するレー
ザダイオードから構成された第１の励起光源１０４と、
第１の固体レーザ媒質１０３を挟んで平行に対面配置さ
れ全反射面を有する全反射鏡１０５および部分反射面を
有する部分反射鏡１０６を備えている。また、レーザ増
幅器１０２は、円柱状の第２の固体レーザ媒質１０７
と、この第２の固体レーザ媒質１０７に並設され第２の
固体レーザ媒質１０７を励起するレーザダイオードから
構成された第２の励起光源１０８とを備えている。

【０００３】上記構成の固体レーザ装置１００では、第
１の励起光源１０４によって第１の固体レーザ媒質１０
３が励起されている。励起された第１の固体レーザ媒質
１０３を介して全反射鏡１０５と部分反射鏡１０６との
間でレーザ光が発振して、部分反射鏡１０６から出射さ
れる。このレーザ光はレーザ増幅器１０２の第２の固体
レーザ媒質１０７に入射する。この第２の固体レーザ媒
質１０７は第２の励起光源１０８によって励起されてお
り、励起された第２の固体レーザ媒質１０７を通過した
レーザ光は増幅されて出射される。

【０００４】この第１の従来例の場合には、図１０に模
式的に示すように、第２の固体レーザ媒質１０７に入射
するレーザ光は光強度分布がガウス分布であるガウシア
ンビームである。つまり、光強度分布Ｇ(ｒ)は伝搬軸上
の中心部がピークとなり伝搬軸から離れた周辺部が小さ
いガウス分布となっているのに対して、第２の固体レー
ザ媒質１０７の励起分布Ｎ(ｒ)は、中心部と周辺部とが
ほぼ均一な形状となっている。そのため、レーザ発振器
１０１から出射されるガウシアンビームを第２の円柱状
固体レーザ媒質１０７に直接通過させると、ガウシアン
ビームの光強度分布Ｇ(ｒ)と円柱形状の第２の固体レー
ザ媒質１０７の励起分布Ｎ（ｒ）の空間的なオーバーラ
ップが少なく、レーザ増幅器１０２からのエネルギー取
り出し効率が低くなるという問題点があった。

【０００５】このような問題点を解決する手段として、
ガウシアンビームの光強度分布を第２の固体レーザ媒質
１０７の励起分布と近い分布形状に変換する方法が従来
から知られている。図１１には、第２の従来例として、
ハードアパーチャを用いてガウシアンビームの光強度分
布Ｇ(ｒ)をレーザ増幅器１０２の第２の固体レーザ媒質
１０７の励起分布に近い光強度分布に変換する固体レー
ザ装置１５０が示されている。この固体レーザ装置１５
０は、上記第１の従来例と同様のレーザ発振器１０１と
レーザ増幅器１０２との間に、レーザ発振器１０１から
発振されたガウシアンビームを拡大する凹レンズ１０９
ａおよび凸レンズ１０９ｂから構成されるテレスコープ
１０９と、テレスコープ１０９によって拡大されたガウ
シアンビームの中心部分のみを通過させる開口を備えた
第１のハードアパーチャ１１０と、この第１のハードア
パーチャ１１０を通過したビームを収束させる凸レンズ
１１１と、真空容器１１２内に収納されかつ凸レンズ１
１１の焦点位置に配置された第２のハードアパーチャ１
１３と、第２のハードアパーチャ１１３を通過した発散
ビームを平行光束とする凸レンズ１１４とが配置されて
いる。

【０００６】次に、この第２の従来例の固体レーザ装置
１５０の動作を説明する。レーザ発振器１０１から出射
したガウシアンビームがテレスコープ１０９に入射する
と、凹レンズ１０９ａと凸レンズ１０９ｂによって拡大
されたガウシアンビームが出射される。拡大されたガウ
シアンビームの光強度分布Ｇ_１(ｒ)は、ピーク部分が広
がったことにより中心部においてなだらかな光強度分布
となる。拡大されたガウシアンビームは、第１のハード
アパーチャ１１０に入射し、第１のハードアパーチャ１
１０を通過後にはレーザ光の光強度分布は矩形に近い光
強度分布Ｇ_２(ｒ)となる。

【０００７】図１２は第１のハードアパーチャ１１０を
通過したレーザ光の矩形に近い光強度分布Ｇ_２(ｒ)とそ
のレーザ光を集光させた焦点位置における光強度分布を
示す模式図である。第１のハードアパーチャ１１０を通
過したレーザ光は、エッジ部分による回折の影響で、矩
形に近い光強度分布Ｇ_２(ｒ)からリップルの生じた光強
度分布となる。そして、この場合には、リップルの生じ
た光強度分布のリップル部分が強調されて第２の固体レ
ーザ媒質１０７により増幅されて高ピークパワーとな
り、第２の固体レーザ媒質１０７を破壊してしまうとい
う問題点があった。

【０００８】そこで、図１１に示した第２の従来例で
は、回折の影響を取り除くために、第１のハードアパー
チャ１１０と真空容器１１２との間に凸レンズ１１１を
配置し、この凸レンズ１１１によって、第１のハードア
パーチャ１１０を通過したレーザ光を集光させること
で、焦点位置においてファーフィールドにおける光強度
分布Ｇ_３（ｒ）を得て、集光されたレーザ光の焦点位
置、すなわちファーフィールドの分布において第２のハ
ードアパーチャ１１３によって第１のハードアパーチャ
１１０によるリップルＲ部分を除去している。これによ
り、第２のハードアパーチャ１１３を通過した発散ビー
ムを平行光束とする凸レンズ１１４によって、回折の影
響がなく伝搬させてもリップルの生じない光強度分布
で、第２の固体レーザ媒質１０７の励起分布に近いエッ
ジ部分のなだらかな光強度分布Ｇ_４(ｒ)のレーザ光を得
ることが可能である。一方、真空容器１１２は、集光さ
れたレーザ光の高エネルギー密度により生じる絶縁破壊
の放電を防止するために用いるものである。この第２の
固体レーザ媒質１０７の励起分布に近い光強度分布Ｇ_４
(ｒ)のレーザ光をレーザ増幅器１０２の第２の固体レー
ザ媒質１０７に通過させると、レーザ増幅器１０２から
のエネルギー取り出し効率を高くすることができる。

【０００９】しかしながら、この固体レーザ装置１５０
では、第１のハードアパーチャ１１０によってガウシア
ンビームの中心部における一部のレーザ光しか通過され
ないため、レーザ発振器１０１から出射したガウシアン
ビームのエネルギー利用効率が低いという問題点があっ
た。また、第１のハードアパーチャ１１０を通過したレ
ーザ光をそのまま伝搬させて第２の固体レーザ媒質１０
７に通過させると、リップルの生じた光強度分布のリッ
プルだけが増幅されて高エネルギーになることにより、
第２の固体レーザ媒質１０７が破壊されてしまうので、
焦点位置における光強度分布Ｇ_３（ｒ）のリップルＲを
除去するために第２のハードアパーチャ１１３が必要と
なり、さらに、集光されたレーザ光の高エネルギー密度
により生じる絶縁破壊の放電を防止するために第２のハ
ードアパーチャ１１３を真空容器１１２内に収納する必
要があり、装置全体が大きくなる等の問題点があった。

【００１０】また、図１３には、第３の従来例として、
ソフトアパーチャーによってガウシアンビームの光強度
分布を変換する方法を用いる固体レーザ装置２００が示
されている。この固体レーザ装置２００は、第２のレー
ザ発振器１０１とレーザ増幅器１０２の間に、レーザ発
振器１０１から発振されたガウシアンビームを拡大する
凹レンズ１０９ａ、凸レンズ１０９ｂにより構成される
テレスコープ１０９と、テレスコープ１０９によって拡
大されたビームを通過させる中心軸からの距離ｒにおい
て軸対称な透過率分布Ｔ(ｒ)を有するソフトアパーチャ
ー１１５とが配置されている。

【００１１】この固体レーザ装置２００では、レーザ発
振器１０１から出射されたガウシアンビームがテレスコ
ープ１０９に入射すると、凹レンズ１０９ａと凸レンズ
１０９ｂとによって拡大されたビームが出射される。拡
大されたビームの光強度分布Ｇ_１(ｒ)は、ピーク部分が
広がったことにより中心部においてなだらかな光強度分
布となる。このレーザ光がソフトアパーチャ１１５に入
射すると、ソフトアパーチャ１１５の透過率分布Ｔ(ｒ)
に応じたＧ_１(ｒ)・Ｔ(ｒ)の光強度分布を有するレーザ
光が透過される。

【００１２】図１４は、ソフトアパーチャ１１５におけ
る透過率分布Ｔ(ｒ)を示す模式図である。このエッジ部
分がなだらかな光強度分布となるようなＴ(ｒ)の透過率
分布を有するソフトアパーチャ１１５によって、レーザ
増幅器１０２の第２の固体レーザ媒質１０７の励起分布
に近い光強度分布Ｇ_５(ｒ)のレーザ光を得ることが可能
である。この円柱形状の第２の固体レーザ媒質１０７の
励起分布に近い光強度分布のレーザ光をレーザ増幅器１
０２の第２の固体レーザ媒質１０７に通過させると、レ
ーザ増幅器１０２の増幅効率を高めることができる。し
かしながら、ソフトアパーチャ１１５の透過率分布Ｔ
(ｒ)に応じた一部のレーザ光しか透過されないので、第
２の従来例と同様に、レーザ発振器１０１から出射され
るガウシアンビームのエネルギー利用効率が低い等の問
題点があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、図９
に示した第１の従来例の固体レーザ装置１００では、レ
ーザ発振器１０１から出射されるガウシアンビームをレ
ーザ増幅器１０２の第２の固体レーザ媒質１０７に直接
通過させるので、上述したように、ガウシアンビームの
光強度分布Ｇ(ｒ)と第２の固体レーザ媒質１０７の励起
分布Ｎ(ｒ)との空間的なオーバーラップが少なく、レー
ザ増幅器１０２における増幅効率が低くなるという問題
点があった。

【００１４】また、図１１に示した第２の従来例の固体
レーザ装置１５０では、第１のハードアパーチャ１１０
によってガウシアンビームの中心部における一部のレー
ザ光しか通過されないため、レーザ発振器１０１から出
射したガウシアンビームのエネルギー利用効率が低いと
いう問題点があった。また、焦点位置における光強度分
布Ｇ_３（ｒ）のリップルＲを除去するために第２のハー
ドアパーチャ１１３が必要となり、また集光されたレー
ザ光の高エネルギー密度により生じる絶縁破壊の放電を
防止するために第２のハードアパーチャ１１３を真空容
器１１２内に収納する必要があり、装置全体が大きくな
る問題点があった。

【００１５】また、図１３に示した第３の従来例の固体
レーザ装置２００では、ソフトアパーチャ１１５の透過
率分布Ｔ(ｒ)に応じた一部のレーザ光しか透過されない
ので、第２の従来例と同様に、レーザ発振器１０１から
出射されるガウシアンビームのエネルギー利用効率が低
いという問題点があった。

【００１６】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、増幅効率を高め、ま
たレーザ光のエネルギー利用効率を高めることができる
固体レーザ装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る固体レーザ装置では、レーザ発振器は、レーザ光を出
射する発振器用固体レーザ媒質と、この発振器用固体レ
ーザ媒質を励起する励起光源と、前記発振器用固体レー
ザ媒質に対向して設けられ前記発振器用固体レーザ媒質
からの前記レーザ光を折り返す全反射面を有する全反射
鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質を間に挟んで前記全
反射鏡と対向し前記発振器用固体レーザ媒質からのレー
ザ光を折り返す部分反射鏡と、前記発振器用固体レーザ
媒質と前記全反射鏡との間、および前記発振器用固体レ
ーザ媒質と前記部分反射鏡との間の少なくとも一方に設
けられ、前記レーザ光を屈折させてレーザ光の光強度分
布を前記発振器用固体レーザ媒質の励起分布に対応した
形状にする光強度分布用屈折面を有する光変換素子とを
備えたものである。

【００１８】この発明の請求項２に係る固体レーザ装置
は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、増幅器用固体
レーザ媒質を有し前記レーザ発振器からのレーザ光を増
幅するレーザ増幅器と、前記レーザ発振器と前記レーザ
増幅器との間に設けられ、一面に前記レーザ光を屈折さ
せてレーザ光を平行な波面もしくは増幅器用固体レーザ
媒質にて発生する収差を低減するような光波面のいずれ
か一方とする光波面用屈折面を有しているとともに、他
面にレーザ光を屈折させてレーザ光の光強度分布を増幅
器用固体レーザ媒質の励起分布に対応した形状にする光
強度分布用屈折面を有している光変換素子とを備えたも
のである。

【００１９】この発明の請求項３に係る固体レーザ装置
では、レーザ光を出射するレーザ発振器を有する固体レ
ーザ装置であって、前記レーザ発振器は、レーザ光を出
射する発振器用固体レーザ媒質と、この発振器用固体レ
ーザ媒質を励起する励起光源と、前記発振器用固体レー
ザ媒質に対向して設けられ前記発振器用固体レーザ媒質
からの前記レーザ光を折り返す全反射面を有する全反射
鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質を間に挟んで前記全
反射鏡と対向し前記発振器用固体レーザ媒質からのレー
ザ光を折り返す部分反射鏡と、前記発振器用固体レーザ
媒質と前記全反射鏡との間、および前記発振器用固体レ
ーザ媒質と前記部分反射鏡との間の少なくとも一方に設
けられ、一面に前記レーザ光を屈折させてレーザ光を平
行な波面もしくは発振器用固体レーザ媒質にて発生する
収差を低減するような光波面のいずれか一方とする光波
面用屈折面を有しているとともに、他面にレーザ光を屈
折させてレーザ光の光強度分布を発振器用固体レーザ媒
質の励起分布に対応した形状にする光強度分布用屈折面
を有している光変換素子とを備えたものである。

【００２０】この発明の請求項４に係る固体レーザ装置
は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、増幅器用固体
レーザ媒質を有し前記レーザ発振器からのレーザ光を増
幅するレーザ増幅器と、前記レーザ発振器と前記レーザ
増幅器との間に設けられ、一面に平行な波面もしくは増
幅器用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するよう
な光波面のいずれか一方とする光波面用屈折面は、レー
ザ光を屈折させてレーザ光の光強度分布を増幅器用固体
レーザ媒質の励起分布に対応した形状にするように調節
されている光変換素子とを備えたものである。

【００２１】この発明の請求項５に係る固体レーザ装置
では、レーザ光を出射するレーザ発振器を有する固体レ
ーザ装置であって、前記レーザ発振器は、レーザ光を出
射する発振器用固体レーザ媒質と、この発振器用固体レ
ーザ媒質を励起する励起光源と、前記発振器用固体レー
ザ媒質に対向して設けられ前記発振器用固体レーザ媒質
からの前記レーザ光を折り返す全反射面を有する全反射
鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質を間に挟んで前記全
反射鏡と対向し前記発振器用固体レーザ媒質からのレー
ザ光を折り返す部分反射鏡と、前記発振器用固体レーザ
媒質と前記全反射鏡との間、および前記発振器用固体レ
ーザ媒質と前記部分反射鏡との間の少なくとも一方に設
けられ、一面に前記レーザ光を屈折させてレーザ光を平
行な波面もしくは発振器用固体レーザ媒質にて発生する
収差を低減するような光波面のいずれか一方とする光波
面用屈折面は、レーザ光を屈折させてレーザ光の光強度
分布を発振器用固体レーザ媒質の励起分布に対応した形
状にするように調整されている。

【００２２】この発明の請求項６に係る固体レーザ装置
では、増幅器用固体レーザ媒質は円柱形状であり、レー
ザ発振器からのレーザ光が光変換素子に入射され、光変
換素子の光強度分布用屈折面でのレーザ光の屈折後は、
レーザ光の伝搬軸付近の中央部から伝搬軸から径方向に
離れた周辺部までほぼ一様なスーパーガウシアン光強度
分布である。

【００２３】この発明の請求項７に係る固体レーザ装置
では、発振器用固体レーザ媒質は円柱形状であり、全反
射鏡、および部分反射鏡の少なくとも一方から折り返さ
れたレーザ光が光変換素子に入射され、光変換素子の光
強度分布用屈折面でのレーザ光の屈折後は、レーザ光の
伝搬軸付近の中央部から伝搬軸から径方向に離れた周辺
部までほぼ一様なスーパーガウシアン光強度分布であ
る。

【００２４】この発明の請求項８に係る固体レーザ装置
では、光変換素子は合成石英ガラスで構成されている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図面を参照して説明する。 実施の形態１． 図１はこの発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置３
００の概略構成図である。この固体レーザ装置３００
は、レーザ発振器１０と、このレーザ発振器１０から出
射されるレーザ光の光強度を増幅するレーザ増幅器１５
とを備えている。レーザ発振器１０は、円柱形状の発振
器用固体レーザ媒質１１と、この発振器用固体レーザ媒
質１１に並設され発振器用固体レーザ媒質１１を励起す
るレーザダイオードで構成された励起光源１２と、発振
器用固体レーザ媒質１１を挟んで平行に対面配置される
全反射面を有する全反射鏡１３および部分反射面を有す
る部分反射鏡１４とを備えている。また、レーザ増幅器
１５は、増幅器用固体レーザ媒質１６と、この増幅器用
固体レーザ媒質１６を励起する励起光源１７とを備えて
いる。

【００２６】そして、レーザ発振器１０とレーザ増幅器
１５との間には、誘電体である合成石英ガラスで構成さ
れた光変換素子２１が配置されている。図２にこの光変
換素子２１の拡大図であり、光変換素子２１の一面に
は、レーザ発振器１０から出射されるレーザ光の第１の
光強度分布Ｇ_１０(ｒ)を、第１の光強度分布Ｇ_１０(ｒ)
に対応する光強度の光線をレーザ光の断面内において屈
折させてその空間的位置関係を変化させることによりレ
ーザ増幅器１５の増幅器用固体レーザ媒質１６の励起分
布にほぼ一致する第２の光強度分布Ｇ_２０(ｒ)に変換さ
せる光強度分布用屈折面である第１の境界面２１ａが形
成されている。この第１の境界面２１ａは出射光を屈折
して所望の波面にする光波面用屈折面としての機能をも
有している。また、光変換素子２１の他面には、第１の
境界面２１ａと共働して出射光を屈折して所望の波面に
する、光波面用屈折面である第２の境界面２１ｂが形成
されている。この第２の境界面２１ｂは第１の境界面２
１ａと共働して出射光を屈折させてレーザ増幅器１５の
増幅器用固体レーザ媒質１７の励起分布にほぼ一致する
第２の光強度分布Ｇ_２０(ｒ)に変換させる光強度分布用
屈折面としての機能をも有している。なお、レーザ発振
器１０から出射するレーザ光の第１の光強度分布Ｇ_１０
(ｒ)はガウシアン分布であり、第２の境界面２１ｂから
出射される出射光の第２の光強度分布Ｇ_２０(ｒ)は、レ
ーザ光の伝搬軸ｚ付近の中央部から伝搬軸から径方向に
離れた周辺部までほぼ一様で、エッジ部がなだらかな台
形状を呈するスーパーガウシアン分布である。

【００２７】この実施の形態では、第１の境界面２１ａ
は、ガウシアン分布Ｇ_１０(ｒ)の中心軸となる伝搬軸ｚ
付近の中央部の光強度の高い光線を周辺部に振り分ける
よう屈折させるもので、伝搬軸ｚ付近の中央部が凹面２
１ａ_１で、伝搬軸ｚから径方向に離れた周辺部が凸面２
１ａ_２となった断面形状に形成されている。また、第２
の境界面２１ｂは、このように屈折された各光線の各波
面Ｗ_２０が伝搬軸Ｚと直交し、かつ平行となるように屈
折させるもので、第１の境界面２１ａと反対に伝搬軸ｚ
付近の中央部が凸面２１ｂ_１で、周辺部が凹面２１ｂ_２
となる断面形状に形成されている。

【００２８】次に、上記構成の固体レーザ装置３００の
動作について説明する。レーザ発振器１０から出射した
レーザ光は曲線状の平行な波面Ｗ_１０であり、このガウ
シアンビームが光変換素子２１の第１の境界面２１ａに
入射すると、光強度分布が第１の光強度分布であるガウ
ス分布Ｇ_１０(ｒ)から光強度が均一のスーパーガウシア
ン分布Ｇ_２０(ｒ)となる方向に屈折される。即ち、光強
度の強い伝搬軸ｚ付近の光線は第１の境界面２１ａの中
央の凹面２１ａ_１によって伝搬軸ｚから離れた周辺部分
に発散するように屈折され、伝搬ｚ軸から遠い周辺の光
強度の小さい光線は第１の境界面２１ａの凸面２１ａ_２
によって伝搬軸ｚに近づく方向に屈折される。この屈折
光は、第２の境界面２１ｂでさらに屈折されて、第２の
境界面２１ｂからの出射光が直線状の平行な波面Ｗ_２０
となる。

【００２９】このように、光変換素子２１に入射したガ
ウシアン分布であるレーザ光は、光変換素子２１からス
ーパーガウシアン分布で、しかも平行な波面Ｗ_２０を有
するレーザ光として出射される。そして、第１の境界面
２１ａへの入射光は、第１境界面２１ａおよび第２の境
界面２１ｂにおいて反射が無いとすると、すべて第２の
境界面から出射されるので、レーザ光の利用効率の低下
を防止することができる。

【００３０】図３は増幅器用固体レーザ媒質１６に入射
する第２の光強度分布としてのスーパーガウシアン分布
Ｇ_２０(ｒ)および増幅器用固体レーザ媒質１６の励起分
布Ｎ(ｒ)を示す模式図である。この光変換素子２１から
の出射光は、第２の励起光源１７によって励起されてい
る増幅器用固体レーザ媒質１６を通過して増幅される。
増幅器用固体レーザ媒質１６に入射したスーパーガウシ
アン分布Ｇ_２０(ｒ)の光強度分布のレーザ光とレーザ増
幅器１５の増幅器用固体レーザ媒質１６の励起分布Ｎ
(ｒ)の空間的なオーバーラップは多く、増幅効率を高く
することができる。

【００３１】図４は上記実施の形態の光変換素子２１を
具体化して示した断面図、図５はこの光変換素子２１か
らの出射光の光強度分布を示す図である。この光変換素
子２１は誘電体であるｎ＝１．４５の合成石英ガラスで
構成されており、第１の境界面２１ａおよび第２の境界
面２１ｂを有する光変換素子２１に、ビーム径２．８ｍ
ｍのガウシアンビームを入射すると、図５に示す光強度
分布Ｇ_２０(ｒ)の出射光が得られる。この光変換素子２
１によって、入射光をスーパーガウシアンの光強度分布
のレーザ光にすると、エッジ部がなだらかな光強度分布
であるため伝搬されても回折の影響を受けないで増幅器
用固体レーザ媒質１６の励起分布に近い光強度分布で増
幅器用固体レーザ媒質１６に入射することができる。

【００３２】上記構成の光変換素子２１は、波面Ｗ_１０
が平行で、かつガウシアンビームである入射光を、光強
度分布がスーパーガウシアンビームで波面Ｗ_２０が平行
となる出射光に変換しているが、第１の境界面２１ａお
よび第２の境界面の形状を変えることにより、任意の光
強度分布および波面の入射光を所望の光強度分布および
波面の出射光に変換することができる。

【００３３】次に、上記光変換素子２１によるレーザ光
の光強度分布および波面の調節原理について説明する。
先ず、光変換素子２１によるレーザ光の光強度分布の調
節原理について説明する。図６は第１の境界面２１ａお
よび第２の境界面２１ｂで屈折される光線とその光強度
分布を示した模式図である。任意の光強度分布および波
面を有するレーザ光の光線Ａおよび光線Ｂは、それぞれ
波面の法線方向に進行して、式（１）の屈折の法則に従
って第１の境界面２１ａで屈折される。 sinθ_１＝ｎsinθ_２ （１）

【００３４】ここで、θ_１は第１の境界面２１ａに入射
した光線の入射角、θ_２は第１の境界面２１ａで屈折し
た光線の出射角、ｎは誘電体である光変換素子２１の相
対屈折率である。同様にして、第１の境界面２１ａで屈
折された光線は、式（２）の屈折の法則に従って第２の
境界面で屈折される。 ｎsinθ_３＝sinθ_４ （２） ここで、θ_３は第２の境界面に入射した光線の入射角、
θ_４は第２の境界面で屈折した光線の出射角である。第
１の境界面２１ａに入射する光線Ａおよび光線Ｂの波束
の微小面積ｄＳ_１ＡおよびｄＳ_１Ｂは、式（１）の屈折
の法則に従って光線の進行方向が屈折されて、第２の境
界面上では微小面積ｄＳ_２ＡおよびｄＳ_２Ｂに変化す
る。同様に、波束の微小面積ｄＳ_２ＡおよびｄＳ
_２Ｂは、式（２）の屈折の法則に従って光線の進行方向
が屈折されて、スクリーン３０（この実施の形態では増
幅器用固体レーザ媒質１６のレーザ光入射面）上では微
小面積ｄＳ_３ＡおよびｄＳ_３Ｂに変化する。

【００３５】第１の境界面２１ａおよび第２の境界面に
おいて反射が無いとすると、光線Ａの波束の微小面積ｄ
Ｓ_１Ａ，ｄＳ_２ＡおよびｄＳ_３Ａにおける光パワーＰ_Ａ
は幾何光学的に一定である。同様にして、光線Ｂの波束
の微小面積ｄＳ_１Ｂ，ｄＳ_２ＢおよびｄＳ_３Ｂにおける
光パワーＰ_Ｂは幾何光学的に一定である。ここで、光変
換素子２１に入射する入射光の光強度分布は第１の境界
面２１ａに入射する光線の単位面積当たりの強度、つま
り光強度Ｐ_Ａ／ｄＳ_１ＡおよびＰ_Ｂ／ｄＳ_１Ｂを連続的
に与えることにより得られる。また、光変換素子２１か
らの出射光の光強度分布は第２の境界面２１ｂでの光線
Ａおよび光線Ｂの単位面積当たりの強度、つまり光強度
Ｐ_Ａ／ｄＳ_２ＡおよびＰ_Ｂ／ｄＳ_２Ｂを連続的に与える
ことにより得られる。また、スクリーン３０での光強度
分布はスクリーン３０での光線Ａおよび光線Ｂの単位面
積当たりの強度、つまり光強度Ｐ_Ａ／ｄＳ_３ＡおよびＰ
_Ｂ／ｄＳ_３Ｂを連続的に与えることにより得られる。こ
のように、第１の境界面２１ａおよび第２の境界面２１
ｂの形状を屈折の法則を利用して調整することにより、
スクリーン３０において所望の光強度分布が得られる。

【００３６】次に、光変換素子２１のレーザ光の波面調
節の原理について説明する。図７は第１の境界面２１ａ
および第２の境界面２１ｂで屈折される光線とその波面
を示した模式図である。出射面３１（この実施の形態で
は部分反射鏡１４）から光変換素子２１を透過して進行
してスクリーン３０までの光線Ａと光線Ｂとの光路長が
式（３）に示すように一定であれば、光線Ａと光線Ｂと
が第２の境界面２１ｂから進行してスクリーン３０上で
は同一波面上となる。

【００３７】 Ｌ_１Ａ＋Ｌ_２Ａ＋Ｌ_３Ａ＝Ｌ_１Ｂ＋ｎＬ_２Ｂ＋Ｌ_３Ｂ （３） ここで、Ｌ_１ＡおよびＬ_１Ｂは出射面３１の波面から第
１の境界面２１ａまで光線Ａおよび光線Ｂが進む距離、
Ｌ_２ＡおよびＬ_２Ｂは第１の境界面２１ａから第２の境
界面２１ｂまで光線Ａおよび光線Ｂが進む距離，Ｌ_３Ａ
およびＬ_３Ｂは第２の境界面２ｂからスクリーン３０ま
で光線Ａおよび光線Ｂが進む距離である。このように、
式（３）が成り立つことでスクリーン３０上での波面を
任意に与えることが可能である。

【００３８】この実施の形態では、固体レーザ媒質とし
て、軸対称な固体レーザ媒質を用いているが、例えば、
矩形のスラブレーザ媒質を用いてもよい。また、第１の
境界面２１ａと第２の境界面２１ｂとが共働で光変換素
子２１の屈折率を利用して、増幅器用固体レーザ媒質１
６に入射するレーザ光の光強度分布を増幅器用固体レー
ザ媒質１６の励起分布に対応した形状にし、また同時に
光変換素子２１からの出射光の波面を任意に変更できる
ようにしたが、光変換素子の屈折率を利用して、増幅器
用固体レーザ媒質に入射するレーザ光の光強度分布を増
幅器用固体レーザ媒質の励起分布に対応した形状にする
ように、光変換素子の一面に光強度分布用屈折面のみを
形成してもよい。また、光変換素子の屈折率を利用し
て、光変換素子からの出射光の波面を任意に変更できる
ように、光変換素子の一面に光波面用屈折面のみを形成
してもよい。また、光変換素子の一面に光強度分布用屈
折面を形成し、他面に光波面用屈折面を形成してもよ
い。

【００３９】実施の形態２． 図８はこの発明の実施の形態２の固体レーザ装置２５０
を示している。この実施の形態では、レーザ発振器３５
０内に光変換素子２１を設けたものである。以下の説明
で実施の形態１のレーザ発振器１０と同一の構成部分に
ついては同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。こ
の固体レーザ装置２５０では、円柱形状の固体レーザ媒
質１１と部分反射鏡１４との間に、部分反射境１４で反
射されて固体レーザ媒質１１に向かうレーザ光の第１の
光強度分布（ガウシアン分布）Ｇ_１０(ｒ)を、固体レー
ザ媒質１１の励起分布に近い第２の光強度分布（スーパ
ーガウシアン分布）Ｇ_２０(ｒ)に変換する光変換素子２
１が配置されている。この光変換素子２１は実施の形態
１と同様に光変換素子２１の屈折率を利用して光変換素
子２１からの出射光の波面を所定の形状にするようにな
っている。

【００４０】上記構成の固体レーザ装置２５０では、励
起光源１２によって固体レーザ媒質１１は励起されてい
る。励起された固体レーザ媒質１１を介して全反射鏡１
３と部分反射鏡１４との間ではガウシアンビームが発振
され、このビームは部分反射鏡１４と全反射鏡１３との
間で反射する。部分反射鏡１４から反射されたガウシア
ンビームは、光変換素子２１の第１の境界面２１ａに入
射して第２の境界面２１ｂから第２の光強度分布として
のスーパーガウシアン分布Ｇ_２０(ｒ)のレーザ光に変換
されて出射される。この出射光は、固体レーザ媒質１１
を通過して増幅され、全反射鏡１３によって折り返され
固体レーザ媒質１１を再び通過してさらに増幅される。
この増幅されたレーザ光は、光変換素子２１の第２の境
界面２１ｂに入射して第１の境界面２１ａから第１の光
強度分布Ｇ_１０(ｒ)のガウシアンビームに変換されて出
射される。このガウシアンビームは部分反射鏡１４によ
って再び一部が反射され、他は部分反射鏡１４を通過し
て出力される。

【００４１】この固体レーザ装置２５０では、レーザ発
振器３５０内では固体レーザ媒質１１に入射したレーザ
光のスーパーガウシアン分布と固体レーザ媒質１１の励
起分布とのオーバーラップは多く、レーザ光の増幅効率
を高くすることができる。また、レーザ発振器３５０内
では、波面収差により、レーザ光の周回による回折損失
が生じるが、光変換素子２１の屈折率を利用してレーザ
発振器３５０内のレーザ光を定常モードの波面にするこ
とで、回折損失を低減することができる。なお、この実
施の形態の固体レーザ装置３００では、円柱形状の固体
レーザ媒質１１と部分反射鏡１４との間に、光変換素子
２１を配置したが、固体レーザ媒質１１と全反射境１３
との間に光変換素子２１を配置してもよい。また、第１
の境界面２１ａと第２の境界面２１ｂとが共働で光変換
素子２１の屈折率を利用して、発振器用固体レーザ媒質
１１に入射するレーザ光の光強度分布を発振器用固体レ
ーザ媒質１１の励起分布に対応した形状にし、また同時
に光変換素子２１からの出射光の波面を任意に変更でき
るようにしたが、光変換素子の屈折率を利用して、発振
器用固体レーザ媒質に入射するレーザ光の光強度分布を
発振器用固体レーザ媒質の励起分布に対応した形状にす
るように、光変換素子の一面に光強度分布用屈折面のみ
を形成してもよい。また、光変換素子の屈折率を利用し
て、光変換素子からの出射光の波面を任意に変更できる
ように、光変換素子の一面に光波面用屈折面のみを形成
してもよい。また、光変換素子の一面に光強度分布用屈
折面を形成し、他面に光波面用屈折面を形成してもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
る固体レーザ装置によれば、レーザ発振器は、レーザ光
を出射する発振器用固体レーザ媒質と、この発振器用固
体レーザ媒質を励起する励起光源と、前記発振器用固体
レーザ媒質に対向して設けられ前記発振器用固体レーザ
媒質からの前記レーザ光を折り返す全反射面を有する全
反射鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質を間に挟んで前
記全反射鏡と対向し前記発振器用固体レーザ媒質からの
レーザ光を折り返す部分反射鏡と、前記発振器用固体レ
ーザ媒質と前記全反射鏡との間、および前記発振器用固
体レーザ媒質と前記部分反射鏡との間の少なくとも一方
に設けられ、前記レーザ光を屈折させてレーザ光の光強
度分布を前記発振器用固体レーザ媒質の励起分布に対応
した形状にする光強度分布用屈折面を有する光変換素子
とを備えたので、例えばレーザ光の光強度分布と発振器
用固体レーザ媒質の励起分布との空間的なオーバーラッ
プを多くすることができ、レーザ発振器の増幅効率を高
めることができる。また、レーザ光を全て発振器用固体
レーザ媒質に通過させ、レーザ光のエネルギーの利用効
率を高めることができる。

【００４３】また、この発明の請求項２に係る固体レー
ザ装置によれば、レーザ光を出射するレーザ発振器と、
増幅器用固体レーザ媒質を有し前記レーザ発振器からの
レーザ光を増幅するレーザ増幅器と、前記レーザ発振器
と前記レーザ増幅器との間に設けられ、一面に前記レー
ザ光を屈折させてレーザ光を平行な波面もしくは増幅器
用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するような光
波面のいずれか一方とする光波面用屈折面を有している
とともに、他面にレーザ光を屈折させてレーザ光の光強
度分布を増幅器用固体レーザ媒質の励起分布に対応した
形状にする光強度分布用屈折面を有している光変換素子
とを備えたので、一構成要素で例えばレーザ光の光強度
分布と増幅器用固体レーザ媒質の励起分布との空間的な
オーバーラップを多くすることができ、レーザ増幅器の
増幅効率を高めることができるとともに、増幅器用固体
レーザ媒質に入射するレーザ光を所望の波面にすること
ができ、増幅器用レーザ媒質でのレーザ光のけられ損失
を低減することができる。

【００４４】また、請求項３に係る固体レーザ装置によ
れば、レーザ発振器は、レーザ光を出射する発振器用固
体レーザ媒質と、この発振器用固体レーザ媒質を励起す
る励起光源と、前記発振器用固体レーザ媒質に対向して
設けられ前記発振器用固体レーザ媒質からの前記レーザ
光を折り返す全反射面を有する全反射鏡と、前記発振器
用固体レーザ媒質を間に挟んで前記全反射鏡と対向し前
記発振器用固体レーザ媒質からのレーザ光を折り返す部
分反射鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質と前記全反射
鏡との間、および前記発振器用固体レーザ媒質と前記部
分反射鏡との間の少なくとも一方に設けられ、一面に前
記レーザ光を屈折させてレーザ光を平行な波面もしくは
発振器用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するよ
うな光波面のいずれか一方とする光波面用屈折面を有し
ているとともに、他面にレーザ光を屈折させてレーザ光
の光強度分布を発振器用固体レーザ媒質の励起分布に対
応した形状にする光強度分布用屈折面を有している光変
換素子とを備えたので、一構成要素で例えばレーザ光の
光強度分布と増幅器用固体レーザ媒質の励起分布との空
間的なオーバーラップを多くすることができ、レーザ増
幅器の増幅効率を高めることができるとともに、レーザ
発振器内のレーザ光を定常モードの波面にすることがで
き、レーザ発振器内でのレーザ光の周回による回折損失
を低減することができる。

【００４５】また、請求項４に係る固体レーザ装置によ
れば、レーザ光を出射するレーザ発振器と、増幅器用固
体レーザ媒質を有し前記レーザ発振器からのレーザ光を
増幅するレーザ増幅器と、前記レーザ発振器と前記レー
ザ増幅器との間に設けられ、一面に平行な波面もしくは
増幅器用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するよ
うな光波面のいずれか一方とする光波面用屈折面は、レ
ーザ光を屈折させてレーザ光の光強度分布を増幅器用固
体レーザ媒質の励起分布に対応した形状にするように調
節されている光変換素子とを備えたので、光変換素子の
一面のみで、例えば光変換素子のレーザ光の光強度分布
と増幅器用固体レーザ媒質の励起分布との空間的なオー
バーラップを多くすることができ、レーザ増幅器の増幅
効率を高めることができるとともに、増幅器用固体レー
ザ媒質に入射するレーザ光を所望の波面にすることがで
き、増幅器用固体レーザ媒質でのレーザ光のけられ損失
を低減することができる。

【００４６】また、請求項５に係る固体レーザ装置によ
れば、レーザ発振器は、レーザ光を出射する発振器用固
体レーザ媒質と、この発振器用固体レーザ媒質を励起す
る励起光源と、前記発振器用固体レーザ媒質に対向して
設けられ前記発振器用固体レーザ媒質からの前記レーザ
光を折り返す全反射面を有する全反射鏡と、前記発振器
用固体レーザ媒質を間に挟んで前記全反射鏡と対向し前
記発振器用固体レーザ媒質からのレーザ光を折り返す部
分反射鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質と前記全反射
鏡との間、および前記発振器用固体レーザ媒質と前記部
分反射鏡との間の少なくとも一方に設けられ、一面に前
記レーザ光を屈折させてレーザ光を平行な波面もしくは
発振器用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するよ
うな光波面のいずれか一方とする光波面用屈折面は、レ
ーザ光を屈折させてレーザ光の光強度分布を発振器用固
体レーザ媒質の励起分布に対応した形状にするように調
整されているので、光変換素子の一面のみで、例えばレ
ーザ光の光強度分布と増幅器用固体レーザ媒質の励起分
布との空間的なオーバーラップを多くすることができ、
レーザ増幅器の増幅効率を高めることができるととも
に、レーザ発振器内のレーザ光を定常モードの波面にす
ることで、レーザ発振器内でのレーザ光の周回による回
折損失を低減することができる。

【００４７】また、請求項６に係る固体レーザ装置によ
れば、増幅器用固体レーザ媒質は円柱形状であり、レー
ザ発振器からのレーザ光が光変換素子に入射され、光変
換素子の光強度分布用屈折面でのレーザ光の屈折後は、
レーザ光の伝搬軸付近の中央部から伝搬軸から径方向に
離れた周辺部までほぼ一様なスーパーガウシアン光強度
分布であるので、レーザ光の光強度分布と増幅器用固体
レーザ媒質の励起分布との空間的なオーバーラップが多
くなり、レーザ増幅器の増幅効率を高めることができ
る。

【００４８】また、請求項７に係る固体レーザ装置によ
れば、発振器用固体レーザ媒質は円柱形状であり、全反
射鏡、および部分反射鏡の少なくとも一方から折り返さ
れたレーザ光が光変換素子に入射され、光変換素子の光
強度分布用屈折面でのレーザ光の屈折後は、レーザ光の
伝搬軸付近の中央部から伝搬軸から径方向に離れた周辺
部までほぼ一様なスーパーガウシアン光強度分布である
ので、レーザ光の光強度分布と発振器用固体レーザ媒質
の励起分布との空間的なオーバーラップが多くなり、レ
ーザ発振器の増幅効率を高めることができる。

【００４９】また、請求項８に係る固体レーザ装置によ
れば、光変換素子は誘電体である合成石英ガラスで構成
されているので、低コストで、例えば光強度分布用屈折
面を簡単に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の固体レーザ装置を
示す概略構成図である。

【図２】 図１の光変換素子を拡大して示す模式図であ
る。

【図３】 図１の光変換素子からの出射光の光強度分布
を示す図である。

【図４】 図１の光変換素子のより具体的な実施例の第
１の境界面および第２の境界面を示す断面図である。

【図５】 図１の固体レーザ媒質に入射するスーパーガ
ウシアン分布の光強度分布と固体レーザ媒質の励起分布
を示す模式図である。

【図６】 図１の光変換素子の第１の境界面および第２
の境界面で屈折される光線とその光強度分布を一般的に
示した模式図である。

【図７】 図１の光変換素子の第１の境界面と第１の境
界面で屈折される光線とその波面を一般的に示した模式
図である。

【図８】 この発明の実施の形態２の固体レーザ装置を
示す概略構成図である。

【図９】 第１の従来例による固体レーザ装置を示す概
略構成図である。

【図１０】 図９の固体レーザ媒質に入射するガウシア
ンビームの光強度分布と固体レーザ媒質の励起分布の模
式図である。

【図１１】 第２の従来例による固体レーザ装置を示す
概略構成図である。

【図１２】 図１１の第１のハードアパーチャを通過し
たレーザ光の矩形に近い光強度分布とそのレーザ光を集
光させた焦点位置における光強度分布を示す模式図であ
る。

【図１３】 第３の従来例による固体レーザ装置を示す
概略構成図である。

【図１４】 図１３のソフトアパーチャにおける透過率
分布Ｔ(ｒ)を示す模式図である。

【符号の説明】

１０，３５０ レーザ発振器、１１ 発振器用固体レー
ザ媒質、１２ 第１の励起光源、１３ 全反射鏡、１４
部分反射鏡、１５ レーザ増幅器、１６ 増幅器用固
体レーザ媒質、１７ 第２の励起光源、２１ 光変換素
子、２１ａ 第１の境界面、２１ｂ 第２の境界面、２
５０，３００ 固体レーザ装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 出 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 (56)参考文献 特開 平３−88379（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−33791（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334244（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−80352（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−233986（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−304612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を出射するレーザ発振器を有す
   る固体レーザ装置であって、 前記レーザ発振器は、レーザ光を出射する発振器用固体
   レーザ媒質と、この発振器用固体レーザ媒質を励起する
   励起光源と、前記発振器用固体レーザ媒質に対向して設
   けられ前記発振器用固体レーザ媒質からの前記レーザ光
   を折り返す全反射面を有する全反射鏡と、前記発振器用
   固体レーザ媒質を間に挟んで前記全反射鏡と対向し前記
   発振器用固体レーザ媒質からのレーザ光を折り返す部分
   反射鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質と前記全反射鏡
   との間、および前記発振器用固体レーザ媒質と前記部分
   反射鏡との間の少なくとも一方に設けられ、前記レーザ
   光を屈折させてレーザ光の光強度分布を前記発振器用固
   体レーザ媒質の励起分布に対応した形状にする光強度分
   布用屈折面を有する光変換素子とを備えた固体レーザ装
   置。
2. 【請求項２】 レーザ光を出射するレーザ発振器と、 増幅器用固体レーザ媒質を有し前記レーザ発振器からの
   レーザ光を増幅するレーザ増幅器と、 前記レーザ発振器と前記レーザ増幅器との間に設けら
   れ、一面に前記レーザ光を屈折させてレーザ光を平行な
   波面もしくは増幅器用固体レーザ媒質にて発生する収差
   を低減するような光波面のいずれか一方とする光波面用
   屈折面を有しているとともに、他面にレーザ光を屈折さ
   せてレーザ光の光強度分布を増幅器用固体レーザ媒質の
   励起分布に対応した形状にする光強度分布用屈折面を有
   している光変換素子とを備えた固体レーザ装置。
3. 【請求項３】 レーザ光を出射するレーザ発振器を有す
   る固体レーザ装置であって、 前記レーザ発振器は、レーザ光を出射する発振器用固体
   レーザ媒質と、この発振器用固体レーザ媒質を励起する
   励起光源と、前記発振器用固体レーザ媒質に対向して設
   けられ前記発振器用固体レーザ媒質からの前記レーザ光
   を折り返す全反射面を有する全反射鏡と、前記発振器用
   固体レーザ媒質を間に挟んで前記全反射鏡と対向し前記
   発振器用固体レーザ媒質からのレーザ光を折り返す部分
   反射鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質と前記全反射鏡
   との間、および前記発振器用固体レーザ媒質と前記部分
   反射鏡との間の少なくとも一方に設けられ、一面に前記
   レーザ光を屈折させてレーザ光を平行な波面もしくは発
   振器用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するよう
   な光波面のいずれか一方とする光波面用屈折面を有して
   いるとともに、他面にレーザ光を屈折させてレーザ光の
   光強度分布を発振器用固体レーザ媒質の励起分布に対応
   した形状にする光強度分布用屈折面を有している光変換
   素子とを備えた固体レーザ装置。
4. 【請求項４】 レーザ光を出射するレーザ発振器と、 増幅器用固体レーザ媒質を有し前記レーザ発振器からの
   レーザ光を増幅するレーザ増幅器と、 前記レーザ発振器と前記レーザ増幅器との間に設けら
   れ、一面に平行な波面もしくは増幅器用固体レーザ媒質
   にて発生する収差を低減するような光波面のいずれか一
   方とする光波面用屈折面は、レーザ光を屈折させてレー
   ザ光の光強度分布を増幅器用固体レーザ媒質の励起分布
   に対応した形状にするように調節されている光変換素子
   とを備えた固体レーザ装置。
5. 【請求項５】 レーザ光を出射するレーザ発振器を有す
   る固体レーザ装置であって、 前記レーザ発振器は、レーザ光を出射する発振器用固体
   レーザ媒質と、この発振器用固体レーザ媒質を励起する
   励起光源と、前記発振器用固体レーザ媒質に対向して設
   けられ前記発振器用固体レーザ媒質からの前記レーザ光
   を折り返す全反射面を有する全反射鏡と、前記発振器用
   固体レーザ媒質を間に挟んで前記全反射鏡と対向し前記
   発振器用固体レーザ媒質からのレーザ光を折り返す部分
   反射鏡と、前記発振器用固体レーザ媒質と前記全反射鏡
   との間、および前記発振器用固体レーザ媒質と前記部分
   反射鏡との間の少なくとも一方に設けられ、一面に前記
   レ ーザ光を屈折させてレーザ光を平行な波面もしくは発
   振器用固体レーザ媒質にて発生する収差を低減するよう
   な光波面のいずれか一方とする光波面用屈折面は、レー
   ザ光を屈折させてレーザ光の光強度分布を発振器用固体
   レーザ媒質の励起分布に対応した形状にするように調整
   されている固体レーザ装置。
6. 【請求項６】 増幅器用固体レーザ媒質は円柱形状であ
   り、レーザ発振器からのレーザ光が光変換素子に入射さ
   れ、光変換素子の光強度分布用屈折面でのレーザ光の屈
   折後は、レーザ光の伝搬軸付近の中央部から伝搬軸から
   径方向に離れた周辺部までほぼ一様なスーパーガウシア
   ン光強度分布である請求項２または請求項４に記載の固
   体レーザ装置。
7. 【請求項７】 発振器用固体レーザ媒質は円柱形状であ
   り、全反射鏡、および部分反射鏡の少なくとも一方から
   折り返されたレーザ光が光変換素子に入射され、光変換
   素子の光強度分布用屈折面でのレーザ光の屈折後は、レ
   ーザ光の伝搬軸付近の中央部から伝搬軸から径方向に離
   れた周辺部までほぼ一様なスーパーガウシアン光強度分
   布である請求項１、請求項３および請求項５の何れかに
   記載の固体レーザ装置。
8. 【請求項８】 光変換素子は合成石英ガラスで構成され
   た請求項１ないし請求項７の何れかに記載の固体レーザ
   装置。