JP6013007B2 - レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ装置に関するものである。

レーザ光源として、励起光が供給されることで放出光を発生させるレーザ媒質と、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなり受動Ｑスイッチとして作用する可飽和吸収体とを、レーザ共振器の共振光路上に有する構成のものが知られている。例えば特許文献１には、固体レーザ装置に関する技術が記載されている。この文献に記載された固体レーザ装置は、パッケージと、該パッケージ内に収容された励起光源及びマイクロチップレーザとを備えている。

特表２００７−５０８６８２号公報

レーザ媒質および可飽和吸収体を備えるレーザ光源では、励起光源からレーザ媒質に励起光が供給される。この励起光は、レーザ光源から出力されたのち、ファスト軸方向およびスロー軸方向における平行化（コリメート）が為され、その後、レーザ媒質へ向けて集光される。したがって、これらのコリメート及び集光の為の光学系が必要となる。

一方、レーザ光源の用途によっては、レーザ光源の小型化やパッケージ化が求められる。また、パッケージとしては、ハーメチックシールによって気密封止し得るもの（例えば３０ｍｍ四方の小型パッケージ）が望ましい。しかしながら、上述したように、レーザ媒質および可飽和吸収体を備えるレーザ光源では、レーザ媒質および可飽和吸収体の他にコリメート及び集光の為の光学系が必要となるので、特許文献１に記載されたような従来の構成では、小型化やパッケージ化が困難である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ媒質、可飽和吸収体、及び励起光源を備えており、小型化及びパッケージ化が可能なレーザ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明によるレーザ装置は、励起光を受けて放出光を発生させるレーザ媒質、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる可飽和吸収体、励起光を透過させる第一反射部、並びにレーザ媒質および可飽和吸収体を共振光路上に有して放出光を共振させるレーザ共振器を第一反射部と共に構成する第二反射部が一体化されて成るレーザ発振部と、励起光を出力する励起光源と、励起光源から出力された励起光をファスト軸方向にコリメートするコリメートレンズと、コリメートレンズを経た励起光をスロー軸方向にコリメートするとともに、励起光を反射する第三反射部と、第三反射部により反射された励起光をレーザ発振部のレーザ媒質へ向けて集光する集光部と、レーザ発振部、励起光源、コリメートレンズ、第三反射部、及び集光部を支持し、互いに直交する３軸方向において励起光源を位置決めし、第一反射部に入射する励起光の光軸方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向においてレーザ発振部を位置決めするベース部材と、レーザ発振部、励起光源、コリメートレンズ、第三反射部、集光部、及びベース部材を収容するとともに、レーザ発振部から出力されるレーザ光を通過させる光出射窓を有するパッケージと、ベース部材と熱的に結合された冷却機構とを備えることを特徴とする。

このレーザ装置において、励起光源から出力された励起光は、まずコリメートレンズによってファスト軸方向にコリメートされる。次に、この励起光は、第三反射部（例えばスロー軸方向に湾曲した光反射面を有する部材）によってスロー軸方向にコリメートされるとともに、反射により光路が変更される。続いて、この励起光は、集光部（例えば集光レンズ）によってレーザ発振部のレーザ媒質へ向けて集光される。レーザ発振部では、この励起光によってレーザ媒質において放出光が発生するとともに、可飽和吸収体が受動Ｑスイッチとして動作することにより、第一反射部と第二反射部との間でレーザ共振が断続的に生じてパルスレーザ光が発生する。このレーザ光は、パッケージの光出射窓を通過してパッケージの外部へ出力される。

上記レーザ装置のレーザ発振部は、レーザ媒質、可飽和吸収体、第一反射部及び第二反射部が一体化されて成る。このようなレーザ発振部によって、レーザ共振器を小型化することができる。また、上記レーザ装置では、第三反射部が励起光を反射することにより励起光の光路が折り曲げられるので、励起光の光路が直線状である場合と比較して、レーザ装置を小型化することができる。更に、上記レーザ装置では、第三反射部が、励起光の反射とスロー軸方向のコリメートとを併せて行うので、スロー軸方向のコリメートのための光学部品を省いて更に小型化することができる。このように、上記レーザ装置によれば、従来のレーザ装置と比較して格段の小型化が可能となるので、上記パッケージを、例えばハーメチックシールが可能な小型パッケージとすることも可能である。

また、上記レーザ装置では、ベース部材が、互いに直交する３軸方向（例えば縦方向、横方向、及び深さ方向）において励起光源を位置決めするとともに、第一反射部に入射する励起光の光軸方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向（例えば横方向及び深さ方向）においてレーザ発振部を位置決めする。これにより、小型のレーザ装置における励起光源及びレーザ発振部の位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。なお、レーザ発振部については、第一反射部に入射する励起光の光軸方向における位置の調整が可能であり、集光部による集光点とレーザ発振部との相対位置を合わせることができる。

また、レーザ装置は、ベース部材上においてレーザ発振部と励起光源との間に設けられた温度測定部を更に備えることを特徴としてもよい。上述したレーザ装置では、第三反射部による励起光路の折り返しによって励起光源とレーザ発振部とが互いに近づいているので、その励起光源とレーザ発振部との間に温度測定部が設けられることにより、冷却機構による温度制御をより正確に行うことができる。

また、レーザ装置は、第三反射部が、レーザ発振部の第一反射部から出力されるレーザ光の反射を防止する反射防止膜を有することを特徴としてもよい。これにより、第一反射部から出力されるレーザ光（戻り光）による励起光源の損傷を低減することができる。

また、レーザ装置は、第三反射部に入射する励起光の光軸と、第三反射部において反射された励起光の光軸との成す角度が鋭角であることを特徴としてもよい。これにより、レーザ装置を更に小型化することができる。この場合、上記角度は４５°以下であることが好ましい。

また、レーザ装置は、第三反射部が、材料塊からベース部材と一体として切り出されたことを特徴としてもよい。これにより、第三反射部の位置精度を更に高めることができ、また、第三反射部を効果的に冷却することができる。

また、レーザ装置は、ベース部材が、レーザ発振部を支持する第一部材と、励起光源を支持する第二部材とに分割されており、第一部材及び第二部材は互いに間隔をあけて配置されており、第一部材とパッケージとの間に配置された第１の冷却機構と、第二部材とパッケージとの間に配置された第２の冷却機構と、第一部材上に設けられた第一温度測定部と、第二部材上に設けられた第二温度測定部とを備えることを特徴としてもよい。このような構成によって、レーザ発振部と励起光源との間の熱的な影響を低減し、これらの温度を更に安定的に制御することができる。
また、レーザ装置は、レーザ発振部収容溝がベース部材に形成されており、レーザ発振部がレーザ発振部収容溝に収容されていることを特徴としてもよい。
また、レーザ装置は、励起光源部収容溝がベース部材に形成されており、励起光源を搭載するブロックが励起光源部収容溝に収容されていることを特徴としてもよい。

本発明によれば、レーザ媒質、可飽和吸収体、及び励起光源を備えるレーザ装置の小型化及びパッケージ化が可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の構成を簡略に示す平面図である。 図２は、第１実施形態に係るレーザ装置の詳細な構成を示す分解斜視図である。 図３は、図２に示されたレーザ装置を異なる角度から見た分解斜視図である。 図４は、図２に示されたレーザ装置のマイクロチップレーザ、コリメートレンズ、折り返しミラー、及び集光レンズを省略した分解斜視図である。 図５は、第１実施形態に係るレーザ装置の斜視図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置の構成を示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるレーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置１０Ａの構成を簡略に示す平面図である。図１に示されるように、本実施形態のレーザ装置１０Ａは、マイクロチップレーザ１２と、レーザダイオード１４と、コリメート部としてのコリメートレンズ１６と、第三反射部としての折り返しミラー１８と、集光部としての集光レンズ２０とを備えている。更に、レーザ装置１０Ａは、ベースブロック３０Ａと、パッケージ４０とを備えている。

マイクロチップレーザ１２は、本実施形態におけるレーザ発振部であって、レーザ媒質１２ａ、可飽和吸収体１２ｂ、第一反射部１２ｃ、及び第二反射部１２ｄが一体化されて構成されている。なお、マイクロチップレーザ１２の外形は、例えば所定の軸方向（光軸方向）に沿った中心軸線を有する円柱状であり、第一反射部１２ｃ、レーザ媒質１２ａ、可飽和吸収体１２ｂ、及び第二反射部１２ｄは、この順で上記所定の軸方向に並んで配置されている。

レーザ媒質１２ａは、光活性物質を含有していて、レーザダイオード１４から出力される励起光Ｌ１が供給されることで光活性物質が励起され、その光活性物質から放出光を発生させる。レーザ媒質１２ａは、Ｎｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧなどの結晶であるのが好適である。レーザ媒質１２ａの厚さは例えば０.０１ｍｍ〜１.５ｍｍである。

可飽和吸収体１２ｂは、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなるものであって、レーザ共振器において受動Ｑスイッチとして用いられる。すなわち、可飽和吸収体１２ｂは、光強度が小さいときには光吸収率が大きく、光強度が或る値を超えると光吸収が飽和して光吸収率が急に小さくなる。可飽和吸収体１２ｂはＣｒ:ＹＡＧなどの結晶であるのが好適である。

第一反射部１２ｃは、励起光Ｌ１を透過させ、放出光を反射させる。第二反射部１２ｄは、放出光の一部を透過させ残部を反射させる。放出光の波長における第二反射部１２ｄの反射率は、例えば９０％程度である。第一反射部１２ｃおよび第二反射部１２ｄは、誘電体多層膜であるのが好適である。第一反射部１２ｃおよび第二反射部１２ｄは、レーザ媒質１２ａおよび可飽和吸収体１２ｂを共振光路上に有して放出光を共振させるレーザ共振器を構成している。

このマイクロチップレーザ１２は、次のように動作する。励起光Ｌ１により励起されたレーザ媒質１２ａで発生した放出光は、可飽和吸収体１２ｂに達する。レーザ媒質１２ａで発生する放出光のパワーが小さいときは、可飽和吸収体１２ｂの光吸収率が大きく、レーザ共振器においてレーザ発振は起こらない。やがて、レーザ媒質１２ａで発生する放出光のパワーが大きくなって、可飽和吸収体１２ｂにおける光強度が或る値を超えると、可飽和吸収体１２ｂの光吸収が飽和して光吸収率が急に小さくなる。可飽和吸収体１２ｂの光吸収率が小さくなると、レーザ媒質１２ａで発生した放出光は、可飽和吸収体１２ｂを透過することができ、第一反射部１２ｃと第二反射部１２ｄとの間で往復することでレーザ媒質１２ａにおいて誘導放出を生じさせる。これにより、レーザ共振器においてレーザ発振が起こる。

また、このようなレーザ発振が生じると直ちに、レーザ媒質１２ａで発生する放出光のパワーが小さくなり、可飽和吸収体１２ｂの光吸収率が大きくなって、レーザ共振器においてレーザ発振が終了する。以上のような動作が繰り返されることで、マイクロチップレーザ１２はパルス状のレーザ光Ｌ２を出力することができる。

レーザダイオード１４は、本実施形態における励起光源であって、レーザ媒質１２ａに含有される光活性物質を励起するための励起光Ｌ１を出力する。レーザダイオード１４の電極には、駆動部２２が電気的に接続されている。レーザダイオード１４は、駆動部２２から供給される駆動電流によって駆動されることにより、パルス波若しくは連続波の励起光Ｌ１を出力する。例えば、レーザ媒質１２ａがＮｄ:ＹＡＧの結晶である場合、励起光Ｌ１の波長は８０８ｎｍであり、放出光及びレーザ光Ｌ２の波長は１０６４ｎｍである。

コリメートレンズ１６は、本実施形態におけるコリメート部である。コリメートレンズ１６は、レーザダイオード１４と折り返しミラー１８との間に配置され、レーザダイオード１４から出力された励起光Ｌ１をファスト軸方向にコリメート（平行化）する。

折り返しミラー１８は、本実施形態における第三反射部である。折り返しミラー１８は、コリメートレンズ１６を通過した励起光Ｌ１を反射する反射面１８ａを有する。反射面１８ａに入射する励起光Ｌ１の光軸と、反射面１８ａにおいて反射された後の励起光Ｌ１の光軸との成す角度θは、鋭角（すなわち入射角が４５°未満）であることが好ましく、４５°以下（すなわち入射角が２２．５°以下）であることがより好ましい。

折り返しミラー１８は、更に励起光Ｌ１をスロー軸方向にコリメートする。具体的には、励起光Ｌ１のスロー軸を含む面内で反射面１８ａが湾曲しており、その曲率は、反射後の励起光Ｌ１がスロー軸方向にコリメートされるように設定されている。なお、反射面１８ａは、励起光Ｌ１の波長域において高い反射率（例えば９０％以上）を有する誘電体多層膜によって構成されてもよい。

また、折り返しミラー１８の反射面１８ａには、マイクロチップレーザ１２の第一反射部１２ｃから出力されるレーザ光（戻り光）の反射を防止する反射防止膜１８ｂが設けられてもよい。これにより、第一反射部１２ｃからの戻り光によるレーザダイオード１４の損傷を低減することができる。なお、この反射防止膜１８ｂは、励起光Ｌ１の波長域の光を反射し、戻り光の波長域の光を通過させるダイクロイックミラーを構成するとよい。

集光レンズ２０は、本実施形態における集光部である。集光レンズ２０は、折り返しミラー１８によって反射された励起光Ｌ１を入力し、その励起光Ｌ１を収斂させてレーザ媒質１２ａにおいて集光させる。これにより、レーザ媒質１２ａにおいて励起光Ｌ１のエネルギ密度が大きくなって、後述する短パルス化が容易となる。

ベースブロック３０Ａは、本実施形態におけるベース部材である。ベースブロック３０Ａは、マイクロチップレーザ１２、レーザダイオード１４、コリメートレンズ１６、折り返しミラー１８、及び集光レンズ２０を支持する部材である。

パッケージ４０は、マイクロチップレーザ１２、レーザダイオード１４、コリメートレンズ１６、折り返しミラー１８、集光レンズ２０、及びベースブロック３０Ａを収容する容器である。パッケージ４０の側壁には光出射窓４１が設けられており、マイクロチップレーザ１２から出力されるレーザ光Ｌ２は、この光出射窓４１を通過してパッケージ４０の外部へ出力される。

このレーザ装置１０Ａにおいて、レーザダイオード１４から出力された励起光Ｌ１は、まずコリメートレンズ１６によってファスト軸方向にコリメートされる。なお、励起光Ｌ１のファスト軸方向の拡がり角は例えば４０°と大きいので、このように先ずファスト軸方向のコリメートを行う。次に、この励起光Ｌ１は、折り返しミラー１８によってスロー軸方向にコリメートされるとともに、反射によりその光路が変更される。なお、励起光Ｌ１のスロー軸方向の拡がり角は例えば７°である。続いて、この励起光Ｌ１は、集光レンズ２０によってマイクロチップレーザ１２のレーザ媒質１２ａへ向けて集光される。マイクロチップレーザ１２では、この励起光Ｌ１によってレーザ媒質１２ａにおいて放出光が発生するとともに、可飽和吸収体１２ｂが受動Ｑスイッチとして動作することにより、第一反射部１２ｃと第二反射部１２ｄとの間でレーザ共振が断続的に生じてパルスレーザ光Ｌ２が発生する。このレーザ光Ｌ２は、パッケージ４０の光出射窓４１を通過してパッケージ４０の外部へ出力される。

図２は、本実施形態に係るレーザ装置１０Ａの詳細な構成を示す分解斜視図である。図３は、図２に示されたレーザ装置１０Ａを異なる角度から見た分解斜視図である。図４は、図２に示されたレーザ装置１０Ａのマイクロチップレーザ１２、コリメートレンズ１６、折り返しミラー１８、及び集光レンズ２０を省略した分解斜視図である。図５は、レーザ装置１０Ａの斜視図である。なお、図２〜図５では、理解の容易のためパッケージの上蓋の図示が省略されている。

図２〜図５に示されるように、本実施形態のパッケージ４０は、放熱性の良い金属（例えばコバール）から成る略立方体状の容器である。一例では、パッケージ４０はＨＨＬパッケージである。パッケージ４０は、平面矩形状の側壁４２と、該側壁４２の下端を塞ぐ底板４３とを有しており、側壁４２には、前述した光出射窓４１が設けられている。光出射窓４１は、マイクロチップレーザ１２から出力されるレーザ光の波長に対して透明な材料からなる。パッケージ４０の内部には、ベースブロック３０Ａと、ベースブロック３０Ａ上に配置されたマイクロチップレーザ１２、レーザダイオード１４、コリメートレンズ１６、折り返しミラー１８、集光レンズ２０、及びベースブロック３０Ａとが収容され、側壁４２の上端を上蓋（不図示）が塞ぐことによって気密封止される。

また、図２〜図５に示されるように、本実施形態のベースブロック３０Ａは、一つの材料塊（金属ブロック）から切り出された部材であって、例えば放熱性が良い金属から成り、一例では無酸素銅から成る。ベースブロック３０Ａは、略立方体状のパッケージ４０に収容される為に、略矩形状といった平面形状を有している。

ベースブロック３０Ａの主面（パッケージ４０の上蓋と対向する側の面）には、マイクロチップレーザ１２、レーザダイオード１４、コリメートレンズ１６、折り返しミラー１８、及び集光レンズ２０を支持するための精密な加工が施されている。具体的には、図３及び図４に示されるように、ベースブロック３０Ａの主面には、マイクロチップレーザ１２を収容して支持するための凹部であるレーザ発振部収容溝３１と、レーザダイオード１４を搭載する直方体状のブロック１５を収容して支持するための凹部である励起光源部収容溝３２と、コリメートレンズ１６を収容して支持するための凹部であるコリメート部収容溝３３と、集光レンズ２０を収容して支持するための凹部である集光部収容溝３４と、折り返しミラー１８を支持するための凸部である台座３５とが形成されている。

レーザ発振部収容溝３１は、マイクロチップレーザ１２の形状に合わせてその断面形状が半円状となっており、マイクロチップレーザ１２に入射される励起光Ｌ１の光軸方向に沿った方向に延びている。マイクロチップレーザ１２は、このレーザ発振部収容溝３１に収容されることで、励起光Ｌ１の光軸方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向（具体的には、励起光Ｌ１の光軸方向と直交する水平方向および深さ方向）において位置決めされる。その位置決め精度は、レーザ発振部収容溝３１の加工精度と同等であり、極めて高い。なお、励起光Ｌ１の光軸方向におけるマイクロチップレーザ１２の位置決めは、集光レンズ２０による励起光Ｌ１の集光点がレーザ媒質１２ａ内に位置するように、組み立ての際に調整される。

励起光源部収容溝３２は、直方体状のブロック１５の形状に合わせてその断面形状が長方形状となっている。ブロック１５の一側面は、励起光源部収容溝３２の延伸方向に沿った側面に当接することで位置決めされる。また、ブロック１５の該一側面に対して垂直な別の一側面は、励起光源部収容溝３２の延伸方向に垂直な端面に当接することで位置決めされる。ブロック１５上に搭載されるレーザダイオード１４は、これらの構造によって互いに直交する２軸方向に位置決めされる。更に、これらの２軸方向と直交する方向（励起光源部収容溝３２の深さ方向）におけるレーザダイオード１４の位置決めは、該方向におけるブロック１５の厚さと、励起光源部収容溝３２の深さとによって行われる。すなわち、レーザダイオード１４の位置決め精度は、励起光源部収容溝３２の側面、端面および底面の加工精度、並びにブロック１５の厚さの加工精度と同等であり、極めて高い。

なお、ブロック１５上には、絶縁体上に金属膜（パッド）が形成されて成る部材２４が配置されており、この部材２４の金属膜とレーザダイオード１４のカソード電極とは、ワイヤボンディングによって互いに電気的に接続されている。また、この部材２４の金属膜からは、励起光源部収容溝３２の延伸方向に沿って棒状の電極２３が延びている。レーザダイオード１４は、励起光源部収容溝３２の延伸方向と交差する方向（一例では直交する方向）に、励起光Ｌ１を出射する。

コリメート部収容溝３３は、励起光Ｌ１の光軸に垂直なコリメートレンズ１６の断面の形状に合わせてその断面形状が長方形状となっており、レーザダイオード１４から出射される励起光Ｌ１の光軸方向に沿った方向に延びている。コリメート部収容溝３３の延伸方向と、レーザ発振部収容溝３１の延伸方向との成す角度は、鋭角であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましい。

コリメートレンズ１６は、このコリメート部収容溝３３に収容されることで、励起光Ｌ１の光軸方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向（具体的には、励起光Ｌ１の光軸方向と直交する水平方向および深さ方向）において位置決めされる。なお、励起光Ｌ１の光軸方向におけるコリメートレンズ１６の位置決めは、コリメートされた励起光Ｌ１が所望の幅を有するように、組み立ての際に調整される。

集光部収容溝３４は、マイクロチップレーザ１２に入射する励起光Ｌ１の光軸方向に沿った方向に延びており、レーザ発振部収容溝３１と連続して形成されている。集光レンズ２０は、マイクロチップレーザ１２と同軸になるようにこの集光部収容溝３４に収容される。

台座３５は、レーザダイオード１４から出射されてコリメートレンズ１６を通過する励起光Ｌ１の光軸と、集光レンズ２０を通過してマイクロチップレーザ１２に入射する励起光Ｌ１の光軸とが互いに交差する位置、換言すれば、レーザ発振部収容溝３１及び集光部収容溝３４の中心軸線と、コリメート部収容溝３３の中心軸線とが互いに交差する位置に形成されている。折り返しミラー１８は、この台座３５上に搭載され、且つ台座３５に設けられた突起または凹部に折り返しミラー１８の凹部または突起が嵌合することにより、深さ方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向に位置決めされる。

なお、折り返しミラー１８は、ベースブロック３０Ａが形成される際に材料塊からベースブロック３０Ａと一体として切り出されてもよい。すなわち、材料塊の切削によりベースブロック３０Ａのレーザ発振部収容溝３１、励起光源部収容溝３２、コリメート部収容溝３３、及び集光部収容溝３４が形成される際に、折り返しミラー１８も併せて形成されてもよい。

図２及び図４に示されるように、レーザ装置１０Ａは、冷却機構５０を更に備えている。冷却機構５０は、ベースブロック３０Ａと熱的に結合され、例えばパッケージ４０の底板４３とベースブロック３０Ａの裏面との間に配置される。冷却機構５０は、ベースブロック３０Ａからパッケージ４０へ熱の移動を行うことにより、ベースブロック３０Ａ上のマイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４を冷却する。冷却機構５０は、例えば電子冷却素子（ペルチェ素子）によって構成され、パッケージ４０の外部に設けられる温度制御回路から駆動電流の供給を受けることにより動作する。なお、本実施形態の冷却機構５０はパッケージ４０とベースブロック３０Ａの裏面との間に配置されているが、冷却機構は、パッケージ４０の外部、例えば底板４３の底面上に設けられても良い。その場合、冷却機構５０は、ベースブロック３０Ａからパッケージ４０を介して熱を吸収し、パッケージ４０の外部へ熱の放出を行うことにより、ベースブロック３０Ａ上のマイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４を冷却する。

また、レーザ装置１０Ａは、温度測定部６０を更に備えている。温度測定部６０は、温度に応じた電気信号を出力する素子であって、ベースブロック３０Ａの温度を測定することにより、マイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４の温度を間接的に測定する。温度測定部６０から出力された電気信号は、上述した温度制御回路に送られ、冷却機構５０の制御に用いられる。本実施形態の温度測定部６０は、ベースブロック３０Ａ上においてマイクロチップレーザ１２とレーザダイオード１４との間（換言すれば、レーザ発振部収容溝３１と励起光源部収容溝３２との間）に設けられている。

以上の構成を備えるレーザ装置１０Ａによって得られる効果について説明する。レーザ装置１０Ａのマイクロチップレーザ１２は、レーザ媒質１２ａ、可飽和吸収体１２ｂ、第一反射部１２ｃ及び第二反射部１２ｄが一体化されて成る。このようなマイクロチップレーザ１２によって、レーザ共振器を小型化することができる。また、上記レーザ装置１０Ａでは、折り返しミラー１８が励起光Ｌ１を反射することにより励起光Ｌ１の光路が折り曲げられるので、励起光Ｌ１の光路が直線状である場合と比較して、レーザ装置１０Ａを小型化することができる。更に、上記レーザ装置１０Ａでは、折り返しミラー１８が、励起光Ｌ１の反射とスロー軸方向のコリメートとを併せて行うので、スロー軸方向のコリメートのための光学部品を省いて励起光路を短縮し、更に小型化することができる。

このように、上記レーザ装置１０Ａによれば、従来のレーザ装置と比較して格段の小型化が可能となるので、パッケージ４０を、例えばハーメチックシールが可能な小型パッケージとすることも可能である。

また、レーザ装置１０Ａでは、折り返しミラー１８による励起光路の折り返しによって、レーザダイオード１４の位置とマイクロチップレーザ１２の位置とを互いに近づけることができる。一つの冷却機構５０によってマイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４の双方を冷却する場合、これらの距離が離れていると各々の温度を精度良く制御することは難しいが、本実施形態ではレーザダイオード１４の位置とマイクロチップレーザ１２の位置とが互いに近づけられるので、各々の温度を精度良く制御することが可能となる。

また、レーザ装置１０Ａでは、ベースブロック３０Ａが、互いに直交する３軸方向（例えば縦方向、横方向、及び深さ方向）においてレーザダイオード１４を位置決めするとともに、第一反射部１２ｃに入射する励起光Ｌ１の光軸方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向（例えば横方向及び深さ方向）においてマイクロチップレーザ１２を位置決めする。これにより、小型のレーザ装置１０Ａにおけるレーザダイオード１４及びマイクロチップレーザ１２の位置決めを容易に且つ精度良く行うことができる。また、本実施形態のように、金属製のベースブロック３０Ａ上にマイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４が固定されることにより、マイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４から発生する熱を効率良く放熱することができる。

また、従来のレーザ装置では、電極の絶縁や温度測定部（ペルチェ素子）の組み付け、Ｏリングによる気密封止などの構造を全てレーザ装置の製造時に組み立てる必要があるので、多くの工程が必要となる。これに対し、本実施形態のレーザ装置１０Ａによれば、ハーメチックシール技術を用いた小型パッケージ内にマイクロチップレーザ１２やレーザダイオード１４等を封止することができるので、組み立てが容易であり、工程数を少なくすることができる。

また、上述したように、小型パッケージ内に各部品を気密封止できるので、各部品を窒素雰囲気に閉じ込めることができる。したがって、レーザダイオード１４や光学薄膜の劣化を抑え、レーザ装置１０Ａの信頼性を高めることができる。

また、本実施形態のように、レーザ装置１０Ａは、ベースブロック３０Ａ上においてマイクロチップレーザ１２とレーザダイオード１４との間に設けられた温度測定部６０を備えるとよい。本実施形態のレーザ装置１０Ａでは、折り返しミラー１８による励起光路の折り返しによってレーザダイオード１４とマイクロチップレーザ１２とが互いに近づいているので、そのレーザダイオード１４とマイクロチップレーザ１２との間に温度測定部６０が設けられることにより、温度測定部６０が一つのみであってもこれらの温度を精度良く測定し、冷却機構５０による温度制御をより正確に行うことができる。なお、更に好適には、温度測定部６０はマイクロチップレーザ１２とレーザダイオード１４とを結ぶ直線上に配置されるとよい。

また、本実施形態のように、折り返しミラー１８に入射する励起光Ｌ１の光軸と、折り返しミラー１８において反射された励起光Ｌ１の光軸との成す角度θは鋭角（つまり入射角が４５°未満）であることが好ましい。これにより、レーザダイオード１４とマイクロチップレーザ１２との距離を短くし、レーザ装置１０Ａを更に小型化することができる。また、折り返しミラー１８への入射角が４５°より大きい場合、十分なコリメート作用を得るために、反射面１８ａをシリンドリカル面ではなく放物面とすることが望まれる。これに対し、折り返しミラー１８への入射角が４５°より小さい場合、反射面１８ａがシリンドリカル面であっても励起光Ｌ１のスロー軸を近似的にコリメートできるので、折り返しミラー１８の加工を容易にすることができる。

そして、折り返しミラー１８への励起光Ｌ１の入射角が小さいほど、反射面１８ａがシリンドリカル面であっても励起光Ｌ１のスロー軸を精度良くコリメートすることができる。したがって、折り返しミラー１８への入射角は例えば２２．５°（すなわち角度θが４５°以下）であることが更に好ましい。

また、前述したように、折り返しミラー１８は、ベースブロック３０Ａが形成される際に材料塊からベースブロック３０Ａと一体として切り出されてもよい。これにより、折り返しミラー１８の位置精度を更に高めることができ、また、折り返しミラー１８を効果的に冷却することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置１０Ｂの構成を示す分解斜視図である。なお、図６においても、図２〜図５と同様にパッケージの上蓋の図示が省略されている。

本実施形態に係るレーザ装置１０Ｂと、前述した第１実施形態に係るレーザ装置１０Ａとの相違点は、ベース部材の構成である。本実施形態のレーザ装置１０Ｂは、第１実施形態のベースブロック３０Ａに代えて、ベースブロック３０Ｂを備えている。このベースブロック３０Ｂは、本実施形態におけるベース部材であり、マイクロチップレーザ１２を支持する第一部材３６と、レーザダイオード１４を支持する第二部材３７とに分割されている。そして、第一部材３６及び第二部材３７は、パッケージ４０の内部において互いに間隔をあけて配置されている。具体的には、マイクロチップレーザ１２、集光レンズ２０、及び折り返しミラー１８が第一部材３６上に配置されており、レーザダイオード１４を搭載するブロック１５およびコリメートレンズ１６が第二部材３７上に配置されている。

また、本実施形態のレーザ装置１０Ｂは、第１実施形態の冷却機構５０に代えて、第１の冷却機構５１と、第２の冷却機構５２とを備えている。第１の冷却機構５１は、第一部材３６の裏面とパッケージ４０の底板４３との間に配置され、第一部材３６からパッケージ４０へ熱の移動を行うことにより、第一部材３６上のマイクロチップレーザ１２を冷却する。また、第２の冷却機構５２は、第二部材３７の裏面とパッケージ４０の底板４３（図２、図４を参照）との間に配置され、第二部材３７からパッケージ４０へ熱の移動を行うことにより、第二部材３７上のレーザダイオード１４を冷却する。第１の冷却機構５１および第２の冷却機構５２は、例えば電子冷却素子（ペルチェ素子）によって構成され、パッケージ４０の外部に設けられる温度制御回路から駆動電流の供給を受けることにより動作する。

また、レーザ装置１０Ａは、第１実施形態の温度測定部６０に代えて、第一温度測定部６１および第二温度測定部６２を備えている。第一温度測定部６１および第二温度測定部６２は、温度に応じた電気信号を出力する素子である。第一温度測定部６１は、第一部材３６上に設けられており、第一部材３６の温度を測定することによって、マイクロチップレーザ１２の温度を間接的に測定する。また、第二温度測定部６２は、第二部材３７上に設けられており、第二部材３７の温度を測定することによって、レーザダイオード１４の温度を間接的に測定する。第一温度測定部６１から出力された電気信号は、温度制御回路に送られ、第１の冷却機構５１の制御に用いられる。同様に、第二温度測定部６２から出力された電気信号は、温度制御回路に送られ、第２の冷却機構５２の制御に用いられる。

本実施形態では、ベースブロック３０Ｂが、マイクロチップレーザ１２を支持する第一部材３６と、レーザダイオード１４を支持する第二部材３７とに分割されているので、マイクロチップレーザ１２とレーザダイオード１４との間の熱的な影響を低減することができる。加えて、マイクロチップレーザ１２の冷却の為に第１の冷却機構５１及び第一温度測定部６１が設けられ、レーザダイオード１４の冷却の為に第２の冷却機構５２及び第二温度測定部６２が設けられているので、マイクロチップレーザ１２及びレーザダイオード１４の温度を更に安定的に制御することができる。これにより、レーザダイオード１４から出力される励起光Ｌ１の光強度及び波長が安定するとともに、縦単一モードでの発振が可能となる。

本発明によるレーザ装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では励起光Ｌ１がレーザダイオード１４からマイクロチップレーザ１２に達するまでに一回だけ反射されて、励起光Ｌ１の光路がＶ字状となっている。励起光の光路の形状はこれに限らず、例えば反射部が更に追加されることにより複数回反射するような形状であってもよい。

また、上記実施形態ではレーザ発振部としてマイクロチップレーザが例示されているが、レーザ媒質、可飽和吸収体、第一反射部及び第二反射部を備えるものであれば、これに限られない。また、上記実施形態では励起光源としてレーザダイオードが例示されているが、励起光を出力し得るものであれば、これに限られない。また、上記実施形態ではコリメート部としてコリメートレンズが例示されているが、励起光をファスト軸方向にコリメートし得るものであれば、これに限られない。

１０Ａ，１０Ｂ…レーザ装置、１２…マイクロチップレーザ、１２ａ…レーザ媒質、１２ｂ…可飽和吸収体、１２ｃ…第一反射部、１２ｄ…第二反射部、１４…レーザダイオード、１５…ブロック、１６…コリメートレンズ、１８…折り返しミラー、２０…集光レンズ、２２…駆動部、３０Ａ，３０Ｂ…ベースブロック、３１…レーザ発振部収容溝、３２…励起光源部収容溝、３３…コリメート部収容溝、３４…集光部収容溝、３５…台座、３６…第一部材、３７…第二部材、４０…パッケージ、４１…光出射窓、４２…側壁、４３…底板、５０，５１，５２…冷却機構、６０…温度測定部、６１…第一温度測定部、６２…第二温度測定部、Ｌ１…励起光、Ｌ２…レーザ光。

Claims (9)

1. 励起光を受けて放出光を発生させるレーザ媒質、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる可飽和吸収体、前記励起光を透過させる第一反射部、並びに前記レーザ媒質および前記可飽和吸収体を共振光路上に有して前記放出光を共振させるレーザ共振器を前記第一反射部と共に構成する第二反射部が一体化されて成るレーザ発振部と、
   前記励起光を出力する励起光源と、
   前記励起光源から出力された前記励起光をファスト軸方向にコリメートするコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズを経た前記励起光をスロー軸方向にコリメートするとともに、前記励起光を反射する第三反射部と、
   前記第三反射部により反射された前記励起光を前記レーザ発振部の前記レーザ媒質へ向けて集光する集光部と、
   前記レーザ発振部、前記励起光源、前記コリメートレンズ、前記第三反射部、及び前記集光部を支持し、互いに直交する３軸方向において前記励起光源を位置決めし、前記第一反射部に入射する前記励起光の光軸方向と直交し且つ互いに直交する２軸方向において前記レーザ発振部を位置決めするベース部材と、
   前記レーザ発振部、前記励起光源、前記コリメートレンズ、前記第三反射部、前記集光部、及び前記ベース部材を収容するとともに、前記レーザ発振部から出力されるレーザ光を通過させる光出射窓を有するパッケージと、
   前記ベース部材と熱的に結合された冷却機構と
   を備えることを特徴とする、レーザ装置。
2. 前記ベース部材上において前記レーザ発振部と前記励起光源との間に設けられた温度測定部を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記第三反射部が、前記レーザ発振部の前記第一反射部から出力されるレーザ光の反射を防止する反射防止膜を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザ装置。
4. 前記第三反射部に入射する前記励起光の光軸と、前記第三反射部において反射された前記励起光の光軸との成す角度が鋭角であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザ装置。
5. 前記角度が４５°以下であることを特徴とする、請求項４に記載のレーザ装置。
6. 前記第三反射部が、前記ベース部材と一体であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ装置。
7. 前記ベース部材は、前記レーザ発振部を支持する第一部材と、前記励起光源を支持する第二部材とに分割されており、前記第一部材及び前記第二部材は互いに間隔をあけて配置されており、
   前記第一部材と前記パッケージとの間に配置された第１の前記冷却機構と、
   前記第二部材と前記パッケージとの間に配置された第２の前記冷却機構と、
   前記第一部材上に設けられた第一温度測定部と、
   前記第二部材上に設けられた第二温度測定部と
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ装置。
8. レーザ発振部収容溝が前記ベース部材に形成されており、前記レーザ発振部が前記レーザ発振部収容溝に収容されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ装置。
9. 励起光源部収容溝が前記ベース部材に形成されており、前記励起光源を搭載するブロックが前記励起光源部収容溝に収容されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ装置。

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