JP6331486B2 - レーザ媒質ユニット、レーザ増幅器及びレーザ発振器 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ媒質ユニット、レーザ増幅器及びレーザ発振器に関する。

レーザ増幅器及びレーザ発振器等に使用されるレーザ媒質として、光学媒質の互いに対向する一対の側面それぞれにレーザ利得媒質が接合されたレーザ媒質体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０―１１４１６２号公報

レーザ媒質体内の温度勾配はレーザ品質の低下を招く傾向にある。そこで、例えば、特許文献１記載の技術では、各レーザ利得媒質における発熱の影響の違いを低減するために、レーザ利得媒質の厚さ又は活性元素のドープ量が調整されている。

しかしながら、各レーザ利得媒質の厚さ又は活性元素のドープ量を調整しても、各レーザ利得媒質自体による発熱の影響を低減できずに、レーザ品質の低下が生じる場合がある。

そこで、本発明は、レーザ利得媒質の発熱の影響をより低減可能なレーザ媒質ユニット、それを含むレーザ増幅器及びレーザ発振器を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るレーザ媒質ユニットは、活性元素が添加されており励起光が照射されることにより放出光を発生する少なくとも一つのレーザ利得媒質が、活性元素が添加されておらず、励起光及び放出光の双方を透過させる光学媒質の第１面と、第１面と反対側に位置する第２面とに、それぞれ接合されてなる、レーザ媒質体と、レーザ媒質体を収容すると共に、レーザ利得媒質を冷却する冷却媒質を流す冷却媒質流路を有する容器と、を備え、冷却媒質流路は、冷却媒質によってレーザ利得媒質を冷却する冷却流路を有し、冷却流路の冷却媒質の流れ方向に直交する断面において、レーザ利得媒質と、レーザ利得媒質に対向する冷却流路の内面との距離が、レーザ利得媒質に対する励起光の照射領域内の強度分布のうち強度の高い領域より低い領域において短い。

レーザ利得媒質に励起光が照射されると、励起光の吸収により発熱が生じる。この場合、上記照射領域において励起光の強度が高い方が、温度が高くなる傾向にある。上記構成では、冷却流路の冷却媒質の流れ方向に直交する断面において、レーザ利得媒質と、冷却流路の内面との距離が、上記照射領域内の強度分布のうち強度の高い領域より低い領域において短い。このため、冷却媒質の流速が、強度分布のうち強度の低い領域より高い領域賀側で速くなる。このことによって、強度分布によって生じる照射領域内の温度の不均一性を、冷却媒質によって低減できる。その結果、照射領域内の温度均一性が向上するので、レーザ利得媒質の発熱の影響がより低減され得る。

一実施形態において、第１面及び第２面それぞれに複数のレーザ利得媒質が接合されており、冷却媒質流路は、各レーザ利得媒質に対して冷却流路を有してもよい。

この場合、各レーザ利得媒質における温度の均一性が向上する。

一実施形態において、第１面及び第２面それぞれに複数のレーザ利得媒質が接合されており、第２面に接合される複数のレーザ利得媒質の各々は、第１面に接合される複数のレーザ利得媒質の各々に対向していてもよい。

上記構成では、レーザ利得媒質の発熱による光学媒質の第１面側への影響が第２面側への影響と同じになりやすい。そのため、レーザ利得媒質の熱に起因して光学媒質に熱膨張などが生じても光学媒質にねじれが生じにくい。

一実施形態において、冷却流路の冷却媒質の流れ方向に直交する断面の形状が三角形、五角形又は円弧であってもよい。

このような形状であれば、レーザ利得媒質と、冷却流路の内面との距離が、上記照射領域内の強度分布のうち強度の高い領域より低い領域において短くし得る。

一実施形態において、上記レーザ媒質ユニットは、第１面に接合された少なくとも一つのレーザ利得媒質の光学媒質と反対側に設けられ第１のヒートシンクと、第２面に接合された少なくとも一つのレーザ利得媒質の光学媒質と反対側にそれぞれ配置される第２のヒートシンクと、を更に有してもよい。

この構成では、冷却媒質が直接レーザ利得媒質に当たらないので、レーザ利得媒質の劣化が防止され得る。

本発明の他の側面に係るレーザ増幅器は、上記レーザ媒質ユニットと、光増幅されるべきレーザ光を光学媒質に励起光と同軸の光路で入射させる入射光学系と、レーザ利得媒質によって増幅され励起光と同軸の光路でレーザ媒質体から出射されたレーザ光を励起光の光路とは異なる方向に出力する出力光学系と、を備える。

レーザ増幅器は、上記レーザ媒質ユニットを備えているので、レーザ光へのレーザ利得媒質の発熱の影響がより低減され得る。その結果、レーザ媒質ユニットで光増幅されたレーザ光の品質が向上する。

本発明の更に他の側面に係るレーザ発振器は、上記レーザ媒質ユニットと、レーザ媒質ユニットが有するレーザ媒質体を、共振光路上に有する光共振器と、を備える。

このレーザ発振器は、上記レーザ媒質ユニットを備えているので、レーザ発振器から出力されるレーザ光へのレーザ利得媒質の発熱の影響がより低減され得る。その結果、品質のよいレーザ光を出力可能である。

本発明によれば、レーザ利得媒質の発熱の影響をより低減可能なレーザ媒質ユニット、それを含むレーザ増幅器及びレーザ発振器並びに冷却方法が提供され得る。

一実施形態に係るレーザ媒質ユニットを備えたレーザ増幅器の構成の模式図である。 図１に示したレーザ媒質ユニットが有するレーザ媒質体の斜視図である。 （ａ）は、レーザ利得媒質に対する励起光の照射領域を模式的に示す図面である。（ｂ）は、照射領域における強度分布の模式図である。 図１に示したレーザ増幅器が備えるレーザ媒質ユニットの斜視図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図ある。 容器が有する第１本体部及び第２本体部の構成を概略的に示す斜視図である。 実施例のシミュレーションモデルを示す図面である。 比較例のシミュレーションモデルを示す図面である。 実施例における冷却流路の流速分布を示す図面である。 比較例における冷却流路の流速分布を示す図面である。 （ａ）は、実施例におけるレーザ利得媒質の冷却流路側の面における温度分布を示す図面であり、（ｂ）は、実施例におけるレーザ利得媒質の光学媒質側の面における温度分布を示す図面である。 （ａ）は、比較例におけるレーザ利得媒質の冷却流路側の面における温度分布を示す図面であり、（ｂ）は、比較例におけるレーザ利得媒質の光学媒質側の面における温度分布を示す図面である。 図５に示したレーザ媒質ユニットの変形例を示す断面図である。 図１に示したレーザ増幅器の変形例を示す模式図である。 一実施形態に係るレーザ媒質ユニットを備えたレーザ発振器の構成を概略的に示す図面である。 冷却流路の断面構成の変形例を示す図面である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、一実施形態に係るレーザ媒質ユニットを備えたレーザ増幅器の構成の模式図である。図２は、図１に示したレーザ媒質ユニット１０Ａが有するレーザ媒質体１６の斜視図である。

レーザ増幅器１Ａは、レーザ媒質ユニット１０Ａと、励起光Ｌ１を供給する励起光源部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、増幅されるべき光（種光）としてのレーザ光Ｌ２を反射するミラー部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、を有する。

レーザ媒質ユニット１０Ａは、スラブ型のレーザ媒質体１６が容器１８に収容されて構成されている。図１では、容器１８を破線で模式的に示している。容器１８は、レーザ媒質体１６を冷却するための冷却媒質をレーザ媒質体１６に供給することによって、レーザ媒質体１６を冷却する冷却装置でもある。冷却媒質の例は水であるが、液体窒素及びフッ素系不活性液体等も使用され得る。容器１８については、後ほど詳細に説明する。

レーザ媒質体１６は、光学媒質２０に６枚のレーザ利得媒質２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆが貼り合わされた固体レーザ媒質体である。

光学媒質２０は、六角柱状を呈する薄い平板であり、６枚の平坦な側面２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆを有する。側面２０ａ，２０ｂの形状は同じであり、側面２０ｃ〜２０ｆの形状が同じである。

側面２０ｂは側面２０ａに平行であって側面２０ａの反対側に位置しており、側面２０ｅは、側面２０ｃと平行であって側面２０ｃに対して反対側に位置している。同様に、側面２０ｆは、側面２０ｄと平行であって側面２０ｄに対して反対側に位置している。互いに交差する側面２０ｃ，２０ｆは、それぞれ側面２０ａ，２０ｂと交差している。同様に、互いに交差している側面２０ｄ，２０ｅは、それぞれ側面２０ａ，２０ｂと交差している。

図１に例示するように、側面２０ａ（又は側面２０ｂ）に平行な仮想平面であって、側面２０ａの法線方向において、側面２０ａと側面２０ｂとの間の中央に位置する上記仮想平面に対して、光学媒質２０は対称であり得る。

以下の説明では、図１及び図２に示した状態において、光学媒質２０の高さ方向（光学媒質２０の端面２０ｇの法線方向）をＺ方向と称し、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向及びＹ方向と称する。図１及び図２に示したように、Ｘ方向は、光学媒質２０の長手方向に対応する。

光学媒質２０は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）からなる透明部材であり、光学媒質２０は、励起光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とを透過する。光学媒質２０の大きさの一例は、Ｘ方向の長さが１００ｍｍ、Ｙ方向の長さが１５ｍｍ、及び、Ｚ方向の長さが３０ｍｍである。光学媒質２０の大きさは、例示した大きさ（Ｘ，Ｙ及びＺ方向の長さ）に限定されない。

レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆは、ＹＡＧに活性元素としてＮｄがドープされたものである。レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆは、励起光Ｌ１により励起されて放出光を出力する。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２２ａ〜２２ｃは、光学媒質２０の側面（第１の面）２０ａに接合されており、レーザ利得媒質２２ｄ〜２２ｆは、側面２０ｂに接合されている。レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆは、例えば、セラミックコンポジット技術によって、光学媒質２０に接合され得る。

レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの大きさ及び平面視形状（Ｙ方向から見た形状）は、側面２０ａ，２０ｂの形状及び大きさ並びにレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆに入射される励起光Ｌ１の径などに応じて設定され得る。レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆは、そこに入射される励起光Ｌ１の照射領域より大きければよい。レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの大きさ及び平面視形状の例は、矩形及び正方形を含む。

光学媒質２０の側面２０ａ〜２０ｆのうちレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆが接合されていない側面２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２のうちの少なくとも一方が入射及び出射される入出射面であり、レーザ媒質ユニット１０Ａにおいて容器１８から突出している。

励起光源部１２ａ〜１２ｄそれぞれは、側面２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆから入射される励起光Ｌ１を出力する。励起光源部１２ａ〜１２ｄは、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆを励起し得る波長の光を出力する半導体レーザといった励起光源を含む。励起光源部１２ａ〜１２ｄは、励起光源から出力された励起光Ｌ１を集光する集光光学系を有していてもよい。

ミラー部１４ａ〜１４ｄは、側面２０ｃ〜２０ｆと、側面２０ｃ〜２０ｆに対応する励起光源部１２ａ〜１２ｄとの間において、励起光源部１２ａ〜１２ｄからの励起光Ｌ１の光路上に配置されている。ミラー部１４ａ〜１４ｄは、励起光Ｌ１を透過すると共に、レーザ光Ｌ２を全反射する。

ミラー部１４ａは、レーザ光Ｌ２を反射して、レーザ光Ｌ２を側面２０ｃからレーザ媒質体１６に入射させる。レーザ光Ｌ２は、例えば、ファイバーレーザといったレーザ光源から出力された光であり得る。レーザ光Ｌ２は、励起光源部１２ａからの励起光Ｌ１の光路の軸方向と異なる方向からミラー部１４ａに入射される。ミラー部１４ａは、励起光源部１２ａから出力された励起光Ｌ１の光路と同軸でレーザ媒質体１６内をレーザ光Ｌ２が伝搬するように、レーザ光Ｌ２を反射するように配置されている。ミラー部１４ａは、レーザ光Ｌ２の入射光学系として機能する。図１では、ミラー部１４ａで反射されたレーザ光Ｌ２は、励起光Ｌ１に対して並列に示されているが、これは、レーザ光Ｌ２を明示するための便宜的なものである。同様に、図１において、励起光Ｌ１とレーザ光Ｌ２と並列されていることは、それらが同軸であることを示している。

ミラー部１４ｂ，１４ｃは、レーザ媒質体１６の側面２０ｄから出射されたレーザ光Ｌ２を、励起光源部１２ｃからの励起光Ｌ１の光路と同軸でレーザ媒質体１６に再入射させるように配置されている。ミラー部１４ｂ，１４ｃは、レーザ光Ｌ２をレーザ媒質体１６に再入射させるための再入射光学系として機能する。

ミラー部１４ｄは、側面２０ｆから出射されたレーザ光Ｌ２を、励起光源部１２ｄからの励起光Ｌ１の光路の軸方向と異なる方向に反射するように配置されている。ミラー部１４ｄは、レーザ光Ｌ２の出力光学系として機能する。

各励起光源部１２ａ〜１２ｄから出力された励起光Ｌ１は、ミラー部１４ａ〜１４ｄを透過した後、対応する側面２０ｃ〜２０ｆからレーザ媒質体１６に入射する。励起光Ｌ１のレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆへの入射角度は、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆにおいて光学媒質２０と反対側の面（以下、背面と称す）で励起光Ｌ１が全反射する角度である。

背面に冷却媒質として水が供給される場合、水の屈折率１．３３と、ＮｄドープのＹＡＧからなるレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの屈折率１．８２とから算出される臨界角は約４７度である。従って、励起光Ｌ１のレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆへの入射角度は４７度以上であり、例えば、約６０度でもよい。

レーザ媒質体１６内に入射した励起光Ｌ１は、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの背面での全反射を利用してレーザ媒質体１６内をジグザグに伝搬して、側面２０ｃ〜２０ｆから出射される。

具体的には、側面２０ｃから入射した励起光Ｌ１は、レーザ利得媒質２２ｆ、レーザ利得媒質２２ｂ及びレーザ利得媒質２２ｄの順にレーザ利得媒質２２ｆ，２２ｂ，２２ｄを経て、側面２０ｄから出射される。逆に、側面２０ｄから入射した励起光Ｌ１は、レーザ利得媒質２２ｄ、レーザ利得媒質２２ｂ及びレーザ利得媒質２２ｆの順に、レーザ利得媒質２２ｄ，２２ｂ，２２ｆを経て、側面２０ｃから出射される。側面２０ｃ，２０ｄそれぞれから入力された励起光Ｌ１のパスは、互いに反対方向であり得る。

側面２０ｅから入射した励起光Ｌ１は、レーザ利得媒質２２ｃ、レーザ利得媒質２２ｅ及びレーザ利得媒質２２ａの順にレーザ利得媒質２２ｃ，２２ｅ，２２ａを経て、側面２０ｆから出射される。逆に、側面２０ｆから入射された励起光Ｌ１は、レーザ利得媒質２２ａ、レーザ利得媒質２２ｅ及びレーザ利得媒質２２ｃの順にレーザ利得媒質２２ａ，２２ｅ，２２ｃを経て、側面２０ｅから出射される。側面２０ｅ，２０ｆそれぞれから入力された励起光Ｌ１のパスは、互いに反対方向であり得る。

励起光Ｌ１の一部は、レーザ媒質体１６内における伝搬過程において、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆに吸収され、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆを励起する。

側面２０ｃ〜２０ｆへの励起光源部１２ａ〜１２ｄからの入射は、垂直入射が例示され得る。しかしながら、側面２０ｃ〜２０ｆへの励起光源部１２ａ〜１２ｄからの励起光Ｌ１は、斜め入射でもよい。

励起光源部１２ａ〜１２ｄからの励起光Ｌ１が、対応する側面２０ｃ〜２０ｆに斜め入射する場合、励起光Ｌ１の側面２０ｃ〜２０ｆへの入射角度は、上述した互いに反対方向に伝搬する励起光Ｌ１の光路の軸がレーザ媒質体１６内で僅かにずれる程度が好ましい。これにより、レーザ媒質体１６内においては、ある励起光（基準励起光と称す）の光路と、その励起光に対する対向励起光の光路が少しずれている一方、側面２０ｃ〜２０ｆから出射する際に、基準励起光の入射方向と、対向励起光の出射方向は大きくずれる。その結果、励起光源部１２ａ〜１２ｄのうち基準励起光を出力した励起光源に対向励起光が入射することが防止され得る。

レーザ光源部から供給されるレーザ光Ｌ２は、ミラー部１４ａによって反射され、励起光源部１２ａからの励起光Ｌ１と同軸で側面２０ｃからレーザ媒質体１６内に入射される。側面２０ｃから入射された種光としてのレーザ光Ｌ２は、励起光Ｌ１と同じ光路を経て、側面２０ｄから出射される。側面２０ｄから出射された光は、ミラー部１４ｂ，１４ｃで順に反射され、励起光源部１２ｃからの励起光Ｌ１と同軸で側面２０ｅからレーザ媒質体１６内に再度入射される。側面２０ｅからレーザ媒質体１６に入射されたレーザ光Ｌ２は、励起光源部１２ｃからの励起光Ｌ１と同様の光路を経て、側面２０ｆから出射される。

励起光Ｌ１により励起されたレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆにレーザ光Ｌ２が入射されると、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。そのため、レーザ媒質体１６内を、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆを順に入射しながらジグザグにレーザ光Ｌ２が伝搬することで、側面２０ｆからは増幅されたレーザ光Ｌ２が出射される。側面２０ｆから出射されるレーザ光Ｌ２は、ミラー部１４ｄで反射されてレーザ増幅器１Ａからの出力光として取り出される。

なお、図１のレーザ光Ｌ２のレーザ増幅器１Ａへの入射位置及びレーザ増幅器１Ａからの出力位置は模式的なものである。励起光源部１２ａ〜１２ｄ及びミラー部１４ａ〜１４ｄは、後述する容器１８でレーザ光Ｌ２を遮らないように、配置されていればよい。

これまでの説明では、光学媒質２０に貼り合わされた６枚のレーザ利得媒質をレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆと称したが、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの構成は同じである。そのため、以下の説明では、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆを区別して説明する必要がない限りは、それらをレーザ利得媒質２２と称して説明する。

図３（ａ）は、レーザ利得媒質２２に対する励起光の照射領域を模式的に示す図面である。図３（ｂ）は、レーザ利得媒質２２に対する励起光の照射領域における強度分布の模式図である。励起光Ｌ１は、その進行方向に直交する断面において、強度分布が生じている。

図１に示したように、レーザ利得媒質２２に励起光Ｌ１は斜めに入射されるので、励起光Ｌ１の照射領域２４は、図３（ａ）に示すように楕円形状になる。図３（ａ）では、レーザ利得媒質２２における励起光Ｌ１の照射領域２４を５つの領域、すなわち、第１領域２４ａ、第１領域２４ａの周囲の第２領域２４ｂ、第２領域２４ｂの周囲の第３領域２４ｃ、第３領域２４ｃの周囲の第４領域２４ｄ、及び第４領域２４ｄの周囲の第５領域２４ｅに分けている。通常、照射領域２４の中央部分の強度が高く、照射領域２４の周縁部分の強度が低い。そのため、第１領域２４ａが照射領域２４において一番強度の高い領域であり、第１領域２４ａから第５領域２４ｅに向けて強度が低くなっている。

第２領域２４ｂより内側、すなわち、第１領域２４ａ及び第２領域２４ｂは、図３（ｂ）に示すように、強度分布における最大強度の所定の割合以上の領域に対応する。図３（ｂ）では、上記所定の割合の一例は、図３（ｂ）に示すように９０％である。以下では、第２領域２４ｂより内側の領域を高強度領域と称し、第５領域２４ｅを低強度領域とも称す。なお、図３（ａ）において、照射領域２４を５つの領域に分けているのは説明の便宜のためであり、図３（ｂ）に示した励起光Ｌ１の強度分布も一例である。

次に、レーザ媒質ユニット１０Ａが有する容器１８の構成について詳細に説明する。図４は、図１に示したレーザ増幅器が備えるレーザ媒質ユニット１０Ａの斜視図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図であり、レーザ媒質ユニット１０ＡのＸＹ平面に直交する断面の構成を示す図面に対応する。図５では、冷却媒質Ｃの流れを白抜き矢印で示している。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図であり、レーザ媒質ユニット１０ＡのＸＺ平面に直交する断面の構成を示す図面に対応する。容器１８の説明においても、図１及び図２に示したＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を用いる。

容器１８は、レーザ媒質体１６を収容するレーザ媒質体ハウスであり、直方体形状を呈する。容器１８は、第１本体部２６_１と第２本体部２６_２とが接合されて構成されている。

容器１８内部には、レーザ媒質体１６が配置される配置空間Ｓ（図５参照）が形成されており、配置空間ＳのＸ方向に直交する断面形状は、略六角形状である。レーザ媒質体１６は、配置空間Ｓに、レーザ媒質体１６の高さ方向（図１及び図２のＺ方向）が容器１８の長手方向と一致するように配置され、容器１８に収容されている。

配置空間Ｓに配置されたレーザ媒質体１６の端面２０ｇ及び端面２０ｈのそれぞれには、断熱材２８が設けられている。断熱材２８は、Ｘ方向に延在した略直方体形状を呈する。断熱材２８の材料の例は、テフロン（登録商標）である。断熱材２８上には、Ｘ方向に延在する三角柱状の流路形成部材３０が設けられている。流路形成部材３０のＸ方向に直交する断面の形状は三角形であり、その三角形の頂部が断熱材２８と反対側に位置するように、流路形成部材３０は、配置されている。流路形成部材３０は、第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２と共に、冷却媒質Ｃを流すための流路を形成する。流路形成部材３０の材料の例は、ステンレスである。

容器１８のＸ方向の長さは、レーザ媒質体１６の長さより短いので、レーザ媒質体１６の側面２０ｃ，２０ｆは、容器１８の側面１８ａに形成された開口部３２Ａ（図６参照）から外部に突出し、側面２０ｅ，２０ｄは、容器１８の側面１８ｂに形成された開口部３２Ｂ（図６参照）から外部に突出している。開口部３２Ａ及び開口部３２Ｂとレーザ媒質体１６との間には、Ｏリング３４が嵌められており、Ｏリング３４を介してレーザ媒質体１６は容器１８に保持されている。Ｏリング３４の代わりにパッキンでも良い。

容器１８は、レーザ利得媒質２２を冷却するための冷却媒質Ｃを流す冷却媒質流路３６を更に有する。冷却媒質流路３６は、容器１８の一方の端面１８ｃから他方の端面１８ｄに向けて延在しており、レーザ利得媒質２２の背面（光学媒質２０と反対側の面）に平行に冷却媒質Ｃを流す。

冷却媒質流路３６は、レーザ利得媒質２２の側面２０ａ及び側面２０ｂ上にそれぞれ接合されたレーザ利得媒質２２に冷却媒質Ｃを流すために、図５に示すように、レーザ媒質体１６の端面２０ｇ側の流路形成部材３０によって２つに分岐されている。更に、冷却媒質流路３６の分岐点で分岐した２つの流路それぞれは、図６に示すように、側面２０ａ，２０ｂにそれぞれ接合された３つのレーザ利得媒質２２に冷却媒質Ｃを流すために、３つに分岐している。

冷却媒質流路３６において、各レーザ利得媒質２２に対応する流路を冷却流路３６Ａと称し、端面１８ｃと冷却流路３６Ａとを連結する流路を供給流路３６Ｂと称し、冷却流路３６Ａと端面１８ｄとを連結する流路を排出流路３６Ｃと称す。供給流路３６Ｂは、端面１８ｃから供給される冷却媒質Ｃを冷却流路３６Ａに供給する流路であり、冷却流路３６Ａは、冷却媒質Ｃによってレーザ利得媒質２２を冷却する流路であり、排出流路３６Ｃは、冷却流路３６Ａを流れてきた冷却媒質Ｃを端面１８ｄから排出するための流路である。

側面２０ａ，２０ｂ上にそれぞれ接合された３枚のレーザ利得媒質２２に対して配置された３つの冷却流路３６Ａにおいて、隣接する冷却流路３６Ａは仕切り壁３８で仕切られている。仕切り壁３８は、隣接する冷却流路３６Ａを分離すると共に、隣接するレーザ利得媒質２２を分離するスペーサとして機能する。仕切り壁３８の材料の例は、テフロン（登録商標）である。

冷却流路３６Ａのレーザ利得媒質２２に直交する方向（側面２０ａ又は側面２０ｂの法線方向）の幅ｄは、レーザ利得媒質２２における励起光の照射領域２４においてその中心部から周縁に向けて狭くなっている。一実施形態において、幅ｄは１ｍｍ以下であり、例えば、０．６ｍｍである。図３に示したように、照射領域２４の中心部である第１領域２４ａでは励起光Ｌ１の強度が高く、第５領域２４ｅでは励起光Ｌ１の強度が低いので、幅ｄは、高強度領域より低強度領域で小さいことになる。このような冷却流路３６ＡのＺ方向（冷却媒質の流れ方向）の断面形状の例は、図６に示したような五角形、又は三角形である。

上記容器１８が有する配置空間Ｓ及び冷却媒質流路３６を形成するための第１本体部２６_１と第２本体部２６_２の構成の一例について、図７を利用して説明する。図７は、容器１８が有する第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２の構成を概略的に示す斜視図である。

図７に示すように、第１本体部２６_１は、Ｚ方向に延在した板状のベース部材４０_１を有する。ベース部材４０_１の材料の例はステンレスである。ベース部材４０_１には、Ｚ方向に延びており冷却媒質流路３６を構成するための凹部４２_１が形成されている。凹部４２_１の一対の側壁４４_１，４４_１の間の距離は、冷却媒質流路３６のＸ方向の幅に等しく、これら一対の側壁４４_１，４４_１は冷却媒質流路３６の側壁として機能する。

凹部４２_１の底面４６_１にはＸ方向に延在する凹部４８_１が形成されている。凹部４８_１の底面５０_１は平坦面であり、底面５０_１のＺ方向の幅は、端面２０ｇ，２０ｈにそれぞれ断熱材２８が設けられた光学媒質２０のＺ方向の長さにほぼ等しい。底面５０_１には、冷却流路３６Ａを構成するための２つの仕切り壁３８が立設されている。各仕切り壁３８は、容器１８にレーザ媒質体１６が配置された際に、底面５０_１において、隣接するレーザ利得媒質２２の間隙に対向する位置に配置されており、仕切り壁３８の幅は、その間隙の幅に等しい。仕切り壁３８のＹ方向（底面５０_１の法線方向）の長さは、容器１８にレーザ媒質体１６が配置された際に、底面５０_１とレーザ利得媒質２２との間の距離に等しい。

各側壁４４_１と底面５０_１との角部には、所定断面形状、例えば、五角形又は三角形の冷却流路３６Ａを得るために、その断面形状を定めるための形状規定部材５２_１が設けられている。同様に、各仕切り壁３８と底面５０_１との角部にも形状規定部材５２_１が設けられている。形状規定部材５２_１は、Ｚ方向に延在しており、そのＺ方向の断面形状は三角形状である。

形状規定部材５２_１は、その頂部が各側壁４４_１，４４_１と底面５０_１との角部及び各仕切り壁３８と底面５０_１との角部に位置するように、ベース部材４０_１に接合されている。冷却流路３６Ａの断面形状が五角形の場合、底面５０_１の法線方向における形状規定部材５２_１の長さは側壁４４_１，４４_１及び仕切り壁３８より短く、冷却流路３６Ａの断面形状が三角形の場合、上記法線方向における形状規定部材５２_１の長さは側壁４４_１及び仕切り壁３８とほぼ等しい。

底面５０_１と底面４６_１とを繋ぐ面、すなわち、凹部４８_１の側面５４_１は傾斜した面であり、側面５４_１は、容器１８に、流路形成部材３０が設けられたレーザ媒質体１６が配置された際に、流路形成部材３０と共に、冷却媒質流路３６の一部を構成する。一対の側壁４４_１，４４_１のそれぞれの延在方向において凹部４８_１の形成領域に対応する部分には、容器１８の側面１８ａ，１８ｂの開口部３２Ａ，３２Ｂとなる切欠き部５６_１，５６_１が形成されている。

第２本体部２６_２の構成は、第１本体部２６_１との接合面に対して対称の構成を有する。すなわち、第２本体部２６_２は、板状のベース部材４０_２を有する。ベース部材４０_２の材料の例はステンレスである。ベース部材４０_２には、凹部４２_１に対応しており、凹部４２_１と共に冷却媒質流路３６を構成するための凹部４２_２が形成されている。

凹部４２_２の底面４６_２には、凹部４８_１に対応しており、凹部４８_１と共に、配置空間Ｓを形成する凹部４８_２が形成されている。凹部４８_２の底面５０_２は平坦面であり、底面５０_２には、冷却流路３６Ａを構成するための２つの仕切り壁３８が立設されている。仕切り壁３８の配置及び大きさは、第１本体部２６_１の場合と同様であるため説明を省略する。

凹部４２_２の一対の側壁４４_２，４４_２それぞれと底面５０_２との角部には、第１本体部２６_１の場合と同様に、形状規定部材５２_２が設けられている。同様に、各仕切り壁３８と底面５０_２との角部にも形状規定部材５２_２が設けられている。形状規定部材５２_２の構成及びベース部材４０_２への接合状態などは、形状規定部材５２_１の場合と同様である。

底面５０_２と底面４６_２とを繋ぐ面、すなわち、凹部４８_２の側面５４_２は傾斜した面であり、側面５４_２は、容器１８に、流路形成部材３０が設けられたレーザ媒質体１６が配置された際に、流路形成部材３０と共に、冷却媒質流路３６の一部を構成する。各側壁４４_２，４４_２のうち、Ｚ方向において凹部４８_２の形成領域に対応する部分には、切欠き部５６_１，５６_１と対応しており、それらと共に、側面１８ａ，１８ｂの開口部３２Ａ、３２Ｂを構成する切欠き部５６_２，５６_２が形成されている。

レーザ媒質ユニット１０Ａは、第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２の凹部４８_１，４８_２の間に、断熱材２８及び流路形成部材３０が設けられたレーザ媒質体１６を配置しながら、第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２を接合することによって作製される。第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２の接合方法は、例えば、ネジ止めである。

上記構成では、端面１８ｃに形成される供給流路３６Ｂの開口に冷却媒質Ｃを流すための配管を接続することによって、供給流路３６Ｂから冷却流路３６Ａに冷却媒質Ｃが供給される。冷却媒質Ｃは、冷却流路３６Ａ内をレーザ利得媒質２２の背面に平行に流れてレーザ利得媒質２２を冷却した後、排出流路３６Ｃから排出される。排出流路３６Ｃには、冷却媒質Ｃを排出するための配管が接続されていればよい。このように、供給流路３６Ｂ、冷却流路３６Ａ及び排出流路３６Ｃから構成される冷却媒質流路３６に冷却媒質Ｃを流すことによって、各レーザ利得媒質２２が冷却される。

冷却流路３６Ａは、冷却流路３６Ａにおいてレーザ利得媒質２２に対向する内面と、レーザ利得媒質２２との間の距離である幅ｄが、レーザ利得媒質２２への励起光Ｌ１の照射領域２４のうち強度の高い領域から強度の低い領域に向けて短くなっている。すなわち、レーザ利得媒質２２の背面に直交する方向において、冷却流路３６Ａの幅ｄは、励起光Ｌ１の高強度領域で広く、低強度領域で狭い。

冷却媒質流路３６を流れる冷却媒質Ｃの流量は同じであることから、上記のように幅ｄが変化していれば、高強度領域と低強度領域を流れる冷却媒質Ｃの流速が異なる。具体的には、高強度領域近傍を流れる冷却媒質Ｃの流速は、低強度領域近傍を流れる冷却媒質Ｃの流速より速い。その結果、高強度領域近傍が、低強度領域近傍より冷却され易い。このように、高強度領域が低強度領域より冷却され易いと、高強度領域は、低強度領域より発熱量が多くなることから、レーザ利得媒質２２において、発熱量の多い領域が、発熱量の相対的に少ない領域より冷却媒質Ｃによってより冷却され易いことになる。そのため、レーザ利得媒質２２の温度分布の均一化を図れる。

レーザ利得媒質２２における温度分布の均一性が確保されると、温度分布に起因する屈折率変化の不均一性が生じにくい。そのため、屈折率変化の不均一性に基づく熱レンズ効果及び波面歪み等により、ミラー部１４ｄで反射されて取り出される出力光（出力ビーム）の品質の低下も抑制される。その結果、レーザ媒質ユニット１０Ａを用いたレーザ増幅器１Ａでは、よりビーム品質のよりビームを出力し得る。

シミュレーション結果を利用して、冷却流路３６Ａの断面形状を、レーザ利得媒質２２と冷却流路３６Ａとの間の距離である幅ｄが、レーザ利得媒質２２での励起光の照射領域２４の高強度領域より低強度領域において短いことで、レーザ利得媒質２２をより均等に冷却できる点について説明する。シミュレーションでは熱解析ソフトであるSOLIDWORKS(登録商標)を利用した。

実施例では、図８に示したように、光学媒質２０の表面にレーザ利得媒質２２を接合し、レーザ利得媒質２２の背面（光学媒質２０と反対側の面）側に冷却流路３６Ａを配置したシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った。シミュレーションでは、図８に示したｘｙｚ座標系を用いた。図８は、シミュレーションモデルのｙ方向に直交する断面を示す図である。シミュレーションモデルにおいて、光学媒質２０、レーザ利得媒質２２及び冷却流路３６Ａ以外の部品を断熱材に設定した。

光学媒質２０の材料として、ノンドープＹＡＧを設定し、その熱伝導率を９Ｗ／ｍＫとした。光学媒質２０の厚さＤ１を７．５ｍｍとし、ｘ方向の幅Ｗを２２ｍｍとした。

レーザ利得媒質２２の材料として、Ｎｄ：ＹＡＧを設定し、その熱伝導率を９Ｗ／ｍＫとした。レーザ利得媒質２２の厚さＤ２は、０．５ｍｍとした。レーザ利得媒質２２における励起光Ｌ１の照射領域２４で強度分布に応じた発熱が生じることを仮定して、発熱部５８を設定した。発熱部５８では、レーザ利得媒質２２のｘ方向の中心位置に第１発熱領域５８ａを設定し、その周囲に外側に向けて順に第２発熱領域５８ｂ、第３発熱領域５８ｃ、第４発熱領域５８ｄ、及び第５発熱領域５８ｅを設定した。第１〜第５発熱領域５８ａ〜５８ｅは、図３に示した第１領域〜第５領域２４ａ〜２４ｅに対応しており、第１発熱領域５８ａで励起光Ｌ１による発熱量が大きく、第１発熱領域５８ａから外側、すなわち、第５発熱領域５８ｅに向けて発熱量が小さくなるように、第１〜第５発熱領域５８ａ〜５８ｅの発熱量を設定した。

冷却流路３６Ａの断面形状は五角形とした。ｘ方向において、第１発熱領域５８ａの中心位置でのｚ方向の幅ｄ１を、レーザ利得媒質２２と冷却流路３６Ａの幅ｄの最大値として、０．６ｍｍと設定した。更に、冷却流路３６Ａのｘ方向の両端でのｚ方向の幅ｄ２を幅ｄの最小値とし、０．２ｍｍと設定した。冷却流路３６Ａに流す冷却媒質を、温度２０℃の水とし、流量を１２．５Ｌ／分に設定した。

比較例では、図９に示したシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った。比較例では、断面形状が矩形である冷却流路６０を使用した点以外は、実施例と同様にしてシミュレーションを行った。冷却流路６０において、冷却流路６０のレーザ利得媒質２２と対向する面と、レーザ利得媒質２２との間の距離である幅ｄは、実施例における幅ｄ１と同じ０．６ｍｍとし、冷却流路６０の幅ｄは、ｘ方向において一定である。

図１０は、実施例における冷却流路の流速分布を示す図面である。図１１は、比較例における冷却流路の流速分布を示す図面である。実施例における最大流速は、３１ｍ／ｓであり、比較例における最大流速は、１８ｍ／ｓであった。図１０及び図１１から理解されるように、実施例では、冷却流路３６Ａのｚ方向の長さが長い領域の方が冷却媒質Ｃの流速が速くなっている。すなわち、発熱量の多い第１発熱領域５８ａ近傍の方が、より発熱量の少ない第５発熱領域５８ｅ近傍より冷却媒質Ｃの流速が速くなっている。

図１２（ａ）は、実施例におけるレーザ利得媒質の冷却流路側の面における温度分布を示す図面であり、図１２（ｂ）は、実施例におけるレーザ利得媒質の光学媒質側の面における温度分布を示す図面である。図１３（ａ）は、比較例におけるレーザ利得媒質の冷却流路側の面における温度分布を示す図面であり、図１３（ｂ）は、比較例におけるレーザ利得媒質の光学媒質側の面における温度分布を示す図面である。

実施例において、レーザ利得媒質２２の背面（冷却流路３６Ａ側の面）での最大温度は、３７．８℃であった。これに対して、比較例におけるレーザ利得媒質２２の背面（冷却流路６０側の面）の最大温度は、４７．９℃であった。更に、実施例において、レーザ利得媒質２２の表面（光学媒質２０側の面）の最大温度は９０．５℃であった。これに対して、比較例において、レーザ利得媒質２２の表面（光学媒質２０側の面）での最大温度は、９８．７℃であった。このように、表面及び背面のいずれにおいても実施例の最大温度の方が、比較例より低い。

また、図１２（ａ）及び図１３（ａ）の比較、及び、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）の比較より、流速が、発熱量の多い領域で、発熱量がより少ない領域より速い実施例の方が、レーザ利得媒質２２の表面及び背面のいずれの温度分布も比較例より均一になっていることが理解され得る。

シミュレーション結果からも理解されるように、最大の幅ｄが同じである冷却流路３６Ａ及び冷却流路６０であっても、発熱量の相対的に少ない領域の幅ｄを小さくすることで、発熱量の多い領域の流速を速めることができる。このことによって、発熱量の多い領域をより効率的に冷却でき、結果として、レーザ利得媒質２２の励起光Ｌ１によって生じる温度分布の均一化が図れる。

また、冷却流路３６Ａでは、発熱量の小さい（すなわち、照射領域２４の周縁部）領域での幅ｄを小さくすることで、冷却流路３６Ａの断面積を小さくし、発熱量の多い領域（すなわち、照射領域２４の中央部）を効率的に冷却しているので、発熱量の多い領域での幅ｄとして一定の長さを確保できる。そのため、冷却流路３６Ａに、冷却媒質Ｃと共に、仮にゴミ及び気泡などが混ざっていたとしても、それらゴミなどによってレーザ利得媒質２２、特に、レーザ利得媒質２２における照射領域２４の中央部が損傷することが抑制される。すなわち、冷却流路３６Ａでは、ゴミ及び気泡などのレーザ利得媒質２２への影響を低減しながら、レーザ利得媒質２２の励起光Ｌ１によって生じる温度分布の均一化が図ることができる。

図１及び図２に例示したような、側面２０ｂに接合されたレーザ利得媒質２２ｄ〜２２ｆが、側面２０ａに接合されたレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｃに対向している形態では、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの上記配置状態によっても、出力光としてのレーザ光Ｌ２の品質が向上され得る。この点について説明する。

レーザ利得媒質２２ｄ〜２２ｆ各々が、対応するレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｃに対向していると、Ｙ方向における側面２０ａ，２０ｂ間の中心位置における仮想平面であって、レーザ媒質体１６を二等分する仮想平面に対して、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの発熱による温度分布が対称になりやすい。通常、励起光Ｌ１でレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆが励起されて生じた熱によりレーザ媒質体１６に熱膨張が生じる。上記のように、側面２０ａ側の温度分布と側面２０ｂ側の温度分布が対称になっていると、上記熱膨張によるレーザ媒質体１６のねじれが抑制され易い。そのため、ねじれに起因するレーザ光Ｌ２への影響が低減され得る。その結果、出力光としてのレーザ光Ｌ２の品質が向上される。

上記レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの発熱によるレーザ媒質体１６のねじれは、光学媒質２０が、上記仮想平面に対して対称である場合に、更に低減され得る。また、光学媒質２０が、例示したように、六角柱状であれば、側面２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆからそれぞれ励起光Ｌ１が入射され得る。この場合、各レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの励起状態、すなわち、発熱状態が均一化しやすいので、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの発熱によるレーザ媒質体１６のねじれの影響が更に低減され易い。

次に、図１４を参照して、レーザ媒質ユニットの変形例について説明する。図１４は、図５に示したレーザ媒質ユニットの変形例を示す断面図である。図１４に示したレーザ媒質ユニット１０Ｂは、側面（第１面）２０ａ上の各レーザ利得媒質２２に隣接してヒートシンク（第１のヒートシンク）６２_１が設けられており、側面（第２面）２０ｂ上のレーザ利得媒質２２に隣接してヒートシンク（第２のヒートシンク）６２_２が設けられている点で、図５に示したレーザ媒質ユニット１０Ａと相違する。

ヒートシンク６２_１及びヒートシンク６２_２の構成は同じであり得る。ヒートシンク６２_１は、Ｘ方向に延在しており、側面２０ａ上の３枚のレーザ利得媒質２２に対して一つ設けられている。同様に、ヒートシンク６２_２は、Ｘ方向に延在しており、側面２０ｂ上のレーザ利得媒質２２に対して一つ設けられている。ただし、６枚のレーザ利得媒質２２それぞれに対して、一つのヒートシンクが設けられていてもよい。

ヒートシンク６２_１，６２_２の材料の例は、銅及びアルミニウムを含む。ヒートシンク６２_１，６２_２の厚みは、冷却媒質Ｃによって、レーザ利得媒質２２が冷却されるような厚みであればよい。ヒートシンク６２_１，６２_２の厚みの一例は、図３（ａ）に示したように、照射領域２４が楕円形の場合、最大強度の所定割合以上の領域である高強度領域、例えば、図３（ａ）の第２領域２４ｂの短辺の長さの半分程度であり得る。

図１４に示したように、ヒートシンク６２_１，６２_２を備える場合には、レーザ利得媒質２２の背面には、高反射コーティングが施されていてもよい。これにより、レーザ利得媒質２２の背面で励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２が確実に反射され、レーザ媒質体１６内を、励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２がジグザグに伝搬可能である。

レーザ媒質ユニット１０Ｂは、レーザ媒質ユニット１０Ａと、少なくとも同様の作用効果を奏する。レーザ媒質ユニット１０Ｂは、ヒートシンク６２_１，６２_２を備えているので、レーザ媒質ユニット１０Ｂでは、冷却媒質Ｃがレーザ利得媒質２２に直接当たることによるレーザ利得媒質２２の劣化が防止できる。

次に、図１５を参照して、レーザ増幅器の変形例について説明する。図１５は、図１に示したレーザ増幅器の変形例を示す模式図である。図１５に示したレーザ増幅器１Ｂは、ミラー部１４ａの前段に偏光ビームスプリッタ６６を設けると共に、ミラー部１４ｄと側面２０ｆとの間に偏光回転素子６４を設けている点で、レーザ増幅器１Ａと相違する。この相違点以外のレーザ増幅器１Ｂの構成は、レーザ増幅器１Ａの構成と同様である。図１５では、図１と同様に容器１８を破線で模式的に示している。

レーザ増幅器１Ｂでは、レーザ光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ６６を通過した後、ミラー部１４ａで励起光Ｌ１と同軸の光路に導かれる。その後、レーザ利得媒質２２ｆ，２２ｂ，２２ｄの順にレーザ利得媒質２２ｆ，２２ｂ，２２ｄを経た後、側面２０ｄから出射される。側面２０ｄから出射されたレーザ光Ｌ２は、ミラー部１４ｂ及びミラー部１４ｃでの反射を経た後、側面２０ｅから再びレーザ媒質体１６に入射される。

側面２０ｅから入射したレーザ光Ｌ２は、レーザ利得媒質２２ｃ，２２ｅ，２２ａの順にレーザ利得媒質２２ｃ，２２ｅ，２２ａを経た後、側面２０ｆから出射される。側面２０ｆから出射されたレーザ光Ｌ２は、偏光回転素子６４を通過した後、ミラー部１４ｄで反射される。その後、側面２０ｃからレーザ光Ｌ２が入射された後のレーザ光Ｌ２の光路と同様の光路を逆方向に伝搬して、側面２０ｃから出射される。レーザ増幅器１Ｂでは、ミラー部１４ｄは、レーザ光Ｌ２をレーザ媒質体１６に再入射させるための再入射光学系の一部として機能する。側面２０ｃから出射されたレーザ光Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ６６に入射される。

側面２０ｃから出射された後、偏光ビームスプリッタ６６に入射されたレーザ光Ｌ２は、偏光回転素子６４を通過しているので、偏光方向の角度が変わっている。そのため、偏光ビームスプリッタ６６によって反射され、出力光として取り出される。

レーザ増幅器１Ｂは、レーザ増幅器１Ａの場合と同様のレーザ媒質ユニット１０Ａを備えるので、少なくとも、レーザ増幅器１Ａと同様の作用効果を有する。レーザ媒質体１６と容器１８とを含むレーザ媒質ユニットとしては、図５に示したレーザ媒質ユニット１０Ａの代わりに、図１５に示したレーザ媒質ユニット１０Ｂでもよい。

（第２の実施形態）
図１６は、一実施形態に係るレーザ媒質ユニットを備えたレーザ発振器の構成を概略的に示す図面である。

図１６に示したレーザ発振器２は、レーザ媒質ユニット１０Ａと、励起光源部１２ａ〜１２ｄと、ミラー部１４ａ〜１４ｅとを有する。レーザ発振器２の構成は、ミラー部１４ｄと、側面２０ｆとの間にミラー部１４ｅが配置されている点で、主に図１に示したレーザ増幅器１Ａの構成と相違する。

レーザ発振器２は、レーザ媒質ユニット１０Ａが有するレーザ媒質体１６に励起光Ｌ１を供給することによって、レーザ光Ｌ３を生成する。

ミラー部１４ｅは、励起光Ｌ１を透過し、レーザ光Ｌ３を部分反射する。ミラー部１４ｅは、ミラー部１４ａ〜１４ｃと共に、光共振器を構成する。換言すれば、ミラー部１４ａ〜１４ｃ，１４ｅ間で、レーザ光Ｌ３が繰り返し反射するように、ミラー部１４ａ〜１４ｃ，１４ｅは配置されており、ミラー部１４ａ〜１４ｃ，１４ｅ間のレーザ光Ｌ３の共振光路内にレーザ媒質体１６が配置されている。

上記構成では、励起光源部１２ａ〜１２ｄから出力された励起光Ｌ１は、レーザ増幅器１Ａの場合と同様にして、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆを励起する。励起されたレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆからの放出光としてのレーザ光Ｌ３は、ミラー部１４ａ〜１４ｃ，１４ｅ間で反射し、光増幅される。ミラー部１４ｅを部分的に透過したレーザ光Ｌ３は、ミラー部１４ｄによって、励起光源部１２ｄからの励起光Ｌ１の光路の軸と異なる方向に反射される。ミラー部１４ｄで反射されたレーザ光Ｌ３が、レーザ発振器２からの出力光である。

レーザ発振器２においても、レーザ媒質ユニット１０Ａを備えているので、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの発熱の影響を低減できる。その結果、ビーム品質の良いレーザ光Ｌ３を出力可能である。

レーザ発振器２において、レーザ媒質ユニット１０Ａの代わりにレーザ媒質ユニット１０Ｂを採用してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されずに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

レーザ増幅器１Ａ，１Ｂは、図１及び図１５に示した構成において、励起光源部１２ｂ，１２ｃを備えない構成でもよい。同様に、図１６に示したレーザ発振器２では、励起光源部１２ｂ，１２ｃを備えなくてもよい。

レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの厚さ及び活性元素のドープ量は、レーザ利得媒質２２ａ〜２２ｆの温度が互いにほぼ等しくなるように異なっていても良い。

レーザ媒質体１６において、側面２０ｂに接合されたレーザ利得媒質２２ｄ〜２２ｆは、側面２０ａに接合されたレーザ利得媒質２２ａ〜２２ｃと対向配置されていなくてもよい。側面２０ａ，２０ｂそれぞれには少なくとも一つのレーザ利得媒質２２が接合されていればよい。レーザ媒質体１６が有する光学媒質２０は六角柱状に限定されず、他の多角柱状でもよい。例えば、光学媒質２０の形状は、図１に示したＺ方向から光学媒質２０を見た場合の形状が台形形状となるような四角柱状でもよい。励起光源部の数及びその配置並びにミラー部の数及びその配置は、光学媒質の形状及びレーザ利得媒質２２の配置位置に応じて、レーザ増幅器又はレーザ発振器に適用され得るように適宜配置されていればよい。

容器１８は、第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２が接合された構成に限定されず、第１本体部２６_１及び第２本体部２６_２の構成も図７を用いて説明した構成に限定されない。容器１８は、レーザ媒質体１６が配置される配置空間Ｓが確保されていると共に、これまで説明したように、照射領域２４の強度の高い領域（発熱量の多い領域）の方が、照射領域２４において強度の低い領域（発熱量の小さい領域）よりも冷却媒質Ｃの流速が速くなるように冷却流路３６Ａが形成されていればよい。

冷却流路３６Ａの断面形状は、三角形及び五角形に限定されず、冷却流路３６Ａとレーザ利得媒質２２との隙間の長さである幅ｄが、照射領域２４において高強度領域（例えば、照射領域２４の中央部）より低強度領域（例えば、照射領域２４の周縁部）において、より小さければよい。そのため、冷却流路３６Ａの断面形状としては、図１７に示すように円弧状であってもよい。断面が円弧状の冷却流路３６Ａは、底面５０_１，５０_２に円弧状の内面を有する形状規定部材６４_１，６４_２を接合することによって形成され得る。

照射領域２４における高強度領域とは、最大強度の所定割合以上の領域であればよく、上記所定割合は例示したように９０％に限定されない。所定割合は５０％以上（例えば、６０％，７０％及び８０％等）であればよい。同様に、低強度領域も第５領域２４ｅのみに限定されず、最大強度の上記所定割合未満の領域であればよい。

光学媒質２０の材料は、ＹＡＧに限定されないと共に、レーザ利得媒質２２に添加する活性元素はＮｄに限定されない。レーザ増幅器やレーザ発振器といった固体レーザ装置に使用される光学材料及び活性元素であればよい。光学媒質の材料の他の例は、（ＧＧＧ：ガドリニウム ガリウム ガーネット（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２））が例示され得る。また、活性元素の他の例は、Ｙｂが例示され得る。また、レーザ増幅器及びレーザ発振器は、励起光源部を備えた構成としたが、レーザ媒質体１６に励起光が入射され得る構成であればよい。

１Ａ，１Ｂ…レーザ増幅器、２…レーザ発振器、１０Ａ…レーザ媒質ユニット、１０Ｂ…レーザ媒質ユニット、１６…レーザ媒質体、１８…容器、２０…光学媒質、２０ａ…側面（第１面）、２０ｂ…側面（第２面）、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…レーザ利得媒質（第１面上のレーザ利得媒質）、２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ…レーザ利得媒質（第２面上のレーザ利得媒質）、２４…照射領域、３６…冷却媒質流路、３６Ａ…冷却流路、６２_１…ヒートシンク（第１のヒートシンク）、６２_２…ヒートシンク（第２のヒートシンク）、Ｃ…冷却媒質。

Claims (9)

1. 活性元素が添加されており励起光が照射されることにより放出光を発生する少なくとも一つのレーザ利得媒質が、活性元素が添加されておらず、前記励起光及び前記放出光の双方を透過させる光学媒質の第１面と、前記第１面と反対側に位置する第２面とに、それぞれ接合されてなる、レーザ媒質体と、
   前記レーザ媒質体を収容すると共に、前記レーザ利得媒質を冷却する冷却媒質を流す冷却媒質流路を有する容器と、
   を備え、
   前記冷却媒質流路は、前記冷却媒質によって前記レーザ利得媒質を冷却する冷却流路を有し、
   前記冷却流路の前記冷却媒質の流れ方向に直交する断面において、前記レーザ利得媒質と、前記レーザ利得媒質に対向する前記冷却流路の内面との距離が、前記レーザ利得媒質に対する励起光の照射領域内の強度分布のうち強度の高い領域より低い領域において短く、
   前記冷却流路において前記レーザ利得媒質に対する前記冷却媒質の流れ方向は、前記第１面及び前記第２面のうち当該レーザ利得媒質が接合されている面に平行かつ一方向である、
   レーザ媒質ユニット。
2. 前記第１面及び前記第２面それぞれに複数の前記レーザ利得媒質が接合されており、
   前記冷却媒質流路は、各前記レーザ利得媒質に対して前記冷却流路を有する、
   請求項１に記載のレーザ媒質ユニット。
3. 前記第２面に接合される前記複数のレーザ利得媒質の各々は、前記第１面に接合される前記複数のレーザ利得媒質の各々に対向している、
   請求項２記載のレーザ媒質ユニット。
4. 前記容器は、前記第１面及び前記第２面それぞれに接合された前記複数のレーザ利得媒質のうち隣接する前記レーザ利得媒質それぞれに対応する前記冷却流路を仕切る仕切り壁を有しており、
   隣接する前記レーザ利得媒質の配置方向における前記仕切り壁の長さは、隣接する前記レーザ利得媒質の間の長さに実質的に等しく、
   前記第１面及び前記第２面のうち隣接する前記レーザ利得媒質が接合されている面の法線方向における前記仕切り壁の長さは、隣接する前記レーザ利得媒質が接合されている面と前記容器の内面との間の距離に実質的に等しい、
   請求項２又は３記載のレーザ媒質ユニット。
5. 前記第１面及び前記第２面は矩形を有し、
   前記第１面及び前記第２面それぞれに接合された前記複数のレーザ利得媒質は、前記矩形の長手方向に配置されており、
   前記冷却媒質の流れ方向は前記矩形の短手方向である、
   請求項２〜４の何れか一項記載のレーザ媒質ユニット。
6. 前記冷却流路の前記冷却媒質の流れ方向に直交する断面の形状が三角形、五角形又は円弧である、請求項１〜５の何れか一項記載のレーザ媒質ユニット。
7. 前記レーザ媒質ユニットは、
   前記第１面に接合された少なくとも一つのレーザ利得媒質の前記光学媒質と反対側に設けられる第１のヒートシンクと、
   前記第２面に接合された少なくとも一つのレーザ利得媒質の前記光学媒質と反対側に設けられる第２のヒートシンクと、
   を更に有する、
   請求項１〜６の何れか一項記載のレーザ媒質ユニット。
8. 請求項１〜７の何れか一項記載のレーザ媒質ユニットと、
   光増幅されるべきレーザ光を前記光学媒質に前記励起光と同軸の光路で入射させる入射光学系と、
   前記レーザ利得媒質によって増幅され前記励起光と同軸の光路で前記レーザ媒質体から出射された前記レーザ光を前記励起光の光路とは異なる方向に出力する出力光学系と、
   を備える、
   レーザ増幅器。
9. 請求項１〜７の何れか一項記載のレーザ媒質ユニットと、
   前記レーザ媒質ユニットが有する前記レーザ媒質体を、共振光路上に有する光共振器と、
   を備えるレーザ発振器。