JP6569865B2 - 固体レーザー装置 - Google Patents

Description

この発明は、固体レーザー装置に関する。

例えば、キロワットクラスの平均出力を有した高出力の固体レーザー装置のレーザー媒質として、Ｙｂ（イッテルビウム）をドープしたＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）等が知られている。
このようなレーザー媒質は、レーザー出力の増大に伴ってその温度が上昇してしまう。しかし、このレーザー媒質により高効率でレーザー発振させるためには、例えば、１２０Ｋ以下のような低温にすることが望ましい。そのため、このような高出力の固体レーザーでは、液化窒素などを用いてレーザー媒質を冷却することが行われている。しかしながら、レーザー媒質は、容器内に収容されているため、レーザー媒質を冷却することによって容器の内側と外側とに温度差が生じて結露が発生する場合がある。

そこで、特許文献１には、レーザー媒質および、レーザー媒質を冷却する冷媒が流れる冷媒容器を真空容器に収容して、特に窓を含む容器内側の結露を防止する技術が提案されている。

一方で、レーザー媒質の冷却を効果的に行う技術として、増幅媒質を薄くする方式が開示されている。しかし、このような方式では、レーザー反射のためのコーティングが必要となり、熱特性を悪化させる可能性が有る。
そこで、特許文献２には、薄く形成された増幅媒質を透明な媒質に接合して、全反射によりレーザー光が伝搬する構造が提案されている。

特許第５４２４３２０号公報 特許第５３３０８０１号公報

上述したレーザー媒質は、ガラス、単結晶、セラミックスなどの脆性材料で構成されている。そのため、特許文献２のような全反射によりレーザー光を伝搬させる方式で、特許文献１のように、レーザー媒質に直接シールを接触させてレーザー媒質を冷却する冷媒領域と真空領域とを区画しようとした場合、レーザー媒質に荷重がかかり、レーザー媒質が破損してしまう可能性が有る。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザー媒質の破損、および、レーザー光が遮られることを抑制しつつ、レーザー媒質を容易に交換でき、高効率でレーザー発振させることが可能な固体レーザー装置を提供することを目的とする。

この発明の第一態様によれば、固体レーザー装置は、レーザー媒質と、内側容器と、外側容器と、冷媒供給部と、カバー部と、を備える。レーザー媒質は、光の入射と出射との少なくとも一方がなされる光入出射面を表面の一部に有している。内側容器は、前記レーザー媒質を収容し、前記光入出射面に入射される入射光および前記光入出射面から出射される出射光が透過する内側光透過部を有する。外側容器は、前記内側容器を収容するとともに前記内側光透過部と対向する部位に設けられて、前記入射光および前記出射光を透過し、前記内側光透過部に対して真空断熱された外側光透過部を少なくとも有する。冷媒供給部は、前記レーザー媒質における前記光入出射面を除く少なくとも一部の表面に冷媒が接するように前記内側容器の内部に前記冷媒を供給する。カバー部は、前記光入出射面と前記内側光透過部との間の前記入射光および前記出射光が通過する光通過領域を、前記冷媒供給部によって冷媒が供給される冷媒供給領域から区画する。前記内側容器は、前記冷媒供給領域と前記光通過領域とが同一圧力となるように前記レーザー媒質を収容する。

内側光透過部と外側光透過部とが真空断熱されていることで、レーザー媒質を真空雰囲気に配置せずにレーザー媒質を冷媒によって冷却したとしても、内側光透過部の内外面に温度差が生じること、および、外側光透過部の内外面に温度差が生じることをそれぞれ抑制できる。そのため、内側光透過部と外側光透過部とに結露が発生することを抑制できる。さらに、レーザー媒質を真空雰囲気に配置する必要がなく、光通過領域と冷媒供給領域とを同一圧力下とすることができるため、カバー部をレーザー媒質に押し付ける必要が無くレーザー媒質にかかる荷重を低減できる。また、光通過領域と冷媒供給領域とを同一圧力下とすることで、レーザー媒質を強固に固定する必要がない。さらに、光入出射面を除く少なくとも一部の表面に冷媒が直接触れるように冷媒を供給できるため、効率よくレーザー媒質を冷却することができる。
その結果、レーザー媒質の破損、および、レーザー光が遮られることを抑制しつつ、レーザー媒質を容易に交換でき、高効率でレーザー発振させることが可能となる。

この発明の第二態様によれば、固体レーザー装置は、第一態様における光入出射面が、下方から上方に向かって漸次外方に配置される下向きの傾斜面とされ、前記冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して上下方向から冷媒を吹き付けるようにしてもよい。
このように構成することで、傾斜面の上端部から冷媒の液滴が落下し易くなるので、仮に、カバー部によって冷媒の移動を防ぎきれない場合であっても、冷媒の液滴が光入出射面の傾斜面を伝って移動することを低減できる。その結果、光が冷媒によって遮られることを抑制できる。

この発明の第三態様によれば、固体レーザー装置は、第一又は第二態様における冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して水平な方向から冷媒を吹き付けるようにしてもよい。
このように構成することで、扱いが容易な励起光およびレーザー出力光が水平面内を伝搬するようなレーザー媒質の形状とすることができる。さらに、レーザー媒質に対して水平な方向から冷媒が吹き付けられることで、冷媒の液滴が光入出射面に回り込むことを抑制できる。その結果、レーザー光が冷媒によって遮られることを抑制できる。

この発明の第四態様によれば、固体レーザー装置は、第一から第三態様の何れか一つの態様におけるカバー部が、前記レーザー媒質を支持する支持部を備えていてもよい。
このように構成することで、カバー部によってレーザー媒質を保持することができるため、カバー部と保持部とを個別に設ける場合よりも部品点数を低減できる。さらに、カバー部の配置自由度を向上できる。

この発明の第五態様によれば、固体レーザー装置は、第一から第四態様の何れか一つの態様において、前記内側容器の内部に設けられて、前記内側容器内の雰囲気に含まれる揮発成分を捕集するトラップ部を備えていてもよい。
このように構成することで、仮に、内側容器の内部に微小な揮発成分等が残存している場合であっても、これら揮発成分が内側光透過部やレーザー媒質に付着する前に捕集することができる。その結果、揮発成分による結露が生じることを抑制できる。

この発明の第六態様によれば、固体レーザー装置は、第一から第五態様の何れか一つの態様において、前記内側光透過部と前記光入出射面との少なくとも一方を加温可能な加温部を備えていてもよい。
このように構成することで、内側光透過部やレーザー媒質の光入出射面を温度上昇させることができるため、内側容器の内部において相対的に温度の低い箇所で先んじて揮発成分を結露させることができる。その結果、揮発成分がレーザー媒質や内側光透過部で結露することを抑制できる。

この発明の第七態様によれば、固体レーザー装置は、第六態様における内側容器が、真空引き可能な真空容器とされていてもよい。
このように構成することで、内側容器の内部を真空引きして、内側容器の内部に残存する揮発成分を減少させることができる。その結果、より一層、内側容器の内部に残存する揮発成分が光入出射面や内側光透過部に付着することを抑制することができる。

上記固体レーザー装置によれば、レーザー媒質の破損、および、レーザー光が遮られることを抑制しつつ、レーザー媒質を容易に交換でき、高効率でレーザー発振させることができる。

この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の概略構成を示す図である。 上記固体レーザー装置のレーザー媒質の斜視図である。 第一実施形態における支持部材の固定箇所を示す斜視図である。 この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の運用方法のフローチャートである。 この発明の第一実施形態の第一変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第二変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第三変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第四変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第五変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第一実施形態の第六変形例における図３に相当する斜視図である。 この発明の第二実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 この発明の第三実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 この発明の第四実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。 この発明の第五実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 この発明の第六実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。 第五実施形態の変形例における固体レーザー装置の図１に相当する図である。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態における固体レーザー装置について説明する。
図１は、この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の概略構成を示す図である。図２は、上記固体レーザー装置のレーザー媒質の斜視図である。
この第一実施形態における固体レーザー装置は、活性元素としてイッテルビウム（以下、単にＹｂと称する）がドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（以下、単にＹＡＧと称する）を増幅媒質として用いた固体レーザー装置を一例に説明するが、この増幅媒質または母材を用いる固体レーザー装置に限られない（以下、各変形例、および、第二から第六実施形態も同様）。

図１に示すように、第一実施形態の固体レーザー装置１Ａは、レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、を主に備えている。
レーザー媒質２Ａは、透明部１０Ａと増幅媒質１１とを備えている。このレーザー媒質２Ａは、透明部１０Ａに励起光の入射と、励起光を増幅したレーザー光の出射との少なくとも一方がなされる光入出射面を表面の一部に有している。

透明部１０Ａは、活性元素がドープされていないＹＡＧ等により形成されている。この透明部１０Ａとしては、大型化が可能なセラミックス素材を用いることができる。このようなセラミックス素材を用いることで、励起面積を広げるとともに、光強度の大きい励起光を増幅媒質１１で吸収させることができる。

図２に示すように、透明部１０Ａは、２つの側面１２Ａと、上面１３Ａと、下面１４Ａと、２つの入（出）射面（光入出射面）１５Ａとを備えている。
２つの側面１２Ａは、それぞれＹＺ平面に平行に形成されている。２つの側面１２Ａは、それぞれ同一の台形状に形成されている。これら側面１２Ａは、Ｘ方向から見て重なるように配置されている。この台形状に形成された側面１２Ａの上辺１２ａと下辺１２ｂとは、それぞれＹ方向に延びて、互いの長さ方向の中心位置がＹ方向で一致している。さらに、台形状に形成された側面１２Ａの２つの斜辺１２ｃは、上辺１２ａと下辺１２ｂとの端部同士を繋いでいる。

上面１３Ａは、２つの側面１２Ａが備える上辺１２ａ同士を繋いでいる。下面１４Ａは、２つの側面１２Ａが備える下辺１２ｂ同士を繋いでいる。これら上面１３Ａおよび下面１４Ａは、それぞれＸＹ平面に平行な平面に形成されている。

入（出）射面１５Ａは、Ｘ方向で隣り合う斜辺１２ｃ同士を繋いでいる。これら入（出）射面１５Ａは、下辺１２ｂから上辺１２ａに向かうに従って上辺１２ａの長さ方向の中心位置に近づくように傾斜する平面に形成されている。これら入（出）射面１５Ａは、上述した励起光の入射と、励起光を増幅したレーザー光の出射との少なくとも一方がなされる光入出射面となる。これら入（出）射面１５Ａの傾斜角度は、励起光又はレーザー光の反射が少なくなるように設定されている。

増幅媒質１１は、複数設けられ、透明部１０Ａの上面１３Ａと、下面１４Ａとにそれぞれ接合されている。この実施形態における増幅媒質１１は、上面１３Ａに一つ、下面１４Ａに二つ設けられた場合を例示している。これら増幅媒質１１は、薄い平板状に形成されている。増幅媒質１１は、それぞれ活性元素であるＹｂがドープされたＹＡＧにより形成されている。下面１４Ａに接合された増幅媒質１１は、互いにＹ方向に間隔を空けて配置されるとともに、下面１４ＡのＹ方向両端部に配置されている。上面１３Ａに接合された増幅媒質１１は、Ｙ方向における上面１３Ａの中央に配置されている。この実施形態の一例における増幅媒質１１は、Ｘ方向において透明部１０Ａの幅寸法と同じ幅寸法を有した矩形板状に形成されている。

上述したレーザー媒質２Ａによれば、一方の入（出）射面１５Ａから入射した励起光およびレーザー光は、それぞれ増幅媒質１１で全反射されてジグザグな光路（図１参照）を形成し、他方の入（出）射面１５Ａから出射される。ここで、励起光は、励起光源（図示せず）から入射される。励起光が増幅されたレーザー光が入（出）射面１５Ａから入射される場合は、例えば、レーザー媒質２Ａから出射された後に全反射ミラー等により反射されて同じ入（出）射面１５Ａから入射される。

図１に示すように、内側容器３は、レーザー媒質２Ａを収容する。内側容器３は、レーザー媒質２Ａの入（出）射面１５Ａに入射される入射光（例えば、励起光、レーザー光）および入（出）射面１５Ａから出射される出射光（例えば、レーザー光）を透過可能な内側窓部（内側光透過部）２０を有している。この内側窓部２０を介して入射光が、内側容器３の外部からレーザー媒質２Ａが設置された内側容器３の内部に入射され、出射光が内側容器３の内部から外部へと出射される。この実施形態の内側容器３は、２つの内側窓部２０を備えている。これら内側窓部２０は、それぞれ２つの入（出）射面１５Ａに対して励起光やレーザー光を入出射可能な位置にそれぞれ一つずつ配置されている。なお、図１中、内側窓部２０を透過する励起光およびレーザー光の光軸を実線で示している（以下、外側容器４を通る光軸も同様）。

外側容器４は、内側容器３を収容する。外側容器４は、内側窓部２０と対向する部位に外側窓部（外側光透過部）２１を備えている。外側容器４の内面２２は、内側容器３の外面２３と所定距離だけ離れて配置されている。さらに、この実施形態における外側容器４は、内側容器３を収容する真空容器であり、外側容器４と内側容器３との間に真空雰囲気が形成されている。つまり、内側容器３に対して外側容器４が真空断熱されている。したがって、内側容器３の内側窓部２０と外側容器４の外側窓部２１との間も、真空断熱されている。外側窓部２１は、入射光および出射光を透過可能とされており、内側窓部２０を通過する光は、外側窓部２１も同様に通過する。なお、内側容器３は、例えば、容器の底部を下方から支持する支持部（図示せず）を介して支持されてもよい。また、容器の側方や上方から支持してもよい。

ここで、内側窓部２０と外側窓部２１とには、例えば、励起光およびレーザー光の反射を防止する反射防止膜を形成しても良い。内側窓部２０と外側窓部２１とは、励起光およびレーザー光の光軸に対して反射損失が最小となる入射角（ブルースター角）となるように配置しても良い。

冷媒供給部５は、レーザー媒質２Ａにおける入（出）射面１５Ａを除く少なくとも一部の表面に液化窒素などの冷媒が接するように内側容器３の内部に冷媒を供給する。この実施形態における冷媒供給部５は、上述した複数の増幅媒質１１に向けて冷媒を噴射する複数のノズル２４を備えている。さらに、この実施形態においては、一つの増幅媒質１１に対して一つのノズル２４が設けられている。これらノズル２４は、それぞれ透明部１０Ａの下面１４Ａに接合された増幅媒質１１に対しては、下から上に向けて冷媒を噴射し、透明部１０Ａの上面１３Ａに接合された増幅媒質１１に対しては、上から下に向けて冷媒を噴射する。このようにノズル２４により冷媒を噴射することでインピンジメント冷却と同様に冷却することができ、その結果、効率よく増幅媒質１１を冷却することができる。

カバー部６は、入（出）射面１５Ａと内側窓部２０との間の入射光および出射光が通過する光通過領域（図１中、二点鎖線で囲んだ領域）Ａ１を、冷媒供給部５によって冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２（図１中、二点鎖線で囲んだ領域を除く領域）から区画する。すなわち、カバー部６は、冷媒供給部５によって内側容器３の内部に供給された冷媒が入（出）射面１５Ａに接触しないように内側容器３の内部空間を区画している。カバー部６は、レーザー媒質２Ａにシール等を介して固定されている。
ここで、この実施形態におけるレーザー媒質２Ａは、例えば、冷媒供給領域Ａ２において、支持部材（図示せず）を介して内側容器３に支持されている。つまり、支持部材（図示せず）が励起光やレーザー光を遮ることが無いようになっている。

図３は、第一実施形態における支持部材の固定箇所を示す斜視図である。
この図３においては、支持部材（図示せず）の固定箇所を太線（実線および破線）で示している。さらに、図３においては、増幅媒質１１の図示を省略している。
図３に示すように、この実施形態における支持部材は、上面１３Ａの周縁に沿ってレーザー媒質２Ａに固定されている。さらに、支持部材は、下面１４Ａの周縁に沿ってレーザー媒質２Ａに固定されている。

カバー部６は、入（出）射面１５Ａへ冷媒が接触することを抑制する。
図１に示すように、カバー部６は、光通過領域Ａ１の直近の上面１３Ａから上方に立ち上がるように配置されるとともに、光通過領域Ａ１の直近の下面１４Ａ（又は増幅媒質１１）から下方に垂れ下がるように配置されている。これらカバー部６の立ち上がる長さ、および、垂れ下がる長さは、冷媒の噴射される勢いなどに応じて設定すればよい。例えば、カバー部６の一方の端部がレーザー媒質２Ａに固定され、他方の端部が内側容器３の内面２５に固定されていてもよい。

次に、上述した固体レーザー装置１Ａの運用方法について図面を参照しながら説明する。
図４は、この発明の第一実施形態における固体レーザー装置の運用方法のフローチャートである。
図４に示すように、まず、内側容器３の内部の水分（例えば、水蒸気）等の揮発成分を除去する工程を行う（ステップＳ０１）。

ここで、内側容器３の内部の揮発成分を除去するためには、内側容器３の内部に乾燥ガスによるパージを行うことで揮発成分を除去できる。乾燥ガスは、例えば、コールドトラップなどにより予め水分を取り除いている気体であればよい。また、上記内側容器３を真空容器とすることもできる。このように内側容器３を真空容器とした場合には、内側容器３を一時的に真空状態とした後に乾燥ガスによるパージを行うことが有効である。

さらに、内側容器３の内部を真空ポンプ（図示せず）により真空引きしつつ内側容器３を加熱する、いわゆるベーキングを行うようにしても良い。このように内側容器３のベーキングを行うことで、内側容器３の内面に付着した揮発成分を気化させて、この気化した揮発成分を真空ポンプ（図示せず）によって内側容器３の外部に排出できる。その結果、より一層、内側容器３の内部に残存する水分などの揮発成分を除去することができる。なお、揮発成分の除去として水分除去を一例に説明したが、水分以外の揮発成分（例えば、油分）も同様に除去可能である。

次に、励起光を入射させる前に、予めレーザー媒質２Ａを冷却する予冷工程を行う（ステップＳ０２）。この予冷工程においては、例えば、内側容器３の内部に液状の冷媒を注入し、内側容器３の内部に配置されているレーザー媒質２Ａを冷媒に浸漬させることで、レーザー媒質２Ａを均一に予冷却することができる。レーザー媒質２Ａが浸漬された冷媒は、レーザー媒質２Ａを予冷却した後、ドレン（図示せず）を介して内側容器３から排出される。

その後、ノズル２４による冷媒の噴射を開始し、レーザー媒質２Ａを十分に冷却する（ステップＳ０３）。
さらに、レーザー媒質２Ａが十分に冷却された状態で、レーザー媒質２Ａへ励起光の入射を開始して徐々にその出力を増加させて（ステップＳ０４）、定常運転へと移行する（ステップＳ０５）。

したがって、上述した第一実施形態によれば、内側窓部２０と外側窓部２１とが真空断熱されていることで、レーザー媒質２Ａを真空雰囲気に配置せずにレーザー媒質２Ａを冷媒によって冷却したとしても、内側窓部２０の内外面に温度差が生じること、および、外側窓部２１の内外面に温度差が生じることをそれぞれ抑制できる。そのため、内側窓部２０と外側窓部２１とに結露が発生することを抑制できる。

さらに、レーザー媒質２Ａを真空雰囲気に配置する必要がなく、光通過領域Ａ１と冷媒供給領域Ａ２とを同一圧力下とすることができる。そのため、カバー部６をレーザー媒質２Ａに押し付ける必要が無くレーザー媒質にかかる荷重を低減できる。したがって、レーザー媒質２Ａの変形や破損を低減できる。

さらに、光通過領域Ａ１と冷媒供給領域Ａ２とを同一圧力下とすることで、レーザー媒質２Ａを強固に位置決め固定する必要がない。
さらに、光入出射面である入（出）射面１５Ａを除くレーザー媒質２Ａの表面に冷媒が直接触れるように冷媒を供給できるため、効率よくレーザー媒質を冷却することができる。

（第一実施形態の第一変形例）
上述した第一実施形態においては、図３に示す固定位置でレーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）をレーザー媒質２Ａに固定する場合について説明した。しかし、支持部材の固定位置は、上述した第一実施形態の固定位置に限られない。

図５は、この発明の第一実施形態の第一変形例における図３に相当する斜視図である。
例えば、図５に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、２つの側面１２Ａのそれぞれの周縁部に沿って固定するようにしても良い。このようにすることで、光入出射面である入（出）射面１５Ａを遮蔽することなく、増幅媒質の設置スペースを減少させることもない。更に、側面視におけるレーザー媒質２Ａの台形の端部となる部分は先細りとなるため相対的に強度が低くなるが、この台形の端部となる部分に荷重が集中しないため、台形の端部となる部分への荷重をより少なくできる。

（第一実施形態の第二変形例）
図６は、この発明の第一実施形態の第二変形例における図３に相当する斜視図である。
例えば、図６に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、２つの入（出）射面の周縁部に沿って固定するようにしても良い。このようにすることで、冷媒によって直接冷却できるレーザー媒質２Ａの表面積を増加できるとともに、増幅媒質の設置スペースを減少させることもない。

（第一実施形態の第三変形例）
図７は、この発明の第一実施形態の第三変形例における図３に相当する斜視図である。
例えば、図７に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれの２つの入（出）射面１５Ａよりも中央寄りの位置において、上面１３Ａと下面１４Ａとの両方に垂直な垂直面と交わる部分（矩形環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、光入出射面である入（出）射面１５Ａを遮蔽することなく、更に、側面視におけるレーザー媒質２Ａの台形の端部となる部分にかかる荷重をより少なくできる。

（第一実施形態の第四変形例）
図８は、この発明の第一実施形態の第四変形例における図３に相当する斜視図である。
例えば、図８に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれの２つの入（出）射面１５Ａよりも中央寄りの位置において、入（出）射面１５Ａと平行な平面と交わる部分（矩形環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、第三変形例よりも冷媒によって直接冷却できるレーザー媒質２Ａの表面積を増加できる。さらに、光入出射面である入（出）射面１５Ａを遮蔽することがない。

（第一実施形態の第五変形例）
図９は、この発明の第一実施形態の第五変形例における図３に相当する斜視図である。
例えば、図９に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれ２つの側面１２Ａの近傍で側面１２Ａと平行な平面と交わる部分（台形環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、第二変形例よりも、側面視におけるレーザー媒質２Ａの台形の端部となる部分にかかる荷重をより少なくできる。

（第一実施形態の第六変形例）
図１０は、この発明の第一実施形態の第六変形例における図３に相当する斜視図である。
例えば、図１０に示すように、レーザー媒質２Ａを支持する支持部材（図示せず）は、それぞれ上面１３Ａおよび下面１４Ａの近傍で上面１３Ａおよび下面１４Ａと平行な平面と交わる部分（大小の環状の部分）に固定するようにしても良い。このようにすることで、特に、カバー部６の取り付けの妨げとならず、また、増幅媒質１１の設置スペースを広く確保できる点で有利となる。
なお、レーザー媒質２Ａに対する支持部材の固定部位は、上述した第一実施形態、および、各変形例の固定部位に限られない。例えば、これら固定部位を適宜組み合わせて用いても良い。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第二実施形態の固体レーザー装置は、上述した第一実施形態の固体レーザー装置とレーザー媒質の向きが異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図１１は、この発明の第二実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
図１１に示すように、この第二実施形態の固体レーザー装置１Ｂは、レーザー媒質２Ｂと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、を主に備えている。

レーザー媒質２Ｂは、透明部１０Ｂと増幅媒質１１とを備えている。
透明部１０Ｂは、第一実施形態の透明部１０Ａと同様に、活性元素がドープされていないＹＡＧ等により形成されている。透明部１０Ｂは、２つの側面１２Ｂと、上面１３Ｂと、下面１４Ｂと、２つの入（出）射面（光入出射面）１５Ｂとを備えている。この透明部１０Ｂは、上述した第一実施形態の透明部１０Ａを、上下反転したものに相当する。すなわち、２つの側面１２Ｂは、それぞれ逆台形状に形成され、上面１３Ｂは下面１４Ｂよりも長く形成されている。

さらに、２つの入（出）射面１５Ｂは、下方から上方に向かって漸次外方に配置される下向きに傾斜する平面とされている。

この第二実施形態における透明部１０Ｂには、上面１３Ｂの中央と下面１４Ｂの両端とに、それぞれ第一実施形態と同様に増幅媒質１１が接合されている。冷媒供給部５のノズル２４は、増幅媒質１１に向けて冷媒を噴射可能な位置にそれぞれ配置されている。より具体的には、冷媒供給部５は、冷媒をレーザー媒質２Ｂの上方から下方に向けて噴射する一つのノズル２４と、冷媒をレーザー媒質２Ｂの下方から上方に向けて噴射する二つのノズル２４とをそれぞれ備えている。

カバー部６は、第一実施形態と同様に、入（出）射面１５Ｂと内側窓部２０との間の入射光および出射光が通過する光通過領域（図１１中、二点鎖線で囲んだ領域）Ａ１を、冷媒供給部５によって冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２（図１１中、二点鎖線で囲んだ領域を除く領域）から区画している。

したがって、上述した第二実施形態によれば、入（出）射面１５Ｂが下向きに傾斜していることで、入（出）射面１５Ｂの上端部から冷媒の液滴が落下し易くなるので、仮に、カバー部６によって冷媒の移動を防ぎきれない場合であっても、冷媒の液滴が光入出射面である入（出）射面１５Ｂを伝って移動することを低減できる。その結果、光通過領域を通る励起光やレーザー光が冷媒によって遮られることを抑制できる。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第三実施形態の固体レーザー装置は、上述した第一実施形態の固体レーザー装置と冷媒を吹き付ける向きが異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図１２は、この発明の第三実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
図１２に示すように、この第三実施形態における固体レーザー装置１Ｃは、第一実施形態の固体レーザー装置１Ａにおける、冷媒の噴射方向を上下方向から水平方向に変更し、且つ、この噴射方向の変更に伴いレーザー媒質の姿勢を９０度変更したものである。すなわち、この実施形態のレーザー媒質２Ｃは、２つの台形状の面がそれぞれ上面１３Ｃおよび下面１４Ｃとなっている。さらに、レーザー媒質２Ｃの入（出）射面１５Ｃが、それぞれ水平方向に傾斜している。このレーザー媒質２Ｃは、大きさの異なる側面１２Ｃに、レーザー媒質２Ａの上面１３Ａ、下面１４Ａと同様に、それぞれ増幅媒質１１が接合されている。

したがって、上述した第三実施形態によれば、扱いが容易な励起光およびレーザー光が水平面内を伝搬するようなレーザー媒質２Ｃの形状としつつ、さらに、レーザー媒質２Ｃに対して水平な方向から冷媒が吹き付けることで、冷媒の液滴が入（出）射面１５Ｃに回り込むことを抑制できる。その結果、第二実施形態と同様に、レーザー光が冷媒によって遮られることを抑制できる。

（第四実施形態）
次に、この発明の第四実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第四実施形態の固体レーザー装置は、上述した第一実施形態の固体レーザー装置とカバー部材の構成が異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図１３は、この発明の第四実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
図１３に示すように、この実施形態における固体レーザー装置１Ｄは、レーザー媒質２Ｄと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６Ｄと、を主に備えている。
カバー部６Ｄは、上述した第一実施形態の支持部材（図示せず）を兼ねている。すなわち、この第四実施形態のレーザー媒質２Ｄは、カバー部６Ｄを介して内側容器３に支持されている。

図１３、図１４に示すように、カバー部６Ｄは、光通過領域（図１３中、二点鎖線で囲んだ領域）Ａ１を、冷媒供給部５によって冷媒が供給される冷媒供給領域Ａ２（図１３中、二点鎖線で囲んだ領域を除く領域）から区画する。これにより、カバー部６Ｄは、レーザー媒質２Ｄの入（出）射面１５Ｄへ冷媒が接触することを抑制する。

図１４に示すように、カバー部６Ｄは、内側容器３の内面と、レーザー媒質２Ｄの上面１３Ｄと共に、上面１３Ｄの上方に配置される冷媒供給部５のノズル２４を収容する空間（冷媒供給領域Ａ２）を画成する。さらに、カバー部６Ｄは、内側容器３の内面と、レーザー媒質２Ｄの下面１４Ｄと共に、下面１４Ｄの下方に配置される冷媒供給部５のノズル２４を収容する空間（冷媒供給領域Ａ２）を画成する。

カバー部６Ｄと、レーザー媒質２Ｄとの接合される箇所には、例えば、冷媒が冷媒供給領域Ａ２から光通過領域Ａ１に漏出することを防止するシール材（図示せず）を設けても良い。ここで、このシール材は、液状の冷媒の移動を規制できればよく、気密性を担保する必要はない。また、この実施形態におけるカバー部６Ｄは、内側容器３の内面と接合されており、この接合箇所においても同様にシール材を設けても良い。

したがって、上述した第四実施形態によれば、カバー部６Ｄによってレーザー媒質２Ｄを保持することができるため、カバー部６Ｄと支持部材とを個別に設ける場合よりも部品点数を低減できる。
さらに、支持部材がカバー部６Ｄの設置を妨げることが無いので、カバー部６Ｄの配置自由度を向上できる。

（第五実施形態）
次に、この発明の第五実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第五実施形態の固体レーザー装置は、トラップ部を備えている点で上述した第一実施形態の固体レーザー装置と異なる。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図１５は、この発明の第五実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
図１５に示すように、この実施形態における固体レーザー装置１Ｅは、レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、トラップ部３０と、を主に備えている。レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６とは、上述した第一実施形態と同様の構成である。

トラップ部３０は、内側容器３内の雰囲気に含まれる水分などの揮発成分を捕集する。このトラップ部３０は、例えば、内側窓部２０から十分に離れた内側容器３の下部内面に配置することができる。このトラップ部３０は、周囲よりも低温になることで、トラップ部３０の低温部分に触れた揮発成分を凝縮させる。揮発成分が凝縮されて生じる液体は、例えば、トラップ部３０の近傍に設けられたドレン（図示せず）等を介して固体レーザー装置１Ｅの外部に排出するようにしても良い。トラップ部３０は、内側窓部２０およびレーザー媒質２Ａから十分に離れて配置されることでトラップ部３０から内側窓部２０およびレーザー媒質２Ａに伝熱され難い。すなわち、トラップ部３０が低温となっても、内側窓部２０およびレーザー媒質２Ａが冷却され難くなっている。ここで、例えば、トラップ部３０と内側容器３の内面との間に大きな熱抵抗が生じるように、これらトラップ部３０と内側容器３の内面との間に断熱材等を設けてもよい。

したがって、上述した第五実施形態によれば、内側容器３の内部に微小な揮発成分等が残存している場合であっても、これら揮発成分が内側窓部２０やレーザー媒質２Ａに付着する前に捕集することができる。その結果、揮発成分による結露が生じて、励起光やレーザー光が遮られることをより一層抑制できる。

（第六実施形態）
次に、この発明の第六実施形態の固体レーザー装置を図面に基づき説明する。この第六実施形態の固体レーザー装置は、加温部を備えている点で上述した第一実施形態の固体レーザー装置と異なる。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。

図１６は、この発明の第六実施形態における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
図１６に示すように、この実施形態における固体レーザー装置１Ｆは、レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６と、加温部３１と、を主に備えている。レーザー媒質２Ａと、内側容器３と、外側容器４と、冷媒供給部５と、カバー部６とは、上述した第一実施形態と同様の構成である。

加温部３１は、内側光透過部と入（出）射面１５Ａとの少なくとも一方を加温可能に構成されている。この実施形態における加温部３１は、内側容器３の内面のうち、内側窓部２０の周囲に配置されている。この加温部３１は、例えば、内側窓部２０を囲むように配置しても良い。加温部３１は、例えば、ヒーターによる加温、電磁波の放射や温風送風による加温など種々の加温方法を採用できる。

ここで、加温部３１は、光通過領域Ａ１に配置されている。これにより、加温部３１の熱が、内側窓部２０だけではなく、内側容器３の内部気体を介して入（出）射面１５Ａにも熱が伝わり、又は、加温部３１から放射される電磁波によって入（出）射面１５Ａも加温されるようになっている。なお、内側窓部２０と入（出）射面１５Ａとの両方を加温する場合について説明したが、何れか一方のみを加温するようにしても良い。

したがって、上述した第六実施形態によれば、内側窓部２０やレーザー媒質２Ａの入（出）射面１５Ａを温度上昇させることができるため、内側容器３の内部において相対的に温度の低い箇所で先んじて水分等の揮発成分を結露させることができる。その結果、水分等の揮発成分がレーザー媒質２Ａや内側窓部２０で結露することを抑制できる。

この発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した各実施形態および各変形例においては、レーザー媒質２Ａが側面視で台形状に形成される場合を一例にして説明した。しかし、レーザー媒質２Ａの形状は、側面視で台形状に限られない。例えば、レーザー媒質２Ａは、側面視で平行四辺形であっても良い。また、レーザー媒質２Ａは、ロッド形状、薄ディスク形状、スラブ形状、ディスク形状であっても良い。なお、励起光やレーザー光が水平面内を伝播する形状であると、取扱が容易になるので好ましい。

さらに、内側容器３および外側容器４の形状は一例であって、上述した各実施形態で図示した形状に限られるものでは無い。

図１７は、第五実施形態の変形例における固体レーザー装置の図１に相当する図である。
例えば、図１７に示す固体レーザー装置１Ｇように、第五実施形態のトラップ部３０を第六実施形態の加温部３１と組み合わせて用いても良い。このように構成することで、内側窓部２０および入（出）射面１５Ａを加温して結露が生じることを低減しつつ、トラップ部３０によって揮発成分を捕集することができるため、より積極的に結露の発生を抑制できる。

さらに、各実施形態の組合せは、第五実施形態と第六実施形態との組み合わせに限られず、上述した各実施形態の構成を適宜組み合わせて用いても良い。

また、冷媒として液化窒素を用いる場合を例示したが、液化窒素以外の冷媒を用いても良い。
さらに、上述した第一実施形態においては、予冷工程において、レーザー媒質２Ａを冷媒に浸漬させる場合について説明したが、ノズル２４からの冷媒噴射によって、予冷工程を行うようにしても良い。また、低温のガスにより、予冷工程を行うようにしても良い。
さらに、上述した第一実施形態においては、内側容器３と外側容器４との間の全域に渡って真空断熱する場合を一例に説明した。しかし、真空断熱は、内側窓部２０と外側窓部２１との間のみ行い、他の部分については、真空断熱以外の断熱構造（例えば、スーパーインシュレーション）や、積極的な断熱を行わない構造としても良い。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…固体レーザー装置 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ…レーザー媒質 ３…内側容器 ４…外側容器 ５…冷媒供給部 ６，６Ｄ…カバー部 １０Ａ，１０Ｂ…透明部 １１…増幅媒質 １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…側面 １３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ…上面 １４…下面 １５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…入（出）射面 ２０…内側窓部 ２１…外側窓部 ２２…内面 ２３…外面 ２４…ノズル ２５…内面 ３０…トラップ部 ３１…加温部 Ａ１…光通過領域 Ａ２…冷媒供給領域

Claims (7)

1. 光の入射と出射との少なくとも一方がなされる光入出射面を表面の一部に有したレーザー媒質と、
   前記レーザー媒質を収容し、前記光入出射面に入射される入射光および前記光入出射面から出射される出射光が透過する内側光透過部を有する内側容器と、
   前記内側容器を収容するとともに前記内側光透過部と対向する部位に設けられて、前記入射光および前記出射光を透過し、前記内側光透過部に対して真空断熱された外側光透過部を少なくとも有する外側容器と、
   前記レーザー媒質における前記光入出射面を除く少なくとも一部の表面に冷媒が接するように前記内側容器の内部に前記冷媒を供給する冷媒供給部と、
   前記光入出射面と前記内側光透過部との間の前記入射光および前記出射光が通過する光通過領域を、前記冷媒供給部によって冷媒が供給される冷媒供給領域から区画するカバー部と、
   を備え、
   前記内側容器は、
   前記冷媒供給領域と前記光通過領域とが同一圧力となるように前記レーザー媒質を収容する固体レーザー装置。
2. 前記光入出射面は、下方から上方に向かって漸次外方に配置される下向きの傾斜面とされ、
   前記冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して上下方向から冷媒を吹き付ける請求項１に記載の固体レーザー装置。
3. 前記冷媒供給部は、前記レーザー媒質に対して水平な方向から冷媒を吹き付ける請求項１又は２に記載の固体レーザー装置。
4. 前記カバー部は、前記レーザー媒質を支持する支持部を備える請求項１から３の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
5. 前記内側容器の内部に設けられて、前記内側容器内の雰囲気に含まれる揮発成分を捕集するトラップ部を備える請求項１から４の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
6. 前記内側光透過部と前記光入出射面との少なくとも一方を加温可能な加温部を備える請求項１から５の何れか一項に記載の固体レーザー装置。
7. 前記内側容器は、真空引き可能な真空容器とされる請求項１から６の何れか一項に記載の固体レーザー装置。

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