JP6781867B2 - 共振器およびレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、共振器およびレーザ装置に関するものである。

レーザ光は、材料加工などの産業応用やプラズマ診断などの科学研究用途に用いられている。これらの用途においては、連続発振より寧ろパルス発振のレーザ光の利用が好ましい場合がある。また、レーザパルスの高出力化が求められている。レーザ光の高出力化を図る技術として、連続発振のレーザ光を外部共振器に閉じ込めて積算する技術が知られている。また、近年では、パルスレーザ光を外部共振器に閉じ込めて積算する技術も研究されている（非特許文献１，２を参照）。

パルスレーザ光を共振器に閉じ込めて積算する技術では、レーザパルスを共振器内に入射させ、そのレーザパルスが共振器内を１往復または１周したタイミングに合わせて次のレーザパルスを共振器内に入射させて、この入射させたレーザパルスを共振器内部のレーザパルスと結合させる。以降も同様にして次々とレーザパルスを共振器内に入射させて、その入射させた各レーザパルスを共振器内部のレーザパルスと結合させる。このように、複数のレーザパルスを共振器内に逐次入射させることで、これら複数のレーザパルスを共振器内において積算してエネルギを増強する。このような共振器はエンハンスメント共振器と呼ばれている。

Y. Kobayashi, J. Plasma FusionRes., Vol.90, No.8, pp.462-467 (2014). S. Breitkopf et al, Light:Science & Application doi:10.1038/lsa.2014.92.

エンハンスメント共振器の内部ではレーザパルスは高エネルギ状態である。このレーザパルスを共振器の外部に瞬時に取り出す為の光学素子を共振器の内部に挿入すると、この光学素子が損失となり、レーザパルスのエネルギ増強の効率が低下する。それ故、従来では、主に共振器の内部において高エネルギのレーザパルスを利用することが検討されていた（非特許文献１を参照）。

一方、高エネルギのレーザパルスを共振器の外部へ取り出す試みもなされている。非特許文献２に記載された従来技術では、ミラーを側面に取り付けた円盤を中心軸の周りに回転させ、その回転によりミラーが共振器内の光路を周期的に通過するようにする。そして、この従来技術では、共振器内の光路上にミラーがない期間では共振器の内部でレーザパルスを積算していき、共振器内の光路上にミラーがある期間に該ミラーに入射したレーザパルスを該ミラーで反射させて共振器の外部に取り出す。

しかし、この従来技術では、共振器から外部へ出力するレーザパルスの割合が一定であり、共振器から外部へのレーザパルス出力の自由度が低い。また、回転体を用いることから、取出しの繰返し速度がレーザパルスの繰返し速度に追いつかないことで効率の低下を引き起こす。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レーザパルス出力の自由度が高い共振器を提供することを目的とする。また、本発明は、このような共振器を備えるレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の共振器は、(1) 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、(2) 光路結合ミラーから共通光路に沿って入力した光を共通光路に沿って反射させるミラーと、(3) 光路結合ミラーから第１光路に沿って入力した光を第１光路に沿って反射させる第１ミラーと、(4) 光路結合ミラーから第２光路に沿って入力した光を第２光路に沿って反射させる第２ミラーと、(5) 第１光路の途中に設けられ、外部から到達した第１レーザパルスを第１光路に沿って伝搬させて光路結合ミラーに入射させる第１入力結合ミラーと、(6) 第２光路の途中に設けられ、外部から到達した第２レーザパルスを第２光路に沿って伝搬させて光路結合ミラーに入射させる第２入力結合ミラーと、(7) 第１光路と第２光路との間の光路長差を調整して、光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、光路結合ミラーから共通光路および外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、を備える。共通光路は、光路結合ミラーとミラーとの間の光路であり、第１光路は、光路結合ミラーと第１ミラーとの間の光路であり、第２光路は、光路結合ミラーと第２ミラーとの間の光路であり、外部光路は、光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である。

または、本発明の共振器は、(1) 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、(2) 光路結合ミラーから共通光路に沿って入力した光を分岐して第１光路および第２光路それぞれに沿って出射させる光路分岐ミラーと、(3) 光路分岐ミラーから光路結合ミラーへ至る第１光路の途中に設けられ、外部から到達した第１レーザパルスを第１光路に沿って伝搬させて光路結合ミラーに入射させる第１入力結合ミラーと、(4) 光路分岐ミラーから光路結合ミラーへ至る第２光路の途中に設けられ、外部から到達した第２レーザパルスを第２光路に沿って伝搬させて光路結合ミラーに入射させる第２入力結合ミラーと、(5) 第１光路と第２光路との間の光路長差を調整して、光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、光路結合ミラーから共通光路および外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、を備える。共通光路は、光路結合ミラーから光路分岐ミラーへ至る迄の光路であり、第１光路および第２光路は、光路分岐ミラーから光路結合ミラーに至る迄の光路であって、互いに異なる光路であり、外部光路は、光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である。

本発明の共振器では、制御部は、(1) 光路長差を第１の値に設定することで、第１光路および第２光路それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、光路結合ミラーから共通光路および外部光路のうち主として共通光路に沿って伝搬させ、(2) 光路長差を第１の値と異なる第２の値に設定することで、第１光路および第２光路それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、光路結合ミラーから共通光路および外部光路のうち主として外部光路に沿って伝搬させて外部へ出射させるのが好適である。

本発明のレーザ装置は、レーザパルスを繰り返し出力する光源と、光源から出力されたレーザパルスを分岐して第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを出力する分岐部と、分岐部から出力された第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを入力する上記の本発明の共振器と、を備える。本発明のレーザ装置は、光源から出力されたレーザパルスまたは分岐部から出力された第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを増幅する増幅器を更に備えるのが好適である。

また、本発明は以下のような構成とすることもできる。

本発明の共振器は、(1) 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、(2) 光路結合ミラーから共通光路に沿って入力した光を共通光路に沿って反射させるミラーと、(3) 光路結合ミラーから第１光路に沿って入力した光を第１光路に沿って反射させる第１ミラーと、(4) 光路結合ミラーから第２光路に沿って入力した光を第２光路に沿って反射させる第２ミラーと、(5) 共通光路の途中に設けられ、外部から到達したレーザパルスを共通光路に沿って伝搬させて光路結合ミラーに入射させる入力結合ミラーと、(6) 第１光路と第２光路との間の光路長差を調整して、光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、光路結合ミラーから共通光路および外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、を備える。共通光路は、光路結合ミラーとミラーとの間の光路であり、第１光路は、光路結合ミラーと第１ミラーとの間の光路であり、第２光路は、光路結合ミラーと第２ミラーとの間の光路であり、外部光路は、光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である。

または、本発明の共振器は、(1) 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、(2) 光路結合ミラーから共通光路に沿って入力した光を分岐して第１光路および第２光路それぞれに沿って出射させる光路分岐ミラーと、(3) 共通光路の途中に設けられ、外部から到達したレーザパルスを共通光路に沿って伝搬させて光路分岐ミラーに入射させる入力結合ミラーと、(4) 第１光路と第２光路との間の光路長差を調整して、光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、光路結合ミラーから共通光路および外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、を備える。共通光路は、光路結合ミラーから光路分岐ミラーへ至る迄の光路であり、第１光路および第２光路は、光路分岐ミラーから光路結合ミラーに至る迄の光路であって、互いに異なる光路であり、外部光路は、光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である。

本発明の共振器でも、制御部は、(1) 光路長差を第１の値に設定することで、第１光路および第２光路それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、光路結合ミラーから共通光路および外部光路のうち主として共通光路に沿って伝搬させ、(2) 光路長差を第１の値と異なる第２の値に設定することで、第１光路および第２光路それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、光路結合ミラーから共通光路および外部光路のうち主として外部光路に沿って伝搬させて外部へ出射させるのが好適である。

本発明のレーザ装置は、レーザパルスを繰り返し出力する光源と、光源から出力されたレーザパルスを入力する上記の本発明の共振器と、を備える。本発明のレーザ装置は、光源から出力されたレーザパルスを増幅する増幅器を更に備えるのが好適である。

本発明によれば、レーザパルスを外部に出力でき、その出力の自由度が高いエンハンスメント共振器を提供することができる。

図１は、レーザ装置１の構成を示す図である。 図２は、第１実施形態の共振器１００の構成を示す図である。 図３は、第２実施形態の共振器２００の構成を示す図である。 図４は、レーザ装置２の構成を示す図である。 図５は、第３実施形態の共振器３００の構成を示す図である。 図６は、第４実施形態の共振器４００の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、レーザ装置１の構成を示す図である。レーザ装置１は、光源１１、分岐部１２、増幅器１３、増幅器１４および共振器１８を備える。光源１１は、レーザパルスを繰り返し出力する。光源１１は例えばＱスイッチレーザ発振器やモード同期レーザ発振器である。分岐部１２は、光源１１から出力されたレーザパルスを分岐して第１レーザパルスＰ１および第２レーザパルスＰ２を出力する。分岐部１２は例えばビームスプリッタである。また、光源１１から増幅器１３，１４へ光ファイバによりレーザパルスを導光する場合には、分岐部１２は好適には光ファイバカプラである。

増幅器１３は、分岐部１２から出力された第１レーザパルスＰ１を増幅する。増幅器１４は、分岐部１２から出力された第２レーザパルスＰ２を増幅する。増幅器１３，１４は例えば光ファイバ増幅器や固体レーザ増幅器である。なお、増幅器が光源１１と分岐部１２との間の光路上に設けられてもよく、この場合には、光源１１から出力されたレーザパルスを増幅器により増幅して、その増幅後のレーザパルスを分岐部１２により分岐する。また、増幅器は設けられなくてもよい。

共振器１８は、増幅器１３により増幅されてミラー１５，１６により反射されて到達した第１レーザパルスＰ１を入力するとともに、増幅器１４により増幅されてミラー１７により反射されて到達した第２レーザパルスＰ２を入力する。共振器１８は、複数のレーザパルスを積算してエネルギを増強することができるエンハンスメント共振器である。以下では、共振器１８の実施形態について、図２および図３を用いて説明する。

図２は、第１実施形態の共振器１００の構成を示す図である。この共振器１００は、図１に示されたレーザ装置１の共振器１８として用いられる。

共振器１００は、光路結合ミラー１０１、ミラー１０３、ミラー１０４、パーシャルミラー１０９、第１ミラー１１１、第１入力結合ミラー１１２、第２ミラー１２１、第２入力結合ミラー１２２、ミラー１２３、検出器１３１、制御部１３２、ピエゾアクチュエータ１３３、検出器１４１、制御部１４２、ピエゾアクチュエータ１４３、検出器１５１、制御部１５２およびピエゾアクチュエータ１５３を備える。

共振器１００は、光路結合ミラー１０１とミラー１０４との間の共通光路Ｌ０、光路結合ミラー１０１と第１ミラー１１１との間の第１光路Ｌ１、光路結合ミラー１０１と第２ミラー１２１との間の第２光路Ｌ２、および、光路結合ミラー１０１から外部へ光を出力する際の外部光路Ｌ３を有する。

光路結合ミラー１０１は、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２と共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３との間で光を結合することができる。ミラー１０３は、光路結合ミラー１０１とミラー１０４との間の共通光路Ｌ０の途中に設けられている。ミラー１０３およびミラー１０４それぞれの反射面は凹面であるのが好適である。パーシャルミラー１０９は、外部光路Ｌ３の途中に設けられている。

第１入力結合ミラー１１２は、光路結合ミラー１０１と第１ミラー１１１との間の第１光路Ｌ１の途中に設けられている。第１入力結合ミラー１１２は、外部から到達した第１レーザパルスＰ１を第１光路Ｌ１に沿って伝搬させて光路結合ミラー１０１に入射させることができる。

第２入力結合ミラー１２２およびミラー１２３は、光路結合ミラー１０１と第２ミラー１２１との間の第２光路Ｌ２の途中に設けられている。第２入力結合ミラー１２２は、外部から到達した第２レーザパルスＰ２を第２光路Ｌ２に沿って伝搬させてミラー１２３を経て光路結合ミラー１０１に入射させることができる。

光路結合ミラー１０１の反射率は略５０％である。パーシャルミラー１０９の反射率は例えば１％以下である。第１入力結合ミラー１１２および第２入力結合ミラー１２２それぞれの反射率は例えば９９.９９％である。その他のミラーの反射率は９９.９９％超である。

検出器１３１は、外部から第１レーザパルスＰ１が第１入力結合ミラー１１２に入射したときに生じる反射光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部１３２は、検出器１３１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ１３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１３３により第１ミラー１１１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１の光路長を調整する。

検出器１４１は、外部から第２レーザパルスＰ２が第２入力結合ミラー１２２に入射したときに生じる反射光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部１４２は、検出器１４１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ１４３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１４３により第２ミラー１２１の位置を調整することで、第２光路Ｌ２の光路長を調整する。

検出器１５１は、光路結合ミラー１０１から外部光路Ｌ３へ出力された光のうちパーシャルミラー１０９で反射された光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部１５２は、検出器１５１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ１５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１５３によりミラー１２３の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整する。これにより、制御部１５２は、光路結合ミラー１０１における光の結合の状態を変化させて、光路結合ミラー１０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させることができる。

次に、第１入力結合ミラー１１２および第２入力結合ミラー１２２におけるレーザパルス入力動作について説明する。第１入力結合ミラー１１２および第２入力結合ミラー１２２それぞれの反射率をＲとする。

増幅器１３から出力された第１レーザパルスＰ１が最初に第１入力結合ミラー１１２に入射されると、第１入力結合ミラー１１２の透過率(１−Ｒ)に応じた強度のレーザパルスが共振器１００内部の第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー１０１へ伝搬するとともに、第１入力結合ミラー１１２の反射率Ｒに応じた強度の反射光が生じる。その反射光の強度は検出器１３１により検出される。

増幅器１４から出力された第２レーザパルスＰ２が最初に第２入力結合ミラー１２２に入射されると、第２入力結合ミラー１２２の透過率(１−Ｒ)に応じた強度のレーザパルスが共振器１００内部の第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー１０１へ伝搬するとともに、第２入力結合ミラー１２２の反射率Ｒに応じた強度の反射光が生じる。その反射光の強度は検出器１４１により検出される。

第１入力結合ミラー１１２から共振器１００内に第１光路Ｌ１に沿って導入されたレーザパルスは光路結合ミラー１０１に入射される。第２入力結合ミラー１２２から共振器１００内に第２光路Ｌ２に沿って導入されたレーザパルスも光路結合ミラー１０１に入射される。これらのレーザパルスのうち光路結合ミラー１０１において共通光路Ｌ０に結合されたものは、共通光路Ｌ０に沿ってミラー１０３を経てミラー１０４で反射される。ミラー１０４で反射されたレーザパルスは、共通光路Ｌ０に沿ってミラー１０３を経て光路結合ミラー１０１に入射される。

共通光路Ｌ０に沿って光路結合ミラー１０１に入射されたレーザパルスは、光路結合ミラー１０１により２分岐されて、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って出射される。光路結合ミラー１０１から第１光路Ｌ１に沿って出射されたレーザパルスは、第１入力結合ミラー１１２を経て第１ミラー１１１で反射され、再び第１入力結合ミラー１１２を経て光路結合ミラー１０１に入射される。光路結合ミラー１０１から第２光路Ｌ２に沿って出射されたレーザパルスは、ミラー１２３および第２入力結合ミラー１２２を経て第２ミラー１２１で反射され、再び第２入力結合ミラー１２２およびミラー１２３を経て光路結合ミラー１０１に入射される。

その後も増幅器１３から出力された第１レーザパルスＰ１が第１入力結合ミラー１１２に逐次に入射される。外部から第１入力結合ミラー１１２に入射される第１レーザパルスＰ１のうち第１入力結合ミラー１１２を透過したものと、第１ミラー１１１から第１入力結合ミラー１１２に入射されて反射されたレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共振器１００内で効率よく積算されていく。外部から第１入力結合ミラー１１２に入射された第１レーザパルスＰ１と、第１ミラー１１１から第１入力結合ミラー１１２に入射されたレーザパルスとの間で、相対強度比が(１−Ｒ)：Ｒとなる迄、共振器１００内においてレーザパルスが積算される。このとき、検出器１３１により検出される反射光強度は小さくなる。

そこで、制御部１３２は、検出器１３１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ１３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１３３により第１ミラー１１１の位置を調整することで第１光路Ｌ１の光路長を調整して、上記相対位相差を０にする。

第２入力結合ミラー１２２におけるレーザパルス入力動作についても同様である。制御部１４２は、検出器１４１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ１４３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１４３により第２ミラー１２１の位置を調整することで第２光路Ｌ２の光路長を調整して、外部から第２入力結合ミラー１２２に入射される第２レーザパルスＰ２のうち第２入力結合ミラー１２２を透過したものと、第２ミラー１２１から第２入力結合ミラー１２２に入射されて反射されたレーザパルスとの間の相対位相差を０にする。

次に、光路結合ミラー１０１における光結合動作について説明する。第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー１０１に入射して光路結合ミラー１０１で反射されるレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー１０１に入射して光路結合ミラー１０１を透過するレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共通光路Ｌ０に沿って効率よく出射される。そこで、制御部１５２は、共振器１００内にレーザパルスを積算していく期間では、検出器１５１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ１５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１５３によりミラー１２３の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

また、第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー１０１に入射して光路結合ミラー１０１を透過するレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー１０１に入射して光路結合ミラー１０１で反射されるレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは外部光路Ｌ３に沿って効率よく出射される。そこで、制御部１５２は、共振器１００内からレーザパルスを外部光路Ｌ３に沿って外部へ出力させる期間では、検出器１５１により検出される反射光強度が最大となるようにピエゾアクチュエータ１５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ１５３によりミラー１２３の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

制御部１５２は、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を第１の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー１０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー１０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として共通光路Ｌ０に沿って伝搬させることができる。制御部１５２は、光路長差を上記第１の値と異なる第２の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー１０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー１０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として外部光路Ｌ３に沿って伝搬させて外部へ出射させることができる。

本実施形態では、制御部１５２は、任意のタイミングで相対位相差を様々な値に設定することができ、光路結合ミラー１０１における光の結合の状態を様々に変化させることができる。制御部１５２は、光路結合ミラー１０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を様々に変化させることができるので、共振器１００内から外部光路Ｌ３へ出力するレーザパルスの割合を調整することができる。また、制御部１５２は、共振器１００内から外部光路Ｌ３へ連続して複数のレーザパルスを出力することができ、その場合に、各パルスレーザの強度を調整することができ、また、パルス数を調整することもできる。このように、本実施形態では、レーザパルス出力の自由度が高い。

図３は、第２実施形態の共振器２００の構成を示す図である。この共振器２００も、図１に示されたレーザ装置１の共振器１８として用いられる。

共振器２００は、光路結合ミラー２０１、光路分岐ミラー２０２、ミラー２０３、ミラー２０４、パーシャルミラー２０９、ミラー２１１、第１入力結合ミラー２１２、ミラー２１３、ミラー２２１、第２入力結合ミラー２２２、ミラー２２３、検出器２３１、制御部２３２、ピエゾアクチュエータ２３３、検出器２４１、制御部２４２、ピエゾアクチュエータ２４３、検出器２５１、制御部２５２およびピエゾアクチュエータ２５３を備える。

共振器２００は、共通光路Ｌ０、第１光路Ｌ１、第２光路Ｌ２および外部光路Ｌ３を有する。共通光路Ｌ０は、光路結合ミラー２０１からミラー２０３およびミラー２０４を経て光路分岐ミラー２０２へ至る迄の光路である。第１光路Ｌ１は、光路分岐ミラー２０２からミラー２１１，第１入力結合ミラー２１２およびミラー２１３を経て光路結合ミラー２０１に至る迄の光路である。第２光路Ｌ２は、光路分岐ミラー２０２からミラー２２１，第２入力結合ミラー２２２およびミラー２２３を経て光路結合ミラー２０１に至る迄の光路である。外部光路Ｌ３は、光路結合ミラー２０１から外部へ光を出力する際の光路である。

光路結合ミラー２０１は、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２と共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３との間で光を結合することができる。ミラー２０３およびミラー２０４は、光路結合ミラー２０１から光路分岐ミラー２０２に至る迄での共通光路Ｌ０の途中に設けられている。ミラー２０３およびミラー２０４それぞれの反射面は凹面であるのが好適である。パーシャルミラー２０９は、外部光路Ｌ３の途中に設けられている。

第１入力結合ミラー２１２は、光路分岐ミラー２０２から光路結合ミラー２０１に至る迄の第１光路Ｌ１の途中に設けられている。第１入力結合ミラー２１２は、外部から到達した第１レーザパルスＰ１を第１光路Ｌ１に沿って伝搬させて光路結合ミラー２０１に入射させることができる。

第２入力結合ミラー２２２およびミラー２２３は、光路分岐ミラー２０２から光路結合ミラー２０１に至る迄の第２光路Ｌ２の途中に設けられている。第２入力結合ミラー２２２は、外部から到達した第２レーザパルスＰ２を第２光路Ｌ２に沿って伝搬させてミラー２２３を経て光路結合ミラー２０１に入射させることができる。

光路結合ミラー２０１および光路分岐ミラー２０２それぞれの反射率は略５０％である。パーシャルミラー２０９の反射率は例えば１％以下である。第１入力結合ミラー２１２および第２入力結合ミラー２２２それぞれの反射率は例えば９９.９９％である。その他のミラーの反射率は９９.９９％超である。

検出器２３１は、外部から第１レーザパルスＰ１が第１入力結合ミラー２１２に入射したときに生じる反射光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部２３２は、検出器２３１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ２３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２３３によりミラー２１１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１の光路長を調整する。

検出器２４１は、外部から第２レーザパルスＰ２が第２入力結合ミラー２２２に入射したときに生じる反射光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部２４２は、検出器２４１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ２４３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２４３によりミラー２２１の位置を調整することで、第２光路Ｌ２の光路長を調整する。

検出器２５１は、光路結合ミラー２０１から外部光路Ｌ３へ出力された光のうちパーシャルミラー２０９で反射された光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部２５２は、検出器２５１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ２５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２５３によりミラー２２３の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整する。これにより、制御部２５２は、光路結合ミラー２０１における光の結合の状態を変化させて、光路結合ミラー２０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させることができる。

次に、第１入力結合ミラー２１２および第２入力結合ミラー２２２におけるレーザパルス入力動作について説明する。第１入力結合ミラー２１２および第２入力結合ミラー２２２それぞれの反射率をＲとする。

増幅器１３から出力された第１レーザパルスＰ１が最初に第１入力結合ミラー２１２に入射されると、第１入力結合ミラー２１２の透過率(１−Ｒ)に応じた強度のレーザパルスが共振器２００内部の第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー２０１へ伝搬するとともに、第１入力結合ミラー２１２の反射率Ｒに応じた強度の反射光が生じる。その反射光の強度は検出器２３１により検出される。

増幅器１４から出力された第２レーザパルスＰ２が最初に第２入力結合ミラー２２２に入射されると、第２入力結合ミラー２２２の透過率(１−Ｒ)に応じた強度のレーザパルスが共振器２００内部の第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー２０１へ伝搬するとともに、第２入力結合ミラー２２２の反射率Ｒに応じた強度の反射光が生じる。その反射光の強度は検出器２４１により検出される。

第１入力結合ミラー２１２から共振器２００内に第１光路Ｌ１に沿って導入されたレーザパルスは光路結合ミラー２０１に入射される。第２入力結合ミラー２２２から共振器２００内に第２光路Ｌ２に沿って導入されたレーザパルスも光路結合ミラー２０１に入射される。これらのレーザパルスのうち光路結合ミラー２０１において共通光路Ｌ０に結合されたものは、共通光路Ｌ０に沿ってミラー２０３およびミラー２０４を経て光路分岐ミラー２０２に入射される。

共通光路Ｌ０に沿って光路分岐ミラー２０２に入射されたレーザパルスは、光路分岐ミラー２０２により２分岐されて、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って出射される。光路分岐ミラー２０２から第１光路Ｌ１に沿って出射されたレーザパルスは、ミラー２１１、第１入力結合ミラー２１２およびミラー２１３を経て光路結合ミラー２０１に入射される。光路分岐ミラー２０２から第２光路Ｌ２に沿って出射されたレーザパルスは、ミラー２２１、第２入力結合ミラー２２２およびミラー２２３を経て光路結合ミラー２０１に入射される。

その後も増幅器１３から出力された第１レーザパルスＰ１が第１入力結合ミラー２１２に逐次に入射される。外部から第１入力結合ミラー２１２に入射される第１レーザパルスＰ１のうち第１入力結合ミラー２１２を透過したものと、ミラー２１１から第１入力結合ミラー２１２に入射されて反射されたレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共振器２００内で効率よく積算されていく。外部から第１入力結合ミラー２１２に入射された第１レーザパルスＰ１と、ミラー２１１から第１入力結合ミラー２１２に入射されたレーザパルスとの間で、相対強度比が(１−Ｒ)：Ｒとなる迄、共振器２００内においてレーザパルスが積算される。このとき、検出器２３１により検出される反射光強度は小さくなる。

そこで、制御部２３２は、検出器２３１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ２３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２３３によりミラー２１１の位置を調整することで第１光路Ｌ１の光路長を調整して、上記相対位相差を０にする。

第２入力結合ミラー２２２におけるレーザパルス入力動作についても同様である。制御部２４２は、検出器２４１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ２４３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２４３によりミラー２２１の位置を調整することで第２光路Ｌ２の光路長を調整して、外部から第２入力結合ミラー２２２に入射される第２レーザパルスＰ２のうち第２入力結合ミラー２２２を透過したものと、ミラー２２１から第２入力結合ミラー２２２に入射されて反射されたレーザパルスとの間の相対位相差を０にする。

次に、光路結合ミラー２０１における光結合動作について説明する。第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー２０１に入射して光路結合ミラー２０１を透過するレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー２０１に入射して光路結合ミラー２０１で反射されるレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共通光路Ｌ０に沿って効率よく出射される。そこで、制御部２５２は、共振器２００内にレーザパルスを積算していく期間では、検出器２５１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ２５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２５３によりミラー２２３の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

また、第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー２０１に入射して光路結合ミラー２０１で反射されるレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー２０１に入射して光路結合ミラー２０１を透過するレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは外部光路Ｌ３に沿って効率よく出射される。そこで、制御部２５２は、共振器２００内からレーザパルスを外部光路Ｌ３に沿って外部へ出力させる期間では、検出器２５１により検出される反射光強度が最大となるようにピエゾアクチュエータ２５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ２５３によりミラー２２３の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

制御部２５２は、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を第１の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー２０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー２０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として共通光路Ｌ０に沿って伝搬させることができる。制御部２５２は、光路長差を上記第１の値と異なる第２の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー２０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー２０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として外部光路Ｌ３に沿って伝搬させて外部へ出射させることができる。

本実施形態でも、制御部２５２は、任意のタイミングで相対位相差を様々な値に設定することができ、光路結合ミラー２０１における光の結合の状態を様々に変化させることができる。制御部２５２は、光路結合ミラー２０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を様々に変化させることができるので、共振器２００内から外部光路Ｌ３へ出力するレーザパルスの割合を調整することができる。また、制御部２５２は、共振器２００内から外部光路Ｌ３へ連続して複数のレーザパルスを出力することができ、その場合に、各パルスレーザの強度を調整することができ、また、パルス数を調整することもできる。このように、本実施形態でも、レーザパルス出力の自由度が高い。

以上までに図１〜図３を用いて説明した実施形態では共振器１８（１００，２００）に２つのレーザパルスＰ１、Ｐ２を繰り返し入力する構成であったが、以下に図４〜図６を用いて説明するように共振器に１つのレーザパルスを入力する構成としてもよい。

図４は、レーザ装置２の構成を示す図である。レーザ装置２は、光源２１、増幅器２３および共振器２８を備える。光源２１は、レーザパルスＰ０を繰り返し出力する。光源２１は例えばＱスイッチレーザ発振器やモード同期レーザ発振器である。増幅器２３は、光源２１から出力されたレーザパルスＰ０を増幅する。増幅器２３は例えば光ファイバ増幅器や固体レーザ増幅器である。共振器２８は、増幅器２３により増幅されたレーザパルスＰ０を入力する。共振器２８は、複数のレーザパルスを積算してエネルギを増強することができるエンハンスメント共振器である。以下では、共振器２８の実施形態について、図５および図６を用いて説明する。

図５は、第３実施形態の共振器３００の構成を示す図である。この共振器３００は、図４に示されたレーザ装置２の共振器２８として用いられる。

共振器３００は、光路結合ミラー３０１、ミラー３０３、ミラー３０４、入力結合ミラー３０５、ミラー３０６、パーシャルミラー３０９、第１ミラー３１１、第２ミラー３２１、検出器３３１、制御部３３２、ピエゾアクチュエータ３３３、検出器３５１、制御部３５２およびピエゾアクチュエータ３５３を備える。

共振器３００は、光路結合ミラー３０１とミラー３０６との間の共通光路Ｌ０、光路結合ミラー３０１と第１ミラー３１１との間の第１光路Ｌ１、光路結合ミラー３０１と第２ミラー３２１との間の第２光路Ｌ２、および、光路結合ミラー３０１から外部へ光を出力する際の外部光路Ｌ３を有する。

光路結合ミラー３０１は、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２と共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３との間で光を結合することができる。ミラー３０３、ミラー３０４および入力結合ミラー３０５は、光路結合ミラー３０１とミラー３０６との間の共通光路Ｌ０の途中に設けられている。入力結合ミラー３０５は、外部から到達したレーザパルスＰ０を共通光路Ｌ０に沿って伝搬させてミラー３０４およびミラー３０３を経て光路結合ミラー３０１に入射させることができる。ミラー３０３およびミラー３０４それぞれの反射面は凹面であるのが好適である。パーシャルミラー３０９は、外部光路Ｌ３の途中に設けられている。

光路結合ミラー３０１の反射率は略５０％である。パーシャルミラー３０９の反射率は例えば１％以下である。入力結合ミラー３０５の反射率は例えば９９.９９％である。その他のミラーの反射率は９９.９９％超である。

検出器３３１は、外部からレーザパルスＰ０が入力結合ミラー３０５に入射したときに生じる反射光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部３３２は、検出器３３１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ３３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ３３３によりミラー３０６の位置を調整することで、共通光路Ｌ０の光路長を調整する。

検出器３５１は、光路結合ミラー３０１から外部光路Ｌ３へ出力された光のうちパーシャルミラー３０９で反射された光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部３５２は、検出器３５１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ３５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ３５３により第２ミラー３２１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整する。これにより、制御部３５２は、光路結合ミラー３０１における光の結合の状態を変化させて、光路結合ミラー３０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させることができる。

次に、入力結合ミラー３０５におけるレーザパルス入力動作について説明する。入力結合ミラー３０５の反射率をＲとする。

増幅器２３から出力されたレーザパルスＰ０が最初に入力結合ミラー３０５に入射されると、入力結合ミラー３０５の透過率(１−Ｒ)に応じた強度のレーザパルスが共振器３００内部の共通光路Ｌ０に沿って光路結合ミラー３０１へ伝搬するとともに、入力結合ミラー３０５の反射率Ｒに応じた強度の反射光が生じる。その反射光の強度は検出器３３１により検出される。

入力結合ミラー３０５から共振器３００内に共通光路Ｌ０に沿って導入されたレーザパルスは光路結合ミラー３０１に入射される。共通光路Ｌ０に沿って光路結合ミラー３０１に入射されたレーザパルスは、光路結合ミラー３０１により２分岐されて、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って出射される。光路結合ミラー３０１から第１光路Ｌ１に沿って出射されたレーザパルスは、第１ミラー３１１で反射されて再び光路結合ミラー３０１に入射される。光路結合ミラー３０１から第２光路Ｌ２に沿って出射されたレーザパルスは、第２ミラー３２１で反射されて再び光路結合ミラー３０１に入射される。

第１ミラー３１１から第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー３０１に入射されたレーザパルス、および、第２ミラー３２１から第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー３０１に入射されたレーザパルスのうち、光路結合ミラー３０１において共通光路Ｌ０に結合されたものは、共通光路Ｌ０に沿って伝搬しミラー３０６で反射される。その反射されたレーザパルスは、共通光路Ｌ０に沿って伝搬して光路結合ミラー３０１に入射される。

その後も増幅器２３から出力されたレーザパルスＰ０が入力結合ミラー３０５に逐次に入射される。外部から入力結合ミラー３０５に入射されるレーザパルスＰ０のうち入力結合ミラー３０５を透過したものと、ミラー３０６から入力結合ミラー３０５に入射されて反射されたレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共振器３００内で効率よく積算されていく。外部から入力結合ミラー３０５に入射されたレーザパルスＰ０と、ミラー３０６から入力結合ミラー３０５に入射されたレーザパルスとの間で、相対強度比が(１−Ｒ)：Ｒとなる迄、共振器３００内においてレーザパルスが積算される。このとき、検出器３３１により検出される反射光強度は小さくなる。

そこで、制御部３３２は、検出器３３１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ３３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ３３３によりミラー３０６の位置を調整することで共通光路Ｌ０の光路長を調整して、上記相対位相差を０にする。

次に、光路結合ミラー３０１における光結合動作について説明する。第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー３０１に入射して光路結合ミラー３０１で反射されるレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー３０１に入射して光路結合ミラー３０１を透過するレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共通光路Ｌ０に沿って効率よく出射される。そこで、制御部３５２は、共振器３００内にレーザパルスを積算していく期間では、検出器３５１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ３５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ３５３により第２ミラー３２１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

また、第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー３０１に入射して光路結合ミラー３０１を透過するレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー３０１に入射して光路結合ミラー３０１で反射されるレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは外部光路Ｌ３に沿って効率よく出射される。そこで、制御部３５２は、共振器３００内からレーザパルスを外部光路Ｌ３に沿って外部へ出力させる期間では、検出器３５１により検出される反射光強度が最大となるようにピエゾアクチュエータ３５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ３５３により第２ミラー３２１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

制御部３５２は、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を第１の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー３０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー３０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として共通光路Ｌ０に沿って伝搬させることができる。制御部３５２は、光路長差を上記第１の値と異なる第２の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー３０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー３０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として外部光路Ｌ３に沿って伝搬させて外部へ出射させることができる。

本実施形態でも、制御部３５２は、任意のタイミングで相対位相差を様々な値に設定することができ、光路結合ミラー３０１における光の結合の状態を様々に変化させることができる。制御部３５２は、光路結合ミラー３０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を様々に変化させることができるので、共振器３００内から外部光路Ｌ３へ出力するレーザパルスの割合を調整することができる。また、制御部３５２は、共振器３００内から外部光路Ｌ３へ連続して複数のレーザパルスを出力することができ、その場合に、各パルスレーザの強度を調整することができ、また、パルス数を調整することもできる。このように、本実施形態でも、レーザパルス出力の自由度が高い。

図６は、第４実施形態の共振器４００の構成を示す図である。この共振器４００は、図４に示されたレーザ装置２の共振器２８として用いられる。

共振器４００は、光路結合ミラー４０１、光路分岐ミラー４０２、ミラー４０３、ミラー４０４、入力結合ミラー４０５、ミラー４０６、パーシャルミラー４０９、ミラー４１１、ミラー４２１、検出器４３１、制御部４３２、ピエゾアクチュエータ４３３、検出器４５１、制御部４５２およびピエゾアクチュエータ４５３を備える。

共振器４００は、共通光路Ｌ０、第１光路Ｌ１、第２光路Ｌ２および外部光路Ｌ３を有する。共通光路Ｌ０は、光路結合ミラー４０１からミラー４０３、ミラー４０４、入力結合ミラー４０５およびミラー４０６を経て光路分岐ミラー４０２へ至る迄の光路である。第１光路Ｌ１は、光路分岐ミラー４０２からミラー４１１を経て光路結合ミラー４０１に至る迄の光路である。第２光路Ｌ２は、光路分岐ミラー４０２からミラー４２１を経て光路結合ミラー４０１に至る迄の光路である。外部光路Ｌ３は、光路結合ミラー４０１から外部へ光を出力する際の光路である。

光路結合ミラー４０１は、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２と共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３との間で光を結合することができる。ミラー４０３、ミラー４０４、入力結合ミラー４０５およびミラー４０６は、光路結合ミラー４０１から光路分岐ミラー４０２に至る迄での共通光路Ｌ０の途中に設けられている。入力結合ミラー４０５は、外部から到達したレーザパルスＰ０を共通光路Ｌ０に沿って伝搬させてミラー４０６を経て光路分岐ミラー４０２に入射させることができる。ミラー４０３およびミラー４０６それぞれの反射面は凹面であるのが好適である。パーシャルミラー４０９は、外部光路Ｌ３の途中に設けられている。

光路結合ミラー４０１および光路分岐ミラー４０２それぞれの反射率は略５０％である。パーシャルミラー４０９の反射率は例えば１％以下である。入力結合ミラー４０５の反射率は例えば９９.９９％である。その他のミラーの反射率は９９.９９％超である。

検出器４３１は、外部からレーザパルスＰ０が入力結合ミラー４０５に入射したときに生じる反射光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部４３２は、検出器４３１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ４３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ４３３によりミラー４０４の位置を調整することで、共通光路Ｌ０の光路長を調整する。

検出器４５１は、光路結合ミラー４０１から外部光路Ｌ３へ出力された光のうちパーシャルミラー４０９で反射された光を受光し、その反射光の強度を検出する。制御部４５２は、検出器４５１により検出された反射光強度に基づいてピエゾアクチュエータ４５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ４５３によりミラー４２１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整する。これにより、制御部４５２は、光路結合ミラー４０１における光の結合の状態を変化させて、光路結合ミラー４０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させることができる。

次に、入力結合ミラー４０５におけるレーザパルス入力動作について説明する。入力結合ミラー４０５の反射率をＲとする。

増幅器２３から出力されたレーザパルスＰ０が最初に入力結合ミラー４０５に入射されると、入力結合ミラー４０５の透過率(１−Ｒ)に応じた強度のレーザパルスが共振器４００内部の共通光路Ｌ０に沿って光路分岐ミラー４０２へ伝搬するとともに、入力結合ミラー４０５の反射率Ｒに応じた強度の反射光が生じる。その反射光の強度は検出器４３１により検出される。

入力結合ミラー４０５から共振器４００内に共通光路Ｌ０に沿って導入されたレーザパルスは光路分岐ミラー４０２に入射される。共通光路Ｌ０に沿って光路分岐ミラー４０２に入射されたレーザパルスは、光路分岐ミラー４０２により２分岐されて、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って出射される。光路分岐ミラー４０２から第１光路Ｌ１に沿って出射されたレーザパルスは、ミラー４１１を経て光路結合ミラー４０１に入射される。光路分岐ミラー４０２から第２光路Ｌ２に沿って出射されたレーザパルスは、ミラー４２１を経て光路結合ミラー４０１に入射される。

ミラー４１１から第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー４０１に入射されたレーザパルス、および、ミラー４２１から第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー４０１に入射されたレーザパルスのうち、光路結合ミラー４０１において共通光路Ｌ０に結合されたものは、共通光路Ｌ０に沿って伝搬し光路分岐ミラー４０２に入射される。

その後も増幅器２３から出力されたレーザパルスＰ０が入力結合ミラー４０５に逐次に入射される。外部から入力結合ミラー４０５に入射されるレーザパルスＰ０のうち入力結合ミラー４０５を透過したものと、ミラー４０４から入力結合ミラー４０５に入射されて反射されたレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共振器４００内で効率よく積算されていく。外部から入力結合ミラー４０５に入射されたレーザパルスＰ０と、ミラー４０４から入力結合ミラー４０５に入射されたレーザパルスとの間で、相対強度比が(１−Ｒ)：Ｒとなる迄、共振器４００内においてレーザパルスが積算される。このとき、検出器４３１により検出される反射光強度は小さくなる。

そこで、制御部４３２は、検出器４３１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ４３３を駆動し、ピエゾアクチュエータ４３３によりミラー４０４の位置を調整することで共通光路Ｌ０の光路長を調整して、上記相対位相差を０にする。

次に、光路結合ミラー４０１における光結合動作について説明する。第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー４０１に入射して光路結合ミラー４０１を透過するレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー４０１に入射して光路結合ミラー４０１で反射されるレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは共通光路Ｌ０に沿って効率よく出射される。そこで、制御部４５２は、共振器４００内にレーザパルスを積算していく期間では、検出器４５１により検出される反射光強度が最小となるようにピエゾアクチュエータ４５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ４５３によりミラー４２１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

また、第１光路Ｌ１に沿って光路結合ミラー４０１に入射して光路結合ミラー４０１で反射されるレーザパルスと、第２光路Ｌ２に沿って光路結合ミラー４０１に入射して光路結合ミラー４０１を透過するレーザパルスとの間で、相対位相差が０であれば、これら２つのレーザパルスは外部光路Ｌ３に沿って効率よく出射される。そこで、制御部４５２は、共振器４００内からレーザパルスを外部光路Ｌ３に沿って外部へ出力させる期間では、検出器４５１により検出される反射光強度が最大となるようにピエゾアクチュエータ４５３を駆動し、ピエゾアクチュエータ４５３によりミラー４２１の位置を調整することで、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を調整して、上記相対位相差を０にする。

制御部４５２は、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との間の光路長差を第１の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー４０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー４０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として共通光路Ｌ０に沿って伝搬させることができる。制御部４５２は、光路長差を上記第１の値と異なる第２の値に設定することで、第１光路Ｌ１および第２光路Ｌ２それぞれに沿って伝搬して光路結合ミラー４０１に入射したレーザパルスを、光路結合ミラー４０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３のうち主として外部光路Ｌ３に沿って伝搬させて外部へ出射させることができる。

本実施形態でも、制御部４５２は、任意のタイミングで相対位相差を様々な値に設定することができ、光路結合ミラー４０１における光の結合の状態を様々に変化させることができる。制御部４５２は、光路結合ミラー４０１から共通光路Ｌ０および外部光路Ｌ３それぞれへのレーザパルスの出射比率を様々に変化させることができるので、共振器４００内から外部光路Ｌ３へ出力するレーザパルスの割合を調整することができる。また、制御部４５２は、共振器４００内から外部光路Ｌ３へ連続して複数のレーザパルスを出力することができ、その場合に、各パルスレーザの強度を調整することができ、また、パルス数を調整することもできる。このように、本実施形態でも、レーザパルス出力の自由度が高い。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、共振器内の光学系は様々な態様とすることができる。ピエゾアクチュエータに替えて、圧電フィルムを用いてミラーの反射面の位置を変化させてもよい。

１，２…レーザ装置、１１…光源、１２…分岐部、１３，１４…増幅器、１８…共振器、２１…光源、２３…増幅器、２８…共振器。
１００…共振器、１０１…光路結合ミラー、１０３，１０４…ミラー、１０９…パーシャルミラー、１１１…第１ミラー、１１２…第１入力結合ミラー、１２１…第２ミラー、１２２…第２入力結合ミラー、１２３…ミラー、１３１…検出器、１３２…制御部、１３３…ピエゾアクチュエータ、１４１…検出器、１４２…制御部、１４３…ピエゾアクチュエータ、１５１…検出器、１５２…制御部、１５３…ピエゾアクチュエータ。
２００…共振器、２０１…光路結合ミラー、２０２…光路分岐ミラー、２０３，２０４…ミラー、２０９…パーシャルミラー、２１１…ミラー、２１２…第１入力結合ミラー、２１３…ミラー、２２１…ミラー、２２２…第２入力結合ミラー、２２３…ミラー、２３１…検出器、２３２…制御部、２３３…ピエゾアクチュエータ、２４１…検出器、２４２…制御部、２４３…ピエゾアクチュエータ、２５１…検出器、２５２…制御部、２５３…ピエゾアクチュエータ。
３００…共振器、３０１…光路結合ミラー、３０３，３０４…ミラー、３０５…入力結合ミラー、３０６…ミラー、３０９…パーシャルミラー、３１１…第１ミラー、３２１…第２ミラー、３３１…検出器、３３２…制御部、３３３…ピエゾアクチュエータ、３５１…検出器、３５２…制御部、３５３…ピエゾアクチュエータ。
４００…共振器、４０１…光路結合ミラー、４０２…光路分岐ミラー、４０３，４０４…ミラー、４０５…入力結合ミラー、４０６…ミラー、４０９…パーシャルミラー、４１１…ミラー、４２１…ミラー、４３１…検出器、４３２…制御部、４３３…ピエゾアクチュエータ、４５１…検出器、４５２…制御部、４５３…ピエゾアクチュエータ。

Claims (10)

1. 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記共通光路に沿って入力した光を前記共通光路に沿って反射させるミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記第１光路に沿って入力した光を前記第１光路に沿って反射させる第１ミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記第２光路に沿って入力した光を前記第２光路に沿って反射させる第２ミラーと、
   前記第１光路の途中に設けられ、外部から到達した第１レーザパルスを前記第１光路に沿って伝搬させて前記光路結合ミラーに入射させる第１入力結合ミラーと、
   前記第２光路の途中に設けられ、外部から到達した第２レーザパルスを前記第２光路に沿って伝搬させて前記光路結合ミラーに入射させる第２入力結合ミラーと、
   前記第１光路と前記第２光路との間の光路長差を調整して、前記光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、
   を備え、
   前記共通光路は、前記光路結合ミラーと前記ミラーとの間の光路であり、
   前記第１光路は、前記光路結合ミラーと前記第１ミラーとの間の光路であり、
   前記第２光路は、前記光路結合ミラーと前記第２ミラーとの間の光路であり、
   前記外部光路は、前記光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である、
   共振器。
2. 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記共通光路に沿って入力した光を分岐して前記第１光路および前記第２光路それぞれに沿って出射させる光路分岐ミラーと、
   前記光路分岐ミラーから前記光路結合ミラーへ至る前記第１光路の途中に設けられ、外部から到達した第１レーザパルスを前記第１光路に沿って伝搬させて前記光路結合ミラーに入射させる第１入力結合ミラーと、
   前記光路分岐ミラーから前記光路結合ミラーへ至る前記第２光路の途中に設けられ、外部から到達した第２レーザパルスを前記第２光路に沿って伝搬させて前記光路結合ミラーに入射させる第２入力結合ミラーと、
   前記第１光路と前記第２光路との間の光路長差を調整して、前記光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、
   を備え、
   前記共通光路は、前記光路結合ミラーから前記光路分岐ミラーへ至る迄の光路であり、
   前記第１光路および前記第２光路は、前記光路分岐ミラーから前記光路結合ミラーに至る迄の光路であって、互いに異なる光路であり、
   前記外部光路は、前記光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である、
   共振器。
3. 前記制御部は、
   前記光路長差を第１の値に設定することで、前記第１光路および前記第２光路それぞれに沿って伝搬して前記光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路のうち主として前記共通光路に沿って伝搬させ、
   前記光路長差を前記第１の値と異なる第２の値に設定することで、前記第１光路および前記第２光路それぞれに沿って伝搬して前記光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路のうち主として前記外部光路に沿って伝搬させて外部へ出射させる、
   請求項１または２に記載の共振器。
4. レーザパルスを繰り返し出力する光源と、
   前記光源から出力されたレーザパルスを分岐して第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを出力する分岐部と、
   前記分岐部から出力された第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを入力する請求項１〜３の何れか１項に記載の共振器と、
   を備えるレーザ装置。
5. 前記光源から出力されたレーザパルスまたは前記分岐部から出力された第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを増幅する増幅器を更に備える請求項４に記載のレーザ装置。
6. 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記共通光路に沿って入力した光を前記共通光路に沿って反射させるミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記第１光路に沿って入力した光を前記第１光路に沿って反射させる第１ミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記第２光路に沿って入力した光を前記第２光路に沿って反射させる第２ミラーと、
   前記共通光路の途中に設けられ、外部から到達したレーザパルスを前記共通光路に沿って伝搬させて前記光路結合ミラーに入射させる入力結合ミラーと、
   前記第１光路と前記第２光路との間の光路長差を調整して、前記光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、
   を備え、
   前記共通光路は、前記光路結合ミラーと前記ミラーとの間の光路であり、
   前記第１光路は、前記光路結合ミラーと前記第１ミラーとの間の光路であり、
   前記第２光路は、前記光路結合ミラーと前記第２ミラーとの間の光路であり、
   前記外部光路は、前記光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である、
   共振器。
7. 第１光路および第２光路と共通光路および外部光路との間で光を結合する光路結合ミラーと、
   前記光路結合ミラーから前記共通光路に沿って入力した光を分岐して前記第１光路および前記第２光路それぞれに沿って出射させる光路分岐ミラーと、
   前記共通光路の途中に設けられ、外部から到達したレーザパルスを前記共通光路に沿って伝搬させて前記光路分岐ミラーに入射させる入力結合ミラーと、
   前記第１光路と前記第２光路との間の光路長差を調整して、前記光路結合ミラーにおける光の結合の状態を変化させ、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路それぞれへのレーザパルスの出射比率を変化させる制御部と、
   を備え、
   前記共通光路は、前記光路結合ミラーから前記光路分岐ミラーへ至る迄の光路であり、
   前記第１光路および前記第２光路は、前記光路分岐ミラーから前記光路結合ミラーに至る迄の光路であって、互いに異なる光路であり、
   前記外部光路は、前記光路結合ミラーから外部へ光を出力する際の光路である、
   共振器。
8. 前記制御部は、
   前記光路長差を第１の値に設定することで、前記第１光路および前記第２光路それぞれに沿って伝搬して前記光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路のうち主として前記共通光路に沿って伝搬させ、
   前記光路長差を前記第１の値と異なる第２の値に設定することで、前記第１光路および前記第２光路それぞれに沿って伝搬して前記光路結合ミラーに入射したレーザパルスを、前記光路結合ミラーから前記共通光路および前記外部光路のうち主として前記外部光路に沿って伝搬させて外部へ出射させる、
   請求項６または７に記載の共振器。
9. レーザパルスを繰り返し出力する光源と、
   前記光源から出力されたレーザパルスを入力する請求項６〜８の何れか１項に記載の共振器と、
   を備えるレーザ装置。
10. 前記光源から出力されたレーザパルスを増幅する増幅器を更に備える請求項９に記載のレーザ装置。

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