JPH04151885A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体レーザにより高効率な励起を行う半導
体レーザ励起固体レーザ装置に関するもので、特に半導
体レーザからの励起光を固体レーザ媒質に効率良く導く
手段に関する。

［従来の技術］ 第４図は、例えば１９７１年１１月３０日に交付された
米国特許第３６２４５４５号に開示されている半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置の構成説明図である。

図において、（１）は固体レーザ媒質、（２）は半導体
レーザアレー、（３）は反射筒、（４）は高反射鏡、（
５）は出力結合鏡、（６）は光軸、（７）はレザ共振器
モードである。これは固体レーザ媒質（１）の吸収スペ
クトルにほぼ一致した発光スペクトルを持つ半導体レー
ザを多数前べてアレー状にした半導体レーザアレー（２
）からの射出光を固体レーザ媒質（１）の励起に用いる
いわゆる側面光励起方式の固体レーザ装置である。

上記半導体レーザアレー（２）からの射出光は光軸（６
）とほぼ直交して上記固体レーザ媒質（１）の側面から
入射し一部は吸収され一部は透過して反射筒（３）で反
射された後再び上記固体レーザ媒質（１）に入射し、レ
ーザ増幅が可能な励起領域を形成する。一方、レーザ共
振器は上記高反射鏡（４）と出力結合鏡（５）とで構成
され、レーザ共振器モー１’１７）が形成される。上記
励起領域は上記１ノーザ共振器モード（７）のモード分
布と関係なく上記固体レーザ媒質（１）のほぼ全体に渡
って形成される。レーザ発振モードは上記レーザ共振器
モード（７）の内で基本モードであるＴＥＭ、Ｑモード
が望ましい。上記半導体レーザアレー（２）からの射出
光は、固体レーザ媒質（１）内を伝搬するに従い吸収さ
れる。すなわち伝搬長が長いほど半導体レーザアレー（
２）からの射出光のエネルギーは固体レーザ媒質（１）
に委譲される。このためエネルギーの委譲効率（吸収効
率）を高めるためには固体レーザ媒質（１）の直径を太
（する必要がある。

例えば固体レーザ媒質（１）としてＮｄ　、　ＹＬＦを
用いた場合、吸収効率を９０％以−ヒとるには固体レー
ザ媒質（１）の直径を４ｍｍ程度とする必要がある。し
かし、一般的なレーザ共振器として、レーザ共振器長を
３（１ｃｍ、高反射鏡（４）と出力結合鏡（５）の曲率
半径をそれぞれ１０ｍとして形成されるＴＥＭ、。

モードのレーザ共振器モード（７）のビーム径（光強度
がピーク値に対し１／ｅ２となる位置での直径）は高々
１．２ｍｍである。上記レーザ増幅が可能な励起領域と
上記レーザ共振器モード（７）との関係を説明するため
、上記固体レーザ媒質（１）を含む上記光軸（６）に垂
直な断面図を第５図に示す。

図において、（８）は励起領域である。半導体レーザア
レー（２）からの射出光に伴う励起エネルギーの多くは
レーザ共振器モード（７）によって占められる領域以外
の固体レーザ媒質（１＋の領域内に与えられるため、レ
ーザ発振モードの増幅に寄与しない部分が多くなる。し
たがって、励起効率が低いという問題があった。また、
固体レーザ媒質（１）の直径を１．２ｍｍ程度と小さく
した場合のようにレーザ共振器モード（７）の径と、励
起領域との大きさを略等しくした場合には、吸収効率が
５０％程度と低下してしまうという欠点がある。さらに
固体レーザ媒質（１）の大きさがレーザ共振器モード径
と近いので、レーザ共振器モード（７）が固体レーザ媒
質（１）の開口によりけられを生じ共振器損失が大きく
なると５）う、欠点も生じる。両者が同一径の場合、共
振器を一往復する間の固体レーザ媒質（１）の開口のけ
られによる共振器損失は２７％以上となり、効率の悪い
レーザ共振器しか構成できない。

この励起領域とレーザ発振モードの大きさもしくは体積
に大きな差がある。もしくは吸収効率が小さいという欠
点を改善するため励起光源である半導体レーザからの射
出光を上記レーザ共振器の光軸（６）と略平行になるよ
うに配置し、上記固体レーザ媒質（１）の上記光軸（６
）に略垂直な端面から励起するようにした端面光励起方
式の固体レーザが１９８７年３月２４日に交付された米
国特許第４６５３０５６号に開示されている。米国特許
第４６５３０５６号に開示されたレーザの構成例を第６
図に示す。図において、（９）は半導体レーザ、（１０
）はレンズ、（１１）は励起光である。上記半導体レザ
（９）からの発散射出光はレンズ（ｌＯ）で集められた
後収束光に変換され、上記高反射光（４）を通過し上記
固体レーザ媒質（１）の上記光軸（６）に略垂直な端面
の一方から固体レーザ媒質（１）内に導入される。励起
効率を高（するため、励起領域をレーザ発振モード（７
）の内で基本モードであるＴＥＭｏ。モードのモード体
積にマツチングさせるようになっている。半導体レーザ
を用いる端面光励起方式の固体レーザでは励起領域をＴ
ＥＭ、。モードのモード体積にマツチングさせることが
可能であり、また励起光の伝搬長も長くとれるため吸収
効率も高（でき、高い励起効率が得られる。しかしなが
ら、従来の半導体レーザではその出力がせいぜいＩＷ程
度に限定されていることが多く、また、より高出力の半
導体レーザを励起光源として用いても端面光励起方式の
固体レーザでは使用できるエネルギーに限度があるため
固体レーザの出力が限定される。これに対して側面光励
起方式の固体レーザでは励起光源からのエネルギーをよ
り多く固体レーザ媒質内に移入できるが、励起領域ど’
ｒＩＪＱｏモートのモード体積のマツチングに問題があ
る。この欠点を改善するため励起光源である半導体レー
ザアレーは側面光励起の配置構造となっているかレーザ
共振器の構成を変えて励起光源である半導体レーザアレ
ーからの光がレーザ共振器の光軸にほぼ一致するように
した構成の固体レーザが１９８７年１２月１日に交付さ
れた米国特許第４７１０９４０号に開示されている。米
国特許第４７１０９４０号に開示された固体レーザの構
成図を第７図に示す。図において、（１２）は第１の側
面（１４）と第２の側面（１５）を持つ台形状の固体レ
ーザ媒質、（１３）は第１の端面、（１６）は第２の端
面である。第１の側面（１４）および第２の側面（１５
）には固体レーザの発振波長に対して高反射となるが励
起光源である半導体レーザ（１９）の発振波長に対して
は低反射となる誘電体多層膜が形成されている。

また、第１の端面（１３）と第２の端面（１６）には固
体レーザの発振波長に対して低反射となる誘電体多層膜
が形成されている。この様な構成において、レーザ共振
器内のレーザ光は第８図に示すように上記第１の側面（
１４）および上記第２の側面（１５）で交互に反射を繰
り返しながら上記固体レーザ媒質（］２）の中をジグザ
グに進行する。一方、上記励起光源である半導体レーザ
（１９）からの光はジグザグに進行するレーザ光に対し
てその光軸がほぼ一致するよう上記第１の側面（１４）
もしくは上記第２の側面（１５）に対して斜めから入射
する。したがって、上記第７図に示した端面光励起方式
の固体レーザと同様に励起領域をレーザ発振モード（７
）の内で基本モードであるＴＥＭｏ。モードのモード体
積にマツチングさせることができる。しかしながら、第
１の側面（１４）および第２の側面（１５）に形成され
ている高反射の誘電体多層膜の反射率は製作精度等によ
り１００％にすることはできずせいぜい９９．５％程度
であり、各１回の反射につき０．５％の損失を受けるの
で、高出力を得ようとして反射回数を増加させると損失
もそれに応じて増加すると言う欠点がある。

第７図と同様の構成で励起光源である半導体レーザを適
当な間隔をもって並べた複数の半導体レーザで構成され
たダイオードバーで構成した固体レーザがトーツス・マ
イケル・ベイアにより特開平］、　−１２２１８０に開
示されている。第８図は特開平１−１２２１８０に開示
された高効率モード調和型固体レーザ装置の構成例であ
る。図において、（１７）は固体レーザ媒質から作成さ
れたレーザブロック、（１８）は適当な間隔をもって並
べた複数の半導体レーザで構成されたダイオードバー、
（２０）はファイバレンズ、（２１）は第１の入射端面
、（２２）は第２の入射端面である。

次に動作について説明する。ダイオ−ドパ（１８）を構
成する半導体レーザからの出力光は一般に紙面に平行な
方向の広がり角に比べて紙面に垂直な方向の広がり角が
広い。そこでファイバレンズ（２０）により垂直方向の
みを平行光束としてそのビーム径が固体レーザの横モー
ドの大きさと調和するようにしてレーザブロック（１７
）に入射させる。ここでダイオードバー（１８）からの
出力光の波長を固体レーザ媒質の吸収帯に一致させてお
くとダイオードバー（１８）からの出力光はレーザブロ
ック（１７）の中で伝搬するにしたがって指数関数的に
吸収され固体レーザの発振波長で利得を有する反転分布
を形成する。このときの反転分布はファイバレンズ（２
０）を通過したダイオードバー（１８）からの出力光の
空間分布を反映してダイオードバー（１８）を構成する
各半導体レーザの発光位置で大きく、半導体レーザの間
隔位置では小さい。このような反転分布を形成したレー
ザブロック（１７）内で第８図に示したようなダイオー
ドバー（］８）からの出力光が入射する端面のダイオー
ドバー（１８）を構成する各半導体レーザの発光位置と
ほぼ一致する第１の側面（１４）と、その側面に対向す
る第２の側面（１５）で交互に反射するジグザグな光路
をもってレーザ共振器を形成するように高反射鏡（４）
、出力結合鏡（５）を配置する。このときダイオードバ
ー（１８）からの出力光が入射する第１の側面（１４）
はダイオードバー（１８）からの出力光の波長に対して
は無反射とし固体レーザの発振波長に対しては高反射と
なるグイクロイックコーティングを施しである。第２の
側面（１５）には固体レーザの発振波長に対して高反射
コーティングを施し、一部、高反射鏡（４）、出力結合
鏡（５）にレーザ光が出力される部分である第１の入射
端面（２１）と第２の入射端面（２２）には固体レーザ
の発振波長に対してほぼ無反射となるコーティングを施
しである。このようにレーザ共振器を構成することによ
りダイオドパ−（１８）から射出された光のエネルギー
を高効率でレーザ発振モードに結合できる。ダイオード
バー（１８）を構成する半導体レーザの数を増加させジ
グザグの反射回数を増加させる事により固体レーザの発
振出力を増加させることができる。

Ｃ発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように第４図に示した側面光励起方式の従
来装置では半導体レーザアレー（２）からの射出光に伴
う励起エネルギーの多くはレーザ共振器モード（７）に
よって占められる領域以外の固体レーザ媒質（１１の領
域内に与えられるため、レーザ発振モードの増幅に寄与
しない部分が多くなり、励起効率が低いという問題があ
った。

また、第６図に示した端面光励起方式の従来装置では半
導体レーザに用いる端面光励起方式の固体レーザでは励
起領域をＴＥＭｏｏモードのモード体積にマツチングさ
せることが可能であるため高い励起効率が得られる。し
かしながら、従来の半導体レーザではその出力がせいぜ
いＩＷ程度に限定されていることが多く、また、より高
出力の半導体レーザを励起光源として用いても端面光励
起の固体レーザでは使用できるエネルギーに限度がある
ため固体レーザの出力が限定され、高出力を得ることが
できないと言う問題があった。

さらに、第７図もしくは第８図に示した従来の半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置は以下のような欠点があった。

第１に高効率な励起を実現するためにダイオードバー（
１８）を構成する複数の半導体レーザの設置位置とレー
ザ共振器を構成するジグザグ光路の反射位置を一致させ
る必要があり、このため高反射鏡（４）、出力結合鏡（
５）およびダイオードバー（１８）の相互の配置関係を
調整することが難しかった。第２にレーザブロック（Ｉ
７）に施す高反射膜は誘電体多層膜で作成しているが、
多層膜での吸収や散乱、作成精度等により反射率をＩＨ
％にすることは困難でありぜいぜい９９．５％程度であ
る。したがって各１回の反射につき０．５％程度の損失
を有する。このためレーザ発振出力をふやすためジグザ
グ光路の反射回数を増加させるとレーザ共振器内部の損
失が増加してしまうという不具合があった。第３にダイ
オードバー（１８）からの出力光が入射する端面に対向
する第１の入射端面（２１）と第２の入射端面（２２）
および第２の側面（１５）で構成される側面の一部に高
反射鏡（４）、出力結合鏡（５）にレーザ光が出力する
ため固体レザの発振波長に対して無反射コーティングを
施す必要があり、高反射コーティング領域と無反射コー
ティング領域とを分離して作製しなければならず作製工
程が多くなるという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、側面光励起方式を用いているにもかかわらすレ
ーザ発振モードのモード体積と励起領域とのマツチング
を良くし高出力でかつ高効率な半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体レーザ励起固体レーザ装置は、固
体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質の両側面に長手方向
に配列し固体レーザ媒質に励起光を射出する半導体レー
ザアレーと、上記固体レーザ媒質を含みレーザ共振器モ
ードを形成するように設置されたレーザ共振器構成手段
とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
上記固体レーザ媒質と固体レーザ光波長に対し略等しい
屈折率を有し上記固体レーザ媒質の両側面のそれぞれに
その側面を接触しておかれた第１及び第２の透明ブロッ
クと、上記半導体レーザアレーと透明ブロック間に透明
ブロックと略平行に配置し、透過形回折格子もしくは反
射形回折格子のすくなくとも一方が形成された回折格子
ブロックを形成した固体レーザ媒質ブロックと、該固体
レーザ媒質ブロックと上記半導体レーザアレーとの間に
設置　４ 置されたロッドレンズとを配置したものである。

〔作用］ 上記のように構成された半導体レーザ励起固体レーザ装
置では、回折格子が固体レーザ媒質を励起する半導体レ
ーザからの入射光を回折させ、励起光の伝搬方向を変化
させるので、固体レーザ媒質内の励起光の方向とレーザ
共振器モードが形成される方向とを概略同一方向に設定
でき、側面から励起しているにもかかわらず半導体レー
ザアレーからの射出光に伴う励起エネルギをほとんど固
体レーザ媒質に吸収させることができるので吸収率が高
くできる。また、透明ブロックを設けることでレーザ発
振モードが固体レーザ媒質の開口によりけられることが
ない。さらに、レーザ発振モードが励起されている固体
レーザ媒質を閉じ込めて形成できるため励起領域とのマ
ツチングが良（励起効率が高い。これらにより高出力で
かつ高効率の半導体レーザ励起固体レーザ装置を得るこ
とができる。

〔実施例１ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。なお
、以下に示す実施例の構成説明図では、説明を簡単にす
るために固体レーザ媒質の形状が四角柱で、四角柱の主
軸方向がレーザ共振器の光軸方向となるようにレーザ共
振器が構成されており、励起光源は四角柱の側面の周囲
から上記主軸に略垂直な方向に半導体レーザの励起光が
射出されるように設置されている場合の例で説明する。

第１図はこの発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の
実施例の構成を示す構成説明図であって、（２３）は固
体レーザ媒質ブロック、（２４）は第１の回折格子、（
２４ａ）は第１の透過形回折格子、（２４ｂ）は第１の
反射形回折格子、（２５）は第２の回折格子、（２５ａ
）は第２の透過形回折格子、（２５ｂ）は第２の反射形
回折格子、（２６）は第１の面、（２７）は第２の面、
（２８）はロッドレンズ、（２９）はＯ次回指光、（３
０）は第１の１次回折光、（３１）は第１の１次回折光
、（３２）は第２の１次回折光、（３３）は第２の一１
次回折光、（３４）は共振器内光学素子、（３５）は第
１の透明ブロック、（３６）は第２の透明ブ０ツクであ
る。

また第２図は上記第１の１次回折格子（２４）における
Ｏ次回指光（２９）、第１の１次回折光（３０）、第１
の一１次回折光（３１）および上記第２の回折格子（２
５）におけるＯ次回指光（２９）、第２の１次回折光（
３２）、第２の一１次回折光（３３）の関係をより明ら
かにするための図と上記固体レーザ媒質ブロック（２３
）における励起領域（８）とレーザ共振器モード（７）
との関係を示している。

上記第１の透明ブロック（３５）、第２の透明ブロック
（３６）は、固体レーザ媒質（１）とレーザ光波長にお
いて略等しい屈折率を有する媒質であり、例えば固体レ
ーザ媒質（１）と等しい材料で希土類をドープしていな
いものや、各種ガラスなどから選択できる。第１の透明
ブロック（３５）、第２の透明ブロック（３６）は固体
レーザ媒質（１）の対向する側面に接触して配置される
。これらの接触時に、固体レーザ媒質（１）とレーザ光
波長において略等しい屈折率を有する屈折率整合剤、も
しくは屈折率整合接着剤などを境界面間に介して接触さ
せることで境界面での屈折率整合をとることができる。

上記第１の回折格子（２４）および第２の回折格子（２
５）はそれぞれ第１の透明ブロック（３５）、第２の透
明ブロック（３６）の表面に形成されておりかつ第１の
透過形回折格子（２４ａｌは第２の反射形回折格子（２
５ｂ）に対向して配置されている。また、第１の面（２
６）と第２の面（２７）には上記半導体レーザアレー（
２）からの励起光に対して高反射であるが固体レーザの
発振波長に対しては略無反射である誘電体多層膜のコー
ティングが形成されている。

上記第１の回折格子（２４）および第２の回折格子（２
５）が形成された固体レーザ媒質（１）、第１の透明ブ
ロック（３５）、第２の透明ブロック（３６）で構成さ
れる固体レーザ媒質ブロック（２３）の側面に沿って配
置された上記半導体レーザアレー（２）は励起光源を構
成する。この半導体レーザアレー（２）はその長さ方向
に沿って接合面が略平行であり互いに間隔を置いて配置
された複数の別個の半導体レーザ（１９）で構成されて
おり、上記半導体レーザ（１９）の間隔は上記第１の回
折格子（２４）もしくは第２の回折格子（２５）を構成
する上記第１の透過上回折格子（２４ａｌ　もしくは第
２の透過上回折格子（２５ａ）の間隔と略一致している
。

」上記半導体レーザ（Ｉ９）のうち１つからの出射光は
紙面に垂直な方向の広がり角度が紙面に平行な方向の広
がり角度に比べて大きいため、紙面に垂直な方向のみ屈
折力を持つ上記ロッドレンズ（２８）を通過させて平行
光束にする。

上記ロッドレンズ（２８）を通過した略平行光束は上記
第１の透過上回折格子（２４ａ）に入射しＯ次回指光（
２９）、第１の１次回折光（３０）、第１の一１次回折
光（３１）、±２次回折光もしくはそれ以上の高次回折
光を生じる。±２次回折光もしくはそれ以上の高次回折
光を生じるかどうかは」−２第１の透過上回折格子［２
４ａｌの格子ピッチと上記励起光源である半導体レーザ
アレー（２）の出射光の波長んと、固体レーザ媒質ブロ
ック（２３）の屈折率ｎおよび第１の透過上回折格子（
２４ａｌの格子断面形状などによって決定される。ここ
では上記回折格子（２４）の格子断面形状が矩形である
場合の例を記載しているが必ずしもこれに限定されない
のはいうまでもない。上記Ｏ次回指光（２９）は固体レ
ーザ媒質（１）を通過する時に光軸（６）に略垂直な方
向でその強度が指数関数的に減衰する吸収を受けながら
固体レーザ媒質ブロック（２３）を伝搬し固体レーザ媒
質（１）中に励起領域を形成する。

つぎに第１の１次回折光（３０）は上記第１の透過上回
折格子（２４ａｌの垂線と第１式で表される零でない角
度θの方向に進行する。上記第１の透過上回折格子（２
４ａｌの格子ピッチｄは上記角度θが出来るだけ９０°
に近い鋭角になるよう設定される。

θ＝ＳＩＮ−’　　ん／ｎｄ　　　　　　　　　　　　
（１１上記第１の１次回折光（３０）は固体レーザ媒質
（１）に入射したのち光軸（６）に対し鋭角をなす方向
でその強度が指数関数的に減衰する吸収を受けながら固
体レーザ媒質（１１を伝搬し上記第１の面（２６）で反
射し再びその強度が指数関数的に減衰する吸収を受けな
がら固体レーザ媒質ブロック（２３）中を伝搬し固体レ
ーザ媒質（１）全域にわたって励起領域を形成する。つ
ぎに第１の一１次回折光（３１）は上記第１の透過上回
折格子（２４ａｌの垂線に対して第１の１次回折光（３
０）にほぼ対称になる方向に進行し、光軸（６）に対し
鋭角をなす方向で固体レーザブロック（１）内でその強
度が指数関数的に減衰する吸収を受けながら固体レーザ
媒質ブロック（２３）中を伝搬し上記第２の面（２７）
で反射し再び固体レーザブロック（１）内でその強度が
指数関数的に減衰し吸収を受けながら固体レーザ媒質ブ
ロック（２３）中を伝搬し固体レーザ媒質ブロック（１
）内に励起領域を形成する。同様に上記半導体レーザア
レー（２）を構成する複数の別個の半導体レーザ（１９
）の他の１つから出射された励起光も上記第１の回折格
子（２４）を構成する他の第１の透過上回折格子（２４
ａｌ　によってＯ次回指光、１次回折光、−１次回折光
、±２次回折光もしくはそれ以上の高次回折光を生じ固
体レーザ媒質ブロック（２３）を伝搬することにより固
体レーザ媒質（］）内に励起領域を形成する。次に、上
記Ｏ次回指光（２９）は光軸（６）に略垂直な方向でそ
の強度が指数関数的に減衰する吸収を受ｉＪながら固体
レーザ媒質ブロック（２３）を伝搬し第２の回折格子（
２５）に到達すると、上記第２の反射形回折格子（２５
ｂｌ　によりＯ次回指光（２９）、第２の１次回折光（
３２）、第２の一１次回折光（３３）、±２次回折光も
しくはそれ以上の高次回折光を生じる。±２次回折光も
しくはそれ以上の高次回折光を生じるかどうかは上記第
２の反射形回折格子（２５ｂｌの格子ピッチと上記励起
光源である半導体レーザアレー（２）の出射光の波長λ
と固体レーザ媒質ブロック（２３）の屈折率ｎおよび第
２の反射形回折格子（２５ｂ）の格子断面形状などによ
って決定される。ここでは、上記回折格子（２５）の格
子断面形状が矩形である場合の例を記載しているが必ず
しもこれに限定されないのはいうまでもない。上記Ｏ次
回指光（２９）は光軸（６）に略垂直な方向でその強度
が指数関数的に減衰する吸収を受けながら固体レーザ媒
質ブロック（２３）を上記第１の回折格子（２４）の方
向に伝搬し固体レーザブロック（１）中に励起領域を形
成する。

つぎに第２の１次回折光（３２）は上記第２の反射形回
折格子（２５ｂｌの格子ピッチを上記第１の透過形回折
格子（２４ａ）と同じとすると上記第２の反射形回折格
子（２５ｂ）の垂線と第１式で表される零でない角度θ
の方向に進行する。上記第２の１次回折光（３２）は固
体レーザ媒質（１）中で光軸（６）に鋭角をなす方向で
その強度か指数関数的に減衰する吸収を受けなから固体
レーザ媒質ブロック（２３）を伝搬し上記第１の面（２
６）で反射し再びその強度が指数関数的に減衰する吸収
を受けながら固体レーザ媒質ブロック（２３）を伝搬し
固体レーザ媒質（１）内に励起領域を形成する。つぎに
第２の一１次回折光（３３）は上記第２の反射形回折格
子（２５ｂｌの垂線に対して第２の１次回折光（３２）
にほぼ対称になる方向に進行し、固体レーザ媒質（１）
中で光軸（６）に鋭角をなす方向でその強度が指数関数
的に減衰する吸収を受けなから固体レーザ媒質ブロック
（２３）内を伝搬し上記第２の面（２７）で反射し再び
固体レーザ媒質（１）中でその強度が指数関数的に減衰
する吸収を受けながら固体レーザ媒質ブロック（２３）
を伝搬し固体レーザ媒質（１）内に励起領域を形成する
。固体レーザ媒質（１）内の励起領域はこれら回折光の
重なり領域として形成され、これは固体レーザ媒質（１
）全域に略均−な分布を形成する。上記第１の１次回折
光（３０）、第１の一１次回折光（３１）、第２の１次
回折光（３２）、もしくは第２の一１次回折光（３３）
は光軸（６）に鋭角をなす方向に進行するので吸収長も
長くとれ、吸収効率は高くとれる。

また、この時、レーザ共振器モード（７）は、固体レー
ザ媒質ブロック（２３）の内固体レーザ媒質（１）の全
部の領域と第１の透明ブロック（３５）、第２の透明ブ
ロック（３６）の一部の領域に広がっている。励起領域
からレーザ共振器モード（７）へのエネルギーの委譲（
励起効率＝η）は第（２）式で表され、おもに両者の径
の比によってきまる。

７１　＝　［ｌ　ｒｏ（ｘ、ｙ、ｚｌｓｏ（ｘ、ｙ、Ｚ
）ｄｘｄｙｄｚｌ　２／　’）　ｒｏ（ｘ、ｙ、ｚｌｓ
ｏ２（ｘ、ｙ、ｚ）ｄｘｄｙｄｚ　　　（２）ｒｏ（ｘ
、ｙ、Ｚ）：レーザ共振器内で規格化した励起分布 Ｓｏ　（Ｘ＋　ｙ、ｚｌ　　：レーザ共振器内で規格化
したレーザ光分布 この関係を示すためにレーザ共振器モード（７）の径ω
と、励起領域となる固体レーザ媒質の幅Ｗの比に対する
、励起効率ηの関係を第３図に示す。第１の透明ブロッ
ク（３５）、第２の透明ブロック（３６）がない場合、
従来例で述べたようにレーザ共振器モード（７）は固体
レーザ媒質（１）の径の０６程度としなければ、固体レ
ーザ媒質（１）のけられによる損失が増えてしまい効率
が低下する。

この場合の励起効率はレーザ共振器モード（７）に励起
領域を完全に閉じ込めることができないため７０％程度
である。本実施例においては第１の透明ブロック（３５
）、第２の透明ブロック（３６）内をレーザ光が伝搬可
能なので、レーザ共振器モード（７）に励起領域をほと
んど閉じ込めることが可能となり、例えばω／Ｗを１．
２以上とることにより励起効率を９０％以上得ることが
できることになる。

このように本実施例においては吸収効率が高くなるとと
もに、レーザ共振器モード（７）内に上記固体レーザ媒
質ブロック（２３）における励起領域である固体レーザ
媒質（１）を含むことができるので励起効率を高くする
ことができる効果がある。

回折格子による励起領域形成手段と、第１の透明ブロッ
ク（３５）、第２の透明ブロック（３６）を固体レーザ
媒質（１］の側面に設置したことによる大きな利点は、
励起光を無駄なく固体レーザ媒質（１）に吸収させ、さ
らに励起領域をレーザ共振器のモード体積内にほとんど
含むことができる励起効率を高くとれることにある。レ
ーザ共振器のモード体積は高反射鏡（４）と出力結合鏡
（５）の設置位置および形状によって決定される。レー
ザ共振器のモードの内、ＴＥＭ　ｏｏモードは単峰でサ
イドローブがないので極めて有用であり望ましい。この
回折格子を用いた励起領域の形成手段では、多数の半導
体レーザを上記固体レーザ媒質ブロック（２３）の第１
の回折格子（２４）および第２の回折格子（２５）が形
成された側面に沿って配置することができるので、励起
される固体レーザ媒質ブロック（２３）のレーザ利得部
分を大幅に増加させることができまたは励起領域をレー
ザ共振器の所要のモード体積内に閉じ込めることによっ
て効率と利得の高い構造が得られる。

また本特許請求の範囲では、第１の回折格子（２４）Ｊ
’ｉよび第２の回折格子（２５）の内どちらか一方のみ
を用いる場合、および、第１の回折格子（２４）、第２
の回折格子（２５）がすべて透過型回折格子、反射型回
折格子のどちらかで構成されている場合も含んでいるの
はいうまでもない。また上記第１の透明ブロック（３５
）、第２の透明ブロック（３６）の表面に直接形成され
た上記第１の回折格子（２４）および第２の回折格子（
２５）を用いたが、この代わりに第１の回折格子ブロッ
ク（３５）と第２の回折格子ブロック（３６）を上記固
体レーザ媒質プロ・ツク（２３）の表面に近接もしくは
接触して促設しても同様の効果が得られる。

また本発明の固体レーザは広い範囲（こ及ぶ固体レーザ
材料たとえばＮｄ　：　ＹＡＧ、Ｎｄ　：　Ｇｌａｓｓ
もしくはＮｄ　：　ＹＬＦを用いることができる。また
本発明の固体レーザはレーザ共振器の最低次モードであ
るＴＥＭｏｏモードのモード体積に励起領域をマツチン
グでき、また小型にすることができるので周波数逓倍の
動作を行うのに適している。レーザ共振器内に周波数逓
倍器を挿入し基本波の％倍の波長のレーザ光を発生し得
る。これは第１図の共振器内光学素子（３４）で表され
ている。また、パルス光を発生させるためには第１図の
共振器内光学素子（３４）としてＱ−スイッチを用いれ
ば良い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、固体レーザ媒質ブロ
ックの略平行な一対の側面に直接に回折格子を作成する
かもしくは側面に近接して設置された回折格子を用いる
ことによる励起領域の形成手段では、多数の半導体レー
ザを、上記固体レーザ媒質ブロックの回折格子が形成さ
れた側面に沿って配置することができるので、励起され
る固体レーザ媒質ブロックの吸収効率を大幅に増加させ
ることができ、また固体レーザ媒質の周辺に透明ブロッ
クを接触させたことによりレーザ共振器モードの径を励
起領域である固体レーザブロックの幅より大きく設定で
きるので、レーザ共振器モードのモード体積に励起領域
を閉じ込めることによって高い励起効率を得ることがで
きる。したがって、効率が非常に高い構造が得られると
ともに装置が安価にでき、また、設定精度がゆるいもの
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レザ励起固体
レーザ装置を示す構成図、第２図はこの発明の一実施例
による半導体レーザ励起固体レーザ装置の回折格子の作
用と透明ブロックの作用を示す構成図、第３図はレーザ
発振器モード直径と固体レーザ媒質ブロックの比に対す
る励起効率の変化を示した概略図、第４図は従来の側面
光励起の固体レーザ装置を示す構成図、第５図は従来の
側面光励起の固体レーザ装置における励起領域とレーザ
発振モードとの関係を示す図、第６図は従来の端面光励
起の固体レーザ装置を示す構成図、第７図は従来の端面
光励起の固体レーザ装置を示す構成図、第８図は従来の
端面光励起の固体レーザ装置を示す構成図である。 図において、（１）は固体レーザ媒質、（２）は半導体
レーザアレー、（２３）は固体レーザ媒質プロ・ツク、
（２４）は第１の回折格子、（２４ａｌは第１の透過形
回折格子、（２４ｂｌ　は第１の反射形回折格子、（２
５）は第２の回折格子、（２５ａ）は第２の透過形回折
格子、（２５ｂ）は第２の反射形回折格子、（２８）は
ロッドルンズ、　（３０）は第１の１次回折光、（３１
）は第１の一１次回折光、（３２）は第２の１次回折光
、（３３）は第２の−１次回折光、（３５）は第１の透
明ブロック、（３６）は第２の透明ブロックである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　固体レーザ媒質と、該固体レーザ媒質の両側面に長手
   方向に配列し固体レーザ媒質に励起光を射出する半導体
   レーザアレーと、上記固体レーザ媒質を含みレーザ共振
   器モードを形成するように設置されたレーザ共振器構成
   手段とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置におい
   て、上記固体レーザ媒質と固体レーザ光波長に対し略等
   しい屈折率を有し上記固体レーザ媒質の両側面のそれぞ
   れにその側面を接触しておかれた第１及び第２の透明ブ
   ロックと、上記半導体レーザアレーと透明ブロック間に
   透明ブロックと略平行に配置し、透過形回折格子もしく
   は反射形回折格子のすくなくとも一方が形成された回折
   格子ブロックを形成した固体レーザ媒質ブロックと、該
   固体レーザ媒質ブロックと上記半導体レーザアレーとの
   間に設置されたロッドレンズとを備えたことを特徴とす
   る半導体レーザ励起固体レーザ装置。