JPH11121843A - 半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置及び固体レーザ発振装置 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置及び固体レーザ発振装置Info
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- JPH11121843A JPH11121843A JP28706497A JP28706497A JPH11121843A JP H11121843 A JPH11121843 A JP H11121843A JP 28706497 A JP28706497 A JP 28706497A JP 28706497 A JP28706497 A JP 28706497A JP H11121843 A JPH11121843 A JP H11121843A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体
素子に入射させることができ高効率の励起が可能な半導
体レーザ励起固体レーザ増幅装置、および高効率のレー
ザビームを発生させることができる固体レーザ発振装置
を得る。 【解決手段】 レーザビームの光軸方向に長軸を有する
棒状のレーザ活性物質からなる固体素子1と、前記固体
素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口を有する
集光器10と、前記集光器の開口に沿って配置された励起
用半導体レーザ2と、前記集光器の開口に挿入され、前
記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子に伝送す
る励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光伝送光
学素子3とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増幅装
置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入射面30
1が平面であり、前記楔形のテーパ角が、順方向の光伝
送に必要な最大テーパ角以内である。
素子に入射させることができ高効率の励起が可能な半導
体レーザ励起固体レーザ増幅装置、および高効率のレー
ザビームを発生させることができる固体レーザ発振装置
を得る。 【解決手段】 レーザビームの光軸方向に長軸を有する
棒状のレーザ活性物質からなる固体素子1と、前記固体
素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口を有する
集光器10と、前記集光器の開口に沿って配置された励起
用半導体レーザ2と、前記集光器の開口に挿入され、前
記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子に伝送す
る励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光伝送光
学素子3とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増幅装
置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入射面30
1が平面であり、前記楔形のテーパ角が、順方向の光伝
送に必要な最大テーパ角以内である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、簡易な構成で、安
定に、高出力なレーザビームを、高効率に発生すること
のできる半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置、及び固
体レーザ装置に関するものである。
定に、高出力なレーザビームを、高効率に発生すること
のできる半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置、及び固
体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２９は、例えばレーザ及び電気光学に
関する国際会議ＣＬＥＯ／ＥＵＲＯＰＥ ’９６の予稿
集ＣＭＡ２において示されている、従来の半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置を光軸方向から見た構成図であ
る。図中、１は活性媒質を含む固体素子、２は励起光源
である複数の発光層が積層状に固定されたスタック型半
導体レーザ、９は冷却材のフローチューブ、１０は固体
素子を取り囲むよう配設された集光器である。
関する国際会議ＣＬＥＯ／ＥＵＲＯＰＥ ’９６の予稿
集ＣＭＡ２において示されている、従来の半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置を光軸方向から見た構成図であ
る。図中、１は活性媒質を含む固体素子、２は励起光源
である複数の発光層が積層状に固定されたスタック型半
導体レーザ、９は冷却材のフローチューブ、１０は固体
素子を取り囲むよう配設された集光器である。
【０００３】次に動作について説明する。スタック型半
導体レーザ２より発せられた励起光は、フローチューブ
９を介し、固体素子１を側方より照射し、固体素子１内
に含まれる活性媒質を励起する。この結果、固体素子１
内の活性媒質は励起され、反転分布を形成する。反転分
布のエネルギー差に相当する波長を有する光が、固体素
子１中を通過する際、誘導放出現象により増幅作用を受
け、光強度は増大する。またスタック型半導体レーザ２
より発せられた励起光のうち、直接固体素子１に入射す
ることのない励起光や、固体素子１に一旦入射したもの
の、活性媒質に吸収されることなく透過した励起光は、
集光器１０表面において、進行方向を折り返され、一部
は再度固体素子１内に入射し、励起に利用される。フロ
ーチューブ９内面と固体素子１との間の隙間に純水等の
冷却媒体を流し、固体素子１の冷却を行う。
導体レーザ２より発せられた励起光は、フローチューブ
９を介し、固体素子１を側方より照射し、固体素子１内
に含まれる活性媒質を励起する。この結果、固体素子１
内の活性媒質は励起され、反転分布を形成する。反転分
布のエネルギー差に相当する波長を有する光が、固体素
子１中を通過する際、誘導放出現象により増幅作用を受
け、光強度は増大する。またスタック型半導体レーザ２
より発せられた励起光のうち、直接固体素子１に入射す
ることのない励起光や、固体素子１に一旦入射したもの
の、活性媒質に吸収されることなく透過した励起光は、
集光器１０表面において、進行方向を折り返され、一部
は再度固体素子１内に入射し、励起に利用される。フロ
ーチューブ９内面と固体素子１との間の隙間に純水等の
冷却媒体を流し、固体素子１の冷却を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体レー
ザ励起固体レーザ増幅装置においては、広い発光領域を
有するスタック型半導体レーザから発せられる励起光を
集光器内に導入するため、スタック型半導体レーザの発
光領域に相当する開口を集光器側面に設けていた。集光
器に設けた開口は、集光器本来の機能である反射作用を
有せず、集光器機能の観点からみると無効領域となる。
励起光有効利用の観点から、励起光を導入するため集光
器に設ける開口の大きさは、可能な限り小さくすること
が望ましい。一方、上述のように従来の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置においては、励起光源である半導
体レーザの発光領域に相当する開口を集光器に設けてい
たため、高い励起パワーを得るためスタック型半導体レ
ーザ等、広い発光領域を有する励起光源を使用する際に
は、集光器内の無効領域の増加が顕著となり、励起光利
用効率の低下を回避できないという問題点があった。
ザ励起固体レーザ増幅装置においては、広い発光領域を
有するスタック型半導体レーザから発せられる励起光を
集光器内に導入するため、スタック型半導体レーザの発
光領域に相当する開口を集光器側面に設けていた。集光
器に設けた開口は、集光器本来の機能である反射作用を
有せず、集光器機能の観点からみると無効領域となる。
励起光有効利用の観点から、励起光を導入するため集光
器に設ける開口の大きさは、可能な限り小さくすること
が望ましい。一方、上述のように従来の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置においては、励起光源である半導
体レーザの発光領域に相当する開口を集光器に設けてい
たため、高い励起パワーを得るためスタック型半導体レ
ーザ等、広い発光領域を有する励起光源を使用する際に
は、集光器内の無効領域の増加が顕著となり、励起光利
用効率の低下を回避できないという問題点があった。
【０００５】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたものであり、広い発光領域を有する半導体レーザ
を励起光源として使用した際にも、集光器の無効領域を
著しく増加させることなく、効率よく励起光を集光器内
に伝送し、高品質なレーザビームを効率よく安定に発
生、増幅することのできる半導体レーザ励起固体レーザ
増幅装置および半導体レーザ励起固体レーザ発振装置を
得ることを目的とする。
されたものであり、広い発光領域を有する半導体レーザ
を励起光源として使用した際にも、集光器の無効領域を
著しく増加させることなく、効率よく励起光を集光器内
に伝送し、高品質なレーザビームを効率よく安定に発
生、増幅することのできる半導体レーザ励起固体レーザ
増幅装置および半導体レーザ励起固体レーザ発振装置を
得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置は、レーザビー
ムの光軸方向に長軸を有する棒状のレーザ活性物質から
なる固体素子と、前記固体素子を光軸に沿って包囲し、
光軸に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口
に沿って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器
の開口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を
前記固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くな
る楔形の励起光伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置において、前記励起光伝送光学素
子の励起光入射面が平面であり、前記楔形のテーパ角
が、順方向の光伝送に必要な最大テーパ角以内であるこ
とを特徴とするものである。
る半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置は、レーザビー
ムの光軸方向に長軸を有する棒状のレーザ活性物質から
なる固体素子と、前記固体素子を光軸に沿って包囲し、
光軸に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口
に沿って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器
の開口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を
前記固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くな
る楔形の励起光伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置において、前記励起光伝送光学素
子の励起光入射面が平面であり、前記楔形のテーパ角
が、順方向の光伝送に必要な最大テーパ角以内であるこ
とを特徴とするものである。
【０００７】本発明の第２の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたものである。
【０００８】本発明の第３の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ものである。
【０００９】本発明の第４の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、レーザビームの光軸方向に長
軸を有する棒状のレーザ活性物質からなる固体素子と、
前記固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口
を有する集光器と、前記集光器の開口に沿って配置され
た励起用半導体レーザと、前記集光器の開口に挿入さ
れ、前記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子に
伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光
伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増
幅装置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入射
面が前記固体素子の光軸と平行な凸型の曲面であること
を特徴とするものである。
起固体レーザ増幅装置は、レーザビームの光軸方向に長
軸を有する棒状のレーザ活性物質からなる固体素子と、
前記固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口
を有する集光器と、前記集光器の開口に沿って配置され
た励起用半導体レーザと、前記集光器の開口に挿入さ
れ、前記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子に
伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光
伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増
幅装置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入射
面が前記固体素子の光軸と平行な凸型の曲面であること
を特徴とするものである。
【００１０】本発明の第５の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたものである。
【００１１】本発明の第６の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ものである。
【００１２】本発明の第７の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、励起光入射
面から励起光出射面に向かって屈折率が増加する材料で
形成されているものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、励起光入射
面から励起光出射面に向かって屈折率が増加する材料で
形成されているものである。
【００１３】本発明の第８の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、前記楔形の
テーパの中心線に近いほど屈折率の大きい材料で形成さ
れているものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、前記楔形の
テーパの中心線に近いほど屈折率の大きい材料で形成さ
れているものである。
【００１４】本発明の第９の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし８の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子の楔形のテーパ
面に全反射膜を設けたものである。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし８の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子の楔形のテーパ
面に全反射膜を設けたものである。
【００１５】本発明の第１０の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１または４の構成に
加えて、前記励起光伝送光学素子の入射面に前記固体素
子の光軸に平行な微小円筒レンズを一体化して設けたも
のである。
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１または４の構成に
加えて、前記励起光伝送光学素子の入射面に前記固体素
子の光軸に平行な微小円筒レンズを一体化して設けたも
のである。
【００１６】本発明の第１１の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１０の何れ
かの構成に加えて、前記集光器の内面を拡散反射面とし
たものである。
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１０の何れ
かの構成に加えて、前記集光器の内面を拡散反射面とし
たものである。
【００１７】本発明の第１２の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１１の何れ
かの構成に加えて、固体素子を光軸に沿って包囲し、光
軸に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口に
沿って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器の
開口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を前
記固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる
楔形の励起光伝送光学素子とからなる励起ユニットを複
数備え、前記固体素子の光軸の回りの複数の方向より前
記固体素子に対して励起光を照射するものである。
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１１の何れ
かの構成に加えて、固体素子を光軸に沿って包囲し、光
軸に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口に
沿って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器の
開口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を前
記固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる
楔形の励起光伝送光学素子とからなる励起ユニットを複
数備え、前記固体素子の光軸の回りの複数の方向より前
記固体素子に対して励起光を照射するものである。
【００１８】本発明の第１３の構成に係る固体レーザ発
振装置は、前記第１ないし１２の何れかの構成による半
導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と、固体素子からレ
ーザビームを取り出す光共振器とを備えたものである。
振装置は、前記第１ないし１２の何れかの構成による半
導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と、固体素子からレ
ーザビームを取り出す光共振器とを備えたものである。
【００１９】
実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１の半導体
レーザ励起固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から
見た構成図である。図中、図２９と同一符号は、同一部
分もしくは相当部分を示している。図１において、３は
スタック型半導体レーザ２を出射する励起光を集光器１
０内に伝送する励起光伝送光学素子、３０１は励起光伝
送光学素子３に設けられた励起光入射面、３０２は励起
光伝送光学素子３に設けられた励起光出射面、３０３は
励起光伝送光学素子３に設けられた上側面、３０４は励
起光伝送光学素子３に設けられた下側面で、相対向する
上側面３０３と下側面３０４はテーパを形成している。
７はスタック型半導体レーザ２より出射した励起光、８
はスタック型半導体レーザ２を出射する励起光７の広が
り角を補正し平行光に変換する微小円筒レンズ列、１１
は集光器１０の側面に設けられた励起光７を導入するた
めの開口で、開口１１内に励起光伝送光学素子３が固定
されている。なお本実施の形態においては、直径６ mm
の円筒形状を有し、活性媒質としてネオジウムイオンが
０．８％ドープされたイットリウムアルミニウムガーネ
ットを固体素子１として用いている。また集光器１０の
内面は励起光波長に対する全反射膜が施されている。
レーザ励起固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から
見た構成図である。図中、図２９と同一符号は、同一部
分もしくは相当部分を示している。図１において、３は
スタック型半導体レーザ２を出射する励起光を集光器１
０内に伝送する励起光伝送光学素子、３０１は励起光伝
送光学素子３に設けられた励起光入射面、３０２は励起
光伝送光学素子３に設けられた励起光出射面、３０３は
励起光伝送光学素子３に設けられた上側面、３０４は励
起光伝送光学素子３に設けられた下側面で、相対向する
上側面３０３と下側面３０４はテーパを形成している。
７はスタック型半導体レーザ２より出射した励起光、８
はスタック型半導体レーザ２を出射する励起光７の広が
り角を補正し平行光に変換する微小円筒レンズ列、１１
は集光器１０の側面に設けられた励起光７を導入するた
めの開口で、開口１１内に励起光伝送光学素子３が固定
されている。なお本実施の形態においては、直径６ mm
の円筒形状を有し、活性媒質としてネオジウムイオンが
０．８％ドープされたイットリウムアルミニウムガーネ
ットを固体素子１として用いている。また集光器１０の
内面は励起光波長に対する全反射膜が施されている。
【００２０】図２は、本実施の形態において用いている
励起光伝送光学素子３を、励起光出射面３０２方向から
見た励起光伝送光学素子３の正面図、図３は本実施の形
態において用いている励起光伝送光学素子３を、上側面
３０３方向から見た励起光伝送光学素子３の上面図であ
る。図中、３０５は励起光伝送光学素子３に設けられた
左側面、３０６は励起光伝送光学素子３に設けられた右
側面、３０７は励起光入射面３０１および励起光出射面
３０２に施した励起光波長に対する反射防止膜である。
励起光伝送光学素子３を、励起光出射面３０２方向から
見た励起光伝送光学素子３の正面図、図３は本実施の形
態において用いている励起光伝送光学素子３を、上側面
３０３方向から見た励起光伝送光学素子３の上面図であ
る。図中、３０５は励起光伝送光学素子３に設けられた
左側面、３０６は励起光伝送光学素子３に設けられた右
側面、３０７は励起光入射面３０１および励起光出射面
３０２に施した励起光波長に対する反射防止膜である。
【００２１】図２および図３に示すように、本実施の形
態で用いている励起光伝送光学素子３は二等辺台形柱
（楔形）の形状を有し、励起光入射面３０１および励起
光出射面３０２がともに平行な平面で構成されており、
長方形状を有している。また励起光入射面３０１と励起
光出射面３０２は平行に形成されており、励起光入射面
３０１が形成する長方形と励起光出射面３０２が構成す
る長方形の相対向する各辺が平行となるよう配置されて
いる。励起光入射面３０１と励起光出射面３０２を結ぶ
側面は、励起光入射面３０１が形成する長方形と励起光
出射面３０２が構成する長方形の相対向する各辺を結ん
で形成される上側面３０３、下側面３０４、左側面３０
５、右側面３０６の４つの平面から構成されている。励
起光入射面３０１、励起光出射面３０２および上側面３
０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６に
は、いずれも光学研磨が施されている。また相対向する
左側面３０５と右側面３０６は、平行に形成されてお
り、励起光入射面３０１およぶ励起光出射面３０２に対
し直角に配設されている。なお本実施の形態において用
いている励起光伝送光学素子３の上側面３０３と下側面
３０４がなすテーパ角は１０゜、励起光入射面３０１上
における上側面３０３と下側面３０４間の距離は１０ｍ
ｍ、励起光出射面３０２上における上側面３０３と下側
面３０４間の距離は２ｍｍである。また励起光伝送光学
素子３の母材には、屈折率１．８５を有する高屈折率ガ
ラスを用いている。
態で用いている励起光伝送光学素子３は二等辺台形柱
（楔形）の形状を有し、励起光入射面３０１および励起
光出射面３０２がともに平行な平面で構成されており、
長方形状を有している。また励起光入射面３０１と励起
光出射面３０２は平行に形成されており、励起光入射面
３０１が形成する長方形と励起光出射面３０２が構成す
る長方形の相対向する各辺が平行となるよう配置されて
いる。励起光入射面３０１と励起光出射面３０２を結ぶ
側面は、励起光入射面３０１が形成する長方形と励起光
出射面３０２が構成する長方形の相対向する各辺を結ん
で形成される上側面３０３、下側面３０４、左側面３０
５、右側面３０６の４つの平面から構成されている。励
起光入射面３０１、励起光出射面３０２および上側面３
０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６に
は、いずれも光学研磨が施されている。また相対向する
左側面３０５と右側面３０６は、平行に形成されてお
り、励起光入射面３０１およぶ励起光出射面３０２に対
し直角に配設されている。なお本実施の形態において用
いている励起光伝送光学素子３の上側面３０３と下側面
３０４がなすテーパ角は１０゜、励起光入射面３０１上
における上側面３０３と下側面３０４間の距離は１０ｍ
ｍ、励起光出射面３０２上における上側面３０３と下側
面３０４間の距離は２ｍｍである。また励起光伝送光学
素子３の母材には、屈折率１．８５を有する高屈折率ガ
ラスを用いている。
【００２２】本実施の形態において励起光源として用い
るスタック型半導体レーザ２には、５つの発光層が積層
状に固定されており、各発光層より励起光７が発せられ
る。スタック型半導体レーザアレイ２の発光部前面に配
置された微小円筒レンズ列８は、スタック型半導体レー
ザ２の５つの発光層に対応し、５つの微小円筒レンズを
並列配置し一体化して形成したもので、各微小円筒レン
ズに対向する発光層より発せられる励起光７の広がり角
を低減せしめ平行光へと変換する。一般に半導体レーザ
より出射されるレーザビームの、半導体レーザ発光層中
の接合面に対し垂直な方向の広がり角は、接合面に対し
平行な方向の広がり角に比べ大きく、微小円筒レンズ列
８は、接合面に対し垂直な方向の広がり角を補正する方
向に設置すればよい。励起光の広がり角を補正すること
により、スタック型半導体レーザ２より発せられた励起
光７を、効率よく励起光伝送光学素子３内へ導入するこ
とができる。
るスタック型半導体レーザ２には、５つの発光層が積層
状に固定されており、各発光層より励起光７が発せられ
る。スタック型半導体レーザアレイ２の発光部前面に配
置された微小円筒レンズ列８は、スタック型半導体レー
ザ２の５つの発光層に対応し、５つの微小円筒レンズを
並列配置し一体化して形成したもので、各微小円筒レン
ズに対向する発光層より発せられる励起光７の広がり角
を低減せしめ平行光へと変換する。一般に半導体レーザ
より出射されるレーザビームの、半導体レーザ発光層中
の接合面に対し垂直な方向の広がり角は、接合面に対し
平行な方向の広がり角に比べ大きく、微小円筒レンズ列
８は、接合面に対し垂直な方向の広がり角を補正する方
向に設置すればよい。励起光の広がり角を補正すること
により、スタック型半導体レーザ２より発せられた励起
光７を、効率よく励起光伝送光学素子３内へ導入するこ
とができる。
【００２３】微小円筒レンズ列８により平行光へと変換
された励起光７は、励起光入射面３０１が平面で構成さ
れているため、集光作用等を受けることなく、平行光の
まま励起光伝送光学素子３内に入射する。このため、励
起光入射面３０１の中央部に入射した一部の励起光７を
除き、励起光伝送光学素子３の側面において、１回もし
くは複数回反射されたのち励起光出射面３０２に到達す
る。ここで励起光伝送光学素子３の上側面３０３と下側
面３０４はテーパを形成しているため、上側面３０３も
しくは下側面３０４において反射された励起光７が、再
度相対向する下側面３０４もしくは上側面３０３に入射
する際の入射角（入射面の法線と入射光線がなす角）
は、上側面３０３および下側面３０４がなす角度、即ち
テーパ角だけ小さくなる。ここで励起光伝送光学素子３
に入射した励起光７が、上側面３０３もしくは下側面３
０４に第１回目に入射した際の入射角をθ0、テーパ角
をφとすれば、上側面３０３もしくは下側面３０４にお
いてＮ回反射された後、再度上側面３０３もしくは下側
面３０４に対し入射する際の入射角θNは次式で与えら
れる。 θN = θ0 - N ×φ ・・・（１） 上側面３０３と下側面３０４間で反射を繰り返す毎に、
上側面３０３および下側面３０４に対する励起光７の入
射角は徐々に小さくなる。また（１）式においてθNの
符号が反転すると、励起光７は、励起光出射面３０２か
ら励起光入射面３０１へ向かう方向に逆進する。従って
上側面３０３および下側面３０４において許容される反
射回数には上限がある。
された励起光７は、励起光入射面３０１が平面で構成さ
れているため、集光作用等を受けることなく、平行光の
まま励起光伝送光学素子３内に入射する。このため、励
起光入射面３０１の中央部に入射した一部の励起光７を
除き、励起光伝送光学素子３の側面において、１回もし
くは複数回反射されたのち励起光出射面３０２に到達す
る。ここで励起光伝送光学素子３の上側面３０３と下側
面３０４はテーパを形成しているため、上側面３０３も
しくは下側面３０４において反射された励起光７が、再
度相対向する下側面３０４もしくは上側面３０３に入射
する際の入射角（入射面の法線と入射光線がなす角）
は、上側面３０３および下側面３０４がなす角度、即ち
テーパ角だけ小さくなる。ここで励起光伝送光学素子３
に入射した励起光７が、上側面３０３もしくは下側面３
０４に第１回目に入射した際の入射角をθ0、テーパ角
をφとすれば、上側面３０３もしくは下側面３０４にお
いてＮ回反射された後、再度上側面３０３もしくは下側
面３０４に対し入射する際の入射角θNは次式で与えら
れる。 θN = θ0 - N ×φ ・・・（１） 上側面３０３と下側面３０４間で反射を繰り返す毎に、
上側面３０３および下側面３０４に対する励起光７の入
射角は徐々に小さくなる。また（１）式においてθNの
符号が反転すると、励起光７は、励起光出射面３０２か
ら励起光入射面３０１へ向かう方向に逆進する。従って
上側面３０３および下側面３０４において許容される反
射回数には上限がある。
【００２４】図４は、テーパをなす２面間において反射
しながら進行する励起光の伝送モデルである。図４に示
す中心線はテーパ角をちょうど２分している。図４に
は、中心線と平行に進行する励起光が、テーパ面に入射
した際の励起光軌跡を示している。励起光はイの位置に
入射した後、ロ、ハ、ニ、ホの順に進行する。テーパ面
において反射作用を受ける毎に、相対向するテーパ面に
対する入射角は減少し、ニの位置に至った時点で入射角
の符号は反転する。この結果、励起光はテーパが広がる
方向へ逆進してしまう。テーパ面に対する入射角の符号
が反転するニの位置に至るまでの経路中、最も中心線に
近づく励起光とテーパ面との交差点はハである。最も中
心線に近いハの位置と中心線との距離をＷmin、テーパ
面に対し励起光が最初に入射したイの位置と中心線との
距離をＷinとし、ここで最小縮小比βを以下のように定
義する。 β = Ｗmin / Ｗin ・・・（２）
しながら進行する励起光の伝送モデルである。図４に示
す中心線はテーパ角をちょうど２分している。図４に
は、中心線と平行に進行する励起光が、テーパ面に入射
した際の励起光軌跡を示している。励起光はイの位置に
入射した後、ロ、ハ、ニ、ホの順に進行する。テーパ面
において反射作用を受ける毎に、相対向するテーパ面に
対する入射角は減少し、ニの位置に至った時点で入射角
の符号は反転する。この結果、励起光はテーパが広がる
方向へ逆進してしまう。テーパ面に対する入射角の符号
が反転するニの位置に至るまでの経路中、最も中心線に
近づく励起光とテーパ面との交差点はハである。最も中
心線に近いハの位置と中心線との距離をＷmin、テーパ
面に対し励起光が最初に入射したイの位置と中心線との
距離をＷinとし、ここで最小縮小比βを以下のように定
義する。 β = Ｗmin / Ｗin ・・・（２）
【００２５】最小縮小比βの値は、テーパ角により一義
的に定まる。図５は、テーパ角に対する最小縮小比βの
値を示している。テーパ角が大きくなるほど、最小縮小
比の値も大きくなっている。一定のテーパ角のもとで、
励起光入射面３０１から励起光出射面３０２に至る際の
上側面３０３と下側面３０４間距離の縮小比を、テーパ
角から定まる最小縮小比β以下に設定した場合、効率よ
い励起光の伝送が困難になる。このため、励起光伝送光
学素子を製作する際には、励起光入射面３０１から励起
光出射面３０２に至る際の上側面３０３と下側面３０４
間距離の縮小比を、テーパ角から定まる最小縮小比の値
より大きく設定することが肝要である。本実施の形態に
おいて用いている励起光伝送光学素子３の上側面３０３
と下側面３０４のなすテーパ角は１０゜であり、この場
合テーパ角から定まるの最小縮小比βの値は０．０９と
なる。実際の励起光伝送光学素子３では、励起光入射面
３０１の幅１０ｍｍに対し、励起光出射面３０２の幅を
２ｍｍに設定している。従って上側面３０３と下側面３
０４間距離の縮小比の値は０．２であり、テーパ角φか
ら定まる最小縮小比よりも十分大きい。従って、本実施
の形態に示す励起光伝送光学素子３を用いて、効率よく
励起光を集光器内に伝送することができた。
的に定まる。図５は、テーパ角に対する最小縮小比βの
値を示している。テーパ角が大きくなるほど、最小縮小
比の値も大きくなっている。一定のテーパ角のもとで、
励起光入射面３０１から励起光出射面３０２に至る際の
上側面３０３と下側面３０４間距離の縮小比を、テーパ
角から定まる最小縮小比β以下に設定した場合、効率よ
い励起光の伝送が困難になる。このため、励起光伝送光
学素子を製作する際には、励起光入射面３０１から励起
光出射面３０２に至る際の上側面３０３と下側面３０４
間距離の縮小比を、テーパ角から定まる最小縮小比の値
より大きく設定することが肝要である。本実施の形態に
おいて用いている励起光伝送光学素子３の上側面３０３
と下側面３０４のなすテーパ角は１０゜であり、この場
合テーパ角から定まるの最小縮小比βの値は０．０９と
なる。実際の励起光伝送光学素子３では、励起光入射面
３０１の幅１０ｍｍに対し、励起光出射面３０２の幅を
２ｍｍに設定している。従って上側面３０３と下側面３
０４間距離の縮小比の値は０．２であり、テーパ角φか
ら定まる最小縮小比よりも十分大きい。従って、本実施
の形態に示す励起光伝送光学素子３を用いて、効率よく
励起光を集光器内に伝送することができた。
【００２６】図５に、テーパ角に対する最小縮小比βの
関係を示す。この関係は、次の直線でよく近似できる。 β = 8.69 × 10-3・φ ＋ 5.86 × 10-4 ・・・（３） 従って、励起光入射面の幅をWin、励起光出射面の幅をW
outとすれば、励起光伝送光学素子の励起光入射面と励
起光出射面を結ぶ相対向する側面がなすテーパの角度φ
は、以下の（４）式の値より小さく設定すべきである。
但し、（３）、（４）式の単位は度（deg）である。 φ ＝ ((Ｗout / Ｗin) - 5.86 × 10-4) / 8.69 × 10-3 ・・・（４） 式（４）の値は、平行な入射励起光に対して励起光入射
面の幅Ｗinと出射面の幅Ｗoutが与えられたとき、入射
光が逆戻りせず順方向に伝送されるための最大のテーパ
角である。
関係を示す。この関係は、次の直線でよく近似できる。 β = 8.69 × 10-3・φ ＋ 5.86 × 10-4 ・・・（３） 従って、励起光入射面の幅をWin、励起光出射面の幅をW
outとすれば、励起光伝送光学素子の励起光入射面と励
起光出射面を結ぶ相対向する側面がなすテーパの角度φ
は、以下の（４）式の値より小さく設定すべきである。
但し、（３）、（４）式の単位は度（deg）である。 φ ＝ ((Ｗout / Ｗin) - 5.86 × 10-4) / 8.69 × 10-3 ・・・（４） 式（４）の値は、平行な入射励起光に対して励起光入射
面の幅Ｗinと出射面の幅Ｗoutが与えられたとき、入射
光が逆戻りせず順方向に伝送されるための最大のテーパ
角である。
【００２７】一方、屈折率の異なる媒質の境界におい
て、入射側媒質の屈折率をn1、出射側媒質の屈折率をn2
とすれば、全反射臨界入射角θcritは次式で与えられ
る。 θcrit = sin-1(n2 / n1) ・・・（５） ここでn1を励起光伝送光学素子３の屈折率、n2を励起光
伝送光学素子に接する媒質の屈折率とし、n1 > n2 が満
たされるものとすれば、励起光伝送光学素子３の屈折率
n1が大きくなるほどθcritの値は小さくなり、より広い
入射角範囲にある励起光７を、全反射作用により励起光
伝送光学素子３内に閉じ込め、励起光出射面３０２へ効
率よく伝送することができる。
て、入射側媒質の屈折率をn1、出射側媒質の屈折率をn2
とすれば、全反射臨界入射角θcritは次式で与えられ
る。 θcrit = sin-1(n2 / n1) ・・・（５） ここでn1を励起光伝送光学素子３の屈折率、n2を励起光
伝送光学素子に接する媒質の屈折率とし、n1 > n2 が満
たされるものとすれば、励起光伝送光学素子３の屈折率
n1が大きくなるほどθcritの値は小さくなり、より広い
入射角範囲にある励起光７を、全反射作用により励起光
伝送光学素子３内に閉じ込め、励起光出射面３０２へ効
率よく伝送することができる。
【００２８】本実施の形態においては、励起光伝送光学
素子３の母材として、屈折率１．８５の高屈折率ガラス
を用いている。このため通常の屈折率１．５程度の光学
ガラスを用いた場合に比べ、全反射臨界入射角θcritを
小さくすることができる。本実施の形態で用いている励
起光伝送光学素子３の相対向する左側面３０５および右
側面３０６は平行に形成されているため、励起光伝送光
学素子３内において、左側面３０５および右側面３０６
に対する励起光の入射角は、反射作用を受ける回数に係
わらず常に一定の角度に保たれる。従って励起光伝送光
学素子３への入射時点で、左側面３０５および右側面３
０６に対する励起光の入射角度成分が、全反射臨界入射
角θcrit以上であれば、励起光は左側面３０５および右
側面３０６から漏れ出すことなく伝送される。一方、テ
ーパを形成する上側面３０３および下側面３０４に入射
する励起光成分については、上側面３０３および下側面
３０４での反射回数にともない入射角が変化するため、
励起光伝送光学素子３入射時に全反射条件が満たされて
いても、上側面３０３および下側面３０４において反射
作用を繰り返して受けるうちに全反射条件からはずれ、
上側面３０３および下側面３０４から励起光が漏れ出す
ことも考えられる。
素子３の母材として、屈折率１．８５の高屈折率ガラス
を用いている。このため通常の屈折率１．５程度の光学
ガラスを用いた場合に比べ、全反射臨界入射角θcritを
小さくすることができる。本実施の形態で用いている励
起光伝送光学素子３の相対向する左側面３０５および右
側面３０６は平行に形成されているため、励起光伝送光
学素子３内において、左側面３０５および右側面３０６
に対する励起光の入射角は、反射作用を受ける回数に係
わらず常に一定の角度に保たれる。従って励起光伝送光
学素子３への入射時点で、左側面３０５および右側面３
０６に対する励起光の入射角度成分が、全反射臨界入射
角θcrit以上であれば、励起光は左側面３０５および右
側面３０６から漏れ出すことなく伝送される。一方、テ
ーパを形成する上側面３０３および下側面３０４に入射
する励起光成分については、上側面３０３および下側面
３０４での反射回数にともない入射角が変化するため、
励起光伝送光学素子３入射時に全反射条件が満たされて
いても、上側面３０３および下側面３０４において反射
作用を繰り返して受けるうちに全反射条件からはずれ、
上側面３０３および下側面３０４から励起光が漏れ出す
ことも考えられる。
【００２９】本実施の形態においては、上側面３０３お
よび下側面３０４に入射する励起光の広がり角成分を、
微小円筒レンズ列８を用いて予め平行に補正することに
より、上側面３０３および下側面３０４に対し、初回に
入射する際の入射角の増大を図っている。更に励起光入
射面３０１から励起光出射面３０２に至る際の上側面３
０３と下側面３０４間距離の縮小比を、上側面３０３と
下側面３０４のなすテーパ角から定まる最小縮小比に比
べ、十分大きく設定しているため、励起光入射面３０３
の上端部および下端部近傍に入射する励起光を除き、大
部分の励起光に対し、全反射条件、即ちθN > θcritを
満たすことができる。更に励起光伝送光学素子３の励起
光入射面３０１および励起光出射面３０２には、反射防
止膜が施されているので、励起光入射面３０１、励起光
出射面３０２において反射損失を被ることなく、励起光
源であるスタック型半導体レーザ２を出射した励起光
を、効率よく集光器１０内に伝送することができる。実
際に励起光伝送光学素子３の励起光透過特性を実測した
ところ、８５％以上の高い透過率が確認された。
よび下側面３０４に入射する励起光の広がり角成分を、
微小円筒レンズ列８を用いて予め平行に補正することに
より、上側面３０３および下側面３０４に対し、初回に
入射する際の入射角の増大を図っている。更に励起光入
射面３０１から励起光出射面３０２に至る際の上側面３
０３と下側面３０４間距離の縮小比を、上側面３０３と
下側面３０４のなすテーパ角から定まる最小縮小比に比
べ、十分大きく設定しているため、励起光入射面３０３
の上端部および下端部近傍に入射する励起光を除き、大
部分の励起光に対し、全反射条件、即ちθN > θcritを
満たすことができる。更に励起光伝送光学素子３の励起
光入射面３０１および励起光出射面３０２には、反射防
止膜が施されているので、励起光入射面３０１、励起光
出射面３０２において反射損失を被ることなく、励起光
源であるスタック型半導体レーザ２を出射した励起光
を、効率よく集光器１０内に伝送することができる。実
際に励起光伝送光学素子３の励起光透過特性を実測した
ところ、８５％以上の高い透過率が確認された。
【００３０】本実施の形態において示すように、励起光
が入射面３０１から出射面３０２へ近づくとともに、断
面積が漸次減少する励起光伝送光学素子３を使用し、励
起光伝送光学素子３内部の全反射作用を利用し集光器内
に励起光を伝送すれば、励起光は励起光伝送光学素子３
内に閉じ込められ、レンズ等の屈折光学素子を用いた自
由空間伝送の場合とは異なり、回折損失の影響を被るこ
となく、励起光を効率よく集光器内に伝送することが可
能となる。また集光器１０内面に設ける励起光導入用の
開口１１は、励起光伝送光学素子３の励起光出射面３０
２に相当する大きさとすればよいので、励起光源上の励
起光発光領域に比べ、集光器１０内面に設ける励起光導
入用開口１１の大きさを格段に小さくすることが可能に
なる。従って広い発光領域を有する励起光源を使用した
際にも、高い励起光伝送効率を保ちつつ、集光器内面に
おける無効領域の拡大を抑制し、簡易な構成のもとで高
い励起光利用効率を得ることができる。
が入射面３０１から出射面３０２へ近づくとともに、断
面積が漸次減少する励起光伝送光学素子３を使用し、励
起光伝送光学素子３内部の全反射作用を利用し集光器内
に励起光を伝送すれば、励起光は励起光伝送光学素子３
内に閉じ込められ、レンズ等の屈折光学素子を用いた自
由空間伝送の場合とは異なり、回折損失の影響を被るこ
となく、励起光を効率よく集光器内に伝送することが可
能となる。また集光器１０内面に設ける励起光導入用の
開口１１は、励起光伝送光学素子３の励起光出射面３０
２に相当する大きさとすればよいので、励起光源上の励
起光発光領域に比べ、集光器１０内面に設ける励起光導
入用開口１１の大きさを格段に小さくすることが可能に
なる。従って広い発光領域を有する励起光源を使用した
際にも、高い励起光伝送効率を保ちつつ、集光器内面に
おける無効領域の拡大を抑制し、簡易な構成のもとで高
い励起光利用効率を得ることができる。
【００３１】また本実施の形態における励起光伝送光学
素子３は、励起光入射面３０１および励起光出射面３０
２、ならびに励起光入射面と励起光出射面とを結ぶ上側
面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６
が、全て平面で形成されているため、製作が容易であ
る。
素子３は、励起光入射面３０１および励起光出射面３０
２、ならびに励起光入射面と励起光出射面とを結ぶ上側
面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６
が、全て平面で形成されているため、製作が容易であ
る。
【００３２】また本実施の形態における励起光伝送光学
素子３を用いた場合、励起光入射面３０１に平行光を入
射した場合であっても、テーパを形成する上側面および
下側面において反射作用を受けることにより、励起光伝
送光学素子３出射時の励起光の広がり角は大きくなる。
集光器入射時の励起光の広がり角の増加は、固体素子断
面内の励起密度分布の均一化に対し有効に働く。均一な
励起密度分布は、高品質のレーザビームを発生させる
際、発振の安定化を促進する働きがあることが実験的に
確認されている。従ってテーパをなす側面間での内部全
反射作用による励起光伝送は、高品質なレーザビームの
増幅に対しても有効に作用する。
素子３を用いた場合、励起光入射面３０１に平行光を入
射した場合であっても、テーパを形成する上側面および
下側面において反射作用を受けることにより、励起光伝
送光学素子３出射時の励起光の広がり角は大きくなる。
集光器入射時の励起光の広がり角の増加は、固体素子断
面内の励起密度分布の均一化に対し有効に働く。均一な
励起密度分布は、高品質のレーザビームを発生させる
際、発振の安定化を促進する働きがあることが実験的に
確認されている。従ってテーパをなす側面間での内部全
反射作用による励起光伝送は、高品質なレーザビームの
増幅に対しても有効に作用する。
【００３３】また本実施の形態における励起光伝送光学
素子３は、励起光入射面３０１および励起光出射面３０
２が何れも長方形状を有しており、また励起光入射面３
０１と励起光出射面３０２とを結ぶ側面は、励起光出射
面３０２が形成する長方形の各辺を含む上側面３０３、
下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６からなる４
つの平面で形成されているため、励起光伝送光学素子３
の設計および製作が簡易になるばかりでなく、励起光入
射面３０１と励起光源における発光領域形状との整合、
および励起光出射面３０２と固体素子１形状との整合が
容易であるため、励起光源を発した励起光を、低損失で
励起光伝送光学素子３内に導入するとともに、効率よく
固体素子１を照射し、高い励起光利用効率を得ることが
できる。
素子３は、励起光入射面３０１および励起光出射面３０
２が何れも長方形状を有しており、また励起光入射面３
０１と励起光出射面３０２とを結ぶ側面は、励起光出射
面３０２が形成する長方形の各辺を含む上側面３０３、
下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６からなる４
つの平面で形成されているため、励起光伝送光学素子３
の設計および製作が簡易になるばかりでなく、励起光入
射面３０１と励起光源における発光領域形状との整合、
および励起光出射面３０２と固体素子１形状との整合が
容易であるため、励起光源を発した励起光を、低損失で
励起光伝送光学素子３内に導入するとともに、効率よく
固体素子１を照射し、高い励起光利用効率を得ることが
できる。
【００３４】また本実施の形態における励起光伝送光学
素子３は、相対向する左側面３０５と右側面３０６が平
行に形成されているので、左側面３０５もしくは右側面
３０６のいずれか一方を予め基準面として形成し、基準
面に対し平行に左側面３０６もしくは右側面３０５を形
成すればよいので、励起光伝送光学素子３を高精度で容
易に加工、研磨することが可能となり、製作コストの低
減を図ることができる。
素子３は、相対向する左側面３０５と右側面３０６が平
行に形成されているので、左側面３０５もしくは右側面
３０６のいずれか一方を予め基準面として形成し、基準
面に対し平行に左側面３０６もしくは右側面３０５を形
成すればよいので、励起光伝送光学素子３を高精度で容
易に加工、研磨することが可能となり、製作コストの低
減を図ることができる。
【００３５】本実施の形態の励起光伝送光学素子３を使
用しても、広い発光領域を有する励起光源より発せられ
た励起光を、効率よく集光器内へ伝送することが可能と
なるばかりでなく、励起光伝送光学素子３中の相対向す
る左側面３０５と右側面３０６を平行に形成し、且つ励
起光入射面３０１および励起光出射面３０２に対し直角
に形成しているので、励起光入射面３０１を基準面とし
て予め形成し、基準面である励起光入射面３０１に対し
平行に励起光出射面３０２を形成し、基準面である励起
光入射面３０１に対し直角に左側面３０５および右側面
を形成すればよいので、励起光伝送光学素子３を高精度
で容易に製作することが可能となり、製作コストの低減
を図ることができる。
用しても、広い発光領域を有する励起光源より発せられ
た励起光を、効率よく集光器内へ伝送することが可能と
なるばかりでなく、励起光伝送光学素子３中の相対向す
る左側面３０５と右側面３０６を平行に形成し、且つ励
起光入射面３０１および励起光出射面３０２に対し直角
に形成しているので、励起光入射面３０１を基準面とし
て予め形成し、基準面である励起光入射面３０１に対し
平行に励起光出射面３０２を形成し、基準面である励起
光入射面３０１に対し直角に左側面３０５および右側面
を形成すればよいので、励起光伝送光学素子３を高精度
で容易に製作することが可能となり、製作コストの低減
を図ることができる。
【００３６】更に励起光伝送光学素子３を励起系部品中
に設置する際にも、励起光伝送光学素子の左側面３０５
もしくは右側面３０６を基準とすることにより、精確な
位置へ精確な角度で容易に設置、調整することが可能に
なる。
に設置する際にも、励起光伝送光学素子の左側面３０５
もしくは右側面３０６を基準とすることにより、精確な
位置へ精確な角度で容易に設置、調整することが可能に
なる。
【００３７】本実施の形態においては、励起光伝送光学
素子の材料として、屈折率１．８５の高屈折率ガラスを
使用する構成を示したが、励起光波長に対し透明で屈折
率の高い材料であれば、励起光伝送光学素子の側面にお
ける全反射臨海角を小さくすることができるので、励起
光光学素子中の内部全反射作用により、励起光の広がり
角が大きな場合も、高効率に励起光を伝送することがで
きる。例えば、励起光伝送光学素子の材料として、屈折
率１．８２のノンドープのイットリウムアルミニウムガ
ーネットや屈折率１．７６のサファイアを利用しても、
高い励起光伝送効率を得ることができる。
素子の材料として、屈折率１．８５の高屈折率ガラスを
使用する構成を示したが、励起光波長に対し透明で屈折
率の高い材料であれば、励起光伝送光学素子の側面にお
ける全反射臨海角を小さくすることができるので、励起
光光学素子中の内部全反射作用により、励起光の広がり
角が大きな場合も、高効率に励起光を伝送することがで
きる。例えば、励起光伝送光学素子の材料として、屈折
率１．８２のノンドープのイットリウムアルミニウムガ
ーネットや屈折率１．７６のサファイアを利用しても、
高い励起光伝送効率を得ることができる。
【００３８】実施の形態２．図６は、本発明の実施の形
態２の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励起部を
光軸方向から見た構成図である。本実施の形態における
励起光伝送光学素子３には、励起光入射面３０１が固体
素子１の光軸に平行な軸をもつ凸形の円筒面で形成され
たいわゆるレンズダクトを使用している。また本実施の
形態における集光器１０は、内面が拡散反射面で構成さ
れている。前記実施の形態と同じく、励起光伝送光学素
子３の上側面３０３と下側面３０４はテーパを形成して
おり、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２に近
づくとともに、上側面３０３と下側面３０４間の距離は
減少する。励起光入射面３０１と励起光出射面３０２に
は励起光波長に対する反射防止膜が施されている。また
前記実施の形態と同じく、励起光伝送光学素子３の左側
面３０５と右側面３０６は平行、かつ励起光入射面３０
１および励起光出射面３０２に対し直角に形成されてい
る。
態２の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励起部を
光軸方向から見た構成図である。本実施の形態における
励起光伝送光学素子３には、励起光入射面３０１が固体
素子１の光軸に平行な軸をもつ凸形の円筒面で形成され
たいわゆるレンズダクトを使用している。また本実施の
形態における集光器１０は、内面が拡散反射面で構成さ
れている。前記実施の形態と同じく、励起光伝送光学素
子３の上側面３０３と下側面３０４はテーパを形成して
おり、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２に近
づくとともに、上側面３０３と下側面３０４間の距離は
減少する。励起光入射面３０１と励起光出射面３０２に
は励起光波長に対する反射防止膜が施されている。また
前記実施の形態と同じく、励起光伝送光学素子３の左側
面３０５と右側面３０６は平行、かつ励起光入射面３０
１および励起光出射面３０２に対し直角に形成されてい
る。
【００３９】本実施の形態に示すように、励起光伝送光
学素子３の励起光入射面３０１を凸形状の曲面で形成す
れば、励起光入射面３０１に集光作用を付加することが
できるので、励起光入射面３０１に入射した励起光７の
進行方向を励起光出射面３０２側へ折り曲げることがで
きる。従って、励起光伝送光学素子３に入射した励起光
７の大部分は、上側面３０３および下側面３０４におい
て反射作用を受けることなく、励起光出射面３０２に直
接到達し、励起光７を効率よく集光器内に伝送すること
ができる。
学素子３の励起光入射面３０１を凸形状の曲面で形成す
れば、励起光入射面３０１に集光作用を付加することが
できるので、励起光入射面３０１に入射した励起光７の
進行方向を励起光出射面３０２側へ折り曲げることがで
きる。従って、励起光伝送光学素子３に入射した励起光
７の大部分は、上側面３０３および下側面３０４におい
て反射作用を受けることなく、励起光出射面３０２に直
接到達し、励起光７を効率よく集光器内に伝送すること
ができる。
【００４０】図７は、本実施の形態において使用してい
る励起光伝送光学素子３中を励起光が通過する軌跡を示
す計算結果である。図中、７０１で示す実線は、本実施
の形態と同じく曲面で形成された励起光入射面を想定し
た励起光軌跡計算結果、７０２で示す点線は、平面で形
成された励起光入射面を想定した励起光軌跡計算結果で
ある。また中心線は上側面３０３および下側面３０４で
形成されるテーパをちょうど２分している。励起光軌跡
計算結果７０１、７０２はともに、励起光が励起光入射
面３０１上部に、中心線に対し平行に入射することを想
定している。
る励起光伝送光学素子３中を励起光が通過する軌跡を示
す計算結果である。図中、７０１で示す実線は、本実施
の形態と同じく曲面で形成された励起光入射面を想定し
た励起光軌跡計算結果、７０２で示す点線は、平面で形
成された励起光入射面を想定した励起光軌跡計算結果で
ある。また中心線は上側面３０３および下側面３０４で
形成されるテーパをちょうど２分している。励起光軌跡
計算結果７０１、７０２はともに、励起光が励起光入射
面３０１上部に、中心線に対し平行に入射することを想
定している。
【００４１】曲面の励起光入射面を想定した計算結果７
０１をみると、励起光入射位置における励起光入射面の
法線と、励起光進行方向が平行でないため、励起光入射
面３０１において、励起光の進行方向は屈折により下方
向へ折り曲げられる。励起光は、励起光出射面３０２に
到達する途中で、上側面３０３に一旦、入射する。上側
面３０３に対する入射角は非常に大きく、上側面３０３
において全反射された後、励起光出射面３０２へ至って
いる。
０１をみると、励起光入射位置における励起光入射面の
法線と、励起光進行方向が平行でないため、励起光入射
面３０１において、励起光の進行方向は屈折により下方
向へ折り曲げられる。励起光は、励起光出射面３０２に
到達する途中で、上側面３０３に一旦、入射する。上側
面３０３に対する入射角は非常に大きく、上側面３０３
において全反射された後、励起光出射面３０２へ至って
いる。
【００４２】一方、平面の励起光入射面を想定した計算
結果７０２をみると、励起光入射位置における励起光入
射面３０１の法線と、励起光の進行方向が平行になるた
め、励起光入射面３０１において励起光は進行方向を変
化させることなく、励起光伝送光学素子３内に入射す
る。励起光伝送光学素子３入射後、励起光は、上側面３
０３で２回、下側面３０４で１回合計３回の反射作用を
受けた後、励起光出射面３０２に到達することなく、励
起光入射面３０１方向へ逆進を開始する。図７に示す励
起光伝送光学素子３の構成において励起光入射面３０１
を平面で形成した場合には、テーパ角が（４）式の条件
を満たしておらず、励起光を効率よく集光器内へ伝送す
ることは困難になる。
結果７０２をみると、励起光入射位置における励起光入
射面３０１の法線と、励起光の進行方向が平行になるた
め、励起光入射面３０１において励起光は進行方向を変
化させることなく、励起光伝送光学素子３内に入射す
る。励起光伝送光学素子３入射後、励起光は、上側面３
０３で２回、下側面３０４で１回合計３回の反射作用を
受けた後、励起光出射面３０２に到達することなく、励
起光入射面３０１方向へ逆進を開始する。図７に示す励
起光伝送光学素子３の構成において励起光入射面３０１
を平面で形成した場合には、テーパ角が（４）式の条件
を満たしておらず、励起光を効率よく集光器内へ伝送す
ることは困難になる。
【００４３】本実施の形態に示すように、励起光伝送光
学素子の励起光入射面を凸型の曲面で形成すれば、励起
光伝送光学素子入射時の励起光の進行方向を、励起光出
射面の方向へ折り曲げることができるので、励起光伝送
光学素子内においてテーパをなす上側面および下側面に
対する励起光の入射角を大きくすることができる。従っ
て、励起光入射面を平面で形成した場合に比べ、上側面
と下側面のなすテーパ角を大きくしても、効率よく励起
光を伝送することが可能となる。励起光入射面３０１か
ら励起光出射面３０２に至る際の上側面３０３と下側面
３０４間の距離の縮小比を一定とした場合、テーパ角が
大きくなれば、励起光入射面から励起光出射面までの距
離は短くなるので、本実施の形態に示す励起光伝送光学
素子を使用すれば、広い発光領域を有する励起光源を使
用した際にも、集光器内への高い励起光伝送効率を維持
しつつ、集光器内面における無効領域の拡大を抑制し、
簡易な構成のもとで高い励起光利用効率を得ることがで
きるばかりでなく、励起光伝送光学素子の小型化を図
り、励起部をコンパクトに構成することができる。
学素子の励起光入射面を凸型の曲面で形成すれば、励起
光伝送光学素子入射時の励起光の進行方向を、励起光出
射面の方向へ折り曲げることができるので、励起光伝送
光学素子内においてテーパをなす上側面および下側面に
対する励起光の入射角を大きくすることができる。従っ
て、励起光入射面を平面で形成した場合に比べ、上側面
と下側面のなすテーパ角を大きくしても、効率よく励起
光を伝送することが可能となる。励起光入射面３０１か
ら励起光出射面３０２に至る際の上側面３０３と下側面
３０４間の距離の縮小比を一定とした場合、テーパ角が
大きくなれば、励起光入射面から励起光出射面までの距
離は短くなるので、本実施の形態に示す励起光伝送光学
素子を使用すれば、広い発光領域を有する励起光源を使
用した際にも、集光器内への高い励起光伝送効率を維持
しつつ、集光器内面における無効領域の拡大を抑制し、
簡易な構成のもとで高い励起光利用効率を得ることがで
きるばかりでなく、励起光伝送光学素子の小型化を図
り、励起部をコンパクトに構成することができる。
【００４４】なお、本実施の形態においては、励起光伝
送光学素子の励起光入射面を、製作が容易な円筒面で形
成する構成を示したが、面の形状は凸型の曲面であれば
他の形状でもよく、励起光入射面を凸型の放物線からな
る曲面で形成すれば、励起光入射面は球面収差のない理
想的なレンズとして作用するため、励起光を更に効率よ
く集光器内へ伝送することが可能となる。
送光学素子の励起光入射面を、製作が容易な円筒面で形
成する構成を示したが、面の形状は凸型の曲面であれば
他の形状でもよく、励起光入射面を凸型の放物線からな
る曲面で形成すれば、励起光入射面は球面収差のない理
想的なレンズとして作用するため、励起光を更に効率よ
く集光器内へ伝送することが可能となる。
【００４５】図８は図６で示した本実施の形態における
半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と同一な構成にお
いて、集光器内面を全反射面で構成した場合（ａ）と、
拡散反射面で構成した場合（ｂ）の固体素子内での励起
密度分布を示している。全反射面、拡散反射面の場合と
もに、励起光入射位置に対応する位置で最も励起密度が
高くなるものの、集光器内面を拡散反射面とすることに
より、励起密度分布の固体素子内の位置による差が減少
し、励起密度分布の均一化が効果的に図られている。
半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と同一な構成にお
いて、集光器内面を全反射面で構成した場合（ａ）と、
拡散反射面で構成した場合（ｂ）の固体素子内での励起
密度分布を示している。全反射面、拡散反射面の場合と
もに、励起光入射位置に対応する位置で最も励起密度が
高くなるものの、集光器内面を拡散反射面とすることに
より、励起密度分布の固体素子内の位置による差が減少
し、励起密度分布の均一化が効果的に図られている。
【００４６】また本実施の形態のように、内面が拡散反
射面で構成された集光器を使用すれば、全反射膜が施さ
れた集光器と同様、固体素子に直接入射しない励起光や
固体素子を透過した励起光の進行方向を折り返して、再
度固体素子の励起に利用することができるので、高い励
起光利用効率が得られるばかりでなく、集光器内面での
拡散反射効果により、励起密度分布の均一化が促進さ
れ、更に高品質なビームの増幅を安定に行うことができ
る。
射面で構成された集光器を使用すれば、全反射膜が施さ
れた集光器と同様、固体素子に直接入射しない励起光や
固体素子を透過した励起光の進行方向を折り返して、再
度固体素子の励起に利用することができるので、高い励
起光利用効率が得られるばかりでなく、集光器内面での
拡散反射効果により、励起密度分布の均一化が促進さ
れ、更に高品質なビームの増幅を安定に行うことができ
る。
【００４７】拡散反射面を有する集光器は、集光器材料
として多孔質材料であるセラミックを使用したり、鏡面
状に仕上げられた金属集光器の内面を粗して細かな凹凸
を設けることで、容易に製作することができる。
として多孔質材料であるセラミックを使用したり、鏡面
状に仕上げられた金属集光器の内面を粗して細かな凹凸
を設けることで、容易に製作することができる。
【００４８】実施の形態３．図９は本発明の実施の形態
３の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において使用
している励起光伝送光学素子３を左側面３０５方向から
見た構成図である。本実施の形態においては、励起光伝
送光学素子３の励起光入射面３０１および励起光出射面
３０２は平行かつ平面で形成されており、励起光波長に
対する反射防止膜が施されている。また前記実施の形態
と同じく、上側面３０３と下側面３０４はテーパを形成
しており、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２
へ近づくとともに、上側面３０３と下側面３０４間の距
離は減少する。また相対向する左側面３０５および右側
面３０６は平行、かつ励起光入射面３０１および励起光
出射面３０２に対し直角に形成されている。本図に示す
ように本実施の形態の励起光伝送光学素子３の母材に
は、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２へ近づ
くとともに、屈折率が１．４から１．７まで連続的に増
加する材料を使用している。即ち、励起光伝送光学素子
３母材の屈折率は、上側面３０３および下側面３０４を
２分する中心線に沿って変化する。
３の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において使用
している励起光伝送光学素子３を左側面３０５方向から
見た構成図である。本実施の形態においては、励起光伝
送光学素子３の励起光入射面３０１および励起光出射面
３０２は平行かつ平面で形成されており、励起光波長に
対する反射防止膜が施されている。また前記実施の形態
と同じく、上側面３０３と下側面３０４はテーパを形成
しており、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２
へ近づくとともに、上側面３０３と下側面３０４間の距
離は減少する。また相対向する左側面３０５および右側
面３０６は平行、かつ励起光入射面３０１および励起光
出射面３０２に対し直角に形成されている。本図に示す
ように本実施の形態の励起光伝送光学素子３の母材に
は、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２へ近づ
くとともに、屈折率が１．４から１．７まで連続的に増
加する材料を使用している。即ち、励起光伝送光学素子
３母材の屈折率は、上側面３０３および下側面３０４を
２分する中心線に沿って変化する。
【００４９】図中、７０１で示す実線は、本実施の形態
と同じく励起光伝送光学素子３の母材に、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに屈折率
が連続的に増加する材料の使用を想定した励起光軌跡計
算結果、７０２で示す点線は、均一な屈折率を有する材
料の使用を想定した励起光軌跡計算結果である。励起光
軌跡計算結果７０１、７０２はともに、励起光が励起光
入射面３０１の上部に中心線に対し平行に入射すること
を想定したものである。
と同じく励起光伝送光学素子３の母材に、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに屈折率
が連続的に増加する材料の使用を想定した励起光軌跡計
算結果、７０２で示す点線は、均一な屈折率を有する材
料の使用を想定した励起光軌跡計算結果である。励起光
軌跡計算結果７０１、７０２はともに、励起光が励起光
入射面３０１の上部に中心線に対し平行に入射すること
を想定したものである。
【００５０】屈折率が不均一に分布する媒質中を光線が
通過する場合、光線の進行方向は、屈折率の傾きが正に
なる方向、即ち、屈折率が高くなる方向に向かって折れ
曲がる性質を有する。このため本実施の形態に示すよう
に、励起光伝送光学素子３の母材に、励起光入射面３０
１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折率が
増加する屈折率分布を有する材料を使用すれば、励起光
伝送光学素子３中を通過する励起光の進行方向は、励起
光入射面３０１から励起光出射面３０２に向かう方向、
即ち中心線に対し平行となるような向きに折り曲げられ
る。従って、均一な屈折率を有する材料を励起光伝送光
学素子３の母材として使用する場合に比べ、上側面３０
３および下側面３０４に対する励起光の入射角は増加す
る。この結果、均一な屈折率を有する材料を励起光伝送
光学素子３の母材に使用した場合には、テーパ角が
（４）式の条件を満たしておらず、上側面３０３および
下側面３０４における多重反射により、励起光が励起光
出射面３０２へ至る以前に、励起光入射面３０１へ向か
い逆進を開始してしまう。一方、本実施の形態の励起光
伝送光学素子３のように、励起光入射面３０１から励起
光出射面３０２へ近づくとともに、屈折率が増加する屈
折率分布を有する材料を母材として使用すれば、励起光
伝送光学素子３内で励起光の進行方向を折り曲げ、効率
よく励起光出射面３０２まで励起光を伝送することがで
きる。従って、均一な屈折率を有する材料で形成した励
起光伝送光学素子と、同一形状を維持したまま励起光伝
送効率の向上が可能となるばかりでなく、上側面３０３
および下側面３０４がなすテーパ角が増加しても、高い
励起光伝送効率を維持することができるので、励起光入
射面３０１から励起光出射面３０２までの距離を短くし
て励起光伝送光学素子３の小型化を図り、励起部をコン
パクトに構成することができる。
通過する場合、光線の進行方向は、屈折率の傾きが正に
なる方向、即ち、屈折率が高くなる方向に向かって折れ
曲がる性質を有する。このため本実施の形態に示すよう
に、励起光伝送光学素子３の母材に、励起光入射面３０
１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折率が
増加する屈折率分布を有する材料を使用すれば、励起光
伝送光学素子３中を通過する励起光の進行方向は、励起
光入射面３０１から励起光出射面３０２に向かう方向、
即ち中心線に対し平行となるような向きに折り曲げられ
る。従って、均一な屈折率を有する材料を励起光伝送光
学素子３の母材として使用する場合に比べ、上側面３０
３および下側面３０４に対する励起光の入射角は増加す
る。この結果、均一な屈折率を有する材料を励起光伝送
光学素子３の母材に使用した場合には、テーパ角が
（４）式の条件を満たしておらず、上側面３０３および
下側面３０４における多重反射により、励起光が励起光
出射面３０２へ至る以前に、励起光入射面３０１へ向か
い逆進を開始してしまう。一方、本実施の形態の励起光
伝送光学素子３のように、励起光入射面３０１から励起
光出射面３０２へ近づくとともに、屈折率が増加する屈
折率分布を有する材料を母材として使用すれば、励起光
伝送光学素子３内で励起光の進行方向を折り曲げ、効率
よく励起光出射面３０２まで励起光を伝送することがで
きる。従って、均一な屈折率を有する材料で形成した励
起光伝送光学素子と、同一形状を維持したまま励起光伝
送効率の向上が可能となるばかりでなく、上側面３０３
および下側面３０４がなすテーパ角が増加しても、高い
励起光伝送効率を維持することができるので、励起光入
射面３０１から励起光出射面３０２までの距離を短くし
て励起光伝送光学素子３の小型化を図り、励起部をコン
パクトに構成することができる。
【００５１】本実施の形態の励起光伝送光学素子３の母
材のように屈折率が連続的に変化する材料は、組成の異
なる複数のガラスを密接し、熱処理を施すことにより形
成することができる。所望する屈折率分布に応じて、密
接するガラスの組成、厚みを選択すれば、任意の屈折率
分布を実現することができる。
材のように屈折率が連続的に変化する材料は、組成の異
なる複数のガラスを密接し、熱処理を施すことにより形
成することができる。所望する屈折率分布に応じて、密
接するガラスの組成、厚みを選択すれば、任意の屈折率
分布を実現することができる。
【００５２】また本実施の形態の励起光伝送光学素子３
のように、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２
へ近づくとともに、屈折率が増加する屈折率分布を有す
る材料を母材として使用し、かつ励起光入射面３０１を
凸型の曲面で形成すれば、更に上側面３０１と下側面３
０２とで形成されるテーパ角の増大が可能となり、励起
光伝送光学素子３をより小さくすることができる。
のように、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２
へ近づくとともに、屈折率が増加する屈折率分布を有す
る材料を母材として使用し、かつ励起光入射面３０１を
凸型の曲面で形成すれば、更に上側面３０１と下側面３
０２とで形成されるテーパ角の増大が可能となり、励起
光伝送光学素子３をより小さくすることができる。
【００５３】実施の形態４．図１０は本発明の実施の形
態４の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において使
用している励起光伝送光学素子３を、左側面３０５方向
から見た構成図である。本実施の形態においては、励起
光伝送光学素子３の励起光入射面３０１および励起光出
射面３０２は平行かつ平面で形成されており、励起光波
長に対する反射防止膜が施されている。また前記実施の
形態と同じく、上側面３０３と下側面３０４はテーパを
形成しており、励起光入射面３０１から励起光出射面３
０２へ近づくとともに、上側面３０３と下側面３０４間
の距離は減少する。また相対向する左側面３０５および
右側面３０６は平行、かつ励起光入射面３０１および励
起光出射面３０２に対し直角に形成されている。本図に
示すように、本実施の形態の励起光伝送光学素子３に
は、上側面３０３と下側面３０４で形成されるテーパを
２分する中心線に直交する方向に対し、屈折率が分布す
る材料を母材として使用している。本実施の形態におけ
る励起光伝送光学素子３は、中心線上の屈折率が１．７
と最も高く、中心線からの距離にともない屈折率が放物
線関数的に減少する屈折率分布を有している。励起光入
射面３０１上で中心線から最も離れた位置における屈折
率は１．３である。なお紙面に垂直な方向に対しては屈
折率は一定である。
態４の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において使
用している励起光伝送光学素子３を、左側面３０５方向
から見た構成図である。本実施の形態においては、励起
光伝送光学素子３の励起光入射面３０１および励起光出
射面３０２は平行かつ平面で形成されており、励起光波
長に対する反射防止膜が施されている。また前記実施の
形態と同じく、上側面３０３と下側面３０４はテーパを
形成しており、励起光入射面３０１から励起光出射面３
０２へ近づくとともに、上側面３０３と下側面３０４間
の距離は減少する。また相対向する左側面３０５および
右側面３０６は平行、かつ励起光入射面３０１および励
起光出射面３０２に対し直角に形成されている。本図に
示すように、本実施の形態の励起光伝送光学素子３に
は、上側面３０３と下側面３０４で形成されるテーパを
２分する中心線に直交する方向に対し、屈折率が分布す
る材料を母材として使用している。本実施の形態におけ
る励起光伝送光学素子３は、中心線上の屈折率が１．７
と最も高く、中心線からの距離にともない屈折率が放物
線関数的に減少する屈折率分布を有している。励起光入
射面３０１上で中心線から最も離れた位置における屈折
率は１．３である。なお紙面に垂直な方向に対しては屈
折率は一定である。
【００５４】図中、７０１で示す実線は、本実施の形態
と同じく励起光伝送光学素子３の母材に、上側面３０３
と下側面３０４を２分する中心線に直交する方向に対
し、中心線上を最大とした放物線関数状の屈折率分布を
想定した励起光軌跡計算結果、７０２で示す点線は、均
一な屈折率を有する材料の使用を想定した励起光軌跡計
算結果である。励起光軌跡計算結果７０１、７０２はと
もに、励起光入射面３０１中央やや上部に、励起光が斜
入射する場合を想定している。
と同じく励起光伝送光学素子３の母材に、上側面３０３
と下側面３０４を２分する中心線に直交する方向に対
し、中心線上を最大とした放物線関数状の屈折率分布を
想定した励起光軌跡計算結果、７０２で示す点線は、均
一な屈折率を有する材料の使用を想定した励起光軌跡計
算結果である。励起光軌跡計算結果７０１、７０２はと
もに、励起光入射面３０１中央やや上部に、励起光が斜
入射する場合を想定している。
【００５５】励起光伝送光学素子３の母材に均一な屈折
率分布を有する材料を使用した場合、励起光は、テーパ
を形成する上側面３０３および下側面３０４での多重反
射により、励起光出射面３０２に到達する前に、励起光
入射面３０１方向へ逆進を開始してしまう。一方、本実
施の形態に示すように、励起光伝送光学素子３の母材に
テーパを２分する中心線に対し、直交する方向に放物線
関数状の屈折率分布を有する材料を使用した場合、励起
光の進行方向は、常に中心線方向に向かい折り曲げられ
るため、中心線を中心に蛇行する軌跡を示す。この結
果、テーパを形成する上側面３０３および下側面３０４
に対する励起光の入射回数が低減されるばかりでなく、
上側面３０３もしくは下側面３０４に対する入射角が増
大するため、励起光を励起光出射面３０２まで効率よく
伝送することが可能となる。
率分布を有する材料を使用した場合、励起光は、テーパ
を形成する上側面３０３および下側面３０４での多重反
射により、励起光出射面３０２に到達する前に、励起光
入射面３０１方向へ逆進を開始してしまう。一方、本実
施の形態に示すように、励起光伝送光学素子３の母材に
テーパを２分する中心線に対し、直交する方向に放物線
関数状の屈折率分布を有する材料を使用した場合、励起
光の進行方向は、常に中心線方向に向かい折り曲げられ
るため、中心線を中心に蛇行する軌跡を示す。この結
果、テーパを形成する上側面３０３および下側面３０４
に対する励起光の入射回数が低減されるばかりでなく、
上側面３０３もしくは下側面３０４に対する入射角が増
大するため、励起光を励起光出射面３０２まで効率よく
伝送することが可能となる。
【００５６】本実施の形態に示すように、励起光伝送光
学素子３の母材に、励起光入射面と励起光出射面とを結
ぶ直線に直交する方向に対し、屈折率分布を有する材料
を使用すれば、励起光伝送光学素子３の母材に均一な屈
折率を有する材料を使用する場合に比べ、上側面３０３
と下側面３０４のなすテーパ角を大きくしても、効率よ
く励起光を伝送することができるので、前記実施の形態
１と同様な効果が得られるばかりでなく、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２までの距離を短くして、
励起光伝送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパ
クトに構成することが可能となる。
学素子３の母材に、励起光入射面と励起光出射面とを結
ぶ直線に直交する方向に対し、屈折率分布を有する材料
を使用すれば、励起光伝送光学素子３の母材に均一な屈
折率を有する材料を使用する場合に比べ、上側面３０３
と下側面３０４のなすテーパ角を大きくしても、効率よ
く励起光を伝送することができるので、前記実施の形態
１と同様な効果が得られるばかりでなく、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２までの距離を短くして、
励起光伝送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパ
クトに構成することが可能となる。
【００５７】また本実施の形態の励起光伝送光学素子３
のように、励起光伝送光学素子３の母材に、励起光入射
面と励起光出射面とを結ぶ直線に直交する方向に対し、
屈折率分布を有する材料を使用し、かつ励起光入射面３
０１を凸型の曲面で形成すれば、更に上側面３０１と下
側面３０２とで形成されるテーパ角の増大が可能とな
り、励起光伝送光学素子３をより小型化することが可能
となる。
のように、励起光伝送光学素子３の母材に、励起光入射
面と励起光出射面とを結ぶ直線に直交する方向に対し、
屈折率分布を有する材料を使用し、かつ励起光入射面３
０１を凸型の曲面で形成すれば、更に上側面３０１と下
側面３０２とで形成されるテーパ角の増大が可能とな
り、励起光伝送光学素子３をより小型化することが可能
となる。
【００５８】実施の形態５．図１１は、本発明の実施の
形態５において用いている励起光伝送光学素子３を、励
起光出射面３０２方向から見た励起光伝送光学素子３の
正面図、図１２は、左側面３０５方向から見た励起光伝
送光学素子３の側面図である。本実施の形態で用いてい
る励起光伝送光学素子３は、相対向する左側面３０５と
右側面３０６もテーパを形成しており、励起光入射面３
０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに左側面３
０５と右側面３０６間の距離は減少する。なお本実施の
形態の励起光伝送光学素子３の母材には、屈折率１．８
５の高屈折率ガラスを用いており、励起光入射面３０１
は平面で形成されている。
形態５において用いている励起光伝送光学素子３を、励
起光出射面３０２方向から見た励起光伝送光学素子３の
正面図、図１２は、左側面３０５方向から見た励起光伝
送光学素子３の側面図である。本実施の形態で用いてい
る励起光伝送光学素子３は、相対向する左側面３０５と
右側面３０６もテーパを形成しており、励起光入射面３
０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに左側面３
０５と右側面３０６間の距離は減少する。なお本実施の
形態の励起光伝送光学素子３の母材には、屈折率１．８
５の高屈折率ガラスを用いており、励起光入射面３０１
は平面で形成されている。
【００５９】本実施の形態の励起光伝送光学素子３のよ
うに、相対向する上側面３０３と下側面３０４ばかりで
なく、相対向する右側面３０５と左側面３０６において
もテーパを形成し、励起光入射面３０１から励起光出射
面３０２へ近づくとともに左側面３０５と右側面３０６
間の距離が減少するように構成すれば、固体素子１の光
軸方向に沿った励起領域の集中を図り、励起密度を増加
させることが可能となるので、固体素子１の単位長さ当
たりの増幅性能を向上させ、一定の増幅性能を得るため
に必要な固体素子１の長さが減少する。従って、より短
い固体素子１の使用が可能となり、固体素子１のコスト
低減が可能となるばかりでなく、固体素子１中で発生す
るレーザビームに対する損失量が低減するので、より効
率的にレーザビームの増幅を行うことができる。
うに、相対向する上側面３０３と下側面３０４ばかりで
なく、相対向する右側面３０５と左側面３０６において
もテーパを形成し、励起光入射面３０１から励起光出射
面３０２へ近づくとともに左側面３０５と右側面３０６
間の距離が減少するように構成すれば、固体素子１の光
軸方向に沿った励起領域の集中を図り、励起密度を増加
させることが可能となるので、固体素子１の単位長さ当
たりの増幅性能を向上させ、一定の増幅性能を得るため
に必要な固体素子１の長さが減少する。従って、より短
い固体素子１の使用が可能となり、固体素子１のコスト
低減が可能となるばかりでなく、固体素子１中で発生す
るレーザビームに対する損失量が低減するので、より効
率的にレーザビームの増幅を行うことができる。
【００６０】本実施の形態においては、励起光伝送光学
素子の励起光入射面が平面で形成された構成を示した
が、励起光入射面を凸型の曲面で形成すれば、励起光伝
送光学素子の小型化を図ることができる。また本実施の
形態においては、相対向する左側面３０５および右側面
３０６が形成するテーパ角は、相対向する上側面３０３
および下側面３０４が形成するテーパ角に比べ小さいの
で、凸面の形状は水平方向を軸とする円筒面とするだけ
で効率よく励起光を集光器内に伝送することができる。
素子の励起光入射面が平面で形成された構成を示した
が、励起光入射面を凸型の曲面で形成すれば、励起光伝
送光学素子の小型化を図ることができる。また本実施の
形態においては、相対向する左側面３０５および右側面
３０６が形成するテーパ角は、相対向する上側面３０３
および下側面３０４が形成するテーパ角に比べ小さいの
で、凸面の形状は水平方向を軸とする円筒面とするだけ
で効率よく励起光を集光器内に伝送することができる。
【００６１】また励起光伝送光学素子３の母材に、励起
光入射面３０１から励起光出射面３０２へ近づくととも
に、屈折率が増加する材料を用いても、励起光伝送光学
素子の小型化が可能であることはいうまでもない。
光入射面３０１から励起光出射面３０２へ近づくととも
に、屈折率が増加する材料を用いても、励起光伝送光学
素子の小型化が可能であることはいうまでもない。
【００６２】実施の形態６．図１３は、本発明の実施の
形態６の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において
使用する励起光伝送光学素子３を、左側面３０５方向か
ら見た側面図、図１４は上側面３０３方向から見た上面
図である。図中、３０８は励起光波長に対する全反射膜
を示している。本実施の形態における励起光伝送光学素
子３の励起光入射面３０１は平面で形成されている。ま
た励起光伝送光学素子３の母材には、屈折率１．５を有
するクラウン系のガラスを用いている。本実施の形態の
励起光伝送光学素子３においては、上側面３０３および
下側面３０４に対し励起光波長に対する全反射膜３０８
を設けている。なお左側面３０５および右側面３０６に
対しては、全反射膜等のコーティングは施していない。
また励起光入射面３０１と励起光出射面３０２には、反
射防止膜３０７を設けている。
形態６の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において
使用する励起光伝送光学素子３を、左側面３０５方向か
ら見た側面図、図１４は上側面３０３方向から見た上面
図である。図中、３０８は励起光波長に対する全反射膜
を示している。本実施の形態における励起光伝送光学素
子３の励起光入射面３０１は平面で形成されている。ま
た励起光伝送光学素子３の母材には、屈折率１．５を有
するクラウン系のガラスを用いている。本実施の形態の
励起光伝送光学素子３においては、上側面３０３および
下側面３０４に対し励起光波長に対する全反射膜３０８
を設けている。なお左側面３０５および右側面３０６に
対しては、全反射膜等のコーティングは施していない。
また励起光入射面３０１と励起光出射面３０２には、反
射防止膜３０７を設けている。
【００６３】本実施の形態に示す励起光伝送光学素子３
は、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２へ近づ
くに従い、上側面３０３と下側面３０４間の距離、左側
面３０５と右側面３０６間の距離はともに減少する。即
ち、相対向する上側面３０３と下側面３０４、および左
側面３０５と右側面３０６は、いずれもテーパを形成し
ている。但し、上側面３０３と下側面３０４とで形成さ
れるテーパの角度は、左側面３０５と右側面３０６とで
形成されるテーパの角度に比べ大きく、また励起光入射
面３０１から励起光出射面３０２へ至る際の、上側面３
０３と下側面３０４間距離の縮小比は、左側面３０５と
右側面３０６間の距離の縮小比に比べ、格段に小さい。
は、励起光入射面３０１から励起光出射面３０２へ近づ
くに従い、上側面３０３と下側面３０４間の距離、左側
面３０５と右側面３０６間の距離はともに減少する。即
ち、相対向する上側面３０３と下側面３０４、および左
側面３０５と右側面３０６は、いずれもテーパを形成し
ている。但し、上側面３０３と下側面３０４とで形成さ
れるテーパの角度は、左側面３０５と右側面３０６とで
形成されるテーパの角度に比べ大きく、また励起光入射
面３０１から励起光出射面３０２へ至る際の、上側面３
０３と下側面３０４間距離の縮小比は、左側面３０５と
右側面３０６間の距離の縮小比に比べ、格段に小さい。
【００６４】相対向しテーパをなす側面間において、一
方の側面で反射された励起光が、対向するもう一方の側
面に入射する際の入射角は、両側面が形成するテーパの
角度だけ小さくなるので、両側面が形成するテーパの角
度が大きく、反射回数が多くなるほど、テーパを形成す
る側面への励起光の入射角は小さくなる。側面に対する
入射角が、（５）式で示すように励起光伝送光学素子の
屈折率と励起光伝送光学素子の側面に接する媒質の屈折
率で決まる全反射臨界入射角より小さくなると、全反射
条件を満たさなくなるため、励起光を励起光伝送光学素
子内に完全に閉じ込めることはできず効率のよい励起光
の伝送が困難になる。
方の側面で反射された励起光が、対向するもう一方の側
面に入射する際の入射角は、両側面が形成するテーパの
角度だけ小さくなるので、両側面が形成するテーパの角
度が大きく、反射回数が多くなるほど、テーパを形成す
る側面への励起光の入射角は小さくなる。側面に対する
入射角が、（５）式で示すように励起光伝送光学素子の
屈折率と励起光伝送光学素子の側面に接する媒質の屈折
率で決まる全反射臨界入射角より小さくなると、全反射
条件を満たさなくなるため、励起光を励起光伝送光学素
子内に完全に閉じ込めることはできず効率のよい励起光
の伝送が困難になる。
【００６５】本実施の形態において用いる励起光伝送光
学素子３は、励起光入射面３０１から励起光出射面３０
２に至る際の、上側面３０３と下側面３０４間の距離の
縮小比が小さく、励起光伝送光学素子３中を伝搬する励
起光の大部分は、上側面３０３もしくは下側面３０４に
おいて一回もしくは複数回反射される。この結果、上側
面３０３および下側面３０４に対する励起光の入射角
は、励起光伝送光学素子３と励起光伝送光学素子３の上
側面３０３および下側面３０４に接する媒質の屈折率で
決まる全反射臨界角よりも、容易に小さくなってしま
う。
学素子３は、励起光入射面３０１から励起光出射面３０
２に至る際の、上側面３０３と下側面３０４間の距離の
縮小比が小さく、励起光伝送光学素子３中を伝搬する励
起光の大部分は、上側面３０３もしくは下側面３０４に
おいて一回もしくは複数回反射される。この結果、上側
面３０３および下側面３０４に対する励起光の入射角
は、励起光伝送光学素子３と励起光伝送光学素子３の上
側面３０３および下側面３０４に接する媒質の屈折率で
決まる全反射臨界角よりも、容易に小さくなってしま
う。
【００６６】本実施の形態においては、上側面３０３と
下側面３０４に、励起光波長に対する全反射膜３０８を
設けているので、励起光伝送光学素子３と励起光伝送光
学素子３の上側面３０３および下側面３０４に接する媒
質の屈折率で決まる全反射臨界角よりも、上側面３０３
もしくは下側面３０４へ入射する励起光の入射角が小さ
くなった際にも、上側面３０３もしくは下側面３０４へ
入射する励起光を全反射し、励起光を励起光伝送光学素
子３内に閉じ込め、効率よく励起光を伝送することがで
きる。従って、本実施の形態においては励起光伝送光学
素子３の母材として、屈折率の大きい素材を用いる必要
はない。また、励起光伝送光学素子３の設計が全反射臨
界角による制限を受けないので、より小型化することが
できる。
下側面３０４に、励起光波長に対する全反射膜３０８を
設けているので、励起光伝送光学素子３と励起光伝送光
学素子３の上側面３０３および下側面３０４に接する媒
質の屈折率で決まる全反射臨界角よりも、上側面３０３
もしくは下側面３０４へ入射する励起光の入射角が小さ
くなった際にも、上側面３０３もしくは下側面３０４へ
入射する励起光を全反射し、励起光を励起光伝送光学素
子３内に閉じ込め、効率よく励起光を伝送することがで
きる。従って、本実施の形態においては励起光伝送光学
素子３の母材として、屈折率の大きい素材を用いる必要
はない。また、励起光伝送光学素子３の設計が全反射臨
界角による制限を受けないので、より小型化することが
できる。
【００６７】一方、励起光入射面３０１から励起光出射
面３０２に至る際の、左側面３０５と右側面３０６間の
距離の縮小比は比較的大きいため、励起光伝送光学素子
３に入射する励起光の大部分は、左側面３０５もしくは
右側面３０６に入射することなく、励起光出射面３０２
に到達する。また左側面３０５もしくは右側面３０６に
入射する励起光も、左側面３０５と右側面３０６間の距
離と、励起光入射面３０１と励起光出射面３０２間の距
離が同程度であるため、大部分は１回の反射で励起光出
射面３０２に至るのに加え、左側面３０５と右側面３０
６のなすテーパ角は小さいため、左側面３０５もしくは
右側面３０６に入射する励起光の入射角は大きく、励起
光伝送光学素子３の母材として屈折率１．５のクラウン
系ガラスを使用しても、大部分の励起光が全反射条件を
満たし励起光出射面３０２に到達するので、全反射膜を
設けなくても、効率よく励起光を集光器内へ伝送するこ
とができる。
面３０２に至る際の、左側面３０５と右側面３０６間の
距離の縮小比は比較的大きいため、励起光伝送光学素子
３に入射する励起光の大部分は、左側面３０５もしくは
右側面３０６に入射することなく、励起光出射面３０２
に到達する。また左側面３０５もしくは右側面３０６に
入射する励起光も、左側面３０５と右側面３０６間の距
離と、励起光入射面３０１と励起光出射面３０２間の距
離が同程度であるため、大部分は１回の反射で励起光出
射面３０２に至るのに加え、左側面３０５と右側面３０
６のなすテーパ角は小さいため、左側面３０５もしくは
右側面３０６に入射する励起光の入射角は大きく、励起
光伝送光学素子３の母材として屈折率１．５のクラウン
系ガラスを使用しても、大部分の励起光が全反射条件を
満たし励起光出射面３０２に到達するので、全反射膜を
設けなくても、効率よく励起光を集光器内へ伝送するこ
とができる。
【００６８】本実施の形態のように、励起光伝送光学素
子中の相対向しテーパを形成する少なくとも上下の側面
対に、全反射膜を設ける構成とすれば、比較的屈折率が
小さな安価な材料を用いて、広い発光領域を有する励起
光源より発せられた励起光を、効率よく集光器内へ伝送
することが可能となる。
子中の相対向しテーパを形成する少なくとも上下の側面
対に、全反射膜を設ける構成とすれば、比較的屈折率が
小さな安価な材料を用いて、広い発光領域を有する励起
光源より発せられた励起光を、効率よく集光器内へ伝送
することが可能となる。
【００６９】本実施の形態においては、励起光入射面３
０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使用す
る例を示したが、励起光伝送光学素子３の励起光入射面
３０１を凸型の曲面で形成すれば、更に励起光伝送光学
素子３の小型化を図ることが可能である。また励起光入
射面３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、
屈折率が増加するような材料を母材とし、励起光伝送光
学素子３を形成しても、励起光伝送光学素子３の小型化
を図ることができる。
０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使用す
る例を示したが、励起光伝送光学素子３の励起光入射面
３０１を凸型の曲面で形成すれば、更に励起光伝送光学
素子３の小型化を図ることが可能である。また励起光入
射面３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、
屈折率が増加するような材料を母材とし、励起光伝送光
学素子３を形成しても、励起光伝送光学素子３の小型化
を図ることができる。
【００７０】実施の形態７．図１５は、本発明の実施の
形態７の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において
用いている励起光伝送光学素子を示す斜視図である。本
実施の形態の励起光伝送光学素子３は、励起光入射面３
０１上に、励起光の広がり角を補正し平行光へ変換する
ための微小円筒レンズ列８を、一体化して形成してい
る。
形態７の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において
用いている励起光伝送光学素子を示す斜視図である。本
実施の形態の励起光伝送光学素子３は、励起光入射面３
０１上に、励起光の広がり角を補正し平行光へ変換する
ための微小円筒レンズ列８を、一体化して形成してい
る。
【００７１】本実施の形態の励起光伝送光学素子３のよ
うに、励起光伝送光学素子３と、励起光の広がり角を補
正する光学素子である微小円筒レンズ列８を一体化し形
成すれば、単一の光学素子のみを用いて、広い発光領域
を有する励起光源より発せられる励起光の広がり角を補
正し、効率よく集光器内部へ伝送することが可能となる
ばかりでなく、微小円筒レンズ列８と励起光伝送光学素
子３を、一定の位置、角度で正確に保つことができるの
で、振動や衝撃等が生じた場合にも常に高い励起光伝送
効率を安定して得ることができる。
うに、励起光伝送光学素子３と、励起光の広がり角を補
正する光学素子である微小円筒レンズ列８を一体化し形
成すれば、単一の光学素子のみを用いて、広い発光領域
を有する励起光源より発せられる励起光の広がり角を補
正し、効率よく集光器内部へ伝送することが可能となる
ばかりでなく、微小円筒レンズ列８と励起光伝送光学素
子３を、一定の位置、角度で正確に保つことができるの
で、振動や衝撃等が生じた場合にも常に高い励起光伝送
効率を安定して得ることができる。
【００７２】更に、微小円筒レンズ列８と励起光伝送光
学素子３が一体化して形成されているため、組立および
調整が容易になるばかりでなく、部品点数が低減するた
め、半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の製造コスト
を下げることができる。図１５には微小円筒レンズ列８
を配置する基準面が平面である例を示したが、この基準
面を凸型の曲面とすれば更に励起光伝送光学素子３の小
型化が図れる。
学素子３が一体化して形成されているため、組立および
調整が容易になるばかりでなく、部品点数が低減するた
め、半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の製造コスト
を下げることができる。図１５には微小円筒レンズ列８
を配置する基準面が平面である例を示したが、この基準
面を凸型の曲面とすれば更に励起光伝送光学素子３の小
型化が図れる。
【００７３】実施の形態８．図１６は、本発明の実施の
形態８の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において
使用している励起光源であるスタック型半導体レーザ２
および励起光伝送光学素子３を、励起光伝送光学素子３
の上側面３０３方向から見た上面図、図１７は、左側面
３０５方向から見た側面図である。本実施の形態で用い
ている励起光伝送光学素子３は、屈折率１．８２のノン
ドープのイットリウムアルミニウムガーネットを母材と
して形成しており、励起光入射面３０１および励起光出
射面３０２に対してのみ励起光波長に対する反射防止膜
３０７が施されている。励起光伝送光学素子３の上側面
３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６は
光学研磨のみ施されており、全反射膜等のコーティング
は施していない。励起光伝送光学素子３の励起光入射面
３０１および励起光出射面３０２はともに長方形状を有
し、両面は平行に形成されている。また励起光伝送光学
素子３中に対向して設けられた上側面３０３および下側
面３０４はテーパを形成しており、励起光入射面３０１
から励起光出射面３０２へ近づくとともに、上側面３０
３と下側面３０４間の距離は減少する。また励起光伝送
光学素子３中に対向して設けられた左側面３０５および
右側面３０６は平行に形成されており、且つ励起光入射
面３０１および励起光出射面３０２に対し直角に形成さ
れている。本実施の形態においては、励起光源であるス
タック型半導体レーザ２を出射した励起光は、微小円筒
レンズ列等により広がり角が補正されることなく、直接
励起光伝送光学素子３内へ導入される。
形態８の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置において
使用している励起光源であるスタック型半導体レーザ２
および励起光伝送光学素子３を、励起光伝送光学素子３
の上側面３０３方向から見た上面図、図１７は、左側面
３０５方向から見た側面図である。本実施の形態で用い
ている励起光伝送光学素子３は、屈折率１．８２のノン
ドープのイットリウムアルミニウムガーネットを母材と
して形成しており、励起光入射面３０１および励起光出
射面３０２に対してのみ励起光波長に対する反射防止膜
３０７が施されている。励起光伝送光学素子３の上側面
３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０６は
光学研磨のみ施されており、全反射膜等のコーティング
は施していない。励起光伝送光学素子３の励起光入射面
３０１および励起光出射面３０２はともに長方形状を有
し、両面は平行に形成されている。また励起光伝送光学
素子３中に対向して設けられた上側面３０３および下側
面３０４はテーパを形成しており、励起光入射面３０１
から励起光出射面３０２へ近づくとともに、上側面３０
３と下側面３０４間の距離は減少する。また励起光伝送
光学素子３中に対向して設けられた左側面３０５および
右側面３０６は平行に形成されており、且つ励起光入射
面３０１および励起光出射面３０２に対し直角に形成さ
れている。本実施の形態においては、励起光源であるス
タック型半導体レーザ２を出射した励起光は、微小円筒
レンズ列等により広がり角が補正されることなく、直接
励起光伝送光学素子３内へ導入される。
【００７４】本実施の形態の励起光伝送光学素子３の上
側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０
６には、全反射膜等のコーティングが施されていないの
で、上側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側
面３０６へ入射する励起光のうち、上側面３０３、下側
面３０４、左側面３０５、右側面３０６への入射角が、
励起光伝送光学素子３の屈折率と励起光伝送光学素子３
に接する媒質の屈折率とで決まる全反射条件を満たした
励起光成分のみを励起光伝送光学素子３内に閉じ込め、
損失なく集光器内に伝送することができる。
側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３０
６には、全反射膜等のコーティングが施されていないの
で、上側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側
面３０６へ入射する励起光のうち、上側面３０３、下側
面３０４、左側面３０５、右側面３０６への入射角が、
励起光伝送光学素子３の屈折率と励起光伝送光学素子３
に接する媒質の屈折率とで決まる全反射条件を満たした
励起光成分のみを励起光伝送光学素子３内に閉じ込め、
損失なく集光器内に伝送することができる。
【００７５】本実施の形態の励起光伝送光学素子３は、
励起光波長における屈折率が１．８２のイットリウムア
ルミニウムガーネットを母材として使用しているので、
上側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３
０６に直接接する媒質が、屈折率１．０の空気の場合で
あれば、（５）式に従い全反射臨界入射角は約３３度と
なり、上側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右
側面３０６に対する入射角が３３度より小さくなると、
全反射条件を満たすことができず、励起光伝送光学素子
３内に励起光を完全に閉じ込めることはできない。
励起光波長における屈折率が１．８２のイットリウムア
ルミニウムガーネットを母材として使用しているので、
上側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右側面３
０６に直接接する媒質が、屈折率１．０の空気の場合で
あれば、（５）式に従い全反射臨界入射角は約３３度と
なり、上側面３０３、下側面３０４、左側面３０５、右
側面３０６に対する入射角が３３度より小さくなると、
全反射条件を満たすことができず、励起光伝送光学素子
３内に励起光を完全に閉じ込めることはできない。
【００７６】本実施の形態において励起光源として使用
するスタック型半導体レーザ２は、５つ発光層が図中に
示すｘ方向に積層して固定されている。スタック型半導
体レーザ２に固定された各発光層中には、積層面と平行
にＰＮ接合面が形成されている。発光部を出射した励起
光の広がり角は、ＰＮ接合面に対し平行な方向とＰＮ接
合面に対し垂直な方向とで異なる。一般的なスタック型
半導体レーザの場合、ＰＮ接合面に対し平行な方向のビ
ーム広がり角は半値全幅で１０度程度、ＰＮ接合面に対
し垂直な方向のビーム広がり角は半値全幅で４０度程度
である。本実施の形態のスタック型半導体レーザ２の場
合、図中に示すｙ方向がＰＮ接合面に対し平行な方向と
なるので、ｙ方向に比べｘ方向の方がビーム広がり角が
大きくなる。
するスタック型半導体レーザ２は、５つ発光層が図中に
示すｘ方向に積層して固定されている。スタック型半導
体レーザ２に固定された各発光層中には、積層面と平行
にＰＮ接合面が形成されている。発光部を出射した励起
光の広がり角は、ＰＮ接合面に対し平行な方向とＰＮ接
合面に対し垂直な方向とで異なる。一般的なスタック型
半導体レーザの場合、ＰＮ接合面に対し平行な方向のビ
ーム広がり角は半値全幅で１０度程度、ＰＮ接合面に対
し垂直な方向のビーム広がり角は半値全幅で４０度程度
である。本実施の形態のスタック型半導体レーザ２の場
合、図中に示すｙ方向がＰＮ接合面に対し平行な方向と
なるので、ｙ方向に比べｘ方向の方がビーム広がり角が
大きくなる。
【００７７】左側面３０５と右側面３０６は平行に形成
されているため、左側面３０５もしくは右側面３０６に
入射した励起光が反射作用を受け、対向する右側面３０
６もしくは左側面３０５へ入射する際の入射角は、直前
に左側面３０５もしくは右側面３０６において反射作用
を受けた際の入射角と等しくなる。即ち、左側面３０５
もしくは右側面３０６において複数回反射作用を受けた
後でも、再度左側面３０５もしくは右側面３０６に入射
する際の入射角は常に一定に保たれる。従って励起光伝
送光学素子３中への入射時に、励起光の進行方向のＸ方
向成分が、左側面３０５および右側面３０６における全
反射条件を満たしていれば、左側面３０５および右側面
から漏れ出すことはない。このためｘ方向に対して励起
光の広がり角が比較的大きな場合であっても、本実施の
形態の励起光伝送光学素子３を用いて効率よく励起光を
伝送することができる。
されているため、左側面３０５もしくは右側面３０６に
入射した励起光が反射作用を受け、対向する右側面３０
６もしくは左側面３０５へ入射する際の入射角は、直前
に左側面３０５もしくは右側面３０６において反射作用
を受けた際の入射角と等しくなる。即ち、左側面３０５
もしくは右側面３０６において複数回反射作用を受けた
後でも、再度左側面３０５もしくは右側面３０６に入射
する際の入射角は常に一定に保たれる。従って励起光伝
送光学素子３中への入射時に、励起光の進行方向のＸ方
向成分が、左側面３０５および右側面３０６における全
反射条件を満たしていれば、左側面３０５および右側面
から漏れ出すことはない。このためｘ方向に対して励起
光の広がり角が比較的大きな場合であっても、本実施の
形態の励起光伝送光学素子３を用いて効率よく励起光を
伝送することができる。
【００７８】一方、上側面３０３と下側面３０４はテー
パを形成しているため、上側面３０３もしくは下側面３
０４において一旦反射作用を受けた後、対向する下側面
３０４もしくは上側面３０３へ入射する際の入射角は、
直前に上側面３０３もしくは下側面３０４において反射
作用を受けた際の入射角よりも、上側面３０３と下側面
３０４がなす角度、即ちテーパ角だけ小さくなる。従っ
て上側面３０３および下側面３０４において反射作用を
受ける度に、上側面３０３および下側面３０４に対する
入射角は徐々に小さくなる。励起光伝送光学素子３入射
時に、励起光の進行方向のｙ方向成分が、上側面３０３
および下側面３０４における全反射条件を満たしていて
も、上側面３０３および下側面３０４において複数回の
反射作用を受けることにより、上側面３０３および下側
面３０４に対する全反射条件からはずれれば、上側面３
０３および下側面３０４より励起光の一部は漏れ出して
しまう。従って、励起光広がり角のｙ方向成分が小さ
く、上側面３０３もしくは下側面３０４に第１回目に入
射する際の入射角が、全反射臨界角に比べ十分大きくな
ければ、本実施の形態の励起光伝送光学素子３を用いて
効率よく励起光を集光器内に伝送することはできない。
パを形成しているため、上側面３０３もしくは下側面３
０４において一旦反射作用を受けた後、対向する下側面
３０４もしくは上側面３０３へ入射する際の入射角は、
直前に上側面３０３もしくは下側面３０４において反射
作用を受けた際の入射角よりも、上側面３０３と下側面
３０４がなす角度、即ちテーパ角だけ小さくなる。従っ
て上側面３０３および下側面３０４において反射作用を
受ける度に、上側面３０３および下側面３０４に対する
入射角は徐々に小さくなる。励起光伝送光学素子３入射
時に、励起光の進行方向のｙ方向成分が、上側面３０３
および下側面３０４における全反射条件を満たしていて
も、上側面３０３および下側面３０４において複数回の
反射作用を受けることにより、上側面３０３および下側
面３０４に対する全反射条件からはずれれば、上側面３
０３および下側面３０４より励起光の一部は漏れ出して
しまう。従って、励起光広がり角のｙ方向成分が小さ
く、上側面３０３もしくは下側面３０４に第１回目に入
射する際の入射角が、全反射臨界角に比べ十分大きくな
ければ、本実施の形態の励起光伝送光学素子３を用いて
効率よく励起光を集光器内に伝送することはできない。
【００７９】本実施の形態においては、励起光伝送光学
素子３のテーパを形成する上側面３０３および下側面３
０４に入射する励起光の広がり角成分が小さくなるよ
う、励起光源であるスタック型半導体レーザ２を、スタ
ック型半導体レーザ２中のＰＮ接合面が、励起光伝送光
学素子２のテーパを形成する上側面３０３および下側面
３０４に対し、直交するよう配置しているので広がり角
が小さく、スタック型半導体レーザ２を出射した励起光
の広がり角を補正することなく直接励起光伝送光学素子
３内に導入しても、励起光を効率よく集光器内へ伝送す
ることができる。このため励起光の広がり角を補正する
ための手段を設ける必要がなく、安価に半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置を製造することができ、更に組
立、調整も簡単になる。
素子３のテーパを形成する上側面３０３および下側面３
０４に入射する励起光の広がり角成分が小さくなるよ
う、励起光源であるスタック型半導体レーザ２を、スタ
ック型半導体レーザ２中のＰＮ接合面が、励起光伝送光
学素子２のテーパを形成する上側面３０３および下側面
３０４に対し、直交するよう配置しているので広がり角
が小さく、スタック型半導体レーザ２を出射した励起光
の広がり角を補正することなく直接励起光伝送光学素子
３内に導入しても、励起光を効率よく集光器内へ伝送す
ることができる。このため励起光の広がり角を補正する
ための手段を設ける必要がなく、安価に半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置を製造することができ、更に組
立、調整も簡単になる。
【００８０】また励起光入射面３０１の形状が凸型の曲
面である励起光伝送光学素子３や、励起光入射面３０１
から励起光出射面３０２へ近づくとともに屈折率が高く
なる母材を用いて形成した励起光伝送光学素子３を使用
し、本実施の形態と同様に励起光源を配置すれば、励起
光の広がり角を補正することなく、効率よく集光器内へ
励起光を伝送することが可能なばかりでなく、上下側面
３０３、３０４間のテーパ角をより大きくすることがで
きるので、励起光伝送光学素子３の小型化を図ることが
できる。
面である励起光伝送光学素子３や、励起光入射面３０１
から励起光出射面３０２へ近づくとともに屈折率が高く
なる母材を用いて形成した励起光伝送光学素子３を使用
し、本実施の形態と同様に励起光源を配置すれば、励起
光の広がり角を補正することなく、効率よく集光器内へ
励起光を伝送することが可能なばかりでなく、上下側面
３０３、３０４間のテーパ角をより大きくすることがで
きるので、励起光伝送光学素子３の小型化を図ることが
できる。
【００８１】実施の形態９．図１８は、本発明の実施の
形態９による半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を光軸方向から見た構成図、図１９は、光軸に対し
垂直な方向から見た構成図である。図中、１００ａは、
スタック型半導体レーザ２ａ、励起光伝送光学素子３
ａ、微小円筒レンズ列８ａ、集光器１０ａで構成される
第１の励起ユニット、１００ｂは、スタック型半導体レ
ーザ２ｂ、励起光伝送光学素子３ｂ、微小円筒レンズ列
８ｂ、集光器１０ｂで構成される第２の励起ユニット、
１００ｃは、スタック型半導体レーザ２ｃ、励起光伝送
光学素子３ｃ、微小円筒レンズ列８ｃ、集光器１０ｃで
構成される第３の励起ユニットである。第１の励起ユニ
ット１００ａ、第２の励起ユニット１００ｂ、第３の励
起ユニット１００ｃは、何れも図１と同一の構成を有
し、固体素子１の光軸に沿って、３段直列に配置されて
いる。本実施の形態においては、同一構成を有する第
１、第２、第３の励起ユニット１００ａ、１００ｂ、１
００ｃの固体素子１に対する設置角度を、固体素子１の
光軸を回転軸とし、１２０゜間隔で回転させ周方向に対
し均等に分配し配置している。
形態９による半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を光軸方向から見た構成図、図１９は、光軸に対し
垂直な方向から見た構成図である。図中、１００ａは、
スタック型半導体レーザ２ａ、励起光伝送光学素子３
ａ、微小円筒レンズ列８ａ、集光器１０ａで構成される
第１の励起ユニット、１００ｂは、スタック型半導体レ
ーザ２ｂ、励起光伝送光学素子３ｂ、微小円筒レンズ列
８ｂ、集光器１０ｂで構成される第２の励起ユニット、
１００ｃは、スタック型半導体レーザ２ｃ、励起光伝送
光学素子３ｃ、微小円筒レンズ列８ｃ、集光器１０ｃで
構成される第３の励起ユニットである。第１の励起ユニ
ット１００ａ、第２の励起ユニット１００ｂ、第３の励
起ユニット１００ｃは、何れも図１と同一の構成を有
し、固体素子１の光軸に沿って、３段直列に配置されて
いる。本実施の形態においては、同一構成を有する第
１、第２、第３の励起ユニット１００ａ、１００ｂ、１
００ｃの固体素子１に対する設置角度を、固体素子１の
光軸を回転軸とし、１２０゜間隔で回転させ周方向に対
し均等に分配し配置している。
【００８２】本実施の形態に示すように、固体素子１の
光軸に沿って、同一構成を有する励起ユニット１００を
直列に複数個配置すれば、容易に増幅性能の増強を図る
ことができる。また固体素子１の光軸に沿って配置した
複数の励起ユニット１００の設置角度を、固体素子１の
光軸を回転軸としてそれぞれ異なる角度に設定し、複数
の異なる角度から固体素子１に対し励起光を照射すれ
ば、固体素子１内の励起密度分布の均一性を格段に向上
させることができる。特に、固体素子１の光軸を回転軸
とし、固体素子１の光軸に沿って配置した各励起ユニッ
ト１００の励起光照射方向のなす角度を均等に分配すれ
ば、固体素子断面内の周方向に対する励起密度の不均一
性を効果的に改善することができる。固体素子１内の励
起密度分布の均一化を図ることにより、高出力且つ高品
質なレーザビームをより安定に増幅することができる。
光軸に沿って、同一構成を有する励起ユニット１００を
直列に複数個配置すれば、容易に増幅性能の増強を図る
ことができる。また固体素子１の光軸に沿って配置した
複数の励起ユニット１００の設置角度を、固体素子１の
光軸を回転軸としてそれぞれ異なる角度に設定し、複数
の異なる角度から固体素子１に対し励起光を照射すれ
ば、固体素子１内の励起密度分布の均一性を格段に向上
させることができる。特に、固体素子１の光軸を回転軸
とし、固体素子１の光軸に沿って配置した各励起ユニッ
ト１００の励起光照射方向のなす角度を均等に分配すれ
ば、固体素子断面内の周方向に対する励起密度の不均一
性を効果的に改善することができる。固体素子１内の励
起密度分布の均一化を図ることにより、高出力且つ高品
質なレーザビームをより安定に増幅することができる。
【００８３】本実施の形態においては、１台の励起光源
を配置した励起ユニット１００を、固体素子の光軸に沿
って３段直列に配置する構成を示したが、固体素子の光
軸に沿って配置する励起ユニット１００の段数は、これ
に限るものではなく、所望する増幅性能に応じて決定す
ればよい。また固体素子の光軸に沿って複数の励起ユニ
ット１００を配置する際に、上述のように、各励起ユニ
ット１００の励起光照射方向のなす角度を均等に分配す
れば、周方向に対する励起密度の不均一性を効果的に改
善することができる。即ちｎ個の励起ユニット１００を
固体素子の光軸に沿って配置する際には、各励起ユニッ
ト１００の励起光照射方向を３６０／ｎ度の間隔で配置
すればよい。
を配置した励起ユニット１００を、固体素子の光軸に沿
って３段直列に配置する構成を示したが、固体素子の光
軸に沿って配置する励起ユニット１００の段数は、これ
に限るものではなく、所望する増幅性能に応じて決定す
ればよい。また固体素子の光軸に沿って複数の励起ユニ
ット１００を配置する際に、上述のように、各励起ユニ
ット１００の励起光照射方向のなす角度を均等に分配す
れば、周方向に対する励起密度の不均一性を効果的に改
善することができる。即ちｎ個の励起ユニット１００を
固体素子の光軸に沿って配置する際には、各励起ユニッ
ト１００の励起光照射方向を３６０／ｎ度の間隔で配置
すればよい。
【００８４】なお上記実施の形態においては、複数の励
起ユニット１００を固体素子の光軸に沿って配置する
際、各励起ユニット１００の励起光照射方向のなす角度
を均等に分配することにより、固体素子断面内の周方向
に対する励起密度の不均一性を効果的に解消する方法を
示したが、各励起ユニット１００の励起光照射方向を同
一方向としても、増幅性能の増強は可能であり、更に各
励起ユニット１００の励起光照射方向のなす角度を均等
に分配する場合に比べ、組立、調整が容易になるという
利点もある。
起ユニット１００を固体素子の光軸に沿って配置する
際、各励起ユニット１００の励起光照射方向のなす角度
を均等に分配することにより、固体素子断面内の周方向
に対する励起密度の不均一性を効果的に解消する方法を
示したが、各励起ユニット１００の励起光照射方向を同
一方向としても、増幅性能の増強は可能であり、更に各
励起ユニット１００の励起光照射方向のなす角度を均等
に分配する場合に比べ、組立、調整が容易になるという
利点もある。
【００８５】本実施の形態においては、励起光入射面３
０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使用す
る構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲面で
形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面３０
１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折率が
増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用して
も、同様な効果が得られるばかりでなく、励起ユニット
１００の小型化を図り、励起部をコンパクトに構成する
ことができる。
０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使用す
る構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲面で
形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面３０
１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折率が
増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用して
も、同様な効果が得られるばかりでなく、励起ユニット
１００の小型化を図り、励起部をコンパクトに構成する
ことができる。
【００８６】実施の形態１０．図２０は、本発明の実施
の形態１０による半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置
の励起部を光軸方向から見た構成図である。本実施の形
態においては、単一の集光器１０を使用し、４方向より
励起光を照射する構成としている。本実施の形態におい
て使用しているスタック型半導体レーザ１、励起光伝送
光学素子３、微小円筒レンズ列８は、いずれも図１にお
いて示したものと同一である。
の形態１０による半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置
の励起部を光軸方向から見た構成図である。本実施の形
態においては、単一の集光器１０を使用し、４方向より
励起光を照射する構成としている。本実施の形態におい
て使用しているスタック型半導体レーザ１、励起光伝送
光学素子３、微小円筒レンズ列８は、いずれも図１にお
いて示したものと同一である。
【００８７】本実施の形態においては、単一の集光器１
０に対し、４台のスタック型半導体レーザ２を設置し、
微小円筒レンズ列８によって広がり角を補正した励起光
を、各スタック型半導体レーザ２に対応した４つの励起
光伝送光学素子３を介し、固体素子１の光軸を回転軸と
し均等角度で分配された９０度間隔の４方向より集光器
内に導入する構成としているので、集光器１０内面中の
無効領域を著しく増加させることなく、広い発光領域を
有する複数のスタック型半導体レーザ２より発せられる
励起光を、単一の集光器１０内に効率よく伝送し、簡易
な構成のもとで、高い励起光利用効率を維持しながら、
増幅性能の増強を図ることができる。
０に対し、４台のスタック型半導体レーザ２を設置し、
微小円筒レンズ列８によって広がり角を補正した励起光
を、各スタック型半導体レーザ２に対応した４つの励起
光伝送光学素子３を介し、固体素子１の光軸を回転軸と
し均等角度で分配された９０度間隔の４方向より集光器
内に導入する構成としているので、集光器１０内面中の
無効領域を著しく増加させることなく、広い発光領域を
有する複数のスタック型半導体レーザ２より発せられる
励起光を、単一の集光器１０内に効率よく伝送し、簡易
な構成のもとで、高い励起光利用効率を維持しながら、
増幅性能の増強を図ることができる。
【００８８】また本実施の形態によれば、固体素子１の
励起長を増すことなく、複数の励起光源を設置し、複数
の励起光源より発せられた励起光を効率よく集光器１０
内に導入し、固体素子１の励起に利用することができる
ので、固体素子１に起因するレーザ光に対する損失を一
定に維持しながら、より効率的な増幅性能の増強が可能
になる。
励起長を増すことなく、複数の励起光源を設置し、複数
の励起光源より発せられた励起光を効率よく集光器１０
内に導入し、固体素子１の励起に利用することができる
ので、固体素子１に起因するレーザ光に対する損失を一
定に維持しながら、より効率的な増幅性能の増強が可能
になる。
【００８９】また本実施の形態によれば、固体素子１の
光軸を回転軸とし、周方向に対し均等に分配された４方
向より、固体素子１に対し、励起光を照射する構成とし
ているので、固体素子１内の励起密度分布の均一化を効
果的に図り、高品質なレーザビームの増幅をより安定か
つ高効率に行うことができる。
光軸を回転軸とし、周方向に対し均等に分配された４方
向より、固体素子１に対し、励起光を照射する構成とし
ているので、固体素子１内の励起密度分布の均一化を効
果的に図り、高品質なレーザビームの増幅をより安定か
つ高効率に行うことができる。
【００９０】本実施の形態においては、単一の集光器に
対し４台の励起光源であるスタック型半導体レーザを設
置し、４方向より励起光を導入する構成を示したが、単
一集光器に対する励起光源の数はこれに限るものではな
い。また単一の集光器に対し、複数の励起光源を用い
て、固体素子の励起を行う場合、本実施の形態において
示したように、各励起光源からの励起光照射方向のなす
角度を均等に分配すれば、周方向に対する励起密度の不
均一性を効果的に改善することができる。即ちｎ個の励
起光源を単一集光器に対し配置する際には、各励起部の
励起光照射方向、即ち励起光伝送光学素子の設置角度を
３６０／ｎ度の間隔に配置すればよい。
対し４台の励起光源であるスタック型半導体レーザを設
置し、４方向より励起光を導入する構成を示したが、単
一集光器に対する励起光源の数はこれに限るものではな
い。また単一の集光器に対し、複数の励起光源を用い
て、固体素子の励起を行う場合、本実施の形態において
示したように、各励起光源からの励起光照射方向のなす
角度を均等に分配すれば、周方向に対する励起密度の不
均一性を効果的に改善することができる。即ちｎ個の励
起光源を単一集光器に対し配置する際には、各励起部の
励起光照射方向、即ち励起光伝送光学素子の設置角度を
３６０／ｎ度の間隔に配置すればよい。
【００９１】実施の形態１１．図２１は、本発明の実施
の形態１１による半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置
の励起部を光軸方向から見た構成図である。本実施の形
態の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励起部は、
スタック型半導体レーザ２ａ、励起光伝送光学素子３
ａ、微小円筒レンズ列８ａ、集光器１０ａからなる第１
の励起ユニット１００ａと、スタック型半導体レーザ２
ｂ、励起光伝送光学素子３ｂ、微小円筒レンズ列８ｂ、
集光器１０ｂからなる第２励起ユニット１００ｂを、固
体素子１の光軸に沿って２台直列に配置し構成してい
る。第１の励起ユニット１００ａと第２の励起ユニット
１００ｂは、ともに図９において示した前記実施の形態
５の励起部と同一の構成を有している。第１の励起ユニ
ット１００ａと第２の励起ユニット１００ｂは、固体素
子１の光軸を回転軸とし、４５度の角度をなして設置さ
れている。
の形態１１による半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置
の励起部を光軸方向から見た構成図である。本実施の形
態の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励起部は、
スタック型半導体レーザ２ａ、励起光伝送光学素子３
ａ、微小円筒レンズ列８ａ、集光器１０ａからなる第１
の励起ユニット１００ａと、スタック型半導体レーザ２
ｂ、励起光伝送光学素子３ｂ、微小円筒レンズ列８ｂ、
集光器１０ｂからなる第２励起ユニット１００ｂを、固
体素子１の光軸に沿って２台直列に配置し構成してい
る。第１の励起ユニット１００ａと第２の励起ユニット
１００ｂは、ともに図９において示した前記実施の形態
５の励起部と同一の構成を有している。第１の励起ユニ
ット１００ａと第２の励起ユニット１００ｂは、固体素
子１の光軸を回転軸とし、４５度の角度をなして設置さ
れている。
【００９２】本実施の形態に示すように、単一の集光器
に対し複数の励起光源を設置した励起ユニットを、固体
素子の光軸に沿って複数台直列に配置する構成とすれ
ば、固体素子の長さを著しく延長することなく、増幅性
能の大幅な増強を効率的且つ容易に図ることができる。
に対し複数の励起光源を設置した励起ユニットを、固体
素子の光軸に沿って複数台直列に配置する構成とすれ
ば、固体素子の長さを著しく延長することなく、増幅性
能の大幅な増強を効率的且つ容易に図ることができる。
【００９３】また本実施の形態においては、単一の集光
器１０に対し、４台のスタック型半導体レーザ２を設置
し、固体素子１の光軸を回転軸とし、均等角度で分配さ
れた９０度間隔の４方向より励起光伝送光学素子３を介
して励起光を集光器１０内へ伝送し、固体素子１の励起
を行う構成を有する励起ユニット１００を、固体素子１
の光軸に沿って２段直列に配置し、且つ、２つの励起部
の設置角度は、固体素子１の光軸を回転軸とし、４５度
の角度をなすよう配置しているため、固体素子１は、周
方向に対し均等角度で分配された４５度間隔の合計８方
向より励起光が照射される。
器１０に対し、４台のスタック型半導体レーザ２を設置
し、固体素子１の光軸を回転軸とし、均等角度で分配さ
れた９０度間隔の４方向より励起光伝送光学素子３を介
して励起光を集光器１０内へ伝送し、固体素子１の励起
を行う構成を有する励起ユニット１００を、固体素子１
の光軸に沿って２段直列に配置し、且つ、２つの励起部
の設置角度は、固体素子１の光軸を回転軸とし、４５度
の角度をなすよう配置しているため、固体素子１は、周
方向に対し均等角度で分配された４５度間隔の合計８方
向より励起光が照射される。
【００９４】本実施の形態によれば、固体素子１に対
し、上述のように均等角度で分配された４５度間隔の合
計８方向より励起光を照射するので、固体素子１内の励
起密度の均一性を大幅に改善し、高品質かつ高出力のレ
ーザビームの増幅を安定に行うことができる。
し、上述のように均等角度で分配された４５度間隔の合
計８方向より励起光を照射するので、固体素子１内の励
起密度の均一性を大幅に改善し、高品質かつ高出力のレ
ーザビームの増幅を安定に行うことができる。
【００９５】本実施の形態においては、単一の集光器に
対し、４台の励起光源であるスタック型半導体レーザを
配置する励起ユニットを、固体素子の光軸に沿って２段
直列に配置する構成を示したが、単一の集光器に対し設
置する励起光源の数、および固体素子の沿って配置る励
起ユニットの数は、これに限るものではなく、所望の増
幅特性に応じ決定すればよい。
対し、４台の励起光源であるスタック型半導体レーザを
配置する励起ユニットを、固体素子の光軸に沿って２段
直列に配置する構成を示したが、単一の集光器に対し設
置する励起光源の数、および固体素子の沿って配置る励
起ユニットの数は、これに限るものではなく、所望の増
幅特性に応じ決定すればよい。
【００９６】また、単一の集光器に対しｎ個の励起光源
を使用し、固体素子に対する励起光照射方向が、固体素
子の光軸を回転軸とし、均等角度に分配されるよう３６
０／ｎ度の間隔で配置された励起ユニットを、固体素子
の光軸に沿ってm段直列に配置する構成においては、ｍ
個の励起ユニットを固体素子の光軸を回転軸とし、各々
３６０／（ｎ×ｍ）度ずつ回転させて配置すれば、固体
素子１に対し、均等角度で分配された３６０／（ｎ×
ｍ）度間隔の合計ｎ×ｍ方向より励起光を照射すること
ができるので、固体素子内の励起密度分布の均一性を格
段に向上させ、高品質かつ高出力のレーザビームを安定
して増幅することができる。
を使用し、固体素子に対する励起光照射方向が、固体素
子の光軸を回転軸とし、均等角度に分配されるよう３６
０／ｎ度の間隔で配置された励起ユニットを、固体素子
の光軸に沿ってm段直列に配置する構成においては、ｍ
個の励起ユニットを固体素子の光軸を回転軸とし、各々
３６０／（ｎ×ｍ）度ずつ回転させて配置すれば、固体
素子１に対し、均等角度で分配された３６０／（ｎ×
ｍ）度間隔の合計ｎ×ｍ方向より励起光を照射すること
ができるので、固体素子内の励起密度分布の均一性を格
段に向上させ、高品質かつ高出力のレーザビームを安定
して増幅することができる。
【００９７】本実施の形態においては、単一の集光器に
対し複数の励起光源を設置し、複数の方向より固体素子
に対し励起光を照射する構成を有する励起ユニットを、
固体素子の光軸に沿って、固体素子の光軸を回転軸と
し、所定の角度をなして複数段直列に配置する構成を示
したが、固体素子の光軸に沿って配置する複数の励起ユ
ニットを、一定の設置角度で全て同方向に配置する構成
としても、各励起ユニットには複数の励起光源が設置さ
れており、単一励起ユニット内において、固体素子に対
し複数の方向より励起光を照射する構成としているの
で、固体素子内において、単一集光器に対し単一の励起
光源を設置する構成に比べ、格段に均一な励起密度分布
を得ることができるばかりでなく、複数の励起ユニット
を全て同一の設置角度で配置すればよいので、励起部の
構成が簡易になり、組立、調整も容易になるという利点
もある。
対し複数の励起光源を設置し、複数の方向より固体素子
に対し励起光を照射する構成を有する励起ユニットを、
固体素子の光軸に沿って、固体素子の光軸を回転軸と
し、所定の角度をなして複数段直列に配置する構成を示
したが、固体素子の光軸に沿って配置する複数の励起ユ
ニットを、一定の設置角度で全て同方向に配置する構成
としても、各励起ユニットには複数の励起光源が設置さ
れており、単一励起ユニット内において、固体素子に対
し複数の方向より励起光を照射する構成としているの
で、固体素子内において、単一集光器に対し単一の励起
光源を設置する構成に比べ、格段に均一な励起密度分布
を得ることができるばかりでなく、複数の励起ユニット
を全て同一の設置角度で配置すればよいので、励起部の
構成が簡易になり、組立、調整も容易になるという利点
もある。
【００９８】また、単一の集光器に対し、複数の励起光
源を設置する構成を有する励起ユニットを、固体素子の
光軸に沿って複数段直列に配置する構成において、固体
素子の光軸に沿って配置された複数の励起ユニットのう
ち、一部の励起ユニットのみ、設置角度を変化させる構
成としてもよい。
源を設置する構成を有する励起ユニットを、固体素子の
光軸に沿って複数段直列に配置する構成において、固体
素子の光軸に沿って配置された複数の励起ユニットのう
ち、一部の励起ユニットのみ、設置角度を変化させる構
成としてもよい。
【００９９】なお本実施の形態においては、励起光入射
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起ユニ
ット１００の小型化を図り、励起部をコンパクトに構成
することができる。
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起ユニ
ット１００の小型化を図り、励起部をコンパクトに構成
することができる。
【０１００】実施の形態１２．図２２は、本発明の実施
の形態１２の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を、光軸方向から見た構成図、図２３は、上方から
見た構成図である。本実施の形態の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置は、円筒形状を有する単一の集光器１
０に対し、第１のスタック型半導体レーザ２ａ、第２の
スタック型半導体レーザ２ｂ、第３のスタック型半導体
レーザ２ｃ、第４のスタック型半導体レーザ２ｄの合計
４個の励起光源を備えており、第１から第４の各スタッ
ク型半導体レーザ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを出射した励
起光は、第１から第４の各スタック型半導体レーザ２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの発光部前方に設置された第１か
ら第４の微小円筒レンズ列８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによ
って広がり角が補正された後、第１から第４の励起光伝
送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介し、集光器１０
内に導入され、固体素子１を側方より照射する。
の形態１２の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を、光軸方向から見た構成図、図２３は、上方から
見た構成図である。本実施の形態の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置は、円筒形状を有する単一の集光器１
０に対し、第１のスタック型半導体レーザ２ａ、第２の
スタック型半導体レーザ２ｂ、第３のスタック型半導体
レーザ２ｃ、第４のスタック型半導体レーザ２ｄの合計
４個の励起光源を備えており、第１から第４の各スタッ
ク型半導体レーザ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを出射した励
起光は、第１から第４の各スタック型半導体レーザ２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの発光部前方に設置された第１か
ら第４の微小円筒レンズ列８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによ
って広がり角が補正された後、第１から第４の励起光伝
送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介し、集光器１０
内に導入され、固体素子１を側方より照射する。
【０１０１】本実施の形態の半導体レーザ励起固体レー
ザ増幅装置においては、励起光伝送光学系素子３ａと３
ｂ、３ｃと３ｄはそれぞれ鏡面対称に配置され、３ａと
３ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ固体素子１の光軸に対して
軸対称に配置されている。励起光伝送光学系素子３ａの
励起光入射面３０１ａと側面３０４ａ、３０５ａの３者
は互いに直角をなし、励起光出射面３０２ａは励起光入
射面３０１ａと平行である。側面３０３ａは側面３０４
ａに対して励起光進行方向に沿って狭まるテーパをな
し、側面３０６ａは側面３０５ａに対して同様のテーパ
をなす。
ザ増幅装置においては、励起光伝送光学系素子３ａと３
ｂ、３ｃと３ｄはそれぞれ鏡面対称に配置され、３ａと
３ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ固体素子１の光軸に対して
軸対称に配置されている。励起光伝送光学系素子３ａの
励起光入射面３０１ａと側面３０４ａ、３０５ａの３者
は互いに直角をなし、励起光出射面３０２ａは励起光入
射面３０１ａと平行である。側面３０３ａは側面３０４
ａに対して励起光進行方向に沿って狭まるテーパをな
し、側面３０６ａは側面３０５ａに対して同様のテーパ
をなす。
【０１０２】第１の励起光伝送光学素子３ａに対し第２
の励起光伝送光学素子３ｂが、また第３の励起光伝送光
学素子３ｃに対し第４の励起光伝送光学素子３ｄが、そ
れぞれ鏡面対称の形状を有している。また第１の励起光
伝送光学素子３ａとフローチューブ９および固体素子１
を隔て相対向する位置に設置された第３の励起光伝送光
学素子３ｃは同一形状を有し、第２の励起光伝送光学素
子３ｂとフローチューブ９および固体素子１を隔て相対
向する位置に設置された第４の励起光伝送光学素子３ｄ
は同一形状を有している。第１から第４の励起光伝送光
学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、いずれも励起光出射
面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄを固体素子
１に向け設置されている。また第１および第２の励起光
伝送光学素子３ａ、３ｂはそれぞれ側面３０３ａ、３０
３ｂを上方へ向け、第３および第４の励起光伝送光学素
子３ｃ、３ｄは側面３０３ｃ、３０３ｄを下方に向け設
置されている。
の励起光伝送光学素子３ｂが、また第３の励起光伝送光
学素子３ｃに対し第４の励起光伝送光学素子３ｄが、そ
れぞれ鏡面対称の形状を有している。また第１の励起光
伝送光学素子３ａとフローチューブ９および固体素子１
を隔て相対向する位置に設置された第３の励起光伝送光
学素子３ｃは同一形状を有し、第２の励起光伝送光学素
子３ｂとフローチューブ９および固体素子１を隔て相対
向する位置に設置された第４の励起光伝送光学素子３ｄ
は同一形状を有している。第１から第４の励起光伝送光
学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、いずれも励起光出射
面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄを固体素子
１に向け設置されている。また第１および第２の励起光
伝送光学素子３ａ、３ｂはそれぞれ側面３０３ａ、３０
３ｂを上方へ向け、第３および第４の励起光伝送光学素
子３ｃ、３ｄは側面３０３ｃ、３０３ｄを下方に向け設
置されている。
【０１０３】第１から第４の励起光伝送光学素子３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄの側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４
ｃ、３０４ｄは、何れも励起光入射面３０１ａ、３０１
ｂ、３０１ｃ、３０１ｄおよび励起光出射面３０２ａ、
３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄに対し、直角に形成され
ている。また第１から第４の励起光伝送光学素子３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄの側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４
ｃ、３０４ｄは、相対向する側面３０３ａ、３０３ｂ、
３０３ｃ、３０３ｄとそれぞれテーパを形成しており、
励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ
から励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０
２ｄへ近づくとともに、側面３０３ａ、３０３ｂ、３０
３ｃ、３０３ｄと側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、
３０４ｄ間の距離は減少する。
３ｂ、３ｃ、３ｄの側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４
ｃ、３０４ｄは、何れも励起光入射面３０１ａ、３０１
ｂ、３０１ｃ、３０１ｄおよび励起光出射面３０２ａ、
３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄに対し、直角に形成され
ている。また第１から第４の励起光伝送光学素子３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄの側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４
ｃ、３０４ｄは、相対向する側面３０３ａ、３０３ｂ、
３０３ｃ、３０３ｄとそれぞれテーパを形成しており、
励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ
から励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０
２ｄへ近づくとともに、側面３０３ａ、３０３ｂ、３０
３ｃ、３０３ｄと側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、
３０４ｄ間の距離は減少する。
【０１０４】第１および第３の励起光伝送光学素子３
ａ、３ｃの側面３０５ａ、３０５ｃは、平行に形成され
た励起光入射面３０１ａ、３０１ｃ、励起光出射面３０
２ａ、３０２ｃ、および側面３０４ａ、３０４ｃの何れ
に対しても直角に形成されている。また第１および第３
の励起光伝送光学素子３ａ、３ｃの側面３０６ａ、３０
６ｃは、対向する側面３０５ａ、３０５ｃとテーパを形
成しており、励起光入射面３０１ａ、３０１ｃから励起
光出射面３０２ａ、３０２ｃへ近づくとともに、側面３
０６ａ、３０６ｃと側面３０５ａ、３０５ｃ間の距離は
減少する。
ａ、３ｃの側面３０５ａ、３０５ｃは、平行に形成され
た励起光入射面３０１ａ、３０１ｃ、励起光出射面３０
２ａ、３０２ｃ、および側面３０４ａ、３０４ｃの何れ
に対しても直角に形成されている。また第１および第３
の励起光伝送光学素子３ａ、３ｃの側面３０６ａ、３０
６ｃは、対向する側面３０５ａ、３０５ｃとテーパを形
成しており、励起光入射面３０１ａ、３０１ｃから励起
光出射面３０２ａ、３０２ｃへ近づくとともに、側面３
０６ａ、３０６ｃと側面３０５ａ、３０５ｃ間の距離は
減少する。
【０１０５】一方、第２および第４の励起光伝送光学素
子３ｂ、３ｄは、側面３０６ｂ、３０６ｄが、平行に形
成された励起光入射面３０１ｂ、３０１ｄ、励起光出射
面３０２ｂ、３０２ｄ、および励起光入射面３０１ｂ、
３０１ｄと励起光出射面３０２ｂ、３０２ｄに対し直角
に形成された側面３０４ｂ、３０４ｄの何れに対しても
直角となるよう形成されている。また第２および第４の
励起光伝送光学素子３ｂ、３ｄの側面３０６ｂ、３０６
ｄは、対向する側面３０５ｂ、３０５ｄとテーパを形成
しており、励起光入射面３０１ｂ、３０１ｄから励起光
出射面３０２ｂ、３０２ｄへ近づくとともに、側面３０
６ｂ、３０６ｄと側面３０５ｂ、３０５ｄ間の距離は減
少する。
子３ｂ、３ｄは、側面３０６ｂ、３０６ｄが、平行に形
成された励起光入射面３０１ｂ、３０１ｄ、励起光出射
面３０２ｂ、３０２ｄ、および励起光入射面３０１ｂ、
３０１ｄと励起光出射面３０２ｂ、３０２ｄに対し直角
に形成された側面３０４ｂ、３０４ｄの何れに対しても
直角となるよう形成されている。また第２および第４の
励起光伝送光学素子３ｂ、３ｄの側面３０６ｂ、３０６
ｄは、対向する側面３０５ｂ、３０５ｄとテーパを形成
しており、励起光入射面３０１ｂ、３０１ｄから励起光
出射面３０２ｂ、３０２ｄへ近づくとともに、側面３０
６ｂ、３０６ｄと側面３０５ｂ、３０５ｄ間の距離は減
少する。
【０１０６】第１および第２の励起光伝送光学素子３
ａ、３ｂは、第１の励起光伝送光学素子３ａの励起光入
射面３０１ａおよび励起光出射面３０２ａに対し直角に
形成された側面３０５ａと、第２の励起光伝送光学素子
３ｂの励起光入射面３０１ｂおよび励起光出射面３０２
ｂに対し直角に形成された側面３０６ｂとが相対向する
よう、固体素子１の光軸に沿って設置されている。一
方、第３および第４の励起光伝送光学素子３ｃ、３ｄ
は、固体素子１を隔てそれぞれ励起光伝送光学素子３
ａ、３ｂと対向する位置に、第３の励起光伝送光学素子
３ｃの励起光入射面３０１ｃおよび励起光出射面３０２
ｃに対し直角に形成された側面３０５ｃと、第４の励起
光伝送光学素子３ｄの励起光入射面３０１ｄおよび励起
光出射面３０２ｄに対し直角に形成された側面３０６ｄ
とが相対向するよう、固体素子１の光軸に沿って設置さ
れている。
ａ、３ｂは、第１の励起光伝送光学素子３ａの励起光入
射面３０１ａおよび励起光出射面３０２ａに対し直角に
形成された側面３０５ａと、第２の励起光伝送光学素子
３ｂの励起光入射面３０１ｂおよび励起光出射面３０２
ｂに対し直角に形成された側面３０６ｂとが相対向する
よう、固体素子１の光軸に沿って設置されている。一
方、第３および第４の励起光伝送光学素子３ｃ、３ｄ
は、固体素子１を隔てそれぞれ励起光伝送光学素子３
ａ、３ｂと対向する位置に、第３の励起光伝送光学素子
３ｃの励起光入射面３０１ｃおよび励起光出射面３０２
ｃに対し直角に形成された側面３０５ｃと、第４の励起
光伝送光学素子３ｄの励起光入射面３０１ｄおよび励起
光出射面３０２ｄに対し直角に形成された側面３０６ｄ
とが相対向するよう、固体素子１の光軸に沿って設置さ
れている。
【０１０７】本実施の形態に示す励起光伝送光学素子３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにおいては、励起光出射面３０２
ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄの位置が、励起光出
射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄに垂直な
方向から臨み、励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０
１ｃ、３０１ｄの一隅に偏って配置されているため、励
起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄよ
り出射される励起光の進行方向は非対称に分布する。
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにおいては、励起光出射面３０２
ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄの位置が、励起光出
射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄに垂直な
方向から臨み、励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０
１ｃ、３０１ｄの一隅に偏って配置されているため、励
起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄよ
り出射される励起光の進行方向は非対称に分布する。
【０１０８】励起光伝送光学素子３の形状に起因し、励
起光の進行方向が非対称に分布する場合、例えば本実施
の形態の第１の励起光伝送光学素子３ａと第３の励起光
伝送光学素子３ｃの配置関係のように、第１の励起光伝
送光学素子３ａに対し、固体素子１の光軸を回転軸と
し、第１の励起光伝送光学素子３ａを１８０度回転させ
た位置および角度で、第１の励起光伝送光学素子３ａと
同一形状を有する第３の励起光伝送光学素子３ｃを設置
すれば、励起光の進行方向分布の非対称性に起因する励
起密度の不均一性が相殺され、励起密度分布の均一化を
効果的に図ることができる。従って、高品質なレーザビ
ームを安定に増幅することが可能になる。
起光の進行方向が非対称に分布する場合、例えば本実施
の形態の第１の励起光伝送光学素子３ａと第３の励起光
伝送光学素子３ｃの配置関係のように、第１の励起光伝
送光学素子３ａに対し、固体素子１の光軸を回転軸と
し、第１の励起光伝送光学素子３ａを１８０度回転させ
た位置および角度で、第１の励起光伝送光学素子３ａと
同一形状を有する第３の励起光伝送光学素子３ｃを設置
すれば、励起光の進行方向分布の非対称性に起因する励
起密度の不均一性が相殺され、励起密度分布の均一化を
効果的に図ることができる。従って、高品質なレーザビ
ームを安定に増幅することが可能になる。
【０１０９】また本実施の形態の第２の励起光伝送光学
素子３ｂと第４の励起光伝送光学素子３ｄの配置関係
も、第１の励起光伝送光学素子３ａと第３の励起光伝送
光学素子３ｃの配置関係と同様、固体素子１の光軸を回
転軸とし、第２の励起光伝送光学素子３ｂを１８０度回
転させた位置および角度で、第２の励起光伝送光学素子
３ｂと同一形状を有する第４の励起光伝送光学素子３ｄ
が設置されているので、均一な励起密度分布が得られ、
高品質なレーザビームを安定に増幅することができる。
素子３ｂと第４の励起光伝送光学素子３ｄの配置関係
も、第１の励起光伝送光学素子３ａと第３の励起光伝送
光学素子３ｃの配置関係と同様、固体素子１の光軸を回
転軸とし、第２の励起光伝送光学素子３ｂを１８０度回
転させた位置および角度で、第２の励起光伝送光学素子
３ｂと同一形状を有する第４の励起光伝送光学素子３ｄ
が設置されているので、均一な励起密度分布が得られ、
高品質なレーザビームを安定に増幅することができる。
【０１１０】また本実施の形態の第１から第４の励起光
伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのように、側面３
０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄと側面３０６
ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄとでテーパが形成さ
れ、励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０
１ｄから励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、
３０２ｄへ近づくとともに、側面３０５ａ、３０５ｂ、
３０５ｃ、３０５ｄと側面３０６ａ、３０６ｂ、３０６
ｃ、３０６ｄ間の距離が短くなるよう形成された励起光
伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを使用すれば、固
体素子１内の光軸方向に対する励起領域の集中を図り、
励起密度を増加させることが可能となるので、固体素子
１の単位長さ当たりの増幅性能を向上させ、一定の増幅
性能を得るために必要な固体素子１の長さが減少する。
このため装置の小型化を図ることが可能となり、更に固
体素子１中で発生するレーザビームに対する損失量が低
減するので、より効率的にレーザビームの増幅を行うこ
とができる。
伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのように、側面３
０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄと側面３０６
ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄとでテーパが形成さ
れ、励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０
１ｄから励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、
３０２ｄへ近づくとともに、側面３０５ａ、３０５ｂ、
３０５ｃ、３０５ｄと側面３０６ａ、３０６ｂ、３０６
ｃ、３０６ｄ間の距離が短くなるよう形成された励起光
伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを使用すれば、固
体素子１内の光軸方向に対する励起領域の集中を図り、
励起密度を増加させることが可能となるので、固体素子
１の単位長さ当たりの増幅性能を向上させ、一定の増幅
性能を得るために必要な固体素子１の長さが減少する。
このため装置の小型化を図ることが可能となり、更に固
体素子１中で発生するレーザビームに対する損失量が低
減するので、より効率的にレーザビームの増幅を行うこ
とができる。
【０１１１】また本実施の形態の第１の励起光伝送光学
素子３ａと第２の励起光伝送光学素子３ｂの配置関係の
ように、第２の励起光伝送光学素子３ｂを第１の励起光
伝送光学素子３ａの鏡面対称形状とし、第１の励起光伝
送光学素子３ａの側面３０６ａとテーパを形成し且つ励
起光入射面３０１ａおよび励起光出射面３０２ａに対し
直角に形成された側面３０５ａと、第２の励起光伝送光
学素子３ｂの側面３０５ｂとテーパを形成し且つ励起光
入射面３０１ｂと励起光出射面３０２ｂに対し直角に形
成された側面３０６ｂが、相対向するよう固体素子１の
光軸に沿って隣接して配置すれば、光軸方向に対する励
起領域の集中を図るため、側面３０５ａと側面３０６ａ
とでテーパが形成された第１の励起光伝送光学素子３ａ
と、同様に側面３０５ｂと側面３０６ｂとでテーパが形
成された第２の励起光伝送光学素子３ｂを、固体素子１
の光軸に沿って隣接して直列に配置する際に、第１のス
タック型半導体レーザ２ａによって固体素子１内に生じ
る励起領域と、第２のスタック型半導体レーザ２ｂによ
り固体素子１内に生じる励起領域を近接させることがで
きるので、固体素子１の長さを不必要に増加させること
なく、短い固体素子１を用いて効率的な増幅性能の増強
が可能となり、更に装置全体をコンパクトに配置するこ
とができる。
素子３ａと第２の励起光伝送光学素子３ｂの配置関係の
ように、第２の励起光伝送光学素子３ｂを第１の励起光
伝送光学素子３ａの鏡面対称形状とし、第１の励起光伝
送光学素子３ａの側面３０６ａとテーパを形成し且つ励
起光入射面３０１ａおよび励起光出射面３０２ａに対し
直角に形成された側面３０５ａと、第２の励起光伝送光
学素子３ｂの側面３０５ｂとテーパを形成し且つ励起光
入射面３０１ｂと励起光出射面３０２ｂに対し直角に形
成された側面３０６ｂが、相対向するよう固体素子１の
光軸に沿って隣接して配置すれば、光軸方向に対する励
起領域の集中を図るため、側面３０５ａと側面３０６ａ
とでテーパが形成された第１の励起光伝送光学素子３ａ
と、同様に側面３０５ｂと側面３０６ｂとでテーパが形
成された第２の励起光伝送光学素子３ｂを、固体素子１
の光軸に沿って隣接して直列に配置する際に、第１のス
タック型半導体レーザ２ａによって固体素子１内に生じ
る励起領域と、第２のスタック型半導体レーザ２ｂによ
り固体素子１内に生じる励起領域を近接させることがで
きるので、固体素子１の長さを不必要に増加させること
なく、短い固体素子１を用いて効率的な増幅性能の増強
が可能となり、更に装置全体をコンパクトに配置するこ
とができる。
【０１１２】なお本実施の形態においては、励起光入射
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起光伝
送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパクトに構
成することができる。
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起光伝
送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパクトに構
成することができる。
【０１１３】実施の形態１３．図２４は、本発明の実施
の形態１３の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を、光軸方向から見た構成図、図２５は、上方から
見た構成図である。本実施の形態においても、前実施の
形態と同じく、円筒形状を有する単一の集光器１０に対
し、第１のスタック型半導体レーザ２ａ、第２のスタッ
ク型半導体レーザ２ｂ、第３のスタック型半導体レーザ
２ｃ、第４のスタック型半導体レーザ２ｄの合計４個の
励起光源を備えており、第１から第４の各スタック型半
導体レーザ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを出射した励起光
は、第１から第４の各スタック型半導体レーザ２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄ発光部前方に設置された第１から第４の
微小円筒レンズ列８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによって広が
り角が補正された後、第１から第４の励起光伝送光学素
子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介し、集光器１０内に導入
され、固体素子１を側方より照射する。
の形態１３の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を、光軸方向から見た構成図、図２５は、上方から
見た構成図である。本実施の形態においても、前実施の
形態と同じく、円筒形状を有する単一の集光器１０に対
し、第１のスタック型半導体レーザ２ａ、第２のスタッ
ク型半導体レーザ２ｂ、第３のスタック型半導体レーザ
２ｃ、第４のスタック型半導体レーザ２ｄの合計４個の
励起光源を備えており、第１から第４の各スタック型半
導体レーザ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを出射した励起光
は、第１から第４の各スタック型半導体レーザ２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄ発光部前方に設置された第１から第４の
微小円筒レンズ列８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄによって広が
り角が補正された後、第１から第４の励起光伝送光学素
子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介し、集光器１０内に導入
され、固体素子１を側方より照射する。
【０１１４】本実施の形態の半導体レーザ励起固体レー
ザ装置においては、第１から第４の各スタック型半導体
レーザ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対応した第１から第４
の励起光伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、全て
同一形状を有しており、励起光伝送光学系素子３ａと３
ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ固体素子１の光軸に対して軸
対称に配置され、３ａと３ｂ、３ｃと３ｄはそれぞれ固
体素子１の光軸と直交する水平軸に対して軸対称に配置
されている。励起光伝送光学系素子３ａの励起光入射面
３０１ａと側面３０４ａ、３０５ａの３者は互いに直角
をなし、励起光出射面３０２ａは励起光入射面３０１ａ
と平行である。側面３０３ａは側面３０４ａに対して励
起光進行方向に沿って狭まるテーパをなし、側面３０６
ａは側面３０５ａに対して同様のテーパをなす。
ザ装置においては、第１から第４の各スタック型半導体
レーザ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対応した第１から第４
の励起光伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、全て
同一形状を有しており、励起光伝送光学系素子３ａと３
ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ固体素子１の光軸に対して軸
対称に配置され、３ａと３ｂ、３ｃと３ｄはそれぞれ固
体素子１の光軸と直交する水平軸に対して軸対称に配置
されている。励起光伝送光学系素子３ａの励起光入射面
３０１ａと側面３０４ａ、３０５ａの３者は互いに直角
をなし、励起光出射面３０２ａは励起光入射面３０１ａ
と平行である。側面３０３ａは側面３０４ａに対して励
起光進行方向に沿って狭まるテーパをなし、側面３０６
ａは側面３０５ａに対して同様のテーパをなす。
【０１１５】本実施の形態の半導体レーザ励起固体レー
ザ増幅装置において用いている、同一形状を有する第１
から第４の励起光伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
は、励起光入射端面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３
０１ｄと励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、
３０２ｄが平行に形成されており、また側面３０４ａ、
３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄは、励起光入射端面３０
１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄおよび励起光出射
面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄに対し、直
角に形成されている。対向する側面３０３ａ、３０３
ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと側面３０４ａ、３０４ｂ、３
０４ｃ、３０４ｄは、テーパを形成しており、励起光入
射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄから励起
光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄへ近
づくとともに、側面３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３
０３ｄと側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ
間の距離は減少する。
ザ増幅装置において用いている、同一形状を有する第１
から第４の励起光伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
は、励起光入射端面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３
０１ｄと励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、
３０２ｄが平行に形成されており、また側面３０４ａ、
３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄは、励起光入射端面３０
１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄおよび励起光出射
面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄに対し、直
角に形成されている。対向する側面３０３ａ、３０３
ｂ、３０３ｃ、３０３ｄと側面３０４ａ、３０４ｂ、３
０４ｃ、３０４ｄは、テーパを形成しており、励起光入
射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄから励起
光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄへ近
づくとともに、側面３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３
０３ｄと側面３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ
間の距離は減少する。
【０１１６】また同一形状を有する第１から第４の励起
光伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの側面３０５
ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄは、平行に形成され
た励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１
ｄと励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０
２ｄ、励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３
０１ｄおよび励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２
ｃ、３０２ｄに対し直角に形成された側面３０４ａ、３
０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄの何れに対しても直角に形
成されている。また側面３０５ａ、３０５ｂ、３０５
ｃ、３０５ｄと側面３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３
０６ｄはテーパを形成しており、励起光入射面３０１
ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄから励起光出射面３
０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄへ近づくととも
に、側面３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄと側
面３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ間の距離は
減少する。
光伝送光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの側面３０５
ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄは、平行に形成され
た励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１
ｄと励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０
２ｄ、励起光入射面３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３
０１ｄおよび励起光出射面３０２ａ、３０２ｂ、３０２
ｃ、３０２ｄに対し直角に形成された側面３０４ａ、３
０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄの何れに対しても直角に形
成されている。また側面３０５ａ、３０５ｂ、３０５
ｃ、３０５ｄと側面３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３
０６ｄはテーパを形成しており、励起光入射面３０１
ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄから励起光出射面３
０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄへ近づくととも
に、側面３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄと側
面３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ、３０６ｄ間の距離は
減少する。
【０１１７】本実施の形態の半導体レーザ励起固体レー
ザ増幅装置においても、励起光伝送光学素子３ａと３
ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ固体素子１の光軸に対して軸
対称に配置しているので、固体素子１内の励起密度分布
が効果的に均一化され、高品質なレーザビームを安定に
増幅することができる。
ザ増幅装置においても、励起光伝送光学素子３ａと３
ｃ、３ｂと３ｄはそれぞれ固体素子１の光軸に対して軸
対称に配置しているので、固体素子１内の励起密度分布
が効果的に均一化され、高品質なレーザビームを安定に
増幅することができる。
【０１１８】また本実施の形態の半導体レーザ励起固体
レーザ増幅装置における第１の励起光伝送光学素子３ａ
と第２の励起光伝送光学素子３ｂの配置関係のように、
同一形状を有する第１の励起光伝送光学素子３ａと第２
の励起光伝送光学素子３ｂを、固体素子１の光軸に沿っ
て、隣接して直列に配置する際、励起光入射面３０１
ａ、３０１ｂおよび励起光出射面３０２ａ、３０２ｂに
対してそれぞれ直角に形成された、第１の励起光伝送光
学素子３ａの側面３０５ａと第２励起光伝送光学素子３
ｂの側面３０５ｂを相対向させ、第１の励起光伝送光学
素子３ａの励起光出射面３０１ａと第２の励起光伝送光
学素子３ｂの励起光出射面３０１ｂをともに固体素子１
へ向けて設置すれば、同一形状を有する第１の励起光伝
送光学素子３ａと第２の励起光伝送光学素子３ｂを、増
幅性能の増強を図るため、固体素子１の光軸に沿って隣
接して直列に配置する際にも、第１のスタック型半導体
レーザ２ａによって固体素子１内に生じる励起領域と、
第２のスタック型半導体レーザ２ｂにより固体素子１内
に生じる励起領域を近接させることができるので、固体
素子１の長さを不必要に増加させることなく、短い固体
素子１を用いて効率的な増幅性能の増強が可能となり、
更に装置全体をコンパクトにすることができる。
レーザ増幅装置における第１の励起光伝送光学素子３ａ
と第２の励起光伝送光学素子３ｂの配置関係のように、
同一形状を有する第１の励起光伝送光学素子３ａと第２
の励起光伝送光学素子３ｂを、固体素子１の光軸に沿っ
て、隣接して直列に配置する際、励起光入射面３０１
ａ、３０１ｂおよび励起光出射面３０２ａ、３０２ｂに
対してそれぞれ直角に形成された、第１の励起光伝送光
学素子３ａの側面３０５ａと第２励起光伝送光学素子３
ｂの側面３０５ｂを相対向させ、第１の励起光伝送光学
素子３ａの励起光出射面３０１ａと第２の励起光伝送光
学素子３ｂの励起光出射面３０１ｂをともに固体素子１
へ向けて設置すれば、同一形状を有する第１の励起光伝
送光学素子３ａと第２の励起光伝送光学素子３ｂを、増
幅性能の増強を図るため、固体素子１の光軸に沿って隣
接して直列に配置する際にも、第１のスタック型半導体
レーザ２ａによって固体素子１内に生じる励起領域と、
第２のスタック型半導体レーザ２ｂにより固体素子１内
に生じる励起領域を近接させることができるので、固体
素子１の長さを不必要に増加させることなく、短い固体
素子１を用いて効率的な増幅性能の増強が可能となり、
更に装置全体をコンパクトにすることができる。
【０１１９】また本実施の形態の半導体レーザ励起固体
レーザ増幅装置においては、第１の励起光伝送光学素子
３ａに対し、フローチューブ９および固体素子１を隔て
対向する位置に配置された第３の励起光伝送光学素子３
ｃばかりでなく、固体素子１の光軸に沿って隣接して配
置された第２の励起光伝送光学素子３ｂも、側面３０３
ｂの方向を、第１の励起光伝送光学素子３ａの側面３０
３ａに対し逆方向へ向けて設置されているため、固体素
子１内の励起密度分布は更に均一化され、高品質なレー
ザビームの増幅をより安定に行うことができる。
レーザ増幅装置においては、第１の励起光伝送光学素子
３ａに対し、フローチューブ９および固体素子１を隔て
対向する位置に配置された第３の励起光伝送光学素子３
ｃばかりでなく、固体素子１の光軸に沿って隣接して配
置された第２の励起光伝送光学素子３ｂも、側面３０３
ｂの方向を、第１の励起光伝送光学素子３ａの側面３０
３ａに対し逆方向へ向けて設置されているため、固体素
子１内の励起密度分布は更に均一化され、高品質なレー
ザビームの増幅をより安定に行うことができる。
【０１２０】また本実施の形態の半導体レーザ励起固体
レーザ増幅装置においては、第１から第４の励起光伝送
光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、全て同一形状を有
しているので、励起光伝送光学素子の製造コストの低減
を図ることができる。
レーザ増幅装置においては、第１から第４の励起光伝送
光学素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、全て同一形状を有
しているので、励起光伝送光学素子の製造コストの低減
を図ることができる。
【０１２１】なお本実施の形態においては、励起光入射
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起光伝
送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパクトに構
成することができる。
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起光伝
送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパクトに構
成することができる。
【０１２２】実施の形態１４．図２６は、本発明の実施
の形態１４の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を構成する励起ユニット１００を示す構成図であ
る。図中、１４は集光器固定板、１５は集光器固定板１
４の外縁部に固定された連結用フランジ、１６は連結用
フランジ１５上に４５度間隔で設けられた８個からなる
連結用貫通孔、１７ａ、１７ｂはそれぞれ第１の集光器
１０ａ、第２の集光器１０ｂを固定するために用いる集
光器固定ネジである。本実施の形態の励起ユニット１０
０には、第１のスタック型半導体レーザ２ａ、第２のス
タック型半導体レーザ２ｂの２台の励起光源が配置され
ており、それぞれ第１、第２の励起光伝送光学素子３
ａ、３ｂを介して、相対向する２方向より励起光を照射
する構成を有している。また第１の集光器１０ａと第２
の集光器１０ｂのそれぞれ円弧状に形成された部分を対
向させて、第１の集光器１０ａおよび第２の集光器１０
ｂを固定することにより、円筒状の集光器が形成され
る。
の形態１４の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置の励
起部を構成する励起ユニット１００を示す構成図であ
る。図中、１４は集光器固定板、１５は集光器固定板１
４の外縁部に固定された連結用フランジ、１６は連結用
フランジ１５上に４５度間隔で設けられた８個からなる
連結用貫通孔、１７ａ、１７ｂはそれぞれ第１の集光器
１０ａ、第２の集光器１０ｂを固定するために用いる集
光器固定ネジである。本実施の形態の励起ユニット１０
０には、第１のスタック型半導体レーザ２ａ、第２のス
タック型半導体レーザ２ｂの２台の励起光源が配置され
ており、それぞれ第１、第２の励起光伝送光学素子３
ａ、３ｂを介して、相対向する２方向より励起光を照射
する構成を有している。また第１の集光器１０ａと第２
の集光器１０ｂのそれぞれ円弧状に形成された部分を対
向させて、第１の集光器１０ａおよび第２の集光器１０
ｂを固定することにより、円筒状の集光器が形成され
る。
【０１２３】第１および第２の集光器１０ａ、１０ｂは
セラミックスを用いて製作されており、このため集光器
内面は拡散反射作用を有する。第１および第２の集光器
１０ａ、１０ｂは同一形状を有しており、第１の集光器
１０ａ上には、第１のスタック型半導体レーザ２ａおよ
び第１の励起光伝送光学素子３ａが、第２の集光器１０
ｂ上には、第２のスタック型半導体レーザ２ｂおよび第
２の励起光伝送光学素子３ｂが固定されている。第１お
よび第２の励起光伝送光学素子３ａ、３ｂは、同一形状
を有しており、ともに下側面が光学接着材により第１お
よび第２の集光器１０ａ、１０ｂ上に固定されている。
また第１および第２のスタック型半導体レーザ２ａ、２
ｂの発光部前面には、励起光の広がり角を補正するため
の、微小円筒レンズ列８ａ、８ｂが固定されている。
セラミックスを用いて製作されており、このため集光器
内面は拡散反射作用を有する。第１および第２の集光器
１０ａ、１０ｂは同一形状を有しており、第１の集光器
１０ａ上には、第１のスタック型半導体レーザ２ａおよ
び第１の励起光伝送光学素子３ａが、第２の集光器１０
ｂ上には、第２のスタック型半導体レーザ２ｂおよび第
２の励起光伝送光学素子３ｂが固定されている。第１お
よび第２の励起光伝送光学素子３ａ、３ｂは、同一形状
を有しており、ともに下側面が光学接着材により第１お
よび第２の集光器１０ａ、１０ｂ上に固定されている。
また第１および第２のスタック型半導体レーザ２ａ、２
ｂの発光部前面には、励起光の広がり角を補正するため
の、微小円筒レンズ列８ａ、８ｂが固定されている。
【０１２４】第１および第２の集光器１０ａ、１０ｂ
は、集光器固定ネジ１７ａ、１７ｂにより、円形の集光
器固定板１４上に固定されている。集光器固定板１４の
外縁部には、連結用フランジ１５が固定されており、連
結用フランジ上には、同一円周上に４５度間隔で、連結
用貫通孔１６が設けられている。
は、集光器固定ネジ１７ａ、１７ｂにより、円形の集光
器固定板１４上に固定されている。集光器固定板１４の
外縁部には、連結用フランジ１５が固定されており、連
結用フランジ上には、同一円周上に４５度間隔で、連結
用貫通孔１６が設けられている。
【０１２５】本実施の形態に示すように、複数の集光器
を組み合わせて、単一の円筒形状を有する集光器を形成
する構成とすれば、複数の励起光源を使用し、複数方向
より励起光を照射する励起部ユニットにおいて、集光器
の製作を容易にすることができる。
を組み合わせて、単一の円筒形状を有する集光器を形成
する構成とすれば、複数の励起光源を使用し、複数方向
より励起光を照射する励起部ユニットにおいて、集光器
の製作を容易にすることができる。
【０１２６】また本実施の形態によれば、集光器が、励
起光源であるスタック型半導体レーザと、励起光を伝送
する励起光伝送光学素子の両者を固定する手段を兼ねて
いるので、励起ユニットを構成する部品点数の低減を図
り、製作コストを安価にすることが可能となるばかりで
なく、組立も簡略化することができる。更に本実施の形
態の集光器は、セラミックで形成されているため、励起
光源であるスタック型半導体レーザを周囲より絶縁する
ための手段も兼ねている。
起光源であるスタック型半導体レーザと、励起光を伝送
する励起光伝送光学素子の両者を固定する手段を兼ねて
いるので、励起ユニットを構成する部品点数の低減を図
り、製作コストを安価にすることが可能となるばかりで
なく、組立も簡略化することができる。更に本実施の形
態の集光器は、セラミックで形成されているため、励起
光源であるスタック型半導体レーザを周囲より絶縁する
ための手段も兼ねている。
【０１２７】また本実施の形態によれば、励起光源であ
るスタック型半導体レーザと、励起光を伝送する励起光
伝送光学素子が、同一の集光器上に固定されているた
め、励起光を低損失で効率よく集光器内へ伝送するため
の励起光源と励起光伝送光学素子間、励起光伝送光学素
子と集光器間の位置、角度調整が容易になるばかりでな
く、励起光源、励起光伝送光学素子、集光器が一体化し
て固定されているので、機械振動等の外乱が生じた場合
であっても、励起光源、励起光伝送光学素子、集光器間
の位置、角度ずれが生じにくく、安定した増幅性能を維
持することができる。
るスタック型半導体レーザと、励起光を伝送する励起光
伝送光学素子が、同一の集光器上に固定されているた
め、励起光を低損失で効率よく集光器内へ伝送するため
の励起光源と励起光伝送光学素子間、励起光伝送光学素
子と集光器間の位置、角度調整が容易になるばかりでな
く、励起光源、励起光伝送光学素子、集光器が一体化し
て固定されているので、機械振動等の外乱が生じた場合
であっても、励起光源、励起光伝送光学素子、集光器間
の位置、角度ずれが生じにくく、安定した増幅性能を維
持することができる。
【０１２８】本実施の形態においては、複数の集光器で
円筒形状の単一の集光器を形成する構成を示したが、集
光器の形状はこれに限るものではなく、例えば楕円や四
角等の固体素子の周囲を取り囲む形状であればよい。
円筒形状の単一の集光器を形成する構成を示したが、集
光器の形状はこれに限るものではなく、例えば楕円や四
角等の固体素子の周囲を取り囲む形状であればよい。
【０１２９】なお本実施の形態においては、励起光入射
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起光伝
送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパクトに構
成することができる。
面３０１が平面で形成された励起光伝送光学素子３を使
用する構成を示したが、励起光入射面３０１が凸型の曲
面で形成された励起光伝送光学素子３や、励起光入射面
３０１から励起光出射面３０２へ近づくとともに、屈折
率が増加する母材を用いた励起光伝送光学素子３を使用
しても、同様な効果が得られるばかりでなく、励起光伝
送光学素子３の小型化を図り、励起部をコンパクトに構
成することができる。
【０１３０】実施の形態１５．図２７は、図２６におい
て示した励起ユニット１００を、固体素子１の光軸に沿
って、２台直列に接続して励起部を構成した本発明の実
施の形態１５の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置を
示す横断面図である。図中、１８は、固体素子１および
フローチューブ９を固定するための側板、１９は、側板
に設けた固定用貫通孔、２０は、固体素子１とフローチ
ューブ９間の隙間に流す冷却媒体を供給、排出するため
側板１８中に設けた冷却媒体流路、２１および２２は、
２台の励起ユニット１００ならびに励起ユニット１００
の両端の側板１８を連結、固定するための連結ボルトお
よびナット、２２は、側板１８を固定するための基台で
ある。
て示した励起ユニット１００を、固体素子１の光軸に沿
って、２台直列に接続して励起部を構成した本発明の実
施の形態１５の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置を
示す横断面図である。図中、１８は、固体素子１および
フローチューブ９を固定するための側板、１９は、側板
に設けた固定用貫通孔、２０は、固体素子１とフローチ
ューブ９間の隙間に流す冷却媒体を供給、排出するため
側板１８中に設けた冷却媒体流路、２１および２２は、
２台の励起ユニット１００ならびに励起ユニット１００
の両端の側板１８を連結、固定するための連結ボルトお
よびナット、２２は、側板１８を固定するための基台で
ある。
【０１３１】２台の励起ユニット１００の両端に設置す
る側板１８には、励起ユニット１００外縁部の連結用フ
ランジ１５上に設けられた連結用貫通孔１６に対応した
位置に固定用貫通孔１９が設けられており、励起ユニッ
ト１００外縁部の連結用フランジ１５に設けられた連結
用貫通孔１６と側板１８に設けられた固定用貫通孔１９
に連結用ボルト２１を通し、ナット２２を用いて締め付
けることにより、２台の励起ユニット１００ならびに２
台の側板１８を連結、固定している。また固体素子１の
光軸に沿って設置した２台の励起ユニット１００は、固
体素子１に対する励起光の照射方向が、９０度異なるよ
う固定されている。
る側板１８には、励起ユニット１００外縁部の連結用フ
ランジ１５上に設けられた連結用貫通孔１６に対応した
位置に固定用貫通孔１９が設けられており、励起ユニッ
ト１００外縁部の連結用フランジ１５に設けられた連結
用貫通孔１６と側板１８に設けられた固定用貫通孔１９
に連結用ボルト２１を通し、ナット２２を用いて締め付
けることにより、２台の励起ユニット１００ならびに２
台の側板１８を連結、固定している。また固体素子１の
光軸に沿って設置した２台の励起ユニット１００は、固
体素子１に対する励起光の照射方向が、９０度異なるよ
う固定されている。
【０１３２】本実施の形態に示すように、励起ユニット
１００の外縁部に連結用貫通穴１６を設ければ、連結用
貫通穴１６に連結用ボルト２１を通しナット２２で締結
することにより、固体レーザロッド１に沿って、複数の
励起ユニット１００を容易かつ高精度で堅固に連結、固
定することができる。また連結用貫通穴１６により励起
ユニット１００の設置位置、角度が規定されるため、励
起部の組立、調整が容易になるばかりでなく、機械振動
等の外乱が生じた場合であっても、励起ユニット１００
の設置位置、設置角度からのずれをボルト２１と連結用
貫通穴１６、固定用貫通穴１９との直径差の範囲内に抑
えることができるので、安定した増幅性能を得ることが
できる。
１００の外縁部に連結用貫通穴１６を設ければ、連結用
貫通穴１６に連結用ボルト２１を通しナット２２で締結
することにより、固体レーザロッド１に沿って、複数の
励起ユニット１００を容易かつ高精度で堅固に連結、固
定することができる。また連結用貫通穴１６により励起
ユニット１００の設置位置、角度が規定されるため、励
起部の組立、調整が容易になるばかりでなく、機械振動
等の外乱が生じた場合であっても、励起ユニット１００
の設置位置、設置角度からのずれをボルト２１と連結用
貫通穴１６、固定用貫通穴１９との直径差の範囲内に抑
えることができるので、安定した増幅性能を得ることが
できる。
【０１３３】また本実施の形態においては、同一の側板
１８に固体レーザロッド１、フローチューブ９および励
起ユニット１００が固定されているため、固体レーザロ
ッド１、フローチューブ９および励起ユニット１００の
位置関係を常に一定に保つことができるので、振動等の
外乱が生じた場合であっても、固体レーザロッド１、フ
ローチューブ９および励起ユニット１００の位置、角度
ずれを抑制し、固体レーザロッド１およびフローチュー
ブ９に対し励起モジュール１００が機械的負荷を加える
ことがないので、装置の信頼性が著しく向上するばかり
でなく、安定した増幅特性、ひいては安定したレーザ出
力を得ることができる。
１８に固体レーザロッド１、フローチューブ９および励
起ユニット１００が固定されているため、固体レーザロ
ッド１、フローチューブ９および励起ユニット１００の
位置関係を常に一定に保つことができるので、振動等の
外乱が生じた場合であっても、固体レーザロッド１、フ
ローチューブ９および励起ユニット１００の位置、角度
ずれを抑制し、固体レーザロッド１およびフローチュー
ブ９に対し励起モジュール１００が機械的負荷を加える
ことがないので、装置の信頼性が著しく向上するばかり
でなく、安定した増幅特性、ひいては安定したレーザ出
力を得ることができる。
【０１３４】また本実施の形態の励起ユニット１００の
外縁部には、同一円周上に４５度間隔で連結用貫通穴１
６が設けられているので、複数の励起ユニット１００を
連結、固定する際に、各励起ユニット１００の固体素子
１に対する励起光照射方向を４５度間隔で、精確かつ簡
易に設定することができる。本実施の形態の励起部は２
台の励起ユニット１００が９０度の角度をなして連結、
固定されており、また各励起ユニット１００は対向する
２方向より固体素子１に対し、励起光を照射する構成を
有するため、固体素子１は、９０度間隔で均等に配置さ
れた４方向より励起光を照射される。従って固体素子１
内の励起密度分布の均一化が効果的に図られ、高品質の
レーザビームを安定して増幅することができる。
外縁部には、同一円周上に４５度間隔で連結用貫通穴１
６が設けられているので、複数の励起ユニット１００を
連結、固定する際に、各励起ユニット１００の固体素子
１に対する励起光照射方向を４５度間隔で、精確かつ簡
易に設定することができる。本実施の形態の励起部は２
台の励起ユニット１００が９０度の角度をなして連結、
固定されており、また各励起ユニット１００は対向する
２方向より固体素子１に対し、励起光を照射する構成を
有するため、固体素子１は、９０度間隔で均等に配置さ
れた４方向より励起光を照射される。従って固体素子１
内の励起密度分布の均一化が効果的に図られ、高品質の
レーザビームを安定して増幅することができる。
【０１３５】また本実施の形態に示すように、励起部を
同一構成を有する複数の励起ユニット１００を連結して
構成する方式とすれば、所望する増幅性能に応じて連結
する励起ユニット１００の数を調整すればよく、また所
望する増幅性能が異なり、連結する励起ユニット１００
の数が異なる場合でも、励起部構成部品ならびに励起部
組立手順の共通化を図ることができるので、安価なコス
トで多様な増幅性能を有する半導体レーザ励起固体レー
ザ増幅装置を製作することが可能となる。特に本実施の
形態の励起ユニット１００には、外縁部に連結用貫通穴
１６等の励起ユニット１００どうしを連結する手段を有
するので、励起ユニット１００の数を容易に増減させる
ことができる。
同一構成を有する複数の励起ユニット１００を連結して
構成する方式とすれば、所望する増幅性能に応じて連結
する励起ユニット１００の数を調整すればよく、また所
望する増幅性能が異なり、連結する励起ユニット１００
の数が異なる場合でも、励起部構成部品ならびに励起部
組立手順の共通化を図ることができるので、安価なコス
トで多様な増幅性能を有する半導体レーザ励起固体レー
ザ増幅装置を製作することが可能となる。特に本実施の
形態の励起ユニット１００には、外縁部に連結用貫通穴
１６等の励起ユニット１００どうしを連結する手段を有
するので、励起ユニット１００の数を容易に増減させる
ことができる。
【０１３６】本実施の形態においては、励起ユニット１
００の外縁部に４５度間隔で８個の連結用貫通穴１６を
設ける構成を示したが、連結用貫通穴１６の数、角度間
隔はこれに限るものではなく、更に小さい角度間隔で多
くの連結用貫通穴１６を設ければ、励起密度分布の細か
な調整が可能となるし、連結用貫通穴１６を設ける角度
間隔を大きくすれば、連結用貫通穴１６の数が減少する
ので、励起ユニット１００の製作コストの低減を図るこ
とができる。
００の外縁部に４５度間隔で８個の連結用貫通穴１６を
設ける構成を示したが、連結用貫通穴１６の数、角度間
隔はこれに限るものではなく、更に小さい角度間隔で多
くの連結用貫通穴１６を設ければ、励起密度分布の細か
な調整が可能となるし、連結用貫通穴１６を設ける角度
間隔を大きくすれば、連結用貫通穴１６の数が減少する
ので、励起ユニット１００の製作コストの低減を図るこ
とができる。
【０１３７】実施の形態１６．図２８は、本発明の実施
の形態１６の半導体レーザ励起固体レーザ発振装置を示
す横断面図である。図中、２４は、部分反射鏡４および
全反射鏡５を基台２３上に固定するためのミラーホル
ダ、２５は部分透過鏡４より出射するレーザビームであ
る。上記実施の形態１乃至実施の形態１５においては、
半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置としての構成につ
いて述べてきたが、図２６に示すように、図２５におい
て示した実施の形態１３と同一の構成を有する半導体レ
ーザ励起固体レーザ増幅装置２００を使用し、励起媒質
を含む固体素子１の前後に、部分反射鏡４および全反射
鏡５を、ミラーホルダ２４を用いて固定し、安定型光共
振器を構成すれば、励起された固体レーザロッド１中で
発生する自然放出光を、光共振器内で往復させることに
より増幅し、指向性の揃ったレーザビーム２５として取
り出すことができるので、半導体レーザ励起固体レーザ
発振装置として使用することができる。
の形態１６の半導体レーザ励起固体レーザ発振装置を示
す横断面図である。図中、２４は、部分反射鏡４および
全反射鏡５を基台２３上に固定するためのミラーホル
ダ、２５は部分透過鏡４より出射するレーザビームであ
る。上記実施の形態１乃至実施の形態１５においては、
半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置としての構成につ
いて述べてきたが、図２６に示すように、図２５におい
て示した実施の形態１３と同一の構成を有する半導体レ
ーザ励起固体レーザ増幅装置２００を使用し、励起媒質
を含む固体素子１の前後に、部分反射鏡４および全反射
鏡５を、ミラーホルダ２４を用いて固定し、安定型光共
振器を構成すれば、励起された固体レーザロッド１中で
発生する自然放出光を、光共振器内で往復させることに
より増幅し、指向性の揃ったレーザビーム２５として取
り出すことができるので、半導体レーザ励起固体レーザ
発振装置として使用することができる。
【０１３８】本実施の形態においては、部分反射鏡４と
全反射鏡５を用いて安定型光共振器を構成し、固体素子
１よりレーザビーム２５を取り出す構成を示したが、一
対の全反射鏡を固体素子の前後に配置し、一方の全反射
鏡の周囲から回折により漏れ出る光をレーザビームとし
て光共振器外部へ取り出す、不安定型光共振器を使用し
ても、半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置として使用
することができる。
全反射鏡５を用いて安定型光共振器を構成し、固体素子
１よりレーザビーム２５を取り出す構成を示したが、一
対の全反射鏡を固体素子の前後に配置し、一方の全反射
鏡の周囲から回折により漏れ出る光をレーザビームとし
て光共振器外部へ取り出す、不安定型光共振器を使用し
ても、半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置として使用
することができる。
【０１３９】また半導体レーザ励起固体レーザ装置とし
て使用する際の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置２
００の構成は、上記実施の形態１乃至実施の形態１５の
何れの構成を用いてもよい。
て使用する際の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置２
００の構成は、上記実施の形態１乃至実施の形態１５の
何れの構成を用いてもよい。
【０１４０】上記のいずれの実施の形態においても、励
起光源として複数の発光層が積層状に固定されたスタッ
ク型半導体レーザを使用する構成を示したが、励起光源
はこれに限るものではなく、例えば、発光層が１層の半
導体レーザを使用してもよいし、発光層が１層の半導体
レーザを複数個使用してもよい。
起光源として複数の発光層が積層状に固定されたスタッ
ク型半導体レーザを使用する構成を示したが、励起光源
はこれに限るものではなく、例えば、発光層が１層の半
導体レーザを使用してもよいし、発光層が１層の半導体
レーザを複数個使用してもよい。
【０１４１】
【発明の効果】本発明の第１の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、レーザビームの光軸方向に
長軸を有する棒状のレーザ活性物質からなる固体素子
と、前記固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った
開口を有する集光器と、前記集光器の開口に沿って配置
された励起用半導体レーザと、前記集光器の開口に挿入
され、前記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子
に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起
光伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ
増幅装置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入
射面が平面であり、前記楔形のテーパ角が、順方向の光
伝送に必要な最大テーパ角以内であることを特徴とする
ので、発光領域の広い励起用半導体レーザの励起光を効
率よく固体素子に入射させることができ、高効率の励起
が可能となる。
励起固体レーザ増幅装置は、レーザビームの光軸方向に
長軸を有する棒状のレーザ活性物質からなる固体素子
と、前記固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った
開口を有する集光器と、前記集光器の開口に沿って配置
された励起用半導体レーザと、前記集光器の開口に挿入
され、前記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子
に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起
光伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ
増幅装置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入
射面が平面であり、前記楔形のテーパ角が、順方向の光
伝送に必要な最大テーパ角以内であることを特徴とする
ので、発光領域の広い励起用半導体レーザの励起光を効
率よく固体素子に入射させることができ、高効率の励起
が可能となる。
【０１４２】本発明の第２の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたので、広がり
角の大きな励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体
素子に入射させることができ、高効率の励起が可能とな
る。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたので、広がり
角の大きな励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体
素子に入射させることができ、高効率の励起が可能とな
る。
【０１４３】本発明の第３の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ので、広がり角の大きな励起用半導体レーザの励起光を
効率よく固体素子に入射させることができ、高効率の励
起が可能となる。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ので、広がり角の大きな励起用半導体レーザの励起光を
効率よく固体素子に入射させることができ、高効率の励
起が可能となる。
【０１４４】本発明の第４の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、レーザビームの光軸方向に長
軸を有する棒状のレーザ活性物質からなる固体素子と、
前記固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口
を有する集光器と、前記集光器の開口に沿って配置され
た励起用半導体レーザと、前記集光器の開口に挿入さ
れ、前記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子に
伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光
伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増
幅装置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入射
面が前記固体素子の光軸と平行な凸型の曲面であること
を特徴とするので、励起用半導体レーザの励起光を効率
よく固体素子に入射させることができると共に、励起光
伝送光学系を小型化することができる。
起固体レーザ増幅装置は、レーザビームの光軸方向に長
軸を有する棒状のレーザ活性物質からなる固体素子と、
前記固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口
を有する集光器と、前記集光器の開口に沿って配置され
た励起用半導体レーザと、前記集光器の開口に挿入さ
れ、前記励起用半導体レーザの励起光を前記固体素子に
伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光
伝送光学素子とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増
幅装置において、前記励起光伝送光学素子の励起光入射
面が前記固体素子の光軸と平行な凸型の曲面であること
を特徴とするので、励起用半導体レーザの励起光を効率
よく固体素子に入射させることができると共に、励起光
伝送光学系を小型化することができる。
【０１４５】本発明の第５の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたので、前記第
４の構成の効果に加えて、広がり角の大きな励起用半導
体レーザの励起光を効率よく固体素子に入射させること
ができる。
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が前記固体素子の光
軸に平行な複数の層状の半導体レーザを積層してなり、
前記励起用半導体レーザと前記励起光伝送光学素子の励
起光入射面との間に励起用半導体レーザの出射光の広が
り角を補正する微小円筒レンズ列を備えたので、前記第
４の構成の効果に加えて、広がり角の大きな励起用半導
体レーザの励起光を効率よく固体素子に入射させること
ができる。
【０１４６】本発明の第６の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ので、前記第４の構成の効果に加えて、広がり角の大き
な励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体素子に入
射させることができる。
起固体レーザ増幅装置は、前記第４の構成に加えて、前
記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面が前記固体素子の
光軸に垂直な複数の層状の半導体レーザを積層してなる
ので、前記第４の構成の効果に加えて、広がり角の大き
な励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体素子に入
射させることができる。
【０１４７】本発明の第７の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、励起光入射
面から励起光出射面に向かって屈折率が増加する材料で
形成されているので、励起用半導体レーザの励起光を効
率よく固体素子に入射させることができると共に、励起
光伝送光学系を小型化することができる。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、励起光入射
面から励起光出射面に向かって屈折率が増加する材料で
形成されているので、励起用半導体レーザの励起光を効
率よく固体素子に入射させることができると共に、励起
光伝送光学系を小型化することができる。
【０１４８】本発明の第８の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、前記楔形の
テーパの中心線に近いほど屈折率の大きい材料で形成さ
れているので、励起用半導体レーザの励起光を効率よく
固体素子に入射させることができると共に、励起光伝送
光学系を小型化することができる。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし６の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子は、前記楔形の
テーパの中心線に近いほど屈折率の大きい材料で形成さ
れているので、励起用半導体レーザの励起光を効率よく
固体素子に入射させることができると共に、励起光伝送
光学系を小型化することができる。
【０１４９】本発明の第９の構成に係る半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし８の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子の楔形のテーパ
面に全反射膜を設けたので、励起用半導体レーザの励起
光を効率よく固体素子に入射させることができるのに加
えて、励起光伝送光学素子の形状設計が全反射臨界角条
件によって制限されることがなくなるので小型化が可能
となり、高屈折材料を使用する必要もなくなる。
起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし８の何れかの
構成に加えて、前記励起光伝送光学素子の楔形のテーパ
面に全反射膜を設けたので、励起用半導体レーザの励起
光を効率よく固体素子に入射させることができるのに加
えて、励起光伝送光学素子の形状設計が全反射臨界角条
件によって制限されることがなくなるので小型化が可能
となり、高屈折材料を使用する必要もなくなる。
【０１５０】本発明の第１０の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１または４の構成に
加えて、前記励起光伝送光学素子の入射面に前記固体素
子の光軸に平行な微小円筒レンズを一体化して設けたの
で、励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体素子に
入射させることができるのに加えて、励起光の広がり角
を補正する手段を別途に設ける必要がなく、装置の構成
が簡単になり、組立、調整が容易となる。また、振動や
衝撃に対しても堅牢となる。
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１または４の構成に
加えて、前記励起光伝送光学素子の入射面に前記固体素
子の光軸に平行な微小円筒レンズを一体化して設けたの
で、励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体素子に
入射させることができるのに加えて、励起光の広がり角
を補正する手段を別途に設ける必要がなく、装置の構成
が簡単になり、組立、調整が容易となる。また、振動や
衝撃に対しても堅牢となる。
【０１５１】本発明の第１１の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１０の何れ
かの構成に加えて、前記集光器の内面を拡散反射面とし
たので、励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体素
子に入射させることができるのに加えて、固体素子内の
励起密度が均一になり、高品質のレーザビームが得られ
る。
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１０の何れ
かの構成に加えて、前記集光器の内面を拡散反射面とし
たので、励起用半導体レーザの励起光を効率よく固体素
子に入射させることができるのに加えて、固体素子内の
励起密度が均一になり、高品質のレーザビームが得られ
る。
【０１５２】本発明の第１２の構成に係る半導体レーザ
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１１の何れ
かの構成に加えて、固体素子を光軸に沿って包囲し、光
軸に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口に
沿って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器の
開口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を前
記固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる
楔形の励起光伝送光学素子とからなる励起ユニットを複
数備え、前記固体素子の光軸の回りの複数の方向より前
記固体素子に対して励起光を照射するので、コンパクト
かつ簡易な構成のもとで、増幅性能の大幅な増強が可能
となるばかりでなく、固体素子内の励起密度分布の均一
性が向上し、高出力かつ高品質のレーザビームを安定に
増幅することができる。
励起固体レーザ増幅装置は、前記第１ないし１１の何れ
かの構成に加えて、固体素子を光軸に沿って包囲し、光
軸に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口に
沿って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器の
開口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を前
記固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる
楔形の励起光伝送光学素子とからなる励起ユニットを複
数備え、前記固体素子の光軸の回りの複数の方向より前
記固体素子に対して励起光を照射するので、コンパクト
かつ簡易な構成のもとで、増幅性能の大幅な増強が可能
となるばかりでなく、固体素子内の励起密度分布の均一
性が向上し、高出力かつ高品質のレーザビームを安定に
増幅することができる。
【０１５３】本発明の第１３の構成に係る固体レーザ発
振装置は、前記第１ないし１２の何れかの構成による半
導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と、固体素子からレ
ーザビームを取り出す光共振器とを備えたので、高効率
で高品質なレーザビームを安定して発生させることがで
きる。
振装置は、前記第１ないし１２の何れかの構成による半
導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と、固体素子からレ
ーザビームを取り出す光共振器とを備えたので、高効率
で高品質なレーザビームを安定して発生させることがで
きる。
【図１】 本発明の実施の形態１の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成図で
ある。
体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成図で
ある。
【図２】 本発明の実施の形態１の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
を励起光出射面方向から見た正面図である。
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
を励起光出射面方向から見た正面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
を上側面方向から見た上面図である。
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
を上側面方向から見た上面図である。
【図４】 テーパをなす２面間において反射しながら進
行する励起光の伝送モデルの模式図である。
行する励起光の伝送モデルの模式図である。
【図５】 テーパ角に対する最小縮小比βの値を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図６】 本発明の実施の形態２の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成図で
ある。
体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成図で
ある。
【図７】 本発明の実施の形態２の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
中を励起光が通過する軌跡を示す計算結果である。
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
中を励起光が通過する軌跡を示す計算結果である。
【図８】 本発明の実施の形態２の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置と同一な構成において、集光器内面を
全反射面で構成した場合（ａ）と、拡散反射面で構成し
た場合（ｂ）の固体素子内での励起密度分布である。
体レーザ増幅装置と同一な構成において、集光器内面を
全反射面で構成した場合（ａ）と、拡散反射面で構成し
た場合（ｂ）の固体素子内での励起密度分布である。
【図９】 本発明の実施の形態３の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
を左側面方向から見た構成図である。
体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素子
を左側面方向から見た構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を左側面方向から見た構成図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を左側面方向から見た構成図である。
【図１１】 本発明の実施の形態５の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を励起光出射面方向から見た正面図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を励起光出射面方向から見た正面図である。
【図１２】 本発明の実施の形態５の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を左側面方向から見た側面図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を左側面方向から見た側面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態６の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を左側面方向から見た側面図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を左側面方向から見た側面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態６の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を上側面方向から見た上面図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を上側面方向から見た上面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態７の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を示す斜視図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を示す斜視図である。
【図１６】 本発明の実施の形態８の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を上側面方向から見た上面図である。
固体レーザ増幅装置において使用する励起光伝送光学素
子を上側面方向から見た上面図である。
【図１７】 本発明の実施の形態８の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置において使用する起光伝送光学素子
を左側面方向から見た側面図である。
固体レーザ増幅装置において使用する起光伝送光学素子
を左側面方向から見た側面図である。
【図１８】 本発明の実施の形態９の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成図
である。
固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成図
である。
【図１９】 本発明の実施の形態９の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置の励起部を光軸に対し垂直な方向か
ら見た構成図である。
固体レーザ増幅装置の励起部を光軸に対し垂直な方向か
ら見た構成図である。
【図２０】 本発明の実施の形態１０の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成
図である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成
図である。
【図２１】 本発明の実施の形態１１の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成
図である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を光軸方向から見た構成
図である。
【図２２】 本発明の実施の形態１２の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を、光軸方向から見た構
成図である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を、光軸方向から見た構
成図である。
【図２３】 本発明の実施の形態１２の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を、上方から見た構成図
である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を、上方から見た構成図
である。
【図２４】 本発明の実施の形態１３の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を、光軸方向から見た構
成図である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を、光軸方向から見た構
成図である。
【図２５】 本発明の実施の形態１３の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を、上方から見た構成図
である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を、上方から見た構成図
である。
【図２６】 本発明の実施の形態１４の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置の励起部を構成する励起ユニット
を示す構成図である。
起固体レーザ増幅装置の励起部を構成する励起ユニット
を示す構成図である。
【図２７】 本発明の実施の形態１５の半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置を示す横断面図である。
起固体レーザ増幅装置を示す横断面図である。
【図２８】 本発明の実施の形態１６の半導体レーザ励
起固体レーザ発振装置を示す横断面図である。
起固体レーザ発振装置を示す横断面図である。
【図２９】 従来の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装
置を光軸方向から見た構成図である。
置を光軸方向から見た構成図である。
１ 固体素子、２ スタック型半導体レーザ、３ 励起
光伝送光学素子、４部分反射鏡、５ 全反射鏡、７ 励
起光、８ 微小円筒レンズ列、１０ 集光器、３０１
励起光入射面、３０２ 励起光出射面、３０３ 上側
面、３０４ 下側面、３０５ 左側面、３０６ 右側
面、３０７ 反射防止膜、３０８ 全反射膜。
光伝送光学素子、４部分反射鏡、５ 全反射鏡、７ 励
起光、８ 微小円筒レンズ列、１０ 集光器、３０１
励起光入射面、３０２ 励起光出射面、３０３ 上側
面、３０４ 下側面、３０５ 左側面、３０６ 右側
面、３０７ 反射防止膜、３０８ 全反射膜。
Claims (13)
- 【請求項１】 レーザビームの光軸方向に長軸を有する
棒状のレーザ活性物質からなる固体素子と、前記固体素
子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口を有する集
光器と、前記集光器の開口に沿って配置された励起用半
導体レーザと、前記集光器の開口に挿入され、前記励起
用半導体レーザの励起光を前記固体素子に伝送する励起
光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光伝送光学素子
とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置におい
て、前記励起光伝送光学素子の励起光入射面が平面であ
り、前記楔形のテーパ角が、順方向の光伝送に必要な最
大テーパ角以内であることを特徴とする半導体レーザ励
起固体レーザ増幅装置。 - 【請求項２】 前記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が
前記固体素子の光軸に平行な複数の層状の半導体レーザ
を積層してなり、前記励起用半導体レーザと前記励起光
伝送光学素子の励起光入射面との間に励起用半導体レー
ザの出射光の広がり角を補正する微小円筒レンズ列を備
えた請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装
置。 - 【請求項３】 前記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面
が前記固体素子の光軸に垂直な複数の層状の半導体レー
ザを積層してなる請求項１記載の半導体レーザ励起固体
レーザ増幅装置。 - 【請求項４】 レーザビームの光軸方向に長軸を有する
棒状のレーザ活性物質からなる固体素子と、前記固体素
子を光軸に沿って包囲し、光軸に沿った開口を有する集
光器と、前記集光器の開口に沿って配置された励起用半
導体レーザと、前記集光器の開口に挿入され、前記励起
用半導体レーザの励起光を前記固体素子に伝送する励起
光伝送方向に沿って狭くなる楔形の励起光伝送光学素子
とを備えた半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置におい
て、前記励起光伝送光学素子の励起光入射面が前記固体
素子の光軸と平行な凸型の曲面であることを特徴とする
半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置。 - 【請求項５】 前記励起用半導体レーザはＰＮ接合面が
前記固体素子の光軸に平行な複数の層状の半導体レーザ
を積層してなり、前記励起用半導体レーザと前記励起光
伝送光学素子の励起光入射面との間に励起用半導体レー
ザの出射光の広がり角を補正する微小円筒レンズ列を備
えた請求項４記載の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装
置。 - 【請求項６】 前記励起用半導体レーザは、ＰＮ接合面
が前記固体素子の光軸に垂直な複数の層状の半導体レー
ザを積層してなる請求項４記載の半導体レーザ励起固体
レーザ増幅装置。 - 【請求項７】 前記励起光伝送光学素子は、励起光入射
面から励起光出射面に向かって屈折率が増加する材料で
形成されている請求項１ないし６の何れかに記載の半導
体レーザ励起固体レーザ増幅装置。 - 【請求項８】 前記励起光伝送光学素子は、前記楔形の
テーパの中心線に近いほど屈折率の大きい材料で形成さ
れている請求項１ないし６の何れかに記載の半導体レー
ザ励起固体レーザ増幅装置。 - 【請求項９】 前記励起光伝送光学素子の楔形のテーパ
面に全反射膜を設けた請求項１ないし８の何れかに記載
の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置。 - 【請求項１０】 前記励起光伝送光学素子の入射面に前
記固体素子の光軸に平行な微小円筒レンズを一体化して
設けた請求項１または４に記載の半導体レーザ励起固体
レーザ増幅装置。 - 【請求項１１】 前記集光器の内面を拡散反射面とした
請求項１ないし１０の何れかに記載の半導体レーザ励起
固体レーザ増幅装置。 - 【請求項１２】 固体素子を光軸に沿って包囲し、光軸
に沿った開口を有する集光器と、前記集光器の開口に沿
って配置された励起用半導体レーザと、前記集光器の開
口に挿入され、前記励起用半導体レーザの励起光を前記
固体素子に伝送する励起光伝送方向に沿って狭くなる楔
形の励起光伝送光学素子とからなる励起ユニットを複数
備え、前記固体素子の光軸の回りの複数の方向より前記
固体素子に対して励起光を照射することを特徴とする請
求項１ないし１１の何れかに記載の半導体レーザ励起固
体レーザ増幅装置。 - 【請求項１３】 前記請求項１ないし１２の何れかに記
載の半導体レーザ励起固体レーザ増幅装置と、固体素子
からレーザビームを取り出す光共振器とを備えた固体レ
ーザ発振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2007134522A (ja) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 光学装置およびレーザ増幅方法 |
| JP2015125250A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | レーザー装置 |
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-
1997
- 1997-10-20 JP JP28706497A patent/JP3391235B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2015125250A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | レーザー装置 |
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