JPWO2021014565A1

JPWO2021014565A1 - レーザ装置

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Publication number: JPWO2021014565A1
Application number: JP2021534454A
Authority: JP
Inventors: 浩平酒井; 賢一廣澤; 健一宇藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2039-07-23
Also published as: JP6949285B2; WO2021014565A1

Abstract

波長が第１の波長であり、第１の方向に偏光されている第１の直線偏光を出力する第１の光源（１１）と、波長が第１の波長と異なる第２の波長であり、第１の方向と直交している第２の方向に偏光されている第２の直線偏光を出力する第２の光源（１２）と、第１の直線偏光を透過させて、第２の直線偏光を反射させる偏光結合素子（１３）と、偏光結合素子（１３）を透過してきた第１の直線偏光を第１の円偏光に変化させ、偏光結合素子（１３）によって反射されてきた第２の直線偏光を第２の円偏光に変化させる偏光制御素子（１４）と、第１の光源（１１）と偏光結合素子（１３）との間に配置されており、第１の光源（１１）から出力された第１の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子（１３）を透過してきた第２の波長の光を第１の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第１の波長フィルタ（１６）と、第２の光源（１２）と偏光結合素子（１３）との間に配置されており、第２の光源（１２）から出力された第２の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子（１３）によって反射されてきた第１の波長の光を第２の光源（１２）が存在している方向と異なる方向に回折させる第２の波長フィルタ（１７）とを備えるように、レーザ装置（１）を構成した。

Description

この発明は、レーザ装置に関するものである。

レーザ光を発振する光源として共振器を備え、共振器により発振されたレーザ光を放出するレーザ装置は、自己が放出したレーザ光が戻り光として、共振器に入射されることがある。また、レーザ装置は、他のレーザ装置から放出されたレーザ光が共振器に入射されることがある。
レーザ装置の共振器は、戻り光が入射された場合、又は、他のレーザ装置から放出されたレーザ光が入射された場合、発振するレーザ光の出力及びレーザ光の波長のそれぞれが不安定になることがある。

以下の非特許文献１には、戻り光が共振器に入射されないようにするためのアイソレータとして用いられる、ファラデー効果を有する磁性光学素子が開示されている。

Ｒｙｏ．Ｙａｓｕｈａｒａ，ｅｔａｌ．，ＯＰＴＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．５，１１４５，（２０１４）

非特許文献１に開示されているファラデー効果を有する磁性光学素子では、レーザ装置から放出されるレーザ光の出力が高くなる程、レーザ光の特性が劣化してしまい、磁性光学素子への入射ビームの径を大きくして、パワー密度を下げる必要がある。
磁性光学素子への入射ビームを大きくすると、必然的に磁性光学素子が大型になり、また、磁性光学素子の周囲に配置される磁石も大型になってしまうという課題があった。

なお、レーザ装置が、磁性光学素子を備える代わりに、４分の１波長（以下、「λ／４」と称する）板を備えるようにしても、戻り光が共振器に入射されないようにすることができる。
λ／４板は、共振器により発振されたレーザ光を直線偏光から円偏光に変化させて、円偏光を放射する一方、放射した円偏光が戻り光として入射されると、戻り光を、共振器により発振されたレーザ光である直線偏光と傾き角が９０度異なる直線偏光に変化させるものである。したがって、共振器により発振されたレーザ光である直線偏光を透過させ、また、透過させた直線偏光と傾き角が９０度異なる直線偏光を屈折させる偏光結合素子等を、共振器とλ／４板との間に挿入すれば、戻り光が共振器に入射されないようにすることができる。
しかしながら、レーザ装置が、λ／４板を備える場合、互いに直交している２つの直線偏光であるレーザ光を偏光結合することによって、レーザ装置の高出力化を図ることが可能な構成の実現が困難である。即ち、２つのレーザ光を偏光結合するために、２つの共振器を含むレーザ装置がλ／４板を備える構成は、以下に示すように、２つの共振器から発振されるレーザ光の波長が不安定になるため、実現が困難である。
以下、説明の便宜上、２つの共振器のうち、一方の共振器が第１の共振器、他方の共振器が第２の共振器であるとする。
第１の共振器から発振されたレーザ光の戻り光は、λ／４板及び偏光結合素子等によって、第１の共振器に入射されないようにすることができる。しかし、第２の共振器から発振されたレーザ光の戻り光である直線偏光は、第１の共振器から発振されたレーザ光の戻り光である直線偏光と傾き角が９０度異なる。このため、偏光結合素子等を、第１の共振器とλ／４板との間に挿入しても、第２の共振器から発振されたレーザ光の戻り光は、第１の共振器に入射されてしまう。
また、第２の共振器から発振されたレーザ光の戻り光は、λ／４板及び偏光結合素子等によって、第２の共振器に入射されないようにすることができる。しかし、第１の共振器から発振されたレーザ光の戻り光である直線偏光は、第２の共振器から発振されたレーザ光の戻り光である直線偏光と傾き角が９０度異なる。このため、偏光結合素子等を、第２の共振器とλ／４板との間に挿入しても、第１の共振器から発振されたレーザ光の戻り光は、第２の共振器に入射されてしまう。
したがって、第１の共振器及び第２の共振器のそれぞれから発振されるレーザ光の波長が不安定になる。

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、磁性光学素子を用いることなく、光源への戻り光の入射を避けつつ、２つのビームを結合することが可能なレーザ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザ装置は、波長が第１の波長であり、第１の方向に偏光されている第１の直線偏光を出力する第１の光源と、波長が第１の波長と異なる第２の波長であり、第１の方向と直交している第２の方向に偏光されている第２の直線偏光を出力する第２の光源と、第１の直線偏光を透過させて、第２の直線偏光を反射させる偏光結合素子と、偏光結合素子を透過してきた第１の直線偏光を第１の円偏光に変化させ、偏光結合素子によって反射されてきた第２の直線偏光を第２の円偏光に変化させる偏光制御素子と、第１の光源と偏光結合素子との間に配置されており、第１の光源から出力された第１の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子を透過してきた第２の波長の光を第１の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第１の波長フィルタと、第２の光源と偏光結合素子との間に配置されており、第２の光源から出力された第２の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子によって反射されてきた第１の波長の光を第２の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第２の波長フィルタとを備えるようにしたものである。

この発明によれば、第１の直線偏光を透過させて、第２の直線偏光を反射させる偏光結合素子と、偏光結合素子を透過してきた第１の直線偏光を第１の円偏光に変化させ、偏光結合素子によって反射されてきた第２の直線偏光を第２の円偏光に変化させる偏光制御素子と、第１の光源と偏光結合素子との間に配置されており、第１の光源から出力された第１の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子を透過してきた第２の波長の光を第１の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第１の波長フィルタと、第２の光源と偏光結合素子との間に配置されており、第２の光源から出力された第２の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子によって反射されてきた第１の波長の光を第２の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第２の波長フィルタとを備えるように、レーザ装置を構成した。したがって、この発明に係るレーザ装置は、磁性光学素子を用いることなく、光源への戻り光の入射を避けつつ、２つのビームを結合することが可能である。

実施の形態１に係るレーザ装置１を示す構成図である。実施の形態１に係るレーザ装置１の動作を示す光路図である。第１の波長フィルタ１６を実現するボリュームブラッググレーティングの具体例を示す説明図である。第１の波長λ_１と第２の波長λ_２との波長差Δλと、回折効率との関係を示す説明図である。実施の形態１に係る他のレーザ装置１を示す構成図である。実施の形態２に係るレーザ装置１を示す構成図である。実施の形態２に係るレーザ装置１の動作を示す光路図である。実施の形態３に係るレーザ装置１を示す構成図である。実施の形態３に係るレーザ装置１の動作を示す光路図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ装置１を示す構成図である。
図１において、レーザ装置１は、例えば、レーザ光に利得を発生させる励起レーザとして用いられる。
第１の光源１１は、第１の励起レーザ１１ａを備えている。
第１の光源１１は、波長が第１の波長λ_１であり、第１の方向に偏光されている第１の直線偏光であるｐ偏光を、第１の波長フィルタ１６を介して、偏光結合素子１３の第１の面１３ａに向けて出力する。
第１の励起レーザ１１ａは、例えば、半導体レーザ又はファイバーレーザを含む固体レーザによって実現される。
第１の励起レーザ１１ａは、第１の波長λ_１のｐ偏光を発振する共振器を備えており、共振器により発振されたｐ偏光を偏光結合素子１３の第１の面１３ａに向けて出力する。
第１の励起レーザ１１ａは、ｐ偏光をコリメートする光学系を含んでいてもよい。また、第１の励起レーザ１１ａは、第１の波長λ_１のｐ偏光を、連続波として発振するものであってもよいし、間欠波として発振するものであってもよい。

第２の光源１２は、第２の励起レーザ１２ａを備えている。
第２の光源１２は、波長が第１の波長λ_１と異なる第２の波長λ_２であり、第１の方向と直交している第２の方向に偏光されている第２の直線偏光であるｓ偏光を、第２の波長フィルタ１７を介して、偏光結合素子１３の第２の面１３ｂに向けて出力する。
第２の励起レーザ１２ａは、例えば、半導体レーザ又はファイバーレーザを含む固体レーザによって実現される。
第２の励起レーザ１２ａは、第２の波長λ_２のｓ偏光を発振する共振器を備えており、共振器により発振されたｓ偏光を偏光結合素子１３の第２の面１３ｂに向けて出力する。
第２の励起レーザ１２ａは、ｓ偏光をコリメートする光学系を含んでいてもよい。また、第２の励起レーザ１２ａは、第２の波長λ_２のｓ偏光を、連続波として発振するものであってもよいし、間欠波として発振するものであってもよい。

偏光結合素子１３は、複屈折素子を用いている偏光ビームスプリッタ、又は、誘電体多層膜を用いている偏光ビームスプリッタによって実現される。
図１に示すレーザ装置１では、偏光結合素子１３が、キューブ型の偏光ビームスプリッタによって実現されている。
偏光結合素子１３は、第１の面１３ａ、第２の面１３ｂ及び第３の面１３ｃを有している。
第１の面１３ａは、第１の光源１１から出力されたｐ偏光の入射面であり、第２の面１３ｂは、第２の光源１２から出力されたｓ偏光の入射面である。
第３の面１３ｃは、第１の面１３ａと対向している面である。
偏光結合素子１３は、第１の面１３ａから入力されたｐ偏光を透過させ、第２の面１３ｂから入力されたｓ偏光を反射させる。
偏光結合素子１３は、透過させた後のｐ偏光と、反射させた後のｓ偏光とを、単一のビームとして結合し、第３の面１３ｃから、結合したビームを偏光制御素子１４に向けて出力する。

偏光制御素子１４は、例えば、４分の１波長（以下、「λ／４」と称する）板によって実現される。λは、波長である。
偏光制御素子１４は、偏光結合素子１３から出力されたビームに含まれているｐ偏光を第１の円偏光に変化させ、偏光結合素子１３から出力されたビームに含まれているｓ偏光を第２の円偏光に変化させる。
ここでは、偏光制御素子１４は、λ／４板を用いているので、互いに直交している２つの直線偏光に、λ／４の位相差を与えている。しかし、これは一例に過ぎず、偏光制御素子１４が、互いに直交している２つの直線偏光に、（λ／４）＋（λ×整数）の位相差を与えることで、偏光結合素子１３から出力されたビームを直線偏光から円偏光に変化させてもよい。
偏光制御素子１４は、第１の円偏光及び第２の円偏光を含む単一のビームをレーザ媒質１５に出力する。

レーザ媒質１５は、偏光制御素子１４から出力されたビームに含まれている第１の円偏光を吸収して、第１の波長λ_１及び第２の波長λ_２のそれぞれと異なる第３の波長λ_３の光に利得を発生させる。
また、レーザ媒質１５は、偏光制御素子１４から出力されたビームに含まれている第２の円偏光を吸収して、第３の波長λ_３の光に利得を発生させる。
レーザ媒質１５は、図示せぬ共振器によって、利得を発生させた第３の波長λ_３のレーザ光を発振し、発振したレーザ光を外部に出力する。
レーザ媒質１５では、第１の円偏光だけでなく、第２の円偏光も吸収して、第３の波長λ_３の光に利得を発生させるため、第１の円偏光だけを吸収して、第３の波長λ_３の光に利得を発生させる場合よりも、大きな利得を発生させることができる。
レーザ媒質１５の形状は、特に制限がなく、レーザ媒質１５の形状として、例えば、バルク状、スラブ状、ファイバー状、ディスク状、平面導波路状、又は、リッジ導波路状の形状を用いることができる。

第１の波長フィルタ１６は、グレーティング、ファイバーブラッググレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティング等の波長分散機能を有する素子によって実現される。
第１の波長フィルタ１６は、第１の光源１１と偏光結合素子１３の第１の面１３ａとの間に配置されている。
第１の波長フィルタ１６は、第１の光源１１から出力された第１の波長λ_１のｐ偏光を透過させる一方、偏光結合素子１３から出力された第２の波長λ_２のｐ偏光を第１の光源１１が存在している方向と異なる方向に回折させる。

第２の波長フィルタ１７は、グレーティング、ファイバーブラッググレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティング等の波長分散機能を有する素子によって実現される。
第２の波長フィルタ１７は、第２の光源１２と偏光結合素子１３の第２の面１３ｂとの間に配置されている。
第２の波長フィルタ１７は、第２の光源１２から出力された第２の波長λ_２のｓ偏光を透過させる一方、偏光結合素子１３から出力された第１の波長λ_１のｓ偏光を第２の光源１２が存在している方向と異なる方向に回折させる。

次に、図２を参照しながら、図１に示すレーザ装置１の動作について説明する。
図２は、実施の形態１に係るレーザ装置１の動作を示す光路図である。
第１の励起レーザ１１ａは、第１の波長λ_１のｐ偏光を発振する。
第１の励起レーザ１１ａは、図２に示すように、発振したｐ偏光をレーザ光１００として、第１の波長フィルタ１６に向けて出力する。
図２において、第１の励起レーザ１１ａからレーザ光１００が出力される方向は、ｘ軸と平行な方向であり、ｐ偏光の偏光方向である第１の方向は、ｙ軸と平行な方向である。

第１の励起レーザ１１ａから出力されたレーザ光１００は、波長が第１の波長λ_１であるため、第１の波長フィルタ１６を透過する。
第１の波長フィルタ１６を透過したレーザ光１０１は、偏光結合素子１３の第１の面１３ａに到達する。

第２の励起レーザ１２ａは、第２の波長λ_２のｓ偏光を発振する。
第２の励起レーザ１２ａは、図２に示すように、発振したｓ偏光をレーザ光２００として、第２の波長フィルタ１７に向けて出力する。
図２において、第２の励起レーザ１２ａからレーザ光２００が出力される方向は、ｙ軸と平行な方向であり、ｓ偏光の偏光方向である第２の方向は、ｚ軸と平行な方向である。

第２の励起レーザ１２ａから出力されたレーザ光２００は、波長が第２の波長λ_２であるため、第２の波長フィルタ１７を透過する。
第２の波長フィルタ１７を透過したレーザ光２０１は、偏光結合素子１３の第２の面１３ｂに到達する。

偏光結合素子１３は、第１の面１３ａから入力されたｐ偏光を透過させ、第２の面１３ｂから入力されたｓ偏光を反射させる。
偏光結合素子１３は、透過させた後のｐ偏光であるレーザ光１０２と、反射させた後のｓ偏光であるレーザ光２０２とを、単一のビームとして結合し、第３の面１３ｃから、結合したビームを偏光制御素子１４に向けて出力する。

偏光制御素子１４は、偏光結合素子１３から単一のビームを受けると、単一のビームに含まれているレーザ光１０２及びレーザ光２０２のそれぞれを、直線偏光から円偏光に変化させ、それぞれの円偏光をレーザ媒質１５に出力する。
単一のビームに含まれているｐ偏光であるレーザ光１０２は、偏光制御素子１４によって、第１の円偏光１０３に変化され、単一のビームに含まれているｓ偏光であるレーザ光２０２は、偏光制御素子１４によって、第２の円偏光２０３に変化される。
円偏光は、ビームの光路において、ビームの送信元を見たときに、偏光方向が時計回りの方向であれば、右偏光であり、偏光方向が反時計回りの方向であれば、左偏光であるとする。
図１に示すレーザ装置１では、第１の円偏光１０３の向きが時計回りであり、第１の円偏光１０３が右偏光であるものとする。また、第２の円偏光２０３の向きが反時計回りであり、第２の円偏光２０３が左偏光であるものとする。
偏光制御素子１４は、第１の円偏光１０３及び第２の円偏光２０３を含む単一のビームをレーザ媒質１５に出力する。

レーザ媒質１５は、偏光制御素子１４から出力されたビームに含まれている第１の波長λ_１の第１の円偏光１０３を吸収して、第３の波長λ_３の光に利得を発生させる。
また、レーザ媒質１５は、偏光制御素子１４から出力されたビームに含まれている第２の波長λ_２の第２の円偏光２０３を吸収して、第３の波長λ_３の光に利得を発生させる。
レーザ媒質１５は、図示せぬ共振器によって、利得を発生させた第３の波長λ_３のレーザ光を発振し、発振したレーザ光を外部に出力する。

何らかの要因で、第１の円偏光１０３から戻り光１０４が発生することがある。戻り光１０４は、第１の円偏光１０３と同じ第１の波長λ_１の円偏光であり、戻り光１０４の光路は、第１の円偏光１０３の光路と逆行している。
戻り光１０４の偏光方向は、第１の円偏光１０３の偏光方向と反対方向であり、戻り光１０４は、左偏光である。何らかの要因としては、レーザ媒質１５における第１の円偏光１０３の入射面での反射又は散乱のほか、誘導ブリルアン散乱等が考えられる。
また、何らかの要因で、第２の円偏光２０３から戻り光２０４が発生することがある。戻り光２０４は、第２の円偏光２０３と同じ第２の波長λ_２の円偏光であり、戻り光２０４の光路は、第２の円偏光２０３の光路と逆行している。
戻り光２０４の偏光方向は、第２の円偏光２０３の偏光方向と反対方向であり、戻り光２０４は、右偏光である。何らかの要因としては、レーザ媒質１５における第２の円偏光２０３の入射面での反射又は散乱のほか、誘導ブリルアン散乱等が考えられる。

第１の円偏光１０３から発生した戻り光１０４は、偏光制御素子１４に入射される。
偏光制御素子１４は、左偏光である戻り光１０４を、直線偏光としての戻り光１０５に変化させる。
戻り光１０５は、ｐ偏光であるレーザ光１０２と偏光角が９０度回転しているｓ偏光である。戻り光１０５の波長は、第１の波長λ_１である。
第２の円偏光２０３から発生した戻り光２０４は、偏光制御素子１４に入射される。
偏光制御素子１４は、右偏光である戻り光２０４を、直線偏光としての戻り光２０５に変化させる。
戻り光２０５は、ｓ偏光であるレーザ光２０２と偏光角が９０度回転しているｐ偏光である。戻り光２０５の波長は、第２の波長λ_２である。
偏光制御素子１４は、戻り光１０５及び戻り光２０５のそれぞれを偏光結合素子１３の第３の面１３ｃに向けて出力する。

偏光結合素子１３の第３の面１３ｃから入力された戻り光１０５は、ｓ偏光であるため、偏光結合素子１３が、戻り光１０５を反射させる。
偏光結合素子１３は、反射させた後の戻り光１０６を第２の波長フィルタ１７に向けて出力する。
偏光結合素子１３の第３の面１３ｃから入力された戻り光２０５は、ｐ偏光であるため、偏光結合素子１３が、戻り光２０５を透過させる。
偏光結合素子１３は、透過させた後の戻り光２０６を第１の波長フィルタ１６に向けて出力する。

第１の波長フィルタ１６は、偏光結合素子１３から出力された戻り光２０６の波長が第２の波長λ_２であるため、戻り光２０６を第１の励起レーザ１１ａが存在している方向と異なる方向に回折させる。
第１の波長フィルタ１６により回折された後の戻り光２０７は、進行方向が第１の励起レーザ１１ａが存在している方向と異なるため、第１の励起レーザ１１ａに入射されることがない。
また、偏光結合素子１３により反射させた後の戻り光１０６は、進行方向が第１の励起レーザ１１ａが存在している方向と異なるため、第１の励起レーザ１１ａに入射されることがない。
したがって、戻り光２０７又は戻り光１０６が、第１の励起レーザ１１ａに入射されることに伴って、第１の励起レーザ１１ａにより発振されるレーザ光１００の第１の波長λ_１が不安定になることがない。

第２の波長フィルタ１７は、偏光結合素子１３から出力された戻り光１０６の波長が第１の波長λ_１であるため、戻り光１０６を第２の励起レーザ１２ａが存在している方向と異なる方向に回折させる。
第２の波長フィルタ１７により回折された後の戻り光１０７は、進行方向が第２の励起レーザ１２ａが存在している方向と異なるため、第２の励起レーザ１２ａに入射されることがない。
また、偏光結合素子１３を透過した戻り光２０６は、進行方向が第２の励起レーザ１２ａが存在している方向と異なるため、第２の励起レーザ１２ａに入射されることがない。
したがって、戻り光１０７又は戻り光２０６が、第２の励起レーザ１２ａに入射されることに伴って、第２の励起レーザ１２ａにより発振されるレーザ光２００の第２の波長λ_２が不安定になることがない。

第１の波長フィルタ１６及び第２の波長フィルタ１７のそれぞれは、上述したように、例えば、ボリュームブラッググレーティングによって実現される。
ボリュームブラッググレーティングは、非特許文献１に開示されている磁性光学素子と比べて、サイズが小型である。
ボリュームブラッググレーティングは、入射するビームの大きさの１．５倍から３倍程度の大きさを有していればよく、例えば、偏光結合素子１３の大きさ又は偏光制御素子１４の大きさと同程度の大きさを有していればよい。入射するビームの大きさは、例えば、ビームの光出力がピーク値の１／ｅ^２となる全幅で定義される。ｅは、自然対数のネイピア数である。
ボリュームブラッググレーティングは、非特許文献１に開示されている磁性光学素子と異なり、磁石を必要とするファラデー効果を用いていないので、磁場が発生しないという利点を有している。したがって、ボリュームブラッググレーティングと一緒に、例えば、パッケージ用部品を集積してパッケージ化する際には、パッケージ用部品、及び、治工具等の組立て用部品の双方に、一般的な鉄系等の磁性材料を用いることが容易となる。

図１に示すレーザ装置１では、第１の励起レーザ１１ａにより発振されるレーザ光１００の第１の波長λ_１と、第２の励起レーザ１２ａにより発振されるレーザ光２００の第２の波長λ_２とが異なっている。
第１の波長λ_１と第２の波長λ_２との波長差Δλの最小値は、第１の波長フィルタ１６が第１の波長λ_１のｐ偏光を透過させて、第２の波長λ_２のｐ偏光を回折させることが可能な最小の波長差である。また、波長差Δλの最小値は、第２の波長フィルタ１７が第２の波長λ_２のｓ偏光を透過させて、第１の波長λ_１のｓ偏光を回折させることが可能な最小の波長差である。波長差Δλの最小値は、例えば、第１の波長λ_１と第２の波長λ_２との中心波長に対して、１０^−６程度の値である。
波長差Δλの最小値が、中心波長に対して、１０^−６程度の値であればよいということは、レーザ装置の多くの用途において、第１の波長λ_１と第２の波長λ_２とが、ほぼ同一とみなせる程度に、波長差Δλが十分小さくてよいということを表している。
以下、第１の波長フィルタ１６についての具体的な数値例を提示する。ここでは、第１の波長フィルタ１６についての具体的な数値例を提示するが、第２の波長フィルタ１７についての数値も同様である。

第１の波長フィルタ１６を実現するボリュームブラッググレーティングについて報告されている技術レベルを考えると、例えば、屈折率が１．５程度、屈折率変動幅の上限が０．００１程度、０．４〜２．７μｍの波長の光を透過させるボリュームブラッググレーティングの実現が可能である。
また、同一の屈折率が現れるグレーティング周期が、０．２〜２０μｍ程度、厚みが０．２〜２０ｍｍ程度の作製が可能である。
具体的な数値例を取り上げると、ボリュームブラッググレーティングは、正弦波状の屈折率変調を有するものであり、平均屈折率が１．４８６７、屈折率変動の全幅が０．０００５（５０ｐｐｍ）であるものとする。
ここでは、第２の波長λ_２が１０８５．００ｎｍであるものとする。また、レーザ光１００及び戻り光２０６のそれぞれが、第１の波長フィルタ１６の入射面に対して、垂直に入射されるように、第１の励起レーザ１１ａと、第１の波長フィルタ１６と、偏光結合素子１３とが配置されているものとする。

ボリュームブラッググレーティングの内部において、入射された戻り光２０６と回折された後の戻り光２０７との波数ベクトルが、例えば、５度の角度を持たせているボリュームブラッググレーティングを想定する。
５度の角度は、実際のレーザ装置１の配置、又は、レーザ装置１の構成部品の配置等によって決められるべきものであって、値自体にそれほど重要な意味がない。しかし、５度の角度は、戻り光２０６が第１の励起レーザ１１ａに入射されないようにするには十分な値である。
例えば、図３に示すように、グレーティング周期が０．３６６μｍ、戻り光２０６の入射面の法線を示す入射ベクトルＫｉとグレーティングベクトルＫＧとのなす角度が９２．５度、厚みが１９．６ｍｍであるボリュームブラッググレーティングを想定する。明細書の文章中では、Ｋｉ及びＫＧ等の文字の上に“→”の記号を付することができないため、単に、Ｋｉ又はＫＧのように表記している。
図３は、第１の波長フィルタ１６を実現するボリュームブラッググレーティングの具体例を示す説明図である。

図３では、ボリュームブラッググレーティングによって回折された後の戻り光２０７を示す回折ベクトルＫａと入射ベクトルＫｉとのなす角度が５度であり、ボリュームブラッググレーティングが、第２の波長λ_２の透過型フィルタとなっている。なお、図２に示すレーザ装置１では、戻り光２０７を示す回折ベクトルＫａと入射ベクトルＫｉとのなす角度が９０度よりも大きいため、ボリュームブラッググレーティングが、第２の波長λ_２の反射型フィルタとなっている。
第１の波長フィルタ１６が、図３に示すボリュームブラッググレーティングによって実現される場合、理論上の回折効率が１００％になる。ただし、単純化のために、波長不整合及び角度不整合については、考慮していない。

図４は、第１の波長λ_１と第２の波長λ_２との波長差Δλと、回折効率との関係を示す説明図である。
回折効率の波長依存性を代表する特性値として、回折効率が最初に０％となる波長差の半幅があり、回折効率が最初に０％となる波長差の半幅は、図４に示すように、０．０１ｎｍ程度である。０．０１ｎｍの波長差は、２．５ＧＨｚ程度の周波数差に相当する。
第２の波長λ_２が１０８５．００ｎｍであるとき、第１の波長λ_１が１０８５．０１ｎｍであれば、波長差Δλが、０．０１ｎｍになる。したがって、波長差Δλが、回折効率が最初に０％となる波長の半幅と一致するため、第１の波長λ_１のレーザ光１００は、第１の波長フィルタ１６が存在していないかのように、第１の波長フィルタ１６を透過する。
一方、第２の波長λ_２の戻り光２０６は、第１の波長フィルタ１６によって、入射ベクトルＫｉとのなす角度が５度となる、回折ベクトルＫａで表される方向に回折され、第１の波長フィルタ１６から、回折された後の戻り光２０７が出力される。
ここでは、回折効率が最初に０％となる波長の半幅が、０．０１ｎｍであるものを示している。しかし、これは一例に過ぎず、ボリュームブラッググレーティングの厚みを厚くすること、あるいは、グレーティング周期を小さくすることで、回折効率が最初に０％となる波長の半幅が小さくなる。

ボリュームブラッググレーティングの原理については、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。図３に示すボリュームブラッググレーティングの具体的な数値の計算の元になっている理論及び公式については、例えば、以下の非特許文献２に開示されている。
［非特許文献２］
Ｉ．Ｖ．Ｃｉａｐｕｒｉｎ，ｅｔａｌ．，ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆＧａｕｓｓｉａｎｂｅａｍｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｏｎｖｏｌｕｍｅＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｉｎＰＴＲｇｌａｓｓ，Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＰＩＥ５７４２，１８３，（２００５）．

図１に示すレーザ装置１では、第１の波長λ_１と第２の波長λ_２とが異なっている。第１の波長λ_１のスペクトル幅及び第２の波長λ_２のスペクトル幅のそれぞれは、波長差Δλの半分程度以下であることが望ましい。第１の波長λ_１のスペクトル幅及び第２の波長λ_２のスペクトル幅のそれぞれが、波長差Δλの半分程度よりも大きいと、第１の波長λ_１のスペクトルと、第２の波長λ_２のスペクトルとが一部重なり、スペクトルの重なり部分が、損失又は戻り光になるからである。

図１に示すレーザ装置１では、波長差Δλの最大値が、レーザ媒質１５の吸収波長幅、と、偏光結合素子１３等の波長依存性に起因する許容波長幅とのうち、狭い方の許容波長幅となる。狭い方の許容波長幅は、レーザ媒質１５の吸収波長幅であることが多い。例えば、偏光結合素子１３等を実現する偏光ビームスプリッタ等は、以下の非特許文献３及び非特許文献４に示すように、可視から近赤外波長での波長無依存設計により、２００ｎｍ程度の均一な波長特性を得ることが可能である。
［非特許文献３］
Ｌ．Ｌｉ，ｅｔａｌ．，Ｖｉｓｉｂｌｅｂｒｏａｄｂａｎｄ，ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ，ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｐｏｌａｒｉｚｉｎｇｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，３５，１３，２２２１，（１９９６）．
［非特許文献４］
Ｈ．Ｋｉｋｕｔａ，ｅｔａｌ．，Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅｐｌａｔｅｓｕｓｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｆｏｒｍｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ，ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，３６，７，１５６６，（１９９７）．

図１に示すレーザ装置１では、ボリュームブラッググレーティングが、正弦波状の屈折率変調を有するものであるとしている。しかし、これは一例に過ぎず、ボリュームブラッググレーティングが、一定周期の正弦波変調以外の変調を有するものであってもよい。例えば、ボリュームブラッググレーティングが、波長依存特性のサイドローブを低減するためのアポダイゼーションフィルタ又はチャープフィルタであってもよい。

以上の実施の形態１では、第１の光源１１から出力された第１の直線偏光を透過させて、第２の光源１２から出力された第２の直線偏光を反射させる偏光結合素子１３と、偏光結合素子１３を透過してきた第１の直線偏光を第１の円偏光に変化させ、偏光結合素子１３によって反射されてきた第２の直線偏光を第２の円偏光に変化させる偏光制御素子１４と、第１の光源１１と偏光結合素子１３との間に配置されており、第１の光源１１から出力された第１の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子１３を透過してきた第２の波長の光を第１の光源１１が存在している方向と異なる方向に回折させる第１の波長フィルタ１６と、第２の光源１２と偏光結合素子１３との間に配置されており、第２の光源１２から出力された第２の直線偏光を透過させる一方、偏光結合素子１３によって反射されてきた第１の波長の光を第２の光源１２が存在している方向と異なる方向に回折させる第２の波長フィルタ１７とを備えるように、レーザ装置１を構成した。したがって、レーザ装置１は、磁性光学素子を用いることなく、第１の光源１１への戻り光２０６，１０６の入射、及び、第２の光源１２への戻り光１０６，２０６の入射のそれぞれを避けつつ、２つのビームを結合することが可能である。

図１に示すレーザ装置１では、第１の光源１１が、第１の励起レーザ１１ａを備え、第２の光源１２が、第２の励起レーザ１２ａを備えている。
しかし、これは一例に過ぎず、図５に示すように、第１の光源１１が、第１の励起レーザ１１ｂと、第１の偏光板１１ｃとを備え、第２の光源１２が、第２の励起レーザ１２ｂと、第２の偏光板１２ｃとを備えるようにしてもよい。
図５は、実施の形態１に係る他のレーザ装置１を示す構成図である。図５において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

第１の励起レーザ１１ｂは、第１の波長λ_１のレーザ光１００’を発振する共振器を備えており、共振器により発振されたレーザ光１００’を第１の偏光板１１ｃに出力する。レーザ光１００’は、第１の方向に偏光されていないレーザ光である。
第１の偏光板１１ｃは、第１の励起レーザ１１ｂにより発振されたレーザ光１００’を第１の方向に偏光させて、ｐ偏光であるレーザ光１００を第１の波長フィルタ１６に向けて出力する。
第２の励起レーザ１２ｂは、第２の波長λ_２のレーザ光２００’を発振する共振器を備えており、共振器により発振されたレーザ光２００’を第２の偏光板１２ｃに出力する。レーザ光２００’は、第２の方向に偏光されていないレーザ光である。
第２の偏光板１２ｃは、第２の励起レーザ１２ｂにより発振されたレーザ光２００’を第２の方向に偏光させて、ｓ偏光であるレーザ光２００を第２の波長フィルタ１７に向けて出力する。

図５に示すレーザ装置１では、第１の光源１１が、第１の励起レーザ１１ｂと、第１の偏光板１１ｃとを備えていても、図１に示すレーザ装置１と同様に、磁性光学素子を用いることなく、第１の光源１１への戻り光２０６，１０６の入射を避けることができる。
また、図５に示すレーザ装置１では、第２の光源１２が、第２の励起レーザ１２ｂと、第２の偏光板１２ｃとを備えていても、図１に示すレーザ装置１と同様に、磁性光学素子を用いることなく、第２の光源１２への戻り光１０６，２０６の入射を避けることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、第３の波長フィルタ２１及び第４の波長フィルタ２２を備えるレーザ装置１について説明する。
図６は、実施の形態２に係るレーザ装置１を示す構成図である。図６において、図１及び図５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図７は、実施の形態２に係るレーザ装置１の動作を示す光路図である。図７において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

第１の光源１１は、第１の励起レーザ１１ａを備えていてもよいし、第１の励起レーザ１１ｂと、第１の偏光板１１ｃとを備えていてもよい。
第２の光源１２は、第２の励起レーザ１２ａを備えていてもよいし、第２の励起レーザ１２ｂと、第２の偏光板１２ｃとを備えていてもよい。

第３の波長フィルタ２１は、第１の光源１１が備える共振器の部分反射鏡として機能するフィルタであり、グレーティング、ファイバーブラッググレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティング等の波長分散機能を有する素子によって実現される。
第３の波長フィルタ２１は、第１の光源１１と第１の波長フィルタ１６との間に配置されている。
第３の波長フィルタ２１は、第１の光源１１から出力された第１の波長λ_１のレーザ光１００の一部を透過させ、透過させた後のレーザ光１００ａを第１の波長フィルタ１６に向けて出力する。
第３の波長フィルタ２１は、第１の波長λ_１のレーザ光１００の透過させていない部分を第１の光源１１側に反射させる。

第４の波長フィルタ２２は、第２の光源１２が備える共振器の部分反射鏡として機能するフィルタであり、グレーティング、ファイバーブラッググレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティング等の波長分散機能を有する素子によって実現される。
第４の波長フィルタ２２は、第２の光源１２と第２の波長フィルタ１７との間に配置されている。
第４の波長フィルタ２２は、第２の光源１２から出力された第２の波長λ_２のレーザ光２００の一部を透過させ、透過させた後のレーザ光２００ａを第２の波長フィルタ１７に向けて出力する。
第４の波長フィルタ２２は、第２の波長λ_２のレーザ光２００の透過させていない部分を第２の光源１２側に反射させる。

次に、図７を参照しながら、図６に示すレーザ装置１の動作について説明する。
第１の光源１１、第２の光源１２、第３の波長フィルタ２１及び第４の波長フィルタ２２以外は、図１に示すレーザ装置１と同様である。ここでは、第１の光源１１、第２の光源１２、第３の波長フィルタ２１及び第４の波長フィルタ２２の動作についてのみ説明する。

実施の形態２では、第１の光源１１は、第３の波長フィルタ２１を部分反射鏡としたレーザ発振器の一部である。
第３の波長フィルタ２１は、第１の光源１１から第１の波長λ_１のレーザ光１００を受けると、第１の波長λ_１のレーザ光１００の一部を透過させ、透過させた後のレーザ光１００ａを第１の波長フィルタ１６に向けて出力する。
また、第３の波長フィルタ２１は、第１の波長λ_１のレーザ光１００の透過させていない部分を反射させ、反射させた後の第１の波長λ_１のレーザ光１００ｂを第１の光源１１に出力する。

第３の波長フィルタ２１は、第１の波長λ_１以外の光を反射しないように構成しているので、第１の光源１１及び第３の波長フィルタ２１を有するレーザ発振器は、発振波長である第１の波長λ_１の安定化が図られる。したがって、図１に示すレーザ装置１よりも、第１の光源１１により発振されるレーザ光１００の第１の波長λ_１が安定化される。

実施の形態２では、第２の光源１２は、第４の波長フィルタ２２を部分反射鏡としたレーザ発振器の一部である。
第４の波長フィルタ２２は、第２の光源１２から第２の波長λ_２のレーザ光２００を受けると、第２の波長λ_２のレーザ光２００の一部を透過させ、透過させた後のレーザ光２００ａを第２の波長フィルタ１７に向けて出力する。
また、第４の波長フィルタ２２は、第２の波長λ_２のレーザ光２００の透過させていない部分を反射させ、反射させた後の第２の波長λ_２のレーザ光２００ｂを第２の光源１２に出力する。

第４の波長フィルタ２２は、第２の波長λ_２以外の光を反射しないように構成しているので、第２の光源１２及び第４の波長フィルタ２２を有するレーザ発振器は、発振波長である第２の波長λ_２の安定化が図られる。したがって、図１に示すレーザ装置１よりも、第２の光源１２により発振されるレーザ光２００の第２の波長λ_２が安定化される。

以上の実施の形態２では、第１の光源１１と第１の波長フィルタ１６との間に配置されており、第１の光源１１から出力された第１の直線偏光の一部を透過させる一方、第１の直線偏光の透過させていない部分を第１の光源１１側に反射させる第３の波長フィルタ２１と、第２の光源１２と第２の波長フィルタ１７との間に配置されており、第２の光源１２から出力された第２の直線偏光の一部を透過させる一方、第２の直線偏光の透過させていない部分を第２の光源１２側に反射させる第４の波長フィルタ２２とを備えるように、図６に示すレーザ装置１を構成した。したがって、図６に示すレーザ装置１は、図１に示すレーザ装置１と同様に、第１の光源１１への戻り光２０６，１０６の入射、及び、第２の光源１２への戻り光１０６，２０６の入射のそれぞれを避けつつ、２つのビームを結合することが可能である。また、図６に示すレーザ装置１は、図１に示すレーザ装置１よりも、第１の光源１１により発振される第１の直線偏光の第１の波長が更に安定し、第２の光源１２により発振される第２の直線偏光の第２の波長が更に安定する。

図６に示すレーザ装置１では、第１の光源１１により発振される第１の直線偏光であるレーザ光１００の第１の波長λ_１及び第２の光源１２により発振される第２の直線偏光であるレーザ光２００の第２の波長λ_２のそれぞれが、図１に示すレーザ装置１よりも更に安定する。したがって、温度条件の変化等に伴う波長シフトによって、第１の光源１１の発振波長と第２の波長フィルタ１７の波長特性とにずれが生じることによる課題と、第２の光源１２の発振波長と第１の波長フィルタ１６の波長特性とにずれが生じることによる課題とを抑制できる。例えば、実施の形態１のレーザ装置１では、温度条件の変化により、第２の光源１２の発振波長が第２の波長λ_２からずれると、戻り光２０６の波長が第２の波長λ_２からずれるため、第１の波長フィルタ１６での回折効率が下がり、第１の光源１１への戻り光が発生する。一方で、実施の形態２のレーザ装置１では、第３の波長フィルタ２１と第４の波長フィルタ２２を挿入しているので、第１の光源１１及び第２の光源１２のそれぞれに発振される光の波長λ_１，λ_２の不安定化を抑制することができ、第１の光源１１への戻り光及び第２の光源１２への戻り光のそれぞれを抑制することができる。
また、図６に示すレーザ装置１では、波長λ_１，λ_２が更に安定するので、波長差Δλの半分以下のスペクトル幅を容易に得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、第１の光源１１から出力されたｐ偏光の一部を第１の光源１１側に反射させる機能を有する第１の波長フィルタ３１と、第２の光源１２から出力されたｓ偏光の一部を第２の光源１２側に反射させる機能を有する第２の波長フィルタ３２とを備えるレーザ装置１について説明する。

図８は、実施の形態３に係るレーザ装置１を示す構成図である。図８において、図１、図５及び図６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図９は、実施の形態３に係るレーザ装置１の動作を示す光路図である。図９において、図２及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第１の光源１１は、第１の励起レーザ１１ａを備えていてもよいし、第１の励起レーザ１１ｂと、第１の偏光板１１ｃとを備えていてもよい。
第２の光源１２は、第２の励起レーザ１２ａを備えていてもよいし、第２の励起レーザ１２ｂと、第２の偏光板１２ｃとを備えていてもよい。

第１の波長フィルタ３１は、グレーティング、ファイバーブラッググレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティング等の波長分散機能を有する素子によって実現される。
第１の波長フィルタ３１は、第１の光源１１と偏光結合素子１３の第１の面１３ａとの間に配置されている。
第１の波長フィルタ３１は、第１の光源１１から出力された第１の波長λ_１のｐ偏光であるレーザ光１００を透過させる一方、偏光結合素子１３から出力された第２の波長λ_２のｐ偏光である戻り光２０６を第１の光源１１が存在している方向と異なる方向に回折させる。
また、第１の波長フィルタ３１は、第１の光源１１から出力されたレーザ光１００の一部を反射させ、反射させた後のレーザ光１００ｂを第１の光源１１に出力する。

第２の波長フィルタ３２は、グレーティング、ファイバーブラッググレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティング等の波長分散機能を有する素子によって実現される。
第２の波長フィルタ３２は、第２の光源１２と偏光結合素子１３の第２の面１３ｂとの間に配置されている。
第２の波長フィルタ３２は、第２の光源１２から出力された第２の波長λ_２のｓ偏光であるレーザ光２００を透過させる一方、偏光結合素子１３から出力された第１の波長λ_１のｓ偏光である戻り光１０６を第２の光源１２が存在している方向と異なる方向に回折させる。
また、第２の波長フィルタ３２は、第２の光源１２から出力されたレーザ光２００の一部を反射させ、反射させた後のレーザ光２００ｂを第２の光源１２に出力する。

第１の波長フィルタ３１は、第１の波長フィルタ１６の機能と第３の波長フィルタ２１の機能とが集積された波長フィルタであり、第２の波長フィルタ３２は、第２の波長フィルタ１７の機能と第４の波長フィルタ２２の機能とが集積された波長フィルタである。
第１の波長フィルタ３１が、グレーティングによって実現される場合、第１の波長フィルタ１６を実現するグレーティングと、第３の波長フィルタ２１を実現するグレーティングとを直列に配置することで、第１の波長フィルタ３１を製作することができる。第２の波長フィルタ３２が、グレーティングによって実現される場合も同様である。
第１の波長フィルタ３１が、ファイバーグレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティングによって実現される場合、光感光性を有するガラスに紫外線を照射することで、第１の波長フィルタ３１を製作することができる。したがって、１つのガラス素子に対して、第１の波長フィルタ１６の機能と第３の波長フィルタ２１の機能とを直列に露光することで、第１の波長フィルタ３１を製作することができる。１つのガラス素子に対して、第１の波長フィルタ１６の機能と第３の波長フィルタ２１の機能とを直列に露光する場合には、部品点数が減るという利点のほか、第１の波長フィルタ１６と第３の波長フィルタ２１との間の光軸ずれを避けることができる利点が得られる。第２の波長フィルタ３２が、ファイバーグレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティングによって実現される場合も同様である。
また、第１の波長フィルタ３１が、ファイバーグレーティング、又は、ボリュームブラッググレーティングによって実現される場合、第１の波長フィルタ１６と第３の波長フィルタ２１とを空間的に重ねることでも、第１の波長フィルタ３１を製作することができる。第１の波長フィルタ１６と第３の波長フィルタ２１とを空間的に重ねる技術自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
第１の波長フィルタ１６と第３の波長フィルタ２１とを空間的に重ねて、第１の波長フィルタ３１を製作する場合、第１の波長フィルタ１６と、第３の波長フィルタ２１とを直列に配置する場合よりも、第１の波長フィルタ３１を薄くすることができる。

次に、図９を参照しながら、図８に示すレーザ装置１の動作について説明する。
第１の光源１１、第２の光源１２、第１の波長フィルタ３１及び第２の波長フィルタ３以外は、図１及び図５に示すレーザ装置１と同様である。ここでは、第１の光源１１、第２の光源１２、第１の波長フィルタ３１及び第２の波長フィルタ３２の動作についてのみ説明する。

第１の光源１１は、第１の波長λ_１のｐ偏光であるレーザ光１００を第１の波長フィルタ３１に向けて出力する。
第１の波長フィルタ３１は、第１の光源１１から出力されたレーザ光１００の波長が第１の波長λ_１であるため、レーザ光１００を透過させ、透過させた後のレーザ光１０１を偏光結合素子１３に向けて出力する。
第１の波長フィルタ３１は、偏光結合素子１３から戻り光２０６を受けると、戻り光２０６の波長が第２の波長λ_２であるため、戻り光２０６を第１の光源１１が存在している方向と異なる方向に回折させる。
また、第１の波長フィルタ３１は、第１の光源１１からレーザ光１００を受けると、レーザ光１００の一部を反射させ、反射させた後のレーザ光１００ｂを第１の光源１１に出力する。

第２の光源１２は、第２の波長λ_２のｓ偏光であるレーザ光２００を第２の波長フィルタ３２に向けて出力する。
第２の波長フィルタ３２は、第２の光源１２から出力されたレーザ光２００の波長が第２の波長λ_２であるため、レーザ光２００を透過させ、透過させた後のレーザ光２０１を偏光結合素子１３に向けて出力する。
第２の波長フィルタ３２は、偏光結合素子１３から戻り光１０６を受けると、戻り光１０６の波長が第１の波長λ_１であるため、戻り光１０６を第２の光源１２が存在している方向と異なる方向に回折させる。
また、第２の波長フィルタ３２は、第２の光源１２からレーザ光２００を受けると、レーザ光２００の一部を反射させ、反射させた後のレーザ光２００ｂを第２の光源１２に出力する。

第１の波長フィルタ３１は、第１の波長λ_１以外の光を第１の光源１１の方向へ反射しないように構成しているので、第１の光源１１及び第３の波長フィルタ３１を有するレーザ発振器は、発振波長である第１の波長λ_１の安定化が図られる。したがって、図１に示すレーザ装置１よりも、第１の光源１１により発振されるレーザ光１００の第１の波長λ_１が安定化される。

第２の波長フィルタ３２は、第２の波長λ_２以外の光を第２の光源１２の方向へ反射しないように構成しているので、第２の光源１２及び第２の波長フィルタ３２を有するレーザ発振器は、発振波長である第２の波長λ_２の安定化が図られる。したがって、図１に示すレーザ装置１よりも、第２の光源１２により発振されるレーザ光２００の第２の波長λ_２が安定化される。

以上の実施の形態３では、第１の波長フィルタ３１が、第１の直線偏光の一部を透過させて、第２の波長の光を第１の光源１１が存在している方向と異なる方向に回折させるほか、第１の直線偏光の透過させていない部分を第１の光源１１側に反射させ、第２の波長フィルタ３２が、第２の直線偏光の一部を透過させて、第１の波長の光を第２の光源１２が存在している方向と異なる方向に回折させるほか、第２の直線偏光の透過させていない部分を第２の光源１２側に反射させるように、図８に示すレーザ装置１を構成した。したがって、図８に示すレーザ装置１は、図１に示すレーザ装置１と同様に、第１の光源１１への戻り光２０６，１０６の入射、及び、第２の光源１２への戻り光１０６，２０６の入射のそれぞれを避けつつ、２つのビームを結合することが可能である。また、図８に示すレーザ装置１は、図１に示すレーザ装置１よりも、第１の光源１１により発振される第１の直線偏光の第１の波長が更に安定し、第２の光源１２により発振される第２の直線偏光の第２の波長が更に安定する。

図８に示すレーザ装置１では、第１の光源１１により発振される第１の直線偏光であるレーザ光１００の第１の波長λ_１及び第２の光源１２により発振される第２の直線偏光であるレーザ光２００の第２の波長λ_２のそれぞれが、図１に示すレーザ装置１よりも更に安定する。したがって、温度条件の変化等に伴う波長シフトによって、第１の光源１１の発振波長と第２の波長フィルタ３２の波長特性とにずれが生じることによる課題と、第２の光源１２の発振波長と第１の波長フィルタ３１の波長特性とにずれが生じることによる課題とを抑制できる。例えば、実施の形態１のレーザ装置１では、温度条件の変化により、第２の光源１２の発振波長が第２の波長λ_２からずれると、戻り光２０６の波長が第２の波長λ_２からずれるため、第１の波長フィルタ１６での回折効率が下がり、第１の光源１１への戻り光が発生する。一方で、実施の形態３のレーザ装置１では、第３の波長フィルタ３１と第４の波長フィルタ３２を挿入しているので、第１の光源１１及び第２の光源１２のそれぞれに発振される光の波長λ_１，λ_２の不安定化を抑制することができ、第１の光源１１への戻り光及び第２の光源１２への戻り光のそれぞれを抑制することができる。
また、図８に示すレーザ装置１では、波長λ_１，λ_２が更に安定するので、波長差Δλの半分以下のスペクトル幅を容易に得ることができる。

実施の形態１〜３のレーザ装置１では、レーザ媒質１５を備える励起レーザとして用いられる。しかし、これは一例に過ぎず、レーザ媒質１５を備えていないレーザ装置１であってもよい。レーザ媒質１５を備えていないレーザ装置１は、偏光結合を行うレーザ発振器として用いられる。
レーザ媒質１５を備えていないレーザ装置１は、第１の波長λ_１と第２の波長λ_２との完全な同一性が求められない用途のレーザとして、例えば、加工用レーザ、照明用レーザ、又は、測距センシング用レーザに用いられることが想定される。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、レーザ装置に適している。

１レーザ装置、１１第１の光源、１１ａ第１の励起レーザ、１１ｂ第１の励起レーザ、１１ｃ第１の偏光板、１２第２の光源、１２ａ第２の励起レーザ、１２ｂ第２の励起レーザ、１２ｃ第２の偏光板、１３偏光結合素子、１３ａ第１の面、１３ｂ第２の面、１３ｃ第３の面、１４偏光制御素子、１５レーザ媒質、１６第１の波長フィルタ、１７第２の波長フィルタ、２１第３の波長フィルタ、２２第４の波長フィルタ、３１第１の波長フィルタ、３２第２の波長フィルタ、１００，１００’，１００ａ，１００ｂ，１０１，１０２レーザ光、１０３第１の円偏光、１０４，１０５，１０６，１０７戻り光、２００，２００’，２００ａ，２００ｂ，２０１，２０２レーザ光、２０３第２の円偏光、２０４，２０５，２０６，２０７戻り光。

Claims

波長が第１の波長であり、第１の方向に偏光されている第１の直線偏光を出力する第１の光源と、
波長が前記第１の波長と異なる第２の波長であり、前記第１の方向と直交している第２の方向に偏光されている第２の直線偏光を出力する第２の光源と、
前記第１の直線偏光を透過させて、前記第２の直線偏光を反射させる偏光結合素子と、
前記偏光結合素子を透過してきた第１の直線偏光を第１の円偏光に変化させ、前記偏光結合素子によって反射されてきた第２の直線偏光を第２の円偏光に変化させる偏光制御素子と、
前記第１の光源と前記偏光結合素子との間に配置されており、前記第１の光源から出力された第１の直線偏光を透過させる一方、前記偏光結合素子を透過してきた前記第２の波長の光を前記第１の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第１の波長フィルタと、
前記第２の光源と前記偏光結合素子との間に配置されており、前記第２の光源から出力された第２の直線偏光を透過させる一方、前記偏光結合素子によって反射されてきた前記第１の波長の光を前記第２の光源が存在している方向と異なる方向に回折させる第２の波長フィルタと
を備えたレーザ装置。
前記第１の円偏光及び前記第２の円偏光のそれぞれを吸収して、前記第１の波長及び前記第２の波長のそれぞれと異なる第３の波長の光に利得を発生させるレーザ媒質を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
前記第１の光源と前記第１の波長フィルタとの間に配置されており、前記第１の光源から出力された第１の直線偏光の一部を透過させる一方、前記第１の直線偏光の透過させていない部分を前記第１の光源側に反射させる第３の波長フィルタと、
前記第２の光源と前記第２の波長フィルタとの間に配置されており、前記第２の光源から出力された第２の直線偏光の一部を透過させる一方、前記第２の直線偏光の透過させていない部分を前記第２の光源側に反射させる第４の波長フィルタと
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
前記第１の波長フィルタは、前記第１の直線偏光の一部を透過させて、前記第２の波長の光を前記第１の光源が存在している方向と異なる方向に回折させるほか、前記第１の直線偏光の透過させていない部分を前記第１の光源側に反射させ、
前記第２の波長フィルタは、前記第２の直線偏光の一部を透過させて、前記第１の波長の光を前記第２の光源が存在している方向と異なる方向に回折させるほか、前記第２の直線偏光の透過させていない部分を前記第２の光源側に反射させることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
前記第１の光源は、前記第１の直線偏光を発振する第１の励起レーザを備え、
前記第２の光源は、前記第２の直線偏光を発振する第２の励起レーザを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
前記第１の光源は、
前記第１の波長のレーザ光を発振する第１の励起レーザと、
前記第１の励起レーザにより発振されたレーザ光を前記第１の直線偏光に変化させる第１の偏光板とを備え、
前記第２の光源は、
前記第２の波長のレーザ光を発振する第２の励起レーザと、
前記第２の励起レーザにより発振されたレーザ光を前記第２の直線偏光に変化させる第２の偏光板とを備えていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。