WO2010013546A1 - 固体レーザ装置 - Google Patents

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WO2010013546A1
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incident
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light
excitation light
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恭史 池川
利幸 川嶋
菅　博文
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state laser device that amplifies and outputs laser light by reciprocating laser light between a pair of reflecting mirrors via a slab type solid-state laser medium excited by excitation light.
  • one input / output end surface of a pair of input / output end surfaces for entering and emitting laser light in a solid-state laser medium extends along the direction opposite to the pair of input / output end surfaces. It is known that the excitation light is incident and the other incident / exit end surface is incident with the excitation light along a direction oblique to the opposing direction of the pair of incident / exit end surfaces (for example, non-patent document). 1). According to such a solid-state laser device, the entire solid-state laser medium can be excited uniformly.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a solid-state laser device capable of improving the coupling efficiency between excitation light and laser light.
  • a solid-state laser device transmits laser light between a first reflecting mirror and a second reflecting mirror via a slab type solid-state laser medium excited by pumping light.
  • a solid-state laser device that amplifies and outputs laser light by reciprocating, wherein the solid-state laser medium includes a first incident / exit end face and a second incident / exit end face on which laser light is incident and emitted, and an incident laser It has a reflection end face that reflects the laser light so that the light propagates in a zigzag shape, and the first entrance / exit end face is excited so that the excitation light propagates in a propagation path substantially the same as the laser light in the solid-state laser medium. It is characterized by making light incident.
  • the excitation light is incident on the first incident / exit end face of the solid-state laser medium and propagates in the solid-state laser medium on substantially the same propagation path as the laser light. Therefore, it is possible to suppress excitation of the region through which the laser beam does not pass in the solid-state laser medium by the excitation light, and it is possible to improve the coupling efficiency between the excitation light and the laser light.
  • the coupling efficiency between the excitation light and the laser light can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a solid-state laser device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of a cooling device for cooling the solid-state laser medium of the solid-state laser device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid-state laser medium and the heat sink of the solid-state laser device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the solid-state laser medium of the solid-state laser apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the solid-state laser medium for explaining the shape of the solid-state laser medium.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the input power of excitation light and the output power of laser light.
  • FIG. 7 is a plan view of the solid-state laser medium for explaining the relationship between the beam diameter of the excitation light and the beam diameter of the laser light in the solid-state laser medium.
  • FIG. 8 is a side view of the solid-state laser medium for explaining the relationship between the beam diameter of the excitation light and the beam diameter of the laser light in the solid-state laser medium.
  • FIG. 9 is a side view of the solid-state laser medium for explaining another relationship between the beam diameter of the excitation light and the beam diameter of the laser light in the solid-state laser medium.
  • FIG. 10 is a plan view of the solid-state laser medium for explaining the generation of scattered light in the solid-state laser medium.
  • FIG. 11 is a side view of the solid-state laser medium for explaining the generation of scattered light in the solid-state laser medium.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of the second embodiment of the solid-state laser device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a solid-state laser device according to the present invention.
  • a solid-state laser device 1 includes an end mirror (first reflecting mirror) 3 and an output mirror (second reflecting mirror) through a slab type solid-state laser medium 2 excited by pumping light L1.
  • ) 4 is a device that amplifies the laser beam L2 by reciprocating the laser beam L2 with respect to 4 and continuously (CW) oscillates the amplified laser beam L2 forward from the output mirror 4.
  • the solid-state laser medium 2 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and both end faces facing in the longitudinal direction are incident / exit end faces (first entrance / exit end faces) 2a and entrance / exit end faces for entering and emitting the laser light L2. (Second incident / exit end face) 2b.
  • the laser beam L2 incident on the solid-state laser medium 2 is reflected by the reflection end faces 2c and 2d facing each other in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the solid-state laser medium 2, and propagates in the solid-state laser medium 2 in a zigzag shape.
  • the end mirror 3 is a dichroic mirror in which dielectric multilayer films are formed on both main surfaces of a flat plate.
  • the main surface on the solid-state laser medium 2 side has a reflectivity of 99.9% for the laser beam L2 having a wavelength of 1030 nm, and a transmittance of 99.0% for the excitation light L1 having a center wavelength of 940 nm and FWHM of 3 nm and incident at 0 degrees.
  • a certain dielectric multilayer film is formed.
  • a non-reflective (AR) coating dielectric multilayer film having a transmittance with respect to the excitation light L1 of 99.4% is formed on the opposite main surface of the solid-state laser medium 2.
  • the output mirror 4 is a plano-concave mirror in which the solid laser medium 2 side is a concave surface and the opposite side of the solid laser medium 2 is a flat surface.
  • the curvature radius of the concave surface is 40 m, and a dielectric multilayer film having a reflectivity of 70% with respect to the laser beam L2 is formed on the concave surface.
  • a dielectric multilayer film of AR coating having a transmittance of 99.5% for the laser beam L2 is formed on the plane.
  • the pumping light L1 is supplied from the fiber-coupled semiconductor laser device 5 and condensed by the optical system 6.
  • the condensed excitation light L 1 passes through the end mirror 3 and enters the incident / exit end surface 2 a of the solid-state laser medium 2.
  • the incident / exit end face 2a makes the excitation light L1 incident so that the excitation light L1 propagates in the solid laser medium 2 on substantially the same propagation path as the laser light L2.
  • the optical system 6 is an aspherical condensing lens system (focal length 140 mm, 250 mm), and condenses the excitation light L1 so that the focal point of the excitation light L1 is located in the solid-state laser medium 2. More specifically, the optical system 6 is configured so that the distance between the incident / exit end face 2a and the focal point of the excitation light L1 is substantially equal to the distance between the incident / exit end face 2b and the focal point of the excitation light L1.
  • the pumping light L1 is condensed so that the pumping light L1 is not irradiated onto the end surfaces of the solid-state laser medium 2 excluding the end surfaces 2a and 2b and the reflecting end surfaces 2c and 2d.
  • the solid-state laser medium 2 is disposed in the vacuum chamber 8 in a state where the reflection end faces 2c and 2d are sandwiched between a pair of heat sinks 7 formed in a rectangular plate shape with copper.
  • the vacuum chamber 8 has a light transmission member (first light transmission member) 9 that transmits the laser light L2 traveling between the incident / exit end face 2a and the end mirror 3 and the excitation light L1 incident on the incident / exit end face 2a. Is provided.
  • the vacuum chamber 8 is provided with a light transmitting member (second light transmitting member) 11 that transmits the laser light L2 traveling between the incident / exit end face 2b and the output mirror 4.
  • the light transmissive members 9 and 11 are window materials in which an AR coating having a transmittance of 99.5% for the laser light L2 is applied to both main surfaces of a flat plate made of synthetic quartz.
  • a laser resonator is configured by the solid-state laser medium 2, the end mirror 3, and the output mirror 4.
  • the cavity length of this laser resonator is about 600 mm, and the solid-state laser medium 2 is installed so that the distance between the incident / exit end face 2a and the end mirror 3 is about 30 mm.
  • FIG. 2 is a side view of a cooling device for cooling the solid-state laser medium of the solid-state laser device shown in FIG.
  • the cooling device 20 includes a liquid nitrogen tank 21, and a heat sink 7 that holds the solid-state laser medium 2 is screwed to the bottom of the liquid nitrogen tank 21.
  • the liquid nitrogen tank 21 is provided with a nitrogen introducing pipe 22 for introducing liquid nitrogen into the tank 21 and a nitrogen outlet pipe 23 for extracting vaporized nitrogen from the tank 21.
  • the liquid nitrogen tank 21 is disposed in a vacuum vessel 24 made of stainless steel, and the vacuum vessel 24 is supported by a support member 25.
  • a region between the outer wall surface of the liquid nitrogen tank 21 and the inner wall surface of the vacuum vessel 24 is evacuated by the vacuum pump 26, whereby the liquid nitrogen tank 21 is thermally insulated.
  • the cooling device 20 includes a temperature controller 27 that can adjust the temperature of the heat sink 7 from a low temperature to a normal temperature.
  • the bottom of the vacuum vessel 24 is a vacuum chamber 8 that houses the solid-state laser medium 2 and the heat sink 7.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid-state laser medium and the heat sink of the solid-state laser apparatus shown in FIG.
  • the solid-state laser medium 2 is a rectangular parallelepiped composite ceramic having a total length of 61.2 mm in the longitudinal direction and a square having a cross-sectional shape of 5 mm ⁇ 5 mm perpendicular to the longitudinal direction.
  • Both end portions of the solid-state laser medium 2 are YAGs not doped with rare earth ions, and an intermediate portion (a portion having a length of 41 mm;
  • Yb: YAG doped with 0.7 at.% Yb ions is sandwiching the Yb: YAG intermediate portion between the YAG end portions, both ends of the undoped portion function as heat sinks, so overheating of the intermediate portion of the doped portion is suppressed, and the laser beam
  • the beam quality of L2 can be improved.
  • the incident / exit end face 2a is inclined with respect to a plane orthogonal to the longitudinal direction of the solid-state laser medium 2 so as to form an angle of 50 degrees with the reflection end face 2d.
  • the incident / exit end face 2b is inclined with respect to a plane orthogonal to the longitudinal direction of the solid-state laser medium 2 so as to form an angle of 50 degrees with the reflection end face 2c. That is, the incident / exit end face 2a and the incident / exit end face 2b are inclined so as to be substantially parallel to each other, and are opposed in the longitudinal direction of the solid-state laser medium.
  • FIG. 4 is a perspective view of the solid-state laser medium of the solid-state laser apparatus shown in FIG.
  • the AR coating 12 for the excitation light L1 and the laser light L2 is applied to the incident / exit end faces 2a and 2b, and the SiO 2 coating 13 having a thickness of 3 ⁇ m is applied to the reflection end faces 2c and 2d. Is given.
  • the reflection end faces 2c and 2d are sandwiched by the pair of heat sinks 7 through the SiO 2 coating 13 and the 50 ⁇ m-thick indium layer (not shown).
  • the SiO 2 coating 13 prevents the heat sink 7 from absorbing evanescent light (exudation with a length of about the wavelength at the time of reflection) when the excitation light L1 and the laser light L2 are reflected by the reflection end faces 2c and 2d. .
  • the end surfaces 2e and 2f of the solid-state laser medium 2 excluding the input and output end surfaces 2a and 2b and the reflection end surfaces 2c and 2d are slit surfaces.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the shape of the solid-state laser medium.
  • the total length in the longitudinal direction of the solid-state laser medium 2 is L
  • the distance between the reflection end surfaces 2c and 2d is t
  • the angle between the incident / exit end surface 2a and the reflection end surface 2d is the input / output end surface 2b.
  • angle formed between the reflecting end face 2c a theta e.
  • the incident angle of the laser beam L2 for input and output end faces 2a theta in, reflecting end face 2c
  • the total reflection angle at the 2d theta TIR
  • the number of times of total reflection in the solid-state laser medium 2 and n b.
  • the solid-state laser medium 2 can be made to function in an arrangement like an end face excitation rod laser.
  • ⁇ in0 90 ° ⁇ e 0.9L 0 ⁇ L ⁇ 1.1L 0
  • L 0 t (n b ⁇ tan ⁇ TIR + 1 / tan ⁇ e)
  • the region between the outer wall surface of the liquid nitrogen tank 21 and the inner wall surface of the vacuum vessel 24 is evacuated by the vacuum pump 26, so that the liquid nitrogen tank 21 is vacuum insulated.
  • liquid nitrogen is introduced into the tank 21 through the nitrogen introduction pipe 22, and the vaporized nitrogen is led out from the tank 21 through the nitrogen lead-out pipe 23, while the solid laser medium 2 is passed through the heat sink 7. Is cooled.
  • the solid-state laser medium 2 is cooled by the temperature controller 27 to an extremely low temperature such as 77K or less.
  • the solid-state laser medium 2 is disposed in the vacuum chamber 8, dew condensation is prevented.
  • the reason for cooling the solid-state laser medium 2 is as follows. Since the solid-state laser medium 2 is Yb: YAG, it normally operates as a three-level laser, but when cooled, it operates as a four-level laser. Further, the stimulated emission cross-sectional area is about 1/10 of Nd: YAG at room temperature of about 300 K, but increases to substantially the same value as Nd: YAG when cooled. Furthermore, cooling improves the thermal conductivity and also improves the thermal strength. In this way, by cooling the solid-state laser medium 2, it is possible to operate as a laser with low heat generation and high efficiency.
  • the pumping light L1 having a wavelength of 940 nm is output from the semiconductor laser device 5 as shown in FIG.
  • the excitation light L 1 is collected by the optical system 6 and enters the incident / exit end face 2 a of the solid-state laser medium 2 disposed in the vacuum chamber 8 through the end mirror 3 and the light transmitting member 9.
  • the excitation light L1 incident on the incident / exit end face 2a propagates in a zigzag manner in the solid laser medium 2 and excites the solid laser medium 2.
  • the excitation light L1 is absorbed by about 95% by propagating through an intermediate portion of Yb: YAG doped with Yb ions.
  • the laser beam L2 having a beam diameter of 2.5 mm starts to reciprocate in the laser resonator constituted by the solid-state laser medium 2, the end mirror 3 and the output mirror 4, and the laser beam L2 is zigzag in the solid-state laser medium 2.
  • the light is amplified while propagating in a shape.
  • the propagation path of the excitation light L1 and the propagation path of the laser light L2 are substantially the same.
  • the optically amplified laser beam L2 is output as a continuous (CW) wave forward from the output mirror 4 when the pumping light power finally reaches 9W.
  • CW continuous
  • a thermal load is applied to the propagation path portion of the solid-state laser medium 2.
  • the solid-state laser medium 2 is cooled from the reflection end faces 2c and 2d via the pair of heat sinks 7, the steady state Then, the temperature distribution on the parabola with the center of the solid-state laser medium 2 as the maximum temperature point is maintained.
  • the excitation light L1 is incident on the incident / exit end surface 2a of the solid-state laser medium 2 and propagates in the solid-state laser medium 2 on substantially the same propagation path as the laser light L2. Therefore, it is possible to suppress excitation of the region where the laser light L2 does not pass in the solid-state laser medium 2 by the excitation light L1, and it is possible to improve the coupling efficiency between the excitation light L1 and the laser light L2. . As a result, as shown in FIG. 6, it is possible to realize a high average output laser in which the laser oscillation efficiency is dramatically improved.
  • the optical system 6 has a distance between the incident / exit end face 2a and the focal point F of the excitation light L1, and the focal point of the incident / exit end face 2b and the excitation light L1.
  • the excitation light L1 is condensed so as to be substantially equal to the distance from F.
  • the beam diameter of the excitation light L1 can be made smaller than the beam diameter of the laser light L2 in all the propagation paths in the solid-state laser medium 2, and the coupling efficiency between the excitation light L1 and the laser light L2 can be improved. It is possible to contribute.
  • the beam diameter of the excitation light L1 is not essential to make the beam diameter of the excitation light L1 smaller than the beam diameter of the laser light L2 in all the propagation paths in the solid-state laser medium 2. If the beam diameter of the excitation light L1 is made smaller than the beam diameter of the laser light L2 in at least a part of the propagation path in the solid-state laser medium 2, it can contribute to an improvement in the coupling efficiency between the excitation light L1 and the laser light L2. Because.
  • the portion where the beam diameter of the excitation light L1 is smaller than the beam diameter of the laser light L2 in the propagation path in the solid-state laser medium 2 can be taken long before and after the focal point F of the excitation light L1, as described above.
  • a position of the focal point F is preferable, but as shown in FIG. 9, the distance between the incident / exit end surface 2a and the focal point F of the excitation light L1 is larger than the distance between the incident / exit end surface 2b and the focal point F of the excitation light L1.
  • the optical system 6 may collect the excitation light L1 so as to shorten the length.
  • Such a position of the focal point F is particularly effective when the doping concentration of rare earth ions is high in the solid-state laser medium 2.
  • the energy conversion efficiency from the excitation light L1 to the laser light L2 is improved.
  • Can do This is because when the doping concentration of the rare earth ions in the solid-state laser medium 2 is high, the energy conversion efficiency from the excitation light L1 to the laser light L2 increases toward the excitation light incident surface side (that is, the incident / exit end surface 2a side). .
  • the optical system 6 includes the excitation light L1 so that the excitation light L1 is not irradiated onto the end faces 2e and 2f of the solid-state laser medium 2 excluding the incident / exit end faces 2a and 2b and the reflection end faces 2c and 2d. Condensing. That is, in the solid-state laser medium 2, the beam diameter of the excitation light L1 is smaller than the cross-sectional outline of the solid-state laser medium 2 both in the convergent part before reaching the focal point F and in the divergent part after reaching the focal point F. And included in the cross-sectional outline. Thereby, as shown in FIGS.
  • the excitation light L1 is scattered by irradiating the end faces 2e and 2f with the excitation light L1, and the scattered light (arrows shown in FIGS. 10 and 11) is It is possible to prevent a situation in which the region where the laser beam L2 does not pass in the solid-state laser medium 2 is excited.
  • the generation of such scattered light not only causes the temperature of the solid-state laser medium 2 to rise, but also causes an unnecessary gain region and hinders single mode oscillation of the laser light L2.
  • the light transmitting member 9 transmits the excitation light L1 together with the laser light L2
  • a light transmitting member that transmits the excitation light L1 is provided separately from the light transmitting member 9 that transmits the laser light L2. It is not necessary to provide the vacuum chamber 8, and the apparatus can be simplified and the cost can be reduced.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of the second embodiment of the solid-state laser device according to the present invention.
  • the solid-state laser device 1 reciprocates the laser light L2 between the end mirror 3 and the output mirror 4 via the slab type solid-state laser medium 2 excited by the excitation light L1.
  • This is a device that amplifies the laser beam L2 and pulse-oscillates the amplified laser beam L2 forward from the output mirror 4.
  • differences from the solid-state laser device 1 that continuously (CW) oscillates the laser light L2 will be mainly described.
  • the solid-state laser device 10 includes a Pockels cell 14 and two polarizing plates 15.
  • the Pockels cell 14 is obtained by applying an AR coating having a transmittance of 99.5% to the laser light L2 on both end faces of a 6 mm diameter nonlinear optical crystal (BBO). Are disposed on the propagation path of the laser beam L2.
  • BBO nonlinear optical crystal
  • the Pockels cell 14 operates as a phase modulator and gives a phase difference of ⁇ / 4 to the P-polarized component and the S-polarized component of the laser light L2 by applying a voltage of 4.9 kV.
  • the polarizing plate 15 has a characteristic of a transmittance of 98% for the P-polarized component of the laser beam L2 incident at 55 degrees and a reflectance of 99.9% for the S-polarized component.
  • the Pockels cell 14 are arranged on the propagation path of the laser light L2. By such a combination with the polarizing plate 15, the Pockels cell 14 operates as a Q switch.
  • the Pockels cell 14 to which a voltage of 4.9 kV is applied rotates the polarization direction of the transmitted light by ⁇ / 2 in a reciprocating manner.
  • the S-polarized component light of the laser light L2 enters the Pockels cell 14 from the solid-state laser medium 2 side, the P-polarized component light returns by reciprocating the Pockels cell 14. Since the P-polarized light component is transmitted through the polarizing plate 15, the resonance mode is not established and laser oscillation does not occur.
  • the Pockels cell 14 operates at 5 kHz, when the voltage applied to the Pockels cell 14 becomes zero once every 200 ⁇ s, the light of the S-polarized component of the transmitted laser light L2 is transmitted without being phase-modulated as S-polarized light. . At this time, since the loss of the laser resonator is rapidly reduced, laser oscillation occurs and a pulse wave with a high peak value is output.
  • the excitation light L1 is incident on the incident / exit end face 2a of the solid-state laser medium 2 and is substantially the same as the laser light L2 in the solid-state laser medium 2. Propagate on the propagation path. Therefore, it is possible to suppress excitation of the region where the laser light L2 does not pass in the solid-state laser medium 2 by the excitation light L1, and it is possible to improve the coupling efficiency between the excitation light L1 and the laser light L2. .
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the solid-state laser medium 2 is not limited to Yb: YAG, and may be another Yb-based laser medium or an Nd-based laser medium such as Nd: YAG.
  • the amount of heat generated is about 1/3 that of an Nd laser medium, so that an efficient laser oscillation operation is possible.
  • a small amount of heat generation leads to various advantages such as a reduction in the load on the cooling system, a reduction in the size of the apparatus, and improvement in laser characteristics (thermal lens effect and reduction in thermal birefringence).
  • a solid-state laser device that amplifies and outputs laser light, wherein the solid-state laser medium has a first input / output end face and a second input / output end face for entering and emitting the laser light, and the incident laser light is zigzag-shaped.
  • the solid-state laser device having the above configuration preferably includes an optical system that condenses the excitation light so that the focus of the excitation light is located in the solid-state laser medium.
  • the beam diameter of the excitation light can be made smaller than the beam diameter of the laser light in at least a part of the propagation path in the solid-state laser medium, the coupling efficiency between the excitation light and the laser light is further increased. It becomes possible to improve.
  • the optical system condenses the excitation light so that the distance between the first incident / exit end face and the focal point of the excitation light is substantially equal to the distance between the second incident / exit end face and the focal point of the excitation light. It is preferable. According to this configuration, a portion where the beam diameter of the excitation light is smaller than the beam diameter of the laser beam in the propagation path in the solid-state laser medium can be long before and after the focal point of the excitation beam.
  • the optical system condenses the excitation light so that the distance between the first incident / exit end face and the focal point of the excitation light is shorter than the distance between the second incident / exit end face and the focal point of the excitation light.
  • the energy conversion efficiency from excitation light to laser light can be improved. This is because, for example, when the doping concentration of rare earth ions is high in a solid laser medium, the energy conversion efficiency from excitation light to laser light increases toward the excitation light incident surface side (that is, the first incident / exit end surface side). .
  • the optical system collects the excitation light so that the excitation light is not irradiated to the end surfaces of the solid-state laser medium excluding the first incident / exit end surface, the second incident / exit end surface, and the reflection end surface.
  • the excitation light is scattered by irradiating the end face of the solid-state laser medium excluding the entrance / exit end face and the reflection end face, thereby exciting the region where the laser light does not pass in the solid-state laser medium. Such a situation can be prevented.
  • the total length in the direction in which the first incident / exit end face and the second incident / exit end face face each other L
  • the number of times of total reflection in the solid-state laser medium when the n b
  • the solid-state laser medium can be made to function in an arrangement like an end face excitation rod laser.
  • ⁇ in0 90 ° ⁇ e 0.9L 0 ⁇ L ⁇ 1.1L 0
  • L 0 t (n b ⁇ tan ⁇ TIR + 1 / tan ⁇ e)
  • the solid-state laser medium is disposed in the vacuum chamber, and laser light traveling between the first incident / exit end face and the first reflecting mirror is transmitted through the vacuum chamber.
  • a first light transmitting member to be transmitted, and a second light transmitting member to transmit laser light traveling between the second incident / exit end face and the second reflecting mirror, are provided, and the first light transmitting member is provided.
  • the present invention can be used as a solid-state laser device capable of improving the coupling efficiency between excitation light and laser light.

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Abstract

　固体レーザ装置１は、励起光Ｌ１によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質２を介してエンドミラー３と出力鏡４との間でレーザ光Ｌ２を往復させることにより、レーザ光Ｌ２を増幅して出力する。固体レーザ媒質２は、レーザ光Ｌ２を入射及び出射させる入出射端面２ａ，２ｂ、及び入射したレーザ光Ｌ２がジグザグ状に伝播するようにレーザ光Ｌ２を反射する反射端面２ｃ，２ｄを有している。入出射端面２ａは、固体レーザ媒質２内において励起光Ｌ１がレーザ光Ｌ２と略同一の伝播路上を伝播するように励起光Ｌ１を入射させる。これにより、励起光とレーザ光との結合効率を向上させることができる固体レーザ装置が実現される。

Description

固体レーザ装置
　本発明は、励起光によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質を介して１対の反射鏡の間でレーザ光を往復させることにより、レーザ光を増幅して出力する固体レーザ装置に関する。
　従来における上記技術分野の固体レーザ装置として、固体レーザ媒質においてレーザ光を入射及び出射させる１対の入出射端面のうち、一方の入出射端面には、１対の入出射端面の対向方向に沿って励起光を入射させ、他方の入出射端面には、１対の入出射端面の対向方向に対して斜めの方向に沿って励起光を入射させるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このような固体レーザ装置によれば、固体レーザ媒質の全体を均一に励起することができる。
末田 敬一、外４名、「高出力ＬＤ励起薄型スラブＹｂ：ＹＡＧレーザの開発」、社団法人　電子情報通信学会、ｐ．１７－２０
　しかしながら、全体が均一に励起された固体レーザ媒質内をレーザ光がジグザグ状に伝播すると、励起されているにも拘らずレーザ光が通過しない領域が生じるため、励起光とレーザ光との結合効率が低下するという問題がある。このような結合効率の低下は、固体レーザ媒質の温度上昇に繋がり、レーザ光発振特性の低下（熱レンズ効果や熱複屈折の増大）を招くおそれがある。
　そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、励起光とレーザ光との結合効率を向上させることができる固体レーザ装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る固体レーザ装置は、励起光によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質を介して第１の反射鏡と第２の反射鏡との間でレーザ光を往復させることにより、レーザ光を増幅して出力する固体レーザ装置であって、固体レーザ媒質は、レーザ光を入射及び出射させる第１の入出射端面及び第２の入出射端面、並びに入射したレーザ光がジグザグ状に伝播するようにレーザ光を反射する反射端面を有し、第１の入出射端面は、固体レーザ媒質内において励起光がレーザ光と略同一の伝播路上を伝播するように励起光を入射させることを特徴とする。
　この固体レーザ装置では、励起光は、固体レーザ媒質の第１の入出射端面に入射し、固体レーザ媒質内においてレーザ光と略同一の伝播路上を伝播する。そのため、固体レーザ媒質内においてレーザ光が通過しない領域が励起光によって励起されるのを抑制することができ、励起光とレーザ光との結合効率を向上させることが可能となる。
　本発明によれば、励起光とレーザ光との結合効率を向上させることができる。
図１は、本発明に係る固体レーザ装置の第１の実施形態の構成図である。 図２は、図１に示された固体レーザ装置の固体レーザ媒質を冷却するための冷却装置の側面図である。 図３は、図１に示された固体レーザ装置の固体レーザ媒質及びヒートシンクの横断面図である。 図４は、図１に示された固体レーザ装置の固体レーザ媒質の斜視図である。 図５は、固体レーザ媒質の形状を説明するための固体レーザ媒質の平面図である。 図６は、励起光の入力パワーとレーザ光の出力パワーとの関係を示すグラフである。 図７は、固体レーザ媒質内における励起光のビーム径とレーザ光のビーム径との関係を説明するための固体レーザ媒質の平面図である。 図８は、固体レーザ媒質内における励起光のビーム径とレーザ光のビーム径との関係を説明するための固体レーザ媒質の側面図である。 図９は、固体レーザ媒質内における励起光のビーム径とレーザ光のビーム径との他の関係を説明するための固体レーザ媒質の側面図である。 図１０は、固体レーザ媒質内における散乱光の発生を説明するための固体レーザ媒質の平面図である。 図１１は、固体レーザ媒質内における散乱光の発生を説明するための固体レーザ媒質の側面図である。 図１２は、本発明に係る固体レーザ装置の第２の実施形態の構成図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　［第１の実施形態］
　図１は、本発明に係る固体レーザ装置の第１の実施形態の構成図である。図１に示されるように、固体レーザ装置１は、励起光Ｌ１によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質２を介してエンドミラー（第１の反射鏡）３と出力鏡（第２の反射鏡）４との間においてレーザ光Ｌ２を往復させることでレーザ光Ｌ２を増幅し、増幅されたレーザ光Ｌ２を出力鏡４から前方に連続（ＣＷ）発振する装置である。
　固体レーザ媒質２は、直方体状に形成されており、その長手方向において対向する両端面のそれぞれが、レーザ光Ｌ２を入射及び出射させる入出射端面（第１の入出射端面）２ａ及び入出射端面（第２の入出射端面）２ｂとなっている。固体レーザ媒質２に入射したレーザ光Ｌ２は、固体レーザ媒質２の長手方向と直交する方向において対向する反射端面２ｃ，２ｄで反射されることにより、固体レーザ媒質２内をジグザグ状に伝播する。
　エンドミラー３は、平板の両主面に誘電体多層膜が形成されたダイクロイックミラーである。固体レーザ媒質２側の主面には、波長１０３０ｎｍのレーザ光Ｌ２に対する反射率が９９．９％であり、中心波長９４０ｎｍ、ＦＷＨＭ３ｎｍの０度入射の励起光Ｌ１に対する透過率が９９．０％である誘電体多層膜が形成されている。一方、固体レーザ媒質２の反対側の主面には、励起光Ｌ１に対する透過率が９９．４％である無反射（ＡＲ）コーティングの誘電体多層膜が形成されている。
　出力鏡４は、固体レーザ媒質２側が凹面とされ且つ固体レーザ媒質２の反対側が平面とされた平凹ミラーである。凹面の曲率半径は４０ｍであり、凹面には、レーザ光Ｌ２に対する反射率が７０％の誘電体多層膜が形成されている。一方、平面には、レーザ光Ｌ２に対する透過率が９９．５％であるＡＲコーティングの誘電体多層膜が形成されている。
　励起光Ｌ１は、ファイバ結合型の半導体レーザ装置５から供給され、光学系６によって集光される。集光された励起光Ｌ１は、エンドミラー３を透過して、固体レーザ媒質２の入出射端面２ａに入射する。このとき、入出射端面２ａは、固体レーザ媒質２内において励起光Ｌ１がレーザ光Ｌ２と略同一の伝播路上を伝播するように励起光Ｌ１を入射させる。
　光学系６は、非球面集光レンズ系（焦点距離１４０ｍｍ，２５０ｍｍ）であり、励起光Ｌ１の焦点が固体レーザ媒質２内に位置するように励起光Ｌ１を集光する。より具体的には、光学系６は、入出射端面２ａと励起光Ｌ１の焦点との距離が、入出射端面２ｂと励起光Ｌ１の焦点との距離と略等しくなるように、また、入出射端面２ａ，２ｂ及び反射端面２ｃ、２ｄを除く固体レーザ媒質２の端面に励起光Ｌ１が照射されないように、励起光Ｌ１を集光する。
　固体レーザ媒質２は、銅により矩形板状に形成された１対のヒートシンク７に反射端面２ｃ，２ｄを挟持された状態で、真空チャンバ８内に配置されている。真空チャンバ８には、入出射端面２ａとエンドミラー３との間を進行するレーザ光Ｌ２、及び入出射端面２ａに入射する励起光Ｌ１を透過させる光透過部材（第１の光透過部材）９が設けられている。更に、真空チャンバ８には、入出射端面２ｂと出力鏡４との間を進行するレーザ光Ｌ２を透過させる光透過部材（第２の光透過部材）１１が設けられている。光透過部材９，１１は、合成石英からなる平板の両主面に、レーザ光Ｌ２に対する透過率が９９．５％であるＡＲコーティングが施された窓材である。
　以上のように構成された固体レーザ装置１においては、固体レーザ媒質２、エンドミラー３及び出力鏡４によってレーザ共振器が構成される。このレーザ共振器の共振器長は約６００ｍｍであり、固体レーザ媒質２は、入出射端面２ａとエンドミラー３との距離が約３０ｍｍとなるように設置されている。
　図２は、図１に示された固体レーザ装置の固体レーザ媒質を冷却するための冷却装置の側面図である。図２に示されるように、冷却装置２０は、液体窒素タンク２１を備え、液体窒素タンク２１の最下部には、固体レーザ媒質２を保持するヒートシンク７がねじ止めされている。液体窒素タンク２１には、液体窒素をタンク２１内に導入するための窒素導入管２２、及び気化した窒素をタンク２１内から導出するための窒素導出管２３が設けられている。液体窒素タンク２１は、ステンレス鋼からなる真空容器２４内に配置されており、真空容器２４は、支持部材２５によって支持されている。液体窒素タンク２１の外壁面と真空容器２４の内壁面との間の領域は真空ポンプ２６によって真空引きされ、これにより、液体窒素タンク２１は真空断熱される。更に、冷却装置２０は、ヒートシンク７の温度を低温から常温まで調節可能な温度コントローラ２７を備えている。なお、真空容器２４の底部が、固体レーザ媒質２及びヒートシンク７を収容する真空チャンバ８となっている。
　図３は、図１に示された固体レーザ装置の固体レーザ媒質及びヒートシンクの横断面図である。図３に示されるように、固体レーザ媒質２は、長手方向における全長が６１．２ｍｍであり且つ長手方向と直交する断面形状が５ｍｍ×５ｍｍの正方形である直方体状のコンポジットセラミックスである。固体レーザ媒質２の両端部（長手方向における先端から１０．１ｍｍの長さの部分）は、希土類イオンがドープされていないＹＡＧであり、その両端部の間の中間部（長さ４１ｍｍの部分、図３に示されたドットハチング部分）は、Ｙｂイオンが０．７at.％ドープされたＹｂ：ＹＡＧである。このように、Ｙｂ：ＹＡＧである中間部を、ＹＡＧである両端部で挟むことにより、非ドープ部の両端部がヒートシンクとして機能するため、ドープ部の中間部の過熱を抑制して、レーザ光Ｌ２のビーム品質を向上させることができる。
　固体レーザ媒質２において、入出射端面２ａは、反射端面２ｄと５０度の角度をなすように、固体レーザ媒質２の長手方向と直交する面に対して傾斜している。また、入出射端面２ｂは、反射端面２ｃと５０度の角度をなすように、固体レーザ媒質２の長手方向と直交する面に対して傾斜している。つまり、入出射端面２ａ及び入出射端面２ｂは、互いに略平行となるように傾斜し、固体レーザ媒質の長手方向において対向している。
　図４は、図１に示された固体レーザ装置の固体レーザ媒質の斜視図である。図４に示されるように、入出射端面２ａ，２ｂには、励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２に対するＡＲコーティング１２が施されており、反射端面２ｃ，２ｄには、厚さ３μｍのＳｉＯ２コーティング１３が施されている。これにより、反射端面２ｃ，２ｄは、ＳｉＯ２コーティング１３、及び厚さ５０μｍのインジウム層（図示せず）を介して、１対のヒートシンク７によって挟持されることになる。ＳｉＯ２コーティング１３は、励起光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２が反射端面２ｃ，２ｄで反射する際のエバネッセント（反射時の波長程度の長さでの染み出し）がヒートシンク７に吸収されるのを防止する。なお、入出射端面２ａ，２ｂ及び反射端面２ｃ、２ｄを除く固体レーザ媒質２の端面２ｅ，２ｆは、スリ面となっている。
　図５は、固体レーザ媒質の形状を説明するための図である。図５に示されるように、固体レーザ媒質２の長手方向における全長：Ｌ、反射端面２ｃ，２ｄ間の距離：ｔ、入出射端面２ａと反射端面２ｄとがなす角度、及び入出射端面２ｂと反射端面２ｃとがなす角度：θｅとする。また、入出射端面２ａに対するレーザ光Ｌ２の入射角：θｉｎ、反射端面２ｃ，２ｄでの全反射角：θＴＩＲ、固体レーザ媒質２内での全反射回数：ｎｂとする。このとき、下記の関係式（１），（２）を満たすと、固体レーザ媒質２を端面励起のロッドレーザのような配置で機能させることができる。
　　０．９θｉｎ０≦θｉｎ≦１．１θｉｎ０　　・・・（１）
　　ここで、θin０＝９０°－θｅ
　　０．９Ｌ０≦Ｌ≦１．１Ｌ０　　　　　　・・・（２）
　　ここで、Ｌ０＝ｔ（ｎｂ・tanθＴＩＲ＋１／tanθｅ）
　次に、固体レーザ装置１の動作について説明する。
　まず、図２に示されるように、液体窒素タンク２１の外壁面と真空容器２４の内壁面との間の領域が真空ポンプ２６によって真空引きされて、液体窒素タンク２１が真空断熱される。続いて、液体窒素が窒素導入管２２を介してタンク２１内に導入されると共に、気化した窒素が窒素導出管２３を介してタンク２１内から導出されつつ、ヒートシンク７を介して固体レーザ媒質２が冷却される。このとき、固体レーザ媒質２は、温度コントローラ２７によって、例えば７７Ｋ以下というような極低温に冷却される。なお、固体レーザ媒質２は真空チャンバ８内に配置されているため、結露は防止される。
　ここで、固体レーザ媒質２を冷却する理由は次の通りである。固体レーザ媒質２は、Ｙｂ：ＹＡＧであるため、通常は３準位レーザとして動作するが、冷却すると４準位レーザとして動作する。また、誘導放出断面積は、３００Ｋ程度の室温ではＮｄ：ＹＡＧの１／１０程度であるが、冷却するとＮｄ：ＹＡＧと略同程度の値に上昇する。更に、冷却することで熱伝導率が向上し、熱的耐力も向上する。このように、固体レーザ媒質２を冷却することで、発熱が少なく且つ効率が高いレーザとして動作させることができる。
　固体レーザ媒質２が極低温に冷却された状態で、図１に示されるように、半導体レーザ装置５から波長９４０ｎｍの励起光Ｌ１が出力される。励起光Ｌ１は、光学系６によって集光され、エンドミラー３及び光透過部材９を介して、真空チャンバ８内に配置された固体レーザ媒質２の入出射端面２ａに入射する。入出射端面２ａに入射した励起光Ｌ１は、固体レーザ媒質２内をジグザグ状に伝播し、固体レーザ媒質２を励起する。励起光Ｌ１は、ＹｂイオンがドープされたＹｂ：ＹＡＧである中間部を伝播することで、９５％程度吸収される。
　そして、固体レーザ媒質２、エンドミラー３及び出力鏡４によって構成されたレーザ共振器内において、ビーム径２．５ｍｍのレーザ光Ｌ２が往復し始め、レーザ光Ｌ２は、固体レーザ媒質２内においてジグザグ状に伝播しながら光増幅されていく。このとき、固体レーザ媒質２内では、励起光Ｌ１の伝播路とレーザ光Ｌ２の伝播路とは略同一である。
　光増幅されたレーザ光Ｌ２は、最終的に励起光パワー９Ｗに達すると、出力鏡４から前方に連続（ＣＷ）波として出力される。なお、励起光Ｌ１の伝搬に伴い、固体レーザ媒質２の伝播路上部分に熱負荷がかかるが、１対のヒートシンク７を介して反射端面２ｃ，２ｄから固体レーザ媒質２を冷却するため、定常状態では固体レーザ媒質２の中心を最高温度点とする放物線上の温度分布が維持されるようになる。
　以上説明したように、固体レーザ装置１においては、励起光Ｌ１は、固体レーザ媒質２の入出射端面２ａに入射し、固体レーザ媒質２内においてレーザ光Ｌ２と略同一の伝播路上を伝播する。そのため、固体レーザ媒質２内においてレーザ光Ｌ２が通過しない領域が励起光Ｌ１によって励起されるのを抑制することができ、励起光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との結合効率を向上させることが可能となる。その結果、図６に示されるように、レーザ発振効率が飛躍的に向上した高平均出力レーザを実現することが可能となる。
　また、固体レーザ装置１においては、光学系６は、図７，８に示されるように、入出射端面２ａと励起光Ｌ１の焦点Ｆとの距離が、入出射端面２ｂと励起光Ｌ１の焦点Ｆとの距離と略等しくなるように、励起光Ｌ１を集光する。これにより、固体レーザ媒質２内の伝播路の全部において、励起光Ｌ１のビーム径をレーザ光Ｌ２のビーム径よりも小さくすることができ、励起光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との結合効率の向上に寄与させることが可能となる。
　なお、固体レーザ媒質２内の伝播路の全部において、励起光Ｌ１のビーム径をレーザ光Ｌ２のビーム径よりも小さくすることは必須ではない。固体レーザ媒質２内の伝播路の少なくとも一部において、励起光Ｌ１のビーム径をレーザ光Ｌ２のビーム径よりも小さくすれば、励起光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との結合効率の向上に寄与し得るからである。
　そして、固体レーザ媒質２内の伝播路において励起光Ｌ１のビーム径がレーザ光Ｌ２のビーム径よりも小さくなる部分を、励起光Ｌ１の焦点Ｆの前後に長くとり得るという観点からは、上述したような焦点Ｆの位置が好ましいが、図９に示されるように、入出射端面２ａと励起光Ｌ１の焦点Ｆとの距離が、入出射端面２ｂと励起光Ｌ１の焦点Ｆとの距離よりも短くなるように、光学系６が励起光Ｌ１を集光するようにしてもよい。このような焦点Ｆの位置は、固体レーザ媒質２において希土類イオンのドープ濃度が高い場合に特に有効であり、そのような場合に、励起光Ｌ１からレーザ光Ｌ２へのエネルギ変換効率を向上させることができる。これは、固体レーザ媒質２において希土類イオンのドープ濃度が高いと、励起光Ｌ１からレーザ光Ｌ２へのエネルギ変換効率が励起光入射面側（すなわち、入出射端面２ａ側）ほど高くなるからである。
　また、固体レーザ装置１においては、光学系６は、入出射端面２ａ，２ｂ及び反射端面２ｃ、２ｄを除く固体レーザ媒質２の端面２ｅ，２ｆに励起光Ｌ１が照射されないように、励起光Ｌ１を集光する。つまり、固体レーザ媒質２内においては、励起光Ｌ１のビーム径は、焦点Ｆ到達前の収束部分においても焦点Ｆ到達後の発散部分においても、固体レーザ媒質２の断面外形よりも小さくなっており、且つその断面外形内に含まれている。これにより、図１０，１１に示されるように、端面２ｅ，２ｆに励起光Ｌ１が照射されることにより励起光Ｌ１が散乱し、その散乱光（図１０，１１に示された矢印）が、固体レーザ媒質２内においてレーザ光Ｌ２が通過しない領域を励起するような事態を防止することができる。このような散乱光の発生は、固体レーザ媒質２の温度上昇を招くばかりか、不要な利得領域を発生させてレーザ光Ｌ２の単一モード発振を阻害する要因となる。
　また、固体レーザ装置１においては、光透過部材９がレーザ光Ｌ２と共に励起光Ｌ１を透過させるため、レーザ光Ｌ２を透過させる光透過部材９とは別に、励起光Ｌ１を透過させる光透過部材を真空チャンバ８に設けることが不要となり、装置の簡便化及び低コスト化を図ることができる。
　［第２の実施形態］
　図１２は、本発明に係る固体レーザ装置の第２の実施形態の構成図である。図１２に示されるように、固体レーザ装置１は、励起光Ｌ１によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質２を介してエンドミラー３と出力鏡４との間においてレーザ光Ｌ２を往復させることでレーザ光Ｌ２を増幅し、増幅されたレーザ光Ｌ２を出力鏡４から前方にパルス発振する装置である。以下、レーザ光Ｌ２を連続（ＣＷ）発振する上記固体レーザ装置１との相違点について主に説明する。
　図１２に示されるように、固体レーザ装置１０は、ポッケルスセル１４と、２枚の偏光板１５とを備えている。ポッケルスセル１４は、直径６ｍｍの非線形光学結晶（ＢＢＯ）の両端面に、レーザ光Ｌ２に対する透過率が９９．５％であるＡＲコーティングが施されたものであり、真空チャンバ８と出力鏡４との間におけるレーザ光Ｌ２の伝播路上に配置されている。ポッケルスセル１４は、位相変調器として動作し、４．９ｋＶの電圧が加えられることで、レーザ光Ｌ２のＰ偏光成分とＳ偏光成分とにλ／４の位相差を与える。偏光板１５は、５５度入射のレーザ光Ｌ２のＰ偏光成分に対しては透過率９８％、そのＳ偏光成分に対しては反射率９９．９％という特性を有しており、真空チャンバ８とポッケルスセル１４との間におけるレーザ光Ｌ２の伝播路上に配置されている。このような偏光板１５との組合せにより、ポッケルスセル１４は、Ｑスイッチとして動作する。
　次に、固体レーザ装置１０の動作について説明する。
　４．９ｋＶの電圧が加えられたポッケルスセル１４は、透過する光の偏光方向を往復でλ／２回転させる。ここでは、レーザ光Ｌ２のＳ偏光成分の光が固体レーザ媒質２側からポッケルスセル１４に入射するため、ポッケルスセル１４を往復することでＰ偏光成分の光が戻ることになる。このＰ偏光成分の光は、偏光板１５を透過するため、共振モードが成立せずレーザ発振されない。ポッケルスセル１４は５ｋＨｚで動作するため、２００μｓに１回、ポッケルスセル１４に掛かる電圧がゼロとなると、透過するレーザ光Ｌ２のＳ偏光成分の光は、位相変調を受けずＳ偏光のまま透過する。このとき、レーザ共振器の損失が急激に減少するため、レーザ発振が起こり、尖頭値の高いパルス波が出力される。
　以上のような固体レーザ装置１０においても、上記固体レーザ装置１と同様に、励起光Ｌ１は、固体レーザ媒質２の入出射端面２ａに入射し、固体レーザ媒質２内においてレーザ光Ｌ２と略同一の伝播路上を伝播する。そのため、固体レーザ媒質２内においてレーザ光Ｌ２が通過しない領域が励起光Ｌ１によって励起されるのを抑制することができ、励起光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との結合効率を向上させることが可能となる。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
　例えば、固体レーザ媒質２は、Ｙｂ：ＹＡＧに限定されず、他のＹｂ系レーザ媒質であってもよいし、Ｎｄ：ＹＡＧ等のＮｄ系レーザ媒質であってもよい。ただし、Ｙｂ系レーザ媒質を用いると、Ｎｄ系レーザ媒質の１／３程度の発熱量であるため、効率の良いレーザ発振動作が可能となる。そして、発熱量が少ないことは、冷却系への負荷低減、装置の小型化、レーザの特性向上（熱レンズ効果や熱複屈折の縮小）と様々な利点に繋がる。
　ここで、上記実施形態による固体レーザ装置では、励起光によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質を介して第１の反射鏡と第２の反射鏡との間でレーザ光を往復させることにより、レーザ光を増幅して出力する固体レーザ装置であって、固体レーザ媒質は、レーザ光を入射及び出射させる第１の入出射端面及び第２の入出射端面、並びに入射したレーザ光がジグザグ状に伝播するようにレーザ光を反射する反射端面を有し、第１の入出射端面は、固体レーザ媒質内において励起光がレーザ光と略同一の伝播路上を伝播するように励起光を入射させる構成を用いている。
　上記構成による固体レーザ装置は、励起光の焦点が固体レーザ媒質内に位置するように励起光を集光する光学系を備えることが好ましい。この構成によれば、固体レーザ媒質内における伝播路の少なくとも一部において、励起光のビーム径をレーザ光のビーム径よりも小さくすることができるため、励起光とレーザ光との結合効率を更に向上させることが可能となる。
　このとき、光学系は、第１の入出射端面と励起光の焦点との距離が、第２の入出射端面と励起光の焦点との距離と略等しくなるように、励起光を集光することが好ましい。この構成によれば、固体レーザ媒質内の伝播路において励起光のビーム径がレーザ光のビーム径よりも小さくなる部分を、励起光の焦点の前後に長くとることができる。
　また、光学系は、第１の入出射端面と励起光の焦点との距離が、第２の入出射端面と励起光の焦点との距離よりも短くなるように、励起光を集光することが好ましい。この構成によれば、励起光からレーザ光へのエネルギ変換効率を向上させることができる。これは、例えば固体レーザ媒質において希土類イオンのドープ濃度が高いと、励起光からレーザ光へのエネルギ変換効率が励起光入射面側（すなわち、第１の入出射端面側）ほど高くなるからである。
　更に、光学系は、第１の入出射端面、第２の入出射端面及び反射端面を除く固体レーザ媒質の端面に励起光が照射されないように、励起光を集光することが好ましい。この構成によれば、入出射端面及び反射端面を除く固体レーザ媒質の端面に励起光が照射されることにより、励起光が散乱して、固体レーザ媒質内においてレーザ光が通過しない領域を励起するような事態を防止することができる。
　上記構成による固体レーザ装置においては、固体レーザ媒質において、第１の入出射端面と第２の入出射端面とが対向する方向における全長：Ｌ、反射端面間の距離：ｔ、第１の入出射端面と反射端面とがなす鋭角側の角度、及び第２の入出射端面と反射端面とがなす鋭角側の角度：θｅ、第１の入出射端面に対するレーザ光の入射角：θｉｎ、反射端面での全反射角：θＴＩＲ、固体レーザ媒質内での全反射回数：ｎｂとしたとき、下記の関係式（１），（２）を満たすことが好ましい。この構成によれば、固体レーザ媒質を端面励起のロッドレーザのような配置で機能させることができる。
　　０．９θｉｎ０≦θｉｎ≦１．１θｉｎ０　　・・・（１）
　　ここで、θin０＝９０°－θｅ
　　０．９Ｌ０≦Ｌ≦１．１Ｌ０　　　　　　・・・（２）
　　ここで、Ｌ０＝ｔ（ｎｂ・tanθＴＩＲ＋１／tanθｅ）
　上記構成による固体レーザ装置においては、固体レーザ媒質は、真空チャンバ内に配置されており、真空チャンバには、第１の入出射端面と第１の反射鏡との間を進行するレーザ光を透過させる第１の光透過部材、及び第２の入出射端面と第２の反射鏡との間を進行するレーザ光を透過させる第２の光透過部材が設けられており、第１の光透過部材は、第１の入出射端面に入射する励起光を透過させることが好ましい。この構成によれば、レーザ光を透過させる光透過部材とは別に、励起光を透過させる光透過部材を真空チャンバに設けることが不要となるため、装置の簡便化及び低コスト化を図ることができる。
　本発明は、励起光とレーザ光との結合効率を向上させることができる固体レーザ装置として利用可能である。
　１，１０…固体レーザ装置、２…固体レーザ媒質、２ａ…入出射端面（第１の入出射端面）、２ｂ…入出射端面（第２の入出射端面）、２ｃ，２ｄ…反射端面、３…エンドミラー（第１の反射鏡）、４…出力鏡（第２の反射鏡）、６…光学系、８…真空チャンバ、９…光透過部材（第１の光透過部材）、１１…光透過部材（第２の光透過部材）、Ｌ１…励起光、Ｌ２…レーザ光、Ｆ…焦点。

Claims (7)

  1. 　励起光によって励起されたスラブ型の固体レーザ媒質を介して第１の反射鏡と第２の反射鏡との間でレーザ光を往復させることにより、前記レーザ光を増幅して出力する固体レーザ装置であって、
    　前記固体レーザ媒質は、前記レーザ光を入射及び出射させる第１の入出射端面及び第２の入出射端面、並びに入射した前記レーザ光がジグザグ状に伝播するように前記レーザ光を反射する反射端面を有し、
    　前記第１の入出射端面は、前記固体レーザ媒質内において前記励起光が前記レーザ光と略同一の伝播路上を伝播するように前記励起光を入射させることを特徴とする固体レーザ装置。
  2. 　前記励起光の焦点が前記固体レーザ媒質内に位置するように前記励起光を集光する光学系を備えることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
  3. 　前記光学系は、前記第１の入出射端面と前記励起光の焦点との距離が、前記第２の入出射端面と前記励起光の焦点との距離と略等しくなるように、前記励起光を集光することを特徴とする請求項２記載の固体レーザ装置。
  4. 　前記光学系は、前記第１の入出射端面と前記励起光の焦点との距離が、前記第２の入出射端面と前記励起光の焦点との距離よりも短くなるように、前記励起光を集光することを特徴とする請求項２記載の固体レーザ装置。
  5. 　前記光学系は、前記第１の入出射端面、前記第２の入出射端面及び前記反射端面を除く前記固体レーザ媒質の端面に前記励起光が照射されないように、前記励起光を集光することを特徴とする請求項２～４のいずれか一項記載の固体レーザ装置。
  6. 　前記固体レーザ媒質において、前記第１の入出射端面と前記第２の入出射端面とが対向する方向における全長：Ｌ、前記反射端面間の距離：ｔ、前記第１の入出射端面と前記反射端面とがなす鋭角側の角度、及び前記第２の入出射端面と前記反射端面とがなす鋭角側の角度：θｅ、前記第１の入出射端面に対する前記レーザ光の入射角：θｉｎ、前記反射端面での全反射角：θＴＩＲ、前記固体レーザ媒質内での全反射回数：ｎｂとしたとき、下記の関係式（１），（２）を満たすことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項記載の固体レーザ装置。
    　　０．９θｉｎ０≦θｉｎ≦１．１θｉｎ０　　・・・（１）
    　　ここで、θin０＝９０°－θｅ
    　　０．９Ｌ０≦Ｌ≦１．１Ｌ０　　　　　　・・・（２）
    　　ここで、Ｌ０＝ｔ（ｎｂ・tanθＴＩＲ＋１／tanθｅ）
  7. 　前記固体レーザ媒質は、真空チャンバ内に配置されており、
    　前記真空チャンバには、前記第１の入出射端面と前記第１の反射鏡との間を進行する前記レーザ光を透過させる第１の光透過部材、及び前記第２の入出射端面と前記第２の反射鏡との間を進行する前記レーザ光を透過させる第２の光透過部材が設けられており、
    　前記第１の光透過部材は、前記第１の入出射端面に入射する前記励起光を透過させることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項記載の固体レーザ装置。
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