WO2021106068A1 - 固体レーザ媒質、固体レーザ増幅器および固体レーザ発振器 - Google Patents

固体レーザ媒質、固体レーザ増幅器および固体レーザ発振器 Download PDF

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WO2021106068A1
WO2021106068A1 PCT/JP2019/046147 JP2019046147W WO2021106068A1 WO 2021106068 A1 WO2021106068 A1 WO 2021106068A1 JP 2019046147 W JP2019046147 W JP 2019046147W WO 2021106068 A1 WO2021106068 A1 WO 2021106068A1
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WO
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solid
reflecting surface
state laser
light
incident
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Application number
PCT/JP2019/046147
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English (en)
French (fr)
Inventor
藤川　周一
西前　順一
俊輔 藤井
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state laser medium used for amplifying laser light, and a solid-state laser amplifier and a solid-state laser oscillator including the solid-state laser medium.
  • Patent Document 1 discloses a solid-state laser amplifier having a solid-state laser medium which is a polyhedron having six or more planes and having a strong reflection film provided on all planes of the solid-state laser medium.
  • the solid-state laser amplifier of Patent Document 1 amplifies the laser light by propagating the laser light inside the solid-state laser medium while repeating multiple reflections on the reflection surface provided with the strong reflection film.
  • the reflectance on the reflecting surface may vary due to the variation during manufacturing of the strong reflective film. Due to repeated multiple reflections on the reflecting surface where the reflectance varies, the solid-state laser amplifier of Patent Document 1 has a large amount of laser light energy lost due to the propagation of the laser light in the solid-state laser medium. There will be variation. Therefore, according to the technique of Patent Document 1, the solid-state laser medium has a problem that it is difficult to amplify the laser light with high efficiency and stability.
  • the solid-state laser amplifier of Patent Document 1 cannot compensate for the influence of the thermal lens effect, and may cause quality deterioration such as a decrease in the directivity of the laser light or a decrease in the condensing property of the laser light. Therefore, according to the technique of Patent Document 1, the solid-state laser medium has a problem that it is difficult to suppress the deterioration of the quality of the laser beam.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a solid-state laser medium capable of highly efficient and stable amplification of laser light and suppressing deterioration of laser light quality.
  • the solid-state laser medium according to the present invention reflects light propagating between the entrance surface and the exit surface parallel to each other and the incident surface and the exit surface, and mutually. It includes a first and second reflective surfaces that are parallel, and a third and fourth reflective surfaces that reflect light propagating between the incident and exit surfaces and are parallel to each other.
  • the light incident on the incident surface with the center of the light flux aligned with the center of the incident surface is emitted into the inside of each of the first reflecting surface and the second reflecting surface the same number of times. After the total reflection and the same number of internal total reflections on each of the third reflecting surface and the fourth reflecting surface, the center of the light beam bundle is aligned with the center of the emitting surface to be emitted from the emitting surface.
  • the solid-state laser medium has the effect of enabling highly efficient and stable amplification of the laser beam and suppressing deterioration of the quality of the laser beam.
  • FIG. 1 Top view of the solid-state laser medium according to the first embodiment of the present invention.
  • Front view of the solid-state laser medium according to the first embodiment Left side view of the solid-state laser medium according to the first embodiment
  • Perspective view showing a part of the solid-state laser medium according to the third embodiment of the present invention The figure for demonstrating the direction of the normal of the incident surface, the direction of the central axis of a laser beam, and the polarization direction in the solid-state laser medium according to the third embodiment.
  • Perspective view showing a part of the solid-state laser medium according to the fourth embodiment of the present invention The figure for demonstrating the direction of the normal of the incident surface, the direction of the central axis of a laser beam, and the polarization direction in the solid-state laser medium according to the fourth embodiment.
  • Perspective view of the solid-state laser amplifier according to the seventh embodiment of the present invention Perspective view of the solid-state laser oscillator according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the solid-state laser medium the solid-state laser amplifier, and the solid-state laser oscillator according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of the solid-state laser medium according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view of the solid-state laser medium according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a left side view of the solid-state laser medium according to the first embodiment.
  • the solid laser medium 10 is a yttrium aluminum garnet (YAG) crystal doped with neodymium (Nd), which is an active medium.
  • the wavelength of the laser beam 20 amplified by the solid-state laser medium 10 is 1.064 ⁇ m.
  • the refractive index of the solid-state laser medium 10 with respect to a wavelength of 1.064 ⁇ m is 1.82.
  • a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm is used as the excitation light source.
  • the incident surface 11 on which the laser light 20 is incident the exit surface 12 on which the laser light 20 is emitted, the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 facing each other, and the second reflecting surface 14 facing each other. It has a reflecting surface 15 of 3 and a reflecting surface 16 of the fourth.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are three axes that are perpendicular to each other.
  • the central axis of the solid-state laser medium 10, that is, the axis passing through the center 111 of the incident surface 11 and the center 121 of the exit surface 12 coincides with the z-axis.
  • the normal of the incident surface 11 is tilted with respect to any of the x-axis, y-axis, and z-axis.
  • the entrance surface 11 and the exit surface 12 face each other.
  • the entrance surface 11 and the exit surface 12 are parallel to each other.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are parallel to the xz plane.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are parallel to each other.
  • the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 are parallel to the yz plane.
  • the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 are parallel to each other.
  • the first reflecting surface 13 and the third reflecting surface 15 are orthogonal to each other.
  • the laser light 20 incident on the incident surface 11 from the outside of the solid laser medium 10 is totally internally reflected by the first reflecting surface 13, the second reflecting surface 14, the third reflecting surface 15, and the fourth reflecting surface 16. While propagating inside the solid-state laser medium 10.
  • the laser beam 20 is amplified inside the solid-state laser medium 10.
  • the laser beam 20 propagating inside the solid-state laser medium 10 is emitted from the emission surface 12 to the outside of the solid-state laser medium 10.
  • the central axis of the laser beam 20 is represented by a alternate long and short dash line.
  • the central axis of the laser beam 20 is an axis representing the center of the light beam bundle included in the laser beam 20.
  • the laser beam 20 exists in a certain beam diameter range centered on the central axis.
  • the representation of the laser beam 20 is the same as in FIG.
  • the central axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11 is parallel to the z-axis. Further, the central axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11 passes through the center 111 of the incident surface 11. That is, the laser beam 20 is incident on the incident surface 11 with the center of the light beam aligned with the center 111 of the incident surface 11. Since the normal of the incident surface 11 is tilted with respect to the x-axis, the y-axis, and the z-axis, the central axis of the laser beam 20 becomes the x-axis and y due to the refraction of the laser beam 20 at the incident surface 11. It is bent in a direction tilted with respect to both the axis and the z-axis.
  • the laser beam 20 refracted at the incident surface 11 reaches the second reflecting surface 14 and is totally internally reflected by the second reflecting surface 14.
  • the laser beam 20 that is totally internally reflected by the second reflecting surface 14 reaches the first reflecting surface 13 and is totally internally reflected by the first reflecting surface 13.
  • the internal total internal reflection of the laser beam 20 on the first reflecting surface 13 and the internal total internal reflection of the laser light 20 on the second reflecting surface 14 are alternately repeated.
  • the laser beam 20 reaches the exit surface 12 through four internal total reflections on the first reflection surface 13 and four internal total reflections on the second reflection surface 14.
  • the laser beam 20 refracted at the incident surface 11 reaches the third reflecting surface 15 and is totally internally reflected by the third reflecting surface 15.
  • the laser beam 20 that is totally internally reflected by the third reflecting surface 15 reaches the fourth reflecting surface 16 and is totally internally reflected by the fourth reflecting surface 16.
  • the internal total reflection of the laser light 20 on the third reflecting surface 15 and the internal total reflection of the laser light 20 on the fourth reflecting surface 16 are alternately repeated.
  • the laser beam 20 reaches the exit surface 12 through two internal total reflections on the third reflection surface 15 and two internal total reflections on the fourth reflection surface 16.
  • the central axis of the laser beam 20 propagating through the solid-state laser medium 10 passes through the center 121 of the exit surface 12.
  • the central axis of the laser beam 20 is bent so as to be parallel to the z-axis due to the refraction of the laser beam 20 at the exit surface 12.
  • the positions of the central axes of the laser beam 20 when the laser beam 20 is incident on the third reflecting surface 15 are the positions of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface. It is designed to coincide with the center in the y-axis direction between 14 and 14. Further, as shown in FIG.
  • the position of the central axis of the laser beam 20 when the laser beam 20 is incident on the fourth reflecting surface 16 is the position of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 13. It is designed to coincide with the center in the y-axis direction with the reflecting surface 14.
  • the direction in which the laser beam 20 is propagated from the incident surface 11 is determined based on the above. In the design of the solid-state laser medium 10, the inclination of the normal line of the incident surface 11 is determined according to Snell's law so that the center line of the laser beam 20 refracted by the incident surface 11 coincides with the direction.
  • the incident angle of the laser beam 20 on each of the first reflecting surface 13, the second reflecting surface 14, the third reflecting surface 15, and the fourth reflecting surface 16 needs to be equal to or higher than the critical angle of total internal reflection. There is.
  • the incident angle of the laser beam 20 on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 or the incident angle of the laser light 20 on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 is less than the critical angle.
  • the laser beam 20 is such that the incident angle of the laser beam 20 on each of the first reflecting surface 13, the second reflecting surface 14, the third reflecting surface 15, and the fourth reflecting surface 16 is equal to or greater than the critical angle.
  • the number of internal total reflections of is adjusted. Alternatively, at least one of the length, width and thickness of the solid-state laser medium 10 is adjusted.
  • the design procedure of the solid-state laser medium 10 is an example, and the design procedure of the solid-state laser medium 10 is not limited to the above.
  • the solid-state laser medium 10 propagates the laser beam 20 by internal total reflection on the first reflecting surface 13, the second reflecting surface 14, the third reflecting surface 15, and the fourth reflecting surface 16. ..
  • the solid-state laser medium 10 can reduce the loss of the laser light 20 due to the reflection of the laser light 20 inside the solid-state laser medium 10. Further, the solid-state laser medium 10 is a solid-state laser even if a strong reflection film is not provided on each of the first reflection surface 13, the second reflection surface 14, the third reflection surface 15, and the fourth reflection surface 16.
  • the laser beam 20 can be propagated inside the medium 10 with low loss.
  • the cost of the solid-state laser medium 10 can be reduced as compared with the case where a strong reflection film is required. Further, the solid-state laser medium 10 can reduce the variation in reflectance on the reflecting surface as compared with the case where the strong reflecting film is provided. As described above, the solid-state laser medium 10 can amplify the laser beam 20 with high efficiency and stability.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining compensation for the influence of the thermal lens effect on the solid-state laser medium according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a developed view showing how the laser beam 20 propagates so that the central axis of the laser beam 20 bent by the reflection on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 becomes one straight line. ing. It is assumed that the optical path of the laser beam 20 shown in FIG. 4 is optically equivalent to the optical path of the laser beam 20 shown in FIG. In FIG. 4, the central axis of the laser beam 20 is a straight line between the entrance surface 11 and the emission surface 12.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the refractive index distribution of the solid-state laser medium according to the first embodiment.
  • the wavelength of the excitation light is shorter than the wavelength of the light emitted by the state transition from the excited state.
  • the energy difference caused by the difference between the wavelength of the excitation light and the wavelength of the emitted light is called a quantum defect.
  • the energy corresponding to the quantum deficiency is released as heat.
  • the wavelength of the excitation light is 808 nm and the wavelength of the amplified laser light 20 is 1.064 ⁇ m, about 24% of the energy consumed from the excited state is released as heat.
  • the solid-state laser medium 10 is cooled by releasing heat from the surface of the solid-state laser medium 10. A temperature distribution is generated inside the solid-state laser medium 10 due to the generation of heat inside the solid-state laser medium 10 and the release of heat from the surface of the solid-state laser medium 10.
  • the refractive index of the solid-state laser medium 10 changes depending on the temperature. Since the temperature rises closer to the center of the solid-state laser medium 10, the solid-state laser medium 10, which is a YAG crystal whose refractive index increases with increasing temperature, is a solid-state laser in the y-axis direction, as shown in FIG. The closer to the center y0 of the medium 10, the higher the refractive index.
  • the optical distance is proportional to the refractive index. Even when light passes through the same spatial distance in a region with a high refractive index and a region with a low refractive index, the optical distance when light passes through a region with a high refractive index is a region with a low refractive index. It is longer than the optical distance when light passes through. If the laser beam 20 propagates in the z-axis direction inside the solid-state laser medium 10, the optical distance when the light beam propagates through the center y0 is a position close to the first reflecting surface 13 or the second reflecting surface 14. It is longer than the optical distance when the light beam propagates at a position close to.
  • the phase of the light ray propagating in the center y0 is behind the phase of the light ray propagating in the position close to the first reflection surface 13 and the phase of the light ray propagating in the position close to the second reflection surface 14.
  • the wavefront of the laser beam 20 propagating in the z-axis direction in the solid-state laser medium 10 becomes concave in the direction opposite to the direction in which the laser beam 20 propagates.
  • the solid-state laser medium 10 exhibits the same optical action as the convex lens.
  • Such a lens action due to the temperature distribution is called a thermal lens effect.
  • the effect of the thermal lens effect may cause deterioration in quality such as a decrease in the directivity of the laser beam 20 or a decrease in the light-collecting property of the laser beam 20.
  • the laser beam 20 propagates in a zigzag manner inside the solid-state laser medium 10 by repeating internal total reflection the same number of times on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14. As shown in FIG. 4, the laser beam 20 alternately passes through a region having a high refractive index and a region having a low refractive index while propagating between the incident surface 11 and the emitting surface 12.
  • the light ray 201 is a light ray passing through a position close to the first reflecting surface 13 of the incident surface 11.
  • the light ray 202 is a light ray passing through a position close to the second reflecting surface 14 of the incident surface 11.
  • the light rays that pass through the center of the incident surface 11, that is, the light rays that coincide with the central axis of the laser light 20, the light rays 201 and the light rays 202 all pass through the region having a high refractive index the same number of times, and The number of passes through the region with low refractive index is the same.
  • the light rays that coincide with the central axis, the light rays 201, and the light rays 202 are similarly affected by the high and low refractive indexes between the incident surface 11 and the exit surface 12, so that the optical rays of the light rays that coincide with the central axis are optically affected.
  • the distance, the optical distance of the ray 201, and the optical distance of the ray 202 are approximately equal.
  • the solid-state laser medium 10 effectively affects the effect of the thermal lens effect between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 without lowering the symmetry of the light intensity distribution in the yz plane. The deterioration of the quality of the laser beam 20 can be suppressed.
  • the laser beam 20 propagates in a zigzag manner inside the solid-state laser medium 10 by repeating internal total reflection the same number of times on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16. To do.
  • the solid-state laser medium 10 can effectively compensate for the influence of the thermal lens effect between the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 without reducing the symmetry of the light intensity distribution in the xz plane. Therefore, the deterioration of the quality of the laser beam 20 can be suppressed.
  • the solid laser medium 10 stimulated emission occurs due to the interaction between the laser light 20 and the excited particles in the solid laser medium 10, and the energy stored in the excited particles is taken out as amplified light to amplify the laser light 20.
  • the amplification efficiency of the laser beam 20 in the solid-state laser medium 10 is proportional to the superposition ratio of the excitation region and the laser beam 20 inside the solid-state laser medium 10.
  • the superposition rate is sometimes referred to as a mode overlap rate.
  • the laser beam 20 propagates in a zigzag manner between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14, and between the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the region swept by the laser beam 20 can be expanded inside the solid-state laser medium 10.
  • the solid-state laser medium 10 can increase the superposition rate and effectively improve the amplification efficiency.
  • the amplification factor in the beam cross section of the laser beam 20 may become non-uniform due to the non-uniformity of the excitation density distribution, which is the distribution of the excited particles.
  • the solid-state laser medium 10 may deteriorate the quality of the laser beam 20 due to the non-uniform intensity distribution of the laser beam 20.
  • the laser beam 20 propagates in a zigzag manner between the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14, and between the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the total amount of gain received by the laser beam 20 by propagating inside the solid-state laser medium 10 can be made substantially the same as in the case of compensation for the thermal lens effect. it can.
  • the solid-state laser medium 10 can suppress the non-uniform intensity distribution of the laser beam 20 even if the excitation density distribution is non-uniform, and effectively suppresses the deterioration of the quality of the laser beam 20. Can be done.
  • the solid-state laser medium 10 is not limited to the Nd-doped YAG crystal.
  • the active medium doped in the solid laser medium 10 is not limited to Nd, and may be ytterbium (Yb), erbium (Er), holmium (Ho), or thulium (Tm). Regardless of which active medium that can be used for the solid-state laser is used, the solid-state laser medium 10 enables highly efficient and stable amplification of the laser beam 20 and suppresses deterioration of the quality of the laser beam 20. be able to.
  • the host material used in the solid-state laser medium 10 is not limited to YAG crystals, and may be a material such as yttrium orthovanadate (YVO 4 ), sapphire (Al 2 O 3 ), or phosphoric acid glass. Regardless of which material can be used for the solid-state laser, the solid-state laser medium 10 enables highly efficient and stable amplification of the laser beam 20 and suppresses deterioration of the quality of the laser beam 20. Can be done. By appropriately designing the shape of the solid-state laser medium 10 according to the wavelength of the laser light 20 to be amplified and the refractive index of the solid-state laser medium 10, the solid-state laser medium 10 can amplify the laser light 20 with high efficiency and stability. It is possible to suppress the deterioration of the quality of the laser beam 20.
  • the angle formed by the first reflecting surface 13 and the third reflecting surface 15 is not limited to a right angle.
  • the angle formed by the first reflecting surface 13 and the third reflecting surface 15 may be appropriately set in a range larger than 0 degrees and less than 180 degrees.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are parallel to each other
  • the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 are parallel to each other, and
  • the solid laser medium 10 enables highly efficient and stable amplification of the laser beam 20 by appropriately setting the angle formed by the first reflecting surface 13 and the third reflecting surface 15, and the laser beam 20 can be amplified. Quality deterioration can be suppressed.
  • the solid-state laser medium 10 propagates the laser light 20 by internal total reflection on the first reflecting surface 13, the second reflecting surface 14, the third reflecting surface 15, and the fourth reflecting surface 16. By doing so, it is possible to amplify the laser beam 20 with high efficiency and stability.
  • the solid laser medium 10 aligns the center of the light beam bundle with the center 111 of the incident surface 11 and causes the laser light 20 incident on the incident surface 11 to be directed to each other on each of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14. After the same number of internal total reflections and the same number of internal total reflections on each of the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16, the center of the ray bundle is aligned with the center 121 of the emitting surface 12.
  • the solid-state laser medium 10 has the effect of enabling highly efficient and stable amplification of the laser beam 20 and suppressing deterioration of the quality of the laser beam 20.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a part of the solid-state laser medium according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the direction of the normal line of the incident surface, the direction of the central axis of the laser beam, and the polarization direction in the solid-state laser medium according to the second embodiment.
  • a part of the solid-state laser medium 10 according to the second embodiment including the incident surface 11 is enlarged and shown.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first embodiment will be mainly described.
  • the Nd-doped YAG crystal is used as the solid-state laser medium 10 as in the first embodiment.
  • the wavelength of the laser beam 20 amplified by the solid-state laser medium 10 is 1.064 ⁇ m.
  • the refractive index of the solid-state laser medium 10 with respect to a wavelength of 1.064 ⁇ m is 1.82.
  • a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm is used as the excitation light source.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are parallel to the xz plane.
  • the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 are parallel to the yz plane.
  • the entrance surface 11 and the exit surface 12 are parallel to each other.
  • the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is linearly polarized light having the polarization direction 21 shown in FIG.
  • the laser beam 20 is incident on the center 111 of the incident surface 11.
  • an optical thin film is provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the optical thin film is a polarization-independent optical thin film. That is, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection of the P-polarized light and the S-polarized light on the optical thin film is one tenth or less of the wavelength of the light propagating in the solid-state laser medium 10.
  • the elevation angle ⁇ n shown in FIG. 7 is an angle formed by the normal line 110 of the incident surface 11 and the y-axis.
  • the azimuth ⁇ n is an angle representing the direction of the normal 110 in the xz plane.
  • the reference of the azimuth angle ⁇ n is the x-axis.
  • the elevation angle ⁇ n is set to 28.8 degrees, and the azimuth angle ⁇ n is set to 240 degrees.
  • the elevation angle ⁇ r is an angle formed by the central axis and the y-axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11.
  • Azimuth phi r is the angle representing the direction of the central axis of the laser beam 20 in the xz plane.
  • Reference azimuth phi r is the x-axis.
  • the elevation angle theta r is set to 90 degrees. That is, the central axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11 is included in the xz surface.
  • the azimuth angle phi r is set to 60 degrees.
  • the polarization direction 21 is the y-axis direction.
  • the linearly polarized laser beam 20 is incident on the incident surface 11 with P-polarized light having an incident angle of 61.2 degrees, which is the Brewster's angle.
  • the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the loss of the laser beam 20 due to reflection on the incident surface 11 even if the incident surface 11 is not provided with an antireflection film or the like.
  • the solid-state laser medium 10 can efficiently inject the laser beam 20 into the inside of the solid-state laser medium 10.
  • Elevation theta r of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 by the laser beam 20 is refracted at the incident surface 11, changes to 122.4 degrees from 90 degrees before entering the solid-state laser medium 10.
  • Azimuth phi r of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is the same 60 degrees as the previous incident to the solid-state laser medium 10.
  • the elevation angle ⁇ p formed by the polarization direction 22 and the y-axis of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is 32.4 degrees.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 22 in the xz plane becomes 60 degrees.
  • the reference azimuth phi p is the x-axis.
  • the laser beam 20 refracted by the incident surface 11 is incident on the position 141 of the second reflecting surface 14. Since the normal of the second reflecting surface 14 coincides with the y-axis, the polarization direction 22 is included in the plane including the normal of the second reflecting surface 14 and the central axis of the laser beam 20. Therefore, the laser beam 20 is also incident on the second reflecting surface 14 as P-polarized light.
  • Elevation theta r of the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is changed from 122.4 ° before reflection on the second reflecting surface 14 to 57.6 degrees.
  • Azimuth phi r of the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is the same 60 degrees as the previous reflection on the second reflecting surface 14.
  • Elevation theta p where and the y-axis polarization direction 23 forms the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is the same 32.4 degrees and the elevation angle theta p polarization direction 22.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 23 in the xz plane is changed from 60 degrees azimuthal angle phi p polarization direction 22, a 240 degrees.
  • the laser beam 20 propagates toward the third reflecting surface 15 by reflection on the second reflecting surface 14.
  • the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is incident on the position 151 of the third reflecting surface 15. Elevation theta r of the laser beam 20 reflected by the third reflecting surface 15 is the same 57.6 degrees as the previous reflection on the third reflecting surface 15. Azimuth phi r of the laser beam 20 reflected by the third reflection surface 15 is changed from 60 degrees before reflection on the third reflecting surface 15 to 120 degrees. The laser beam 20 propagates toward the first reflecting surface 13 by reflection on the third reflecting surface 15.
  • the normal of the third reflecting surface 15 coincides with the x-axis.
  • the laser beam 20 is incident on the third reflecting surface 15 in a state where P-polarized light and S-polarized light are mixed. Since the optical thin film is provided on the third reflecting surface 15, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection between the P-polarized light and the S-polarized light on the third reflecting surface 15 is the laser beam. It is suppressed to 1/10 or less of the 20 wavelengths. As a result, the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the change from linearly polarized light to elliptically polarized light due to the reflection of the laser light 20 on the third reflecting surface 15, and the polarized state of the laser light 20 remains linearly polarized. Can be maintained.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 24 in the xz plane is changed from 240 degrees azimuth phi p polarization direction 23, of 300 degrees, i.e. minus 60 degrees.
  • the laser beam 20 in which the polarized state of linearly polarized light is maintained is incident on the position 131 of the first reflecting surface 13.
  • the normal of the first reflecting surface 13 coincides with the y-axis.
  • the polarization direction 24 is included in a plane including the normal of the first reflecting surface 13 and the central axis of the laser beam 20. Therefore, the laser beam 20 is also incident on the first reflecting surface 13 as P-polarized light.
  • the directions of the laser light 20 incident on the incident surface 11 in the xz plane are the incident surface 11 and the first reflecting surface 13. It is set in a direction perpendicular to the ridgeline between the two or the ridgeline between the incident surface 11 and the second reflecting surface 14. Further, the polarization direction 21 coincides with the y-axis direction. As a result, the solid-state laser medium 10 can make the linearly polarized laser beam 20 incident on the incident surface 11 with P-polarized light at an incident angle which is Brewster's angle.
  • the solid-state laser medium 10 has the same effect as that of the first embodiment, and the laser light 20 is efficiently incident on the inside of the solid-state laser medium 10 even if the incident surface 11 is not provided with an antireflection film or the like. It becomes possible.
  • the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is incident on the second reflecting surface 14 as P-polarized light.
  • the solid-state laser medium 10 effectively changes the laser light 20 from linearly polarized light to elliptically polarized light. Can be suppressed.
  • the solid-state laser medium 10 can maintain the polarized state of the laser beam 20 so that the laser beam 20 is incident on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 with P polarization.
  • the elevation angles ⁇ p in the polarization directions 22, 23, 24, and 25 are maintained at 32.4 degrees.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are surfaces having a larger area than the other surfaces constituting the solid-state laser medium 10.
  • the solid-state laser medium 10 is cooled by cooling both sides of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14. Therefore, the temperature distribution inside the solid-state laser medium 10 is dominated by the temperature distribution in the y-axis direction, which is the direction in which the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 face each other.
  • the solid-state laser medium 10 may be cooled by cooling one of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14.
  • thermal birefringence due to the photoelastic effect associated with thermal stress may occur inside the solid-state laser medium 10.
  • the temperature distribution in the y-axis direction becomes dominant inside the solid laser medium 10, so that the thermal birefringence of the solid laser medium 10 is birefringence in a uniaxial crystal having the y-axis as the optical axis. Is similar to.
  • linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the y-axis that is, linearly polarized light whose polarization direction is included in the xz plane becomes normal light, and linearly polarized light whose polarization direction is other than the direction orthogonal to the y-axis is abnormal. It becomes light.
  • the refractive index of linearly polarized light which is anomalous light, changes depending on the elevation angle of linearly polarized light with respect to the y-axis.
  • the polarization directions 22, 23, 24, and 25 are all included in the plane formed by the central axis and the y-axis of the laser beam 20, that is, in the plane orthogonal to the xz plane. Therefore, the linearly polarized light always becomes abnormal light inside the solid-state laser medium 10. Therefore, the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the occurrence of walk-off due to thermal birefringence, and can efficiently amplify the laser beam 20 while maintaining high focusing property.
  • the elevation angles ⁇ p of the polarization directions 22, 23, 24, 25 are maintained at 32.4 degrees inside the solid-state laser medium 10.
  • the refractive index perceived by the linearly polarized light inside the light can be made constant.
  • the solid-state laser medium 10 can maintain high stability in the amplification of the laser beam 20.
  • the shape of the solid-state laser medium 10 according to the second embodiment is not limited to the above shape.
  • the shape of the solid-state laser medium 10 can be appropriately designed according to the material of the solid-state laser medium 10 or the wavelength of the laser beam 20.
  • the optical thin films provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 have the refractive index of the solid laser medium 10 and the incident angle of the laser light 20 on the third reflecting surface 15 or the fourth reflecting surface 16.
  • the multilayer film structure or the like may be appropriately designed based on the above. By appropriately designing the shape of the solid-state laser medium 10 and the optical thin film, the solid-state laser medium 10 can amplify the laser light 20 with high efficiency and stability, and can suppress deterioration of the quality of the laser light 20. it can.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a part of the solid-state laser medium according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the direction of the normal line of the incident surface, the direction of the central axis of the laser beam, and the polarization direction in the solid-state laser medium according to the third embodiment.
  • a part of the solid-state laser medium 10 according to the third embodiment including the incident surface 11 is enlarged and shown.
  • the same components as those in the first or second embodiment are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first or second embodiment will be mainly described.
  • the Nd-doped YAG crystal is used as the solid-state laser medium 10 as in the first and second embodiments.
  • the wavelength of the laser beam 20 amplified by the solid-state laser medium 10 is 1.064 ⁇ m.
  • the refractive index of the solid-state laser medium 10 with respect to a wavelength of 1.064 ⁇ m is 1.82.
  • a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm is used as the excitation light source.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are parallel to the xz plane.
  • the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 are parallel to the yz plane.
  • the entrance surface 11 and the exit surface 12 are parallel to each other.
  • the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is linearly polarized light having the polarization direction 21 shown in FIG.
  • the laser beam 20 is incident on the center 111 of the incident surface 11.
  • optical thin films are provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the optical thin film is a polarization-independent optical thin film. That is, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection of the P-polarized light and the S-polarized light on the optical thin film is one tenth or less of the wavelength of the light propagating in the solid-state laser medium 10.
  • the elevation angle ⁇ n shown in FIG. 9 is an angle formed by the normal line 110 of the incident surface 11 and the y-axis.
  • the azimuth ⁇ n is an angle representing the direction of the normal 110 in the xz plane.
  • the reference of the azimuth angle ⁇ n is the x-axis.
  • the elevation angle ⁇ n is set to 70 degrees
  • the azimuth angle ⁇ n is set to 270 degrees.
  • the elevation angle ⁇ r is an angle formed by the central axis and the y-axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11.
  • Azimuth phi r is the angle representing the direction of the central axis of the laser beam 20 in the xz plane.
  • Reference azimuth phi r is the x-axis.
  • the elevation angle theta r is set to 109.2 degrees.
  • the azimuth angle phi r is set to 24.6 degrees.
  • the elevation angle ⁇ p formed by the polarization direction 21 of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 and the y-axis is adjusted to 102.1 degrees.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 21 in the xz plane is adjusted to 118.9 degrees.
  • the reference azimuth phi p is the x-axis.
  • the linearly polarized laser beam 20 is incident on the incident surface 11 with P-polarized light having an incident angle of 61.2 degrees, which is the Brewster's angle.
  • the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the loss of the laser beam 20 due to reflection on the incident surface 11 even if the incident surface 11 is not provided with an antireflection film or the like.
  • the solid-state laser medium 10 can efficiently inject the laser beam 20 into the inside of the solid-state laser medium 10.
  • Elevation theta r of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 by the laser beam 20 is refracted at the incident surface 11, changes to 113.0 degrees 109.2 degrees before entering the solid-state laser medium 10 To do.
  • Azimuth phi r of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is changed to 59.2 ° from 24.6 ° before entering the solid-state laser medium 10.
  • Elevation theta p where and the y-axis polarization direction 22 forms the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is changed from 102.1 degrees elevation angle theta p polarization direction 21, it is 90 degrees.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 22 in the xz plane is changed from 118.9 degrees azimuth phi p polarization direction 21, the 149.2 degrees.
  • the laser beam 20 refracted by the incident surface 11 is incident on the position 141 of the second reflecting surface 14. Since the normal of the second reflecting surface 14 coincides with the y-axis, the polarization direction 22 is orthogonal to the plane including the normal of the second reflecting surface 14 and the central axis of the laser beam 20. Therefore, the laser beam 20 is incident on the second reflecting surface 14 as S-polarized light.
  • Elevation theta r of the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is changed from 113.0 ° before reflection on the second reflecting surface 14 to 67.0 degrees.
  • Azimuth phi r of the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is the same 59.2 degrees and before reflection on the second reflecting surface 14. Since the S-polarized laser light 20 is reflected by the second reflecting surface 14, the polarization direction 23 of the laser light 20 after being reflected by the second reflecting surface 14 is before the reflection by the second reflecting surface 14. It becomes the same as the polarization direction 22 of the laser beam 20 in. That is, the elevation angle theta p formed between the y-axis polarization direction 23 is the same 90 degrees elevation angle theta p polarization direction 22.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 23 in the xz plane is the same 149.2 degrees azimuth angle phi p polarization direction 22.
  • the laser beam 20 propagates toward the third reflecting surface 15 by reflection on the second reflecting surface 14.
  • the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is incident on the position 151 of the third reflecting surface 15. Elevation theta r of the laser beam 20 reflected by the third reflecting surface 15 is the same 67.0 degrees as the previous reflection on the third reflecting surface 15. Azimuth phi r of the laser beam 20 reflected by the third reflection surface 15 is changed from 59.2 degrees before reflection on the third reflecting surface 15 to 120.8 degrees. The laser beam 20 propagates toward the first reflecting surface 13 by reflection on the third reflecting surface 15.
  • the normal of the third reflecting surface 15 coincides with the x-axis.
  • the laser beam 20 is incident on the third reflecting surface 15 in a state where P-polarized light and S-polarized light are mixed. Since the optical thin film is provided on the third reflecting surface 15, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection between the P-polarized light and the S-polarized light on the third reflecting surface 15 is the laser beam. It is suppressed to 1/10 or less of the 20 wavelengths. As a result, the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the change from linearly polarized light to elliptically polarized light due to the reflection of the laser light 20 on the third reflecting surface 15, and the polarized state of the laser light 20 remains linearly polarized. Can be maintained.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 24 in the xz plane is changed from 149.2 degrees azimuth phi p polarization direction 23, the 210.8 degrees.
  • the laser beam 20 in which the polarized state of linearly polarized light is maintained is incident on the position 131 of the first reflecting surface 13.
  • the normal of the first reflecting surface 13 coincides with the y-axis.
  • the polarization direction 24 is orthogonal to the plane including the normal of the first reflecting surface 13 and the central axis of the laser beam 20. Therefore, the laser beam 20 is also incident on the first reflecting surface 13 as S-polarized light.
  • the solid-state laser medium 10 Since the solid-state laser medium 10 according to the third embodiment is configured as described above, the solid-state laser medium 10 transmits the linearly polarized laser light 20 to the incident surface 11 at an incident angle which is a Brewster's angle. It can be incident with polarized light. As a result, the solid-state laser medium 10 can obtain the same effect as in the case of the first embodiment, and even if the incident surface 11 is not provided with the antireflection film or the like, the solid-state laser medium 10 is the same as in the second embodiment. It is possible to efficiently inject the laser beam 20 into the inside of the.
  • the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is incident on the second reflecting surface 14 as S-polarized light.
  • S-polarized light and P-polarized light are mixed and incident on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the solid-state laser medium 10 effectively changes the laser light 20 from linearly polarized light to elliptically polarized light. Can be suppressed.
  • the solid-state laser medium 10 changes the polarization state of the laser light 20 so that the linearly polarized laser light 20 is always incident on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 with S-polarized light. Can be maintained.
  • the elevation angles ⁇ p in the polarization directions 22, 23, 24, and 25 are maintained at 90 degrees. That is, the polarization directions 22, 23, 24, and 25 are all parallel to the xz plane.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are surfaces having a larger area than the other surfaces constituting the solid-state laser medium 10. Also in the third embodiment, the cooling of the solid-state laser medium 10 is performed by cooling both sides of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14, as in the second embodiment.
  • the thermal birefringence of the solid-state laser medium 10 is similar to the birefringence in a uniaxial crystal whose optical axis is the y-axis.
  • the solid-state laser medium 10 may be cooled by cooling one of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14.
  • the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the occurrence of walk-off due to thermal birefringence as in the second embodiment, and efficiently amplifies the laser beam 20 while maintaining high light-collecting property. be able to.
  • the polarization directions 22, 23, 24, 25 are maintained parallel to the xz plane inside the solid-state laser medium 10.
  • the laser beam 20 is always incident on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 as S-polarized light. Since the polarization direction of S-polarized light does not change before and after reflection, the polarization direction of ordinary light is reliably maintained inside the solid-state laser medium 10. Thereby, the solid-state laser medium 10 can maintain higher stability in the amplification of the laser beam 20.
  • the shape of the solid-state laser medium 10 according to the third embodiment is not limited to the above shape.
  • the shape of the solid-state laser medium 10 can be appropriately designed according to the material of the solid-state laser medium 10 or the wavelength of the laser beam 20.
  • the optical thin films provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 have the refractive index of the solid laser medium 10 and the incident angle of the laser light 20 on the third reflecting surface 15 or the fourth reflecting surface 16.
  • the multilayer film structure or the like may be appropriately designed based on the above. By appropriately designing the shape of the solid-state laser medium 10 and the optical thin film, the solid-state laser medium 10 can amplify the laser light 20 with high efficiency and stability, and can suppress deterioration of the quality of the laser light 20. it can.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a part of the solid-state laser medium according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the direction of the normal line of the incident surface, the direction of the central axis of the laser beam, and the polarization direction in the solid-state laser medium according to the fourth embodiment.
  • a part of the solid-state laser medium 10 according to the fourth embodiment including the incident surface 11 is enlarged and shown.
  • the same components as those of the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those of the first to third embodiments will be mainly described.
  • the Nd-doped YAG crystal is used as the solid-state laser medium 10 as in the first to third embodiments.
  • the wavelength of the laser beam 20 amplified by the solid-state laser medium 10 is 1.064 ⁇ m.
  • the refractive index of the solid-state laser medium 10 with respect to a wavelength of 1.064 ⁇ m is 1.82.
  • a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm is used as the excitation light source.
  • the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 are parallel to the xz plane.
  • the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16 are parallel to the yz plane.
  • the entrance surface 11 and the exit surface 12 are parallel to each other.
  • optical thin films are provided on the entrance surface 11 and the exit surface 12.
  • the optical thin film is a polarization-independent optical thin film. That is, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the incident of the P-polarized light and the S-polarized light on the optical thin film is 1/10 or less of the wavelength of the light propagating in the solid-state laser medium 10.
  • the optical thin film is also an antireflection film that reduces the reflection of light propagating in the solid-state laser medium 10.
  • the reflectance of the laser beam 20 in the optical thin film is 5% or less.
  • polarization-independent optical thin films are provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is linearly polarized light having the polarization direction 21 shown in FIG.
  • the laser beam 20 is incident on the center 111 of the incident surface 11.
  • the elevation angle ⁇ n shown in FIG. 11 is an angle formed by the normal line 110 of the incident surface 11 and the y-axis.
  • the azimuth ⁇ n is an angle representing the direction of the normal 110 in the xz plane.
  • the reference of the azimuth angle ⁇ n is the x-axis.
  • the elevation angle ⁇ n is set to 30 degrees, and the azimuth angle ⁇ n is set to 240 degrees.
  • the elevation angle ⁇ r is an angle formed by the central axis and the y-axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11.
  • Azimuth phi r is the angle representing the direction of the central axis of the laser beam 20 in the xz plane.
  • Reference azimuth phi r is the x-axis.
  • the elevation angle theta r is set to 90 degrees.
  • the azimuth angle phi r is set to 90 degrees. That is, the central axis of the laser beam 20 incident on the incident surface 11 coincides with the z-axis.
  • the elevation angle ⁇ p formed by the polarization direction 21 of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 and the y-axis is adjusted to 109.1 degrees.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 21 in the xz plane is adjusted to 0 °.
  • the reference azimuth phi p is the x-axis.
  • the solid-state laser medium 10 can suppress the loss of the laser light 20 due to reflection on the incident surface 11. Further, the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the change of the laser beam 20 from linearly polarized light to elliptically polarized light. As a result, the solid-state laser medium 10 can efficiently inject the laser beam 20 into the solid-state laser medium 10 while maintaining the polarized state of linearly polarized light.
  • Elevation theta r of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 by the laser beam 20 is refracted at the incident surface 11, changes to 123.1 degrees from 90 degrees before entering the solid-state laser medium 10.
  • Azimuth phi r of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is changed to 79.2 to 90 degrees before entering the solid-state laser medium 10.
  • Elevation theta p where and the y-axis polarization direction 22 forms the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is changed from 109.1 degrees elevation angle theta p polarization direction 21, it is 90 degrees.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 22 in the xz plane is changed from 0 degrees, the 349.2 degrees, i.e. minus 10.8 degrees.
  • the laser beam 20 refracted by the incident surface 11 is incident on the position 141 of the second reflecting surface 14. Since the normal of the second reflecting surface 14 coincides with the y-axis, the polarization direction 22 is orthogonal to the plane including the normal of the second reflecting surface 14 and the central axis of the laser beam 20. Therefore, the laser beam 20 is incident on the second reflecting surface 14 as S-polarized light.
  • Elevation theta r of the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is changed from 123.1 ° before reflection on the second reflecting surface 14 to 56.9 degrees.
  • Azimuth phi r of the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is the same 79.2 degrees and before reflection on the second reflecting surface 14. Since the S-polarized laser light 20 is reflected by the second reflecting surface 14, the polarization direction 23 of the laser light 20 after being reflected by the second reflecting surface 14 is before the reflection by the second reflecting surface 14. It becomes the same as the polarization direction 22 of the laser beam 20 in. That is, the elevation angle theta p formed between the y-axis polarization direction 23 is the same 90 degrees elevation angle theta p polarization direction 22.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 23 in the xz plane is the same 349.2 degrees azimuth angle phi p polarization direction 22.
  • the laser beam 20 propagates toward the third reflecting surface 15 by reflection on the second reflecting surface 14.
  • the laser beam 20 reflected by the second reflecting surface 14 is incident on the position 151 of the third reflecting surface 15. Elevation theta r of the laser beam 20 reflected by the third reflecting surface 15 is the same 56.9 degrees as the previous reflection on the third reflecting surface 15. Azimuth phi r of the laser beam 20 reflected by the third reflection surface 15 is changed from 79.2 degrees before reflection on the third reflecting surface 15 to 100.8 degrees.
  • the laser beam 20 propagates toward the first reflecting surface 13 by reflection on the third reflecting surface 15.
  • the normal of the third reflecting surface 15 coincides with the x-axis.
  • the laser beam 20 is incident on the third reflecting surface 15 in a state where P-polarized light and S-polarized light are mixed. Since the optical thin film is provided on the third reflecting surface 15, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection between the P-polarized light and the S-polarized light on the third reflecting surface 15 is the laser beam. It is suppressed to 1/10 or less of the 20 wavelengths. As a result, the solid-state laser medium 10 can effectively suppress the change from linearly polarized light to elliptically polarized light due to the reflection of the laser light 20 on the third reflecting surface 15, and the polarized state of the laser light 20 remains linearly polarized. Can be maintained.
  • azimuth phi p representing the direction of the polarization direction 24 in the xz plane is changed from 349.2 degrees azimuth phi p polarization direction 23, the 10.8 degrees.
  • the laser beam 20 in which the polarized state of linearly polarized light is maintained is incident on the position 131 of the first reflecting surface 13.
  • the normal of the first reflecting surface 13 coincides with the y-axis.
  • the polarization direction 24 is orthogonal to the plane including the normal of the first reflecting surface 13 and the central axis of the laser beam 20. Therefore, the laser beam 20 is also incident on the first reflecting surface 13 as S-polarized light.
  • the solid-state laser medium 10 Since the solid-state laser medium 10 according to the fourth embodiment is configured as described above, the elevation angles ⁇ p in the polarization directions 22, 23, 24, and 25 are maintained at 90 degrees inside the solid-state laser medium 10. .. That is, the polarization directions 22, 23, 24, and 25 are all parallel to the xz plane. Further, as in the third embodiment, the solid-state laser medium 10 is in a polarized state of the laser light 20 so that the laser light 20 which is S-polarized light is incident on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14. Can be maintained.
  • the incident angle of the laser beam 20 on the incident surface 11 is not limited to the Brewster angle.
  • the above optical thin film which is a polarization-independent antireflection film, is appropriately designed based on the incident angle of the laser beam 20 and the wavelength of the laser beam 20, and the polarization direction 21 is appropriately adjusted to obtain a solid-state laser.
  • the medium 10 can efficiently inject the laser beam 20 into the solid laser medium 10 as in the third embodiment. Further, by constructing the solid-state laser medium 10 in this way, the degree of freedom in designing the solid-state laser medium 10 is remarkably increased.
  • the shape of the solid-state laser medium 10 can be appropriately designed.
  • the shape of the solid-state laser medium 10 includes the angle of incidence of the laser beam 20, the size of the solid-state laser medium 10, the number of total internal reflections on the first reflection surface 13 and the second reflection surface 14, the third reflection surface 15, and the shape of the solid laser medium 10. It can be designed according to the number of total internal reflections on the fourth reflecting surface 16.
  • the solid-state laser medium 10 is a highly efficient and stable laser as in the third embodiment. It is possible to amplify the light 20 and suppress the deterioration of the quality of the laser light 20.
  • Embodiment 5 The solid-state laser medium 10 according to the fifth embodiment is the same as the solid-state laser medium 10 according to the fourth embodiment, except that the polarization direction 21 of the laser beam 20 incident on the solid-state laser medium 10 is different from that of the fourth embodiment. Is.
  • the same components as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to fourth embodiments will be mainly described.
  • the elevation angle ⁇ p in the polarization direction 21 is adjusted to 173.8 degrees, and the azimuth angle ⁇ p in the polarization direction 21 is adjusted to 0 degrees.
  • the solid-state laser medium 10 can make the laser beam 20 which is S-polarized light incident on the second reflecting surface 14. Similar to the fourth embodiment, the solid-state laser medium 10 can significantly increase the degree of freedom in designing the solid-state laser medium 10. Further, the solid-state laser medium 10 enables highly efficient and stable amplification of the laser beam 20 and suppresses deterioration of the quality of the laser beam 20 as in the fourth embodiment.
  • Embodiment 6 In the solid-state laser medium 10 according to the second to fifth embodiments, polarization-independent optical thin films are provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the solid-state laser medium 10 according to the sixth embodiment is polarization-independent of each of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 in addition to the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • An optical thin film is provided. That is, on each of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14, the phase difference generated between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection of the P-polarized light and the S-polarized light by the optical thin film causes the solid-state laser medium 10 to be formed.
  • An optical thin film having a wavelength of 1/10 or less of the propagating light is provided.
  • the same components as those in the first to fifth embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to fifth embodiments will be mainly described.
  • the optical thin film is provided on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14, so that the laser beam 20 in a state where P-polarized light and S-polarized light are mixed is reflected by the second reflection. Even if it is incident on the surface 14 or the third reflecting surface 15, the change from linearly polarized light to elliptically polarized light is suppressed. As a result, the solid-state laser medium 10 can maintain the polarized state of the laser beam 20 as linearly polarized light when the linearly polarized laser beam 20 is incident on the incident surface 11.
  • the cooling of the solid-state laser medium 10 is performed by cooling both sides of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14, as in the second and third embodiments.
  • the thermal birefringence of the solid-state laser medium 10 is similar to the birefringence in a uniaxial crystal whose optical axis is the y-axis. However, the actual thermal birefringence may vary due to the non-uniform excitation density of the solid-state laser medium 10 or the non-uniform cooling of the solid-state laser medium 10.
  • the optical thin film is provided on the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 in addition to the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16.
  • the solid-state laser medium 10 can maintain a polarized state that is linearly polarized light with respect to linearly polarized light in an arbitrary polarization direction.
  • the solid laser medium 10 can suppress deterioration of light-collecting property. This enables more stable amplification of the laser beam 20.
  • FIG. 12 is a perspective view of the solid-state laser amplifier according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the solid-state laser amplifier 2 according to the seventh embodiment is provided with the same solid-state laser medium 10 as the fourth embodiment.
  • the same components as those in the first to sixth embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to sixth embodiments will be mainly described.
  • the laser beam 20 having a wavelength of 1.064 ⁇ m incident on the solid-state laser medium 10 S to the second reflecting surface 14. It is adjusted to be incident as polarized light.
  • polarization-independent optical thin films are provided on the third reflecting surface 15 and the fourth reflecting surface 16. That is, the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light due to the reflection of the P-polarized light and the S-polarized light on the optical thin film is one tenth or less of the wavelength of the light propagating in the solid-state laser medium 10.
  • the optical thin film is also an antireflection film that reduces the reflection of excitation light. In the optical thin film, the reflectance of the excitation light having a wavelength of 808 nm is 5% or less.
  • the solid-state laser amplifier 2 has four semiconductor lasers 3 which are excitation light sources, a water-cooled cooler 4, and an insulating plate 5 which insulates each semiconductor laser 3 and the cooler 4.
  • the semiconductor laser 3 has a semiconductor laser bar having a wavelength of 808 nm, a heat sink integrated with the semiconductor laser bar, and a feeding electrode. Two of the four semiconductor lasers 3 are arranged to face the third reflecting surface 15 of the solid-state laser medium 10. The other two of the four semiconductor lasers 3 are arranged to face the fourth reflecting surface 16 of the solid-state laser medium 10.
  • the cooler 4 has a function of cooling the solid-state laser medium 10 and a function of cooling each semiconductor laser 3. Copper is used as the material of the cooler 4.
  • the cooler 4 has a water supply port 41 through which the cooling water supplied to the cooler 4 passes, and a drain port 42 through which the cooling water discharged from the cooler 4 passes.
  • the second reflecting surface 14 of the solid-state laser medium 10 is bonded to the surface of the cooler 4.
  • the second reflecting surface 14 is coated with silicon dioxide (SiO 2 ) having a thickness of 5 ⁇ m in order to suppress the loss of the laser beam 20 due to the generation of evanescent light.
  • Each semiconductor laser 3 is fixed to the surface of the cooler 4 via an insulating plate 5. By providing the insulating plate 5, a short circuit between each semiconductor laser 3 and the cooler 4 is avoided.
  • the excitation light emitted by the two semiconductor lasers 3 facing the third reflecting surface 15 is incident on the third reflecting surface 15.
  • the excitation light emitted by the two semiconductor lasers 3 facing the fourth reflecting surface 16 is incident on the fourth reflecting surface 16.
  • the solid-state laser amplifier 2 excites the solid-state laser medium 10 by irradiating the solid-state laser medium 10 with excitation light.
  • the solid-state laser amplifier 2 can efficiently inject excitation light into the solid-state laser medium 10, and can efficiently excite the solid-state laser medium 10.
  • the solid-state laser amplifier 2 can generate the amplified light 26 having excellent light-collecting property with high efficiency and stability by the same action and effect as in the fourth embodiment.
  • the solid-state laser medium 10 may be cooled by cooling at least one of the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14.
  • the cooling of the solid laser medium 10 may be performed by cooling the first reflecting surface 13 in addition to cooling the second reflecting surface 14, and the first reflecting surface 13 and the second reflecting surface 14 may be cooled. It may be done by cooling both sides of.
  • the solid-state laser medium 10 provided in the solid-state laser amplifier 2 is not limited to the solid-state laser medium 10 similar to the fourth embodiment.
  • the solid-state laser medium 10 provided in the solid-state laser amplifier 2 may be the same solid-state laser medium 10 as any one of the first to third embodiments and the fifth and sixth embodiments. In this case as well, the solid-state laser amplifier 2 can generate the amplified light 26 having excellent light-collecting properties with high efficiency and stability.
  • FIG. 13 is a perspective view of the solid-state laser oscillator according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the solid-state laser oscillator 1 according to the eighth embodiment is provided with the same solid-state laser amplifier 2 as the seventh embodiment.
  • the same components as those in the first to seventh embodiments are designated by the same reference numerals, and the configurations different from those in the first to seventh embodiments will be mainly described.
  • the solid-state laser oscillator 1 has a partial reflecting mirror 61 and a total reflecting mirror 62 that constitute a stable optical resonator.
  • the partial reflecting mirror 61 and the total reflecting mirror 62 are arranged on the optical axis of the solid-state laser amplifier 2.
  • the partial reflecting mirror 61 reflects a part of the internal laser light 27 which is the laser light 20 having a wavelength of 1.064 ⁇ m incident on the partial reflecting mirror 61, and the internal laser light 27 having a wavelength of 1.064 ⁇ m incident on the partial reflecting mirror 61.
  • the total reflection mirror 62 reflects the entire internal laser beam 27 having a wavelength of 1.064 ⁇ m incident on the total reflection mirror 62.
  • spontaneous emission light is generated from the solid-state laser medium 10 excited by the excitation light.
  • a part of the naturally emitted light is confined in the optical resonator and reciprocates between the partial reflecting mirror 61 and the total reflecting mirror 62.
  • the naturally emitted light propagates inside the solid-state laser medium 10 in the solid-state laser amplifier 2
  • the naturally emitted light is amplified.
  • an internal laser beam 27 having a high light intensity is formed in the optical resonator.
  • a part of the internal laser light 27 incident on the partial reflecting mirror 61 is caused by the internal laser light 27 passing through the partial reflecting mirror 61. It is emitted to the outside of the optical resonator as the external laser light 28.
  • a Brewster plate 7 is arranged in the optical path of the internal laser beam 27 in the optical resonator.
  • the direction of the brewer plate 7 is such that the polarization direction of the internal laser beam 27 incident on the incident surface 11 is an elevation angle ⁇ p with respect to the y-axis of 109.0 degrees and an azimuth angle ⁇ p with respect to the x-axis of 0 degrees. It is set so that the reflection loss is minimized in a certain polarization direction.
  • the solid-state laser oscillator 1 can selectively amplify linearly polarized light in a desired polarization direction by providing the Brewster plate 7.
  • the solid-state laser oscillator 1 can generate the external laser beam 28 having excellent light-collecting property with high efficiency and stability by the same action and effect as in the fourth embodiment.
  • the solid-state laser medium 10 provided in the solid-state laser oscillator 1 is not limited to the solid-state laser medium 10 as in the fourth embodiment.
  • the solid-state laser medium 10 provided in the solid-state laser oscillator 1 may be the same solid-state laser medium 10 as any one of the first to third embodiments and the fifth and sixth embodiments. In this case as well, the solid-state laser oscillator 1 can generate the external laser beam 28 having excellent light-collecting properties with high efficiency and stability.
  • the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

固体レーザ媒質（１０）は、互いに平行な入射面（１１）および出射面（１２）と、入射面（１１）と出射面（１２）との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第１の反射面（１３）および第２の反射面（１４）と、入射面（１１）と出射面（１２）との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第３の反射面（１５）および第４の反射面（１６）と、を備える。固体レーザ媒質（１０）は、入射面（１１）の中心（１１１）に光線束の中心を一致させて入射面（１１）へ入射した光を、第１の反射面（１３）と第２の反射面（１４）との各々における互いに同じ回数の内部全反射と、第３の反射面（１５）と第４の反射面（１６）との各々における互いに同じ回数の内部全反射とを経て、出射面（１２）の中心（１２１）に光線束の中心を一致させて出射面（１２）から出射させる。

Description

固体レーザ媒質、固体レーザ増幅器および固体レーザ発振器
　本発明は、レーザ光の増幅に使用される固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質を備える固体レーザ増幅器および固体レーザ発振器に関する。
　従来、固体レーザ媒質の内部にて反射を繰り返しながらレーザ光が伝搬することによってレーザ光を増幅させる固体レーザ増幅器が知られている。特許文献１には、６つ以上の平面を有する多面体である固体レーザ媒質を有し、固体レーザ媒質の全ての平面に強反射膜が設けられている固体レーザ増幅器が開示されている。特許文献１の固体レーザ増幅器は、強反射膜が設けられた反射面での多重反射を繰り返しながらレーザ光が固体レーザ媒質の内部を伝搬することによって、レーザ光を増幅させる。
特開２００７－２２７６６４号公報
　上記特許文献１の固体レーザ増幅器では、強反射膜の製造時のばらつきに起因して、反射面における反射率にばらつきが生じることがある。反射率にばらつきが生じている反射面での多重反射が繰り返されることによって、上記特許文献１の固体レーザ増幅器では、固体レーザ媒質でのレーザ光の伝搬によって損失されるレーザ光のエネルギーに大幅なばらつきが生じる。このため、上記特許文献１の技術によると、固体レーザ媒質は、高効率かつ安定してレーザ光を増幅することが困難であるという問題があった。
　固体レーザ媒質の内部には、励起に伴う発熱によって生じる屈折率分布、いわゆる熱レンズが形成される。上記特許文献１の固体レーザ増幅器では、熱レンズ効果の影響を補償することができず、レーザ光の指向性低下、あるいはレーザ光の集光性の低下といった品質低下が生じることがある。このため、上記特許文献１の技術によると、固体レーザ媒質は、レーザ光の品質低下を抑制することが困難であるという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高効率かつ安定したレーザ光の増幅を可能とし、かつレーザ光の品質低下を抑制可能とする固体レーザ媒質を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる固体レーザ媒質は、互いに平行な入射面および出射面と、入射面と出射面との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第１の反射面および第２の反射面と、入射面と出射面との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第３の反射面および第４の反射面と、を備える。本発明にかかる固体レーザ媒質は、入射面の中心に光線束の中心を一致させて入射面へ入射した光を、第１の反射面と第２の反射面との各々における互いに同じ回数の内部全反射と、第３の反射面と第４の反射面との各々における互いに同じ回数の内部全反射とを経て、出射面の中心に光線束の中心を一致させて出射面から出射させる。
　本発明によれば、固体レーザ媒質は、高効率かつ安定したレーザ光の増幅を可能とし、かつレーザ光の品質低下を抑制することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の平面図 実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の正面図 実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の左側面図 実施の形態１にかかる固体レーザ媒質における熱レンズ効果の影響に対する補償について説明するための図 実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の屈折率分布を模式的に表した図 本発明の実施の形態２にかかる固体レーザ媒質の一部を示す斜視図 実施の形態２にかかる固体レーザ媒質における、入射面の法線の方向と、レーザ光の中心軸の方向と、偏光方向とについて説明するための図 本発明の実施の形態３にかかる固体レーザ媒質の一部を示す斜視図 実施の形態３にかかる固体レーザ媒質における、入射面の法線の方向と、レーザ光の中心軸の方向と、偏光方向とについて説明するための図 本発明の実施の形態４にかかる固体レーザ媒質の一部を示す斜視図 実施の形態４にかかる固体レーザ媒質における、入射面の法線の方向と、レーザ光の中心軸の方向と、偏光方向とについて説明するための図 本発明の実施の形態７にかかる固体レーザ増幅器の斜視図 本発明の実施の形態８にかかる固体レーザ発振器の斜視図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる固体レーザ媒質、固体レーザ増幅器および固体レーザ発振器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の平面図である。図２は、実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の正面図である。図３は、実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の左側面図である。
　実施の形態１にかかる固体レーザ媒質１０は、活性媒質であるネオジウム（Neodymium：Ｎｄ）がドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Yttrium　Aluminum　Garnet：ＹＡＧ）結晶である。固体レーザ媒質１０によって増幅されるレーザ光２０の波長は、１．０６４μｍである。１．０６４μｍの波長に対する固体レーザ媒質１０の屈折率は、１．８２である。励起光源には、８０８ｎｍの波長の半導体レーザが使用される。
　固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０が入射する入射面１１と、レーザ光２０が出射する出射面１２と、互いに対向する第１の反射面１３および第２の反射面１４と、互いに対向する第３の反射面１５および第４の反射面１６とを有する。ｘ軸とｙ軸とｚ軸とは、互いに垂直な３つの軸である。固体レーザ媒質１０の中心軸、すなわち入射面１１の中心１１１と出射面１２の中心１２１とを通る軸線は、ｚ軸と一致する。
　入射面１１の法線は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のいずれに対しても傾いている。入射面１１と出射面１２とは、互いに対向する。入射面１１と出射面１２とは、互いに平行である。第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、ｘｚ平面に平行である。第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、互いに平行である。第３の反射面１５と第４の反射面１６とは、ｙｚ平面に平行である。第３の反射面１５と第４の反射面１６とは、互いに平行である。第１の反射面１３と第３の反射面１５とは、互いに直交する。
　固体レーザ媒質１０の外から入射面１１へ入射したレーザ光２０は、第１の反射面１３、第２の反射面１４、第３の反射面１５および第４の反射面１６において内部全反射しながら、固体レーザ媒質１０の内部を伝搬する。レーザ光２０は、固体レーザ媒質１０の内部において増幅される。固体レーザ媒質１０の内部を伝搬したレーザ光２０は、出射面１２から固体レーザ媒質１０の外へ出射する。
　なお、図１では、レーザ光２０の中心軸を一点鎖線によって表している。レーザ光２０の中心軸とは、レーザ光２０に含まれる光線束の中心を表す軸とする。レーザ光２０は、中心軸を中心とする一定のビーム径範囲に存在している。図２以降においても、レーザ光２０の表し方は図１と同様であるものとする。
　入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸は、ｚ軸と平行である。また、入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸は、入射面１１の中心１１１を通る。すなわち、レーザ光２０は、入射面１１の中心１１１に光線束の中心を一致させて、入射面１１へ入射する。入射面１１の法線がｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のいずれに対しても傾いているため、レーザ光２０の中心軸は、入射面１１でのレーザ光２０の屈折によって、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のいずれに対しても傾いた方向へ折り曲げられる。
　図２に示すように、ｙｚ面内では、入射面１１において屈折したレーザ光２０は、第２の反射面１４に到達して、第２の反射面１４にて内部全反射する。第２の反射面１４にて内部全反射したレーザ光２０は、第１の反射面１３に到達して、第１の反射面１３にて内部全反射する。ｙｚ面内において、第１の反射面１３でのレーザ光２０の内部全反射と、第２の反射面１４でのレーザ光２０の内部全反射とが交互に繰り返される。レーザ光２０は、第１の反射面１３における４回の内部全反射と、第２の反射面１４における４回の内部全反射とを経て、出射面１２に到達する。
　また、図１に示すように、ｘｚ面内では、入射面１１において屈折したレーザ光２０は、第３の反射面１５に到達して、第３の反射面１５にて内部全反射する。第３の反射面１５にて内部全反射したレーザ光２０は、第４の反射面１６に到達して、第４の反射面１６にて内部全反射する。ｘｚ面内において、第３の反射面１５でのレーザ光２０の内部全反射と、第４の反射面１６におけるレーザ光２０の内部全反射とが交互に繰り返される。レーザ光２０は、第３の反射面１５における２回の内部全反射と、第４の反射面１６における２回の内部全反射とを経て、出射面１２に到達する。
　固体レーザ媒質１０を伝搬したレーザ光２０の中心軸は、出射面１２の中心１２１を通る。レーザ光２０の中心軸は、出射面１２でのレーザ光２０の屈折によって、ｚ軸に平行になるように折り曲げられる。固体レーザ媒質１０は、図３に示すように、第３の反射面１５にレーザ光２０が入射したときにおけるレーザ光２０の中心軸の位置が、第１の反射面１３と第２の反射面１４との間のｙ軸方向における中心に一致するように設計されている。また、固体レーザ媒質１０は、図３に示すように、第４の反射面１６にレーザ光２０が入射したときにおけるレーザ光２０の中心軸の位置が、第１の反射面１３と第２の反射面１４との間のｙ軸方向における中心に一致するように設計されている。
　固体レーザ媒質１０のｚ軸方向の長さと、固体レーザ媒質１０のｘ軸方向の幅と、固体レーザ媒質１０のｙ軸方向の厚さとがあらかじめ決定されている場合、第１の反射面１３と第２の反射面１４とにおいて所望されるレーザ光２０の内部全反射の回数と、第３の反射面１５と第４の反射面１６とにおいて所望されるレーザ光２０の内部全反射の回数とに基づいて、入射面１１からレーザ光２０を伝搬させる方向が決まる。固体レーザ媒質１０の設計において、入射面１１の法線の傾きは、入射面１１で屈折したレーザ光２０の中心線が当該方向と一致するように、スネルの法則に従って決定される。
　また、第１の反射面１３、第２の反射面１４、第３の反射面１５および第４の反射面１６の各々におけるレーザ光２０の入射角は、内部全反射の臨界角以上である必要がある。第１の反射面１３と第２の反射面１４とにおけるレーザ光２０の入射角、または第３の反射面１５と第４の反射面１６とにおけるレーザ光２０の入射角が臨界角未満となる場合、第１の反射面１３、第２の反射面１４、第３の反射面１５および第４の反射面１６の各々におけるレーザ光２０の入射角が臨界角以上となるように、レーザ光２０の内部全反射の回数が調整される。または、固体レーザ媒質１０の長さ、幅および厚さの少なくとも１つが調整される。なお、固体レーザ媒質１０の上記設計手順は一例であり、固体レーザ媒質１０の設計手順は上記のものに限られない。
　実施の形態１にかかる固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３、第２の反射面１４、第３の反射面１５および第４の反射面１６における内部全反射によってレーザ光２０を伝搬させる。固体レーザ媒質１０は、固体レーザ媒質１０の内部におけるレーザ光２０の反射によるレーザ光２０の損失を低減できる。また、固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３、第２の反射面１４、第３の反射面１５および第４の反射面１６の各々に強反射膜が設けられなくても、固体レーザ媒質１０の内部にてレーザ光２０を低損失で伝搬させることができる。固体レーザ媒質１０は、強反射膜が必要となる場合に比べて、コストを低減できる。さらに、固体レーザ媒質１０は、強反射膜が設けられる場合よりも、反射面における反射率のばらつきを少なくできる。以上により、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定してレーザ光２０を増幅することができる。
　次に、固体レーザ媒質１０における熱レンズ効果の影響に対する補償について説明する。図４は、実施の形態１にかかる固体レーザ媒質における熱レンズ効果の影響に対する補償について説明するための図である。図４では、第１の反射面１３と第２の反射面１４とにおける反射によって折り曲げられるレーザ光２０の中心軸が１つの直線になるように、レーザ光２０が伝搬する様子を展開図によって表している。図４に示すレーザ光２０の光路は、図２に示すレーザ光２０の光路と光学的に等価であるものとする。図４において、レーザ光２０の中心軸は、入射面１１と出射面１２との間にて１つの直線となる。
　図５は、実施の形態１にかかる固体レーザ媒質の屈折率分布を模式的に表した図である。一般に、固体レーザ媒質１０の光励起において、励起光の波長は、励起状態からの状態遷移によって放出される光の波長よりも短い。励起光の波長と放出される光の波長との差に起因するエネルギー差は量子欠損と呼ばれる。量子欠損に相当するエネルギーは、熱として放出される。
　実施の形態１では、励起光の波長が８０８ｎｍ、増幅されるレーザ光２０の波長が１．０６４μｍであるため、励起状態から消費されるエネルギーのうちの約２４％が熱として放出される。固体レーザ媒質１０は、固体レーザ媒質１０の表面から熱を逃がすことによって冷却される。固体レーザ媒質１０の内部での熱の発生と、固体レーザ媒質１０の表面からの熱の放出とによって、固体レーザ媒質１０の内部には温度分布が発生する。
　固体レーザ媒質１０の屈折率は、温度によって変化する。固体レーザ媒質１０の中心に近いほど温度が高くなることから、温度の上昇に対して屈折率が大きくなるＹＡＧ結晶である固体レーザ媒質１０では、図５に示すように、ｙ軸方向における固体レーザ媒質１０の中心ｙ０に近いほど屈折率が高くなる。
　光学距離は、屈折率に比例する。屈折率が高い領域と屈折率が低い領域とにおいて互いに同じ空間距離を光が通過した場合であっても、屈折率が高い領域を光が通過した場合の光学距離は、屈折率が低い領域を光が通過した場合の光学距離よりも長くなる。仮に、固体レーザ媒質１０の内部においてｚ軸方向へレーザ光２０が伝搬した場合、中心ｙ０を光線が伝搬する場合における光学距離は、第１の反射面１３に近い位置または第２の反射面１４に近い位置を光線が伝搬する場合における光学距離よりも長くなる。この場合、中心ｙ０を伝搬する光線の位相は、第１の反射面１３に近い位置を伝搬する光線の位相および第２の反射面１４に近い位置を伝搬する光線の位相よりも遅れる。その結果、固体レーザ媒質１０においてｚ軸方向へ伝搬するレーザ光２０の波面は、レーザ光２０が伝搬する方向とは逆向きに凹んだ形になる。固体レーザ媒質１０は、凸レンズと同様な光学作用を奏することになる。温度分布に起因するこのようなレンズ作用は熱レンズ効果と称される。固体レーザ媒質１０では、熱レンズ効果の影響によって、レーザ光２０の指向性低下、あるいはレーザ光２０の集光性の低下といった品質低下が生じる場合がある。
　実施の形態１によると、レーザ光２０は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とで互いに同じ回数の内部全反射を繰り返して固体レーザ媒質１０の内部をジグザグ状に伝搬する。図４に示すように、レーザ光２０は、入射面１１と出射面１２との間を伝搬する間に、屈折率が高い領域と屈折率が低い領域とを交互に通過する。
　図４において、光線２０１は入射面１１のうち第１の反射面１３に近い位置を通る光線とする。また、光線２０２は、入射面１１のうち第２の反射面１４に近い位置を通る光線とする。入射面１１の中心を通る光線、すなわちレーザ光２０の中心軸に一致する光線と、光線２０１と、光線２０２とでは、いずれも、屈折率が高い領域を通過する回数が同じであり、かつ、屈折率が低い領域を通過する回数が同じである。中心軸に一致する光線と、光線２０１と、光線２０２とが、入射面１１と出射面１２との間において屈折率の高低による影響を同じように受けることによって、中心軸に一致する光線の光学距離と、光線２０１の光学距離と、光線２０２の光学距離とは概ね等しくなる。これにより、固体レーザ媒質１０は、ｙｚ面内における光強度分布の対称性を低下させることなく、第１の反射面１３と第２の反射面１４との間における熱レンズ効果の影響を効果的に補償可能とし、レーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
　さらに、実施の形態１によると、レーザ光２０は、第３の反射面１５と第４の反射面１６とで互いに同じ回数の内部全反射を繰り返して固体レーザ媒質１０の内部をジグザグ状に伝搬する。固体レーザ媒質１０は、ｘｚ面内における光強度分布の対称性を低下させることなく、第３の反射面１５と第４の反射面１６との間における熱レンズ効果の影響を効果的に補償可能とし、レーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
　固体レーザ媒質１０では、レーザ光２０と固体レーザ媒質１０内の励起粒子との相互作用によって誘導放出が発生し、励起粒子に蓄積されたエネルギーが増幅光として取り出されることによってレーザ光２０が増幅される。固体レーザ媒質１０におけるレーザ光２０の増幅効率は、固体レーザ媒質１０の内部における励起領域とレーザ光２０との重畳率に比例する。重畳率は、モードオーバラップ率と称されることがある。
　実施の形態１では、第１の反射面１３と第２の反射面１４との間においてレーザ光２０がジグザグ状に伝搬するとともに、第３の反射面１５と第４の反射面１６との間においてレーザ光２０がジグザグ状に伝搬することによって、固体レーザ媒質１０の内部においてレーザ光２０が掃引する領域を広げることができる。この結果、固体レーザ媒質１０は、重畳率を高めることができ、増幅効率を効果的に向上させることが可能となる。
　固体レーザ媒質１０のうちレーザ光２０が伝搬する領域において、励起粒子の分布である励起密度分布が不均一であることによって、レーザ光２０のビーム断面における増幅率が不均一になることがある。この場合、固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０の強度分布が不均一になることによって、レーザ光２０の品質を低下させることがあり得る。
　実施の形態１では、第１の反射面１３と第２の反射面１４との間においてレーザ光２０がジグザグ状に伝搬するとともに、第３の反射面１５と第４の反射面１６との間においてレーザ光２０がジグザグ状に伝搬することによって、熱レンズ効果の補償の場合と同様に、固体レーザ媒質１０の内部を伝搬することによってレーザ光２０が受ける利得の総量を概ね同じとすることができる。これにより、固体レーザ媒質１０は、励起密度分布が不均一であっても、レーザ光２０の強度分布が不均一となることを抑制可能とし、レーザ光２０の品質低下を効果的に抑制することができる。
　なお、固体レーザ媒質１０は、ＮｄがドープされたＹＡＧ結晶に限られない。固体レーザ媒質１０にドープされる活性媒質は、Ｎｄに限られず、イッテルビウム（Ytterbium：Ｙｂ）、エルビウム（Erbium：Ｅｒ）、ホルミウム（Holmium：Ｈｏ）またはツリウム（Thulium：Ｔｍ）であっても良い。固体レーザに使用され得るいずれの活性媒質が使用される場合であっても、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
　固体レーザ媒質１０に用いられるホスト材料は、ＹＡＧ結晶に限られず、イットリウムバナデート（Yttrium　Orthovanadate：ＹＶＯ４）、サファイア（Sapphire：Ａｌ２Ｏ３）またはリン酸ガラスといった材料であっても良い。固体レーザに使用され得るいずれの材料が使用される場合であっても、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。増幅されるレーザ光２０の波長と固体レーザ媒質１０の屈折率とに応じて固体レーザ媒質１０の形状が適宜設計されることによって、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
　第１の反射面１３と第３の反射面１５とがなす角度は、直角に限られない。第１の反射面１３と第３の反射面１５とがなす角度は、０度より大きくかつ１８０度未満の範囲において適宜設定されても良い。この場合も、固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とが互いに平行、第３の反射面１５と第４の反射面１６とが互いに平行であって、かつ入射面１１の法線の傾きが適切に設定されることによって、上記の場合と同様にレーザ光２０を内部全反射させることができる。固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３と第３の反射面１５とがなす角度が適宜設定されることによって、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
　実施の形態１によると、固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３、第２の反射面１４、第３の反射面１５および第４の反射面１６における内部全反射によってレーザ光２０を伝搬させることで、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とする。固体レーザ媒質１０は、入射面１１の中心１１１に光線束の中心を一致させて入射面１１へ入射したレーザ光２０を、第１の反射面１３と第２の反射面１４との各々における互いに同じ回数の内部全反射と、第３の反射面１５と第４の反射面１６との各々における互いに同じ回数の内部全反射とを経て、出射面１２の中心１２１に光線束の中心を一致させて出射面１２から出射させることで、レーザ光２０の品質低下を抑制することができる。以上により、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができるという効果を奏する。
実施の形態２．
　図６は、本発明の実施の形態２にかかる固体レーザ媒質の一部を示す斜視図である。図７は、実施の形態２にかかる固体レーザ媒質における、入射面の法線の方向と、レーザ光の中心軸の方向と、偏光方向とについて説明するための図である。図６では、実施の形態２にかかる固体レーザ媒質１０のうち入射面１１を含む一部を拡大して示している。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
　実施の形態２において、固体レーザ媒質１０には、実施の形態１と同様に、ＮｄがドープされたＹＡＧ結晶が使用される。固体レーザ媒質１０によって増幅されるレーザ光２０の波長は、１．０６４μｍである。１．０６４μｍの波長に対する固体レーザ媒質１０の屈折率は、１．８２である。励起光源には、８０８ｎｍの波長の半導体レーザが使用される。第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、ｘｚ平面に平行である。第３の反射面１５と第４の反射面１６とは、ｙｚ平面に平行である。入射面１１と出射面１２とは、互いに平行である。
　実施の形態２において、固体レーザ媒質１０へ入射するレーザ光２０は、図６に示す偏光方向２１を備えた直線偏光である。レーザ光２０は、入射面１１の中心１１１へ入射する。実施の形態２において、第３の反射面１５と第４の反射面１６とには、光学薄膜が設けられている。光学薄膜は、偏光無依存の光学薄膜である。すなわち、光学薄膜でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、固体レーザ媒質１０を伝搬する光の波長の１０分の１以下である。
　図７に示す仰角θｎは、入射面１１の法線１１０とｙ軸とがなす角度である。方位角φｎは、ｘｚ面内における法線１１０の方向を表す角度である。方位角φｎの基準は、ｘ軸とする。実施の形態２において、仰角θｎは２８．８度、方位角φｎは２４０度と設定される。仰角θｒは、入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸とｙ軸とがなす角度である。方位角φｒは、ｘｚ面内におけるレーザ光２０の中心軸の方向を表す角度である。方位角φｒの基準は、ｘ軸とする。実施の形態２において、仰角θｒは９０度と設定される。すなわち、入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸は、ｘｚ面内に含まれる。また、実施の形態２において、方位角φｒは６０度と設定される。さらに、偏光方向２１はｙ軸方向である。
　これらの設定によって、入射面１１には、直線偏光であるレーザ光２０がブリュースター角である６１．２度の入射角をもってＰ偏光で入射する。固体レーザ媒質１０は、入射面１１に反射防止膜等が設けられなくても、入射面１１での反射によるレーザ光２０の損失を効果的に抑制できる。固体レーザ媒質１０は、固体レーザ媒質１０の内部へ効率よくレーザ光２０を入射させることができる。
　固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の仰角θｒは、入射面１１にてレーザ光２０が屈折することによって、固体レーザ媒質１０への入射前における９０度から１２２．４度へ変化する。固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の方位角φｒは、固体レーザ媒質１０への入射前と同じ６０度となる。固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の偏光方向２２とｙ軸とがなす仰角θｐは、３２．４度となる。ｘｚ面内における偏光方向２２の方向を表す方位角φｐは、６０度となる。なお、方位角φｐの基準は、ｘ軸とする。
　入射面１１にて屈折したレーザ光２０は、第２の反射面１４の位置１４１へ入射する。第２の反射面１４の法線はｙ軸と一致することから、偏光方向２２は、第２の反射面１４の法線とレーザ光２０の中心軸とを含む平面に含まれる。したがって、レーザ光２０は、第２の反射面１４に対してもＰ偏光として入射する。
　第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の仰角θｒは、第２の反射面１４での反射前における１２２．４度から５７．６度へ変化する。第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の方位角φｒは、第２の反射面１４での反射前と同じ６０度となる。第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の偏光方向２３とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２２の仰角θｐと同じ３２．４度となる。ｘｚ面内における偏光方向２３の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２２の方位角φｐである６０度から変化して、２４０度となる。レーザ光２０は、第２の反射面１４での反射によって、第３の反射面１５へ向かって伝搬する。
　第２の反射面１４で反射したレーザ光２０は、第３の反射面１５の位置１５１へ入射する。第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の仰角θｒは、第３の反射面１５での反射前と同じ５７．６度となる。第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の方位角φｒは、第３の反射面１５での反射前における６０度から１２０度へ変化する。レーザ光２０は、第３の反射面１５で反射によって、第１の反射面１３へ向かって伝搬する。
　第３の反射面１５の法線は、ｘ軸と一致する。レーザ光２０は、第３の反射面１５に対して、Ｐ偏光とＳ偏光とが混在した状態で入射する。第３の反射面１５に上記の光学薄膜が設けられていることによって、第３の反射面１５でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、レーザ光２０の波長の１０分の１以下に抑えられる。これにより、固体レーザ媒質１０は、第３の反射面１５でのレーザ光２０の反射による直線偏光から楕円偏光への変化を効果的に抑制可能とし、レーザ光２０の偏光状態を直線偏光のまま維持させることができる。
　したがって、第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の偏光方向２４とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２３の仰角θｐと同じ３２．４度となる。ｘｚ面内における偏光方向２４の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２３の方位角φｐである２４０度から変化して、３００度、すなわちマイナス６０度となる。
　直線偏光である偏光状態が維持されたレーザ光２０は、第１の反射面１３の位置１３１へ入射する。第１の反射面１３の法線は、ｙ軸と一致する。偏光方向２４は、第１の反射面１３の法線とレーザ光２０の中心軸とを含む平面に含まれる。したがって、レーザ光２０は、第１の反射面１３に対してもＰ偏光として入射する。
　実施の形態２にかかる固体レーザ媒質１０が上記のように構成されていることにより、入射面１１へ入射するレーザ光２０のｘｚ平面内における方向は、入射面１１と第１の反射面１３との間の稜線または入射面１１と第２の反射面１４との間の稜線に対して垂直な方向に設定される。また、偏光方向２１がｙ軸方向と一致する。これにより、固体レーザ媒質１０は、ブリュースター角である入射角で、直線偏光であるレーザ光２０をＰ偏光で入射面１１へ入射させることができる。固体レーザ媒質１０は、実施の形態１の場合と同様の効果が得られるほか、入射面１１に反射防止膜等が設けられなくても固体レーザ媒質１０の内部へ効率良くレーザ光２０を入射させることが可能となる。
　また、固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０は、Ｐ偏光として第２の反射面１４へ入射する。第３の反射面１５と第４の反射面１６とに上記の光学薄膜が設けられていることによって、固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０が直線偏光から楕円偏光へ変化することを効果的に抑制できる。これにより、固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とへＰ偏光でレーザ光２０が入射するように、レーザ光２０の偏光状態を維持させることができる。さらに、固体レーザ媒質１０の内部において、偏光方向２２，２３，２４，２５の仰角θｐは３２．４度に維持される。
　第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、固体レーザ媒質１０を構成する他の面と比べて面積が大きい面である。固体レーザ媒質１０の冷却は、第１の反射面１３と第２の反射面１４との両面の冷却によって行われる。そのため、固体レーザ媒質１０の内部における温度分布は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とが向かい合う方向であるｙ軸方向における温度分布が支配的となる。なお、固体レーザ媒質１０の冷却は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とのうちの一方の冷却によって行われても良い。
　固体レーザ媒質１０の内部おける温度分布によって、固体レーザ媒質１０の内部において、熱応力に伴う光弾性効果に起因する熱複屈折が起きることがある。実施の形態２では、固体レーザ媒質１０の内部にてｙ軸方向における温度分布が支配的となることによって、固体レーザ媒質１０の熱複屈折は、ｙ軸を光学軸とする一軸結晶における複屈折と同様となる。したがって、偏光方向がｙ軸に直交する方向である直線偏光、すなわち偏光方向がｘｚ面内に含まれる直線偏光は常光となり、偏光方向がｙ軸に直交する方向以外の方向である直線偏光は異常光となる。異常光である直線偏光の屈折率は、ｙ軸に対する直線偏光の仰角によって変化する。
　媒質の内部において熱複屈折が生じた場合において、偏光方向に常光成分と異常光成分とが混在すると、常光の光路と異常光の光路とが分離するいわゆるウォークオフが発生する場合がある。固体レーザ媒質１０の内部にてウォークオフが発生した場合、レーザ光２０の集光性は劣化する。また、常光と異常光とに位相差が発生することによって、直線偏光の維持が困難となる場合がある。
　実施の形態２では、偏光方向２２，２３，２４，２５は、いずれもレーザ光２０の中心軸とｙ軸とによって形成される面内、すなわちｘｚ平面に直交する面内に含まれる。このため、固体レーザ媒質１０の内部において直線偏光は常に異常光となる。したがって、固体レーザ媒質１０は、熱複屈折によるウォークオフの発生を効果的に抑制することができ、高い集光性を維持しながら効率良くレーザ光２０を増幅することができる。
　さらに、実施の形態２にかかる固体レーザ媒質１０は、固体レーザ媒質１０の内部において偏光方向２２，２３，２４，２５の仰角θｐが３２．４度に維持されることによって、固体レーザ媒質１０の内部における直線偏光が感受する屈折率を一定にすることができる。これにより、固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０の増幅において高い安定性を維持することができる。
　なお、実施の形態２にかかる固体レーザ媒質１０の形状は、上記の形状に限られない。固体レーザ媒質１０の形状は、固体レーザ媒質１０の材料またはレーザ光２０の波長に合わせて適宜設計可能である。第３の反射面１５および第４の反射面１６に設けられる光学薄膜は、固体レーザ媒質１０の屈折率と、第３の反射面１５または第４の反射面１６におけるレーザ光２０の入射角とに基づいて、多層膜構造等が適宜設計されたものであっても良い。固体レーザ媒質１０の形状と光学薄膜とが適宜設計されることによって、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
実施の形態３．
　図８は、本発明の実施の形態３にかかる固体レーザ媒質の一部を示す斜視図である。図９は、実施の形態３にかかる固体レーザ媒質における、入射面の法線の方向と、レーザ光の中心軸の方向と、偏光方向とについて説明するための図である。図８では、実施の形態３にかかる固体レーザ媒質１０のうち入射面１１を含む一部を拡大して示している。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。
　実施の形態３において、固体レーザ媒質１０には、実施の形態１および２と同様に、ＮｄがドープされたＹＡＧ結晶が使用される。固体レーザ媒質１０によって増幅されるレーザ光２０の波長は、１．０６４μｍである。１．０６４μｍの波長に対する固体レーザ媒質１０の屈折率は、１．８２である。励起光源には、８０８ｎｍの波長の半導体レーザが使用される。第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、ｘｚ平面に平行である。第３の反射面１５と第４の反射面１６とは、ｙｚ平面に平行である。入射面１１と出射面１２とは、互いに平行である。
　実施の形態３において、固体レーザ媒質１０へ入射するレーザ光２０は、図８に示す偏光方向２１を備えた直線偏光である。レーザ光２０は、入射面１１の中心１１１へ入射する。実施の形態３では、実施の形態２と同様に、第３の反射面１５と第４の反射面１６とに光学薄膜が設けられている。光学薄膜は、偏光無依存の光学薄膜である。すなわち、光学薄膜でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、固体レーザ媒質１０を伝搬する光の波長の１０分の１以下である。
　図９に示す仰角θｎは、入射面１１の法線１１０とｙ軸とがなす角度である。方位角φｎは、ｘｚ面内における法線１１０の方向を表す角度である。方位角φｎの基準は、ｘ軸とする。実施の形態３において、仰角θｎは７０度、方位角φｎは２７０度と設定される。仰角θｒは、入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸とｙ軸とがなす角度である。方位角φｒは、ｘｚ面内におけるレーザ光２０の中心軸の方向を表す角度である。方位角φｒの基準は、ｘ軸とする。実施の形態３において、仰角θｒは１０９．２度と設定される。また、実施の形態３において、方位角φｒは２４．６度と設定される。固体レーザ媒質１０へ入射するレーザ光２０の偏光方向２１とｙ軸とがなす仰角θｐは、１０２．１度に調整される。ｘｚ面内における偏光方向２１の方向を表す方位角φｐは、１１８．９度に調整される。なお、方位角φｐの基準は、ｘ軸とする。
　これらの設定および調整によって、入射面１１には、直線偏光であるレーザ光２０がブリュースター角である６１．２度の入射角をもってＰ偏光で入射する。固体レーザ媒質１０は、入射面１１に反射防止膜等が設けられなくても、入射面１１での反射によるレーザ光２０の損失を効果的に抑制できる。固体レーザ媒質１０は、固体レーザ媒質１０の内部へ効率よくレーザ光２０を入射させることができる。
　固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の仰角θｒは、入射面１１にてレーザ光２０が屈折することによって、固体レーザ媒質１０への入射前における１０９．２度から１１３．０度へ変化する。固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の方位角φｒは、固体レーザ媒質１０への入射前における２４．６度から５９．２度へ変化する。固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の偏光方向２２とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２１の仰角θｐである１０２．１度から変化して、９０度となる。ｘｚ面内における偏光方向２２の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２１の方位角φｐである１１８．９度から変化して、１４９．２度となる。
　入射面１１にて屈折したレーザ光２０は、第２の反射面１４の位置１４１へ入射する。第２の反射面１４の法線はｙ軸と一致することから、偏光方向２２は、第２の反射面１４の法線とレーザ光２０の中心軸とを含む平面と直交する。したがって、レーザ光２０は、第２の反射面１４に対してＳ偏光として入射する。
　第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の仰角θｒは、第２の反射面１４での反射前における１１３．０度から６７．０度へ変化する。第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の方位角φｒは、第２の反射面１４での反射前と同じ５９．２度となる。Ｓ偏光であるレーザ光２０が第２の反射面１４で反射することによって、第２の反射面１４での反射後におけるレーザ光２０の偏光方向２３は、第２の反射面１４での反射前におけるレーザ光２０の偏光方向２２と同じとなる。すなわち、偏光方向２３とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２２の仰角θｐと同じ９０度となる。ｘｚ面内における偏光方向２３の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２２の方位角φｐと同じ１４９．２度となる。レーザ光２０は、第２の反射面１４での反射によって、第３の反射面１５へ向かって伝搬する。
　第２の反射面１４で反射したレーザ光２０は、第３の反射面１５の位置１５１へ入射する。第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の仰角θｒは、第３の反射面１５での反射前と同じ６７．０度となる。第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の方位角φｒは、第３の反射面１５での反射前における５９．２度から１２０．８度へ変化する。レーザ光２０は、第３の反射面１５で反射によって、第１の反射面１３へ向かって伝搬する。
　第３の反射面１５の法線は、ｘ軸と一致する。レーザ光２０は、第３の反射面１５に対して、Ｐ偏光とＳ偏光とが混在した状態で入射する。第３の反射面１５に上記の光学薄膜が設けられていることによって、第３の反射面１５でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、レーザ光２０の波長の１０分の１以下に抑えられる。これにより、固体レーザ媒質１０は、第３の反射面１５でのレーザ光２０の反射による直線偏光から楕円偏光への変化を効果的に抑制可能とし、レーザ光２０の偏光状態を直線偏光のまま維持させることができる。
　したがって、第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の偏光方向２４とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２３の仰角θｐと同じ９０度となる。ｘｚ面内における偏光方向２４の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２３の方位角φｐである１４９．２度から変化して、２１０．８度となる。
　直線偏光である偏光状態が維持されたレーザ光２０は、第１の反射面１３の位置１３１へ入射する。第１の反射面１３の法線は、ｙ軸と一致する。偏光方向２４は、第１の反射面１３の法線とレーザ光２０の中心軸とを含む平面と直交する。したがって、レーザ光２０は、第１の反射面１３に対してもＳ偏光として入射する。
　実施の形態３にかかる固体レーザ媒質１０が上記のように構成されていることにより、固体レーザ媒質１０は、ブリュースター角である入射角で、直線偏光であるレーザ光２０を入射面１１へＰ偏光で入射させることができる。これにより、固体レーザ媒質１０は、実施の形態１の場合と同様の効果が得られるほか、入射面１１に反射防止膜等が設けられなくても、実施の形態２と同様に固体レーザ媒質１０の内部へ効率良くレーザ光２０を入射させることが可能となる。
　また、固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０は、Ｓ偏光として第２の反射面１４へ入射する。一方、第３の反射面１５と第４の反射面１６とには、Ｓ偏光とＰ偏光とが混在して入射する。第３の反射面１５と第４の反射面１６とに上記の光学薄膜が設けられていることによって、固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０が直線偏光から楕円偏光へ変化することを効果的に抑制できる。これにより、固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とへ、直線偏光であるレーザ光２０が、常にＳ偏光で入射するように、レーザ光２０の偏光状態を維持させることができる。さらに、固体レーザ媒質１０の内部において、偏光方向２２，２３，２４，２５の仰角θｐは９０度に維持される。すなわち、偏光方向２２，２３，２４，２５は、いずれもｘｚ平面に平行である。
　第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、固体レーザ媒質１０を構成する他の面と比べて面積が大きい面である。実施の形態３においても、固体レーザ媒質１０の冷却は、実施の形態２と同様に、第１の反射面１３と第２の反射面１４との両面の冷却によって行われる。固体レーザ媒質１０の熱複屈折は、ｙ軸を光学軸とする一軸結晶における複屈折と同様となる。なお、固体レーザ媒質１０の冷却は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とのうちの一方の冷却によって行われても良い。
　実施の形態３では、偏光方向２２，２３，２４，２５はいずれもｘｚ平面に平行であるため、固体レーザ媒質１０の内部では常光と異常光とが混在せず、直線偏光は常に常光となる。したがって、固体レーザ媒質１０は、実施の形態２と同様に、熱複屈折によるウォークオフの発生を効果的に抑制することができ、高い集光性を維持しながら効率良くレーザ光２０を増幅することができる。
　さらに、実施の形態３では、固体レーザ媒質１０の内部において偏光方向２２，２３，２４，２５がｘｚ平面に平行に維持される。レーザ光２０は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とへ常にＳ偏光として入射する。Ｓ偏光の偏光方向は反射前と反射後とにおいて変化しないことから、固体レーザ媒質１０の内部では常光の偏光方向が確実に維持される。これにより、固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０の増幅においてさらに高い安定性を維持することができる。
　なお、実施の形態３にかかる固体レーザ媒質１０の形状は、上記の形状に限られない。固体レーザ媒質１０の形状は、固体レーザ媒質１０の材料またはレーザ光２０の波長に合わせて適宜設計可能である。第３の反射面１５および第４の反射面１６に設けられる光学薄膜は、固体レーザ媒質１０の屈折率と、第３の反射面１５または第４の反射面１６におけるレーザ光２０の入射角とに基づいて、多層膜構造等が適宜設計されたものであっても良い。固体レーザ媒質１０の形状と光学薄膜とが適宜設計されることによって、固体レーザ媒質１０は、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
実施の形態４．
　図１０は、本発明の実施の形態４にかかる固体レーザ媒質の一部を示す斜視図である。図１１は、実施の形態４にかかる固体レーザ媒質における、入射面の法線の方向と、レーザ光の中心軸の方向と、偏光方向とについて説明するための図である。図１０では、実施の形態４にかかる固体レーザ媒質１０のうち入射面１１を含む一部を拡大して示している。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。
　実施の形態４において、固体レーザ媒質１０には、実施の形態１から３と同様に、ＮｄがドープされたＹＡＧ結晶が使用される。固体レーザ媒質１０によって増幅されるレーザ光２０の波長は、１．０６４μｍである。１．０６４μｍの波長に対する固体レーザ媒質１０の屈折率は、１．８２である。励起光源には、８０８ｎｍの波長の半導体レーザが使用される。第１の反射面１３と第２の反射面１４とは、ｘｚ平面に平行である。第３の反射面１５と第４の反射面１６とは、ｙｚ平面に平行である。入射面１１と出射面１２とは、互いに平行である。
　実施の形態４では、入射面１１と出射面１２とに光学薄膜が設けられている。光学薄膜は、偏光無依存の光学薄膜である。すなわち、光学薄膜へのＰ偏光とＳ偏光との入射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、固体レーザ媒質１０を伝搬する光の波長の１０分の１以下である。また、光学薄膜は、固体レーザ媒質１０を伝搬する光の反射を低減する反射防止膜でもある。光学薄膜におけるレーザ光２０の反射率は、５％以下である。さらに、実施の形態４では、実施の形態２および３と同様に、第３の反射面１５と第４の反射面１６とに偏光無依存の光学薄膜が設けられている。
　実施の形態４において、固体レーザ媒質１０へ入射するレーザ光２０は、図１０に示す偏光方向２１を備えた直線偏光である。レーザ光２０は、入射面１１の中心１１１へ入射する。
　図１１に示す仰角θｎは、入射面１１の法線１１０とｙ軸とがなす角度である。方位角φｎは、ｘｚ面内における法線１１０の方向を表す角度である。方位角φｎの基準は、ｘ軸とする。実施の形態４において、仰角θｎは３０度、方位角φｎは２４０度と設定される。仰角θｒは、入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸とｙ軸とがなす角度である。方位角φｒは、ｘｚ面内におけるレーザ光２０の中心軸の方向を表す角度である。方位角φｒの基準は、ｘ軸とする。実施の形態４において、仰角θｒは９０度と設定される。また、実施の形態４において、方位角φｒは９０度と設定される。すなわち、入射面１１へ入射するレーザ光２０の中心軸は、ｚ軸と一致する。固体レーザ媒質１０へ入射するレーザ光２０の偏光方向２１とｙ軸とがなす仰角θｐは、１０９．１度に調整される。ｘｚ面内における偏光方向２１の方向を表す方位角φｐは、０度に調整される。なお、方位角φｐの基準は、ｘ軸とする。
　偏光無依存の反射防止膜である上記の光学薄膜が入射面１１に設けられていることによって、固体レーザ媒質１０は、入射面１１での反射によるレーザ光２０の損失を抑制することができる。また、固体レーザ媒質１０は、レーザ光２０が直線偏光から楕円偏光へ変化することを効果的に抑制できる。これにより、固体レーザ媒質１０は、直線偏光である偏光状態を維持しながら、固体レーザ媒質１０の内部へ効率良くレーザ光２０を入射させることができる。
　固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の仰角θｒは、入射面１１にてレーザ光２０が屈折することによって、固体レーザ媒質１０への入射前における９０度から１２３．１度へ変化する。固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の方位角φｒは、固体レーザ媒質１０への入射前における９０度から７９．２度へ変化する。固体レーザ媒質１０へ入射したレーザ光２０の偏光方向２２とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２１の仰角θｐである１０９．１度から変化して、９０度となる。ｘｚ面内における偏光方向２２の方向を表す方位角φｐは、０度から変化して、３４９．２度、すなわちマイナス１０．８度となる。
　入射面１１にて屈折したレーザ光２０は、第２の反射面１４の位置１４１へ入射する。第２の反射面１４の法線はｙ軸と一致することから、偏光方向２２は、第２の反射面１４の法線とレーザ光２０の中心軸とを含む平面と直交する。したがって、レーザ光２０は、第２の反射面１４に対してＳ偏光として入射する。
　第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の仰角θｒは、第２の反射面１４での反射前における１２３．１度から５６．９度へ変化する。第２の反射面１４で反射したレーザ光２０の方位角φｒは、第２の反射面１４での反射前と同じ７９．２度となる。Ｓ偏光であるレーザ光２０が第２の反射面１４で反射することによって、第２の反射面１４での反射後におけるレーザ光２０の偏光方向２３は、第２の反射面１４での反射前におけるレーザ光２０の偏光方向２２と同じとなる。すなわち、偏光方向２３とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２２の仰角θｐと同じ９０度となる。ｘｚ面内における偏光方向２３の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２２の方位角φｐと同じ３４９．２度となる。レーザ光２０は、第２の反射面１４での反射によって、第３の反射面１５へ向かって伝搬する。
　第２の反射面１４で反射したレーザ光２０は、第３の反射面１５の位置１５１へ入射する。第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の仰角θｒは、第３の反射面１５での反射前と同じ５６．９度となる。第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の方位角φｒは、第３の反射面１５での反射前における７９．２度から１００．８度へ変化する。レーザ光２０は、第３の反射面１５での反射によって、第１の反射面１３へ向かって伝搬する。
　第３の反射面１５の法線は、ｘ軸と一致する。レーザ光２０は、第３の反射面１５に対して、Ｐ偏光とＳ偏光とが混在した状態で入射する。第３の反射面１５に上記の光学薄膜が設けられていることによって、第３の反射面１５でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、レーザ光２０の波長の１０分の１以下に抑えられる。これにより、固体レーザ媒質１０は、第３の反射面１５でのレーザ光２０の反射による直線偏光から楕円偏光への変化を効果的に抑制可能とし、レーザ光２０の偏光状態を直線偏光のまま維持させることができる。
　したがって、第３の反射面１５で反射したレーザ光２０の偏光方向２４とｙ軸とがなす仰角θｐは、偏光方向２３の仰角θｐと同じ９０度となる。ｘｚ面内における偏光方向２４の方向を表す方位角φｐは、偏光方向２３の方位角φｐである３４９．２度から変化して、１０．８度となる。
　直線偏光である偏光状態が維持されたレーザ光２０は、第１の反射面１３の位置１３１へ入射する。第１の反射面１３の法線は、ｙ軸と一致する。偏光方向２４は、第１の反射面１３の法線とレーザ光２０の中心軸とを含む平面と直交する。したがって、レーザ光２０は、第１の反射面１３に対してもＳ偏光として入射する。
　実施の形態４にかかる固体レーザ媒質１０が上記のように構成されていることにより、固体レーザ媒質１０の内部において、偏光方向２２，２３，２４，２５の仰角θｐは９０度に維持される。すなわち、偏光方向２２，２３，２４，２５は、いずれもｘｚ平面に平行である。また、実施の形態３と同様に、固体レーザ媒質１０は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とへＳ偏光であるレーザ光２０が入射するように、レーザ光２０の偏光状態を維持させることができる。
　実施の形態４において、入射面１１におけるレーザ光２０の入射角は、ブリュースター角に限られない。偏光無依存の反射防止膜である上記の光学薄膜が、レーザ光２０の入射角とレーザ光２０の波長とに基づいて適宜設計され、かつ偏光方向２１が適切に調整されることによって、固体レーザ媒質１０は、実施の形態３と同様に固体レーザ媒質１０の内部へ効率良くレーザ光２０を入射させることが可能となる。また、このように固体レーザ媒質１０が構成されることによって、固体レーザ媒質１０の設計自由度は格段に高められる。
　固体レーザ媒質１０の形状は、適宜設計可能である。固体レーザ媒質１０の形状は、レーザ光２０の入射角、固体レーザ媒質１０の大きさ、第１の反射面１３および第２の反射面１４における内部全反射の回数、第３の反射面１５および第４の反射面１６における内部全反射の回数に応じて設計可能である。固体レーザ媒質１０の形状と、偏光無依存の反射防止膜である上記の光学薄膜とが適宜設計されることによって、固体レーザ媒質１０は、実施の形態３と同様に、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
実施の形態５．
　実施の形態５にかかる固体レーザ媒質１０は、固体レーザ媒質１０へ入射するレーザ光２０の偏光方向２１が実施の形態４の場合とは異なる以外、実施の形態４にかかる固体レーザ媒質１０と同様である。実施の形態５では、上記の実施の形態１から４と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から４とは異なる構成について主に説明する。
　実施の形態５では、偏光方向２１の仰角θｐは１７３．８度、かつ、偏光方向２１の方位角φｐは０度に調整される。実施の形態５の場合も、固体レーザ媒質１０は、Ｓ偏光であるレーザ光２０を第２の反射面１４へ入射させることができる。固体レーザ媒質１０は、実施の形態４と同様に、固体レーザ媒質１０の設計自由度を格段に高めることができる。また、固体レーザ媒質１０は、実施の形態４と同様に、高効率かつ安定したレーザ光２０の増幅を可能とし、かつレーザ光２０の品質低下を抑制することができる。
実施の形態６．
　実施の形態２から５にかかる固体レーザ媒質１０では、第３の反射面１５と第４の反射面１６とに偏光無依存の光学薄膜が設けられている。実施の形態６にかかる固体レーザ媒質１０は、第３の反射面１５および第４の反射面１６に加えて、第１の反射面１３および第２の反射面１４の各々にも偏光無依存の光学薄膜が設けられている。すなわち、第１の反射面１３および第２の反射面１４の各々には、光学薄膜でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差が、固体レーザ媒質１０を伝搬する光の波長の１０分の１以下である光学薄膜が設けられている。実施の形態６では、上記の実施の形態１から５と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から５とは異なる構成について主に説明する。
　実施の形態６では、第１の反射面１３と第２の反射面１４とに上記の光学薄膜が設けられることによって、Ｐ偏光とＳ偏光とが混在した状態のレーザ光２０が第２の反射面１４または第３の反射面１５へ入射しても、直線偏光から楕円偏光への変化が抑制される。これにより、固体レーザ媒質１０は、直線偏光であるレーザ光２０が入射面１１へ入射されると、レーザ光２０の偏光状態を直線偏光のまま維持させることができる。
　実施の形態６においても、固体レーザ媒質１０の冷却は、実施の形態２および３と同様に、第１の反射面１３と第２の反射面１４との両面の冷却によって行われる。固体レーザ媒質１０の熱複屈折は、ｙ軸を光学軸とする一軸結晶における複屈折と同様となる。ただし、固体レーザ媒質１０の励起密度が不均一であることによって、あるいは固体レーザ媒質１０の冷却が不均一であることによって、実際の熱複屈折にはばらつきが生じることがある。
　実施の形態６では、第３の反射面１５および第４の反射面１６に加えて、第１の反射面１３および第２の反射面１４にも上記の光学薄膜が設けられていることによって、固体レーザ媒質１０は、任意の偏光方向の直線偏光について、直線偏光である偏光状態を維持させることができる。固体レーザ媒質１０へ入射されるレーザ光２０の偏光方向として、熱複屈折の影響がより小さくなる偏光方向が選定されることによって、固体レーザ媒質１０は、集光性の劣化を抑制することができ、さらに安定したレーザ光２０の増幅が可能となる。
実施の形態７．
　図１２は、本発明の実施の形態７にかかる固体レーザ増幅器の斜視図である。実施の形態７にかかる固体レーザ増幅器２には、実施の形態４と同様の固体レーザ媒質１０が設けられている。実施の形態７では、上記の実施の形態１から６と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から６とは異なる構成について主に説明する。
　実施の形態４と同様に、固体レーザ媒質１０へ入射されるレーザ光２０の偏光方向２１は、固体レーザ媒質１０へ入射された波長１．０６４μｍのレーザ光２０が第２の反射面１４へＳ偏光として入射するように調整される。また、実施の形態７では、第３の反射面１５と第４の反射面１６とに、偏光無依存の光学薄膜が設けられている。すなわち、光学薄膜でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、固体レーザ媒質１０を伝搬する光の波長の１０分の１以下である。また、光学薄膜は、励起光の反射を低減する反射防止膜でもある。光学薄膜において、８０８ｎｍの波長の励起光の反射率は、５％以下である。
　固体レーザ増幅器２は、励起光源である４つの半導体レーザ３と、水冷式の冷却器４と、各半導体レーザ３と冷却器４とを絶縁する絶縁板５とを有する。半導体レーザ３は、波長８０８ｎｍの半導体レーザバーと、半導体レーザバーと一体とされたヒートシンクおよび給電電極とを有する。４つの半導体レーザ３のうちの２つは、固体レーザ媒質１０のうち第３の反射面１５に対向して配置されている。４つの半導体レーザ３のうちの他の２つは、固体レーザ媒質１０のうち第４の反射面１６に対向して配置されている。
　冷却器４は、固体レーザ媒質１０を冷却する機能と、各半導体レーザ３を冷却する機能とを兼ねる。冷却器４の材料には、銅が使用されている。冷却器４は、冷却器４へ供給される冷却水が通る給水口４１と、冷却器４から排出される冷却水が通る排水口４２とを有する。固体レーザ媒質１０のうち第２の反射面１４が冷却器４の表面に接合されている。第２の反射面１４には、エバネッセント光が生じることによるレーザ光２０の損失を抑制するために、厚さ５μｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）がコーティングされている。各半導体レーザ３は、絶縁板５を介して冷却器４の表面に固定されている。絶縁板５が設けられることによって、各半導体レーザ３と冷却器４との短絡が回避される。
　第３の反射面１５に対向する２つの半導体レーザ３によって出射された励起光は、第３の反射面１５へ入射する。第４の反射面１６に対向する２つの半導体レーザ３によって出射された励起光は、第４の反射面１６へ入射する。固体レーザ増幅器２は、固体レーザ媒質１０へ励起光を照射することによって固体レーザ媒質１０を励起させる。
　偏光無依存の反射防止膜である上記の光学薄膜が第３の反射面１５と第４の反射面１６とに設けられていることによって、第３の反射面１５と第４の反射面１６とにおける励起光の反射が抑制される。これにより、固体レーザ増幅器２は、固体レーザ媒質１０へ効率良く励起光を入射可能とし、固体レーザ媒質１０を効率良く励起させることができる。固体レーザ増幅器２は、実施の形態４と同様の作用効果によって、集光性に優れた増幅光２６を、高効率かつ安定して発生させることができる。
　なお、固体レーザ増幅器２において、固体レーザ媒質１０の冷却は、第１の反射面１３と第２の反射面１４とのうちの少なくとも一方の冷却によって行われても良い。固体レーザ媒質１０の冷却は、第２の反射面１４の冷却によって行われる以外に、第１の反射面１３の冷却によって行われても良く、第１の反射面１３と第２の反射面１４との両面の冷却によって行われても良い。
　固体レーザ増幅器２に設けられる固体レーザ媒質１０は、実施の形態４と同様の固体レーザ媒質１０に限られない。固体レーザ増幅器２に設けられる固体レーザ媒質１０は、実施の形態１から３、実施の形態５および６のうちのいずれか１つと同様の固体レーザ媒質１０であっても良い。この場合も、固体レーザ増幅器２は、集光性に優れた増幅光２６を、高効率かつ安定して発生させることができる。
実施の形態８．
　図１３は、本発明の実施の形態８にかかる固体レーザ発振器の斜視図である。実施の形態８にかかる固体レーザ発振器１には、実施の形態７と同様の固体レーザ増幅器２が設けられている。実施の形態８では、上記の実施の形態１から７と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から７とは異なる構成について主に説明する。
　固体レーザ発振器１は、安定型の光共振器を構成する部分反射鏡６１および全反射鏡６２を有する。部分反射鏡６１と全反射鏡６２とは、固体レーザ増幅器２の光軸上に配置されている。部分反射鏡６１は、部分反射鏡６１へ入射する波長１．０６４μｍのレーザ光２０である内部レーザ光２７の一部を反射し、部分反射鏡６１へ入射する波長１．０６４μｍの内部レーザ光２７の一部を透過させる。全反射鏡６２は、全反射鏡６２へ入射する波長１．０６４μｍの内部レーザ光２７の全体を反射する。
　固体レーザ発振器１において、励起光によって励起された固体レーザ媒質１０からは、自然放出光が発生する。自然放出光の一部は、光共振器に閉じ込められ、部分反射鏡６１と全反射鏡６２との間を往復する。固体レーザ増幅器２において固体レーザ媒質１０の内部を自然放出光が伝搬する際に、自然放出光は増幅される。自然放出光が増幅されることによって、光強度が高い内部レーザ光２７が光共振器内において形成される。部分反射鏡６１へ入射した内部レーザ光２７のうち、一定の割合の内部レーザ光２７が、部分反射鏡６１を透過することによって、部分反射鏡６１へ入射した内部レーザ光２７の一部は、外部レーザ光２８として光共振器の外へ出射する。
　光共振器内における内部レーザ光２７の光路には、ブリュースター板７が配置されている。ブリュースター板７の向きは、入射面１１へ入射する内部レーザ光２７の偏光方向が、ｙ軸に対する仰角θｐが１０９．０度、かつｘ軸を基準とする方位角φｐが０度である偏光方向である場合に反射損失が最小となるように設定される。固体レーザ発振器１は、ブリュースター板７が設けられることによって、所望の偏光方向の直線偏光を選択的に増幅させることができる。固体レーザ発振器１は、実施の形態４と同様の作用効果によって、集光性に優れた外部レーザ光２８を高効率かつ安定して発生させることができる。
　なお、固体レーザ発振器１に設けられる固体レーザ媒質１０は、実施の形態４と同様の固体レーザ媒質１０に限られない。固体レーザ発振器１に設けられる固体レーザ媒質１０は、実施の形態１から３、実施の形態５および６のうちのいずれか１つと同様の固体レーザ媒質１０であっても良い。この場合も、固体レーザ発振器１は、集光性に優れた外部レーザ光２８を高効率かつ安定して発生させることができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　固体レーザ発振器、２　固体レーザ増幅器、３　半導体レーザ、４　冷却器、５　絶縁板、７　ブリュースター板、１０　固体レーザ媒質、１１　入射面、１２　出射面、１３　第１の反射面、１４　第２の反射面、１５　第３の反射面、１６　第４の反射面、２０　レーザ光、２１，２２，２３，２４，２５　偏光方向、２６　増幅光、２７　内部レーザ光、２８　外部レーザ光、４１　給水口、４２　排水口、６１　部分反射鏡、６２　全反射鏡、１１０　法線、１１１，１２１　中心、１３１，１４１，１５１　位置、２０１，２０２　光線。

Claims (14)

  1. 　互いに平行な入射面および出射面と、
    　前記入射面と前記出射面との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第１の反射面および第２の反射面と、
    　前記入射面と前記出射面との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第３の反射面および第４の反射面と、を備え、
    　前記入射面の中心に光線束の中心を一致させて前記入射面へ入射した光を、前記第１の反射面と前記第２の反射面との各々における互いに同じ回数の内部全反射と、前記第３の反射面と前記第４の反射面との各々における互いに同じ回数の内部全反射とを経て、前記出射面の中心に光線束の中心を一致させて前記出射面から出射させることを特徴とする固体レーザ媒質。
  2. 　前記固体レーザ媒質のうち前記入射面の中心と前記出射面の中心とを通る軸線に対し前記入射面の法線が傾いていることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ媒質。
  3. 　前記第１の反射面と前記第３の反射面とは互いに直交することを特徴とする請求項１または２に記載の固体レーザ媒質。
  4. 　前記第１の反射面および前記第２の反射面の対と、前記第３の反射面および前記第４の反射面の対とのうちの少なくとも一方には、光学薄膜が設けられており、
    　前記光学薄膜でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、前記固体レーザ媒質を伝搬する光の波長の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の固体レーザ媒質。
  5. 　前記光学薄膜は、前記固体レーザ媒質を励起するための励起光の反射を低減する反射防止膜を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の固体レーザ媒質。
  6. 　前記入射面と前記出射面とに光学薄膜が設けられており、
    　前記入射面と前記出射面とに設けられている前記光学薄膜へのＰ偏光とＳ偏光との入射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、前記固体レーザ媒質を伝搬する光の波長の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の固体レーザ媒質。
  7. 　前記入射面と前記出射面とに設けられている前記光学薄膜は、前記固体レーザ媒質へ入射する光の反射を低減する反射防止膜を兼ねることを特徴とする請求項６に記載の固体レーザ媒質。
  8. 　光を増幅する固体レーザ媒質を備え、
    　前記固体レーザ媒質は、
    　互いに平行な入射面および出射面と、
    　前記入射面と前記出射面との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第１の反射面および第２の反射面と、
    　前記入射面と前記出射面との間を伝搬する光が反射し、互いに平行な第３の反射面および第４の反射面と、を備え、
    　前記入射面の中心に光線束の中心を一致させて前記入射面へ入射した光を、前記第１の反射面と前記第２の反射面との各々における互いに同じ回数の内部全反射と、前記第３の反射面と前記第４の反射面との各々における互いに同じ回数の内部全反射とを経て、前記出射面の中心に光線束の中心を一致させて前記出射面から出射させることを特徴とする固体レーザ増幅器。
  9. 　直線偏光であるレーザ光がブリュースター角である入射角をもってＰ偏光で前記入射面へ入射することを特徴とする請求項８に記載の固体レーザ増幅器。
  10. 　直線偏光であるレーザ光が前記入射面へ入射し、
    　前記第１の反射面と前記第２の反射面とへ、Ｐ偏光とＳ偏光とのいずれか一方の直線偏光でレーザ光が入射することを特徴とする請求項８または９に記載の固体レーザ増幅器。
  11. 　前記第３の反射面と前記第４の反射面とに光学薄膜が設けられており、
    　前記光学薄膜でのＰ偏光とＳ偏光との反射によってＰ偏光とＳ偏光とに生じる位相差は、前記固体レーザ媒質を伝搬する光の波長の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１０に記載の固体レーザ増幅器。
  12. 　前記第３の反射面と前記第４の反射面とへ、前記固体レーザ媒質を励起するための励起光を照射し、
    　前記光学薄膜は、前記固体レーザ媒質を励起するための励起光の反射を低減する反射防止膜を兼ねることを特徴とする請求項１１に記載の固体レーザ増幅器。
  13. 　前記第１の反射面と前記第２の反射面とのうちの少なくとも一方を冷却する冷却器を有することを特徴とする請求項８から１２のいずれか１つに記載の固体レーザ増幅器。
  14. 　請求項８から１３のいずれか１つに記載の固体レーザ増幅器を備えることを特徴とする固体レーザ発振器。
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