WO2023203711A1 - レーザ装置およびレーザ加工機 - Google Patents

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WO2023203711A1
WO2023203711A1 PCT/JP2022/018386 JP2022018386W WO2023203711A1 WO 2023203711 A1 WO2023203711 A1 WO 2023203711A1 JP 2022018386 W JP2022018386 W JP 2022018386W WO 2023203711 A1 WO2023203711 A1 WO 2023203711A1
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WO
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laser
light
signal light
laser medium
stimulated raman
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PCT/JP2022/018386
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English (en)
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望 平山
俊輔 藤井
智毅 桂
秀則 深堀
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三菱電機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • 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
    • 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
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • 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
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser device and a laser processing machine that emit a laser beam.
  • Laser equipment that generates short-pulse, high-pulse-energy laser light is effective in micro-machining, such as drilling small diameter holes or marking electrical boards, etc., to enable high-quality machining with little thermal influence. be. It is desired that the laser device be able to control the repetition frequency of the output pulse over a wide range according to processing requirements such as the material to be processed, the hole diameter after processing, or the hole depth. Further, in order to perform microfabrication, the laser device is desired to be able to generate a laser beam with high convergence and high beam quality.
  • Semiconductor lasers can generate short-pulse laser light with a pulse width of 100 ns or less, and can control the repetition frequency over a wide range.
  • an amplifier such as an optical fiber amplifier is required after the semiconductor laser.
  • Optical fiber amplifiers can amplify low-power laser light with high efficiency.
  • Laser light with short pulses and high pulse energy has a high peak power, and the smaller the beam diameter, the higher the peak intensity.
  • the peak power is the pulse energy divided by the pulse width.
  • Peak intensity is peak power divided by beam area. Higher peak intensities may damage the amplifier's laser medium.
  • nonlinear optical phenomena such as stimulated Raman scattering become more likely to occur. When stimulated Raman scattering occurs, part of the power of the amplified light is converted to stimulated Raman scattered light with a wavelength longer than the desired wavelength of the laser light, resulting in a substantial reduction in amplification efficiency. .
  • the core diameter of the optical fiber amplifier is limited to approximately several ⁇ m to several tens of ⁇ m.
  • the beam diameter becomes small due to the limitation of the core diameter, so the peak intensity tends to become high.
  • the peak intensity tends to be high, it is necessary to suppress the peak power of the laser beam so that the peak intensity does not damage the laser medium and does not cause nonlinear optical phenomena.
  • a solid-state laser amplifier that can amplify laser light with a relatively large beam diameter may be used.
  • Patent Document 1 discloses a laser device that uses a semiconductor laser to generate seed light, which is laser light with a pulse width of about 100 ps to 100 ns, and amplifies the seed light using an optical fiber amplifier and an end-pumped solid-state laser amplifier. ing.
  • the peak power will also be very high.
  • the peak intensity of the laser light within the laser medium will be very high, and stimulated Raman scattering will occur.
  • the amplification efficiency of the laser device is substantially reduced due to the occurrence of stimulated Raman scattering.
  • the peak intensity can be reduced by increasing the beam diameter, but if the power of the light to be amplified is low, the amplification efficiency will decrease as the beam diameter increases. Therefore, the conventional technique disclosed in Patent Document 1 has a problem in that it may not be possible to achieve high amplification efficiency while reducing stimulated Raman scattering.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a laser device that can reduce stimulated Raman scattering and achieve high amplification efficiency.
  • a laser device includes a pulsed light source that generates signal light that is pulsed laser light, an excitation light source that generates excitation light, and a pulsed light source that generates signal light that is pulsed laser light.
  • a plurality of laser media are arranged in series in the optical path of the emitted signal light, and each laser medium is excited by the excitation light to amplify the signal light.
  • the length in the optical axis direction of the laser medium into which the signal light from the pulsed light source enters last among the plurality of laser media is the length in the optical axis direction of the laser medium into which the signal light from the pulsed light source first enters among the plurality of laser media. shorter than length.
  • the laser device according to the present disclosure has the advantage of being able to reduce stimulated Raman scattering and achieve high amplification efficiency.
  • a diagram showing an example of the relationship between the intensity of signal light and the position in the laser medium in Embodiment 1 A diagram showing a modification of the laser device according to Embodiment 1
  • a diagram showing a configuration example of a laser device according to a second embodiment A diagram showing a configuration example of a control circuit according to Embodiment 1 or 2.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a laser device 100 according to the first embodiment.
  • the laser device 100 includes a pulse light source 1, an excitation light source 2, an excitation optical system 3, a plurality of laser media 4a and 4b, dichroic mirrors 5a and 5b, a cut filter 6, and lenses 7a and 7b. and a control section 10 that controls the entire laser device 100.
  • the pulsed light source 1 is, for example, a semiconductor laser.
  • a pulsed light source 1 generates signal light 11 which is pulsed laser light.
  • the pulse width of the signal light 11 is 100 ps or less.
  • the pulsed light source 1 may be a light source including a semiconductor laser and an optical fiber amplifier. In this case, the pulsed light source 1 amplifies pulsed light generated by a semiconductor laser using an optical fiber amplifier, and emits the amplified pulsed light.
  • the pulsed light source 1 may be a mode-locked laser.
  • the wavelength of the signal light 11 is, for example, 1064 nm.
  • the repetition frequency of the pulsed light source 1 is included, for example, from 100 kHz to 10 MHz. In FIG. 1, the manner in which the signal light 11 propagates is represented by solid arrows.
  • the excitation light source 2 is, for example, a semiconductor laser. Excitation light source 2 generates excitation light 12 .
  • the excitation optical system 3 propagates the excitation light 12 emitted from the excitation light source 2 to laser media 4a and 4b.
  • the laser media 4a and 4b are arranged in series in the optical path of the signal light 11 emitted from the pulsed light source 1. Each of the laser media 4a and 4b is excited by the excitation light 12 and amplifies the signal light 11.
  • the optical path refers to the optical path of the signal light 11.
  • Each of the laser media 4a and 4b is a so-called solid laser medium.
  • Each of the laser media 4a, 4b has a shape such as a cylinder or a prism.
  • the length of the laser medium 4b in the optical axis direction is shorter than the length of the laser medium 4a in the optical axis direction.
  • the direction of the solid arrow in the laser medium 4a is the optical axis direction of the laser medium 4a.
  • the direction of the solid arrow in the laser medium 4b is the optical axis direction of the laser medium 4b.
  • the optical axis direction is the direction of the center line of the light beam that is the signal light 11.
  • Each of the laser media 4a and 4b is, for example, a laser crystal such as YAG (Yttrium Aluminum Garnet), YVO 4 (Yttrium Vanadate), GdVO 4 (Gadolinium Vanadate), or sapphire (Al 2 O 3 ), or an optical glass containing a rare earth metal. It is a laser medium doped with elements or titanium.
  • the rare earth elements added to each of the laser media 4a and 4b are Nd (neodymium), Yb (ytterbium), Er (erbium), Tm (thulium), Ho (holmium), or Pr (praseodymium).
  • the side surface of the laser medium 4a and the side surface of the laser medium 4b are cooled directly or indirectly.
  • the pulse width of the signal light 11 is as short as 100 ps or less, the peak intensity of the signal light 11 amplified by each of the laser media 4a and 4b becomes high.
  • stimulated Raman scattering which is a type of nonlinear optical phenomenon, occurs in the laser medium 4a.
  • stimulated Raman scattered light 14a which is scattered light due to stimulated Raman scattering, is generated. Stimulated Raman scattering light 14a is emitted from the laser medium 4a together with the signal light 11.
  • stimulated Raman scattering When the signal light 11 enters the laser medium 4b, stimulated Raman scattering also occurs in the laser medium 4b. In the laser medium 4b, stimulated Raman scattered light 14b, which is scattered light due to stimulated Raman scattering, is generated. Stimulated Raman scattered light 14b is emitted from the laser medium 4b together with the signal light 11. In FIG. 1, the manner in which each of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b propagates is represented by broken line arrows.
  • the dichroic mirror 5a is placed in the optical path of the signal light 11 emitted from the pulsed light source 1. Signal light 11 from pulsed light source 1 is reflected by dichroic mirror 5a and propagated toward laser medium 4a.
  • the dichroic mirror 5b is arranged in the optical path of the signal light 11 emitted from the laser medium 4b. Signal light 11 emitted from laser medium 4b is reflected by dichroic mirror 5b.
  • the excitation light 12 emitted from the excitation optical system 3 is incident on the surface of the dichroic mirror 5b opposite to the surface on which the signal light 11 is incident. Excitation light 12 from excitation optical system 3 passes through dichroic mirror 5b and propagates toward laser medium 4b.
  • the cut filter 6 is placed in the optical path between the two laser media 4a and 4b.
  • the cut filter 6 removes stimulated Raman scattered light 14a emitted from the laser medium 4a from the optical path.
  • the cut filter 6 transmits most of the incident light with respect to the wavelength of the signal light 11 and the wavelength of the excitation light 12, and reflects most of the incident light with respect to the wavelength of the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the cut filter 6 includes a base material and a dielectric multilayer film coated on the base material.
  • the base material is, for example, synthetic quartz or optical glass such as BK7.
  • a dielectric multilayer film is formed on each of the first surface 9a and the second surface 9b.
  • the first surface 9a is a surface of the cut filter 6 on which the signal light 11 is incident.
  • the second surface 9b is a surface of the cut filter 6 from which the signal light 11 is emitted.
  • Each of the dielectric multilayer film on the first surface 9a and the dielectric multilayer film on the second surface 9b transmits most of the signal light 11 and most of the excitation light 12, and transmits most of the stimulated Raman scattered light 14a. Reflect part.
  • the lens 7a is arranged on the optical path between the laser medium 4a and the cut filter 6.
  • the lens 7b is arranged on the optical path between the cut filter 6 and the laser medium 4b.
  • Each of the lenses 7a and 7b is an optical element that constitutes a transfer optical system.
  • the lenses 7a and 7b make the exit surface 8a of the laser medium 4a and the entrance surface 8b of the laser medium 4b optically conjugate. Further, the lenses 7a and 7b transfer the beam shape of the signal light 11 on the exit surface 8a to the entrance surface 8b at a magnification of 1.
  • the output surface 8a is a surface of the laser medium 4a from which the signal light 11 is output.
  • the incident surface 8b is a surface of the laser medium 4b into which the signal light 11 is incident.
  • the laser medium 4a and the laser medium 4b are adjacent to each other in the optical path via the cut filter 6 and lenses 7a and 7b.
  • the laser medium 4a is one of the two laser media 4a and 4b, and is the first laser medium into which the signal light 11 is incident first.
  • the laser medium 4b is the other of the two laser media 4a, 4b, and is a second laser medium into which the signal light 11 from the first laser medium is incident.
  • the laser medium 4a is a laser medium into which the signal light 11 from the pulsed light source 1 first enters, among the plurality of laser media 4a and 4b provided in the laser device 100.
  • the laser medium 4b is a laser medium into which the signal light 11 from the pulsed light source 1 enters last among the plurality of laser media 4a and 4b provided in the laser device 100.
  • the control unit 10 controls the pulsed light source 1 by outputting a command to the pulsed light source 1.
  • Pulse light source 1 emits signal light 11 according to a command.
  • the control unit 10 controls the excitation light source 2 by outputting a command to the excitation light source 2 .
  • the excitation light source 2 emits excitation light 12 according to a command.
  • the signal light 11 emitted from the pulsed light source 1 is reflected by the dichroic mirror 5a and enters the laser medium 4a.
  • the signal light 11 amplified by the laser medium 4a After being emitted from the laser medium 4a, the signal light 11 amplified by the laser medium 4a passes through the lens 7a, the cut filter 6, and the lens 7b in order, and enters the laser medium 4b.
  • the signal light 11 amplified by the laser medium 4b is reflected by the dichroic mirror 5b.
  • the amplified light 13, which is the signal light 11 amplified by the laser media 4a and 4b, is reflected by the dichroic mirror 5b and then emitted to the outside of the laser device 100.
  • the excitation light 12 emitted from the excitation light source 2 sequentially passes through the excitation optical system 3 and the dichroic mirror 5b, and enters the laser medium 4b.
  • the excitation light 12 that has passed through the laser medium 4b sequentially passes through the lens 7b, the cut filter 6, and the lens 7a, and enters the laser medium 4a.
  • the stimulated Raman scattered light 14a generated in the laser medium 4a is emitted from the output surface 8a of the laser medium 4a together with the signal light 11.
  • the stimulated Raman scattered light 14a enters the cut filter 6 after passing through the lens 7a.
  • Each of the dielectric multilayer films formed in the cut filter 6 transmits the signal light 11 and reflects the stimulated Raman scattered light 14a, thereby separating the stimulated Raman scattered light 14a from the signal light 11. Thereby, the cut filter 6 removes the stimulated Raman scattered light 14a from the optical path.
  • the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b is emitted from the laser medium 4b together with the signal light 11, and propagates together with the signal light 11.
  • the wave number of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b is 890 cm ⁇ 1 lower than the wave number of the signal light 11. That is, when the wavelength of the signal light 11 is 1064 nm, the wavelength of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b is approximately 1175 nm. In this way, in the laser media 4a, 4b, a part of the signal light 11 incident on the laser media 4a, 4b is converted into stimulated Raman scattered light 14a, 14b having a wavelength longer than the wavelength of the signal light 11.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a, 14b emitted from the laser medium 4a, 4b will be explained.
  • the intensity of stimulated Raman scattered light emitted from the laser medium is expressed by the following equation (1).
  • equation (1) attenuation of the signal light 11 due to the generation of stimulated Raman scattered light is not considered.
  • I out,R represents the intensity of stimulated Raman scattered light emitted from the laser medium.
  • I in,R is the intensity of light incident on the laser medium, and represents the intensity of light at the wavelength of stimulated Raman scattering light.
  • g r represents the Raman gain of the laser medium.
  • L represents the length of the laser medium in the optical axis direction.
  • z is a position within the laser medium and represents a position in the optical axis direction.
  • I s (z) represents the light intensity at the position z and the light intensity at the wavelength of the signal light 11.
  • I in,R represents the intensity of the white noise component or the intensity of scattered light due to spontaneous Raman scattering in the laser medium.
  • Spontaneous Raman scattering refers to Raman scattering other than stimulated Raman scattering by the signal light 11.
  • a position within a laser medium is a position in the optical axis direction.
  • the intensity I R (z+ ⁇ z) of the stimulated Raman scattered light at the position z+ ⁇ z in the laser medium is determined by the intensity I R (z) and the intensity I s (z). It is expressed by the following equation (2) using .
  • the intensity I s (z+ ⁇ z) of the light having the wavelength of the signal light 11 at the position z+ ⁇ z in the laser medium is determined by the intensity I R (z) and the intensity I s (z) is expressed by the following equation (3).
  • the intensity I R (z) is the intensity of stimulated Raman scattered light at position z.
  • G(z) is the amplification gain at position z in the laser medium and represents the amplification gain at the wavelength of the signal light 11.
  • the beam diameter of the signal light 11 is constant.
  • the beam diameter of the stimulated Raman scattered light is constant.
  • the length L is determined by the absorption coefficient of the laser medium for the excitation light 12. In order to be able to amplify the signal light 11 with high efficiency, it is desirable that the absorption rate of the excitation light 12 be high.
  • the laser medium is designed so that the power of the excitation light 12 absorbed by the laser medium is approximately 80% to 98% of the power of the excitation light 12 incident on the laser medium.
  • the total power of the excitation light 12 absorbed by each of the laser media 4a and 4b is the excitation power.
  • the total length L of each of the laser media 4a and 4b is determined so that the power of the light 12 is about 80% to 98%.
  • the total length L of each of the laser media 4a, 4b can be shortened.
  • the absorption coefficient increases, the amount of heat generated at the position of the laser medium 4a, 4b where the excitation light 12 is incident increases.
  • the mode of the amplified light 13 deteriorates due to thermal distortion of the laser media 4a, 4b.
  • the absorption coefficient of the excitation light 12 can be increased by increasing the amount of Nd doped.
  • the amount of Nd doped is usually set to 0.5% or less.
  • the amount of Nd doped is usually set to 0.5% or less.
  • the intensity of the signal light 11 can be lowered even if the power of the signal light 11 is the same, thereby reducing the stimulated Raman scattered light 14a, 14b. It is possible. However, the amplification gain in amplifying the laser light changes depending on the intensity of the signal light 11. If the beam diameter of the signal light 11 in the laser media 4a, 4b is increased, the amplification efficiency of the signal light 11 will be reduced. Therefore, there is a limit to increasing the beam diameter of the signal light 11.
  • the beam diameter of the signal light 11 when passing through the laser media 4a, 4b is constant unless otherwise specified.
  • the beam diameter of the signal light 11 does not need to be constant when passing through the laser media 4a, 4b.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a generated in the laser medium 4a is lower when the cut filter 6 is provided than when the cut filter 6 is not provided.
  • FIG. 2 is a first diagram showing an example of the relationship between the intensity of stimulated Raman scattered light 14a, 14b and the position in laser medium 4a, 4b in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a second diagram showing an example of the relationship between the intensity of stimulated Raman scattered light 14a, 14b and the position in laser medium 4a, 4b in the first embodiment.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a at each position of the laser medium 4a and the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b at each position of the laser medium 4b are represented by a line graph.
  • the vertical axis of the graph represents the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a or the stimulated Raman scattered light 14b.
  • the unit of intensity expressed by the vertical axis is arbitrary.
  • the horizontal axis of the graph represents the position in the laser medium 4a, 4b.
  • the position represented by the horizontal axis is the position when it is assumed that the laser medium 4a and the laser medium 4b are continuous with each other. That is, in FIG. 2, it is assumed that there is no interval between the laser medium 4a and the laser medium 4b.
  • the unit of position represented by the horizontal axis is arbitrary.
  • the position "0" is the position of the incident surface of the laser medium 4a into which the signal light 11 is incident.
  • Position "3" is the position of the exit surface 8a of the laser medium 4a, and is also the position of the entrance surface 8b of the laser medium 4b.
  • Position "5" is the position of the output surface of the laser medium 4b from which the signal light 11 is output.
  • the solid line graph represents the relationship between the intensity and position of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b when the cut filter 6 is arranged as shown in FIG. This is the result of calculating the intensity of stimulated Raman scattered light 14a, 14b at each position. In this calculation, the transmittance of the stimulated Raman scattered light 14a in the cut filter 6 was set to 0.01%.
  • the broken line graph is a graph showing the relationship between the intensity and position of the stimulated Raman scattered light 14b when the cut filter 6 is removed, and is a graph showing the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b at each position of the laser medium 4b. This is the result of calculating.
  • the graph shown in FIG. 3 is a graph for the laser medium 4b in FIG.
  • the broken line graph represents the relationship between the intensity and position of the stimulated Raman scattered light 14b when the cut filter 6 is removed.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b when the cut filter 6 is arranged is approximately "0".
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b near the exit surface of the laser medium 4b is lower when the cut filter 6 is disposed than when the cut filter 6 is removed. In this way, the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b is lower when the cut filter 6 is disposed than when the cut filter 6 is removed.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the intensity of the signal light 11 and the position in the laser media 4a, 4b in the first embodiment.
  • the intensity of the signal light 11 at each position of the laser medium 4a and the intensity of the signal light 11 at each position of the laser medium 4b are represented by a line graph.
  • the vertical axis of the graph represents the intensity of the signal light 11.
  • the horizontal axis of the graph represents the position in the laser medium 4a, 4b.
  • the solid line graph represents the relationship between the intensity and position of the signal light 11 when the cut filter 6 is arranged as shown in FIG.
  • the broken line graph represents the relationship between the intensity and position of the signal light 11 when the cut filter 6 is removed.
  • the intensity of the generated stimulated Raman scattered light 14b increases as it approaches the exit surface of the laser medium 4b. As it approaches the exit surface of the laser medium 4b, more of the power of the signal light 11 is converted into the power of the stimulated Raman scattered light 14b. Therefore, the degree to which the intensity of the signal light 11 increases decreases as it approaches the exit surface of the laser medium 4b. Alternatively, the intensity of the signal light 11 decreases as it approaches the exit surface of the laser medium 4b.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b when the cut filter 6 is arranged is lower than when the cut filter 6 is removed. Therefore, by arranging the cut filter 6, it is possible to avoid a decrease in the degree of increase in the intensity of the signal light 11 in the laser medium 4b. Furthermore, it is possible to avoid lowering the intensity of the signal light 11 in the laser medium 4b. Therefore, by including the cut filter 6, the laser device 100 can obtain amplified light 13 with higher intensity.
  • the dielectric multilayer film is formed on each of the first surface 9a and the second surface 9b in the cut filter 6, the dielectric multilayer film is formed only on one of the first surface 9a and the second surface 9b.
  • the proportion of the stimulated Raman scattered light 14a that is removed by the cut filter 6 is greater than in the case where the cut filter 6 removes the stimulated Raman scattered light 14a. Therefore, the laser device 100 can reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b by forming a dielectric multilayer film on each of the first surface 9a and the second surface 9b.
  • the stimulated Raman scattered light 14a is not absorbed in the base material of the cut filter 6, and the stimulated Raman scattered light 14a is absorbed by each of the dielectric multilayer film on the first surface 9a and the dielectric multilayer film on the second surface 9b. It is assumed that the transmittance of 14a is 10%. In this case, by forming a dielectric multilayer film on each of the first surface 9a and the second surface 9b, the transmittance of the stimulated Raman scattered light 14a in the entire cut filter 6 is 1%.
  • the laser device 100 can reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b compared to a case where a dielectric multilayer film is formed only on one of the first surface 9a and the second surface 9b.
  • the cut filter 6 is not limited to one in which a dielectric multilayer film is formed on each of the first surface 9a and the second surface 9b. It is sufficient that the dielectric multilayer film be formed on at least one of the first surface 9a and the second surface 9b. Thereby, the laser device 100 can obtain the effect of reducing the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b.
  • the cut filter 6 is not limited to one including a dielectric multilayer film.
  • the cut filter 6 may be any filter that can remove the stimulated Raman scattered light 14a emitted from the laser medium 4a from the optical path.
  • the number of cut filters 6 disposed on the optical path between the laser medium 4a and the laser medium 4b is not limited to one.
  • a plurality of cut filters 6 may be arranged on the optical path between the laser medium 4a and the laser medium 4b. By arranging a plurality of cut filters 6, the laser device 100 can further reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b.
  • the cut filter 6 is not limited to one that transmits the signal light 11 and the excitation light 12 and reflects the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the cut filter 6 may reflect the signal light 11 and the excitation light 12 and transmit the stimulated Raman scattered light 14a. In this case, the stimulated Raman scattered light 14a passes through the cut filter 6, so that the cut filter 6 removes the stimulated Raman scattered light 14a from the optical path.
  • the cut filter 6 may transmit the signal light 11 and the excitation light 12 and absorb the stimulated Raman scattered light 14a. In this case, the cut filter 6 removes the stimulated Raman scattered light 14a from the optical path by absorbing the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the laser device 100 shown in FIG. 1 includes a so-called backward pumping configuration in which the pumping light 12 is propagated in the opposite direction to the signal light 11 in each of the plurality of laser media 4a and 4b.
  • the laser device 100 may have a so-called forward pumping configuration in which the pumping light 12 is propagated in the same direction as the signal light 11 in each of the plurality of laser media 4a and 4b.
  • FIG. 5 is a diagram showing a modification of the laser device 100 according to the first embodiment.
  • the laser device 100 according to the modification includes a forward excitation configuration.
  • the dichroic mirror 5b is arranged in the optical path of the signal light 11 emitted from the pulsed light source 1.
  • Signal light 11 from pulsed light source 1 is reflected by dichroic mirror 5b and propagates toward laser medium 4a.
  • the excitation light 12 emitted from the excitation optical system 3 is incident on the surface of the dichroic mirror 5b opposite to the surface on which the signal light 11 is incident.
  • the excitation light 12 from the excitation optical system 3 passes through the dichroic mirror 5b and propagates toward the laser medium 4a.
  • the dichroic mirror 5a is arranged in the optical path of the signal light 11 emitted from the laser medium 4b. Signal light 11 emitted from laser medium 4b is reflected by dichroic mirror 5a.
  • the pumping light 12 is incident on the incident surface of the laser medium 4a on which the signal light 11 is incident.
  • the amplification gain in the laser medium 4a is higher as the position is closer to the incident surface, and becomes lower toward the exit surface 8a.
  • the excitation light 12 enters the entrance surface 8b of the laser medium 4b into which the signal light 11 enters.
  • the amplification gain in the laser medium 4b is higher at a position closer to the incident surface 8b, and becomes lower toward the output surface of the laser medium 4b from which the signal light 11 is output.
  • the intensity of the signal light 11 tends to be higher in the laser mediums 4a and 4b than in the case of the backward excitation configuration. Therefore, in the forward excitation configuration, the intensity of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b tends to be higher than in the case of the backward excitation configuration.
  • FIG. 6 shows an example of the relationship between the intensity of stimulated Raman scattered light 14a, 14b and the position in laser medium 4a, 4b for the case of the backward pumping configuration shown in FIG. 1 and the case of the forward pumping configuration shown in FIG. It is a diagram.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a for each position of the laser medium 4a and the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b for each position of the laser medium 4b are represented by a line graph.
  • the vertical and horizontal axes in FIG. 6 are the same as the vertical and horizontal axes in FIG. 2.
  • the solid line graph represents the relationship between the intensity and position of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b in the case of the backward excitation configuration.
  • the broken line graph represents the relationship between the intensity and position of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b in the case of the forward excitation configuration.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a generated in the laser medium 4a is lower in the backward pumping configuration than in the forward pumping configuration.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b is lower than that in the forward pumping configuration.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the intensity of the signal light 11 and the position in the laser media 4a, 4b for the case of the backward excitation configuration shown in FIG. 1 and the case of the forward excitation configuration shown in FIG. 5.
  • the intensity of the signal light 11 at each position of the laser medium 4a and the intensity of the signal light 11 at each position of the laser medium 4b are represented by a line graph.
  • the vertical and horizontal axes in FIG. 7 are the same as the vertical and horizontal axes in FIG. 4.
  • the solid line graph represents the relationship between the intensity and position of the signal light 11 in the case of the backward excitation configuration.
  • the broken line graph represents the relationship between the intensity and position of the signal light 11 in the case of the forward excitation configuration.
  • the intensity of the signal light 11 decreases near the exit surface of the laser medium 4b.
  • the intensity of the signal light 11 does not decrease near the exit surface of the laser medium 4b, and the degree of increase in the intensity of the signal light 11 near the exit surface of the laser medium 4b is It doesn't get smaller.
  • the intensity of the signal light 11 at the exit surface of the laser medium 4b can be increased in the backward pumping configuration compared to the forward pumping configuration.
  • the laser device 100 when the laser device 100 includes the backward excitation configuration, the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b can be reduced and the intensity of the signal light 11 can be increased, compared to the case where the laser device 100 includes the forward excitation configuration.
  • the laser device 100 can obtain the effect of increasing the intensity of the amplified light 13 by providing the cut filter 6 regardless of whether the laser device 100 has a backward pumping configuration or a forward pumping configuration.
  • Laser device 100 may be equipped with either a backward pumping configuration or a forward pumping configuration.
  • the laser device 100 can reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a that is incident on the laser medium 4b by using the cut filter 6 to remove the stimulated Raman scattered light 14a generated in the laser medium 4a.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a incident on the laser medium 4b is lower than the intensity of the white noise component, or if the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a incident on the laser medium 4b is When the intensity is lower than the intensity of the scattered light caused by spontaneous Raman scattering, the intensity I in,R shown in equation (1) is determined by the intensity of the white noise component or the intensity of the scattered light caused by spontaneous Raman scattering.
  • the amount of decrease in the power of the signal light 11 due to stimulated Raman scattering corresponds to the sum of the power of the stimulated Raman scattered light 14a generated in the laser medium 4a and the power of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b.
  • the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a, 14b increases rapidly as the signal light 11 propagates within the laser medium 4a, 4b.
  • the power of the stimulated Raman scattering lights 14a and 14b generated in the laser media 4a and 4b is dominated by either the stimulated Raman scattering light 14a or the stimulated Raman scattering light 14b.
  • the intensity I in,R in each of the laser media 4a and 4b is equal to the intensity of the white noise component or the scattered light due to spontaneous Raman scattering. It is strength.
  • the values of the intensities I in,R in each of the laser media 4a and 4b are approximately the same.
  • the reason why the total value of the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a and 14b generated in each of the laser mediums 4a and 4b is the lowest is the power of the stimulated Raman scattered light 14a generated in the laser medium 4a and the guidance generated in the laser medium 4b. This is when the powers of the Raman scattered light 14b are equal to each other.
  • the length of the laser medium 4b in the optical axis direction must be longer than the length of the laser medium 4a in the optical axis direction. It needs to be short. Since the length of the laser medium 4b in the optical axis direction is shorter than the length of the laser medium 4a in the optical axis direction, the laser device 100 can reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b and achieve high amplification efficiency.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between the division ratio of the laser media 4a and 4b and the total intensity of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b in the first embodiment.
  • the division ratio is defined as the ratio of the length of the laser medium 4a in the optical axis direction to the total length, which is the sum of the length of the laser medium 4a in the optical axis direction and the length of the laser medium 4b in the optical axis direction.
  • a division ratio of 10% means that the ratio of the length in the optical axis direction of the laser medium 4a to the total length is 10%, and the ratio of the length in the optical axis direction of the laser medium 4b to the total length is 90%. %.
  • the relationship between the division ratio of the laser media 4a, 4b and the total intensity of the stimulated Raman scattered lights 14a, 14b is represented by a line graph.
  • the vertical axis of the graph represents the total intensity of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b.
  • the unit of the total value of intensity represented by the vertical axis is arbitrary.
  • the horizontal axis of the graph represents the division ratio of the laser media 4a and 4b.
  • the total intensity of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b is the lowest.
  • the length in the optical axis direction of the laser medium 4b is made shorter than the length in the optical axis direction of the laser medium 4a, and the length in the optical axis direction of each of the laser mediums 4a and 4b is set so that the division ratio is approximately 60%.
  • the intensity the total intensity of the stimulated Raman scattered lights 14a and 14b becomes low.
  • a space for inserting the cut filter 6 is required in the optical path between the laser medium 4a and the laser medium 4b. That is, the laser medium 4a and the laser medium 4b cannot be brought close to each other.
  • the beam diameter of the signal light 11 changes while the signal light 11 propagates between the laser medium 4a and the laser medium 4b.
  • the signal light 11 emitted from the laser medium 4a propagates while converging. Therefore, the beam diameter when entering the laser medium 4b is smaller than the beam diameter when exiting from the laser medium 4a.
  • the intensity of the signal light 11 increases, and the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b generated in the laser medium 4b increases.
  • the lenses 7a and 7b between the exit surface 8a of the laser medium 4a and the entrance surface 8b of the laser medium 4b make the exit surface 8a and the entrance surface 8b optically conjugate, and
  • the beam shape of the signal light 11 on the surface 8a is transferred to the incident surface 8b at a magnification of 1.
  • the laser medium 4a and the laser medium 4b can be optically regarded as one medium.
  • the beam diameter of the signal light 11 at the output surface 8a and the beam diameter of the signal light 11 at the entrance surface 8b are the same, so that the signal light 11 in the laser medium 4b is This prevents the beam diameter from becoming excessively small.
  • the laser device 100 can reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b.
  • the laser device 100 can maintain high amplification efficiency for the signal light 11 because the beam diameter of the signal light 11 at the output surface 8a and the beam diameter of the signal light 11 at the entrance surface 8b are the same.
  • the beam diameter of the signal light 11 at the output surface 8a and the beam diameter of the signal light 11 at the entrance surface 8b are the same, so that deterioration in beam quality can be reduced.
  • the lenses 7a and 7b make the exit surface 8a and the entrance surface 8b optically conjugate, and transfer the beam shape of the signal light 11 on the exit surface 8a to the entrance surface 8b at a magnification greater than 1. It may be something. In this case, regardless of the strength of the thermal lens effect in the laser medium 4a, the beam diameter of the signal light 11 at the entrance surface 8b becomes larger than the beam diameter of the signal light 11 at the exit surface 8a.
  • the intensity of the signal light 11 at the entrance surface 8b decreases.
  • the high power signal light 11 is incident on the entrance surface 8b. Even if the intensity of the signal light 11 at the entrance surface 8b decreases, the intensity of the signal light 11 can remain high at the entrance surface 8b. Therefore, even if the beam diameter of the signal light 11 at the entrance surface 8b becomes large, it is possible to maintain high amplification efficiency in the laser medium 4b.
  • the laser device 100 can maintain high amplification efficiency for the signal light 11 even when the transfer magnification is greater than 1, and can reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b.
  • the laser device 100 is provided with two laser media 4a and 4b, but the number of laser media provided in the laser device 100 is not limited to two.
  • Laser device 100 may be equipped with more than two laser media.
  • a cut filter 6 is provided for each set of two laser media adjacent to each other in the optical path among the plurality of laser media included in the laser device 100. That is, the laser device 100 is equipped with a plurality of cut filters 6. Even when more than two laser media are provided, the laser device 100 can achieve high amplification efficiency for the signal light 11 and reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b.
  • the length in the optical axis direction of the laser medium on which the signal light 11 from the pulsed light source 1 enters last among the plurality of laser media is such that the length in the optical axis direction of the laser medium on which the signal light 11 from the pulsed light source 1 enters first among the plurality of laser media.
  • the length of each laser medium in the optical axis direction is set to be shorter than the length of the laser medium in the optical axis direction.
  • the length in the optical axis direction of the laser medium into which the signal light 11 enters last among the plurality of laser media is such that the length in the optical axis direction of the laser medium into which the signal light 11 enters first among the plurality of laser media. It is shorter than the length of the laser medium in the optical axis direction.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a laser device 101 according to the second embodiment.
  • the laser device 101 adjusts the power of the excitation light 12 based on the result of measuring the power of the stimulated Raman scattered light 14a.
  • Embodiment 2 the same components as in Embodiment 1 described above are given the same reference numerals, and configurations that are different from Embodiment 1 will be mainly explained.
  • the laser device 101 includes the same configuration as the laser device 100 shown in FIG. 1 and a power monitor 20.
  • the power monitor 20 measures the power of the stimulated Raman scattered light 14a removed from the optical path by the cut filter 6, and outputs the measurement result of the power of the stimulated Raman scattered light 14a to the control unit 10.
  • the power monitor 20 shown in FIG. 9 monitors the stimulated Raman scattered light 14a reflected by the cut filter 6.
  • the pulse light source 1 allows the pulse frequency to be changed.
  • the control unit 10 controls the pulse frequency of the pulse light source 1. Further, the control unit 10 controls the power of the excitation light 12 emitted from the excitation light source 2 based on the measurement result of the power of the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the excitation light source 2 emits excitation light 12 whose power is controlled.
  • the average power of the signal light 11 is constant, the smaller the pulse frequency of the signal light 11, the higher the intensity of the signal light 11, and the higher the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a. Furthermore, as the pulse frequency of the signal light 11 increases, the intensity of the signal light 11 decreases, and the intensity of the stimulated Raman scattered light 14a decreases.
  • the control unit 10 causes the stimulated Raman scattered light 14a to be emitted from the excitation light source 2 so that the power of the stimulated Raman scattered light 14a measured by the power monitor 20 is constant.
  • the power of the excitation light 12 is controlled.
  • the power of the excitation light 12 increases, the intensity of the signal light 11 amplified by the laser medium 4a increases, and the power of the stimulated Raman scattered light 14a increases.
  • the power of the excitation light 12 becomes low, the intensity of the signal light 11 amplified by the laser medium 4a becomes low, and the power of the stimulated Raman scattered light 14a becomes low.
  • an upper limit is set on the intensity of the signal light 11 amplified by the laser medium 4a in order to reduce stimulated Raman scattering.
  • the laser device 101 can always increase the intensity of the signal light 11 to this upper limit even when the pulse frequency of the pulsed light source 1 is changed. Thereby, the laser device 101 can achieve high amplification efficiency for the signal light 11 and reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b.
  • control unit 10 controls the power of the signal light 11 based on the measurement result of the power of the stimulated Raman scattering light 14a instead of controlling the power of the excitation light 12 based on the measurement result of the power of the stimulated Raman scattering light 14a. It may be controlled. That is, the control unit 10 may control the power of the signal light 11 emitted from the pulsed light source 1 based on the measurement result of the power of the stimulated Raman scattered light 14a. In this case, the control unit 10 controls the power of the signal light 11 emitted from the pulsed light source 1 so that the power of the stimulated Raman scattered light 14a measured by the power monitor 20 is constant. By controlling the power of the signal light 11, the laser device 101 can always increase the intensity of the signal light 11 to this upper limit even when the pulse frequency of the pulse light source 1 is changed.
  • the cut filter 6 shown in FIG. 9 transmits the signal light 11 and the excitation light 12, and reflects the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the cut filter 6 may reflect the signal light 11 and the excitation light 12 and transmit the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the power monitor 20 measures the power of the stimulated Raman scattered light 14a that has passed through the cut filter 6. Even when the laser device 101 includes the cut filter 6 that transmits the stimulated Raman scattered light 14a, the same effect as when it includes the cut filter 6 that reflects the stimulated Raman scattered light 14a can be obtained.
  • FIG. 9 shows a laser device 101 with a backward pumping configuration.
  • the laser device 101 may have a forward pumping configuration, similar to the laser device 100 shown in FIG. Even when the laser device 101 has a forward pumping configuration, it is possible to achieve high amplification efficiency for the signal light 11 and reduce the intensity of the stimulated Raman scattered light 14b.
  • the laser device 101 controls the power of the excitation light 12 or the power of the signal light 11 based on the result of measuring the power of the stimulated Raman scattered light 14a.
  • the laser device 101 has the effect of being able to reduce stimulated Raman scattering and achieve high amplification efficiency.
  • the control unit 10 is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a circuit on which a processor executes software, or may be a dedicated circuit.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the control circuit 30 according to the first or second embodiment.
  • the control circuit 30 includes an input section 31, a processor 32, a memory 33, and an output section 34.
  • the input unit 31 is an interface circuit that receives data input from outside the control circuit 30 and provides it to the processor 32.
  • the output unit 34 is an interface circuit that sends data from the processor 32 or memory 33 to the outside of the control circuit 30.
  • the processing circuit is the control circuit 30 shown in FIG. 10
  • the functions of the control unit 10 are realized by the processor 32 reading and executing a program stored in the memory 33.
  • the memory 33 is also used as temporary memory in each process performed by the processor 32.
  • the processor 32 is a CPU (Central Processing Unit, also referred to as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, or DSP (Digital Signal Processor)).
  • the memory 33 includes, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). emory), etc., non-volatile Alternatively, volatile semiconductor memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc. are applicable.
  • FIG. 10 is an example of hardware in which the control unit 10 is implemented using a general-purpose processor 32 and memory 33, the control unit 10 may also be implemented using a dedicated hardware circuit.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the dedicated hardware circuit 35 according to the first or second embodiment.
  • the dedicated hardware circuit 35 includes an input section 31, an output section 34, and a processing circuit 36.
  • the processing circuit 36 is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. Note that the control unit 10 may be realized by combining the control circuit 30 and the hardware circuit 35.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a laser processing machine 200 according to the third embodiment.
  • the laser processing machine 200 processes the workpiece 208 by irradiating the workpiece 208 with a laser beam 207 .
  • the same components as in Embodiment 1 or 2 described above are given the same reference numerals, and configurations that are different from Embodiment 1 or 2 will be mainly explained.
  • the laser processing machine 200 may be equipped with the laser device 101 according to the second embodiment instead of the laser device 100.
  • the laser processing machine 200 includes a laser device 100 that emits a laser beam 207 and a processing section 201 that processes a workpiece 208 with the laser beam 207.
  • the laser beam 207 emitted from the laser device 100 is the amplified light 13 shown in FIG.
  • the processing section 201 includes a processing head 202 that emits a laser beam 207 toward a workpiece 208 and a stage 203 that supports the workpiece 208.
  • Beam adjustment optical system 204, mirror 205, and condensing lens 206 are provided inside processing head 202.
  • the laser processing machine 200 moves a laser beam 207 and a workpiece 208 relative to each other and irradiates the workpiece 208 with the laser beam 207, thereby forming a minute machined hole 209 at a specified position in the workpiece 208. form.
  • the workpiece 208 is, for example, an electronic board such as a flexible board or a multilayer board. These substrates are made of resin and copper foil.
  • the wavelength of the laser beam 207 is preferably in the ultraviolet region, which can be absorbed by both resin and copper.
  • the workpiece 208 is not limited to an electronic board, and may be anything that can be processed using the laser beam 207.
  • the processed hole 209 is, for example, a blind hole or a through hole.
  • the plurality of machined holes 209 formed in the workpiece 208 may include machined holes 209 of mutually different sizes.
  • the laser processing machine 200 is not limited to one that forms the processed hole 209, but may also perform processing such as marking.
  • the beam adjustment optical system 204 adjusts the beam diameter and beam profile of the laser beam 207 emitted from the laser device 100 to a desired beam diameter and beam profile set in advance.
  • a laser beam 207 whose beam diameter and beam profile have been adjusted is reflected by a mirror 205 and guided toward a condenser lens 206 .
  • the processing head 202 focuses a laser beam 207 on a workpiece 208 using a focusing lens 206 .
  • the laser processing machine 200 moves the stage 203 in the X direction and the Y direction, which are directions perpendicular to the center line of the laser beam 207.
  • the X direction and the Y direction are perpendicular to each other.
  • the white arrow shown in FIG. 12 represents the direction in which the stage 203 moves.
  • a laser processing machine 200 shown in FIG. 12 moves a stage 203 with respect to a processing head 202 to relatively move a laser beam 207 and a workpiece 208.
  • the laser processing machine 200 may be one that relatively moves the laser beam 207 and the workpiece 208 without moving the stage 203.
  • the laser processing machine 200 may fix the position of the stage 203 and control the incident position of the laser beam 207 on the workpiece 208.
  • a deflection means such as a galvanometer mirror or a polygon mirror may be used.
  • an F ⁇ lens may be used as the condenser lens 206.
  • the laser processing machine 200 can reduce stimulated Raman scattering using the laser devices 100 and 101, and can achieve high amplification efficiency, thereby obtaining a high-output laser beam 207. Thereby, the laser processing machine 200 can process the workpiece 208 at high speed by using the high-power laser beam 207.

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Abstract

レーザ装置（１００）は、シグナル光（１１）を発生させるパルス光源（１）と、励起光（１２）を発生させる励起光源（２）と、シグナル光（１１）の光路にて直列に並べられ、各々が励起光（１２）によって励起されてシグナル光（１１）を増幅させる複数のレーザ媒質（４ａ，４ｂ）と、を備える。複数のレーザ媒質（４ａ，４ｂ）のうちパルス光源（１）からのシグナル光（１１）が最後に入射するレーザ媒質（４ｂ）の光軸方向長さは、複数のレーザ媒質（４ａ，４ｂ）のうちパルス光源（１）からのシグナル光（１１）が最初に入射するレーザ媒質（４ａ）の光軸方向長さよりも短い。

Description

レーザ装置およびレーザ加工機
　本開示は、レーザビームを出射するレーザ装置およびレーザ加工機に関する。
　電気基板等を対象とする小径の穴あけまたはマーキングといった微細加工において、熱影響が少なくかつ高品位な加工を可能とするために、短パルスかつ高パルスエネルギーのレーザ光を発生させるレーザ装置が有効である。レーザ装置は、加工対象の材料、加工後の穴径、または穴深さなどといった加工要求に応じて、出力パルスの繰り返し周波数を広範囲にわたって制御可能であることが望まれる。また、レーザ装置は、微細加工を行うために、集光性が高くかつビーム品質が高いレーザ光を発生可能であることが望まれる。
　半導体レーザは、パルス幅が１００ｎｓ以下である短パルスのレーザ光を発生させることができ、かつ、繰り返し周波数を広範囲にわたって制御できる。ただし、半導体レーザはパワーが低いことから、半導体レーザを加工用光源として用いるためには、光ファイバ増幅器といった増幅器が半導体レーザの後段に必要となる。光ファイバ増幅器は、低パワーのレーザ光を高い効率で増幅させることが可能である。
　短パルスかつ高パルスエネルギーのレーザ光はピークパワーが高く、かつ、ビーム径が小さくなるほどピーク強度が高くなる。ここで、ピークパワーとは、パルスエネルギーをパルス幅で除したものである。ピーク強度とは、ピークパワーをビーム面積で除したものである。ピーク強度が高くなると、増幅器のレーザ媒質が損傷する場合がある。また、ピーク強度が高くなると、誘導ラマン散乱といった非線形光学現象が発生し易くなる。誘導ラマン散乱が発生すると、増幅光のパワーの一部が、所望とするレーザ光の波長よりも長い波長の誘導ラマン散乱光へ変換されることによって、実質的に増幅効率が低下することとなる。
　増幅によって高いビーム品質のレーザ光を得るためには、光ファイバ増幅器のコア径は数μｍから数十μｍ程度に制限される。光ファイバ増幅器では、コア径の制限によってビーム径が小さくなることからピーク強度が高くなり易い。光ファイバ増幅器では、ピーク強度が高くなり易い一方で、ピーク強度が、レーザ媒質を損傷させずかつ非線形光学現象を発生させない程度となるように、レーザ光のピークパワーを抑える必要がある。また、ピーク強度を下げつつレーザ光のピークパワーを高くするためには、比較的大きいビーム径のレーザ光を増幅できる固体レーザ増幅器が使用されることがある。
　特許文献１には、半導体レーザによって１００ｐｓから１００ｎｓ程度のパルス幅のレーザ光である種光を発生させ、光ファイバ増幅器と端面励起型の固体レーザ増幅器とによって種光を増幅するレーザ装置が開示されている。
特開２０１６－５１８９７号公報
　パルス幅が１００ｐｓ以下と非常に短い場合、ピークパワーも非常に高くなる。この場合、固体レーザ増幅器が使用されても、レーザ媒質内におけるレーザ光のピーク強度は非常に高くなり、誘導ラマン散乱が発生することとなる。レーザ装置は、誘導ラマン散乱の発生によって、実質的に増幅効率が低下することとなる。また、ビーム径を大きくすることでピーク強度を低下させることができるが、被増幅光のパワーが低い場合には、ビーム径が大きくなることによって増幅効率が低下することとなる。このため、特許文献１に開示される従来の技術によると、誘導ラマン散乱を低減しつつ高い増幅効率を実現することができない場合があるという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、誘導ラマン散乱を低減でき、かつ高い増幅効率を実現可能とするレーザ装置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、本開示にかかるレーザ装置は、パルス状のレーザ光であるシグナル光を発生させるパルス光源と、励起光を発生させる励起光源と、パルス光源から出射したシグナル光の光路にて直列に並べられ、各々が励起光によって励起されてシグナル光を増幅させる複数のレーザ媒質と、を備える。複数のレーザ媒質のうちパルス光源からのシグナル光が最後に入射するレーザ媒質の光軸方向長さは、複数のレーザ媒質のうちパルス光源からのシグナル光が最初に入射するレーザ媒質の光軸方向長さよりも短い。
　本開示にかかるレーザ装置は、誘導ラマン散乱を低減でき、かつ高い増幅効率を実現できるという効果を奏する。
実施の形態１にかかるレーザ装置の構成例を示す図 実施の形態１における誘導ラマン散乱光の強度とレーザ媒質における位置との関係の例を示す第１の図 実施の形態１における誘導ラマン散乱光の強度とレーザ媒質における位置との関係の例を示す第２の図 実施の形態１におけるシグナル光の強度とレーザ媒質における位置との関係の例を示す図 実施の形態１にかかるレーザ装置の変形例を示す図 図１に示す後方励起構成の場合と図５に示す前方励起構成の場合とについて、誘導ラマン散乱光の強度とレーザ媒質における位置との関係の例を示す図 図１に示す後方励起構成の場合と図５に示す前方励起構成の場合とについて、シグナル光の強度とレーザ媒質における位置との関係の例を示す図 実施の形態１におけるレーザ媒質の分割割合と誘導ラマン散乱光の強度の合計値との関係の例を示す図 実施の形態２にかかるレーザ装置の構成例を示す図 実施の形態１または２にかかる制御回路の構成例を示す図 実施の形態１または２にかかる専用のハードウェア回路の構成例を示す図 実施の形態３にかかるレーザ加工機の構成例を示す図
　以下に、実施の形態にかかるレーザ装置およびレーザ加工機を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかるレーザ装置１００の構成例を示す図である。レーザ装置１００は、パルス光源１と、励起光源２と、励起光学系３と、複数のレーザ媒質であるレーザ媒質４ａ，４ｂと、ダイクロイックミラー５ａ，５ｂと、カットフィルタ６と、レンズ７ａ，７ｂと、レーザ装置１００の全体を制御する制御部１０とを備える。
　パルス光源１は、例えば半導体レーザである。パルス光源１は、パルス状のレーザ光であるシグナル光１１を発生させる。実施の形態１において、シグナル光１１のパルス幅は、１００ｐｓ以下である。パルス光源１は、半導体レーザと光ファイバ増幅器とを備える光源であっても良い。この場合、パルス光源１は、半導体レーザによって発生させたパルス光を光ファイバ増幅器によって増幅させ、増幅させたパルス光を出射する。または、パルス光源１は、モードロックレーザであっても良い。シグナル光１１の波長は、例えば１０６４ｎｍである。パルス光源１の繰り返し周波数は、例えば１００ｋＨｚから１０ＭＨｚに含まれる。図１では、シグナル光１１が伝搬する様子を実線矢印により表す。
　励起光源２は、例えば半導体レーザである。励起光源２は、励起光１２を発生させる。図１では、励起光１２が伝搬する様子を一点鎖線矢印により表す。励起光学系３は、励起光源２から出射した励起光１２をレーザ媒質４ａ，４ｂへ伝搬させる。レーザ媒質４ａ，４ｂは、パルス光源１から出射したシグナル光１１の光路にて直列に並べられている。レーザ媒質４ａ，４ｂの各々は、励起光１２によって励起されてシグナル光１１を増幅させる。なお、以下の説明において、光路とは、シグナル光１１の光路を指すものとする。
　レーザ媒質４ａ，４ｂの各々は、いわゆる固体レーザ媒質である。レーザ媒質４ａ，４ｂの各々は、円柱または角柱といった形状である。レーザ媒質４ｂの光軸方向長さは、レーザ媒質４ａの光軸方向長さよりも短い。図１において、レーザ媒質４ａにおける実線矢印の方向がレーザ媒質４ａの光軸方向である。図１において、レーザ媒質４ｂにおける実線矢印の方向がレーザ媒質４ｂの光軸方向である。光軸方向とは、シグナル光１１である光束の中心線の方向であるものとする。
　レーザ媒質４ａ，４ｂの各々は、例えば、ＹＡＧ（Yttrium　Aluminum　Garnet）、ＹＶＯ４（Yttrium　Vanadate）、ＧｄＶＯ４（Gadolinium　Vanadate）、またはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）といったレーザ結晶、あるいは光学ガラスに、希土類元素またはチタンが添加されたレーザ媒質である。レーザ媒質４ａ，４ｂの各々に添加される希土類元素は、Ｎｄ（ネオジム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、またはＰｒ（プラセオジム）である。レーザ媒質４ａの側面とレーザ媒質４ｂの側面とは、直接または間接的に冷却されている。
　シグナル光１１のパルス幅が１００ｐｓ以下と短いことから、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々で増幅されたシグナル光１１のピーク強度が高くなる。レーザ媒質４ａへシグナル光１１が入射することによって、レーザ媒質４ａでは、非線形光学現象の一種である誘導ラマン散乱が発生する。レーザ媒質４ａでは、誘導ラマン散乱による散乱光である誘導ラマン散乱光１４ａが発生する。レーザ媒質４ａからは、シグナル光１１とともに誘導ラマン散乱光１４ａが出射する。
　レーザ媒質４ｂへシグナル光１１が入射することによって、レーザ媒質４ｂでも誘導ラマン散乱が発生する。レーザ媒質４ｂでは、誘導ラマン散乱による散乱光である誘導ラマン散乱光１４ｂが発生する。レーザ媒質４ｂからは、シグナル光１１とともに誘導ラマン散乱光１４ｂが出射する。図１では、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの各々が伝搬する様子を破線矢印により表す。
　ダイクロイックミラー５ａは、パルス光源１から出射したシグナル光１１の光路に配置されている。パルス光源１からのシグナル光１１は、ダイクロイックミラー５ａで反射し、レーザ媒質４ａの方へ伝搬する。ダイクロイックミラー５ｂは、レーザ媒質４ｂから出射したシグナル光１１の光路に配置されている。レーザ媒質４ｂから出射したシグナル光１１は、ダイクロイックミラー５ｂで反射する。励起光学系３から出射した励起光１２は、ダイクロイックミラー５ｂのうちシグナル光１１が入射する面とは逆側の面へ入射する。励起光学系３からの励起光１２は、ダイクロイックミラー５ｂを透過し、レーザ媒質４ｂの方へ伝搬する。
　カットフィルタ６は、２つのレーザ媒質４ａ，４ｂの間の光路に配置されている。カットフィルタ６は、レーザ媒質４ａから出射される誘導ラマン散乱光１４ａを光路から除去する。カットフィルタ６は、シグナル光１１の波長と励起光１２の波長とについては入射する光の大部分を透過させ、かつ、誘導ラマン散乱光１４ａの波長については入射する光の大部分を反射するように設計される。カットフィルタ６は、母材と、母材にコーティングされた誘電体多層膜とを備える。母材は、例えば、合成石英またはＢＫ７といった光学ガラスである。
　実施の形態１において、誘電体多層膜は、第１面９ａおよび第２面９ｂの各々に形成されている。第１面９ａは、カットフィルタ６のうちシグナル光１１が入射する面である。第２面９ｂは、カットフィルタ６のうちシグナル光１１が出射する面である。第１面９ａの誘電体多層膜と第２面９ｂの誘電体多層膜との各々は、シグナル光１１の大部分と励起光１２の大部分とを透過し、かつ誘導ラマン散乱光１４ａの大部分を反射する。
　レンズ７ａは、レーザ媒質４ａとカットフィルタ６との間の光路に配置されている。レンズ７ｂは、カットフィルタ６とレーザ媒質４ｂとの間の光路に配置されている。レンズ７ａ，７ｂの各々は、転写光学系を構成する光学素子である。レンズ７ａ，７ｂは、レーザ媒質４ａの出射面８ａとレーザ媒質４ｂの入射面８ｂとを光学的に共役とさせる。また、レンズ７ａ，７ｂは、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム形状を１倍の倍率で入射面８ｂに転写させる。出射面８ａは、レーザ媒質４ａのうちシグナル光１１が出射する面である。入射面８ｂは、レーザ媒質４ｂのうちシグナル光１１が入射する面である。
　レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとは、光路においてカットフィルタ６およびレンズ７ａ，７ｂを介して互いに隣り合う。レーザ媒質４ａは、２つのレーザ媒質４ａ，４ｂの一方であってシグナル光１１が先に入射する第１のレーザ媒質である。レーザ媒質４ｂは、２つのレーザ媒質４ａ，４ｂの他方であって第１のレーザ媒質からのシグナル光１１が入射する第２のレーザ媒質である。また、レーザ媒質４ａは、レーザ装置１００に備えられている複数のレーザ媒質４ａ，４ｂのうち、パルス光源１からのシグナル光１１が最初に入射するレーザ媒質である。レーザ媒質４ｂは、レーザ装置１００に備えられている複数のレーザ媒質４ａ，４ｂのうち、パルス光源１からのシグナル光１１が最後に入射するレーザ媒質である。
　制御部１０は、パルス光源１へ指令を出力することによって、パルス光源１を制御する。パルス光源１は、指令に従ってシグナル光１１を出射する。制御部１０は、励起光源２へ指令を出力することによって、励起光源２を制御する。励起光源２は、指令に従って励起光１２を出射する。
　パルス光源１から出射したシグナル光１１は、ダイクロイックミラー５ａで反射し、レーザ媒質４ａへ入射する。レーザ媒質４ａで増幅されたシグナル光１１は、レーザ媒質４ａから出射した後、レンズ７ａとカットフィルタ６とレンズ７ｂとを順次透過し、レーザ媒質４ｂへ入射する。レーザ媒質４ｂで増幅されたシグナル光１１は、ダイクロイックミラー５ｂで反射する。レーザ媒質４ａ，４ｂで増幅されたシグナル光１１である増幅光１３は、ダイクロイックミラー５ｂで反射した後、レーザ装置１００の外部へ出射する。
　励起光源２から出射した励起光１２は、励起光学系３とダイクロイックミラー５ｂとを順次透過し、レーザ媒質４ｂへ入射する。レーザ媒質４ｂを透過した励起光１２は、レンズ７ｂとカットフィルタ６とレンズ７ａとを順次透過し、レーザ媒質４ａへ入射する。
　レーザ媒質４ａで発生した誘導ラマン散乱光１４ａは、シグナル光１１とともにレーザ媒質４ａの出射面８ａから出射する。誘導ラマン散乱光１４ａは、レンズ７ａを透過した後、カットフィルタ６へ入射する。カットフィルタ６に形成されている誘電体多層膜の各々は、シグナル光１１を透過させるとともに、誘導ラマン散乱光１４ａを反射することによって、シグナル光１１から誘導ラマン散乱光１４ａを分離させる。これにより、カットフィルタ６は、光路から誘導ラマン散乱光１４ａを除去する。なお、レーザ媒質４ｂで発生した誘導ラマン散乱光１４ｂは、シグナル光１１とともにレーザ媒質４ｂから出射し、シグナル光１１とともに伝搬する。
　レーザ媒質４ａ，４ｂの各々が、ＮｄがドープされたＹＶＯ４結晶である場合、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの波数は、シグナル光１１の波数よりも８９０ｃｍ-1低い。すなわち、シグナル光１１の波長が１０６４ｎｍである場合、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの波長は、およそ１１７５ｎｍである。このように、レーザ媒質４ａ，４ｂでは、レーザ媒質４ａ，４ｂへ入射したシグナル光１１の一部が、シグナル光１１の波長よりも長い波長の誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂへ変換される。
　ここで、レーザ媒質４ａ，４ｂから出射する誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度について説明する。レーザ媒質４ａ，４ｂを１つのレーザ媒質と見立てた場合において、レーザ媒質から出射される誘導ラマン散乱光の強度は、次の式（１）により表される。式（１）では、誘導ラマン散乱光の発生によるシグナル光１１の減衰は考慮しないものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　Ｉout,Rは、レーザ媒質から出射される誘導ラマン散乱光の強度を表す。Ｉin,Rは、レーザ媒質へ入射する光の強度であって、誘導ラマン散乱光の波長における光の強度を表す。ｇrは、レーザ媒質のラマン利得を表す。例えば、レーザ媒質が、ＮｄがドープされたＹＶＯ４結晶である場合、ラマン利得ｇrは、４．５ｃｍ／ＧＷである。Ｌは、レーザ媒質の光軸方向長さを表す。ｚは、レーザ媒質内の位置であって光軸方向における位置を表す。Ｉs（ｚ）は、位置ｚにおける光の強度であってシグナル光１１の波長における光の強度を表す。レーザ媒質へ入射する光に誘導ラマン散乱光が含まれない場合、Ｉin,Rは、ホワイトノイズ成分の強度、または、レーザ媒質における自発的なラマン散乱による散乱光の強度を表す。自発的なラマン散乱とは、シグナル光１１による誘導ラマン散乱以外のラマン散乱とする。以下の説明において、レーザ媒質内の位置とは、光軸方向における位置とする。
　誘導ラマン散乱光の発生によるシグナル光１１の減衰を考慮する場合、レーザ媒質内の位置ｚ＋Δｚにおける誘導ラマン散乱光の強度ＩR（ｚ＋Δｚ）は、強度ＩR（ｚ）と強度Ｉs（ｚ）とを用いて、次の式（２）により表される。誘導ラマン散乱光の発生によるシグナル光１１の減衰を考慮する場合、レーザ媒質内の位置ｚ＋Δｚにおけるシグナル光１１の波長の光の強度Ｉs（ｚ＋Δｚ）は、強度ＩR（ｚ）と強度Ｉs（ｚ）とを用いて、次の式（３）により表される。強度ＩR（ｚ）は、位置ｚにおける誘導ラマン散乱光の強度とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　Ｇ（ｚ）は、レーザ媒質のうち位置ｚにおける増幅ゲインであってシグナル光１１の波長における増幅ゲインを表す。ここでは、シグナル光１１のビーム径は一定であるものとする。誘導ラマン散乱光のビーム径は一定であるものとする。
　位置ｚから位置ｚ＋Δｚまでの部分で発生する誘導ラマン散乱光の強度ΔＩR（ｚ）について、ΔＩR（ｚ）＝ＩR（ｚ＋Δｚ）－ＩR（ｚ）が成り立つ。また、強度ΔＩR（ｚ）は、次の式（４）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（４）によると、位置ｚにおける強度ＩR（ｚ）が高いほど、位置ｚから位置ｚ＋Δｚまでの部分で発生する誘導ラマン散乱光の強度ΔＩR（ｚ）は高くなる。すなわち、シグナル光１１を増幅させる過程において誘導ラマン散乱光の強度を低くすることができれば、その後発生する誘導ラマン散乱光の強度を低くすることが可能である。また、式（１）によると、レーザ媒質の長さＬが短いほど、レーザ媒質から出射される誘導ラマン散乱光の強度Ｉout,Rを低くすることができる。
　長さＬは、励起光１２に対するレーザ媒質の吸収係数によって決定される。高い効率でシグナル光１１を増幅可能とするためには、励起光１２の吸収率が高いことが望まれる。レーザ媒質で吸収される励起光１２のパワーが、レーザ媒質へ入射する励起光１２のパワーの８０％から９８％程度となるように、レーザ媒質は設計される。実施の形態１のように励起光１２が伝搬する方向へ複数のレーザ媒質４ａ，４ｂが直列に並べられている場合、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々で吸収される励起光１２の合計パワーが励起光１２のパワーの８０％から９８％程度となるように、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々の長さＬの合計が決定される。
　励起光１２に対する吸収係数が大きいレーザ媒質４ａ，４ｂが使用されることによって、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々の長さＬの合計を短くすることができる。ただし、吸収係数が大きくなるほど、レーザ媒質４ａ，４ｂのうち励起光１２が入射する位置における発熱量が大きくなる。発熱量が大きくなると、レーザ媒質４ａ，４ｂの熱的な歪みによって増幅光１３のモードが悪化する。例えば、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々が、ＮｄがドープされたＹＶＯ４結晶である場合、Ｎｄのドープ量を増加させることによって励起光１２の吸収係数を大きくすることができる。ただし、励起光１２の波長にもよるが、増幅光１３のモードの悪化を防ぐためには、通常、Ｎｄのドープ量は０．５％以下とされる。このように、レーザ媒質４ａ，４ｂの吸収係数を大きくするには限界がある。レーザ媒質４ａ，４ｂから出射される誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度を低くするにはレーザ媒質４ａ，４ｂの各々の長さＬの合計を短くすることが望まれる一方、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々の長さＬの合計を短くするには限界がある。
　レーザ媒質４ａ，４ｂにおけるシグナル光１１のビーム径を大きくすれば、シグナル光１１のパワーが同じであってもシグナル光１１の強度を低くすることができるため、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂを低減し得る。ただし、レーザ光の増幅における増幅ゲインは、シグナル光１１の強度によって変わる。レーザ媒質４ａ，４ｂにおけるシグナル光１１のビーム径を大きくすると、シグナル光１１の増幅効率が低下することとなる。このため、シグナル光１１のビーム径を大きくするには限界がある。
　なお、以下の説明では、特に記載が無い限り、レーザ媒質４ａ，４ｂを透過するときにおけるシグナル光１１のビーム径は一定であるものとする。ただし、実際には、レーザ媒質４ａ，４ｂを透過するときにおけるシグナル光１１のビーム径は一定である必要は無いものとする。
　実施の形態１では、レーザ媒質４ａで発生した誘導ラマン散乱光１４ａのパワーの大部分がカットフィルタ６でカットされるため、レーザ媒質４ｂへ入射する誘導ラマン散乱光１４ａの強度は低くなる。このため、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は、カットフィルタ６が設けられる場合のほうが、カットフィルタ６が設けられない場合に比べて低くなる。
　図２は、実施の形態１における誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度とレーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置との関係の例を示す第１の図である。図３は、実施の形態１における誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度とレーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置との関係の例を示す第２の図である。
　図２では、レーザ媒質４ａの位置ごとにおける誘導ラマン散乱光１４ａの強度と、レーザ媒質４ｂの位置ごとにおける誘導ラマン散乱光１４ｂの強度とを線グラフにより表す。グラフの縦軸は、誘導ラマン散乱光１４ａの強度または誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を表す。縦軸により表す強度の単位は任意であるものとする。グラフの横軸は、レーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置を表す。横軸により表す位置は、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとが互いに一続きであるものとみなした場合における位置とする。すなわち、図２では、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとの間隔は無いものとみなす。横軸により表す位置の単位は任意であるものとする。位置「０」は、レーザ媒質４ａのうちシグナル光１１が入射する入射面の位置とする。位置「３」は、レーザ媒質４ａの出射面８ａの位置であって、レーザ媒質４ｂの入射面８ｂの位置でもあるものとする。位置「５」は、レーザ媒質４ｂのうちシグナル光１１が出射する出射面の位置とする。
　図２において、実線のグラフは、図１に示すようにカットフィルタ６が配置される場合における誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度と位置との関係を表すグラフであって、レーザ媒質４ａ，４ｂの位置ごとにおける誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度を計算した結果である。かかる計算では、カットフィルタ６における誘導ラマン散乱光１４ａの透過率を０．０１％とした。図２において、破線のグラフは、カットフィルタ６が除かれる場合における誘導ラマン散乱光１４ｂの強度と位置との関係を表すグラフであって、レーザ媒質４ｂの位置ごとにおける誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を計算した結果である。図３に示すグラフは、図２のうちレーザ媒質４ｂについてのグラフであって、図２における縦軸の対数表示を線形表示に変えたものである。図３において、破線のグラフは、カットフィルタ６が除かれる場合における誘導ラマン散乱光１４ｂの強度と位置との関係を表す。図３に示すグラフでは、カットフィルタ６が配置される場合における誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は、ほぼ「０」である。
　図２および図３によると、レーザ媒質４ｂのうち出射面の付近における誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は、カットフィルタ６が配置される場合のほうが、カットフィルタ６が除かれる場合に比べて低い。このように、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は、カットフィルタ６が配置される場合のほうが、カットフィルタ６が除かれる場合に比べて低い。
　図４は、実施の形態１におけるシグナル光１１の強度とレーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置との関係の例を示す図である。図４では、レーザ媒質４ａの位置ごとにおけるシグナル光１１の強度と、レーザ媒質４ｂの位置ごとにおけるシグナル光１１の強度とを線グラフにより表す。グラフの縦軸は、シグナル光１１の強度を表す。グラフの横軸は、レーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置を表す。図４において、実線のグラフは、図１に示すようにカットフィルタ６が配置される場合におけるシグナル光１１の強度と位置との関係を表す。破線のグラフは、カットフィルタ６が除かれる場合におけるシグナル光１１の強度と位置との関係を表す。
　カットフィルタ６が除かれる場合、レーザ媒質４ｂの出射面に近づくにつれて、発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度が高くなる。レーザ媒質４ｂの出射面に近づくにつれて、シグナル光１１の多くのパワーが誘導ラマン散乱光１４ｂのパワーへ変換される。このため、レーザ媒質４ｂの出射面に近づくにつれて、シグナル光１１の強度が増加する度合いが減少する。または、レーザ媒質４ｂの出射面に近づくにつれて、シグナル光１１の強度が低くなる。
　図２および図３に示すように、カットフィルタ６が配置される場合においてレーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は、カットフィルタ６が除かれる場合に比べて低い。このため、カットフィルタ６が配置されることによって、レーザ媒質４ｂにおけるシグナル光１１の強度が増加する度合いの減少を回避できる。また、レーザ媒質４ｂにおけるシグナル光１１の強度が低くなることを回避できる。したがって、レーザ装置１００は、カットフィルタ６を備えることによって、より強度が高い増幅光１３を得ることができる。
　カットフィルタ６によって除去される誘導ラマン散乱光１４ａの割合が大きいほど、レーザ媒質４ｂへ入射する誘導ラマン散乱光１４ａの強度は低くなる。レーザ媒質４ｂへ入射する誘導ラマン散乱光１４ａの強度が低いほど、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は低くなる。カットフィルタ６において第１面９ａおよび第２面９ｂの各々に誘電体多層膜が形成されていることによって、第１面９ａおよび第２面９ｂの一方のみに誘電体多層膜が形成されている場合に比べて、カットフィルタ６によって除去される誘導ラマン散乱光１４ａの割合が大きくなる。このため、レーザ装置１００は、第１面９ａおよび第２面９ｂの各々に誘電体多層膜が形成されていることによって、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。
　ここで、カットフィルタ６の母材における誘導ラマン散乱光１４ａの吸収が無く、かつ、第１面９ａの誘電体多層膜および第２面９ｂの誘電体多層膜の１つ当たりにおける誘導ラマン散乱光１４ａの透過率が１０％とする。この場合、第１面９ａおよび第２面９ｂの各々に誘電体多層膜が形成されることによって、カットフィルタ６の全体における誘導ラマン散乱光１４ａの透過率は１％となる。レーザ装置１００は、第１面９ａおよび第２面９ｂの一方のみに誘電体多層膜が形成される場合に比べて、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。
　なお、実施の形態１において、カットフィルタ６は、第１面９ａおよび第２面９ｂの各々に誘電体多層膜が形成されているものに限られない。誘電体多層膜は、第１面９ａおよび第２面９ｂの少なくとも一方に形成されていれば良いものとする。これにより、レーザ装置１００は、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減させる効果を得ることができる。カットフィルタ６は、誘電体多層膜を備えるものに限られない。カットフィルタ６は、レーザ媒質４ａから出射される誘導ラマン散乱光１４ａを光路から除去可能なものであれば良い。
　レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとの間の光路に配置されるカットフィルタ６は１つに限られない。レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとの間の光路には複数のカットフィルタ６が配置されても良い。レーザ装置１００は、複数のカットフィルタ６が配置されることによって、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度をさらに低減できる。
　カットフィルタ６は、シグナル光１１と励起光１２とを透過させ、かつ誘導ラマン散乱光１４ａを反射するものに限られない。カットフィルタ６は、シグナル光１１と励起光１２とを反射し、かつ誘導ラマン散乱光１４ａを透過させるものであっても良い。この場合、誘導ラマン散乱光１４ａがカットフィルタ６を透過することによって、カットフィルタ６は、光路から誘導ラマン散乱光１４ａを除去する。または、カットフィルタ６は、シグナル光１１と励起光１２とを透過させ、かつ誘導ラマン散乱光１４ａを吸収するものであっても良い。この場合、カットフィルタ６は、誘導ラマン散乱光１４ａを吸収することによって、光路から誘導ラマン散乱光１４ａを除去する。
　図１に示すレーザ装置１００は、複数のレーザ媒質であるレーザ媒質４ａ，４ｂの各々においてシグナル光１１とは逆の向きへ励起光１２を伝搬させる、いわゆる後方励起構成を備える。レーザ装置１００は、複数のレーザ媒質であるレーザ媒質４ａ，４ｂの各々においてシグナル光１１と同じ向きへ励起光１２を伝搬させる、いわゆる前方励起構成を備えるものでも良い。図５は、実施の形態１にかかるレーザ装置１００の変形例を示す図である。変形例にかかるレーザ装置１００は、前方励起構成を備える。
　変形例において、ダイクロイックミラー５ｂは、パルス光源１から出射したシグナル光１１の光路に配置されている。パルス光源１からのシグナル光１１は、ダイクロイックミラー５ｂで反射し、レーザ媒質４ａの方へ伝搬する。励起光学系３から出射した励起光１２は、ダイクロイックミラー５ｂのうちシグナル光１１が入射する面とは逆側の面へ入射する。励起光学系３からの励起光１２は、ダイクロイックミラー５ｂを透過し、レーザ媒質４ａの方へ伝搬する。ダイクロイックミラー５ａは、レーザ媒質４ｂから出射したシグナル光１１の光路に配置されている。レーザ媒質４ｂから出射したシグナル光１１は、ダイクロイックミラー５ａで反射する。
　前方励起構成では、レーザ媒質４ａのうちシグナル光１１が入射する入射面へ励起光１２が入射する。レーザ媒質４ａにおける増幅ゲインは、入射面に近い位置ほど高く、出射面８ａの方へ向かうに従って低くなる。前方励起構成では、レーザ媒質４ｂのうちシグナル光１１が入射する入射面８ｂへ励起光１２が入射する。レーザ媒質４ｂにおける増幅ゲインは、入射面８ｂに近い位置ほど高く、レーザ媒質４ｂのうちシグナル光１１が出射する出射面の方へ向かうに従って低くなる。前方励起構成では、後方励起構成の場合に比べて、レーザ媒質４ａ，４ｂにおいてシグナル光１１の強度が高くなり易い。よって、前方励起構成では、後方励起構成の場合に比べて、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度が高くなり易い。
　図６は、図１に示す後方励起構成の場合と図５に示す前方励起構成の場合とについて、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度とレーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置との関係の例を示す図である。図６では、レーザ媒質４ａの位置ごとにおける誘導ラマン散乱光１４ａの強度と、レーザ媒質４ｂの位置ごとにおける誘導ラマン散乱光１４ｂの強度とを線グラフにより表す。図６における縦軸および横軸は、図２における縦軸および横軸と同様であるものとする。
　図６において、実線のグラフは、後方励起構成の場合における誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度と位置との関係を表す。図６において、破線のグラフは、前方励起構成の場合における誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度と位置との関係を表す。図６によると、後方励起構成の場合は前方励起構成の場合と比べて、レーザ媒質４ａで発生する誘導ラマン散乱光１４ａの強度が低い。また、後方励起構成の場合は前方励起構成の場合と比べて、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度が低い。
　図７は、図１に示す後方励起構成の場合と図５に示す前方励起構成の場合とについて、シグナル光１１の強度とレーザ媒質４ａ，４ｂにおける位置との関係の例を示す図である。図７では、レーザ媒質４ａの位置ごとにおけるシグナル光１１の強度と、レーザ媒質４ｂの位置ごとにおけるシグナル光１１の強度とを線グラフにより表す。図７における縦軸および横軸は、図４における縦軸および横軸と同様であるものとする。
　図７において、実線のグラフは、後方励起構成の場合におけるシグナル光１１の強度と位置との関係を表す。破線のグラフは、前方励起構成の場合におけるシグナル光１１の強度と位置との関係を表す。前方励起構成の場合、レーザ媒質４ｂのうち出射面の付近においてシグナル光１１の強度が低下する。一方、後方励起構成の場合、レーザ媒質４ｂのうち出射面の付近においてシグナル光１１の強度は低下せず、かつ、レーザ媒質４ｂのうち出射面の付近においてシグナル光１１の強度の増加の度合いは小さくならない。図７によると、後方励起構成の場合は前方励起構成の場合と比べて、レーザ媒質４ｂの出射面におけるシグナル光１１の強度を高めることができる。
　このように、レーザ装置１００は、後方励起構成を備える場合、前方励起構成を備える場合と比べて、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減でき、かつ、シグナル光１１の強度を高めることができる。なお、レーザ装置１００は、後方励起構成と前方励起構成とのどちらを備える場合も、カットフィルタ６を備えることによって増幅光１３の強度を高くする効果を得ることができる。レーザ装置１００には、後方励起構成と前方励起構成とのどちらが備えられても良い。
　レーザ装置１００は、レーザ媒質４ａで発生する誘導ラマン散乱光１４ａをカットフィルタ６で除去することによって、レーザ媒質４ｂに入射する誘導ラマン散乱光１４ａの強度を低減できる。ただし、レーザ媒質４ｂに入射する誘導ラマン散乱光１４ａの強度がホワイトノイズ成分の強度よりも低い場合、または、レーザ媒質４ｂに入射する誘導ラマン散乱光１４ａの強度が、レーザ媒質４ａ，４ｂにおける自発的なラマン散乱による散乱光の強度よりも低い場合は、式（１）に示される強度Ｉin,Rは、ホワイトノイズ成分の強度、または、自発的なラマン散乱による散乱光の強度により決まる。
　誘導ラマン散乱によるシグナル光１１のパワーの低下量は、レーザ媒質４ａで発生する誘導ラマン散乱光１４ａのパワーと、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂのパワーとの和に相当する。図２または図６から分かるように、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度は、レーザ媒質４ａ，４ｂ内をシグナル光１１が伝搬するにつれて急激に高くなる。通常、レーザ媒質４ａ，４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂのパワーは、誘導ラマン散乱光１４ａと誘導ラマン散乱光１４ｂとのどちらかが支配的となる。
　カットフィルタ６による誘導ラマン散乱光１４ａの除去率が十分に高い場合、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々における強度Ｉin,Rは、ホワイトノイズ成分の強度、または、自発的なラマン散乱による散乱光の強度である。レーザ媒質４ａ，４ｂの各々における強度Ｉin,Rの値は、互いに同程度である。レーザ媒質４ａ，４ｂの各々で発生する誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度の合計値が最も低くなるのは、レーザ媒質４ａで発生する誘導ラマン散乱光１４ａのパワーとレーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂのパワーとが互いに等しいときである。
　ここで、カットフィルタ６による誘導ラマン散乱光１４ａの除去率が十分に高く、かつ、レーザ媒質４ａ，４ｂの各々が互いに同じ組成の媒質であるものとする。レーザ媒質４ａで発生する誘導ラマン散乱光１４ａの強度Ｉin,Rとレーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度Ｉin,Rとが互いに等しくなるには、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとにおいて、式（１）のうち積分されたＩs（ｚ）の値が互いに同じである必要がある。
　シグナル光１１はレーザ媒質４ａ，４ｂ内において増幅しながら伝搬するため、レーザ媒質４ｂ内におけるシグナル光１１の強度は、レーザ媒質４ａ内におけるシグナル光１１の強度よりも高い。したがって、積分されたＩs（ｚ）の値がレーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとにおいて互いに同じであるためには、レーザ媒質４ｂの光軸方向長さがレーザ媒質４ａの光軸方向長さよりも短い必要がある。レーザ装置１００は、レーザ媒質４ｂの光軸方向長さがレーザ媒質４ａの光軸方向長さよりも短いことによって、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減でき、かつ高い増幅効率を実現できる。
　図８は、実施の形態１におけるレーザ媒質４ａ，４ｂの分割割合と誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度の合計値との関係の例を示す図である。分割割合とは、レーザ媒質４ａの光軸方向長さとレーザ媒質４ｂの光軸方向長さとの和である合計長さに対する、レーザ媒質４ａの光軸方向長さの割合とする。例えば、分割割合１０％とは、合計長さに対するレーザ媒質４ａの光軸方向長さの割合が１０％であって、かつ、合計長さに対するレーザ媒質４ｂの光軸方向長さの割合が９０％であることを表す。
　図８では、レーザ媒質４ａ，４ｂの分割割合と誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度の合計値との関係を折れ線グラフにより表す。グラフの縦軸は、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度の合計値を表す。縦軸により表す強度の合計値の単位は任意であるものとする。グラフの横軸は、レーザ媒質４ａ，４ｂの分割割合を表す。
　図８に示す例では、分割割合が６０％であるときに、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度の合計値が最も低くなる。この場合、レーザ媒質４ｂの光軸方向長さがレーザ媒質４ａの光軸方向長さよりも短くされ、さらに、分割割合がおよそ６０％となるようにレーザ媒質４ａ，４ｂの各々の光軸方向長さが設定されることによって、誘導ラマン散乱光１４ａ，１４ｂの強度の合計値が低くなる。
　実施の形態１では、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとの間の光路に、カットフィルタ６が挿入される分のスペースが必要である。すなわち、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとを互いに近接させることができない。レーザ媒質４ａに熱レンズ効果が発生した場合には、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとの間をシグナル光１１が伝搬する間にシグナル光１１のビーム径が変化することとなる。レーザ媒質４ａに熱レンズ効果が発生すると、レーザ媒質４ａから出射したシグナル光１１は、収束しながら伝搬する。このため、レーザ媒質４ｂへ入射するときのビーム径が、レーザ媒質４ａから出射するときのビーム径よりも小さくなる。レーザ媒質４ｂにおけるビーム径が小さいほど、シグナル光１１の強度が増加することとなり、レーザ媒質４ｂにおいて発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度が高くなる。
　実施の形態１において、レーザ媒質４ａの出射面８ａとレーザ媒質４ｂの入射面８ｂとの間のレンズ７ａ，７ｂは、出射面８ａと入射面８ｂとを光学的に共役とさせ、かつ、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム形状を１倍の倍率で入射面８ｂに転写させる。この場合、出射面８ａと入射面８ｂとの光学的距離がゼロとなるため、レーザ媒質４ａとレーザ媒質４ｂとは、光学的に１つの媒質とみなすことが可能である。レーザ媒質４ａにおける熱レンズ効果の強さに関わらず、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム径と入射面８ｂにおけるシグナル光１１のビーム径とは互いに同じとなるため、レーザ媒質４ｂにおいてシグナル光１１のビーム径が過度に小さくなることが防がれる。これにより、レーザ装置１００は、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。レーザ装置１００は、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム径と入射面８ｂにおけるシグナル光１１のビーム径とは互いに同じであることで、シグナル光１１について高い増幅効率を維持することができる。また、レーザ装置１００は、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム径と入射面８ｂにおけるシグナル光１１のビーム径とは互いに同じであることで、ビーム品質の劣化を低減できる。
　なお、レンズ７ａ，７ｂは、出射面８ａと入射面８ｂとを光学的に共役とさせ、かつ、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム形状を１倍よりも大きい倍率で入射面８ｂに転写させるものであっても良い。この場合、レーザ媒質４ａにおける熱レンズ効果の強さに関わらず、入射面８ｂにおけるシグナル光１１のビーム径が、出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム径よりも大きくなる。
　入射面８ｂにおけるシグナル光１１のビーム径が出射面８ａにおけるシグナル光１１のビーム径よりも大きいことにより、入射面８ｂにおけるシグナル光１１の強度は低下する。ただし、レーザ媒質４ａにおいてシグナル光１１が増幅されるため、入射面８ｂには高いパワーのシグナル光１１が入射する。入射面８ｂにおけるシグナル光１１の強度が低下したとしても、入射面８ｂではシグナル光１１の強度が高い状態を維持できる。このため、入射面８ｂにおけるシグナル光１１のビーム径が大きくなっても、レーザ媒質４ｂにおいて高い増幅効率を維持することが可能である。また、入射面８ｂにおけるシグナル光１１の強度が低下することによって、レーザ媒質４ｂで発生する誘導ラマン散乱光１４ｂの強度は低下する。これにより、レーザ装置１００は、転写倍率が１倍よりも大きい場合でも、シグナル光１１について高い増幅効率を維持可能とし、かつ、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。
　ここまで、レーザ装置１００に２つのレーザ媒質４ａ，４ｂが備えられる例を説明したが、レーザ装置１００に備えられるレーザ媒質の数は２つに限られない。レーザ装置１００には、２つよりも多いレーザ媒質が備えられても良い。この場合、レーザ装置１００に備えられる複数のレーザ媒質のうち、光路において互いに隣り合う２つのレーザ媒質の各組にカットフィルタ６が設けられる。すなわち、レーザ装置１００には複数のカットフィルタ６が備えられる。レーザ装置１００は、２つよりも多いレーザ媒質が備えられる場合も、シグナル光１１について高い増幅効率を実現可能とし、かつ、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。また、複数のレーザ媒質のうちパルス光源１からのシグナル光１１が最後に入射するレーザ媒質の光軸方向長さが、複数のレーザ媒質のうちパルス光源１からのシグナル光１１が最初に入射するレーザ媒質の光軸方向長さよりも短くなるように、各レーザ媒質の光軸方向長さが設定される。これにより、レーザ装置１００は、シグナル光１１について高い増幅効率を実現可能とし、かつ、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。
　実施の形態１によると、レーザ装置１００は、複数のレーザ媒質のうちシグナル光１１が最後に入射するレーザ媒質の光軸方向長さが、複数のレーザ媒質のうちシグナル光１１が最初に入射するレーザ媒質の光軸方向長さよりも短い。これにより、レーザ装置１００は、誘導ラマン散乱を低減でき、かつ高い増幅効率を実現できるという効果を奏する。
実施の形態２．
　図９は、実施の形態２にかかるレーザ装置１０１の構成例を示す図である。レーザ装置１０１は、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーを測定した結果に基づいて励起光１２のパワーを調整する。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。
　レーザ装置１０１は、図１に示すレーザ装置１００と同様の構成と、パワーモニタ２０とを備える。パワーモニタ２０は、カットフィルタ６によって光路から除去された誘導ラマン散乱光１４ａのパワーを測定し、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーの測定結果を制御部１０へ出力する。図９に示すパワーモニタ２０は、カットフィルタ６で反射した誘導ラマン散乱光１４ａをモニタリングする。
　実施の形態２において、パルス光源１は、パルス周波数を変更可能とする。制御部１０は、パルス光源１のパルス周波数を制御する。また、制御部１０は、励起光源２から出射される励起光１２のパワーを、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーの測定結果に基づいて制御する。励起光源２は、パワーが制御された励起光１２を出射する。
　上記の式（１）によると、レーザ媒質４ａにおけるシグナル光１１の強度が高いほど、レーザ媒質４ａで発生する誘導ラマン散乱光１４ａの強度が高くなる。シグナル光１１の平均パワーを一定とした場合、シグナル光１１のパルス周波数が小さいほど、シグナル光１１の強度が高くなることによって誘導ラマン散乱光１４ａの強度が高くなる。また、シグナル光１１のパルス周波数が大きいほど、シグナル光１１の強度が低くなることによって誘導ラマン散乱光１４ａの強度が低くなる。
　パルス光源１のパルス周波数が制御部１０によって変更された場合において、制御部１０は、パワーモニタ２０によって測定される誘導ラマン散乱光１４ａのパワーが一定となるように、励起光源２から出射される励起光１２のパワーを制御する。励起光１２のパワーが高くなると、レーザ媒質４ａによって増幅されるシグナル光１１の強度が高くなり、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーが高くなる。励起光１２のパワーが低くなると、レーザ媒質４ａによって増幅されるシグナル光１１の強度が低くなり、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーが低くなる。
　レーザ装置１０１では、誘導ラマン散乱の低減のために、レーザ媒質４ａによって増幅されるシグナル光１１の強度に上限が設けられる。レーザ装置１０１は、励起光１２のパワーを制御することによって、パルス光源１のパルス周波数が変更される場合であっても、常に、かかる上限までシグナル光１１の強度を高くすることができる。これにより、レーザ装置１０１は、シグナル光１１について高い増幅効率を実現可能とし、かつ、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。
　なお、制御部１０は、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーの測定結果に基づいて励起光１２のパワーを制御する代わりに、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーの測定結果に基づいてシグナル光１１のパワーを制御しても良い。すなわち、制御部１０は、パルス光源１から出射されるシグナル光１１のパワーを、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーの測定結果に基づいて制御しても良い。この場合、制御部１０は、パワーモニタ２０によって測定される誘導ラマン散乱光１４ａのパワーが一定となるようにパルス光源１から出射されるシグナル光１１のパワーを制御する。レーザ装置１０１は、シグナル光１１のパワーを制御することによって、パルス光源１のパルス周波数が変更される場合であっても、常に、かかる上限までシグナル光１１の強度を高くすることができる。
　図９に示すカットフィルタ６は、シグナル光１１と励起光１２とを透過させ、かつ誘導ラマン散乱光１４ａを反射する。実施の形態２において、カットフィルタ６は、シグナル光１１と励起光１２とを反射し、かつ誘導ラマン散乱光１４ａを透過させるものであっても良い。この場合、パワーモニタ２０は、カットフィルタ６を透過した誘導ラマン散乱光１４ａのパワーを測定する。レーザ装置１０１は、誘導ラマン散乱光１４ａを透過させるカットフィルタ６を備える場合も、誘導ラマン散乱光１４ａを反射するカットフィルタ６を備える場合と同様の効果を得ることができる。
　図９には、後方励起構成を備えるレーザ装置１０１を示す。レーザ装置１０１は、図５に示すレーザ装置１００と同様に、前方励起構成を備えるものであっても良い。レーザ装置１０１は、前方励起構成を備える場合も、シグナル光１１について高い増幅効率を実現可能とし、かつ、誘導ラマン散乱光１４ｂの強度を低減できる。
　実施の形態２によると、レーザ装置１０１は、誘導ラマン散乱光１４ａのパワーを測定した結果に基づいて、励起光１２のパワーまたはシグナル光１１のパワーを制御する。これにより、レーザ装置１０１は、誘導ラマン散乱を低減でき、かつ高い増幅効率を実現できるという効果を奏する。
　次に、実施の形態１または２にかかる制御部１０を実現するハードウェア構成について説明する。制御部１０は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサがソフトウェアを実行する回路であっても良いし、専用の回路であっても良い。
　処理回路がソフトウェアにより実現される場合、処理回路は、例えば、図１０に示す制御回路３０である。図１０は、実施の形態１または２にかかる制御回路３０の構成例を示す図である。制御回路３０は、入力部３１、プロセッサ３２、メモリ３３および出力部３４を備える。
　入力部３１は、制御回路３０の外部から入力されたデータを受信してプロセッサ３２に与えるインターフェース回路である。出力部３４は、プロセッサ３２またはメモリ３３からのデータを制御回路３０の外部に送るインターフェース回路である。処理回路が図１０に示す制御回路３０である場合、プロセッサ３２がメモリ３３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部１０の機能が実現される。メモリ３３は、プロセッサ３２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
　プロセッサ３２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）である。メモリ３３は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）等が該当する。
　図１０は、汎用のプロセッサ３２およびメモリ３３により制御部１０を実現する場合のハードウェアの例であるが、制御部１０は、専用のハードウェア回路により実現されても良い。図１１は、実施の形態１または２にかかる専用のハードウェア回路３５の構成例を示す図である。
　専用のハードウェア回路３５は、入力部３１、出力部３４および処理回路３６を備える。処理回路３６は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。なお、制御部１０は、制御回路３０とハードウェア回路３５とが組み合わされて実現されても良い。
実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態１にかかるレーザ装置１００を備えるレーザ加工機２００について説明する。図１２は、実施の形態３にかかるレーザ加工機２００の構成例を示す図である。レーザ加工機２００は、被加工物２０８へレーザビーム２０７を照射することによって被加工物２０８を加工する。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。なお、レーザ加工機２００には、レーザ装置１００に代えて、実施の形態２にかかるレーザ装置１０１が備えられても良い。
　レーザ加工機２００は、レーザビーム２０７を出射するレーザ装置１００と、レーザビーム２０７によって被加工物２０８を加工する加工部２０１とを備える。レーザ装置１００から出射されるレーザビーム２０７は、図１に示す増幅光１３である。加工部２０１は、被加工物２０８へ向けてレーザビーム２０７を出射する加工ヘッド２０２と、被加工物２０８を支持するステージ２０３とを備える。ビーム調整光学系２０４、ミラー２０５、および集光レンズ２０６は、加工ヘッド２０２の内部に設けられている。レーザ加工機２００は、レーザビーム２０７と被加工物２０８とを相対移動させるとともに被加工物２０８へレーザビーム２０７を照射することによって、被加工物２０８のうち指定された位置に微細な加工穴２０９を形成する。
　被加工物２０８は、例えば、フレキシブル基板または多層基板といった電子基板である。これらの基板は、樹脂および銅箔から構成される。レーザビーム２０７の波長は、樹脂と銅との各々にて吸収可能な紫外領域の波長であることが好ましい。なお、被加工物２０８は、電子基板に限られず、レーザビーム２０７を用いた加工が可能なものであれば良い。加工穴２０９は、例えば、止まり穴または貫通穴などである。被加工物２０８に形成される複数の加工穴２０９には、互いに異なる大きさの加工穴２０９が含まれても良い。レーザ加工機２００は、加工穴２０９を形成するものに限られず、マーキングといった加工を行うものであっても良い。
　ビーム調整光学系２０４は、レーザ装置１００から出射したレーザビーム２０７のビーム径およびビームプロファイルを、あらかじめ設定された所望のビーム径およびビームプロファイルに調整する。ビーム径およびビームプロファイルが調整されたレーザビーム２０７は、ミラー２０５での反射によって集光レンズ２０６の方へ導かれる。加工ヘッド２０２は、集光レンズ２０６によって、被加工物２０８においてレーザビーム２０７を集光させる。
　レーザ加工機２００は、レーザビーム２０７の中心線に垂直な方向であるＸ方向およびＹ方向へステージ２０３を移動させる。Ｘ方向とＹ方向とは、互いに垂直である。図１２に示す白抜き矢印は、ステージ２０３が移動する方向を表す。図１２に示すレーザ加工機２００は、加工ヘッド２０２に対してステージ２０３を移動させることによって、レーザビーム２０７と被加工物２０８とを相対移動させる。
　なお、レーザ加工機２００は、ステージ２０３を移動させずに、レーザビーム２０７と被加工物２０８とを相対移動させるものであっても良い。レーザ加工機２００は、ステージ２０３の位置を固定するとともに、被加工物２０８におけるレーザビーム２０７の入射位置を制御するものであっても良い。この場合、レーザビーム２０７の入射位置を変化させる構成として、ガルバノミラーまたはポリゴンミラーといった偏向手段が使用されても良い。この場合、集光レンズ２０６にはＦθレンズが使用されても良い。
　実施の形態３によると、レーザ加工機２００は、レーザ装置１００，１０１によって誘導ラマン散乱を低減でき、かつ高い増幅効率を実現できることで、高出力なレーザビーム２０７を得ることができる。これにより、レーザ加工機２００は、高出力なレーザビーム２０７を用いることにより、被加工物２０８を高速に加工することが可能となる。
　以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
　１　パルス光源、２　励起光源、３　励起光学系、４ａ，４ｂ　レーザ媒質、５ａ，５ｂ　ダイクロイックミラー、６　カットフィルタ、７ａ，７ｂ　レンズ、８ａ　出射面、８ｂ　入射面、９ａ　第１面、９ｂ　第２面、１０　制御部、１１　シグナル光、１２　励起光、１３　増幅光、１４ａ，１４ｂ　誘導ラマン散乱光、２０　パワーモニタ、３０　制御回路、３１　入力部、３２　プロセッサ、３３　メモリ、３４　出力部、３５　ハードウェア回路、３６　処理回路、１００，１０１　レーザ装置、２００　レーザ加工機、２０１　加工部、２０２　加工ヘッド、２０３　ステージ、２０４　ビーム調整光学系、２０５　ミラー、２０６　集光レンズ、２０７　レーザビーム、２０８　被加工物、２０９　加工穴。

Claims (8)

  1. 　パルス状のレーザ光であるシグナル光を発生させるパルス光源と、
    　励起光を発生させる励起光源と、
    　前記パルス光源から出射した前記シグナル光の光路にて直列に並べられ、各々が前記励起光によって励起されて前記シグナル光を増幅させる複数のレーザ媒質と、
    　を備え、
    　複数の前記レーザ媒質のうち前記パルス光源からの前記シグナル光が最後に入射する前記レーザ媒質の光軸方向長さは、複数の前記レーザ媒質のうち前記パルス光源からの前記シグナル光が最初に入射する前記レーザ媒質の光軸方向長さよりも短いことを特徴とするレーザ装置。
  2. 　複数の前記レーザ媒質のうち前記光路において互いに隣り合う２つのレーザ媒質の間に配置され、前記２つのレーザ媒質の一方であって前記シグナル光が先に入射する第１のレーザ媒質から出射される誘導ラマン散乱光を前記光路から除去するカットフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記カットフィルタのうち前記シグナル光が入射する第１面と、前記カットフィルタのうち前記シグナル光が出射する第２面との各々には、前記シグナル光と前記励起光とを透過し、かつ前記誘導ラマン散乱光を反射する誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記第１のレーザ媒質のうち前記シグナル光が出射する面である出射面と、前記２つのレーザ媒質の他方である第２のレーザ媒質のうち前記シグナル光が入射する入射面とを光学的に共役とさせ、かつ、前記出射面における前記シグナル光のビーム形状を１倍の倍率で前記入射面に転写させる転写光学系を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
  5. 　前記第１のレーザ媒質のうち前記シグナル光が出射する面である出射面と、前記２つのレーザ媒質の他方である第２のレーザ媒質のうち前記シグナル光が入射する入射面とを光学的に共役とさせ、かつ、前記出射面における前記シグナル光のビーム形状を１倍よりも大きい倍率で前記入射面に転写させる転写光学系を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
  6. 　複数の前記レーザ媒質の各々において前記シグナル光とは逆の向きへ前記励起光を伝搬させることを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに記載のレーザ装置。
  7. 　前記カットフィルタによって前記光路から除去された前記誘導ラマン散乱光のパワーを測定し、前記誘導ラマン散乱光のパワーの測定結果を出力するパワーモニタと、
    　前記励起光源から出射される前記励起光のパワーを前記測定結果に基づいて制御するか、または、前記パルス光源から出射される前記シグナル光のパワーを前記測定結果に基づいて制御する制御部と、を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれか１つに記載のレーザ装置。
  8. 　レーザビームを出射するレーザ装置と、
    　前記レーザビームによって被加工物を加工する加工部と、を備え、
    　前記レーザ装置は、
    　パルス状のレーザ光であるシグナル光を発生させるパルス光源と、
    　励起光を発生させる励起光源と、
    　前記パルス光源から出射した前記シグナル光の光路にて直列に並べられ、各々が前記励起光によって励起されて前記シグナル光を増幅させる複数のレーザ媒質と、
    　を備え、
    　複数の前記レーザ媒質のうち前記パルス光源からの前記シグナル光が最後に入射する前記レーザ媒質の光軸方向長さは、複数の前記レーザ媒質のうち前記パルス光源からの前記シグナル光が最初に入射する前記レーザ媒質の光軸方向長さよりも短いことを特徴とするレーザ加工機。
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