固体レーザ装置
【課題】固体励起媒質のレーザ光入出力部分の反射防止コートを不要にした固体レーザ装置を提供する。
【解決手段】励起光により誘起されるレーザ利得でレーザ光を発生、増幅させる固体励起媒質を備えた固体レーザ装置であり、固体励起媒質１が所定方向に沿って延びる全反射コートされた第１全反射コート側面４、第１全反射コート側面と互いの間隔が徐々に変化する所定テーパー角度をもって対向する全反射コートされた第２全反射コート側面５、第１及び第２全反射コート側面の互いの間隔が広い側端に設けられレーザ光が第１及び第２全反射コート側面で交互に反射してジグザクに進行しながら間隔が広い側から狭い側へ進行し狭い側で折り返して広い側に戻り出射し、レーザ光の出射光の出射角又はさらにレーザ光の入射光の入射角がブリュースタ角となるようにされたブリュースタ側面１２を有す。
【解決手段】励起光により誘起されるレーザ利得でレーザ光を発生、増幅させる固体励起媒質を備えた固体レーザ装置であり、固体励起媒質１が所定方向に沿って延びる全反射コートされた第１全反射コート側面４、第１全反射コート側面と互いの間隔が徐々に変化する所定テーパー角度をもって対向する全反射コートされた第２全反射コート側面５、第１及び第２全反射コート側面の互いの間隔が広い側端に設けられレーザ光が第１及び第２全反射コート側面で交互に反射してジグザクに進行しながら間隔が広い側から狭い側へ進行し狭い側で折り返して広い側に戻り出射し、レーザ光の出射光の出射角又はさらにレーザ光の入射光の入射角がブリュースタ角となるようにされたブリュースタ側面１２を有す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は固体励起媒質とするレーザ発振器やレーザ増幅器からなる固体レーザ装置、特に固体励起媒質へのレーザ光の入出力に特徴を持つ固体励起媒質の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ装置では励起された固体励起媒質内でレーザ光を発振、増幅し、増幅されたレーザ光は固体励起媒質外に取り出されて利用される。固体励起媒質の内部と外部は屈折率が異なるため、固体励起媒質へのレーザ光の入出力時に固体励起媒質境界面において反射損失が生じる。この反射損失を軽減するため固体励起媒質のレーザ光入出力部分には反射防止コートが施される。この種の固体レーザ装置を開示したものとして下記特許文献１〜５等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３６６５３３５号明細書
【特許文献２】特開２００５−２３６０２２号公報
【特許文献３】特開２００３−１５２２５２号公報
【特許文献４】特開２００６−１７３４１９号公報
【特許文献５】特開平５−６７８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ光の反射率を軽減する反射防止コートは屈折率の異なる誘電体を交互に多層に積み重ねて作られる誘電体多層膜が一般に用いられる。誘電体多層膜はレーザ光強度に対する損傷閾値がレーザ媒質よりも低く、〜１ＭＷ／ｃｍ２程度である。レーザ光強度密度が誘電体多層膜の損傷閾値を超えると、誘電体多層膜が破壊されてしまうのでレーザの高出力化の制限要因となる。
【０００５】
固体励起媒質を製作する際に反射防止コートを媒質のレーザ入出力面に蒸着するには複雑な製作過程が必要であり、歩留まり低下の要因となる。
【０００６】
反射防止コートを使った固体励起媒質をレーザ発振器として用いる場合、反射防止コートはレーザの入射角に対する透過率の角度依存性が少ないので、設計以外のレーザ光路でもレーザ発振経路を形成してしまい、設計以外のレーザ経路あるいは複数のレーザ経路で発振してしまう可能性がある。
【０００７】
反射防止コートを使った固体励起媒質でレーザ発振器を構成する場合、反射防止コートは異なる偏光方向に対して透過率の差が少ないので、発振するレーザ光の偏光を直線偏光発振に限定するのに付加的な偏光素子を使わなければならない。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、固体励起媒質のレーザ光入出力部分の反射防止コートを不要にした固体レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、外部からの励起光により内部に誘起されるレーザ利得によりレーザ光を発生および増幅させる固体励起媒質を備えた固体レーザ装置であって、前記固体励起媒質が、所定方向に沿って延びる全反射コートが施された第１全反射コート側面と、前記第１全反射コート側面と互いの間隔が徐々に変化するように所定のテーパー角度をもって対向する全反射コートが施された第２全反射コート側面と、前記第１および第２全反射コート側面の互いの間隔が広い側端に設けられ、レーザ光が前記第１および第２全反射コート側面で交互に反射してジグザクに進行しながら間隔が広い側から狭い側へ進行し狭い側で折り返して広い側に戻り出射し、さらにレーザ光の出射光の出射角またはさらにレーザ光の入射光の入射角がブリュースタ角となるようにされたブリュースタ側面と、を有することを特徴とする固体レーザ装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、固体励起媒質のレーザ光入出力部分の反射防止コートを不要にした固体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ増幅器としての固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるレーザ発振器としての固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３による固体レーザ装置の固体励起媒質の部分を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４によるレーザ発振器としての固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５によるレーザ発振器としての固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態６による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態７による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態８による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態８による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。
【図１０】従来の固体励起媒質を増幅器として用いたときの固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１１】従来の固体励起媒質を発振器として用いたときの固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１２】屈折率の異なる材質の界面における反射率を計算した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
最初に従来の固体レーザ装置について説明する。図１０はスラブ状の固体レーザ媒質(固体励起媒質)を増幅器として用いたときの固体レーザ装置の構成を示す図である。シード光発振器９より出力したレーザ光路２で示されるレーザ光は偏光プリズム８を透過できる方向の偏光成分を持ったレーザ光のみがファラデーローテータ７に到達する。ファラデーローテータ７でレーザ光は偏光が４５°回転し、さらにλ／２板６で固体励起媒質１に対して適切な偏光方向となるように偏光方向が回転調整され、固体励起媒質１のレーザ入出力面に施された反射防止コート３を通過して固体励起媒質１に入力される。
【００１３】
固体励起媒質１の材質は固体であり、励起用半導体レーザ１０により励起されている。固体励起媒質１に入力したシードレーザ光は全反射コートが施された全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらジグザグに進行し、励起用半導体レーザ１０によって固体励起媒質１内に誘起されるレーザ利得によって増幅される。
【００１４】
ここで全反射コート側面４と全反射コート側面５は平行ではないため、レーザ光は全反射コート側面での反射毎に反射角を狭めながら反射を繰り返す。全反射コート側面４または全反射コート側面５に垂直入射した後反転し、元のパスを反対にたどり、反射防止コート３を透過して固体励起媒質１外に出力される。
【００１５】
固体励起媒質１から出力されたレーザ光はファラデーローテータ７で偏光方向がさらに４５°回転する。偏光プリズム８を透過した行きの偏光に比べて帰りのレーザ光は偏光が９０°回転しているので、偏光プリズム８で反射され元のパスとは別の経路をたどり、固体レーザ装置外部に取り出されて利用される。
【００１６】
また、固体励起媒質を発振器として使用した場合の従来の固体レーザ装置の構成を図１１に示す。固体励起媒質１内でのレーザ光路２の形成の仕方は増幅器の場合と同じく、励起用半導体レーザ１０によって固体励起媒質１内に誘起されるレーザ利得によって発生したレーザ光は全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらジグザグに進行する。
【００１７】
このときレーザ光路２が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５がレーザのファブリペロー共振器における全反射ミラーの役割を果たす。固体励起媒質１内で増幅されたレーザ光は反射防止コート３を透過して固体励起媒質１の外に配置された部分反射鏡１１で一部が反射し、反射防止コート３を透過して再度、固体励起媒質１に入射する。またレーザ光の一部は部分反射鏡１１を透過して共振器すなわち固体レーザ装置外部に取り出されて利用される。
【００１８】
レーザ光を固体励起媒質１外に取り出すには図１０の増幅器構成、図１１の発振器構成双方ともレーザ光が反射防止コート３を通過する必要がある。レーザ光に対する反射防止コート３の損傷閾値は一般に〜１ＭＷ／ｃｍ２程度である。損傷閾値を超える強度のレーザ光を固体励起媒質１に入力あるいは固体励起媒質１から出力すると、反射防止コート３が損傷してしまうので高出力のレーザ光の入出力の妨げとなる。
【００１９】
二つの屈折率の異なる材質の界面に、ある角度を持って光が入射するとき、入射面に平行な偏光成分であるＰ偏光と、垂直な偏光成分であるＳ偏光では界面における反射率が異なる。固体励起媒質１の屈折率を１.５、固体励起媒質１外部の屈折率を１として図１２に入射角に対するＰ偏光とＳ偏光の反射率を計算した。図１２のようにＳ偏光は入射角の増加に対して反射率が単調に増加するが、Ｐ偏光はある角度で反射率が０まで減少し、その後増加する。媒質の屈折率１.５、媒質外部の屈折率１ではＰ偏光の反射率は入射角５６度において０となる。反射率が０となる角度をブリュースタ角と呼ぶ。
【００２０】
この発明では、ブリュースタ角で固体励起媒質界面における反射損失がなくなることを利用して、固体励起媒質の入射面から反射防止コートを排除し、反射防止コートが存在することによる上述の複数の課題を解決する。
【００２１】
以下、この発明による固体レーザ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による固体レーザ装置の構成を示す図である。図１の固体レーザ装置は、固体励起媒質をレーザ増幅器として用いる場合の例を示す。固体励起媒質１には外部からのレーザ光の入力に対してブリュースタ角となるようなブリュースタ側面１２が設けられている。なお、ブリュースタ側面１２には励起光を照射することはできず、ブリュースタ側面１２に面した部分には固体励起媒質１に励起光を照射する励起用半導体レーザ１０は設けられていない。また、固体励起媒質１の励起用半導体レーザ１０に面した励起光が照射される面(ブリュースタ側面１２に対向する面)には通常、反射防止コート(図示省略)が施されている。
【００２３】
シード光発振器９より出力したレーザ光路２で示される光は、偏光プリズム８を透過できる方向の直線偏光成分のみがファラデーローテータ７に到達し、ファラデーローテータ７で偏光が４５°回転する。シード光の偏光方向は固体励起媒質１のブリュースタ側面１２に対してＰ偏光で入力されるようにλ／２板６で回転調整される。１３はＰ偏光、１４はＳ偏光を示す。なお、ファラデーローテータ７とλ／２板６で偏光方向制御手段を構成する。
【００２４】
固体励起媒質１に対してＰ偏光となったシード光はブリュースタ側面１２に対してブリュースタ角で固体励起媒質１に入射されるように角度調整ミラー１６と角度調整ミラー１７を使って入射角度を調整される。ブリュースタ側面１２においてシード光はＰ偏光かつブリュースタ角で入射されるので、固体励起媒質１への入力の際に生じる反射損失がなくなる。従ってブリュースタ側面がない場合には必要となる反射防止コートを固体励起媒質１から排除することができる。なお、角度調整ミラー１６と角度調整ミラー１７で入射方向制御手段を構成する。
【００２５】
固体励起媒質１に入力したシードレーザ光は偏光方向を保ったまま全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらレーザ増幅される。
【００２６】
全反射コートが施された(第１)全反射コート側面４と(第２)全反射コート側面５は平行ではない。全反射コート側面５が所定方向に沿って延びる全反射コート側面４に対して、全反射コート側面４との間隔がブリュースタ側面１２側からこれと対向する側面側(固体励起媒質１の反対側)に向かって徐々に狭まるように所定のテーパー角度で傾斜している。これによりレーザ光は、全反射コート側面での反射毎に反射角を狭めながらジグザグの光路を形成しながらブリュースタ側面１２側からこれと対向する側面側へ向かって進行し、全反射コート側面４または全反射コート側面５に垂直入射した後反転する。反転したシード光は元の光路を反対に辿りブリュースタ側面１２を通過して固体励起媒質１の外に出射(出力)される。
【００２７】
反転後も偏光方向は維持されていて、固体励起媒質１からレーザ光が出射する際もブリュースタ側面１２においてシード光はＰ偏光である。またブリュースタ側面１２での出射角は行きと同じ経路を辿ってきているのでブリュースタ角となり、出力の際に生じる反射損失はなくブリュースタ側面１２が無い場合には必要であった反射防止コートを固体励起媒質１から排除することが可能となる。
【００２８】
固体励起媒質１から出力されたレーザ光はファラデーローテータ７で偏光方向がさらに４５°回転されるため、偏光プリズム８で反射され元のパスとは別の経路をたどり、レーザシステム(固体レーザ装置)外部に取り出されて利用される。
【００２９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による固体レーザ装置の構成を示す図である。図２の固体レーザ装置は、固体励起媒質１をレーザ発振器として用いる場合の例を示す。レーザ発振器の要素であるファブリペロー共振器は、固体励起媒質１の外に配置された部分反射鏡１１とレーザ光路２で示すレーザ光が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５で形成される。
【００３０】
励起用半導体レーザ１０によって固体励起媒質１内に誘起されるレーザ利得によって発生したレーザ光は全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらレーザ増幅される。上記実施の形態で説明したのと同様に、全反射コート側面４と全反射コート側面５は平行ではないため、光は全反射コート側面での反射毎に反射角を狭めながらジグザグの光路を形成し進行し、全反射コート側面４または全反射コート側面５に垂直入射した後反転する。
【００３１】
このときレーザ光路２が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５がレーザのファブリペロー共振器における全反射ミラーの役割を果たす。
【００３２】
反転したシード光は元のレーザ光路(パス)２を反対に辿りブリュースタ側面１２を通過して固体励起媒質１外に出射される。このときブリュースタ側面１２に対してＰ偏光となる光の反射損失が最も少ない。固体励起媒質１を出射した光は部分反射鏡１１で一部が反射され、反射された光はブリュースタ側面１２を透過して再び固体励起媒質１に入力される。このときもブリュースタ側面１２に対してＰ偏光となる光の反射損失が最も少ない。
【００３３】
部分反射鏡１１、全反射コート側面４または全反射コート側面５の間で反射しブリュースタ側面１２で透過を繰り返すことによりレーザ増幅されるレーザ光は、ブリュースタ側面１２に対してブリュースタ角となる経路で最も強く増幅される。またＰ偏光が選択的に増幅される。ブリュースタ角で入出力されるレーザ光はブリュースタ側面１２での入出力の際に反射損失がないので、ブリュースタ側面が無い場合には必要であった反射防止コートを固体励起媒質１から排除することが可能となる。またレーザ光の一部は部分反射鏡１１を透過して共振器としてのレーザシステム(固体レーザ装置)外部に取り出されて利用される。なお、部分反射鏡１１が部分反射手段を構成する。
【００３４】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による固体レーザ装置の固体励起媒質の部分を示す図である。上記実施の形態１、２では図１，２に示すようにブリュースタ側面１２は、全反射コート側面４と全反射コート側面５の間の全長に渡って延びる幅(固体励起媒質１内をビーム光がジグザクに進行する方向に並行な面内における幅)の広いものになっている。しかしながら、ブリュースタ側面１２は図３に例示するように、全反射コート側面４と全反射コート側面５の間の一部に設けられた、レーザ光を入出力する光路を中心にレーザのビーム径よりも大きな幅および高さ(面積)を有するものであればよい。
【００３５】
また、全反射コート側面４と全反射コート側面５もレーザが照射される長さの幅だけあればよい。すなわち例えば、図３の固体励起媒質１が図面の左側により延びた長いものであっても、全反射コートはレーザが照射すなわち反射させる部分だけ施せばよい。また固体励起媒質１のレーザが照射されない部分は任意の形状であってよい。すなわち上記図１〜３では、全反射コート側面４、５、ブリュースタ側面１２およびこれと対向する側面(励起光が励起用半導体レーザ１０から照射される側面)からなる４側面、並びにこれらの４側面と直交する図面の紙面の表側および裏側にある１対の主面、からなる高さの低い四角柱形状(四角形のスラブ状)の固体励起媒質１を例示したが、例えば全反射コート側面４、５およびブリュースタ側面１２の３つの側面を有する三角柱形状のもの、あるいは５角以上の多角柱形状のものであってもよい。
【００３６】
図３のようにブリュースタ側面１２は、幅を短くして固体励起媒質１を小さくすることもできる。またブリュースタ側面１２の幅をビームの空間モードにおける単一モードの幅と等しくすることによって、高次モードの発生を抑制することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４による固体レーザ装置の構成を示す図である。図１２に示したようにＰ偏光はブリュースタ角で最も損失(反射率)が少なくなる。固体励起媒質１をレーザ発振器として用いる場合、図４に示すように固体励起媒質１に外部からのレーザ光路２に対してブリュースタ角となるようなブリュースタ側面１２０を設ける。その他は図２と同じである。レーザのファブリペロー共振器は固体励起媒質１の外に配置された部分反射鏡１１とレーザ光が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５で形成される。
【００３８】
固体励起媒質１内から発振されるレーザ光の偏光は、はじめ全ての偏光方向成分を含んだランダム偏光であるが、ブリュースタ側面１２０を通過する際にブリュースタ側面１２０での損失が少ないＰ偏光の透過率が高いため、レーザ発振器ではＰ偏光が選択的に増幅されていく。従って図４のように部分反射鏡１１から発振するレーザ出力はブリュースタ側面１２０に対してＰ偏光である直線偏光レーザとなる。
【００３９】
固体励起媒質１にブリュースタ側面１２０を設けることにより付加的な偏光選択素子を共振器内に挿入することなしに、レーザ発振器から発振するレーザ光の偏光を直線偏光発振にすることができる。
【００４０】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。固体励起媒質１をレーザ発振器として用いる場合、ファブリペロー共振器の経路はレーザ光が垂直に入射される全反射コート側面４または全反射コート側面５と部分反射鏡１１の間で形成され、部分反射鏡１１の配置位置と角度で決定される。
【００４１】
固体励起媒質１でレーザ光が入出される面においてレーザ入射角に依存する反射損失がないと、共振器の経路は部分反射鏡１１の角度を変化させることにより無限に存在する。レーザ光が入出される面をブリュースタ側面１２とすることにより、レーザ入出力がブリュースタ角と異なる経路ではブリュースタ側面１２での損失が大きくなるのでレーザ発振が困難となり、共振器経路が限定される。したがってレーザ光が入出される面をブリュースタ側面１２とすることにより、レーザ入出力がブリュースタ角となる共振器経路でのみ発振させるようにすることができる。
【００４２】
実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。固体励起媒質１を励起する励起光源である励起用半導体レーザ１０は、レーザ光路２を妨げることなく、かつブリュースタ側面１２に励起光が照射されない場所であれば、どこに配置してもよい。図６の(ａ)は固体励起媒質１内でビーム光がジグザクに進行する方向の前後両側の全反射コート側面４と全反射コート側面５がない方向から、(ｂ)は固体励起媒質１内でビーム光がジグザクに進行する方向の左右両側の全反射コート側面４と全反射コート側面５がある方向から、(ｃ)は固体励起媒質１内でビーム光がジグザクに進行する方向の上下両側から、それぞれ励起用半導体レーザ１０の励起光を固体励起媒質１に照射する例である。
【００４３】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。励起光源としては励起用半導体レーザ等のＬＤ(レーザ装置)の他にランプを使うこともできる。図７はＬＤの替わりに励起用ランプ１００を励起光源として使用する例を示す。励起光源が励起用ランプ１００である場合も、励起用半導体レーザと同様にレーザ光路２を妨げることなく、かつブリュースタ側面１２に励起光が照射されない場所であれば、励起用ランプ１００はどちらの方向にでも配置することができる。
【００４４】
実施の形態８．
図８，９はこの発明の実施の形態８による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。ブリュースタ側面１２、１２０(以下単に１２と略す)と全反射コート側面４または全反射コート側面５の角度関係は以下のように求めることができる。
【００４５】
図８のように固体励起媒質１内部の屈折率をｎ２、固体励起媒質１外部の屈折率をｎ１とする。固体励起媒質１外部から固体励起媒質１内部にレーザ光が入射するとき、ブリュースタ角(入射光がブリュースタ側面１２の法線となす角)は以下の式で求められる。
【００４６】
α＝tan−１(ｎ１／ｎ２) (１)
【００４７】
ここでαは、固体励起媒質１への入射角である。また固体励起媒質１にブリュースタ角で入射した後のレーザ光路２が入射面(ブリュースタ側面１２)の法線となす角βは、
【００４８】
β＝sin−１{(ｎ１／ｎ２)sinα} (２)
【００４９】
となる。
【００５０】
図８のように全反射コート側面４に垂直にレーザ光路２が入射しているとし、そこでのパス数(レーザ光路数)を１Ｐとする。以後、全反射コート側面５または全反射コート側面４で反射されレーザ光路の方向が変わる毎にパス数を増やしていく。
【００５１】
パス数ｍが奇数のときα、β、θ(θは全反射コート側面４に対する全反射コート側面５のなす角)とパスの関係は図８のようになる。奇数のパスと全反射コート側面４の法線がなす角は(ｍ−１)θとなる。なおパス数ｍは、レーザ光が固体励起媒質１内の全反射コート側面４，５間の間隔が狭い側における折り返しでの全反射コート側面４への垂直反射で始まりレーザ光がブリュースタ側面１２に到達するまでのレーザ光が全反射コート側面４，５で反射する度に増加するレーザ光のパス数である。
【００５２】
全反射コート側面４とブリュースタ側面１２がなす角をγとすると、γはｍ，θ，βを使って以下のようになる。
【００５３】
γ＝(ｍ−１)θ＋β (３)
【００５４】
(３)式に(１) (２)式を代入することによりγは
【００５５】
γ＝(ｍ−１)θ＋sin−１[(ｎ１／ｎ２)sin{tan−１(ｎ１／ｎ２)}] (４)
となる。
【００５６】
パス数ｍが偶数のときα，β，θとパスの関係は図９のようになる。偶数のパスと全反射コート側面４の法線がなす角はｍθとなる。
【００５７】
全反射コート側面４とブリュースタ側面１２がなす角をγとすると、γはｍ，θ，βを使って以下のようになる。
【００５８】
γ＝π−ｍθ−β (５)
【００５９】
また全反射コート側面５とブリュースタ側面１２がなす角をδとすると、δはｍ，θ，γを使って以下のようになる。
【００６０】
δ＝π−θ−γ (６)
【００６１】
(６)式に(１) (２) (５)式を代入することによりδは
【００６２】
δ＝(ｍ−１)θ＋sin−１[(ｎ１／ｎ２)sin{tan−１(ｎ１／ｎ２)}] (７)
【００６３】
となり、(４)式と同じ形式で表される。
【００６４】
以上のことから、固体励起媒質１内の屈折率ｎ２と固体励起媒質１外部の屈折率ｎ１が決まっているとき、全反射コート側面４と全反射コート側面５のテーパ角θと固体励起媒質１内のパス数ｍを決めれば、ブリュースタ側面１２の切り出す角度は(４)式または(７)式で求めることができる。
【００６５】
以上の各実施形態のようにすれば、固体レーザ媒質すなわち固体励起媒質のレーザ光を入出力する部分から反射防止コートが取り除かれることにより、誘電体多層膜による反射防止コートの損傷閾値を超えるレーザ光の入出力においても反射防止コートが損傷することがなくなる。従って反射防止コートを有するレーザよりもより固体励起媒質への高出力のレーザの入出力が実現できる。また、固体励起媒質の製作においては反射防止コートを施す工程が無くなり、製造の歩留まりを向上させることができる。
【００６６】
また、固体励起媒質をレーザ発振器として用いる場合、レーザ光が固体励起媒質界面をブリュースタ角で通過するように設計しておけば、最も損失が少ないレーザ光路で発振するので、設計以外のレーザ光路による発振を抑制することができる。また、ブリュースタ角における透過率はレーザ光の偏光方向に依存性する。固体励起媒質をレーザ発振器として用いる場合は、界面での透過率の高い偏光方向が最も損失が少なく発振しやすいので、発振するレーザ光の偏光は直線偏光となり付加的な直線偏光選択素子なしに直線偏光を得ることができる。
【００６７】
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 固体励起媒質、２ レーザ光路、４ 全反射コート側面、５ 全反射コート側面、６ λ／２板、７ ファラデーローテータ、８ 偏光プリズム、９ シード光発振器、１０ 励起用半導体レーザ、１１ 部分反射鏡、１２，１２０ ブリュースタ側面、１３ Ｐ偏光、１４ Ｓ偏光、１６，１７ 角度調整ミラー、２０ ブリュースタ角外レーザ光路、１００ 励起用ランプ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は固体励起媒質とするレーザ発振器やレーザ増幅器からなる固体レーザ装置、特に固体励起媒質へのレーザ光の入出力に特徴を持つ固体励起媒質の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ装置では励起された固体励起媒質内でレーザ光を発振、増幅し、増幅されたレーザ光は固体励起媒質外に取り出されて利用される。固体励起媒質の内部と外部は屈折率が異なるため、固体励起媒質へのレーザ光の入出力時に固体励起媒質境界面において反射損失が生じる。この反射損失を軽減するため固体励起媒質のレーザ光入出力部分には反射防止コートが施される。この種の固体レーザ装置を開示したものとして下記特許文献１〜５等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３６６５３３５号明細書
【特許文献２】特開２００５−２３６０２２号公報
【特許文献３】特開２００３−１５２２５２号公報
【特許文献４】特開２００６−１７３４１９号公報
【特許文献５】特開平５−６７８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ光の反射率を軽減する反射防止コートは屈折率の異なる誘電体を交互に多層に積み重ねて作られる誘電体多層膜が一般に用いられる。誘電体多層膜はレーザ光強度に対する損傷閾値がレーザ媒質よりも低く、〜１ＭＷ／ｃｍ２程度である。レーザ光強度密度が誘電体多層膜の損傷閾値を超えると、誘電体多層膜が破壊されてしまうのでレーザの高出力化の制限要因となる。
【０００５】
固体励起媒質を製作する際に反射防止コートを媒質のレーザ入出力面に蒸着するには複雑な製作過程が必要であり、歩留まり低下の要因となる。
【０００６】
反射防止コートを使った固体励起媒質をレーザ発振器として用いる場合、反射防止コートはレーザの入射角に対する透過率の角度依存性が少ないので、設計以外のレーザ光路でもレーザ発振経路を形成してしまい、設計以外のレーザ経路あるいは複数のレーザ経路で発振してしまう可能性がある。
【０００７】
反射防止コートを使った固体励起媒質でレーザ発振器を構成する場合、反射防止コートは異なる偏光方向に対して透過率の差が少ないので、発振するレーザ光の偏光を直線偏光発振に限定するのに付加的な偏光素子を使わなければならない。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、固体励起媒質のレーザ光入出力部分の反射防止コートを不要にした固体レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、外部からの励起光により内部に誘起されるレーザ利得によりレーザ光を発生および増幅させる固体励起媒質を備えた固体レーザ装置であって、前記固体励起媒質が、所定方向に沿って延びる全反射コートが施された第１全反射コート側面と、前記第１全反射コート側面と互いの間隔が徐々に変化するように所定のテーパー角度をもって対向する全反射コートが施された第２全反射コート側面と、前記第１および第２全反射コート側面の互いの間隔が広い側端に設けられ、レーザ光が前記第１および第２全反射コート側面で交互に反射してジグザクに進行しながら間隔が広い側から狭い側へ進行し狭い側で折り返して広い側に戻り出射し、さらにレーザ光の出射光の出射角またはさらにレーザ光の入射光の入射角がブリュースタ角となるようにされたブリュースタ側面と、を有することを特徴とする固体レーザ装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、固体励起媒質のレーザ光入出力部分の反射防止コートを不要にした固体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ増幅器としての固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２によるレーザ発振器としての固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３による固体レーザ装置の固体励起媒質の部分を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４によるレーザ発振器としての固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５によるレーザ発振器としての固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態６による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態７による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態８による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態８による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。
【図１０】従来の固体励起媒質を増幅器として用いたときの固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１１】従来の固体励起媒質を発振器として用いたときの固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１２】屈折率の異なる材質の界面における反射率を計算した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
最初に従来の固体レーザ装置について説明する。図１０はスラブ状の固体レーザ媒質(固体励起媒質)を増幅器として用いたときの固体レーザ装置の構成を示す図である。シード光発振器９より出力したレーザ光路２で示されるレーザ光は偏光プリズム８を透過できる方向の偏光成分を持ったレーザ光のみがファラデーローテータ７に到達する。ファラデーローテータ７でレーザ光は偏光が４５°回転し、さらにλ／２板６で固体励起媒質１に対して適切な偏光方向となるように偏光方向が回転調整され、固体励起媒質１のレーザ入出力面に施された反射防止コート３を通過して固体励起媒質１に入力される。
【００１３】
固体励起媒質１の材質は固体であり、励起用半導体レーザ１０により励起されている。固体励起媒質１に入力したシードレーザ光は全反射コートが施された全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらジグザグに進行し、励起用半導体レーザ１０によって固体励起媒質１内に誘起されるレーザ利得によって増幅される。
【００１４】
ここで全反射コート側面４と全反射コート側面５は平行ではないため、レーザ光は全反射コート側面での反射毎に反射角を狭めながら反射を繰り返す。全反射コート側面４または全反射コート側面５に垂直入射した後反転し、元のパスを反対にたどり、反射防止コート３を透過して固体励起媒質１外に出力される。
【００１５】
固体励起媒質１から出力されたレーザ光はファラデーローテータ７で偏光方向がさらに４５°回転する。偏光プリズム８を透過した行きの偏光に比べて帰りのレーザ光は偏光が９０°回転しているので、偏光プリズム８で反射され元のパスとは別の経路をたどり、固体レーザ装置外部に取り出されて利用される。
【００１６】
また、固体励起媒質を発振器として使用した場合の従来の固体レーザ装置の構成を図１１に示す。固体励起媒質１内でのレーザ光路２の形成の仕方は増幅器の場合と同じく、励起用半導体レーザ１０によって固体励起媒質１内に誘起されるレーザ利得によって発生したレーザ光は全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらジグザグに進行する。
【００１７】
このときレーザ光路２が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５がレーザのファブリペロー共振器における全反射ミラーの役割を果たす。固体励起媒質１内で増幅されたレーザ光は反射防止コート３を透過して固体励起媒質１の外に配置された部分反射鏡１１で一部が反射し、反射防止コート３を透過して再度、固体励起媒質１に入射する。またレーザ光の一部は部分反射鏡１１を透過して共振器すなわち固体レーザ装置外部に取り出されて利用される。
【００１８】
レーザ光を固体励起媒質１外に取り出すには図１０の増幅器構成、図１１の発振器構成双方ともレーザ光が反射防止コート３を通過する必要がある。レーザ光に対する反射防止コート３の損傷閾値は一般に〜１ＭＷ／ｃｍ２程度である。損傷閾値を超える強度のレーザ光を固体励起媒質１に入力あるいは固体励起媒質１から出力すると、反射防止コート３が損傷してしまうので高出力のレーザ光の入出力の妨げとなる。
【００１９】
二つの屈折率の異なる材質の界面に、ある角度を持って光が入射するとき、入射面に平行な偏光成分であるＰ偏光と、垂直な偏光成分であるＳ偏光では界面における反射率が異なる。固体励起媒質１の屈折率を１.５、固体励起媒質１外部の屈折率を１として図１２に入射角に対するＰ偏光とＳ偏光の反射率を計算した。図１２のようにＳ偏光は入射角の増加に対して反射率が単調に増加するが、Ｐ偏光はある角度で反射率が０まで減少し、その後増加する。媒質の屈折率１.５、媒質外部の屈折率１ではＰ偏光の反射率は入射角５６度において０となる。反射率が０となる角度をブリュースタ角と呼ぶ。
【００２０】
この発明では、ブリュースタ角で固体励起媒質界面における反射損失がなくなることを利用して、固体励起媒質の入射面から反射防止コートを排除し、反射防止コートが存在することによる上述の複数の課題を解決する。
【００２１】
以下、この発明による固体レーザ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による固体レーザ装置の構成を示す図である。図１の固体レーザ装置は、固体励起媒質をレーザ増幅器として用いる場合の例を示す。固体励起媒質１には外部からのレーザ光の入力に対してブリュースタ角となるようなブリュースタ側面１２が設けられている。なお、ブリュースタ側面１２には励起光を照射することはできず、ブリュースタ側面１２に面した部分には固体励起媒質１に励起光を照射する励起用半導体レーザ１０は設けられていない。また、固体励起媒質１の励起用半導体レーザ１０に面した励起光が照射される面(ブリュースタ側面１２に対向する面)には通常、反射防止コート(図示省略)が施されている。
【００２３】
シード光発振器９より出力したレーザ光路２で示される光は、偏光プリズム８を透過できる方向の直線偏光成分のみがファラデーローテータ７に到達し、ファラデーローテータ７で偏光が４５°回転する。シード光の偏光方向は固体励起媒質１のブリュースタ側面１２に対してＰ偏光で入力されるようにλ／２板６で回転調整される。１３はＰ偏光、１４はＳ偏光を示す。なお、ファラデーローテータ７とλ／２板６で偏光方向制御手段を構成する。
【００２４】
固体励起媒質１に対してＰ偏光となったシード光はブリュースタ側面１２に対してブリュースタ角で固体励起媒質１に入射されるように角度調整ミラー１６と角度調整ミラー１７を使って入射角度を調整される。ブリュースタ側面１２においてシード光はＰ偏光かつブリュースタ角で入射されるので、固体励起媒質１への入力の際に生じる反射損失がなくなる。従ってブリュースタ側面がない場合には必要となる反射防止コートを固体励起媒質１から排除することができる。なお、角度調整ミラー１６と角度調整ミラー１７で入射方向制御手段を構成する。
【００２５】
固体励起媒質１に入力したシードレーザ光は偏光方向を保ったまま全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらレーザ増幅される。
【００２６】
全反射コートが施された(第１)全反射コート側面４と(第２)全反射コート側面５は平行ではない。全反射コート側面５が所定方向に沿って延びる全反射コート側面４に対して、全反射コート側面４との間隔がブリュースタ側面１２側からこれと対向する側面側(固体励起媒質１の反対側)に向かって徐々に狭まるように所定のテーパー角度で傾斜している。これによりレーザ光は、全反射コート側面での反射毎に反射角を狭めながらジグザグの光路を形成しながらブリュースタ側面１２側からこれと対向する側面側へ向かって進行し、全反射コート側面４または全反射コート側面５に垂直入射した後反転する。反転したシード光は元の光路を反対に辿りブリュースタ側面１２を通過して固体励起媒質１の外に出射(出力)される。
【００２７】
反転後も偏光方向は維持されていて、固体励起媒質１からレーザ光が出射する際もブリュースタ側面１２においてシード光はＰ偏光である。またブリュースタ側面１２での出射角は行きと同じ経路を辿ってきているのでブリュースタ角となり、出力の際に生じる反射損失はなくブリュースタ側面１２が無い場合には必要であった反射防止コートを固体励起媒質１から排除することが可能となる。
【００２８】
固体励起媒質１から出力されたレーザ光はファラデーローテータ７で偏光方向がさらに４５°回転されるため、偏光プリズム８で反射され元のパスとは別の経路をたどり、レーザシステム(固体レーザ装置)外部に取り出されて利用される。
【００２９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による固体レーザ装置の構成を示す図である。図２の固体レーザ装置は、固体励起媒質１をレーザ発振器として用いる場合の例を示す。レーザ発振器の要素であるファブリペロー共振器は、固体励起媒質１の外に配置された部分反射鏡１１とレーザ光路２で示すレーザ光が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５で形成される。
【００３０】
励起用半導体レーザ１０によって固体励起媒質１内に誘起されるレーザ利得によって発生したレーザ光は全反射コート側面５と全反射コート側面４の間で反射を繰り返しながらレーザ増幅される。上記実施の形態で説明したのと同様に、全反射コート側面４と全反射コート側面５は平行ではないため、光は全反射コート側面での反射毎に反射角を狭めながらジグザグの光路を形成し進行し、全反射コート側面４または全反射コート側面５に垂直入射した後反転する。
【００３１】
このときレーザ光路２が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５がレーザのファブリペロー共振器における全反射ミラーの役割を果たす。
【００３２】
反転したシード光は元のレーザ光路(パス)２を反対に辿りブリュースタ側面１２を通過して固体励起媒質１外に出射される。このときブリュースタ側面１２に対してＰ偏光となる光の反射損失が最も少ない。固体励起媒質１を出射した光は部分反射鏡１１で一部が反射され、反射された光はブリュースタ側面１２を透過して再び固体励起媒質１に入力される。このときもブリュースタ側面１２に対してＰ偏光となる光の反射損失が最も少ない。
【００３３】
部分反射鏡１１、全反射コート側面４または全反射コート側面５の間で反射しブリュースタ側面１２で透過を繰り返すことによりレーザ増幅されるレーザ光は、ブリュースタ側面１２に対してブリュースタ角となる経路で最も強く増幅される。またＰ偏光が選択的に増幅される。ブリュースタ角で入出力されるレーザ光はブリュースタ側面１２での入出力の際に反射損失がないので、ブリュースタ側面が無い場合には必要であった反射防止コートを固体励起媒質１から排除することが可能となる。またレーザ光の一部は部分反射鏡１１を透過して共振器としてのレーザシステム(固体レーザ装置)外部に取り出されて利用される。なお、部分反射鏡１１が部分反射手段を構成する。
【００３４】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による固体レーザ装置の固体励起媒質の部分を示す図である。上記実施の形態１、２では図１，２に示すようにブリュースタ側面１２は、全反射コート側面４と全反射コート側面５の間の全長に渡って延びる幅(固体励起媒質１内をビーム光がジグザクに進行する方向に並行な面内における幅)の広いものになっている。しかしながら、ブリュースタ側面１２は図３に例示するように、全反射コート側面４と全反射コート側面５の間の一部に設けられた、レーザ光を入出力する光路を中心にレーザのビーム径よりも大きな幅および高さ(面積)を有するものであればよい。
【００３５】
また、全反射コート側面４と全反射コート側面５もレーザが照射される長さの幅だけあればよい。すなわち例えば、図３の固体励起媒質１が図面の左側により延びた長いものであっても、全反射コートはレーザが照射すなわち反射させる部分だけ施せばよい。また固体励起媒質１のレーザが照射されない部分は任意の形状であってよい。すなわち上記図１〜３では、全反射コート側面４、５、ブリュースタ側面１２およびこれと対向する側面(励起光が励起用半導体レーザ１０から照射される側面)からなる４側面、並びにこれらの４側面と直交する図面の紙面の表側および裏側にある１対の主面、からなる高さの低い四角柱形状(四角形のスラブ状)の固体励起媒質１を例示したが、例えば全反射コート側面４、５およびブリュースタ側面１２の３つの側面を有する三角柱形状のもの、あるいは５角以上の多角柱形状のものであってもよい。
【００３６】
図３のようにブリュースタ側面１２は、幅を短くして固体励起媒質１を小さくすることもできる。またブリュースタ側面１２の幅をビームの空間モードにおける単一モードの幅と等しくすることによって、高次モードの発生を抑制することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４による固体レーザ装置の構成を示す図である。図１２に示したようにＰ偏光はブリュースタ角で最も損失(反射率)が少なくなる。固体励起媒質１をレーザ発振器として用いる場合、図４に示すように固体励起媒質１に外部からのレーザ光路２に対してブリュースタ角となるようなブリュースタ側面１２０を設ける。その他は図２と同じである。レーザのファブリペロー共振器は固体励起媒質１の外に配置された部分反射鏡１１とレーザ光が垂直反射する全反射コート側面４または全反射コート側面５で形成される。
【００３８】
固体励起媒質１内から発振されるレーザ光の偏光は、はじめ全ての偏光方向成分を含んだランダム偏光であるが、ブリュースタ側面１２０を通過する際にブリュースタ側面１２０での損失が少ないＰ偏光の透過率が高いため、レーザ発振器ではＰ偏光が選択的に増幅されていく。従って図４のように部分反射鏡１１から発振するレーザ出力はブリュースタ側面１２０に対してＰ偏光である直線偏光レーザとなる。
【００３９】
固体励起媒質１にブリュースタ側面１２０を設けることにより付加的な偏光選択素子を共振器内に挿入することなしに、レーザ発振器から発振するレーザ光の偏光を直線偏光発振にすることができる。
【００４０】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。固体励起媒質１をレーザ発振器として用いる場合、ファブリペロー共振器の経路はレーザ光が垂直に入射される全反射コート側面４または全反射コート側面５と部分反射鏡１１の間で形成され、部分反射鏡１１の配置位置と角度で決定される。
【００４１】
固体励起媒質１でレーザ光が入出される面においてレーザ入射角に依存する反射損失がないと、共振器の経路は部分反射鏡１１の角度を変化させることにより無限に存在する。レーザ光が入出される面をブリュースタ側面１２とすることにより、レーザ入出力がブリュースタ角と異なる経路ではブリュースタ側面１２での損失が大きくなるのでレーザ発振が困難となり、共振器経路が限定される。したがってレーザ光が入出される面をブリュースタ側面１２とすることにより、レーザ入出力がブリュースタ角となる共振器経路でのみ発振させるようにすることができる。
【００４２】
実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。固体励起媒質１を励起する励起光源である励起用半導体レーザ１０は、レーザ光路２を妨げることなく、かつブリュースタ側面１２に励起光が照射されない場所であれば、どこに配置してもよい。図６の(ａ)は固体励起媒質１内でビーム光がジグザクに進行する方向の前後両側の全反射コート側面４と全反射コート側面５がない方向から、(ｂ)は固体励起媒質１内でビーム光がジグザクに進行する方向の左右両側の全反射コート側面４と全反射コート側面５がある方向から、(ｃ)は固体励起媒質１内でビーム光がジグザクに進行する方向の上下両側から、それぞれ励起用半導体レーザ１０の励起光を固体励起媒質１に照射する例である。
【００４３】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７による固体レーザ装置の概略構成を示す図である。励起光源としては励起用半導体レーザ等のＬＤ(レーザ装置)の他にランプを使うこともできる。図７はＬＤの替わりに励起用ランプ１００を励起光源として使用する例を示す。励起光源が励起用ランプ１００である場合も、励起用半導体レーザと同様にレーザ光路２を妨げることなく、かつブリュースタ側面１２に励起光が照射されない場所であれば、励起用ランプ１００はどちらの方向にでも配置することができる。
【００４４】
実施の形態８．
図８，９はこの発明の実施の形態８による固体レーザ装置の動作を説明するための固体励起媒質の部分を示す図である。ブリュースタ側面１２、１２０(以下単に１２と略す)と全反射コート側面４または全反射コート側面５の角度関係は以下のように求めることができる。
【００４５】
図８のように固体励起媒質１内部の屈折率をｎ２、固体励起媒質１外部の屈折率をｎ１とする。固体励起媒質１外部から固体励起媒質１内部にレーザ光が入射するとき、ブリュースタ角(入射光がブリュースタ側面１２の法線となす角)は以下の式で求められる。
【００４６】
α＝tan−１(ｎ１／ｎ２) (１)
【００４７】
ここでαは、固体励起媒質１への入射角である。また固体励起媒質１にブリュースタ角で入射した後のレーザ光路２が入射面(ブリュースタ側面１２)の法線となす角βは、
【００４８】
β＝sin−１{(ｎ１／ｎ２)sinα} (２)
【００４９】
となる。
【００５０】
図８のように全反射コート側面４に垂直にレーザ光路２が入射しているとし、そこでのパス数(レーザ光路数)を１Ｐとする。以後、全反射コート側面５または全反射コート側面４で反射されレーザ光路の方向が変わる毎にパス数を増やしていく。
【００５１】
パス数ｍが奇数のときα、β、θ(θは全反射コート側面４に対する全反射コート側面５のなす角)とパスの関係は図８のようになる。奇数のパスと全反射コート側面４の法線がなす角は(ｍ−１)θとなる。なおパス数ｍは、レーザ光が固体励起媒質１内の全反射コート側面４，５間の間隔が狭い側における折り返しでの全反射コート側面４への垂直反射で始まりレーザ光がブリュースタ側面１２に到達するまでのレーザ光が全反射コート側面４，５で反射する度に増加するレーザ光のパス数である。
【００５２】
全反射コート側面４とブリュースタ側面１２がなす角をγとすると、γはｍ，θ，βを使って以下のようになる。
【００５３】
γ＝(ｍ−１)θ＋β (３)
【００５４】
(３)式に(１) (２)式を代入することによりγは
【００５５】
γ＝(ｍ−１)θ＋sin−１[(ｎ１／ｎ２)sin{tan−１(ｎ１／ｎ２)}] (４)
となる。
【００５６】
パス数ｍが偶数のときα，β，θとパスの関係は図９のようになる。偶数のパスと全反射コート側面４の法線がなす角はｍθとなる。
【００５７】
全反射コート側面４とブリュースタ側面１２がなす角をγとすると、γはｍ，θ，βを使って以下のようになる。
【００５８】
γ＝π−ｍθ−β (５)
【００５９】
また全反射コート側面５とブリュースタ側面１２がなす角をδとすると、δはｍ，θ，γを使って以下のようになる。
【００６０】
δ＝π−θ−γ (６)
【００６１】
(６)式に(１) (２) (５)式を代入することによりδは
【００６２】
δ＝(ｍ−１)θ＋sin−１[(ｎ１／ｎ２)sin{tan−１(ｎ１／ｎ２)}] (７)
【００６３】
となり、(４)式と同じ形式で表される。
【００６４】
以上のことから、固体励起媒質１内の屈折率ｎ２と固体励起媒質１外部の屈折率ｎ１が決まっているとき、全反射コート側面４と全反射コート側面５のテーパ角θと固体励起媒質１内のパス数ｍを決めれば、ブリュースタ側面１２の切り出す角度は(４)式または(７)式で求めることができる。
【００６５】
以上の各実施形態のようにすれば、固体レーザ媒質すなわち固体励起媒質のレーザ光を入出力する部分から反射防止コートが取り除かれることにより、誘電体多層膜による反射防止コートの損傷閾値を超えるレーザ光の入出力においても反射防止コートが損傷することがなくなる。従って反射防止コートを有するレーザよりもより固体励起媒質への高出力のレーザの入出力が実現できる。また、固体励起媒質の製作においては反射防止コートを施す工程が無くなり、製造の歩留まりを向上させることができる。
【００６６】
また、固体励起媒質をレーザ発振器として用いる場合、レーザ光が固体励起媒質界面をブリュースタ角で通過するように設計しておけば、最も損失が少ないレーザ光路で発振するので、設計以外のレーザ光路による発振を抑制することができる。また、ブリュースタ角における透過率はレーザ光の偏光方向に依存性する。固体励起媒質をレーザ発振器として用いる場合は、界面での透過率の高い偏光方向が最も損失が少なく発振しやすいので、発振するレーザ光の偏光は直線偏光となり付加的な直線偏光選択素子なしに直線偏光を得ることができる。
【００６７】
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１ 固体励起媒質、２ レーザ光路、４ 全反射コート側面、５ 全反射コート側面、６ λ／２板、７ ファラデーローテータ、８ 偏光プリズム、９ シード光発振器、１０ 励起用半導体レーザ、１１ 部分反射鏡、１２，１２０ ブリュースタ側面、１３ Ｐ偏光、１４ Ｓ偏光、１６，１７ 角度調整ミラー、２０ ブリュースタ角外レーザ光路、１００ 励起用ランプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの励起光により内部に誘起されるレーザ利得によりレーザ光を発生および増幅させる固体励起媒質を備えた固体レーザ装置であって、
前記固体励起媒質が、
所定方向に沿って延びる全反射コートが施された第１全反射コート側面と、
前記第１全反射コート側面と互いの間隔が徐々に変化するように所定のテーパー角度をもって対向する全反射コートが施された第２全反射コート側面と、
前記第１および第２全反射コート側面の互いの間隔が広い側端に設けられ、レーザ光が前記第１および第２全反射コート側面で交互に反射してジグザクに進行しながら間隔が広い側から狭い側へ進行し狭い側で折り返して広い側に戻り出射し、さらにレーザ光の出射光の出射角またはさらにレーザ光の入射光の入射角がブリュースタ角となるようにされたブリュースタ側面と、
を有することを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記固体励起媒質がレーザ増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
レーザ光を前記ブリュースタ側面にＰ偏光で入射させる偏光方向制御手段を備えたことをと特徴とする請求項２に記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
レーザ光を前記ブリュースタ側面にブリュースタ角で入射させる入射方向制御手段を備えたことをと特徴とする請求項２または３に記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記固体励起媒質がレーザ発振器であることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記固体励起媒質のブリュースタ側面から出射したレーザ光の一部を透過し一部を反射してブリュースタ側面に戻す部分反射手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記固体励起媒質が、発振するレーザ光の偏光を直接偏光発振することを特徴とする請求項５または６に記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
レーザ光が入出される面を前記ブリュースタ側面とし、レーザ入出力がブリュースタ角となる共振器経路でのみ発振させることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記ブリュースタ側面が前記第１および第２全反射コート側面間全長に渡って延び、前記固体励起媒質が、
前記第２全反射コート側面の前記第１全反射コート側面との前記所定のテーパー角度をθ、
前記固体励起媒質外部のレーザ光の屈折率をｎ１、
前記固体励起媒質内部のレーザ光の屈折率をｎ２、
前記レーザ光の前記固体励起媒質内の全反射コート側面間の間隔が狭い側における折り返しでの前記第１全反射コート側面への垂直反射で始まりレーザ光が前記ブリュースタ側面に到達するまでの間にレーザ光が前記第１および第２全反射コート側面で反射する度に増加するレーザ光のパス数をｍ、
とすると、
前記ｍが奇数時の前記第１全反射コート側面とブリュースタ側面とのなす角γおよび前記ｍが偶数時の前記第２全反射コート側面とブリュースタ側面とのなす角δが、
γ＝δ＝(ｍ−１)θ＋sin−１[(ｎ１／ｎ２)sin{tan−１(ｎ１／ｎ２)}]
となる形状を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記ブリュースタ側面が、前記第１および第２全反射コート側面間の一部に設けられていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２全反射コート側面の全反射コートがレーザ光を反射させる部分だけに施されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１２】
前記ブリュースタ側面に面していない方向から前記励起光を前記固体励起媒質に照射する励起光源を設けたことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１３】
前記励起光源が励起用半導体レーザまたは励起用ランプからなることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１】
外部からの励起光により内部に誘起されるレーザ利得によりレーザ光を発生および増幅させる固体励起媒質を備えた固体レーザ装置であって、
前記固体励起媒質が、
所定方向に沿って延びる全反射コートが施された第１全反射コート側面と、
前記第１全反射コート側面と互いの間隔が徐々に変化するように所定のテーパー角度をもって対向する全反射コートが施された第２全反射コート側面と、
前記第１および第２全反射コート側面の互いの間隔が広い側端に設けられ、レーザ光が前記第１および第２全反射コート側面で交互に反射してジグザクに進行しながら間隔が広い側から狭い側へ進行し狭い側で折り返して広い側に戻り出射し、さらにレーザ光の出射光の出射角またはさらにレーザ光の入射光の入射角がブリュースタ角となるようにされたブリュースタ側面と、
を有することを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記固体励起媒質がレーザ増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
レーザ光を前記ブリュースタ側面にＰ偏光で入射させる偏光方向制御手段を備えたことをと特徴とする請求項２に記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
レーザ光を前記ブリュースタ側面にブリュースタ角で入射させる入射方向制御手段を備えたことをと特徴とする請求項２または３に記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記固体励起媒質がレーザ発振器であることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記固体励起媒質のブリュースタ側面から出射したレーザ光の一部を透過し一部を反射してブリュースタ側面に戻す部分反射手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記固体励起媒質が、発振するレーザ光の偏光を直接偏光発振することを特徴とする請求項５または６に記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
レーザ光が入出される面を前記ブリュースタ側面とし、レーザ入出力がブリュースタ角となる共振器経路でのみ発振させることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記ブリュースタ側面が前記第１および第２全反射コート側面間全長に渡って延び、前記固体励起媒質が、
前記第２全反射コート側面の前記第１全反射コート側面との前記所定のテーパー角度をθ、
前記固体励起媒質外部のレーザ光の屈折率をｎ１、
前記固体励起媒質内部のレーザ光の屈折率をｎ２、
前記レーザ光の前記固体励起媒質内の全反射コート側面間の間隔が狭い側における折り返しでの前記第１全反射コート側面への垂直反射で始まりレーザ光が前記ブリュースタ側面に到達するまでの間にレーザ光が前記第１および第２全反射コート側面で反射する度に増加するレーザ光のパス数をｍ、
とすると、
前記ｍが奇数時の前記第１全反射コート側面とブリュースタ側面とのなす角γおよび前記ｍが偶数時の前記第２全反射コート側面とブリュースタ側面とのなす角δが、
γ＝δ＝(ｍ−１)θ＋sin−１[(ｎ１／ｎ２)sin{tan−１(ｎ１／ｎ２)}]
となる形状を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記ブリュースタ側面が、前記第１および第２全反射コート側面間の一部に設けられていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１および第２全反射コート側面の全反射コートがレーザ光を反射させる部分だけに施されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１２】
前記ブリュースタ側面に面していない方向から前記励起光を前記固体励起媒質に照射する励起光源を設けたことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項１３】
前記励起光源が励起用半導体レーザまたは励起用ランプからなることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２９８２６（Ｐ２０１１−１２９８２６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８９３６２（Ｐ２００９−２８９３６２）
【出願日】平成２１年１２月２１日（２００９．１２．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２１日（２００９．１２．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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