固体レーザ装置
【課題】導波路型レーザの利得係数が非常に高い場合に、ＡＳＥが発生するが、このＡＳＥの発生を抑え、一方で、レーザ光の発振、増幅には損失を与えない、固体レーザ装置を得る。
【解決手段】導波路型固体レーザ装置の励起媒質１の対向する２辺に施された全反射膜４，５に、レーザ光路２を伝播するレーザ光の入射角に対する反射率依存性を持たせて、レーザ光の最大入射角α以下の範囲の入射角においては、全反射膜４，５の反射率を高い反射率とし、レーザ光の最大入射角αよりも大きい範囲の入射角においては、全反射膜４，５の反射率を低下させることにより、反射時のＡＳＥ光の損失を高くしてＡＳＥの発生を抑制し、一方で、レーザ光には大きな損失を与えることなく、発振、増幅させることができる。
【解決手段】導波路型固体レーザ装置の励起媒質１の対向する２辺に施された全反射膜４，５に、レーザ光路２を伝播するレーザ光の入射角に対する反射率依存性を持たせて、レーザ光の最大入射角α以下の範囲の入射角においては、全反射膜４，５の反射率を高い反射率とし、レーザ光の最大入射角αよりも大きい範囲の入射角においては、全反射膜４，５の反射率を低下させることにより、反射時のＡＳＥ光の損失を高くしてＡＳＥの発生を抑制し、一方で、レーザ光には大きな損失を与えることなく、発振、増幅させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は固体レーザ装置に関し、特に、固体を励起媒質とする固体レーザ装置において、励起媒質内で発生する増幅自然放出光（ＡＳＥ）を抑制することを図る固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体レーザ装置は、レーザ発振器またはレーザ増幅器として用いられ、半導体レーザなどの光源により励起媒質を励起し、レーザ光を励起媒質内で増幅するように構成されている。
【０００３】
導波路型レーザでは励起素子の対向する２辺に全反射膜を施し、２辺間でレーザ光を多重反射させてジグザグに進行させ、レーザ光が励起媒質内を伝播する増幅光路長を長くして高い増幅利得を得ている。（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６０２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の導波路型レーザでは、励起素子の対向する２辺に全反射膜を施し、２辺間でレーザ光を多重反射させてジグザグに進行させ、レーザ光の増幅光路長を長くして増幅利得を高くしている。
【０００６】
しかしながら、導波路型レーザの利得係数が非常に高い場合、増幅光路長が短くても自然放出光は高い増幅を受ける。このような増幅光は、自然放出の単一パス増幅である増幅自然放出光（以下、ＡＳＥとする。）となり、レーザ発振光およびレーザ増幅光とは別に高い出力で発生される。このようなＡＳＥの発生により、レーザ光増幅に使われるべき反転分布が消費され、その結果、レーザ光発振出力およびレーザ光増幅出力が低下するという問題点があった。
【０００７】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、導波路素子内で発生するＡＳＥを抑制し、反転分布の消費をなくすことによって、効率的にレーザ光を発振および増幅させることが可能な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】
【０００８】
この発明は、励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、前記励起媒質は、全反射膜が施された非平行な２辺を有し、前記レーザ光は、前記非平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記非平行な２辺に入射するレーザ光の最大入射角以下の場合は全反射し、前記最大入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜であることを特徴とする固体レーザ装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、前記励起媒質は、全反射膜が施された非平行な２辺を有し、前記レーザ光は、前記非平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記非平行な２辺に入射するレーザ光の最大入射角以下の場合は全反射し、前記最大入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜であることを特徴とする固体レーザ装置であるので、導波路素子内で発生するＡＳＥを抑制し、反転分布の消費をなくすことによって、効率的にレーザ光を発振および増幅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置（レーザ増幅器）の構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置（レーザ発振器）の構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【図３】図１，２に示す全反射膜の反射率の角度依存性をグラフで示す説明図である。
【図４】固体レーザ装置でＡＳＥの発生を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１、２に係る固体レーザ装置の全反射膜の反射率の角度依存性を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置として、導波路型固体レーザ装置を、それぞれ、図１および図２のように、レーザ増幅器およびレーザ発振器に適用した場合について説明する。
【００１２】
図１は、固体レーザ装置において、薄板状の励起媒質１を増幅器として用いた場合の（ａ）側面図と（ｂ）平面図であり、励起媒質１内でのレーザ光の増幅動作を示している。
【００１３】
図１において、固体レーザ装置は、レーザ光路２上に位置し、平面形状が略々台形の薄板状の励起媒質１と、励起媒質１のレーザ光入出力面に設けられた反射防止膜３と、励起媒質１の非平行な対向面に形成された全反射膜４，５と、レーザ光路２の入射側に配列された、入射角調整ミラー１６，１７、λ／２板６、ファラデーローテータ７、偏光プリズム８、および、シード光発振器９と、励起光路１４の両側に配置された励起用半導体レーザ１０と、励起媒質１の上下面に設けられたクラッド膜１２と、を備えている。
【００１４】
図１に示すように、励起媒質１は、３対の対向面を有する薄板形状で構成されている。励起媒質１の３対の対向面のうち、面積の最も大きい上下面は、図１（ａ）に示すように、略々平行であるが、側面を構成する一方の対向面は非平行で、同じく側面を構成するもう一方の対向面は略々平行となっている。したがって、励起媒質１の形状は、図１（ｂ）に示すような平面形状が略々台形の薄板形状となっている。
【００１５】
シード光発振器９から出射されたシードレーザ光（以下、単に「レーザ光」という）は、まず、偏光プリズム８を通過し、偏光プリズム８を透過できる方向の偏光成分を有するレーザ光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において偏光方向が４５°回転される。さらに、ファラデーローテータ７を通過したレーザ光は、λ／２板６において、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、入射角調整ミラー１７，１６により励起媒質１に対する入射角度を調整され、励起媒質１のレーザ入出力面に設けられた反射防止膜３を通過して励起媒質１に入射する。
【００１６】
励起媒質１の材質は固体であり、一般的なレーザ媒質（レーザ遷移媒質が添加され、励起用半導体レーザ１０からの励起光を吸収する材質）を使用することができる。
励起媒質１としては、たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅなどが用いられる。
【００１７】
励起媒質１の上下面は、レーザ光の閉じ込めを行うために、クラッド膜１２として、励起媒質１の屈折率ｎ０よりも低い屈折率ｎ１，ｎ２の媒質（ｎ０＞ｎ１，ｎ２）から構成されたクラッド材からなる膜で全面コーティングされている。屈折率の低い媒質にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ3、ＭｇＦ２などを用いることができる。
【００１８】
励起媒質１は、励起用半導体レーザ１０から出射され、励起媒質１の側面より入力される励起光によって励起されている。
【００１９】
励起媒質１に入射したレーザ光は、クラッド膜１２で挟まれた導波方向については、励起媒質１の屈折率ｎ０とクラッド膜１２の屈折率ｎ１，ｎ２との差によって、図１（ａ）に図示したように、励起媒質１とクラッド膜１２との境界で全反射され、励起媒質１内に閉じ込められる。
【００２０】
一方、導波方向と垂直な方向では、励起媒質１の全反射膜５と全反射膜４との間で反射を繰り返しながら、図１（ｂ）に図示したように、ジグザグに進行し、励起用半導体レーザ１０によって励起媒質１内に誘起されるレーザ利得により増幅される。
【００２１】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を狭めながら反射を繰り返す。
【００２２】
反射角を狭めながらこうして反射を繰り返し、反射角が０°になったら、すなわち、全反射膜４または全反射膜５に垂直入射した後、レーザ光は、今度は、反転して元のパスを反対に進行し、反射防止膜３を透過して、励起媒質１の外に出射される。このような光路をここでは自己帰還型レーザ光路と呼ぶ。
【００２３】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を広めながら反射を繰り返す。
【００２４】
励起媒質１から出射されたレーザ光は、ファラデーローテータ７において偏光方向がさらに４５°回転する。
【００２５】
よって、励起媒質１への入射時に偏光プリズム８を透過したときの偏光方向に比べて、励起媒質１から出射してファラデーローテータ７を再通過したときのレーザ光は、偏光方向が９０°回転しているので、偏光プリズム８で反射され、図１の破線矢印で示されるように、元のパスとは別の経路をたどり、レーザシステム外部に増幅後のレーザ出力として取り出されて利用される。
【００２６】
図２は、固体レーザ装置において、励起媒質１を発振器として用いた場合の（ａ）側面図と（ｂ）平面図であり、励起媒質１内でのレーザ光の発振動作を示している。
【００２７】
図２において、レーザ発振器に適用される固体レーザ装置は、前述の図１と同様の、励起媒質１、反射防止膜３、全反射膜４，５、クラッド膜１２、および、励起用半導体レーザ１０に加えて、レーザ光路２上の部分反射鏡１１を備えている。図１に示した他の構成は、図２では設けられていない。なお、図１と同じ構成については、図１と同一の符号を付し、上記の図１に関する説明を参照することとし、ここでは、それらについての詳細な説明は省略する。
【００２８】
励起媒質１内におけるレーザ光路２の形成については、前述と同様であり、クラッド膜１２で挟まれた導波方向については励起媒質１の屈折率ｎ０とクラッド膜１２の屈折率ｎ１，ｎ２との差によって、励起媒質１とクラッド膜１２との境界で全反射され、励起媒質１内に閉じ込められる。
【００２９】
一方、導波方向と垂直な方向では、励起用半導体レーザ１０によって励起媒質１内に誘起されるレーザ利得により発生したレーザ光が、全反射膜４，５の間で反射を繰り返しながらジグザグに進行する。
【００３０】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を狭めながら反射を繰り返す。こうして、反射角を狭めながら反射を繰り返し、反射角が０°になったら、すなわち、全反射膜４または全反射膜５に垂直入射した後、レーザ光は、今度は、反転して元のパスを反対に進行する。このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を広めながら反射を繰り返す。従って、図２の光路も自己帰還型レーザ光路である。
【００３１】
レーザ光路２が垂直反射する全反射膜４または全反射膜５を有する励起媒質１の面は、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】
こうして、励起媒質１内で増幅されたレーザ光は、反射防止膜３を透過して励起媒質１の外に出射され、一部が部分反射鏡１１を通過して共振器外部に取り出されて利用される。
【００３３】
また、励起媒質１から出射されたレーザ光の他の一部は、レーザ光路２上に配置された部分反射鏡１１で反射し、再び反射防止膜３を透過して、励起媒質１に入射する。
【００３４】
図３は、導波路レーザに施される一般的な全反射膜の反射率のレーザ入射角依存性を示したグラフである。図３の全反射膜は、入射角０°から２５°までは高い反射率を有する設計となっているが、２５°を過ぎると反射率は急激に低下する。図１，２のレーザ光路２の全反射膜４，５も同じ性質を有しているので、このことを考慮して、図１，２のレーザ光路２の全反射膜４，５に対する最大入射角は、反射率が急激に低下する角度（図３では２５°）以下になるように設計され、レーザ光路２を伝播するレーザ光が大きな損失を受けないようになっている。
【００３５】
図４は、図１，２に示す固体レーザ装置において、導波路素子内部で発生するＡＳＥを表した図である。図４において、１５はＡＳＥ光路であり、破線で示した２は、図１，２で示したレーザ光路である。励起媒質１の一方（図中左）から発生した自然放出光は非平行な全反射膜４，５の間で多重反射しながら増幅される。このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、自然放出光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を広めながら反射を繰り返す。導波路レーザの利得が非常に高いと、自然放出光は高い出力となって増幅されてＡＳＥとなり、反射防止膜３を透過して導波路素子外部に放出される。このとき、ＡＳＥ光路１５の全反射膜４，５に対する最大入射角βが、反射率が急激に低下する角度（図３では２５°）以下であれば、ＡＳＥは大きな損失を受けることなく成長し高出力のＡＳＥが発生する。従って、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このβよりも小さな角度に設定すれば、図４のＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００３６】
ＡＳＥ光路１５は導波路平面内で図１及び図２のレーザ光路２（図中破線）と多数の箇所で重なりあっている。ＡＳＥ光路１５とレーザ光路２が重なる部分においては、高出力のＡＳＥの発生によりレーザ増幅に利用されるべき反転分布がＡＳＥ増幅のために消費され、レーザ発振、レーザ増幅の妨げとなる。
【００３７】
全反射膜で反射率が急激に低下する角度は、全反射膜を構成する材料の材質と厚みを調整することによって、任意に変更することができる。図５は反射率が急激に低下する入射角を５°に設計したものである。
【００３８】
図１，２に示すように、レーザ光路２が全反射膜４，５に入射する最大角αは、非平行に設置された全反射膜４と全反射膜５とがなす角度θと、レーザ光路２の反射回数Ｎとから、以下の式のように決まる。
【００３９】
α＝Ｎθ （Ｎ：偶数）
α＝（Ｎ−１）θ （Ｎ：奇数）
【００４０】
全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このαよりも大きな角度に設定すれば、図１，２のレーザ光路２を伝播するレーザ光は大きな損失を受けることなくレーザ増幅される。
【００４１】
一方、図４に示すように、ＡＳＥ光路１５が全反射膜４，５に入射する最大角をβとすると、上記で説明したように、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このβよりも小さな角度に設定すれば、図４のＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００４２】
従って、全反射膜の反射率が急激に低下する角度を、レーザ光路２の最大入射角αよりも大きく、ＡＳＥ光路１５の最大入射角βよりも小さな角度になるように設計した、全反射膜を、図１，２の全反射膜４あるいは全反射膜５として、励起媒質１の非平行な対向面にコーティングすれば、ＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受けて抑制されるので、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。
【００４３】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置は、励起用半導体レーザ１０からの励起光およびシード光発振器９から出射されるレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質１を備え、励起媒質１は、全反射膜４，５が施された非平行な対向する２面を有し、レーザ光は、非平行な対向する２面を多重反射してジグザグに進行するものであって、全反射膜４，５にレーザ光の入射角に対して反射率依存性を持たせて、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、レーザ光路２の最大入射角αよりも大きく、ＡＳＥ光路１５の最大入射角βよりも小さな角度になるように設計し、レーザ光の最大入射角α以下の範囲の入射角においては、高い反射率で、前記レーザ光を全反射し、レーザ光の最大入射角αよりも大きい範囲の入射角においては、反射率が低くなるようにしたので、ＡＳＥ光の反射時の損失を高くして、ＡＳＥの発生を抑制することができるため、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。これにより、レーザ光の発振、増幅には損失を与えず、ＡＳＥの発生のみを抑制し、レーザ発振、レーザ増幅に寄与する反転分布のＡＳＥによる消費をなくして、効率的にレーザ光を発振、増幅させることが可能となる。また、レーザ光への光−光変換効率を高めることによって、同じレーザ出力を得る場合でも必要な励起光出力を少なくできるので、システムの電力効率を高めることができる。さらに、光−光変換効率が高まることにより、レーザ光に変換されず励起媒質から排熱される余分な熱が少なくなり、励起媒質の冷却能力を低く抑えることができる。
【００４４】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、自己帰還型レーザ光路を使った導波路型レーザによるこの発明の実施の形態について説明した。
【００４５】
図６は、固体レーザ装置において、薄板状の励起媒質１を増幅器として用いた場合の（ａ）側面図と（ｂ）平面図であり、自己帰還型レーザ光路を用いないレーザ光増幅動作を示している。
【００４６】
図６に示すように、レーザ増幅器に適用される固体レーザ装置は、レーザ光路２上に位置する励起媒質１と、励起媒質１のレーザ入出力面に設けられた反射防止膜３と、励起媒質１の平行な対向面に形成された全反射膜４，５と、レーザ光路２の入射側に配列された入射角調整ミラー１６，１７及びシード光発振器９と、励起光路１４の両側に配置された励起用半導体レーザ１０と、励起媒質１の上下面に設けられたクラッド膜１２と、を備えている。なお、図６において、１５は、ＡＳＥ光路である。
【００４７】
励起媒質１は、３対の対向面を有する薄板形状を有している。本実施の形態２においては、励起媒質１の３対の対向面はすべて略々平行である。したがって、励起媒質１の形状は、図６（ｂ）に示すような略々矩形（長方形）の薄板形状となっている。なお、図１の実施の形態１の構成においては、自己帰還型レーザ光路で、励起媒質１のレーザ入力面と出力面とが同じであるため、反射防止膜３は１つだけ設けられていた。一方、図６に示す本実施の形態２の構成においては、自己帰還型レーザ光路を用いない構成であるため、励起媒質１のレーザ入力面と出力面とが異なるため、反射防止膜３はレーザ入力面と出力面とにそれぞれ１つずつ設けられている。これらの２つの反射防止膜３は、図６（ｂ）に示すように、対向する面の反対側の端に設けられている（すなわち、点対象の位置に設けられている。）。
【００４８】
シード光発振器９から出射されたシードレーザ光（以下、単に「レーザ光」という）は、入射角調整ミラー１７，１６により励起媒質１に対する入射角度を調整され、レーザ入力面に設けられた反射防止膜３を透過して励起媒質１に入射される。
【００４９】
励起媒質１に入射したレーザ光は、導波方向（屈折率の低い媒質で挟まれた方向）については励起媒質１の屈折率とクラッド膜１２の屈折率との差によって、励起媒質１とクラッド膜１２の境界で全反射され、励起媒質１内に閉じ込められる。
【００５０】
一方、導波方向と垂直な方向では、励起媒質１の全反射膜５と全反射膜４との間で反射を繰り返しながら、図示したようにジグザグに進行し、励起用半導体レーザ１０によって励起媒質１内に誘起されるレーザ利得により増幅される。
【００５１】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行であり、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射角を一定に保ちながら反射を繰り返し進行し、レーザ出力面に設けられた反射防止膜３を透過して励起媒質１の外に出射される。図３に示した全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このレーザ光の入射角よりも大きな角度に設定すれば、図１，２のレーザ光路２を伝播するレーザ光は大きな損失を受けることなくレーザ増幅される。
【００５２】
図６におけるＡＳＥの発生光路（ＡＳＥ光路）を図中破線（符号１５）で図示する。励起媒質１の一方（図中左）から発生した自然放出光は平行な全反射膜４，５の間で多重反射しながら増幅される。導波路レーザの利得が非常に高いと、自然放出光は少ない反射回数でも高い出力となって増幅されてＡＳＥとなり、反射防止膜３を透過して導波路素子外部に放出される。このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行なので、ＡＳＥ光は、全反射膜４，５の各面での反射角を一定に保ちながら反射を繰り返す。
【００５３】
ＡＳＥ光路１５は導波路平面内で図６のレーザ光路２（図中実線）と多数の箇所で重なりあっている。ＡＳＥ光路１５とレーザ光路２が重なる部分においては高出力のＡＳＥの発生によりレーザ増幅に利用されるべき反転分布がＡＳＥ増幅のために消費され、レーザ増幅の妨げとなる。ＡＳＥ光路１５の全反射膜４，５に対する入射角が、図３の反射率が急激に低下する角度（図３では２５°）以下であれば、ＡＳＥは大きな損失を受けることなく成長し高出力のＡＳＥが発生する。従って、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このＡＳＥ光路１５の入射角よりも小さな角度に設定すれば、ＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００５４】
全反射膜で反射率が急激に低下する角度は、全反射膜を構成する材料の材質と厚みを調整することによって、任意に変更することができる。図５は反射率が急激に低下する入射角を５°に設計したものである。
【００５５】
このように、レーザ光路２が全反射膜４，５に入射する角をαとすると、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このαよりも大きな角度に設定すれば、図６のレーザ光路２を伝播するレーザ光は大きな損失を受けることなくレーザ増幅される。
【００５６】
一方、ＡＳＥ光路１５が全反射膜４，５に入射する角をβとすると、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このβよりも小さな角度に設定すれば、図６のＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００５７】
従って、レーザ光路２の入射角αよりも大きく、ＡＳＥ光路１５の入射角βよりも小さな角度になるように、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を設計し、図６の全反射膜４あるいは５として、励起媒質１にコーティングすれば、ＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受けて抑制されるので、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。
【００５８】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置は、励起用半導体レーザ１０からの励起光およびシード光発振器９から出射されるレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質１を備え、励起媒質１は、全反射膜４，５が施された平行な対向する２面を有し、レーザ光は、平行な対向する２面を多重反射してジグザグに進行するものであって、全反射膜４，５に、レーザ光の入射角に対して反射率依存性を持たせて、レーザ光の入射角以下の範囲の入射角においては、高い反射率で、前記レーザ光を全反射し、レーザ光の入射角よりも大きい範囲の入射角においては、反射率が低くなるように設計された全反射膜を用いるようにしたので、ＡＳＥ光の反射時の損失を高くして、ＡＳＥの発生を抑制することができるため、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。これにより、レーザ光の発振、増幅には損失を与えず、ＡＳＥの発生のみを抑制し、レーザ発振、レーザ増幅に寄与する反転分布のＡＳＥによる消費をなくして、効率的にレーザ光を発振、増幅させることが可能となる。また、レーザ光への光−光変換効率を高めることによって、同じレーザ出力を得る場合でも必要な励起光出力を少なくできるので、システムの電力効率を高めることができる。さらに、光−光変換効率が高まることにより、レーザ光に変換されず励起媒質から排熱される余分な熱が少なくなり、励起媒質の冷却能力を低く抑えることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態２においては、本実施の形態２に係る固体レーザ装置をレーザ増幅器に適用した例について説明したが、その場合に限らず、図２に示すように、レーザ発振器に適用してもよいものとする。また、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１ 励起媒質、２ レーザ光路、３ 反射防止膜、４，５ 全反射膜、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 クラッド膜、１４ 励起光路、１５ ＡＳＥ光路、１６，１７ 入射角調整ミラー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は固体レーザ装置に関し、特に、固体を励起媒質とする固体レーザ装置において、励起媒質内で発生する増幅自然放出光（ＡＳＥ）を抑制することを図る固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体レーザ装置は、レーザ発振器またはレーザ増幅器として用いられ、半導体レーザなどの光源により励起媒質を励起し、レーザ光を励起媒質内で増幅するように構成されている。
【０００３】
導波路型レーザでは励起素子の対向する２辺に全反射膜を施し、２辺間でレーザ光を多重反射させてジグザグに進行させ、レーザ光が励起媒質内を伝播する増幅光路長を長くして高い増幅利得を得ている。（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６０２２号公報
【特許文献２】特開２００３−１５２２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の導波路型レーザでは、励起素子の対向する２辺に全反射膜を施し、２辺間でレーザ光を多重反射させてジグザグに進行させ、レーザ光の増幅光路長を長くして増幅利得を高くしている。
【０００６】
しかしながら、導波路型レーザの利得係数が非常に高い場合、増幅光路長が短くても自然放出光は高い増幅を受ける。このような増幅光は、自然放出の単一パス増幅である増幅自然放出光（以下、ＡＳＥとする。）となり、レーザ発振光およびレーザ増幅光とは別に高い出力で発生される。このようなＡＳＥの発生により、レーザ光増幅に使われるべき反転分布が消費され、その結果、レーザ光発振出力およびレーザ光増幅出力が低下するという問題点があった。
【０００７】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、導波路素子内で発生するＡＳＥを抑制し、反転分布の消費をなくすことによって、効率的にレーザ光を発振および増幅させることが可能な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】
【０００８】
この発明は、励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、前記励起媒質は、全反射膜が施された非平行な２辺を有し、前記レーザ光は、前記非平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記非平行な２辺に入射するレーザ光の最大入射角以下の場合は全反射し、前記最大入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜であることを特徴とする固体レーザ装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、前記励起媒質は、全反射膜が施された非平行な２辺を有し、前記レーザ光は、前記非平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記非平行な２辺に入射するレーザ光の最大入射角以下の場合は全反射し、前記最大入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜であることを特徴とする固体レーザ装置であるので、導波路素子内で発生するＡＳＥを抑制し、反転分布の消費をなくすことによって、効率的にレーザ光を発振および増幅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置（レーザ増幅器）の構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置（レーザ発振器）の構成を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【図３】図１，２に示す全反射膜の反射率の角度依存性をグラフで示す説明図である。
【図４】固体レーザ装置でＡＳＥの発生を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１、２に係る固体レーザ装置の全反射膜の反射率の角度依存性を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置を示す（ａ）側面図および（ｂ）平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置として、導波路型固体レーザ装置を、それぞれ、図１および図２のように、レーザ増幅器およびレーザ発振器に適用した場合について説明する。
【００１２】
図１は、固体レーザ装置において、薄板状の励起媒質１を増幅器として用いた場合の（ａ）側面図と（ｂ）平面図であり、励起媒質１内でのレーザ光の増幅動作を示している。
【００１３】
図１において、固体レーザ装置は、レーザ光路２上に位置し、平面形状が略々台形の薄板状の励起媒質１と、励起媒質１のレーザ光入出力面に設けられた反射防止膜３と、励起媒質１の非平行な対向面に形成された全反射膜４，５と、レーザ光路２の入射側に配列された、入射角調整ミラー１６，１７、λ／２板６、ファラデーローテータ７、偏光プリズム８、および、シード光発振器９と、励起光路１４の両側に配置された励起用半導体レーザ１０と、励起媒質１の上下面に設けられたクラッド膜１２と、を備えている。
【００１４】
図１に示すように、励起媒質１は、３対の対向面を有する薄板形状で構成されている。励起媒質１の３対の対向面のうち、面積の最も大きい上下面は、図１（ａ）に示すように、略々平行であるが、側面を構成する一方の対向面は非平行で、同じく側面を構成するもう一方の対向面は略々平行となっている。したがって、励起媒質１の形状は、図１（ｂ）に示すような平面形状が略々台形の薄板形状となっている。
【００１５】
シード光発振器９から出射されたシードレーザ光（以下、単に「レーザ光」という）は、まず、偏光プリズム８を通過し、偏光プリズム８を透過できる方向の偏光成分を有するレーザ光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において偏光方向が４５°回転される。さらに、ファラデーローテータ７を通過したレーザ光は、λ／２板６において、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、入射角調整ミラー１７，１６により励起媒質１に対する入射角度を調整され、励起媒質１のレーザ入出力面に設けられた反射防止膜３を通過して励起媒質１に入射する。
【００１６】
励起媒質１の材質は固体であり、一般的なレーザ媒質（レーザ遷移媒質が添加され、励起用半導体レーザ１０からの励起光を吸収する材質）を使用することができる。
励起媒質１としては、たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅなどが用いられる。
【００１７】
励起媒質１の上下面は、レーザ光の閉じ込めを行うために、クラッド膜１２として、励起媒質１の屈折率ｎ０よりも低い屈折率ｎ１，ｎ２の媒質（ｎ０＞ｎ１，ｎ２）から構成されたクラッド材からなる膜で全面コーティングされている。屈折率の低い媒質にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ3、ＭｇＦ２などを用いることができる。
【００１８】
励起媒質１は、励起用半導体レーザ１０から出射され、励起媒質１の側面より入力される励起光によって励起されている。
【００１９】
励起媒質１に入射したレーザ光は、クラッド膜１２で挟まれた導波方向については、励起媒質１の屈折率ｎ０とクラッド膜１２の屈折率ｎ１，ｎ２との差によって、図１（ａ）に図示したように、励起媒質１とクラッド膜１２との境界で全反射され、励起媒質１内に閉じ込められる。
【００２０】
一方、導波方向と垂直な方向では、励起媒質１の全反射膜５と全反射膜４との間で反射を繰り返しながら、図１（ｂ）に図示したように、ジグザグに進行し、励起用半導体レーザ１０によって励起媒質１内に誘起されるレーザ利得により増幅される。
【００２１】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を狭めながら反射を繰り返す。
【００２２】
反射角を狭めながらこうして反射を繰り返し、反射角が０°になったら、すなわち、全反射膜４または全反射膜５に垂直入射した後、レーザ光は、今度は、反転して元のパスを反対に進行し、反射防止膜３を透過して、励起媒質１の外に出射される。このような光路をここでは自己帰還型レーザ光路と呼ぶ。
【００２３】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を広めながら反射を繰り返す。
【００２４】
励起媒質１から出射されたレーザ光は、ファラデーローテータ７において偏光方向がさらに４５°回転する。
【００２５】
よって、励起媒質１への入射時に偏光プリズム８を透過したときの偏光方向に比べて、励起媒質１から出射してファラデーローテータ７を再通過したときのレーザ光は、偏光方向が９０°回転しているので、偏光プリズム８で反射され、図１の破線矢印で示されるように、元のパスとは別の経路をたどり、レーザシステム外部に増幅後のレーザ出力として取り出されて利用される。
【００２６】
図２は、固体レーザ装置において、励起媒質１を発振器として用いた場合の（ａ）側面図と（ｂ）平面図であり、励起媒質１内でのレーザ光の発振動作を示している。
【００２７】
図２において、レーザ発振器に適用される固体レーザ装置は、前述の図１と同様の、励起媒質１、反射防止膜３、全反射膜４，５、クラッド膜１２、および、励起用半導体レーザ１０に加えて、レーザ光路２上の部分反射鏡１１を備えている。図１に示した他の構成は、図２では設けられていない。なお、図１と同じ構成については、図１と同一の符号を付し、上記の図１に関する説明を参照することとし、ここでは、それらについての詳細な説明は省略する。
【００２８】
励起媒質１内におけるレーザ光路２の形成については、前述と同様であり、クラッド膜１２で挟まれた導波方向については励起媒質１の屈折率ｎ０とクラッド膜１２の屈折率ｎ１，ｎ２との差によって、励起媒質１とクラッド膜１２との境界で全反射され、励起媒質１内に閉じ込められる。
【００２９】
一方、導波方向と垂直な方向では、励起用半導体レーザ１０によって励起媒質１内に誘起されるレーザ利得により発生したレーザ光が、全反射膜４，５の間で反射を繰り返しながらジグザグに進行する。
【００３０】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を狭めながら反射を繰り返す。こうして、反射角を狭めながら反射を繰り返し、反射角が０°になったら、すなわち、全反射膜４または全反射膜５に垂直入射した後、レーザ光は、今度は、反転して元のパスを反対に進行する。このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を広めながら反射を繰り返す。従って、図２の光路も自己帰還型レーザ光路である。
【００３１】
レーザ光路２が垂直反射する全反射膜４または全反射膜５を有する励起媒質１の面は、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】
こうして、励起媒質１内で増幅されたレーザ光は、反射防止膜３を透過して励起媒質１の外に出射され、一部が部分反射鏡１１を通過して共振器外部に取り出されて利用される。
【００３３】
また、励起媒質１から出射されたレーザ光の他の一部は、レーザ光路２上に配置された部分反射鏡１１で反射し、再び反射防止膜３を透過して、励起媒質１に入射する。
【００３４】
図３は、導波路レーザに施される一般的な全反射膜の反射率のレーザ入射角依存性を示したグラフである。図３の全反射膜は、入射角０°から２５°までは高い反射率を有する設計となっているが、２５°を過ぎると反射率は急激に低下する。図１，２のレーザ光路２の全反射膜４，５も同じ性質を有しているので、このことを考慮して、図１，２のレーザ光路２の全反射膜４，５に対する最大入射角は、反射率が急激に低下する角度（図３では２５°）以下になるように設計され、レーザ光路２を伝播するレーザ光が大きな損失を受けないようになっている。
【００３５】
図４は、図１，２に示す固体レーザ装置において、導波路素子内部で発生するＡＳＥを表した図である。図４において、１５はＡＳＥ光路であり、破線で示した２は、図１，２で示したレーザ光路である。励起媒質１の一方（図中左）から発生した自然放出光は非平行な全反射膜４，５の間で多重反射しながら増幅される。このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行ではないので、自然放出光は、全反射膜４，５の各面での反射ごとに反射角を広めながら反射を繰り返す。導波路レーザの利得が非常に高いと、自然放出光は高い出力となって増幅されてＡＳＥとなり、反射防止膜３を透過して導波路素子外部に放出される。このとき、ＡＳＥ光路１５の全反射膜４，５に対する最大入射角βが、反射率が急激に低下する角度（図３では２５°）以下であれば、ＡＳＥは大きな損失を受けることなく成長し高出力のＡＳＥが発生する。従って、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このβよりも小さな角度に設定すれば、図４のＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００３６】
ＡＳＥ光路１５は導波路平面内で図１及び図２のレーザ光路２（図中破線）と多数の箇所で重なりあっている。ＡＳＥ光路１５とレーザ光路２が重なる部分においては、高出力のＡＳＥの発生によりレーザ増幅に利用されるべき反転分布がＡＳＥ増幅のために消費され、レーザ発振、レーザ増幅の妨げとなる。
【００３７】
全反射膜で反射率が急激に低下する角度は、全反射膜を構成する材料の材質と厚みを調整することによって、任意に変更することができる。図５は反射率が急激に低下する入射角を５°に設計したものである。
【００３８】
図１，２に示すように、レーザ光路２が全反射膜４，５に入射する最大角αは、非平行に設置された全反射膜４と全反射膜５とがなす角度θと、レーザ光路２の反射回数Ｎとから、以下の式のように決まる。
【００３９】
α＝Ｎθ （Ｎ：偶数）
α＝（Ｎ−１）θ （Ｎ：奇数）
【００４０】
全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このαよりも大きな角度に設定すれば、図１，２のレーザ光路２を伝播するレーザ光は大きな損失を受けることなくレーザ増幅される。
【００４１】
一方、図４に示すように、ＡＳＥ光路１５が全反射膜４，５に入射する最大角をβとすると、上記で説明したように、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このβよりも小さな角度に設定すれば、図４のＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００４２】
従って、全反射膜の反射率が急激に低下する角度を、レーザ光路２の最大入射角αよりも大きく、ＡＳＥ光路１５の最大入射角βよりも小さな角度になるように設計した、全反射膜を、図１，２の全反射膜４あるいは全反射膜５として、励起媒質１の非平行な対向面にコーティングすれば、ＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受けて抑制されるので、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。
【００４３】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る固体レーザ装置は、励起用半導体レーザ１０からの励起光およびシード光発振器９から出射されるレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質１を備え、励起媒質１は、全反射膜４，５が施された非平行な対向する２面を有し、レーザ光は、非平行な対向する２面を多重反射してジグザグに進行するものであって、全反射膜４，５にレーザ光の入射角に対して反射率依存性を持たせて、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、レーザ光路２の最大入射角αよりも大きく、ＡＳＥ光路１５の最大入射角βよりも小さな角度になるように設計し、レーザ光の最大入射角α以下の範囲の入射角においては、高い反射率で、前記レーザ光を全反射し、レーザ光の最大入射角αよりも大きい範囲の入射角においては、反射率が低くなるようにしたので、ＡＳＥ光の反射時の損失を高くして、ＡＳＥの発生を抑制することができるため、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。これにより、レーザ光の発振、増幅には損失を与えず、ＡＳＥの発生のみを抑制し、レーザ発振、レーザ増幅に寄与する反転分布のＡＳＥによる消費をなくして、効率的にレーザ光を発振、増幅させることが可能となる。また、レーザ光への光−光変換効率を高めることによって、同じレーザ出力を得る場合でも必要な励起光出力を少なくできるので、システムの電力効率を高めることができる。さらに、光−光変換効率が高まることにより、レーザ光に変換されず励起媒質から排熱される余分な熱が少なくなり、励起媒質の冷却能力を低く抑えることができる。
【００４４】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、自己帰還型レーザ光路を使った導波路型レーザによるこの発明の実施の形態について説明した。
【００４５】
図６は、固体レーザ装置において、薄板状の励起媒質１を増幅器として用いた場合の（ａ）側面図と（ｂ）平面図であり、自己帰還型レーザ光路を用いないレーザ光増幅動作を示している。
【００４６】
図６に示すように、レーザ増幅器に適用される固体レーザ装置は、レーザ光路２上に位置する励起媒質１と、励起媒質１のレーザ入出力面に設けられた反射防止膜３と、励起媒質１の平行な対向面に形成された全反射膜４，５と、レーザ光路２の入射側に配列された入射角調整ミラー１６，１７及びシード光発振器９と、励起光路１４の両側に配置された励起用半導体レーザ１０と、励起媒質１の上下面に設けられたクラッド膜１２と、を備えている。なお、図６において、１５は、ＡＳＥ光路である。
【００４７】
励起媒質１は、３対の対向面を有する薄板形状を有している。本実施の形態２においては、励起媒質１の３対の対向面はすべて略々平行である。したがって、励起媒質１の形状は、図６（ｂ）に示すような略々矩形（長方形）の薄板形状となっている。なお、図１の実施の形態１の構成においては、自己帰還型レーザ光路で、励起媒質１のレーザ入力面と出力面とが同じであるため、反射防止膜３は１つだけ設けられていた。一方、図６に示す本実施の形態２の構成においては、自己帰還型レーザ光路を用いない構成であるため、励起媒質１のレーザ入力面と出力面とが異なるため、反射防止膜３はレーザ入力面と出力面とにそれぞれ１つずつ設けられている。これらの２つの反射防止膜３は、図６（ｂ）に示すように、対向する面の反対側の端に設けられている（すなわち、点対象の位置に設けられている。）。
【００４８】
シード光発振器９から出射されたシードレーザ光（以下、単に「レーザ光」という）は、入射角調整ミラー１７，１６により励起媒質１に対する入射角度を調整され、レーザ入力面に設けられた反射防止膜３を透過して励起媒質１に入射される。
【００４９】
励起媒質１に入射したレーザ光は、導波方向（屈折率の低い媒質で挟まれた方向）については励起媒質１の屈折率とクラッド膜１２の屈折率との差によって、励起媒質１とクラッド膜１２の境界で全反射され、励起媒質１内に閉じ込められる。
【００５０】
一方、導波方向と垂直な方向では、励起媒質１の全反射膜５と全反射膜４との間で反射を繰り返しながら、図示したようにジグザグに進行し、励起用半導体レーザ１０によって励起媒質１内に誘起されるレーザ利得により増幅される。
【００５１】
このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行であり、レーザ光は、全反射膜４，５の各面での反射角を一定に保ちながら反射を繰り返し進行し、レーザ出力面に設けられた反射防止膜３を透過して励起媒質１の外に出射される。図３に示した全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このレーザ光の入射角よりも大きな角度に設定すれば、図１，２のレーザ光路２を伝播するレーザ光は大きな損失を受けることなくレーザ増幅される。
【００５２】
図６におけるＡＳＥの発生光路（ＡＳＥ光路）を図中破線（符号１５）で図示する。励起媒質１の一方（図中左）から発生した自然放出光は平行な全反射膜４，５の間で多重反射しながら増幅される。導波路レーザの利得が非常に高いと、自然放出光は少ない反射回数でも高い出力となって増幅されてＡＳＥとなり、反射防止膜３を透過して導波路素子外部に放出される。このとき、全反射膜４，５が施された対向面は平行なので、ＡＳＥ光は、全反射膜４，５の各面での反射角を一定に保ちながら反射を繰り返す。
【００５３】
ＡＳＥ光路１５は導波路平面内で図６のレーザ光路２（図中実線）と多数の箇所で重なりあっている。ＡＳＥ光路１５とレーザ光路２が重なる部分においては高出力のＡＳＥの発生によりレーザ増幅に利用されるべき反転分布がＡＳＥ増幅のために消費され、レーザ増幅の妨げとなる。ＡＳＥ光路１５の全反射膜４，５に対する入射角が、図３の反射率が急激に低下する角度（図３では２５°）以下であれば、ＡＳＥは大きな損失を受けることなく成長し高出力のＡＳＥが発生する。従って、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このＡＳＥ光路１５の入射角よりも小さな角度に設定すれば、ＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００５４】
全反射膜で反射率が急激に低下する角度は、全反射膜を構成する材料の材質と厚みを調整することによって、任意に変更することができる。図５は反射率が急激に低下する入射角を５°に設計したものである。
【００５５】
このように、レーザ光路２が全反射膜４，５に入射する角をαとすると、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このαよりも大きな角度に設定すれば、図６のレーザ光路２を伝播するレーザ光は大きな損失を受けることなくレーザ増幅される。
【００５６】
一方、ＡＳＥ光路１５が全反射膜４，５に入射する角をβとすると、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を、このβよりも小さな角度に設定すれば、図６のＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受け、ＡＳＥ出力は低くなり、あるいは、ＡＳＥの発生を抑制することができる。
【００５７】
従って、レーザ光路２の入射角αよりも大きく、ＡＳＥ光路１５の入射角βよりも小さな角度になるように、全反射膜４，５の反射率が急激に低下する角度を設計し、図６の全反射膜４あるいは５として、励起媒質１にコーティングすれば、ＡＳＥ光路１５を伝播するＡＳＥ光は大きな損失を受けて抑制されるので、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。
【００５８】
以上のように、この発明の実施の形態２に係る固体レーザ装置は、励起用半導体レーザ１０からの励起光およびシード光発振器９から出射されるレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質１を備え、励起媒質１は、全反射膜４，５が施された平行な対向する２面を有し、レーザ光は、平行な対向する２面を多重反射してジグザグに進行するものであって、全反射膜４，５に、レーザ光の入射角に対して反射率依存性を持たせて、レーザ光の入射角以下の範囲の入射角においては、高い反射率で、前記レーザ光を全反射し、レーザ光の入射角よりも大きい範囲の入射角においては、反射率が低くなるように設計された全反射膜を用いるようにしたので、ＡＳＥ光の反射時の損失を高くして、ＡＳＥの発生を抑制することができるため、レーザ増幅に利用される反転分布を消費することがなく、一方、レーザ光路２を伝播するレーザ光には大きな損失を与えることなく増幅することができる。これにより、レーザ光の発振、増幅には損失を与えず、ＡＳＥの発生のみを抑制し、レーザ発振、レーザ増幅に寄与する反転分布のＡＳＥによる消費をなくして、効率的にレーザ光を発振、増幅させることが可能となる。また、レーザ光への光−光変換効率を高めることによって、同じレーザ出力を得る場合でも必要な励起光出力を少なくできるので、システムの電力効率を高めることができる。さらに、光−光変換効率が高まることにより、レーザ光に変換されず励起媒質から排熱される余分な熱が少なくなり、励起媒質の冷却能力を低く抑えることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態２においては、本実施の形態２に係る固体レーザ装置をレーザ増幅器に適用した例について説明したが、その場合に限らず、図２に示すように、レーザ発振器に適用してもよいものとする。また、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１ 励起媒質、２ レーザ光路、３ 反射防止膜、４，５ 全反射膜、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 クラッド膜、１４ 励起光路、１５ ＡＳＥ光路、１６，１７ 入射角調整ミラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、
前記励起媒質は、全反射膜が施された非平行な２辺を有し、
前記レーザ光は、前記非平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、
前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記非平行な２辺に入射するレーザ光の最大入射角以下の場合は全反射し、前記最大入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜である
ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、
前記励起媒質は、全反射膜が施された平行な２辺を有し、
前記レーザ光は、前記平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、
前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記平行な２辺に入射するレーザ光の入射角以下の範囲の場合は全反射し、前記平行な２辺に入射するレーザ光の入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜である
ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
前記非平行な２辺の反射膜の反射率が低下しない角度に前記励起媒質の外部からレーザ光を入射する角度調整手段をさらに備えた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４】
前記励起媒質をレーザ増幅器として用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記励起媒質をレーザ発振器として用いることを特徴とする請求項１または２に記載の固体レーザ装置。
【請求項１】
励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、
前記励起媒質は、全反射膜が施された非平行な２辺を有し、
前記レーザ光は、前記非平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、
前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記非平行な２辺に入射するレーザ光の最大入射角以下の場合は全反射し、前記最大入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜である
ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
励起光およびレーザ光が入射される薄板状の固体の励起媒質を備え、
前記励起媒質は、全反射膜が施された平行な２辺を有し、
前記レーザ光は、前記平行な２辺を多重反射してジグザグに進行し、
前記全反射膜は、入射するレーザ光の入射角が、前記平行な２辺に入射するレーザ光の入射角以下の範囲の場合は全反射し、前記平行な２辺に入射するレーザ光の入射角より大きい場合は反射率が全反射時よりも低下するように設計された反射膜である
ことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】
前記非平行な２辺の反射膜の反射率が低下しない角度に前記励起媒質の外部からレーザ光を入射する角度調整手段をさらに備えた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４】
前記励起媒質をレーザ増幅器として用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記励起媒質をレーザ発振器として用いることを特徴とする請求項１または２に記載の固体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６０６４５（Ｐ２０１２−１６０６４５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６７１（Ｐ２０１１−２０６７１）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【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２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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