JP6678956B2 - レーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器に関する。

特許文献１には、レーザ利得媒質の発熱の影響を低減可能なレーザ媒質ユニットが開示されている。このレーザ媒質ユニットは、レーザ利得媒質を冷却する冷却媒質を流す冷却媒質流路を有する。この冷却媒質流路は、レーザ利得媒質に対する励起光の照射領域内の強度分布のうち強度の高い領域から低い領域に向けて冷却媒質が流れるように配置されている。

特開２０１４−２２５６８号公報

レーザ媒質は、光路に対する位置や姿勢が予め設定されている。この位置及び姿勢は、所望のレーザ特性が得られるように設定されている。従って、光路に対するレーザ媒質の位置及び姿勢がずれると、所望のレーザ特性が得られなくなる虞がある。

そこで、本発明は、所望のレーザ特性を安定して得ることが可能なレーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器を提供することを目的とする。

本発明の一形態であるレーザ装置は、第１の基板と、励起光が照射されることにより励起状態とされるレーザ媒質体と、第１の基板に固定されると共に、第１の基板に対するレーザ媒質体を保持する媒質体保持部材と、を備え、媒質体保持部材は、第１の基板に固定される固定部と、レーザ媒質体に当接されると共に弾性変形が可能な変形部と、を有すると共に、レーザ媒質体において発生した熱を変形部及び固定部を介して第１の基板に伝えるように構成されている。

レーザ装置では、レーザ媒質体において生じた熱が媒質体保持部材によって第１の基板に伝達される。従って、レーザ媒質体の温度を均一化し、レーザ媒質体の特性を安定化することが可能になる。また、レーザ装置は、弾性変形が可能な媒質体保持部材によってレーザ媒質体を保持する。従って、第１の基板とレーザ媒質体との間において相対的な位置関係を維持しつつ、レーザ媒質体に対する応力の負荷が抑制されるので、レーザ媒質体を物理的に安定した状態で保持することができる。これにより、光路に対するレーザ媒質体の位置ずれが低減されるので、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。

上記のレーザ装置は、第１の基板に固定されると共に、レーザ媒質体に当接される位置決め部材をさらに備え、レーザ媒質体は、励起光が照射されることにより励起状態とされるレーザ利得媒質と、第１の基板に載置されると共に励起光を透過させる光学媒質であって、第１の基板に当接される第１の主面、第１の主面に対向する第２の主面、レーザ利得媒質が接合される第１の側面、及び、励起光を通過させる第２の側面を有する光学媒質と、を有し、第１の側面の法線方向を含む方向へのレーザ利得媒質の移動が生じたとき、変形部は、第１の側面の法線方向に沿って弾性変形してもよい。この構成によれば、レーザ利得媒質で発生した熱が、レーザ利得媒質に当接する変形部を介して第１の基板に排出される。従って、レーザ利得媒質の過度な加熱が抑制されるので、レーザ利得媒質の温度を所定の温度に安定化させることができる。さらに、レーザ利得媒質に当接する変形部は、弾性変形することによって固定部とレーザ利得媒質との間の距離の変化を許容するので、レーザ媒質体を構造的に安定した状態で保持することができる。これにより、所望のレーザ特性を好適に得ることができる。

上記のレーザ装置は、第２の主面に当接される第２の基板と、第１の基板と第２の基板とのそれぞれに接続され、第１の基板を第２の基板に熱的に接続する第１の導熱部と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、第１の基板と第２の基板とが互いに熱的に接続されるので、第１の基板と第２の基板との間において温度差を小さくすることが可能になる。従って、部品間において生じる温度差に起因する応力の発生を抑制することができる。

上記のレーザ装置は、第１の基板に連結された一端と、第２の基板に連結された他端と、を含み、第１の基板をレーザ媒質体に押し当てると共に第２の基板をレーザ媒質体に押し当てる引張力を発生させる弾性部材をさらに備えてもよい。この構成によれば、レーザ媒質体と第１及び第２の基板との接触圧力が高まるので、レーザ媒質体で発生した熱を第１及び第２の基板に好適に伝達することができる。また、レーザ媒質体の温度上昇に起因してレーザ媒質体の厚みが増加したとき、第１及び第２の基板の間隔は、弾性部材の引張力によって、厚みの増加に対応するように拡張又は縮小することができる。従って、レーザ媒質体に作用する応力の発生を抑制することができる。

上記のレーザ装置は、光学媒質及びレーザ利得媒質を冷却する冷却部と、冷却部に接続された第２の導熱部と、第２の導熱部に接続された一端及び第２の基板に接続された他端を有する第３の導熱部と、をさらに備え、第３の導熱部は、冷却部が発生させる振動の周波数よりも低い固有周波数を有してもよい。この構成によれば、第３の導熱部の固有周波数は冷却部において発生した振動の周波数よりも低いので、この振動は第３の導熱部において減衰される。従って、レーザ媒質体への振動の影響を抑制できるので、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。

本発明の別の形態であるレーザ増幅器は、上記の何れかのレーザ装置と、光増幅されるべきレーザ光をレーザ装置が有する光学媒質に励起光と同軸の光路で入射させる入射光学系と、レーザ装置が有するレーザ媒質体によって増幅され励起光と同軸の光路でレーザ媒質体から出射されたレーザ光を励起光の光路とは異なる方向に出力する出力光学系と、を備える。レーザ増幅器は上記のレーザ媒質ユニットを備えているので、光路に対するレーザ媒質体の位置ずれが低減される。従って、所望のレーザ増幅特性を安定して得ることができる。

本発明のさらに別の形態であるレーザ発振器は、上記の何れかのレーザ装置と、レーザ装置が有するレーザ媒質体を共振光路上に配置された光共振器と、を備える。レーザ発振器は、上記のレーザ媒質ユニットを備えているので、光路に対するレーザ媒質体の位置ずれが低減される。従って、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。

本発明によれば、所望のレーザ特性を安定して得ることが可能なレーザ装置、レーザ増幅器及びレーザ発振器が提供される。

図１は、一形態に係るレーザ増幅器の構成を示す図である。 図２は、図１に示されたレーザ装置の構成を示す断面斜視図である。 図３は、図２に示されたレーザ媒質ユニットの構成を示す分解斜視図である。 図４は、図３に示されたレーザ媒質体の構成を示す分解斜視図である。 図５は、媒質体保持ブロックが変形する様子を示す図である。 図６は、別の形態に係るレーザ共振器の構成を示す図である。 図７の（ａ）部及び図７の（ｂ）部は、変形例に係る媒質体保持部を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一形態に係るレーザ装置を備えたレーザ増幅器の構成を概略的に示す図である。レーザ増幅器１は、シード光源部１００から提供される増幅されるべきレーザ光Ｌ２（種光）を増幅する。レーザ増幅器１は、励起光源部２と、ミラー部３と、レーザ装置４と、を有する。励起光源部２は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ２ａを出射する。ミラー部３は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを透過すると共にレーザ光Ｌ２を反射する。レーザ装置４は、励起光源部２から提供された励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによって励起され、シード光源部１００から提供されたレーザ光Ｌ２を増幅する。

励起光源部２は、励起光Ｌ１ａを提供する光源２ａと、励起光Ｌ１ｂを提供する光源２ｂと、を有する。励起光Ｌ１ａの光路は、シード光源部１００から提供されるレーザ光Ｌ２の光路と交差する。光源２ａ，２ｂは、レーザ装置４のレーザ媒質ユニット８を励起し得る波長の光を出力する。励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの波長は、レーザ光Ｌ２の波長とは異なる。光源２ａ，２ｂとして、例えば、半導体レーザを採用し得る。なお、励起光源部２は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを集光する集光光学系（不図示）を備えていてもよい。

ミラー部３は、励起光源部２とレーザ装置４との間における励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの光路上に配置される。ミラー部３は、入射光学系として機能するミラー３ａと、出力光学系として機能するミラー３ｂとを有する。ミラー３ａ，３ｂは、所定の波長を有する光を透過すると共に、所定の波長とは別の波長を有する光を反射するダイクロイックミラーを用いることができる。また、ミラー３ａ，３ｂは、レーザ増幅器１を平面視したとき、左右対称となる位置に配置される。このような対称配置によれば、レーザ媒質ユニット８に対して均等に、より多くのパワーを供給することができる。なお、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、レーザ媒質ユニット８においてほとんど吸収されるため、レーザ媒質ユニット８を透過して外部に出射される励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂはほとんどない。

ミラー３ａは、励起光Ｌ１ａの光路とレーザ光Ｌ２の光路との交点に配置される。ミラー部３は、光源２ａからの励起光Ｌ１ａを透過して励起光Ｌ１ａをレーザ装置４に入射させる。また、ミラー３ａは、シード光源部１００からのレーザ光Ｌ２を反射してレーザ光Ｌ２をレーザ装置４に入射させる。ミラー３ａを透過した後の励起光Ｌ１ａの光路とミラー部３で反射された後のレーザ光Ｌ２の光路とは、同軸である。図１において、互いに並列するように示された励起光Ｌ１ａとレーザ光Ｌ２とは、それらが同軸であることを意味する。

ミラー３ｂは、レーザ装置４から出射された増幅後のレーザ光Ｌ２を励起光Ｌ１ｂの光路と交差する方向へ反射する。また、ミラー３ｂは、光源２ｂからの励起光Ｌ１ｂを透過して励起光Ｌ１ｂをレーザ装置４に入射させる。

続いて、レーザ装置４について説明する。図２は、レーザ装置４の構成を示す断面斜視図である。レーザ装置４は、フレーム６と、チャンバ７と、レーザ媒質ユニット８と、冷却ユニット９と、を有する。

フレーム６は、チャンバ７及び冷却ユニット９を所定の位置に保持する。フレーム６は、底板１１と、中間板１２と、天板１３と、スペーサ１４と、除振部１６と、を有する。底板１１は、円板状を呈し、主面１１ａ上には、チャンバ７が載置される。また、底板１１の主面１１ａ上には、複数のスペーサ１４が配置される。底板１１の主面１１ａ上において、複数のスペーサ１４は、チャンバ７を囲むように等間隔をもって配置される。

スペーサ１４の上端側には、中間板１２が配置される。すなわち、底板１１と中間板１２との間には、チャンバ７とスペーサ１４とが配置される。スペーサ１４の長さは、チャンバ７の高さより長い。従って、チャンバ７と中間板１２との間には、隙間が形成される。

中間板１２は、リング状を呈し、冷却ユニット９の一部が挿通される貫通穴１２ｂを有する。中間板１２の上面１２ａには、複数の除振部１６が配置される。除振部１６は、中間板１２の中心軸のまわりに等間隔に配置される。除振部１６の上端側には、天板１３が配置される。

天板１３は、冷却ヘッド１７を支持する。天板１３の主面１３ａの中央には、冷却ヘッド１７が配置される。冷却ヘッド１７は、例えば、ギフォードマクホンサイクルに基づいて駆動するＧＭ冷凍機であり得る。冷却ヘッド１７は、その運転時に振動を発生させる。この振動は、天板１３と中間板１２との間に配置された除振部１６によって減衰される。天板１３とチャンバ７との間には、ベロー１８が配置される。

チャンバ７は、レーザ媒質ユニット８を収容する容器であり、底板１１上に配置される。チャンバ７には、レーザ媒質ユニット８と冷却ユニット９の一端とが配置される。また、チャンバ７は、第１の窓７ａ及び第２の窓７ｂを有する。チャンバ７の側壁に設けられた第１の窓７ａは、励起光Ｌ１ａ及びレーザ光Ｌ２を通過させる。第１の窓７ａは、光源２ａからレーザ媒質ユニット８に至る光路上に形成される。また、チャンバ７の別の場所の側壁に設けられた第２の窓７ｂは、励起光Ｌ１ｂ及びレーザ光Ｌ２を通過させる。第２の窓７ｂは、レーザ媒質ユニット８から光源２ｂに至る光路上に形成される。

レーザ媒質ユニット８は、励起光源部２から提供された励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂによって励起され、シード光源部１００から提供されたレーザ光Ｌ２を増幅する。レーザ媒質ユニット８は、チャンバ７の底面上に載置される。レーザ媒質ユニット８の詳細な構造については、後述する。

冷却ユニット９は、レーザ媒質ユニット８を冷却する。冷却ユニット９は、冷却ヘッド１７（冷却部）と、クライオ吸熱部１９（第２の導熱部）と、複数の導熱ユニット２１Ａ（第３の導熱部）と、を有する。冷却ユニット９は、一例として、レーザ媒質ユニット８を１００Ｋ〜２００Ｋ程度に冷却する。

クライオ吸熱部１９は、円柱状の部材であり、上端が冷却ヘッド１７に接続され、下端が導熱ユニット２１Ａに接続される。

導熱ユニット２１Ａは、上端がクライオ吸熱部１９に接続され、下端がレーザ媒質ユニット８に接続される。導熱ユニット２１Ａは、銅網２１ａと、固定板２１ｂとを有する。銅網２１ａの上端は、クライオ吸熱部１９の下端と固定板２１ｂとの間に挟持されて、物理的及び熱的に接続される。銅網２１ａの下端は、レーザ媒質ユニット８と固定板２１ｂとの間に挟持されて、物理的及び熱的に接続される。銅網２１ａは、良好な熱伝導性を有する銅又は銅合金により形成される。銅網２１ａは、細い銅線が編み込まれて形成され、板状の銅板と比較して低い剛性を有する。換言すると、銅網２１ａは、レーザ媒質ユニット８とクライオ吸熱部１９とを熱的に接続する部材であり、機械的な支持力が期待されない部材である。従って、排熱部３１と上部ヒートシンク２６（第２の基板）は、構造的にはクライオ吸熱部１９を介してフレーム６に吊下げられた構成を有する。

この構成によれば、冷却ヘッド１７において発生した振動は、クライオ吸熱部１９に伝達されるが、銅網２１ａを有する導熱ユニット２１Ａにおいて減衰される。具体的には、銅網２１ａの剛性が低い（即ち、銅網２１ａの固有周波数が小さい）ので、機械振動の周波数応答曲線に基づけば、固有周波数より大きい周波数を有する冷却ヘッド１７において発生した振動は減衰される。

続いて、レーザ媒質ユニット８について詳細に説明する。図３に示されるように、レーザ媒質ユニット８は、レーザ媒質体２２と、断熱シート２３と、下部ヒートシンク２４（第１の基板）と、上部ヒートシンク２６（第２の基板）と、位置決めブロック２７（位置決め部材）と、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ（媒質体保持部材）と、引張バネ２９（弾性部材）と、導熱ユニット２１Ｂ（第１の導熱部）と、を有する。

下部ヒートシンク２４は、平面視して矩形状を呈する板状部材であり、セラミックなどにより形成された断熱シート２３を介してチャンバ７の底面上に載置される。従って、チャンバ７から下部ヒートシンク２４への熱の移動が抑制されるので、レーザ媒質ユニット８の温度を好適に制御し得る。下部ヒートシンク２４は、熱伝導性のよい金属材料であり、例えば銅或いは銅合金により形成される。なお、以下の説明において、「熱伝導性がよい」とは、当該部材の熱伝導性が、レーザ媒質体２２、即ちレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び光学媒質３２の熱伝導性よりも高いことを意味する。

レーザ媒質体２２は、下部ヒートシンク２４に載置される。具体的には、レーザ媒質体２２の下面は、下部ヒートシンク２４の主面２４ａに物理的に接触する。主面２４ａ上におけるレーザ媒質体２２の位置は、位置決めブロック２７と、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃとにより維持される。レーザ媒質体２２と、位置決めブロック２７及び媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃとの詳細な関係は、後述する。

レーザ媒質体２２の上には、上部ヒートシンク２６が載置される。具体的には、レーザ媒質体２２の上面は、上部ヒートシンク２６の下面２６ａに物理的に接触する。上部ヒートシンク２６は、平面視して矩形状を呈する板状部材であり、下部ヒートシンク２４と同形状を呈する。上部ヒートシンク２６の主面２６ｂには、円板状の排熱部３１が設けられる。排熱部３１には、導熱ユニット２１Ａの下端が接続される。上部ヒートシンク２６は、熱伝導性のよい金属材料であり、例えば銅或いは銅合金により形成される。

引張バネ２９は、下部ヒートシンク２４及び上部ヒートシンク２６の背面に設けられる。引張バネ２９の下端（一端）は下部ヒートシンク２４に連結されると共に上端（他端）は上部ヒートシンク２６に連結される。引張バネ２９は、上部ヒートシンク２６を下部ヒートシンク２４側に引っ張る力を生じさせる。レーザ媒質体２２は、これらの引張バネ２９により下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とに挟持される。

また、下部ヒートシンク２４及び上部ヒートシンク２６の背面には、３個の導熱ユニット２１Ｂが設けられる。導熱ユニット２１Ｂは、導熱ユニット２１Ａと同様の構成を有する。導熱ユニット２１Ｂの下端は下部ヒートシンク２４の背面に接続され、上端は上部ヒートシンク２６の背面に接続される。これら導熱ユニット２１Ｂにより、下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とは互いに熱的に接続される。

図４に示されるように、レーザ媒質体２２は、固体レーザ媒質体であり、光学媒質３２と、レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、を有する。

光学媒質３２は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）からなる透明部材であり、光学媒質３２は、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂとレーザ光Ｌ２とを透過する。光学媒質３２は、平面視して台形形状を呈する薄い平板である。光学媒質３２は、４枚の側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを有する。側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは平坦面である。光学媒質３２を平面視したとき、側面３２ｃ（第１の側面）と側面３２ｄ（第２の側面）とは互いに平行であり、例えば、側面３２ｄを下底とし、側面３２ｃを上底と呼ぶこともできる。側面３２ａ（第１の側面）と側面３２ｂ（第１の側面）とは、台形の脚と呼ぶこともできる。さらに、光学媒質３２は、第１の主面３２ｅと、第２の主面３２ｆとを有する。第１の主面３２ｅは、下部ヒートシンク２４の主面２４ａと当接する。第１の主面３２ｅと対向する第２の主面３２ｆは、上部ヒートシンク２６の下面２６ａと当接する。

側面３２ａにはレーザ利得媒質３３Ａが接続され、側面３２ｂにはレーザ利得媒質３３Ｂが接続され、側面３２ｃにはレーザ利得媒質３３Ｃが接続される。一方、側面３２ｄは、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂが入射されると共に増幅されたレーザ光Ｌ２が出射される光入出射面である。すなわち、側面３２ｄには、レーザ利得媒質が接続されていない。

レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、例えば、セラミックコンポジット技術によって、光学媒質３２に接合される。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの大きさ及び平面視形状は、側面３２ａ，３２ｂ，３２ｃの形状及び大きさ並びにレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに入射される励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの径などに応じて設定され得る。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、そこに入射される励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの照射領域より大きければよい。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの大きさ及び平面視形状の例は、矩形及び正方形を含む。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、ＹＡＧに活性元素としてＹｂがドープされたものである。レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂにより励起状態とされる。励起状態とされたレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、放出光を出力することができる。放出光の一例は、誘導放出光である。この誘導放出光が、レーザ光Ｌ２の光増幅に寄与する。

位置決めブロック２７は、下部ヒートシンク２４（図３参照）に対して物理的に固定される。位置決めブロック２７は、その側面２７ａが光学媒質３２の側面３２ｄに当接する。従って、光学媒質３２は、側面２７ａ，３２ｄの法線Ｎ１の方向への移動は規制される。位置決めブロック２７の高さは、光学媒質３２の高さよりも低い。すなわち、位置決めブロック２７と上部ヒートシンク２６との間には、隙間が形成される。位置決めブロック２７は、熱伝導性のよい金属材料であり、例えば銅或いは銅合金により形成される。

媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは、配置される位置が異なるだけであり、単体としてはそれぞれ同じ形状を有する。以下、媒質体保持ブロック２８Ｃについて詳細に説明し、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂの説明を省略する。

媒質体保持ブロック２８Ｃは、良好な熱伝導性を有する熱伝導部材であり、一例として銅により形成される。媒質体保持ブロック２８Ｃは、固定部３４と変形部３６とを有する。固定部３４は、直方体状を呈し、下部ヒートシンク２４に対して物理的に接触した状態で固定される。従って、媒質体保持ブロック２８Ｃは、下部ヒートシンク２４に対して熱的に接続される。媒質体保持ブロック２８Ｃの高さは、光学媒質３２の高さよりも低い。すなわち、媒質体保持ブロック２８Ｃと上部ヒートシンク２６との間には、隙間が形成される。

レーザ利得媒質３３Ｃに対面する固定部３４の側面には、変形部３６が設けられる。変形部３６は、固定部３４と一体に形成される。従って、変形部３６は、固定部３４と熱的に接続される。変形部３６は、固定部３４の側面からレーザ利得媒質３３Ｃに向けて延在する複数の櫛歯３６ａを有する。変形部３６の先端（すなわち櫛歯３６ａの先端）は、レーザ利得媒質３３Ｃに当接する。従って、変形部３６は、レーザ利得媒質３３Ｃに対して熱的に接続される。従って、レーザ利得媒質３３Ｃは、媒質体保持ブロック２８Ｃの変形部３６及び固定部３４を介して、下部ヒートシンク２４に熱的に接続される。

固定部３４の側面は、レーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａと対面する。より具体的には、固定部３４の側面は、レーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａに対して平行である。櫛歯３６ａは、固定部３４の側面に対して傾いた方向に延びる。換言すると、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１は、固定部３４の側面の法線方向Ｎ２ａに対して傾く。従って、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１は、固定部３４の側面に対して平行なレーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａに対しても傾く。すなわち、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１はレーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａの法線方向Ｎ２ｂに対しても傾く。

ここで、図５に示されるように、固定部３４の法線方向Ｎ２ａ（又はレーザ利得媒質３３Ｃの法線方向Ｎ２ｂ）に沿った力Ｆが、櫛歯３６ａの先端３６ｂのそれぞれに作用した場合を想定する。櫛歯３６ａの一本に注目すると、力Ｆの方向ＦＡは、櫛歯３６ａの延在方向Ａ１に対して傾いている。そうすると、櫛歯３６ａには、固定部３４側の基端部３６ｃを固定端とし、レーザ利得媒質３３Ｃ側の先端３６ｂを自由端とする片持ち梁構造を有する板バネであるとみなせる。片持ち梁構造によれば、自由端（先端３６ｂ）に作用する力に対して櫛歯３６ａが柔軟に弾性変形することが可能になる。複数の櫛歯３６ａを有する変形部３６の全体を見たときには、複数の櫛歯３６ａの先端がレーザ利得媒質３３Ｃに当接する。レーザ利得媒質３３Ｃが、レーザ利得媒質３３Ｃの主面３３ａの法線方向Ｎ２ｂに移動した時には、櫛歯３６ａのそれぞれに曲げ変形が生じる。すなわち、変形部３６は、レーザ利得媒質３３Ｃの法線方向Ｎ２ｂへの移動を許容する。

従って、媒質体保持ブロック２８は、レーザ媒質体２２において生じた熱を下部ヒートシンク２４に伝達する伝熱経路として機能すると共に、レーザ媒質体２２の変形を許容する物理的なバッファとして機能する。

ところで、レーザ増幅器１に用いられるレーザ媒質ユニット８は、レーザ利得媒質として用いるＹｂ：ＹＡＧ結晶を、その稼働時において１００Ｋ程度にまで冷却する必要がある。このため、レーザ増幅器１のレーザ媒質ユニット８は、その稼働時には１００Ｋ程度の冷却が行われる一方で、例えば保守時には室温程度の環境に曝される。このように、極低温環境と室温環境とに曝されるレーザ媒質ユニット８では、構成部品の熱膨張及び熱収縮が生じる。この構成部品の熱膨張及び熱収縮が繰り返されると、レーザ媒質ユニット８のアライメントずれが生じることがあった。

そこで、熱膨張及び熱収縮が生じたときであってもレーザ媒質のずれが生じないように、レーザ媒質ユニット８の保持部材を構成することが考えられる。しかし、このような構成によれば、レーザ媒質ユニット８が室温環境に曝されたとき、すなわち、レーザ媒質ユニット８が熱膨張を生じた時に熱膨張に伴う変形が許容されない。従って、レーザ媒質ユニット８に応力が生じる可能性も生じる。

そこで、レーザ媒質ユニット８では、位置決めブロック２７が下部ヒートシンク２４に固定されている。従って、位置決めブロック２７は、光学媒質３２の移動を規制可能であるので、位置決めブロック２７によって光学媒質３２及び光学媒質３２に接続されたレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの光軸ずれを抑制できる。一方、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは変形部３６を有するので、レーザ媒質ユニット８を構成する部品同士の熱膨張率の差と、温度変化と、に起因して生じる熱変形を許容する。従って、レーザ媒質ユニット８を構成する部品に生じる熱応力の発生を抑制できる。その上、媒質体保持ブロック２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃは熱伝導性のよい銅により形成されるので、レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃにおいて発生した熱を変形部３６及び固定部３４を介して下部ヒートシンク２４に伝えることができる。従って、レーザ媒質ユニット８の動作時に生じる熱が好適に排出されるので、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの内部における熱分布を均一化することができる。これにより、レーザ媒質ユニット８は、レーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの光学的なアライメントずれの発生を抑制し、内部応力の発生を抑制すると共に、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃにおける熱分布を均一化するので、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの状態を熱的及び構造的に安定化させることが可能になる。従って、所望のレーザ特性を安定して得ることできる。

また、レーザ媒質体２２は、下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とに挟持される。下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とは、導熱ユニット２１Ｂにより熱的に互い接続される。従って、レーザ媒質体２２において発生し、下部ヒートシンク２４に排出された熱は、導熱ユニット２１Ｂを介して上部ヒートシンク２６に伝達される。そして、上部ヒートシンク２６の排熱部３１から、導熱ユニット２１Ａ，２１Ｂ及びクライオ吸熱部１９を介して冷却ユニット９に向けて排出される。従って、レーザ媒質体２２において発生した熱を効率よく排出することができる。

また、下部ヒートシンク２４と上部ヒートシンク２６とは、引張バネ２９によって互いに引き付けられて、レーザ媒質体２２を挟持する。この構成によれば、レーザ媒質体２２の厚み方向の変形が引張バネ２９の伸びによって許容される。従って、レーザ媒質体２２の保持状態をより安定化することができる。

また、レーザ媒質ユニット８は、導熱ユニット２１Ｂを介してクライオ吸熱部１９に接続される。この導熱ユニット２１Ｂは、冷却ヘッド１７が発生させる振動の周波数よりも低い固有周波数を有する。従って、冷却ヘッド１７において発生した振動は、導熱ユニット２１Ｂにおいて減衰される。すなわち、冷却ヘッド１７において発生した振動は、レーザ媒質ユニット８に影響を与えることがない。従って、光学媒質３２及びレーザ利得媒質３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの状態をさらに安定化させることが可能になる。従って、安定したレーザ特性を好適に得ることできる。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係るレーザ発振器の構成を概略的に示す図である。図６に示されたレーザ発振器１Ａは、励起光Ｌ１ａ，Ｌ２ａが供給されることにより、レーザ光Ｌ３を生成する。レーザ発振器１Ａは、励起光源部２と、ミラー部３Ａと、レーザ装置４と、を有する。励起光源部２及びレーザ装置４は、第１実施形態の励起光源部２及びレーザ装置４と同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。

ミラー部３Ａは、励起光源部２とレーザ装置４との間における励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの光路上に配置される。ミラー部３Ａは、ミラー３ｃ，３ｄ，３ｅ有する。ミラー３ｃは、光源２ａから出射される励起光Ｌ１ａの光路上に配置される。ミラー３ｃは、励起光Ｌ１ａを透過すると共に、レーザ装置４が発生する放出光としてのレーザ光Ｌ３を反射する。

ミラー３ｄは、光源２ｂから出射される励起光Ｌ１ｂの光路上に配置される。ミラー３ｄは、励起光Ｌ１ｂを透過し、レーザ光Ｌ３の一部を反射する。ミラー３ｃ，３ｄは、光共振器を構成する。換言すると、ミラー３ｃ，３ｄの間でレーザ光Ｌ３が繰り返し反射するように、ミラー３ｃ，３ｄが配置される。このミラー３ｃ，３ｄの間の共振光路内にレーザ媒質ユニット８が配置される。

ミラー３ｅは、ミラー３ｄと光源２ｂとの間に配置される。ミラー３ｅは、光源２ｂから出射された励起光Ｌ１ｂを透過し、ミラー３ｄを透過した一部のレーザ光Ｌ３を励起光Ｌ１ｂの光路とは異なる方向へ反射する。従って、ミラー３ｅにより反射されたレーザ光Ｌ３が出力光である。

レーザ発振器１Ａは、レーザ装置４を備えているので、レーザ媒質体５１を物理的に安定した状態で保持することができる。これにより、光路に対するレーザ媒質体５１の位置ずれが低減されるので、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、図７の（ａ）部に示されるように、レーザ媒質ユニット８Ｂは、円柱状のレーザ媒質体５１を備えていてもよい。円柱状のレーザ媒質体５１は、一端を媒質体保持部５２Ａによって支持され、他端を媒質体保持部５２Ｂによって支持される。媒質体保持部５２Ａ，５２Ｂは、それぞれヒートシンク５３Ａ，５３Ｂに固定される。図７の（ｂ）部に示されるように、媒質体保持部５２Ａは、ヒートシンク５３Ａに固定される固定部５４と、弾性変形が可能な変形部５６とを有する。変形部５６は、円筒状の固定部５４の内周面から中心に向かって円弧状に伸びる複数の櫛歯５６ａを有する。櫛歯５６ａは、固定部５４の中心軸線まわりに等間隔に設けられる。櫛歯５６ａの外周側は、固定部５４に対して固定された固定端である。櫛歯５６ａの内周側は、レーザ媒質体５１に当接される自由端である。変形部５６は、固定部５４の直径方向（即ちレーザ媒質体５１の直径方向）に弾性変形が可能である。従って、レーザ媒質体５１が発熱し、レーザ媒質体５１の直径が大きくなったときには、変形部５６がその直径の変化を許容する。従って、レーザ媒質体５１を構造的に安定した状態で保持することができる。これにより、所望のレーザ特性を安定して得ることができる。

また、レーザ媒質ユニット８の冷却には、例えば、液体窒素を用いる構成であってもよい。

１…レーザ増幅器、１Ａ…レーザ発振器、２…励起光源部、３…ミラー部、４…レーザ装置、６…フレーム、７…チャンバ、８…レーザ媒質ユニット、９…冷却ユニット、１１…底板、１２…中間板、１３…天板、１４…スペーサ、１６…除振部、１７…冷却ヘッド（冷却部）、１８…ベロー、１９…クライオ吸熱部（第２の導熱部）、２１Ａ…導熱ユニット（第３の導熱部）、２１Ｂ…導熱ユニット（第１の導熱部）、２１ａ…銅網、２１ｂ…固定板、２２…レーザ媒質体、２３…断熱シート、２４…下部ヒートシンク（第１の基板）、２６…上部ヒートシンク（第２の基板）、２７…位置決めブロック（位置決め部材）、２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ…媒質体保持ブロック（媒質体保持部）、２９…引張バネ（弾性部材）、３１…排熱部、３２…光学媒質、３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…レーザ利得媒質、３４…固定部、３６…変形部、３６ａ，５６ａ…櫛歯、５１…レーザ媒質体、５２Ａ，５２Ｂ…媒質体保持部、５３Ａ，５３Ｂ…ヒートシンク、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…励起光、Ｌ２…レーザ光。

Claims (7)

1. 第１の基板と、
   励起光が照射されることにより励起状態とされるレーザ媒質体と、
   前記第１の基板に固定されると共に、前記第１の基板に対する前記レーザ媒質体を保持する媒質体保持部材と、を備え、
   前記媒質体保持部材は、前記第１の基板に固定される固定部と、前記レーザ媒質体に当接されると共に弾性変形が可能な変形部と、を有すると共に、前記レーザ媒質体において発生した熱を前記変形部及び前記固定部を介して前記第１の基板に伝えるように構成されている、レーザ装置。
2. 前記第１の基板に固定されると共に、前記レーザ媒質体に当接される位置決め部材をさらに備え、
   前記レーザ媒質体は、前記励起光が照射されることにより励起状態とされるレーザ利得媒質と、前記第１の基板に載置されると共に前記励起光を透過させる光学媒質であって、前記第１の基板に当接される第１の主面、前記第１の主面に対向する第２の主面、前記レーザ利得媒質が接合される第１の側面、及び、前記励起光を通過させる第２の側面を有する前記光学媒質と、を有し、
   前記第１の側面の法線方向を含む方向への前記レーザ利得媒質の移動が生じたとき、前記変形部は、前記第１の側面の法線方向に沿って弾性変形する、請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記第２の主面に当接される第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とのそれぞれに接続され、前記第１の基板を前記第２の基板に熱的に接続する第１の導熱部と、をさらに備える、請求項２に記載のレーザ装置。
4. 前記第１の基板に連結された一端と、前記第２の基板に連結された他端と、を含み、前記第１の基板を前記レーザ媒質体に押し当てると共に前記第２の基板を前記レーザ媒質体に押し当てる引張力を発生させる弾性部材をさらに備える、請求項３に記載のレーザ装置。
5. 前記光学媒質及び前記レーザ利得媒質を冷却する冷却部と、
   前記冷却部に接続された第２の導熱部と、
   前記第２の導熱部に接続された一端及び前記第２の基板に接続された他端を有する第３の導熱部と、をさらに備え、
   前記第３の導熱部は、前記冷却部が発生させる振動の周波数よりも低い固有周波数を有する、請求項３又は４に記載のレーザ装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ装置と、
   光増幅されるべきレーザ光を前記レーザ装置が有する光学媒質に励起光と同軸の光路で入射させる入射光学系と、
   前記レーザ装置が有するレーザ媒質体によって増幅され前記励起光と同軸の光路で前記レーザ媒質体から出射された前記レーザ光を前記励起光の光路とは異なる方向に出力する出力光学系と、を備える、レーザ増幅器。
7. 請求項１〜５の何れか一項に記載のレーザ装置と、
   前記レーザ装置が有するレーザ媒質体を共振光路上に配置された光共振器と、を備えるレーザ発振器。

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