JPH06209135A - 固体レーザ装置 - Google Patents

固体レーザ装置

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JPH06209135A
JPH06209135A JP5238397A JP23839793A JPH06209135A JP H06209135 A JPH06209135 A JP H06209135A JP 5238397 A JP5238397 A JP 5238397A JP 23839793 A JP23839793 A JP 23839793A JP H06209135 A JPH06209135 A JP H06209135A
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optical
birefringent
axis
laser medium
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JP5238397A
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Kenji Suzuki
健司 鈴木
Akira Eda
昭 江田
Katsuhiko Shimomura
克彦 下村
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Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基本モード以外の縦モードを抑制することに
よってモードホップ現象を抑えて、極めて安定な出力を
得ることができる固体レーザ装置を提供する。 【構成】 固体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起す
るためのポンピング光２６を放射する半導体レーザ２０
と、ポンピング光２６を集束するレンズ系２１と、凹面
ミラー２２、Ｎｄが１ａｔ％程度ドープされたＮｄ：Ｙ
ＶＯ4 から成るレーザ媒質２３およびｃ軸が傾斜したＫ
ＴｉＯＰＯ4 から成る非線形光学素子２４などから成る
光共振器２５などから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光記録、通信、計測な
どの分野で、光源として使用される固体レーザ装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図２３（ａ）は、従来の固体レーザ装置
の構成を示す正面図である。この固体レーザ装置は、レ
ーザ媒質６２を励起するためのポンピング光６６を放射
する光源６０と、ポンピング光６６を集束するレンズ系
６１と、レーザ媒質６２、非線形光学素子６３および凹
面ミラー６４などから成る光共振器６５などが、光軸６
８上に配置されて構成されている。以下、レーザ媒質６
２が正の１軸性結晶であるＮｄが１％程度ドープされた
Ｎｄ：ＹＶＯ4 で形成され、非線形光学素子６３が正の
２軸性結晶であるＫＴｉＯＰＯ4 で形成されており、光
源６０として発振波長が８０９ｎｍの半導体レーザが使
用される例を用いて説明する。
【０００３】光源６０から放射されたポンピング光６６
はレンズ系６１によって集束されて、レーザ媒質６２に
入射すると、レーザ媒質６２中に反転分布が形成され、
Ｎｄ：ＹＶＯ4 結晶の場合、波長１０６４ｎｍの光増幅
が可能となる。レーザ媒質６２の表面６２ａにはポンピ
ング光６６である波長８０９ｎｍに対して透過率が高
く、かつ波長１０６４ｎｍに対して反射率が高いコーテ
ィングが施され、一方、凹面ミラー６４の表面６４ａに
は波長５３２ｎｍに対して透過率が高く、かつ波長１０
６４ｎｍに対して反射率が高いコーティングが施されて
おり、これら２つの表面６２ａ，６４ａによって波長１
０６４ｎｍに対する光共振器が形成される。
【０００４】レーザ媒質６２による光増幅作用によって
発振した波長１０６４ｎｍのレーザ光は、非線形光学素
子６３を通過することによって、第２高調波である波長
５３２ｎｍに変換され出力光６７が得られる。なお、非
線形光学素子６３の表面６３ａ、６３ｂは波長１０６４
ｎｍおよび波長５３２ｎｍに対して透過率が高いコーテ
ィングが施され、レーザ媒質６２の表面６２ｂには波長
１０６４ｎｍに対して透過率が高いコーティングが施さ
れる。
【０００５】図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示したレ
ーザ媒質６２と非線形光学素子６３の偏光軸の配置を示
す部分斜視図である。レーザ媒質６２であるＮｄ：ＹＶ
Ｏ4結晶が正の１軸性結晶であって、主屈折率ｎｃが他
の２つの主屈折率ｎａより大きく、かつ発振容易軸であ
るｃ軸が、光軸６８に対して垂直上方に向き、主屈折率
ｎａのａ軸が光軸６８に一致するように配置されてい
る。
【０００６】一方、非線形光学素子６３であるＫＴｉＯ
ＰＯ4 結晶は正の２軸性結晶であって、図２３（ｃ）に
示すように、屈折率楕円体の主屈折率がｎｘ＜ｎｙ＜ｎ
ｚとなるようｘ，ｙ，ｚ軸を選ぶと、ｚ軸とｙ′軸のな
す角度θ＝９０°、ｙ軸とｙ′軸のなす角度φ＝２１．
３°の方向に傾いたｚ−ｙ′平面に平行に切出されてい
る（J．Q．Yao and Theodore S．Fahlen、J．Appl．Phy
s．vol55(1)，65(1984年））。したがって、その偏光軸
はｚ軸とｙ′軸となって、図２３（ｂ）に示すように
ｘ′軸が光軸６８と一致し、かつｙ′軸はレーザ媒質６
２のｃ軸に対して光軸６８方向から見てα＝４５°の角
度で傾いて配置される。また、非線形光学素子６３は、
特定の縦モードの波長に対して片道のリタデーションに
よる位相差がｍπ（ただし、ｍは整数）となるように温
度調整などによって制御されているため、レーザ媒質６
２内での偏光状態が、発振容易軸であるｃ軸と平行な直
線偏光に保たれる。
【０００７】この固体レーザ装置では、光共振器内部に
閉じ込められる波長１０６４ｎｍのレーザ光が非線形光
学素子６３において、ｚ軸方向に直線偏光した基本波お
よびｙ′軸方向に直線偏光した基本波の存在によって第
２高調波が発生する、いわゆるタイプＩＩの位相整合条
件で高調波変換されることによって、波長５３２ｎｍの
コヒーレント光として凹面ミラー６４を通して出力光６
７が外部へ放射される。
【０００８】また他の例として、ＮｄxＹ1-xＡｌ3（Ｂ
Ｏ3）4 をレーザ媒質に用い、この媒質中でビームウォ
ークオフが生じており、かつその発振容易軸でレーザ発
振を起こすレーザが、特開平３−１７４７８６や特開平
３−８８３８０で開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体レーザ装置では、光共振器６５中の隣接する縦モー
ドの利得差による差別化が小さいとともに、利得が最大
の縦モードでレーザ発振が生ずる場合でも高調波変換損
失が要因となって、利得が最大でないたとえば隣接する
縦モードにおいてもレーザ発振が可能となるため、発振
可能な縦モード間で発振モードが時間経過とともに変化
する、いわゆるモードホップ現象が生じて、出力光６７
の強度が変動するという課題がある。このモードホップ
現象は２つ以上の複屈折光学素子を含む一般の光共振器
においても同様に発生する。
【００１０】また、このようなモードホップ現象を防止
するためには、非線形光学素子６３の配置角度や凹面ミ
ラー６４等をたとえば０．１°オーダの微妙な角度で調
整することによって、光共振器長で定まる縦モード周波
数とレーザ媒質６２の利得ピーク周波数とを一致させる
作業が必要となるが、この調整作業が極めて困難である
ため製造歩留りの低下を招くという課題がある。以上は
レーザ媒質に発振容易軸がある場合である。一方、レー
ザ媒質が等方性の場合には、利得の大きさが偏光に依存
しないために縦モードの差別化が全くできない。これに
対して従来は、ブリュースタ板等の偏光素子を別途光共
振器内に挿入しているが、装置が大型化するという課題
がある。
【００１１】本発明の目的は、前述した課題を解決する
ため、基本モード以外の縦モードの共振損失を大きくす
ることによって、モードホップ現象を抑制して単一縦モ
ード発振とし、極めて安定な出力光を得ることができる
固体レーザ装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、光共振器の中
に複数の光学素子が介在し、当該光学素子のうちの１つ
がポンピング光により励起されるレーザ媒質であって、
当該光学素子のうち少なくとも２つが複屈折光学素子で
あり、前記複屈折光学素子のうちの第１複屈折光学素子
で生ずるビームウォークオフによって分離される２つの
偏光光軸のうちの一方の光軸をもって、前記光共振器の
光軸を形成していることを特徴とする固体レーザ装置で
ある。
【００１３】本発明において、前記光共振器を直線型と
し、当該光共振器を構成する反射鏡手段のうち少なくと
も１つを曲面鏡手段とし、当該曲面鏡手段と前記第１複
屈折光学素子以外の第２複屈折光学素子との間に、前記
第１複屈折光学素子が配置されることが好ましい。ここ
で反射鏡手段とは、光学素子の端面にコーティングされ
た特定の波長に対して高反射率を有するコーティング膜
や独立に配置されたミラーをいう。
【００１４】また本発明において、前記光共振器を直線
型とし、当該光共振器を構成する反射鏡手段のうち少な
くとも１つを平面鏡手段とし、当該平面鏡手段と前記第
１複屈折光学素子との間に、前記第１複屈折光学素子以
外の第２複屈折光学素子が配置されることが好ましい。
【００１５】また本発明において、レーザ媒質が前記第
１複屈折光学素子であることが好ましい。
【００１６】また本発明において、ポンピング光入射側
から順次、前記光共振器を構成する曲面反射鏡手段、前
記第１複屈折光学素子であるレーザ媒質、少なくとも１
つの前記第２複屈折光学素子、および前記光共振器を構
成する反射鏡手段が配置されており、当該レーザ媒質中
でビームウォークオフが生じていることが好ましい。
【００１７】また本発明において、レーザ媒質がＮｄ：
ＹＶＯ4 で形成されていることが好ましい。
【００１８】また本発明において、前記第２複屈折光学
素子のうち少なくとも１つが非線形光学材料で形成さ
れ、かつ当該非線形光学材料で前記レーザ媒質によって
発振するレーザ光を第２高調波に変換することが好まし
い。
【００１９】また本発明において、前記非線形光学材料
がＫＴｉＯＰＯ4 で形成されていることが好ましい。
【００２０】また本発明において、ポンピング光の入射
側から順次、前記光共振器を構成する曲面鏡手段、レー
ザ媒質、前記第１複屈折光学素子、前記第２複屈折光学
素子、および前記光共振器を構成する平面鏡手段からな
り、前記第２複屈折光学素子でもビームウォークオフが
生じていることが好ましい。
【００２１】また本発明において、レーザ媒質が前記第
２複屈折光学素子であることが好ましい。
【００２２】また本発明において、ポンピング光の入射
側から順次、前記光共振器を構成する反射鏡手段、前記
第２複屈折光学素子であるレーザ媒質、前記第１複屈折
光学素子、および前記光共振器を構成する曲面鏡手段が
配置されていることが好ましい。
【００２３】また本発明において、前記第１複屈折光学
素子が非線形光学材料で形成され、かつ、当該非線形光
学材料で前記レーザ媒質によって発振するレーザ光を第
２高調波に変換することが好ましい。
【００２４】また本発明において、ポンピング光の入射
側から順次、前記光共振器を構成する反射鏡手段、レー
ザ媒質、前記第２複屈折光学素子、前記第１複屈折光学
素子、および前記光共振器を構成する曲面鏡手段からな
ることが好ましい。
【００２５】また本発明において、前記レーザ媒質がＮ
ｄ：ＹＡＧから形成されることが好ましい。
【００２６】また本発明において、前記第１複屈折光学
素子が非線形光学材料で形成され、かつ当該非線形光学
材料で、前記レーザ媒質によって発振するレーザ光を第
２高調波に変換することが好ましい。
【００２７】また本発明において、前記非線形光学材料
がＫＮｂＯ3 から形成されることが好ましい。
【００２８】
【作用】本発明に従えば、１つの複屈折光学素子の中
で、光の波数ベクトルの方向とポインティングベクトル
の方向が互いに異なるビームウォークオフが生じてお
り、このビームウォークオフによって分離される２つの
偏光光軸のうちの一方の光軸に対してのみ光共振器が形
成されることによって、残りの偏光光軸に関する共振損
失が大きくなり、偏光モードによる差別化が可能になっ
て、縦モードホッピングに起因する出力変動を抑制する
ことができる。
【００２９】図１（ａ）は、本発明の原理を示すもので
あり、光共振器６が、第１複屈折光学素子１と、第２複
屈折光学素子２と、複屈折性を持たないレーザ媒質３
と、反射鏡４，５とで構成されている場合において、第
１複屈折光学素子１の光学異方性を利用してその中を通
過する光にビームウォークオフを生じさせ、このビーム
ウォークオフによって分離される２つの偏光光軸７，８
のうち、一方の光軸７のみで光共振器６の光軸を形成す
るようにする。
【００３０】例えば第１複屈折光学素子１が一軸性結晶
である場合、ビームウォークオフ角ρは、光軸とｃ軸と
のなす角ξ、ｃ軸の主屈折率ｎｅとａ軸の主屈折率ｎｏ
を用いて、下記式で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここで、第１複屈折光学素子１のレーザ媒
質３側の表面１ａにおいて、図１（ｂ）に示すように、
光軸７に垂直なＸ軸（図１（ａ）の紙面手前方向）およ
びＹ軸（図１（ａ）の紙面上方）をとるとき、光軸７上
の光に関する第１複屈折光学素子１の偏光軸の方向がＹ
軸に平行であるものとする。また、第１複屈折光学素子
１と第２複屈折光学素子２との偏光軸は、光軸７に垂直
な平面内にあって、互いに４５°の角度をなしている。
したがって、レーザ発振に関わり、第１複屈折光学素子
１のレーザ媒質３側の表面１ａを起点とし、第１複屈折
光学素子１を通過して表面１ｂへ伝播する光の偏光方向
はＹ軸に平行である。この光が引続き第２複屈折光学素
子２を通過し、反射鏡５で反射されて再び表面１ｂに戻
ってきたときの、光共振器の各縦モードの偏光状態は、
第２複屈折光学素子２のリタデーションによる位相差δ
がｍπ（ただし、ｍは整数）となる縦モードについては
Ｙ軸と平行な直線偏光ｐ３となる一方、δ≠ｍπとなる
縦モードの偏光ｐ１、ｐ２，ｐ４，ｐ５などは楕円の長
軸がＸ軸またはＹ軸に一致する楕円偏光となる。この光
が引続き伝播して第１複屈折光学素子１を通過すると
き、光軸８に関しては第１複屈折光学素子１のビームウ
ォークオフにより光共振器の光軸が形成されていないた
めに、Ｘ軸に偏光成分を有する縦モードの共振損失が大
きくなり、したがって図１（ｂ）に示すＹ軸と平行な方
向ｐ３の偏光モード以外の縦モードの発振が抑制され
る。
【００３３】この共振損失Ｌｏｓｓは、複屈折光学素子
２の片道リタデーションによる位相差δを用いると、 Ｌｏｓｓ＝ｓｉｎ2δ …（１） δ＝２π・Δｎ・Ｌ／λ …（２） で表される。ここで、Δｎは、第２複屈折光学素子２の
２つの偏光軸の屈折率差であり、Ｌは第２複屈折光学素
子２の媒質長、λは縦モード波長である。
【００３４】したがって、第１複屈折光学素子１のＹ軸
に平行な方向ｐ３の偏光モードに対応する縦モードのみ
が優勢に発振するとともに、他の縦モードへのモードホ
ッピングが抑制されることになって、出力変動が低減さ
れる。
【００３５】このようにして、第２複屈折光学素子２の
片道リタデーションによる位相差δが実質的にｍπ（ｍ
は整数）となる波長に対して共振損失Ｌｏｓｓがほぼ０
となり、このような条件を満たす波長間隔が適当であれ
ば単一縦モード発振となる。
【００３６】ここで「実質的にｍπ」の範囲について説
明する。片道リタデーションによる位相差δを連続的に
変えると順次隣の縦モードに対してδ＝ｍπとなる条件
が成立し、縦モードが弁別される。この際、どちらの縦
モードについても厳密にδ＝ｍπとならない中間的なδ
の範囲でも縦モードの弁別効果が有効であり、その最大
有効範囲はある光共振器の縦モード波長λ0 の片道リタ
デーションによる位相差δ0がδ0＝ｍπとなる場合を基
準としたときの光共振器の縦モード間隔ＦＳＲcav で隔
たった隣接縦モード波長に対する片道リタデーションに
よる位相差の１／２までであると予想される。その値δ
（±1/2）は、 δ（±1/2）＝δ0±｛（１／２）×２π×ＦＳＲcav／ＦＳＲpol｝ で表される。ここでＦＳＲpol は第２複屈折光学素子の
片道リタデーションによる位相差が２π異なる波長間隔
であり、近似的に ＦＳＲpol＝−λ2／（Δｎ×Ｌ） で与えられる。ここでλは波長で、Δｎは屈折率の差、
Ｌは物理的な長さである。例えば波長１．０６μｍの第
２高調波発生を行うようカットされた５ｍｍ長のＫＴｉ
ＯＰＯ4ではＦＳＲpol＝−（１０６４）2〔ｎｍ〕／
（０．０８７×５〔ｍｍ〕）＝−２６Åである。つま
り、例えば波長１０６４ｎｍに対する片道リタデーショ
ンによる位相差がｍπであるとき、波長１０６４．０−
２．６＝１０６１．４ｎｍに対する片道リタデーション
による位相差が（ｍ＋２）π（ｍは整数）となるという
意味である。さらに例えば、ＦＳＲcav が０．５Åの光
共振器の場合、 δ（±1/2）＝δ0±｛（１／２）×２π×ＦＳＲcav／ＦＳＲpol｝ ＝ｍπ±（１／２）×２π×０．５／（−２６） ＝｛ｍ±１／（−５２）｝π である。以上のように、ある光共振器の縦モード波長λ
0 に対して、第２複屈折光学素子の片道リタデーション
による位相差δが δ+1/2＜δ＜δ-1/2 の範囲にあれば、当該波長が弁別されてレーザ発振が可
能である。
【００３７】このように、第２複屈折光学素子２は、光
共振器内の縦モードに対応する偏光状態を離散化する働
きをするとともに、第１複屈折光学素子１は離散化され
た偏光状態のうちの１つのモードだけをビームウォーク
オフによって弁別する働きを有する。なお、第２複屈折
光学素子２は単一の素子から成る必要はなく、偏光モー
ドを縦モードにしたがって離散化する働きを有する複数
の複屈折光学素子の組合わせであってもよい。すなわ
ち、２つの複屈折光学素子を用いる例を説明したが、一
般に３つ以上の複屈折光学素子を含む場合であっても、
各複屈折光学素子における光学異方性およびビームウォ
ークオフによって１つの縦モードだけを弁別することが
可能となる。
【００３８】さらに、前記光共振器を直線型とし、当該
光共振器を構成する反射鏡手段のうち少なくとも１つを
曲面鏡手段とし、当該曲面鏡手段と前記第１複屈折光学
素子以外の第２複屈折光学素子との間に、前記第１複屈
折光学素子が配置されることによって、当該光共振器の
光軸から外れる光を光軸外へ反射して、残りの偏光光軸
に関して共振損失を確実に発生させることができる。以
下詳説すると、図２に示すように、光共振器のミラー４
が平面鏡である場合、第１複屈折光学素子１で生ずるビ
ームウォークオフによって分離される２つの偏光光軸
７，８に沿った光が、そのまま反対方向へ反射して光軸
が一致してしまうため、２つの偏光光軸７，８について
光共振器が形成される。したがって、他方の偏光光軸８
に関する共振損失を大きくするためには、図１に示すよ
うに、モード弁別のためのビームウォークオフが生じて
２つの偏光光軸７，８の間隔が大きくなる方のミラー４
として、曲面鏡を備えることが好ましい。
【００３９】さらに、前記光共振器を直線型とし、当該
光共振器を構成する反射鏡手段のうち少なくとも１つを
平面鏡手段とし、当該平面鏡手段と前記第１複屈折光学
素子との間に、前記第１複屈折光学素子以外の第２複屈
折光学素子が配置されることによって、モード弁別を目
的としないビームウォークオフが生じても、当該ビーム
ウォークオフによって分離される２つの偏光光軸につい
て光共振器を形成することができる。以下詳説すると、
図３に示すように、第１複屈折光学素子１にモード弁別
のためのビームウォークオフが生ずるとともに、第２複
屈折光学素子２にモード弁別を目的としないビームウォ
ークオフが生ずる場合、第２複屈折光学素子２側のミラ
ー５を曲面鏡に形成すると、第２複屈折光学素子２に生
ずるビームウォークオフによって分離される２つの偏光
光軸７，９のうち、一方の偏光光軸９に沿った光が軸外
へ反射されてしまうため、偏光光軸９に関する共振損失
が生ずる。このことは、２つの光軸７，９による偏光状
態が不可欠なレーザ発振にとって、極めて不都合とな
る。したがって、第２複屈折光学素子２にもビームウォ
ークオフが生ずる場合には、図４に示すように、共振器
のミラー５として平面鏡を備えることによって、モード
弁別を目的としないビームウォークオフに起因する共振
損失を防ぐことができる。
【００４０】また、レーザ媒質中の電場横モード半径を
ω、複屈折光学素子のビームウォークオフ角度をρ、そ
の複屈折光学素子の媒質長をＬとおくと、Ｌ×ｔａｎρ
≧ωの条件を具備することによって、ビームウォークオ
フによって分離される２つの偏光光軸の弁別が容易に達
成することができる。ここで、レーザモードの電場横モ
ード半径ωとは、ガウシアンビームの電場の振幅がビー
ムの中心軸での値の１／ｅ（ｅは自然対数の底）の大き
さになる距離である（A.Yariv:QuantumElectronics 2nd
ed. p.112,Wiley）。
【００４１】以下詳説すると、図５（ａ）に示すよう
に、第１複屈折光学素子１の中でビームウォークオフが
生ずることによって２つの偏光光軸７，８に分離してお
り、これらの光軸７，８に沿ってガウス型の強度分布を
有する光ビーム７ａ，７ｂが形成される。一方、レーザ
媒質３を励起するポンピング光１０は、光軸７に沿って
入射して、レーザ媒質３の中で光ビーム７ａのビーム半
径と同等以下のスポットを有する励起領域が形成され
る。このように、光共振器６の光軸７に一致するように
ポンピング光を入射する配置は、一般に共軸励起方式と
呼ばれている。ビームウォークオフによって分離される
べき光ビーム８ａとポンピング光１０のスポット領域と
がある程度重なり合うと、幾何学的な意味で光共振器６
の光軸が形成されていないにもかかわらず、利得が損失
を上回ることによって光ビーム８ａについてもレーザ発
振が起きてしまう。そこで、第１複屈折光学素子１から
出た位置での光軸７と光軸８との間隔をｄ１、レーザ媒
質３の内部における光軸７に沿った光ビーム７ａのビー
ム半径をω、第１複屈折光学素子１でのビームウォーク
オフ角度をρ、第１複屈折光学素子１の媒質長をＬとす
ると、 ｄ１＝Ｌ×ｔａｎρ≧ω …（３） の条件を具備することによって、光軸８に沿った光ビー
ム８ａのレーザ発振が抑制されて、モード弁別が容易に
達成される。この考え方は、図５（ｂ）に示すような光
共振器６の光軸７に対して垂直な方向からポンピング光
１０を入射させる、いわゆる側方励起方式についても適
用される。
【００４２】さらに、前記光共振器を構成する反射鏡
と、第１複屈折光学素子と、第１複屈折光学素子以外の
第２複屈折光学素子とが順次配置され、前記反射鏡にお
いて、ビームウォークオフで分離される２つの偏光光軸
の間隔が、前記反射鏡の開口の半径より大きいことによ
って、モード弁別が極めて容易になる。以下詳説する
と、たとえば図６に示すように、第１複屈折光学素子１
がレーザ媒質３を兼用しており、ビームウォークオフに
よる光ビーム８ａが分離されても、光ビーム８ａがミラ
ー４によって反射しなければ光ビーム８ａのレーザ発振
は生じない。したがって、光共振器を構成するミラー４
の有効開口半径を制限することによって、モード弁別を
簡単に実現することができる。そこで、ミラー４におけ
る光軸７と光軸８との間隔をｄ２、ミラー４の有効開口
半径をｒ、第１複屈折光学素子１でのビームウォークオ
フ角度をρ、第１複屈折光学素子１の媒質長Ｌとする
と、 ｄ２＝Ｌ×ｔａｎρ≧ｒ／Ｎ …（４） の関係を具備することによって、光軸８に沿った光ビー
ム８ａのレーザ発振が抑制され、モード弁別が実現され
る。ここでＮは１０、より好ましくは５が望ましい。こ
の共振器の開口を制限するという考え方は、（１）図７
に示すように、ミラー４の有効開口以外の領域に、マス
ク１１を形成したり、（２）図８に示すように、第１複
屈折光学素子１とミラー４との間に絞り１２を挿入した
り、また（３）図９に示すように、第１複屈折光学素子
１の表面に、フォトリソグラフィなどの微細加工技術を
用いて、微小曲面１ｃを形成して、共振器を構成するミ
ラーを一体的に設ける（特願平４−１６１４０７号）な
どによっても実現される。また、図１０に示すように、
ビームウォークオフが生ずるレーザ媒質３とミラー４と
の間、およびレーザ媒質３と第１複屈折光学素子１との
間に、それぞれ絞り１２ａ，１２ｂを挿入して、光軸８
に沿ったレーザ発振を阻止する構成でも構わず、この構
成は励起光軸の選択が行えない、たとえばランプ励起の
場合に特に有効となる。なお、有効開口半径とは、反射
鏡がレーザ光の波面を歪ませること無く滑らかに反射さ
せる円形の面領域の半径を意味する。
【００４３】さらに、レーザ媒質が第１複屈折光学素子
であることによって、第１複屈折光学素子で発生する２
つの偏光光軸のうちの一方の光軸について優位なレーザ
発振を起こすことができる。特に、図１１に示すよう
に、曲面鏡であるミラー４と第１複屈折光学素子以外の
第２複屈折光学素子２との間に、第１複屈折光学素子１
が配置され、平面鏡であるミラー５と第１複屈折光学素
子１との間に、第１複屈折光学素子以外の第２複屈折光
学素子２が配置される光共振器６では、こうした物理的
な構成のみでは偏光光軸の選択ができず、ミラー５に向
かう光のうち第１複屈折光学素子で生ずる常光と異常光
は表面１ａで分離して、一方は偏光光軸７に沿って進行
するとともに、他方は偏光光軸１３に沿って進行するこ
とになる。第２複屈折光学素子２のリタデーションによ
る位相差δが例えばｍπやｎπ（ｍ，ｎは互いに近い整
数）となる波長での発振は、これら２つの偏光光軸上で
同時に存在可能である。
【００４４】そこで、常光と異常光の両方が前述の位相
差条件を満たす場合、これら２つの偏光光軸を差別化し
て一方の光軸に限ってレーザ発振を起こすためには、各
偏光光軸の間でレーザ媒質の利得差が存在すればよい。
したがって、レーザ媒質として複屈折性の結晶を使用す
ることによって、各偏光光軸の間でレーザ発振の利得差
が生じて、一方が優位に発振することになり、単一縦モ
ード発振が可能になる。
【００４５】以上、第１複屈折光学素子における常光光
線の光軸に対して光共振器の光軸を一致させる場合を例
として説明したが、同様に、第１複屈折光学素子におけ
る異常光光線の光軸に対して光共振器の光軸を一致させ
ても縦モードの弁別が可能となる。
【００４６】また、ポンピング光を放射する光源が、半
導体レーザであることによって、固体レーザ装置全体の
小型化、軽量化を図ることができる。
【００４７】
【実施例】
（実施例１）以下、図面を参照しながら本発明の実施例
について説明する。
【００４８】図１２（ａ）は、本発明の第１実施例であ
る固体レーザ装置の構成を示す正面図である。この固体
レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起するためのポンピ
ング光２６を放射する半導体レーザ（ＳＯＮＹ社製ＳＬ
Ｄ３０３ＷＴ−２５）２０と、ポンピング光２６を集束
するレンズ系２１ａ，２１ｂ（ニューポート社製Ｆ−Ｌ
２０）と、Ｎｄが１％程度ドープされたＮｄ：ＹＶＯ4
から成るレーザ媒質２３およびＫＴｉＯＰＯ4 から成る
非線形光学素子２４などから成る光共振器２５などから
構成されており、レーザ媒質２３の表面２３ｂと非線形
光学素子２４の表面２４ａとは接している。レーザ媒質
２３の表面２３ａの中央付近には、フォトリソグラフィ
法を応用した微細加工技術を用いて、微小球面２３ｃが
形成されており、その開口の半径は７５μｍで、その曲
率半径は１２ｍｍである。
【００４９】レーザ媒質２３の微小曲面２３ｃには、レ
ーザ媒質２３の発振波長である波長１０６４ｎｍに対し
て反射率が９９．９％以上であって、かつポンピング光
２６の波長８０９ｎｍに対して透過率が９５％以上とな
るコーティングが施されている。また、レーザ媒質２３
の非線形光学素子２４側の表面２３ｂには、波長１０６
４ｎｍに対して透過率が９９．９％以上となるコーティ
ングが施されている。非線形光学素子２４のレーザ媒質
２３側の表面２４ａには、波長１０６４ｎｍに対して透
過率が９９．９％以上となるコーティングが施されてお
り、反対側の表面２４ｂには、波長１０６４ｎｍに対す
る反射率が９９．９％以上であって、かつ波長５３２ｎ
ｍに対して透過率が９５％以上であるコーティングが施
されている。
【００５０】半導体レーザ２０から放射されるポンピン
グ光２６の偏光方向は光軸２９の垂直上方３０と一致し
ている。このポンピング光２６が、レンズ系２１ａ，２
１ｂによって集束されて、微小球面２３ｃを通過してレ
ーザ媒質２３にビームウォークオフ角度に沿って入射す
ると、レーザ媒質２３中に反転分布が形成され、Ｎｄ：
ＹＶＯ4 結晶の場合は波長１０６４ｎｍのレーザ発振が
起こる。レーザ光が非線形光学素子２４を通過すること
によって、第２高調波である波長５３２ｎｍに変換され
た出力光２７が得られる。
【００５１】レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4 結晶
は、正の１軸性結晶であって、発振容易軸であるｃ軸
が、光軸２８およびその垂直上方３０を含む面内にあっ
て光軸２８の垂直上方３０に対して角度ψ＝３０°傾斜
するとともに、ａ軸が光軸２８に対して角度ψ傾いてい
る。したがって、図１２（ａ）に示すように、光軸２８
およびｃ軸を含む面内にあって、光軸２８に対して垂直
な偏光成分を持つ異常光には、角度４．７°のビームウ
ォークオフが生じ、光軸２８と光軸２９との間隔はレー
ザ媒質２３の媒質長１．０ｍｍに対して８３μｍとな
る。こうして、レーザ媒質２３中の光軸２９ａおよび非
線形光学素子２４中の光軸２８に対して、光共振器２５
の光軸が形成される。一方、レーザ媒質２３中の光軸２
９ｂに沿って進行する光の共振損失は大きくなる。
【００５２】図１３（ａ），（ｂ）は、ｃ軸の傾斜角ψ
に対するビームウォークオフ角度ρおよびレーザ媒質２
３のレーザ利得Ｇの変化を示すグラフである。レーザ媒
質２３の発振容易軸であるｃ軸が、光軸２８に対して垂
直であるとき（ψ＝０°）、レーザ利得Ｇが最大となる
とともに、ビームウォークオフ角度ρは０°となる。ｃ
軸の傾斜角がψ＝４３°でビームウォークオフ角度ρが
最大の５．８°となる一方、このときのレーザ利得Ｇは
最大に比べて約半分程度になる。したがって、縦モード
の弁別が良好に行われ、かつ、レーザ利得の減少が少な
い範囲、すなわち５°≦ψ≦４３°の範囲にｃ軸の傾斜
角ψを設定することが好ましい。
【００５３】また、レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ
4は、異常光成分である垂直上方３０方向の偏光に対す
る利得が、常光成分であるａ軸方向の偏光の数倍大きい
ため、レーザ発振は異常光の光軸のみでおこる。
【００５４】一方、非線形光学素子２４であるＫＴｉＯ
ＰＯ4 結晶は、正の２軸性結晶であって、従来と同様に
屈折率楕円体におけるｚ軸に対して角度θ＝９０°かつ
ｙ軸に対して角度φ＝２１．３°の方向に傾いたｚ−
ｙ′平面に平行に切出されている。したがって、この偏
光軸はｚ軸とｙ′軸となり、ｚ軸およびｙ軸に垂直な
ｘ′軸が光軸２９と一致し、かつｙ′軸は光線２９の垂
直上方３０に対してα＝４５°の角度で傾いて配置され
る。
【００５５】また、非線形光学素子２４には、ｘ'−ｙ'
平面内で０．２６°のビームウォークオフが生ずること
になるため、光共振器を形成する表面２４ｂを平面にし
ている。
【００５６】ここで、レーザ媒質２３の長さを１．０ｍ
ｍ、非線形光学素子２４の長さを５ｍｍにそれぞれ設定
すると、光共振器２５の縦モード間隔は０．５１Å（オ
ングストローム）となる。一方、非線形光学素子２４の
リタデーションにより位相差δは、波長１０６４ｎｍに
おいて波長差２６Åで角度２π、すなわち１回りする。
【００５７】図１２（ｂ）は、非線形光学素子２４の表
面２４ａにおける偏光モードを示す。光共振器２５に生
ずる複数の縦モードに対応して、非線形光学素子２４の
表面２４ａでは、たとえばｐ２〜ｐ４の偏光モードが発
生する。ここで、非線形光学素子２４は、その片道リタ
デーションによる位相差δがｍπ（ただしｍは整数）と
なるようにペルチェ素子を用いて温度調整されているた
め、縦モードｐ３は光軸２９の垂直上方３０と平行な直
線偏光となる。なお、隣接する縦モードのリタデーショ
ンδは縦モードｐ３を基準にして、３６０°×±０．５
１Å／２６Å＝±７．１°と計算される。したがって楕
円偏光モードｐ２，ｐ４となる隣接する縦モードの共振
損失Ｌｏｓｓは、式（１）を用いて、 Ｌｏｓｓ≡sin2δ＝（sin±7.1°）2＝（±0.124）2＝
0.015 と計算され、約１．５％の損失が発生する。こうして偏
光状態の相違を利用して縦モードの差別化を図ることが
できる。
【００５８】（実施例２）図１４（ａ）は、本発明の第
２実施例である固体レーザ装置の構成を示す正面図であ
る。この固体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起する
ためのポンピング光２６を放射する半導体レーザ（鳥取
三洋電機（株）製、ＳＤＬ−８０３１−１０１シングル
ストライプ型）２０と、ポンピング光２６を集束するレ
ンズ系２１ａ（ニューポート社製Ｆ−Ｌ４０Ｂ）および
２１ｂ（ニューポート社製Ｆ−Ｌ２０）と、凸面ミラー
３１、Ｎｄが１％程度ドープされたＮｄ：ＹＶＯ4 から
成るレーザ媒質２３およびＫＮｂＯ3 から成る非線形光
学素子２４などから成る光共振器２５などから構成され
ており、凸面ミラー３１の平面３１ｂとレーザ媒質２３
の表面２３ａとは接しており、レーザ媒質２３の表面２
３ｂと非線形光学素子２４の表面２４ａの間には、０．
５ｍｍの空隙がある。凸面ミラー３１は、球面３１ａの
曲率半径が９．２ｍｍで、厚さが１．７ｍｍの平凸形状
の合成石英で形成されている。また、非線形光学素子２
４の表面２４ｂの中央付近には、フォトリソグラフィ法
を応用した微細加工技術を用いて、微小球面２４ｃが形
成されており、その開口の半径は７２μｍで、その曲率
半径は１７ｍｍである。
【００５９】凸面ミラー３１のポンピング光２６入射側
の球面３１ａには、ポンピング光２６の波長８０９ｎｍ
に対して透過率が９５％以上であって、レーザ媒質２３
の発振波長１０６４ｎｍに対して反射率が９９．９％以
上となるコーティングが施されている。凸面ミラー３１
の平面３１ｂおよびレーザ媒質２３の表面２３ａには、
波長１０６４ｎｍに対して透過率が９９．９％以上であ
って、かつ波長８０９ｎｍに対して透過率が９５％以上
のコーティングが施されている。また、レーザ媒質２３
の表面２３ｂには、波長１０６４ｎｍに対して透過率が
９９．９％以上となるコーティングが施されている。非
線形光学素子２４の表面２４ａには、波長１０６４ｎｍ
に対して透過率が９９．９％以上となるコーティングが
施されており、反対側の表面２４ｂには、波長１０６４
ｎｍに対する反射率が９９．９％以上であって、かつ波
長５３２ｎｍに対して透過率が９５％以上であるコーテ
ィングが施されている。
【００６０】半導体レーザ２０から放射されたポンピン
グ光２６が、レンズ系２１ａ，２１ｂによって集束され
て、凸面ミラー３１を通過してレーザ媒質２３に入射す
ると、レーザ媒質２３中に反転分布が形成され、Ｎｄ：
ＹＶＯ4 結晶の場合は波長１０６４ｎｍのレーザ発振が
起こる。ここで、ポンピング光２６の偏光方向はレーザ
媒質２３のｃ軸方向に一致している。レーザ光が非線形
光学素子２４を通過することによって、タイプＩの位相
整合に基づいて、第２高調波である波長５３２ｎｍに変
換された出力光２７が得られる。
【００６１】図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示した非
線形光学素子２４の偏光軸の配置を示す部分斜視図であ
る。非線形光学素子２４であるＫＮｂＯ3 結晶は、２軸
性結晶であって、そのｃ軸と光軸２８上における光共振
器モードの波面のなす角を７１．８°、すなわち光軸２
８の垂直上方３０に対して角度ψ＝１８．２゜となるよ
うに結晶が切り出されている。したがって、ｂ軸も光軸
２８およびｃ軸を含む平面内で、光軸２８に対して角度
ψ＝１８．２°傾いているとともに、ａ軸は、ｂ軸、ｃ
軸および光軸２８に対して垂直である。このとき、非線
形光学素子２４において２．２°のビームウォークオフ
が生じ、光軸２８と光軸２９との間隔は、非線形光学素
子２４の媒質長２．０ｍｍに対して７９μｍとなる。
【００６２】ここで、レーザ媒質２３の長さを３．４ｍ
ｍ、非線形光学素子２４の長さを２．０ｍｍにそれぞれ
設定すると、光共振器２５の縦モード間隔は０．３７Å
（オングストローム）となる。一方、レーザ媒質２３の
リタデーションによる位相差δは、波長１０６４ｎｍに
おいて波長差１６Åで角度２π、すなわち１回りする。
【００６３】図１４（ｃ）は、非線形光学素子２４の表
面２４ａにおける偏光モードを示す。ここで、レーザ媒
質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4 は正の一軸性結晶であっ
て、ａ軸およびｃ軸が光軸２８に対して垂直で、そのａ
軸は非線形光学素子２４のａ軸に対して４５°の角度、
すなわち光軸２８の垂直上方３０に対して角度α＝４５
°となるよう配置されている。光共振器２５に生ずる複
数の縦モードに対応して、非線形光学素子２４の表面２
４ａでは、たとえばｐ２〜ｐ４の偏光モードが発生す
る。ここで、レーザ媒質２３は、その片道リタデーショ
ンによる位相差δがｍπ（ただしｍは整数）となるよう
にペルチェ素子を用いて温度調整されているため、縦モ
ードｐ３は非線形光学素子２４のａ軸と平行な直線偏光
となる。隣接する縦モードのリタデーションδは縦モー
ドｐ３を基準にして、３６０°×±０．３７Å／１６Å
＝±８．３°と計算される。したがって楕円偏光モード
ｐ２，ｐ４に直線偏光となる隣接する縦モードの共振損
失Ｌｏｓｓは、式（１）を用いて、 Ｌｏｓｓ≡sin2δ＝（sin±8.3°）2＝（±0.144）2＝
0.021 と計算され、約２．１％の損失が発生する。こうして偏
光状態の相違を利用して縦モードの差別化を図ることが
できる。
【００６４】（実施例３）図１５（ａ）は、本発明の第
３実施例である固体レーザ装置の構成を示す正面図であ
る。この固体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起する
ためのポンピング光２６を放射する半導体レーザ（ＳＯ
ＮＹ社製ＳＬＤ３０３ＷＴ−２５）２０と、ポンピング
光２６を集光するレンズ系２１ａ（ニューポート社製Ｆ
−Ｌ２０）および２１ｂ（ニューポート社製Ｆ−Ｌ１０
Ｂ）と、凹面反射鏡３３、Ｎｄが２ａｔ％ドープされた
厚さ０．５ｍｍのＮｄ：ＹＶＯ4 から成るレーザ媒質２
３および厚さ３．４ｍｍのＫＴｉＯＰＯ4 から成る非線
形光学素子２４から成る光共振器２５などから構成され
ている。凹面反射鏡３３の表面３３ｂとレーザ媒質２３
の表面２３ａとの間には０．７ｍｍの間隙があり、また
レーザ媒質２３の表面２３ｂと非線形光学素子２４の表
面２４ａとの間には、１．９ｍｍの間隙がある。また凹
面反射鏡３３の表面３３ｂの曲率半径は、５．２ｍｍで
ある。この配置でレーザ媒質２３内のレーザモードの電
場横モード半径ωは約６６μｍである（計算値）。
【００６５】凹面反射鏡３３の表面３３ａには、ポンピ
ング光２６の波長８０９ｎｍに対して透過率が９９．８
％以上となるコーティングが施されている。凹面反射鏡
３３の表面３３ｂには、波長８０９ｎｍに対して透過率
が９５％以上であって、かつレーザ媒質２３の発振波長
１０６４ｎｍに対して反射率が９９．８％以上となるコ
ーティングが施されている。レーザ媒質２３の表面２３
ａには、波長８０９ｎｍに対して透過率が９５％以上で
あって、かつレーザ媒質２３の発振波長１０６４ｎｍに
対して透過率が９９．８％以上のコーティングが施され
ている。また、レーザ媒質２３の表面２３ｂおよび非線
形光学素子２４の表面２４ａには、波長１０６４ｎｍに
対して透過率が９９．８％以上となるコーティングが施
されている。非線形光学素子２４の表面２４ｂには、波
長１０６４ｎｍに対して反射率が９９．８％以上であっ
て、かつ第２高調波である波長５３２ｎｍに対して透過
率が９５％以上となるコーティングが施されている。
【００６６】半導体レーザ２０から放射されるポンピン
グ光２６の偏光方向は光軸３４の垂直上方３０と一致し
ている。レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4 結晶のｃ
軸は、光軸３４およびその垂直上方３０を含む面内にあ
って垂直上方３０に対して角度φ＝４０°傾斜してい
る。このとき異常光の光軸３５には、角度５．８°のビ
ームウォークオフが生じ、光軸３４と光軸３８との間隔
および光軸３６と光軸３７との間隔は、それぞれ５１μ
ｍとなる。また、レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4
は、異常光成分である垂直上方３０方向の偏光に対する
利得が常光成分であるａ軸方向の偏光の数倍大きいた
め、レーザ発振は異常光の光軸で起こることになる。
【００６７】一方、非線形光学素子２４であるＫＴｉＯ
ＰＯ4 は、波長１０６４ｎｍの基本波を第２高調波の波
長５３２ｎｍに変換する角度で切り出されており、その
ｚ軸は、図１５（ｂ）に示すように、光軸３７の方向に
見て垂直上方３０に対して角度α＝４５°で交差するよ
うに配置される。このＫＴｉＯＰＯ4 単体の片道リタデ
ーションによる位相差は、温度２６．９℃において波長
１０６４．０８ｎｍに関して２ｍπ（ｍは整数）とな
る。こうして光共振器２５内において、光軸３４と、レ
ーザ媒質２３での光軸３５と、非線形光学素子２４での
光軸３６とで、レーザ発振の光軸が形成される。
【００６８】ここで、非線形光学素子２４であるＫＴｉ
ＯＰＯ4 の温度をペルチェ素子によって２１℃から２４
℃までの範囲で温度調節を行ってリタデーションによる
位相差を制御して（ただし、レーザ発振中はＫＴｉＯＰ
Ｏ4 の１０６４ｎｍ帯の高いパワー密度のため局所的に
温度が数度上昇していると考えられる。）、波長１０６
４ｎｍ近傍のレーザ発振波長の変化すなわち縦モードの
変化と、波長５３２ｎｍの出力光の１ＭＨｚにおける相
対雑音強度（RIN：Relative Intensity Noise)を測定し
た。図１６はレーザ発振波長のＫＴＰ温度依存性を示す
グラフであり、図１７はＲＩＮのＫＴＰ温度依存性を示
すグラフである。図１６において、レーザ発振が単一縦
モードとなる温度領域ＴＡ（２１．２℃〜２１．６
℃）、温度領域ＴＢ（２１．９℃〜２２．７℃）、温度
領域ＴＣ（２２．８℃〜２３．４℃）において、凹面反
射鏡３３側および非線形光学素子２４側の出射ビームの
偏光を測定した結果、レーザ媒質２３内部および非線形
光学素子２４の表面２４ｂにおけるレーザ発振の偏光
は、共に垂直上方３０に平行な実質的な直線偏光である
ことが判った。このことと、発振波長が温度上昇ととも
に長波長側に推移することとを併せて、レーザ発振波長
は、ＫＴｉＯＰＯ4 の片道リタデーションによる位相差
が実質的に２ｍπになるように縦モードが弁別、制御さ
れていることが理解される。さらに図１７において、縦
モード弁別が行なわれている温度領域ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ
では、波長５３２ｎｍのレーザ出力にはスパイク状の出
力不安定性が見られず、しかも相対雑音強度ＲＩＮは−
１２０ｄＢ／Ｈｚ以下である。
【００６９】以上のように２つの偏光モードを共振器損
失で差別化するとともに、他の縦モードを抑制して単一
縦モードを実現することによって、モードホッピングに
よる出力変動を低減化することができる。
【００７０】（実施例４）図１８は、本発明の第４実施
例である固体レーザ装置の構成を示す正面図である。こ
の固体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起するための
ポンピング光２６を放射する半導体レーザ（ＳＯＮＹ社
製ＳＬＤ３０３ＷＴ−２５）２０と、ポンピング光２６
を集光するレンズ系２１ａ（ニューポート社製Ｆ−Ｌ２
０）および２１ｂ（ニューポート社製Ｆ−Ｌ１０Ｂ）
と、Ｎｄが２ａｔ％ドープされた厚さ０．５ｍｍのＮ
ｄ：ＹＶＯ4 から成るレーザ媒質２３および厚さ５ｍｍ
のＫＴｉＯＰＯ4 から成る非線形光学素子２４から成る
光共振器２５などから構成されている。レーザ媒質２３
の表面２３ａの中央付近には、フォトリソグラフィ法を
応用した微細加工技術を用いて、微小球面２３ｃが形成
されており、その開口半径は１００μｍで、その曲率半
径は２０ｍｍである。レーザ媒質２３の表面２３ｂと非
線形光学素子２４の表面２４ａとの間には、２ｍｍの間
隙がある。この配置でレーザ媒質２３内のレーザモード
の電場横モード半径ωは約４３μｍである（計算値）。
【００７１】微小曲面２３ｃを含むレーザ媒質２３の表
面２３ａには、ポンピング光２６の波長８０９ｎｍに対
して透過率が９５％以上であって、レーザ媒質２３の発
振波長１０６４ｎｍに対して反射率が９９．８％以上
で、かつ第２高調波である波長５３２ｎｍに対して透過
率が９５％以上となるコーティングが施されている。ま
た、レーザ媒質２３の表面２３ｂおよび非線形光学素子
２４の表面２４ａには、波長１０６４ｎｍに対して透過
率が９９．８％以上であって、かつ波長５３２ｎｍに対
して透過率が９５％以上となるコーティングが施されて
いる。非線形光学素子２４の表面２４ｂには、波長１０
６４ｎｍに対して反射率が９９．８％以上であって、か
つ波長５３２ｎｍに対して透過率が９５％以上となるコ
ーティングが施されている。
【００７２】半導体レーザ２０から放射されるポンピン
グ光２６の偏光方向は光軸２９の垂直上方３０と一致し
ている。レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4 結晶のｃ
軸は、光軸２９およびその垂直上方３０を含む面内にあ
って垂直上方３０に対して角度φ＝４０°傾斜してい
る。このとき異常光の光軸２９ａには、角度５．８°の
ビームウォークオフが生じ、光軸２９と光軸２９ｂとの
間隔および光軸２８と光軸２９との間隔は、それぞれ５
１μｍとなり、微小曲面２３ｃの開口半径の約２分の１
となる。また、レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4
は、異常光成分である垂直上方３０方向の偏光に対する
利得が常光成分であるａ軸方向の偏光の数倍大きいた
め、レーザ発振は異常光の光軸で起こることになる。
【００７３】一方、非線形光学素子２４であるＫＴｉＯ
ＰＯ4 は、波長１０６４ｎｍの基本波を第２高調波の波
長５３２ｎｍに変換する角度で切り出されており、その
ｚ軸は、図１５（ｂ）と同様に、光軸３７の方向に見て
垂直上方３０に対して角度α＝４５°で交差するように
配置される。こうして光共振器２５内において、レーザ
媒質２３での光軸２９ａと、非線形光学素子２４での光
軸２８とで、レーザ発振の光軸が形成される。
【００７４】ここで、非線形光学素子２４であるＫＴｉ
ＯＰＯ4 の温度をペルチェ素子によって２２℃から２８
℃までの範囲で温度調節を行ってリタデーションによる
位相差を制御して（ただし、レーザ発振中はＫＴｉＯＰ
Ｏ4 の１０６４ｎｍ帯の高いパワー密度のために局所的
に温度が数度上昇していると考えられる。）、波長１０
６４ｎｍ近傍のレーザ発振波長の変化すなわち縦モード
の変化と、波長５３２ｎｍの出力光の１ＭＨｚにおける
相対雑音強度（ＲＩＮ）を測定した。図１９はレーザ発
振波長のＫＴＰ温度依存性を示すグラフであり、図２０
はＲＩＮのＫＴＰ温度依存性を示すグラフである。図１
９において、レーザ発振が単一縦モードとなる温度領域
ＴＤ（２２．５℃〜２４．８℃）、温度領域ＴＥ（２
５．９℃〜２７．８℃）において、１０６４ｎｍのレー
ザ発振は、微小曲面反射鏡２３ｃの出射ビームの偏光を
測定して、レーザ媒質２３内部において垂直上方３０に
平行な実質的な直線偏光であり、非線形光学素子２４の
表面２４ｂにおける偏光は、非線形光学素子２４側の出
射ビームの偏光を測定して垂直上方３０に垂直な実質的
な直線偏光であることが判った。このことと、発振波長
が温度上昇とともに長波長側に推移することとを併せ
て、レーザ媒質内でのレーザ発振の偏光は異常光偏光で
あって、レーザ発振波長は、片道リタデーションによる
位相差が実質的に（２ｍ＋１）πになるように縦モード
が弁別、制御されていることが理解される。さらに図２
０において、縦モード弁別が行なわれている温度領域Ｔ
Ｄ、ＴＥでは、波長５３２ｎｍのレーザ出力にはスパイ
ク状の出力不安定性が見られず、しかも１ＭＨｚにおけ
る相対雑音強度ＲＩＮは−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下であ
る。
【００７５】以上のように２つの偏光モードを共振器損
失で差別化するとともに、他の縦モードを抑制して単一
縦モードを実現することによって、モードホッピングに
よる出力変動を低減化することができる。
【００７６】（実施例５）本発明の第５実施例である固
体レーザ装置は、図１８に示す第４実施例と同様な構成
であって、レーザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ4結晶の
ｃ軸が、光軸２９およびその垂直上方３０を含む面内に
あって垂直上方３０に対して角度φ＝１４°傾斜してい
る点が相違する。このとき異常光の光軸２９ａには、角
度２．９°のビームウォークオフが生じ、光軸２９と光
軸２９ｂとの間隔および光軸２８と光軸２９ｂとの間隔
は、それぞれ２５μｍとなり、微小曲面反射鏡２３ｃの
開口半径の１／４である。また、レーザ媒質２３の表面
２３ｂと非線形光学素子２４の表面２４ａの間には１．
５ｍｍの間隙がある。微小曲面２３ｃの開口半径は１０
０μｍで、曲率半径は２０ｍｍである。
【００７７】ここで、非線形光学素子２４であるＫＴｉ
ＯＰＯ4 の温度をペルチェ素子により２２℃から２８℃
までの範囲で温度調節を行ってリタデーションによる位
相差を制御して（ただしレーザ発振中はＫＴＰの１０６
４ｎｍ帯の高いパワー密度のために局所的に温度が数度
上昇していると考えられる）、それに伴う５３２ｎｍの
レーザ出力の１ＭＨｚにおける相対雑音強度（ＲＩＮ）
を測定した。図２１はＲＩＮのＫＴＰ温度依存性を示す
グラフである。図２１において、相対雑音強度が−１１
０ｄＢ／Ｈｚ以下になる温度領域ＴＦ（２３．９℃〜２
５．２℃）、温度領域ＴＧ（２６．４℃〜２７．３℃）
において、単一縦モード発振が得られ、スパイク状の出
力不安定性が解消されていた。１０６４ｎｍのレーザ発
振は、微小曲面反射鏡２３ｃ側の出射ビームの偏光を測
定して、レーザ媒質２３内部において垂直上方３０に平
行な実質的な直線偏光であり、非線形光学素子２４の表
面２４ｂにおける偏光は、非線形光学素子２４側の出射
ビームの偏光を測定して垂直上方３０に垂直な実質的な
直線偏光であることが判った。このことと、発振波長が
温度上昇とともに長波長側に推移することとを併せて、
レーザ媒質２３内でのレーザ発振の偏光は異常光偏光で
あって、レーザ発振波長はＫＴｉＯＰＯ4 の片道リタデ
ーションによる位相差が（２ｍ＋１）π（ｍは整数）と
なるように縦モードが弁別・制御されていることが理解
される。
【００７８】以上のように２つの偏光モードを共振器損
失で差別化するとともに、異なる縦モードを制御して単
一縦モード発振を実現することによって、モードホッピ
ングによる出力変動を低減化することができる。
【００７９】（実施例６）図２２（ａ）は、本発明の第
６実施例である固体レーザ装置の構成を示す正面図であ
る。この固体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起する
ためのポンピング光２６を放射する半導体レーザ（ＳＯ
ＮＹ社製ＳＬＤ３２２Ｖ）２０と、ポンピング光２６を
集光するレンズ系２１ａ，２１ｂ（ニューポート社製Ｆ
−ＬＡ４０）と、Ｎｄが１．４ａｔ％程度ドープされた
Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12から成るレーザ媒質２３、ＫＮｂＯ
3 から成る複屈折光学素子４１、ＫＮｂＯ3 から成る非
線形光学素子２４、および凹面ミラー２２などから成る
光共振器２５などから構成されている。
【００８０】レーザ媒質２３および複屈折光学素子４１
は、ペルチェ素子４２によって一括して精密に温度調節
されており、一方、非線形光学素子２４は、ペルチェ素
子４３によって精密に温度調節されている。
【００８１】レーザ媒質２３の結晶長は１．５ｍｍであ
り、複屈折光学素子４１の結晶長は２．５ｍｍであり、
非線形光学素子２４の結晶長は２．５ｍｍである。凹面
ミラー２２の表面２２ａの曲率半径は７．８ｍｍであ
る。レーザ媒質２３の表面２３ｂと複屈折光学素子４１
の表面４１ａとは接しており、複屈折光学素子４１の表
面４１ｂと非線形光学素子２４の表面２４ａと間には
０．５ｍｍの空隙があり、非線形光学素子２４の表面２
４ｂと凹面ミラー２２の表面２２ａとの間には、光軸４
７上で０．５ｍｍの空隙がある。レーザ媒質２３の表面
２３ａと凹面ミラー２２の表面２２ａによって、レーザ
発振波長９４６ｎｍに関する光共振器２５が形成されて
いる。
【００８２】レーザ媒質２３の表面２３ａには、ポンピ
ング光２６の波長８０９ｎｍに対して透過率が８０％以
上であり、かつレーザ媒質２３の発振波長である波長９
４６ｎｍに対して反射率が９９．９％以上であるコーテ
ィングが施されている。一方、レーザ媒質２３の表面２
３ｂには、波長９４６ｎｍに対して透過率が９９．９％
以上となるコーティングが施されている。複屈折光学素
子４１の表面４１ａおよび４１ｂには、波長９４６ｎｍ
に対して透過率が９９．９％以上となるコーティングが
施されている。非線形光学素子２４の表面２４ａおよび
２４ｂには、波長９４６ｎｍに対して透過率が９９．９
％以上であって、かつ第２高調波である波長４７３ｎｍ
に対して透過率が９５％以上となるコーティングが施さ
れている。凹面ミラー２２の表面２２ａには、波長９４
６ｎｍに対して反射率が９９．９％以上であって、かつ
第２高調波である波長４７３ｎｍに対して透過率が９５
％以上となるコーティングが施されている。凹面ミラー
２２の表面２２ｂには、第２高調波である波長４７３ｎ
ｍに対して透過率が９５％以上となるコーティングが施
されている。
【００８３】複屈折光学素子４１であるＫＮｂＯ3 結晶
は、そのａ軸に対して垂直に切出されており、このとき
複屈折光学素子４１の偏光軸はｂ軸とｃ軸になる。
【００８４】図２２（ｂ）は、非線形光学素子２４であ
るＫＮｂＯ3 結晶の切出し方向を示す座標系である。非
線形光学素子２４は、ｃ軸とｃ’軸の成す角度φ＝２
９．９°、ｂ軸とｃ’軸との成す角度θ＝９０°となる
ようにｃ’軸を定めると、ｂ−ｃ’平面に平行になるよ
うに切出されている。このとき非線形光学素子２４の偏
光軸は、ｂ軸とｃ’軸になり、波長９４６ｎｍのｂ軸偏
光に対する屈折率と波長４７３ｎｍのｃ’軸偏光に対す
る屈折率とは互いに一致する。従って、切出し面に対し
て垂直方向に光伝搬方向を取ると、波長９４６ｎｍのレ
ーザ光のｂ軸偏光成分は、その第２高調波（ｃ’軸偏
光）とともに室温でタイプＩの位相整合条件を満たすこ
とができる。
【００８５】図２２（ｃ）は、図２２（ａ）に示したポ
ンピング光２６の偏光方向ならびに複屈折光学素子４１
および非線形光学素子２４の偏光軸の配置を示す部分斜
視図である。複屈折光学素子４１のａ軸が光軸４７と一
致し、その偏光軸であるｂ軸とポンピング光２６の偏光
方向との成す角度αは４５°になるように配置される。
一方、非線形光学素子２４のａ’軸が光軸４７と一致
し、その偏光軸であるｂ軸はポンピング光２６の偏光方
向と平行になるように配置される。このとき非線形光学
素子２４中で、基本波波長９４６ｎｍにおいて２．３６
°のビームウォークオフが生ずる。非線形光学素子２４
の結晶長は２．５ｍｍであるため、光軸４７と非線形光
学素子２４の表面２４ａで分離される光軸４８との間隔
および光軸４７と非線形光学素子２４の表面２４ｂで分
離される光軸４９との間隔は、ともに１０３μｍにな
る。
【００８６】半導体レーザ２０から放射されるポンピン
グ光２６は、レンズ系２１ａ，２１ｂによって集束さ
れ、光軸４７に沿ってレーザ媒質２３に入射する。その
結果、レーザ媒質２３中に反転分布が形成され、光軸４
７に沿って波長９４６ｎｍの基本波発振が起こり、光共
振器２５内に蓄積される。基本波の電場横モード半径ω
は、レーザ媒質２３の表面２３ａにおいて３４μｍ、凹
面ミラー２２の表面２２ａにおいて４９μｍと計算され
る。レーザ媒質２３の表面２３ａにおける基本波の電場
横モード半径ωが３４μｍであり、ポンピング光２６の
横モード半径が約３０μｍであるのに対して、光軸４７
と光軸４９との間隔は１０３μｍであるため、光軸４９
に沿った基本波レーザモードは極めて小さな利得しか持
ち得ず、発振には至らない。
【００８７】波長９４６ｎｍの基本波発振が非線形光学
素子２４中を通過することによって、タイプＩの位相整
合に基づいて、第２高調波である波長４７３ｎｍに変換
された出力光２７が得られる。
【００８８】光共振器２５の光学長は１５．２ｍｍであ
るので、その縦モード間隔は０．３０Åになる。一方、
複屈折光学素子４１の片道リタデーションによる位相差
δは、波長９４６ｎｍにおいて波長差２０．９Åで角度
２π、すなわち１回りする。
【００８９】図２２（ｄ）は、非線形光学素子２４の表
面２４ａにおける偏光モードを示すグラフである。光共
振器２５に生ずる複数の縦モードに対応して、非線形光
学素子２４の表面２４ａでは、たとえばｐ２〜ｐ４の偏
光モードが発生する。ここで、複屈折光学素子４１は、
偏光モードｐ３に対応する縦モードの波長においてその
片道リタデーションによる位相差δが実質的にｍπ（た
だしｍは整数）となるように、ペルチェ素子４２によっ
て温度調節されている。このため、偏光モードｐ３は、
非線形光学素子２４のｂ軸に平行な直線偏光になる。一
方、隣接する偏光モードｐ２およびｐ４のリタデーショ
ンによる位相差δは、 δ＝ｍπ±３６０°×０．３０Å／２０．９Å＝ｍπ±
５．２° と計算される。したがって楕円偏光モードｐ２，ｐ４
は、前述した式（１）で与えられる共振損失Ｌｏｓｓ分
だけｐ３よりも大きな損失を受けることになる。ここ
で、式（１）を用いて、 Ｌｏｓｓ≡sin2δ＝（sin±5.2°）2＝（±0.091）2＝
0.0082 と計算され、約０．８２％の損失が発生する。こうして
偏光状態の相違を利用して縦モードの差別化を図ること
によって、単一縦モード発振を得ることができる。この
結果、モードホップ現象が抑制され、極めて安定な出力
光が得られる。
【００９０】以上説明したように、本発明において利用
可能な複屈折光学素子としては、以下（１）〜（３）に
分離される材料が例示できる。なお、次のどの分類に該
当する材料をモード弁別のためのビームウォークオフが
生ずる複屈折光学素子として使用するかは固体レーザ装
置の仕様目的によって異なり、適宜それらの組合せを選
択することが好ましい。
【００９１】（１）単純な複屈折性材料 ＳｉＯ2（水晶）、ＣａＣＯ3（方解石）、Ａｌ2Ｏ3（サ
ファイヤ）、ＭｇＦ2、ＴｉＯ2（ルチル）、ＢａＴｉＯ
3 等の一般的な複屈折性材料、および電界の印加によっ
て屈折率が変化する、いわゆるＥＯ素子、たとえばＬｉ
ＮｂＯ3 等の複屈折性材料。
【００９２】（２）レーザ媒質であるもの Ｍ：ＹＶＯ4 、Ｍ：ＬｉＹＦ4 、Ｍ：ＬａＦ3 、Ｍ：Ｃ
ａＧｄＡｌＯ4 、Ｍ：Ｌａ2Ｏ2Ｓ、Ｍ：ＬａＭｇＡｌ11
Ｏ19、Ｍ：Ｌａ2Ｂｅ2Ｏ5 、Ｍ：ＹＡｌＯ3 、ＭxＬａ
1-xＰ5Ｏ14 、ＬｉＭxＧｄ1-xＰ4Ｏ12 、ＫＭxＧｄ1-x
Ｐ4Ｏ12、ＭxＧｄ1-xＡｌ3（ＢＯ3）4、ＭxＹ1-xＡｌ3
（ＢＯ3）4、Ｋ5Ｂｉ1-xＭx（ＭｏＯ4）4、等で代表さ
れる材料が挙げられる。ここでＭは、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈ
ｏ、Ｔｍ、Ｙｂ等の希土類元素で、それら元素の２つ以
上の混合であっても構わない。また、これに加えてＣｒ
等を含むものでも構わない。この他にＣｒ：ＢｅＡｌ2
Ｏ4、Ｔｉ：Ａｌ2Ｏ3等、全ての複屈折性レーザ媒質。
【００９３】（３）非線形光学媒質であるもの ＫＴｉＯＰＯ4、ＫＮｂＯ3、ＬｉＮｂＯ3、β−ＢａＢ2
Ｏ4、ＬｉＢ3Ｏ5 、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15、ＬｉＩＯ3 、
ＫＤＰ、ＡＤＰ等の第２高調波や第３高調波さらにはよ
り高次の高調波変換作用を有する全ての複屈折性非線形
光学材料。
【００９４】以上の各分類の材料を本発明の意図すると
ころの複屈折光学素子として使用するには、以下
（Ａ），（Ｂ）の場合がある。
【００９５】（Ａ）モード弁別のためのビームウォーク
オフが生ずる複屈折光学素子として用いる場合 複屈折光学素子で生ずるビームウォークオフによって分
離される２つの偏光光軸の間隔は、個々の材料の屈折率
異方性の度合と、屈折率楕円体の主軸に対する光共振器
の光軸の角度で決まるビームウォークオフ角度ρ、媒質
長Ｌに依存する。ビームウォークオフ角度を大きくとれ
る前記分類中の材料として（１）ＣａＣＯ3、（２）
Ｍ：ＹＶＯ4、（３）ＫＮｂＯ3 を各々例示できる。し
かしながら実際には、固体レーザ装置の目的仕様（波
長、その他のレーザの特性）に合った複屈折光学素子の
選定を行うことが好ましい。
【００９６】i) ビームウォークオフ作用のみを意図す
る場合 前記分類（１）に該当する材料か、あるいは前記分類
（３）に該当する材料を高調波発生に必要な位相整合を
とらずに用い、これにビームウォークオフを発生させ
る。
【００９７】ii) レーザ媒質を兼ねる場合 前記分類（２）に該当するレーザ媒質のビームウォーク
オフを発生させる。
【００９８】iii)高調波変換素子を兼ねる場合 前記分類（３）に該当する材料を高調波発生に適した方
位にカットする。ただし、ビームウォークオフがなけれ
ばならず、また、この場合一方の偏光光軸についてのみ
光共振器の光軸が形成された発振が起こるので、高調波
変換を有効に行うには、１つの方向に直線偏光した基本
波に対してその直交方向に直線偏光した第２高調波が発
生する、いわゆるタイプＩの位相整合のみで使用するこ
とができる。
【００９９】（Ｂ）上記（Ａ）以外の複屈折光学素子と
して用いる場合 一般に、上記（Ａ）以外の複屈折光学素子の内部では両
偏光軸について偏光の成分が生ずるので、この複屈折光
学素子として用いる場合にはビームウォークオフが無い
方が望ましく、したがって光共振器の光軸が２つの偏光
の主軸に垂直となるように材料を用いることが望まし
い。ただし、高調波変換を目的とする場合には位相整合
をとるために必然的にビームウォークオフが生じざるを
得ない。
【０１００】ここで、２つの偏光軸の屈折率差が大き
く、媒質が長いほど共振器縦モード波長のわずかな変化
に対する偏光モードの離散化の効果が大きい。この材料
の例として、前記各分類の（１）ＣａＣＯ3、（２）Ｙ
ＶＯ4（３）ＫＮｂＯ3 を各々例示できる。しかしなが
ら実際には、固体レーザ装置の目的仕様にあった複屈折
光学素子の選定を行うことが好ましい。
【０１０１】i) 複屈折のみを必要とする場合 前記分類（１）に該当する材料か、あるいは前記分類
（３）に該当する材料を高調波変換に必要な位相整合を
とらずに用いる。
【０１０２】ii) レーザ媒質を兼ねる場合 前記分類（２）に該当する材料を用いる。
【０１０３】iii)高調波変換素子を兼ねる場合 前記分類（３）に該当する材料が固体レーザ装置の目的
仕様に応じて使い分けられる。
【０１０４】なお、本発明は基本的にモードホッピング
を抑制し出力変動を低減する手段を与えるものであり、
したがって従来の技術で説明したような共鳴器内高調波
変換固体レーザ装置に限定されるものでない。このこと
は、単一縦モード化の一手段でもあり、従来の固体レー
ザ装置の周波数の安定化、狭帯域化の手段ともなる。
【０１０５】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、レ
ーザ媒質の発振容易軸を利用した縦モードの差別化だけ
ではなく、ビームウォークオフによる２つの偏光光軸の
分離を利用した縦モードの差別化を行うことによって、
他の縦モードへのモードホッピング現象が抑制されるた
め、出力変動が少ない極めて安定した出力を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の原理を示し、図１（ｂ）
は光共振器内の縦モードの偏光モードを示す。
【図２】ミラー４が平面鏡で、ミラー５が曲面鏡である
固体レーザ装置の部分構成図である。
【図３】ミラー４およびミラー５が曲面鏡である固体レ
ーザ装置の部分構成図である。
【図４】ミラー４が曲面鏡で、ミラー５が平面鏡である
固体レーザ装置の部分構成図である。
【図５】図５（ａ）は図１（ａ）のビームの様子を示す
部分構成図であり、図５（ｂ）はレーザ媒質３の側方励
起方式の一例を示す部分斜視図である。
【図６】光ビームの分離状態の一例を示す固体レーザ装
置の部分構成図である。
【図７】光ビームの分離状態の他の例を示す固体レーザ
装置の部分構成図である。
【図８】光ビームの分離状態の他の例を示す固体レーザ
装置の部分構成図である。
【図９】光ビームの分離状態の他の例を示す固体レーザ
装置の部分構成図である。
【図１０】光ビームの分離状態の他の例を示す固体レー
ザ装置の部分構成図である。
【図１１】レーザ媒質の複屈折性を利用した偏光モード
弁別を示す部分構成図である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の第１実施例である固
体レーザ装置の構成を示す正面図であり、図１２（ｂ）
は非線形光学素子２４の表面２４ａにおける偏光モード
を示すグラフである。
【図１３】ｃ軸の傾斜角ψに対するビームウォークオフ
角度ρおよびレーザ媒質２３のレーザ利得Ｇの変化を示
すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は本発明の第２実施例である固
体レーザ装置の構成を示す正面図であり、図１４（ｂ）
はその非線形光学素子２４の偏光軸の配置を示す部分斜
視図であり、図１４（ｃ）は非線形光学素子２４の表面
２４ａにおける偏光モードを示すグラフである。
【図１５】図１５（ａ）は、本発明の第３実施例である
固体レーザ装置の構成を示す正面図であり、図１５
（ｂ）は非線形光学素子２４の偏光軸の配置図である。
【図１６】本発明の第３実施例である固体レーザ装置に
おいて、レーザ発振波長のＫＴＰ温度依存性を示すグラ
フである。
【図１７】本発明の第３実施例である固体レーザ装置に
おいて、ＲＩＮのＫＴＰ温度依存性を示すグラフであ
る。
【図１８】本発明の第４実施例である固体レーザ装置の
構成を示す正面図である。
【図１９】本発明の第４実施例である固体レーザ装置に
おいて、レーザ発振波長のＫＴＰ温度依存性を示すグラ
フである。
【図２０】本発明の第４実施例である固体レーザ装置に
おいて、ＲＩＮのＫＴＰ温度依存性を示すグラフであ
る。
【図２１】本発明の第５実施例である固体レーザ装置に
おいて、ＲＩＮのＫＴＰ温度依存性を示すグラフであ
る。
【図２２】図２２（ａ）は、本発明の第６実施例である
固体レーザ装置の構成を示す正面図であり、図２２
（ｂ）は、非線形光学素子２４の切出し方向を示す座標
系であり、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）に示したポン
ピング光２６の偏光方向ならびに複屈折光学素子４１お
よび非線形光学素子２４の偏光軸の配置を示す部分斜視
図であり、図２２（ｄ）は、非線形光学素子２４の表面
２４ａにおける偏光モードを示すグラフである。
【図２３】図２３（ａ）は従来の固体レーザ装置の構成
の一例を示す正面図であり、図２３（ｂ）はレーザ媒質
６２と非線形光学素子６３の偏光軸の配置を示す部分斜
視図であり、図２３（ｃ）は非線形光学素子６３のカッ
ト方向を説明する座標系である。
【符号の説明】
１ 第１複屈折光学素子 ２ 第２複屈折光学素子 １ｃ 微小曲面 ３ レーザ媒質 ４，５ ミラー ６ 光共振器 ７，８，９ 光軸 ７ａ，８ａ 光ビーム １０ ポンピング光 １１ マスク １２，１２ａ，１２ｂ 絞り １３ 偏光光軸 ２０ 半導体レーザ ２１，２１ａ，２１ｂ レンズ系 ２２ 凹面ミラー ２３ レーザ媒質 ２４ 非線形光学素子 ２５ 光共振器 ２６ ポンピング光 ２７ 出力光 ２８，２９，２９ａ，２９ｂ，３４，３５，３６，３
７，３８ 光軸 ３１ 凸面ミラー ３３ 凹面反射鏡 ４１ 複屈折光学素子 ４２，４３ ペルチェ素子 ４７，４８，４９ 光軸

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光共振器の中に複数の光学素子が介在
    し、当該光学素子のうちの１つがポンピング光により励
    起されるレーザ媒質であって、当該光学素子のうち少な
    くとも２つが複屈折光学素子であり、前記複屈折光学素
    子のうちの第１複屈折光学素子で生ずるビームウォーク
    オフによって分離される２つの偏光光軸のうちの一方の
    光軸をもって、前記光共振器の光軸を形成していること
    を特徴とする固体レーザ装置。
  2. 【請求項２】 前記光共振器を直線型とし、当該光共振
    器を構成する反射鏡手段のうち少なくとも１つを曲面鏡
    手段とし、当該曲面鏡手段と前記第１複屈折光学素子以
    外の第２複屈折光学素子との間に、前記第１複屈折光学
    素子が配置されることを特徴とする請求項１に記載の固
    体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 前記光共振器を直線型とし、当該光共振
    器を構成する反射鏡手段のうち少なくとも１つを平面鏡
    手段とし、当該平面鏡手段と前記第１複屈折光学素子と
    の間に、前記第１複屈折光学素子以外の第２複屈折光学
    素子が配置されることを特徴とする請求項２に記載の固
    体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 レーザ媒質が前記第１複屈折光学素子で
    あることを特徴とする請求項３に記載の固体レーザ装
    置。
  5. 【請求項５】 ポンピング光入射側から順次、前記光共
    振器を構成する曲面反射鏡手段、前記第１複屈折光学素
    子であるレーザ媒質、少なくとも１つの前記第２複屈折
    光学素子、および前記光共振器を構成する反射鏡手段が
    配置されており、当該レーザ媒質中でビームウォークオ
    フが生じていることを特徴とする請求項４に記載の固体
    レーザ装置。
  6. 【請求項６】 レーザ媒質がＮｄ：ＹＶＯ4 で形成され
    ていることを特徴とする請求項５に記載の固体レーザ装
    置。
  7. 【請求項７】 前記第２複屈折光学素子のうち少なくと
    も１つが非線形光学材料で形成され、かつ当該非線形光
    学材料で前記レーザ媒質によって発振するレーザ光を第
    ２高調波に変換することを特徴とする請求項６に記載の
    固体レーザ装置。
  8. 【請求項８】 前記非線形光学材料がＫＴｉＯＰＯ4 で
    形成されていることを特徴とする請求項７に記載の固体
    レーザ装置。
  9. 【請求項９】 ポンピング光の入射側から順次、前記光
    共振器を構成する曲面鏡手段、レーザ媒質、前記第１複
    屈折光学素子、前記第２複屈折光学素子、および前記光
    共振器を構成する平面鏡手段からなり、前記第２複屈折
    光学素子でもビームウォークオフが生じていることを特
    徴とする請求項３に記載の固体レーザ装置。
  10. 【請求項１０】 レーザ媒質が前記第２複屈折光学素子
    であることを特徴とする請求項２に記載の固体レーザ装
    置。
  11. 【請求項１１】 ポンピング光の入射側から順次、前記
    光共振器を構成する反射鏡手段、前記第２複屈折光学素
    子であるレーザ媒質、前記第１複屈折光学素子、および
    前記光共振器を構成する曲面鏡手段が配置されているこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の固体レーザ装置。
  12. 【請求項１２】 前記第１複屈折光学素子が非線形光学
    材料で形成され、かつ、当該非線形光学材料で前記レー
    ザ媒質によって発振するレーザ光を第２高調波に変換す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の固体のレーザ装
    置。
  13. 【請求項１３】 ポンピング光の入射側から順次、前記
    光共振器を構成する反射鏡手段、レーザ媒質、前記第２
    複屈折光学素子、前記第１複屈折光学素子、および前記
    光共振器を構成する曲面鏡手段からなることを特徴とす
    る請求項２に記載の固体レーザ装置。
  14. 【請求項１４】 前記レーザ媒質がＮｄ：ＹＡＧから形
    成されることを特徴とする請求項１３に記載の固体レー
    ザ装置。
  15. 【請求項１５】 前記第１複屈折光学素子が非線形光学
    材料で形成され、かつ当該非線形光学材料で、前記レー
    ザ媒質によって発振するレーザ光を第２高調波に変換す
    ることを特徴する請求項１４に記載の固体レーザ装置。
  16. 【請求項１６】前記非線形光学材料がＫＮｂＯ3 から形
    成されることを特徴とする請求項１５に記載の固体レー
    ザ装置。
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