JPH10294512A

JPH10294512A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH10294512A
Application number: JP10321497A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Akiyama; 靖裕秋山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、固体レーザ結晶を均一に効率よく端
面励起でき、高出力のレーザ光を効率よく発生させる。【解決手段】レーザ結晶冷却器３の備えられたレーザ結
晶支持部１の空隙４のＬＤ出射口４ｂ側に固体レーザ結
晶２を配置し、ＬＤ６から出力されたＬＤ光９を複数の
レンズ１０、１１で集光して空隙４内に入射し、この空
隙４中でのＬＤ光の分布を導波路モードに近付かせて、
固体レーザ結晶２を均一に励起し、レーザ光Ｑを出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばレーザダイ
オード（以下、ＬＤと称する）から出力された光を励起
光として固体レーザ結晶に照射してレーザ光を出力する
固体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＤから出力される光（以下、ＬＤ光と
称する）によって固体レーザ結晶の端面を励起してレー
ザ光を出力する固体レーザ装置では、固体レーザ結晶に
対する励起の有効性を最適にするために、固体レーザ結
晶におけるＬＤ光による励起体積とレーザ共振器モード
の体積とを一致させることにより、高効率でビーム質の
良いレーザ光が得られる。

【０００３】例えば、第１の文献ＩＥＥＥＪ．Ｑuant
um Ｅlectron ．ＱＥ-26 、３１１（１９９０）では、
ＸＹ方向で異なるＬＤ光のビーム広がり角をシリンドリ
カルレンズ、球面レンズを組み合わせることにより補正
し、固体レーザ結晶上にモード体積と一致させて入射し
ている。

【０００４】又、第２の文献Ｏpt．Ｌett ．１８．１１
６，（１９９３）では、複数のＬＤ光を固体レーザ結晶
の一端面に対して４方向からレンズ系を介して入射し、
かつ固体レーザ結晶の両端面から励起することにより、
端面励起でかつ高出力のＬＤ励起固体レーザ装置を実現
している。

【０００５】又、第３の文献Ｏpt．Ｌett ．２０．１５
７，（１９９５）では、扇形状のレンズダクトを用い
て、ＬＤ光を固体レーザ結晶に導き、高出力のＬＤ励起
固体レーザ装置を実現している。

【０００６】その構成は、レンズダクトの扇の端の部分
からＬＤ光を入射し、扇の要の部分に固体レーザ結晶を
配置するもので、シリンドリカルレンズ系を用いずに高
出力のＬＤ光を集光できる。

【０００７】このようにＬＤ励起固体レーザ装置から高
出力パワーを取り出す場合、複数のＬＤを用いるか、又
は複数の発光領域を１次元若しくは２次元に配置したＬ
Ｄアレイを用いる必要がある。

【０００８】複数のＬＤ又はＬＤアレイからのＬＤ光に
よる励起体積を固体レーザ結晶上にモード体積と一致さ
せてＬＤ光を集光させるには、複数のレンズを複雑に組
み合わせて実現する必要があり、この技術は上記第１の
文献や上記第２の文献に開示されている。

【０００９】しかしながら、大出力のＬＤ光によりレー
ザ共振器モードに合致するように固体レーザ結晶上にス
ポット状にＬＤ光を集光する場合、固体レーザ結晶の端
面での損傷や固体レーザ結晶内での熱分布の不均一さに
よる出力ビームの悪化を招きやすく、これを防ごうとす
ると、構成が複雑になる。

【００１０】又、上記レンズダクトを用いる方式では、
レンズダクト出射後のＬＤ光のビーム広がり角が大きい
ため、結晶長の長い固体レーザ結晶には適用することは
困難である。さらに、レンズダクト出射後のＬＤ光の光
路上にレンズ系を挿入し、比較的長い固体レーザ結晶中
に励起領域を形成する方式も行われているが、装置が複
雑化、大型化する。

【００１１】以上のような固体レーザ結晶の励起方式で
は、固体レーザ結晶を冷却するために別途冷却手段を付
加する必要があり、装置が大型化する。一方、Ｔｍ、Ｈ
ｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧなどの３準位固体レーザ装置
は、Ｎｄ：ＹＡＧなどの４準位固体レーザ装置と異な
り、基底順位がレーザ下準位となる。

【００１２】レーザは、上準位と下準位との反転分布量
により利得が決まるため、基底順位が下準位となる３準
位レーザでは不利となる。又、レーザ上準位、下準位
は、複数のシュタルクレベルに分かれており、この中の
ある準位間でレーザ遷移が起こる。このため、３準位レ
ーザでは、固体レーザ結晶を冷却し、反転分布量をシュ
タルクレベル内の最も低いレベルに集中させ、レーザ上
準位に関しては分布の集中したシュタルクレベルを、レ
ーザ下準位に関しては分布の小さいシュタルクレベルを
選ぶことにより、大きな利得を得ることができる。

【００１３】例えば、第４の文献Ａppl ．Ｏpt．３２．
２０６６（１９９３）では、ランプ励起のＨｏ、Ｔｍ、
Ｃｒ：ＹＡＧレーザを取り上げており、固体レーザ結晶
の冷却のために液体窒素又は液体窒素蒸気などを固体レ
ーザ結晶の回りに循環させている。

【００１４】第５の文献ＩＥＥＥＱuantum Ｅlectro
n ．ＱＥ-28 、１０２９（１９９２）では、液体窒素容
器の下面に冷却部を設けて冷却を行い、固体レーザ結晶
の端面からレーザ励起し、Ｔｍ、Ｈｏ：ＹＦＬレーザを
動作させている。

【００１５】しかしながら、第４の文献のように液体窒
素蒸気を固体レーザ結晶の回りに循環させる方式では、
液体窒素などを循環させる装置が必要であり、装置が大
型化し、又循環系における液体窒素の損失が大きい。
又、第５の文献では、固体レーザ結晶に対する側面励起
ができないため、高平均エネルギーや高パルスエネルギ
ーを得ることができない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように固体レー
ザ結晶に対する励起の有効性を最適にするために、各種
方式が採られているが、固体レーザ結晶の端面での損傷
や固体レーザ結晶内での熱分布の不均一さによる出力ビ
ームの悪化を招きやすく、又、装置が複雑化、大型化す
るものである。

【００１７】一方、レーザ出力の大きな利得を得るため
に、固体レーザ結晶の回りに液体窒素又は液体窒素蒸気
などを循環させて冷却しているが、液体窒素などを循環
させる装置により大型化し、又循環系における液体窒素
の損失が大きくなる。又、固体レーザ結晶に対する側面
励起ができず、高平均エネルギーや高パルスエネルギー
を得ることができない。

【００１８】そこで本発明は、固体レーザ結晶を均一に
効率よく端面励起でき、高出力のレーザ光を効率よく発
生できる固体レーザ装置を提供することを目的とする。
又、本発明は、固体レーザ結晶を超低温に冷却し、ＬＤ
光により効率よく側面励起でき、高出力動作ができる固
体レーザ装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、固体
レーザ結晶と、両端にそれぞれ開口部が形成された空隙
が形成され、かつこの空隙内のいずれか一方の開口部側
に固体レーザ結晶を支持するレーザ結晶支持部と、この
レーザ結晶支持部を冷却する冷却手段と、励起光を空隙
の他方の開口部から空隙内に入射させて固体レーザ結晶
を励起する励起光学系と、固体レーザ結晶の励起光の入
射側に形成され、励起光を透過するとともに固体レーザ
媒質から発振したレーザ光を反射する薄膜ミラー及びこ
の薄膜ミラーとともにレーザ共振器を構成する出力ミラ
ーと、を備えた固体レーザ装置である。

【００２０】請求項２によれば、固体レーザ結晶と、両
端にそれぞれ開口部が形成された空隙が形成され、かつ
この空隙内のいずれか一方の開口部側に固体レーザ結晶
を支持するレーザ結晶支持部と、このレーザ結晶支持部
を冷却媒体により冷却するレーザ結晶冷却手段と、固体
レーザ結晶、レーザ結晶支持部及びレーザ結晶冷却手段
を収納する真空容器と、励起光を真空容器内に収納され
ているレーザ結晶支持部の空隙の他方の開口部から空隙
内に入射して固体レーザ結晶を励起する励起光学系と、
固体レーザ結晶の励起光の入射側に形成され、励起光を
透過するとともに固体レーザ結晶から発振したレーザ光
を反射する薄膜ミラー及びこの薄膜ミラーとともにレー
ザ共振器を構成する出力ミラーと、を備えた固体レーザ
装置である。

【００２１】請求項３によれば、請求項１又は２記載の
固体レーザ装置において、空隙の形状は、固体レーザ結
晶の形状に略一致し、かつ固体レーザ結晶は、熱伝導度
の高い密着材を用いて空隙内に密着されている。

【００２２】請求項４によれば、請求項１又は２記載の
固体レーザ装置において、空隙の表面は、金属コートが
施されているか又は研磨されている。請求項５によれ
ば、請求項１又は２記載の固体レーザ装置において、空
隙は、励起光の分布を導波路モードに近づけて固体レー
ザ結晶に導き、この固体レーザ結晶を均一に励起する作
用を有する。

【００２３】請求項６によれば、請求項１又は２記載の
固体レーザ装置において、固体レーザ結晶の励起光の入
射側に形成される薄膜ミラーは、誘電体コーティングさ
れている。

【００２４】請求項７によれば、請求項１又は２記載の
固体レーザ装置において、空隙は、一方の開口部から他
方の開口部に向かって順次狭く形成されている。請求項
８によれば、請求項１又は２記載の固体レーザ装置にお
いて、レーザ共振器内にＱスイッチ素子が配置されてい
る。

【００２５】請求項９によれば、請求項１又は２記載の
固体レーザ装置において、レーザ共振器内にＱスイッチ
素子及び周波数変換器が配置されている。請求項１０に
よれば、固体レーザ結晶と、両端にそれぞれ開口部が形
成された空隙が形成され、かつこの空隙内のいずれか一
方の開口部側に固体レーザ結晶を支持するレーザ結晶支
持部と、このレーザ結晶支持部を冷却媒体により冷却す
る冷却手段と、固体レーザ結晶、レーザ結晶支持部及び
液体窒素冷却手段を収納する真空容器と、この真空容器
に取り付けられ、励起光を真空容器内に収納されている
固体レーザ結晶に対して側面から照射する励起光学系
と、固体レーザ結晶に誘導された光を共振させてレーザ
光を出力するレーザ共振器と、を備えた固体レーザ装置
である。

【００２６】請求項１１によれば、請求項２又は１０記
載の固体レーザ装置において、固体レーザ結晶は、３準
位レーザである。請求項１２によれば、請求項１０記載
の固体レーザ装置において、励起光学系は、励起光を出
力するレーザダイオードと、このレーザダイオードから
出力された励起光を固体レーザ結晶に集光するシリンド
リカルレンズと、を有する。

【００２７】請求項１３によれば、請求項１０記載の固
体レーザ装置において、真空容器と励起光学系との間に
設けられた励起光照射用の光学窓は、固体レーザ結晶の
形状に対応して形成されている。

【００２８】請求項１４によれば、請求項１０記載の固
体レーザ装置において、光学窓における励起光の光路上
には、集光レンズが一体形成されている。請求項１５に
よれば、請求項１０記載の固体レーザ装置において、固
体レーザ結晶をレーザ結晶支持部に対して押え付けるレ
ーザ結晶押えは、銅で、かつ励起光の光路上に窓が形成
されている。

【００２９】請求項１６によれば、請求項１０記載の固
体レーザ装置において、レーザ結晶押えは、固体レーザ
結晶とほぼ同じ屈折率を持つ光学材料により形成され、
かつ固体レーザ結晶とほぼ同じ屈折率を持つ接着材料、
又は拡散接着により固体レーザ結晶に押え付けられる。

【００３０】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。図１はＬＤ励起固体レーザ装置の構成
図である。レーザ結晶支持部１には、固体レーザ結晶２
が支持されている。

【００３１】この固体レーザ結晶２は、例えばＮｄ：Ｙ
ＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄ 、Ｅｒ：ＹＡＧ、
Ｔｉ：ＡＬ₂ Ｏ₃ などの可視及び赤外レーザを出力する
ものである。

【００３２】レーザ結晶支持部１には、例えば電子冷却
器や冷却水を用いた冷却器などのレーザ結晶冷却器３が
取り付けられ、固体レーザ結晶２を支持するととともに
この固体レーザ結晶２と接触して冷却するものとなって
いる。

【００３３】このレーザ結晶支持部１は、伝熱性の高い
銅（０℃において４０３Ｗ／ｍ・ｋ）、アルミニウム
（０℃において２３６Ｗ／ｍ・ｋ）などの金属などの材
料を用い、第１の支持部１ａと第２の支持部１ｂとを組
み合わせた構成とし、これら支持部１ａ、１ｂを組み合
わせることにより固体レーザ結晶２を保持する空隙４を
形成するものとなっている。

【００３４】この空隙４の表面は、ＬＤ光を反射するよ
うに、金、アルミニウムなどの金属コートが施されてい
るか、又は研磨されている。又、この空隙４の形状は、
固体レーザ結晶２の全ての面と接触するように、固体レ
ーザ結晶２の形状に略一致する形状に形成されており、
例えば固体レーザ結晶２が円筒状に形成されていれば、
図２(a) の正面図に示すように固体レーザ結晶２の断面
形状に対応した円筒状で、かつその径が固体レーザ結晶
２の径に略等しく形成されている。

【００３５】なお、固体レーザ結晶２の形状が四角柱状
であれば空隙４の形状は、例えば図２(b) の正面図に示
すように４つの支持部１ｃ〜１ｆを組み合わせて四角柱
状の形状に形成される。

【００３６】上記固体レーザ結晶２は、空隙４の両開口
部、すなわちＬＤ入射口４ａとＬＤ出射口４ｂとのうち
ＬＤ出射口４ｂ側に配置されている。そして、レーザ結
晶支持部１と固体レーザ結晶２との間には、これらレー
ザ結晶支持部１と固体レーザ結晶２との密着性を高める
ために必要に応じて、金、インジウム、銀ペーストなど
の熱伝導度の高い密着材が用いられている。

【００３７】一方、励起光学系５は、励起光としてＬＤ
光をレーザ結晶支持部１の空隙４のＬＤ入射口４ａから
空隙４内に入射して固体レーザ結晶２を励起する機能を
有している。

【００３８】この励起光学系５は、ＬＤ６をＬＤ冷却器
７に取り付けてあり、このＬＤ冷却器７に流れる冷却水
８によりＬＤ６を冷却するものとなっている。ＬＤ６と
しては、例えば発光領域が単一のもの、発光領域が１次
元に並べられたもの、２次元に並べられたものであり、
発光領域が増えるに従い高励起密度を達成することが可
能なものである。

【００３９】このＬＤ６から出力されるＬＤ光９の光路
上には、複数のレンズ１０、１１が配置され、ＸＹ方向
で著しく異なるＬＤ光９の広がり角を補正し、コリメー
トし、空隙４に集光するものとなっている。

【００４０】上記固体レーザ結晶２のＬＤ入射口４ａ側
の一端面には、誘電体コーティング１２が施されてい
る。この誘電体コーティング１２は、ＬＤ光９を透過す
るとともに発振レーザ光を全反射する薄膜ミラーとして
の機能を有している。

【００４１】又、固体レーザ結晶２の他端面側には、出
力ミラー１３が対向配置され、この出力ミラー１３と誘
電体コーティング１２とによりレーザ共振器が構成され
ている。

【００４２】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ＬＤ６から出力されたＬＤ光は、複数の
レンズ１０、１１によりＸＹ方向で著しく異なる広がり
角を補正され、コリメートされて空隙４に集光される。

【００４３】この空隙４に集光されたＬＤ光は、空隙４
内の面で複数回反射を繰り返しながら、誘電体コーティ
ング１２を透過し固体レーザ結晶２に入射する。この空
隙４の長さがＬＤ入射口４ａの開口径に比べて大きい場
合は、空隙４中でのＬＤ光の分布は、導波路モードに近
付き、固体レーザ結晶２は均一に励起される。

【００４４】ここで、固体レーザ結晶２内の励起分布に
関して説明する。図３は開口径に比べて導波路長の長い
場合の理想的な導波路モードの模式図である。同図(a)
は０次モード、同図(b) は１次モード、同図(c) は２次
モードを示している。これら図は電界分布を示し、電力
は電界Ｅを２乗した形状となっている。

【００４５】実際の導波路では、このような導波路モー
ドの重ね合わせとなる。モード数Ｎは、次式で表され
る。Ｎ＝（２ω／ｃπ）×ａ（ｎ₁ ² −ｎ₂ ² ）^0.5 ｝ …(1) この式でａはＬＤ入射口４ａの開口径の２分の１、ｎ₁
は空隙４内の屈折率で空気の場合は「１」である。ｎ₂
は壁面の屈折率で、金属面の場合は透過的に「０」と考
えるので、上記式(1) は、波長λとして、Ｎ＝２πａ／λ …(2) と書き換えられる。

【００４６】すなわち、モード数Ｎは、波長λに比べ
て、開口径が十分大きい場合、導波路に入射する光の入
射角（入射ＮＡ）によることになる。図３に示す各モー
ドの導波路壁面での反射各は、モード番号をＮとする
と、 θ＝｛π／（２ｎ₁ ｋ_o ａ）｝×（Ｎ＋１） …(3) と表される。例えば、波長８００ｎｍ、開口径２ｍｍ、
入射角５度（ＮＡ＝０．１７）とすると、モード数Ｎは
約１５０となる。

【００４７】導波路内のレーザ強度分布は、これら高次
モードの重ね合わせと考えられ、導波路内すなわち空隙
４内に配置された固体レーザ結晶２をほぼ均一に励起す
ることができる。

【００４８】又、開口径に比べ、導波路長が著しく長く
ない場合でも、カライドスコープと同様に、ミラーの多
重反射により、固体レーザ結晶２内に均一に励起分布を
作ることができる。

【００４９】このように固体レーザ結晶２が均一に励起
されると、その誘導光が誘電体コーティング１２と出力
ミラー１３と間で共振し、レーザ光Ｑが出力される。こ
のように上記第１の実施の形態においては、レーザ結晶
冷却器３の備えられたレーザ結晶支持部１の空隙４のＬ
Ｄ出射口４ｂ側に固体レーザ結晶２を配置し、ＬＤ光を
集光して空隙４内に入射し、固体レーザ結晶２を励起し
て、誘電体コーティング１２と出力ミラー１３とから構
成されるレーザ共振器からレーザ光Ｑを出力するように
したので、固体レーザ結晶２をレーザ結晶支持部１を介
してレーザ結晶冷却器３の一面と一体的な構造にでき、
電子冷却などにより制御された温度によって固体レーザ
結晶２を冷却できる。

【００５０】又、一旦空隙４内に入射したＬＤ光９の分
布を導波路モードに近付かせて、固体レーザ結晶２を均
一に励起でき、効率よくレーザ光Ｑを出力できる。従っ
て、固体レーザ結晶２を一定温度に冷却し、かつＬＤ光
により固体レーザ結晶２を均一に効率よく端面励起する
ことができ、高出力のレーザ光Ｑを効率よく出力でき
る。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００５１】図４はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図で
ある。レーザ結晶支持部１の空隙４のＬＤ出射口４ｂ側
には、低温動作で高出力が得られる３準位レーザ、すな
わちＴｍ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ、Ｈｏをドープ
したＹＬＦなどの固体レーザを構成する固体レーザ結晶
２０が配置されている。

【００５２】又、レーザ結晶支持部１には、液体窒素な
どで満たされた固体レーザ結晶冷却器２１が設けられて
いる。従って、固体レーザ結晶２０は、液体窒素が有す
る温度にまで冷却されて動作するものとなる。

【００５３】この液体窒素冷却器２１は、断熱及び結露
を防止するために真空容器２２内に収納されている。す
なわち、真空容器２２内には、固体レーザ結晶２０、レ
ーザ結晶支持部１及び液体窒素冷却器２１が収納されて
いる。

【００５４】この真空容器２２には、ＬＤ光９及びレー
ザ光Ｑを透過させるための各光学窓２３、２４が光軸上
に設けられている。次に上記の如く構成された装置の作
用について説明する。

【００５５】固体レーザ結晶２０は、レーザ結晶支持部
１を介して固体レーザ結晶冷却器２１により液体窒素の
温度に冷却されている。ＬＤ６から出力されたＬＤ光
は、複数のレンズ１０、１１によりＸＹ方向で著しく異
なる広がり角を補正され、コリメートされ、真空容器２
２の光学窓２３を透過して空隙４に集光される。

【００５６】この空隙４に集光されたＬＤ光は、上記同
様に、空隙４内の面で複数回反射を繰り返しながら、誘
電体コーティング１２を透過し固体レーザ結晶２に入射
する。この空隙４の長さがＬＤ入射口４ａの開口径に比
べて大きい場合は、空隙４中でのＬＤ光の分布は、導波
路モードに近付き、固体レーザ結晶２は均一に励起され
る。

【００５７】このように固体レーザ結晶２が均一に励起
されると、その誘導光が誘電体コーティング１２と出力
ミラー１３と間で共振し、レーザ光Ｑが出力される。こ
のように上記第２の実施の形態においては、固体レーザ
結晶冷却器２１により固体レーザ結晶２０を液体窒素温
度に冷却し、ＬＤ光９を集光してレーザ結晶支持部１の
空隙４内に入射して固体レーザ結晶２０を励起し、誘電
体コーティング１２と出力ミラー１３とから構成される
レーザ共振器からレーザ光Ｑを出力するようにしたの
で、例えばＴｍ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＡＧなどの固体レー
ザ結晶２０を液体窒素の温度で動作でき、かつ空隙４内
に入射したＬＤ光９の分布を導波路モードに近付かせ
て、固体レーザ結晶２０を均一に効率よく端面励起で
き、高出力のレーザ光Ｑを効率よく出力できる。 (3) 次に本発明の第３の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００５８】図５はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図で
ある。このＬＤ励起固体レーザ装置は、ＬＤ光９の異な
る２つの広がり角のうち一方を補正するだけで、固体レ
ーザ結晶２を端面励起するものである。

【００５９】レーザ結晶支持部２５には、ＬＤ入射口２
５ａからＬＤ出射口２５ｂに向かって順次狭く形成され
た扇形の空隙２６が形成されている。この空隙２６ＬＤ
入射口２５ａの大きさは、ＬＤ光９が全て入射する形状
に形成されている。

【００６０】そして、この扇形の空隙２６の要の部分、
すなわちＬＤ出射口２５ｂ側に固体レーザ結晶２が保持
されている。なお、ＬＤ６から出力されるＬＤ光９の光
路上には、ＬＤ光９の一方の広がり角のみ補正するため
にレンズ系１０が配置されている。

【００６１】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。ＬＤ６からＬＤ光９が出力されると、こ
のＬＤ光９は、レンズ系１０により一方の広がり角のみ
補正されてレーザ結晶支持部２５の空隙２６に入射す
る。

【００６２】この空隙２６は、上記の如くＬＤ入射口２
５ａからＬＤ出射口２５ｂに向かって緩やかに狭くなっ
ているので、一旦空隙２６に入射したＬＤ光９は、空隙
２６の内面を複数回反射した後、固体レーザ結晶２に入
射する。

【００６３】このように空隙２６の内面で複数回反射を
繰り返すので、導波路又はカライドスコープを用いたの
と同様に固体レーザ結晶２を均一に励起できる。このよ
うに固体レーザ結晶２が均一に励起されると、その誘導
光が誘電体コーティング１２と出力ミラー１３と間で共
振し、レーザ光Ｑが出力される。

【００６４】このように上記第３の実施の形態において
は、レーザ結晶支持部２５にＬＤ入射口２５ａからＬＤ
出射口２５ｂに向かって順次狭く形成された扇形の空隙
２６を形成したので、上記第１の実施の形態と同様な効
果を奏することは言うまでもなく、ＬＤ光９の広がり角
を補正するレンズ系１０を少なくでき、又ＬＤ光９を集
光する必要がないので、ＬＤ６とレーザ結晶支持部２５
との距離を近付けることができ、装置全体を小型化でき
る。 (4) 次に本発明の第４の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００６５】図６はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図で
ある。誘電体コーティング１２と出力ミラー１３とで構
成されるレーザ共振器内、すなわち固体レーザ結晶２と
出力ミラー１３とのレーザ光軸上には、Ｑスイッチ素子
２７が配置されている。

【００６６】このＱスイッチ素子２７は、例えばＡＯ−
Ｑスイッチ素子、ＥＯ−Ｑスイッチ素子、又はポッケル
スセル及び偏光子である。このＱスイッチ素子２７は、
別途に図示しない繰り返し制御部により高繰り返しでオ
ン・オフ動作の制御がされる。

【００６７】このような構成であれば、ＬＤ６から出力
されたＬＤ光は、複数のレンズ１０、１１によりＸＹ方
向で著しく異なる広がり角を補正され、コリメートされ
て空隙４に集光される。

【００６８】この空隙４に集光されたＬＤ光は、空隙４
内の面で複数回反射を繰り返しながら、誘電体コーティ
ング１２を透過し固体レーザ結晶２に入射する。この空
隙４の長さがＬＤ入射口４ａの開口径に比べて大きい場
合は、空隙４中でのＬＤ光の分布は、導波路モードに近
付き、固体レーザ結晶２は均一に励起される。

【００６９】このように固体レーザ結晶２が均一に励起
されたとき、Ｑスイッチ素子２７がオフであれば、損失
が大きくなり、レーザ発振は抑えられる。Ｑスイッチ素
子２７がオンになると、損失が小さくなり、誘導光が誘
電体コーティング１２と出力ミラー１３と間で共振し、
パルスのレーザ光Ｑ_a として出力される。

【００７０】従って、Ｑスイッチ素子２７を高繰り返し
でオン・オフすることにより、高繰り返しのパルスレー
ザ光Ｑ_a が出力される。このように上記第４の実施の形
態においては、誘電体コーティング１２と出力ミラー１
３とで構成されるレーザ共振器内にＱスイッチ素子２７
を配置したので、上記第１の実施の形態と同様な効果を
奏することは言うまでもなく、高繰り返しのパルスレー
ザ光Ｑ_a を出力できる。 (5) 次に本発明の第５の実施の形態について説明する。
なお、図６と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００７１】図７はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図で
ある。誘電体コーティング１２と出力ミラー１３とで構
成されるレーザ共振器内、すなわち固体レーザ結晶２と
出力ミラー１３とのレーザ光軸上には、Ｑスイッチ素子
２７及び周波数変換素子２８が配置されている。

【００７２】このうち周波数変換素子２８は、第２高調
波発生用や第２、３高調波発生などの非線形光学結晶で
ある。このような構成であれば、ＬＤ６から出力された
ＬＤ光は、上記同様に、広がり角が補正されて空隙４に
入射し、この空隙４内の面で複数回反射を繰り返しなが
ら、誘電体コーティング１２を透過し固体レーザ結晶２
に入射し、この固体レーザ結晶２を均一に励起する。

【００７３】このように固体レーザ結晶２が均一に励起
されたとき、Ｑスイッチ素子２７がオフであれば、損失
が大きくなり、レーザ発振は抑えられ、かつＱスイッチ
素子２７がオンになると、損失が小さくなり、誘導光が
誘電体コーティング１２と出力ミラー１３と間で共振
し、さらに周波数変換素子２８により第２高調波や第３
高調波に周波数変換され、パルスレーザ光Ｑ_b として出
力される。

【００７４】このように上記第５の実施の形態において
は、誘電体コーティング１２と出力ミラー１３とで構成
されるレーザ共振器内にＱスイッチ素子２７及び周波数
変換素子２８を配置したので、上記第１の実施の形態と
同様な効果を奏することは言うまでもなく、第２高調波
や第３高調波に周波数変換して、高繰り返しのパルスレ
ーザ光Ｑ_a が出力できる。 (6) 次に本発明の第６の実施の形態について図面を参照
して説明する。

【００７５】図８及び図９はＬＤ励起固体レーザ装置の
構成図であり、図８は側面図、図９は正面図である。レ
ーザ結晶支持部３０は、第１の実施の形態で述べたよう
な伝熱性の高い銅、アルミニウムなどの金属により形成
されている。

【００７６】このレーザ結晶支持部３０の下面には、固
体レーザ結晶３１がレーザ結晶抑え３２によりレーザ結
晶支持部３０に密着接触されている。このレーザ結晶支
持部３０と固体レーザ結晶３１との間は、伝熱性をよく
するために、インジウムや銀ペーストなどが介在して密
着し、後述する液体窒素容器３３により効率よく固体レ
ーザ結晶３１を冷却できる構成となっている。

【００７７】この固体レーザ結晶３１は、例えば低温動
作で高出力を得るＴｍドープＹＡＧレーザ、Ｈｏドープ
ＹＡＧレーザ、Ｔｍ，ＨｏドープＹＡＧレーザなどの３
準位系レーザである。

【００７８】又、レーザ結晶支持部３０の上面には、冷
却手段としての液体窒素容器３３が接触して設けられて
いる。この液体窒素容器３３内には、液体窒素が充填さ
れており、固体レーザ結晶３１を液体窒素温度に冷却す
るものとなっている。

【００７９】これら一体化されたレーザ結晶支持部３
０、固体レーザ結晶３１、レーザ結晶抑え３２及び液体
窒素容器３３は、断熱性を高めるために真空容器３４内
に収納されている。

【００８０】この真空容器３４には、液体窒素注入口３
５及び排気口３６が設けられている。又、この真空容器
３４には、レーザ光軸上の部分にそれぞれ光学窓３７、
３８が設けられている。

【００８１】一方、真空容器３４の下部には、固体レー
ザ結晶３１に対して側面からＬＤ光３９を照射して励起
する励起光学系としてのＬＤ励起モジュール４０が設け
られている。

【００８２】このＬＤ励起モジュール４０と真空容器３
４と接触する部分には、ＬＤ光３９を透過させる光学窓
４１が設けられている。ＬＤ励起モジュール４０は、図
９に示すように複数のＬＤ４２−１〜４２−３及び複数
のＬＤ光学系４３−１〜４３−３を備え、これらＬＤ４
２−１〜４２−３及びＬＤ光学系４３−１〜４３−３を
正面側から見て固体レーザ結晶３１を中心として放射状
に配置したものとなっている。

【００８３】又、ＬＤ励起モジュール４０は、各ＬＤ４
２−１〜４２−３にそれぞれ電力を供給し、又これらＬ
Ｄ４２−１〜４２−３で発生する熱を取り除く除熱機能
を有している。

【００８４】各ＬＤ光学系４３−１〜４３−３は、各Ｌ
Ｄ光３９のビームを効率よく固体レーザ結晶３１に入射
するためのものである。なお、固体レーザ結晶３１を通
るレーザ光軸上には、固体レーザ結晶３１に誘導された
光を共振させて、レーザ光Ｑ_c を出力するレーザ共振器
が配置されている。

【００８５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。低温動作で高出力を得る３準位系レーザ
の固体レーザ結晶３１は、レーザ結晶支持部３０を介し
て液体窒素容器３３により液体窒素温度に冷却されてい
る。

【００８６】各ＬＤ４２−１〜４２−３から出力された
各ＬＤ光３９は、それぞれＬＤ光学系４３−１〜４３−
３を透過することにより、そのビームが効率よく固体レ
ーザ結晶３１の側面から入射する。

【００８７】このように固体レーザ結晶３１に各ＬＤ光
３９が照射されると、液体窒素温度に冷却された固体レ
ーザ結晶２は均一に励起され、その誘導光がレーザ共振
器で共振し、レーザ光Ｑ_c が出力される。

【００８８】このように上記第６の実施の形態において
は、液体窒素容器３３により固体レーザ結晶３１を液体
窒素の温度に冷却し、各ＬＤ光３９を固体レーザ結晶３
１の側面から照射して励起し、レーザ光Ｑ_c を出力する
ようにしたので、例えば低温動作で高出力を得るＴｍド
ープＹＡＧレーザ、ＨｏドープＹＡＧレーザ、Ｔｍ，Ｈ
ｏドープＹＡＧレーザなどの３準位系レーザである固体
レーザ結晶３１を液体窒素温度で動作でき、かつ各ＬＤ
光３９を固体レーザ結晶３１の側面に照射して効率よく
励起でき、通常の室温動作では高出力が得られなかった
３準位系の固体レーザ結晶３１でも高出力動作ができ
る。

【００８９】なお、Ｔｍ，ＨｏドープＹＡＧレーザにお
いて、固体レーザ結晶３１を冷却することにより得られ
るレーザ出力に対する効果の例を図１０に示す。同図で
横軸は固体レーザ結晶３１の温度であり、縦軸はレーザ
出力を示し、パラメータは入射するＬＤ光３９のエネル
ギである。固体レーザ結晶３１の温度が低下するに従っ
てレーザ出力エネルギーが増加していることが分かる。 (7) 次に本発明の第７の実施の形態について説明する。
なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００９０】図１１はＬＤ励起固体レーザ装置の構成図
である。冷却器としての液体ヘリウム容器４４内には、
液体ヘリウムの超低温冷却液が充填されている。この液
体ヘリウム容器４４の下面には、レーザ結晶支持部３０
を介して固体レーザ結晶３１が設けられている。

【００９１】又、液体ヘリウム容器４４は、真空容器３
４に内に収納され、かつこれら液体ヘリウム容器４４と
真空容器３４との間には、放射遮断プレート４５が設け
られ、放射熱をさらに防ぐ構成となっている。

【００９２】このような構成であれば、３準位系レーザ
の固体レーザ結晶３１は、レーザ結晶支持部３０を介し
て液体ヘリウム容器４４の液体ヘリウムにより超低温に
冷却されている。

【００９３】各ＬＤ４２−１〜４２−３から出力された
各ＬＤ光３９は、それぞれＬＤ光学系４３−１〜４３−
３を透過することにより、そのビームが効率よく固体レ
ーザ結晶３１の側面から入射する。

【００９４】このように固体レーザ結晶２に各ＬＤ光３
９が照射されると、超低温に冷却された固体レーザ結晶
３１は均一に励起され、その誘導光がレーザ共振器で共
振し、レーザ光Ｑ_d が出力される。

【００９５】このように上記第７の実施の形態において
は、液体ヘリウム容器４４により固体レーザ結晶３１を
超低温に冷却し、各ＬＤ光３９を固体レーザ結晶３１の
側面から照射して励起し、レーザ光Ｑ_d を出力するよう
にしたので、固体レーザ結晶３１を超低温で動作でき、
かつ各ＬＤ光３９を固体レーザ結晶３１の側面に照射し
て効率よく励起でき、通常の室温動作では高出力が得ら
れなかった３準位系の固体レーザ結晶３１でも高出力動
作ができる。

【００９６】又、真空容器３４内に放射遮断プレート５
を介して液体ヘリウム容器４４を収納するので、放射熱
を防ぎ、固体レーザ結晶３１を常に超低温に冷却でき
る。 (8) 次に本発明の第８の実施の形態について説明する。
なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００９７】図１２はＬＤ励起固体レーザ装置を正面か
ら見た構成図である。ＬＤ励起モジュール４０と真空容
器３４と接触する部分には、ＬＤ光３９を透過させるＬ
Ｄ透過用光学窓４６が設けられている。

【００９８】このＬＤ透過用光学窓４６は、固体レーザ
結晶３１の形状に対応して形成、例えば固体レーザ結晶
３１の形状が円筒状であれば、その断面形状が湾曲した
形状に形成されている。

【００９９】このような構成であれば、固体レーザ結晶
３１は、レーザ結晶支持部３０を介して液体窒素容器３
３の液体窒素により低温に冷却され、かつ各ＬＤ４２−
１〜４２−３から出力された各ＬＤ光３９がそれぞれＬ
Ｄ光学系４３−１〜４３−３からＬＤ透過用光学窓４６
を透過して固体レーザ結晶３１の側面に入射する。

【０１００】この場合、ＬＤ透過用光学窓４６は、円筒
状の固体レーザ結晶３１に合わせて湾曲して形成されて
いるので、各ＬＤ４２−１〜４２−３及び各ＬＤ光学系
４３−１〜４３−３を固体レーザ結晶３１に近付けて配
置でき、各ＬＤ光３９を効率よく固体レーザ結晶３１に
照射でき、かつ装置全体を小型化できる。

【０１０１】このように固体レーザ結晶３１に各ＬＤ光
３９が照射されると、低温に冷却された固体レーザ結晶
３１は均一に励起され、その誘導光がレーザ共振器で共
振し、レーザ光が出力される。

【０１０２】このように上記第８の実施の形態において
は、ＬＤ励起モジュール４０と真空容器３４と接触する
部分に、円筒状の固体レーザ結晶３１に対応して湾曲に
形成したＬＤ透過用光学窓４６を設けたので、上記第６
の実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもな
く、各ＬＤ４２−１〜４２−３及び各ＬＤ光学系４３−
１〜４３−３を固体レーザ結晶３１に近付けることがで
き、装置全体を小型化できる。 (9) 次に本発明の第９の実施の形態について説明する。

【０１０３】図１３はＬＤ励起固体レーザ装置における
励起光学系の構成図である。なお、ＬＤ励起固体レーザ
装置全体の構成は上記図８に示す装置構成と同様なので
省略してある。

【０１０４】ＬＤ励起モジュール４０と真空容器３４と
接触する部分には、ＬＤ励起光学系４７が設けられてい
る。このＬＤ励起光学系４７は、固体レーザ結晶３１の
形状に対応して形成、例えば固体レーザ結晶３１の形状
が円筒状であれば、その断面形状が湾曲した形状に形成
され、かつ各ＬＤ光３９の光路上には、それぞれ集光レ
ンズ４８〜５０が一体形成されている。

【０１０５】このような構成であれば、固体レーザ結晶
３１は、レーザ結晶支持部３０を介して液体窒素容器３
３の液体窒素により低温に冷却される。各ＬＤ４２−１
〜４２−３から出力された各ＬＤ光３９は、それぞれＬ
Ｄ励起光学系４７の各集光レンズ４８〜５０により集光
され、固体レーザ結晶３１の側面に照射される。

【０１０６】このように固体レーザ結晶３１に各ＬＤ光
３９が集光され照射されると、低温に冷却された固体レ
ーザ結晶３１は均一に励起され、その誘導光がレーザ共
振器で共振し、レーザ光が出力される。

【０１０７】このように上記第９の実施の形態において
は、ＬＤ励起光学系４７を固体レーザ結晶３１の形状に
対応した形状、例えば固体レーザ結晶３１の形状が円筒
状であれば、その断面形状が湾曲した形状に形成し、か
つ各ＬＤ光３９の光路上にそれぞれ集光レンズ４８〜５
０を一体形成したので、上記第８の実施の形態と同様の
効果を奏することは言うまでもなく、かつ各ＬＤ光３９
を固定レーザ結晶３１に照射して効率よく励起できる。 (10)次に本発明の第１０の実施の形態について説明す
る。

【０１０８】図１４はＬＤ励起固体レーザ装置における
レーザ結晶抑えの構成図である。なお、ＬＤ励起固体レ
ーザ装置全体の構成は上記図８に示す装置構成と同様な
ので省略してある。

【０１０９】上記第６〜９の実施の形態では、レーザ結
晶支持部３０に対して固体レーザ結晶３１を抑えるレー
ザ結晶抑え３２が用いられているが、このレーザ結晶抑
え３２は、図１４に示すように固体レーザ結晶３１の形
状に対応した形状、例えば固体レーザ結晶３１の形状が
円筒状であれば、その断面形状は湾曲した形状に形成さ
れ、かつ各ＬＤ光３９が入射する部分にはそれぞれＬＤ
入射用窓５１が形成されている。

【０１１０】なお、このレーザ結晶抑え３２は、伝熱性
のよい材料、例えば固体レーザ結晶３１と同じ光学材料
やパイレックスガラス（３０〜７５℃で１．１Ｗ／ｍ・
ｋ）により形成されている。

【０１１１】このような構成であれば、固体レーザ結晶
３１は、レーザ結晶支持部３０を介して液体窒素容器３
３の液体窒素により低温に冷却される。この場合、レー
ザ結晶抑え３２も伝熱性のよい材料により形成されてい
るので、効率よく液体窒素により冷却される。

【０１１２】各ＬＤ４２−１〜４２−３から出力された
各ＬＤ光３９は、それぞれレーザ結晶抑え３２の各ＬＤ
入射用窓５１を通過して固体レーザ結晶３１の側面に照
射される。

【０１１３】このように固体レーザ結晶３１に各ＬＤ光
３９が照射されると、低温に冷却された固体レーザ結晶
３１は均一に励起され、その誘導光がレーザ共振器で共
振し、レーザ光が出力される。

【０１１４】このように上記第１０の実施の形態におい
ては、固体レーザ結晶３１の形状に対応して湾曲に形成
し、かつ各ＬＤ光３９が入射する部分にそれぞれＬＤ入
射用窓５１を形成したレーザ結晶抑え３２を用いるの
で、上記第６の実施の形態と同様の効果を奏することは
言うまでもなく、かつ固体レーザ結晶３１を効率よく励
起できるうえ、効率よく固体レーザ結晶３１を冷却でき
る。

【０１１５】さらに、レーザ結晶抑え３２のＬＤ入射用
窓５１を通して固体レーザ結晶３１のＬＤ光３９を照射
するので、固体レーザ結晶３１中での温度分布が不均一
となるが、レーザ結晶抑え３２の材料を固体レーザ結晶
３１と同じ屈折率を持つ光学材料とし、かつ同じ屈折率
を持つ屈折率整合液を介して、若しくは拡散接着により
抑えることにより、レーザ結晶抑え３２と固体レーザ結
晶３１との境界面でのＬＤ光のフレネル反射を抑え、か
つ固体レーザ結晶３１から効率よく熱を取り除くことが
できる。

【０１１６】又、上記第６〜１０の実施の形態に用いる
ＬＤ光３９の励起光学系としては、例えば図１５に示す
ようにＬＤ発光部５２をＬＤ電極ヒートシンク５３に設
け、かつＬＤ発光部５２から放射されたＬＤ光をシリン
ドリカルレンズ５４を通して固体レーザ結晶３１に照射
するようにしてもよい。

【０１１７】このように構成することにより装置全体を
小型化できるが、シリンドリカルレンズ５４を用いた場
合、コリメートされたＬＤ光は、シリンドリカルレンズ
５４から離れるに従って回折の影響によりＬＤパワーが
減少するので、可能な限りＬＤ４２−１〜４２−３と固
体レーザ結晶３１との間隔を狭く配置して、レーザ効率
を高くすればよい。

【０１１８】なお、本発明は、上記第１〜第１０の実施
の形態に限定されるものでなく次の通り変形してもよ
い。例えば、図１６(a) の側面構成図、同図(b) の正面
構成図に示すように、レーザ結晶支持部１の空隙４内に
固体レーザ結晶２を支持し、かつレーザ結晶冷却器３を
取り付ける。

【０１１９】固体レーザ結晶２は、空隙４の両開口部の
うちＬＤ出射口４ｂ側に配置されている。一方、レーザ
結晶支持部１の下面には、ＬＤ励起モジュール４０が設
けられている。このＬＤ励起モジュール４０とレーザ結
晶支持部１と接触する部分には、ＬＤ光３９を透過させ
る光学窓４１が設けられている。

【０１２０】なお、この光学窓４１は、上記図１２に示
すように固体レーザ結晶２の形状に合わせて湾曲させた
り、又は上記図１３に示すように固体レーザ結晶２の形
状に合わせて湾曲させるとともに集光レンズを一体的に
形成してもよい。

【０１２１】ＬＤ励起モジュール４０は、複数のＬＤ４
２−１〜４２−３及び複数のＬＤ光学系４３−１〜４３
−３を備え、これらＬＤ４２−１〜４２−３及びＬＤ光
学系４３−１〜４３−３を正面側から見て固体レーザ結
晶３１を中心として放射状に配置したものとなってい
る。このような構成であっても、固体レーザ結晶２を均
一に効率よく励起でき、高出力のレーザ光を効率よく発
生できる。

【０１２２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１〜
９によれば、固体レーザ結晶を均一に効率よく端面励起
でき、高出力のレーザ光を効率よく発生できる固体レー
ザ装置を提供できる。

【０１２３】又、本発明の請求項２、３によれば、液体
窒素冷却器を用いることにより、低温動作で高出力が得
られる３準位の固体レーザ結晶を液体窒素温度に冷却し
て高出力で動作できる固体レーザ装置を提供できる。

【０１２４】又、本発明の請求項４〜７によれば、固体
レーザ結晶を均一に励起できる固体レーザ装置を提供で
きる。又、本発明の請求項７によれば、空隙の形状をＬ
Ｄ入射口からＬＤ出射口に向かって順で狭くなるように
したので、ＬＤ光の広がり角を補正するレンズ系を少な
くでき、又ＬＤとレーザ結晶支持部との距離を近付けて
装置全体を小型化できる固体レーザ装置を提供できる。

【０１２５】又、本発明の請求項８によれば、Ｑスイッ
チ素子を配置することにより、高繰り返しのパルスレー
ザ光を出力できる固体レーザ装置を提供できる。又、本
発明の請求項９によれば、Ｑスイッチ素子及び周波数変
換器を配置することにより、第２高調波や第３高調波に
周波数変換して、高繰り返しのパルスレーザ光が出力で
きる固体レーザ装置を提供できる。

【０１２６】又、本発明の請求項１０〜１５によれば、
固体レーザ結晶を超低温に冷却し、ＬＤ光により効率よ
く側面励起でき、高出力動作ができる固体レーザ装置を
提供できる。

【０１２７】又、本発明の請求項１１によれば、通常の
室温動作では高出力が得られなかった３準位系の固体レ
ーザ結晶を高出力動作できる固体レーザ装置を提供でき
る。又、請求項１２によれば、ＬＤから出力されたＬＤ
光をシリンドリカルレンズによりコリメートして固体レ
ーザ結晶に照射するので、装置全体を小型化できる固体
レーザ装置を提供できる。

【０１２８】又、本発明の請求項１３によれば、ＬＤ透
過用光学窓を固体レーザ結晶の形状に対応して湾曲させ
たので、ＬＤを固体レーザ結晶に近付けることができ装
置全体を小型化できる固体レーザ装置を提供できる。

【０１２９】又、本発明の請求項１４によれば、ＬＤ透
過用光学窓に集光レンズを一体的に形成したので、ＬＤ
光を集光して固定レーザ結晶に照射して励起し、効率よ
くレーザ光を出力できる固体レーザ装置を提供できる。

【０１３０】又、本発明の請求項１５によれば、レーザ
結晶押えを伝熱性のよい材料で形成するので、固体レー
ザ結晶を効率よく励起できるうえ、効率よく固体レーザ
結晶を冷却できる固体レーザ装置を提供できる。

【０１３１】又、本発明の請求項１６によれば、レーザ
結晶押えを固体レーザ結晶と同じ屈折率を持つ光学材料
により形成し、かつ固体レーザ結晶と同じ屈折率を持つ
接着材料、又は拡散接着により固体レーザ結晶に押え付
けるので、レーザ結晶抑えと固体レーザ結晶との境界面
でのＬＤ光のフレネル反射を抑え、かつ固体レーザ結晶
から効率よく熱を取り除くことができる固体レーザ装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第１
の実施の形態を示す構成図。

【図２】レーザ結晶支持部に形成される空隙の形状を示
す図。

【図３】固体レーザ結晶内の励起分布を説明するための
開口径に比べて導波路長の長い場合の理想的な導波路モ
ードの模式図。

【図４】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第２
の実施の形態を示す構成図。

【図５】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第３
の実施の形態を示す構成図。

【図６】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第４
の実施の形態を示す構成図。

【図７】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第５
の実施の形態を示す構成図。

【図８】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第６
の実施の形態を示す側面から見た構成図。

【図９】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第６
の実施の形態を示す正面から見た構成図。

【図１０】３準位系の固体レーザ結晶を冷却したときの
レーザ出力の例を示す図。

【図１１】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第
７の実施の形態を示す構成図。

【図１２】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第
８の実施の形態を示す構成図。

【図１３】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第
９の実施の形態を示すＬＤ励起光学系の構成図。

【図１４】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の第
１０の実施の形態を示すレーザ結晶抑えの構成図。

【図１５】シリンドリカルレンズを用いた励起光学系の
構成図。

【図１６】本発明に係わるＬＤ励起固体レーザ装置の変
形例を示す構成図。

【符号の説明】

１，２５…レーザ結晶支持部、２，２０…固体レーザ結晶、３…レーザ結晶冷却器、４，２６…空隙、５…励起光学系、６…ＬＤ、７…ＬＤ冷却器、１２…誘電体コーティング、１３…出力ミラー、２１…固体レーザ結晶冷却器、２２…真空容器、２７…Ｑスイッチ素子、２８…周波数変換素子、３０…レーザ結晶支持部、３１…固体レーザ結晶、３２…レーザ結晶抑え、３３…液体窒素容器、３４…真空容器、４０…ＬＤ励起モジュール、４２−１〜４２−３…ＬＤ、４３−１〜４３−３…ＬＤ光学系、４４…液体ヘリウム容器、４５…放射遮断プレート４５４６…ＬＤ透過用光学窓、４７…ＬＤ励起光学系、４８〜５０…集光レンズ、５１…ＬＤ入射用窓、５４…シリンドリカルレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体レーザ結晶と、両端にそれぞれ開口部が形成された空隙が形成され、か
つこの空隙内のいずれか一方の前記開口部側に前記固体
レーザ結晶を支持するレーザ結晶支持部と、このレーザ結晶支持部を冷却する冷却手段と、励起光を前記空隙の他方の前記開口部から前記空隙内に
入射させて前記固体レーザ結晶を励起する励起光学系
と、前記固体レーザ結晶の前記励起光の入射側に形成され、
前記励起光を透過するとともに前記固体レーザ結晶から
発振したレーザ光を反射する薄膜ミラー及びこの薄膜ミ
ラーとともにレーザ共振器を構成する出力ミラーと、を
具備したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】固体レーザ結晶と、両端にそれぞれ開口部が形成された空隙が形成され、か
つこの空隙内のいずれか一方の前記開口部側に前記固体
レーザ結晶を支持するレーザ結晶支持部と、このレーザ結晶支持部を冷却媒体により冷却するレーザ
結晶冷却手段と、前記固体レーザ結晶、前記レーザ結晶支持部及び前記レ
ーザ結晶冷却手段を収納する真空容器と、励起光を前記真空容器内に収納されている前記レーザ結
晶支持部の前記空隙の他方の前記開口部から前記空隙内
に入射して前記固体レーザ結晶を励起する励起光学系
と、前記固体レーザ結晶の前記励起光の入射側に形成され、
前記励起光を透過するとともに前記固体レーザ結晶から
発振したレーザ光を反射する薄膜ミラー及びこの薄膜ミ
ラーとともにレーザ共振器を構成する出力ミラーと、を
具備したことを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項３】前記空隙の形状は、前記固体レーザ結晶
の形状に略一致し、かつ前記固体レーザ結晶は、熱伝導
度の高い密着材を用いて前記空隙内に密着されているこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の固体レーザ装置。
【請求項４】前記空隙の表面は、金属コートが施され
ているか又は研磨されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の固体レーザ装置。
【請求項５】前記空隙は、前記励起光の分布を導波路
モードに近づけて前記固体レーザ結晶に導き、この固体
レーザ結晶を均一に励起する作用を有することを特徴と
する請求項１又は２記載の固体レーザ装置。
【請求項６】前記固体レーザ結晶の前記励起光の入射
側に形成される薄膜ミラーは、誘電体コーティングされ
ていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体レー
ザ装置。
【請求項７】前記空隙は、一方の前記開口部から他方
の前記開口部に向かって順次狭く形成されていることを
特徴とする請求項１又は２記載の固体レーザ装置。
【請求項８】前記レーザ共振器内にＱスイッチ素子が
配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の
固体レーザ装置。
【請求項９】前記レーザ共振器内にＱスイッチ素子及
び周波数変換器が配置されていることを特徴とする請求
項１又は２記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】固体レーザ結晶と、両端にそれぞれ開口部が形成された空隙が形成され、か
つこの空隙内のいずれか一方の前記開口部側に前記固体
レーザ結晶を支持するレーザ結晶支持部と、このレーザ結晶支持部を冷却媒体により冷却する冷却手
段と、前記固体レーザ結晶、前記レーザ結晶支持部及び前記冷
却手段を収納する真空容器と、この真空容器に取り付けられ、励起光を前記真空容器内
に収納されている前記固体レーザ結晶に対して側面から
照射する励起光学系と、前記固体レーザ結晶に誘導された光を共振させてレーザ
光を出力するレーザ共振器と、を具備したことを特徴と
する固体レーザ装置。
【請求項１１】前記固体レーザ結晶は、３準位レーザ
であることを特徴とする請求項２又は１０記載の固体レ
ーザ装置。
【請求項１２】前記励起光学系は、前記励起光を出力
するレーザダイオードと、このレーザダイオードから出力された前記励起光を前記
固体レーザ結晶に集光するシリンドリカルレンズと、を
有することを特徴とする請求項１０記載の固体レーザ装
置。
【請求項１３】前記真空容器と前記励起光学系との間
に設けられた励起光照射用の光学窓は、前記固体レーザ
結晶の形状に対応して形成されていることを特徴とする
請求項１０記載の固体レーザ装置。
【請求項１４】前記光学窓における前記励起光の光路
上には、集光レンズが一体的に形成されていることを特
徴とする請求項１０記載の固体レーザ装置。
【請求項１５】前記固体レーザ結晶を前記レーザ結晶
支持部に対して押え付けるレーザ結晶押えは、銅で、か
つ前記励起光の光路上に窓が形成されていることを特徴
とする請求項１０記載の固体レーザ装置。
【請求項１６】前記レーザ結晶押えは、前記固体レー
ザ結晶とほぼ同じ屈折率を持つ光学材料により形成さ
れ、かつ前記固体レーザ結晶とほぼ同じ屈折率を持つ接
着材料、又は拡散接着により前記固体レーザ結晶に押え
付けられることを特徴とする請求項１０記載の固体レー
ザ装置。