JPH08250797A - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
安定に発生させることができる固体レーザ装置を得る。 【解決手段】 活性固体媒質をそれぞれ含む複数の固定
素子3を光軸上に所定の間隔をあけて列設し、その間隔
のうちの少なくとも一つの間隔に、偏光旋光子95と、
偏光旋光子95と光軸のなす角度を調節する角度調節機
構96とを設ける。さらに励起光源4で固体素子3を励
起して発生するレーザビームを取り出すレーザ光学系を
備えている。
Description
含む固体素子を備えた固体レーザ装置に関するものであ
る。
レーザ エンジニアリング(Solid−State
Laser Engineering、Spring
er−Verlag),119頁〜120頁,1988
年」に記された従来の固体レーザ装置を示す構成図であ
り、図において、1は反射ミラー、2は部分反射ミラ
ー、3は活性固体媒質を含む固体素子で、ヤグレーザを
例にとれば活性固体媒質としてNdをドーピングしたN
d:YAG(Nd:Yttrium Aluminum
Garnet)、4は励起光源で、例えばGaAlA
sを主成分とする半導体レーザ、5は励起光源4を駆動
する電源、6は集光レンズ、7は反射ミラー1及び部分
反射ミラー2により構成されたレーザ共振器内に発生し
たレーザビーム、10は反射ミラー1がレーザビーム7
に対して全反射となり励起光源4からの光に対して全透
過となるように作用する光学薄膜、70は部分反射ミラ
ー2により外部に取り出されたレーザビーム、100は
基台である。
点灯された励起光源4から放射された励起光は、集光レ
ンズ6により固体素子3の端面より導入される。固体素
子3に導入された励起光は、活性固体媒質を励起してレ
ーザ増幅媒質を形成する。レーザ増幅媒質より発生した
自然放出光は、反射ミラー1及び部分反射ミラー2によ
り構成されるレーザ共振器間を往復する間に増幅され、
指向性の良いレーザビーム7となり、一定以上の大きさ
に達すると、レーザビーム70として外部に取り出され
る。
は以上のように構成されているので、高出力を発生させ
ようとして出力の大きい励起光源4により励起した場
合、高出力の高品質レーザビームを発生させることはで
きないなどの課題があった。高品質レーザビームが発生
できない原因については、固体素子3が熱変形し、その
熱変形により発生した固体素子3内の複屈折によると推
測されてきたが、その詳細な機構については不明であっ
た。
めになされたもので、高出力且つ品質の良いレーザビー
ムを安定して発生することができる固体レーザ装置を得
ることを目的とする。
る固体レーザ装置は、それぞれ活性固体媒質を含み光軸
上に互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、これ
ら複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上
に設けられ入射するレーザビームの偏光を回転する偏光
回転手段とを備えたものである。
は、請求項1記載の固体レーザ装置において偏光回転手
段が入射したレーザビームが一度通過する間にレーザビ
ームの偏光を総和で約90度回転する少なくとも一つの
偏光旋光子を含むものである。
は、請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置にお
いて偏光回転手段とこれに入射するレーザビームの光軸
とのなす角度を調節する角度調節手段を備えたものであ
る。
は、請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置にお
いて複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸
上に設けられ入射するレーザビームの光軸位置を補正す
る光軸補正手段を備えたものである。
は、請求項4記載の固体レーザ装置において光軸補正手
段がくさび状部材であるものである。
は、請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置にお
いて少なくとも一つの固体素子の端部を上下左右方向に
移動させる移動手段を備えたものである。
は、請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置にお
いて横モードの次数として約100次以下のレーザビー
ムを取り出すように構成したレーザ共振器を含むもので
ある。
は、請求項1、請求項2または請求項7記載の固体レー
ザ装置において固体素子で発生したレーザビームの波長
を変換する波長変換手段を備えたものである。
は、請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置にお
いて波長変換手段の断面の熱変形分布形状が固体素子の
断面内の熱変形分布形状と相似であるように波長変換手
段の温度を制御する温度制御手段を備えたものである。
置は、請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置に
おいて固体素子を囲む拡散反射面を有する集光器を含む
励起手段を備えたものである。
置は、請求項10記載の固体レーザ装置において複数の
固体素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円形状の集光器
の第一の共焦点に配置され、励起手段は楕円形状の集光
器の第二の共焦点に配置された励起光源を具備するもの
である。
置は、少なくとも複数の固体素子、励起手段、及び偏光
回転手段が一体に設けられる基台を具備するものであ
る。
置は、複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光
軸上に設けられ入射するレーザビームの偏光を回転する
偏光回転手段をそれぞれ具備する複数の励起モジュール
と、複数の励起モジュールのそれぞれの固体素子内の長
手方向におけるレーザビーム外形形状の軌跡が同一にな
るように複数の励起モジュールを光学的に連結する連結
光学手段とを備えたものである。
置は、請求項13記載の固体レーザ装置において偏光回
転手段が入射したレーザビームが一度通過する間にレー
ザビームの偏光を総和で約90度回転する少なくとも一
つの偏光旋光子を含むものである。
置は、複数の励起モジュールのいずれか一つはレーザ発
振器であり、他の励起モジュールはレーザ増幅器である
ものである。
置は、請求項13または請求項14記載の固体レーザ装
置において複数の励起モジュールのそれぞれは、該励起
モジュールが一体に設けられるモジュール基台を具備す
るものである。
置は、複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光
軸上に設けられ入射するレーザビームの光軸位置を補正
する光軸補正手段とを備えたものである。
置は、請求項17記載の固体レーザ装置において光軸補
正手段はくさび状部材であるものである。
置は、それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互いに離隔
して設けられた複数の固体素子と、少なくとも一つの固
体素子の端部を上下左右方向に移動させる移動手段とを
備えたものである。
置は、固体素子で発生したレーザビームの波長を変換す
る波長変換手段と、波長変換手段の断面の熱変形分布形
状が固体素子の断面内の熱変形分布形状と相似であるよ
うに波長変換手段の温度を制御する温度制御手段とを備
えたものである。
説明する。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1による
固体レーザ装置を示す横断面図であり、図2(a)は励
起部の詳細を示す長手方向の縦断面図、(b)は短手方
向の縦断面図、(c)は側面図である。図中、図37と
同一符号は、従来の固体レーザ装置と同一または相当部
分を示すものである。8は内面が拡散反射面よりなる集
光器、12は部分反射ミラー、14は固体素子3から発
生した基本波のレーザビーム、20はフローチューブ
で、このフローチューブ20と固体素子3の間には冷却
水が流される。さらに集光器8は内部にフローチューブ
20を挟み込むようにして保持される。図2(b)にお
いて、45は例えばサファイアやドープされていないY
AGからなる板状の光導波光学素子であり、励起光源4
から放射された励起光を集光器8内に導くものである。
また、80は集光器8の側面の一部に開けられた開口
部、95は例えば水晶で構成され、固体素子3から発生
したレーザビーム14の偏光方向を約90度回転させる
偏光旋光子(偏光回転手段)、96は偏光旋光子95と
レーザビーム14の光軸のなす角度を調節する角度調節
機構で、例えば角度調節器(角度調節手段)、100は
ステンレス鋼やアクリルの板から成る基台であり、固体
素子3、励起光源4、集光器8、偏光旋光子95、反射
ミラー1、及び部分反射ミラー12を一つの基台100
上に配置して一体化している。また、101は側板(移
動手段)である。さらに、φは固体素子3の直径を示
し、Rはレーザビーム14の集光点を示している。尚、
この実施の形態1では、レーザ光学手段はレーザ共振器
であり、反射ミラー1と部分反射ミラー12とから構成
される。また、励起手段は、励起光源4及び集光器8を
含む。
照しながら、上記のように構成された固体レーザ装置の
励起部の動作について説明する。図2(b)に示すよう
に、電源5は励起光源4を点灯し、これから発せられた
励起光40は、集光器8の開口部80近傍に備えられた
光導波光学素子45の上下面で全反射を繰り返しながら
伝搬する。そして、集光器8の内面に入り、固体素子3
を励起して、レーザビーム14を増幅するレーザ増幅媒
質を生成する。
40は、固体素子3を通過後、集光器8の内面で拡散反
射し、再び固体素子3をその周囲から均一に励起する。
このために励起光源4の光は無駄になることなく、何回
も集光器8の内部を往復してほとんどが固体素子3に吸
収されて、効率よく、均一なレーザ増幅媒質を形成す
る。また、図2(b)に示すように、励起光40を導光
する二つの光導波光学素子45が、固体素子3の両側に
設けられており、それらの高さは等しくなく軸中心から
ずらして対向するように設けられている。これにより、
左右の励起光源4からの光が干渉するのを防止でき、か
つ固体素子3内の励起分布の均一度が増す。
図2で説明した固体素子3をそれぞれ含む励起部を所定
間隔をあけて2個所に列設し、その間に細かい角度調節
を可能とする角度調節器96を備えた偏光旋光子95を
配置している。そして、反射ミラー1,部分反射ミラー
12との組み合わせからなるレーザ共振器によって、2
個の励起部からのレーザビーム14を取り出している。
ー1と部分反射ミラー12の間の距離(横軸)とレーザ
ビーム品質(縦軸)との関係を図3の曲線Aに示す。こ
の特性からレーザ共振器長が長い方が短い場合に比べて
固体素子3自体のレーザビーム品質が良くなる。一方、
レーザ出力は固体素子3の歪みに対するレーザ共振器の
強さ(安定性)に関係し、レーザ共振器長が長くなれば
固体素子3の歪みに対するレーザ共振器の強さが弱くな
り、レーザ出力を上げることができなくなる。図3にお
ける曲線B1は固体素子3の歪みが大きいときのレーザ
共振器長とレーザ共振器の強さの関係を示し、曲線B2
は固体素子3の歪みが小さいときのレーザ共振器長とレ
ーザ共振器の強さの関係を示している。
の間隔をあけて列設し、この間に偏光旋光子95を設け
ていない構成について考察する。即ち、図1の構成から
偏光旋光子95及び角度調節器96を省略したものを比
較例とする。従来の固体レーザ装置のように、反射ミラ
ー1及び部分反射ミラー2を固体素子3の近傍に近づけ
てレーザ共振器長を20mm程度にした場合には、図3
のPに示す条件となるので、レーザ共振器の強さは曲線
B1,B2の条件Pにおけるように固体素子3の歪みに
それほど関係なく充分なレーザ出力のものが得られる。
ところがこの構成では、曲線Aから明らかなように発生
するレーザビーム14の品質(例えば、レーザビーム1
4の広がり角度)が悪かった。レーザビーム品質は、固
体素子3の直径をφとし、固体素子3中に理論的に計算
されるガウスレーザビームの強度が中央の1/e2
(e:自然対数の底)に減少する点で定義される半径の
うち、固体素子3内での最大値をωとしたとき、φ/
(2ω)が小さいほど良くなることが知られている。上
記のようなレーザビーム品質が悪い条件では、固体素子
3中に理論的に計算されるガウスレーザビームの直径
は、固体素子3の直径のおおよそ1/14倍であり、理
論限界のガウスレーザビームの1/200倍程度、即ち
横モード次数として200次程度のレーザビーム品質を
持つレーザビーム14が得られる。
レーザ共振器長を500mm程度に構成した。例えば、
曲率の小さい反射ミラー1、例えば曲率半径1m以下、
典型的には0.5mから0.1mの反射ミラー1を用い
て、反射ミラー1の前面で小さいスポットに集光すると
共に、凸状の部分反射ミラー12を固体素子3の近傍に
配置し、固体素子3の凸状の熱レンズ作用と併せて、実
質数mの曲率半径の大きな反射ミラーを構成している。
このような片寄りのあるレーザ共振器を用いてレーザ共
振器長500mm程度のものを構成すると、図3で示す
条件Qとなり、曲線Aで示すようにレーザビーム品質の
向上を実現できる。
が集光点Rよりも固体素子3中で径が大きくなるように
構成し、固体素子3近くでの理論的に計算されるガウス
レーザビームの直径を大きくする。例えば、固体素子3
の直径の1/5倍程度にして実験を行ったところ、レー
ザビーム品質は回折限界の1/20倍程度、即ち横モー
ド次数として20次程度と、従来の1/10程度へと激
減したが、発振効率の悪化と出力のふらつきが観測され
た。図4は、実験で得られた発振特性の一例であり、横
軸に励起光源4の出力,縦軸にレーザ出力を表してい
る。図中、直線Cは従来装置の発振特性であり、レーザ
ビーム品質が悪い、例えば理論限界のガウスレーザビー
ムの1/200倍程度、即ち横モード次数として200
次のレーザビーム品質を持つレーザビーム14を発生さ
せた場合である。また、直線Dは比較例の発振特性であ
り、理論限界のガウスレーザビームの1/20倍程度、
即ち横モード次数として20次程度のレーザビーム品質
を持つレーザビーム14を発生させた場合である。直線
Dに示す比較例ではレーザビーム品質は向上している
が、レーザ出力は小さくなってしまうという問題点があ
る。
95を挿入し、その角度を角度調節器96により数mr
adのきざみで細かく調整した。この調整を最適値にす
ると、レーザ共振器の強さは図3における曲線B3で示
すように比較例(曲線B2)よりも強くなり、比較例と
同様のレーザビーム品質で、かつ発振特性は図4の直線
Cで示すものが得られた。しかも、この場合、ほとんど
揺らぎのない発振波形が得られた。
いろと変化させた時の、実施の形態1のように二つの固
体素子3の間に偏光旋光子95ありの場合と、比較例の
ように偏光旋光子95なしの場合のレーザ出力値を示
す。この表1において、例えば、従来装置のものはレー
ザビーム横モード次数が200で、レーザ出力(偏光旋
光子95なし)が200Wに相当する。これに対し、比
較例のものはレーザビーム横モード次数が20で、レー
ザ出力(偏光旋光子95なし)が50Wに相当し、前述
のようにレーザ品質は向上しているがレーザ出力が低下
している。一方、この実施の形態1による固体レーザ装
置では偏光旋光子95を設けており、レーザビーム横モ
ード次数が20で、レーザ出力(偏光旋光子95あり)
は200Wになり、レーザ出力が向上する。表1から、
特にレーザビーム14の品質を理論限界の1/100倍
程度、即ち横モード次数として約100次以下にした場
合に、偏光旋光子95の効果が大きくなることが実験的
に確認された。これは、例えばこの実施の形態のように
安定型レーザ共振器を用いた場合には、φ/(2ω)が
およそ10以下になるようにレーザ共振器を構成するこ
とと実質的に同じである。ただし、不安定型のレーザ共
振器の場合は、上記条件にあてはまらなくても横モード
次数として約100次以下に構成することは可能であ
る。
95の効果について理論的に考察する。固体素子3は周
囲から励起され熱変形し、例えば丸い断面形状の固体素
子3を例に取ると、断面内の径方向と周方向で、結晶の
伸びや屈折率変化に差が生じる。この二つの伸びの方向
は直交しており、それぞれの方向で異なった二つのレン
ズ作用を持つように作用する。このため、入射レーザビ
ーム14の異なった偏光成分に対して熱レンズの焦点距
離が異なることになる。
二つの基本偏光モードをもつレーザビーム14が固体素
子3を通過した場合、受ける熱レンズ作用の大きさがそ
れぞれの基本偏光モードをもつレーザビーム毎に異な
る。このために、励起光源4の出力に対する固体素子3
内の理論的に計算されるガウスレーザビームの直径をプ
ロットすると、偏光旋光子95を備えていない装置で
は、図6(a)で示すように、例えば図5(a)の基本
偏光モードレーザビームに対して領域E1で表され、図
5(b)の基本偏光モードレーザビームに対して領域E
2で表される。この曲線E1、E2の二つの曲線で表さ
れる部分が、それぞれの基本偏光モードに対して計算さ
れる発振可能領域であり、これ以外の部分では、レーザ
共振器の損失が大きく発振が起きない。二つの領域E
1、E2の重なり部分では、二つの基本偏光モードが同
時に発振可能であり、任意の偏光成分を持つレーザビー
ム14が発生できる。しかしながら、領域E1,E2の
互いに重なっていない領域では、図5(a),(b)の
いずれかの基本偏光モードのレーザビーム14しか発振
できない。
カニズムについて説明する。例えば、図5(a)に示す
基本偏光モードが損失なく発生するには、固体素子3の
断面内において熱変形方向が周方向に異なることなく熱
変形方向分布が均一である必要があるが、実際には結晶
の変形方向には分布があり、軸対称とは限らない。この
場合、図5(a)で示す偏光モードが発生しても、その
一部が固体素子3断面内の熱変形部分により、図5
(b)で示すもう一つの基本偏光モードに変換される。
この変換された部分は、図6(a)の領域E2では発振
するが、いまは領域E1で動作しているために、この部
分は損失となってレーザ共振器外部に吐き出される。こ
のように、固体素子3の熱変形によって、固体素子3内
のレーザビーム径が励起光源4の出力に対して図6
(a)の領域E1,E2のような特性になり、重なる部
分が少なくて重ならない部分が多いので、損失の発生が
大きくなってしまう。
は、固体素子3の直径と固体素子3中の理論的に計算さ
れるガウスレーザビームの直径の比{φ/(2ω)}を
小さくするほど狭くなる。このことが、比較例での固体
素子3中のレーザビーム14のレーザビーム品質を向上
させる場合に、レーザ出力が十分に出ない一因となって
いる。また、励起光源4からの励起光40の照射位置が
揺らぐと、この重なり領域も揺らぐ。さらに断面内で励
起分布が揺らぐと、断面内の一部のみがこの重なり領域
で損失なく発振し、その場所が励起分布の変化とともに
変化し、レーザ出力が揺らぐことになる。
した複数の励起部間に偏光旋光子95を挿入してレーザ
共振器を構成すると、第一の励起部における固体素子3
を通過するレーザビーム14の偏光方向が90度回転さ
れる。即ち、第一の励起部における固体素子3に入射し
た図5(a)に示す基本偏光モードを備えたレーザビー
ム成分は、図5(b)に示す基本偏光モードを備えたレ
ーザビーム成分に変換されて第二の励起部における固体
素子3に入射しこれを通過する。また、第一の励起部に
おける固体素子3に入射した図5(b)に示す基本偏光
モードを備えたレーザビーム成分は、図5(a)に示す
基本偏光モードを備えたレーザビーム成分に変換されて
第二の励起部における固体素子3に入射しこれを通過す
る。このように、図5(a)又は図5(b)のいずれか
一方の偏光特性を有するレーザビーム成分は、偏光旋光
子95を挟む二つの固体素子3を互いに異なる偏光成分
を持つレーザビーム成分として通過することになり、二
つの固体素子3通過の際に偏光方向により異なる熱レン
ズ作用をそれぞれ受ける。従って、一つの固体素子3の
熱レンズ作用はレーザビーム14の図5(a)と図5
(b)とに示す偏光方向で異なるが、例えば一つのレー
ザビーム14に含まれる異なる偏光方向の二つのレーザ
ビーム成分は二つの固体素子3でそれぞれ異なった熱レ
ンズ作用を受けるので、それら二つのレーザビーム成分
は全体では全く同一な熱レンズ作用を受けることにな
る。この場合でも図6(a)に示す領域を計算したのと
同一の方法で、励起光源4の出力に対する固体素子3内
の理論的に計算されるガウスレーザビームの直径をプロ
ットすると、図6(b)で示すように表される。例え
ば、図5(a)の基本偏光モードのレーザビーム14に
対して領域F1で表され、図5(b)の基本偏光モード
のレーザビーム14に対して領域F2で表される。それ
ぞれの基本偏光モードのレーザビーム14に対する二つ
の領域F1とF2が重なり、重なり領域は図6(a)の
場合に比較して格段に広がり、広い範囲で任意の偏光モ
ードが発振可能となる。このために、結晶の熱変形の断
面内の分布により偏光成分が変化しても(例えば、複屈
折により直線偏光が楕円偏光に代わっても)、レーザ共
振器内で損失となることなく、揺らぎも抑えられて、安
定して発振できると説明できる。図5(a),(b)に
示す基本偏光モードのレーザビーム14のパターンは中
央部が凹んだドーナツ状であるために、理論限界のガウ
スレーザビームを発生する場合や、レーザ共振器内に偏
光素子を挿入して直線偏光を発生させる場合には、この
ような偏光旋光子95が必要であることは実験前に類推
できた。しかし、今回の様にレーザビーム品質が理論限
界の100倍〜数倍程度の低次モード発振条件でも効果
のあることは、この実験により初めて確認できたことで
ある。
以上の理論説明では、固体素子3内の熱レンズ作用が均
一であることを仮定していた。この仮定は、この実施の
形態1によれば固体素子3が拡散反射面を有する集光器
8内で励起されており、励起光40がぼぼ均一に固体素
子3に集光されていることを根拠としている。さらに、
この実施の形態1では、固体素子3の表面粗さを例えば
100ミクロン以上とし、固体素子3表面に入射した励
起光40が固体素子3表面で拡散反射される程度を調節
することにより、固体素子3内部の熱レンズ作用の均一
化を実現している。
ーザ装置では、この励起の均一化が実現化できていない
場合が多い。このような場合、固体素子3断面内の熱レ
ンズ分布が発生してしまい、偏光旋光子95を挿入する
効果が減少する。図7は、固体素子3の断面内の熱レン
ズ分布が均一でない場合に、図6(b)の曲線が熱レン
ズ分布によりどのように変化するかを示す図である。図
7において、F1in,F1out は、それぞれ第一の励起
部における固体素子3断面内の中央付近及びその周囲部
の熱レンズを元に計算された発振領域を示し、F2in,
F2out は、それぞれ第二の励起部における固体素子3
断面内の中央付近及びその周囲部の熱レンズを元に計算
された発振領域を示す。励起の均一化が実現化できてい
ない場合、図7に示すように、図6(b)と比較して発
振領域の重なりが減少し、それ故、図6(a)を元に説
明した理論によりレーザ出力が低下し、発振波形が不安
定になる。
度調節器96の作用について説明する。図8は角度調節
器96を拡大してその詳細を示す構成図である。図にお
いて、96aは例えばバネなどを内在する押さえ、96
bはマイクロメータである。偏光旋光子95が有効に作
用するには、各固体素子3の特性(例えば、寸法、励起
入力に対する熱レンズ作用)が揃って、固体素子3の同
一の部分(例えば中央部)をレーザビーム14が異なる
偏光成分として通過する必要がある。このために、まず
各固体素子3の中央部をレーザビーム14が通過するよ
うに調節すると共に、偏光旋光子95が正確にレーザビ
ーム14の偏光方向を回転する必要がある。
つの固体素子3の間に配置し、さらに、角度調節器96
により、微細に偏光旋光子95の角度を変えて、レーザ
出力が安定するように調整を施すことが必要な場合があ
った。また、励起状態の変化に合わせて微細に偏光旋光
子95の角度を変えるのが必要なこともあった。これは
複数の固体素子3の中心軸の調整が必要なためと考える
ことができる。
調節器96を用いて偏光旋光子95を回転させて、偏光
旋光子95の表面での光の屈折を利用し、図8に示すよ
うに光路を変更することにより実現できる。固体素子3
の位置決め精度不足から発生する軸ずれを補正したり、
固体素子3の励起によって発生する固体素子3内の熱レ
ンズ作用の作用中心のずれを補正することにより、図6
(b)に示す重なり領域を増大できたものと考える。
光回転させる角度が変化する。この実施の形態1で用い
ている水晶でできた90度回転の偏光旋光子95を例に
取ると、回転角の変化を1%以内に収めるためには偏光
旋光子95の角度変化は数mrad以内でなければなら
ない。一般には、この範囲内で十分に光路のずれが補正
できる。特にこの例では、拡散反射集光器内で固体素子
3を励起しており、固体素子3内の励起分布が均一とな
り、従って熱変形が軸対称形状になるので、熱分布の中
心軸で規定される光軸のずれが少ない。従って、初期設
定で光軸の調整が十分にできていれば励起により固体素
子3の光軸が動く量は小さく前記した数mrad程度の
角度範囲で十分に光路のずれを補正することができる。
実際、実験によれば、偏光回転角にほとんど影響を与え
ずに、複数の固体素子3間の光軸ずれを補正することが
できた。
成する二つのミラーの曲率中心を結ぶ線で表されるが、
曲率中心の位置の変化はミラーの曲率半径に比例する。
このために、この実施の形態1のように、曲率半径の小
さい、例えば1m以下の反射ミラー1を用いた場合に
は、ミラーの角度変化に対する光軸の変化が小さく、偏
光旋光子95による動作がより安定する。
ば、複数の固体素子3内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザビーム発生の損失
や変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム14を
安定して発生させることができる効果が得られる。ま
た、角度調節器96を用いて偏光旋光子95を回転させ
ることにより、複数の固体素子3間の光軸ずれを補正す
ることができる効果が得られる。さらに、固体素子3に
より吸収されなかった励起光40は集光器8の拡散反射
面で拡散反射され、再び固体素子3をその周囲から均一
に励起するので、効率よく均一なレーザ増幅媒質を固体
素子3内に形成できる効果が得られる。さらに、固体素
子3、励起光源4、集光器8、偏光旋光子95、反射ミ
ラー1、及び部分反射ミラー12を一つの基台100上
に配置して一体化しているので、固体レーザ装置が安定
して動作することができる効果が得られる。
度回転させるものとしたが、これに限るものではなく、
例えば固体素子3を3個設け、それらの固体素子3間の
2カ所にそれぞれ偏光旋光子95を配置し、偏光方向を
それぞれ約45度回転させ、全体で約90度回転させる
ように構成してもよい。また、この実施の形態1による
固体レーザ装置は反射ミラー1及び部分反射ミラー12
から構成されるレーザ共振器を備えていたが、このよう
な構成を増幅器のようにレーザ共振器を構成しない固体
レーザ装置に適用してもよい。
態2による固体レーザ装置を示す横断面図である。図に
おいて、97はくさび状部材(光軸補正手段)で、例え
ばガラスや水晶で構成されたウエッジ基板であり、列設
した複数の固定素子3の間に配置している。98はウエ
ッジ基板97を回転させる回転器である。図9におい
て、実施の形態1と同一符号は同一、または相当部分を
示しており、偏光旋光子95の前面にウエッジ基板97
を備えている以外は、実施の形態1と同様の構成であ
る。
で示したように実際に偏光旋光子95をレーザビーム1
4の光軸に対して傾けると、ある程度光軸のずれを補正
できるが、レーザビーム14の偏光を回転させる角度が
変化してしまうので、偏光旋光子95だけでは大きな軸
ずれは補正できない。これに対して、この実施の形態2
では、回転器98を用いてウエッジ基板97をレーザビ
ーム14の光軸に対して傾けることにより、容易に複数
の固体素子3の光軸を調整し一致させることができる。
ウエッジ基板97と回転器98との組み合わせで大きな
軸ずれを補正できる。図9ではウエッジ基板97を1枚
のみ用いた例を示しているが、複数用いることもできる
し、さらにウエッジ基板97に角度調節器96を付加す
ればさらに調整が容易となる。
ば、より容易に複数の固体素子3の光軸を調整し一致さ
せることができる上に、大きな軸ずれを補正できる効果
が得られる。ウエッジ基板97により複数の固体素子3
の光軸を調整し一致させる構造は、偏光旋光子95を用
いない構成でも、図5(a),(b)に示す基本偏光モ
ードのいずれかのレーザビーム14を容易に発振させる
ことができ、レーザ出力をある程度向上することができ
る。
形態3による固体レーザ装置の固体素子3の保持部及び
移動機構を詳細に示す断面図である。図において、10
3は固体素子端部ホルダー、102は固体素子端部ホル
ダー103を側板101に押しつけて固定するためのね
じ、104はOリングなどの弾性体である。尚、この実
施の形態3では、移動手段は、側板101、ねじ10
2、固体素子端部ホルダー103及び弾性体104から
成る。
態3における固体素子3の移動機構の動作は、弾性体1
04の弾力の範囲内で、固体素子端部ホルダー103を
上下左右方向に移動させて固体素子3の端部の位置を移
動し、ねじ102を締め付けて固定する。この様に動作
することにより、移動機構は固体素子3の端部を上下左
右方向に移動させることができ、複数の励起部における
固体素子3の軸ずれを調節できる。この実施の形態3の
様な光軸を調節する機構は、上記実施の形態1,2に比
較して部品が少なくて実現できる。
ば、容易に複数の固体素子3の光軸を調整し一致させる
ことができる上に、光軸調整のための移動機構の部品数
が少ないので固体レーザ装置のコストを下げる効果が得
られる。
複数の固体素子3の光軸を調整する構造は、偏光旋光子
95を用いない構成でも、図5(a),(b)に示す基
本偏光モードのいずれかのレーザビーム14を容易に発
振させることができ、レーザ出力をある程度向上するこ
とができる。
形態4による固体レーザ装置を示す横断面図である。図
において、図1と同一符号は同一または相当部分を示し
ており、14は固体素子3から発生する基本波のレーザ
ビーム、16は波長変換レーザビーム、21は波長選択
反射ミラー、22は反射ミラー、41は波長変換素子
(波長変換手段)、61は排気口、62は容器、80A
は波長変換素子を温度制御する温度制御機構で、例えば
金属板などの温度コントロール基台(温度制御手段)、
101Aはファン、102Aはフィルターである。この
実施の形態4では、反射ミラー1及び波長選択反射ミラ
ー21でレーザ共振器を構成している。
構成された固体レーザ装置において、励起光源4により
発生された励起光40は集光器8により閉じこめられ、
固体素子3に導かれてこれを励起する。励起された固体
素子3内にレーザ媒質が生成し、このレーザ媒質による
レーザビーム14を、反射ミラー1及び波長選択反射ミ
ラー21により構成されるレーザ共振器内に閉じ込め、
高輝度の基本波のレーザビーム14をレーザ共振器内に
発生させる。さらに、発生した基本波のレーザビーム1
4をレーザ共振器内の波長変換素子41により波長変換
し、波長変換レーザビーム16を発生させる。波長選択
反射ミラー21は、基本波のレーザビーム14に対して
全反射となり、かつ、波長変換レーザビーム16に対し
て全透過となる光学薄膜が施されており、波長変換レー
ザビーム16のほとんどは、波長選択反射ミラー21に
より外部に取り出される。さらに、波長変換レーザビー
ム16は、反射ミラー22により方向を変更されて加工
レーザステーションなどに導かれ、レーザ切断、レーザ
溶接、レーザ穴あけ、レーザアブレーションなどに用い
られたり、他の固体素子のレーザ励起などに用いられ
る。
て、波長変換の効率は、波長変換素子41の位置でのレ
ーザビーム品質、レーザビーム強度に比例する。このた
め、偏光旋光子95と、その角度を調節しうる角度調節
器96を、例えば二つの固体素子3の間に設けることに
より、実施の形態1と同様の動作で、高出力、高品質な
レーザビーム14を発生できる。特にレーザビーム14
の品質を理論限界の1/100倍程度、即ち横モード次
数として100次以下にすると好ましく、この場合、上
記実施の形態1で述べたように、偏光旋光子95の効果
が顕著に表れる。また、波長変換素子41は、レーザ共
振器の中で最もレーザビーム径が小さくなる反射ミラー
1の近傍に配置すれば、さらに効果がある。波長変換素
子41の変換効率は温度の関数でもあるので、温度コン
トロール基台80Aによって波長変換素子41の温度を
制御する。
旋光子95の効果がさらに顕著に表れる。波長変換素子
41の変換効率は内部の基本波のレーザビーム14に依
存し、基本波のレーザビーム14の出力が変動すると、
波長変換効率が変動する。波長変換効率の変動は、レー
ザ共振器内に閉じこめられた基本波のレーザビーム14
の出力の変動をもたらす。このため、基本波レーザビー
ム出力の小さな変動が、時間と共に大きく増幅されて発
生し、これに伴い、外部に取り出される波長変換レーザ
ビーム16の出力が大きく変動するという問題があっ
た。これ対し、この実施の形態4では偏光旋光子95を
設けているので、図6(b)に示すように、二つの偏光
モードの発振領域の重なった部分を多くすることがで
き、基本波の変動をほぼ除去することができる。
素子41に基本波のレーザビーム14の一部が吸収さ
れ、波長変換素子41が熱変形することがわかった。波
長変換素子41は一般的に、断面が矩形状のものが用い
られるが、この場合、熱変形の分布(同一の変形が現れ
るところを結んだ曲線)も矩形状になり、しかも底板を
介してのみ温度制御されているだけなので、その分布中
心も光軸中心からずれる。この場合、偏光旋光子95が
ない場合には、図6(a)に示すように、二つの偏光モ
ードの領域E1,E2の重なり領域がさらに狭くなるこ
とが類推される。ところが、この実施の形態4では、偏
光旋光子95の動作によって、上記のように図6(b)
に示す二つの偏光モードの領域F1,F2の重なりを多
くでき、安定して波長変換レーザビーム16を取り出す
ことができる。実際、図11に示す固体レーザ装置で偏
光旋光子95を除去すると、波長変換レーザビーム16
の出力がランダムに激しく変動し安定しなかったが、偏
光旋光子95を設けることにより、波長変換レーザビー
ム16の出力が安定したことを確認した。
器では、折り返しミラーの反射率が紙面垂直方向と、水
平方向で異なり、これにより、レーザ共振器内の偏光が
紙面方向に長軸がそろった楕円偏光になることもあっ
た。楕円偏光のレーザビーム14は、図5(a),
(b)に示す基本偏光モードの二つのレーザビーム14
が同時に発振しないと実現できない。このためには、図
6(b)に示すように領域F1,F2の重なりが多い状
態である必要がある。従って、このような折り返しミラ
ーを用いたレーザ共振器では、上記で説明した複数の固
体素子3と偏光旋光子95を用いた構成の効果が高ま
る。
では、励起光源4の入力の変化に対応して、角度調節器
96によって偏光旋光子95の角度を変化させれば、さ
らに安定した波長変換レーザビーム16の出力が得られ
る。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム1
4を波長変換素子41近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム14により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム16を安定して発生させること
ができる効果が得られる。
形態5による固体レーザ装置を示す横断面図である。図
において、図11と同一符号は同一または相当部分を示
している。この実施の形態5では、一つの波長変換素子
41は上下方向及び左右方向から二対の温度コントロー
ル板(温度制御手段)80Bにより挟み込まれて温度制
御されるように構成されている。二対の温度コントロー
ル板80Bは、例えば金属の板から成る。
41の温度制御領域はその長手方向に2分され、それぞ
れ独立に温度制御が行なわれる。即ち、一方の波長変換
素子41の温度制御領域では、波長変換素子41の光軸
に垂直な断面において上下方向に一対の温度コントロー
ル板80Bにより温度制御され、他方の波長変換素子4
1の温度制御領域では、波長変換素子41の光軸に垂直
な断面において左右方向に他の一対の温度コントロール
板80Bにより温度制御される。そして、断面方向から
見た波長変換素子41内の熱変形分布が、少なくとも中
央部で対称で、固体素子3内の熱変形分布と相似の形状
となるように、二つの温度制御領域での温度制御を組み
合わせて実行している。
の手法について詳しく説明する。図13は、固体素子3
内に発生した温度分布に基づく屈折率分布を3次元で示
す説明図である。矩形の波長変換素子41を、例えば上
下面から温度コントロール板80Bに挟み込んで冷却す
ると、上下方向に温度分布が発生し、この温度分布によ
り波長変換素子41内には例えば図14(a)に示すよ
うな屈折率分布が発生する。図14(a)に示した波長
変換素子41内に生じる屈折率分布の形状は、図13に
示した固体素子3内のものとは大きく異なっている。レ
ーザビーム14はその断面において固体素子3内の屈折
率分布に対応した位相分布をもって発生するために、波
長変換素子41の屈折率分布が固体素子3内のものと異
なると、波長変換素子3を通過する際に、レーザビーム
14の位相分布が乱れ、共振条件が乱れる。このように
レーザビーム14の位相分布が乱されると、レーザビー
ム品質が劣化すると共に、レーザ共振器内での動作点が
ずれるため、レーザ共振器内で損失が発生し、レーザ出
力が減少する。このレーザビーム品質の劣化とレーザ出
力の減少の二つの作用により波長変換出力が著しく減少
することになる。
波長変換素子41の二つの部分で冷却方向を変化させて
組み合わせ、その屈折率分布を固体素子3内のものと相
似の分布形状にしている。例えば、波長変換素子41の
上下面から温度コントロール板80Bで挟み込んで冷却
すると、波長変換素子41内の屈折率分布は図14
(a)に示すようになる。さらに波長変換素子41の左
右面から温度コントロール板80Bで挟み込んで冷却す
ると、波長変換素子41内の屈折率分布は図14(b)
に示すようになる。即ち、図14(a)及び(b)に示
す屈折率分布を持った波長変換素子41を光軸上に直列
に配置すると、その光軸からみた合成屈折率分布は図1
5に示すようになる。この合成屈折率分布は、図13に
示した固体素子3内に発生した温度分布に基づく屈折率
分布と相似の軸対称に近い形状に構成することができ
る。従って、高出力域での発振を安定させることができ
る。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム1
4を波長変換素子41近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム14により効率よく波長変換を実現して、実施の
形態4と比較してより高出力の波長変換レーザビーム1
6を安定して発生させることができる効果が得られる。
形態6による固体レーザ装置を示す横断面図である。図
において、図11と同一符号は同一または相当部分を示
している。この実施の形態6では、二つの波長変換素子
41を所定の間隔をあけて光軸方向に直列に配置し、二
つの波長変換素子41のそれぞれは上下方向及び左右方
向から一対の温度コントロール板80Bにより挟み込ま
れている。
換素子41のそれぞれは独立に温度制御される。即ち、
波長変換素子41の光軸に垂直な断面において、一方を
上下方向から温度制御し、他方を左右方向から温度制御
している。そして、断面方向から見たそれらの波長変換
素子41内の熱変形分布が、少なくとも中央部で対称
で、固体素子3内の熱変形分布と相似の形状となるよう
に、二つの波長変換素子41の温度制御を組み合わせて
実行する。
5と同様、波長変換素子41内の合成屈折率分布を固体
素子3内に発生した温度分布に基づく屈折率分布と相似
の軸対象に近い形状に構成することができるので、高出
力域での発振を安定させることができる。さらに、波長
変換素子41を2つ設けた構成にしたので、各波長変換
素子41の温度を別々に制御するなどの手段を比較的容
易に取ることができる。また、実施の形態5に比べ、各
波長変換素子41内での熱の流れが単純化されるために
温度制御しやすくなった。このため、断面方向から見た
熱変形が、少なくとも中央部が対称で、固体素子3内の
熱変形とより相似の分布形状に近くなるように制御で
き、高出力域での発振を極めて安定させることができ
る。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム1
4を波長変換素子41近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム14により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム16を安定して発生させること
ができ上に、実施の形態5に比較して波長変換素子41
の温度制御を容易にできる効果が得られる。
形態7による固体レーザ装置に係る波長変換素子41の
近傍を拡大して示す断面図である。図17において、図
16と同一符号は同一または相当部分を示しており、2
0は波長変換素子41を内包するフローチューブであ
る。この実施の形態7では、図17に示すように、波長
変換素子41の断面形状は固体素子3の断面形状と同一
になるように、波長変換素子41は構成されている。
変換素子41を用いて、これを周囲から水冷することに
より、固体素子3内の断面内の熱変形分布を固体素子3
内のものと相似に近い分布形状になるように温度制御す
る。この温度制御機構の構成は図2(a)に示した固体
素子3における構成と同様であり、フローチューブ20
と波長変換素子41の間に冷却水を流して水冷する。さ
らに側板101を設けて水路を構成している。
見た波長変換素子41内の熱変形は固体素子3内の熱変
形とより相似の分布形状となるように制御でき、高出力
域での発振がより安定した。
ば、効率よく高品質で高出力な基本波のレーザビーム1
4を波長変換素子41近傍に発生させ、基本波のレーザ
ビーム14により効率よく波長変換を実現して、高出力
の波長変換レーザビーム16を安定して発生させること
ができる効果が得られる。
ける波長変換素子41の温度制御機構は、偏光旋光子9
5を用いない構成でも、図5(a),(b)に示す基本
偏光モードのいずれかのレーザビーム14を容易に発振
させることができ、レーザ出力をある程度向上すること
ができる。さらに、実施の形態5から実施の形態7では
固体素子3を複数設けた固体レーザ装置について説明し
たが、これに限らず固体素子3が一つで構成されている
ものにも適用できる。
形態8による固体レーザ装置を示す横断面図である。図
において、図1と同一符号は同一または相当部分を示し
ており、6a,6bはレンズである。この実施の形態8
では実施の形態1における部分反射ミラー12の代わり
に、レンズ6a及び6bと部分反射ミラー12とからな
るいわゆる像転写光学系を用いている。
体レーザ装置では、固体素子3の端面近傍のレーザビー
ムパターンを部分反射ミラー12に転送するために、ほ
ぼ一定のレーザビーム径を持つレーザビーム14を外部
に出射する。出射されたレーザビーム14は、レンズ6
bにより平行光に変換されてレーザ加工ステーションな
どに導かれて、レーザ切断、溶接加工、レーザ穴あけ、
レーザアブレーション、他の固体素子の励起などに用い
られる。
様、複数列設した固体素子3間の少なくとも1カ所に偏
光旋光子95を備えると共に、偏光旋光子95の角度を
調節する機構である角度調節器96を備えて複数の固体
素子3間の光軸の微調整を行うように構成する。従っ
て、複数の固体素子3内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザ共振器の損失、そ
の変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム14を
安定して発生させることができる。
ー12とからなるいわゆる像転写光学系は、等価的に、
固体素子3の端面近傍に曲率を持った部分反射ミラー1
2を備えたのと同じ作用を行う。その曲率は、部分反射
ミラー12とレンズ6a,6bの間の距離を変更するこ
とにより変化させることができるので、例えば固体素子
3が励起されて、熱変形して熱レンズ作用を持った場合
に、像転写光学系の等価曲率を変化させて、熱レンズ作
用の補正を実現できる。この場合、部分反射ミラー12
とレンズ6a,6bの間の距離を、ピエゾ素子により移
動させるようにすれば、高速で固体素子3の熱レンズ作
用の補正を実現できる。
1の動作の説明で示した図6(a)に示す、曲線E1,
E2の重なりで表す動作領域のうち、その中心部の安定
領域を移動させて、励起光源4の出力の変動に合わせ
て、常に安定領域で発振するように変化させることがで
きる。
ば、複数の固体素子3内に発生した偏光方向により異な
る熱レンズ作用を打ち消して、レーザビーム発生の損失
や変動を低減し、効率よく高品質なレーザビーム14を
安定して発生させることができる効果が得られる。ま
た、部分反射ミラー12とレンズ6a,6bの間の距離
をピエゾ素子等により移動させることにより、高速で固
体素子3の熱レンズ作用の補正できる効果が得られる。
施の形態1に限らず、他の実施の形態にも同様に適用で
きるのは言うまでもない。
構成は上記のものに限定するものではなく、レーザビー
ム14の集光点Rよりもいずれかの固体素子3の内部又
はその近傍でレーザビーム14のビーム径が大きくなる
様に構成すれば良い。例えば、図19に示すように、曲
率が1m以下の小さな凸ミラーを反射ミラー1として設
けても良い。この様に構成すれば、固体素子3の近傍の
光路を、実施の形態1とほとんど同様に保ったままで、
レーザ共振器の長さを短くしてコンパクトにできる。
しミラー11によりレーザ共振器を折り返して、装置の
長さを短くして構成しても良い。さらに、図21,図2
2に示すように、両側に曲率が例えば1m以下の小さい
ミラーを備えても良いし、折り返し構造を導入して、例
えば図23の様に構成しても良い。
では、折り返しミラー11の反射率が紙面垂直方向と、
水平方向で異なり、これにより、レーザ共振器内の偏光
が紙面方向に長軸がそろった楕円偏光になることがあ
る。楕円偏光のレーザビーム14は、図5(a),
(b)に示す基本偏光モードの2つが同時に発振しない
と実現できない。即ち、固体素子3内レーザビーム径が
図6(b)に示すように重なり部分が多い状態である必
要がある。従って、このような折り返しミラー11を用
いたレーザ共振器で構成された固体レーザ装置では、こ
の発明における複数の列設した固体素子3と偏光旋光子
95とを用いた構成の効果が一層高まる。
も、固体素子3近傍に部分反射ミラー12を配置する構
成を示したが、これに限るものでなく、任意のミラーを
部分反射ミラーにしてレーザビーム14を取り出しても
良い。
も、固体レーザ装置は、偏光旋光子95の光軸に対する
角度を調節する角度調節機構を備えていたが、初期設定
の精度向上、もしくは、取り付けねじの可動範囲で調整
が可能なこともある。
説明したが、これに限るものではなく、2個以上でも良
いし、この場合、偏光旋光子95は、固体素子3の間の
全部の場所に配置しても良いし、いくつかの選択した位
置に配置しても良い。また、くさび状部材も固体素子3
の間の全部の場所に配置しても良いし、いくつかの選択
した位置に配置しても良い。さらに、固体素子3の端部
を左右上下に移動する機構も、すべての固体素子3に設
けてもよいし、いくつかの選択した固体素子3に設けて
も良い。
実施の形態9による固体レーザ装置の励起部の詳細を示
す長手方向の縦断面図、図24(b)は短手方向の縦断
面図である。図において、図2(a)及び図2(b)と
同一符号は同一または相当部分を示している。この実施
の形態9によれば、集光器8の断面形状は楕円であり、
固体素子3とアークランプなどの励起光源4とはそれぞ
れ楕円形状の集光器8内の共焦点に配置されている。
光源4を点灯しここから発せられた励起光40は、集光
器8内で拡散反射され、固体素子3をその周囲から均一
に励起する。実施の形態1の説明で述べた拡散反射集光
面を備えた集光器8の場合、励起光源4の出力が小さい
際には集光器8の作用で固体素子3の断面内でほぼ均一
なレーザ媒質が形成されるが、励起光源4の出力を極端
に強くすると、励起光源4に近い側が強く励起される傾
向がある。この場合、励起光源4に近い側の熱レンズ作
用が強く、遠い側の熱レンズ作用が相対的に弱くなると
言うように熱レンズ作用に分布ができ、実施の形態1の
動作で説明した偏光旋光子95の効果を弱めてしまう。
(b)に示すこの実施の形態9による固体レーザ装置で
は、集光器8の断面を楕円形状とし、固体素子3及び励
起光源4をそれぞれ楕円の共焦点に配置することによ
り、拡散反射効果に加えて楕円形状の反射面の集光効果
を利用して均一励起を実現している。励起光源4から発
せられた励起光40は集光器8の内面で拡散反射される
が、その散乱中心成分は楕円の内面の形状に従って反射
し、楕円の集光作用により第一の共焦点に配置された固
体素子3の周囲からこれを均一に励起する。
ば、励起光源4の出力を極端に強くした場合にも均一な
励起が保証でき、複数の固体素子3間に備えられた偏光
旋光子95の作用と合わせて、複数の固体素子3を設け
た際に生じる損失や変動を低減する。従って、レーザ媒
質から損失なくレーザビーム14を取り出すことがで
き、効率よく高品質なレーザビーム14を安定して発生
できる効果が得られる。なお、拡散反射を用いているた
め楕円の精度には裕度があり、完全な楕円でなくても楕
円に近い形状であれば、同様の効果が期待できる。
の形態10による固体レーザ装置を示す断面図である。
図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示
しており、24は連結用反射ミラー(連結光学手段)、
110は例えばステンレス鋼やアクリルの板から成るモ
ジュール基台であり、固体素子3、励起光源4、集光器
8、及び偏光旋光子95を一つのモジュール基台110
上に配置して、一つの励起モジュールとして一体化して
いる。また、200aは第一の励起モジュール、200
bは第二の励起モジュールである。レーザ共振器は、部
分反射ミラー12と連結用反射ミラー24と反射ミラー
1とから構成される。部分反射ミラー12と連結用反射
ミラー24との間を往復する第一の光路の光学条件と、
連結用反射ミラー24と反射ミラー1との間を往復する
第二の光路の光学条件とは同一に設定されている。この
設定は、例えば、部分反射ミラー12の曲率と反射ミラ
ー1の曲率とを同一にし、部分反射ミラー12及び反射
ミラー1のそれぞれと連結用反射ミラー24との間の距
離を同一にすることによって実現できる。
態10においては、部分反射ミラー12と連結用反射ミ
ラー24との間の第二の励起モジュール200bの光学
条件と、反射ミラー1と連結用反射ミラー24との間の
第一の励起モジュール200aの光学条件とが同一にな
るように、これらの光学系を含む固体レーザ装置が構成
される。即ち、連結用反射ミラー24を図26に示すよ
うに部分反射ミラー12に向けて仮想的に回転させた場
合、部分反射ミラー12と連結用反射ミラー24とで構
成されるレーザ共振器内をレーザビーム14が往復し、
第二の励起モジュール200bからレーザビーム14を
取り出すことができる。また、連結用反射ミラー24を
仮想的に回転させてレーザビーム14が反射ミラー1方
向にも伝搬するようにすると(反射ミラー1又は連結用
反射ミラー24が部分反射ミラーと仮定すると)、レー
ザビーム14が第一の励起モジュール200aからも取
り出されるように構成されている。従って、第一の励起
モジュール200aを通過するレーザビーム14の光学
条件は第二の励起モジュール200bを通過するレーザ
ビーム14の光学条件と同一であるから、二つの光路内
でその長手方向において同一のレーザビーム外形形状の
軌跡が現れる(即ち、レーザビーム14の外形形状の変
化が同様に現れる)。レーザビーム14の品質などの変
化はなく、ほぼ同一品質のレーザビーム14が、第一の
励起モジュール200aと第二の励起モジュール200
bとの連結からおおよそ2倍に出力が向上して発生され
得る。このように複数の励起モジュールを連結すること
により、一つの励起モジュールで得られる出力より高い
レーザ出力を得ることができる。得られたレーザビーム
14は、レーザ加工ステーションなどに導かれて、レー
ザ切断、溶接加工、レーザ穴あけ、レーザアブレーショ
ン、他の固体レーザ素子の励起などに使用され得る。
ミラー12、連結用反射ミラー24、及び反射ミラー1
として凹ミラーを用いた例を示したが、図27に示すよ
うに凹ミラーを凸ミラーに換えても同様な効果が得られ
る。さらに、図28に示すように連結用反射ミラー24
を凸ミラーに、部分反射ミラー12及び反射ミラー1を
凹ミラーとしてもよい。要は、第一の励起モジュール2
00a内のレーザビーム14の外形形状の軌跡と第二の
励起モジュール200b内のレーザビーム14の外形形
状の軌跡とが同一になるように構成すればよい。この場
合、凸ミラーによるレーザビーム14の発散は固体素子
3の熱レンズ作用による収束によりほぼ相殺され、レー
ザビーム14はレーザ共振器内にとじ込められる。
起モジュール200aと第二の励起モジュール200b
とを一つの連結用反射ミラー24で連結した例を示した
が、図29に示すように更に励起モジュールの数を増や
し、例えば第一〜第三の励起モジュール200a,20
0b,200cのように3つの励起モジュールを連結し
てもよい。励起モジュールを増やしても、各励起モジュ
ール内の光路における光学条件を同一にすることによ
り、レーザビーム品質を維持しつついくらでもレーザ出
力を向上させることができる。図30は、実際に実験で
得られたレーザ出力とレーザビーム品質との関係を示す
グラフ図である。図中、横軸は励起光源4の出力
(W)、縦軸はレーザ出力(W)及びレーザビーム品質
(M2 )を示し、直線P1と曲線Q1とはそれぞれ一つ
の励起モジュールの発振特性とレーザビーム品質とを示
しており、直線P2と曲線Q2とはこの実施の形態に1
0による二つの励起モジュール200a,200bの発
振特性とレーザビーム品質とを示している。レーザビー
ム品質(M2 )は、レーザビーム14の発散角がガウス
状のレーザビーム14の発散角の理論限界の何倍になる
かを示す指標であり、この値が小さいほどレーザビーム
品質が良い。図30から明らかなように、励起モジュー
ルの数を増加させることにより、レーザ出力を向上させ
ることができる。励起モジュールの数にほぼ比例してレ
ーザ出力の向上が図られる。
ば、複数の固体素子3を設けた際に生じる損失や変動を
低減し、レーザ媒質から損失なくレーザビーム14を取
り出すことができ、高品質で高出力なレーザビーム14
を効率よく且つ安定して発生させることができる効果が
得られる。さらに、第一〜第三の励起モジュール200
a,200b,200cはそれぞれモジュール基台11
0上に一体化されているので、各励起モジュールを精度
良く連結でき安定した動作を得ることができる効果が得
られる。
の形態11による固体レーザ装置を示す断面図である。
図において、図25と同一符号は同一または相当部分を
示しており、26は二つの励起モジュール200a,2
00bを連結するためのレンズである。この実施の形態
11ではレンズ26が上記実施の形態10の連結用反射
ミラー24の役割すなわち連結手段の役割を果たしてい
る。
態10の連結用反射ミラー24の曲率の半分の焦点距離
を持つレンズ26の配置により上記実施の形態10と同
様に、二つの励起モジュール200a,200bの光路
内で固体素子3の長手方向に沿って同一のレーザビーム
外形形状の軌跡(即ち、レーザビーム外形形状の変化)
が現れる。
に配置することもできるし、さらに、図32に示すよう
にフラット反射ミラー9a,9bと組み合わせて、装置
を短く構成することができる。この場合、フラット反射
ミラー9a,9bがS偏光とP偏光で反射率が異なるの
で、図33に示すように、第一の励起モジュール200
aと第二の励起モジュール200bとの間に偏光素子9
8を配置して、P偏光、S偏光に対する反射率の平均化
を計っても良い。例えば、フラット反射ミラー9aに、
紙面に垂直な方向の直線偏光が主成分であるレーザビー
ム14が入射したとする。この直線偏光のレーザビーム
14はフラット反射ミラー9aに入射する以前に、紙面
と垂直な面内で45度傾けて配置された1/4波長板か
らなる偏光素子98の作用により、円偏光に変換され
る。この円偏光のレーザビーム14は、フラット反射ミ
ラー9aで反射されレンズ26を通過しフラット反射ミ
ラー9bで反射された後、第一の励起モジュール200
aを通過して、反射ミラー1に入射する。レーザビーム
14は反射ミラー1で反射されると、その円偏光の回転
方向が逆になる。回転方向が逆になった円偏光のレーザ
ビーム14は、第一の励起モジュール200a、フラッ
ト反射ミラー9b、レンズ26、及びフラット反射ミラ
ー9aを経た後偏光素子98に再度入射し、偏光素子9
8の作用によりその偏光方向が紙面と平行な方向に変換
される。このように、図33に示す偏光素子98を挿入
することにより、紙面に垂直な又は平行な直線偏光が発
生しても、第一の励起モジュール200aと第二の励起
モジュール200bとを往復するたびに、その直線方向
は直ちにこれと垂直な方向、即ち、紙面に垂直な成分は
平行な成分へ、紙面に平行な成分は垂直な成分へと変換
してそれら2つの成分の出力を平均化するので、偏光方
向がいずれかの方向に偏ることを防止することができ
る。これに対して、図32に示すような偏光素子98が
無い場合、フラット反射ミラー9a,9bの折り返し方
向によって、紙面に垂直な又は平行な直線偏光のレーザ
ビーム成分の出力がより大きくなってしまう。
ば、実施の形態10と同様に、複数の固体素子3を設け
た際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失
なくレーザビーム14を取り出すことができ、高品質で
高出力なレーザビーム14を効率よく且つ安定して発生
させることができる効果が得られる。さらに、第一の励
起モジュール200a及び第二の励起モジュール200
bはそれぞれモジュール基台110上に一体化されてい
るので、安定して励起モジュールを連結できる効果が得
られる。
の形態12による固体レーザ装置を示す断面図である。
図において、図において、図25と同一符号は同一また
は相当部分を示している。上記実施の形態10及び11
と同様に、固体素子3、励起光源4、集光器8、及び偏
光旋光子95を一つのモジュール基台110上に配置し
て一つの励起モジュールとして一体化している。この実
施の形態12による固体レーザ装置は、レーザ発振器−
レーザ増幅器構成を有しており、部分反射ミラー12と
反射ミラー1とから構成されるレーザ共振器を備えたレ
ーザ発振器である第一の励起モジュール200aから放
射されたレーザビーム14が第二の励起モジュール20
0bを1回通過するように構成されており、第二の励起
モジュール200bによってレーザビーム14は増幅さ
れるように構成されている。
ー12と反射ミラー1とから構成されるレーザ共振器に
より、紙面で左側に配置されたレーザ発振器である第一
の励起モジュール200aからレーザビーム14が発生
する。部分反射ミラー12の外面の曲率は、このミラー
の部分反射によって発生したレーザビーム14に対して
所定のレンズ作用を与えるように構成されている。ここ
で、部分反射ミラー12と反射ミラー1との間を往復す
る第一の光路の光学条件と、第二の励起モジュール20
0bを通過するレーザビーム14の光学条件(光軸方向
でのレーザビーム外形形状の軌跡)とは、上記実施の形
態10で説明したものと同様に、同一に設定されてい
る。従って、第一の励起モジュール200aで発生した
レーザビーム14のうち部分反射ミラー12から放出さ
れたレーザビーム14は、第二の励起モジュール200
b内で同一のレーザビーム14の外形形状の軌跡が現れ
て通過するとともに、レーザ増幅器である第二の励起モ
ジュール200bで増幅される。
器の構成は、大きなレーザ出力を取り出すのに有効であ
り、また、パルスレーザ出力を得るのに適している。上
記実施の形態11では、全ての励起モジュール、すなわ
ち第一の励起モジュール200a及び第二の励起モジュ
ール200bをレーザ共振器内に配置し複数の励起モジ
ュールを用いて高出力化を図った。この場合、レーザ共
振器内のレーザ出力は外部に取り出されるレーザ出力よ
り大きく、この大きなレーザ出力が全ての励起モジュー
ルを往復することにより、励起モジュールの熱変形や内
部の光学部品の熱変形が発生することがある。この実施
の形態12では、レーザ共振器内を往復するレーザビー
ム14は第一の励起モジュール200aのみで発生し、
その後、増幅媒質としての第二の励起モジュール200
bを1回のみ通過するように、第一の励起モジュール2
00aと第二の励起モジュール200bとが構成されて
いるので、第一の励起モジュール200a及び第二の励
起モジュール200bの熱変形や内部の光学部品の熱変
形の度合いを軽減することができる。
するレーザビーム14の強度が増加すると飽和する傾向
を示すようになる。例えば、入力レーザビーム出力が極
めて小さいときに、増幅率が半分に減衰する入力レーザ
出力を飽和強度と呼ぶと、この飽和強度程度のレーザ出
力が入力されるならば、レーザ共振器を使わなくとも、
効率的なレーザ出力を増幅のみで得ることができる。こ
の飽和強度の値は、Nd:YAGレーザを例に取ると、
直径8mmのロッドで1500W程度である。従って、
1500W程度の大出力レーザ装置を構築する際には、
このレーザ発振器−レーザ増幅器の構成を用いることに
より効率的にレーザ出力を発生させることができる。
ザ発振器−レーザ増幅器の構成におけるレーザ発振特性
と、1台のレーザ発振器の構成におけるレーザ発振特性
とを示すグラフ図である。図中、P3はこの実施の形態
12によるレーザ発振器−レーザ増幅器の構成における
レーザ発振特性を示し、P4はレーザ発振器の構成にお
けるレーザ発振特性を示している。この図から明らかな
ように、2000W以上では、この実施の形態12によ
るレーザ発振器−レーザ増幅器の構成の方が有利であ
る。
器は第一の励起モジュール200aのみから構成されて
いたが、連結された複数の励起モジュールから構成され
ても良い。各励起モジュール内で光軸方向で同様なレー
ザビーム外形形状の軌跡(レーザビーム外形形状の変
化)が現れるように構成することにより、レーザビーム
14の品質を維持したままレーザ出力をいくらでも向上
させることができる。さらに、図36に示すようにフラ
ット反射ミラー9a,9bと組み合わせて、装置を短く
構成することもできる。
ば、実施の形態10と同様に、複数の固体素子3を設け
た際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失
なくレーザビーム14を取り出すことができ、上記実施
の形態10及び実施の形態11と比較して、高品質で高
出力なレーザビーム14をより効率よく且つ安定して発
生させることができる効果が得られる。また、第一の励
起モジュール200a及び第二の励起モジュール200
bはそれぞれモジュール基台110上に一体化されてい
るので、安定して励起モジュールを連結できる効果が得
られる。さらに、第一の励起モジュール200a及び第
二の励起モジュール200bの熱変形や内部の光学部品
の熱変形の度合いを軽減することができる効果が得られ
る。
も、固体素子3、フローチューブ20の断面が円形であ
ることを前提として説明したが、いずれも円形に限るも
のでなく、矩形や楕円でもよい。
特に説明しなかったが、フローチューブ20の側面、光
学素子など、レーザビーム14が通過する部分のうち、
特に指示のない部分にも、通常の光学素子のように無反
射薄膜を施せば通過損失が減少し、効率の良いレーザ発
振を実現することができる。
d:Yttrium Aluminum Garne
t)を用いたものについて説明したが、これに限るもの
でなく、例えば、Nd:YLF(Nd:Lithium
Yttrium Fluoride)などを用いるこ
とができ、光により励起されてレーザ媒質となり得る素
子であれば良く、また固体に限るものでもない。
として主として半導体レーザを用いた例を示したが、こ
れに限るものでなく、光励起するための光源、例えばア
ークランプ、フラッシュランプを用いて図37に示すよ
うに光源部を構成しても良い。
のを同一の条件で励起する構成を例に取り説明したが、
これに限るものではなく、図6(b)に示すごとく、二
つの領域が重なるには、固体素子3の長さが異なるも
の、異なる特性のものなどを用いたほうが良い場合もあ
り、さらに励起光源4の出力を複数の固体素子3で変化
させても良い場合もある。
れば、固体レーザ装置をそれぞれ活性固体媒質を含み光
軸上に互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、こ
れら複数の固体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸
上に設けられ入射するレーザビームの偏光を回転する偏
光回転手段とを備えるように構成したので、複数の固体
素子内に発生した偏光方向により異なるレンズ作用を打
ち消して、レーザビーム発生の損失や変動を低減し、効
率よく高品質なレーザビームを安定して発生させること
ができる効果がある。
段を入射したレーザビームが一度通過する間にレーザビ
ームの偏光を総和で約90度回転する少なくとも一つの
偏光旋光子を含むように構成したので、複数の固体素子
内に発生した偏光方向により異なるレンズ作用を打ち消
して、レーザビーム発生の損失や変動を低減し、効率よ
く高品質なレーザビームを安定して発生させることがで
きる効果がある。
段とこれに入射するレーザビームの光軸とのなす角度を
調節する角度調節手段を備えるように構成したので、角
度調節手段を用いて偏光回転手段を回転させることによ
り、複数の固体素子間の光軸ずれを補正することができ
る効果がある。
素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ入
射するレーザビームの光軸位置を補正する光軸補正手段
を備えるように構成したので、より容易に複数の固体素
子の光軸を調整し一致させることができる上に、大きな
軸ずれを補正できる効果がある。
段がくさび状部材であるように構成したので、より容易
に複数の固体素子の光軸を調整し一致させることができ
る上に、大きな軸ずれを補正できる効果がある。
一つの固体素子の端部を上下左右方向に移動させる移動
手段を備えるように構成したので、容易に複数の固体素
子3の光軸を調整し一致させることができる上に、光軸
調整のための移動手段を簡易に構成でき固体レーザ装置
のコストを下げる効果がある。
次数として約100次以下のレーザビームを取り出すよ
うに構成したレーザ共振器を含むように構成したので、
コンパクトな構成で、高品質なレーザビームを効率よく
安定して発生させることができる効果がある。
発生したレーザビームの波長を変換する波長変換手段を
備えるように構成したので、固体素子の複屈折による損
失の発生を防いで、効率よく高品質で高出力な基本波レ
ーザビームを波長変換手段近傍に発生させ、基本波レー
ザビームにより効率よく波長変換を実現して、高出力の
波長変換レーザビームを安定して発生させることができ
る効果がある。
段の断面の熱変形分布形状が固体素子の断面内の熱変形
分布形状と相似であるように波長変換手段の温度を制御
する温度制御手段を備えるように構成したので、固体素
子の複屈折による損失の発生を防いで、効率よく高品質
で高出力な基本波レーザビームをレーザ共振器内に発生
させ、基本波レーザビームにより効率よく波長変換を実
現して、高出力の波長変換レーザビームをより安定して
発生させることができる効果がある。
を囲む拡散反射面を有する集光器を含む励起手段を備え
るように構成したので、効率よく均一なレーザ増幅媒質
を固体素子内に形成できる効果がある。
体素子の活性固体媒質のそれぞれは楕円形状の集光器の
第一の共焦点に配置され、励起手段は楕円形状の集光器
の第二の共焦点に配置された励起光源を具備するように
構成したので、励起光源の出力を極端に強くした場合に
も均一な励起が保証できる効果がある。
も複数の固体素子、励起手段、及び偏光回転手段が一体
に設けられる基台を具備するように構成したので、安定
した動作を得ることができる効果がある。
体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ
入射するレーザビームの偏光を回転する偏光回転手段を
それぞれ具備する複数の励起モジュールと、複数の励起
モジュールのそれぞれの固体素子内の長手方向における
レーザビーム外形形状の軌跡が同一になるように複数の
励起モジュールを光学的に連結する連結光学手段とを備
えるように構成したので、複数の固体素子を設けた際に
生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質から損失なくレ
ーザビームを取り出すことができ、高品質で高出力なレ
ーザビームを効率よく且つ安定して発生させることがで
きる効果がある。
手段が入射したレーザビームが一度通過する間にレーザ
ビームの偏光を総和で約90度回転する少なくとも一つ
の偏光旋光子を含むように構成したので、複数の固体素
子を設けた際に生じる損失や変動を低減し、レーザ媒質
から損失なくレーザビームを取り出すことができ、高品
質で高出力なレーザビームを効率よく且つ安定して発生
させることができる効果がある。
起モジュールのいずれか一つはレーザ発振器であり、他
の励起モジュールはレーザ増幅器であるように構成した
ので、複数の固体素子を設けた際に生じる損失や変動を
低減し、レーザ媒質から損失なくレーザビームを取り出
すことができ、高品質で高出力なレーザビームをさらに
効率よく且つ安定して発生させることができる効果があ
る。
起モジュールのそれぞれは、該励起モジュールが一体に
設けられるモジュール基台を具備するように構成したの
で、励起モジュールを精度良く連結でき安定した動作を
得ることができる効果がある。
体素子のいずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ
入射するレーザビームの光軸位置を補正する光軸補正手
段とを備えるように構成したので、より容易に複数の固
体素子の光軸を調整し一致させることができる上に、大
きな軸ずれを補正できる効果がある。
手段はくさび状部材であるように構成したので、より容
易に複数の固体素子の光軸を調整し一致させることがで
きる上に、大きな軸ずれを補正できる効果がある。
も一つの固体素子の端部を上下左右方向に移動させる移
動手段とを備えるように構成したので、光軸調整のため
の移動手段を簡易に構成でき固体レーザ装置のコストを
下げる効果がある。
で発生したレーザビームの波長を変換する波長変換手段
と、波長変換手段の断面の熱変形分布形状が固体素子の
断面内の熱変形分布形状と相似であるように波長変換手
段の温度を制御する温度制御手段とを備えるように構成
したので、固体素子の複屈折による損失の発生を防い
で、効率よく高品質で高出力な基本波レーザビームを波
長変換手段近傍に発生させ、基本波レーザビームにより
効率よく波長変換を実現して、高出力の波長変換レーザ
ビームを安定して発生させることができる効果がある。
置を示す横断面図である。
であり、(a)は長手方向の縦断面図、(b)は短手方
向の縦断面図、(c)は側面図である。
る、レーザ共振器の長さに対するレーザビーム品質及び
レーザ共振器の強さを示す特性図である。
る、励起光源の出力に対するレーザ出力を示す特性図で
ある。
る、レーザビームの基本偏光モードを示す説明図であ
る。
る、励起光源の出力に対する固体素子内のレーザビーム
径を示す特性図である。
る、励起光源の出力と固体素子内のレーザビーム径の関
係を示すグラフ図である。
る、偏光旋光子を拡大して示す構成図である。
置を示す横断面図である。
装置の固体素子の保持部を詳細に示す断面図である。
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
熱変形を示す説明図である。
子の熱変形を示す説明図である。
子の熱変形を示す説明図である。
装置を示す横断面図である。
装置に係る波長変換素子近傍を拡大して示す断面図であ
る。
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
装置を示す横断面図である。
装置を示す図であり、(a)は長手方向の縦断面図、
(b)は短手方向の縦断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
いて、連結用反射ミラーを仮想的に回転させた場合を示
す図である。
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
て、実験で得られたレーザ出力とレーザビーム品質との
関係を示すグラフ図である。
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
ザ装置を示す横断面図である。
ザ増幅器の構成におけるレーザ発振特性と、1台のレー
ザ発振器の構成におけるレーザ発振特性との比較を示す
グラフ図である。
ザ装置を示す横断面図である。
る。
固体素子、4 励起光源(励起手段)、8 集光器
(励起手段)、12 部分反射ミラー(レーザ共振器,
レーザ光学手段)、14 レーザビーム、24 連結用
反射ミラー(レーザ共振器,連結光学手段)、26 レ
ンズ(連結光学手段)、41 波長変換素子(波長変換
手段)、80A 温度コントロール基台(温度制御手
段)、80B温度コントロール板(温度制御手段)、9
5 偏光旋光子(偏光回転手段)、96 角度調節器
(角度調節手段)、97 ウエッジ基板(光軸補正手
段、くさび状部材)、100 基台、101 側板(移
動手段)、102 ねじ(移動手段)、103 固体素
子端部ホルダー(移動手段)、104 弾性体(移動手
段)、110 モジュール基台、200a,200b,
200c 第一〜第三の励起モジュール(励起モジュー
ル)。
Claims (20)
- 【請求項1】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に互
いに離隔して設けられた複数の固体素子と、前記固体素
子を励起する励起手段と、前記複数の固体素子のいずれ
か二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレーザ
ビームの偏光を回転する偏光回転手段と、前記固体素子
で発生したレーザビームを取り出すレーザ光学手段とを
備えた固体レーザ装置。 - 【請求項2】 偏光回転手段は、入射したレーザビーム
が一度通過する間に該レーザビームの偏光を総和で約9
0度回転する少なくとも一つの偏光旋光子を含むことを
特徴とする請求項1記載の固体レーザ装置。 - 【請求項3】 偏光回転手段と該偏光回転手段に入射す
るレーザビームの光軸とのなす角度を調節する角度調節
手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2
記載の固体レーザ装置。 - 【請求項4】 複数の固体素子のいずれか二つの固体素
子間の光軸上に設けられ入射するレーザビームの光軸位
置を補正する光軸補正手段を備えたことを特徴とする請
求項1または請求項2記載の固体レーザ装置。 - 【請求項5】 光軸補正手段はくさび状部材であること
を特徴とする請求項4記載の固体レーザ装置。 - 【請求項6】 少なくとも一つの固体素子の端部を上下
左右方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の固体レーザ装置。 - 【請求項7】 レーザ光学手段は、横モードの次数とし
て約100次以下のレーザビームを取り出すレーザ共振
器を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載
の固体レーザ装置。 - 【請求項8】 固体素子で発生したレーザビームの波長
を変換する波長変換手段を備えたことを特徴とする請求
項1、請求項2または請求項7記載の固体レーザ装置。 - 【請求項9】 波長変換手段の断面の熱変形分布形状が
前記固体素子の断面内の熱変形分布形状と相似であるよ
うに前記波長変換手段の温度を制御する温度制御手段を
備えたことを特徴とする請求項8記載の固体レーザ装
置。 - 【請求項10】 励起手段は、固体素子を囲む拡散反射
面を有する集光器を備えたことを特徴とする請求項1ま
たは請求項2記載の固体レーザ装置。 - 【請求項11】 集光器の拡散反射面の断面形状は楕円
であり、複数の固体素子の活性固体媒質のそれぞれは楕
円形状の前記集光器の第一の共焦点に配置され、励起手
段は楕円形状の前記集光器の第二の共焦点に配置された
励起光源を具備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12】 少なくとも複数の固体素子、励起手
段、及び偏光回転手段が一体に設けられる基台を具備す
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の固体
レーザ装置。 - 【請求項13】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に
互いに離隔して設けられた複数の固体素子、前記固体素
子を励起する励起手段、及び、前記複数の固体素子のい
ずれか二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレ
ーザビームの偏光を回転する偏光回転手段をそれぞれ具
備する複数の励起モジュールと、前記複数の励起モジュ
ールのそれぞれの前記固体素子内の長手方向におけるレ
ーザビーム外形形状の軌跡が互いに同一になるように前
記複数の励起モジュールを光学的に連結する連結光学手
段と、前記励起モジュールで発生したレーザビームを取
り出すレーザ共振器とを備えた固体レーザ装置。 - 【請求項14】 偏光回転手段は、入射したレーザビー
ムが一度通過する間に該レーザビームの偏光を総和で約
90度回転する少なくとも一つの偏光旋光子を含むこと
を特徴とする請求項13記載の固体レーザ装置。 - 【請求項15】 複数の励起モジュールのいずれか一つ
はレーザ発振器であり、他の励起モジュールはレーザ増
幅器であることを特徴とする請求項13または請求項1
4記載の固体レーザ装置。 - 【請求項16】 複数の励起モジュールのそれぞれは、
該励起モジュールが一体に設けられるモジュール基台を
具備することを特徴とする請求項13または請求項14
記載の固体レーザ装置。 - 【請求項17】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に
互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、前記固体
素子を励起する励起手段と、前記複数の固体素子のいず
れか二つの固体素子間の光軸上に設けられ入射するレー
ザビームの光軸位置を補正する光軸補正手段と、前記固
体素子で発生したレーザビームを取り出すレーザ光学手
段とを備えた固体レーザ装置。 - 【請求項18】 光軸補正手段はくさび状部材であるこ
とを特徴とする請求項17記載の固体レーザ装置。 - 【請求項19】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に
互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、前記固体
素子を励起する励起手段と、少なくとも一つの前記固体
素子の端部を上下左右方向に移動させる移動手段と、前
記固体素子で発生したレーザビームを取り出すレーザ光
学手段とを備えた固体レーザ装置。 - 【請求項20】 それぞれ活性固体媒質を含み光軸上に
互いに離隔して設けられた複数の固体素子と、前記固体
素子を励起する励起手段と、前記固体素子で発生したレ
ーザビームの波長を変換する波長変換手段と、前記波長
変換手段の断面の熱変形分布形状が前記固体素子の断面
内の熱変形分布形状と相似であるように前記波長変換手
段の温度を制御する温度制御手段と、前記固体素子で発
生したレーザビームを取り出すレーザ光学手段とを備え
た固体レーザ装置。
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