JP2003198019A - レーザ光源 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 所望の時刻にパルスレーザ光を出力させるこ
とが容易なレーザ光源を提供する。 【解決手段】 レーザ光源１では、励起開始時刻Ｔ１か
ら時刻Ｔ２までの第１期間には、励起光源４１から出力
されてレーザ媒質２１へ照射される励起光Ｌ１のパワー
は値Ｐ１とされ、レーザ媒質２１より放出されて可飽和
吸収体３０に入射する光Ｌ２のパワーは吸収飽和閾値以
下とされて、共振器１０のＱ値が小さく、レーザ発振が
抑制される。時刻Ｔ２の直前においては、光Ｌ２のパワ
ーは吸収飽和閾値より僅かに小さい程度とされる。第１
期間に続く第２期間には、励起光Ｌ１のパワーは上記の
値Ｐ１より大きい値Ｐ２とされ、光Ｌ２のパワーは吸収
飽和閾値超とされて、共振器１０のＱ値が大きくなっ
て、パルスレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力さ
れる。
とが容易なレーザ光源を提供する。 【解決手段】 レーザ光源１では、励起開始時刻Ｔ１か
ら時刻Ｔ２までの第１期間には、励起光源４１から出力
されてレーザ媒質２１へ照射される励起光Ｌ１のパワー
は値Ｐ１とされ、レーザ媒質２１より放出されて可飽和
吸収体３０に入射する光Ｌ２のパワーは吸収飽和閾値以
下とされて、共振器１０のＱ値が小さく、レーザ発振が
抑制される。時刻Ｔ２の直前においては、光Ｌ２のパワ
ーは吸収飽和閾値より僅かに小さい程度とされる。第１
期間に続く第２期間には、励起光Ｌ１のパワーは上記の
値Ｐ１より大きい値Ｐ２とされ、光Ｌ２のパワーは吸収
飽和閾値超とされて、共振器１０のＱ値が大きくなっ
て、パルスレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力さ
れる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｑスイッチング技
術を用いて高パワー・短パルスのレーザ光を出力するレ
ーザ光源に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】レーザ光源は、出力光の高パワー化，短
パルス化および短波長化を指向して研究・開発が進めら
れている。中でも、Ｑスイッチング技術を用いたレーザ
光源は、高パワー・短パルスのパルスレーザ光を出力す
ることができるものとして注目されている。Ｑスイッチ
ング技術は、レーザ媒質だけでなくＱスイッチ素子をも
共振器内に有する構成として、このＱスイッチ素子によ
り共振器のＱ値を変化させることでレーザ発振を制御
し、これにより、出力されるレーザ光を短パルスとする
とともに高パワーとするものである。 【０００３】Ｑスイッチング技術として種々のものが知
られている。その中でも、Ｑスイッチ素子として可飽和
吸収体を用いた受動Ｑスイッチング技術は、他のＱスイ
ッチング技術と比較して、レーザ光源の構成が簡易かつ
小型である点で好適である。可飽和吸収体は、入射する
光のパワーが大きいほど吸収が小さいものであり、入射
光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光を吸
収するが、入射光パワーが吸収飽和閾値を超えていると
きには吸収が飽和して透明となる。可飽和吸収体は、こ
のような性質が利用されて、Ｑスイッチ素子として用い
られる。 【０００４】すなわち、Ｑスイッチ素子として可飽和吸
収体を用いたレーザ光源は、以下のように動作する。レ
ーザ媒質の励起が開始された当初は、レーザ媒質の反転
分布は小さいので、レーザ媒質より放出されて可飽和吸
収体に入射する光のパワーは小さい。それ故、レーザ媒
質の励起が開始された当初は、可飽和吸収体は吸収が大
きく不透明であるので、共振器のＱ値は小さく、レーザ
発振は起きない。共振器のＱ値が小さくレーザ発振して
いない期間もレーザ媒質は励起され続けて、レーザ媒質
の反転分布は次第に大きくなっていき、レーザ媒質より
放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーも次第に
大きくなっていく。やがて、レーザ媒質より放出されて
可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値を超
えると、可飽和吸収体は吸収が急激に小さくなり（つま
り透明になり）、共振器のＱ値は大きくなって、レーザ
媒質において誘導放出が急激に進み、その結果、レーザ
発振が起きる。このようにして、高パワー・短パルスの
パルスレーザ光が共振器より出力される。 【０００５】また、レーザ媒質として種々のものが知ら
れており、このレーザ媒質を励起する励起手段としても
種々のものが知られている。例えば、レーザ媒質として
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶が用いられ、このレーザ媒質を励起光
照射により励起するための励起手段として半導体レーザ
光源が用いられる。この場合、半導体レーザ光源から出
力された励起光がレーザ媒質としてのＮｄ：ＹＡＧ結晶
に照射されることで、このレーザ媒質に含まれるＮｄイ
オンが上準位へ励起されて、これにより反転分布が生じ
る。受動Ｑスイッチングの動作については上述したとお
りである。 【０００６】このような受動Ｑスイッチング技術を用い
た半導体レーザ励起の固体レーザ光源は、構成が簡易か
つ小型である点で好適である。また、このレーザ光源
は、共振器長が短くてもよいので、全体として小型のも
のとすることができ、また、短パルスのパルスレーザ光
を出力する上でも好適である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の受動Ｑスイッチング技術を用いたレーザ光源は、
励起手段によるレーザ媒質の励起の条件が不安定である
と、励起開始時刻以降の動作が不安定になってしまうと
いう問題点を有している。すなわち、励起手段によるレ
ーザ媒質の励起の条件が不安定であると、共振器のＱ値
が小さくレーザ発振していない期間におけるレーザ媒質
の反転分布の増加速度が不安定になる。そして、励起開
始時刻からパルスレーザ発振時刻までの時間も不安定に
なる。つまり、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させ
ることは困難である。また、繰り返してパルス発振させ
る場合には、発振間隔が不安定になる。 【０００８】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、所望の時刻にパルスレーザ光を出力さ
せることが容易なレーザ光源を提供することを目的とす
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光源
は、(1) 励起されることにより光を放出するレーザ媒質
と、(2) このレーザ媒質より放出された光を入射し、そ
の入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光
パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可
飽和吸収体と、(3) レーザ媒質および可飽和吸収体を共
振光路上に有し、可飽和吸収体が透明であるときにレー
ザ媒質より放出された光を共振させるとともに、その光
の一部を出力端より出力する共振器と、(4) レーザ媒質
をパルス的に励起する励起手段と、(5) 励起手段による
レーザ媒質の励起を制御する制御手段と、を備えること
を特徴とする。 【００１０】さらに、本発明に係るレーザ光源における
制御手段は、(1) 励起手段によるレーザ媒質の励起が開
始される時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間に、励起
手段によるレーザ媒質の励起の状態を所定値以下とし、
レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光の
パワーを吸収飽和閾値以下としてレーザ発振を抑制し、
(2) 時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの第２期間に、励起手段
によるレーザ媒質の励起の状態を所定値超とし、レーザ
媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワー
を吸収飽和閾値超としてレーザ発振させる、ことを特徴
とする。 【００１１】本発明に係るレーザ光源では、制御手段に
より制御された励起手段によりレーザ媒質がパルス的に
励起され、この励起に応じてレーザ媒質から光が放出さ
れ、この光は可飽和吸収体に入射する。レーザ媒質から
放出されて可飽和吸収体へ入射する光のパワーが吸収飽
和閾値以下であれば、可飽和吸収体は光を吸収するの
で、共振器のＱ値は小さく、レーザ発振が抑制される。
一方、レーザ媒質から放出されて可飽和吸収体へ入射す
る光のパワーが吸収飽和閾値を超えていれば、可飽和吸
収体における光の吸収が飽和するので、可飽和吸収体は
透明となり、共振器のＱ値は大きくなって、レーザ発振
が起こり得る。そして、このレーザ発振により、共振器
の出力端より外部へパルスレーザ光が出力される。 【００１２】特に、本発明に係るレーザ光源は、制御手
段による制御の下に以下のように動作する。すなわち、
励起手段によるレーザ媒質の励起が開始される時刻Ｔ１
から時刻Ｔ２までの第１期間において、励起手段による
レーザ媒質の励起の状態は所定値以下とされ、レーザ媒
質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが
吸収飽和閾値以下とされて、レーザ発振が抑制される。
そして、この第１期間に続く時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで
の第２期間において、励起手段によるレーザ媒質の励起
の状態が所定値超とされ、レーザ媒質より放出されて可
飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値超とさ
れて、レーザ発振が開始される。 【００１３】したがって、励起手段によるレーザ媒質の
励起が強くなる時刻Ｔ２の直後に、パルスレーザ光が出
力される。このことから、励起手段によるレーザ媒質の
励起の条件が不安定であったとしても、制御手段は、励
起開始時刻Ｔ１および時刻Ｔ２それぞれのタイミングを
制御するだけで、パルスレーザ光の出力タイミングを制
御することができる。それ故、本発明に係るレーザ光源
は、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させることが容
易となり、また、繰り返してパルス発振させる場合には
発振間隔を一定とすることが容易となる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。 【００１５】（第１実施形態）先ず、本発明に係るレー
ザ光源の第１実施形態について説明する。図１は、第１
実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。この図に
示されるレーザ光源１は、共振器１０、レーザ媒質２
１、可飽和吸収体３０、励起光源４１および制御部５０
を備えている。このレーザ光源１は、レーザ媒質２１を
励起する励起手段として、励起光源４１、駆動回路４
２、レンズ４３およびレンズ４４を備えている。 【００１６】共振器１０は、互いに対向するミラー１１
およびミラー１２を有している。一方のミラー１１は、
励起光源４１から出力される励起光Ｌ１を透過させる
が、励起されたレーザ媒質２１から放出される光Ｌ２を
高反射率で反射させる。他方のミラー１２は、励起され
たレーザ媒質２１から放出されて到達した光Ｌ２の一部
パワーを透過させ、残部を反射させる。このミラー１２
を透過して外部へ出力される光Ｌ３は、このレーザ光源
１から出力されるレーザ発振光となる。 【００１７】レーザ媒質２１および可飽和吸収体３０そ
れぞれは、共振器１０の共振光路上に設けられている。
ミラー１１と可飽和吸収体３０との間にレーザ媒質２１
が位置する。レーザ媒質２１は、励起光源４１から出力
された励起光Ｌ１が入射することにより上準位へ励起さ
れて反転分布を生じ、上準位から下準位への遷移に伴っ
て光Ｌ２を放出する。可飽和吸収体３０は、Ｑスイッチ
素子の役割を果たすものであり、レーザ媒質２１より放
出された光Ｌ２を入射し、その入射光パワーが大きいほ
ど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値以下
であるときには入射光を吸収するが、その入射光パワー
が吸収飽和閾値を超えているときに透明となる。また、
可飽和吸収体３０に対向するレーザ媒質２１の端面は、
励起光源４１から出力される励起光Ｌ１を高反射率で反
射させる誘電体多層膜のコーティングが施されている。 【００１８】励起光源４１は、駆動回路４２より供給さ
れる駆動電流により駆動されて、レーザ媒質２１を励起
し得る波長の励起光Ｌ１を出力する。この励起光源４１
から出力された励起光Ｌ１は、レンズ４３、レンズ４４
およびミラー１１を経て、レーザ媒質２１に照射され
る。制御部５０は、駆動回路４２を制御することで、励
起光源４１から出力される励起光Ｌ１の照射に因るレー
ザ媒質２１の励起を制御する。この制御部５０による制
御により、励起光源４１は、パルス状の励起光Ｌ１を出
力して、レーザ媒質２１をパルス的に励起する。 【００１９】例えば、レーザ媒質２１はＮｄ：ＹＡＧ結
晶であり、可飽和吸収体３０はＣｒ：ＹＡＧ結晶であ
る。この場合、励起光源４１として、レーザ媒質２１に
含まれるＮｄイオンを上準位に励起し得る波長８１０ｎ
ｍ付近の励起光Ｌ１を出力する半導体レーザ光源が用い
られる。励起光源４１から出力された励起光Ｌ１がレー
ザ媒質２１に入射すると、このレーザ媒質２１に含まれ
るＮｄイオンが上準位に励起される。また、レーザ媒質
２１から放出された光Ｌ２が可飽和吸収体３０に入射す
ると、この可飽和吸収体３０に含まれるＣｒイオンが上
準位に励起される。レーザ媒質２１より放出される光Ｌ
２，Ｌ３の波長は１０６４ｎｍである。 【００２０】このレーザ光源１では、励起光源４１から
出力された励起光Ｌ１は、レンズ４３およびレンズ４４
により集光され、ミラー１１を透過して、レーザ媒質２
１へ入射する。レーザ媒質２１へ入射した励起光Ｌ１
は、レーザ媒質２１中を透過した後、入射側とは反対側
の端面で反射され、再びレーザ媒質２１中を透過する。
励起光Ｌ１がレーザ媒質２１中を透過する間にレーザ媒
質２１が励起され、また、励起された上準位から下準位
への遷移に伴いレーザ媒質２１から光Ｌ２が放出され
る。このレーザ媒質２１から放出された光Ｌ２は、可飽
和吸収体３０へ入射する。可飽和吸収体３０へ入射する
光Ｌ２のパワーが吸収飽和閾値以下であれば、可飽和吸
収体３０は光Ｌ２を吸収するので、共振器１０のＱ値は
小さく、レーザ発振が抑制される。一方、可飽和吸収体
３０へ入射する光Ｌ２のパワーが吸収飽和閾値を超えて
いれば、可飽和吸収体３０における光Ｌ２の吸収が飽和
するので、可飽和吸収体３０は透明となり、共振器１０
のＱ値は大きくなって、レーザ発振が起こり得る。そし
て、このレーザ発振により、出力端であるミラー１２よ
り外部へレーザ光Ｌ３が出力される。 【００２１】次に、制御部５０による制御の下での第１
実施形態に係るレーザ光源１の動作について説明する。
図２は、第１実施形態に係るレーザ光源１の動作を説明
する図である。同図（ａ）は、駆動回路４２から励起光
源４１へ供給される駆動電流の値の時間変化を示す。同
図（ｂ）は、励起光源４１から出力される励起光Ｌ１の
パワーの時間変化を示す。同図（ｃ）は、レーザ媒質２
１における反転分布の時間変化を示す。同図（ｄ）は、
可飽和吸収体３０における反転分布の時間変化を示す。
また、同図（ｅ）は、ミラー１２を透過して共振器１０
の外部へ出力されるレーザ光Ｌ３のパワーの時間変化を
示す。 【００２２】図２（ａ）に示されるように、駆動回路４
２から励起光源４１へ供給される駆動電流は、励起開始
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間には値Ｃ１であ
り、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの第２期間には値Ｃ２で
ある。このような駆動電流の値の時間変化に伴い、図２
（ｂ）に示されるように、励起光源４１から出力される
励起光Ｌ１のパワーは、第１期間には値Ｐ１となり、第
２期間には値Ｐ２となる。ただし、Ｃ１＜Ｃ２ であ
り、Ｐ１＜Ｐ２ である。値Ｐ２は値Ｐ１の２倍以上で
あるのが好適である。 【００２３】第１期間では、図２（ｃ）に示されるよう
に、レーザ媒質２１における反転分布は次第に大きくな
っていき、レーザ媒質２１から放出される光Ｌ２のパワ
ーも次第に大きくなっていくので、図２（ｄ）に示され
るように、可飽和吸収体３０における反転分布も次第に
大きくなっていく。ただし、この第１期間では、可飽和
吸収体３０へ入射する光Ｌ２のパワーは吸収飽和閾値以
下であり、それ故、可飽和吸収体３０は吸収が大きく不
透明であり、共振器１０のＱ値は小さい。したがって、
第１期間では、図２（ｅ）に示されるように、レーザ発
振は抑制される。 【００２４】そして、図２（ｂ）に示されるように、励
起光源４１から出力される励起光Ｌ１のパワーは、第１
期間から第２期間へ遷移する時刻Ｔ２に値Ｐ２へと急激
に増加し、第２期間では値Ｐ２が維持される。その結
果、第２期間が始まる時刻Ｔ２では、図２（ｃ）に示さ
れるように、レーザ媒質２１における反転分布は急激に
増加し始めて、レーザ媒質２１から放出される光Ｌ２の
パワーも急激に増加し始めるので、図２（ｄ）に示され
るように、可飽和吸収体３０における反転分布も急激に
増加し始める。そして、時刻Ｔ２以降の短時間のうち
に、可飽和吸収体３０へ入射する光Ｌ２のパワーは吸収
飽和閾値を超えることとなり、図２（ｄ）に示されるよ
うに、可飽和吸収体３０における反転分布は閾値ＴＨを
超えて、可飽和吸収体３０は透明となり、共振器１０の
Ｑ値は大きくなって、図２（ｅ）に示されるように、レ
ーザ発振が開始される。 【００２５】レーザ発振が開始されると、レーザ媒質２
１では急激に誘導放出が起きて反転分布が殆ど零とな
り、これに伴い、可飽和吸収体３１の反転分布も殆ど零
となり、共振器１０のＱ値は急に小さくなる。したがっ
て、レーザ発振は短時間のうちに終了する。このように
して、このレーザ光源１では、高パワー・短パルスのパ
ルスレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力される。 【００２６】なお、第１期間および第２期間それぞれの
所要時間は、レーザ媒質２１および可飽和吸収体３０そ
れぞれの蛍光寿命に依存して、適切に設定される。例え
ば、レーザ媒質２１がＮｄ：ＹＡＧ結晶であって、可飽
和吸収体３０がＣｒ：ＹＡＧ結晶である場合、第１期間
の所要時間は１００〜５００μｓであり、第２期間の所
要時間は１〜１０μｓであるのが好適である。 【００２７】以上のように本実施形態に係るレーザ光源
１では、励起開始時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間
には、励起光源４１から出力されてレーザ媒質２１へ照
射される励起光Ｌ１のパワーは値Ｐ１とされ、レーザ媒
質２１より放出されて可飽和吸収体３０に入射する光Ｌ
２のパワーは吸収飽和閾値以下とされて、共振器１０の
Ｑ値が小さく、レーザ発振が抑制される。そして、時刻
Ｔ２の直前においては、可飽和吸収体３０に入射する光
Ｌ２のパワーは、吸収飽和閾値より僅かに小さい程度と
される。この第１期間に続く第２期間には、励起光源４
１から出力されてレーザ媒質２１へ照射される励起光Ｌ
１のパワーは、上記の値Ｐ１より大きい値Ｐ２とされ、
レーザ媒質２１より放出されて可飽和吸収体３０に入射
する光Ｌ２のパワーは吸収飽和閾値超とされて、共振器
１０のＱ値が大きくなって、高パワー・短パルスのパル
スレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力される。 【００２８】次に、第１実施形態に係るレーザ光源１の
上記動作を、第１比較例および第２比較例それぞれのレ
ーザ光源の動作と対比する。図３は、第１比較例のレー
ザ光源の動作を説明する図である。図４は、第２比較例
のレーザ光源の動作を説明する図である。第１比較例お
よび第２比較例それぞれのレーザ光源の構成は、第１実
施形態に係るレーザ光源１の構成と略同様である。しか
し、第１比較例および第２比較例それぞれのレーザ光源
は、励起光源から出力されレーザ媒質へ入射する励起光
のパワーの時間変化に関して、第１実施形態に係るレー
ザ光源１と相違している。 【００２９】図３（ａ）および図４（ａ）それぞれは、
駆動回路から励起光源へ供給される駆動電流の値の時間
変化を示す。各図（ｂ）は、励起光源から出力される励
起光のパワーの時間変化を示す。各図（ｃ）は、レーザ
媒質における反転分布の時間変化を示す。各図（ｄ）
は、可飽和吸収体における反転分布の時間変化を示す。
また、各図（ｅ）は、共振器の外部へ出力されるレーザ
光のパワーの時間変化を示す。 【００３０】第１比較例では、図３（ａ）および（ｂ）
に示されるように、励起開始時刻Ｔ１以降、駆動回路か
ら励起光源へ供給される駆動電流は値Ｃ１で一定であ
り、励起光源から出力される励起光のパワーは値Ｐ１で
一定である。一方、第２比較例では、図４（ａ）および
（ｂ）に示されるように、励起開始時刻Ｔ１以降、駆動
回路から励起光源へ供給される駆動電流は値Ｃ２で一定
であり、励起光源から出力される励起光のパワーは値Ｐ
２で一定である。なお、Ｃ１，Ｃ２，Ｐ２およびＰ２そ
れぞれの値は、図２中に示された各値と同じであるとす
る。 【００３１】第１比較例では、図３（ｃ）および（ｄ）
に示されるように、励起開始時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで
の期間は、レーザ媒質および可飽和吸収体それぞれの反
転分布は、第１実施形態の場合と同じ速度で増加してい
く。しかし、時刻Ｔ２以降も、励起光源から出力される
励起光のパワーは値Ｐ１のままであるので、レーザ媒質
および可飽和吸収体それぞれの反転分布の増加速度は、
時刻Ｔ２以前と殆ど同じ程度である。したがって、図３
（ｅ）に示されるように、時刻Ｔ２の直後にレーザ発振
が開始されることは無く、時刻Ｔ３以降にレーザ発振が
開始される。 【００３２】第２比較例では、励起開示時刻Ｔ１以降に
励起光源から出力される励起光のパワーが値Ｐ２と大き
いので、図４（ｃ）および（ｄ）に示されるように、レ
ーザ媒質および可飽和吸収体それぞれの反転分布の増加
速度は、第１実施形態の場合と比べて速い。したがっ
て、図４（ｅ）に示されるように、時刻Ｔ２前の時刻Ｔ
５にレーザ発振が開始される。 【００３３】図３（ｄ）と図４（ｄ）とを比較して判る
ように、第１比較例と第２比較例とでは、可飽和吸収体
の反転分布の増加速度が異なる。図５は、可飽和吸収体
の反転分布の増加速度とレーザ発振開始時刻との関係を
説明する図である。図５（ａ）に示されるように、第１
比較例の如く可飽和吸収体の反転分布の増加速度が比較
的遅い場合には、励起開始時刻Ｔ１からレーザ発振開始
時刻Ｔ６まで比較的長時間を要するだけでなく、励起光
Ｌ１のパワーが僅かに変動しても、レーザ発振開始時刻
はＴ７へと変動し、レーザ発振開始時刻の変動幅Δｔは
大きい。一方、図５（ｂ）に示されるように、第２比較
例の如く可飽和吸収体の反転分布の増加速度が比較的速
い場合には、励起開始時刻Ｔ１からレーザ発振開始時刻
Ｔ８まで比較的短時間ですみ、また、励起光Ｌ１のパワ
ーの変動がレーザ発振開始時刻の変動に与える影響は小
さく、レーザ発振開始時刻の変動幅Δｔは小さい。 【００３４】このように、励起開始時刻からレーザ発振
開始時刻までの所要時間を安定させるには、可飽和吸収
体の反転分布の増加速度は速い方が好ましく、したがっ
て、励起光源から出力される励起光のパワーは大きい方
が好ましい。しかし、この場合には、励起光源に供給さ
れる駆動電流が大きいことから、励起光源の負担が大き
く、励起光源の寿命が短くなる。本実施形態に係るレー
ザ光源１は、このような第１比較例および第２比較例そ
れぞれのレーザ光源が有する問題点を解消し得るもので
ある。 【００３５】すなわち、本実施形態に係るレーザ光源１
では、励起光源４１から出力されてレーザ媒質２１へ照
射される励起光Ｌ１のパワーが値Ｐ１から値Ｐ２へ上昇
する時刻Ｔ２の直後に、パルスレーザ光Ｌ３が出力され
る。このことから、励起光源４１から出力される励起光
Ｌ１のパワーが不安定であったとしても、制御部５０
は、励起開始時刻Ｔ１および時刻Ｔ２それぞれのタイミ
ングを制御するだけで、パルスレーザ光Ｌ３の出力タイ
ミングを制御することができる。それ故、本実施形態に
係るレーザ光源１は、所望の時刻にパルスレーザ光Ｌ３
を出力させることが容易となり、また、繰り返してパル
ス発振させる場合には発振間隔を一定とすることが容易
となる。 【００３６】また、本実施形態に係るレーザ光源１で
は、励起光源４１に供給される駆動電流は、第１期間で
は小さく、短時間で終了する第２期間のみ大きい。した
がって、励起光源４１の負担が小さく、励起光源４１を
長期間に亘って使用することができるので、使用する励
起光源４１そのもののコストを低く抑えることができ、
励起光源４１を交換する作業などの保守のコストをも低
く抑えることができる。また、励起光源４１の温度上昇
が抑制されるので、励起光Ｌ１の波長の変動が抑制さ
れ、レーザ媒質２１の励起が効率よく行われる。また、
レーザ媒質２１および可飽和吸収体３０それぞれも、反
転分布が大きい状態である期間が短いので、温度上昇が
抑制されて、熱飽和が抑制されるので、出力されるレー
ザ光Ｌ３の１パルス当たりのエネルギおよびピーク強度
を大きくすることができる。これらの点でもレーザ光源
１は安定動作が可能となる。さらに、冷却機構を簡易な
ものとすることができるので、この冷却機構を含めてレ
ーザ光源１は小型のものとすることができる。 【００３７】（第２実施形態）次に、本発明に係るレー
ザ光源の第２実施形態について説明する。図６は、第２
実施形態に係るレーザ光源２の構成図である。この図に
示されるレーザ光源２は、共振器１０、レーザ媒質２
２、励起光源４１および制御部５０を備えている。この
レーザ光源１は、レーザ媒質２２を励起する励起手段と
して、励起光源４１、駆動回路４２、レンズ４３および
レンズ４４を備えている。 【００３８】第２実施形態に係るレーザ光源２は、レー
ザ媒質２２がＱスイッチ素子としての可飽和吸収体の役
割をも兼ねている点で、第１実施形態に係るものと相違
する。この可飽和吸収体の役割を兼ねるレーザ媒質２２
として、例えばＮｄＣｒ：ＹＡＧ結晶が好適に用いられ
る。 【００３９】共振器１０を構成するミラー１１およびミ
ラー１２それぞれは、第１実施形態の場合と同様にレー
ザ媒質２２とは別に設けられてもよいが、本実施形態で
はレーザ媒質２２の端面に形成された誘電体多層膜でコ
ーティングされることで構成されている。すなわち、ミ
ラー１１は、励起光源４１の側のレーザ媒質２２の端面
に形成された誘電体多層膜コーティングであって、励起
光源４１から出力される励起光Ｌ１を透過させるが、励
起されたレーザ媒質２２から放出される光を高反射率で
反射させる。他方のミラー１２は、ミラー１１の反対側
のレーザ媒質２２の端面に形成された誘電体多層膜コー
ティングであって、励起されたレーザ媒質２２から放出
される光の一部パワーを透過させるとともに残部を反射
させ、励起光Ｌ１を高反射率で反射させる。 【００４０】次に、第２実施形態に係るレーザ光源２の
動作について図２を用いて説明する。第２実施形態に係
るレーザ光源２も、制御部５０による制御の下で、第１
実施形態に係るものと略同様に動作する。すなわち、図
２（ａ）に示されるように、駆動回路４２から励起光源
４１へ供給される駆動電流は、励起開始時刻Ｔ１から時
刻Ｔ２までの第１期間には値Ｃ１であり、時刻Ｔ２から
時刻Ｔ３までの第２期間には値Ｃ２である。このような
駆動電流の値の時間変化に伴い、図２（ｂ）に示される
ように、励起光源４１から出力される励起光Ｌ１のパワ
ーは、第１期間には値Ｐ１となり、第２期間には値Ｐ２
となる。ただし、Ｃ１＜Ｃ２ であり、Ｐ１＜Ｐ２ であ
る。値Ｐ２は値Ｐ１の２倍以上であるのが好適である。 【００４１】第１期間では、図２（ｃ）に示されるよう
に、レーザ媒質２２におけるＮｄイオンの反転分布は次
第に大きくなっていき、Ｎｄイオンが上準位から下準位
へ遷移するのに伴ってレーザ媒質２２から放出される光
のパワーも次第に大きくなっていくので、図２（ｄ）に
示されるように、可飽和吸収体としてのレーザ媒質２２
に含まれるＣｒイオンの反転分布も次第に大きくなって
いく。ただし、この第１期間では、Ｎｄイオンの遷移に
伴って生じＣｒイオンに照射される光のパワーは吸収飽
和閾値以下であり、それ故、可飽和吸収体としてのレー
ザ媒質２２は吸収が大きく不透明であり、共振器１０の
Ｑ値は小さい。したがって、第１期間では、図２（ｅ）
に示されるように、レーザ発振は抑制される。 【００４２】そして、図２（ｂ）に示されるように、励
起光源４１から出力される励起光Ｌ１のパワーは、第１
期間から第２期間へ遷移する時刻Ｔ２に値Ｐ２へと急激
に増加し、第２期間では値Ｐ２が維持される。その結
果、第２期間が始まる時刻Ｔ２では、図２（ｃ）に示さ
れるように、レーザ媒質２２におけるＮｄイオンの反転
分布は急激に増加し始めて、レーザ媒質２２から放出さ
れる光のパワーも急激に増加し始めるので、図２（ｄ）
に示されるように、可飽和吸収体としてのレーザ媒質２
２におけるＣｒイオンの反転分布も急激に増加し始め
る。そして、時刻Ｔ２以降の短時間のうちに、Ｎｄイオ
ンの遷移に伴って生じＣｒイオンに照射される光のパワ
ーは吸収飽和閾値を超えることとなり、図２（ｄ）に示
されるように、Ｃｒイオンの反転分布は閾値ＴＨを超え
て、可飽和吸収体としてのレーザ媒質２２は透明とな
り、共振器１０のＱ値は大きくなって、図２（ｅ）に示
されるように、レーザ発振が開始される。 【００４３】レーザ発振が開始されると、レーザ媒質２
２では急激に誘導放出が起きてＮｄイオンの反転分布が
殆ど零となり、これに伴い、可飽和吸収体としてのレー
ザ媒質２２におけるＣｒイオンの反転分布も殆ど零とな
り、共振器１０のＱ値は急に小さくなる。したがって、
レーザ発振は短時間のうちに終了する。このようにし
て、このレーザ光源２では、高パワー・短パルスのパル
スレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力される。 【００４４】以上のように本実施形態に係るレーザ光源
２では、励起開始時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間
には、励起光源４１から出力されてレーザ媒質２２へ照
射される励起光Ｌ１のパワーは値Ｐ１とされ、レーザ媒
質２２におけるＮｄイオンの遷移に伴って発生しＣｒイ
オンに照射される光のパワーは吸収飽和閾値以下とされ
て、共振器１０のＱ値が小さく、レーザ発振が抑制され
る。そして、時刻Ｔ２の直前においては、Ｃｒイオンに
照射される光のパワーは、吸収飽和閾値より僅かに小さ
い程度とされる。この第１期間に続く第２期間には、励
起光源４１から出力されてレーザ媒質２２へ照射される
励起光Ｌ１のパワーは、上記の値Ｐ１より大きい値Ｐ２
とされ、レーザ媒質２２におけるＮｄイオンの遷移に伴
って発生しＣｒイオンに照射される光のパワーは吸収飽
和閾値超とされて、共振器１０のＱ値が大きくなって、
高パワー・短パルスのパルスレーザ光Ｌ３がミラー１２
より外部へ出力される。 【００４５】第２実施形態に係るレーザ光源２は、第１
実施形態に係るものが奏する効果と同様の効果を奏する
ことができる他、以下のような効果をも奏することがで
きる。すなわち、本実施形態では、レーザ媒質２２は、
本来のレーザ媒質の役割を果たすだけでなく、Ｑスイッ
チ素子としての可飽和吸収体の役割をも果たすので、共
振器長を短くすることができ、レーザ光源２は更に小型
のものとすることができる。 【００４６】 【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、励起手段によるレーザ媒質の励起が開始される
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間において、励起手
段によるレーザ媒質の励起の状態は所定値以下とされ、
レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光の
パワーが吸収飽和閾値以下とされて、レーザ発振が抑制
される。そして、この第１期間に続く時刻Ｔ２から時刻
Ｔ３までの第２期間において、励起手段によるレーザ媒
質の励起の状態が所定値超とされ、レーザ媒質より放出
されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾
値超とされて、レーザ発振が開始される。 【００４７】したがって、励起手段によるレーザ媒質の
励起が強くなる時刻Ｔ２の直後に、パルスレーザ光が出
力される。このことから、励起手段によるレーザ媒質の
励起の条件が不安定であったとしても、制御手段は、励
起開始時刻Ｔ１および時刻Ｔ２それぞれのタイミングを
制御するだけで、パルスレーザ光の出力タイミングを制
御することができる。それ故、本発明に係るレーザ光源
は、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させることが容
易となり、また、繰り返してパルス発振させる場合には
発振間隔を一定とすることが容易となる。
術を用いて高パワー・短パルスのレーザ光を出力するレ
ーザ光源に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】レーザ光源は、出力光の高パワー化，短
パルス化および短波長化を指向して研究・開発が進めら
れている。中でも、Ｑスイッチング技術を用いたレーザ
光源は、高パワー・短パルスのパルスレーザ光を出力す
ることができるものとして注目されている。Ｑスイッチ
ング技術は、レーザ媒質だけでなくＱスイッチ素子をも
共振器内に有する構成として、このＱスイッチ素子によ
り共振器のＱ値を変化させることでレーザ発振を制御
し、これにより、出力されるレーザ光を短パルスとする
とともに高パワーとするものである。 【０００３】Ｑスイッチング技術として種々のものが知
られている。その中でも、Ｑスイッチ素子として可飽和
吸収体を用いた受動Ｑスイッチング技術は、他のＱスイ
ッチング技術と比較して、レーザ光源の構成が簡易かつ
小型である点で好適である。可飽和吸収体は、入射する
光のパワーが大きいほど吸収が小さいものであり、入射
光パワーが吸収飽和閾値以下であるときには入射光を吸
収するが、入射光パワーが吸収飽和閾値を超えていると
きには吸収が飽和して透明となる。可飽和吸収体は、こ
のような性質が利用されて、Ｑスイッチ素子として用い
られる。 【０００４】すなわち、Ｑスイッチ素子として可飽和吸
収体を用いたレーザ光源は、以下のように動作する。レ
ーザ媒質の励起が開始された当初は、レーザ媒質の反転
分布は小さいので、レーザ媒質より放出されて可飽和吸
収体に入射する光のパワーは小さい。それ故、レーザ媒
質の励起が開始された当初は、可飽和吸収体は吸収が大
きく不透明であるので、共振器のＱ値は小さく、レーザ
発振は起きない。共振器のＱ値が小さくレーザ発振して
いない期間もレーザ媒質は励起され続けて、レーザ媒質
の反転分布は次第に大きくなっていき、レーザ媒質より
放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーも次第に
大きくなっていく。やがて、レーザ媒質より放出されて
可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値を超
えると、可飽和吸収体は吸収が急激に小さくなり（つま
り透明になり）、共振器のＱ値は大きくなって、レーザ
媒質において誘導放出が急激に進み、その結果、レーザ
発振が起きる。このようにして、高パワー・短パルスの
パルスレーザ光が共振器より出力される。 【０００５】また、レーザ媒質として種々のものが知ら
れており、このレーザ媒質を励起する励起手段としても
種々のものが知られている。例えば、レーザ媒質として
Ｎｄ：ＹＡＧ結晶が用いられ、このレーザ媒質を励起光
照射により励起するための励起手段として半導体レーザ
光源が用いられる。この場合、半導体レーザ光源から出
力された励起光がレーザ媒質としてのＮｄ：ＹＡＧ結晶
に照射されることで、このレーザ媒質に含まれるＮｄイ
オンが上準位へ励起されて、これにより反転分布が生じ
る。受動Ｑスイッチングの動作については上述したとお
りである。 【０００６】このような受動Ｑスイッチング技術を用い
た半導体レーザ励起の固体レーザ光源は、構成が簡易か
つ小型である点で好適である。また、このレーザ光源
は、共振器長が短くてもよいので、全体として小型のも
のとすることができ、また、短パルスのパルスレーザ光
を出力する上でも好適である。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の受動Ｑスイッチング技術を用いたレーザ光源は、
励起手段によるレーザ媒質の励起の条件が不安定である
と、励起開始時刻以降の動作が不安定になってしまうと
いう問題点を有している。すなわち、励起手段によるレ
ーザ媒質の励起の条件が不安定であると、共振器のＱ値
が小さくレーザ発振していない期間におけるレーザ媒質
の反転分布の増加速度が不安定になる。そして、励起開
始時刻からパルスレーザ発振時刻までの時間も不安定に
なる。つまり、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させ
ることは困難である。また、繰り返してパルス発振させ
る場合には、発振間隔が不安定になる。 【０００８】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、所望の時刻にパルスレーザ光を出力さ
せることが容易なレーザ光源を提供することを目的とす
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光源
は、(1) 励起されることにより光を放出するレーザ媒質
と、(2) このレーザ媒質より放出された光を入射し、そ
の入射光パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光
パワーが吸収飽和閾値を超えているときに透明である可
飽和吸収体と、(3) レーザ媒質および可飽和吸収体を共
振光路上に有し、可飽和吸収体が透明であるときにレー
ザ媒質より放出された光を共振させるとともに、その光
の一部を出力端より出力する共振器と、(4) レーザ媒質
をパルス的に励起する励起手段と、(5) 励起手段による
レーザ媒質の励起を制御する制御手段と、を備えること
を特徴とする。 【００１０】さらに、本発明に係るレーザ光源における
制御手段は、(1) 励起手段によるレーザ媒質の励起が開
始される時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間に、励起
手段によるレーザ媒質の励起の状態を所定値以下とし、
レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光の
パワーを吸収飽和閾値以下としてレーザ発振を抑制し、
(2) 時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの第２期間に、励起手段
によるレーザ媒質の励起の状態を所定値超とし、レーザ
媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワー
を吸収飽和閾値超としてレーザ発振させる、ことを特徴
とする。 【００１１】本発明に係るレーザ光源では、制御手段に
より制御された励起手段によりレーザ媒質がパルス的に
励起され、この励起に応じてレーザ媒質から光が放出さ
れ、この光は可飽和吸収体に入射する。レーザ媒質から
放出されて可飽和吸収体へ入射する光のパワーが吸収飽
和閾値以下であれば、可飽和吸収体は光を吸収するの
で、共振器のＱ値は小さく、レーザ発振が抑制される。
一方、レーザ媒質から放出されて可飽和吸収体へ入射す
る光のパワーが吸収飽和閾値を超えていれば、可飽和吸
収体における光の吸収が飽和するので、可飽和吸収体は
透明となり、共振器のＱ値は大きくなって、レーザ発振
が起こり得る。そして、このレーザ発振により、共振器
の出力端より外部へパルスレーザ光が出力される。 【００１２】特に、本発明に係るレーザ光源は、制御手
段による制御の下に以下のように動作する。すなわち、
励起手段によるレーザ媒質の励起が開始される時刻Ｔ１
から時刻Ｔ２までの第１期間において、励起手段による
レーザ媒質の励起の状態は所定値以下とされ、レーザ媒
質より放出されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが
吸収飽和閾値以下とされて、レーザ発振が抑制される。
そして、この第１期間に続く時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで
の第２期間において、励起手段によるレーザ媒質の励起
の状態が所定値超とされ、レーザ媒質より放出されて可
飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾値超とさ
れて、レーザ発振が開始される。 【００１３】したがって、励起手段によるレーザ媒質の
励起が強くなる時刻Ｔ２の直後に、パルスレーザ光が出
力される。このことから、励起手段によるレーザ媒質の
励起の条件が不安定であったとしても、制御手段は、励
起開始時刻Ｔ１および時刻Ｔ２それぞれのタイミングを
制御するだけで、パルスレーザ光の出力タイミングを制
御することができる。それ故、本発明に係るレーザ光源
は、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させることが容
易となり、また、繰り返してパルス発振させる場合には
発振間隔を一定とすることが容易となる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。 【００１５】（第１実施形態）先ず、本発明に係るレー
ザ光源の第１実施形態について説明する。図１は、第１
実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。この図に
示されるレーザ光源１は、共振器１０、レーザ媒質２
１、可飽和吸収体３０、励起光源４１および制御部５０
を備えている。このレーザ光源１は、レーザ媒質２１を
励起する励起手段として、励起光源４１、駆動回路４
２、レンズ４３およびレンズ４４を備えている。 【００１６】共振器１０は、互いに対向するミラー１１
およびミラー１２を有している。一方のミラー１１は、
励起光源４１から出力される励起光Ｌ１を透過させる
が、励起されたレーザ媒質２１から放出される光Ｌ２を
高反射率で反射させる。他方のミラー１２は、励起され
たレーザ媒質２１から放出されて到達した光Ｌ２の一部
パワーを透過させ、残部を反射させる。このミラー１２
を透過して外部へ出力される光Ｌ３は、このレーザ光源
１から出力されるレーザ発振光となる。 【００１７】レーザ媒質２１および可飽和吸収体３０そ
れぞれは、共振器１０の共振光路上に設けられている。
ミラー１１と可飽和吸収体３０との間にレーザ媒質２１
が位置する。レーザ媒質２１は、励起光源４１から出力
された励起光Ｌ１が入射することにより上準位へ励起さ
れて反転分布を生じ、上準位から下準位への遷移に伴っ
て光Ｌ２を放出する。可飽和吸収体３０は、Ｑスイッチ
素子の役割を果たすものであり、レーザ媒質２１より放
出された光Ｌ２を入射し、その入射光パワーが大きいほ
ど吸収が小さく、その入射光パワーが吸収飽和閾値以下
であるときには入射光を吸収するが、その入射光パワー
が吸収飽和閾値を超えているときに透明となる。また、
可飽和吸収体３０に対向するレーザ媒質２１の端面は、
励起光源４１から出力される励起光Ｌ１を高反射率で反
射させる誘電体多層膜のコーティングが施されている。 【００１８】励起光源４１は、駆動回路４２より供給さ
れる駆動電流により駆動されて、レーザ媒質２１を励起
し得る波長の励起光Ｌ１を出力する。この励起光源４１
から出力された励起光Ｌ１は、レンズ４３、レンズ４４
およびミラー１１を経て、レーザ媒質２１に照射され
る。制御部５０は、駆動回路４２を制御することで、励
起光源４１から出力される励起光Ｌ１の照射に因るレー
ザ媒質２１の励起を制御する。この制御部５０による制
御により、励起光源４１は、パルス状の励起光Ｌ１を出
力して、レーザ媒質２１をパルス的に励起する。 【００１９】例えば、レーザ媒質２１はＮｄ：ＹＡＧ結
晶であり、可飽和吸収体３０はＣｒ：ＹＡＧ結晶であ
る。この場合、励起光源４１として、レーザ媒質２１に
含まれるＮｄイオンを上準位に励起し得る波長８１０ｎ
ｍ付近の励起光Ｌ１を出力する半導体レーザ光源が用い
られる。励起光源４１から出力された励起光Ｌ１がレー
ザ媒質２１に入射すると、このレーザ媒質２１に含まれ
るＮｄイオンが上準位に励起される。また、レーザ媒質
２１から放出された光Ｌ２が可飽和吸収体３０に入射す
ると、この可飽和吸収体３０に含まれるＣｒイオンが上
準位に励起される。レーザ媒質２１より放出される光Ｌ
２，Ｌ３の波長は１０６４ｎｍである。 【００２０】このレーザ光源１では、励起光源４１から
出力された励起光Ｌ１は、レンズ４３およびレンズ４４
により集光され、ミラー１１を透過して、レーザ媒質２
１へ入射する。レーザ媒質２１へ入射した励起光Ｌ１
は、レーザ媒質２１中を透過した後、入射側とは反対側
の端面で反射され、再びレーザ媒質２１中を透過する。
励起光Ｌ１がレーザ媒質２１中を透過する間にレーザ媒
質２１が励起され、また、励起された上準位から下準位
への遷移に伴いレーザ媒質２１から光Ｌ２が放出され
る。このレーザ媒質２１から放出された光Ｌ２は、可飽
和吸収体３０へ入射する。可飽和吸収体３０へ入射する
光Ｌ２のパワーが吸収飽和閾値以下であれば、可飽和吸
収体３０は光Ｌ２を吸収するので、共振器１０のＱ値は
小さく、レーザ発振が抑制される。一方、可飽和吸収体
３０へ入射する光Ｌ２のパワーが吸収飽和閾値を超えて
いれば、可飽和吸収体３０における光Ｌ２の吸収が飽和
するので、可飽和吸収体３０は透明となり、共振器１０
のＱ値は大きくなって、レーザ発振が起こり得る。そし
て、このレーザ発振により、出力端であるミラー１２よ
り外部へレーザ光Ｌ３が出力される。 【００２１】次に、制御部５０による制御の下での第１
実施形態に係るレーザ光源１の動作について説明する。
図２は、第１実施形態に係るレーザ光源１の動作を説明
する図である。同図（ａ）は、駆動回路４２から励起光
源４１へ供給される駆動電流の値の時間変化を示す。同
図（ｂ）は、励起光源４１から出力される励起光Ｌ１の
パワーの時間変化を示す。同図（ｃ）は、レーザ媒質２
１における反転分布の時間変化を示す。同図（ｄ）は、
可飽和吸収体３０における反転分布の時間変化を示す。
また、同図（ｅ）は、ミラー１２を透過して共振器１０
の外部へ出力されるレーザ光Ｌ３のパワーの時間変化を
示す。 【００２２】図２（ａ）に示されるように、駆動回路４
２から励起光源４１へ供給される駆動電流は、励起開始
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間には値Ｃ１であ
り、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの第２期間には値Ｃ２で
ある。このような駆動電流の値の時間変化に伴い、図２
（ｂ）に示されるように、励起光源４１から出力される
励起光Ｌ１のパワーは、第１期間には値Ｐ１となり、第
２期間には値Ｐ２となる。ただし、Ｃ１＜Ｃ２ であ
り、Ｐ１＜Ｐ２ である。値Ｐ２は値Ｐ１の２倍以上で
あるのが好適である。 【００２３】第１期間では、図２（ｃ）に示されるよう
に、レーザ媒質２１における反転分布は次第に大きくな
っていき、レーザ媒質２１から放出される光Ｌ２のパワ
ーも次第に大きくなっていくので、図２（ｄ）に示され
るように、可飽和吸収体３０における反転分布も次第に
大きくなっていく。ただし、この第１期間では、可飽和
吸収体３０へ入射する光Ｌ２のパワーは吸収飽和閾値以
下であり、それ故、可飽和吸収体３０は吸収が大きく不
透明であり、共振器１０のＱ値は小さい。したがって、
第１期間では、図２（ｅ）に示されるように、レーザ発
振は抑制される。 【００２４】そして、図２（ｂ）に示されるように、励
起光源４１から出力される励起光Ｌ１のパワーは、第１
期間から第２期間へ遷移する時刻Ｔ２に値Ｐ２へと急激
に増加し、第２期間では値Ｐ２が維持される。その結
果、第２期間が始まる時刻Ｔ２では、図２（ｃ）に示さ
れるように、レーザ媒質２１における反転分布は急激に
増加し始めて、レーザ媒質２１から放出される光Ｌ２の
パワーも急激に増加し始めるので、図２（ｄ）に示され
るように、可飽和吸収体３０における反転分布も急激に
増加し始める。そして、時刻Ｔ２以降の短時間のうち
に、可飽和吸収体３０へ入射する光Ｌ２のパワーは吸収
飽和閾値を超えることとなり、図２（ｄ）に示されるよ
うに、可飽和吸収体３０における反転分布は閾値ＴＨを
超えて、可飽和吸収体３０は透明となり、共振器１０の
Ｑ値は大きくなって、図２（ｅ）に示されるように、レ
ーザ発振が開始される。 【００２５】レーザ発振が開始されると、レーザ媒質２
１では急激に誘導放出が起きて反転分布が殆ど零とな
り、これに伴い、可飽和吸収体３１の反転分布も殆ど零
となり、共振器１０のＱ値は急に小さくなる。したがっ
て、レーザ発振は短時間のうちに終了する。このように
して、このレーザ光源１では、高パワー・短パルスのパ
ルスレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力される。 【００２６】なお、第１期間および第２期間それぞれの
所要時間は、レーザ媒質２１および可飽和吸収体３０そ
れぞれの蛍光寿命に依存して、適切に設定される。例え
ば、レーザ媒質２１がＮｄ：ＹＡＧ結晶であって、可飽
和吸収体３０がＣｒ：ＹＡＧ結晶である場合、第１期間
の所要時間は１００〜５００μｓであり、第２期間の所
要時間は１〜１０μｓであるのが好適である。 【００２７】以上のように本実施形態に係るレーザ光源
１では、励起開始時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間
には、励起光源４１から出力されてレーザ媒質２１へ照
射される励起光Ｌ１のパワーは値Ｐ１とされ、レーザ媒
質２１より放出されて可飽和吸収体３０に入射する光Ｌ
２のパワーは吸収飽和閾値以下とされて、共振器１０の
Ｑ値が小さく、レーザ発振が抑制される。そして、時刻
Ｔ２の直前においては、可飽和吸収体３０に入射する光
Ｌ２のパワーは、吸収飽和閾値より僅かに小さい程度と
される。この第１期間に続く第２期間には、励起光源４
１から出力されてレーザ媒質２１へ照射される励起光Ｌ
１のパワーは、上記の値Ｐ１より大きい値Ｐ２とされ、
レーザ媒質２１より放出されて可飽和吸収体３０に入射
する光Ｌ２のパワーは吸収飽和閾値超とされて、共振器
１０のＱ値が大きくなって、高パワー・短パルスのパル
スレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力される。 【００２８】次に、第１実施形態に係るレーザ光源１の
上記動作を、第１比較例および第２比較例それぞれのレ
ーザ光源の動作と対比する。図３は、第１比較例のレー
ザ光源の動作を説明する図である。図４は、第２比較例
のレーザ光源の動作を説明する図である。第１比較例お
よび第２比較例それぞれのレーザ光源の構成は、第１実
施形態に係るレーザ光源１の構成と略同様である。しか
し、第１比較例および第２比較例それぞれのレーザ光源
は、励起光源から出力されレーザ媒質へ入射する励起光
のパワーの時間変化に関して、第１実施形態に係るレー
ザ光源１と相違している。 【００２９】図３（ａ）および図４（ａ）それぞれは、
駆動回路から励起光源へ供給される駆動電流の値の時間
変化を示す。各図（ｂ）は、励起光源から出力される励
起光のパワーの時間変化を示す。各図（ｃ）は、レーザ
媒質における反転分布の時間変化を示す。各図（ｄ）
は、可飽和吸収体における反転分布の時間変化を示す。
また、各図（ｅ）は、共振器の外部へ出力されるレーザ
光のパワーの時間変化を示す。 【００３０】第１比較例では、図３（ａ）および（ｂ）
に示されるように、励起開始時刻Ｔ１以降、駆動回路か
ら励起光源へ供給される駆動電流は値Ｃ１で一定であ
り、励起光源から出力される励起光のパワーは値Ｐ１で
一定である。一方、第２比較例では、図４（ａ）および
（ｂ）に示されるように、励起開始時刻Ｔ１以降、駆動
回路から励起光源へ供給される駆動電流は値Ｃ２で一定
であり、励起光源から出力される励起光のパワーは値Ｐ
２で一定である。なお、Ｃ１，Ｃ２，Ｐ２およびＰ２そ
れぞれの値は、図２中に示された各値と同じであるとす
る。 【００３１】第１比較例では、図３（ｃ）および（ｄ）
に示されるように、励起開始時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで
の期間は、レーザ媒質および可飽和吸収体それぞれの反
転分布は、第１実施形態の場合と同じ速度で増加してい
く。しかし、時刻Ｔ２以降も、励起光源から出力される
励起光のパワーは値Ｐ１のままであるので、レーザ媒質
および可飽和吸収体それぞれの反転分布の増加速度は、
時刻Ｔ２以前と殆ど同じ程度である。したがって、図３
（ｅ）に示されるように、時刻Ｔ２の直後にレーザ発振
が開始されることは無く、時刻Ｔ３以降にレーザ発振が
開始される。 【００３２】第２比較例では、励起開示時刻Ｔ１以降に
励起光源から出力される励起光のパワーが値Ｐ２と大き
いので、図４（ｃ）および（ｄ）に示されるように、レ
ーザ媒質および可飽和吸収体それぞれの反転分布の増加
速度は、第１実施形態の場合と比べて速い。したがっ
て、図４（ｅ）に示されるように、時刻Ｔ２前の時刻Ｔ
５にレーザ発振が開始される。 【００３３】図３（ｄ）と図４（ｄ）とを比較して判る
ように、第１比較例と第２比較例とでは、可飽和吸収体
の反転分布の増加速度が異なる。図５は、可飽和吸収体
の反転分布の増加速度とレーザ発振開始時刻との関係を
説明する図である。図５（ａ）に示されるように、第１
比較例の如く可飽和吸収体の反転分布の増加速度が比較
的遅い場合には、励起開始時刻Ｔ１からレーザ発振開始
時刻Ｔ６まで比較的長時間を要するだけでなく、励起光
Ｌ１のパワーが僅かに変動しても、レーザ発振開始時刻
はＴ７へと変動し、レーザ発振開始時刻の変動幅Δｔは
大きい。一方、図５（ｂ）に示されるように、第２比較
例の如く可飽和吸収体の反転分布の増加速度が比較的速
い場合には、励起開始時刻Ｔ１からレーザ発振開始時刻
Ｔ８まで比較的短時間ですみ、また、励起光Ｌ１のパワ
ーの変動がレーザ発振開始時刻の変動に与える影響は小
さく、レーザ発振開始時刻の変動幅Δｔは小さい。 【００３４】このように、励起開始時刻からレーザ発振
開始時刻までの所要時間を安定させるには、可飽和吸収
体の反転分布の増加速度は速い方が好ましく、したがっ
て、励起光源から出力される励起光のパワーは大きい方
が好ましい。しかし、この場合には、励起光源に供給さ
れる駆動電流が大きいことから、励起光源の負担が大き
く、励起光源の寿命が短くなる。本実施形態に係るレー
ザ光源１は、このような第１比較例および第２比較例そ
れぞれのレーザ光源が有する問題点を解消し得るもので
ある。 【００３５】すなわち、本実施形態に係るレーザ光源１
では、励起光源４１から出力されてレーザ媒質２１へ照
射される励起光Ｌ１のパワーが値Ｐ１から値Ｐ２へ上昇
する時刻Ｔ２の直後に、パルスレーザ光Ｌ３が出力され
る。このことから、励起光源４１から出力される励起光
Ｌ１のパワーが不安定であったとしても、制御部５０
は、励起開始時刻Ｔ１および時刻Ｔ２それぞれのタイミ
ングを制御するだけで、パルスレーザ光Ｌ３の出力タイ
ミングを制御することができる。それ故、本実施形態に
係るレーザ光源１は、所望の時刻にパルスレーザ光Ｌ３
を出力させることが容易となり、また、繰り返してパル
ス発振させる場合には発振間隔を一定とすることが容易
となる。 【００３６】また、本実施形態に係るレーザ光源１で
は、励起光源４１に供給される駆動電流は、第１期間で
は小さく、短時間で終了する第２期間のみ大きい。した
がって、励起光源４１の負担が小さく、励起光源４１を
長期間に亘って使用することができるので、使用する励
起光源４１そのもののコストを低く抑えることができ、
励起光源４１を交換する作業などの保守のコストをも低
く抑えることができる。また、励起光源４１の温度上昇
が抑制されるので、励起光Ｌ１の波長の変動が抑制さ
れ、レーザ媒質２１の励起が効率よく行われる。また、
レーザ媒質２１および可飽和吸収体３０それぞれも、反
転分布が大きい状態である期間が短いので、温度上昇が
抑制されて、熱飽和が抑制されるので、出力されるレー
ザ光Ｌ３の１パルス当たりのエネルギおよびピーク強度
を大きくすることができる。これらの点でもレーザ光源
１は安定動作が可能となる。さらに、冷却機構を簡易な
ものとすることができるので、この冷却機構を含めてレ
ーザ光源１は小型のものとすることができる。 【００３７】（第２実施形態）次に、本発明に係るレー
ザ光源の第２実施形態について説明する。図６は、第２
実施形態に係るレーザ光源２の構成図である。この図に
示されるレーザ光源２は、共振器１０、レーザ媒質２
２、励起光源４１および制御部５０を備えている。この
レーザ光源１は、レーザ媒質２２を励起する励起手段と
して、励起光源４１、駆動回路４２、レンズ４３および
レンズ４４を備えている。 【００３８】第２実施形態に係るレーザ光源２は、レー
ザ媒質２２がＱスイッチ素子としての可飽和吸収体の役
割をも兼ねている点で、第１実施形態に係るものと相違
する。この可飽和吸収体の役割を兼ねるレーザ媒質２２
として、例えばＮｄＣｒ：ＹＡＧ結晶が好適に用いられ
る。 【００３９】共振器１０を構成するミラー１１およびミ
ラー１２それぞれは、第１実施形態の場合と同様にレー
ザ媒質２２とは別に設けられてもよいが、本実施形態で
はレーザ媒質２２の端面に形成された誘電体多層膜でコ
ーティングされることで構成されている。すなわち、ミ
ラー１１は、励起光源４１の側のレーザ媒質２２の端面
に形成された誘電体多層膜コーティングであって、励起
光源４１から出力される励起光Ｌ１を透過させるが、励
起されたレーザ媒質２２から放出される光を高反射率で
反射させる。他方のミラー１２は、ミラー１１の反対側
のレーザ媒質２２の端面に形成された誘電体多層膜コー
ティングであって、励起されたレーザ媒質２２から放出
される光の一部パワーを透過させるとともに残部を反射
させ、励起光Ｌ１を高反射率で反射させる。 【００４０】次に、第２実施形態に係るレーザ光源２の
動作について図２を用いて説明する。第２実施形態に係
るレーザ光源２も、制御部５０による制御の下で、第１
実施形態に係るものと略同様に動作する。すなわち、図
２（ａ）に示されるように、駆動回路４２から励起光源
４１へ供給される駆動電流は、励起開始時刻Ｔ１から時
刻Ｔ２までの第１期間には値Ｃ１であり、時刻Ｔ２から
時刻Ｔ３までの第２期間には値Ｃ２である。このような
駆動電流の値の時間変化に伴い、図２（ｂ）に示される
ように、励起光源４１から出力される励起光Ｌ１のパワ
ーは、第１期間には値Ｐ１となり、第２期間には値Ｐ２
となる。ただし、Ｃ１＜Ｃ２ であり、Ｐ１＜Ｐ２ であ
る。値Ｐ２は値Ｐ１の２倍以上であるのが好適である。 【００４１】第１期間では、図２（ｃ）に示されるよう
に、レーザ媒質２２におけるＮｄイオンの反転分布は次
第に大きくなっていき、Ｎｄイオンが上準位から下準位
へ遷移するのに伴ってレーザ媒質２２から放出される光
のパワーも次第に大きくなっていくので、図２（ｄ）に
示されるように、可飽和吸収体としてのレーザ媒質２２
に含まれるＣｒイオンの反転分布も次第に大きくなって
いく。ただし、この第１期間では、Ｎｄイオンの遷移に
伴って生じＣｒイオンに照射される光のパワーは吸収飽
和閾値以下であり、それ故、可飽和吸収体としてのレー
ザ媒質２２は吸収が大きく不透明であり、共振器１０の
Ｑ値は小さい。したがって、第１期間では、図２（ｅ）
に示されるように、レーザ発振は抑制される。 【００４２】そして、図２（ｂ）に示されるように、励
起光源４１から出力される励起光Ｌ１のパワーは、第１
期間から第２期間へ遷移する時刻Ｔ２に値Ｐ２へと急激
に増加し、第２期間では値Ｐ２が維持される。その結
果、第２期間が始まる時刻Ｔ２では、図２（ｃ）に示さ
れるように、レーザ媒質２２におけるＮｄイオンの反転
分布は急激に増加し始めて、レーザ媒質２２から放出さ
れる光のパワーも急激に増加し始めるので、図２（ｄ）
に示されるように、可飽和吸収体としてのレーザ媒質２
２におけるＣｒイオンの反転分布も急激に増加し始め
る。そして、時刻Ｔ２以降の短時間のうちに、Ｎｄイオ
ンの遷移に伴って生じＣｒイオンに照射される光のパワ
ーは吸収飽和閾値を超えることとなり、図２（ｄ）に示
されるように、Ｃｒイオンの反転分布は閾値ＴＨを超え
て、可飽和吸収体としてのレーザ媒質２２は透明とな
り、共振器１０のＱ値は大きくなって、図２（ｅ）に示
されるように、レーザ発振が開始される。 【００４３】レーザ発振が開始されると、レーザ媒質２
２では急激に誘導放出が起きてＮｄイオンの反転分布が
殆ど零となり、これに伴い、可飽和吸収体としてのレー
ザ媒質２２におけるＣｒイオンの反転分布も殆ど零とな
り、共振器１０のＱ値は急に小さくなる。したがって、
レーザ発振は短時間のうちに終了する。このようにし
て、このレーザ光源２では、高パワー・短パルスのパル
スレーザ光Ｌ３がミラー１２より外部へ出力される。 【００４４】以上のように本実施形態に係るレーザ光源
２では、励起開始時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間
には、励起光源４１から出力されてレーザ媒質２２へ照
射される励起光Ｌ１のパワーは値Ｐ１とされ、レーザ媒
質２２におけるＮｄイオンの遷移に伴って発生しＣｒイ
オンに照射される光のパワーは吸収飽和閾値以下とされ
て、共振器１０のＱ値が小さく、レーザ発振が抑制され
る。そして、時刻Ｔ２の直前においては、Ｃｒイオンに
照射される光のパワーは、吸収飽和閾値より僅かに小さ
い程度とされる。この第１期間に続く第２期間には、励
起光源４１から出力されてレーザ媒質２２へ照射される
励起光Ｌ１のパワーは、上記の値Ｐ１より大きい値Ｐ２
とされ、レーザ媒質２２におけるＮｄイオンの遷移に伴
って発生しＣｒイオンに照射される光のパワーは吸収飽
和閾値超とされて、共振器１０のＱ値が大きくなって、
高パワー・短パルスのパルスレーザ光Ｌ３がミラー１２
より外部へ出力される。 【００４５】第２実施形態に係るレーザ光源２は、第１
実施形態に係るものが奏する効果と同様の効果を奏する
ことができる他、以下のような効果をも奏することがで
きる。すなわち、本実施形態では、レーザ媒質２２は、
本来のレーザ媒質の役割を果たすだけでなく、Ｑスイッ
チ素子としての可飽和吸収体の役割をも果たすので、共
振器長を短くすることができ、レーザ光源２は更に小型
のものとすることができる。 【００４６】 【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、励起手段によるレーザ媒質の励起が開始される
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間において、励起手
段によるレーザ媒質の励起の状態は所定値以下とされ、
レーザ媒質より放出されて可飽和吸収体に入射する光の
パワーが吸収飽和閾値以下とされて、レーザ発振が抑制
される。そして、この第１期間に続く時刻Ｔ２から時刻
Ｔ３までの第２期間において、励起手段によるレーザ媒
質の励起の状態が所定値超とされ、レーザ媒質より放出
されて可飽和吸収体に入射する光のパワーが吸収飽和閾
値超とされて、レーザ発振が開始される。 【００４７】したがって、励起手段によるレーザ媒質の
励起が強くなる時刻Ｔ２の直後に、パルスレーザ光が出
力される。このことから、励起手段によるレーザ媒質の
励起の条件が不安定であったとしても、制御手段は、励
起開始時刻Ｔ１および時刻Ｔ２それぞれのタイミングを
制御するだけで、パルスレーザ光の出力タイミングを制
御することができる。それ故、本発明に係るレーザ光源
は、所望の時刻にパルスレーザ光を出力させることが容
易となり、また、繰り返してパルス発振させる場合には
発振間隔を一定とすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るレーザ光源１の構成図であ
る。 【図２】第１実施形態に係るレーザ光源１の動作を説明
する図である。 【図３】第１比較例のレーザ光源の動作を説明する図で
ある。 【図４】第２比較例のレーザ光源の動作を説明する図で
ある。 【図５】可飽和吸収体の反転分布の増加速度とレーザ発
振開始時刻との関係を説明する図である。 【図６】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成図であ
る。 【符号の説明】 １，２…レーザ光源、１０…共振器、１１，１２…ミラ
ー、２１，２２…レーザ媒質、３０…可飽和吸収体、４
１…励起光源、４２…駆動回路、４３，４４…レンズ、
５０…制御部。
る。 【図２】第１実施形態に係るレーザ光源１の動作を説明
する図である。 【図３】第１比較例のレーザ光源の動作を説明する図で
ある。 【図４】第２比較例のレーザ光源の動作を説明する図で
ある。 【図５】可飽和吸収体の反転分布の増加速度とレーザ発
振開始時刻との関係を説明する図である。 【図６】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成図であ
る。 【符号の説明】 １，２…レーザ光源、１０…共振器、１１，１２…ミラ
ー、２１，２２…レーザ媒質、３０…可飽和吸収体、４
１…励起光源、４２…駆動回路、４３，４４…レンズ、
５０…制御部。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 酒井 博
静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ
トニクス株式会社内
(72)発明者 平等 拓範
愛知県岡崎市明大寺字西郷中38 岡崎国立
共同研究機構分子科学研究所内
(72)発明者 ニコライ パベル
愛知県岡崎市明大寺字西郷中38 岡崎国立
共同研究機構分子科学研究所内
(72)発明者 ボイック ルペイ
愛知県岡崎市明大寺字西郷中38 岡崎国立
共同研究機構分子科学研究所内
Ｆターム(参考） 5F072 AB01 AB02 GG05 HH04 HH07
HH09 JJ03 JJ05 JJ07 KK01
KK06 KK30 PP07 RR01 SS06
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 励起されることにより光を放出するレー
ザ媒質と、 このレーザ媒質より放出された光を入射し、その入射光
パワーが大きいほど吸収が小さく、その入射光パワーが
吸収飽和閾値を超えているときに透明である可飽和吸収
体と、 前記レーザ媒質および前記可飽和吸収体を共振光路上に
有し、前記可飽和吸収体が透明であるときに前記レーザ
媒質より放出された光を共振させるとともに、その光の
一部を出力端より出力する共振器と、 前記レーザ媒質をパルス的に励起する励起手段と、 前記励起手段による前記レーザ媒質の励起を制御する制
御手段と、 を備え、 前記制御手段が、 前記励起手段による前記レーザ媒質の励起が開始される
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１期間に、前記励起手段
による前記レーザ媒質の励起の状態を所定値以下とし、
前記レーザ媒質より放出されて前記可飽和吸収体に入射
する光のパワーを前記吸収飽和閾値以下としてレーザ発
振を抑制し、 前記時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの第２期間に、前記励起
手段による前記レーザ媒質の励起の状態を前記所定値超
とし、前記レーザ媒質より放出されて前記可飽和吸収体
に入射する光のパワーを前記吸収飽和閾値超としてレー
ザ発振させる、 ことを特徴とするレーザ光源。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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