JP2017005069A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光の高出力化及び高ビーム品質化が可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置１Ａは、励起光Ｌ１１を出力する励起光源１１と、励起光源１１に電気的に直列に接続され、励起光Ｌ１２を出力する励起光源１２と、励起光源１１及び励起光源１２に駆動電流を供給する電源部１３と、励起光Ｌ１１を入射して種光Ｌ１４を出力するレーザ発振部１４と、励起光Ｌ１１をレーザ発振部１４に向けて集光するレンズ４５と、励起光Ｌ１２及び種光Ｌ１４を入射して種光Ｌ１４を増幅するアンプ媒質１５ａと、励起光Ｌ１１の光軸上において励起光源１１とレンズ４５との間に配置され、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮る遮光部材２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ装置に関する。

特許文献１には、レーザ装置が記載されている。このレーザ装置は、励起光源と、励起光源からの励起光を受けてパルスレーザ光を発振するレーザと、レーザからのパルスレーザ光を増幅する光増幅器と、を備えている。光増幅器は、利得媒質と、上記の励起光源とは別の励起光源と、を含む。レーザから発振されたパルスレーザ光は、光増幅器の利得媒質において、光増幅器の励起光源からの励起光と結合される。これにより、増幅されたパルスレーザ光が生成される。

米国特許７２０３２０９号明細書

現在、レーザ光の高出力化及び高ビーム品質化が求められている。そのためには、例えば、低出力ではあるが高品質な種光を生成し、その種光を増幅することにより高出力化することが考えられる。上記のレーザ装置を例にとると、レーザの励起光源の駆動電流を小さくして励起光の光強度を抑えると共に、光増幅器の励起光源の駆動電流を大きくして励起光の光強度を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、互いに異なる駆動電流を生成するための２系統の電源装置が必要となる。２系統の電源装置を用いると、コストの大幅な増加、及び、装置全体の大型化が避けられない。

本発明は、大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光の高出力化及び高ビーム品質化が可能なレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１の励起光を出力する第１の励起光源と、第１の励起光源に電気的に直列に接続され、第２の励起光を出力する第２の励起光源と、第１の励起光源及び第２の励起光源に駆動電流を供給する電源部と、第１の励起光を受けて放出光を発生させるレーザ媒質、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる可飽和吸収体、第１の励起光を透過させる第１の反射部、及び、レーザ媒質と可飽和吸収体を共振光路上に有して放出光を共振させるレーザ共振器を第１の反射部と共に構成する第２の反射部が一体化されてなり、放出光の一部を種光として出力するレーザ発振部と、第１の励起光をレーザ発振部に向けて集光する集光部と、第２の励起光及び種光を入射して種光を増幅する第１のアンプ媒質と、第１の励起光の光軸上において第１の励起光源と集光部との間に配置され、第１の励起光の一部を遮る遮光部材と、を備える。

このレーザ装置においては、第１の励起光源から出力されてレーザ発振部に入射する第１の励起光の一部が、遮光部材により遮られる（カットされる）。このため、第１及び第２の励起光源に実質的に同等な駆動電流を供給した場合であっても、第１のアンプ媒質には相対的に高い光強度の第２の励起光を入射させつつ、レーザ発振部に入射する第１の励起光の光強度を低下させることができる。このため、このレーザ装置によれば、高ビーム品質な種光を十分に増幅することによって、出力光の高出力化をすることができる。特に、このレーザ装置においては、上記の通り高ビーム品質の種光を高出力化するに際して、第１及び第２の励起光源に対して実質的に同等な駆動電流を供給することができる。このため、複数の系統の電源装置を用意する必要がなく、大型化及びコスト増加が抑えられる。

本発明に係るレーザ装置においては、遮光部材は、第１の励起光の一部を遮る遮光部と、遮光部に設けられ第１の励起光の残部を通過させる通過部と、を含んでもよい。この場合、通過部の形状を適宜設定することにより、第１の励起光のビーム形状を制御することが可能となる。よって、種光のビーム品質をより向上可能である。

本発明に係るレーザ装置においては、通過部は、第１の励起光の光軸方向からみて円形状をなすように遮光部に設けられた開口であってもよい。この場合、第１の励起光のビーム形状を円形状に整形することができる。

本発明に係るレーザ装置においては、遮光部材は、第１の励起光の光軸に交差する所定の方向における一方側の第１の励起光の一部を遮ると共に、所定の方向における他方側の第１の励起光の残部を通過させてもよい。この場合、例えば第１の励起光源がレーザダイオードアレイであるとき、所定の方向をそのアレイ方向に対応付ければ、レーザダイオードアレイにおける熱的に安定したアレイ方向外側の部分からのレーザ光を、第１の励起光の残部としてレーザ発振部に入射させることができる。このため、種光のビーム品質を向上可能である。

本発明に係るレーザ装置においては、遮光部材は、第１の励起光の一部を反射する反射部を含み、反射部により反射された第１の励起光の一部は、第２の励起光と共にアンプ媒質に入射されてもよい。この場合、アンプ媒質に入射する励起光の光強度を向上することができる。

本発明に係るレーザ装置は、第１の励起光源及び第２の励起光源に電気的に直列に接続され、第３の励起光を出力する第３の励起光源と、第１のアンプ媒質で増幅された種光及び第３の励起光を入射し、種光をさらに増幅する第２のアンプ媒質と、をさらに備え、電源部は、第１の励起光源、第２の励起光源、及び、第３の励起光源に駆動電流を供給してもよい。この場合、複数の系統の電源装置を用意することなく、出力光をより高出力化することができる。

本発明によれば、大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光の高出力化及び高ビーム品質化が可能なレーザ装置を提供することができる。

第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。 遮光部材を示す模式的な断面図である。 第２実施形態に係るレーザ装置を示す図である。 第３実施形態に係るレーザ装置を示す図である。 第４実施形態に係るレーザ装置を示す図である。 第５実施形態に係るレーザ装置を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図１に示されるレーザ装置１Ａは、例えば、マイクロチップレーザを用いるマイクロチップレーザ装置である。レーザ装置１Ａは、励起光源（第１の励起光源）１１、励起光源（第２の励起光源）１２、電源部１３、レーザ発振部１４、増幅器１５、光学系１６，１７、ミラー１８，１９、及び、遮光部材２０を備えている。

励起光源１１と励起光源１２と電源部１３とは、互いに電気的に直列に接続されている。励起光源１１は、電源部１３からの駆動電流により駆動され、レーザ発振部１４のための励起光（第１の励起光）Ｌ１１を出力する。励起光源１２は、電源部１３からの駆動電流により駆動され、増幅器１５のための励起光（第２の励起光）Ｌ１２を出力する。励起光源１１と励起光源１２とは、例えば、遅軸方向に沿って配列された複数の活性層を含むレーザダイオードアレイである。

ここでのレーザダイオードアレイは、例えば半導体を用いて形成される半導体レーザである。励起光源１１と励起光源１２とは、一例として、実質的に同一の半導体レーザである。励起光Ｌ１１及び励起光Ｌ１２は、例えばパルスレーザ光である。励起光Ｌ１１の波長及び励起光Ｌ１２の波長は、一例として８０８ｎｍ程度、もしくは９４０ｎｍ程度である。

電源部１３は、励起光源１１及び励起光源１２に一括して駆動電流を供給する。より具体的には、電源部１３は、例えば励起光源１１の負極及び励起光源１２の正極に電気的に接続される。電源部１３は、単一の電源装置であって、単一の駆動回路により励起光源１１及び励起光源１２の駆動電流を生成する。したがって、電源部１３は、励起光源１１及び励起光源１２に実質的に同等な駆動電流を供給する。電源部１３は、例えば、励起光源１１及び励起光源１２にパルス状の駆動電流を供給する。電源部１３と励起光源１１，１２とは直列に接続されているので、励起光源１１，１２を安定的に動作させることができる。

レーザ発振部１４は、例えばマイクロチップレーザである。レーザ発振部１４は、励起光源１１からの励起光Ｌ１１を入射し、種光（例えばパルスレーザ光）Ｌ１４を出力する。より具体的には、レーザ発振部１４は、反射部（第１の反射部）３１、レーザ媒質３２、可飽和吸収体３３、及び、反射部（第２の反射部）３４を含む。反射部３１、レーザ媒質３２、可飽和吸収体３３、及び、反射部３４は、励起光Ｌ１１の光軸に沿って順に配置され、互いに一体化されている。一体化に際しては、例えばダイレクトボンディング（表面活性化接合技術）を用いることができる。

レーザ媒質３２は、励起光Ｌ１１を受けて放出光を発生させる。具体的には、レーザ媒質３２は、光活性物質を含有している。レーザ媒質３２は、励起光Ｌ１１により光活性物質が励起されることによって、放出光を発生させる。レーザ媒質３２は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ及びＹｂ：ＹＡＧ等の結晶である。励起光Ｌ１１の光軸に沿ったレーザ媒質３２の厚さは、例えば０．０１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。レーザ媒質３２の放出光の波長は、例えば１０６４ｎｍ程度、もしくは１０３０ｎｍ程度である。

可飽和吸収体３３は、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる特性を有する。このため、可飽和吸収体３３は、レーザ発振部１４のレーザ共振器において受動Ｑスイッチとして機能する。すなわち、可飽和吸収体３３は、光強度が小さいときには光吸収率が大きく、光強度がある値を超えると光吸収が飽和して光吸収率が急激に小さくなる。可飽和吸収体３３は、例えば、Ｃｒ：ＹＡＧ、Ｖ：ＹＡＧ、又は、ＧａＡｓ等の結晶である。

反射部３１は、励起光Ｌ１１を透過すると共にレーザ媒質３２の放出光を反射する。反射部３４は、レーザ媒質３２の放出光の一部を透過すると共に残部を反射する。反射部３４を透過した一部の放出光が、種光Ｌ１４としてレーザ発振部１４から出力される。反射部３４は、一例として励起光Ｌ１１を反射する。

レーザ媒質３２の放出光の波長に対する反射部３４の反射率は、例えば９０％程度である。反射部３１及び反射部３４は、例えば、誘電体多層膜である。反射部３１及び反射部３４は、レーザ媒質３２の放出光を共振させるレーザ共振器を構成している。レーザ媒質３２及び可飽和吸収体３３は、共振光路上に配置される。すなわち、反射部３４は、レーザ媒質３２と可飽和吸収体３３とを共振光路上に有して放出光を共振させるレーザ共振器を反射部３１と共に構成する。

増幅器１５は、アンプ媒質（第１のアンプ媒質）１５ａを含む。アンプ媒質１５ａは、励起光Ｌ１２及び種光Ｌ１４を入射し、種光Ｌ１４を増幅する。アンプ媒質１５ａは、励起光Ｌ１２の入射面となる端面１５ｓと、端面１５ｓと反対側の端面１５ｒと、を含む。端面１５ｓには、反射部（不図示）が設けられている。端面１５ｓの反射部は、励起光Ｌ１２を透過すると共に種光Ｌ１４を反射する。一方、端面１５ｒには、少なくとも種光Ｌ１４の波長に対する無反射コート（ＡＲコート）が施されている。アンプ媒質１５ａは、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、又は、Ｎｄ：ＹＶＯ_４等である。増幅器１５において増幅された種光Ｌ１４は、出力光Ｌ１５として増幅器１５から出射される。

光学系１６は、励起光源１１とレーザ発振部１４との間に配置されている。光学系１６は、コリメータ４１、コリメータ４２、レンズ４３、コリメータ４４、及び、レンズ（集光部）４５を含む。コリメータ４１、コリメータ４２、レンズ４３、コリメータ４４、及び、レンズ４５は、励起光Ｌ１１の光軸上にこの順に配列されている。光学系１６は、ビームの形状調整や平行化を行う整形光学系である。

コリメータ４１は、励起光源１１から出力された励起光Ｌ１１を速軸方向にコリメートする。コリメータ４１における励起光Ｌ１１の光路の後段側には、ローテータ（不図示）が設けられている。ローテータは、コリメータ４１からの励起光Ｌ１１を、その光軸に直交する面内において９０°回転させる。コリメータ４２は、ローテータから出射した励起光Ｌ１１を速軸方向（元の遅軸方向）にコリメートする。これにより、励起光Ｌ１１は、速軸方向及び遅軸方向の両方においてコリメートされる。なお、ローテータを用いずに、コリメータ４１から出射した励起光Ｌ１１を遅軸方向にコリメートするコリメータを用いてもよい。

レンズ４３は、コリメータ４２から出射した励起光Ｌ１１を遅軸方向に集光する。コリメータ４４は、レンズ４３から出射した励起光Ｌ１１を遅軸方向にコリメートする。レンズ４５は、コリメータ４４から出射した励起光Ｌ１１を、レーザ発振部１４に向けて集光する。ここでは、レンズ４５は、励起光Ｌ１１を速軸方向及び遅軸方向に集光する。励起光Ｌ１１の集光位置は、レーザ媒質３２のレンズ４５側の端面３２ｓ（共振器の境界面）近傍である。

より具体的には、レンズ４５は、例えば、励起光Ｌ１１を、レーザ媒質３２の端面３２ｓに集光することができる。この場合、励起光Ｌ１１のビームスポットのサイズがレーザ媒質３２の端面３２ｓで最小となる。このため、種光Ｌ１４のビーム品質が最良となる。また、レンズ４５は、励起光Ｌ１１を、レーザ媒質３２の端面３２ｓよりもレーザ媒質３２の内側に集光することができる。この場合、励起光Ｌ１１とレーザ発振部１４の発振モードとの重なる部分が大きくなり、励起光Ｌ１１の利用率が向上する。

さらに、レンズ４５は、励起光Ｌ１１を、レーザ媒質３２の端面３２ｓよりもレンズ４５側（レーザ媒質３２の外側）に集光する場合がある。この場合、励起光Ｌ１１とレーザ発振部１４の発振モードの重なる部分が小さくなり、励起損失を任意に調整できる。また、この場合、レーザ媒質３２における励起光Ｌ１１のビームスポットのサイズが大きくなると共に光密度が小さくなり、励起モードの中心部だけが種光Ｌ１４の発振に寄与する。このため、種光Ｌ１４のビーム品質と出力とのバランスがよい。

種光Ｌ１４のビーム品質の観点からは、励起光Ｌ１１をレーザ媒質３２の端面３２ｓに集光する場合、励起光Ｌ１１をレーザ媒質３２の外側に集光する場合、励起光Ｌ１１をレーザ媒質３２の内側に集光する場合の順で好ましい態様である。一方、種光Ｌ１４の高出力化の観点からは、励起光Ｌ１１をレーザ媒質３２の内側に集光する場合、励起光Ｌ１１をレーザ媒質３２の外側に集光する場合、励起光Ｌ１１をレーザ媒質３２の端面３２ｓに集光する場合の順に好ましい態様である。したがって、レンズ４５による励起光Ｌ１１の集光位置は、要求に応じて適宜設定すればよい。

光学系１７は、励起光源１２と増幅器１５との間に配置されている。光学系１７は、コリメータ５１、コリメータ５２、レンズ５３、コリメータ５４、及び、レンズ５５を含む。コリメータ５１、コリメータ５２、レンズ５３、コリメータ５４、及び、レンズ５５は、励起光Ｌ１２の光軸上にこの順に配列されている。光学系１７は、ビームの形状調整や平行化を行う整形光学系である。

コリメータ５１は、励起光源１２から出力された励起光Ｌ１２を速軸方向にコリメートする。コリメータ５１における励起光Ｌ１２の光路の後段側には、ローテータ（不図示）が設けられている。ローテータは、コリメータ５１からの励起光Ｌ１２を、その光軸に直交する面内において９０°回転させる。コリメータ５２は、ローテータから出射した励起光Ｌ１２を速軸方向（元の遅軸方向）にコリメートする。これにより、励起光Ｌ１２は、速軸方向及び遅軸方向の両方においてコリメートされる。なお、ローテータを用いずに、コリメータ５１から出射した励起光Ｌ１２を遅軸方向にコリメートするコリメータを用いてもよい。

レンズ５３は、コリメータ５２から出射した励起光Ｌ１２を遅軸方向に集光する。コリメータ５４は、レンズ５３から出射した励起光Ｌ１２を遅軸方向にコリメートする。レンズ５５は、コリメータ５４から出射した励起光Ｌ１２を、増幅器１５（アンプ媒質１５ａ）に向けて集光する。ここでは、レンズ５５は、励起光Ｌ１２を速軸方向及び遅軸方向に集光する。励起光Ｌ１２の集光位置は、例えばアンプ媒質１５ａの端面１５ｓである。

ミラー１８及びミラー１９は、レーザ発振部１４から出力された種光Ｌ１４を増幅器１５に入射させる。より具体的には、ミラー１８及びミラー１９は、種光Ｌ１４がアンプ媒質１５ａの端面１５ｒに入射するように、反射により種光Ｌ１４の光路を偏向する。

遮光部材２０は、励起光Ｌ１１の光路上において、励起光源１１とレンズ４５との間に設けられる。ここでは、遮光部材２０は、コリメータ４４とレンズ４５との間に配置されている。遮光部材２０は、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮る（カットする）ことにより、励起光Ｌ１１の残部Ｌｒのみをレンズ４５及びレーザ発振部１４に入射させる。すなわち、遮光部材２０は、励起光Ｌ１１の光強度を低下させてレーザ発振部１４（レーザ媒質３２及び可飽和吸収体３３）に入射させる。

図２は、遮光部材を示す模式的な断面図である。図１，２に示されるように、遮光部材２０は、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮る遮光部２１と、遮光部２１に設けられ励起光Ｌ１１の残部Ｌｒを通過させる通過部２２と、を含む。ここでは、一例として、通過部２２は、遮光部２１に設けられた開口（孔）である。通過部２２は、励起光Ｌ１１の光軸方向からみて、円形状をなしている。したがって、遮光部材２０は、全体として環状を呈している。ただし、遮光部材２０の全体の形状は、任意に設定することができる。

そして、遮光部材２０は、例えば、通過部２２の中心と励起光Ｌ１１のビームスポットの中心とが実質的に一致するように配置される。したがって、ここでは、励起光Ｌ１１の（ビームスポットの）外縁部分が遮光部２１により遮られる一部Ｌｐであり、中心部分が通過部２２を通過する残部Ｌｒである。遮光部材２０は、例えばアパーチャである。

以上のように構成されるレーザ装置１Ａにおいては、まず、電源部１３から励起光源１１及び励起光源１２に駆動電流が供給される。これにより、励起光源１１から励起光Ｌ１１が出力されると共に励起光源１２から励起光Ｌ１２が出力される。励起光源１１から出力された励起光Ｌ１１は、遮光部材２０によって一部Ｌｐが遮られ、残部Ｌｒがレンズ４５に向かう。

励起光Ｌ１１の残部Ｌｒは、レンズ４５により集光されてレーザ発振部１４に入射する。そして、励起光Ｌ１１がレーザ媒質３２を励起することにより、レーザ発振部１４から種光Ｌ１４が出力される。レーザ発振部１４から出力された種光Ｌ１４は、ミラー１８及びミラー１９により偏向されて増幅器１５に入射する。

一方、励起光源１２から出力された励起光Ｌ１２は、光学系１７を通過して増幅器１５（アンプ媒質１５ａ）に入射する。すなわち、増幅器１５には、励起光Ｌ１２及び種光Ｌ１４が入射する。増幅器１５に入射した種光Ｌ１４は、励起光Ｌ１２のアンプ媒質１５ａの励起に応じて増幅される。これにより、増幅された種光Ｌ１４が出力光Ｌ１５として増幅器１５及びレーザ装置１Ａから外部に出力される。

以上説明したように、レーザ装置１Ａにおいては、励起光源１１から出力されてレーザ発振部１４に入射する励起光Ｌ１１の一部Ｌｐが、遮光部材２０により遮られる。したがって、励起光源１１，１２に実質的に同等な駆動電流を供給した場合であっても、増幅器１５（アンプ媒質１５ａ）には相対的に高い光強度の励起光Ｌ１２を入射させつつ、レーザ発振部１４に入射する励起光Ｌ１１の光強度を低下させることができる。このため、レーザ装置１Ａによれば、高ビーム品質な種光Ｌ１４を十分に増幅することによって、出力光Ｌ１５の高出力化をすることができる。

特に、レーザ装置１Ａにおいては、上記の通り高ビーム品質の種光Ｌ１４を高出力化するに際して、励起光源１１及び励起光源１２に対して単一の電源部１３により実質的に同等な駆動電流を供給することができる。このため、複数の系統の電源装置を用意する必要がなく、大型化及びコスト増加が抑えられる。すなわち、レーザ装置１Ａによれば、大型化及びコスト増加を抑制しつつ、出力光Ｌ１５の高出力化及び高ビーム品質化が可能である。

また、レーザ装置１Ａにおいては、遮光部材２０は、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮る遮光部２１と、遮光部２１に設けられ励起光Ｌ１１の残部Ｌｒを通過させる通過部２２と、を含んでいる。このため、通過部２２の形状を適宜設定することにより、励起光Ｌ１１のビーム形状を制御することが可能となる。よって、種光Ｌ１４のビーム品質をより向上可能である。

さらに、レーザ装置１Ａにおいては、通過部２２は、励起光Ｌ１１の光軸方向からみて円形状をなすように遮光部２１に設けられた開口である。このため、励起光Ｌ１１のビーム形状を円形状に整形することができる。

ここで、レーザ装置１Ａにおいては、一例として、コリメータ４４を通過したときの励起光Ｌ１１のビーム径は数ｍｍのオーダーである（例えば１ｍｍ）。また、一例として、レンズ４５を通過してレーザ発振部１４に入射するときの励起光Ｌ１１のビーム径は、数百μｍのオーダーである（例えば１００μｍ）。つまり、励起光Ｌ１１は、レンズ４５によって、１０倍程度に絞られることになる。そして、レーザ装置１Ａにおいては、そのようにレンズ４５により絞る前の大きなビーム径であり且つ平行化された励起光Ｌ１１に対して、遮光部材２０により光量の調整をする。このため、容易且つ高精度に光量の調整が可能である。
［第２実施形態］

図３は、第２実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図３に示されるように、レーザ装置１Ｂは、遮光部材２０に替えて遮光部材２０Ｂを備える点、及び、ミラー６０をさらに備える点でレーザ装置１Ａと相違している。レーザ装置１Ｂのその他の構成は、レーザ装置１Ａと同様である。

遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の光路上において、励起光源１１とレンズ４５との間に設けられる。ここでは、遮光部材２０Ｂは、コリメータ４４とレンズ４５との間に配置されている。遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮ることにより、励起光Ｌ１１の残部Ｌｒのみをレンズ４５及びレーザ発振部１４に入射させる。すなわち、遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の光強度を低下させてレーザ発振部１４（レーザ媒質３２及び可飽和吸収体３３）に入射させる。

遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の光路の一部に重複するように配置されている。特に、遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の光軸に交差する所定の方向における一方側の励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮ると共に、所定の方向における他方側の励起光Ｌ１１の残部Ｌｒを通過させる。所定の方向は、励起光源１１がレーザダイオードアレイである場合には、そのアレイ方向に対応付けられる。具体的には、ここでは、遮光部材２０Ｂの前段にローテータが設けられるので、所定の方向は、レーザダイオードアレイのアレイ方向を９０°回転させた方向とすることができる。

一方、ローテータを用いない場合には、所定の方向は、レーザダイオードアレイのアレイ方向とすることができる。これにより、遮光部材２０Ｂは、レーザダイオードアレイにおけるアレイ方向の一方側の部分からの励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮ると共に、アレイ方向の他方側の部分からの励起光Ｌ１１の残部Ｌｒを通過させることになる。つまり、ここでは、レーザダイオードアレイのアレイ方向外側の部分からのレーザ光が、励起光Ｌ１１の残部Ｌｒとしてレーザ発振部１４に入射される。

また、少なくとも遮光部材２０Ｂの励起光Ｌ１１との重複部分は、励起光Ｌ１１の波長の光を反射する反射部とされている。したがって、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐは、その反射部により反射される。すなわち、遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する反射部を含む。この反射部は、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮る遮光部でもある。

ミラー６０は、励起光Ｌ１２の光路上において、励起光源１２とレンズ５５との間に設けられている。ここでは、ミラー６０は、コリメータ５４とレンズ５５との間に配置されている。また、ミラー６０は、励起光Ｌ１２に重複しないように配置される（例えば、励起光Ｌ１２のビームの上方に配置される）。上記の遮光部材２０Ｂは、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを、このミラー６０に向けて反射する。

そして、ミラー６０は、遮光部材２０Ｂからの励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを、レンズ５５に向けてさらに反射する。したがって、ここでは、遮光部材２０Ｂにより反射された励起光Ｌ１１の一部Ｌｐは、励起光Ｌ１２と共にレンズ５５により集光され、増幅器１５（アンプ媒質１５ａ）に入射する。

以上説明したように、レーザ装置１Ｂによれば、励起光Ｌ１１のビーム形状を円形状に整形できる点を除いて、レーザ装置１Ａと同様の効果を奏することができる。また、レーザ装置１Ｂによれば、遮光部材２０Ｂが、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する反射部を含む。そして、遮光部材２０Ｂの反射部により反射された励起光Ｌ１１の一部Ｌｐが、ミラー６０によってさらに反射され、励起光Ｌ１２と共にアンプ媒質１５ａに入射する。このため、アンプ媒質１５ａに入射する励起光の光強度の向上により、種光Ｌ１４を確実に増幅することができる。

さらに、レーザ装置１Ｂにおいては、遮光部材２０Ｂが、励起光Ｌ１１の光軸に交差する所定の方向における一方側の励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮ると共に、所定の方向における他方側の励起光Ｌ１１の残部Ｌｒを通過させる。このため、例えば励起光源１１がレーザダイオードアレイであるとき、所定の方向をそのアレイ方向に対応付ければ、レーザダイオードアレイにおける熱的に安定した外側部分からのレーザ光を、励起光Ｌ１１の残部Ｌｒとしてレーザ発振部１４に入射させることができる。このため、種光Ｌ１４のビーム品質を向上可能である。
［第３実施形態］

図４は、第３実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図４に示されるように、レーザ装置１Ｃは、遮光部材２０に替えて遮光部材２０Ｂを備える点、及び、半波長板７１と偏光ビームスプリッタ７２とをさらに備える点において、レーザ装置１Ａと相違している。レーザ装置１Ｃのその他の構成は、レーザ装置１Ａと同様である。

偏光ビームスプリッタ７２は、励起光Ｌ１２の光路上において、励起光源１２とレンズ５５との間に配置されている。ここでは、偏光ビームスプリッタ７２は、コリメータ５４とレンズ５５との間に配置される。また、偏光ビームスプリッタ７２は、励起光Ｌ１２に重複するように配置される。すなわち、偏光ビームスプリッタ７２は、励起光Ｌ１２のビームの中に配置される。さらに、偏光ビームスプリッタ７２は、励起光Ｌ１２の偏光方向の光を透過する。したがって、励起光Ｌ１２は、偏光ビームスプリッタ７２を通過してレンズ５５に向かう。

遮光部材２０Ｂは、偏光ビームスプリッタ７２に向けて励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する。半波長板７１は、偏光ビームスプリッタ７２に向かう励起光Ｌ１１の一部Ｌｐの光路上に配置されている。したがって、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐは、半波長板７１により偏光方向が変更される。これにより、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐの偏光方向が、励起光Ｌ１２の偏光方向と異なる偏光方向となる。その後、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐは、偏光ビームスプリッタ７２によりレンズ５５に向けて反射される。したがって、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐは、励起光Ｌ１２に結合され、励起光源１２と共にアンプ媒質１５ａに入射する。

以上説明したように、レーザ装置１Ｃによれば、励起光Ｌ１１のビーム形状を円形状に整形できる点を除いて、レーザ装置１Ａと同様の効果を奏することができる。また、レーザ装置１Ｃによれば、遮光部材２０Ｂが、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する反射部を含む。そして、遮光部材２０Ｂの反射部により反射された励起光Ｌ１１の一部Ｌｐが、半波長板７１及び偏光ビームスプリッタ７２によって、励起光Ｌ１２と共にアンプ媒質１５ａに入射させられる。このため、アンプ媒質１５ａに入射する励起光の光強度の向上により、種光Ｌ１４を確実に増幅することができる。さらに、レーザ装置１Ｃによれば、レーザ装置１Ｂと同様に理由から、例えば励起光源１１がレーザダイオードアレイである場合に種光Ｌ１４のビーム品質を向上可能である。
［第４実施形態］

図５は、第４実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図５に示されるように、レーザ装置１Ｄは、遮光部材２０に替えて遮光部材２０Ｄを備える点、及び、ミラー６０Ｄをさらに備える点において、レーザ装置１Ａと相違している。レーザ装置１Ｄのその他の構成は、レーザ装置１Ａと同様である。

遮光部材２０Ｄは、励起光Ｌ１１の光路上において、励起光源１１とレンズ４５との間に設けられる。ここでは、遮光部材２０Ｄは、コリメータ４４とレンズ４５との間に配置されている。遮光部材２０Ｄは、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮ることにより、励起光Ｌ１１の残部Ｌｒのみをレンズ４５及びレーザ発振部１４に入射させる。すなわち、遮光部材２０Ｄは、励起光Ｌ１１の光強度を低下させてレーザ発振部１４（レーザ媒質３２及び可飽和吸収体３３）に入射させる。

遮光部材２０Ｄは、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮る遮光部２１Ｄと、遮光部２１Ｄに設けられ、励起光Ｌ１１の残部Ｌｒを通過させる通過部２２と、を含む。励起光Ｌ１１の光軸方向から見たとき、遮光部２１Ｄは円板状をなしており、通過部２２は円形状をなしている。したがって、遮光部材２０Ｄは、励起光Ｌ１１の光軸方向からみて、円環状をなしている。ただし、遮光部２１Ｄの外形（すなわち、遮光部材２０Ｄの全体の形状）は、任意に設定することができる。遮光部材２０Ｄは、例えば、通過部２２の中心と励起光Ｌ１１のビームの中心とが実質的に一致するように配置される。したがって、ここでは、励起光Ｌ１１のビームの外縁部分が遮光部２１Ｄにより遮られる一部Ｌｐであり、中心部分が通過部２２を通過する残部Ｌｒである。

ここで、遮光部２１Ｄにおける励起光Ｌ１１の入射面は、励起光Ｌ１１の波長の光を反射する反射部とされている。したがって、遮光部２１Ｄは、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する。ミラー６０Ｄは、励起光Ｌ１２の光路上において、励起光源１２とレンズ５５との間に設けられている。ここでは、ミラー６０は、コリメータ５４とレンズ５５との間に配置されている。遮光部２１Ｄは、このミラー６０に向けて励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する。

ミラー６０Ｄは、遮光部材２０Ｄからの励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する反射部６１Ｄと、反射部６１Ｄに設けられ励起光Ｌ１２を通過させる通過部６２と、を含む。励起光Ｌ１２の光軸方向からみたとき、反射部６１Ｄは円板状をなしており、通過部６２は円形状をなしている。したがって、ミラー６０Ｄは、励起光Ｌ１２の光軸方向からみて、円環状をなしている。一例として、ミラー６０Ｄと遮光部材２０Ｄとは、実質的に同じ形状である。ただし、反射部６１Ｄの外形（すなわち、ミラー６０Ｄの全体の形状）は、任意に設定することができる。ミラー６０Ｄは、例えば、通過部６２の中心と励起光Ｌ１２のビームの中心とが実質的に一致するように配置される。したがって、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐは、励起光Ｌ１２のビームの外縁に配置されて励起光Ｌ１２に結合され、励起光Ｌ１２と共にアンプ媒質１５ａに入射する。

以上説明したように、レーザ装置１Ｄによれば、レーザ装置１Ａと同様の効果を奏することができる。また、レーザ装置１Ｄによれば、遮光部材２０Ｄが、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを反射する反射部を含む。そして、遮光部材２０Ｄの反射部により反射された励起光Ｌ１１の一部Ｌｐが、ミラー６０Ｄによってさらに反射され、励起光Ｌ１２と共にアンプ媒質１５ａに入射させられる。このため、アンプ媒質１５ａに入射する励起光の光強度の向上により、種光Ｌ１４を確実に増幅することができる。
［第５実施形態］

図６は、第５実施形態に係るレーザ装置を示す図である。図６に示されるように、レーザ装置１Ｅは、励起光源（第３の励起光源）２３、増幅器２４、光学系１７Ｅ、ミラー２５、及び、ミラー２６をさらに備える点において、レーザ装置１Ｂと相違している。レーザ装置１Ｅのその他の構成は、レーザ装置１Ｂと同様である。

励起光源２３は、励起光Ｌ１１及び励起光Ｌ１２と同様の構成を有する。励起光源２３は、励起光源１１、励起光源１２、及び電源部１３と電気的に直列に接続されている。励起光源２３は、電源部１３からの駆動電流により駆動され、増幅器２４のための励起光（第３の励起光）Ｌ２３を出力する。電源部１３は、励起光源１１、励起光源１２、及び、励起光源２３に一括して駆動電流を供給する。

より具体的には、電源部１３は、例えば励起光源１１の負極及び励起光源２３の正極に電気的に接続される。電源部１３は、単一の電源装置であって、単一の駆動回路により励起光源１１、励起光源１２、及び、励起光源２３の駆動電流を生成する。したがって、電源部１３は、励起光源１１、励起光源１２、及び、励起光源２３に実質的に同等な駆動電流を供給する。電源部１３と励起光源１１，１２，２３とは直列に接続されているので、励起光源１１，１２，２３を安定的に動作させることができる。

増幅器２４は、アンプ媒質（第２のアンプ媒質）２４ａを含む。アンプ媒質２４ａは、励起光Ｌ２３及び増幅器１５からの出力光Ｌ１５を入射し、出力光Ｌ１５をさらに増幅する。アンプ媒質２４ａは、励起光Ｌ２３の入射面となる端面２４ｓと、端面２４ｓと反対側の端面２４ｒと、を含む。端面２４ｓには、反射部（不図示）が設けられている。端面２４ｓの反射部は、励起光Ｌ２３を透過すると共に出力光Ｌ１５を反射する。一方、端面２４ｒには、少なくとも出力光Ｌ１５の波長に対する無反射コート（ＡＲコート）が施されている。アンプ媒質２４ａは、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、又は、Ｎｄ：ＹＶＯ_４等である。増幅器２４において増幅された出力光Ｌ１５は、出力光Ｌ２４として増幅器２４から出射される。

光学系１７Ｅは、励起光源２３と増幅器２４との間に配置されている。光学系１７Ｅの構成は、光学系１７と同様である。すなわち、光学系１７Ｅは、励起光Ｌ１２に対する光学系１７と同様に、励起光Ｌ２３に対してコリメート及び集光を行い、励起光Ｌ２３を増幅器２４に入射させる。ミラー２５及びミラー２６は、増幅器１５から出力された出力光Ｌ１５を増幅器２４に入射させる。より具体的には、ミラー２５及びミラー２６は、出力光Ｌ１５がアンプ媒質２４ａの端面２４ｒに入射するように、反射により出力光Ｌ１５の光路を偏向する。

レーザ装置１Ｅにおいては、増幅器１５から出力された出力光Ｌ１５は、ミラー２５及びミラー２６により偏向されて増幅器１５に入射する。一方、励起光源２３から出力された励起光Ｌ２３は、光学系１７Ｅを通過して増幅器２４（アンプ媒質２４ａ）に入射する。すなわち、増幅器２４には、励起光Ｌ２３及び出力光Ｌ１５が入射する。増幅器２４に入射した出力光Ｌ１５は、励起光Ｌ２３のアンプ媒質２４ａの励起に応じて増幅される。これにより、さらに増幅された出力光Ｌ１５が出力光Ｌ２４として増幅器２４及びレーザ装置１Ｅから外部に出力される。

以上説明したように、レーザ装置１Ｅによれば、レーザ装置１Ｂと同様の効果を奏することができる。さらに、レーザ装置１Ｅによれば、複数の系統の電源装置を用意することなく、出力光をより高出力化することができる。

以上の実施形態は、本発明に係るレーザ装置の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ装置は、上述したレーザ装置１Ａ〜１Ｅに限定されない。本発明に係るレーザ装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したレーザ装置１Ａ〜１Ｅを任意に変更したものとすることができる。

例えば、上記実施形態においては、遮光部材２０，２０Ｂ，２０Ｄが、コリメータ４４とレンズ４５との間に配置される例について説明した。しかしながら、遮光部材２０，２０Ｂ，２０Ｄは、励起光源１１とレンズ４５との間において、励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮ることが可能な任意の位置に配置することができる。

コリメータ４２の後段であれば、励起光Ｌ１１は、速軸方向及び遅軸方向についてコリメート済みである。したがって、例えば、遮光部材２０，２０Ｂ，２０Ｄ（以下、単に「遮光部材」と称する）を、コリメータ４２とレンズ４３との間に配置することも考えられる。しかしながら、コリメータ４２とレンズ４３との間では、励起光Ｌ１１は若干発散している。したがって、コリメータ４２とレンズ４３との間において、遮光部材により光量を調整することは困難である。また、拡がりが小さいうちに励起光Ｌ１１をレンズ４３に入射させないと、レンズ４３のサイズを大きくする必要が生じる。

また、一例として、レンズ４３とコリメータ４４との間に遮光部材を配置することも考えられる。しかしながら、レンズ４３とコリメータ４４との間では、励起光Ｌ１１が集光されつつあるので、励起光Ｌ１１の進行方向に対する遮光部材の位置ズレが許容されなくなる。さらに、別の一例としては、レンズ４５の後段に遮光部材を配置することも考えられる。しかしながら、ここでも同様に励起光Ｌ１１が集光されつつあるので、同様の理由から、励起光Ｌ１１の進行方向に対する遮光部材の位置ズレが許容されなくなる。したがって、これらの場合も、遮光部材により光量を調整することは困難である。

さらに、励起光Ｌ１１が、コリメータ４４を通過したときのように平行化が十分でない場合には、遮光部材の通過時に光の回折が起こる。これにより、レーザ発振部１４の余計な部分に光が入射し、レーザ発振部１４における発振光のビーム品質が低下する。つまり、速軸方向及び遅軸方向についてコリメートされた後に、さらに集光及びコリメートされ、相応の平行度を有する励起光Ｌ１１に対して遮光部材を適用することにより、容易且つ確実に光量の調整を行うことができると考えられる。

すなわち、速軸コリメータ、遅軸コリメータ（ローテータ＋速軸コリメータ）、レンズ、コリメータの順に通過した励起光Ｌ１１に対して、遮光部材により光量の調整を行うことが有効であると考えられる。このように、遮光部材は、励起光源１１とレンズ４５との間の任意の位置に配置することができるが、特に、コリメータ４４とレンズ４５との間に配置することが望ましい。

なお、レーザ発振部１４内（例えばレーザ媒質３２と可飽和吸収体３３との間）に遮光部材を入れることも考えられるが、光路の調整等が非常に困難であると共に、レーザ発振部１４の製造上も余計なプロセスが加わるという問題が生じ得る。

ここで、レーザ装置１Ａ，１Ｄにおいては、遮光部材２０，２０Ｄが遮光部２１，２１Ｄと通過部２２とを含み、且つ、通過部２２の中心と励起光Ｌ１１のビームスポットの中心とを実質的に一致させる態様について説明した。しかしながら、例えば、通過部２２の中心を励起光Ｌ１１のビームスポットの中心からシフトさせてもよい。

この場合、遮光部材２０，２０Ｄは、励起光Ｌ１１の光軸方向に交差する所定の方向における一方側（通過部２２のシフト方向の反対側）の励起光Ｌ１１の一部Ｌｐを遮光部２１，２１Ｄにより遮光すると共に、所定の方向における他方側（通過部２２のシフト方向側）の励起光Ｌ１１の別の一部を含む残部Ｌｒを通過部２２により通過させる。この場合には、レーザ装置１Ｂ，１Ｃと同様の理由から、例えば励起光源１１がレーザダイオードアレイである場合に種光Ｌ１４のビーム品質を向上可能である。

ここで、レーザ装置１Ａ〜１Ｅにおいては、ミラー１８，１９を用いずに、端面１５ｓから種光Ｌ１４をアンプ媒質１５ａに入射させてもよい。この場合、励起光Ｌ１１を、種光Ｌ１４と同様に端面１５ｓからアンプ媒質１５ａに入射させてもよいし、アンプ媒質１５ａの別の端面（例えば端面１５ｓと端面１５ｒとを接続する側面）から入射させてもよい。ただし、アンプ媒質１５ａにおける互いに対向する端面から、励起光Ｌ１１及び種光Ｌ１４のそれぞれをアンプ媒質１５ａに入射せる場合に、ビーム品質が最もよくなると考えられる。なお、レーザ装置１Ｅにあっては、同様の理由から、ミラー２５，２６をさらに用いなくてもよい。

また、上記実施形態においては、レーザ装置１Ｅとして、レーザ装置１Ｂに対してさらに励起光源２３及び増幅器２４等を追加する構成を開示している。しかしながら、レーザ装置１Ａ，１Ｃ，１Ｄに対して、励起光源２３及び増幅器２４等を追加してレーザ装置１Ｅを構成してもよい。さらに、励起光源２３及び増幅器２４等を２組以上追加してもよい。

また、図３に示されるレーザ装置１Ｂにおいては、遮光部材２０Ｂに対して励起光Ｌ１１の反射部としての機能を持たせなくてもよい。この場合には、レーザ装置１Ｂにおいて、ミラー６０が不要となる。

さらに、レーザ発振部１４は、セラミック製であってもよい。例えば、レーザ媒質３２及び可飽和吸収体３３を、セラミックを用いて構成することができる。

１Ａ〜１Ｅ…レーザ装置、１１…励起光源（第１の励起光源）、１２…励起光源（第２の励起光源）、１３…電源部、１４…レーザ発振部、１５ａ…アンプ媒質（第１のアンプ媒質）、２０，２０Ｂ，２０Ｄ…遮光部材、２１，２１Ｄ…遮光部、２２…通過部、２３…励起光源（第３の励起光源）、２４ａ…アンプ媒質（第２のアンプ媒質）、４５…レンズ（集光部）、Ｌ１１…励起光（第１の励起光）、Ｌ１２…励起光（第２の励起光）、Ｌ１４…種光、Ｌ２３…励起光（第３の励起光）。

Claims (6)

1. 第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
   前記第１の励起光源に電気的に直列に接続され、第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
   前記第１の励起光源及び前記第２の励起光源に駆動電流を供給する電源部と、
   前記第１の励起光を受けて放出光を発生させるレーザ媒質、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる可飽和吸収体、前記第１の励起光を透過させる第１の反射部、及び、前記レーザ媒質と前記可飽和吸収体とを共振光路上に有して前記放出光を共振させるレーザ共振器を前記第１の反射部と共に構成する第２の反射部が一体化されてなり、前記放出光の一部を種光として出力するレーザ発振部と、
   前記第１の励起光を前記レーザ発振部に向けて集光する集光部と、
   前記第２の励起光及び前記種光を入射して前記種光を増幅する第１のアンプ媒質と、
   前記第１の励起光の光軸上において前記第１の励起光源と前記集光部との間に配置され、前記第１の励起光の一部を遮る遮光部材と、
   を備える、
   レーザ装置。
2. 前記遮光部材は、前記第１の励起光の一部を遮る遮光部と、前記遮光部に設けられ前記第１の励起光の残部を通過させる通過部と、を含む、
   請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記通過部は、前記第１の励起光の光軸方向からみて円形状をなすように前記遮光部に設けられた開口である、
   請求項２に記載のレーザ装置。
4. 前記遮光部材は、前記第１の励起光の光軸に交差する所定の方向における一方側の前記第１の励起光の一部を遮ると共に、前記所定の方向における他方側の前記第１の励起光の残部を通過させる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
5. 前記遮光部材は、前記第１の励起光の一部を反射する反射部を含み、
   前記反射部により反射された前記第１の励起光の一部は、前記第２の励起光と共に前記アンプ媒質に入射される、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
6. 前記第１の励起光源及び前記第２の励起光源に電気的に直列に接続され、第３の励起光を出力する第３の励起光源と、
   前記第１のアンプ媒質で増幅された前記種光及び前記第３の励起光を入射し、前記種光をさらに増幅する第２のアンプ媒質と、
   をさらに備え、
   前記電源部は、前記第１の励起光源、前記第２の励起光源、及び、前記第３の励起光源に駆動電流を供給する、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。

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