特許 6142875 レーザ光源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6142875

(24)【登録日】2017年5月19日

(45)【発行日】2017年6月7日

(54)【発明の名称】レーザ光源

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/37 20060101AFI20170529BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20170529BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20170529BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/37

   H01S3/067

   H01S3/10 D

   H01S3/10 Z

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-532981(P2014-532981)

(86)(22)【出願日】2013年8月23日

(86)【国際出願番号】JP2013072592

(87)【国際公開番号】WO2014034567

(87)【国際公開日】20140306

【審査請求日】2016年7月14日

(31)【優先権主張番号】特願2012-192107(P2012-192107)

(32)【優先日】2012年8月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】長能 重博

(72)【発明者】

【氏名】角井 素貴

(72)【発明者】

【氏名】耕田 浩

(72)【発明者】

【氏名】玉置 忍

(72)【発明者】

【氏名】金内 靖臣

【審査官】 佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０２６５１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１０９２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−３４７８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３７１７７（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 KHAZANOV,E. et al.，Compensation of Thermally Induced Modal Distortions in Faraday Isolators，IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS，２００４年１０月，VOL.40,NO.10，1500-1510

【文献】 SNETKOV,I. et al.，Compensation of thermally induced depolarization in Faraday isolators for high average power lasers，OPTICS EXPRESS，２０１１年 ３月２８日，Vol.19,No.7，6366-6376

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５，１／２１−７／００

Ｇ０２Ｂ ２７／２８

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＯＳＡ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

種光源と、
前記種光源から出射されたパルス化種光を増幅するファイバレーザと、
前記ファイバレーザから出射されたレーザ光をコリメートするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズによりコリメートされた前記レーザ光が入射される入射端面と、前記レーザ光が出射される出射端面を有するアイソレータであって、前記入射端面と前記出射端面との間に配置された、正の熱光学定数を有するファラデー回転結晶を含むアイソレータと、
前記コリメータレンズと前記アイソレータとの間を伝搬するレーザ光の光路上、または、前記アイソレータの出射端面から出射されたレーザ光の光路上に配置された、負の熱光学定数を有する非線形光学結晶であって、前記レーザ光が入射される第１の端面と、前記第１の端面に対向するとともに前記レーザ光が出射される第２の端面を有する非線形光学結晶と、
を備え、
前記非線形光学結晶の前記第１の端面に入射されるレーザ光の第１の伝搬軸と前記第１の端面に対する垂線とのなす角が０°より大きく９０°未満であり、かつ、前記非線形光学結晶内を伝搬するレーザ光の第２の伝搬軸と前記非線形光学結晶の光学軸とが平行になるように、前記非線形光学結晶が配置された
ことを特徴とするレーザ光源。

【請求項2】

前記レーザ光の前記第１の伝搬軸と前記第１の端面に対する垂線とのなす角は、１°以上１０°以下であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。

【請求項3】

前記レーザ光の前記第２の伝搬軸に沿った、前記非線形光学結晶の厚みは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光源。

【請求項4】

前記非線形光学結晶の前記第１の端面上における前記レーザ光の入射位置を可変に制御する位置制御機構をさらに備え、
前記レーザ光の前記第２の伝搬軸に直交する、前記非線形光学結晶の断面の一辺の長さは、０．７ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であり、
前記非線形光学結晶の前記断面上の互いに直交する軸を第１の基準軸および第２の基準軸とするとき、前記断面の形状は、正方形、長方形、前記第１の基準軸に沿った厚みが異なる矩形部分が隣接するように前記第２の基準軸に沿って複数の矩形部分が配置された形状、あるいは、前記第１の基準軸に沿った厚みが前記第２の基準軸に沿って連続的に変化する形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のレーザ光源。

【請求項5】

前記第１の基準軸に沿った厚みが異なる矩形部分が隣接するように前記第２の基準軸に沿って複数の矩形部分が配置された形状は、階段状の形状または櫛型形状を含むことを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。

【請求項6】

前記非線形光学結晶の外周面のうち少なくとも一部は、導電性シリコーンで覆われていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のレーザ光源。

【請求項7】

前記非線形光学結晶は、空気雰囲気中に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のレーザ光源。

【請求項8】

前記非線形光学結晶の前記第１の端面に入射されるレーザ光のビーム径は、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項記載のレーザ光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光源に関するものである。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工等に用いられるレーザ光源として、反射防止素子のＩＳＯ(Isolator)が取り付けられたレーザ光源が知られている。このようなレーザ光源において、ＩＳＯを構成するファラデー回転結晶としては、例えば正の熱光学定数を有するＴＧＧ(Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２)結晶、あるいは、ＴＳＡＧ(Ｔｂ_３(ＳｃＡｌ)_５Ｏ_１２)結晶がある。これらファラデー回転結晶の熱レンズ効果によるビーム伝搬の変化を制御する方法が、例えば、特許文献１〜２および非特許文献１〜２に開示されている。具体的に、特許文献１および非特許文献１〜２には、負の熱光学定数を有するＤＫＤＰ(Deuterated Potassium Dihydrogen Phosphate)結晶等を光路上に配置することで、ＴＧＧ結晶あるいはＴＳＡＧ結晶の熱レンズ効果を補償する方法が開示されている。また、特許文献２には、ＩＳＯに適用可能な、熱レンズ効果の低減が可能なファラデー回転子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１１／００８０６６３号

【特許文献2】特開２００５−２８３６３５号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】CLEO2006, JThC35

【非特許文献2】LIGO Laboratory/ LIGO Scientific collaboration, LIGO-T060267-00-D(August20, 2007)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

発明者らは、従来のレーザ光源について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、ＤＫＤＰ結晶を用いてビーム伝搬の変化を制御する場合には、以下の問題が起こる可能性がある。例えば、ＤＫＤＰ結晶は、その光学軸に対して垂直に入射した光以外は偏波依存性を生じるという特徴がある。そのため、偏波依存性を生じさせずにランダム偏光のレーザ光（時間経過とともに偏光方向が変化するレーザ光）を通過させるには、結晶内を伝搬するレーザ光の伝搬軸とＤＫＤＰ結晶の光学軸とを一致させることが必要である。その一方で、ＤＫＤＰ結晶をレーザ光の入射方向に対して垂直に配置した場合には、ＤＫＤＰ結晶の入射端面で生じる戻り光により光源要素を損傷させる可能性がある。

【0006】

本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、ランダム偏光のレーザ光の伝搬状態の変化や変化拡大を効果的に抑制するための構造を備えたレーザ光源を提供することを目的としている。なお、レーザ光の伝搬状態を規定するパラメータには、ビーム径、ビーム形状（断面形状）、コリメート後のビームウエストの位置などが含まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ光源は、第１の態様として、種光源と、ファイバレーザと、コリメータレンズと、正の熱光学定数を有するファラデー回転結晶を含むアイソレータと、負の熱光学定数を有する非線形光学結晶を備える。ファイバレーザは、種光源から出射された、たとえばパルス光などの種光を増幅する。コリメータレンズは、ファイバレーザから出射されたレーザ光をコリメートする。アイソレータは、コリメータレンズによりコリメートされたレーザ光が入射される入射端面と、レーザ光が出射される出射端面を有する。なお、当該アイソレータにおいて、ファラデー回転結晶は、入射端面と出射端面との間に配置される。非線形光学結晶は、コリメータレンズとアイソレータとの間を伝搬するレーザ光の光路上、または、アイソレータの出射端面から出射されたレーザ光の光路上に配置される。また、非線形光学結晶は、レーザ光が入射される第１の端面（入射端面）と、第１の端面に対向するとともにレーザ光が出射される第２の端面（出射端面）を有する。特に、この第１の態様において、非線形光学結晶は、特定の姿勢を維持するよう配置されている。すなわち、当該非線形光学結晶の第１の端面に入射されるレーザ光の第１の伝搬軸（以下、「入射前伝搬軸」という）と第１の端面に対する垂線とのなす角（入射角）が０°より大きく９０°未満であり、かつ、当該非線形光学結晶内を伝搬するレーザ光の第２の伝搬軸（以下、「結晶内伝搬軸」という）と当該非線形光学結晶の光学軸とが平行になるように、当該非線形光学結晶は配置されている。なお、非線形光学結晶の出射端面から出射されたレーザ光の伝搬軸を、以下、「出射後伝搬軸」という。

【0008】

上記第１の態様に係るレーザ光源によれば、非線形光学結晶の入射端面に対してレーザ光の入射前伝搬軸の角度が０°より大きく９０°未満となっているため、種光源やファイバレーザ内の励起光源などへの戻り光の光量を低減あるいは完全にゼロにさせられる。さらに、レーザ光の結晶内伝搬軸と非線形光学結晶の光学軸とが平行になるよう、当該非線形光学結晶の姿勢が設定されているため、ランダム偏光のレーザ光が当該非線形光学結晶内を通過する場合であっても、偏波依存性の発生が抑制され得る（非線形光学結晶内を伝搬するレーザ光に対して複屈折現象は発生しない）。

【0009】

上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、レーザ光の入射前伝搬軸と非線形光学結晶の入射端面に対する垂線とのなす角は、１°以上１０°以下であるのがより好ましい。

【0010】

上記第１および第２の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第３の態様として、レーザ光の結晶内伝搬軸（上記第１の態様のように非線形光学結晶が設置されていない状態では当該非線形光学結晶の光学軸）に沿った、非線形光学結晶の厚みは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるのが好ましい。なお、上記第１〜第２の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第４の態様として、当該レーザ光源は、非線形光学結晶の入射端面上におけるレーザ光の入射位置を可変に制御する位置制御機構をさらに備えてもよく、レーザ光の結晶内伝搬軸（上記第１の態様のように非線形光学結晶が設置されていない状態では当該非線形光学結晶の光学軸）に直交する、非線形光学結晶の断面の一辺の長さは、０．７ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であるのが好ましい。特に、この第４の態様において、非線形光学結晶の断面上の互いに直交する軸を第１の基準軸および第２の基準軸とするとき、当該断面の形状は、正方形、長方形、第１の基準軸に沿った厚みが異なる矩形部分が隣接するように第２の基準軸に沿って複数の矩形部分が配置された形状、あるいは、第１の基準軸に沿った厚みが第２の基準軸に沿って連続的に変化する形状であるのが好ましい。具体的には、上記第４の態様に適用可能な第５の態様として、第１の基準軸に沿った厚みが異なる矩形部分が隣接するように第２の基準軸に沿って複数の矩形部分が配置された形状は、階段状の形状または櫛型形状を含む。

【0011】

上記第１〜第５の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第６の態様として、非線形光学結晶の外周面のうち少なくとも一部は、導電性シリコーンで覆われているのが好ましい。一方、上記第１〜第５の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第７の態様として、非線形光学結晶は、空気雰囲気中に配置されてもよい。

【0012】

さらに、上記第１〜第７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第８の態様として、非線形光学結晶の入射端面に入射されるレーザ光のビーム径は、０．５ｍｍ以上であるのが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るレーザ光源によれば、ランダム偏光のレーザ光の伝搬状態の変化や変化拡大が効果的に抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】は、一般的なレーザ光源で用いられるＩＳＯの配置および構成を示す図である。

【図2】は、ＩＳＯの熱レンズ効果によるビーム伝搬について説明するための図である。

【図3】は、ＤＫＤＰ結晶の配置の例を示す図である。

【図4】は、ＭＯＰＡ構成のレーザ光源の構成を説明するための図である。

【図5】は、ＤＫＤＰ結晶とランダム偏光との関係について説明するための図である。

【図6】は、ＤＫＤＰ結晶の配置について説明するための図である。

【図7】は、ＤＫＤＰ結晶とＩＳＯの配置の関係について説明するための図である。

【図8】は、ビーム拡大倍率についての実施例を示す図（その１）である。

【図9】は、ビーム拡大倍率についての実施例を示す図（その２）である。

【図10】は、ビーム拡大倍率についての実施例を示す図（その１）である。

【図11】は、ビーム拡大倍率についての実施例を示す図（その２）である。

【図12】は、ビームプロファイルの測定光学系を示す図（その３）である。

【図13】は、ビームプロファイルの測定光学系（ＤＫＤＰ結晶が配置された場合）を示す図である。

【図14】は、パルス発振条件とビーム拡光倍率との関係を示す図である。

【図15】は、ＤＫＤＰ結晶を配置の有無に対応するビームプロファイルの違いを示す図である。

【図16】は、ＤＫＤＰ結晶を配置の有無に対応するビーム伝搬について説明するための図である。

【図17】は、ＤＫＤＰ結晶の断面形状とビーム径の拡大抑制との関係について説明するための図である。

【図18】は、ＤＫＤＰ結晶の他の例を示す図である。

【図19】は、ＤＫＤＰ結晶のさらに他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。以下の説明では、まず従来の構成について説明し、その構成における問題点を示した後に、本願発明における実施形態を説明する。

【0016】

図１は、一般的なレーザ光源で用いられるＩＳＯ（Isolator）の配置および構成を示す図である。図１（Ａ）に示されたように、ＩＳＯ（Isolator）６０は、光源部１０Ａの後段に設けられる。光源部１０Ａは、レーザ光源の主機能を有する部分であり、パルス光（レーザ光）を出射する種光源、種光を増幅する増幅手段としてのファイバレーザ、パルス光の波形制御を行う波形制御手段が含まれる。なお、光源部１０ＡとＩＳＯ６０との間は、デリバリーファイバ５３により接続され、さらにＩＳＯ６０の前段にはコリメータレンズ５５も設けられている。

【0017】

一般的にレーザ加工を行う装置には、大出力や高ピークパワーのレーザ光源、集光光学系を含む外部光学系、レーザ制御系、ソフトウェア等が含まれる。レーザ加工の加工対象物によっては戻り光が顕著である。そのため、戻り光によるレーザ光源破損を保護する目的で、ＩＳＯ６０には、ＴＧＧ（Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）結晶、あるいは、ＴＳＡＧ（Ｔｂ_３（ＳｃＡｌ）_５Ｏ_１２）結晶等が用いられる。なお、ＩＳＯ６０は、図１（Ｂ）に示されたように、レーザ光が入射される入射端面６０ａとレーザ光が出射される出射端面６０ｂを有するとともに、入射端面６０ａと出射端面６０ｂとの間に配置された、上記ＴＧＧ結晶やＴＳＡＧ結晶などのファラデー回転結晶６０１、複屈折結晶６０２を有する。

【0018】

ここで、光源部１０Ａからのレーザ光の出力パワーやピーク値の増大とともにＩＳＯにおける熱レンズ効果の影響が顕著に表れ、レーザ光の伝搬状態（ビーム径やビームの断面形状など）が変化する。この点について図２で説明する。ＩＳＯ６０として用いられるＴＧＧ結晶やＴＳＡＧ結晶は熱光学定数ｄｎ_１／ｄＴが正の符号を有している。そのため、これらファラデー回転結晶の熱レンズ効果により凸形状のグリンレンズ（ＧＲＩＮ）と同様に、レーザ光の伝搬状態が変更される。この結果、ＩＳＯ６０があることによりビーム伝搬はＬ１からＬ２へ変化し、ＩＳＯ６０後のビームウエスト位置は図２のＷαからＷβへシフトすることになる。そして、図２に示されたたように、測定点Ｐで両者を比較すると、ＩＳＯ６０が設けられることで、ビーム径が拡大する。このように異なる伝搬状態（Ｌ１，Ｌ２）のレーザ光をレンズで集光した場合、入射波面が異なるため焦点位置の変動等が生じ、精密なレーザ加工には大きな問題となる。

【0019】

正の熱光学定数ｄｎ_１／ｄＴに起因する熱レンズ効果を補償する方法の一つに、負の熱光学定数ｄｎ_２／ｄＴを有する非線形光学結晶を、レーザ光の光路上に設ける方法がある。すなわち、符号の異なる非線形光学結晶を配置することにより、熱光学定数はｄｎ_１／ｄＴ−ｄｎ_２／ｄＴとなり、熱レンズ効果が相殺される。実際には熱光学定数の絶対値が一致している逆符号の結晶は存在しないが、結晶長さ等を調整することで、ある程度の補償は可能である。例えば、ＤＫＤＰ結晶は−ｄｎ_２／ｄＴの物性値を有する非線形光学結晶であるため、図３に示されたように、デリバリーファイバ５３の後段であって、ＴＧＧ結晶またはＴＳＡＧ結晶を用いたＩＳＯ６０の前段または後段に設置することは有効である。なお、図３（Ａ）では、ＩＳＯ６０の後段にＤＫＤＰ結晶７０が配置された例を示し、図３（Ｂ）は、コリメータレンズ５５とＩＳＯ６０との間にＤＫＤＰ結晶７０が配置された例を示す。また、ＤＫＤＰ結晶７０は、レーザ光が入社される入射端面７０ａとレーザ光が出射される出射端面７０ｂを有する。

【0020】

しかしながら、上記のビーム拡光を補償する方法はレーザ光源の偏光に依存するため、ランダム偏光のレーザ光源には不向きであった。また、ＡＲコート（反射防止膜）されたＤＫＤＰ結晶を用いることで、出射光に対する戻り光の割合が０．１％以下となるように抑制できたとしても、レーザ光源からのレーザ光の出力パワー（光強度）やピーク値が大きい場合には、その影響が大きい。特に、レーザ光の入射前伝搬軸に対して入射端面７０ａが垂直となるようにＤＫＤＰ結晶７０が配置されると、光源要素を破損させる可能性があった。

【0021】

そこで、以下の実施形態では、ランダム偏光のレーザ光を出射するレーザ光源においてもビーム拡大を抑制しつつレーザ光源内への戻り光の影響を回避する方法として、入射面７０ａをレーザ光の入射前伝搬軸に対して傾斜させた状態でＤＫＤＰ結晶７０を配置する構成について説明する。

【0022】

図４には、ＭＯＰＡ（Master oscillator power amplifier）構造のレーザ光源１の構成例が示されている。図４に示されたように、レーザ光源１は、種光源１０、パルスジェネレータ１５（波形制御手段）、アイソレータ２０、光ファイバ増幅部（ファイバレーザ）３０、出力コネクタ５０、デリバリーファイバ５３、コリメータレンズ５５及びＩＳＯ６０を備える。パルスジェネレータ１５により種光源１０をコントロールして出射されたパルス光は、光ファイバ増幅部３０において増幅される。このため、パルス光の繰り返し周波数は、パルスジェネレータ１５の性能に依存するが、数十ｋＨｚから１ＭＨｚ程度の広い範囲で設定することができる。また、パルス波形は、パルスジェネレータ１５及び種光源１０の性能に依存し、パルス光の発振条件によっては、複数のピークを有したパルス波形を生成することが可能である。図４中の領域４５では、必要に応じてＹｂＤＦ増幅器が挿入された構成や、特定の波長の光のみを通過させるためのフィルタが挿入された構成も適用可能である。

【0023】

種光源１０から出射されたパルス光は、アイソレータ２０を経て光ファイバ増幅部３０において増幅される。図４に示されたレーザ光源１において、光ファイバ増幅部３０は、励起用ＬＤ３１，３５、光コンバイナ３３，３７、ＹｂＤＦ（Ｙｂ添加光ファイバ）４１，４２、アイソレータ４３により構成されている。アイソレータ２０を経て光ファイバ増幅部３０に入射した光は、励起用ＬＤ３１により励起光がＹｂＤＦ４１に供給されることで該ＹｂＤＦ４１において増幅される。さらに、ＹｂＤＦ４１において増幅された光は、アイソレータ４３を経た後に、複数の励起用ＬＤ３５により励起光がＹｂＤＦ４２に供給されることで、ＹｂＤＦ４２においてさらに増幅される。このように、種光源１０からのパルス光は、光ファイバ増幅部３０において増幅された後に出射される。なお、ＹｂＤＦ４１とアイソレータ４３との間に設けられている領域４５では、上述のようにＹｂＤＦ増幅器やフィルタを設けることも可能である。

【0024】

次に、このレーザ光源１の後段に配置されるＤＫＤＰ結晶７０について説明する。すなわち、ＤＫＤＰ結晶７０は、図３（Ａ）に示された位置に配置される。図５では、ＩＳＯ６０の出射端面６０ｂから出射されたレーザ光がＤＫＤＰ結晶７０に垂直に入射した場合の、ＤＫＤＰ結晶７０における結晶方位と配置を示す。ＤＫＤＰ結晶７０は正方晶系に分類され、一軸性の光学異方性を有している。そのために、ＤＫＤＰ結晶７０へ入射されるレーザ光がランダム偏光である場合、いずれの偏波に対しても同じ屈折率となるように、ＤＫＤＰ結晶７０の光学軸に沿ってレーザ光を入射させる必要がある。図５には、ランダム偏光のレーザ光とＤＫＤＰ結晶７０の光学軸の関係を示しており、レーザ光の入射前伝搬軸および結晶内伝搬軸の双方ともＤＫＤＰ結晶７０の光学軸は一致している。なお、ＤＫＤＰ結晶７０は、一軸性の正方晶系であるため、一つの光学軸を有するとともに、その光学軸はｃ軸（結晶軸）と一致している。

【0025】

なお、ＤＫＤＰ結晶７０にＡＲコートが付与されたとしても、大出力レーザ光や高ピークレーザ光を利用している限り、ＤＫＤＰ結晶７０の入射端面７０ａがレーザ光の入射前伝搬軸に対して垂直であると、ＤＫＤＰ結晶の入射端面７０ａからの戻り光の影響は排除できないと考えられる。そこで、図６に示されたように、入射端面７０ａをレーザ光の入射前伝搬軸に対して傾けた状態でＤＫＤＰ結晶７０を配置し、戻り光による光源要素への影響を無くす方法を検討する。図６（Ａ）〜（Ｃ）では、前提としてＤＫＤＰ＿０°は立方体であり、ＤＫＤＰ＿０°の光学軸（ｃ軸：Ｇ００）は、レーザ光の入射前伝搬軸と平行である。次に、図６（Ａ）に示されるように、ＤＫＤＰ結晶７０の角度をレーザ光の入射前伝搬軸に対してθ_１度傾けた場合をＤＫＤＰ＿θ_１（θ_ｃ１）とする。この場合、ＤＫＤＰ結晶７０をθ_１だけレーザ光の入射前伝搬軸に対して傾けたので、ＤＫＤＰ結晶７０のｃ軸Ｇ０１の角度（θ_ｃ１）もレーザ光の入射前伝搬軸に対してθ_１だけ傾いている。

【0026】

次に、図６（Ｂ）を用いて、ＤＫＤＰ＿θ_１（θ_ｃ１）に波長λ_１のレーザ光が入射された場合について説明する。入射レーザ光Ｉ_ｉｎを、該入射レーザ光の入射前伝搬軸に対してθ_１だけ傾けられたＤＫＤＰ＿θ_１（θ_ｃ１）結晶７０（レーザ光Ｉ_ｉｎの入射角がθ_１）に入射させる。この場合、スネルの法則に従い、入射レーザ光Ｉ_ｉｎは、ＤＫＤＰ＿θ_１（θ_ｃ１）結晶７０の入射端面７０ａの垂線に対して式（１）の屈折角θ_２で屈折し結晶内を伝搬する。

【数1】

【0027】

ＤＫＤＰ結晶７０から出射される出射レーザ光Ｉ_ｏｕｔと入射レーザ光Ｉ_ｉｎとの間には、ＤＫＤＰ結晶７０厚さ（レーザ光の結晶内伝搬軸に沿った厚み）に依存したオフセット（入射前伝搬軸と出射後伝搬軸とのずれ）が生じるが、出射レーザ光Ｉ_ｏｕｔは入射レーザ光Ｉ_ｉｎと平行に出射される。ここで重要な点として、ＤＫＤＰ結晶７０のｃ軸は、屈折したレーザ光がＤＫＤＰ＿θ_１（θ_２）結晶７０内を伝搬している結晶内伝搬軸と一致または平行である必要がある。すなわち、図６（Ｂ）に示されたように、ＤＫＤＰ＿θ_１（θ_ｃ２）結晶７０の光学軸は、ランダム偏光のレーザ光の結晶内伝搬軸と一致または平行である必要がある。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）に記載された情報のうち一部を抜き出したものである。ここで、ＤＫＤＰ＿θ_１（θ_２）結晶７０に角度θ_１でレーザ光が入射された場合、屈折角θ_２は式（１）により導かれる。ここで、ＤＫＤＰ結晶７０のｃ軸（Ｇ０２）の、入射端面７０ａの垂線に対する角度（θ_ｃ２）は、屈折角θ_２と同じ向きに調整される。

【0028】

図７（Ａ）に、ＩＳＯ６０から出射されたレーザ光がＤＫＤＰ結晶７０に入射された場合の概略図を示す。ＤＫＤＰ結晶７０の入射端面７０ａや出射端面７０ｂからのフレネル反射を防ぐために、ＤＫＤＰ結晶７０は、レーザ光の入射前伝搬軸に対して傾き角がθ_{ｃｒｙｓｔａｌ}になるよう設置される（ＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)）。このとき、入射端面７０ａの垂線に対するｃ軸の角度（θ_ｃ）が式（１）から求められた屈折角θ_２と同じ角度となるようにＤＫＤＰ結晶７０を配置をすることで、当該ＤＫＤＰ結晶７０は、偏光無依存のビーム拡光補償素子と成り得る。このことは、図７（Ｂ）に示されたように、ＤＫＤＰ結晶７０がＩＳＯ６０の前段に設置された場合も同様である。

【0029】

このように、幾何光学的観点からは、以下のように配置されたＤＫＤＰ結晶７０をランダム偏光のレーザ光が通過することで、該レーザ光に対する偏波依存性の発生が抑制されるとともに、戻り光の発生も抑制され得る。なお、ＤＫＤＰ結晶７０は、レーザ光の入射前伝搬軸に対する入射端面７０ａの傾斜角（入射端面７０ａに対する垂線とレーザ光の入射前伝搬軸とのなす入射角）θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}が０°＜θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}＜９０°の条件を満たし、かつ、ＤＫＤＰ結晶７０中を伝搬するレーザ光の結晶内伝搬軸とＤＫＤＰ結晶７０の光学軸（ｃ軸）とが平行となるように、配置される。

【0030】

しかしながら、傾斜角θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}（入射角）が０°付近では戻り光パワーが透過光パワーに比べ大きくなる。また、ランダム偏光においても同等の戻り光パワー（ｓ波、ｐ波いずれも同等の透過光パワー）で、かつ、垂直反射を避ける必要がある。そのため、現実的な傾斜角θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}の範囲としては、１°以上１０°以下であることが好ましい。

【0031】

ここで、図４に示されたＭＯＰＡ型レーザ光源１を用いた上記実施形態の実施例を示す。このとき、レーザ光の平均出力は２０Ｗ程度とし、繰り返し周波数は数十ｋＨｚから１ＭＨｚに可変である。また、レーザ光源１は、パルスジェネレータ１５によりパルス波形を自在に制御することができる。また、メインの発振波長は１．０６μｍであり、ランダム偏光である。図８〜図１１は、繰り返し周波数は１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚとし、ピーク値を８０ｋＷ程度となるように設定し、パルス波形を制御したときのパルス発振特性を示す。

【0032】

図８は、繰り返し周波数を２００ｋＨｚ一定、パルス光（レーザ光）のピーク値を約８０ｋＷ一定とした上で、種々のパルスエネルギーについてパルス幅を制御した結果を示す。なお、図８（Ａ）はパルスエネルギーが１０μＪの場合、図８（Ｂ）はパルスエネルギーが５０μＪの場合、図８（Ｃ）はパルスエネルギーが１００μＪの場合を示す。図９は、パルス光のピーク値を約８０ｋＷ一定とし、種々の繰り返し周波数について平均出力がおよそ２０Ｗ一定となるようにパルス波形を制御した結果を示す。なお、図９（Ａ）は繰り返し周波数が５００ｋＨｚの場合、図９（Ｂ）は繰り返し周波数が３００ｋＨｚの場合、図９（Ｃ）は繰り返し周波数が２００ｋＨｚの場合を示す。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、それぞれ異なるパルス幅に制御しながら繰り返し周波数３００ｋＨｚでマルチパルスを生成した例である。図１０（Ａ）の全パルスエネルギーは６１μＪ、図１０（Ｂ）の全パルスエネルギーは５９μＪである。また、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、それぞれ異なるパルス幅に制御しながら繰り返し周波数１００ｋＨｚでマルチパルスを生成した例である。図１１（Ａ）の全パルスエネルギーは１７４μＪであり、図１１（Ｂ）の全パルスエネルギーは５０μＪである。なお、マルチパルス生成時は、８パルスでいずれの例でもパルス間隔は１０ｎｓであるが、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）のぞれぞれでは、パルス間隔は０．５ｎｓで表示されている。このように、ＭＯＰＡ型レーザ光源１は、パルスジェネレータ１５を独立して制御することができることから、様々なパルス波形を生成させられる。なお、図中の倍率とは、１．５ｍ先で計測した熱レンズ効果により拡大したビーム径の倍率を指し、平均出力が数百ｍＷ以下の熱レンズ効果が生じないＬｏｗパワーのビーム径に対するレーザ光のピーク値を８０ｋＷ（平均出力１６Ｗ以上）としたときのビーム径の比率である。このビーム径の測定には図１２と図１３に示す光学測定系を用いた。

【0033】

図１２の光学測定系１００では、光源部１０Ａ、減衰光学系８０及びビームプロファイラ９０が含まれる。光源部１０Ａには、種光源１０、パルスジェネレータ１５、アイソレータ２０、光ファイバ増幅部（ファイバレーザ）３０及び出力コネクタ５０が含まれる。出力コネクタ５０から出射されたレーザ光は、デリバリーファイバ５３を通過した後にコリメータレンズ５５に入射される。そして、コリメータレンズ５５からのレーザ光はＩＳＯ６０の出射端面６０ｂから出射される。また、図１３の光学測定系１０１では、図１２の光学測定系において、ＩＳＯ６０の後段にＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶７０が配置されている。いずれの測定光学系１００、１０１においても、ＩＳＯ６０（又はＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶７０）から出射されたレーザ光は、例えばフレネル反射を用いた減衰光学系８０により所定の光強度となるまで減衰される。そして、所定の光強度に減衰されたレーザ光がビームプロファイラ９０に入射される。したがって、ビームプロファイラ９０は、ＩＳＯ６０の出射端面６０ｂから１．５ｍ離れた地点でのビーム径を測定している。

【0034】

ここで、図１４（Ａ）にＴＧＧ結晶を用いたＴＧＧ型ＩＳＯにおける１．５ｍ先のビーム径測定結果を示す。この測定は、図１２の光学測定系１００が利用される（すなわち、ＤＫＤＰ結晶は用いていない）。図１４（Ａ）における縦軸のビーム径の拡大倍率とは、各発振条件の８０ｋＷピーク値でのビーム径と、数百ｍＷ程度、すなわちＬｏｗパワーでのビーム径の比率である。また、代表的なパルス発振条件を６種類（Ｐ１〜Ｐ６）用意し、ビーム拡光率は、繰り返し周波数１００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲で調査された。その結果、低周波側で拡大倍率が増大するケース、２００〜３００ｋＨｚでピークが現れるケース、周波数増大に伴って拡大倍率が増加するケースの主に３タイプの拡光条件が観察された。図１４（Ａ）の結果から、パルス波形に依存して熱レンズ効果が変わっていることが分かる。このケースにおいては、最大で１６０％の拡光率が得られた。その他の条件においては、２００％を超える場合もあった。すなわち、ＴＧＧ型ＩＳＯを用いることで、ビーム径の変化が生じていることが確認された。

【0035】

次に、ＴＧＧ型ＩＳＯによって生じた熱レンズ効果によるビーム伝搬の変化に対して、ＤＫＤＰ結晶を用いて補償する検証実験について説明する。拡光補償素子の結晶配置は、前述したＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_c)とし、図１３に示された光学測定系１０１を用い、他の条件は図１４（Ａ）と同様である。図１４（Ｂ）はその測定結果を示す。ＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶７０を光路上に配置することにより、ビーム径の拡大倍率を１１０％以下に抑制することができた。ＤＫＤＰ結晶の厚さを最適化することにより、さらに抑制することが可能であると考えられる。

【0036】

なお、ＤＫＤＰ結晶７０の入射端面７０ａに入射されるレーザ光のビーム径は、０．５ｍｍ以上であるのが好ましい。また、レーザ光の結晶内伝搬軸に沿った、ＤＫＤＰ結晶７０の厚みは、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるのが好ましい。さらに、レーザ光の結晶内伝搬軸に直交する、ＤＫＤＰ結晶７０の断面の一辺の長さは、０．７ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であるのが好ましい。

【0037】

図１５では、ＴＧＧ型ＩＳＯ（ＩＳＯ６０）の後段に拡光補償素子であるＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶（ＤＫＤＰ結晶７０）を配置した場合と配置しない場合のビームプロファイルの測定結果を示す。図１５の左側は、ＴＧＧ型ＩＳＯのみ（ＤＫＤＰ結晶を配置しない場合）の構成におけるビームプロファイル（繰り返し周波数２００ｋＨｚで、Ｌｏｗパワーのパルス光とピーク値８０ｋＷの場合）を示し、図１５の右側は、ＴＧＧ型ＩＳＯの直後にＤＫＤＰ_θｃｒｙｓｔａｌ(θｃ)結晶が配置された構成におけるビームプロファイル（繰り返し周波数２００ｋＨｚで、Ｌｏｗパワーのパルス光とピーク値８０ｋＷの場合）である。図１５から分かるように、ＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶を配置することによりビーム拡光は抑制されるとともに、Ｌｏｗパワーと同様の真円度を得ることが確認された。このことから、ＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶を用いることにより、高いビーム品質を保持しつつ抑制できることが確認された。

【0038】

さらに、ＤＫＤＰ結晶が挿入された場合のビーム伝搬特性を調べた結果を図１６に示す。ＴＧＧ型ＩＳＯ（パルスピーク値８０ｋＷ）は、ＴＧＧ型ＩＳＯ（Ｌｏｗパワー）に比べてビームウエスト位置がＴＧＧ型ＩＳＯ側へシフトし（図１６の左方へ向かう矢印）、ウエストが収縮している（図１６の下方へ向かう矢印）。その結果ビーム伝搬が変化し、ＴＧＧ型ＩＳＯからの距離が１．５ｍとなる位置では、ビーム径が大幅に拡大していることが分かった。一方、ＴＧＧ型ＩＳＯに加えてＤＫＤＰ結晶を配置した場合（パルスピーク値８０ｋＷ）では、ＤＫＤＰ結晶が補償素子としての効果が働き、ＴＧＧ型ＩＳＯ（Ｌｏｗパワー）と同程度のビーム伝搬であることが分かった。

【0039】

以上のように、様々なパルス波形とＩＳＯの組み合わせにより熱レンズ効果の強弱が現れ、拡光が発生する条件及び拡光率に関して種々のケースがあることが確認された。これに対して、ＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶を用いることにより、それら全ての拡光条件において拡光の抑制を達成することが確認できた。以上のことから、ＤＫＤＰ_θ_{ｃｒｙｓｔａｌ}(θ_ｃ)結晶は、ランダム偏光無依存の拡光補償素子として機能することが明らかになった。

【0040】

次に、ＤＫＤＰ結晶の断面形状とビーム径の拡大抑制との関係について説明するための図である。

【0041】

ＤＫＤＰ結晶は正方晶系であるため、当該ＤＫＤＰ結晶の光学軸（結晶ｃ軸に一致）に直交する断面において全方向の熱伝導率は同じ値を有する。すなわち、ＤＫＤＰ結晶の断面をｘ−ｙ平面と仮定すれば、ｘ軸方向の熱伝導率σ_xは、ｙ軸方向の熱伝導率σ_yと等価である。したがって、図１７（Ａ）に示されたように断面が正方形のＤＫＤＰ結晶７０では、ｘ軸方向およびｙ軸方向における放熱能力は同等である。この場合、ＤＫＤＰ結晶７０において、ｘ軸方向およびｙ軸方向のビーム拡大の補償能力は等しい。例えば、レーザ光が伝搬軸ＡＸに沿ってＤＫＤＰ結晶７０に入射される場合、当該ＤＫＤＰ結晶７０の入射端面７０ａ上におけるビーム形状Ｂ_ｉｎが真円であれば、出射端面７０ｂから出射されるレーザ光の断面形状（出射端面７０ｂ上におけるビーム形状Ｂ_ｏｕｔ）も真円が維持される。そのため、図１７（Ａ）のＤＫＤＰ結晶７０は、ビーム断面形状の真円状態を保持しつつビーム拡大を補償することを可能にする。なお、図１７（Ａ）に示されたビーム径は、結晶サイズに対する相対的なサイズの一例として示されている。また、ビーム径はｅ^−１／２とする。

【0042】

なお、図１７（Ａ）に示されたＤＫＤＰ結晶７０では、ｘ軸方向の厚みは入射レーザ光のビーム径と同程度（但し、入射レーザ光のパワーロスが無い状態）である。これに対して、図１７（Ｂ）に示されたＤＫＤＰ結晶７０Ａでは、ｙ軸方向の厚みは入射レーザ光のビーム径に比べて十分に大きく、当該ＤＫＤＰ結晶７０Ａにおける入射端面と出射端面以外の全ての面、あるいは、ｙ―ｚ平面に平行な両面のみが、当該ＤＫＤＰ結晶７０Ａよりも高い熱伝導率を有した材料７００で覆われている。この場合、入射端面上におけるレーザ光の入射領域付近の実効熱伝導率は、σ_ｘ＞σ_ｙの関係が成り立つ。周囲の材料７００には、例えば、導電性Ｓｉゴムが挙げられ、レーザ光の入射領域付近の実効熱伝導率の関係（Ｓｉゴムで覆われたＤＫＤＰ結晶７０Ａのｘ軸方向の熱伝導率とｙ軸方向の熱伝導率の関係）は、σ^{ＤＫＤＰ＋Ｓｉ}_ｘ＞σ_ｙである。この条件下では、ｘ軸方向の放熱能力はｙ軸方向のそれに比べて高いために、ＤＫＤＰ結晶７０Ａ内でのレーザ照射による定常的な発熱分布はｘ軸方向に拡がった様相となる。その結果、ＤＫＤＰ結晶７０Ａのｘ軸方向のビーム拡大補償能力は、ｙ軸方向のそれに比べて低くなる。ただし、伝搬軸ＡＸに沿って入射されるレーザ光のビーム形状がＤＫＤＰ結晶７０Ａの入射端面上において真円であっても、ＤＫＤＰ結晶７０Ａの出射端面から出射されるレーザ光の断面形状はｘ軸方向に伸びた楕円形状となる。

【0043】

一方、ＤＫＤＰ結晶７０Ａの周囲を当該ＤＫＤＰ結晶７０Ａよりも低い導電率を有した材料、あるいは気体とした場合、ＤＫＤＰ結晶７０Ａにおけるｘ軸方向の熱伝導率とｙ軸方向の熱伝導率の関係はσ_ｘ＜σ_ｙとなる。例えば、ＤＫＤＰ結晶７０Ａの周囲を空気雰囲気とした場合（空気雰囲気の熱伝導率はＤＫＤＰ結晶７０Ａの熱伝導率に比べて２桁小さい）、レーザ光の入射領域付近の実効熱伝導率の関係（空気雰囲気中のＤＫＤＰ結晶７０Ａのｘ軸方向の熱伝導率とｙ軸方向の熱伝導率の関係）は、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ＜σ_ｙとなる。すなわち、ｘ軸方向の放熱能力はｙ軸方向のそれに比べて低下する。その結果、ｘ軸方向のビーム拡大補償能力が向上することになる。ただし、伝搬軸ＡＸに沿って入射されるレーザ光のビーム形状がＤＫＤＰ結晶７０Ａの入射端面上において真円であっても、ＤＫＤＰ結晶７０Ａの出射端面から出射されるレーザ光の断面形状はｙ軸方向に伸びた楕円形状となる。

【0044】

このように、ｚ軸の結晶厚みとともに、ｘ−ｙ平面（ＤＫＤＰ結晶の断面）の形状、および周囲を覆う材料により、ｘ軸およびｙ軸のビーム拡大補償能力の比率を制御することが可能である。

【0045】

なお、ＤＫＤＰ結晶の断面形状は、上述のような正方形や長方形には限定されない。例えば、ｘ軸（第１の基準軸）に沿った厚みが異なる矩形領域が隣接するようにｙ軸（第２の基準軸）に沿って複数の矩形領域が配置された形状（図１８（Ｂ）、図１９（Ａ）参照）、あるいは、ｘ軸に沿った厚みがｙ軸に沿って連続的に変化する形状（図１９（Ｂ）参照）であってもよい。ＤＫＤＰ結晶の断面形状を任意の形状とし、ＤＫＤＰ結晶へのレーザ光入射位置を変更することにより、ｘ軸方向のビーム拡大補償能力とｙ軸方向のビーム拡大補償能力の比率を自在に調整できる。この場合、ＤＫＤＰ結晶の断面の一辺の長さは、０．７ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であるのが好ましい。

【0046】

図１８（Ａ）は、ＤＫＤＰ結晶へのレーザ光の入射位置を調整するための位置決めステージ（位置制御機構）８００を示す。この位置決めステージ８００は、ＤＫＤＰ結晶が設置される第１ステージ８０１と、第１ステージを移動可能な状態で保持する第２ステージ８０２と、第２ステージ８０３を移動可能な状態で保持する支柱部８０３を、少なくとも備える。第１ステージ８０１は、ＤＫＤＰ結晶７０Ｂが設置された状態で、第２ステージ８０２に対してｙ軸（水平方向Ｓ）に沿って移動可能である。第２ステージ８０２は、第１ステージ８０１を保持した状態で、支柱部８０３に対してｘ軸（垂直方向Ｈ）に沿って移動可能である。図１８（Ａ）では、位置決めステージ８００の一部として、ｘ−ｙ面上においてＤＫＤＰ結晶７０Ｂを移動させるための構造が示されているが、位置決めステージ８００は、支柱部８０３をｚ軸に沿って移動させるための機構、更には、支柱部８０３をｘ軸に対して傾けるための機構も含まれる。

【0047】

以下、ｘ−ｙ面（ＤＫＤＰ結晶の断面）でのレーザ光入射領域付近の実効熱伝導率の異方性制御について説明する。

【0048】

図１８（Ｂ）は、ＤＫＤＰ結晶の他の例を示す図であり、図１８（Ｂ）に示されたＤＫＤＰ結晶７０Ｂの断面は、ｙ軸方向に沿ってｘ軸方向の厚みが異なる複数の矩形領域I〜IIIが配置された構造を有する。すなわち、領域Iは、ｘ軸方向の厚みがβ_１、ｙ軸方向の厚みがαの矩形領域、領域IIは、ｘ軸方向の厚みがβ_２、ｙ軸方向の厚みがαの矩形領域、領域IIIは、ｘ軸方向の厚みがβ_３、ｙ軸方向の厚みがαの矩形領域である。なお、ＤＫＤＰ結晶７０Ｂの外周面は熱伝導率の低い材質で覆われるか、あるいは、空気雰囲気にさらされる。また、図１８（Ｂ）において、領域I〜IIIにおける入射ビーム形状Ｂ_ｉｎ１、Ｂ_ｉｎ２、Ｂ_ｉｎ３は、結晶板サイズと相対的な寸法で描かれており、一例にすぎない。領域Iにおける熱伝導率σ_ｘ１とσ_ｙ１は、α＝β_１であるため等しい（σ_ｘ１＝σ_ｙ１）。一方、領域II、領域IIIは、α＞β_２＞β_３の関係であるため、領域IIおよび領域IIIにおける入射ビーム領域付近の実効熱伝導率は、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ２＜σ_ｙ１、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ３＜σ_ｙ１であり、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ３＜σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ２の関係が成り立つ。すなわち、領域Iではｘ軸方向およびｙ軸方向のビーム拡大補償能力は等価であるが、ｘ軸方向の長さとｙ軸方向の長さの比（アスペクト比）の異なる領域II、領域IIIへ入射することにより、ｘ軸方向のビーム拡光補償能力が向上する。領域IIIのｘ軸方向のビーム拡大補償能力は、領域IIに比べて高いため、ＤＫＤＰ結晶への入射ビーム径が真円であっても、ＤＫＤＰ結晶から出射したビーム形状は、図１８（Ｃ）のようにｘ軸方向に潰れた楕円となる。なお、図１８（Ｃ）のビーム形状の測定位置は、例えば、ＤＫＤＰ結晶７０Ｂの出射端面７０ｂ（レーザ光の出射直後）である。

【0049】

さらに、図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）に、ＤＫＤＰ結晶における断面形状の更に他の例を示す。図１９（a）に示されたＤＫＤＰ結晶７０Ｃは、ｘ軸方向の厚さがβ_１であるＤＫＤＰ結晶板を用意し、ドライエッチングやダイシングソー等で切削加工することで得られる（図１９（Ａ）に示された所定の形状が実現できる）。なお、ダイシングソーを用いる場合、図１８（Ｂ）の領域IIおよび領域IIIと同等の形状を作製するには、γ’₂、γ’₃のように切削深さをコントロールしつつ、所定のα’の幅が得られるまでｙ軸方向にブレード幅程度毎にずらしながら切削する。また、深さ方向のコントロールには、必要に応じて多段切削をしても構わない。上記手法を用いることで、図１８（Ｂ）の領域IIおよび領域IIIと等価な領域IVおよび領域Vが得られる。なお、領域IVは、ｘ軸方向の厚みがβ^’_２、ｙ軸方向の厚みがα^’の矩形領域、領域Vは、ｘ軸方向の厚みがβ^’_３、ｙ軸方向の厚みがα^’の矩形領域である。領域IVおよび領域Vにおける入射ビーム領域付近の実効熱伝導率は、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ４＜σ_ｙ１、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ５＜σ_ｙ１であり、σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ５＜σ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘ４の関係が成り立つ。なお、図１９（Ａ）に示されたような断面形状を実現するためには異なる結晶厚のＤＫＤＰ結晶の張り合わせでも対応できるが、微小サイズではハンドリングが難しくなる。上記手法を用いれば、ハンドリングの問題は解消される。なお、入射面と出射面を除いた結晶周囲は、ステージ等に保持される箇所以外は空気雰囲気中にさらされるか、あるいは、導電性を有したＳｉゴムで覆われてもよい。

【0050】

この手法は、レーザ入射領域の形状として、アスペクト比の異なる複数種類の形状を一枚のＤＫＤＰ結晶板から得られる。すなわち、図１８（Ａ）に示された位置決めステージ８００で、ＤＫＤＰ結晶へのレーザ入射位置を面内方向に走査制御することで、ビーム拡大に関して、ｘ軸方向の補償能力とｙ軸方向の補償能力の比率を簡便に変更することが可能である。よって、レーザ光源固有のビーム形状（断面形状）の歪み、ＩＳＯを構成する結晶の形状や内部に存在する欠陥、ＤＫＤＰ結晶の形状や内部に存在する欠陥、ＤＫＤＰ結晶の保持方法等の影響により、ビーム形状が真円から崩れてしまう場合において、上記手法を用いることは大変有効である。なお、図１９（Ｂ）に示された楔型形状の断面を有するＤＫＤＰ結晶７０Ｄにおいても、図１９（Ａ）と同様に異方性を有したビーム拡大補償を実現することが可能である。図１９（Ｂ）に示されたＤＫＤＰ結晶７０Ｄは、σ_ｘ１＝σ_ｙ１となる領域Iからσ^{ＤＫＤＰ＋Ａｉｒ}_ｘＮ＜σ_ｙ１となるＮ個の領域が、ｙ軸方向に沿って配置された断面構造を有する。また、各領域のｘ軸方向の厚みはｙ軸方向に沿って連続的に変化する一方、ｙ軸方向の厚みはｙ１に設定されている。

【0051】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0052】

１…レーザ光源、１０…種光源、１５…パルスジェネレータ、２０，４３…アイソレータ、３０…光ファイバ増幅部（ファイバレーザ）、５０…出力コネクタ、６０…ＩＳＯ、７０、７０Ａ〜７０Ｄ…ＤＫＤＰ結晶、８０…減衰光学系、９０…ビームプロファイラ、１００，１０１…測定光学系。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】