特許 6245587 レーザー部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6245587

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】レーザー部品

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/06 20060101AFI20171204BHJP

   H01S 3/042 20060101ALI20171204BHJP

   G02F 1/35 20060101ALI20171204BHJP

   G02B 1/02 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/06

   H01S3/042

   G02F1/35

   G02B1/02

【請求項の数】21

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-211991(P2016-211991)

(22)【出願日】2016年10月28日

【審査請求日】2017年8月22日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）「マイクロチップレーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504261077

【氏名又は名称】大学共同利用機関法人自然科学研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平等 拓範

(72)【発明者】

【氏名】カウシャス，アルヴィダス

(72)【発明者】

【氏名】鄭 麗和

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０８２１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０１６７０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０８７４６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２１５０６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００７４０４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一方が酸化物であるレーザー媒質と透明伝熱部材を接合したレーザー部品の製造方法であり、
前記レーザー媒質の接合面と前記透明伝熱部材の接合面の双方を酸素プラズマに晒し、
次いで、真空雰囲気中で、前記接合面の双方に不活性ガスの原子ビームを照射し、照射後の前記接合面の双方を重ね合わせて表面活性接合する、レーザー部品の製造方法。

【請求項2】

照射後の前記接合面の双方を常温下で重ね合わせる請求項１の製造方法。

【請求項3】

少なくとも一方が酸化物であるレーザー媒質と透明伝熱部材を接合したレーザー部品であり、
前記レーザー媒質と前記透明伝熱部材の間に、励起光が通過するアモルファス層が存在するレーザー部品。

【請求項4】

前記レーザー媒質が光利得物質である請求項３に記載のレーザー部品。

【請求項5】

前記レーザー媒質が非線形光学材料である請求項３に記載のレーザー部品。

【請求項6】

前記レーザー媒質と前記透明伝熱部材の間に誘電体多層膜が形成されている請求項３に記載のレーザー部品。

【請求項7】

前記レーザー媒質と前記透明伝熱部材の間に中間膜が形成されており、
前記レーザー媒質と前記中間膜の屈折率の差が９％未満であり、
前記中間膜と前記透明伝熱部材の屈折率の差が９％未満であり、
前記レーザー媒質と前記透明伝熱部材の屈折率の差が９％以上である請求項３に記載のレーザー部品。

【請求項8】

複数個の前記レーザー媒質と複数個の前記透明伝熱部材を備えており、
前記レーザー媒質と前記透明伝熱部材が交互に出現する順序で、複数個の前記レーザー媒質と複数個の前記透明伝熱部材を直列に配列した請求項３に記載のレーザー部品。

【請求項9】

各レーザー媒質の積層方向の厚みが、前記レーザー媒質の直径の１／５以下である請求項８に記載のレーザー部品。

【請求項10】

種類が異なるレーザー媒質を直列に配列した請求項８に記載のレーザー部品。

【請求項11】

発光中心元素が同じで母材が異なるレーザー媒質群を直列に配列した請求項１０に記載のレーザー部品。

【請求項12】

母材が同じで発光中心元素が異なるレーザー媒質群を直列に配列した請求項１０に記載のレーザー部品。

【請求項13】

発光中心元素も母材も異なるレーザー媒質群を直列に配列した請求項１０に記載のレーザー部品。

【請求項14】

励起光の入射面に近接する前記レーザー媒質の添加物濃度が低く、前記入射面から離間する前記レーザー媒質の添加物濃度が高いことを特徴とする請求項８に記載のレーザー部品。

【請求項15】

前記レーザー媒質が非線形光学材料であり、厚みが相違するレーザー媒質群を直列に配列した請求項８に記載のレーザー部品。

【請求項16】

端部に前記透明伝熱部材が配置されている請求項８に記載のレーザー部品。

【請求項17】

端部に配置されている前記透明伝熱部材が透明単結晶であり、隣接するレーザー媒質がセラミックである請求項１６に記載のレーザー部品。

【請求項18】

端部に配置されている前記透明単結晶の端面にコーティングが施されている請求項１７に記載のレーザー部品。

【請求項19】

前記レーザー媒質がセラミックであり、前記透明伝熱部材が透明単結晶である請求項３に記載のレーザー部品。

【請求項20】

端部に前記透明単結晶が配置されている請求項１９に記載のレーザー部品。

【請求項21】

端部に配置されている前記透明単結晶の端面にコーティングが施されている請求項２０に記載のレーザー部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書では、レーザー媒質と透明伝熱部材を接合したレーザー部品と、そのレーザー部品を製造する方法と、そのレーザー部品を利用するレーザー装置を開示する。

【背景技術】

【0002】

励起光で照射すると発光する固体材料が知られている。例えば、Ｎｄ:ＹＡＧ，Ｙｂ：ＹＡＧ，Ｔｍ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＶＯ_４，Ｙｂ：ＹＶＯ_４，Ｎｄ：（ｓ−）ＦＡＰ，Ｙｂ：（ｓ−）ＦＡＰ，Ｎｄ:ガラス，Ｙｂ：ガラスといった希土類元素を添加した固体材料、あるいは、Ｃｒ：ＹＡＧ，Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３といった遷移元素を添加した固体材料は、励起光で照射すると強く発光する。この種の固体材料を、特定の波長で共振する共振器中に配置することでレーザー発振器が得られる。
ある種の固体材料に励起光とレーザー光が入力すると、入力したレーザー光を増幅した出力光を出力する。この種の固体材料を利用すると、レーザー増幅器が得られる。本明細書では、前記２種類の固体材料を、光利得物質という。
レーザー光が入力すると、入力したレーザー光とは異なる波長の光を発する固体材料も存在する。この種の固体材料を利用すると、波長変換器が得られる。本明細書では、この固体材料を、非線形光学材料いう。
本明細書では、光利得物質と非線形光学材料を総称してレーザー媒質という。

【0003】

動作中のレーザー媒質は発熱する。特に光利得物質は、励起に伴う量子欠損によって発熱量が大きくなる。レーザー媒質が過熱されると、空間的な温度差による屈折率変化、熱膨張などによる熱レンズ効果、さらには光弾性効果による熱複屈折問題等により発振効率が落ち、最後はストレスによりレーザー媒質が損傷する。この様な理由のため、固体材料を用いた固体レーザーなどでは冷却が重要である。またレーザー光のビーム品質を損なわないためには、単に冷却するだけでなく、レーザー媒質内で歪みなどが発生しないようにする必要があり、そのためにはレーザー媒質内の温度分布が均質になるように冷却する必要がある。レーザー光の高出力化のためには、冷却技術が重要であり、レーザー媒質を効率的かつ均質な温度分布となるように冷却する技術が必要とされる。

【0004】

特許文献１に、レーザー媒質を冷却する機能を備えたレーザー装置が開示されている。特許文献１の技術では、レーザー媒質を円板状とし、同じく円板状に形成した透明な伝熱部材に伝熱する。本明細書では、円板状のレーザー媒質の一方の平面を第１端面といい、他方の平面を第２端面という。特許文献１の技術では、円板状のレーザー媒質の第１端面に円板状の第１伝熱部材を接触させ、円板状のレーザー媒質の第２端面に円板状の第２伝熱部材を接触させ、レーザー媒質を第１端面と第２端面の双方から冷却する。

【0005】

特許文献１では、レーザー媒質と伝熱部材を接触させるために、(1)機械的な力で両部材を接触させておく方法（特許文献１ではoptical contactと表現している）、(2)両部材を接着材で接着する方法、(3)両部材をエポキシ樹脂で固定する方法、(4)両部材を拡散接合(diffusion bonding)する方法を紹介している。

【0006】

本発明者らの研究によって、前記(1)から(3)の方法では、レーザー媒質と透明伝熱部材の間の熱抵抗が高くてレーザー媒質を十分に冷却できないことが判明した。すなわち、レーザー媒質が過熱してしまうために、レーザー装置の利用者が必要とするレベルにまでレーザー光強度を増大できないことが判明した。前記(1)の場合、界面では物質同士が不連続であるため、この不連続面でフォノンが散乱されてしまう、すなわち熱抵抗が大きくなるために本質的な解決にならない。また、前記(2)と(3)では接着剤やエポキシ樹脂層が熱抵抗となる。また、高出力動作時には樹脂が劣化して破損に至ってしまうという深刻な問題を引き起こす。前記(4)の方法によると、レーザー媒質と伝熱部材の間の熱抵抗を十分に低下させることはできるものの、高温下で接合することと、レーザー媒質と伝熱部材の熱膨張係数が相違することから、室温動作時にはレーザー媒質に強い残留応力が作用し、これがレーザー媒質内での光学歪みの原因となりビーム品質を劣化させてしまう。

【0007】

そこで、レーザー媒質と透明伝熱部材を表面活性接合する技術が開発され、その技術が非特許文献１に開示されている。非特許文献１では、レーザー媒質の一種であるＹＡＧと透明伝熱部材の一種であるダイアモンドを表面活性接合する。
本明細書では、接合する両部材の接合面に不活性ガスの原子ビームを照射して接合面を活性化し、活性化した接合面同士を重ね合わせ、活性化した接合面に出現した結合手によって両部材が原子レベルで接合することを表面活性接合という。表面活性接合方法によると、常温で接合することができ、残留応力の問題は生じない。また、原子レベルで接合するために２部材間の熱抵抗を十分に下げることができる。非特許文献２と３については後記する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】常温接合を用いたＹｂ：ＹＡＧ／ダイヤモンド複合構造レーザの作成及び評価、富樫拓紀、中央大学修士論文（2013年度）

【0009】

【非特許文献2】Surface activated bonding of GaS and SiC wafers at room temperature for improved heat dissipation in high power semiconductor lasers, Eiji Higurashi, Ken Okumura, Kaori Nakasuji, and Tadatomo Suga, Japanese Journal of Applied Physics 54 030207 (2015)

【0010】

【非特許文献3】Tailored Spectral Designing of Layer-by Layer Type Composite Nd:Y3ScAl4O12/Nd: Y3Al5O12 Ceramics, Yoichi Sato, Akio Ikesue, and Takunori Taira, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 13, No.3 May/June 2007

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許第５，７９６，７６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

非特許文献１の技術によって、ＹＡＧとダイアモンドを良好な状態で表面活性接合できれば、レーザー媒質を効率的かつ均質に冷却することができ、レーザー装置の高出力化を可能とする画期的な技術となるが、既知の方法で表面活性接合したＹＡＧとダイアモンドの界面には着色など光学的損失層が観察される。また、ＹＡＧとダイアモンドとの接合の信頼性が低く、長期間にわたって使用すると、接合界面が劣化する。これらの問題は、レーザー媒質がＹＡＧの場合に限られない。レーザー媒質が酸化物であると、表面活性化処理の際に酸素などの軽元素が飛んで酸素欠陥が生じ、その酸素欠陥によって着色などの光学的損失層が発現すると推定される。透明伝熱部材が酸化物であるときにも、接合界面に着色などの光学的損失層が発現する。レーザー媒質と透明伝熱部材の一方または双方が酸化物である場合には、既知の表面接合方法によると、接合しなかったり、あるいは接合面が着色する現象が生じたりし、透明を維持しながら接合することが困難である。

【0013】

本発明者らの研究開発によって、長さが数ｍｍのマイクロチップレーザーによって共振器内部での尖頭値が数１０ＭＷ（メガワット）にも達する高出力化が可能となっている。通常の光学系では、１％程度の損失が許される。しかしながら、パワーが数１０ＭＷにも達すると、１％の損失であっても、吸収パワーが数１００ｋＷに至るため、その光学部品が破壊されてしまう。ちょっとした損失が大事故に繋がるので、一般には許容できる程度の損失・吸収が、高強度レーザーでは許されない。非特許文献１の技術によってＹＡＧとダイアモンドの接合界面に発現する着色層は薄いものであるが、高強度レーザー光の場合は、そのわずかな着色層が損失をもたらし、マイクロチップレーザーの高出力化を阻害する。既知の表面活性接合方法では、高強度レーザー用の光学部品に必要とされるレベルの界面透明性が得られない。

【0014】

またレーザー媒質と透明伝熱部材を同質膜を利用しないで表面活性接合する場合は、異種材料の表面活性接合となる。一方の部材が酸化物であると、異種材料を表面活性接合することが困難となる。非特許文献２に、レーザー媒質の一種であるＧａＡｓと伝熱部材の一種であるＳｉＣを異種の表面活性接合した事例が報告されている。非特許文献２によると、ＧａＡｓとＳｉＣの間にアモルファス層が介在する状態で、ＧａＡｓとＳｉＣが表面活性接合する。両部材間にアモルファス層が形成されると、接合信頼性が得られる。しかしながら、一方の部材が酸化物である場合には、非特許文献２に記載されている表面活性接合方法を適用しても、アモルファス層を介して異種材料同士を安定的に表面活性接合することが困難となる。

【0015】

本明細書では、レーザー媒質と透明伝熱部材の少なくとも一方が酸化物であり、既知の表面活性接合技術では、高強度レーザーに利用できるほどに透明な接合界面を得ることができないという問題を解決する技術を開示する。
また、少なくとも一方が酸化物からなるレーザー媒質と透明伝熱部材の間の熱抵抗が低く、接合後のレーザー媒質に強い残留応力が作用せず、しかもレーザー媒質と透明伝熱部材の界面での透明性が高いレーザー部品、すなわち、損失が少なくて高強度レーザーに適したレーザー部品を開示する。さらに、そのレーザー部品の製造方法と、そのレーザー部品を利用するレーザー装置を開示する。
さらに、少なくとも一方が酸化物からなるレーザー媒質と透明伝熱部材の間の熱抵抗が低く、接合後のレーザー媒質に強い残留応力が作用せず、しかもレーザー媒質と透明伝熱部材がアモルファス層を介して安定的に接合しているレーザー部品、すなわち、高強度レーザーに対して長期間の使用に耐えられるレーザー部品を開示する。さらに、そのレーザー部品の製造方法と、そのレーザー部品を利用するレーザー装置を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

（レーザー部品の製造方法）
本明細書では、少なくとも一方が酸化物からなるレーザー媒質と透明伝熱部材を接合したレーザー部品の新たな製造方法を開示する。この製造方法は、レーザー媒質の接合面と透明伝熱部材の接合面の双方を酸素プラズマに晒す工程と、その後に、真空雰囲気中で、前記接合面の双方に不活性ガスの原子ビームを照射し、照射後の前記接合面の双方を重ね合わせて表面活性接合する工程を備えている。

【0017】

既知の表面活性接合では、レーザー媒質と透明伝熱部材の少なくとも一方が酸化物であると、レーザー媒質と透明伝熱部材を良好に表面活性接合することが困難であった。上記の製造方法では、表面活性接合工程に先だって、双方の接合面を酸素プラズマに晒す前工程を実施する。その前工程を経ると、レーザー媒質と透明伝熱部材の少なくとも一方が酸化物であっても（例えばＹＡＧであっても）、レーザー媒質と透明伝熱部材を良好かつ安定的に表面活性接合することが可能となる。すなわち、その前工程を経ると、レーザー媒質と透明伝熱部材の接合界面での透明性が低下することを防止できる。また、その前工程を経ると、レーザー媒質と透明伝熱部材がアモルファス層を介して安定的に接合し、接合信頼性が向上する。

【0018】

（着色層が観察されないレーザー部品）
本明細書に記載の技術によると、レーザー媒質と透明伝熱部材の一方または双方が酸化物であっても良好に表面活性接合できることから、少なくとも一方が酸化物であるレーザー媒質と透明伝熱部材を表面活性接合したレーザー部品であって、レーザー媒質と透明伝熱部材の界面での透明性が高い、すなわち、界面に白濁層ないし着色層が観察されないレーザー部品が得られる。本明細書では、白濁と着色を総称して着色という。
このレーザー部品によると、高強度レーザーに利用しても、界面での光学損失によってレーザー部品が破壊することが防止できる。

【0019】

（アモルファス層を利用するレーザー部品）
本明細書に記載の技術によって、少なくとも一方が酸化物であるレーザー媒質と透明伝熱部材を表面活性接合したレーザー部品であって、レーザー媒質と透明伝熱部材がアモルファス層を介して安定的に接合しているレーザー部品が得られる。
このレーザー部品によると、高強度レーザーに利用しても接合信頼性が高く、長期間にわたって使用することができる。
酸素プラズマに晒すことによって、前記した「着色層が観察されないレーザー部品」と「アモルファス層を利用して異種材料を接合したレーザー部品」を実現できることが判明したことから、他の手法も検討した。その結果、ジェルを用いて接合面をクリーニングしておいてから表面接合する方法も有効であり、それによっても上記のレーザー部品を実現することができる。

【0020】

レーザー媒質と透明伝熱部材を直接に表面活性接合してもよい。異種材料を表面活性接合することができる。レーザー媒質と透明伝熱部材の一方または双方に誘電体多層膜を形成してから表面活性接合してもよい。誘電体多層膜を利用すると、レーザー媒質と透明伝熱部材の界面における反射特性を調整することが可能となる。例えば、特定の波長に対しては高反射率であり、他の波長に対しては低反射率の特性に調整するといったことが可能となる。誘電体多層膜を形成する場合には、誘電体多層膜の最表面に、相手側の接合面と同質材料の膜（同質膜）を製膜してもよい。この場合、同種材料の表面活性接合によって相手側の接合面に接合することができる。

【0021】

レーザー媒質と透明伝熱部材の屈折率の差が９％以上あると、界面における反射損失が０．３％以上となり、レーザー部品の用途が制約されてしまう。この場合は、両者の屈折率の中間値に近い屈折率をもつ中間膜を利用することが好ましい。すなわち、レーザー媒質と中間膜の屈折率の差が９％未満であり、中間膜と透明伝熱部材の屈折率の差も９％未満の関係にある中間膜を利用する。これによって界面における損失が０．３％未満のレーザー部品を得ることができる。特に、レーザー媒質がＹＶＯ_４で透明伝熱部材がダイアモンドである場合に、中間膜を利用する技術が有効である。

【0022】

中間膜を利用する場合、レーザー媒質と透明伝熱部材の双方の接合面に中間膜を形成しておいて同種表面活性接合してもよい。レーザー媒質側の中間膜と透明伝熱部材側の中間膜を異ならせて２段階の中間膜を形成してもよい。レーザー媒質と透明伝熱部材の屈折率の差が大きいときには、レーザー媒質に近い屈折率を持つ中間膜と、透明伝熱部材に近い屈折率を持つ中間膜からなる２段階の中間膜を利用してもよい。あるいは、レーザー媒質と透明伝熱部材の一方の接合面に中間膜を形成しておいて異種表面活性接合してもよい。中間膜の製膜に先だって、誘電体多層膜を製膜しておいてもよい。一方の部材に製膜しておいてから接合する場合、透明伝熱部材側に製膜し、それをレーザー媒質に接合する場合がある。この場合も、接合面を酸素プラズマに晒して前洗浄してから接合することによって良質な接合面を得ることができる。中間膜を形成してから酸素プラズマに晒してもよいし、不活性ガスの原子ビームを照射してから中間膜を形成してもよい。

【0023】

本明細書に記載の技術によって、レーザー媒質と透明伝熱部材が交互に出現する順序で複数個のレーザー媒質と複数個の透明伝熱部材を直列に配置したレーザー部品を得ることができる。この種のレーザー部品は、レーザー発振器にも、レーザー増幅器にも、波長変換器にも有用である。

【0024】

複数個のレーザー媒質を直列に配置する場合、同じレーザー媒質を配置してもよいし、変化させてもよい。例えば、励起光の入射側に配置されたレーザー媒質の添加物濃度を低くし、他方側に配置されたレーザー媒質の添加物濃度を高くすることができる。励起光強度が高い位置では添加物濃度が低く、励起光強度が低い位置では添加物濃度が高い関係にあると、場所による発熱量の差を小さく抑えることが可能となり、局所的な過熱現象の発生を防止できる。この構造は、レーザー増幅器に有効である。

【0025】

厚みの異なる非線形光学材料を直列に配列した波長変換器も有用である。これによって波長の異なるレーザー光に共通に利用できる波長変換器を実現できる。

【0026】

種類が相違するレーザー媒質を直列に配列したレーザー発振器またはレーザー増幅器も有用である。例えば、共通の発光中心物質を種類の異なる母材中に添加した種類が異なる光利得物質を直列に配列すると、非特許文献３に開示されているように、レーザー発振器の発振波長を広帯域化することができる。非特許文献３の技術では、セラミック製の２種類の光利得物質の組み合わせに限定されているが、本明細書に記載の技術によると、セラミック材料に限られず、種類数に限定されず、光利得物質と光利得物質の間に透明伝熱部材を配置して冷却する構造を得ることができる。

【0027】

複数個のレーザー媒質と複数個の透明伝熱部材を直列に配置する場合、端部に透明伝熱部材を配置することが好ましいことがある。レーザー装置の場合、レーザー媒質と空間の界面近傍は不連続であるため電界集中が生じやすい。レーザー光の強度が高まると、電界集中の度合いも大きくなり、レーザー媒質と空間の界面近傍に生じる電界集中によってレーザー媒質が破壊されることがある。この問題は、レーザー媒質が多結晶である場合に顕著となる。何故なら粒界の存在が、境界近傍における電界の面内分布に本質的に不均一な領域を作る。さらに研磨等により端面を均一化しても、結晶粒と粒界では研磨速度が異なり、加えて同じ結晶粒でも方位によって固さも異なってくる。従って全体が１つの均質な領域、特に１種類の結晶で形成されている材料に比べ、セラミック材料の表面精度は劣化する。そのため端面に生ずる電界集中を緩和するコーティングを行っても、その素地の表面精度が悪いとコーティングされた面の表面精度も悪くなる。このためセラミックのレーザー媒質の光損傷閾値は、単結晶のそれに比べて約１桁下がってしまう。特にジャイアントパルスレーザーの様に尖頭値が数メガワットを超えるような場合、その故障モードは深刻であり、レーザー性能を本質的に左右する。そこで、セラミックのレーザー媒質の端面に、均質な材料、特に透明単結晶を表面活性接合し、その端面にコーティングを施すことで光損傷耐性を高めることができる。端面に接合する透明材料を高熱伝導率材料とすることで排熱効果も高めることができ、全体として高性能のパワーレーザーが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】各種の実施形態を模式的に示す図。

【図2】実施例１のレーザー部品と、その製造方法を示す図。

【図3】実施例２、３のレーザー部品を説明する図。

【図4】実施例４のレーザー部品と、その製造方法を示す図。

【図5】実施例５、６のレーザー部品を説明する図。

【図6】実施例７のレーザー部品を説明する図。

【図7】実施例１のレーザー装置を示す図。

【図8】実施例２のレーザー装置を示す図。

【図9】実施例３のレーザー装置を示す図。

【図10】実施例４のレーザー装置を示す図。

【図11】実施例５のレーザー装置を示す図。

【図12】実施例６のレーザー装置を示す図。

【図13】実施例７のレーザー装置を示す図。

【図14】実施例８のレーザー装置を示す図。

【図15】実施例９のレーザー装置を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、種々の実施形態を示している。図中の括弧内のアルファベットは実施形態の種別を示し、括弧内の数字は工程の順序を示している。
（ａ）は、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０が異種表面活性接合できる組み合わせであり、両者の屈折率の差が９％以下である場合を示す。この場合は、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０を直接に異種表面接合することができる。（１）の参照番号３０は、両者の接合面を酸素プラズマに晒すことを示し、この前工程を加えることで、両者を接合した後の界面での透明度を高いレベルに維持することができる。また、前工程を実施しないと表面活性接合できない材料の組み合わせを表面活性接合することが可能となる。例えばＹＡＧとサファイアを表面活性接合することは困難であるが、前工程を実施することによって、ＹＡＧとサファイアを異種表面活性接合することが可能となる。なお、異種表面活性接合した場合は、界面にアモルファス層が形成される。アモルファス層は薄く、図示を省略する。
プラズマ照射は、接合面を清浄化するためのものであり、後記するアルゴン原子ビーム照射と同じ効果を狙うものである。このために、従来の表面活性接合では、プラズマ照射と原子ビーム照射の両者を実施することはない。また、表面活性化処理は、酸素と結合して安定している最表面層から酸素を除去して結合手を発現させる技術であり、酸素プラズマを利用しても酸素が除去されないと想定されることから、酸素プラズマに晒すという着想はなかった。本研究によって、酸素プラズマを照射してから表面活性接合すると、界面での透明性の劣化が防止でき、表面活性接合できる材料の範囲が拡張されることが判明した。また、レーザー媒質と透明伝熱部材を異種接合する場合は、両者がアモルファス層を介して強固に接合する。
なお（２）の参照番号４０は、レーザー媒質１０の接合面と透明伝熱部材２０の接合面に、アルゴン原子ビームを照射することを示し、（３）は表面活性接合した部品の積層構造を模式的に示している。前記したように、アモルファス層の図示は省略されている。

【0030】

（ｂ）は、透明伝熱部材２０の表面に誘電体多層膜２２を製膜し、その後に酸素プラズマに晒し、その後に異種表面活性接合する実施形態を示している。誘電体多層膜２２を利用することによって接合界面での反射特性を調整することができる。この場合も、誘電体多層膜２２の上面とレーザー媒質１０の下面との間に、図示しないアモルファス層が形成される。
（ｃ）は、透明伝熱部材２０の表面に中間膜２４を製膜し、その後に酸素プラズマに晒し、その後に異種表面活性接合する実施形態を示している。レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の屈折率の差が９％以上の場合、界面での損失が問題となる。その場合は、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の中間値に近い屈折率を持っており、レーザー媒質１０との屈折率の差が９％未満（好ましくは６％未満）であり、透明伝熱部材２０との屈折率の差も９％未満（好ましくは６％未満）である材料によって中間膜２４を製膜することが好ましい。屈折率の差を６％未満に抑えることによって、界面での損失を０．１％以下に抑えることが可能となる。レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の屈折率の差が９％未満であれば、界面での損失が０．３％以下であり、（ａ）（ｂ）あるいは(ｄ)に示すように、中間膜２４を製膜しなくてもよい。レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の屈折率の差が６〜９％の場合は、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の双方に対する屈折率の差が６％未満である中間膜２４を利用する意味がある。その中間膜２４を利用すると、界面での損失を０．１％以下に抑えることができる。この場合も、中間膜２４の上面とレーザー媒質１０の下面との間に、図示しないアモルファス層が形成される。
なお、中間膜２４は、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０を酸素プラズマに晒し、不活性ガスの原子ビームに晒した後に製膜してもよい。原子ビームの照射、中間膜２４の製膜、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０を接触させて加圧する一連の工程を真空中で実行することによって表面活性接合することができる。
（ｄ）は、透明伝熱部材２０の表面に、レーザー媒質１０と同一組成の膜（以下では同質膜という）２６を製膜し、その後に酸素プラズマに晒し、その後に同種表面活性接合する実施形態を示している。同質膜を利用すると同種表面活性接合することができる。
（ｅ）は、透明伝熱部材２０の表面に、誘電体多層膜２２、中間膜２４、同質膜２６の順序で製膜し、その後に酸素プラズマに晒し、その後に同種表面活性接合する実施形態を示している。界面での反射特性が特に問題とならなければ、誘電体多層膜２２を省略できる。レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の屈折率の差が９％未満の場合は、中間膜２４を省略できる。異種接合できる場合は、同質膜２６を省略できる。
（ｆ）から（ｉ）は、誘電体多層膜１２、中間膜１４、または同質膜１６をレーザー媒質１０に製膜しておく場合を示す。誘電体多層膜１２を製膜しておけば（ｂ）と同じ部品が得られ、中間膜１４を製膜しておけば（ｃ）と同じ部品が得られ、同質膜１６を製膜しておけば（ｄ）と同じ部品が得られ、誘電体多層膜１２と中間膜１４と同質膜１６の全部を製膜しておけば（ｅ）と同じ部品が得られる。
（ｊ）は、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０の双方に中間膜１４，２４を製膜しておく実施例を示している。中間膜１４と２４は、同じ組成としてもよい。この場合は、中間膜１４，２４が同質膜１６，２６を兼用し、同種表面活性接合することができる。中間膜１４，２４を異なる組成としてもよい。このときは、屈折率が、レーザー媒質１０、第１中間膜１４、第２中間膜２４、透明伝熱部材２０の順で変化し、各界面における屈折率の差が９％未満の関係となるようにすれば、反射損失が０．３％以下になる。屈折率の差が６％未満の関係となるようにすれば、反射損失が０．１％以下になる。この場合は、第１中間膜１４の下面と第２中間膜２４の上面の間に、図示しないアモルファス層が形成される。
中間膜１４，２４が同質膜を兼用しない場合は、中間膜１４，２４のいずれか叉は双方の表面に同質膜を製膜してもよい。また、中間膜１４，２４に加えて、誘電体多層膜１２，２２の一方または双方を製膜してもよい。
本明細書に記載した技術は、ＹＡＧとサファイア、ＹＶＯ_４と中間膜とダイアモンドといった組み合わせで接合したレーザー部品に適用可能である。

【実施例】

【0031】

(実施例１)
図２は、図１の（ｂ）（ｄ）を複合した実施例であり、（ｅ）から中間膜２４を省略した実施例を示す。レーザー媒質１０はＹＡＧ（屈折率＝１．８２）であり、透明伝熱部材２０はサファイア（屈折率＝１．７５）であり、両者の屈折率の差が３．８％（６％未満）であり、中間膜２４が不要な場合に相当する。なおここでは、屈折率の差を、（高屈折率―低屈折率）／（高屈折率）の式で計算している。
この実施例では、透明伝熱部材２０とするサファイア基板の表面に誘電体多層膜２２を製膜し、その表面に同質膜２６となるＹＡＧの薄膜を製膜する。いずれもスパッタ法で製膜する。これらの試料を酸素プラズマ３０に晒し、両試料が置かれている環境を真空とし、両試料の接合面にアルゴンの高速原子ビーム４０を照射し、照射後の接合面同士を重ね合わせて加圧する。すると、同質膜２６とレーザー媒質１０が同種表面活性接合し、レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０間の熱抵抗が低い状態で接合される。図２において、参照番号１７，２７は、大気中におかれた試料表面を示し、酸素等と結合して安定した表面となっている。参照番号３０は酸素プラズマ照射を示し、参照番号４０はアルゴンの高速原子ビーム照射を示す。両処理を実施すると、（４）に示すように両試料の接合面に、活性化した接合手１９，２９が現れ、それが結合することによって、両試料が分子レベルで接合する。酸素プラズマに晒す前処理を加えるために、酸化物であるＹＡＧ（レーザー媒質１０）の接合面が表面活性接合によって変質することがなく、ＹＡＧとサファイア基板の界面の透明度が低下しない。また常温で表面活性接合するために、ＹＡＧ（レーザー媒質１０）に大きな残留応力が作用することがない。

【0032】

(実施例２)
図３の（ａ）は、実施例２の図２（１）に対応する図を示す。レーザー媒質１０がＹＡＧ（屈折率＝１．８２）であり、透明伝熱部材２０がダイアモンド（屈折率＝２．４２）であり、両者の屈折率の差が２４．８％（９％以上）であり、中間膜２４が必要な場合に相当する。中間膜は一層に限られず、多層であってもよい。２層を用いると、レーザー媒質１０と第１中間膜の屈折率の差、第１中間膜と第２中間膜の屈折率の差、第２中間膜と透明伝熱部材の屈折率の差をいずれも９％以内に抑えることができる。たとえば、第１中間膜にサルファを用い、第２中間膜にＴｉＯ_２を使用すると、隣接する部材間の屈折率の差をおおむね９％以下におさえることができ、光損失を抑制することができる。この場合は、中間膜２４の上面とＹＡＧ１０の下面との間に図示しないアモルファス層が形成され、安定的に接合する。誘電体多層膜２２は省略可能である。

【0033】

（実施例３）
図３の（ｂ）に示すように、誘電体多層膜２２、中間膜２４、同質膜２６の全部を利用することもできる。

【0034】

(実施例４)
図４は、図２の誘電体多層膜２２に対応する誘電体多層膜１２と、同質膜２６に対応する同質膜１６をレーザー媒質１０側に設けた実施例を示す。図２の場合と同じ作用効果が得られる。

【0035】

（実施例５）
図５（ａ）は、図３（ａ）の中間膜２４の対応する中間膜１４をレーザー媒質１０側に設けた実施例を示す。図３（ａ）の場合と同じ作用効果が得られる。この場合は、中間膜１４の下面と透明伝熱部材２０の上面との間に図示しないアモルファス層が形成され、安定的に接合する。
（実施例６）
図５（ｂ）は、図３（ｂ）の誘電体多層膜２２に対応する誘電体多層膜１２と、中間膜２４に対応する中間膜１４と、同質膜２６に対応する同質膜１６をレーザー媒質１０側に設けた実施例を示す。図３（ｂ）の場合と同じ作用効果が得られる。

【0036】

（実施例７）
図６は、レーザー媒質１０の接合面に中間膜１４を形成し、透明伝熱部材２０の接合面に中間膜２４を形成した実施例を示す。
中間膜１４と中間膜２４は同質膜を兼用してもよい。あるいは、中間膜１４と２４によって屈折率の差を２段階で緩和する２層の中間膜を形成してもよい。この場合は、中間膜１４と中間膜２４の間に図示しないアモルファス層が形成され、安定的に接合する。

【0037】

レーザー媒質には、既知の種々のレーザー媒質が利用可能であり、希土類イオンを添加した酸化物からなる光利得材料、遷移金属イオンを添加した酸化物からなる光利得材料、カラーセンターとなる酸化物からなる光利得材料等が利用できる。発光中心となる希土類イオンには、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂが例示できる。発光中心となる遷移金属イオンには、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕが例示できる。母体材料には、ＹＡＧ，ＹＳＡＧ，ＹＧＡＧ，ＹＳＧＧ，ＧＧＧ，ＧＳＧＧ，ＬｕＡＧなどのガーネット系、ＹＬＦ，ＬｉＳＡＦ，ＬｉＣＡＦ，ＭｇＦ_２，ＣａＦ_２などのフッ化系、ＹＶＯ_４，ＧｄＶＯ_４，ＬｕＶＯ_４などのバナデート系、ＦＡＰ，ｓＦＡＰ，ＶＡＰ，ｓＶＡＰなどのアパタイト系、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢｅＡｌ_２Ｏ_３などのアルミナ系、Ｙ_２Ｏ_３，Ｓｃ_２Ｏ_３，Ｌｕ_２Ｏ_３などの二三酸化物系、ＫＧＷ，ＫＹＷなどのタングステート系が例示される。母体材料は、単結晶であってもよいし多結晶セラミック材料であってもよい。また非晶質の各種ガラスなどでも良い。非線形光学材には、ＬＮ，ＬＴ，ＫＴＰ，ＫＴＡ，ＲＴＰ，ＲＴＡ，ＬＢＯ，ＣＬＢＯ，ＣＢＯ，ＢＢＯ，ＢｉＢＯ，ＫＢＢＦ，ＢＡＢＦ，水晶，ＣＯＢ，ＹＣＯＢ，ＧｄＣＯＢ，ＧｄＹＣＯＢ，ＹＡＢ，ＫＤＰ，ＫＤ^＊Ｐ，ＺＧＰなどが例示される。
透明伝熱部材には、サファイア、ダイアモンド、無添加ＹＡＧが例示される。ＳｉＣも透明伝熱部材になり得るが、現時点では透明性が欠けるため、共振器外部に配置するなど使途が限られる。ダイアモンドに対する中間膜には、ＰｂＣｌ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，ＴｉＯ_２，ＨｆＯ_２，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＮｄＯ_２，ＺｒＯ_２などが例示される。サファイアに対する中間膜には、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，Ｌａ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，ＰｂＦ_２，Ｓｃ_２Ｏ_３，ＹＡＧなどが例示される。

【0038】

次に、レーザー部品を利用するレーザー装置を説明する。
（実施例１のレーザー装置）
図７は、いわゆるマイクロチップレーザー発振器を示す。レーザー媒質１０の左端面に透明伝熱部材２０Ａを表面活性接合し、レーザー媒質１０の右端面に透明伝熱部材２０Ｂを表面活性接合している。図示はしないが、透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂの左端面と右端面には、誘電体多層膜が製膜されており、界面での反射特性が下記のように調整されている。
透明伝熱部材２０Ａの左端面は、励起光波長に無反射で、レーザー光波長に高反射。
透明伝熱部材２０Ａの右端面は、励起光波長に無反射で、レーザー光波長に無反射。
透明伝熱部材２０Ｂの左端面は、励起光波長に無反射で、レーザー光波長に無反射。
透明伝熱部材２０Ｂの右端面は、励起光波長に高反射で、レーザー光波長に一部反射。
この実施例では、透明伝熱部材２０Ａの左端面と透明伝熱部材２０Ｂの右端面の間に共振系が閉じ込められており、その共振器中に透明伝熱部材２０Ａと透明伝熱部材２０Ｂが配置されている。

【0039】

例えば、レーザー媒質１０には発光中心元素を添加したＹＡＧ、ＹＶＯ_４、（ｓ−）ＦＡＰ等が利用でき、透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂには、無添加のＹＡＧ，サファイア、ダイアモンド等が利用できる。レーザー媒質１０と透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂの屈折率の差が９％未満の場合は、中間膜が不要である。例えば、レーザー媒質１０Ａが発光中心元素を添加したＹＡＧまたは（ｓ−）ＦＡＰであり、透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂが無添加のＹＡＧまたはサファイアの場合は、中間膜が不要である。
レーザー媒質が発光中心物質を添加したＹＶＯ_４であり、透明伝熱部材がサファイアの場合は、屈折率の差が１９％となり、中間膜を利用することが好ましい。両者の中間の屈折率を持つサルファ、ＳｉＯ_２、ＨｆＯの一種または複数種類を中間膜に用いることが好ましい。
レーザー媒質が発光中心物質を添加したＹＶＯ_４であり、透明伝熱部材がダイアモンド場合は、両者の中間の屈折率を持つＴｉＯ_２、ＺｎＳ、Ｔａ_２Ｏ_３の一種または複数種類を中間膜に用いることが好ましい。

【0040】

誘電体多層膜の最表面に、相手側接合面と同質膜を形成して同種表面活性接合してもよいし、同質膜を製膜しないで異種表面活性接合してもよい。後者の場合は、接合界面にアモルファス層が形成されて接合される。
このマイクロチップレーザー発振器は、透明伝熱部材２０Ａの左端面に励起光を照射すると、透明伝熱部材２０Ｂの右端面からレーザー光が出力される。なお、レーザー光を出力する側の透明伝熱部材２０Ｂは省略可能な場合がある。

【0041】

（実施例２のレーザー装置）
図８に示すように、レーザー媒質１０Ａと透明伝熱部材２０Ｂの間にＱスイッチ１０Ｂを挿入し、それらの部材を表面活性接合してもよい。この場合、Ｑスイッチ１０Ｂと透明伝熱部材２０Ｂの間に、励起光波長には高反射であり、レーザー光波長の一部を反射する反射特性に調整する誘電体多層膜を形成して表面活性接合する。また、レーザー媒質１０Ａと透明伝熱部材２０Ａの間に、励起光波長には無反射であり、レーザー光を反射する反射特性に調整する誘電体多層膜を形成して表面活性接合する。この場合は、レーザー共振系の外側に透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂが位置する。図７のように、レーザー共振系の内側に透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂを配置してもよいし、図８のように、レーザー共振系の外側に透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂを配置してもよい。本明細書に記載の技術によって、透明伝熱部材を共振系の内側に配置しても高出力レーザーが発振可能な程度に透明な接合界面が得られる。

【0042】

（実施例３のレーザー装置）
図９に示すように、レーザー媒質１０ＡとＱスイッチ１０Ｂの間に透明伝熱部材２０Ｂを挿入し、それらの部材を表面活性接合してもよい。
透明伝熱部材２０の直径をレーザー媒質１０の直径より大型化することが好ましい。この場合、直列接合したレーザー部品を高熱伝導率の筒に収容し、透明伝熱部材２０の外周面が筒の内周面に接する関係とする。レーザー媒質１０の熱は、透明伝熱部材２０を介して筒に伝熱される。筒を冷却すると、レーザー媒質１０が冷却される。本明細書では、レーザー媒質１０Ａ，１０Ｂ・・と、透明伝熱部材２０Ａ，２０Ｂ・・・に共通する事象については、アルファベットの添え字を省略する。

【0043】

（実施例４のレーザー装置）
図１０は、図７のマイクロチップレーザー発振器を多段に直列接合して高出力化したレーザー発振器を示す。図１０の場合、最も左側の透明伝熱部材２０の左端面または右端面に励起光波長には無反射であり、レーザー光に高反射な誘電体多層膜を形成する。最も右側の透明伝熱部材２０の左端面または右端面に励起光波長には高反射であり、レーザー光に一部反射する誘電体多層膜を形成する。最も左側の透明伝熱部材２０と最も右側の透明伝熱部材２０は共振系の内部でも外部でもよいが、その他の透明伝熱部材は共振系の内側に配置されている。
各レーザー媒質１０の厚みは、レーザー媒質の直径の１／５以下に薄くすることが好ましい。それほどに薄くすると、レーザー媒質中における光路に沿った温度分布がほぼ均質となり、ビーム品質が格段に向上する。
種類が相違するレーザー媒質を直列に配列してもよい。例えば共通発光中心物質を種類が異なる母材中に添加した複数種類の光利得物質を直列に配列すると、非特許文献３に開示されているように、レーザー発振器の発振波長を広帯域化することができる。発光中心物質が相違する複数種類の光利得物質を直列に配列してもよい。例えば「Ｔｍ；ＹＡＧ，透明伝熱部材、Ｈｏ：ＹＡＧ，透明伝熱部材」を単位とし、それを繰り返して直列に配置してもよい。これによって、Ｔｍの発光でＨｏを励起する現象を得ることが可能となる。

【0044】

（実施例５のレーザー装置）
図１１は、図１０の多段式マイクロチップレーザー発振器に空間変調素子６０を挿入した実施例を示す。空間変調素子は、レーザー光ビームの空間モードを制御する。空間変調素子６０に代えて、ハードアパーチャまたはソフトアパーチャを挿入してもよい。空間変調素子６０等は、隣接する部材に表面活性接合してもよい。
（実施例６のレーザー装置）
図１２は、図１０の多段式マイクロチップレーザー発振器にＱスイッチ６２を挿入したパルスレーザー発振器を示す。Ｑスイッチ６２に代えて、可飽和素子、ＥＯ，ＡＯ，ＭＯ，非線形光学素子を用いることもできる。Ｑスイッチ６２等は、隣接する部材に表面活性接合してもよい。また、可飽和吸収素子の場合、発熱の集中を分散するために、複数に分割し、分割した可飽和吸収素子の間に透明伝熱部材が介在する状態で接合してもよい。
（実施例７のレーザー装置）
図１３は、図１１と図１２を組み合わせたパルスレーザー発振器を示す。

【0045】

（実施例８のレーザー装置）
図１４は、レーザー増幅器を示し、光利得媒質１０と透明伝熱部材２０が交互に繰り返す順序に従って直列に配置されている。隣接する部材同士は表面活性接合されている。各界面は、次のいずれかの反射特性に調整されている。
１）全界面において、励起光にもレーザー光波長にも無反射。光利得媒質１０にＹＡＧを用い、透明伝熱部材２０にサファイアを用いる場合、両者を異種表面活性接合すればよい。ＹＡＧとサファイアを表面活性接合すると、接合界面での反射率は０．１％以下となり、誘電体多層膜による無反射コートや中間層を施さなくとも良くなる。またＹＡＧとサファイアは、双方がＡｌ_２Ｏ_３を含むために同質膜も不要である。
２）最も右側の透明伝熱部材の左右のいずれかの界面では励起光に高反射で、レーザー光波長に無反射であり、それ以外の全界面では励起光にもレーザー光波長にも無反射。
３）前記１）または２）において、最も左側の透明伝熱部材の左右のいずれかの界面では励起光に無反射で、レーザー光波長に高反射。
この装置では、左端面を励起光で照射し、右端面にレーザー光を入力する。すると、右端面から入力したレーザー光を増幅したレーザー光が右端面から出力する。
この実施例では、強い励起光に照射される左側の光利得媒質１０の発光中心元素の添加濃度を薄くし、励起光が減衰する右側の光利得媒質１０の発光中心元素の添加濃度を濃くする。これによって、励起光が一部の領域で強く吸収されることが無く、励起領域全体で吸収量が均一になるように調整できる。レーザー装置内の温度が均質化され、局所的な過熱を防止することができる。あるいは直列接続の両端部近傍と中央部を区別し、両端部近傍では発光中心元素の添加濃度を薄くし、中央部では発光中心元素の添加濃度を濃くする場合もある。
なお、増幅器への種光としてはマイクロチップレーザー、ファイバーレーザー、ロッドレーザー、ディスクレーザーなどが挙げられる。
複数個の同種のレーザー媒質を直列に配置して増幅する装置によると、増幅率を高めることが可能となる。それに代えて、直列に配置するレーザー媒質の種類を変えたレーザー増幅装置も有用である。入射レーザー光の波長帯域が広い場合は、複数種類のレーザー媒質を利用することによって、入射レーザー光の全波長帯を増幅することが可能となる。いずれの場合も、個々のレーザー媒質が両面から冷却されるために、レーザー媒質の過熱を防止することができる。
（実施例９のレーザー装置）
図１５に示すように、図１４の構造によって、波長変換装置を構成することもできる。この場合、光利得媒質に代えて、非線形光学素子をレーザー媒質１０とする。この場合、非線形光学素子の厚みを変えて直列に配置してもよい。そうすると、入力したレーザー光を広帯域な波長幅をもつレーザー光に変換することが可能となる。あるいは、独立した複数の波長を有するレーザー光に変換することが可能となる。
なお、図７の構造で波長変換装置を実現することもできる。厚みが相違する複数個の非線形光学材料を直列に接合したものを、図７のレーザー媒質１０とすることができる。
また、目的波長のコヒーレンス長に応じて非線形分極の符号が逆転するよう、または一時的に休止することを繰り返すなどの擬似位相整合を実現するように接合してもよい。なお、擬似位相整合では帯域を拡げたり位相関係を制御するためのチャープ構造を造り込んでもよい。

【0046】

共振器形状としては、安定共振器よりも平行平板共振器の方が高出力化に適している。図７〜１３は、平行平板共振器を示している。さらなる高出力化のためには、励起面積を拡げる必要が有るところ、従来技術では利得が不足するために励起面積を拡げることが難しかった。本明細書で開示するレーザー発振器は、透明度が高くて過熱しづらいことから励起面積を拡げることができる。それを利用して不安定共振器を形成することが可能になる。本明細書に記載の技術によって不安定共振器を実現することが可能となる。
酸素プラズマに晒してから表面活性接合する技術は、レーザー媒質と透明伝熱部材の接合に特に有効であるが、それに限られない。例えば、酸化物からなるレーザー媒質を不透明伝熱部材（Ｃｕ，ＣｕＷといった金属製ヒートシンク）に接合する場合も有効である。この場合は、レーザー媒質の表面に誘電体多層膜を製膜して全反射する特性に調整する。誘電体多層膜の最表面には、アルミナ膜、あるいはＡｕ，ＡｕＳｎといった金属膜を形成する。そのレーザー媒質と金属製ヒートシンクを酸素プラズマに晒してから表面活性接合する。それによって、レーザー媒質と金属製ヒートシンク間の熱抵抗が低く、接合信頼性が向上する。
また、酸素プラズマに晒す前処理を、他の洗浄処理であって損傷の少ない洗浄処理に代えてもよい。
本明細書に記載の技術は、レーザー媒質と透明伝熱部材の一方または双方が酸化物である場合に特に有効であるが、それに限られず、レーザー媒質と透明伝熱部材の一方または双方が軽元素を含む場合にも有効である。特に、周期律表の第３周期までに含まれる軽元素が含まれている場合は、酸素プラズマに晒して予備洗浄することによって、接合面の透明性と安定性が改善する。

【0047】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。例えば、実施例では、レーザー媒質と透明伝熱部材が交互に出現しているが、その一部で、レーザー媒質が続けて出現する場合がある。この場合は、連続するレーザー媒質の全体を一個のレーザー媒質を評価することができる。従って、これもまたレーザー媒質と透明伝熱部材が交互に出現する規則に従っている。
特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0048】

１０：レーザー媒質
１２：誘電体多層膜
１４：中間膜
１６：同質膜
２０：透明伝熱部材
２２：誘電体多層膜
２４：中間膜
２６：同質膜
３０：酸素プラズマ
４０：不活性ガスの原子ビーム
６０：空間変調素子
６２：Ｑスイッチ

【要約】

【課題】少なくとも一方が酸化物であるレーザー媒質と透明伝熱部材を接合したレーザー部品であり、両者間の熱抵抗が低く、レーザー媒質に大きな残留応力が作用しておらず、接合界面の透明度が高く、両者が安定的に接合した部品を提供する。
【手段】レーザー媒質１０の接合面と透明伝熱部材２０の接合面を酸素プラズマ３０に晒し、その接合面を表面活性接合する。レーザー媒質と透明伝熱部材が原子レベルで接合するために熱抵抗が低く、常温で接合するために大きな残留応力が作用せず、酸素プラズマに晒す処理をするので接合界面の透明度が損なわれない。アモルファス層を介して安定的に接合する。
【選択図】図１

【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】