(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023069750
(43)【公開日】2023-05-18
(54)【発明の名称】光学素子、光学装置および光学素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20230511BHJP
H01S 3/083 20060101ALI20230511BHJP
H01S 3/08 20230101ALI20230511BHJP
H01S 3/113 20060101ALI20230511BHJP
G02B 5/32 20060101ALI20230511BHJP
G03H 1/22 20060101ALI20230511BHJP
G03H 1/04 20060101ALI20230511BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
H01S3/083
H01S3/08
H01S3/113
G02B5/32
G03H1/22
G03H1/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】23
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021181857
(22)【出願日】2021-11-08
(71)【出願人】
【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】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100162352
【弁理士】
【氏名又は名称】酒巻 順一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100176658
【弁理士】
【氏名又は名称】和田 謙一郎
(72)【発明者】
【氏名】平等 拓範
【テーマコード（参考）】
2H249
2K008
5F172
【Ｆターム（参考）】
2H249AA06
2H249AA25
2H249AA44
2H249AA45
2H249AA50
2H249AA55
2H249CA01
2H249CA08
2H249CA15
2K008AA10
2K008CC03
2K008EE04
2K008FF17
2K008HH01
5F172AE12
5F172CC04
5F172NN13
5F172NQ34
5F172NQ44
5F172NQ53
5F172NS25
(57)【要約】
【課題】体積回折格子または体積ホログラフィック回折格子を有しており、高出力レーザなどに適した光学素子、上記光学素子を含む光学装置、および、上記光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る光学素子は、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されており且つ制御光によって励起される発光中心が添加されている第１光学部材を備え、第１光学部材には、制御光が第１光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、第１回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である。
【選択図】図１
【解決手段】一実施形態に係る光学素子は、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されており且つ制御光によって励起される発光中心が添加されている第１光学部材を備え、第１光学部材には、制御光が第１光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、第１回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている第１光学部材を備え、
前記第１光学部材には、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、
前記第１回折格子は、前記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学素子。
前記第１光学部材には、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、
前記第１回折格子は、前記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学素子。
【請求項2】
前記複数の改質領域それぞれは、面状または線状の領域である、
請求項１に記載の光学素子。
請求項１に記載の光学素子。
【請求項3】
前記第１光学部材には、前記第１回折格子と共振器を構成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、前記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
請求項１または２に記載の光学素子。
前記第２回折格子は、前記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項4】
前記共振器はリング共振器である、
請求項３に記載の光学素子。
請求項３に記載の光学素子。
【請求項5】
前記第１光学部材は、固体レーザ母材である、
請求項１～４の何れか一項に記載の光学素子。
請求項１～４の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項6】
前記第１回折格子は、チャープ構造を有する、
請求項１に記載の光学素子。
請求項１に記載の光学素子。
【請求項7】
前記第１光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されている、
請求項１，２および６の何れか一項に記載の光学素子。
請求項１，２および６の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項8】
請求項１～７の何れか一項に記載の光学素子を備える、光学装置。
【請求項9】
請求項１に記載の光学素子と、
単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されており且つ制御光によって励起される発光中心が添加されている第２光学部材と、
を備え、
前記第２光学部材には、前記制御光が前記第１光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、前記所定波長の光を反射する前記第１回折格子と共振器を形成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学装置。
単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されており且つ制御光によって励起される発光中心が添加されている第２光学部材と、
を備え、
前記第２光学部材には、前記制御光が前記第１光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、前記所定波長の光を反射する前記第１回折格子と共振器を形成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学装置。
【請求項10】
前記共振器はリング共振器である、
請求項９に記載の光学装置。
請求項９に記載の光学装置。
【請求項11】
結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている複数の光学部材を備え、
前記複数の光学部材は、一方向に沿って配置されており、
前記複数の光学部材のうちの第１光学部材には、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、
前記第１回折格子は、前記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学装置。
前記複数の光学部材は、一方向に沿って配置されており、
前記複数の光学部材のうちの第１光学部材には、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、
前記第１回折格子は、前記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学装置。
【請求項12】
前記第１光学部材は固体レーザ母材、ヒートシンクまたは可飽和吸収体である、
請求項１１に記載の光学装置。
請求項１１に記載の光学装置。
【請求項13】
前記第１光学部材は固体レーザ母材であり、
前記第１光学部材には、前記第１回折格子とともに共振器を構成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、前記第１光学部材が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
請求項１１に記載の光学装置。
前記第１光学部材には、前記第１回折格子とともに共振器を構成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、前記第１光学部材が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
請求項１１に記載の光学装置。
【請求項14】
前記第１光学部材は固体レーザ母材であり、
前記複数の光学部材のうちの第２光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているとともに、前記第１回折格子とともに共振器を構成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
請求項１１に記載の光学装置。
前記複数の光学部材のうちの第２光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているとともに、前記第１回折格子とともに共振器を構成する第２回折格子が形成されており、
前記第２回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
請求項１１に記載の光学装置。
【請求項15】
固体レーザ母材と、共振器とを備え、レーザ光を出力する装置であって、
前記共振器内に配置されており、結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている光学部材を備え、
前記光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているとともに、前記制御光が前記光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、前記共振器の光軸と異なる方向に前記レーザ光を反射する回折格子が形成されており、
前記回折格子は、前記光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学装置。
前記共振器内に配置されており、結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている光学部材を備え、
前記光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているとともに、前記制御光が前記光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、前記共振器の光軸と異なる方向に前記レーザ光を反射する回折格子が形成されており、
前記回折格子は、前記光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である、
光学装置。
【請求項16】
単結晶、セラミックスまたはガラスで形成されている光学部材に、所定波長の光を反射する体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子を形成する工程を備え、
前記体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子は、パルスレーザ光を用いて前記光学部材を改質することによって形成される、
光学素子の製造方法。
前記体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子は、パルスレーザ光を用いて前記光学部材を改質することによって形成される、
光学素子の製造方法。
【請求項17】
前記パルスレーザ光のパルス幅は、０．１ｐｓ～１ｎｓである、
請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項18】
前記パルスレーザ光のパルス幅は、１ｐｓ～１ｎｓである、
請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項19】
前記光学部材において前記パルスレーザ光が入射される第１面に対して、前記パルスレーザ光は、前記第１面の垂直方向から前記第１面に入射される、
請求項１６～１８の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
請求項１６～１８の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項20】
前記光学部材における前記パルスレーザ光が入射される第１面に対して、前記パルスレーザ光は、前記第１面の垂直方向に対して斜め方向から前記第１面に入射される、
請求項１６～１８の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
請求項１６～１８の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項21】
前記体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子は、前記パルスレーザ光による複数の改質領域によって形成されており、
前記複数の改質領域それぞれを面状または線状に形成する、
請求項１６～１８の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
前記複数の改質領域それぞれを面状または線状に形成する、
請求項１６～１８の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項22】
前記光学部材における前記パルスレーザ光が入射される第１面は、前記光学部材に前記所定波長の光が入射される第２面と異なる面である、
請求項１６～２１の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
請求項１６～２１の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項23】
前記光学部材における前記パルスレーザ光が入射される第１面は、前記光学部材に前記所定波長の光が入射される第２面と同じ面である、
請求項１６～２１の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
請求項１６～２１の何れか一項に記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学素子、光学装置および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ファイバーブラッグ回折格子（FBG）素子は、ファイバーレーザの普及に大きく寄与した。しかしながら取り扱えるエネルギーが小さいため、近年ではバルクの体積ブラッグ回折格子（VBG）素子（または体積ホログラフィック回折格子（VHG）素子）が注目されている（たとえば、特許文献１参照）。体積回折格子は、バルク型であるため高いエネルギー領域で光のスペクトルや角度により反射・透過特性を設計できるため、レーザ発振装置、非線形光学波長変換装置、光パルスの伸張・圧縮装置など幅広く利用できると期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－２２４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来のＶＢＧ素子はガラスを母材としており、たとえばレーザ装置に使用する場合には誘導放出断面積、熱伝導率など様々な問題があった。さらには受動素子であり、光を透過する状態または透過しない状態は最初の設計に依存していた。すなわち、従来のＶＢＧ素子では、高出力レーザ材料には適さず、さらに外部信号によるスイッチング制御はできなかった。
【0005】
そこで、本発明は、体積回折格子または体積ホログラフィック回折格子を有しており、高出力レーザなどに適した光学素子、上記光学素子を含む光学装置、および、上記光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面に係る光学素子は、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている第１光学部材を備え、上記第１光学部材には、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、上記第１回折格子は、上記第１光学部材の一部が改質された複数の改質面によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である。
【0007】
上記光学素子では、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている第１光学部材に、上記第１回折格子が作り込まれている。よって、上記光学素子は、高出力レーザなどに適している。
【0008】
上記複数の改質領域それぞれは、面状または線状の領域であってもよい。
【0009】
上記第１光学部材には、上記第１回折格子と共振器を構成する第２回折格子が形成されており、上記第２回折格子は、上記第１光学部材の一部が改質された複数の改質領域によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子であってもよい。
【0010】
第２回折格子も、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている第１光学部材に作り込まれている。よって、上記光学素子は、高出力レーザなどに適している。
【0011】
上記共振器はリング共振器でもよい。
【0012】
上記第１光学部材は、固体レーザ母材でもよい。この場合、たとえば、光学素子をレーザ装置に適用可能である。
【0013】
上記第１回折格子は、チャープ構造を有してもよい。この場合、たとえば、光学素子を用いてパルス圧縮または伸張が可能である。
【0014】
上記第１光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されていてもよい。この場合、制御光によって、第１光学部材をスイッチング制御可能である。
【0015】
本発明の他の側面に係る光学装置の一例は、上記光学素子を備える。
【0016】
本発明の他の側面に係る光学装置の他の例は、上記光学素子と、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されており且つ制御光によって励起される発光中心が添加されている第２光学部材と、を備え、上記第２光学部材には、上記制御光が上記第１光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、上記所定波長の光を反射する上記第１回折格子と共振器を形成する第２回折格子が形成されており、上記第２回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である。
【0017】
上記光学素子では、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている第１光学部材に、上記第１回折格子が作り込まれている。更に、光学素子が有する第１回折格子と共振器を形成する第２回折格子が、単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されており且つ制御光によって励起される発光中心が添加されている第２光学部材に作り込まれている。よって、上記装置は、高出力レーザなどに適している。更に、第２光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているため、第２回折格子が作り込まれた第２光学部材は、制御光によってスイッチング制御され得る。
【0018】
上記共振器はリング共振器でもよい。
【0019】
本発明の他の側面に係る光学装置の更に他の例は、結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている複数の光学部材を備え、上記複数の光学部材は、一方向に沿って配置されており、上記複数の光学部材のうちの第１光学部材には、所定波長の光を反射する第１回折格子が形成されており、上記第１回折格子は、上記第１光学部材の一部が改質された複数の改質面によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である。
【0020】
単結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている第１光学部材に、上記第１回折格子が作り込まれている。そのため、上記装置は、高出力レーザなどに適している。
【0021】
上記第１光学部材は固体レーザ母材、ヒートシンクまたは可飽和吸収体でもよい。
【0022】
上記第１光学部材は固体レーザ母材であり、上記第１光学部材には、上記第１回折格子とともに共振器を構成する第２回折格子が形成されており、上記第２回折格子は、上記第１光学部材が改質された複数の改質面によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子であってもよい。この場合、上記装置は、レーザ装置として機能する。
【0023】
上記第１光学部材は固体レーザ母材であり、上記複数の光学部材のうちの第２光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているとともに、上記第１回折格子とともに共振器を構成する第２回折格子が形成されており、上記第２回折格子は、体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子であってもよい。この場合、上記装置は、レーザ装置として機能する。
【0024】
本発明の他の側面に係る光学装置は、固体レーザ母材と、共振器とを備え、レーザ光を出力する装置であって、上記共振器内に配置されており、結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている光学部材を備え、上記光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているとともに、上記制御光が上記光学部材に照射されていない非照射状態または照射されている照射状態において、上記共振器の光軸と異なる方向に上記レーザ光を反射する回折格子が形成されており、上記回折格子は、上記光学部材の一部が改質された複数の改質面によって形成された体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子である。この場合、上記装置は、レーザ装置として機能する。また、結晶、セラミックスまたはガラスから形成されている光学部材に上記回折格子が形成されているので、高出力レーザに有効である。更に、上記光学部材には、制御光によって励起される発光中心が添加されているため、回折格子が作り込まれた光学部材を、制御光によって制御可能である。
【0025】
本発明の他の側面に係る光学素子の製造方法は、単結晶、セラミックスまたはガラスで形成されている光学部材に、上記所定波長の光を反射する体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子を形成する工程を備え、上記体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子は、パルスレーザ光を用いて上記光学部材を改質することによって形成される。
【0026】
上記方法では、単結晶、セラミックスまたはガラスで形成されている光学部材に、上記回折格子を作り込むことができる。その結果、高出力レーザ等に対して有効な光学素子を製造可能である。
【0027】
上記パルスレーザ光のパルス幅は、０．１ｐｓ～１ｎｓであってもよいし、１ｐｓ～１ｎｓであってもよい。
【0028】
上記光学部材において上記パルスレーザ光が入射される第１面に対して、上記パルスレーザ光は、上記第１面の垂直方向から上記第１面に入射されてもよい。或いは、上記光学部材における上記パルスレーザ光が入射される第１面に対して、上記パルスレーザ光は、上記入射面の垂直方向に対して斜め方向から上記第１面に入射されてもよい。
【0029】
上記体積型ホログラフィック回折格子または体積ブラッグ回折格子は、上記パルスレーザ光による複数の改質領域によって形成されており、上記複数の改質領域それぞれを面状または線状に形成されてもよい。
【0030】
上記光学部材における上記パルスレーザ光が入射される第１面は、上記光学部材に上記所定波長の光が入射される第２面と異なる面でよい。或いは、上記光学部材における上記パルスレーザ光が入射される第１面は、上記光学部材に上記所定波長の光が入射される第２面と同じ面でよい。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、体積回折格子または体積ホログラフィック回折格子を有しており、高出力レーザなどに適した光学素子、上記光学素子を含む光学装置、および、上記光学素子の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。本開示において、「体積回折格子」は、体積型ホログラフィック回折格子（ＶＨＧ）または体積ブラッグ回折格子（ＶＢＧ）である。
【0034】
【0035】
光学部材４は、単結晶から形成されたバルク状の結晶体、セラミックスから形成されたバルク状のセラミックス体またはガラスである。光学部材４、たとえば、柱状（円柱状、四角柱状を含む）を呈する。
【0036】
上記単結晶の例は、ＹＡＧ，ＧＧＧ、ＬｕＡＧ、ＹＳＡＧ、ＹＧＡＧ等のガーネット系、Ｙ２Ｏ３、Ｓｒ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＹＡＬＯ、Ｓｒ２Ｏ３等の酸化物、ＹＶＯ４、ＬｕＶＯ４、ＧｄＶＯ４等のバナデート系、ＹＬＦ、ＣａＦ２やＦＡＰなどのフッ化物、アパタイト系、ＷＯ４などのタングステート系である。上記セラミックスの例は、ＹＡＧセラミックスのように上記単結晶と同様の材料の多結晶、一部アモルファスも含むなどである。このような単結晶およびセラミックスは、固体レーザ母材として機能する。
【0037】
光学部材４は、サファイア、ダイヤモンド、ＳｉＣ、さらには無添加のレーザ母材などから形成されていてもよい。このような光学部材４は、ヒートシンクとして機能する。
【0038】
光学部材４は、非線形光学結晶から形成されていてもよい。非線形光学結晶から形成された光学部材４の材料としては、たとえば、水晶、強誘電体材料、半導体材料、ボレート系材料等が挙げられる。
【0039】
上記強誘電体材料としては、たとえば、ＬｉＮｂＯ３（Ｍｇが添加されている場合、添加されていない場合の両方を含む）、ＬｉＴａＯ３（Ｍｇが添加されている場合、添加されていない場合の両方を含む）、ＫＴｉＰＯ４（Ｒｂが添加されている場合、添加されていない場合の両方を含む）、ＲｂＴｉＰＯ４（Ｒｂが添加されている場合、添加されていない場合の両方を含む）、ＫＴｉＯＡｓＯ４、ＲｂＴｉＯＡｓＯ４などが挙げられる。
【0040】
上記半導体材料としては、たとえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、 ＺｎＴｅ、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＳｉＰ２などが挙げられる。
【0041】
上記ボレート系材料としては、たとえば、ＬｉＢ３Ｏ５、ＢａＢ２Ｏ４，Ｃａ（ＢＯ３）３Ｆ，ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０，Ｃａ４ＬｎＯ（ＢＯ３）３（Ｌｎ＝Ｇｄ，Ｙ）などが挙げられる。
【0042】
光学部材４には、所定波長の光を選択的に反射する体積回折格子（第１回折格子）６が形成されている。体積回折格子６は、ＶＨＧまたはＶＢＧである。体積回折格子６は、周期Λで配置された複数の改質面（改質領域）６ａを有する。改質面６ａは、光学部材４が改質され、改質面６ａ以外の領域と異なる屈折率を有する屈折率変調面である。一実施形態において、各改質面６ａは、複数の改質部が面状に形成された領域であり得る。図１では、説明の便宜のため、改質面６ａを太実線で模式的に示している。改質面６ａの図示の仕方は他の図でも同様である。
【0043】
光学素子２は、光学部材４に体積回折格子６を形成することによって製造され得る。すなわち、光学素子２の製造方法は、光学部材４に体積回折格子６を形成する工程を有する。
【0044】
上記体積回折格子６は、レーザ描画によって形成され得る。具体的には、図２に示したように、パルスレーザ光ＰＬを集光部８で集光し、パルスレーザ光ＰＬの照射領域の光学部材４を改質する。光学素子２を形成する場合、光学部材４の面（第１面）４ｃからパルスレーザ光ＰＬを入射する。面４ｃは、図１に示したように体積回折格子６が形成された光学素子２に光Ｌｉを入射する場合において、光Ｌｉが入射される端面（第２面）４ａと異なる面である。図２に示した例では、面４ｃは、端面４ａに略直交している面である。形成すべき体積回折格子６の大きさおよび周期Λに応じて、パルスレーザ光ＰＬを３次元的に走査することによって、複数の改質面６ａを形成する。これにより、光学部材４に体積回折格子６が書き込まれ、光学素子２が得られる。パルスレーザ光ＰＬは、改質面６ａを書き込む書き込みレーザ光として機能し得る。上記照射領域で改質された部分を改質部と称した場合、各改質面６ａは、複数の改質部が面状に配置されることによって形成されている。図２に示した例では、パルスレーザ光ＰＬを面４ｃに対して垂直方向に入射している。しかしながら、パルスレーザ光ＰＬは、面４ｃに対して斜め方向（垂直方向から傾いた方向）から入射されてもよい。
【0045】
パルスレーザ光ＰＬは、サブピコからナノ秒パルス幅のパルスレーザ光でよい。パルスレーザ光ＰＬのパルス幅は、０．１ｐｓ～１０ｎｓでよい。上記パルス幅は、０．１ｐｓ～１ｎｓでもよいし、１ｐｓ～１ｎｓでもよい。パルスレーザ光ＰＬを出力するレーザ装置１０の例は、小型で低消費電力でありサブナノ秒パルス幅のレーザ光を出力可能なマイクロチップレーザ（MCL）（たとえば、特開２０１９－１２９２５２号公報参照）である。光学部材４がＮｄ：ＹＡＧであり且つパルスレーザ光ＰＬが基本波である場合の波長の例は、１０６４ｎｍであり、光学部材４がＹｂ：ＹＡＧであり且つパルスレーザ光ＰＬが基本波である場合の波長の例は、１０２４ｎｍ～１１０８ｎｍである。パルスレーザ光ＰＬとしては、基本波のみならず、固体レーザからの第２高調波，第３高調波，第４高調波、第５高調波、第６高調波、第７高調波などの高調波を用いてもよい。高調波を用いることで、パルス幅０．１ｐｓ未満の大形で不安定な超短パルスレーザを用いなくとも光子エネルギーを高める事ができるため物質と効率的に強く相互作用し、より微細な加工が可能である。
【0046】
パルスレーザ光ＰＬのパワーおよび照射時間等は、パルスレーザ光ＰＬの照射位置（集光位置）における屈折率が、体積回折格子６として機能し得る屈折率に変調可能に設定されていればよい。たとえば、パルスレーザ光ＰＬの尖頭出力の例は、０．１ＭＷ～５０ＭＷである。パルスレーザ光ＰＬの照射位置への照射時間は、０．１ｐｓ～１ｎｓである。
【0047】
パルスレーザ光ＰＬの走査は、パルスレーザ光ＰＬを出力するレーザ装置自体を走査してもよいし、レーザ装置１０から出力されたパルスレーザ光ＰＬを、ミラーなどを用いて走査してもよい。
【0048】
図１に示したように、体積回折格子６が、周期Λで平行に配置された複数の改質面６ａで形成されている場合を想定する。複数の改質面６ａが配列されている方向（改質面６ａに直交する方向）をｚ方向と称し、体積回折格子６が形成されている領域においてｚ方向における一方の端をｚ＝０とし、ｚ方向における体積回折格子６の幅をＬとする。光学部材４に所定波長λの光Ｌｉが入射する場合を想定する。
【0049】
この場合、体積回折格子６のｚ方向の屈折率分布ｎ（ｚ）、光Ｌｉで回折効率最大となる周期Λ（ブラッグ反射条件）および最大反射率Ｒは、式（１）、式（２）および式（３）で表される（たとえば、以下の参考文献１参照）。式（３）は位相整合条件に相当する。式（１）～式（３）において、ｎ０は、光学部材４における改質面６ａ以外の屈折率（改質前の屈折率）であり、ｎ１は、改質面６ａの屈折率であり、θ１は、光Ｌｉの体積回折格子６への入射方向と体積回折格子６（具体的には改質面６ａ）とのなす角度である。
参考文献１：P. Yen著，「フォトリフラクティブ非線形光学」，丸善株式会社，１９９５ 年３ 月１日，ｐ．５３－ｐ．７３。
参考文献１：P. Yen著，「フォトリフラクティブ非線形光学」，丸善株式会社，１９９５ 年３ 月１日，ｐ．５３－ｐ．７３。
【0050】
【数1】
【数2】
【数3】
式（２）において、θ１＝π／２である場合、Λは、λ／（２ｎ０）である。
また、参考文献１の例えば第４２頁によれば、式（１）～式（３）のｎ１として１０－３～１０－５を確保できれば、体積回折格子６が有効に機能する。
【0051】
光学素子２では、所定波長の光を選択的に反射する体積回折格子（第１回折格子）６が形成されている。そのため、入射した光のうち所定波長の光を反射し、所定波長からズレた波長の光を透過する。光学素子２は、上記製造方法で説明したように、光学部材４の一部を、たとえばレーザ光を用いて改質することによって形成されている。光学部材４は、単結晶から形成されたバルク状の結晶体またはセラミックスから形成されたバルク状のセラミックス体である。このように上記製造方法では、単結晶、セラミックス体などに回折格子を形成可能である。
【0052】
そのため、上記製造方法を用いることで、従来では実現できていなかった固体レーザ用の単結晶、セラミックス体などに回折格子を形成することできる。これによって、固体レーザ用の単結晶、セラミックス体などに、たとえば共振器を直接形成可能であり、更に、発振波長をロックすることも可能である。さらに、異種材料との接合界面では、状況により部分反射コーティングを行う必要があるが、多層膜の蒸着になるため機械的に脆いとの欠点がある。上記製造方法では、脆弱な多層膜を必要としないので、より強靱な複合素子を実現可能である。
【0053】
さらに、単結晶、セラミックス体等が固体レーザ材料から形成されている場合、各種発光中心を添加できることから、これらの励起に基づく外部制御も実現可能である。この点を説明する。図３は、外部制御可能な光学素子を説明するための図面である。
【0054】
図３に示したように、光学部材に発光中心が添加されている場合の光学素子２を光学素子２Ａと称す。光学素子２Ａは、制御波長λＣの制御光ＬＣ（外部信号）で励起される発光中心（第１発光中心）が光学部材に添加されている。発光中心の例は、希土類元素（Ｎｄ，Ｙｂ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍなど）、遷移金属元素（Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，など）などを含む。
【0055】
図３に示したように、制御波長λＣの制御光ＬＣが光学素子２に入射した場合、発光中心（たとえば、ＲＥ３＋等）が励起され屈折率変調Δｎが生じる。この屈折率変調Δｎを考慮した最大反射率Ｒは、式（４）で表される。
【数4】
【0056】
ｎ０は、通常、Δｎより十分大きいため、式（４）は、式（５）のように近似できる。
【数5】
【0057】
屈折率変調Δｎは、電子遷移による変化分（Δｎｅ）と発熱による変化分（ΔｎＴ）に分けられる。すなわち、Δｎは、式（６）で表される。
ここで、ΔｎｅおよびΔｎＴは、式（７）および式（８）で表される。
【数6】
ここで、ΔｎｅおよびΔｎＴは、式（７）および式（８）で表される。
【数7】
【数8】
【0058】
式（７）において、ΔＮは反転分布密度である。ＦＬは、ローレンツ因子（Lorents因子）であり、（ｎ０＋２）／３で表される。Δｐは、基底準位と励起準位間の分極差率である。Δｐおよび（∂ｎ／∂Ｔ）として、次の数値を採用する（たとえば、以下の参考文献２参参照）
Δｐ＝（１．９５±０．２５）×１０―２６［ｃｍ３］
∂ｎ／∂Ｔ≒（０．７±０．２）×１０－５
参考文献２：O. L. Antipov, D. V. Bredikhin, O. N. Eremeykin, A. P. Savikin, E. V. Ivakin,and A. V. Sukhadolau, “Electronic mechanism for refractive-index changes inintensively pumped Yb:YAG laser crystals,” OPTICS LETTERS, 2006, Vol. 31, No. 6, 763-765.
Δｐ＝（１．９５±０．２５）×１０―２６［ｃｍ３］
∂ｎ／∂Ｔ≒（０．７±０．２）×１０－５
参考文献２：O. L. Antipov, D. V. Bredikhin, O. N. Eremeykin, A. P. Savikin, E. V. Ivakin,and A. V. Sukhadolau, “Electronic mechanism for refractive-index changes inintensively pumped Yb:YAG laser crystals,” OPTICS LETTERS, 2006, Vol. 31, No. 6, 763-765.
【0059】
この場合、たとえば、光学素子２ＡがＹｂ：ＹＡＧ（Ｙｂの添加量：１００at.％）で形成されており且つ１００％励起したとすると、Δｎｅは２．９３×１０－３程度までの屈折率変化が生じる。仮に、Ｙｂの添加量を０．６８ａｔ.％としても５０％励起することで、１０―５程度の屈折率変化が生じる。そのため、制御光ＬＣを光学素子２Ａに照射し、発光中心を励起することで、Δｎとして、前述した体積回折格子６として機能させる場合の屈折率変化を確保できる。換言すれば、制御光ＬＣを光学素子２Ａに照射し、発光中心を励起することで、Δｎとして、体積回折格子６の反射特性に影響を及ぼす屈折率変化を確保できる。
【0060】
したがって、光学素子２Ａに制御光ＬＣが照射されていない状態（非照射状態）で体積回折格子６が光Ｌｉを反射するように設計されている場合、光学素子２Ａに制御光ＬＣを照射した場合、式（３）に表される条件（位相整合条件）は満たされない。その結果、所定波長λの光Ｌｉは体積回折格子６で反射されない。
【0061】
逆に、光学素子２Ａに制御光ＬＣが照射した状態（照射状態）で体積回折格子６が光Ｌｉを反射するように設計されている場合、制御光ＬＣの照射を停止した非照射状態では、式（３）に表される条件（位相整合条件）は満たされない。その結果、所定波長λの光Ｌｉは体積回折格子６で反射されない。
【0062】
そのため、光学素子２Ａは、制御光ＬＣの光学素子２Ａへの照射の有無（換言すれば、照射状態と非照射状態とを切り換えること）で、光学素子２Ａ（具体的には体積回折格子６）が光Ｌｉを反射する場合と、反射しない場合（すなわち透過する場合）とに切り換え可能である。したがって、光学素子２Ａは、反射特性を外部制御可能なスイッチ素子として機能する。
【0063】
制御光ＬＣの照射の有無で光学素子２Ａの機能をスイッチング制御できるので、光学素子２Ａではスイッチング速度の向上が図れるとともに、光学素子２Ａを、ピコ秒、フェムト秒パルスを用いた高い精度で制御可能である。
【0064】
上記光学素子２，２Ａは、光学部材４の材料および体積回折格子６の設計に伴う光学素子２，２Ａの機能に応じてレーザ加工装置、レーザ計測装置、レーザ医療装置およびその他の光学装置（理化学機器も含む）に適用可能である。
【0065】
光学部材４が、単結晶またはセラミックスから形成されている場合、入射する光のパワーに対して高い耐性を有する。そのため、光学素子２，２Ａは、高出力のレーザ光に対するスイッチ素子として使用可能であり、たとえば、高出力のレーザ光（たとえばパルスレーザ光）を出力する（或いは扱う）レーザ装置、レーザ加工装置、非線形波長変換装置、光パルスの伸張または圧縮装置等に適用可能である。
【0066】
次に、光学素子２または光学素子２Ａを用いた種々のデバイスまたは装置の実施形態を説明する。以下の説明する実施形態では、固体レーザ母材、ヒートシンク、非線形結晶などが光学部材４である。
【0067】
（第２実施形態）
第２実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置を説明する。図４は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０の模式図である。図４に示したレーザ装置（光学装置）１０は、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬを出力する装置である。
第２実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置を説明する。図４は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０の模式図である。図４に示したレーザ装置（光学装置）１０は、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬを出力する装置である。
【0068】
レーザ装置１０は、第１光供給部（励起光供給部）１２と、光学素子２Ｂとを備える。
【0069】
第１光供給部１２は、光学素子２Ｂに励起波長λｐを有する励起光ＬＰを供給する。第１光供給部１２は、励起光ＬＰを出力する光源部１２Ａと、励起光ＬＰを光学素子２Ｂに入射するように集光する集光光学系１２Ｂとを有する。図４では、集光光学系１２Ｂをレンズとして模式的に示している。光源部１２Ａの例は、半導体レーザ素子である。
【0070】
光学素子２Ｂは、励起光ＬＰが供給されることで、レーザ光ＬＬを出力する光発振器（または光増幅器）として機能する。光学素子２Ｂは、光学部材４Ａを有し、光学部材４Ａに、体積回折格子６Ａ１と、体積回折格子（第２回折格子）６Ａ２とが形成されている。体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２は、共振器１４を構成している。
【0071】
光学部材４Ａは、端面４ａおよび端面４ｂを有する。端面４ｂは、端面４ａと反対側の端面である。断らない限り、端面４ａおよび端面４ｂは平行である。説明の便宜のため、端面４ａ（または端面４ｂ）に直交する方向をＺ方向と称す場合もある。第２実施形態において、Ｚ方向は、共振器１４の光軸方向に相当する。
【0072】
光学部材４Ａは、励起波長λＰを有する励起光ＬＰによって励起される発光中心（第２発光中心）が添加された固体レーザ母材から形成されている。すなわち、光学部材４Ａはレーザ媒質である。光学部材４Ａは、たとえば、柱状（円柱状、四角柱状を含む）を呈する。
【0073】
光学部材４Ａに添加される発光中心の例は、第１実施形態で光学素子２に関して説明した発光中心の例と同様の希土類または遷移金属である。光学部材４Ａを形成する固体レーザ母材の例は、光学部材４の場合と同様である。光学部材４Ａは、たとえばＮｄが添加されたＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）から形成されている。
【0074】
体積回折格子６Ａ１は、光学部材４Ａにおいて端面４ａ側に形成されており、共振器１４における入力側反射部（第１反射部）として機能する。体積回折格子６Ａ１は、共振器１４の入力側反射部としての励起光ＬＰに対する透過特性およびレーザ光ＬＬに対する反射特性を有する。
【0075】
一実施形態において、体積回折格子６Ａ１は、励起波長λｐ（波長８０８ｎｍ、波長８８５ｎｍ等）に対して８０％より大きい（好ましくは９０％より大きい）透過率を有する一方、レーザ波長（レーザ発振波長）λＬ（例えば波長１０６４ｎｍ）に対して９９％より大きい反射率を有する。
【0076】
体積回折格子６Ａ１は、光学部材４Ａに作り込まれた複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ａ１は、第１実施形態における体積回折格子６の場合と同様にレーザ描画で形成され得る。体積回折格子６Ａ１が有する複数の改質面６ａの配置（たとえば周期）および改質面６ａの屈折率は、共振器１４の入力側反射部に応じた透過特性および反射特性を実現するように設定されていればよい。すなわち、体積回折格子６Ａ１は、共振器１４の入力側反射部として機能するように設計された体積回折格子６に相当する。
【0077】
体積回折格子６Ａ２は、光学部材４Ａにおいて端面４ｂ側に形成されており、共振器１４における出力側反射部（第２反射部）として機能する。体積回折格子６Ａ２は、共振器１４の出力側反射部としての励起光ＬＰに対する透過特性およびレーザ光ＬＬに対する反射特性を有する。
【0078】
一実施形態において、体積回折格子６Ａ２は、レーザ発振波長であるレーザ波長λＬ（例えば波長１０６４ｎｍ）に対して出力結合用に９０％～９９％の反射率（部分反射率）を有する。体積回折格子６Ａ２は、励起波長λＰの光を反射しなくてもよい。しかしながら、体積回折格子６Ａ２が励起波長λｐに対して５０％より大きい反射率を有することで、媒質長さ（具体的には、光学部材４Ａにおける体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２の間の長さ）を短くでき、安定的で効率的なレーザ発振、特に、ＣＷレーザ発振が可能である。
【0079】
体積回折格子６Ａ２は、光学部材４Ａに作り込まれた複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ａ２は、第１実施形態における体積回折格子６の場合と同様にレーザ描画で形成され得る。体積回折格子６Ａ２が有する複数の改質面６ａの配置（たとえば周期）および改質面６ａの屈折率は、共振器１４の出力側反射部に応じた透過特性および反射特性を実現するように設定されていればよい。すなわち、体積回折格子６Ａ２は、共振器１４の出力側反射部として機能するように設計された体積回折格子６に相当する。
【0080】
レーザ装置１０は、端面４ａ側に、ヒートシンク１６を有してもよい。ヒートシンク１６は、光学部材４Ａに接合されている。ヒートシンク１６の材料としては、たとえば、サファイア、ダイアモンド等が挙げられる。ヒートシンク１６および光学素子２Ｂ（具体的には光学部材４Ａ）は、本技術分野で公知の接合方法で接合されていればよい。たとえば、ヒートシンク１６は、接着剤、オプティカルコンタクト、または表面活性化低温接合（以下、単に「表面活性結合」とも称す）で光学素子２Ｂ（具体的には光学部材４Ａ）と一体化されている。
【0081】
表面活性結合は、真空中で接合する材料の接合面の酸化膜又は表面付着物をイオンビーム照射又はＦＡＢ（中性原子ビーム）照射によって除去し、平坦で構成原子の露出した接合面同士を接合するという手法である。表面活性結合は、分子間結合を利用した直接接合である。
【0082】
上記レーザ装置１０では、発光中心が添加された固体レーザ母材から形成されている光学部材４Ａに、体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２が作り込まれている。したがって、光学素子２Ｂが第１実施形態における光学素子２に相当し、光学素子２Ｂは、光学素子２と同様の作用効果を有する。たとえば、体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２が光学部材４Ａに作り込まれていることによって、誘電体多層膜を利用する場合より、光発振器としての光学素子２Ｂの機械的強度が向上している。
【0083】
レーザ装置１０において、体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２は、共振器１４を構成している。すなわち、光学部材４Ａに共振器１４が作り込まれている。したがって、光学素子２Ｂに励起光ＬＰを入射することで、レーザ光ＬＬを生成可能である。
【0084】
体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２のうちの一方の代わりに誘電体多層膜を使用してもよい。この場合でも、共振器１４を構成する２つの反射部をともに誘電体多層膜で形成する場合より、光発振器としての光学素子２Ｂの機械的強度が向上している。
【0085】
（変形例１）
図５を利用して、光学素子２Ｂの変形例である光学素子２Ｃを説明する。図５は、図４に示した光学素子の変形例を説明するための図面である。光学素子２Ｃは、光学部材４Ａと、体積回折格子６Ｂ１と、体積回折格子６Ｂ２とを有する。光学素子２Ｃは、体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２の代わりに、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２を有し、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２がリング共振器１４Ａを構成している点で、光学素子２Ｂと主に相違する。
図５を利用して、光学素子２Ｂの変形例である光学素子２Ｃを説明する。図５は、図４に示した光学素子の変形例を説明するための図面である。光学素子２Ｃは、光学部材４Ａと、体積回折格子６Ｂ１と、体積回折格子６Ｂ２とを有する。光学素子２Ｃは、体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２の代わりに、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２を有し、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２がリング共振器１４Ａを構成している点で、光学素子２Ｂと主に相違する。
【0086】
変形例１における光学部材４Ａは、図４に示した光学部材４Ａと同じであることから、説明を省略する。
【0087】
体積回折格子６Ｂ１は、ブレーズ角θＢ１で入射するレーザ光ＬＬを反射するように設計されている点以外は、体積回折格子６Ａ１と同様である。すなわち、体積回折格子６Ｂ１は、端面４ａ側に配置されており、体積回折格子６Ａ１の場合と同様に作製される複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ｂ１は、リング共振器１４Ａにおいて入力側反射部として機能する。
【0088】
体積回折格子６Ｂ２は、ブレーズ角θＢ２で入射するレーザ光ＬＬを反射するように設計されている点以外は、体積回折格子６Ａ２と同様である。すなわち、体積回折格子６Ｂ２は、端面４ｂ側に配置されており、体積回折格子６Ａ２の場合と同様に作製される複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ｂ２は、リング共振器１４Ａにおいて出力側反射部として機能する。
【0089】
上記構成により、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２で構成されるリング共振器１４Ａは、レーザ光ＬＬに対するブレーズ角θＢ１およびブレーズ角θＢ２でリング状にレーザ光ＬＬが伝播する共振器である。
【0090】
光学素子２Ｃは、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ１が作り込まれた光学部材４Ａである。よって、光学素子２Ｃが第１実施形態における光学素子２に相当し、光学素子２Ｃは、光学素子２と同様の作用効果を有する。
【0091】
光学素子２Ｃは、光学素子２Ｃの代わりにレーザ装置１０に適用可能である。
【0092】
光学素子２Ｃは、リング共振器１４Ａを備えていることで、光学素子２Ｃの小型化を図りながら、共振器長を確保可能である。
【0093】
変形例４の光学素子２Ｃを、レーザ装置１０に適用した場合、レーザ装置１０は、光学素子２ＣにＺ方向に沿って外部磁場を印加する外部磁場供給部を更に備えてもよい。これによって、ファラデー効果を利用できる。図５に示したように、光学素子２Ｃの外部からシード光ＬＳを入射してもよい。このようにシード光Ｌｓを光学素子２Ｃに入射する婆胃、リング共振器（光学素子２Ｃ）を備えたレーザ装置において、レーザ光を光注入同期でき、その発振波長や位相を制御できる。
【0094】
（第３実施形態）
第３実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図６は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ａの模式図である。図６に示したレーザ装置１０Ａは、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬとして、パルスレーザ光を出力する装置である。
第３実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図６は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ａの模式図である。図６に示したレーザ装置１０Ａは、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬとして、パルスレーザ光を出力する装置である。
【0095】
レーザ装置１０Ａは、第１光供給部１２と、光学素子２Ｄと、可飽和吸収部１７とを備える受動Ｑスイッチ型のレーザ装置である。後述するように、レーザ装置１０Ａでは、光学素子２Ｄが有する体積回折格子６Ａ１と、可飽和吸収部１７が有する体積回折格子６Ａ２とによって、共振器１４が形成されている。
【0096】
第１光供給部１２は、光学素子２Ｄに励起光ＬＰを供給する。第１光供給部１２の構成は、第２実施形態の場合と同様であることから、説明を省略する。図６では、第１光供給部１２をブロックとして模式的に示している。
【0097】
光学素子２Ｄは、体積回折格子６Ａ２の代わりに体積回折格子６Ｃ１を有する点で、主に光学素子２Ｃと相違する。光学素子２Ｄは、光学部材４Ａと、体積回折格子６Ａ１と、体積回折格子６Ｃ１とを有する。
【0098】
光学部材４Ａは、第２実施形態の場合と同様であることから、説明を省略する。体積回折格子６Ａ１の構成および作製方法は、第２実施形態の場合と同様である。第３実施形態においても、体積回折格子６Ａ１は、共振器１４における入射側反射部として機能する。
【0099】
体積回折格子６Ｃ１は、複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ｃ１は、励起波長λＰを有する励起光ＬＰに対して５０％より大きな反射率（好ましくは、９０％より大きな反射率）を有する。体積回折格子６Ｃ１の作製方法は、第１実施形態における体積回折格子６の場合と同様である。
【0100】
可飽和吸収部１７は、光学部材４Ａの端面４ｂに接合されており、可飽和吸収体１８と、体積回折格子６Ａ２を有する。
【0101】
可飽和吸収体１８の例はＱスイッチ素子である。可飽和吸収体１８は、可飽和吸収特性を有するように構成された光学部材４に相当する、可飽和吸収体１８は、Ｃｒが添加されたＹＡＧ（Ｃｒ：ＹＡＧ）から形成されていてもよい。可飽和吸収体１８は、光学部材４Ａの端面４ｂに接合されている。可飽和吸収体１８は、たとえば、接着剤、オプティカルコンタクト、または表面活性接合で光学素子２Ｄ（具体的に光学部材４Ａ）と一体化されている。以下、説明の便宜のため、光学素子２Ｄと可飽和吸収部１７との接合体を光学素子３と称す。
【0102】
可飽和吸収体１８の端面（光学素子と反対側の面）側には、体積回折格子６Ａ１とともに、共振器１４を構成する体積回折格子６Ａ２が作り込まれている。体積回折格子６Ａ２は、複数の改質面６ａを有し、体積回折格子６Ａ２の反射特性および透過特性は、第２実施形態の場合と同様である。体積回折格子６Ａ２の作製方法は、第１実施形態における体積回折格子６の場合と同様である。
【0103】
レーザ装置１０Ａにおいても体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２が共振器１４を構成している。更に、可飽和吸収体１８を有する。そのため、レーザ光ＬＬとして、パルスレーザ光を出力可能である。
【0104】
第３実施形態において、光学素子２Ｄが光学素子２に相当する。また、可飽和吸収部１７も光学素子２に相当する。よって、光学素子２Ｄおよび可飽和吸収部１７（光学素子）は、光学素子２と同様の作用効果を有する。
【0105】
レーザ装置１０Ａでは、励起波長λＰを有する励起光ＬＰに対して高い反射率を有する体積回折格子６Ｃ１が、光学部材４Ａに作り込まれている。たとえば、同様の反射特性を体積回折格子６Ｃ１以外で実現する場合には、光学部材４Ａと可飽和吸収体１８との間に体積回折格子６Ｃ１と同様の反射特性を有する誘電体多層膜を形成することが考えられる。しかしながら、そのような誘電体多層膜は機械強度が低いため、光学部材４Ａと可飽和吸収体１８とを誘電体多層膜を介して接合する際等に破損する場合がある。光学部材４Ａと可飽和吸収体１８とを誘電体多層膜を介して一体化された後でも、強度的に脆弱さが存在する。これに対して、レーザ装置１０Ａでは、体積回折格子６Ｃ１を、光学部材４Ａに作り込んでいるので、上記のような作製時の破損は生じず、更に作製後の脆弱さが存在しない。特に、光学部材４Ａ（たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧ）と、可飽和吸収体１８（たとえば、Ｃｒ：ＹＡＧ）とを表面活性結合で接合する場合には、原子レベルの強固な接合が期待されるので、光学素子３は外圧に対する耐性を有し得る。
【0106】
レーザ装置１０Ａでは、体積回折格子６Ａ１が光学部材４Ａに作り込まれており、体積回折格子６Ａ２が可飽和吸収体１８に作り込まれている。そのため、光学素子３は外圧により高い耐性を有し得る。
【0107】
レーザ装置１０Ａでは、体積回折格子６Ｃ１は、可飽和吸収体１８に作り込まれていてもよい。レーザ装置１０Ａでは、体積回折格子６Ａ１の代わりに、光学部材４Ａの端面４ａに形成された誘電体多層膜を入力側反射部として用いてもよい。レーザ装置１０Ａでは、体積回折格子６Ａ２の代わりに、可飽和吸収体１８の端面（光学素子２Ｄと反対側の端面）に形成された誘電体多層膜を出力側反射部として用いてもよい。
【0108】
（第４実施形態）
第４実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図７は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｂの模式図である。図７に示したレーザ装置１０Ｂは、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬとして、パルスレーザ光を出力する装置である。
第４実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図７は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｂの模式図である。図７に示したレーザ装置１０Ｂは、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬとして、パルスレーザ光を出力する装置である。
【0109】
レーザ装置１０Ｂは、第１光供給部（励起光光供給部）１２と、レーザ媒質２０と、放熱部２２Ａと、放熱部２２Ｂと、可飽和吸収部１７とを備える。後述するように、レーザ装置１０Ｂでは、放熱部２２Ａが有する体積回折格子６Ａ１と、可飽和吸収部１７が有する体積回折格子６Ａ２とによって、共振器１４が形成されている。
【0110】
第１光供給部１２は、レーザ媒質２０に励起光ＬＰを供給する。第１光供給部１２の構成は、第２実施形態の場合と同様であることから、説明を省略する。レーザ媒質２０は、第３実施形態における光学部材４Ａと同様とし得る。レーザ媒質２０は、たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧで形成されている。可飽和吸収部１７も第３実施形態の場合と同様であることから、説明を省略する。
【0111】
放熱部２２Ａは、ヒートシンク１６と、体積回折格子６Ａ１とを有する。換言すれば、放熱部２２Ａは、体積回折格子６Ａ１が作り込まれたヒートシンク１６である。ヒートシンク１６も光学部材４の一例である。体積回折格子６Ａ１は、第１実施形態の場合と同様の構成および光学特性（反射特性及び透過特性）を有し得る。体積回折格子６Ａ１の作製方法も、第１実施形態の場合と同様である。放熱部２２Ａ（具体的にはヒートシンク１６）は、レーザ媒質２０と、接着剤、オプティカルコンタクト、または表面活性接合で一体化されている。
【0112】
放熱部２２Ｂは、ヒートシンク１６と、体積回折格子６Ｃ１とを有する。換言すれば、放熱部２２Ｂは、体積回折格子６Ｃ１が作り込まれたヒートシンク１６である。放熱部２２Ｂは、体積回折格子６Ａ１の代わりに体積回折格子６Ｃ１が作り込まれている点以外は、放熱部２２Ａと同様の構成とし得る。体積回折格子６Ｃ１は、第３実施形態の場合と同様の構成および光学特性（反射特性及び透過特性）を有し得る。体積回折格子６Ｃ１の作製方法も、第３実施形態の場合と同様である。放熱部２２Ｂ（具体的にはヒートシンク１６）は、レーザ媒質２０および可飽和吸収部１７（具体的には、可飽和吸収体１８）と、接着剤、オプティカルコンタクト、または表面活性接合で一体化されている。
【0113】
第４実施形態において、放熱部２２Ａ、放熱部２２Ｂおよび可飽和吸収部１７それぞれが、光学素子２に相当する。よって、光学素子としての放熱部２２Ａ、放熱部２２Ｂおよび可飽和吸収部１７は、光学素子２と同様の作用効果を有する。
【0114】
以下の説明の便宜のため、放熱部２２Ａ、レーザ媒質２０、放熱部２２Ｂおよび可飽和吸収部１７によって形成される積層体を、光学素子３Ａと称す。
【0115】
レーザ装置１０Ｂにおいても体積回折格子６Ａ１および体積回折格子６Ａ２が共振器１４を構成している。更に、可飽和吸収体１８を有する。そのため、レーザ装置１０Ｂは、レーザ光ＬＬとして、パルスレーザ光を出力可能である。
【0116】
レーザ装置１０Ｂでは、レーザ媒質２０と可飽和吸収部１７との間に放熱部２２Ｂが配置されており、体積回折格子６Ｃ１が、放熱部２２Ｂが有するヒートシンク１６に作り込まれている。そのため、レーザ装置１０Ａの場合と同様に、たとえば、体積回折格子６Ｃ１と同様の反射特性を誘電体多層膜で実現する場合に比べて、光学素子３Ａの機械強度の向上が図られている。
【0117】
同様の観点で、体積回折格子６Ａ１もヒートシンク１６に作り込まれていることから、光学素子３Ａの機械強度の向上が図られている。更に、体積回折格子６Ａ２が可飽和吸収体１８に作り込まれているため、光学素子３Ａの機械強度の向上が図られている。
【0118】
レーザ装置１０Ｂでは、体積回折格子６Ａ２の代わりに、可飽和吸収体１８の端面（放熱部２２Ｂと反対側の端面）に形成された誘電体多層膜を出力側反射部として用いてもよい。
【0119】
（第５実施形態）
第５実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置を説明する。図８は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｃの模式図である。図８に示したレーザ装置１０Ｃは、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬを出力する装置である。
第５実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置を説明する。図８は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｃの模式図である。図８に示したレーザ装置１０Ｃは、レーザ波長λＬを有するレーザ光ＬＬを出力する装置である。
【0120】
レーザ装置１０Ｃは、第１光供給部１２と、光発振器２４と、第２光供給部（制御光供給部）２６を備える。
【0121】
第１光供給部１２は、光発振器２４に励起光ＬＰを供給する。第１光供給部１２の構成は、第２実施形態の場合と同様であることから、説明を省略する。
【0122】
光発振器２４は、光学素子２Ｅと、光学素子２Ｆとを有する。光学素子２Ｅが有する体積回折格子６Ａ１と、光学素子２Ｆが有する体積回折格子６Ｄとによって、共振器１４が形成されている。光発振器２４は、励起光ＬＰが供給されることで、レーザ光ＬＬを出力する。光発振器２４は、ヒートシンク１６を有してもよい。第５実施形態では、ヒートシンク１６を備えた場合の光発振器２４を説明する。
【0123】
図８に示したように、ヒートシンク１６、光学素子２Ｅおよび光学素子２Ｆは、この順に、Ｚ方向に沿って配置されている。
【0124】
光学素子２Ｅは、体積回折格子６Ａ２が形成されていない点で、第２実施形態における光学素子２Ｂと相違する。すなわち、光学素子２Ｅは、体積回折格子６Ａ１が作り込まれた光学部材４Ａである。光学部材４Ａおよび体積回折格子６Ａ１は、第２実施形態の場合と同じであることから、説明を省略する。
【0125】
光学素子２Ｆは、光学部材（第２光学部材）４Ｂと、体積回折格子（第２回折格子）６Ｄとを有する。光学素子２Ｆは、体積回折格子６Ｄが作り込まれた光学部材４Ｂである。
【0126】
光学部材４Ｂは、発光中心が添加された固体レーザ母材で形成されている。光学部材４Ｂに添加された発光中心は、制御波長λＣを有する制御光ＬＣによって励起される一方、励起波長λＰを有する励起光ＬＰでは励起されない希土類または遷移金属である。たとえば光学部材４Ｂは、Ｙｂが添加されたＹＡＧ（Ｙｂ：ＹＡＧ）である。光学部材４Ｂは、光学部材４Ａと、接着剤、オプティカルコンタクト、または表面活性接合で一体化されている。
【0127】
体積回折格子６Ｄは、複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ｄの作製方法は、第１実施形態における体積回折格子６の場合と同様である。体積回折格子６Ｄは、制御光ＬＣが光学素子２Ｆに照射している状態（照射状態）で、体積回折格子６Ａ１と同様に共振器１４を構成するように形成されている。すなわち、体積回折格子６Ｄは、制御光Ｌｃの非照射状態で共振器１４の出力側反射部として機能する。
【0128】
体積回折格子６Ｄは、発光中心が添加された光学部材４Ｂに作り込まれている。したがって、光学素子２Ａで説明したように、制御光Ｌｃが照射されていない状態（非照射状態）では、反射特性などが照射状態から変化する。そのため、体積回折格子６Ｄは、制御光Ｌｃの非照射状態では、共振器１４の出力側反射部としての機能を有しない。
【0129】
一実施形態において、体積回折格子６Ｄは、照射状態においてレーザ光ＬＬ（パルスレーザ光の基本波、好ましくは高調波のレーザ発振波長）に対する等価的反射率が２０％以上であることが好ましく、非照射状態において上記等価的反射率が２０％未満であることが好ましい。
【0130】
ヒートシンク１６、光学部材４Ａおよび光学部材４Ｂは、接着剤、オプティカルコンタクト、または表面活性接合で一体化されている。
【0131】
第２光供給部２６は、制御光ＬＣを出力する光源部２６Ａと、制御光ＬＣを光学部材４に入射するように集光する集光光学系２６Ｂとを有する。図８では、集光光学系２６Ｂをレンズとして模式的に示している。光源部２６Ａの例は、半導体レーザ素子である。
【0132】
上記レーザ装置１０Ｃでは、第２光供給部２６が、制御光ＬＣを光学素子２Ｆに照射していない状態で（非照射状態）において、第１光供給部１２から励起光ＬＰを光発振器２４に入射する。これにより、固体レーザ母材である光学部材４Ａが励起され反転分布が形成される。この際、体積回折格子６Ｄのレーザ光ＬＬの透過率が高いので、共振器１４としての損失が大きい。すなわち、レーザ共振器としてのＱ値が小さく、レーザ発振が抑制される。充分な反転分布が確保できた段階で、第２光供給部２６が、制御光ＬＣを光学素子２Ｆに照射する。これにより、体積回折格子６Ｄのレーザ光ＬＬに対する反射率が増加し、共振器１４が成立する。その結果、レーザ発振が生じ、レーザ光ＬＬが出力される。この際、第２光供給部２６が、制御光ＬＣを光学素子２Ｆに照射する。これにより、光学素子２Ｆが有する体積回折格子６Ｄは、共振器１４の出力側反射部として機能する。すなわち、光発振器２４において、体積回折格子６Ａ１と体積回折格子６Ｄとによって共振器１４が形成される。その結果、レーザ装置１０Ｃからレーザ光ＬＬが出力される。
【0133】
したがって、制御光ＬＣの光学素子２への照射の有無による光学素子２Ｆのスイッチング動作（制御光ＬＣによる光学素子２Ｆのスイッチング制御）によって、レーザ光ＬＬのパルス化が図れる。第１実施形態で説明したように、光学素子２Ｆでは、光の速度に追随するスイッチング動作が可能である。そのため、レーザ装置１０Ｃは、短パルスレーザ光を出力可能である。すなわち、レーザ装置１０Ｃでは、光学素子２ＦがＱスイッチ素子として機能する。
【0134】
光学素子２Ｅが有する光学部材４Ａには、端面４ｂ側に、第３実施形態で説明した体積回折格子６Ｃ１が形成されていてもよい。体積回折格子６Ｃ１の反射特性などは、第３実子形態の場合と同様である。
【0135】
光学素子２Ｆにおける照射状態および非照射状態と反射（または透過）特性との関係は例示した場合と反対でもよい。すなわち、光学素子２Ｆが非照射状態で共振器１４が成立し、照射状態で共振器１４が成立しない形態であってもよい。
【0136】
（変形例２）
図９は、図８に示した光発振器の変形例を示す模式図である。図９に示した光発振器２４Ａは、光学素子２Ｅの代わりに光学素子２Ｇを備えるとともに、光学素子２Ｆの代わりに光学素子２Ｈを備える点で、光発振器２４と相違する。光発振器２４Ａでは、制御光Ｌｃの照射状態で、光学素子２Ｇが有する体積回折格子６Ｂ１と、光学素子２Ｇが有する体積回折格子６Ｂ２とによってリング共振器１４Ａを形成している。図９では省略しているが、光発振器２４Ａは、光発振器２４と同様にヒートシンク１６を有してもよい。
図９は、図８に示した光発振器の変形例を示す模式図である。図９に示した光発振器２４Ａは、光学素子２Ｅの代わりに光学素子２Ｇを備えるとともに、光学素子２Ｆの代わりに光学素子２Ｈを備える点で、光発振器２４と相違する。光発振器２４Ａでは、制御光Ｌｃの照射状態で、光学素子２Ｇが有する体積回折格子６Ｂ１と、光学素子２Ｇが有する体積回折格子６Ｂ２とによってリング共振器１４Ａを形成している。図９では省略しているが、光発振器２４Ａは、光発振器２４と同様にヒートシンク１６を有してもよい。
【0137】
光学素子２Ｇは、体積回折格子６Ａ１の代わりに体積回折格子６Ｂ１が光学部材４Ａに作り込まれている点で、光学素子２Ｅと相違する。体積回折格子６Ｂ２および光学部材４Ａは、光学素子２Ｅの場合と同様であることから、説明を省略する。
【0138】
光学素子２Ｈは、体積回折格子６Ｄの代わりに体積回折格子６Ｂ２が光学部材４Ａに作り込まれている点で、光学素子２Ｆと相違する。光学部材４Ｂは、光学素子２Ｆの場合と同様であることから、説明を省略する。
【0139】
体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２は、制御光Ｌｃの照射状態において、光学素子２Ｃ（図５参照）の場合と同様に、リング共振器１４Ａを形成する。
【0140】
すなわち、体積回折格子６Ｂ１は、複数の改質面６ａを有し、ブレーズ角θＢ１で入射するレーザ光ＬＬを反射するように設計されている。体積回折格子６Ｂ１は、リング共振器１４Ａにおいて入力側反射部として機能する。体積回折格子６Ｂ２は、複数の改質面６ａを有し、ブレーズ角θＢ２で入射するレーザ光ＬＬを反射するように設計されている。体積回折格子６Ｂ２は、リング共振器１４Ａにおいて出力側反射部として機能する。
【0141】
体積回折格子６Ｂ２は、発光中心が添加された光学部材４Ｂに作り込まれている。したがって、光学素子２Ａで説明したように、制御光Ｌｃが照射されていない状態（非照射状態）では、反射特性などが照射状態から変化する。そのため、体積回折格子６Ｂ２は、制御光Ｌｃの非照射状態では、リング共振器１４Ａの出力側反射部としての機能を有しない。
【0142】
一実施形態において、体積回折格子６Ｂ２は、照射状態においてレーザ光ＬＬ（パルスレーザ光の基本波、好ましくは高調波のレーザ発振波長）に対する等価的反射率が２０％以上であることが好ましく、非照射状態において上記等価的反射率が２０％未満であることが好ましい。
【0143】
上記構成により、光発振器２４Ａを、光発振器２４の代わりにレーザ装置１０Ｃに適用した場合、制御光Ｌｃの照射状態では、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２がリング共振器１４Ａとして機能する。その結果、レーザ光ＬＬが出力できる。一方、制御光Ｌｃの非照射状態では、体積回折格子６Ｂ１および体積回折格子６Ｂ２がリング共振器１４Ａとして機能しないため、レーザ光ＬＬが出力されない。よって、光発振器２４Ａは、光発振器２４と同様の作用効果を有する。更に、光発振器２４Ａは、リング共振器１４Ａを備えていることで、光学素子２Ｃの場合と同様に、光発振器２４Ａの小型化を図りながら、共振器長を確保可能である。
【0144】
光学部材４Ａまたは光学部材４Ｂには、第３実施形態で説明した体積回折格子６Ｃ１が形成されていてもよい。体積回折格子６Ｃ１の反射特性などは、第３実施形態の場合と同様である。
【0145】
光学素子２Ｈにおける照射状態および非照射状態と反射（または透過）特性との関係は例示した場合と反対でもよい。すなわち、光学素子２Ｈが非照射状態でリング共振器１４Ａが成立し、照射状態でリング共振器１４Ａが成立しない形態であってもよい。
【0146】
（第６実施形態）
第６実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図１０は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｄの模式図である。
第６実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図１０は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｄの模式図である。
【0147】
レーザ装置１０Ｄは、第１光供給部１２と、光発振器２４Ｂと、第２光供給部２６とを備える。第１光供給部１２および第２光供給部２６は、レーザ装置１０Ｃの場合と同様であることから、説明を省略する。
【0148】
光発振器２４Ｂは、光学素子２Ｆの代わりに光学素子２Ｉを備える点および誘電体多層膜２８を備える点で、光発振器２４と相違する。よって、光発振器２４Ｂは、光学素子２Ｅ、光学素子２Ｉおよび誘電体多層膜２８を有する。光発振器２４Ｂが備える光学素子２Ｅは、光発振器２４の場合と同様であることから、説明を省略する。光発振器２４Ｂは、光発振器２４の場合と同様に、ヒートシンク１６を有してもよい。
【0149】
誘電体多層膜２８は、光学素子２Ｉにおいて光学素子２Ｅと反対側の面に設けられている。誘電体多層膜２８は、レーザ光ＬＬを一部透過する部分反射率を有する。誘電体多層膜２８は、光学素子２Ｅが有する体積回折格子６Ａ１とともに、光発振器２４Ｂにおける共振器１４を構成する。
【0150】
光学素子２Ｉは、光学部材４Ｂと、体積回折格子６Ｅを有する。すなわち、光学素子２Ｉは、体積回折格子６Ｅが作り込まれた光学部材４Ｂである。光学部材４Ｂは、レーザ装置１０Ｃの場合と同様であることから、説明を省略する。
【0151】
体積回折格子６Ｅは、複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ｅは、制御光ＬＣの非照射状態において、共振器１４の光軸Ａ（光軸Ａの方向はＺ方向に相当）に対して角度β（βは０より大きい角度）の方向にレーザ光ＬＬを反射するように形成されている。体積回折格子６Ｅの作製方法は、体積回折格子６の場合と同様である。
【0152】
角度βは、角度βで反射するレーザ光ＬＬが元のレーザ光ＬＬ（体積回折格子６Ｅに入射するレーザ光）とは完全に軸が外れる角度であればよい。たとえば、レーザビーム直径をｄ、利得媒質長をＬＧＭとする場合、角度（反射角）βが以下の式で示される条件を満たせば良い。
このような角度βでレーザ光ＬＬを反射させることによって、反射されたレーザ光ＬＬは、元のレーザ光ＬＬとは完全に軸が外れるため、効率的な誘導放出は生じない。したがって、制御光Ｌｃによって、レーザ発振を抑制することが可能となる。
【数9】
このような角度βでレーザ光ＬＬを反射させることによって、反射されたレーザ光ＬＬは、元のレーザ光ＬＬとは完全に軸が外れるため、効率的な誘導放出は生じない。したがって、制御光Ｌｃによって、レーザ発振を抑制することが可能となる。
【0153】
ただし、実際には１０回程度往復することで利得が発生すればよいことから角度βは上記の式の１／１０程度でもよい。
【0154】
体積回折格子６Ｅにおいて、制御光ＬＣの非照射状態におけるレーザ光ＬＬの反射率をＲＯＦＦと称し、制御光ＬＣの照射状態におけるレーザ光ＬＬの透過率をＴＯＮと称した場合、ＲＯＦＦは１０％以上であり、９０％以上が好ましく、ＴＯＮは、５０％より大きく、９０％より大きいことが好ましい。
【0155】
上記レーザ装置１０Ｄでは、制御光ＬＣの非照射状態で励起光ＬＰを光発振器２４Ｂに照射する場合、レーザ光ＬＬは、体積回折格子６Ｅで、角度βの方向に反射される。よって、レーザ発振器としてのＱ値は低くなることから、レーザ発振が抑制される。充分な反転分布が確保された段階で、制御光ＬＣを光学部材４Ｂに照射することで体積回折格子６Ｅは、レーザ光ＬＬに対して透過状態となり、共振器１４が成立し、レーザ光ＬＬが出力される。すなわち、光学素子２ＩがＱスイッチ素子として機能する。
【0156】
すなわち、レーザ装置１０Ｄでは、制御光ＬＣを利用した光学素子２Ｉ（具体的には体積回折格子６Ｅ）の外部制御に基づくＱスイッチレーザ装置である。光学素子２Ｉは、光学素子２Ａに相当し、光学素子２Ａと同様の作用効果を有する。よって、レーザ装置１０Ｄでは、立ち上がりに迫る確度でのジッター制御が可能である。
【0157】
光学素子２Ｉにおける照射状態および非照射状態と反射特性との関係は例示した場合と反対でもよい。すなわち、光学素子２Ｉが照射状態において体積回折格子６Ｅがレーザ光ＬＬを角度βで反射し、非照射状態においては体積回折格子６Ｅがレーザ光ＬＬを透過してもよい。
【0158】
（第７実施形態）
第７実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図１１は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｅの模式図である。
第７実施形態として、本開示に係る光学素子を備えた光学装置の他の例を説明する。図１１は、光学素子を備えた光学装置の一例であるレーザ装置１０Ｅの模式図である。
【0159】
レーザ装置１０Ｅは、第１光供給部１２と、光発振器２４Ｃと、第２光供給部２６とを備える。第１光供給部１２および第２光供給部２６は、レーザ装置１０Ｃの場合と同様であることから、説明を省略する。
【0160】
光発振器２４Ｃは、可飽和吸収体１８を備えており、誘電体多層膜２８が可飽和吸収体１８において光学素子２Ｅと反対側の面に設けられている点で、光発振器２４Ｂと相違する。よって、光発振器２４Ｃは、光学素子２Ｅ、光学素子２Ｉ、可飽和吸収体１８および誘電体多層膜２８を有する。光発振器２４Ｃが備える光学素子２Ｅおよび誘電体多層膜２８は、光発振器２４Ｂの場合と同様であることから、説明を省略する。可飽和吸収体１８は、レーザ装置１０Ａにおける可飽和吸収体１８と同様である。光発振器２４Ｂは、光発振器２４の場合と同様に、ヒートシンク１６を有してもよい。
【0161】
光学素子２Ｉは、光発振器２４Ｂの場合と同様に、光学部材４Ｂと、体積回折格子６Ｅとを有する。すなわち、光学素子２Ｉは、体積回折格子６Ｅが作り込まれた光学部材４Ｂである。光学部材４Ｂは、光発振器２４Ｂの場合と同様であるため、説明を省略する。体積回折格子６Ｅは光発振器２４Ｂの場合と同様でもよい。可飽和吸収体１８を有する光発振器２４Ｃでは、照射状態と非照射状態との間の透過率の変調量、すなわち、非照射状態におけるレーザ光ＬＬの透過率ＴＯＦＦと照射状態におけるレーザ光ＬＬの透過率ＴＯＮの間の変調量は、５％以上あればよい。
【0162】
上記レーザ装置１０Ｅでは、制御光ＬＣの非照射状態で励起光ＬＰを光発振器２４Ｂに照射する場合、レーザ光ＬＬは、体積回折格子６Ｅで、角度βの方向に反射される。よって、レーザ発振器としてのＱ値は低くなることから、レーザ発振が抑制される。充分な反転分布が確保された段階で、制御光ＬＣを光学部材４Ｂに照射することで体積回折格子６Ｅは、レーザ光ＬＬに対して透過状態となり、共振器１４が成立し、レーザ光ＬＬが出力される。すなわち、光学素子２ＩがＱスイッチ素子として機能する。
【0163】
レーザ装置１０Ｅでは、制御光ＬＣを利用した光学素子２Ｉ（具体的には体積回折格子６Ｅ）の外部制御に基づくＱスイッチレーザ装置である。光学素子２Ｉは、光学素子２Ａに相当し、光学素子２Ａと同様の作用効果を有する。よって、レーザ装置１０Ｅでは、立ち上がりに迫る確度でのジッター制御が可能である。
【0164】
光学素子２Ｉにおける照射状態および非照射状態と反射特性との関係は例示した場合と反対でもよい。すなわち、光学素子２Ｉが照射状態において体積回折格子６Ｅがレーザ光ＬＬを角度βで反射し、非照射状態においては体積回折格子６Ｅがレーザ光ＬＬを透過してもよい。
【0165】
（第８実施形態）
図１２は、第８実施形態に係る光学素子を示す模式図である。図１２に示した光学素子２Ｊは、チャープ構造を有する体積回折格子６Ｆを有する点で、主に光学素子２と相違する。この点を中心に光学素子２Ｊを説明する。
図１２は、第８実施形態に係る光学素子を示す模式図である。図１２に示した光学素子２Ｊは、チャープ構造を有する体積回折格子６Ｆを有する点で、主に光学素子２と相違する。この点を中心に光学素子２Ｊを説明する。
【0166】
光学素子２Ｊは、光学部材４と、体積回折格子６Ｆとを有する。すなわち、光学素子２Ｊは、体積回折格子６Ｆが作り込まれた光学部材４である。
【0167】
光学部材４の材料の例は、第１実施形態で例示した場合と同様である。第８実施形態において、光学部材４は、たとえば水晶である。
【0168】
体積回折格子６Ｆは、複数の改質面６ａを有する。体積回折格子６Ｆはチャープ構造を有する点で、体積回折格子６と相違する。すなわち、複数の改質面６ａの間隔（周期）は、一定間隔ではない。体積回折格子６Ｆの形成方法は、体積回折格子６の場合と同様である。体積回折格子６Ｆは、スペクトル幅Δλの信号光Ｓλに対する高反射率を有する回折格子として設計され得る。この場合、体積回折格子６Ｆの周期は上記スペクトル幅Δλに応じてチャープされている。これにより、パルス状の信号光Ｓλのパルス圧縮または伸張が可能である。
【0169】
上記光学素子２Ｊは、パルス圧縮またはパルス伸張のための素子として、レーザ装置等の光学装置に適用可能である。
【0170】
（第９実施形態）
図１３は、第９実施形態に係る光学素子を示す模式図である。図１３に示した光学素子２Ｋは、光学部材４に、光学素子２Ａの場合と同様に、発光中心が添加されている点で、光学素子２Ｊと相違する。
図１３は、第９実施形態に係る光学素子を示す模式図である。図１３に示した光学素子２Ｋは、光学部材４に、光学素子２Ａの場合と同様に、発光中心が添加されている点で、光学素子２Ｊと相違する。
【0171】
この場合、制御光ＬＣの光学素子２Ｋへの照射の有無で、光学素子２Ａの場合と同様に、体積回折格子６Ｆの反射特性（または透過特性）が変化する。したがって、光学素子２Ｋは、制御光ＬＣの光学素子２Ｋへの照射状態と非照射状態とを切り換えることで、体積回折格子６Ｆの反射によるチャープ量を可変することが可能である。
【0172】
発光中心は光学部材４に一様に分散されていてもよい。たとえば、図１３にグラデーションで模式的に示したように、発光中心が所定の分布状態（たとえば、一方の端面４ａから他方の端面４ｂにかけて添加量が低減する分布状態）で添加されていてもよい。これによって、制御光ＬＣの光学素子２Ｋへの照射状態と非照射状態に基づくチャープ量の変化に加えて、上記発光中心の分布に基づくチャープ量の変化も生じることから、より大きなチャープ可変量を得ることが可能である。
【0173】
上記光学素子２Ｋは、パルス圧縮またはパルス伸張のための素子として、レーザ装置等の光学装置に適用可能である。
【0174】
本発明は例示した種々の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示される範囲が含まれるとともに、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0175】
光学素子２は、たとえば、図１４に示したように光結合素子（またはビーム結合素子）として利用できる。具体的には、光学部材４に形成された体積回折格子６におけるブラッグ波長λＢである波長λ１の光Ｌλ１を端面４ａから光学素子２に入射する。この際、波長λ１（ブラッグ波長λＢ）の帯域Δλ（体積回折格子６で反射可能な帯域）よりズレた波長λ２の光Ｌλ２を、光Ｌλ１の反射方向と同軸に端面４ｂ側から光学素子２に入射する。これにより、体積回折格子６で反射した光Ｌλ１と体積回折格子６を透過した光Ｌλ２が合成された波長λ１と波長λ２を有する光Ｌλ３を得ることができる。この場合も、光学部材４に発光中心が添加されているため、制御光ＬＣの照射の有無で、光結合を実施する場合と実施しない場合のスイッチングが可能である。
【0176】
光学素子２は、たとえば、図１５に示したようにスペクトルフィルタとして利用できる。具体的には、光学部材４に形成された体積回折格子６におけるブラッグ波長λＢである波長λ１および上記波長λ２を有する光Ｌλ３を端面４ａから光学素子２に入射する。この際、波長λ１（ブラッグ波長λＢ）の光Ｌλ１は、体積回折格子６で反射される一方、波長λ２の光Ｌλ２は、体積回折格子６を透過する。これにより、波長λ１および上記波長λ２を有する光Ｌλ３を、波長λ１の光Ｌλ１と、波長λ２の光Ｌλ２とに分離できる。この場合も、光学部材４に発光中心が添加されているため、制御光ＬＣの照射の有無で、光学素子２のフィルタリング機能の有無のスイッチングが可能である。
【0177】
光学素子２は、体積回折格子６がブレーズ角θＢで入射した光のみ反射するように設計されている場合、光学素子２に入射する光のうちブレーズ角θＢを中心として反射可能な角度内の成分のみ反射し、上記ブレーズ角θＢを中心として反射可能な角度を超えた角度で入射する成分を透過する。したがって、光学素子２は、光学素子２に入射する光（たとえば、レーザビーム）の横モードをフィルタリングする素子としても機能する。この場合も、光学部材４に発光中心が添加されているため、制御光ＬＣの照射の有無で、光学素子２のフィルタリング機能を制御可能である。
【0178】
光学素子が有する複数の改質領域それぞれは例示した改質面のように面状の領域に限定されない。図１６および図１７に示した光学素子のように、各改質領域は、線状の領域でもよい。図１６は、光学素子の更に他の変形例を示す模式図である。図１７は、図１６に示した光学素子を図中に示した励起光ＬＰの入射側からみた場合の図面である。図１６および図１７では、他の図と同様に、改質領域を太い実線で示している。図１７において、二点鎖線で囲まれる領域αは、光学素子内において光が伝播する領域を模式的に示している。
【0179】
図１６および図１７に示した光学素子２Ｌは、体積回折格子６の代わりに体積回折格子６Ｇを有する点で、図３に示した光学素子２Ａと相違する。光学素子２Ｌは、光学部材４と、体積回折格子６Ｇとを有する。光学部材４は、図２に示した光学素子２Ａが有する光学部材４と同様の部材であり、制御光ＬＣによって励起される発光中心が添加された光学部材である。図１６では、円柱状の光学部材４を例示している。
【0180】
体積回折格子６Ｇは、複数の改質領域６ｂを有する。各改質領域６ｂは、光Ｌｉ（たとえばレーザ光）が入射される端面４ａに対して交差する方向に延在している。図１６に示した一形態では、各改質領域６ｂは、端面４ａに対して直交している。複数の改質領域６ｂは、それらで構成される体積回折格子６Ｇによって、光Ｌｉを反射させながら光学部材４を伝播可能に形成されている。図１６および図１７に示した形態では、円柱状の光学部材４の中心軸に沿って光Ｌｉが入射される場合、中心軸の周りに複数の改質領域６ｂが配置されている。光学素子２Ａの場合と同様に、制御光ＬＣの有無で体積回折格子６Ｇの反射特性が変化する。よって、たとえば、光学素子２Ｌ（または光学部材４）を光共振器内に配置した場合（光学部材４の端面４ａおよびそれと反対の端面４ｂに光共振器を構成する誘電体多層膜を形成した場合を含む）、制御光ＬＣの照射状態および非照射状態の切り替えによって発振モードを制御可能である。
【0181】
光学素子２Ｌは、パルスレーザ光ＰＬの光学部材４への入射位置が異なる点および改質領域６ｂを線状に形成する点以外は、図２を用いて説明した製造方法と同様にして製造される。具体的には、図１８に示したように、光学素子２Ｌは、励起光ＬＰが入射されるべき端面４ａから光学部材４にパルスレーザ光ＰＬを照射することによって形成され得る。
【0182】
光学素子２Ｌが有する光学部材４には、図１に示した光学素子２が有する光学部材４の場合と同様に、制御光ＬＣで励起される発光中心が添加されていなくてもよい。
【0183】
以上説明した種々の実施形態、変形例などは、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【0184】
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ，２Ｊ，２Ｋ，２Ｌ…光学素子、４，４Ａ，４Ｂ…光学部材、６…体積回折格子、６ａ…改質面（改質領域）、６ｂ…改質領域、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…レーザ装置（光学装置）、６Ａ１…体積回折格子、６Ａ２…体積回折格子、６Ｂ１…体積回折格子、６Ｂ２…体積回折格子、６Ｃ１…体積回折格子、６Ｄ…体積回折格子、６Ｅ…体積回折格子、６Ｆ…体積回折格子、１４…共振器、１４Ａ…リング共振器、２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…光発振器（光学装置）、Ａ…光軸。
【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】