(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】
(24)【登録日】2024-06-28
(45)【発行日】2024-07-08
(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/356 20140101AFI20240701BHJP
B23K 26/146 20140101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
B23K26/356
B23K26/146
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020572314
(86)(22)【出願日】2020-02-13
(86)【国際出願番号】 JP2020005629
(87)【国際公開番号】W WO2020166670
(87)【国際公開日】2020-08-20
【審査請求日】2022-12-20
(31)【優先権主張番号】P 2019023641
(32)【優先日】2019-02-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【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１７条の適用を受ける特許出願
(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】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
(72)【発明者】
【氏名】佐野 雄二
(72)【発明者】
【氏名】鄭 麗和
(72)【発明者】
【氏名】林 桓弘
【審査官】黒石 孝志
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１３５０８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－０６４５０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６０５７００３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２４８６３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－９３２８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１６１９３０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物の加工領域に液体を介してパルスレーザ光を照射することによって、前記加工領域をレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理するためのレーザ加工装置であって、前記パルスレーザ光を出力するレーザ発振器を有するレーザ照射部と、
前記液体を前記加工領域に噴射する噴射口を有しており、前記レーザ発振器を有する前記レーザ照射部を収容する水噴射部と、
を備え、
前記パルスレーザ光のパルス幅は、２００ｐｓ～２ｎｓであり、
前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザ光は、前記噴射口から噴射される液体内を通って前記加工領域に照射される、
レーザ加工装置。
【請求項2】
前記レーザ照射部は、前記レーザ発振器で生成された前記パルスレーザ光を前記加工領域に集光する集光部を有する、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項3】
前記パルスレーザ光は、偏光状態が非定常なレーザ光である、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項4】
前記パルスレーザ光は、楕円偏光若しくは無偏光のレーザ光またはマルチモードのレーザ光である、
請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザを用いた加工方法として、レーザピーニング処理を用いた加工方法が知られている（特許文献１参照）。レーザピーニング処理は、液体（例えば水）中に配置された被加工物の加工領域又は液膜（例えば水膜）で覆われた被加工物の加工領域に高強度のパルスレーザを照射したときの衝撃力を利用して上記加工領域の表面を強化する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０００－２４６４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レーザピーニング処理では、被加工物の加工領域に液体を介して高強度のパルスレーザを照射する。そのため、加工領域上の液体とパルスレーザ光の電場との相互作用によって液中に音響格子が形成される場合があった。このように音響格子が形成されると、誘導ブリルアン散乱（SBS: Stimulated Brillouin Scattering）が生じ、その結果、レーザ光を有効に利用できないという問題点がある。ここでは、レーザピーニング処理に着目して説明したが、被加工物の加工領域に液体を介して高強度のパルスレーザ光を照射して、上記加工領域にレーザフォーミング処理を施す場合も同様の問題が生じる。
【0005】
本発明は、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理においてレーザ光のエネルギーを有効に利用可能なレーザ加工装置及びレーザ加工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】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行い、パルスレーザ光のパルス幅が２ｎｓ以下であれば、ＳＢＳの影響を低減できる点を見いだして本発明に至った。
【0007】
本発明の一側面に係るレーザ加工装置は、被加工物の加工領域に液体を介してパルスレーザ光を照射することによって、上記加工領域をレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理するためのレーザ加工装置であって、上記パルスレーザ光を出力するレーザ発振器を有するレーザ照射部と、上記液体を上記加工領域に噴射する噴射口を有しており、上記レーザ照射部を収容する収容部と、を備え、上記パルスレーザ光のパルス幅は、２００ｐｓ～２ｎｓであり、上記レーザ発振器から出力された上記パルスレーザ光は、上記噴射口から噴射される液体内を通って上記加工領域に照射される。
【0008】
上記構成では、収容部の噴射口から液体を噴射しながら加工領域にパルスレーザ光を照射できるので、加工領域にレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理を施せる。パルスレーザ光のパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓであることから、液体を介して加工領域にパルスレーザ光を照射してもＳＢＳの影響を低減できる。その結果、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理においてパルスレーザ光のエネルギーを有効に利用可能である。更に、上記レーザ発振器から出力された上記パルスレーザ光は、上記噴射口から噴射される液体内を通って上記加工領域に照射される。そのため、例えばパルスレーザ光が、加工領域上に形成された液膜に大気を介して入射する場合とは異なり、上記液膜と大気との境界における屈折・反射が生じない。この点でも、パルスレーザ光のエネルギーを有効に利用可能である。
【0009】
上記レーザ照射部は、上記レーザ発振器で生成された上記パルスレーザ光を上記加工領域に集光する集光部を有してもよい。これにより、加工領域でレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理に必要なレーザ強度をより確実に確保可能である。
【0010】
上記パルスレーザ光は、偏光状態が非定常なレーザ光であってもよい。パルスレーザ光の偏光状態が非定常であれば、偏光状態が定常な直線偏光の場合に比べて、加工領域に噴射された液体中に音響格子が形成されにくい。よって、ＳＢＳの影響を一層低減できる。本明細書において、偏光状態が非定常なレーザ光とは、偏光状態が時間的及び空間的の少なくとも一方において変化するレーザ光を意味する。偏光状態が非定常なレーザ光としては、楕円偏光又は無偏光なレーザ光、光渦、ベクトルビームなどである。
【0011】
本発明の他の側面に係るレーザ加工方法は、被加工物の加工領域に液体を介してパルスレーザ光を照射することによって、上記加工領域をレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理するレーザ加工方法であって、上記パルスレーザ光のパルス幅は、２００ｐｓ～２ｎｓであり、上記パルスレーザ光は偏光状態が非定常なレーザ光である。
【0012】
上記方法では、パルスレーザ光のパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓであることから、液体を介して加工領域にパルスレーザ光を照射してもＳＢＳの影響を低減できる。パルスレーザ光の偏光状態が非定常であれば、例えば直線偏光の場合に比べて、液体中に音響格子が形成されにくい。上記方法で使用するパルスレーザ光の偏光状態は非定常であることから、この点でもＳＢＳの影響を低減できる。したがって、上記方法では、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理においてパルスレーザ光のエネルギーを有効に利用可能である。
【0013】
上記レーザ加工方法の一実施形態において、パルスレーザ光は、マルチモードのレーザ光であってもよい。マルチモードのレーザ光は、シングルモードのレーザ光より液体中に音響格子が形成されにくい。したがって、パルスレーザ光が、マルチモードのレーザ光である場合、ＳＢＳの影響を一層低減できる。
【0014】
本発明に係るレーザ加工方法の他の例（以下、「他のレーザ加工方法」とも称す)は、被加工物の加工領域に液体を介してパルスレーザ光を照射することによって、上記加工領域をレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理するレーザ加工方法であって、上記パルスレーザ光のパルス幅は、２００ｐｓ～２ｎｓであり、上記パルスレーザ光は、マルチモードのレーザ光である。
【0015】
上記他のレーザ加工方法では、パルスレーザ光のパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓであることから、液体を介して加工領域にパルスレーザ光を照射してもＳＢＳの影響を低減できる。パルスレーザ光がマルチモードのレーザ光である点でも、ＳＢＳの影響を低減できる。したがって、上記他のレーザ加工方法では、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理においてパルスレーザ光のエネルギーを有効に利用可能である。
【0016】
本発明に係るレーザ加工装置の他の例（以下、「他のレーザ加工装置」とも称す）は、被加工物の加工領域に液体を介してパルスレーザ光を照射することによって、上記加工領域をレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理するためのレーザ加工装置であって、上記パルスレーザ光を出力するレーザ照射部を備え、上記パルスレーザ光のパルス幅は、２００ｐｓ～２ｎｓであり、上記パルスレーザ光は、偏光状態が非定常なレーザ光である。
【0017】
上記他のレーザ加工装置では、パルスレーザ光のパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓであることから、液体を介して加工領域にパルスレーザ光を照射してもＳＢＳの影響を低減できる。上記他のレーザ加工装置のパルスレーザ光の偏光状態は非定常である点でもＳＢＳの影響を低減できる。したがって、上記他のレーザ加工装置では、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理においてパルスレーザ光のエネルギーを有効に利用可能である。
【0018】
上記他のレーザ加工装置の一実施形態では、上記パルスレーザ光は、マルチモードのレーザ光であってもよい。この場合、ＳＢＳの影響を一層低減可能である。
【0019】
上記他のレーザ加工装置の一実施形態では、上記パルスレーザ光は、楕円偏光又は無偏光であり、上記レーザ照射部は、上記パルスレーザ光を出力するレーザ発振器を有してもよい。この場合も、ＳＢＳの影響を一層低減可能である。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理においてレーザ光のエネルギーを有効に利用可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。以下、本明細書において「楕円偏光」の意味には、楕円偏光の一形態である「円偏光」も含む。
【0023】
図１に示したレーザ加工装置１は、被加工物１００の加工領域Ａ（破線で囲んだ領域）にパルスレーザ光Ｌを照射して加工領域Ａにレーザピーニング処理を施すための装置である。被加工物１００は、例えば３次元形状を有する構造物である。レーザ加工装置１は、水噴射部（収容部）２と、レーザ照射部３とを備える。
【0024】
水噴射部２は、水４を噴射する噴射口２ａが一端に形成された中空体である。水噴射部２は、例えば水噴射ノズルである。水噴射部２は、水噴射部２のパイプ接続部２ｂに接続されたパイプ（水流路）Ｐから供給される水４を加工領域Ａに噴射口２ａから噴射する。パイプＰの水噴射部２側と反対側の端は、水供給源に接続されていればよい。
【0025】
レーザ照射部３は、水噴射部２内に収容されている。レーザ照射部３は、レーザ発振器１０と、集光レンズ（集光部）５と、筐体６とを有する。
【0026】
レーザ発振器１０は、楕円偏光のパルスレーザ光Ｌを出力する。レーザ発振器１０は、共振器、共振器内に配置されるレーザ媒質、及びパルスレーザ光Ｌを生成するためのパルス生成部（例えばＱスイッチ素子）を有する。レーザ発振器１０が生成するパルスレーザ光Ｌのパルス幅は、２００ｐｓ～２ｎｓである。上記パルス幅は、たとえば、４００ｐｓ～２ｎｓであってもよい。パルス幅の上限は、１．５ｎｓでもよい。パルスレーザ光Ｌの強度の例は、レーザピーニング処理に要する強度であればよいが、例えば被加工物の加工領域で５ＴＷ／ｍ２以上である。パルスレーザ光Ｌの強度の上限は、例えば被加工物の加工領域で１００ＴＷ／ｍ２である。レーザ発振器１０は、マルチモードのパルスレーザ光Ｌを出力してもよい。
【0027】
レーザ発振器１０は、水噴射部２の外部に配置された励起部７から光ファイバＦを介して励起光Ｌ０（図２参照）が供給されることによって、楕円偏光のパルスレーザ光Ｌを生成する。励起部７は、励起光源（例えば、レーザダイオードといった半導体レーザ素子)、その励起光源を駆動するドライバ及び励起光源からの励起光Ｌ０を光ファイバＦに入射するための光学系を有すればよい。図２を利用して、レーザ発振器１０の一例を説明する。
【0028】
レーザ発振器１０は、複数のヒートシンク（透明伝熱体）１４と複数のレーザ媒質１５とが交互に積層された積層体１１と、パルス生成部であるＱスイッチ素子１２と、レーザ発振器１０における共振器の一部を構成するミラー１３と、偏光状態を調整する偏光調整素子１９を有する。
【0029】
説明の便宜のため、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の積層方向をＸ方向と称し、Ｘ方向に直交する２つの方向をＹ方向及びＺ方向と称す。Ｙ方向及びＺ方向は直交する。レーザ発振器１０では、Ｘ方向に沿って、積層体１１、Ｑスイッチ素子１２、ミラー１３及び偏光調整素子１９がこの順に配置されている。
【0030】
一例として、レーザ発振器１０では、波長８０８ｎｍの連続発振の励起光Ｌ０が、Ｘ方向における一端側（図２中右側）からＸ方向に沿って入力されると、Ｘ方向における他端側（図２中左側）からパルスレーザ光Ｌが出力される。
【0031】
積層体１１が有する複数のヒートシンク１４と複数のレーザ媒質１５は交互にＸ方向に沿って積層されている。換言すれば、ヒートシンク１４とレーザ媒質１５とはＸ方向において交互に並んでいる。図２に示した積層体１１では、Ｘ方向において、積層体１１の一端側はヒートシンク１４であり、他端側はレーザ媒質１５である。
【0032】
ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５は、Ｘ方向を厚さ方向とする板状を呈する。例えばヒートシンク１４は、厚さが１ｍｍ、縦寸法が１０ｍｍ、横寸法が１０ｍｍの平板状を呈する。例えばレーザ媒質１５は、厚さが１ｍｍ、縦寸法が８ｍｍ、横寸法が８ｍｍの平板状を呈する。ヒートシンク１４とレーザ媒質１５とは、接着剤を介さずに接合（換言すると、直接接合）されている。本実施形態では、ヒートシンク１４とレーザ媒質１５とは、常温接合されている。
【0033】
ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５は、レーザ発振器１０が出力するパルスレーザ光Ｌに対して透明である。本明細書において、ある光（以下、本明細書において「特定光」と称す場合もある）に対して透明（以下、単に「透明」ともいう）とは、特定光が透過することを意味し、具体的には、特定光が強度を維持して通過することを意味する。例えば透明とは、ここでは、特定光に対する透過率（Ｆｒｅｓｎｅｌ損失分を差し引いた正味の透過率）が９５％以上をいい、具体的には、９７％以上であることをいう。このことは、以下の「透明」において同様である。ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の少なくとも一方は酸化物を有する。
【0034】
ヒートシンク１４は、レーザ媒質１５の熱を放熱する機能を有する。ヒートシンク１４の材料は、レーザ媒質１５に比較し熱伝導率が同程度か又は高い物質である。ヒートシンク１４の材料の例は、サファイア、ダイアモンド及び無添加ＹＡＧを含む。ヒートシンク１４は酸化物を含んでいてもよい。
【0035】
レーザ媒質１５は、励起状態において増幅が吸収を上回る反転分布を形成し、誘導放出を利用して光を増幅させる物質である。レーザ媒質１５は、利得媒質とも称される。レーザ媒質１５には、既知の種々のレーザ媒質が利用可能である。
【0036】
レーザ媒質１５の材料の例は、発光中心となる希土類イオンを添加した酸化物から形成される光利得材料、発光中心となる遷移金属イオンを添加した酸化物から形成される光利得材料、カラーセンターとなる酸化物から形成される光利得材料等を含む。
【0037】
上記希土類イオンの例は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂを含む。遷移金属イオンの例は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕを含む。母体材料の例は、ＹＡＧ，ＹＳＡＧ，ＹＧＡＧ，ＹＳＧＧ，ＧＧＧ，ＧＳＧＧ，ＬｕＡＧなどのガーネット系、ＹＬＦ，ＬｉＳＡＦ，ＬｉＣＡＦ，ＭｇＦ２，ＣａＦ２などのフッ化系、ＹＶＯ４，ＧｄＶＯ４，ＬｕＶＯ４などのバナデート系、ＦＡＰ，ｓＦＡＰ，ＶＡＰ，ｓＶＡＰなどのアパタイト系、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＡｌ２Ｏ３などのアルミナ系、Ｙ２Ｏ３，Ｓｃ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３などの二三酸化物系、ＫＧＷ，ＫＹＷなどのタングステート系を含む。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。母体材料は、非晶質の各種ガラスなどでもよい。
【0038】
積層体１１において、ヒートシンク１４とレーザ媒質１５との屈折率差が大きい（例えば屈折率差が９％以上）場合には、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５において互いに対向する面の少なくとも一方には、屈折率差を低減するための中間層を形成してもよい。
【0039】
本実施形態において、ヒートシンク１４の材料はサファイアであり、レーザ媒質１５の材料はＮｄ：ＹＡＧである。この場合、上記中間層は不要である。
【0040】
積層体１１が有する複数のヒートシンク１４のうち、Ｘ方向における一端側（Ｑスイッチ素子１２と反対側、図２中右端）のヒートシンク１４の一端側の表面には、第１コーティング層１６が形成されている。第１コーティング層１６は、誘電多層膜であり、励起光Ｌ０の波長に対しては無反射で、且つ、パルスレーザ光Ｌの波長に対しては高反射の反射特性を有する。第１コーティング層１６が形成されたヒートシンク１４は、ミラー１３とともに共振器を構成する。換言すれば、第１コーティング層１６が形成されたヒートシンク１４はミラー１３と対を為すミラーとしても機能する。
【0041】
ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５には、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の各界面での反射特性を所望に調整するために種々のコーティング層が設けられてもよい。
【0042】
上記積層体１１は、例えば次のようにして製造され得る。まず、複数のヒートシンク１４及び複数のレーザ媒質１５を用意する。複数のヒートシンク１４のうちの一つのヒートシンク１４の表面に第１コーティング層１６を成膜する。当該成膜には、公知の種々の成膜手法を採用できる。次に、複数のヒートシンク１４及び複数のレーザ媒質１５を、それらが交互に並ぶように積層（複数配置）しつつ、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５を、接着剤を介さずに互いに接合する。これによって、積層体１１が得られる。複数のヒートシンク１４及び複数のレーザ媒質１５を積層する際には、第１コーティング層１６が成膜されたヒートシンク１４を一端に配置し、他端にレーザ媒質１５を配置する。ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５との接合は、表面活性化常温接合を用いることができる。表面活性化常温接合（以下、単に「常温接合」ともいう）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。常温接合は、分子間結合を利用した直接接合である。
【0043】
Ｑスイッチ素子１２は、Ｘ方向において、積層体１１とミラー１３との間に配置されている。Ｑスイッチ素子１２は、Ｑスイッチ素子１２に入射する光強度が増大すると吸収能力が飽和する特性を有する可飽和吸収体である。Ｑスイッチ素子１２は、パルスレーザ発振に使用されるＱスイッチ素子であればよい。よって、Ｑスイッチ素子１２の材料は、パルスレーザ発振に使用されるＱスイッチ素子の材料でよい。本実施形態においてＱスイッチ素子１２の材料はＣｒ：ＹＡＧである。
【0044】
ミラー１３は、ヒートシンク１４と、ヒートシンク１４の一表面に形成された第２コーティング層１７を有する。ヒートシンク１４は、第２コーティング層１７を支持する基板としても機能する。第２コーティング層１７は、共振器の一部として機能するように構成された誘電体多層膜である。第２コーティング層１７を支持する基板は透明基板であれば、ヒートシンク１４である必要はない。第２コーティング層１７は、第１コーティング層１６の場合と同様にして成膜され得る。図２では、Ｑスイッチ素子１２に臨む表面に第２コーティング層１７が形成されているが、反対側の表面に形成されていてもよい。
【0045】
偏光調整素子１９は、ミラー１３に対してＱスイッチ素子１２と反対側に配置されている。偏光調整素子１９は、ミラー１３を通過したパルスレーザ光を所望の偏光状態に変換するための素子である。本実施形態の偏光調整素子１９は、λ／４板である。例示した本実施形態の構成では、ミラー１３を通過したパルスレーザ光の偏光状態は直線偏光であるため、偏光調整素子１９によって、楕円偏光に変換されて出力される。
【0046】
図２に例示したレーザ発振器１０では、高出力で且つ楕円偏光のパルスレーザ光Ｌを出力しながら、例えば人の手に載る程度の小型化（例えば、図２のＸ方向の長さが２００ｍｍ以下、Ｙ方向の長さが１００ｍｍ以下、Ｚ方向の長さが１００ｍｍ以下である大きさ）を実現できる。
【0047】
複数のヒートシンク１４と複数のレーザ媒質１５の積層構造を備えており且つ楕円偏光のパルスレーザ光Ｌを出力するレーザ発振器１０の構成は、図２に示した形態に限定されない。上記積層構造を備えたレーザ発振器１０は、上記積層構造の他、Ｑスイッチ素子１２といったパルス生成部と、共振器とを有していればよい。例えば、図２に示した積層体１１においてＱスイッチ素子１２と対向するレーザ媒質１５に第２コーティング層１７が形成されたヒートシンク１４が更に積層されていてもよい。この場合、ミラー１３は不要である。図２に示した構成では、第１コーティング層１６及び第２コーティング層１７が実質的に共振器として機能する。第１コーティング層１６及び第２コーティング層１７は、それらの間に一定の共振器長が得られるように配置されていればよい。ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の数は、図２に示した数に限定されない。
【0048】
レーザ発振器１０は、図２に示したように筐体１８を有してもよい。筐体１８の材料の例は、アルミニウム合金である。筐体１８は、筒状部１８ａと、筒状部１８ａの一方の開口を塞ぐ端壁１８ｂとを有する。複数のヒートシンク（透明伝熱体）１４と積層体１１とＱスイッチ素子１２と偏光調整素子１９は、パルスレーザ光Ｌの出射側（図２に示した構成では偏光調整素子１９側）が、筒状部１８ａにおける他方の開口側（端壁１８ｂと反対側）に位置するように筐体１８内に配置される。この場合、例えば、図２に示したように、端壁１８ｂに光ファイバＦを挿通し、積層体１１に励起光Ｌ０を供給する。
【0049】
筒状部１８ａの大きさは、例えば、複数のヒートシンク１４が筒状部１８ａの内面に接する大きさであって、且つ、筒状部１８ａの外面が筐体６に接する大きさであってもよい。この場合、レーザ媒質１５で発生した熱は効率よくヒートシンク１４、筐体１８及び筐体６を介して水４に伝わる。そのため、レーザ発振器１０を、水噴射部２内の水４によって効率的に冷却できる。
【0050】
筒状部１８ａをＸ方向からみた形状（筒状部１８ａの軸線に直交する断面の形状）は、例えば、ヒートシンク１４の形状と同じとし得る。筒状部１８ａをＸ方向からみた形状の例は、四角形（矩形状、正方形状など）、円形等を含む。以下の説明では、断らない限り、レーザ発振器１０が筐体１８を有する形態では、ヒートシンク１４は、筐体１８の内面に接している。
【0051】
図１に示した筐体６は、レーザ発振器１０を収容する中空体である。筐体６の材料の例は、アルミニウム合金である。筐体６は、水噴射部２内に配置される。そのため、水噴射部２内の水４が筐体６内に浸入しないように密閉されている。
【0052】
集光レンズ５は、筐体６の前壁（噴射口２ａ側の壁）に取り付けられている。集光レンズ５は、本実施形態において、レーザ発振器１０から出力されるパルスレーザ光Ｌを集光する集光部である。図１には、集光レンズ５が筐体６の前壁に取り付けられている形態を例示しているが、例えば、集光レンズ５は、筐体６内に収容されており、前壁に、パルスレーザ光Ｌに対して透明な部材が配置されていてもよい。
【0053】
図１では、水噴射部２は、被加工物１００にクランプ１０１を介して取り付けられたマニピュレータ１０２に保持されており、マニピュレータ１０２で被加工物１００における加工領域Ａと相対位置関係が調整される。
【0054】
図１に示したレーザ加工装置１を利用した加工領域Ａの加工方法を説明する。マニピュレータ１０２の操作により、水噴射部２から水４が加工領域Ａに向けて噴射されるように水噴射部２を配置する。その後、パイプＰを通して水噴射部２内に水４を供給しながら、噴射口２ａから水４を加工領域Ａに向けて噴射する。このように水４を噴射しつつ、励起部７からの励起光Ｌ０をレーザ発振器１０に供給することによって、レーザ発振器１０からパルスレーザ光Ｌを出力する。パルスレーザ光Ｌは、集光レンズ５によって集光されるとともに、噴射口２ａから噴射される水４の中を通って加工領域Ａに照射される。加工領域Ａには水４が噴射されているので、水４で覆われた加工領域Ａにパルスレーザ光Ｌが照射される。これにより、パルスレーザ光Ｌの照射によって加工領域Ａに生じる高圧のプラズマの膨張が加工領域Ａを覆う水で妨げられる。その結果、上記プラズマの高圧状態が維持され、その高圧プラズマによって加工領域Ａが加工される。すなわち、レーザピーニング処理が加工領域Ａに施される。
【0055】
レーザピーニング処理は、上述したように水を通して加工領域Ａに高強度のパルスレーザ光Ｌを照射することによって加工領域Ａを加工する処理である。本願発明者らは、パルスレーザ光の強度がある強度（例えば１ＴＷ／ｍ２）を超えてくると、水分子とレーザ光との相互作用により音響格子が水中に形成され、その結果、パルスレーザ光の誘導ブリルアン散乱（SBS: Stimulated Brillouin Scattering）が生じ、パルスレーザ光のエネルギーを有効に利用できないという知見を得た。そして、パルスレーザ光のエネルギーを有効利用する点を鋭意研究し、上記音響格子が形成されるには、一定の時間を要することからパルスレーザ光のパルス幅を２ｎｓ以下とすることによって、上記ＳＢＳの影響を低減できるという知見を得た。
【0056】
一方、レーザピーニング処理を行うためには、被加工物１００の加工領域Ａを塑性変形させる必要があり、有意な処理を行うためにはパルスレーザ光Ｌのエネルギーに、ある下限値が存在する。パルスレーザ光Ｌのエネルギーが一定の場合、パルス幅とピーク強度は反比例の関係にあるため、パルス幅を短くしていくとパルスレーザ光Ｌのピーク強度が高くなりパルスレーザ光Ｌによる電場が大きくなる。その結果、水の絶縁破壊が生じて水のプラズマが発生し、パルスレーザ光Ｌが散乱されてエネルギーが有効利用できない状況が生じる。パルスレーザ光Ｌのパルス幅がたとえば２００ｐｓ以上であれば、パルスレーザ光Ｌの電場を低減し、上記水の絶縁破壊の影響を低減可能である。
【0057】
レーザ加工装置１では、レーザ発振器１０からパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓのパルスレーザ光Ｌを出力する。そのため、上記ＳＢＳの影響を低減できるので、パルスレーザ光Ｌのエネルギーを有効に利用してレーザピーニング処理を行える。
【0058】
更に、上記音響格子は、直線偏光の光より偏光状態が非定常（例えば楕円偏光又は無偏光のような非直線偏光）の光の方が形成されにくい。これは偏光状態が非定常の光では、レーザの電場方向が時間的及び空間的の少なくとも一方において変化するため水分子の振動方向が乱されやすいからである。レーザ発振器１０は、楕円偏光のパルスレーザ光Ｌを出力可能である。そのため、レーザ発振器１０から出力されるパルスレーザ光Ｌを使用することで、上記ＳＢＳの影響を一層低減できる。その結果、パルスレーザ光Ｌのエネルギーをより有効に利用してレーザピーニング処理を行える。
【0059】
音響格子の形成を抑制（その結果、ＳＢＳの影響を抑制）する観点からはパルス幅は短い方がよい。しかしながら、パルス幅が短かすぎると、レンズ、ミラーといった光学部品が損傷を受ける場合がある。これに対して、レーザ加工装置１でレーザピーニング処理に利用するパルスレーザ光Ｌのパルス幅は、たとえば２００ｐｓ以上であるため、上記レンズといった光学部品の損傷などを防止しながら、レーザピーニング処理を加工領域Ａに施せる。特に、パルスレーザ光Ｌが、音響格子がより形成されにくい楕円偏光であることから、パルス幅を長くし易く、結果として、上述した光学部品の損傷をより確実に防止可能である。
【0060】
パルスレーザ光Ｌがマルチモードのレーザ光である場合、音響格子が形成されにくい。これは、種々のモードによって水分子の振動方向が乱されやすいからである。よって、パルスレーザ光Ｌがマルチモードのレーザ光である実施形態では、ＳＢＳが一層低減され、結果として、パルスレーザ光Ｌのエネルギーを有効に利用できる。この場合も、パルス幅を長くし易く、結果として、レンズといった光学部品の損傷をより確実に防止可能である。
【0061】
レーザ加工装置１では、水噴射部（収容部）２内にレーザ照射部３が配置されており、水噴射部２から噴射される水４の中を通ってパルスレーザ光Ｌが加工領域Ａに照射される。この点の作用効果を、レーザ照射部が水噴射部の外部に配置されている場合と比較して説明する。
【0062】
レーザ照射部が水噴射部の外部に配置されている場合、加工領域Ａに水噴射部からの水噴射又はその他の方法により、加工領域Ａを水で覆いながら、加工領域Ａを覆う水の外側（大気側）から上記水を介してパルスレーザ光を加工領域Ａに照射する。そのため、水と大気との境界で生じるパルスレーザ光の屈折・反射の影響で、パルスレーザ光のエネルギーを有効利用できない。
【0063】
これに対して、図１に示したように、水噴射部２内にレーザ照射部３が配置されている場合、水噴射部２から噴射される水４の中をパルスレーザ光Ｌが加工領域Ａに向けて伝搬する。この場合、上述した大気と水との間の境界での光の屈折・反射が生じないことから、パルスレーザ光Ｌのエネルギーを一層有効利用できる。
【0064】
レーザピーニング処理を行うレーザ加工装置として、例えば、パルスレーザ光を光ファイバ内で伝搬させた後、光ファイバの出射端から出力されるパルスレーザ光を加工領域Ａに照射する装置も考えられる。光ファイバから出力されるパルスレーザ光は拡散光であることから、光ファイバの出射端から出力されるパルスレーザ光の広がり角は２０度～３０度（ＮＡが０．２なら２３度）になる。更に、光ファイバ内を伝搬するパルスレーザ光の強度を大きくすると光ファイバが損傷を受ける場合がある。したがって、光ファイバの損傷を避けながらレーザピーニング処理に必要な強度を加工領域Ａで得るためには、光ファイバから出力されたパルスレーザ光を加工領域Ａに縮小投影する必要がある。よって、上記のように光ファイバを使用する際には、光ファイバの出射端及び縮小投影光学系を含むレーザ照射ヘッドを使用する。この場合、ワークディスタンス（レーザ照射ヘッドと加工領域Ａまでの距離）が、パルスレーザ光を縮小するための縮小投影光学系が有する凸レンズ又は凹面鏡の直径と同程度と小さくなる。その結果、複雑な被加工物（例えば３次元的な被加工物）１００の加工領域Ａをレーザピーニング処理する際にはレーザ照射ヘッドの配置が困難になる。更に、縮小投影する際には、短い焦点距離（大きな入射角度）でパルスレーザ光を加工領域Ａに入射するので、焦点裕度（焦点深度）が小さくなり、複雑な被加工物に対してレーザピーニング処理を施しにくい。
【0065】
これに対して、図１に示したレーザ加工装置１では、レーザ発振器１０から出力されるパルスレーザ光Ｌを、光ファイバを利用して伝搬させずに、集光レンズ５によって集光している。この場合、光ファイバの損傷を考慮する必要がないため、レーザ発振器１０からより高強度のパルスレーザ光Ｌを出力可能である。そのため、縮小投影光学系を必要とせず、レーザ照射ヘッドを小型化できる。また、パルスレーザ光Ｌを光ファイバ内で伝搬させる場合に比べて、長い焦点距離（大きなワークディスタンス）でパルスレーザ光Ｌを加工領域Ａに照射できる。その結果、複雑な被加工物１００のレーザピーニング処理も行い易い。
【0066】
レーザ発振器１０が、図２を利用して説明した構成を有する場合、高強度且つ楕円偏光のパルスレーザ光Ｌを出力可能でありながらレーザ発振器１０の小型化が図られている。更に、例えば図２を利用して説明した構成では、共振器長を短くできるので、２ｎｓ以下のパルス幅のパルスレーザ光Ｌを実現し易い。
【0067】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0068】
例えば、図３に示したレーザ加工装置１Ａのように、水噴射部（収容部）２が有するパイプ接続部２ｂは、噴射口２ａを有する前壁側（具体的には、レーザ発振器１０と前壁との間）に設けられてもよい。レーザ照射部３は、図３に示したように、筐体６の外面が水噴射部２の内面に接する大きさを有し得る。この場合、パイプＰから水噴射部２に供給された水４は、レーザ照射部３と、噴射口２ａを有する上記前壁との間の空間を満たし、噴射口２ａから外部に噴射される。この場合、水噴射部２の構造が簡素になり、レーザ加工装置１Ａの製造コストの低減が図れる。
【0069】
図４に示したレーザ加工装置１Ｂのように、水噴射部（収容部）２は、水４の噴射口２ａ側の第１部分２Ａと、レーザ照射部３が配置される第２部分２Ｂとを有してもよい。第１部分２Ａの第２部分２Ｂ側の開口は光学窓Ｗで塞がれており、パイプ接続部２ｂは、第１部分２Ａに設けられる。光学窓Ｗの材料は、パルスレーザ光Ｌが透過可能な材料であり、例えば、パルスレーザ光Ｌに対して透明な材料である。第１部分２Ａと第２部分２Ｂとは、取り外し可能であってもよい。この場合、レーザ照射部３（特にレーザ発振器１０）の調整、取り替え、修理などといったメンテナンスを容易に実施できる。
【0070】
図５に示したレーザ加工装置１Ｃのように、水噴射部（収容部）２は、水噴射部２を構成する壁部内にパイプＰから供給される水を流す流路２ｃが形成されていてもよい。例えば、図５に示したように、噴射口２ａと反対側にパイプ接続部２ｂが設けられている形態では、流路２ｃは、パイプ接続部２ｂから噴射口２ａ近傍に水４を流すように形成され得る。この場合において、レーザ照射部３が有する筐体６の外面が水噴射部２の内面に接する大きさを有する形態では、水４は、筐体６内のレーザ発振器１０の冷却に使用された後、噴射口２ａから加工領域Ａに供給される。そのため、レーザ発振器１０の冷却を効率的に行うことができる。このように流路２ｃを流れる水４でレーザ発振器１０を冷却する場合、レーザ発振器１０は、図２に示した筐体１８であって筐体６の内面に接する筐体１８を有すること、または、ヒートシンク１４が筐体６の内面に接するように配置されていることが好ましい。
【0071】
図１に示したように、液体を噴射可能な収容部内にレーザ照射部が配置された実施形態では、例えば、レーザ加工装置は、レーザ照射部からのパルスレーザ光が、液体を噴射する噴射口を有する収容部から噴射される液体内を通って被加工物の加工領域に照射されるように構成されていればよい。
【0072】
本発明は、被加工物の加工領域に水を通してパルスレーザ光を照射して、レーザフォーミング処理する場合にも適用可能である。レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理に利用する液体として水を例示したが、パルスレーザ光が加工領域に照射されて生じるプラズマの高圧を閉じ込め、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理を可能とする液体であればよい。
【0073】
被加工物の加工領域にレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理を施すレーザ加工方法に使用されるレーザ光は、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理に対して必要な強度を有し、以下の条件１を満せばＳＢＳを抑制でき、効率的にレーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理を実施可能である。さらに条件２及び条件３の少なくとも一方を満たせば、より効率的にＳＢＳを抑制できる。
条件１：パルスレーザ光のパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓである。
条件２：パルスレーザ光の偏光状態が非定常なレーザ光である。
条件３：パルスレーザ光がマルチモードのレーザ光である。
上記偏光状態が非定常なレーザ光は、偏光状態が時間的及び空間的の少なくとも一方において変化するレーザ光である。偏光状態が非定常なレーザ光としては、楕円偏光又は無偏光なレーザ光、光渦、ベクトルビームなどが例示される。
条件１：パルスレーザ光のパルス幅が２００ｐｓ～２ｎｓである。
条件２：パルスレーザ光の偏光状態が非定常なレーザ光である。
条件３：パルスレーザ光がマルチモードのレーザ光である。
上記偏光状態が非定常なレーザ光は、偏光状態が時間的及び空間的の少なくとも一方において変化するレーザ光である。偏光状態が非定常なレーザ光としては、楕円偏光又は無偏光なレーザ光、光渦、ベクトルビームなどが例示される。
【0074】
したがって、パルスレーザ光が上記条件１を満たせば、または、条件１を満たすとともに、条件２及び条件３の少なくとも一方を満たせば、レーザ照射部は、水噴射部の外部に配置されていてもよい。更に、レーザピーニング処理又はレーザフォーミング処理を施すためのレーザ加工装置は、上記条件１を満たせばよく、条件２及び条件３の少なくとも一方を満たすパルスレーザ光を出力可能なレーザ照射部を備えていれば、さらに効果的である。例えばレーザ照射部が、図２に示したように偏光調整素子１９を有する場合、偏光調整素子１９はλ／４板に限定されない。例えば偏光調整素子１９は、直線偏光のレーザ光を無偏光のレーザ光に変換する素子でもよいし、直線偏光のレーザ光を光渦又はベクルトルビームに変換するための位相制御素子（例えば、位相板、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）など）でもよい。逆に、図２に示したレーザ発振器１０の構成において、例えば積層体１１自体が楕円偏光、無偏光といった非定常なレーザ光を生成可能な場合、レーザ照射部３は、偏光調整素子１９を備えなくてもよい。偏光調整素子１９の配置位置は、レーザ照射部３から偏光状態が非定常なパルスレーザ光Ｌを出力できれば、図２に示した位置に限定されない。マルチモードのパルスレーザ光を出力する場合も同様である。
【0075】
図２に示したレーザ発振器１０の代わりに、図６に示したレーザ発振器２０を使用してもよい。レーザ発振器２０は、積層体２１と、Ｑスイッチ素子（パルス生成部）１２と、偏光調整素子１９とを有する。図６のレーザ発振器２０は、レーザ発振器１０が備えるミラー１３（Ｑスイッチ素子１２からみて積層体１１と反対側に配置されたミラー１３）は不要である。図６を利用してレーザ発振器２０を説明する。図６の説明においても図２の説明に使用したＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を使用する場合もある。
【0076】
積層体２１は、複数のヒートシンク１４と複数のレーザ媒質１５とが交互に且つ中間層２２を介して常温接合されて積層されている点、及び、Ｘ方向において両端にヒートシンク１４が配置され且つＱスイッチ素子１２に面するヒートシンク１４の表面に第２コーティング層１７が形成されている点で、主に積層体１１と相違する。上記相違点を中心にして積層体２１を説明する。
【0077】
中間層２２は、ヒートシンク１４とレーザ媒質１５との間に介在されている緩衝層である。中間層２２の一部は、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５と一体化されている。中間層２２の一部は、Ｘ方向から見た場合における中央部分である。中間層２２の一部は、透明である。中間層２２の他部は、着色されている。中間層２２の他部は、Ｘ方向から見た場合における外縁部分（周縁部分）である。中間層２２の他部は、不透明（上述した透明ではない状態）である。例えばある光（特定光）に対して不透明とは、ここでは、特定光に対する透過率が７７％未満であることをいう。
【0078】
中間層２２は、耐薬品性及び耐食性が高く、且つ、ガスバリヤ性も高い層である。透明でヒートシンク１４及びレーザ媒質１５と一体の中間層２２の一部は、ヒートシンク１４のバウンダリーである接合側部分の構成元素を含む化合物、及び、レーザ媒質１５のバウンダリーである接合側部分の構成元素を含む化合物のうちの少なくとも何れかを含む。中間層２２の他部は、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の少なくとも一方の構成元素と置換可能な元素で形成されている。
【0079】
中間層２２の一部は、ヒートシンク１４の構成元素と、レーザ媒質１５の構成元素と、中間層２２の他部の構成元素と、の混晶である。中間層２２の一部は、中間層２２の他部の構成元素が相転移して成る部位である。ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５と一体化した中間層２２の一部の存在は、中間層２２の構成元素（中間層２２の他部の元素）の濃度が高まっていることで把握可能である。
【表1】
【0080】
ここで、
RE＝Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb等の添加希土類元素
TM＝Mg,Ca,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Cr,Ti,Te,Nb,V等の添加遷移金属元素
コーティング最終層：ヒートシンク１４のレーザ媒質１５側、及び、レーザ媒質１５のヒートシンク１４側の少なくとも何れかに１又は複数のコーティング層を設けている場合において、最も相手側（レーザ媒質１５側又はヒートシンク１４側）に近い側である最表面側に位置するコーティング層。
RE＝Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb等の添加希土類元素
TM＝Mg,Ca,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Cr,Ti,Te,Nb,V等の添加遷移金属元素
コーティング最終層：ヒートシンク１４のレーザ媒質１５側、及び、レーザ媒質１５のヒートシンク１４側の少なくとも何れかに１又は複数のコーティング層を設けている場合において、最も相手側（レーザ媒質１５側又はヒートシンク１４側）に近い側である最表面側に位置するコーティング層。
【0081】
積層体２１は、例えば次のようにして製造され得る。まず、複数のヒートシンク１４及び複数のレーザ媒質１５を用意する。第１コーティング層１６及び第２コーティング層１７をヒートシンク１４に適宜成膜する。当該成膜には、公知の種々の成膜手法を採用できる。次に、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５それぞれに中間層２２を形成する。中間層２２は例えばスパッタリング法、蒸着法で形成され得る。この段階での中間層２２の材料は、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の少なくとも一方の構成元素と置換可能な元素を含み、且つ着色されている。用いるヒートシンク１４、レーザ媒質１５及び中間層２２のそれぞれの材料としては、上記表１における「ヒートシンク」、「レーザ媒質」、及び、「中間層の他の部分（着色部分）」のそれぞれで示した材料が挙げられる。
【0082】
その後、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５の間に中間層２２を配置した状態で、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５が交互に並ぶように積層（複数配置）しつつ、ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５を、接着剤を介さずに互いに接合する。ヒートシンク１４及びレーザ媒質１５との接合は、表面活性化常温接合を用いることができる。
【0083】
続いて、中間層２２にジャイアントパルスレーザ光を照射し、当該ジャイアントパルスレーザ光を中間層２２に吸収させる。これにより、中間層２２に衝撃波が発生し、この衝撃波がヒートシンク１４とレーザ媒質１５とにより押し戻され、中間層２２に瞬間的な高温且つ高圧力状態が引き起こされる。その結果、中間層２２の一部である中央部は、接合母材であるヒートシンク１４及びレーザ媒質１５中に拡散ないし相転移してヒートシンク１４及びレーザ媒質１５と一体化し、透明化する。一方、中間層２２の他部である外縁部は、着色されたままとなる。
【0084】
ジャイアントパルスレーザ光は、衝撃波が発生可能なレーザ光である。ジャイアントパルスレーザ光は、サブナノ秒のパルス幅を有するレーザ光である。ジャイアントパルスレーザ光は、マイクロレーザ及びそのシステムを利用して得られる。ジャイアントパルスレーザ光は、例えばパルス幅が１０ｎｓ以下で１ｐｓ以上の領域（特に、１ｎｓ以下で１０ｐｓ以上）のレーザ光である。
【0085】
上記積層体２１では、レーザ光が出力されるので、上記積層体２１はレーザ素子として機能する。レーザ発振器２０では、積層体２１から出力されるレーザ光が、可飽和吸収体であるＱスイッチ素子１２によってパルス化されパルスレーザ光Ｌとして出力される。
【0086】
レーザ発振器２０も、図６に示したように、筐体１８を有してもよい。筐体１８の構成並びに積層体２１及びＱスイッチ素子１２の筐体１８内の配置状態は、レーザ発振器１０が有する筐体１８の場合と同様とし得る。
【0087】
レーザ発振器は、不安定共振器を用いたレーザ発振器でもよい。不安定共振器を用いたレーザ発振器は、たとえば、次のような第１レーザ発振器または第２レーザ発振器である。
【0088】
第１レーザ発振器は、第１波長の光を透過するとともに、上記第１波長とは異なる第２波長の光を反射する第１反射部と、上記第１反射部とともに不安定共振器を形成しており、一方向において、上記第１反射部と離間して配置されており上記第２波長の光を反射する第２反射部と、上記第１反射部と上記第２反射部との間に配置されており、上記第１波長の光の入射により上記第２波長の光を放出するレーザ媒質と、上記一方向において上記レーザ媒質からみて上記第１反射部と反対側に配置されており、光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収部と、を備える。第１レーザ発振器において、上記第１反射部は、上記レーザ媒質と反対側に上記第１波長の光が入射される入射面を有し、上記一方向からみて、上記第２反射部の大きさは上記第１反射部の大きさより小さく、上記可飽和吸収部の上記レーザ媒質と反対側の面の少なくとも一部は、上記レーザ媒質側に向けて湾曲した湾曲領域を有し、上記第２反射部は、上記湾曲領域の表面に設けられた誘電体多層膜である。
【0089】
第２レーザ発振器は、第１波長の光を透過するとともに、上記第１波長とは異なる第２波長の光を反射する第１反射部と、上記第１反射部とともに不安定共振器を形成しており、一方向において、上記第１反射部と離間して配置されており上記第２波長の光を反射する第２反射部と、上記第１反射部と上記第２反射部との間に配置されており、上記第１波長の光の入射により上記第２波長の光を放出するレーザ媒質と、上記一方向において上記レーザ媒質からみて上記第１反射部と反対側に配置されており、光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収部と、上記第２反射部を支持するとともに、上記第２波長の光を透過する支持体と、を備える。第２レーザ発振器において、上記第１反射部は、上記レーザ媒質と反対側に上記第１波長の光が入射される入射面を有し、上記一方向からみて、上記第２反射部の大きさは上記第１反射部の大きさより小さく、上記支持体の上記可飽和吸収部側の面の少なくとも一部は、上記可飽和吸収部側に湾曲した湾曲領域であり、上記第２反射部は、上記湾曲領域の表面に設けられた誘電体多層膜である。一実施形態において、上記支持体は、平凸レンズであってもよい。
【0090】
上記一方向からみて、上記可飽和吸収部の大きさは上記レーザ媒質の大きさよりも小さくてもよい。上記一方向からみて、上記可飽和吸収部の周囲に、第１波長の光の入射により第２波長の光を放出するレーザ媒質が設けられていてもよい。上記第１反射部は、平面鏡であってもよい。上記第１反射部は、湾曲していてもよい。上記第１反射部は、上記レーザ媒質と反対側に湾曲していてもよい。上記第１反射部のうち上記一方向からみて上記第２反射部と重なる領域の少なくとも一部に、第２波長を有するレーザ光を通すための開口が形成されていてもよい。
【0091】
一実施形態において、上記レーザ媒質は、セラミック製または単結晶であり、上記可飽和吸収部は、セラミック製または単結晶の可飽和吸収体を含み、上記レーザ媒質及び上記可飽和吸収部は、接合されており、上記第１反射部は、上記レーザ媒質に設けられていてもよい。このような形態では、上記レーザ媒質及び上記可飽和吸収部の接合体における上記レーザ媒質及び上記可飽和吸収部の接合方向の長さは１０ｍｍより小さくてもよい。
【0092】
或いは、一実施形態において、上記レーザ媒質及び上記可飽和吸収部は、接合されており、上記レーザ媒質及び上記可飽和吸収部の接合体における上記レーザ媒質及び上記可飽和吸収部の接合方向の長さは１０ｍｍより小さい、または上記第１反射部と上記第２反射部との間の距離より小さくてもよい。
【0093】
上記第２反射部の曲率半径は、１０ｍｍ～１００ｍｍでもよい。上記第２反射部の直径は１ｍｍ～３ｍｍでもよい。
【0094】
一実施形態において、第１レーザ発振器および第２レーザ発振器それぞれは、上記第２反射部からみて上記第１反射部と反対側に配置されており、上記不安定共振器から出力される光を平行化するレンズを備えてもよい。この場合、上記レンズの焦点距離は、たとえば、３０ｍｍ～２００ｍｍであってもよい。
【0095】
上記第１反射部と上記第２反射部との間の距離は１５ｍｍより小さくてもよい。
【0096】
【0097】
図７に示したように、レーザ発振器（第１レーザ発振器）３０は、たとえば、第１反射部３１と、第２反射部３２と、レーザ媒質３３と、Ｑスイッチ素子（可飽和吸収部）３４とを有する。第１反射部３１と、第２反射部３２と、レーザ媒質３３と、Ｑスイッチ素子３４は、ｘ軸に沿って、第１反射部３１、レーザ媒質３３、Ｑスイッチ素子３４、第２反射部３２の順に配置されている。上記ｘ軸の方向は、図１に示したＸ方向に相当する。
【0098】
レーザ発振器３０は、励起部７（図１参照）から供給される励起光Ｌ０が第１反射部３１に入射されることによって、パルスレーザ光Ｌを第２反射部３２側（図７中の右側）から出力する。励起光Ｌ０の波長（第１波長）は、例えば、レーザ媒質３３がＮｄ：ＹＡＧであれば波長８０８ｎｍまたは波長８８５ｎｍであり、レーザ媒質３３がＹｂ：ＹＡＧであれば波長９４０ｎｍまたは波長９６８ｎｍ）である。パルスレーザ光Ｌの波長（第２波長）は、たとえば、レーザ媒質３３がＮｄ：ＹＡＧであれば波長１０６４ｎｍ、レーザ媒質３３がＹｂ：ＹＡＧであれば波長１０３０ｎｍである。励起光Ｌ０の波長を第１波長と称し、パルスレーザ光Ｌの波長を第２波長と称する場合もある。
【0099】
レーザ発振器３０は、図１に示した光ファイバＦから出力された励起光Ｌ０を集光して、第１反射部３１に入射させる入射光学系を有してもよい。この入射光学系によって、励起光Ｌ０は、例えば平行光もしくは実質的に平行光に近い緩い集光光として第１反射部３１に入射されてもよい。
【0100】
［第１反射部］
第１反射部３１は、レーザ媒質３３の第１端面３３ａに設けられている。第１反射部３１は、第１波長の励起光Ｌ０を透過する一方、第２波長の光を反射する誘電体多層膜である。第１波長の励起光Ｌ０に対する第１反射部３１の透過率は８０％以上（望ましくは９５％以上）であり、第２波長の光に対する第１反射部３１の反射率は９０％以上（望ましくは９９％以上）である。第１反射部３１は、例えば第１波長の励起光Ｌ０に対してＡＲコートとして機能し、第２波長の光に対してＨＲコートとして機能する誘電体多層膜である。第１反射部３１は、薄膜形成技術によって第１端面３３ａに形成され得る。
第１反射部３１は、レーザ媒質３３の第１端面３３ａに設けられている。第１反射部３１は、第１波長の励起光Ｌ０を透過する一方、第２波長の光を反射する誘電体多層膜である。第１波長の励起光Ｌ０に対する第１反射部３１の透過率は８０％以上（望ましくは９５％以上）であり、第２波長の光に対する第１反射部３１の反射率は９０％以上（望ましくは９９％以上）である。第１反射部３１は、例えば第１波長の励起光Ｌ０に対してＡＲコートとして機能し、第２波長の光に対してＨＲコートとして機能する誘電体多層膜である。第１反射部３１は、薄膜形成技術によって第１端面３３ａに形成され得る。
【0101】
第１反射部３１は、励起光Ｌ０が入射される第１面（入射面）３１ａと、第２面３１ｂ（光の伝搬するｘ軸の方向において第１面３１ａと反対側の面）とを有する。第１面３１ａ及び第２面３１ｂは、ｘ軸に直交している平面である。よって、第１反射部３１は、上述した透過特性及び反射特性を有する平面鏡である。しかし、第１反射部３１は、曲率を有する鏡（湾曲した鏡）でもよく、例えば凹面鏡であってもよい。
【0102】
第２反射部３２は、ｘ軸の方向（一方向）において、第１反射部３１と離間して配置されている。第２反射部３２は、Ｑスイッチ素子３４の第２端面３４ｂに設けられている。第２反射部３２は、第２波長の光を反射する誘電体多層膜である。第２波長の光に対する第２反射部３２の反射率は８０％以上（望ましくは９９％以上）である。第２反射部３２は、例えば第２波長の光に対してＨＲコートとして機能する誘電体多層膜である。第２反射部３２は、薄膜形成技術によって第２端面３４ｂに形成され得る。
【0103】
第２反射部３２は、第１反射部３１とともに、不安定共振器を形成している。図７に示した実施形態において、第１反射部３１及び第２反射部３２によって形成される不安定共振器の光軸は、ｘ軸と一致している。ｘ軸の方向からみた場合、第２反射部３２の大きさは、第１反射部３１の大きさより小さい。更に、第２反射部３２は、第１反射部３１側に向けて湾曲している。第２反射部３２が上記のように湾曲していることから、第２反射部３２は、第２波長の光を発散させる。よって、第１反射部３１及び第２反射部３２とは拡大光学系を形成している。
【0104】
第１反射部３１及び第２反射部３２が上記のような不安定共振器であることから、レーザ発振器３０からは、図８に示したように、ドーナツ状（ドーナツモード）のパルスレーザ光Ｌが出力される。パルスレーザ光Ｌの内径をａとし、パルスレーザ光Ｌの外径をｂとし、拡大率ｍをｂ／ａで定義した場合、拡大率ｍは、例えば、２１／２以上且つ３以下である。拡大率ｍは、１．２以上３以下でもよい。
【0105】
第２反射部３２のうち第１反射部３１に最も近い部分（第２反射部３２の頂部）と、第１反射部３１の第２面３１ｂとの間の距離（以下、「共振器長ｄ」とも称す）の例は、約４～５０ｍｍである。共振器長ｄは、１５ｍｍより小さくてもよい。ｘ軸の方向からみた場合、第２反射部３２は円形または多角形であり、その直径または対角の長さの例は、１～２０ｍｍである。第２反射部３２の直径または対角の長さは、１ｍｍ～３ｍｍであってもよい。第２反射部３２の曲率半径の例は１０ｍｍ～２ｍである。第２反射部３２の曲率半径の例は１０ｍｍ～１００ｍｍであってもよい。
【0106】
［レーザ媒質］
レーザ媒質３３の材料の例は、レーザ媒質１５と同様である。レーザ媒質３３の形状の例は、板状及び柱状を含む。図７に示した実施形態において、レーザ媒質３３の中心軸はｘ軸に一致する。レーザ媒質３３は、第１端面３３ａと、第２端面３３ｂ（ｘ軸の方向において第１端面３３ａと反対側の面）とを有する。第１端面３３ａ及び第２端面３３ｂはｘ軸に直交している。ｘ軸の方向に沿ったレーザ媒質３３の長さの例は、０．２～２６ｍｍである。
レーザ媒質３３の材料の例は、レーザ媒質１５と同様である。レーザ媒質３３の形状の例は、板状及び柱状を含む。図７に示した実施形態において、レーザ媒質３３の中心軸はｘ軸に一致する。レーザ媒質３３は、第１端面３３ａと、第２端面３３ｂ（ｘ軸の方向において第１端面３３ａと反対側の面）とを有する。第１端面３３ａ及び第２端面３３ｂはｘ軸に直交している。ｘ軸の方向に沿ったレーザ媒質３３の長さの例は、０．２～２６ｍｍである。
【0107】
ｘ軸からみたレーザ媒質３３の形状（平面視形状）の例は、円形、矩形又は正方形、多角形を含む。上記レーザ媒質３３の平面視形状が円形の場合、直径の例は１．４～１００ｍｍである。上記レーザ媒質３３の平面視形状が矩形又は正方形の場合、およその対角の長さの例は１．９～１４０ｍｍである。
【0108】
以下では、ｘ軸からある要素をみた場合のその要素の形状を上記のように「平面視形状」とも称す。
【0109】
Ｑスイッチ素子３４は、Ｑスイッチ素子１２と同様の可飽和吸収体である。Ｑスイッチ素子３４は、第２波長の光の吸収に伴って透過率が増加する。Ｑスイッチ素子３４は、レーザ媒質３３と同軸に配置され得る。Ｑスイッチ素子３４は、第２端面３３ｂに接合されてもよい。
【0110】
ｘ軸の方向からみた場合、Ｑスイッチ素子３４の大きさは、レーザ媒質３３より小さい。Ｑスイッチ素子３４の形状の例は、板状及び柱状を含む。Ｑスイッチ素子３４は、レーザ媒質３３側の第１端面３４ａと、第２端面３４ｂ（ｘ軸の方向において第１端面３４ａと反対側の面）とを有する。第１端面３４ａはｘ軸に直交している。第２端面３４ｂには第２反射部３２が設けられている。第２反射部３２が第１反射部３１側に湾曲していることから、第２端面３４ｂも同様に湾曲している。第２端面３４ｂの曲率半径と第２反射部３２の曲率半径は同じである。
【0111】
ｘ軸の方向に沿ったＱスイッチ素子３４の長さの例は、０．１～１０ｍｍである。
【0112】
レーザ発振器３０のように、第２端面３４ｂの全面に第２反射部３２が設けられている場合、Ｑスイッチ素子３４の平面視形状の例は、円形または多角形であり、その等価的直径の例は、１～２０ｍｍである。
【0113】
第２反射部３２は、第２端面３４ｂの一部に設けられていてもよい。すなわち、第２端面３４ｂに第２反射部３２が部分コーティングされていてもよい。この場合、第２端面３４ｂがその一部に第１反射部３１側に湾曲した湾曲領域を有し、その湾曲領域に第２反射部３２が設けられる。第２反射部３２が、第２端面３４ｂの一部に設けられる実施形態では、Ｑスイッチ素子３４の平面視形状の例は、円形、矩形又は正方形、多角形でもよい。Ｑスイッチ素子３４の平面視形状が矩形又は正方形の場合、等価的対角の長さの例は、１～２０ｍｍである。
【0114】
Ｑスイッチ素子３４の材料は、入射する第２波長の光の強度が増大すると吸収能力が飽和する特性を有する可飽和吸収体の材料でよい。不安定共振器を用いたレーザ発振器の説明において、Ｑスイッチ素子３４の材料はＣｒ：ＹＡＧセラミックであるが、単結晶でも良い。
【0115】
Ｑスイッチ素子３４は、第２端面３４ｂの全面またはその一部が湾曲した状態で製造されてもよいし、第２端面３４ｂが平面のＱスイッチ素子３４を製造した後に、第２端面３４ｂを全面またはその一部が湾曲するように加工することによって製造されてもよい。
【0116】
レーザ媒質３３及びＱスイッチ素子３４がともにセラミック製である場合、例えば、レーザ媒質３３とＱスイッチ素子３４とは、表面活性化接合されていてもよい。表面活性化接合は、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。上記接合は、分子間結合を利用した直接接合である。表面活性接合であれば、レーザ媒質をセラミックスに限定すること無く、単結晶同士、またはそれらのハイブリッドが可能なだけでなく、励起光反射コーティングなどを施した上での接合が可能になる。レーザ媒質３３とＱスイッチ素子３４とが接合されることによって接合体を形成している場合、その接合体におけるレーザ媒質３３とＱスイッチ素子３４の接合方向の長さ（ｘ軸方向の長さに相当）は、例えば、１０ｍｍより小さい。
【0117】
レーザ媒質３３の第２端面３３ｂ及びＱスイッチ素子３４の第１端面３４ａの少なくとも一方には、第２端面３３ｂ及び第１端面３４ａにおける反射特性（例えば第２波長の光の反射特性）を調整するコーティング層が設けられてもよい。このようなコーティング層が第２端面３３ｂ及び第１端面３４ａの少なくとも一方に設けられている場合、例えばレーザ媒質３３及びＱスイッチ素子３４は、上記コーティング層を介して上記のように接合され得る。Ｑスイッチ素子３４の第１端面３４ａ及び第２端面３４ｂの少なくとも一方には、第１波長の励起光Ｌ０に対してＨＲコートとして機能し、第２波長の光に対してＡＲコートとして機能するコーティング層が設けられてもよい。このようなコーティング層は、可飽和吸収部の一部であってもよい。すなわち、可飽和吸収部は、可飽和吸収体（図７のＱスイッチ素子３４）の他、上記コーティング層を有してもよく、コーティング層が可飽和吸収体の端面に設けられている場合、コーティング層の端面が可飽和吸収部の端面に相当する。
【0118】
レーザ発振器３０において、レーザ媒質３３及びＱスイッチ素子３４のｘ軸の方向の長さ並びに第２反射部３２の形状など（特に、第２反射部３２の大きさ及び曲率半径など）は、共振器長ｄ、利得などを考慮して、所望のドーナツ形状のパルスレーザ光Ｌが得られるように設定されていればよい。例えば、上記拡大率ｍが、２１／２以上であり且つ３以下又は１．２以上であり且つ３以下であるように、レーザ媒質３３及びＱスイッチ素子３４のｘ軸の方向の長さ並びに第２反射部３２の形状が設定されていればよい。
【0119】
上記レーザ発振器３０では、励起光Ｌ０が第１反射部３１の第１面３１ａに入射されると、励起光Ｌ０は、第１反射部３１を透過して、レーザ媒質３３に供給される。これにより、レーザ媒質３３が励起され、第２波長の光が放出される。レーザ媒質３３から放出された第２波長の光は、第２反射部３２によって、第１反射部３１側に反射される。第１反射部３１は第２波長の光を反射する。これにより、第２波長の光がレーザ媒質３３を複数回通過する。第２波長の光がレーザ媒質３３を通過する際の誘導放出によって第２波長の光は増幅され、Ｑスイッチ素子３４の作用によってパルスレーザ光Ｌとして出力される。
【0120】
第２反射部３２は、第２波長の光を反射することから、第２波長の光は実質的に第２反射部３２を透過しない。第２反射部３２は、第１反射部３１側に湾曲していることから、第２反射部３２で反射された第２波長の光は発散する。そのため、ｘ軸の方向からみて、第２反射部３２の外側からパルスレーザ光Ｌが出力される。その結果、パルスレーザ光Ｌの形状（強度分布）は、図８に示したようなドーナツ形状である。すなわち、レーザ発振器３０は、ドーナツ状のパルスレーザ光Ｌを出力できる。
【0121】
第２反射部３２で反射された第２波長の光は発散する。そのため、第１反射部及び第２反射部がともに平面鏡である場合に比べて、レーザ媒質３３のより広い領域を第２波長の光が通過する。これによって、レーザ媒質３３から多くの誘導放出が生じ易いので、同じ励起面積であれば、第１反射部及び第２反射部がともに平面鏡である場合に比べて、高い出力のパルスレーザ光Ｌを得られる。この場合、パルスレーザ光Ｌの出力を上げているものの、積極的にドーナツ状のビームを選択し、ドーナツモードより高次のモードへの利得移行を無くすことで、ビーム品質（Ｍ２）の劣化を抑制しながら、パルスレーザ光Ｌの出力向上を図れる。すなわち、レーザ発振器３０では、ビーム品質の劣化を抑制しながら出力向上を実現可能である。したがって、レーザピーニング処理に有効である。
【0122】
レーザ発振器３０では、第１反射部３１は平面鏡として機能することから、第２反射部３２からの第２波長の光は第１反射部３１で反射する際にも発散し易い。しかしながら、レーザ発振器３０のように端面励起の場合、励起に伴う量子欠損に起因した熱レンズ効果が生じる。そのため、第２反射部３２で反射され、更に第１反射部３１で反射された第２波長の光を、上記熱レンズ効果によって、熱レンズ効果が無い場合より閉じ込め可能である。したがって、第１反射部３１が平面鏡であっても、第１反射部３１と第２反射部３２とで不安定共振器が形成され、レーザ発振が可能である。よって、レーザ発振器３０におけるレーザ媒質３３及びＱスイッチ素子３４のｘ軸の方向の長さ並びに第２反射部３２の形状などは、励起光Ｌ０によるレーザ媒質３３内の熱レンズ効果も考慮して設定され得る。
【0123】
第１反射部３１が第１端面３３ａに設けられており且つ第１反射部３１が平面鏡である実施形態では、第１端面３３ａも平面でよいことから、レーザ媒質３３の加工が容易である。更に、上記熱レンズ効果を利用することで、パルスレーザ光Ｌの発散を抑制可能であり、例えば、平行光として出力可能である。
【0124】
第２反射部３２が誘電体多層膜であることから、高強度の第２波長の光が第２反射部３２に入射しても第２反射部３２の損傷を防止できる。その結果、安定して、高出力のパルスレーザ光Ｌを出力可能である。
【0125】
第１反射部３１はレーザ媒質３３の第１端面３３ａに設けられており、第２反射部３２は、Ｑスイッチ素子３４の第２端面３４ｂに設けられている。そのため、共振器長ｄを短くできるので、レーザ発振器３０及びそれを含むレーザ照射部３の小型化及び短パルス化を図れている。
【0126】
レーザ媒質３３及びＱスイッチ素子３４はセミラック製であり、それらを接合している場合、共振器長ｄを短くできる。その結果、レーザ発振器３０及びそれを含むレーザ照射部３の小型化が可能である。更に、上述したように高出力（または高いエネルギー）のパルスレーザ光Ｌを出力可能である。よって、レーザピーニング処理に有効である。
【0127】
第１反射部３１及び第２反射部３２が形成する不安定共振器は、拡大光学系であることから、レーザ発振器３０から出力されるパルスレーザ光Ｌの拡大率ｍを、図８に示したように、ｂ／ａで定義した場合、拡大率ｍは、例えば、２１／２以上である。拡大率ｍが大きすぎるとレーザ発振閾値が大きくなり、レーザ発振が生じにくい。よって、レーザ発振器３０は、拡大率ｍが３以下となるように、例えば、第２反射部３２の大きさ及び曲率半径などが設定されていることが好ましい。拡大率ｍが３以下であれば、第１反射部３１及び第２反射部３２が形成する不安定共振器が拡大光学系であっても、レーザ発振閾値を下げることが可能である。１－ｍ－２は、共振器における往復損失を示す。例えば、ｍ＝２１／２である場合、往復損失は５０％である。
【0128】
励起光Ｌ０を出力するＬＤ１８Ａが準連続波発振され、励起光Ｌ０がパルス光である実施形態では、高出力の励起光Ｌ０を利用してパルスレーザ光Ｌの高出力化を図りながら、レーザ媒質３３の発熱を抑制できる。
【0129】
次に、レーザ発振器３０の種々の変形例を説明する。
【0130】
（第１変形例）
第１変形例に係るレーザ発振器３０Ａは、図９に示したように、Ｑスイッチ素子３４の周囲にレーザ媒質３３Ａが更に設けられている点で、レーザ発振器３０と主に相違する。上記相違点を中心にして、レーザ発振器３０を説明する。
第１変形例に係るレーザ発振器３０Ａは、図９に示したように、Ｑスイッチ素子３４の周囲にレーザ媒質３３Ａが更に設けられている点で、レーザ発振器３０と主に相違する。上記相違点を中心にして、レーザ発振器３０を説明する。
【0131】
レーザ媒質３３Ａは、ｘ軸の方向からみて、Ｑスイッチ素子３４の周囲を囲んでいる。レーザ媒質３３Ａの材料は、レーザ媒質３３の材料と同じである。よって、レーザ媒質３３Ａは、励起光Ｌ０の入射により第２波長の光を放出する。
【0132】
レーザ媒質３３Ａは、Ｑスイッチ素子３４と接合されていてもよい。この場合、レーザ媒質３３の第２端面３３ｂ側に、レーザ媒質３３とＱスイッチ素子３４との複合部品が配置されている実施形態に相当する。或いは、レーザ媒質３３Ａがレーザ媒質３３と同じ材料であることから、レーザ媒質３３Ａとレーザ媒質３３とが一つの部材であってもよい。この場合、一つのレーザ媒質において第１反射部３１と反対側の端面に凹部が設けられ、その凹部にＱスイッチ素子３４が収容されている実施形態に相当する。
【0133】
レーザ発振器３０Ａは、レーザ発振器３０と少なくとも同じ作用効果を有する。レーザ発振器３０Ａが有するレーザ媒質３３Ａは、ｘ軸の方向からみて、Ｑスイッチ素子３４の周囲を囲んでいる。そのため、パルスレーザ光Ｌは、レーザ媒質３３Ａを更に通過する。励起光Ｌ０を第１反射部３１に入射する際に、レーザ媒質３３Ａにも励起光Ｌ０が入射されるように励起光Ｌ０を第１反射部３１に入射すれば（例えば、第１面３１ａのほぼ全面に励起光Ｌ０を入射すれば）、レーザ媒質３３Ａも励起光Ｌ０で励起されている。そのため、パルスレーザ光Ｌがレーザ媒質３３Ａを通過する際に、パルスレーザ光Ｌは、更に増幅される。その結果、レーザ発振器３０Ａでは、出力が一層向上する。
【0134】
（第２変形例）
第２変形例に係るレーザ発振器３０Ｂは、図１０に示したように、第１反射部３１が外側（レーザ媒質３３と反対側）に向けて湾曲している点で、レーザ発振器３０と相違する。この相違点を中心にして、レーザ発振器３０Ｂを説明する。
第２変形例に係るレーザ発振器３０Ｂは、図１０に示したように、第１反射部３１が外側（レーザ媒質３３と反対側）に向けて湾曲している点で、レーザ発振器３０と相違する。この相違点を中心にして、レーザ発振器３０Ｂを説明する。
【0135】
第１反射部３１は、外側に向けて湾曲している。第１反射部３１の曲率半径は、励起光Ｌ０によるレーザ媒質３３内の熱レンズ効果、共振器長ｄ、利得、並びに、第２反射部３２の大きさ及び曲率半径などを考慮して、所望のドーナツ形状が得られるように設定されればよい。例えば、上記拡大率ｍが、２１／２以上であり且つ３以下であるように、第１反射部３１の曲率半径が設定されていればよい。第１反射部３１の曲率半径の例は、１．４～９ｍｍである。
【0136】
第１反射部３１は、レーザ媒質３３の第１端面３３ａに設けられていることから、レーザ発振器３０Ｂでは、第１端面３３ａも第１反射部３１と同様に湾曲している。第１端面３３ａの曲率半径は、第１反射部３１の曲率半径と同様である。
【0137】
レーザ発振器３０Ｂは、レーザ発振器３０と少なくとも同じ作用効果を有する。レーザ発振器３０Ｂでは、第１反射部３１が外側に湾曲しているので、第２反射部３２で反射された第２波長の光に対して第１反射部３１は凹面鏡として機能する。すなわち、第１反射部３１は、第２反射部３２で反射された第２波長の光に対して集光機能を有する。よって、第２波長の光を、不安定共振器内に閉じ込めやすい。第１反射部３１が上記のように集光機能を有することから、パルスレーザ光Ｌの発散を抑制し易く、例えば、パルスレーザ光Ｌを平行光として出力し易い。
【0138】
（第３変形例）
第３変形例に係るレーザ発振器３０Ｃは、図１１に示したように、第１反射部３１が開口３１ｃを有する点で、レーザ発振器３０と相違する。上記相違点を中心にして、レーザ発振器３０Ｃを説明する。
第３変形例に係るレーザ発振器３０Ｃは、図１１に示したように、第１反射部３１が開口３１ｃを有する点で、レーザ発振器３０と相違する。上記相違点を中心にして、レーザ発振器３０Ｃを説明する。
【0139】
第１反射部３１は、第２波長を有する注入レーザ光Ｌ１をレーザ媒質３３に注入するための開口３１ｃを有する。開口３１ｃは、ｘ軸の方向からみた場合に、第２反射部３２と重複する領域の少なくとも一部に形成される。図５に示したように、開口３１ｃは、ｘ軸上に配置され得る。
【0140】
注入レーザ光Ｌ１は、注入同期するためのレーザ光である。注入レーザ光Ｌ１の進行方向に直交する断面の大きさは、例えば、開口３１ｃの大きさ以下であり得る。この場合、注入レーザ光Ｌ１は、第１反射部３１で反射されずに、開口３１ｃを通過してレーザ媒質３３に入射され得る。
【0141】
注入レーザ光Ｌ１は、励起光Ｌ０の場合と同様に、注入レーザ光Ｌ１を供給する注入レーザ光供給部から光ファイバを介して供給され得る。注入レーザ光供給部は、注入レーザ光Ｌ１を、注入同期のための注入タイミングで出力可能であればよい。
【0142】
図１１に示したように、ｘ軸に沿って励起光Ｌ０を伝搬させた後、第１反射部３１に励起光Ｌ０を入射させる実施形態では、注入レーザ光Ｌ１は、励起光Ｌ０の光路上（図１１では、ｘ軸上）に配置されている反射鏡３５によって反射され、開口３１ｃに入射されればよい。反射鏡３５は、励起光Ｌ０の一部の伝搬を阻害することから、反射鏡３５は、小さい方がよい。
【0143】
図１１に示した実施形態では、反射鏡３５が、例えば、励起光Ｌ０を透過する一方、注入レーザ光Ｌ１を反射する波長選択性を有する場合、反射鏡３５の大きさは限定されない。
【0144】
図１２に示したように、注入レーザ光Ｌ１を、ｘ軸に沿って伝搬させた後、開口３１ｃに入射させる一方、励起光Ｌ０を反射鏡３５で反射させた後に、第１反射部３１に入射させてもよい。図１２に示した実施形態では、反射鏡３５は、励起光Ｌ０を反射するとともに、注入レーザ光Ｌ１を通すための開口３５ａを有する。開口３５ａの大きさの例は、注入レーザ光Ｌ１に直交する断面の大きさとほぼ同じか、若干大きい程度である。これにより、励起光Ｌ０を有効に利用してレーザ媒質３３を励起できる。図１２に示した実施形態において、反射鏡３５が、例えば、励起光Ｌ０を反射する一方、注入レーザ光Ｌ１を透過する波長選択性を有する場合、反射鏡３５の大きさは限定されない。
【0145】
レーザ発振器３０Ｃは、レーザ発振器３０と少なくとも同様の作用効果を有する。レーザ発振器３０Ｃでは、注入レーザ光Ｌ１をレーザ媒質３３に注入することで注入同期を図れる。その結果、レーザ発振器３０Ｃのジッターを制御可能であり、例えば外部機器との同期、複数のＱスイッチ型のレーザ発振器との同期を図れる。
【0146】
レーザ発振器３０Ｃの第２反射部３２は、第２波長の光を反射し、実質的に第２波長の光を透過しない。レーザ発振器３０Ｃは、図１１及び図１２に示したように、第１反射部３１に開口３１ｃを設けている。そのため、注入レーザ光Ｌ１をレーザ媒質３３に注入し易い構成である。レーザ発振器３０Ｃは、ビーム品質の劣化を抑制しながら、高出力が可能であるとともに、ジッター制御が容易な構成を有する。
【0147】
第３変形例では、反射鏡３５もレーザ発振器３０Ｃの一部でもよい。
【0148】
（第４変形例）
ｘ軸の方向からみた場合、Ｑスイッチ素子３４の大きさは、レーザ媒質３３の大きさと同じであってもよい。この場合、第２端面３４ｂは、その一部（例えば中央部）に、第１反射部３１側に湾曲した湾曲領域を有し、その湾曲領域に第２反射部３２が設けられていればよい。すなわち、第２端面３４ｂに第２反射部３２が部分コーティングされていてもよい。第４変形例に係るレーザ発振器もレーザ発振器３０と少なくとも同様の作用効果を有する。
ｘ軸の方向からみた場合、Ｑスイッチ素子３４の大きさは、レーザ媒質３３の大きさと同じであってもよい。この場合、第２端面３４ｂは、その一部（例えば中央部）に、第１反射部３１側に湾曲した湾曲領域を有し、その湾曲領域に第２反射部３２が設けられていればよい。すなわち、第２端面３４ｂに第２反射部３２が部分コーティングされていてもよい。第４変形例に係るレーザ発振器もレーザ発振器３０と少なくとも同様の作用効果を有する。
【0149】
（第５変形例）
図１３を利用して、第５変形例に係るレーザ発振器３０Ｄ（第２レーザ発振器）を説明する。レーザ発振器３０Ｄは、第２反射部３２が、Ｑスイッチ素子３４の第２端面３４ｂに設けられていない点で、レーザ発振器３０と相違する。この相違点を中心にして、レーザ発振器３０Ｄを説明する。
図１３を利用して、第５変形例に係るレーザ発振器３０Ｄ（第２レーザ発振器）を説明する。レーザ発振器３０Ｄは、第２反射部３２が、Ｑスイッチ素子３４の第２端面３４ｂに設けられていない点で、レーザ発振器３０と相違する。この相違点を中心にして、レーザ発振器３０Ｄを説明する。
【0150】
レーザ発振器３０Ｄは、第２反射部３２を支持する支持体３６を有する。支持体３６は、第２波長の光（パルスレーザ光Ｌ）を透過する。第２波長の光に対する支持体３６の透過率は、９０％以上である。支持体３６の材料の例は、ガラスを含む。
【0151】
支持体３６のＱスイッチ素子３４側の面３６ａは、Ｑスイッチ素子３４側に湾曲している湾曲領域である。支持体３６の面３６ａの曲率半径は、第２反射部３２の曲率半径と同様である。支持体３６のＱスイッチ素子３４と反対側の面３６ｂは平面であり得る。支持体３６の例は、平凸レンズである。湾曲した面３６ａには、第２波長の光に対するＡＲコートが施されていてもよい。このようなＡＲコートも支持体３６の一部でもよい。
【0152】
第２反射部３２は、支持体３６の面３６ａの頂部（ｘ軸と面３６ａとの交点部分）に設けられている。すなわち、面３６ａに第２反射部３２が部分コーティングされている。第２反射部３２は、薄膜形成技術によって形成され得る。
【0153】
Ｑスイッチ素子３４は、第２端面３４ｂが平面である点以外は、レーザ発振器３０の場合と同様の構成を有する。第１反射部３１及びレーザ媒質３３は、レーザ発振器３０の場合と同様の構成を有する。
【0154】
レーザ発振器３０Ｄにおいても、第１反射部３１及び第２反射部３２は、レーザ発振器３０の場合と同様に、不安定共振器を構成する。よって、レーザ発振器３０Ｄは、レーザ発振器３０と少なくとも同様の作用効果を有する。
【0155】
第２反射部３２が誘電体多層膜であることから、高強度の第２波長の光が第２反射部３２に入射しても第２反射部３２の損傷を防止できる。その結果、安定して、高出力のパルスレーザ光Ｌを出力可能である。
【0156】
支持体３６が平凸レンズである場合、支持体３６は、パルスレーザ光Ｌに対して集光機能を有する。よって、支持体３６に入射するパルスレーザ光Ｌが発散している場合でも、その発散を抑制でき、例えば、支持体３６の作用によってパルスレーザ光Ｌを平行光として出力できる。
【0157】
レーザ発振器３０Ｄに対しても、第１～第３変形例と同様の変形を適用可能である。すなわち、第１変形例の場合と同様に、ｘ軸の方向からみた場合、Ｑスイッチ素子３４が、レーザ媒質３３Ａ（図９参照）で囲まれていてもよい。第２変形例の場合と同様に、第１反射部３１は、Ｑスイッチ素子３４と反対側に湾曲していてもよい（図１０参照）。第３変形例の場合と同様に、第１反射部３１は、注入レーザ光Ｌ１をレーザ媒質３３に入射するための開口３１ｃ（図１１及び図１２参照）を有してもよい。レーザ発振器３０Ｄに対して、第１～第３変形例と同様の変形を適用した場合、各変形例が適用されたレーザ発振器は、第１～第３変形例の場合と同様に、各変形に伴う作用効果を有する。
【0158】
支持体３６は、図１３を利用して説明した形状に限定されない。例えば、支持体３６は、第２波長の光を透過可能な平板であり、Ｑスイッチ素子３４側の面の一部にＱスイッチ素子３４側に湾曲した湾曲領域を有していてもよい。この場合、上記湾曲領域に第２反射部３２が設けられる。
【0159】
第５変形例においても、第４変形例と同様に、ｘ軸の方向からみた場合、Ｑスイッチ素子３４の大きさは、レーザ媒質３３の大きさと同じでもよい。この場合、例えば、レーザ媒質３３とＱスイッチ素子３４との位置調整が容易である。レーザ媒質３３とＱスイッチ素子３４が接合されることによって一つの部品（以下、説明の便宜のため、「光部品」と称す）を形成している場合、ｘ軸の方向からみて、Ｑスイッチ素子３４の大きさが、レーザ媒質３３の大きさと同じであれば、複数の光部品を容易に製造し易い。例えば、複数の光部品は、次のようにして製造される。各光部品のサイズより大きなサイズのレーザ媒質とＱスイッチ素子とを接合することによって、レーザ媒質とＱスイッチ素子の積層体を製造する。その後、上記積層体から所望のサイズの光部品を切り出すことによって、複数の光部品が得られる。この場合、上記光部品を大量生産できるので、レーザ発振器の製造が容易であるとともに、製造コストの低減を図れる。第２反射部３２とＱスイッチ素子３４とは接していてもよい。
【0160】
例示した不安定共振器を用いた種々のレーザ発振器は、偏光調整素子１９（図２参照）を更に有してもよい。例示した不安定共振器を用いた種々のレーザ発振器は、筐体１８（図２参照）を更に有してもよい。例示した不安定共振器を用いた種々のレーザ発振器は、不安定共振器から出力された光を平行化するためのレンズを有してもよい。
【0161】
これまで説明した種々の実施形態及び変形例は、本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】
【0162】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…レーザ加工装置、２…水噴射部（収容部）、２ａ…噴射口、３…レーザ照射部、４…水（液体）、５…集光レンズ（集光部）１０，３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…レーザ発振器、Ｌ…パルスレーザ光。
【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】