特許 7612115 レーザ装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-26

(45)【発行日】2025-01-10

(54)【発明の名称】レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/11 20230101AFI20241227BHJP

   H01S 3/16 20060101ALI20241227BHJP

【ＦＩ】

H01S3/11

H01S3/16

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024543067

(86)(22)【出願日】2024-04-08

(86)【国際出願番号】 JP2024014196

【審査請求日】2024-07-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣澤 賢一

(72)【発明者】

【氏名】大畠 伸夫

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特表平１１－５００５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４２７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２９０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８０２０８６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００ －３／０２

Ｈ０１Ｓ ３／０４ －３／０９５９

Ｈ０１Ｓ ３／１０ －３／１０２

Ｈ０１Ｓ ３／１０５－３／１３１

Ｈ０１Ｓ ３／１３６－３／２１３

Ｈ０１Ｓ ３／２３ －４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を吸収して発振光を放出するレーザ媒質を有するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器の光学長を調整する光学長調整部と、
前記レーザ共振器から放出される発振光の発振タイミングに同期した制御信号を前記光学長調整部に送信する制御部とを備え、
前記レーザ共振器の光学長は、前記光学長に基づいた定在波条件を満たす波長の間隔が、前記レーザ媒質の誘導放出断面積の幅よりも広くなる、光学長である
ことを特徴とするレーザ装置。

【請求項2】

前記レーザ共振器から放出される発振光の発振タイミングを測定する測定器を備え、
前記制御部は、前記測定器の測定結果に応じて、前記光学長調整部を制御する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。

【請求項3】

前記レーザ共振器の光学長の設計からのずれを補正する光学長補正部を備え、
前記制御部は、前記測定器の測定結果に応じて、前記光学長補正部を制御する
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。

【請求項4】

前記光学長調整部は、前記レーザ共振器の外部に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。

【請求項5】

前記レーザ共振器は、
前記レーザ媒質の一端側に設けられ、発振光を全反射する第１のミラーと、
前記レーザ媒質の他端側に設けられ、発振光を部分反射する第２のミラーとを有し、
前記レーザ媒質に吸収された励起光は、前記第２のミラーで部分的に反射され、当該励起光を放射する励起光源に再結合されて、共振器内励起を行う
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。

【請求項6】

前記レーザ媒質は、Ｎｄ^３＋イオンを添加したＹＡＧ、又は、Ｎｄ^３＋イオンを添加したＹＶＯ_４であり、
前記レーザ共振器の光学長は、往復１ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーザ装置。

【請求項7】

前記レーザ媒質は、Ｎｄ^３＋イオンを添加したＦｌｕｏｒａｐａｔｉｔｅであり、
前記レーザ共振器の光学長は、往復１．９ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

小型で、且つ、高ピークパワーが出力可能なパルスレーザとして、非特許文献１に開示されたマイクロチップレーザがある。このマイクロチップレーザは、レーザ結晶に直接コーティングするなどの工夫により、共振器内から不要な構成要素及び空間を排している。このため、マイクロチップレーザは、レーザ共振器の光学長を短くすることで、短パルスを出力し、結果として、高ピークパワーのレーザパルスを得ることができる。

【0003】

短パルスを得るためには、レーザ共振器の光学長を短くすることが重要である。レーザ共振器には、光の供給が無くなったときに、共振器内の光がどの程度の時間保持されるかという、共振器寿命というパラメータがある。このため、レーザ共振器は、共振器寿命より短いレーザパルスを出力することは原則できない。この場合、モードロックレーザを除く。

【0004】

共振器寿命τ_ｃは、ファブリペロー型のレーザ共振器を仮定した場合、光がレーザ共振器を１周伝搬するのに要する時間τ_ｒと、レーザ共振器を構成する２枚のミラーの反射率Ｒ１，Ｒ２とを用いて、以下の式（１）で表すことができる。なお、レーザ共振器内における光学素子の損失は、無視できる程、小さいものと仮定する。レーザ共振器の光学長が長くなることで、時間τ_ｒが長くなり、共振器寿命τ_ｃも長くなることがわかる。即ち、短パルスを得るためには、共振器寿命τ_ｃを短くすることが重要であり、レーザ共振器の光学長を短くする必要がある。
τ_ｃ＝－τ_ｒ／ｌｎ（Ｒ１・Ｒ２）・・・（１）

【0005】

パルスレーザには、一般に、Ｑスイッチと呼ばれる素子が使用される。このＱスイッチは、レーザ共振器の閉じ込めの強さを表すＱ値を変えられる素子である。レーザ共振器のＱ値が低い場合、レーザ共振器は、レーザを発振しにくくなるため、レーザ媒質には、エネルギーが蓄積される。エネルギーが十分にレーザ媒質に蓄積された後、レーザ共振器のＱ値を高めることで、レーザの発振条件が満たされ、レーザ媒質に蓄えられたエネルギーが、一度に放出される。このため、パルスレーザは、パルス状のレーザを放出することができる。

【0006】

マイクロチップレーザにおいては、レーザ共振器の光学長を短くするため、受動Ｑスイッチと呼ばれる素子を用いることが多い。受動Ｑスイッチは、例えば、Ｃｒ：ＹＡＧ結晶又は半導体による可飽和吸収ミラーといった可飽和吸収特性を持つ素子である。可飽和吸収特性とは、光子を吸収することで素子の光子に対する吸収が低下する性質である。可飽和吸収特性を持つ受動Ｑスイッチを内蔵したレーザ共振器においては、エネルギーがレーザ媒質に蓄えられることで放出される自然放出光が、ある程度以上の強さになると、受動Ｑスイッチの吸収率が大幅に低下する。このため、マイクロチップレーザは、レーザの発振条件が満たされ、パルス状のレーザを放出することができる。

【0007】

受動Ｑスイッチを用いたマイクロチップレーザには、パルスエネルギーが設計で決まってしまうため、狙ったタイミングでパルスを発振させることが困難であるという課題がある。これは、受動Ｑスイッチが作動する条件が物性で決まっているためである。例えば、励起光を強くした場合、一般的なＱスイッチにおいては、パルスエネルギーが増大する。これに対して、受動Ｑスイッチレーザにおいては、パルスエネルギーは変わらず、繰り返し周波数が増加する。このため、特許文献１には、出力パルスの一部をモニタして、励起光強度を調整し、タイミング制御を行う手法が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【文献】H. Sakai他, “>1 MW peak power single-mode high-brightness passively Q-switched Nd3+: YAG microchip laser,” Opt. Express 16, 19891-19899 (2008).

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１２－１４２５２３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１に開示された受動Ｑスイッチレーザ装置は、繰り返しパルスを前提としたものであって、完全に狙ったタイミングで、パルス発振ができない。また、特許文献１に開示された受動Ｑスイッチレーザ装置は、パルスエネルギーを制御することもできない。

【0011】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、任意のタイミングでレーザパルスを発振させることができ、パルスエネルギーとパルス発振タイミングとを独立して制御することができるレーザ装置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】

【0012】

本開示に係るレーザ装置は、励起光を吸収して発振光を放出するレーザ媒質を有するレーザ共振器と、レーザ共振器の光学長を調整する光学長調整部と、レーザ共振器から放出される発振光の発振タイミングに同期した制御信号を光学長調整部に送信する制御部とを備え、レーザ共振器の光学長は、光学長に基づいた定在波条件を満たす波長の間隔が、レーザ媒質の誘導放出断面積の幅よりも広くなる、光学長である。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、任意のタイミングでレーザパルスを発振させることができ、パルスエネルギーとパルス発振タイミングとを独立して制御することができる

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態１に係るレーザ装置の構成を示す概略構成図である。

【図2】実施の形態１に係るレーザ装置の他の構成を示す概略構成図である。

【図3】レーザ共振器の往復光学長と定在波波長間隔との関係を示す図である。

【図4】レーザ共振器の往復光学長と発振波長との関係を示す図である。

【図5】実施の形態２に係るレーザ装置の構成を示す概略構成図である。

【図6】図６Ａ及び図６Ｂは、レーザ共振器の光学長における時間経過の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

【0016】

実施の形態１．
実施の形態１に係るレーザ装置について、図１から図４を用いて説明する。

【0017】

図１は、実施の形態１に係るレーザ装置の概略構成図である。図１に示すように、実施の形態１に係るレーザ装置は、励起光源１０、制御部６０、及び、レーザ共振器１００を備えている。

【0018】

励起光源１０は、励起光１１をレーザ共振器１００に向けて放射する。レーザ共振器１００は、放射された励起光１１のエネルギーを発振光１０１に変換し、この変換した発振光１０１を放出する。

【0019】

レーザ共振器１００は、第１のミラー２０、レーザ媒質３０、光学長調整部４０、及び、第２のミラー５０を有している。第１のミラー２０は、励起光１１の入射側に配置されている。第２のミラー５０は、発振光１０１の放出側に配置されている。第１のミラー２０、レーザ媒質３０、及び、第２のミラー５０は、レーザ共振器１００の光路上に設けられている。

【0020】

レーザ媒質３０及び光学長調整部４０は、第１のミラー２０と第２のミラー５０との間に設けられている。レーザ媒質３０は、第１のミラー２０側に配置されており、光学長調整部４０は、第２のミラー５０側に配置されている。なお、レーザ媒質３０と光学長調整部４０とは、第１のミラー２０と第２のミラー５０との間に配置されていれば、それらの設置位置を、適宜、調整可能である。光学長調整部４０は、第１のミラー２０と第２のミラー５０との間の光学長を調整する。

【0021】

制御部６０は、光学長調整部４０に対して、制御信号６１を送信することで、当該光学長調整部４０を、レーザ共振器１００から放出される発振光１０１におけるレーザパルスの周期又は発振タイミングと同期させて制御する。

【0022】

励起光１１には、レーザ媒質３０に吸収される波長の光が用いられる。レーザ媒質３０の吸収スペクトルが細い場合、励起光源１０は、励起光１１の波長安定化のため、温度調整されることがある。また、励起光１１は、連続光でもパルス光でもよい。パルス光の場合、パルス発振タイミングを制御するため、制御部６０からの制御信号６１が、励起光源１０に送信されていてもよい。更に、励起光１１は、励起光源１０から直接第１のミラー２０に放射されてもよいし、光ファイバ等を通過してもよいし、レンズ等の光学素子を透過してもよい。

【0023】

第１のミラー２０は、励起光源１０とレーザ媒質３０との間に設けられている。第１のミラー２０は、発振波長に対しては高反射機能を有し、励起波長に対しては反射防止機能を有している。第１のミラー２０は、例えば、誘電体多層膜によって形成されている。第１のミラー２０は、レーザ媒質３０の表面にコーティングされてもよいし、別体のガラス基板（図示なし）に付着されてもよい。第１のミラー２０は、励起光１１に対して、高い透過率を持ち、発振光１０１に対して、高い反射率を持っている。なお、第１のミラー２０においては、現実には、１００％の透過率、又は、１００％の反射率を実現することは困難であるが、設計としてできる限り高い透過率、又は、高い反射率を目指して作られた第１のミラー２０を、高い透過率、又は、高い反射率と呼称する。現実的には、９９％以上のものを指す。

【0024】

レーザ媒質３０は、励起光１１を吸収し、発振光１０１の波長の光を放出、もしくは、増幅することが可能なものである。レーザ媒質３０には、例えば、Ｎｄ^３＋イオンを添加したYttrium Aluminum Garnet （ＹＡＧ）又はＹＶＯ_４、Fluorapatite （ＦＡＰ）の結晶又はセラミック、Ｙｂ^３＋イオンを添加した同様の結晶又はセラミック、Ｅｒ^３＋イオンを添加した同様の結晶又はセラミック、ガラス等が用いられる。

【0025】

第２のミラー５０は、レーザ媒質３０及び光学長調整部４０に対して、第１のミラー２０の反対側に設けられている。第２のミラー５０は、発振波長に対して、所定の反射率を有する部分反射機能を有している。第２のミラー５０は、例えば、誘電体多層膜によって形成されている。第２のミラー５０は、レーザ媒質３０の表面にコーティングされてもよいし、別体のガラス基板（図示なし）に付着されてもよい。第２のミラー５０は、発振光１０１に対して、部分的な反射率を持っている。励起光１１に対して、レーザ媒質３０の吸収率が十分でない場合、第２のミラー５０は、高い反射率とし、励起光１１を往復させることで、吸収率を稼ぐことが望ましい。また、励起光１１に対して、レーザ媒質３０の吸収率が十分である場合は、第２のミラー５０は、励起光１１に対してどのような反射率であってもよい。

【0026】

励起光１１に対して高反射の第２のミラー５０を用い、励起光１１を往復させても、レーザ媒質３０の吸収率が十分ではない場合、実施の形態１に係るレーザ装置は、励起光１１を共振させて、レーザ媒質３０を複数回往復させる。このため、実施の形態１に係るレーザ装置は、レーザ媒質３０における励起光１１の吸収を高めることができる。この場合、励起光源１０から放射された励起光１１が、第２のミラー５０で部分的に反射して励起光源１０へ向かう際、その光軸がずれないように、第２のミラー５０が励起光１１の光軸に垂直となるように配置される。このため、レーザ媒質３０で吸収されなかった励起光１１が、励起光源１０へ戻る。

【0027】

励起光１１は、励起光源１０の端面で反射されるか、或いは、励起光源１０内部に再結合し、再びレーザ媒質３０に向かって放出される。このため、実施の形態１に係るレーザ装置は、励起光１１をレーザ媒質３０に複数回通過させることで、励起光１１を十分にレーザ媒質３０に吸収させることができる。励起光源１０内部に励起光１１の反射光が再結合した場合は、共振器内励起と呼ばれ、レーザ媒質３０の吸収率が低い場合でも、高い効率でレーザ媒質３０を励起することができる。実施の形態１に係るレーザ装置では、薄いレーザ媒質３０を使用するので、共振器内励起が有効である。

【0028】

レーザ共振器１００は、第１のミラー２０と第２のミラー５０との間に、レーザ媒質３０を備える。光学長調整部４０は、レーザ共振器１００の光学長、即ち、第１のミラー２０と第２のミラー５０との間の光学長を調整する。光学長は、光が移動する時間に真空中の光速を掛けたもので、実際の長さに光の屈折率を乗じることで計算される。

【0029】

したがって、光学長調整部４０は、実際の長さを調整できるものでもよいし、屈折率を変化させられる機構であってもよい。光学長調整部４０の例としては、電気光学素子（ＥＯ素子）、磁気光学素子（ＭＯ素子）、温調素子、圧電素子、ＭＥＭＳ等が考えられる。

【0030】

電気光学素子のように、屈折率を用いてレーザ共振器１００の光学長を調整する光学長調整部４０を用いる場合、図１に示すように、光学長調整部４０は、レーザ共振器１００の内部に配置される。

【0031】

図２は、実施の形態１に係るレーザ装置の他の構成を示す概略構成図である。圧電素子等のように、物理長でレーザ共振器１００の長さを調整する光学長調整部４０を用い、且つ、当該光学長調整部４０が発振光１０１に対して不透明である場合、図２に示すように、光学長調整部４０は、レーザ共振器１００の外部に配置される。また、光学長調整部４０が温度による熱膨張又は屈折率の温度依存性を利用する場合、光学長調整部４０は、ヒーター又はペルチェ素子となり、レーザ共振器１００の外部に配置される。この場合、光学長調整部４０は、レーザ媒質３０の温度を調整することで、レーザ共振器１００の長さを制御する。

【0032】

図２に示すように、光学長調整部４０が圧電素子である場合、第２のミラー５０もしくはその保持具が、レーザ共振器１００の外部まで伸び、その伸びた部分に、光学長調整部４０が設けられている。

【0033】

ここで、レーザ共振器１００には、光学長に基づいた定在波条件が存在しており、この条件を満たす波長λ以外の光を効率よく蓄積することができない。レーザ共振器１００の光学長をＬ_ｃとし、任意の整数をｍとすると、定在波条件を満たす波長λ_ｍは、以下の式（２）で表すことができる。なお、波長は真空中での波長を指す。
２Ｌ_ｃ＝ｍλ_ｍ・・・（２）

【0034】

式（２）から明らかなように、定在波条件を満たす波長λ_ｍの間隔は、レーザ共振器１００の光学長Ｌ_ｃが小さい程広くなる。この間隔は、Free Spectral Range （ＦＳＲ）といい、周波数域において一定の間隔となる。この周波数間隔ν_ＦＳＲは、以下の式（３）で表すことができる。なお、波長λと周波数νとの間には、λ＝ｃ／νの関係性がある。
ν_ＦＳＲ＝ｃ／２Ｌ_ｃ・・・（３）

【0035】

一方、レーザ媒質３０の中でも、例えば、市販のレーザで良く使用される、Ｎｄ^３＋イオンを添加したＹ_３ＡＩ_５Ｏ_１２（Ｎｄ：ＹＡＧ）は、誘導放出のスペクトル幅が狭いことで知られている。非特許文献２によれば、Ｎｄ：ＹＡＧで使用される１０６４ｎｍのピーク幅は、１．１ｎｍである。レーザ媒質３０は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、もしくは、誘導放出のスペクトル幅が狭いレーザ媒質であればよい。例えば、非特許文献２によれば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４も、Ｎｄ：ＹＡＧと同様に、１．１ｎｍのピーク幅を持つ。また、Ｎｄ：ＦＡＰは、０．６ｎｍのピーク幅を持つ。Ｎｄ：ＹＶＯ_４及びＮｄ：ＦＡＰは、複屈折性を持つため、直線偏光のレーザ出力が得られることから、直線偏光の出力を得たい場合には適している。

【0036】

【文献】T. Taira, “RE3+-Ion-Doped YAG Ceramic Lasers,” IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 13, 798 (2007).

【0037】

図３は、レーザ共振器１００の往復光学長と定在波波長間隔との関係を示す図である。この図３は、式（２）から波長１０６４ｎｍ前後における、定在波条件を満たす波長λ_ｍの間隔と往復光学長との関係を示している。図３の横軸は、レーザ共振器１００の往復光学長を示し、図３の縦軸は、定在波波長間隔を示している。図３に示すように、レーザ共振器１００の往復長が、１ｍｍ以下になると、定在波条件を満たす波長λ_ｍの間隔は、１．１ｎｍ以下となることがわかる。

【0038】

図４は、レーザ共振器１００の往復光学長と発振波長との関係を示す図である。この図４は、１ｍｍ前後で往復光学長が変化したときの変化量と、定在波条件を満たす波長λ_ｍとの関係を示している。図４の横軸は、レーザ共振器１００の往復光学長を示し、図４の縦軸は、発振波長を示している。非特許文献２によれば、Ｎｄ：ＹＡＧの波長１０６４ｎｍ付近における誘導放出断面積のピーク幅は、１０６４．２ｎｍであるため、共振器の光学長が１．０００３５ｍｍのとき、丁度、定在波条件と誘導放出断面積のピーク幅とが一致する。一方、共振器の光学長が０．９９９８ｍｍになると、波長λ_ｍが１０６４．７５ｎｍ又は１０６３．６２ｎｍで定在波条件を満たすことから、定在波条件を満たす波長λ_ｍが、誘導放出断面積のピーク波長と、１．１ｎｍの半分に相当する０．５５ｎｍ分離してしまう。このため、共振器の光学長が１．０００３５ｍｍのときと比較して、ゲインが大きく低下することになる。

【0039】

実施の形態１に係るレーザ装置は、レーザ共振器１００の往復光学長を約１ｍｍとすることで、その光学長を０．５５μｍ（１．０００３５ｍｍ－０．９９９８ｍｍ＝０．０００５５ｍｍ）というわずかな変化により大きくゲインを変化させている。このため、実施の形態１に係るレーザ装置は、任意のタイミングでレーザパルスを発振させることができる。即ち、レーザ共振器１００の光学長が０．９９９８ｍｍの状態においては、定在波条件を満たす波長λ_ｍの光のゲインが小さいため、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶にエネルギーを十分蓄えることが可能となる。エネルギーを十分蓄えた後、光学長調整部４０が、レーザ共振器１００の光学長を１．０００３５ｍｍとすることで、定在波条件を満たす波長λ_ｍの光のゲインが高まり、レーザパルスが発振する。

【0040】

このレーザパルスが発振されるタイミングは、制御部６０から光学長調整部４０に送信される制御信号６１によって、任意に設定されるタイミングで、レーザ発振させることが可能である。実施の形態１に係るレーザ装置は、レーザ共振器１００の外部に設けられる制御部６０によって、ゲインを変化させることで、レーザをパルス発振させることから、ゲインスイッチレーザと考えることができる。このため、実施の形態１に係るレーザ装置は、程度はあるものの、励起光１１の強度でパルスエネルギーも調整することができ、パルスエネルギーとレーザパルス発振タイミングとを独立して制御することができる。したがって、制御部６０から送信される制御信号６１は、発振光１０１のレーザパルス発振タイミングに合わせて変動する信号となる。

【0041】

なお、レーザ共振器１００の光学長は、往復１ｍｍに限定されるものではなく、式（２）で計算できる定在波条件を満たす波長λ_ｍの間隔と、使用するレーザ媒質３０の誘導放出断面積のピーク幅とで決まる。即ち、レーザ媒質３０のピーク幅が狭ければ、レーザ共振器１００の光学長は長くてもよく、レーザ媒質３０のピーク幅が広ければ、レーザ共振器１００の光学長を短くする必要がある。ここでは、レーザ媒質３０の誘導放出断面積のピーク幅よりも、定在波条件を満たす波長λ_ｍの間隔が広くなるように、レーザ共振器１００の光学長を設定する。例えば、非特許文献２によれば、Ｎｄ：ＦＡＰのピーク幅は、０．６ｎｍであるが、この場合、１．９ｍｍ以下の光学長であれば、この条件を満たす。

【0042】

また、一般に、レーザ媒質３０は、誘導放出断面積に複数のピーク波長を持つ。どの波長で発振するのかについては、ゲインと、第１のミラー２０及び第２のミラー５０の反射率との関係で決まる。

【0043】

更に、ＦＳＲは、周波数域では一定間隔となるが、波長に直すと中心波長で異なる波長間隔となる。「定在波条件を満たす波長λ_ｍの間隔」とは、発振光１０１の波長付近における波長間隔を指す。

【0044】

以上、実施の形態１に係るレーザ装置は、レーザ共振器１００の光学長を制御することにより、任意のタイミングでレーザパルスを発振させることができる。また、実施の形態１に係るレーザ装置は、レーザ共振器１００内のゲインを大きく変化させることができるため、低ゲイン状態で、レーザ媒質３０にエネルギーを貯め、その低ゲイン状態から高ゲイン状態に移行することで、レーザパルスを発振することができる。更に、実施の形態１に係るレーザ装置は、パルスエネルギーを、励起光１１の強度で、ある程度調整可能とすることができるため、パルスエネルギーとレーザパルス発振タイミングとを、それぞれ独立して制御することができる。

【0045】

実施の形態２．
実施の形態２に係るレーザ装置について、図５及び図６を用いて説明する。なお、上述した実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0046】

図５は、実施の形態２に係るレーザ装置の構成を示す概略構成図である。実施の形態２に係るレーザ装置は、実施の形態１に係るレーザ装置のレーザ共振器１００に替えて、レーザ共振器２００を備えている。また、実施の形態２に係るレーザ装置は、実施の形態１に係るレーザ装置に、測定器７０及び光学長補正部８０を加えた構成となっている。

【0047】

図５に示すように、実施の形態２に係るレーザ装置は、励起光源１０、光学長調整部４０、制御部６０、測定器７０、及び、レーザ共振器２００を備えている。

【0048】

レーザ共振器２００は、発振光２０１を放出する。レーザ共振器２００は、第１のミラー２０、レーザ媒質３０、第２のミラー５０、及び、光学長補正部８０を備えている。レーザ媒質３０は、第１のミラー２０側に配置されている。光学長補正部８０は、レーザ媒質３０に接触している。この光学長補正部８０は、制御部６０の制御信号６２が入力されることで制御される。このとき、光学長調整部４０が圧電素子である場合、第２のミラー５０もしくはその保持具が、レーザ共振器２００の外部まで伸び、その伸びた部分に、光学長調整部４０が設けられている。

【0049】

測定器７０は、レーザ共振器１００から放出されるレーザパルスの発振タイミングを測定する。また、測定器７０は、その測定結果を、測定信号７１として、制御部６０に送信する。測定器７０は、例えば、発振光２０１の散乱光から当該発振光２０１のレーザパルス発振タイミングを測定する。なお、測定器７０は、反射率数％のミラーを用いて、発振光２０１の一部を取り出すことで、レーザパルス発振タイミングを測定してもよい。

【0050】

制御部６０は、測定器７０の測定結果に応じて、光学長調整部４０及び光学長補正部８０を制御する。

【0051】

光学長補正部８０は、光学長調整部４０と同様に、ＥＯ素子、ＭＯ素子、温調素子、圧電素子、ＭＥＭＳ等であって、物理長を変化させる、又は、光の屈折率を変化させることにより、レーザ共振器２００の光学長を調整する。

【0052】

但し、光学長調整部４０は、発振光２０１のレーザパルス発振タイミングに合わせて変動させるのに対して、光学長補正部８０は、より長い時間スケールでの光学長を補正するためのものである。したがって、温調素子のような、比較的応答速度が遅い機構で問題ない。このため、実施の形態２に係るレーザ装置においては、光学長補正部８０を、温調素子であるペルチェ素子と想定する。

【0053】

実施の形態２に係るレーザ装置は、例えば、約１ｍｍの光学長に対して、０．５ｎmの光学長変化によって、ゲインを制御することになる。したがって，周囲の温度又は経年変化等により動作点が変わってしまうことが考えられる。動作点が変化すると、レーザパルスが発振するタイミングが想定とずれてしまう。このため、実施の形態２に係るレーザ装置は、測定器７０からの測定信号７１と、想定するレーザパルスタイミング信号との比較を、制御部６０で行い、当該制御部６０から、レーザパルス発振タイミングのずれを補正することを示す制御信号６２を、光学長補正部８０に送信する。

【0054】

図６は、レーザ共振器２００の光学長における時間経過の変化を示す図である。図６の縦軸は、レーザ共振器２００の光学長を示している。図６の横軸は、時間経過を示している。例えば、図６（Ａ）に示すように、レーザ共振器２００の光学長を制御し、レーザパルスを発振させている状態において、周囲の温度又は経年変化によって、その光学長が当初設計よりも長くなってしまった場合、図６（Ｂ）に示すようなタイミングで、レーザパルスを発振する。図６（Ｂ）に示す矢印は、レーザパルス発振タイミングがずれた方向を表している。

【0055】

レーザ共振器２００の光学長が長くなるタイミングにおいては、想定よりも早いタイミングで、レーザパルスが発振する。また、レーザ共振器２００の光学長を短くするタイミングにおいては、想定よりも遅いタイミングで、レーザパルスが発振する。実施の形態２に係るレーザ装置は、このようなずれを検知し、光学長補正部８０を用いて、レーザ共振器２００の光学長が短くなるように制御する。レーザ共振器２００の光学長が当初設計よりも短くなった場合も、実施の形態２に係るレーザ装置は、同様の理屈で検知することができ、光学長補正部８０を用いて、レーザ共振器２００の光学長が短くなるように制御する。

【0056】

実施の形態２に係るレーザ装置は、光学長調整部４０と光学長補正部８０とを別体として備えているが、光学長調整部４０に光学長補正部８０の機能を持たせてもよい。この場合、実施の形態２に係るレーザ装置は、測定器７０からの信号と、想定するレーザパルスタイミング信号との比較を、制御部６０で行い、動作点を補正して、制御信号６１のみを調整することになる。

【0057】

以上、実施の形態２に係るレーザ装置は、レーザ共振器２００の光学長を制御することにより、任意のタイミングでレーザパルスを発振させることができる。

【0058】

なお、本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、或いは、各実施の形態における任意の構成要素の変形、若しくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本開示に係るレーザ装置は、レーザ共振器から放出される発振光の発振タイミングに同期した制御信号を光学長調整部に送信することで、任意のタイミングでレーザパルスを発振させることができ、パルスエネルギーとパルス発振タイミングとを独立して制御することができるレーザ装置等に用いるのに適している。

【符号の説明】

【0060】

１０ 励起光源、１１ 励起光、２０ 第１のミラー、３０ レーザ媒質、４０ 光学長調整部、５０ 第２のミラー、６０ 制御部、６１，６２ 制御信号、７０ 測定器、７１ 測定信号、８０ 光学長補正部、１００，２００ レーザ共振器、１０１，２０１ 発振光。

【要約】

レーザ装置は、励起光（１１）を吸収して発振光（１０１）を放出するレーザ媒質（３０）を有するレーザ共振器（１００）と、レーザ共振器（１００）の光学長を調整する光学長調整部（４０）と、レーザ共振器（１００）から放出される発振光の発振タイミングに同期した制御信号（６１）を光学長調整部（４０）に送信する制御部（６０）とを備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】