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明細書 :レーザー増幅装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2019-080006 (P2019-080006A)
公開日 令和元年5月23日(2019.5.23)
発明の名称または考案の名称 レーザー増幅装置
国際特許分類 H01S   3/093       (2006.01)
H01S   3/10        (2006.01)
FI H01S 3/093
H01S 3/10 D
請求項の数または発明の数 4
出願形態 OL
全頁数 12
出願番号 特願2017-207544 (P2017-207544)
出願日 平成29年10月26日(2017.10.26)
発明者または考案者 【氏名】錦野 将元
【氏名】長谷川 登
【氏名】三上 勝大
【氏名】近藤 修司
【氏名】岡田 大
【氏名】河内 哲哉
出願人 【識別番号】301032942
【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
個別代理人の代理人 【識別番号】100113608、【弁理士】、【氏名又は名称】平川 明
【識別番号】100126505、【弁理士】、【氏名又は名称】佐貫 伸一
【識別番号】100131392、【弁理士】、【氏名又は名称】丹羽 武司
【識別番号】100175190、【弁理士】、【氏名又は名称】大竹 裕明
審査請求 未請求
テーマコード 5F172
Fターム 5F172AE03
5F172AE04
5F172AE06
5F172AF01
5F172AF02
5F172AF06
5F172AL01
5F172DD06
5F172EE03
5F172EE04
5F172EE05
5F172NS01
5F172NS09
5F172NS18
5F172NS19
5F172WW18
要約 【課題】レーザー光の増幅率を高い水準で維持する固体レーザー装置を提供する。
【解決手段】少なくとも1つの焦点を少なくとも1つの他の楕円形と共有する部分的に重複する3以上の楕円形による形状を底面とする柱状空間を内部に有する反射筐体と、N(Nは2以上の整数)本の円柱形状の固体レーザー媒質と、M(Mは整数、N+M≧4、かつ、M≠N)本の円柱形状の放射励起光源とを備え、前記反射筐体の前記柱状空間の各楕円形の一方の焦点の位置に前記固体レーザー媒質が配置され、他方の焦点の位置に前記放射励起光源が配置される、レーザー増幅装置とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも1つの焦点を少なくとも1つの他の楕円形と共有する部分的に重複する3以上の楕円形による形状を底面とする柱状空間を内部に有する反射筐体と、
N(Nは2以上の整数)本の円柱形状の固体レーザー媒質と、
M(Mは整数、N+M≧4、かつ、M≠N)本の円柱形状の放射励起光源とを備え、
前記反射筐体の前記柱状空間の各楕円形の一方の焦点の位置に前記固体レーザー媒質が配置され、他方の焦点の位置に前記放射励起光源が配置される、
レーザー増幅装置。
【請求項2】
前記円柱形状の固体レーザー媒質の本数は、N(N≧2)本であり、
前記円柱形状の放射励起光源の本数は、M(M≧2、かつ、N-1≦M≦N+1)本である、
請求項1に記載のレーザー増幅装置。
【請求項3】
前記3以上の楕円形のうちの少なくとも3つの楕円形は、少なくとも1つの焦点を少なくとも2つの他の楕円形と共有する楕円形である、
請求項1に記載のレーザー増幅装置。
【請求項4】
前記固体レーザー媒質の性能に基づいて、前記固体レーザー媒質の本数と前記放射励起光源の本数とが決定される、
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザー増幅装置。

発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザー増幅装置に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザー光を増大させるためのレーザー増幅器として、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)などを用いた固体レーザー媒質とフラッシュランプなどの励起用放射光源が配置されたレーザー装置がある。一般的に、レーザー装置では、励起光源の光エネルギーをレーザー媒質に吸収させた後に、種となるレーザー光を通すことでレーザー光を発振・出力増大をさせている。
【0003】
レーザー増幅器は、フラッシュランプなど放射光源を用いたものと、レーザーダイオード等を使用した指向性光源を用いたものの2種類に大別できる。放射光源を用いたレーザー増幅器でロッド状の固体レーザー媒質を用いる場合、固体レーザー媒質に光エネルギーを与え励起する放射光源(放射励起光源)を固体レーザー媒質の周辺に配置する。放射光源を用いた場合、直接固体レーザー媒質に放射する部分と、固体レーザー媒質以外の部分に放射する部分が発生する。この固体レーザー媒質以外の部分に放射された放射光を、反射筐体を用いて、固体レーザー媒質に集光させる技術がある。
【0004】
例えば、1本のロッド状固体レーザー媒質に対し、1から2本の放射励起光源を反射筐体内に設置したレーザー増幅器がある(特許文献1-5)。
【先行技術文献】
【0005】

【特許文献1】特開昭60-89989号公報
【特許文献2】特開平6-268298号公報
【特許文献3】特開平8-162694号公報
【特許文献4】特開2008-294145号公報
【特許文献5】特開2013-179108号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
固体レーザー媒質を用いて、効率良く高強度のレーザー光を得るためには、レーザー増幅器内に設置した放射励起光源に入力する電気エネルギーに対して固体レーザー媒質に蓄積されるエネルギー(蓄積エネルギー)の割合を高い水準で維持しなければならない。しかしながら、高強度のレーザー光を得るために、ある一定以上の電気エネルギーを放射励起光源に投入して固体レーザー媒質の励起を行うと、蓄積エネルギーが飽和してしまい増幅率が低下するため、レーザー増幅器の高効率化の阻害要因となっている。
なお、本明細書において「増幅率」とは、レーザー増幅器内の全放射励起光源に入力される全電気ネルギーに対するレーザー増幅器内の全固体レーザー媒質に蓄積される全エネルギーの割合をいう。
【0007】
本発明は、レーザー光の増幅率を高い水準で維持する固体レーザー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】
【0008】
上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、第1の態様は、
少なくとも1つの焦点を少なくとも1つの他の楕円形と共有する部分的に重複する3以上の楕円形による形状を底面とする柱状空間を内部に有する反射筐体と、
N(Nは2以上の整数)本の円柱形状の固体レーザー媒質と、
M(Mは整数、N+M≧4、かつ、M≠N)本の円柱形状の放射励起光源とを備え、
前記反射筐体の前記柱状空間の各楕円形の一方の焦点の位置に前記固体レーザー媒質が配置され、他方の焦点の位置に前記放射励起光源が配置される、
レーザー増幅装置とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、レーザー光の増幅率を高い水準で維持する固体レーザー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、レーザー増幅装置の主要部分の構成例1を示す図である。
【図2】図2は、レーザー増幅装置の主要部分の構成例2を示す図である。
【図3】図3は、レーザー増幅装置の詳細な構成例1を示す図である。
【図4】図4は、レーザー増幅装置の詳細な構成例2を示す図である。
【図5】図5は、本実施形態のレーザー増幅装置と従来方式のレーザー増幅装置との入力電気エネルギーに対する固体レーザー媒質の蓄積エネルギーの関係の例を示す図である。横軸は、放射励起光源に入力する電気エネルギーの総量(J)を示す。縦軸は、固体レーザー媒質に蓄積されるエネルギーの総量(J)を示す。
【図6】図6は、図5における従来方式のレーザー増幅装置の構成例を示す図である。
【図7】図7は、レーザー増幅装置の主要部分の構成の他の例を示す図である。
【図8】図8は、レーザー増幅装置の主要部分の構成の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、発明の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

【0012】
〔実施形態〕
本実施形態では、複数の固体レーザー媒質と放射励起光源とを反射筐体内の同一の空間に配置したレーザー増幅装置について説明する。本実施形態のレーザー増幅装置では、1本または2本以上のロッド状の放射励起光源と、2本または3本以上のロッド状固体レーザー媒質とが、同一空間の楕円形状構造を有する反射筐体内に設置される。これにより、放射励起光源の励起光を複数のロッド状固体レーザー媒質に分配させ、レーザー増幅の高効率化を図る。即ち、かかる構成のレーザー増幅装置によると、当該レーザー増幅装置(即ち、レーザー増幅装置が備える放射励起光源)に高いエネルギーを入力した場合であっても、レーザー媒質に蓄積される蓄積エネルギーが飽和することを抑制することができ、高い増幅率を維持することが可能である。

【0013】
(構成例)
図1及び図2は、レーザー増幅装置の主要部分の構成例を示す図である。図1は、レーザー増幅装置100を斜め上方から見た図、図2は、レーザー増幅装置100を正面から(固体レーザー媒質の光軸方向に)見た図である。光軸方向は、図1、図2におけるy方向である。図1及び図2のレーザー増幅装置100は、3本の固体レーザー媒質1、4本の放射励起光源2、反射筐体3を含む。

【0014】
固体レーザー媒質1は、ロッド形状(円柱形状)を有する。固体レーザー媒質1は、例
えば、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)である。固体レーザー媒質1は、YAGに限定されるものではない。固体レーザー媒質1として、YVO(オルオバナジン酸イットリウム)、ルビー、サファイア等が使用されてもよい。固体レーザー媒質1は、これらに限定されない。また、固体レーザー媒質1の活性元素として、Nd(ネオジム)が使用される。固体レーザー媒質1の活性元素として、Nd以外に、Yb(イットリウム)、Sm(サマリウム)、Ho(ホルミウム)等が使用されてもよい。ここで使用される固体レーザー媒質1は、例えば、直径15mm、長尺方向の長さ20cmの円柱形状である。当該固体レーザー媒質1のサイズは特に限定されない。例えば、直径は1mm以上50mm以下(典型的には10mm以上30mm以下)の範囲内で適宜設定すればよい。本実施形態において、円柱形状は、直径よりも長さの方が長い形状であるとする。

【0015】
放射励起光源2は、ロッド形状(円柱形状)を有する。放射励起光源2は、例えば、フラッシュランプである。放射励起光源2に適用可能なフラッシュランプの種類は特に限定されず、Xeフラッシュランプ、Krフラッシュランプ、Arフラッシュランプ等が例示される。一般的に、Nd:YAGの励起にはXeフラッシュランプが好適であることが知られているため、固体レーザー媒質1としてNd:YAGを採用する場合には、放射励起光源2としてXeフラッシュランプを組み合わせることが好ましい。放射励起光源2は、フラッシュランプに限定されるものではない。放射励起光源2として、他の光源が使用されてもよい。ここで使用される放射励起光源2のサイズは特に限定されない。例えば、直径15mm、長さ20cmの円柱形状である。特に限定するものでは無いが、放射励起光源2の長尺方向の長さとレーザー媒質1の長尺方向の長さとの差がレーザー媒質1の長尺方向長さの±5%以内となるように設定してもよい。固体レーザー媒質1と放射励起光源2のサイズをこのように設定することで、反射筐体内に効率よく格納することができる。また、例えばレーザー媒質1の長尺方向の長さを放射励起光源の長尺方向の長さよりも大きくなるように設定することで、レーザー媒質1を効率よく励起することができる。

【0016】
固体レーザー媒質1及び放射励起光源2は、互いの光軸方向が略平行(好ましくは平行)となるように配置される。

【0017】
反射筐体3の内側(即ち、固体レーザー媒質1および放射励起光源に対向する面)は、光軸方向(y方向)に直交する面(xz平面)の断面において楕円形が連なった形状の空間を有している。また、隣接する2つの楕円形は、焦点を1つ共有している。即ち、反射筐体3の内側は、1以上の焦点を他の楕円形と共有する複数の楕円形による形状を底面とする柱状の空間を有している。換言すると、反射筐体3は、少なくとも1つの焦点を少なくとも1つの他の楕円形と共有する部分的に重複する複数(典型的には3以上、例えば4以上)の楕円形による形状を底面とする柱状空間を内部に有する。連なる楕円形を構成する各楕円形は、すべてが同一形状である楕円形であっても、一部又は全部が異なる形状である楕円形であってもよい。楕円形の焦点の位置には、固体レーザー媒質1または放射励起光源2が配置される。また、図1及び図2に示すように、固体レーザー媒質1及び放射励起光源2は、光軸方向が平行となるように配置される。1つの楕円形の一方の焦点に固体レーザー媒質1が配置されると、他方の焦点には放射励起光源2が配置される。1つの固体レーザー媒質1に1つ以上の放射励起光源2が対向するように固体レーザー媒質1と放射励起光源2とを配置するのが好ましく、固体レーザー媒質1と放射励起光源2とを交互に配置するのがより好ましい。例えば、レーザー増幅装置100は、N(Nは2以上の整数)本の固体レーザー媒質1と、M(Mは整数、N+M≧4、かつ、M≠N)本の放射励起光源2とを備える。固体レーザー媒質1の本数をN(N≧2)本とし、かつ、放射励起光源2の本数をM(M≧2、かつ、N-1≦M≦N+1)本とするのが好ましい。より好ましくは、NとMとは|M-N|=1を満たす。或いはまた、N+M≧5とするのがより好ましい。このとき、反射筐体3の内側に配置される楕円形の数Lは、L=M+N-1を満たすように設定されるのが好ましく、Lを偶数とするのがより好ましい。反射筐体3
の内側は、励起光を反射できるように、研磨処理を施される。より好ましくは、反射筐体3の内側は、反射率を高めるためにコーティング(例えば、金メッキ)を施される。これにより、楕円形の一方の焦点位置に配置される放射励起光源2から照射される光が反射筐体3の内側(楕円形鏡)で反射すると、楕円形の他方の焦点位置に配置される固体レーザー媒質1に達する。また、放射励起光源2から照射される光が直接固体レーザー媒質1に達することもある。

【0018】
図2の例では、反射筐体3の内側の各楕円形の各焦点は、x軸に平行な一直線上に存在している。各楕円形の各焦点は、一直線上に存在しなくてもよい。隣接する焦点を直線で結んだときに、結んだ線が、波型形状であったり、V字型形状であったりしてもよい。

【0019】
図3及び図4は、レーザー増幅装置の詳細な構成例を示す図である。図3は、レーザー増幅装置100を正面(固体レーザー媒質の光軸方向、即ち、図中のy軸方向)から見た図である。図4は、図3のA-A’断面図である。図4は、固体レーザー媒質1の設置位置における側面断面図である。図3及び図4のレーザー増幅装置100は、固体レーザー媒質1、放射励起光源2、反射筐体3、冷却水入口4a、冷却水出口4b、固体レーザー媒質固定用治具5、サイドプレート6、光源固定用治具7、反射筐体用冷却水入口8a、反射筐体用冷却水出口、冷却管9、Oリング10、冷却管固定用治具11、冷却水路12、反射筐体用冷却水路13を有する。

【0020】
各固体レーザー媒質1は、動作時の熱を除去するために冷却水入口4a、冷却水出口4bに設置されたボルトにより取り付けられる固体レーザー媒質固定用治具5及びサイドプレート6により、気密性の担保及び設置位置の固定をされる。同様に、各放射励起光源2は、動作時の熱を除去するために冷却水入口4a、冷却水出口4bに設置されたボルトにより取り付けられる光源固定用治具7により、気密性の担保及び設置位置の固定をされる。また、反射筐体3については、反射筐体用冷却水路13につながる反射筐体用冷却水入口8a、反射筐体用冷却水出口が設置され、冷却水を反射筐体用冷却水入口8aから導入して反射筐体用冷却水路13を通って反射筐体用冷却水出口から排出することにより反射筐体3全体の冷却がされる。

【0021】
図4に示すように、反射筐体3の外側においては、固体レーザー媒質1にOリング10が取り付けられ、固体レーザー媒質固定用治具5をボルトにより設置することで冷却水の漏洩が抑止される。反射筐体3の内側においては、固体レーザー媒質1を囲う冷却管9にOリング10が取り付けられ、冷却管固定用治具11をボルトにより設置することで冷却水の漏洩が抑止される。冷却水路12は、冷却水入口4a及び冷却管9を、または、冷却管9及び冷却水出口4bを接続する。冷却水入口4aから冷却水が導入されることで、固体レーザー媒質1が冷却される。放射励起光源2についても、固体レーザー媒質1と同様にして、冷却される。反射筐体用冷却水路13は、反射筐体用冷却水入口8a及び反射筐体用冷却水出口に接続され、反射筐体3全体に設けられる水路である。反射筐体用冷却水路13は、冷却水が導入されることにより、反射筐体3を冷却する。反射筐体用冷却水出口は、例えば、図3のレーザー増幅装置100の左上の裏側に設けられる。

【0022】
図5は、本実施形態のレーザー増幅装置と従来方式のレーザー増幅装置との入力電気エネルギーに対する固体レーザー媒質の蓄積エネルギーの関係の例を示す図である。図5のグラフの横軸は、レーザー増幅装置が備える放射励起光源全体へ入力される入力電気エネルギーの総和であり、縦軸は、レーザー増幅装置が備える固体レーザー媒質全体に蓄積される蓄積エネルギーの総和である。従来方式のレーザー増幅装置200は、図6に示される。本実施形態のレーザー増幅装置100では、固体レーザー媒質1としてNd:YAG(Nd添加濃度1.1at%)またはNd:YAG(Nd添加濃度1.3at%)が使用される。

【0023】
本実施形態では、Nd(活性元素)の添加量が1.1at%、1.3at%のものを使用した。活性元素の添加量は特に限定されないが、例えば、0.5at%以上2.0at%以下の範囲で設定すればよく、典型的には0.7at%以上1.5at%以下の範囲で設定すればよい。

【0024】
図6は、図5における従来方式のレーザー増幅装置の構成例を示す図である。図5の構成例は、本実施形態のレーザー増幅装置の図2に対応する。従来方式のレーザー増幅装置200は、2つの反射筐体3を含み、各反射筐体3は、1本の固体レーザー媒質1と2本の放射励起光源2を含む。各反射筐体3の内側は、2つの楕円形が連なった形状を有している。また、当該2つの楕円形は、焦点を1つ共有している。2つの楕円形の共焦点の位置には、固体レーザー媒質1が設置される。2つの楕円形の残りの焦点には、放射励起光源2が設置される。ここでは、上記の本実施形態の例と同様に4本の放射励起光源2が使用されている。また、固体レーザー媒質1は2本使用されている。ここでは、固体レーザー媒質1としてNd:YAG(Nd添加濃度1.1at%)が使用される。

【0025】
図5のグラフにおいて、従来方式のNd:YAG(Nd添加濃度1.1at%)を用いた例では、レーザー増幅装置が備える放射励起光源全体に入力する入力電気エネルギーの総和が100J程度までは、レーザー増幅装置が備える固体レーザー媒質全体に蓄積される蓄積エネルギーの総和は入力電気エネルギーに比例する。しかし、入力電気エネルギーが100Jを超えると、蓄積エネルギーは入力電気エネルギーに比例しなくなり、4J程度で飽和する。これに基づく、従来方式のNd:YAG(Nd添加濃度1.3at%)を用いた場合の予測値では、入力電気エネルギーが100J程度までは、蓄積エネルギーは入力電気エネルギーに比例する。この時の比例係数は、従来方式のNd:YAG(Nd添加濃度1.1at%)の場合よりも大きい。しかし、入力電気エネルギーが100Jを超えると、蓄積エネルギーは入力電気エネルギーに比例しなくなり、従来方式のNd:YAG(Nd添加濃度1.1at%)の場合と同様に、4J程度で飽和する。従来方式では、放射励起光源2に投入する入力電気エネルギーを増加させると、レーザー光を増幅させる固体レーザー媒質1に蓄積するエネルギーが飽和し、入力電気エネルギーに対する蓄積エネルギーの比である増幅率が低下する。これは、固体レーザー媒質1の1本あたりの蓄積エネルギーに限界があるからである。

【0026】
これに対し、本実施形態のレーザー増幅装置100では、Nd:YAG(Nd添加濃度1.1at%)を使用した場合でも、Nd:YAG(Nd添加濃度1.3at%)を使用した場合でも、蓄積エネルギーは、入力電気エネルギーに比例し、飽和しない。従来方式に比べて、1本の放射励起光源2に対して配置される固体レーザー媒質1の数が多いため、入力電気エネルギーが大きくなっても、固体レーザー媒質1の1本あたりの入力電気エネルギーが小さくなり、蓄積エネルギーが小さいため、全体の蓄積エネルギーが飽和しにくい。即ち、本実施形態のレーザー増幅装置100では、放射励起光源2への入力電気エネルギーを増加させても蓄積エネルギーが飽和しにくく、増幅率が維持される。例えば、放射励起光源2の光の吸収効率を高めた高い添加濃度のNd:YAG(Nd添加濃度1.3at%)を使用した場合に、入力電気エネルギーが220Jであるときで従来方式と本実施形態とを比較すると、1.5倍の蓄積エネルギーが得られる。

【0027】
従来方式のレーザー増幅装置200(Nd1.3at%添加)であっても、入力電気エネルギーが100J程度であれば、高い増幅率(入力電気エネルギーに対する蓄積エネルギーが比例する範囲での増幅率)で、蓄積エネルギーが得られる。このとき、得られる蓄積エネルギーは3J程度である。ここで、高い増幅率で、6J程度の蓄積エネルギーを得ようとする場合、レーザー増幅装置200(Nd1.3at%添加)が2つ必要となる。即ち、8本の放射励起光源2が必要となる。これに対し、本実施形態のレーザー増幅装置
100(Nd1.3at%添加)で、6J程度の蓄積エネルギーを得ようとする場合、1つのレーザー増幅装置100(Nd1.3at%添加)で、入力電気エネルギーを200Jとすればよい。このとき、4本の放射励起光源2があればよい。よって、より少ない数の放射励起光源2で、所望の蓄積エネルギーが得られる。

【0028】
上記のレーザー増幅装置100のように、1つの反射筐体3に3本の固体レーザー媒質1と4本の放射励起光源2とを設置することにより、高い増幅率を維持して、所望の蓄積エネルギーを得ることができる。高い増幅率を維持したまま、より高い蓄積エネルギーを得るには、例えば、このような構成の反射筐体3、固体レーザー媒質1、放射励起光源2の組み合わせを複数使用すればよい。

【0029】
図7は、レーザー増幅装置の主要部分の構成の他の例を示す図である。図7は、レーザー増幅装置300を正面(固体レーザー媒質の光軸方向)から見た図である。図7のレーザー増幅装置300は、5本の固体レーザー媒質1、6本の放射励起光源2、反射筐体3を含む。このように、反射筐体3内に設けられる1の空間に配置される固体レーザー媒質1の個数は2本以上であれば特に限定されず、例えば3本以上、典型的には4本以上の任意の本数とすることができる。反射筐体3内に設けられる1の空間に配置される固体レーザー媒質1の個数の上限は特に限定されないが、例えば10本以下、典型的には9本以下とすればよい。反射筐体3内に設けられる1の空間に配置される固体レーザー媒質1の個数をかかる範囲とすることで、レーザー増幅装置の小型化と増幅効率増大の両方を実現することができる。また、固体レーザー媒質1の本数と放射励起光源2の本数は、それぞれ、N本とM本のように自由に決められる(ただし、N、Mは整数、N≧2、M≧2、N-1≦M≦N+1)。このとき、2/3≦N/M≦3/2となる。固体レーザー媒質1の本数と放射励起光源2の本数との差が1または0であるのは、反射筐体3の内側の連なる楕円形のいずれの楕円形の2つの焦点のうち、一方の焦点に固体レーザー媒質1、他方の焦点に放射励起光源2が配置されるからである。1つの反射筐体内に複数の固体レーザー媒質1を設置することで、放射励起光源2の数に対する固体レーザー媒質1の数(固体レーザー媒質1の割合)をより詳細に調整することができる。即ち、1本あたりの固体レーザー媒質1の蓄積エネルギーが限界に達しないように(飽和しないように)放射励起光源2の数と固体レーザー媒質1の数とを調整することで、高い増幅率で、所望の蓄積エネルギーを得ることができる。例えば、より低い入力電気エネルギーで飽和する固体レーザー媒質1の場合、より固体レーザー媒質1の割合を高くすればよい。即ち、固体レーザー媒質1の性能(高い増幅率を維持できる入力電気エネルギー、蓄積エネルギーが飽和しない入力電気エネルギー)に基づいて、固体レーザー媒質1の本数と放射励起光源2の本数とを決定することで、効率よく蓄積エネルギーを得ることができる。

【0030】
入力電気エネルギー(励起エネルギー)の増加に伴う蓄積ネルギーの飽和は、励起光源の放射性及び指向性を問わず生じる現象である。よって、本実施形態で提供する固体レーザー媒質への適切な励起光源の光エネルギーを分配する方法は、部分透過鏡などを用いることでレーザーダイオード等の指向性を有する励起光源においても適用可能である。

【0031】
ここでは、反射筐体3の内側の断面の楕円形の1つの焦点を2つの楕円形で共有する例が記載されているが、1つの焦点を3つ以上の楕円形で共有するような形状であってもよい。このように反射筐体3内の空間が、楕円形の1つの焦点を3つ以上の楕円形で共有するように楕円形を重ね合わせた柱状である場合、反射筐体3内に設けられる1の空間に配置される固体レーザー媒質1の本数(N本)と放射励起光源2の本数(M本)は、上記のN-1≦M≦N+1の関係に限定されない。固体レーザー媒質1の性能(高い増幅率を維持できる入力電気エネルギー、蓄積エネルギーが飽和しない入力電気エネルギー)に基づいて、固体レーザー媒質1の本数と放射励起光源2の本数とを決定すればよい。

【0032】
図8は、レーザー増幅装置の主要部分の構成の他の例を示す図である。図8は、レーザー増幅装置400を正面(固体レーザー媒質の光軸方向)から見た図である。図8のレーザー増幅装置400は、3本の固体レーザー媒質1、1本の放射励起光源2、反射筐体3を含む。反射筐体3の内側の空間の楕円形の1つの焦点を3つの楕円形で共有している。共焦点には、放射励起光源2が配置され、残りの焦点には、固体レーザー媒質1が配置されている。1つの楕円形の一方の焦点に固体レーザー媒質1が配置されると、他方の焦点には放射励起光源2が配置される。ここでは、固体レーザー媒質1が配置される焦点を有する楕円形は、他の楕円形と当該焦点を共有していないが、1以上の他の楕円形と当該焦点を共有してもよい。即ち、1以上の他の楕円形と焦点を共有する楕円形が、2以上存在してもよい。反射筐体3の内側の空間の楕円形の数は、ここに記載されたものに限定されない。3以上の楕円形が1つの焦点を共有してもよい。レーザー増幅装置400は、N(Nは2以上の整数)本の固体レーザー媒質1と、M(Mは整数、N+M≧4、かつ、M≠N)本の放射励起光源2とを有する。反射筐体3の内側の空間のすべての楕円形は、1以上の他の楕円形と焦点を共有する。1つの焦点を共有する楕円形の数を調整することで、固体レーザー媒質1の数と、放射励起光源2の数との比を柔軟に調整することができる。

【0033】
(実施形態の作用、効果)
従来の放射光源を用いたレーザー増幅装置では、1つの固体レーザー媒質に対して1つ以上の放射光源を閉じた反射筐体内に設置するため、放射励起光源の数は固体レーザー媒質の整数倍に制限され、複数の固体レーザー媒質への励起光の分配は難しかった。本実施形態のレーザー増幅装置100等によれば、励起光を固体レーザー媒質1に分配することができ、固体レーザー媒質1に最適な励起光強度を与えることができる。これにより、レーザー増幅装置100等に高いエネルギーを入力し、固体レーザー媒質1内へ高効率にエネルギーを蓄積することができるため、高い増幅率を維持することができる。

【0034】
レーザー増幅装置100等によれば、レーザー光を効率的に増幅できることで、現在普及している高出力レーザー装置をより小型で高効率に動作させることが可能となる。レーザー増幅装置100等によれば、消費電力量の抑制やレーザー光高出力化による作業効率の向上が期待できる。

【0035】
以上の実施形態の構成は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。また、以上の実施形態の各構成要素として、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で、他の構成要素が採用され得る。
【符号の説明】
【0036】
1 :固体レーザー媒質
2 :放射励起光源
3 :反射筐体
4a :冷却水入口
4b :冷却水出口
5 :固体レーザー媒質固定用治具
6 :サイドプレート
7 :光源固定用治具
8a :反射筐体用冷却水入口
9 :冷却管
10 :Oリング
11 :冷却管固定用治具
12 :冷却水路
13 :反射筐体用冷却水路
100 :レーザー増幅装置
200 :レーザー増幅装置
300 :レーザー増幅装置
図面
【図1】
0
【図2】
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【図3】
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【図4】
3
【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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