以下、本開示における典型的な実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。なお本開示の固体レーザ装置（固体レーザ装置１等）はマイクロチップレーザと呼ばれることがある。本開示では利得幅内の縦モード数が実質的に１～３本の固体レーザ装置、又は出力パルス幅が３ｎｓ未満（より好ましくは２ｎｓ未満）の固体レーザ装置をマイクロチップレーザと呼んでいる。なお本実施形態の出力パルス幅はレーザ光全体（つまりレーザ光のプロファイル全体）の時間的変化を対象にしている。また本開示では、レーザ媒質３３の利得特性において、半値幅内に存在する縦モード数が実質的に２本以下の固体レーザ装置を、マイクロチップレーザと呼ぶ場合がある。なお本開示の固体レーザ装置は共振器長を短くすることで、利得幅内の縦モード数３本以下を達成し、且つ、出力パルス幅２ｎｓ未満を達成している。なお縦モード数が実施的に３本以下とは、例えば、ピーク利得の半値を超える縦モードの本数を指す。半値幅内に存在する縦モード数が実質的に２本以下も同様であり、例えば、ピーク利得の半値を超える縦モードの本数を指す。
Hereinafter, typical embodiments in the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The solid-state laser device (solid-state laser device 1 and the like) of the present disclosure may be referred to as a microchip laser. In the present disclosure, a solid-state laser device having substantially 1 to 3 longitudinal modes in a gain width, or a solid-state laser device having an output pulse width of less than 3 ns (more preferably less than 2 ns) is referred to as a microchip laser. The output pulse width of the present embodiment targets the temporal change of the entire laser beam (that is, the entire profile of the laser beam). Further, in the present disclosure, in the gain characteristics of the laser medium 33, a solid-state laser apparatus having substantially two or less longitudinal modes existing within the half-value width may be referred to as a microchip laser. The solid-state laser apparatus of the present disclosure achieves the number of longitudinal modes within the gain width of 3 or less and the output pulse width of less than 2 ns by shortening the resonator length. Note that the number of longitudinal modes practically 3 or less means, for example, the number of longitudinal modes exceeding half the peak gain. The same applies when the number of vertical modes existing within the half-value width is substantially 2 or less, and refers to, for example, the number of vertical modes exceeding the half value of the peak gain.
まず、本実施形態の固体レーザ装置１について、図１～図５を参照しながら説明する。
First, the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
＜固体レーザ装置の全体＞
本実施形態の固体レーザ装置１は、励起光源２と本体３を備える。励起光源２はレーザ媒質３３を励起するために用いられる。励起光源２の光源１１が生成した励起光ＢＥは、ファイバーを介して出力端１２から出射される。本実施形態では波長８０８ｎｍの励起光ＢＥが出力端１２から出射される。なおファイバーと出力端１２を用いず、励起光ＢＥが光源１１から直接出射されてもよい。
<Whole solid-state laser device>
The solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment includes an excitation light source 2 and a main body 3. The excitation light source 2 is used to excite the laser medium 33. The excitation light BE generated by the light source 11 of the excitation light source 2 is emitted from the output end 12 via the fiber. In the present embodiment, the excitation light BE having a wavelength of 808 nm is emitted from the output end 12. The excitation light BE may be directly emitted from the light source 11 without using the fiber and the output end 12.
本実施形態の本体３は、支基２１、レンズ群２３、結合素子２５、および出力素子２７を備える。レンズ群２３、結合素子２５、及び出力素子２７は、支基２１上に所定の配置で固定されている。出力端１２は支基２１が備える入射端（不図示）に接続される。本実施形態では、励起光ＢＥの入射側（図１では左側）から、レンズ群２３、結合素子２５、出力素子２７の順で、光軸Ｌ１方向に並んで配置されている。なお本体３が備えるレンズ群２３を、励起光源２が備えてもよい。また固体レーザ装置が励起光源２を含まず、固体レーザ装置と励起光源２とを組み合わせた固体レーザシステムの態様であってもよい。
The main body 3 of the present embodiment includes a support base 21, a lens group 23, a coupling element 25, and an output element 27. The lens group 23, the coupling element 25, and the output element 27 are fixed on the support base 21 in a predetermined arrangement. The output end 12 is connected to an incident end (not shown) included in the support base 21. In the present embodiment, the lens group 23, the coupling element 25, and the output element 27 are arranged side by side in the optical axis L1 direction in this order from the incident side (left side in FIG. 1) of the excitation light BE. The excitation light source 2 may include the lens group 23 included in the main body 3. Further, the solid-state laser apparatus may be an embodiment of a solid-state laser system in which the solid-state laser apparatus and the excitation light source 2 are combined without including the excitation light source 2.
本実施形態の結合素子２５は、第１反射部３１（第１反射手段）、レーザ媒質３３、及び可飽和吸収体３５を備えており、これらが一体化されて構成されている。なお第１反射部３１を全反射ミラーと呼んでもよい。この結合素子２５は、例えば、光軸Ｌ１方向に沿った中心軸を有する円柱状（本実施形態では直径が５ｍｍ程度）をなしており、励起光ＢＥの入射側（図１では左側）から、第１反射部３１、レーザ媒質３３、可飽和吸収体３５の順で、光軸Ｌ１方向に並んで配置されている。なお結合素子２５を構成する第１反射部３１等の説明は、後ほど詳細に行う。
The coupling element 25 of the present embodiment includes a first reflecting unit 31 (first reflecting means), a laser medium 33, and a saturable absorber 35, which are integrated. The first reflection unit 31 may be referred to as a total reflection mirror. The coupling element 25 has, for example, a columnar shape (diameter is about 5 mm in the present embodiment) having a central axis along the optical axis L1 direction, and is viewed from the incident side (left side in FIG. 1) of the excitation light BE. The first reflecting unit 31, the laser medium 33, and the saturable absorber 35 are arranged side by side in the optical axis L1 direction in this order. The first reflecting unit 31 and the like constituting the coupling element 25 will be described in detail later.
本実施形態の出力素子２７は、第２反射部４１（第２反射手段）と基板４３を備えており、これらが一体化されて構成されている。なお第２反射部４１を出力ミラーと呼んでもよい。本実施形態の第２反射部４１はフォトニック結晶であり、基板４３の表面に形成されている。出力素子２７は、例えば、光軸Ｌ１方向に沿った中心軸を有する円柱状（本実施形態では直径が５ｍｍ程度）をなしており、励起光ＢＥの入射側（図１では左側）から、第２反射部４１、基板４３の順で、光軸Ｌ１方向に並んで配置されている。本実施形態では結合素子２５と出力素子２７との間に間隔Ｐｄの隙間を設け、第２反射部４１として形成されるフォトニック結晶の損傷を抑制している。本実施形態では間隔Ｐｄは１ｍｍである。間隔Ｐｄを例えば、０．５～１ｍｍの範囲内にすればよい。なお出力素子２７を構成する各部材の説明は、後ほど詳細に行う。
The output element 27 of the present embodiment includes a second reflecting unit 41 (second reflecting means) and a substrate 43, which are integrated. The second reflecting unit 41 may be called an output mirror. The second reflective portion 41 of the present embodiment is a photonic crystal and is formed on the surface of the substrate 43. The output element 27 has, for example, a columnar shape (diameter is about 5 mm in the present embodiment) having a central axis along the optical axis L1 direction, and is the first from the incident side (left side in FIG. 1) of the excitation light BE. The two reflecting portions 41 and the substrate 43 are arranged side by side in the optical axis L1 direction. In the present embodiment, a gap Pd is provided between the coupling element 25 and the output element 27 to suppress damage to the photonic crystal formed as the second reflecting portion 41. In this embodiment, the interval Pd is 1 mm. The interval Pd may be, for example, in the range of 0.5 to 1 mm. Each member constituting the output element 27 will be described in detail later.
本実施形態では第１反射部３１と第２反射部４１とで、レーザ媒質３３が放出する放出光を共振させる光共振器を構成している。本実施形態の光共振器長Ｍａは１３ｍｍである。なお本開示の説明で用いる光共振器長（共振器長）とは、光学的な長さ（光路長）を示す。実際の共振器長（空間）を、例えば６～１０ｍｍとしてもよい。なお光共振器長（光路長）は前述した長さに限るものではない。励起光ＢＥは第１反射部３１を介してレーザ媒質３３を励起する。偏光されたレーザ光ＢＬのパルスが第２反射部４１を介して出力される。なお結合素子２５と出力素子２７の形状は円柱状に限られず、例えば多角柱状（例えば直方体形状など）でもよい。
In the present embodiment, the first reflecting unit 31 and the second reflecting unit 41 form an optical resonator that resonates the emitted light emitted by the laser medium 33. The optical resonator length Ma of this embodiment is 13 mm. The optical resonator length (resonator length) used in the description of the present disclosure indicates an optical length (optical path length). The actual resonator length (space) may be, for example, 6 to 10 mm. The optical resonator length (optical path length) is not limited to the above-mentioned length. The excitation light BE excites the laser medium 33 via the first reflection unit 31. The pulse of the polarized laser light BL is output via the second reflecting unit 41. The shapes of the coupling element 25 and the output element 27 are not limited to the columnar shape, and may be, for example, a polygonal columnar shape (for example, a rectangular cuboid shape).
＜第１反射部＞
本実施形態の第１反射部３１は、励起光ＢＥを透過させ、レーザ媒質３３から放出される放出光を反射させる全反射ミラーとして作用する。本実施形態の第１反射部３１は誘電体多層膜で形成されている。レーザ媒質３３と可飽和吸収体３５の接合面とは反対側の端面に第１反射部３１が形成（蒸着）されている。
<First reflector>
The first reflection unit 31 of the present embodiment acts as a total reflection mirror that transmits the excitation light BE and reflects the emitted light emitted from the laser medium 33. The first reflective portion 31 of the present embodiment is formed of a dielectric multilayer film. The first reflecting portion 31 is formed (deposited) on the end surface of the laser medium 33 and the saturable absorber 35 on the opposite side of the junction surface.
＜レーザ媒質＞
本実施形態のレーザ媒質３３は光活性物質を含有しており、励起光源２（例えば、レーザダイオード）から出射される励起光ＢＥが入射されることで光活性物質が励起され、その光活性物質から放出光を発生するものである。レーザ媒質３３としては、母材としてのＹＡＧ結晶中のイットリウム（Ｙ）を他の希土類元素で置換したものを用いることができる。本実施形態では、レーザ媒質３３として、例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶を用いている。Ｎｄ：ＹＡＧ結晶は、レーザ媒質として多く使用されており、安価であって取り扱い性に優れているからである。レーザ媒質３３としては、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶に限られることなく、例えばＹｂ：ＹＡＧ結晶などを用いることもできる。
<Laser medium>
The laser medium 33 of the present embodiment contains a photoactive substance, and the photoactive substance is excited by the incident of the excitation light BE emitted from the excitation light source 2 (for example, a laser diode), and the photoactive substance is excited. It emits light emitted from. As the laser medium 33, a laser medium 33 in which yttrium (Y) in a YAG crystal as a base material is replaced with another rare earth element can be used. In this embodiment, for example, an Nd: YAG crystal is used as the laser medium 33. This is because Nd: YAG crystals are widely used as a laser medium, are inexpensive, and are excellent in handleability. The laser medium 33 is not limited to the Nd: YAG crystal, and for example, a Yb: YAG crystal or the like can be used.
本実施形態において、レーザ媒質３３の厚さ（図１の紙面左右方向）は、例えば４～５ｍｍ程度である。そして、本実施形態では、レーザ媒質３３がＮｄ：ＹＡＧ結晶であるから、励起光ＢＥの主波長が８０８ｎｍであり、放出光（レーザ光ＢＬ）の主波長が１０６４ｎｍとなる。なお、励起光ＢＥの波長は８０８ｎｍに限られることはなく、例えば８８５ｎｍであってもよい。
In the present embodiment, the thickness of the laser medium 33 (in the left-right direction of the paper surface in FIG. 1) is, for example, about 4 to 5 mm. In the present embodiment, since the laser medium 33 is an Nd: YAG crystal, the main wavelength of the excitation light BE is 808 nm, and the main wavelength of the emitted light (laser light BL) is 1064 nm. The wavelength of the excitation light BE is not limited to 808 nm, and may be, for example, 885 nm.
＜可飽和吸収体＞
本実施形態の可飽和吸収体３５は、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなるものであって、光共振器において受動Ｑスイッチとして作動する。本実施形態の可飽和吸収体３５をＱスイッチと呼んでもよい。可飽和吸収体３５は、光強度が小さいときには光吸収率が大きく、光強度が所定値を超えると光吸収が飽和して光吸収率が急に小さくなる特性を有する。本実施形態では可飽和吸収体３５を、固体レーザ装置１からレーザ光ＢＬのパルス（ジャイアントパルス）を出力するために用いている。この可飽和吸収体３５は、レーザ媒質３３に接合されている。本実施形態では、可飽和吸収体３５として、例えばＣｒ:ＹＡＧ結晶を用いている。本実施形態において、可飽和吸収体３５の厚さ（図１の紙面左右方向）は、例えば３～５ｍｍ程度であり、透過率が３０～５０％になるように決定される。なお、この透過率は３０～５０％に限られることなく、例えば透過率２０％程度になるように、可飽和吸収体３５の厚さを決めることもできる。
<Saturable absorber>
The saturable absorber 35 of the present embodiment has a reduced light absorption rate due to saturation of light absorption, and operates as a passive Q-switch in an optical resonator. The saturable absorber 35 of the present embodiment may be called a Q-switch. The saturable absorber 35 has a characteristic that the light absorption rate is large when the light intensity is low, and the light absorption is saturated when the light intensity exceeds a predetermined value, and the light absorption rate suddenly decreases. In this embodiment, the saturable absorber 35 is used to output a pulse (giant pulse) of the laser beam BL from the solid-state laser apparatus 1. The saturable absorber 35 is bonded to the laser medium 33. In this embodiment, for example, a Cr: YAG crystal is used as the saturable absorber 35. In the present embodiment, the thickness of the saturable absorber 35 (in the left-right direction of the paper surface in FIG. 1) is, for example, about 3 to 5 mm, and the transmittance is determined to be 30 to 50%. The transmittance is not limited to 30 to 50%, and the thickness of the saturable absorber 35 can be determined so that the transmittance is, for example, about 20%.
＜第２反射部（フォトニック結晶）＞
本実施形態の第２反射部４１は、レーザ媒質３３からの放出光の一部を透過させ残部を反射させるハーフミラーとして作用する。また本実施形態の第２反射部４１は更に、レーザ光ＢＬ（レーザ媒質３３が放出する放出光）に対する偏光制御の作用も有する。なお本実施形態の第２反射部４１はレーザ光ＢＬを直線偏光する。詳細には、励起光ＢＥに基づきレーザ媒質３３から放出される放出光は、光共振器内で発振して、第２反射部４１からレーザ光ＢＬとして出力される。第２反射部４１の作用に着目すると、可飽和吸収体３５の光吸収率が小さくなると、放出光は光共振器を構成する第１反射部３１と第２反射部４１とで反射（つまり発振）しつつ第２反射部４１からレーザ光ＢＬとして出力される。ここで放出光（レーザ光ＢＬ）が第２反射部４１で反射する際に、第２反射部４１によって直線偏光化が行われる。なお本実施形態の第２反射部４１は、入射光の４０％程度（例えば３０～５０％の範囲内）を反射し、入射光の９０％以上を透過する特性を有する。本実施形態の第２反射部４１は入射光に対して、反射、偏光、および透過を行う。このように本実施形態の第２反射部４１は、光共振器を構成する出力ミラーとしての作用とレーザ光ＢＬを偏光制御する作用とを兼ね備える。
<Second reflector (photonic crystal)>
The second reflecting unit 41 of the present embodiment acts as a half mirror that transmits a part of the light emitted from the laser medium 33 and reflects the rest. Further, the second reflecting unit 41 of the present embodiment also has an action of polarization control with respect to the laser light BL (emitted light emitted by the laser medium 33). The second reflecting unit 41 of the present embodiment linearly polarizes the laser beam BL. Specifically, the emitted light emitted from the laser medium 33 based on the excitation light BE oscillates in the optical resonator and is output as the laser light BL from the second reflecting unit 41. Focusing on the action of the second reflecting unit 41, when the light absorption rate of the saturable absorber 35 becomes small, the emitted light is reflected (that is, oscillated) by the first reflecting unit 31 and the second reflecting unit 41 constituting the optical resonator. ) While being output as laser light BL from the second reflecting unit 41. Here, when the emitted light (laser light BL) is reflected by the second reflecting unit 41, linear polarization is performed by the second reflecting unit 41. The second reflecting unit 41 of the present embodiment has a property of reflecting about 40% of the incident light (for example, within the range of 30 to 50%) and transmitting 90% or more of the incident light. The second reflecting unit 41 of the present embodiment reflects, polarizes, and transmits the incident light. As described above, the second reflecting unit 41 of the present embodiment has both an action as an output mirror constituting the optical resonator and an action of controlling the polarization of the laser beam BL.
本実施形態では第２反射部４１としてフォトニック結晶を用いている。フォトニック結晶とは、例えば、屈折率の異なる材料が周期的に並んだ構造体を指す。フォトニック結晶は、光学材料内に波長オーダーの屈折率周期構造を持った構造体（素子）とも言える。この周期構造は自由に設計可能であり、例えばミラー表面に縦方向と横方向とで構造が異なる周期構造を形成させて、光の偏光方向（振動方向）に対して縦方向と横方向とで反射率を変えることができる。例えば素子方向に対し、縦偏光は反射し横偏光は透過させる素子を形成できる。
In this embodiment, a photonic crystal is used as the second reflecting portion 41. A photonic crystal refers to, for example, a structure in which materials having different refractive indexes are periodically arranged. A photonic crystal can be said to be a structure (element) having a refractive index periodic structure on the order of wavelength in an optical material. This periodic structure can be freely designed. For example, a periodic structure having different structures in the vertical direction and the horizontal direction is formed on the mirror surface in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the light polarization direction (vibration direction). The reflectance can be changed. For example, it is possible to form an element that reflects vertical polarization and transmits horizontal polarization with respect to the element direction.
一例として、反射側の偏光成分の反射率を高くすると（例えば９０％以上）、この素子を光共振器内の高反射ミラー且つ一方の偏光だけを反射する偏光制御素子（偏光制御手段）として利用できる。また同様に例えば、反射率を１０～９０％の範囲で任意に設定すると、偏光制御機能を持った出力ミラーとして利用できる。このように、フォトニック結晶ミラーは両方の機能（共振ミラー・偏光制御素子）を持つことが可能であり、本開示のようにマイクロチップレーザの光共振器ミラーに利用することで、共振器長を伸ばすことなく簡単に直線偏光化が可能になる。なおフォトニック結晶で形成した偏光制御素子は反射型であり、透過偏光に直交する偏光は反射される。従って、偏光分離素子としても利用できる。
As an example, when the reflectance of the polarization component on the reflection side is increased (for example, 90% or more), this element is used as a highly reflective mirror in the optical resonator and a polarization control element (polarization control means) that reflects only one of the polarizations. can. Similarly, for example, if the reflectance is arbitrarily set in the range of 10 to 90%, it can be used as an output mirror having a polarization control function. In this way, the photonic crystal mirror can have both functions (resonance mirror and polarization control element), and by using it for the optical resonator mirror of the microchip laser as described in the present disclosure, the resonator length It is possible to easily perform linear polarization without stretching. The polarization control element formed of the photonic crystal is a reflection type, and the polarization orthogonal to the transmitted polarization is reflected. Therefore, it can also be used as a polarization separating element.
本実施形態のフォトニック結晶は２次元型であり、透明な板状部材である基板４３の片面に、薄膜で形成されている（図３のハッチング箇所を参照）。本実施形態の基板４３は石英で形成されている。本実施形態ではフォトニック結晶を形成する多層膜として、酸化シリコン、酸化ニオブ、酸化タンタルあるいは酸化ハフニウム等を用いている。
The photonic crystal of the present embodiment is a two-dimensional type, and is formed of a thin film on one side of a substrate 43 which is a transparent plate-like member (see the hatched portion in FIG. 3). The substrate 43 of this embodiment is made of quartz. In this embodiment, silicon oxide, niobium oxide, tantalum pentoxide, hafnium oxide, or the like is used as the multilayer film for forming the photonic crystal.
本実施形態では２次元の周期構造体を第２反射部４１として用いている。本実施形態の第２反射部４１には、直線偏光化するためのパターンがフォトニック結晶の態様で形成されている。本実施形態のフォトニック結晶は自己クローン技術で形成されている。図４は第２反射部４１の一部領域を切り出した構造図である。図４で例示するように、本実施形態では基板４３の表面に凹凸パターンを形成し、この凹凸パターン上に多層膜をスパッタリング成膜することでフォトニック結晶（第２反射部４１）を成形している。なお例えば、第２反射部４１として３次元の周期構造体（３次元型のフォトニック結晶）を用いてもよい。３次元型のフォトニック結晶で円偏光させてもよい。前述したようにフォトニック結晶（第２反射部４１）は基板４３の片面に形成されており、基板４３は光軸Ｌ１に対して垂直に配置される。つまり本実施形態では、光共振器内で発振するレーザ光ＢＬはフォトニック結晶面に対して垂直に入射する。入射軸に沿ってフォトニック結晶面に入射し、フォトニック結晶面で偏光されたレーザ光ＢＬは、入射軸を戻るようにフォトニック結晶面に対して垂直に反射する。つまり本実施形態で示すフォトニック結晶（第２反射部４１）を用いた偏光制御では、入射軸（偏光前）と出射軸（偏光後）が一致し、且つ、入射軸と出射軸はフォトニック結晶面に対して垂直である。
In this embodiment, a two-dimensional periodic structure is used as the second reflection unit 41. In the second reflecting portion 41 of the present embodiment, a pattern for linear polarization is formed in the form of a photonic crystal. The photonic crystal of this embodiment is formed by a self-cloning technique. FIG. 4 is a structural diagram obtained by cutting out a part of the second reflecting portion 41. As illustrated in FIG. 4, in the present embodiment, a concavo-convex pattern is formed on the surface of the substrate 43, and a photonic crystal (second reflective portion 41) is formed by sputtering a multilayer film on the concavo-convex pattern. ing. For example, a three-dimensional periodic structure (three-dimensional photonic crystal) may be used as the second reflecting portion 41. It may be circularly polarized with a three-dimensional photonic crystal. As described above, the photonic crystal (second reflecting portion 41) is formed on one side of the substrate 43, and the substrate 43 is arranged perpendicular to the optical axis L1. That is, in the present embodiment, the laser beam BL oscillating in the optical resonator is vertically incident on the photonic crystal plane. The laser beam BL incident on the photonic crystal plane along the incident axis and polarized on the photonic crystal plane is reflected perpendicularly to the photonic crystal plane so as to return to the incident axis. That is, in the polarization control using the photonic crystal (second reflection unit 41) shown in the present embodiment, the incident axis (before polarization) and the emission axis (after polarization) coincide with each other, and the incident axis and the emission axis are photonic. It is perpendicular to the crystal plane.
本実施形態の第１反射部３１及び第２反射部４１は、その間にレーザ媒質３３及び可飽和吸収体３５を共振光路上（光軸Ｌ１上）に有し、レーザ媒質３３からの放出光を共振させる光共振器を構成する。このように第１反射部３１及び第２反射部４１を設けることで、レーザ光ＢＬを偏光制御しつつ光共振器長を短縮できる。つまり本実施形態の固体レーザ装置１は、レーザ媒質３３が放出する放出光を偏光する偏光手段（第２反射部４１）を一対の反射手段間に配置し、偏光手段をフォトニック結晶で形成している。これにより、本実施形態の固体レーザ装置１は、縦モード数を単一に近づけている。詳細には、本実施形態の固体レーザ装置１は、利得幅内の縦モード数が実質的に３本以下である。本実施形態の固体レーザ装置１は、例えば、出力パルス幅２ｎｓ未満を達成し、且つ、レーザ光ＢＬの出力変動（リップル成分）が抑制されている。
The first reflecting unit 31 and the second reflecting unit 41 of the present embodiment have a laser medium 33 and a saturable absorber 35 on the resonance optical path (on the optical axis L1) between them, and emit light emitted from the laser medium 33. It constitutes an optical resonator that resonates. By providing the first reflecting unit 31 and the second reflecting unit 41 in this way, the optical resonator length can be shortened while controlling the polarization of the laser light BL. That is, in the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment, the polarizing means (second reflecting portion 41) for polarizing the emitted light emitted from the laser medium 33 is arranged between the pair of reflecting means, and the polarizing means is formed of a photonic crystal. ing. As a result, the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment has the number of longitudinal modes approaching a single value. Specifically, the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment has substantially three or less longitudinal modes within the gain width. The solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment achieves, for example, an output pulse width of less than 2 ns, and the output fluctuation (ripple component) of the laser beam BL is suppressed.
＜縦モード数＞
図５は本実施形態の固体レーザ装置１が生成するレーザ光ＢＬの特性を示す。図５にて点線で示す曲線は、レーザ媒質３３の利得特性を示す。図５にて符号Ｐ１，符号Ｐ２，符号Ｐ２で示す実線は、本実施形態の固体レーザ装置１の縦モードを示す。本実施形態の固体レーザ装置１は短い光共振器長であるため、縦モード数が単一に近づけられている。本実施形態の固体レーザ装置１は、レーザ媒質３３の利得幅内の縦モード数が実質的に３本以下、又はレーザ媒質３３の利得特性において、半値幅Ｑ内に存在する縦モード数が実質的に２本以下である。なお、利得幅内の縦モード数が単一（１本：縦モードシングル）に近づくほど好ましい。
<Number of vertical modes>
FIG. 5 shows the characteristics of the laser beam BL generated by the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment. The curve shown by the dotted line in FIG. 5 shows the gain characteristics of the laser medium 33. The solid lines indicated by the reference numerals P1, P2, and P2 in FIG. 5 indicate the longitudinal mode of the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment. Since the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment has a short optical resonator length, the number of longitudinal modes is approached to a single value. In the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment, the number of longitudinal modes within the gain width of the laser medium 33 is substantially 3 or less, or the number of longitudinal modes existing within the half-value width Q in the gain characteristics of the laser medium 33 is substantially. The number is 2 or less. It is preferable that the number of vertical modes within the gain width approaches a single (1: vertical mode single).
＜実験例＞
図１２～１５を併用し、本実施形態の固体レーザ装置１を用いた実験例を説明する。図１２は、実験に用いた固体レーザ装置の全体構成図である。図１と同じ符号箇所の説明は省略する。
<Experimental example>
An experimental example using the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 15. FIG. 12 is an overall configuration diagram of the solid-state laser apparatus used in the experiment. The description of the same code portion as in FIG. 1 will be omitted.
実験例の固体レーザ装置１では、レンズ群２３と結合素子２５は支基２１に組み付けられている。出力素子２７はホルダ２２に組み付けられ、ホルダ２２は調整機構２４を介して支基２１に組み付けられている。つまり、レンズ群２３と結合素子２５は支基２１に固定され、出力素子２７は結合素子２５に対する位置及び角度の調整が可能とされている。なおホルダ２２と調整機構２４の組合せにより２軸のミラーホルダーが形成されている。図１２の実験例は一例であり、例えば、ホルダ２２が支基２１に固定されていてもよい。なお実験例の固体レーザ装置１は一例であり、例えば結合素子２５の箇所が分離していても構わない。つまり結合素子２５を構成する各素子同士が分離していてもよい。結合素子２５の代わりに、例えば、第１反射部３１、レーザ媒質３３、及び可飽和吸収体３５の各々を独立した素子とし、光軸Ｌ１上に配列させてもよい。
In the solid-state laser apparatus 1 of the experimental example, the lens group 23 and the coupling element 25 are assembled to the support base 21. The output element 27 is assembled to the holder 22, and the holder 22 is assembled to the support 21 via the adjusting mechanism 24. That is, the lens group 23 and the coupling element 25 are fixed to the support base 21, and the position and angle of the output element 27 with respect to the coupling element 25 can be adjusted. A two-axis mirror holder is formed by the combination of the holder 22 and the adjusting mechanism 24. The experimental example of FIG. 12 is an example, and for example, the holder 22 may be fixed to the support base 21. The solid-state laser apparatus 1 of the experimental example is an example, and for example, the portions of the coupling element 25 may be separated. That is, each element constituting the coupling element 25 may be separated from each other. Instead of the coupling element 25, for example, the first reflecting unit 31, the laser medium 33, and the saturable absorber 35 may be made independent elements and arranged on the optical axis L1.
実験例では光源１１（励起用）の一例として、DILAS社の808nm QCW Diode Laserを用いている。光源１１はダイオードレーザ（半導体レーザ）であり、光源１１が出力するレーザ光の波長は８０８ｎｍである。実験例では光源１１がパルス状レーザ光を出力するように不図示の制御手段が光源１１を制御する。実験例では励起光の導光用として、コア径４００μｍの光ファイバー（DILAS社のHigh Power SMA/SMA Fiber）を用いている。光ファイバーの片端は光源１１に接続され、他端（出力端１２）は支基２１の入力端子に接続されている。なお光源１１と光ファイバーは一例である。
In the experimental example, an 808 nm QCW Diode Laser manufactured by DILAS is used as an example of the light source 11 (for excitation). The light source 11 is a diode laser (semiconductor laser), and the wavelength of the laser light output by the light source 11 is 808 nm. In the experimental example, a control means (not shown) controls the light source 11 so that the light source 11 outputs a pulsed laser beam. In the experimental example, an optical fiber with a core diameter of 400 μm (High Power SMA / SMA Fiber manufactured by DILAS) is used for guiding the excitation light. One end of the optical fiber is connected to the light source 11, and the other end (output end 12) is connected to the input terminal of the support 21. The light source 11 and the optical fiber are examples.
図１３は、実験例の固体レーザ装置１で用いる出力素子２７の図である。図１３（ａ）は出力素子２７を図１２の紙面左側から見た正面図であり、図１３（ｂ）は出力素子２７の側面図である。基板４３は板ガラスであり、一辺が１６ｍｍの正方形である。また基板４３は厚さ（光軸Ｌ１方向）は１ｍｍである。第２反射部４１（フォトニック結晶）は基板４３上に薄膜形成されている。実験例の第２反射部４１は、基板４３の中央部に４ｍｍ×３．５ｍｍの長方形で形成されており、可飽和吸収体３５と向き合う基板４３の片面に形成されている。なお第２反射部４１が薄膜形成される基板４３の表面の一部領域には、凹凸形状が形成されている（図４参照）。
FIG. 13 is a diagram of an output element 27 used in the solid-state laser device 1 of the experimental example. 13 (a) is a front view of the output element 27 as viewed from the left side of the paper surface of FIG. 12, and FIG. 13 (b) is a side view of the output element 27. The substrate 43 is a flat glass and is a square having a side of 16 mm. The thickness of the substrate 43 (in the direction of the optical axis L1) is 1 mm. The second reflecting portion 41 (photonic crystal) is formed as a thin film on the substrate 43. The second reflective portion 41 of the experimental example is formed in a rectangular shape of 4 mm × 3.5 mm in the central portion of the substrate 43, and is formed on one side of the substrate 43 facing the saturable absorber 35. A concave-convex shape is formed in a part of the surface of the substrate 43 on which the second reflecting portion 41 is formed as a thin film (see FIG. 4).
実験例の第２反射部４１（フォトニック結晶）は、波長１０６４ｎｍに対して透過率（透過偏光透過率）が９５％以上であり、且つ、同波長に対する反射率（遮断偏光透過率）が５０％±１０％となる特性で形成されている。なお実験例では、基板４３を透過して出力されるレーザ光ＢＬのビーム径は３ｍｍである。
The second reflecting portion 41 (photonic crystal) of the experimental example has a transmittance (transmitted polarization transmittance) of 95% or more with respect to a wavelength of 1064 nm, and has a reflectance (blocking polarization transmittance) of 50 with respect to the same wavelength. It is formed with a characteristic of% ± 10%. In the experimental example, the beam diameter of the laser beam BL transmitted through the substrate 43 and output is 3 mm.
組立作業者は調整機構２４を用いて、基板４３からレーザ光ＢＬが出力されるように、結合素子２５に対するホルダ２２の位置調整を行う。なお本実験例の調整機構２４は、ホルダ２２を光軸Ｌ１の周方向に回転できる。従って、組立作業者はホルダ２２を回転することで、基板４３から出力されるレーザ光ＢＬの偏光方向を調整できる。
The assembly worker uses the adjustment mechanism 24 to adjust the position of the holder 22 with respect to the coupling element 25 so that the laser beam BL is output from the substrate 43. The adjusting mechanism 24 of this experimental example can rotate the holder 22 in the circumferential direction of the optical axis L1. Therefore, the assembly worker can adjust the polarization direction of the laser beam BL output from the substrate 43 by rotating the holder 22.
図１４は、実験例の固体レーザ装置１から出力されるレーザ光ＢＬのパルス波形に対応する測定結果（グラフ）である。図１４の横軸は時間であり、縦軸はレーザ光ＢＬのエネルギーの相対値である。図１４にて示されるように、実験例の固体レーザ装置１は半値幅１ｎｓ以下のレーザ光ＢＬを出力する。図１５は、実験例の固体レーザ装置１から出力されるレーザ光ＢＬの偏光特性に対応する測定結果（グラフ）である。図１５は光軸Ｌ１に直交する任意方向とレーザ光ＢＬのエネルギーとの関係を示す測定結果（グラフ）である。図１５は、光軸Ｌ１に直交する線分の角度に応じて、レーザ光ＢＬのエネルギーが変化することを示している。つまり図１５により、固体レーザ装置１から出力されるレーザ光ＢＬは偏光特性を有していると理解できる。なお実験例の固体レーザ装置１は一例として、４［ｍＪ／ｐｕｌｓｅ］のレーザ光を出力する。
FIG. 14 is a measurement result (graph) corresponding to the pulse waveform of the laser beam BL output from the solid-state laser apparatus 1 of the experimental example. The horizontal axis of FIG. 14 is time, and the vertical axis is the relative value of the energy of the laser beam BL. As shown in FIG. 14, the solid-state laser apparatus 1 of the experimental example outputs a laser beam BL having a half-value width of 1 ns or less. FIG. 15 is a measurement result (graph) corresponding to the polarization characteristics of the laser beam BL output from the solid-state laser apparatus 1 of the experimental example. FIG. 15 is a measurement result (graph) showing the relationship between the arbitrary direction orthogonal to the optical axis L1 and the energy of the laser beam BL. FIG. 15 shows that the energy of the laser beam BL changes according to the angle of the line segment orthogonal to the optical axis L1. That is, from FIG. 15, it can be understood that the laser beam BL output from the solid-state laser apparatus 1 has a polarization characteristic. The solid-state laser apparatus 1 of the experimental example outputs a laser beam of 4 [mJ / pulse] as an example.
このように、実験例の固体レーザ装置１は、共振器内にフォトニック結晶を配置することで、偏光されたレーザ光を共振器から出力できる。なお、実験例の固体レーザ装置１の基板４３の厚さは１ｍｍだが、基板４３が歪むことで第２反射部４１（フォトニック結晶）の特性が局所的又は全体的に変化し、レーザ光ＢＬのビームプロファイルが荒れ易くなると考えられる。したがって、基板４３の厚さは１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上が更に好ましい。なお、第２反射部４１（フォトニック結晶）と特性と基板の厚さとの関係は、実験例の基板４３に限るものでは無い。例えば、後ほど図９を用いて説明する偏光制御部５７でも同様である。つまり、レーザ光を偏光するためのフォトニック結晶を形成する基板の厚さは１ｍｍが好ましく、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上が更に好ましい。なお図１２で示した固体レーザ装置１の構成は、本開示の技術を説明するための実験例に過ぎず、適宜変更してもよい。
As described above, the solid-state laser device 1 of the experimental example can output the polarized laser light from the resonator by arranging the photonic crystal in the resonator. Although the thickness of the substrate 43 of the solid-state laser apparatus 1 in the experimental example is 1 mm, the characteristics of the second reflecting portion 41 (photonic crystal) change locally or as a whole due to the distortion of the substrate 43, and the laser light BL It is considered that the beam profile of the light is likely to be rough. Therefore, the thickness of the substrate 43 is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, still more preferably 5 mm or more. The relationship between the characteristics of the second reflecting portion 41 (photonic crystal) and the thickness of the substrate is not limited to the substrate 43 of the experimental example. For example, the same applies to the polarization control unit 57, which will be described later with reference to FIG. That is, the thickness of the substrate on which the photonic crystal for polarizing the laser light is formed is preferably 1 mm, more preferably 3 mm or more, still more preferably 5 mm or more. The configuration of the solid-state laser apparatus 1 shown in FIG. 12 is merely an experimental example for explaining the technique of the present disclosure, and may be appropriately changed.
＜他の偏光制御方法との比較＞
図１０と図１１を併用し、本実施形態の固体レーザ装置１とフォトニック結晶を用いない比較用の固体レーザ装置（固体レーザ装置１１０，固体レーザ装置１２０）とを比較する。固体レーザ装置１１０，固体レーザ装置１２０は共に、マイクロチップレーザ（又は縦モードが単一に近づけられたレーザ）であるものとする。なお図１０と図１１において図１と同じ符号箇所は同じ部材であるため説明を省略する。
<Comparison with other polarization control methods>
10 and 11 are used in combination, and the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment is compared with the solid-state laser apparatus for comparison (solid-state laser apparatus 110, solid-state laser apparatus 120) that does not use a photonic crystal. It is assumed that both the solid-state laser device 110 and the solid-state laser device 120 are microchip lasers (or lasers having a single longitudinal mode). Note that the same reference numerals as those in FIG. 1 in FIGS. 10 and 11 are the same members, and thus the description thereof will be omitted.
図１０に示す比較用の固体レーザ装置１１０は、図１０の第２反射部８３には誘電体多層膜が形成されている。第２反射部８３は、レーザ媒質３３からの放出光の一部を透過させ残部を反射させるハーフミラーとしての作用を有するが、偏光制御の作用を有しない。なお第２反射部８３（図１０）は可飽和吸収体３５等と一体化されているため、比較用の固体レーザ装置１１０の光共振器長Ｍｅは、本実施形態の固体レーザ装置１の光共振器長Ｍａよりも短い。つまり、光共振器長Ｍａ＞光共振器長Ｍｅの関係である。
In the solid-state laser apparatus 110 for comparison shown in FIG. 10, a dielectric multilayer film is formed on the second reflecting portion 83 of FIG. The second reflecting unit 83 has a function as a half mirror that transmits a part of the light emitted from the laser medium 33 and reflects the rest, but does not have a polarization controlling function. Since the second reflecting unit 83 (FIG. 10) is integrated with the saturable absorber 35 and the like, the optical resonator length Me of the solid-state laser device 110 for comparison is the light of the solid-state laser device 1 of the present embodiment. It is shorter than the resonator length Ma. That is, the relationship is that the optical resonator length Ma> the optical resonator length Me.
光共振器長の関係から、比較用の固体レーザ装置１１０（図１０）は本実施形態の固体レーザ装置１（図１）よりも縦モードを単一に近づけ易い。しかし比較用の固体レーザ装置１１０から出力されるレーザ光ＢＬは偏光制御されていないため、偏光制御されたレーザ光ＢＬを用いたい場合、固体レーザ装置１１０の外部に偏光子８５（ポラライザ）を配置する必要がある。しかしこの場合、外部に配置した偏光子８５の箇所にて、レーザ光ＢＬのエネルギーが大きく減衰してしまう。つまり固体レーザ装置１１０の外部で偏光制御する場合、偏光制御とエネルギー減衰とがトレードオフの関係になる。従って、偏光子８５でのエネルギー減衰を考慮して、固体レーザ装置１１０を高出力化する必要がある。固体レーザ装置１１０を高出力化しようとすると、例えば、複雑な放熱手段を設ける必要がある。これに対して本実施形態の固体レーザ装置１１０は、光共振器長の増加を抑制しつつ光共振器内に偏光制御手段（第２反射部４１）を配置しているため、縦モード数を単一に近づけ、且つ、偏光制御したレーザ光ＢＬをエネルギー効率よく出力できる。例えば、複雑な放熱手段が不要になる。
Due to the length of the optical resonator, the solid-state laser device 110 (FIG. 10) for comparison is easier to bring the longitudinal mode closer to a single than the solid-state laser device 1 (FIG. 1) of the present embodiment. However, since the laser beam BL output from the solid-state laser device 110 for comparison is not polarization-controlled, if it is desired to use the polarization-controlled laser beam BL, a polarizer 85 (polarizer) is arranged outside the solid-state laser apparatus 110. There is a need to. However, in this case, the energy of the laser beam BL is greatly attenuated at the location of the polarizer 85 arranged outside. That is, when the polarization is controlled outside the solid-state laser device 110, the polarization control and the energy attenuation have a trade-off relationship. Therefore, it is necessary to increase the output of the solid-state laser apparatus 110 in consideration of the energy attenuation in the polarizer 85. In order to increase the output of the solid-state laser device 110, for example, it is necessary to provide a complicated heat radiating means. On the other hand, in the solid-state laser device 110 of the present embodiment, since the polarization control means (second reflecting unit 41) is arranged in the optical resonator while suppressing the increase in the optical resonator length, the number of vertical modes can be increased. It is possible to output the laser beam BL, which is close to a single unit and whose polarization is controlled, with high energy efficiency. For example, complicated heat dissipation means becomes unnecessary.
図１１に示す比較用の固体レーザ装置１２０は、偏光制御用の偏光子８５（ポラライザ）とハーフミラー用の第２反射部８３とに分離した態様である。第２反射部８３は先に説明した固体レーザ装置１１０と同じであるが、固体レーザ装置１２０では第２反射部８３は基板８７上に形成されている。偏光子８５は、可飽和吸収体３５と第２反射部８３の間に斜設されている。より詳しくは、偏光子８５は光軸Ｌ１に直交する面に対して２０度以上の角度で光軸方向（図１１の紙面右側）に傾斜している。偏光子８５の偏光制御する面（素子）を、光軸に対してブリュースター角（５６度程度）や４５度に配置してもよい。
The solid-state laser device 120 for comparison shown in FIG. 11 is a mode in which the splitter 85 (polarizer) for polarization control and the second reflector 83 for half mirror are separated. The second reflecting portion 83 is the same as the solid-state laser apparatus 110 described above, but in the solid-state laser apparatus 120, the second reflecting portion 83 is formed on the substrate 87. The polarizer 85 is obliquely provided between the saturable absorber 35 and the second reflecting portion 83. More specifically, the polarizer 85 is inclined in the optical axis direction (on the right side of the paper surface in FIG. 11) at an angle of 20 degrees or more with respect to the plane orthogonal to the optical axis L1. The surface (element) for controlling the polarization of the polarizer 85 may be arranged at a Brewster angle (about 56 degrees) or 45 degrees with respect to the optical axis.
一例として偏光子８５を傾斜させない場合（光軸に対して直交させる場合）、例えば、レーザ光ＢＬを偏光出来ない、又はレーザ光ＢＬの発振中又は出力時に偏光子８５が発熱する可能性が高い。前述した偏光子８５が発熱する場合、偏光子８５を損傷し易いと考えられる。比較用の固体レーザ装置１１０の光共振器長Ｍｆは本実施形態の固体レーザ装置１（図１）の光共振器長Ｍａよりも長く、光共振器長Ｍａ＜光共振器長Ｍｆの関係になる。
As an example, when the polarizer 85 is not tilted (when it is orthogonal to the optical axis), for example, the laser beam BL cannot be polarized, or the polarizer 85 is likely to generate heat during oscillation or output of the laser beam BL. .. When the above-mentioned polarizer 85 generates heat, it is considered that the polarizer 85 is easily damaged. The optical resonator length Mf of the solid-state laser apparatus 110 for comparison is longer than the optical resonator length Ma of the solid-state laser apparatus 1 (FIG. 1) of the present embodiment, and the relationship is such that the optical resonator length Ma <optical resonator length Mf. Become.
ここで比較用の固体レーザ装置同士を比較すると、比較用の固体レーザ装置１２０（図１１）は比較用の固体レーザ装置１１０（図１０）よりも、偏光制御されたレーザ光ＢＬをエネルギー効率よく生成できる。つまり、固体レーザ装置１２０は固体レーザ装置１１０よりも低出力化し易い。しかし比較用の固体レーザ装置１２０は偏光子８５の斜設に伴い、光共振器長Ｍｆが固体レーザ装置１１０の光共振器長Ｍｅよりも間隔Ｐｃだけ長くなっている。これにより、比較用の固体レーザ装置１２０（図１１）は比較用の固体レーザ装置１１０（図１０）よりも縦モードを単一に近づけ難い。
When the solid-state laser devices for comparison are compared with each other, the solid-state laser device 120 (FIG. 11) for comparison is more energy-efficient than the solid-state laser device 110 (FIG. 10) for comparison in terms of energy efficiency of the polarization-controlled laser light BL. Can be generated. That is, the solid-state laser device 120 tends to have a lower output than the solid-state laser device 110. However, in the solid-state laser device 120 for comparison, the optical resonator length Mf is longer than the optical resonator length Me of the solid-state laser device 110 by the interval Pc due to the oblique arrangement of the polarizer 85. As a result, the solid-state laser device 120 (FIG. 11) for comparison is less likely to have a single longitudinal mode than the solid-state laser device 110 (FIG. 10) for comparison.
これらの比較用の固体レーザ装置に対して、本実施形態の固体レーザ装置１１０は、光共振器内にフォトニック結晶を用いた偏光制御手段（第２反射部４１）を配置することで、縦モード数を単一に近づけ、且つ、偏光制御したレーザ光ＢＬをエネルギー効率よく出力できる。なお本実施形態では組立時の第２反射部４１の傷付きを抑制するため可飽和吸収体３５と第２反射部４１の間に隙間（間隔Ｐｂ：図２の左右方向）を設けている。間隔Ｐｂ（図２）は間隔Ｐｃ（図３）よりも遥かに短く、２つの長さの関係は間隔Ｐｂ＜間隔Ｐｃである。つまり、本実施形態の固体レーザ装置１（図１）は比較用の固体レーザ装置１２０（図１１）よりも縦モードを単一に近づけ易い。なお本実施形態では可飽和吸収体３５と第２反射部４１の間に隙間を設けているが、これに限るものではなく、可飽和吸収体３５と第２反射部４１を密接していてもよい。この場合、本実施形態の固体レーザ装置１（図１）の光共振器長Ｍａは比較用の固体レーザ装置１１０（図１０）の光共振器長Ｍｅと同じになり得る。
In contrast to these comparative solid-state laser devices, the solid-state laser device 110 of the present embodiment is provided with a polarization control means (second reflecting unit 41) using a photonic crystal in the optical resonator, thereby vertically. The number of modes can be brought close to a single mode, and the polarization-controlled laser beam BL can be output with high energy efficiency. In this embodiment, a gap (interval Pb: left-right direction in FIG. 2) is provided between the saturable absorber 35 and the second reflecting portion 41 in order to suppress damage to the second reflecting portion 41 during assembly. The interval Pb (FIG. 2) is much shorter than the interval Pc (FIG. 3), and the relationship between the two lengths is interval Pb <interval Pc. That is, the solid-state laser device 1 (FIG. 1) of the present embodiment is easier to bring the longitudinal mode closer to a single than the solid-state laser device 120 (FIG. 11) for comparison. In the present embodiment, a gap is provided between the saturable absorber 35 and the second reflecting portion 41, but the present invention is not limited to this, and the saturable absorber 35 and the second reflecting portion 41 may be in close contact with each other. good. In this case, the optical resonator length Ma of the solid-state laser apparatus 1 (FIG. 1) of the present embodiment can be the same as the optical resonator length Me of the solid-state laser apparatus 110 (FIG. 10) for comparison.
このように、利得幅内の縦モード数が実質的に１～３本のレーザ光を出力する本実施形態の固体レーザ装置１は、光共振器を構成する一対の反射手段と、一対の反射手段間に配置され、励起されて光を放出するレーザ媒質３３と、一対の反射手段間に配置され、レーザ媒質３３が放出する放出光を偏光する偏光制御手段とを備えており、偏光制御手段はフォトニック結晶で形成されている。これにより縦モードを単一に近づけ易く短パルス化もし易い、また、偏光制御されたレーザ光ＢＬをエネルギー効率よく生成できる。なお本実施形態の固体レーザ装置１はＱスイッチを備えるが、これに限るものでなく、固体レーザ装置１が可飽和吸収体３５を備えなくてもよい。一対の反射手段間に偏光制御を行なうためのフォトニック結晶が配置されていればよい。
As described above, the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment that outputs laser light having substantially 1 to 3 vertical modes within the gain width includes a pair of reflecting means constituting an optical resonator and a pair of reflections. A laser medium 33 arranged between the means and excited to emit light, and a polarization control means arranged between the pair of reflecting means to polarize the emitted light emitted by the laser medium 33 are provided. Is made up of photonic crystals. As a result, it is easy to bring the longitudinal mode closer to a single pulse, and it is easy to shorten the pulse, and it is possible to efficiently generate the laser beam BL whose polarization is controlled. The solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment includes a Q switch, but the present invention is not limited to this, and the solid-state laser apparatus 1 may not include the saturable absorber 35. A photonic crystal for controlling polarization may be arranged between the pair of reflecting means.
また本実施形態の固体レーザ装置１において、偏光制御手段（第２反射部４１）はレーザ媒質３３が放出する放出光を直線偏光する。これにより、例えば、固体レーザ装置１を高出力化することなく、固体レーザ装置１の外部でレーザ光ＢＬのエネルギー調節が容易である。エネルギー調節方法として、例えば、回動可能な１／２波長板と固設した偏光板とを組み合わせてもよい（例えば特開２０００－１４６７９号公報参照）。
Further, in the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment, the polarization control means (second reflection unit 41) linearly polarized the emitted light emitted by the laser medium 33. Thereby, for example, the energy of the laser beam BL can be easily adjusted outside the solid-state laser device 1 without increasing the output of the solid-state laser device 1. As an energy adjusting method, for example, a rotatable 1/2 wave plate and a fixed polarizing plate may be combined (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-14679).
また本実施形態の固体レーザ装置１は、一対の反射手段間に配置され、光共振器の光損失を変化させるＱスイッチを備える。これにより、例えば、固体レーザ装置１からジャイアントパルス（レーザ光ＢＬのパルス）を出力できる。固体レーザ装置１から出力されるジャイアントパルスは、縦モードが単一に近づけられ、且つ、エネルギー効率よく偏光制御されている。なお、Ｑスイッチとしてレーザ媒質３３が放出する放出光の吸収に伴って透過率が増加する可飽和吸収体３５を用いることで、例えば固体レーザ装置１を簡素な構成にし易い。ここで本実施形態の固体レーザ装置１は、出力されるレーザ光ＢＬのパルス幅が２ｎｓ未満となる間隔で一対の反射手段が配置されている。レーザ光ＢＬのパルス幅を短くするほど、固体レーザ装置１から出力されるレーザ光ＢＬのピークパワーを大きくし易くできる。これにより例えば、レーザ光ＢＬを用いたプラズマを発生し易くできる。また本実施形態の固体レーザ装置１は利得幅内の縦モード数が１～３本のレーザ光ＢＬ（ジャイアントパルス）を出力するため、リップルが抑制されたジャイアントパルスを出力でき、プラズマを安定して発生できる。
Further, the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment includes a Q switch which is arranged between a pair of reflecting means and changes the optical loss of the optical resonator. Thereby, for example, a giant pulse (pulse of laser light BL) can be output from the solid-state laser device 1. The giant pulse output from the solid-state laser device 1 has a longitudinal mode approaching a single mode and is energy-efficiently polarized. By using the saturable absorber 35 whose transmittance increases with the absorption of the emitted light emitted by the laser medium 33 as the Q-switch, for example, the solid-state laser apparatus 1 can be easily configured in a simple manner. Here, in the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment, a pair of reflecting means are arranged at intervals such that the pulse width of the output laser light BL is less than 2 ns. The shorter the pulse width of the laser beam BL, the easier it is to increase the peak power of the laser beam BL output from the solid-state laser apparatus 1. As a result, for example, plasma using the laser beam BL can be easily generated. Further, since the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment outputs a laser beam BL (giant pulse) having 1 to 3 longitudinal modes within the gain width, it is possible to output a giant pulse in which ripple is suppressed, and the plasma is stabilized. Can occur.
また本実施形態の固体レーザ装置１は、一対の反射手段の少なくともいずれかにフォトニック結晶が形成されており、フォトニック結晶はレーザ媒質３３が放出する放出光に対して反射と偏光を行う。フォトニック結晶が複数の作用を兼用するため、例えば、光共振器長を短くし易い。また、固体レーザ装置１を簡素な構成にし易い。
Further, in the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment, a photonic crystal is formed in at least one of the pair of reflecting means, and the photonic crystal reflects and polarizes the emitted light emitted by the laser medium 33. Since the photonic crystal has a plurality of functions, for example, it is easy to shorten the optical resonator length. In addition, the solid-state laser device 1 can be easily configured in a simple manner.
このように本実施形態の固体レーザ装置１（マイクロチップレーザー）は、共振器長を短くすることで、短パルス化（２ｎｓ未満）し、かつ単一波長化を達成しようとするレーザである。例えば固体レーザ装置から出力されるレーザ光ＢＬを高効率で波長変換（グリーン光等へ）するには、基本波光の直線偏光化が必要になる。ここでマイクロチップレーザの共振器内に通常の偏光制御素子（ポラライザ）を挿入すると、共振器長が伸びてしまうため、パルス幅が延びる。さらに多波長化することで時間パルス波形も不安定化し易い。本実施形態の固体レーザ装置１は偏光素子（ポラライザ）を挿入せずに、共振器ミラー偏光制御機能を持たせることで、従来と同じレーザ構成となり、短パルス化、単一波長化を達成し易い。小型の固体レーザ装置にて、短パルスと単一偏光を両立できるため、応用範囲も広い。
As described above, the solid-state laser apparatus 1 (microchip laser) of the present embodiment is a laser that aims to achieve a short pulse (less than 2 ns) and a single wavelength by shortening the resonator length. For example, in order to convert the laser light BL output from the solid-state laser device into wavelength conversion (to green light or the like) with high efficiency, linear polarization of the fundamental wave light is required. Here, if a normal polarization control element (polarizer) is inserted into the resonator of the microchip laser, the resonator length is extended and the pulse width is extended. Further, by increasing the number of wavelengths, the time pulse waveform is likely to become unstable. The solid-state laser device 1 of the present embodiment has the same laser configuration as the conventional one by having a resonator mirror polarization control function without inserting a polarizing element (polarizer), and achieves a short pulse and a single wavelength. easy. Since it is a small solid-state laser device that can achieve both short pulse and single polarization, it has a wide range of applications.
次いで、図７～図９を併用し、固体レーザ装置１の変容例を説明する。図７～図９において図１と同じ符号箇所は同じ部材であるため説明を省略する。
Next, a transformation example of the solid-state laser apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 7 to 9. In FIGS. 7 to 9, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same members, and thus the description thereof will be omitted.
＜第１変容例の固体レーザ装置＞
図７に示す第１変容例の固体レーザ装置１０１は入力素子２８を備え、入力素子２８はフォトニック結晶が形成されている第１反射部５２を有する。また第１変容例の固体レーザ装置１０１は、誘電体多層膜が形成されている第２反射部８３を備える。第１反射部５２には２次元型又は３次元型のフォトニック結晶が形成されており、レーザ光ＢＬの直線偏光と全反射が可能である。ここで第１反射部５２は更に、励起光ＢＥを通過させる特性も有する。第２反射部８３は比較用の固体レーザ装置１１０と同じ部材であるため説明を省略する。
<Solid-state laser device of the first transformation example>
The solid-state laser apparatus 101 of the first transformation example shown in FIG. 7 includes an input element 28, and the input element 28 has a first reflection unit 52 on which a photonic crystal is formed. Further, the solid-state laser apparatus 101 of the first transformation example includes a second reflecting portion 83 on which a dielectric multilayer film is formed. A two-dimensional or three-dimensional photonic crystal is formed in the first reflecting portion 52, and linear polarization and total reflection of the laser beam BL are possible. Here, the first reflecting unit 52 also has a characteristic of passing the excitation light BE. Since the second reflecting unit 83 is the same member as the solid-state laser device 110 for comparison, the description thereof will be omitted.
図１に記した固体レーザ装置１の光共振器長Ｍａと図７に記した変容例の固体レーザ装置１０１の光共振器長Ｍｂとの関係は、光共振器長Ｍａ＝光共振器長Ｍｂである。つまり第１変容例の固体レーザ装置１０１も固体レーザ装置１と同様に、光共振器内にフォトニック結晶を用いた偏光制御手段（第１反射部５２）を配置することで、縦モード数を単一に近づけ、且つ、偏光制御したレーザ光ＢＬをエネルギー効率よく出力できる。
The relationship between the optical resonator length Ma of the solid-state laser device 1 shown in FIG. 1 and the optical resonator length Mb of the solid-state laser device 101 of the transformation example shown in FIG. 7 is that the optical resonator length Ma = the optical resonator length Mb. Is. That is, the solid-state laser device 101 of the first transformation example also has the same number of longitudinal modes as the solid-state laser device 1 by arranging the polarization control means (first reflection unit 52) using a photonic crystal in the optical resonator. It is possible to output the laser beam BL, which is close to a single unit and whose polarization is controlled, with high energy efficiency.
＜第２変容例の固体レーザ装置＞
次いで図８を用いて第２変容例の固体レーザ装置１０２を説明する。第２変容例の固体レーザ装置１０２は、励起光ＢＥをレーザ光ＢＬの出力側（つまり出力ミラー側）から入射させる。第１反射部５４（全反射ミラー）にはフォトニック結晶が形成されている。詳細には、可飽和吸収体３５の片面にフォトニック結晶がコーティングで形成されている。第１反射部５４はレーザ光ＢＬの全反射の作用とレーザ光ＢＬの偏光制御の作用を有する。
<Solid-state laser device of the second transformation example>
Next, the solid-state laser apparatus 102 of the second transformation example will be described with reference to FIG. In the solid-state laser apparatus 102 of the second transformation example, the excitation light BE is incident from the output side (that is, the output mirror side) of the laser light BL. A photonic crystal is formed on the first reflection unit 54 (total reflection mirror). Specifically, a photonic crystal is formed by coating on one side of the saturable absorber 35. The first reflecting unit 54 has an action of total reflection of the laser beam BL and an action of polarization control of the laser beam BL.
第２反射部５５（出力ミラー）は、レーザ光ＢＬの波長に対してハーフミラーの作用を有し、励起光ＢＥに対して通過させる作用を有する。第２反射部５５を誘電体多層膜で形成してもよい。励起光源２から出射された励起光ＢＥは、レンズ群２３を介した後にダイクロイックミラー５６で第２反射部５５の方向に反射し、第２反射部５５を介してレーザ媒質３３を励起する。光共振器から出力されるレーザ光ＢＬは、ダイクロイックミラー５６を透過する。図１の固体レーザ装置１と対比すると、光共振器長の関係は、光共振器長Ｍａ＞光共振器長Ｍｃである。第２変容例の固体レーザ装置１０２のフォトニック結晶（第１反射部５４）は、レーザ光ＢＬの全反射の作用とレーザ光ＢＬの偏光制御の作用のみであり、フォトニック結晶の構造を簡素化し易い。
The second reflecting unit 55 (output mirror) has an action of a half mirror with respect to the wavelength of the laser beam BL, and has an action of passing the excitation light BE. The second reflecting portion 55 may be formed of a dielectric multilayer film. The excitation light BE emitted from the excitation light source 2 is reflected in the direction of the second reflection unit 55 by the dichroic mirror 56 after passing through the lens group 23, and excites the laser medium 33 via the second reflection unit 55. The laser beam BL output from the optical resonator passes through the dichroic mirror 56. Compared with the solid-state laser device 1 of FIG. 1, the relationship of the optical resonator length is that the optical resonator length Ma> the optical resonator length Mc. The photonic crystal (first reflection unit 54) of the solid-state laser apparatus 102 of the second transformation example has only the action of total reflection of the laser light BL and the action of the polarization control of the laser light BL, and simplifies the structure of the photonic crystal. Easy to change.
＜第３変容例の固体レーザ装置＞
次いで図９を用いて第３変容例の固体レーザ装置１０３を説明する。第３変容例の固体レーザ装置１０３は、偏光制御用の部材が独立して設けられている。第３変容例の固体レーザ装置１０３は、レーザ光ＢＬに対する偏光制御の作用は偏光制御素子２９（偏光制御手段）で行い、レーザ光ＢＬに対するハーフミラーの作用は第２反射部８３（反射手段）で行う。なお第２反射部８８と基板８７は比較用の固体レーザ装置１２０と同じであるため説明を省略する。偏光制御素子２９は偏光制御部５７と基板５８を備える。偏光制御部５７はフォトニック結晶であり、フォトニック結晶は透明な板状部材である基板５８の片面に形成されている。偏光制御素子２９ではレーザ光ＢＬの直線偏光が行われる。
<Solid-state laser device of the third transformation example>
Next, the solid-state laser apparatus 103 of the third transformation example will be described with reference to FIG. The solid-state laser device 103 of the third transformation example is provided with a member for controlling polarization independently. In the solid-state laser apparatus 103 of the third transformation example, the action of polarization control on the laser light BL is performed by the polarization control element 29 (polarization control means), and the action of the half mirror on the laser light BL is performed by the second reflection unit 83 (reflection means). Do it with. Since the second reflecting unit 88 and the substrate 87 are the same as the solid-state laser apparatus 120 for comparison, the description thereof will be omitted. The polarization control element 29 includes a polarization control unit 57 and a substrate 58. The polarization control unit 57 is a photonic crystal, and the photonic crystal is formed on one side of a substrate 58 which is a transparent plate-like member. In the polarization control element 29, the laser beam BL is linearly polarized.
ここで第３変容例の固体レーザ装置１０３の光共振器長Ｍｄと比較用の固体レーザ装置１２０（図１１）の光共振器長Ｍｆを対比すると、光共振器長Ｍｄ＜光共振器長Ｍｆの関係にある。第３変容例の固体レーザ装置１０３の間隔Ｐｂは比較用の固体レーザ装置１２０の間隔Ｐｃよりも短いため、光共振器長を短くし易い。つまり、縦モードが単一に近づけられ、且つ、偏光方向が制御されたレーザ光を出力する。以上説明したように、図１に示した本実施形態の固体レーザ装置１のみならず、図７～図９に示した変容例の固体レーザは何れも、光共振器を構成する一対の反射手段間にフォトニック結晶で形成された偏光制御手段を配置し、レーザ光を偏光している。これにより、縦モードが単一に近づけられ、且つ、偏光方向が制御されたレーザ光をエネルギー効率よく出力できる。なお反射手段間とは反射手段の箇所（例えば全反射ミラー，ハーフミラー）も含む。なお本開示の固体レーザ装置（１，１０１，１０２，１０３）は例示に過ぎず、例えば、レーザ媒質３３と可飽和吸収体３５が接合されていなくてもよい。
Here, comparing the optical cavity length Md of the solid-state laser device 103 of the third transformation example with the optical cavity length Mf of the solid-state laser device 120 (FIG. 11) for comparison, the optical resonator length Md <optical resonator length Mf. There is a relationship of. Since the interval Pb of the solid-state laser device 103 of the third transformation example is shorter than the interval Pc of the solid-state laser device 120 for comparison, it is easy to shorten the optical resonator length. That is, it outputs a laser beam in which the longitudinal mode is brought close to a single mode and the polarization direction is controlled. As described above, not only the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 but also the solid-state lasers of the transformation examples shown in FIGS. 7 to 9 are all a pair of reflecting means constituting the optical resonator. A polarization control means formed of a photonic crystal is arranged between them to polarize the laser beam. As a result, it is possible to efficiently output a laser beam in which the longitudinal mode is brought close to a single mode and the polarization direction is controlled. Note that the distance between the reflecting means includes the location of the reflecting means (for example, a total reflection mirror and a half mirror). The solid-state laser apparatus (1,101,102,103) of the present disclosure is merely an example, and for example, the laser medium 33 and the saturable absorber 35 may not be bonded.
＜利用例＞
図６は一例として、本実施形態の固体レーザ装置１を搭載した眼科用レーザ治療装置２００を示す。なお図６は、後述する選択的レーザー線維柱帯形成術の場合を示している。本実施形態の眼科用レーザ治療装置２００は、患者眼Ｅｐに第１波長の治療レーザ光を照射する第１照射手段８と、患者眼Ｅｐに第２波長の治療レーザ光を照射する第２照射手段９とを備える。眼科用レーザ治療装置２００は更に、患者眼Ｅｐを観察するための観察手段７を備える。観察手段は対物レンズ６９とダイクロイックミラー６８を第１照射手段８等と兼用し、変倍レンズ群７１と術者眼Ｅｏが覗く接眼レンズ７２を備える。本実施形態では第１照射手段８と第２照射手段９と観察手段７は筐体６に収容されている。本実施形態では第１照射手段８と第２照射手段９とで固体レーザ装置１を共用する。
<Usage example>
FIG. 6 shows, as an example, an ophthalmic laser treatment device 200 equipped with the solid-state laser device 1 of the present embodiment. Note that FIG. 6 shows the case of selective laser trabeculoplasty described later. The ophthalmic laser treatment apparatus 200 of the present embodiment includes a first irradiation means 8 for irradiating the patient's eye Ep with the treatment laser light of the first wavelength, and a second irradiation for irradiating the patient's eye Ep with the treatment laser light of the second wavelength. The means 9 is provided. The ophthalmic laser treatment apparatus 200 further includes an observation means 7 for observing the patient's eye Ep. As the observing means, the objective lens 69 and the dichroic mirror 68 are also used as the first irradiation means 8 and the like, and the variable magnification lens group 71 and the eyepiece 72 that the operator's eye Eo looks into are provided. In the present embodiment, the first irradiation means 8, the second irradiation means 9, and the observation means 7 are housed in the housing 6. In the present embodiment, the solid-state laser device 1 is shared by the first irradiation means 8 and the second irradiation means 9.
先ず、第１照射手段８を用いた後発白内障の治療方法を説明する。第１照射手段８は光軸Ｌ２を備える第１照射光学系を用いて、固体レーザ装置１から出射されるレーザ光ＢＬを患者眼Ｅｐに照射する。なお第１照射手段８で患者眼Ｅｐにレーザ光ＢＬを照射する際には、術者が治療モード切換手段を操作して、挿脱ミラー６２を光路外に退避しておく。本実施形態の第１照射手段８は、固体レーザ装置１、エネルギー調節部６１（減衰手段）、ミラー６３、ミラー６４、ダイクロイックミラー６５、シャッター６６、ビームエキスパンダ６７、ダイクロイックミラー６８、および対物レンズ６９を備える。術者が操作するトリガスイッチに基づき固体レーザ装置１から出射されたレーザ光ＢＬ（波長１０６４ｎｍでありパルス幅３ｎｓ未満）は、エネルギー調節部６１で減衰（調節）される。本実施形態のエネルギー調節部６１は、回動可能な１／２波長板と固設した偏光板とで構成される（例えば特開２０００－１４６７９号公報参照）。エネルギー調節部６１は、患者眼Ｅｐに照射する治療レーザ光のエネルギーを調節する。
First, a method for treating late cataract using the first irradiation means 8 will be described. The first irradiation means 8 irradiates the patient's eye Ep with the laser beam BL emitted from the solid-state laser apparatus 1 by using the first irradiation optical system including the optical axis L2. When the first irradiation means 8 irradiates the patient's eye Ep with the laser beam BL, the operator operates the treatment mode switching means to retract the insertion / removal mirror 62 out of the optical path. The first irradiation means 8 of the present embodiment includes a solid-state laser device 1, an energy adjusting unit 61 (attenuating means), a mirror 63, a mirror 64, a dichroic mirror 65, a shutter 66, a beam expander 67, a dichroic mirror 68, and an objective lens. 69 is provided. The laser beam BL (wavelength 1064 nm and pulse width less than 3 ns) emitted from the solid-state laser device 1 based on the trigger switch operated by the operator is attenuated (adjusted) by the energy adjusting unit 61. The energy adjusting unit 61 of the present embodiment is composed of a rotatable 1/2 wave plate and a fixed polarizing plate (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-14679). The energy adjusting unit 61 adjusts the energy of the treatment laser beam irradiating the patient's eye Ep.
エネルギー調節部６１を通過したレーザ光ＢＬは、光路外に退避された挿脱ミラー６２を通過してミラー６３に入射する。ミラー６３に入射したレーザ光ＢＬは、ミラー６４で反射した後、ダイクロイックミラー６５を透過してシャッター６６の開口部を通過する。シャッター６６を通過したレーザ光ＢＬは、ビームエキスパンダ６７でビーム径が拡大される。ダイクロイックミラー６８で反射したレーザ光ＢＬは対物レンズ６９とコンタクトレンズＣＬを介して患者眼Ｅｐに入射する。
The laser beam BL that has passed through the energy adjusting unit 61 passes through the insertion / removal mirror 62 that is retracted outside the optical path and is incident on the mirror 63. The laser beam BL incident on the mirror 63 is reflected by the mirror 64, passes through the dichroic mirror 65, and passes through the opening of the shutter 66. The beam diameter of the laser beam BL that has passed through the shutter 66 is expanded by the beam expander 67. The laser beam BL reflected by the dichroic mirror 68 is incident on the patient's eye Ep via the objective lens 69 and the contact lens CL.
患者眼Ｅｐの水晶体後嚢部ではレーザ光ＢＬに基づくプラズマが発生し、白濁した後嚢に穴が空く。なお前述したビームエキスパンダ６７は、プラズマを発生し易くするためビーム径を拡大している。本実施形態の固体レーザ装置１は利得幅内の縦モード数が少ないため、例えば、患者眼Ｅｐの照射するレーザ光ＢＬのエネルギーが少なくてもプラズマを安定して発生させ易い。また、本実施形態の固体レーザ装置１はパルス幅が３ｎｓ未満であるため、プラズマを発生させ易い。つまりパルス幅を短くすることでピークパワーを大きくし易い。ピークパワーが大きいことでプラズマが発生され易い。また効率よくピークパワーを得られるため、固体レーザ装置１の高出力化も抑制されている。また本実施形態の固体レーザ装置１は直線偏光されたレーザ光ＢＬを出力するため、患者眼Ｅｐに照射する治療レーザ光（レーザ光ＢＬ）を、エネルギー効率よく調節できる。なおパルス幅を狭めるほど（例えば２ｎｓ未満）、プラズマが発生され易くなる。
Plasma based on the laser beam BL is generated in the posterior lens capsule of the patient's eye Ep, and a hole is formed in the posterior capsule that becomes cloudy. The beam expander 67 described above has an enlarged beam diameter in order to facilitate the generation of plasma. Since the solid-state laser device 1 of the present embodiment has a small number of longitudinal modes within the gain width, for example, it is easy to stably generate plasma even if the energy of the laser beam BL irradiated by the patient's eye Ep is small. Further, since the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment has a pulse width of less than 3 ns, it is easy to generate plasma. That is, it is easy to increase the peak power by shortening the pulse width. Plasma is likely to be generated due to the large peak power. Further, since the peak power can be efficiently obtained, the increase in the output of the solid-state laser apparatus 1 is also suppressed. Further, since the solid-state laser device 1 of the present embodiment outputs the linearly polarized laser light BL, the therapeutic laser light (laser light BL) to be applied to the patient's eye Ep can be adjusted with energy efficiency. The narrower the pulse width (for example, less than 2 ns), the easier it is for plasma to be generated.
次いで、第２照射手段９を用いた選択的レーザー線維柱帯形成術（ＳＬＴ）を説明する。第２照射手段９は光軸Ｌ３を備える第２照射光学系を用いて、固体レーザ装置１から出射されるレーザ光ＢＬを患者眼Ｅｐに照射する。なお第２照射手段９で患者眼Ｅｐにレーザ光ＢＬを照射する際には、術者が治療モード切換手段を操作して、挿脱ミラー６２を光路内に挿入しておく。本実施形態の第２照射手段９は、固体レーザ装置１、エネルギー調節部６１、挿脱ミラー６２、縮小光学系７３、波長変換器７４（波長変換手段）、ダイクロイックミラー６５、シャッター６６、ビームエキスパンダ６７、ダイクロイックミラー６８、および対物レンズ６９を備える。術者が操作するトリガスイッチに基づき固体レーザ装置１から出射されたレーザ光ＢＬ（波長１０６４ｎｍのパルス）は、エネルギー調節部６１で減衰された後、光路内に挿入された挿脱ミラー６２で反射する。挿脱ミラー６２で反射したレーザ光ＢＬは、縮小光学系７３でビーム径が縮小された後、波長変換器７４に入射する。波長変換器７４では、入射した波長１０６４ｎｍのビームを５３２ｎｍに変換する。本実施形態の波長変換器７４はＫＴＰである。波長変換器７４で波長変換されたレーザ光ＢＬは、ダイクロイックミラー６５で反射してシャッター６６の開口部を通過する。以降、ビームエキスパンダ６７でビーム径が拡大され、ダイクロイックミラー６８で反射したレーザ光ＢＬは、対物レンズ６９とコンタクトレンズＣＬを介して患者眼Ｅｐに入射する。患者眼Ｅｐの線維柱帯には５３２ｎｍに波長変換されたレーザ光ＢＬが照射される。本実施形態の固体レーザ装置１は偏光制御したレーザ光ＢＬを出力するため、波長変換器７４で効率よく波長変換できる。
Next, selective laser trabeculoplasty (SLT) using the second irradiation means 9 will be described. The second irradiation means 9 irradiates the patient's eye Ep with the laser beam BL emitted from the solid-state laser apparatus 1 by using the second irradiation optical system including the optical axis L3. When the second irradiation means 9 irradiates the patient's eye Ep with the laser beam BL, the operator operates the treatment mode switching means to insert the insertion / removal mirror 62 into the optical path. The second irradiation means 9 of the present embodiment includes a solid-state laser device 1, an energy adjusting unit 61, an insertion / removal mirror 62, a reduction optical system 73, a wavelength converter 74 (wavelength conversion means), a dichroic mirror 65, a shutter 66, and a beam extract. It includes a panda 67, a dichroic mirror 68, and an objective lens 69. The laser beam BL (pulse with a wavelength of 1064 nm) emitted from the solid-state laser device 1 based on the trigger switch operated by the operator is attenuated by the energy adjusting unit 61 and then reflected by the insertion / removal mirror 62 inserted in the optical path. do. The laser beam BL reflected by the insertion / removal mirror 62 is incident on the wavelength converter 74 after the beam diameter is reduced by the reduction optical system 73. The wavelength converter 74 converts the incident beam having a wavelength of 1064 nm into 532 nm. The wavelength converter 74 of this embodiment is KTP. The laser beam BL whose wavelength has been converted by the wavelength converter 74 is reflected by the dichroic mirror 65 and passes through the opening of the shutter 66. After that, the beam diameter is expanded by the beam expander 67, and the laser beam BL reflected by the dichroic mirror 68 is incident on the patient's eye Ep via the objective lens 69 and the contact lens CL. The trabecular meshwork of the patient's eye Ep is irradiated with laser light BL whose wavelength is converted to 532 nm. Since the solid-state laser apparatus 1 of the present embodiment outputs the polarization-controlled laser light BL, the wavelength converter 74 can efficiently convert the wavelength.
本実施形態の固体レーザ装置１を用いた眼科用レーザ治療装置２００は、固体レーザ装置１と、固体レーザ装置１から出力されるレーザ光を波長変換する波長変換手段と、固体レーザ装置１から出力されるレーザ光を用いて、第１波長の治療レーザ光を患者眼に照射する第１照射手段８を備えている。また眼科用レーザ治療装置２００は更に、波長変換手段を用いて、第２波長の治療レーザ光を患者眼に照射する第２照射手段９と、固体レーザ装置１から出力されるレーザ光を所定の割合へと減衰する減衰手段とを備えている。これにより、例えば、簡素な構成ながらも波長が異なる治療レーザ光を患者眼に照射できる。眼科用レーザ治療装置を小型化し易い。なお本開示は一例にすぎず、固体レーザ装置１を搭載した眼科用レーザ治療装置が、第１照射手段と第２照射手段のいずれか一方を備えるだけでもよい。また、本開示の技術を適用可能な眼科用レーザ装置はこれに限るものでは無い。例えば、患者眼の網膜に治療レーザ光を照射して、この治療レーザ光で凝固班を生成する光凝固装置に本開示の固体レーザ装置を用いてもよい。従来の眼科用レーザ治療装置（例えば特開２０１６－１９３０７１号公報）では、共振器長の長いレーザ光源が搭載されていた。詳細には、特開２０１７－１８３５０５号公報の固体レーザ装置のように、共振器内に偏光子が斜設され、また利得幅内の縦モード数が実質的に５本以上のレーザ光源が搭載されていた。このため、眼科用レーザ治療装置が大型化し易く、また治療レーザ光のビーム品質を向上させ難かった。このビーム品質の課題の一例として、パルス波形が安定し難く、治療レーザ光を用いた気中プラズマの下限値（閾値）を下げ難かった。これに対して本実施形態では、例えば、眼科用レーザ治療装置２００を小型化し易い。また気中プラズマの下限値を下げ易い。本実施形態の固体レーザ装置を用いた眼科用レーザ治療装置は、例えば、眼科用レーザ治療装置の構成を簡素でき、治療レーザ光のビーム品質を向上でき、また眼科用レーザ装置を小型化し易い。
The ophthalmic laser treatment device 200 using the solid-state laser device 1 of the present embodiment includes a solid-state laser device 1, a wavelength conversion means for wavelength-converting the laser light output from the solid-state laser device 1, and an output from the solid-state laser device 1. The first irradiation means 8 for irradiating the patient's eye with the treatment laser light of the first wavelength by using the laser light to be generated is provided. Further, the ophthalmic laser treatment device 200 further uses a wavelength conversion means to irradiate the patient's eye with the treatment laser light of the second wavelength, and predetermined laser light output from the solid-state laser device 1. It is equipped with a damping means that attenuates to a proportion. Thereby, for example, it is possible to irradiate the patient's eye with therapeutic laser light having a simple structure but different wavelengths. It is easy to miniaturize the laser treatment device for ophthalmology. The present disclosure is merely an example, and the ophthalmic laser treatment device equipped with the solid-state laser device 1 may only include either the first irradiation means or the second irradiation means. Further, the ophthalmic laser device to which the technique of the present disclosure can be applied is not limited to this. For example, the solid-state laser device of the present disclosure may be used as a photocoagulation device that irradiates the retina of the patient's eye with a therapeutic laser beam and generates a coagulation spot with the therapeutic laser beam. A conventional laser treatment device for ophthalmology (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-193071) is equipped with a laser light source having a long resonator length. Specifically, as in the solid-state laser device of JP-A-2017-183505, a laser light source in which a polarizer is obliquely provided in the resonator and the number of longitudinal modes within the gain width is substantially 5 or more is mounted. It had been. Therefore, the size of the laser treatment device for ophthalmology tends to be large, and it is difficult to improve the beam quality of the treatment laser light. As an example of this beam quality problem, it was difficult to stabilize the pulse waveform, and it was difficult to lower the lower limit value (threshold value) of the aerial plasma using the therapeutic laser light. On the other hand, in the present embodiment, for example, the ophthalmic laser treatment device 200 can be easily miniaturized. In addition, it is easy to lower the lower limit of the aerial plasma. The ophthalmic laser treatment apparatus using the solid-state laser apparatus of the present embodiment can simplify the configuration of the ophthalmic laser treatment apparatus, improve the beam quality of the therapeutic laser light, and facilitate the miniaturization of the ophthalmic laser treatment apparatus.
＜その他＞
なお本開示の固体レーザ装置はレーザ光ＢＬをパルス出力するため可飽和吸収体３５を備えるが、可飽和吸収体３５を備えない固体レーザ装置の態様であってもよい。つまりフォトニック結晶を用いた偏光制御で光共振器長を短くできればよい。また本開示の固体レーザ装置は光共振器の光損失を変化させるＱスイッチとして可飽和吸収体３５（言い換えるなら受動Ｑスイッチ）を用いるが、これに限るものでは無く、Ｑスイッチで光共振器の光損失を変化できればよい。例えば能動Ｑスイッチ（ＡＯＭ，ＥＯＭ等）を用いてもよい。Ｑスイッチとフォトニック結晶を組み合わせて、例えば、共振器長を抑制しつつ、直線偏光されたレーザ光ＢＬをパルス（ジャイアントパルス）として出力できればよい。なおフォトニック結晶を形成する箇所は、光共振器を構成する反射手段（図１の第２反射部４１等）、又は偏光制御用として独立した部材（図９の偏光制御部５７）に限らない。例えばレーザ媒質３３や可飽和吸収体３５の表面に、偏光制御するためのフォトニック結晶を形成してもよい。つまりレーザ媒質３３や可飽和吸収体３５の表面に、フォトニック結晶をコーティングで形成してもよい。光共振器間に偏光制御するためのフォトニック結晶が配置されればよい。
<Others>
The solid-state laser apparatus of the present disclosure includes a saturable absorber 35 for pulse-outputting the laser beam BL, but may be an embodiment of a solid-state laser apparatus not provided with the saturable absorber 35. That is, it suffices if the optical resonator length can be shortened by polarization control using a photonic crystal. Further, the solid-state laser apparatus of the present disclosure uses a saturable absorber 35 (in other words, a passive Q switch) as a Q switch for changing the optical loss of the optical cavity, but the present invention is not limited to this, and the Q switch is used for the optical resonator. It suffices if the light loss can be changed. For example, an active Q-switch (AOM, EOM, etc.) may be used. It suffices if the Q-switch and the photonic crystal can be combined to output linearly polarized laser light BL as a pulse (giant pulse) while suppressing the resonator length, for example. The location where the photonic crystal is formed is not limited to the reflecting means (second reflecting unit 41 or the like in FIG. 1) constituting the optical resonator or an independent member for polarization control (polarization control unit 57 in FIG. 9). .. For example, a photonic crystal for controlling polarization may be formed on the surface of the laser medium 33 or the saturable absorber 35. That is, a photonic crystal may be formed by coating on the surface of the laser medium 33 or the saturable absorber 35. A photonic crystal for controlling polarization may be arranged between the optical resonators.
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲及びこれ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。
The embodiments disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims and their equivalents.