具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的激光器装置详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光器装置10的概略结构的图。激光器装置10是通过作为激光介质的气体中的放电而使气体分子激励，使激光振荡的气体激光器。激光器装置10是使用包含二氧化碳(CO₂)的激光介质而进行激光振荡的CO₂激光器。

激光器装置10具有使波长彼此不同的多个光束进行共振的第1反射镜3及第2反射镜4。第1反射镜3和第2反射镜4构成谐振器。第1反射镜3分别对多个光束进行反射。第2反射镜4分别关于多个光束，将射入的光束之中的一部分进行反射，并且将射入的光束之中的一部分透过。激光器装置10将经过了第2反射镜4的多个光束进行输出。

激光器装置10具有使多个光束分别衍射的衍射光栅2。衍射光栅2关于以光束中心轴的朝向彼此不同的状态从第1反射镜3射入的多个光束，使光束中心轴彼此一致而向第2反射镜4行进。另外，衍射光栅2关于以光束中心轴彼此一致的状态从第2反射镜4射入的多个光束，使光束中心轴的朝向彼此不同而向第1反射镜行进。此外，光束中心轴设为是表示激光束的光束中心的轴。光束沿光束中心轴的朝向行进。

激光器装置10具有对激光介质进行收容的收容部1。激光介质是在第1反射镜3和衍射光栅2之间行进的多个光束所经过的介质。激光介质具有在多个光束的各波长中出现峰值的离散性的增益谱。

激光器装置10通过使多个光束的光束中心轴一致，从而使多个光束进行耦合。激光器装置10将光束中心轴彼此一致的状态的多个光束进行输出。

图2是表示图1所示的激光器装置10进行振荡的多个光束的增益谱的例子的图。在图2所示的图形中，纵轴表示增益，横轴表示波长。在图形中，设为“g”表示增益，“λ”表示波长。离散性的增益谱设为是在由激光器装置10进行振荡的激光的波段中增益的峰值存在大于或等于2个且彼此分离，在该峰值间增益实质上不有助于激光振荡的波段存在的状态的增益谱。激光介质在大于或等于2个特定的波长中具有增益的峰值。

图2所示的增益谱具有峰值处的增益的水平(level)彼此不同的7个峰值。波长λ₁中的峰值是在由激光器装置10进行振荡的激光的波段中增益成为最大的g₁的峰值。波长λ₂中的峰值是增益成为仅次于g₁而第二大的g₂的峰值。波长λ₃中的峰值是增益成为仅次于g₂而第三大的g₃的峰值。在峰值彼此之间空出图形是表示峰值彼此之间的波段实质上不有助于激光振荡。此外，增益谱中的峰值的数量只要为多个即可，设为任意的数量。

图1所示的激光器装置10的激光介质具有离散性的增益谱，由此对峰值波长彼此不同的多个激光进行振荡。此外，在图2中分别示出了波长为λ₁、λ₂、λ₃这3个光束。

在图1中，x轴、y轴及z轴设为彼此垂直的3轴。激光器装置10所具有的光学系统的光轴由衍射光栅2折回。z轴表示衍射光栅2和第1反射镜3之间的光轴。第1反射镜3和衍射光栅2配置于z轴上。第2反射镜4配置于从z轴由衍射光栅2折回的前端的光轴上。

在收容部1内，多个光束经过由x轴、y轴及z轴表示的三维空间之中的彼此不同的位置。在收容部1内，图1所示的3条光束的各光束中心轴在与x轴和z轴平行的面内，相对于z轴的倾斜度彼此不同，且彼此不相交。多个光束各自由彼此不同的位置处的激光介质同时地放大。

图1所示的衍射光栅2是对射入的光进行反射而使衍射光产生的反射型的衍射光栅。在衍射光栅2的反射面形成有一定间隔的光栅图案。衍射光栅2具有将向衍射光栅2射入的光针对每个波长向不同的朝向反射的波长特性。通过该波长特性，衍射光栅2将从第2反射镜4射入的多个光束分别向彼此不同的朝向反射。由此，衍射光栅2关于以光束中心轴彼此一致的状态从第2反射镜4射入的多个光束，使光束中心轴的朝向彼此不同而向第1反射镜3行进。从衍射光栅2朝向第1反射镜3的多个光束的行进方向分散，由此多个光束在激光介质中经过彼此不同的位置。

另外，衍射光栅2根据上述的波长特性，将彼此形成不同的入射角度而向衍射光栅2射入的多个光向相同的朝向反射。衍射光栅2将在从第1反射镜3经过激光介质后射入的多个光束分别向相同的朝向反射。由此，衍射光栅2关于以光束中心轴的朝向彼此不同的状态从第1反射镜3射入的多个光束，使彼此光束中心轴一致而向第2反射镜4行进。此外，衍射光栅2也可以是使射入的光透过而产生衍射光的透过型的衍射光栅。

衍射光栅2的衍射效率根据偏振状态而变化。激光器装置10通过使在衍射光栅2中能够实现高的衍射效率的偏振和谐振器中的损耗更少的偏振一致，从而能够实现高效率和高输出。如果举例，则在使用具有反射率根据偏振而变化的反射特性的第1反射镜3的情况下，通过设置针对能够由衍射光栅2实现高的衍射效率的偏振和共通的偏振而能够实现高的反射率的第1反射镜3，从而激光器装置10能够抑制谐振器中的光的损耗，能够实现高效率和高输出。

衍射光栅2可以是能够关于特定的次数的衍射光而得到最大的衍射效率的闪耀衍射光栅。在被称为闪耀波长的波长的光向闪耀衍射光栅射入的情况下，闪耀衍射光栅使光强度集中于特定的次数的衍射光，且使其他次数的衍射光的光强度降低。通过对衍射光栅2的朝向进行设定以使得多个光束的各波长之中的任1个与闪耀波长一致，并且能够对特定的次数的衍射光即光束进行振荡，由此激光器装置10能够实现高效率和高输出。

第1反射镜3是设置于谐振器的两端之中的设置有激光介质侧的一端的反射镜。第1反射镜3具有能够实现谐振器的功能的反射率。在第1反射镜3的反射面例如实施了大于或等于99％的高反射率的涂层。第1反射镜3将由衍射光栅2彼此分散出的多个光束向沿各个光束中心轴的方向反射。

第2反射镜4是设置于谐振器的两端之中的与设置有激光介质侧相反侧的一端的反射镜。第2反射镜4是使通过衍射光栅2将光束中心轴叠加后的多个光束即耦合光束的一部分向沿光束中心轴的方向反射，并且使耦合光束的一部分透过的部分反射镜。在第2反射镜4的反射面例如实施了具有从50％至95％的反射率的涂层。另外，激光器装置10通过对构成第2反射镜4的基材的材料选择能够相对于进行振荡的各光束的波长而实现低损耗的材料，从而能够抑制谐振器中的光的损耗。

第1反射镜3的反射面和第2反射镜4的反射面可以是平面、凹面及凸面中的任意者。可以在凹面和凸面适当地应用球面、非球面、柱面或环形面这样的各种曲面。

接下来，对激光器装置10中的光束的动作进行说明。衍射光栅2的光栅图案、配置衍射光栅2的位置和衍射光栅2的朝向设定为，在衍射光栅2和第1反射镜3之间将多个光束分散，并且在衍射光栅2和第2反射镜4之间将多个光束进行耦合。多个光束在往复于第1反射镜3和第2反射镜4之间的期间，重复通过衍射光栅2进行的分散和耦合。在谐振器内多个光束进行往复后，多个光束重复经过激光介质而被放大。在谐振器内放大的各光束的一部分透过第2反射镜4，从谐振器向沿各光束的光束中心轴的方向射出。激光器装置10将从谐振器射出的多个光束即耦合光束进行输出。

实施方式1所涉及的激光器装置10通过衍射光栅2使多个光束分散，由此通过收容部1内的彼此不同的位置处的激光介质使多个光束同时地放大。另外，激光器装置10通过衍射光栅2使多个光束进行耦合，输出耦合光束。由激光器装置10进行的激光输出成为多个波长的各光束的输出的合计。激光器装置10通过使波长彼此不同的多个光束振荡，从而与仅使1个波长的光束振荡的情况相比能够得到高的激光输出。

接下来，对激光介质具有离散性的增益谱的优点进行说明。图3是对通过图1所示的激光器装置10进行振荡的多个光束的动作进行说明的图。在图3中示出了实施方式1所涉及的激光器装置10和实施方式1的对比例所涉及的激光器装置10A。在激光器装置10A的收容部1A中收容有具有连续性的增益谱的激光介质。在图3中，关于各激光器装置10、10A，示出了表示波长“λ”和增益“g”之间的关系的增益谱、和表示波长“λ”和光束强度“I”之间的关系的强度谱。在图3中，关于在各激光器装置10、10A中振荡的多个光束之中的2个即波长λ₁、λ₂的各光束进行了图示。

连续性的增益谱设为是在由激光器装置10进行振荡的激光的波段中，该波段的增益能够有助于该波段的激光的振荡的状态的增益谱。连续性的增益谱例如是该波段中增益的峰值形成为1个峰这样的增益谱。在光束经过具有连续性的增益谱的激光介质的情况下，在激光介质中，除了通过衍射光栅2重复进行分散和耦合的多个光束以外，不有助于分散及耦合的光束也进行振荡。该现象是被称为串扰振荡的现象。在图3中，波长λ_C的光束是通过串扰振荡而产生的光束的1个，且是由于在波长λ₁和波长λ₂之间所包含的波长λ_C也存在增益而产生的。

在图3中，将在激光器装置10A中传输的波长λ_C的光束通过虚线表示。在谐振器之外，在波长λ_C的光束的光束中心轴和多个光束的光束中心轴之间发生摇摆。如上所述，通过串扰振荡而产生的光束可能成为使从激光器装置10A振荡的激光束的品质降低的原因。另外，激光器装置10A通过串扰振荡而产生的光束越多，则输出越降低。

在实施方式1所涉及的激光器装置10中，增益谱的峰值彼此之间的波段是不有助于激光振荡的波段，在波长λ₁和波长λ₂之间所包含的波长λ_C不存在增益。激光器装置10由于激光介质的增益谱是离散性的增益谱，因此能够抑制串扰振荡。由此，激光器装置10能够提高光束品质和提高输出。由此，激光器装置10能够使波长彼此不同的多个光束进行耦合而输出，且能够实现高效率、高输出和光束的高品质化。

激光介质只要包含CO₂即可，也可以是包含CO₂和其他气体的混合气体。在这里，将包含CO₂和其他气体的混合气体称为CO₂激光气体。CO₂激光气体除了CO₂以外，还可以包含氮气(N₂)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、氢气(H₂)、氙气(Xe)或者氧气(O₂)等。在CO₂激光气体为低压力，例如低于100Torr左右的气体压力的情况下，CO₂激光气体即激光介质具有离散性的增益谱。

假设如果使波长彼此不同的多个光束在激光介质中叠加，则光束彼此的激光振荡在激光介质内发生冲突，由此仅增益最大的波长的光束选择性地进行振荡。在实施方式1中，激光器装置10的激光介质具有离散性的增益谱，由此使与增益谱的各峰值相对应的波长的多个光束进行振荡。在激光介质为CO₂激光气体的情况下，在激光器装置10中，分别被称为P(20)、P(18)及P(22)的10.59μm、10.57μm及10.61μm的各波长的光束进行振荡。此外，激光器装置10也可以使除了P(20)、P(18)及P(22)以外的光束振荡。

激光器装置10只要设为在激光介质中以下述程度将多个光束分散即可，即，不会仅增益最大的波长的光束选择性地振荡的程度。在激光介质中用于使多个光束分散的调整能够通过适当选择衍射光栅2的刻线数而进行。激光器装置10通过将波长彼此不同的光束彼此由激光介质重合，从而能够抑制每个光束的振荡冲突的现象，能够使多个光束高效地振荡。由此，激光器装置10能够实现高效率和高输出。

接下来，对实施方式1所涉及的激光器装置10的变形例进行说明。图4是表示实施方式1的变形例1所涉及的激光器装置11的概略结构的图。变形例1是在衍射光栅2和第2反射镜4之间至少设置1个光阑5的例子。激光器装置11除了设置有光阑5以外，具有与图1所示的激光器装置10相同的结构。光阑5是将多个光束的横模一并地调整的调整部。

光阑5使射入的光的一部分经过，并且对射入的光的一部分限制经过。在图4所示的激光器装置11设置有2个光阑5。2个光阑5设置于衍射光栅2和第2反射镜4之间的光束的传输路径。

在图4中，x’轴、y’轴及z’轴设为彼此垂直的3轴。z’轴表示衍射光栅2和第2反射镜4之间的光轴。第2反射镜4和衍射光栅2配置于z’轴上。光阑5进行抑制x’轴方向及y’轴方向上的光束的摇摆、将多个光束的光束中心轴汇总为1个的调整。另外，光阑5对光束的横模进行限定。激光器装置11通过设置光阑5，从而将各光束的光束中心轴汇总为1个，并且对各光束的横模进行调整，能够使多个光束振荡。

x’轴方向及y’轴方向上的光阑5的形状及直径能够与所要振荡的光束的横模相应地适当设定。例如，为了使具有TEM(Transverse Electro Magnetic)₀₀的横模的光束振荡而使用圆形的光阑5。在对光阑5进行配置的位置处，x’轴方向的光束直径和y’轴方向的光束直径存在显著的差的情况下，光阑5的形状可以如椭圆形那样，设为使x’轴方向的宽度和y’轴方向的宽度不同的形状。

在激光器装置11中，可以取代光阑5而设置用于对多个光束的横模进行调整的调整部即狭缝。在激光器装置11中，可以设置用于对x’轴方向上的横模进行调整的狭缝和用于对y’轴方向上的横模进行调整的狭缝。激光器装置11通过设置2个狭缝，从而能够对光束的横模进行调整。

图5是表示实施方式1的变形例2所涉及的激光器装置12的概略结构的图。变形例2是在收容部1和第1反射镜3之间设置针对每个光束的光阑5的例子。激光器装置12除了设置有光阑5以外，具有与图1所示的激光器装置10共通的结构。光阑5是针对每个光束对多个光束的横模进行调整的调整部。

激光器装置12针对由衍射光栅2分散出的每个光束而设置光阑5，由此能够使用针对每个光束的波长而设定出优化的直径的光阑5。激光器装置12能够通过各光阑5针对每个光束而进行用于将光束中心轴汇总为1个的调整和横模的调整。另外，激光器装置12通过对各光阑5的直径进行调整，从而能够进行针对每个光束的强度调整。激光器装置12通过针对每个光束的强度调整，能够使各光束的强度均一化。

图6是对图5所示的激光器装置12中的各光束的强度的均一化进行说明的图。在图6中，示出了表示波长“λ”和增益“g”之间的关系的增益谱、通过波长“λ”和损耗“A”之间的关系而表示由各光阑5针对每个光束带来的损耗的损耗谱、和表示波长“λ”和光束强度“I”之间的关系的强度谱。

通过各光阑5带来的损耗“A”设定为，增益谱的峰值处的增益“g”的水平越大，则损耗“A”变得越大。在图6所示的例子中，针对增益成为最大的g₁的波长λ₁的光束，在通过各光阑5带来的损耗“A”中设定最大的损耗A₁。关于除了波长λ₁的光束以外的各光束，也将损耗“A”设定为峰值处的增益“g”的水平越大，则损耗“A”变得越大。增益“g”的峰值越大的光束，则通过光阑5带来的损耗变得越大，且增益“g”的峰值越小的光束，则通过光阑5带来的损耗变得越小，由此将各光束的强度均一化。

将多个光束的各波长之中的任意的波长设为λ_n、将波长λ_n的光束的增益设为g_n，通过光阑5针对波长λ_n的光束带来的损耗A_n满足以下所示的式(1)。n设为大于或等于2的整数。在式(1)中，L设为z轴方向上的收容部1的长度。此外，收容部1的长度不是收容部1的外观的长度，而是指由将用于激光介质的激励的空间包围的面构成的立体的长度。

(1－A_n)²＝(1－A₁)²exp{2(g₁－g_n)L}···(1)

在波长λ_n的光束是具有TEM₀₀的横模的光束的情况下，如果将光束的1/e²半径设为ω_n，则损耗A_n满足以下所示的式(2)。在式(2)中，φ_n设为与波长λn的光束对应的光阑5的直径。

A_n＝exp(－2φ_n ²/ω_n ²)···(2)

激光器装置12通过针对各光束而设置满足上述的式(1)及式(2)的光阑5，从而能够使各光束的强度均一化。此外，在激光器装置12中，也可以取代光阑5而设置用于对横模进行调整的调整部即狭缝。在激光器装置12中，可以针对每个光束而设置用于对x轴方向上的横模进行调整的狭缝、和用于对y轴方向上的横模进行调整的狭缝。

图7是表示实施方式1的变形例3所涉及的激光器装置13的概略结构的图。变形例3是第1反射镜3具有反射面的例子，该反射面针对光束所射入的每个区域而具有不同的反射率。激光器装置13除了第1反射镜3具有该反射面以外，具有与图1所示的激光器装置10共通的结构。此外，在图7中，关于激光器装置13之中的除了收容部1及第1反射镜3以外的结构要素而省略了图示。

通过衍射光栅2分散出的各光束向第1反射镜3的反射面之中的彼此不同的区域射入。此外，在图7中示出了多个光束之中的各个波长为λ₁、λ₂、λ₃这3个光束，并且第1反射镜3之中的该3个光束所射入的部分。波长λ₁的光束向反射面之中的区域3a射入。波长λ₂的光束向反射面之中的区域3b射入。波长λ₃的光束向反射面之中的区域3c射入。

反射面之中的光束所射入的每个区域的反射率设定为，对于增益谱的峰值处的增益“g”的水平越大的光束所射入的区域，将反射率设定得越低。在图2所示的例子中，在增益成为最大的g₁的波长λ₁的光束所射入的区域3a，设定各光束所射入的每个区域的反射率中最低的反射率r₁。反射面之中的除了区域3a以外的各区域的反射率也设定为对于峰值处的增益“g”的水平越大的激光所射入的区域，将反射率设定地越低。增益“g”的峰值越大的光束，第1反射镜3中的反射率越低，且增益“g”的峰值越小的光束，第1反射镜3中的反射率越高，由此将各光束的强度均一化。

将多个光束的各波长之中的任意的波长设为λ_n、将波长λ_n的光束的增益设为g_n，第1反射镜3之中的波长λ_n的光束所射入的区域中的反射率r_n满足以下的式(3)。n设为大于或等于2的整数。L设为z轴方向上的收容部1的长度。

r_n＝r₁exp{2(g₁－g_n)L}···(3)

激光器装置13的第1反射镜3的反射面之中的各光束所射入的区域的反射率满足上述的式(3)，由此能够使各光束的强度均一化。

在第1反射镜3的反射面设为凹面的情况下，第1反射镜3的剖面中的凹面的曲率半径可以等于衍射光栅2和第1反射镜3之间的距离。由此，从衍射光栅2朝向第1反射镜3分散出的各光束在通过第1反射镜3反射后再次由衍射光栅2叠加。

在将第1方向和第2方向设为彼此垂直的方向的情况下，第1反射镜3的反射面可以是在第1方向具有弯曲且在第2方向不具有弯曲的柱面。在该情况下，第1反射镜3之中的包含第1方向的剖面中的柱面的曲率半径，可以等于衍射光栅2和第1反射镜3之间的距离。

第1反射镜3的反射面可以是环形面。在该情况下，第1反射镜3之中的包含第1方向的剖面中的柱面的曲率半径，可以等于衍射光栅2和第1反射镜3之间的距离。第1反射镜3之中的包含第2方向的剖面中的柱面的曲率，设为能够作为共振镜起作用的曲率。能够作为共振镜起作用的曲率是指，共振镜中的光的入射位置能够变得恒定且波面能够变得恒定的曲率。

图8是表示实施方式1的变形例4所涉及的激光器装置14的概略结构的图。变形例4是在衍射光栅2和收容部1之间设置凸透镜6的例子。激光器装置14除了设置有凸透镜6以外，具有与图1所示的激光器装置10共通的结构。

凸透镜6是下述光学元件，即，将从衍射光栅2分散传输的多个光束平行化而朝向收容部1，并且使从收容部1向彼此平行的朝向传输的多个光束收敛于衍射光栅2。第1反射镜3的反射面设为与z轴垂直的平面，凸透镜6和衍射光栅2之间的距离等于凸透镜6的焦距。由此，激光器装置14能够使来自第1反射镜3的多个光束收敛于衍射光栅2，并且使从衍射光栅2朝向第1反射镜3的多个光束的各光束中心轴彼此平行。由凸透镜6平行化的多个光束通过第1反射镜3中的反射，在各光束中心轴彼此平行的状态下向凸透镜6射入。向凸透镜6射入的多个光束收敛于衍射光栅2。

此外，激光器装置14使由凸透镜6平行化的多个光束向收容部1行进，由此与使光束中心轴的朝向彼此不同的状态的多个光束向收容部1行进的情况相比，能够在激光介质中提高多个光束的空间利用率。在这里，空间利用率是指收容部1内的空间之中的光束所占的比率。在收容部1的形状为长方体的情况下，通过使多个光束平行化，并且与光束所传输的空间的范围相匹配地设定收容部1的大小，由此收容部1能够提高空间利用率。激光器装置14的空间利用率提高，由此能够使在激光介质中累积的能量的大部分向激光束变换，因此能够实现高效化。

激光器装置14通过由凸透镜6实现的多个光束的平行化，能够抑制激光介质中的光束彼此的重合。激光器装置14通过凸透镜6使各光束折射以使得彼此相邻的光束中的光束中心轴间的距离比双方的光束半径之和更长，由此能够防止光束彼此的重合。由此，激光器装置14能够抑制由波长彼此不同的光束彼此在激光介质中重合所引起的冲突。

图9是表示实施方式1的变形例5所涉及的激光器装置15的概略结构的图。变形例5是对第1衍射光栅即衍射光栅2和第2衍射光栅即衍射光栅7进行设置的例子。激光器装置15除了设置有衍射光栅7以外，具有与图1所示的激光器装置10共通的结构。

衍射光栅7将从衍射光栅2分散传输的多个光束平行化而朝向收容部1，并且使从收容部1向彼此平行的朝向传输的多个光束收敛于衍射光栅2。衍射光栅7承担与上述的凸透镜6相同的功能。由此，激光器装置14能够使来自第1反射镜3的多个光束收敛于衍射光栅2，并且使从衍射光栅2朝向第1反射镜3的多个光束的各光束中心轴彼此平行。由衍射光栅7平行化的多个光束通过第1反射镜3中的反射，在各光束中心轴彼此平行的状态下向衍射光栅7射入。向衍射光栅7射入的多个光束收敛于衍射光栅2。此外，衍射光栅7可以是反射型的衍射光栅和透过型的衍射光栅的任意者。

此外，激光器装置15使由衍射光栅7平行化的多个光束向收容部1行进，由此与上述的变形例4同样地，能够在激光介质中提高多个光束的空间利用率。在收容部1的形状为长方体的情况下，与光束传输的空间的范围相匹配地设定收容部1的大小，由此收容部1能够提高空间利用率。另外，激光器装置15由于多个光束平行化，因此能够抑制由波长彼此不同的光束彼此在激光介质重合所引起的冲突。此外，收容部1的形状不是收容部1的外观的形状，而是指由将用于激光介质的激励的空间包围的面构成的立体的形状。

此外，实施方式1的变形例所涉及的激光器装置11、12、13、14、15所具有的各结构，也可以在上述的激光器装置10中适当组合。

实施方式2.

图10是表示本发明的实施方式2所涉及的激光器装置20的概略结构的图。激光器装置20具有形成平板形状的所谓平板状的收容部8。在实施方式2中，对与上述的实施方式1相同的结构要素标注同一标号，主要对与实施方式1不同的结构进行说明。

收容部8形成为x轴方向的长度和z轴方向的长度各自与y轴方向的长度相比充分长的形状。x轴方向、y轴方向及z轴方向的各长度的比可以为10：1：100左右。即，x轴方向的长度为y轴方向的长度的10倍左右，且z轴方向的长度为y轴方向的长度的100倍左右。z轴方向的长度可以比y轴方向的长度的100倍更长，可以为y轴方向的长度的200倍左右。此外，收容部8的形状不是收容部8的外观的形状，而是指由将用于激光介质的激励的空间包围的面构成的立体的形状。收容部8的长度是指该立体的长度。此外，距离a是第1反射镜3和收容部8内的激光介质之间的距离。

在使向x轴方向排列的m根光束经过收容部8的情况下，收容部8之中的y轴方向上的长度d与各光束的y轴方向上的宽度D相同。在这里，与宽度D相同是包含与宽度D尽可能接近的长度、与宽度D相同程度的情况。另外，在长度d与宽度D相同的情况下，收容部8之中的x轴方向上的长度设为长度d的m倍即md。如上所述，收容部8形成向x轴方向彼此排列的多个光束进行传输的平板形状。由此，激光器装置20能够提高激光介质中的空间利用率，能够实现高效化。

在激光介质中，与实施方式1同样地，使用CO₂激光气体。在平板状的收容部8中收容CO₂激光气体的激光器装置20被称为平板CO₂激光器。平板CO₂激光器由于不需要通过气体循环装置等进行的CO₂激光气体的循环，因此能够实现装置结构的小型化。

在收容部8中，y轴方向的长度d和z轴方向的长度L相对于各光束的波长λ，可以满足以下所示的式(4)。

d²/(4λL)＜1···(4)

在收容部8内的激光介质进行传输的各光束的y轴方向上的模式是波导通路所固有的模式，被称为波导模式。各光束的模式成为波导模式满足上述的式(4)，由此收容部8内的激光介质承担波导通路的功能。因此，激光器装置20提高在谐振器内进行传输的各光束的模式和波导模式的耦合效率，由此能够减小激光介质中的耦合损耗，能够实现高效率及高输出。

接下来，对激光器装置20中的用于提高耦合效率的结构的第1例至第5例进行说明。激光器装置20在第1例至第5例中，使在谐振器内进行传输的各光束的y轴方向上的模式和激光介质中的y轴方向上的模式即波导模式进行耦合。

图11是表示图10所示的激光器装置20中的用于提高耦合效率的结构的第1例的图。在图11和后面记述的图12至图14中，将衍射光栅2和第2反射镜4之间的光轴置换为第1反射镜3和衍射光栅2之间的光轴的延长线，表示出激光器装置20的结构。第1例是第1反射镜3和收容部8内的激光介质之间的距离a接近零，第1反射镜3尽可能接近激光介质的例子。第1反射镜3的反射面为平面。通过如第1例那样对结构进行调整，从而激光器装置20也能够提高耦合效率。

图12是表示图10所示的激光器装置20中的用于提高耦合效率的结构的第2例的图。第2例与第1例同样地，是第1反射镜3尽可能接近激光介质，且第1反射镜3的反射面为凹面的例子。与y轴及z轴平行的剖面中的凹面的曲率半径R₁与距离a相比充分大。通过如第2例那样对结构进行调整，从而激光器装置20也能够提高耦合效率。

图13是表示图10所示的激光器装置20中的用于提高耦合效率的结构的第3例的图。第3例是第1反射镜3的反射面为凹面，且曲率半径R₁和距离a相等的例子。通过如第3例那样对结构进行调整，从而激光器装置20也能够提高耦合效率。

图14是表示图10所示的激光器装置20中的用于提高耦合效率的结构的第4例的图。第4例是第1反射镜3的反射面为凹面，且曲率半径R₁的二分之一倍和距离a相等的例子。通过如第4例那样对结构进行调整，从而激光器装置20也能够提高耦合效率。

激光器装置20可以与如第1例至第4例那样对第1反射镜3的位置和第1反射镜3的反射面进行调整的情况同样地，对第2反射镜4的位置和第2反射镜4的反射面进行调整。激光器装置20通过与第1反射镜3的情况同样地进行关于第2反射镜4的调整，从而也能够实现耦合效率的提高。

图15是表示图10所示的激光器装置20中的用于提高耦合效率的结构的第5例的图。第5例是在收容部8和第1反射镜3之间配置有透镜9的例子。第1反射镜3具有平面即反射面。透镜9是将第1反射镜3和激光介质之间光学地耦合的光学元件。另外，在图15中，将第1例的结构与第5例的结构一并示出。

在第5例中，透镜9和第1反射镜3的组合具有与第1例中的第1反射镜3在光学上同等的功能。在光学上同等的功能是指，表示第1例中的激光介质和第1反射镜3之间的光束的传输的ABCD矩阵和表示第5例中的夹设有透镜9的情况下的激光介质和第1反射镜3之间的光束的传输的ABCD矩阵相等。激光器装置20在第5例的情况下，也能够提高耦合效率。在第5例中，第1反射镜3的反射面并不限定于平面，也可以是凹面或者凸面等。

激光器装置20可以在收容部8和第2反射镜4之间配置透镜9。在该情况下，透镜9和第2反射镜4的组合具有与第2反射镜4尽可能接近激光介质的情况下的第2反射镜4在光学上同等的功能。在该情况下，激光器装置20也能够实现耦合效率的提高。

此外，激光器装置20所具有的结构也可以与实施方式1所涉及的激光器装置10、11、12、13、14、15适当组合。激光器装置10、11、12、13、14、15具有与激光器装置20相同的结构，由此能够提高耦合效率。由此，激光器装置10、11、12、13、14、15能够减小激光介质中的耦合损耗，能够实现高效率及高输出。

实施方式3.

图16是表示本发明的实施方式3所涉及的激光器装置30的概略结构的图。激光器装置30具有电光(Electro-Optic：EO)晶体31和偏振光分光器32。电光晶体31和偏振光分光器32构成脉冲振荡机构。脉冲振荡机构将多个光束脉冲化。在实施方式3中，对与上述的实施方式1及2相同的结构要素标注同一标号，主要对与实施方式1及2不同的结构进行说明。

激光器装置30除了设置有电光晶体31和偏振光分光器32以外，具有与图1所示的激光器装置10相同的结构。电光晶体31和偏振光分光器32配置于衍射光栅2和第2反射镜4之间。

电光晶体31也被称为普克尔单元。电光晶体31通过被施加电压，从而使经过电光晶体31的光的偏振状态变化。偏振光分光器32关于p偏振具有高透过率且低反射率的偏振特性，关于s偏振具有高反射率且低透过率的偏振特性。偏振光分光器32通过该偏振特性，针对每个直线偏振成分使射入的光分离。

偏振光分光器32使在衍射光栅2和第2反射镜4之间进行传输的光束之中的p偏振成分透过。另外，偏振光分光器32对在衍射光栅2和第2反射镜4之间进行传输的光束之中的s偏振成分进行反射。通过在谐振器内设置偏振光分光器32，从而激光器装置30在谐振器内使p偏振成分共振，并且将s偏振成分向谐振器之外射出。激光器装置30通过s偏振成分向谐振器之外的射出，使在谐振器内进行传输的光束损耗。

激光器装置30伴随向电光晶体31的电压施加和向电光晶体31的电压施加的停止的切换，将向偏振光分光器32射入的光束所具有的偏振切换为p偏振和s偏振。激光器装置30通过对偏振光分光器32中的p偏振成分的透过和偏振光分光器32中的s偏振成分的反射进行切换，从而使在谐振器内进行传输的光束的损耗变化。激光器装置30伴随向电光晶体31施加的电压的周期性的变化，使光束的损耗周期性地变化。激光器装置30以10kHz至200kHz的周期使光束的损耗变化。

接下来，对使用了脉冲振荡机构的脉冲振荡即Q开关振荡进行说明。在这里，设为在向电光晶体31施加电压时光束的损耗变大，在不向电光晶体31施加电压时光束的损耗成为最小。

在通过向电光晶体31的电压施加而使谐振器内的光束损耗的期间，在激光介质中，通过抑制光束的振荡，从而对分子的激励的能量进行累积。然后，在光束的损耗成为最小时，激光器装置30能够通过累积的能量而提高光束的峰值输出。激光器装置30通过使谐振器中的光束的损耗周期性地变化，从而能够进行耦合光束的脉冲振荡。即，激光器装置30将多个光束的脉冲化同时地进行，将脉冲化后的耦合光束即脉冲光束进行输出。

接下来，对光束的脉冲化的方法之一即Q开关空腔转储法进行说明。在与通过Q开关振荡得到的脉冲的峰值接近的定时向电光晶体31施加电压，由此使谐振器内的光束的损耗增大。激光器装置30取代第2反射镜4而是从偏振光分光器32取出脉冲化后的耦合光束即脉冲光束。在该情况下，在第2反射镜4取代部分反射镜而是使用对多个光束各自进行反射的反射镜。在第2反射镜4的反射面实施例如大于或等于99％的高反射率的涂层。

将第1反射镜3和第2反射镜4之间的光束的传输路径的长度即谐振器长度设为L_C、将光速设为c，从偏振光分光器32取出的耦合光束的脉宽成为2L_C/c。由此，激光器装置30不仅能够同时地进行多个光束的脉冲化，还能够将具有与谐振器长度相对应的脉宽的脉冲光束取出。

此外，在激光器装置30的脉冲振荡机构中，也可以取代偏振光分光器32而使用具有与偏振光分光器32相同功能的光学元件即薄膜偏振镜等。脉冲振荡机构除了配置于衍射光栅2和第2反射镜4之间以外，也可以配置于衍射光栅2和收容部1之间。在该情况下，激光器装置30也能够输出脉冲光束。

接下来，对实施方式3所涉及的激光器装置30的变形例进行说明。图17是表示实施方式3的变形例1所涉及的激光器装置33的概略结构的图。变形例1是对圆偏振镜34进行设置的例子。激光器装置33除了设置有圆偏振镜34以外，具有与图16所示的激光器装置30相同的结构。

激光器装置33在用于进行Q开关振荡的脉冲振荡机构的基础上，还在电光晶体31和第2反射镜4之间的光束的传输路径设置有圆偏振镜34。圆偏振镜34将直线偏振向圆偏振进行变换。在这里，设为在向电光晶体31施加电压时光束的损耗成为最小，在向电光晶体31的电压施加停止时光束的损耗变大。

作为激光器装置33，如果光束被损耗的状态持续得越长，则能够在激光介质中累积越多的能量，能够得到具有高水平的峰值并且短脉宽的脉冲光束。在通过向电光晶体31的电压施加而使光束损耗的情况下，为了得到如上所述的脉冲光束，向电光晶体31施加电压的期间变长，由此容易发生电光晶体31和用于电压施加的驱动器的劣化或者故障。

在电光晶体31通常施加被称为1/4波长电压的电压。在向电光晶体31施加电压的情况下，在谐振器内往复的光束经过2次电光晶体31，由此光束所具有的直线偏振的偏振方向进行90度旋转。并且，在变形例1中，在电光晶体31和第2反射镜4之间往复的光束在圆偏振镜34进行2次反射，由此直线偏振的偏振方向进行90度旋转。在向电光晶体31施加电压的情况下，透过偏振光分光器32而朝向第2反射镜4传输的p偏振，在偏振光分光器32和第2反射镜4之间往复的期间，通过电光晶体31中的偏振状态的变换和圆偏振镜34中的偏振状态的变换而进行p偏振。向偏振光分光器32射入的p偏振成分透过偏振光分光器32。在该情况下，激光器装置33由于s偏振成分向谐振器外的射出变少，由此来自谐振器内的光束的损耗变少。另一方面，在向电光晶体31的电压施加停止时，透过偏振光分光器32的p偏振，在偏振光分光器32和第2反射镜4之间往复的期间，通过圆偏振镜34中的偏振状态的变换而进行s偏振。向偏振光分光器32射入的s偏振成分在偏振光分光器32进行反射。在该情况下，激光器装置33由于s偏振成分向谐振器外的射出变多，由此来自谐振器内的光束的损耗变多。

如上所述，激光器装置33能够构成为，通过设置圆偏振镜34，从而在不向电光晶体31施加电压的情况下使光束损耗。由此，为了得到具有高水平的峰值并且短脉宽的脉冲光束，只要使向电光晶体31的电压施加停止即可，因此激光器装置33能够防止电光晶体31和用于电压施加的驱动器的劣化及故障。此外，在激光器装置33中可以取代圆偏振镜34而设置四分之一波长板。在该情况下，激光器装置33也能够构成为，在不向电光晶体31施加电压的情况下使光束损耗。

图18是表示实施方式3的变形例2所涉及的激光器装置35的概略结构的图。变形例2是对透镜9和与实施方式2相同的收容部8进行设置的例子。激光器装置35除了设置有透镜9和取代收容部1而设置有收容部8以外，具有与图16所示的激光器装置30相同的结构。

在谐振器内进行传输的光束的强度越大，在光束的传输路径设置的电光晶体31等光学元件通过吸收光束而温度越上升。温度上升的光学元件通过由温度的上升引起的密度的变化或者折射率的变化等，有时会发生热透镜效应。发生了热透镜效应的光学元件的焦距由于温度而变化，因此热透镜效应有可能成为使在谐振器内进行传输的各光束的模式和波导模式的耦合效率降低的原因。

透镜9设置于衍射光栅2和偏振光分光器32之间的光束的传输路径。透镜9具有下述功能，即，使由在光束的传输路径设置的光学元件引起的热透镜效应抵消。激光器装置35通过设置透镜9，从而能够抑制由热透镜效应引起的耦合效率的降低，能够使耦合效率提高。此外，透镜9能够配置于谐振器内的光束的传输路径之中的任意的位置。激光器装置35通过在适当的位置配置透镜9，从而能够有效地使耦合效率提高。

图19是对图18所示的激光器装置35中的用于提高耦合效率的结构进行说明的图。在图19中，将激光器装置35之中的谐振器的基本结构抽出的结构与激光器装置35的结构一并示出。在该基本结构下，示出了图18所示的激光器装置35的结构。在图19的最下部，示出了在图18所示的激光器装置35中电光晶体31发生了热透镜效应的状态。此外，在图19中，将衍射光栅2和第2镜4之间的光轴置换为第1反射镜3和衍射光栅2之间的光轴的延长线，表示出激光器装置35的结构。

在谐振器的基本结构中，第1反射镜3和第2反射镜4配置为与收容部8内的激光介质尽可能接近。在该基本结构中，将第1反射镜3的反射面和第2反射镜4的反射面各自例如设为平面，由此能够提高耦合效率。第2反射镜4配置于z＝z₀的位置。在激光器装置35中，取代上述基本结构中的第2反射镜4，设置有衍射光栅2、透镜9、偏振光分光器32、电光晶体31和第2反射镜4的组合。透镜9是将第2反射镜4和激光介质之间光学地耦合的光学元件。此外，偏振光分光器32中的光的传输视为与自由空间中的光的传输同等，在下面的说明中关于偏振光分光器32中的光束的传输进行省略。另外，激光器装置35设为使在谐振器内进行传输的各光束的y轴方向上的模式和激光介质中的y轴方向上的模式即波导模式进行耦合。在说明上，将激光介质中的y轴方向上的模式设为波导模式，因此衍射光栅2的ABCD矩阵可以视为单位矩阵。

构成为衍射光栅2、透镜9、电光晶体31和第2反射镜4的组合能够具有与在z＝z₀配置的第2反射镜4在光学上同等的功能，由此激光器装置35能够提高耦合效率。此外，在光学上同等的功能是指，表示在z＝z₀的位置配置的第2反射镜4和激光介质之间的光束的传输的ABCD矩阵和表示在激光介质和第2反射镜4之间夹设有衍射光栅2、透镜9和电光晶体31的情况下的激光介质和第2反射镜4之间的光束的传输的ABCD矩阵相等。但是，在该组合所包含的光学元件即电光晶体31由于温度上升而发生了热透镜效应的情况下，该组合可能得不到与在z＝z₀的位置配置的第2反射镜4在光学上同等的功能。此外，该组合所包含的第2反射镜4的反射面并不限定于平面，也可以是凹面或者凸面等。

激光器装置35在发生了热透镜效应的情况下，对构成该组合的结构要素的位置关系进行调整，以使得该组合能够具有与在z＝z₀的位置配置的第2反射镜4在光学上同等的功能。在发生了热透镜效应的电光晶体31的ABCD矩阵中，例如可以使用与薄壁透镜相同的ABCD矩阵，该薄壁透镜具有与该热透镜同等的焦距。激光器装置35通过对该组合的结构要素的位置关系进行调整，从而能够使热透镜效应抵消。由此，激光器装置35能够使该组合的光学功能与上述基本结构中的第2反射镜4的光学功能同等。

此外，激光器装置35关于该组合的结构要素之中的至少1个对位置进行调整，由此能够使该组合的光学功能与上述基本结构的情况同等。激光器装置35通过用于使该组合的光学功能与上述基本结构的情况同等的调整，从而能够维持高的耦合效率。

此外，激光器装置30、33、35所具有的各结构也可以与实施方式1及2所涉及的各激光器装置适当组合。实施方式1及2所涉及的各激光器装置具有与激光器装置30、33、35相同的结构，由此能够将脉冲化后的耦合光束即脉冲光束进行输出，且能够有效地提高耦合效率。

实施方式4.

图20是表示本发明的实施方式4所涉及的激光器装置40的概略结构的图。激光器装置40具有至少1个放大器41和朝向放大器41传输光束的光学系统42。在实施方式4中，对与上述的实施方式1至3相同的结构要素标注同一标号，主要对与实施方式1至3不同的结构进行说明。

激光器装置40除了设置有放大器41和光学系统42以外，具有与图16所示的激光器装置30相同的结构。从偏振光分光器32向谐振器外取出的脉冲光束在光学系统42进行传输而向放大器41射入。放大器41对从谐振器取出的脉冲光束进行放大。激光器装置40将由放大器41放大的脉冲光束进行输出。由此，激光器装置40能够实现高输出。此外，在激光器装置40设置的放大器41的数量可以为1个，也可以为多个。激光器装置40并不限定于将从偏振光分光器32取出的脉冲光束进行输出，也可以将从第2反射镜4射出的脉冲光束进行输出。放大器41可以对从第2反射镜4射出的脉冲光束进行放大。

激光器装置40取代第2反射镜4，而是从偏振光分光器32将脉冲化后的耦合光束即脉冲光束取出。取出的脉冲光束向光学系统42射入。在该情况下，在第2反射镜4取代部分反射镜而是使用对多个光束分别进行反射的反射镜。在第2反射镜4的反射面实施例如大于或等于99％的高反射率的涂层。

放大器41具有对光束进行反射的反射镜和放大介质。反射镜可以使用具有大于或等于99.9％的反射率的高反射率镜。放大介质设为关于由激光器装置40振荡的多个光束的各波长而具有增益的介质。由此，振荡的各光束的放大能够通过放大器41进行，从而激光器装置40能够实现高输出。此外，在放大器41中，通过在多个反射镜对各光束进行反射，从而可以使各光束向放大介质经过多次。

在激光介质中与实施方式1同样地，使用CO₂激光气体。在通过Q开关空腔转储法例如使波长为10.59μm的P(20)的单一光束以10ns至30ns的脉宽进行振荡的情况下，放大器41所涉及的脉冲光束的放大效率与对P(20)的光束的连续波进行放大的情况相比降低。在实施方式4中，激光器装置40由于使波长为10.57μm的P(18)的光束及波长为10.61μm的P(22)的光束与P(20)的光束一起进行脉冲振荡，因此与单一光束的脉冲振荡的情况相比，能够抑制放大效率的降低。由此，激光器装置40能够实现高输出。

激光器装置40可以是在例如将P(20)、P(18)及P(22)的脉冲光束进行输出的极端紫外(Extreme Ultra Violet：EUV)光源装置中使用的CO₂激光器。EUV光源装置例如将具有10ns至30ns的脉宽的P(20)、P(18)及P(22)的脉冲光束照射至锡的液滴，由此使EUV光产生。EUV光源装置通过激光器装置40的放大器41中的脉冲光束的放大，能够实现EUV光的高输出化。

激光器装置40可以使除了P(20)、P(18)及P(22)以外的光束振荡。激光器装置40是波长彼此不同的光束的数量越多，越抑制放大效率的降低，能够实现更高输出。

激光器装置40所具有的结构可以应用于实施方式1至3所涉及的各激光器装置。实施方式1至3所涉及的各激光器装置具有与激光器装置40相同的结构，由此能够实现高输出。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1、8收容部，2、7衍射光栅，3第1反射镜，3a、3b、3c区域，4第2反射镜，5光阑，6凸透镜，9透镜，10、11、12、13、14、15、20、30、33、35、40激光器装置，31电光晶体，32偏振光分光器，34圆偏振镜，41放大器，42光学系统。