JP2006269587A - Pulse width variable laser resonator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばレーザ誘導装置用固体レーザ装置に用いられ、ルーフプリズムを採用したパルス幅可変のレーザ共振器に関するものである。 The present invention relates to a laser resonator of variable pulse width, which is used in, for example, a solid-state laser device for a laser guidance device and employs a roof prism.
従来のレーザ共振器では、互いに対向して、配置された1対の反射鏡、反射鏡間に同心に配置されたレーザ媒質、レーザ媒質を励起する励起光源で構成される。レーザ共振器において、パルス幅を変化させるには、励起光源の入力エネルギーの変化、共振器長の変化、偏光子反射率の変化が必要である。(例えば、非特許文献1参照)。 A conventional laser resonator includes a pair of reflecting mirrors arranged opposite to each other, a laser medium arranged concentrically between the reflecting mirrors, and an excitation light source for exciting the laser medium. In the laser resonator, in order to change the pulse width, it is necessary to change the input energy of the excitation light source, the resonator length, and the polarizer reflectance. (For example, refer nonpatent literature 1).
上記のように2枚の反射鏡で配置された共振器において、パルス幅を変更する場合、励起光源の入力エネルギーを変化させることは、レーザ出力に大きな影響を及ぼし、発振閾値近傍では、レーザ出力が著しく低下してしまう。また、共振器長を変化させることは、長くする場合、反射装置間の間隔を大きくする為、共振器のサイズの増加及び機械安定性の低下等の悪影響を及ぼす。また、偏光子反射率を変化させると、出力エネルギー及び共振器内部エネルギーに大きく影響を及ぼし、場合によっては、共振器内部エネルギーの増加により、共振器を構成する光学部品を損傷させてしまう。 When the pulse width is changed in the resonator arranged with the two reflecting mirrors as described above, changing the input energy of the excitation light source has a large effect on the laser output. Will drop significantly. In addition, changing the resonator length has an adverse effect such as an increase in the size of the resonator and a decrease in mechanical stability because the interval between the reflecting devices is increased when the resonator length is increased. Also, changing the polarizer reflectivity greatly affects the output energy and the internal energy of the resonator. In some cases, the increase of the internal energy of the resonator damages the optical components constituting the resonator.
この発明は,かかる問題点を解決するためになされたもので,共振器全体のサイズを変更することなく、共振器長の変更を実現し、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止できるパルス幅可変レーザ共振器を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and realizes the change of the resonator length without changing the size of the whole resonator, the high mechanical stability, the remarkable change of the laser output and the resonance. It is an object of the present invention to provide a pulse width variable laser resonator capable of preventing damage to optical components due to an increase in internal energy of the resonator.
この発明に係るパルス幅可変レーザ共振器は、互いに直角に配置された第1及び第2の反射面を有する第1のルーフプリズムと互いに直角に配置された第3及び第4の反射面を有する第2のルーフプリズムとで構成されるレーザ共振器と、前記レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、前記レーザ媒質を励起する励起光源と、前記レーザ媒質と前記励起光源と保持し前記励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタと、前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる平行移動手段とを備え、
前記レーザ共振器の共振器長は、前記平行移動手段が前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動することで、変更するようにしたことを特徴とするパルス幅可変レーザ共振器
A pulse width variable laser resonator according to the present invention has a first roof prism having first and second reflecting surfaces arranged at right angles to each other and third and fourth reflecting surfaces arranged at right angles to each other. A laser resonator including a second roof prism, a laser medium installed on an optical axis of the laser resonator, an excitation light source for exciting the laser medium, and the laser medium and the excitation light source. And a reflector for confining the excitation light generated from the excitation light source, and a translation means for translating the reflector in a direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator,
The resonator length of the laser resonator is changed by the parallel moving unit moving the reflector in the direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator.
この発明によれば、共振器全体のサイズを変更することなく共振器長を変更することができ、小型で、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止したパルス幅可変のレーザ共振器を得ることができる。 According to the present invention, the length of the resonator can be changed without changing the size of the entire resonator, and the optical component is small, has high mechanical stability, has a significant change in laser output, and increases the internal energy of the resonator. Thus, it is possible to obtain a laser resonator with a variable pulse width that prevents damage of the laser.
実施の形態1.
図1は,この発明の実施の形態1のパルス幅可変レーザ共振器を示す構成図である。図1において,第1のルーフプリズム1,第2のルーフプリズム2はレーザ光を閉じ込める一対のルーフプリズムを構成し、第1のルーフプリズム1の稜線1aと第2のルーフプリズム2の稜線2aは互いに直交している。また、第1のルーフプリズム1は、図2に示すように、第1の入射面1dの第1の稜線1aと交差せず、かつルーフプリズムの下半部に第5の反射面1eを設置している。レーザ媒質3は励起光源4により励起される。リフレクタ6は、レーザ媒質3と励起光源4を保持し、励起光源4の光をレーザ媒質3に効率良く入射させる。偏光子7は出力反射鏡の機能を持つ。第1のルーフプリズム1と第2のルーフプリズム2とレーザ媒質3と偏光子7とポッケルスセル14は全て同心同軸に位置し、偏光子7は、光軸に対して、ブリュースター角に配置している。リフレクタ6、偏光子7、ポッケルスセル14は、ASSY8で固定され、ASSY平行移動手段9により、平行移動することができる。
1 is a configuration diagram showing a pulse width variable laser resonator according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
ここで、共振器長R、光速c0、共振器内部損失L、共振器周回時間をtR=2R/c0、レーザ媒質3の小信号利得をg0l、変数Z=2g0l /L、a=(Z−1)/(Zln(Z))とすると、出力結合量が最適な条件の時のQ−SWレーザにおいて、パルス幅tpは、tp=tR/L[ln(Z)/{Z(1−a(1−ln(a)))}]で表される。パルス幅tpと共振器長Rは、比例の関係にあり、共振器長がn倍に増加した場合、パルス幅もn倍に増加する。従って、共振器長Rを変えることによって、パルス幅tpを調節することができる。
Here, the resonator length R, the speed of light c 0 , the resonator internal loss L, the resonator circulation time is t R = 2R / c 0 , the small signal gain of the
次に,動作について説明する。図3は、共振器長Rの時のパルス幅可変レーザ共振器の動作を示す説明図である。励起光源4により励起されレーザ媒質3より発生した光の光路5aと同方向の光は、ルーフプリズム2へ進み、第3の反射面2b、第4の反射面2cで反射し、入射光と逆方向に光路5aに沿って進み、レーザ媒質3を通過し、増幅され、ポッケルスセル14、偏光子7を通過し、第1のルーフプリズム1へ進み、第1、第2の反射面1b、1cに反射後、入射光と逆方向に光路5aに沿って、偏光子7、ポッケルスセル14を順次通過し、再度レーザ媒質3を通過する。この動作を繰返し、レーザ媒質3に蓄積されたエネルギーが共振器内部の損失より、大きくなった時、偏光子7より、レーザ光が出力される。この時の共振器長はR[mm]であり、パルス幅はtp [ns]となる。
Next, the operation will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation of the pulse width variable laser resonator when the resonator length is R. FIG. The light in the same direction as the
次に、共振器長をRから2Rに延長する方法について説明する。図4は、図1の第1の光路5aを含むy−z面に対する断面図で、(a)は、ASSY8の平行移動前、(b)は、ASSY8を平行移動した後の図である。 共振器長をRから2Rに延長させる場合は、(a)のASSY平行移動手段9より、ASSY8をy軸方向に平行移動させ、第1のルーフプリズム1、第2のルーフプリズム2に閉じ込められる光が、第2のルーフプリズム2の第2の稜線2aに入射せず、全ての光が、第3の反射面2b、第4の反射面2cに反射するようにする。
Next, a method for extending the resonator length from R to 2R will be described. 4A and 4B are cross-sectional views with respect to the yz plane including the first
図5は、共振器長2Rの時の動作を示す説明図である。励起光源4により励起されレーザ媒質3より発生した光の光路5aと同方向の光は、ルーフプリズム2へ進み、第3の反射面2bを反射し、第2の光路5bに沿って進み、第4の反射面2cを反射し、第3の光路5cに沿って進み、第1のルーフプリズム1に入射し、第1、第2の反射面1b、1cを反射し、入射光と逆方向に光路5cに沿って進み、第2のルーフプリズム2に入射し、第4の反射面2cを反射し、第2の光路5bに沿って進み、第3の反射面2bを反射し、光路5aに沿って進み、レーザ媒質3に入射し、増幅され、ポッケルスセル14、偏光子7を通過し、第1のルーフプリズム1へ進み、第1、第2の反射面1b、1cに反射後、入射光と逆方向に光路5aに沿って、偏光子7、ポッケルスセル14を順次通過し、再度レーザ媒質3を通過する。この動作を繰返し、レーザ媒質3に蓄積されたエネルギーが共振器内部の損失より、大きくなった時、偏光子7より、レーザ光が出力される。この時、共振器長は2R[mm]となり、パルス幅は2tp [ns]となる。なお、第3の反射面2bと第4の反射面2c間の距離は、第1のルーフプリズム1と第2のルーフプリズム2間の距離Rに比べて、非常に小さいものとし、無視している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation when the resonator length is 2R. The light in the same direction as the
次に、共振器長を2Rから4Rに延長する方法について説明する。図6は、図1の第1の光路5aを含むx−z面に対する断面図で、(a)は、ASSYを平行移動前、(b)は、ASSY平行移動後の図である。 共振器長を2Rから、4Rに延長させる場合は、(a)のASSY平行移動手段9より、ASSY8をx軸方向に平行移動させ、第1のルーフプリズム1、第2のルーフプリズム2に閉じ込められる光が、第1のルーフプリズム1の第1の稜線1aに入射せず、全ての光が、第1の反射面1bまたは第2の反射面1cに反射するようにする。
Next, a method for extending the resonator length from 2R to 4R will be described. 6A and 6B are cross-sectional views with respect to the xz plane including the first
図7は、共振器長4Rの時の動作を示す説明図である。励起光源4により、励起されレーザ媒質3より発生した光の光路5aと同方向の光は、第2のルーフプリズム2へ進み、第3の反射面2bを反射し、第2の光路5bに沿って進み、第4の反射面2cを反射し、第3の光路5cに沿って進み、第1のルーフプリズム1の第5の反射面1eに反射し、入射光と逆方向に第3の光路5cに沿って進み、第2のルーフプリズム2に入射し、第4の反射面2cを反射し、第2の光路5bに沿って進み、第3の反射面2bを反射し、光路5aに沿って進み、レーザ媒質3に入射し、増幅され、ポッケルスセル14、偏光子7を通過し、第1のルーフプリズム1へ進み、第2の反射面1cを反射し、第8の光路5hに沿って進み、第1の反射面1bを反射し、第7の光路5gに沿って進み、第2のルーフプリズム2へ進み、第3の反射面2bを反射し、第6の光路5fに沿って進み、第4の反射面2cを反射し、第5に光路5eに沿って進み、第1のルーフプリズム1へ進み、第1の反射面1bを反射し、第4の光路5dに沿って進み、第2の反射面2cを反射し、第3の光路5cに沿って進み、第5の反射面1eを反射し、入射光と逆方向に第3の光路5cに沿って進み、第2の反射面1cを反射し、第4の光路5dに沿って進み、第1の反射面1bを反射し、第5の反射面5eに沿って進み、第2のルーフプリズム2へ進み、第4の反射面2cを反射し、第6の光路5fに沿って進み、第3の反射面2bを反射し、第7の反射面5gに沿って進み、第1のルーフプリズム1へ入射し、第1の反射面1bを反射し、第8の光路5hに沿って進み、第2の反射面1cを反射し、第1の光路5aに沿って進み、偏光子7、ポッケルスセル14を順次通過し、再度レーザ媒質3を通過する。この動作を繰返し、レーザ媒質3に蓄積されたエネルギーが共振器内部の損失より、大きくなった時、偏光子7より、レーザ光が出力される。この時、共振器長は4R[mm]であり、パルス幅は4tp [ns]となる。なお、第1の反射面1bと第2の反射面1c間の距離及び第3の反射面2bと第4の反射面2c間の距離は、第1のルーフプリズム1と第2のルーフプリズム2間の距離Rに比べて、非常に小さいものとし、無視している。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the operation when the resonator length is 4R. The light in the same direction as the
このように、ASSY8を移動させることにより、段階的にパルス幅を可変にでき、第1のルーフプリズム1と第2のルーフプリズム2間の折り返し回数を増加させることにより、共振器長を延長させる構成の為、共振器全体のサイズを小さく設計することが容易である。また、ルーフプリズムの稜線による回折による損失が生じ、レーザ光の利用効率が低下するが、励起エネルギーを閾値近傍に設定し、レーザ出力を著しく低下させる必要はない。また、出力結合量を変える必要が無い為、共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止することができる。
また、図8(a)のように、ルーフプリズム12は、稜線12aを挟み、反射面12b、12cが、直角に設置されており、入射面に対して光軸が垂直に入射した時、光軸と反射面12b、12cとがなす角は45°となる。光軸12と平行な入射光路13aに沿って進む入射光は、ルーフプリズム12へ進み、反射面12bを直角に反射し、光路13cに沿って進み、反射面12cを直角に反射し、反射光路13bに沿って進む。図8(b)にように、ルーフプリズム12が傾き角θを持った場合、光軸と反射面12b、12cとがなす角は45+θ°となり、光軸12と平行な入射光路13aに沿って進む入射光は、ルーフプリズム12へ進み、反射面12bを反射角90+2θ°で反射し、光路13cに沿って進み、反射面12cを反射角90-2θ°で反射し、反射光路13bに沿って進むこととなる。このように、入射光路13aと反射光路13bとの角度変化は、180°となるため、稜線12aを中心軸とした傾きが生じても入射光と平行かつ逆方向に反射する。この為、本共振器は、稜線を互いに直交させた一対のルーフプリズムで構成することにより、ルーフプリズムの傾き及び各光学部品の傾き及びずれにより発生するルーフプリズムへの入射光の傾き、ずれ、振動に強いという効果が得られる。
In this way, by moving the
Further, as shown in FIG. 8A, the
実施の形態2.
図9は,この発明の実施の形態2を示す構成図である。図において,第1のルーフプリズム1,第2のルーフプリズム2はレーザ光を閉じ込める一対のルーフプリズムを構成し、第1のルーフプリズム1の稜線1aと第2のルーフプリズム2の稜線2aは互いに直交している。また、第1のルーフプリズム1は、図2で示すように、第1の入射面1dの第1の稜線と交差せず、かつルーフプリズムの下半部に第5の反射面1eを設置している。3はレーザ媒質,レーザ媒質3は励起光源4により励起される。リフレクタ6は、レーザ媒質3と励起光源4を保持し、励起光源4の光をレーザ媒質3に効率良く入射させる。偏光子7は出力反射鏡の機能を持つ。第1のルーフプリズム1、第2のルーフプリズム2、レーザ媒質3、偏光子7、ポッケルスセル14は全て同心同軸に位置し、偏光子7は、光軸に対して、ブリュースター角に配置している。第1のルーフプリズム1は、第1のルーフプリズム平行移動手段10により、x軸方向に、第2のルーフプリズム2は、第2のルーフプリズム平行移動手段11により、y軸方向に、平行移動を可能にしている。
FIG. 9 is a block
次に、共振器長をRから2Rに延長する方法について説明する。図10は、図1の第1の光路5aを含むy−z面に対する断面図で、(a)は、第2のルーフプリズム2平行移動前で、 (b)は、第2のルーフプリズム2平行移動後の図である。共振器長をRから2Rに延長させる場合は、(a)の第2のルーフプリズム2平行移動手段11より、第1、第2のルーフプリズム1、2に閉じ込められる光が、第2のルーフプリズム2の第2の稜線2aに入射せず、全ての光が、第3または第4の反射面2b、2cに反射するように、平行移動させる。
Next, a method for extending the resonator length from R to 2R will be described. 10 is a cross-sectional view with respect to the yz plane including the first
次に、共振器長を2Rから4Rに延長する方法について説明する。図11は、図1の第1の光路5aを含むx−z面に対する断面図で、(a)は、第1のルーフプリズム1平行移動前、 (b)は、第1のルーフプリズム1平行移動後の図である。共振器長を2Rから4Rに延長させる場合は、 (a)の第1のルーフプリズム1平行移動手段10より、第1、第2のルーフプリズム1、2に閉じ込められる光が、第1のルーフプリズム1の第1の稜線1aに入射せず、全ての光が、第1または第2の反射面に反射するように、平行移動させる。
Next, a method for extending the resonator length from 2R to 4R will be described. 11 is a cross-sectional view with respect to the xz plane including the first
次に,動作について説明する。動作に関しては、実施の形態1と同様である。 Next, the operation will be described. The operation is the same as in the first embodiment.
この実施の形態2によるパルス幅可変レーザ共振器は、実施1と同様に、共振器全体のサイズが不変でかつ、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止でき、傾きが互いに補償することができる為、振動に強い。また、偏光子を固定できる為、出射位置を一定にすることが可能で、各ルーフプリズムに関して、傾き不変の方向が一方向のみの為、平行移動が容易である。 In the pulse width variable laser resonator according to the second embodiment, as in the first embodiment, the size of the entire resonator is not changed, the mechanical stability is high, the laser output is significantly changed, and the optical energy due to the increase of the internal energy of the resonator is obtained. It is resistant to vibrations because it can prevent damage to the parts and compensate for the tilt. In addition, since the polarizer can be fixed, it is possible to make the emission position constant, and for each roof prism, since the tilt-invariant direction is only one direction, parallel movement is easy.
なお、実施の形態1,2では、ルーフプリズムを用いた場合について述べたが,ルーフプリズムの反射面を反射鏡に置き換えた反射装置にも利用できることは,いうまでもない。 In the first and second embodiments, the case where the roof prism is used has been described. Needless to say, the roof prism can also be used in a reflection device in which the reflection surface is replaced with a reflection mirror.
1 第1のルーフプリズム、1a 第1の稜線、1b 第1の反射面、1c 第2の反射面、1d 第1の入射面、1e 第5の反射面、2 第2のルーフプリズム、2a 第2の稜線、2b 第3の反射面、2c 第4の反射面、2d 第1の入射面、2e 第5の反射面、3 レーザ媒質、4 励起光源、5a 第1の光路、5b 第2の光路、5c 第3の光路、5d 第4の光路、5e 第5の光路、5f 第6の光路、5g 第7の光路、5h 第8の光路、6 リフレクタ、7 偏光子、8 ASSY、9 ASSY平行移動手段、10 第1のルーフプリズム平行移動手段、11 第2のルーフプリズム平行移動手段、12ルーフプリズム、12a 稜線、12b 反射面、12c 反射面、12d 入射面、13a 入射光路、13b 反射光路、13c 光路、14 ポッケルスセル、15光軸。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、
前記レーザ媒質を励起する励起光源と、
前記レーザ媒質と前記励起光源と保持し前記励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタと、
前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる平行移動手段とを備え、
前記平行移動手段が前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させることで、前記レーザ共振器の共振器長が変動することを特徴とするパルス幅可変レーザ共振器。 Laser resonance comprising a first roof prism having first and second reflecting surfaces arranged at right angles to each other and a second roof prism having third and fourth reflecting surfaces arranged at right angles to each other And
A laser medium installed on the optical axis of the laser resonator;
An excitation light source for exciting the laser medium;
A reflector for holding the laser medium and the excitation light source and confining the excitation light generated from the excitation light source;
Translation means for translating the reflector in the direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator,
The pulse width variable laser resonator according to claim 1, wherein the parallel movement means moves the reflector in the direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator, whereby the resonator length of the laser resonator varies.
前記レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、
前記レーザ媒質を励起する励起光源と、
前記レーザ媒質と前記励起光源と保持し、前記励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタと、
前記第1のルーフプリズムを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる第1のルーフプリズム平行移動手段と、
前記第2のルーフプリズムを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる第2のルーフプリズム平行移動手段とを備え、
前記第1、第2のルーフプリズム平行移動手段が前記第1、第2のルーフプリズムの少なくともいずれか1つを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させることで、前記レーザ共振器の共振器長が変動することを特徴とするパルス幅可変レーザ共振器。 Laser resonance comprising a first roof prism having first and second reflecting surfaces arranged at right angles to each other and a second roof prism having third and fourth reflecting surfaces arranged at right angles to each other And
A laser medium installed on the optical axis of the laser resonator;
An excitation light source for exciting the laser medium;
A reflector for holding the laser medium and the excitation light source and confining the excitation light generated from the excitation light source;
First roof prism translation means for translating the first roof prism in a direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator;
A second roof prism translation means for translating the second roof prism in a direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator;
The first and second roof prism translation means translates at least one of the first and second roof prisms in a direction perpendicular to the optical axis of the laser resonator. A variable pulse width laser resonator, wherein the resonator length varies.
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