JP3591360B2

JP3591360B2 - Laser oscillation device

Info

Publication number: JP3591360B2
Application number: JP5591299A
Authority: JP
Inventors: 忍沼田
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP2000252573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体レーザ媒質およびガスレーザ媒質を用いるレーザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体レーザ媒質（以降、結晶と称する）を用いる固体レーザ装置は、結晶をランプにより励起するが、レーザ結晶に吸収されたランプ光のほとんどはレーザ発振には寄与せずに熱となる。この熱を除去するため、結晶表面を冷却をするが、このために結晶内部と結晶表面には、結晶の熱伝達で決まる温度勾配ができる。この結晶内部の温度勾配は、屈折率分布を発生させるため、レーザ結晶はレンズ作用を持つようになる。この作用を熱レンズ効果と言う。この熱レンズ効果は、レーザの高出力化によるランプの投入エネルギーの増加と共に大きくなり、レーザビームの品質を悪化させることとなる。
【０００３】
板状の固体レーザ結晶を用いる、スラブ型固体レーザ装置では、レーザ光がスラブ型結晶の内部を、結晶の長さ方向に結晶の厚み内をジグザグに伝播するため、熱レンズ効果の影響を受けにくい。しかし、ジグザグに伝播しない結晶の幅方向は、温度分布が生じにくいように、結晶端部に断熱材を設置しているが、実際には、熱レンズ効果を発生し、レーザ光の特性を悪くさせている。このため、スラブ型固体レーザ装置においてもビーム品質の改善が課題となっている。
【０００４】
このビーム品質は、レーザ結晶の断面積が小さいほど良くなる。例えば、特開平４−１３２２８５号公報等に開示されているような、レーザ結晶の断面積を実質的に小さくするように構成した共振器構成のスラブ型固体レーザ装置の従来例を図７に示す。図７の（ａ）は、固体レーザ結晶１の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示し、図７の（ｂ）は、固体レーザ結晶１の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示している。
【０００５】
図７の（ｂ）に示すように、固体レーザ結晶１内をレーザ光１２がジグザグに伝播し、固体レーザ結晶１の両側には、励起用のランプ１３が配置されている。また、図７の（ａ）に示すように、直角プリズム３を使用して、固体レーザ結晶ｌの幅方向に上下半分に分け、全反射鏡５から出力鏡６までにレーザ光１２が伝播する間に、レーザ光１２が固体レーザ結晶１内を２回通過し、それによりレーザ光１２の断面積が半分になるように図っている。レーザ光１２の断面積が半分になるということは、固体レーザ結晶１の断面積が実質的に小さくなるということなので、ビーム品質の向上が得られる。このような共振器構成を以降、プリズム共振器と称する。
【０００６】
このような従来のプリズム共振器は、上記全反射鏡５を保持しているミラーホルダー（図示しない）に、固体レーザ結晶１内の中心付近を通過するレーザ光１２が干渉してしまうため、この干渉を避けるためのアパーチャ１１を使用している。
【０００７】
プリズム共振器構成の従来の別の構成例を図８に示す。図８は、放電励起のガスレーザ装置であって、レーザガス媒質（以降、レーザガスと称する）を封入したレーザチェンバー７内には、励起用の放電電極であるカソード９とアノード１０が配置されている。レーザ光１２は、レーザチェンバー７に取付けられている光学窓８から外部へ取り出される。ガスレーザ装置は、熱レンズ効果が無いため、ビーム品質は固体レーザ装置に比べ良いが、取り出されるビームサイズを小さくする目的で、直角プリズム３を使用して、レーザ光１２の通過光路を、放電領域の中央で放電電極９，１０の間を上下半分に分け、全反射鏡５から出力鏡６までにレーザ光１２が伝播する間に、放電により励起されているレーザガス領域をレーザ光１２が２回通過する共振器に構成している。ガスレーザ装置の場合も、固体レーザ装置と同様の理由により、干渉防止用のアパーチャ１１を使用している。
【０００８】
従来の更に別の構成例として、本出願人が提案した特開平４−２５９２７５号公報に記載のスラブ型レーザ装置を図９，図１０および図１１に示す。
【０００９】
図９は固体レーザ結晶１の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示しており、同図に示すように、固体レーザ結晶１の端面２１に対向して反射レーザ光束Ｂを全反射する直角プリズム３を配置し、もう一方の端面２２に対向して発振レーザ光束Ｂを受ける全反射鏡５と出力鏡６とを配置して、固体レーザ結晶１とともにレーザ共振器を構成している。全反射鏡５で反射された発振レーザ光束Ｂは固体レーザ結晶１の図の上半分を通った後に直角プリズム３により反射されて固体レーザ結晶１の下半分を経由して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。従って、発振レーザ光束Ｂがレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束Ｂ_０を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅Ｗ／２をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００１０】
ここで、全反射鏡５の下側の端５ａを、図９に示すように、鋭角に形成するのが、固体レーザ結晶１がもつ幅Ｗ全体を利用して、発振レーザ光束Ｂを発振させる上で望ましい。
【００１１】
図１０、図１１も固体レーザ結晶１の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示しているが、中間反射手段として上記のような直角プリズムの代わりに複数の全反射鏡を用いた例である。図１０では中間反射手段として１対の全反射鏡を用いており、固体レーザ結晶１の左右の端面２１、２２にそれぞれ対向してレーザ共振系を構成する全反射鏡５と出力鏡６とをまず同図のように段違いに配置し、中間反射手段用の小さな２個の反射鏡（以降、小ミラーと称する）２４と２３を固体レーザ結晶１の端面２１と２２側とに振り分け、かつこれらの小ミラー２３、２４を図示のように固体レーザ結晶１に対してわずかに内側に向けて傾けた姿勢で配置する。
【００１２】
レーザ共振器内の発振レーザ光束Ｂは全反射鏡５で反射された後に固体レーザ結晶１の下半分を通って中間反射手段用の右側の小ミラー２３に至り、さらにこれにより反射されて固体レーザ結晶１の下から上へ斜めに透過して中間反射手段の左側の小ミラー２４に至り、さらにこれにより反射されて固体レーザ結晶１の上半分を通過した後に出力鏡６に達する経路、およびその逆経路を辿ってレーザ共振器内で発振される。出力レーザ光束Ｂ_Ｏは出力鏡６を介してこの発振レーザ光束Ｂと同じ幅の断面形状で取り出される。図９の例と同様に、小ミラー２３、２４は全反射鏡５、出力鏡６と同様に僅かな凹面に形成するのが有利であり、またその端２３ａ，２４ａに鋭角を付けるのが固体レーザ結晶１の幅全体を有効利用する上で望ましい。
【００１３】
図１１は中間反射手段として２対の小ミラー２３−１、２３−２、２４−１、２４−２を用いるもので、同図から容易に分かるように発振レーザ光束Ｂは固体レーザ結晶１の３分の１の幅の断面形状で発振され、出力光束Ｂ_Ｏがこれと同じ断面形状で出力鏡６から取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の図７や図８に示すような従来のスラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置の構造では、励起領域の近くに配置される反射鏡（または出力鏡）を保持するミラーホルダーに、励起領域中心付近を通過する光が当たってしまうため、出力鏡と全反射鏡の間にアパーチャ１１を挿入して、ミラーホルダーに当たる部分のレーザ発振が起こらないようにする必要があるが、このアパーチャ１１がレーザ媒質内にレーザ発振に利用できない部分を発生させて、励起領域を十分に使用できず、レーザ出力の低下を招くといった原因を作っていた。
【００１５】
一方、上記の図９、図１０および図１１に示すような従来のスラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置の構造では、上記のようなアパーチャを必要としないという利点はある。しかしながら、例えば図９において、レーザ調整のために全反射鏡５を光軸に対し左右（紙面に対して垂直の方向）並びに前後と移動させる際に、全反射鏡５を光軸に対し左右に振る場合は、全反射鏡５を保持するミラーホルダー（図示しない）のある一点を固定してマイクロメータを用いて微調整することとなるが、ミラーホルダーの干渉を避けて５ａのエッジ部分を固定点にすることは機構的に困難であるので、５ａのエッジ部分を動かさずに、ミラー調整を行うことは難しい。
【００１６】
更にまた、全反射鏡５のエッジ部分５ａが同図のように一方の光束Ｂの上端と接している状態を保持させ、かつ全反射鏡５のミラーホルダーを光束Ｂ中に干渉させないようにするには、ミラーホルダーは片持ち保持とならざるを得ない。全反射鏡５のミラーホルダーが片持ち構成であると、全反射鏡５の位置を微調整した後でその位置がずれる恐れが多分にあり、レーザ共振器としての微調整が可能なミラー保持は実際上困難となる。図１０および図１１の例では、全反射鏡が出力鏡と同一のミラーホルダーを使用できるが、中間反射手段としての小ミラーの位置の微調整が重要であり、この際に図９についての課題が生じることは理解できよう。
【００１７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、干渉防止用のアパーチャを不要にしてレーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができるレーザ発振装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の更なる目的は、上記目的に加えて、レーザ調整のためのミラー調整が容易で、かつそのミラー保持も容易なレーザ発振装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、厚み、幅、長さ方向で定義される板状のスラブ型固体レーザ媒質と、該スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の片側に配置されて該スラブ型固体レーザ媒質を通過するレーザ光を折り返して該スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分ずつをレーザ光が通過する光路を形成するプリズムと、前記スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の反対側に配置されて前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分ずつを通過するレーザ光を前記プリズムを介して往復するレーザ共振器を構成するための全反射鏡および出力鏡と、該全反射鏡または該出力鏡と前記スラブ型固体レーザ媒質との間に配置されて前記プリズムで折り返された前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向半分サイズのレーザ光を前記全反射鏡または前記出力鏡に向けて折曲げるための平らな一辺を有する平辺反射鏡とを具備し、該平辺反射鏡を前記平らな一辺が前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分の延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置したことを特徴とする。
【００２０】
ここで、好ましくは、前記平辺反射鏡は、前記プリズムで折り返されて前記スラブ型固体レーザ媒質を通過したレーザ光の光軸に対してほぼ４５度に傾けられて配置され、これにより該レーザ光を前記全反射鏡または前記出力鏡に向けてほぼ直角に跳ね上げる。
【００２１】
また、好ましくは、前記平辺反射鏡の代わりに、全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ部分反射鏡を用い、該部分反射鏡は全反射性と全透過性の境界が真っ直ぐであり、かつ該境界を前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置される。
【００２２】
上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明は、厚み、幅、長さ方向で定義される板状のスラブ型固体レーザ媒質と、該スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の片側に配置されて該スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分を通過するレーザ光を反射して同一光路に戻す共振器構成用の全反射鏡と、前記スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の反対側に配置されて前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の他の半分を通過するレーザ光を反射して同一光路に戻すと共にその一部を透過させる共振器構成用の出力鏡と、前記全反射鏡と前記スラブ型固体レーザ媒質との間にレーザ光の光軸に対して所定角度に傾斜して配置された全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ第１の部分反射鏡と、全反射性と全透過性の２段階の特性を持ち、前記スラブ型固体レーザ媒質と前記出力鏡との間にレーザ光の光軸に対して所定角度に傾斜して配置され、かつ該全反射性と該全透過性の位置関係を前記第１の部分反射鏡と１８０度反転させた第２の部分反射鏡とを有し、前記第１と第２の部分反射鏡は全反射性と全透過性の境界が真っ直ぐであり、かつ該境界を前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置し、これにより前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向半分ずつをレーザ光が通過する光路とし、かつ前記スラブ型固体レーザ媒質内部を斜めに通過する光路を形成するようなＺ型にレーザ光が往復する共振器を構成したことを特徴とする。
【００２３】
ここで、好ましくは、前記スラブ型固体レーザ媒質がガスであり、該ガスレーザ媒質を対向する電極間に発生する放電で励起するガスレーザ発振装置であって、レーザ光を発生する領域は該ガスレーザ媒質で満たされた直方体である。
【００２４】
【作用】
本発明では、レーザビームサイズを小さくしてビーム品質の向上を図る手段として、スラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置に使用されているプリズム共振器において、出力鏡と全反射鏡を保持するミラーホルダーがレーザ光と干渉することのないように、４５°配置の平辺反射鏡を用いて半分のレーザ光を折曲げる構成としたので、レーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【００２５】
また、本発明では、プリズム共振器を構成する固体レーザ結晶内を３回通るＺ型共振器において、一対の４５°配置の部分反射鏡を用いてレーザ結晶の上下を通る光を反転できるように構成しているので、レーザ結晶の幅方向の熱レンズ効果を軽減でき、これによりプリズム共振器の出力ビームの品質のさらなる向上を図ることができる。このＺ型共振器において、レーザ結晶の前後に配置される、レーザ結晶の上下半分のレーザ光を透過と反射に分けるための、上記部分反射鏡により、反射鏡のミラーホルダーとのレーザ光干渉を起こすことがなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示すもので、図１の（ａ）は、固体レーザ結晶の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示し、図１の（ｂ）は、固体レーザ結晶の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示している。
【００２８】
図１の（ｂ）に示すように、板状のスラブ型固体レーザ結晶１内をレーザ光１２がジグザグに伝播し、固体レーザ結晶１の両側には、励起用のランプ１３が配置されている。また、図１の（ａ）に示すように、この固体レーザ結晶１の片側には、レーザ結晶１の幅方向上下に２分割されたレーザ光を折り返すための直角プリズム３が配置されている。レーザ結晶１のその反対側には、レーザ結晶１の幅方向下半分を通過したレーザ光束の光軸に対して４５度傾いて配設された４５度全反射跳ね上げ式の平辺反射鏡２と、この平辺反射鏡により上方の直角方向に反射されたレーザ光束を再び反射して同一光路に戻す全反射鏡５と、直角プリズム３の上半分およびレーザ結晶１の幅方向上半分を通過したレーザ光束を部分反射してその一部を透過出力する出力鏡６とが配置されている。
【００２９】
このように、直角プリズム３を使用して、固体レーザ結晶ｌの幅方向に上下半分に分け、全反射鏡５から平辺反射鏡２を介して出力鏡６までにレーザ光１２が伝播する間に、レーザ光１２が固体レーザ結晶１内を２回通過し、それによりレーザ光１２の断面積が半分になるように配置している。
【００３０】
上記平辺反射鏡２は、図２の（ａ），あるいは図２の（ｂ）に示すように、平らな１辺２ｂ，２ｃを有し、全反射コーティング２ａがこの辺に対してのみ先端部まで施されている。図２の（ａ），（ｂ）には、全反射コーティング２ａが施されている鏡面上のレーザ光１２が当たる部分も実線枠で示してある。また、この平らな辺２ｂあるいは２ｃを、その先端の全反射コーティング２ａの縁部がレーザ結晶１の幅方向の中心部分に接するようにし、またレーザ結晶１の厚み方向と同一方向になるように、かつ、レーザ光束の光軸に対して４５度傾けて配置することで、レーザ結晶１の幅方向下側のレーザ光が全反射鏡５に向けて反射するようにしている。レーザ結晶１の幅方向上側のレーザ光が、平辺反射鏡２の上部を干渉せずに通過して出力鏡６に到達するような配置となっている。
【００３１】
以上述べたように、レーザ光１２がレーザ結晶１の幅方向半分ずつを往復するプリズム共振器構成において、レーザ結晶１から出た光の半分を折り曲げて反射させてそのレーザ光を全反射鏡５に向ける平らな一辺を有する平辺反射鏡２を設け、その平らな全反射コーティング面２ａの先端部をレーザ結晶１の幅方向の中心部に合わせ、かつレーザ結晶１の厚み方向と同一方向に延在させ、平辺反射鏡２で反射されず、上記先端部をかすめるようにその上方を通過した、レーザ結晶内の逆の半分から出た光がレーザ結晶の長さ方向で出力鏡６に到達するように各部品を配置構成しているので、全反射鏡５で反射された発振レーザ光束は平辺反射鏡２により直角方向に折り返され、固体レーザ結晶１の図の下半分を通った後に直角プリズム３により反射されて固体レーザ結晶１の上半分を経由して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。
【００３２】
従って、発振レーザ光束がレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束１２を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、４５度全反射跳ね上げ式の平辺反射鏡２を共振器内に配置することで、全反射鏡５を出力レーザ光束１２から十分に離れた干渉の恐れの全くない位置に配置することができるので、レーザ調整のために全反射鏡５を光軸に対し左右（紙面に対して垂直の方向）並びに前後と移動させる際の調整が干渉の心配をせずに容易となり、全反射鏡５として通常レーザ発振器に用いる円形ミラーを使用することもできるので、ミラー保持も非常に容易となる。また、約９０度に光束を折り曲げる平辺反射鏡２は、レーザ発振器のセッティング初期に、水平度、高さ、４５度程度の傾きの調整が可能であれば、レーザ発振中の平辺反射鏡２の微調整は必要ないため、角形状のミラーでも容易に保持が行える。
【００３４】
従って、本実施形態によれば、干渉防止用のアパーチャが不要なので、レーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができると共に、上記のように４５度全反射平辺反射鏡２を設けたので、レーザ調整のためのミラー調整が容易で、かつそのミラー保持も容易なレーザ発振装置を実現することができる。
【００３５】
なお、図１の全反射鏡５と出力鏡６の位置を入れ替えても、上記と同様な作用・効果を得ることができることは、容易に理解できよう。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態として、図１のスラブ型固体レーザ共振器を放電励起ガスレーザに適用した構成例を示す。レーザガスを封入したレーザチェンバー７内には、励起用の放電電極であるカソード９とアノード１０が配置されている。レーザ光１２は、レーザチェンバー７に取付けられている光学窓８から出力鏡６を通って外部へ取り出される。取り出されるビームサイズを小さくする目的で、直角プリズム３を使用して、レーザ光１２の通過光路を、放電領域の中央で放電電極９，１０の間を上下半分に分け、全反射鏡５から平辺反射鏡２を介して出力鏡６までにレーザ光が伝播する間に、放電により励起されているレーザガス領域をレーザ光が２回通過する共振器に構成している。
【００３７】
レーザチェンバー７に対する全反射鏡５、平辺反射鏡２、直角プリズム３、および出力鏡６の配置は、図１の固体レーザ結晶１に対する配置と全く同様である。従って、本実施形態の場合も、前述の第１実施形態と同様に、干渉防止用のアパーチャを不要にして最大限にレーザ出力を取り出せることができると共に、レーザ調整のためのミラー調整やミラー保持も容易に行える。
【００３８】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示す。図４の構成では、図１の平辺反射鏡２代わりに、全反射性と全透過性の２段階の特性を持つユニークな部分反射鏡４を用いている。
【００３９】
この部分反射鏡４は、図５に示すように、全反射性である４５度の全反射コーティング４ａと全透過性の無反射コーティング４ｂとが施され、その境界は直線状となっている。この境界面が図１の平辺反射鏡２の先端の平らな１辺と同位置となるように配置する。また、部分反射鏡４の反対面は、全体に、無反射コーティング４ｂのみが施されている。
【００４０】
部分反射鏡４の全反射コーティング４ａの部分は上記の平辺反射鏡２とほぼ同じ位置に配置されると共に、その反射鏡２の先端方向の全透過性の特性を持つ無反射コーティング４ｂの部分はレーザ結晶１と出力鏡６間を突き抜けて延在してレーザ光束１２を透過する。このように、部分反射鏡４の両端部分をレーザ光束から離れた位置に配置することができるので、部分反射鏡４の保持はより容易になると共に、姿勢位置の微調整も容易となる。
【００４１】
本実施形態の作用は図１の第１実施形態とほぼ同様である。すなわち、全反射鏡５で反射された発振レーザ光束は部分反射鏡４の全反射コーティング４ａにより直角方向に折り返され、固体レーザ結晶１の図の下半分を通った後に直角プリズム３により反射されて固体レーザ結晶１の上半分を経由し、部分反射鏡４の無反射コーティング４ｂを透過して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。従って、発振レーザ光束がレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束１２を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態として、本発明の第３の実施形態の変形例であるスラブ型固体レーザ共振器の構成を示す。この共振器は、図４および図５で示した部分反射鏡４を２個用いたもので、全反射鏡５、スラブ型レーザ結晶１および出力鏡６をこの順番にほぼ同方向に配列し、全反射鏡５とレーザ結晶１の一方の端面との間に第１の部分反射鏡４−１を配置し、レーザ結晶１の他方の端面と出力鏡６との間に第２の部分反射鏡４−２を配置した構成となっている。更に詳しくは、レーザ結晶１の両側には、それぞれ全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ部分反射鏡４−１、４−２と、全反射鏡５または出力鏡６が配置されている。部分反射鏡４−１、４−２は、レーザ結晶１の両側で、全反射性と全透過性が１８０度逆に配置されていて、互いの全反射性部分で、レーザ結晶１の幅方向上下に２分割されたレーザ光を、レーザ結晶１内を斜めに通過する光路を形成している。
【００４３】
全反射鏡５で反射された発振レーザ光束は、第１の部分反射鏡４−１の無反射コーティング４ｂの部分を透過して、固体レーザ結晶１の図の下半分を通った後に、第２の部分反射鏡４−２の全反射コーティング４ａにより斜めに反射されて、固体レーザ結晶１の図の下半分から上半分に向かって斜めに通過し、再び第１の部分反射鏡４−１に達してその部分反射鏡の全反射コーティング４ａによりほぼ水平に反射されて、固体レーザ結晶１の上半分を経由し、さらに第２の部分反射鏡４−２の無反射コーティング４ｂを透過して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。従って、発振レーザ光束がレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束１２を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００４４】
上記の説明、および図６から分かるように、本実施形態のスラブ型固体レーザ共振器は、スラブ型レーザ結晶１の内部をレーザ光が３回通過し、レーザ結晶１の上側を通る時と下側を通る時で、レーザ光は反転し、レーザ結晶１の幅方向の熱レンズ効果の影響を受けにくくしたＺ型共振器となっている。
【００４５】
本実施形態の場合も、全反射鏡５のミラーホルダー（図示しない）がレーザ光束と干渉の恐れがないので、レーザ調整のために全反射鏡５を光軸に対し左右（紙面に対して垂直の方向）並びに前後と移動させる際の調整が干渉の心配をせずに容易となり、全反射鏡５として通常レーザ発振器に用いる市販の円形ミラーを使用することもできるので、ミラー保持も非常に容易となる。また、部分反射鏡４−１、４−２は、レーザ発振器のセッティング初期に、傾き角度の微調整が必要であるが、レーザ光が干渉しないだけの大きさの円形ミラーホルダーを使用できるサイズの円形ミラーを選ぶことで、部分反射鏡４−１、４−２の保持は非常に容易になると共に、姿勢位置の微調整も非常に容易となる。さらに、全反射鏡５、第１の部分反射鏡４−１、スラブ型レーザ結晶１、第２の部分反射鏡４−２および出力鏡６の全構成要素をほぼ同方向に一列に配列できるので、構成部品の配置構成が容易となると共に、共振器のコンパクト化を図ることができる。
【００４６】
（他の実施形態）
図４〜図６に示した本発明の各実施形態におけるレーザ結晶１をそれぞれ図３に示すようなレーザチェンバー７に置き換えて、放電励起のガスレーザ装置を実現することができることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ媒質（結晶またはガス内の放電領域）の上下にレーザ光を通すプリズム共振器やＺ型共振器において、平辺反射鏡や部分反射鏡を取り入れるようにしたので、アパーチャを用いずとも出力鏡や全反射鏡のミラーホルダーヘのレーザ光干渉がなく、かつレーザ共振器としての微調整が可能なミラーへの保持が容易となり、ミラーの位置調整を容易に行なうことができる。
【００４８】
また、本発明によれば、従来のミラーホルダーへのレーザ光干渉を避けるために使用していた、アパーチャを必要としないため、レーザ媒質全体を有効に利用でき、高ビーム品質で高出力のレーザを得ることができる。
【００４９】
更に詳しくは、本発明では、レーザビームサイズを小さくしてビーム品質の向上を図る手段として、スラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置に使用されているプリズム共振器において、出力鏡と全反射鏡を保持するミラーホルダーがレーザ光と干渉することのないように、４５°配置の平辺反射鏡を用いて半分のレーザ光を折曲げる構成としたので、レーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【００５０】
また、本発明では、固体レーザ結晶内を３回通るＺ型共振器において、一対の部分反射鏡を用いてレーザ結晶の上下を通る光を反転できるように構成しているので、レーザ結晶の幅方向の熱レンズ効果を軽減でき、これにより出力ビームの品質のさらなる向上を図ることができる。このＺ型共振器において、レーザ結晶の前後に配置される、レーザ結晶の上下半分のレーザ光を透過と反射に分けるための、上記部分反射鏡により、反射鏡のミラーホルダーとのレーザ光干渉を起こすことがなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示し、（ａ）は固体レーザ結晶の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示す平面図、（ｂ）は固体レーザ結晶の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示す正面図である。
【図２】図１の平辺反射鏡２の詳細を示し、（ａ）は角型ミラーの例、（ｂ）は円形ミラーの例を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態として、図１のスラブ型固体レーザ共振器を放電励起ガスレーザに適用した構成例を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示す平面図である。
【図５】図４の部分反射鏡４の詳細を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態として、本発明の第３の実施形態の変形例であるＺ型共振器構成のスラブ型固体レーザ共振器の構成を示す平面図である。
【図７】スラブ型固体レーザ装置のプリズム共振器構成の従来例を示し、（ａ）は固体レーザ結晶の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示す平面図、（ｂ）は固体レーザ結晶の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示す正面図である。
【図８】従来のプリズム共振器構成の別の構成例としての放電励起のガスレーザ装置を示す平面図である。
【図９】従来のスラブ型レーザ装置において更に他のプリズム共振器の構成例を示す平面図である。
【図１０】従来のスラブ型レーザ装置においてＺ型共振器の構成例を示す平面図である。
【図１１】従来のスラブ型レーザ装置においてＺ型共振器の他の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１板状のスラブ型レーザ結晶（固体レーザ結晶）
２、２−１、２−２平辺反射鏡
２ａ全反射コーティング
３直角プリズム
４−２部分反射鏡
４ａ全反射コーティング
４ｂ無反射コーティング
５全反射鏡
６出力鏡
７レーザチェンバー
８光学窓
９カソード
１０アノード
１１アパーチャ
１２レーザ光（レーザ光束）
１３ランプ
２１、２２レーザ結晶の端面
２３、２３−１、２３−２反射鏡（小ミラー）
２４、２４−１、２４−２反射鏡（小ミラー）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser oscillation device using a solid laser medium and a gas laser medium.
[0002]
[Prior art]
In a solid-state laser device using a solid-state laser medium (hereinafter, referred to as a crystal), the crystal is excited by a lamp, but most of the lamp light absorbed by the laser crystal becomes heat without contributing to laser oscillation. In order to remove this heat, the crystal surface is cooled. For this reason, a temperature gradient is formed between the crystal inside and the crystal surface, which is determined by the heat transfer of the crystal. The temperature gradient inside the crystal generates a refractive index distribution, so that the laser crystal has a lens function. This effect is called a thermal lens effect. The thermal lens effect increases as the input energy of the lamp increases due to an increase in the output of the laser, and deteriorates the quality of the laser beam.
[0003]
In a slab-type solid-state laser device using a plate-like solid-state laser crystal, the laser beam propagates zigzag through the inside of the slab-type crystal and through the thickness of the crystal in the length direction of the crystal. Hateful. However, in the width direction of the crystal that does not propagate in a zigzag manner, a heat insulating material is provided at the crystal end so that a temperature distribution hardly occurs. However, in actuality, a thermal lens effect is generated, and the characteristics of the laser light are deteriorated. Let me. For this reason, improvement of beam quality is also an issue in slab-type solid-state laser devices.
[0004]
The beam quality improves as the cross-sectional area of the laser crystal decreases. For example, FIG. 7 shows a conventional example of a slab-type solid-state laser device having a resonator configuration configured to substantially reduce the cross-sectional area of a laser crystal as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-132285. . FIG. 7A shows the arrangement configuration of the resonators from the direction in which the width of the solid-state laser crystal 1 is visible, and FIG. 7B shows the arrangement of the resonators in the direction in which the thickness of the solid-state laser crystal 1 is visible. 1 shows the configuration.
[0005]
As shown in FIG. 7B, a laser beam 12 propagates in a zigzag manner in the solid-state laser crystal 1, and excitation lamps 13 are arranged on both sides of the solid-state laser crystal 1. As shown in FIG. 7A, the right angle prism 3 is used to divide the solid laser crystal 1 into upper and lower halves in the width direction, and the laser beam 12 propagates from the total reflection mirror 5 to the output mirror 6. In the meantime, the laser light 12 passes twice through the solid-state laser crystal 1 so that the cross-sectional area of the laser light 12 is reduced to half. When the cross-sectional area of the laser beam 12 is reduced by half, the cross-sectional area of the solid-state laser crystal 1 is substantially reduced, so that the beam quality can be improved. Such a resonator configuration is hereinafter referred to as a prism resonator.
[0006]
In such a conventional prism resonator, the laser beam 12 passing near the center in the solid-state laser crystal 1 interferes with a mirror holder (not shown) holding the total reflection mirror 5. An aperture 11 for avoiding interference is used.
[0007]
FIG. 8 shows another conventional configuration example of the prism resonator configuration. FIG. 8 shows a discharge-excited gas laser device in which a cathode 9 and an anode 10, which are discharge electrodes for excitation, are arranged in a laser chamber 7 in which a laser gas medium (hereinafter, referred to as a laser gas) is sealed. The laser beam 12 is taken out of the optical window 8 attached to the laser chamber 7 to the outside. Since the gas laser device has no thermal lens effect, the beam quality is better than that of the solid-state laser device. However, in order to reduce the size of the beam to be extracted, the right-angle prism 3 is used to reduce the passing optical path of the laser beam 12 to the discharge region. The laser beam 12 is divided twice in the upper and lower halves at the center of the laser beam 12 while the laser beam 12 propagates from the total reflection mirror 5 to the output mirror 6. The resonator is configured to pass. In the case of the gas laser device, the aperture 11 for preventing interference is used for the same reason as the solid-state laser device.
[0008]
FIGS. 9, 10 and 11 show a slab type laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-259275 proposed by the present applicant as yet another conventional configuration example.
[0009]
FIG. 9 shows the arrangement of the resonators from the direction in which the width of the solid-state laser crystal 1 can be seen. As shown in FIG. 9, the reflected laser beam B is totally reflected so as to face the end face 21 of the solid-state laser crystal 1. A right-angle prism 3 is arranged, and a total reflection mirror 5 and an output mirror 6 which receive the oscillation laser beam B are arranged opposite to the other end face 22 to constitute a laser resonator together with the solid-state laser crystal 1. The oscillated laser beam B reflected by the total reflection mirror 5 passes through the upper half of the solid-state laser crystal 1 after being reflected by the right-angle prism 3 and enters the output mirror 6 via the lower half of the solid-state laser crystal 1. After being reflected by the output mirror 6, the light returns to the total reflection mirror 5 through the reverse path. Accordingly, the oscillating laser beam B is oscillated between the two mirrors 5 and 6 of the laser resonator, and the output laser beam B having the same small beam divergence angle as the beam is emitted. ₀ From the output mirror 6 in a cross-sectional shape having a half width W / 2 of the solid-state laser crystal 1.
[0010]
Here, the lower end 5a of the total reflection mirror 5 is formed at an acute angle as shown in FIG. 9 so that the entire width W of the solid-state laser crystal 1 is used to oscillate the oscillation laser beam B. Desirable above.
[0011]
FIGS. 10 and 11 also show the arrangement configuration of the resonator from the direction in which the width of the solid-state laser crystal 1 can be seen, but an example in which a plurality of total reflection mirrors are used instead of the right-angle prism as the intermediate reflection means. It is. In FIG. 10, a pair of total reflection mirrors is used as an intermediate reflection means, and a total reflection mirror 5 and an output mirror 6 which constitute a laser resonance system are respectively opposed to left and right end faces 21 and 22 of the solid-state laser crystal 1. First, two small reflecting mirrors (hereinafter, referred to as small mirrors) 24 and 23 for the intermediate reflecting means are distributed to the end faces 21 and 22 of the solid-state laser crystal 1 and arranged on the steps as shown in FIG. The small mirrors 23 and 24 are arranged in a posture inclined slightly inward with respect to the solid-state laser crystal 1 as shown in the figure.
[0012]
The oscillated laser beam B in the laser resonator is reflected by the total reflection mirror 5, passes through the lower half of the solid-state laser crystal 1, reaches the small mirror 23 on the right side for the intermediate reflection means, and is further reflected by the solid-state laser. A path which transmits obliquely from below the crystal 1 upward to the small mirror 24 on the left side of the intermediate reflection means, is further reflected by the crystal 1 and passes through the upper half of the solid-state laser crystal 1 to reach the output mirror 6; It is oscillated in the laser resonator following a reverse path. Output laser beam B _O Are taken out through the output mirror 6 in the same cross-sectional shape as the oscillation laser beam B. As in the example of FIG. 9, the small mirrors 23 and 24 are advantageously formed as slightly concave surfaces as the total reflection mirror 5 and the output mirror 6, and the ends 23a and 24a are preferably formed with an acute angle. It is desirable to effectively use the entire width of the laser crystal 1.
[0013]
FIG. 11 uses two pairs of small mirrors 23-1, 23-2, 24-1 and 24-2 as intermediate reflection means. As can be easily understood from FIG. Oscillated in a cross-sectional shape having a width of 1/3, the output light flux B _O Is taken out of the output mirror 6 with the same sectional shape.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the conventional slab-type solid-state laser device or discharge-excited gas laser device as shown in FIGS. 7 and 8, a mirror holder for holding a reflecting mirror (or an output mirror) arranged near an excitation region. However, since light passing near the center of the excitation region impinges, it is necessary to insert the aperture 11 between the output mirror and the total reflection mirror to prevent laser oscillation from occurring at the portion that hits the mirror holder. The aperture 11 generates a portion in the laser medium that cannot be used for laser oscillation, thereby making it impossible to sufficiently use the excitation region and causing a decrease in laser output.
[0015]
On the other hand, the structure of the conventional slab type solid-state laser device or discharge-excited gas laser device as shown in FIGS. 9, 10 and 11 has an advantage that the above-mentioned aperture is not required. However, for example, in FIG. 9, when the total reflection mirror 5 is moved right and left with respect to the optical axis (direction perpendicular to the paper surface) and back and forth for laser adjustment, the total reflection mirror 5 is moved left and right with respect to the optical axis. In the case of shaking, a certain point of a mirror holder (not shown) holding the total reflection mirror 5 is fixed and fine adjustment is performed using a micrometer, but the edge portion of 5a is fixed while avoiding interference of the mirror holder. Since it is mechanically difficult to make a point, it is difficult to perform mirror adjustment without moving the edge portion 5a.
[0016]
Furthermore, the state in which the edge portion 5a of the total reflection mirror 5 is in contact with the upper end of one light beam B as shown in the figure is maintained, and the mirror holder of the total reflection mirror 5 is prevented from interfering with the light beam B. Therefore, the mirror holder must be cantilevered. If the mirror holder of the total reflection mirror 5 has a cantilever configuration, there is a possibility that the position of the total reflection mirror 5 may be shifted after fine adjustment, and the mirror holding that can be finely adjusted as a laser resonator is not possible. Practically difficult. In the examples of FIGS. 10 and 11, the total reflection mirror can use the same mirror holder as the output mirror, but it is important to finely adjust the position of the small mirror as the intermediate reflection means. It is understandable that
[0017]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a main object of the present invention is to provide a laser oscillation device that can extract a laser output to the maximum without a laser output loss by eliminating an interference prevention aperture. To provide.
[0018]
It is a further object of the present invention to provide a laser oscillation device in which mirror adjustment for laser adjustment is easy and the mirror holding is easy, in addition to the above objects.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a plate-shaped slab-type solid laser medium defined by a thickness, a width, and a length direction, and is disposed on one side in the length direction of the slab-type solid laser medium. A prism that forms an optical path through which the laser light passes halfway in the width direction of the slab-type solid laser medium by folding the laser light passing through the slab-type solid laser medium, and a longitudinal direction of the slab-type solid laser medium. A total reflection mirror and an output mirror for configuring a laser resonator that is arranged on the opposite side to reciprocate laser light passing through each half in the width direction of the slab-type solid laser medium through the prism, and A half-width laser beam in the width direction of the slab-type solid laser medium, which is disposed between the reflecting mirror or the output mirror and the slab-type solid-state laser medium and turned back by the prism, is subjected to the total reflection mirror or A flat-sided reflecting mirror having a flat side for bending toward the output mirror, wherein the flat-sided reflecting mirror extends on a line extending from a center portion of the slab type solid-state laser medium in the width direction. And extending in the thickness direction of the slab-type solid-state laser medium.
[0020]
Here, preferably, the flat side reflecting mirror is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the laser light that has been turned back by the prism and passed through the slab-type solid-state laser medium. Light is bounced at a substantially right angle toward the total reflection mirror or the output mirror.
[0021]
Preferably, instead of the flat-sided reflecting mirror, a partial reflecting mirror having two-step characteristics of total reflection and total transmission is used, and the boundary of the total reflection and the total transmission is straight. And the boundary is located on an extension of a central portion in the width direction of the slab-type solid-state laser medium, and is disposed so as to extend in the thickness direction of the slab-type solid-state laser medium.
[0022]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 has a plate-shaped slab-type solid laser medium defined by a thickness, a width, and a length direction, and one side in the length direction of the slab-type solid laser medium. A total reflection mirror for a resonator configured to reflect and return a laser beam passing through half of the width of the slab-type solid-state laser medium to the same optical path, and a side opposite to the length direction of the slab-type solid-state laser medium An output mirror for a resonator configuration that reflects the laser light passing through the other half of the slab-type solid-state laser medium in the width direction of the slab-type solid-state laser medium, returns the laser light to the same optical path, and transmits a part of the laser light; A first partial reflecting mirror having a two-step characteristic of total reflection and total transmission, which is disposed at a predetermined angle with respect to the optical axis of the laser light between the slab type solid laser medium and the slab type solid laser medium; The slab has two-stage characteristics of total reflection and total transmission. The first mirror is disposed between the solid-state laser medium and the output mirror at a predetermined angle with respect to the optical axis of the laser beam. A second partial reflection mirror inverted by 180 degrees, wherein the first and second partial reflection mirrors have a straight boundary between total reflection and total transmission, and the boundary is the slab type solid-state laser. The slab-type solid-state laser medium is disposed so as to extend on the central portion extending line in the width direction of the medium and extends in the thickness direction of the slab-type solid-state laser medium. A resonator in which the laser light reciprocates in a Z-shape so as to form an optical path and form an optical path obliquely passing through the inside of the slab-type solid laser medium.
[0023]
Here, preferably, the slab-type solid laser medium is a gas, wherein the gas laser medium is a gas laser oscillation device that is excited by a discharge generated between opposed electrodes, and a region that generates laser light is the gas laser medium. It is a filled cuboid.
[0024]
[Action]
In the present invention, as a means for improving the beam quality by reducing the laser beam size, an output mirror and a total reflection mirror are held in a prism resonator used in a slab-type solid laser device or a discharge-excited gas laser device. In order to prevent the mirror holder from interfering with the laser light, a half-sided laser light is bent using a 45 ° flat-sided reflector so that laser output is not lost and the laser output is maximized. Can be taken out. Further, with this configuration, there is an advantage that the mirror adjustment of the total reflection mirror for laser adjustment is easy and the mirror holding is easy.
[0025]
Further, according to the present invention, in a Z-type resonator which passes through the solid-state laser crystal constituting the prism resonator three times, light passing above and below the laser crystal can be inverted by using a pair of 45 ° partial reflection mirrors. With this configuration, the thermal lens effect in the width direction of the laser crystal can be reduced, and the quality of the output beam of the prism resonator can be further improved. In this Z-type resonator, the laser beam interference with the mirror holder of the reflector is provided by the partial reflector, which is disposed before and after the laser crystal and which divides the upper and lower laser beams of the laser crystal into transmission and reflection. It is possible to extract the laser output to the maximum without causing it. Further, with this configuration, there is an advantage that the mirror adjustment of the total reflection mirror for laser adjustment is easy and the mirror holding is easy.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of a slab-type solid-state laser resonator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows an arrangement configuration of the resonator from the direction in which the width of the solid-state laser crystal can be seen. FIG. 1B shows an arrangement configuration of the resonator from the direction in which the thickness of the solid-state laser crystal can be seen.
[0028]
As shown in FIG. 1B, a laser beam 12 propagates in a zigzag manner in a plate-shaped slab type solid-state laser crystal 1, and excitation lamps 13 are arranged on both sides of the solid-state laser crystal 1. . Also, as shown in FIG. 1A, a right-angle prism 3 for folding back the laser light divided into two in the width direction of the laser crystal 1 is disposed on one side of the solid-state laser crystal 1. On the opposite side of the laser crystal 1, a 45 ° total reflection bounce-up flat-side reflecting mirror 2 disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the laser beam that has passed through the lower half in the width direction of the laser crystal 1 And a total reflection mirror 5 which reflects the laser beam reflected by the flat-side reflector upward in the right-angle direction again to return to the same optical path, and passes through the upper half of the right-angle prism 3 and the upper half of the laser crystal 1 in the width direction. And an output mirror 6 for partially reflecting the laser beam and transmitting and outputting a part of the laser beam.
[0029]
As described above, the solid-state laser crystal 1 is divided into upper and lower halves in the width direction using the right-angle prism 3, while the laser beam 12 propagates from the total reflection mirror 5 to the output mirror 6 via the flat-side reflection mirror 2. The laser light 12 is arranged so as to pass twice through the solid-state laser crystal 1 so that the cross-sectional area of the laser light 12 becomes half.
[0030]
The flat side reflecting mirror 2 has flat sides 2b and 2c as shown in FIG. 2 (a) or FIG. 2 (b), and the total reflection coating 2a has a tip portion only on this side. It has been applied until. 2 (a) and 2 (b), the portion of the mirror surface on which the total reflection coating 2a is applied and which is irradiated with the laser beam 12 is also indicated by a solid frame. Also, the flat side 2b or 2c is set so that the edge of the total reflection coating 2a at its tip is in contact with the center of the laser crystal 1 in the width direction, and is in the same direction as the thickness direction of the laser crystal 1. In addition, by arranging the laser beam at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the laser beam, the laser beam on the lower side in the width direction of the laser crystal 1 is reflected toward the total reflection mirror 5. The arrangement is such that the laser light on the upper side in the width direction of the laser crystal 1 passes through the upper part of the flat-side reflector 2 without interfering and reaches the output mirror 6.
[0031]
As described above, in the prism resonator configuration in which the laser light 12 reciprocates halfway in the width direction of the laser crystal 1, half of the light emitted from the laser crystal 1 is bent and reflected, and the laser light is reflected by the total reflection mirror 5. A flat-sided reflecting mirror 2 having a flat side directed toward the laser crystal 1 is provided, the tip of the flat total reflection coating surface 2a is aligned with the center of the laser crystal 1 in the width direction, and in the same direction as the thickness direction of the laser crystal 1. The light emitted from the opposite half of the laser crystal, which is extended and not reflected by the flat-side reflecting mirror 2 but passes over it so as to graze the tip, is output to the output mirror 6 in the longitudinal direction of the laser crystal. Since the components are arranged so as to arrive, the oscillated laser beam reflected by the total reflection mirror 5 is folded in a right angle direction by the flat-side reflection mirror 2 and passes through the lower half of the solid-state laser crystal 1 in the figure. Later by right angle prism 3 Is reflected through the upper half of the solid-state laser crystal 1 is incident on the output mirror 6, it goes total reflection mirror 5 through the reverse path after being reflected by the output mirror 6.
[0032]
Therefore, an oscillated laser beam is oscillated between the two mirrors 5 and 6 of the laser resonator, and the output laser beam 12 having the same small beam divergence angle as the beam is transmitted from the output mirror 6 to the cross section having half the width of the solid-state laser crystal 1. Can be taken out in shape.
[0033]
In particular, in the present embodiment, by arranging the 45-degree total reflection flip-up flat-side reflector 2 in the resonator, the total reflection mirror 5 is free from interference sufficiently separated from the output laser beam 12. Position, so that the adjustment when moving the total reflection mirror 5 to the left and right with respect to the optical axis (in the direction perpendicular to the paper surface) and back and forth for laser adjustment is easy without concern for interference. Since a circular mirror normally used for a laser oscillator can also be used as the total reflection mirror 5, the mirror holding becomes very easy. The flat-side reflecting mirror 2 that bends the light beam at about 90 degrees is a flat-side reflecting mirror during laser oscillation if the horizontality, height, and inclination of about 45 degrees can be adjusted in the initial stage of setting the laser oscillator. Since fine adjustment of 2 is not necessary, it is possible to easily hold even a square mirror.
[0034]
Therefore, according to the present embodiment, an aperture for preventing interference is not required, so that the laser output can be extracted to the maximum without loss of the laser output. Is provided, it is possible to realize a laser oscillation device in which mirror adjustment for laser adjustment is easy and the mirror is easily held.
[0035]
It can be easily understood that the same operation and effect as described above can be obtained even if the positions of the total reflection mirror 5 and the output mirror 6 in FIG. 1 are interchanged.
[0036]
(Second embodiment)
FIG. 3 shows a configuration example in which the slab-type solid-state laser resonator of FIG. 1 is applied to a discharge excitation gas laser as a second embodiment of the present invention. In a laser chamber 7 in which a laser gas is sealed, a cathode 9 and an anode 10 which are discharge electrodes for excitation are arranged. The laser light 12 is extracted from the optical window 8 attached to the laser chamber 7 through the output mirror 6 to the outside. In order to reduce the size of the beam to be extracted, the right-angle prism 3 is used to divide the passing optical path of the laser beam 12 into the upper and lower halves between the discharge electrodes 9 and 10 at the center of the discharge area. While the laser light propagates to the output mirror 6 via the side reflector 2, the resonator is configured such that the laser light passes twice through the laser gas region excited by the discharge.
[0037]
The arrangement of the total reflection mirror 5, the flat-side reflection mirror 2, the right-angle prism 3, and the output mirror 6 with respect to the laser chamber 7 is exactly the same as the arrangement with respect to the solid-state laser crystal 1 in FIG. Therefore, in the case of the present embodiment, similarly to the above-described first embodiment, the laser output can be extracted to the maximum without the need for the aperture for preventing interference, and the mirror adjustment and the mirror holding for the laser adjustment can be performed. Can also be easily performed.
[0038]
(Third embodiment)
FIG. 4 shows a configuration example of a slab-type solid-state laser resonator according to a third embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 4, a unique partial reflecting mirror 4 having two-step characteristics of total reflection and total transmission is used instead of the flat side reflection mirror 2 of FIG.
[0039]
As shown in FIG. 5, the partial reflecting mirror 4 is provided with a total reflection 45 ° total reflection coating 4a and a total transmission non-reflection coating 4b, and the boundary is linear. This boundary surface is arranged so as to be at the same position as one flat side at the tip of the flat-side reflector 2 in FIG. The opposite surface of the partial reflection mirror 4 is entirely provided with only the non-reflection coating 4b.
[0040]
The part of the total reflection coating 4a of the partial reflection mirror 4 is arranged at substantially the same position as the flat side reflection mirror 2 and the part of the non-reflection coating 4b having the property of total transmission in the direction of the tip of the reflection mirror 2. Extends through the laser crystal 1 and the output mirror 6 and transmits the laser beam 12. As described above, since both end portions of the partial reflecting mirror 4 can be arranged at positions away from the laser beam, the holding of the partial reflecting mirror 4 becomes easier and the fine adjustment of the posture position becomes easier.
[0041]
The operation of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment shown in FIG. That is, the oscillated laser beam reflected by the total reflection mirror 5 is turned in the right angle direction by the total reflection coating 4a of the partial reflection mirror 4, and is reflected by the right angle prism 3 after passing through the lower half of the solid laser crystal 1 in the figure. After passing through the upper half of the solid-state laser crystal 1 and passing through the non-reflection coating 4b of the partial reflection mirror 4 and entering the output mirror 6, after being reflected by the output mirror 6, the total reflection mirror 5 passes through the reverse path. Go back to Accordingly, an oscillating laser beam is oscillated between the two mirrors 5 and 6 of the laser resonator, and an output laser beam 12 having the same small beam divergence angle as the beam is transmitted from the output mirror 6 to a section having a half width of the solid-state laser crystal 1. Can be taken out in shape.
[0042]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows, as a fourth embodiment of the present invention, the configuration of a slab-type solid-state laser resonator which is a modification of the third embodiment of the present invention. This resonator uses two partial reflection mirrors 4 shown in FIGS. 4 and 5, and a total reflection mirror 5, a slab type laser crystal 1 and an output mirror 6 are arranged in this order in substantially the same direction. A first partial reflection mirror 4-1 is arranged between the total reflection mirror 5 and one end face of the laser crystal 1, and a second partial reflection mirror is provided between the other end face of the laser crystal 1 and the output mirror 6. 4-2 is arranged. More specifically, on both sides of the laser crystal 1, there are disposed partial reflection mirrors 4-1 and 4-2 having two-step characteristics of total reflection and total transmission, and a total reflection mirror 5 or an output mirror 6, respectively. ing. The partial reflection mirrors 4-1 and 4-2 are disposed on both sides of the laser crystal 1 so that the total reflection and the total transmission are 180 degrees opposite to each other. An optical path for obliquely passing the laser light, which is divided into upper and lower parts, inside the laser crystal 1 is formed.
[0043]
The oscillated laser beam reflected by the total reflection mirror 5 passes through the non-reflection coating 4b of the first partial reflection mirror 4-1, passes through the lower half of the solid-state laser crystal 1 in the drawing, and then passes through the second half. Is reflected obliquely by the total reflection coating 4a of the partial reflection mirror 4-2, passes obliquely from the lower half to the upper half of the solid-state laser crystal 1 in the figure, and returns to the first partial reflection mirror 4-1 again. Then, the light is substantially horizontally reflected by the total reflection coating 4a of the partial reflecting mirror, passes through the upper half of the solid-state laser crystal 1, passes through the non-reflective coating 4b of the second partial reflecting mirror 4-2, and is output. After the light enters the mirror 6 and is reflected by the output mirror 6, it returns to the total reflection mirror 5 through a reverse path. Therefore, an oscillated laser beam is oscillated between the two mirrors 5 and 6 of the laser resonator, and the output laser beam 12 having the same small beam divergence angle as the beam is transmitted from the output mirror 6 to the cross section having half the width of the solid-state laser crystal 1. Can be taken out in shape.
[0044]
As can be seen from the above description and FIG. 6, the slab-type solid-state laser resonator of the present embodiment has a structure in which the laser light passes through the inside of the slab-type laser crystal 1 three times and passes above and below the laser crystal 1. When the laser beam passes by the side, the laser light is inverted to form a Z-type resonator which is hardly affected by the thermal lens effect in the width direction of the laser crystal 1.
[0045]
Also in the case of this embodiment, since the mirror holder (not shown) of the total reflection mirror 5 does not have a possibility of interference with the laser beam, the total reflection mirror 5 is moved right and left with respect to the optical axis (perpendicular to the paper surface) for laser adjustment. Direction) and adjustment in moving back and forth is easy without fear of interference, and a commercially available circular mirror usually used for a laser oscillator can be used as the total reflection mirror 5, so that the mirror holding is also very easy. It becomes. The partial reflection mirrors 4-1 and 4-2 require fine adjustment of the tilt angle in the initial stage of setting the laser oscillator, but have a size that can use a circular mirror holder large enough not to interfere with the laser beam. By selecting the circular mirror, the holding of the partial reflecting mirrors 4-1 and 4-2 becomes very easy, and the fine adjustment of the posture position becomes very easy. Further, all the components of the total reflection mirror 5, the first partial reflection mirror 4-1, the slab type laser crystal 1, the second partial reflection mirror 4-2, and the output mirror 6 can be arranged in a line in substantially the same direction. In addition, the arrangement and configuration of the components are facilitated, and the size of the resonator can be reduced.
[0046]
(Other embodiments)
Of course, the laser crystal 1 in each embodiment of the present invention shown in FIGS. 4 to 6 can be replaced with a laser chamber 7 as shown in FIG. 3 to realize a discharge-excited gas laser device.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a prism resonator or a Z-type resonator that transmits laser light above and below a laser medium (a discharge region in a crystal or gas), a flat-side reflector or a partial reflector is incorporated. As a result, there is no laser light interference with the mirror holder of the output mirror or total reflection mirror without using an aperture, and it is easy to hold the mirror as a laser resonator that can be finely adjusted, and the position of the mirror can be adjusted. Can be easily performed.
[0048]
Further, according to the present invention, since an aperture, which has been used to avoid laser light interference with a conventional mirror holder, is not required, the entire laser medium can be effectively used, and a high-output laser with high beam quality can be used. Can be obtained.
[0049]
More specifically, in the present invention, as a means for reducing the laser beam size and improving the beam quality, the output mirror and the total reflection are used in a prism resonator used in a slab-type solid laser device or a discharge-excited gas laser device. In order to prevent the mirror holder that holds the mirror from interfering with the laser beam, a half-side laser beam is bent using a 45 ° flat-sided reflecting mirror. Laser output can be taken out. Further, with this configuration, there is an advantage that the mirror adjustment of the total reflection mirror for laser adjustment is easy and the mirror holding is easy.
[0050]
Further, in the present invention, in the Z-type resonator that passes through the solid-state laser crystal three times, the light passing above and below the laser crystal can be inverted by using a pair of partial reflecting mirrors. The thermal lens effect in the direction can be reduced, which can further improve the quality of the output beam. In this Z-type resonator, the laser beam interference with the mirror holder of the reflector is provided by the partial reflector, which is disposed before and after the laser crystal and which divides the upper and lower laser beams of the laser crystal into transmission and reflection. It is possible to extract the laser output to the maximum without causing it. Further, with this configuration, there is an advantage that the mirror adjustment of the total reflection mirror for laser adjustment is easy and the mirror holding is easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a configuration example of a slab-type solid-state laser resonator according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view showing an arrangement configuration of the resonator from the direction in which the width of the solid-state laser crystal can be seen; () Is a front view showing the arrangement configuration of the resonator from the direction in which the thickness of the solid-state laser crystal can be seen.
FIG. 2 is a plan view showing details of a flat-side reflecting mirror 2 shown in FIG. 1, wherein (a) shows an example of a square mirror and (b) shows an example of a circular mirror.
FIG. 3 is a plan view showing a configuration example in which the slab-type solid-state laser resonator of FIG. 1 is applied to a discharge excitation gas laser as a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of a slab type solid-state laser resonator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing details of a partial reflecting mirror 4 of FIG. 4;
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a slab type solid-state laser resonator having a Z-type resonator configuration which is a modification of the third embodiment of the present invention as a fourth embodiment of the present invention.
7A and 7B show a conventional example of a prism resonator configuration of a slab-type solid-state laser device, where FIG. 7A is a plan view showing an arrangement configuration of the resonator from the direction in which the width of the solid-state laser crystal can be seen, and FIG. FIG. 4 is a front view showing an arrangement configuration of the resonator from the direction in which the thickness of the crystal is visible.
FIG. 8 is a plan view showing a discharge-excited gas laser device as another configuration example of the conventional prism resonator configuration.
FIG. 9 is a plan view showing a configuration example of still another prism resonator in a conventional slab laser device.
FIG. 10 is a plan view showing a configuration example of a Z-type resonator in a conventional slab type laser device.
FIG. 11 is a plan view showing another configuration example of a Z-type resonator in a conventional slab type laser device.
[Explanation of symbols]
1. Plate-shaped slab-type laser crystal (solid-state laser crystal)
2,2-1,2-2 Flat side reflector
2a Total reflection coating
3 Right angle prism
4-2 Partial reflector
4a Total reflection coating
4b Anti-reflective coating
5 Total reflection mirror
6 Output mirror
7 Laser chamber
8 Optical window
9 Cathode
10 Anode
11 Aperture
12 Laser light (laser beam)
13 lamp
21,22 End face of laser crystal
23, 23-1, 23-2 Reflecting mirror (small mirror)
24, 24-1, 24-2 reflector (small mirror)

Claims

Thickness, width, plate-shaped slab type solid-state laser medium defined by the length direction,
The laser light passing through the slab-type solid-state laser medium, which is disposed on one side in the longitudinal direction of the slab-type solid-state laser medium, is turned back to form an optical path through which the laser light passes through each half of the width direction of the slab-type solid-state laser medium. A prism to form;
A laser resonator disposed on the opposite side of the length direction of the slab-type solid laser medium to reciprocate laser light passing through each half of the width direction of the slab-type solid laser medium through the prism. A total reflection mirror and an output mirror,
The laser beam having a half size in the width direction of the slab type solid-state laser medium, which is disposed between the total reflection mirror or the output mirror and the slab type solid-state laser medium and turned back by the prism, is supplied to the total reflection mirror or the output. A flat-sided reflector having a flat side for bending toward the mirror,
The flat-sided reflecting mirror is arranged such that the flat side is located on an extension of a central portion in the width direction of the slab-type solid-state laser medium and extends in the thickness direction of the slab-type solid-state laser medium. Laser oscillation device.

The flat-side reflector is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the laser beam that has been turned back by the prism and passed through the slab-type solid-state laser medium. 2. The laser oscillation device according to claim 1, wherein said laser oscillation device jumps up at a substantially right angle toward said output mirror.

Instead of the flat side reflector, a partial reflector having a two-stage characteristic of total reflection and total transmittance is used,
In the partial reflecting mirror, the boundary between the total reflection and the total transmission is straight, and the boundary is located on an extension of the central portion in the width direction of the slab-type solid laser medium, and the thickness direction of the slab-type solid laser medium is The laser oscillation device according to claim 1, wherein the laser oscillation device is disposed so as to extend from the laser oscillation device.

Thickness, width, plate-shaped slab type solid-state laser medium defined by the length direction,
A total reflection mirror for a resonator configuration, which is disposed on one side in the length direction of the slab type solid laser medium and reflects laser light passing through half of the width direction of the slab type solid laser medium and returns to the same optical path,
The laser light that is disposed on the opposite side of the length direction of the slab-type solid-state laser medium and that passes through the other half of the width direction of the slab-type solid-state laser medium is reflected, returned to the same optical path, and partially transmitted. An output mirror for the resonator configuration;
A first portion having a two-stage characteristic of total reflection and total transmittance disposed between the total reflection mirror and the slab type solid-state laser medium at a predetermined angle with respect to the optical axis of the laser beam; A reflector,
It has two-step characteristics of total reflection and total transmission, is disposed between the slab type solid-state laser medium and the output mirror at a predetermined angle with respect to the optical axis of laser light, and The first partial reflecting mirror and a second partial reflecting mirror, which is obtained by inverting the positional relationship between the first partial reflecting mirror and the total transmissiveness by 180 degrees,
The first and second partial reflecting mirrors have a total reflection and total transmission boundary that is straight, and the boundary is located on an extension of a central portion in the width direction of the slab type solid-state laser medium. It is arranged so as to extend in the thickness direction of the solid-state laser medium, whereby half of the width of the slab-type solid-state laser medium is used as an optical path through which laser light passes, and obliquely passes through the inside of the slab-type solid-state laser medium. A laser oscillation device comprising a resonator in which laser light reciprocates in a Z-shape so as to form an optical path.

The slab-type solid-state laser medium is a gas, and is a laser oscillation device that excites the gas laser medium by a discharge generated between opposing electrodes, wherein a region that generates laser light is a rectangular solid filled with the gas laser medium. The laser oscillation device according to any one of claims 1 to 4, wherein: