JP4613272B2

JP4613272B2 - Laser resonator and adjustment method thereof

Info

Publication number: JP4613272B2
Application number: JP2000136572A
Authority: JP
Inventors: 仁忠華; 智之和田; 英夫田代
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; Megaopto Co Ltd
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research; Megaopto Co Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001320114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー共振器およびその調整方法に関し、さらに詳細には、レーザー共振器の共振器長の短縮化を図り、全体の構成を小型化したレーザー共振器およびその調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザービームを出射するための従来のレーザー共振器として、例えば、図１に示すような構成のレーザー共振器が知られている。
【０００３】
即ち、このレーザー共振器１００は、互いに対向して配設された２つのミラーである第１ミラー１０２および第２ミラー１０４と、第１ミラー１０２と第２ミラー１０４との間に配設されたレーザー媒質１０６とを有して構成されている。
【０００４】
ここで、第１ミラー１０２と第２ミラー１０４とは、それぞれ所定の反射率と所定の透過率とを備えている。
【０００５】
また、このレーザー共振器１００のレーザー媒質１０６としては、例えば、ＹＡＧなどの固体のレーザー媒質を用いている。
【０００６】
以上の構成において、レーザー媒質１０６に、例えば、横励起などにより外部から励起光を注入すると、レーザー共振器１００内においてレーザー発振することとなり、レーザー共振器１００の外部にレーザービームを出射することができる。
【０００７】
なお、図１においては、第１ミラー１０２からレーザービームが出射される場合を図示しているが、第１ミラー１０２と第２ミラー１０４との反射率と透過率とをそれぞれ適宜に設定することにより、第１ミラー１０２あるいは第２ミラー１０４のいずれからも、出射光としてレーザービームをレーザー共振器１００の外部に出射することができる。
【０００８】
ところで、こうした従来のレーザー共振器１００において、レーザービームがレーザー媒質１０６による熱レンズ効果の影響を受けないようにしたり、レーザー共振器１００を構成する各構成部材たる第１ミラー１０２と第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６との位置関係のズレ、即ち、ミスアライメントによる影響を受けないようにするためには、レーザー共振器１００の全体の長さである共振器長Ｌ’を長くする必要があり、このためレーザー共振器１００の全体の構成を大型化せざるを得ないという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来のレーザー共振器と比較して共振器長の短縮化を図り、それによりレーザー共振器の全体の構成を小型化することを可能とし、しかも、レーザー媒質による熱レンズ効果の変動の影響を最小限にすることができるとともに、レーザー共振器を構成する各構成部材のミスアライメントによる影響を最小限にすることのできるレーザー共振器およびその調整方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザー共振器およびその調整方法は、レーザー媒質による熱レンズ効果の変動の影響を最小限にするとともに、レーザー共振器を構成する各構成部材のミスアライメントによる影響を最小限にするためには、次に示す２つの条件を同時に満足させる必要があるという着想を得てなされたものである。
【００１１】
まず、レーザー媒質による熱レンズ効果の変動の影響を最小限にするレーザー共振器を得るためには、以下に説明する条件を満足させる必要がある。
【００１２】
即ち、図１に示すような２枚のミラー（第１ミラー１０２および第２ミラー１０４）とレーザー媒質（レーザー媒質１０６）とにより構成されるレーザー共振器１００において、
Ｗ_０：レーザー媒質１０６中におけるレーザービームのビーム径
λ：レーザーの波長
Ｌ_１’：第１ミラー１０２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離
Ｒ_１’：第１ミラー１０２の曲率半径
Ｌ_２’：第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離
Ｒ_２’：第２ミラー１０４の曲率半径
として、
ｕ_ｉ＝πＷ_０ ^２／２λ （ｉ＝１ｏｒ２）・・・式（１）
と定義する。
【００１３】
そうすると、
ｕ_ｉ＝Ｌ_ｉ’（１−Ｌ_ｉ’／Ｒ_ｉ’）（ｉ＝１ｏｒ２）・・・式（２）
との関係から、レーザー媒質１０６中でのレーザービームのビーム径Ｗ_０が決定されると、レーザー共振器１００における第１ミラー１０２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１’と、第１ミラー１０２の曲率半径Ｒ_１’との関係が自動的に決定され、また、レーザー共振器１００における第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２’と、第２ミラー１０４の曲率半径Ｒ_２’との関係が自動的に決定されることになる。
【００１４】
この式（１）ならびに式（２）に示す条件（以下、「第１条件」と適宜に称する。）は、レーザー媒質として固体のレーザー媒質を用いたレーザー共振器において、レーザー媒質による熱レンズ効果の影響を受けることがないようにするための条件として知られている。
【００１５】
一方、レーザー共振器が、当該レーザー共振器を構成する各構成部材のミスアライメントによる影響を最小限にするためには、以下に説明する条件を満足させる必要がある。
【００１６】
即ち、図１に示すような２枚のミラー（第１ミラー１０２および第２ミラー１０４）とレーザー媒質（レーザー媒質１０６）とにより構成されるレーザー共振器１００において、当該レーザー共振器１００を構成する各構成部材たる第１ミラー１０２、第２ミラー１０４あるいはレーザー媒質１０６のミスアライメントによる影響を受けることがないようにするためには、第１ミラー１０２上の像を第２ミラー１０４に投影するように、第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２’と、第２ミラー１０４の曲率半径Ｒ_２’とを決定することが必要である。
【００１７】
即ち、２枚のミラーによる直線型レーザー共振器においては、以下に示す式（３）に示す条件（以下、「第２条件」と適宜に称する。）を満足させる必要がある。
【００１８】
１／Ｌ_１’＋１／Ｌ_２’＝１／ｆ・・・式（３）
ｆ：レーザー媒質１０６による熱レンズ効果における熱レンズの焦点距離
従って、上記した式（３）に示す第２条件に従えば、
Ｌ’＝Ｌ_１’＋Ｌ_２’≧４ｆ・・・式（４）
となる。
【００１９】
即ち、固体のレーザー媒質においては、一般的に「ｆ＝３０ｃｍ」程度であるが、「ｆ＝３０ｃｍ」の場合には、図１に示すような従来のレーザー共振器１００の共振器長Ｌ’は最低でも「１．２ｍ」必要になるものであって、レーザー共振器１００の共振器長Ｌ’をそれ以上に短縮化することは不可能であった。
【００２０】
本発明によるレーザー共振器は、上記した式（１）および式（２）に示す第１条件と上記した式（３）に示す第２条件とを同時に満たしたままで、レーザー共振器の共振器長を短縮化することを可能にしたものである。
【００２１】
即ち、本発明のうちの請求項１に記載の発明は、互いに対向して配設された２つのミラーである第１のミラーおよび第２のミラーと、上記第１のミラーと上記第２のミラーとの間に配設されたレーザー媒質と
を有するレーザー共振器において、
Ｗ _０：上記レーザー媒質中におけるレーザービームのビーム径
λ：レーザーの波長
Ｌ _第１：上記第１のミラーと上記レーザー媒質の中心との間の距離
Ｒ _第１：上記第１のミラーの曲率半径
Ｌ _第２：上記第２のミラーと上記レーザー媒質の中心との間の距離
Ｒ _第２：上記第２のミラーの曲率半径
ｆ _熱レンズ：上記レーザー媒質による熱レンズ効果における熱レンズの焦点距離
としたときに、
πＷ _０ ^２／２λ＝Ｌ _第１（１−Ｌ _第１／Ｒ _第１）かつ πＷ _０ ^２／２λ＝Ｌ _第２（１−Ｌ _第２／Ｒ _第２）
を満たし、かつ、
１／Ｌ _第１＋１／Ｌ _第２＝１／ｆ _熱レンズ
を満たす条件下において、
上記第１のミラーと上記レーザー媒質との間に凹レンズを配設するとともに、上記第２のミラーと上記レーザー媒質との間に凸レンズを配設し、
Ｌ _１レンズ：凹レンズとレーザー媒質の中心との間の距離
Ｌ _{１レンズ−像} ：凹レンズとレンズが配置されたときに利用される第１のミラーとの間の距離
ｆ _１レンズ：凹レンズの焦点距離
Ｌ _２レンズ：凸レンズとレーザー媒質の中心との間の距離
Ｌ _{２レンズ−像} ：凸レンズとレンズが配置されたときに利用される第２のミラーとの間の距離
ｆ _２レンズ：凸レンズの焦点距離
Ｒ _１ ’：凹レンズが配設された側において、該凹レンズを配設した場合のミラーの曲率半径
Ｒ _２ ’：凸レンズが配設された側において、該凸レンズを配設した場合のミラーの曲率半径
としたときに、
Ｒ _第１＝｛ｆ _１レンズ ^２／（ｆ _１レンズ −Ｌ _{１レンズ−像} ）｝×〔Ｒ _１ ’／｛Ｒ _１ ’＋（ｆ _１レンズ −Ｌ _{１レンズ−像} ）｝〕
および
Ｌ _第１＝Ｌ _１レンズ＋｛ｆ _１レンズ ×Ｌ _{１レンズ−像} ／（ｆ _１レンズ −Ｌ _{１レンズ−像} ）｝
の関係式が成立するとともに、
Ｒ _第２＝｛ｆ _２レンズ ^２／（ｆ _２レンズ −Ｌ _{２レンズ−像} ）｝×〔Ｒ _２ ’／｛Ｒ _２ ’＋（ｆ _２レンズ −Ｌ _{２レンズ−像} ）｝〕
および
Ｌ _第２＝Ｌ _２レンズ＋｛ｆ _２レンズ ×Ｌ _{２レンズ−像} ／（ｆ _２レンズ −Ｌ _{２レンズ−像} ）｝
の関係式が成立するようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうちの請求項２に記載の発明は、互いに対向して配設された２つのミラーである第１のミラーおよび第２のミラーと、上記第１のミラーと上記第２のミラーとの間に配設されたレーザー媒質と
を有するレーザー共振器において、
Ｗ _０：上記レーザー媒質中におけるレーザービームのビーム径
λ：レーザーの波長
Ｌ _第１：上記第１のミラーと上記レーザー媒質の中心との間の距離
Ｒ _第１：上記第１のミラーの曲率半径
Ｌ _第２：上記第２のミラーと上記レーザー媒質の中心との間の距離
Ｒ _第２：上記第２のミラーの曲率半径
ｆ _熱レンズ：上記レーザー媒質による熱レンズ効果における熱レンズの焦点距離
としたときに、
πＷ _０ ^２／２λ＝Ｌ _第１（１−Ｌ _第１／Ｒ _第１）かつ πＷ _０ ^２／２λ＝Ｌ _第２（１−Ｌ _第２／Ｒ _第２）
を満たし、かつ、
１／Ｌ _第１＋１／Ｌ _第２＝１／ｆ _熱レンズ
を満たす条件下において、
上記第１のミラーと上記レーザー媒質との間に凹面反射鏡を配設するとともに、上記第２のミラーと上記レーザー媒質との間に凸面反射鏡を配設し、
Ｌ _１レンズ：凹面反射鏡とレーザー媒質の中心との間の距離
Ｌ _{１レンズ−像} ：凹面反射鏡と反射鏡が配置されたときに利用される第１のミラーとの間の距離
ｆ _１レンズ：凹面反射鏡の焦点距離
Ｌ _２レンズ：凸面反射鏡とレーザー媒質の中心との間の距離
Ｌ _{２レンズ−像} ：凸面反射鏡と反射鏡が配置されたときに利用される第２のミラーとの間の距離
ｆ _２レンズ：凸面反射鏡の焦点距離
Ｒ _１ ’：凹面反射鏡が配設された側において、該凹面反射鏡を配設した場合のミラーの曲率半径
Ｒ _２ ’：凸面反射鏡が配設された側において、該凸面反射鏡を配設した場合のミラーの曲率半径
としたときに、
Ｒ _第１＝｛ｆ _１レンズ ^２／（ｆ _１レンズ −Ｌ _{１レンズ−像} ）｝×〔Ｒ _１ ’／｛Ｒ _１ ’＋（ｆ _１レンズ −Ｌ _{１レンズ−像} ）｝〕
および
Ｌ _第１＝Ｌ _１レンズ＋｛ｆ _１レンズ ×Ｌ _{１レンズ−像} ／（ｆ _１レンズ −Ｌ _{１レンズ−像} ）｝
の関係式が成立するとともに、
Ｒ _第２＝｛ｆ _２レンズ ^２／（ｆ _２レンズ −Ｌ _{２レンズ−像} ）｝×〔Ｒ _２ ’／｛Ｒ _２ ’＋（ｆ _２レンズ −Ｌ _{２レンズ−像} ）｝〕
および
Ｌ _第２＝Ｌ _２レンズ＋｛ｆ _２レンズ ×Ｌ _{２レンズ−像} ／（ｆ _２レンズ −Ｌ _{２レンズ−像} ）｝
の関係式が成立するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうちの請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載のレーザー共振器の調整方法であって、
Ｌ _{１レンズ−像} を調整することによりＷ _０を調整し、
Ｌ _{２レンズ−像} を調整することによりＬ _第２を調整する
ようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうちの請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項２に記載のレーザー共振器の調整方法であって、
Ｌ _{１レンズ−像} を調整することによりＷ _０を調整し、
Ｌ _{２レンズ−像} を調整することによりＬ _第２を調整する
ようにしたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるレーザー共振器およびその調整方法の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３０】
なお、以下に説明する実施の形態において、上記した図１に示す従来のレーザー共振器と同一あるいは相当する構成に関しては、図１において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略するものとする。
【００３１】
ここで、図２には、本発明によるレーザー共振器の実施の形態の一例が示されているが、このレーザー共振器１０は、互いに対向して配設された２つのミラーである第１ミラー１２および第２ミラー１４と、第１ミラー１２と第２ミラー１４との間に配設されたレーザー媒質１０６と、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６との間に配設された凹レンズよりなる第１レンズ１６と、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６との間に配設された凸レンズよりなる第２レンズ１８とを有して構成されている。
【００３２】
ここで、第１ミラー１２と第２ミラー１４とは、それぞれ所定の反射率と透過率とを備えている。
【００３３】
また、このレーザー共振器１０のレーザー媒質１０６としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧなどの固体のレーザー媒質を用いている。
【００３４】
以上の構成において、レーザー共振器１０に、例えば、横励起などにより外部から励起光を注入すると、レーザー共振器１０内においてレーザー発振が生じることとなり、レーザー共振器１０の外部に出射光としてレーザービームを出射することができる。
【００３５】
なお、図２においては、第１ミラー１２からレーザービームが出射される場合を図示しているが、第１ミラー１２と第２ミラー１４との反射率と透過率とを適宜に設定することにより、第１ミラー１２あるいは第２ミラー１４のいずれからも、出射光としてレーザービームをレーザー共振器１０の外部に出射することができる。
【００３６】
そして、このレーザー共振器１０においては、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６との間に第１レンズ１６を配設することにより、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１を、当該距離Ｌ_１に相当する従来のレーザー共振器１００における第１ミラー１０２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１’よりも短くすることができる。
【００３７】
同様に、このレーザー共振器１０においては、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６との間に第２レンズ１８を配設することにより、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２を、当該距離Ｌ_２に相当する従来のレーザー共振器１００における第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２’よりも短くすることができる。
【００３８】
以下、レーザー共振器１０においては、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６との間に第１レンズ１６を配設することにより、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１を、当該距離Ｌ_１に相当する従来のレーザー共振器１００における第１ミラー１０２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１’よりも短くすることができ、また、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６との間に第２レンズ１８を配設することにより、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２を、当該距離Ｌ_２に相当する従来のレーザー共振器１００における第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２’よりも短くすることができる理由について、概念的に図１に示す従来のレーザー共振器と図２に示す本発明によるレーザー共振器とを組み合わせた説明図である図３を参照しながら説明する。
【００３９】
まず、以下における説明のために、図３に示すように、
Ｒ_１：第１ミラー１２の曲率半径［ｃｍ］
Ｒ_２：第２ミラー１４の曲率半径［ｃｍ］
Ｌ_１レンズ：第１レンズ１６とレーザー媒質１０６の中心との間の距離［ｃｍ］
Ｌ_{１レンズ−像}：第１レンズ１６と第１ミラー１２との間の距離［ｃｍ］
ｆ_１レンズ：第１レンズ１６の焦点距離［ｃｍ］
Ｌ_２レンズ：第２レンズ１８とレーザー媒質１０６の中心との間の距離［ｃｍ］
Ｌ_{２レンズ−像}：第２レンズ１８と第２ミラー１４との間の距離［ｃｍ］
ｆ_２レンズ：第２レンズ１８の焦点距離［ｃｍ］
とする。
【００４０】
そして、本発明によるレーザー共振器１０においては、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６との間に第１レンズ１６を配設することにより、従来の第１ミラー１０２の位置を当該従来の第１ミラー１０２の位置よりもレーザー媒質１０６に近い位置にある第１ミラー１２に転写して、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１を、当該距離Ｌ_１に相当する従来のレーザー共振器１００における第１ミラー１０２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１’よりも短くするようにしたものである。
【００４１】
同様に、本発明によるレーザー共振器１０においては、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６との間に第２レンズ１８を配設することにより、従来の第２ミラー１０４の位置を当該従来の第２ミラー１０４の位置よりもレーザー媒質１０６に近い位置にある第２ミラー１４に転写して、第２ミラー１４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２を、当該距離Ｌ_２に相当する従来のレーザー共振器１００における第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_２’よりも短くするようにしたものである。
【００４２】
ここで、この転写の作用は通常のレンズの式に従うので、第１ミラー１２側に関しては、
Ｒ_１＝｛ｆ_１レンズ ^２／（ｆ_１レンズ−Ｌ _{１レンズ−像}）｝×〔Ｒ_１’／｛Ｒ_１’＋（ｆ_１レンズ−Ｌ_{１レンズ−像}）｝〕・・・式（５）
Ｌ_１＝Ｌ_１レンズ＋｛ｆ_１レンズ×Ｌ_{１レンズ−像}／（ｆ_１レンズ−Ｌ_{１レンズ−像}）｝・・・式（６）
の関係式が与えられる。
【００４３】
同様に、第２ミラー１４側に関しては、
Ｒ_２＝｛ｆ_２レンズ ^２／（ｆ_２レンズ−Ｌ _{２レンズ−像}）｝×〔Ｒ_２’／｛Ｒ_２’＋（ｆ_２レンズ−Ｌ_{２レンズ−像}）｝〕・・・式（７）
Ｌ_２＝Ｌ_２レンズ＋｛ｆ_２レンズ×Ｌ_{２レンズ−像}／（ｆ_２レンズ−Ｌ_{２レンズ−像}）｝・・・式（８）
の関係式が与えられる。
【００４４】
そして、図３において、第２レンズ１０４上の像は第１レンズ１０２に転写され、第１レンズ１０２上の像が第１レンズ１２に転写されるため、第２レンズ１０４と第１レンズ１２とは像の転写関係にあり、式（５）および式（６）に示す関係を利用しても、ミスアライメントによる影響を補正するための条件は満たされている。
【００４５】
同様に、図３において、第１レンズ１０２上の像は第２レンズ１０４に転写され、第２レンズ１０４上の像が第２レンズ１４に転写されるため、第１レンズ１０２と第２レンズ１４とは像の転写関係にあり、式（７）および式（８）に示す関係を利用しても、ミスアライメントによる影響を補正するための条件は満たされている。
【００４６】
以上のように、本発明によるレーザー共振器１０によれば、上記した第１条件および第２条件を満たしたままで、レーザー共振器の共振器長を短くすることができる。
【００４７】
ここで、上記したように、式（５）および式（６）を用いることにより、第２レンズ１４側と同様に、第１レンズ１２側においても、第１ミラー１２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１を、当該距離Ｌ_１に相当する従来のレーザー共振器１００における第１ミラー１０２とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１’よりも短くすることができる。
【００４８】
ただし、第１レンズ１２側においては、レーザービームのレーザー媒質１０６内での体積ボリュームを確保するために、式（１）および式（２）を同時に満たすように、第１レンズ１６の焦点距離ｆ_１レンズとその設置場所を決定する必要がある。
【００４９】
ところで、この実施の形態においては、第１レンズ１６として凹レンズを用いるとともに、第２レンズ１８として凸レンズを用いている。これにより、このレーザー共振器１０においては、レーザー媒質１０６を中心として第１レンズ１２側と第２レンズ１８側とではそれぞれ異なる作用を実現している。
【００５０】
即ち、レンズとして凸レンズを用いた方が、凹レンズを用いた場合と比べると、レーザー共振器の共振器長を一層短くすることが可能となる。
【００５１】
しかしながら、レンズとして凸レンズを用いた場合には、式（１）に示す「ｕ_ｉ（ｉ＝１ｏｒ２）」の値を一定にすることが困難になる。
【００５２】
一方、レンズとして凹レンズを用いると、レーザー共振器の共振器長を大幅に短くすることはできなくなる。しかしながら、式（１）に示す「ｕ_ｉ（ｉ＝１ｏｒ２）」の値を一定に保ちながら、レーザー共振器の共振器長を短くするには有利となる。
【００５３】
即ち、数学的には、単に式（５）および式（６）を満たしながら、あるいは式（７）および式（８）を満たしながら、レーザー共振器の共振器長を短くするには、レンズとして凸レンズを用いた方が有利である。これに対して、式（３）とともに式（５）および式（６）を満たしながら、あるいは式（３）とともに式（７）および式（８）を満たしながら、レーザー共振器の共振器長をできるだけ短くするには、レンズとして凹レンズを用いた方が有利である。
【００５４】
このため、図２に示すレーザー共振器１０においては、図２においてレーザー媒質１０６の右側に位置する第２レンズ１８を凸レンズとし、レーザー共振器１０の共振器長Ｌを大幅に短縮化することに寄与させ、図２においてレーザー媒質１０６の左側に位置する第２レンズ１６を凹レンズとし、式（１）に示す「ｕ_ｉ（ｉ＝１ｏｒ２）」の値を一定に保つことに寄与させている。
【００５５】
なお、上記した式（１）乃至式（８）の数値解の一例として、図４（ａ）（ｂ）のグラフを示す。
【００５６】
はじめに、図４（ａ）は、Ｌ_{１レンズ−像}とｕ_１ならびにＬ_１との関係を示すグラフである。
【００５７】
ここで、Ｌ_{１レンズ−像}を調整することにより、ｕ_１、即ち、Ｗ_０を大きく調整することができる。しかしながら、Ｌ_１の長さは変わらない。
【００５８】
つまり、Ｌ_{１レンズ−像}は、ｕ_１（Ｗ_０）を調整するのに最適である。
【００５９】
また、図４（ｂ）は、Ｌ_{２レンズ−像}とｕ_２ならびにＬ_２との関係を示すグラフである。
【００６０】
ここで、Ｌ_{２レンズ−像}を調整することにより、Ｌ_２を大きく調整することができる。なお、ｕ_２は、ほぼ一定である。
【００６１】
つまり、Ｌ_{２レンズ−像}は、共振器長の調整に有効である。
【００６２】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形することができるものである。
【００６３】
（１）参考例１
上記した実施の形態においては、第１レンズ１６として凹レンズを用いているが、凹レンズに代えて凸レンズを第１レンズ１６として用いてもよい。即ち、凸レンズを第１レンズ１６および第２レンズ１８として用いるようにしてもよい。
【００６４】
（２）参考例２
上記した実施の形態においては、第２レンズ１８として凸レンズを用いているが、凸レンズに代えて凹レンズを第２レンズ１８として用いてもよい。即ち、凹レンズを第１レンズ１６および第２レンズ１８として用いるようにしてもよい。
【００６５】
（３）参考例３
上記した実施の形態においては、図２においてレーザー媒質１０６の左側に第１レンズ１６を配設するとともに、図２においてレーザー媒質１０６の右側に第２レンズ１８を配設したが、図２においてレーザー媒質１０６の左側または右側のいずれか一方にのみ、凸レンズまたは凹レンズを配設するように変形してもよい。
【００６６】
即ち、図５（ａ）には、図２におけるレーザー媒質１０６の左側に配設された第１レンズ１６を取り除き、図２におけるレーザー媒質１０６の右側にのみ第２レンズ１８を配設した変形例が示されている。なお、図５（ａ）に示す変形例においては、第２レンズ１８として凸レンズを用いたが、凸レンズに代えて凹レンズを用いるようにしてもよい。
【００６７】
また、図５（ｂ）には、図２におけるレーザー媒質１０６の左側にのみ第１レンズ１６を配設し、図２におけるレーザー媒質１０６の右側に配設された第２レンズ１８を取り除いた変形例が示されている。なお、図５（ｂ）に示す変形例においては、第１レンズ１６として凹レンズを用いたが、凹レンズに代えて凸レンズを用いるようにしてもよい。
【００６８】
上記したように、図２においてレーザー媒質１０６の左側または右側のいずれか一方にのみ、凸レンズまたは凹レンズを配設するように変形した場合にも、レーザー媒質１０６の凸レンズまたは凹レンズを配設した側においては、第１ミラー１２または第２ミラー１４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１または距離Ｌ_２を、当該距離Ｌ_１または距離Ｌ_２に相当する従来のレーザー共振器１００における第１ミラー１０２または第２ミラー１０４とレーザー媒質１０６の中心との間の距離Ｌ_１’または距離Ｌ_２’よりも短くすることができる。
【００６９】
（４）また、本発明は、図２においてレーザー媒質１０６の左側と右側とに、凸レンズまたは凹レンズと同等の作用を行う物体がそれぞれ存在するように構成すればよいので、上記した実施の形態は、例えば、図５（ｃ）、図６（ａ）、図６（ｂ）ならびに図６（ｃ）に示すように適宜に変形してよい。
【００７０】
即ち、図５（ｃ）に示すように、図２における第１レンズ１６および第２レンズ１８を取り除き、図２における第１レンズ１６および第２レンズ１８に代えて、第１レンズ１６と同等の作用を行う物体として表面を反射面として形成した凸面鏡３０を用い、第２レンズ１８と同等の作用を行う物体として表面を反射面として形成した凹面鏡３２を用いるようにしてもよい。
【００７１】
また、参考例４として図６（ａ）に示すように、図５（ｃ）に示す変形例から凸面鏡３０を取り除いてもよい。
【００７２】
さらに、参考例５として図６（ｂ）に示すように、図５（ｃ）に示す変形例から凹面鏡３２を取り除いてもよい。
【００７３】
さらにまた、例えば、参考例６として図６（ｃ）に示すように、図２における第１レンズ１６および第２レンズ１８を取り除き、図２における第１レンズ１６および第２レンズ１８に代えて、第１レンズ１６および第２レンズ１８と同等の作用を行う物体として、レーザー媒質１０６におけるレーザービームの２つの入出射端面１０６ａ、１０６ｂの少なくともいずれか一方に、凸面または凹面を形成するようにしてもよい。
【００７４】
なお、図６（ｃ）に示す変形例においては、第１レンズ１６と同等の作用を行う物体として、レーザー媒質１０６におけるレーザービームの一方の入出射端面１０６ａに凸面を形成するとともに、第２レンズ１８と同等の作用を行う物体として、レーザー媒質１０６におけるレーザービームの他方の入出射端面１０６ｂに凹面を形成するようにしてもよい。なお、図６（ｃ）に示す変形例においては、レーザー媒質１０６の第１ミラー１２側の入出射端面１０６ａを当該第１ミラー１２に対して凹面に形成するとともに、レーザー媒質１０６の第２ミラー１４側の入出射端面１０６ｂを当該第２ミラー１４に対して凸面に形成している。
【００７５】
また、特に図示しないが、図６（ｃ）に示す変形例において、レーザー媒質１０６におけるレーザービームの入出射端面１０６ａ、１０６ｂのいずれか一方のみを凸面または凹面に形成し、レーザー媒質１０６におけるレーザービームの入出射端面１０６ａ、１０６ｂのいずれか他方を平面に形成するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、特に図示しないが、上記した第１レンズ１６、第２レンズ１８、凸面鏡３０、凹面鏡３２、凸面に形成された入出射端面１０６ａや凹面に形成された入出射端面１０６ｂを適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００７７】
（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、従来のレーザー共振器と比較して共振器長の短縮化を図ることができ、それによりレーザー共振器の全体の構成を小型化することが可能となり、しかも、レーザー媒質による熱レンズ効果の変動の影響を最小限にすることができるとともに、レーザー共振器を構成する各構成部材のミスアライメントによる影響を最小限にすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレーザー共振器の構成説明図である。
【図２】本発明によるレーザー共振器の実施の形態の一例の構成説明図である。
【図３】概念的に図１に示す従来のレーザー共振器と図２に示す本発明によるレーザー共振器とを組み合わせた説明図である。
【図４】（ａ）はＬ_{１レンズ−像}とｕ_１ならびにＬ_１との関係を示すグラフであり、（ｂ）はＬ_{２レンズ−像}とｕ_２ならびにＬ_２との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）ならびに（ｃ）は、本発明によるレーザー共振器の実施の形態の他の例の構成説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）ならびに（ｃ）は、本発明によるレーザー共振器の実施の形態の他の例の構成説明図である。
【符号の説明】
１０、１００レーザー共振器
１２、１０２第１ミラー
１４、１０４第２ミラー
１６第１レンズ
１８第２レンズ
３０凸面鏡
３２凹面鏡
１０６レーザー媒質
１０６ａ、１０６ｂ入出射端面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a laser resonator.And adjustment methodMore specifically, the laser resonator in which the cavity length of the laser resonator is shortened and the overall configuration is miniaturized.And adjustment methodAbout.
[0002]
[Prior art]
In general, as a conventional laser resonator for emitting a laser beam, for example, a laser resonator configured as shown in FIG. 1 is known.
[0003]
That is, the laser resonator 100 is disposed between the first mirror 102 and the second mirror 104, which are two mirrors disposed opposite to each other, and between the first mirror 102 and the second mirror 104. And a laser medium 106.
[0004]
Here, the first mirror 102 and the second mirror 104 each have a predetermined reflectance and a predetermined transmittance.
[0005]
Further, as the laser medium 106 of the laser resonator 100, for example, a solid laser medium such as YAG is used.
[0006]
In the above configuration, when excitation light is injected into the laser medium 106 from the outside by, for example, lateral excitation, laser oscillation occurs in the laser resonator 100, and a laser beam can be emitted to the outside of the laser resonator 100. it can.
[0007]
Although FIG. 1 shows a case where a laser beam is emitted from the first mirror 102, the reflectance and transmittance of the first mirror 102 and the second mirror 104 are set appropriately. As a result, a laser beam can be emitted from the first mirror 102 or the second mirror 104 to the outside of the laser resonator 100 as emitted light.
[0008]
By the way, in such a conventional laser resonator 100, the laser beam is prevented from being affected by the thermal lens effect by the laser medium 106, or the first mirror 102 and the second mirror 104 which are the respective constituent members constituting the laser resonator 100. In order not to be affected by the positional relationship between the laser medium 106 and the laser medium 106, that is, due to misalignment, it is necessary to increase the resonator length L ′, which is the entire length of the laser resonator 100, For this reason, there has been a problem that the entire configuration of the laser resonator 100 has to be enlarged.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above. The object of the present invention is to shorten the resonator length as compared with the conventional laser resonator. This makes it possible to downsize the entire structure of the laser resonator, minimize the influence of fluctuations in the thermal lens effect due to the laser medium, and make mistakes in the components constituting the laser resonator. Laser resonator that can minimize the effects of alignmentAnd adjustment methodIs to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a laser resonator according to the present invention is provided.And adjustment methodIn order to minimize the influence of the fluctuation of the thermal lens effect due to the laser medium and to minimize the influence of misalignment of each component constituting the laser resonator, the following two conditions are simultaneously applied: It was made with the idea that there is a need to be satisfied.
[0011]
First, in order to obtain a laser resonator that minimizes the influence of fluctuation of the thermal lens effect due to the laser medium, it is necessary to satisfy the conditions described below.
[0012]
  That is, in the laser resonator 100 configured by two mirrors (first mirror 102 and second mirror 104) and a laser medium (laser medium 106) as shown in FIG.
    W₀: Beam diameter of the laser beam in the laser medium 106
    λ: Laser wavelength
    L₁': Distance between the first mirror 102 and the center of the laser medium 106
    R₁': Curvature of the first mirror 102radius
    L₂': Distance between the second mirror 104 and the center of the laser medium 106
    R₂': Curvature of the second mirror 104radius
As
    u_i= ΠW₀ ²/ 2λ (i = 1 or 2) Expression (1)
It is defined as
[0013]
  Then
    u_i= L_i'(1-L_i’/ R_i′) (I = 1 or 2) Expression (2)
Therefore, the beam diameter W of the laser beam in the laser medium 106₀Is determined, the distance L between the first mirror 102 and the center of the laser medium 106 in the laser resonator 100 is determined.₁'And the curvature of the first mirror 102radiusR₁And the distance L between the second mirror 104 and the center of the laser medium 106 in the laser resonator 100 is automatically determined.₂'And the curvature of the second mirror 104radiusR₂The relationship with 'will be automatically determined.
[0014]
The conditions shown in the equations (1) and (2) (hereinafter referred to as “first condition” as appropriate) are the thermal lens effect of a laser medium in a laser resonator using a solid laser medium as a laser medium. It is known as a condition to avoid being affected by.
[0015]
On the other hand, in order for the laser resonator to minimize the influence due to misalignment of each component constituting the laser resonator, it is necessary to satisfy the conditions described below.
[0016]
  That is, in the laser resonator 100 including two mirrors (first mirror 102 and second mirror 104) and a laser medium (laser medium 106) as shown in FIG. 1, the laser resonator 100 is configured. In order not to be affected by misalignment of the first mirror 102, the second mirror 104, or the laser medium 106 which is each constituent member, an image on the first mirror 102 is projected onto the second mirror 104. And a distance L between the second mirror 104 and the center of the laser medium 106.₂'And the curvature of the second mirror 104radiusR₂It is necessary to determine '.
[0017]
That is, in the linear laser resonator using two mirrors, it is necessary to satisfy the condition shown in the following formula (3) (hereinafter referred to as “second condition” as appropriate).
[0018]
1 / L₁'+ 1 / L₂′ = 1 / f Expression (3)
f: Focal length of thermal lens in thermal lens effect by laser medium 106
Therefore, according to the second condition shown in the above equation (3),
L ′ = L₁'+ L₂′ ≧ 4f Expression (4)
It becomes.
[0019]
That is, in the case of a solid laser medium, generally “f = 30 cm”, but in the case of “f = 30 cm”, the resonator length L ′ of the conventional laser resonator 100 as shown in FIG. Is required to be at least “1.2 m”, and it is impossible to further shorten the resonator length L ′ of the laser resonator 100.
[0020]
The laser resonator according to the present invention satisfies the first condition shown in the above formulas (1) and (2) and the second condition shown in the above formula (3) at the same time, while maintaining the resonator length of the laser resonator. Can be shortened.
[0021]
  That is, the invention according to claim 1 of the present invention includes two mirrors arranged to face each other.A first mirror and a second mirror, and a laser medium disposed between the first mirror and the second mirror,
  In a laser resonator having
    W ₀ : Beam diameter of laser beam in the above laser medium
    λ: Laser wavelength
    L _First : Distance between the first mirror and the center of the laser medium
    R _First : Curvature radius of the first mirror
    L _Second : Distance between the second mirror and the center of the laser medium
    R _Second : Radius of curvature of the second mirror
    f _{Thermal lens} : Focal length of thermal lens in thermal lens effect by laser medium
  And when
    πW ₀ ² / 2λ = L _First (1-L _First / R _First ) And πW ₀ ² / 2λ = L _Second (1-L _Second / R _Second )
And satisfy
    1 / L _First + 1 / L _Second = 1 / f _{Thermal lens}
Under the conditions that satisfy
  A concave lens is disposed between the first mirror and the laser medium, and a convex lens is disposed between the second mirror and the laser medium;
    L _{1 lens} : Distance between concave lens and center of laser medium
    L _{1 lens-image} : Distance between the concave lens and the first mirror used when the lens is placed
    f _{1 lens} : Focal length of concave lens
    L _{2 lenses} : Distance between the convex lens and the center of the laser medium
    L _{2 lenses-image} : Distance between the convex lens and the second mirror used when the lens is arranged
    f _{2 lenses} : Focal length of convex lens
    R ₁ ': The radius of curvature of the mirror when the concave lens is arranged on the side where the concave lens is arranged
    R ₂ ': On the side where the convex lens is disposed, the radius of curvature of the mirror when the convex lens is disposed
  And when
    R _First = {F _{1 lens} ² / (F _{1 lens} -L _{1 lens-image} )} × [R ₁ '/ {R ₁ '+ (F _{1 lens} -L _{1 lens-image} ]}]
  and
    L _First = L _{1 lens} + {F _{1 lens} × L _{1 lens-image} / (F _{1 lens} -L _{1 lens-image} )}
Is established, and
    R _Second = {F _{2 lenses} ² / (F _{2 lenses} -L _{2 lenses-image} )} × [R ₂ '/ {R ₂ '+ (F _{2 lenses} -L _{2 lenses-image} ]}]
  and
    L _Second = L _{2 lenses} + {F _{2 lenses} × L _{2 lenses-image} / (F _{2 lenses} -L _{2 lenses-image} )}
The following relational expression is established.
[0022]
  The invention according to claim 2 of the present invention isA first mirror and a second mirror, which are two mirrors disposed opposite to each other; a laser medium disposed between the first mirror and the second mirror;
  In a laser resonator having
    W ₀ : Beam diameter of laser beam in the above laser medium
    λ: Laser wavelength
    L _First : Distance between the first mirror and the center of the laser medium
    R _First : Curvature radius of the first mirror
    L _Second : Distance between the second mirror and the center of the laser medium
    R _Second : Radius of curvature of the second mirror
    f _{Thermal lens} : Focal length of thermal lens in thermal lens effect by laser medium
  And when
    πW ₀ ² / 2λ = L _First (1-L _First / R _First ) And πW ₀ ² / 2λ = L _Second (1-L _Second / R _Second )
And satisfy
    1 / L _First + 1 / L _Second = 1 / f _{Thermal lens}
Under the conditions that satisfy
  A concave reflecting mirror is disposed between the first mirror and the laser medium, and a convex reflecting mirror is disposed between the second mirror and the laser medium,
    L _{1 lens} : Distance between concave reflector and center of laser medium
    L _{1 lens-image} : Distance between the concave mirror and the first mirror used when the mirror is arranged
    f _{1 lens} : Focal length of concave reflector
    L _{2 lenses} : Distance between convex reflector and center of laser medium
    L _{2 lenses-image} : Distance between the convex mirror and the second mirror used when the mirror is arranged
    f _{2 lenses} : Focal length of convex mirror
    R ₁ ': The radius of curvature of the mirror when the concave reflecting mirror is provided on the side where the concave reflecting mirror is provided.
    R ₂ ': The radius of curvature of the mirror when the convex reflecting mirror is provided on the side where the convex reflecting mirror is provided.
  And when
    R _First = {F _{1 lens} ² / (F _{1 lens} -L _{1 lens-image} )} × [R ₁ '/ {R ₁ '+ (F _{1 lens} -L _{1 lens-image} ]}]
  and
    L _First = L _{1 lens} + {F _{1 lens} × L _{1 lens-image} / (F _{1 lens} -L _{1 lens-image} )}
Is established, and
    R _Second = {F _{2 lenses} ² / (F _{2 lenses} -L _{2 lenses-image} )} × [R ₂ '/ {R ₂ '+ (F _{2 lenses} -L _{2 lenses-image} ]}]
  and
    L _Second = L _{2 lenses} + {F _{2 lenses} × L _{2 lenses-image} / (F _{2 lenses} -L _{2 lenses-image} )}
The relational expression ofIs.
[0023]
  The invention according to claim 3 of the present invention isA method for adjusting a laser resonator according to claim 1 of the present invention,
  L _{1 lens-image} By adjusting ₀ Adjust
  L _{2 lenses-image} By adjusting L _Second Adjust
It is what I did.
[0025]
  The invention according to claim 4 of the present invention isA method for adjusting a laser resonator according to claim 2 of the present invention,
  L _{1 lens-image} By adjusting ₀ Adjust
  L _{2 lenses-image} By adjusting L _Second Adjust
It is what I did.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, a laser resonator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.And adjustment methodAn example of the embodiment will be described in detail.
[0030]
In the embodiment described below, the same or equivalent configuration as that of the conventional laser resonator shown in FIG. 1 is described using the same reference numerals as those used in FIG. Detailed explanation of the operation will be omitted as appropriate.
[0031]
Here, FIG. 2 shows an example of an embodiment of a laser resonator according to the present invention. This laser resonator 10 is a first mirror which is two mirrors arranged opposite to each other. 12 and the second mirror 14, a laser medium 106 disposed between the first mirror 12 and the second mirror 14, and a first lens comprising a concave lens disposed between the first mirror 12 and the laser medium 106. 1 lens 16, and a second lens 18 made of a convex lens disposed between the second mirror 14 and the laser medium 106.
[0032]
Here, the first mirror 12 and the second mirror 14 each have a predetermined reflectance and transmittance.
[0033]
Further, as the laser medium 106 of the laser resonator 10, for example, a solid laser medium such as Nd: YAG is used.
[0034]
In the above configuration, when excitation light is injected into the laser resonator 10 from the outside by, for example, lateral excitation, laser oscillation is generated in the laser resonator 10, and a laser beam is emitted as emitted light outside the laser resonator 10. Can be emitted.
[0035]
FIG. 2 shows a case where a laser beam is emitted from the first mirror 12, but by appropriately setting the reflectance and transmittance of the first mirror 12 and the second mirror 14. The laser beam can be emitted from the first mirror 12 or the second mirror 14 to the outside of the laser resonator 10 as the emitted light.
[0036]
In the laser resonator 10, the distance L between the first mirror 12 and the center of the laser medium 106 is provided by disposing the first lens 16 between the first mirror 12 and the laser medium 106.₁, The distance L₁The distance L between the first mirror 102 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₁It can be shorter than '.
[0037]
Similarly, in this laser resonator 10, the distance L between the second mirror 14 and the center of the laser medium 106 is provided by arranging the second lens 18 between the second mirror 14 and the laser medium 106.₂, The distance L₂The distance L between the second mirror 104 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₂It can be shorter than '.
[0038]
Hereinafter, in the laser resonator 10, by disposing the first lens 16 between the first mirror 12 and the laser medium 106, the distance L between the first mirror 12 and the center of the laser medium 106.₁, The distance L₁The distance L between the first mirror 102 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₁′, And by disposing the second lens 18 between the second mirror 14 and the laser medium 106, the distance L between the second mirror 14 and the center of the laser medium 106.₂, The distance L₂The distance L between the second mirror 104 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₂The reason why the length can be made shorter than 'is conceptually described with reference to FIG. 3 which is an explanatory diagram in which the conventional laser resonator shown in FIG. 1 and the laser resonator according to the present invention shown in FIG. 2 are combined. .
[0039]
  First, for the explanation below, as shown in FIG.
    R₁: Curvature of the first mirror 12Radius [cm]
    R₂: Curvature of second mirror 14Radius [cm]
    L_{1 lens}: Distance between the first lens 16 and the center of the laser medium 106[Cm]
    L_{1 lens-image}: Distance between the first lens 16 and the first mirror 12[Cm]
    f_{1 lens}: Focal length of the first lens 16[Cm]
    L_{2 lenses}: Distance between the second lens 18 and the center of the laser medium 106[Cm]
    L_{2 lenses-image}: Distance between the second lens 18 and the second mirror 14[Cm]
    f_{2 lenses}: Focal length of the second lens 18[Cm]
And
[0040]
In the laser resonator 10 according to the present invention, the first lens 16 is disposed between the first mirror 12 and the laser medium 106 so that the position of the conventional first mirror 102 is changed to the conventional first mirror. The distance L between the first mirror 12 and the center of the laser medium 106 is transferred to the first mirror 12 that is closer to the laser medium 106 than the position 102.₁, The distance L₁The distance L between the first mirror 102 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₁It is made shorter than '.
[0041]
Similarly, in the laser resonator 10 according to the present invention, the second lens 18 is disposed between the second mirror 14 and the laser medium 106 so that the position of the conventional second mirror 104 is changed to the conventional second mirror 104. The distance L between the second mirror 14 and the center of the laser medium 106 is transferred to the second mirror 14 located closer to the laser medium 106 than the position of the mirror 104.₂, The distance L₂The distance L between the second mirror 104 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₂It is made shorter than '.
[0042]
  Here, since the action of this transfer follows a normal lens equation, with respect to the first mirror 12 side,
    R₁= {F_{1 lens} ²/ (F_{1 lens}−L _{1 lens-image})} × [R₁’/ {R₁‘+ (F_{1 lens}-L_{1 lens-image})}] ... Formula (5)
    L₁= L_{1 lens}+ {F_{1 lens}× L_{1 lens-image}/ (F_{1 lens}-L_{1 lens-image})} ... Formula (6)
Is given.
[0043]
  Similarly, for the second mirror 14 side,
    R₂= {F_{2 lenses} ²/ (F_{2 lenses}−L _{2 lenses-image})} × [R₂’/ {R₂‘+ (F_{2 lenses}-L_{2 lenses-image})}] Equation (7)
    L₂= L_{2 lenses}+ {F_{2 lenses}× L_{2 lenses-image}/ (F_{2 lenses}-L_{2 lenses-image})} Expression (8)
Is given.
[0044]
In FIG. 3, the image on the second lens 104 is transferred to the first lens 102, and the image on the first lens 102 is transferred to the first lens 12, so that the second lens 104, the first lens 12, Is an image transfer relationship, and the conditions for correcting the influence of misalignment are satisfied even if the relationships shown in equations (5) and (6) are used.
[0045]
Similarly, in FIG. 3, the image on the first lens 102 is transferred to the second lens 104, and the image on the second lens 104 is transferred to the second lens 14, so that the first lens 102 and the second lens 14 are transferred. Is an image transfer relationship, and the conditions for correcting the influence of misalignment are satisfied even if the relationships shown in the equations (7) and (8) are used.
[0046]
As described above, according to the laser resonator 10 of the present invention, the resonator length of the laser resonator can be shortened while the first condition and the second condition described above are satisfied.
[0047]
Here, as described above, by using the expressions (5) and (6), the center of the first mirror 12 and the laser medium 106 can be determined on the first lens 12 side as well as on the second lens 14 side. Distance L between₁, The distance L₁The distance L between the first mirror 102 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₁It can be shorter than '.
[0048]
However, on the first lens 12 side, in order to ensure the volume volume of the laser beam in the laser medium 106, the focal length f of the first lens 16 is satisfied so as to satisfy the expressions (1) and (2) at the same time._{1 lens}It is necessary to determine the installation location.
[0049]
By the way, in this embodiment, a concave lens is used as the first lens 16 and a convex lens is used as the second lens 18. Thus, in the laser resonator 10, different actions are realized on the first lens 12 side and the second lens 18 side with the laser medium 106 as the center.
[0050]
That is, it is possible to further shorten the resonator length of the laser resonator when the convex lens is used as compared with the case where the concave lens is used.
[0051]
However, when a convex lens is used as the lens, “u” shown in Expression (1)_iIt becomes difficult to make the value of (i = 1 or 2) "constant.
[0052]
On the other hand, if a concave lens is used as the lens, the resonator length of the laser resonator cannot be significantly shortened. However, “u” shown in equation (1)_iIt is advantageous to shorten the cavity length of the laser cavity while keeping the value of (i = 1 or 2) constant.
[0053]
That is, mathematically, in order to shorten the cavity length of the laser resonator while simply satisfying the expressions (5) and (6) or satisfying the expressions (7) and (8), It is advantageous to use a convex lens. On the other hand, while satisfying the expressions (5) and (6) together with the expression (3) or satisfying the expressions (7) and (8) together with the expression (3), the resonator length of the laser resonator is increased. In order to make it as short as possible, it is advantageous to use a concave lens as the lens.
[0054]
For this reason, in the laser resonator 10 shown in FIG. 2, the second lens 18 located on the right side of the laser medium 106 in FIG. 2 is a convex lens, and the resonator length L of the laser resonator 10 is significantly shortened. In FIG. 2, the second lens 16 located on the left side of the laser medium 106 is a concave lens, and “u” shown in Expression (1) is used._i(I = 1 or 2) ”is kept constant.
[0055]
In addition, the graph of Fig.4 (a) (b) is shown as an example of the numerical solution of above-mentioned Formula (1) thru | or Formula (8).
[0056]
First, FIG._{1 lens-image}And u₁And L₁It is a graph which shows the relationship.
[0057]
Where L_{1 lens-image}By adjusting₁That is, W₀Can be adjusted greatly. However, L₁The length of no change.
[0058]
That is, L_{1 lens-image}Is u₁(W₀) Is ideal for adjusting.
[0059]
In addition, FIG._{2 lenses-image}And u₂And L₂It is a graph which shows the relationship.
[0060]
Where L_{2 lenses-image}By adjusting L₂Can be adjusted greatly. U₂Is almost constant.
[0061]
That is, L_{2 lenses-image}Is effective in adjusting the resonator length.
[0062]
The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (5).
[0063]
  (1)Reference example 1
  In the above embodiment, a concave lens is used as the first lens 16, but a convex lens may be used as the first lens 16 instead of the concave lens. That is, convex lenses may be used as the first lens 16 and the second lens 18.
[0064]
  (2)Reference example 2
  In the above-described embodiment, a convex lens is used as the second lens 18, but a concave lens may be used as the second lens 18 instead of the convex lens. That is, concave lenses may be used as the first lens 16 and the second lens 18.
[0065]
  (3)Reference example 3
  In the embodiment described above, the first lens 16 is disposed on the left side of the laser medium 106 in FIG. 2 and the second lens 18 is disposed on the right side of the laser medium 106 in FIG. You may deform | transform so that a convex lens or a concave lens may be arrange | positioned only to either the left side of the medium 106, or the right side.
[0066]
That is, FIG. 5A shows a modification in which the first lens 16 disposed on the left side of the laser medium 106 in FIG. 2 is removed and the second lens 18 is disposed only on the right side of the laser medium 106 in FIG. It is shown. In the modification shown in FIG. 5A, a convex lens is used as the second lens 18, but a concave lens may be used instead of the convex lens.
[0067]
5B shows a modification in which the first lens 16 is disposed only on the left side of the laser medium 106 in FIG. 2 and the second lens 18 disposed on the right side of the laser medium 106 in FIG. 2 is removed. An example is shown. In the modification shown in FIG. 5B, a concave lens is used as the first lens 16, but a convex lens may be used instead of the concave lens.
[0068]
As described above, even in the case where the convex or concave lens is deformed so that only the left side or the right side of the laser medium 106 in FIG. Is the distance L between the first mirror 12 or the second mirror 14 and the center of the laser medium 106.₁Or distance L₂, The distance L₁Or distance L₂The distance L between the first mirror 102 or the second mirror 104 and the center of the laser medium 106 in the conventional laser resonator 100 corresponding to₁'Or distance L₂It can be shorter than '.
[0069]
  (4) Further, the present invention relates to the left side of the laser medium 106 in FIG.WhenRight sideWhenIn addition, an object performing the same function as a convex lens or a concave lensRespectivelyThe above-described embodiment may be appropriately modified as shown in FIGS. 5C, 6A, 6B, and 6C, for example. It's okay.
[0070]
That is, as shown in FIG. 5C, the first lens 16 and the second lens 18 in FIG. 2 are removed, and instead of the first lens 16 and the second lens 18 in FIG. The convex mirror 30 formed with the surface as a reflecting surface may be used as the object performing the action, and the concave mirror 32 formed with the surface as the reflecting surface may be used as the object performing the same action as the second lens 18.
[0071]
  Also,As Reference Example 4As shown in FIG. 6A, the convex mirror 30 may be removed from the modification shown in FIG.
[0072]
  further,As Reference Example 5As shown in FIG. 6B, the concave mirror 32 may be removed from the modification shown in FIG.
[0073]
  Furthermore, for example,As Reference Example 6As shown in FIG. 6C, the first lens 16 and the second lens 18 in FIG. 2 are removed, and the first lens 16 and the second lens 18 are replaced with the first lens 16 and the second lens 18 in FIG. A convex surface or a concave surface may be formed on at least one of the two incident / exit end surfaces 106a and 106b of the laser beam in the laser medium 106 as an object that performs the same function as.
[0074]
In the modification shown in FIG. 6C, a convex surface is formed on one incident / exit end surface 106a of the laser beam in the laser medium 106 as an object performing the same function as the first lens 16, and the second lens. A concave surface may be formed on the other incident / exit end surface 106b of the laser beam in the laser medium 106 as an object that performs the same action as that of FIG. In the modification shown in FIG. 6C, the incident / exit end surface 106 a on the first mirror 12 side of the laser medium 106 is formed as a concave surface with respect to the first mirror 12 and the second mirror of the laser medium 106. The incident / exit end face 106 b on the 14 side is formed to be convex with respect to the second mirror 14.
[0075]
Although not particularly illustrated, in the modification shown in FIG. 6C, only one of the laser beam input / output end surfaces 106a and 106b in the laser medium 106 is formed as a convex surface or a concave surface, and the laser beam in the laser medium 106 is formed. Any one of the incident / exit end faces 106a and 106b may be formed in a plane.
[0076]
Further, although not particularly shown, the first lens 16, the second lens 18, the convex mirror 30, the concave mirror 32, the incident / exit end surface 106a formed on the convex surface and the incident / exit end surface 106b formed on the concave surface are appropriately combined. May be.
[0077]
(5) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (4).
[0078]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the cavity length can be shortened as compared with the conventional laser resonator, thereby miniaturizing the entire structure of the laser resonator. In addition, it is possible to minimize the influence of fluctuations in the thermal lens effect due to the laser medium, and to minimize the influence of misalignment of each component constituting the laser resonator. Has an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a conventional laser resonator.
FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of an example of an embodiment of a laser resonator according to the present invention.
3 is an explanatory diagram conceptually combining the conventional laser resonator shown in FIG. 1 and the laser resonator according to the present invention shown in FIG.
FIG. 4 (a) is L_{1 lens-image}And u₁And L₁(B) is a graph showing the relationship with L_{2 lenses-image}And u₂And L₂It is a graph which shows the relationship.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are configuration explanatory views of another example of an embodiment of a laser resonator according to the present invention. FIGS.
FIGS. 6A, 6B, and 6C are configuration explanatory views of another example of the embodiment of the laser resonator according to the present invention. FIGS.
[Explanation of symbols]
10, 100 Laser resonator
12, 102 First mirror
14, 104 Second mirror
16 First lens
18 Second lens
30 Convex mirror
32 Concave mirror
106 Laser medium
106a, 106b Input / output end face

Claims

Laser resonance having two mirrors, a first mirror and a second mirror, and a laser medium disposed between the first mirror and the second mirror. In the vessel
W ₀ : Laser beam diameter in the laser medium λ: Laser wavelength L _1st : Distance between the first mirror and the center of the laser medium R ₁ : Radius of curvature of the first mirror L _second: said second mirror and the distance between the center of the laser medium R _second: said second radius of curvature f _{heat lens} mirror: the focal length of the thermal lens in the thermal lens effect of the laser medium When
πW ₀ ² / 2λ = L _first (1-L _first / R _first ) and πW ₀ ² / 2λ = L _second (1-L _second / R _second )
And satisfy
1 / L _1st + 1 / L _2nd = 1 / f _{thermal lens}
Under the conditions that satisfy
A concave lens is disposed between the first mirror and the laser medium, and a convex lens is disposed between the second mirror and the laser medium;
L _{1 lens} : distance between the concave lens and the center of the laser medium L _{1 lens-image} : distance between the concave lens and the first mirror used when the lens is placed f _{1 lens} : focal length of the concave _lens L 2 _lens: distance L 2 _lens between the center of the convex lens and the laser medium _{- image:} distance f 2 _lens between the second mirror to be utilized when the convex lens and the lens is placed: the focal point of the convex lens distance R ₁ ': in the concave lens are disposed side, the radius of curvature R ₂ of the mirror case which is disposed a concave lens': in the convex lens are disposed side curvature of the mirrors in the case of arranging the convex lens When the radius is
R _1st = {f _{1 lens} ² / (f _{1 lens} − L _{1 lens−image} )} × [R ₁ ′ / {R ₁ ′ + (f _{1 lens−} L _{1 lens−image} )}]
and
L _1st = L _{1 lens} + {f _{1 lens} × L _{1 lens−image} / (f _{1 lens−} L _{1 lens−image} )}
Is established, and
R _2nd = {f _{2 lens} ² / (f _{2 lens} − L _{2 lens−image} )} × [R ₂ ′ / {R ₂ ′ + (f _{2 lens−} L _{2 lens−image} )}]
and
L _2nd = L _{2 lens} + {f _{2 lens} × L _{2 lens−image} / (f _{2 lens−} L _{2 lens−image} )}
A laser resonator characterized by satisfying the following relational expression.

Laser resonator having a first and a mirror and a second mirror, a laser medium disposed between said first mirror and said second mirror is a two mirrors disposed opposite to each other In the vessel
W ₀ : Laser beam diameter in the laser medium λ: Laser wavelength
L _1st : Distance between the first mirror and the center of the laser medium
R _first : radius of curvature of the first mirror
L _2nd : Distance between the second mirror and the center of the laser medium
R _second : radius of curvature of the second mirror f _{thermal lens} : focal length of thermal lens in thermal lens effect by the laser medium
πW ₀ ² / 2λ = L _first (1-L _No. 1 / R _first) and πW ₀ ² / 2λ = L _second (1-L _No. 2 / R _second)
And satisfy
1 / L _1st + 1 / L _2nd = 1 / f _{thermal lens}
Under the conditions that satisfy
With disposing a concave reflector between said laser medium and said first mirror, arranged a convex reflector between the second mirror and the laser medium,
L1 _lens : distance between the concave reflector and the center of the laser medium
L1 _lens-image : distance between the concave mirror and the first mirror used when the reflector is placed
f _{1 lens} : focal length of concave reflector
L2 _lens : distance between the convex mirror and the center of the laser medium
L2 _lens-image : distance between the convex mirror and the second mirror used when the reflector is placed
f2 _lens : focal length of convex reflector
R ₁ ': radius of curvature of the mirror when the concave reflecting mirror is provided on the side where the concave reflecting mirror is provided
R ₂ ′: radius of curvature of the mirror when the convex reflecting mirror is provided on the side where the convex reflecting mirror is provided
And when
R _1st = {f _{1 lens} ² / (f _{1 lens−} L _{1 lens−image} )} × [R ₁ ′ / {R ₁ ′ + (f _{1 lens−} L _{1 lens−image} )}]
and
L _1st = L _{1 lens} + {f _{1 lens} × L _{1 lens−image} / (f _{1 lens−} L _{1 lens−image} )}
Is established, and
R _2nd = {f _{2 lens} ² / (f _{2 lens−} L _{2 lens−image} )} × [R ₂ ′ / {R ₂ ′ + (f _{2 lens−} L _{2 lens−image} )}]
and
L _2nd = L _{2 lens} + {f _{2 lens} × L _{2 lens−image} / (f _{2 lens−} L _{2 lens−} _image )}
A laser resonator characterized by satisfying the following relational expression.

A method for adjusting a laser resonator according to claim 1, comprising:
L _{１レンズ−像1 lens-image} By adjusting _０0 Adjust
L _{２レンズ−像2 lenses-image} By adjusting L _第２Second Adjust
A method for adjusting a laser resonator.

A method for adjusting a laser resonator according to claim 2,
L _{１レンズ−像1 lens-image} By adjusting _０0 Adjust
L _{２レンズ−像2 lenses-image} By adjusting L _第２Second Adjust
A method for adjusting a laser resonator.