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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörperlasergenerator mit Intracavity-Frequenzumsetzung, und
betrifft, genauer ausgedrückt,
einen Festkörperlasergenerator,
der Frequenz durch Verwendung eines nichtlinearen optischen Kristalls
umsetzt.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Nd:YAG-Laser
oder andere Festkörperlasergeneratoren
finden breite Verwendung als Bearbeitungslaser. In letzter Zeit
stieg die Ausgangsleistung von Festkörperlasergeneratoren sehr schnell
von mehreren hundert Watt auf mehrere Kilowatt, und das Anwendungsgebiet
der Laser weitet sich dementsprechend von dem konventionellen Mikrofertigungsgebiet
auf Schweiß-
und Schneidanwendungen in der Fahrzeugindustrie aus. Nichtsdestoweniger
haben die meisten Festkörperlasergeneratoren
einen Emissionswellenlängenbereich,
der auf den nahen Infrarotbereich von etwa 1 μm begrenzt ist, was von dem
Nachteil begleitet ist, dass Reflexionsvermögen hinsichtlich Wellenlängen außerhalb
des nahen Infrarotbereichs hoch ist und die Bearbeitungseffizienz
schlecht bei Kupfer, Silizium und einigen anderen Materialien ist,
die einen niedrigen Absorptionsgrad haben.
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Aus
diesem Grund sind Verfahren im Stand der Technik vorgeschlagen worden
(Veröffentlichung
der Japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 6-5962, Veröffentlichung
der Japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 6-21553, Japanisches Patent
Nr. 3197820), in denen LiB3O5 (Lithiumtriborat,
LBO), KTiOPO4(KTP), β-BaB2O4 (Bariumborat, BBO), und andere nichtlineare
optische Kristalle zum Umsetzen der Emissionswellenlänge in eine
zweite Harmonische, Senken des Reflexionsvermögens in der Oberfläche des
Werkstücks,
Erhöhen
der Laserlichtabsorption und dadurch Erhöhen der Bearbeitungseffizienz
verwendet werden. Externe Cavity-Frequenzumsetzung und Intracavity-Frequenzumsetzung
sind Typen von Frequenzumsetzung, bei denen solche nichtlinearen
optischen Kristalle verwendet werden.
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Externe
Cavity-Frequenzumsetzung hat eine niedrige Umsetzungsrate von einem
Laserlicht bei einer Grundfrequenz (im Folgenden als Grundlaserlicht
bezeichnet) in Laserlicht der zweiten Harmonischen, und Grundlaserlicht
muss mit hoher Leistungsdichte in den nichtlinearen optischen Kristallen
kondensiert werden, um Laserlicht hoher Ausgangsleistung auszugeben.
Aus diesem Grunde liegt die obere Grenze der von einem einfachen
Resonator erhaltenden Ausgangsleistung in der Kategorie über 100
W und es ist schwierig, eine höhere
Ausgangsleistung zu erreichen, wenn Zuverlässigkeit berücksichtigt
wird.
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Intracavity-Frequenzumsetzung
hat eine hohe Umsetzungsrate in Laserlicht der zweiten Harmonischen
und bessere Zuverlässigkeit
im Vergleich zu externer Cavity-Frequenzumsetzung. Diese Verfahren
ist jedoch nachteilhaft darin, dass der in dem Festkörperlasermedium
erzeugte Wärmelinseneffekt
den Erhalt einer höheren
Ausgangsleistung nicht zulässt,
während
ein stabiler Resonanzzustand gehalten wird. Der Wärmelinseneffekt
ist ein Phänomen,
bei dem das Festkörperlasermedium
erhitzt wird, indem es erregt wird, die innerhalb des Festkörperlasermediums
erzeugte Temperaturverteilung eine Brechungsindexverteilung erzeugt,
und das Festkörperlasermedium
sich wie eine Linse verhält.
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Gewöhnliche
Festkörperlasermedien
absorbieren beinahe kein Grundlaserlicht, aber frequenzumgesetztes
Laserlicht hat oft hohe Absorptionscharakteristiken, insbesondere
in bezug zu Laserlicht, das in eine höhere Frequenz umgesetzt wurde.
Angesichts des Obigen werden Festkörperlasergeneratoren, die Intracavity-Frequenzumsetzung
annehmen, konfiguriert, um den Lichtpfad des Laserlichts mindestens
einmal zu knicken und den Lichtpfad in frequenzumgesetztes Laserlicht
und Grundlaserlicht durch Verwendung eines Spiegels mit dielektrischem
mehrschichtigem Belag zu trennen, um nur das frequenzumgesetzte
Laserlicht von dem Resonator herauszubringen, und dadurch Absorbierung
des frequenzumgesetzten Laserlichts durch das Festkörperlasermedium
zu verhindern, und frequenzumgesetztes Laserlicht mit gutem Wirkungsgrad
zu erhalten.
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1 ist ein Diagramm, das
die Konfiguration eines Resonators in einem konventionellen Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung zeigt. Der Resonator 100 eines
konventionellen Festkörperlasergenerators
hat eine Konfiguration, in der ein Flachspiegel 104, ein
Güteschalter 103a,
ein Festkörperlasermedium 101,
ein Güteschalter 103b,
und ein Flachspiegel 107 nacheinander in einer einzigen
Reihe angeordnet sind, wie in 1 gezeigt
ist. Der Flachspiegel 107 ist so angeordnet, dass das durch
den Güteschalter 103a übertragene
Laserlicht bei einem 45° Winkel
eintritt. Ein Konkavspiegel 110 und ein LBO- oder ein anderer
nichtlinearer optischer Kristall 102 zum Umsetzen der Frequenz
des Laserlichts sind nacheinander in der Bewegungsrichtung des durch
den Flachspiegel 107 reflektierten Laserlichts angeordnet,
genauer ausgedrückt,
in einer Richtung, die 90° zu
der Einfallsrichtung des Laserlichts liegt.
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Der
Flachspiegel 104 des Resonators 100 ist mit einem
dielektrischen mehrschichtigen Hochreflexionsbelag versehen, der
das rechtwinklig einfallende Grundlaserlicht 109 auf der
Oberfläche
reflektiert, die zum Güteschalter 103a gerichtet
ist, genauer ausgedrückt,
der Einfallsfläche
des Laserlichts. Der Flachspiegel 107 ist ein Spiegel zum
Trennen des umgesetzten Laserlichts 108, und die Einfallsfläche des
Laserlichts des Spiegels ist mit einem dielektrischen mehrschichtigen
Belag versehen, wodurch das bei 45 ° einfallende Grundlaserlicht 109 mit
hohem Reflexionsvermögen
reflektiert wird, und das bei 45° einfallende
Laserlicht 108 der zweiten Harmonischen übertragen
wird. Der Konkav spiegel 110 ist mit einem dielektrischen
mehrschichtigen Hochreflexionsbelag versehen, der sowohl das rechtwinklig
einfallende Grundlaserlicht 109 als auch das Laserlicht 108 der
zweiten Harmonischen reflektiert.
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Aus
diesem Grunde wird das in dem Festkörperlasermedium 101 erzeugte
Grundlaserlicht 109 durch den Flachspiegel 104 reflektiert
und dann erneut durch das Festkörperlasermedium 101 geführt, durch
den Flachspiegel 107 reflektiert und in den nichtlinearen
optischen Kristall 102 eintreten gelassen. Ein Teil des Grundlaserlichts 109 wird
in das Laserlicht 108 der zweiten Harmonischen durch den
nichtlinearen optischen Kristall 102 umgesetzt. Das Grundlaserlicht 109 und
das Laserlicht 108 der zweiten Harmonischen, die den nichtlinearen
optischen Kristall 102 durchquert haben, werden durch den
Konkavspiegel 110 reflektiert, erneut durch den nichtlinearen
optischen Kristall 102 übertragen,
und in eine andere Frequenz umgesetzt. Das Grundlaserlicht 109 wird
dann durch den Flachspiegel 107 reflektiert und zu dem
Güteschalter 103 gerichtet, und
das Laserlicht 108 der zweiten Harmonischen wird durch
den Flachspiegel 107 übertragen
und aus dem System herausgebracht. Das Laserlicht 108 der
zweiten Harmonischen allein wird dadurch aus dem System herausgebracht,
und das Grundlaserlicht 109 wird darin eingeschlossen.
In dem konventionellen Festkörperlasergenerator
liegt eine Asymmetrie in bezug zu dem Festkörperlasermedium 101 vor,
die proportional zu dem durch den nichtlinearen optischen Kristall 102 und
den Flachspiegel 107 besetzten Raum ist, und mindestens
ein Spiegel ist als ein Konkavspiegel 110 konfiguriert,
anstatt dass alle der darin angeordneten Spiegel als Flachspiegel
konfiguriert sind.
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Der
oben beschriebene Stand der Technik birgt jedoch die im Folgenden
beschriebenen Mängel.
Wie oben beschrieben ist, hat ein Festkörperlasergenerator mit Intracavity-Frequenzumsetzung
eine hohe Umsetzungsrate von dem Grundlaserlicht in ein Laserlicht
der zweiten Harmonischen, aber da ein Wärmelinseneffekt in dem Festkörperlasermedium
erzeugt wird, wird die Wärmelinsen-Brennweite
des Festkörperlasermediums reduziert,
wenn die Intensität
des zu dem Festkörperlasermedium
emittierten Erregungslichts erhöht
wird, um Laserlicht hoher Ausgangsleistung zu erhalten.
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In
einem konventionellen Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung muss der Abstand zwischen den
beiden Flachspiegeln, das heißt
die Resonatorlänge,
in einer Größenordnung
der vierfachen oder niedrigen Brennweite des Festkörperlasermediums
in dem Fall gehalten werden, dass zwei Flachspiegel zum Beispiel
als Resonatorspiegel auf beiden Seite des Festkörperlasergenerators angeordnet
sind, um einen stabilen Resonanzzustand zu erhalten. Je kürzer die
Resonatorlänge
ist, desto stabiler ist die hohe Laserausgangsleistung. Wenn jedoch
der Lichtpfad des Laserlichts so konfiguriert ist, um abgeknickt
zu werden, wie bei dem in 1 gezeigten
Resonator 100, wird Raum nicht nur für einen nichtlinearen optischen Kristall 102,
sondern auch für
einen Flachspiegel 107 benötigt, der den Lichtpfad durch
Reflektieren des Grundlaserlichts 109 knickt und das Laserlicht 108 der
zweiten Harmonischen überträgt, um dieses
Licht von dem Grundlaserlicht 109 zu trennen. Somit birgt
ein Festkörperlasergenerator
mit einer konventionellen Resonatorkonfiguration, in der der Lichtpfad
abgeknickt wird, Mängel
darin, dass die Resonatorlänge
nicht kürzer gestaltet
werden kann und eine höhere
Ausgangsleistung schwer zu erhalten ist.
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Ein
anderer Nachteil besteht darin, dass es schwierig ist, die Anzahl
von Festkörperlasermedien
zu erhöhen,
die innerhalb des Resonators in einem konventionellen Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung angeordnet sind. Die 2A bis 2C sind Diagramme, die den Ausbreitungszustand
des Grundlaserlichts zeigen, wenn die Komponenten des in 1 gezeigten Resonators 100 neu
angeordnet werden, um einen linearen Lichtpfad zu bilden. 2A zeigt den Fall, in dem
die Intensität
des in das Festkörperlasermedium
eingegebenen Erregungslichts niedrige Intensität aufweist. 2B zeigt den Fall, in dem die Intensität des Erregungslichts
eine mittlere Intensität
darstellt. 2C zeigt
den Fall, in dem die Intensität
des Erregungslichts hoch ist. Der Ausbreitungszustand des in den 2A bis 2C gezeigten Grundlaserlichts 109 wird
getrennt durch Berechnung erhalten. Gezeigt ist ein Quermodus der
Ausbreitung des innerhalb des Resonators 100 eingeschlossenen
Grundlaserlichts 109. Zwei Festkörperlasermedien 111a und 111b sind
zwischen einem Flachspiegel 114 und Konkavspiegel 120 angeordnet,
die zueinander gerichtet innerhalb des Resonators platziert sind,
wie in den 2A bis 2C gezeigt ist, und das Intervall
zwischen dem Festkör perlasermedium 111b und
dem Konkavspiegel 120 wird um eine Distanz gleich dem Raum
erweitert, der durch den nichtlinearen optischen Kristall 112 besetzt
wird. Wenn die Konfiguration des Resonators in Bezug zu dem Festkörperlasermedium
asymmetrisch ist, ist daher der in diesem Fall gebildete Ausbreitungsmodus
auch ein asymmetrischer Querausbreitungsmodus. Aus diesem Grunde
kann die Anzahl von Festkörperlasermedien nicht
einfach innerhalb des Resonators in einem konventionellen Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung erhöht werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines
Festkörperlasergenerators, der
Raum zum Unterbringen eines Trennspiegels für Laserlicht der zweiten Harmonischen
und eines nichtlinearen optischen Kristalls sichern kann, und der
höhere
Ausgangsleistung unter Aufrechterhaltung eines stabilen Resonanzzustands
liefern kann.
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Der
Festkörperlasergenerator
gemäß der vorliegenden
Erfindung führt
Frequenzumsetzung innerhalb eines Resonators aus. Der Festkörperlasergenerator
umfasst einen ersten und zweiten Flachspiegel für Resonanz, ein Lasermedium,
das Laserlicht verstärkt
und zwischen dem ersten und zweiten Flachspiegel angeordnet ist,
einen oder eine Mehrzahl nichtlinearer optischer Kristalle, die
zwischen dem Lasermedium und dem zweiten Flachspiegel angeordnet
sind und die Frequenz des Laserlichts umsetzen, und eine Linse,
die zwischen dem Lasermedium und dem zweiten Flachspiegel angeordnet
ist, wobei das Intervall zwischen der Linse und dem zweiten Flachspiegel
gleich der Brennweite f der Linse ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine Linse so angeordnet, dass das
Intervall von dem zweiten Flachspiegel gleich der Brennweite f der
Linse innerhalb des zwischen dem ersten und zweiten Flachspiegel angeordneten
Resonators ist, wodurch die Resonanzstabilitätsbedingungen erfüllt werden
können,
bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich erreicht ist, selbst wenn
die Länge
des Resonators erweitert wird, und eine höhere Ausgangsleistung sichergestellt
werden kann, da Raum zum Unterbringen eines nichtlinearen optischen Kristalls,
eines Frequenztrennspiegels, und anderer Komponenten zum Umsetzen
der Frequenz des Laserlichts gesichert werden kann.
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Die
Mehrzahl von Linsen kann in einer konfokalen Position zwischen dem
Lasermedium und dem zweiten Flachspiegel angeordnet werden. Die
Resonanzstabilitätsbedingungen
können
dadurch erfüllt
werden, bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich erreicht ist, selbst
wenn die Länge
des Resonators erweitert ist.
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Wenn
ferner n (wobei n eine natürliche
Zahl ist) Paare von Linsen zwischen dem Lasermedium und dem zweiten
Flachspiegel angeordnet sind, und der nichtlineare optische Kristall
zwischen den beiden Linsen angeordnet sind, die die Paare von Linsen
bilden, ist das Intervall zwischen den Linsen und dem nichtlinearen optischen
Kristall vorzugsweise gleich der Brennweite f der Linsen. Es ist
dadurch möglich,
hohe Zuverlässigkeit
gleichzeitig mit hoher Umsetzungseffizienz zu erreichen, ohne die
Leistungsdichte in dem nichtlinearen optischen Kristall zu modifizieren.
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Ein
oder eine Mehrzahl von Spiegeln mit dielektrischem mehrschichtigem
Belag, bei dem/der ein dielektrischer mehrschichtiger Belag auf
der Einfallsebene des Laserlichts ausgebildet ist, kann zwischen
dem ersten und zweiten Flachspiegel angeordnet werden. In einem
solchen Fall reflektiert mindestens ein Spiegel mit dielektrischem
mehrschichtigem Belag von den Spiegeln mit dielektrischem mehrschichtigem
Belag vorzugsweise Laserlicht mit einer Grundfrequenz und überträgt Laserlicht,
dessen Frequenz durch den nichtlinearen optischen Kristall umgesetzt
wurde, oder überträgt Laserlicht
mit der Grundfrequenz und reflektiert Laserlicht, dessen Frequenz
durch den nichtlinearen optischen Kristall umgesetzt wurde. Da es
dadurch möglich
ist, nur das frequenzumgesetzte Laserlicht zu trennen, kann frequenzumgesetztes
Laserlicht mit gutem Wirkungsgrad ohne Absorption des Laserlichts
erhalten werden, dessen Frequenz durch das Festkörperlasermedium umgesetzt wurde.
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Es
ist möglich,
eine Vielzahl von Festkörperlasermedien
in gleichen Intervallen zwischen dem ersten und zweiten Flachspiegel
vorzusehen.
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Zwei
oder mehr nichtlineare optische Kristalle können vorgesehen werden. Die
Umsetzungseffizienz kann dadurch verbessert werden, und eine dritte
oder vierte Harmonische können
erzeugt werden.
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Der
vorliegende Erfindung zufolge, ermöglicht Anordnung einer Linse
zwischen zwei Flachspiegeln für Resonanz,
so dass das Intervall in Bezug zu einem der Spiegel gleich der Brennweite
f der Linse ist, die Erfüllung
stabiler Resonanzbedingungen, bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich
erreicht wird, selbst wenn die Länge
des Resonators erweitert wird, und Sicherung von Platz zum Unterbringen
eines Frequenztrennspiegels und eines nichtlinearen optischen Kristalls
zum Umsetzen der Frequenz des Laserlichts. Infolgedessen kann eine
höhere
Ausgangsleistung erreicht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines Resonators in einem konventionellen
Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung zeigt;
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2A bis 2C sind
Diagramme, die den Ausbreitungszustand von Grundlaserlicht zeigen,
wenn die Komponenten des in 1 gezeigten
Resonators derart neu angeordnet werden, dass sie einen linearen Lichtpfad
bilden, wobei 2A den Fall zeigt, in dem die
Intensität
des in das Festkörperlasermedium
eingegebenen Erregungslichts niedrig ist, 2B den
Fall zeigt, in dem die Intensität
des Erregungslichts eine mittlere Intensität darstellt, und 2C den
Fall zeigt, in dem die Intensität
des Erregungslichts hoch ist;
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3 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines Resonators in einem Festkörperlasergenerator einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4A bis 4C sind
Diagramme, die den Ausbreitungszustand von Grundlaserlicht zeigen,
wenn die Komponenten des in 3 gezeigten
Resonators derart neu ange ordnet werden, dass sie einen linearen Lichtpfad
bilden, wobei 4A den Fall zeigt, in dem die
Intensität
des in das Festkörperlasermedium
eingegebenen Erregungslichts niedrig ist, 4B den
Fall zeigt, in dem die Intensität
des Erregungslichts eine mittlere Intensität ist, und 4C den
Fall zeigt, in dem die Intensität
des Erregungslichts hoch ist;
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5 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7A ist
ein Graph, der die Charakteristiken eines Festkörperlasergenerators gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; wobei die horizontale
Achse die Erregungsintensität
darstellt, und die vertikalen Achsen die Leistungsdichte und den
Strahldurchmesser des innerhalb eines LBO-Kristalls kondensierten
Grundlaserlichts darstellen; und
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7B ist
ein Graph, der die Charakteristiken einer Festkörperlasergenerators gemäß einem
Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die horizontale
Achse die Erregungsintensität
darstellt, und die vertikalen Achsen die Leistungsdichte und den
Strahldurchmesser des innerhalb eines LBO-Kristalls kondensierten
Grundlaserlichts darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der
Festkörperlasergenerator
gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist detailliert im Folgenden unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Diagramme beschrieben. Der Festkörperlasergenerator
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung soll zuerst beschrieben werden. 3 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines Resonators in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
zeigt. Der Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung, der einen Resonator zum Ausführen einer
Umsetzung der zweiten Harmonischen aufweist.
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Der
Resonator 10 in dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden
Ausführungsform
umfasst einen Güteschalter 3a,
ein Festkörperlasermedium 1a zum
Verstärken
des Grundlaserlichts 9, einen Güteschalter 3b, einen
Güteschalter 3c,
ein Festkörperlasermedium 1b zum
Verstärken
des Grundlaserlichts 9, und einen Güteschalter 3d angeordnet
nacheinander in einer einzigen Reihe zwischen einem Flachspiegel 4 als
einem Resonatorspiegel, und einem Flachspiegel 7 als einem
Trennspiegel für
Laserlicht, wie in 3 gezeigt ist. Die Komponenten
sind so angeordnet, dass die Länge
L1 des Resonatorabschnitts, der das Festkörperlasermedium 1a und
die Güteschalter 3a und 3b aufweist,
und die Länge
L2 des das Festkörperlasermedium 1b und
die Güteschalter 3c und 3d aufweisenden
Resonatorabschnitts gleich sind.
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Der
Flachspiegel 7 ist so angeordnet, dass das Grundlaserlicht 9,
das den Güteschalter 3d durchquert hat,
bei einem Winkel von 45° eintritt.
Ein Flachspiegel 5, der ein Resonatorspiegel ist, ist in
einer Richtung angeordnet, die 90° in
Bezug zu der Bewegungsrichtung des durch den Flachspiegel 7 reflektierten
Grundlaserlichts 9 ist, das heißt, der Einfallsrichtung des
Grundlaserlichts 9. Eine Linse 6a, ein nichtlinearer
optischer Kristall 2 zum Umsetzen des Grundlaserlichts 9 in
das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen und eine Linse 6b sind
außerdem
nacheinander in einer einzigen Reihe zwischen den Flachspiegeln 7 und 5 angeordnet.
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Die
Festkörperlasermedien 1a und 1b in
dem Resonator 10 sind zum Beispiel ND-YAG-Stäbe, und ein dielektrischer
mehrschichtiger Antiflexionsbelag ist auf der Einfallsebene des
Laserlichts ausgebildet, um so dem rechtwinklig einfallenden Grundlaserlicht 9 Durchquerung
desselben zu erlauben. Der nichtlineare optische Kristall 2 ist
ein LBO-Kristall, auf dem ein dielektrischer mehrschichtiger Antireflexionsbelag
zum Übertragen
sowohl des Grundlaserlichts 9 als auch des Laserlichts 8 der
zweiten Harmonischen ausgebildet ist, die rechtwinklig auf die Einfallsebene
des Laserlichts einfallen, zum Beispiel. Ein dielektrischer mehrschichtiger Antireflexionsbelag
ist außerdem
auf den Einfallsebenen des Laserlichts der Güteschalter 3a bis 3d ausgebildet,
um so dem rechtwinklig einfallenden Grundlaserlicht 9 Durchqueren
desselben zu erlauben.
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Ein
dielektrischer mehrschichtiger Hochreflexionsbelag zum Reflektieren
des rechtwinklig einfallenden Grundlaserlichts 9 ist auf
der Einfallsebene des Laserlichts des Flachspiegels 4 ausgebildet,
und ein dielektrischer mehrschichtiger Hochreflexionsbelag zum Reflektieren
sowohl des rechtwinklig einfallenden Grundlaserlichts 9 als
auch des Laserlichts 8 der zweiten Harmonischen ist auf
der Einfallsebene des Laserlichts des Flachspiegels 5 ausgebildet.
Der Flachspiegel 7 ist ein Flachspiegel mit einem Einfallswinkel
von 45° zum Trennen
des frequenzumgesetzten Laserlichts, und ein dielektrischer mehrschichtiger
Belag zum Reflektieren des Grundlaserlichts 9 und Übertragen
des Laserlichts 8 der zweiten Harmonischen ist auf der
Einfallsebene des Laserlichts ausgebildet.
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Die
Linsen 6a und 6b werden mit einem dielektrischen
mehrschichtigen Antireflexionsbelag zum Übertragen sowohl des Laserlichts 8 der
zweiten Harmonischen als auch des Grundlaserlichts 9 behandelt,
die rechtwinklig auf die Einfallsebene des Laserlichts einfallen.
Die Linse 6b ist in einer Position angeordnet, die von
dem Flachspiegel 5 um einen Abstand f gleich der Brennweite
derselben getrennt ist, und die Linse 6a ist in einer Position
angeordnet, die von der Linse 6b um den doppelten Abstand 2f der
Brennweite getrennt ist. Der Flachspiegel 7 ist in einer
Position angeordnet, die von der Linse 6a um einen Abstand
f getrennt ist, und der nichtlineare optische Kristall 2 ist
in einer Zwischenposition zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet. In
dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Teleskop mit einer Vergrößerung von 1 auf diese Weise
durch Anordnung eines Paars äquivalenter
Linsen gebildet, die innerhalb des Resonators 10 zueinander
gerichtet sind.
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Ein
Festkörperlasergenerator
vom Stabtyp erzeugt gewöhnlich
Wärme und
erzeugt einen Wärmelinseneffekt,
wenn Erregungslicht in den Stab eingegeben wird, welcher ein Festkörperlasermedium
darstellt. Aus diesem Grund muss eine im Folgenden aufgeführte Gleichung
1 erfüllt
sein, um stabil Resonanz zu erhalten. In Gleichung 1 ist fR die Brennweite der Wärmelinse des Stabs, welcher
ein Festkörperlasermedium
ist, R1 und R2 sind
die Krümmungsradien
der Resonatorspiegel, und L1 und L2 sind Abstände zwischen den Resonatorspiegeln
und der Grundebene der Wärmelinse.
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Es
folgt aus Gl. 1, dass, wenn die Krümmungsradien R1 und
R2 der Resonatorspiegel infinit sind, das heißt, wenn
ein Flachspiegel als der Resonatorspiegel verwendet wird, die Brennweite
fR der Wärmelinse
die Stabilitätsbedingungen
von Gl. 1 im Bereich von 4fR < L1 +
L2 in dem Fall eines symmetrischen Resonators erfüllt, in
dem die Abstände
L1 und L2 zwischen
den Resonatorspiegeln und den Grundebenen der Wärmelinse gleich sind. Da die
Brennweite fR der Wärmelinse in einem umgekehrten
Verhältnis
zu der Eingangsleistung des Erregungslichts reduziert wird, muss
die Länge
L des Resonators so kurz wie möglich
gestaltet werden, wenn die Ausgangsleistung des erzeugten Laserlichts
höher gestaltet
wird.
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Wenn
die beiden Resonatorspiegel als Flachspiegel konfiguriert werden
und die Spiegel symmetrisch um die Position der Grundebene der Wärmelinse
angeordnet sind, wird der Quermodus zum Mitschwingen innerhalb des
Resonators auch mittensymmetrisch gestaltet, und eine Strahltaille
kann auf der Spiegeloberfläche
gebildet werden. Aus diesem Grunde kann höhere Ausgangsleistung einfach
sichergestellt werden, während
die Stabilität
des Resonators aufrechterhalten wird, indem der Resonator so konfiguriert
wird, dass zwei Festkörperlasermedien
in gleichen Intervallen angeordnet werden, äquivalente Wärmelinsen
in den Medien erzeugt werden, und beide Enden derselben an einem
Flachspiegel enden.
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In
einem Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung müssen jedoch ein nichtlinearer
optischer Kristall, ein Flachspiegel zum Trennen von Laserlicht,
ein Güteschalter
und andere Komponenten vorgesehen werden, und Raum für diese
Komponenten wird benötigt.
Aus diesem Grunde ist es schwierig, die Resonatorlänge zu reduzieren,
und da die Abstände
L1 und L2 zwischen
den Resonatorspiegeln und der Grundebene der Wärmelinse aufgrund der auf einer
Seite angeordneten optischen Komponenten nicht gleich gestaltet
werden können,
wird die Konfiguration des Resonators asymmetrisch und es ist schwierig,
höhere
Ausgangsleistung zu erreichen.
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Angesichts
des Obigen sind in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
eine oder eine Mehrzahl von Linsen in einer geeigneten Position
innerhalb des Resonators angeordnet, wodurch die Länge des
Resonators erweitert und Stabilitätsbedingungen aufrechterhalten
werden, bis hohe Eingangsleistung erreicht ist, und Raum zum Unterbringen
eines nichtlinearen optischen Elements für Frequenzumsetzung und eines
Spiegels zum Trennen von Laserlicht in diesem Abschnitt wird sichergestellt.
Genauer ausgedrückt,
wenn der Radius der Strahlentaille vor der Linse, welcher die Brennweite
f
L darstellt, ω
1 ist,
der Öffnungswinkel θ
1 ist, und der Abstand von der Strahlentaille
zu der Linse d
1 ist, und wenn der Radius
der Strahlentaille hinter der Linse, der die Brennweite f
L darstellt, ω
2 ist,
der Öffnungswinkel θ
2 ist, und der Abstand von der Linse zur
Strahlentaille d
2 ist, werden die folgenden
Gleichungen 2 bis 4 von Ausbreitungsformeln und Gesetzen von Strahlvolumenkonservierung
für Laserlicht
erhalten, das die Linsen durchquert hat.
ω1 × θ1 = ω2 × θ2 [Gl.
4] -
Die
Gl. 2 bis 5, Gl. 3 bis 6 und Gl. 4 bis 7 können jeweils bestimmt werden,
wenn der Abstand d
1 von der Strahlentaille
zu der Linse und die Brennweite f
L der Linsen
sich entsprechen, das heißt,
wenn die Linsen so angeordnet sind, dass d
1 =
f
L.
ω2 = fL × θ1, [Gl.
5] d2 = fL [Gl. 6] -
Die
Gl. 2 bis 8, Gl. 3 bis 9 und Gl. 4 bis 10 gelten jeweils, wenn ein
Flachspiegel in einer Position angeordnet ist, die d
2 =
f
L von der Linse zum spiegelnden Reflektieren
von Laserlicht darstellt, und der Radius der Strahlentaille und
des Öffnungswinkels
werden an der Strahlentaillenposition des zurückgeworfenen Lichts reproduziert.
ω3 =
fL × θ2 = ω1 [Gl.
8] d3 = fL [Gl. 9] -
Die
Stabilitätsbedingungen
des Resonators können
aufrechterhalten werden, bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich
erreicht ist, selbst wenn die Länge
des Resonator erweitert wird, indem diese Charakteristiken genutzt
werden, ein Flachspiegel als der Resonatorspiegel verwendet wird,
und die Linsen in einem Abstand gleich der Brennweite angeordnet
werden.
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Dieses
Verhältnis
gilt, selbst wenn der Resonator 10 als ein Teleskop konfiguriert
ist, in dem eine Mehrzahl von Linsen an konfokalen Punkten angeordnet
ist. Wie bei dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
wird zum Beispiel der Radius wo der Strahlentaille vor den Linsen 6a und 6b verknüpft mit
dem Anstieg der Eingangsleistung von Erregungslicht (proportional
zur Laserlichtausgabe) reduziert, wenn der Resonator 10 ein
asymmetrischer Resonator ist, in dem die Flachspiegel 4 und 5 als
Resonatorspiegel verwendet werden, wenn ein Teleskop mit einer Vergrößerung von
1 vorgesehen ist, in dem zwei Linsen 6a und 6b an
konfokalen Punkten innerhalb des Resonators angeordnet sind, wenn
das Teleskop von den Flachspiegeln 4 und 5 in
einem Abstand äquivalent
zu der Brennweite entfernt angeordnet ist, und wenn der nichtlineare optische
Kristall 2 in der konfokalen Position des Teleskops angeordnet
ist. Der Öffnungswinkel θ0 des Strahls wird jedoch umgekehrt vergrößert. Aus
diesem Grunde ist der Radius der Strahlentaille des innerhalb des nichtlinearen
optischen Kristalls 2 mittels der Linsen 6a und 6b kondensierten
Laserlichts ω1 = fL × θ0 von Gl. 2, und der Durchmesser des innerhalb
des nichtlinearen optischen Kristalls 2 während niedriger
Erregungseingangsleistung kondensierten Strahls wird reduziert,
aber der Strahldurchmesser wird umgekehrt während hoher Erregungseingangsleistung
erhöht.
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Bei
Frequenzumsetzung durch einen nichtlinearen optischen Kristall besteht
gewöhnlich
eine Möglichkeit,
dass die Umsetzungseffizienz gesenkt wird, wenn die Leistungsdichte übermäßig niedrig
ist, und der nichtlineare optische Kristall beschädigt werden
wird, wenn die Leistungsdichte übermäßig hoch
ist. Deshalb wird die Leistungsdichte vorzugsweise auf einen Pegel
festgelegt, der gleich oder kleiner als der Beschädigungsschwellwert
ist und den Erhalt einer angemessenen Umsetzungseffizienz zulässt. Bei
dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
kann Steuerung, wie zum Beispiel eine, bei der die Schwankung in
der Leistungsdichte des in dem nichtlinearen optischen Kristall 2 kondensierten
Laserlichts in einem breiten Bereich reduziert wird, durch geeignetes
Auswählen
der Brennweite f der Linsen 6a und 6b sichergestellt
werden, die innerhalb des Resonators 10 angeordnet sind.
Außerdem
kann ein asymmetrischer Resonator mit einem Teil, der nicht den
Teil einschließt,
welcher durch das durch die Linsen 6a und 6b gebildete
Teleskop erweitert wird, durch Anordnen einer Mehrzahl von Festkörperlasermedien
in mehreren Stufen unter Aufrechterhaltung von Stabilitätsbedingungen
konfiguriert werden. Eine höhere
Ausgangsleistung kann deshalb erhalten werden.
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Als
nächstes
soll der Betrieb des Festkörperlasergenerators
der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben werden. Bei dem Festkörperlasergenerator der vorliegende
Ausführungsform
wird Grundlaserlicht 9 mit einer Wellenlänge von
1064 nm, zum Beispiel, in den Festkörperlasermedien 1a und 1b erzeugt.
Das Grundlaserlicht 9 wird durch den Flachspiegel 4 reflektiert,
anschließend
verstärkt,
wenn es erneut den Güteschalter 3a,
das Festkörperlasermedium 1a,
den Güteschalter 3b,
Güteschalter 3c,
das Festkörperlasermedium 1b und
den Güteschalter 3d durchquert,
durch den Flachspiegel 7 reflektiert und über die
Linse 6a zu dem nichtlinearen optischen Kristall 2 gerichtet.
Ein Teil des Grundlaserlichts 9 wird zum Beispiel in 532
nm Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen durch den nichtlinearen
optischen Kristall 2 umgesetzt. Das Grundlaserlicht 9 und
das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen, die den nichtlinearen
optischen Kristall 2 durchquert haben, werden durch den
Flachspiegel 5 über
die Linse 6b reflektiert, werden erneut nacheinander durch
die Linse 6b, den nichtlinearen optischen Kristall 2 und
die Linse 6a übertragen
und in eine andere Frequenz umgesetzt. Das Grundlaserlicht 9 wird
dann durch den Flachspiegel 7 reflektiert und zu dem Güteschalter 3d gerichtet. Das
Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen wird durch den Flachspiegel 7 übertragen
und aus dem System herausgebracht. Nur das Laserlicht 8 der
zweiten Harmonischen wird dadurch aus dem System herausgebracht,
und das Grundlaserlicht 9 wird innerhalb des Systems eingeschlossen.
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Somit
werden bei dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
zwei zueinander äquivalente
Linsen 6a und 6b zwischen dem Flachspiegel 5 zur
Resonanz und dem Flachspiegel 7 zur Laserlichttrennung
angeordnet, und wird der nichtlineare optische Kristall 2 zwischen
dem Paar von Linsen angeordnet. Deshalb können Resonanzstabilitätsbedingungen
erfüllt
werden, bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich erreicht ist, selbst
wenn die Länge
des Resonators erweitert wird, und Raum kann zum Unterbringen nichtlinearer
optischer Komponenten zur Frequenzumsetzung, Spiegel zur Frequenztrennung
und anderer Komponenten gesichert werden.
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Da
die Konfiguration des Resonators in einem Bereich, der den erweiterten
Teil ausschließt,
symmetrisch in Bezug zu den Festkörperlasermedien 1a und 1b ist,
kann eine höhere
Ausgangsleistung einfach erzielt werden, da eine Mehrzahl von Festkörperlasermedien
in mehreren Stufen verbunden werden kann. Die 4A bis 4C sind
Diagramme, die den Ausbreitungszustand von Grundlaserlicht zeigt,
wenn die Komponenten des in 3 gezeigten
Resonators derart neu angeordnet werden, dass ein linearer Lichtpfad
gebildet wird. 4A zeigt den Fall, in dem die
Intensität
der in das Festkörperlasermedium
eingegebenen Lichteingangsleistung niedrig ist. 4B zeigt
den Fall, in dem die Intensität
des Erregungslichts eine mittlere Intensität darstellt. 4C zeigt
den Fall, in dem die Intensität
des Erregungslichts hoch ist. In dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden
Ausführungsform
weisen die innerhalb des Resonators angeordneten Festkörperlasermedien 1a und 1b einen
Querausbreitungsmodus ungeachtet der Intensität des Erregungslichts auf,
und es ist offensichtlich, dass die Anzahl von Medien einfach durch
Anordnen der Medien in gleichen Intervallen erhöht werden kann, wie in den 4A bis 4C gezeigt
ist.
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Als
nächstes
soll der Festkörperlasergenerator
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Der Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Festkörperlasergenerator
mit Intracavity-Frequenzumsetzung in der gleichen Weise wie der
Festkörperlasergenerator der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform,
und ist mit einem Resonator zur Umsetzung in die zweite Harmonische
versehen. 5 ist ein Diagramm, das die
Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt. In 5 sind den gleichen Baukomponenten
des in 3 gezeigten Resonators die gleichen Bezugsziffern
zugewiesen, und eine ausführliche
Beschreibung wird weggelassen. Der Resonator 20 in dem
Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
ist eine einzige Reihe bestehend in Reihenfolge aus einem Güteschalter 3a,
einem Festkörperlasermedium 1a,
das das Grundlaserlicht 9 verstärkt, einem Güteschalter 3b,
Güteschalter 3c,
Festkörperlasermedium 1b,
das das Grundlaserlicht 9 verstärkt, Güteschalter 3d, Flachspiegel 17,
der ein zum Trennen von Laserlicht verwendeter Spiegel ist, einer
Linse 6a, einem nichtlinearen optischen Kristall 2,
der Grundlaserlicht 9 in Laserlicht 8 der zweiten
Harmonischen umsetzt, und einer Linse 6b zwischen Flachspiegeln 5 und 6,
welche Resonatorspiegel sind, wie in 5 gezeigt
ist.
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In
dem Resonator 20 sind die Länge L1 des
Resonatorabschnitts, der das Festkörperlasermedium 1a und
die Güteschalter 3a und 3b aufweist,
und die Länge
L2 des das Festkörperlasermedium 1b und
die Güteschalter 3c und 3d aufweisenden
Resonatorabschnitts gleich. Die Linse 6b ist in einer Position
angeordnet, die von dem Flachspiegel 5 um einen Abstand f gleich
der Brennweite desselben getrennt ist, und die Linse 6a ist
in einer Position angeordnet, die von der Linse 6b um den
doppelten Abstand 2f der Brennweite getrennt ist. Der Flachspiegel 17 ist
in einer Position angeordnet, die von der Linse 6a um einen
Abstand f getrennt ist, und der nichtlineare optische Kristall 2 ist
in einer Zwischenposition zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet.
Bei dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Teleskop mit einer Vergrößerung von 1 auf diese Weise
durch Anordnen eines Paars äquivalenter
Linsen gebildet, die innerhalb des Resonators 20 zueinander
gerichtet sind.
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Bei
dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
wird der Flachspiegel 17, in dem die Einfallsebene des
Laserlichts mit einem dielektrischen mehrschichtigen Belag zum Reflektieren
des Laserlichts 8 der zweiten Harmonischen und Übertragen
des Grundlaserlichts 9 bereitgestellt wird, als ein Spiegel
zum Trennen von Laserlicht verwendet. Der Flachspiegel 17 ist
ein Flachspiegel mit einem Einfallswinkel von 45°, und dieser Spiegel ist so
angeordnet, dass das durch den Güteschalter 3d über tragene
Grundlaserlicht 9, und das durch die Linse 6a übertragene
Grundlaserlicht 9 und Laserlicht 8 der zweiten
Harmonischen bei einem Winkel von 45° eintreten.
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Als
nächsten
soll der Betrieb des Festkörperlasergenerators
der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben werden. Bei dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden
Ausführungsform
wird Grundlaserlicht 9 von 1064 nm zum Beispiel in den
Festkörperlasermedien 1a und 1b erzeugt.
Das Grundlaserlicht 9 wird durch den Flachspiegel 4 reflektiert,
wird dann verstärkt,
wenn es erneut den Güteschalter 3a,
das Festkörperlasermedium 1a,
den Güteschalter 3b,
den Güteschalter 3c,
das Festkörperlasermedium 1b und
den Güteschalter 3d durchquert,
wird durch den Flachspiegel 17 reflektiert und über die
Linse 6a zu dem nichtlinearen optischen Kristall 2 gerichtet.
Ein Teil des Grundlaserlichts 9 wird zum Beispiel in 532-nm
Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen durch den nichtlinearen
optischen Kristall 2 umgesetzt. Das Grundlaserlicht 9 und
Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen, die den nichtlinearen
optischen Kristall 2 durchquert haben, werden durch den Flachspiegel 5 über die
Linse 6b reflektiert, werden erneut der Reihe nach durch
die Linse 6b, den nichtlinearen optischen Kristall 2,
und die Linse 6a übertragen
und werden in eine andere Frequenz umgesetzt. Das Grundlaserlicht 9 wird
dann durch den Flachspiegel 17 übertragen und zum Güteschalter 3d gerichtet,
und das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen wird durch
den Flachspiegel 17 reflektiert und aus dem Systems herausgebracht.
Nur das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen wird dadurch
aus dem System herausgebracht, und das Grundlaserlicht 9 wird
innerhalb des Systems eingeschlossen.
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Bei
dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
sind zwei zueinander äquivalente
Linsen 6a und 6b zwischen dem Flachspiegel 5 zur
Resonanz und dem Flachspiegel 17 zur Laserlichttrennung
angeordnet, und der nichtlineare optische Kristall 2 wird
zwischen dem Paar von Linsen angeordnet. Deshalb können Resonanzstabilitätsbedingungen
erfüllt
werden, bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich erreicht wird, selbst
wenn die Länge
des Resonators erweitert wird, und Raum kann zum Unterbringen nichtlinearer
optischer Komponenten zur Frequenzumsetzung, von Spiegeln zur Frequenztrennung
und anderer Komponenten gesichert werden. Die Konfiguration und Auswirkungen
des Festkörperlasergenerators
der vorliegende Ausführungsform
sind die gleichen wie die des oben beschriebenen Festkörperlasergenerators
der ersten Ausführungsform,
außer
den oben beschriebenen.
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Als
nächstens
soll der Festkörperlasergenerator
der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Ein Flachspiegel
mit einem Einfallswinkel von 45° zum
Trennen von Laserlicht ist zwischen dem Güteschalter 3d und
der Linse 6a in dem Festkörperlasergenerator der oben
beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform angeordnet, aber
die vorliegende Erfindung ist nicht dadurch begrenzt, und das Grundlaserlicht 9 und
das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen können durch
einen Resonatorspiegel getrennt werden. 6 ist ein
Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
zeigt. In 6 sind den gleichen Baukomponenten
des in 3 gezeigten Resonators die gleichen Bezugsziffern
zugewiesen worden, und eine detaillierte Beschreibung ist weggelassen.
Der Resonator 30 in dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden
Ausführungsform
ist eine einzige Reihe aus, in Reihenfolge angeordnet, dem Güteschalter 3a,
Festkörperlasermedium 1a,
das das Grundlaserlicht 9 verstärkt, Güteschalter 3b, Güteschalter 3c,
Festkörperlasermedium 1b,
das das Grundlaserlicht 9 verstärkt, Güteschalter 3d, Flachspiegel 27,
der Linse 6a, dem nichtlinearen optischen Kristall 2,
der Grundlaserlicht 9 in Laserlicht 8 der zweiten
Harmonischen umsetzt, und der Linse 6b zwischen den Flachspiegeln 4 und 25,
die Resonatorspiegel sind, wie in 6 gezeigt
ist.
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Bei
dem Resonator 30 sind die Länge L1 des
Resonatorabschnitts, der das Festkörperlasermedium 1a und
die Güteschalter 3a und 3b aufweist,
und die Länge
L2 des das Festkörperlasermedium 1b und
die Güteschalter 3c und 3d aufweisenden
Resonatorabschnitts gleich. Die Linse 6b ist in einer Position
angeordnet, die von dem Flachspiegel 25 um einen Abstand f gleich
der Brennweite derselben getrennt ist, und die Linse 6a ist
in einer Position angeordnet, die von der Linse 6b um den
doppelten Abstand 2f der Brennweite getrennt ist. Der Flachspiegel 27 ist
in einer Position angeordnet, die von der Linse 6a um einen
Abstand f getrennt ist, und der nichtlineare optische Kristall 2 ist
in einer Zwischenposition zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet.
Bei dem Fest körperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
wird auf diese Weise ein Teleskop mit einer Vergrößerung von
1 durch Anordnen eines Paars äquivalenter
Linsen gebildet, die innerhalb des Resonators 30 zueinander
gerichtet sind.
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Der
Flachspiegel 27 ist so angeordnet, dass das durch den Güteschalter 3d übertragene
Grundlaserlicht 9 und das durch die Linse 6a übertragene
Grundlaserlicht 9 und Laserlicht 8 der zweiten
Harmonischen rechtwinklig einfallen. Ein dielektrischer mehrschichtiger
Belag, der das Grundlaserlicht 9 überträgt und das Laserlicht 8 der
zweiten Harmonischen reflektiert, ist auf der Einfallsebene des
Laserlichts ausgebildet. Der Flachspiegel 25 ist ein Resonatorspiegel
und ein Spiegel zum Trennen von Laserlicht, und ein dielektrischer mehrschichtiger
Belag, der das rechtwinklig einfallende Grundlaserlicht 9 reflektiert
und das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen überträgt, ist
auf der Einfallsebene des Laserlichts ausgebildet.
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Als
nächstes
soll der Betrieb des Festkörperlasergenerators
der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben werden. Bei dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden
ersten Ausführungsform
wird zum Beispiel 1064-nm Grundlaserlicht 9 in den Festkörperlasermedien 1a und 1b erzeugt.
Das Grundlaserlicht 9 wird durch den Flachspiegel 4 reflektiert,
wird dann verstärkt,
wenn es erneut den Güteschalter 3a,
das Festkörperlasermedium 1a,
den Güteschalter 3b,
Güteschalter 3c,
das Festkörperlasermedium 1b und
den Güteschalter 3d durchquert,
wird durch den Flachspiegel 27 übertragen, und über die
Linse 6a zu dem nichtlinearen optischen Kristall 2 gerichtet.
Ein Teil des Grundlaserlichts 9 wird zum Beispiel in 532-nm
Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen durch den nichtlinearen
optischen Kristall 2 umgesetzt. Das Grundlaserlicht 9 und
das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen, die den nichtlinearen
optischen Kristall 2 durchquert haben, treten in den Flachspiegel 25 über die
Linse 6b ein. In diesem Fall wird das Grundlaserlicht 9 durch
den Flachspiegel 25 reflektiert, wird erneut durch die
Linse 6b, den nichtlinearen optischen Kristall 2,
und die Linse 6a übertragen, in
eine andere Frequenz umgesetzt und durch den Flachspiegel 27 zum
Eintreten in den Güteschalter 3d übertragen.
Das Laserlicht 8 der zweiten Harmonischen durchquert den
Flachspiegel 25 und wird aus dem System herausgebracht.
Nur das Laserlicht 8 der zweiten Harmoni schen wird hierdurch
aus dem System herausgebracht, und das Grundlaserlicht 9 wird
innerhalb des Systems eingeschlossen. Somit werden in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
das Grundlaserlicht 9 und das Laserlicht 8 der
zweiten Harmonischen durch den Flachspiegel 25 getrennt,
der ein Resonatorspiegel ist.
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Bei
dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform
sind zwei zueinander äquivalente
Linsen 6a und 6b zwischen den Flachspiegeln 27 und 5 angeordnet,
und der nichtlineare optische Kristall 2 ist zwischen dem
Paar von Linsen angeordnet. Deshalb können Resonanzstabilitätsbedingungen
erfüllt
werden, bis ein hoher Ausgangsleistungsbereich erreicht wird, selbst
wenn die Länge
des Resonators erweitert wird, und Raum kann zum Unterbringen nichtlinearer
optischer Komponenten zur Frequenzumsetzung, von Spiegeln zur Frequenzumsetzung
und anderer Komponenten gesichert werden. Die Konfiguration und
Auswirkungen des Festkörperlasergenerators
der vorliegenden Ausführungsform
sind außer
den oben beschriebenen die gleichen wie diejenigen des Festkörperlasergenerators
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Bei
dem Festkörperlasergenerator
in der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform
sind zwei Festkörperlasermedien 1a und 1b innerhalb
des Resonators angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht
dadurch begrenzt. Da der Resonator als ein symmetrischer Resonator
konfiguriert ist und durch ein Paar Linsen (Linsen 6a und 6b)
in konfokalen Positionen erweitert ist, kann eine jegliche Anzahl
von Festkörperlasermedien
in gleichen Intervallen angeordnet werden, solange die Beschädigungstoleranz
der optischen Komponenten nicht überschritten
wird. Ferner können
andere als der Nd:YAG-Stab, Yb:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 und
andere Festkörperlasermedien
verwendet werden.
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Bei
dem Festkörperlasergenerator
der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform ist ein einziger
nichtlinearer optischer Kristall innerhalb des Resonators angeordnet,
um eine zweite Harmonische zu erzeugen, aber die vorliegende Erfindung
ist dadurch nicht begrenzt. Eine Mehrzahl nichtlinearer optischer Kristalle
kann vorgese hen werden, um die Umsetzungseffizienz zu verbessern
und eine dritte oder vierte Harmonische zu erzeugen. Anders als
der oben beschriebene LBO können
CLBO (C3LiB6O10), KTP, BBO oder dergleichen als der nichtlineare
optische Kristall 2 verwendet werden.
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Die
Auswirkungen der vorliegenden Erfindung sind durch Vergleichen der
Charakteristiken eines Beispiels, das innerhalb des Umfangs der
vorliegenden Erfindung liegt, und der Charakteristiken eines Vergleichsbeispiels
beschrieben, das außerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Ein Festkörperlasergenerator
(Beispiel), der mit dem in 3 gezeigten
Resonator versehen war, wurde als das Beispiel der vorliegenden
Erfindung hergestellt, und ein mit dem in 1 gezeigten
konventionellen Resonator versehener Festkörperlasergenerator (Vergleichsbeispiel)
wurde als das Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Die Pulsbreite des Güteschalters
wurde unabhängig
von der Erregungsintensität
festgelegt, und der Strahldurchmesser und die Leistungsdichte des
innerhalb des nichtlinearen optischen Kristalls 2 kondensierten
Grundlaserlichts wurden durch Berechnung erhalten. In diesem Fall
war das Festkörperlasermedium
ein Nd:YAG-Stab, und der nichtlineare optische Kristall war LBO.
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7A ist
ein Graph, der die Charakteristiken eines Festkörperlasergenerators gemäß dem Beispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die horizontale Achse die Erregungsintensität darstellt
und die vertikalen Achsen die Leistungsdichte und den Strahldurchmesser
des innerhalb des LBO-Kristalls kondensierten Grundlaserlichts darstellt;
und 7B ist ein Graph, der die Charakteristiken eines
Festkörperlasergenerators gemäß dem Vergleichsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die horizontale Achse die
Erregungsintensität
darstellt und die vertikalen Achsen die Leistungsdichte und den
Strahldurchmesser des innerhalb des LBO-Kristalls kondensierten
Grundlaserlichts darstellt. Die Variation in der Leistungsdichte
des kondensierten Grundlaserlichts war von niedriger Eingangsleistung
bis hoher Eingangsleistung für
den Festkörperlasergenerator
des Beispiels im Vergleich zu dem Festkörperlasergenerator des Vergleichsbeispiels
niedrig, wie in den 7A und 7B gezeigt
ist.
