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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörperlasergenerator
zur Umwandlung Resonator-interner Wellenlängen und insbesondere
einen Festkörperlasergenerator, der die Wellenlänge
in zwei oder mehr Stufen unter Verwendung einer Mehrzahl nichtlinearer
optischer Kristalle umwandelt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Nd:YAG-Laser
oder andere Festkörperlasergeneratoren werden als Bearbeitungslaser
weit verbreitet verwendet. In letzter Zeit nehmen Festkörperlasergeneratoren
schnell in ihrer Leistung von mehreren hundert Watt auf mehrere
Kilowatt zu, und entsprechend weitet sich das Anwendungsgebiet der Laser
vom herkömmlichen Gebiet der Mikroherstellung zu Schweiß-
und Schneidanwendungen in der Automobilindustrie aus. Trotzdem weisen
die meisten Festkörperlasergeneratoren einen Emissionswellenlängenbereich
auf, der auf den nahen Infrarotbereich von etwa 1 μm begrenzt
ist, was einen Nachteil darin mit sich bringt, dass die Reflektivität
der Wellenlängen außerhalb des nahen Infrarotbereichs
hoch ist, und die Bearbeitungseffizienz ist bei Kupfer, Silizium
und einigen anderen Materialien mit niedriger Absorptionsrate schlecht.
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Aus
diesem Grund wurden im Stand der Technik Verfahren vorgeschlagen,
in denen LiB3O5 (Lithiumtriborat,
LBO), KTiOPO4(KTP), β-BaB2O4 (Bariumborat,
BBO) und andere nichtlineare optische Kristalle verwendet werden,
um die Emissionswellenlänge in eine kürzere Wellenlänge
umzuwandeln, d. h. eine zweite Oberschwingung und eine dritte Oberschwingung,
weiter in eine vierte und fünfte Oberschwingung und so
weiter, um die Reflektivität in der Oberfläche
des Arbeitsstücks zu verringern, die Laserlichtabsorption
zu erhöhen und dadurch die Bearbeitungseffizienz zu erhöhen.
Umwandlung Resonator-externer Wellenlängen und Umwandlung
Resonator-interner Wellenlängen sind Arten der Wellenlängenumwandlung,
in denen solche nichtlinearen optischen Kristalle verwendet werden.
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Die
Umwandlung Resonator-externer Wellenlängen hat eine niedrige
Umwandlungsrate von einem Laserlicht bei einer fundamentalen Wellenlänge (im
Folgenden als fundamentales Laserlicht bezeichnet) in harmonisches
Laserlicht, und fundamentales Laserlicht muss mit hoher Leistungsdichte
in den nichtlinearen optischen Kristallen kondensiert werden, um
eine hohe Umwandlungsrate zu erhalten. Aus diesem Grund liegt die
obere Grenze der von einem einfachen Resonator erhaltenen Leistung
selbst mit Laserlicht der zweiten Oberschwingung in der Kategorie
von über 100 Watt, und es ist schwierig, unter Berücksichtigung
der Verlässlichkeit eine höhere Leistung zu erreichen.
Mit Wellenlängenumwandlung einer dritten Oberschwingung,
vierten Oberschwingung und höheren Oberschwingungen beträgt
die Leistung bestenfalls etwa 50 W, weil die resultierende zweite
Oberschwingung verwendet wird.
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Umwandlung
Resonator-interner Wellenlängen weist verglichen mit Umwandlung
Resonatorexterner Wellenlängen eine hohe Umwandlungsrate
in Laserlicht der zweiten Oberschwingung und bessere Verlässlichkeit
auf. Dieses Verfahren ist jedoch darin nachteilhaft, dass der thermische
Linseneffekt, der in dem Festkörperlasermedium erzeugt
wird, nicht erlaubt, dass eine höhere Ausgabe erhalten
wird, während ein stabiler resonanter Zustand beibehalten wird.
Der thermische Linseneffekt ist ein Phänomen, bei dem das
Festkörperlasermedium durch Anregung erwärmt wird,
die in dem Festkörperlasermedium erzeugte Temperaturverteilung
eine Brechungsindexverteilung erzeugt und sich das Festkörperlasermedium
wie eine Linse verhält.
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Ubliche
Festkörperlasermedien absorbieren nahezu kein fundamentales
Laserlicht, aber weisen oft hohe Absorptionscharakteristiken bezogen
auf Laserlicht auf, dessen Wellenlänge umgewandelt wurde,
insbesondere Laserlicht, das in eine kürzere Wellenlänge
umgewandelt wurde. Im Licht des oben Gesagten sind Festkörperlasergeneratoren
mit Umwandlung Resonator-interner Wellenlänge konfiguriert,
um den optischen Pfad des Laserlichts mindestens einmal zu beugen
und den optischen Pfad in wellenlängenumgewandeltes Laserlicht
und fundamentales Laserlicht umzuwandeln, indem ein dielektrischer
Mehrschichtfilmspiegel verwendet wird, um nur das wellenlängenumgewandelte
Laserlicht von dem Resonator zu extrahieren und um dadurch zu verhindern,
dass das wellenlängenumgewandelte Laserlicht von dem Festkörperlasermedium
absorbiert wird, und um wellenlängenumgewandeltes Laserlicht
mit guter Effizienz zu erhalten.
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1 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines Resonators in einem Festkörperlasergenerator
mit Umwandlung Resonator-interner Wellenlangen zum Erhalten der
dritten Oberschwingung zeigt (
japanisches
offengelegtes Patent mit Veröffentlichungs-Nr. 2006-156677 ).
Der Resonator eines herkömmlichen Festkörperlasergenerators
weist eine Konfiguration auf, in der ein Q-Schalter
103a,
ein Festkörperlasermedium
101a zum Verstärken
von fundamentalem Laserlicht
109, ein Q-Schalter
103b, ein
Q-Schalter
103c, ein Festkörperlasermedium
101b zum
Verstärken des fundamentalen Laserlichts
109 und
ein Q-Schalter
103d hintereinander in einer einzelnen Reihe
zwischen einem flachen Spiegel
104 als Resonanzspiegel
und einem flachen Spiegel
108 zum Umrichten der optischen
Achse des Resonators angeordnet sind, wie in
1 gezeigt.
Die Q-Schalter und die Festkörperlasermedien sind so angeordnet,
dass die Länge des Resonators, der aus den Q-Schaltern
103a und
103b und
dem Festkörperlasermedium
101a besteht, und die
Länge des Resonators, der aus den Q-Schaltern
103c und
103d und dem
Festkörperlasermedium
101b besteht, einander gleich
sind.
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Der
flache Spiegel 107, der zum Trennen von Laserlicht verwendet
wird, ist in dem Pfad des fundamentalen Laserlichts 109 angeordnet,
das von dem flachen Spiegel 108 reflektiert wurde, und
ein flacher Spiegel 105 als Resonanzspiegel ist in der
Ausbreitungsrichtung des fundamentalen Laserlichts 109 angeordnet,
das von dem flachen Spiegel 107 reflektiert wird. Eine
Linse 106a ist zwischen dem flachen Spiegel 108 und
dem flachen Spiegel 105 angeordnet. Auf der optischen Achse
des Lasers zwischen dem flachen Spiegel 107 und dem flachen
Spiegel 105 sind ein nichtlinearer optischer Kristall 102a,
der fundamentales Laserlicht 109 in Laserlicht 110 der
zweiten Oberschwingung umwandelt, ein nichtlinearer optischer Kristall 102b,
der das fundamentale Laserlicht 109 und das Laserlicht 110 der
zweiten Oberschwingung optisch mischt und das gemischte Licht in
Laserlicht 111 der dritten Oberschwingung umwandelt, und
eine Linse 106b angeordnet. Der flache Spiegel 105 weist
einen Einfallswinkel von 0° auf und ist bezogen auf die
fundamentale Welle und die zweite Oberschwingung hoch reflektiv.
Die Linsen 106a und 106b sind Antireflektionslinsen
bezogen auf die fundamentale Welle und die zweite Oberschwingung. Der
flache Spiegel 107 weist einen Einfallswinkel von 45° auf,
ist bezogen auf die fundamentale Welle hoch reflektiv und antireflektiv
bezogen auf die dritte Oberschwingung.
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Hier
kann der flache Spiegel 107 einen dielektrischen Mehrschichtfilm
aufweisen, der bezogen auf das fundamentale Laserlicht 109 hoch
reflektiv ist und bezogen auf das Laserlicht 111 der dritten
Oberschwingung, das als Ausgabe erzeugt wird, antireflektiv ist,
oder kann ein Film sein, der antireflektiv oder hoch reflektiv bezogen
auf Laserlicht 110 der zweiten Oberschwingung ist, wie
die Anwendung es erfordert; und es können auch Fälle
vorkommen, in denen die Reflektivität nicht spezifiziert
ist.
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Der
oben beschriebene Stand der Technik weist jedoch die folgenden Probleme
auf. Wenn Oberschwingungen von zwei oder mehr Stufen unter Verwendung
von Umwandlung Resonator-interner Wellenlängen erhalten
werden, wird die in einer Zwischenstufe erhaltene Oberschwingungskomponente, das
heißt das in dem
japanischen
offengelegten Patent mit der Veröffentlichungs-Nr.2006-156677 beschriebene
Laserlicht der zweiten Oberschwingung im Prozess der Umwandlung
in Oberschwingungen höherer Ordnung abhängig vom
Zweck nur einmal verwendet. Es besteht daher darin ein Problem,
dass die Umwandlungseffizienz nicht hoch wird, selbst wenn die Konfiguration
Umwandlung Resonator-interner Wellenlängen aufweisen sollte.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Festkörperlasergenerator
bereitzustellen, in dem Laserlicht der zweiten Oberschwingung, das
in einer Zwischenstufe erhalten wurde, mit guter Effizienz verwendet
werden kann und zum Beispiel mit höherer Effizienz und
höherer Ausgabe in Laserlicht der dritten Oberschwingung
und Laserlicht von höherer Oberschwingung umgewandelt werden
kann.
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Der
Festkörperlasergenerator gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Festkörperlasergenerator zum Durchführen
von Wellenlängenumwandlung in zwei oder mehr Stufen in
einem Resonator, wobei der Generator einen ersten Resonator für
eine fundamentale Wellenlänge, der aus ersten und zweiten
flachen Spiegeln besteht; einen zweiten Resonator für das
wellenlängenumgewandelte Laserlicht, der aus dem zweiten
flachen Spiegel und einem dritten flachen Spiegel besteht, der zwischen
dem ersten und dem zweiten flachen Spiegel angeordnet ist, wobei
die ersten und zweiten Resonatoren auf der gleichen optischen Achse überlagert
sind; ein Lasermedium zum Verstärken von Laserlicht der
fundamentalen Wellenlänge, das zwischen dem ersten und
dem dritten flachen Spiegel angeordnet ist; und einen ersten nichtlinearen
optischen Kristall zum Umwandeln der Wellenlänge von Laserlicht
der fundamentalen Wellenlänge, mindestens einen nichtlinearen
optischen Kristall zum Ausführen von Wellenlängenumwandlung
höherer Ordnung von Laserlicht, dessen Wellenlänge
durch den nichtlinearen optischen Kristall umgewandelt wurde, und
eine Linse, die zwischen dem dritten und dem zweiten flachen Spiegel angeordnet
ist, umfasst, wobei der Abstand zwischen der Linse und dem zweiten
flachen Spiegel gleich der Brennweite f der Linse ist.
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In
der vorliegenden Erfindung wird eine Resonatorkonfiguration angewendet,
in der ein Resonator für fundamentales Laserlicht und ein
Resonator für ein Laserlicht der zweiten Oberschwingung
gegenseitig auf der gleichen optischen Achse überlagert
sind und die Resonatoren eine Resonanzstabilitätsbedingung
erfüllen können. Daher kann die Leistung von Laserlicht
von Oberschwingung höherer Ordnung einfach erhöht
werden.
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Vorzugsweise
wird ein dielektrischer Mehrschichtfilm auf den ersten flachen Spiegel
angewendet, um den Spiegel bezogen auf fundamentales Laserlicht
hoch reflektiv zu machen; ein dielektrischer Mehrschichtfilm wird
auf den zweiten flachen Spiegel angewendet, um den Spiegel bezogen
sowohl auf fundamentales Laserlicht als auch Laserlicht der zweiten
Oberschwingung hoch reflektiv zu machen; ein dielektrischer Mehrschichtfilm,
der einen antireflektiven Film für fundamentales Laserlicht
und einen hoch reflektiven Film für Laserlicht der zweiten
Oberschwingung aufweist, wird auf den dritten flachen Spiegel angewendet;
und ein nichtlinearer optischer Kristall zur Umwandlung der zweiten
Oberschwingung und eine Mehrzahl Linsen sind in konfokalen Positionen
zwischen dem dritten und dem zweiten flachen Spiegel angeordnet.
Ein Resonator für fundamentales Laserlicht kann dadurch
zwischen dem ersten flachen Spiegel und dem zweiten flachen Spiegel gebildet
werden, und gleichzeitig kann ein konfokaler Resonator für
Laserlicht der zweiten Oberschwingung über eine Linse konstruiert
werden, die an einem konfokalen Punkt zwischen dem dritten Spiegel und
dem zweiten flachen Spiegel angeordnet ist.
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Ein
vierter Spiegel, der einen antireflektiven Film für das
gesamte wellenlängenumgewandelte harmonische Laserlicht
aufweist und auch einen hoch reflektiven Film für fundamentales
Laserlicht aufweist und der die optische Achse von fundamentalem
Laserlicht zum Beispiel um 90° beugt, ist zum Beispiel
zwischen den Lasermedien und der Mehrzahl nichtlinearer optischer
Kristalle angeordnet, und wellenlängenumgewandeltes harmonisches
Laserlicht wird von innerhalb des Resonators extrahiert, der durch
den ersten flachen Spiegel und den zweiten flachen Spiegel gebildet
wird. In diesem Fall ist ein flacher oder gekrümmter dritter
Spiegel, der einen hoch reflektiven Film für Laserlicht
der zweiten Oberschwingung als Teil des extrahierten harmonischen Laserlichts
aufweist und der auch einen antireflektiven Film für Licht
mit einer Oberschwingung höherer Ordnung aufweist, zum
Beispiel Licht der dritten Oberschwingung, auf der optischen Achse
des harmonischen Laserlichts angeordnet. Ein Resonator für die
zweite Oberschwingung zwischen dem zweiten Spiegel und dem dritten
Spiegel kann dadurch auf der gleichen optischen Achse überlagert
werden wie ein Resonator für fundamentales Laserlicht,
der aus dem ersten flachen Spiegel und dem zweiten flachen Spiegel
gebildet wird. Die Krümmung des dritten Spiegels ist so
gemacht, dass sie zur Krümmung der Lichtwellenebene des
Laserlichts zweiter Oberschwingung in der Position passt, in der
der dritte Spiegel angeordnet ist, wodurch ein stabiler Resonator
erhalten werden kann.
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Der
vierte Spiegel weist einen antireflektiven Film für fundamentales
Laserlicht und einen hoch reflektiven Film für das gesamte
wellenlängenumgewandelte harmonische Laserlicht auf, beugt
die optische Achse des gesamten wellenlängenumgewandelten
harmonischen Laserlichts zum Beispiel um 90° und extrahiert
das wellenlängenumgewandelte harmonische Laserlicht vom
Inneren des Resonators aus, der durch den ersten flachen Spiegel
und den zweiten flachen Spiegel gebildet wird. In diesem Fall ist
ein gekrümmter dritter Spiegel, der einen hoch reflektiven
Film für Laserlicht der zweiten Oberschwingung als Teil
des extrahierten harmonischen Laserlichts aufweist und der auch
einen antireflektiven Film für Licht mit Oberschwingung
von höherer Ordnung aufweist, z. B. Licht der dritten Oberschwingung,
auf der optischen Achse des harmonischen Laserlichts angeordnet.
Ein Resonator für die zweite Oberschwingung zwischen dem
zweiten Spiegel und dem dritten Spiegel kann dadurch auf der gleichen
optischen Achse wie der Resonator für fundamentales Laserlicht überlagert
werden, der durch den ersten flachen Spiegel und den zweiten flachen
Spiegel gebildet wird. Die Krümmung des dritten Spiegels
ist so gemacht, dass sie zu der Krümmung der Lichtwellenebene
des Laserlichts der zweiten Oberschwingung in der Position passt,
in der der dritte Spiegel angeordnet ist, wodurch ein stabiler Resonator
erhalten werden kann.
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Eine
höhere Leistung kann leicht erreicht werden, weil eine
Mehrzahl Festkörperlasermedien in gleichen Abständen
zwischen den ersten und zweiten flachen Spiegeln angeordnet werden
kann.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird einer der beiden flachen Resonanzspiegel
für fundamentales Laserlicht verwendet, und ein weiterer Spiegel
wird dem Inneren oder Äußeren des Resonators für
fundamentales Laserlicht hinzugefügt, wodurch ein Resonator
für Laser licht der zweiten Oberschwingung, dessen Wellenlänge
in der ersten Stufe umgewandelt wurde, gebildet wird, und eine höhere Oberschwingung,
d. h. die dritte, vierte oder fünfte Oberschwingung kann
in der Doppelresonatorkonfiguration effizient erzeugt werden. Die
derart gebildeten zwei Resonatoren verwenden beide Linsen, die an
konfokalen Punkte in dem Resonator angeordnet sind, wodurch ein
stabiler Resonator erhalten werden kann. Als Ergebnis kann Laserlicht
mit hoher Effizienz umgewandelt werden, und die Leistung von Laserlicht
mit Oberschwingung höherer Ordnung kann vergrößert
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines Resonators in einem herkömmlichen
Festkörpergenerator der dritten Oberschwingung zeigt, der
nach einem Prinzip der Umwandlung Resonator-interner Wellenlängen
arbeitet;
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2 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator gemäß der
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und
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6 ist
ein Diagramm, das die Laserleistungscharakteristiken der vorliegenden
Erfindung und eines herkömmlichen Festkörpergenerators
der dritten Oberschwingung zeigt, der nach einem Prinzip der Umwandlung
Resonator-interner Wellenlängen arbeitet.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der
Festkörperlasergenerator gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird unten detailliert mit Bezug auf
die beigefügten Diagramme beschrieben. Der Festkörperlasergenerator
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird zuerst beschrieben. 2 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform ist ein Festkörperlasergenerator
zur Umwandlung Resonator interner Wellenlängen und ist mit
einem Resonator versehen, der Wellenlängenumwandlung der
dritten Oberschwingung ausführt.
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Wie
in 2 gezeigt, weist der Resonator in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf,
in der ein Q-Schalter 3a, ein Festkörperlasermedium 1a zum Verstärken
von fundamentalem Laserlicht 9, ein Q-Schalter 3b,
ein Q-Schalter 3c, ein Festkörperlasermedium 1b zum
Verstärken des fundamentalen Laserlichts 9 und
ein Q-Schalter 3d hintereinander in einer einzelnen Reihe
zwischen einem flachen Spiegel 4 als Resonanzspiegel und
einem flachen Spiegel 8 zum Umrichten der optischen Achse
des Resonators angeordnet sind. Die Q-Schalter und die Festkörperlasermedien
sind so angeordnet, dass die Länge des Resonators, der
aus den Q-Schaltern 3a und 3b und dem Festkörperlasermedium 1a besteht,
und die Länge des Resonators, der aus den Q-Schaltern 3c und 3d und
dem Festkörperlasermedium 1b besteht, einander
gleich sind. Der flache Spiegel 4 weist einen Einfallswinkel
von 0° auf und ist bezogen auf die fundamentale Welle hoch
reflektiv.
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Der
flache Spiegel 7, der zum Trennen von Laserlicht verwendet
wird, ist in dem Pfad des fundamentalen Laserlichts 9 angeordnet,
das von dem flachen Spiegel 8 reflektiert wird, und ein
flacher Spiegel 5 als Resonanzspiegel ist in der Ausbreitungsrichtung
des fundamentalen Laserlichts 9 angeordnet, das von dem
flachen Spiegel 7 reflektiert wird. Eine Linse 6a und
ein flacher Spiegel 12 für Resonanz der zweiten
Oberschwingung sind zwischen dem flachen Spiegel 8 und
dem flachen Spiegel 7 angeordnet. Auf der optischen Achse
des Lasers zwischen dem flachen Spiegel 7 und dem flachen
Spiegel 5 sind ein nichtlinearer optischer Kristall 2a,
der das fundamentale Laserlicht 9 in Laserlicht 10 der zweiten
Oberschwingung umwandelt, ein nichtlinearer optischer Kristall 2b,
der das fundamentale Laserlicht 9 und das Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung optisch mischt und das Licht in Laserlicht 11 der dritten
Oberschwingung umwandelt, und eine Linse 6b angeordnet,
wie in 2 gezeigt. Der flache Spiegel 5 weist
einen Einfallswinkel von 0° auf und ist bezogen auf die
fundamentale Welle und die zweite und dritte Oberschwingung hoch
reflektiv. Der flache Spiegel 7 weist einen Einfallswinkel
von 45° auf und ist bezogen auf die fundamentale Welle
und die zweite Oberschwingung hoch reflektiv und antireflektiv bezogen
auf die dritte Oberschwingung. Der flache Spiegel 8 weist
einen Einfallswinkel von 45° auf und ist bezogen auf die
fundamentale Welle hoch reflektiv. Der flache Spiegel 12 weist
einen Einfallswinkel von 0° auf, ist antireflektiv bezogen
auf die fundamentale Welle und hoch reflektiv bezogen auf die zweite
Oberschwingung. Die Linsen 106a und 106b sind
Antireflektionslinsen bezogen auf die fundamentale Welle, zweite
Oberschwingung und dritte Oberschwingung.
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Die
Festkörperlasermedien 1a und 1b in dem Resonator
sind z. B. Nd:YAG-Stäbe, und ein dielektrischer Mehrschicht-Antireflektionsfilm,
der senkrecht einfallendes fundamentales Laserlicht 9 durchlässt, ist
auf der Laserlichteinfallsebene gebildet. Der nichtlineare optische
Kristall 2a ist zum Beispiel ein LBO (LiB3O5)-Kristall, auf dem ein dielektrischer Mehrschichtantireflektionsfilm
gebildet ist, der das gesamte fundamentale Laserlicht 9,
das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung und das Laserlicht 11 der dritten
Oberschwingung durchlässt, die senkrecht zu der Laserlichteinfallsebene
sind. Dielektrische antireflektive Mehrschichtfilme, die senkrecht
einfallendes fundamentales Laserlicht 9 durchtreten lassen,
sind auf die Laserlichteinfallsebene der Q-Schalter 3a bis d3
aufgebracht.
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Andererseits
ist ein dielektrischer Mehrschicht-Hochreflektionsfilm zum Reflektieren
von senkrecht einfallendem fundamentalen Laserlicht 9 auf
der Laserlichteinfallsebene des flachen Spiegels 4 gebildet,
und ein dielektrischer Mehrschicht-Hochreflektionsfilm, der das
gesamte senkrecht einfallende fundamentale Laserlicht 9,
das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung und das Laserlicht 11 der dritten
Oberschwingung reflektiert, ist auf der Laserlichteinfallsebene
der Speichereinheit 5 gebildet. Ein dielektrischer Mehrschichtfilm,
der bezogen auf fundamentales Laserlicht 9 und Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung hoch reflektiv ist und bezogen auf Laserlicht 11 der
dritten Oberschwingung antireflektiv ist, wird auf den flachen Spiegel 7 angebracht.
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Die
Linsen 6a und 6b sind Linsen, in denen ein dielektrischer
antireflektiver Mehrschichtfilm, der eine hohe Durchlässigkeit
bezogen auf das gesamte senkrecht einfallende fundamentale Laserlicht 9,
das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung und das Laserlicht 11 der
dritten Oberschwingung zeigt, auf die Laserlichteinfallsebene aufgebracht
wurde. Die Linse 6b ist in einer Position angeordnet, die
um einen Abstand f von dem flachen Spiegel 5 entfernt ist, was
gleich der Brennweite der Linse ist; und die Linse 6a ist
in einer Position in einem Abstand 2f angeordnet, was das
Doppelte der Brennweite der Linse 6b ist. Die Lasermedien 1a und 1b sind
in gleichen Abständen von einer Position um einen Abstand
f von der Linse 6a entfernt angeordnet. Nichtlineare optische
Kristalle 2a und 2b sind in einer im Wesentlichen
zentralen Position zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet.
In dem Festkörperlasergenerator der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Paar äquivalenter Linsen einander zugewandt so
in dem Resonator angeordnet, dass sie einen Resonator bilden, in dem
Lasermedien mit einem dazwischen angeordneten 1x-Vergrößerungsteleskop
in gleichen Abständen angeordnet sind.
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Im
Allgemeinen erzeugen Festkörperlasergeneratoren vom Stabtyp
Wärme und einen thermischen Linseneffekt, wenn angeregtes
Licht in den Stab eingegeben wird, der ein Festkörperlasermedium
ist. Aus diesem Grund muss die unten angegebene Gleichung 1 erfüllt
sein, um stabil eine Resonanz zu erhalten. Der Term fR in
Gleichung 1 unten ist die thermische Linsenbrennweite des Stabs
als Festkörperlasermedium, R1 und
R2 sind die Krümmungsradien der
Resonanzspiegel, L1 und L2 sind
die Abstände zwischen dem Resonatorspiegel und der Hauptebene
der thermischen Linse. g1·g2 < 1
g1 = 1·(L2/fR)·(L0/R1) g2 = 1·(L1/fR)·(L0/R2) L0 = L1 + L2 – L1·(L2/fR) [Gl.
1]
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In
Gl. 1 oben können g1·g2 = 1 und die Stabilitätsbedingung
von Gl. 1 oben nicht erfüllt werden, wenn die Brennweite
fR der in dem Resonator gebildeten thermischen
Linse unendlich ist, d. h. wenn es in dem aus einem flachen Spiegel
aufgebauten Resonator in Fällen, in denen zum Beispiel
die Krümmungsradien R1 und R2 der Resonatorspiegel unendlich sind, keine
Linse gibt; d. h. in Fällen, in denen ein flacher Spiegel
als Resonatorspiegel verwendet wird. Andererseits sind die meisten
nichtlinearen optischen Kristalle, die zur Wellenlängenumwandlung verwendet
werden, von sogenannten Festkörperlasermedien verschieden,
und ein Linseneffekt ist weitestgehend nicht vorhanden. Aus diesem
Grund kann durch nichtlineare Kristalle umgewandeltes Laserlicht
nicht stabil eingedämmt werden, selbst wenn in dem Fall
eines Festkörperlasergenerators, der nach dem Prinzip der
Umwandlung Resonator-interner Wellenlängen arbeitet, ein
Resonator erhalten wird.
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Angesichts
dieser Umstände sind in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform eine oder mehr Linsen
in geeigneten Position in dem Resonator des fundamentalen Laserlichts 9 angeordnet,
und Spiegel, die einen Resonator für wellenlängenumgewandeltes
Laserlicht darstellen, z. B. Laserlicht 10 der zweiten
Oberschwingung, können zu dem Inneren oder Äußeren
des Resonators des fundamentalen Laserlichts 9 hinzugefügt
werden, indem die derart vorgesehenen Linsen verwendet werden, wodurch
ein Resonator für das fundamentale Laserlicht 9 und
ein Resonator für das wellenlängenumgewandelte
Laserlicht auf der gleichen optische Achse angeordnet werden, und
wellenlängenumgewandeltes Laserlicht höherer Ordnung,
z. B. Laserlicht der dritten, vierten oder fünften Oberschwingung
kann mit hoher Effizienz erhalten werden.
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Als
nächstes wird die Arbeitsweise des Festkörperlasergenerators
der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform wird das fundamentale
Laserlicht 9 mit einer Wellenlänge von z. B. 1.064
nm in den Festkörperlasermedien 1a und 1b erzeugt.
Das fundamentale Laserlicht 9 wird von dem flachen Spiegel 4 reflektiert
und dann verstärkt, während es durch den Q-Schalter 3a,
das Festkörperlasermedium 1a, den Q-Schalter 3b,
den Q-Schalter 3c, das Festkörperlasermedium 1b und den
Q-Schalter 3d hindurch tritt. Das fundamentale Laserlicht
wird weiterhin von dem flachen Spiegel 8 reflektiert, von
dem flachen Spiegel 12 zur Resonanz der zweiten Oberschwindung
und durch die Linse 6a durchgelassen, von dem flachen Spiegel 7 zur
Laserlichttrennung reflektiert und auf den nichtlinearen optischen
Kristall 2b für die dritte Oberschwingung und den
nichtlinearen optischen Kristall 2a für die zweite Oberschwindung
einfallen gelassen.
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Zu
dieser Zeit wird ein Teil des fundamentalen Laserlichts 9 durch
den nichtlinearen optischen Kristall 2a in Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung mit einer Wellenlänge von z. B.
532 nm umgewandelt Das fundamentale Laserlicht 9 und das
Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung, die durch den
nichtlinearen optischen Kristall 2a hindurch getreten sind,
werden von dem flachen Spiegel 5 über die Linse 6b reflektiert,
wieder nacheinander von der Linse 6b und dem nichtlinearen
optischen Kristall 2a durchgelassen und dann von dem nichtlinearen
optischen Kristall 2a durchgelassen, wodurch ein Teil des fundamentalen
Laserlichts 9 in Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung
mit einer Wellenlänge von 532 nm umgewandelt wird. Das
fundamentale Laserlicht 9 und das Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung werden danach gleichzeitig auf den nichtlinearen
optischen Kristall 2b gerichtet und werden dadurch in ihrer
Wellenlänge durch optisches Mischen in Laserlicht 11 der
dritten Oberschwingung mit einer Wellenlänge von 355 nm
umgewandelt.
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Das
fundamentale Laserlicht 9 und das Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung werden von dem flachen Spiegel 7 reflektiert,
wohingegen das Laserlicht 11 der dritten Oberschwin gung
als Ziellaserleistung durch die Mehrzahl Stromleitungen 7 geführt
und nach außen gerichtet wird. Der Resonator des fundamentalen
Laserlichts 9 weist eine Konfiguration auf, in der das
fundamentale Laserlicht 9, das ein Teil des Laserlichts 10 der
zweiten Oberschwingung ist, und das von dem flachen Spiegel 7 reflektierte
fundamentale Laserlicht 9 durch einen flachen Spiegel 12 zur
Resonanz der zweiten Oberschwingung durchgelassen und zu dem flachen
Spiegel 4 zurückgeschickt wird. Das Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung wird von dem flachen Spiegel 12 reflektiert
und an den flachen Spiegel 5 zurückgeschickt,
und der Resonator des Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung
ist auf der gleichen optischen Achse angeordnet.
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In
dem Festkörperlasergenerator gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Beabstandung
vorgesehen, so dass sich zwei miteinander äquivalente Linsen 6a und 6b an
konfokalen Punkten zwischen dem flachen Spiegel 12 zur Resonanz
der zweiten Oberschwingung und dem flachen Spiegel 5 zur
Resonanz befinden. Daher können die Resonanzstabilitätsbedingungen
bis zu einem Bereich hoher Leistung erfüllt werden, selbst wenn
die Länge des Resonators für fundamentales Laserlicht
vergrößert wird. Gleichzeitig kann auch ein stabiler
Resonator aus den beiden konfokal angeordneten Linsen 6a und 6b für
Laserlicht der zweiten Oberschwingung konfiguriert werden, und die
beiden Resonatoren teilen den flachen Spiegel 5 zur Resonanz.
Ein einzelner Resonator kann daher auf der gleichen optischen Achse
platziert werden.
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Für
die Festkörperlasermedien 1a und 1b wird
eine symmetrische Anordnung in einem Bereich verwendet, der von
einem Teil frei ist, das erweitert ist, um einen Resonator für
Laserlicht der zweiten Oberschwingung zu bilden. Daher kann leicht
eine höhere Ausgabe erreicht werden, indem eine große Zahl
Festkörperlasermedien auf die gleiche Weise symmetrisch
angeordnet wird.
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Als
nächstes wird der Festkörperlasergenerator gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Festkörperlasergenerator der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Festkörperlasergenerator, der auf die gleiche Weise wie
der Festkörperlasergenerator gemäß der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform nach einem Prinzip
der Umwandlung Resonator-interner Wellenlängen arbeitet,
und ist mit einem Resonator versehen, der Umwandlung der dritten
Oberschwingung durchführt. 3 ist ein
Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Aus führungsform zeigt. In 3 sind
die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Aufbauelemente
wie in dem in 2 gezeigten Resonator verwendet,
und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
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Wie
in 3 gezeigt, weist der Resonator in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf,
in der die folgenden Komponenten auf der optischen Achse des Laserlichts
zwischen dem flachen Spiegel 4 und dem flachen Spiegel 5 als
Resonanzspiegel angeordnet sind: ein Q-Schalter 3a, ein
Festkörperlasermedium 1a zum Verstärken
von fundamentalem Laserlicht 9, ein Q-Schalter 3b,
ein Q-Schalter 3c, ein Festkörperlasermedium 1b zum
Verstärken des fundamentalen Laserlichts 9, ein
Q-Schalter 3d, ein flacher Spiegel 8 zum Beugen
der optischen Achse des fundamentalen Laserlichts, eine Linse 6a,
ein flacher Spiegel 27 als Spiegel zum Trennen von Laserlicht,
ein nichtlinearer optischer Kristall 2a, der fundamentales
Laserlicht 9 in Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung umwandelt,
ein nichtlinearer optischer Kristall 2b zum optischen Mischen
des fundamentalen Laserlichts 9 und des Laserlichts 10 der
zweiten Oberschwingung und Umwandeln des gemischten Licht in Laserlicht
der dritten Oberschwingung und eine Linse 6b.
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Auch
bei dem Resonator der zweiten Ausführungsform sind die
Länge des Resonanzabschnitts, der aus den Q-Schaltern 3a und 3b und
dem Festkörperlasermedium 1a aufgebaut ist, und
die Länge des Resonanzabschnitts, der aus den Q-Schaltern 3c und 3d und
dem Festkörperlasermedium 1b aufgebaut ist, einander
gleich. Die Linse 6b ist in einer Position angeordnet,
die von dem flachen Spiegel 5 um einen Abstand f entfernt
ist, der gleich der Brennweite der Linse ist, und die Linse 6a ist
in einer Position in einem Abstand 2f von der Linse 6b angeordnet,
der das Doppelte der Brennweite ist. Der flache Spiegel 8 ist
in einer Position angeordnet, die von der Linse 6a um einen
Abstand f entfernt ist, und die nichtlinearen optischen Kristalle 2a und 2b sind im
Wesentlichen in der Mitte zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet.
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Ein
dielektrischer Mehrschichtfilm, der bezogen auf fundamentales Laserlicht 9 hoch
reflektiv ist und der bezogen auf Laserlicht 10 der zweiten
Oberschwingung und Laserlicht 11 der dritten Oberschwingung
antireflektiv ist, ist zur Laserlichttrennung auf den flachen Spiegel 27 angewendet,
und nur das fundamentale Laserlicht 9 durchtritt die Lasermedien 1a und 1b und
kehrt zu dem flachen Spiegel 4 zurück. Ein konkaver
Spiegel 22 zum Bewirken, dass das Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung mitschwingt, ist zur Laserlichttrennung auf
der optischen Achse des Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung
und des Laserlichts 11 der dritten Oberschwingung angeordnet,
die den flachen Spiegel 27 durchtreten haben, und ein dielektrischer
Mehrschichtfilm, der bezogen auf Laserlicht 10 der zweiten
Oberschwingung hoch reflektiv ist und bezogen auf Laserlicht 11 der
dritten Oberschwingung antireflektiv ist, ist auf den konkaven Spiegel 22 aufgebracht.
In diesem Fall besteht ein Resonator für Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung aus dem konkaven Spiegel 22, der
Linse 6b und dem flachen Spiegel 5, und nur das
Ziellaserlicht der dritten Oberschwingung wird als Laserausgabe
erzeugt, weil die konkave Krümmung des konkaven Spiegels 22 so ausgebildet
ist, dass sie zu der Krümmung der Lichtwellenebene des
Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung passt. Mit anderen
Worten ist der konkave Spiegel 22 ein gekrümmter
Spiegel, der einen Einfallswinkel von 0° aufweist, bezogen
auf die zweite Oberschwingung hoch reflektiv ist und bezogen auf die
dritte Oberschwingung antireflektiv ist. Der flache Spiegel 27 weist
einen Einfallswinkel von 45° auf, ist bezogen auf die fundamentale
Welle hoch reflektiv und bezogen auf die zweiten und dritten Oberschwingungen
antireflektiv.
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In
dem Festkörperlasergenerator gemäß der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Resonator,
der auch bezogen auf Laserlicht der zweiten Oberschwingung stabil
ist, gebildet werden, weil eine Linse 6b zwischen dem konkaven
Spiegel 22 für Resonanz der zweiten Oberschwingung
und dem flachen Spiegel 5 für Resonanz angeordnet
ist und die konkave Krümmung des konkaven Spiegels 22 gleichzeitig
eine Krümmung aufweist, die Resonanzbedingungen erfüllt.
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Eine
Beabstandung ist so vorgesehen, dass sich zwei gegenseitig äquivalente
Linsen 6a und 6b an konfokalen Punkten befinden.
Daher können Resonanzstabilitätsbedungungen bis
zu einem hohen Leistungsbereich erfüllt werden, selbst
wenn die Länge des Resonators vergrößert
wird. Die beiden Resonatoren sind zu einem einzigen Resonator gebildet, indem
sie den flachen Spiegel 5 zur Resonanz teilen. Die Effekte
des Festkörperlasergenerators der vorliegenden Ausführungsform
sind die gleichen wie die des Festkörperlasergenerators
gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Als
nächstes wird der Festkörperlasergenerator gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dem Festkörperlasergenerator der ersten und zweiten
Ausführungsformen ist ein flacher Spiegel 8 zum
Beugen der optischen Achse des fundamentalen Laserlichts 9 zwischen
dem Q-Schalter 3d und der Linse 6a angeordnet,
und der flache Spiegel 7 zur Laserlichttrennung oder der
flache Spiegel 27 ist hinter der Linse 6a angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine gebeugte optische
Achse beschränkt, und es kann auch eine geradlinige Anordnung
verwendet werden, solange sich die Resonatoren des fundamentalen
Laserlichts 9 und des Laserlichts 10 der zweiten
Oberschwingung auf derselben optischen Achse befinden, ohne dass
die optische Achse unter Verwendung eines regulären reflektierenden
Resonanzspiegels gebeugt wird. 4 ist ein
Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
einer Ausführungsform zeigt, in der die Resonatoren des
fundamentalen Laserlichts 9 und des Laserlichts 10 der
zweiten Oberschwingung auf einer geraden Linie auf derselben optischen Achse
platziert sind. In 4 werden die gleichen Bezugszeichen
für die gleichen Aufbauelemente wie in dem in 2 gezeigten
Resonator verwendet, und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
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Wie
in 4 gezeigt, weist der Resonator in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf,
in der die folgenden Komponenten in einer geraden Linie auf der optischen
Laserachse zwischen einem flachen Spiegel 4 und einem flachen
Spiegel 35 als Resonanzspiegel platziert sind: ein Q-Schalter 3a,
ein Festkörperlasermedium 1a zum Verstärken
von fundamentalem Laserlicht 9, ein Q-Schalter 3b,
ein Q-Schalter 3c, ein Festkörperlasermedium 1b zum
Verstärken des fundamentalen Laserlichts 9, ein
Q-Schalter 3d, ein flacher Spiegel 32, eine Linse 6a,
ein nichtlinearer optischer Kristall 2a, der fundamentales
Laserlichts 9 in Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung
umwandelt, ein nichtlinearer optischer Kristall 2b zum optischen
Mischen des fundamentalen Laserlichts 9 und des Laserlichts 10 der
zweiten Oberschwingung und Umwandeln des gemischten Licht in Laserlicht der
dritten Oberschwingung und eine Linse 6b.
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Auch
bei diesem Resonator sind die Länge des Resonanzabschnitts,
der aus den Q-Schaltern 3a und 3b und dem Festkörperlasermedium 1a besteht,
und die Länge des Resonanzabschnitts, der aus den Q-Schaltern 3c und 3d und
dem Festkörperlasermedium 1b besteht, miteinander
gleich. Die Linse 6b ist in einer Position angeordnet,
die um einen Abstand f von dem flachen Spiegel 35 entfernt
ist, der gleich der Brennweite der Linse ist, und die Linse 6a ist
in einer Position angeordnet, die um einen Abstand 2f von
der Linse 6b entfernt ist, der das Doppelte der Brennweite
ist. Der flache Spiegel 32 ist in einer Position angeordnet,
die von der Linse 6a um einen Abstand f entfernt ist, und
die nichtlinearen optischen Kristalle 2a und 2b sind
im Wesentlichen in der Mitte zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet.
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Der
flache Spiegel 32 ist so angeordnet, dass das fundamentale
Laserlicht, das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung
und das Laserlicht 11 der dritten Oberschwingung, die die
Linse 6a durchtreten haben, senkrecht auf den Spiegel auftreffen, und
ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der das fundamentale Laserlicht 9 und
das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung durchlässt
und das Laserlicht 11 der dritten Oberschwingung regulär
reflektiert, ist auf der Einfallsfläche von Laserlicht
gebildet. In diesem Fall dient der flache Spiegel 35 gleichzeitig als
Resonanzspiegel und als Spiegel zur Laserlichttrennung. Ein dielektrischer
Mehrschichtfilm, der das senkrecht einfallende fundamentale Laserlicht 9 und das
Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung regulär
reflektiert und das Ziellaserlicht 11 der dritten Oberschwingung
durchlässt, ist auf der Laserlichteinfallsfläche
gebildet. Mit anderen Worten weist der flache Spiegel 32 einen
Einfallswinkel von 0° auf, ist bezogen auf die fundamentale
Welle antireflektiv und hoch reflektiv bezogen auf die zweiten und
dritten Oberschwingungen. Der flache Spiegel 35 weist einen
Einfallswinkel von 0° auf, ist bezogen auf die fundamentale
Welle und die zweite Oberschwingung hoch reflektiert und antireflektiv
bezogen auf die dritte Oberschwingung. Der flache Spiegel 45 weist
einen Einfallswinkel von 0° auf, ist hoch reflektiv bezogen auf
die fundamentale Welle und antireflektiv bezogen auf die zweiten
und dritten Oberschwingungen.
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In
dem Festkörperlasergenerator gemäß der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt das fundamentale
Laserlicht, das durch den flachen Spiegel 32 hindurch getreten
ist, über die Linse 6a in den nichtlinearen optischen
Kristall 2a ein, der das fundamentale Laserlicht 9 in
Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung umwandelt, und
tritt in den nichtlinearen optischen Kristall 2b zum optischen
Mischen des fundamentalen Laserlichts 9 und des Laserlichts 10 der
zweiten Oberschwingung und Umwandeln des gemischten Lichts in Laserlicht
der dritten Oberschwingung ein. Das von den nichtlinearen optischen
Kristallen 2a und 2b durchgelassene fundamentale
Laserlicht 9 tritt über die Linse 6b in
den flachen Spiegel 35 ein.
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In
diesem Fall werden das fundamentale Laserlicht 9 und das
Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung von dem flachen
Spiegel 35 regulär reflektiert und wieder durch
die Linse 6b, die nichtlinearen optischen Kristalle 2a und 2b und
die Linse 6a geschickt; und das fundamentale Laserlicht 9 tritt ebenfalls
durch den flachen Spiegel 32 hindurch und kehrt zu dem
flachen Spiegel 4 zurück. Andererseits wird das
Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung von dem flachen
Spiegel 32 reflektiert, und ein Resonator wird über
die Linsen 6a und 6b zwischen diesem Spiegel und
dem flachen Spiegel 35 gebildet. Das Ziellaserlicht 11 der
dritten Oberschwingung wird durch den flachen Spiegel 35 geschickt
und nach außen gerichtet. Auf diese Weise dient der flache
Spiegel 35 als Resonanzspiegel des fundamentalen Laserlichts 9 und
des Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung und dient
gleichzeitig als Spiegel zur Laserlichttrennung, der das Ziellaserlicht 11 der
dritten Oberschwingung trennt und extrahiert.
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Auch
bei dem Festkörperlasergenerator gemäß der
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
eine Beabstandung vorgesehen, so dass die beiden gegenseitig äquivalenten
Linsen 6a und 6b an konfokalen Punkten zwischen
den flachen Spiegeln 32 und 35 angeordnet sind.
Daher können Resonanzstabilitätsbedingungen bis
zu einem hohen Leistungsbereich erfüllt werden, selbst
wenn die Länge des Resonator vergrößert
wird. Die Effekte des Festkörperlasergenerators der vorliegenden
Ausführungsform sind die gleichen wie die des Festkörperlasergenerators
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Als
nächstes wird der Festkörperlasergenerator gemäß der
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dem Festkörperlasergenerator der oben beschriebenen
ersten bis dritten Ausführungsformen wurde ein Resonanzspiegel für
fundamentales Laserlicht und Laserlicht der zweiten Oberschwingung
geteilt, aber die vorliegende Erfindung ist dadurch nicht beschränkt.
Es können getrennte Resonanzspiegel für jede Art
von Laserlicht vorgesehen werden. 5 ist ein
Diagramm, das die Konfiguration des Resonators in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 5 werden
die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Aufbauelemente
wie in den in 2 und 4 gezeigten
Resonatoren verwendet, und eine detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
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Wie
in 5 gezeigt, weist der Resonator in dem Festkörperlasergenerator
der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf,
in der die folgenden Komponenten auf einer geraden Linie auf der optischen
Laserachse zwischen einem flachen Spiegel 4 und einem flachen
Spiegel 45 als Resonanzspiegel platziert sind: ein Q-Schalter 3a,
ein Festkörperlasermedium 1a zum Verstärken
von fundamentalem Laserlicht 9, ein Q-Schalter 3b,
ein Q-Schalter 3c, ein Festkörperlasermedium 1b zum
Verstärken des fundamentalen Laserlichts 9, ein
Q-Schalter 3d, ein flacher Spiegel 32, eine Linse 6a,
ein nichtlinearer optischer Kristall 2a, der das fundamentale
Laserlicht 9 in Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung
umwandelt, ein nichtlinearer optischer Kristall 2b zum optischen
Mischen des fundamentalen Laserlichts 9 und des Laserlichts 10 der
zweiten Oberschwingung und Umwandeln des gemischten Lichts in Laserlicht der
dritten Oberschwingung und eine Linse 6b.
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Auch
bei diesem Resonator sind die Länge des Resonanzabschnitts,
der aus den Q-Schaltern 3a und 3b und dem Festkörperlasermedium 1a besteht,
und die Länge des Resonanzabschnitts, der aus den Q-Schaltern 3c und 3d und
dem Festkörperlasermedium 1b besteht, einander
gleich. Die Linse 6b ist in einer Position angeordnet,
die um einen Abstand f von dem flachen Spiegel 45 entfernt
ist, der gleich der Brennweite der Linse ist, und die Linse 6a ist
in einer Position angeordnet, die um einen Abstand 2f von
der Linse 6b entfernt ist, der das Doppelte der Brennweite
ist. Der flache Spiegel 12 ist in einer Position angeordnet,
die von der Linse 6a um einen Abstand f entfernt ist, und
die nichtlinearen optischen Kristalle 2a und 2b sind
im Wesentlichen in der Mitte zwischen den Linsen 6a und 6b angeordnet.
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Ein
dielektrischer Mehrschichtfilm, der bezogen auf fundamentales Laserlicht 9,
das durch die Linse 6b hindurch getreten ist, hoch reflektiv
ist und der bezogen auf Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung
und Laserlicht 11 der dritten Oberschwingung antireflektiv
ist, ist auf dem flachen Spiegel 45 gebildet, und ein konkaver
Spiegel 22 ist vor dem Laserlicht 10 der zweiten
Oberschwingung und dem Laserlicht 11 der dritten Oberschwingung
angeordnet, die den flachen Spiegel 45 durchtreten haben.
Ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der bezogen auf Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung hoch reflektiv ist und bezogen auf Laserlicht 11 der
dritten Oberschwingung antireflektiv ist, ist auf die gleiche Weise
wie in der zweiten Ausführungsform auf dem konkaven Spiegel 22 gebildet,
und die Krümmung der konkaven Oberfläche ist so
ausgebildet, dass sie zu der Krümmung der Wellenebene des
Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung passt.
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In
dem Festkörperlasergenerator gemäß der vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt das fundamentale
Laserlicht, das durch den flachen Spiegel 32 getreten ist, über
die Linse 6a in den nichtlinearen optischen Kristall 2a ein,
der das fundamentale Laserlicht 9 in Laserlicht 10 der
zweiten Oberschwingung umwandelt, und tritt dann in den nichtlinearen
optischen Kristall 2b ein, der das fundamentale Laserlicht 9 und
das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung optisch mischt
und das gemischte Licht in Laserlicht der dritten Oberschwingung
umwandelt. Das von den nichtlinearen optischen Kristallen 2a und 2b durchgelassene
fundamentale Laserlicht 9 tritt über die Linse 6b in
den flachen Spiegel 45 ein.
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Hier
wird das fundamentale Laserlicht 9 von dem flachen Spiegel 45 regulär
reflektiert; wird wieder durch die Linse 6b, die nichtlinearen
optischen Kristalle 2a und 2b, die Linse 6a und
den flachen Spiegel 32 geschickt und an den flachen Spiegel 4 zurückgeschickt.
Das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung und das Laserlicht 11 der
dritten Oberschwingung treten durch den flachen Spiegel 45 hindurch,
und das Laserlicht 10 der zweiten Oberschwingung, das eine
dieser beiden Lichtkomponenten ist, wird von dem konkaven Spiegel 22,
der vor dem flachen Spiegel angeordnet ist, regulär reflektiert,
wieder durch den flachen Spiegel 45 geschickt und von dem
flachen Spiegel 32 über die Linsen 6a und 6b reflektiert.
Ein Resonator ist zwischen den Spiegel gebildet. Das Ziellaserlicht
der dritten Oberschwingung 11 wird durch den konkaven Spiegel 22 geschickt
und als Laserleistung nach außen gerichtet. Auf diese Weise
dienen der flache Spiegel 45 und der konkave Spiegel 22 als
Resonatorspiegel des fundamentalen Laserlichts 9 bzw. des
Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung und arbeiten
gleichzeitig auch als Spiegel zum Trennen von Laserlicht, die das
Ziellaserlicht 11 der dritten Oberschwingung trennen und
entfernen.
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Bei
dem Festkörperlasergenerator gemäß der
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind
der flache Spiegel 4 und der flache Spiegel 45 als
Resonanzspiegel des fundamentalen Laserlichts angeordnet. Andererseits
sind der flache Spiegel 32 und der konkave Spiegel 22 in
einer geraden Linie auf derselben optischen Achse platziert wie
der Resonanzspiegel des Laserlichts 10 der zweiten Oberschwingung.
Obwohl die Spiegel im Gegensatz zu den vorigen Beispielen nicht
geteilt werden, können Resonanzstabilitätsbedingungen
bis zu einem hohen Leistungsbereich erfüllt werden, selbst
wenn die Länge des Resonators vergrößert
wird. Dies liegt daran, dass eine Beabstandung vorgesehen ist, so dass
sich die beiden gegenseitig äquivalenten Linsen 6a und 6b an
konfokalen Punkten befinden. Die Effekte des Festkörperlasergenerators
der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie
die des Festkörperlasergenerators gemäß der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
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In
dem Festkörperlasergenerator der oben beschriebenen ersten
bis vierten Ausführungsformen sind zwei Festkörperlasermedien 1a und 1b in
dem Resonator angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist dadurch
nicht beschränkt. Da der Resonator als symmetrischer Resonator
konfiguriert ist und durch ein Paar Linsen (Linsen 6a und 6b)
in konfokalen Positionen vergrößert ist, kann
jegliche Zahl von Festkörperlasermedien in gleichen Intervallen
angeordnet sein, solange die Schadenstoleranz der optischen Komponenten
nicht überschritten wird.
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Weiterhin
können Yb:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 und
andere Festkörperlasermedien zusätzlich zu einem
Nd:YAG-Stab verwendet werden.
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In
dem Festkörperlasergenerator der oben beschriebenen ersten
bis vierten Ausführungsformen sind zwei nichtlineare optische
Kristalle in dem Resonator angeordnet, um eine dritte Oberschwingung
zu erzeugen, aber die vorliegende Erfindung ist dadurch nicht beschränkt.
Es können mehrere nichtlineare optische Kristalle angeordnet
werden, um die Umwandlungseffizienz zu verbessern und eine vierte oder
fünfte Oberschwingung zu erzeugen. CLBO (CsLi6BO10), KTP, BBO oder dergleichen können
zusätzlich zu dem oben beschriebenen LBO als nichtlineare
optische Kristalle 2a und 2b verwendet werden.
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Die
Effekte der Beispiele der vorliegenden Erfindung werden unten durch
Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben, das außerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Die tatsächliche
Leistung des Laserlichts der dritten Oberschwingung wurde für
einen Festkörperlasergenerator (Beispiel), der mit dem
in 2 gezeigten Resonator als Beispiel der vorliegenden
Erfindung ausgestattet war, und für einen Festkörperlasergenerator (Vergleichsbeispiel),
der mit dem in 1 gezeigten herkömmlich
konfigurierten Resonator ausgestattet war, gemessen. In diesem Fall
war das Festkörperlasermedium ein Nd:YAG-Stab, und der
nichtlineare optische Kristall war LBO.
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6 ist
ein Graph, der die Charakteristika eines herkömmlichen
Festkörperlasergenerators und des Festkörperlasergenerators
gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung
vergleicht, wobei die horizontale Achse die Anregungsintensität
wiedergibt und die vertikale Achse die Leistung des Laserlichts
der dritten Oberschwingung wiedergibt. Der Graph zeigt auch den
Vorteil des Beispiels der vorliegenden Erfindung. Es ist offensichtlich,
dass der Festkörperlasergenerator des vorliegenden Beispiels im
Vergleich mit dem Festkörperlasergenerator des Vergleichsbeispiels
eine Leistung von Laserlicht der dritten Oberschwingung erreicht,
die bei der gleichen Anregungsintensität das Doppelte oder
mehr ist, wie in 6 gezeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-156677 [0007, 0010]