DE112010003879T5

DE112010003879T5 - Laser-Oszillator und Laserverstärker

Info

Publication number: DE112010003879T5
Application number: DE112010003879T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Fujikawa; Junichi Nishimae; Tatsuya Yamamoto; Yoichi Tanino
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2030-09-18
Also published as: KR20120075465A; US8958453B2; DE112010003879B4; CN102549855A; WO2011040264A1; US20120182604A1; KR101347477B1; TW201130195A; TWI456853B; JP5220198B2; JPWO2011040264A1; CN102549855B

Abstract

Ein Laser-Oszillator enthält: einen optischen Resonator, welcher einen orthogonalen Spiegel und einen teilreflektierenden Spiegel hat; ein Lasergas, welches als ein Lasermedium wirkt; und einen 90-Grad-Faltspiegel, welcher als ein Polarisations-Auswahlelement wirkt. Der orthogonale Spiegel hat zwei reflektierende Flächen, welche zueinander senkrecht stehen. Der 90-Grad-Faltspiegel ist derart angeordnet, dass die Polarisationsrichtung des laseroszillierten Lichts parallel zur Referenzachse verläuft, welche in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators eingestellt ist. Der orthogonale Spiegel ist derart angeordnet, dass die Polarisationsrichtung des laseroszillierten Lichts parallel zur Tallinie des orthogonalen Spiegels verläuft. Dieser Aufbau kann eine Anisotropie von optischen Eigenschaften in einem Lasermedium kompensieren und linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, auf eine einfache Art und Weise stabil erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Laser-Oszillator zum Erzeugen von Laserlicht. Zusätzlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Laserverstärker zum Verstärken von Laserlicht.
Bei einem herkömmlichen Laser-Oszillator wird, um ein Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, von einem Lasermedium, welches eine Anisotropie oder Inhomogenität in der Anstiegsverteilung (engl.: gain distribution) hat, zu erzeugen, ein Bildumdrehungs-Optiksystem (engl.: image rotating optical system) mit mit einer Mehrzahl von Spiegeln gebildet, welche in einem Lichtpfad innerhalb eines optischen Resonators bereitgestellt sind. Die Intensitätsverteilung des Laserlichts wird daher um eine optische Achse auf einen gewünschten Winkel umdreht, während das Laserlicht durch das Lasermedium durchläuft. Daher kann die Anisotropie der Anstiegsverteilung kompensiert werden, um das Laserlicht zu erzeugen, welches eine hervorragende Isotropie hat (siehe Patentdokument 1).
Bei einem herkömmlichen Laserverstärker ist ein Inversions-Optiksystem durch orthogonale Spiegel gebildet, und wird ein Lichtstrahl räumlich invertiert, wodurch die Wirkung der asymmetrischen Eigenschaft des Lasermediums reduziert wird (siehe Patentdokument 2).
STAND DER TECHNIK DOKUMENT
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 5-275778 A
Patentdokument 2: JP 2003-115627 A
Patentdokument 3: JP 3-66185 A

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
PROBLEM, WELCHES DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN IST
Bei dem herkömmlichen Laser-Oszillator hat der optische Resonator einen komplizierten Aufbau, da das Bildumdrehungs-Optiksystem durch viele Spiegel gebildet ist, und ist eine Winkeleinstellung der Spiegel sehr umständlich, woraus eine Schwierigkeit beim Zusammenbau und bei der Wartung der Einrichtung herrührt. Zusätzlich ist es schwierig, ein linear polarisiertes Laserlicht zu erzeugen, da eine Ebene polarisierten Lichts ebenso zusammen mit der Umdrehung des Laserlichts umdreht ist.
Ferner kann, bei zunehmender Anzahl verwendeter Spiegel, wenn irgendeiner der Spiegel einen leichten Winkelfehler hat, ein Winkel der optischen Achse im optischen Resonator synergistisch in Abhängigkeit von der Anzahl der Spiegel geändert werden, wodurch sich die Laserausgabe als instabil erweist. Zusätzlich ist bei zunehmender Anzahl verwendeter Spiegel eine zunehmende Anzahl von Spiegelhalter, wobei jeder einen Winkeleinstellungsmechanismus hat, zum Halten und Einstellen des Spiegels, erforderlich, woraus erhöhte Herstellungskosten und ein größeres Ausmaß der Einrichtung resultieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laser-Oszillator bereitzustellen, welcher dazu in der Lage ist, eine Anisotropie von optischen Eigenschaften in einem Lasermedium zu kompensieren, und ein linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, auf eine einfache Art und Weise stabil zu erzeugen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laserverstärker bereitzustellen, welcher dazu in der Lage ist, eine Anisotropie von optischen Eigenschaften in einem Lasermedium zu kompensieren, und linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, auf eine einfache Art und Weise stabil zu verstärken.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die obige Aufgabe zu lösen, enthält ein Laser-Oszillator gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung:
einen optischen Resonator vom Oszillationstyp (engl.: reciprocating type optical resonator), welcher einen reflektierenden Spiegel und einen Ausgabespiegel hat;
ein Lasermedium zum Verstärken von Licht, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; und
ein Polarisations-Auswahlelement zum Steuern des oszillierten Lichts auf lineare Polarisation, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist;
wobei der reflektierende Spiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen hat, und
wobei das Polarisations-Auswahlelement derart angeordnet ist, dass eine Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators ist, und
wobei der orthogonale Spiegel derart angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Tallinie des orthogonalen Spiegels ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Laser-Oszillator:
einen optischen Resonator vom Oszillationstyp, welcher einen reflektierenden Spiegel und einen Ausgabespiegel hat;
ein Lasermedium zum Verstärken von Licht, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; und
ein Polarisations-Auswahlelement zum Steuern des oszillierten Lichts auf lineare Polarisation, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist;
wobei der reflektierende Spiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen hat, und
wobei das Polarisations-Auswahlelement derart angeordnet ist, dass eine Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators ist, und
wobei der orthogonale Spiegel derart angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts senkrecht zu einer Tallinie des orthogonalen Spiegels steht.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Laser-Oszillator:
einen optischen Resonator vom Oszillationstyp, welcher einen reflektierenden Spiegel und einen Ausgabespiegel hat;
ein Lasermedium zum Verstärken von Licht, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; und
ein Polarisations-Auswahlelement zum Steuern des oszillierten Lichts auf lineare Polarisation, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist;
wobei der reflektierende Spiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen hat, und
wobei das Polarisations-Auswahlelement derart angeordnet ist, dass eine Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators ist, und
wobei ein reflektierender Film zum Induzieren einer Phasendifferenz entsprechend einer Viertel-Wellenlänge zwischen einer P-Polarisation und einer S-Polarisation auf die jeweiligen reflektierenden Flächen des orthogonalen Spiegels angelegt ist.
Vorzugsweise ist der Laser-Oszillator gemäß den obigen Aspekten ein Gaslaseroszillator vom Querflusstyp, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in einer ersten Richtung eingestellt ist, welche senkrecht zur optischen Achse des optischen Resonators ist, und eine Entlade-Richtung in einer zweiten Richtung eingestellt ist, welche senkrecht zur optischen Achse und zur ersten Richtung ist, und wobei die Referenzachse derart angeordnet ist, dass sie sich mit der Entlade-Richtung bei einem Winkel von 45 Grad kreuzt.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Laserverstärker:
einen Biegespiegel zum derartigen Reflektieren von linear polarisiertem Laserlicht, welches entlang einer vorbestimmten optischen Achse durchläuft, dass es abermals entlang derselben optischen Achse durchläuft; und
ein Lasermedium zum Verstärken des Laserlichts, welches entlang der optischen Achse durchläuft;
wobei der Biegespiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei reflektierende Flächen hat, welche zueinander senkrecht sind, und
wobei der orthogonale Spiegel derart angeordnet ist, dass eine Tallinie des orthogonalen Spiegels parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zur optischen Achse ist, und wobei die Polarisationsrichtung des Laserlichts bei einem Winkel von 45 Grad mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels eingestellt ist.
Vorzugsweise ist der Laserverstärker gemäß dem obigen Aspekt ein Gaslaserverstärker vom Querflusstyp, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in einer ersten Richtung eingestellt ist, welche senkrecht zur optischen Achse des Laserlichts ist, und eine Entlade-Richtung in einer zweiten Richtung eingestellt ist, welche senkrecht zur optischen Achse und zur ersten Richtung ist, und
wobei die Referenzachse derart angeordnet ist, dass sie sich mit der Entlade-Richtung bei einem Winkel von 45 Grad kreuzt.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, während das Laserlicht entlang des nach außen gerichteten (engl.: outward) und nach innen gerichteten (engl.: homeward) Pfades durchläuft, die Intensitätsverteilung des Laserlichts um die optische Achse auf einen gewünschten Winkel in Abhängigkeit vom Einbauwinkel des orthogonalen Spiegels umdreht werden. Daraus folgend hat dieses, sogar wenn das Lasermedium eine räumlich asymmetrische Anstiegsverteilung hat, einen geringen Einfluss auf optische Eigenschäften des Laserlichts, wodurch das linear polarisierte Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, stabil erzeugt oder verstärkt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anordnungsbeziehung zeigt, wenn ein 90-Grad-Faltspiegel 3 entlang einer Richtung einer optischen Achse eines optischen Resonators in 1 betrachtet wird.
3 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine optische Wirkung eines orthogonalen Spiegels 1 zeigt.
4 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anstiegsverteilung bei einem kleinen Signal (engl.: small-signal gain distribution) eines Lasermediums zeigt.
5 ist ein Bild, welches eine Intensitätsverteilung eines Laserlichts zeigt, welches durch einen herkömmlichen Laser-Oszillator erzeugt ist, welcher einen optischen Resonator hat, welcher aus sphärischen Spiegeln zusammengesetzt ist.
6 ist ein Bild, welches eine Intensitätsverteilung eines Laserlichts zeigt, welches durch einen Laser-Oszillator gemäß Ausführungsform 1 erzeugt ist.
7 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anordnungsbeziehung zeigt, wenn der 90-Grad-Faltspiegel 3 entlang der Richtung der optischen Achse des optischen Resonators in Ausführungsform 2 betrachtet wird.
8 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anordnungsbeziehung zeigt, wenn der 90-Grad-Faltspiegel 3 entlang der Richtung der optischen Achse des optischen Resonators in 8 betrachtet wird.
10 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anordnungsbeziehung zeigt, wenn der 90-Grad-Faltspiegel 3 entlang der Richtung der optischen Achse des optischen Resonators in Ausführungsform 4 betrachtet wird.
11 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine optische Wirkung des orthogonalen Spiegels 1 zeigt.
13 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRUNGSFORM ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
(Ausführungsform 1)
1 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laser-Oszillator enthält einen optischen Resonator, welcher einen orthogonalen Spiegel 1 und einen teilreflektierenden Spiegel 2 hat, ein Lasergas, welches als ein Lasermedium wirkt, welches zwischen Entlade-Elektroden 61 und 62. zugeführt ist, und einen 90-Grad-Faltspiegel 3, welcher als ein Polarisations-Auswahlelement wirkt.
Es wird hier zum einfachen Verständnis ein Querfluss-(3-Achsen-Kreuzfluss)-Typ-Gaslaseroszillator mittels Beispiel beschrieben, bei welchem eine Lasergasfluss-Richtung in x-Richtung eingestellt ist, eine Entlade-Richtung der Entlade-Elektroden 61 und 62 in y-Richtung eingestellt ist, und eine optische Achse zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 2 und dem 90-Grad-Faltspiegel 3 in Z-Richtung eingestellt ist.
Der teilreflektierende Spiegel 2 wirkt als ein Ausgabespiegel, welcher einen Teil eines Laserlichts, welches im optischen Resonator oszilliert ist, als Laserlicht 4 ausgibt. Der orthogonale Spiegel 1, welcher an einem Ende des optischen Resonators positioniert ist, hat zwei reflektierende Flächen, welche zueinander senkrecht stehen. In dieser Beschreibung wird die Linie, bei welcher sich die reflektierenden Flächen miteinander kreuzen, als eine „Tallinie” bezeichnet.
Der 90-Grad-Faltspiegel 3 faltet die optische Achse des optischen Resonators entlang des Weges um 90 Grad, und seine reflektierende Fläche ist mit einem reflektierenden Film versehen, so dass, wenn Licht bei einem Einfallwinkel von 45 Grad auf die reflektierende Fläche auftrifft, ein Reflexionsgrad der S-Polarisationskomponente (das heißt eine Polarisationskomponente senkrecht zur optischen Einfallebene) höher ist als ein Reflexionsgrad der P-Polarisationskomponente (das heißt eine Polarisationskomponente parallel zur optischen Einfallebene). Daher wird, wenn eine Laseroszillation im optischen Resonator erzeugt wird, ein optischer Verlust der P-Polarisation stärker erhöht als ein optischer Verlust der S-Polarisation, und hieraus folgend wird linear polarisiertes Laserlicht, welches eine durch Bezugszeichen 41 gezeigte Polarisationsrichtung hat, selektiv oszilliert.
In dieser Ausführungsform ist der orthogonale Spiegel 1 derart angeordnet, dass die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 parallel ist zur Polarisationsrichtung 41 des Laserlichts.
Die Entlade-Elektroden 61 und 62 sind jeweils auf Rückflächen, gegenüberliegend zu entgegengesetzten Flächen von dielektrischen Platten 51 und 52, bereitgestellt, und sind beide über elektrische Versorgungsleitungen 8 mit einer Hochfrequenz-Energieversorgung 7 verbunden. Wenn eine Wechselspannung zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 angelegt wird, tritt eine gleichförmige Glimmentladung auf. Es wird ein Lasergas zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 in einer durch einen Pfeil 9 angezeigten Richtung zugeführt. Wenn Moleküle oder Atome des Lasergases durch die Glimmentladung auf einen Laser-Oberpegel (engl.: laser upper level) angeregt werden, kann Licht verstärkt werden. Wenn beispielsweise ein Mischgas, welches CO₂-Moleküle enthält, als das Lasergas verwendet wird, kann ein laseroszilliertes Licht, welches eine Wellenlänge von 10,6 μm hat, aufgrund eines Überganges von CO₂-Molekülen zwischen Schwingungspegeln erzeugt werden.
2 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anordnungsbeziehung zeigt, wenn der 90-Grad-Faltspiegel 3 vom teilreflektierenden Spiegel 2 zur -z-Richtung in 1 betrachtet wird. Die Glimmentladung 11 wird zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 erzeugt, wobei die Entladerichtung in y-Richtung in einer x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet ist, und wobei eine Referenzachse 14 in Richtung eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung eingestellt ist. Somit ist ein Einbauwinkel des 90-Grad-Faltspiegels 3 derart eingestellt, dass die Polarisationsrichtung 41 des laseroszillierten Lichts parallel zur Referenzachse 14 ist. Ferner ist ein Einbauwinkel des orthogonalen Spiegels 1 derart eingestellt, dass die Polarisationsrichtung 41 des laseroszillierten Lichts, welches entlang der optischen Achse durchläuft, welche durch den 90-Grad-Faltspiegel 3 um 90 Grad gefaltet ist, parallel zur Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 ist.
3 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine optische Wirkung des orthogonalen Spiegels 1 zeigt. Hier wird zur Vereinfachung des Verständnisses angenommen, dass eine Intensitätsverteilung von einfallendem Licht 401 einen B-förmigen Querschnitt hat, welcher von der Tallinie 101 um 45 Grad nach links geneigt ist. Das einfallende Licht 401 durchläuft zur Tallinie 101 des orthogonalen Spiegels 1 und stößt mit zwei reflektierenden Flächen davon zusammen. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Licht, welches von der linken reflektierenden Fläche reflektiert ist, abermals von der rechten reflektierenden Fläche reflektiert, und durchläuft in Seitenansicht betrachtet zurück. Andererseits wird ein Licht, welches von der rechten reflektierenden Fläche reflektiert ist, abermals von der linken reflektierenden Fläche reflektiert, und durchläuft von der Seitenansicht aus betrachtet zurück. Somit wird ein ausgehendes Licht 402 auf eine axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Tallinie 101 invertiert, woraus eine Querschnittsform resultiert, welche einem Spiegelbild der B-Form entspricht, welche von der Tallinie 101 um 45 Grad zur rechten Seite geneigt ist.
Daher kann durch beliebiges Einstellen des Einbauwinkels der Tallinie 101 des orthogonalen Spiegels 1 mit Bezug auf das einfallende Licht 401, das austretende Licht 402, welches das gespiegelte symmetrische Bild des einfallenden Lichts 401 ist, um einen jeglichen Winkel umdreht werden.
Abermals Bezug nehmend auf 2, ist die Referenzachse 14 in Richtung des Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die y-Achse eingestellt, und ist die Polarisationsrichtung 41 des Laserlichts derart eingestellt, dass sie parallel zur Referenzachse 14 ist, und ist die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 derart eingestellt, dass sie parallel zur Polarisationsrichtung 41 ist.
Das nach außen gerichtete Laserlicht, welches vom teilreflektierenden Spiegel 2 in -z-Richtung durchläuft, wird durch den 90-Grad-Faltspiegel 3 reflektiert, und tritt dann in den orthogonalen Spiegel 1 ein, und wird dann auf axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Tallinie 101 invertiert, und wird dann durch den 90-Grad-Faltspiegel 3 zurück reflektiert, woraus ein nach innen gerichtetes Laserlicht resultiert, welches zur z-Richtung durchläuft. Dieses nach innen gerichtete Laserlicht wurde, verglichen mit dem nach außen gerichteten Laserlicht, auf axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Referenzachse 14 invertiert. In diesem Fall hat das nach innen gerichtete Laserlicht ein Bild, welches, mit Bezug auf die y-Achse, gleich jenem Bild ist, welches durch Umdrehen des gespiegelten symmetrischen Bildes des nach außen gerichteten Laserlichts um 90 Grad um die optische Achse erlangt ist.
Zwischenzeitlich wird, da die Tallinie 101 des orthogonalen Spiegels 1 parallel zur Polarisationsrichtung 41 des linear polarisierten Lichts eingestellt ist, die Polarisationsrichtung nicht durch die reflektierende Wirkung des orthogonalen Spiegels 1 geändert. Es besteht keine Abhängigkeit vom Drehwinkel des nach außen gerichteten Laserlichts. Daher kann die Polarisationsrichtung 41 des linear polarisierten Lichts vor und nach dem Eintritt in den orthogonalen Spiegel 1 konstant gehalten werden.
4 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anstiegsverteilung bei kleinem Signal des Lasermediums zeigt. In einer x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse ist die Glimmentladungs-Richtung in y-Richtung eingestellt, und ist die Richtung des Gasflusses in x-Richtung eingestellt. Die Anstiegsverteilung bei kleinem Signal zeigt entlang der y-Richtung eine im Wesentlichen konstante Verteilung, jedoch eine hohe Änderung entlang der x-Richtung. Der Grund dafür liegt darin, dass, während das Lasergas durch die Glimmentladung 11 durchläuft, der Laser-Oberpegel bei zunehmender Durchlaufzeit stufenförmig mit einem Anstieg akkumuliert wird. Hieraus folgend hat der Anstieg bei kleinem Signal eine wellenförmige Verteilung, welche einen geringeren Anstieg auf der Stromaufwärtsseite des Gases und einen höheren Anstieg auf der Stromabwärtsseite des Gases und einen stufenförmig reduzierten Anstieg außerhalb der Glimmentladung 11 aufweist.
Somit kann beim Gaslaser-Oszillator vom Querfluss-Typ zu beobachten sein, dass sich eine Anstiegsverteilung 13 bei kleinem Signal entlang der y-Richtung von einer Anstiegsverteilung 12 bei kleinem Signal entlang der x-Richtung unterscheidet.
5 ist ein Bild, welches eine Intensitätsverteilung des Laserlichts zeigt, welches durch den herkömmlichen Laser-Oszillator erzeugt ist, welcher einen optischen Resonator hat, welcher aus sphärischen Spiegeln zusammengesetzt ist. 6 ist ein Bild, welches eine Intensitätsverteilung des Laserlichts zeigt, welches durch den Laser-Oszillator gemäß Ausführungsform 1 erzeugt ist. Bei dem herkömmlichen Laser-Oszillator hat sich, wie in 4 beschrieben, herausgestellt, dass, verglichen mit der x-Richtung, in y-Richtung eine Quer-Mode höherer Ordnung aufgrund des hohen Einflusses der gleichförmigen Anstiegsverteilung bei kleinem Signal entlang der y-Richtung erzeugt wird.
Zwischenzeitlich sind bei dem Laser-Oszillator gemäß dieser Ausführungsform, da das nach innen gerichtete Laserlicht mit Bezug auf die y-Achse ein Bild hat, welches gleich jenem ist, welches durch Umdrehen des gespiegelten symmetrischen Bildes des nach außen gerichteten Laserlichts um 90 Grad um die optische Achse erlangt ist, der Einfluss der Anstiegsverteilung 13 bei kleinem Signal entlang der y-Richtung und der Einfluss der Anstiegsverteilung 12 bei kleinem Signal entlang der x-Richtung gemittelt. Hieraus folgend kann die Quer-Mode höherer Ordnung, wie in 6 gezeigt, sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung unterdrückt werden, so dass linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, stabil erzeugt werden kann.
Zusätzlich ist der orthogonale Spiegel 1 bei dieser Ausführungsform derart angeordnet, dass die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 parallel ist zur Polarisationsrichtung 41 des Laserlichts. Daher wird die Polarisationsrichtung vor und nach dem Eintritt in den orthogonalen Spiegel 1 konstant beibehalten, so dass die linear polarisierte Lichtoszillation im optischen Resonator sicher beibehalten werden kann. In einem Fall, bei welchem Licht schräg in ein Hauptmaterial eintritt, dessen Fläche eine Spiegelfläche enthält, ist bekannt, dass ein Reflexionsgrad der S-Polarisationskomponente höher ist als jener der P-Polarisation. In dieser Ausführungsform ist es, da das Laserlicht stets mit S-Polarisation in den orthogonalen Spiegel 1 eintritt, von Vorteil, dass ein höherer Reflexionsgrad einfach erzielt werden kann, und dass eine Selektion des linear polarisierten Lichtes weiter verbessert ist, und dass ein höherer Polarisationsgrad beibehalten werden kann, dies verglichen mit weiteren Aufbauten, bei welchen das Laserlicht mit P-Polarisation eintritt.
Ferner tritt, sogar wenn der orthogonale Spiegel 1 mit Bezug auf die Tallinie 101 einen Winkelfehler hat, kein Winkelfehler zwischen dem Licht, welches auf den orthogonalen Spiegel 1 auftrifft, und dem Licht, welches hiervon reflektiert wird, aufgrund der optischen Eigenschaften davon, auf. Verglichen mit dem herkömmlichen Laser-Oszillator, bei welchem ein ebener Spiegel oder ein sphärischer Spiegel als ein Endspiegel des optischen Resonators verwendet wird, wird somit keinerlei Fehlausrichtung der optischen Achse, hervorgerufen durch eine Störung, wie beispielsweise eine Maschinenschwingung, erzeugt, wodurch der Einfluss auf die Laserausgabe verringert wird, so dass eine Stabilität der Laserausgabe verbessert wird. Hieraus folgend wird eine Ausrichtungsempfindlichkeit des optischen Resonators reduziert, und kann die optische Achse ferner einfach eingestellt werden.
(Ausführungsform 2)
In dieser Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben, dass der Winkel der Referenzachse 14 in der Ausführungsform 1 beliebig eingestellt werden kann. In der zuvor beschriebenen Ausführungsform 1 wurde zur Vereinfachung des Verständnisses mittels Beispiel beschrieben, dass die Referenzachse 14 in Richtung eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die Entlade-Richtung (das heißt y-Richtung) der Entlade-Elektroden 61 und 62, in der x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse, eingestellt ist.
Jedoch kann die Referenzachse 14 in Richtung eines jeglichen Winkels, welcher sich von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung unterscheidet, eingestellt werden, und wird die Referenzachse 14 vorzugsweise auf einen derartigen Winkel eingestellt, dass die Wirkung aufgrund von Inhomogenität in optischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Anstieg bei kleinem Signal oder ein Brechungsindex im Lasermedium, minimiert werden kann.
Beispielsweise kann, wie in 7 gezeigt, in einem Fall, bei welchem die Referenzachse 14 in eine Richtung eines Winkels Θ mit Bezug auf die y-Richtung in einer x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse eingestellt ist, die gleiche Wirkung wie jene in Ausführungsform 1 erzielt werden, indem der Einbauwinkel des 90-Grad-Faltspiegels 3 eingestellt wird, jenes linear polarisierte Licht 41 ausgewählt wird, dessen Polarisationsrichtung parallel zur Referenzachse 14 ist, und der orthogonale Spiegel 1 derart eingebaut wird, dass das linear polarisierte Licht 41 parallel zur Tallinie ist.
(Ausführungsform 3)
8 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laser-Oszillator enthält einen optischen Resonator, welcher den orthogonalen Spiegel 1 und den teilreflektierenden Spiegel 2 hat, ein Lasergas, welches als ein Lasermedium wirkt, welches zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 zugeführt wird, und den 90-Grad-Faltspiegel 3, welcher als ein Polarisations-Auswahlelement wirkt.
Hier wird zum vereinfachten Verständnis ein Gaslaser-Oszillator vom Querfluss-Typ (3-Achsen-Kreuzfluss) mittels Beispiel beschrieben, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in x-Richtung eingestellt ist, eine Entlade-Richtung der Entlade-Elektroden 61 und 62 in y-Richtung eingestellt ist, und eine optische Achse zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 2 und dem 90-Grad-Faltspiegel 3 in z-Richtung eingestellt ist.
Da die jeweiligen Bauteile in dieser Ausführungsform gleich jenen sind wie in Ausführungsform 1, wird eine redundante Beschreibung ausgelassen. In dieser Ausführungsform ist der orthogonale Spiegel 1 derart angeordnet, dass dessen Tallinie senkrecht zur Polarisationsrichtung 41 des Laserlichts ist.
9 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine Anordnungsbeziehung zeigt, wenn der 90-Grad-Faltspiegel 3 vom teilreflektierenden Spiegel 2 in -z-Richtung in 8 betrachtet wird. Die Glimmentladung wird zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 erzeugt, wobei die Entlade-Richtung in y-Richtung in einer x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet ist, und die Referenzachse 14 in Richtung eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung eingestellt ist. Somit ist ein Einbauwinkel des 90-Grad-Faltspiegels 3 derart eingestellt, dass die Polarisationsrichtung 41 des laseroszillierten Lichts senkrecht zur Referenzachse 14 ist. Ferner ist ein Einbauwinkel des orthogonalen Spiegels 1 derart eingestellt, dass die Polarisationsrichtung 41 des laseroszillierten Lichts, welches entlang der optischen Achse durchläuft, welche durch den 90-Grad-Faltspiegel 3 um 90 Grad gefaltet ist, senkrecht zur Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 ist.
Das nach außen gerichtete Laserlicht, welches vom teilreflektierenden Spiegel 2 in -z-Richtung durchläuft, wird vom 90-Grad-Faltspiegel 3 reflektiert und tritt dann in den orthogonalen Spiegel 1 ein, und wird dann auf axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 invertiert, und wird dann vom 90-Grad-Faltspiegel 3 zurück reflektiert, woraus ein nach innen gerichtetes Laserlicht resultiert, welches in z-Richtung durchläuft. Dieses nach innen gerichtete Laserlicht wurde, verglichen mit dem nach außen gerichteten Laserlicht, auf axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Referenzachse 14 invertiert. In diesem Fall hat das nach innen gerichtete Laserlicht, bezogen auf die y-Achse, ein Bild, welches gleich jenem ist, welches durch Umdrehen des gespiegelten symmetrischen Bildes des nach außen gerichteten Laserlichts um 90 Grad um die optische Achse erlangt ist. Daher sind, wie in 6 gezeigt, der Einfluss der Anstiegsverteilung 13 bei kleinem Signal entlang der y-Richtung und der Einfluss der Anstiegsverteilung 12 bei kleinem Signal entlang der x-Richtung gemittelt. Hieraus resultierend kann die Quer-Mode höherer Ordnung sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung unterdrückt werden, so dass linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, stabil erzeugt werden kann.
Zwischenzeitlich wird, da die Tallinie 101 des orthogonalen Spiegels 1 senkrecht zur Polarisationsrichtung 41 des linear polarisierten Lichts eingestellt ist, die Polarisationsrichtung nicht durch die Reflexionswirkung des orthogonalen Spiegels 1 geändert. Es besteht keine Abhängigkeit vom Drehwinkel des nach außen gerichteten Laserlichts. Daher kann die Polarisationsrichtung 41 des linear polarisierten Lichts vor und nach dem Eintritt in den orthogonalen Spiegel 1 konstant gehalten werden, und kann die linear polarisierte Lichtoszillation im optischen Resonator sicher beibehalten werden.
Ferner tritt, sogar wenn der orthogonale Spiegel 1 mit Bezug auf die Tallinie 101 einen Winkelfehler hat, kein Winkelfehler zwischen dem Licht, welches auf den orthogonalen Spiegel 1 auftrifft, und dem Licht, welches hiervon reflektiert wird, aufgrund dessen optischen Eigenschaften, auf. Daher wird keinerlei Fehlausrichtung der optischen Achse, welche durch eine Störung hervorgerufen wird, wie beispielsweise eine Maschinen-Schwingung, erzeugt, wodurch der Einfluss auf die Laserausgabe reduziert wird, so dass eine Stabilität der Laserausgabe verbessert wird. Hieraus resultierend wird eine Ausrichtungsempfindlichkeit des optischen Resonators reduziert, und kann die optische Achse ferner einfach eingestellt werden.
(Ausführungsform 4)
In dieser Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben, dass der Winkel der Referenzachse 14 in Ausführungsform 3 beliebig eingestellt werden kann. In der zuvor beschriebenen Ausführungsform 3 wurde zur Vereinfachung des Verständnisses mittels Beispiel beschrieben, dass die Referenzachse 14 in Richtung des Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die Entlade-Richtung (das heißt y-Richtung) der Entlade-Elektroden 61 und 62 in einer x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse eingestellt ist.
Jedoch kann die Referenzachse 14 in eine Richtung eines beliebigen Winkels, welcher sich von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung unterscheidet, eingestellt werden, und wird die Referenzachse 14 vorzugsweise bei einen derartigen Winkel eingestellt, dass die Wirkung einer Inhomogenität in optischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Anstieg bei kleinem Signal oder ein Brechungsindex im Lasermedium, minimiert werden kann.
Beispielsweise kann, wie in 10 gezeigt, in einem Fall, bei welchem die Referenzachse 14 in eine Richtung eines Winkels Θ mit Bezug auf die y-Richtung, in x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse, eingestellt ist, die gleiche Wirkung wie jene in Ausführungsform 3 erzielt werden, indem der Einbauwinkel des 90-Grad-Faltspiegels 3 eingestellt wird, jenes linear polarisierte Licht 41 ausgewählt wird, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur Referenzachse 14 ist, und der orthogonale Spiegel 1 derart eingebaut wird, dass das linear polarisierte Licht 41 senkrecht zur Tallinie ist.
(Ausführungsform 5)
11 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laser-Oszillator enthält einen optischen Resonator, welcher den orthogonalen Spiegel 1 und den teilreflektierenden Spiegel 2 hat, ein Lasergas, welches als ein Lasermedium wirkt, welches zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 zugeführt wird, und den 90-Grad-Faltspiegel 3, welcher als ein Polarisations-Auswahlelement wirkt.
Hier wird zur Vereinfachung des Verständnisses ein Lasergas-Oszillator vom Querfluss-Typ (3-Achsen-Kreuzfluss) mittels Beispiel beschrieben, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in x-Richtung eingestellt ist, eine Entlade-Richtung der Entlade-Elektroden 61 und 62 in y-Richtung eingestellt ist, und eine optische Achse zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 2 und dem 90-Grad-Faltspiegel 3 in z-Richtung eingestellt ist.
Da die jeweiligen Bauteile in dieser Ausführungsform gleich jenen wie bei Ausführungsform 1 sind, wird eine redundante Beschreibung ausgelassen. In dieser Ausführungsform sind die reflektierenden Flächen des orthogonalen Spiegels 1 mit einem reflektierenden Film zum Induzieren einer Phasendifferenz entsprechend einer Viertel-Wellenlänge zwischen einer P-Polarisation und einer S-Polarisation des Laserlichts, welches einen Einfallwinkel von 45 Grad hat, bereitgestellt. Zusätzlich faltet der 90-Grad-Faltspiegel 3 die optische Achse des optischen Resonators um 90 Grad in -y-Richtung, und wählt das linear polarisierte Licht 41 parallel zur x-Richtung vor und nach der Faltreflexion aus. Zusätzlich ist der orthogonale Spiegel 1 derart angeordnet, dass die Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 bei einem Winkel von 45 Grad ausgerichtet ist.
12 ist ein Erläuterungsschaubild, welches eine optische Wirkung des orthogonalen Spiegels 1 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Es kann in Betracht gezogen werden, dass das linear polarisierte Licht 41, welches in den orthogonalen Spiegel 1 eintritt, in eine Komponente 411, welche auf eine erste reflektierende Fläche 102 des orthogonalen Spiegels 1 als S-Polarisation auftrifft, und eine Komponente 412, welche hierauf als P-Polarisation auftrifft, aufgeteilt werden kann.
Es wird hier angenommen, dass die jeweiligen reflektierenden Flächen des orthogonalen Spiegels 1 mit einem normalen reflektierenden Film bereitgestellt sind, welcher keine Phasendifferenz zwischen der S-Polarisations-Komponente 411 und der P-Polarisations-Komponente 412 induziert. Wie zuvor beschrieben, wird die P-Polarisations-Komponente 412 auf eine axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Tallinie 101 in eine wie durch einen Pfeil 432 angezeigte Richtung aufgrund der Reflexionswirkung des orthogonalen Spiegels 1 invertiert. Im Übrigen kann die S-Polarisations-Komponente 411 parallel zur Tallinie 101 ebenso auf einer zweiten reflektierenden Fläche 103 beibehalten werden, wie durch einen Pfeil 421 gezeigt, um die S-Polarisations-Komponente 411 zu erhalten, welche auf die erste reflektierende Fläche 102 auftrifft. Hieraus resultierend wird die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts 41, welches auf die erste reflektierende Fläche 102 auftrifft, einen resultierenden Vektor der S-Polarisations-Komponente 421 und der P-Polarisations-Komponente 432 erhalten, wobei die Polarisationsrichtung geändert ist, wie durch einen Pfeil 43 angezeigt. Mit anderen Worten, wird die Polarisationsrichtung ebenso auf eine axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Tallinie 101 des orthogonalen Spiegels 1 invertiert.
Zwischenzeitlich wird gemäß dieser Ausführungsform, in dem Fall, bei welchem der reflektierende Film, welcher eine Phasendifferenz entsprechend einer Viertel-Wellenlänge zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation induziert, auf die reflektierenden Flächen des orthogonalen Spiegels 1 angelegt wird, eine Phasendifferenz entsprechend einer halben Wellenlänge zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation aufgrund von zwei Reflexionswirkungen auf die erste reflektierende Fläche 102 und die zweite reflektierende Fläche 103 induziert. Daher wird in dem Fall, bei welchem der normale reflektierende Film, welcher keine Phasendifferenz zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation induziert, bereitgestellt wird, die Richtung der P-Polarisation, welche von der zweiten reflektierenden Fläche 103 nach außen gerichtet ist, auf eine wie durch einen Pfeil 432 angezeigte Richtung ausgerichtet. Im Übrigen wird gemäß dieser Ausführungsform, in dem Fall, bei welchem der reflektierende Film, welcher eine Phasendifferenz von einer Viertel-Wellenlänge zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation induziert, bereitgestellt ist, die Richtung der P-Polarisation, welche von der zweiten reflektierenden Fläche 103 nach außen gerichtet ist, in eine wie durch einen Pfeil 422 angezeigte Richtung invertiert. Daher ist die Polarisationsrichtung des Laserlichts, welches von der zweiten reflektierenden Fläche 103 nach außen gerichtet ist, das heißt ein resultierender Vektor von der P-Polarisation und der S-Polarisation, in eine wie durch einen Pfeil 42 angezeigte Richtung ausgerichtet, und es hat sich herausgestellt, dass die Polarisationsrichtung 41 des Laserlichts, welches in den orthogonalen Spiegel 1 eintritt, beibehalten werden kann.
Abermals Bezug nehmend auf 11, wird das nach außen gerichtete Laserlicht, welches von dem teilreflektierenden Spiegel 2 in -z-Richtung durchläuft, durch den 90-Grad-Faltspiegel 3 reflektiert, und tritt dann in den orthogonalen Spiegel 1 ein, und wird dann auf eine axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 invertiert, und wird dann vom 90-Grad-Faltspiegel 3 zurück reflektiert, woraus ein nach innen gerichtetes Laserlicht resultiert, welches zur z-Richtung durchläuft. Dieses nach innen gerichtete Laserlicht wurde, verglichen mit dem nach außen gerichteten Laserlicht, auf eine axialsymmetrische Art und Weise mit Bezug auf die Referenzachse 14 invertiert. In diesem Fall hat das nach innen gerichtete Laserlicht, mit Bezug zur y-Achse, ein Bild, welches gleich jenem ist, welches durch ein Umdrehen des gespiegelten symmetrischen Bildes des nach außen gerichteten Laserlichts um 90 Grad um die optische Achse erlangt ist. Daher werden, wie in 6 gezeigt, der Einfluss der Anstiegsverteilung 13 bei kleinem Signal entlang der y-Richtung und der Einfluss der Anstiegsverteilung 12 bei kleinem Signal entlang der x-Richtung gemittelt. Hieraus resultierend kann die Quer-Mode höherer Ordnung sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung unterdrückt werden, so dass linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, stabil erzeugt werden kann.
Zusätzlich wird der reflektierende Film zum Induzieren einer Phasendifferenz entsprechend einer Viertel-Wellenlänge zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation des Laserlichts, welches einen Einfallwinkel von 45 Grad hat, auf die reflektierenden Flächen des orthogonalen Spiegels 1 angelegt. Daher kann eine lineare Polarisation, welche ein konstante Richtung hat, stets ohne Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts, welches in den orthogonalen Spiegel 1 eintritt, beibehalten werden. Im Übrigen ist in dieser Ausführungsform beschrieben, dass das linear polarisierte Licht 41 in den orthogonalen Spiegel 1 bei einem Winkel von 45 Grad mit Bezug auf dessen Tallinie 101 eintritt, jedoch ist der Winkel des linear polarisierten Lichts 41 mit Bezug auf die Tallinie 101 nicht auf das Obige beschränkt. Die konstante Polarisationsrichtung kann zwischen dem einfallenden Licht und dem reflektierten Licht ohne Abhängigkeit vom Winkel des einfallenden linear polarisierten Lichts 41 beibehalten werden. Hieraus resultierend kann eine lineare Polarisation, welche eine gewünschte beliebige Richtung hat, ohne Abhängigkeit vom Einbauwinkel des orthogonalen Spiegels 1 ausgewählt werden, so dass das Laserlicht 4 ferner durch Auswählen einer optimalen Polarisationsrichtung in Ansprechen von Anwendungen einfach gehandhabt werden kann.
Im Übrigen ist in dieser Ausführungsform die Polarisationsrichtung parallel zur x-Richtung ausgewählt, und ist die Richtung der Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 bei einem Winkel von 45 Grad mit Bezug auf die z-Achse angeordnet, jedoch sind die auszuwählende Polarisationsrichtung und der Winkel des orthogonalen Spiegels nicht auf das Obige beschränkt. Das heißt, dass bei Verwendung des orthogonalen Spiegels 1, welcher mit dem reflektierenden Film zum Induzieren einer Phasendifferenz entsprechend einer Viertel-Wellenlänge zwischen der P-Polarisation und der S-Polarisation bereitgestellt ist, die Inversionsrichtung des durch den orthogonalen Spiegel 1 hervorgerufenen Bildes und die Richtung der linearen Polarisation beliebig und unabhängig ausgewählt werden können. Daher ist es lediglich notwendig, den Winkel der Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 auf einen derartigen. Winkel einzustellen, dass die Wirkung der Inhomogenität in den optischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Anstieg bei kleinem Signal oder der Brechungsindex im Lasermedium, minimiert werden kann, und die Polarisationsrichtung des Laserlichts in eine für Anwendungen optimale Richtung auszuwählen.
Im Übrigen wird die Polarisationsrichtung der linearen Polarisation in Ausführungsformen 1 bis 5 unter Verwendung des 90-Grad-Faltspiegels 3 ausgewählt, jedoch ist das Verfahren zum Auswählen der linearen Polarisation nicht auf das Obige beschränkt, und kann ein jegliches Polarisations-Optikelement, wie beispielsweise ein normaler Polarisierer, eine Brewster-Platte, usw., verwendet werden.
(Ausführungsform 6)
13 ist eine Perspektivansicht, welche Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laserverstärker enthält einen Polarisationsstrahl-Splitter 15, welcher vertikal polarisiertes Laserlicht reflektiert und horizontal polarisiertes Laserlicht überführt, den orthogonalen Spiegel 1 zum Reflektieren des vom Polarisationsstrahl-Splitter 15 reflektierten Laserlichts entlang derselben optischen Achse, und ein Lasergas, welches als ein Lasermedium wirkt, welches zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 zugeführt wird.
Hier wird zur Vereinfachung des Verständnisses ein Lasergas-Verstärker vom Querfluss-Typ (3-Achsen-Kreuzfluss) mittels Beispiel beschrieben, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in x-Richtung eingestellt ist, eine Entlade-Richtung der Entlade-Elektroden 61 und 62 in y-Richtung eingestellt ist, und eine optische Achse zwischen dem Polarisationsstrahl-Splitter 15 und dem orthogonalen Spiegel 1 in z-Richtung eingestellt ist.
Die Entlade-Elektroden 61 und 62 sind jeweils auf Rückflächen, gegenüberliegend zu entgegengesetzten Flächen von dielektrischen Platten 51 und 52 bereitgestellt, und beide sind über elektrische Versorgungsleitungen 8 mit einer Hochfrequenz-Energieversorgung 7 verbunden. Wenn zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 eine Wechselspannung angelegt wird, tritt eine gleichförmige Glimmentladung auf. Es wird ein Lasergas zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 in einer durch einen Pfeil 9 angezeigten Richtung zugeführt. Wenn Moleküle oder Atome des Lasergases durch die Glimmentladung auf einen Laser-Oberpegel angeregt sind, kann Licht verstärkt werden. Wenn beispielsweise ein Mischgas, welches CO₂-Moleküle enthält, als das Lasergas verwendet wird, kann ein laseroszilliertes Licht, welches eine Wellenlänge von 10,6 μm hat, aufgrund des Übergangs von CO₂-Molekülen zwischen Schwingungspegeln erzeugt werden.
In dieser Ausführungsform ist eine Entlade-Richtung in y-Richtung in einer x-y-Ebene senkrecht zur optischen Achse eingestellt, und ist eine Referenzachse in einer Richtung eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung eingestellt. Somit ist der orthogonale Spiegel 1 derart angeordnet, dass dessen Tallinie parallel zur Referenzachse verläuft, und ist die Polarisationsrichtung des Laserlichts bei 45 Grad mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 ausgerichtet.
Ein zu verstärkendes, nach außen gerichtetes Laserlicht 46, welches eine lineare Polarisation in einer wie durch einen Pfeil 461 angezeigten Richtung, das heißt die y-Richtung, hat, tritt in den Polarisationsstrahl-Splitter 15 als S-Polarisation ein, und wird dessen Durchlaufrichtung dann um 90 Grad gefaltet, und wird dann verstärkt, während es durch das Lasergas durchläuft, welches durch Entladung zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 angeregt ist. Dann wird das verstärkte Laserlicht durch den orthogonalen Spiegel 1 entlang derselben optischen Achse zurück reflektiert. Hier ist die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 in eine Richtung eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung, das heißt die Entlade-Richtung, eingestellt, und ist sie ebenso bei einem Winkel von 45 Grad mit Bezug auf die Polarisationsrichtung 461 des nach außen gerichteten Laserlichts 46 eingestellt. Aufgrund einer Bildinversionswirkung des orthogonalen Spiegels 1 wurde eine Polarisationsrichtung 471 eines nach innen gerichteten Laserlichts 47 um 90 Grad mit Bezug auf die Polarisationsrichtung 461 des nach außen gerichteten Laserlichts 46 umdreht, um parallel zur x-Richtung zu verlaufen, und wurde dann abermals im Verlaufe eines Durchlaufens durch das Lasergas, welches durch Entladung zwischen den Entlade-Elektroden 61 und 62 angeregt ist, verstärkt. Das nach innen gerichtete Laserlicht 47 durchläuft durch den Polarisationsstrahl-Splitter 15 mit P-Polarisation, und wird dann nach außen geleitet.
Somit kann durch ein Einstellen der linearen Polarisationsrichtung des Laserlichts bei 45 Grad mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1, die Polarisationsrichtung des Laserlichts durch einen einfacheren Aufbau ohne Verwendung eines Polarisations-Optikelements, wie beispielsweise eine Wellen-Platte oder ein Polarisations-Rotator, um 90 Grad umdreht werden. Daher kann der Laserverstärker vom Oszillatiortstyp, in welchem das nach außen gerichtete Laserlicht 46 und das nach innen gerichtete Laserlicht 47 durch den Polarisationsstrahl-Splitter 15 gesplittet werden können, erzielt werden.
Zusätzlich kann, da der orthogonale Spiegel 1 ein reflektierendes optisches Element ist, verglichen mit einem Fall, bei welchem ein Polarisations-Optikelement, wie beispielsweise eine Durchlauf-Wellenplatte oder ein Polarisations-Rotator, verwendet wird, eine Störwirkung des optischen Elements, hervorgerufen durch optische Absorption, reduziert werden. Ebenso kann der Laserverstärker vom Oszillationstyp, verglichen mit einem Fall, bei welchem ein Poiarisations-Optikelement verwendet wird, welches Doppelbrechung verwendet, bei geringeren Kosten aufgebaut werden.
Ferner werden in dem Fall, bei welchem die Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 in Richtung eines Winkels von 45 Grad mit Bezug auf die y-Richtung, das heißt die Entlade-Richtung, eingestellt ist, wenn das Laserlicht im Lasergas oszilliert, wie in 6 gezeigt, der Einfluss der Anstiegsverteilung 13 bei kleinem Signal entlang der y-Richtung und der Einfluss der Anstiegsverteilung 12 bei kleinem Signal entlang der x-Richtung gemittelt werden. Hieraus resultierend kann das linear polarisierte Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, stabil verstärkt werden.
Im Übrigen, solange die Winkelbeziehung von 45 Grad zwischen der Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 und der Polarisationsrichtung des Laserlichts beibehalten ist, kann die Referenzachse parallel zur Tallinie des orthogonalen Spiegels 1 in eine Richtung eines Winkels, welcher sich von dem Winkel von 45 Grad unterscheidet, mit Bezug auf die y-Richtung, das heißt die Entlade-Richtung, eingestellt werden, und wird sie vorzugsweise bei einem derartigen Winkel eingestellt, dass die Inhomogenitätswirkung in optischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Anstieg bei kleinem Signal oder der Brechungsindex im Lasermedium, minimiert werden kann.
In den obigen Ausführungsformen wurde der Gaslaseroszillator oder -Verstärker vom Querfluss-Typ mittels Beispiel beschrieben. Jedoch kann sogar dann, wenn ein Gaslaser vom Axialfluss-Typ, in welchem eine Laser-Optikachse und ein Gasfluss koaxial bereitgestellt sind, oder ein Feststoff-Lasermedium verwendet wird, eine ähnliche Wirkung erlangt werden, indem der Einbauwinkel des orthogonalen Spiegels und die Polarisationsrichtung optimal ausgewählt werden.
[INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT]
Die vorliegende Erfindung ist in einem derartigen Industriezweig sehr nützlich, in welchem linear polarisiertes Laserlicht, welches eine hervorragende Isotropie hat, stabil erzeugt werden kann.
[BEZUGSZEICHEN]

1: orthogonaler Spiegel; 2: teilreflektierender Spiegel; 3: 90-Grad-Faltspiegel; 4: Laserlicht; 7: Hochfrequenz-Energieversorgung; 8: elektrische Versorgungsleitung; 9: Gasfluss-Richtung; 11: Glimmentladung; 12: Anstiegsverteilung bei kleinem Signal entlang der x-Richtung; 13: Anstiegsverteilung bei kleinem. Signal entlang der y-Richtung; 14: Referenzachse; 15: Polarisationsstrahl-Splitter; 41, 42, 461, 471: Polarisationsrichtung; 46: nach außen gerichtetes Laserlicht; 47: nach innen gerichtetes Laserlicht; 51, 52: dielektrische Platte; 61, 62: Entlade-Elektrode; 101: Tallinie; 102: erste reflektierende Fläche; 103: zweite reflektierende Fläche; 401: einfallendes Licht; 402: austretendes Licht; 411, 421: S-Polarisations-Komponente; 412, 432: P-Polarisations-Komponente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5-275778 A [0004]
JP 2003-115627 A [0004]
JP 3-66185 A [0004]

Claims

Laser-Oszillator, welcher enthält: einen optischen Resonator vom Oszillationstyp, welcher einen reflektierenden Spiegel und einen Ausgabespiegel hat; ein Lasermedium zum Verstärken von Licht, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; und ein Polarisations-Auswahlelement zum Steuern des oszillierten Lichts auf lineare Polarisation, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; wobei der reflektierende Spiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen hat, und wobei das Polarisations-Auswahlelement derart angeordnet ist, dass eine Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators ist, und wobei der orthogonale Spiegel derart angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Tallinie des orthogonalen Spiegels ist.
Laser-Oszillator, welcher enthält: einen optischen Resonator vom Oszillationstyp, welcher einen reflektierenden Spiegel und einen Ausgabespiegel hat; ein Lasermedium zum Verstärken von Licht, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; und ein Polarisations-Auswahlelement zum Steuern des oszillierten Lichts auf lineare Polarisation, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; wobei der reflektierende Spiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen hat, und wobei das Polarisations-Auswahlelement derart angeordnet ist, dass eine Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators ist, und wobei der orthogonale Spiegel derart angeordnet ist, dass die Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts senkrecht zu einer Tallinie des orthogorialen Spiegels ist.
Laser-Oszillator, welcher enthält: einen optischen Resonator vom Oszillationstyp, welcher einen reflektierenden Spiegel und einen Ausgabespiegel hat; ein Lasermedium zum Verstärken von Licht, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; und ein Polarisations-Auswahlelement zum Steuern des oszillierten Lichts auf lineare Polarisation, welches im optischen Resonator bereitgestellt ist; wobei der reflektierende Spiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei zueinander senkrechte reflektierende Flächen hat, und wobei das Polarisations-Auswahlelement derart angeordnet ist, dass eine Polarisationsrichtung des oszillierten Lichts parallel zu einer Referenzachse ist, welche in einer Ebene eingestellt ist, welche senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Resonators ist, und wobei ein reflektierender Film zum Induzieren einer Phasendifferenz entsprechend einer Viertel-Wellenlänge zwischen einer P-Polarisation und einer S-Polarisation auf die jeweiligen reflektierenden Flächen des orthogonalen Spiegels angelegt ist.
Laser-Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Laser-Oszillator ein Gaslaseroszillator vom Querfluss-Typ ist, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in einer ersten Richtung senkrecht zur optischen Achse des optischen Resonators eingestellt ist, und eine Entlade-Richtung in einer zweiten Richtung senkrecht zur optischen Achse und zur ersten Richtung eingestellt ist, und wobei die Referenzachse derart angeordnet ist, dass sie sich mit der Entlade-Richtung bei einem Winkel von 45 Grad kreuzt.
Laserverstärker, welcher enthält: einen Biegespiegel zum derartigen Reflektieren von linear polarisiertem Laserlicht, welches entlang einer vorbestimmten optischen Achse durchläuft, dass es abermals entlang derselben optischen Achse durchläuft; und ein Lasermedium zum Verstärken des entlang der optischen Achse durchlaufenden Laserlichts; wobei der Biegespiegel ein orthogonaler Spiegel ist, welcher zwei reflektierende Flächen hat, welche zueinander senkrecht stehen, und wobei der orthogonale Spiegel derart angeordnet ist, dass eine Tallinie des orthogonalen Spiegels parallel zu einer Referenzachse verläuft, welche in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse eingestellt ist, und die Polarisationsrichtung des Laserlichts bei einem Winkel von 45 Grad mit Bezug auf die Tallinie des orthogonalen Spiegels eingestellt ist.
Laserverstärker nach Anspruch 5, wobei der Laserverstärker ein Gaslaserverstärker vom Querfluss-Typ ist, in welchem eine Lasergas-Flussrichtung in einer ersten Richtung senkrecht zur optischen Achse des Laserlichts eingestellt ist, und eine Entlade-Richtung in einer zweiten Richtung senkrecht zur optischen Achse und zur ersten Richtung eingestellt ist, und wobei die Referenzachse derart angeordnet ist, dass sie sich mit der Entlade-Richtung bei einem Winkel von 45 Grad kreuzt.