JP2007053160A - Laser resonator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an internal wavelength conversion laser resonator in which both protection of an optical component against damage and high efficiency operation of the resonator are satisfied. <P>SOLUTION: The laser resonator 10 generating laser light of first wavelength by exciting a laser medium 12 comprises a wavelength conversion element 14 arranged on the optical path of the laser resonator 10 and converting laser light of first wavelength into laser light of second wavelength different from the first wavelength, and an element 15 arranged on the optical path of the laser resonator and controlling loss of laser light of first wavelength. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、損傷防止機能をもつ、内部波長変換型のレーザ共振器に関するものである。   The present invention relates to an internal wavelength conversion type laser resonator having a damage preventing function.

従来、Nd:YAGの如きレーザ媒質及び所定の鏡体で構成したレーザ共振器において、レーザ媒質により発生する所定の波長のレーザ光をSHG結晶の如き波長変換素子を用いて波長変換し、この波長変換した光を出力する内部変換型のレーザ共振器が提供されている。   Conventionally, in a laser resonator composed of a laser medium such as Nd: YAG and a predetermined mirror, laser light having a predetermined wavelength generated by the laser medium is wavelength-converted using a wavelength conversion element such as an SHG crystal, and this wavelength is converted. There is provided an internal conversion type laser resonator that outputs converted light.

内部波長変換型のレーザでは、レーザ共振器内部に置いた波長変換素子による波長変換光を出力として取り出す。これにより内部レーザ光強度を高くすることができ、かつ波長変換しなかった残りのレーザ光を再利用できるため外部波長変換型レーザに比べて高効率動作が可能である。   In an internal wavelength conversion type laser, wavelength converted light from a wavelength conversion element placed inside a laser resonator is extracted as an output. As a result, the intensity of the internal laser beam can be increased, and the remaining laser beam that has not been wavelength-converted can be reused, so that it is possible to operate with higher efficiency than an external wavelength conversion laser.

図1は、従来の内部変換型のレーザ共振器の概略を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an outline of a conventional internal conversion laser resonator.

このレーザ共振器100は、全反射鏡による終端鏡101と、Nd:YAGの如きレーザ媒質102と、波長選択鏡による出力鏡103とからなるレーザ共振器において、このレーザ共振器の光軸上に配置されたSHG結晶の如き波長変換素子104を具備する。   This laser resonator 100 is a laser resonator composed of a terminal mirror 101 made of a total reflection mirror, a laser medium 102 such as Nd: YAG, and an output mirror 103 made of a wavelength selective mirror, on the optical axis of the laser resonator. A wavelength conversion element 104 such as an SHG crystal is provided.

レーザ共振器で発生した所定波長のレーザ光は、波長変換素子104によって波長を変換され、出力鏡103を介して出力される。
特開平5−206560号公報 特開2002−344051号公報
The laser light having a predetermined wavelength generated by the laser resonator is converted in wavelength by the wavelength conversion element 104 and output through the output mirror 103.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-206560 JP 2002-344051 A

しかしながら、内部波長変換型のレーザ共振器では、レーザ光をレーザ共振器内部に閉じ込めて高効率の動作を確保するため、レーザ共振器におけるレーザ光の損失を最小限にしている。このため初期条件設定時や共振器立ち上げ時など、波長変換素子における波長変換効率が低い状態において、レーザ共振器内部のレーザ強度が上がりすぎて光学部品が損傷する懸念があった。また、これを回避するために、レーザ共振器内部のレーザ光の強度を低下させるように意図的に損失を与えれば、レーザ共振器における動作効率が低下する問題がある。   However, in the internal wavelength conversion type laser resonator, the loss of the laser beam in the laser resonator is minimized in order to confine the laser beam inside the laser resonator and ensure a highly efficient operation. For this reason, there is a concern that the optical intensity inside the laser resonator may be excessively increased and damage to the optical component in a state where the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element is low, such as when initial conditions are set or when the resonator is started up. In order to avoid this, if the loss is intentionally given so as to reduce the intensity of the laser beam inside the laser resonator, there is a problem that the operating efficiency of the laser resonator is lowered.

本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、レーザ共振器の動作効率を確保しつつ、初期条件設定時や立上げ時など波長変換素子の変換効率が低いときでもレーザ強度を制御できるようなレーザ共振器を提供することを目的とする。   The present invention is proposed in view of the above-described circumstances, and ensures the laser resonator operation efficiency, and the laser intensity even when the conversion efficiency of the wavelength conversion element is low, such as when initial conditions are set up or during startup. An object of the present invention is to provide a laser resonator capable of controlling the above.

前述の課題を解決するため、本発明に係るレーザ共振器は、レーザ媒質を励起して第1波長のレーザ光を発生させるレーザ共振器において、前記レーザ共振器の光路上に設置され、前記第1波長のレーザ光をこの第1波長と異なる第2波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、前記レーザ共振器の光路上に設置され、前記第1波長のレーザ光の損失を制御する損失制御素子と、を有する。   In order to solve the above-described problems, a laser resonator according to the present invention is a laser resonator that excites a laser medium to generate a laser beam having a first wavelength, and is installed on an optical path of the laser resonator. A wavelength conversion element that converts laser light of one wavelength into laser light of a second wavelength different from the first wavelength, and a loss that is installed on the optical path of the laser resonator and controls the loss of the laser light of the first wavelength And a control element.

前記レーザ共振器は、同一光軸上に配置した終端鏡、レーザ媒質及び出力鏡を備え、前記終端鏡と出力鏡間で繰り返し反射する光を前記レーザ媒質で増幅して第1波長のレーザ光を発生させ、この第1波長のレーザ光は前記波長変換素子で第2波長に変換されて前記出力鏡を介して出力されることが好ましい。   The laser resonator includes a termination mirror, a laser medium, and an output mirror arranged on the same optical axis, and a laser beam having a first wavelength is amplified by the laser medium that repeatedly reflects between the termination mirror and the output mirror. It is preferable that the laser light of the first wavelength is converted to the second wavelength by the wavelength conversion element and output through the output mirror.

前記レーザ共振器は、第1終端鏡と、出力鏡と、第2終端鏡と、レーザ媒質とを有し、前記第1終端鏡及び前記出力鏡を結ぶ第1光路と、前記第2終端鏡と前記出力鏡を結ぶ第2光路とに沿って、前記出力鏡を前記第1及び第2光路の折り返し鏡として繰り返し反射する光を前記第2光路上に配置された前記レーザ媒質で増幅して第1波長のレーザ光を発生させるものであって、前記波長変換素子は前記第1光路上に配置され、前記損失制御素子は前記第2光路上であって前記レーザ媒質と前記出力鏡間に配置され、前記第1波長のレーザ光は前記波長変換素子で第2波長に変換されて前記出力鏡を介して出力されることが好ましい。   The laser resonator includes a first terminal mirror, an output mirror, a second terminal mirror, and a laser medium, a first optical path connecting the first terminal mirror and the output mirror, and the second terminal mirror. And the second optical path connecting the output mirror and amplifying the light that repeatedly reflects the output mirror as a folding mirror of the first and second optical paths by the laser medium disposed on the second optical path A first wavelength laser beam, wherein the wavelength conversion element is disposed on the first optical path, and the loss control element is disposed on the second optical path between the laser medium and the output mirror. It is preferable that the laser light of the first wavelength is converted to the second wavelength by the wavelength conversion element and output through the output mirror.

前記損失制御素子は、前記第2光路上の前記出力鏡と前記レーザ媒質間に配置され、所定偏光方向のレーザ光を前記出力鏡方向と前記レーザ媒質方向で折り返す偏光選択素子と、前記第2光路上の前記出力鏡と前記偏光選択素子間に配置されたレーザ光の偏光方向を制御可能な偏光制御素子と、を有することが好ましい。   The loss control element is disposed between the output mirror and the laser medium on the second optical path, and a polarization selection element that turns back laser light in a predetermined polarization direction in the output mirror direction and the laser medium direction, and the second It is preferable to have a polarization control element capable of controlling the polarization direction of the laser light disposed between the output mirror on the optical path and the polarization selection element.

前記損失制御素子は、前記第2光路上の前記出力鏡と前記レーザ媒質間に配置され、所定偏光方向のレーザ光を折り返す互いに平行な反射面を有する一組の偏光制御素子と、前記第2光路上の前記一組の偏光制御素子間に配置されたレーザ光の偏光方向を制御可能な偏光制御素子と、を有することが好ましい。   The loss control element is disposed between the output mirror on the second optical path and the laser medium, and includes a pair of polarization control elements having parallel reflecting surfaces that fold back laser light in a predetermined polarization direction, and the second It is preferable to include a polarization control element capable of controlling the polarization direction of the laser light disposed between the pair of polarization control elements on the optical path.

前記偏光選択素子は、偏光ビームスプリッタであることが好ましい。   The polarization selection element is preferably a polarization beam splitter.

前記偏光制御素子は、波長板であることが好ましい。   The polarization control element is preferably a wave plate.

前記第2光路上の前記第2終端鏡媒質と前記損失制御素子間にQスイッチを有することが好ましい。   It is preferable that a Q switch is provided between the second terminal mirror medium on the second optical path and the loss control element.

本発明では、損失が可変な損失制御素子を用いて、レーザ共振器内部のレーザ強度を調整することにより問題を解決している。すなわち、波長変換素子の効率が低いときには損失制御素子による損失を大きくし、波長変換素子の効率が高いときには損失制御素子による損失を小さくするように、レーザの状態によって損失制御素子の損失を適切に変化させることにより、光学部品の損傷防止と共振器の高効率動作を両立させている。   In the present invention, the problem is solved by adjusting the laser intensity inside the laser resonator using a loss control element with variable loss. That is, when the efficiency of the wavelength conversion element is low, the loss due to the loss control element is increased. When the efficiency of the wavelength conversion element is high, the loss due to the loss control element is reduced. By changing, both damage prevention of the optical component and high-efficiency operation of the resonator are achieved.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図2は、本発明に係るレーザ共振器の最小限の構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a minimum configuration of a laser resonator according to the present invention.

このレーザ共振器10は、全反射鏡による終端鏡11と、Nd:YAG、Nd:YLFの如きレーザ媒質12と、波長選択鏡による出力鏡13から構成されるレーザ共振器において、このレーザ共振器の光軸上に設置されたLBO,BBO結晶の如き波長変換素子14と、前記光軸上に設置された損失制御素子15とを有している。   The laser resonator 10 is a laser resonator composed of a terminal mirror 11 made of a total reflection mirror, a laser medium 12 such as Nd: YAG, Nd: YLF, and an output mirror 13 made of a wavelength selective mirror. A wavelength conversion element 14 such as an LBO or BBO crystal placed on the optical axis, and a loss control element 15 placed on the optical axis.

終端鏡11と、レーザ媒質12と、出力鏡13とからなるレーザ共振器は、終端鏡11と出力鏡13間で反射して往復する光を、図示しないクリプトンランプなどの励起源によって励起されたレーザ媒質12によって増幅してレーザ発振させ、第1波長のレーザ光を発生させる。   The laser resonator including the end mirror 11, the laser medium 12, and the output mirror 13 is excited by an excitation source such as a krypton lamp (not shown) that reflects and reciprocates between the end mirror 11 and the output mirror 13. The laser medium 12 amplifies and oscillates the laser to generate laser light having the first wavelength.

レーザ共振器によって発生した第1波長のレーザ光は、波長変換素子14によって波長を第2波長に変換され、この第2波長の光は出力鏡13を介して外部に出力される。   The first wavelength laser light generated by the laser resonator is converted into a second wavelength by the wavelength conversion element 14, and the second wavelength light is output to the outside via the output mirror 13.

ここで、レーザ共振器内でのレーザ光の損失については、最終的に出力される第2波長のレーザ光に対して出力が最大になるような最適値を取るように設計されるが、第1波長のレーザ光に対しては最小になるように設計されている。   Here, the loss of the laser beam in the laser resonator is designed to take an optimum value so that the output is maximized with respect to the laser beam of the second wavelength that is finally output. It is designed to be minimum for one wavelength of laser light.

一方、初期条件設定のための調整時、レーザ発振器の立上げ時などには、波長変換素子の変換効率が低いため、第1波長から第2波長への変換が十分に行われず、レーザ共振器内では第1波長のレーザ光が主成分になるが、前述のように第1波長に対するレーザ共振器の損失は低い値であるため、レーザ共振器内の第1波長のレーザ光強度が過大になる恐れがある。   On the other hand, at the time of adjustment for setting initial conditions, at the time of starting up the laser oscillator, the conversion efficiency of the wavelength conversion element is low, so that the conversion from the first wavelength to the second wavelength is not sufficiently performed, and the laser resonator In the laser, the first wavelength laser beam is the main component. However, since the loss of the laser resonator with respect to the first wavelength is low as described above, the intensity of the first wavelength laser beam in the laser resonator is excessive. There is a fear.

損失制御素子24は、初期調整時や立上げ時など、波長変換素子の変換効率が低く、第2波長のレーザ光が安定して得られるまでの期間、レーザ共振器における第1波長のレーザ光に対する損失を大きくすることにより、レーザ光の強度を所定範囲内に制御している。   The loss control element 24 has a low conversion efficiency of the wavelength conversion element, such as at the time of initial adjustment or startup, and the laser light having the first wavelength in the laser resonator during a period until the laser light having the second wavelength is stably obtained. The intensity of the laser beam is controlled to be within a predetermined range by increasing the loss with respect to.

このレーザ共振器10は、このような損失制御素子15を備えることにより、初期条件設定時や立上げ時などにも、レーザ発振器内部のレーザ光の強度を制御することができる。したがって、このような場合においても、光学部品の破損が生じないようにすることができる。   By providing such a loss control element 15, the laser resonator 10 can control the intensity of the laser light inside the laser oscillator even when initial conditions are set or started up. Therefore, even in such a case, it is possible to prevent the optical component from being damaged.

図3は、本発明に係るレーザ共振器の第1の実施の形態を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of a laser resonator according to the present invention.

レーザ共振器20は、全反射鏡による第1終端鏡21と、波長選択による出力鏡23と、これら第1終端鏡21と出力鏡23を結ぶ第1光路L21上に配置された波長変換素子22とを有している。   The laser resonator 20 includes a first terminal mirror 21 by a total reflection mirror, an output mirror 23 by wavelength selection, and a wavelength conversion element 22 disposed on a first optical path L21 connecting the first terminal mirror 21 and the output mirror 23. And have.

また、レーザ共振器20は、第2終端鏡27と、出力鏡23と第2終端鏡27を結ぶ第2光路L22上に、レーザ媒質26と、レーザ媒質26と出力鏡23間に配置されたQスイッチ25と、Qスイッチ25と出力鏡23間に配置された損失制御素子24とを有している。   The laser resonator 20 is disposed between the laser medium 26 and the laser medium 26 and the output mirror 23 on the second optical path L22 connecting the second terminal mirror 27 and the output mirror 23 and the second terminal mirror 27. A Q switch 25 and a loss control element 24 disposed between the Q switch 25 and the output mirror 23 are included.

出力鏡23は、第1及び第2光路L21,L22の光軸に対して略45度の角度を有して配置され、レーザ光を前記光軸L21に沿って外部に出射するとともに、第1光路L21に沿ったレーザ光と第2の光路L22に沿ったレーザ光の方向を互いに転換する折り曲げ鏡を兼ねている。この出力鏡23は、レーザ媒質26によって発生された第1波長のレーザ光に対する反射率が高く、第1レーザ光を波長変換素子22で波長変換した第2レーザ光に対する透過率が高いような特性を有している。   The output mirror 23 is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axes of the first and second optical paths L21 and L22, emits laser light to the outside along the optical axis L21, and is configured to be in a first state. It also serves as a folding mirror that mutually switches the directions of the laser light along the optical path L21 and the laser light along the second optical path L22. The output mirror 23 has high reflectivity for the first wavelength laser beam generated by the laser medium 26 and high transmittance for the second laser beam obtained by converting the wavelength of the first laser beam by the wavelength conversion element 22. have.

損失制御素子24は、Qスイッチ25と出力鏡23間に配置された偏光ビームスプリッタ(以下では、PBSという。)24bと、PBS24bと出力鏡23間に配置された1/4波長板24aとを有している。   The loss control element 24 includes a polarization beam splitter (hereinafter referred to as PBS) 24b disposed between the Q switch 25 and the output mirror 23, and a quarter wavelength plate 24a disposed between the PBS 24b and the output mirror 23. Have.

この損失制御素子24において、PBS24bと1/4波長板24aは、それぞれ偏光選択素子及び偏光制御素子として、レーザ光の損失を制御する損失制御素子を構成している。   In the loss control element 24, the PBS 24b and the quarter wavelength plate 24a constitute a loss control element that controls the loss of laser light as a polarization selection element and a polarization control element, respectively.

すなわち、1/4波長板24aは、第2光路L22の光軸周りに回転することにより、透過するレーザ光の偏光方向を制御する。PBS24bは、1/4波長板24aから供給されるレーザ光の内、s偏光を反射してQスイッチ25、レーザ媒質26及び第2終端鏡27方向の第2光路L22に折り曲げるが、p偏光を光路外に透過させる。   That is, the quarter wavelength plate 24a controls the polarization direction of the transmitted laser light by rotating around the optical axis of the second optical path L22. The PBS 24b reflects the s-polarized light of the laser light supplied from the quarter-wave plate 24a and bends it to the second optical path L22 in the direction of the Q switch 25, the laser medium 26, and the second terminal mirror 27, but the p-polarized light Transmit outside the optical path.

続いて、前述した構成を有する第1の実施の形態のレーザ共振器20の作用を説明する。   Next, the operation of the laser resonator 20 according to the first embodiment having the above-described configuration will be described.

第1終端鏡21と出力鏡23間の第1光路L21と、出力鏡23と第2終端鏡27間の第2光路L22が、出力鏡23で折り返された一連の光路上にレーザ媒質26を備えるレーザ共振器において、この光路を繰り返し反射する光は、図示しないクリプトンランプ等の励起源によって励起されたレーザ媒質26によって増幅され、第1波長のレーザ光を発生する。   The first optical path L21 between the first terminal mirror 21 and the output mirror 23 and the second optical path L22 between the output mirror 23 and the second terminal mirror 27 are placed on the laser medium 26 on a series of optical paths folded back by the output mirror 23. In the laser resonator provided, the light that repeatedly reflects this optical path is amplified by the laser medium 26 excited by an excitation source such as a krypton lamp (not shown) to generate laser light having the first wavelength.

本実施の形態では、第2光路L22中にQスイッチ25を備え、レーザ媒質26に蓄積されるエネルギーが十分大きくなるまでQスイッチ25内部の損失を十分に大きくしてレーザ発振を停止させ、十分な励起強度に達した後にQスイッチ25の内部損失を無くしてレーザ発振を開始させるように、Qスイッチ25を制御している。   In the present embodiment, a Q switch 25 is provided in the second optical path L22, and the laser oscillation is stopped by sufficiently increasing the loss inside the Q switch 25 until the energy accumulated in the laser medium 26 becomes sufficiently large. The Q switch 25 is controlled so as to start the laser oscillation without the internal loss of the Q switch 25 after reaching a sufficient excitation intensity.

Qスイッチ25がオンされると、Qスイッチ25を透過したレーザ光は、第1の光路L21上の波長変換素子22によって第1波長から第2波長に変換される。この第2波長のレーザ光は、出力鏡23を透過してレーザ共振器外に出力される。   When the Q switch 25 is turned on, the laser light transmitted through the Q switch 25 is converted from the first wavelength to the second wavelength by the wavelength conversion element 22 on the first optical path L21. The laser light having the second wavelength passes through the output mirror 23 and is output outside the laser resonator.

本実施の形態のレーザ共振器20は、Qスイッチ25によるスイッチングにより間歇的にレーザ光を発生する。しかしながら、Qスイッチ25を設けず、レーザ共振器でレーザ光を連続発振(CW)させることにより、レーザ光を連続的に出力することも可能である。   The laser resonator 20 of the present embodiment intermittently generates laser light by switching with the Q switch 25. However, it is also possible to continuously output the laser beam by not providing the Q switch 25 and causing the laser resonator to continuously oscillate (CW) the laser beam.

本実施の形態において、損失制御素子24は、初期調整時や立上げ時など、波長変換素子の変換効率が低く、第2波長のレーザ光が安定して得られるまでの期間、レーザ共振器における第1波長のレーザ光に対する損失を大きくすることにより、レーザ光の強度を所定範囲内に制御している。   In the present embodiment, the loss control element 24 has a low conversion efficiency of the wavelength conversion element, such as at the time of initial adjustment or start-up, and in the laser resonator during a period until the laser light of the second wavelength is stably obtained. By increasing the loss with respect to the laser light of the first wavelength, the intensity of the laser light is controlled within a predetermined range.

このため、損失制御素子24において、1/4波長板24aの第2光路L22周りの回転角度を制御して、PBS24bの反射面に対するs偏光とp偏光の割合を制御する。すなわち、レーザ光の損失を大きくする場合には、PBS24の反射面を透過して光路外に出射されるp偏光の割合が多くなるようにする。一方、レーザ光の損失を小さくする場合には、PBS24の反射面で反射され、Qスイッチ25、レーザ媒質26及び第2終端鏡27に向かう第2光路L22に折り返されるs偏光の割合が多くなるようにする。   For this reason, the loss control element 24 controls the rotation angle of the quarter wavelength plate 24a around the second optical path L22 to control the ratio of s-polarized light and p-polarized light with respect to the reflecting surface of the PBS 24b. That is, when increasing the loss of laser light, the proportion of p-polarized light that passes through the reflecting surface of the PBS 24 and is emitted out of the optical path is increased. On the other hand, when reducing the loss of laser light, the proportion of s-polarized light reflected by the reflection surface of the PBS 24 and turned back to the second optical path L22 toward the Q switch 25, the laser medium 26, and the second terminal mirror 27 increases. Like that.

このように、レーザ光の損失を適切に制御することにより、初期条件設定時や立上げ時などにおいてもレーザ光の強度が大きくなりすぎないように制御している。したがって、レーザ光の強度が大きくなりすぎることにより、光学部品が破損することを防止することができる。   As described above, by appropriately controlling the loss of the laser beam, the intensity of the laser beam is controlled so as not to become too large even at the time of initial condition setting or startup. Therefore, it is possible to prevent the optical component from being damaged by the intensity of the laser light becoming too large.

一方、初期条件設定時や立上げ時から一定時間を経過して、第1波長でのレーザ発振が安定して、波長変換素子22の波長変換効率が向上した状態では、損失制御素子24における損失が最低限になるように制御する。これによって、レーザ共振器20における高効率な動作を確保することができる。   On the other hand, when the laser oscillation at the first wavelength is stable and the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element 22 is improved after a certain period of time has elapsed since the initial condition was set or started, the loss in the loss control element 24 is reduced. Is controlled to be minimal. As a result, a highly efficient operation of the laser resonator 20 can be ensured.

具体的に、上述のレーザ光の損失制御は、損失制御素子24において、初期条件時や立上げ時から一定時間を経過するまでレーザ光に所定損失が生じるように設定することができる。また、レーザ共振器におけるレーザ光の状態を適当な検出手段でモニタリングし、レーザ光が第1波長に安定するまでの期間にわたってレーザ光に所定損失が生じるように設定することができる。   Specifically, the above-described loss control of the laser beam can be set in the loss control element 24 so that a predetermined loss occurs in the laser beam until a predetermined time elapses from the initial condition or the startup time. Further, the state of the laser beam in the laser resonator can be monitored by an appropriate detection means, and the laser beam can be set to have a predetermined loss over a period until the laser beam is stabilized at the first wavelength.

図4は、本発明に係るレーザ共振器の第2の実施の形態を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of a laser resonator according to the present invention.

レーザ共振器30は、全反射鏡による第1終端鏡31と、波長選択による出力鏡33と、これら第1終端鏡31と出力鏡33を結ぶ第1光路L31上に配置された波長変換素子32とを有している。   The laser resonator 30 includes a first terminal mirror 31 by a total reflection mirror, an output mirror 33 by wavelength selection, and a wavelength conversion element 32 disposed on a first optical path L31 connecting the first terminal mirror 31 and the output mirror 33. And have.

また、レーザ共振器30は、第2終端鏡38と、出力鏡33と第2終端鏡38を結ぶ第2光路L32上に、レーザ媒質37と、レーザ媒質37と出力鏡23間に配置されたQスイッチ36と、Qスイッチ36と出力鏡33間に配置された損失制御素子35と、損失制御素子35と出力鏡33間に配置された折り曲げ鏡34とを有している。   The laser resonator 30 is disposed between the laser medium 37 and the laser medium 37 and the output mirror 23 on the second optical path L32 connecting the second terminal mirror 38, the output mirror 33, and the second terminal mirror 38. It has a Q switch 36, a loss control element 35 disposed between the Q switch 36 and the output mirror 33, and a bending mirror 34 disposed between the loss control element 35 and the output mirror 33.

出力鏡33は、第1及び第2光路L31,L32の光軸に対して略45度の角度を有して配置され、レーザ光を前記光軸L31に沿って外部に出射するとともに、第1光路L31に沿ったレーザ光と第2の光路L32に沿ったレーザ光の方向を互いに転換する折り曲げ鏡を兼ねている。この出力鏡33は、レーザ媒質37によって発生された第1波長のレーザ光に対する反射率が高く、第1レーザ光を波長変換素子32で波長変換した第2レーザ光に対する透過率が高いような特性を有している。   The output mirror 33 is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axes of the first and second optical paths L31 and L32, and emits laser light to the outside along the optical axis L31. It also serves as a folding mirror that mutually switches the directions of the laser light along the optical path L31 and the laser light along the second optical path L32. The output mirror 33 has a high reflectivity for the first wavelength laser beam generated by the laser medium 37 and a high transmittance for the second laser beam obtained by converting the wavelength of the first laser beam by the wavelength conversion element 32. have.

損失制御素子35は、第2光路L32上に、折り曲げ鏡34とQスイッチ間に互いに平行な反射面を有する一組の第1及び第2PBS35a,35cと、これら第1及び第2PBS間に1/2波長板35bとを有している。これらの内で、第1及び第2PBS35a,35cは偏光選択素子を構成し、1/2波長板35bは偏光制御素子を構成している。   The loss control element 35 includes a pair of first and second PBSs 35a and 35c having reflecting surfaces parallel to each other between the bending mirror 34 and the Q switch on the second optical path L32, and 1 / between these first and second PBSs. And a two-wave plate 35b. Among these, the first and second PBSs 35a and 35c constitute a polarization selection element, and the half-wave plate 35b constitutes a polarization control element.

第1PBS35aは、その反射面で第2光路L32を折り曲げ鏡34方向と1/2波長板35b及び第2PBS35c方向間で折り曲げている。ここで、第1PBS35aは、1/2波長板35bから供給されるレーザ光のうち、s偏光を反射して折り曲げ鏡34方向に折り曲げるが、P偏光を光路外に透過させる。1/2波長板35bは、第2光路L22の光軸周りに回転することにより、透過するレーザ光の偏光方向を制御する。第3PBS35cは、その反射面で第2光路L32を第1PBS35a及び1/2波長板35b方向と第2PBS35bc方向間で折り曲げている。第2PBS35cは、1/2波長板35bから供給されるレーザ光のうち、s偏光を反射してQスイッチ36、レーザ媒質37及び第2終端鏡38方向の第2光路L32に折り曲げるが、P偏光を光路外に透過させる。   The first PBS 35a bends the second optical path L32 at the reflecting surface between the direction of the mirror 34 and the direction of the half-wave plate 35b and the second PBS 35c. Here, the first PBS 35a reflects the s-polarized light of the laser light supplied from the half-wave plate 35b and bends it in the direction of the folding mirror 34, but transmits the P-polarized light out of the optical path. The half-wave plate 35b controls the polarization direction of the transmitted laser light by rotating around the optical axis of the second optical path L22. The third PBS 35c has its reflection surface bent the second optical path L32 between the first PBS 35a and the half-wave plate 35b direction and the second PBS 35bc direction. The second PBS 35c reflects the s-polarized light of the laser light supplied from the half-wave plate 35b and bends it to the second optical path L32 in the direction of the Q switch 36, the laser medium 37, and the second terminal mirror 38. Is transmitted outside the optical path.

続いて、前述した構成を有する第2の実施の形態のレーザ共振器30の作用を説明する。   Next, the operation of the laser resonator 30 according to the second embodiment having the above-described configuration will be described.

第1終端鏡31と出力鏡33間の第1光路L31と、出力鏡33と第2終端鏡38間の第2光路L32が、出力鏡33で折り返された一連の光路上にレーザ媒質37を備えるレーザ共振器において、この光路を繰り返し反射する光は、図示しないクリプトンランプ等の励起源によって励起されたレーザ媒質37によって増幅され、第1波長のレーザ光を発生する。   The first optical path L31 between the first terminal mirror 31 and the output mirror 33 and the second optical path L32 between the output mirror 33 and the second terminal mirror 38 are arranged on the series of optical paths folded back by the output mirror 33. In the laser resonator provided, the light that repeatedly reflects this optical path is amplified by a laser medium 37 excited by an excitation source such as a krypton lamp (not shown) to generate laser light having a first wavelength.

本実施の形態では、第2光路L32中にQスイッチ36を備え、レーザ媒質37によって増幅されるレーザ光の強度が十分大きくなるまで第2終端鏡38とQスイッチ36間でレーザ光を往復させ、十分な強度に達した後にQスイッチ36を透過させるように、Qスイッチ36を制御している。   In the present embodiment, a Q switch 36 is provided in the second optical path L32, and the laser light is reciprocated between the second terminal mirror 38 and the Q switch 36 until the intensity of the laser light amplified by the laser medium 37 becomes sufficiently large. The Q switch 36 is controlled so as to transmit the Q switch 36 after reaching a sufficient strength.

Qスイッチ36がオンされると、Qスイッチ36を透過したレーザ光は、第1の光路上L31の波長変換素子32によって第1波長から第2波長に変換される。この第2波長のレーザ光は、出力鏡33を透過してレーザ共振器外に出力される。   When the Q switch 36 is turned on, the laser light transmitted through the Q switch 36 is converted from the first wavelength to the second wavelength by the wavelength conversion element 32 on the first optical path L31. The laser light having the second wavelength passes through the output mirror 33 and is output outside the laser resonator.

本実施の形態のレーザ共振器30は、Qスイッチ36によるスイッチングにより間歇的にレーザ光を発生する。しかしながら、Qスイッチ36を設けず、レーザ共振器でレーザ光を連続発振させることにより、レーザ光を連続的に出力することも可能である。   The laser resonator 30 of the present embodiment intermittently generates laser light by switching by the Q switch 36. However, it is also possible to continuously output the laser light by not providing the Q switch 36 and continuously oscillating the laser light with the laser resonator.

本実施の形態において、損失制御素子35は、初期条件設定時や立上げ時など、レーザ共振器から供給されるレーザ光が所定の第1波長から外れた場合、レーザ共振器の動作が安定して第1波長のレーザ光が得られるようになるまでの期間、レーザ共振器におけるレーザ光の損失を大きくすることにより、レーザ光の強度を所定範囲内に制御している。   In the present embodiment, the loss control element 35 stabilizes the operation of the laser resonator when the laser beam supplied from the laser resonator deviates from a predetermined first wavelength, such as when initial conditions are set or started up. During the period until the laser beam having the first wavelength is obtained, the intensity of the laser beam is controlled within a predetermined range by increasing the loss of the laser beam in the laser resonator.

このため、損失制御素子35において、1/2波長板35bの第2光路L32周りの回転角度を制御して、第1及び第2PBS35a,35cの反射面に対するs偏光とp偏光の割合を制御する。すなわち、レーザ光の損失を大きくする場合には、第1及び第2PBS35a,35cの反射面を透過して光路外に出射されるp偏光の割合が多くなるようにする。一方、レーザ光の損失を小さくする場合には、1/2波長板35bから第1及び第2PBS35a,35cの反射面で反射され、この損失制御素子35への第2光路L32に折り返されるs偏光の割合が多くなるようにする。   For this reason, the loss control element 35 controls the rotation angle of the half-wave plate 35b around the second optical path L32 to control the ratio of s-polarized light and p-polarized light with respect to the reflecting surfaces of the first and second PBSs 35a and 35c. . That is, when increasing the loss of laser light, the ratio of p-polarized light that passes through the reflecting surfaces of the first and second PBSs 35a and 35c and is emitted out of the optical path is increased. On the other hand, in order to reduce the loss of the laser light, the s-polarized light is reflected from the reflection surfaces of the first and second PBSs 35a and 35c from the half-wave plate 35b and is returned to the second optical path L32 to the loss control element 35. To increase the percentage of

このように、レーザ光の損失を適切に制御することにより、初期条件設定時や立上げ時などにおいてもレーザ光の強度が大きくなりすぎないように制御している。したがって、レーザ光の強度が大きくなりすぎることにより、光学部品が破損することを防止することができる。   As described above, by appropriately controlling the loss of the laser beam, the intensity of the laser beam is controlled so as not to become too large even at the time of initial condition setting or startup. Therefore, it is possible to prevent the optical component from being damaged by the intensity of the laser light becoming too large.

一方、初期条件設定時や立上げ時から一定時間を経過して、レーザ光が所定の第1波長に安定し、波長変換素子32の波長変換効率が向上した状態では、損失制御素子35における損失が最低限になるように制御する。これによって、レーザ共振器30における高効率な動作を確保することができる。   On the other hand, in a state where the laser beam is stabilized at a predetermined first wavelength after a certain time has elapsed since initial condition setting or startup, the loss in the loss control element 35 is improved in the state where the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element 32 is improved. Is controlled to be minimal. Thereby, highly efficient operation in the laser resonator 30 can be ensured.

具体的に、上述のレーザ光の損失制御は、損失制御素子35において、初期条件時や立上げ時から一定時間を経過するまでレーザ光に所定損失が生じるように設定することができる。また、レーザ共振器におけるレーザ光の状態を適当な検出手段でモニタリングし、レーザ光が第1波長に安定するまでの期間にわたってレーザ光に所定損失が生じるように設定することができる。   Specifically, the above-described loss control of the laser beam can be set in the loss control element 35 so that a predetermined loss occurs in the laser beam until a predetermined time elapses from the initial condition or the startup time. Further, the state of the laser beam in the laser resonator can be monitored by an appropriate detection means, and the laser beam can be set to have a predetermined loss over a period until the laser beam is stabilized at the first wavelength.

なお、前述の実施の形態における損失制御素子24,35における偏光制御素子としては、1/4波長板24a又は1/2波長板35bに代わって、ポッケルスセル、煽り角を有する誘電体多層膜、フレネル素子、ファラデーローテータを利用することも可能である。偏光制御素子に代わって、損失制御素子としてNDフィルタまたは音響光学素子を利用することも可能である。   In addition, as the polarization control element in the loss control elements 24 and 35 in the above-described embodiment, a Pockels cell, a dielectric multilayer film having a twist angle, instead of the quarter wavelength plate 24a or the half wavelength plate 35b, It is also possible to use a Fresnel element or a Faraday rotator. Instead of the polarization control element, it is also possible to use an ND filter or an acousto-optic element as the loss control element.

また、前述の実施の形態においては、Qスイッチ25,36は、第2光路L22,L32においてレーザ媒質26,37と出力鏡23,33間に配置したが、本発明はこれに限定されない。Qスイッチ25,36は、レーザ媒質26,37と第2終端鏡27,38間に配置することも可能である。   In the above-described embodiment, the Q switches 25 and 36 are disposed between the laser media 26 and 37 and the output mirrors 23 and 33 in the second optical paths L22 and L32. However, the present invention is not limited to this. The Q switches 25 and 36 can be disposed between the laser media 26 and 37 and the second terminal mirrors 27 and 38.

従来のレーザ共振器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional laser resonator. レーザ共振器の最小構成を示す図である。It is a figure which shows the minimum structure of a laser resonator. レーザ共振器の第1の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of a laser resonator. レーザ共振器の第2の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of a laser resonator.

符号の説明Explanation of symbols

11 終端鏡
12 レーザ媒質
13 出力鏡
14 波長変換素子
15 損失制御素子
11 Termination mirror 12 Laser medium 13 Output mirror 14 Wavelength conversion element 15 Loss control element

Claims (8)

レーザ媒質を励起して第1波長のレーザ光を発生させるレーザ共振器において、
前記レーザ共振器の光路上に設置され、前記第1波長のレーザ光をこの第1波長と異なる第2波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、
前記レーザ共振器の光路上に設置され、前記第1波長のレーザ光の損失を制御する損失制御素子と、
を有することを特徴とするレーザ共振器。
In a laser resonator that excites a laser medium to generate laser light having a first wavelength,
A wavelength conversion element that is installed on the optical path of the laser resonator and converts the laser light of the first wavelength into laser light of a second wavelength different from the first wavelength;
A loss control element that is installed on the optical path of the laser resonator and controls the loss of the laser light of the first wavelength;
A laser resonator comprising:
前記レーザ共振器は、同一光軸上に配置した終端鏡、レーザ媒質及び出力鏡を備え、前記終端鏡と出力鏡間で繰り返し反射する光を前記レーザ媒質で増幅して第1波長のレーザ光を発生させ、この第1波長のレーザ光は前記波長変換素子で第2波長に変換されて前記出力鏡を介して出力されること特徴とする請求項1記載のレーザ共振器。   The laser resonator includes a termination mirror, a laser medium, and an output mirror arranged on the same optical axis, and a laser beam having a first wavelength is amplified by the laser medium that repeatedly reflects between the termination mirror and the output mirror. 2. The laser resonator according to claim 1, wherein the laser light having the first wavelength is converted into a second wavelength by the wavelength conversion element and output through the output mirror. 前記レーザ共振器は、第1終端鏡と、出力鏡と、第2終端鏡と、レーザ媒質とを有し、前記第1終端鏡及び前記出力鏡を結ぶ第1光路と、前記第2終端鏡と前記出力鏡を結ぶ第2光路とに沿って、前記出力鏡を前記第1及び第2光路の折り返し鏡とした一連の光路を繰り返し反射する光を前記第2光路上に配置された前記レーザ媒質で増幅して第1波長のレーザ光を発生させるものであって、
前記波長変換素子は前記第1光路上に配置され、前記損失制御素子は前記第2光路上であって前記レーザ媒質と前記出力鏡間に配置され、前記第1波長のレーザ光は前記波長変換素子で第2波長に変換されて前記出力鏡を介して出力されること
を特徴とする請求項1記載のレーザ共振器。
The laser resonator includes a first terminal mirror, an output mirror, a second terminal mirror, and a laser medium, a first optical path connecting the first terminal mirror and the output mirror, and the second terminal mirror. And a second optical path connecting the output mirror and the laser disposed on the second optical path for light that repeatedly reflects a series of optical paths in which the output mirror is a folding mirror of the first and second optical paths Amplifying with a medium to generate laser light of the first wavelength,
The wavelength conversion element is disposed on the first optical path, the loss control element is disposed on the second optical path and between the laser medium and the output mirror, and the laser light of the first wavelength is the wavelength conversion The laser resonator according to claim 1, wherein the laser resonator is converted into a second wavelength by an element and output through the output mirror.
前記損失制御素子は、前記第2光路上の前記出力鏡と前記レーザ媒質間に配置され、所定偏光方向のレーザ光を前記出力鏡方向と前記レーザ媒質方向で折り返す偏光選択素子と、前記第2光路上の前記出力鏡と前記偏光選択素子間に配置されたレーザ光の偏光方向を制御可能な偏光制御素子と、を有することを特徴とする請求項3記載のレーザ共振器。   The loss control element is disposed between the output mirror and the laser medium on the second optical path, and a polarization selection element that turns back laser light in a predetermined polarization direction in the output mirror direction and the laser medium direction, and the second 4. The laser resonator according to claim 3, further comprising a polarization control element capable of controlling a polarization direction of the laser light disposed between the output mirror on the optical path and the polarization selection element. 前記損失制御素子は、前記第2光路上の前記出力鏡と前記レーザ媒質間に配置され、所定偏光方向のレーザ光を折り返す互いに平行な反射面を有する一組の偏光制御素子と、前記第2光路上の前記一組の偏光制御素子間に配置されたレーザ光の偏光方向を制御可能な偏光制御素子と、を有することを特徴とする請求項3記載のレーザ共振器。   The loss control element is disposed between the output mirror on the second optical path and the laser medium, and includes a pair of polarization control elements having parallel reflecting surfaces that fold back laser light in a predetermined polarization direction, and the second 4. The laser resonator according to claim 3, further comprising a polarization control element capable of controlling a polarization direction of the laser light disposed between the pair of polarization control elements on the optical path. 前記偏光選択素子は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項4又は5記載のレーザ共振器。   6. The laser resonator according to claim 4, wherein the polarization selection element is a polarization beam splitter. 前記偏光制御素子は、波長板であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載のレーザ共振器。   The laser resonator according to claim 4, wherein the polarization control element is a wave plate. 前記第2光路上の前記第2終端鏡と前記損失制御素子間にQスイッチを有することを特徴とする請求項4又は5記載のレーザ共振器。   6. The laser resonator according to claim 4, further comprising a Q switch between the second terminal mirror and the loss control element on the second optical path.
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