JP2548887B2 - 自己整列空洞内ラマンレ−ザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレ−ザ、特に自己整列空
洞内ラマンレ−ザに関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第
４，９３３，９４３号明細書には満足なビ−ム品質と出
力エネルギを提供する３つのミラ−空洞内レ−ザが開示
されているが、ここで含まれている３つのミラ−を整列
する本来的な問題を有する。米国特許第４，９３３，９
４３号明細書の空洞内共振器の設計は３つの平面ミラ−
を具備し、これらのミラ−は実際に整列と整列の維持が
非常に困難である。特にこの整列に関する問題点は空洞
内共振器設計を使用するレ−ザを生産する際の生産性と
信頼性に関して基本的な問題点である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】厳密にはこの空洞内共
振器設計では以下のことを含む種々の方法で整列問題が
明示されている。１００μｒａｄを越える３つのミラ−
の不整列はレ−ザ出力ビ−ムの劣化とビ−ムステアリン
グを生じる厳しい軍事的環境で起こる。熱効果によるロ
ッドウェッジは不整列を起こし、従ってレ−ザのパルス
繰返しレートを限定する。レ−ザの整列は干渉計または
オ−トコリメ−タを含む特別な装置と熟練した技術者を
必要とし、このため製造価格は上昇する。整列の感知性
のために光整列ウェッジと重量のある剛体の光学的ベン
チがさらにレ−ザの製造価格を上昇するレ−ザで使用さ
れる。従って本発明の目的は自己整列のレ−ザを提供
し、前述の問題を除去することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述および他の目的を達
成するため本発明はポンプ共振器およびラマン共振器を
含む自己整列空洞内ラマンレ−ザを提供する。ポンプ共
振器はレ−ザロッド、エネルギをレ−ザロッドにポンピ
ングするためレ−ザロッドに近接して配置されるポンプ
源として使用されるフラッシュランプのようなポンプ手
段を含む。第１の再帰反射器はポンプ共振器の一方の端
部に位置され、出力ミラ−はポンプ共振器の他方の端部
に位置される。Ｑスイッチ、ダイクロイックミラ−、プ
リズムはレ−ザロッドと出力ミラ−の間に位置されてい
る。ポンプ共振器は第１の再帰反射器と出力ミラ−との
間で第１の波長（１．０６μｍ）でポンプエネルギを放
射するように構成される。

【０００５】ラマン共振器はラマンガスセルを具備し、
これはレ−ザエネルギをラマンセルに収束させるため反
対の端部に位置される第１、第２のレンズと、ラマン共
振器の一方の端部を形成する第２の再帰反射器を有し、
出力ミラ−はラマン共振器の反対の端部を形成する。ダ
イクロイックミラ−およびプリズムは第２の再帰反射器
と第１のレンズとの間に配置される。ラマン共振器は第
２の再帰反射器と出力ミラ−との間で第２の予め定めら
れた波長（１．５４μｍ）でラマンレ−ザエネルギを放
射するように構成される。

【０００６】典型的に、第１、第２の再帰反射器はそれ
ぞれコ−ナ−キュ−ブを有する。ダイクロイックミラ−
は実際的に出力ミラ−に垂直な線により規定されるレ−
ザの光軸に関して４５°に方向づけられており、レ−ザ
ロッドの各面に中心配置される。典型的に、第１、第２
のレンズは平凸面レンズである。Ｑスイッチはガラスプ
レ−トの間に挟まれている、染料が含浸されたアセテ−
トシ−トからなり、染料が含浸されたアセテ−トシ−ト
は約0.42の光学濃度を有する。ダイクロイックミラ−は
１．０６μｍの波長レ−ザエネルギで高い反射率であ
り、１．５４μｍの波長レ−ザエネルギで高い透過率で
あるように被覆される。

【０００７】本発明は不整列に対して非常に鈍感であり
非常に眼に安全な出力エネルギと米国特許第４，９３
３，９４３号明細書に記載されている空洞内ラマンレ−
ザ共振器に類似したビ−ム広がりを有する。前述のレ−
ザに関するやや困難な整列問題と比較して本発明は生産
設計において光整列が必要でないように機械的に耐久性
を発揮する。自己整列特性により本発明は使用する部品
が少なく、米国特許第４，９３３，９４３号明細書の空
洞内設計よりも高いパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で動
作する。

【０００８】本発明の自己整列特性は３つのミラ−空洞
内レ−ザの必要性を削減する。このことには以下のこと
を含む多くの利点がある。本発明のレ−ザが光整列を不
要として組立てられるので製造上の人件費が非常に低下
される。レ−ザの性能は組立て後のミラ−不整列に非常
に鈍感である。本発明のレ−ザに使用される光学的ベン
チは剛体ではなく軽重量の材料から製造され、厳しい環
境状態で動作されるとき適切なレ−ザ性能を提供する。
ロッドウェッジによる不整列は除去される。ポンプビ−
ムおよびラマンビ−ムが常に出力ミラ−と整列するので
出力ミラ−の傾斜のみがレ−ザの照準規正器に影響す
る。パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）は米国特許第４，９
３３，９４３号明細書で説明されているレ−ザよりも増
加される。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明による自己整列空
洞内ラマンレ−ザの実施例を説明する。図１は本発明の
原理による自己整列空洞内ラマンレ−ザ１０の第１の実
施例を示している。この自己整列空洞内ラマンレ−ザ１
０は組立てられ、ブレッドボ−ドの形態で試験され、試
験デ−タは図２を参照して以下に示されている。自己整
列空洞内ラマンレ−ザ１０はポンプ共振器１１とラマン
共振器１２を具備している。ポンプ共振器１１は細かい
破線を有する長方形に囲まれて示されており、ラマン共
振器１２はＬ型配列を具備するものと示され、長い破線
により囲まれている。

【００１０】ポンプ共振器１１は例えばフラッシュラン
プ１４によりポンピングされるレ−ザロッド１３を有す
る。コ−ナ−キュ−ブ１６はポンプ共振器１１の一方の
端部を形成する。ポンプ波長で全体反射または部分透過
する出力ミラ−２４はポンプ共振器１１の反対の端部を
形成する。ポンプ共振器１１はコ−ナ−キュ−ブ１６に
より形成される各端部と出力ミラ−２４との間の第１の
光路２６に沿ってポンプエネルギを放射するように構成
される。第１の光路２６はＵ型として示され、Ｕ型は第
１の光路２６に関して４５°に方向づけられているダイ
クロイックミラ−１７と、Ｑスイッチ１５と出力ミラ−
２４との間の第１の光路２６に沿って配置されるプリズ
ム１８を使用して形成される。ポンプレ−ザ１１は１．
０６μｍの波長のレ−ザエネルギを放射するように構成
されている。

【００１１】ラマン共振器１２は第１および反対の端部
に配置される第２のレンズ２２，２３を有するラマンガ
スセル２１を有する。出力ミラ−２４はラマン共振器１
２の一方の端部を形成し、第２のコ−ナ−キュ−ブ２５
は反対の端部を形成する。ダイクロイックミラ−１７と
プリズム１８は第２のコ−ナ−キュ−ブ２５と第１のレ
ンズ２２との間に配置されており、部分的にラマン共振
器１２も形成する。ラマン共振器１２は第２のコ−ナ−
キュ−ブ２５により形成される各端部と出力ミラ−２４
との間の第２の光路２８に沿ってラマンレ−ザエネルギ
を放射するように構成される。ラマンレ−ザ１１は１．
５４μｍの波長レ−ザエネルギを放射するように構成さ
れる。

【００１２】レ−ザロッド１３はＮｄ：ＹＡＧであり、
例えば直径５ｍｍで長さが６０ｍｍである。Ｑスイッチ
１５は例えばガラスプレ−トの間に挟まれている、染料
が含浸されたアセテ−トシ−ト（光学濃度＝０．４２）
からなる。ダイクロイックミラ−１７は１．５４μｍ
（ラマン）で高い透過率であり、１．０６μｍ（ポン
プ）で高い反射率であるように被覆される。ラマンセル
２１の光を焦点に結像し、再コリメートするのに使用さ
れる第１、第２のレンズ２２，２３は平凸面レンズとし
て形成され、それぞれ６３ｍｍと３６ｍｍの長さの焦点
を有する。出力ミラ−２４は１．０６μｍ（ポンプ波
長）で１００％の反射率と１．５４μｍ（ラマン波長）
で２８％の反射率であるように被覆される。

【００１３】コ−ナ−キュ−ブ１６，２５は再反射し、
従って両者の共振器１１，１２は角度に関して自己整列
される。しかし、組立てられ試験されたブレッドボ−ド
原形では各コ−ナ−キュ−ブ１６，２５の先端は自己整
列空洞内のラマンレ−ザ１０の出力ミラ−２４に垂直な
線として限定される光軸で中心に配置し（並進のみ）、
レ−ザロッド１３の各面で中心に配置された。本発明の
自己整列空洞内ラマンレ−ザ１０の生産のバ−ジョンで
はコ−ナ−キュ−ブ１６，２５のこの“中心配置”は部
品の機械的耐久性により達成できる。

【００１４】自己空洞内ラマンレ−ザ１０のブレッドボ
−ドのバ−ジョンは組立てられ試験された。しきい値に
おけるフラッシュランプ１４の入力エネルギは６ジュ−
ルであった。自己整列空洞内ラマンレ−ザ１０の１．５
４μｍの出力エネルギビ−ム２９（（ラマン出力）とし
て図１で示されている）は１０ミリジュ−ル±０．５ミ
リジュ−ルであった。１．５４μｍのビ−ム広がりデ−
タが図２で示されている。ビ−ム２９の出力エネルギの
８０％は約７．２ミリラジアン内に含まれる。出力ビ−
ム２９の品質の性能指数はビ−ム広がり×ビ−ム直径で
ある。自己整列空洞内ラマンレ−ザ１０のブレッドボ−
ドバ−ジョンではビ−ム品質は７．２×３．０＝２１．
７ｍｍミリラジアンである。比較する目的で、米国特許
第４，９３３，９４３号明細書に記載されている３つの
ミラ−レ−ザは１１ミリジュ−ルの出力と約２０ｍｍミ
リラジアンのビ−ム品質を有する。出力エネルギとビ−
ム品質に関する２つの設計の差は容認できる限定範囲内
にあると考えられる。

【００１５】自己整列空洞内ラマンレ−ザ１０のブレッ
ドボ−ドの１．５４μｍの出力ビ−ム２９におけるパル
ス幅は一定の５ナノ秒であった。比較した上、米国特許
第４，９３３，９４３号明細書の３つのミラ−設計のパ
ルス幅は６〜１２ナノ秒の変化を示した。この変化は３
つのミラ−の整列を含む困難の結果であるものと考慮さ
れている。多くの応用ではこのパルス幅変化はシステム
の性能に影響しないが、より一定のパルス幅がより所望
であり、本発明の自己整列空洞内ラマンレ−ザ１０で達
成される。

【００１６】図３は本発明の原理による自己整列空洞内
ラマンレ−ザ１０ａの第２の実施例を示している。自己
整列空洞内ラマンレ−ザ１０ａはその大部分の部品が図
１のレ−ザ１０のもので構成されているが、プリズム１
８とダイクロイックミラ−１７の代わりに折返しプリズ
ム１９を使用している。従って第２の実施例はＵ型に配
列されている。第２の実施例は共振器１２，１３の両者
から１．０６μｍと１．５４μｍの波長のエネルギを反
射するための共通の再帰反射器（コ−ナ−キュ−ブ）１
６を使用している。第１の実施例のダイクロイックミラ
−１７と第２の再帰反射器２５は削除されている。この
第２のレ−ザ１０ａの構造は実質上、第１のレ−ザ１０
について前述した構造と同一である。

【００１７】第２のレ−ザ１０ａも組立てられて試験さ
れた。第２のレ−ザ１０ａは動作可能であるが、１．５
４μｍ出力は第１のレ−ザ１０の出力の約半分であっ
た。約１．５４μｍ波長のＮｄ：ＹＡＧレ−ザロッド１
３により重大な損失が測定された。損失がバルクロッド
１３によるものであるか、又は非反射性被覆（１．０６
μｍでのみ非反射性）によるものであるかは不明であ
る。これらの損失は出力減少の原因である。Ｑスイッチ
１５ａの損失と共にこれらの損失が削減され１．５４μ
ｍ出力が増加されると、第２のレ−ザ１０ａはあらゆる
応用で実質的に使用される第１のレ−ザ１０より有望で
ある。

【００１８】この様に、改良された整列特性を具備し、
出力ビ−ムがより安定なパルス幅を示す新規で改良され
た自己整列空洞内ラマンレ−ザを説明してきた。前述の
実施例は本発明の原理の応用を表す多くの特定の実施例
の数例を単に図示したのみであり、本発明はこれらの実
施例に限定されない。本発明の技術的範囲を逸脱するこ
となく種々の変更を当業者は容易に行うことができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、改
良された整列特性を具備し、出力ビ−ムがより安定なパ
ルス幅を示す自己整列空洞内ラマンレ−ザが提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理による自己整列空洞内ラマンレ−
ザの第１の実施例を示す図。

【図２】図１の自己整列空洞内ラマンレ−ザのビ−ム広
がりを示す図。

【図３】本発明の原理による自己整列空洞内ラマンレ−
ザの第２の実施例を示す図。

【符号の説明】

１０…自己整列空洞内ラマンレーザ、１１…ポンプ共振
器、１２…ラマン共振器、１３…レーザロッド、１４…
フラッシュランプ、１５…Ｑスイッチ、１６…コ−ナ−
キュ−ブ、１７…ダイクロイックミラー、１８…プリズ
ム、２１…ラマンガスセル、２２，２３…レンズ、２４
…出力ミラー、２５…コ−ナ−キュ−ブ、２９…ラマン
出力光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・イー・エーリッツ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90254、ハーモサ・ビーチ、モンテリ ー・ブールバード 1923

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ共振器とラマン共振器とを具備す
   る自己整列空洞内ラマンレ−ザにおいて、 前記ポンプ共振器は、 レ−ザロッドと、 前記レ−ザロッドに近接して配置され前記レ−ザロッド
   にエネルギをポンピングするポンプ手段と、前記 ポンプ共振器の一方の端部に配置される第１の再帰
   反射器と、前記 ポンプ共振器の反対の端部に配置される出力ミラ−
   と、前記 レ−ザロッドと前記出力ミラ−との間に配置される
   Ｑスイッチと、前記 Ｑスイッチと前記出力ミラ−との間に配置されるダ
   イクロイックミラ−と、前記 ダイクロイックミラ−と前記出力ミラ−との間に配
   置されるプリズムとを具備し、 前記ポンプ共振器は前記第１の再帰反射器と前記出力ミ
   ラ−との間で第１の所定の波長でポンプエネルギを放射
   するように構成されており、 前記ラマン共振器は、 対向する端部に配置される第１、第２のレンズを有しラ
   マンセルにレ−ザエネルギを収束させるラマンガスセル
   と、前記 ラマン共振器の一方の端部を形成する第２の再帰反
   射器とを具備し、前記 出力ミラ−は前記ラマン共振器の反対の端部を形成
   し、前記ダイクロイックミラ−と前記プリズムは前記第
   ２の再帰反射器と前記第１のレンズの間に配置され、前
   記ラマン共振器は前記第２の再帰反射器と前記出力ミラ
   −との間で所定の第２の所定の波長でラマンレ−ザエネ
   ルギを放射するように構成される自己整列空洞内ラマン
   レ−ザ。
2. 【請求項２】 前記ポンプ共振器は１．０６μｍの波長
   のレ−ザエネルギ−を放射するように構成され、前記ラ
   マン共振器は１．５４μｍの波長のレ−ザ光を放射する
   ように構成されることを特徴とする請求項１記載の自己
   整列空洞内ラマンレ−ザ。
3. 【請求項３】 前記第１、第２の再帰反射器はそれぞれ
   コ−ナ−キュ−ブを有することを特徴とする請求項１記
   載の自己整列空洞内ラマンレ−ザ。
4. 【請求項４】 前記ダイクロイックミラ−が前記出力ミ
   ラ−に垂直な線により規定されるレ−ザの光軸に関して
   実質的に４５°に方向づけられ、前記レ−ザロッドの各
   面に中心配置されていることを特徴とする請求項１記載
   の自己整列空洞内ラマンレ−ザ。
5. 【請求項５】 前記第１、第２のレンズが平凸面レンズ
   であることを特徴とする請求項１記載の自己整列空洞内
   ラマンレ−ザ。
6. 【請求項６】 前記Ｑスイッチがガラスプレ−トの間に
   挟まれ染料が含浸されたアセテ−トシ−トを具備するこ
   とを特徴とする請求項１記載の自己整列空洞内ラマンレ
   −ザ。
7. 【請求項７】 前記染料が含浸されたアセテ−トシ−ト
   が約０．４２の光学濃度を有することを特徴とする請求
   項６記載の自己整列空洞内ラマンレ−ザ。
8. 【請求項８】 前記ダイクロイックミラ−が第１の所定
   の波長で高い反射率であり、第２の所定の波長で高い透
   過率であるように被覆されていることを特徴とする請求
   項１記載の自己整列空洞内ラマンレ−ザ。
9. 【請求項９】 前記ダイクロイックミラ−は１．０６μ
   ｍの波長のレ−ザエネルギで高い反射率であり、１．５
   ４μｍの波長のレ−ザエネルギで高い透過率であるよう
   に被覆されることを特徴とする請求項２記載の自己整列
   空洞内ラマンレ−ザ。
10. 【請求項１０】 前記出力ミラ−が１．０６μｍの波長
    のレ−ザエネルギを実質的に１００ ％の反射し、１．
    ５４μｍの波長のレ−ザエネルギを約２８％の反射する
    ように被覆されることを特徴とする請求項９記載の自己
    整列空洞内ラマンレ−ザ。
11. 【請求項１１】 前記ポンプ手段がフラッシュランプを
    有することを特徴とする請求項１記載の自己整列空洞内
    ラマンレ−ザ。
12. 【請求項１２】 ポンプ共振器とラマン共振器とを具備
    する自己整列空洞内ラマンにおいて、 前記ポンプ共振器は、 レ−ザロッドと、前記 レ−ザロッドに近接して位置され前記レ−ザロッド
    にエネルギをポンピングするポンプ手段と、前記 ポンプ共振器の一方の端部に配置される再帰反射器
    と、前記 ポンプ共振器の反対の端部に配置される出力ミラ−
    と、前記 レ−ザロッドと前記再帰反射器との間に配置される
    Ｑスイッチと、前記 レーザロッドと前記出力ミラ−との間に配置される
    プリズムとを具備し、 前記ポンプ共振器は前記再帰反射器と前記出力ミラ−と
    の間で第１の所定の波長でポンプエネルギを放射するよ
    うに構成されており、 前記ラマン共振器は、 対向する端部に配置される第１、第２のレンズを有しラ
    マンセルにレ−ザエネルギを収束させるラマンガスセル
    を具備し、 前記再帰反射器は前記ラマン共振器の一方の端部を形成
    し、前記出力ミラ−は前記ラマン共振器の反対の端部を
    形成し、前記プリズムは前記再帰反射器と前記第１のレ
    ンズとの間に配置され、前記ラマン共振器は前記再帰反
    射器と前記出力ミラ−との間で第２の所定の波長でラマ
    ンレ−ザエネルギを放射するように構成される自己整列
    空洞内ラマンレ−ザ。