JP2556497B2 - 拡張された同調レンジを有するｒｆ励起ｃｏ▲下２▼導波管レ−ザ - Google Patents
拡張された同調レンジを有するｒｆ励起ｃｏ▲下２▼導波管レ−ザInfo
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- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
- H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
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Description
【発明の詳細な説明】 1.発明の分野 本発明は、拡張された同調レンジを有する高圧RF励起
CO2導波管レーザに関する。
CO2導波管レーザに関する。
2.関連技術の説明 広域同調可能励起CO2レーザは、レーザ通信、光学レ
ーダ、汚染検出、および分光学の応用分野で必要であ
る。従来の低圧CO2レーザの同調レンジは、そのCO2レー
ザの遷移のドプラ幅が比較的小さいことによって制限さ
れている。導波管ガスレーザの開発と高圧無シールCO2
導波管レーザへの発展により、レーザ遷移の圧力の幅が
広がり、周波数同調のゲイン幅がより大きくなることが
可能となった。
ーダ、汚染検出、および分光学の応用分野で必要であ
る。従来の低圧CO2レーザの同調レンジは、そのCO2レー
ザの遷移のドプラ幅が比較的小さいことによって制限さ
れている。導波管ガスレーザの開発と高圧無シールCO2
導波管レーザへの発展により、レーザ遷移の圧力の幅が
広がり、周波数同調のゲイン幅がより大きくなることが
可能となった。
R.L.アブラムス（Abrams）による、応用物理レター2
5,304（1974）の“ギガヘルツ同調可能励起CO2導波管レ
ーザ”の記事には、無シールcwCO2導波管レーザが述べ
られている。それは、10.6μｍの１回の遷移において1.
2GHzに渡って連続的に同調される。そのレーザは、磨か
れたBeOスラブでできた9.5cmX1.0mmの正方形の放電管か
らなる。ラインの選択は回折格子で達成され、同調は共
振器長を圧電的に制御することにより達成される。ある
共振器の損失と出力の結合に対して、最適出力パワーを
提供するガス圧が最大同調能力を与えるということが示
された。最適条件の下で、cwCO2レーザでギガヘルツ同
調を達成するためには、より小さい放電直径と対応する
より高い圧力が必要とされる。アブラムスのレーザによ
れば、全反射レーザミラーがバイモルフに取付けられ、
導波管レーザの反対端が、ライン選択に対してリトロー
（Littrow）構成で使用される97％の反射率を有し、150
ライン/mmの回折格子が固定されている。放電直径をよ
り小さくし、それによりライン選択のために回折格子を
使用することにより高い動作圧力と、より大きな同調レ
ンジを得ようとする企ては、失敗した。
5,304（1974）の“ギガヘルツ同調可能励起CO2導波管レ
ーザ”の記事には、無シールcwCO2導波管レーザが述べ
られている。それは、10.6μｍの１回の遷移において1.
2GHzに渡って連続的に同調される。そのレーザは、磨か
れたBeOスラブでできた9.5cmX1.0mmの正方形の放電管か
らなる。ラインの選択は回折格子で達成され、同調は共
振器長を圧電的に制御することにより達成される。ある
共振器の損失と出力の結合に対して、最適出力パワーを
提供するガス圧が最大同調能力を与えるということが示
された。最適条件の下で、cwCO2レーザでギガヘルツ同
調を達成するためには、より小さい放電直径と対応する
より高い圧力が必要とされる。アブラムスのレーザによ
れば、全反射レーザミラーがバイモルフに取付けられ、
導波管レーザの反対端が、ライン選択に対してリトロー
（Littrow）構成で使用される97％の反射率を有し、150
ライン/mmの回折格子が固定されている。放電直径をよ
り小さくし、それによりライン選択のために回折格子を
使用することにより高い動作圧力と、より大きな同調レ
ンジを得ようとする企ては、失敗した。
RF励起CO2導波管レーザがcw（DC）レーザより高いガ
ス圧力で放電することができ、それにより、理論的には
1.2GHz以上に同調レンジを増加させることができるとい
うことが知られていたので、cwレーザによって提供され
る1.2GHz以上に同調レンジが増加されることができると
いう予想のもとに、レーザ放射ミラーを回折格子（ライ
ン選択のための）で置換えることによってRF励起CO2導
波管レーザを改造しようとする従来の企てがなされた。
しかしながら、その結果は同様に失敗した。
ス圧力で放電することができ、それにより、理論的には
1.2GHz以上に同調レンジを増加させることができるとい
うことが知られていたので、cwレーザによって提供され
る1.2GHz以上に同調レンジが増加されることができると
いう予想のもとに、レーザ放射ミラーを回折格子（ライ
ン選択のための）で置換えることによってRF励起CO2導
波管レーザを改造しようとする従来の企てがなされた。
しかしながら、その結果は同様に失敗した。
ある種の応用では、CO2導波管レーザの同調レンジが
1.2GHz以上に広がることが必要である。例えば、一般に
低空軌道にある人工衛星が地上局の間の通信のために、
レーザのような光学源が利用される。これらの人工衛星
はΔＶ＝V//λのドプラ周波数シフトに対して融通性が
必要である。ここで、Ｖは送信側人工衛星と受信側人工
衛星との間の相対速度であり、λは、人工衛星が互いに
近付くとき、受信側人工衛星において送信される光の波
長である。少なくとも1500MHz（±750MHz）の同調レン
ジにより、前記ドプラ効果の融通性が可能となる。
1.2GHz以上に広がることが必要である。例えば、一般に
低空軌道にある人工衛星が地上局の間の通信のために、
レーザのような光学源が利用される。これらの人工衛星
はΔＶ＝V//λのドプラ周波数シフトに対して融通性が
必要である。ここで、Ｖは送信側人工衛星と受信側人工
衛星との間の相対速度であり、λは、人工衛星が互いに
近付くとき、受信側人工衛星において送信される光の波
長である。少なくとも1500MHz（±750MHz）の同調レン
ジにより、前記ドプラ効果の融通性が可能となる。
このように、同調能力に制限があると、この応用分野
におけるドプラシフトに対する融通性を確保するため
に、メッセージをリカバーするために複雑な信号処理機
能を有するヘテロダインレシーバが、受信側人工衛星で
使用されなければならない。この結果、全体のシステム
は価格が高くなり、複雑になる。
におけるドプラシフトに対する融通性を確保するため
に、メッセージをリカバーするために複雑な信号処理機
能を有するヘテロダインレシーバが、受信側人工衛星で
使用されなければならない。この結果、全体のシステム
は価格が高くなり、複雑になる。
従って、望まれることは、予め決められたラインと、
1500MHz程度の同調レンジを有し、それにより、前述の
人工衛星システムで利用されることができ、（そして、
拡張されたレーザ同調レンジを必要とする他の応用分野
では）受信側人工衛星によって利用されるべき信号情報
を処理するためにシステムが複雑にならず高価にならな
いCO2導波管レーザを提供することである。
1500MHz程度の同調レンジを有し、それにより、前述の
人工衛星システムで利用されることができ、（そして、
拡張されたレーザ同調レンジを必要とする他の応用分野
では）受信側人工衛星によって利用されるべき信号情報
を処理するためにシステムが複雑にならず高価にならな
いCO2導波管レーザを提供することである。
発明の概要 本発明のレーザでは、４つの磨かれたBeOスラブを一
緒にして、1mm平方のオーダーの導波管が形成される。
真空フランジは、チューブの長方形の外部を包み、囲っ
ている円筒状の囲いを介してBeOのスラブに接続されて
いる。真空引きとガス充填は、フランジのうちの１つの
フィードスルーによって提供され、冷却は水冷アルミニ
ウムヒートシンクに伝導することによってなされる。一
部反射レーザミラーはレーザ空洞の軸方向に動くように
バイモルフに取付けられ、導波管レーザビームの反対端
はリトロー構成で使用される反射回折格子と隣のミラー
とに結合され、そのミラー回折格子の組合わせは要求さ
れる同調レンジに対して必要な値にまで回折格子の有効
反射率を増加させる。述べられたように、３ミラー空洞
レーザは、比較的高いピーク出力パワーにおいて10.6μ
ｍCO2ラインに関して±750MHz以上の周波数を含む広い
同調レンジを提供する。同調レンジはレーザ空洞のミラ
ー間距離を減少させることにより増加される。しかしな
がら、ミラー間距離が予め決められた限界を越えて減少
されると、レーザ全体の効率が低下する。
緒にして、1mm平方のオーダーの導波管が形成される。
真空フランジは、チューブの長方形の外部を包み、囲っ
ている円筒状の囲いを介してBeOのスラブに接続されて
いる。真空引きとガス充填は、フランジのうちの１つの
フィードスルーによって提供され、冷却は水冷アルミニ
ウムヒートシンクに伝導することによってなされる。一
部反射レーザミラーはレーザ空洞の軸方向に動くように
バイモルフに取付けられ、導波管レーザビームの反対端
はリトロー構成で使用される反射回折格子と隣のミラー
とに結合され、そのミラー回折格子の組合わせは要求さ
れる同調レンジに対して必要な値にまで回折格子の有効
反射率を増加させる。述べられたように、３ミラー空洞
レーザは、比較的高いピーク出力パワーにおいて10.6μ
ｍCO2ラインに関して±750MHz以上の周波数を含む広い
同調レンジを提供する。同調レンジはレーザ空洞のミラ
ー間距離を減少させることにより増加される。しかしな
がら、ミラー間距離が予め決められた限界を越えて減少
されると、レーザ全体の効率が低下する。
このように、本発明は、拡張された同調レンジを有
し、放電管に非実用的である応用分野で使用されること
ができる高圧RF励起CO2導波管レーザを提供する。例え
ば、RF励起CO2レーザは受信側人工衛星で使用されるこ
とができ、特に、基準源を提供するために、前述のドプ
ラシフトを補償するための複雑な回路を必要としない
で、近付きつつある人工衛星からの入力情報信号が検出
されることができるように、位相ロックレシーバループ
で利用されることができる。
し、放電管に非実用的である応用分野で使用されること
ができる高圧RF励起CO2導波管レーザを提供する。例え
ば、RF励起CO2レーザは受信側人工衛星で使用されるこ
とができ、特に、基準源を提供するために、前述のドプ
ラシフトを補償するための複雑な回路を必要としない
で、近付きつつある人工衛星からの入力情報信号が検出
されることができるように、位相ロックレシーバループ
で利用されることができる。
ラインの選択と拡張された同調レンジのために、反射
レーザミラーの変わりに、単一回折格子が使用されるこ
とができることも発見されたことに注意すべきである。
しかしながら、要求される回折格子の絶対的な効率は、
少なくとも98％のオーダーであり、この効率を有する回
折格子は現在のところ市販されていない。このように、
本発明のミラー回折格子の組合わせは、現在市販されて
いる部品と合理的な価格で拡張された同調レンジを達成
するために有効な技術を提供する。
レーザミラーの変わりに、単一回折格子が使用されるこ
とができることも発見されたことに注意すべきである。
しかしながら、要求される回折格子の絶対的な効率は、
少なくとも98％のオーダーであり、この効率を有する回
折格子は現在のところ市販されていない。このように、
本発明のミラー回折格子の組合わせは、現在市販されて
いる部品と合理的な価格で拡張された同調レンジを達成
するために有効な技術を提供する。
図面の簡単な説明 本発明の特徴および目的を含めて、本発明をよく理解
するために、以下の添附図面を参照して以下の説明がな
される。
するために、以下の添附図面を参照して以下の説明がな
される。
第１図は、本発明のCO2レーザの簡略化された断面図
である。
である。
第２図は、本発明の高圧RF励起CO2導波管レーザを示
す図である。
す図である。
第３図は、第２図において３−３で切取られた断面を
示す。
示す。
第４図は、本発明で使用される回折格子の斜視図であ
る。
る。
各図において、同じ構成物は同じ番号が付されている
ことに注意。
ことに注意。
発明の詳細な説明 第１図は、本発明による高圧RF励起CO2導波管レーザ1
0の簡略化された断面図を示す。レーザ導波管は正方形
あるいは長方形をした放電管11からなり、その放電管11
は、一部反射ミラー13と一部反射ミラー14との間にアク
ティブレーザ長ｌの空洞12を有している。CO2のような
アクティブガス媒体と、ヘリウムのような充填ガスが従
来の技術により空洞12内に注入されている。RFエネルギ
源16は導波管電極18に加えられ、電極18の反対側の金属
支持構造20は図示されるように接地されている。一部反
射ミラー13は圧電（バイモルフ）構造22上に取付けら
れ、その構造22によってミラー13は矢印24の方向にミラ
ー14に向かって、あるいは矢印26の方向にミラー14から
離れるように動かされることができる。傾斜面30を有す
る回折格子28は、図示されるようにミラー14の後部面15
から距離ｈのところに置かれている。回折格子28は、従
来技術でよく知られているように、ライン選択のための
リトロー（Littrow）構成で使用される。パワーP0の出
力レーザビーム31は、出力結合ミラー13を介して放射さ
れる。
0の簡略化された断面図を示す。レーザ導波管は正方形
あるいは長方形をした放電管11からなり、その放電管11
は、一部反射ミラー13と一部反射ミラー14との間にアク
ティブレーザ長ｌの空洞12を有している。CO2のような
アクティブガス媒体と、ヘリウムのような充填ガスが従
来の技術により空洞12内に注入されている。RFエネルギ
源16は導波管電極18に加えられ、電極18の反対側の金属
支持構造20は図示されるように接地されている。一部反
射ミラー13は圧電（バイモルフ）構造22上に取付けら
れ、その構造22によってミラー13は矢印24の方向にミラ
ー14に向かって、あるいは矢印26の方向にミラー14から
離れるように動かされることができる。傾斜面30を有す
る回折格子28は、図示されるようにミラー14の後部面15
から距離ｈのところに置かれている。回折格子28は、従
来技術でよく知られているように、ライン選択のための
リトロー（Littrow）構成で使用される。パワーP0の出
力レーザビーム31は、出力結合ミラー13を介して放射さ
れる。
レーザ10に対するような、一様に（圧力）広がったレ
ーザラインの同調レンジは以下の式（１）によって表わ
される、 ここで、Vc−Vo（MHz）は、レーザ発振のライン中心か
ら停止することろまでの同調レンジであり、go（cm-1）
はライン中心における小信号ゲイン係数であり、Ｌ（c
m）はアクティブレーザ長である。ΔＶ（MHz）は衝突広
がりライン幅であり、以下のように近似される、 ここで、PCO2はTorr単位のCO2の部分圧であり、PHeはTo
rr単位のHeの部分圧であり、Ｔは絶対温度（゜K）であ
り、ΔＶは（MHz）で与えられる。
ーザラインの同調レンジは以下の式（１）によって表わ
される、 ここで、Vc−Vo（MHz）は、レーザ発振のライン中心か
ら停止することろまでの同調レンジであり、go（cm-1）
はライン中心における小信号ゲイン係数であり、Ｌ（c
m）はアクティブレーザ長である。ΔＶ（MHz）は衝突広
がりライン幅であり、以下のように近似される、 ここで、PCO2はTorr単位のCO2の部分圧であり、PHeはTo
rr単位のHeの部分圧であり、Ｔは絶対温度（゜K）であ
り、ΔＶは（MHz）で与えられる。
（１）式のr1はミラー13の反射率であり、r2はミラー
14と回折格子28の有効反射率である。
14と回折格子28の有効反射率である。
DCとRFレーザ構成の両方において、回折格子28はレー
ザ全体の動作、特に同調レンジに関する鍵となる要素で
ある。回折格子28は、レーザラインを選択し、（１）式
に従って、回折格子の効率に基づいて、同調レンジが広
げられることを可能とする。要約すると、高効率回折格
子は同調レンジを広げ、レーザエネルギ損失を低下させ
る。
ザ全体の動作、特に同調レンジに関する鍵となる要素で
ある。回折格子28は、レーザラインを選択し、（１）式
に従って、回折格子の効率に基づいて、同調レンジが広
げられることを可能とする。要約すると、高効率回折格
子は同調レンジを広げ、レーザエネルギ損失を低下させ
る。
理論的結論と実験結果は、以前に示された種類の応用
分野に対して必要とされるより高い同調レンジを得るた
めに、単一回折格子だけが通常の放射レーザ空洞ミラー
の代わりに使用されるならば、少なくとも98％の絶対回
折格子効率が提供されることが必要であるということを
示した。このような効率を有する回折格子は、市販され
ていない。この非効率を打破るために本発明によれば、
そのライン選択特性を低下させることなく、回折格子の
効率を増強したミラー回折格子の組合わせが提供され
る。以下に詳細に説明するように、その組合わせによれ
ば、10.6μmCO2ラインに対してピーク出力パワーとして
290mWで、最小出力パワーとして125mWで約±770MHzの同
調レンジが得られた。同調レンジはアクティブレーザ長
によって制限される。放電が消える点にまでミラー間の
距離を短くすることにより、僅かに大きい同調レンジが
可能となる。
分野に対して必要とされるより高い同調レンジを得るた
めに、単一回折格子だけが通常の放射レーザ空洞ミラー
の代わりに使用されるならば、少なくとも98％の絶対回
折格子効率が提供されることが必要であるということを
示した。このような効率を有する回折格子は、市販され
ていない。この非効率を打破るために本発明によれば、
そのライン選択特性を低下させることなく、回折格子の
効率を増強したミラー回折格子の組合わせが提供され
る。以下に詳細に説明するように、その組合わせによれ
ば、10.6μmCO2ラインに対してピーク出力パワーとして
290mWで、最小出力パワーとして125mWで約±770MHzの同
調レンジが得られた。同調レンジはアクティブレーザ長
によって制限される。放電が消える点にまでミラー間の
距離を短くすることにより、僅かに大きい同調レンジが
可能となる。
しかしながら、レーザ効率はミラー間距離が短くなる
と低下し、同調レンジは適当なミラー反射率を選択する
ことにより望ましく設定される。特に（１）式は、同調
レンジを増加させるために、r1とr2の積が増加されなけ
ればならないということを示す。従来技術は圧力が増加
されると同調レンジが増加されるということを示す（Δ
Ｖは全体の圧力に比例するので、（２）式はこれを確認
する）が、ある圧力を越えて圧力を増加させるとgoが減
少するので、これは実際的ではない。その解決法は、r1
が普通高いので、回折格子の有効反射率r2を増加させる
ことである。
と低下し、同調レンジは適当なミラー反射率を選択する
ことにより望ましく設定される。特に（１）式は、同調
レンジを増加させるために、r1とr2の積が増加されなけ
ればならないということを示す。従来技術は圧力が増加
されると同調レンジが増加されるということを示す（Δ
Ｖは全体の圧力に比例するので、（２）式はこれを確認
する）が、ある圧力を越えて圧力を増加させるとgoが減
少するので、これは実際的ではない。その解決法は、r1
が普通高いので、回折格子の有効反射率r2を増加させる
ことである。
本発明によれば、レーザ10の回折格子端の増強された
反射率は回折格子28の隣に反射率r3を有する一部反射ミ
ラー14を加えることにより達成される。このミラー回折
格子の組合わせの最大有効反射率r2（eff）は、ミラー1
4だけの、あるいは回折格子28だけの反射率より高い。
レーザ10の出力は図示されるようにミラー13から取出さ
れる。±750MHzより大きい同調レンジのために必要な反
射率はr1とr2（eff）の積が0.97のとき達成されること
が判明した。このようにして、r1＝0.99ならば、r2（ef
f）は0.98でなければならない。
反射率は回折格子28の隣に反射率r3を有する一部反射ミ
ラー14を加えることにより達成される。このミラー回折
格子の組合わせの最大有効反射率r2（eff）は、ミラー1
4だけの、あるいは回折格子28だけの反射率より高い。
レーザ10の出力は図示されるようにミラー13から取出さ
れる。±750MHzより大きい同調レンジのために必要な反
射率はr1とr2（eff）の積が0.97のとき達成されること
が判明した。このようにして、r1＝0.99ならば、r2（ef
f）は0.98でなければならない。
ミラー14に普通入射されるビームと第２図に示される
リトロー構成の回折格子に関してミラー回折格子の組合
わせにおける有効反射率r2（eff）は、次式によって与
えられる、 ここで、δ（ラジアン）は（4nh/λ）であり、r3はミラ
ー14の反射率であり、r2は選択されたCO2ラインに対す
る回折格子28の反射率である。ｔは媒体の放射であり、
１−LDに等しく、LDは回折損失である。λは入射ビーム
の波長であり、ｈはミラー14と回折格子28の中点との間
の距離であり、ｎは屈折率であり、空気で満たされたレ
ーザ空洞に対してはｎ＝１である。
リトロー構成の回折格子に関してミラー回折格子の組合
わせにおける有効反射率r2（eff）は、次式によって与
えられる、 ここで、δ（ラジアン）は（4nh/λ）であり、r3はミラ
ー14の反射率であり、r2は選択されたCO2ラインに対す
る回折格子28の反射率である。ｔは媒体の放射であり、
１−LDに等しく、LDは回折損失である。λは入射ビーム
の波長であり、ｈはミラー14と回折格子28の中点との間
の距離であり、ｎは屈折率であり、空気で満たされたレ
ーザ空洞に対してはｎ＝１である。
例として、r3＝92％、r2＝96％（回折格子28の実現可
能な反射率である）、およびLD＝12％ならば、98％かそ
れ以上の反射率がδの±２ラジアンの変位に渡って維持
されることができる。10.6μｍのλに対して、ｈはhoと
して指定される平均ｈについて、±1.6X10-4cmだけ変化
することができる。hoが1cmであるように選択され、イ
ンバー（Inver）鋼がミラー回折格子空洞構造で使用さ
れるならば、±80℃の温度変化が許される。より高い有
効反射率が必要とされるならば、許容される温度範囲は
減少される。しかしながら、ミラー回折格子空洞はま
だ、温度変化に対し比較的低い感度を有する。
能な反射率である）、およびLD＝12％ならば、98％かそ
れ以上の反射率がδの±２ラジアンの変位に渡って維持
されることができる。10.6μｍのλに対して、ｈはhoと
して指定される平均ｈについて、±1.6X10-4cmだけ変化
することができる。hoが1cmであるように選択され、イ
ンバー（Inver）鋼がミラー回折格子空洞構造で使用さ
れるならば、±80℃の温度変化が許される。より高い有
効反射率が必要とされるならば、許容される温度範囲は
減少される。しかしながら、ミラー回折格子空洞はま
だ、温度変化に対し比較的低い感度を有する。
本発明で使用される回折格子28（スケールは示され
ず）の斜視図が第４図に示される。三角形をしたプリズ
ムの傾斜面30の刻線の数は、普通約150溝/mmであり、回
折格子の全体のサイズは1/4インチx1/4インチである。
角度θは次式で与えられる、 sin θ＝λ（2a） （４） ここでａ＝1/150mmである。長方形の回折格子が利用さ
れることができるが、図示される傾斜面を有するプリズ
ム28はレーザ空洞に容易に取付けることができる。角θ
は回折格子が選択されたレーザラインを提供することが
できるように選択される。第２図は、本発明による３ミ
ラー導波管RF励起ローカル発振器レーザ10の詳細な図で
ある。その図はレーザ構造を示すために一部が切出され
ている。RFマッチングネットワーク40は、図示されるよ
うに、ポート42に導入されるRFエネルギパワーをレーザ
10に結合する。水冷アルミニウムブロック44がレーザ10
のヒートシンクとして提供される。レーザ10は４つの磨
かれたBeOセラミックスラブ48から製造され、それらの
長さは約9.5cmであり、正方形、長方形、あるいは円筒
形の放電管を形成するように一緒に結合される。レーザ
導波管は、9.5cmx1.5mmの正方形の放電管から構成され
ることが望ましい。銅ガスケット真空フランジ50が外部
ボア材51上にフィットするように製作され、正方形の放
電管11はその中に支持される。真空引きとガス（CO2と
ヘリウム）の充填は、フランジ50のうちの１つのフィー
ドスルーによってなされる。出力結合ミラー13は、バイ
モルフ22を介してフランジ53と結合されることによりレ
ーザ空洞12の隣に支持される。バイモルフ22は、互いに
反対の極性を有するように１つに結合された２つの圧電
ディスクから構成される。バイモルフ22を横切るように
電圧を印加すると、僅かな歪みが生じ、レーザ軸に沿っ
て線形な移動を生じる。
ず）の斜視図が第４図に示される。三角形をしたプリズ
ムの傾斜面30の刻線の数は、普通約150溝/mmであり、回
折格子の全体のサイズは1/4インチx1/4インチである。
角度θは次式で与えられる、 sin θ＝λ（2a） （４） ここでａ＝1/150mmである。長方形の回折格子が利用さ
れることができるが、図示される傾斜面を有するプリズ
ム28はレーザ空洞に容易に取付けることができる。角θ
は回折格子が選択されたレーザラインを提供することが
できるように選択される。第２図は、本発明による３ミ
ラー導波管RF励起ローカル発振器レーザ10の詳細な図で
ある。その図はレーザ構造を示すために一部が切出され
ている。RFマッチングネットワーク40は、図示されるよ
うに、ポート42に導入されるRFエネルギパワーをレーザ
10に結合する。水冷アルミニウムブロック44がレーザ10
のヒートシンクとして提供される。レーザ10は４つの磨
かれたBeOセラミックスラブ48から製造され、それらの
長さは約9.5cmであり、正方形、長方形、あるいは円筒
形の放電管を形成するように一緒に結合される。レーザ
導波管は、9.5cmx1.5mmの正方形の放電管から構成され
ることが望ましい。銅ガスケット真空フランジ50が外部
ボア材51上にフィットするように製作され、正方形の放
電管11はその中に支持される。真空引きとガス（CO2と
ヘリウム）の充填は、フランジ50のうちの１つのフィー
ドスルーによってなされる。出力結合ミラー13は、バイ
モルフ22を介してフランジ53と結合されることによりレ
ーザ空洞12の隣に支持される。バイモルフ22は、互いに
反対の極性を有するように１つに結合された２つの圧電
ディスクから構成される。バイモルフ22を横切るように
電圧を印加すると、僅かな歪みが生じ、レーザ軸に沿っ
て線形な移動を生じる。
一部反射ミラー14は、導波管空洞の反対側の端にミラ
ーアッセンブリ54によって取付けられる。結合フランジ
55は、ミラー14から予め決められた距離ｈのところに回
折格子28を位置決めして支持する。ネジ57は必要により
この距離を調製するために提供される。複数のアライメ
ントネジ58はミラー13と14と回折格子28を適当にアライ
メントするために提供される。
ーアッセンブリ54によって取付けられる。結合フランジ
55は、ミラー14から予め決められた距離ｈのところに回
折格子28を位置決めして支持する。ネジ57は必要により
この距離を調製するために提供される。複数のアライメ
ントネジ58はミラー13と14と回折格子28を適当にアライ
メントするために提供される。
第３図は第２図を３−３に沿って切出したときの断面
図を示し、アルミニウムヒートシンク44、金属グランド
支持構造20、RF電極18、BeO導波管ボア部48、および酸
化アルミニウムのカバー49が示される。第２図に示され
る実施例において、ミラー13は98％反射器であり、回折
格子28は10.6μｍのラインにおいて96％の反射率を有
し、ミラー14は99％の反射率を有する。
図を示し、アルミニウムヒートシンク44、金属グランド
支持構造20、RF電極18、BeO導波管ボア部48、および酸
化アルミニウムのカバー49が示される。第２図に示され
る実施例において、ミラー13は98％反射器であり、回折
格子28は10.6μｍのラインにおいて96％の反射率を有
し、ミラー14は99％の反射率を有する。
第２図に示される３ミラー空洞を有するレーザは、ピ
ーク出力パワー290mWで、最小パワー125mWのとき10.6μ
ｍに関して±770MHzの同調レンジを提供する。これは、
全体の圧力が450Torrで、He:CO2＝13:1で、145MHzの35
ワットの入力RFパワーのとき生じる。最大最少出力パワ
ーは異なるが、CO2レーザの最大同調レンジは、異なるH
e:CO2圧力比において得られることができるということ
が判明した。最適出力パワーはHe:CO2圧力比が12:1のと
き生じる（これらの測定は全体の圧力が450−460Torrで
なされる）。
ーク出力パワー290mWで、最小パワー125mWのとき10.6μ
ｍに関して±770MHzの同調レンジを提供する。これは、
全体の圧力が450Torrで、He:CO2＝13:1で、145MHzの35
ワットの入力RFパワーのとき生じる。最大最少出力パワ
ーは異なるが、CO2レーザの最大同調レンジは、異なるH
e:CO2圧力比において得られることができるということ
が判明した。最適出力パワーはHe:CO2圧力比が12:1のと
き生じる（これらの測定は全体の圧力が450−460Torrで
なされる）。
He:CO2圧力比は、普通11:1から13:1の範囲で変化し、
レーザ空洞内のガスの全体の圧力は約450から500Torrの
範囲で変化する。レーザに加えられるRFパワーは約20ワ
ットから40ワットの間で変化し、約100から150MHzのRF
周波数において、導波管は±700から±770MHzの範囲で
変化する。
レーザ空洞内のガスの全体の圧力は約450から500Torrの
範囲で変化する。レーザに加えられるRFパワーは約20ワ
ットから40ワットの間で変化し、約100から150MHzのRF
周波数において、導波管は±700から±770MHzの範囲で
変化する。
このように、本発明は、選択されたレーザラインに関
して同調レンジを拡張するために、レーザで使用される
回折格子の有効反射率を最大にするための技術を提供す
る。現在の応用分野は商業的に提供されることができな
い回折格子の効率を必要とする。本発明は、前述の要求
を満たすために十分高い有効回折格子効率を提供するこ
とにより、この問題を解決し、それは、また商業的にな
りたつ。
して同調レンジを拡張するために、レーザで使用される
回折格子の有効反射率を最大にするための技術を提供す
る。現在の応用分野は商業的に提供されることができな
い回折格子の効率を必要とする。本発明は、前述の要求
を満たすために十分高い有効回折格子効率を提供するこ
とにより、この問題を解決し、それは、また商業的にな
りたつ。
以上述べた技術はRF励起CO2レーザで利用されるが、
その原理は、DC励起CO2レーザ、およびCO2以外のアクテ
ィブ媒体を使用する他のレーザにも適用することができ
る。
その原理は、DC励起CO2レーザ、およびCO2以外のアクテ
ィブ媒体を使用する他のレーザにも適用することができ
る。
本発明は、実施例を参照して説明されたが、当該技術
分野の熟練者は、本発明の精神と範囲からはなれること
なく、種々の変形を行なうことができるということは明
らかである。また、本発明の必須の要件からはなれるこ
となく、ある状況に本発明を適用するための改造がなさ
れることができる。
分野の熟練者は、本発明の精神と範囲からはなれること
なく、種々の変形を行なうことができるということは明
らかである。また、本発明の必須の要件からはなれるこ
となく、ある状況に本発明を適用するための改造がなさ
れることができる。
Claims (23)
- 【請求項１】選択された周波数ラインに関して予め決め
られたレンジ内の周波数を有する出力ビームを発生する
レーザにおいて、 レーザ空洞を定義する第１と第２の一部反射材と、ここ
で、前記第２の反射材は反射ミラーと回折格子材との組
み合わせからなる１の周波数ラインを選択する素子であ
り、前記回折格子材は前記反射ミラーから予め決められ
た距離に保持され、 前記レーザ空洞内に含まれる第１と第２のガス媒体と、
および 前記第１のガス媒体を励起するための手段とを具備し、 前記出力レーザビームは前記第１の反射材を通って発生
されることを特徴とするレーザ。 - 【請求項２】前記予め決められた周波数レンジが変えら
れるように、前記第１と第２の反射材の間の距離を変え
るための手段をさらに有することを特徴とする請求の範
囲第１項に記載のレーザ。 - 【請求項３】前記第１のガス媒体はCO2を有することを
特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ。 - 【請求項４】前記第２のガス媒体はヘリウムを有するこ
とを特徴とする請求の範囲第１項に記載のレーザ。 - 【請求項５】前記レーザ空洞内のヘリウムとCO2の比
は、約 11:1から約13:1の範囲であることを特徴とする請求の範
囲第４項に記載のレーザ。 - 【請求項６】前記レーザ空洞内の前記第１と第２のガス
媒体の全体の圧力は、約450から約460Torrの範囲である
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のレーザ。 - 【請求項７】前記第１のガス媒体はRF入力パワーによっ
て励起されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載
のレーザ。 - 【請求項８】前記RF入力パワーは、約20ワットから約40
ワットの範囲であり、約100MHzから約150MHzの周波数範
囲であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載のレ
ーザ。 - 【請求項９】前記第２の反射ミラーと前記回折格子材の
組合わせの有効反射率は、前記回折格子材単独のときの
反射率より大きいことを特徴とする請求の範囲第７項に
記載のレーザ。 - 【請求項１０】第２の一部反射ミラーからはなれた第１
の一部反射ミラーによって定義されるレーザ空洞と、こ
こで、前記レーザ空洞は第１と第２のガス媒体を含み、 前記レーザ空洞の外側に置かれ、前記第２の反射ミラー
と組み合わせて前記第２の反射ミラーから予め決められ
た距離だけ離されて保持された回折格子材と、ここで前
記反射ミラーと回折格子材との組み合わせは１のライン
周波数を選択する素子を構成し、前記回折格子材は、前
記第１と第２の反射ミラーの間の固定された距離に対し
て、前記レーザ光出力に、選択されたライン周波数に関
して予め決められたレンジの周波数を持たせるように機
能し、および 前記レーザに前記第１の反射ミラーを通してレーザ光出
力を発生させるようにRFエネルギで前記レーザ空洞を励
起させるための手段と、 を具備することを特徴とする高圧RF励起CO2導波管レー
ザ。 - 【請求項１１】前記予め決められた周波数レンジから前
記レーザ光出力の周波数を変えるために、前記第１と第
２の反射ミラーの間の距離を変えるための手段をさらに
有することを特徴とする請求の範囲第10項に記載のレー
ザ。 - 【請求項１２】前記回折格子材は、その傾斜表面に複数
の溝が形成されたプリズムを有することを特徴とする請
求の範囲第11項に記載のレーザ。 - 【請求項１３】前記第１のガス媒体はCO2を有すること
を特徴とする請求の範囲第12項に記載のレーザ。 - 【請求項１４】前記第２のガス媒体はヘリウムを有する
ことを特徴とする請求の範囲第13項に記載のレーザ。 - 【請求項１５】前記レーザ空洞内のヘリウムとCO2の比
は、約 11:1から約13:1の範囲であることを特徴とする請求の範
囲第14項に記載のレーザ。 - 【請求項１６】前記レーザ空洞内の前記第１と第２のガ
ス媒体の全体の圧力は、約450Torrから約460Torrの範囲
であることを特徴とする請求の範囲第15項に記載のレー
ザ。 - 【請求項１７】前記RFパワーは、約20ワットから約40ワ
ットの範囲であり、約100MHzから約150MHzの周波数範囲
であることを特徴とする請求の範囲第11項に記載のレー
ザ。 - 【請求項１８】前記反射ミラーと前記回折格子材の組合
わせの有効反射率は、前記回折格子材単独のときの反射
率より大きいことを特徴とする請求の範囲第10項に記載
のレーザ。 - 【請求項１９】前記予め決められた同調レンジは少なく
とも±750MHzに等しいことを特徴とする請求の範囲第10
項に記載のレーザ。 - 【請求項２０】前記選択されたラインの周波数は、10.6
μｍの波長に対応することを特徴とする請求の範囲第19
項に記載のレーザ。 - 【請求項２１】前記回折格子材は、ライン選択のために
リトロー（Littrow）構成で使用される回折格子を有す
ることを特徴とする請求の範囲第10項に記載のレーザ。 - 【請求項２２】前記レーザは、４つの細長いセラミック
材から作られる四角形の放電管を有することを特徴とす
る請求の範囲第10項に記載のレーザ。 - 【請求項２３】前記セラミック材は、BeOを有すること
を特徴とする請求の範囲第22項に記載のレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US786371 | 1985-10-10 | ||
| US06/786,371 US4677635A (en) | 1985-10-10 | 1985-10-10 | RF-excited CO2 waveguide laser with extended tuning range |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63501047A JPS63501047A (ja) | 1988-04-14 |
| JP2556497B2 true JP2556497B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=25138391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61505587A Expired - Lifetime JP2556497B2 (ja) | 1985-10-10 | 1986-09-29 | 拡張された同調レンジを有するｒｆ励起ｃｏ▲下２▼導波管レ−ザ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4677635A (ja) |
| EP (1) | EP0242393B1 (ja) |
| JP (1) | JP2556497B2 (ja) |
| ES (1) | ES2003133A6 (ja) |
| IL (1) | IL80086A (ja) |
| TR (1) | TR23479A (ja) |
| WO (1) | WO1987002520A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6636545B2 (en) * | 1996-09-26 | 2003-10-21 | Alexander V. Krasnov | Supersonic and subsonic laser with radio frequency excitation |
| DE19636517B4 (de) * | 1996-09-09 | 2008-04-30 | BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH | Optische Flachkanalresonatoren mit räumlich inhomogen reflektierenden Littrow-Gittern, insbesondere für linienabstimmbare Bandleiterlaser |
| US20070280304A1 (en) * | 2006-06-05 | 2007-12-06 | Jochen Deile | Hollow Core Fiber Laser |
| CA2769448C (en) * | 2009-07-30 | 2017-10-24 | Nathan Paul Monty | Dental laser system using midrange gas pressure |
| JP5710935B2 (ja) * | 2010-10-26 | 2015-04-30 | ソニー株式会社 | 半導体光増幅器組立体 |
| CN105846289B (zh) * | 2016-05-13 | 2019-06-28 | 清华大学深圳研究生院 | 一种射频co2激光器及其非稳-波导混合腔 |
| US11095088B1 (en) | 2018-02-21 | 2021-08-17 | Zoyka Llc | Multi-pass coaxial molecular gas laser |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4122412A (en) * | 1977-04-18 | 1978-10-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Magneto-optically tuned lasers |
| FR2398318A1 (fr) * | 1977-07-21 | 1979-02-16 | Quantel Sa | Element de filtrage optique et dispositif d'affinement spectral en comportant application |
| US4438514A (en) * | 1982-02-16 | 1984-03-20 | United Technologies Corporation | Sure-start waveguide laser |
| US4601036A (en) * | 1982-09-30 | 1986-07-15 | Honeywell Inc. | Rapidly tunable laser |
| US4596018A (en) * | 1983-10-07 | 1986-06-17 | Minnesota Laser Corp. | External electrode transverse high frequency gas discharge laser |
-
1985
- 1985-10-10 US US06/786,371 patent/US4677635A/en not_active Expired - Lifetime
-
1986
- 1986-09-19 IL IL80086A patent/IL80086A/xx not_active IP Right Cessation
- 1986-09-29 JP JP61505587A patent/JP2556497B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-29 WO PCT/US1986/002026 patent/WO1987002520A1/en active IP Right Grant
- 1986-09-29 EP EP86906526A patent/EP0242393B1/en not_active Expired
- 1986-10-08 ES ES8602473A patent/ES2003133A6/es not_active Expired
- 1986-10-08 TR TR553/86A patent/TR23479A/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0242393B1 (en) | 1991-03-20 |
| IL80086A0 (en) | 1986-12-31 |
| JPS63501047A (ja) | 1988-04-14 |
| US4677635A (en) | 1987-06-30 |
| IL80086A (en) | 1990-07-26 |
| TR23479A (tr) | 1990-01-23 |
| WO1987002520A1 (en) | 1987-04-23 |
| EP0242393A1 (en) | 1987-10-28 |
| ES2003133A6 (es) | 1988-10-16 |
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