JP2700822B2 - Gas laser device - Google Patents

Gas laser device

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JP2700822B2
JP2700822B2 JP20697989A JP20697989A JP2700822B2 JP 2700822 B2 JP2700822 B2 JP 2700822B2 JP 20697989 A JP20697989 A JP 20697989A JP 20697989 A JP20697989 A JP 20697989A JP 2700822 B2 JP2700822 B2 JP 2700822B2
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憲治 吉沢
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/0315Waveguide lasers

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、レーザ気体の励起が行なわれる放電空間
が、偏平なスラブ状をしている気体レーザ装置に関し、
特にそのレーザ共振器の安定性の向上に関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas laser device in which a discharge space for exciting a laser gas has a flat slab shape.
In particular, it relates to improvement of the stability of the laser resonator.

[従来の技術] 第5図は特開昭63−192285号公報に示された従来の気
体レーザ装置の概略断面図、第6図はこのレーザ装置の
共振器の構成を示す概略平面図である。図において,
(11)は72MHz高周波発生器、(21)は電力整合回路、
(22)は高周波ケーブル、(23)は絶縁フィードスル
ー、(71),(72)は電極、(73),(74)は電極の表
面で光学反射面に研摩してある。(75)は放電用隙間、
(76),(77)は電極(71),(77)を絶縁するスペー
サ、(78)はU字形をした基部で、電極(71),(72)
とスペーサ(76),(77)よりなる組立体が基部(78)
上に取付けられ、U字形の基部(78)は蓋(79)により
閉じられ、セラミック絶縁材(80)が蓋(79)と電極
(71)との間に配設されている。また、レーザ共振器は
第6図に示すように、凹球面の全反射鏡(52)と凸球面
の全反射鏡(53)とから構成されている。
[Prior Art] FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional gas laser device disclosed in JP-A-63-192285, and FIG. 6 is a schematic plan view showing a configuration of a resonator of the laser device. . In the figure,
(11) is a 72MHz high frequency generator, (21) is a power matching circuit,
(22) is a high-frequency cable, (23) is an insulated feedthrough, (71) and (72) are electrodes, and (73) and (74) are electrode surfaces polished to an optical reflection surface. (75) is the discharge gap,
(76) and (77) are spacers that insulate the electrodes (71) and (77), and (78) is a U-shaped base, and the electrodes (71) and (72)
The base (78) is an assembly consisting of a spacer (76) and (77)
Mounted on top, the U-shaped base (78) is closed by a lid (79) and a ceramic insulator (80) is disposed between the lid (79) and the electrode (71). In addition, as shown in FIG. 6, the laser resonator is constituted by a concave spherical total reflection mirror (52) and a convex spherical total reflection mirror (53).

上記のように構成された従来の気体レーザ装置におい
ては、高周波発生器(11)により発生された高周波は電
力整合器(21)を介して、ケーブル(22)を通って電極
(71),(72)間に印加される。電極(71),(72)間
の放電用隙間(75)にはレーザ気体が充填されており、
電極(71),(72)間に印加された高周波によりレーザ
気体が放電励起される。このように、反射鏡(52)と
(53)とで構成されるレーザ共振器内に、励起されたレ
ーザ気体が存在するため、レーザ発振が行なわれる。こ
のとき、電極(71),(72)間を2mmにし、電極(7
1),(72)の縁と凸面鏡(53)の縁との間の距離を2mm
とすることにより一辺が、約2mmの方形ビームが得られ
る。このビームはレーザ共振器から一定距離離れるとガ
ウス型円形ビームとなる。
In the conventional gas laser device configured as described above, the high frequency generated by the high frequency generator (11) passes through the cable (22) via the power matching unit (21) and the electrodes (71), ( 72) applied during The discharge gap (75) between the electrodes (71) and (72) is filled with laser gas.
The laser gas is discharge-excited by the high frequency applied between the electrodes (71) and (72). As described above, since the excited laser gas is present in the laser resonator constituted by the reflecting mirrors (52) and (53), laser oscillation is performed. At this time, the distance between the electrodes (71) and (72) was set to 2 mm, and the electrodes (7
The distance between the edge of 1) and (72) and the edge of the convex mirror (53) is 2mm
As a result, a square beam having a side of about 2 mm can be obtained. This beam becomes a Gaussian circular beam at a certain distance from the laser resonator.

[発明が解決しようとする課題] 上記のような従来の気体レーザ装置では、レーザ共振
器が凹面鏡と凸面鏡の組み合わせの、いわゆる正ブラン
チ不安定型共振器となっているため、反射鏡の傾きに非
常に敏感で、反射鏡の傾きの調整が行ない難く、しかも
温度による変形等で調整が狂い易いため、共振器の安定
性の確保が難しいといった問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional gas laser device as described above, the laser resonator is a so-called positive branch unstable type resonator, which is a combination of a concave mirror and a convex mirror. In addition, it is difficult to adjust the inclination of the reflecting mirror, and it is difficult to adjust the inclination due to deformation due to temperature, so that it is difficult to secure the stability of the resonator.

この発明は、かかる問題点を解決するためになされた
もので、反射鏡の傾きに鈍感で、反射鏡の傾きの調整が
容易で、安定性の良い気体レーザ装置を得ることを目的
とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a gas laser device which is insensitive to the inclination of a reflecting mirror, can easily adjust the inclination of the reflecting mirror, and has good stability.

[課題を解決するための手段] この発明に係る気体レーザ装置は、放電空間を、レー
ザ光軸方向に垂直な断面の縦と横の寸法が異なる偏平な
スラブ状に形成し、この放電空間の両端に夫々レーザ共
振器ミラーを配置すると共に少なくとも一方のミラーは
一方向に第1の曲率の反射面と、これと直交する方向に
は第2の曲率の反射面とを持った非対称凹面鏡として、
放電空間断面における寸法の長い方の1次元については
第1の曲率の反射面を作用させて負ブランチの不安定型
共振器を構成し、放電空間断面における寸法の短い方の
1次元については第2の曲率の反射面を作用させて光導
波路共振器を構成し、さらに、放電空間断面における寸
法の長い方の一端部からレーザビームを取り出すもので
ある。
[Means for Solving the Problems] In a gas laser device according to the present invention, a discharge space is formed in a flat slab shape having different vertical and horizontal dimensions of a cross section perpendicular to a laser optical axis direction. A laser resonator mirror is disposed at each end, and at least one of the mirrors is an asymmetric concave mirror having a reflecting surface having a first curvature in one direction and a reflecting surface having a second curvature in a direction perpendicular to the mirror.
For the one dimension having a longer dimension in the cross section of the discharge space, a reflecting surface having a first curvature is applied to form an unstable resonator having a negative branch, and for the one dimension having a shorter dimension in the cross section of the discharge space, the second dimension is used. An optical waveguide resonator is formed by acting a reflecting surface having the following curvature, and a laser beam is extracted from one end having a longer dimension in the cross section of the discharge space.

[作用] この発明においては、放電空間断面における寸法の長
い方の1次元については、第1の曲率の反射面を作用さ
せて負ブランチの不安定型共振器を構成し、放電空間断
面における寸法の短い方の1次元については第2の曲率
の反射面を作用させて光導波路共振器を構成しているか
ら、共振器内に焦点はあるが、光が集中するのは一点で
なく一線となり、通常の円筒軸対称の共振器を負ブラン
チとした場合に比し光の集中の割合が大きく低減され、
光学損傷等光の集中による問題が生じることなく、しか
も負ブランチの不安定型共振器の反射鏡の傾きに鈍感で
ある特長が最大限に発揮される。さらに、光導波路共振
器側についても良質のビームモードが得られる。
[Operation] In the present invention, in the one dimension having a longer dimension in the cross section of the discharge space, an unstable type resonator having a negative branch is formed by acting a reflecting surface having a first curvature, and the dimension of the dimension in the cross section of the discharge space is reduced. For the shorter one dimension, the optical waveguide resonator is formed by applying the reflecting surface of the second curvature, so that the resonator has a focal point, but the light concentrates not at one point but at one line, The ratio of light concentration is greatly reduced as compared with the case where a normal cylindrical axisymmetric resonator is used as a negative branch,
The feature of being free from problems due to concentration of light such as optical damage and being insensitive to the inclination of the reflecting mirror of the unstable resonator of the negative branch is maximized. Further, a high-quality beam mode can be obtained also on the optical waveguide resonator side.

[実施例] 第1図(a)はこの発明の一実施例における共振器を
示す斜視図、第1図(b)は第1図(a)に示す共振器
の不安定型共振器側の概要を示す平面図、第1図(c)
は第1図(a)に示す共振器の光導波路共振器側の概要
を示す側面図である。
Embodiment FIG. 1 (a) is a perspective view showing a resonator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is an outline of the resonator shown in FIG. 1 (a) on the unstable type resonator side. FIG. 1 (c)
FIG. 3 is a side view showing an outline of the optical waveguide resonator side of the resonator shown in FIG.

第1図(a),(b)及び(c)において、(50)は
全反射ミラーである。この全反射ミラー(50)は不安定
型共振器に最適な第1の曲率の反射面と光導波路共振器
に最適な第2の曲率の反射面とを持った非対称凹面鏡
で、この実施例ではトロイダルミラーである。(51)は
出口全反射ミラーである。この出口全反射ミラー(51)
もミラー(50)と同様の第1の曲率の反射面と第2の曲
率の反射面とを持った非対称凹面鏡で、この実施例では
シリンドリカルミラーである。なお、上記の第1の曲率
と第2の曲率は互いに直交する方向における曲率であ
る。また、上記のような第1の曲率と第2の曲率の反射
面を持った凹面鏡をこの明細書では非対称凹面鏡と称す
ることにする。
1 (a), 1 (b) and 1 (c), reference numeral 50 denotes a total reflection mirror. The total reflection mirror (50) is an asymmetric concave mirror having a reflection surface having a first curvature optimum for an unstable resonator and a reflection surface having a second curvature optimum for an optical waveguide resonator. In this embodiment, a toroidal mirror is used. It is a mirror. (51) is an exit total reflection mirror. This exit total reflection mirror (51)
This is also an asymmetric concave mirror having a reflection surface of the first curvature and a reflection surface of the second curvature similar to the mirror (50). In this embodiment, it is a cylindrical mirror. The first curvature and the second curvature are curvatures in directions orthogonal to each other. In addition, a concave mirror having a reflection surface having the first curvature and the second curvature as described above will be referred to as an asymmetric concave mirror in this specification.

(67)は放電空間で、第5図における電極(71),
(72)の表面で囲まれた放電用隙間(75)に相当する空
間である。この放電空間(67)は、レーザ光軸方向に垂
直な断面の縦と横の寸法(A及びB)が異なる偏平なス
ラブ状に形成されており、寸法Bはレーザ波長に対し光
導波路の寸法としてある。なお、放電空間(67)の図示
は簡略化して輪郭のみ示してある。この放電空間(67)
に対し、ミラー(50),(51)は第1図(a)に示す平
面図で見たとき、A方向の1次元に光を拡大するよう
に、第1の曲率の反射面同士を対向させて配置し、第1
図(b)に示すように第1図(a)と直交する方向から
見たとき、第2の曲率の反射面同士を対向させて配置し
てある。
(67) is a discharge space, and the electrodes (71),
This is a space corresponding to the discharge gap (75) surrounded by the surface of (72). The discharge space (67) is formed in a flat slab shape having different vertical and horizontal dimensions (A and B) in a cross section perpendicular to the laser optical axis direction, and the dimension B is the dimension of the optical waveguide with respect to the laser wavelength. There is. The illustration of the discharge space (67) is simplified and only the outline is shown. This discharge space (67)
On the other hand, the mirrors (50) and (51) face the reflecting surfaces of the first curvature so as to expand the light one-dimensionally in the direction A when viewed in the plan view shown in FIG. And place the first
As shown in FIG. 1B, when viewed from a direction orthogonal to FIG. 1A, the reflecting surfaces of the second curvature are arranged to face each other.

以上のように構成された共振器は、放電空間断面にお
ける寸法の長い方の1次元については、つまり図示のA
方向についてはミラー(50)及び(51)の第1の曲率の
反射面を組み合わせた負ブランチの不定定型共振器とな
っており、放電空間断面における寸法の短い方の1次元
については、つまり図示のB方向については、第2の曲
率の反射面による光導波路共振器になっている。
In the resonator configured as described above, one dimension having a longer dimension in the cross section of the discharge space, that is, A
As for the direction, it is an indefinite type resonator having a negative branch in which the reflecting surfaces of the first curvatures of the mirrors (50) and (51) are combined. In the B direction, the optical waveguide resonator is formed by the reflecting surface having the second curvature.

ところで、ミラー(50),(51)を不安定型共振器に
適した曲率を持った球面の凹面鏡を用いた場合、光導波
路共振器側については光導波路共振器に適した曲率にな
っていないため、光導波路の高次モードが励振され強い
サイドロブが発生する恐れがあり、いわゆる最低次のシ
ングルモードになり難いのに対し、この共振器は、B方
向については曲率を変えて、放電空間断面における寸法
の短い方の一次元について、光導波路モードのうち最低
次のシングルモードが効率良く励振される曲率にするた
め、高次の光導波路モードが励振され難く円形の良質な
モードでレーザ発振させることができる。
By the way, when a spherical concave mirror having a curvature suitable for an unstable resonator is used for the mirrors (50) and (51), the curvature on the optical waveguide resonator side is not suitable for the optical waveguide resonator. However, there is a possibility that a high-order mode of the optical waveguide is excited and a strong side lobe is generated, and it is difficult to form a so-called lowest-order single mode. On the other hand, this resonator changes the curvature in the B direction, and In order to achieve a curvature that efficiently excites the lowest single mode among the optical waveguide modes in the shorter dimension, laser oscillation should be performed in a circular high-quality mode in which higher-order optical waveguide modes are not easily excited. Can be.

さらに、負ブランチの不安定型共振器は、放電空間断
面の寸法が長い方の一端部(671)からのみレーザビー
ム(8)を取り出すために、レーザ光軸を放電空間の中
心軸よりずらしてある。即ち、ミラー(50)及び(51)
の少なくとも一方は放電空間の中心軸に対し傾けて配置
してある。また、ミラー(51)にはビーム取り出し部
(511)が設けてある。このレーザビーム取り出し部(5
11)は、この実施例ではミラー(51)の一部を切欠いて
直線状のアパーチャを形成したものである。
Further, in the unstable resonator of the negative branch, the laser optical axis is shifted from the central axis of the discharge space in order to extract the laser beam (8) only from the one end (671) having the longer dimension of the cross section of the discharge space. . That is, mirrors (50) and (51)
At least one of them is arranged to be inclined with respect to the central axis of the discharge space. The mirror (51) is provided with a beam extraction unit (511). This laser beam extraction part (5
In this embodiment, a part of the mirror (51) is cut out to form a linear aperture.

上記実施例では、ミラー(50)にトロイダルミラー、
ミラー(51)にシリンドリカルミラーを用いているが、
両方共トロイダルミラーを用いてもよくまた、一方のみ
をトロイダルミラー又はシリンドリカルミラーとし、も
う一方を球面の凹面鏡とした場合でも、両方とも球面の
凹面鏡を用いたものに比し、光導波路共振器側のモード
を良好なものにすることができる。
In the above embodiment, the mirror (50) is a toroidal mirror,
The mirror (51) uses a cylindrical mirror,
Both may use a toroidal mirror.Also, even when only one is a toroidal mirror or a cylindrical mirror and the other is a spherical concave mirror, both optical mirrors have a lower optical waveguide resonator side than those using a spherical concave mirror. Mode can be improved.

なお、図において、PL0はミラー(51)から取り出さ
れるレーザ光強度分布を示しており、RT1及びRT2はミラ
ー(50)の第1及び第2曲率半径、RP1及びRP2はミラー
(51)の第1及び第2の曲率半径である。また、a及び
bはミラーの有効長さを示している。
In the drawing, P L0 indicates the laser beam intensity distribution extracted from the mirror (51), R T1 and R T2 are the first and second radii of curvature of the mirror (50), and R P1 and R P2 are the mirrors. (51) is the first and second radii of curvature. A and b show the effective length of the mirror.

次に、不安定型共振器の機械的変動、つまりミラーの
傾き(以下、ミスアライメントと記す)に対する感度に
ついて説明する。
Next, the sensitivity of the unstable resonator to mechanical fluctuations, that is, the sensitivity to mirror tilt (hereinafter, referred to as misalignment) will be described.

第2図は正ブランチ不安定型共振器のミスアライメン
ト感度を説明する説明図、第3図は負ブランチ不安定型
共振器のミスアライメント感度を説明する説明図であ
る。第2図及び第3図において、(1)及び(2)はミ
ラーで、第2図では第5図のミラー(52)及びミラー
(53)を示し、第3図では第1図のミラー(50)及びミ
ラー(51)を示している。eはミラー(2)の曲率中
心、fはもともとのミラー(1)の曲率中心、gはずれ
たミラー(1)の曲率中心、θはミラー(1)のずれ
角、φは光軸のずれ角である。なお、光軸は曲率中心を
結んだ線、即ち両方のミラー面に垂直な線で、ミラー
(1)がずれた場合、即ちミラー(1)が傾いた場合▲
▼から▲▼へ変化する。dはずれた光軸を示し
ている。
FIG. 2 is an explanatory view for explaining the misalignment sensitivity of the positive branch unstable type resonator, and FIG. 3 is an explanatory view for explaining the misalignment sensitivity of the negative branch unstable type resonator. 2 and 3, (1) and (2) are mirrors, and FIG. 2 shows the mirror (52) and the mirror (53) of FIG. 5, and FIG. 3 shows the mirror (1) of FIG. 50) and a mirror (51). e is the center of curvature of the mirror (2), f is the center of curvature of the original mirror (1), g is the center of curvature of the mirror (1), θ is the deviation angle of the mirror (1), and φ is the deviation angle of the optical axis. It is. The optical axis is a line connecting the centers of curvature, that is, a line perpendicular to both mirror surfaces. When the mirror (1) is displaced, that is, when the mirror (1) is inclined.
Changes from ▼ to ▲ ▼. d shows an off-axis.

不安定型共振器のミスアライメントに対する感度は、
学会誌(IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,DECEMB
ER 1969,P.579)に記載されているように、下記(1)
〜(3)式で表わされる。
The sensitivity of an unstable resonator to misalignment is
Journal (IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, DECEMB
As described in ER 1969, p.579), the following (1)
To (3).

ここで、mは拡大率で共焦点(Confocal)共振器にお
いてはミラーの曲率比で考えられる。
Here, m is a magnification and can be considered as a curvature ratio of a mirror in a confocal resonator.

R1,R2はミラー(1)及び(2)の曲率半径で、凸曲
率と凹曲率を±符号で区別しているため(5)式は負と
なる。
R 1 and R 2 are the radii of curvature of the mirrors (1) and (2), and the expression (5) is negative because the convex curvature and the concave curvature are distinguished by ± signs.

このmは、幾何(光)学的にはエッジやアパーチャに
よって制限されたミラーの有効長さ(第1図、第6図に
示すa及びb)の比になる。
This m is a ratio of the effective length of the mirror (a and b shown in FIGS. 1 and 6) limited geometrically (optically) by the edge and the aperture.

なお、ミラーの有効長さとはエッジやアパーチャによ
り制限されて、実際に光の当っているミラーの部分であ
る。(軸対称の場合は有効径になる)即ち、拡大率と
は、共振器内における拡大される前のビームの大きさと
拡大後のビームの大きさの比である。
Note that the effective length of the mirror is a portion of the mirror which is limited by edges and apertures and is actually exposed to light. (In the case of axial symmetry, the effective diameter is obtained.) That is, the expansion ratio is the ratio of the size of the beam before expansion to the size of the beam after expansion in the resonator.

第1図に従って試作したCO2レーザの例では、放電空
間長400mm,断面寸法2×20mmであり、適当な出力結合率
10%と出射ビームの対称性が両立するように拡大率mは
1.1程度に設計されている。この場合M22、M
1となる。
In the example of the prototype CO 2 laser according to FIG. 1, the discharge space length is 400 mm, the cross-sectional dimension is 2 × 20 mm, and the appropriate output coupling ratio
Magnification factor m is set so that 10% and symmetry of output beam are compatible.
Designed around 1.1. In this case M + 22, M -
It becomes 1.

従って、負ブランチのミスアライメント感度は正ブラ
ンチのミスアライメント感度の1/22となる。即ち、ミラ
ーが傾いたことによる光軸のずれは負ブランチの方がは
るかに少い。従って、共振器の安定性が向上する。
Therefore, the misalignment sensitivity of the negative branch is 1/22 of the misalignment sensitivity of the positive branch. That is, the deviation of the optical axis due to the tilt of the mirror is much smaller in the negative branch. Therefore, the stability of the resonator is improved.

なお、この発明では、拡大率mは不安定側(断面寸法
Aの方)のみで定義され、光導波路側(断面寸法Bの
方)については関係がない。
In the present invention, the enlargement factor m is defined only on the unstable side (cross section dimension A), and has no relation on the optical waveguide side (cross section dimension B).

所で、負ブランチの不安定型共振器は、共振器内に焦
点があり、通常の円筒軸対称の共振器に用いると共振器
内に光が集中する一点が生じ光学損傷等の問題があるた
め、一般にはほとんど用いられていない。これに対し、
この発明は放電空間断面における寸法の短い方の1次元
は光導波路共振器を構成した通常の円筒軸対称でない共
振器において、負ブランチの不安定型共振器を適用した
ものである。このため、共振器内に焦点があるが、光が
集中するのは一点でなく一線(第1図(b)及び(c)
におけるL)となり、通常の円筒軸対称の共振器に適用
した場合に比し光の集中の割合が大きく低減され、光学
損傷等の光の集中による問題が生じることなく、しかも
負ブランチの不安定型の反射鏡の傾きに鈍感である特長
を最大限に発揮できるものとなる。
By the way, the unstable type of the negative branch resonator has a focal point in the resonator, and if it is used for a normal cylindrical axis symmetric resonator, a point where light is concentrated in the resonator occurs and there is a problem such as optical damage. , And are rarely used in general. In contrast,
In the present invention, the one-dimensional one having the shorter dimension in the cross section of the discharge space is an ordinary resonator which is not cylindrically symmetric with respect to the cylindrical axis and constitutes an optical waveguide resonator, to which an unstable resonator having a negative branch is applied. For this reason, although the focal point exists in the resonator, the light is concentrated not at one point but at one line (FIGS. 1 (b) and (c)).
L), the ratio of light concentration is greatly reduced as compared with the case where the present invention is applied to an ordinary cylindrically symmetric resonator, and there is no problem due to light concentration such as optical damage. The feature that is insensitive to the inclination of the reflector can be maximized.

放電空間長400mm、断面寸法2×20mmの例では、第4
図に示すように正ブランチの共振器では出力25W程度か
らミラーの歪によりモードがくずれ、出力が飽和してし
まうが、負ブランチの共振器では80W以上が得られた。
負ブランチでも、ミラーに凹球面鏡を用いた場合は、出
力は80W以上が得られたものの、光導波路方向(寸法の
短い方の1次元方向)に強いサイドロブが生じ、円形の
モードが得られなかったのに対し、ミラーをトロイダル
ミラーにすることで、ほぼ円形の良好なモードが得られ
た。
In the example of a discharge space length of 400 mm and a cross-sectional dimension of 2 × 20 mm, the fourth
As shown in the figure, the output of the positive branch resonator is about 25 W and the mode is distorted due to the distortion of the mirror, and the output is saturated. However, the negative branch resonator obtained 80 W or more.
Even with the negative branch, when a concave spherical mirror is used as the mirror, an output of 80 W or more was obtained, but a strong side lobe occurred in the optical waveguide direction (one-dimensional direction with smaller dimensions), and a circular mode could not be obtained. On the other hand, when the mirror was a toroidal mirror, a nearly circular favorable mode was obtained.

また、負ブランチの方がミラーの曲率半径が小さくな
るため、曲率としては大きくなり形状誤差に対する曲率
誤差が小となる。同じ形状誤差(精度)に対して曲率半
径の誤差(精度)は目標曲率半径に対してほぼ2乗で大
きくなり、ミラー製作上の精度の良さの点でも負ブラン
チの方が有利である。例えば、前記のCO2レーザの例で
±0.5μmの形状誤差でφ30mm程度のミラーを使用して
いるが、負ブランチの場合、不安定型の曲率は約400で
±0.5mmの誤差であるが、正ブランチの場合曲率が約900
0で±200mmの誤差となり、正ブランチでは共焦点からの
ずれが大きく、拡大率も目標からずれ、光の制御が設計
通りいかなかった。
Further, since the radius of curvature of the mirror is smaller in the negative branch, the curvature is large and the curvature error with respect to the shape error is small. For the same shape error (accuracy), the error of the radius of curvature (accuracy) increases substantially by the square of the target radius of curvature, and the negative branch is more advantageous in terms of the accuracy of mirror fabrication. For example, in the example of the above CO 2 laser, a mirror of about φ30 mm is used with a shape error of ± 0.5 μm, but in the case of a negative branch, the curvature of the unstable type is about 400 and an error of ± 0.5 mm, Curvature is about 900 for a positive branch
At 0, the error was ± 200 mm, and the deviation from the confocal point was large in the positive branch, the enlargement ratio also deviated from the target, and the light control was not as designed.

上記実施例は、高周波電界により放電を発生させレー
ザ気体を励起するものであるが、特開昭63−186483号公
報に開示されているような、マイクロ波回路の一部を構
成する導電体壁と、この導電体壁に対向して設けられた
誘電体との間にレーザ光軸方向に垂直な断面の縦と横の
寸法が異なる空間を形成し、この空間にレーザ気体に封
入すると共にマイクロ波電界により放電破壊させてプラ
ズマを発生させレーザ気体を励起する気体レーザ装置に
実施しても同様の効果が得られる。
In the above embodiment, a laser gas is excited by generating a discharge by a high-frequency electric field. However, as disclosed in JP-A-63-186483, a conductor wall constituting a part of a microwave circuit is disclosed. A space having different vertical and horizontal dimensions of a cross section perpendicular to the laser optical axis direction is formed between the substrate and the dielectric provided opposite to the conductor wall. The same effect can be obtained even if the present invention is applied to a gas laser apparatus that excites a laser gas by generating a plasma by causing a discharge breakdown by a wave electric field.

また、ミラー(51)のレーザビーム取り出し部(51
1)は、直線状のアパーチャを形成しているが、放電空
間断面の短い方の寸法より充分大きな直径のミラーであ
れば、円形ミラーを用いても問題ない。
In addition, the laser beam extraction part (51) of the mirror (51)
In 1), a linear aperture is formed. However, as long as the diameter of the mirror is sufficiently larger than the shorter dimension of the cross section of the discharge space, there is no problem in using a circular mirror.

[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、放電空間断面におけ
る寸法の長い方の1次元については不安定型共振器に最
適な第1の曲率の反射面を作用させて負ブランチの不安
定型共振器を構成し、放電空間断面における寸法の短い
方の1次元については光導波路共振器に最適な第2の曲
率の反射面を作用させて光導波路共振器を構成している
から、共振器内に焦点はあるが、光が集中するのは一点
でなく一線となり、光学損傷等光の集中による問題が生
じることなく、負ブランチの不安定型共振器の反射鏡の
傾きに鈍感である特長が最大限に発揮され、さらに光導
波路共振器側についても良質のビームモードが得られ、
共振器の安定性が総合的に向上するという効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, in the one dimension having a longer dimension in the cross section of the discharge space, the unstable surface of the negative branch is acted on by the reflecting surface having the first curvature optimal for the unstable type resonator. The optical waveguide resonator is formed by applying a reflection surface having a second curvature that is optimal for the optical waveguide resonator in the one dimension having the shorter dimension in the discharge space cross section. Although there is a focus on light, light concentrates not on one point but on a line, and there is no problem due to light concentration such as optical damage, and it is insensitive to the inclination of the reflector of the unstable resonator of the negative branch. Beam mode on the optical waveguide resonator side.
There is an effect that the stability of the resonator is improved overall.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)はこの発明の一実施例における共振器を示
す斜視図、第1図(b)は第1図(a)に示す共振器の
不安定型共振器側の概要を示す平面図、第1図(c)は
第1図(a)に示す共振器の光導波路共振器側の概要を
示す側面図、第2図は正ブランチ不安定型共振器のミス
アライメント感度を説明する説明図、第3図は負ブラン
チ不安定型共振器のミスアライメント感度を説明する説
明図、第4図は正ブランチおよび負ブランチ不安定型共
振器によるCO2レーザ発振器の特性を示すグラフ、第5
図は従来の気体レーザ装置の概略断面図、第6図は第5
図に示す気体レーザ装置の共振器の構成を示す概略平面
図である。 図において、(50)は全反射ミラー(非対称凹面鏡)、
(51)は出口全反射ミラー(非対称凹面鏡)、(511)
はレーザビーム取り出し部、(67)は放電空間、(8)
はレーザビーム、Aは放電空間断面における長い方の寸
法、Bは放電空間断面における短い方の寸法である。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 (a) is a perspective view showing a resonator according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a plan view showing an outline of an unstable resonator side of the resonator shown in FIG. 1 (a). FIG. 1 (c) is a side view showing an outline of the optical waveguide resonator side of the resonator shown in FIG. 1 (a), and FIG. 2 is an explanatory view for explaining the misalignment sensitivity of the positive branch unstable type resonator. FIG. 3 is an explanatory view for explaining the misalignment sensitivity of the negative branch unstable resonator. FIG. 4 is a graph showing the characteristics of the CO 2 laser oscillator using the positive branch and the negative branch unstable resonator.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a conventional gas laser device, and FIG.
FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a configuration of a resonator of the gas laser device illustrated in FIG. In the figure, (50) is a total reflection mirror (asymmetric concave mirror),
(51) is an exit total reflection mirror (asymmetric concave mirror), (511)
Is a laser beam extraction part, (67) is a discharge space, (8)
Is the laser beam, A is the longer dimension in the cross section of the discharge space, and B is the shorter dimension in the cross section of the discharge space. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ気体の励起を放電により行なう気体
レーザ装置において、放電によるレーザ気体の励起が行
なわれる放電空間を、レーザ光軸方向に垂直な断面の縦
と横の寸法が異なる偏平なスラブ状に形成し、この放電
空間の両端に夫々レーザ共振器ミラーを配置すると共に
少なくとも一方のミラーは一方向に第1の曲率の反射面
とこれと直交する方向には第2の曲率の反射面とを持っ
た非対称凹面鏡を用いて、放電空間断面における寸法の
長い方の1次元については前記第1の曲率の反射面を作
用させて、負ブランチの不安定型共振器を構成し、放電
空間断面における寸法の短い方については前記第2の曲
率の反射面を作用させて光導波路共振器を構成し、さら
に、放電空間断面における寸法の長い方の一端部からレ
ーザビームを取り出すようにしたことを特徴とする気体
レーザ装置。
In a gas laser apparatus in which a laser gas is excited by a discharge, a discharge space in which the laser gas is excited by the discharge is formed by a flat slab having different vertical and horizontal dimensions in a cross section perpendicular to a laser optical axis direction. And a laser resonator mirror is disposed at each end of the discharge space, and at least one of the mirrors has a first curvature reflection surface in one direction and a second curvature reflection surface in a direction orthogonal thereto. By using an asymmetric concave mirror having the following structure, the reflecting surface having the first curvature is applied to one dimension having a longer dimension in the cross section of the discharge space to form an unstable resonator having a negative branch. For the shorter dimension of the above, a reflecting surface of the second curvature is applied to form an optical waveguide resonator, and a laser beam is taken from one end of the longer dimension in the cross section of the discharge space. Gas laser apparatus being characterized in that the Suyo.
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