JP2729078B2 - 同位体分離用レーザ装置 - Google Patents

同位体分離用レーザ装置

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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は同位体分離用レーザー装置に関する。
(従来の技術) 従来の同位体分離用レーザー装置としては、平均出力
が高いことから銅蒸気レーザーとポンプレーザーとして
のエキシマダイレーザーとを組み合わせたものが用いら
れている。
しかし、銅蒸気レーザーは1500℃という高温下で使用
されるため、断熱材を適宜交換しなければならないこ
と、金属蒸気が器壁等へ付着して放電が不安定になり易
いので適宜除去しなければならないこと等メンテナンス
が厄介である。更に、エキシマレーザーはレーザー光源
にハロゲンガスを用いるため電極の寿命が短いこと及び
ハロゲンガスにより作業者の健康が害される危険性があ
ること等の問題点がある。
また、他の波長可変用レーザーとしては色素レーザー
がある。色素レーザは溶媒であるアルコールに溶かして
使用するが、色素の寿命が短く且つ溶媒としてアルコー
ルを使用するため危険物の取り扱いの対象となるなどの
多くの欠点を有する。
一方、同位体分離用レーザとしてチタンサファイアレ
ーザー等の固体レーザーを用いる研究が各種なされてい
る。チタンサファイアレーザーを用いる場合、大出力を
得るにはホンプレーザー自体の出力を上げる必要があ
る。その方法の一つとしてフラッシュランプでポンピン
グする方法が考えられるが、チタンサファイアは上準位
の寿命が短いのでフラッシュランプによるポンピングは
困難である。また、高出力の固体レーザーによってポン
ピングする方法が考えられるが、強度の高いレーザーを
チタンサファイアに照射した場合、チタンサファイアが
損傷を起こすという問題がある。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、
寿命が極めて長く且つメンテナンスが不要でしかも発振
効率の高い同位体分離用レーザ装置を提供することを目
的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成すべく、本発明のレーザー装置におい
ては、チタンサファイアレーザーをYAGレーザー若しく
はNd,CrドープのGSGG(Gd3Sc2Ga3O12)レーザーでポン
ピングする構成とし、該YAGレーザー若しくはNd,Crドー
プのGSGGレーザーの後段にパルス整形器及び/又ランダ
ムフェーズシフターを設けたことを特徴とする。
(作用) 本発明のレーザ装置においては、ポンプレーザとして
Nd:YAGレーザ又はNd−Cr:GSGG(Gd3Sc2Ga3O12)レーザ
を用いる。また、該ポンプレーザを励起するレーザとし
てGaAs(Al)などの半導体レーザ(単体又はアレー素
子)を用いる。また、波長可変レーザーとしてはチタン
サファイアレーザーの他、アレクサンドライトレーザー
を用いることもできる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明
する。
第1図は、本発明のレーザー装置の実施例の概要を示
す。図中、1はポンプレーザー発振部を示す。本実施例
においては、ポンプレーザーとしてQスイッチYAGレー
ザー(10Hz,50mJ/パルス)を用いた。ポンプレーザー発
振部1からレーザー光は第2高調波発生装置2によって
波長が1.06μから532nmに変換される。このようにして
増幅且つ波長変換されたレーザー光はパルス整形器3に
導入されてパルス波長が整形される。
第2図はパルス整形器3の詳細を示す図である。パル
ス整形器3においては、入射光の半分がハーフミラー4
を通してミラー5で全反射されることによって波長整形
される。その結果、変動の激しい入射ビームはスムーズ
なビームとなる。
波形整形されたビームは、更にランダムフェーズシフ
タ6に導入されて空間モードが調整される。ランダムシ
フタ6は、ポンピングに必要な強度の多数のスポットが
無数に発生するように設計されている。
このようにして波形整形され且つ空間モード調整され
たレーザー光は、レンズ7によって集光され波長可変レ
ーザー発振部8に導入される。本発明においては、波長
可変レーザーとしてチタンサファイアレーザー9を使用
し、波長可変機構としてグレージングインシデンスグレ
ーティング機構10を採用している。これによって、同位
体分離に要求される極めて狭いライン幅のレーザー光を
モードホップすることなしに700〜1000nmの波長範囲で
得ることができる。波長可変レーザー発振部8によって
適当な波長幅である350〜500nmの光を得ることができ、
この光が第2高調波発生装置2に導入される。本実施例
においては、波長可変レーザーとして、Ti−Al2O3ロッ
ド(径6mm,長さ25mm)を使用した。
本実施例によるレーザを2倍高調波の変換素子の出口
において分光光度計で測定したところ、350〜500mmの範
囲に亘る広い発振帯域が確認できた。また、ポンピング
光と発振可変固体レーザー光をサンプルとして同時に測
定した結果、ポンピング光の時間幅は25nsecであり、波
長可変レーザ光の時間幅は5nsecであった。更に、波長
可変レーザー光の波形は、スパイク状のものもなくガウ
シアン分布の良質のものであった。
以上の如く、該実施例によって得られるレーザー光の
波長可変幅は従来の色素レーザーの波長可変幅と比較し
て広く、同位体分離での利用範囲が広がる。
第3図及び第4図は、本発明によるレーザー装置の出
力結果を従来のレーザー装置のものと比較した結果を示
すグラフである。
第3図はパルス波長の整形の有無による出力特性の違
いを示す。グラフから明らかなように、パルス波形の整
形を行うことによってレーザーが損傷することなく大き
なポンプ光を投入することができ、その結果、高い出力
を得ることができる。
第4図は、ランダムフェーズシフタによる空間モード
調整の有無による出力の違いを示す。この場合には、ラ
ンダムフェーズシフタを用いることによってポンプ効率
を上昇させて発振しきい値を低下させることができ、そ
の結果、高い出力を得ることができる。
第5図は、本発明の如き固体レーザーからなる同位体
分離用レーザー装置に用いることができるポンピング光
源の一実施例を示すブロック図である。該ポンピング光
源においては、半導体レーザー11からのグリーン光を光
ファイバ12によって集光レンズ7に導入して集光させた
後、YAGレーザー13に導入している。更に、第2高調波
発生装置3がYAGレーザーの共振器内に組み込まれてお
り、共振器内で第2高調波がつくられてチタンサファイ
アレーザー9に導入される。
斯る構成においては、ファイバによってレーザー光を
搬送するので搬送中の損失が小さく、また、共振器内に
第2高調波発生装置を組み込むことによって装置のコン
パクト化がなされる。
第6図は本発明に基づく波長可変固体レーザー装置の
他の実施例を示すブロック図である。図中、1はポンプ
レーザー発振部を示す。本実施例においては、ポンプレ
ーザーとしてYAGレーザーを用いた。半導体レーザー11
からの光が励起光源としてコリメータ14を介してYAGレ
ーザー13に入射されミラー5間で発振せしめられる。発
振したレーザーはQスイッチ15によってパルス幅を調整
した後、増幅部16に導入されて増幅される。増幅部16か
らのレーザー光は第2高調波発生装置2に導入される。
この結果、波長が1.06μから532nmに変換される。この
ようにして増幅且つ波長変換されたレーザー光はパルス
整形器3に導入されてパルス波形が整形され、更にラン
ダムフェーズシフタ6に導入されて空間モードが調整さ
れる。このようにして波形整形され且つ空間モード調整
されたレーザー光は波長可変レーザー発振部8内のグレ
ージングインシデンスグレーティング機構10及び増幅部
17に導入される。これによって、同位体分離に要求され
る極めて狭いライン幅のレーザー光を得ることができ
る。グレージングインシデンスグレーティング機構10か
らの適当な波長幅の光がポンプレーザーとしてチタンサ
ファイアレーザー9に導入される。また、増幅部17にお
いてはディスクタイプのチタンサファイアを用いる。チ
タンサファイアレーザー9によるレーザー光が上記ポン
プレーザー光によって励起されて発振せしめられた後、
増幅部17に導入されて更に増幅される。このようにして
得られたレーザー光は愛2高調波発生装置2若しくは第
3高調波発生装置18によって波長変換されて同位体分離
に供せられる。
以上に述べた本発明のレーザー装置は、極めて安定且
つ高出力のレーザー光を射出することができ、同位体分
離のみならず、ウラン濃縮、核燃料廃棄物の分離回収に
も利用可能であり、分離以外の分光分析器としても応用
できる。
(発明の効果) 以上の如く、本発明のレーザー装置は、全てのレーザ
ーを固体レーザーとし且つパルス整形器及び/又はラン
ダムフェーズシフタを導入しているので、複雑なメンテ
ナンスを全く必要とせず、寿命が長く、高効率の変換が
可能であり、より簡単で、より安全で且つ高出力の同位
体分離用のレーザー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のレーザー装置の実施例を示すブロッ
ク図であり、 第2図は第1図の装置におけるパルス整形器の詳細図で
あり、 第3図及び第4図は、本発明によるレーザー装置の出力
結果を従来のレーザー装置のものと比較した結果を示す
グラフであり、 第5図は、本発明のレーザー装置に用いることができる
ポンピング光源の一実施例を示すブロック図であり、 第6図は、本発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。 図中、 1……ポンプレーザー発振部、2……第2高調波発生装
置、3……パルス整形器、6……ランダムフェーズシフ
タ、8……波長可変レーザー部、9……チタンサファイ
アレーザー、10……クレージングインシデンスグレーテ
ィング機構、11……半導体レーザー、12……光ファイ
バ、

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チタンサファイアレーザーをYAGレーザー
    若しくはNd,CrドープのGSGG(Gd3Sc2Ga3O12)レーザー
    でポンピングする構成とし、前記YAGレーザー若しくはN
    d,CrドープのGSGGレーザーの後段にパルス整形器及び/
    又はランダムフェーズシフターを設けたことを特徴とす
    る同位体分離用レーザー装置。
  2. 【請求項2】前記YAGレーザーが半導体レーザーによっ
    て励起される、第1請求項記載の装置。
  3. 【請求項3】グレージングインシデンス型の共振器を用
    い、狭い波長幅で広い波長域をモードホップなしに掃引
    できる、第1請求項記載の装置。
  4. 【請求項4】前記YAGレーザー及びチタンサファイアレ
    ーザーの出力を増幅器によって増幅し、その第2、第3
    高調波を利用することができる、第1請求項記載の装
    置。
  5. 【請求項5】アレクサンドライトレーザーをYAGレーザ
    ー若しくはNd,CrドープのGSGG(Gd3Sc2Ga3O12)レーザ
    ーでポンピングする構成とし、前記YAGレーザー若しく
    はNd,CrドープのGSGGレーザーの後段にパルス整形器及
    び/又ランダムフェーズシフターを設けたことを特徴と
    する同位体分離用レーザー装置。
  6. 【請求項6】前記YAGレーザーを励起するための半導体
    レーザーの出力が光ファイバ及び集光レンズを介して前
    記YAGレーザーに導入されることを特徴とする第2請求
    項記載の装置。
  7. 【請求項7】前記YAGレーザーの発振器内に第2高調波
    発生装置を組み込むことを特徴とする第5請求項記載の
    装置。
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