JP2820180B2 - 導波路型レーザ発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、薄い空間方向に導波
路型共振器及び長辺方向に片側一次元の不安定型共振器
を組合わせたハイブリッド共振器に関するもので、特
に、折返鏡部から共振器内部のレーザ光を取出すと同時
にレーザ光出力をモニタし、レーザ出力を指示通りの出
力に維持する導波路型レーザ発振器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の共振器の構成図であり、ハ
イブリッド共振器の構成を図４（ａ）に、安定型共振器
の構成を図４（ｂ）に示すものである。図４（ａ）にお
いて、１は導波路、２は折返鏡、３は取出鏡、４はウィ
ンドウである。また、５は放電空間内に放電を発生させ
る電源、６は取出されたレーザ光、１０は共振器内の内
部レーザ光である。図４（ｂ）において、２１は部分透
過鏡、２２は全反射鏡、２３は放電管である。また、５
は導波路１内に放電を発生させる電源、６は取出された
レーザ光、１０は共振器内の内部レーザ光である。２４
は共振器内部から取出したモニタ光である。

【０００３】次に、従来の共振器の動作について説明す
る。まず、図４（ｂ）の共振器は、一般に、安定型共振
器と呼ばれ公知のものである。部分透過鏡２１と全反射
鏡２２の間に放電管２３が配置されており、この放電管
２３の放電により励起された内部レーザ光１０が部分透
過鏡２１と全反射鏡２２の間の自由空間を多数回繰返し
往復することで、共振器内に定在波を形成してレーザ光
６の出力を取出す。

【０００４】前記部分透過鏡２１側から取出すレーザ光
６は、内部レーザ光１０に比例した出力モードである。
同様に、全反射鏡２２を部分透過鏡に置換えれば、その
置換えられた部分透過鏡（２２’）から取出すモニタ光
２４も、内部レーザ光１０に比例した出力モードにな
る。このような安定型共振器において、このモニタ光２
４を用いてレーザ出力制御を行なう方法は、特開昭６０
−５２０７２号公報に記載されており、公知である。

【０００５】一方、図４（ａ）の共振器は、一般に、ハ
イブリッド共振器と呼ばれ公知のものである。導波路１
は短辺が数mmの長方形の断面を有している。この導波路
１の両端には折返鏡２と取出鏡３が配設されている。こ
の共振器は短辺の数mmの薄い空間方向に導波路型共振器
を、また、長辺に片側一次元の負枝の不安定型共振器を
構成している。導波路１の内部にレーザガスを封入し電
源５で導波路１の内部に放電を発生させると内部のガス
が励起し、励起により誘導放出された光子は、両サイド
の折返鏡２と取出鏡３間で増幅されウィンドウ４からレ
ーザ光６として取出される。取出されたレーザ光６は、
導波路型共振器からのモードと片側一次元の不安定共振
器からのモードとを組合わせたモードの出力となる。導
波路１側のモードは、導波路１内部の両側の壁面間を多
重反射しながら伝搬し、導波路１と折返鏡２と取出鏡３
間の結合ロスにより形成される。一方、不安定型共振器
側では、取出鏡３と折返鏡２の間の内部レーザ光１０は
取出鏡３によって絞られ、折返鏡２で平行光となる幾何
学的な構成によって漏れ出た光をレーザ光６として取出
すことになる。

【０００６】図３はハイブリッド共振器を用いた導波路
型レーザ発振器の構成図である。なお、図中、図４と同
一符号及び記号は図４の構成部分と同一または相当する
構成部分を示すものである。図３において、２は所定の
透過率を有する折返鏡である。７はレーザ光の透過量を
減衰させる減衰器、８は光センサ或いは熱センサからな
るモニタ用のセンサ、１２は減衰器７とセンサ８を内蔵
するホルダである。

【０００７】次に、この導波路型レーザ発振器の動作に
ついて説明する。このハイブリッド共振器は、短辺が数
mmの薄い空間方向に導波路型共振器、長辺方向に片側一
次元の負枝の不安定型共振器を構成している。導波路１
の内部にレーザガスを封入し、電源５で導波路１内部に
放電を発生させると内部のガスが励起される。この励起
により誘導放出された光子は、両サイドのミラー間、即
ち、折返鏡２と取出鏡３間で増幅されウィンドウ４から
レーザ光６として取出される。取出されたレーザ光６は
導波路型共振器からのモードと片側一次元の不安定型共
振器からのモードとを組合わせたモードとなる。導波路
型共振器側のモードは、導波路１内部の両側の壁面間を
多重反射しながら伝搬し、導波路１とミラー間の結合ロ
スにより形成される。また、不安定型共振器側では、取
出鏡３と折返鏡２の間の内部レーザ光１０は取出鏡３に
より絞られ、折返鏡２で平行光となる幾何学的な構成に
よって漏れ出た光をレーザ光６として取出すことにな
る。

【０００８】したがって、特に、レーザ光６のモードは
その取出部の開口径により決まり、当然、共振器の内部
レーザ光１０とレーザ光６の間には、安定型共振器のよ
うな比例関係は成立していない。故に、このハイブリッ
ド共振器から取出したレーザ光６の出力は、内部のガス
組成や圧力による増幅率の変化、外気温度等によるミラ
ーの正対性の崩れ等により、一定に保つことが困難であ
った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、このハイ
ブリッド共振器は安定型共振器のように共振器内部の光
強度が一様でないため、レーザ出力に比例したモニタ出
力を取出すことが困難であった。また、出力のレーザ光
６をハーフミラー等で取出し、それをモニタするには、
ハーフミラー、減衰器、センサ等の長時間の使用でモニ
タ光の熱や環境温度等により温度ドリフトが発生し、正
確な値を維持することができなかった。

【００１０】また、通常、この種のハイブリッド共振器
からの出力を長時間一定に保つためには、発振器内部の
ガス組成変化をできるだけ抑制するために触媒を添加し
たり、ガスを常時交換したりする必要があった。

【００１１】そこで、本発明は、ハイブリッド共振器で
構成した導波路型レーザ発振器から得られるレーザ光出
力の安定性と、その操作性を向上させた導波路型レーザ
発振器の提供を課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
導波路型レーザ発振器は、短辺が数mmの薄い空間方向に
導波路型共振器及び長辺方向に片側一次元の不安定型共
振器を組合わせたハイブリッド共振器の取出鏡と対向す
る折返鏡の一部を部分透過部とした部分透過折返鏡と
し、その部分透過折返鏡から共振器内部のレーザ光を取
出し、前記部分透過折返鏡側から取出したモニタ光の出
力を減衰器で低下させ、前記減衰器を通過したモニタ光
をセンサで検出し、前記センサの出力によって前記導波
路の内部放電電力を制御すると共に、前記減衰器及びセ
ンサをホルダに収容し、前記ホルダの温度が一定になる
ように温度制御可能とするものである。

【００１３】

【作用】請求項１の発明においては、ハイブリッド共振
器の取出鏡と対向する部分透過折返鏡は、折返鏡の一部
を部分透過部としたものであり、その部分透過部から共
振器内部のレーザ光を取出す。このとき、ハイブリッド
共振器の取出鏡と対向する部分透過折返鏡の一部を部分
透過部としているから、取出鏡からのレーザ光出力と部
分透過折返鏡側から取出されたモニタ光との間には、所
定の関係が成立し、モニタ光によって出力されるレーザ
光を制御可能となる。また、取出したモニタ光は減衰器
でその出力を低下させ、その減衰器を通過したモニタ光
をセンサで検出しているから、前記センサの温度上昇を
抑制できる。そして、前記減衰器及びセンサをホルダに
収容し、前記ホルダの温度が一定になるように温度制御
することにより、前記減衰器及びセンサの温度上昇を所
定の関係に維持できる。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の第一実施例による折返鏡を
部分的に透過鏡とした導波路型レーザ発振器の構成図
で、（ａ）は全体図であり、（ｂ）は部分透過折返鏡の
平面図である。なお、図中、従来例と同一符号及び記号
は従来例の構成部分と同一または相当する構成部分を示
すものである。図１において、２Ａは従来の折返鏡２の
一部に透過性を持たせた部分透過部９を形成した部分透
過折返鏡である。この部分透過部９は、出力取出部に対
応する個所であり、レーザ光６が共振器内部を通る最後
のパスに相当する部分である。７はレーザ光の透過量を
減衰させる減衰器、８は光センサ或いは熱センサからな
るモニタ用のセンサ、１２は減衰器７とセンサ８を内蔵
し、熱伝導の良好な材料からなるホルダであり、このホ
ルダ１２には図示されていない冷却装置により、一定温
度の水が通水され、ホルダ１２の全体を冷却している。

【００１５】次に、この第一実施例による導波路型レー
ザ発振器の動作について説明する。導波路１は短辺が数
mmの長方形の断面を有している。この導波路１の両端に
は、部分透過部９を形成した部分透過折返鏡２Ａと取出
鏡３が配設されている。このハイブリッド共振器は、短
辺が数mmの薄い空間方向に導波路型共振器、長辺方向に
片側一次元の負枝の不安定型共振器を構成している。導
波路１の内部にレーザガスを封入し、電源５で導波路１
内部に放電を発生させると内部のガスが励起される。こ
の励起により誘導放出された光子は、両サイドのミラー
間、即ち、部分透過折返鏡２Ａと取出鏡３間で増幅され
ウィンドウ４からレーザ光６として取出される。取出さ
れたレーザ光６は導波路型共振器からのモードと片側一
次元の不安定型共振器からのモードとを組合わせたモー
ドとなる。導波路型共振器側のモードは、導波路１内部
の両側の壁面間を多重反射しながら伝搬し、導波路１と
ミラー間の結合ロスにより形成される。また、不安定型
共振器側では、取出鏡３と部分透過折返鏡２Ａの間の内
部レーザ光１０は取出鏡３により絞られ、部分透過折返
鏡２Ａで平行光となる幾何学的な構成によって部分透過
部９から漏れ出た光をレーザ光６として取出すことにな
る。このときの、レーザ光６のモードはその取出部の開
口径により決まる。

【００１６】また、部分透過折返鏡２Ａに形成した部分
透過部９は、出力取出部に対応する個所であり、レーザ
光６が共振器内部を通る最後のパスに相当する部分であ
る。結果的に、レーザ光６の出力に対応した内部レーザ
光１０の一部を、部分透過鏡部９よりモニタ光として取
出すことができる。ここで、取出したモニタ光はセンサ
８に入射されるが、減衰器７はこの取出したモニタ光出
力を、センサ８の耐光強度以下に低減する。したがっ
て、レーザ光６の出力は、レーザ光６に対応した内部レ
ーザ光１０の一部を、部分透過部９からモニタ光として
取出し、減衰器７を介してセンサ８で検出することがで
きる。

【００１７】そして、減衰器７とセンサ８はホルダ１２
の内部に取付けられており、ホルダ１２には図示されて
いない冷却装置により、一定温度の水が通水され、ホル
ダ１２の全体を冷却している。その結果、センサ８の温
度は、常時、冷水温度程度に保たれ、センサ８の出力は
温度ドリフトの影響を受けることなく、レーザ光６の出
力をモニタできることになる。故に、このセンサ８から
の出力を指令値通りに保つように電源５を制御すれば、
導波路１の内部の放電電力を電源５の制御によって希望
のレーザ光６の出力を取出すことができる。

【００１８】上記第一実施例では、部分透過折返鏡２Ａ
の一部を部分透過部９としたが、本発明を実施する場合
には、図２のように構成することもできる。図２はこの
発明の第二実施例による部分透過折返鏡２Ａを全面透過
折返鏡２Ｂとした導波路型レーザ発振器の構成図であ
る。なお、図中、従来例または第一実施例と同一符号及
び記号は従来例または第一実施例の構成部分と同一また
は相当する構成部分を示すものである。図２において、
２Ｂは全面が所定の透過率の折返鏡からなる全面透過折
返鏡であり、１１は全面透過折返鏡２Ｂを通過したセン
サ８に照射させるレーザ光を除いたレーザ光を消費する
吸収体である。

【００１９】上記第一実施例では、従来例の折返鏡２の
一部を部分透過部９としているが、本実施例では、全面
が所定の透過率の反射鏡の全面透過折返鏡２Ｂを用いて
取出されるレーザ光のうち、図１の部分透過部９に相当
する部分のレーザ光だけをセンサ８に入力し、残りの部
分のレーザ光を吸収体１１で吸収させている。

【００２０】この実施例においても、吸収体１１とセン
サ８はホルダ１２の内部に取付けられており、ホルダ１
２には図示されていない冷却装置により、一定温度の水
が通水され、ホルダ１２の全体を冷却している。その結
果、吸収体１１の温度を所定の温度上昇に止め、かつ、
センサ８の温度は、常時、冷水温度程度に保たれるか
ら、センサ８の出力は温度ドリフトの影響を受けること
なく、レーザ光６の出力をモニタできることになる。

【００２１】このように、本実施例の導波路型レーザ発
振器は、短辺が数mmの長方形の断面を有する導波路１
と、その両端に配設した折返鏡２と取出鏡３とを有し、
前記導波路１内部を内部レーザ光１０を増幅する放電部
とし、その短辺が数mmの薄い空間方向に導波路型共振器
を、また、長辺方向に片側一次元の不安定型共振器を構
成する導波路型レーザ発振器において、前記取出鏡３と
対向する折返鏡２の一部または全面を部分透過部とした
部分透過鏡、即ち、折返鏡２の一部に部分透過部９を形
成した部分透過折返鏡２Ａまたは全面が所定の透過率の
折返鏡２からなる全面透過折返鏡２Ｂとし、それらの折
返鏡２の一部または全面より共振器内部の内部レーザ光
１０を取出し、前記取出鏡３側から取出されたレーザ光
６出力に対応した出力をモニタ光として使用するもので
ある。

【００２２】したがって、レーザ光６の出力は、レーザ
光６に対応した内部レーザ光１０の一部を、取出鏡３と
対向する折返鏡２の一部または全面を部分透過部とした
部分透過鏡からモニタ光として取出すことができる。故
に、このセンサ８からの出力を指令値通りに保つように
電源５を制御すれば、導波路１の内部の放電電力を電源
５の制御によって希望のレーザ光６出力を取出すことが
できる。

【００２３】更に、本実施例の導波路型レーザ発振器
は、短辺が数mmの長方形の断面を有する導波路１と、そ
の両端に配設した折返鏡２と取出鏡３とを有し、前記導
波路１内部を内部レーザ光１０を増幅する放電部とし、
その短辺が数mmの薄い空間方向に導波路型共振器を、ま
た、長辺方向に片側一次元の不安定型共振器を構成する
導波路型レーザ発振器において、前記取出鏡３と対向す
る折返鏡２の一部または全面を部分透過鏡、即ち、折返
鏡２の一部に部分透過部９を形成した部分透過折返鏡２
Ａとし、それらの部分透過折返鏡２Ａより共振器内部の
内部レーザ光１０を取出し、取出したモニタ光の出力を
減衰器７で低下させ、その減衰器７を通過したモニタ光
をセンサ８で検出すると共に、前記減衰器７及びセンサ
８をホルダ１２に収容し、前記ホルダ１２の温度が一定
になるように温度制御するものである。

【００２４】したがって、レーザ光６の出力は、レーザ
光６に対応した内部レーザ光１０の一部を、部分透過部
９からモニタ光として取出し、減衰器７を介してセンサ
８で検出することができる。故に、このセンサ８からの
出力を指令値通りに保つように電源５を制御すれば、導
波路１の内部の放電電力を電源５の制御によって希望の
レーザ光６出力を取出すことができる。

【００２５】また、減衰器７とセンサ８はホルダ１２の
内部に取付けられており、ホルダ１２には図示されてい
ない冷却装置により、一定温度の水が通水され、ホルダ
１２の全体を冷却している。その結果、センサ８の温度
は、常時、冷水温度程度に保たれ、センサ８の出力は温
度ドリフトの影響を受けることなく、レーザ光６の出力
をモニタできる。

【００２６】そして、本実施例の導波路型レーザ発振器
は、短辺が数mmの長方形の断面を有する導波路１と、前
記導波路１の両端に配設した折返鏡２と取出鏡３とを有
し、前記短辺が数mmの薄い空間方向に導波路型共振器及
び長辺方向に片側一次元の不安定型共振器を組合わせた
ハイブリッド共振器を構成する導波路型レーザ発振器に
おいて、前記取出鏡３と対向する折返鏡２の全面に透過
性を持たせた全面透過折返鏡２Ｂとし、その全面透過折
返鏡２Ｂから共振器内部の内部レーザ光１０を取出し、
前記全面透過折返鏡２Ｂ側の前記取出鏡３の取出し位置
に対応した位置から取出したモニタ光の出力をセンサ８
で検出し、かつ、前記センサ８に入射しないモニタ光を
吸収体１１に吸収させると共に、前記吸収体１１及びセ
ンサ８をホルダ１２に収容し、前記ホルダ１２の温度が
一定になるように温度制御するものである。

【００２７】したがって、吸収体１１とセンサ８はホル
ダ１２の内部に取付けられており、ホルダ１２には図示
されていない冷却装置によって、ホルダ１２の全体を冷
却しているから、吸収体１１の温度を所定の温度上昇に
止め、かつ、センサ８の温度は、常時、冷水温度程度に
保たれるから、センサ８の出力は温度ドリフトの影響を
受けることなく、レーザ光６の出力をモニタできる。

【００２８】ところで、上記実施例の取出鏡３と対向す
る折返鏡２の一部または全面を部分透過部とした部分透
過鏡は、折返鏡２の一部に部分透過部９を形成した部分
透過折返鏡２Ａ、または全面が所定の透過率の折返鏡２
からなる全面透過折返鏡２Ｂとしているが、本発明を実
施する場合には、取出鏡３と対向する折返鏡２の一部ま
たは全面から所定量のレーザ光を取出し、結果的に、取
出鏡３から取出すレーザ光の取出口に対向する位置から
モニタ用のレーザ光を取出せばよい。

【００２９】上記各実施例の導波路型レーザ発振器は、
外気温度等の影響を最小限に抑制できるため、高精度に
出力をモニタすることができる。また、取出すレーザ光
出力に対応した出力を高精度なモニタで観測し、指令値
通りの出力になるように制御可能であるから、外的な影
響を受けること無く長時間安定して使用できる効果があ
る。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の発明にかかる導波路型レーザ
発振器は、短辺が数mmの薄い空間方向に導波路型共振器
及び長辺方向に片側一次元の不安定型共振器を組合わせ
たハイブリッド共振器の取出鏡と対向する折返鏡の一部
を部分透過部とした部分透過折返鏡とし、その部分透過
折返鏡から共振器内部のレーザ光を取出し、前記部分透
過折返鏡側から取出したモニタ光の出力を減衰器で低下
させ、前記減衰器を通過したモニタ光をセンサで検出
し、前記センサの出力によって前記導波路の内部放電電
力を制御すると共に、前記減衰器及びセンサをホルダに
収容し、前記ホルダの温度が一定になるように温度制御
するものである。したがって、導波路型共振器と不安定
型共振器を組合わせたハイブリッド共振器で構成した導
波路型レーザ発振器から得られる出力の安定性と操作性
向上をセンサ出力で制御できる。また、減衰器とセンサ
はホルダの内部に取付けられており、ホルダは冷却装置
によって全体を冷却しているから、センサの温度は、常
時、冷水温度程度に保たれ、温度ドリフトを受けること
なく、レーザ光の出力をモニタできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の第一実施例による折返鏡を
部分的に透過鏡とした導波路型レーザ発振器の構成図
で、（ａ）は全体図であり、（ｂ）は部分透過折返鏡の
平面図である。

【図２】 図２はこの発明の第二実施例による折返鏡を
全面透過鏡とした導波路型レーザ発振器の構成図であ
る。

【図３】 図３はハイブリッド共振器を用いた導波路型
レーザ発振器の構成図である。

【図４】 図４は従来の共振器の構成図で、（ａ）はハ
イブリッド共振器の構成、（ｂ）は安定型共振器の構成
を示すものである。

【符号の説明】

１ 導波路 ２ 折返鏡 ２Ａ 部分透過折返鏡 ２Ｂ 全面透過折返鏡 ３ 取出鏡 ６ レーザ光 ７ 減衰器 ８ センサ ９ 部分透過部 １０ 内部レーザ光 １１ 吸収体 １２ ホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−48873（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−192285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−217679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−7677（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/104 H01S 3/08 H01S 3/134

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短辺が数mmの長方形の断面を有する導波
   路と、前記導波路の両端に配設した折返鏡と取出鏡とを
   有し、前記短辺が数mmの薄い空間方向に導波路型共振器
   及び長辺方向に片側一次元の不安定型共振器を組合わせ
   たハイブリッド共振器を構成する導波路型レーザ発振器
   において、 前記取出鏡と対向する折返鏡の一部を部分透過部とした
   部分透過折返鏡とし、その部分透過折返鏡から共振器内
   部のレーザ光を取出し、前記部分透過折返鏡側から取出
   したモニタ光の出力を減衰器で低下させ、前記減衰器を
   通過したモニタ光をセンサで検出し、前記センサの出力
   によって前記導波路の内部放電電力を制御すると共に、
   前記減衰器及びセンサをホルダに収容し、前記ホルダの
   温度が一定になるように温度制御することを特徴とした
   導波路型レーザ発振器。