JP2953760B2 - 色素レーザ装置 - Google Patents

色素レーザ装置

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、例えば銅蒸気レーザ光により励起される色
素レーザ装置に関する。
(従来の技術) 色素レーザ装置は色素溶液が循環される色素セルを銅
蒸気レーザによって励起し、レーザ光を発振させるよう
になっている。銅蒸気レーザによって励起される色素レ
ーザ装置は例えば第5図に示されるように構成されてい
る。銅蒸気レーザユニット1から励起レーザ光Pが出力
され、この励起レーザ光Pにより2つの色素セル2,3を
励起するようになっている。ここで、色素セル2,3には
それぞれ(ローダミン6G)を主成分とした色素媒質が供
給されるようになっている。
そして、上記銅蒸気レーザユニット1からの励起レー
ザ光Pの光路上には、まずダイクロイックミラー4が挿
入されている。このダイクロイックミラー4は銅蒸気レ
ーザ光Pに含まれる2波長(λ=511nmおよびλ=578n
m)を分光するものであり、分光された一方のレーザ光
G(λ=511nm)を上記第1色素セル2および第2色素
セル3の励起に使用するようになっている。ここで、上
記第1色素セル2はレーザ光の発振器であり、第2色素
セル3は増幅器である。この第1色素セル2には上記レ
ーザ光Gの光路中に挿入された分配ミラー5によって分
配された同波長のレーザ光G1(λ=511nm)により励起
される。また、上記第2色素セル3には上記分配ミラー
5によって分配されたレーザ光G2(λ=511nm)を反射
するように設けられた導光ミラー6によってレーザ光G2
が照射され励起されるようになっている。
また、上記ダイクロックミラー4に反射した他方のレ
ーザ光Y(λ=578nm)はビームダンパ10に吸収される
ようになっている。
上述のように励起された第1色素セル2はレーザ光B
を出力し、このレーザ光Bが第2色素セル3を通過して
出力されることで、出力が誘導放射によって増幅される
ようになっている。この色素レーザ装置は銅蒸気レーザ
ユニット1からの励起レーザ光に主に2つの波長をもつ
が、色素セル2,3を励起するためには一方の波長光G
(λ=511nm)のみが使用されている。
他に銅蒸気レーザによって励起される色素レーザ装置
には第6図に示されるようなものがある。図中に示され
る色素レーザ装置には銅蒸気レーザユニット7が設けら
れている。この銅蒸気レーザユニット7は主に2つの波
長(λ=511nmおよびλ=578nm)のレーザ光を出力する
ものである。そして、この銅蒸気レーザユニット7から
出力された励起レーザ光Pは分配ミラー8によって2つ
に分配され、反射した励起レーザ光P1は第1色素セル9
を励起するようになっている。ここで、上記第1色素セ
ル9は発振器を構成している。また、上記分配ミラー8
を透過した励起レーザ光P2は導光ミラー10に反射して第
2色素セル11に入射する。これにより第2色素セル11は
励起され、上記第1色素セル9からの色素レーザ光Bが
通過することで、出力を誘導放射によって増幅するよう
になっている。ここで、上記励起レーザ光P1,P2はとも
に2つの波長成分G,Y(λ=511nmおよびλ=578nm)の
双方を色素セル9,11のそれぞれに入射しているが、色素
の吸収特性が波長により異なるので、色素を主に励起し
ているのは、いずれか一方の波長である。
上述のように色素セルを励起する場合には、つぎの2
つの条件を満たすことが必要であった。その1つは励起
光波長が使用色素の吸収波長帯域内にあることであり、
もう1つは励起光波長が使用色素の発振波長帯域内に無
いことである。
このような条件にあてはまる波長光は励起レーザ光の
うちの一部であり、この一部の波長のみが色素レーザ光
の発振に寄与するものである。このため、システム効率
が低く、励起光の利用率が低いものであった。
(発明が解決しようとする課題) 銅蒸気レーザ光によって色素を励起する色素レーザ装
置は、銅蒸気レーザ光の発振線の一部の波長のみによっ
て励起されるものである。これは色素の吸収特性が波長
によって異なるためであり、励起レーザ光の利用率を高
くとることができないものであった。
本発明は励起レーザ光を波長ごとに分光し、それぞれ
の波長光ごとに色素セルを設け、それぞれの色素に最大
の発振効率を得る濃度の色素を供給することで高効率に
発振する色素レーザ装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 励起レーザ光出力部からの光を色素励起に有効な波長
成分ごとに分光する分光手段を設け、この分光手段によ
って分光されたそれぞれの波長光によって励起される複
数の色素セルを設け、上記複数の色素セルに供給する色
素濃度をN[cm-3]とし、色素セルの色素の光吸収断面
積をσ(λ)[cm2]、励起光集光幅をD[cm]とした
場合に、 をほぼ満足する濃度Nの色素を上記色素セルごとに設定
した色素レーザ装置。
(作 用) 励起レーザ光を色素励起に有効な波長成分ごとに分光
し、それぞれの波長ごとに別の色素セルを励起するよう
構成し、それぞれの励起レーザ光の波長に対して最も励
起効率の高い色素濃度の色素を供給することにより、従
来得ることのできなかった高効率の励起ができる。
(実施例) 本発明における第1実施例を第1図および第2図を参
照して説明する。図中に示される色素レーザ装置12は、
銅蒸気レーザユニット13と、この銅蒸気レーザユニット
13から出力される励起レーザ光Pにより励起される第1
色素セル14と第2色素セル15を備えている。
そして、上記銅蒸気レーザユニット13から出力された
励起レーザ光Pの光路中にはダイクロイックミラー16が
挿入されている。このダイクロイックミラー16は例えば
レーザ光に対して高い透過率をもつ透過媒質の透過面に
銅蒸気レーザ光Pを2つの波長成分(λ=511nm、およ
びλ=578nm)に分光するようなコーティングを施した
ものであり、例えば、1つの波長成分G(λ=511nm)
を高い反射率で反射し、他の波長成分Y(λ=578nm)
を高い透過率で透過するようになっている。上記ダイク
ロイックミラー16に反射した波長成分Gは上記第1色素
セル14に照射される。この第1色素セル14はレーザ発振
器を構成しており、上記波長成分Gにより励起されるこ
とで一方向に色素レーザ光Bを出力するようになってい
る。また、上記ダイクロイックミラー16を透過した波長
成分Yは、導光ミラー17に反射し、上記第2色素セル15
に入射するようになっている。この第2色素セル15は上
記第1色素セル14から出力された色素レーザ光Bが透過
するように配置され、透過したレーザ光Bの出力を誘導
放射によって増幅するようになっている。
このように構成された色素レーザ装置12のそれぞれの
色素セル14,15にはそれぞれ色素濃度Nの異なる色素溶
液が循環されるようになっている。
その色素濃度Nは次式を満たす条件で決定されたもの
であり、例えば第1色素セル14に供給される色素濃度Na
但し、式(1)中でNa:色素濃度[cm-3]、σg(λ
G):色素の波長Gの光吸収断面積[cm2]、D:励起光
集光幅[cm]である。
上式で示される色素濃度Naに設定された色素セル14は
第2図に示されるように色素レーザ発振部の励起領域は
直径D,長さLの円柱形とみなせる。この励起領域内の励
起光利用率は上述の色素の濃度Naに設定することで最大
にできる。
以下、上記(1)式の導出について説明する。
ここで、N1;励起色素濃度[cm-4]、Ip;銅蒸気レーザ
G成分光濃度[photons/s・cm-2]、σg(λG);G成
分光に対する吸収断面積[cm2]、τs;上凖位寿命
[s]である。
弱励起近似のもとでは、 1≫σg(λG)・IpG・τs …(3) ここで、 IpG=IpOEXP(−Na・σg(λG)・D/2) …(4) 上記励起色素濃度N1を色素濃度Naで偏微分すると、 ゆえに、 そして、上記第2色素セル15に供給される色素濃度N2も
同様に次式(5)を満たすように設定することにより、
最大の励起光利用率を得ることができる。
なお、上記色素はエタノールなどの溶媒によって濃度
を調節するものである。
上述のように、銅蒸気レーザ光の2つの波長G,Yを分
光し、それぞれを別の色素セル14,15に照射し、一方の
波長Gによって励起される第1色素セル14の色素濃度を
Naとし、他方の波長Yによって励起される第2色素セル
15の色素濃度をNbとすることで、分光されたそれぞれの
波長G,Yの励起光が最も効率よく色素レーザ光Bを出力
する状態で運転できる。つまり、励起色素濃度N1が最大
となる色素濃度Na,Nbをそれぞれ上記(1),(5)式
により求められた値に設定したことで、最大の励起効率
を得ることができる。
以下本発明の第2実施例を第3図を参照して説明す
る。図中に示される色素レーザ装置18は銅蒸気レーザユ
ニット19が設けられており、この銅蒸気レーザユニット
19は励起レーザ光Pを出力するもので、この励起レーザ
光Pの光路中にはダイクロイックミラー20、分配ミラー
21および導光ミラー22が順次配設されている。上記ダイ
クロイックミラー20はレーザ光に対して高い透過率をも
つ透過媒質に透過面に1つの波長G(λ=551nm)を高
い反射率で反射し、他の1つの波長Y(λ=578nm)を
高い透過率で透過するコーティングが施されている。
そして、上記ダイクロイックミラー20を透過した1つ
の波長Y(λ=578nm)は、さらに、上記分配ミラー21
に対し、約1/2の出力が透過し、他の1/2の出力が反射す
る。この分配ミラー21に反射した励起レーザ光Y1は第1
色素セル23に入射して励起する。ここで、上記第1色素
セル23はレーザ発振器である。
また、上記分配ミラー21を透過した励起レーザ光Y2は
上記導光ミラー22に高反射率で反射し第2色素セル24に
入射する。ここで、上記第2色素セル24は上記第1色素
セル23から出力された色素レーザ光Bが通過するように
配置され、色素レーザ光Bを誘導放射によって増幅する
ようになっている。
さらに、上記ダイクロイックミラー20によって分光さ
れた励起レーザ光Gは導光ミラー25,26に順次高反射率
で反射し、第3色素セル27に入射する。ここで、上記第
3色素セル27は上記第2色素セル24を通過したレーザ光
が透過する位置に設けられており、2度にわたって色素
レーザ光Bを増幅するようになっている。
このように構成された色素レーザ装置18は上記第1色
素セル23と第2色素セル24とに供給される色素の濃度Nb
を次式(5)を満足する状態に設定している。
また、上記第2色素セル27に供給される色素の濃度Na
を次式(1)を満足する状態に設定している。
上述のように励起レーザ光Pの波長ごとに最適の色素
濃度Na、Nbを設定することで、励起効率を最大とするこ
とができる。
以下、第4図を参照して本発明の第3実施例を説明す
る。図中に示される色素レーザ装置28は銅蒸気レーザユ
ニット29を備えている。この銅蒸気レーザユニット29か
ら出力される励起レーザ光Pはダイクロイックミラー30
によって分光される。このダイクロイックミラー30はレ
ーザ光を高透過率で透過する透過媒質の透過面に1つの
波長G(λ=511nm)を高透過率で透過し、他の1つの
波長Y(λ=578nm)を高反射率で反射するコーティン
グが施されている。
このダイクロイックミラー30を透過した励起レーザ光
G(λ=511nm)には分配ミラー31が挿入され、励起レ
ーザ光Gの1/2を透過し、他の1/2を反射する。ここで、
上記分配ミラー31に反射した励起レーザ光G1は第1色素
セル32に入射してこれを励起する。また、上記分配ミラ
ー31を透過した励起レーザ光G2は導光ミラー33に高反射
率で反射され第2色素セル34に入射して励起するように
なっている。ここで、上記第1色素セル32はレーザ発振
器であり、第2色素セル34は増幅器である。
一方、上記ダイクロイックミラー30に反射した励起レ
ーザ光Y(λ=578nm)は導光ミラー35、分配ミラー36
および導光ミラー37が順次設けられており、まず、上記
導光ミラー35に高反射率で反射した励起レーザ光Yは上
記分配ミラー36により1/2ごとに分配される。このうち
一方に分配された励起レーザ光Y1は第3色素セル38を励
起し、また、他方の励起レーザ光Y2は導光ミラー35に反
射して第4色素セル39に入射し励起するようになってい
る。上述のように第1および第2の色素セル32,34は同
一の波長Gの励起光により励起され、色素レーザ光B1を
出力する。また、上記第3および第4の色素セル38,39
は波長Yの励起光により励起され、色素レーザ光B2を出
力する。
そして、上記励起レーザ光Gによって励起される第1
および第2色素セル32,34に供給される色素の濃度Naが
次式(1)で示される条件を満たすように設定されてい
る。
さらに、上記励起レーザ光Yによって励起される第3
および第4色素セル38,39に供給される色素の濃度Nbが
次式(5)で示される条件を満たすように設定されてい
る。
上述のように励起レーザ光Pを波長ごとに分光し、そ
れぞれの波長ごとに励起色素濃度N1が最大となる励起に
最適な色素濃度Na,Nbを設定することにより、励起効率
の極めて高い、最適の条件とすることができる。
[発明の効果] 励起レーザ光を分光手段によって色素励起に有効な波
長成分ごとに分光し、分光された波長光が励起する色素
セルに対して、それぞれの波長光に最も効率良く励起さ
れる濃度の色素をそれぞれ供給することで、従来構造で
は限られた一部の波長光のみが有効に色素セルを励起す
るような構造であったのに対して、それぞれの色素セル
を最大の励起効率で励起することができる。これにより
励起レーザ光出力の大部分を励起に利用できるので、従
来構造では得ることのできなかった大出力を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の第1実施例であり、第1
図は色素レーザ装置の概略構成を示す平面図、第2図は
色素セルと励起レーザ光との位置関係を示す斜視図、第
3図は本発明における第2実施例の色素レーザ装置の概
略構成を示す平面図、第4図は本発明における第3実施
例の色素レーザ装置の概略的構成を示す平面図、第5図
および第6図は従来例であり、第5図は色素レーザ装置
の一例の概略的構成を示す平面図、第6図は色素レーザ
装置の他の例の概略的構成を示す平面図である。 12……色素レーザ装置、13……銅蒸気レーザ装置(励起
レーザ光出力部)、16……ダイクロイックミラー(分光
手段)、14……第1色素セル、16……第2色素セル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−106984(JP,A) 特開 平4−45590(JP,A) 特開 平2−201982(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/20 - 3/213 H01S 3/0943 H01S 3/23

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】励起レーザ光出力部と、この励起レーザ光
    出力部からの励起レーザ光を色素を励起するのに有効な
    波長ごとに分光する分光手段と、この分光手段によって
    分光されたそれぞれの波長光にそれぞれ対応して設けら
    れた複数の色素セルとを備え、それぞれの色素セルに供
    給する色素の波長光に対する光吸収断面積をσ(λ)
    [cm2]、励起光集光幅をD[cm]とした場合に、 をほぼ満足する濃度N[cm-3]の色素を上記色素セルご
    とに設定したことを特徴とする色素レーザ装置。
JP21995590A 1990-08-23 1990-08-23 色素レーザ装置 Expired - Lifetime JP2953760B2 (ja)

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