JP2956279B2 - Ｑスィッチ制御レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波Ｑスィッチ制御に
よりパルスレーザ光を発生させるＱスィッチ制御レーザ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、レーザ装置は強力で強い
指向性をもつコヒーレントな光を発生するもので、その
応用分野は材料加工や計測の分野に止まらず、最近では
医学や化学工業の分野にも広く浸透している。かかる応
用に当たって強力なレーザ光を発生させる上で非常に重
要な役割を果たす技術の一つにＱスィッチがあり、よく
知られているようにこのＱスィッチはレーザ共振系内に
組み込まれレーザ発振を抑止する機能を有する光学素子
である。

【０００３】すなわち、Ｑスィッチがオンつまり抑止の
状態ではレーザ媒質が励起されても発振は起きず、媒質
内に大きな反転分布が形成される。この状態でＱスィッ
チをオフにすると急激にレーザが発振して、それまでレ
ーザ媒質内に蓄積されていたエネルギが一気に放出され
るためジャイアントパルスと呼ばれる瞬間的に極めて高
強度のレーザパルスが出力され、一般にそのパルス幅は
10〜100ns とごく短くピークパワーは連続発振時の1000
〜10000 倍になる。

【０００４】このＱスィッチにはレーザ共振系の１対の
ミラー中の一方を回転させる機械的なＱスィッチ，電気
光学効果を利用するＥＯ方式のＱスィッチ，音響光学効
果を利用するＡＯ方式のＱスィッチ等が知られており、
本発明はこの内のＡＯ方式のＱスィッチにより制御され
るレーザ装置に関する。このＡＯ方式のＱスィッチはパ
ルス発振の高頻度繰り返しが可能で、安価で、立ち上が
り波形が比較的急峻なパルスが得られる特長を有し、本
発明ではこれを便宜上超音波Ｑスィッチと呼ぶこととす
る。以下、図８以降を参照しながらこの超音波Ｑスィッ
チを組み込んだレーザ装置の若干の従来例を説明する。

【０００５】図８において、レーザ媒質10は例えばNdを
含むＹＡＧのロッドで、これを挟むように全反射ミラー
31と部分反射性の出力ミラー32を設けて通例のようにレ
ーザ共振系を構成し、レーザ媒質10を励起光ELで光励起
することによりこの共振系をレーザ発振させる。超音波
Ｑスィッチ60はレーザ共振系のレーザ光Ｌの光路内に挿
入され、溶融石英等のブロックである超音波媒体40の端
面43に電気エネルギを超音波に変換するトランスデュー
サ50として例えばリチウムナイオベートの薄片を接着し
てなる。トランスデューサ50は高周波電源70から図では
トランスにより簡略に示されたインピーダンス整合回路
71を介して駆動され、それによって発生される超音波は
超音波媒体10内をレーザ光Ｌの光路とほぼ直角な図では
ｘで示す方向に進行し、超音波媒体40の下面42ともう一
方の斜めな端面44との間の楔状の部分に入り、端面44上
に設けられた薄い鉛板等の超音波吸収材40ａによって吸
収ないしはトラップされる。

【０００６】超音波はもちろん粗密波であるから、超音
波が通過する超音波媒体4071には光に対する屈折率の縞
模様が形成されてレーザ光Ｌに対して一種の回折格子と
して作用する。そこで、超音波の進行方向をその粗密波
の波面がレーザ光Ｌの方向に対し微小な角度θをもつよ
うにして置くと、図の電子スィッチ72のオン, つまりＱ
スィッチ60のオン状態では超音波の回折格子のブラッグ
回折によりレーザ光Ｌが本来の方向から図の２θで示す
方向に偏向されるので共振系内のレーザ発振が抑止され
る。この状態でＱスィッチ60をオフにすると、レーザ光
Ｌは本来の方向に進行してそれまでレーザ媒質10に蓄積
されていたエネルギが一気に放出され、急激なレーザ発
振が起こってジャイアントパルスが発生する。

【０００７】以上のＱスィッチでも原理上はレーザ装置
を制御してパルス発振させることができるが、実際には
超音波による回折の効率がレーザ光Ｌの偏光状態に強く
依存するので、これだけでは急峻な波形をもつ強力なパ
ルスレーザ光は得られない。例えば、溶融石英の超音波
媒体40では偏光面が超音波の進行方向に対して平行な光
は垂直な場合に比べて回折効率が５分の１程度に低下す
るので、レーザ光Ｌが直線偏光である場合は別としてラ
ンダム偏光である場合は回折効率が低下して、レーザ出
力が上昇するにつれて急峻な波形のパルスレーザ光が得
られなくなって来るからである。

【０００８】この問題の一つの解決法として、超音波媒
体40内にレーザ光Ｌとほぼ直角方向でかつ互いに直交す
る２方向に超音波を進行させることにより二次元回折格
子を形成して回折効率の偏光状態への依存性をなくす手
段が従来から知られている。このため、図８に示すよう
に超音波媒体40の上面41にも破線で示す別のトランスデ
ューサ51を取り付け、前述のトランスデューサ50と同時
にこれをオンオフさせながら前述のｘ方向のほかにｙ方
向にも超音波を進行させる。これにより超音波媒体40内
に超音波の粗密によるレーザ光Ｌの進行方向とほぼ直角
なxy面に沿って二次元回折格子が結晶構造のように立体
的に形成されて、レーザ光の偏光状態に無関係に強い回
折作用を及ぼし得るようになる。

【０００９】上述の問題のもう一つの解決法として、い
わゆるλ／４板を利用してレーザ光の偏光面を回折に有
利な方向に回転させた上でＱスィッチの超音波媒体に与
える手段が知られており、図９にこれをレーザ共振系内
のＱスィッチ付近のみを取り出して示す。周知のよう
に、このλ／４板はその内部で光が互いに速度の異なる
ｐ偏光とｓ偏光とに分かれて進行することを利用して光
の通過ごとにこれら２種の偏光間に４分の１波長に相当
する位相差を賦与するもので、図９に示すように１対の
λ／４板61と62をＱスィッチ60を相互間に挟み込むよう
にレーザ共振系のレーザ光Ｌの光路内に挿入する。

【００１０】この図９の従来例では、レーザ光Ｌ中の超
音波媒体40内の超音波の進行方向に対して平行なため回
折されにくい偏光成分がλ／４板を２度通過した後には
その偏光面が90°回転されて、回折されやすい偏光角度
で超音波媒体40に与えられるので超音波媒体の回折効率
が高まり、従ってＱスィッチ60のレーザ発振に対する抑
止効果が高められる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図８の
超音波直交方式のＱスィッチでは超音波媒体40内の回折
格子の回折効率を上げ、図９のλ／４板方式のＱスィッ
チではレーザ光Ｌの偏光成分を超音波媒体40により回折
されやすい偏光面に変えることにより、それぞれＱスィ
ッチの性能を高めることができるが、いずれの従来技術
にも以下のように若干の問題点がある。

【００１２】従来の超音波直交方式では、超音波媒体40
内に超音波の粗密による回折格子を正確に形成させて高
い回折効率を安定に維持するには、トランスデューサ50
と51をそれぞれｘ方向とｙ方向の粗密波を形成させるに
適した周波数で駆動し、かつそれらに対する電気的な駆
動状態を互いに関連付けて精密に制御する必要があるの
で、高周波電源と付属回路を二重に要するほか制御回路
が複雑化し、電気装置が大形化してレーザ装置の価格も
かなり高くつく問題がある。

【００１３】また従来のλ／４板方式では、λ／４板が
小形の低コストのもので済む利点がある反面、各λ／４
板に２個の反射面があって１対のλ／４板ではレーザ共
振系に４個の反射面を持ち込むことになり、もちろん反
射面ごとにレーザ光Ｌが僅かずつでも損失されて行くの
で全部の反射面ではかなりの損失になって、このためレ
ーザ出力の低下が避けられない問題がある。

【００１４】本発明はかかる問題点を解決して、できる
だけ簡易な構成で高出力かつ急峻な波形のパルスレーザ
光を取り出し得るＱスィッチ制御レーザ装置を提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願の第１参考例によれ
ば、超音波Ｑスィッチの超音波媒体を平行な対向２面と
それらに対し所定の角度をなす斜面をもつ断面形状に形
成し、トランスデューサによる超音波を超音波媒体内で
互いに交差する２方向に進行させることによって上述の
目的が達成される。

【００１６】この第１参考例では、超音波媒体の対向２
面中の斜面と鋭角をなす１面の斜面との隣接部分にトラ
ンスデューサを設けて超音波を斜面により反射させ、あ
るいは超音波媒体の斜面にトランスデューサを設けて超
音波を対向する２面により反射させるようにするのが有
利であり、いずれの態様でもトランスデューサは単一と
される。また、超音波媒体の斜面と反対側の端面を従来
と同様に斜面に形成してこの斜端面に超音波吸収材を設
け、超音波媒体内を互いに交差する２方向に進行する超
音波をこれに吸収させるのがよい。

【００１７】本願の第１発明では、共振系を構成する１
対のレーザ光反射手段の少なくとも一方にレーザ光の偏
光面を回転させる機能をもつ光学的手段を用い、この光
学的手段により偏光面が回転されたレーザ光をＱスィッ
チの超音波媒体に通過させることにより前述の目的を達
成する。

【００１８】この第１発明では、偏光面回転用の光学的
手段としてレーザ光に対して４分の１波長の位相差を賦
与するλ／４板やレーザ光を所定角度で全反射させる平
行な対向２面を備える斜方プリズム等を用いるのが有利
である。また、超音波媒質の側面をレーザ光に対する少
なくとも部分的な反射面に形成し、この側面を他方のレ
ーザ光反射手段として用いるのが有利である。さらに
は、超音波媒体に所定の面角で互いに交わる１対の側面
を設けるようにすれば、これら両側面でレーザ光を順次
に全反射させながらその偏光面を回転させる機能を超音
波媒体に賦与することができる。

【００１９】本願の第２発明ではレーザ媒質にスラブ状
に形成された光学結晶を用い、その細長い平行な対向２
面でレーザ光を繰り返し全反射させながらその偏光面を
回転させる機能をレーザ媒質に持たせることにより、さ
らに第２参考例では超音波媒体の超音波の進行方向に沿
う表面をレーザ光に対する少なくとも部分的な反射面，
すなわち全反射面や部分反射面に形成し、これをレーザ
共振系を構成する一方のレーザ光反射手段，すなわち全
反射ミラーや出力ミラーとして用いることによりそれぞ
れ前述の目的を達成する。なお、これらの本願発明なら
びに参考例の実施に当たっては、第１参考例、第１，第
２発明に、第２参考例を組み合わせるのがレーザ装置の
構成を簡易化する上で非常に有利である。

【００２０】

【作用】上述の第１参考例では、超音波媒体を平行な対
向２面のほかそれらに対し所定の角度をなす斜面をもつ
断面形状に形成することにより、対向２面の一方や斜面
の上に設けた単一のトランスデューサから超音波媒体に
注入される超音波が斜面や対向２面の相互間で反射され
ながら常に互いに交差する２方向に進行するので、従来
のように２個のトランスデューサを設けてそれらに対す
る電気的な駆動状態を互いに関連付けて精密に制御する
必要がなくなり、超音波媒体内に交差超音波の粗密波に
よる回折格子を安定に形成してレーザ光に対する回折効
率を向上し、Ｑスィッチの性能を高めることができる。

【００２１】第１および第２発明は、いずれもレーザ光
Ｌの偏光成分の偏光面を超音波媒体によって回折されや
すいように回転させるものである。すなわち、第１発明
では共振系を構成する１対のレーザ光反射手段の少なく
とも一方にレーザ光の偏光面を回転させる機能をもつ光
学的手段を用い、第２発明ではレーザ媒質にスラブ状に
形成された光学結晶を用いてその細長い平行な対向２面
でレーザ光を繰り返し全反射させながらその偏光面を回
転させることにより、いずれの場合にも従来の超音波媒
体を挟むλ／４板対のように余分な反射面をレーザ共振
系内に組み込む必要をなくし、レーザ装置の構成を簡易
化しながら共振系内のレーザ光の損失を減少させて高効
率発振，従って高パルス出力を可能にするものである。

【００２２】さらに、第２参考例は、超音波媒体の超音
波の進行方向に沿う表面をレーザ光に対する少なくとも
部分的な反射面に形成し、これをレーザ共振系を構成す
る一方のレーザ光反射手段に利用することにより、レー
ザ装置の構成をより簡易化するとともに、反射面を減少
させて発振効率を一層向上させるものである。

【００２３】

【実施例】以下、図を参照しながら本願発明の実施例と
参考例を説明する。図１と図２は第１参考例の例，図３
は第１発明の実施例、図４〜図６は第１発明と第２参考
例とを組み合わせた実施例，図７は第２発明の実施例を
それぞれ示し、いずれの実施例でも図８と図９に対応す
る部分に同符号が付されているので、以下の説明中の前
との重複部分はすべて省略することとする。

【００２４】図１の第１参考例の例では、同図(a) に示
すようにＱスィッチ60の溶融石英ないし石英ガラス等か
らなる超音波媒体40の一方の端面が斜面43に形成され
る。この斜面43の角度は、同図(b) 超音波媒体40を光学
軸と直角方向に切った断面に示すように、超音波媒体40
の互いに平行な上面41と下面42に対しこの例では45°と
するのがよく、この斜面43の真上の上面41の端部にリチ
ウムナイオベートの薄片等からなるトランスデューサ50
が接着される。

【００２５】このトランスデューサ50から超音波媒体40
内に注入される超音波は、同図(b)のようにｙ方向に進
行した後に斜面43により直角方向に反射され、ｘ方向に
進行した後に従来と同様に斜端面44に取り付けられた超
音波吸収材40ａによって吸収される。図のように、超音
波媒体40内の斜面43の近傍に２方向に進行する超音波の
交差領域，この例では直交領域が形成され、その粗密に
より前述の二次元的な回折格子ができるので、この領域
にレーザ光Ｌを図１(a) のように通過させる。なお、こ
の第１参考例でも超音波媒体40はその光学軸がレーザ光
Ｌに対し微小角θをなすように置かれ、Ｑスィッチ60の
オン状態でレーザ光Ｌを図の２θの方向にそらしてレー
ザ発振を抑止する。レーザ媒質10を挟むレーザ光反射手
段としての全反射ミラー31と部分反射ミラー32によりレ
ーザ共振系が構成され、この共振系内にＱスィッチ60が
挿入され、部分反射ミラー32側から出力パルスレーザ光
Loが取り出されるのも従来の図８の場合と同じである。

【００２６】図２に第１参考例の異なる例を超音波媒体
40の断面により示す。この例ではトランスデューサ50が
斜面43に設けられる。これにより超音波媒体40に注入さ
れる超音波はその内部を図のようにジグザグ状に進んだ
後に超音波吸収材40ａにより吸収され、この間に超音波
媒体40の断面のほぼ全域に超音波の交差領域が図のよう
に形成されるので、この例では超音波媒体40に与えるレ
ーザ光Ｌのビーム径を図１の例よりも大きくできる利点
が得られる。なお、この例における超音波の交差領域内
の進行方向はｘおよびｙ方向から傾いており、この傾き
角度はもちろん斜面43の斜角αにより決まる。この斜角
αは、ふつうは45°とすることでよいが、必ずしもこれ
に正確に合わせる必要はなく、図１の例の場合より広い
範囲の選択が可能である。

【００２７】図１と図２の第１参考例のいずれの例で
も、Ｑスィッチ60に単一のトランスデューサ50を設けて
簡単な駆動回路から付勢するだけで超音波媒体40内に超
音波の交差領域を安定に形成して、レーザ光Ｌの偏光状
態に依存しない高い回折効率を達成してＱスィッチ60の
性能を高めることができる。

【００２８】図３に第１発明の一実施例を示す。この実
施例ではレーザ媒質10を含むレーザ共振系を構成する１
対のレーザ光反射手段としてレーザ光Ｌの偏光面の回転
機能をもつλ／４板33と34とを用い、共振系内のレーザ
光Ｌの光路に超音波媒体40の一端面のみにトランスデュ
ーサ50を備える最も簡単な構造の超音波Ｑスィッチ60を
挿入する。１対のレーザ光反射手段中のλ／４板33は外
側面33ａにレーザ光Ｌに対し高反射性，内側面33ｂに無
反射性のコーティングをそれぞれ施して共振系の全反射
ミラーの役目を持たせ、λ／４板34は外側面34ａにふつ
うは５〜20％の部分反射性，内側面34ｂに無反射性のコ
ーティングをそれぞれ施して出力パルスレーザ光Loを取
り出す出力ミラーの役目を持たせる。

【００２９】この図３のレーザ装置では、Ｑスィッチ60
をλ／４板33の方に向けて通過したレーザ光Ｌの回折効
率の低い偏光成分はλ／４板33内を往復する間に回折効
率の高い偏光成分に変換され、逆にＱスィッチ60をλ／
４板34の方に向けて通過したレーザ光Ｌの回折効率の低
い偏光成分もλ／４板34内を往復する間に回折効率の高
い偏光成分に変換されてそれぞれＱスィッチ60に戻る。
従って、レーザ光Ｌがレーザ共振系内を繰り返して往復
する間には回折効率の高い偏光成分のみにほぼ揃えられ
るので、簡単な構造のＱスィッチ60でも高性能で使用し
て急峻な波形の出力パルスレーザ光Loを取り出すことが
できる。また、図９の従来例よりレーザ共振系内の反射
面の総数が少ないのでレーザ光Ｌの損失が減少し、レー
ザ装置を高効率発振させて高出力化することができる。

【００３０】図４に第１発明に第２参考例の超音波媒体
40の表面を反射面に形成して共振系のレーザ光反射手段
として利用する構成を組み合わせた実施例を示す。同図
(a)の構成図に示すように、この実施例ではレーザ共振
系の１対のレーザ光反射手段中の一方のみ, 図の例では
出力側にレーザ光Ｌに対して回転機能をもつλ／４板34
を用いて回折に不利なその偏光成分を有利な偏光面に変
換させ、Ｑスィッチ60の超音波媒体40の側面45にレーザ
光Ｌに対し高反射性のコーティングを施して他方のレー
ザ光反射手段, 図の例では全反射ミラーとして利用す
る。

【００３１】この全反射性の超音波媒体40の側面45はＱ
スィッチ60のオフ時にレーザ光Ｌを入射方向に正確に送
り返す必要があるので、同図(b) の超音波媒体40の断面
図に示すようにレーザ光Ｌに対し垂直に置かれる。しか
し、Ｑスィッチ60のオン時にレーザ光Ｌを図の２θの方
向に偏向させるには超音波媒体40内の超音波の波面にそ
れに対する僅かな角度を持たせる必要があるので、超音
波媒体40の端面43ａに図示のようにレーザ光Ｌの方向に
対し微小角θを持たせてトランスデューサ50を取り付け
る。

【００３２】以上のように構成された図４の実施例で
は、Ｑスィッチ60の超音波媒体40内を側面45の方に通過
したレーザ光Ｌに対しては偏光面の回転機能はないが、
逆方向に通過したレーザ光Ｌはλ／４板34によりその偏
光面が回転されて超音波媒体40に戻って来るので、レー
ザ光Ｌはレーザ共振系内を繰り返して往復する内に回折
効率の高い偏光成分にほぼ揃えられて行き、図３の実施
例に近い高い回折効率が達成される。なお、この図４の
実施例では、図３のλ／４板33が省略されるのでレーザ
装置の構成が簡単になり、かつ反射面の総数も減少する
ので図３の実施例よりさらに高効率の, 従って高出力の
レーザ発振が可能になる。

【００３３】図５に示す第１発明の実施例では、レーザ
共振系の一方のレーザ光反射手段にレーザ光Ｌに対して
偏光回転機能を備える斜方プリズムを用い、かつ第２参
考例と組み合わせる。すなわち、同図(a) の構成図に示
すようにＱスィッチ60の超音波媒体40の全反射性の側面
45を他方のレーザ光反射手段に用いるのは図４と同じで
あるが、出力パルスレーザ光Loを取り出す側のレーザ光
反射手段としていわゆるフレネルの斜方プリズム35を用
いる。この斜方プリズム35は、光を全反射させるとよく
知られているようにそのｐ偏光成分とｓ偏光成分の間に
位相差が発生するのを利用して偏光面を回転させるもの
で、斜方プリズム35を構成するガラス等の光学媒体の屈
折率を例えば1.52とすると全反射面に対する入射角が5
5.5°または47.5°の場合に１回の全反射ごとにｐ偏光
成分とｓ偏光成分の間にπ／４だけの位相差が発生す
る。

【００３４】そこで、図５(b) のように斜方プリズム35
を縦断面が平行四辺形になるように形成してその端面35
ａと35ｂをレーザ光Ｌの入出射面, 斜めの側面35ｃと35
ｄを全反射面としてそれぞれ用い、側面35ｃと35ｄの傾
きをレーザ光Ｌの全反射角が上述の例えば55.5°になる
ようにし、かつレーザ光Ｌを図示のように２回全反射さ
せるようにする。この斜方プリズム35はその内部をレー
ザ光Ｌが往復するつど４回全反射させるから、前述のλ
／４板のいわば２枚分と同等な偏光回転機能を果たし、
しかも全反射により偏光を回転させるのでレーザ光Ｌの
損失がそれより少なくて済む。

【００３５】なお、図５の実施例では斜方プリズム35を
レーザ装置の出力側に用いるので、端面35ａにレーザ光
Ｌに対し部分反射性, 端面35ｂに無反射性のコーティン
グをそれぞれ施す。また、この実施例では超音波媒体40
内で超音波が進行するｘ方向に平行なレーザ光Ｌの偏光
成分を斜方プリズム35内でｐ偏光とｓ偏光に分割する必
要があるので、斜方プリズム35を図５(a) と(c) に示す
ようにその端面35ｂの中心線ないし長手軸方向がｘ方向
に対し45°の角度をなす姿勢に置く。

【００３６】以上のように構成された図５の実施例は、
図４のλ／４板34を斜方プリズム35により置き換えただ
けなので超音波媒体40のレーザ光Ｌに対する回折効率お
よびレーザ装置の発振効率等の性能は図４の実施例と同
等かそれより若干優れ、かつλ／４板34よりも斜方プリ
ズム35の方が安価につく利点がある。

【００３７】図６に超音波媒体40にレーザ光Ｌに対する
偏光回転機能を持たせた第１発明の実施例を第２参考例
と組み合わせた態様で示す。この実施例では、超音波媒
体40の図の手前の面が互いに所定の面角で交わる１対の
側面45ａと45ｂからなる屋根状に形成され、レーザ光Ｌ
はこれらの側面45ａと45ｂで順次に全反射されて図の例
では逆方向に折り返される。反対側の側面46にはレーザ
光Ｌに対して無反射性のコーティングが施されるが、上
のように折り返されたレーザ光Ｌが当たる面部分である
側面47には高反射性コーティングが施される。

【００３８】上述のように形成された超音波媒体40の１
対の側面45ａと45ｂが果たす役割は図５の斜方プリズム
35の２個の側面35ｃと35ｄと同様であり、レーザ光Ｌを
往復のつどに４回の全反射して２枚のλ／４板とほぼ同
等な偏光回転機能を果たす。この際のレーザ光Ｌの側面
35ｃや35ｄへの入射角は前述の55.5°や47.5°の条件を
満たすよう例えば47.5°に設定され、上述のようにレー
ザ光Ｌを逆方向に折り返させるには両側面35ｃと35ｄが
交わる面角を容易にわかるようにその倍の95°にすれば
よいことになる。

【００３９】なお、この実施例でも超音波媒体40内の超
音波の進行方向に平行なレーザ光Ｌの偏光成分をその側
面35ｃや35ｄにおける全反射時にｐ偏光とｓ偏光に分割
する必要があるため、トランスデューサ50の取り付け用
端面43ｂに図４のように45°の傾斜が付けられる。従っ
て、超音波が互いに平行な上面41と下面42の間で反射さ
れて、超音波媒体40の内部に図２と同様な超音波の直交
領域が形成されるのでレーザ光Ｌに対する回折効率が一
層高められる。超音波媒体40の上述の全反射性側面47は
レーザ共振系を構成する一方のレーザ光反射手段の役目
を果たす。もう一方の出力側のレーザ光反射手段には図
８と同様に部分反射性の出力ミラー32を用いてもよい
が、この実施例では図３や図４の実施例の場合と同様に
λ／４板34が用いられている。

【００４０】このように構成された図６の実施例では、
レーザ光Ｌに対する偏光回転機能が図２の参考例および
図３から図５までの実施例より完全で、かつ超音波媒体
40内の超音波の直交領域に形成される二次元回折格子に
よりレーザ光Ｌを回折させるので、Ｑスィッチ60のレー
ザ光Ｌに対する回折効率を一層高めてレーザ装置の発振
効率およびパルス出力をさらに向上することができる。

【００４１】図７に第２発明の実施例を示す。この第２
発明ではレーザ媒質11を図のようないわゆるスラブ状に
形成して、そのレーザ光Ｌに対する偏光回転機能を利用
することによりレーザ装置の構成を一層簡易化する。

【００４２】スラブ形のレーザ媒質11は偏平な横断面を
もつ細長いＹＡＧ等の光学結晶で、ふつうは斜面である
その１対の端面11ａと11ｂからレーザ光Ｌを出入させ、
その内部を平行な細長い１対の対向面11ｃと11ｄで全反
射させながら図のようにジグザグ状に進行させる。レー
ザ光Ｌが全反射されるつど前述のようにそのｐ偏光とｓ
偏光の間に位相差が発生するから、全反射の角度と回数
を適切に設定することによりこのレーザ媒質11に強い偏
光回転機能を持たせることができる。

【００４３】図７の実施例ではレーザ共振系の１対のレ
ーザ光反射手段に全反射ミラー31と部分反射性の出力ミ
ラー32が用いられており、Ｑスィッチ60はもちろんこれ
らにより構成される共振系内のレーザ光Ｌの光路に挿入
される。また、この第２発明では、Ｑスィッチ60の姿勢
をレーザ媒質11の全反射面である対向面11ｃや11ｄに対
し図のように45°傾けて、超音波媒体40内の超音波の進
行方向に平行なレーザ光Ｌの偏光成分をレーザ媒質11に
よる全反射時にｐ偏光とｓ偏光に分割するのがとくに有
利である。

【００４４】このように構成された図７の実施例では、
レーザ媒質11内の全反射角をレーザ光Ｌの偏光回転に最
も有利なように常に設定できるとは限らないが、レーザ
光Ｌが共振系内を１往復する間の全反射回数をふつうは
少なくとも20回取れるので、レーザ媒質11に充分な偏光
回転機能を持たせることができる。また図からわかるよ
うに、この第２発明はレーザ装置の全体構成を非常に簡
単にすることができ、かつレーザ媒質11にスラブ形を用
いるので高出力パルス発振にとくに適する利点を有す
る。

【００４５】以上例示した実施例に限らず、本願発明は
種々変形した態様や第１，第２参考例と第１，第２発明
を適宜に組み合わせた態様で実施することができる。例
えば、第２参考例を用いた図４〜図６の実施例では超音
波媒体の側面をレーザ光に対し全反射性としたが、これ
を部分反射性にしてＱスィッチを出力パルスレーザ光の
取り出し側にも適用することができる。

【００４６】また、実施例では本願の第２参考例をすべ
て第１発明と組み合わせた態様で説明したが、これを単
独の形でないしは第１参考例や第２発明と組み合わせた
形で適宜に実施して、レーザ装置の全体構成を簡単化で
きるその効果を発揮させることができるのはもちろんで
ある。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したとおり、本願の第１参考例
では、レーザ共振系内に配設した超音波Ｑスィッチの超
音波媒体を平行な対向２面とそれらと所定の角度をなす
斜面とをもつ断面形状に形成することにより、単一のト
ランスデューサから超音波媒体に注入した超音波をその
斜面や対向２面で反射させながら互いに交差する２方向
に進行させてその粗密波により回折効率のよい二次元回
折格子を形成させることができるので、 (a) 従来のように２個のトランスデューサを設ける必要
をなくし、 (b) トランスデューサ相互間を互いに関連付けて電気的
駆動状態を精密制御する必要をなくしてトランスデュー
サ用の駆動回路を簡単化し、 (c) 単一のトランスデューサによって超音波媒体の内部
に交差超音波の粗密波による回折格子を非常に安定に形
成することができ、 (d) 従ってレーザ光に対する回折効率を向上してＱスィ
ッチの性能を高めることができる。

【００４８】本願の第１発明では、共振系を構成する１
対のレーザ光反射手段の少なくとも一方にレーザ光の偏
光面を回転させる機能をもつ光学的手段を用い、この光
学的手段により偏光面が回転されたレーザ光をＱスィッ
チの超音波媒体を通過させるようにしたので、 (a) 従来のＱスィッチ用にとくにλ／４板対を組み込む
構成に比べてレーザ装置の構成を簡易化し、 (b) レーザ共振系内の余分な反射面を省いてレーザ光の
損失を減少させ、レーザ装置を高効率かつ高パルス出力
で発振させることができる。

【００４９】本願の第２発明では、レーザ媒質にスラブ
状の光学結晶を用いて、その細長い平行な対向２面でレ
ーザ光を繰り返し全反射させながらその偏光面を回転さ
せることにより、第２発明の(a) と(b) の効果に加え
て、(c) レーザ装置の全体構成を単純化してコストを下
げ、(d) スラブ形レーザ媒質の特質を利用してレーザ装
置を非常に高い出力でパルス発振させることができる。

【００５０】本願の第２参考例では、超音波媒体の超音
波の進行方向に沿う表面をレーザ光に対する全反射面や
部分反射面に形成してレーザ共振系を構成する一方のレ
ーザ光反射手段に利用することにより、第１発明の(a)
と(b) の効果に加えて、(c) 上述の第１参考例、第１，
第２発明と組み合わせて実施することにより、それらに
特有の効果は発揮させながらレーザ装置の全体構成を一
層簡易化できる。

【００５１】以上のように本願発明は、超音波Ｑスィッ
チの性能を高めあるいはその性能を発揮させながら、い
ずれも小形かつ安価なレーザ装置により高発振効率で急
峻なパルス波形をもつ高出力のレーザパルス発振を可能
にするもので、レーザ装置の一層の発展と普及に貢献す
ることが期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１参考例によるレーザ装置の実施例を示し、
同図(a) はその構成図、同図(b)はＱスィッチ用の超音
波媒体の断面図である。

【図２】第１参考例の異なる実施例を示す超音波媒体の
断面図である。

【図３】第１発明によるレーザ装置の実施例を示す構成
図である。

【図４】第１発明と第２参考例とを組み合わせたレーザ
装置の実施例を示し、同図(a)はその構成図、同図(b)
はＱスィッチ用の超音波媒体の断面図である。

【図５】第１発明と第２参考例とを組み合わせたレーザ
装置の異なる実施例を示し、同図(a) はその構成図、同
図(b) は斜方プリズムの縦断面図、同図(c) はＱスィッ
チの超音波媒体と斜方プリズムの位置関係図である。

【図６】第１発明と第２参考例とを組み合わせたレーザ
装置のさらに異なる実施例を示す構成図である。

【図７】第２発明によるレーザ装置の実施例を示す構成
図である。

【図８】従来技術によるレーザ装置の構成図である。

【図９】異なる従来技術によるレーザ装置のＱスィッチ
付近の斜視図である。

【符号の説明】

10 レーザ媒質 11 スラブ状のレーザ媒質 11ｃ スラブ状レーザ媒質の一方の対向面 11ｄ スラブ状レーザ媒質の他方の対向面 33 レーザ光反射手段としてのλ／４板 34 レーザ光反射手段としてのλ／４板 35 レーザ光反射手段としての斜方プリズム 40 超音波媒体 41 超音波媒体の平行な対向２面の一方としての上
面 42 超音波媒体の平行な対向２面の他方としての下
面 43 超音波媒体の斜面 45 レーザ光反射手段としての超音波媒体の側面 45ａ 超音波媒体の互いに交わる１対の側面の一方 45ｂ 超音波媒体の互いに交わる１対の側面の他方 47 レーザ光反射手段としての超音波媒体の側面な
いし側面部分 50 トランスデューサ 60 超音波Ｑスィッチ Ｌ レーザ光 Lo 出力パルスレーザ光

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ媒質を含むレーザ共振系内に配設し
   た超音波Ｑスィッチを制御してパルスレーザ光を発生さ
   せるレーザ装置であって、共振系を構成する１対のレー
   ザ光反射手段の少なくとも一方にレーザ光の偏光面を回
   転させる機能をもつ光学的手段を用い、この光学的手段
   により偏光面が回転されたレーザ光がＱスィッチの超音
   波媒体を通過するようにしたことを特徴とするＱスィッ
   チ制御レーザ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のレーザ装置において、偏
   光面回転用の光学的手段がレーザ光に対して４分の１波
   長の位相差を賦与するλ／４板であることを特徴とする
   Ｑスィッチ制御レーザ装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のレーザ装置において、偏
   光面回転用の光学的手段がレーザ光を所定角度で全反射
   させる平行な対向２面を備える斜方プリズムであること
   を特徴とするＱスィッチ制御レーザ装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のレーザ装置において、Ｑ
   スィッチ用の超音波媒質の側面をレーザ光に対する少な
   くとも部分的な反射面に形成して、この側面を他方のレ
   ーザ光反射手段として用いるようにしたことを特徴とす
   るＱスィッチ制御レーザ装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載のレーザ装置において、Ｑ
   スィッチ用の超音波媒質に所定の面角で互いに交わる１
   対の側面を設け、これら両側面でレーザ光を順次に全反
   射させて偏光面を回転させるようにしたことを特徴とす
   るＱスィッチ制御レーザ装置。
6. 【請求項６】レーザ媒質を含むレーザ共振系内に配設し
   た超音波Ｑスィッチを制御してパルスレーザ光を発生さ
   せるレーザ装置であって、レーザ媒質としてスラブ状に
   形成された光学結晶を用い、その細長い平行な対向２面
   でレーザ光を繰り返し全反射させながらその偏光面を回
   転させるようにしたことを特徴とするＱスィッチ制御レ
   ーザ装置。