JP3002998B2 - パルスレーザーのパルス幅を延伸する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はパルスレーザーのパルス幅を延伸する装置に
関する。詳しくは、本発明は、主共振器で発生したレー
ザーパルスの時間幅を、副共振器光学系により延伸させ
て時間幅の長いレーザーパルスを生成する装置に関す
る。

（従来の技術） 従来、パルス幅の長いレーザー光は次のような方法に
利用されている。

（１）色素レーザー光発振スペクトルの狭帯域化 ここに、色素レーザーとは、発色性の高い有機色素を
アルコール等の溶媒に溶かし、これを他のポンプレーザ
ーで光励起することによってレーザー発振を行うレーザ
ーのことである。この光励起に用いられるポンプレーザ
ーが、連続発振レーザーの場合は、CW（連続発振器）色
素レーザーと呼ばれ、またパルス発振レーザーの場合
は、パルス色素レーザーと呼ばれている。パルス色素レ
ーザー光は、その特徴の一つに、波長精度が高いことが
挙げられるが、一般的には、波長精度を表す値であるス
ペクトル幅は、ポンプレーザーのパルス幅の逆数に比例
した値となる。そこで、ポンプレーザーパルス幅を、延
伸することにより、スペクトル幅のより狭い色素レーザ
ー光を得ることが可能になる。

このような発振スペクトル幅が狭帯域化された色素レ
ーザー光の利用としては、精度の高い分光分析、同位体
の分離等が挙げられる。

（２）光ファイバーを用いたパルスレーザー光の伝播に
ついて 高い尖頭値（ピーク出力）を有するパルスレーザー光
を光ファイバー内で伝播させると、光ファイバーの入射
面またはファイバー内部でレーザー光による破壊が起こ
る。これは、パルスレーザー光の尖頭値によってファイ
バーの材質であるガラス等を熱的に瞬間に溶かしてしま
う為である。この尖頭値は、１パルス当りのレーザー光
出力をそのパルス幅で割った値であるので、パルス幅を
長くすれば、尖頭値は低くなる。従って、パルスレーザ
ー光のファイバー利用において、パルス幅を延伸するこ
とによってファイバーの損傷が起こり難くなる。

パルスレーザー光の伝播において、光ファイバーを用
いることは、レーザーの取扱いが簡便になるため、医療
装置、及びレーザー加工装置の改善に大いに役立つ。

而して、従来の技術においては、複数個の多重反射ミ
ラーを使用してパルス幅を延伸する方法、或いはレーザ
ー発振を行わせるための放電を制御することによってパ
ルス幅を延伸する方法が用いられている。しかしなが
ら、複数個の多重反射ミラー等を使用した方法において
は、 （１）その構成数が多いので使用する装置の調整が難し
い、 （２）レーザー光の伝播距離が長いので、振動等の外力
による光路の変化を受けやすい、 （３）使用する装置に広いスペースが必要である、 （４）使用する装置にコストがかかる などの問題点がある。

また、放電制御によるパルス幅の延伸方法において
は、 （１）使用する装置にコストがかかる （２）放電制御部を改造しなければならない、 （３）使用する装置の構成が複雑である などの問題点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、パルスレーザーのパルス幅を延伸す
るための装置において、このような問題点を解消した装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本願発明者は、この目的達成のため鋭意研究の結果、
小数の光学素子を副共振器に使用することにより、簡素
にしてコンパクトであり、副共振器の全反射ミラーの配
置位置を変えることにより、パルス幅を変化させること
が可能であることに想到し、本発明のパルスレーザーの
パルス幅を延伸する装置を発明するに至った。

次に、本発明の装置を第１図を用いて具体的に説明す
る。

本発明のパルスレーザーのパルス幅を延伸する装置
は、レーザー発振器、主共振器及び副共振器光学系によ
って構成される。レーザーチューブ１で発生した光は、
まず主共振器全反射ミラー２及び主共振器出力ミラー３
内で共振した後、レーザー光となって主共振器出力ミラ
ー３から出射する。このレーザー光の一部は、入射方向
に対して45度傾けられた副共振器出力ミラー４で反射さ
れ、残りのレーザー光は副共振器出力ミラー４を透過
し、副共振器全反射ミラー５で折返され、再度レーザー
チューブ１を通過し、主共振器全反射ミラー２で折返さ
れ、レーザーチューブ１で増幅された後、副共振器出力
ミラー４から再度反射される。副共振器出力ミラー４か
ら得られるレーザー光は、この繰返しに必要な時間だけ
ずれて次々に重なり合うことになる。これを第２図に示
す。すなわち、第２図はパルス幅の延伸過程を示すもの
で、図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１図の
副共振器出力ミラー４で反射されるレーザー光を示して
いる。すなわち、繰り返しに必要な時間は、これらのレ
ーザーパルスの間隔で、第１図における主共振器全反射
ミラー２と副共振器全反射ミラー５との間隔Ｌの２倍値
を光の速度で割ったものに相当する。このため、副共振
器全反射ミラー５の配置位置を変えることによって、パ
ルス幅を任意に延伸させることが可能となる。

また、副共振器出力ミラー４での反射損失を低下させ
るために、レーザー光の偏光を利用することが可能であ
る。この場合は、第１図における副共振器出力ミラー４
を偏光キューブ７に換え、さらにその両側に、それぞれ
波長板６及び45度リターデーションプレート８を配置す
る。これによって、偏光キューブ７の前後におけるレー
ザー光の偏光の方向が90度異なるため、破線矢印の方向
のみにレーザー光を反射させることが可能となり、反射
損失を低下させることができる。この方法によって、パ
ルス幅が延伸されたレーザー光は一方向に偏光されるの
で、さらに質の高いレーザービームになる。

（実施例） 実施例の実験模図を第３図に示す。レーザーチューブ
１として銅蒸気レーザーを用いた。また、主共振器全反
射ミラー２及び主共振器出力ミラー３として、いずれも
拡大率５倍の不安定共振器を用いた。主共振器全反射ミ
ラー２から副共振器全反射ミラー５までの距離をＬとし
て、副共振器出力ミラー３から出射されたレーザー光の
パルス幅を、各々のＬにおいて測定した。その結果、主
発振器で得られたレーザーパルス幅21nsに対してＬ＝2.
55mでは、パルス幅40ns（半値幅）が、Ｌ＝3.3mでは、4
2ns（半値幅）が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の概念図である。発振器光学系
を主共振器として用い、この主共振器から得られるレー
ザー光の一部を取り出し、残りのレーザー光を発振器に
戻すために副共振器光学系が用いられている。 第２図は、パルス幅の延伸過程を示したものである。図
中の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第１図の副共振器ミラ
ーで反射されるレーザー光を示す。 第３図は、実施例の実験模式図及び延伸されたパルス幅
の測定結果を示す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザーチューブ、主共振器全反射ミラー
   及び主共振器出力ミラーからなるレーザー発振器から出
   射されたレーザー光の一部を、副共振器全反射ミラーで
   反射させて再度レーザーチューブ内で増幅した後に、副
   共振器出力ミラーから出射させることを多重回繰り返し
   て、パルスレーザーのパルス幅を延伸させる装置。