JP3014593B2 - Pulse laser oscillation device - Google Patents

Pulse laser oscillation device

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JP3014593B2
JP3014593B2 JP6219042A JP21904294A JP3014593B2 JP 3014593 B2 JP3014593 B2 JP 3014593B2 JP 6219042 A JP6219042 A JP 6219042A JP 21904294 A JP21904294 A JP 21904294A JP 3014593 B2 JP3014593 B2 JP 3014593B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はパルスレーザ発振装置
に係り、特にパルスレーザ発振の高効率化、大出力化の
ための改善に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse laser oscillation device, and more particularly, to an improvement for improving the efficiency and output of pulse laser oscillation.

【0002】[0002]

【従来の技術】図15は例えば特公昭63−64065
号公報に示されたエキシマレーザ(XeCl,KrF,
ArF等)、TEACO2レーザ、N2レーザ等の従来の
パルスレーザ発振装置を示す概略ブロック図であり、図
において、1はレーザガスを封入している筐体、2はレ
ーザ媒質を励起するための放電を生成する第1主電極、
3は第1主電極に対向する第2の主電極、4は第1主電
極2と第2主電極3の間で放電によって生成されるレー
ザ媒質励起部、5は第1主電極2と第2主電極3の間に
電圧を印加して放電を開始し、かつ励起エネルギを供給
してレーザ媒質励起部4を形成するための放電励起回
路、6は筐体1中にレーザガスを封入し、かつレーザ光
を取り出すためのレーザ光透過窓、7、8は各々レーザ
光を増幅するための共振器を構成する全反射鏡、および
部分反射鏡、9は共振器から取り出されたレーザ光、L
はレーザ光を増幅するのに寄与する実質的な放電長を表
す有効利得長、Lcは全反射鏡7と部分反射鏡8の距離
を表す共振器長である。
2. Description of the Related Art FIG. 15 shows, for example, Japanese Patent Publication No. 63-64065.
Excimer laser (XeCl, KrF,
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a conventional pulse laser oscillation device such as an ArF or the like, a TEACO 2 laser, an N 2 laser or the like. In the figure, reference numeral 1 denotes a case in which a laser gas is sealed; A first main electrode for generating a discharge,
Reference numeral 3 denotes a second main electrode facing the first main electrode, 4 denotes a laser medium exciting portion generated by electric discharge between the first main electrode 2 and the second main electrode 3, and 5 denotes a first main electrode 2 and a second main electrode. A discharge excitation circuit for applying a voltage between the two main electrodes 3 to start a discharge and supplying excitation energy to form a laser medium excitation section 4; 6, a laser gas is sealed in the housing 1; And a laser light transmission window for extracting laser light, 7 and 8 are total reflection mirrors and partial reflection mirrors each constituting a resonator for amplifying the laser light, and 9 is laser light extracted from the resonator.
Is an effective gain length representing a substantial discharge length contributing to amplifying the laser light, and Lc is a resonator length representing a distance between the total reflection mirror 7 and the partial reflection mirror 8.

【0003】次に代表的なエキシマレーザであるXeC
lレーザの場合についてその動作を説明する。筐体1の
中に上位準位を形成するレーザ媒質のもととなるXe,
HCl,および緩衝ガスであるNeからなるレーザガス
が2〜6atm程度の高気圧で封入されている。放電励
起回路5の動作によりまず第1主電極2と第2主電極3
の間に電圧が印加される。この電圧がその放電開始電圧
に達すると、主電極2、3間において絶線破壊が起こ
り、放電励起回路5から注入されるエネルギによって励
起放電が形成される。この励起放電が主電極2、3間に
おいて均質に行われるためには、絶線破壊に先立って、
その領域全体に渡ってレーザガスが電子密度105から
108個/cm3のオーダで予備電離されていることが必
要である。予備電離を行う手段としては、アーク放電、
またはコロナ放電から発生する紫外線を主電極間の領域
に対して照射するもの、もしくはX線を照射するものが
一般的である。さて、このようにして均質に形成された
励起放電中では、レーザ媒質であるXeCl*(ここで
*は励起状態を表している。以下同様。)が上位準位に
効率良く生成され、いわゆる反転分布状態となったレー
ザ媒質励起部4が形成される。そしてXeCl*が光の
場との相互作用(誘導放出)によって下準位に落ち、X
eとClに解離する過程において光の場と同位相の光を
発する。この光はレーザ光透過窓6を介して筐体1の外
部に設置された全反射鏡7、および部分反射鏡8によっ
て反射され、レーザ媒質励起部4中を繰返し通過するこ
とによって増幅され、数MW/cm2以上の強いレーザ
光9となって部分反射鏡8から取り出される。
[0003] Next, a typical excimer laser, XeC
The operation in the case of 1 laser will be described. Xe, which is a source of a laser medium forming an upper level in the housing 1,
A laser gas composed of HCl and Ne as a buffer gas is sealed at a high pressure of about 2 to 6 atm. First, the first main electrode 2 and the second main electrode 3 are operated by the operation of the discharge excitation circuit 5.
During this time, a voltage is applied. When this voltage reaches the discharge starting voltage, breakage occurs between the main electrodes 2 and 3, and an excitation discharge is formed by energy injected from the discharge excitation circuit 5. In order for this excitation discharge to be performed uniformly between the main electrodes 2 and 3,
It is necessary that the laser gas be pre-ionized over the entire region at an electron density of 10 5 to 10 8 / cm 3 . Means for performing preionization include arc discharge,
Alternatively, a method of irradiating ultraviolet rays generated from corona discharge to a region between the main electrodes or a method of irradiating X-rays is generally used. By the way, in the homogeneously formed excitation discharge, XeCl * (where * represents an excited state; the same applies hereinafter), which is a laser medium, is efficiently generated at a higher level, and the so-called inversion occurs. The laser medium excitation section 4 in the distribution state is formed. Then, XeCl * falls to the lower level due to the interaction (stimulated emission) with the light field, and XeCl *
In the process of dissociation into e and Cl, light is emitted in phase with the light field. This light is reflected by a total reflection mirror 7 and a partial reflection mirror 8 provided outside the housing 1 through a laser light transmission window 6 and is amplified by repeatedly passing through the laser medium excitation unit 4. A strong laser beam 9 of MW / cm 2 or more is taken out from the partial reflecting mirror 8.

【0004】図16はXeClレーザに放電励起回路5
として文献「レーザ研究、第20巻38号(1992
年)」に示されているプリパルス/PFN回路を適用し
た場合の構成を示している。プリパルス/PFN回路は
第1、第2の主電極間において放電を開始するための第
1の放電回路12(プリパルス回路)とエネルギを注入
するための第2の放電回路13(PFN回路)を分離し
た回路である。ここにおいて第1の放電回路12は放電
を開始するのに必要な高電圧回路を備え、また、エネル
ギ的には均一放電を起こすに必要な最低限のエネルギを
供給する。一方、第2の放電回路13は、励起放電が開
始した後、極端に下がる主電極間の放電抵抗(十分の数
オーム程度)と同程度の内部インピーダンスを有し、イ
ンピーダンス整合をとることにより大きな励起エネルギ
を効率よく放電場に投入する。結果として機能分離した
二つの放電回路を組み合わせることにより、効率よく反
転分布を形成できるという特徴がある。
FIG. 16 shows a discharge excitation circuit 5 applied to a XeCl laser.
The document “Laser Research, Vol. 20, No. 38 (1992)
) Is applied to the pre-pulse / PFN circuit shown in FIG. The pre-pulse / PFN circuit separates a first discharge circuit 12 (pre-pulse circuit) for starting discharge between the first and second main electrodes and a second discharge circuit 13 (PFN circuit) for injecting energy. Circuit. Here, the first discharge circuit 12 includes a high-voltage circuit necessary for starting discharge, and supplies the minimum energy required for causing uniform discharge in terms of energy. On the other hand, the second discharge circuit 13 has the same internal impedance as the discharge resistance between the main electrodes (approximately several ohms) which drops extremely after the start of the excitation discharge, and is large by impedance matching. The excitation energy is efficiently input to the discharge field. As a result, there is a feature that the population inversion can be efficiently formed by combining the two discharge circuits separated in function.

【0005】図17は上記プリパルス/PFN回路の装
置において上位準位への蓄積エネルギEexcとして1
cm3当たりに3.4×10-3Jのエネルギを与えた時に
発生する単位長さ当たりの小信号利得を計算した例を示
している。レーザ媒質励起部4において形成された反転
分布(すなわち発生した利得)から効率よくレーザ光9
を取り出すためには、有効利得長L、および共振器条件
(全反射鏡、部分反射鏡の曲率、反射率等の仕様、およ
び共振器長Lc)が重要となる。いまレーザ光のパルス
当たりの出力を増加する観点から、放電断面のディメン
ション、および投入電力密度を一定として有効利得長L
を1m、2m、3mと順次増加することを考える。この
時、装置を製作する都合上各共振器長は有効利得長Lの
1.5倍である1.5m、3.0m、4.5mになると仮定
する。また、全反射鏡の反射率は100%、部分反射鏡
の反射率Rは各々有効利得長Lに対するほぼ最適値であ
る30%、10%、5%とした場合を考える。
FIG. 17 shows the stored energy Eexc at the upper level of 1 in the pre-pulse / PFN circuit device.
An example is shown in which a small signal gain per unit length that is generated when 3.4 × 10 −3 J of energy is applied per cm 3 is calculated. From the population inversion (that is, the generated gain) formed in the laser medium excitation section 4, the laser light 9 is efficiently emitted.
In order to extract the effective gain length, the effective gain length L and the resonator conditions (specifications such as the curvature and reflectance of the total reflection mirror and the partial reflection mirror, and the resonator length Lc) are important. Now, from the viewpoint of increasing the output per pulse of the laser beam, the effective gain length L
Is sequentially increased to 1 m, 2 m, and 3 m. At this time, it is assumed that the length of each resonator is 1.5 m, 3.0 m, and 4.5 m, which is 1.5 times the effective gain length L, for the sake of manufacturing the device. It is assumed that the reflectance of the total reflection mirror is 100%, and the reflectance R of the partial reflection mirror is 30%, 10%, and 5%, which are almost optimum values for the effective gain length L, respectively.

【0006】図17に示した小信号利得をもとに各有効
利得長Lにおけるレーザ発振時の利得波形とレーザ出力
波形を計算した結果を図18(a),(b),(c)に各々示
す。同図から明らかなように、パルスレーザでは利得が
発生した後、ある時間遅れてレーザ発振が開始される。
これは利得の値が発振しきい値に達するまでの時間と、
しきい値に達した後も、自然放出によって発生した種光
を誘導放出によって反転分布状態から効率よくエネルギ
を取り出す光強度(すなわち利得を飽和するに必要な飽
和強度、エキシマレーザではMW/cm2のオーダ)に
まで増幅するのに必要な時間に相当する。また、レーザ
光が立ち上がった後も、利得波形が常に変動しているた
め、連続発振レーザのように完全に共振器損失で定まる
値に利得が釘付けされることはなく、その値に収束する
方向にはあるが、常にそれより高い価を維持している。
これらの発振中の利得は共振器の外にレーザ光として取
り出されることなく、レーザガス中での衝突、もしくは
自然放出の形態で損失エネルギとなる。
FIGS. 18 (a), 18 (b) and 18 (c) show calculation results of a gain waveform and a laser output waveform during laser oscillation at each effective gain length L based on the small signal gain shown in FIG. Each is shown. As is clear from the figure, after a gain occurs in the pulse laser, laser oscillation starts with a certain delay.
This is the time it takes for the gain value to reach the oscillation threshold,
Even after the threshold value is reached, the light intensity at which the seed light generated by spontaneous emission is efficiently extracted from the population inversion state by stimulated emission (that is, the saturation intensity required to saturate the gain, MW / cm 2 for excimer laser) Of the order). In addition, since the gain waveform is always fluctuating even after the laser light rises, the gain is not fixed to a value completely determined by the resonator loss unlike a continuous wave laser, and the gain converges to that value. , But always maintains a higher value.
The gain during these oscillations is not taken out of the resonator as laser light, but becomes a loss energy in the form of collision in a laser gas or spontaneous emission.

【0007】さて、ここで図19に各有効利得長Lにお
けるレーザ発振時の利得波形g(t)を同一の図上に示
した計算結果を示す。また、同図では利得波形を下記の
式に従って時間積分し、単位体積(1cm3)当たりの
平均的な損失エネルギELOSSとして表した結果も同時に
示している。
FIG. 19 shows a calculation result in which the gain waveform g (t) at the time of laser oscillation at each effective gain length L is shown on the same figure. Further, FIG. 11 also shows the result obtained by integrating the gain waveform over time according to the following equation and expressing the result as an average loss energy E LOSS per unit volume (1 cm 3 ).

【0008】 ELOSS=(∫g(t)dt)×Is (1)E LOSS = (∫g (t) dt) × Is (1)

【0009】ここでIsはXeClレーザの飽和強度で
ある。各有効利得長Lにおける発振開始時間は図18に
示したレーザ出力波形の関係を見ればわかるように、1
03nsから111nsの範囲にあり、有効利得長Lが
長い方が早くなる傾向にはあるものの、それほど顕著な
差はない。これはレーザ光が立ち上がるまでは利得はほ
とんど飽和することがないため、レーザ光はレーザ媒質
励起部4中を伝播することによって指数関数的に増加す
るのに対し、有効利得長を増加した効果は単に初期の光
強度をその分増加した効果(すなわち有効利得長を3倍
にした場合には、初期の種光の強度が3倍になる)しか
表れないためである。このため、レーザ発振が開始され
るまでの取り出せない利得の損失は単位有効利得長当た
りではほぼ一定であり、トータルでほぼ有効利得長に比
例することになる。
Here, Is is the saturation intensity of the XeCl laser. As can be seen from the relationship between the laser output waveforms shown in FIG.
It is in the range of 03 ns to 111 ns, and the longer the effective gain length L tends to be, the smaller the difference is. This is because the gain hardly saturates until the laser light rises, so that the laser light increases exponentially by propagating in the laser medium pumping section 4, whereas the effect of increasing the effective gain length is This is because only the effect of increasing the initial light intensity by that amount (that is, when the effective gain length is tripled, the initial seed light intensity triples) appears. For this reason, the loss of the gain that cannot be taken out until the start of laser oscillation is almost constant per unit effective gain length, and is substantially proportional to the effective gain length in total.

【0010】一方、レーザ発振開始後の損失は、共振器
構成で定まる単位有効利得長当たりの発振しきい値 L
og(R)-1/2/Lが有効利得長の増加に応じて低減さ
れるため、減少する。以上の結果から同一の放電断面
で、一定の電力密度のもとで有効利得長を1mから3m
に伸ばした場合は、有効利得長が長い方が単位長さ当た
りの損失エネルギが低減され、トータルの発振効率とし
ては増加することになる。ここで示した例では有効利得
長1mにおいて0.158J/cm2のレーザ出力が得ら
れているのに対し有効利得長3mでは0.507J/c
2の出力が得られている。このことは入力エネルギ密
度を一定にしていることを考えると、入力を3倍に増加
することにより3.2倍のレーザ出力が得られたことに
なり、すなわち効率的には1.07倍に増加したことに
なる。
On the other hand, the loss after the start of laser oscillation is determined by the oscillation threshold L per unit effective gain length determined by the resonator configuration.
og (R) -1/2 / L is reduced as the effective gain length is increased. From the above results, in the same discharge section, the effective gain length is increased from 1 m to 3 m under a constant power density.
When the effective gain length is longer, the loss energy per unit length is reduced as the effective gain length is longer, and the total oscillation efficiency is increased. In the example shown here, a laser output of 0.158 J / cm 2 is obtained at an effective gain length of 1 m, whereas it is 0.507 J / c at an effective gain length of 3 m.
An output of m 2 is obtained. This means that considering that the input energy density is constant, increasing the input three times resulted in a 3.2 times higher laser output, that is, 1.07 times the efficiency. This means that it has increased.

【0011】しかしながら、レーザ発振開始までの損失
エネルギが有効利得長にほぼ比例して増加しているのは
問題で、この関係を改善できればより高い出力、効率を
有効利得長の増加によって得ることができることにな
る。またレーザ発振開始までの損失エネルギは、装置製
作上の都合で有効利得長Lに対する共振器長Lcの割合
を大きくとった時にさらに顕著に増加する。また、ここ
で示したプリパルス/PFN回路によるエキシマレーザ
の場合、一定のエネルギを長パルス(一般的には100
ns以上)にしてレーザ媒質励起部に投入するため、平
均的な利得が従来の短パルス(100ns未満のパルス
長)励起の場合に比べて低く、発振までの立ち上がり時
間が長くなるため、そこでの損失がレーザ出力に大きく
影響を与えるという問題がある。
However, it is a problem that the loss energy until the start of laser oscillation increases almost in proportion to the effective gain length. If this relationship can be improved, higher output and efficiency can be obtained by increasing the effective gain length. You can do it. In addition, the loss energy until the start of laser oscillation increases more remarkably when the ratio of the resonator length Lc to the effective gain length L is increased for convenience in manufacturing the device. In the case of an excimer laser using the pre-pulse / PFN circuit shown here, a constant energy is applied to a long pulse (generally, 100 pulses).
(ns or more) and injected into the laser medium pumping section, the average gain is lower than in the case of conventional short pulse (pulse length of less than 100 ns) pumping, and the rise time until oscillation becomes longer. There is a problem that the loss greatly affects the laser output.

【0012】さて、有効利得長Lが長く、発振開始まで
の損失エネルギが大きい時、これを低減する方法として
レーザ媒質励起部を2つ以上に分け、1台を発振器、他
を増幅器として取り出すことが行われている。図20は
前記励起部を第1発振段、第2発振段の2つに分け、前
者を発振器、後者を増幅器としてレーザ光を取り出す場
合を示した例で、1a,1bは各々第1発振段筐体、第
2発振段筐体、2a,2bは各々第1発振段第1主電
極、第2発振段第1主電極、3a,3bは各々第1発振
段第2主電極、第2発振段第2主電極、4a,4bは各
々第1発振段レーザ媒質励起部、第2発振段レーザ媒質
励起部、5a,5bは各々第1発振段放電励起回路、第
2発振段放電励起回路、L1,L2は各々第1発振段有
効利得長、第2発振段有効利得長、14は遅延パルス発
生器、15は第1発振段動作パルス、16は第2発振段
動作パルスである。
When the effective gain length L is long and the loss energy until the start of oscillation is large, as a method of reducing this, the laser medium pumping section is divided into two or more parts, and one is taken out as an oscillator and the other as an amplifier. Has been done. FIG. 20 shows an example in which the pumping section is divided into a first oscillating stage and a second oscillating stage, and the former is an oscillator and the latter is an amplifier to extract laser light. The housing, the second oscillation stage housing, 2a, 2b are the first oscillation stage first main electrode, the second oscillation stage first main electrode, 3a, 3b are the first oscillation stage second main electrode, the second oscillation, respectively. The second stage main electrodes, 4a and 4b, respectively, are the first oscillation stage laser medium excitation section, the second oscillation stage laser medium excitation section, 5a, 5b are the first oscillation stage discharge excitation circuit, the second oscillation stage discharge excitation circuit, respectively. L1 and L2 denote a first oscillation stage effective gain length, a second oscillation stage effective gain length, 14 denotes a delay pulse generator, 15 denotes a first oscillation stage operation pulse, and 16 denotes a second oscillation stage operation pulse.

【0013】次に動作について説明する。第1発振段に
対して遅延パルス発生器14から第1発振段動作パルス
15を送る。これに基づいて第1発振段を先に示した従
来例(図15)と同様のプロセスにより動作させ第1発
振段レーザ媒質励起部4aを立ち上げる。これにより第
1発振段からのレーザ光9が立ち上がった時点で第2発
振段レーザ媒質励起部4bが立ち上がって反転分布が形
成されているように、第2発振段に対してΔTだけ遅ら
せて第2発振段動作パルス16を送り、第2発振段を動
作させる。第2発振段の動作パルスも先の従来例と同様
で、第2発振段レーザ媒質励起部4bが立ち上がる過程
で第1発振段からレーザ光9が送られてくると、この光
が第2発振段の利得を飽和して強度を増し、増幅された
レーザ光17として第2発振段から取り出される。
Next, the operation will be described. The first oscillation stage operation pulse 15 is sent from the delay pulse generator 14 to the first oscillation stage. Based on this, the first oscillation stage is operated by the same process as that of the above-described conventional example (FIG. 15), and the first oscillation stage laser medium excitation section 4a is started. As a result, the second oscillation stage laser medium pumping section 4b rises when the laser beam 9 from the first oscillation stage rises and forms a population inversion. The second oscillation stage operation pulse 16 is sent to operate the second oscillation stage. The operation pulse of the second oscillation stage is the same as that of the conventional example. When the laser beam 9 is sent from the first oscillation stage in the process of rising the laser medium pumping section 4b of the second oscillation stage, this light is transmitted to the second oscillation stage. The gain of the stage is saturated, the intensity is increased, and the amplified laser light 17 is extracted from the second oscillation stage.

【0014】このような構成でレーザ光を取り出した場
合には、ΔTの設定を最適化することにより第2発振段
の利得の立ち上がり部分からレーザ光を取り出せるとい
う長所はある。反面、第1発振段と第2発振段を同じ回
路定数の放電励起回路から励起を行った場合、図18に
示した利得波形とレーザ出力の関係を見れば明らかなよ
うに、第1発振段から取り出されるレーザ出力の発振持
続時間は利得波形に比べて常に短いため、第1発振段か
らのレーザ出力終了後、第2発振段の利得が取り出せな
いという問題がある。また、ある時間の利得g(t)と
その場に存在する光強度I(t)とは、
When the laser light is extracted in such a configuration, there is an advantage that the laser light can be extracted from the rising portion of the gain of the second oscillation stage by optimizing the setting of ΔT. On the other hand, when the first oscillation stage and the second oscillation stage are excited from a discharge excitation circuit having the same circuit constant, as is clear from the relationship between the gain waveform and the laser output shown in FIG. Since the oscillation duration of the laser output extracted from the first oscillation stage is always shorter than the gain waveform, there is a problem that the gain of the second oscillation stage cannot be extracted after the laser output from the first oscillation stage is completed. Further, the gain g (t) at a certain time and the light intensity I (t) existing at the place are as follows.

【0015】 g(t)=g0(t)/(1+I(t)/Is) (2) (ただしg0は小信号利得)G (t) = g0 (t) / (1 + I (t) / Is) (2) (where g0 is a small signal gain)

【0016】の関係にある。反転分布状態のレーザ媒質
から誘導放出により効率良くレーザ光を引き出すために
は、放電によって発生した小信号利得g0(t)に対
し、飽和強度Isの3倍から4倍以上の強い光強度Iを
与えて利得g(t)をg0(t)/4からg0(t)/
5以上に飽和させる必要がある。しかしながら、第1発
振段から送り込まれるレーザ光9の強度が弱い時には第
2発振段レーザ媒質励起部4bで発生した利得を十分に
飽和できず、効率的にレーザ光が取り出せないため、そ
の分効率が低減するという問題があった。さらにΔTに
対するレーザ出力の依存性が大きく、レーザ出力安定化
のために遅延動作時間ΔTにおけるジッターを小さく押
さえなければならない(例えばnsのオーダ)という問
題点があった。
The relationship is as follows. In order to efficiently extract laser light from the laser medium in the population inversion state by stimulated emission, a strong light intensity I that is three to four times or more the saturation intensity Is with respect to the small signal gain g0 (t) generated by the discharge. To give the gain g (t) from g0 (t) / 4 to g0 (t) /
It must be saturated to 5 or more. However, when the intensity of the laser beam 9 sent from the first oscillation stage is low, the gain generated in the second oscillation stage laser medium pumping section 4b cannot be sufficiently saturated, and the laser beam cannot be efficiently extracted. However, there is a problem that is reduced. Further, there is a problem that the laser output greatly depends on ΔT, and the jitter in the delay operation time ΔT must be kept small (for example, on the order of ns) in order to stabilize the laser output.

【0017】さて長放電長、長共振器長における出力特
性改善の手段として一組の全反射鏡と部分反射鏡からな
る共振器中において放電励起部を第1発振段と第2発振
段の2つに分け、例えば第1発振段の放電励起部を立ち
上げた後、遅延時間ΔT時間の後に第2放電励起部を立
ち上げると、2台を同時に放電励起部を立ち上げた場合
に比べてレーザ出力が増加することが第40回応用物理
学会関係連合講演会講演予稿集、30p−Z−8、98
1頁(1993年)に報告されている。図21はこの基
本構成を示した図で図20に示した増幅の場合の構成に
比べ部分反射鏡8の設置位置が第1発振段と第2発振段
の間ではなく、第2発振段の外側に設置している点が異
なる。動作プロセスも先に示した増幅の場合と基本的に
同じであるが、異なる点は必ずしも第1発振段によって
レーザ光を立ち上げているわけではなく、従って第2発
振段の利得もレーザ光の立ち上げに使われている。
As means for improving the output characteristics in a long discharge length and a long resonator length, a discharge excitation unit is provided in a resonator comprising a set of a total reflection mirror and a partial reflection mirror in a first oscillation stage and a second oscillation stage. For example, when the discharge excitation unit of the first oscillation stage is started, and then the second discharge excitation unit is started after the delay time ΔT, compared to the case where the two units are started simultaneously. Increasing laser output is due to the 40th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics, 30p-Z-8, 98
1 (1993). FIG. 21 is a diagram showing this basic configuration. Compared with the configuration in the case of the amplification shown in FIG. 20, the installation position of the partial reflecting mirror 8 is not between the first oscillation stage and the second oscillation stage, but in the second oscillation stage. The difference is that it is installed outside. The operation process is basically the same as that of the case of the amplification described above, except that the laser light is not always started by the first oscillation stage, and therefore the gain of the second oscillation stage is also reduced. Used for launching.

【0018】さて、図22は図21の構成における遅延
動作時間に対するレーザ出力の関係を計算によって評価
した結果を示している。ここでは第1発振段の有効利得
長L1を1m、第2発振段の有効利得長L2を2m、共
振器長Lcが5.2mの場合を想定している。これから
明らかなように、一つの共振器構成において遅延動作時
間ΔTを増加したケースでは、レーザ出力は単調に減少
するという結果が得られている。図23は遅延動作時間
が0ns、125ns、200nsにおける単位有効利
得長当たりの平均的な利得波形とレーザ出力の経時変化
を同じく計算によって評価した結果を示している。遅延
動作時間の増加により、レーザ発振が開始されるまでの
時間が遅れ、また、発振パルス幅の増加により、レーザ
発振中の損失エネルギも増加しレーザ出力が単調減少し
ているのが分かる。したがって、図21に示すような構
成において遅延動作を行っても、単純に利得とレーザ出
力の関係からはレーザ出力が増加するという結論は導け
ない。先の予稿集でも指摘しているように、第1発振段
の存在によって第2発振段が予備電離され、放電の安定
化が図られた等の、他のモデルを考える必要がある。い
ずれにしてもこのケースでは発振開始までの損失エネル
ギを取り出すという改善策にはなっていない。
FIG. 22 shows the results of evaluation by calculation of the relationship between the laser output and the delay operation time in the configuration shown in FIG. Here, it is assumed that the effective gain length L1 of the first oscillation stage is 1 m, the effective gain length L2 of the second oscillation stage is 2 m, and the resonator length Lc is 5.2 m. As is clear from this, in the case where the delay operation time ΔT is increased in one resonator configuration, the result is that the laser output monotonously decreases. FIG. 23 shows the results of the same calculation to evaluate the average gain waveform per unit effective gain length and the temporal change of the laser output when the delay operation time is 0 ns, 125 ns, and 200 ns. It can be seen that the increase in the delay operation time delays the time until the start of laser oscillation, and the increase in the oscillation pulse width also increases the loss energy during laser oscillation and monotonically decreases the laser output. Therefore, even if the delay operation is performed in the configuration shown in FIG. 21, it cannot be concluded that the laser output increases simply from the relationship between the gain and the laser output. As pointed out in the previous proceedings, it is necessary to consider other models such as the second oscillation stage being preionized due to the presence of the first oscillation stage and stabilization of discharge. In any case, in this case, there is no improvement measure for extracting the loss energy until the start of oscillation.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】従来のパルスレーザ発
振装置は以上のように構成されていたので、有効利得長
の増加による出力の増大を図ろうとすると、発振開始ま
でに発生する損失エネルギが共振器長の増大にほぼ比例
して増加するという問題点があった。この損失は有効利
得長に対する共振器長の割合を大きくした時大きく増大
する。一方で、この発振開始までの損失は、プリパルス
/PFN回路を採用して長パルス低利得で励起を行った
時に特にその影響が大きくなる。また、有効利得長を分
割して増幅によって光を取り出そうとした場合には、同
一構成の発振段を使う場合には増幅段の利得の一部を取
り出せず、効率が低下するという問題点があった。ま
た、遅延動作時間ΔTに対するレーザ出力への依存性が
大きく、遅延動作におけるシステムのジッターを小さく
しなければならないという問題点があった。また、増幅
段に入れられる光強度が弱い時には効率良く光が取り出
せないという問題点があった。さらに、単に放電部を分
割して片方の放電励起部に対して遅延動作を行った場合
では、本質的に発振開始までの損失エネルギを低減する
効果がないという問題点があった。
Since the conventional pulse laser oscillation device is configured as described above, if an attempt is made to increase the output due to an increase in the effective gain length, the loss energy generated before the start of oscillation will be reduced to resonance. There was a problem that the length increased almost in proportion to the increase in the vessel length. This loss increases greatly when the ratio of the resonator length to the effective gain length is increased. On the other hand, the loss up to the start of oscillation has a particularly large effect when excitation is performed with a long pulse and low gain using a pre-pulse / PFN circuit. Also, when light is to be extracted by amplification by dividing the effective gain length, when the oscillation stage having the same configuration is used, a part of the gain of the amplification stage cannot be extracted, and the efficiency is reduced. Was. Further, there is a problem that the delay operation time ΔT has a large dependence on the laser output, and the system jitter in the delay operation must be reduced. Further, there is a problem that light cannot be efficiently extracted when the intensity of light entering the amplification stage is low. Furthermore, in the case where the discharge section is simply divided and the delay operation is performed on one of the discharge excitation sections, there is a problem that there is essentially no effect of reducing the loss energy until the start of oscillation.

【0020】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、パルスレーザの有効利得長を伸
張した系においてその発生する利得を有効に取り出し、
高効率でかつ大出力のパルスレーザ装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and effectively extracts the generated gain in a system in which the effective gain length of a pulse laser is extended.
It is an object of the present invention to provide a high-efficiency and high-output pulse laser device.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
るパルスレーザ発振装置は、レーザ発振に必要な反転分
布状態が形成されたレーザ媒質励起部、前記レーザ媒質
励起部を挟むように対向配置された全反射鏡、および部
分反射鏡を備えたパルスレーザ発振装置において、前記
レーザ媒質励起部が2つ以上の領域に分割され、前記2
つ以上に分割されたレーザ媒質励起部の間に少なくとも
1つ以上の内部鏡を備え、かつ、前記全反射鏡と前記内
部鏡とで挟まれた領域のレーザ媒質励起部を第1発振段
とし、前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれた領域のレ
ーザ媒質励起部を第2発振段として、第1発振段からの
レーザ光が飽和強度に達するまで立ち上がる前後の時点
で第2発振段のレーザ励起媒質部が励起を行うように、
第2発振段を一定時間だけ遅らせて動作させて、前記内
部鏡と前記部分反射鏡で挟まれた領域のレーザ媒質励起
部が、前記内部鏡と全反射鏡で挟まれた領域のレーザ媒
質励起部に比べ一定時間遅延して反転分布状態を形成す
る手段を備えたものである。すなわち、この発明に係る
パルスレーザ発振装置では、レーザ媒質励起部を挟むよ
うに対向設置された全反射鏡と部分反射鏡からなる通常
の共振器構成に対し、少なくともレーザ媒質励起部が2
つ以上の領域に分割され、その分割されたレーザ媒質励
起部の間に少なくとも1つ以上のレーザ光に対して一定
の割合で透過性を有する内部鏡を設置し、かつ、内部鏡
と部分反射鏡で囲まれた領域のレーザ媒質励起部は全反
射鏡と内部鏡で囲まれたレーザ媒質励起部に対して少な
くとも一定の動作遅延時間ΔT以後に動作するようにし
ている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pulsed laser oscillation device comprising: a laser medium excitation section having a population inversion required for laser oscillation; In a pulse laser oscillation device provided with a total reflection mirror and a partial reflection mirror arranged, the laser medium exciting unit is divided into two or more regions,
At least one or more internal mirrors are provided between the laser medium excitation sections divided into two or more, and the total reflection mirror and the internal mirror are provided.
The laser medium excitation section in the region sandwiched by the mirror
In the area between the internal mirror and the partial reflecting mirror.
Laser medium excitation section as the second oscillation stage,
Before and after the laser beam rises to saturation intensity
So that the laser excitation medium part of the second oscillation stage excites
By operating the second oscillation stage with a delay for a predetermined time, the laser medium excitation section in the region sandwiched by the internal mirror and the partial reflection mirror is excited by the laser medium excitation in the region sandwiched by the internal mirror and the total reflection mirror. And means for forming a population inversion state with a delay of a certain time as compared with the section. That is, in the pulse laser oscillation device according to the present invention, at least the laser medium excitation unit has at least two laser resonators in comparison with a normal resonator configuration including a total reflection mirror and a partial reflection mirror opposed to each other with the laser medium excitation unit interposed therebetween.
An internal mirror that is divided into at least one region and has a fixed ratio of transmission of at least one or more laser beams between the divided laser medium excitation sections, and is partially reflected by the internal mirror. The laser medium excitation section in the region surrounded by the mirror is operated at least after a certain operation delay time ΔT with respect to the laser medium excitation section surrounded by the total reflection mirror and the internal mirror.

【0022】この発明の請求項2に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項1のパルスレーザ発振装置において、
前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれたレーザ媒質励起
部のレーザ発振光軸方向に対する有効利得長が、前記内
部鏡と前記全反射鏡で挟まれたレーザ媒質励起部の有効
利得長に比べてほぼ等距離、もしくは長いものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a pulse laser oscillation apparatus according to the first aspect, wherein
The effective gain length in the laser oscillation optical axis direction of the laser medium pumping section interposed between the internal mirror and the partial reflection mirror is smaller than the effective gain length of the laser medium pumping section interposed between the internal mirror and the total reflection mirror. They are almost equidistant or long.

【0023】この発明の請求項3に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項1または請求項2のパルスレーザ発振
装置において、前記部分反射鏡の反射率が前記内部鏡の
反射率と等しいか、もしくは小さいものである。
According to a third aspect of the present invention, in the pulse laser oscillator of the first or second aspect, the reflectance of the partial mirror is equal to the reflectance of the inner mirror, or It is small.

【0024】この発明の請求項4に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項1乃至請求項3のいずれかのパルスレ
ーザ発振装置において、パルスレーザガス中において相
対向する第1、および第2の主電極、前記主電極間にお
いて放電を開始させ、かつ放電エネルギを供給するため
の放電励起回路を備え、前記主電極間で生ずる放電によ
って前記レーザ媒質励起部を形成するようにしたもので
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a pulse laser oscillation apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the first and second main electrodes opposed to each other in the pulse laser gas. A discharge excitation circuit for initiating a discharge between the main electrodes and supplying discharge energy, wherein the laser medium excitation section is formed by the discharge generated between the main electrodes.

【0025】この発明の請求項5に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項4のパルスレーザ発振装置において、
前記放電励起回路が放電を開始するための第1の放電励
起回路とエネルギを供給するための第2の放電励起回路
からなるものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a pulse laser oscillation apparatus according to the fourth aspect, wherein
The discharge excitation circuit comprises a first discharge excitation circuit for starting discharge and a second discharge excitation circuit for supplying energy.

【0026】[0026]

【作用】この発明の請求項1乃至請求項5に係るパルス
レーザ発振装置では、全反射鏡と内部鏡で挟まれたレー
ザ媒質励起部において、まずレーザ光が立ち上げられ、
そのレーザ光が立ち上がる前後のタイミングにおいて内
部鏡と部分反射鏡で挟まれた領域のレーザ媒質励起部が
立ち上げられる。これにより後者の領域では利得の立ち
上がり部分から有効にレーザ光として取り出せると同時
に、部分反射鏡により、共振器から外に出ていこうとす
る光の一部が共振器内に戻されて増幅されるため、弱い
入力光に対しても後者の領域における利得が完全に飽和
され、また、励起が行われている限り発振が継続できる
ため、レーザ媒質励起部において形成された反転分布か
ら効率よくレーザ光を取り出すことができる。
In the pulse laser oscillator according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, a laser beam is first started in a laser medium excitation section sandwiched between a total reflection mirror and an internal mirror.
At the timing before and after the rise of the laser light, the laser medium excitation section in the region sandwiched between the internal mirror and the partial reflection mirror is activated. As a result, in the latter region, the laser light can be effectively extracted from the rising portion of the gain, and at the same time, a part of the light going out of the resonator is returned to the resonator and amplified by the partial reflecting mirror. Therefore, even in the case of weak input light, the gain in the latter region is completely saturated, and oscillation can be continued as long as pumping is performed, so that the laser light can be efficiently emitted from the population inversion formed in the laser medium pumping section. Can be taken out.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1において、18はレーザ光に対して部分透過
性を有する内部鏡である。
Embodiment 1 FIG. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 18 denotes an internal mirror partially transmitting laser light.

【0028】次にこの実施例の動作について説明する。
この実施例では図15に示した相対向する第1主電極2
と第2主電極3が、図1に示すように第1発振段主電極
対2a,3aと第2発振段主電極対2b,3bの2つに
分割され、各々が第1発振段筐体1a、第2発振段筐体
1b内のレーザガス中に設置されている。ここにおいて
主電極対の断面形状は第1発振段と第2発振段でほぼ同
じ大きさのディメンションとなっている。第1発振段に
対して遅延パルス発生器14から第1発振段動作パルス
15を送られる。このパルスにより第1発振段において
従来例で示したプロセスによりレーザ媒質励起部4aが
立ち上がり、反転分布が形成される。誘導放出によって
レーザ光に変換された光は主に全反射鏡と内部鏡の間を
往復して飽和強度Isを越えるレーザ光へと成長してい
く。第1発振段からのレーザ光が飽和強度に達するまで
立ち上がる前後の時点で第2発振段レーザ媒質励起部4
bが放電を開始しているように、第2発振段に対して一
定時間ΔTだけ遅らせて第2発振段動作パルス14を送
り、第2発振段を第1発振段と同様のプロセスで立ち上
げる。第2発振段ではレーザ媒質励起部4bが立ち上が
り始める時点から飽和強度を越えた光が第1発振段から
第2発振段に送り込まれているため、第2発振段におい
て立ち上がった反転分布(すなわち利得)を最初から効
率良くレーザ光として取り出すことができる。ここまで
の過程は従来例で示した増幅に近い形態であるが、増幅
の場合はそのまま1パスで第2発振段中を透過してしま
う。しかしながら、本発明ではさらに部分反射鏡8によ
りその1部が第2発振段、および第1発振段に戻され
る。これにより第1発振段から送り込まれるレーザ光が
ある程度弱い場合においても、第2発振段中の利得を十
分飽和できる。また、第1発振段から送り込まれるレー
ザ光が第2発振段の利得が発生している途中で終了した
場合においても、全反射7、内部鏡18と部分反射鏡8
の間で構成される複合的な共振器により発振は最後まで
持続され、第2発振段で生成された利得が効率良く取り
出されることになる。結果として発振が開始されるまで
の損失エネルギは第1発振段におけるそれ相当分に押さ
えることができ、その他の利得は、共振器で定まる共振
器損失エネルギを除きほぼレーザ光に変換することがで
きる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In this embodiment, the opposing first main electrodes 2 shown in FIG.
And the second main electrode 3 are divided into two, a first oscillation stage main electrode pair 2a, 3a and a second oscillation stage main electrode pair 2b, 3b, as shown in FIG. 1a, and is installed in the laser gas in the second oscillation stage housing 1b. Here, the cross-sectional shape of the main electrode pair has substantially the same dimension in the first oscillation stage and the second oscillation stage. The first oscillation stage operation pulse 15 is sent from the delay pulse generator 14 to the first oscillation stage. With this pulse, the laser medium excitation section 4a rises in the first oscillation stage by the process described in the conventional example, and a population inversion is formed. The light converted into laser light by stimulated emission reciprocates mainly between the total reflection mirror and the internal mirror and grows into laser light exceeding the saturation intensity Is. Before and after the laser light from the first oscillation stage rises until reaching the saturation intensity, the second oscillation stage laser medium excitation section 4
The second oscillation stage operation pulse 14 is sent with a delay of a predetermined time ΔT with respect to the second oscillation stage so that b starts discharging, and the second oscillation stage is started up in the same process as the first oscillation stage. . In the second oscillation stage, light exceeding the saturation intensity is sent from the first oscillation stage to the second oscillation stage from the time when the laser medium excitation section 4b starts to rise, so that the population inversion (that is, the gain) that rises in the second oscillation stage. Can be efficiently extracted from the beginning as a laser beam. The process up to this point is similar to the amplification shown in the conventional example, but in the case of amplification, the light passes through the second oscillation stage in one pass as it is. However, in the present invention, a part thereof is further returned to the second oscillation stage and the first oscillation stage by the partial reflecting mirror 8. Thereby, even when the laser beam sent from the first oscillation stage is weak to some extent, the gain in the second oscillation stage can be sufficiently saturated. Further, even when the laser beam sent from the first oscillation stage is terminated while the gain of the second oscillation stage is being generated, the total reflection 7, the internal mirror 18, and the partial reflection mirror 8
Oscillation is continued to the end by the composite resonator formed between the two, and the gain generated in the second oscillation stage is efficiently extracted. As a result, the energy loss before the oscillation starts can be suppressed to a value corresponding to that in the first oscillation stage, and other gains can be almost converted to laser light except for the resonator loss energy determined by the resonator. .

【0029】図2はこの実施例の構成において遅延動作
時間に対するレーザ出力を計算した結果を示している。
ここで単位長さ当たりの小信号利得としては図17に示
した波形を与えている。また、第1発振段の有効利得長
L1は1m、第2発振段の有効利得長L2は2m、共振
器長Lcは5.2m、内部鏡18の反射率R2は30
%、部分反射鏡8の反射率Rは5%である。また同図に
は図22に示した従来の共振構成に対して遅延動作を行
った結果も同時に示している。図から明らかなように、
遅延動作時間に対して最適値125nsが存在するが1
00nsから150nsの範囲においてその出力依存性
は小さいという結果が得られている。この特性はレーザ
出力安定化のために、従来装置のように第1発振段と第
2発振段のジッターを極端に小さく押さえなくてよいこ
とを意味しており、装置の製作を行う上で大きなメリッ
トとなる。この実施例において遅延動作時間に対する出
力依存性が小さいのは、基本的に第2発振段に対しても
共振器が組まれており、光が立ち上がった後は第1発振
段からのレーザ光と時間的にオーバーラップしなくて
も、第2発振段領域の利得を引き出すことができるから
である。また、この実施例では内部鏡がない従来の共振
器構成に対しては、レーザ出力が約10%程増大すると
いう結果が得られている。この出力特性の改善の度合い
は共振器長が長く、発振開始までの損失エネルギが大き
い系において顕著となる。
FIG. 2 shows the result of calculating the laser output with respect to the delay operation time in the configuration of this embodiment.
Here, the waveform shown in FIG. 17 is given as the small signal gain per unit length. The effective gain length L1 of the first oscillation stage is 1 m, the effective gain length L2 of the second oscillation stage is 2 m, the resonator length Lc is 5.2 m, and the reflectance R2 of the internal mirror 18 is 30.
%, And the reflectance R of the partial reflecting mirror 8 is 5%. FIG. 11 also shows the result of performing a delay operation on the conventional resonance configuration shown in FIG. As is clear from the figure,
There is an optimal value of 125 ns for the delay operation time, but 1
The results show that the output dependence is small in the range of 00 ns to 150 ns. This characteristic means that the jitter of the first oscillation stage and the second oscillation stage does not need to be extremely small as in the conventional device in order to stabilize the laser output. The benefits. The reason why the output dependency on the delay operation time is small in this embodiment is that the resonator is basically formed also in the second oscillation stage, and after the light rises, the laser light from the first oscillation stage is not affected. This is because the gain of the second oscillation stage region can be drawn out even if there is no temporal overlap. In this embodiment, the laser output is increased by about 10% with respect to the conventional resonator configuration without the internal mirror. The degree of improvement of the output characteristics becomes remarkable in a system in which the resonator length is long and the loss energy until the start of oscillation is large.

【0030】図3は前記の有効利得長、共振器長の条件
で実験した際の遅延動作時間に対する出力特性を示して
いる。ただし、内部鏡の反射率R2は40%、部分反射
鏡の反射率Rは4%、また、放電の断面積はほぼ8cm
2である。実験結果でほぼ75nsから175nsにお
いてピーク出力が得られており、ほぼ計算結果を反映す
る結果となっている。
FIG. 3 shows output characteristics with respect to delay operation time when an experiment was conducted under the conditions of the effective gain length and the resonator length. However, the reflectance R2 of the inner mirror is 40%, the reflectance R of the partial reflector is 4%, and the cross-sectional area of the discharge is approximately 8 cm.
2 In the experimental results, a peak output is obtained from approximately 75 ns to 175 ns, which is a result substantially reflecting the calculation result.

【0031】図4は、遅延動作時間ΔTが0ns、12
5ns、200nsに対する発振中の利得波形(全有効
利得長で平均化した結果)とレーザ出力波形を計算した
結果を示している。また、図5は各遅延動作時間におけ
る発振中の利得波形とそれを積分した損失エネルギとの
関係を示している。遅延動作時間ΔTが0nsの場合に
は従来例で示した図19の場合と同様、発振が開始する
約100nsまでに発生した最大約2%/cmの利得が
捨てられている。一方、遅延動作時間が125nsの場
合には発振開始時間は160nsで遅れているが、その
間の平均的な利得はほぼ有効利得長1mに相当する部分
しか動作していないため、トータル3mに対しほぼ1/
3に低減されており、結果として発振が開始されるまで
の損失エネルギが低減されている。また、発振開始後は
トータルの励起パルス幅を125ns伸ばしているにも
拘わらず遅延動作時間が0nsの場合と同様、与えられ
た利得が共振器損失で定まる損失以下になるまで発振を
継続していることが確認される。遅延動作時間を200
nsとした場合には、第1発振段の利得でレーザ光が立
ち上げられているため、発振開始までのエネルギ損失に
関しては125nsの場合とあまり大差がないが、トー
タルの励起パルス幅が結果的に200ns伸ばされてい
るため、レーザ発振中の損失エネルギが増大しレーザ出
力は逆に減少している。
FIG. 4 shows that the delay operation time ΔT is 0 ns,
The figure shows the gain waveform during oscillation (results averaged over the entire effective gain length) and the laser output waveform for 5 ns and 200 ns. FIG. 5 shows the relationship between the gain waveform during oscillation and the loss energy obtained by integrating the waveform during each delay operation time. When the delay operation time ΔT is 0 ns, as in the case of FIG. 19 shown in the conventional example, the maximum gain of about 2% / cm generated up to about 100 ns at which oscillation starts is discarded. On the other hand, when the delay operation time is 125 ns, the oscillation start time is delayed by 160 ns. However, the average gain during that period is almost equivalent to the effective gain length of 1 m. 1 /
3, and as a result, the energy loss until oscillation starts is reduced. After the start of the oscillation, the oscillation is continued until the given gain becomes equal to or less than the loss determined by the resonator loss, as in the case where the delay operation time is 0 ns despite the fact that the total excitation pulse width is extended by 125 ns. Is confirmed. Delay operation time of 200
In the case of ns, since the laser light is started up at the gain of the first oscillation stage, the energy loss until the start of oscillation is not so much different from the case of 125 ns, but the total excitation pulse width is consequently reduced. , The loss energy during laser oscillation increases, and the laser output conversely decreases.

【0032】図6はこの実施例による出力特性と、図2
0に示した増幅の構成による出力特性(すなわち第2発
振段のレーザ光取り出し側に部分反射鏡8を装着しない
場合の出力特性、実験結果)を示している。ここにおい
て横軸は第1発振段から出射したレーザ光が第2発振段
を透過する入力光、縦軸は第2発振段透過後のレーザ出
力、および第2発振段からの取り出し出力(第2発振段
通過後のレーザ出力から透過入力光を差し引いた出力)
である。ここで第2発振段での小信号利得は図17に示
したとほぼ同程度で、一定としている。この実施例にお
ける実験結果では内部鏡の反射率R2は30%、部分反
射鏡8の反射率Rは10%に設定している。一方、増幅
の場合には第1発振段と第2発振段の間に反射率30%
の部分反射鏡8を設置している。同図から、透過入力光
のエネルギにかかわらず常にこの実施例による出力が増
幅による出力より高いことがわかる。また、その差は透
過入力光のエネルギが小さい時に顕著であり、透過入力
光のエネルギが大きくなると増幅の場合の出力がこの実
施例による出力に収束する傾向にある。この特性を第2
発振段からの取り出し出力に注目して考えてみると、こ
の実施例による構成では比較的低い透過入力光エネルギ
において第2発振段から取り出される出力が飽和してい
るのに対し、増幅の場合には透過入力光エネルギの大き
さに応じて徐々に飽和する傾向が見られる。これはまさ
に図1の構成において部分反射鏡8により取り出される
光の1部が共振器中に戻され、再度増幅する効果によ
り、比較的低い透過入力光エネルギに対しても第2発振
段から効率良くレーザ光を引き出せることを意味してい
る。この実施例では、実際には第1発振段と第2発振段
を1つの発振装置として単位長さ当たりにほぼ同じ利得
を与えている(すなわち放電への入力密度をほぼ一致さ
せている)ので、レーザの動作点は実線で示した入力光
での動作となる。この際の増幅した場合との出力差ΔP
outは約7%という結果が得られている。
FIG. 6 shows the output characteristics according to this embodiment and FIG.
0 shows the output characteristics (that is, the output characteristics when the partial reflection mirror 8 is not mounted on the laser beam extraction side of the second oscillation stage), and the experimental results, due to the amplification configuration shown in FIG. Here, the horizontal axis represents the input light through which the laser light emitted from the first oscillation stage passes through the second oscillation stage, and the vertical axis represents the laser output after passing through the second oscillation stage, and the output taken out of the second oscillation stage (second output). (Output obtained by subtracting the transmitted input light from the laser output after passing through the oscillation stage.)
It is. Here, the small signal gain in the second oscillation stage is almost the same as that shown in FIG. 17, and is constant. According to the experimental results in this embodiment, the reflectance R2 of the internal mirror is set to 30%, and the reflectance R of the partial reflecting mirror 8 is set to 10%. On the other hand, in the case of amplification, the reflectance between the first oscillation stage and the second oscillation stage is 30%.
Is installed. From the figure, it can be seen that the output according to this embodiment is always higher than the output due to amplification regardless of the energy of the transmitted input light. The difference is remarkable when the energy of the transmitted input light is small, and when the energy of the transmitted input light is increased, the output in the case of amplification tends to converge to the output according to this embodiment. This characteristic is
Considering the output taken out from the oscillation stage, the output taken out of the second oscillation stage is saturated at a relatively low transmitted input light energy in the configuration according to this embodiment, while the output in the case of amplification is obtained. Tend to gradually saturate according to the magnitude of the transmitted input light energy. This is because, in the configuration of FIG. 1, a part of the light extracted by the partial reflecting mirror 8 is returned to the resonator, and due to the effect of re-amplification, the efficiency of the second oscillation stage is improved even for relatively low transmitted input light energy. This means that laser light can be extracted well. In this embodiment, in practice, the first oscillation stage and the second oscillation stage are provided as one oscillating device to give substantially the same gain per unit length (that is, the input densities to the discharges are made substantially the same). The operating point of the laser is operated with the input light indicated by the solid line. The output difference ΔP from the amplified case at this time
Out is about 7%.

【0033】この実施例では各段における電力密度をあ
る程度同じオーダとした条件でいかに発振開始するまで
の損失エネルギを小さくするかを考えているため、第1
発振段の有効利得長L1と第2発振段の有効利得長L2
の関係においては、通常L2の長さをL1に比べて長い
か、せいぜい同程度の長さに選定する方がより効率的な
取り出しが可能となる。すなわち
This embodiment considers how to reduce the loss energy until the start of oscillation under the condition that the power density in each stage is of the same order to some extent.
Effective gain length L1 of oscillation stage and effective gain length L2 of second oscillation stage
In the relation (1), it is usually more efficient to select the length of L2 longer than L1 or at least to the same length. Ie

【0034】 L1≦L2 (3)L1 ≦ L2 (3)

【0035】とするのが望ましい。It is desirable that

【0036】図7は図17に示した典型的な小信号利得
を与えた場合における、この実施例の内部鏡の反射率R
2、部分反射鏡の反射鏡Rに対する出力特性を示してい
る。第1発振段の有効利得長Lは1m、第2発振段の有
効利得長L2は2m、共振器長Lcは5.2m、第1発
振段に対する第2発振段の遅延動作時間は125nsで
ある。同図から明らかなように、内部鏡の反射率R2に
対するレーザ出力特性は比較的緩やかで、このケースで
は30%から70%の値を選択しておけばピーク出力の
90%以上の出力が確保されることがわかる。また、部
分反射鏡の反射率Rに関しては20%以下の値に設定す
る必要がある。図8は前述の計算条件で、部分反射鏡の
反射率を4%とし、内部鏡の反射率を変化させた際の実
験結果を示している。ここにおいてVPFNはPFN回路
の充電電圧を示しており、VPFNを変化させることは入
力密度(すなわち利得)を変化することを意味し、9.
6kVの場合が図17に示した典型的利得に相当する。
これから明らかなように、実験結果は計算結果と同様の
傾向を示しており、VPFNの電圧値によっても内部鏡に
対する出力の依存度が異なるが、反射率が40%付近を
ピークとして比較的緩やかな依存性を示している。この
条件は与える小信号利得、および有効利得長の選定によ
って変化するものであるが、一般的には先に述べたよう
に高効率化の観点から第2発振段の有効利得長L2を第
1発振段の有効利得長L1と同等、もしくは長く選定す
るため、各部の反射率は必然的に利得との関係から、
FIG. 7 shows the reflectivity R of the internal mirror of this embodiment when the typical small signal gain shown in FIG. 17 is given.
2. Output characteristics of the partial reflecting mirror with respect to the reflecting mirror R are shown. The effective gain length L of the first oscillation stage is 1 m, the effective gain length L2 of the second oscillation stage is 2 m, the resonator length Lc is 5.2 m, and the delay operation time of the second oscillation stage with respect to the first oscillation stage is 125 ns. . As can be seen from the figure, the laser output characteristic of the internal mirror with respect to the reflectance R2 is relatively moderate. In this case, if a value of 30% to 70% is selected, an output of 90% or more of the peak output is secured. It is understood that it is done. Further, it is necessary to set the reflectance R of the partial reflecting mirror to a value of 20% or less. FIG. 8 shows an experimental result when the reflectance of the partial mirror is set to 4% and the reflectance of the internal mirror is changed under the above-described calculation conditions. Here, V PFN indicates the charging voltage of the PFN circuit, and changing V PFN means changing the input density (that is, gain).
The case of 6 kV corresponds to the typical gain shown in FIG.
As is clear from the above, the experimental results show the same tendency as the calculation results, and the dependence of the output on the internal mirror varies depending on the voltage value of V PFN , but the reflectance is relatively moderate with a peak around 40%. Dependencies are shown. This condition varies depending on the selection of the given small signal gain and the effective gain length, but generally, as described above, the effective gain length L2 of the second oscillation stage is set to the first value from the viewpoint of high efficiency. Since the effective gain length L1 of the oscillation stage is selected to be equal to or longer than the effective gain length L1, the reflectance of each part is inevitably related to the gain.

【0037】 R2≧R (4)R2 ≧ R (4)

【0038】とするのが望ましい。It is desirable that

【0039】実施例2.図9はこの発明の他の実施例を
示すもので、実施例2では第2発振段第1主電極が2b
1と2b2に、第2発振段第2主電極が3b1と3b2
に各々分割され、第2発振段レーザ媒質励起部が4b1
と4b2の2つに分割されている。このような構成は実
際の装置の製作において長尺の主電極を製作したり、も
しくは精度良く設置するのが困難なために行われるだけ
のことで、分割された各部の有効利得長L21、および
L22の和が第2発振段の有効利得長L2であると考え
ることができる。このように第2発振段のレーザ媒質励
起部をいくつに分割してもよいし、また、第1発振段内
部をいくつに分割してもよい。また、ここに示している
例では分割された第2発振段のレーザ媒質励起部4b
1、4b2に対して、同じ遅延動作時間ΔTが与えられ
ている場合が示されているが、図2から明らかなよう
に、この発明では遅延動作時間の最適値近傍では、それ
に対する出力依存性が必ずしも大きくならないため、両
者の遅延動作時間が必ずしも一致している必要はない。
Embodiment 2 FIG. FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In the second embodiment, the first main electrode of the second oscillation stage is 2b.
1 and 2b2, the second main electrodes of the second oscillation stage are 3b1 and 3b2
And the second oscillation stage laser medium pumping section is 4b1
And 4b2. Such a configuration is only performed because it is difficult to manufacture a long main electrode or to accurately install the main electrode in the actual manufacturing of the device, and the effective gain length L21 of each divided portion, and It can be considered that the sum of L22 is the effective gain length L2 of the second oscillation stage. As described above, the laser medium excitation section of the second oscillation stage may be divided into any number, and the inside of the first oscillation stage may be divided into any number. In the example shown here, the laser medium excitation unit 4b of the divided second oscillation stage
1 and 4b2, the same delay operation time ΔT is given. As is apparent from FIG. 2, in the present invention, near the optimum value of the delay operation time, the output dependence on the delay operation time is shown. Does not necessarily become large, so that the delay operation times of the two do not necessarily have to match.

【0040】実施例3.図10は第2発振段の筐体をL
b1とLb2の2つに分けた場合の構成を示している。
この場合も単に第2発振段筐体を1つの筐体で製作する
のが困難なために分けただけのことで、有効利得長L2
1とL22の和が第2発振段の有効利得長L2となるだ
けのことで、この発明の効果に対してなんら変化を与え
るものではない。また、同図では第2発振段の筐体を2
つに分割した例を示したが、さらに3つ以上に分割して
もよいし、また、同様に第1発振段を2つ以上に分割し
てもよい。また、ここにおいても先に示したように、第
2発振段で分割されたレーザ媒質励起部においてその遅
延動作時間が必ずしも一致している必要はない。
Embodiment 3 FIG. FIG. 10 shows that the housing of the second oscillation stage is L
The configuration in the case of dividing into two, b1 and Lb2, is shown.
In this case as well, it is difficult to fabricate the second oscillation stage housing in one housing, so that the second oscillation stage housing is simply divided and the effective gain length L2
Since the sum of 1 and L22 merely becomes the effective gain length L2 of the second oscillation stage, it does not change the effect of the present invention at all. Also, in FIG.
Although an example in which the first oscillating stage is divided into three is shown, the first oscillating stage may be divided into two or more. Also, here, as described above, the delay operation times of the laser medium excitation sections divided in the second oscillation stage do not necessarily have to be the same.

【0041】実施例4.図11はレーザ媒質励起部を第
1発振段、第2発振段、第3発振段の3つの領域に分割
し、その両端に全反射鏡と部分反射鏡を設置した前述の
構成に対し、第2発振段両端に第1の内部鏡18aと第
2の内部鏡18bを設置した構成を示している。ここに
おいて、1cは第3発振段筐体、2cは第3発振段第1
主電極、3cは第3発振段第2主電極、4cは第3発振
段レーザ媒質励起部、5cは第3発振段放電励起回路、
L3は第3発振段有効利得長、19は第3発振段動作パ
ルスである。
Embodiment 4 FIG. FIG. 11 shows that the laser medium pumping section is divided into three regions of a first oscillation stage, a second oscillation stage, and a third oscillation stage, and a total reflection mirror and a partial reflection mirror are provided at both ends thereof. A configuration in which a first internal mirror 18a and a second internal mirror 18b are provided at both ends of two oscillation stages is shown. Here, 1c is a third oscillation stage housing, and 2c is a third oscillation stage first.
A main electrode, 3c a third oscillation stage second main electrode, 4c a third oscillation stage laser medium excitation section, 5c a third oscillation stage discharge excitation circuit,
L3 is an effective gain length of the third oscillation stage, and 19 is an operation pulse of the third oscillation stage.

【0042】次にこの実施例の動作を説明する。第1発
振段動作パルス15により第1発振段を立ち上げ、遅延
動作時間ΔT1の後に第2発振段を立ち上げるまでは実
施例1と同じである。これにより第2の内部鏡18bか
らレーザ光が第3発振段第1、第2主電極2c,3c間
に送られる。このレーザ光が第3発振段の利得を飽和さ
せる強度に達した時点で第3発振段レーザ媒質励起部4
cを立ち上げるように第3発振段動作パルス19を第3
発振段に対して送り、第1、第2発振段と同様のプロセ
スで第3発振段レーザ励起部4cを立ち上げる。これに
より第3発振段の利得が、第2発振段によってさらに強
度を増したレーザ光によって飽和され、極めて効率的レ
ーザ光を取り出すことができる。また、部分反射鏡8で
反射された光の1部は第2の内部鏡によって速やかに第
3発振段レーザ媒質励起部4cに戻され、第3発振段の
利得を再度飽和させる効果があるため、例えば、共振器
長Lcが極端に長い系における取り出しにおいてこの構
成は効果がある。場合によってはさらにレーザ媒質励起
部の分割数を増やし、第3、第4の内部鏡を設置しても
よい。
Next, the operation of this embodiment will be described. Example 1 is the same as that of the first embodiment until the first oscillation stage is started by the first oscillation stage operation pulse 15 and the second oscillation stage is started after the delay operation time ΔT1. As a result, laser light is sent from the second internal mirror 18b between the first and second main electrodes 2c, 3c of the third oscillation stage. When this laser beam reaches an intensity that saturates the gain of the third oscillation stage, the third oscillation stage laser medium pumping section 4
The third oscillation stage operation pulse 19 is set to the third
The laser beam is sent to the oscillating stage, and the third oscillating stage laser exciting section 4c is started up in the same process as the first and second oscillating stages. As a result, the gain of the third oscillation stage is saturated by the laser light whose intensity has been further increased by the second oscillation stage, and extremely efficient laser light can be extracted. Further, a part of the light reflected by the partial reflecting mirror 8 is quickly returned to the third oscillation stage laser medium excitation unit 4c by the second internal mirror, and has an effect of resaturating the gain of the third oscillation stage. For example, this configuration is effective in extraction in a system in which the resonator length Lc is extremely long. In some cases, the number of divisions of the laser medium excitation section may be further increased, and third and fourth internal mirrors may be provided.

【0043】実施例5.また以上述べた構成では各筐体
に対してレーザ光透過窓6を設置したいわゆる外部鏡型
共振器の例を示したが、図12に示すように直接全反射
鏡7、部分反射鏡8、内部鏡18を各筐体に設置する内
部鏡型共振器の構成としてもよいし、また、どれか1部
を内部鏡型にしてもよい。
Embodiment 5 FIG. Further, in the above-described configuration, an example of a so-called external mirror type resonator in which the laser light transmission window 6 is provided for each housing has been described, but as shown in FIG. The internal mirror 18 may be configured as an internal mirror resonator installed in each housing, or one of the internal mirrors may be configured as an internal mirror resonator.

【0044】実施例6.また、先に説明した例ではいわ
ゆる横方向励起タイプのレーザにこの発明を適用した例
を示した。一方、図13はこの発明を銅蒸気レーザ、C
2レーザ等で使われている同軸型励起のレーザに適用
した例を示しており、この場合は筐体1a,1bが円筒
管の形状となり、また、第1の主電極2a,2b、第2
の主電極3a,3bは円筒管の両端部に設置されてい
る。また、励起放電は管軸方向で生成され、レーザ媒質
励起部4a,4bを形成する。このような構成において
もこの発明が有効に効果を発揮することは言うまでもな
い。
Embodiment 6 FIG. In the example described above, an example in which the present invention is applied to a so-called transverse excitation type laser is shown. On the other hand, FIG.
An example in which the present invention is applied to a coaxial pump laser used in an O 2 laser or the like is shown. In this case, the casings 1a and 1b have the shape of a cylindrical tube, and the first main electrodes 2a and 2b and the first 2
The main electrodes 3a and 3b are provided at both ends of the cylindrical tube. The excitation discharge is generated in the tube axis direction, and forms the laser medium excitation parts 4a and 4b. It goes without saying that the present invention is also effective in such a configuration.

【0045】実施例7.また、以上の放電励起回路はプ
リパルス/PFN回路による長パルス励起の利得が与え
られた場合について説明したが、放電開始とエネルギ注
入を同一の回路で行ういわゆる容量移行型回路、その他
の放電回路を用いても効果の大小はあるものの、同様の
効果が得られる。
Embodiment 7 FIG. Although the above-described discharge excitation circuit has been described in the case where a gain of long pulse excitation by the pre-pulse / PFN circuit is given, a so-called capacity transition type circuit in which discharge initiation and energy injection are performed by the same circuit, and other discharge circuits are described. The same effect can be obtained though the effect is large or small.

【0046】実施例8.以上説明した例ではレーザガス
中で放電を生成してレーザ媒質励起部を生成するいわゆ
るガスレーザにこの発明を適用する例について述べた
が、これをレーザ媒質励起部が固体結晶中に生成される
YAGレーザ、YLFレーザ、チタン・サファイアレー
ザ、アレクサンドライトレーザ等の固体レーザや、同じ
く液体レーザ媒質中に存在する色素レーザ等の液体レー
ザに適用してもよい。図14は固体レーザに適用した例
を示しており、ここにおいて21a,21bは各々第1
発振段、第2発振段励起光源用回路、22a,22bは
各々フラッシュランプ、半導体レーザ、その他レーザ等
の第1発振段、第2発振段励起用光源、23a,23b
は各々励起用光源22a,22bから出た第1発振段用
励起光、第2発振段用励起光、24a,24bは固体の
レーザ結晶からなる第1発振段固体レーザ媒質励起部、
第2発振段固体レーザ媒質励起部である。
Embodiment 8 FIG. In the example described above, an example in which the present invention is applied to a so-called gas laser that generates a laser medium excitation part by generating a discharge in a laser gas has been described. However, this is a YAG laser in which the laser medium excitation part is generated in a solid crystal. Or a solid laser such as a YLF laser, a titanium-sapphire laser, an alexandrite laser, or a liquid laser such as a dye laser existing in a liquid laser medium. FIG. 14 shows an example in which the present invention is applied to a solid-state laser.
Oscillation stage and second oscillation stage excitation light source circuits 22a and 22b are first oscillation stage and second oscillation stage excitation light sources such as flash lamps, semiconductor lasers and other lasers, and 23a and 23b, respectively.
Denotes pump light for the first oscillation stage and pump light for the second oscillation stage, which are emitted from the excitation light sources 22a and 22b, respectively, and 24a and 24b denote the first oscillation stage solid laser medium pumping portions made of solid laser crystals;
The second oscillation stage is a solid-state laser medium excitation section.

【0047】次に実施例8について動作を説明する。第
1発振段動作パルス15により第1発振段励起光源用回
路21aが動作し、第1発振段励起光源22aから第1
発振段励起光23aが出る。この光がレーザ用固体結晶
からなる第1発振段固体レーザ媒質励起部24aに照射
されると、そこでいわゆる反転分布状態が形成される。
第1発振段動作パルス15から遅延動作時間ΔTだけ遅
れて第2発振段動作パルス16が第2発振段励起光源用
回路21bに送られ、以後は第1発振段と同様のプロセ
スにより第2発振段レーザ媒質励起部24bが立ち上げ
られる。第1発振段レーザ媒質励起部24a、および第
2発振段レーザ媒質励起部24bが形成された後は実施
例1と全く同じプロセスによりレーザ光9が取り出さ
れ、この際の効果も全く同じである。また、液体レーザ
の場合においても、固体レーザ媒質励起部24a,24
bが液体中の媒質に変わるだけで、基本的に図14の構
成と同じである。
Next, the operation of the eighth embodiment will be described. The first oscillation stage pumping light source circuit 21a operates by the first oscillation stage operation pulse 15, and the first oscillation stage excitation light source 22a
The oscillation stage excitation light 23a is emitted. When this light is applied to the first oscillation-stage solid laser medium excitation section 24a made of a solid crystal for laser, a so-called inverted distribution state is formed there.
The second oscillation stage operation pulse 16 is sent to the second oscillation stage excitation light source circuit 21b with a delay of the delay operation time ΔT from the first oscillation stage operation pulse 15, and thereafter, the second oscillation stage is processed by the same process as the first oscillation stage. The step laser medium excitation unit 24b is activated. After the first oscillation stage laser medium excitation section 24a and the second oscillation stage laser medium excitation section 24b are formed, the laser beam 9 is extracted by exactly the same process as in the first embodiment, and the effect at this time is exactly the same. . Also, in the case of a liquid laser, the solid-state laser medium excitation units 24a and 24a
The configuration is basically the same as that of FIG. 14 except that b is changed to the medium in the liquid.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1のパ
ルスレーザ発振装置によれば、パルスレーザ発振装置の
レーザ媒質励起部を2つ以上の領域に分割し、通常の全
反射鏡と部分反射鏡からなる共振器構成に対し、分割さ
れたレーザ媒質励起部間に内部鏡を設置し、かつ前記全
反射鏡と前記内部鏡とで挟まれた領域のレーザ媒質励起
部を第1発振段とし、前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟
まれた領域のレーザ媒質励起部を第2発振段として、第
1発振段からのレーザ光が飽和強度に達するまで立ち上
がる前後の時点で第2発振段のレーザ励起媒質部が励起
を行うように、第2発振段を一定時間だけ遅らせて動作
させて、前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれた領域の
レーザ媒質励起部が、前記内部鏡と全反射鏡で挟まれた
領域のレーザ媒質励起部に比べ一定時間遅延して反転分
布状態を形成するようにしたので、長有効利得長・長共
振器長のレーザ発振装置から効率良くレーザ光を引き出
すことができ、高効率・大出力なパルスレーザ発振装置
を実現できるという効果を奏する。
As described above, according to the pulse laser oscillation device of the first aspect of the present invention, the laser medium excitation section of the pulse laser oscillation device is divided into two or more regions, and a normal total reflection mirror and to the resonator structure consisting of the partial reflection mirror, it is placed inside mirror between split laser medium exciting unit, and the total
Excitation of the laser medium in the region sandwiched between the reflector and the inner mirror
Section as a first oscillation stage, sandwiched between the internal mirror and the partial reflection mirror.
The laser medium excitation section in the enclosed region is used as the second oscillation stage,
Start up until laser light from one oscillation stage reaches saturation intensity
Excitation of the laser excitation medium of the second oscillation stage before and after
Operation by delaying the second oscillation stage by a certain time
And the area between the internal mirror and the partial reflecting mirror
The laser medium excitation section is sandwiched between the internal mirror and the total reflection mirror
Inversion after a certain time delay compared to the laser medium excitation section in the region
Since the cloth state is formed, the laser light can be efficiently extracted from the laser oscillation device having a long effective gain length and a long resonator length, and the effect that a high efficiency and high output pulse laser oscillation device can be realized. Play.

【0049】この発明の請求項2に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項1のパルスレーザ発振装置において、
前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれたレーザ媒質励起
部のレーザ発振光軸方向に対する有効利得長が、前記内
部鏡と前記全反射鏡で挟まれたレーザ媒質励起部の有効
利得長に比べてほぼ等距離、もしくは長いものとしたた
め、請求項1と同様、長有効利得長・長共振器長のレー
ザ発振装置から効率良くレーザ光を引き出すことがで
き、高効率・大出力なパルスレーザ発振装置を実現でき
るという効果を奏する。
A pulse laser oscillation device according to a second aspect of the present invention is the pulse laser oscillation device according to the first aspect,
The effective gain length in the laser oscillation optical axis direction of the laser medium pumping section interposed between the internal mirror and the partial reflection mirror is smaller than the effective gain length of the laser medium pumping section interposed between the internal mirror and the total reflection mirror. The laser beam can be efficiently extracted from the laser oscillation device having a long effective gain length and a long resonator length, and the pulse laser oscillation with high efficiency and large output can be achieved. There is an effect that the device can be realized.

【0050】この発明の請求項3に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項1または請求項2のパルスレーザ発振
装置において、前記部分反射鏡の反射率が前記内部鏡の
反射率と等しいか、もしくは小さいものとしたため、請
求項1と同様、長有効利得長・長共振器長のレーザ発振
装置から効率良くレーザ光を引き出すことができ、高効
率・大出力なパルスレーザ発振装置を実現できるという
効果を奏する。
According to a third aspect of the present invention, in the pulse laser oscillator of the first or second aspect, the reflectance of the partial mirror is equal to the reflectance of the inner mirror, or Since the size is small, the laser light can be efficiently extracted from the laser oscillation device having a long effective gain length and a long resonator length similarly to the first aspect, and a pulse laser oscillation device having high efficiency and high output can be realized. To play.

【0051】この発明の請求項4に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項1乃至請求項3のいずれかのパルスレ
ーザ発振装置において、パルスレーザガス中において相
対向する第1、および第2の主電極、前記主電極間にお
いて放電を開始させ、かつ放電エネルギを供給するため
の放電励起回路を備え、前記主電極間で生ずる放電によ
って前記レーザ媒質励起部を形成するようにしたため、
請求項1と同様、長有効利得長・長共振器長のレーザ発
振装置から効率良くレーザ光を引き出すことができ、高
効率・大出力なパルスレーザ発振装置を実現できるとい
う効果を奏する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the pulse laser oscillation apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the first and second main electrodes opposed to each other in the pulse laser gas. A discharge excitation circuit for starting discharge between the main electrodes, and supplying discharge energy, so that the laser medium excitation section is formed by the discharge generated between the main electrodes,
As in the first aspect, a laser beam can be efficiently extracted from a laser oscillation device having a long effective gain length and a long resonator length, and a pulse laser oscillation device having high efficiency and high output can be realized.

【0052】この発明の請求項5に係るパルスレーザ発
振装置は、請求項4のパルスレーザ発振装置において、
前記放電励起回路が放電を開始するための第1の放電励
起回路とエネルギを供給するための第2の放電励起回路
からなるため、請求項1と同様、長有効利得長・長共振
器長のレーザ発振装置から効率良くレーザ光を引き出す
ことができ、高効率・大出力なパルスレーザ発振装置を
実現できるという効果を奏する。
A pulse laser oscillation device according to a fifth aspect of the present invention is the pulse laser oscillation device according to the fourth aspect,
Since the discharge excitation circuit includes a first discharge excitation circuit for starting discharge and a second discharge excitation circuit for supplying energy, the discharge excitation circuit has a long effective gain length and a long resonator length. The laser beam can be efficiently extracted from the laser oscillation device, and an effect of realizing a pulse laser oscillation device with high efficiency and high output can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施例によるパルスレーザ発振
装置を概略的に示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a pulse laser oscillation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 実施例1による遅延動作時間に対するレーザ
出力特性(計算結果)の図である。
FIG. 2 is a diagram of a laser output characteristic (calculation result) with respect to a delay operation time according to the first embodiment.

【図3】 この発明および従来装置による遅延動作時間
に対するレーザ出力特性(実験結果)の図である。
FIG. 3 is a graph of laser output characteristics (experimental results) with respect to delay operation time according to the present invention and a conventional device.

【図4】 この発明による各遅延動作時間における利得
波形、レーザ出力波形(計算結果)の図である。
FIG. 4 is a diagram of a gain waveform and a laser output waveform (calculation result) at each delay operation time according to the present invention.

【図5】 この発明による各遅延動作時間に対する利得
波形、共振器損失エネルギ積分値(計算結果)の図であ
る。
FIG. 5 is a diagram of a gain waveform and a resonator loss energy integrated value (calculation result) with respect to each delay operation time according to the present invention.

【図6】 この発明、および従来方式(増幅)による第
1発振段透過入力光に対するレーザ出力特性(実験結
果)の図である。
FIG. 6 is a diagram of laser output characteristics (experimental results) with respect to input light transmitted through a first oscillation stage according to the present invention and a conventional method (amplification).

【図7】 この発明による内部鏡に対するレーザ出力特
性(計算結果)の図である。
FIG. 7 is a diagram of laser output characteristics (calculation results) for an internal mirror according to the present invention.

【図8】 この発明による内部鏡に対するレーザ出力特
性(実験結果)の図である。
FIG. 8 is a diagram of laser output characteristics (experimental results) for the internal mirror according to the present invention.

【図9】 この発明の他の実施例における第2発振段中
の主電極を分割した場合のパルスレーザ発振装置を示す
ブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a pulse laser oscillation device when a main electrode in a second oscillation stage is divided according to another embodiment of the present invention.

【図10】 この発明の他の実施例における第2発振段
中の筐体を分割した場合のパルスレーザ発振装置を示す
ブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a pulse laser oscillation device when a housing in a second oscillation stage is divided according to another embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の他の実施例における内部鏡に加
え、第3の部分反射鏡を設置した場合のパルスレーザ発
振装置を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a pulse laser oscillation device provided with a third partial reflecting mirror in addition to an internal mirror according to another embodiment of the present invention.

【図12】 この発明の他の実施例における内部型共振
器を構成した場合のパルスレーザ発振装置を示すブロッ
ク図である。
FIG. 12 is a block diagram showing a pulse laser oscillation device when an internal resonator according to another embodiment of the present invention is configured.

【図13】 この発明の他の実施例における同軸方向励
起のレーザに適用した場合のパルスレーザ発振装置を示
すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing a pulse laser oscillation device when applied to a coaxially pumped laser according to another embodiment of the present invention.

【図14】 この発明の他の実施例における固体レー
ザ、または液体レーザに適用した場合のパルスレーザ発
振装置を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a pulse laser oscillation device when applied to a solid-state laser or a liquid laser according to another embodiment of the present invention.

【図15】 従来のパルスレーザ発振装置を示すブロッ
ク図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a conventional pulse laser oscillation device.

【図16】 この発明の放電励起回路としてプリパルス
/PFN回路を適用した時の回路図である。
FIG. 16 is a circuit diagram when a pre-pulse / PFN circuit is applied as a discharge excitation circuit of the present invention.

【図17】 この発明、および従来装置の評価に用いた
利得波形(計算結果)の図である。
FIG. 17 is a diagram of a gain waveform (calculation result) used for evaluating the present invention and the conventional device.

【図18】 従来の装置における有効利得長に対する利
得波形、およびレーザ出力波形(計算結果)の図であ
る。
FIG. 18 is a diagram showing a gain waveform with respect to an effective gain length and a laser output waveform (calculation result) in a conventional device.

【図19】 従来の装置における有効利得長に対する利
得波形、共振器損失エネルギ積分値(計算結果)の図で
ある。
FIG. 19 is a diagram of a gain waveform with respect to an effective gain length and an integrated value of a resonator loss energy (calculation result) in a conventional device.

【図20】 従来の他のパルスレーザ発振装置を示すブ
ロック図である。
FIG. 20 is a block diagram showing another conventional pulse laser oscillation device.

【図21】 従来の他のパルスレーザ発振装置を示すブ
ロック図である。
FIG. 21 is a block diagram showing another conventional pulse laser oscillation device.

【図22】 従来の遅延動作時間に対するレーザ出力特
性(計算結果)の図である。
FIG. 22 is a diagram of a laser output characteristic (calculation result) with respect to a conventional delay operation time.

【図23】 従来のパルスレーザ発振装置による各遅延
動作時間における利得波形、レーザ出力波形(計算結
果)の図である。
FIG. 23 is a diagram of a gain waveform and a laser output waveform (calculation result) at each delay operation time by the conventional pulse laser oscillation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 第1主電極、3 第2主電極、4 レーザ媒質励起
部、5 放電励起回路、7 全反射鏡、8 部分反射
鏡、14 遅延パルス発生器、15 第1発振段動作パ
ルス、16 第2発振段動作パルス、18 内部鏡。
2 First main electrode, 3 Second main electrode, 4 Laser medium excitation section, 5 Discharge excitation circuit, 7 Total reflection mirror, 8 Partial reflection mirror, 14 Delay pulse generator, 15 First oscillation stage operation pulse, 16 Second Oscillation stage operating pulse, 18 internal mirror.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 満夫 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 春田 健雄 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−98172(JP,A) 特開 平2−129988(JP,A) 特開 昭53−137694(JP,A) 特公 昭44−25556(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/08 H01S 3/097 - 3/0977 H01S 3/07 H01S 3/23 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Mitsuo Inoue 8-1-1 Tsukaguchi Honcho, Amagasaki City Inside Central Research Laboratory Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Takeo Haruta 8-1-1 Tsukaguchi Honcho Amagasaki City Mitsubishi (56) References JP-A-63-98172 (JP, A) JP-A-2-129988 (JP, A) JP-A-53-137694 (JP, A) JP-B-44 25556 (JP, B1) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/08 H01S 3/097-3/0977 H01S 3/07 H01S 3/23

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ発振に必要な反転分布状態が形成
されたレーザ媒質励起部、前記レーザ媒質励起部を挟む
ように対向配置された全反射鏡、および部分反射鏡を備
えたパルスレーザ発振装置において、 前記レーザ媒質励起部が2つ以上の領域に分割され、前
記2つ以上に分割されたレーザ媒質励起部の間に少なく
とも1つ以上の内部鏡を備え、かつ、前記全反射鏡と前
記内部鏡とで挟まれた領域のレーザ媒質励起部を第1発
振段とし、前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれた領域
のレーザ媒質励起部を第2発振段として、第1発振段か
らのレーザ光が飽和強度に達するまで立ち上がる前後の
時点で第2発振段のレーザ励起媒質部が励起を行うよう
に、第2発振段を一定時間だけ遅らせて動作させて、
記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれた領域のレーザ媒質
励起部が、前記内部鏡と全反射鏡で挟まれた領域のレー
ザ媒質励起部に比べ一定時間遅延して反転分布状態を形
成する手段を備えたことを特徴とするパルスレーザ発振
装置。
1. A pulse laser oscillating device comprising: a laser medium excitation section in which a population inversion necessary for laser oscillation is formed; a total reflection mirror opposed to the laser medium excitation section; and a partial reflection mirror. in the laser medium exciting unit is divided into two or more regions, wherein provided at least one internal mirror between the laser medium exciting unit that is divided two or more, and, prior to said total reflection mirror
First excitation of the laser medium excitation section in the area sandwiched by the internal mirror
A region between the internal mirror and the partial reflecting mirror
The laser medium pumping section of the above as the second oscillation stage,
Before and after the laser beam rises until it reaches the saturation intensity.
At this point, the laser excitation medium of the second oscillation stage performs excitation.
By operating the second oscillation stage with a delay for a predetermined time, the laser medium excitation section in the region sandwiched by the internal mirror and the partial reflection mirror is driven by the laser in the region sandwiched by the internal mirror and the total reflection mirror. A pulse laser oscillation device comprising: means for forming a population inversion state with a delay of a predetermined time as compared with a medium excitation unit.
【請求項2】 前記内部鏡と前記部分反射鏡で挟まれた
レーザ媒質励起部のレーザ発振光軸方向に対する有効利
得長は、前記内部鏡と前記全反射鏡で挟まれたレーザ媒
質励起部の有効利得長に比べてほぼ等距離、もしくは長
いことを特徴とする請求項1のパルスレーザ発振装置。
2. An effective gain length in a laser oscillation optical axis direction of a laser medium pumping section sandwiched between the internal mirror and the partial reflection mirror is equal to that of the laser medium pumping section sandwiched between the internal mirror and the total reflection mirror. 2. The pulse laser oscillation device according to claim 1, wherein the pulse laser oscillation device is substantially equidistant or longer than an effective gain length.
【請求項3】 前記部分反射鏡の反射率は前記内部鏡の
反射率と等しいか、もしくは小さいことを特徴とする請
求項1または請求項2のパルスレーザ発振装置。
3. The pulse laser oscillation device according to claim 1, wherein a reflectance of said partial reflecting mirror is equal to or smaller than a reflectance of said internal mirror.
【請求項4】 レーザガス中において相対向する第1、
および第2の主電極、前記主電極間において放電を開始
させ、かつ放電エネルギを供給するための放電励起回路
を備え、前記主電極間で生ずる放電によって前記レーザ
媒質励起部を形成することを特徴とする請求項1乃至請
求項3のいずれかのパルスレーザ発振装置。
4. The first, opposed laser beam in a laser gas.
A discharge excitation circuit for initiating a discharge between the second main electrode and the main electrode and supplying discharge energy, wherein the discharge generated between the main electrodes forms the laser medium excitation section. The pulse laser oscillation device according to any one of claims 1 to 3, wherein
【請求項5】 前記放電励起回路が放電を開始するため
の第1の放電励起回路とエネルギを供給するための第2
の放電励起回路からなることを特徴とする請求項4のパ
ルスレーザ発振装置。
5. A first discharge excitation circuit for starting discharge by the discharge excitation circuit and a second discharge excitation circuit for supplying energy.
5. The pulse laser oscillation device according to claim 4, comprising a discharge excitation circuit.
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