JP3021358B2 - リングレーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リング型共振器を
有するリングレーザ装置に関し、特に、レーザ光を発生
するレーザ媒質として、クロム添加ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳ
ｒＡｌＦ₆ ）結晶やチタン添加サファイア結晶等、波長
可変レーザ媒質を用いる場合に好適なリングレーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】リング型のレーザは単一モード性に優
れ、定在波型レーザに見られる戻り反射光による揺らぎ
がない等、優れた特性を持つレーザとして知られてい
る。このリングレーザと波長可変レーザ媒質とを組み合
わせたレーザは、波長を可変でき、しかも単一モードで
あるため高性能なレーザ装置として知られている。

【０００３】図４は、波長可変媒質としてチタン添加サ
ファイヤ結晶を用いた、従来知られているリングレーザ
装置の構成図である（Ｗ．Ｋｏｅｃｈｎｅｒ：Ｓｏｌｉ
ｄＳｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅ
ｒｇ １９９６）ｐ．１４３参照）。この図４の中央下
部には、チタン添加サファイア結晶３１が配置されてお
り、そのチタン添加サファイア結晶３１を左右から挟む
ように２枚のミラー３２，３３が配置されている。これ
ら２枚のミラーのうちの１枚のミラー３２は、チタン添
加サファイア結晶３１で発振するレーザ光３０の波長に
ついては高反射率、励起光４０の波長については高透過
率のミラーであり、チタン添加サファイア結晶３１に
は、励起光４０が、レンズ３４およびミラー３２を経由
して入射され、このチタン添加サファイア結晶３１は、
励起光４０による励起光を受けて発振レーザ光３０を出
力する。チタン添加サファイア結晶３１からミラー３２
に向かって出力された発振レーザ光３０は、ミラー３２
で反射され、複屈折フィルタ３５を経由して出力ミラー
３６に入射する。出力ミラー３６は、レーザ光３０の一
部を透過し、このリングレーザ装置から出力レーザ光と
して外部に出力するとともに、入射したレーザ光の大部
分を１／２波長板３７ａに向けて反射する。１／２波長
板３７ａに隣接してファラデーローテータ３７ｂが配置
されており、ここでは、これら１／２波長板３７ａとフ
ァラデーローテータ３７ｂとにより、レーザ光の進行方
向を一方向に規定するオプチカルダイオード３７が構成
されている。オプチカルダイオード３７を経由したレー
ザ光は、ミラー３８で反射され、エタロン３９を経由
し、さらにミラー３３で反射されてチタン添加サファイ
ヤ結晶３１に戻る。このように、ここでは、チタン添加
サファイヤ結晶３１から出力された発振レーザ光が一巡
してチタン添加サファイア結晶３１に戻るようにリング
型共振器が構成されている。発振波長の調整は、複屈折
フィルタ３５の傾きを調整することにより、あるいはエ
タロン３９の傾きを調整することにより行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】リング型共振器を構成
するには、レーザ光の進行方向を一方向に規定し、逆方
向に進むレーザ光の伝播を阻止するオプチカルダイオー
ド（光アイソレータ）を必須の構成要素として採用する
必要があるが、このオプチカルダイオードには、広い波
長範囲にわたって低損失のものが得にくいという問題が
ある。レーザの共振器中に挿入されるオプチカルダイオ
ードは、挿入損失１％以下といった高性能なものが要求
される。特に、波長可変レーザ媒質は、例えばネオヂウ
ム添加ＹＡＧ結晶のような単一波長レーザ媒質に比較し
て利得の小さなレーザ媒質であり、挿入損失がわずか
０．１％増えたとしても得られるレーザの性能は劣化す
る。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、入手が容易
な、挿入損失がある程度大きなオプチカルダイオードを
用いた場合であっても発振が可能なリングレーザ装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のリングレーザ装置は、 （１）レーザ光を発生するレーザ媒質 （２）部分反射ミラーを構成要素の１つとするととも
に、上記レーザ媒質を内部に備えたリング型主共振器 （３）オプチカルダイオード （４）上記部分反射ミラーを構成要素の１つとするとと
もに、上記オプチカルダイオードを内部に備えたリング
型副共振器を備えたことを特徴とする。

【０００７】ここで、上記本発明のリングレーザ装置に
おいて、上記（４）のリング型副共振器は、回折格子を
含むものであってもよい。この回折格子は、リング型副
共振器の構成要素であってもよく、リング型副共振器内
に挿入されたものであってもよい。本発明のリングレー
ザ装置に採用されるレーザ媒質は、発振波長可変なレー
ザ媒質であってもよい。

【０００８】挿入損失が１０〜２０％であれば広い波長
範囲をカバーするオプチカルダイオードが市販されてお
り、例えばこの程度の挿入損失のオプチカルダイオード
を採用することを考える。このように挿入損失が大きな
オプチカルダイオードは、図４に示すような構成のリン
グレーザ装置に採用するとレーザ発振が停止し、従来は
結局採用することはできなかった。

【０００９】本発明のリングレーザ装置は、リング型副
共振器を設け、そのリング型副共振器にオプチカルダイ
オードを挿入したため、リング型主共振器からみると、
そのオプチカルダイオードの挿入損失は見掛け上１％以
下となり、発振が十分可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明のリングレーザ装置の第１実
施形態の構成図である。但し、この図１、及び後述する
説明において参照する図２、図３において、発振波長を
変化させるための光学要素は、従来と同様であるため省
略されている。

【００１１】この図１に示すリングレーザ装置１０Ａに
は、レーザ媒質として、発振波長可変のレーザ媒質であ
るＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶１１が配置されており、このＣ
ｒ：ＬｉＳＡＦ結晶１には、励起光４０が、レンズ２２
およびミラー１２を経由して入射される。ミラー１２
は、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶１１での発振レーザ光１０の
波長の光については高反射率、励起光４０の波長の光に
ついては高透過率のコーティングが形成されたものであ
る。Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶１１は、励起光４０の照射を
受けて発振レーザ光１０を出力する。このＣｒ：ＬｉＳ
ＡＦ結晶１１からミラー１３側に出力されたレーザ光１
０はミラー１３で反射され、ミラー１４で反射され、さ
らに部分反射ミラー１５によりその大部分が反射され、
さらにミラー１２で反射されてＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶１
１に戻る。ここでは、これらのミラー１２，１３，１
４，１５によりリング型主共振器が構成されている。

【００１２】ミラー１４で反射され部分反射ミラー１５
を透過したレーザ光１０ａは、レンズ１９、オプチカル
ダイオード２１を経由し、ミラー１６で反射され、レン
ズ２０を経由し、ミラー１７で反射され、出力ミラー１
８で一部が透過、一部が反射される。出力ミラー１８を
透過したレーザ光は、このリングレーザ装置１０Ａの出
力レーザ光として外部に出力される。出力ミラー１８で
反射されたレーザ光は、部分反射ミラー１５に入射し、
一部が透過して主共振器に戻り、一部は反射して再び上
記と同様な経路を辿る。ここでは部分反射ミラー１５，
ミラー１６，１７、出力ミラー１８によりリング型副共
振器が構成されている。レンズ１９，２０は、副共振器
中でのレーザ光の広がりを補正して再び主共振器に戻す
ためのものである。

【００１３】ここで、主共振器中を図中の矢印Ａ方向に
進むレーザ光（副共振器に入ったときにオプチカルダイ
オード２１の順方向に進むレーザ光：以下、このレーザ
光を「レーザ光Ａ」と称する）と、主共振器中を図中の
矢印Ｂ方向に進むレーザ光（副共振器に入ったときにオ
プチカルダイオード２１の逆方向に進むレーザ光：以
下、このレーザ光を「レーザ光Ｂ」と称する）とを比較
すると、レーザ光Ａとレーザ光Ｂにとっては、部分反射
ミラー１５の反射率が見掛け上相互に異なることにな
る。すなわち、レーザ光Ｂにとっては、部分反射ミラー
１５のもともとの反射率がそのままそのレーザ光Ｂの反
射率となり、レーザ光Ａにとっては、見かけ上、部分反
射ミラー１５のもともとの反射率よりも高い反射率とな
る。このため、損失の少ないレーザ光Ａ（矢印Ａ方向に
進むレーザ光）について発振が生じ、レーザ光Ｂ（矢印
Ｂ方向）については発振は生じない。ここで主共振器と
副共振器をつなぐ部分反射ミラー１５の反射率を９５％
〜９８％と比較的高い値に選ぶと、主共振器から見た、
オプチカルダイオード２１の見かけ上の挿入損失は１％
以下となり、発振が十分可能となる。

【００１４】尚、図１に示すリングレーザ装置１０Ａで
は副共振器中に出力ミラー１８を配置したが、副共振器
を構成するミラーは全て全反射ミラーとし、主共振器を
構成するミラーの一部を出力ミラーとしてもよい。図２
は、本発明のリングレーザ装置の第２の実施形態の構成
図である。図１に示す第１実施形態の構成要素と同一の
構成要素には、図１に付した番号と同一の番号を付して
示し、相違点のみ説明する。

【００１５】この図２に示すリングレーザ装置１０Ｂに
は、図１に示すリングレーザ装置１０Ａにおける、副共
振器を構成するミラー１６に代わり、反射型回折格子２
３が備えられている。この反射型回折格子２３を調整す
ることにより発振波長を変化させることができる。本発
明では、リング型主共振器のほかにリング型副共振器を
備えているため、損失が例えば１０〜２０％と大きくて
主共振器中に挿入できないような回折格子のような素子
も挿入可能である。

【００１６】尚、図２に示すリングレーザ装置１０Ｂの
場合、出力ミラー１８に代えて全反射ミラーを配置し、
反射型回折格子２３による０次回折光１０ｂを、このリ
ングレーザ装置の出力レーザ光としてもよい。図３は、
本発明のリングレーザ装置の第３の実施形態の構成図で
ある。図１に示す第１実施形態の構成要素と同一の構成
要素には、図１に付した番号と同一の番号を付して示
し、相違点のみ説明する。

【００１７】図１および図２に示すリングレーザ装置１
０Ａ，１０Ｂは、いわゆる蝶ネクタイ型のリング共振器
を備えたものであるが、この図３に示すリングレーザ装
置１０Ｃは、三角形のリング共振器を備えている。この
ように、本発明はリング共振器の型が限定されるもので
はなく、図１、図２に示す蝶ネクタイ型、図３に示す三
角形型、あるいはその他どのような型のリング共振器を
備えてもよく、主共振器と副共振器とでリング構成の型
が相互に異なっていてもよい。

【００１８】また、上記実施形態では、波長可変レーザ
媒質としてＣｒ：ＬｉＳＡＦ結晶を取り上げて説明した
が、本発明のリングレーザ装置に採用されるレーザ媒質
は、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶に限られるものではなく、例
えば図４を参照して説明したように、チタン添加サファ
イア結晶を採用してもよい。本発明のリングレーザ装置
は、波長可変レーザ媒質を採用する際に好適な構成を備
えたものであるが、本発明のリングレーザ装置に、波長
可変なレーザ媒質ではなく、固定波長のレーザ光を出力
するレーザ媒質を採用し、従来よりも高効率のレーザ発
振を行なってもよく、さらに固体レーザ媒質に限らずガ
スや色素等をレーザ媒質として採用してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
挿入損失の高いオプチカルダイオードを採用した場合で
あっても発振が可能なリングレーザ装置が構成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリングレーザ装置の第１実施形態の構
成図である。

【図２】本発明のリングレーザ装置の第２の実施形態の
構成図である。

【図３】本発明のリングレーザ装置の第３の実施形態の
構成図である。

【図４】従来知られているリングレーザ装置の構成図で
ある。

【符号の説明】

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ リングレーザ装置 １０ 発振レーザ光 １１ Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ結晶 １２，１３，１４，１６，１７ ミラー １５ 部分的反射ミラー １８ 出力ミラー １９，２０ レンズ ２１ オプチカルダイオード ２２ レンズ ２３ 反射型回折格子 ４０ 励起光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/083

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発生するレーザ媒質と、 部分反射ミラーを構成要素の１つとするとともに、前記
   レーザ媒質を内部に備えたリング型主共振器と、 オプチカルダイオードと、 前記部分反射ミラーを構成要素の１つとするとともに、
   前記オプチカルダイオードを内部に備えたリング型副共
   振器とを備えたことを特徴とするリングレーザ装置。
2. 【請求項２】 前記リング型副共振器が、回折格子を含
   むものであることを特徴とする請求項１記載のリングレ
   ーザ装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ媒質が発振波長可変なレーザ
   媒質であることを特徴とする請求項１記載のリングレー
   ザ装置。