JP3248577B2 - レーザ増幅器 - Google Patents
レーザ増幅器Info
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- JP3248577B2 JP3248577B2 JP32518098A JP32518098A JP3248577B2 JP 3248577 B2 JP3248577 B2 JP 3248577B2 JP 32518098 A JP32518098 A JP 32518098A JP 32518098 A JP32518098 A JP 32518098A JP 3248577 B2 JP3248577 B2 JP 3248577B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ装置に関し、
特に高出力パルスレーザを増幅する固体レーザ増幅器に
関する。
特に高出力パルスレーザを増幅する固体レーザ増幅器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ媒質を光で励起し、入射レーザ光
を増幅する装置はレーザ増幅器として広く利用されてい
る。核融合研究やＸ線発生などのように非常に高い出力
を発生するようなレーザシステムにおいては、レーザ媒
質として燐酸系や珪酸系のガラスにネオディウム（Ｎ
ｄ）原子を数％添加したものが用いられる。レーザ光の
口径が５０ｍｍ程度であれば円筒状のレーザガラスがレ
ーザ媒質として用いられ、励起光はレーザガラス円筒の
側面より照射する方式が用いられるが、レーザ光の口径
が大きくなると励起光がレーザガラスの中心部に浸透せ
ず、レーザガラスを楕円ディスク状に加工し、その楕円
表面から励起光を照射する方式が用いられる。
を増幅する装置はレーザ増幅器として広く利用されてい
る。核融合研究やＸ線発生などのように非常に高い出力
を発生するようなレーザシステムにおいては、レーザ媒
質として燐酸系や珪酸系のガラスにネオディウム（Ｎ
ｄ）原子を数％添加したものが用いられる。レーザ光の
口径が５０ｍｍ程度であれば円筒状のレーザガラスがレ
ーザ媒質として用いられ、励起光はレーザガラス円筒の
側面より照射する方式が用いられるが、レーザ光の口径
が大きくなると励起光がレーザガラスの中心部に浸透せ
ず、レーザガラスを楕円ディスク状に加工し、その楕円
表面から励起光を照射する方式が用いられる。
【０００３】励起光に関しては、ＣＷ動作させるレーザ
増幅器ではクリプトン（Ｋｒ）ガスを封入したアークラ
ンプが用いられるが、高出力パルスレーザの場合は、約
数百Ｔｏｒｒのキセノンガス（Ｘｅ）を石英ガラス管に
封じ込めたフラッシュランプが用いられ、これをパルス
放電することによって得られる発光をレーザ媒質に照射
している。
増幅器ではクリプトン（Ｋｒ）ガスを封入したアークラ
ンプが用いられるが、高出力パルスレーザの場合は、約
数百Ｔｏｒｒのキセノンガス（Ｘｅ）を石英ガラス管に
封じ込めたフラッシュランプが用いられ、これをパルス
放電することによって得られる発光をレーザ媒質に照射
している。
【０００４】このようなレーザ増幅器において、フラッ
シュランプに投入される全エネルギのうち、レーザ出力
として得られるのは高々１％程度である。残り大部分は
フラッシュランプで消費され、その時生じた熱が伝熱や
輻射などにより、レーザ媒質をはじめレーザ増幅器の種
々の部位を加熱する。
シュランプに投入される全エネルギのうち、レーザ出力
として得られるのは高々１％程度である。残り大部分は
フラッシュランプで消費され、その時生じた熱が伝熱や
輻射などにより、レーザ媒質をはじめレーザ増幅器の種
々の部位を加熱する。
【０００５】レーザ媒質が加熱されるとレーザ媒質に温
度勾配が生じ、その結果レーザ媒質の屈折率が乱れるこ
とからレーザ媒質を通過するレーザ光の品質が劣化す
る。このためレーザ増幅器の熱を除去するため、円筒状
のレーザガラスの側面を水冷しているが、大口径のディ
スク状ガラスの場合は、水冷できないため、窒素ガスを
循環させ冷却している。また発熱源たるフラッシュラン
プは多くの場合、十数ＫＶの高電圧が印加されるため、
窒素ガスの循環により冷却することが多い。
度勾配が生じ、その結果レーザ媒質の屈折率が乱れるこ
とからレーザ媒質を通過するレーザ光の品質が劣化す
る。このためレーザ増幅器の熱を除去するため、円筒状
のレーザガラスの側面を水冷しているが、大口径のディ
スク状ガラスの場合は、水冷できないため、窒素ガスを
循環させ冷却している。また発熱源たるフラッシュラン
プは多くの場合、十数ＫＶの高電圧が印加されるため、
窒素ガスの循環により冷却することが多い。
【０００６】図２は従来方式による大口径ディスクを用
いるレーザ増幅器の側面図(a）及び平面図（ｂ）であ
る。口径２００ｍｍのレーザ増幅器では励起エネルギと
して約４百ＫＪ必要であり、このため約３０本のフラッ
シュランプを１５本づつ並べて配置し、ディスクガラス
の表面及び裏面より照射する構造としている。即ち、デ
ィスク状のレーザガラス１はレーザ光がブリュスター角
で入射するよう配置され、これを励起するフラッシュラ
ンプ４１はレーザ光軸０とレーザガラス２の法線が定め
る面に直角でかつレーザ光軸と平行な面に１５本づつ配
置される。
いるレーザ増幅器の側面図(a）及び平面図（ｂ）であ
る。口径２００ｍｍのレーザ増幅器では励起エネルギと
して約４百ＫＪ必要であり、このため約３０本のフラッ
シュランプを１５本づつ並べて配置し、ディスクガラス
の表面及び裏面より照射する構造としている。即ち、デ
ィスク状のレーザガラス１はレーザ光がブリュスター角
で入射するよう配置され、これを励起するフラッシュラ
ンプ４１はレーザ光軸０とレーザガラス２の法線が定め
る面に直角でかつレーザ光軸と平行な面に１５本づつ配
置される。
【０００７】このような大口径ディスクガラス２は塵埃
を嫌う。レーザガラス表面についた塵埃がフラッシュラ
ンプからの強力な励起光により焼き付きレーザガラス１
の表面に損傷を与えるからである。
を嫌う。レーザガラス表面についた塵埃がフラッシュラ
ンプからの強力な励起光により焼き付きレーザガラス１
の表面に損傷を与えるからである。
【０００８】従ってレーザガラス１が格納されるハウジ
ングは、レーザ光の入出射口にレーザ光が透過出来る窓
３を配置し外部と仕切っている。またフラッシュランプ
４１が収納される放電ハウジング５との間には石英窓２
で仕切られ、これによりレーザガラスのハウジングは防
塵構造を有しており、ガス入力口８、ガス出力口９によ
り窒素ガスを循環できる構成となっている。
ングは、レーザ光の入出射口にレーザ光が透過出来る窓
３を配置し外部と仕切っている。またフラッシュランプ
４１が収納される放電ハウジング５との間には石英窓２
で仕切られ、これによりレーザガラスのハウジングは防
塵構造を有しており、ガス入力口８、ガス出力口９によ
り窒素ガスを循環できる構成となっている。
【０００９】レーザガラス１とフラッシュランプ４１の
ハウジングを石英ガラス２で仕切っているのは、フラッ
シュランプ４1の放電により放電ランプが振動し、その
ために発生する塵埃がレーザガラスのハウジングに混入
するのを防ぐためと、万が一フラッシュランプが爆発し
た場合、その破片によりレーザガラスが損傷するのを防
ぐためである。放電ハウジングも防塵構造を有し、窒素
ガスを循環出来るようになっている。
ハウジングを石英ガラス２で仕切っているのは、フラッ
シュランプ４1の放電により放電ランプが振動し、その
ために発生する塵埃がレーザガラスのハウジングに混入
するのを防ぐためと、万が一フラッシュランプが爆発し
た場合、その破片によりレーザガラスが損傷するのを防
ぐためである。放電ハウジングも防塵構造を有し、窒素
ガスを循環出来るようになっている。
【００１０】レーザガラスおよびフラッシュランプに窒
素ガスを循環する目的は外部よりの塵埃の混入を阻止す
るほかフラッシュランプの放電に伴うフラッシュランプ
とレーザガラスの発熱を除去することにある。通常、放
電前の数分間はレーザガラス及び放電ハウジング双方共
に窒素ガスの流れを止めている。そしてフラッシュラン
プ４１の放電後直ちにレーザガラス及び放電ハウジング
に窒素ガスを流すようにしている。これは窒素ガスをレ
ーザガラスに流すことによりレーザ光路が擾乱し、レー
ザ光の進路に影響を与えるからである。
素ガスを循環する目的は外部よりの塵埃の混入を阻止す
るほかフラッシュランプの放電に伴うフラッシュランプ
とレーザガラスの発熱を除去することにある。通常、放
電前の数分間はレーザガラス及び放電ハウジング双方共
に窒素ガスの流れを止めている。そしてフラッシュラン
プ４１の放電後直ちにレーザガラス及び放電ハウジング
に窒素ガスを流すようにしている。これは窒素ガスをレ
ーザガラスに流すことによりレーザ光路が擾乱し、レー
ザ光の進路に影響を与えるからである。
【００１１】窒素ガスの流量は、たとえば、口径２００
ｍｍのレーザガラスを４００ＫＪで励起する場合、レー
ザガラス及び放電ハウジング共にそれぞれ２００リット
ル/分を放電後約３０分間以上流している。
ｍｍのレーザガラスを４００ＫＪで励起する場合、レー
ザガラス及び放電ハウジング共にそれぞれ２００リット
ル/分を放電後約３０分間以上流している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような大
口径レーザ増幅器では、冷却のため窒素ガスを循環して
いるとはいえ、フラッシュランプの放電によりレーザガ
ラスの温度が上昇し、そのためこのレーザガラスを通過
するレーザ光線の進行方向が曲り、このためレーザ増幅
器を高速繰返し動作できないという欠点があった。
口径レーザ増幅器では、冷却のため窒素ガスを循環して
いるとはいえ、フラッシュランプの放電によりレーザガ
ラスの温度が上昇し、そのためこのレーザガラスを通過
するレーザ光線の進行方向が曲り、このためレーザ増幅
器を高速繰返し動作できないという欠点があった。
【００１３】これは窒素ガスによる冷却ではフラッシュ
ランプを十分冷却できず、高温になったフラッシュラン
プの輻射によりレーザガラスが暖まってしまうためであ
る。
ランプを十分冷却できず、高温になったフラッシュラン
プの輻射によりレーザガラスが暖まってしまうためであ
る。
【００１４】つまり放電後フラッシュランプ内のキセノ
ンガスは高温に熱せられ、その熱がフラッシュランプの
石英管に伝わり、その後、高温になった石英管から輻射
によりレーザガラスに熱が伝搬するからである。このよ
うな大口径ディスク増幅器を複数台直列に使用するレー
ザシステムでは、個々のディスク増幅器の温度上昇によ
るレーザ光線進行方向の曲がりが重畳し、正常な進行方
向に復帰するのに５時間以上要することもある。
ンガスは高温に熱せられ、その熱がフラッシュランプの
石英管に伝わり、その後、高温になった石英管から輻射
によりレーザガラスに熱が伝搬するからである。このよ
うな大口径ディスク増幅器を複数台直列に使用するレー
ザシステムでは、個々のディスク増幅器の温度上昇によ
るレーザ光線進行方向の曲がりが重畳し、正常な進行方
向に復帰するのに５時間以上要することもある。
【００１５】そこで、本発明は、放電によるレーザガラ
スの温度上昇を防止することによって、高速繰り返し放
電できるレーザ増幅器を提供することを課題としてい
る。
スの温度上昇を防止することによって、高速繰り返し放
電できるレーザ増幅器を提供することを課題としてい
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、すなわち、本発明においては、従来のキ
セノンガスを封じ込めたフラッシュランプの代わりに、
放電ハウジングの中に放電電極を一対設け、放電後、発
熱したキセノンガスを直ちに排気し、冷却されたキセノ
ンガスと入れ替えできるガス循環器を備えている。
めの本発明は、すなわち、本発明においては、従来のキ
セノンガスを封じ込めたフラッシュランプの代わりに、
放電ハウジングの中に放電電極を一対設け、放電後、発
熱したキセノンガスを直ちに排気し、冷却されたキセノ
ンガスと入れ替えできるガス循環器を備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明のレーザ増幅器の側
面図及び平面図である。同図中、図２と同一構成部分に
は同一符号を付してある。図１においては、レーザガラ
スを収納するハウジングは従来方式のレーザ増幅器と同
様であるが、放電ハウジング５に関しては、完全な気密
構造を有し、放電電極１１をその内部に一対有し、放電
ハウジング内でキセノンガス４を安全に放電できるよう
になっている。
面図及び平面図である。同図中、図２と同一構成部分に
は同一符号を付してある。図１においては、レーザガラ
スを収納するハウジングは従来方式のレーザ増幅器と同
様であるが、放電ハウジング５に関しては、完全な気密
構造を有し、放電電極１１をその内部に一対有し、放電
ハウジング内でキセノンガス４を安全に放電できるよう
になっている。
【００１８】キセノンガス４の放電ハウジング５への循
環はガス循環器１０で制御される。放電後、数秒以内で
放電ハウジング５内の高温に熱せられたキセノンガス４
をガス出力口９より強制的に吸引するとともに、ガス循
環器内１０内に充填されていた冷キセノンガスをガス入
力口８より供給する。キセノンガス４の圧力は放電ハウ
ジング内で約３００Ｔｏｒｒになるよう予めガス循環器
１０内で圧力調整される。ガス循環器１０に吸引された
高温のキセノンガスは次回の放電までにガス循環器１０
内の図示しない熱交換器により冷却された後、次回の放
電に備えガス循環器内のリザーバに蓄えられる。
環はガス循環器１０で制御される。放電後、数秒以内で
放電ハウジング５内の高温に熱せられたキセノンガス４
をガス出力口９より強制的に吸引するとともに、ガス循
環器内１０内に充填されていた冷キセノンガスをガス入
力口８より供給する。キセノンガス４の圧力は放電ハウ
ジング内で約３００Ｔｏｒｒになるよう予めガス循環器
１０内で圧力調整される。ガス循環器１０に吸引された
高温のキセノンガスは次回の放電までにガス循環器１０
内の図示しない熱交換器により冷却された後、次回の放
電に備えガス循環器内のリザーバに蓄えられる。
【００１９】このように構成することにより、放電後、
発熱源たるキセノンガスが直ちにレーザ増幅器外部に排
気、すなわち排熱されるため、レーザガラスが加熱され
ず、そのため入射するレーザ光路に悪影響を与えないた
め、レーザ増幅器の高速繰り返し放電が行われる。
発熱源たるキセノンガスが直ちにレーザ増幅器外部に排
気、すなわち排熱されるため、レーザガラスが加熱され
ず、そのため入射するレーザ光路に悪影響を与えないた
め、レーザ増幅器の高速繰り返し放電が行われる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、ガス循環
器により放電後直ちに高温に熱せられたキセノンガスが
排気されるので、レーザガラスが加熱されず、そのため
レーザ増幅器を高速繰り返しでパルス放電できるという
効果がある。
器により放電後直ちに高温に熱せられたキセノンガスが
排気されるので、レーザガラスが加熱されず、そのため
レーザ増幅器を高速繰り返しでパルス放電できるという
効果がある。
【図１】本発明のレーザ増幅器の側面図(a)及び平面図
（ｂ）
（ｂ）
【図２】従来のレーザ増幅器の側面図(a)及び平面図
（ｂ）
（ｂ）
１ レーザガラス ２ 石英ガラス ３ 入出射窓 ４ キセノンガス ５ 放電ハウジング ６ キセノンガス入力口 ７ キセノンガス出力口 ８ レーザガラス冷却用窒素ガス入力口 ９ レーザガラス冷却用窒素ガス出力口 １０ キセノンガス循環器 １１ 放電電極 ４１ 放電ランプ ４２ 放電ケーブル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭46−6342（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−116794（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−98280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−48889（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−11684（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−52368（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−35094（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−35432（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/092 - 3/093 H01S 3/17 H01S 3/06 - 3/07 H01J 61/52
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ媒質を格納するレーザハウジング
と、前記レーザ媒質をガスの放電による励起光で励起す
る励起源と、前記ガスを蓄積するリザーバと、前記ガス
を循環させるガス循環器とを備えたレーザ増幅器であっ
て、 前記レーザハウジングは、前記励起光を透過させる窓を
有し、 前記励起源は、一対の放電電極を有し、 前記ガス循環器は、前記放電後に前記励起源から前記ガ
スを排気して冷却し、リザーバに蓄積しておいた前記ガ
スと同一種類のガスを前記励起源に導入することを特徴
とするレーザ増幅器。 - 【請求項２】 排気され冷却された前記ガスを前記リザ
ーバに蓄積することを特徴とする請求項１記載のレーザ
増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32518098A JP3248577B2 (ja) | 1998-11-16 | 1998-11-16 | レーザ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32518098A JP3248577B2 (ja) | 1998-11-16 | 1998-11-16 | レーザ増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150995A JP2000150995A (ja) | 2000-05-30 |
| JP3248577B2 true JP3248577B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=18173910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32518098A Expired - Fee Related JP3248577B2 (ja) | 1998-11-16 | 1998-11-16 | レーザ増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248577B2 (ja) |
-
1998
- 1998-11-16 JP JP32518098A patent/JP3248577B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000150995A (ja) | 2000-05-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
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