JP3258714B2 - レーザー増幅システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はたとえば色素レーザーの
励起用として使用される銅蒸気レーザー増幅システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４により従来一般的に使用されている
銅蒸気レーザー増幅システムを例に説明する。図４にお
いて、レーザー発振器１に複数の増幅器２として初段増
幅器２ａ、中間段増幅器２ｂおよび最終段増幅器２ｃが
配置され、最終段増幅器２ｃの下流側に伝送用光学系12
と、ターゲット照射ビーム13を入射する色素レーザー９
が配置されている。

【０００３】この銅蒸気レーザー増幅システムではレー
ザー発振器１により生成された増幅器入射ビーム３は初
段、中段および最終段増幅器２ａ，２ｂ，２ｃを通過さ
せて増幅することにより高い出力のレーザービームとす
ることができる。

【０００４】また、最終段増幅器２ｃを出射した最終段
増幅器出射ビーム４ｃは空間中をミラー等から構成する
伝送用光学系12により反射されながらターゲット照射ビ
ーム13として色素レーザー９に伝送される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５は、一般的な銅蒸
気レーザー装置の増幅器２の入力ビーム強度と増幅加算
強度の関係を示したものである。ここで、増幅器加算強
度＝増幅器出射ビーム４の強度−増幅器入射ビーム３の
強度で表される。この関係から、増幅器２への増幅器入
射ビーム３の強度を大きくとりすぎた場合は、増幅加算
強度が低下することがわかる。

【０００６】したがって、増幅器２を最も有効に利用す
るためには、増幅器入射ビーム３の強度を抑えることが
必要となるが、一般的な銅蒸気レーザー増幅システムで
は、２段目の中間段増幅器２ｂでは、入射ビーム強度と
増幅加算強度はほぼ同等となるため、３段目以後の増幅
器の増幅効率は低下するという課題がある。

【０００７】また、図４に示すような従来の銅蒸気レー
ザー増幅システムでは、最終段の増幅器２ｃからの最終
段増幅器出射ビーム４ｃの強度が非常に大きくなるため
ビームのハンドリングが困難となり、さらにこのビーム
をターゲットの色素レーザー９まで空間中を伝送した場
合は大気の密度のゆらぎ等の影響により伝送したレーザ
ービームのパターンが乱れ、伝送効率が低下するという
課題がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、増幅器の増幅効率を最適に設定でき、伝送効
率を高め得るレーザー増幅システムを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、レー
ザー発振器からの出射レーザービームを順次増幅するべ
く直列に配置された複数段の増幅器と、これらの増幅器
の各々で増幅されたレーザービーム毎にその一部を分離
して後段の増幅器の効率が高くなるようにレーザービー
ムの強度を調整する第１のビームスプリットミラーと、
この第１のビームスプリットミラーによって分離された
レーザービームを光ファイバーの許容強度以下となるよ
うに分離する第２のビームスプリットミラーと、前記光
ファイバーの許容強度以下となるように分離されたレー
ザービームを収束する収束レンズと、この収束レンズに
より収束されたレーザービームをターゲットに伝送する
光ファイバーとを具備した構成とする。請求項２の発明
は、収束レンズの代りにスクレーパミラーおよび凹面ミ
ラーを具備した構成とする。

【００１０】

【作用】請求項１の発明においては、後段の増幅器への
入力ビームを増幅器の効率が最も高くなる強度に調整す
るために、前段の増幅器からの出射ビームを第１のビー
ムスプリットミラーで分離し、その分離したビームの一
部を第２のビームスプリットミラーに入力する。第２の
ビームスプリットミラーを通過したビームは最終段増幅
器からの出射ビームとともに光ファイバーでターゲット
まで伝送される。

【００１１】すなわち、レーザー発振器と複数台の増幅
器から出射されるレーザービームは第１のビームスプリ
ットミラーで増幅効率が最も高くなる入力ビーム強度に
調整することができる。また、第１のビームスプリット
ミラーで分離された第２のビームスプリットミラーを通
過するビームと、最終段増幅器からの出射ビームはそれ
ぞれ光ファイバーによってターゲットまで伝送されるた
め、伝送経路中の大気ゆらぎによる影響を受けることは
ない。また、請求項２の発明においては、光ファイバー
の入口にスクレーパミラーと凹面ミラーを設けるので、
レーザービームが複数の波長を含む場合にも色収差を生
じることなく、光ファイバーへの高い入射効率が得られ
る。

【００１２】

【実施例】図１を参照しながら本発明に係るレーザー増
幅システムの第１の実施例を説明する。図１におけるレ
ーザー増幅システムの光学系はレーザー発振器１と、こ
のレーザー発振器１のレーザー光出射側に順次配置され
た複数の増幅器２として初段増幅器２ａ、第１のビーム
スプリットミラー５ａ、中間段増幅器２ｂ、第１のビー
ムスプリットミラー５ａ、最終段増幅器２ｃ、第１のビ
ームスプリットミラー５ａとからなっている。

【００１３】各々の第１のビームスプリットミラー５ａ
の下流側には第２のビームスプリットミラー５ｂ、全反
射ミラー６が配置され、各第２のビームスプリットミラ
ー５ｂおよび全反射ミラー６の下流側には収束レンズ７
が配置されている。収束レンズ７の下流側には光ファイ
バー８を通してターゲットとしての色素レーザー９が配
置されている。

【００１４】なお、図１中符号３ａは初段増幅器入射ビ
ーム、３ｂは中間段増幅器入射ビーム、３ｃは最終段増
幅器入射ビーム、４ａは初段増幅器出射ビーム、４ｂは
中間段増幅器出射ビーム、４ｃは最終段増幅器出射ビー
ムである。

【００１５】この第１の実施例の光学系では、レーザー
発振器１により発生したレーザービームを初段増幅器２
ａを通過させ、十分に高い強度にまで増幅させた後、次
段の増幅器２ｂへの初段増幅器出射ビーム４ａを第１の
ビームスプリットミラー５ａで分離し、増幅器の効率が
最も高くできる入力ビーム強度に調整して入力する。

【００１６】次に、第１のビームスプリットミラー５ａ
で分離された他方のビームは第２のビームスプリットミ
ラー５ｂおよび全反射ミラー６を用い光ファイバーの許
容強度以下となるように分離した後、収束レンズ７等に
より光ファイバー８に入射しターゲットとしての色素レ
ーザー９まで伝送する。

【００１７】同様にして、最終段増幅器２ｃに至るまで
の各々の増幅器２ａ，２ｂ，２ｃへの入力ビームおよび
最終段増幅器出射ビーム４ｃについても上述したものと
同じ光学系により分離，収束し、複数の光ファイバー８
によってターゲットとしての色素レーザー９まで伝送す
る。

【００１８】次に図２および図３により本発明に係るレ
ーザー増幅システムの第２の実施例を説明する。なお、
図２中図１と同一部分には同一符号を付して重複する部
分の説明は省略する。

【００１９】図２において、増幅器出射ビーム４の下流
側には第１および第２のビームスプリットミラー５ａ，
５ｂが配置され、第２のビームスプリットミラー５ｂ側
にスクレーパミラー10および凹面ミラー11が配置されて
いる。

【００２０】凹面ミラー11からの反射レーザー光は光フ
ァイバー８に入射し導かれてターゲットとしての色素レ
ーザー９へ伝送する光学系が構成されている。

【００２１】この実施例では光ファイバー８の入射光学
系として凹面ミラー11およびスクレーパミラー10を組み
合せた光学系を設けたことにある。

【００２２】この実施例によれば、取り扱うレーザービ
ームが複数の波長を含む場合にレンズの色収差により光
ファイバー８への入射効率が低下するため、レンズを使
用しない上記のような光学系の使用が有効となる。

【００２３】図３は色素レーザー９に伝送する光ファイ
バー８ａ，８ｂ，８ｃの長さを調整して光パルス幅を拡
大した例を示すものである。

【００２４】すなわち、図３に示すように、取り扱うレ
ーザービームがパルスレーザーの場合は、ターゲット照
射ビーム13を入射する色素レーザー９に伝送する各々の
光ファイバー８ａ，８ｂ，８ｃの長さを調整し、伝送光
路長を変えることにより色素レーザー９に照射されるタ
ーゲット照射ビーム13の光パルス幅を必要に応じて拡張
することが可能である。

【００２５】図３における光パルス波形は光ファイバー
８ａを基準にして光ファイバー８ｂ，８ｃには順次遅れ
時間をもたせている。

【００２６】しかして、色素レーザー９に伝送する各々
の光ファイバー８ａ，８ｂ，８ｃの長さを調整して伝送
遅延時間を生じさせることによりターゲット照射ビーム
13の光パルス幅を調整することができる。

【００２７】図３では各々の光ファイバー８ａ＋８ｂ＋
８ｃの光パルスを合成したものがターゲット照射ビーム
13となり、パルス幅を拡大する。

【００２８】なお、本発明でターゲットの例として銅蒸
気レーザー増幅システムの励起用色素レーザーについて
説明したが、これに限るものではない。また、本発明は
ビームを遠距離にわたり効率良く伝送する必要性を持つ
システムに適用できる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によればシステムを構成する増幅
器の増幅効率を最適に設定することが可能となり、加え
て光ファイバーを利用したことにより伝送経路中の大気
ゆらぎがもたらすビームパターンの乱れ、光軸の変動を
避け、伝送効率の高いシステムを提供できる。

【００３０】また、レーザービームを複数の光ファイバ
ーに分けて伝送しているため、従来のシステムのように
１軸の強度が高いレーザービームの伝送に比較し、ハン
ドリングが容易となり、各光ファイバーの長さを調整す
ることによりターゲット上で合成される光パルス幅の調
整も容易となる。

【００３１】よって、本発明を大規模なレーザーシステ
ムから構成されるようなプラントに利用すれば総合効率
と運用性の大きな向上をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザー増幅システムの第１の実
施例を示す構成図。

【図２】本発明に係るレーザー増幅システムの第２の実
施例の光学系を示す図。

【図３】本発明の実施例における他の例を説明するため
の原理図。

【図４】従来の銅蒸気レーザー増幅システムを示すブロ
ック図。

【図５】図４における銅蒸気レーザー装置の増幅器入力
ビーム強度と増幅加算強度の関係を示す曲線図。

【符号の説明】

１…レーザー発振器、２…増幅器、２ａ…初段増幅器、
２ｂ…中間段増幅器、２ｃ…最終段増幅器、３…増幅器
入射ビーム、３ａ…初段増幅器入射ビーム、３ｂ…中間
段増幅器入射ビーム、３ｃ…最終段増幅器入射ビーム、
４…増幅器出射ビーム、４ａ…初段増幅器出射ビーム、
４ｂ…中間段増幅器出射ビーム、４ｃ…最終段増幅器出
射ビーム、５ａ…第１のビームスプリットミラー、５ｂ
…第２のビームスプリットミラー、６…全反射ミラー、
７…収束レンズ、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…光ファイバ
ー、９…色素レーザー、10…スクレーパミラー、11…凹
面ミラー、12…伝送用光学系、13…ターゲット照射ビー
ム。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー発振器からの出射レーザービー
   ムを順次増幅するべく直列に配置された複数段の増幅器
   と、これらの増幅器の各々で増幅されたレーザービーム
   毎にその一部を分離して後段の増幅器の効率が高くなる
   ようにレーザービームの強度を調整する第１のビームス
   プリットミラーと、この第１のビームスプリットミラー
   によって分離されたレーザービームを光ファイバーの許
   容強度以下となるように分離する第２のビームスプリッ
   トミラーと、前記光ファイバーの許容強度以下となるよ
   うに分離されたレーザービームを収束する収束レンズ
   と、この収束レンズにより収束されたレーザービームを
   ターゲットに伝送する光ファイバーとを具備したことを
   特徴とするレーザー増幅システム。
2. 【請求項２】 収束レンズの代りにスクレーパミラーお
   よび凹面ミラーを具備したことを特徴とする請求項１記
   載のレーザー増幅システム。