JP3519596B2 - 往復型増幅器 - Google Patents
往復型増幅器Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体レーザロッ
ドを用いた往復型増幅器の構成に関し、特に、固体レー
ザロッドの励起出力が変化した場合でも高効率で増幅
し、高ビーム品質で高パワーのレーザ光を得るための往
復型増幅器の構成方法に関する。
ドを用いた往復型増幅器の構成に関し、特に、固体レー
ザロッドの励起出力が変化した場合でも高効率で増幅
し、高ビーム品質で高パワーのレーザ光を得るための往
復型増幅器の構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体レーザロッドを用いた往復型増幅器
は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を固体レーザ
ロッドに入射させ光出力の増幅を行い、その後、反射手
段によりレーザ光を折り返し、再び固体レーザロッドを
用いて光出力の増幅を行い光出力を得るものである。こ
のため、レーザ発振器からのレーザ光及び反射手段から
の折り返されたレーザ光をいかに効率良く固体レーザロ
ッドに入射させるか、及び固体レーザロッドとレーザ光
のビームオーバーラップをいかに大きく取るかが増幅器
の効率に影響を与える。
は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を固体レーザ
ロッドに入射させ光出力の増幅を行い、その後、反射手
段によりレーザ光を折り返し、再び固体レーザロッドを
用いて光出力の増幅を行い光出力を得るものである。こ
のため、レーザ発振器からのレーザ光及び反射手段から
の折り返されたレーザ光をいかに効率良く固体レーザロ
ッドに入射させるか、及び固体レーザロッドとレーザ光
のビームオーバーラップをいかに大きく取るかが増幅器
の効率に影響を与える。
【０００３】一般に、固体レーザ媒質にロッド型を用い
た固体レーザロッドを励起する際、固体レーザロッドは
励起による発生熱が生じるため、固体レーザロッド側面
部から冷却媒質により冷却される。このため、固体レー
ザロッド横断面内で熱分布が生じるため、温度差による
屈折率の分布が生じ、特に、固体レーザ媒質がＮｄ（ネ
オジウム）原子が印加されたＹ3 Ａｌ5 Ｏ12（イットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット）結晶（以下、Ｎｄ：
ＹＡＧという場合もある）のように等方性媒質の場合、
固体レーザロッドがレーザ光に対し凸レンズ的な働き
（以下、熱レンズという場合もある）をする。
た固体レーザロッドを励起する際、固体レーザロッドは
励起による発生熱が生じるため、固体レーザロッド側面
部から冷却媒質により冷却される。このため、固体レー
ザロッド横断面内で熱分布が生じるため、温度差による
屈折率の分布が生じ、特に、固体レーザ媒質がＮｄ（ネ
オジウム）原子が印加されたＹ3 Ａｌ5 Ｏ12（イットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット）結晶（以下、Ｎｄ：
ＹＡＧという場合もある）のように等方性媒質の場合、
固体レーザロッドがレーザ光に対し凸レンズ的な働き
（以下、熱レンズという場合もある）をする。
【０００４】往復型増幅器を構成する場合、発振器から
のレーザ光が固体レーザロッドで増幅されたレーザ光は
収束光線となるため、反射手段により反射され再び固体
レーザロッドに入射するレーザ光は、固体レーザロッド
とのビームオーバーラップが減少する。このため、固体
レーザロッドで増幅されたレーザ光を凹レンズ及び凸面
鏡等の補償光学系で補償し、レーザ光径及び広がり角を
もとに戻し、再び固体レーザロッドで増幅させる方法が
用いられている。
のレーザ光が固体レーザロッドで増幅されたレーザ光は
収束光線となるため、反射手段により反射され再び固体
レーザロッドに入射するレーザ光は、固体レーザロッド
とのビームオーバーラップが減少する。このため、固体
レーザロッドで増幅されたレーザ光を凹レンズ及び凸面
鏡等の補償光学系で補償し、レーザ光径及び広がり角を
もとに戻し、再び固体レーザロッドで増幅させる方法が
用いられている。
【０００５】この方法では、補償光学系によるレーザ光
の補償は、固体レーザロッドのある熱レンズ値に対し定
められたものであり、固体レーザロッドの励起出力が変
化することで熱レンズ値が変化した場合、最適な補償状
態からはずれる。このため、固体レーザロッドの励起出
力は常に一定にすることが求められる。
の補償は、固体レーザロッドのある熱レンズ値に対し定
められたものであり、固体レーザロッドの励起出力が変
化することで熱レンズ値が変化した場合、最適な補償状
態からはずれる。このため、固体レーザロッドの励起出
力は常に一定にすることが求められる。
【０００６】図７は、Ｗａｌｔｅｒ Ｋｏｅｃｈｎｅ
ｒ，“Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒｉｎｇ”，４ｔｈ Ｅｄ． Ｓｐｒｉｎｇｅｒ
Ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃ
ｅｄ Ｖｏｌ．１ ｐ．５９９に示された往復型増幅器
の構成である。図７において、１０１は往復型増幅器、
１０２は固体レーザロッド、１０４は偏光子、１０３は
偏光子１０４で透過する方向の直線偏光光、１０５は凹
面レンズ、１０６は９０°旋光子、１０７は１／４波長
板、１０８は出力光、１０９は全反射鏡である。
ｒ，“Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒｉｎｇ”，４ｔｈ Ｅｄ． Ｓｐｒｉｎｇｅｒ
Ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃ
ｅｄ Ｖｏｌ．１ ｐ．５９９に示された往復型増幅器
の構成である。図７において、１０１は往復型増幅器、
１０２は固体レーザロッド、１０４は偏光子、１０３は
偏光子１０４で透過する方向の直線偏光光、１０５は凹
面レンズ、１０６は９０°旋光子、１０７は１／４波長
板、１０８は出力光、１０９は全反射鏡である。
【０００７】図７において、偏光子１０４で透過する方
向の直線偏光光であるレーザ光は、偏光子１０４を透過
し、固体レーザロッド１０２を通過することで、レーザ
光の光強度の増幅が行われる。ここで、固体レーザロッ
ド１０２は、励起による発生熱により熱レンズとして作
用する。図７の場合、固体レーザロッドにＮｄ：ＹＡＧ
が持ちいられているため、熱レンズは凸レンズとして働
く。このため、２本の固体レーザロッド１０２の熱レン
ズ効果を補償するために、２本の固体レーザロッド１０
２間に凹面レンズ１０５を配置している。これにより、
２本の固体レーザロッド１０２を通過したレーザ光は、
平行光線となる。また、固体レーザロッドでは熱複レン
ズが発生するため、２本の固体レーザロッド１０２の間
に偏光回転手段として９０°旋光子１０６を配置し、熱
複レンズを補償している。増幅器を通過した往路のレー
ザ光は、全反射鏡１０９により再び戻され、復路のレー
ザ光となる。ここで、固体レーザロッド１０２と全反射
鏡１０９の間に偏光回転手段として１／４波長板１０７
を配置することで、復路のレーザ光偏光方向は、往路の
レーザ光偏光方向と比較して９０°回転した直線偏光と
なる。上記レーザ光は、固体レーザロッド１０２で復路
でも増幅された後、偏光子１０４によって反射され、出
力光１０８となる。
向の直線偏光光であるレーザ光は、偏光子１０４を透過
し、固体レーザロッド１０２を通過することで、レーザ
光の光強度の増幅が行われる。ここで、固体レーザロッ
ド１０２は、励起による発生熱により熱レンズとして作
用する。図７の場合、固体レーザロッドにＮｄ：ＹＡＧ
が持ちいられているため、熱レンズは凸レンズとして働
く。このため、２本の固体レーザロッド１０２の熱レン
ズ効果を補償するために、２本の固体レーザロッド１０
２間に凹面レンズ１０５を配置している。これにより、
２本の固体レーザロッド１０２を通過したレーザ光は、
平行光線となる。また、固体レーザロッドでは熱複レン
ズが発生するため、２本の固体レーザロッド１０２の間
に偏光回転手段として９０°旋光子１０６を配置し、熱
複レンズを補償している。増幅器を通過した往路のレー
ザ光は、全反射鏡１０９により再び戻され、復路のレー
ザ光となる。ここで、固体レーザロッド１０２と全反射
鏡１０９の間に偏光回転手段として１／４波長板１０７
を配置することで、復路のレーザ光偏光方向は、往路の
レーザ光偏光方向と比較して９０°回転した直線偏光と
なる。上記レーザ光は、固体レーザロッド１０２で復路
でも増幅された後、偏光子１０４によって反射され、出
力光１０８となる。
【０００８】固体レーザロッド１０２では、励起による
熱の発生がある。固体レーザロッドは、一般に側面から
冷却が行われるため、固体レーザロッド横断面の中心部
分で温度が高く、側面では温度が低くなる。これにとも
なって、温度に依存した固体レーザ媒質の屈折率分布が
生じる。図７の例では、固体レーザロッドの媒質にＮ
ｄ：ＹＡＧが用いられているため、高温度では屈折率が
高く、低温度では屈折率が低くなる。従って、固体レー
ザロッドはレーザ光に対し、凸レンズ的な働きをする熱
レンズ効果を持つ。但し、固体レーザロッド断面内にお
ける熱の発生が一様でない場合、理想的な球面凸レンズ
にはならず、３次以上の波面収差を持つ凸レンズとして
働く。
熱の発生がある。固体レーザロッドは、一般に側面から
冷却が行われるため、固体レーザロッド横断面の中心部
分で温度が高く、側面では温度が低くなる。これにとも
なって、温度に依存した固体レーザ媒質の屈折率分布が
生じる。図７の例では、固体レーザロッドの媒質にＮ
ｄ：ＹＡＧが用いられているため、高温度では屈折率が
高く、低温度では屈折率が低くなる。従って、固体レー
ザロッドはレーザ光に対し、凸レンズ的な働きをする熱
レンズ効果を持つ。但し、固体レーザロッド断面内にお
ける熱の発生が一様でない場合、理想的な球面凸レンズ
にはならず、３次以上の波面収差を持つ凸レンズとして
働く。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の往
復型増幅器においては、 （１）固体レーザロッドの励起出力が変化した場合、固
体レーザロッドの持つ熱レンズ値が変化し、凹面レンズ
によるビーム径の補償が最適な状態からはずれ、増幅効
率が低下する。 （２）固体レーザロッド内で発生熱による波面収差を発
生しやすいため、レーザ光は球面レンズ及び球面鏡で補
償できない成分が存在する。このため、補償できない成
分のレーザ光は散逸し、レーザ出力及び増幅効率の低下
を招く。などの課題があった。
復型増幅器においては、 （１）固体レーザロッドの励起出力が変化した場合、固
体レーザロッドの持つ熱レンズ値が変化し、凹面レンズ
によるビーム径の補償が最適な状態からはずれ、増幅効
率が低下する。 （２）固体レーザロッド内で発生熱による波面収差を発
生しやすいため、レーザ光は球面レンズ及び球面鏡で補
償できない成分が存在する。このため、補償できない成
分のレーザ光は散逸し、レーザ出力及び増幅効率の低下
を招く。などの課題があった。
【００１０】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたもので、固体レーザロッドの励起出力が
変化した場合でも、自動的に常に最適なレーザ光径及び
広がり角を確保し、高いレーザ光増幅率を提供するもの
である。
ためになされたもので、固体レーザロッドの励起出力が
変化した場合でも、自動的に常に最適なレーザ光径及び
広がり角を確保し、高いレーザ光増幅率を提供するもの
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係る往復型増
幅器は、以下の要素を有することを特徴とする。 （ａ）光を往路と復路で増幅する増幅手段、（ｂ）上記
増幅手段から出射される往路光の波面を変換して復路光
として上記増幅手段に反射する波面変換手段、（ｃ）上
記増幅手段と波面変換手段との間に、上記往路光と復路
光との波面の形状を測定する波面形状測定手段と、
（ｄ）上記波面形状測定手段による測定結果に基づいて
上記波面変換手段による波面の変換を制御するフィード
バック手段とを備えた往復型増幅器。
幅器は、以下の要素を有することを特徴とする。 （ａ）光を往路と復路で増幅する増幅手段、（ｂ）上記
増幅手段から出射される往路光の波面を変換して復路光
として上記増幅手段に反射する波面変換手段、（ｃ）上
記増幅手段と波面変換手段との間に、上記往路光と復路
光との波面の形状を測定する波面形状測定手段と、
（ｄ）上記波面形状測定手段による測定結果に基づいて
上記波面変換手段による波面の変換を制御するフィード
バック手段とを備えた往復型増幅器。
【００１２】上記増幅手段は、光軸の断面における励起
分布が略均一である固体レーザ媒質を備えたことを特徴
とする。
分布が略均一である固体レーザ媒質を備えたことを特徴
とする。
【００１３】上記波面変換手段は、光軸と略同軸に移動
可能な移動台と、上記移動台上に設けられた凹面レンズ
と、凹面全反射鏡を備えたことを特徴とする。
可能な移動台と、上記移動台上に設けられた凹面レンズ
と、凹面全反射鏡を備えたことを特徴とする。
【００１４】上記波面形状測定手段は、無反射コートが
施されたビームサンプラーと、往路光が上記ビームサン
プラーで反射される方向に設けられた第１のカメラと、
復路光が上記ビームサンプラーで反射される方向に設け
られた第２のカメラを備え、フィードバック手段は、第
１のカメラと第２のカメラで得られた往路光と復路光の
径を比較する光径比較手段と、上記波面変換手段の移動
台を移動するサーボ機構を備えたことを特徴とする。
施されたビームサンプラーと、往路光が上記ビームサン
プラーで反射される方向に設けられた第１のカメラと、
復路光が上記ビームサンプラーで反射される方向に設け
られた第２のカメラを備え、フィードバック手段は、第
１のカメラと第２のカメラで得られた往路光と復路光の
径を比較する光径比較手段と、上記波面変換手段の移動
台を移動するサーボ機構を備えたことを特徴とする。
【００１５】上記波面形状測定手段は、無反射コートが
施されたビームサンプラーと、往路光が上記ビームサン
プラーで反射される方向に設けられたカメラと、復路光
が上記ビームサンプラーで反射される方向に設けられた
全反射鏡を備え、フィードバック手段は、カメラで得ら
れた往路光と復路光の形状を判断する光形状判断手段
と、上記波面変換手段の移動台を移動するサーボ機構を
備えたことを特徴とする。
施されたビームサンプラーと、往路光が上記ビームサン
プラーで反射される方向に設けられたカメラと、復路光
が上記ビームサンプラーで反射される方向に設けられた
全反射鏡を備え、フィードバック手段は、カメラで得ら
れた往路光と復路光の形状を判断する光形状判断手段
と、上記波面変換手段の移動台を移動するサーボ機構を
備えたことを特徴とする。
【００１６】上記波面形状測定手段は、無反射コートが
施されたビームサンプラーと、往路光が上記ビームサン
プラーで反射される方向に設けられたカメラと、復路光
が上記ビームサンプラーで反射される方向に対し垂直な
方向からわずかに傾斜して設けられた全反射鏡を備え、
フィードバック手段は、カメラで得られた往路光と復路
光の径を比較するレーザ光径比較手段と、上記波面変換
手段の移動台に設けられたサーボ機構を備えたことを特
徴とする。
施されたビームサンプラーと、往路光が上記ビームサン
プラーで反射される方向に設けられたカメラと、復路光
が上記ビームサンプラーで反射される方向に対し垂直な
方向からわずかに傾斜して設けられた全反射鏡を備え、
フィードバック手段は、カメラで得られた往路光と復路
光の径を比較するレーザ光径比較手段と、上記波面変換
手段の移動台に設けられたサーボ機構を備えたことを特
徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の一実施の形態による
固体レーザロッド往復型増幅器の構成例である。図１
（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＢ部分の拡大図である。図１
において、１は往復型増幅器、２は固体レーザロッド、
３は偏光子４で反射する方向のレーザ光である入力光、
４は偏光子、５は凹面鏡、６は９０°旋光子、７は１／
４波長板、８は出力光、１１は波面変換手段、１２は凹
面レンズ、１３は移動台、１４は凹面鏡、２１は波面形
状測定手段、２２はビームサンプラー、２２−１はビー
ムサンプラー第１面、２２−２はビームサンプラー第２
面、２３−１は焦点距離ｆの凸面レンズ、２３−２は焦
点距離ｆの凸面レンズ、２４−１はＣＣＤカメラ、２４
−２はＣＣＤカメラ、２５−１は観測光、２５−２は観
測光、２６−１はデータ信号、２６−２はデータ信号、
３１はフィードバック手段、３２はレーザ光径比較手
段、３３はサーボ機構、３４は制御信号である。
いて説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の一実施の形態による
固体レーザロッド往復型増幅器の構成例である。図１
（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＢ部分の拡大図である。図１
において、１は往復型増幅器、２は固体レーザロッド、
３は偏光子４で反射する方向のレーザ光である入力光、
４は偏光子、５は凹面鏡、６は９０°旋光子、７は１／
４波長板、８は出力光、１１は波面変換手段、１２は凹
面レンズ、１３は移動台、１４は凹面鏡、２１は波面形
状測定手段、２２はビームサンプラー、２２−１はビー
ムサンプラー第１面、２２−２はビームサンプラー第２
面、２３−１は焦点距離ｆの凸面レンズ、２３−２は焦
点距離ｆの凸面レンズ、２４−１はＣＣＤカメラ、２４
−２はＣＣＤカメラ、２５−１は観測光、２５−２は観
測光、２６−１はデータ信号、２６−２はデータ信号、
３１はフィードバック手段、３２はレーザ光径比較手
段、３３はサーボ機構、３４は制御信号である。
【００１８】以下、本実施の形態の説明を行う。偏光子
４で反射する方向の直線偏光光の入力光３は、偏光子４
に入射することにより進行方向が曲げられ、固体レーザ
ロッド２を通過し、光出力の増幅が行われる。固体レー
ザロッド２は、光出力による固体レーザロッドの励起が
固体レーザロッド横断方向において均一であることを特
徴とする。固体レーザロッドは、等方性媒質であること
を特徴とする。例えば、一般にＹＡＧと呼ばれるＹ3 Ａ
ｌ5 Ｏ12であってもよい。等方性媒質には遷移金属が印
加されており、Ｎｄであってもよい。均一励起された固
体レーザロッドでは、熱の発生がロッド横断面の場所に
よらず一定となる。しかし、一般に、固体レーザロッド
の冷却は固体レーザロッドの側面から行われるため、固
体レーザロッド横断方向の熱の分布は２乗分布となる。
等方性媒質の屈折率は熱に比例するため、固体レーザロ
ッド横断方向の屈折率分布も２乗分布となる。例えば、
ＹＡＧの場合、高温度の時、高屈折率となるため、固体
レーザロッドは入射レーザ光に対し、凸レンズとして作
用する。この結果、固体レーザロッド２を通過したレー
ザ光は、光出力が増幅されるとともに、球面凸レンズを
通過させた場合と同じく、レンズ効果によって収束光と
なる。従って、この収束光は、負の焦点距離を持つ球面
の凹面レンズ５により補償が可能である。
４で反射する方向の直線偏光光の入力光３は、偏光子４
に入射することにより進行方向が曲げられ、固体レーザ
ロッド２を通過し、光出力の増幅が行われる。固体レー
ザロッド２は、光出力による固体レーザロッドの励起が
固体レーザロッド横断方向において均一であることを特
徴とする。固体レーザロッドは、等方性媒質であること
を特徴とする。例えば、一般にＹＡＧと呼ばれるＹ3 Ａ
ｌ5 Ｏ12であってもよい。等方性媒質には遷移金属が印
加されており、Ｎｄであってもよい。均一励起された固
体レーザロッドでは、熱の発生がロッド横断面の場所に
よらず一定となる。しかし、一般に、固体レーザロッド
の冷却は固体レーザロッドの側面から行われるため、固
体レーザロッド横断方向の熱の分布は２乗分布となる。
等方性媒質の屈折率は熱に比例するため、固体レーザロ
ッド横断方向の屈折率分布も２乗分布となる。例えば、
ＹＡＧの場合、高温度の時、高屈折率となるため、固体
レーザロッドは入射レーザ光に対し、凸レンズとして作
用する。この結果、固体レーザロッド２を通過したレー
ザ光は、光出力が増幅されるとともに、球面凸レンズを
通過させた場合と同じく、レンズ効果によって収束光と
なる。従って、この収束光は、負の焦点距離を持つ球面
の凹面レンズ５により補償が可能である。
【００１９】固体レーザロッド２において、レーザ光は
光出力の増幅が行われる。このとき、固体レーザロッド
では、熱複レンズのため光出力の減少が見られる。この
ため、２本の固体レーザロッド２の間に偏光回転手段と
して９０°旋光子６を配置し、レーザ光の偏光方向を９
０°回転させることで熱複レンズを補償している。この
とき、２本の固体レーザロッド２において、固体レーザ
ロッドでの発生熱が等しい必要があるため、励起出力の
等しい２本の固体レーザロッド２を用いている。
光出力の増幅が行われる。このとき、固体レーザロッド
では、熱複レンズのため光出力の減少が見られる。この
ため、２本の固体レーザロッド２の間に偏光回転手段と
して９０°旋光子６を配置し、レーザ光の偏光方向を９
０°回転させることで熱複レンズを補償している。この
とき、２本の固体レーザロッド２において、固体レーザ
ロッドでの発生熱が等しい必要があるため、励起出力の
等しい２本の固体レーザロッド２を用いている。
【００２０】図１において、波面変換手段１１は、１枚
の凹面レンズ１２と、固体レーザロッドと略同軸に移動
可能な凹面レンズ１２をのせた移動台１３と、１枚の凹
面全反射鏡１４により構成される。一般に、波面とは、
進行する光のある時刻に同じ状態にある点を結んだ面、
即ち、同一位相にある面をいう。波面を等位相面ともい
う。波面変換手段１１に入射するレーザ光が収束光又は
拡散光となった場合でも、凹面レンズ１２のせた移動台
１３を固体レーザロッドと略同軸に移動させることで、
ビーム径が一定で、かつ、平行光線とすることができ
る。図１の例においては、凹面レンズ５及び凹面全反射
鏡１４を用いているため、往復型増幅器内でレーザ光は
焦点を持たない。このため、例えば、Ｑ−Ｓｗｉｔｃｈ
を用い、レーザ光が短パルス高エネルギーとなった場合
でも、高エネルギーによる放電現象が起こりにくい。
の凹面レンズ１２と、固体レーザロッドと略同軸に移動
可能な凹面レンズ１２をのせた移動台１３と、１枚の凹
面全反射鏡１４により構成される。一般に、波面とは、
進行する光のある時刻に同じ状態にある点を結んだ面、
即ち、同一位相にある面をいう。波面を等位相面ともい
う。波面変換手段１１に入射するレーザ光が収束光又は
拡散光となった場合でも、凹面レンズ１２のせた移動台
１３を固体レーザロッドと略同軸に移動させることで、
ビーム径が一定で、かつ、平行光線とすることができ
る。図１の例においては、凹面レンズ５及び凹面全反射
鏡１４を用いているため、往復型増幅器内でレーザ光は
焦点を持たない。このため、例えば、Ｑ−Ｓｗｉｔｃｈ
を用い、レーザ光が短パルス高エネルギーとなった場合
でも、高エネルギーによる放電現象が起こりにくい。
【００２１】２本の固体レーザロッド２の間に配置した
凹面レンズ５により、固体レーザロッドの熱レンズは補
償されるが、固定された１枚の凹面レンズにおいて補償
可能なのは、固体レーザロッドがある熱レンズ値を示し
たときのみである。従って、固体レーザロッドの持つ熱
レンズ値が増減するに従い、２本の固体レーザロッド２
を通過したレーザ光は、収束光又は拡散光となる。上記
レーザ光は、波面変換手段１１で反射され復路レーザ光
となるが、復路においても２本の固体レーザロッド２に
おいて、最大のビームオーバーラップを得るために、凹
面レンズ１２をのせた移動台１３の位置を固体レーザロ
ッドと略同軸に移動させることで、往路と復路のレーザ
光径を一致させることができる。
凹面レンズ５により、固体レーザロッドの熱レンズは補
償されるが、固定された１枚の凹面レンズにおいて補償
可能なのは、固体レーザロッドがある熱レンズ値を示し
たときのみである。従って、固体レーザロッドの持つ熱
レンズ値が増減するに従い、２本の固体レーザロッド２
を通過したレーザ光は、収束光又は拡散光となる。上記
レーザ光は、波面変換手段１１で反射され復路レーザ光
となるが、復路においても２本の固体レーザロッド２に
おいて、最大のビームオーバーラップを得るために、凹
面レンズ１２をのせた移動台１３の位置を固体レーザロ
ッドと略同軸に移動させることで、往路と復路のレーザ
光径を一致させることができる。
【００２２】固体レーザロッド２と波面変換手段１１と
の間に偏光回転手段として、１／４波長板７を配置する
ことで、復路のレーザ光の直線偏光方向を往路のレーザ
光の直線偏光方向に対し９０°回転させている。これに
よって、往路レーザ光は偏光子４で反射したのに対し、
復路レーザ光は偏光子４で透過する。偏光子４の透過出
力が本構成増幅器のレーザ出力光８となる。別の構成例
として、偏光子４への入射レーザ光偏光方向が偏光子４
に対して透過し、復路レーザ光偏光方向が往路レーザ光
偏光方向に９０°直交することから偏光子４で反射する
成分を出力光としてもよい。
の間に偏光回転手段として、１／４波長板７を配置する
ことで、復路のレーザ光の直線偏光方向を往路のレーザ
光の直線偏光方向に対し９０°回転させている。これに
よって、往路レーザ光は偏光子４で反射したのに対し、
復路レーザ光は偏光子４で透過する。偏光子４の透過出
力が本構成増幅器のレーザ出力光８となる。別の構成例
として、偏光子４への入射レーザ光偏光方向が偏光子４
に対して透過し、復路レーザ光偏光方向が往路レーザ光
偏光方向に９０°直交することから偏光子４で反射する
成分を出力光としてもよい。
【００２３】波面形状測定手段２１は、ビームサンプラ
ー２２、凸面レンズ２３−１，２３−２、ＣＣＤカメラ
２４−１，２４−２、往路レーザ光の観測光２５−１、
復路レーザ光の観測光２５−２、ＣＣＤカメラ２４−１
のデータ信号２６−１、ＣＣＤカメラ２４−２のデータ
信号２６−２により構成される。ビームサンプラー２２
は、無反射コートが施されており、固体レーザロッド２
と波面変換手段１１の間に固体レーザロッドと略同軸に
対し角度をつけて配置される。均一励起ロッド構成を持
つ固体レーザロッド２からの往路レーザ光は、無反射コ
ートが施されたビームサンプラー第１面２２−１によっ
て極微量反射される。ここで、レーザ光径と比較して十
分に大きい開口を持ち、焦点距離がｆの凸面レンズ２３
−１をビームサンプラー２２から距離２ｆの位置に配置
する。また、凸面レンズ２３−１から距離２ｆの位置に
ＣＣＤカメラ２４−１を配置する。これによって、ビー
ムサンプラー第１面２２−１におけるレーザ光の像がＣ
ＣＤカメラ２４−１上に転写される。従って、ＣＣＤカ
メラ２４−１では、ビームサンプラー第１面２２−１で
のレーザ光をビームサンプラー第１面２２−１で反射し
たレーザ光伝搬方向と垂直な方向に投影した像が得られ
る。波面変換手段１１で反射された復路レーザ光は、ビ
ームサンプラー第２面２２−２で反射される。復路でも
往路と同様に、ビームサンプラー２２ら距離２ｆの位置
に焦点距離ｆの凸面レンズ２３−２を配置し、更に、凸
面レンズ２３−２から距離２ｆの位置にＣＣＤカメラ２
４−２を配置することにより、ビームサンプラー第２面
２２−２における像をＣＣＤカメラ２４−２に転写する
ことができる。これによって、往路及び復路レーザ光の
径をＣＣＤカメラ２４−１，２４−２で取り込むことが
でき、データ信号２６−１，２６−２として出力するこ
とができる。
ー２２、凸面レンズ２３−１，２３−２、ＣＣＤカメラ
２４−１，２４−２、往路レーザ光の観測光２５−１、
復路レーザ光の観測光２５−２、ＣＣＤカメラ２４−１
のデータ信号２６−１、ＣＣＤカメラ２４−２のデータ
信号２６−２により構成される。ビームサンプラー２２
は、無反射コートが施されており、固体レーザロッド２
と波面変換手段１１の間に固体レーザロッドと略同軸に
対し角度をつけて配置される。均一励起ロッド構成を持
つ固体レーザロッド２からの往路レーザ光は、無反射コ
ートが施されたビームサンプラー第１面２２−１によっ
て極微量反射される。ここで、レーザ光径と比較して十
分に大きい開口を持ち、焦点距離がｆの凸面レンズ２３
−１をビームサンプラー２２から距離２ｆの位置に配置
する。また、凸面レンズ２３−１から距離２ｆの位置に
ＣＣＤカメラ２４−１を配置する。これによって、ビー
ムサンプラー第１面２２−１におけるレーザ光の像がＣ
ＣＤカメラ２４−１上に転写される。従って、ＣＣＤカ
メラ２４−１では、ビームサンプラー第１面２２−１で
のレーザ光をビームサンプラー第１面２２−１で反射し
たレーザ光伝搬方向と垂直な方向に投影した像が得られ
る。波面変換手段１１で反射された復路レーザ光は、ビ
ームサンプラー第２面２２−２で反射される。復路でも
往路と同様に、ビームサンプラー２２ら距離２ｆの位置
に焦点距離ｆの凸面レンズ２３−２を配置し、更に、凸
面レンズ２３−２から距離２ｆの位置にＣＣＤカメラ２
４−２を配置することにより、ビームサンプラー第２面
２２−２における像をＣＣＤカメラ２４−２に転写する
ことができる。これによって、往路及び復路レーザ光の
径をＣＣＤカメラ２４−１，２４−２で取り込むことが
でき、データ信号２６−１，２６−２として出力するこ
とができる。
【００２４】図２（Ａ）に、固体レーザロッドと略同軸
に伝搬するレーザ光の１例を示す。このとき、固体レー
ザロッドの熱レンズ効果を凹面レンズ５及び波面変換手
段１１で補償しており、復路レーザ光は往路レーザ光を
折り返した伝搬をする。ここで、固体レーザロッドの熱
レンズ効果が強くなった場合の光の伝搬を図２（Ｂ）に
示す。ビームサンプラー第１面２２−１における往路レ
ーザ光径より、ビームサンプラー第２面２２−２の復路
レーザ光径の方が小さくなる。波面変換手段１１の凹面
レンズ１２をのせた移動台１３を固体レーザロッドと略
同軸で凹面全反射鏡１４側に移動させることで、往路と
復路のレーザ光の伝搬を一致させることができる。この
ときのレーザ光の伝番を図２（Ｃ）に示す。このとき、
ビームサンプラー第１面２２−１とビームサンプラー第
２面２２−２のレーザ光径は再び等しくなる。従って、
ＣＣＤカメラ２４−１，２４−２で受光したビームサン
プラー２２におけるレーザ光径が、往路と復路で一致す
るまで凹面レンズ１２をのせた移動台１３を凹面全反射
鏡１４側に移動させることにより、往路と復路のレーザ
光の伝搬を一致させることができる。
に伝搬するレーザ光の１例を示す。このとき、固体レー
ザロッドの熱レンズ効果を凹面レンズ５及び波面変換手
段１１で補償しており、復路レーザ光は往路レーザ光を
折り返した伝搬をする。ここで、固体レーザロッドの熱
レンズ効果が強くなった場合の光の伝搬を図２（Ｂ）に
示す。ビームサンプラー第１面２２−１における往路レ
ーザ光径より、ビームサンプラー第２面２２−２の復路
レーザ光径の方が小さくなる。波面変換手段１１の凹面
レンズ１２をのせた移動台１３を固体レーザロッドと略
同軸で凹面全反射鏡１４側に移動させることで、往路と
復路のレーザ光の伝搬を一致させることができる。この
ときのレーザ光の伝番を図２（Ｃ）に示す。このとき、
ビームサンプラー第１面２２−１とビームサンプラー第
２面２２−２のレーザ光径は再び等しくなる。従って、
ＣＣＤカメラ２４−１，２４−２で受光したビームサン
プラー２２におけるレーザ光径が、往路と復路で一致す
るまで凹面レンズ１２をのせた移動台１３を凹面全反射
鏡１４側に移動させることにより、往路と復路のレーザ
光の伝搬を一致させることができる。
【００２５】固体レーザロッドと略同軸に伝搬するレー
ザ光の別の例を図３に示す。凹面レンズ５及び波面変換
手段１１によって、固体レーザロッドの熱レンズ効果を
補償した場合のレーザ光の伝搬を図３（Ａ）に示す。固
体レーザロッドのレンズ効果が弱くなった場合のレーザ
光の伝搬を図３（Ｂ）に示す。ビームサンプラー第１面
２２−１における往路レーザ光径より、ビームサンプラ
ー第２面２２−２の復路レーザ光径の方が大きくなる。
従って、波面変換手段１１の凹面レンズ１２をのせた移
動台１３をＣＣＤカメラ２４−１とＣＣＤカメラ２４−
２で観測されるレーザ光径が一致するまで、固体レーザ
ロッド２側に移動させることで往路と復路のレーザ光の
伝搬を一致させることができる。このときのレーザ光の
伝番を図３（Ｃ）に示す。この結果、固体レーザロッド
２を通過するレーザ光径は常に一定に保たれ、高い増幅
効率を保つことができる。凹面レンズ１２は、複数枚の
凹面レンズ及び凸面レンズであってもよい。また、凹面
全反射鏡１４は、平面全反射鏡及び凸面全反射鏡であっ
てもよい。移動台は微動台であってもよい。
ザ光の別の例を図３に示す。凹面レンズ５及び波面変換
手段１１によって、固体レーザロッドの熱レンズ効果を
補償した場合のレーザ光の伝搬を図３（Ａ）に示す。固
体レーザロッドのレンズ効果が弱くなった場合のレーザ
光の伝搬を図３（Ｂ）に示す。ビームサンプラー第１面
２２−１における往路レーザ光径より、ビームサンプラ
ー第２面２２−２の復路レーザ光径の方が大きくなる。
従って、波面変換手段１１の凹面レンズ１２をのせた移
動台１３をＣＣＤカメラ２４−１とＣＣＤカメラ２４−
２で観測されるレーザ光径が一致するまで、固体レーザ
ロッド２側に移動させることで往路と復路のレーザ光の
伝搬を一致させることができる。このときのレーザ光の
伝番を図３（Ｃ）に示す。この結果、固体レーザロッド
２を通過するレーザ光径は常に一定に保たれ、高い増幅
効率を保つことができる。凹面レンズ１２は、複数枚の
凹面レンズ及び凸面レンズであってもよい。また、凹面
全反射鏡１４は、平面全反射鏡及び凸面全反射鏡であっ
てもよい。移動台は微動台であってもよい。
【００２６】フィードバック手段３１は、レーザ光径比
較手段３２と凹面レンズ１２を乗せた移動台１３を固体
レーザロッドと略同軸に移動させることができるサーボ
機構３３と、サーボ機構３３を制御する制御信号とによ
り構成される。レーザ光径比較手段３２は、波面形状測
定手段２１により得られたＣＣＤカメラ２４−１の往路
レーザ光径に比べて、ＣＣＤカメラ２４−２の復路レー
ザ光径が大きい場合には、凹面レンズ１２をのせた移動
台１３が固体レーザロッドと略同軸で凹面全反射鏡１４
側に移動するように、サーボ機構３３に制御信号３４を
送り、ＣＣＤカメラ２４−１の往路レーザ光径に比べ
て、ＣＣＤカメラ２４−２の復路レーザ光径が小さい場
合には、凹面レンズ１２をのせた移動台１３が固体レー
ザロッドと略同軸で固体レーザロッド２側に移動するよ
うに、サーボ機構３３に制御信号３４を送るものであ
る。サーボ機構３３は、制御信号３４により移動台１３
を固体レーザロッドと略同軸に移動させるものである。
サーボ機構３３は、微動ステージの電動モータと電動モ
ータ制御機構であってもよい。
較手段３２と凹面レンズ１２を乗せた移動台１３を固体
レーザロッドと略同軸に移動させることができるサーボ
機構３３と、サーボ機構３３を制御する制御信号とによ
り構成される。レーザ光径比較手段３２は、波面形状測
定手段２１により得られたＣＣＤカメラ２４−１の往路
レーザ光径に比べて、ＣＣＤカメラ２４−２の復路レー
ザ光径が大きい場合には、凹面レンズ１２をのせた移動
台１３が固体レーザロッドと略同軸で凹面全反射鏡１４
側に移動するように、サーボ機構３３に制御信号３４を
送り、ＣＣＤカメラ２４−１の往路レーザ光径に比べ
て、ＣＣＤカメラ２４−２の復路レーザ光径が小さい場
合には、凹面レンズ１２をのせた移動台１３が固体レー
ザロッドと略同軸で固体レーザロッド２側に移動するよ
うに、サーボ機構３３に制御信号３４を送るものであ
る。サーボ機構３３は、制御信号３４により移動台１３
を固体レーザロッドと略同軸に移動させるものである。
サーボ機構３３は、微動ステージの電動モータと電動モ
ータ制御機構であってもよい。
【００２７】以上のように、均一に励起された固体レー
ザロッドを用い、波面収差の発生をなくすことにより、
固体レーザロッドの熱レンズを球面レンズ及び球面反射
鏡のみで補償できる。このため、レーザ光出力の散逸が
きわめて小さい。また、励起出力が変化することで、固
体レーザロッドの熱レンズ値が変化した場合でも、波面
変換手段により、レーザ光径を一定にすることができ
る。更に、波面形状測定手段、フィードバック手段によ
り、励起出力が変化することで固体レーザロッドの熱レ
ンズ値が変化した場合に、自動的に最適なレーザ光径と
なるように波面変換手段を操作することができる。この
ため、励起出力によらず、常に高いレーザ光増幅効率が
得られ、高ビーム品質で高パワーのレーザ光が得られ
る。
ザロッドを用い、波面収差の発生をなくすことにより、
固体レーザロッドの熱レンズを球面レンズ及び球面反射
鏡のみで補償できる。このため、レーザ光出力の散逸が
きわめて小さい。また、励起出力が変化することで、固
体レーザロッドの熱レンズ値が変化した場合でも、波面
変換手段により、レーザ光径を一定にすることができ
る。更に、波面形状測定手段、フィードバック手段によ
り、励起出力が変化することで固体レーザロッドの熱レ
ンズ値が変化した場合に、自動的に最適なレーザ光径と
なるように波面変換手段を操作することができる。この
ため、励起出力によらず、常に高いレーザ光増幅効率が
得られ、高ビーム品質で高パワーのレーザ光が得られ
る。
【００２８】この実施の形態によれば、波面形状測定手
段を、無反射コートが施されたビームサンプラーと、固
体レーザロッドからのレーザ光がビームサンプラーで反
射される方向でビームサンプラーから距離ｆの位置に設
けられた焦点距離２ｆの凸面鏡と、固体レーザロッドか
らのレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸
面レンズから距離２ｆの位置に設けられたＣＣＤカメラ
と、波面変換手段からのレーザ光がビームサンプラーで
反射される方向でビームサンプラーから距離２ｆの位置
に設けられた焦点距離ｆの凸面鏡と、波面変換手段から
のレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸面
レンズから距離２ｆの位置に設けられたＣＣＤカメラを
備え、フィードバック手段を、レーザ光径比較手段と、
波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構を備える
ように構成したので、構成を簡略化できる効果がある。
段を、無反射コートが施されたビームサンプラーと、固
体レーザロッドからのレーザ光がビームサンプラーで反
射される方向でビームサンプラーから距離ｆの位置に設
けられた焦点距離２ｆの凸面鏡と、固体レーザロッドか
らのレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸
面レンズから距離２ｆの位置に設けられたＣＣＤカメラ
と、波面変換手段からのレーザ光がビームサンプラーで
反射される方向でビームサンプラーから距離２ｆの位置
に設けられた焦点距離ｆの凸面鏡と、波面変換手段から
のレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸面
レンズから距離２ｆの位置に設けられたＣＣＤカメラを
備え、フィードバック手段を、レーザ光径比較手段と、
波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構を備える
ように構成したので、構成を簡略化できる効果がある。
【００２９】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２による往復型増幅器構成を示すものである。固体
レーザロッド２と波面変換手段１１の間に波面形状測定
手段２１が配置される。波面形状測定手段２１は、固体
レーザロッド２と波面変換手段１１の間に無反射コート
が施され、固体レーザロッドと略同軸に対し角度をつけ
て配置されたビームサンプラー２２、ビームサンプラー
２２から距離２ｆの位置に配置された焦点距離ｆの凸面
レンズ２３−１，２３−２、凸面レンズ２３−１から距
離２ｆの位置に配置されたＣＣＤカメラ２４、凸面レン
ズ２３−２から距離２ｆの位置で、ビームサンプラー第
２面２２−２で反射されたレーザ光に対し、垂直に配置
された全反射鏡２７により構成される。また、フィード
バック手段３１は、レーザ光形状判断手段３５と、サー
ボ機構３３と、制御信号３４とにより構成される。
形態２による往復型増幅器構成を示すものである。固体
レーザロッド２と波面変換手段１１の間に波面形状測定
手段２１が配置される。波面形状測定手段２１は、固体
レーザロッド２と波面変換手段１１の間に無反射コート
が施され、固体レーザロッドと略同軸に対し角度をつけ
て配置されたビームサンプラー２２、ビームサンプラー
２２から距離２ｆの位置に配置された焦点距離ｆの凸面
レンズ２３−１，２３−２、凸面レンズ２３−１から距
離２ｆの位置に配置されたＣＣＤカメラ２４、凸面レン
ズ２３−２から距離２ｆの位置で、ビームサンプラー第
２面２２−２で反射されたレーザ光に対し、垂直に配置
された全反射鏡２７により構成される。また、フィード
バック手段３１は、レーザ光形状判断手段３５と、サー
ボ機構３３と、制御信号３４とにより構成される。
【００３０】固体レーザロッド２を通過し、増幅された
往路レーザ光は、ビームサンプラー第１面２２−１で極
微量の反射され、凸面レンズ２３−１によりビームサン
プラー第１面２２−１のレーザ光形状がＣＣＤカメラ２
４に転写される。また、波面変換手段１１で反射された
復路レーザ光は、ビームサンプラー第２面２２−２で極
微量反射され、凸面レンズ２３−２によりビームサンプ
ラー第２面２２−２のレーザ光形状が全反射鏡２７上に
転写される。更に、全反射鏡で折り返され、再びビーム
サンプラー第２面２２−２上に転写され、ビームサンプ
ラー第１面２２−１を通過した後、ＣＣＤカメラ２４に
転写される。従って、ＣＣＤカメラ２４には、ビームサ
ンプラー第１面２２−１上の往路レーザ光及びビームサ
ンプラー第２面２２−２上の復路レーザ光が共に転写さ
れることとなる。
往路レーザ光は、ビームサンプラー第１面２２−１で極
微量の反射され、凸面レンズ２３−１によりビームサン
プラー第１面２２−１のレーザ光形状がＣＣＤカメラ２
４に転写される。また、波面変換手段１１で反射された
復路レーザ光は、ビームサンプラー第２面２２−２で極
微量反射され、凸面レンズ２３−２によりビームサンプ
ラー第２面２２−２のレーザ光形状が全反射鏡２７上に
転写される。更に、全反射鏡で折り返され、再びビーム
サンプラー第２面２２−２上に転写され、ビームサンプ
ラー第１面２２−１を通過した後、ＣＣＤカメラ２４に
転写される。従って、ＣＣＤカメラ２４には、ビームサ
ンプラー第１面２２−１上の往路レーザ光及びビームサ
ンプラー第２面２２−２上の復路レーザ光が共に転写さ
れることとなる。
【００３１】フィードバック手段３１を構成するレーザ
光形状判断手段３５は、ＣＣＤカメラ２４で受光したデ
ータ信号２６をもとに判断を行い、サーボ機構３３に制
御信号３４を送る。図５に、ビームサンプラー第１面２
２−１及びビームサンプラー第２面２２−２上でのレー
ザ光強度分布とＣＣＤカメラ２４で受光した観測光２５
の強度分布を示す。レーザ光は軸対称な円形光のため、
ＣＣＤ面上のある１軸の強度分布についてのみを示して
いる。一般に、レーザ光径は、レーザ光横断方向の強度
分布において、強度のピークに対し、１／ｅ2 の強度を
持つ範囲である。図５中の矢印は、レーザ光径を示す。
レーザ光が回折限界のレーザ光の場合、レーザ光横断方
向の強度分布は、ガウシアン型となる。ＣＣＤカメラ２
４で受光される２つのレーザ光の重ね合わせは、等しい
ビーム径の場合、強度分布はガウシアン型となる。図５
（Ａ１）に、ビームサンプラー第１面２２−１上でのレ
ーザ光強度分布を、図５（Ａ２）に、ビームサンプラー
第２面２２−２上でのレーザ光強度分布を、図５（Ａ
３）に、ＣＣＤカメラ２４で受光される観測光２５の強
度分布を示す。図５（Ａ３）は、図５（Ａ１）と図５
（Ａ２）の重ね合わせの強度分布を示すため、図５（Ａ
１）及び図５（Ａ２）が共に等しいレーザ光径の場合、
ガウシアン型となり、レーザ光径も図５（Ａ１）及び図
５（Ａ２）と等しくなる。ビームサンプラー第１面２２
−１上でのレーザ光径より、ビームサンプラー第２面２
２−２上でのレーザ光径が小さくなった場合の、ビーム
サンプラー第１面２２−１上でのレーザ光強度分布を図
５（Ｂ１）に、ビームサンプラー第２面２２−２上での
レーザ光強度分布を図５（Ｂ２）に、ＣＣＤカメラ２４
で受光される観測光２５の強度分布を図５（Ｂ３）示
す。このとき、図５（Ｂ１）及び図５（Ｂ２）のレーザ
光の重ね合わせた図５（Ｂ３）の強度分布は、ガウシア
ン型からはずれ、かつ、重ね合わせのレーザ光径は図５
（Ｂ１）のガウシアン型のレーザ光径より小さくなる。
ビームサンプラー第１面２２−１上でのレーザ光径よ
り、ビームサンプラー第２面２２−２上でのレーザ光径
が大きくなった場合の、ビームサンプラー第１面２２−
１上でのレーザ光強度分布を図５（Ｃ１）に、ビームサ
ンプラー第２面２２−２上でのレーザ光強度分布を図５
（Ｃ２）に、ＣＣＤカメラ２４で受光される観測光２５
の強度分布を図５（Ｃ３）示す。このとき、図５（Ｃ
１）及び図５（Ｃ２）のレーザ光の重ね合わせた図５
（Ｃ３）の強度分布はガウシアン型からはずれ、かつ、
重ね合わせのレーザ光径は図５（Ｃ１）のガウシアン型
のレーザ光径より大きくなる。このため、２つのレーザ
光径を等しくするためには、重ね合わせのレーザ光強度
分布がガウシアン型であればよい。レーザ光強度分布が
ガウシアン型からはずれ、かつ、レーザ光径が小さくな
った場合、ビームサンプラー第１面２２−１上の往路レ
ーザ光径よりビームサンプラー第２面２２−２上の復路
レーザ光径が小さくなる。このとき、凹面レンズ１２を
のせた移動台１３を固体レーザロッドと略同軸に凹面全
反射鏡１４側に移動させることで、２つのレーザ光径を
等しくすることができる。また、レーザ光強度分布がガ
ウシアン型からはずれ、かつ、レーザ光径が大きくなっ
た場合、ビームサンプラー第１面２２−１上の往路レー
ザ光径より、ビームサンプラー第２面２２−２上の復路
レーザ光径が大きくなる。このとき、凹面レンズ１２を
のせた移動台１３を固体レーザロッドと略同軸に固体レ
ーザロッド２側に移動させることで、２つのレーザ光径
を等しくすることができる。以上のように、固体レーザ
ロッドと略同軸に移動させることのできる凹面レンズ１
２をのせた移動台１３を凹面全反射鏡１４側か、或い
は、固体レーザロッド２側のどちらに移動させるべきか
を判断したレーザ光形状判断手段３５は、サーボ機構３
３に制御信号３４を送り、サーボ機構３３は、凹面レン
ズ１２をのせた移動台１３を固体レーザロッドと略同軸
に移動させる。
光形状判断手段３５は、ＣＣＤカメラ２４で受光したデ
ータ信号２６をもとに判断を行い、サーボ機構３３に制
御信号３４を送る。図５に、ビームサンプラー第１面２
２−１及びビームサンプラー第２面２２−２上でのレー
ザ光強度分布とＣＣＤカメラ２４で受光した観測光２５
の強度分布を示す。レーザ光は軸対称な円形光のため、
ＣＣＤ面上のある１軸の強度分布についてのみを示して
いる。一般に、レーザ光径は、レーザ光横断方向の強度
分布において、強度のピークに対し、１／ｅ2 の強度を
持つ範囲である。図５中の矢印は、レーザ光径を示す。
レーザ光が回折限界のレーザ光の場合、レーザ光横断方
向の強度分布は、ガウシアン型となる。ＣＣＤカメラ２
４で受光される２つのレーザ光の重ね合わせは、等しい
ビーム径の場合、強度分布はガウシアン型となる。図５
（Ａ１）に、ビームサンプラー第１面２２−１上でのレ
ーザ光強度分布を、図５（Ａ２）に、ビームサンプラー
第２面２２−２上でのレーザ光強度分布を、図５（Ａ
３）に、ＣＣＤカメラ２４で受光される観測光２５の強
度分布を示す。図５（Ａ３）は、図５（Ａ１）と図５
（Ａ２）の重ね合わせの強度分布を示すため、図５（Ａ
１）及び図５（Ａ２）が共に等しいレーザ光径の場合、
ガウシアン型となり、レーザ光径も図５（Ａ１）及び図
５（Ａ２）と等しくなる。ビームサンプラー第１面２２
−１上でのレーザ光径より、ビームサンプラー第２面２
２−２上でのレーザ光径が小さくなった場合の、ビーム
サンプラー第１面２２−１上でのレーザ光強度分布を図
５（Ｂ１）に、ビームサンプラー第２面２２−２上での
レーザ光強度分布を図５（Ｂ２）に、ＣＣＤカメラ２４
で受光される観測光２５の強度分布を図５（Ｂ３）示
す。このとき、図５（Ｂ１）及び図５（Ｂ２）のレーザ
光の重ね合わせた図５（Ｂ３）の強度分布は、ガウシア
ン型からはずれ、かつ、重ね合わせのレーザ光径は図５
（Ｂ１）のガウシアン型のレーザ光径より小さくなる。
ビームサンプラー第１面２２−１上でのレーザ光径よ
り、ビームサンプラー第２面２２−２上でのレーザ光径
が大きくなった場合の、ビームサンプラー第１面２２−
１上でのレーザ光強度分布を図５（Ｃ１）に、ビームサ
ンプラー第２面２２−２上でのレーザ光強度分布を図５
（Ｃ２）に、ＣＣＤカメラ２４で受光される観測光２５
の強度分布を図５（Ｃ３）示す。このとき、図５（Ｃ
１）及び図５（Ｃ２）のレーザ光の重ね合わせた図５
（Ｃ３）の強度分布はガウシアン型からはずれ、かつ、
重ね合わせのレーザ光径は図５（Ｃ１）のガウシアン型
のレーザ光径より大きくなる。このため、２つのレーザ
光径を等しくするためには、重ね合わせのレーザ光強度
分布がガウシアン型であればよい。レーザ光強度分布が
ガウシアン型からはずれ、かつ、レーザ光径が小さくな
った場合、ビームサンプラー第１面２２−１上の往路レ
ーザ光径よりビームサンプラー第２面２２−２上の復路
レーザ光径が小さくなる。このとき、凹面レンズ１２を
のせた移動台１３を固体レーザロッドと略同軸に凹面全
反射鏡１４側に移動させることで、２つのレーザ光径を
等しくすることができる。また、レーザ光強度分布がガ
ウシアン型からはずれ、かつ、レーザ光径が大きくなっ
た場合、ビームサンプラー第１面２２−１上の往路レー
ザ光径より、ビームサンプラー第２面２２−２上の復路
レーザ光径が大きくなる。このとき、凹面レンズ１２を
のせた移動台１３を固体レーザロッドと略同軸に固体レ
ーザロッド２側に移動させることで、２つのレーザ光径
を等しくすることができる。以上のように、固体レーザ
ロッドと略同軸に移動させることのできる凹面レンズ１
２をのせた移動台１３を凹面全反射鏡１４側か、或い
は、固体レーザロッド２側のどちらに移動させるべきか
を判断したレーザ光形状判断手段３５は、サーボ機構３
３に制御信号３４を送り、サーボ機構３３は、凹面レン
ズ１２をのせた移動台１３を固体レーザロッドと略同軸
に移動させる。
【００３２】この実施の形態によれば、波面形状測定手
段を、無反射コートが施されたビームサンプラーと、固
体レーザロッドからのレーザ光がビームサンプラーで反
射される方向でビームサンプラーから距離２ｆの位置に
設けられた焦点距離ｆの凸面鏡と、固体レーザロッドか
らのレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸
面レンズから距離２ｆの位置に設けられたＣＣＤカメラ
と、波面変換手段からのレーザ光がビームサンプラーで
反射される方向でビームサンプラーから距離２ｆの位置
に設けられた焦点距離２ｆの凸面鏡と、波面変換手段か
らのレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸
面レンズから距離ｆの位置に設けられた全反射鏡を備
え、フィードバック手段を、レーザ光形状判断手段と、
波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構を備える
ように構成したので、構成を簡略化できる効果がある。
段を、無反射コートが施されたビームサンプラーと、固
体レーザロッドからのレーザ光がビームサンプラーで反
射される方向でビームサンプラーから距離２ｆの位置に
設けられた焦点距離ｆの凸面鏡と、固体レーザロッドか
らのレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸
面レンズから距離２ｆの位置に設けられたＣＣＤカメラ
と、波面変換手段からのレーザ光がビームサンプラーで
反射される方向でビームサンプラーから距離２ｆの位置
に設けられた焦点距離２ｆの凸面鏡と、波面変換手段か
らのレーザ光がビームサンプラーで反射される方向で凸
面レンズから距離ｆの位置に設けられた全反射鏡を備
え、フィードバック手段を、レーザ光形状判断手段と、
波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構を備える
ように構成したので、構成を簡略化できる効果がある。
【００３３】実施の形態３．図６に示すように、実施形
態２の波面形状測定手段２１において、全反射鏡２７を
ビームサンプラー第２面２２−２で反射されたレーザ光
に対し、垂直な方向から極わずかに回転させて配置して
もよい。レーザ光の半径をｒ、凸面レンズ２３−２の焦
点距離をｆとしたとき、回転角θは、θ＝ｔａｎ-1（ｒ
／４ｆ）程度が望ましい。この場合、ビームサンプラー
第１面２２−１で反射された往路レーザ光とビームサン
プラー第２面２２−２で反射された復路レーザ光は、Ｃ
ＣＤカメラ２４上で分離される。大きさが有限のＣＣＤ
カメラ受光素子上に２つのレーザ光を受光するため、ビ
ームサンプラー第１面２２−１で反射された往路レーザ
光の観測光２５−１とビームサンプラー第２面２２−２
で反射された復路レーザ光の観測光２５−２は、ＣＣＤ
カメラ上で隣接していることが望ましい。例えば、ビー
ムサンプラー２２上で往路レーザ光及び復路レーザ光の
半径が１．５ｍｍで、ビームサンプラー２２からＣＣＤ
カメラ２４及びビームサンプラー２２から全反射鏡２７
までの距離が０．３ｍの時、全反射鏡２７をビームサン
プラー第２面２２−２で反射されたレーザ光に対し、垂
直な方向から５ｍｒａｄ回転して配置した場合、ＣＣＤ
カメラ上では２つのレーザ光は隣接して受光される。こ
のように、１つのＣＣＤカメラ２４上に２つのレーザ光
を受光し、レーザ光径比較手段３６により２つのレーザ
光径を判断してもよい。２つのレーザ光径が異なった場
合は、凹面レンズ１２をのせた移動台１３をサーボ機構
３３により固体レーザロッドと略同軸に移動さて、再び
等しいレーザ光径とすることができる。これによって、
増幅器内でのレーザ光の伝搬は、固体レーザロッドの励
起出力が変化し、固体レーザロッドの熱レンズ値が変化
した場合でも、常に復路レーザ光が往路レーザ光を折り
返した伝搬となるため、常に高い増幅率を持つ光パワー
のレーザ出力光８が得られる。
態２の波面形状測定手段２１において、全反射鏡２７を
ビームサンプラー第２面２２−２で反射されたレーザ光
に対し、垂直な方向から極わずかに回転させて配置して
もよい。レーザ光の半径をｒ、凸面レンズ２３−２の焦
点距離をｆとしたとき、回転角θは、θ＝ｔａｎ-1（ｒ
／４ｆ）程度が望ましい。この場合、ビームサンプラー
第１面２２−１で反射された往路レーザ光とビームサン
プラー第２面２２−２で反射された復路レーザ光は、Ｃ
ＣＤカメラ２４上で分離される。大きさが有限のＣＣＤ
カメラ受光素子上に２つのレーザ光を受光するため、ビ
ームサンプラー第１面２２−１で反射された往路レーザ
光の観測光２５−１とビームサンプラー第２面２２−２
で反射された復路レーザ光の観測光２５−２は、ＣＣＤ
カメラ上で隣接していることが望ましい。例えば、ビー
ムサンプラー２２上で往路レーザ光及び復路レーザ光の
半径が１．５ｍｍで、ビームサンプラー２２からＣＣＤ
カメラ２４及びビームサンプラー２２から全反射鏡２７
までの距離が０．３ｍの時、全反射鏡２７をビームサン
プラー第２面２２−２で反射されたレーザ光に対し、垂
直な方向から５ｍｒａｄ回転して配置した場合、ＣＣＤ
カメラ上では２つのレーザ光は隣接して受光される。こ
のように、１つのＣＣＤカメラ２４上に２つのレーザ光
を受光し、レーザ光径比較手段３６により２つのレーザ
光径を判断してもよい。２つのレーザ光径が異なった場
合は、凹面レンズ１２をのせた移動台１３をサーボ機構
３３により固体レーザロッドと略同軸に移動さて、再び
等しいレーザ光径とすることができる。これによって、
増幅器内でのレーザ光の伝搬は、固体レーザロッドの励
起出力が変化し、固体レーザロッドの熱レンズ値が変化
した場合でも、常に復路レーザ光が往路レーザ光を折り
返した伝搬となるため、常に高い増幅率を持つ光パワー
のレーザ出力光８が得られる。
【００３４】この実施の形態によれば、波面形状測定手
段を、ビームサンプラーから距離４ｆの位置に、波面変
換手段からのレーザ光がビームサンプラーで反射される
方向に対し、垂直な方向からわずかに傾斜して設けられ
た全反射鏡を備え、フィードバック手段を、ビーム径比
較手段と波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構
を備えるように構成したので、構成を簡略化できる効果
がある。
段を、ビームサンプラーから距離４ｆの位置に、波面変
換手段からのレーザ光がビームサンプラーで反射される
方向に対し、垂直な方向からわずかに傾斜して設けられ
た全反射鏡を備え、フィードバック手段を、ビーム径比
較手段と波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構
を備えるように構成したので、構成を簡略化できる効果
がある。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、上記
固体レーザ媒質として固体レーザロッド断面における励
起分布が略均一である固体レーザロッドを用いると共
に、反射手段として波面変換手段を具備し、上記固体レ
ーザロッドと上記波面変換手段の間に波面形状測定手段
を配置し、上記波面形状測定手段からのデータ信号から
上記波面変換手段を制御するフィードバック手段を備え
るように構成したので、固体レーザロッドの熱レンズ値
が変化した場合でも、高効率で増幅し高パワーのレーザ
光を得ることができる効果がある。
固体レーザ媒質として固体レーザロッド断面における励
起分布が略均一である固体レーザロッドを用いると共
に、反射手段として波面変換手段を具備し、上記固体レ
ーザロッドと上記波面変換手段の間に波面形状測定手段
を配置し、上記波面形状測定手段からのデータ信号から
上記波面変換手段を制御するフィードバック手段を備え
るように構成したので、固体レーザロッドの熱レンズ値
が変化した場合でも、高効率で増幅し高パワーのレーザ
光を得ることができる効果がある。
【００３６】また、この発明によれば、簡略化した構成
により波面変換手段を提供することができる。
により波面変換手段を提供することができる。
【００３７】また、この発明によれば、簡略化した構成
により波面形状測定手段を提供することができる。
により波面形状測定手段を提供することができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による往復型増幅器
の構成図である。
の構成図である。
【図２】 固体レーザロッドの励起出力が強くなった場
合の往復型増幅器内のレーザ光伝搬を示す模式図であ
る。
合の往復型増幅器内のレーザ光伝搬を示す模式図であ
る。
【図３】 固体レーザロッドの励起出力が弱くなった場
合の往復型増幅器内のレーザ光伝搬を模式的に示した図
である。
合の往復型増幅器内のレーザ光伝搬を模式的に示した図
である。
【図４】 この発明の実施の形態２による往復型増幅器
の構成図である。
の構成図である。
【図５】 ビームサンプラー上でのレーザ光とＣＣＤカ
メラで受光される観測光の強度分布を模式的に示した図
である。
メラで受光される観測光の強度分布を模式的に示した図
である。
【図６】 この発明の実施の形態３による往復型増幅器
の構成図である。
の構成図である。
【図７】 従来例の構成図である。
１，１０１ 往復型増幅器、２，１０２ 固体レーザロ
ッド、３，１０３ 入力光、４，１０４ 偏光子、５，
１０５ 凹面レンズ、６，１０６ ９０°旋光子、７，
１０７ １／４波長板、８，１０８ 出力光、１１ 波
面変換手段、１２ 凹面レンズ、１３ 移動台、１４
凹面全反射鏡、２１ 波面形状測定手段、２２ ビーム
サンプラー、２２−１ ビームサンプラー第１面、２２
−２ ビームサンプラー第２面、２３−１，２３−２
凸面レンズ、２４，２４−１，２４−２ ＣＣＤカメ
ラ、２５，２５−１，２５−２ 観測光、２６，２６−
１，２６−２ データ信号、２７，１０９ 全反射鏡、
３１ フィードバック手段、３２，３６ レーザ光径比
較手段、３３ サーボ機構、３４ 制御信号、３５レー
ザ光形状判断手段。
ッド、３，１０３ 入力光、４，１０４ 偏光子、５，
１０５ 凹面レンズ、６，１０６ ９０°旋光子、７，
１０７ １／４波長板、８，１０８ 出力光、１１ 波
面変換手段、１２ 凹面レンズ、１３ 移動台、１４
凹面全反射鏡、２１ 波面形状測定手段、２２ ビーム
サンプラー、２２−１ ビームサンプラー第１面、２２
−２ ビームサンプラー第２面、２３−１，２３−２
凸面レンズ、２４，２４−１，２４−２ ＣＣＤカメ
ラ、２５，２５−１，２５−２ 観測光、２６，２６−
１，２６−２ データ信号、２７，１０９ 全反射鏡、
３１ フィードバック手段、３２，３６ レーザ光径比
較手段、３３ サーボ機構、３４ 制御信号、３５レー
ザ光形状判断手段。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−226753（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−302902（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−26177（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−165985（ＪＰ，Ａ)
特表 平10−509280（ＪＰ，Ａ)
国際公開96／016484（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
Claims (6)
- 【請求項１】 （ａ）固体レーザロットを増幅媒質とし
て、光を往路と復路で増幅する増幅手段と、 （ｂ）上記増幅手段から出射される往路光の波面を変換
して復路光として上記増幅手段に反射する波面変換手段
と、 （ｃ）上記増幅手段と波面変換手段との間に設けられ、
上記往路光と復路光とのレーザ光径を測定する測定手段
と、 （ｄ）上記測定手段による測定結果に基づいて上記波面
変換手段による波面の変換を制御するフィードバック手
段とを備え、 上記波面変換手段は、光軸と略同軸に移動可能な移動台
と、上記移動台上に設けられた凹面レンズと、凹面全反
射鏡を備え、 上記測定手段は、無反射コートが施されたビームサンプ
ラーと、往路光が上記ビームサンプラーで反射される方
向に設けられた第１のカメラと、復路光が上記ビームサ
ンプラーで反射される方向に設けられた第２のカメラを
備え、 フィードバック手段は、第１のカメラと第２のカメラで
得られた往路光と復路光のレーザ光径を比較するレーザ
光径比較手段と、上記波面変換手段の移動台を移動する
サーボ機構を備えたことを特徴とする 往復型増幅器。 - 【請求項２】 （ａ）固体レーザロットを増幅媒質とし
て、光を往路と復路で増幅する増幅手段と、 （ｂ）上記増幅手段から出射される往路光の波面を変換
して復路光として上記増幅手段に反射する波面変換手段
と、 （ｃ）上記増幅手段と波面変換手段との間に設けられ、
上記往路光と復路光とのレーザ光径を測定する測定手段
と、 （ｄ）上記測定手段による測定結果に基づいて上記波面
変換手段による波面の変換を制御するフィードバック手
段とを備え、 上記波面変換手段は、光軸と略同軸に移動可能な移動台
と、上記移動台上に設けられた凹面レンズと、凹面全反
射鏡を備え、 上記測定手段は、無反射コートが施されたビームサンプ
ラーと、往路光が上記ビームサンプラーで反射される方
向に設けられたカメラと、復路光が上記ビームサンプラ
ーで反射される方向に対し垂直な方向からわずかに傾斜
して設けられた全反射鏡を備え、 フィードバック手段は、カメラで得られた往路光と復路
光のレーザ光径を比較するレーザ光径比較手段と、上記
波面変換手段の移動台に設けられたサーボ機構を備えた
ことを特徴とする往復型増幅器。 - 【請求項３】 （ａ）固体レーザロットを増幅媒質とし
て、光を往路と復路で増幅する増幅手段と、 （ｂ）上記増幅手段から出射される往路光の波面を変換
して復路光として上記増幅手段に反射する波面変換手段
と、 （ｃ）上記増幅手段と波面変換手段との間に設けられ、
上記往路光と復路光とを重ね合わせたレーザ光強度分布
を測定する測定手段と、 （ｄ）上記測定手段による測定結果に基づいて上記波面
変換手段による波面の変換を制御するフィードバック手
段とを備えた往復型増幅器。 - 【請求項４】 上記増幅手段は、光軸の断面における励
起分布が略均一である固体レーザ媒質を備えたことを特
徴とする請求項１〜３いずれか記載の往復型増幅器。 - 【請求項５】 上記波面変換手段は、光軸と略同軸に移
動可能な移動台と、上記移動台上に設けられた凹面レン
ズと、凹面全反射鏡を備えたことを特徴とする請求項３
記載の往復型増幅器。 - 【請求項６】 上記測定手段は、無反射コートが施され
たビームサンプラーと、往路光が上記ビームサンプラー
で反射される方向に設けられたカメラと、復路光が上記
ビームサンプラーで反射される方向に設けられた全反射
鏡を備え、 フィードバック手段は、カメラで得られた、往路光と復
路光とを重ね合わせたレーザ光強度分布を判断する判断
手段と、上記波面変換手段の移動台を移動するサーボ機
構を備えたことを特徴とする請求項５記載の往復型増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9602198A JP3519596B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 往復型増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9602198A JP3519596B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 往復型増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298081A JPH11298081A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3519596B2 true JP3519596B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=14153644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9602198A Expired - Fee Related JP3519596B2 (ja) | 1998-04-08 | 1998-04-08 | 往復型増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3519596B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4908007B2 (ja) * | 2006-02-08 | 2012-04-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | レーザ装置 |
| JP6687999B2 (ja) * | 2015-02-06 | 2020-04-28 | スペクトロニクス株式会社 | レーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法 |
-
1998
- 1998-04-08 JP JP9602198A patent/JP3519596B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11298081A (ja) | 1999-10-29 |
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|---|---|---|---|
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