JPH01164082A - 狭帯域化レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、レーザ波長の狭帯域化機能を有する狭帯域
化レーザ装置に間するものである。

［従来の技術］ 第４図はカナダ国の物理学会誌（Ｃａｎ、Ｊ、Ｐｈｙｓ
、）６３、２１４〜２１９ページ（１９８５）より引用
した狭帯域エキシマレーザを示し、図において、レーザ
発振器（１）とその両側に設けられた全反射鏡（２）と
部分反射鏡（３）によりレーザ発振器の光共振器が形成
されて、レーザビーム（４）を出射する。光共振器中に
はエタロン（５）がホルダ（６）に支持されて配置され
ている。

次に動作について説明する。レーザ発振器（１）は、レ
ーザ媒質と全反射鏡（２）および部分反射鏡（３）によ
る光共振器からなっている。ところで、色素レーザ、半
導体レーザ、アレキサンドライトレーザ、エキシマレー
ザ等は、広い波長範囲で発振が生じるなめ、上記の光共
振器中にグレーティングプリズム、エタロン等の分光素
子を配置することにより広い発振可能な波長範囲のどこ
かに波長を限定できることが知られている。たとえば、
エキシマレーザのうちＫｒＦ　　レーザではおよそ０．
５ｎｍの波長幅にわたって発振可能であるが、１個ある
いは数個のエタロン（５）を光共振器中に配置すること
によりレーザビーム（４）の波長幅を０、ＯＯ１ｎｍ程
度まで狭くすることができる。

ところで、レーザビーム（４）の出力を増大させてゆく
と、エタロン（５）がレーザビーム（４）を吸収して発
熱、変形する。その結果、波長がシフトしてしまう、た
とえばエタロン（５）の表面は波長れているが、数度の
温度上昇だけで基板は変形し、上記の範囲を超えてしま
う。

第５図は、よく用いられる２枚の基板からなるエアギャ
ップタイプのエタロン（５）であり、中央に幅（ｄ）の
すきまがある、この（ｄ）と、すきまに満ちた媒質の屈
折率（ｎ）と、レーザビーム（４）の入射角（θ）を用
いて、レーザビーム（４）の中心波長（λ）は、 のよく知られた関係式により与えられる。

このエタロン（５）にレーザビーム（４）が入射した場
合、レーザビーム（４）の通った部位を中心に径方向（
ｒ方向）に温度上昇が生じる。また、エタロン（５）を
形成する基板の外側の表面、すきま側の表面、および基
板そのもの等の間で熱吸収に偏りがあるから、基板の厚
さ方向（２方向）にも温度差が生じ、第５図に示したよ
うな等製線が描かれる。第５図の例は、特に基板の外側
表面に熱吸収が生じた例である。熱解析によれば、レー
ザビーム（４）が照射されると、まず、外側表面が発熱
し、膨張する。そのため、２枚の基板はすきまを中心に
それぞれ外側に引張られ、弓なりに変形し、すきま（ｄ
）が広がる。すると、先に示した式により、レーザの発
振波長は長波長側にシフトすることになる。さらに発熱
が続くと、基板全体が膨張し、しだいに短波長側に戻っ
てくる。

第６図は以上のことを示す線図である。この図は、エタ
ロン（５）の径方向の表面温度を示した図で、エタロン
（５）の中心軸に沿ってレーザビーム（４）が入射する
と、温度分布は曲線（ア）の状態から曲線（イ）、（つ
）のような状態へと変化する。曲線（ア）から曲線（イ
）になるまでの時間は、基板の容量と熱伝導率で決まる
が、この間、基板は弓なりの変形を呈し、波長は長波長
側にシフトする。

この間、エタロン（５）の周辺温度はほとんど変化しな
い、さらに発熱が続くと、第６図の温度分布は曲線（イ
）から（つ）へと非常に長い時間をかけてシフトしてゆ
き、曲線（つ）の状態に加えてホルダ（６）との熱伝達
により決まる温度分布となる。この間、エタロン（５）
の基板はビア樽状に変形し、すきまは狭くなる。そのた
め、波長は短波長側へと戻ってゆく。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の狭帯域化レーザ装置は以上のように構成されてい
るので、エタロン基板の発熱により波長シフトが生じる
という問題点があった。

この発明は上記の問題点を軽減するためになされたもの
で、レーザの発振波長のシフトが少ない狭帯域化レーザ
装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る狭帯域化レーザ装置は、エタロンの表面
にガスを吹きつけるノズルまたはファンのような冷却手
段を備えている。

［作用］ この発明においては、エタロンの表面に吹きつけられた
ガスによってエタロンの熱が奪われ、その結果、レーザ
の発振波長のシフトが小さくなる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、エタロン（５）を
冷却する冷却手段として、エタロン（５）にガスを吹き
つけるためのノズル（７）が設けられている。

その他、第４図と同一の符号は同等の部分である。

次に動作について説明する。レーザ発振器〈１）におい
て、鏡（２）、（３）により構成されている光共振器中
に分光素子の一種であるエタロン（５）を挿入すると、
レーザ波長は狭くなり、その中心波長はエタロン（５）
で決まる波長に限定される。ところで、レーザが発振す
ると、エタロン（５）の各所で発熱が生じるため、エタ
ロン（５）は変形し、発振がシフトすることは既に述べ
た。特に、エタロン（５）のレーザビーム（４）が通る
部位は温度上昇が大きい、しかしながら、レーザビーム
（４）をさえぎることなしにこの部位を冷却することは
難しい、そこで、レーザビーム（４）に与える影響の少
ないガス、例えば、窒素や乾燥空気をエタロン（５）に
吹きつけて冷却を試みたのがこの実施例である。ガスは
ノズル（７）からエタロン（５）の発熱部に向かって吹
きつけられる。

ガスを速度５＋ａ／ｓで吹きつけたときの温度分布は、
第６図に”曲線（１）、（オ）として示したようになっ
た。第６図から明らかなように、短い時間内においても
中心温度は曲線（イ）と比較して約半分になっている。

さらに長時間使用後も周辺温度が従来例はど上昇しなか
った。波長シフト量もこれらの温度低下によって従来の
約半分に押さえることができた。

ガスの速度は大きいほどよいが、ガスをエタロン（５）
の表面に沿ってゆっくり流すだけでも中心温度の低下が
見られた。特に、エタロン（５）のうちエアギャップタ
イプのエタロンは、すきまに熱いガスがたまり易いので
、すきまのガスが動くよう、吹きつけたガスの一部がす
きまに流れ込むようにしておくことが必要である。

なお、上記の実施例ではノズル（７）を用いてガスを吹
きつけたが、他の実施例として第２図に示すように、ノ
ズルに代えてファン（８）を設け、エタロン（５）の付
近の空気を動かすようにしてもよい。

第３図はさらに他の実施例であり、密閉容器（９）にエ
タロン（５）を封じ、この容器（９）中のガスをノズル
（７）あるいはファンを用いて動かしてもよい、特にこ
の場合、ガスとして熱伝導のよい水素やヘリウムガスを
用いると効果が大きい。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、ガスをエタロンに吹
きつける構造にしたので、波長シフトの少ないものが得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の一部断面側面図、第２図
は他の実施例の要部側断面図、第３図はさらに他の実施
例の一部断面側面図、第４図は従来の狭帯域化レーザ装
置の一部断面側面図、第５図は第４図のエタロンの熱歪
を説明するための側断面図、第６図はエタロンの表面温
度特性比較線図である。 （１）・・・レーザ発振器、（２）・・・全反射鏡、（
３）・・・部分反射鏡、（５）・・・エタロン、（７）
・・・ノズル（冷却手段”）　、（８）・・・ファン（
冷却手段）。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 帛４（Ｘｌ 懲５図 手続補正書 昭和６３年　５月２６日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、全反射鏡と部分反射鏡からなる光共振器中にレ
   ーザ発振波長を選択するための少なくとも１個のエタロ
   ンを設けた狭帯域化レーザ装置において、上記エタロン
   にガスを吹きつけるための冷却手段を備えてなることを
   特徴とする狭帯域化レーザ装置。
2. （２）、ノズルでなる冷却手段を備えた特許請求の範囲
   第１項記載の狭帯域化レーザ装置。
3. （３）、ファンでなる冷却手段を備えた特許請求の範囲
   第１項記載の狭帯域化レーザ装置。
4. （４）、エタロンを密閉容器に封入した特許請求の範囲
   第２項あるいは第３項記載の狭帯域化レーザ装置。