JPH03155685A

JPH03155685A - ヘリウム・ネオンレーザ管

Info

Publication number: JPH03155685A
Application number: JP2208521A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Akiyama; 秋山　泰宏
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1990-08-07
Publication date: 1991-07-03
Also published as: US5127018A

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〕本発明は、ヘリウム・ネオンレーザ管に関し、特に６３
２８人線の出力を増大し、３，３９μｍ線の出力を減少
できるようにしたヘリウム・ネオンレーザ管に関する。

〔従来の技術〕

ヘリウム・ネオンレーザ管を波長６３２８人で発振させ
る場合、波長６３２８人に対応する遷移はネオン３８２
から２Ｐ４準位であるが、他方同一の上の準位３Ｓｔを
共有して３Ｐ、に遷移する３、３９μｍのレーザ発振が
存在する。波長３．３９μｍの発振は、６３２８人の発
振よりもはるかに増幅利得が大きいため、両者は同一レ
ーザ管内でしばしば同時に発振し、いわゆる競合現象を
示し、６３２８人線は単独で発振する場合に比較して出
力が低下する。この現象は１ｍＷ級程度の出力が小さい
場合には目立たないが、５ｍＷ級以上の高出力ヘリウム
・ネオンレーザ装置の場合には特に顕著になる。そこで
従来波長３．３９μｍにおける誘導放射を選択的に阻止
するため次のような手段が取られていた。すなわち、（
イ）共振器内に３．３９μｍに対して強い吸光度を示し
、６３２８人に対しては透明度の高い気体、たとえばメ
タンあるいはエタノール蒸気などを導入する。（ロ）共
振器内に損失の少ないプリズム等の分散素子導入し、そ
の分散を利用して６３２８人に対しては共振状態であり
、３．３９μｍに対しては非共振状態を保つ。（ハ）放
電管にそってフェライト磁石などをならべ、不均一性磁
界を生ぜしめ、これにより相対的に３．３９μｍ線の増
幅利得を低下させる。

以上のように、従来のものは特別の付加装置を設けるこ
とが必要であり、高価となる。それ故６３２８人の波長
での反射率を太きく３．３９μｍでの波長の反射率を小
さくとるようにレーザミラーの分光反射率特性を設計す
ることが考えらとるが、この方法として、従来特公昭５
０−３７５１９号公報および特公昭６３−２６５６０号
公報に開示されているものがある。

すなわち、その発明の要旨は次の通りである。

（１）全反射側ミラーの多層膜構成をＳ　ｕ　ｌ）　。

（Ｈ−Ｌ：］　＋２　　Ｈ・６　Ｌ、ｌ　Ａ　ｉ　ｒの
２６層とする。

ここでＨ，Ｌはそれぞれ光学的膜厚がλ。／４の高屈折
率物質及び低屈折率物質であり、λ。は中心波長でλ。

２６３２８人である。また、Ｓｕｂ。

はガラス基板、Ａ　ｉ　ｒは空気をそれぞれ意味する。

一方、出力側ミラーの多層膜構成はＳｕｂ。

ＣＨ−Ｌ：）ｓ−Ｈ−Ｌ’１Ａｉｒの１４層である。

ここで出力側ミラーのＨ，Ｌは、光学的膜厚が８４７５
人である。すなわちＬ′≧５Ｌである、前記全反射側ミ
ラーと前記出力側ミラーとを有するヘリウム・ネオンレ
ーザ管である。（２）全反射ミラーの多層膜構成をＳｕ
ｂ、ｌ　　ＣＨ−ＬＤ　＋ｔ　　Ｈ・ＬＩＡｉｒの２６
層とすると、ここで、Ｈ，Ｌは光学的膜厚が入。′／４
であり、λ。′は中心波長で、λ。’＝６７００人であ
る。また最終層Ｌ′は光学的膜厚が８４７５人である。

すなわちＬ′≧５Ｌである。前記全反射ミラーと（１）
に記載の出力側ミラーとを有するヘリウム・ネオンレー
ザ管である。（３）全反射側ミラーの多層膜構成をＳｕ
　ｂ。

〔Ｈ−Ｌ：ｌ　＊−Ｈ・２　Ｌ　Ｉ　Ａ　ｉ　ｒの２０
層またはＳｕｂ。ｌ　ＣＨ−Ｌ：］　ｔｏ−Ｈ・２ＬＩ
Ａｉ　ｒの２２層とする。ここでＨ，Ｌはそれぞれ光学
的膜厚がλ、／４の高屈折率物質及び低屈折率物質であ
り、λ。は中心波長でλ。２６３２８人である。

一方、出力側ミラーの多層膜構成は、Ｓｕｂ。

ＣＨ−Ｌ）、−Ｘ・２ＬＩＡｉ　ｒの１２層とする。

ここでＨ，Ｌはそれぞれ光学的膜厚がλ。／４の高屈折
率物質（二酸化チタン）及び低屈折率物質であり、Ｘは
光学的膜厚がλｌ）／４で二酸化チタン以外の高屈折率
物質（酸化ジルコニウムまたは酸化ランタン）であり、
λ。は中心波長でλ。２６３２８人である。前記全反射
側ミラーと前記出力側ミラーとを有するヘリウム・ネオ
ンレーザ管であるつ以上の＜１）、　（２）または（３）の多層膜構成のレ
ーザミラーを用いて、６３２８人の波長における反射率
を高く、また３、３９μｍの波長において反射率を低く
抑えている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の多層膜構成によるＩ／−ザミラーには次
に述べるような欠点がある。すなわち、（イ）全反射側
ミラーの層数が２６層と非常に多く、多層膜の形成のた
めの蒸着時間がかかり過ぎる。またＣＨ−Ｌ）の交互層
を多くしすぎると反射率の増加より、膜の吸収・散乱が
大きくなってしまう。（ロ）全反射側ミラーの膜構成を
Ｓｕｂ。

ＣＨ，Ｌ：］−−Ｈ・２ＬＩＡｉ　ｒまたはＳｕｂ。

ＣＨ−Ｌ）ｔｏ　　Ｈ・２ＬＩＡｉｒとすると、３．３
９μｍの反射率は３％であり、必ずしも充分小さく抑え
られていない。このため３．３９μｍの波長のレーザ光
線が同時発振する。（ハ）出力側ミラーの膜構成をＳ　
ｕ　ｂ　、　　ｌ　　ＣＨ，Ｌ：］　］ａ−Ｈ−Ｌ’Ａ
ｉとすると、３．３９．ｕｍの反射率は１．４％であり
、必ずしも充分小さく抑えられていない。

このため３．３９μｍの波長のレーザ光線が同時発振す
る。また最終層Ｌ′の中心波長がそれ以前の６３２８人
から６７００人に切り換えており、蒸着中に中心波長の
切り換えを行わなければならない。これは蒸着中の作業
ミス発生につながるし、また切り換え作業も操作が多く
かかる。（鴨出力側ミラーの膜構成をＳｕｂ、Ｉ　ＣＨ
，Ｌ：ｌｓ　　Ｘ・２ＬＩＡｉｒとすると、高屈折率物
質を２種類使用しなければならず、且つ、物質が異った
場合、蒸着条件を変えなければならないため、作業ミス
発生につながるし、また切り換え作業及び蒸着前作業の
時間が多くかかる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のヘリウム・ネオンレーザ管は、レーザ・ミラー
の分光反射率を６３２８人の波長において高く、３．３
９μｍの波長において低くとるため、出力側ミラーの多
層膜が、高屈折率物質Ｈと低屈折率物質りの交互層の１
２層より成り、基板側より数えて２層目及び最終層の物
質の光学的膜厚が（λ。／４）　×ｎｌ＋　（λ。／４
）Ｘｎｚ（λ。は６３２８人。

ｎ、＝３．ｎ２＝６、またはｒＢ＝５ｐ　Ｈ２＝４．ｎ
＋７゜ｎ２＝２である。）であり、他はすべてλＯ／４
（λ、／４は６３２８人）である構成、すなわちＳｕｂ
、ｌＨ・３Ｌ（ＨＬ）４−Ｈ・６ＬＩＡｉｒまたは、Ｓ
ｕｂ、ｌａ−５Ｌ　（Ｈ−Ｌ）ｓ　　Ｈ・４ＬＡ　ｉ　
ｒ　、またはＳｕｂ、ｌＨ・７Ｌ・　（Ｈ−Ｌ）＜−Ｈ
ｌＬＩＡｉｒであり（Ｓｕｂ、はガラス基板の意味）、
全反射側ミラーの多層膜が高屈折率物質Ｈと低屈折率物
質りの交互層の２４層よりなり、基板側より数えて最終
層の物質の光学的膜厚（λ。／４）Ｘ７であり他は全て
λ。／４　（λ。は６３２８人）である構成、すなわち
Ｓｕｂ。

（Ｈ−Ｌ）＋＋−Ｈ・７ＬＩＡｉ　ｒであることを特徴
とする２種類のレーザミラーのうち少なくとも１種類の
レーザミラーを有することを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

ヘリウム・ネオンレーザ用ミラーは、第１図に示すよう
に、光学研磨された透明ガラス基板１上に形成された高
屈折率物質（Ｈ）２と低屈折率物質（Ｌ）３の交互層を
主体とした誘電体多層膜で構成されており、各層の光学
的膜厚はλ。／４を標準する。ここでλ。はヘリウム・
ネオンレーザの発振波長で、λ。−６３２８人である。

誘電体多層膜としては、酸化セリウム（Ｃｅｎ２）とフ
ッ化マグネシウム（ＭｇＦｚ）の系、硫化亜鉛（Ｚ　ｎ
　Ｓ）とフッ化マグネシウムの系、あるいは二酸化チタ
ン（ＴｉＯ□）と二酸化シリコン（ＳｉＣｈ）の系等が
用いられるが、ここではハードコートされた二酸化チタ
ンと二酸化シリコンの系を例にとって述べる。

実施例１：出力側ミラー出力側ミラーは、ヘリウム・ネオンレーザ管内で発振し
た６３２８人の光を一部取り出すため６３２８人での透
過率は通常１．０％から２．０％程度の範囲のもの、す
なわち反射率が９８．０％から９９．０％程度の範囲の
ものが要求される。透明ガラス基板ｌ上に形成された二
酸化チタン（Ｔ）と二酸化シリコン（Ｓ）の系から成り
同一中心波長を使用し、最終層の光学的膜厚がλ０／２
の構成、すなわちＳｕｂ、ｌ　　ｌ：Ｔ−８）、−Ｔ・
２ＳＩＡｉｒ−・・・■においてＸを変えた場合、出力
側ミラーとして使用し得るものすなわち、透過率が１．
０％から２．０％の範囲にあるものはＸ＝５つまり１２
層の場合しか、存在しないが、この時の３．３９μｍで
の反射率は７．５％と大きな値となってしまう。この欠
点を解決するため、次の多層膜構成、Ｓｕｂ。

Ｔ−ｎｓ・　Ｉ：Ｔ−８：）４−Ｔ−ｎｚＳＩＡｉｒ・
・・・・■を採用した。ここでｎ、＝：３．ｎ２＝８又
はｎ、５．ｎ２＝４あるいはｎ　＋”　７　ｒ　１２＝
２である。本構成において％　ｎ　＋　＝７　ｐ　ｎ　
ｔ　”　２の時の６３２８人での透過率は１．３％（反
射率は９８．７％）であり、３．３９μｍでの反射率は
０．３％と小さい値である。この場合の４００ｎｍから
８００　ｎｍの範囲の分光透過率の測定結果の一例を第
２図に示す。第２図で曲線４ａは縦軸のフルスケールが
１００％で、曲線４ｂは同フルスケールが１０％での表
示である。分光透過率の測定結果からも６３２８人での
透過率の値が約１．３％であることがわかる。また同じ
出力側ミラーの２．５μｍから５μｍまでの分光反射率
の測定結果を第３図に示す。３．３９μｍでの反射率の
値が０．３％であり、分光反射率曲線の反射率の極小値
付近に来ていることがわかる。

またｎ　＋　”　５　＋　ｎ　２　”　４の場合の６３
２８人の波長に対する透過率は１．３％（反射率は９８
．７％）であり、３．３９μｍの波長に対する反射率は
０．３％である。

さらにｎ１＝３．ｎ４＝６の場合の６３２８人の波長に
対する透過率は１．３％（反射率は９８．７％）であり
、３．３９μｍの波長に対する反射率は０．６％である
。

上記以外の場合では、例えばｎ　１＝　６　、　ｎ　２
＝　２のとき、６３２８Ａの波長に対しての反射率は９
５．３％になり、出射ミラーの条件を満たさない。

また、３．３９μｍの波長に対する反射率は１０％と大
きくなってしまう。

また、ｎ１＝７．ｎｚ３の場合は、３．３９μｍの波長
に対しての反射率は１％であるが６３２８人の波長に対
しての反射率が９７．４％となり、出射ミラーの条件を
満たさない。また、ｎ、＝７．　　ｎ２：ｌの場合は３
．３９μｍの波長に対する反射率は１．３％であり、６
３２８人の波長に対しての反射率は９７．４％となり、
本発明の目的する所望範囲から両方ともはずれている。

このように、本実施例の条件でのみ、３．３９μｍの波
長に対する反射率を１％以下とし、かつ６３２８人の波
長に対する反射率を出力ミラーの条件内に保つことがで
きる。

なお、全暦数を１０層以下とすると、６３２８人の波長
に対する反射率が９７％以下となり、使用できない。

実施例２：全反射側ミラー全反射側ミラーは６３２８人での反射率を極力大きくす
ることが望まれるが、通常９９．９％以上の反射率であ
れば実用的に問題なく使用される。

前記実施例１の構成■において、全反射側ミラーとして
使用し得るものすなわち、６３２８人の反射率が９９．
９％以上になるものはＸ＝１０．１１゜すなわち２２層
及び２４層の時である。この時の３．３９μｍでの反射
率は３％と大きな値となってしまう。この欠点を解決す
るため、次の多層膜構成Ｓｕｂ、ｌ　ＣＴ−３）＋＋−
Ｔ・７ＳＩＡｉｒ・・・”・■を採用した。本構成の時
の６３２８人での反射率は９９．９％を上回っており、
３．３９μｍでの反射率は０．１％と小さい値である。

この場合の４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の分光透過
率の測定結果を第４図に示す。第４図で曲線５ａは縦軸
のフルスケールが１００％で、曲線５ｂは同フルスケー
ルが１０％での表示である。

これから６３２８Ａでの透過率は殆んどゼロ、すなわち
反射率が殆んど１００％であることがわかる。また第５
図に同じ全反射側ミラーの２．５μｍから５μｍの範囲
の分光反射率の一例を示す。これより、３．３９μｍの
反射率が殆んど０％であり、分光反射率曲線の極値付近
に来ていることがわかる。

なお、上記構成で最終層の厚みが７・λ、／４より大き
くても、小さくても３．３９μｍの反射率が３％を越え
ることを確認した。

以上の実施例に述べた出力側ミラー及び全反射側ミラー
を用いて第６図に示すような５ｍＷ級の高出力ヘリウム
・ネオンレーザ管を作製した。第６図において、出力側
ミラーは、ガラス基板６上に前記実施例１の構成■の多
層膜７を形成１−たものであり、全反射側ミラーはガラ
ス基板８上に同じく■の多層膜９を形成したものである
。以上の高出力ヘリウム・ネオンレーザ管は、３．３９
μｍの波長に対する反射率を１％以下にしてその影響を
無視することができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、誘電体多層膜において高
屈折率物質に二酸化チタン、低屈折率物質に二酸化シリ
コンを用い、出力側ミラーの膜構成をＳｕｂ、１Ｔ−ｎ
、Ｓ　ｃ’ｒ−ｓ）４　　Ｔ−ｎｚＳＡｉｒここでｎ　
ｒ　＝　３　、　ｎ　２　＝　５またはＨ，＝５゜ｎ２
４．あるいはｎ、＝７．ｎ２−２であるものとし、且つ
、全反射側ミラーの膜構成をＳｕｂ。

ＣＴ−８］　＋ｒ−Ｔ・７ＳＩＡｉｒとして、この両ミ
ラーを用いることにより、高出力ヘリウム・ネオンレー
ザ管の３．３９μｍの波長の発振を阻止し、６３２８人
の波長の出力を増大できる効果がある。

また、本発明では、全反射側ミラー及び出力側ミラーの
両方が３．３９μｍでの反射率を抑えた膜構成である場
合につき詳細したが、一方のミラーだけに本発明のもの
を用いても、相当の効果がある。

また本発明は、高出力ヘリウム・ネオンレーザ管のみな
らず、１ｍＷ級等の他のヘリウム・ネオンレーザ管に使
用されることは言うまでもない。

曲線を示す図、第３図は本発明の出力側ミラーの２．５
μｍから５μｍの範囲の分光反射率曲線を示す図、第４
図は本発明の全反射側ミラーの４００ｎｍから８００ｎ
ｍの範囲の分光透過率曲線を示す図、第５図は本発明の
全反射側ミラーの２．５μｍから５μｍの範囲の分光反
射率曲線を示す図、第６図は本発明によるヘリウム・ネ
オン１ノ−ザ管を示す断面図である。

１．６．８・・・・・・ガラス基板、２・・印・高屈折
率物質、３・・・・・・低屈折率物質、４ａ、４ｂ・・
川・６３２８Ａでの透過率、５ａ、５ｂ・・・・・・３
．３９μｍでの反射率、７・・・・・・出力側誘電体多
層膜、９・・・・・・全反射側誘電体多層膜。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）誘電体多層膜からなる出力側ミラーおよび全反射
側ミラーを有するヘリウム・ネオンレーザ管において、
出力側ミラーは、基板上に形成された高屈折率物質と低
屈折率物質からなる１２層の多層膜を有し、該多層膜の
基板側から数えて第２層目及び最終層が低屈折率物質で
あり、その光学的膜厚が各々（λ＿０／４）×ｎ＿１及
び（λ＿０／４）×ｎ＿２（λ＿０は６３２８Åで、ｎ
＿１＋１ｎ＿２＝９の関数を満たしｎ＿１は３、５、７
のうちのひとつから選ばれた自然数）で他はすべてλ＿
０／４である誘電体多層膜を有していることを特徴とす
るヘリウム・ネオンレーザ管。
（２）前記全反射側ミラーは、基板上に形成された高屈
折率物質と低屈折率物質からなる多層膜を有し、該多層
膜の基板側から数えて最終層が低屈折率物質であり、そ
の光学的膜厚が（λ＿０／４）×７で、他は全てλ＿０
／４である誘電体多層膜を有していることを特徴とする
請求項（１）記載のヘリウム・ネオンレーザ管。
（３）前記高屈折率物質が酸化チタンであり、前記低屈
折率物質が酸化シリコンである請求項（１）記載のヘリ
ウム・ネオンレーザ管。
（４）前記全反射側ミラーの多層膜が２４層である請求
項（２）記載のヘリウム・ネオンレーザ管。