JPH03233988A - Laser device - Google Patents
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、レーザー発振器から放射された高品質のレ
ーザービームな増幅するＭＯＰＡ （ＭａｓｔｅｒＯｓ
ｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）
技術に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a MOPA (MasterOs) amplifying high quality laser beam emitted from a laser oscillator.
(Cillator Power Amplifier)
It's about technology.
第２図は、従来のレーザー装置を示す構成図である。図
において、（１）はレーザー発振器、（２）はレーザー
発振器（１）から放射されたレーザービーム、（３）は
レーザービーム（２）のパルス幅を伸長させるパルス幅
伸長光学系、（４）はパルス幅伸長光学系（３）から出
射されたレーザービーム、（５）はレーザービーム（４
）のビーム径を増幅器（６）の増幅有効断面の径に変換
するビーム径変換光学系、（７）はビーム径変換光学系
（５）から出射されたレーザービーム、（８）は増幅器
（６）から出射されたレーザービームである。FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional laser device. In the figure, (1) is a laser oscillator, (2) is a laser beam emitted from laser oscillator (1), (3) is a pulse width expansion optical system that extends the pulse width of laser beam (2), and (4) is a laser beam emitted from laser oscillator (1). is the laser beam emitted from the pulse width stretching optical system (3), and (5) is the laser beam (4).
) is a beam diameter conversion optical system that converts the beam diameter of the amplifier (6) into the diameter of the amplification effective cross section of the amplifier (6), (7) is the laser beam emitted from the beam diameter conversion optical system (5), and (8) is the beam diameter of the amplifier (6). ) is a laser beam emitted from the
次に動作について説明する。レーザー発振器（１）から
放射されたパルス状の高品質な（ビーム径が小さく、パ
ルス幅が短く、発散角が小さい）レーザービーム（２）
をパルス幅伸長光学系（３）に入射させる。パルス幅伸
長光学系（３）は、第３図（ａ）に示すように、部分反
射鏡（３ａ）および全反射鏡（３ｂ）、（３ｃ）、（３
ｄ）。Next, the operation will be explained. Pulsed high-quality (small beam diameter, short pulse width, small divergence angle) laser beam (2) emitted from a laser oscillator (1)
is made incident on the pulse width expansion optical system (3). As shown in FIG. 3(a), the pulse width stretching optical system (3) includes a partial reflection mirror (3a) and total reflection mirrors (3b), (3c), and (3).
d).
（３ｅ）から構成されている。レーザービーム（２）は
、部分反射鏡（３ａ）を透過したレーザービーム（２ａ
）と、部分反射鏡（３ａ）で反射されたレーザービーム
（２ｂ）とに分割される。部分反射鏡（３ａ）で反射さ
れたレーザービーム（２ｂ）は、全反射鏡（３ｂ）、（
３ｃ）、（３ｄ）、Ｃ３６）で構成された遅延光路を伝
搬することによって、時間ρ／ｃ、 （βは光路長、Ｃ
は光速）だけ遅延され、再び部分反射鏡（３ａ）に入射
して部分反射鏡（３ａ）で反射される。時間Ｉ２／Ｃ遅
延されたレーザービーム（２ｃ）はレーザービーム（２
ａ）と重畳され、パルス幅伸長光学系に入射したレーザ
ービーム（２）のパルス幅は第４図のように伸長される
。なお、第４図は横軸に時間ｔ、縦軸にパワーＰを取っ
ており、（２ａ）（２ｃ）は重畳されるレーザービーム
を示している。パルス幅伸長光学系（３）に入射したレ
ーザービーム（２）のビーム径ｄ工、ビームの発散角（
全頂角）を０１とすると、部分反射鏡（３ａ）で反射さ
れたレーザービーム（２ｂ）は、光路長βを伝搬するこ
とによって、ビーム径βθ１増大し、ｄ１＋ρθ１にな
る。パルス幅伸長によって遅延されたレーザービーム（
２ｃ）の径と部分反射鏡（３ａ）を直接透過したレーザ
ービーム（２ａ）の径との比Ｄ１すなわちＤ ＋ ＝
（ｄ ｒ＋βθ＋）／ｄｔが大きくなればなるほど、パ
ルス幅伸長光学系（３）から出射されたレーザービーム
（４）の品質が悪くなる。(3e). The laser beam (2) is a laser beam (2a) that has passed through the partially reflecting mirror (3a).
) and a laser beam (2b) reflected by a partially reflecting mirror (3a). The laser beam (2b) reflected by the partial reflection mirror (3a) is reflected by the total reflection mirror (3b), (
3c), (3d), and C36), the time ρ/c, (β is the optical path length, C
is delayed by the speed of light), enters the partial reflecting mirror (3a) again, and is reflected by the partial reflecting mirror (3a). The laser beam (2c) delayed by time I2/C is the laser beam (2c).
The pulse width of the laser beam (2), which is superimposed with a) and is incident on the pulse width expansion optical system, is expanded as shown in FIG. In addition, in FIG. 4, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents power P, and (2a) and (2c) indicate superimposed laser beams. Beam diameter d of the laser beam (2) incident on the pulse width expansion optical system (3), beam divergence angle (
When the total apex angle) is 01, the laser beam (2b) reflected by the partial reflecting mirror (3a) propagates through the optical path length β, thereby increasing the beam diameter βθ1 to become d1+ρθ1. Laser beam delayed by pulse width stretching (
2c) and the diameter of the laser beam (2a) directly transmitted through the partially reflecting mirror (3a) D1, that is, D + =
The larger (d r+βθ+)/dt becomes, the worse the quality of the laser beam (4) emitted from the pulse width stretching optical system (3) becomes.
次いで、パルス幅伸長光学系（３）からビーム径変換光
学系（５）に入射したレーザービーム（４）の径は、ビ
ーム径変換光学系（５）から出射されるレーザービーム
（７）の径が増幅器（６）の増幅有効断面の径と一致す
るように変換されるビーム径変換光学系（５）から出射
されたレーザービーム（７）は増幅器（６）に入射され
てレーザー出力が増幅される。ただし、レーザービーム
（２Ｃ）の径とレーザービーム（２ａ）の径との比Ｄ１
が大きくなればなるほど増幅器（６）に入射するレーザ
ービーム（７）の品質が悪くなり、増幅器（６）におけ
る励起領域の利用率が低下する。その結果、増幅器（６
）から出射されたレーザービーム（８）のビーム品質お
よび出力が低下する。Next, the diameter of the laser beam (4) that entered the beam diameter conversion optical system (5) from the pulse width expansion optical system (3) is the diameter of the laser beam (7) emitted from the beam diameter conversion optical system (5). The laser beam (7) emitted from the beam diameter conversion optical system (5) is converted so that it matches the diameter of the amplification effective cross section of the amplifier (6), and the laser beam (7) is input to the amplifier (6) where the laser output is amplified. Ru. However, the ratio D1 of the diameter of the laser beam (2C) and the diameter of the laser beam (2a)
The larger the value, the worse the quality of the laser beam (7) entering the amplifier (6), and the lower the utilization rate of the excitation area in the amplifier (6). As a result, the amplifier (6
) the beam quality and power of the laser beam (8) emitted from the laser beam (8) is reduced.
従来のレーザー装置は以上のように構成されているので
、レーザービームの品質が悪くなり、レーザー出力が低
くなるなどの問題点があって。Conventional laser devices are configured as described above, but there are problems such as poor quality of the laser beam and low laser output.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、レーザービームの品質が高くなり、且つ、レ
ーザー出力が高くなるレーザー装置を得ることを目的と
する。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a laser device with high quality laser beam and high laser output.
〔課題を解決するための手段］
この発明に係るレーザー装置は、レーザー発振器とパル
ス幅伸長光学系との間にビーム径拡大光学系を配設した
ものである。[Means for Solving the Problems] A laser device according to the present invention has a beam diameter expansion optical system disposed between a laser oscillator and a pulse width expansion optical system.
［作用〕
この発明において、パルス幅伸長光学系に入射するレー
ザービームの径はビーム径拡大光学系により拡大され、
パルス幅伸長光学系を出射するレーザービームの品質が
良くなり、増幅器から出射されるレーザービームは高品
質・高出力になる。[Function] In this invention, the diameter of the laser beam incident on the pulse width expansion optical system is expanded by the beam diameter expansion optical system,
The quality of the laser beam emitted from the pulse width stretching optical system is improved, and the laser beam emitted from the amplifier has high quality and high power.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）、（２）、（３）。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, (1), (2), (3).
（４）、（５）、（６）、（７）および（８）は上記従
来装置を示した第２図において示した同符号で示すもの
と同等のものである。次に（１１）はレーザー発振器（
１）とパルス幅伸長光学系（３）との間に配設されたビ
ーム径拡大光学系、（１２）はビーム径拡大光学系（１
１）から出射したレーザービームである。(4), (5), (6), (7) and (8) are equivalent to those indicated by the same reference numerals in FIG. 2 showing the conventional device. Next, (11) is a laser oscillator (
(12) is a beam diameter expansion optical system disposed between the beam diameter expansion optical system (1) and the pulse width expansion optical system (3).
This is the laser beam emitted from 1).
上記のように構成されているレーザー装置においては、
レーザー発振器（１）から放射されたレーザービーム（
２）の径ｄ、は、例えば凹レンズ（ｌｌａ）と凸レンズ
（ｌｌｂ）から成るビーム径拡大光学系（１１）によっ
てｄ２に拡大される。In the laser device configured as above,
Laser beam (
The diameter d of 2) is expanded to d2 by a beam diameter expanding optical system (11) comprising, for example, a concave lens (lla) and a convex lens (llb).
レーザービーム（２）の発散角（全頂角）を０１とする
と、径ｄ２に拡大されたレーザービーム（１２ンの発散
角θ２はθ２ｄ２＝θＩｄｌで表わされる。ビーム径ｄ
２、発散角θ２のレーザービーム（１２）はパルス幅伸
長光学系（３）に入射する。パルス幅伸長光学系（３）
は、上記の従来装置の動作説明において第３図（ａ）に
記述したものと同様である。従って第３図（ｂ）に示す
ようにレーザービーム（１２）は、部分反射鏡（３ａ）
を透過したレーザービーム（１２ａ）と、部分反射鏡（
３ａ）で反射されたレーザービーム（１２ｂ）とに分割
される。部分反射鏡（３ａ）で反射されたレーザービー
ム（１２ｂ）は、全反射鏡（３ｂ）、（３ｃ）、（３ｄ
）、（３ｅ）で構成された遅延光路を伝搬することによ
って、時間ρ／Ｃ（βは光路長、Ｃは光速）だけ遅延さ
れ、再び部分反射鏡（３ａ）に入射して、部分反射鏡（
３ａ）で反射される。再び部分反射されたレーザービー
ム（１２ｃ）はレーザービーム（１２ａ）と重畳され、
レーザービーム（１２）のパルス幅は伸長される。部分
反射鏡（３ａ）で反射されたレーザービーム（１２ｂ）
は、長さ４の遅延光路を伝搬することによってビーム径
がρθまたけ増大し、ｄ２十ρθ２になる。部分反射鏡
（３ａ）において、遅延されたレーザービーム（１２ｃ
）の径と部分反射鏡（３ａ）を直接透過したレーザービ
ーム（１２ａ）の径の比Ｄ２はＤｚ＝（ｄ２＋β０２）
／ｄ２で表わされる。ただし、ビーム径拡大光学系（１
１）を用いない場合のビーム径の比Ｄ１は、すでに記述
したようにＤ＋＝（ｄ＋＋ρθｌ／ｄ、！である。If the divergence angle (total apex angle) of the laser beam (2) is 01, the divergence angle θ2 of the laser beam (12) expanded to a diameter d2 is expressed as θ2d2=θIdl.Beam diameter d
2. The laser beam (12) with a divergence angle θ2 enters the pulse width expansion optical system (3). Pulse width extension optical system (3)
is the same as that described in FIG. 3(a) in the explanation of the operation of the conventional device described above. Therefore, as shown in FIG. 3(b), the laser beam (12) is directed to the partially reflecting mirror (3a).
The laser beam (12a) transmitted through the partially reflecting mirror (
3a) and the reflected laser beam (12b). The laser beam (12b) reflected by the partial reflection mirror (3a) is reflected by the total reflection mirror (3b), (3c), (3d
), (3e), it is delayed by time ρ/C (β is the optical path length, C is the speed of light), enters the partial reflecting mirror (3a) again, and is reflected by the partially reflecting mirror (3a). (
3a). The partially reflected laser beam (12c) is again superimposed on the laser beam (12a),
The pulse width of the laser beam (12) is stretched. Laser beam (12b) reflected by partially reflecting mirror (3a)
By propagating through a delay optical path with a length of 4, the beam diameter increases by ρθ and becomes d2 + ρθ2. In the partially reflecting mirror (3a), the delayed laser beam (12c
) and the diameter of the laser beam (12a) directly transmitted through the partially reflecting mirror (3a) D2 is Dz=(d2+β02)
/d2. However, the beam diameter expansion optical system (1
As described above, the beam diameter ratio D1 when 1) is not used is D+=(d++ρθl/d,!).
例えば、レーザービーム（２）をｄ、＝１０ｍｍθ、＝
１ｍｒａｄとし、遅延光路長βを５ｍとしたとき、ビー
ム径拡大光学系を配設しないときのビーム径の比Ｄ１は
ＤＩ＝１．５となる。ビーム径拡大光学系（１１）を配
設して、ビーム径を１．５倍２倍、３倍に拡大したとき
、ビーム径の比Ｄ２はそれぞれ１．２２．１．１３．１
．０６になる。従って、ビーム径拡大光学系（１１）に
よってビーム径を拡大することにより、ビーム径変換光
学系（５）に入射するレーザービーム（４）の品質が良
くなる。この結果、増幅器（６）に入射するレーザービ
ーム（７）の品質が向上するために増幅器（６）におけ
る励起領域の利用率が向上し、高品質で高出力のレーザ
ービーム（８）が得られる。For example, the laser beam (2) is d, = 10 mmθ, =
When the delay optical path length β is 1 mrad and the delay optical path length β is 5 m, the beam diameter ratio D1 when the beam diameter expansion optical system is not provided is DI=1.5. When the beam diameter expanding optical system (11) is installed and the beam diameter is expanded by 1.5 times, 2 times, and 3 times, the beam diameter ratio D2 is 1.22, 1, 13, and 1, respectively.
．． It will be 06. Therefore, by enlarging the beam diameter with the beam diameter expansion optical system (11), the quality of the laser beam (4) incident on the beam diameter conversion optical system (5) is improved. As a result, the quality of the laser beam (7) incident on the amplifier (6) is improved, which improves the utilization of the excitation region in the amplifier (6), resulting in a high-quality, high-power laser beam (8). .
なお、上記実施例ではパルス幅伸長光学系（３）と増幅
器（６）との間にビーム径変換光学系（５）を設けたも
のを示したが、増幅器（６）の増幅有効断面の径が大き
い場合には、ビーム径変換光学系（５）を設けずに、ビ
ーム径拡大光学系（１１）によって増幅器（６）に入射
されるレーザービーム（７）の径を増幅器（６）の増幅
有効断面の径と一致させてもよい。In the above embodiment, the beam diameter conversion optical system (5) is provided between the pulse width extension optical system (3) and the amplifier (6), but the diameter of the effective amplification cross section of the amplifier (6) is large, the diameter of the laser beam (7) incident on the amplifier (6) is amplified by the beam diameter expansion optical system (11) without providing the beam diameter conversion optical system (5). It may be made to match the diameter of the effective cross section.
また、上記実施例では、ビーム径拡大光学系（１１）を
構成する光学部品として凹レンズ（１１ａ）と凸レンズ
（ｌｌｂ）を設けた場合について説明したが、２枚の凸
レンズを設けた場合でも、上記実施例と同様の効果を奏
する。Further, in the above embodiment, a case was explained in which a concave lens (11a) and a convex lens (llb) were provided as optical components constituting the beam diameter expanding optical system (11), but even when two convex lenses are provided, the above The same effects as in the embodiment are achieved.
以上のように、この発明によればレーザー発振器とパル
ス幅伸長光学系との間にビーム径拡大光学系を配設した
ので、高品質で高出力のレーザービームが得られる効果
がある。As described above, according to the present invention, since the beam diameter expanding optical system is disposed between the laser oscillator and the pulse width expanding optical system, it is possible to obtain a high quality and high output laser beam.
第１図はこの発明の一実施例によるレーザー装置の構成
図、第２図は従来のレーザー装置の構成図、第３図はパ
ルス幅伸長光学系を詳細に説明するための図、第４図は
パルス幅伸長光学系によりパルス幅が伸長されたパルス
を説明するための図である。
図において、（１）はレーザー発振器、（３）はパルス
幅伸長光学系、（５）はビーム径変換光学系、（６）は
増幅器、（１１）はビーム径拡大光学系である。
なお、図中同一符号は同一、または相当部分を示す。FIG. 1 is a configuration diagram of a laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional laser device, FIG. 3 is a diagram for explaining the pulse width extension optical system in detail, and FIG. 4 FIG. 2 is a diagram for explaining a pulse whose pulse width has been expanded by a pulse width expansion optical system. In the figure, (1) is a laser oscillator, (3) is a pulse width expansion optical system, (5) is a beam diameter conversion optical system, (6) is an amplifier, and (11) is a beam diameter expansion optical system. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
からなるレーザー装置において、レーザー発振器とパル
ス幅伸長光学系との間にビーム径拡大光学系を配設した
ことを特徴とするレーザー装置。(1) A laser device comprising a laser oscillator, a pulse width expansion optical system, and an amplifier, characterized in that a beam diameter expansion optical system is disposed between the laser oscillator and the pulse width expansion optical system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024890A JP2940050B2 (en) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | Laser equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024890A JP2940050B2 (en) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | Laser equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03233988A true JPH03233988A (en) | 1991-10-17 |
| JP2940050B2 JP2940050B2 (en) | 1999-08-25 |
Family
ID=12298410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3024890A Expired - Fee Related JP2940050B2 (en) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | Laser equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2940050B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005148550A (en) * | 2003-11-18 | 2005-06-09 | Gigaphoton Inc | Optical pulse expander and discharge exciting gas laser device for exposure |
| JP2011215540A (en) * | 2010-04-02 | 2011-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | Wavelength conversion device and wavelength conversion laser device using the same |
-
1990
- 1990-02-08 JP JP3024890A patent/JP2940050B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005148550A (en) * | 2003-11-18 | 2005-06-09 | Gigaphoton Inc | Optical pulse expander and discharge exciting gas laser device for exposure |
| JP2011215540A (en) * | 2010-04-02 | 2011-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | Wavelength conversion device and wavelength conversion laser device using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2940050B2 (en) | 1999-08-25 |
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Legal Events
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