JPH03274779A - 狭帯域レーザ - 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」 この発明は狭帯域レーザに関するものである。

「従来の技術」 第８図は文献（５ＰＩＥ　６３３（１９８６）ｐ６）に
示された従来の狭帯域レーザの構成を示す図である。

図中、（１）は励起部、（２）は反射鏡、（３）は部分
反射鏡、１４＋は狭帯域化素子であるエタロンである。

次に各部の働きについて説明する。励起部（１）にエネ
ルギーが投入されると励起部では強い光か発生する。こ
の励起部をはさんで１反射１１１（２１と部分反射鏡（
３；からなる光共振器を構成すると、励起部より出た光
は共振器中を何度も往復するようＶＣ１する。その際、
光は励起部により増幅され、より強い光となる。光の一
部は部分反射鏡より光共振器外に取り出される。

ところで、レーザの内、半導体レーザや色素レーザある
いはエキシマレーザのスペクトルヲ調べてみると数ｎｍ
の広がりを持っている。このようなレーザでは光共振器
中に狭帯域素子を入れることによりスペクトルを狭くす
ることができる。

「発明が解決しようとする課題」 従来の狭帯域レーザは以上のように構成されていたので
、レーザ出力をＰ、部分反射鏡の反射率をｒとすると狭
帯域化素子中を次式で表されるレーザ出力より強い光が
通過する。

通過出力＝　（１＋ｒ）／（１−ｒ）・Ｐレーザ出力か
効率よく得られる反射率として工キシマレーザの場合ｒ
　＝　０．１から０．３であるか通過出力を下げるため
に０．１としてもレーザ出力の１．２倍の光出力がエタ
ロンを通過する。

狭帯域化素子の寿命は通過するレーザ出力か強くなるほ
ど短くなるので、狭帯域レーザの寿命を延ばすにはレー
ザ出力を低く抑え、大出力がほしい場合には別のレーザ
で増幅するか、あるいは部分反射鏡の反射率をできるだ
け小さくするしかなかった。

「課題を解決するための手段」 この発明に係わる狭帯域レーザは５ＰＩＥ　Ｖｏｌ。

６０９（１９８６）　Ｐ１６７に示されている偏光結合
共像器の考え方を利用したものである。この方式は図９
にあるように共振器中に波長板と偏光素子を挿入し、偏
光素子よりもれ出る光をレーザ出力として利用する方式
であるが、共振器中に光強度か強い”熱い領域”と呼ば
れる箇所と光強度の弱い２冷たい領域”が出現すること
に注目し、′冷たい領域°に狭帯域化素子を挿入したも
のである。

「作　用」 レーザ出力に対して狭帯域素子を通過する光強度の割合
か低下する。

「発明の実施例」 以下、この発明の一実施例について説明する。

第１図において、（１）は励起部、ｔ２１　ａ　、　ｂ
は反射鏡、（３１は部分反射鏡、（４）は狭帯域化素子
であるエタロン、（５）は偏光素子、！６１　Ｆ７１は
波長板、ここではλ／４板である。

次にこのレーザの動作を説明する。励起部にエネルギー
を投入すると、励起部からは光が発生する。この励起部
をはさんで反射鏡２　ｆａｔと部分反射鏡３からなる光
共振器を構成すると、光は増幅され強い光が発生する。

この光共振器中に波長を選択するための狭帯域素子であ
るエタロン４とエタロン４と励起部１の間に偏光成分を
選択する偏光素子５を挿入すると、偏光素子により選択
される直線偏光成分のみが光共振器を往復し、スペクト
ルが狭く、また、強い光が発生する。この光の一部は部
分反射鏡３よりλ／４板６にむけ放射される。

第２図はλ／４板の働きを説明する図である。λ／４板
は例えば水晶を適当な厚さに切断したり、フレネルロム
と呼ばれるプリズムを利用したものである。直線偏光は
λ／４板に入射した後、円偏光に変換される。この円偏
光が反射Ｍ　２　（ａｌて反射され、再びλ／４板を通
過すると始めの直線偏光とは直交する直線偏光となる。

第１図においてλ／４板通過後、直交する偏光成分を持
った光は再び励起部ｌを通り増幅された後、偏光素子Ｉ
Ｋ入射する。偏光素子では直交する偏光１１ｉｉ分はす
べて反射され、これがレーザ出力となる。この増幅後の
光がエタロンを通過しないためにエタロン通過出力はレ
ーザ出力にくらべ小さくなる。

偏光素子としては、Ｇｌａｎ　−Ｔｈｏｍｓｏｎプリズ
ムなどを利用すればよい。特に耐光強度が必要な場合に
は、接看剤を使用しないＧｌａｎ−Ｔａｙｌｏｒ　　プ
リズムや、プリズムの内部反射の利用などが考えられる
。

さて、部分反射鏡直前の光強度をＰＯ１部分反射鏡の反
射率をｒ、励起部を１回通過するときの増幅率をＧとす
ると次の式が成立する。

レーザ出力；　Ｐ　＝　（１−ｒ）’ＧＰＯエタロンを
通過する出力＝２ｒＧＰＯ ＝２ｒ／（１−ｒ）’Ｐ 狭帯域レーザの内、例えばエキシマレーザでは部分反射
鏡の反射率が０．１から０．３の間で効率よく出力が得
られ１反射率かｏ、ｏ４ｙ下になったり、ｏ、７以上に
なると効率が半減するため０．０４から０．７　の範囲
で適当な反射率を捜す必要かある。例えばｒ＝０．０４
とするとエタロンを通過する出力はレーザ出力の０．０
９倍になり、同じレーザ出力の場合は狭帯域化素子を通
過する出力が低下した分たけ、狭帯域化素子の寿命を長
くすることができる。ところが、ｒ　＝　０．３とする
と１．２２　倍となり従来方式と変わらなくなる。従っ
て、本実施例を使用するときの部分反射鏡の反射率は０
．０４１２を上、０．３以下に設定するのが良いと考え
られる。

λ／４板７は取り出されたレーザ出力を円偏光に変える
ためのもので、レーザ出力を利用して加工を行う場合に
は直線偏光より、円偏光の方が善い場合が多い。

また、この例ではレーザ出力を図中下向きに取り出した
が、反射鏡２ａとエタロンを図７の位置に配置し、レー
ザ出力を図の右方向に取り出してもよい。

第４図はこの発明の別の実施例で、反射＠２ａの代わり
に狭帯域化素子の１種であるグレーティングを用いた例
である。この場合でもグレーティングの長寿命化が期待
できる。さらに、狭帯域素子としてはプリズムや、複数
個の狭帯域化素子の組合せでもよいのはもちろんである
。

第５図はこの発明の別の実施例を示した図で、部分反射
鏡３を除き、２枚の反射ｆｉ２ａ、ｂで光共振器を構成
する。さらに偏光素子５の偏光選択能力を低下させ、直
交する直線偏光成分の一部を透過するようにしたもので
ある。例えば、Ｇｌａｎ　−Ｔｙ　１　ｏ　ｒプリズム
を光軸に関して回転させることにより実現できる。この
実施例の動作を図３．５を用いて説明する。

励起部１より発した光は偏光素子５に入射する。

第３図において、入射した光ＰＩＮの内、紙面と平行な
成分の割合をａ、紙面と直交する成分を（１−ａ）とし
、偏光の平行な成分に対するＩ！！過率をＴ１．直交す
る成分の透過率をＴ２とするとレーザ出力Ｐ＝　（ａ（
１−ＴＩ）＋（１−ａ）（１−Ｔ２））ＰＩＮエタロン
通過出力 ＝２（ａＴ１＋（１−ａ）Ｔ２）ＰＩＮ２（ａＴ１＋（
１−ａ）Ｔ２ＪＰ （ａ（１−Ｔｌ）＋（１−ａ）（１−Ｔ２））励起開始
直後は偏光に関してはランダムであるからａ　＝　０．
５である。Ｔ１＝　０．９　、　Ｔ２　＝０．１　　と
するとエタロン通過出力はレーザ出力の２＠である。た
だし、この時期の光強度は弱いので、狭帯域素子にダメ
ージを与えることはない。ところか、再び・励起部に実
る光の割合を考えるとＴ１が１に近い場合には紙面に平
行な成分の方がより多くなる、これか増幅され、λ／４
板６、反射鏡２ｂをへて再び偏光素子に入射するときに
は、第２図で説明した事により偏光Ｉｌｉ！分が逆転す
るから、紙面に直交する成分か圧倒的に増すことになる
。その結果、紙面に平行な入射光成分は小さくなる。ａ
　＝　０．０５となったとすると、エタロン通過出力は
上の式よりレーザ出力の０．３３　＠となる。

従って、励起開始直後は狭帯域素子を通る光の割合か多
いために狭帯域化が促進され、光か増幅されてくると狭
帯域化素子を通らずに光共振器外に出てゆく光の割合か
増加する。全体として、エタロンを通過する光の割合は
レーザ出力に比べて小さくなる。こうしたことはエキシ
マレーザのようにエネルギーか投入される時間か短いレ
ーザにおいて効率よく発振させるために有効である。

同じような効果は第５図においてλ／４板を回転するこ
とによっても実現できる。回転することにより２つの方
向の偏光成分が回転角に応して現れるか、紙面に垂直で
共振器を往復する成分の割合が０．０４から０．７にし
ておけば効率よく発振する。ただし、この場合でも割合
が０．４をこえるとエタロン通過の比率が従来の共振器
と同等になりこの実施例の意義かなくなる。

また、狭帯域化素子として複数個のエタロンを用いる場
合、複数のエタロンすべてを反射鏡２ｂと偏光素子５の
間に配置してもよいが、第６図のようにエタロンの内最
もＦＳＲが狭いものを部分反射ｍ３と反射１ｔ２ａ　の
間に配置してもよい。一般にＦＳＲの狭いエタロンはギ
ャップか広い。これを可干渉距離の短い光が通過しよう
としても透過できない。そこで、第６図のように部分反
射鏡３と反射鏡２ａ　より構成される共振器中にはギャ
ップか狭いために透過率の高いエタロンのみを入れる。

すると、光の強度はすべてのエタロンを共振器中に入れ
た場合より速く増加する。同時にレーザのスペクトルが
狭くなるために可干渉距離か長くなり、ギャップが広い
エタロンも透過できるようになる。この配置もエキシマ
レーザのようにエネルギーを投入する時間が短いレーザ
には有効である。

第７図はこの発明の別の実施例で、反射鏡として球面鏡
を用いた不安定型共振器中に前の実施例と同様の配置を
施したものである。この場合、エタロンを通過するレー
ザビームの径は小さいのでエタロンの面精度の良いとこ
ろだけを利用することができる、一方、増幅された光は
凸面鏡により拡大されて励起部を有効に利用することが
できる。

この場合においても部分反射鏡３かない構成としても上
記実施例と同様の効果を奏する。

「発明の効果」 以上のように、この発明によれば、狭帯域素子を通過す
る光出力を低くすることができたので、狭帯域素子の寿
命を増すことができた。また、大第１図はこの発明の１
実施例による狭帯域レーザを示す図、第２図はλ／４板
の働きを説明するための図、第３図は偏光素子の働きを
説明する図、第４、第５、第６、第７図はこの発明の別
の実施例を示す図、第８図は従来の狭帯域レーザを示す
図、第９図は偏光結合共振器の例を示す図である。

図中１は励起部、２は反射鏡、４は狭帯域素子、５は偏
光素子、６はλ／４板である。なお図中同一番号は同一
または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ媒質を励起し、光を発生させるための励起部と、
   部分反射鏡と第１の反射鏡とからなる光共振器と、該光
   共振器中に、配置された偏光素子と、該偏光素子と第１
   の反射鏡の間に配置された狭帯域化素子と該光共振器の
   外で部分反射鏡に対向して配置された波長板の第２の反
   射鏡を備えたレーザにおいて部分反射鏡の反射率を０．
   ０４以上０．３以下にしたことを特徴とする狭帯域レー
   ザ