JPH03283685A - 不安定共振器型レーザ装置 - 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】 ［Ｍ）東上の利用分野〕 この発明は、ガスレーザ、化学レーザ、固体レーザ、色
素レーザ、半導体レーザなどのレーザ装置に関し、特に
共焦点不安定共振器を用いたレーザ装置の出力側ミラー
の形状に関するものである。　　〔従来の技術〕 共焦点不安定共振器は２つの球面鏡により構成されるレ
ーザ共振器であり、この不安定共振器を共振器として用
いると、基本モードの単一発振が容品に行える、取り出
されるレーザビームの拡がり角を小さくできるなどの利
点があり、かかる不安定共振器はガスレーザ、化学レー
ザ、固体レーザ、色素レーザ、半導体レーザなどの各種
レーザに用いられている。

かかる共焦点不安定共振器の従来の構成を第７図および
第８図に示す。第７図は正ブランチ型の不安定共振器で
あり、レーザ出力取り出し側に配置される断面円形の凸
面鏡１と、凹面鏡２とで共振器を構成している。また、
第８図は負ブランチ型の不安定共振器であり、レーザ出
力取り出し側に配置される断面円形の凹面鏡３と、凹面
鏡２とで共振器を構成している。これらの共振器におい
ては、凸面鏡１と凹面鏡２の焦点位置ｆ１を一致させ、
また凹面鏡３と凹面鏡２の焦点位置ｆ２を一致させてい
る。また、これら第７図および第８図において、４はレ
ーザ媒質が励起される領域を模式的に示したものであり
、この領域４の一部または全部が励起されレーザ放出に
利用される。

すなわちこれらの不安定共振器においては、レーザ出力
取り出し側に配置されるミラー１または３に入射したレ
ーザ発振の種となる光はこのミラー１または３て反射し
拡大されて凹面鏡２に入射され再び反射される。この間
に前記種となる光は励起されたレーザ媒質中を進みなが
ら誘導放出を繰り返すことにより増幅され、ミラー１ま
たは３の周りから出力レーザ光ＬＺとして取り出される
。

ここで、この場合は前述したように共焦点としている・
ので、出力レーザビームＬＺは基本モードの単一光であ
り、ビームの拡がりも小さく、回折限界に近い平行光が
得られる。

第９図は第７図の正ブランチ型の不安定共振器を注入同
期型のレーザ装置に用いた例を示すもので、増幅段レー
ザ６として機能する正ブランチ型の不安定共振器と、通
常レーザまたは狭帯域化等が施された発振段レーザ５と
からなっている。発振段レーザ５から出射されたレーザ
光は凹面鏡２の中央に開けられた小穴７を介して種の光
とじて増幅段レーザ６に入射され、前記同様にして増幅
され出力光ＬＺとして取り出される。すなわち、注入同
期型のレーザ装置によれば、微弱なレーザ光を分光学的
な光の性質を保ったまま大口径大出力のレーザ光に増幅
することかできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、これらの不安定共振器を用いたレーザ装置に
おいては、効率よくレーザ光を取り出すためには出力レ
ーザビームの断面をレーザ媒質中の励起された空間４の
光軸に垂直な断面に一致させる必要がある。しかしなが
ら、従来の不安定共振器では、レーザ出力取り出し側に
配置されるミラー１または３の断面形状は円形である。

すなわち、前記励起された空間４の断面が円形の場合は
、従来のように断面円形のミラー１または３を使っても
これをレーザビームの形状に一致させることができるが
、通常多くのレーザ装置の励起空間４の断面形状は方形
である。

したがって、従来装置においては以下のような不具合が
発生する。第１０図（ａ）、（ｂ）は出力レーザビーム
ＬＺとレーザ媒質励起空間４を光軸方向から見た断面形
状を示すもので、第１０図（ａ）のように円形のレーザ
ビームＬＺの断面よりもレーザ媒質励起空間４のほうが
大きい場合は、円形の外にあるレーザ媒質励起空間（左
下がりＩ＼ッチング部分）８は自然放出光を出すだけで
、この部分はレーザ光として有効に光を取り出すことは
できないという問題がある。

また、第１０図（ｂ）に示すように、レーザ媒質励起空
間４のほうが円形のレーザビームＬＺの断面よりも小さ
い場合には、レーザ媒質励起空間４の外にある領域部分
（右下がりＩ＼ラッチング分）０のレーザ出力は励起さ
れていない空間を通ってきたものであるため、レーザの
光強度がレーザ媒質励起空間４内のレーザ光（クロスハ
ツチング部分）に比べて非常に弱く、均一なレーザ出力
を得られないという問題がある。なお、ＳＤは出力ミラ
ー１．３による影である。

このように従来装置においては、不安定共振器のミラー
１．３に円形のミラーを用いているので、このミラー形
状がレーザ媒質励起空間の方形の断面形状と一致せず、
均一なレーザ光を効率よく取り出すことができないとい
う問題がある。

この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、均
一なレーザ光を効率よく取り出すことができる不安定共
振器型レーザ装置を提供することを１１的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、２つの球面鏡により共振器を構成してレ
ーザ発振を行う不安定共振器型レーザ装置において、前
記２つの球面鏡のうちのレーザ出力側に配置される球面
鏡のレーザ光軸に垂直な断面形状を略方形とするように
する。

〔ｆ′１川〕 用−ザ媒質が励起されるレーザ媒質励起空間領域のレー
ザ光軸に垂直な断面形状は通常方形であり、これにより
レーザ出力側に配置される球面鏡の断面形状をほぼ一致
させることで、レーザ出力の均一化および効率良いレー
ザ出力の取り出しを実現する。

〔実施例〕

以下この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳細
に説明する。

第１図はこの発明の実施例を示すもので、先の第７図乃
至第９図に示したものと同一の構成要素については同一
符号を付しである。この実施例では、凹面鏡２とレーザ
出力側りたし側に配される凸面鏡１０とで正ブランチ型
の不安定共振器を構成している。かかる不安定共振器構
成において、凸面鏡１０の断面形状をレーザ媒質励起空
間４の断面形状と一致させている。すなわち、凸面鏡１
０の断面形状は、第２図に拡大して示すように、レーザ
媒質励起空間４の断面形状と同じ、方形としている。も
ちろん、凸面鏡１０と四面１’１２との焦点位置は一致
させである。

かかる構成において、ミラー１０に入射したレーザ発振
の種となる光は、該ミラー１ｏによって反射され、拡大
されながら励起されたレーザ媒質空間４中を進む。この
間に前記種となる光は誘導放出を繰り返すことにより増
幅されて凹面鏡２に入射される。

ここで、この実施例構成では、凸面鏡１０の断面形状を
レーザ媒質励起空間４の断面形状と一致させた方形状と
している。したがって、凹面鏡２に入射されたレーザビ
ームの断面形状とレーザ媒質励起空間′４の断面形状と
が第３図に示すように一致させることができる。そして
、凹面ｖＬ２で平ｉｊビームとして反射されたレーザ光
は、レーザ媒質励起空間４のほぼ全域を通過して増幅さ
れた後、ミラー１０の周りから出射される。ＳＤはこの
ミラー１０による影である。このように、この実施例で
は、凸面鏡１０の断面形状をレーザ媒質励起空間４の断
面形状と一致させた方形状としているので、レーザ光Ｌ
Ｚをレーザ媒質励起空間４のほぼ全域から取り出すこと
ができるようになり、均一かつ大出力のレーザ光を効率
よく得ることができる。また、２つの反射鏡を用いて不
安定共振器を構成する場合、２つの反射鏡の軸を光軸に
一致させると、出力されるレーザ光の中央には第３図に
示すような影ＳＤができるが、この実施例では凸面鏡１
０の断面形状をレーザ媒質励起空間４の断面形状と一致
させた方形状としているので、凸面鏡１０を必要最小限
の大きさとすることができ、これによりこの影ＳＤの部
分の大きさも小さくすることができる。

この第１図の実施例はレーザ出力側に配されるミラーと
しての凸面鏡１０を用いた正ブランチ型の不安定共振器
について示したが、先の第８図に示したように、この凸
面鏡１０の代わりに凹面鏡を用いた負ブランチ型の不安
定共振器の場合にも、この凹面鏡を方形状とすることで
、前記実施例と同等の効果を得ることができる。

第４図は本発明による不安定共振器を放電励起型のエキ
シマレーザの共振器に用いた例を示すもので、このエキ
シマレーザは２気圧程度のレーザガスを封入したレーザ
チャンバ２ｏ内に設置している一対の対向した放電電極
２１間のグロー放電によりレーザガスを励起してレーザ
出力を取り出すようにしている。このエキシマレーザの
場合、自然発振時の出力レーザビームの断面形状は前記
放電電極２１の形状、配置態様を反映して、矩形であり
、この場合、２０Ｘ１０關のビームサイズを持つものと
する。この場合、凹面鏡２および凸面鏡１０から成る共
振器は市ブランチ型で、共振器長は１３５０　ｔｎ■、
共振器の拡大率は１ｏとする。

凹面鏡２は焦点距離１５００ｓ−で、直径３０龍程１、
釦の全反射鏡とし、凸面鏡１ｏは焦点側１１ｉ１１５０
順、縦２ＩＩＩＩＳ横１　ａｍの断面長方形の全反射鏡
とする。２２はウィンドウである。

この様な構成の不安定共振器を用いた場合、凸面鏡１０
で反射拡大されて凹面鏡２に入射し、さらにこの凹面鏡
２で反射されるレーザビームＬＺはその断面サイズが２
０×１０１ＩＩＩｌの１行光となり、２つの球面鏡の位
置を調整することで放電により励起された領域２３とレ
ーザビームの通過する領域をほぼ一致させることができ
、大目径、均一出力のレーザ光を効率よく取り出すこと
ができる。

このような断面方形状の凸面鏡または凹面鏡を製造する
場合は、第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、小型の球
面基板１５の表面に反射コーティング３１を施す方法と
、第６図（ａ）、（ｂ）に示スように、大型のヌルレン
ズ３２の一部に反射コーティング３１を施す方法との２
つがあるなお、本発明は、エキシマレーザ以外のガスレ
ーザ、さらに化学レーザ、固体レーザ、色素レーザ、半
導体レーザにも適用可能であり、また、第９図に示した
ような注入同期型のレーザ装置にも適用できる。

さらに、上記実施例では、レーザ出力側に配されるミラ
ー１０の断面形状を方形状としたが、正確に方形を取る
必要はなく、例えば少々丸みを持った方形としてもよく
、要するに略方形状をしていればよい。

【発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、共焦点不安定共
振器を用いたレーザ装置において、出力ミラーの断面形
状をレーザ媒質励起空間の断面形状と同じ方形状とする
ようにしたので、均一なレーザ出力を効率よく取り出す
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図は出力
側ミラーの拡大図、第３図は実施例の作用の説明図、第
４図はこの発明をエキシマレーザに適用した例を示す図
、第５図および第６図は出力側ミラーの製造方法を示す
図、第７図乃至第９図は従来装置をしめす図、第１０図
は従来装置の作用の説明図である。 １．３．１０・・・出力ミラー　　２・・・凹面鏡４・
・レーザ媒質励起空間　　ＬＺ・・・レーザ光（ａ） （ｂ） 第５図 （Ｑ） （ｂ） 第６図 第８図 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの球面鏡により共振器を構成してレーザ発振を行う
   不安定共振器型レーザ装置において、前記２つの球面鏡
   のうちのレーザ出力側に配置される球面鏡のレーザ光軸
   に垂直な断面形状を略方形とするようにしたことを特徴
   とする不安定共振器型レーザ装置。