JPH0362579A - レーザシステム - 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〕 本発明はレーザシステムにおける特別値からなる安定光
学共鳴装置の改良に関する。本発明によれば、レーザシ
ステムにおいて、レーザ光線を発する媒体の環状形状に
適する安定共鳴器が設けられ、内部くぼみ要素としてワ
キシコンまたはアキシコンが用いられる。新規なシステ
ムは多数の利点を有し、これらの利点の一つにはコンパ
クト、円筒、非環状高品質出力ビームを備える安定動作
の達成がある。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕レー
ザの多様性において、レーザ光線を発する媒体の環内筒
形状が用いられる。このため、高出力レーザの特別の利
点（化学、電気的または光学的に押し込められる）が公
表されている。環状形状はコンパクト設計を可能にし、
効率的なガス冷却、ガス更新、押し込み均−性等を可能
にする。

環状形状はコンパクトビーム領域がどこで要求され、該
モードが軸上のどこで起こるかという単一低位横波モー
ド動作の発生を複雑にするという欠点を有する。フィー
ドバックによってコンパクト領域のモードが環状領域の
放射を制御する。

低位単一横波モードが達成可能である中央ビーム領域を
得る一つの方法は、環状ビームをコンパクト円筒のもの
に変換するアキシコンまたはワキシコン形の内部くぼみ
要素を付加的に使用することであり、逆もまた同じであ
る。内部くぼみ要素としてアキシコンまたはワキシコン
が使用される不安定共鳴器はよく知られている。このよ
うな不安定な共鳴器は光学機械の不安定性および光学要
素の誤アライメントに非常に鋭敏である。この鋭敏性は
いくつかの環境条件下で動作する産業レーザに関して特
に重要な問題になる。これまで、この鋭敏性を克服する
手段の１つは平坦フィードバック鏡を、−またはニオー
ダの大きさ・たけ光学アライメント感度を減少させる角
逆反射器に置換することであった。大体積および高出力
を有するｃｏ２形の産業レーザに関して、該角逆反射２
＝の使用は高価であるといってもよい。相対的に短いゲ
イン媒体に関して、不安定共鳴器は十分に適していない
。出力結合係数が低くすることを求められると、このた
め二つの問題が生じる： （ｉ）横波モード識別の品質低下、および不安定共鳴器
の利点のいくつかの損失二 （ｉｉ　）産業上の適用に対して不利益である薄環出カ
ビームの発生。

〔課題を解決するための手段および作用１本発明は多様
なレーザシステムにおいて使用される安定光学共鳴器に
関する。本発明は、レーザシステムにおいてレーザ光線
を発する媒質の環形状に適する不安定共鳴器に関し、内
部くぼみ要素としてワキシコンまたはアキシコンを含む
。結果としてのレーザシステムは高性能を与えるもので
ありまたむしろコンパクト形状からなるものである。本
発明の好ましい実施例によるレーザシステムは二つの同
心管状同軸電極間の環ゲイン領域を含む。該二つの円筒
電極は適切な絶縁機械部材によって一定位置に保持され
る。前記円筒電極は中空、二重壁構造からなり、そのた
め適切な冷却媒質が循環可能である内部空間を提供する
。環ゲイン領域の端部の一方にガスまたはガス混合物を
導入する手段が設けられる。環ゲイン領域の両端に適切
な物質の円形窓、例えばベローシール鏡取付部に置換さ
れうるＺｎ５ｅが設けられる。ＲＦ電源を二つの電極へ
印加する手段が設けられ、それ故、ゲイン領域のガス混
合物において放電を確立する。

ゲイン領域の両側に、円筒軸に垂直で、平坦環フィード
バック鏡がそれぞれに設けられ、他端に軸に垂直にワキ
シコンが設けられる。環平坦鏡によって形成される中央
領域に凹面出力カプラが設けられる。アクティブ媒質か
らのレーザービームが環形状を有しさらにＺｎ５ｅ窓の
第１を経て離れまたワキシコンに到着し、そこで出力カ
プラに向けて反射される円筒ビームへ変換され、そこか
ら該ビームの一部が出力ビームとして該システムを離れ
、一方一部が再びその形状を環形状へ変換するワキシコ
ンに向けて後方へ反射され、平坦環フィードバック鏡に
向けられて、環ゲイン領域の増幅を受け、再び後方に反
射され、ゲイン領域の増幅をさらに受け、ワキシコンに
再び向けられ、そこでその形状が円筒のものに再び変化
する。放電および光増幅はレーザ光線を発する領域（ゲ
イン領域）で生じる。該ビームが円筒であるコンバクＨ
Ｈ域はモード制御が実施される領域になる。この領域で
はさらに回折現象によって、該ビームは高品質の低位モ
ードを達成するように制御される。この方法は、レーザ
光線を発するアクティブ媒質の環口径の回折フィルタリ
ング性質によって高められる。このシステムの光学共鳴
器は折りたたまれた共鳴器として口・ツク可能であり、
そこでは折りたたまれた要素はワキシコンである。下記
のようにたのシステムの波伝播分析の結果が与えられる
。

第１（ａ）図は光学機械不安定性および該システムの光
学要素のわずかな誤アライメントに対し感度が高い内部
空洞ワキシコンを含む不安定共鳴器の形状を示す。この
図において、Ａは平坦フィードバック鏡、Ｂはレーザ光
線を発する環媒質、Ｃはワキシコン、Ｄは平坦折りたた
み環境、Ｅはスクレーパ鏡、Ｆは白焼、０は低位横波モ
ードで環出力ビームである。

第１　（ｂ）図は角立方体逆反射器の使用のために光学
機械不安定およびわずかな誤アライメントに対して感度
が低い内部くぼみワキシコンを具備する不安定共鳴２３
（ＡＤＣＦ）を示す。この図に示される要素は二角立方
体逆反射器Ａ；　レーザ光線を発する環媒質Ｂ；ワキシ
コンＣ；平坦折りたたみ鏡り；スクレーパＥ；凸！ＪＩ
　Ｆ　；および低体積横波モードの環出力ビームＯであ
る。

第１（Ｃ）図は囲焼のため光学機械不安定および光学要
素のある誤アライメントに対して感度が実質的に低下す
る内部くぼみワキシコンを具備する安定共鳴器を示す。

この図のシステムは平坦フィードバックｖｌＡ、レーザ
光線を発する環媒質Ｂ、ワキシコンＣ５平坦折りたたみ
鏡りおよび凹面出力鏡Ｆを含み；０は出力（低体積横波
モード）ビームである。

〔実施例〕

本発明は一定尺度に従わない概略図を参照してのみ例に
よって説明する。

第２図を参照して説明する。本発明のレーザシステムは
１対の同心金属電極ｌおよび２を組み合わせて含み、該
電極間にはゲイン領域５が設けられ、前記同心電極はセ
ンタリング部材１２および３によって保持される。二つ
の電極ｌおよび２は中空でありまた、それぞれにはチャ
ンネル４および６が設けられ、それぞれ、冷却流体が循
環する。

電極１および２は絶縁リング３および１２によって互い
に絶縁される。レーザ光線を発するガスは人口ポート８
から領域５に入れられ出口ポート１２からこの領域を離
れる。該システムの軸に垂直であって二つの平坦なＺｎ
５ｅ窓が設けられ、一方、１４はレーザシステムの一端
に、他方、１５はその他端に位置する。これらは窓取付
部１１によって一定場所に保持され、そのため外気から
ゲイン領域から隔離する。ＲＦ電源を電極１および２へ
印加する手段が設けられ、領域５のガス状媒体における
放電を確立する。レーザ光線を発する過程はワキシコン
（ｗａｘｉｃｏｎ）　　１８を介在する環平坦フィード
バック鏡２０および凹面出力カプラー１７の間で生じる
。

Ａのアクティブ媒体からのビームは環形状を有し、Ｚｎ
５ｅ窓１５を通過し、Ｂのワキシコン１８に到着し、そ
こからＣへさらに出力カプラー１７へ反射される。Ｂお
よびＣでの二つの反射後、該ビームは円筒ビーム１６の
形状をする。領域ＣＤは「コンパクトＳＩＩ域」とよば
れ、一方領域ＢＦは「環領域」とよばれる。円筒ビーム
は出力カプラー１７に向けられ、ここでＤでビームの一
部が伝送され、出力レーザを構成し、前記ビームの一部
がワキシコン１８へ向けて後方に反射され、ＣおよびＢ
で二つの反射を受け、環形状にもどり、環状ビームがフ
ィードバックｍ２０の方向に伝達され、環状ゲイン領域
５を通過し、ここで光学的増幅を受ける。該ビームはＨ
で第２のＺｎ５ｅ窓を経てＦのフィードバック鏡２０へ
通過する。環ビームは鏡２０によって再び反射され、領
域５を通過し、光学的増幅を再び受け、ワキシコン１８
へ向けて伝達され、ここで該ビームはコンパクトな円筒
形状に再び変えられる。放電および光増幅は環状のレー
ザ光線を発する領域５に生じ、領域ＣＤはモード制御が
なされる場所である。領域ＣＤにおいて、回折現象によ
って、該ビームは低位横波モードビームの形状を保持す
るように制御される。

この過程はアクティブ媒体の見通しのきく口径の回折フ
ィルタリング性質によって高められる。

光学共鳴器Ｆ　Ｄ　、　２０−１７は折りたたまれた共
鳴器と考慮されてもよく、該折りたたみ要素はワキシコ
ン１８である。

第３図は波伝播分析の結果を説明するもので、ＲＦ励起
されたＣ（ｈ　　Ｎｚ　　Ｈｅ混合物のゲイン飽和状態
を含む。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、安定共鳴器がレー
ザ光線を発する媒質の環形状を有し、内部くぼみ要素と
してワキシコンまたはアキシコンを含むようにしたので
、動作が安定し、高性能になり、システム形状がコンパ
クトになることが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１（ａ）図は内部くぼみワキシコンを含む不安定共鳴
器の形状を示す図、 第１（ｂ）図は内部くぼみワキシコンを具備する不安定
共鳴器の形状を示す図、 第１　（Ｃ）図は内部くぼみワキシコンを具備する安定
共唱３″：１の形状を示す図、 第２図は本発明のレーザシステムの断面側面図、第３図
は本発明のレーザの波伝播分析から生ずるビーム形状で
あってＲＦ励起Ｃｏ２−　Ｎ２−　ｔｉｅ混合物のゲイ
ン飽和状態を包含するものを示す図である。 図において、 １、２・・・電極、　　　　　　３・・・絶縁リング、
４．６・・・チャンネル、　　　５・・・領域、８・・
・人口ポート、　　　１１・・・窓取付部、１２・・・
出口ポート、　　　１４．１５・・・窓、１６・・・円
筒ビーム、　　　１７・・・カブラ、１８・・・ワキシ
コン、 ２０・・・環平坦フィードバック鏡。 図面の浄書（内容に変更なし） 第２−ａ図の領域（Ａ）および （Ｆ）（こおける環形状ビーム 第 図 手 続 補 正 書（方式） ％式％ 事件の表示 平成２年特許願第７５７９９号 ２゜ 発明の名称 レーザシステム ３゜ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学機械の不安定性および光学部品の誤アライメン
   トに対して相対的に低感度であって、同軸対の円筒電極
   の組み合わせを含み、冷却手段を備え、これらの間の空
   間が環状ゲイン領域を形成し、ＲＦ電源を前記電極へ印
   加する手段を含み、前記ゲイン領域が二つの平坦窓また
   は適切な物質のベローシール鏡によってシールされ、前
   記ゲイン領域へレーザ光線を発するガス混合物を導入す
   る入口ポートを含み、前記ガス状混合物の出口に対する
   出口ポートを含み；ワキシコンまたはアキシコンをシス
   テムの一端に設けられまた、中央領域に向かい合う出力
   カプラが対向端に設けられさらに環状ゲイン部に面する
   平坦環鏡が設けられ、レーザ光線の発生がワキシコンを
   介して平坦鏡および出力カプラとの間のゲイン領域で生
   じるレーザシステム。 ２、前記二つの円筒同軸電極が中空であり、それぞれを
   介して冷却流体を循環する手段が備えられる請求項１記
   載のレーザシステム。 ３、光学共鳴器が折りたたまれたものであり、該折りた
   たまれた要素がワキシコンである請求項１または２記載
   のレーザシステム。 ４、円筒電極間に形成される環状ビームがワキシコンに
   よって円筒ビームに変換され、該ビームの一部が凹面出
   力鏡を介して出力として離れ、その部分がゲイン部を介
   して後方に反射される請求項１〜３のいずれかに記載の
   レーザシステム。