JPH0374888A - レーザのパルス幅可変装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は所定の波長の所定のパルス幅を有するレーザパ
ルスを得るためのレーザのパルス幅可変装置に関するも
のである。

「従来の技術」 従来より、波長可変固体レーザ発振用として種々の光学
結晶が使用されている０例えばＴｉドープサファイア（
Ｔ　ｉ　：　Ａ　Ｑ、Ｏ，）は７００〜１１００ｎ＋ｓ
、フォルステライト（Ｃｒ　：Ｍｇ、５ｉｎ４）は８５
０〜１３００ｎｉｉ、アレキサンドライト（Ｃｒ　：　
ＢｅＡｎｚｏａ）は７００〜８００ｎｍの範囲で発振を
する。また、色素レーザ（ローダミン）では５４０〜６
７５０鳳で発振する。

以上のようなレーザ発振素子で発振したレーザをパルス
化する上でモードロック方式では発振波長の縦モード帯
域幅、いわゆるスペクトル線幅によりパルス幅が一義的
に決定される。また、レーザキャビティの外にチョッパ
や変調器を配置することによりパルス化する方法がある
。

具体的には第４図はモードロック方式を示すもので、励
起光がハーフミラ−（１）を介してレーザ共振器（２）
に入射する。このレーザ共振器（２）では第１レーザミ
ラー（３）を透過したレーザがＴｉ：Ａ　Ｑ　ｚ　Ｏ３
などの波長可変レーザ発振素子（５）に入射する。この
波長可変レーザ発振素子（５）は１１００ｎまたはそれ
以上の広い波長範囲にわたってレーザ発振をする。また
、ガラスのプリズムからなる音響光学素子（６）には超
音波トランスジューサ（７）が設けられ、この超音波ト
ランスジューサ（７）は駆動部（８）からの高周波駆動
信号により励振されて超音波を発生する。この超音波に
より音響光学素子（６）中に定在波が生じ、前記レーザ
が通過する際にこの定在波により変調をうけ、レーザ発
振スペクトルの縦モードの位相と振動が一定となり。

モードロックをおこさせる。

第５図は外部のチョッパ制御方式を示すもので、第４図
における音響光学素子（６）と超音波トランスジューサ
（７）と駆動部（８）とを省き、その代りにレーザ共振
器（２）の外部にチョッパ（４）を設けたものである。

「発明が解決しようとする課題」 第４図に示すモードロック方式ではレーザロッド媒体（
５）のレーザ利得と発振スペクトルから構成されるスペ
クトル線幅によりパルス幅が一義的に決定する。ただし
、モードロック条件が崩れたときにパルス幅が広がるが
、意図的にパルス幅を可変させることはできなかった。

第５図に示すような外部から制御するチョッパ方式では
、制御系の機械的性能に限界があり短パルス化できなか
ったり、変調器でパルス幅を変える場合でもレーザと一
体化して制御することはできなかった。

本発明はレーザ共振器内にモードロック素子を介在して
なるものにおいて、モードロックの機能を損わせること
なくパルス幅を可変するような装置を得ることを目的と
する。

「課題を解決するための手段」 本発明は第Ｉ、第２のレーザミラーとレーザ発振素子と
を有するレーザ共振器内に、レーザの変調機能を有する
プリズム状の音響光学素子を設けてレーザ発振スペクト
ルの縦モードの位相と振動を一定にしてモードロックす
る装置において、前記レーザ共振器内に、レーザの光束
幅を可変するための光束幅可変手段を設けてなるもので
ある。

光束幅可変手段としては２個以上のプリズムを配置して
構成するが、２個以上のレンズを組合せることによって
光束幅を可変することもできる。

「作用」 励起光がレーザ共振器の第１のレーザミラーを透過して
レーザ発振素子に入射し、このレーザ発振素子から所定
の波長のレーザが出力して第１、第２のレーザミラー間
で発振する。音響光学素子中に発生した定在波がレーザ
光を変調してレーザ発振スペクトルの縦モードの位相と
振動が一定となってモードロックがおこる。レーザ発振
素子が波長可変であるときには、特定の波長を選択する
。

また光束幅を変化させるため、例えばマルチプリズムの
少なくとも１つに入射するレーザの入射角を変化させる
。つまりマルチプリズムを回転させてレーザの光束幅を
変化させる。それに応じてパルス幅も制御される。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基き説明する。

第１図において、（１）は励起光を透過し、出力光を反
射するハーフミラ−１（２）はレーザ共振器である。こ
のレーザ共振器（２）は、励起光を透過し、レーザの８
０％程度を反射する第Ｉのレーザミラー（３）と、レー
ザを全反射する第２のレーザミラー（９）とが例えばキ
ャビティ長１２５０ｍｎ＋の間隔で配置されている。こ
の第１、第２のレーザミラー　（３）　（９）間には、
両端面が互いに平行面をなす円柱体レーザロッドからな
る波長可変固体レーザ発振素子（５）と、ガラスなどの
プリズムからなる音響光学素子（６）と、光路補正プリ
ズム（１０）とを組込んだ上に、２個のプリズム（１１
）（１２）からなる光束幅可変手段（１３）と、発振波
長選択素子としてのブレーズド型回折格子（１４）とを
介在している。前記波長可変固体レーザ発振素子（５）
はＴｉドープサファイア（Ｔ　ｉ　：　Ａ　ｕ、Ｏ，）
、フォルステライト（Ｃｒ　：Ｍｇ、５１ｇ４）、アレ
キサンドライト（Ｃｒ　：　Ｂ　ｅ　Ａ　Ｑ、０４）な
どのレーザ媒質からなる。

また、前記音響光学素子（６）には、超音波トランスジ
ューサ（７）と、これに外部から高周波を印加させて定
在波を発生せしめる駆動部（８）とを具備している。さ
らに、前記音響光学素子（６）と補正プリズム（１０）
とは、入射面と出射面が、すなわち（１０ａ）と（６ｂ
）、（１０ｂ）と（６ａ）が互いに平行に構成されてい
る。

以上のような構成において、励起光がハーフミラ−（１
）および第Ｉのレーザミラー（３）を透過してレーザ共
振器（２）内の波長可変レーザ発振素子（５）に入射し
、所定の波長レーザが出力し、さらに補正プリズム（１
０）、音響光学素子（６）、光束幅可変手段（１３）、
回折格子（１４）を経て第２のレーザミラー（９）に送
られ、ここで全反射する。反射したレーザは再び逆方向
に進み、第Ｉのレーザミラー（３）で反射する。この第
１、第２のレーザミラー（３）（９）間で発振を繰返す
ことにより増幅され、第１のレーザミラー（３）から一
部出力し、さらにハーフミラ−（１）で反射されて目的
のレーザが出力する。前記音響光学素子（６）の超音波
トランスジューサ（７）は、駆動部（８）の交流信号が
印加されると、定在波を発生させて発振しているレーザ
がこの定在波を通過する際に変調を受ける。そして、同
時発振している多数の縦モードの中からレーザ発振スペ
クｌ−ルの所定の縦モードの位相と振動が一定となりモ
ードロックをおこさせる。また、プリズム状の音響光学
素子（６）で波長により光路が変化する。しかし、光路
補正プリズム（１０）により光路が補正されて、波長の
ちがいに拘らず平行光線となる。その結果、反射波は音
響光学素子（６）と補正プリズム（１０）を通ると、元
の光路へ戻る。音響光学素子（６）でモードロックされ
た後、２個のプリズム（１１）（１２）からなる光束幅
可変手段（１３）で光束幅を変化させる。つまり、少く
とも１つのプリズム（１２）を回転させてレーザの入射
角を変化させることによりレーザの光束幅を変化させる
。このプリズム（１２）への入射角の変化量に応じて回
折格子（１４）を移動させてレーザ共振器（２）を構成
する。

以上のようにしてモードロックの機能を損うことなくパ
ルス幅を可変することができる。

光束幅可変手段（１３）による光束幅の可変作用をさら
に詳しく説明する。

レーザの光束幅を広げるには第２図に示すように、光束
幅可変手段（１３）を構成するプリズム面で屈折する際
におこり、この光束幅変化比ｒは、ｄｉ’　　ｃｏｓθ
ｉ′ ｄｉ　　ｃｏｓθｉ で与えられる。プリズムを多数用いることによって変化
比ｒの高い光束幅可変手段（１３）が構成される。

ビーム広がり係数Ｋｆｆｌは ｃｏｓψ Ｋｍ＝ ｃｏｓφ で与えられ、ブリュースタ角では、 Ｋｍ＝ｎ（ｎニブリズムの屈折率） である。

レーザの線幅はビームの発散と全分散とに関係があり、
発振波長幅Δλは ／ｄλは回折格子（１４）の波長分散となる。この波長
分散ｄθ／ｄλは、光束幅可変手段（１３）を構成する
プリズム（１１）（１２）内にかすめて入射する状態に
おいて、 ｄλ　　　　　λＣＯＳθ で与えられる。

前記プリズム（１１）　（１２）でレーザの光束幅を広
げる場合、レーザミラー（３）（９）で反射されてきた
レーザの発振波長領Δλは簡単には、次式であられされ
る。

ここで、Ｍ：ビーム広がり係数に朧の積である。

ｒ個のプリズムの場合、Ｍ＝に□・ｋ２・・・・ｋｒと
なる。

ｄθ／ｄλ　　　　　　　　　　　　　　　　−殻内に
は、プリズム（１１）　（１２）の波長分散は回で与え
られる。レーザミラー（３）　（９）と回折格子　　折
格子（１４）の波長分散よりも小さく、はとんど回（１
４）で構成される簡単なレーザ共振器（２）ではｄθ　
　析格子（１４）の波長分散に依存すると考えてよい。

したがって１回折格子（１４）だけの波長分散に注目す
ればよい０発振スペクトルの線幅Δツと波長幅Δλとの
関係は λ　・　ｙ＝ｃ、　　λ：媒質中の波長、　　　Ｖ：周
波数から導き出され、 Δヤ　＝ λ２ レーザのパルス幅Δｔとレーザ線幅ΔＶとの関係は 以上の式からパルス幅とレーザ径との関係を求めでみる
と、 となり、プリズムを多段に用いることにより、パルス幅
Δｔは広がる傾向となる。

このように、モードロツタでの光短パルスの最適条件よ
り２個のプリズム（１１）　（１２）の波長分散の影響
からずれてしまう方向となる。つまりパルスが広がるこ
ととなってパルス幅が可変できる。

前記実施例では光束可変手段（１３）としてプリズム（
１１）　（１２）を２個用いたが、その数を増やせば光
束幅変化比ｒの高いものが得られる。

前記実施例では、光路補正プリズム（１０）を挿入した
が、本発明では必須ではない。

前記実施例では、光束幅可変手段（１３）としてプリズ
ム（１１）　（１２）を用いたが、第３図に示すように
、凹レンズ（１５）、凸レンズ（１６）等の組合せで構
成することもできる。

前記実施例では、レーザ発振素子（５）として波長可変
の光学結晶を用いたが、波長可変の必須がなければ単一
波長のＡｒレーザ等の気体レーザや色素レーザを用いる
こともできる。

「発明の効果」 本発明は上述のように構成したので、モードロックの機
能を損うことなくパルス幅を可変できる。

特に本発明は分光分析用光源、医科歯科用の縫合、沈痛
等の治療、カラーレーザ印刷等への広範な活用が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザのパルス可変装置の第１実
施例の説明図、第２図は光束幅変化比の説明図、第３図
は本発明の他の実施例の説明図、第４図および第５図は
それぞれ従来装置の説明図である。 （１）・・・ハーフミラ−１（２）・・・レーザ共振器
、（３）・・・第１のレーザミラー、（４）・・・チョ
ッパ、（５）・・・レーザ発振素子、（６）・・・音響
光学素子、（７）・・・超音波トランスジューサ、（８
）・・・駆動部、（９）・・・第２のレーザミラー、（
１０）・・・光路補正プリズム、（１１）（１２）・・
・プリズム、　（１３）・・・光束幅可変手段、（１４
）・・・発振波長選択素子としての回折格子、（１５）
　（１６）・・・レンズ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１、第２のレーザミラーとレーザ発振素子とを
   有するレーザ共振器内に、レーザの変調機能を有するプ
   リズム状の音響光学素子を設けてレーザ発振スペクトル
   の縦モードの位相と振動を一定にしてモードロックする
   装置において、前記レーザ共振器内に、レーザの光束幅
   を可変するための光束幅可変手段を設けたことを特徴と
   するレーザのパルス幅可変装置。
2. （２）光束幅可変手段は２個以上のプリズムからなる請
   求項（１）記載のレーザのパルス幅可変装置。
3. （３）光束幅可変手段は２個以上のレンズの組合せから
   なる請求項（１）記載のレーザのパルス幅可変装置。