JPH04196376A - レーザ励起固体レーザ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ光を励起光源として動作する固体レーザ
に関し、その励起用レーザ装置まで含めたシステムの装
置の構造に関する。

Ｃ従来の技術７ レーザ励起固体レーザとして動作するものに、例えば、
タイサファイア（Ｔｉ”：ＡＱ、０３）結晶をレーザ媒
質としたタイサファイアレーザが挙げられる。二のレー
ザの励起光源は、波長的４９０ｎｍから約５６０ｎｍま
での範囲でレーザ動作できるアルゴンイオンし−サ（波
長５１４．５ｎｍ）、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長
５３２　ｎｍ　）あるいは銅蒸気レーザ（波長５１０．
６ｎｍ）なとか用いられる。これらのレーザを励起光源
として、タイサファイアレーザは波長的６６０ｎｍから
約ＩＰＯＯｎｍ（通常は波長的７００ｎｍから約９００
ｎｍ）の範囲でレーザ動作する。

二の様な固体レーザを励起する場合、励起用し一す光が
効率良く固体レーザ媒質中に吸収されるために以下のよ
うになっていた。固体レーザ媒質であるレーザロッドの
端面ば、励起光や発振するレーザ光か損失を受ないよう
に、はぼ、ブリュースタ角θｎにカットされる。さらに
、励起光には直線偏光のものが用いられる。その理由を
第４図を用いて説明する。この図は、石英なとのガラス
に入射する光の入射角に対する反射率を、その光の偏光
方向の向きをパラメータとして算出したものである。同
図中でＰで示しである曲線は、Ｐ偏光（偏光方向か、入
射光の光軸と、入射面の法線とを含む平面に平行である
）の特性を示し、Ｓで示しである曲線はＳ偏光（偏光方
向が、入射光の光軸と入射面の法線とを含む平面に垂直
である）の特性を示す。Ｐ偏光とＳ偏光はどちらも直線
偏光であり、偏光方向が互いに直交している。同図から
れかるように、Ｐ偏向の光が、Ｏｎの入射角で入射する
場合、入射面で反射しない。以上から、レーザロッドの
端面で励起用レーザ光が反射による損失を受けずにレー
ザ媒質中に入射するために、レーザロッドの端面を０８
の角度でカット（ブリュースタカット）し、ここにＰ偏
光の励起光を照射していた。

レーザロットの端面をブリュースタカットすることで励
起光や発振光の反射を防止する方法は、端面に無反射コ
ーテイング膜を施す方法に比べて、耐光強度的に優れて
いる。

尚、以上に関し、固体レーザとしたタイサファイアレー
ザを用いた例が、例えば、オプティクスレターズ、第】
３巻、第５号、１９８８年、第３８０頁から第３８２頁
（Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、〜’ｏｌ。

１３、へα５，１９８８．ｐｐ３８０−３８２）に示さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、励起用レーザ光か直線偏光である場合
に適応できるか、偏光方向が一つの方向に揃っていない
無偏光の場合には考慮がされていなかった。特に、タイ
サファイアレーザを銅蒸気レーザ（ＣＶ　Ｌ　：　Ｃｏ
ｐｐｅｒ　Ｖａｐｏｒ　Ｌａ５ｅｒ）で励起する場合、
ＣＶＬはアルコンイオンレーザやＹ　Ａ　Ｇレーザなと
に比べると、以下に示す理由から、直線偏光のレーザ光
を取出しにくく、そのため従来技術が有効でなかった。

ＣＶＬはＹ　Ａ　Ｇレーザなとに比べて共振器長が一般
に１．５ｍ以上と極めて長いのに対し、レーザのパルス
幅は数十ナノ秒と短かく、また出力鏡の透過率も６０〜
９０％と比較的に高い。従って共振器中で発生する光は
、共振器間を数回程度しか往復しないで外部に取出され
る。その結果、共振器間にブリュースタ板を一枚挿入し
ても、これにより反射損失を受ける偏光方向の光をあま
り減少させることか出来ない。そこでブリュースタ板を
二枚以上挿入することも考えられるが、ブリュースタ板
の挿入枚数を増しても、ブリュースタ板で反射損失を受
けるＳ偏光のレーザ光の出力が低下していくたけであり
、Ｐ偏光のレーザ光の出力はほとんど増加しない。

例えば、ＣＶ　Ｌ発振器の共振器間に挿入するブリュー
スタ板の枚数に対し、取出されるレーザ光の偏光率とレ
ーザ出力の測定例を第５図に示す。

この測定例のように、ブリュースタ板の挿入枚数を増す
と、偏光率は向上するが、レーザ８力が低下するため、
これを励起光源に用いても、タイサファイアレーザ等の
固体レーザの出力は向上せず、場合によっては逆に低下
するという問題があった。

本発明の目的は、ＣＶ　Ｌなとのように偏光率を上げる
とレーザ出力が低下するレーザ装置や、直線偏光が得に
くいレーザ装置を励起用レーザとしたレーザ励起固体レ
ーザ装置のレーサ呂力を向上させることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は励起用レーザ光を
偏光ビーム、スプリッタ　（ＰＢＳ）に通してから、固
体レーザのレーザ媒質に照射したものである。

また、固体レーザとして、レーザ媒質か一個所に置かれ
た発振器のみの構成の場合には、前記ＰＢＳにより反射
と透過の二方向に分割された励起用レーザ光の内、一方
の励起用レーザ光を、その偏光方向を９０度回転させる
ことができる光学素子に通し、出射した励起用レーザ光
ともう一方の励起用レーザ光との両方を、前記レーザ媒
質に対してそれぞれ異なった方向から照射したものであ
る、 さらに、固体レーザとして少なくとも一段以上の増幅器
を含む場合に上記目的を達成するために、前記ＰＢＳに
より反射と透過の二方向に分割された励起用レーザ光の
内、一方の励起用レーザ光を前記光学素子に通し、出射
した励起用レーザ光と、もう一方の励起用レーザ光との
二本の励起用レーザ光の内、少なくとも一方の励起用レ
ーザ光を前記増幅器中のレーザ媒質に照射したものであ
る。

さらにまた、前述と同様に一段以上の増幅器を含む場合
に、前述の手段とは異なる手段で上記目的を達成するた
めに、固体レーザにおける発振器と増幅器との間に存在
するレーザ光か、あるいは増幅器が二段以上の場合は、
増幅器とうしの間に存在するレーザ光を、これらのレー
ザ光の偏光方向を９０度回転させることができる光学素
子に通したものである。

〔作用〕

ＰＢＳに対して無偏光の光を入射させると、これを透過
する光とここで反射する光とに分割される。しかし、透
過する光はほぼＰ偏光になり、反射する光はほぼＳ偏光
になる。つまり、透過光も反射光も直線偏光になる。さ
らにこの様にレーザ光をＰＢＳで二分割させると、分割
後のレーザ光の出力の和は、分割前のレーザ光の出力と
ほとんど等しく、損失はほとんど無い。従って励起用レ
ーザ光が無偏光の場合でも、ＰＢＳに通すことで、はと
んど、損失無く直線偏光のレーザ光に変換できる。それ
によって固体レーザ媒質にブリュースタカットした端面
を二面以上設けて、それらの面に前記直線偏光に変換さ
れた二本の励起用レーザ光をそれぞれ照射すれば、反射
損失を受けずに済む。

また、固体レーザとしてレーザ媒質が−ケ所に置かれた
発振器のみの構成の場合、ブリュースタカットを、レー
ザ媒質の両端に施すことができるため、これらの両端面
に前記直線偏光に変換された二本の励起用レーザ光をそ
れぞれ照射すれば良い。しかしこの場合、発振するレー
ザ光が両端面で反射を受けないように、これら両端面に
立てた法線は同一平面内になければならない。換言する
と、発振するレーザ光が両端面においてＰ偏光とならな
ければならない。そのためには、両端面に照射されるそ
れぞれの励起用レーサ゛光の偏光方向か平行でなければ
ならない。

ところでＰＢＳで二分割された励起用レーザ光はそれぞ
れＰ偏光とＳ偏光であるため、それぞれの偏光方向は互
いに直交している、・そこでどちらか−本の励起用レー
ザ光を、例えば二分の一波長板のような光学素子に通す
ことで、その偏光方向を９０度回転させることかでき、
その結果、二本の励起用レーザ光の偏光方向を平行にで
きる。

次に固体レーザとして一段以上の増幅器を含む場合、レ
ーザ媒質が二ケ所以上に置かれることになるため、ブリ
ュースタ面を二面以上設けることが容易であるにの場合
も前述と同様に、二本の励起用レーサ゛光のうち一本の
みを偏光方向を９０度回転させることができる光学素子
に通せば良い。

またあるいは固体レーザとして一段以上の増幅器を含む
場合、発振器と増幅器との間、あるいは増幅器が二段以
上の場合は、増幅器間に存在するレーザ光を二の様な光
学素子に通すと、偏光方向を９０度回転させることがで
きる。それにより、この光学素子を挿入する位置を境に
して、レーザ光が通過するレーザ媒体の各ブリュースタ
面においてＰ偏光となる偏光方向か９０度異なることに
なる。そのため、ＰＢＳによって二分割された励起用レ
ーザ光は互いに偏光方向が直交するが、それぞれを光学
素子を挿入する位置を境にして二つに分けられたレーザ
媒質のブリュースタ面にそれぞれ照射すれば、すべての
励起用レーザ光は、すべてのブリュースタ面でＰ偏光と
なり、反射損失を受けずに済む。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図ないし、第３図により
説明する。これらの図では、どれも励起光源として銅蒸
気レーザ（ＣＶｔ、）を用い、固定レードとしてはタイ
サファイアレーザを用いたものである。

第１図では、タイサファイアレーザの構成として、発振
器のみの場合である。

ＣＶＬからの無偏光なレーザ光１ａは、ＰＢＳ２に入射
すると、反射と透過の二つに分割されるが、紙面に対し
て垂直な方向に偏光方向をもつ成分のレーザ光１ｂと、
紙面に対して平行な方向に偏光方向をもつ成分のレーザ
光１ｃとに分割される。レーザ光１ｃは、ミラー３ａで
反射し、集光レンズ４ａを通り、絞られなから進み、タ
イサファイアレーザ発振器５のダイクロイックミラー６
ａに入射する。このダイクロイックミラー６８は、垂直
入射の光に関し、波長５］０．６ｎｍのＣＶ　Ｌレーザ
光に対しては高い透過率をもつか、波長７００ｎｍから
９００ｎｍの範囲では９９％以上の高い反射率をもつた
め、発振するタイサファイアレーザ光９に対して全反射
ミラーとして作用する。ダイクロイックミラー６８を透
過した励起用のレーザ光は、タイサファイアレーザロッ
ド７のブリュースター角にカットされた左側端面に集光
し、反射を受けずに吸収するため、励起に寄与する。

ＰＢＳ２で反射したレーザ光１ｂは、二分の一波長板８
を通り、偏光方向が９０°回転する。そのためレーザ光
１ｃｌの偏光方向は紙面に平行となる。このレーザ光１
ｄはミラー３ｂ、３ｃを経て、集光レンズ４ｂを通り、
絞られなから進み、ダイクロイックミラー６０に入射す
る。このダイクロイックミラー６０は、４５°入射の光
に関し、波長５１０，６ｎｍのＣＶ　Ｌレーザ光に対し
ては９０％以上の高い透過率をもつが、波長７００ｎｍ
から９００ｎｍの範囲では９９％の高い反射率をもつ。

これを透過したレーザ光１ｅは、ダイクロイックミラー
６ｂに入射する。このダイクロイックミラー６ｂは、垂
直入射の光に関し、波長５１０．６ｎｍのＣ〜′Ｌレー
ザ光に対しては９０％以上の高い透過率を有するが、波
長７００ｎｍから９００ｎｍの範囲では約８０％の反射
率となっており、タイサファイアレーザ光９に対して出
力鏡として作用する。それにより、タイクロイックミラ
ー６ｂを通過したＣＶＬレーザ光は、タイサファイアレ
ーザロッド７のブリュースタカットされた右側の端面に
集光し、この場合も反射を受けずに吸収され、励起に寄
与する。

本実施例では、ＣｖＬからのレーザ光１ａとして無偏光
なものから偏光方向の揃ったレーザ光を作り出している
ため、二本のレーザ光になってしまうが、それらをタイ
サファイアレーザロッドの両端面に各々を照射している
。ところか一般にレーザ励起固体レーザでは、励起光は
レーザロッドの片側端面たけに照射するたけであるから
、それに比較すると、本実施例では端面における励起光
の光強度を１７２に減らすことができる。一般にレーザ
ロッドの端面では高出力な励起光か集光されることにな
り、光強度が高くなってダメージが生じることもある。

この点を考慮すると、本実施例ではダメージが生じない
励起光の照射出力範囲が、従来の約二倍まで高くなった
。その結果タイサファイアレーザの出力も二倍まで得ら
れるようになった。

次に本発明の装置としてのＣＶ　Ｌ励起タイサファイア
レーザの他の構成例に関し、第２図により説明する。

ここでは、タイサファイアレーザ゛発振器５に増幅器と
してのタイサファイアレーザロッド７′が組合わされて
いる。第１図に示した構成と同様に、二方向に分割され
たレーザ光の内、偏光方向か９０’回転したレーザ光１
ｄはミラー３ｂで反射した後、集光レンズ４ｂを通り絞
られなから進み、ダイクロイックミラー６ｄに入射する
。このタイクロイックミラー６ｄは、４５°入射の光に
関し、９０％以上の高い反射率をもつが、波長７００ｎ
ｍから９００ｎｍの範囲では９０％以上の透過率を有す
る。これによりダイクロイックミラー６ｄで反射したＣ
ｖＬからのレーザ光１ｅ’　は、増幅器としてのタイサ
ファイアレーザロット７′の端面に集光し、反射損失を
受けずに吸収される。

その結果タイサファイアレーザ発振器５の出力鏡１０が
発振したタイサファイアレーザ光９は、増幅作用を受け
、強められたタイサファイアレーザ光９′として取出さ
れる。

この実施例では、増幅器を用いる二とにより、タイサフ
ァイアレーザ光の出力を大きく向上できるようになった
。

次に前記と同様なＣ〜ｌＬ励起タイサファイアレーサレ
ー振・増幅器における他の構成例を、第３図を用いて説
明する。

この実施例では二方向に分割されたＣ　Ｖ　Ｌレーザ光
の偏光方向は変化させないが、タイサファイアレーザ゛
発振器５から発振したタイサファイアレーザ光９ａを、
二分の一波長板８′に通す二とで、偏光方向を９０°回
転し、タイサファイアレーザ光９ｂとなる。これはタイ
クロイックミラー６ｄをほぼ透過するため、タイサファ
イアレーザロッド７″の端面に入射するか、同じ位置に
照射される励起用のＣＶ　Ｌからのレーザ光１ｃ’　も
、偏光方向が紙面に垂直な成分であるため、これらのレ
ーザ光か反射損失を受けないように、タイサファイアレ
ーザロッド７”は、第２図で示されたタイサファイアレ
ーザロッド７′　と９０°回転された向きで置かれてい
る。

この実施例では、第２図に示した実施例と異なり、ＣＶ
　Ｌレーザ光ではなくタイサファイアレーザ光の偏光方
向を回転させるため、二分の一波長板８′として、第２
図に示しである二分の一波長板８に比べて小さくでき、
コストダウンにつながる。一般に高出力用の波長板には
、材料として水晶が用いられているため、ビーム径とし
て通常３０ｍｍ以上にもなるＣＶＬレーレーに対応でき
る大面積の水晶波長板は一般に数十万円程度の価格を有
する。これに対して本実施例では、タイサファイアレー
ザ光９ａのビーム径は１〜２馴程度であるため、水晶波
長板を用いたとしても、小面積のもので済むため、価数
的に十分の一程度にも安くなり、装置全体のコストの低
減につながった。

さらにまた、励起光源としてＹＡＧレーザなどの固体レ
ーザを用いた場合にも、以下に示す理由から、本発明は
有効になる。

一般に、）“、へＧレーザなとの固定レーザでは、フラ
ッシュランプなとの光励起するため、励起光がレーザロ
ットを加熱する。その結果、レーザロッド中で熱歪か生
じ、屈折率か不均一になる二とがある。それによって複
屈折と呼ばれる効果が起き、たとえ偏光方向か揃うよう
にレーサ゛ロッドがブリュースタカットされてあっても
、レーザ光の偏光方向が乱されて、取出されるレーザ光
の偏光方向か一つの方向に揃っていない場合がある。二
の様な場合でも、本発明により、取出されるレーザ光を
すべて有効に利用することができるようになった。

［発明の効果］ 本発明は、二のように構成されているので、特に、ＣＶ
　Ｌのような通常では無偏光のレーザ光を固体レーザの
励起光として損失なく利用できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は本発明の
他の実施例の説明図、第３図は本発明のさらに他の実施
例の説明図、第４図は光の入射角に対する反射率を示し
たグラフ、第５図は銅蒸気レーザ発振器における、ブリ
ュースタ板の枚数による偏光率とレーザ出力の測定例を
示す説明図である。 ］　ａ　〜１　ｅ、　　１　ｅ’　・　レーザ光、２　
・＝　Ｐ　Ｂ　Ｓ、３ａ〜３ｃ・・・ミラー、４ａ、４
ｂ・・・集光レンズ、５・・・タイサファイアレーザ発
振器、６ａ〜６ｄ・・・ダイクロイックミラー、７．７
’　、７”・・・タイサファイアレーザロッド、８・二
分の一波長板、９゜９’　、９ａ、９ｂ、９ｃ・　タイ
サファイアレーザ第１図 鮪２図 第４図 尤り人身１角に丼する尺」１牟 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ装置と、これから取出されるレーザ光を励起
   光源としてレーザ動作する固体レーザとからなるシステ
   ムにおいて、この励起用レーザ光を偏光ビームスプリッ
   タに通してから、前記固体レーザのレーザ媒質に照射さ
   せることを特徴とするレーザ励起固体レーザ装置。 ２、請求項１において、前記偏光ビームスプリッタによ
   り、反射と透過の二方向に分割された励起用レーザ光の
   内、一方の励起用レーザ光を、その偏光方向を９０度回
   転させることができる光学素子に通し、出射した励起用
   レーザ光と、もう一方の励起用レーザ光との両方を、前
   記固体レーザに用いられるレーザ媒質に対して、それぞ
   れ異なった方向から照射することを特徴とするレーザ励
   起固体レーザ装置。 ３、請求項１において、前記固体レーザとして少なくと
   も一段以上の増幅器を含み、前記偏光ビームスプリッタ
   により反射と透過の二方向に分割された励起用レーザ光
   の内、一方の励起用レーザ光を前記光学素子に通し、出
   射した励起用レーザ光と、もう一方の励起用レーザ光と
   の二本の励起用レーザ光の内、少なくともどちらか一方
   のレーザ光を、前記増幅器におけるレーザ媒質に照射す
   るレーザ励起固体レーザ装置。 ４、請求項１において、前記固体レーザとして少なくと
   も一段以上の増幅器を含み、前記固体レーザにおける発
   振器と増幅器との間に存在するレーザ光か、あるいは増
   幅器が二段以上の場合は、増幅器の相互間に存在するレ
   ーザ光を、これらのレーザ光の偏光方向を９０度回転さ
   せることができる光学素子に通すレーザ励起固体レーザ
   装置。 ５、請求項１ないし４において、励起用レーザ光として
   、銅蒸気レーザから取出されるレーザ光であるレーザ励
   起固体レーザ装置。 ６、請求項１ないし４において、励起用レーザ光として
   、固体レーザから取出されるレーザ光であるレーザ励起
   固体レーザ装置。