JPH07162065A

JPH07162065A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH07162065A
Application number: JP31014693A
Authority: JP
Inventors: Kimio Asaka; 公雄浅香; Yoshihito Hirano; 嘉仁平野; Kenji Tatsumi; 賢二辰巳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】共振器を構成する光学部品を少なくし、簡単
な構成でツイストモードを構成し、単一モードで発振す
る高効率なレーザ装置を得る。【構成】内部で複数回の全反射を行うプリズム１０
と、一枚の出力結合鏡３とによりレーザ共振器を構成し
たことを特徴とする。プリズム１０の全反射の回数と全
反射の際のｓ波とｐ波の取り方を選択することにより、
位相ずれによる位相差を打ち消し、プリズム１０に入射
した光が、入射光の光路に沿って上記プリズムから出射
されたとき、反射鏡による反射光に比べ、互いに直交す
る直線偏光成分であるｓ波とｐ波の間に１／２波長の位
相差がつくようにする。これにより、プリズム１０に、
高反射鏡としての機能の他に１／４波長板としての機能
も持たせている。そして、プリズム１０と１／４波長板
６によりツイストモードの構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ装置に関するも
ので、特に単一モードの発振を得るレーザ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は本発明に係わる従来例で、Ｃ．
Ｓ．Ａｄａｍｓ等（OPTICS LETTERS,vol.18,pp420,199
3）により示された単一モード発振をするレーザの構成
図である。図において、第１の高反射鏡１と出力結合鏡
３とは、第２の高反射鏡２を介して折り返し型のレーザ
共振器を構成している。この共振器中には、放射スペク
トルの広がりが主に均一な広がり機構により形成される
レーザ媒質より成るレーザロッド４が置かれている。こ
のようなレーザ媒質にはＮｄ：ＹＡＧやＬＮＡ（La_1-x
Nd_xMgAl₁₁ O₁₉;Lanthanum-neodymium-hexaaluminate）
がある。レーザロッド４を挟んでその両側に、レーザロ
ッド４が利得をもつ波長の光に対する第１の１／４波長
板５及び第２の１／４波長板６がそれぞれ置かれてい
る。このとき、２つの１／４波長板５及び６の速軸が互
いに９０度となるように配置されている。第２の高反射
鏡２と出力結合鏡３との間には偏光子７が置かれてお
り、透過する直線偏光の偏光面が上記１／４波長板５、
６の速軸と４５度の角度をなすように配置されている。
また、レーザ出力光９は出力結合鏡３から取り出され
る。

【０００３】次に動作について説明する。共振器の光軸
８に沿って共振する光は偏光子７により直線偏光とな
る。ただし、レーザロッド４を含む第１の１／４波長板
５と第２の１／４波長板６の間は、これらの１／４波長
板５、６により円偏光となる。１／４波長板は、ｐ波と
ｓ波との位相を１／４波長、すなわち９０度ずらす機能
があるからである。ここで、ｐ波、ｓ波とは、ある表面
に光線が入射するときに、その光線と、入射点でその表
面に立てた法線とで構成される面（入射面）に平行な光
線成分と垂直な光線成分をいい、平行な成分がｐ波であ
り、垂直な成分がｓ波である。

【０００４】また、第１の１／４波長板５を通過し、高
反射鏡１で反射し、再び第１の１／４波長板５を通過す
ると、合わせて１／２波長の位相差を生じるので、第１
の１／４波長板５から第２の１／４波長板６へ進行する
円偏光と、第２の１／４波長板６から第１の１／４波長
板５へ進行する円偏光の回転方向は光の進行方向に対し
て互いに逆方向となっている。一方、光の進行方向も互
いに逆方向であるので、それぞれの円偏光の回転方向は
同方向となる。このため、上記２つの円偏光の合成は電
界ベクトルが空間的に螺旋状の円を描くことになる。こ
のような共振器の構成をツイストモードの構成と言う。
この構成にすると通常の定在波が立つ共振器構成と異な
り、上記レーザロッド４を含む第１の１／４波長板５と
第２の１／４波長板６との間には空間的に一様な電界が
存在する。すなわち、空間的なホールバーニングが存在
しない。

【０００５】レーザロッド４は上述のように放射スペク
トルの広がりが主に均一な広がり機構により形成される
レーザ媒質より成る。したがって、レーザロッド４を励
起し、ある一つのモードが閾値を越えてレーザ発振する
と、空間的なホールバーニングが存在しないため、レー
ザロッド４の利得は上述のモードの閾値で一様に飽和す
る。よって、他のモードは利得がそのモードの閾値を越
えないため、発振を抑制される。

【０００６】以上のように、共振器の構成をツイストモ
ードの構成にすることにより、単一モードで発振するレ
ーザ装置を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ツイス
トモードの構成にするには、２枚の１／４波長板を共振
器内に挿入しなければならないので構成が複雑に成る。
また、挿入された１／４波長板による損失により効率を
低下させている。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、多くの光学部品を
用いることなく、簡単な構成でツイストモードを構成
し、単一モードで発振する高効率のレーザ装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るレーザ
装置は、内部で複数回の全反射を行うプリズムと一枚の
反射鏡によりレーザ共振器を構成したことを特徴とす
る。上記プリズムは内部で複数回の全反射を行うことに
より、１／４波長板及び高反射鏡として機能する。

【００１０】第２の発明に係るレーザ装置は、折り返し
型のレーザ共振器において、内部で複数回の全反射を行
うプリズムを折り返し鏡の代わりに用いたことを特徴と
する。上記プリズムは内部で複数回の全反射を行うこと
により、折り返し鏡として機能するほか１／４波長板と
しても機能する。

【００１１】第３の発明に係るレーザ装置は、それぞれ
の内部で複数回の全反射を行う直交配置されたプリズム
により、自己補償型のレーザ共振器を構成したことを特
徴とする。上記２つのプリズムの内一方は、内部で複数
回の全反射を行うことにより、１／４波長板及び高反射
鏡として機能する。

【００１２】第４の発明に係るレーザ装置は、レーザ共
振光が複数回の全反射を行う全反射面をレーザロッド端
に加工し、１／４波長板を形成したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】第１の発明に係るレーザ装置においては、２回
の全反射において光を折り返すのと反射鏡で光を折り返
すのではｐ波の符号が逆となることを利用している。こ
れは、全反射の際にｓ波とｐ波との間に、位相ずれによ
る位相差のほかにπ（１／２波長）の位相差が生じるこ
とに等しい。上記プリズムの全反射の回数と、全反射の
際のｓ波とｐ波の取り方とを選択すると全反射の位相ず
れによる位相差を打ち消すことができ、上記プリズムに
入射した光が入射光の光路に沿って上記プリズムから出
射されたとき、ｓ波とｐ波、すなわち互いに直交する直
線偏光成分の間にπの位相差をつけることができる。こ
れにより、上記プリズムに高反射鏡としての機能のほか
に１／４波長板としての機能を持たせることができる。
従って、上記プリズムと１／４波長板とによりツイスト
モードの構成となる。これにより、共振器内部に挿入す
る光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一
モードで発振する高効率なレーザ装置を得ることができ
る。

【００１４】第２の発明に係るレーザ装置においては、
全反射においてｓ波とｐ波との間に位相差を生じること
を利用している。上記プリズムの屈折率及び全反射の回
数を選択することにより、上記プリズムに、折り返し鏡
としての機能の他に１／４波長板としての機能を持たせ
ている。すなわち、上記プリズムに直線偏光を入射した
とき、出射光は円偏光となる。上記プリズムと１／４波
長板によりツイストモードの構成となる。これにより、
共振器内部に挿入する光学部品を減らすことができ、構
成が簡単であり単一モードで発振する高効率なレーザ装
置を得ることができる。

【００１５】第３の発明に係るレーザ装置においても、
全反射においてｓ波とｐ波との間に位相差を生じること
を利用している。直交配置された２つのプリズムにより
構成された自己補償型の共振器において、上記２つのプ
リズムの内、一方を第１の発明に係るレーザ装置に用い
たプリズムにより構成する。上記プリズムと１／４波長
板により、容易にツイストモードかつ自己補償型の共振
器を得ることができる。

【００１６】第４の発明に係るレーザ装置においても、
全反射においてｓ波とｐ波との間に位相差を生じること
を利用している。レーザロッドの屈折率に応じて、上記
レーザロッド端に形成した全反射面における全反射の回
数と入射角を選択することにより、上記レーザロッド端
に１／４波長板を形成している。

【００１７】

【実施例】実施例１．以下、第１の発明に基づく第１の
実施例を図について説明する。図１には、第１の実施例
の構成図が示され、前述した図１８における従来例と同
一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００１８】複数の全反射面を持つプリズム１０と出力
結合鏡３は高反射鏡２を介して共振器を構成している。
また、高反射鏡２とプリズム１０の間には１／４波長板
６とレーザロッド４が、高反射鏡２と出力結合鏡３の間
には偏光子７が配置されている。

【００１９】次に動作について説明する。本実施例にお
いては、１／４波長板を１つ省略するために、プリズム
１０に、１／４波長板を２回通過することと同じ効果を
発揮させる必要がある。このためには、プリズム１０を
通過させることにより生じる位相差としてπが必要であ
る。このため、プリズム１０は複数の全反射によりｓ波
とｐ波の間にπの位相差を生じるように、また、プリズ
ム１０からの出射光の光路が入射光の光路に重なるよう
に構成されている。

【００２０】上記プリズム１０の効果は、２回の全反射
において光を折り返すのと反射鏡で光を折り返すのでは
ｐ波の符号が逆となることを利用している。これは、反
射鏡による反射光に比べ、ｓ波とｐ波との間に位相ずれ
による位相差のほかにπの位相差が生じることに等し
い。このために、プリズム１０には複数の全反射面を設
け、その際、各全反射面に入射する光のｓ波とｐ波とが
入れ替わるように全反射面を配置することにより、全反
射で生じるｓ波とｐ波との間の位相ずれによる位相差を
打ち消すようにする。これにより、位相差をπにするこ
とができる。従って、プリズム１０には、複数の全反射
面を持つことにより、図１８における高反射鏡１及び１
／４波長板５の機能を合わせ持たせることができる。

【００２１】更に、プリズム１０の全反射面におけるｓ
波とｐ波の偏光面は、偏光子７により直線偏光された上
記共振器を共振する光の偏光面に対し、それぞれ４５度
の角度をなすようにとる。これにより、プリズム１０、
レーザロッド４及び１／４波長板６によりツイストモー
ドの構成を得る。

【００２２】以上の構成により、共振器内部に挿入する
光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一モ
ードで発振する高効率なレーザ装置を得ることができ
る。

【００２３】実施例２．図２には、第１の発明に基づく
第２の実施例の構成図が示される。屋根型プリズム１１
と出力結合鏡３は高反射鏡２を介して共振器を構成して
いる。また、高反射鏡２と屋根型プリズム１１との間に
は１／４波長板６とレーザロッド４が、高反射鏡２と出
力結合鏡３との間には偏光子７が配置されている。

【００２４】図３は屋根型プリズム１１の詳細図であ
る。屋根型プリズム１１は、第１の側面１２に対し４５
度の角度を成す第１の斜面１３と、互いに垂直であり、
屋根型を形作る第２の斜面１４及び第３の斜面１５とを
有する。

【００２５】屋根型プリズム１１は、通常の屋根型プリ
ズムに斜面を一つ加えた形となっており、直方体の両底
面の一方に屋根型プリズムの第１の斜面１３を、他方に
屋根型を形成する屋根型プリズムの第２，３の斜面１
４、１５を、上記第２，３の斜面が作る稜線が屋根型プ
リズムの第１の斜面１３と４５度の角度を成すように加
工されている。

【００２６】動作は実施例１と同様である。屋根型プリ
ズム１１の第１の側面１２に垂直に入射した上記共振器
を共振する光は、屋根型プリズム１１の第１の斜面１３
に４５度の角度で入射し、全反射する。全反射光は屋根
型を形成する第２，３の斜面１４，１５の稜線近傍で４
５度の入射角でそれぞれの斜面で計２回の全反射を行
う。さらに再び第１の斜面１３に４５度の入射角で全反
射をし、第１の側面１２から出射する。このとき、共振
器を共振する光の中心が第２，３の斜面１４，１５の稜
線上にくるように調整すれば、屋根型プリズム１１の入
出射光をほぼ重ねることができる。以上のように、屋根
型プリズム１１で４回の全反射を行う。上記第１、第２
及び第３の斜面１３、１４、１５における全反射では、
ｓ波とｐ波の二つの直線偏光成分が入れ替わるため、屋
根型プリズム１１では計４回の全反射を行ううちに、二
つの直線偏光成分の間にπ、すなわち１／２波長の位相
差を得る。

【００２７】なお、上記偏光子７からの光は、屋根型プ
リズム１１の第１の斜面１３における入射面に対し４５
度傾いた偏光面を持つ直線偏光である。

【００２８】以上の構成により、共振器内部に挿入する
光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一モ
ードで発振する高効率のレーザ装置を得ることができ
る。また、屋根型プリズム１１は簡単な形状であり、加
工が容易である。

【００２９】実施例３．図４には、第１の発明に基づく
第３の実施例の構成図が示される。プリズム１６と出力
結合鏡３とは、高反射鏡２を介して共振器を構成してい
る。また、高反射鏡２とプリズム１６との間に１／４波
長板６とレーザロッド４を、高反射鏡２と出力結合鏡３
の間に偏光子７を配置している。偏光子７は上記共振器
を共振する光を紙面に対し垂直もしくは平行な直線偏光
としている。プリズム１６は直方体プリズムに斜面をつ
けた形状になっている。

【００３０】図５は第１のプリズムの詳細図である。プ
リズム１６は、第１の側面１７、斜面１８、底面１９及
び第１の側面１７に隣接した第２の側面２０を有する。

【００３１】動作は実施例１と同様である。プリズム１
６の斜面１８は、光が第１の側面１７に垂直に入射した
とき、その光が斜面１８に対し４５度の入射角を持ち、
また上記斜面１８における全反射光が第２の側面２０ま
たは底面１９に対する入射光となるように加工されてい
る。プリズム１６は、上記共振器を共振する光がプリズ
ム１６の第１の側面１７に垂直に入射したとき、その反
射光の中心が第２の側面２０と底面１９の成す稜線上に
くるように配置される。プリズム１６の第２の側面２０
と底面１９とは互いに垂直を成しているので、この部分
だけを見れば屋根型プリズムの屋根型の部分と同様の作
用がある。すなわち、２回の全反射により反射光を入射
光の来た方向に折り返す。上記斜面における全反射と側
面及び底面における全反射では、ｓ波とｐ波の二つの直
線偏光成分が入れ替わるため、プリズム１６では計４回
の全反射を行い、二つの直線偏光成分の間にπ、すなわ
ち１／２波長の位相差を得る。

【００３２】以上の構成により、共振器内部に挿入する
光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一モ
ードで発振する高効率のレーザ装置を得ることができ
る。また、共振器を共振する光の偏光面が、共振器を構
成する光学部品が並べられる平面に対し垂直または平行
であることは、レーザ共振器の組立て及び調整が楽にな
ると言う利点がある。

【００３３】実施例１，２，３では高反射鏡２により折
り返し型の共振器としているが、この高反射鏡を省い
て、直線型の共振器としても良い。

【００３４】実施例４．次に、第２の発明に基づく第４
の実施例を図について説明する。図６には、第４の実施
例の構成図が示され、前述した図１８における従来例と
同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００３５】高反射鏡１と出力結合鏡３とはプリズム２
１を介して折り返し型の共振器を構成している。プリズ
ム２１は上記共振器中に置かれ、複数の全反射面により
上記共振器を共振する光が複数の全反射を行うように構
成されている。また、高反射鏡１とプリズム２１の間に
は１／４波長板５とレーザロッド４が、プリズム２１と
出力結合鏡３の間には偏光子７が配置されている。

【００３６】次に動作について説明する。プリズム２１
において光が全反射されると、ｓ波とｐ波との間に位相
ずれによる位相差が生じる。上記位相差をθとすると、
プリズム２１の材質の屈折率ｎ₁と空気の屈折率ｎ₂と
の比、すなわち屈折率比ｎ（＝ｎ₂／ｎ₁）とθの関係
は次式で表される。

【００３７】

【式１】ここで、φは光の全反射面への入射角である。

【００３８】複数回の全反射により生じる位相差は、そ
れぞれ全反射により生じる位相差の和に等しい。よっ
て、全反射の回数，入射角φ，屈折率比ｎを適切に選ぶ
ことにより、位相差の合計をπ／２（１／４波長）に等
しくすることができる。すなわち１／４波長板として用
いることができる。

【００３９】プリズム２１をこのように構成することに
より、１／４波長板５とレーザロッド４とプリズム２１
とによりツイストモードの構成にすることができる。こ
のとき、プリズム２１の全反射面におけるｓ波とｐ波の
偏光面は、偏光子７により直線偏光された上記共振器を
共振する光の偏光面に対し、それぞれ４５度の角度をな
し、１／４波長板５の速軸はｐ波の偏光面に平行にと
る。

【００４０】以上の構成により、共振器内部に挿入する
光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一モ
ードで発振する高効率なレーザ装置を得ることができ
る。

【００４１】実施例５．図７には、第２の発明に基づく
第５の実施例の構成図が示される。高反射鏡１と出力結
合鏡３とは、台形プリズム２２を介して折り返し型の共
振器を構成している。台形プリズム２２は、上記共振器
中に、上記共振器を共振する光が台形プリズム２２にお
いて２回の全反射を行うように配置される。また、高反
射鏡１と台形プリズム２２との間に、１／４波長板５と
レーザロッド４が、台形プリズム２２と出力結合鏡３と
の間に偏光子７が配置されている。

【００４２】図３は台形プリズム２２の詳細図である。
台形プリズム２２は、底面２３、第１の斜面２４及び第
２の斜面２５を有している。第１の斜面２４及び第２の
斜面２５は、底面２３に対してそれぞれ４５度の角度を
成している。

【００４３】動作は実施例４と同様である。台形プリズ
ム２２を１／４波長板としても用いることにより、１／
４波長板５とレーザロッド４とともにツイストモードの
構成としている。台形プリズム２２の底面２３に垂直入
射する、偏光子７からの光は、第１の斜面２４に対し４
５度の入射角をもつ。その全反射光は、第２の斜面２５
に対しても同じく４５度の入射角を持ち、再度第２の斜
面２５で全反射し、台形プリズム２２の底面２３から垂
直の角度を持って出射する。なお、上記偏光子７からの
光は、台形プリズム２２の第１の斜面２４における入射
面に対し４５度傾いた偏光面を持つ直線偏光である。台
形プリズム２２を１／４波長板として用いるには１回の
全反射で生じる位相差をπ／４とする必要がある。従っ
て、上述の式１より、台形プリズム２２の屈折率は１．
５５４となる。実際には、１回の全反射で生じる位相差
がπ／４より少々ずれていても、ツイストモードとして
の効果を十分に得ることができるので、台形プリズム２
２は１．５４〜１．５７５の間にある屈折率を持つ透明
な材質により作られていればよい。

【００４４】以上の構成により、共振器内部に挿入する
光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一モ
ードで発振する高効率のレーザ装置を得ることができ
る。また、台形プリズム２２は簡単な形状であり、加工
が容易であるという利点がある。加えて、台形プリズム
２２への入射光及び出射光は互いに平行であるので、レ
ーザ共振器の組立て及び調整が楽になると言う利点もあ
る。

【００４５】実施例６．図９には、第２の発明に基づく
第６の実施例の構成図が示される。高反射鏡１と出力結
合鏡３とは、プリズム２６を介して折り返し型の共振器
を構成している。プリズム２６は上記共振器中に、上記
共振器を共振する光がプリズム２６において複数の全反
射を行うように配置される。また、高反射鏡１とプリズ
ム２６の間に１／４波長板５とレーザロッド４を、第２
のプリズム２６と出力結合鏡３の間に偏光子７を配置し
ている。偏光子７は上記共振器を共振する光を紙面に対
し垂直もしくは平行な直線偏光としている。

【００４６】図１０はプリズム２６の詳細図である。プ
リズム２６は、底面２７、第１の斜面２８、第２の斜面
２９、第１の側面３０及び第２の側面３１を有する。第
１の斜面２８及び第２の斜面２９は、底面２７に対して
４５度傾いている。また、第１の側面３０及び第２の側
面３１は、底面２７に直交している。

【００４７】動作は実施例４と同様である。プリズム２
６は、図９において紙面に対して垂直もしくは平行に偏
光している光が入射したとき、その出射光を円偏光に変
換する１／４波長板として機能する。プリズム２６の第
１の斜面２８及び第２の斜面２９は、光が底面２７に垂
直に入射したとき、その光がそれぞれの斜面に対し４５
度の入射角を持ち、また上記斜面２８、２９における全
反射光が、それぞれプリズム２６の第１の側面３０及び
第２の側面３１に対する入射角４５度の入射光となるよ
うに加工されている。偏光子７からプリズム２６に入射
する光は、プリズム２６の第１の斜面２８で全反射し、
その後、第１の側面３０及び第２の側面３１上でジグザ
ク状に４回の全反射を行い、最後に第２の斜面２９で全
反射して底面２７から出射される。このように全６回の
全反射を行うのは、プリズム２６の斜面２８、２９と側
面３０、３１において、ｓ波とｐ波の２つの直線偏光成
分を入れ替えるためである。

【００４８】プリズム２６を、１／４波長板５とレーザ
ロッド４とともにツイストモードの構成として作用させ
るためには、１回の全反射で生じる位相差をほぼπ／４
とする必要がある。従って、実施例５の台形プリズムと
同様に、プリズム２６は１．５４〜１．５７５の間にあ
る屈折率を持つ透明な材質により作られる。

【００４９】以上の構成により、共振器内部に挿入する
光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単一モ
ードで発振する高効率のレーザ装置を得ることができ
る。また、プリズム２６への入射光及び出射光が互いに
平行であること、及び共振器を共振する光の偏光面が共
振器を構成する光学部品が並べられる平面に対し垂直ま
たは平行であることにより、レーザ共振器の組立て及び
調整が楽になるという利点がある。

【００５０】実施例７．次に、第３の発明に基づく第７
の実施例を図について説明する。

【００５１】図１１には、第３の発明に基づく第７の実
施例の構成図が示され、前述した図１８における従来例
と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００５２】第１の屋根型プリズム１１と第２の屋根型
プリズム３２は屋根型部分の稜線を互いに垂直に置くこ
とにより、自己補償型の共振器を構成している。一般に
屋根型プリズムには、入射した光の方向にプリズムの配
置等の経時変化によるずれが生じても、稜線の方向に応
じてずれを補償する性質がある。このため、屋根型プリ
ズムを稜線が互いに垂直になるように配置すると、直交
する２方向のずれを補償でき、自己補償型の共振器が構
成できる。

【００５３】また、台形プリズム２２により、上記共振
器は折り返し型の構成となる。ここで、台形プリズム２
２は、第３の発明に係る第３のプリズムを構成する。第
１の屋根型プリズム１１と台形プリズム２２は、互いの
全反射面における二つの直線偏光成分がそれぞれ垂直ま
たは平行となるように配置される。また、第１の屋根型
プリズム１１と台形プリズム２２の間にはレーザロッド
４が、第２の屋根型プリズム３２と台形プリズム２２の
間には第３の１／４波長板３３と偏光子７が置かれる。

【００５４】上記共振器は出力結合方式が偏光子結合と
なっている。すなわち、レーザ出力光９は、偏光子７か
ら取り出される。偏光子７は紙面に対し４５度の角度を
成す直線偏光の一方を共振器内に残し、他方をレーザ出
力光９として出力する。出力結合量は、第３の１／４波
長板３３により調整される。第１の屋根型プリズム１１
と台形プリズム２２は、それぞれ実施例２、実施例４で
説明したように１／４波長板としての機能を持つ。した
がって、第１の屋根型プリズム１１とレーザロッド４及
び台形プリズム２２によりツイストモードの構成を得る
ことができる。

【００５５】以上の構成により、自己補償型の共振器で
ありながら、特に１／４波長板を用いずにツイストモー
ドの構成を得ることができる。これにより、共振器内部
に挿入する光学部品を増やすことなく、構成が簡単であ
り単一モードで発振する高効率のレーザ装置を得ること
ができる。

【００５６】実施例８．図１２には、第３の発明に基づ
く第８の実施例の構成図が示される。

【００５７】プリズム１６は、直方体プリズムであり、
プリズム３４は第１のプリズム１６と同じ形状をしてい
る。そして、プリズム１６とプリズム３４は自己補償型
の共振器を構成しており、そのため、プリズム１６とプ
リズム３４は、互いの底面が垂直の位置関係となるよう
に配置されている。プリズム１６が補償する方向成分は
紙面に対し４５度の角度であるため、対を成すプリズム
３４も上記の方向成分に対し９０度、紙面に対し４５度
の角度の方向成分を補償する。また、上記共振器は、プ
リズム２６により折り返し型の共振器となっている。

【００５８】本実施例は、実施例７と同様、偏光子結合
の構成となっている。ただし、偏光子７は紙面に平行も
しくは垂直な直線偏光成分の一方を共振器内に残し、他
方をレーザ出力光９として出力する。

【００５９】動作は実施例７と同様であり、プリズム１
６、レーザロッド４及びプリズム２６によりツイストモ
ードの構成を得ることができる。

【００６０】以上の構成により、自己補償型の共振器で
ありながら、特に１／４波長板を用いずにツイストモー
ドの構成を得ることができる。これにより、共振器内部
に挿入する光学部品を増やすことなく、構成が簡単であ
り単一モードで発振する高効率のレーザ装置を得ること
ができる。また、共振器を共振する光の偏光面が共振器
を構成する光学部品が並べられる平面に対し垂直または
平行であることは、レーザ共振器の組立て及び調整が楽
になるという利点がある。

【００６１】実施例７，８は１／４波長板の機能を持っ
たプリズムにより折り返し型の共振器としているが、こ
のプリズムの代りに１／４波長板を用いて直線型の共振
器としても構わない。

【００６２】実施例９．次に、第４の発明に基づく第９
の実施例を図について説明する。

【００６３】第１，２の発明は共振器をなす鏡または折
り返し鏡の代わりに、全反射により１／４波長板の機能
を持たしたプリズムを用いて、ツイストモードの構成を
得たことを特徴にしている。

【００６４】一方、第４の発明はレーザロッドの端部に
複数の全反射面を設け、１／４波長板の機能を持たせた
ことを特徴とする。

【００６５】図１３には、第４の発明に基づく第９の実
施例の構成図が示され、前述した図１８における従来例
と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００６６】レーザロッド３５と第４の１／４波長板３
６は共振器中に置かれ、ツイストモードを構成してい
る。レーザロッド３５の端部のうち、第４の１／４波長
板３６と反対側の端部には一組の平行な斜面が設けら
れ、共振器を共振する光は上記斜面において２回全反射
を行う。上記２回の全反射により、ｓ波とｐ波との間に
π／２（１／４波長）の位相差が生じるように上記斜面
への入射角が決められている。

【００６７】例えば、レーザロッド３５が屈折率１．８
のＮｄ：ＹＡＧならば、実施例４で述べた式１により、
入射角は約３５．６度となる。また、共振器を共振する
光は紙面に対し４５度の角度をなし、第４の１／４波長
板３６の速軸はｐ波の偏光面に平行である。

【００６８】以上の構成により、ツイストモードを構成
する光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり単
一モードで発振する高効率なレーザ装置を得ることがで
きる。

【００６９】実施例１０．図１４には、第４の発明に基
づく第１０の実施例の構成図が示される。

【００７０】動作は実施例９と同様である。本実施例に
おいては、レーザロッド３５の、一組の平行な斜面を加
工された側の端面に施された高反射膜３７と出力結合鏡
３とにより共振器が構成されている。この構成により、
さらに光学部品を減らすことができ、構成が簡単であり
単一モードで発振する高効率なレーザ装置を得ることが
できる。

【００７１】実施例１１．図１５には、第４の発明に基
づく第１１の実施例の構成図が示される。また、図１６
には、レーザロッド３８の詳細図が示される。

【００７２】図１５、１６において、レーザロッド３８
は、両端部それぞれに平行な斜面を持つように加工され
ており、上記レーザロッド３８のみでツイストモードを
構成することができる。共振器を共振する光は、レーザ
ロッド３８の両端部それぞれで２回全反射を行う。それ
ぞれの端部において、ｓ波とｐ波の間にπ／２（１／４
波長）の位相差が生じるように上記斜面への入射角が決
められる。例えば、レーザロッド３８が屈折率１．８の
Ｎｄ：ＹＡＧならば、入射角は約３５．６度となる。ま
た、共振器を共振する光は、上記端部に加工された斜面
への入射面に対し４５度の角度をなす。

【００７３】以上の構成により、さらにツイストモード
を構成する光学部品を減らすことができ、構成が簡単で
あり単一モードで発振する高効率なレーザ装置を得るこ
とができる。

【００７４】実施例１２．図１７には、第４の発明に基
づく第１２の実施例の構成図が示される。

【００７５】動作は実施例３に等しい。レーザロッド３
９は四角柱のレーザロッドの端部に斜面を設けて、上記
端部を実施例３で示した第１のプリズムに加工されてい
る。そして、レーザロッド３９の端部と出力結合鏡３に
より共振器を構成している。また、レーザロッド３９と
第４の１／４波長板３６によりツイストモードを構成す
る。

【００７６】以上の構成により、さらにツイストモード
を構成する光学部品を減らすことができ、構成が簡単で
あり単一モードで発振する高効率なレーザ装置を得るこ
とができる。

【００７７】実施例９，１０，１１，１２では、レーザ
ロッド端部を直接加工した例を示しているが、端部を別
に加工し、接着して用いることも可能である。例えば、
レーザロッドがＮｄ：ＹＡＧならば、端部を別にＮｄ：
ＹＡＧもしくはＮｏｎ−ｄｏｐｅのＹＡＧで加工し、接
着して用いても良い。また、実施例１２では出力結合鏡
の代りに、例えば実施例８で用いてた第３のプリズムを
用いて自己補償型の共振器構成とすることも可能であ
る。

【００７８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、光学部
品に複数の全反射面を設けることにより、ツイストモー
ドを構成する共振器の光学部品を減らすことができ、構
成が簡単であり単一モードで発振する高効率のレーザ装
置を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の発明に基づく第１の実施例の
構成図である。

【図２】この発明の第１の発明に基づく第２の実施例の
構成図である。

【図３】この発明の第１の発明に基づく第２の実施例に
用いた屋根型プリズムである。

【図４】この発明の第１の発明に基づく第３の実施例の
構成図である。

【図５】この発明の第１の発明に基づく第３の実施例に
用いたプリズムの詳細図である。

【図６】この発明の第２の発明に基づく第４の実施例の
構成図である。

【図７】この発明の第２の発明に基づく第５の実施例の
構成図である。

【図８】この発明の第２の発明に基づく第５の実施例に
用いた台形プリズムの詳細図である。

【図９】この発明の第２の発明に基づく第６の実施例の
構成図である。

【図１０】この発明の第２の発明に基づく第６の実施例
に用いたプリズムの詳細図である。

【図１１】この発明の第３の発明に基づく第７の実施例
の構成図である。

【図１２】この発明の第３の発明に基づく第８の実施例
の構成図である。

【図１３】この発明の第４の発明に基づく第９の実施例
の構成図である。

【図１４】この発明の第４の発明に基づく第１０の実施
例の構成図である。

【図１５】この発明の第４の発明に基づく第１１の実施
例の構成図である。

【図１６】この発明の第４の発明に基づく第１１の実施
例に用いたレーザロッドの詳細図である。

【図１７】この発明の第４の発明に基づく第１２の実施
例の構成図である。

【図１８】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１第１の高反射鏡２第２の高反射鏡３出力結合鏡４レーザロッド５第１の１／４波長板６第２の１／４波長板７偏光子８共振器の光軸９レーザ出力光１０複数の全反射面を持つプリズム１１変形された屋根型プリズム１２屋根型プリズム１１の第１の側面１３屋根型プリズム１１の第１の斜面１４屋根型プリズム１１の第２の斜面１５屋根型プリズム１１の第３の斜面１６プリズム１７プリズム１６の第１の側面１８プリズム１６の斜面１９プリズム１６の底面２０プリズム１６の第２の側面２１複数の全反射面を持つプリズム２２台形プリズム２３台形プリズム２２の底面２４台形プリズム２２の第１の斜面２５台形プリズム２２の第２の斜面２６プリズム２７プリズム２６の底面２８プリズム２６の第１の斜面２９プリズム２６の第２の斜面３０プリズム２６の第１の側面３１プリズム２６の第２の側面３２第２の屋根型プリズム３３第３の１／４波長板３４第３のプリズム３５端部を加工したレーザロッド３６第４の１／４波長板３７レーザロッド３５の端面に施された高反射膜３８両端部を加工したレーザロッド３９端部をプリズムに加工したレーザロッド

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】また、第１の１／４波長板５を通過し、高
反射鏡１で反射し、再び第１の１／４波長板５を通過す
ると、合わせて１／２波長の位相差を生じるので、第１
の１／４波長板５から第２の１／４波長板６へ進行する
円偏光と、第２の１／４波長板６から第１の１／４波長
板５へ進行する円偏光の回転方向は光の進行方向に対し
て同方向になっている。一方、光の進行方向は逆方向で
あるので、上記２つの円偏光の合成は電界ベクトルが空
間的に螺旋状の円を描くことになる。このような共振器
の構成をツイストモードの構成と言う。この構成にする
と通常の定在波が立つ共振器構成と異なり、上記レーザ
ロッド４を含む第１の１／４波長板５と第２の１／４波
長板６との間には空間的に一様な電界が存在する。すな
わち、空間的なホールバーニングが存在しない。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】第３の発明に係るレーザ装置は、それぞれ
の内部で複数回の全反射を行う直交配置された２つのプ
リズムにより、自己補償型のレーザ共振器を構成したこ
とを特徴とする。上記２つのプリズムの内一方は、内部
で複数回の全反射を行うことにより、１／４波長板及び
高反射鏡として機能する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】

【作用】第１の発明に係るレーザ装置においては、２回
の全反射において光を折り返すのと反射鏡で光を折り返
すのではｐ波の符号が逆となることを利用している。こ
れは、全反射の際にｓ波とｐ波との間に、全反射の位相
ずれによる位相差のほかにπ（１／２波長）の位相差が
生じることに等しい。上記プリズムの全反射の回数と、
全反射の際のｓ波とｐ波の取り方とを選択すると全反射
の位相ずれによる位相差を打ち消すことができ、上記プ
リズムに入射した光が入射光の光路に沿って上記プリズ
ムから出射されたとき、ｓ波とｐ波、すなわち互いに直
交する直線偏光成分の間にπの位相差をつけることがで
きる。これにより、上記プリズムに高反射鏡としての機
能のほかに１／４波長板としての機能を持たせることが
できる。従って、上記プリズムと１／４波長板とにより
ツイストモードの構成となる。これにより、共振器内部
に挿入する光学部品を減らすことができ、構成が簡単で
あり単一モードで発振する高効率なレーザ装置を得るこ
とができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】動作は実施例１と同様である。プリズム１
６の斜面１８は、光が第１の側面１７に垂直に入射した
とき、その光が斜面１８に対し４５度の入射角を持ち、
また上記斜面１８における全反射光が第２の側面２０ま
たは底面１９に対する入射角４５度の入射光となるよう
に加工されている。プリズム１６は、上記共振器を共振
する光がプリズム１６の第１の側面１７に垂直に入射し
たとき、その反射光の中心が第２の側面２０と底面１９
の成す稜線上にくるように配置される。プリズム１６の
第２の側面２０と底面１９とは互いに垂直を成している
ので、この部分だけを見れば屋根型プリズムの屋根型の
部分と同様の作用がある。すなわち、２回の全反射によ
り反射光を入射光の来た方向に折り返す。上記斜面にお
ける全反射と側面及び底面における全反射では、ｓ波と
ｐ波の二つの直線偏光成分が入れ替わるため、プリズム
１６では計４回の全反射を行い、二つの直線偏光成分の
間にπ、すなわち１／２波長の位相差を得る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】図８は台形プリズム２２の詳細図である。
台形プリズム２２は、底面２３、第１の斜面２４及び第
２の斜面２５を有している。第１の斜面２４及び第２の
斜面２５は、底面２３に対してそれぞれ４５度の角度を
成している。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射した光を、入射光の光路に重なるよ
うに出射するプリズムと、前記プリズムと共振器を構成する鏡と、前記共振器中に置かれたレーザ媒質と、前記レーザ媒質と前記鏡との間に置かれ、前記共振器に
共振する光に対する１／４波長板と、前記鏡と前記１／４波長板との間に置かれ、前記共振器
に共振する光を直線偏光とする偏光子と、で構成される
レーザ装置において、前記プリズムが前記共振器に共振する光に対する複数の
全反射面を有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】請求項１記載のレーザ装置であって、前
記プリズムが、直角の角度を成す２つの斜面で形成され
る屋根を有する屋根型プリズムであり、かつ前記屋根に
対向する面が、前記屋根の稜線と４５度の角度を成すこ
とを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】請求項１記載のレーザ装置であって、前
記プリズムが、直方体プリズムであり、前記直方体プリ
ズムが、その側面に垂直に入射した光が４５度の入射角
を持つ斜面と、前記側面に隣接し、前記斜面を全反射し
た反射光が４５度の入射角を持つ他の側面と、前記側面
に隣接し、前記他の側面を全反射した反射光が４５度の
入射角を持つ底面と、を含み、前記底面を全反射した反
射光が前記斜面に４５度の入射角で入射して全反射する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】共振器を構成する一組の鏡と、前記共振器中に置かれ、前記共振器に共振する光が前記
一組の鏡のそれぞれに入射するように、入射した光を折
り返して出射するプリズムと、前記一組の鏡の一方と前記プリズムとの間に置かれたレ
ーザ媒質と、前記一組の鏡の一方と前記レーザ媒質との間に置かれ、
前記共振器に共振する光に対する１／４波長板と、前記一組の鏡の他方と前記プリズムの間に置かれ、前記
共振器に共振する光を直線偏光とする偏光子と、で構成
されるレーザ装置において、前記プリズムが前記共振器を共振する光に対する複数の
全反射面を有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】請求項４記載のレーザ装置であって、前
記プリズムが底面に対し４５度の角度を成す２つの斜面
を有する台形プリズムであり、かつ屈折率が１．５４５
〜１．５７である透明な材質でできていることを特徴と
するレーザ装置。
【請求項６】請求項４記載のレーザ装置であって、前
記プリズムが直方体プリズムであり、前記直方体プリズ
ムが、その底面に垂直に入射した光が４５度の入射角
で、かつその反射光が前記底面に隣接した２つの側面に
対しぞれぞれ４５度の入射角を持つように全反射する斜
面を２面持たせた形状をしており、かつ屈折率が１．５
４５〜１．５７である透明な材質でできていることを特
徴とするレーザ装置。
【請求項７】入射した光を、入射光の光路に重なるよ
うに出射する第１のプリズムと、入射した光を、入射光の光路に重なるように出射し、前
記第１のプリズムと共振器を構成する第２のプリズム
と、前記共振器中に置かれたレーザ媒質と、前記第２のプリズムと前記レーザ媒質との間に置かれ、
前記共振器に共振する光に対する１／４波長板と、前記第２のプリズムと前記１／４波長板との間に置か
れ、前記共振器に共振する光を直線偏光とする偏光子
と、で構成されるレーザ装置において、前記第１及び前記第２のプリズムが前記共振器に共振す
る光に対する複数の全反射面を有し、前記共振器が、前記第１及び前記第２のプリズムが直交
配置された自己補償型共振器であることを特徴とするレ
ーザ装置。
【請求項８】入射した光を、入射光の光路に重なるよ
うに出射する第１のプリズムと、入射した光を、入射光の光路に重なるように出射し、前
記第１のプリズムと共振器を構成する第２のプリズム
と、前記共振器中に置かれ、前記共振器に共振する光が前記
第１及び前記第２のプリズムのそれぞれに入射するよう
に、入射した光を折り返して出射する第３のプリズム
と、前記第１のプリズムと前記第３のプリズムとの間に置か
れたレーザ媒質と、前記第２のプリズムと前記第３のプリズムとの間に置か
れ、前記共振器に共振する光を直線偏光とする偏光子
と、で構成されるレーザ装置において、前記第１、前記第２及び前記第３のプリズムが前記共振
器に共振する光に対する複数の全反射面を有し、前記共振器が、前記第１及び前記第２のプリズムが直交
配置された自己補償型共振器であることを特徴とするレ
ーザ装置。
【請求項９】請求項７または請求項８記載のレーザ装
置であって、前記第１及び前記第２のプリズムの少なく
とも一方が、直角の角度を成す２つの斜面で形成される
屋根を有する屋根型プリズムであり、かつ前記屋根に対
向する面が、前記屋根の稜線と４５度の角度を成すこと
を特徴とするレーザ装置。
【請求項１０】請求項７または請求項８記載のレーザ
装置であって、前記第１及び前記第２のプリズムの少な
くとも一方が、直方体プリズムであり、前記直方体プリ
ズムが、その側面に垂直に入射した光が４５度の入射角
を持つ斜面と、前記側面に隣接し、前記斜面を全反射し
た反射光が４５度の入射角を持つ他の側面と、前記側面
に隣接し、前記他の側面を全反射した反射光が４５度の
入射角を持つ底面と、を含み、前記底面を全反射した反
射光が前記斜面に４５度の入射角で入射して全反射する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１１】共振器を構成する一組の鏡と、前記共振器中に置かれたレーザ媒質と、前記一組の鏡の一方と前記レーザ媒質との間に置かれ、
前記共振器に共振する光に対する１／４波長板と、前記一組の鏡の一方と前記１／４波長板との間に置か
れ、前記共振器に共振する光を直線偏光とする偏光子
と、で構成されるレーザ装置において、前記レーザ媒質が、前記１／４波長板と反対側の端部
に、前記共振器を共振する光に対する複数の全反射面を
有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項１２】入射した光を、入射光の光路に重なる
ように出射するプリズムが一端に形成されたレーザ媒質
と、前記プリズムと共振器を構成する鏡と、前記レーザ媒質と前記鏡との間に置かれ、前記共振器に
共振する光に対する１／４波長板と、前記鏡と前記１／４波長板との間に置かれ、前記共振器
に共振する光を直線偏光とする偏光子と、で構成される
レーザ装置において、前記プリズムが前記共振器に共振する光に対する複数の
全反射面を有することを特徴とするレーザ装置。