JPH0774435A - 色素レーザー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高効率で高出力の色素レーザー出力を得なが
ら、色素セルの光学的損傷を回避することができる。 【構成】色素溶液をレーザー発振媒体とし、励起光源を
発振器および増幅器に照射してレーザー発振させる色素
レーザー装置において、前記発振器および増幅器に使用
する色素セル15に内壁面を縦方向にのみ凸形部16を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は色素溶液を発振媒体とし
て使用する色素レーザー装置に係り、特にガラス製の色
素セル流路部に励起光を集光する方式を使用する色素レ
ーザー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー装置は素材切削加工、光通信、
医療技術、原子力産業など広い分野で使用されている。
レーザー装置内の色素レーザー装置は発振媒体である色
素を溶媒に溶かして色素溶液とし、色素溶液に励起光源
である他のレーザー光、例えば銅蒸気レーザー光を照射
してレーザー発振させる。

【０００３】色素レーザー装置は通常、大出力を得るた
めに発振器からの発振光を複数段の増幅器に入射させ、
出力を増幅させる、いわゆるＭＯＰＡ（Master Oscilla
torPower Amprifier ）を構成している。

【０００４】図４により従来の色素レーザー装置を説明
する。図４は従来例の概略構成を示すブロック図であ
る。発振器１には、励起光２を色素溶液に照射するため
のガラス製の色素セル３、グレーティング４、波長選択
素子５が内含されている。また、励起光２はシリンドリ
カルレンズ６で集光され、色素セル３の流路を流れる色
素溶液に照射される。

【０００５】色素セル３から発光した光は出力ミラー７
とグレーティング４の間で共振し、出力ミラー７から色
素レーザー光８として増幅器９に入射する。この増幅器
９は複数段設置されるが、全てほぼ同じ構造であるので
構成要素には同一名称、同一番号を使用して説明する。

【０００６】増幅器９にも発振器１と同様な構造の色素
セル３が内含されており、励起光２はシリンドリカルレ
ンズ６で集光され、色素セル３の流路を流れる色素溶液
に照射され、次段の増幅器９についても同様に行われ
る。

【０００７】発振器１から出射された色素レーザー光８
は増幅器９の色素セル３を通過する間に増幅され、次段
の増幅器へと入射し、そこで前段の増幅器９と同様に増
幅され、最終的に増幅された色素レーザー光となる。

【０００８】図５に色素セル３周辺の拡大図を示す。発
振器および増幅器（図示せず）共にほぼ同じ構造であ
る。図５（ａ）は色素セル３等を横から見た図である。
図の左方向から励起光２が入射し、シリンドリカルレン
ズ６で上下方向に集光される。

【０００９】一方、色素セル３はセルホルダー10で固定
され、上下に色素配管11が接続されている。色素溶液12
は、上方より色素配管11，セルホルダー10を介して色素
セル３に流れ込み、下方に流れ出る。励起光２は色素セ
ル３の流路のほぼ中心で焦点を持つよう、シリンドリカ
ルレンズ６で上下方向に集光される。

【００１０】なお、図５（ｂ）は色素セル３等を上から
見た図であるが、図に示すとおり励起光２はシリンドリ
カルレンズ６により色素レーザー光８の進行方向、すな
わち水平方向には集光されず、上下方向にのみ集光され
る。

【００１１】通常、できるだけ大きな色素レーザー光を
得るためには、励起光２を上下方向にできるだけ集光し
た方がよく、色素セル３の流路中心に集光ポイントがく
るよう、シリンドリカルレンズ６を調整する。

【００１２】なお、ここでの説明では色素セル３への励
起光２の照射を説明の都合上片側からのみとしたが、実
際には両側から励起光２を色素セル３へ照射することも
あり、任意に選択される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のような色素
レーザー装置にあっては、高出力の色素レーザー光８を
得るためには、できるだけ励起光２を色素セル３の流路
中心に集光するようシリンドリカルレンズ６で調整す
る。しかしながら、この場合、色素セル３に非常な高エ
ネルギー密度の励起光２が照射されることになり、色素
セル３が光学的に損傷を受けやすくなる課題がある。

【００１４】また、とくに図６に示すように、色素セル
３の流路内においては色素配管11から流入する色素溶液
12の流速分布13が図示のように色素セル内壁面14から中
心に向けて流速が大きくなる。とくに、色素セル内壁面
14近傍の色素溶液12の流速はほぼ０となっており、除熱
能力が乏しい。

【００１５】そのため、色素セル内壁面14の部分に高エ
ネルギー密度の励起光２がされると、励起光２を吸収す
る核となるようなものが存在していた場合には局所的に
温度が急上昇し、色素セル３が瞬時に損傷してしまう課
題がある。

【００１６】さらに、色素セル３内の流路中心に励起光
２を集光し出力を最大とするためには、シリンドリカル
レンズ６を微妙に調整する必要があり、そのため、繁雑
な作業が発生し、また調整の途中では色素セル本体部に
励起光２が集光され、色素セル３が光学的に損傷を受け
る課題がある。

【００１７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、シリンドリカルレンズを用いないで色素セル
の流路内での励起光の集光ポイントにおけるエネルギー
密度を変えることなく、したがって高効率で高出力の色
素レーザー出力を得ながら、かつ色素セルの光学的損傷
を回避することができる色素レーザー装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は色素溶液をレー
ザー発振媒体とし、励起光源を発振器および増幅器に照
射してレーザー発振させる色素レーザー装置において、
前記発振器および増幅器に使用する色素セル自身に励起
光を集光させる機能を付与してなることを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明は色素セル自身に高エネルギー密度の励
起光が照射されることを防ぐために、励起光がシリンド
リカルレンズを介さずに、したがって励起光が集光され
ることなしに直接色素セルに入射する。また、入射する
励起光が色素セルの流路内で集光するように、色素セル
内壁面を凸形にしてそれ自身がシリンドリカルレンズと
して機能する。

【００２０】シリンドリカルレンズを使用しないため、
色素セル自身に励起光が集光されず、高エネルギーの励
起光による色素セルの光学的損傷（焼き付き）を回避す
ることができる。

【００２１】また、色素セル自身に励起光の集光機能
（縦方向のみ）を持たせるため、色素セルに励起光の平
行ビームを入射させるだけで常に色素セル流路の中心に
励起光を集光させることができ、繁雑なシリンドリカル
レンズのアライメントが不要となる。

【００２２】さらに、色素セル自身がシリンドリカルレ
ンズとして機能するため、色素セル流路壁面で励起光が
集光されることがなく、壁面部での焼け付きを回避する
ことができる。

【００２３】

【実施例】本発明に係る色素レーザー装置の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。図１は本発明に係る色
素レーザー装置の構成を示すブロック図である。なお、
本発明に係る色素レーザー装置は色素セル周辺部に特徴
を有し、それ以外の部分については図４および図５に示
す従来の構成要素と同一であるため、同一要素には同一
符号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００２４】図１に示す本実施例の色素レーザー装置
は、励起光２がシリンドリカルレンズを介さずに、すな
わち集光されずに発振器１および増幅器９内にある改良
型色素セル15に入射するようになっている。ここで、本
実施例に係る色素セルは、従来の色素セルとその構造を
異にするため、改良型色素セルと称し、従来の色素セル
と区別することとする。

【００２５】図２に改良型色素セル15周辺の拡大図を示
す。図２（ａ）は改良型色素セル15等を横から見た図で
あり、（ｂ）は上から見た図である。改良型色素セル15
は、その内壁面を縦方向にのみ凸形部16を形成してお
き、それ自身がシリンドリカルレンズとして機能するよ
うに付与しておく。（ｂ）に示すように横方向には集光
されない。改良型色素セル15の凸形部16はレンズ機能を
付与しながらも色素溶液の流れをできる限り乱さないよ
うな形状とする。

【００２６】上記のような構成にすることにより、シリ
ンドリカルレンズを使用しないため、改良型色素セル自
身に励起光が集光されることがなくなる。また、改良型
色素セル自身が励起光の集光用シリンドリカルレンズと
して機能し、改良型色素セルに励起光の平行ビームを入
射させるだけで常に流路の中心に励起光を集光すること
ができる。さらに、改良型色素セル自身がレンズとして
機能するため、色素セル内壁面で励起光が集光されるこ
とはない。

【００２７】本実施例によればシリンドリカルレンズを
使用しないため、改良型色素セル自身に励起光が集光さ
れず、高エネルギーの励起光による色素セルの光学的損
傷（焼き付き）を回避することができる。

【００２８】また、改良型色素セル自身に励起光の集光
機能を持たせるため、改良型色素セルに励起光の平行ビ
ームを入射させるだけで常に流路の中心に、最適の条件
で励起光を集光させることができ、繁雑なシリンドリカ
ルレンズのアライメントが不要となる。

【００２９】さらに、改良型色素セル自身がシリンドリ
カルレンズとして機能するため、セル流路壁面で励起光
が集光されることがなく、壁面部での焼け付きを回避す
ることができる。

【００３０】次に図３により本発明に係る色素レーザー
装置の第２の実施例を説明する。図３は改良型色素セル
およびその近傍の構成図である。第２の実施例では第１
の実施例と同様に改良型色素セル15の内面を縦方向にの
み凸形部16を形成するとともに、この色素セル15の前方
にシリンドリカルレンズ６を配置したことにある。

【００３１】励起光２は従来のようにシリンドリカルレ
ンズ６を用いて集光するが、改良型色素セル15部分で光
学的損傷が発生しないようなビーム径となるようにして
おく。デフォーカス気味に入射してきた励起光２は、そ
の内壁面を縦方向にのみ凸形部16を形成した改良型色素
セル15でさらに集光され、改良型色素セル15の流路の中
心で色素レーザー発振に最適な条件集光される。

【００３２】この第２の実施例によれば、シリンドリカ
ルレンズ６で励起光２が一度ある程度にまで集光される
ため、改良型色素セル15に持たせるレンズ機能の焦点距
離を長くとることができ、すなわち内壁面の縦方向の凸
形部16の度合いを小さくすることができる。これによ
り、改良型色素セル15内での色素溶液12の流れがより乱
されにくくなり、また、改良型色素セルの製作もより簡
単となる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、励起光の集光用として
シリンドリカルレンズを使用せず、あるいは使用しても
色素セルに光学的損傷を与えない程度に集光させるた
め、色素セル自身に励起光が高密度に集光されず、高エ
ネルギーの励起光による色素セルの光学的損傷（焼き付
き）を回避することができる。

【００３４】また、色素セル自身に励起光の集光機能
（縦方向のみ）を持たせるため、色素セルに励起光の平
行ビームあるいはデフォーカス気味のビームを入射させ
るだけで、常に色素セル流路の中心に励起光を集光させ
ることができ、繁雑なシリンドリカルレンズの微妙なア
ライメントが不要となる。

【００３５】さらに、色素セル自身がシリンドリカルレ
ンズとして機能するため、色素セル流路壁面で励起光が
集光されることがなく、壁面部での焼け付きを回避する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る色素レーザー装置の第１の実施例
を示すブロック図。

【図２】（ａ）は図１における色素レーザー装置の色素
セルとその近傍を拡大して横方向から見た概略図、
（ｂ）は（ａ）の上面図。

【図３】（ａ）は本発明に係る色素レーザー装置の第２
の実施例における色素セルとその近傍を拡大して横方向
から見た概略図、（ｂ）は（ａ）の上面図。

【図４】従来の色素レーザー装置を示すブロック図。

【図５】（ａ）は図４における色素レーザー装置の色素
セルとその近傍を拡大して横方向から見た概略図、
（ｂ）は（ａ）の上面図。

【図６】図６における色素セルの作用を説明するための
概略図。

【符号の説明】

１…発振器、２…励起光、３…色素セル、４…グレーテ
ィング、５…波長選択素子、６…シリンドリカルレン
ズ、７…出力ミラー、８…色素レーザー光、９…増幅
器、10…セルホルダー、11…色素配管、12…色素溶液、
13…色素溶液流速分布、14…色素セル内壁面、15…改良
型色素セル、16…凸形部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 色素溶液をレーザー発振媒体とし、励起
   光源を発振器および増幅器に照射してレーザー発振させ
   る色素レーザー装置において、前記発振器および増幅器
   に使用する色素セル自身に励起光を集光させる機能を付
   与してなることを特徴とする色素レーザー装置。