JPH0786673A - Gas laser oscillator - Google Patents

Gas laser oscillator

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JPH0786673A
JPH0786673A JP25378793A JP25378793A JPH0786673A JP H0786673 A JPH0786673 A JP H0786673A JP 25378793 A JP25378793 A JP 25378793A JP 25378793 A JP25378793 A JP 25378793A JP H0786673 A JPH0786673 A JP H0786673A
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JP
Japan
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gas laser
spacer
sub
etalon
spacers
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JP25378793A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Kasahara
慎司 笠原
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To contrive to stabilize an oscillation by a method wherein the length of an oscillator of a hollow etalon for simplifying an oscillation spectrum is always kept constant irrespective of temperature. CONSTITUTION:A laser tube 1 and a hollow etalon 4 are arranged between a pair of mirrors 2a, 2b. In the hollow etalon 4, a spacer 5 is interposed between reflection plates 6a and 6b forming a non-reflecting film on an outer side surface and a reflection film on an inner side surface. In the spacer 5, a sub-spacer 5a formed with a ceramic glass having a negative linear thermal expansion coefficient is connected to a sub-spacer 5b formed with composite quartz having a positive linear thermal expansion coefficient by an optical contact.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はガスレーザ発振器に関
し、特に、単一スペクトル発振を行わせる中空エタロン
を備えたガスレーザ発振器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas laser oscillator, and more particularly to a gas laser oscillator having a hollow etalon for single spectrum oscillation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のガスレーザ発振器は、図4に示す
ように、両端にブリュースタ窓を有するガスレーザ管1
と、ガスレーザ管1の両側に配置された、光共振器を構
成する一対のミラー2a、2bと、光共振器内に配置さ
れた、レーザ光3を単一スペクトル化させるための中空
エタロン4とから構成されていた。
2. Description of the Related Art A conventional gas laser oscillator has a gas laser tube 1 having Brewster windows at both ends as shown in FIG.
And a pair of mirrors 2a and 2b which are arranged on both sides of the gas laser tube 1 and constitute an optical resonator, and a hollow etalon 4 which is arranged inside the optical resonator for converting the laser light 3 into a single spectrum. Was composed of.

【0003】中空エタロン4は、外側表面に無反射膜8
a、8bが形成され、内側表面に反射膜7a、7bが形
成された反射板6a、6bと、反射板6a−6b間の距
離を所定の値に維持するためのスペーサ5とから構成さ
れている。従来、この種の中空エタロン4のスペーサ5
は線膨張率の小さなセラミックガラスあるいは石英等に
より製造されていた。このレーザ発振器において、単一
スペクトル発振を行わせるために中空エタロン4の傾き
角度を調整し、中空エタロン4の共振器長Lを変化させ
る。
The hollow etalon 4 has a non-reflective film 8 on its outer surface.
a and 8b are formed, and the reflection plates 7a and 7b are formed on the inner surfaces of the reflection plates 6a and 6b, and the spacer 5 for maintaining the distance between the reflection plates 6a and 6b at a predetermined value. There is. Conventionally, this type of hollow etalon 4 spacer 5
Was manufactured from ceramic glass or quartz having a small coefficient of linear expansion. In this laser oscillator, the tilt angle of the hollow etalon 4 is adjusted to change the cavity length L of the hollow etalon 4 in order to perform single spectrum oscillation.

【0004】図5は、特開平3−160774号公報に
て提案された、発振周波数検出機構を備えた半導体レー
ザモジュールの構成を示す図である。半導体レーザ51
の図中左側へ出射された光は、レンズ52a、52bを
介して光ファイバ53に集光される。一方、半導体レー
ザの図中右側へ出射された光は、レンズ52cで平行光
線に変換された後ビームスプリッタ54で2方向に分岐
される。一方の分岐光はレンズ52dを介してフォトダ
イオード55aに集光される。他方の分岐光は、ファブ
リペロー共振器(中実エタロン)56に入射され、その
透過光はレンズ52eを介してフォトダイオード55b
に入射される。ここで、ファブリペロー共振器56を透
過する光の強度には周波数依存性がある。そこで、フォ
トダイオード55a、55bの出力値の比からレーザ光
の周波数を知ることができる。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a semiconductor laser module provided with an oscillation frequency detecting mechanism proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-160774. Semiconductor laser 51
The light emitted to the left side in the figure is condensed on the optical fiber 53 via the lenses 52a and 52b. On the other hand, the light emitted to the right side of the semiconductor laser in the figure is converted into parallel rays by the lens 52c and then split into two directions by the beam splitter 54. One of the branched lights is focused on the photodiode 55a via the lens 52d. The other branched light is incident on the Fabry-Perot resonator (solid etalon) 56, and the transmitted light thereof passes through the lens 52e to the photodiode 55b.
Is incident on. Here, the intensity of light transmitted through the Fabry-Perot resonator 56 has frequency dependence. Therefore, the frequency of the laser light can be known from the ratio of the output values of the photodiodes 55a and 55b.

【0005】而して、上記半導体レーザモジュールで
は、ファブリペロー共振器56の共振器長Lが温度変化
に追従して変化した場合、検出周波数に誤差が生じる。
そこで、ファブリペロー共振器56を、次の式を満たす
水晶56aおよびルチル56bとによって構成する。 n11 γ1 +n22 γ2 =0 (但し、n1 、l1 、γ1 は、水晶の屈折率、物理長、
温度係数、n2 、l2 、γ2 は、ルチルの屈折率、物理
長、温度係数)このように構成すれば、正の温度係数を
もつ水晶の温度変化と、負の温度係数をもつルチルの温
度変化とを相殺することができ、ファブリペロー共振器
の共振器長L(=l1 +l2 )を温度変化によらず常に
一定に保つことができる。
Thus, in the above semiconductor laser module, when the resonator length L of the Fabry-Perot resonator 56 changes following the temperature change, an error occurs in the detection frequency.
Therefore, the Fabry-Perot resonator 56 is composed of a crystal 56a and a rutile 56b that satisfy the following equation. n 1 l 1 γ 1 + n 2 l 2 γ 2 = 0 (where n 1 , l 1 and γ 1 are the refractive index of the crystal, the physical length,
(Temperature coefficient, n 2 , l 2 , and γ 2 are the refractive index, physical length, and temperature coefficient of rutile) With this configuration, the temperature change of the crystal having a positive temperature coefficient and the rutile having a negative temperature coefficient Of the Fabry-Perot resonator and the resonator length L (= l 1 + l 2 ) of the Fabry-Perot resonator can be kept constant regardless of the temperature change.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来のガ
スレーザ発振器では、発振器内部におかれる中空エタロ
ン4の環境温度が常温から20〜30℃上昇するため、
中空エタロン4のスペーサ5が膨張し、共振器長Lが変
化する。このため、単一スペクトルで発振していたレー
ザ光のスペクトルがガスレーザのゲイン幅内で移動し、
出力が不安定となる。また、スペクトルがジャンプする
モードホップという現象が起こり、単一スペクトル発振
が安定しないという問題点があった。
In the conventional gas laser oscillator shown in FIG. 4, since the environmental temperature of the hollow etalon 4 inside the oscillator rises from room temperature by 20 to 30 ° C.,
The spacer 5 of the hollow etalon 4 expands, and the resonator length L changes. Therefore, the spectrum of the laser light oscillated in a single spectrum moves within the gain width of the gas laser,
The output becomes unstable. In addition, there is a problem that a single spectrum oscillation is not stable due to a phenomenon called mode hopping in which the spectrum jumps.

【0007】特開平3−160774号公報により提案
されたファブリペロー共振器は、互いに温度係数の符号
が異なる2種類の光学材料を用いて形成されたものであ
るため、その共振器長は温度変化によらず一定である
が、この共振器を利用してガスレーザ発振器の単一スペ
クトル化を図ることはできない。それは上記2種類の光
学材料を光導波媒質そのものとして用いているため、材
料自身の損失があり、そして屈折率の大きく異なる材料
の接合であるため接合面での損失が大きく、安定な発振
が補償できないからである。
Since the Fabry-Perot resonator proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-160774 is formed by using two kinds of optical materials having different temperature coefficient signs, the resonator length thereof changes with temperature. It is constant regardless of the temperature, but it is not possible to make a single spectrum of the gas laser oscillator using this resonator. Since it uses the above-mentioned two types of optical materials as the optical waveguide medium itself, there is a loss of the material itself, and because of the bonding of materials with greatly different refractive indices, the loss at the bonding surface is large and stable oscillation is compensated. Because you can't.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によれば、両端にブリュースタ窓を有するガ
スレーザ管(1)と、前記ガスレーザ管の両側に配置さ
れた光共振器を構成する一対のミラー(2a、2b)
と、前記ガスレーザ管と一方のミラーとの間に挿入され
た、単一スペクトルのレーザ発振を行わせるための中空
エタロン(4)と、を備えるものであって、前記中空エ
タロンのスペーサ(5)が異なる材料からなる複数のサ
ブスペーサ(5a、5b)の積層体により構成され、か
つ、各サブスペーサの線熱膨張が互いに相殺しあうもの
であることを特徴とするガスレーザ発振器が提供され
る。
In order to solve the above problems, according to the present invention, a gas laser tube (1) having Brewster windows at both ends and an optical resonator arranged on both sides of the gas laser tube are provided. A pair of mirrors (2a, 2b)
And a hollow etalon (4) inserted between the gas laser tube and one of the mirrors for performing laser oscillation of a single spectrum, the spacer (5) of the hollow etalon. There is provided a gas laser oscillator characterized by being constituted by a laminated body of a plurality of sub spacers (5a, 5b) made of different materials, and the linear thermal expansions of the sub spacers cancel each other.

【0009】[0009]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例を示す断面図で
あり、図2は、この実施例において用いられる中空エタ
ロンの詳細断面図である。本実施例のガスレーザ発振器
は、図1に示すように、両端にブリュースタ窓を有する
ガスレーザ管1と、ガスレーザ管1の両側に配置され
た、光共振器を構成する一対のミラー2a、2bと、光
共振器内に配置された、レーザ光3を単一スペクトル化
させるための中空エタロン4とから構成されている。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed sectional view of a hollow etalon used in this embodiment. As shown in FIG. 1, the gas laser oscillator of the present embodiment includes a gas laser tube 1 having Brewster windows at both ends, and a pair of mirrors 2a and 2b, which are arranged on both sides of the gas laser tube 1 and constitute an optical resonator. , A hollow etalon 4 for arranging the laser light 3 into a single spectrum, which is arranged in the optical resonator.

【0010】中空エタロン4は、図2に示されるよう
に、外側表面に無反射膜8a、8bが形成され、内側表
面に反射膜7a、7bが形成された反射板6a、6b
と、反射板6a−6b間の距離を所定の値に維持するた
めのスペーサ5とから構成されている。そして、スペー
サ5は、負の線膨張率をもつセラミックガラスからなる
サブスペーサ5aと、正の線膨張率をもつ合成石英から
なるサブスペーサ5bとをオプティカルコンタクコント
により接合したものである。ここで、オプティカルコン
タクトとは、両者の接合面をλ/10(λは光の波長)
以下の面精度に研磨し、両者を密着させて接合すること
である。
As shown in FIG. 2, the hollow etalon 4 has reflection plates 6a and 6b having non-reflective films 8a and 8b formed on the outer surface and reflection films 7a and 7b formed on the inner surface.
And a spacer 5 for maintaining the distance between the reflectors 6a-6b at a predetermined value. The spacer 5 is formed by joining a sub spacer 5a made of ceramic glass having a negative linear expansion coefficient and a sub spacer 5b made of synthetic quartz having a positive linear expansion coefficient by an optical contact contact. Here, the optical contact means that the joint surface between them is λ / 10 (where λ is the wavelength of light).
The surface precision is as follows, and the two are brought into close contact with each other and joined.

【0011】サブスペーサ5aの常温での長さをl1
セラミックガラスの線膨張率をa1、サブスペーサ5b
の常温での長さをl2 、合成石英の線膨張率をa2 とす
るとき、長さl1 とl2 との間には次の関係が成り立つ
ようになされている。 (l1 +a11 )+(l2 +a22 )=l1 +l2
=L(一定) このようにすれば、サブスペーサ5aの線熱膨張とサブ
スペーサ5bの線熱膨張とは互いに相殺しあうため、共
振器長L、したがって、ファブリペロー共振器の自由ス
ペクトル間隔c/2Lは、温度変化に関係なく常に一定
となる(cは光速)。よって、温度変化に関係なく常に
安定して単一スペクトル発振を行わせることが可能にな
る。
The length of the sub spacer 5a at room temperature is l 1 ,
The linear expansion coefficient of ceramic glass is a 1 , the sub spacer 5b
When the length at room temperature is l 2 and the linear expansion coefficient of synthetic quartz is a 2 , the following relationship is established between the lengths l 1 and l 2 . (L 1 + a 1 l 1 ) + (l 2 + a 2 l 2 ) = l 1 + l 2
= L (constant) In this way, the linear thermal expansion of the sub-spacer 5a and the linear thermal expansion of the sub-spacer 5b cancel each other out, so that the resonator length L, and therefore the free spectral spacing c of the Fabry-Perot resonator c / 2L is always constant regardless of temperature change (c is the speed of light). Therefore, it is possible to always stably perform single spectrum oscillation regardless of temperature change.

【0012】サブスペーサ5aと5bとはオプティカル
コンタクトによって接合されるものであるため、スペー
サ5の平行度は、サブスペーサ5a、5bの平行度によ
ってほぼ決定される。而して、5a、5bの材料である
セラミックガラス、合成石英は加工が容易であり、比較
的簡単に数秒オーダの平行度を実現できる。この高い平
行度をもって形成されたスペーサは、表面に誘電体多層
膜による反射膜7a、7bと無反射膜8a、8bの形成
された反射板6a、6b間に挿入される。このように構
成されたエタロンでは、反射膜間には損失の少ない空気
が存在するのみあり、また共振器中に反射損失を生じさ
せるものが存在していないので、高いQ値を実現するこ
とができる。
Since the sub spacers 5a and 5b are joined by optical contact, the parallelism of the spacer 5 is substantially determined by the parallelism of the sub spacers 5a and 5b. Thus, ceramic glass and synthetic quartz, which are the materials 5a and 5b, are easy to process, and parallelism of the order of several seconds can be realized relatively easily. The spacer formed with this high parallelism is inserted between the reflection plates 6a and 6b on the surfaces of which the reflection films 7a and 7b and the non-reflection films 8a and 8b are formed by the dielectric multilayer film. In the etalon configured as described above, only air having a small loss exists between the reflection films, and there is nothing that causes reflection loss in the resonator, so that a high Q value can be realized. it can.

【0013】本発明におけるサブスペーサは光導波媒質
となるものではないので、材料の選択が容易である。本
実施例では、負の線膨張率の材料として、ZERODU
R(商品名;SCHOTT社製)として知られるセラミックガ
ラス(a1 =−0.5×10-7/℃:常温)を用いてサ
ブスペーサ5aを作製し、正の線膨張率の材料として、
合成石英(a2 =5.5×10-7/℃:常温)を用いて
サブスペーサ5bを作製した。したがって、寸法比l1
/l2 は、11であった。
Since the sub spacer in the present invention does not serve as an optical waveguide medium, the material can be easily selected. In this embodiment, as a material having a negative linear expansion coefficient, ZERODU is used.
Ceramic glass known as R (trade name; manufactured by SCHOTT) (a 1 = −0.5 × 10 −7 / ° C .: normal temperature) was used to manufacture the sub spacer 5 a, and as a material having a positive linear expansion coefficient,
Sub-spacers 5b were produced using synthetic quartz (a 2 = 5.5 × 10 −7 / ° C .: normal temperature). Therefore, the dimensional ratio l 1
/ L 2 was 11.

【0014】このようにして作製された中空エタロンを
レーザ発振器の共振器内に配置して角度調整を行う。す
なわち、図3(a)に示されるように、中空エタロン4
をレーザ光と水平に置くとき最も短いエタロンの共振器
長L1 が得られ、エタロンをレーザ光に対して傾ける
と、図3(b)に示されるように、より長い共振器長L
2 が得られるので、角度を調整し、単一スペクトル発振
が実現した点でエタロンを固定する。その後、エタロン
4の環境温度が変化しても、その共振器長が変化するこ
とはないので、スペクトルの移動やモードホッピングは
起こらず、安定した単一スペクトル発振を維持できる。
The hollow etalon thus manufactured is arranged in the resonator of the laser oscillator to adjust the angle. That is, as shown in FIG. 3A, the hollow etalon 4
Is placed horizontally with the laser light, the shortest resonator length L 1 of the etalon is obtained. When the etalon is tilted with respect to the laser light, as shown in FIG. 3B, the longer resonator length L 1 is obtained.
2 is obtained, so the angle is adjusted and the etalon is fixed at the point where single spectrum oscillation is realized. After that, even if the environmental temperature of the etalon 4 changes, its resonator length does not change, so that spectrum movement and mode hopping do not occur, and stable single spectrum oscillation can be maintained.

【0015】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるされるものではなく、
特許請求の範囲に記載された本願発明の要旨内において
各種の変更が可能である。例えば、実施例では、正の線
膨張率の材料として合成石英を用いていたが、これに代
え、クリアセラム55(a=0.2×10-7/℃:常
温;株式会社オハラ製)の商品名で知られる結晶化ガラ
スあるいは水晶を用いることがきる。また、実施例で
は、スペーサを2個のサブスペーサにより構成するもの
であったが、3個乃至それ以上のサブスペーサによりス
ペーサを形成するようにしてもよい。その場合でも、各
サブスペーサの線熱膨張が互いに相殺しあって全体の線
熱膨張が0となるようにする。
Having described the preferred embodiment,
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. For example, in the examples, synthetic quartz was used as a material having a positive linear expansion coefficient, but instead of this, clear serum 55 (a = 0.2 × 10 −7 / ° C .: room temperature; manufactured by OHARA CORPORATION) was used. It is possible to use crystallized glass or crystal known by the trade name. Further, in the embodiment, the spacer is composed of two sub spacers, but the spacer may be formed of three or more sub spacers. Even in that case, the linear thermal expansions of the sub-spacers cancel each other out so that the overall linear thermal expansion becomes zero.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスレー
ザ発振器は、発振スペクトル単一化のためにレーザ共振
器内に置かれる中空エタロンのスペーサを、互いに線熱
膨張を相殺しあう複数のサブスペーサの積層体によって
構成するものであるので、本発明によれば、中空エタロ
ンの共振器長を環境温度の変化に関係なく一定に維持す
ることができる。したがって、本発明によれば、ファブ
リペローの共振条件c/2L(cは光速、Lはエタロン
の共振器長)を常に一定に保持することができ、スペク
トルの移動やモードホッピングの抑制された安定した動
作を行うガスレーザ発振器を提供することができる。
As described above, in the gas laser oscillator of the present invention, the hollow etalon spacers placed in the laser resonator for unifying the oscillation spectra are formed by a plurality of sub-elements that cancel linear thermal expansion. According to the present invention, the cavity length of the hollow etalon can be kept constant regardless of the change in the ambient temperature because it is composed of the laminated body of the spacers. Therefore, according to the present invention, the Fabry-Perot resonance condition c / 2L (c is the speed of light, L is the resonator length of the etalon) can be kept constant at all times, and a stable spectrum movement and mode hopping are suppressed. A gas laser oscillator that performs the above operation can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の概略の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例に用いられる中空エタロンの断面
図。
2 is a cross-sectional view of a hollow etalon used in the embodiment of FIG.

【図3】図1の実施例における中空エタロンの角度調整
を説明するための図。
FIG. 3 is a view for explaining the angle adjustment of the hollow etalon in the embodiment of FIG.

【図4】従来例の概略の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional example.

【図5】他の従来例の概略の構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスレーザ管 2a、2b ミラー 3 レーザ光 4 中空エタロン 5 スペーサ 5a、5b サブスペーサ 6a、6b 反射板 7a、7b 反射膜 8a、8b 無反射膜 51 半導体レーザ 52a〜52e レンズ 53 光ファイバ 54 ビームスプリッタ 55a、55b フォトダイオード 56 ファブリペロー共振器 56a 水晶 56b ルチル 1 Gas Laser Tube 2a, 2b Mirror 3 Laser Light 4 Hollow Etalon 5 Spacer 5a, 5b Sub Spacer 6a, 6b Reflector 7a, 7b Reflective Film 8a, 8b Non-Reflective Film 51 Semiconductor Laser 52a to 52e Lens 53 Optical Fiber 54 Beam Splitter 55a , 55b Photodiode 56 Fabry-Perot Resonator 56a Crystal 56b Rutile

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 両端にブリュースタ窓を有するガスレー
ザ管と、前記ガスレーザ管の両側に配置された、光共振
器を構成する一対のミラーと、前記ガスレーザ管と一方
のミラーとの間に挿入された、単一スペクトルのレーザ
発振を行わせるための中空エタロンと、を備えるガスレ
ーザ発振器において、前記中空エタロンのスペーサが異
なる材料からなる複数のサブスペーサの積層体により構
成され、かつ、各サブスペーサの線熱膨張が互いに相殺
しあうものであることを特徴とするガスレーザ発振器。
1. A gas laser tube having Brewster windows at both ends, a pair of mirrors forming an optical resonator arranged on both sides of the gas laser tube, and inserted between the gas laser tube and one of the mirrors. Further, in a gas laser oscillator comprising a hollow etalon for performing laser oscillation of a single spectrum, the spacer of the hollow etalon is composed of a laminate of a plurality of sub-spacers made of different materials, and each of the sub-spacers A gas laser oscillator characterized in that linear thermal expansions cancel each other out.
【請求項2】 前記スペーサがN個のサブスペーサの積
層体によって構成され、かつ、 (l1 +a11 )+(l2 +a22 )+…+(lN
+aNN )=l1 +l2 +…+lN =L(一定) [但し、lk 、ak (但し、k=1、2、…、N)はk
番目のサブスペーサの常温での長さおよび線膨張率]を
満たしていることを特徴とする請求項1記載のガスレー
ザ発振器。
2. The spacer is composed of a laminate of N sub-spacers, and (l 1 + a 1 l 1 ) + (l 2 + a 2 l 2 ) + ... + (l N
+ A N l N ) = l 1 + l 2 + ... + l N = L (constant) [where l k and a k (where k = 1, 2, ..., N) are k
The length and linear expansion coefficient at room temperature of the th sub-spacer] are satisfied, the gas laser oscillator according to claim 1.
【請求項3】 線膨張率が正のサブスペーサの材料とし
て合成石英または水晶を用い、線膨張率が負のサブスペ
ーサの材料としてセラミックガラスを用いたことを特徴
とする請求項1記載のガスレーザ発振器。
3. The gas laser according to claim 1, wherein synthetic quartz or quartz is used as a material of the subspacer having a positive linear expansion coefficient, and ceramic glass is used as a material of the subspacer having a negative linear expansion coefficient. Oscillator.
【請求項4】 サブスペーサ同士がオプティカルコンタ
クトによって接合されていることを特徴とする請求項1
記載のガスレーザ発振器。
4. The sub-spacers are joined together by optical contact.
The gas laser oscillator described.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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