JPH0864897A

JPH0864897A - 高平均出力ｑスイッチｃｏ▲２▼レーザ装置

Info

Publication number: JPH0864897A
Application number: JP22264294A
Authority: JP
Inventors: Naoya Hamada; 直也浜田; Tatsuhiko Sakai; 辰彦坂井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-08-24
Filing date: 1994-08-24
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス発振ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置にお
いて、相対的に小型の装置から高効率でかつ数ｋＷ以上
の高い平均出力のパルスＣＯ₂レーザ光を安定して得る
ことができる装置を提供する。【構成】パルス発振ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置にお
いて、外部からシードビームを注入するための連続波Ｃ
Ｏ₂レーザ発振器１と、光アイソレータ２と、共振器中
に共焦点条件テレスコープとその共焦点位置にレーザビ
ーム透過スリットを有する回転チョッパを設置したリン
グ構造を持つ不安定型共振器６によって構成され、不安
定型共振器を構成する一枚の全反射鏡にビーム入射穴を
設け、この穴部分からシードビームを注入する構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームに対して
高反射率を示すかもしくは熱伝導率が高い難加工性材料
などの特殊材料の加工や、レーザ同位体分離等のレーザ
光化学での応用で要求される高尖頭出力、高パルス繰り
返し率、高平均出力のパルスＣＯ₂レーザ光を高効率、
かつ安定に得るための高平均出力ＱスイッチＣＯ₂レー
ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の連続波ＣＯ₂レーザの飛躍的な大
出力化ならびにレーザビーム空間モードの高品質化に伴
い、その応用分野は各種の材料加工を中心として大きな
展開を見せている。さらに昨今、ＣＯ₂レーザの発振形
態をパルス化することにより、新たな分野への展開も各
種報告がなされている。その代表的な例として、銅やア
ルミニウム等の従来ＣＯ₂レーザでは加工が困難であっ
た材料の切断・溶接加工や鋼材の超高速・精密加工、赤
外多光子励起を用いたレーザ同位体分離、遠赤外レーザ
の光励起などがある。ＣＯ₂レーザのこの様な分野への
適用には一般的には１０ｋＷを越える高尖頭出力、１０
ｋＨｚ以上の高パルス繰り返し率、数ｋＷ以上の高平均
出力性が要求される。

【０００３】このような用途に対応するパルスＣＯ₂レ
ーザとして、従来から横方向励起大気圧動作のパルスＴ
ＥＡレーザがある。ＴＥＡレーザでは高電圧・高電流パ
ルス放電を大気圧のレーザガスに印加し急速な反転分布
形成を実現するので、ゲインスイッチング現象により１
０ＭＷ以上の高い尖頭出力を１００ｎｓｅｃ程度のパル
ス幅で容易に取り出すことが出来るが、パルス繰り返し
周波数は実用的には１００Ｈｚ程度が限界であり、産業
応用のレベルから考えるとかなり低い値に抑えられてい
る。また、単一のシステムから取り出し得る平均出力と
しては１ｋＷレベルが上限となっている。さらに短時間
に大電力パルス放電を行うためレーザ発振器の寿命が短
く、またそのオペレーションに要するコストも増大する
という問題点があった。

【０００４】このような問題点に対応するため、従来か
ら固体レーザによく用いられているＱスイッチング技術
をＣＯ₂レーザに適用する方法が各種提案されている。
IEEEJ. Quantum Electronics 誌 Vol. QE-4, p762, 19
68 にはＣＷ励起ＣＯ₂レーザの共振器内に損失を制御
する素子を挿入した各種のＱスイッチング方法がまとめ
られている。Ｑスイッチングの方法には、共振器内に可
飽和吸収体を挿入する受動的Ｑスイッチング、電気光学
素子を用いる方法、回転ミラーを共振器内に組み込む方
法、テレスコープと回転チョッパの組合せからなるＱス
イッチ装置を共振器内に挿入する方法、さらには特開昭
62-160783 号公報に開示されているファブリペロエタロ
ンを共振器内に挿入する方法などが提案されている。中
でも回転チョッパとテレスコープを用いる方法は、Ｑス
イッチング速度を速くする課題があるが、その他の制御
性・安定性からこの方法が主流となっている。Gas Flow
&Chemical Lasers (GCL) Conference Proceedings, Vi
ena 1988, Vol. 1031, SPIE, p48 にはＣＷＣＯ₂レー
ザに回転チョッパ方式によるＱスイッチを組み込み、パ
ルスエネルギ２７ｍＪ、パルス尖頭出力１５０ｋＷ、パ
ルス繰り返し周波数１０ｋＨｚ、平均出力２７０Ｗの性
能を実現した例が報告されており、さらに本願発明者ら
も各種の検討を進め、パルス尖頭出力の改善を図るため
に回転チョッパと同期したＲＦパルス放電を用いる方法
について特開平04-259278 号公報において出願してき
た。以上に示したＱスイッチＣＯ₂レーザは何れも安定
型共振器に基づいたレーザ装置であり、レーザ出力は部
分反射鏡からなる出力鏡から取り出される。この部分反
射特性は一般に多層膜蒸着によって実現されるが、この
反射膜の耐光強度やミラー素材の熱レンズ化による制約
から、１台のシステムから得られる平均出力には上限が
存在し、現在までに報告されている例では１ｋＷ内外が
限界となっている。

【０００５】以上のような限界を打破するため、マスタ
ーオシレータから得られたレーザパルスをパワーアンプ
リファイアによって増幅する方式もいくつか提案がなさ
れている。Gas Flow & Chemical Lasers (GCL) Confere
nce Proceedings, Crete 1992, Vol. 1810, SPIE, p57
には、ＱスイッチＣＯ₂レーザをマスターオシレータと
し、利得長７．２ｍ（装置全長１７．２ｍ）のマイクロ
波励起単一パス増幅器をパワーアンプリファイアとして
用いる構成によって、パルスエネルギ１５５ｍＪ、パル
ス尖頭出力７５０ｋＷ、パルス繰り返し周波数１０ｋＨ
ｚ、平均出力１．５５ｋＷの出力を得ていることが示さ
れている。このマスターオシレータ・パワーアンプリフ
ァイア方式には上記のような単一発振器構成による出力
制約が緩和される利点があるが、パワーアンプリファイ
アに単一パス増幅器を用いていることから、増幅器前半
部におけるエネルギ抽出効率が悪く、大出力を得るため
には上記のごとく装置が巨大になってしまい、装置コス
ト、ランニングコスト共に大幅に高くなってしまうとい
う問題点がある。

【０００６】一方、連続波ＣＯ₂レーザのパワースケー
リングを実現するために、一般に共振器形態を安定型か
ら不安定型へ変更する手法が採用されている。不安定型
共振器は、レーザビームを共振器内の１往復毎に拡大
し、最終的にビームの外周部分を出力として取り出す方
式である。したがって、共振器構成ミラーは全反射鏡の
みで共振系を組めることから、安定型共振器のように部
分反射鏡を用いる制約が無く、かつレーザ共振中にビー
ムを徐々に拡大しつつ増幅することから利得領域を有効
に利用できる利点があるので、高出力取り出しに適合し
た形態である。しかしながら、通常の共振器ミラーが対
向するタイプの不安定型共振器では、その名のごとく共
振器中のレーザビームの進行方向に従ってビームの伝送
挙動が発散ビームや平行ビーム特性の間で変化してしま
うため、単純に共振器中にテレスコープを挿入すると、
ビームの進行方向毎に集光位置が変化してしまい回転チ
ョッパタイプのＱスイッチを適用することはできない。
また他のＱスイッチ方法として電気光学変調素子や回転
ミラーを共振器中に挿入する方法もあるが、前者につい
てはＣＯ₂レーザの発振波長帯である１０μｍ近傍でｋ
Ｗレベルの平均出力に耐え得る電気光学変調素子が存在
しないため適用できない。さらに後者については、不安
定型共振器でのレーザビーム直径が一般に数１０ｍｍレ
ベルと大きいため、共振器が成立する許容立体角が比較
的大きく、回転ミラー方式では有効なＱスイッチ発振を
実現することが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、パル
ス発振ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置において、従来技術
欄に示したような安定型共振器に基づく従来方式での平
均出力のスケーリング性の制約を打破し、さらに単一パ
ス増幅器を用いたマスターオシレータパワーアンプリフ
ァイアシステムのように装置を巨大化することなく、不
安定型共振器の高出力化性能を活かして数ｋＷ以上の平
均出力を相対的に小型のシステムから得ることのできる
ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置を実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＱスイッチＣ
Ｏ₂レーザ装置において、外部からシードビームを注入
するための連続波ＣＯ₂レーザ発振器と、光アイソレー
タと、共振器中に共焦点条件テレスコープとその共焦点
位置にレーザビーム透過スリットを有する回転チョッパ
を設置したリング構造を持つ不安定型共振器によって構
成され、不安定型共振器を構成する一枚の全反射鏡にビ
ーム入射穴を設け、この穴部分からシードビームを注入
することを特徴とする高平均出力ＱスイッチＣＯ₂レー
ザ装置である。

【０００９】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。まず初めに、
本発明の骨子であるリング構造を持つ不安定型共振器を
用いる理由について図面を用いて説明する。図２は、通
常の全反射鏡が対向する配置の正分枝共焦点不安定型共
振器の構成を示したものであり、あわせてビームパスの
挙動を併記した。共振器中のレーザビーム５は凹面鏡８
から凸面鏡１１へ伝送する際は平行ビームであり、逆方
向のパスにおいて発散ビームとなり、これを繰り返すこ
とにより最終的に取り出し鏡１４によって円環状ビーム
として出力が取り出される。図３はレーザビームが全反
射鏡で多重回反射しつつ拡大する様子を、反射部分を展
開して模式的に示したものである。図中Ｃは凹面鏡、Ｘ
は凸面鏡での反射を表し、当初の平行なレーザビーム
が、Ｘ→Ｃでビーム径が拡大し、Ｃ→Ｘでは平行ビーム
で伝送しつつ増幅を受ける状況を示している。ここで凹
面鏡（Ｃ）の近傍に、図２に示すように、共焦点テレス
コープを構成する集光光学素子Ｆ１、Ｆ２を挿入するこ
とを考える。Ｃ→Ｘのビームパスにおいては、テレスコ
ープへの入射レーザビームは平行ビームであることか
ら、Ｆ１によって集光されＦ２を通過したレーザビーム
は平行ビームに変換されて凸面鏡（Ｘ）へ向かう。次に
Ｘ→Ｃのビームパスにおいてはレーザビームは発散ビー
ムであることから、Ｆ２を通過したビームはＣ→Ｘのビ
ームパスにおいてＦ１で集光された位置よりもＦ１に近
い側で集光点を作り、その後、発散してＦ１を通過す
る。Ｆ１でのビーム径はこの段階でもはや図３の実線よ
り小さい値となっており、これ以降のビーム挙動は図３
の実線に比べて大幅に異なるものとなる。ここでＦ１、
Ｆ２を設置する位置ならびにその間隙を適宜選択するこ
とによってＦ１、Ｆ２間以外でのレーザビーム挙動を図
３の実線と一致させることは可能であるが、Ｆ１、Ｆ２
間での集光点の位置はＣ→Ｘ方向パスとＸ→Ｃ方向パス
でそれぞれ異なる。これは、Ｃ→Ｘ方向ではレーザビー
ムが平行であるのに対して、Ｘ→Ｃ方向ではレーザビー
ムが発散状況にあるという、不安定型共振器が持つ本質
的な条件に起因するためである。以上のような制約条件
のために、通常の全反射鏡が対向する配置の不安定型共
振器にテレスコープを挿入しても、一定の位置に共焦点
が得られないので、回転チョッパタイプのＱスイッチン
グを実現することは不可能である。

【００１０】一方、上記の制約条件はＸ→Ｃのビームパ
スとＣ→Ｘのビームパスがお互いに空間的に重なってい
るため、集光素子Ｆ１、Ｆ２を共振器中に挿入してしま
うとどちらのパスでも集光素子を通過する構成になって
いることから発生している。したがって、両者のパスを
空間的に分離し、例えばＣ→Ｘのパスでのみ集光素子を
通過させることが実現できれば上記のような問題点は解
決できる。これを模式的に示した説明図が図４である。
図４においてはＣ→Ｘの平行条件ビームパスにおいての
み共焦点テレスコープが挿入される条件になっているこ
とから、本来の共焦点不安定型共振器の条件をくずすこ
となく、かつ集光素子Ｆ１、Ｆ２間の一定位置に集光位
置を得ることができるので、回転チョッパＱスイッチを
実現することが可能となる。ここで、ビームパスを分離
する方法としては、レーザビームが対向ミラー間を往復
するのではなく、図５に模式的に示すような共振器内を
回転するリング構造を持つ共振器を適用すれば実現でき
る。従来、安定型共振器でリング構造を持つものは公知
であるが、不安定型共振器にリング構造を適用した例は
無く、これが本発明の骨子となっている。なお、レーザ
ビームが共振器内を回転する場合、その方向として図５
中に示した実線、点線の２種類の方向が有り得る。ここ
で、共焦点テレスコープを特定の位置に設置した場合、
レーザビームの回転方向によっては、図４のＣ→Ｘビー
ムパス上に設置される場合と、Ｘ→Ｃビームパス上に設
置される場合の２通りの場合が存在する。したがって、
リング型共振器に特有のレーザビームの回転方向の自由
度に関しては、何らかの手段によってレーザ共振をある
特定の方向に規定する必要がある。これに関しては、レ
ーザ発振の立ち上がりを自然発光から自発的に立ち上げ
るのではなく、外部からシードビームをリング構造を持
つ共振器に注入し、このシードビームから誘導放出を引
き起こす構成とすれば、回転方向を特定することが可能
となる。

【００１１】以上の説明に基づいた実際のレーザ共振器
の構成と動作について、以下に図面を用いて説明する。
図１は本発明に係わる高平均出力ＱスイッチＣＯ₂レー
ザ装置の構成を模式的に示したものである。図において
１はリング構造を持つ不安定型共振器中のレーザビーム
の回転方向を規定するために外部からシードビームを注
入するための連続波ＣＯ₂レーザ発振器である。ここで
各種の応用においては、ＣＯ₂レーザにおいて複数存在
する発振線の内の特定の波長を選択したい場合や、縦モ
ードを単一化したい場合があるが、この様な目的に対し
ては、この連続波発振器の出力を特定の波長や縦モード
に制御することとなる。一般には特定波長を選択する際
には、回折格子を用いることが多く、この場合、シード
ビームは直線偏光を有することになる。

【００１２】図１中の２は光アイソレータであり、連続
波発振器１からリング構造を持つＱスイッチ不安定型共
振器６へのレーザビームは高効率で通過させるが、不安
定型共振器６から逆に戻ってくるレーザビームに対して
は、ビームを遮断する機能を持つ。これは不安定型共振
器６から一部戻ってくるレーザビームが増幅されている
ため、この戻りビームによって連続波発振器１の発振を
不安定化したり、連続波発振器１そのものの損傷を防止
するためのものである。図に示した例においては、偏光
選択反射鏡３はｓ偏光に対しては高反射率を示すが、ｐ
偏光はその大半を吸収する特性を持ち、反射率を偏光の
向きによって変化させる素子である。次に位相遅延反射
鏡４は、１／４波長の位相遅延を与える反射鏡であり、
直線偏光が入射した場合、反射光は円偏光となるもので
ある。以上の構成において、連続波発振器１からのレー
ザビーム５はｓ偏光を有するので偏光選択反射鏡３によ
って反射された後、位相遅延反射鏡４によって円偏光に
変化し、不安定型共振器６へ入射する。不安定型共振器
６から一部戻ってくるレーザビームは入射したビームと
同じ円偏光を有するので、位相遅延反射鏡４によって反
射されるとｐ偏光に変換する。このｐ偏光は偏光選択反
射鏡３によってその大半のパワーが吸収されるので、連
続波発振器１へのビーム戻りが防止される。なお、以上
の例においては光アイソレータ２として最も簡単な構成
を示したが、偏光子と位相遅延鏡の組合せの他、偏光に
よってアイソレーション機能を持つものであれば、何れ
の方式でもよい。

【００１３】図１中の６は本発明の骨子となるリング構
造を持つＱスイッチ不安定型ＣＯ₂レーザ共振器の構成
である。図において不安定型共振器としては正分枝共焦
点不安定型共振器の例を示し、かつビームパスの挙動を
中心軸のみ併せて模式的に示した。光アイソレータ２を
通過した連続波発振器１の出力レーザビーム５は、レー
ザビーム入射用全透過ウインドウ７を介して不安定型共
振器６へ投入される。不安定型共振器６は不安定型共振
器を構成する凹面鏡８、凸面鏡１１、平面鏡１２、共焦
点テレスコープを構成する集光鏡９、９’、回転チョッ
パ１０ならびに取り出し鏡１４からなる共振器部、およ
び図示されない放電励起部、ガス流通部および熱交換部
からなる。凹面鏡８の中央には連続波発振器１からのレ
ーザビーム５を通過させるための入射穴が設けられてお
り、入射ビームは集光鏡９の方向に入射し増幅を受け
る。集光鏡９で集光されたレーザビームは回転チョッパ
１０のスリットが開放した段階でＱスイッチ発振パルス
に変換され、集光鏡９’によって平行ビームに戻され、
凸面鏡１１方向へ伝送しつつ増幅を受ける。凸面鏡１１
によって反射されたレーザビームは拡大しつつ増幅され
平面鏡１２での反射を介して凹面鏡８の方向へ戻る。こ
こで図１の構造では、図５の模式的なリング構造に比べ
てビームパスがたすきがけ状になっているが、これは球
面収差の混入を防止するため凸面鏡１１や凹面鏡８への
入反射角を小さくするためであり、原理的には図５と同
様なリング構造となっている。次に共振器中を１回転し
たビーム径は、不安定型共振器の拡大率Ｍ（共焦点条件
の場合、Ｍ＝凹面鏡曲率半径／凸面鏡曲率半径）にした
がって大きくなるので、凹面鏡８へ戻ってきたパワーの
１／Ｍ²の成分は凹面鏡８の入射穴から光アイソレータ
方向へ散逸するが、（１−１／Ｍ²）の成分は不安定型
共振器中に残存することとなる。共振器中に残存したレ
ーザパワーは、この後共振器中を回転することで、ビー
ム径を広げつつ増幅を受け、ビーム外径が最終的に取り
出し鏡１４の内径より大きくなった段階でレーザビーム
取り出し用全透過ウインドウ１３から発振出力として取
り出される。以上の構成においては凹面鏡８から集光鏡
９、９’を経て凸面鏡１１へ至るまでは平行ビームであ
り（図中でＰと示した）、凸面鏡１１から平面鏡１２を
介して凹面鏡８へ至るまでは発散ビームであり（図中で
Ｅと示した）これでリング共振器を１回まわることにな
る。ここで反対方向にレーザビームが回転する場合は、
図中のＰとＥが置き換わることになり、集光鏡９、９’
のある位置では発散ビームが入射することとなる。これ
が、上述したリング共振器内のレーザビームの回転方向
を規定しなくてはならない理由であり、このために外部
からシードビームを注入し、リング構造中のレーザビー
ムの回転方向を図中の矢印方向に規定している。

【００１４】ここで本発明において不安定型共振器を用
いる最大の理由は、高平均出力を得ることであるが、共
振器が不安定型であるがゆえに回転チョッパのスリット
が若干でも開放し始めるとレーザ共振が開始し、集光鏡
９、９’間の集光位置におけるレーザパワー密度はかな
り高くなる。したがって、回転チョッパブレードの損傷
を防止するために、レーザビームの集光はパワー密度を
低減するよう線状集光を行い、線状のスリットの開閉に
よって共振器Ｑ値の制御を行うことが望ましい。なお、
線状集光は円柱ミラーや断面が放物線形状の放物線柱ミ
ラーによって実現可能である。ここで、この議論は、チ
ョッパブレードの耐光強度とレーザパワー密度との兼ね
合いであるので、チョッパブレードの耐久性に問題がな
い限りにおいては、通常の点状集光方式を用いることも
可能である。この場合、点状集光は球面もしくは放物面
ミラーによって実現される。

【００１５】以上の図１に示した不安定型共振器の構成
では、レーザビーム取り出し用全透過ウインドウ１３を
固体媒質として示したが、高平均出力性に対する耐力を
考慮して空気力学的な窓によって筐体内の低圧部分と大
気圧部分を遮断する構成をとることも可能である。ま
た、同様に正分枝共焦点不安定型共振器の例を示した
が、負分枝条件や共焦点条件でない不安定型共振器にも
本発明が適用可能であることは言うまでもない。さらに
一般に不安定型共振器ＣＯ₂レーザでは直交流型（レー
ザ光軸と、放電・ガス流方向が直交する型）が用いられ
るが、放電励起媒質の空間的な不均一性や収差が入るこ
とが知られている。そこでこれらを補正するため、Rev.
Sci. Instrum.誌, vol.64, No.9, p2488, 1993 に紹介
されているような円錐台型ミラーやルーフプリズムによ
って共振器中でレーザビームを鏡像反転するような折り
返しミラーを共振器内に導入することも可能である。さ
らにここまでの説明においては、レーザ媒質をＣＯ₂レ
ーザに特定して述べてきたが、ＣＯレーザやヨウ素レー
ザ等の他のレーザに対しても本発明を適用することは可
能である。

【００１６】

【実施例】作用欄で説明した構成に基づく実施例を以下
に示す。図１において連続波発振器１は、直流放電励起
連続波ＣＯ₂レーザ発振器であり、発振波長は１０．５
９μｍ、単一縦モード、単一横モード発振において、平
均出力１０Ｗが得られる。出力ビーム径は２ｍｍであ
り、ｓ偏光に偏波した直線偏光を有する。

【００１７】光アイソレータ２の内、偏光選択反射鏡３
はｓ偏光反射率が９８．５％以上、ｐ偏光反射率が１．
５％以下の性能を持つ反射鏡であり、連続波発振器１か
らのレーザビーム５を９８．５％以上の効率で反射す
る。位相遅延反射鏡４は、１／４波長の位相遅延を与え
る反射鏡であり、入射レーザビーム５の直線偏光を円偏
光に変換して反射する。

【００１８】リング構造を持つＱスイッチ不安定型共振
器６は直流放電励起連続波ＣＯ₂レーザ装置をベースと
したもので、正分枝不安定型共振器によって構成され
る。凹面鏡８は銅ミラーに金コートを施した全反射鏡で
あり、その曲率半径は１６．３ｍであり、中央部に直径
２ｍｍの開口が設けられている。凸面鏡１１は銅ミラー
に金コートを施した全反射鏡であり、その曲率半径は
５．１ｍであり、凸面鏡１１から凹面鏡８へ至るいわゆ
る対向型共振器における共振器長は５．６ｍである。集
光鏡９、９’は焦点距離１５０ｍｍの円柱鏡であり、３
００ｍｍ間隔の共焦点条件で設置されており、焦点位置
において最大長さ４０ｍｍの線状集光ビームを形成す
る。回転チョッパ１０は周上に５０ケ、長さ５０ｍｍの
線状スリットを有する円板であり、これが１２，０００
ｒｐｍで回転することにより、パルス繰り返し周波数１
０ｋＨｚのＱスイッチ発振を実現する。取り出し鏡１４
はその中央に４５゜傾いた開口が設けられた銅製金コー
トミラーであり、光軸方向から見た開口直径は１２ｍｍ
である。レーザ出力は両面に減反射コーティングが施さ
れた平板ＺｎＳｅ製レーザビーム取り出し用全透過ウイ
ンドウ１３から大気中に取り出される。以上の共焦点不
安定型共振器の拡大率は３．２であり、集光鏡９、９’
ならびに回転チョッパ１０の代わりに平面全反射鏡を設
置し連続波発振させた場合、外径約３９ｍｍの連続波発
振出力レーザビームが得られ、その出力は８ｋＷであ
る。

【００１９】以上の構成において、連続波発振器１から
のレーザビーム５を両面に減反射コーティングが施され
た平板ＺｎＳｅ製レーザビーム入射用全透過ウインドウ
７を介して不安定型共振器６に入射させ、Ｑスイッチ発
振を行った。その結果、パルス繰り返し周波数１０ｋＨ
ｚ、パルスエネルギ３５０ｍＪ、パルスピーク出力１．
２ＭＷ、平均出力３．５ｋＷのパルス発振出力が得られ
た。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したごとく本発明による高平
均出力ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置によれば、安定型共
振器ＱスイッチＣＯ₂レーザにおける平均出力のスケー
リング性の制約を受けることなく、さらに単一パス増幅
器のように装置を巨大化することなく、相対的に小型の
装置から高効率でかつ高い平均出力のパルスＱスイッチ
ＣＯ₂レーザ光を安定して得ることができるという実用
上の大きな利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高平均出力ＱスイッチＣＯ₂レーザ装
置の構成を示す図である。

【図２】従来の共振器ミラーが対向するタイプの不安定
型共振器の構造を示す模式図である。

【図３】図２の構造の不安定型共振器中のレーザビーム
の伝送挙動として反射鏡における反射を展開して模式的
に示した説明図である。

【図４】本発明の高平均出力ＱスイッチＣＯ₂レーザ装
置のリング構造を持つＱスイッチ不安定型共振器中のレ
ーザビームの伝送挙動として反射鏡における反射を展開
して模式的に示した説明図である。

【図５】リング構造を持つ共振器の構成を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１連続波発振器２光アイソレータ３偏光選択反射鏡４位相遅延反射鏡５レーザビーム６リング構造を持つＱスイッチ不安定型共振器７レーザビーム入射用全透過ウインドウ８凹面鏡９、９’ 集光鏡１０回転チョッパ１１凸面鏡１２平面鏡１３レーザビーム取り出し用全透過ウインドウ１４取り出し鏡Ｆ１、Ｆ２集光光学素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置において、
外部からシードビームを注入するための連続波ＣＯ₂レ
ーザ発振器と、光アイソレータと、共振器中に共焦点条
件テレスコープとその共焦点位置にレーザビーム透過ス
リットを有する回転チョッパを設置したリング構造を持
つ不安定型共振器によって構成され、不安定型共振器を
構成する一枚の全反射鏡にビーム入射穴を設け、この穴
部分からシードビームを注入することを特徴とする高平
均出力ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置。
【請求項２】共焦点条件テレスコープが円柱ミラー対
もしくは放物線柱ミラー対からなり、共焦点位置での集
光レーザビーム形状が線状であり、回転チョッパ上のレ
ーザビーム透過スリットが線状集光レーザビームを透過
させる線状の形状であることを特徴とする請求項１記載
の高平均出力ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置。
【請求項３】共焦点条件テレスコープが球面ミラー対
もしくは放物面ミラー対からなり、共焦点位置での集光
レーザビーム形状が点状であり、回転チョッパ上のレー
ザビーム透過スリットが点状集光レーザビームを透過さ
せる形状であることを特徴とする請求項１記載の高平均
出力ＱスイッチＣＯ₂レーザ装置。