JPH1070328A - ガスレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多波長発振可能なレーザ発振器の発振波長の選
択を、レーザ出力の低下や競合ノイズを生じさせること
なく、容易に実現する。 【解決手段】全反射側に、レーザ光を分光する分光プリ
ズム（６）と、個々に角度調節機能を有する複数の全反
射側ミラー（４ａ，４ｂ）と、分光プリズムと全反射側
ミラーとの間に分光されたレーザ光の特定波長の光のみ
を透過するための可動式ピンホール部品（５）とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスレーザ発振器に
関し、特に多波長発振の可能なガスレーザ発振器の、発
振波長の選択に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガスレーザ発振器では、励起され
るエネルギー準位に従って幾つかの波長のレーザ光が発
振する。

【０００３】よく知られている例では、Ａｒレーザ発振
器（以下同じ）の４８８ｎｍ、５１４．５ｎｍ、４７
６．５ｎｍ、Ｋｒレーザの６４７ｎｍ、５６８．２ｎ
ｍ、５３０．９ｎｍ、５２０．８ｎｍ等がある。

【０００４】これらのレーザ光を使用する場合として
は、 １）複数の波長のレーザ光を同時に発振させて使用す
る。

【０００５】２）単一の波長のレーザ光のみを使用す
る。

【０００６】３）複数の波長と単一の波長とを選択して
使用する。の３つのケースに大別される。

【０００７】ここで、特に２）の場合に、従来用いられ
てきたレーザの発振波長の選択方法の一例について、図
を参照して説明する。

【０００８】図３は、実開昭６３−７１５６３で開示さ
れたエキシマレーザの概略構造の一部を示す図である。

【０００９】レーザ管１の一端には出力側ミラー３が、
他端には全反射側ミラー４が取り付けられており、全反
射側ミラー４の背後には、回転円板１４に装着されてい
る複数個の部分透過鏡１３ａ，１３ｂが配置されてい
る。

【００１０】また部分透過鏡１３ａ，１３ｂの背後に
は、レーザ光を集光するための凹面鏡１５とレーザ出力
を測定するジュールメータ１６（一般にはエネルギメー
タとも呼ばれている）が配置されている。

【００１１】ここで、部分透過鏡１３ａ，１３ｂは、各
々所定の波長の光に対してのみ透過するような透過率特
性を有している。

【００１２】この例では、回転円板１４を回転すること
により、全反射ミラー４を透過した複数波長のレーザ光
のうち、所望する特定波長のレーザ光２１のみを部分透
過鏡から透過させ、凹面鏡１５を介してジュールメータ
１６に入射させることができる構造となっている。

【００１３】ここで示した図３の例は、出力側ミラーと
全反射側ミラーで構成される光共振器内では複数のレー
ザ光が同時に発振しており、光共振器の外部で、部分透
過鏡を利用して単一波長のレーザ光のみを選択している
構造となっている。

【００１４】別な波長選択の手段として、図４には、特
開平１−２０６２２６で開示された回折格子を使用した
波長選択の実施例を示している。

【００１５】図４では、回折格子１７と第１の全反射ミ
ラー１８が回転台２０に設置されており、その背後に第
２の全反射ミラー１９が設置されている。

【００１６】この実施例では、回転台２０を回転させ、
レーザ光の軸に対して回折格子１７の角度を調整するこ
とによって、特性の波長のレーザ光のみを第１、第２の
全反射鏡１８，１９へと透過させ、単一波長のレーザ光
２１を得るものである。

【００１７】また図４の例で、回転台２０に設置された
回折格子１７と第１の全反射ミラー１８を、一個の分光
プリズムに置き換えても図４の例と同じ効果を得ること
が出来ることは明らかであり、水冷Ａｒレーザ発振器等
で一般に使用されている構造である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
る波長選択方法において、例えば図３による波長選択方
法の場合には、光共振器内で複数の波長の光が同時に発
振している点が問題となる場合がある。

【００１９】一例として、一般に知られているＡｒレー
ザにおける４８８ｎｍと５１４．５ｎｍの２波長や、Ｋ
ｒレーザの５６８．２ｎｍと６４７．１ｎｍの２波長
は、発振に寄与するエネルギー準位の下位レベルを共有
しており、これらの２波長のレーザ光が同時に発振する
場合には、競合現象を起こすことが知られている。

【００２０】この場合各波長のレーザ光の出力は、単一
波長で発振する場合の出力より１０〜３０％程度低下す
ることがあり、レーザ管の有する各波長の発振能力を最
大限に引き出すことが出来ないことが知られている。

【００２１】またこの競合現象が発生するにより、通常
レベルの光ノイズの数倍から数十倍の競合ノイズが発生
することがある。この競合ノイズは、エネルギー準位の
下位レベルを共有して発振している２波長の出力が、競
合現象によって特定の周波数で変動することに起因して
発生する。

【００２２】光共振器内で複数の波長の光が同時に発振
しているガスレーザ発振器で、この競合現象を抑制し
て、且つ単一波長のレーザ光を得る方法に関して、例え
ば水冷Ｋｒレーザ発振器等では、レーザ管内で発生する
プラズマ放電に対して印加されるプラズマ集束用の磁界
に関して、磁界強度に対する各発振波長の出力特性が異
なることを利用して、単一波長選択の際に、選択する波
長に対して最適になるように印加する磁界強度を変化さ
せて、その他の波長の発振効率を低下させることによ
り、競合現象による発振出力の低下や競合ノイズの発生
を抑制する方法を採用している例もある。

【００２３】しかしこの場合には、磁界強度を変化させ
るとレーザ管の寿命特性やプラズマ放電に起因するノイ
ズ特性に影響するなどの問題点が発生する場合があると
いう欠点がある。

【００２４】また図４による従来技術による波長選択方
法の場合には、予め最大出力が得られるように回転台の
角度を設定していても、回転台２０を繰り返し操作した
際に、常にレーザの最大出力が得られるように保つこと
が困難であるという問題がある。

【００２５】その理由は、選択した単一波長のレーザ光
の出力は、レーザの光軸に対しての回折格子１７の角度
に依存して大きく変化するため、回転台２０を操作した
際のレーザの光軸に対しての回折格子１７の角度の再現
性を高精度で得ることが要求されるからである。

【００２６】この問題を解決するための手段としては、
回転台２０を操作後に、作動あるいは自動にて回折格子
１７の角度の微調整調整を行う機構を設ける方法があ
る。

【００２７】ここで、手動にて回折格子１７の角度の微
調整調整を行う機構を設ける場合には、機構部分の構造
は簡単で、極めて安価で実現できるが、レーザ発振器が
装置に組み込まれている場合など、手動によるミラーの
角度調整が出来ない構造の場合、従来技術での波長選択
方法では、レーザ出力の低下を感知して、自動的に角度
調整を行う機構を設ける必要があり、装置として非常に
高価なものになってしまうという欠点がある。

【００２８】本発明は、レーザの光共振器内での発振を
単一波長にすることで、他波長との競合現象による出力
低下や競合ノイズの発生を抑制することを目的とする。

【００２９】また、所望する波長の光を選択する際、回
折格子やミラーを動かすことによって生じる出力の低下
を抑制することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明では、光共振器を
構成する光共振器用ミラー（図１の３、４ａ及び４ｂ）
と、両端にブリュースタ窓（図１の２ａ，２ｂ）を具備
したレーザ管（図１の１）と、前記光共振器用ミラー及
び前記レーザ管を保持する筐体部分とから備えるガスレ
ーザ発振器において、前記光共振器用ミラーが一個の出
力側ミラー（図１の３）と複数個の全反射側ミラー（図
１の４ａ及び４ｂ）を有し、前記複数個のミラーが各々
特定の波長の光に対してのみ９９％以上の高反射率特性
を有すと共に、ミラーの角度調整機構を有しており、且
つ、前記ブリュースタ窓と前記複数個の全反射側ミラー
の間に、分光プリズム（図１の６）と可動式のピンホー
ル部品（図１の５）とを有している。

【００３１】複数個の全反射ミラーは、個々の波長のレ
ーザ光に対して最大出力が得られるように、予め角度調
整がなされている。

【００３２】この状態で波長を選択する場合は、全反射
ミラーは動かさずに、直前に設けられている可動式のピ
ンホール部品の位置を移動させることによって、所望す
る単一波長のレーザ光のみを全反射ミラー側に透過さ
せ、そのレーザ光のみを出力ミラー側から得ることが出
来る。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３４】図１に示した例では、両端にブリュースタ
窓２ａ，２ｂを有するレーザ管１の全反射側に分光プリ
ズム６を備えており、全反射側ミラー４ａ，４ｂは、所
望する波長の光に対してのみ９９％以上の高反射率を有
し、且つ個々のミラーに対して角度調節機能を有する構
成となっている。

【００３５】また、分光プリズム６と２個の全反射側ミ
ラー４ａ，４ｂの間には可動式のピンホール部品５が設
けられている。

【００３６】図２（ａ），（ｂ）では、角度調節機能を
有する全反射側ミラー４ａ，４ｂの部分と可動式のピン
ホール部品５についての実施例の詳細を示している。

【００３７】ここで、ピンホール回転円板７とピンホー
ル駆動部８及びピンホール制御部９とからなるピンホー
ル部品５の背後には、２個の全反射側ミラー４ａ，４ｂ
を保持するミラー保持プレート１１ａ，１１ｂと、２個
の全反射側ミラー４ａ，４ｂの水平・垂直方向の角度調
節を実施するための調整ネジ１２とが、プレート１０に
装着されている。

【００３８】またピンホール回転円板７は、回転させる
ことによって、分光プリズム６で分光された単一波長の
レーザ光２１のうちの一つだけを選択して透過するよう
に、ピンホールの位置・穴径が設定されている。

【００３９】本発明によるガスレーザ発振器では、出力
ミラーと全反射側ミラーで構成される光共振器内に分光
プリズム６が挿入されており、分光プリズム６によって
分光された２本の単一波長のレーザ光の光軸に対して、
対応する位置に２個の全反射側ミラー４ａ，４ｂが設け
られている。

【００４０】ここで、２個の全反射側ミラー４ａ，４ｂ
は、個々に角度調節機能を有した構造体で保持されてお
り、分光プリズム６によって分光された対応する単一波
長のレーザ光２１の光軸に対して各々垂直になり、且つ
出力側ミラー３から最大出力のレーザ光が得られるよう
に角度調節がなされている。

【００４１】この全反射側ミラー４ａ，４ｂの角度調節
は、一例として、図２に示すような構造で実現すること
が出来る。

【００４２】即ち、単一波長のレーザ光２１がピンホー
ル回転円板７のピンホールを透過するように設定した状
態で、全反射側ミラー４ａまたは４ｂを保持するミラー
保持プレート１１ａまたは１１ｂに設けられている水平
・垂直方向の角度調節を実施するための調整ネジ１２を
動かすことによって、光軸に対して垂直になり、出力側
ミラー３から出射される単一波長のレーザ光２１の強度
が最大になるようにする。

【００４３】また、分光用プリズム６と２個の全反射側
ミラー４ａ，４ｂの間に設けられている可動式のピンホ
ール部品５は、ピンホール回転円板７とピンホール駆動
部８、及びピンホール制御部９とからなり、ピンホール
回転円板７を回転させ、特定の位置に停止させることに
より、選択した波長のレーザ光のみを透過させることが
出来るように、ピンホールの大きさ・位置が設定されて
いる。

【００４４】即ち、ピンホール回転円板７を透過する単
一波長のレーザ光は、出力側ミラー３と全反射側ミラー
４ａまたは４ｂ間で増幅を繰り返すことによって、出力
側ミラー側からその一部が出射されることになるが、逆
にピンホール回転円板７によって遮断されてレーザ光
は、増幅されずレーザ管外部に出射されないことにな
る。

【００４５】本発明によるガスレーザ発振器で発振波長
を選択する際には、ピンホール回転円板７を回転させ
て、所望する波長のレーザ光のみを透過させ、不要な波
長のレーザ光をカットすることにより、出力側ミラー３
から所望する単一波長のレーザ光２１のみを得ることが
出来る。

【００４６】ここで得られる単一波長のレーザ光２１に
ついては、光共振器をなす出力側ミラー３と全反射側ミ
ラー４ａまたは４ｂとが、各々最適状態に調整されてい
るため、波長選択によってレーザ出力が低下することが
無く、ミラーの角度調整を実施する必要は無い。

【００４７】具体的なガスレーザ発振器の例で、例えば
上述のＡｒレーザの場合には、４８８ｎｍ、５１４．５
ｎｍ、４７６．５ｎｍ等の波長のレーザ光が、Ｋｒレー
ザの場合には、６４７ｎｍ、５６８．２ｎｍ、５３０．
９ｎｍ、５２０．８ｎｍ等の波長のレーザ光が得られ、
さらにＡｒとＫｒの混合ガスによるレーザでは、前記の
ＡｒレーザとＫｒレーザの各波長を合わせたレーザ光が
得られることになる。

【００４８】この場合には、所望する単一波長のレーザ
光の種類に応じた枚数の全反射側ミラー４ａ，４ｂ・・
・、及び角度調節機能を設ければよく、全反射側ミラー
４ａ，４ｂ・・・の所定の波長に対する反射率を９９％
以上、その他の発振波長に対する反射率を８０％以下に
設定することによって、所望する単一波長のレーザ光の
みが得られる。

【００４９】また、Ｋｒレーザの５３０．９ｎｍと５２
０．８ｎｍのように、比較的波長の近い複数の波長のレ
ーザ光が発振する場合には、分光用プリズム６で分光さ
れたレーザ光の出射角度の差が小さいことから、全反射
側ミラーとピンホール回転円板７のピンホールの大きさ
・位置とを適当な条件に設定することにより、複数の波
長を同時に発振させることも可能である。

【００５０】さらに、本発明による外部ミラー型ガスレ
ーザ発振器で使用する分光用プリズム６は、多数の波長
のレーザ光を分光する場合や比較的波長の近い複数の波
長のレーザ光を分光する場合等を考慮すると、分光され
たレーザ光の出射角度の差を大きくする意味でも、屈折
率の大きいガラス材料を選択したいが、光共振器内部に
挿入するため、分光用プリズム６内部の透過損失が小さ
く、さらに高出力のレーザ光に対しても十分耐久性があ
る石英ガラスが適当である。

【００５１】

【発明の効果】第１の効果は、本発明によるガスレーザ
発振器では、波長の選択の際に、その波長の最適状態で
の出力が得られることである。

【００５２】その理由は、個々の波長に対して全反射側
ミラーが最適状態に調整されており且つ、波長選択の際
には、ピンホール部品を動かすだけで、ミラーを動かす
ことがないため、予め最適状態に調整されている出力側
・全反射側ミラーの角度が変化しないからである。

【００５３】第２の効果は、本発明によるガスレーザ発
振器では、他波長との競合現象による出力低下や競合ノ
イズが発生しないことである。

【００５４】その理由は、光共振器内で発振しているレ
ーザ光は、プリズム、ピンホール部品及び全反射ミラー
によって単一波長のみ選択されていることによる。

【００５５】よって、エネルギー準位を共有する他波長
との競合現象による出力低下や競合ノイズは発生しない
ため、レーザ管の有する最大能力のレーザ出力・低レベ
ルの光ノイズを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例によるレーザ発振器を示す
構成図。

【図２】（ａ）本発明の実施形態例によるレーザ発振器
の部分拡大構成図。 （ｂ）図２（ａ）の右側面図。

【図３】実開昭６３−７１５６３に開示されたレーザ発
振器を示す構成図。

【図４】特開昭１−２０６２２６に開示されたレーザ発
振器を示す構成図。

【符号の説明】

１ レーザ管 ２ａ，２ｂ ブリュースタ窓 ３ 出力側ミラー ４，４ａ，４ｂ 全反射側ミラー ５ ピンホール部品 ６ 分光プリズム ７ ピンホール回転円板 ８ ピンホール駆動部 ９ ピンホール制御部 １０ プレート １１ａ，１１ｂ ミラー保持プレート １２ 調整ネジ １３ａ，１３ｂ 部分透過鏡 １４ 回転円板 １５ 凹面鏡 １６ ジュールメータ １７ 回折格子 １８ 第１の全反射ミラー １９ 第２の全反射ミラー ２０ 回転台 ２１ 単一波長レーザ光 ２２ 複数波長のレーザ光

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１０月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光共振器を構成する光共振器用ミラー
   と、内部に希ガスを封入したレーザ管と、前記光共振器
   用ミラー及び前記レーザ管を保持する筐体部分とを備え
   たガスレーザ発振器において、前記光共振器用ミラーが
   一個の出力側ミラーと複数個の全反射側ミラーを有し、
   前記複数個の全反射側ミラーが各々特定の波長の光に対
   してのみ９９％以上の高反射率特性を有すと共に、ミラ
   ーの角度調整機構を有しており、且つ前記出力側ミラー
   と前記複数個の全反射側ミラーの間に、分光プリズムと
   可動式のピンホール部品とを有することを特徴とするガ
   スレーザ発振器。
2. 【請求項２】 前記レーザ管内に封入されたガスが、Ａ
   ｒガス、Ｋｒガス、またはＡｒガスとＫｒガスとの混合
   ガスであることを特徴とする請求項１記載のガスレーザ
   発振器。
3. 【請求項３】 前記分光プリズムが石英ガラス製である
   ことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ発振器。
4. 【請求項４】 前記ピンホール部品がピンホールを有す
   る回転円板であることを特徴とする請求項１記載のガス
   レーザ発振器。