JPH11149098A - 高出力レーザパルス位相補償装置 - Google Patents
高出力レーザパルス位相補償装置Info
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- JPH11149098A JPH11149098A JP33236997A JP33236997A JPH11149098A JP H11149098 A JPH11149098 A JP H11149098A JP 33236997 A JP33236997 A JP 33236997A JP 33236997 A JP33236997 A JP 33236997A JP H11149098 A JPH11149098 A JP H11149098A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 石英ガラスを大出力レーザ用の固体媒質ＳＢ
Ｓ位相共役鏡として使用した場合においても該石英ガラ
スの損傷が生じることなく広い波長範囲に適応可能で且
つ波面歪みを生じさせない回析限界の出力を取り出させ
たり、照射の一様性の改善を可能にする位相補償装置の
提供。 【解決手段】 本発明は、固体媒質として石英ガラスを
用い、かつ励起パルス幅を音波の緩和時間より長く設定
し（例えば１５ｎｓ）、長焦点距離（例えばｆ５００ｍ
ｍ）レンズによりビームを絞ることにより相互作用長を
長く取ることで入射エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ2 （ピ
ーク強度５０ＭＷ）という高エネルギー光に対してもレ
ーザ損傷を生じないで高いＳＢＳ反射率を有する位相共
役鏡が構成できる。
Ｓ位相共役鏡として使用した場合においても該石英ガラ
スの損傷が生じることなく広い波長範囲に適応可能で且
つ波面歪みを生じさせない回析限界の出力を取り出させ
たり、照射の一様性の改善を可能にする位相補償装置の
提供。 【解決手段】 本発明は、固体媒質として石英ガラスを
用い、かつ励起パルス幅を音波の緩和時間より長く設定
し（例えば１５ｎｓ）、長焦点距離（例えばｆ５００ｍ
ｍ）レンズによりビームを絞ることにより相互作用長を
長く取ることで入射エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ2 （ピ
ーク強度５０ＭＷ）という高エネルギー光に対してもレ
ーザ損傷を生じないで高いＳＢＳ反射率を有する位相共
役鏡が構成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工（溶接、
切断、焼き入れ等）やマーキング装置、物質表面改質装
置、レーザアブレーション装置に用いられる高出力レー
ザに関して、そのビーム品質を向上させることにより波
面歪みを生じさせない回析限界の出力を取り出させた
り、照射の一様性の改善を可能にする位相補償装置に関
する。
切断、焼き入れ等）やマーキング装置、物質表面改質装
置、レーザアブレーション装置に用いられる高出力レー
ザに関して、そのビーム品質を向上させることにより波
面歪みを生じさせない回析限界の出力を取り出させた
り、照射の一様性の改善を可能にする位相補償装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＹＡＧレーザに代表されるランプ励起及
び高出力ＬＤ励起固体レーザは、高効率であるが高エネ
ルギー発振を行うと、発振に伴う熱の蓄積による固体レ
ーザ素子内での熱歪み効果等により、レーザ媒質の光学
的均質性が低下してくる。このような光学的不均質なレ
ーザ素子内を伝播するレーザ光についても透過波面に乱
れを生じ波面収差が大きくなる、いわゆるビーム品質の
低下が生じる。このようなビームでは小さく絞ることが
出来なくなり、高出力レーザとしての特性が得られなく
なるという弊害がある。
び高出力ＬＤ励起固体レーザは、高効率であるが高エネ
ルギー発振を行うと、発振に伴う熱の蓄積による固体レ
ーザ素子内での熱歪み効果等により、レーザ媒質の光学
的均質性が低下してくる。このような光学的不均質なレ
ーザ素子内を伝播するレーザ光についても透過波面に乱
れを生じ波面収差が大きくなる、いわゆるビーム品質の
低下が生じる。このようなビームでは小さく絞ることが
出来なくなり、高出力レーザとしての特性が得られなく
なるという弊害がある。
【０００３】このレーザ素子あるいはレーザ光が伝播す
る際の媒質のゆらぎ（例えば空気のゆらぎ、光学素子の
屈折率の変化）を補正する手段として、近年誘導ブリル
アン散乱（ＳＢＳ）を用いた位相共役鏡が提案され、活
発に研究されるようになった。
る際の媒質のゆらぎ（例えば空気のゆらぎ、光学素子の
屈折率の変化）を補正する手段として、近年誘導ブリル
アン散乱（ＳＢＳ）を用いた位相共役鏡が提案され、活
発に研究されるようになった。
【０００４】このＳＢＳ位相共役鏡は入射電界が非線形
媒質（ガス、液体、固体）中で誘起する非線形現象によ
り入射電界の空間位相を反転し、空間波面の形が同じで
伝播方向が逆転した位相共役波面を発生することができ
るものである。この位相共役波面の発生により入射波面
の位相が反転した反射波面により補償され、波面収差の
ない光を容易に実現することができる。
媒質（ガス、液体、固体）中で誘起する非線形現象によ
り入射電界の空間位相を反転し、空間波面の形が同じで
伝播方向が逆転した位相共役波面を発生することができ
るものである。この位相共役波面の発生により入射波面
の位相が反転した反射波面により補償され、波面収差の
ない光を容易に実現することができる。
【０００５】このような位相共役鏡の媒質には従来ガ
ス、液体、固体が用いられており、気体としてはＮ2 、
ＳＦ6 、Ｘｅ、ＣＨ4 等が、液体としてはＣＣｌ4 、Ｐ
Ｃｌ4、ＳｎＣｌ4 、ＧｅＣｌ4 、ＴｉＣｌ4 、Ｆｒｅ
ｏｎ１１３、ＦＣ−７２、ＦＣ−７５等が、固体として
は有機Ｌアルギニンリン酸（ＬＡＰ）結晶等が知られて
いる。
ス、液体、固体が用いられており、気体としてはＮ2 、
ＳＦ6 、Ｘｅ、ＣＨ4 等が、液体としてはＣＣｌ4 、Ｐ
Ｃｌ4、ＳｎＣｌ4 、ＧｅＣｌ4 、ＴｉＣｌ4 、Ｆｒｅ
ｏｎ１１３、ＦＣ−７２、ＦＣ−７５等が、固体として
は有機Ｌアルギニンリン酸（ＬＡＰ）結晶等が知られて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら気体を媒
質にするＳＢＳ位相共役鏡の場合、高利得を実現する為
には大型セルにガス高圧封入する必要が生じるので（Ｘ
ｅガスで４０〜５０気圧、メタンガスで９０気圧）扱い
が危険であると同時に装置の小型化が非常に困難であ
る。液体の場合、一般的にＳＢＳ媒質として高い利得を
有するものは四塩化物系であり毒性が強いので万が一装
置が破損した場合の危険性が大きく、また気体と同様セ
ルの小型化が難しいという難点がある。また、気体、液
体共通の問題として周囲の温度、圧力変化による対流な
どの媒質の揺らぎにより位相共役鏡としての性能が劣化
しやすい等の問題がある。
質にするＳＢＳ位相共役鏡の場合、高利得を実現する為
には大型セルにガス高圧封入する必要が生じるので（Ｘ
ｅガスで４０〜５０気圧、メタンガスで９０気圧）扱い
が危険であると同時に装置の小型化が非常に困難であ
る。液体の場合、一般的にＳＢＳ媒質として高い利得を
有するものは四塩化物系であり毒性が強いので万が一装
置が破損した場合の危険性が大きく、また気体と同様セ
ルの小型化が難しいという難点がある。また、気体、液
体共通の問題として周囲の温度、圧力変化による対流な
どの媒質の揺らぎにより位相共役鏡としての性能が劣化
しやすい等の問題がある。
【０００７】一方で固体媒質の場合、前述したような問
題がないことに加え、装置がコンパクトで扱いやすいと
いう利点があり、位相共役鏡としては好ましい性質をも
っている。
題がないことに加え、装置がコンパクトで扱いやすいと
いう利点があり、位相共役鏡としては好ましい性質をも
っている。
【０００８】一般に固体媒質をＳＢＳレーザ共役鏡媒質
として用いる場合、高いＳＢＳ利得を得るためには媒質
の非線形屈折率が高いことが好ましい。反面、高エネル
ギーのパルス光を入射する場合にはレーザ光により素子
が損傷を受けないような高いレーザ耐力を有する媒質が
必要である。実際には高いＳＢＳ利得を有する光学材料
ほどレーザ耐力が低いことが多い。例えば固体媒質とし
て知られているＬＡＰ（有機Ｌアルギニン酸）結晶を例
に取っても、大型結晶の育成が困難であり、小型結晶に
短焦点で集光するため、レーザ損傷が生じ易く、入射レ
ーザのエネルギーに制限がある上、熱による特性変化、
破損の問題があり高出力レーザ用には使用できなかっ
た。更に光学吸収が大きいので特定の波長のレーザにし
か使用できず、また高価なためコスト上の問題もあっ
た。このような理由により広い波長範囲に適応可能な大
出力レーザ用の固体媒質ＳＢＳ位相共役鏡は実現されて
いない。
として用いる場合、高いＳＢＳ利得を得るためには媒質
の非線形屈折率が高いことが好ましい。反面、高エネル
ギーのパルス光を入射する場合にはレーザ光により素子
が損傷を受けないような高いレーザ耐力を有する媒質が
必要である。実際には高いＳＢＳ利得を有する光学材料
ほどレーザ耐力が低いことが多い。例えば固体媒質とし
て知られているＬＡＰ（有機Ｌアルギニン酸）結晶を例
に取っても、大型結晶の育成が困難であり、小型結晶に
短焦点で集光するため、レーザ損傷が生じ易く、入射レ
ーザのエネルギーに制限がある上、熱による特性変化、
破損の問題があり高出力レーザ用には使用できなかっ
た。更に光学吸収が大きいので特定の波長のレーザにし
か使用できず、また高価なためコスト上の問題もあっ
た。このような理由により広い波長範囲に適応可能な大
出力レーザ用の固体媒質ＳＢＳ位相共役鏡は実現されて
いない。
【０００９】本発明者はかかる大出力レーザ用の固体媒
質ＳＢＳ位相共役鏡として石英ガラスに着目した。石英
ガラスは非線形屈折率が光学材料としては低い分類に属
するのでＳＢＳ利得的には不利な媒質といえるが、広い
波長範囲にわたって吸収が少ない（略０．２μｍ〜２．
３μｍ）ため、適用範囲が広い、高いレーザ耐力を有す
る、緩和時間が短いので立ち上がりが早いパルスレーザ
に対応できる等の多くの利点を有しており、高出力レー
ザ用のＳＢＳ位相共役鏡の媒質として期待されてきた。
しかしながら、先述したようにＳＢＳ利得が低いので位
相共役鏡として利用するには相対的に大きなエネルギー
のレーザ光を入射しなければならず、レーザ耐力が強い
といっても、このレーザ光による石英ガラスの損傷が生
じてしまうために実用には至らなかった。
質ＳＢＳ位相共役鏡として石英ガラスに着目した。石英
ガラスは非線形屈折率が光学材料としては低い分類に属
するのでＳＢＳ利得的には不利な媒質といえるが、広い
波長範囲にわたって吸収が少ない（略０．２μｍ〜２．
３μｍ）ため、適用範囲が広い、高いレーザ耐力を有す
る、緩和時間が短いので立ち上がりが早いパルスレーザ
に対応できる等の多くの利点を有しており、高出力レー
ザ用のＳＢＳ位相共役鏡の媒質として期待されてきた。
しかしながら、先述したようにＳＢＳ利得が低いので位
相共役鏡として利用するには相対的に大きなエネルギー
のレーザ光を入射しなければならず、レーザ耐力が強い
といっても、このレーザ光による石英ガラスの損傷が生
じてしまうために実用には至らなかった。
【００１０】本発明はかかる課題に鑑み、前記した石英
ガラスを大出力レーザ用の固体媒質ＳＢＳ位相共役鏡と
して使用した場合においても該石英ガラスの損傷が生じ
ることなく広い波長範囲に適応可能で且つ波面歪みを生
じさせない回析限界の出力を取り出させたり、照射の一
様性の改善を可能にするＳＢＳ位相補償装置を提供する
ことを目的とする。
ガラスを大出力レーザ用の固体媒質ＳＢＳ位相共役鏡と
して使用した場合においても該石英ガラスの損傷が生じ
ることなく広い波長範囲に適応可能で且つ波面歪みを生
じさせない回析限界の出力を取り出させたり、照射の一
様性の改善を可能にするＳＢＳ位相補償装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、発明者等が検討を重ねた結果、固体媒質として石英
ガラスを用い、かつ励起パルス幅を音波の緩和時間より
長く設定し（例えば１５ｎｓ）、長焦点距離（例えばｆ
５００ｍｍ）レンズによりビームを絞ることにより相互
作用長を長く取ることで入射エネルギー密度が１Ｊ／ｃ
ｍ2 （ピーク強度５０ＭＷ）という高エネルギー光に対
してもレーザ損傷を生じないで高いＳＢＳ反射率を有す
る位相共役鏡が構成できることを見出した。以下に詳細
に説明する。
め、発明者等が検討を重ねた結果、固体媒質として石英
ガラスを用い、かつ励起パルス幅を音波の緩和時間より
長く設定し（例えば１５ｎｓ）、長焦点距離（例えばｆ
５００ｍｍ）レンズによりビームを絞ることにより相互
作用長を長く取ることで入射エネルギー密度が１Ｊ／ｃ
ｍ2 （ピーク強度５０ＭＷ）という高エネルギー光に対
してもレーザ損傷を生じないで高いＳＢＳ反射率を有す
る位相共役鏡が構成できることを見出した。以下に詳細
に説明する。
【００１２】石英ガラスのＳＢＳ利得は下記（１）式に
より与えられ、ＳＢＳ threshold energyとの関係は下
記（２）式で与えられる。 ｇB＝（２ｐ・ｎ7・Ｐ2 12）／（ｃ・ρ・ｖ・Δｖ・λ2）…（１） ここに、λ：入射波長、ｎ：非線型屈折率、Ｐ12：光学
弾性定数、Δｖ：ブリルアンシフト幅、ｒ：密度、ｖ：
音速、ｃ：光速度である。 ｇB＝λ・２０／２ｍＥth・（７．５τB＋ｔP＋ｔ2／３０τB）…（２） ここに、λ：入射波長、ｔP：入射パルス幅、τB：緩和
時間、Ｅth：ＳＢＳ threshold energy である。
より与えられ、ＳＢＳ threshold energyとの関係は下
記（２）式で与えられる。 ｇB＝（２ｐ・ｎ7・Ｐ2 12）／（ｃ・ρ・ｖ・Δｖ・λ2）…（１） ここに、λ：入射波長、ｎ：非線型屈折率、Ｐ12：光学
弾性定数、Δｖ：ブリルアンシフト幅、ｒ：密度、ｖ：
音速、ｃ：光速度である。 ｇB＝λ・２０／２ｍＥth・（７．５τB＋ｔP＋ｔ2／３０τB）…（２） ここに、λ：入射波長、ｔP：入射パルス幅、τB：緩和
時間、Ｅth：ＳＢＳ threshold energy である。
【００１３】石英ガラスの波長１．０６μｍのレーザ光
（ＹＡＧ laserの基本波長）に対する非線型屈折率は
０．９９×１０-13 ｅｓｕ．であり、ＳＢＳ threshold
energy は１０００ｋＷである。一方、石英ガラスの波
長１．０６μｍのレーザ光に対するダメージしきい値は
レーザパルス幅１ｎｓｅｃ換算で３０Ｊ／ｃｍ2 であ
る。ここに、ある媒質を透過するレーザエネルギー（透
過エネルギー）が、ダメージしきい値を超えた場合、そ
の媒質はレーザダメージを受ける。
（ＹＡＧ laserの基本波長）に対する非線型屈折率は
０．９９×１０-13 ｅｓｕ．であり、ＳＢＳ threshold
energy は１０００ｋＷである。一方、石英ガラスの波
長１．０６μｍのレーザ光に対するダメージしきい値は
レーザパルス幅１ｎｓｅｃ換算で３０Ｊ／ｃｍ2 であ
る。ここに、ある媒質を透過するレーザエネルギー（透
過エネルギー）が、ダメージしきい値を超えた場合、そ
の媒質はレーザダメージを受ける。
【００１４】一般に石英ガラスの内部吸収は無視出来る
ほど小さいため、ＳＢＳが発生するまではレーザの透過
エネルギーはレーザの入射エネルギーに等しいと考えて
良い。そこでＳＢＳしきい値以上の入射エネルギーを注
入しても媒質内のレーザエネルギー（実際にはレーザの
ピーク強度）がダメージしきい値を上回らないような条
件が実現できれば石英ガラスを媒質にした高エネルギー
位相共役鏡が達成できる。
ほど小さいため、ＳＢＳが発生するまではレーザの透過
エネルギーはレーザの入射エネルギーに等しいと考えて
良い。そこでＳＢＳしきい値以上の入射エネルギーを注
入しても媒質内のレーザエネルギー（実際にはレーザの
ピーク強度）がダメージしきい値を上回らないような条
件が実現できれば石英ガラスを媒質にした高エネルギー
位相共役鏡が達成できる。
【００１５】ＳＢＳ発生のための相互作用長Ｌは下記
（３）式で示されるように入射レーザ光を位相共役鏡に
絞り込む凸レンズのＦ値と波長で設定される。 Ｌ＝２Ｆ2λ…（３） （但しＦ＝ｆ／Ｄ） ここに、ｆは集光レンズの焦点距離、Ｄは入射レーザの
ビーム径である。
（３）式で示されるように入射レーザ光を位相共役鏡に
絞り込む凸レンズのＦ値と波長で設定される。 Ｌ＝２Ｆ2λ…（３） （但しＦ＝ｆ／Ｄ） ここに、ｆは集光レンズの焦点距離、Ｄは入射レーザの
ビーム径である。
【００１６】（３）式により、Ｆ値が大きいほど、ある
いは同一ビーム径の場合は焦点距離が長いほど相互作用
距離が長くなる。一方、ある波長におけるＦ値とレーザ
の入射エネルギーＥin、ピーク強度ＥPの関係は下記
（４）式で表わされ、ＥP はＦ値のルートの逆数に比例
する。（例えばＦ値が２倍になればＥP は１／１．４に
なる。) ＥP ＝Ｃ×Ｅin×Ｆ-0.5 …（４） （但しＣは定数）
いは同一ビーム径の場合は焦点距離が長いほど相互作用
距離が長くなる。一方、ある波長におけるＦ値とレーザ
の入射エネルギーＥin、ピーク強度ＥPの関係は下記
（４）式で表わされ、ＥP はＦ値のルートの逆数に比例
する。（例えばＦ値が２倍になればＥP は１／１．４に
なる。) ＥP ＝Ｃ×Ｅin×Ｆ-0.5 …（４） （但しＣは定数）
【００１７】媒質にレーザダメージを与えるレーザ強度
は正確にはレーザの透過エネルギーＥtrにより決定され
るが（即ちＥtr≧ダメージしきい値ＥD のときレーザ損
傷が起きる）、ＥtrはＳＢＳが発生するまではＥin＝Ｅ
trと看做せるためにＦ値を大きく設定することにより
（具体的には集光レンズの焦点距離を長くすることで）
媒質のレーザ損傷を回避することが出来ることが分かっ
た。一方、ＳＢＳ threshold energy は相互作用長に依
存しない物理量なのでＦ値を大きく取ることによりレー
ザ損傷を媒質に与えずにＳＢＳを発生できることが判っ
た。さらに、ＳＢＳによる反射が生じた場合、反射率Ｒ
とすると、Ｅtr＝（１−Ｒ）・Ｅinとなるので一度ＳＢ
Ｓを発生させれば本来計算で求まるより大きなエネルギ
ーの入射光を注入出来ることが判明した。
は正確にはレーザの透過エネルギーＥtrにより決定され
るが（即ちＥtr≧ダメージしきい値ＥD のときレーザ損
傷が起きる）、ＥtrはＳＢＳが発生するまではＥin＝Ｅ
trと看做せるためにＦ値を大きく設定することにより
（具体的には集光レンズの焦点距離を長くすることで）
媒質のレーザ損傷を回避することが出来ることが分かっ
た。一方、ＳＢＳ threshold energy は相互作用長に依
存しない物理量なのでＦ値を大きく取ることによりレー
ザ損傷を媒質に与えずにＳＢＳを発生できることが判っ
た。さらに、ＳＢＳによる反射が生じた場合、反射率Ｒ
とすると、Ｅtr＝（１−Ｒ）・Ｅinとなるので一度ＳＢ
Ｓを発生させれば本来計算で求まるより大きなエネルギ
ーの入射光を注入出来ることが判明した。
【００１８】同様の効果がパルス幅を長くすることによ
っても得られることが分かった。すなわち、ここにレー
ザパルス幅τB と入射エネルギーＥin、ピーク強度Ｅp
の間には、 Ｅp ＝Ｅin／τB 0.5 …（５） という関係があり、レーザのパルス幅を延ばすことで同
一入射エネルギーに対して高いピーク強度を得ることが
出来る。ここでＥP がＳＢＳしきい値を超えればＳＢＳ
が発生するので、同一入射エネルギーＥinに対する見か
け上のＳＢＳしきい値が低く設定されたことと等しくな
る。本発明者等の検討結果では、高出力レーザとして入
射パルスエネルギーを１５ｍＪ／パルス以上に設定した
場合、標準的なビーム径は１０ｍｍ程度なので、石英ガ
ラスにレーザ損傷を与えずにＳＢＳを発生せしめるには
焦点距離を２５０ｍｍ以上、又はＦ値を２５以上かある
いはパルス幅を１０ｎｓｅｃ以上に設定すれば良いこと
が判った。
っても得られることが分かった。すなわち、ここにレー
ザパルス幅τB と入射エネルギーＥin、ピーク強度Ｅp
の間には、 Ｅp ＝Ｅin／τB 0.5 …（５） という関係があり、レーザのパルス幅を延ばすことで同
一入射エネルギーに対して高いピーク強度を得ることが
出来る。ここでＥP がＳＢＳしきい値を超えればＳＢＳ
が発生するので、同一入射エネルギーＥinに対する見か
け上のＳＢＳしきい値が低く設定されたことと等しくな
る。本発明者等の検討結果では、高出力レーザとして入
射パルスエネルギーを１５ｍＪ／パルス以上に設定した
場合、標準的なビーム径は１０ｍｍ程度なので、石英ガ
ラスにレーザ損傷を与えずにＳＢＳを発生せしめるには
焦点距離を２５０ｍｍ以上、又はＦ値を２５以上かある
いはパルス幅を１０ｎｓｅｃ以上に設定すれば良いこと
が判った。
【００１９】一方で、焦点距離を非常に長く取ってしま
うと、位相共役鏡として固体媒質を使用する利点の１つ
である装置の小型化という点で問題があるので焦点距離
の最大値は１０００ｍｍに規定した。またパルス幅につ
いても立ち上がりの早いパルスに対応するという本願発
明の特色を鑑みて上限を１μｓｅｃに規定する。また石
英ガラスはその小さな光学吸収係数により幅広い波長範
囲に適応可能であるが、使用波長における吸収係数が５
×１０-4以上であると発生する熱量が大きくなり媒質が
熱破壊されることから媒質の使用レーザ波長に対する吸
収係数は５×１０-4以下である必要性が判明した。
うと、位相共役鏡として固体媒質を使用する利点の１つ
である装置の小型化という点で問題があるので焦点距離
の最大値は１０００ｍｍに規定した。またパルス幅につ
いても立ち上がりの早いパルスに対応するという本願発
明の特色を鑑みて上限を１μｓｅｃに規定する。また石
英ガラスはその小さな光学吸収係数により幅広い波長範
囲に適応可能であるが、使用波長における吸収係数が５
×１０-4以上であると発生する熱量が大きくなり媒質が
熱破壊されることから媒質の使用レーザ波長に対する吸
収係数は５×１０-4以下である必要性が判明した。
【００２０】このような条件を満たすレーザ、光学素子
（長焦点レンズ）、石英媒質の位相共役鏡を組み合わせ
ることにより位相補償された高品質な高出力レーザビー
ムを取り出せるシステムを構成できることがわかった。
（長焦点レンズ）、石英媒質の位相共役鏡を組み合わせ
ることにより位相補償された高品質な高出力レーザビー
ムを取り出せるシステムを構成できることがわかった。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の種類、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の種類、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。
【００２２】図１は本発明の実施形態に係る高出力レー
ザパルス位相補償装置を示す概略図である。図１におい
て、出力１００ｍＪの入射レーザ光４を偏光板５、６を
介してＹＡＧ増幅器３に注入し、ファラデイ回転子（４
５°回転）７を経由して、集光レンズ１で石英ガラスロ
ッド２中に焦点を結ぶように集光する。
ザパルス位相補償装置を示す概略図である。図１におい
て、出力１００ｍＪの入射レーザ光４を偏光板５、６を
介してＹＡＧ増幅器３に注入し、ファラデイ回転子（４
５°回転）７を経由して、集光レンズ１で石英ガラスロ
ッド２中に焦点を結ぶように集光する。
【００２３】詳細に説明するに、入射エネルギー１００
ｍＪ、パルス幅１８ｎｓ、繰り返し数１０Ｈｚの単一縦
モードのＱスイッチＹＡＧレーザ光４を偏光板５、６を
介して、Ｎｄ：ＹＡＧ増幅器３で増幅した後、ファラデ
イ回転子７を経由して集光レンズ１で石英ガラスロッド
２内部において焦点を結ぶように集光した。かかる石英
ガラスＳＢＳ位相共役鏡（石英ガラスロッド）２によっ
て反射されたレーザ光４は再度ファラデイ回転子７を通
過し、Ｎｄ：ＹＡＧ増幅器３で増幅された後、偏光板６
によって反射される。反射されたレーザ光４は、ビーム
スプリッタ１１やレンズ１２を介して光電管１３、カロ
リメータ１４、ＣＣＤカメラ１５、ピンダイオード１６
等の各種測定装置に導かれ、ＳＢＳ反射率および反射ビ
ーム性能を測定した。
ｍＪ、パルス幅１８ｎｓ、繰り返し数１０Ｈｚの単一縦
モードのＱスイッチＹＡＧレーザ光４を偏光板５、６を
介して、Ｎｄ：ＹＡＧ増幅器３で増幅した後、ファラデ
イ回転子７を経由して集光レンズ１で石英ガラスロッド
２内部において焦点を結ぶように集光した。かかる石英
ガラスＳＢＳ位相共役鏡（石英ガラスロッド）２によっ
て反射されたレーザ光４は再度ファラデイ回転子７を通
過し、Ｎｄ：ＹＡＧ増幅器３で増幅された後、偏光板６
によって反射される。反射されたレーザ光４は、ビーム
スプリッタ１１やレンズ１２を介して光電管１３、カロ
リメータ１４、ＣＣＤカメラ１５、ピンダイオード１６
等の各種測定装置に導かれ、ＳＢＳ反射率および反射ビ
ーム性能を測定した。
【００２４】図１に示される装置において、集光レンズ
１の焦点距離を１００ｍｍから５００ｍｍの範囲で変化
させＳＢＳ特性を調べた。ＹＡＧ増幅器３から発振され
るレーザ光４は波長１．０６μｍ、パルス幅１５ｎｓｅ
ｃ、ビーム径１０ｍｍで出力は励起エネルギーを変化さ
せることにより１３ｍＪから３８０ｍＪまで変化させ
た。φ２０×１００ｍｍの石英ガラスロッド２は両端面
をＡＲコーティングしてあり、入射部から８０ｍｍの位
置に集光レンズの焦点が来るようにセットした。この石
英ガラスの波長１．０６μｍの光に対する吸収係数は１
×１０-4であった。
１の焦点距離を１００ｍｍから５００ｍｍの範囲で変化
させＳＢＳ特性を調べた。ＹＡＧ増幅器３から発振され
るレーザ光４は波長１．０６μｍ、パルス幅１５ｎｓｅ
ｃ、ビーム径１０ｍｍで出力は励起エネルギーを変化さ
せることにより１３ｍＪから３８０ｍＪまで変化させ
た。φ２０×１００ｍｍの石英ガラスロッド２は両端面
をＡＲコーティングしてあり、入射部から８０ｍｍの位
置に集光レンズの焦点が来るようにセットした。この石
英ガラスの波長１．０６μｍの光に対する吸収係数は１
×１０-4であった。
【００２５】図２に結果を示す。横軸はレーザの入射エ
ネルギー、縦軸にＳＢＳ反射率をプロットしている。Ｓ
ＢＳ反射率とはＳＢＳにより反射される光エネルギーの
割合で、ＳＢＳ反射が０％という場合はＳＢＳが発生し
ていないことになる。また、［表１］、［表２］に具体
的数値を示す。
ネルギー、縦軸にＳＢＳ反射率をプロットしている。Ｓ
ＢＳ反射率とはＳＢＳにより反射される光エネルギーの
割合で、ＳＢＳ反射が０％という場合はＳＢＳが発生し
ていないことになる。また、［表１］、［表２］に具体
的数値を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】図２および［表１］、［表２］に示される
ように、ｆ＝１００ｍｍ（Ｆ値１０）の場合には入射エ
ネルギーが１３ｍＪの時に石英ガラスロッドにレーザに
よる損傷が生じてしまい、結局ＳＢＳは発生させること
が出来なかった。ｆ＝１５０ｍｍ（Ｆ値１５）の場合、
入射エネルギー１８ｍＪで２０％弱のＳＢＳ反射率を得
たが、やがて石英ガラスにレーザ損傷が生じて、結局、
より高い反射率は得られなかった。
ように、ｆ＝１００ｍｍ（Ｆ値１０）の場合には入射エ
ネルギーが１３ｍＪの時に石英ガラスロッドにレーザに
よる損傷が生じてしまい、結局ＳＢＳは発生させること
が出来なかった。ｆ＝１５０ｍｍ（Ｆ値１５）の場合、
入射エネルギー１８ｍＪで２０％弱のＳＢＳ反射率を得
たが、やがて石英ガラスにレーザ損傷が生じて、結局、
より高い反射率は得られなかった。
【００２９】ｆ＝２００ｍｍ（Ｆ値２０）の場合、入射
エネルギー５５ｍＪで６０％のＳＢＳ反射率を得たが、
ｆ＝１５０ｍｍと同様に石英ガラスにレーザ損傷が生じ
て、結局より高い反射率は得られなかった。ｆ＝２５０
ｍｍ（Ｆ値２５）では入射エネルギーが１５０ｍＪを超
えても石英ガラスロッドのレーザ損傷は生じずにＳＢＳ
反射率８０％以上の口反射率を達成した。更にｆ＝５０
０ｍｍ（Ｆ値５０）では３８０ｍＪでも損傷は生じない
で反射率９５％を超える高反射率を達成した。
エネルギー５５ｍＪで６０％のＳＢＳ反射率を得たが、
ｆ＝１５０ｍｍと同様に石英ガラスにレーザ損傷が生じ
て、結局より高い反射率は得られなかった。ｆ＝２５０
ｍｍ（Ｆ値２５）では入射エネルギーが１５０ｍＪを超
えても石英ガラスロッドのレーザ損傷は生じずにＳＢＳ
反射率８０％以上の口反射率を達成した。更にｆ＝５０
０ｍｍ（Ｆ値５０）では３８０ｍＪでも損傷は生じない
で反射率９５％を超える高反射率を達成した。
【００３０】図３は前記実施形態に基づいて行なった実
験例を示し、石英ガラスロッドからなる位相共役鏡２と
通常の鏡２’を用いてＩＬＥの画像を有するマスク板２
０を通過させたレーザ光を集光レンズ１を介して前記し
た位相共役鏡２と通常の鏡２’で夫々反射させ、ビーム
分離鏡２１を介してフィルム２２上に前記画像ＩＬＥを
現像させたものである。本図より理解される通り、石英
ガラスロッドからなる位相共役鏡２で反射現像させたも
のは、画像の乱れがなく極めて鮮明であった。
験例を示し、石英ガラスロッドからなる位相共役鏡２と
通常の鏡２’を用いてＩＬＥの画像を有するマスク板２
０を通過させたレーザ光を集光レンズ１を介して前記し
た位相共役鏡２と通常の鏡２’で夫々反射させ、ビーム
分離鏡２１を介してフィルム２２上に前記画像ＩＬＥを
現像させたものである。本図より理解される通り、石英
ガラスロッドからなる位相共役鏡２で反射現像させたも
のは、画像の乱れがなく極めて鮮明であった。
【００３１】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、波長
範囲が０．２μｍ〜２．３μｍという広い波長範囲に適
合可能な、出力が８０Ｗ以上の大出力入射レーザ光にお
いて反射率が８０％を超える高い反射効率を有する位相
共役鏡を備えた高出力レーザパルス位相補償装置を得る
ことができる。また石英ガラス製ＳＢＳ位相共役鏡を用
いることにより耐環境性に優れ、安全性、操作性の高い
コンパクトな高出力レーザパルス位相補償装置を得るこ
とができる。
範囲が０．２μｍ〜２．３μｍという広い波長範囲に適
合可能な、出力が８０Ｗ以上の大出力入射レーザ光にお
いて反射率が８０％を超える高い反射効率を有する位相
共役鏡を備えた高出力レーザパルス位相補償装置を得る
ことができる。また石英ガラス製ＳＢＳ位相共役鏡を用
いることにより耐環境性に優れ、安全性、操作性の高い
コンパクトな高出力レーザパルス位相補償装置を得るこ
とができる。
【図１】図１は本発明の実施形態に係る高出力レーザパ
ルス位相補償装置を示す概略図である。
ルス位相補償装置を示す概略図である。
【図２】集光レンズのＦ値を異ならせてレーザの入射エ
ネルギーとＳＢＳ反射率との関係及び損傷の有無を示す
グラフ図である。
ネルギーとＳＢＳ反射率との関係及び損傷の有無を示す
グラフ図である。
【図３】前記実施形態に基づいて行なった実験例を示す
概略図である。
概略図である。
１ 集光レンズ ２ 石英ガラスロッド（石英ガラス製ＳＢＳ位相共
役鏡） ４ 入射レーザ光 ５、６ 偏光板 ３ ＹＡＧ増幅器 ７ ファラデイ回転子（４５°回転）
役鏡） ４ 入射レーザ光 ５、６ 偏光板 ３ ＹＡＧ増幅器 ７ ファラデイ回転子（４５°回転）
Claims (4)
- 【請求項１】 波長範囲が略０．２〜２．３μｍ、パル
ス寿命が１０ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ、出力１５ｍＪ／
パルス以上のパルスレーザと、ＳＢＳ位相共役鏡媒質と
焦点距離が２５０〜１０００ｍｍの集光レンズと、吸収
係数が５×１０-4以下の石英ガラスを媒質にしたＳＢＳ
位相共役鏡を組み合わせてなる高出力レーザパルス位相
補償装置。 - 【請求項２】 集光レンズのＦ値が略２５〜１００の範
囲にあることを特徴とする請求項１記載の高出力レーザ
パルス位相補償装置。 - 【請求項３】 レーザのスペクトル幅Δｖ（ＭＨｚ）
が、レーザと媒質との相互作用長Ｌ（ｃｍ）に対して、 Δｖ≦１０００／Ｌで規定されることを特徴とする請求
項1記載の高出力レーザパルス位相補償装置。 - 【請求項４】 レーザ光がＬＤ励起及びランプ励起高出
力固体レーザ及びその高調波及びエキシマレーザである
ことを特徴とする請求項１記載の高出力レーザパルス位
相補償装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33236997A JPH11149098A (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | 高出力レーザパルス位相補償装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33236997A JPH11149098A (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | 高出力レーザパルス位相補償装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11149098A true JPH11149098A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18254198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33236997A Pending JPH11149098A (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | 高出力レーザパルス位相補償装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11149098A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004325584A (ja) * | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | パルス圧縮装置及びパルス圧縮方法 |
| CN100385275C (zh) * | 2006-09-29 | 2008-04-30 | 李志扬 | 主动光学位相共轭方法及装置 |
| CN101881860A (zh) * | 2010-05-28 | 2010-11-10 | 李志扬 | 一种实现数字光学位相共轭的装置 |
| WO2019017179A1 (ja) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 日本電気硝子株式会社 | 磁気光学素子 |
| CN109273980A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-25 | 安徽工程大学 | 基于受激布里渊散射提高激光近场均匀性的装置及方法 |
| JP2019023155A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-14 | 日本電気硝子株式会社 | 磁気光学素子 |
-
1997
- 1997-11-17 JP JP33236997A patent/JPH11149098A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004325584A (ja) * | 2003-04-22 | 2004-11-18 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | パルス圧縮装置及びパルス圧縮方法 |
| JP4574953B2 (ja) * | 2003-04-22 | 2010-11-04 | 信越石英株式会社 | パルス圧縮装置及びパルス圧縮方法 |
| CN100385275C (zh) * | 2006-09-29 | 2008-04-30 | 李志扬 | 主动光学位相共轭方法及装置 |
| CN101881860A (zh) * | 2010-05-28 | 2010-11-10 | 李志扬 | 一种实现数字光学位相共轭的装置 |
| WO2019017179A1 (ja) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 日本電気硝子株式会社 | 磁気光学素子 |
| JP2019023155A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-14 | 日本電気硝子株式会社 | 磁気光学素子 |
| CN109273980A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-25 | 安徽工程大学 | 基于受激布里渊散射提高激光近场均匀性的装置及方法 |
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|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070112 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070112 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070209 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070409 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070511 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070710 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070719 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20070907 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090331 |