JPH11274660A - 集光光学系及び色素レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、レンズ系の透過率を向上する。 【解決手段】集光光学系２０、２１を、励起レーザビー
ムＲを非球面レンズ２３に通過させた後にシリンドリカ
ルレンズ２４により色素溶液に集光する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば励起レーザ
ビームを色素溶液に照射して励起するときの集光光学
系、及びこの集光光学系により励起レーザビームを色素
溶液に照射して励起し色素レーザビームを出力する色素
レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は色素レーザ装置の構成図である。
色素レーザ発振器１は、高反射ミラー２と出力ミラー３
との間に色素フローセル４を配置し、かつこの色素フロ
ーセル４の流路には色素溶液が循環している。なお、ヘ
ンシュ型色素レーザ発振器であれば、高反射ミラー２に
代ってグレーティング、エタロン、ビームエキスパンダ
が配置される。

【０００３】この色素レーザ発振器１から出力される色
素レーザビームＱの光路上には、１段の増幅器５が配置
されている。この増幅器５は、色素フローセル４と同一
構成で、その流路には色素溶液が循環している。

【０００４】一方、励起レーザ装置６が備えられ、この
励起レーザ装置６から出力される励起レーザビームＲの
光路上には、ビームスプリッタ７及びミラー８が配置さ
れている。

【０００５】このうちビームスプリッタ７は、励起レー
ザビームＲを２方向に分岐し、その一方の励起レーザビ
ームＲを色素レーザ発振器１の色素フローセル４側に導
き、他方の励起レーザビームＲをミラー８に導くように
配置されている。

【０００６】このビームスプリッタ７と色素レーザ発振
器１との間には、励起レーザビームＲの集光光学系９が
配置され、かつミラー８と増幅器５との間には、励起レ
ーザビームＲの集光光学系１０が配置されている。

【０００７】このような構成であれば、励起レーザ装置
６から励起レーザビームＲが出力されると、この励起レ
ーザビームＲは、ビームスプリッタ７で２方向に分岐
し、その一方の励起レーザビームＲが集光光学系９を通
して色素レーザ発振器１の色素フローセル４に循環する
色素溶液に集光される。

【０００８】これと共に、ビームスプリッタ７で分岐し
た他方の励起レーザビームＲが、ミラー８、集光光学系
１０を通して増幅器５に循環する色素溶液に集光され
る。色素レーザ発振器１において、色素フローセル４に
循環する色素溶液に励起レーザビームＲが照射される
と、この色素溶液は励起され、高反射ミラー２と出力ミ
ラー３との間でレーザ共振が発生し、色素レーザビーム
Ｑが出力される。

【０００９】この色素レーザビームＱは、増幅器５に循
環する色素溶液に入射し、この入射タイミングと同時
に、励起レーザビームＲがこの色素溶液に入射する。従
って、増幅器５において、色素溶液が励起レーザビーム
Ｒの照射により励起され、その増幅作用により色素レー
ザビームＱは増幅出力される。

【００１０】ところで、このような色素レーザ装置にお
いて各集光光学系９、１０は、図６に示すように励起レ
ーザビームＲを、色素フローセル４、５に循環する色素
溶液に対して所定の面積、例えば長さｌ、幅ｗの集光面
をもつビームに形成して集光している。

【００１１】なお、励起レーザビームＲは、色素溶液の
流れる方向に対して垂直方向に照射し、かつ色素レーザ
ビームＱは、色素溶液の流れる方向及び励起レーザビー
ムＲの照射方向に対して互いに垂直方向に出力される。

【００１２】これら集光光学系９、１０は、具体的に図
７に示すようにシリンドリカルレンズ１１が用いられて
いる。なお、同図(a) はｘ方向から見た励起レーザビー
ムＲの集光状態を示す図（ｙ−ｚ平面）、同図(b) はｙ
方向から見た励起レーザビームＲの集光状態を示す図
（ｘ−ｚ平面）である。

【００１３】すなわち、励起レーザビームＲは、ｙ−ｚ
平面において空中伝搬中のある一点に対して結像関係を
満たす幅ｗに集光され、かつｘ−ｚ平面において自由伝
搬して特定の長さｌに集光される。

【００１４】又、励起レーザビームＲを光ファイバー１
２により伝送させる場合には、図８に示すように２枚の
シリンドリカルレンズ１２、１３及び球面レンズ１４を
配置して構成する。

【００１５】この場合でも、励起レーザビームＲは、ｙ
−ｚ平面において光ファイバー１２の出射端に対して結
像関係を満たす幅ｗに集光され、かつｘ−ｚ平面におい
て特定の長さｌに集光される。

【００１６】しかしながら、図７に示す集光光学系９、
１０では、球面収差の影響があるために実際には、シリ
ンドリカルレンズ１１の他に２枚の球面レンズを配置し
て球面収差を抑制している。

【００１７】このため、レンズ数が多くなってレーザビ
ームの透過面が６つの面となり、レンズ系全体としての
透過率が低くなっている。一方、図８に示す集光光学系
９、１０では、光ファイバー１２から出射する励起レー
ザビームＲの開口数Ｎ．Ａは、光ファイバー１２に入射
する励起レーザビームＲの開口数Ｎ．Ａと光ファイバー
１２の長さによって変化する。これにより、結像関係に
あるｙ−ｚ平面については集光面の幅は変化しないが、
他方のｘ−ｚ平面については集光面の長さが変化する。
しかしながら、このような励起レーザビームＲの開口数
Ｎ．Ａの変化によって集光面の長さが変化しても、これ
に対応することは出来なかった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように球面収差
を従来の技術で解決するためには、レンズ数が多くな
り、レンズ系全体での光の透過率が低く、そのうえ又、
励起レーザビームＲの開口数Ｎ．Ａの変化に対応するこ
とが出来ないものであった。

【００１９】そこで本発明は、レンズ系全体での透過率
を向上できる集光光学系を提供することを目的とする。
又、本発明は、レーザビームの開口数の変化に対応して
集光面の長さを調整できる集光光学系を提供することを
目的とする。

【００２０】又、本発明は、レンズ系全体の透過率を向
上した集光光学系を通して励起レーザビームを色素溶液
に照射して効率良く色素レーザビームを出力できる色素
レーザ装置を提供することを目的とする。

【００２１】又、本発明は、レーザビームの開口数の変
化に対応して集光部分における集光面の長さを調整でき
る集光光学系を通じて励起レーザビームを色素溶液に照
射することで、集光面の長さの変化に対応できる色素レ
ーザビームの出力を可能とする色素レーザ装置を提供す
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、コヒ
ーレント光の光路上に非球面レンズとシリンドリカルレ
ンズとを配置するとともにコヒーレント光の開口数に応
じて集光面の長さを調整する調整用レンズを配置した集
光光学系である。

【００２３】このような集光光学系であれば、例えばコ
ヒーレント光は、コヒーレント光の開口数に応じた集光
面の長さに応じてその配置位置が調整された調整用レン
ズを透過し、続いて非球面レンズを透過し、シリンドリ
カルレンズにより集光される。

【００２４】これにより、レーザビームの開口数の変化
に対応して集光面の長さが調整できる。請求項２によれ
ば、請求項１記載の集光光学系において、調整用レンズ
は、コヒーレント光の出射開口数が所定値よりも小さい
場合に凹レンズ、出射開口数が所定値よりも大きい場合
に凸レンズを用いる。

【００２５】このような集光光学系では、調整用レンズ
として、コヒーレント光の出射開口数が所定値よりも小
さい場合に凹レンズ、出射開口数が所定値よりも大きい
場合に凸レンズが配置され、コヒーレント光は、この調
整用レンズを透過し、続いて非球面レンズを透過し、シ
リンドリカルレンズにより集光されることによって、レ
ーザビームの開口数の変化に対応して集光面の長さが調
整される。

【００２６】請求項３によれば、励起レーザビームを色
素溶液に照射し、この色素溶液を励起させて色素レーザ
ビームを出力する色素レーザ装置において、励起レーザ
ビームを非球面レンズに通過させた後にシリンドリカル
レンズにより色素溶液へ集光する集光光学系を備えた色
素レーザ装置である。

【００２７】このような色素レーザ装置であれば、励起
レーザビームは、非球面レンズに通過させた後、シリン
ドリカルレンズにより色素溶液に集光、照射される。そ
して、この色素溶液が励起されて色素レーザビームが出
力される。

【００２８】これによりレンズ系全体の透過率を向上し
た集光光学系を通して励起レーザビームを色素溶液に照
射して効率の良い色素レーザビームが出力される。請求
項４によれば、励起レーザビームを色素溶液に照射し、
この色素溶液を励起させて色素レーザビームを出力する
色素レーザ装置において、励起レーザビームの光路上に
非球面レンズとシリンドリカルレンズとを配置するとと
もに励起レーザビームの開口数に応じて集光面の長さを
調整する調整用レンズを配置した集光光学系を備えた色
素レーザ装置である。

【００２９】このような色素レーザ装置であれば、励起
レーザビームは、その開口数に応じた集光面の長さに応
じてその配置位置が調整された調整用レンズを透過し、
続いて非球面レンズを透過し、シリンドリカルレンズに
より色素溶液に集光、照射される。そして、この色素溶
液が励起されて色素レーザビームが出力される。

【００３０】これにより、レーザビームの開口数の変化
に対応して集光面の長さを調整できる集光光学系を通し
て励起レーザビームを色素溶液に照射することで、集光
面の長さの変化に対応できる色素レーザビームを出力で
きる。

【００３１】請求項５によれば、請求項４記載の色素レ
ーザ装置において、調整用レンズは、励起レーザビーム
の出射開口数が所定値よりも小さい場合に凹レンズ、出
射開口数が所定値よりも大きい場合に凸レンズを用いて
いる。

【００３２】このような色素レーザ装置であれば、集光
光学系の調整用レンズとして、励起レーザビームの出射
開口数が所定値よりも小さい場合に凹レンズ、出射開口
数が所定値よりも大きい場合に凸レンズが配置され、励
起レーザビームは、この調整用レンズを透過し、続いて
非球面レンズを透過し、シリンドリカルレンズにより色
素溶液に集光、照射される。そして、この色素溶液が励
起されて、集光面の長さの変化に対応できる色素レーザ
ビームが出力される。

【００３３】

【発明の実施の形態】(1) 以下、本発明の第１の実施の
形態について図面を参照して説明する。なお、図５と同
一部分には同一符号を付してある。図１は請求項１に対
応する集光光学系を適用した請求項４に対応する色素レ
ーザ装置の構成図である。

【００３４】色素レーザ発振器１は、高反射ミラー２と
出力ミラー３との間に色素フローセル４を配置し、かつ
この色素フローセル４の流路には色素溶液が循環してい
る。この色素レーザ発振器１から出力される色素レーザ
ビームＱの光路上には、１段の増幅器５が配置されてい
る。この増幅器５は、色素フローセル４と同一構成で、
その流路には色素溶液が循環している。

【００３５】一方、励起レーザ装置６が備えられ、この
励起レーザ装置６から出力される励起レーザビームＲの
光路上には、ビームスプリッタ７及びミラー８が配置さ
れている。

【００３６】このうちビームスプリッタ７は、励起レー
ザビームＲを２方向に分岐し、その一方の励起レーザビ
ームＲを色素レーザ発振器１の色素フローセル４側に導
き、他方の励起レーザビームＲをミラー８に導くように
配置されている。

【００３７】このビームスプリッタ７と色素レーザ発振
器１との間には、励起レーザビームＲの集光光学系２０
が配置され、かつミラー８と増幅器５との間には、励起
レーザビームＲの集光光学系２１が配置されている。

【００３８】なお、ビームスプリッタ７から集光光学系
２０、及びミラー８から集光光学系２１に導かれる励起
レーザビームＲは、それぞれ光ファイバー２２中により
伝搬される。

【００３９】図２はこれら集光光学系２０、２１の構成
図である。なお、同図(a) はｘ方向から見た励起レーザ
ビームＲの集光状態を示す図（ｙ−ｚ平面）、同図(b)
はｙ方向から見た励起レーザビームＲの集光状態を示す
図（ｘ−ｚ平面）である。

【００４０】これら集光光学系２０、２１は、それぞれ
光ファイバー２２の出射端側に非球面レンズ２３を配置
し、かつ色素フローセル４、５側にシリンドリカルレン
ズ２４を配置した構成となっている。

【００４１】なお、これら非球面レンズ２３とシリンド
リカルレンズ２４とは、励起レーザビームＲの光路上に
配置されている。次に上記の如く構成された装置の作用
について説明する。

【００４２】励起レーザ装置６から励起レーザビームＲ
が出力されると、この励起レーザビームＲは、ビームス
プリッタ７で２方向に分岐し、その一方の励起レーザビ
ームＲが集光光学系２０を通して色素レーザ発振器１に
おける色素フローセル４に循環する色素溶液に対して集
光される。

【００４３】これと共に、ビームスプリッタ７で分岐し
た他方の励起レーザビームＲは、ミラー８、集光光学系
２１を通して増幅器５に循環する色素溶液に対して集光
される。

【００４４】ここで、各集光光学系２０、２１におい
て、励起レーザビームＲは、非球面レンズ２３を透過
し、続いてシリンドリカルレンズ２４を通して各色素フ
ローセル４、５の色素溶液に集光、照射される。

【００４５】このとき、非球面レンズ２３は、球面収差
を抑制する作用を有する。しかるに、色素レーザ発振器
１において、色素フローセル４に循環する色素溶液に励
起レーザビームＲが照射されると、この色素溶液は励起
され、高反射ミラー２と出力ミラー３との間でレーザ共
振が発生し、色素レーザビームＱが出力される。

【００４６】この色素レーザビームＱは、増幅器５に循
環する色素溶液に入射し、この入射タイミングと同時
に、励起レーザビームＲがこの色素溶液に入射する。従
って、増幅器５において、色素溶液が励起レーザビーム
Ｒの照射により励起され、その増幅作用により色素レー
ザビームＱは増幅出力される。

【００４７】このように上記第１の実施の形態において
は、励起レーザビームＲを非球面レンズ２３に通過させ
た後にシリンドリカルレンズ２４により色素溶液に集光
する集光光学系２０、２１の構成としたので、レンズ枚
数を減らすことができ、レンズ系全体での透過率を向上
できる。

【００４８】このような集光光学系２０、２１を備えた
色素レーザ装置であれば、透過率の良い集光光学系２
０、２１を通して励起レーザビームを色素溶液に照射
し、効率良く色素レーザビームが出力できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００４９】図１は請求項２、３に対応する集光光学系
を適用した請求項５、６に対応する色素レーザ装置の構
成図である。ビームスプリッタ７と色素レーザ発振器１
との間には、励起レーザビームＲの集光光学系３０が配
置され、かつミラー８と増幅器５との間には、励起レー
ザビームＲの集光光学系３１が配置されている。

【００５０】図４はこれら集光光学系３０、３１の構成
図である。なお、同図(a) はｘ方向から見た励起レーザ
ビームＲの集光状態を示す図（ｙ−ｚ平面）、同図(b)
はｙ方向から見た励起レーザビームＲの集光状態を示す
図（ｘ−ｚ平面）である。

【００５１】これら集光光学系３０、３１は、それぞれ
光ファイバー２２の出射端側に非球面レンズ３２を配置
するとともに色素フローセル４、５側にシリンドリカル
レンズ３３を配置し、かつ光ファイバー２２の出射端と
非球面レンズ３２との間に調整用レンズ３４を配置した
構成となっている。

【００５２】この調整用レンズ３４は、励起レーザビー
ムＲの開口数に応じて集光面の長さを調整するもので、
励起レーザビームＲの光軸方向に対して移動自在に配置
されている。

【００５３】又、この調整用レンズ３４は、励起レーザ
ビームＲの出射開口数Ｎ．Ａが所定値よりも小さい場合
に凹レンズ、又、出射開口数Ｎ．Ａが所定値よりも大き
い場合に凸レンズが配置される。なお、図４では調整用
レンズ３４として凹レンズが配置され、ｘ−ｚ平面から
見て凹レンズ機能となっている。

【００５４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。励起レーザ装置６から励起レーザビーム
Ｒが出力されると、この励起レーザビームＲは、ビーム
スプリッタ７で２方向に分岐し、その一方の励起レーザ
ビームＲが集光光学系３０を通じて、色素レーザ発振器
１における色素フローセル４に循環する色素溶液に対し
て集光される。

【００５５】これと共に、ビームスプリッタ７で分岐し
た他方の励起レーザビームＲは、ミラー８、集光光学系
３１を通じて、増幅器５に循環する色素溶液に対して集
光される。

【００５６】ここで、各集光光学系３０、３１におい
て、励起レーザビームＲは、調整用レンズ３４、非球面
レンズ３２を透過し、続いてシリンドリカルレンズ３３
を通して各色素フローセル４、５の色素溶液に集光、照
射される。

【００５７】このとき、光ファイバー１２から出射する
励起レーザビームＲの開口数Ｎ．Ａは、光ファイバー１
２に入射する励起レーザビームＲの開口数Ｎ．Ａと光フ
ァイバー１２の長さによって変化するので、この変化に
応じて入射する励起レーザビームＲの開口数Ｎ．Ａの変
化に対応して調整用レンズ３４の挿入位置が調整され
る。

【００５８】なお、上記の如く励起レーザビームＲの出
射開口数Ｎ．Ａが所定値よりも小さい場合には凹レンズ
が配置され、出射開口数Ｎ．Ａが所定値よりも大きい場
合には凸レンズが配置される。なお、ここでいうＮ．Ａ
の所定値は、光学系を構成する光学素子によって変わる
値である。最適な値は、実験的に求める。

【００５９】又、非球面レンズ３２は、球面収差を抑制
する作用を有する。しかるに、色素レーザ発振器１にお
いて、色素フローセル４に循環する色素溶液に励起レー
ザビームＲが照射されると、この色素溶液は励起され、
高反射ミラー２と出力ミラー３との間でレーザ共振が発
生し、色素レーザビームＱが出力される。

【００６０】この色素レーザビームＱは、増幅器５に循
環する色素溶液に入射し、この入射タイミングと同時
に、励起レーザビームＲがこの色素溶液に入射する。従
って、増幅器５において、色素溶液が励起レーザビーム
Ｒの照射により励起され、その増幅作用により色素レー
ザビームＱは増幅出力される。

【００６１】このように上記第２の実施の形態において
は、励起レーザビームＲの光路上に非球面レンズ３２と
シリンドリカルレンズ３３とを配置するとともに励起レ
ーザビームＲの開口数Ｎ．Ａに応じて集光面の長さを調
整する調整用レンズ３４を配置した集光光学系３０、３
１の構成としたので、調整用レンズ３４の挿入位置を調
整することにより光ファイバー２２に入射する励起レー
ザビームＲの開口数Ｎ．Ａが変化しても、これに対応し
て集光面の長さを変化させず、色素フローセル４、５の
色素溶液に対して所定の面積、例えば長さｌ、幅ｗの集
光面をもつビームに形成して照射できる。

【００６２】又、このような集光光学系３０、３１を備
えた色素レーザ装置であれば、励起レーザビームＲの開
口数Ｎ．Ａの変化に対応して集光面の長さを調整できる
集光光学系３０、３１を通して励起レーザビームＲを色
素溶液に照射することで、集光面の長さの変化に対応で
きる色素レーザビームＱを出力できる。

【００６３】そのうえ、励起レーザビームＲの出射開口
数Ｎ．Ａの大小に応じて凹レンズ又は凸レンズを配置す
ることにより開口数Ｎ／Ａの変化に対応できる。なお、
本発明は、上記各実施の形態に限定されるものでなく、
次の通り変形してもよい。

【００６４】例えば、集光光学系２０、２１、３０、３
１は、色素レーザ装置の色素溶液に集光する場合に適用
されるに限らず、各種の対象物に集光、照射する場合に
適用できる。又、レーザビームの様に干渉性を有する光
であれば適用できる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１、２によ
れば、レーザビームの開口数の変化に対応して集光面の
長さを調整できる集光光学系を提供できる。又、本発明
の請求項３によれば、レンズ系全体での透過率を向上し
た集光光学系を通して励起レーザビームを色素溶液に照
射して効率良く色素レーザビームを出力できる色素レー
ザ装置を提供できる。

【００６６】又、本発明の請求項４、５によれば、レー
ザビームの開口数の変化に対応して集光面の長さを調整
できる集光光学系を通じて励起レーザビームを色素溶液
に照射することで、集光面の長さの変化に対応できる色
素レーザビームを出力できる色素レーザ装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる集光光学系を適用した色素レー
ザ装置の第１の実施の形態を示す構成図。

【図２】集光光学系の具体的な構成図。

【図３】本発明に係わる集光光学系を適用した色素レー
ザ装置の第２の実施の形態を示す構成図。

【図４】集光光学系の具体的な構成図。

【図５】従来の色素レーザの構成図。

【図６】色素フローセルにおける増幅作用を示す図。

【図７】従来の集光光学系の構成図。

【図８】従来の集光光学系の構成図。

【符号の説明】

１…色素レーザ発振器、 ４…色素フローセル、 ５…増幅器、 ６…励起レーザ装置、 ２０，２１…集光光学系、 ２２…光ファイバー、 ２３…非球面レンズ、 ２４…シリンドリカルレンズ、 ３０，３１…集光光学系、 ３２…非球面レンズ、 ３３…シリンドリカルレンズ、 ３４…調整用レンズ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレント光の光路上に非球面レンズ
   とシリンドリカルレンズとを配置するとともに前記コヒ
   ーレント光の開口数に応じて集光面の長さを調整する調
   整用レンズを配置したことを特徴とする集光光学系。
2. 【請求項２】 前記調整用レンズは、前記コヒーレント
   光の出射開口数が所定値よりも小さい場合に凹レンズ、
   前記出射開口数が所定値よりも大きい場合に凸レンズを
   用いることを特徴とする請求項１記載の集光光学系。
3. 【請求項３】 励起レーザビームを色素溶液に照射し、
   この色素溶液を励起させて色素レーザビームを出力する
   色素レーザ装置において、 前記励起レーザビームを非球面レンズに通過させた後に
   シリンドリカルレンズにより前記色素溶液へ集光する集
   光光学系、を備えたことを特徴とする色素レーザ装置。
4. 【請求項４】 励起レーザビームを色素溶液に照射し、
   この色素溶液を励起させて色素レーザビームを出力する
   色素レーザ装置において、 前記励起レーザビームの光路上に非球面レンズとシリン
   ドリカルレンズとを配置するとともに前記励起レーザビ
   ームの開口数に応じて集光面の長さを調整する調整用レ
   ンズを配置した集光光学系、を備えたことを特徴とする
   色素レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記調整用レンズは、前記励起レーザビ
   ームの出射開口数が所定値よりも小さい場合に凹レン
   ズ、前記出射開口数が所定値よりも大きい場合に凸レン
   ズを用いていることを特徴とする請求項４記載の色素レ
   ーザ装置。