JPS58209186A - ヘリウム・ネオン・ガスレ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、ヘリウム・ネオン・ガスレーザ装置に係り、
とくに６３２８ズの波長のレーザ光線出力を増大しうる
共振器のミラーの波長に関する。

背景技術およびその問題点 ヘリウム・ネオン・ガスレーザを波長６３２８スで発振
させる場合、波長６３２８＾に対応する遷移はネオンの
３８．から２Ｐ、準位であるが、他方同一の上の準位３
８．を共有して３Ｐ、に遷移するレーザ発振が３．３９
μｍに存在している。波長３．３９μｍの発撮は、６３
２８＾の発振よりもＶまるかに増幅利得が大きいため、
両者は同一レーザ内でしばしば同時に発撮し、いわゆる
競合現象を示し、６３２８＾線は単独で発振する場合に
比較して出方が低下する。この現象は１ｍＷ級程度の出
力が小さい場合には目立たないが５ｍＷ級以上の高出力
のヘリウム・ネオン・ガスレーザ装置の場合には特に顕
著になる。そζで従来波長３．３９μｍにおける誘導放
射を選択的に阻止するため次のような手段がとられた。

（イ）共振器内に３，３９μｍに対して強い吸光度を示
し、６３２８＾に対しては透明度の高い気体、たとえば
メタンあるいはメタノール蒸気などを導入するっ （ロ）　共振器内に損失の少ないプリズム等の分散素子
を導入し、その分散を利用して６３２８λに対しては共
振状態であり、３．３９μｍに対しては非共振状態を保
つ。

（ハ）放電管に沿ってフェライト磁石などをならべ不均
一磁界を生ぜしめ、これにより相対的に３．３９μｍ線
の増幅利得を低下させる。

以上のように従来のものは特別の付加装置を設けること
が必要であり、高価となる。それ故６３２８Ａの波長で
の反射率を大きく、３．３９μｍでの波長の反射率を小
ざくとるようにレーザ・ミラーの分光反射率特性を設計
することが考えられるが、この方法としては、従来特公
昭５０−３７５１９号公報で知られるものがある１、即
ちその発明の要旨は次の通りである。

（１）高反射側ミラーの多層膜構成をＳｕｂ・１（ＨＬ
）２−Ｈ・６ＬＩＡｉｒの２６層とするっここでＨ，Ｌ
はそれぞれ光学的膜厚が）Ｊ４の高屈折率物質及び低屈
折率物質の層であり、λ０は中心波長でλ。＝６３２８
λである。−力出力側ミラーの多層膜構成は５ｕｂ１（
Ｈ−Ｌ〕’−Ｈ−Ｌ’１Ａｉｒの１４層である。ここで
出力側ミラーのＨ，Ｌは、光学的膜厚がλ≦／４であり
、礼は中心波長でλ’、＝６７ｏＯＡである。

゛　また最終層Ｌ′は光学的膜厚が８４７５＾である。

即ちＬ’％ＳＬである。前記高反射側ミラーと出力側ミ
ラーとを有するヘリウム・ネオン・カスレーザ装置であ
る。

＋２１　　高反射側ミラーの多層膜構成をＳｕｂ・１〔
Ｈ−Ｌ〕１２Ｈ−！Ｊｉ　Ａ　Ｉｒの２６層とすると、
ここでＨ，Ｌは、光学的膜厚がλ′ｏ／４であり、λｔ
は中心波長で、λ′、＝６７００Ａｔ′ある、また最終
層Ｌ′は光学的膜厚が８４７５Ａである。ｌｌｊちＬ′
ご５Ｌである。前記高反射側ミラーと山に記載の出力側
ミラーとを有するヘリウム・ネオン・カスレーザ装置で
らる。

以上の、ｌ）またハ２）の多層■成〕レーザ・ミラーを
明いて、６３２８Ａの波長に於ける反射率を高く、また
３３９μｍの波長に於て反射率を低く抑えているっ しかし、上述の多層膜構成によるレーザ・ミラーには次
に述べるような欠点がある。

（ａ）　　出力側ミラーの層数が１４層でありこれでは
出力側ミラーにしては層数が多く、シかも最終ｔｆｊｉ
　Ｌ’が約５Ｌであるので、実質は１９層でおる。

これは、出力側ミラーとしては層数が多過ぎ、しかも膜
厚が厚過ぎるため６３２８λの線での適切な透過率、例
えば約１．３％の装置を大幅に下まわってしまい、６３
２８＾の光出力が不足してしまう。

（ｂ）　　出力側ミラーの最終層Ｌ′の中心波長λ′０
が、高反射側ミラーのλ。＝６３２８スと異なって約６
７００大に設矩石ｎており１、両ミラーの製造にあたり
蒸着中にや心改良の切り換えを行なわなければならない
。こｎｖｉ、蒸着中の作業ミス発生にっなが抄やすいし
、また切り換え作業も操作が多くかかる不都合がある。

（ｃ）　　波長３．３９μ印での反射率が、高出力側ミ
ラーで０．２％あるいは０．１優であるが、出力側ミラ
ーでは１．４　％でりり必ずしも充分小さく抑えられて
いない。このため３．３９μｍの波長のレー・ザ元線の
出力がわずかではあるが混入する。

発明り目的 本発明は以上の如き従来技術の不都合を解消し、３３９
μｍの波長における反射率をほとんど零に抑え、また６
３２８穴の波長にお・いては高反射側ミラーでの反射率
を９９９％以上はソ１００φに近くシ、出力側ミラーで
の透過率を所要の適切な値にして６３２８λの線を効率
よくとり出しうる一＼リウム・ネオン・ガスレーザ装置
を提供するものである。

発明の？要 この発明は共振器を構成する一対のミラーのうち、高反
射ｆＱＩＩ　ミラーの多層膜は、高屈折率物質（６）と
低屈折率物質（Ｌ）の交互層より成り、基板側から数え
て最終層の物質が低屈折率物質の）であり、反射帯の中
心波長λｒか約６３２ｓ、、Ｎであって、前記最・池の
層は全てλｒ／４であって、また出力側ミラーの多層膜
は、高屈折率物質（６）と低屈折率物質Ｉ１．．）の交
互層を主体としてかり、基板側から数えて最終、層の物
質が低屈折率物質（’Ｌ）であり、反射帯の中心波長λ
ｔが約６３２８Ａでちって、前記最終層の光学的このよ
うな２種類のレーザ・ミラーを有してなるっ発明の実施
例 ヘリウム・ネオン・レーザ用ミラーは、第１図に示すよ
うな透明基板（１）羊に形成された高屈折率物質（転）
（２）と低屈折率物質（ト））（３）の交互層を主体と
した誘電体多層膜で構成されており、各層の光学的膜厚
は礼／４を標準とする。ここでλ。は出力とじて得るヘ
リウム・ネオン・ガスレーザの発振波長で、λ。＝　６
３２８λである。そして各ミラーの反射帯の中心波長を
λ。またはλ。付近に　５ぶ。誘電体多層膜としては、
酸化セリウム（Ｃｅ０２　）と弗化マグネシウム（Ｍｇ
Ｆ２）の系、硫化亜鉛（ｚｎｓ）と弗化マグネシウムの
系、硫化亜鉛と氷晶石（Ｎａ３υｐａ）の系゛あるいは
、二酸化チタン（Ｔ　ｒ　Ｏ２）と二酸化シリコン（Ｓ
ｉｎ２）の系等が用いられるが、ここではハード・コー
トされた二酸化チタンと二酸化シリコンの系を例にとっ
て述べる、 実施例そのｌ・・・・曲馬反射側ミラー高反射側ミラー
は、６３２８λでの反射率を衡カ大きくすることが望ま
れるが、通常９９．９　’Ｉｎ以上の反射率であれば実
用的に問題なく使用される。透明ガラス基板（１）上に
形成された二酸化チタンσ）と二酸化シリコン（Ｓ）の
系から成り反射帯の中心波長λｒを出方線と同じ波長λ
。＝　６３２８１またはその付近にらぶ、そして、上述
の反射率の値は、層数が合計２２層以上２４層の間であ
れば満足される。今層数を２４層とし、最終層の光学的
膜厚がλｒ／２の整数倍の構成、即ち、 Ｓｕｂ、　１ｃＴ−８１’　・Ｔ−ｎ２ＳＩＡｉｒ　、
凹曲ＣＩ）に於て、ｎ（ｎ＝１．２・・・）を変えた場
合の３．３９μｍでの反射率とｎの関係を第２図の折線
（ａ　Ｋ示す。尚、二酸化チタン及び二酸化シリコンは
基板加熱をしながら電子ビームによって蒸着されたもの
である。。

第２図より、高反射側ミラーの３．３９μｍでの反射率
は、最終層が６８または８８．卵ち光学的膜厚λｒ が−ｘａ、”ｘ４の時、殆ど零の値をとることが２ わかる。またこの時、６３２８１ニーでの反射率は、最
終層の光学的膜厚がλｒ／２の整数倍であれば（らず、
約９９．９８％である。＄３図に、Ｓｕｂ：１（’ｒ−
ｓゴ’　−Ｔ−６８１Ａｉｒの構成の高反射側ミラーの
分光透過率の一例を示す。これは分光器により４００ｎ
ｍから８００ｎｍの範囲の透過率を測定したものである
。第３図に於て、曲線（６ａ）は縦軸のフルスケールが
１００チで、曲線（６ｂ）は縦軸のフルスケールが１０
チでの表示である。これから６３２８Ａでの透過率は殆
ど零、即ち反射率が殆んど１００％であることがわかる
。また第４図に同じ高反射側ミラーの２．５μｍから２
５μｍの範囲の分光反射率の一例を示す。これは赤外分
光器により反射率を測定したものである、これより、３
．３９μｍの反射率の値は０．１−以下で殆ど零である
こと力【わかる。

実施例その２・・・・・・・・・出力側ミラー出力側ミ
ラーは、ヘリウム・ネオン・レーザ装置内で発振した波
長（λ。）６３２８１：、の光を一部取り出すだめ６３
２８ｉでの透過率は通常１．１％から１．９チ程度の範
囲のもの即ち反射率が９８．１　％から９８，９チ程度
の範囲のものが要求される。− 上述の透過率、あるいは反射率を満足するＫは、二酸化
チタンσ）と二酸化シリコン（Ｓ）よりなる交互Ｉ曽の
系の場合には、合計１２層程度であれば良い。

反射帯の一中心波長（λｔ）は出力線の波長λ。と同一
またはその付近次　らぶ。今、１２層の場合、最終層の
光学的膜厚がλｔ７２の整数倍の構成、即ち、Ｓｕｂ、
　１（Ｔ−８）’　・Ｔ’ｎ２Ｊ人ｌ「・・・・・・べ
■）に於て、ｎ　（、ｎ＝　１．２．・・・）を変えた
場合の、３．３９μｍでの反射率とｎとの関係を第２図
の折線１５）　Ｋ示すっ第２図より、出力側ミラーの３
，３９μｍでの反射率は、最終層が６８、即ち光学的膜
厚が３／２λｔの時最小であるっまた、その時の反射率
は０．１ｓ以下であり、殆ど零の値をとることがわかる
、また、この時６３２８λでの透過率は約１．３チｆあ
る。第５図に、Ｓｕｂ、　ｌ［Ｔ−８］’　４・６ＳＩ
Ａｉｒの構成の４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の分光
透過率の測定結果の一例を第５図に示すっ第５図で曲線
（７ａ）は縦軸のフルスケールが１００チで、曲線（７
ｂ）は同フルスグールが１０％での表示である。分光透
過率の測定結果からも６３２８＾での透過率の値が約１
．３チ（反射率が９８．７％）であることがわかる。ま
た同じ出力…１１　ミラーの２．５μｍから２５μｍ迄
の分光反射率の赤外外光輝による測定結果の一例を第６
図に示す。　　“３．３９μｍで反射率の値が０．１％
以下で殆ど零の値とすることができる。

発明の効果 以上の実施例に述べた高反射側ミラー及び出力側ミラー
を用いて第７図に示すような５ｍＷ級の高出力ヘリウム
・ネオン・ガスレーザ装置を作製する。第７図に於て、
高反射側ミラーは、透明基板仕り上に前配実弛例その１
の（１）の構成（ｎ＝１２）の多層膜＠を形成したもの
であり、出力側ミラーは透明基板＋１３上に同じり（■
）の構成（ｎ＝５）の多層膜Ｉ及び反射防止膜（１ツを
形成したものである。以上の高出力ヘリウム・ネオン・
レーザ装置ｆ　ｌ’ｉ　３．３９μｍの波長の影響が無
視出来るものであり、６３２８λでの発振出力を効率よ
く得ることができるヘリウム・ネオン・ガスレーザ装置
である。また高反射側ミラーも出力側ミラーも・その反
射帯の中心波長を同じに　らんでいるので、製作が容易
で管理もしやすいという利点もある。

以上、本発明の実施例として、二酸化チタンと二酸化シ
リコンのみを用いたレーザ・ミラーを有するヘリウム・
ネオン・レーザ装置にろき詳述し念が、６３２８ｉの出
力光を大きくす、るため、出力側ｊｉラーの透過率をや
や増加しても艮いっそのために、出力画ミラーに於て、
二酸化チタンの・−の代りに、゛屈折星が１．６０かり
２．１０の間の物質を少なくとも一層挿入しても良いっ
例えば、一層を酸化ジルコニウム（屈折率約１．８７　
）を用いると、６３２８Ａでの透過率はめ１．６チにな
り、酸化アルミニウム（屈折率約１．ｌｊ　２　）を用
いると、６３２８人での透過率は約１．８５チとなる。

以上本発明の実施例は、二酸化チタンと二酸化シリコン
を主体とする誘電体多層膜の場合を例に取り詳述したが
、他の酸化セリウムとフン化マグイ７ウムの系、硫化亜
鉛と弗化マグネシウムの系に於てもそれぞれの物質の屈
折率が二酸化チタンとニジ化シリコンのそｎに近いだめ
、本発明が適用されることはいうまでもない。

また本発明では、高反射側ミラー及び出力側ミラーの両
方が、３．３９μｍでの反射率を抑えた多層膜構成であ
る場合につき詳述したが、−万のミラーだけに本発明の
ものを用いても半分ではあるが効果があり、実際の５ｍ
Ｗ級高出力ヘリウム・ネオン・レーザに使用出来ること
を確認している。

また本発明は、高出力ヘリウム・ネオン・レーザ装置の
みならず２、ｌｎＷ級等の他の一すウム・ネオン・レー
ザ装置にも使用されることは言うまでもない、

【図面の簡単な説明】

第１図は一般のミラーの多層模嘴成の概念図、第２図は
高反射側ミラー及び出力画ミラーの３．３９μｍに於け
る反射率と、最終層の光学的膜厚との関係−名、第３図
は本発明り高反射側ミラーの４００ｎｍから８００ｎｒ
ｎの範囲の分光透過率［ｌｌ］＠、第４図は本発明の高
反射側ミラーの２５μｍ以遠の分光反射率曲線、第５図
（ｒｉ本発明の出力側ミラーの４００ｎｍから８００ｎ
ｍの範囲の分光透過率曲線、第６図は本発明の出力側ミ
ラーの２５μｍ以歯の分光反射率曲線、第７図はヘリウ
ム・ネオン・レーザｉｔ、１、１１．１３・・・透明基
板、２・・・高屈折物質、３・・・低屈折率物質、４，
５・・・３．３９μｍでの反射率特注曲線、 １２・・高反射側誘電体多層膜、 １４・・出力１ｊ！ｌｉ訪′醒俸多’ｆａ　Ｉ　Ｎ１５
・・・反射防止膜、 （７３１７）代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほか
１名）第　　１　　図 第２図 への＆→

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）　　共損器を構成する高反射側ミラーおよび出力
   側ミラーを有するヘリウム・ネオン・ガスレーザ装置に
   おいて、上記高反射側ミラーは基板上に形成された高屈
   折率物質と低屈折率物質との交互層からなる多層膜を有
   し該多層膜の基板側から数えて最終層が低屈折率物質で
   あり且つ該最終層のλ、　　　　　λ。 光学的膜厚が丁×３または２　Ｘ４　（λｒは反射帯中
   心波長で、約６ａ２ｓＡ）であるとともに他の層がすべ
   てλｒ／４であり、上記出力側ミラーは基板上に形成さ
   れた高屈折率物質と低屈折率物質との交互層からなる多
   層膜を有し該多層膜の基板側から数えて敢終ノーが低屈
   折率物質であり且つ該最終層の光、λを 学的膜かτ×３（λｔは反射帯中心波長で、約６３２８
   Ａ′）であるとともに他の層がすべてλｔ／４であるこ
   とを特徴とするヘリウム・ネオン・ガスレーザ装置。 （２）高屈折率物質が酸化チタンであり、低屈折率物質
   が酸化シリコンである特許請求の範囲第１項記載のヘリ
   ウム・ネオン・ガスレーザ装置。 （３）高反射側ミラーの多層膜が２２層乃至２４層であ
   り、出力側ミラーの多層膜が１２層である特許請求の範
   囲第１項または第２項記載のヘリウム・ネオン・ガスレ
   ーザ装置。 （４）出力側ミラーの多層膜が酸化チタンおよび酸化シ
   リコンの交互層を主体とし、上記酸化チタンの層の代り
   に屈折率が１．６０から２．１０のあいだにある第３の
   物質の層を少なくとも１層含んでなる特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項記載のヘリウム・ネオン・ガ
   スレーザ装置（５）第３の物質が酸化アルミニウムまた
   は酸化ジルコニウムである特許請求の範囲＄４項記載の
   ヘリウム・ネオン・ガスレーザ装置っ