JPS58500501A - 非偏光式電気−光学ｑスイツチレ−ザ - 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】 非偏光式電気−光学Ｑスイッチレーザ 本発明は、非偏光式電気−光学０スイツチレーザに係る。

従来のＱスイッチレーザにおいては、レーザロッドに複屈折が生じた時にレーザ の出力が低下する。これは、従来のレーザに偏光器が含まれていて、ここからの 放射が正しく偏ｆ、すれないことがあり即ち複屈折により生じる偏光不良がエネ ルギ損失及び効率低下を招くからである。複屈折には多くの原因があるが、その 一般的なものとしては繰返し率の高い固体レーザに生じる熱ストレスが挙げられ る。

複屈折が生じた時に効率を維持する技術はあるが、これには幾つかの問題がある 。例えば、５ＣＯ１ｔ及びＤｅＷｉｔの方法では、コ、つの別々のレーザロッド ／フランシュラ２フ１組立体が用いられるが、これはかなり複雑である。

交差ポロレーザはこれより簡単であるが、繰返し率が高い場合に得られる出力は ほぼ５０％に限定され、これでは、非常に高いピーク出力又は非常に低いピーク 出力を発生するレーザとしては適当でない。更に、交差ポロレーザは、入力レベ ルが高い場合は、ホットスポットの影響を受け、これを克服することは困難であ る。複屈折の影響を完全に解消する１つの方法は、非偏光ビームを発生すること である。非偏光放射を切換えることのできる電気−光学装置は作られているが、 これは容易に入手できろものではない。本発明の目的は、上記した問題が比較的 少ない改良されたレーザを提供することであり、本発明は一般に入手できる電気 −光学ポッケルスセル及び複屈折プリズムを用いて非偏光０スイツチ放射を形成 できるレーザ構成によって上記目的を達成する。

本発明によれば、全反射ミラーと部分反射ミラーとの間にレーザ空胴が形成され 、このレーザ空胴にはレーザロッド及びＯスイッチポッケルスセルが含まれてい るような電気−光学Ｏスイッチレーザにおいて、角度の小さいウオークオフを与 えるように選択された物質より成る複屈折プリズムを備え、このプリズムは上記 ポッケルスセルに／／’Ｉ　波長電圧を印加した時に第１・やスのウオークオフ がその戻り・やス中に同じ太キサで逆向きのウオークオフによって打ち消される ように上記空胴内に配置されることを特徴とする改良されたＱスイッチレーザが 提供される。

以下、第１図ないし第Ｓ図を参照して本発明を説明する。

第１図はレーザ構成を示す図であり、 第２図は作動原理を示す図であって、ポッケルスセルの電圧がゼロである時の状 態をＡで示し、そしてポッケルスセルが付勢された時の状態を８で示す図であり 、第３図は平面偏光出力を発生する方法を示す図であり、そして 第ダ旨及び第Ｓ図は各々非０スイッチング時出力と繰返し率とを示すグラフ及び Ｑスイッチング時出力と／乙ｇ１１ｚの入力とを示すグラフである。

第１図に示さねたレーザの概略図から明らかなように、このレーザは一般に用い られる原理とは若干具なった原理で作動する。このレーザの新規な特徴は、前記 したように、通常の偏光装置に代って、特殊設計の複屈折プリズム１が用いられ たことである。このプリズムは、これを通過した後の直交偏光間に約７０の角度 のウオークオフを与える特性を有していなければならない。

第１図において、半透明ミラー２はレーザ空胴の／端を形成し、その他端は全反 射ミラー３によって形成される。レーザロッド４は適当なソースによってポンピ ングされる。ポッケルスセル即ちＱスイッチは５で示されている。

このレーザの作動原理が第２図に示されている。複屈折プリズム５を通過した後 の放射は２つの直交偏光成分、即ち異常光線Ｅ及び常光線ＯＫ分割され、これら は２つの若干具なった方向に伝搬する。これらユ本の光線がミラー３で反射され てプリズム１を通って戻る場合には、コ本の光線が更に分離される。この分離が ７０程度のものであるとすれば、空胴内の損失は非常に大ぎ（、レーザ作用が抑 制されることになる。然し乍ら、／／タ　波長電圧をポッケルスセル５に急激に 印加した場合には、ミラー３からプリズムへ戻るＥ光線と０光線とが互いに人ね 代わるようにされる。これが生じた時には、第１・やスに生じるウオークオフが 、戻づ・・ぐス中にこねと同じ大きさで逆向きのウオークオフによって打ち消さ れることになり、従って、レーザロッド４へ戻るビームはロッドの軸に平行にな り、十μ失が少なくなり、０スイツチ・ぐルスを発生することができる。

空胴の／端に部分透過ミラー２を配置することによって得られる出力は非偏光で ある。なぜならば、スイッチング作用がプリズム１に入射する放射の偏光状態に 無関係だからである。このレーザに用いられる部品は、第２図及び第３図に示さ れた形状で方解石から作られる複屈折プリズム以外は、非常に一般的なものであ る。この複屈折プリズムは、ウオークオフの角度が１０で且つプリズムからのク ロスオーバーが６０咽であるように構成される。ここに示す実施例では、複屈折 プリズム１は、プリズム形状にカット’３れた長さ７０嘔の方解石ブロックより 成り、その光学軸は入射面に対して１１ｇ０に傾斜される。光線出口面は入射面 に対してろ２５°の角度に傾斜され＼そしてこの方解石プリズムにより生じる３ °の変位を除去してまっすぐな作動を得るように簡単なガラスプリズム６が用い られる。

クロスオーバーを得るという目的は、ミラー３がクロスオーバーに配置された場 合に反射光線が入射光線と同じ経路をたどり、Ｅ、Ｏ，セル５に／／’ｌ　波長 電圧を印加ｔ、　７Ｃ場合に、レーザロッド４がこれに戻る光線で完全に満たさ れるようにすることである。ミラー３がクロスオーバーに配置されない場合には 、ロッドの有効ア・Ｐ−チャに成る程度の制約が生じ、これに対応して効率が低 下スル。クロスオーバーとプリズムとの間隔としてろ０謳が選択された。という のは、大部分のポッケルスセルはこのスイース内にぴったりおさまると考えられ るからである。

このレーザ構成ではＰＴＭ作動を行なえないが、この構成は幾つかの非常に有用 な効果を有している。その７つは、複屈折プリズムはこれに良好な反射防止膜を 設けねば他のレーザに使用されている通常の偏光プリズムよりも挿入損失が小さ く、例えば６％損失／パスに比べて典型的に／／２％損失／・やスに過ぎないこ とである。この構成の他の特徴は、平面偏光された出力を発生できることである 。更に、出力の偏光を２つの直交状態間で選択することができる。第３図に示さ れたこの作動モードにおいては、ロッド軸に泪ってＥ光線又はＯ光線のいずれか を反射するようにミラー３の整列が調整される。この場合は、ポッケルスセル５ に印加される／／’Ｉ　波長電圧をすばやく除去することによってＱスイッチン グが行なわれる。このようにしてレーザを作動する場？には、一般のレーザの特 性が得られるのに加えて、半熱のことながら、挿入損失が低いことにより作動効 率が高くなるという利点が得られる。

矢印／ｌｌ−，／Ｓ及び／乙はミラー位置による作用を各告示しており１．／り は垂直偏光出力を発生するミラーの法線を示し、１５は非偏光出力を発生するミ ラーの法線を示し、そして／乙は水平偏光出力を発生するミラーの法線な示して いる。

このレーザで得られた結果が第９図及び第Ｓ図に示されでいろ。又、挿入損失が ｔｑ％／・ぐス未満であると分っているマクネイル（Ｍａｃｎｅ　ｉ　ｌ　ｌ　 ｅ　）型の薄膜偏光器を用いて得られた結果も示されている。レーザ共振器は、 その／端ＶＣ１００％反射ミラーを有しそしてその出力端に標準反射器を有する 長さの短いＣ２０ｃｍ）ファブリーペロソト（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）型のも のであツタ。

レーザｉｔ　測ポッケルスセルがＱスイッチングに使用され、そして直径３■の Ｎｄ：ＹＡＧロッドが長円形の閉結合チンゾ空胴に配置された。

非０スイッチング時出力に対して繰返し率をプロットし１こ第９図には、繰返し 率に対する非０スイッチング時出力の依存性が示３ｉている。この結果から明ら かなように、特殊な偏光器を用いたレーザからの出力１８は著しい下降がないが 、薄膜偏光器を用いたレーザからの出力１９は２！；ＯＨｚにおいて９０％の下 降を示している。

この予想された改善に加えて、低い繰返し率においても特殊な偏光器の小さな挿 入損失を表わしている。非０スイッチング時出力は、Ｑスイッチングを行なう時 のよういので、偏光器の性能を比較するために選択さねた。これにより、共振器 の相対的な損失に関する信頼性のあるデータを得ることができた。

／乙ｇ　Ｈｚのフラッシュランプの入力に対するＯスイン５チング時の出力の依 存性が第Ｓ図に示されており、曲線２０は方解石ブロックの偏光器を用いた時の 出力を示し、そして曲線２１は薄膜偏光器の場合の出力を示している。

レーザーは最大ピーク出力に対して同調され（最大エネルギではなく）、そして これらの高い繰返し率におけるレーザ効率の改善はほぼ汐Ｏ％であることが分つ γこ。この場合の入力がスイッチング時出力に対してプロットサれた。

以上の説明より、従来のフアプリーベロットレーザよりも効率の高い非偏光Ｑス イッチレーザが開発さへここに示されたことが明らかであろう。効率の改善は高 い繰返し率においては５０％でありそして低い繰返し率においては約Ｓ％である 。この構成の別の効果は、レーザにおいて平面偏光出力又は非偏光出力を選択で きることである。これらの特徴により多くの使用目的に適した独特の設計を行な うことができる。

第１図 第３図 社り牟（Ｈｚ） 第５図 ｒ＠　腔　調　杏　卸　央

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ！　レーザ空胴内に−ｔポッケルスセル含まれていて部分透過ミラーと全反射ミ ラーとの間［閉じ込められたレーザロッドからレーザビームを発生する方法にお いて、上記レーザロッドから複屈折プリズム素子に放射を通し、このプリズム素 子もレーザ空胴内ｆ装置されていて上記放射を２つの直交偏光成分即ち異常光線 Ｅ及び常光線Ｏｆ分割するようＬ構成され、これらの光線は若干具なった方向に 伝搬し、次いで、これら光線を後方反射ミラーによってレーザ空、胴に治つや後 方に反射させる一方、Ωスイッチポッケルスセルに／／’Ｉ　波長の電圧を印加 して、Ｅｔｌ！ｉｌと０光線とを互いに入れ代えるようにし、これにより、駆／ パスに生じるウオークオフをその戻すノ（ス中に同じ大きさの逆向きのウオーク オフによって打ち消し、レーザロッドへ戻るビームをロッドの軸ニ千行１　なも のにすることを特徴とする方法。 λ　上記後方反射ミラーはロッドの軸に沿ってＥ光線又はＯ光線のいずれかを後 方に反射するように角度が調整され、上記ポッケルスセルに印加される／／ｌＩ ゛波長電圧をすばやく除去することにより０スイツチングが行なわれる請求の範 囲第１項に記載の方法。 ３、　複屈折プリズム素子により生じるエラーは、上記後方反射ミラーに隣接し た上記プリズム素子の端にあるがラスゾリズムに光線を通すことによつで修正さ れる請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。 ｑ　上記の発散するＥ光線及びＯ光線は、上記レーザから方解石プリズム゛に光 線７通すことにより上記複屈折プリズム素子によって発生され、上記の方解石プ リズムの光学軸は上記レーザロッドに対し成る角度り傾斜さ水そして上記プリズ ムの光線出口面も上記空胴の軸に対して成る角度に傾斜されていて、成る角度の ウオークオフが生じるようにされる請求の範囲第１項に記載の方法。 左　上記方解石プリズムの上記出口面から出る光線は、方解石プリズムの出口面 の角度に対して同様の角度のガラスプリズムに通される請求の範囲第９項に記載 の方法。 乙　全反射ミラーと部分反射ミラーとの間にレーザ空胴が形成さね、この空胴に はレーザロッドとΩスイッチポッケルスセルとが含まれているような非偏光式電 気−光学０スイツチレーザにおいて、低角度のウオークオフを与えるように選択 された物質より成る複屈折プリズムを備え、このプリズムは上記ポッケルスセル に／／り　波長の電圧を印加した時＋ｃ第１〕七スのウオークオフがその戻りパ ス中に同じ大きさの逆向きのウオークオフによって打ち消されるように上記空胴 内に配置されることを特徴とするＯスイッチレーザ。 ７　上記複屈折プリズムは方解石プリズムであり、その光学軸は上記レーザロッ ドの軸に対して傾斜されそして上記プリズムの光線出口面は上記空胴の長手軸に 直角な平面に対し１０°以内の角度で傾斜され、そして更に修正用プリズムも備 えて（・る請求の範囲第６項に記載の非偏光式電気−光学Ｑスイッチレーザ。 ざ　上記プリズムは、主として方解石で形成された実質的に長方形の複合プリズ ムであり、その光学軸は上記レーザロッドの軸に対して傾斜されそして上記プリ ズムの光線出口面は上記空胴の長手軸に直角な平面に対して１０６以内の角度で 傾斜され、そして実質的に長方形の形状になるように修正用のガラスｆ　＋１ズ ムが上記傾斜した光線出口面に隣接される請求の範囲第６項に記載の非偏光式電 気−光学Ｑスイッチレーザ。 ？　全反射ミラーか上記プリズムの上記傾斜面に隣接して配置さね、上記プリズ ムは上記面に修正用ガラスプリズムを含み、このガラスプリズムと上記ミラーと の間にはポッケルスセルが配置されており、上記プリズムにより発生された常光 線又は異常光線のいずれかを上記ポッケルスセルを経て軸方向に上記レーザロッ ドへ反射しで戻すように上記全反射ミラー用の角度調整手段を備えたことを特徴 とする請求チレーザ。