JPS60160190A - 安定化レ−ザ装置 - Google Patents

安定化レ−ザ装置

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JPS60160190A
JPS60160190A JP59237708A JP23770884A JPS60160190A JP S60160190 A JPS60160190 A JP S60160190A JP 59237708 A JP59237708 A JP 59237708A JP 23770884 A JP23770884 A JP 23770884A JP S60160190 A JPS60160190 A JP S60160190A
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cavity
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laser
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PAATEIKURU MIIJIYAARING SYSTEMS Inc
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PAATEIKURU MIIJIYAARING SYSTEM
PAATEIKURU MIIJIYAARING SYSTEMS Inc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G01N2021/391—Intracavity sample

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】 分ｊ！すｄｌ この発明は安定化レーザ空洞並びにレーザ空洞を安定化
する方法、更に具体的に云えば、安定化レーザ空洞を持
つボス・レーザ及びこの空洞を安定化する方法に関する
。
発側！すＬル レーザ装置が従来提案され、並びに／又は利用されてお
り、こういうレーザの中にはボス・レーザ（例えば米国
特許第３，４２８，９１４号参照）及び多重モード・レ
ーザ（例えば米国特許第４，０８９．９６４号参照）が
ある。更に、特に粒子の寸法を測定する分野で、開放空
洞ボス・レーザが従来提案され、並びに／又は利用され
でいる。（レーザ・エネルギーの消滅を利用して粒子を
分粒する装置を記載した米国特許第３，４０６，２８９
号参照。）アプライド・オプティックス誌第１１巻第７
号（１９７２年１１月号）第１５１５頁乃至第１５２０
頁所載のＲ，Ｇ、クノーレンベルグ及びＢ。
シエスタの論文「開放空洞ボス・レーザに於ける小さな
粒子の検出及び分粒」には、開放空洞レーザ装置を利用
した消滅形粒子寸法測定法の改良も記載されている。
開放空洞レーザ装置に於ける光の散乱を利用した１ミク
ロン未満の粒子の分粒装置は、最初にアトモス７エリツ
ク・テクノロジー誌第２号（１９７３年６月号）第８０
頁乃至第８１頁所載のＲ，Ｇ、クノーレンベルグの論文
［能動散乱エアロゾル分光計」に初めて記載されでいる
。ナシ■ナル・ビエーロ・オプ・スタンダーズ・スペシ
ャル・パブリケインａン４１２　（１９７４年１０月発
行）第５７頁乃至第６４頁所載のＲ，Ｇ、クノーレンベ
ルグの論文「能動散乱形エアロゾル分光法Ｊ、１９７５
年５月にアカデミツク・プレス社から出版されたベンジ
ャミンＹ、Ｈ，リエー編集の「微細粒子、エアロゾル、
発生、測定、標本化及び分析」第６６９頁乃至第６９６
頁所載のＲ，Ｇ、クノーレンベルグ及びＲ，Ｅ、デュー
ルの論文「開放空洞レーザによる０、０５乃至５ミクロ
ンの「能動形」散乱分子分光法」、アメリカン・ミーテ
ロロジカル・ソサイヤティ、雲の物理に関する国際会議
（１９７６年７月）録第５５４頁乃至第５６１頁所載の
ＲｏＧ、−り／−レンベルグの論文［雲の物理の測定用
の３つの新しい計器；　２−Ｄ分光計、前方散乱分光計
プローブ及び能動散乱エアロゾル分光計］。
プロシーディングズ・オブ・ザ・ソサイヤティ・オブ・
フォト・オプティカル・インスツルメンテーーシ層ン・
エンシニアーズ；プフクティカル・　。
アプリケイシ履ンズ・オプ・ロー・パワー・レーザーズ
、第２巻（１９７６年８月号）第１３７頁乃至！１Ｓ１
５２頁所載のＲ，Ｇ、クノーレンベルグの論文［粒子寸
法分光法に於ける低エネルギ・レーザの利用」にいろい
ろな改良が記載されでいる。
開放空洞ボス・レーザは典型的にはＱの値が高い（レー
ザ空洞内部の共振エネルギ密度と、考えられる全ての損
失との比を空洞のＱと呼ぶ）が、こういうレーザは利用
する上で問題があり、その為、こういう難点を解決しよ
うとして、標準型のレーザから供給される外部の空洞を
開発する試みが生れた。然し、標準型レーザから供給さ
れる外部の空洞を使うことは、達成されるＱの値が低い
為に、これまでは制限されていた。このＱの値が低いこ
とは、大部分は、正確な位相固定作用がないこと並びに
利得を持つ空洞との競合の為である。
従来、レーザ装置の能動形空洞の周波数を安定化する試
みがあり、その中には、空洞の周波数を定める部材の位
置を調節するものがある。こう云う装置が例えば米国特
許第３，５３４．２８９号。
同第３．７１’８，８６８号及び同第３，８９９，７４
８号に記載されている。
ｌ帆些ｉ比 この発明は安定化レーザ装置、特に、安定化した外部受
動形空洞装置を提供する。能動形空洞から供給される受
動形空洞を安定化することにより、開放空洞レーザ装置
の欠点を伴なわずに、こう云う装置の利点が実現される
。
従って、この発明は、能動形空洞を構成する本体手段を
持っていて、該本体手段が前記空洞内のレーザ・ビーム
の通路内に配置された＃１１及び第２の両端部を持ち、
該レーザ・ビームが前記第１の端部を介して少なくとも
１つの方向に前記空洞から送出される様なレーザ・ビー
ム発生手段と、前記本体手段から隔たって、前記第１の
端部を介して前記空洞から送出されたレーザ・ビームの
通路内に配置された外部の反射手段と、該外部の反射手
段に接続されていて、該外部の反射手段の持続的な移動
を行なって、レーザ装置を安定化する移動発生手段とを
有する安定化レーザ装置を提供する。
この発明はレーザを安定化する方法をも提供する。この
方法はレーザ装置の能動形空洞内にレーザ・ビームを発
生し、該レーザ・ビームを能動形空洞から予定の方向に
送出し、送出されたレーザ・ビームの通路内に外部の反
射装置を位置ぎめして該ビームを反射し、反射装置の持
続的な移動を行なってレーザを安定化する工程から成る
。
この発明は以下説明する様な部分の新規な構造。
組合せ、配置及びその方法を要旨とするものであり、こ
こに具体的に説明する実施例の変更もこの発明の範囲内
に含まれることを承知されたい。
次にこの発明の考えを実際に用いる場合の最善の様式を
示すこの発明の１実施例を説明する。
発１Ｖ目ｌ囚− レーザは基本的には共振空洞装置であって、とり得るレ
ーザ動作周波数は基本的には、鏡の隔たりの半波長の正
確な整数倍の周波数に制限されている。これは、レーザ
の振動する共振可干渉波は何れの方向に移動する時も同
相でなければならず、そうでなければ破壊的な干渉によ
って消滅するからである。
この半整数周期性の条件により、レーザ周波数は離散的
な非常に狭いレーザ線（定在波）に制限され、その数及
びスペクトル範囲は更にプラズマに利用し得るドツプラ
拡がリスベクトルによって制限される。こういうレーザ
線を軸方向モードと呼び、Ｃを光速、Ｌを鏡の隔たりの
光学的な通路長として、Ｃ／２Ｌの周波数間隔を持って
いる。
第１８図に示す様に、ＨｅＮｅ　レーザ１４の空洞１６
は、鏡１８，２０の間隔によって定められた３０ｅ＊の
長さを持っていて、このレーザは、、５００ＭＨｚの間
隔の軸方向モードを持っている。
ドツプラ・スペクトルは典型的にはネオン　（レーザ動
作原子）に対し幅が１００１００Ｏにすぎないから、第
１ｂ図に示す様に、こういう長さのレーザ装置では、任
意の時、一度に２つの軸方向モードしか存在し得ない。
レーザ動作媒質の中に軸線から外れた通路が存在するこ
とにより、横方向モードが出来、Ｌで表わした中心線の
通路とは若干違う通路を作れる様にすることにより、第
１ａ図に示す簡単な輪方向モードの構造よりもずっと複
雑な線構造を生ずる−６この様な高次多重モード動作に
より、とり得るレーザ線の数は多くなり、エネルギが増
加するが、雑音が相加わり、その結果ビームの特性とし
ては有用性が低下する場合が多い。
軸線から外れた横方向モードが存在せずに軸方向モード
が存在する時、レーザはＴＥＭｏ。で動作しているとい
う。１つの軸方向モードしか存在しない場合、レーザは
単一周波数で動作していると云）。
ＨｅＮｅ　レーザの刑の特性は、利得が非常に低く　（
〜１乃至５％）、その為、空洞から取出した出力も共振
空洞のエネルギ密度の僅かな百分率にすぎないことであ
る。典型的には、開放空洞レーザ装置の両端にある鏡の
内の一方だけを出力結合器として選択し、約１％の透過
率（反射率Ｒ＝９９％）にする。他方の鏡は出来るだけ
＾い反射率（Ｒ９９，０％＋）に製造する。
典型的な　ＨｅＮｅ　レーザはその共振空洞内のエネル
ギ密度が有用な出力として結合し得るものよりも９９倍
大きいから、こういうレーザの空洞内利用が開発されて
いる。然し、利得が小さい為、持込む空洞内損失も同じ
様に小さくしなければならない。開発の進んだ１つの空
洞内利用は粒子の寸法測定の分野である。（他の利用と
して、消滅。
〃大の屈折率及び光学面の反射率の測定がある。）第２
ａ図に示す様に、プラズマ管２４の１端をブルースター
窓２６で終端することにより、レーザ空洞２２に対する
接近が出来る。湾曲鏡２８（例えば、ｒ＝１００ｃｍ）
　を管２４の他端に配置する。光検出器３０及び前置増
幅器３２を普通のに鏡２８の外側でレーザ・ビームの軸
線に沿って配置して、照明の相対的な強度の目安にする
。
粒子の寸法測定を行なう為、寸法測定をしよるとする粒
子３３を（第２ｂ図に示す様に）ジェット３４を介して
注入し、この粒子がブルースター窓２６と外部のレーザ
鏡３６　（例えばｒ＝　７０ａｍ　）の間でレーザ・ビ
ーム３５を通過する様にする。第２ａ図に示す様に、粒
子注入区域の上方にサンプル・ブロック３８を配置し、
このブロック３８が１対のレンズ４０．４１の様な集光
光学素子を粒子注入区域の上方でその近くに位置ぎめす
る。散乱光検出器モジュール４３をブロック３８の近く
に配置する。モジュール４３はレンズ４０゜４１の焦平
面に普通に配置された７オトダイオード４５と増幅器４
６を含む。散乱光検出器モジュール４３の出力を読出装
置４７　（これは例えばオツシシスコープであってよい
）に結合する。光検出器４９及び前置増幅器５０を随意
選択によって鏡３６の反対側でレーザ・ビーム軸線に沿
って配置し、光検出器３０及び前置増幅器３０と同じ様
に、基準測定を行なうことが出来る。
数ミクロン及びそれ以下の粒子が招く空洞損失は無視し
褥るものであり、この為粒子の検出及び分粒は、粒子に
よる光の散乱を散乱光検出器モジュール４３が受取るこ
とによって行なわれる様にすることが必要である。これ
に対して一層大きな粒子は、基準検出器３０又は４９の
何れかで観測し得る様な出力エネルギの消滅を監視讐る
ことにより、容易に測定し得るエネルギ損失を生ずる。
この為、第２ａ図に示す様なレーザー置は粒子の寸法測
定に役立つ。反射率の高い両方の鏡によって構成された
空洞は、高い出力エネルギを必要としないので、粒子の
測定に使うことが出来る。この為、典型的には空洞内の
エネルギ密度は、透過率１％の出力結合器を用いた場合
、約１乃至２ミリワツトの出力エネルギしか送出すこと
の出来な１１１管で、１ワツト又はそれ以上のレベルま
で高くなる。レーザ空洞内部の共振エネルギ密度と、考
えられる全ての損失との比が、前に述べた様に空洞のＱ
と呼ばれる。開放空洞ＨｅＮｅ装置の典型的なＱの最大
値は５００乃至１０００である。
開放空洞レーザは粒子照明源として役立つが、それでも
問題があることが判った０例えば、Ｑの値が大きい為、
露出した内部の鏡及びブルースター窓の面は極めて汚染
を受け易い。更に、どんなレーザ装置でもそうであるが
、レーザ動作をする前の鏡装置の整合が難しい。もう１
つの難点は、空洞の中に大きな空気流を使うことが出来
ないことｌこよって生ずる。これは高速空気流に於ける
不安定性により、光路長にそれに相当する波長未満の差
が生じ、この結果不規則な変調が生じ、従って、粒子の
寸法測定値が雑音性になるからである。
粒子の分粒に開放空洞共振装置を用いた場合について上
に述べた難点の結果、典型的には第３図に示す様に、標
準型レーザから供給を受ける外部空洞を使うことが試み
られた。第３図に示す様に、受動形空洞５２が外部の鏡
５４と出力結合器の鏡５６の間に設定され、これに対し
て能動形空洞５８が管６０内でｉ＠にある鏡５６と他端
にある鏡６２によって設定される。外部の鏡５４、出力
結合器である鏡５６及び鏡６２はビーム整形素子である
。
外部の鏡５４は反射率が高く、この結果、出力エネルギ
を出力結合器５６に向けて後方反射する。
何回も通過した後、外部の（受動形）空洞５２内にエネ
ルギが蓄積され、そのレベルは、鏡５６，８２の間にあ
る能動形利得領域５８に成る百分率を送り返す様になる
。これは、鏡５４及び５６の整合状態に近づくにつれ、
鏡６２からの漏れが増加することによって観測すること
が出来る。
勿論、Ｑの値が高い時、レーザ周波数のコヒーレンスの
為に相互作用を持つ実効的に２つの空洞（能動形は利得
を持ち、受動形は利得を持たない）が存在する。更に、
９５４．６２の間にＩＡ３の能動形空洞が構成されるが
、これは鏡５６が存在する為に損失が大きい。鏡５６と
６２又は鏡５４と５６の何れかの間の鏡の隔たりに若干
の変化があると、エネルギに大きな変動が生じ、これを
鏡５４゜６２の所で観測することが出来る。
上に述べた様な装置は、その不安定性の為に、粒子の寸
法測定又は関連した測定用の照明装置として望ましくな
い。使われる鏡装置に関係なく、正確な位相固定作用が
ない為並びに利得を持つ空洞の間の競合の為、外部の空
洞のＱの値は精々５乃至１０に制限される。エネルギ帰
還は、上に述べた開放空洞レーザ装置の場合と同じく、
鏡５４及び５６の離散的な間隔の所でだけ正確に同相に
なる。これは鏡６２で強い部分が観測されることに対応
する。この様な構成は、単一周波数で動作させると共に
、両方の空洞が波長に対して精密な半整数間隔を持つか
、或いは両方の空洞が全（同じ波長を持っていれば、安
定にすることが出来る。
然し、この様な精密な間隔を維持することは事実上不可
能である。
この発明は、空洞の長さに関係なく、能動形空洞（レー
ザ）から供給を受ける受動形空洞を安定化する。受動形
空洞を安定化することにより、少なくとも１００のＱの
値を容易に発生する。実際、Ｑｆ）ｉＩｋ大値は、能動
形空洞と同じ様に、外部の空洞に於ける損失のみによっ
て制限される。通常、能動形及び受動形空洞のＱの値は
同じに近い。
受動形空洞の安定化が、適当な線形発振を使うことによ
り、レーザ輪線に沿って外部の鏡５４を変調することに
よって行なわれる。外部の鏡５４の移動の効果として、
各々の反射波に十分なドツプラ・シフトを生じさせ、能
動形空洞の安定な輪方向モードと干渉しない新しい周波
数を発生することである。この後の反射により、別の周
波数が得られ、遂には受動形空洞に幅の広いコヒーレン
スのないスベクＦルが得られる。別の結果として、鏡５
４．６２（第４図参照）によって限定された第３の空洞
内の利得がなくされる。
第４ａ図は、外部の＃ｉ５４の持続的移動が普通の「低
音用」可聴スピーカ（ボイス・コイル）６６によって行
なわれる装置を示している。図示の様に、鏡５４が可聴
スピーカ６６の中心に取付けられ［鏡５４．６２は反射
率の大きい透過率の小さい（く０゜１％）鏡であｉ】、
鏡５６は出力結合器の鏡（透過率〜１％）であり、波長
スピーカ６６が変調器６７によって振動させられる。
このスピーカは（例えば６０Ｈｚという）かなり低い周
波数で駆動することが出来、実験によると、変位の振幅
が数＋ｃ輸／秒の速度を発生するのに十分である限り、
空洞を完全に減結合するのに十分な周波数偏移が生ずる
ことが判った。（例えば偏移ΔＺ＝１乃至５ｍｍでＦ＞
４０Ｈｚ、）並進速度が関連パラメータである。例えば
、４吋のボイス・コイルを６０　Ｈｚ（普通の交流線路
）の周波数で２乃至３ポル）　（ｒ鋤Ｓ）で駆動して、
数ミリの変位を発生することが出来る。これは適当な速
度範囲と相関性を持つ。
鏡５４を整合させたがボイス・コイル６６を給電してい
ない状態では、普通の不安定性が存在することが判って
おり、受動形空洞のＱの値はかなり低い。然し、両方の
鏡５４．６２は、整合していない場合よりも、透過率が
かなり増加した。然し、一旦、ボイスコイル６６に給電
すると、受動形空洞のＱの値は、競５４からの増加した
出力（これは光検出器６８及び前置増幅器７０で測定し
て、読出装置７１に出力を送る）によって表わされる様
に、１０倍又はそれ以上増加した。然し、鏡６２は、透
過率が（光検出器７２及び前置増幅器７４で測定して、
読出装置７５に出力を供給する）、変調しないで整合し
ていない時の状態に近い値まで低下した。鏡５４の出力
に於ける周波数構成が、第４ｂ図にスペクトル分析器に
示されるものとして措かれている。
粒子の寸法測定では、寸法測定しようとする粒子７７を
ｖ！Ｊ４ｃ図に示す様にジェット７８の中に注入し、粒
子が受動形空洞内のレーザ・ビーム７９を通過する様に
する。第４ａ図に示す様に、サンプル・ブロック８１を
粒子注入区域の上方に配置し、ブロック８１が１対のレ
ンズ８３．８４の様な集光光学素子を粒子注入区域の上
方でその近くに位置ぎめする。散乱光検出器モジュール
８６をブロック８１の近くに配置する。モジュール８６
はレンズ８３，８４の焦平面に普通の様に配置した７す
トダイオード８８と増幅器８９を含む、散乱光検出器モ
ジュール８６からの出力を続出装置９１（これは例えば
オッシロスコープであってよい）に結合する。
動作について説明すると、レーザにレーザ・ビームを発
生させ、受動形空洞を安定化する様に周波数と振幅を調
節して、外部の鏡を振動させる。
粒子の寸法測定に用いる時、この後＠　４　ａ図及び第
４ｃ図に示す様に、粒子を受動形空洞でレーザ・ビーム
の中に注入し、続出装置９１で出力を読取る。この読み
の変動を利用して寸法測定値が得られることは公知であ
る。受動形空洞を安定化したレーザ装置は、粒子の寸法
測定用の照明装置として特に有用であり、こういう使い
方は理想に近い。更に、鏡５４を出力結合器にして、装
置からの安定化した受動形空洞のエネルギを受動形空洞
の外部で使ろ為に結合することが出来る。
ＨｅＮｅ　レーザ装、置について具体的に説明したが、
任意のレーザを使うことが出来る。第５図のレーザ・ビ
ームの表示並びにそれに関連したグラフで示す様に、複
雑な高次の多重モード構造を持つレーザでも使うことが
出来る。この発明に従って受動形空洞を安定化すると、
外側の鏡５４の変調による周波数及び位相変位が周波数
並びに位相成分が相異なる多くの波を混合するので、受
動形空洞は（＠５４の所で）自己再現性のある複雑な構
造を殆んど持たない。これが第６図のレーザ・ビームの
表示及び関連したグラフに示されている。
これについて云うと、５曽Ｗの多重モード・レーザ（空
洞３０ｃｍ）　を使って、Ｑの値が２００の受動形空洞
を駆動し、１ワツトのエネルギ密度を発生した。この受
動形空洞を普通の開放空洞装置の代りに使い、同じ感度
が得られると共に、安定性並びに再現性が着しく改善さ
れた。
受動形空洞のＱの最大値は、主に出力結合器である［５
Ｂの透過面に設けた反射防止（ＡＲ）被覆の品質によっ
て制限される。鏡は、損失が０．０１％未満になる様に
製造するのはかなり容易であるが、反射防止被覆はその
様に出来ない。更に、前に述べた様に、受動形空洞は公
称的には能動形空洞と同様なＱを持っている。鏡６２の
反射率が９９．９９　％で＃ｔ５６の反射率が９９．８
１　％の能動形空洞を考えると、未知の別の損失がなけ
れば、その合計の透過損失は０．２　％であり、従って
Ｑは５００である。この出力が鏡５４，５６によって構
成された外部の空洞に供給される。９５６も反射率が９
９．９９　％であって、ＡＲ被被覆完全であるとすると
、受動形空洞もＱは５００である。
然し、ＡＲ被被覆損失が０．１　％であると、外部の空
洞は、１回反射して米る度に０．４　％を失い、Ｑが２
５０に下がる。
更に受動形空洞に於けるビームの幅は、出力が＃！５４
に集束される様に出力結合器５６を構成することにより
、又は送出す面の半径を適当に選択することにより、調
整することが出来る。かなり短い半径を使うと短い焦点
が得られ、鏡５４を焦点に配置すると、その構成は整合
にあまり影響されなくなる。然し、鏡５４の変位は小さ
くしなければならない。従って、変調周波数を尚くして
、十分な所望のドツプラ周波数シフトが起る様にしなけ
ればならない。
具体的に示さなかったが、（第２ａ図に示す様μ）開放
空洞装置の外側の鏡の変調により、埋めフ（ごれた周波
数のドツプラ包絡線が得られ、正確な位相コヒーレンス
の目ぎわすな影響並びにその結果生ずる定在波が減少子
る。
以上の説明から判る様に、この発明は外部の鏡の変調に
より、受動形空洞を安定化した改良されたレーザ装置を
提供した。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図は公知の典型的なガス・レーザの簡略側面断面
図、ｔＡｉｂ図は第１ａ図に示す様な典型的なＨｅＮｅ
レーザのドツプラ効果によって拡がったネオン線スペク
トル並びにレーザの輪方向モードの構成を示すグラフ、
第２ａ図は開放空洞レーザを用いた、粒子の寸法測定用
の公知の典型的な装置の簡略側面断面図、第２ｂ図は第
２ａ図の線２ｂ　−２ｂで切った部分断面図で、寸法測
定をしようとする粒子を注入することを示しでいる。 第３図は標準型レーザから供給を受ける外部の受動形空
洞を持つ典型的なレーザ装置の簡略側面断面図、第４ａ
図はこの発明に従って安定化した受動形空洞に供給する
能動形空洞を持つレーザの簡略側面断面図、第４ｂ図は
ｗ＆４ｍ、図に示す装置の受動形空洞に於ける典型的な
ドツプラ・スペクトル並びにスペクトル分析器で発生さ
れた観測された周波数構成を示すグラフ、第４ｃ図は第
４ａ図の線４ｃ　−４ｃ　で切った部分断面図で、寸法
測定をしようとする粒子の注入を例示している。第５ａ
図はこの発明に従って安定化させることの出来る典型的
な複雑な高次多重量−ド構造を持つレーザ・ビームの拡
大断面図、第５ｂ図は第５ａ図に示した高次多重モード
・レーザ・ビームに対する走査匪離と強度との関係を示
すグラフ、第５ｃ図は第５ａ図に示す高次多重モード・
レーザ・ビームのドツプラ・スペクトルとスペクトル分
析器で発生された高次横方向モード構造を示すグラフ、
第６ａ図はこの発明に従って受動形空洞を安定化して外
部の鏡で観測される、第５ａ図に示す様なレーザ・ビー
ムの拡大断面図、第６ｂ図は第６＠図に示すレーザ・ビ
ームに対し、外部の鏡の所で観測されるレーザ・ビーム
の走査距離と強度との関係を示すグラフ、第６ｃ図は＃
１６ａ図に示した外部の鏡の所で観測されるレーザ・ビ
ームの受動形空洞内での、スペクトル分析器で発生され
た周波数構造を示すグラフである。 主な符号の説明 ５８・・・・・共振空洞 ５４．５６．６２・φ拳・φ反射鏡 ６６・・・・・ボイス・コイル ６７・・・・・変調器 □図面の浄τ＝゛（内容に変更なし） Ｆｉｇ−１ｂ 手続補正書槍釦 昭和６０年２月１２日 特許庁長官　志　賀　宇　殿 １、事件の表示 特願昭　５９−２３７７０８号 ２、発明の名称 安定化レーザ装置 ３、補正をする者 事件との間係　出願人 名　称　パーティクル　ミージャーリング　システムズ
インコーポレイテッド ４、代理人 〒１０７　東京都港区赤坂２丁目２番２１号６、補正の
対象 （１）願書の特許出願人代表者の欄 （２）明細書全文の浄ｔ（但し、内容についての変更は
ない）（３）　図面全部の浄書（但し、内容についての
変更はない）（４）委任状及び訳文 ７、補正の内容 別紙の通り

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）能動形空洞を構成する本体手段を持ち、該本体手段
    が前記空洞内のレーザ・ビームの通路に配置された第１
    及び第２の両端部を持ち、前記レーザ・ビームが前記第
    １の端部を介して少なくとも１つの方向に前記空洞から
    送出される様になっているレーザ・ビーム発生手段と、
    前記本体手段から隔たっていて、前記空洞がら前記第１
    の端部を介して送出されたレーザ・ビームの通路内に配
    置された外部の反射手段と、該外部の反射手段に接続さ
    れていて、該外部の反射手段の持続的な移動を生じさせ
    る当該レーザ装置を安定化する様にした移動発生手段と
    を有する安定化レーザ装置。 ２、特許請求の範囲１）に記載した安定化レーザ装置に
    於て、前記本体手段が管を含み、前記本体手段の第１及
    び第２の両端部が何れも前記管の両端に配置された鏡に
    よって形成されている安定化レーザ装置。 ３）特許請求の範囲１）に記載した安定化レーザ装置に
    於て、前記外部の反射手段が、該外部の反射手段及び前
    記本体手段の第１の端部の間に受動形空−を構成するビ
    ーム整形素子である安定化レーザ装置。 ４）　特許請求の範囲１）に記載した安定化レーザ装置
    に於て、前記移動発生手段が、前記レーザ・ビームと平
    行な方向の前記外部の反射手段の変位を起す様に、前記
    外部の反射手段を振動させる変調手段を含んでいる安定
    化レーザ装置。 ５）　特許請求の範囲１）に記載した安定化レーザ装置
    に於て、前記本体手段が細長く、前記第１及び第２の端
    部が前記能動形空洞を形成する第１及び第２のビーム整
    形素子であり、該第１のビーム整形素子が前記能動形空
    洞内のレーザ・ビームを該能動形空洞から予定の方向に
    送出し、前記外部の反射手段が外部のビーム整形素子で
    構成され、該外部のビーム整形素子及び第１のビーム整
    形素子の間に受動形空洞が構成され、前記移動発生手段
    が前記外部のビーム整形素子に養続されていて、前記外
    部のビーム整形素子を振動させて前記受動形空洞を安定
    化する変調手段で構成されている安定化レーザ装置。 ６）特許請求の範囲５）に記載した安定化レーザ装置に
    於て、前記ビーム整形素子が鏡である安定化レーザ装置
    。 ７）特許請求の範囲５）に記載した安定化レーザ装置に
    於て、前記外部のビーム整形素子が装置からの受動形空
    洞の安定化エネルギを該受動形空洞の外部で使う様に結
    合する出力結合器である安定化レーザ装置。 ８）特許請求の範囲５）に記載した安定化レーザ装置に
    於て、前記受動形空洞で前記レーザ・ビーム中に粒子を
    注入する手段を有し、更にレーザ出力を検出することに
    よって粒子の寸法を測定する手段を有する安定化レーザ
    装置。 ９）　特許請求の範囲５）に記載した安定化レーザ装置
    に於て、前記変調手段が発振手段を含む安定化レーザ装
    置。 １０）　特許請求の範囲９）に記載し・安定化レーザ装
    置に於て、前記発振手段が約６０Ｈｚ　の周波数で動作
    する安定化レーザ装置。 １１）特許請求の範囲５）に記載した安定化レーザ装置
    に於て、前記変調手段が前記外部の鏡手段を接続したボ
    イス・コイルを持っていて、前記外部のビーム整形素子
    を移動させる様にした安定化レーザ装置。 １２、特許請求の範囲１）に記載した安定化レーザ装置
    に於て、該レーザがガス・レーザであり、前記本体手段
    がプラズマ管で構成され、前記第１及び第２の端部が第
    １及び第２の鏡手段で夫々構成されていて前記能動形空
    洞を形成し、前記第１の鏡手段が前記能動形空洞内のレ
    ーザ・ビームを該空洞から前記管に対する輪方向に送出
    する出力結合器として作用し、前記外部の反射手段が前
    記能動形空洞の外部に配置されたｖ！Ｉ３の鏡手段で構
    成され、前記第１及び第３の鏡手段が前記能動形空洞に
    隣接してそれと同軸の受動形空洞を形成し、前記移動発
    生手段が発振手段、及び前記第３の鏡手段並びに前記発
    振手段に接続された可聴スピーカ手段を持つ変調手段で
    構成されていて、前記外部の鏡手段を振動させて受動形
    空洞を安定化する安定化レーザ装置。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した安定化レーザ装
    置に於て、前記第１及び第３の鏡手段によって構成され
    た受動形空洞のＱの値が少なくとも１０倍高くなる様に
    した安定化レーザ装置。 １４）特許請求の範囲１３）に記載した安定化レーザ装
    置に於て、前記Ｑの値が１００を越える安定化レーザ装
    置。 １５）　特許請求の範囲１２）に記載した安定化レーザ
    装置に於て、前記発振手段が線形発振器である安定化レ
    ーザ装置。 １６）　特許請求の範囲１２）に記載した安定化レーザ
    装置に於て、前記能動形空洞が予定の安定な輪方向モー
    ドを持ち、前記発振手段は前記外部の鏡手段をレーザ輪
    線に沿って振動させて、前記外部の鏡を十分に変調させ
    て、前記能動形空洞の安定な軸方向モードと干渉しない
    ドツプラー・シフ）周波数を発生する様にした安定化レ
    ーザ装置。 １７）特許請求の範囲１６）に記載した安定化レーザ装
    置に於て、前記発振手段が約６０Ｈｚの周波数で動作し
    、約２乃至３ボルトの電圧でスピーカ手段を駆動する安
    定化レーザ装置。 １８）特許請求の範囲１２）に記載した安定化レーザ装
    置に於て、該レーザ装置が高次多重モード構造を持ち、
    前記変調手段は前記受動形空洞内の前記高次多重ｑ−１
    を構造を更に不規則にすることにより、受動形空洞を安
    定化する安定化レーザ装置。 １９）　レーザを安定化する方法に於て、レーザ装置の
    能動形空洞内でレーザ・ビームを発生し、該能動形空洞
    からのレーザ・ビームを予定の方向に送出し、送出され
    たレーザ・ビームの通路内に外部の反射装置を位置ぎめ
    しで該ビームを反射し、該反射装置の持続的な移動を行
    なわせてレーザを安定化する工程から成る方法。 ２０）　特許請求の範囲１９）に記載した方法に於て、
    前記反射装置が該反射装置及び能動形空洞の間に受動形
    空洞を構成する様に位置ぎめされており、前記反射装置
    の移動によって受動形空洞が安定化する様にした方法。 ２、特許請求の範囲２０）に記載した方法に於て、前記
    反射装置の移動が該反射装置の振動によって行なわれる
    方法。 ２、特許請求の範囲２１）に記載した方法に於て、前記
    反射ＲＲの振動が前記レーザ・ビームと略平行な方向で
    あって、前記能動形空洞の安定な軸方向モードと干渉し
    ない周波数を発生する位に、反射装置を十分に変調する
    大きさを持っている方法。 ２、特許請求の範囲２１）に記載した方法に於て、前記
    反射装置の発振器が低い周波数で動作する方法。 ２、特許請求の範囲２１）に記載した方法に於て、前記
    反射装置の振動が線形である方法。
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