JPS6037631B2 - アルゴン・イオン・レ−ザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスレーザ装置に関し、さらに詳しくは、波長
（入Ｌ）が４８８０△の発振線を単一かつ最適状態で発
振させ、出力を増大できるようにしたアルゴン・イオン
・レーザ装置に関する。

アルゴン・イオン・レーザ装置は、第１図に示すように
、ガラス等の外囲器１６中に、適当な圧力でアルゴン・
ガスが封入され、放電路紬管１７を通る電気的放電によ
り励起状態のアルゴン・イオン（Ａｒ＋、Ａｒ十十）を
作る電源部、及び励起状態からの遷移を誘導し、レーザ
発振状態に至らしむ光共振器から構成される。

紬管１７をはさんで配置された光共振器は、基板１１上
に形成された譲電体多層膜１３から成る高反射側ミラー
と、透明基板１２の一方の面に形成された議電体多層膜
１４から成る出力側ミラーとを組合せることにより構成
され、これらミラーは外圏器内に封入されている。出力
側ミラーの基板１２の外面には反射防止膜１５が形成さ
れ、この出力側ミラーからは、一部透過光としてレーザ
光１が取り出される。なお図中の符号１８はカソード、
１９はアノードをあらわしている。各ミラーの誘電体多
層膜１３あるいは１４は、各々基本的には第２図に示す
ように透明基板２１上に高屈折率物質２２と低屈折率物
質２３の光互層より成っている。

各層は、光学的膜厚が＾。／４になるように設計されて
いる。ここで入ｏは反射帯の中心波長である。第２図に
示す誘電体多層膜の典型的分光特性は、第３図に示すよ
うなものである。即ち、反射帯の中心波長入ｏを中心に
し、帯城幅２△ｇの高反射帯および、その両側の透過帯
より成っている。反射帯の幅２△ｇは高屈折率物質と低
屈折率物質との比で決まり、一般には非常に広帯域にな
る。ところで、アルゴン・イオン・レーザの可視城にお
ける発振波長は４８８０Ａの他に、４５４５Ａ、４５７
９Ａ、４６５８Ａ、４７２７△、４７６５△、４９６５
Ａ、５０１７△、５１４５Ａ、及び５２８７Ａがあり、
これらの発振波長の隣り合う波長間隔は、３４△から１
４２人であり、最長波長、最短波長の差でも７４２△で
ある。

それ故、誘電体多層膜ミラーの反射帯城幅（２略）の方
がはるかに広いため、通常はしきし、値を越えた波長の
発振器がすべて同時に発振する。しかし、レーザ発振光
を利用する場合には、単色発振とすることを要求される
場合が多い。同時に発振しているいくつかの波長から単
色光を分離するのは、余分の光学系を必要とし、レーザ
利用効率も悪い。それ故、発振そのものを単色にする必
要がある。通常用いられる単色発振の手段として、共振
器内部にプリズムを挿入し、その分散を利用する方式、
あるいは反射形回折格子を高反射側ミラーの代りに用い
る方式がある。しかし分散プリズムを共振器内部に挿入
する場合には、プリズムをブリュースター角で挿入して
も、プリズム表面での散乱損失や、プリズムの透過損失
のため発振出力が低下し、しかも光共振器の調整が非常
に複雑になるという欠点がある。また周囲温度、機械的
振動等の環鏡変化に過敏で安定動作が継続し‘こくい点
、素子が高価である点、さらにレーザ煤質に直接触れて
取りつける内部ミラー方式のレーザ管では、その固定方
法が難かしいことも欠点である。以上の欠点は回折格子
を用いた場合にも同様に生じる。そこで、上述の各欠点
を除くため、譲露体多層膜の分光特性を移動させること
により、単一波長のみを発振させる方式が、特公昭４４
−２９４３６号公報に提案されている。

これは、５１４５Ａの単色レーザ波長を、反射波長領域
の中心から、反射率半値幅の３′８以上離れた点に置く
誘電体多層膜を有する単一波長レーザ装置である。５１
４５Ａの単一波長発振の場合のアルゴン・イオン・レー
ザ装置の高反射側ミラーの分光特性の一例を第４図に示
す。

第４図に於て、Ｂは反射帯の幅であり、発振させようと
する単一波長５１４５Ａを、中心波長から３／８Ｂ以遠
に置いて５１４５Ａのみを発振させ、短波長の同時発振
を抑えている。この方式は、波長が最短または最長の発
振線に対しては比較的有効である。しかるに、上述の方
式を中間波長にある４８８０Ａ等の発振線に対し適用し
ようとすると、詳細な実験結果によれば、反射帯幅の３
／８以遠に所望の単一発振波長を置くことは不適切であ
ることを本発明者らは発明した。

その理由は中間の発振波長ではミラーの分光特性の最適
設定が技術的に困難で、多色発振になるが、高反射側ミ
ラーからの透過損失損多くなる不都合が避けられない点
にある。これに対し、本発明は高屈折率物質および低屈
析率物質を主体とする誘電体多層膜より成る出力側ミラ
ーと高反射側ミラーとを有するアルゴン・イオン・レー
ザ装置に於て、前記高反射側ミラーの反射帯の幅を２△
ｇ、反射帯の中心波長を＾。

とし、出力側ミラーからとり出す出力レーザ光発振波長
＾Ｌを４８８０Ａとして、入。

十講６‐２△ｇ＜〜＜入。十旨‐２△ｇを満足する範囲
に設定し、さらに出力側ミラーは多層膜積層数を高反射
側ミラーのよれよりも少なく且つ反射帯の中心波長入Ｔ
が４８８０Ａよりも長い波長値に設定されてなることを
特徴とするアルゴン・イオン・レーザ装置である。これ
によって後述するように、アルゴン・イオン・レーザで
４８８０△のレーザ光を高出力のもとでも単一発振させ
ることが極めて容易となる。以下、まず本発明に使用す
る誘電体多層膜レーザ・ミラーの実施例を、図面を用い
て詳細に説明する。

高反射側ミラーを形成するに際し、高屈折率物質２２，
日として、二酸化チタンＴ、低屈折率物質２３，Ｌとし
て、二酸化シリコンＳを用いた場合につき詳述する。蒸
着膜の形成方法としては電子ビム蒸着法、またはスパッ
タリング法であり。高反射側ミラーの多層膜構成は、例
えばＳゆ・ｌ〔Ｔ・Ｓ〕ｎ・Ｔ・るｆＡｉｒ ・・・
・・・【ｂ｝である。ここで各層の光学的膜厚は、入ｏ
／４であり、最終層のるのみが入。／２である。今、対
の層数ｎ＝１０、及び入。２４５３０Ａとした時の分光
反射率を第５図に示す。

第５図に於て、半値波長はそれぞれ、入， ＝３８４０
Ａ、入２ ＝５２２０Ａ、であり、中心波長入ｏは、入
。＝４５３０△である。反射帯の幅２△ｇは、２△ｇ＝
＾２一入，＝１３８０Ａであるので、となる。

それ故、出力レーザ光（入Ｌ＝４８８０Ａ）との関係は
｛ａ｝式を満足している。そして入Ｌ＝４８８０Ａであ
るから、これは反射帯中心波長（＾ｏ＝４５３０Ａ）よ
り３／８・２△ｇ以遠に離れてはいない。一方、出力側
ミラーは第６図に示す分光特性を有するミラーを用いる
。

同図において曲線７２は、図の左端の透過率尺度であら
わした曲線７１を１の音‘こ拡大して図の右側の透過率
尺度であらわした特性である。このような特性のミラー
は高反射側ミラーの多層膜に比べて層数を少なくするこ
と、およびこのミラーの反射帯の中心波長（入？）が出
力レーザ光の波長（入Ｌ＝４８８０Ａ）よりも長波長側
に位置するように設定すればよい。以上の各ミラーの組
合せにより、比較的大出力まで４８８０△の単一波長レ
ーザ光をとり出すことができる。第７図はアルゴン・イ
オン・レーザ管を動作させた場合の発振特性を示す結果
である。

このし−ザ媒質を励起するための細管放電部有効長は３
６肌、管内径は約１柳とした。ここでは放電電流をパラ
メー外こし、各発振線別に出力側ミラーの透過率を変え
てレーザ出力を測定した。図から明らかな様にアルゴン
・イオン・レーザでは４８００Ａ発振線の利得は他の発
振線に比較しきわめて大きい。一般にこの種レーザ発振
器では可視城において図に示す様な波長が近接した多数
の発振線が存在し、且つ出力側ミラーの透過率によって
その発振勢力がそれぞれ蓄しく異なる。同図によれば、
放電電流１０Ａにて当レーザ管を動作させる場合、４８
８０Ａの単一波長のレーザ光のみを発振させるには各発
振器に於ける出力側ミラー透過率Ｌは、となるように設
計すればよいことがわかる。一方、４８８０Ａ線のみを
最大効率で発振させる条件は、第７図から、放電電流が
８Ａの場合も１０Ａの場合も４８８０△の発振線に於け
る出力側ミラーの最適透過率が約３％であるので、とな
る。

しかしながら、【ｄーの条件を満足するような分光特性
を有する出力側ミラーを製作することは困難であり、そ
こで第６図に示す如くこのミラーの反射帯の中心波長入
Ｔを４８８０Ａより長波長側に移動させ、なる条件のみ
を満足する出力側ミラーとする。

この場合には、Ｌ（４８８０Ａ）と４％となり、４８８
ｏＡのレーザ出力は最大効率が得られる場合より３〜５
％低下する。しかしこの程度の出力損失は実用上問題と
はならない。かくして、第７図によれば、４８８０Ａお
ける出力側ミラーの透過率を４％以上、６％以下に設定
すれば１０Ａ以上の大電流の放電のとき４７６５△線が
わずか混在するのみで、４８８０Ａの単一線をとり出す
ことができる。船以下であれば完全に単一線のみを発振
させることができる。また、長波長側のレーザ光、例え
ば５１４５△の光線は第５図から明らかなように高反射
側ミラーで透過率曲線のすそ野の部分にかかっており、
この線で比較的透過率が高いため、発振利得が低く抑え
られる。

そして出力側ミラーの透過率が４％以上であれば１０Ａ
の放電電流でも出力はほぼ零となる。尚、アルゴン・イ
オン・レーザの上記の４波長以外の発振線については、
いずれも利得が低いので特に発振を抑えるための考慮は
必要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルゴン・イオン・レーザ装置の一例、第２図
は誘電体多層膜、第３図は一般の謙雷体多層膜の分光特
性、第４図は従来のレーザ・ミラーの分光特性の一例、
第５図、第６図は本発明のレーザ・ミラーの分光特性の
一例、第７図は出力側ミラーの透過率とアルゴン・イオ
ン・レーザの出力の関係特性図である。 １１，１２，２１・・・・・・基板、１３・・・・・・
高反射側ミラーの誘電体多層膜、１４・・・・・・出力
側ミラーの譲蚕体多層膜、１５・・・・・・反射防止膜
、１６・・・・・・外囲器、１７・・・・・・紬管、１
８・…・・カソード、１９・・・…アノード。 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第５図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部にアルゴンガスが封入され一部に放電路細管を
   備える外囲器と、前記放電路細管をはさんで配置されそ
   れぞれ基板上に形成された高屈折率物質および低屈折率
   物質の交互層を主体とする誘電体多層膜からなる高反射
   側ミラーおよび出力側ミラーによる光共振器とを備え、
   前記出力ミラーを通して主として波長（λ＿Ｌ）が４８
   ８０Åのレーザ光をとり出すアルゴン・イオン・レーザ
   装置において、 上記高反射側ミラーは、その反射帯の
   幅を２△ｇ、該反射帯の中心波長をλ＿０としたとき、
   λ＿０＋３／（１６）・２△ｇ＜λ＿Ｌ＜λ＿０＋３／
   ８・２△ｇを満足する範囲に設定され、 上記出力側ミ
   ラーは、その反射帯の中心波長λ＿Ｔが４８８０Åより
   もわずか長い波長値に設定されてなることを特徴とする
   アルゴン・イオン・レーザ装置。 ２ 出力側ミラーは、４８８０Åのレーザ光に対する透
   過率が４％以上６％以下の範囲内に設定されてなる特許
   請求の範囲第１項記載のアルゴン・イオン・レーザ装置
   。 ３ 両ミラーは、高屈折率物質がチタン酸化物からなり
   、低屈折率物質がシリコン酸化物からなる特許請求の範
   囲第１項記載のアルゴン・イオン・レーザ装置。 ４ 両ミラーの多層膜は、ともに外囲器内に封入されて
   なる特許請求の範囲第１項記載のアルゴン・イオン・レ
   ーザ装置。