JPS609357B2 - レーザ発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は１．３ミクロンに近い波長で放射するレーザ発
生装置、特に限定的ではないが、１．３ミクロンに近い
波長の短かくて高出力のパルスを放射するレーザ発生装
置に関する。

従釆の技術 出力側にヨウ素増幅器を設けてこれに短かし、パルスを
放射するようにしたヨウ素ガスレーザ発振器で成る装置
によって波長１．３ミクロンの強力なしーザバルスを得
ることができることはよく知られている。

発振器はパルス閉塞器を有するＱスイッチ型か一連の連
続パルスを放射する同期モード型とすることができる。

同期モード型の発振器は一連のパルスからひとつのパル
スを選択する適宜な装置を有している。いずれの場合も
、発振器の出力に得られる出力信号は持続時間が１ナノ
砂程度である。上述のレーザ発生装置は出力の制限され
た出力パルスが与えられるという欠点を有している。

この欠点は、活性ガスの圧力をかなり増加しなければヨ
ウ素レーザで非常に短かし、パルスを得ることが難しい
ということで説明される。また、ヨウ素の高い方の準泣
は光解離によって励記される。

この上方の準位はふたつの副準位を有し、励記電子の低
い方の消勢準位は４つの劉準位を有している。

したがって、理論的にはヨウ素ガスの励起によって生ず
るレーザ放出は、ふたつの上方副準位と４つの下方登。
準位との間のそれぞれの遷移の組合せに相当する８本の
異なった線を有するはずである。実際には６本の線しか
確認されない。上述の従来のし−ザでは実際上、ヨウ素
発振器は最も高い利得を与える放出線に相当するひとつ
の優先波長しか放出しない。この条件で、増幅器でのェ
ネルギ増幅はこの優先波長だけに生じ、これは装置の出
力を下げることになる。これは増幅器の活性ガス圧力を
増加させることによっていくらかこの欠点を軽減させる
ことができる。

事実、優先消勢富。準位と下方富』準位との間の緩和時
間は減少し、これらの値はパルスの持続時間に近くなる
。したがってェネルギ増幅は増加する。しかし、このよ
うにして得られた出力パルスの出力増加はわずかである
。このため、いろいろな遷移について利得を変調するた
めたとえばフアブリー・ベロヱタロン（すなわち標準干
渉分光器）を共振器内に配設することによってヨウ素の
いろいろな放出線でヨウ素発振器を動作させる試みがな
された。

しかし、行なったすべての結果は実施が非常に簸かしい
という欠点を有しているのである。発明が解決しようと
する問題点。

本発明は、上述した装置の欠点を軽減し、従来技術によ
って作られたものより高出力で１．３ミクロンの波長を
有するパルスを放出する好適なしーザ発生装置を提供す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、ふふたつのうちの一方を半透過性のも
のとした反射器により構成の空胴光共振器と活性物質と
、この活性物質を励起する装置と、励起された活性物質
を収容していて前記共振器の中の少なくともひとつの光
パルスをトリカする装置とから成る光信号の放出に好的
なしーザ発振器、およびヨウ素化合物で成る活性ガスと
この活性ガスを励起する装置とを有し前記発振器の出力
に配設した少なくともひとつの増幅器を備え、１．３ミ
クロン付近の波長を放射するレーザ発生装鷹であって、
前記発振器の活性物質をネオジムによってドープされた
活性物質とし、さらに１．３ミクロン付近のネオジムの
放出線と前記活性ガスの各種放出線とをカバーしている
波長範囲内にある前記光信号の放射を前記増幅器に通過
させる選択装置を有し、前記波長範囲は１．０６および
０．９ミクロン付近のネオジム放出線を除いたものとし
た、レーザ発生装置が提供される。

実施例 以下添付図面に例示した本発明の好適な実施例について
詳述する。

第１図において、空胴光共振器は光軸３上に並べられた
ふたつの反射器１および２によって境界が定められ、反
射器２は半透過性のものである。

レーザ活性物質４はこの光共振器内に配置されている。
活性物質４を励起する装置は、図示していないが、たと
えば活性物質４の周囲に設けた放電管を含んでいる。少
なくともひとつの光パルスをトリガする装置は、共振器
の中に設けられ、この装置はポッケルスセルのような電
気光学変調器５とブルースタ角に置いた光学板のような
偏光子６とから成っている。この共振器はさらに中心を
軸３に置いた結晶体８とこれに固定された電気音響変換
器９とで構成の音響光学変調器７を含んでいる。中心を
軸３上に置いたパルス選択装置は、共振器の外側で半透
過性反射器２に近い側に配置される。

この選択装置はふたつの偏光子１１および１２の間に挿
層された、、ポッケルスセルような電気光学変調器１０
を有している。パルス選択装置の後には、中心を軸３上
に置かれたヨウ素レーザ増幅器１３がたとえばＣ３Ｆ７
１およびアルゴンのようはヨウ素化合物の混合体より成
る活性ガスを含んだ管によって構成されている。第１図
に示した装置はまた、好適には増幅器１３の活性ガス圧
力を調節する装置１４を有し、その圧力は大気圧と同程
度の圧力とすることができる。本発明の一実施例におい
ては、活性物質４はネオジムをドープした活性物質であ
る。

この物質はたとえばネオジムをドープしたガラスで成る
。本装置は以下に与えた周波数範囲にある発振器によっ
て放出された光の一部だけを増幅器に通させるようにす
る選択装置を備えている。この選択装置は、図示のよう
に、共振器の反射器１および２の反射面のそれぞれに葵
着された多層膜誘電体１５および１６と共振器内に設け
た干渉フィル夕１７とで成るとすることができる。しか
し、この周波数は共振器内に設けた光学系またはフアブ
リー・べロェタロンによって選択することもできる。励
起装置を備えたネオジムドープのガラス綾で成る活性物
質４が間に配設されている、反射器１および２で形成の
レーザ空胴共振器は音響光学変調器７によって、同期モ
ードパルスを発生する。偏光子６と関連する電気光学変
調器５は半透過性反射器２を介して共振器を出る一連の
パルスをトリガすることができる。この一連のパルスは
、偏光子１１および１２の間に設けた電気光学変調器１
川こよって、矢印１８で示したように増幅器１３に入る
ひとつの光信号を構成するひとつのパルスを除いてすべ
て閉塞される。この信号の波長は１．３ミクロン付近で
ある。

この結果は、以下に説明するように、多層膜誘電体１５
および１６および干渉フィル夕１７があることによって
得られる。第２図は、ネオジムをドープしたガラスのェ
ネルギ単位図で、矢印２０の方向に高い。

この図において、準位２１は励起されていない時の電子
が占めている基底状態に相当している。たとえば放電管
のような光の励起の影響により、電子はその準位２１か
ら上方の準位２２に行くことができ、それから準安定状
態準位２３に自然と降下する。続いて準位２３にある電
子は波長１．３ミクロンの光を放出することによって矢
印２７の方向に準位２４まで降下するか、または波長１
．０６ミクロンの光を放出することによって矢印２８の
方向により低い準位２５まで降下するか、もしくは波長
０．９ミクロンの光の放出によって矢印２９の方向にさ
らに低い準位２６まで降下する。もちろん第２図は非常
に図式的で、実際には、準位２２，２３，２４，２５お
よび２６のそれぞれはいくつかの副準位によって構成す
ることができる。波長１．０６ミクロンの、矢印２８に
相当する光は最も利得を与える光であり、この放出波長
はネオジムドープのガラスレーザで通常使われている波
長である。

しかし、第１図に示したレーザ発振器は、１．３ミクロ
ン付近のネオジムドーブのガラスによる放出線を含むが
１．０６ミクロンおよび０．９ミクロンの線は含まない
狭い波長範囲の光を反射し、その範囲以外の光は吸収す
る多層膜誘電体Ｉ５および１６により、第２図の矢印２
７の方向の１．３ミクロンの波長で放出する。多層膜誘
電体１５および１６について定められた波長範囲の幅を
狭くしたい時には、多層膜誘電体１５および１６と全く
同じ機能の干渉フィル夕１７が使用される。第３図はヨ
ウ素のェネルギ準位図である。

ヨウ素レーザの活性ガスが励起されると、電子は基底状
態３０から矢印３１の方向のふたつの副準位３２および
３３を含む高い状態に変わる。電子のレーザ遷移後の準
位は４つの劉準位３４，３５，３６および３７を含む。
したがってレーザ放出は４つの低い方の劉準位とふたつ
の高い方の副準位との組合せに相当する８本の線（実際
には６本しか認められない）に沿って生ずる。ヨウ素の
各種放出線間の波長差は非常に小さく１０‐４ミクロン
程度であり、平均波長は１．３１５ミクロンである。１
．３ミクロン付近のガラスの放出線はヨウ素の各種放出
線を充分にカバーしている。

この結果、増幅器１３に入る信号発光スペクトル１８（
第１図）はヨウ素の放出波長のすべてをカバーしている
ことになる。この条件で、増幅器１３を通った信号１８
はヨウ素の各種放出線の周波数で増幅され、増幅器１３
の出力に得られたパルスの出力は、ヨウ素発振器を出る
信号の放出波長が１本の放出線だけに関するような従来
の装置によるものより、はるかに大きい。１．３ミクロ
ンで放出するレーザ装置がプラズマを生成するのに使わ
れるような場合、約０．１ナノ砂持続するパルスを発生
させる必要がある。

第１図に示した装置は従来装置のものより短かし、パル
スを与える利点を有している。事実、ヨウ素レーザより
ガラスの方がより短い同期モードのパルスを得ることが
非常に容易である。ヨウ素レーザ発振器は約０．５ナノ
秒の持続パルスを得ることができるのに対し、ガラス発
振器は約１０ないし５０ピコ秒持続する信号を放出する
ことができる。第１図に示した装置では、パルスの持続
時間は、増幅器１３を通った後で、０．１ナノ秒付近と
することができる長い時間値となる。パルス持続時間の
この増間は、増幅器に入る信号のスペクトル幅が増幅器
の通過帯域より広いということに起因する。最後に、ガ
ス圧力調節装置１４を操作して増幅器１３のガスの圧力
を変化させることで出力パルスの持続時間を調整できる
ことに注目すべきである。第４図に示した本発明による
装置の他の実施例はしーザ発振器が同期モードで動作し
ていない所が第１図のものと異なっている。

第４図において、中心を軸４３に置いたふたつの反射器
４１および４２で形成の空胴光共振器は、図示しない励
起装置を備えたネオジムドープのガラス棒で成る活性物
質４４と、ポツケルスセルで成る電気光学変調器４５お
よび偏光子４６を含むパルストリガ装置とを有している
。共振器を出た約３０ナノ秒持続する光パルスは、ふた
つの接近した偏光子５１および５２の間に設けられたポ
ッケルスセルのような電気光学変調器５０を含む閉塞素
子を介して通る。この閉塞素子は、パルスの光エネルギ
ーの一部しか通過させず、その一部は１ナノ秒程度とす
ることができる時間内にある。光エネルギーのその一部
は信号５８を成し、できる限りガス圧力調節装置５４を
備えたヨウ素ガス増幅器５３を通すことによって増幅さ
れる。第４図に示した装置は、１．３ミクロン付近のネ
オジムをドープしたガラスの放出線をカバーしている波
長範囲内の信号５８の放射線を増幅器５３に通させるこ
とができる選択装置を備えている。

前記範囲は１．０６ミクロンおよび０．９ミクロン付近
のネオジムドープのガラスの放出線を除いた範囲である
。この選択装置は反射器４１および４２の表面にそれぞ
れ蒸着した多層膜誘電体５５および５６と干渉フィル夕
５７とを有している。第４図に示した装置の動作は第１
図に示したものと同じである。

この装置はまた、従来装置のものよりもさらに大出力の
出力パルスを得ることができる。しかし、第４図に示し
た装置は約０．１ナノ秒持続する出力パルスを発生させ
るのにはあまり採用されていない。事実、発振器を出る
信号５８の持続時間は閉塞系の実現可能性によって低い
方に、すなわち約１ナノ秒の持続時間に制限されている
。本発明による装置は、短時間高出力の光パルスを得た
いとき、特に高密度高温プラズマの研究に、応用するこ
とができる。

もちろん、本発明はこの特定の実施例に限定されたもの
ではなく。

発振器を同期モードで動作させるのに好適な光変調器は
電気光学変調器または可飽和性吸収体とすることもでき
、増幅器１３のような増幅器をいくつか発振器の出力側
に直列に配設することもできる。さらに、ヨウ素の放出
線を十分に力′′寸÷する光スペクトル幅を有し１．３
ミクロンの波長で放出するレーザ発振器はネオジムをド
ープしたガラスの発振器だけではなくネオジムドープの
結晶体やネオジムドープの液体発振器とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の好適な実施例のブロック図
、第２図および第３図は第１図に示した装置の動作の説
明を示すェネルギ準位図、第４図は本発明による装置の
他の実施例を示すブロック図である。 １，２，４１，４２・・・反射器、３，４３・・・軸、
４，４４・・・活性物質、５，４５，１０，５０・・・
電気光学変調器、６，１１，１２，４６，５１，５２・
・・偏光子、７・・・音響光学変調器、８・・・結晶体
、９・・・電気音響変換器、１３，５３・・・増幅器、
１４，５４…ガス圧力調節装置、１５，１６，５５，５
６・・・多層膜誘電体。 ＦＩＧ．Ｉ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ふたつのうちの一方を半透過性のものとした反射器
   により構成の空胴光共振器と、活性物質と、この活性物
   質を励起する装置と、励起された活性物質を収容してい
   て前記共振器の中の少なくともひとつの光パルスをトリ
   ガする装置とから成る光信号放出に好適なレーザ発振器
   、およびヨウ素化合物で成る活性ガスとこの活性ガスを
   励起する装置とを有し前記発振器の出力に配設した少な
   くともひとつの増幅器を備え、１．３ミクロン付近の波
   長を放射するレーザ発生装置において、前記発振器の活
   性物質をネオジムによってドープされた活性物質とし、
   さらに１．３ミクロン付近のネオジムの放出線と前記活
   性ガスの各種放出線とをカバーしている波長範囲内にあ
   る前記光信号の放射を前記増幅器に通過させる選択装置
   を有し、前記波長範囲は１．０６および０．９ミクロン
   付近のネオジム放出線を除いたものとした、レーザ発生
   装置。 ２ 発振器は光パルス用の閉塞素子を有し、この素子は
   その光パルスの光エネルギの、短時間の一部だけを通過
   させるものとし、光信号は前記光エネルギーの一部で成
   る、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 発振器は共振器内に設けて一連の同期モードパルス
   を発する光変調器と、前記共振器の出力に設けて増幅器
   にこれらのパルスのひとつだけを通過させて他のパルス
   は阻止する装置とを有し、光信号は前記増幅器を通った
   パルスの列で成る、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 増幅器は活性ガスの圧力を調節する装置を備えてい
   る、特許請求の範囲第１項記載の装置。５ 波長が１．
   ３ミクロン付近のネオジムの放出線と活性ガスの各種放
   出線とをカバーしていてある時間間隔内にある光信号の
   放射を増幅器に通過させる選択装置は、干渉フイルタ、
   格子およびフアブリー・ペロエタロンによって構成され
   た群から選択される素子とした、特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ６ 波長が１．３ミクロン付近のネオジムの放出線と活
   性ガスの各種放出線とをカバーしていてある時間間隔内
   にある光信号の放射を増幅器に通過させる選択装置は、
   発振器の光共振器の反射器の表面を処理した反射面とし
   た、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ７ 閉塞素子は電気光学変調器とした、特許請求の範囲
   第２項記載の装置。 ８ 共振器の出力側に配置して一連のパルスの中からひ
   とつのパルスだけを増幅器を介して通過させる装置は、
   接近したふたつの偏光子の間に挿置の電気光学変調器と
   した、特許請求の範囲第３項記載の装置。 ９ 光変調器は音響光学変調器、電気光学変調器および
   可飽和性吸収体によって構成された群の中に含まれてい
   る、特許請求の範囲第３項記載の装置。 １０ 共振器中の少なくともひとつの光パルスをトリガ
   する装置は、共振器内に設けた電気光学変調器と偏光子
   とで成る、特許請求の範囲第１項記載の装置。 １１ 活性物質はネオジムをドープしたガラスとした、
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 １２ 活性物質はネオジムをドープした結晶体である、
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 １３ 活性物質はネオジムをドープした液体である、特
   許請求の範囲第１項記載の装置。