JPS61156790A - 放射波長が調節可能なレーザ - 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】 産業上の利用分野 本発明は調節可能な放射波長に！するレーザに関する。

従来技術 このようなレーザは通常、色素上レーザ活性物質として
有する共振器、ポンピング光源および波長分散部材から
なり、波長分散部材社格子またはエタロンとして形成し
ておくことができ、放射波長全変化させるため機械的に
移動させる。

発明が解決しようとする問題点 このような機械的に移動する部材の使用には、とくに共
振器ないしはポンピング光源の幾何学値の調節および変
更に関して、技術的困難をともなう。

本発明の課題゛は、放射波長の調節を、共振器室に機械
的に移動する部材を使用することなく可能にするシー１
’を提供することである。

問題点を解決するだめの手段 この課題は、レーザ活性物質を肩する共振器およびポン
ピング光源からなるレーザを前提として、特許請求の範
囲第１項の特徴部分の記載の構成によって解決される。

本発明によるレーザにおいては、共振器室のレーザ活性
物質は分散が異る２つの物質からなり、それらの分散曲
線は少なくとも１つの波長において交差する。この波長
はそのばあいレーザの放射波長に等しい。

両物質の分散曲線はその変化が温度および圧力ないしは
密度、または温度か圧力ないしは密度のいずれかに左右
される。したがってこれらの曲線、したがってまたそれ
らの交点、ならびにレーザの放射波長もまた、共振器室
に含まれる物質の温度と圧力ないしは密度または温度か
圧力ないしは密度のいずれかを変えることによって変化
できる。

いわゆる分散フィルタ（クリスチャンセン・フィルタ）
が公知であるが、このばあいにはフィルタフベットにた
とえば光学ガラスの粉末および液体が入れてあり、これ
らの物質は異る分散を呈する。フィルタ物質はそれらの
分散曲線が特定の波長において交差するように選んであ
る。この波長の放射はすべて通過する。両物質がこのば
あいには同じ屈折率を有するからである。他の波長の放
射は液体とガラスとの間の多くの界面で反射され、フィ
ルタを通過できない。

このような分散フィルタのばあい通過する放射の波長が
温度によって変化するので、フィルタ波長全一定に保つ
ため、フィルタの温度を約０．１°Ｋに一定に保つこと
が公知である（　ＡＢＣｄｅｒ　０ｐｔｉｋ　％　　１
９６１、ページ１８４／１８５）。

本発明は意外な知識に基づいている。すなわち、分散フ
ィルタの基礎をなす物理学の原理がレーザにも応用でき
、その際機械的に移動する波長分散部材の使用なしに放
射波長を調節できるレーザの製造が可能になるという知
識である。

本発明によるレーザのばあいには、物質が顆粒として存
在するのが好適であり、そのさい顆粒の直径は放射波長
調節範囲の１つの波長の倍数と關範囲との間にすること
ができる。顆粒として存在する固体物質がレーザ活性で
あるばあいには、それをたとえばネオジムガラスから構
成することができる。第２の物質はそのばあい液体、た
とえばニトロベンゼンであるのが適切である。このよう
なレーザは近赤外領域、約１μｍで放射全行なう。

赤外線スペクトル領域において放射を行なうレーザはた
とえば顆粒としてコバルトにドーピングしたＺｎＦ２（
Ｃｏ”　：　ＺｎＦ２）　ｆ含むことができ、一方液体
としてはＣＣＸ、が使わわる。

液状物質がレーザ活性であるレーザはたとえば液中に色
素ロダミンを含み、一方、顆粒は石英からなる。

液状の第２の物質に代えて、ガス状物質を使用すること
もできる。このばあいには放射波長の調節はガス圧力の
変化によって行なうのが適切である。

共振器中の第２の物質を固体として、たとえば顆粒化ま
たは粉末化したネオジムガラスをＮａｃｌに埋め込むこ
とによって形成することも可能である。

第２の物質として液体をＷするレーザのばあいには、該
液体はレーザの増幅プロフィルが所定のバンド幅を有す
るように選ぶことができる。

液体と顆粒との分散曲線が非常に類似した変化を示すば
あいには、これらの曲線は、増幅プロフィルのバンド幅
を決定する特定の波長範囲にわたって接し合う。分散曲
線の変化が大幅に異るばあいには、これらの曲線は実際
にある波長において、すなわちレーザの放射波長におい
て交差する。

ポンピング光の波長範囲に吸収帯域を有するように液体
成分を選べば、異常な分散が起こり、いずれにしろそれ
によって分散曲線に２つの交点が、したがって２つの放
射波長が起こり得る。

同時に２つの波長の放射を発するレーザが得られる。ば
あいによってはこれらの波長の１つを、共振器の外部の
光線通路に配設したフィルタによって除去することがで
きる。

本発明によるレーザにおいて放射波長の調節を温度の変
化によって行なうばあいには、顆粒および液状物質から
なり、かゆ状を呈する混合物を連続的にポンプで循環さ
せるのが目的に通っている。このようなかゆ状物質のポ
ンプは公知である。ポンプ回路にはサーモスタットが配
設してあり、それによって所定の温度を正確に維持する
か、流動物質の温度、したがってまたレーザの放射波長
を制御調節することが可能である。

また第１物質の顆粒の直径をやや大きく（朋範囲）選び
、第２の液状物質のみ全循環圧送することも可能である
。そのばあいには放射波長の変化は、異る液状物質の連
続使用またはこのような物質の濃度の変更によっても達
成することができる。

共振器室の中の混合物の温度の引き上げは、たとえば共
振器クベットの周囲の、ポンピング光にとって光学的に
透明な抵抗蒸着層を介して行なうことができる。固体物
質の顆粒に、たとえばＭｇｏのドーぎングによって７な
いし１０μｍの赤外線領域の選択吸収帯域を与えれば、
赤外線放射に対応する放射による温度引き上げが可能で
ある。

本発明によるレーザにおいては共振器反射鏡は広帯域に
設計する。これらの反射鏡は共振器クベットの閉鎖窓と
して直接使用できるのが好適である。それによってし、
−デの非常に簡潔な構造が可能になる。

本発明によるレーザのポ／ゾ光は、該ポンピング光の波
長または波長範囲において共振器中の物質の分散曲線が
交点をもたないように選ぶのが有利である。それによっ
てポンピング光は非常に強くなり、共振器全容積に散乱
的に分散し、その結果この容積におけるポンピング光の
非常によい強度分布が得られる。

実施例の説明 本発明を以下において際付図面第１図から第５図に基い
て詳細に説明する。

第１図においてクペットが１で示してあり、これにはレ
ーザ活性物質が入れである。この物質は図示した実施例
では、細かい顆粒にしたネオジムガラスとして存在する
第１の固形物質および液体として存在する第２の物質、
たとえばニトロベンゼンからなる。この混合物はかゆ様
の粘稠度ｔＮＬ、ポンプ２によって連続的に循環させる
。クベット１の出口３からポンプ２を介して入口４に至
るその経路において、該混合物はサーモスタット５を通
過する。このサーモスタットにおいて該混合物は所望の
温度に調節される。

６およびＴによって、広帯域に設計した共振器反射鏡が
示してある。８および９によって２つのポンピング光源
が示してある。好適な実施例としてこれらのポンピング
光源は線形配列または２次元配列の半導体ダイオードレ
ーザから構成することもできる。これらのポンピング光
源に代えて、レーザをポンピングするために、ここには
図示してない第２のレーザの出力放射を用いることもで
き、これは矢印１０によって略示してある。

レーザ・クベット１の中の両物質の分散曲線は第２図に
示してある。あらかじめ選んだ温度Ｔ工においてこれら
の曲線は１１および１２で表される変化を示す。これら
の曲線は波長λ１において交差する。混合物の温度ｔＴ
２の値に変化させると、これらの分散曲線は推移し、今
度は破線で示す変化１３．１４を示す。曲線１３．１４
は波長λ２で交差する。

図示した実施例では物質の一方は液状である。

その分散曲線１１．１３は温度変化の際比較的大きな推
移を示す。

第１図のレーザのレーザクベット１が、その分散曲線が
第２図に対応して変化する混合物を有するばあいには、
該レーザは温度Ｔ１において波長λ１の放射１５を発す
る。温度がＴ２の値に変化すると、放射光線の波長はλ
２の値に変化する。

レーザクベット１の中の混合物温度を±５０’にの範囲
内で変化させると、放射波長は混合物の組成に応じて約
５　Ｑ　ｎｍ変動する。レーザの増幅フロフィルのバン
ド幅もまた混合物の組成に左右され、約０．０６ないし
５　ｎｍの範囲であり得る。

第１図のレーザのばあいには、ポンピング光源８，９か
らないしはポンピングレーザから出る放射１０は、ポン
ピング光の波長範囲内に分散曲線の交点（第２図）が存
在しないように選んである。それによってポンピング光
は非常に強くなり、レーザクベット１の全容積に散乱的
に分散し、その結果すぐれた励起効率が達成される。

第１図のレーザにおいて物質を液体として、たとえば色
素溶液として選べば、固体物質、たとえば石英または石
英ガラスの粒子間の色素薄層の層厚が小さいため、該液
体中で明確な変動は起こり得ない。このような変動は従
来、その際起こる光条のため、レーザ共振器にもつと大
きい色素クペットを使用する妨げとなっていた。

このような色素レーザ物質を、その分散曲線が第６図に
例示した変化をもつように選べば、顆粒の曲線２４と色
素溶液の曲線２５は厳密に言えば１点で交差するわけで
はない。これらの曲線は実際には２６で示す範囲におい
て接し合う。幅Δλのこの範囲はレーザの増幅プロフィ
ルのバンド幅を決定する。このパンＰ幅が分散曲線の変
化によって決定されていることは容易にわかる。

第４図の実施例においては色素溶液は異常な分散を有す
るように選んである。範囲２９に吸収帯域がある。それ
によって色素溶液の分散曲線２Ｔは、顆粒の分散曲線２
８との２つの交点３０および３１を生じるような変化を
有する。

したがってレーザは２つの波長λ、およびλ２の放射を
発する。

第５図に示した実施例においては、シーザクベット１６
中に存在する混合物は固体物質として石英の顆粒を、液
状物質として色素ロダミンの溶液を含んでいる。共振器
反射鏡ｉｒ、ｉｓは直接クベット１６の閉鎖窓を構成し
ている。

１９．２Ｌ）はポンぎング光源を示す。

レーザクベット１６はその外被に、ポンピング光を透過
する電気抵抗層２１を有する。この電気抵抗層には、略
示した制御素子２２を介して電源２３に接続される。そ
れによって制御素子２２を介してクベット１６の中の混
合物の温度を調節することができる。

レーザクベット１６の中の混合物を、５ないし５０μｍ
の赤外線範囲に吸収帯域ヲ有する石英ガラスの固形顆粒
で構成すれば、該混合物の温度変化は対応する赤外＃３
Ｉｔ放射することによっても可能である。放射源１９．
２０はそのばあいそれに対応する設計がしてある。

第３図のレーザにおいて、液状物質ではなく、固体物質
をレーザ活性物質から、たとえばウラン全ドーピングし
たＭｇＦｚ顆粒（Ｕ”　：ＭｇＦ２）から調製すれば、
とくに放射波長が赤外範囲のばあいには、第２の物質は
ガス状にすることもできる。それによって、レーザの調
節をガス成分の温度を介してのみならず、圧力変化全弁
しても達成する可能性が提供される。そのため、ガスは
第１図の実施例のばあいと同様に循環圧送するのが好適
である。

レーザ共振器中のレーザ活性媒質として顆粒と液状また
は固体の第２物質との混合物全使用するのは、ここに示
したレーザの設計にのみ限定されるのではなく、他の幾
何学値全有するレーザにも、たとえば球形のレーザクペ
ットの使用にも好適に応用される。

発明の効果 本発明によればレーザの放射波長を機械的部材を使用す
ることなく温度、圧力または密度を変化させることによ
り調節できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザの実施例の略図、第２図は
第１図のレーザの共振器室に含まれる両物質のいろいろ
な温度における分散油ｉｔ示す線図、第６図は本発明に
したがって設計した色素レーザの共振器室に含まれる２
物質の分散的ａ＋ヲ示す線図、第４図は本発明にしたが
って設計した色素レーザの共振器室に含まれる他の２物
質の分散曲蛛會示す線図、第５図は本レーザの他の実施
例の略図である。 １・・・クペット、２・・・′ポンプ、３・・・出口、
４・・・入口、５・・・サーモスタット、６，７・・・
反射税、８．９・・・ポンピング光源、１６・・・クベ
ノト１７．１８・・・共振器反射鏡、１９．２０・・・
ポンピング光源、２１・・・抵抗層 Ｆｉｇ、１ １１１．　クベット ２０２．ポンプ ３１１．出口 ４１６．入口 ５１１．サーモスタット ６　、７　、、、　　反射鏡 ８．９．、、　　ポンピング光ね １１．１２．１３．＋　４．、、　　分散曲線１６、、
、　　クベット ＋７．１８．＝　　共振器反射鏡 １９．２０．、、　　ポンピング光源 ２１、、、　　抵抗層 Ｆｉ９．５ λ２入。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ活性物質を有する共振器とポンピング光源と
   からなり、放射波長が調節可能なレーザにおいて、共振
   器が有するレーザ活性物質が顆粒として存在する第１の
   物質と第２の物質との混合物からなり、これらの物質の
   少なくとも１つがレーザ活性であること、両物質の屈折
   率の分散曲線（１１、１２ないしは１３、１４）の変化
   が温度および圧力ないしは密度に左右されるかまたは温
   度あるいは圧力ないしは密度のいずれかに左右され、両
   曲線が少なくとも１つの交点（λ＿１、λ＿２）を有す
   ること、および放射波長を選ぶため該混合物の温度およ
   び圧力ないしはこれらのいずれかを変化させる装置（２
   、５）が設けてあることを特徴とするレーザ。 ２、第２の物質が液体として存在する特許請求の範囲第
   １項記載のレーザ。 ６、液体がレーザ活性色素を含有する特許請求の範囲第
   ２項記載のレーザ。 ４、物質成分の１つがポンピング光の波長範囲において
   異常分散を示す特許請求の範囲第３項記載のレーザ。 ５、第２物質が気体である特許請求の範囲第１項記載の
   レーザ。 ６、第２物質が固体として存在する特許請求の範囲第１
   項記載のレーザ。 ７、混合物がポンプ（２）を介して連続的にレーザの共
   振器室（１）を通過し、ポンプ回路にサーモスタット（
   ５）が設けてある特許請求の範囲第１項から第５項まで
   のいずれかに記載のレーザ。 ８、物質の少なくとも１つが赤外領域において選択吸収
   帯域を有し、この吸収帯域における温度調節のために放
   射光源（１９、２０）が設けてある特許請求の範囲第１
   項から第６項までのいずれかに記載のレーザ。 ９、共振器がクベット（１６）からなり、その閉鎖窓が
   広帯域共振器反射鏡（１７、１８）として構成してある
   特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれかに記載
   のレーザ。