JPS61503065A - 光学フィルタと偏光子の組合せ及びこの組合せを用いたレ−ザ装置 - 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】 光学フィルタと偏光子の組合せ及び この組合せを用いたレーザ装置 ＋□ この発明は偏光した入射光に対して空間的な透過関数を加える光学フィルタと偏 光子の組合せに関する。光がビームの形である時、この組合せを使って、外来光 を排除し、又は半径方向の又は直線的な空間関数（ビームの軸線に対して直交す る）としてビームの強度分布を修正することが出来る。

フィルタは、それらの結晶光軸を互いに直交させて、偏光平面に対して４５’に した複屈折材料の２つのレンズ・エレメントを用いる。半径方向の空間関数に対 しては球面レンズが使われ、直線的な空間関数に対しては円柱面レンズが使われ る。

この組合せは、安定レーザ発振器に於けるモードの選択、安定／不安定発振器に 於りるビームの品質の改善、並びにレーザ発振器からレーザ増幅器へエネルギを 結合する時の充填率の向上に役立つ。

図面の簡単な説明 この発明の新規な独特の特許請求の範囲に記載しであるが、この発明自体並びに その他の目的及び利点は、以下図面について説明する所から、最もよく理解され よう。

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１ｃ図及び第１Ｄ図はコヒーレントな偏光を発生するレ ーザ装置に用いられる光学透過フィルタを示す。

第１Ａ図は直交する様に配置された複屈折材料を用いたレンズ２枚の光学透過フ ィルタであり、レンズは合さる球状面を持ち、一定の軸上の厚さを持っている。

第１Ｂ図は第１Ａ図に示した光学透過フィルタの３エレメント形の変形であり、 くさび形レンズと協働する摺動自在のくさびによって複合レンズを作り、その軸 上の厚さが他方のレンズに対して調節自在である。

第１Ｃ図は第１Ａ図に示すフィルタと同様であるが、合さる円柱状の面を持ち、 レンズが一定の軸上の厚さを持つ様なレンズ２枚の光学透過フィルタである。

第１Ｄ図は第１Ｃ図に示した光学透過フィルタの３エレメント形の変形であり、 くさび形レンズと協働する摺動自在のくさびが複合レンズを作り、その軸上の厚 さが他方のレンズに対して調節自在である。

第２Ａ図は球状である光学透過フィルタと偏光子とを組合せたコヒーレント光学 装置の一部分の斜視図で、この組合せが装置の軸線をＵ準として位置に対する依 存性を持つ減衰関数を発生する。

第２Ｂ図乃至第２Ｅ図は第２Ａ図に示した光学部品の中を進む時のビームの性格 を示す補助的な図で、フィルタは球面を持っている。これらの図はその位置の関 数として、ビームを形成する個々の光線の偏光の回転及び強度を示す。

第３Ａ図及び第３Ｂ図は球面光学透過フィルタと偏光子の組合せを用い、Ｔ　Ｅ 　Ｍ　ｏ　ｏモードにおける共振器の動作を支持すると共に、他のモードを抑圧 する、偏光を利用した安定なＱ切換え形レーザ共振器の側面図並びに斜視図であ り、また第３Ｃ図はモード抑圧の際の光学共振器の部品の作用を示すグラフであ る。

第４Ａ図乃至第４Ｆ図は第３Ａ図及び第３Ｂ図の実施例のＱ切換え順序を示す。

第５図はＴＥＭｏｏモードの動作に有利になる様に設計された、第３Ａ図及び第 ３Ｂ図の実施例のボッケル・セルに対する制御回路を示す回路図である。

第６図はＱ切換え順序の間、ボッケル・セルに印加された電圧の関数として、第 ３Ａ図及び第３Ｂ図の実施例のレーザ空洞に対する透過分布を示すグラフであり 、この過程は光学共振器をＴＥＭｏｏモードで動作する様にｒ種づけ」する。

第７Ａ図及び第７Ｂ図は面ポンプ形レーザ（ｆａｃｅ　ｐｕｍｐｅｄ　１ａｓｅ ｒ　）を用いると共に、共振器の性能を改善する為に、円柱状光学透過フィルタ と偏光子の組合せを取入れた安定／不安定共振器の側面図及び斜視図である。

第８Ａ図は球面光学透過フィルタと偏光子の組合せを用いたレーザ装置を示して おり、光学透過フィルタのレンズは調節自在の軸−りの厚さを持っている。フィ ルタと偏光子の組合せを用いて、増幅器の能動材料の「充填率」を増加すること により、増幅器の抽出効率を高める。

第８Ｂ図は光学透過フィルタの２枚のレンズの間の中心の厚さの差の変化の関数 として、第８Ａ図に示したフィルタと偏光子の組合せの透過分布の変化を示す。

第８Ｃ図は、第８Ａ図のレーザ装置で、フィルタを好ましい調節にした時の入力 ビームの強度、フィルタの透過率及び透過ビームの強度を示す。

第９Ａ図はコヒーレントな偏光源によって発生されたビームの品質を高める為に 球面光学透過フィルタを用いたレーザ装置を示す。

第９Ｂ図はフレネル数７．５（倍率１，５）を持つ不安定なレーザ共振器によっ て発生されたビームの遠視野発散を球面光学透過フィルタによって補正した結果 を示す。

第９Ｃ図はフレネル数８．５を持つ安定なレーザ共振器によって発生されたビー ムの遠視野発散を球面光学透過フィルタによって補正した結果を示す。

第９Ｄ図はビームを横切る位相偏移の効果又は遠視野ビーム発散を示す。

好ましい実施例の説明 第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図及び第１Ｄ図に示す光学透過フィルタは、フィル タの軸線を中心とするコヒーレントな偏光ビームに使う様に設計された２つ又は ３つの光学部品である。夫々のフィルタが二重屈折材料からなる１対の合さるレ ンズを含んでおり、この材料の結晶光軸は互いに直交し、それらの合さる面は球 面（夫々凸−凹）又は円柱而（夫々凸−四）である。

２つの球面レンズを用いる第１Ａ図の光学透過フィルタ　−１０は、フィルタの 場の中での光線の半径方向の座標の関数となる様な差別的な位相応答を、好まし い偏光を持つ光に対して存する。この関数はフィルタの軸線の周りに対称的であ る。特に、光線がフィルタの軸上にある時、好ましい偏光を持つ選ばれた２つの 直交成分の間の差別的な位相遅延の変化はゼロに近い。容易に判る様に、選ばれ た成分は好ましい偏光（Ｐ）に対して４５″の角度を持ち、二重屈折材料の結晶 光軸と整合している。１例では、これらの選ばれた成分の間の差別的な位相遅延 は、フィルタの軸線から計った光線の半径方向の座標が増加すると共に増加する 。差別的な遅延は、フィルタの軸線の周りの角度位置に関係なく、同じ半径方向 の座標では等しい。波透過フィルタを用いて、フィルタの場の周辺では、光線が フィルタを１回通過することにより、偏光ベクトルを９０″回転させることが出 来（ｒ１／２波長板」と同様）、又はフィルタの場の周辺で光線がフィルタを２ 回通過する時に、これと同等の差別的な遅延（ｒｌ／４波長板」と同様）を生ず ることが出来る。

円柱面レンズ（第１Ｃ図参照）を使う波透過フィルタ３０は、好ましい偏光を持 つ光に対する位相応答が、フィルタの場の中での光線の横方向座標（Ｓ座標）の 関数である。

この関数はフィルタの軸線の周りに対称的である。１例では、光線がフィルタの 軸線上にある時、好ましい偏光を持つ選ばれた２つの直交成分の間の差別的な位 相はゼロに近く、フィルタの軸線から計った光線のＳ座標が増加するにっれて、 差別的な位相遅延が増加する。

球面（１０）及び円柱而（３０）の何れのフィルタも、調節自在の形式にするこ とが出来る。調節自在の形式（２０）、（４０）では、一方のレンズは調節自在 の厚さを持っていて、所望の直交成分の間の差別的な移相がゼロ、正又は負にな る様な値に、軸上の差別的な遅延を調節することが出来る。

フィルタ１０．２０．３０及び４０を適当な偏光子と組合せて用い、この位相応 答を、同じ座標依存性を持つ振幅応答に変換することが出来る。こ＼で説明する フィルタは、レーザの光学共振器内の光学部品として、光学共振器と光学増幅器 の間の通路内に用いることが出来、或いは遠視野補正の為に用いることが出来る 。

第１Ａ図に示す光学透過フィルタ１０は２個からなる球状装置であって、レンズ １２．１４はその中心に於ける厚さが等しい。これらの中心が関連する光学装置 の軸線Ｚと整合している。フィルタ１０で左側に配置されたレンズ１２は左側に 第１の而１１　（図面では隠れている）を持ち、これは平坦であり、右側の第２ の而１６が予定の曲率半径（Ｒ）で球状に凹である。レンズ１２の面は光軸（Ｚ ）に対して直交する向きである。

レンズ１２の結晶光軸が軸線Ｐ及びＳに対して４５″の角度である。軸線Ｐ及び Ｓがレーザ媒質の配向により、関連する光学装置内で定められている。面ポンプ 形の四角の厚板形ル−ザ（「ａｃｅ　ｐｕｍｐｅｄ　５ｑｕａｒｅ　５ｌａｂ　 １ａｓｅｒ　）の場合、ブルースターの角度で両端を切１ｔ＋ｉ　Ｌであると、 これら（ｊ厚板の側面とＷ行！よ・１；面内にある。Ｐ座標は第１Ａ図及び第３ Ａ図の向きを使うと、レーザ厚板の１−側及び下側の（側）而の間の垂直甲面内 の向きであり、Ｓ座標はレーザＪＩ７．板の前側及び後側の（側）面の間の水平 弔面内の向きである。これらの座標が以下の説明に使われるＰ及びＳ−光ベク） ・ルを定める。１／ンズ１２の二重屈折材料の結晶光軸が矢印１３で示されてい る。この軸線はｐ−Ｓ座標に対して４５°の向きである。

フィルタ１０の右側に配置された第２のレンズ１４が左側に第１の面１５（図面 では隠れている）を持ち、これは第１のレンズと同じであるが符号か反対の曲率 半径Ｒで、球状に凸である。２つのレンズ１２．１４を合せた時、面１５．１６ がぴったりと合さる様に設計されている。第２のレンズ１４の右側の第２の面１ ７は平坦である。レンズ１４の而（１５，１７）は軸線Ｚに対して直交する向き である。

１／ンズ１４の結晶先軸がＰ及びＳ軸線に対し°ｒ４５’の角度を持つ。この軸 線は、矢印１８で示す様に、レンズ１２の結晶光軸に対して直交する向きである 。

２枚のレンズ１２．１４で構成された光学透過フィルタ１０は、装置を通過する 偏光した光線の選ばれた成分に対し、位置依存性を持つ差別的な移相を有する。

こうして生ずる差別的な移相は、フィルタの軸線からの光線の距離の関数である 。１番目の例として、レンズ１２及び１４の凹２゛及び凸のＬＢ　ｔｊｔｉに同 し曲率半径を（１に定し、２枚のレンズの厚さがそれらの中心で正確に合うと仮 定すると、選ばれた直交成分に対する差別的なＲ／、相は、Ｚ軸と一致するフィ ルタの中心ではゼロである。然し、光線がフィルタの場の周辺部分にあると、光 線が第１のレンズで通過する厚さは第２のレンズよりも一層大きく、この設計で 考えられている最べの差別的な移相を受ける。偏光Ｐを持つ光線が、２つの二重 屈折材料の結晶光軸と手行な選ばれた２つの直交成分に分解され、その後再び組 合されると、その合成によって９０″の偏光の回転が生ずる。こういうことが起 こるのは、選ばれた直交成分の内の一方が他方に対して１８０°の差別的な移相 を受け、それが再びｘ■合された時、９０９の偏光の回転を生じ、Ｓ偏光になる からである。

９０°の位相の回転は、上に述べた例で述べた様に、フィルタの周辺を光線が１ 回通過した時、又は設計が変更されたフィルタを（やはり周辺で）２回目に通過 した時に起こり得る。２呑目の例では、鏡を設けて、光線がフィルタを２回目に 通過する様にすることが出来、フィルタは、ビームが１回通過した時に、場の限 界に於ける差別的な移相が僅か９０″である様な一層浅い設計にすることが出来 る。

１回通過した後、場の周辺から出て来る光線の偏光は円形である。鏡から反射さ れ、再びフィルタに入り、場の周辺でフィルタを２回目に通過すると、ビームの 円偏光がもとのＰ（ｇ光から９０″回転した直線偏光に変換され、Ｓ偏光になる 。

球面光学透過フィルタは、一定の相等しい中心の厚さを持つ２枚のレンズを用い て第１Ａ図に示す形式にしてもよいし、或いは、１つのレンズの中心の厚さを他 のレンズに較べて調節出来る様にする為に３つのエレメントからなる構造を用い た第１Ｂ図の２０に示す形にしてもよい。この：調節を利用して、２枚のレンズ の中心の厚さを正確に等しくしてもよいし、或いは希望する様に等しくなくする ことか出来る。等しくしない′：Ａ節の効果として、フィルタの軸線−にで正味 の差別的な移ｉ１１が生ずると共に、差別的な移相が最小である軌跡をフィルタ の軸線の周りのリングに変位させることが出来る。中心の厚さが等しくなくなる 時、常に差別的な移相はフィルタの場の周辺部分では幾分一層小さくなることが ある。

第１Ｂ図に示す調節自在の球面光学透過フィルタ２０は、１（合の左側レンズ２ １．２２と、＋１１−エレメントの右側レンズ２４とで構成される。複合レンズ は、平坦な前側及び裏側の面を持つ摺動自在のくさび２１と、その平坦な面がフ ィルタの軸線に対して直交する角度に設定されたくさび形レンズ２２どで形成さ れる。２つのエレメント２１，２２を正確に整合して摺動自在に係合する様に組 立てて、その上側及び下側の側面が同一平面内になる様にすると、矢［１１２３ で示す様に、くさび２１の結晶光軸が、矢印２５で示すレンズ・エレメントの結 晶光軸と同じ回転方向を持つ。

更に、くさび２１のテーパー角とレンズ２２のテーパー角を等しくして、組立て て、ＪＦｊ動自在の係合によって正しく整合させた時、睨合レンズ２０の外面が Ｚ軸に対して直交する向きになる様にする。この為、（さびの特定の位置に於け る３つのエレメントからなる複合レンズ（２１，２２゜２４）の位置依存性を持 つ差別的な位相応答は、この特定の厚さを持つこれと相当する２つのエレメント からなるレンズの位相応答と略同じである。

差別的な移相を波長の小さな一部分に調節することが出来る様に、差別的な移相 の微細な調節が出来る様にする為、２つのレンズ部品（２１，２２）のテーパー 角を十分小さくして、普通のマイクロメータねじを用いた調節で、この精度が得 られる様にする。特定の場合、くさびの角度は２１分の円弧である。

第１Ｃ図に示す光学透過フィルタ３０は２個からなる装置であり、２つの円柱面 レンズを用いており、個々のレンズ（３２，３４）は中心に於ける厚さが等しい 。第１Ａ図の実施例と同じく、レンズ・エレメント（３２，３４）の中心がＺ軸 −Ｌで整合している。フィルタ３０の左側にあるレンズ３２は左側にある第１の 面３１が平坦であり、右側にある第２の面３６が予定の曲率半径（Ｒ）で円柱状 に凹である。この曲率はＳ−Ｚ平面内で最大であり、Ｐ−Ｚ平面内では無視し得 る。レンズの面はＺ軸に対して直交する向きである。

第２のレンズ３４がフィルタ内で右側に配置されている。

これは左側の面３５（隠れている）を持ち、これが第１のレンズと同じであるが 反対の符号の曲率半径（Ｒ）で円柱状に凸である。レンズ３２と同じく、曲率は Ｓ−Ｚ平面内で最大であり、ｐ−ｚ・（と面内では無視１．得る。２つのレンズ ３２．３４を合せた時、面はぴったりとはまる様に設計されている。第２のレン ズの右側の第２の面３７は平坦である。レンズ３２．３４の面がＺ軸に対して直 交する向きである。フィルタ３０の個々のレンズ３２．３４の結晶光軸がＰ軸及 びＳ軸に対して４５″の角度をなす。前と同じく、矢印３３で示すレンズ３２の 結晶先軸が矢印３８で示すレンズ３４の結晶光軸と直交している。

２枚のレンズ３２．３４で構成された光学透過フィルタ３０は、偏光した光線に 対し、位置依存性を持つ差別的な移相を有する。この差別的な移相は、Ｓ軸に沿 って計ったフィルタの中心からの光線の距離の関数として変化する。

差別的な移用の大きさは、同じ値のＳ座標にある光線では等しい。レンズ３２． ３４の凹面及び凸面に同じ曲率を想定すると共に、２枚のレンズ中心に於ける厚 さが正確に合っていると仮定すると、装置の軸線−Ｌの偏光した光線の選ばれた 成分に対する差別的な移相はゼロである。然し、偏光した光線がフィルタの場の 外側の限界、即ち円柱面レンズの近い方の縁及び遠い方の縁にある場合、光が第 １のレンズ（３２）内で通過する厚さが第２のレンズ（３０）よりも一層大きく なり、最大の差別的な移相を受ける。

円柱面光学透過フィルタは第１Ｄ図に示す調節自在の形にすることも出来る。こ の場合、３つのエレメント（４１゜４２．４４）からなる構成を用いて、一方の 複合（４１゜４２）レンズの中心の厚さを他方のレンズ（４４）に対して調節す る。

第１Ｄ図に示す調節自在の円柱面光学透過フィルタ４０は複合の左側レンズ（４ １，，４２）が右側の単一エレメントのレンズ４４と協働することによって構成 される。複合レンズは摺動自在のくさび（４１）及びくさび形レンズ４２で形成 され、両者は直交する外面及び平行な結晶光軸を保つ様に組合せることが出来る 。

、これまでの調節自在の形式と同じく、この調節を利用して、２枚のレンズ（４ １，４２と４４）の中心の厚さを正確に等しくし、又は希望する様に等しくなく することが出来る。中心の厚さが等しい例では、偏光した光線の選ばれた成分に 対する差別的な位相が軸上でゼロであり、同じ正又は負のＳ座標では同じ様に変 化する。

レンズ４１．４２と４４の中心の厚さを等しくなく調節した効果として、Ｚ軸上 の旧畦の差別的な移相が生ずると共に、最小の差別的な移相の軌跡が、Ｚ軸から 同じＳ座標の距離だけ隔たる、Ｐ座標軸と平行な２本の直線に変位する。等しく なく調節すると、差別的な移相が、中心の厚さが相等しい時よりも、フィルタの 外側の縁で一層小さくなる。

第２Ａ図乃至第２Ｅ図には、第１Ａ図に示す様な球面を持つ光学透過フィルタ１ ０が偏光子（５１−５２）と組合せて示されている。この組合せがＰ偏光に対し 半径方向の減衰関数を作る。

第２Ａ図に示す場合、この組合せは、フィルタの場の中で、Ｚ軸の近くでＰ偏光 に対する減衰を最小にすると共に、フィルタの場の周縁近くで最大の減衰を生ず る様に調節される。加えられたビームの断面が、フィルタの場を「ドーナツ形」 に埋めるものと同様であると仮定すると、フィルタは「ドーナツ」の孔を選択し 、「ドーナツ」を排除する。

この代りに、この組合せは、フィルタの場の中心部分で減衰を最大にし、フィル タの場の周縁部分で減衰を最小にする様に調節することが出来る。最後に、調節 自在のフィルタ２０を使うこと等により、今述べた１番目及び２番目の調節の中 間の移行的な選択をすることが出来る。この場合、場の中心は所望の程度に減衰 し、ビームの縁はそれ程著しく減衰しない。その効果として、実際のビームのス ポット＝１’法が所望の減衰限界の間で増大する。

第２Ａ図では、交差する垂直線（５３）及び水平線（５４）で左側に示した偏光 していない光が右へ進み、偏光子５１の左側の面に入射すると仮定する。Ｐ偏光 である光だけが偏光子５１を透過し、Ｓ偏光を持つ光は軸外に投出され、捨てら れる。偏光子を通過した後の光の偏光の性格が第２Ｂ図に示されており、この図 は場の拡大断面図を示す。

特に、１本の全長の垂直線で表わした場の中心は垂直偏光になっている。この中 心を取囲んでいて、場を完成する相次ぐ区域が、垂直偏光である半径方向に配置 された４本の全長の垂直線の４列によって表わされている。フィルタの場の中で の光線の半径方向の位置の関数としての光強度のグラフが第２Ｂ図の下側部分に 示されている。この場は、１１１位強度を持つ光線で一様に埋められていたと見 なすことが出来る。

この後、Ｐ偏光の光線５３が引続いて光学透過フィルタ１０に入射し、これは矢 印（１３，１８）で示す様に、Ｐ偏光に対して４５°の向きで互いに直交する結 晶光軸を侍っている。Ｐ偏光の光線の選ばれた直交成分が、Ｚ軸からの次第に増 加する半径方向の距離の関数として、フィルタを通過する時に一層大きな差別的 な移相を受け、対応する相異なる偏光の回転を生ずる。

フィルタ１０を出る光線が第２Ａ図では点５７で示されており、これらの点は波 長間隔で隔たっており、それが偏光子５２に入射するまで続く。

フィルタの場の相異なる区域に於けるフィルタ１０の効果が第２Ｃ図に示されて おり、これは場の拡大断面図である。第２Ｃ図の上側部分は、フィルタの場の中 にある次第に直径が大きくなる区域内にある光線の位置の関数としての偏光の回 転を表わしている。この図の下側部分は、場の中での光線の半径方向の位置の関 数として、強度を示している。

第２Ｃ図の」二側部分は、入力光線の位置がフィルタの場の中心から周辺に進む につれての、フィルタ１０からの出力光線の偏光の進み具合を示している。全長 の垂直線がＰ偏光を表わし、全長の水平線がＳ偏光を表わし、円は円偏光を表わ す。１本の全長の垂直線で表わしたフィルタの中心に於ける光線は、偏光に変化 ｒよくフィルタ１０から出て来’ｒ、ｐ偏光のま＼である。４つの円で表わされ る次の区域から出て来る光線は、４５°の偏光の同転を受けており、この時円偏 光になっている。４一つの全長の水平線で表わされる・との次の外側の区域から 出て来る光線は９０″の偏光の回転を受け、この時水平偏光である。その次の外 側の区域では、出て来る光線は、４つの円で表わす様に円偏光である。図示の最 後の区域では、出て来る光線は、４つの全長の垂ぽ１線で表わす様に、丙びＰ偏 光である。

光線の゛１６径方向の位置の関数とし°Ｃの、フィルタにかけられたビームの強 度のグラフが、第２Ｃ図の下側部分に示され′Ｃいる。ｌ；１Ｉ２Ｃ図のグラフ は、第２Ｂ図に示すグラフと似ており、フィルタ１０が念味のある減衰をしなか ったことを示している。

フィルタ１０を通過した結果として、フィルタの場の中での位置の関数として異 なる偏光を持つ光線が、次に偏光子５２の左側の而に入射する。

垂直偏光を持つ光線の成分が偏光子５２を透過し、垂直線５８で示す様に、引続 いてＺ軸に沿って右に進む。水平（−光をｌｊつ光線の成分が偏光子５２によっ て反射され、水嘔線５９で示す様に、軸線の外に投出される。

フィルタの場の異なる部分に於ける透過光線及び反射光線に対する偏光子５２の 効果が、第２Ｄ図及び第２Ｅ図に示されており、これらの図は場の拡大図である 。

フィルタの場の相次ぐ区域に於ける透過光線に対する偏光Ｆ５２の効果が第２Ｄ 図に示されている。第２Ｄ図の上側部分は場の中にある次々に直径が大きくなる 区域に於ける光線の位置の関数として、透過した垂直偏光の出力光線５８の強度 を表イっす。第２Ｄ図の下側部分は、場の中での光線の平径方向の位置の関数と しての強度を示す。

第２Ｄ図の上側部分は、光線の位置がフィルタの場の中心から周辺に進むにつれ て、出力光線の強度の進行具合を示している。強度が、一杯の強度を表わす「全 長」の線と、普通の強度よりも小さいことを表わす短くした線と、強度ゼロを表 わす点とで表わされている。１本の全長の垂直線によって表わされた場の中心に 於ける光線は、偏光子から強度変化なしに出て来ており、フィルタと偏光子の組 合せがこの光線を移を口又は減衰なしに透過させたことを示す。

短くなった４本の線によって表わされる次の区域から出て来る光線は、円偏光に なっていて、現在は普通よりも小さい強度で出力に透過した光線の垂直成分を表 わす。４つの点で表わした次の外側の区域からの光線は、９０’の偏光の回転を 受け、現在は偏光子によって排除され、ゼロの出力を生ずる。次の外側の区域で は、偏光子から出て来る光線は長さが短くなっており、それらが前は円偏光であ った光線から取出されたものであることを示す。図示の最後の区域では、出て来 る光線が４本の全長の垂直線で表わされており、光線が減衰なしにフィルタと偏 光子の組合せを透過したことを示す。

第２Ｄ図の下側部分は、場の広い中心区域にある光線が選択され、この中心区域 を取囲む２番目の一層狭い区域の光線か排除され、この２番＋１の区域を取囲む 更に狭い３番口の区域の光線が、最明はＰ偏光の光線がフィルタと偏光子の組合 せを通過することによって選択されることを示している。

反射光線に対する（−光子５２の効果が第２Ｅ図に示されている。第２Ｅ図の上 側部分は、場の中にある次第に直径が人きくなる区域に於ける光線の位置の関数 として、反射された水平偏光の出力光線の強度を表わしている。第２Ｅ図の下側 部分は、場の中での光線の半径方向の位置の関数としての強度を表わしている。

第２Ｅ図の上側部分は、光線の位置がフィルタの場の中心から周辺に進むにつれ て、軸外に配置された光線５９の強度の進行具合を示す。強度は第２Ｄ図と同じ 様に示されている。１個の点で表わしたフィルタの場の中心にある光線は、偏光 の回転をせず、軸外に反射されない。短くなった４本の線で表わされる次の区域 の反射光線は、円偏光であって、普通よりも小さい強度で軸外に反射された光線 の垂直成分を表わす。４本の全長の水平線で表わされた次の外側の区域にある反 射光線は、９０″の偏光の回転を受け、この時は軸外出力中に減衰せずに現れる 。次の外側の区域では、反射光線５９は長さが短くなっており、それらが前は円 偏光であった光線から導き出されたものであることを示している。図示の最後の 区域では、反射光線が点で表わされており、光線がフィルタを透過したが、軸外 に反射されなかったことを示している。

第２Ｅ図の下側部分は、場の広い中心区域の光線が排除されることを示している 。中心の区域を取巻く一層狭い２番目の区域の光線が選択され、２番目の区域を 取巻く更に狭い３番口の区域の光線が、最初はＰ偏光の光線がフィルタと偏光子 の組合せを通過することによって排除されることを示している。

開口６７が重要なエレメントである第３Ａ図及び第３Ｂ図に示した実施例に取入 れる為、開口６７の断面が第２Ｄ図の実施例に加えられており、この開口６７が 偏光子の透過出力内に配置された場合、この場の広い中心区域を通過させると共 に、中心区域を取囲む２番目の区域（排除区域）の大体最低点と整合する様に設 定すべきである。この為、フィルタ、偏光子及び開口の組合せが、１本の帯の光 線を減衰させずに通過させ、物理的な開口６７にわたって、最小値から最大値ま でゆっくりと変化させ、その後最小値に戻る様にする。

球面光学透過フィルタと偏光子の組合せは、安定なＱ切換え形レーザ発振器の空 洞内に動作を改善する為に用いることが出来る。レーザ発振器及びその動作を第 ３Ａ図乃至第３Ｃ図について説明する。第４Ａ図乃至第４Ｆ図、第５図及び第６ 図は主にＱ切換え動作に関係する。フィルタと偏光子の組合せが、単一のＴＥＭ ｏｏモードでのレーザの動作を容易にすると共に、ＴＥＭ　及びＴ　Ｅ　Ｍ　ｔ 　ｏモードでの動作を抑圧する様に設計されている。単一モード動作の結果、出 力ビームの一様性が改善され、遠視野領域に於ける発散が改善される。

この組合せが、レーザ利得媒質の熱光学歪みの結果として、又は共振器の開口の 増大により、多重モードを発生するレーザの傾向を打消す。光学的な歪みは、単 一モードのビームを分断して、高次モードを発生する傾向がある。空洞内のビー ム開口を減少することを利用して、レーザのビーム・モードを制御することが出 来るが、その結果、強度の低い出力になり、利得媒質に貯蔵されているエネルギ の利用効率が悪い。これは、開口を通過しないエネルギが失われるからである。

単一モード棒形レーザに対する典型的なビーム開口は、所望のモードの選択性を 得る為にフレネル数Ｎ、を１より小さく保つ様に設計されている。Ｎｆ−ａ２／ λしてあり、ａはレーザ・ビームの半径、λはレーザ・ビームの波長、Ｌは光学 共振器の長さである。ＴＥＭｏｏモードの動作に必要な小さなビーム開口は、屈 折損失のみに関係する。面ポンプ形レーザに於けるフレネル数のモードの振幅及 び位ＩＱの関係が、アプライド・オブティクス誌、第１６巻５第１゜０６７頁以 降（１９７７年）所載のＭ、Ｋ。チャン他の論文「（１ｔ−モード面ポンプ形レ ーザの共振モード解析」に記載されている。Ｔ’ＥＭｏｏモードのビームの強度 分布はビームの中心に集中しており（ガウス形の強度分布）、これに対して高次 モードでは、大部分の強度分布はビームの中心から離れている。レーザの多数の 用途では、ＴＥＭｏｏモードで動作し、１ノーザのエネルギをビームの中心に集 中させることがレーザの効率的な動作にとって不可欠であるが、ビーム開口を制 限してモードを制御することにより、ビーム・エネルギ出力も制限される。この 実施例は、出力ビームのエネルギを増加すると共に品質を高める。

単一モードの動作用に設計されたレーザ装置が、四角な断面を持つ利得媒質の厚 板６０と、この厚板の上側及び下側の側面に隣接して配置された光ポンプ手段６ １と、光学空洞の一端を定める部分的に透明な第１の平坦な鏡６２及び光学空洞 の他端を定める第２の凹の球面鏡６３を含む光学空洞と、（＝Ｊれも空洞内に設 けられた波透過フィルタ１０と、ボッケル・セル６４と、偏光子５２と開口６７ とで構成される。厚板の内部で発生されて厚板を通過する光線が、ｊ￥板の２つ の端面を通過し、光学共振器空洞６２．６３に結合される。厚板はＮｄ：ＹＡＧ 又はＮｄ　：硝子又はレーザ動作が出来る様に設計された任意の適当なレーザ材 料であってよい。ボッケル・セル６４及び偏光子５２が、光学共振器をＱ切換え モードで動作させる時に協働し、偏光子５２は発振を防止する為に空洞からエネ ルギを方向転換する手段になる。部分的に透過する鏡６２は、空洞からの光出力 をそこで取出す点になる。

第３Ａ図及び第３Ｂ図のレーザ装置の光学エレメントが、Ｐ及びＳ軸に対して所 定の向きで、Ｚ軸に沿って配置される。前に述べた様に、第３Ａ図及び第３Ｂ図 のＰ及びＳ軸は、Ｚ軸の周り厚板６０の回転の向きによって定められる。

特に、厚板の端面６５，６６は、に側及び下側の面に対し、ブルースターの角度 で切断されている。ブルースターの角度は、厚板の上側及び下側の面に対して垂 直な偏光を持つ光線（Ｐ偏光）が厚板に入射した時に反射がゼロになる角度を定 める。同時に、ブルースターの角度で切断することにより、次第に分散する水平 偏光の効果がある。これは、ある光線の水平（Ｓ）偏光成分が、厚板を通過する 度に、反射によって実質的な百分率（典型的には２０％）を失うからである。

第３Ａ図、第３Ｂ図及び第３Ｃ図に示すレーザ装置がコヒーレントな電磁放射の 持続時間の短い強度の強い偏光ビームを発生する。出力ビームに対するエネルギ が閃光電球６１によって利得媒質６０に供給される。これがポンプとして作用し 、利得媒質内に高エネルギの電子状態のポピユレーションの増加（又は反転）を 生ずる。閃光電球の毎回の閃光にともなって利得媒質に貯蔵されたエネルギが、 ボッケル・セル６４の制御のもとに光学共振器から抽出され、「Ｑ切換え形」の 短いパルスの高強度の動作を行なわせる。

Ｑ切換え動作では、レーザ空洞の中に取付けられたボッケル・セルが電気的に制 御される光学シャッタとなり、共振器空洞を利得を禁止する状態（低Ｑ）及び利 得を許す状態（高Ｑ）の間で動作させる。ボッケル・セルは、その結晶成分に制 御電圧が印加された時、適当な偏光を持つ入射光に対して位相の回転を生ずるこ とにより、この変更を行なう。ブルースターの角度で切断された端面を使う結果 として、厚板６０はＰ偏光のビームを形成する傾向を持つ。

付勢されたボッケル・セルは、装置内で正味の９０″の偏光の回転を生ずるが、 偏光子５２と組合されると、始めのＰ偏光の放射を共振空洞から追出す。これに より、レーザ動作に必要な値よりも、空洞共振器の帰還が減少する。ボッケル・ セルに印加した制御電圧を取去ると、位相の回転が消滅し、Ｐ偏光を持つ光線に 対する共振器空洞の帰還が回復して、レーザ動作が行なわれる様にする。

ボッケル・セルを付勢した動作により、次の様にして、空洞内での共振が防止さ れる。ボッケル・セルが付勢状態にある時、ボッケル・セルを２回通過する偏光 した光線の成分に対し、正味９０″の偏光の回転を生ずる。この２回の通過は、 厚板６０から偏光子５２を介して端の鏡６３まで左向きの通路と共に、鏡６３か ら偏光子５２を介して厚板６０へ向かう右向きの戻り通路で起こる。厚板６０か ら偏光子５２に入射する略全部の光がＰ偏光であり、従ってボッケル・セルに透 過する。ボッケル・セルが付勢状態にある時、９０″の偏光の回転を生ずる２回 の通過により、光がＰ偏光からＳ−光に変換され、この状態では、６８に示す様 に、偏光子５２によって共振器から排除される。この光が追出されることにより 、共振器空洞の光学的なｒＱＪが共振状態を維ｔ−ｊｊするのに必要なレベルよ り低くなる。

Ｑ切換え形の短いパルスの動作が次の順序で行なわれる。

ポンプ用の「閃光」が発生する前、ボッケル・セルに制御”ｉｌｉ圧を印加して 、共振状態を防１１すると共に、ポビュレーンジン反転動作を５１ず。ピーク（ 即ち、最大のポビュレーン３ンの反転）に達したｌ、ｌＩ、ボッケル・セルに印 加される電圧を耳マ去って、所望の持続時間の短い高強度の出力パルスを発生す るのに必要なｔ、１に、貯蔵エネルギが急速に欠乏する様にする。出力パルスが 発生した直後、ボッケル・セルに再び電圧を印加して、２番目のパルスを発生ず るのに適切なエネルギが貯蔵されるまで、共振状態を防ｔする。

Ｑ切換え動作に対する上に述べた・一連の事象が第４Ａ図乃至第４Ｆ図に示され ており、第５図の制御回路を利用する。１１１得媒質が閃光電球によって反復的 にポンプされ、第４Ｂ図に示す様にレーザ媒質内に時間依存性を持つ光学的な利 得を持つ。各々の順序の周期はｔｏから始まる。９０°の偏光の回転を行なわせ るのに必要な電圧が、ｔｏより前にＱスイッチに印加され、後で説明する様に、 閃光電球ポンプ１０１間にわたって持続される。ポンプ用の閃光の結果として、 ｌ／−ザ利得媒質内の光学的な利得が生じ、これは第４Ｂ図に示す様な時間依存 性をＦ、１７つ特性を白゛する。Ｑｌ；７］　ｔａえ動作の次の工程として、ボ ッケル・セルに対する制御回路にｒ・定の時刻（ｔ＋　、ｔｒ　）にトリガ・パ ルスが印加されて、ボッケル・セルの電圧を初期値からゼロまで所定の速度で減 衰させる。これが利得媒質に於ける電子反転の制御された欠乏状態を誘起し、利 得媒質に於ける増幅作用の制御 その効果として、ビームの品質が改浮された出力レーザ・パルスが発生される。

第５図に示す制御回路を使って、第４Ａ図乃至第４Ｆ図の順序でボッケル・セル を作動する。第５図の制御回路では、電子制御のスイッチＳ１．Ｓ２が２つのス イッチング回路を介してボッケル・セル（６４）に接続される。これらのスイッ チング回路は（１１Ｉれもコンデンサと２つの抵抗を持っている。各々のコンデ ンサ（０．００３マイクロフアラツド）が２０メグオームの抵抗と直列に接続さ れ、この紹合せが各々のスイッチと・■列に接続される。第１のコンデンサと抵 抗の対の相互接続点がボッケル・セルの高電圧端子に中くらいの大きさの抵抗７ ８（５６Ｉ（）を介して接続される。第２のコンデンサと抵抗の．対の相互接続 点が、ボッケル・セルの高電圧端子に小さな寸法の抵抗８０（５０オーム）を介 して接続される。各々のスイッチＳ１．Ｓ２の一方の端子及びボッケル・セルが 大地に接続されている。２同のビームの通過で９０°の偏光の回転を発生する（ 即ち、１／４波長の差別的な移用）を生ずる様に調節された値を持つ電圧源（図 に示（７てない）が、この制御回路に接続されて、ボッケル・セルを作動する。

図示の回路では、源の制御端子が３つの（参照数字をつけてない）隔離抵抗を介 して、スイッチＳ１、スイッチＳ２及びボッケル・セル６４の非接地端子に夫々 接続される。この例では、ＫＤ”　Ｐボッケル・セルに必要な電圧は３．２キロ ボルトである。源の負の端子を大地に接続１，で、付勢回路が完成する。

動作順序では、時刻ｔ。（この時閃光ランプをターンオンする）の直前に、電子 制御のスイッチＳ】、Ｓ２を開路にｌ７て、制御回路に高い電子を印加する。こ の為、時刻ｔ０の１１″ｆ前から時刻ｔｏ乃至ｔ１まで、ボッケル・セルには一 定の１／′４波長電圧が印加され、それが光学空洞の共振動作を阻１卜する。こ の阻止は、第６図の透過分布８２で示す様に、光学装置の軸線からの半径方向の 距離の関数であり、特に、括準モードＴ　Ｅ　Ｍ　ｏ　ｏの共振並びに全般的な 共振を防止する。第６図では、半径方向の距離がレーザビームの寸法に対して正 規化されている。時刻ｔ１に、第４Ｃ図に示す様に、電圧スパイクが発生し、電 子制御のスイッチＳ１を閉じ、ボッケル・セルの放電を第１の遅い減衰速度で開 始する。ボッケル・セルは約３０ピコフアラツドを持つ一杯に充電されたコンデ ンサと見なすことが出来るから、ボッケル・セルの電圧が、５６キロオームの抵 抗７８とボッケル・セルの容量によって定まる時定数で減衰する。

この放電通路のＲＣ時定数は数（例えば１−３）マイクロ秒程度であり、ｔｌ及 びｔこの間の期間の間、第４Ｄ図に示す様な減衰速度を生ずる。ｔ，−１，期間 の間、ボッケル・セルに印加される電圧が徐々に低下して、第６図の８６に示す 様な２番目の透過分（１１に対応して、空洞内の単一モードの動作に必要な閾値 よりｆ・■かに高い電圧になる。新しい分布（８６）は前の分布（８２）から変 化しており、ゆっくりと成長する１）１−モードの種子ビームを発生することが 出来る様にする。第４Ｃ図に示す様に、時刻ｔ？に、電子制御のスイッチＳ２が 別の制御パルスに応答して閉じる。これによって、ボッケル・セル６４の電圧に 対し、５０オームの抵抗８０を通る第２の放電通路が閉じる。この放電通路のＲ Ｃ時定数は数（例えば２．０−４、０）ナノ秒程度、即ち、抵抗７８を通る放電 通路の時定数の約１／１、０００である。時刻ｔこの後、第４Ｄ図に示す様にボ ッケル・セルの電圧が急速に減衰する。ボッケル・セルの電圧が下がることによ り、共振器空洞内での内部帰還が成長することが出来、図示の３つの中間段階を 経由して第６図の８４に示す「最終的な」透過分布に達する。この状態で最大限 の放出の誘導が起こり、利得媒質内のポピユレーションの反転が急速に散逸する につれて、第４Ｆ図に示すレーザ出力パルスが発生される。

誘導の結果として、第４Ｂ図の破線で示す自然の減衰が、４桁速められ、実際の 減衰は垂直の実線によって表わす方が一層正確になる。第４Ｂ図及び第４Ｆ図で はｔこの後の勾配を示【７であるが、マイクロ秒及びナノ秒の期間では、正確に 例示するには、時間の尺度を混ぜ合せることが必要になる。ｔ２から約３０ナノ 秒後に、１０乃至３０ナノ秒の持続時間の短い出力パルス（第４Ｆ図に示す）が 発生すると同時に、実際にポピユレーションが欠乏する（第４Ｂ図に示す）。

第３Ａ図及び第３Ｂの実施例に対する第６図に示した最終的な透過分布３４は、 第２Ｄ図に示したフィルタと偏光子の組合せによって発生される透過分布と対応 する。これらの２〜つのエレン〉トか共振器空洞内に（ｊ　（Ｅする１侍、それ らが全体的ｔよレーザ装置に対し乙’ｒＥＭ、、ｏモードの動作に角’　Ｔｌ＋ に働き、Ｈつ純度の、：：Ｊい出カビ−〕、６９を発生するのに（４ｉｌｌに動 く様な透過分４＋を加える。

第３Ａ図及び第３Ｂ図の実施例てＴＥＭｏｏモー　ドを選択した理由を簡ｒ］１ に説明すれば、この透過分布が１゛ＥＮｉｏｏモードのガウス形強度分布に近似 するからである。この為、Ｔ　Ｅ〜１ｏｏモードの動作が容易になり、一層高次 のモードの動作は、それを容易にする為には空間的に両立しない強度分（Ｈｉを 必°Ｂ（とする為に、抑圧される。特に、Ｔ　Ｅ　Ｍ　ｏｏモードのビーム強度 はビームの中心近くに集中するが、高次のモードのビーム強度は、ビームの中心 から離れた距離にわたって分布している。この発明のフィルタと偏光子の組合せ は、次に高次の２つのモードに対し、無損失に近い光透過特性を持たせる。この 結果、Ｔ　Ｅ　Ｍ　ｏｏモードの動作を最大にする様に、光学空洞を条件づける 。

Ｔ　Ｅ　Ｍ　ｏ　ｏモードを選択する時のし・−ザ装置の動作は、更に第３Ｃ図 について説明することが出来る。この図は、３つの関連するモードにエネルギが 普通に分布している場合の、フィルタと偏光子の組合せの半径方向の透過分布を 示している。更にこの図は、空間フィルタと見なすことの出来る開口６７の効果 及びレーザ・ビームの強度分布を示している。開口５７による空間フィルタ作用 の後の、共振器空洞内のレーザ・ビームの分布は、鏡６２を通過した後の出力ビ ームの分布に近く、この為両者はまったく同様と見ｔＡことが出来る。

第３Ｃ図の１．側のグラフは、入射光線の３４′径す向のイ）′７置の関数とし ての、フィルタ１０の差別的な移相を示す。移相は光線の座標の２次関数である 。ノ１ルタと偏光子のわ１合せの透過分布が、第３Ｃ図の２番［１のグラフであ る。この分イＩＩは、透過が大きい広い中心区域、透過が少ない一層狭い（その 周りの）第２の区域、及びそれを取囲む更に狭い、透過の大きい第３の区域を含 んでいる。ガウス形ＴＥＭＤＯモードは、透過分布よりも幾分狭い強度分布を持 っており、略減衰なしに出力に通過する。これが第３Ｃ図の１番下のグラフに示 されており、これがレーザの出力ビームの強度分布である。

２つの高次モードの排除も、こういう強度分布を示す第３Ｃ図を用いて説明する ことが出来る。次の高次モード、即ちＴＥＭｏ、モードは、ビームの中心で低で あってフィルタと偏光子の組合せの透過分布の極小値の近くに２つの極大値を持 つ強度分布を存する。こういう区域は幅が同じでないのが普通であり、その為排 除は完全でないことがある。

然し、空間フィルタとして作用する開口が、フィルタと偏光子の組合せの第２の 区域に於ける透過が最小の点に大体設けられると、普通は別のＴＥＭｏ１モード の通過の抑圧作用が行なわれる。この為、ＴＥＭｏ１モードの潜在的な寄与は非 常に小さく、適当な設計では、実際の寄与は無視し得る。

２番ｊ」の高次モード、即ちＴＥＭ１ｏモードも潜在的に存在しているが、設計 で抑圧される。このモードの強度分布では、エネルギが同等の強度をｔ！ｊつ３ つのピークに分布している。ＴＥＭ、ｏモードの中心の強度ピークは、フィルタ と偏光子の透過分布の中心にあり、これも透過ピークでもある。四に、Ｔ　Ｅ　 Ｍ　Ｉ　Ｏモードの外側の２つのピークは、フィルタと偏光子の組合せの外側の ２つの透過ピークと空間的に重なり合う。この為、ＴＥＭ、ｏモードは存在する と予想し得る。空間フィルタ６７が外側の２つのピークを排除し、こうして、普 通はこのモードを抑圧するのに十分な程度に、ＴＥＮ１１ｏモードのエネルギの かなりの部分を取除く。

実際には、共振器空洞に於けるモードの選択機構は相互作用をし、純粋に近いＴ ＥＭｏｏモードの動作を達成するのに不所望のモードの排除は完全である必要は ない。

第３Ａ図乃至第３Ｃ図の実施例のフィルタと偏光子の組合せは、レーザ動作で幾 つかの重要な利点をもたらす。これらの＋１Ｉ点は主に不所望の高次モードが抑 圧されること、並びに所望のＴＥＭｏｏモードが選択されることによるものであ る。＋１−モード動作の１つの結果として、空洞の内部及び外部の両方で品質が 一層高いビームが発生される。特に、ビームを横切る位相及び振幅（強度）が一 層正確であり、遠視野発散が減少する。２番目の効果は、ｌｉ−モード動作の間 接的な結果であるが、開口を用い、その縁をＴＥＭｏｏモードの最小点に置くと 、開口が「軟らがい開口」になる。つまり、ビームの強度が開口の縁で小さく、 他の場合にはその境界でビームの品質を悪くする様なフレネルの縞が存在しない 。

実際の設計では、約４のフレネル数を持つ球状に設計のフィルタを用いて、両方 の次元で安定なモードで空洞を動作させる。断面が８Ｘ１６Ｅりの厚板内で、ビ ームの直径は約４ミリである。パルス１個当りのエネルギは約１５０ミリジユー ルである。

円柱面光学透過フィルタと偏光子の組合せを安定／不安定Ｑ切換え形レーザ発振 器の空洞に用いて、動作を改迫することが出来る。レーザ発振器及びその動作を 第７Ａ図及び第７Ｂについて説明する。

安定／不安定Ｑ切換え形レーザ発振器それ自体は、１９８５年５月１７日に出願 された先願の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ　８５１００９０４の対象である。

第７Ａ図及び第７Ｂのレーザ発振器は、矩形断面を持つ利得媒質の厚板８１と、 この厚板の大きい方の側面に隣接して配置された光学ポンプ手段８２と、光学空 洞の一端を構成する第１の凸の円柱鏡８３及び光学空洞の他端を定める第２の凹 の球面鏡８４を含む光学空洞と、何れもこの空洞内に配置されたボッケル・セル ８５、偏光子８６、矩形開口８７、偏光子８９及び調節自在の円柱形フィルタ９ ゜とで構成されている。

光学発振器の光学的な索ｒが、第７図Ａ及び第７Ｂ図の両方に示す様に、装置の 光軸（Ｚ軸）に沿って配置されている。左から右の順序で、凹の球面鏡８４が最 初であり、ボッケル・セル８５か２番［１てあり、その後に偏光子８６、厚板８ １、開口８７、偏光子８９、調節自在の円柱状光学透過フィルタ９０及び凸の円 柱鏡８３が順次続く。

レーザ発振器の光出力が、９８に示す様に、偏光子８６の左側の而からの反射に よって取出される。使われない出力９７も、偏光子８９の右側の面からの反射と して表わされる。使われない出力９７は、偏光子とフィルタのＸ■合せＣＢ　９ ．９０）の動作の結果として、光学共振器の主通路から不所望のエネルギを捨て るのに役立つ。これが、共振器の不安定軸線に沿って有効な「軟らかい開口」と なる。

偏光子とフィルタの組合せが、良い品質の出力ビームを発生しながら、大きな開 口（例えば不安定軸線に沿って計ってフレネル数が４０）で、矩形厚板レーザを 用いて、高いエネルギでレーザ発振器を動作し易くする。

空洞の長さくＬ）凸の円柱鏡８３の半径（Ｒ１）及び凹の円柱鏡８４の半径（Ｒ ２）が光学共振器を定め、この中で安定な動作がビームの垂直次元で達成される 。ビームは発振器の開口を越えてＰ次元の垂直方向に拡大することが出来ない。

水手次元で不安定動作が達成され、ビームは装置の開口を越え゛Ｃ８次元で拡大 することが許される。

］ニに引用した出願に記載されている様に、その端面をブルースゲ−の５１度で 切断した厚板８１は偏光選択作用を持ち、これによって厚板が、端の鏡８３．８ ４によって限定された光学共振器を往復するＰ偏光を持つ光線（９５）に光学的 に結合される。、１−に引用した構成では、ボッケル・セル８５が空洞内で可変 光学エネルギ分割器として作用し、出力に転換される光を、調節することにより 、レーザ動作を容易にしたり或いは防止したりすることが出来る。普通、ボッケ ル・セルは中間の設定状態で動作させ、この時、空洞内に保持される光量と空洞 から出力に方向転換されることを調節して、出力を最適にする。第７Ａ図及び第 ７Ｂ図の実施例では、厚板の右側で、偏光子とフィルタの組合せ８９．９０（こ れは引用した構成では存在しない）が協働して、前に述べた軟らかいフィルタ作 用を行なう。

第７Ａ図及び第７Ｂ図のレーザ発振器は、光が共振器の中の続く通路を辿ること によって発振し、矩形レーザ厚板８１の右側の面から出たＰ偏光を持つ光線９５ がＺ軸に沿って、偏光子８９を介してフィルタ９０へと右へ進む。厚板８１から 偏光子８９を介してフィルタ９０へ続く垂直線（９５）は、Ｐ偏光の光がフィル タ９０に通過することを示す。フィルタ９０を通過した時、ビームの個々の光線 の偏光成分が、各々の光線のＳ座標に従って、）ＩＩ異なる偏光回転を生ずる様 な個別の相異なる移用を受ける。円柱形フィルタの偏光特性は、球状フィルタに よって発生されるビームの断面にわたる偏光の回転を示した第２Ｃ図の」二側部 分に示すものと比肩し得る。円柱状装置９０の偏光特性は、第２Ｃ図に示した垂 直分がなくて、水平分がそのま＼残るものということが出来る。更に具体的に云 えば、これはビームの中心を通る第２Ｃ図の水平部分ということが出来る。

フィルタ９０によって修正された光線は、この為、第７Ａ閃では、交互の円と垂 直線によって９６に近似的に示されており、第７Ｂ図では、ある程度の偏光が混 ざっていることを示す円によって表わされている。フィルタを通った光線が引続 いて右に進み、凸の円住鏡８３に入射する。鏡８３は１００％の反射被覆を持っ ており、これによって光線が左に反射される。装置の軸線に対する円柱鏡８３の 向きは、Ｐ　−Ｚ　′Ｆ−面に於ける鏡のトレースが直線になり、Ｓ−Ｚ・１へ 而に於ける鏡のトレースが半径Ｒ１を持つ円になる様になっている。

ｍ８３から左へ反射された光線は、前に述べた混ざった偏光９６を［！ｊっでお り、フィルタ９０の左の面に再び入る。

光線がフィルタの左の面から出て行き、偏光子８９の右の而に入射するまで、左 へ進む。Ｐ偏光を持つ光線成分・（９５）は、実質的に反射なしに、偏光子８９ を通って厚板８１の右の端まで進む。９７に示す様に、フィルタ９０の左の而を 出たＳ偏光を持つ光線成分（９７）は、偏光子８９の右の面へ進み、軸外に反射 され、図示の様に捨てられる。

次に厚板８１の左側について説明を続けると、厚板８１の左側の面を出たＰ偏光 を持つ光線成分は偏光子８６を通ってボッケル・セル８５に進み、実質的に反射 なしに偏光子を通過する。ボッケル・セルが４５″の偏光を行ナウ様な適当に付 勢された状態にあると仮定すると、右からボッケル・セル８５に入ったＰ偏光を 持つ光線成分が４５″の偏光の回転を受け、第７Ａ図及び第７Ｂ図の９９に示す 様に円偏光を生ずる。凹の球面ｍ８４から反射され、ボッケル・セル８５を２回 目に通過した時、前は円形のＰ偏光であった光線成分９５が更に４５″回転して 、Ｓ偏光（９８）に変換される。偏光子８６の左の面に入射する時、Ｓ偏光の成 分９８が軸外に差向けられ、これがレーザ発振器の主出力通路を形成する。

こ＼の例に示したボッケル・セルの設定状態は、光学共振器内の帰還をゼロに減 少するものであり、発振を消滅させる為に使われる。実際には、ボッケル・セル に対する電圧は中間の選択であって、空洞から取出される光と空洞の中に残るこ とを許す光との間で分割が行なわれる。

安定／不安定共振器の動作について説明すると、上に述べた通路を辿るビームが 、球面ｖ１８４の曲率と、実効的にＰ次元で平坦である鏡８３とにより、周期的 にＰ次元に再び集束される。この為、共振器の光学的な設計は、レーザ材料の中 で妥当なビームの寸法が得られる様に選ばれる。

ビームの垂直寸法は典型的にはレーザ厚板の断面の大体半分、例えば４ミリであ り、フレネル数は約４である。設計の他の次元は、次の通りである。厚板は長さ １３９．３７ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さｇｍｍ、Ｒ１は６ｍ、Ｌ（空洞の長さ）は １ｍである。

不安定軸、即ちＳ次元に沿って、モードは正式には限定されず、空洞の中を辿る 時、個々の光線は装置の横方向開口から「立去るＪ　（ｗａｌｋ　ｏｆｒ）。実 例では、円柱鏡の曲率十径（Ｒ２）は４ｍであり、安定係数“Ｇ″が１．２５で ある。史に大きなフレネル￥Ｉ（例えば４０）が許されるが、フィルタと偏光子 の組合せかび在しない場合、開「ｊの横方向の縁に於りるフレネル屈ｉｆ　効果 により、ビームの品質が崩れる。Ｓ次元に於けるビームの強度分布にテーバがあ ることにより、ビームの品質が「１立って改瀉され、或いは逆に、同じビームの 品質で、一層１ｚ、ｉｌいエネルギ動作又は一層大きな開口か得られる。

第７Ａ図及び第７Ｂ図の実廁例の右側に示したフィルタと偏光子の組合＋！、９ ０．８９は、「軟らかい」横方向開口を作り、縁回折効果を少なくする。典型的 には、開口の側縁に対し、フィルタ９０の設計は、第２Ｄ図の下側部分に示した 強度のグラフに対応して、偏光子８９を透過した波に対し、開口の縁でゼロを生 ずる様に調節される。第２Ｅ図の下側のグラフに示す様に、空洞から反射波が追 出される。

第７Ａ図及び第７Ｂ図の形式に於けるフィルタと偏光子の組合せの［す点は、主 に「軟らかい」横方向の開口の結果である。この時、開口のＳ座標に沿って、第 ２Ｂ図乃至第２Ｅ図の一連の曲線に全体的に従う様な段階的な減衰が生ずる。主 な効果は、開口の横方向の縁に於けるビームの振幅を減少することにより、フレ ネル縁屈折効果を避けることである。こういう縁に於ける強度は、この減少がな いと、６１容し難い程高い値に止どまる。不安定軸に沿ってモードが限定されて いないと云う認識のもとに、横方向の振幅の調節により、厚板の幅寸法を更に大 きくすることにより、厚板から幾分か更に効率よく貯蔵エネルギを抽出すること が出来る。

実際の用例では、フィルタ９０は第１Ｃ図に示す調節出来へい形であっても、或 いは第１Ｄ図に示す調節可能な形式であってもよい。原理的には、フィルタの２ つの部品の中心の厚さは’：’Ｉ’；　Ｌ　＜ずべきであり、調節自在の構成に より、これをニーしくすることが最も容易に出来る。

フィルタと偏光子の１′ＩＬ合ぜは、第８Ａ図に示す様に、シー１発光器器の出 力を増幅する為に使われるｌノーザ増幅器のｉｌｌ互作用容積を史に＋う）に利 用するのに有利に用いることが出来る。単一横方向モード（Ｔ　Ｅ　Ｍｏ　ｏ　 ）で動作する１／・−ザ発振器からのガウス形強度分布１１４は、レーザ増幅器 １０８の人力開口１０７に印加する前に、フィルタと偏光子の組合せ１０３，１ ０４，１０５を作用させることにより、一層「頂部平坦」に近いビーム強度分布 １１５に変換することが出来る。「頂部平坦」なビーム強度分布１１５は、増幅 器から貯蔵エネルギを一層効率よく抽出する為に好ましい。

第８Ａ図に示す装置は前に述べた様に作用する。垂直マーク及び水平マーク１０ ９，１１０で示したレーザ発振器１０１の出力はＰ偏光及びＳ偏光の両方のある 成分を含んでいると仮定することが出来るが、Ｐ偏光が主な偏光である。発振器 の出力は、他の点では、第８Ｃ図の１１４に更に正確に示す様に、理想的なガウ ス形振幅分布を持つと仮定することが出来る。レーザ発振器の出力が右へ進み、 次に偏光子１０３に入射する。この偏光子がＰ偏光の光をフィルタ１０４に透過 させると共に、Ｓ偏光の光を透過通路から追出す。偏光Ｔ−１０，３は、レーザ 発振器の出力がＰ偏光に制限されていれば、この装置の動作に不可欠ではない。

フィルタ１０４は、第１Ｂ図に示す様に、調節自在の球面形の２枚のレンズを持 つフィルタであることが好ましい。

このフィルタの最初のレンズが複合レンズであって、２番目のレンズの中心の厚 さに対し、１番目のレンズの中心の厚さを調節する為の摺動自在のくさびを含ん でいる。フィルタ１０４の２枚のレンズの結晶光軸が互いに直交すると」１ミに 、Ｐ座標に対して４５″の角度を持つ。レンズの曲率は、ビームがフィルタを１ 回通過する時に、所望の偏光の回転が得られる様に選ばれる。レンズの曲率半径 は、ビームの設２１１：の断面によって決定される。特に、１回通過形の設計で は、０．９０ｃｍのスポット直径には、約３３ｃｍの曲率半径が必要である（２ 回通過形では、曲率半径は約２倍になる）。

フィルタを通った光が次に偏光子１０５に入射する。この偏光子は偏光子１０３ と平行な向きを持ち、Ｐ偏光を持つ光線成分を透過させると共に、Ｓ偏光を持つ 成分を反射する。フィルタ１０４によって生ずる（−光の回転の為、Ｓ偏光の成 分が現れると、偏光子１０５によって、透過通路からの反射によって追出される 。透過した残りが、レーザ増幅器１０８の開口１０４に供給される。フィルタの レンズを球状の設計にしたのは、レーザ飼料の相互作用断面が四角であり、人口 開口１１４が円形であると仮定している為である。球状の設計により、ビームの Ｐ座標及びＳ座標の両方に沿って充填率が改善される。

フィルタと偏光子の組合せの透過分布が、１番目のレンズの中心の厚さの５種類 の調節に対し、第８Ｂ図に示されている。第８Ｂ図の独立変数はビームの半径で あり、従属変数は相対的な光学透過率である。レーザ増幅器の入口開口１０７は 、増幅器の能動レーザ材料の所望の相互作用断面内に丁度入る様に調節すべきで ある。入口開口１０７は、フレネルの縞を最小限に抑える為に、透過特性の最小 値の所に設定される。レンズが等しい中心の厚さを持つ時、透過分布１１１に従 う。この分布は、ビーム半径の約０．　２までは１に近い状態である。その後、 ビーム半径の０．４の所で約８５％に下がり、次にビーム半径の約０．８の所で ０に下がり、こ＼に開口を置くべきである。

然し、中心の厚さの差が増加すると、分布の中心に於ける透過が下がり、ビーム 幅が増加する。一群の曲線の内の１番右側（１１２）では、ビーム幅により、ビ ームの中心に於ける透過率は０．８５になる。透過率が０１８５の点に於けるビ ームの幅が、ビーム半径の約０．４から０．　５５に増加する。この低い点で測 定したビームの幅が、約０゜８から０．０９に移り、レーザ増幅器の入口開口を 設定する新しい位置を定める。

ビームの「充填率」は、典型的な場合には、適当な設計パラメータを使うことに よって４０９６の値から７０％に増加することが出来る。「充填率」は、レーザ 動作材料の容積が一杯の強度の放射によって完全に充填された理想的な場合に較 べた、ビームが占めるレーザ動作材料の容積の端数と定義する。一定の振幅では 、理想化したビームに作用する開口の鋭い縁により、著しいフレネル回折効果が 生ずる。従って、１００％より実質的に小さい「充填率」が実際の、望み得る折 合いである。

この発明を用いることによって達成される更に最適に近い透過ビームの分布の例 が第８Ｃ図に示されている。第８Ｃ図では、ガウス形入力ビームの強度を１１４ で示【７てあり、フィルタと偏光子の組合せの透過が１１３で示されており、分 布を改善した透過ビームの強度を１１５に示しである。第８Ｃ図の計算によるグ ラフでは、透過ビームの強度はビーム半径の約０，３５までは略一定に止どまり 、ビーム半径の０，９より僅かに低い所で０に下がる。人口開口１０７はこの値 に設定すべきである。第８Ｃ図で用いた透過曲線１１３は、中間のもの、即ち第 ８Ｂ図に示した内の右から２番１」である。フィルタと偏光子の組合せにより、 大幅に変化する透過特性が得られる。半径方向の位置に依存性を持つ移用を一方 の平坦な而と正又は負の曲率を反対側の面にｔ、１７つ！夏屈折レンズによって 制御することが出来る。

これは次の式によって定義される。

δ（ｒ）＝　（２πΔｎ／λ）［１±ｒ２／２Ｒ］ニーてｔはレンズの中心の厚 さ、Ｒはレンズの曲率半径、「はレンズの半径、Δｎは複屈折率、λは光ビーム の波長である。理想的な均質線形移相遅れ行列はである。ニーでＡ−［ｃｏｓ（ δ／２）］　＋ｊ　［５ｉｎ（δ／２）　ｅｏｓ２θ］、Ａ８はＡの複素共役、 Ｂはｓｉｎ　（δ／２）ｓｉｎ　２θに等しく、δは位相遅れ角（即ち、差別的 な位相遅延）に等しく、θは基＊　（Ｐ）偏光に対する結晶光軸の方位角に等し い。θ−４５６である時の透過強度はＴ　（ｒ）　−ｃｏｓ２［δ（ｒ）／２） 大きさが等しいが反対の曲率を持つ釣合う一組の位相遅れ板によってレンズ効果 を避け、望ましくないビームの拡大を避けることが出来る。曲率半径Ｒ１厚さｔ 及び方位角θの適当な組合せを選ぶことにより、偏光子と組合されるフィルタ装 置の特定の利得媒質に対する特定の波長に対し、広い範囲の種々の透過特性を選 択することが出来る。

第２図に示す様に２枚の平行な偏光子の間に２枚のレンズを配置した場合の行列 は、次の様に書くことが出来る。

こ＼で Ａ−”　［ｃｏｓ（α、／２）］ ＋ｊ　［５ｉｎ（αｔ　／２）　（ｃｏｓ２　θＩ　）］Ｂｌ　−［５ｉｎ（α ｌ　／２）　（５ｉｎ２　θ１　）］α、はＡ、Ｂ、の位Ｉ１１遅れ角である。

従って、透過強度Ｔは、Ｔ−ＭｘＭで Ｔ−（Ａｔ　Ａ＝　−Ｂ＋　Ｂ：　）”　（Ａｔ　Ａ２−Ｂ＋　Ｂ２）θｌ−４ ５°及びθ！−４５’（結晶軸の直交配置）ではＴ　−ｃｏｓ２（（Ｚｌ　／２ −ａ＝　／２）釣合う凹及び凸の位相板では こ＼で「は半径、Ｒは曲率半径、Δｎは複屈折率、１．−ｔ・は中心の厚さの差 、λは波長である。前に述べた様に、中心の厚さが等しくない時、最大の透過が 中心から変位する。両方のレンズの中心の厚さが等しい時、最大の透過が中心か ら変位する。両方のレンズの中心の厚さが等しい時、最大の透過が中心で得られ る。即ち、ｒ−０゜レンズの厚さが等しい場合、ｔ、−ｔ２−０てあり、２回通 過した時の透過は、次の様に表わすことが出来る。

Ｔ　（ｒ）　＝　ｃｏｓ２［２πΔｎｒ２／Ｒλ］位相板の曲率半径Ｒは、所望 のビームのスポット寸法に基づいて選ばれる。この式は、零次球状遅れ装置の板 に対する設計パラメータを選択することにより、位相板の中心に於ける光の透過 が殆んど１００％になることを示しており、空洞内のビーム半径は、レーザ利得 媒質の利用度を最大にする為に拡大し、同時にビームの半径にわたって、ビーム 透過特性をその最適値に保つことが出来る。

第９Ａ図、第９Ｂ図及び第９Ｃ図はレーザ源の出力ビームの位相補正の為に、特 に第１Ｂ図のフィルタを使う場合を取上げている。フィルタが正しく設計されて 調節された時、開口の大きい面ポンプ形レーザ共振器及び増幅器に於けるビーム の品質を改善する簡単で効率のよい実用的な手段が得られる。この補正は、共振 器のモードの形成と、こういう状況で形成されるビームの遠視野回折の数学的な 解析から導き出される。共振器内のビームの半径方向の位相偏移は共振器のフレ ネル数が増加するにつれて増加し、この共振器内で形成される遠視野ビームの発 散は、共振器内のビームの半径方向の位を目−移が増加するにつれて増加する。

この様な共振器又は増幅器の出力に、ビームの遠視野発散を減少する様に最適に した、正しく設計されて調節された位トロ補正フィルタを用いると、ｑ害な副作 用なしに、出力ビームの品質が改汲される。この改善は、安定又は不安定共振器 の両方を含めて、大きなフレネル数を用いる共振器に用いられる。

この補正は共振器の半径方向の位相偏移に用いられるが、この補正を光学増幅器 の出力に用いてもよい効果が得られることに注意されたい。この位相補正方式は 、内部の半径方向の位相偏移を持つある光学増幅器、又は定められた半：’ｒ　 ｊｊ向の位相偏移を持っ」１、振器がら人力に供給を受ける光学増幅器に用いる ことが出来る。

第７Ａ図及び第７Ｂ図に示す（，１なヰ３形厚板の形状を持っ面ボ゛／ブ形レー ザＣＦＰＬ）では、ビームの大きなガウス１１５強度分（＋ｊを発生ずることが ６１能である。ビームの強度分布はＴＥＭｏｏモー　ドに於けるがウス形強度ビ ームの分布と同様であるが、この大きなガウスｊ［５ビームの測定された遠視野 のビームの発散は、回折によって制限される場合よりも、（Ｖ１倍も大きい。こ の為、姑かけのがウス形強度分布が存／１することが、回折によって制限された ビームの発散に対する必要条件であるが、十分条件ではない。

解析によると、この様なビームでは、共振器のフレネル数が増加するにつれて、 ビームの中心と縁の間の半径方向の位相偏移が増加することが判った。これは安 定な場合及び不安定な場合の両方について云えることである。更に、」（振器の 空洞の長さが一定の場合、ビームの開口寸法が増加するにつれて、半径方向の位 １■偏移が増加する。

ホイヘンスーフレネルの原理を用いると、共振器のモード内の各点は、共振器の 向い合った反射器上の全ての点からの寄りに基づく。この為、共振器のフレネル 数が増加するにつれて、共振器の向い合った反射器の全ての点からの、通路長の 差が増加する為に、モードの半径方向の位相変化が増加する。

共振器のモードは、キルヒホッフ−フレネルの回折理論に括づいて解析すること が出来る。１次元の場合下ｕ（ｘ＋）−、ｉ”　Ｋ［ｘ＋、ｘｒ］ｕ（ｘ＋）ｄ ｘ＋こ＼でｕｃｘ２）は反射器２に於ける共振器モ・−ド（回付ベクトル）、丁 はモード減少係数（固を値）　、Ｋ　［ｘ＋　。

Ｘごコは共振器の形状（咳）、ｘｌ、ｘ２は反射器１及び２の座標、ａｌは反射 器１に於ける開口の゛ト寸法である。

上に述べた１！、Ｉ■から、この結果前られるモードＵ　（Ｘ）を次の様に定義 することが出来る。

ｕ　（ｘ）−Ａ　（ｘ）　ｅｘｐ　Ｅ　−ｉφ（Ｘ）］こ＼でＡ　（ｘ）はモー ドの振幅、φ（Ｘ）はモードの座標依存性を持つ位相である。

ビームの遠視野発散は、共振器のモードの遠視野積分によって評価することが出 来る。これは、フラウンホーファー回折理論に基づいて行なうことが出来る。こ の理論では、回折角度に依存性を持つ遠視野ビーム（Ｖ　（ｐ）　）の根拠が定 められている。

Ｖ（ｐ）＝ｆ　ｕ（ｘ）ｅｘｐ［−１ｋｐｘ〕ｄｘこ＼でに一２π／λで波動ベ クトルであり、λは波長、Ｕ（ｘ）は共振器のモード、ｐは回折角の座標、Ｘは 物理的な座標、ａは開口の半寸法である、この為、回折角に依存性を持つビーム の遠視野強度は １　（ｐ）　−Ｖ　（ｐ）　２ｃｘｐ　［−ｉ　ｆ　（ｐ）　］である。ニーで ｆ　（ｐ）は遠視野強度の角度依存性を持つ位ｉｌｌ、ｐは回折角である。

共振器のモードの回折角に依存性を持つ遠視野強度パターンは、全体的に第９Ｂ 図及び第９Ｃ図に示すのと同じ形であり、透過フレネル数が増加するにつれて、 次第に一層発散性になる。２．５乃至７．５の範囲内では、ビーム幅か５　ｉ＋ １から８．７５ｍｍ１こ変化し、モードの最大位相偏移は、回折によって制限さ れたビームの発散の約１．２倍から５゜１倍に増加する。

遠視野に於ける位相偏移の影響が第９Ｄ図に示されている。木毛座標は相対的な ビームの遠ン見野発散であり、垂直座標は正規化された遠視野強度である。個々 の曲線は、相異なる位相偏移に対して描かれている。「位相偏移」は、一定振幅 のビーム（遠視野）に対し中心とビームの縁の間で観察される位相差である。個 々の曲線は、０から２πまで０．２πの間隔で描かれている。二＼に示した最大 の位相偏移（２π）は最大のビームの遠視野発散を持ち、最低の位相偏移（単一 位相）は回折によって制限されたビームの遠視野発散を生ずる。

第９　Ｄ図は、モードの最大位相偏移が大きければ大きい程、ビームの遠視野発 散が大きいことを示している。位相偏移が増加すると、ピーク強度がビームの中 心から動き、ビームの発散が増大する。簡単に云えば、ビーム幅、モードの位相 偏移が出力ビームの遠視野発散に影響する。

解析によると、不安定共振器では、ビームを横切る位相偏移は、ビーム開口の寸 法が増加する時、割合滑かに増加することが判った。史に解析によると、大きな ガウス形モードを持つ安定共振器でも、同じ割合いになることが判った。従って 、この位相偏移が単純な石英の半径方向位相板によって生じたものであると云う モデルを使い、このモデルを使って対応する補正を行なうことが可能である。

φ（ｒ）＝　（２πΔｎ／λ）［１＋　（ｒ２／２Ｒ）］こ〜でΔｎは複屈折率 であり、λは波長、ｒは半径方向の距離、ｌは中心の厚さ、Ｒは曲率半径である 。

ビーム開口の相異なる標本化点に対する前述の半径方向の位相関係から、石英レ ンズの：１算による透過半径をめることが出来る。第９Ｂ図及び第９Ｃ図は、夫 々不安定共振器及び安定共振器に対し、この位Ｉｎ補正方式によって得られる遠 視野強度の改善を夫々示している。

第９Ｂ図及び第９Ｃ図の例で行なわれる位相補正は、回折によって制限されたビ ームの発散の２倍未満の遠視野発散を生ずることが判る。

第９Ａ図の実施例は、第９Ｂ図又は第９Ｃ図の何れかの例の補正を行なう様に調 節することが出来るが、レーザ源１１０と、第１Ｂ図に示すのと同様な調節自在 の球面フィルタ１１１と、ビームをスクリーン１３に集束する為のコヒーレント な正確さをｉｌｉだせる為の便宜の為に設けられた集束レンズ１１２とで構成さ れている。スクリーン１１３に入射する時のビームの断面の強度のグラフが１１ ４に示されている。レンズ・エレメント１１２は、部屋の範囲内で遠視野状態を 再現することが出来る様にする為に設けられている。精度の為、１／ンズのイナ 点距離は、利用し得る空間に見合う範囲で出来るだけ大きくすべきであり、その 而はＩｌ＋を差を導入しない様に、波長の端数の精度にしなければならない。レ ンズ１１２か存在しない時、遠視野状態にとって適切な最も近いＣｊ定距離で、 遠視野パターンを検査することか出来る。

第９Ｂ図のフィルタは、円柱形レンズ而を用いた調節口（１−の設計で、石英を 利用している。部品としてのレンズは中心の厚さの差が０．０７１６ｃｍであり 、曲率半径が７゜１１、　ｃｍである。ｒＳＪ座標の測定値を使うと、ビームの 幅は８．７５ｍ＋＋ｇであり、「等価」フレネル数は７．５であり、ｊＩＧ振器 の光学系の倍率は１．５である。

第９Ｃ図のフィルタも、球面を用いた調節自在の設計の石英である。レンズの曲 率半径は２９．５６ｃ＋ｎであり、レンズの中心の厚さの差は０．０５３４ｃ＋ ｎである。ビーム幅は６■であり、７１ノネル数は８．５であり、パラメータＧ は０．８３である。

第９Ａ図、第９Ｂ図、第９Ｃ図及び第９Ｄ図について説明した位相補正は、偏光 した出力ビームが得られ、且つフレネル数が２又は３を越える様なレーザ装置に 主に用いられる。この改良は、ビームが滑かなガウス形分布又は「頂部１′−坦 」形の分布に近い様な開口が一層大きい（即ち、フレネル数が４０と云う様に大 きい）レーザ装置にも用いることが出来る。実例では、位相（ｇ移がπより低い 並びに高い両方の場合のビーム対して、補正が行なわれた。２πを越える位相偏 移は、実質的な位相補正にとって実際上の」二限を表わすものと思われる。

ニーで行なわれる様な位相補償は、ビームの位相偏移が安定な共振器又は不安定 な共振器に於ける様に、円形の対称性を持つ場合、釣合う球面レンズを用いたフ ィルタを使って使うことが出来る。共振器が安定／不安定共振器である場合、位 相補償は、安定軸及び不安定軸に沿った位相補償を別々に補償する為に、別々の 円柱状エレメントを必要とすることがある。遠視野ビームを改博する為に補償を 用いたが、典型的にはビームの近視野状態も改善される。

ニーで説明した調節自在の形式のフィルタは、フィルタの処方に於ける重要な１ つの変数を取去り、所定のレーザ装置の用途で融通性を高める点で役立つ。

遠視野の補正では、光学共振器によって形成されたビームが位相補正を必要とす る３つの場合がある。不安定共振器で形成されたビームでは、調節自在の球状光 学系が適切である。安定／不安定共振器で形成されたビームでは１１週節自在の 円柱状光学系が適切である。両方の場合、正式のモード構造が存在しない場合、 ビームの縁に近付くにつれて、位相偏移がかなり増加する。補正を必要とする３ 番目の場合は、基本モードが優勢ではあるが、他の高次モードの寄与を若干伴な う様な光学共振器でビームが作られる場合である。遠視野補正では、位相変位の 補正は、軸上でゼロである必要はなく、一般的に小さく、ビーム・エレメントの 平径方向の距離が増加するにつれて増加するのが普通である。

近視野の用途では、ビームの分布が修正され、フィルタか偏光子と糾合せて使わ れる場合、調節自在の特徴により、位相補正が正から負に変化してゼロを通過し 、透過が最大になる様な、軸からの距離を選択することが出来る。分布の変力で は、調節自在であることが性能を最適にする為にも重要である。

第３Ａ図及び第３Ｂ図の実施例の安定共振器に用いられるフィルタ１０は、中心 厚さが等しい球面レンズを用いており、球面の曲率半径は２９．７２ｃ＋ｎであ る。想定するビームの１１１径は６羽である。第７Ａ図及び第７Ｂ図の実施例の 安定／不安定共振器で使われるフィルタ９０は、不安定軸（Ｓ）に沿って水平平 面内で測定して、曲率半径が８２゜５４ｃｍに等しい。フィルタ９０は調節自在 の構成であり、従って、この調節は、中心の厚さが等しい時に最適の性能が得ら れる様に設定される。安定／不安定共振器に於けるビームの大きい方の横方向の 寸法はｌ　ｃｍである。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）その間に共振空洞を定める様に光学的に整合して配置された第１及び第２の 反射器手段と、該第１及び第２の反射器手段の間に、それらと光学的に整合して 配置されたコヒーレントな電磁放射ビームを発生する能動レーザ媒質と、 該レーザ媒質と光学的に整合して前記共振空洞内に配置されていて、所望の横方 向電磁モードの電磁放射の透過を最大にする様に、前記共振空洞の光学透過特性 を整形する光学モード制御手段とを有し、該制御手段は、前記レーザ媒質と光学 的に整合する様に配置された第１及び第２の釣合う位相板、及び該位相板と光学 的に整合する様に配置された偏光手段で構成されており、前記第１の位相板は第 １の平坦な主面並びに予定の曲率半径を持つ第２の凹の主面を持つと共に予定の 中心の厚さを持つ複屈折結晶で構成されており、前記第２の位相板は第１の平坦 な主面及び前記第１の位相板の凹面の曲率半径と等しい予定の曲率半径を侍っ第 ２の球状に凸の主面を持つと共に前記第１の位相板の中心の厚さに等しい予定の 中心の厚さを持つ複屈折結晶で構成され、前記偏光手段は第１の偏光を持つ放射 を前記空洞から追出すと共に該第１の偏光と直交する第２の偏光を持つ放射を透 過するレーザ装置。 ２）請求の範囲１）に記載したレーザ装置に於て、前記レーザ媒質が面ポンプ形 レーザであるレーザ装置。 ３）請求の範囲２）に記載したレーザ装置に於て、前記第１の反射器手段が前記 電磁放射ビームの波長で放射を１００％反射する鏡で構成され、 前記第２の反射器手段が前記電磁放射ビームの波長で放射を部分的に反射する鏡 で構成されているレーザ装置。 ４）請求の範囲３）に記載したレーザ装置に於て、前記釣合う位相板がその主光 軸を予定の角度の向きに配置した複屈折結晶で構成されているレーザ装置。 ５）請求の範囲４）に記載したレーザ装置に於て、前記第１及び第２の複屈折結 晶の位相板は、前記第１の板の凹面が前記第２の板の凸面と合さる様に配置され ているレーザ装置。 ６）請求の範囲５）に記載したレーザ装置に於て、前記第１及び第２の複屈折結 晶が石英で構成されているレーザ装置。 ７）請求の範囲７）に記載したレーザ装置に於て、前記結晶の光軸が直交する様 に配置されているレーザ装置。 ８）請求の範囲７）に記載したレーザ装置に於て、前記レーザ媒質と光学的に整 合する様に配置されたポッケル・セルを持っていて、前記レーザ媒質内でポピュ レーションの反転の増大を制御するＱスイッチ手段と、前記レーザ媒質と光学的 に整合する様に配置された開口板とを有するレーザ装置。 ９）請求の範囲８）に記載したレーザ装置に於て、前記ポッケル・セルの光学透 過率を制御する電圧制御手段を有し、該電圧制御手段は、 前記共振空洞内に種子ビームを発生することが出来る禄な第１の時定数で前記ポ ッケル・セルに印加される電圧を変化させる第１のスイッチ手段と、 前記ポッケル・セルに印加される電圧を第２の時定数で変化させる第２のスイッ チ手段とを有し、該第２の時定数は前記第１の時定数よりも実質的に短くて、レ ーザ媒質に於けるポピュレーションの反転を速やかに欠乏させて、前記共振空洞 内に振動パルスを発生させるレーザ装置。 １０）請求の範囲１）に記載したレーザ装置に於て、前記光学モード制御手段が 、前記レーザ媒質と光学的に整合する様に配置された第１及び第２の釣合う位相 板と、該位相板と光学的に整合する様に配置されていて、第１の偏光を持つ放射 を前記空洞から追出すと共に前記第１の偏光に対して直交する第２の偏光を持つ 放射を透過する偏光手段とで構成されており、 前記第１の位相板は第１の平坦な主面及び第２の円柱状に凹の主面を持つと共に 予定の中心の厚さを持つ複屈折結晶で構成され、前記第２の位相板が第１の平坦 な主面及び前記第１の位相板の凹面の曲率半径に等しい予定の曲率半径を持つ第 ２の円柱状に凸の主面を持つと共に前記第１の位相板の中心の厚さに等しい予定 の中心の厚さを持つ複屈折結晶で構成されているレーザ装置。 １１）請求の範囲１０）に記載したレーザ装置に於て、前記釣合う位相板が、そ の主光軸を予定の角度の向きに配置した複屈折結晶で構成されているレーザ装置 。 １２）請求の範囲１１）に記載したレーザ装置に於て、前記位相板は、前記第１ の板の凹面が前記第２の坂の凸面と合さる様に配置されており、 前記結晶光軸が直交する様に配置されているレーザ装置。 １３）請求の範囲９）に記載したレーザ装置に於て、前記第１の時定数が１．０ 乃至３．０マイクロ秒程度であり、前記第２の時定数が２．０乃至４．０ｔノ秒 程度であるレーザ装置。 １４）レーザ共振空洞に於けるレーザ・ビームの発生を制御する方法に於て、 レーザ媒質を励振して前記レーザ媒質内にポピュレーションの反転を増大させ、 前記レーザ共振空洞内に配置されたＱスイッチを１回目に付勢して前記空洞内に コヒーレントな電磁放射の種子ビームを発生し、 前記種子ビームを零次位相遅れ装置に通して、横方向電磁ＴＥＭ００モードが第 １の偏光を持ち且つ高次ＴＥＭモードが前記第１の偏光と直交する第２の偏光を 持つ様なビームを発生し、 前記ビームを偏光手段に入射させて前記ＴＥＭ００モードを透過させると共に前 記高次ＴＥＭモードを前記空洞から排除し、 前記Ｑスイッチを２回目に付勢してポピュレーションの反転を速やかに欠乏させ て、前記レーザ空洞内にコヒーレントな電磁放射パルスを発生し、 該パルスを前記零次位相遅れ装置に通して偏光パルスを発生し、 該偏光パルスを前記偏光手段に入射させて振動するコヒーレントな電磁放射の単 一ＴＥＭ００モードのパルスを前記空洞内に透過させ、 前記空洞内での前記パルスの各々の振動の間、前記単一ＴＥＭ００モードのパル スの一部分を前記空洞から出力する工程を含む方法。 １５）請求の範囲１４）に記載した方法に於て、前記Ｑスイッチを１回目に付勢 する工程が、ポッケル・セルからの予め充電された電圧を１．０乃至３．０マイ クロ秒程度の時定数を持つ放電回路を介して部分的に放電させることを含み、 前記Ｑスイッチを２回目に付勢する工程が、前記ポッケル・セルの残りの電圧を ２．０乃至４．０ナノ秒程度の時定数を持つ放電回路を介して放電させることを 含む方法。 １６）Ｐ次元に偏光したビームを含む入射光に対して空間的な透過関数を持つ組 合せに於て、 Ａ．前記ビームの軸線と同心の光軸を持っていて、位置の連続的な関数として前 記光に差別的な位相遅延を加え、下記のものを有する光学透過フィルタと、（１ ）平坦である第１の面及び予定の曲率半径を持つ第２の面を持っていて、第１の 中心の厚さを持つ複屈折材料の第１のレンズ、 （２）平坦である第１の面及び前記第１のレンズの曲率半径に等しいが、符号が 反対である曲率半径を持つ第２の面を持っていて第２の中心の厚さを持つ複屈折 材料の第２のレンズ、 前記レンズ面は前記光軸と同心に且つそれに対して直交する向きであり、前記材 料の結晶光軸が前記光軸に沿って前記Ｐ次元に対して４５°の角度で互いに直交 する向きであり、前記第２の面が互いに隣合せであり、Ｂ．前記光学透過フィル タの光軸と整合していて、ビーム・エレメントの内、第１の偏光を持つ成分を排 除すると共に、第２の偏光を持つビーム・エレメントの成分を選択し、当該偏光 手段から取出された光の強度に変更が加えられるようにする偏光手段とを有する 組合せ。 １７）請求の範囲１５）に記載した組合せに於て、前記偏光手段の一方の偏光が 前記Ｐ次元と平行な向きである組合せ。 １８）請求の範囲１７）に記載した組合せに於て、前記フィルタの各々のレンズ の第２の面が球状であり、前記フィルタの軸線からの光の半径方向の距離の連続 的な関数となる半径方向の透過関数を持つ組合せ。 １９）請求の範囲１８）に記載した組合せに於て、前記フィルタのレンズが軸上 で小さな差別的な位相遅延を加え、ビームの周縁近くで大きな差別的な位相遅延 を加え、前記ビームを透過させると共にビームの周縁を越えた光を減衰させる半 径方向の透過関数を持つ組合せ。 ２０）請求の範囲塩）に記載した組合せに於て、前記フィルタのレンズが軸上で 小さな差別的な位相遅延を加えると共に、前記ビームの周縁より内側であるが、 その近くで大きな差別的な位相遅延を加え、 前記ビームの周縁を徐々に減衰させる様な半径方向の透過関数を持つ組合せ。 ２１）請求の範囲２０）に記載した組合せに於て、更に前記ビームが通過しなけ ればならない開口を有し、前記フィルタ及び偏光子の組合せによって生ずる前記 ビームの減衰が、前記閉口に入射するビームの縁で実質的であって、縞効果を避 ける様にした組合せ。 ２２）請求の範囲２０）に記載した組合せに於て、前記フィルタのレンズが軸上 で実質的な差別的な位相遅延を加え、中間の半径方向の距離で差別的な位相遅延 がゼロであって、この距離で符号を変え、ビームの周縁で実質的な差別的な位相 遅延を加え、 ビームの分布を広げる様にした組合せ。 ２３）請求の範囲１７）に記載した組合せに於て、前記フィルタの各々のレンズ の第２の面が円柱状であり、ビーム軸線に対して直交する平面及び前記曲率の平 面内でビーム軸線を基準とした光のエレメントの座標の連続的な関数である空間 的な透過関数を持つ組合せ。 ２４）請求の範囲１７）に記載した組合せに於て、前記フィルタのレンズがゼロ の座標値で小さな差別的な位相遅延を加え、ビームの周縁に於ける最大の座標値 で大きな差別的な位相遅延を加え、 前記最大の座標値におけるビームの周縁で徐々に減衰する様な空間的な透過関数 を持つ組合せ。 ２５）請求の範囲２４）に記載した組合せに於て、更に、前記ビームが通過しな ければならない開口を前記最大の座標値の所に設定し、 前記フィルタ及び偏光子の組合せによるビームの減衰が、前記開口に入射するビ ームの縁で実質的であって、縞効果を避ける様にした組合せ。 ２６）請求の範囲２５）に記載した組合せに於て、前記フィルタのレンズがゼロ の座標値で実質的な差別的な位相遅延を加え、中間の座標値で差別的な位相遅延 がゼロであうて、この値の所で符号を変え、ビームの周縁の最大の座標値で実質 的な差別的な位相遅延を持ち、前記座標に沿ってビームの分布を広げる様にした 組合せ。 ２７）当該装置内をその軸線に沿って伝搬し且つ前記軸線に直交するＰ次元に偏 光した電磁放射ビームを形成するレーザ装置に於て、 Ａ．前記軸上に同心に配置されていて、多重モードで動作し得る安定光学共振器 を構成する第１及び第２の反射器手段と、 Ｂ．該第１及び第２の反射器手段の間で前記軸線上に同心に配置されて、前記ビ ームを発生する能動レーザ媒質と、 Ｃ．前記軸線上に同心に配置されてして共振空洞内に配置されている光学モード 制御手段とを有し、該制御手段が （１）連続的な空間関数として、前記偏光したコヒーレントな電磁放射のエレメ ントに対し、差別的な位相遅延を加え、こうしてその偏光を漸進的に回転させる 光学透過フィルタ、及び （２）前記フィルタにかけた放射を加える偏光手段で構成されていて、該偏光手 段は、前記放射のフィルタにかけられた部分の内、抑圧しようとするモードに関 連する成分を空間的に減衰させると共に、所望のモードに関連する前記放射のフ ィルタにかけられた成分を空間的に透過させる様になっているレーザ装置。 ２８）請求の範囲２７）に記載したレーザ装置に於て、前記所望のモードがＴＥ Ｍ００モードであり、前記光学モード制御手段が前記軸線からの放射のエレメン トの半径方向の距離の連続的な関数である半径方向透過関数を持つレーザ装置。 ２９）請求の範囲２８）に記載したレーザ装置に於て、前記半径方向の透過関数 が軸上で最小の減衰を持つと共に、前記ＴＥＭ００モードによって形成されるビ ームの周縁に対応する半径方向の距離で最大の減衰を持っていて、そのエネルギ 分布がＴＥＭ００モードによって形成されたビームの周縁を越える様な高次モー ドを抑圧するレーザ装置。 ３０）請求の範囲２７）に記載したレーザ装置に於て、前記光学透過フィルタが 、 Ａ．平坦である第１の面及び予定の曲率半径を持つ第２の面を持つと共に、第１ の中心の厚さを持つ複屈折材料の第１のレンズと、 Ｂ．平坦である第１の面及び前記第１のレンズと同じであるが符号が反対の曲率 半径を持つ第２の面を持つと共に、第２の中心の厚さを持つ複屈折材料の第２の レンズとを有し、前記レンズの面が前記軸線と同心に且つ該軸線に直交する向き であり、 前記レンズの材料の結晶光軸は前記軸線に沿って且つ前記Ｐ次元に対して４５° の角度で互いに直交する位置に向けられていて、前記第２の面が互いに隣接して いるレーザ装置。 ３１）請求の範囲３０）に記載したレーザ装置に於て、前記フィルタのレンズの 第２の面が球状であって前記フィルタの軸線から放射の光の各エレメントの半径 方向の距離の連続的な関数である様な、差別的な位相遅延を加え、こうして偏光 を漸進的に回転させるレーザ装置。 ３２）当該装置内をその軸線に沿って伝搬し且つ前記軸線に直交するＰ次元に偏 光した電磁放射ビームを形成するレーザ装置に於て、 Ａ．前記軸上に同心に配置されていて安定／不安定光学共振器を構成し、前記軸 線、安定動作の次元及び前記Ｐ次元に対して直交するＳ次元に沿って安定な動作 が行なわれる様にする第１及び第２の反射器手段と、Ｂ．該第１及び第２の反射 器手段の間で前記軸線上に同心に配置されていて、前記ビームを発生する能動レ ーザ媒質と、 Ｃ．前記軸線上に同心に、前記光学共振器内に配置されたビーム強化手段とを有 し、前記レーザ装置は前記軸線を基準とするあるＳ座標値の所に実効開口を持ち 、前記ビーム強化手段は、 （１）そのＳ座標値の連続的な関数として、前記Ｐ次元に偏光したコヒーレント な電磁放射のエレメントに差別的な位相遅延を加え、こうしてその偏光を漸進的 に回転させる光学透過フィルタ、及び （２）前記フィルタにかけられた放射が加えられ、前記Ｓ座標値の連続的な関数 として前記放射のフィルタにかけられたエレメントを空間的に減衰させる偏光手 段を有し、該関数は軸上で減衰がゼロであり、前記開口の最大Ｓ座標値で最大の 減衰に増加して、前記ビームを強化するレーザ装置。 ３３）請求の範囲３２）に記載したレーザ装置に於て、前記光学透過フィルタが Ａ．平坦である第１の面及び予定の曲率半径を持つ第２の面を持つと共に、第１ の中心の厚さを持つ複屈折材料の第１のレンズと、 Ｂ．平坦である第１の面及び前記第１のレンズの曲率半径と等しいが符号が反対 である曲率半径を持つ第２の面を持つと共に、第２の中心の厚さを持つ複屈折材 料の第２のレンズとを有し、 前記レンズの面は前記軸線と同心であると共に該軸線に直交する向きであり、前 記レンズの材料の結晶光軸が前記軸線に沿って且つ前記Ｐ次元に対して４５°の 角度で互いに直交する位置に向けられており、前記第２の面が互いに隣接してい るレーザ装置。 ３４）請求の範囲３３）に記載したレーザ装置に於て、前記フィルタの各々のレ ンズの第２の面が円柱状であって、放射の各エレメントのＳ座標の連続的な関数 として、差別的な位相遅延を加え、その結果偏光を漸進的に回転させるレーザ装 置。 ３５）Ａ．所定の軸線に沿って伝搬し且つ該軸線に直交するＰ次元に偏光してい て、当該ビームが前記ビームの軸線上にピークを持ち且つビームの周縁に向かっ て徐々に低下する様な対称的な強度分布を持つビームを供給する手段と、 Ｂ．前記ビームの軸線と一致する光軸を持っていて、前記ビームの矩形特性を強 め、 （１）連続的な空間的な関数として前記偏光ビームのエレメントに差別的な位相 遅延を加え、その結果その偏光を回転させ、前記ビームの軸線上で実質的な差別 的な位相遅延が起こり、中間の距離の所で差別的な位相遅延がゼロになり、この 距離の所で符号が変り、ビームの周縁で再び実質的な遅延が起こる様にする光学 透過フィルタ、及び（２）前記フィルタにかけられたビームを加える様になって いて、軸上で実質的な減衰を持ち、前記中間の距離の所で減衰がゼロであり、ビ ームの周縁で実質的な減衰を持つ様な偏光手段で構成された光学透過フィルタと Ｃ．前記修正された強度分布を受取って前記媒質の充填をよくするビーム増幅手 段との組合せ。 ３６）請求の範囲３５）に記載した組合せに於て、前記ビームが円形断面及び前 記ビーム軸線の周りの回転に対して不変の分有を持ち、前記光学透過フィルタが 半径方向の透過関数を侍り組合せ。 ３７）請求の範囲３５）に記載した組合せに於て、前記光学透過フィルタが調節 自在であって、Ａ．平坦である第１の面及び予定の曲率半径を持つ第２の面を持 つと共に、第１の中心の厚さを持ち当該レンズの面が前記光軸と同心に且つ該光 軸に直交する向きである様な複屈折材料の第１のレンズと、 Ｂ．平坦である第１の面及び前記第１のレンズの曲率半径と与しいが符号が反対 である曲率半径を持つ第２の面を持つと共に、調節自在の中心の厚さを持つ複屈 折材料の第２の複合レンズとを有し、 該第２のレンズは、平坦な面を持つと共に第１の角度でテーパのついた断面を持 つくさび形の第１のレンズ・エレメント、及び咳くさび形レンズ・エレメントと 摺動係合する様に組立てられた前記第１の角度でテーパをつけた断面を持つ第２ のレンズ・エレメントで構成されており、複合レンズの外面が前記光軸を中心と て該光軸に対して直交する向きであり、 前記レンズの材料の結晶光軸が前記光軸に沿って且つ前記Ｐ次元に対して４５° の角度で互いに直交する位置に向けられ、前記第２の面が互いに隣接している組 合せ。 ３８）請求の範囲３７）に記載した組合せに於て、前記フィルタの各々のレンズ の第２の面が球状であって、ビーム軸線からの各々のビーム・エレメントの半径 方向の距離の連続的な関数である様なビームの分布の修正を行なう組合せ。 ３９）Ａ．所定の軸線に沿って伝搬し且つ該軸線に対して直交するＰ次元に偏光 していて、当該ビームが該ビームの軸線上でピークを持ち且つ前記軸線及び前記 Ｐ次元に対して直交するＳ次元に沿ってビームの周縁に向かって徐々に減少する 様な対称的な強度分布を持つビームを供給する手段と、 Ｂ．前記ビームの軸線と一致する光軸を持っていて、前記Ｓ次元の分布の矩形特 性を強め、（１）前記ビームの軸線上で実質的な差別的な位相遅延が起こり、中 間のＳ次元で差別的な位相遅延がゼロになり、この中間のＳ次元で符号が変り、 ビームの周縁の最大のＳ次元で再び実質的な遅延が起こる様な、連続的な空間的 な関数として、差別的な位相遅延を加え、その結果偏光ビームのエレメントの偏 光を回転させる光学透過フィルタ、及び （２）前記フィルタにかけられたビームを加える様になっていて、軸線上で実質 的な減衰を加え、前記中間のＳ次元で減衰がゼロになり、ビームの周縁に於ける 前記最大のＳ次元で実質的な減衰を持つ様な偏光手段で構成された光学強度分布 制御手段と、 Ｃ．前記修正された強度分布を受取る様な寸法の閉口を持つビーム増幅手段との 組合せ。 ４０）請求の範囲３９）に記載した組合せに於て、前記光学透過フィルタが調節 自在であって、Ａ．平坦である第１の面及び予定の曲率半径を持つ第２の面を持 っていて、当該レンズの前記面が前記光軸と同心ではっ該光軸に直交する向きで あって、第１の中心の厚さを持つ複屈折材料の第１のレンズと、Ｂ．平坦である 第１の面及び前記第１のレンズの曲率半径と同じであるが符号が反対の曲率半径 を持つ第２の面を持つと共に、調節自在の中心の厚さを持つ複屈折材料の第２の 複合レンズとを有し、 該第２のレンズは、平坦な面を持つと共に第１の角度でテーパをつけた断面を持 つくさび形の第１のレンズ・エレメント、及び該くさび形のレンズ・エレメント と摺動係合する様に組立てられていて、前記第１の角度でテーバをつけた断面を 持つ第２のレンズ・エレメントで構成されており、 前記複合レンズの外面が前記光軸を中心とし且つ該光軸に対して直交する向きで あり、前記レンズの材料の結晶光軸が前記光軸に沿って且つ前記Ｐ次元に対して ４５°の角度で互いに直交する位置に向けられており、前記第２の面が互いに隣 接している組合せ。 ４１）請求の範囲４０）に記載した組合せに於て、前記フィルタの各々のレンズ の第２の面が円柱状であって、各々のビーム。エレメントのＳ次元の連続的な関 数となる様なビームの分布の修正を行なう組合せ。