JPS63158891A - 色素レーザ発振器 - 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】 〈発明の背景〉 本発明は一般には、色素レーザ発振器、特に単一周波数
モードのみで動作するよう設計されたものに関しており
、より詳細には、主発振器の出力における二次動作モー
ドの存在を低減し、および／または排除する種々の技術
に関する。

本発明が指向する種類の色素レーザ主発振器は、第１図
に参照数字１０で図示されている。

この色素レーザ発振器には、連続的な色素の（紙の中へ
の）流れが通過する内部レイジング室１４を画定する色
素セル１２が含まれる。同時に、矢印１６で示されるポ
ンプビームは、協働する窓部１８を介してレイジング室
内に指向されて、色素がレイジング室を通過する際に、
色素をポンピングする。図示されていないが、反対の窓
部２０を介して第２のポンプビームをレイジング室内に
指向することができる。

色素セル、連続的色素の流れおよびポンプビームに加え
て、全体としての色素レーザ主発振器１０は、出力カプ
ラすなわち端部反射鏡２２、ビーム拡大器２４、エタロ
ン２６および、適切な手段（図示されていない）によっ
て第１図に示される位置に支持される格子２８を有する
ように図示されている。発掘器を構成するこれら部品の
すべては周知の方法で相互に協働して発振器の出力にお
いて一次光ビーム３０を特定の一次光軸に沿って特定の
波長λ、で発生する。

この一次光軸は、色素セル、端部反射鏡、ビーム拡大器
、エタロンおよび格子の位置を画定するものである。

上述の色素レーザ主発振器は特定のプロセスで利用され
るものであるが、該プロセスの詳細は本発明には関連し
ない。発振器を単一周波数モードで、すなわちビーム３
０が一次波長λ。

のみを表示するように操作することが特に所望されてい
ると述べるだけで十分である。これまで、発掘器が比較
的低いピーク電力で操作される限り、二次動作モードの
存在、すなわち異なる二次波長λ、を有する出力光は重
要ではなかった。しかし、より最近では、発振器は例え
ばＩＫＷといったより高い電力で動作するようになり、
二次モードの存在はより重要に、かつ、より許容しがた
くなってきた。これらの二次モードの存在は、より高い
電力で発振器を操作することの直接の結果であると考え
られていた。

特に、これがスペクトルを横切る利１ｑを増加さ　　　
　□せ、そしてレイジングのための閾値を減少させ、従
ってポンピングされている色素に多重周波数で同時にレ
イジングをおこなわせると考えられた。従って、発振器
がより高い電力レベルで動作しようとする場合に、二次
動作モードは許容されねばならないだろうという結論が
出された。

上記の点から見て、本発明の主目的は、上述の一般的タ
イブの色素レーザ主発振器における二次モードを低減し
、および／または完全に排除することである。

本発明のもう一つの目的は、種々の複雑でない方法で、
二次動作モードを低減しおよび／または完全に排除する
ことである。

前述のように、これまで、二次動作モードの存在は発振
器の電力出力レベルを増加することの直接的結果である
と考えられてきたが、以下では説明のために、それを「
電力説」と称することにする。それ以来、出願人は数度
の観測を行ない、そしてこれらの観測から、二次モード
の第−原因は、発振器の全体装置の一部を形成する色素
セル内におけるかすめ入射線の反射によるものであると
の結論を下した。この結論に達する際に、出願人が先ず
観測したのは、いずれの二次モード（例えば二次ビーム
）でも常に、−次モード（例えば−次ビーム）の波長λ
、より長い波長λＳにおかれていることである。次に、
出願人は、二次モードは一次モードに対してより強く軸
からそれている、すなわち二次モードは空間的に依存す
るものであることを観測した。最初の電力説はこれらの
所見を説明していない。この電力説が正確であれば、二
次モードは空間的に依存しないで必ろうし、かつそれは
常に一次モードの波長より長い波長で発生するとは限ら
れないであろう。これらの矛盾のために、出願人は最終
的に、二次モードの真の理由は上述のようにかすめ入射
線の反射の結果でおると認識するに至った。これは第１
図に図式的に示されており、色素セル１２を示す第２図
にも図示されている。

再び第１図を参照すると、−次ご一ム３０が特定角度０
で格子２８に衝突することに注目されたい。この角度は
一次ビーム３０の波長であるλＰの値を決定する。同時
に、二次ビームは、それが室１４内の色素と窓部１８と
の間の界面（以下「臨界界面」と称する）をかすめて通
る際に３２で示される。その結果、二次ビームは、−次
ビーム３０の角度θとは別の（常により高い）角度θ′
で、格子２８に衡突する。同時に、二次ビームは、ビー
ム３０の一次軸に対して軸からそれて、端部反射鏡２２
を介して発振器から出て行く。従って、角度θ′は常に
角度θより大きいので、二次ビームは常に、ビーム３０
の波長λＰより長い波長λ８を有し、そして二次ビーム
は一次ビームに対して軸からそれて発振器から出て行く
ので、それは空間的に依存し、そして特に、それは絶え
ずよりひどく軸からそれるであろう。

上記は、角度θとθ′における差の結果として、かすめ
入射線の反射から生ずる二次モードの波長に格子がどの
ように寄与するかの説明となっている。エタロンもまた
同様に、二次モードの波長に寄与していることを理解す
べきである。いずれの場合にも、与えられたいかなる二
次モードの全体的な強度は、発振器が操作されている電
力レベルのみならず、窓部１８（または２０＞の屈折率
とレイジング至１４内の色素媒質の屈折率との間の差に
もまた依存している。

これは第２図において最もよく例示されている。

ガラス窓と、色素媒質の一部を形成する液体溶剤の屈折
率が異なれば、かすめ入射線の反射が発生するであろう
。これは臨界界面においであるいは丁度その内部でレイ
ジングが行なわれるからでおる。反射されるこの光の実
際ｆｉ（Ｒ）は下記の式に依存する。

ｎ　　５ｉｌｌ　α’　＝ｒｌ　　Ｓｉｎ　α−・・−
（２）Ｓ ここで、アルファ（α）は二次ビームのガラス窓１８に
対する入射角であり、アルファダッシュ（α′）はその
屈折角であり、ｎｇはガラスの屈折率、そしてｎ８は色
素の一部を形成する溶剤の屈折率である。これらの式（
１）および（２）は定常状態の状況に対するものである
。実際には、この関係を変更し得る多量の動的作用が発
生するであろう。

二次モードはかすめ入射線の反射の結果であるという上
記の認識、および二次モードは軸から逸れて発生すると
いう観測は、本発明の第１の構成要素としてｊ儲に立っ
ている。この認識および観測を基礎として、複雑でない
しかも信頼できる方法で、二次モードを最小にしそして
／または完全に排除することができる。以下の説明で明
らかなように、これは、本発明の幾つかの実Ｍ態様に従
えば、発振器の出力における二次モードの強度を低減す
るような方法で、存在する二次モードに作用することに
よって達成される。別の実施態様によれば、レイジング
が色素セルの臨界界面でおるいはちょうどその内部で行
なわれることができず、従ってかすめ入射線の反射が全
く発生しないように、発振器が設計されている。これら
の種々の実施態様は以下で、図面を参照して説明する。

〈良好な実施態様の詳細な説明〉 添付図面に示したこの発明の良好な実施態様について以
下に詳細に述べる。この発明は良好な実施態様に関連し
て説明されるが、発明をこの実施態様に限定しようとす
るものではないことを理解されたい。

図中、同じ構成部材は種々の図面を通じて同じ参照数字
を与えられているが、第１図と第２図は前に説明しであ
るので、先ず第３図に注目する。第３図は色素レーザ主
発振器１０’の一部を示しており、この発振器には特に
色素セル１２および端部反射鏡２２を含む発振器１０の
全構成部材が含まれており、これら２つの構成部材も第
３図に示されている。発振器１０’と発振器１０の唯一
の相違は、端部反射鏡２２の位置である。第１図および
第３図で示されるように、端部反射鏡は、発振器１０′
におけるよりも発振器１０において、色素セルに一層接
近している。二次モードは僅かに軸から逸れているので
、そしてこれら二次モードは端部反ＯＡ鏡からの回折か
ら生ずるフィードバックに依存するので（それが実態で
あると判明した）、色素セルと端部反射鏡の離間距離を
増加することにより、これらの奇生モードに対してより
多くの損失を選択的にもたらすことになり、これによっ
てその強度を低減する。このことは第３図で図示されて
いる。端部反射鏡が破線の位置に必る場合（第１図の位
置に対応する）、二次ビーム３２からの光のすべては端
部反射鏡を通過するほど強くないので、向きを変えて色
素セル内に戻り、ざらに増幅される。第３図の実線で示
されるように、端部反射鏡が色素セルからより遠くに配
置される場合、端部反射鏡を通過しない二次ビームから
の光は、第３図の破線の矢印で示されるように、色素セ
ルから離れて向きを変えることに注目されたい。実際に
作動する実施態様では、端部反射鏡２２と色素セルとの
間の離間距離は５００パーセントだけ増加したところ（
３ｍｍから１５ｍｍへ）、全二次ビームの強度を２００
パーセント減少することになった。

第４図には、別の発振器１０″の一部が示されている。

この発振器は、発振器１０の構成部品の全てを第１図に
示された位置で有しているが、明確にするために、出力
反射鏡２２と色素セル１２との間の離間寄与は誇張され
ている。

本発明のこの実施態様によれば、発振器全体として、中
心開口部３６を有する光子伝導部材３４も含んでいる。

この部材は色素セル１２と端部反射鏡２２の間に位置決
めされ、最小の反射性能を有するように開口部３６は一
次ビーム３０の軸上に位置決めされている。従って、好
ましくはすべての、少なくとも大部分の一次ビーム３０
は開口部３６を介して部材３４を横断することができ、
よって発振器の出力に達することができる。同時に、部
材３４の光子伝導特性によって、二次ビーム３２、ざら
には−次ビームに関して軸から逸れているあらゆる他の
二次ビームをも阻止する。これによって、二次ビームの
全部ではないとしてもその大部分は、発振器の出力に達
することができない。実際に作動する実施態様において
は、直径約２ｍｍの開口部を有する部材３４が、色素セ
ルから４ｍｍの所に位置決めされた。この結果、二次ビ
ームの測定された強度は５０パーセント減少した。

次に第５図には、なお別の発振器の一部を形成する色素
セルが示されている。この発振器は、１２′で図示され
る色素セルを除けば、発ｊ辰器１０と同一であってよい
。さらに、色素セル１２′は、一つの例外はあるが、色
素セル１２と同一であってよい。色素セル１２′の窓部
１８の内面は反射防止コーティング３８で被覆される。

このコーティングは、８９．５’から８９．７°のオー
ダの高角度の入射光、すなわちビーム３２のような二次
ビームからの光を伝送するよう選択される。これによっ
て、発振器の出力の方へ向っておるいはビーム拡大器の
方へ戻って実際に反射される二次ビームの光の辺が低減
される。従ってこれによって発振器の出力における実際
の二次モードの光の母が低減される。

第１図および第２図に戻って、本発明のなお別の実施態
様に注目してみる。この実施態様によれば、全体として
の発振器は、一つの例外はめるが発振器１０と同一であ
ってよい。上述したように、色素セル１２内の色素の屈
折率は典型的には、ガラス窓１８の屈折率とは異なる。

そこで、これによってビーム３２の一部分は色素セル内
で内側に反射されるが、一方、一部分は第１図で示され
るように、窓部１８を介してセルの外へ屈折している。

しかし、本実施態様によれば、窓部１８およびこの色素
セルを通過する色素を構成する溶剤は、できるだけ同じ
屈折率に近づくように選択される。屈折率の差は多くて
も１０−４以上にならない方が望ましい。

第１表は、屈折率における相対反射率の表示として入射
角８９．５および偏光「Ｐ」を想定して、変化する屈折
率を有するガラスと溶剤に対する各種の反射係数（ｒ）
を示している。最初にリストを作成したのはエタノール
（溶剤）と石英ガラス（ガラス）に対するものである。

エタノールと石英ガラスは例示目的だけに使用されてい
る。その他のガラスおよび溶剤も利用することができる
。

第１表 反射係数　対　屈折率 （入射角８９．５およびｒＰＪ偏光において）ｎ（溶剤
）　　　ｎ（ガラス）　Ｒ（％）１．３５　　　　　１
．４６　　　　　９０．６１．４０　　　　　１．４１
　　　　　７４．３１．４００　　　　’１．４０１　
　　　　４０．０１．４０００　　　　１．４００１　
　　　　６．６第６図では、二次モードを完全に排除す
る方法が示されている。特に、第６図は二つの例外はあ
るが発振器１０と同一で必ってよい色素レーザ主発振器
１０”’を図示している。発振器’ｔｏ”’は横方向に
ポンピングされずに、軸方向にポンピングされる。換言
すれば、ポンプビーム１６は、発振器１０におけるよう
に窓部１８を介して色素セル内に入るのでなく、色素セ
ルの軸方向に端部窓部４０を介して入る。このために、
ダイクロイックミラーが使用されて、色素ビーム３０を
そらせ、一方、ポンプビームを他側からそこを通過する
ようにさせている。この長手方向ポンピングのために、
色素セル内のレイジング領域は、第６図の破線４１間の
範囲に限定される。臨界界面においては、すなわち色素
セルの長手方向軸と平行に延長する色素セルの内壁に沿
ってはく破線４１の外側では）レイジングは起らないこ
とに注目されたい。その結果、かすめ入射線の反射はあ
り得ず、従って二次ビームもおり得ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、かすめ入射線の反射からどのように二次ビー
ムが生ずるかを示す従来の色素レーザ１発（辰器を図示
している。 第２図は二次ビームの存在を示す第１図の色素セルの拡
大図である。 第３図は、第１図の色素レーザ主発振器において、発振
器の出力での二次ビームの強度を低減するように変更し
た本発明の第一実施態様を示す説明図である。 第４図は、第１図の発振器において、発振器の出力での
いかなる二次ビームの強度をも低減するように変更した
本発明の第二実施態様を示す説明図である。 第５図は、第１図の発振器において、発振器の出力での
いかなる二次ビームの強度をも低減するように変更した
本発明の第三実施態様を示す説明図でおる。 第６図は、第１図の発振器において、色素セル内での二
次ビームの発生を排除するように変更した本発明の第四
実施態様を示す説明図である。 １０．１０’　、１０”、１０”’・・・色素レーザ発
（辰器、１２・・・色素セル、１４・・・レイジング至
、１６・・・ポンプビーム、１８．２０・・・窓部、２
２・・・端部反射鏡、２４・・・ビーム拡大器、２６・
・・エタロン、２８・・・格子、３０・・・一次光ビー
ム、３２・・・二次光ビーム、３４・・・光子伝導部材
、３６・・・開口部、３８・・・反射防止コーティング
、４０・・・端部窓部。 ＦＩＧ、−２ ＦＩＧ、−３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、色素レーザ発振器の出力において一つの特定波長で
   かつ特定の一次軸に沿って一次光ビームを発生するとと
   もに、前記発振器の一部を構成する色素セル内でのかす
   め入射線の反射の結果として前記発振器の出力において
   異なる波長でかつ前記一次軸に対してやや軸からそれた
   二次光ビームも発生するように設計された色素レーザ発
   振器において、前記二次光ビームに作用して前記発振器
   の出力における前記二次光ビームの強度を低減するため
   の手段を設けたことを特徴とする色素レーザ発振器。 ２、前記発振器はカップリング反射鏡を有し、前記二次
   光ビーム強度低減手段は前記反射鏡からなり、この反射
   鏡は前記二次光ビームの少なくとも一部が前記発振器の
   出力に達することができずかつ前記色素セルへ戻ってそ
   こで増幅することができないように前記二次光ビームの
   光路内に配置されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の発振器。 ３、前記発振器は前記色素セルと間隔をおいて前記一次
   軸上に配置された出力カップリング反射鏡を有し、前記
   二次光ビーム強度低減手段は前記出力カップリング反射
   鏡と色素セルとの間の前記一次軸を横切って配置された
   光不伝導部材からなり、この光不伝導部材は少なくとも
   大部分の前記一次光ビームを通過させるが少なくともい
   くらかの前記二次光ビームは通過させない開口部をその
   軸上に有していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の発振器。 ４、前記かすめ入射線の反射は前記色素セルの内壁とこ
   のセルを通過する色素の流れとの間の界面にて起り、前
   記二次光ビーム強度低減手段は少なくともいくらかの前
   記二次光ビームの光を吸収するために前記セル内壁に設
   けられた反射防止コーティングからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の発振器。 ５、前記セル内壁は窓部の一面を形成し、この窓部を介
   してポンプビームを通過せしめて前記色素セル内の色素
   をポンピングするようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の発振器。 ６、前記かすめ入射線の反射は前記色素セルの内壁とこ
   のセルを通過する色素の流れとの間の界面にて起り、前
   記二次光ビーム強度低減手段は前記色素とセル内壁との
   組合せからなり、これら色素とセル内壁とは少なくとも
   実質的に等しい屈折率をもつように選択され、これによ
   って前記セル内壁から反射された前記二次光ビームから
   の光の量を低減させるようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の発振器。 ７、前記セル内壁は窓部の一面を形成し、この窓部を介
   してポンプビームを通過せしめて前記色素セル内の色素
   をポンピングするようにし、前記屈折率の差は多くて１
   ０＾−＾４であることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載の発振器。