KR100697915B1 - 고체 레이저 장치 - Google Patents

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준이치 니시마에
데츠오 고지마
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 단순하고 신뢰성이 높은 구성에 의해, 고출력의 장펄스 고체 레이저 비임을 얻는 것이 가능한 고체 레이저 장치를 제공한다.
고체 레이저 매질(1), 고체 레이저 매질(1)을 여기하는 광원(2) 및 고체 레이저 매질(1)을 사이에 두고 레이저 공진기를 구성하는 2장의 반사 미러(3, 4)를 구비하는 고체 레이저 장치에 있어서, 고체 레이저 매질(1)과 반사 미러(4) 사이의 공간에 가상 미러면(5)을 설정하는 동시에, 가상 미러면(5)과 반사 미러(4) 사이에 1장의 렌즈(6)를 설치하고, 가상 미러면∼렌즈∼반사 미러∼렌즈∼가상 미러면의 왕복 경로에 의해, 왕로상의 가상 미러면과 귀로상의 가상 미러면이 광학적으로 공액이 되도록 구성한다.

Description

고체 레이저 장치{SOLID-STATE LASER SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 고체 레이저 장치와 종래의 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도,
도 2는 종래의 고체 레이저 장치의 동작을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 고체 레이저 장치에 있어서의 동작을 종래의 고체 레이저 장치와 비교해서 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 것 이외의 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도,
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 고체 레이저 장치와 텔레스코프를 채용한 종래의 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 것 이외의 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도.
도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명
1 : 고정 레이저 매질 2 : 여기 광원
3 : 부분반사 미러 4, 8, 40 : 전반사 미러
5 : 가상 미러면 6 : 렌즈
7 : 텔레스코프 60 : 반사형 집광 소자
본 발명은 고체 레이저 장치에 관한 것이며, 특히 고출력이면서 비교적 긴 펄스 폭의 레이저광을 발생하는 펄스형 고체 레이저 장치에 관한 것이다.
종래의 고체 레이저 장치는 고체 레이저 매질과, 고체 레이저 매질을 여기 하는 광원과, 고체 레이저 매질을 사이에 두고 배치되는 적어도 2장의 반사 미러로 구성되는 레이저 공진기를 갖는다. 고체 레이저 매질은 광원에 의해 여기되어서 이득을 발생시키고, 반사 미러 사이에서 왕복하는 빛이 레이저 매질의 이득에 의해 증폭되어, 상기 반사 미러중, 일부분의 빛을 반사하고, 나머지는 투과시키는 부분반사 특성을 갖는 부분반사 미러로부터의 투과광이 출력으로서 추출된다. 반사 미러로서 평면 미러를 이용하고, 고체 레이저 매질을 반사 미러 사이의 중앙에 배치하는 구성은 레이저 비임 조정을 위한 추가 수단을 필요로 하지 않고 고체 레이저 매질을 직렬로 접속해서 고출력화를 실행할 때의 기본 단위가 되는 것이며, 가장 기본적이고 유용한 구성의 하나다.
일반적으로, 고체 레이저 장치에 있어서는 여기를 받은 고체 레이저 매질이 발열하여 온도 분포가 발생하고, 고체 레이저 매질이 렌즈로서 작용하는 열 렌즈 효과가 발생한다. 열 렌즈 효과는 여기 입력에 대략 비례하여 강해지지만, 여기 입력을 따라서 고체 레이저 매질의 열 렌즈 효과가 강해지게 되면, 공진기의 동작이 안정형 공진기의 조건으로부터 벗어나, 발진이 정지해버리는 현상이 발생한다. 공진기가 안정적으로 동작하는 한계의 열 렌즈 효과의 강도의 상한은 공진기의 길이와 관계가 있고, 짧은 공진기일 수록 강한 열 렌즈 효과에 대하여도 안정적으로 동작한다. 즉, 높은 여기 입력, 높은 출력까지 안정적으로 동작한다. 따라서, 높은 출력을 얻기 위해서는, 짧은 공진기를 이용하여 강하게 여기할 필요가 있다.
한편, 광학적인 스위치 등을 이용하여 펄스 발진을 실행하는 펄스형 레이저 장치의 경우, 공진기 길이가 짧고, 여기가 강할 수록 펄스 폭이 줄어드는 관계가 있다.
이와 같이, 일반적으로는, 높은 출력과, 펄스 발진에 있어서의 비교적 긴 펄스 폭은 상반된 동작 조건을 필요로 한다.
길이가 긴 공진기를 이용하여 긴 펄스 폭의 레이저를 발생시키는 펄스형 고체 레이저 장치에 있어서, 공진기의 안정성을 향상시키는 공진기 구조가 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제 2001-274491 호 공보 제 6 내지 제 7 페이지, 도 1 참조). 이 공진기는 고체 레이저 매질과, 고체 레이저 매질측으로부터 입사하는 레이저 광을 확대하는 동시에, 반사경에서 반사되어서 되돌아와서 상기 입사시와는 반대측으로부터 입사하는 레이저 광을 축소하는 텔레스코프와, 이 텔레스코프로부터 입사하는 레이저 광을 반사하는 평면 반사경과, 평면 반사경에 의해 반사되어, 텔레스코프에 의해 축소되고, 또한 레이저 매질에 의해 증폭되어서 입사하는 레이 저 광을 확대하고, 반대측으로부터 입사하는 레이저 광을 축소하는 텔레스코프와, 이 텔레스코프를 경유해서 입사하는 레이저 광을 반사하는 평면 반사경으로 구성된다. 보통, 상기 텔레스코프는 2개의 렌즈로 구성되어 있다. 이러한 레이저 장치에 있어서는, 상기 텔레스코프를 이용하는 것에 의해, 공진기 길이가 긴 공진기에서 발생하는 비임을 적당한 크기로 축소해서 고체 레이저 매질을 통과시킴으로써, 긴 공진기에서 고출력까지 안정적인 동작을 실현하도록 하고 있다. 이 구성에서는, 긴 공진기를 이용하고 있기 때문에 비교적 긴 펄스 폭의 발진이 가능해진다.
종래의 고체 레이저 장치에서는 상술한 바와 같이, 높은 출력을 안정적으로 얻기 위해서는, 짧은 공진기를 이용하여 고밀도의 여기를 실행할 필요가 있어, 발진 펄스폭이 줄어드는 경향이 있다. 따라서, 비교적 긴 펄스폭과 고출력을 양립시키는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 이것에 대하여, 상기와 같이 텔레스코프를 이용한 공진기 구성이 제안되어 있지만, 텔레스코프를 구성하기 위해 2개 이상의 렌즈가 필요하기 때문에, 장치가 복잡하게 된다는 문제가 있다. 특히 복수의 고체 레이저 매질을 연결해서 고출력화를 도모할 경우에는, 각 고체 레이저 매질 사이에 확대 텔레스코프 및 축소 텔레스코프를 삽입할 필요가 있고, 장치가 복잡하게 되고, 고비용이 된다는 문제가 있다. 또한, 조정이 곤란하다는 문제도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 단순하고 신뢰성이 높은 구성에 의해, 고출력의 장펄스 고체 레이저 비임을 얻는 것이 가능한 고체 레이저 장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명에 따른 고체 레이저 장치는, 고체 레이저 매질, 상기 고체 레이저 매질을 여기하는 광원 및 상기 고체 레이저 매질을 사이에 두고 레이저 공진기를 구성하는 적어도 2개의 반사 미러를 구비하는 고체 레이저 장치에 있어서, 상기 고체 레이저 매질과 적어도 1개의 반사 미러 사이의 공간에 가상 미러면을 설정하는 동시에, 상기 가상 미러면과 상기 반사 미러 사이에 적어도 1장의 광학 소자를 설치하고, 가상 미러면∼광학소자∼반사 미러∼광학 소자∼가상 미러면의 왕복 경로에 의해, 왕로(往路)상의 가상 미러면과 귀로(歸路)상의 가상 미러면이 광학적으로 공액(optically conjugated)(왕로의 가상 미러면이 귀로의 가상 미러면에 결상(結像))이 되도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 고체 레이저 장치는, 복수의 고체 레이저 매질, 상기고체 레이저 매질을 여기하는 광원 및 상기 복수의 고체 레이저 매질을 사이에 두고 레이저 공진기를 구성하는 적어도 2장의 반사 미러로 이루어진 고체 레이저 장치에 있어서, 상기 복수의 고체 레이저 매질과 적어도 1장의 반사 미러 사이의 공간에 가상 미러면을 설정하는 동시에, 상기 가상 미러면과 상기 반사 미러 사이에 적어도 1장의 광학 소자를 설치하고, 가상 미러면∼광학 소자∼반사 미러∼광학 소자∼가상 미러면의 왕복 경로에 의해, 왕로상의 가상 미러면과 귀로상의 가상 미러면이 광학적으로 공액이 되도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 고체 레이저 장치는 복수의 고체 레이저 매질, 상기 고체 레이저 매질을 여기하는 광원 및 상기 복수의 고체 레이저 매질을 사이에 두고 레이저 공진기를 구성하는 적어도 2장의 반사 미러로 이루어지는 고체 레이저 장치에 있어서, 상기 복수의 고체 레이저 매질중 적어도 2개의 고체 레이저 매질 사이에, 2개의 가상 미러면을 설정하는 동시에, 상기 2개의 가상 미러면 사이에 적어도 1장의 광학 소자를 설치하고, 상기 2개의 가상 미러면이 광학적 공액의 관계가 되도록 구성한 것이다.
실시형태 1
도 1a는 본 발명의 실시형태 1에 의한 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도이다. 고체 레이저 장치는 고체 레이저 매질(1)과, 고체 레이저 매질(1)을 여기 하는 여기 광원(2)과, 반사 미러(3, 4)와, 렌즈(6)로 구성되어 있다. 또, 도 1a에 있어서, 반사 미러(3)는 부분반사 미러이고, 반사 미러(4)는 전반사 미러이다. 또한, 고체 레이저 매질(1)과 적어도 1장의 반사 미러[여기서는 전반사 미러(4)] 사이의 공간에는 가상적인 가상 미러면(5)이 설정되어 있다. 고체 레이저 매질(1)과 부분반사 미러 사이의 거리는 La, 고체 레이저 매질(1)과 가상 미러면(5) 사이의 거리는 Lb이며, 가상 미러면(5)은 도 1b에 도시하는 바와 같은 종래의 고체 레이저 장치의 전반사 미러(평면 미러)(40)가 놓인 위치에 설정되어 있다. 도 1b에 있어서, 고체 레이저 매질(1), 광원(2) 및 부분반사 미러(3)는 도 1a의 고체 레이저 매질(1), 광원(2) 및 부분 반사 미러(3)와 동일한 것이다. 렌즈(6)는 가상 미러면 (5)으로부터 L1의 위치에, 반사 미러(4)는 렌즈(6)로부터 L2의 위치에 설치된다. L1, L2에 대해서는 후술한다.
다음으로, 도 1a에 도시하는 본 실시 형태 1에 의한 고체 레이저 장치의 동작에 대해 설명한다.
고체 레이저 매질(1)은 여기 광원(2)에 의해 여기되어서 이득을 발생시킨다. 부분반사 미러(3)와 전반사 미러(4) 사이에서 왕복하는 광이 레이저 매질(1)의 이득에 의해 증폭되어, 부분반사 미러(3)로부터 출력으로서 추출된다. 가상 미러면(5)과 렌즈(6) 사이의 거리를 L1, 렌즈(6)와 전반사 미러(4) 사이의 거리를 L2, 전반사 미러(4)의 곡률반경을 R, 렌즈(6)의 초점 거리를 f로 할 때, 가상 미러면(5)으로부터 렌즈(6)를 거쳐서 전반사 미러에 이르는 왕복 경로를 나타내는 광선 행렬은
수학식 1
Figure 112005016595476-pat00001
로 표현된다. 여기에서, 예를 들면 L1=2f, L2=2f, R=f라고 하면, 수학식 1은
수학식 2
Figure 112005016595476-pat00002
로 표현되고, 수학식 2의 광선 행렬은 평면 미러를 나타내는 광선 행렬과 동일하다. 이것은, 가상 미러면(5)으로부터 렌즈(6)를 거쳐서 전반사 미러(4)에 이르는 경로의 왕복에 의한 광학적인 작용이, 가상 미러면(5)에 평면 미러를 놓아둔 경우의 광학적인 작용과 등가인 것을 나타내고 있다. 따라서, 도 1a의 구성에 있어서, L1=2f, L2=2f, R=f일 때, 레이저 공진기는 가상 미러면(5)의 위치에 평면 미러를 설치한 것, 즉 도 1b의 구성과 동일한 동작을 나타낸다.
도 2는 종래의 고체 레이저 장치에 있어서의 동작 특성을 도시한다. 또한, 도 3은 본 실시형태 1에 의한 고체 레이저 장치에 있어서의 동작 특성을 종래의 고체 레이저 장치와 비교해서 도시한 도면이며, 도 3a는 도 1a의 구성에 있어서 L1=2f, L2=2f, R=f로 했을 경우의 공진기 동작 특성을, 도 3b는 도 1b에 도시한 종래의 고체 레이저 장치의 공진기 동작 특성을 도시하는 것이다.
종래의 고체 레이저 장치에 있어서는, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 여기 입력에 대략 비례하여 공진기로부터의 출력이 증가하지만, 여기 입력이 소정치를 넘으면, 공진기의 동작이 불안정해져 발진이 정지해버리는 현상이 발생한다. 또한, 공진기가 안정적으로 동작하는 여기 입력의 한계는 공진기의 길이와 관계가 있고, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 짧은 공진기일 수록 높은 여기 입력, 높은 출력까지 안정적으로 동작하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 종래의 고체 레이저 장치에 있어서는, 공진기 길이가 짧고 여기가 강할 수록 펄스 폭이 짧아지는 것을 알 수 있다.
이것에 대하여, 본 실시 형태 1의 고체 레이저 장치에 있어서는, 상술한 바와 같이, 레이저 공진기는 가상 미러면(5)에 평면 미러를 설치한 경우와 등가의 동작을 나타내고, 레이저 매질부에 있어서의 공진기내 비임 직경은 종래의 것과 동일하게 되고, 안정 동작 영역 및 레이저 출력에 있어서 완전히 동일한 공진기의 동작 특성이 얻어진다. 즉, 여기 입력과 레이저 출력의 관계는 도 3a와 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이 거의 동일하게 된다. 한편, 도 1a의 구성에 있어서는, 종래의 구성에 비해서 공진기 길이는 길기 때문에, 레이저 광이 공진기를 왕복하는데 요하는 시간이 길어져, 펄스 동작에 있어서 긴 펄스 폭의 발진 특성을 얻을 수 있다. 즉, 여기 입력과 펄스폭의 관계는 도 3a와 도 3b에서 다르고, 도 3a에 도시하는 본 실시 형태에 기재된 발명이 도 3b에 도시하는 종래의 것보다 같은 여기 입력에 대하여 긴 펄스폭의 레이저를 얻을 수 있게 된다.
상기의 동작은 다음과 같이 생각하는 것에 의해 이해할 수 있다. 즉, 광학적으로 공액인 면 사이의 공간, 즉 공액인 면을 통과해 다시 이 공액인 면으로 되돌아오는 동안의 빛의 전파 공간은, 공진기의 동작의 관점에서는 광학적으로 단락된 공간으로서 공진기 동작에는 영향을 주지 않지만, 레이저 광 증폭의 과정에 있어서는, 공간 전파에 상당하는 시간 지연을 부여하는 것으로 생각할 수 있다는 것이다. 도 1a의 구성은 이 동작 특성을 이용해서 공진기의 고출력 동작과 긴 펄스 발진의 양립을 가능하게 하는 것이다.
또한, 상기 실시 형태에서는 예를 들어 L1=2f, L2=2f, R=f의 조건을 들었지 만, 보다 일반적으로는 1장의 렌즈(6)를 이용하여 가상 미러면(5)에 가상적인 평면 미러를 출현시키는 L1, L2의 조건은, 다음 수학식 3으로 표현된다. 표준적으로 입수할 수 있는 반사 미러 및 렌즈가 수학식 3의 조건을 만족하도록 조합하여 배치되는 조건하에서, 동작 특성상, 보다 자유도가 높은 설계가 가능해진다.
수학식 3
Figure 112005016595476-pat00003
Figure 112005016595476-pat00004
또한, 상기 실시형태에서는, 가상 미러면(5)에 평면 미러를 출현시킬 경우에 대해서 설명했지만, 임의의 곡률의 가상 미러를 출현시키는 것이 가능하다.
예를 들면 L1=L2=2f인 경우, 수학식 1은
수학식 4
Figure 112005016595476-pat00005
로 되고, 수학식 5는 가상 미러면에 곡률 반경(R*)이
수학식 5
Figure 112005016595476-pat00006
인 곡면 미러를 설치한 경우와 같은 공진기 동작을 얻을 수 있는 것을 나타낸다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가상 미러면(5)이 반사 미러와 광학적으로 공액의 관계가 될 경우에 대해서 설명했지만, 가상 미러면(5)으로부터 렌즈(6)를 거쳐서 전반사 미러(4)에 이르는 왕복 경로에 의해, 왕로상의 가상 미러면과 귀로상의 가상 미러면이 광학적으로 공액이 되는 구성이어도 좋다. 대표적인 예로는 L1=L2=f, R=∞(평면 미러)의 케이스를 들 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 공진기중에 설치된 레이저 매질로부터 보아서 전반사 미러측에 가상 미러면(5)을 설정할 경우의 공진기의 각 구성 요소 배치에 대해서 설명했지만, 부분반사 미러(추출한 미러)측, 또는 양측에 설정하여도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 1개의 렌즈(6)를 사용한 가장 단순한 구성의 것에 대해서 설명했지만, 복수의 렌즈를 사용해도 동등한 효과를 갖도록 실현 가능한 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 렌즈(6)를 사용한 예를 개시했지만, 도 4에 도시하는 바와 같이, 렌즈(6) 대신에 반사형의 집광 소자(60)를 이용하여도 좋다. 반사형의 집광 소자(60)를 사용함에 따라, 리턴 타입의 컴팩트한 구성을 얻을 수 있다. 반사형 집광 소자로의 입사 각도가 클 경우에는, 회전 타원면이나 포물면을 사용하면 좋다.
실시 형태 2
고체 레이저 장치에 있어서는, 각각 고체 레이저 매질을 포함하는 복수의 기본 유닛을 직렬로 연결함으로써 고출력화가 도모된다. 상기 종래의 고체 레이저 장치에 있어서, 비교적 긴 펄스폭과 고출력을 양립시키는 것으로서, 도 5b에 도시하는 바와 같은 텔레스코프(7)를 이용한 공진기 구성이 있다는 것을 설명했지만, 이러한 구성에 있어서, 복수의 고체 레이저 매체를 이용하여 고출력화를 도모하기 위해서는, 각 고체 레이저 매질 사이에 확대 텔레스코프 및 축소 텔레스코프를 삽입할 필요가 있고, 장치가 복잡화되고 고비용이 되는 문제가 있다. 또한, 조정이 곤란하게 되는 문제가 있다.
이것에 대하여, 실시 형태 1의 고체 레이저 장치의 경우는, 간단한 구성에 의해, 고출력의 장펄스 고체 레이저 비임을 얻는 것이 가능해진다.
도 5a는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 고체 레이저 장치를 도시하는 구성 도이며, 2개의 고체 레이저 매질(1)을 연결한 경우를 도시한다.
도면에 있어서, 복수의 고체 레이저 매질(1)은 각각 여기 광원(2)에 의해 여기되어서 이득을 발생시킨다. 부분반사 미러(3) 및 전반사 미러(4) 사이에서 왕복하는 빛이 레이저 매질(1)의 이득에 의해 증폭되어, 부분반사 미러(3)로부터 출력으로서 추출된다. 그 때, 실시 형태 1과 같이 고체 레이저 매질(1)과 적어도 1장의 공진기 미러[여기서는 전반사 미러(4)] 사이의 공간에 가상적인 가상 미러면(5)을 설정하는 동시에, 이 가상 미러면(5)과 전반사 미러(4) 사이에 렌즈(6)를 설치하고, 상기 가상 미러면(5) 및 렌즈(6)의 위치를 실시 형태 1에서 설명한 바와 같이 L1, L2에서 결정되는 위치로 설정함으로써, 가상 미러면(5)으로부터 렌즈(6)를 거쳐서 전반사 미러(4)에 이르는 왕복 경로에서, 왕로상의 가상 미러면과 귀로상의 가상 미러면이 공액으로 된 구성이 달성되어, 고출력이면서 비교적 긴 펄스폭의 펄스 레이저 출력이 얻어진다. 또한, 복수의 고체 레이저 매질이 연결된 구성이기 때문에, 보다 고출력의 레이저 출력을 얻을 수 있다.
또한, 복수의 유닛(1, 2)을 연결할 때에는, 고체 레이저 매질(1)의 열 렌즈 작용을 받아서 전파하는 레이저 비임의 파면이 각 기본 유닛의 양단에 있어서 평면이 되도록 배치되면, 동일 사양의 복수 유닛을 단순하게 한 줄로 세우는 것에 의해 주기적인 비임 전파가 되고, 단순하고 또한 효율적인 연결이 실현된다. 예를 들면, 도 5a에 있어서, 가상 미러면(5)상에 가상적 평면 미러를 출현시키는 구성(예를 들면 L1=2f, L2=2f, R=f)으로 하면, 기본 유닛의 양단에서는 레이저 비임의 파면이 평면이 된다. 그 결과, 기본 유닛의 연결에 있어서 파면의 정합을 취하기 위한 수단을 부가하지 않고 복수 유닛을 단순하게 한 줄로 세우는 것에 의해, 용이하게 고출력화가 가능해진다.
또한, 도 5a에서는 2개의 유닛을 연결하는 예를 개시했지만, 부가적 수단을 쓰는 일없이, 임의의 수의 유닛을 연결할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상기 실시 형태에서는 복수의 고체 레이저 매질중 전반사 미러측에 있는 고체 레이저 매질과 전반사 미러 사이에 가상 미러면(5)을 설정하는 경우에 대해서 설명했지만, 부분반사 미러(추출 미러)측, 또는 양측에 설정해도 좋다.
또한, 광학적으로 공액인 면 사이의 공간은 공진기의 동작의 관점에서는, 광학적으로 단락된 공간으로서 공진기 동작에는 영향을 주지 않지만, 레이저 광 증폭의 과정에 있어서는, 공간 전파에 해당하는 시간 지연을 부여하는 것이라고 하는 동작 원리로부터, 복수의 고체 레이저 매질을 사용한 경우에 있어서, 복수의 고체 레이저 매질 사이에, 상기와 같은 광학적으로 단락된 공간을 설치해도 좋다. 도 6은 이러한 구성의 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도이며, 유닛(1)과 유닛(2) 사이에 2개의 가상 미러면(5)을 설정하는 동시에, 2개의 가상 미러면(5) 사이에 2개의 렌즈(6)와 전반사 미러(8)를 설치하고, 각각의 설치 위치, 렌즈의 초점 거리등을 실시 형태 1과 같이, 소정 방식으로 설정하므로써, 2개의 가상 미러면(5)이 광학적공액의 관계가 되도록 구성한 것이다. 이러한 구성은, 레이저 유닛을 설치할 스페이스가 부족한 경우 등에 있어서, 장치 설치시의 장치 구성상의 자유도를 높일 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 도 6에서는 2개의 가상 미러면(5) 사이에 2개의 렌즈(6)와 전반사 미러(8)를 설치했지만, 렌즈(6)에 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들면 반사형의 집광 소자를 사용하고, 2개의 가상 미러면(5)이 광학적 공액의 관계가 되도록 구성해도 좋다.
실시 형태 3
고체 레이저 장치의 새로운 고출력화를 도모하는 수단으로서 증폭기를 사용할 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 고체 레이저 장치를 도시하는 구성도이며, 증폭기를 사용한 구성을 도시한다. 도 7에 있어서는, 유닛(1)이 발진 단이고, 유닛(2) 및 유닛(3)이 증폭단이다.
도 7에 있어서, 각 유닛에 있어서의 고체 레이저 매질(1)은 각각 여기 광원(2)에 의해 여기되어서 이득을 발생시킨다. 공진기 미러(3 및 4) 사이에서 왕복하는 광이 유닛(1)의 고체 레이저 매질(1)의 이득에 의해 증폭되고, 부분반사 미러(3)로부터 발진 비임으로서 추출된다. 이 발진 비임을 유닛(2) 및 유닛(3)의 증폭 단을 통과시켜서 증폭함으로써, 높은 레이저 출력을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태 3에서는 공진기내에 가상 미러면(5) 및 렌즈(6)를 설치하고, 그 설치 위치를 실시 형태 1에서 설명한 위치에 설정함으로써, 고출력이면서 비교적 긴 펄스 폭의 펄스 레이저 출력을 얻을 수 있게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 공진기의 외부에 증폭단을 설치했으므로, 조정이 용이하게 된다.
또한, 특히 가상 미러면 위에 가상적 평면 미러를 출현시키는 구성(예를 들면 L1=2f, L2=2f, R=f)으로 하면, 단일 구성의 기본 유닛을 사용하고, 보정 광학 소자 없이 고출력화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 공진기내에 고체 레이저 매질이 1개인 경우를 도시했지만, 실시 형태 2와 같이 복수여도 좋다.
또한, 가상 미러면, 렌즈, 반사 미러의 배치도 실시 형태 1, 2에서 설명한 조건을 만족하는 것 이외의 위치여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 렌즈(6)를 사용한 예를 개시했지만, 다른 광학 소자, 예를 들면 도 4에 도시하는 반사형의 집광 소자를 이용하여도 좋다.
본 발명에 의한 고체 레이저 장치에 있어서는, 간단한 구성으로 고출력의 장펄스 고체 레이저 비임을 얻는 것이 가능해진다. 특히, 복수의 고체 레이저 매질을 연결해서 고출력화를 도모할 때에, 고체 레이저 매질을 단지 한 줄로 세우는 것만으로 좋은 구성이 되기 때문에, 조정이 용이하고 높은 신뢰성으로, 고출력에서 펄스 폭이 긴 레이저 출력을 얻는 것이 가능해진다.

Claims (6)

  1. 하나 이상의 고체 레이저 매질, 상기 고체 레이저 매질을 여기하는 광원 및 상기 하나 이상의 고체 레이저 매질을 사이에 두고 레이저 공진기를 구성하는 한 쌍의 반사 미러를 구비하는 고체 레이저 장치에 있어서,
    상기 하나 이상의 고체 레이저 매질의 일 단부에 위치하는 고체 레이저 매질과, 이 일 단부에 위치하는 고체 레이저 매질에 대향하는 위치에 마련된 상기 한 쌍의 반사 미러 중의 하나의 반사 미러 사이의 공간에 가상 미러면을 설정하는 동시에, 상기 가상 미러면과 상기 대향하는 반사 미러 사이에 적어도 하나의 광학 소자를 마련하고, 가상 미러면으로부터 광학 소자를 거쳐 반사 미러에 이르는 왕복 경로에 의해, 왕로상의 가상 미러면과 귀로상의 가상 미러면이 광학적으로 공액(optically conjugated)이 되도록 한 것을 특징으로 하는
    고체 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가상 미러면이 반사 미러와 광학적으로 공액이 되도록 한 것을 특징으로 하는
    고체 레이저 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가상 미러면과 반사 미러 사이에 설치하는 광학 소자가 하나의 렌즈이고, 상기 렌즈의 초점 거리를 f, 상기 반사 미러의 곡률 반경을 R, 상기 가상 미러면과 상기 렌즈의 거리를 L1, 상기 렌즈와 상기 반사 리머의 거리를 L2로 할 때,
    Figure 112005016595476-pat00007
    인 것을 특징으로 하는
    고체 레이저 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    공진기의 외부에 적어도 하나의 증폭용 고체 레이저 매질을 구비한 것을 특징으로 하는
    고체 레이저 장치.
  5. 복수의 고체 레이저 매질, 상기 고체 레이저 매질을 여기하는 광원 및 상기 복수의 고체 레이저 매질을 사이에 두고 레이저 공진기를 구성하는 한 쌍의 반사 미러를 구비하는 고체 레이저 장치에 있어서,
    상기 복수의 고체 레이저 매질중 적어도 2개의 고체 레이저 매질 사이에 2개의 가상 미러면을 설정하는 동시에, 상기 2개의 가상 미러면 사이에 적어도 하나의 광학 소자를 설치하고, 상기 2개의 가상 미러면이 광학적 공액의 관계가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는
    고체 레이저 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    공진기의 외부에 적어도 하나의 증폭용 고체 레이저 매질을 구비한 것을 특징으로 하는
    고체 레이저 장치.
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