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技術 ガスレーザ増幅装置およびその光軸調整方法

出願人 三菱電機株式会社
発明者 谷野陽一山本達也瀬口正記西前順一藤川周一
出願日 2010年2月4日 (10年11ヶ月経過) 出願番号 2010-022747
公開日 2011年8月18日 (9年4ヶ月経過) 公開番号 2011-159932
状態 拒絶査定
技術分野 レーザ(2)
主要キーワード 限界ゲイン 低圧容器 電極支持部材 出射光パワー 放電領域内 パワー検出器 寄生発振 ミラー配置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年8月18日)のものです。
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図面 (10)

課題

増幅利得が高く、かつ簡便な構成で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置およびその光軸調整方法を提供する。

解決手段

ガスレーザ増幅装置は、CO2等のレーザガス封入するための筐体1と、筐体1内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極15,16と、筐体1内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光反射するためのミラー4,5と、筐体1に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材2,3などで構成される。ミラー4は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー5は、ミラー4によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー4,5は、互いに非平行に設置される。

概要

背景

一般的なガスレーザ発振器は、レーザ媒質ガス(例えば、炭酸ガスヘリウムガス窒素ガスなどからなる混合ガス)を充填した低圧容器と、レーザ媒質ガスを挟んで設けたリアミラー出力ミラーとの間にレーザビーム往復させてレーザ発振させる光共振器と、レーザ媒質ガスを低圧容器に供給するレーザ媒質ガス供給手段と、レーザ媒質ガスを排気するレーザ媒質ガス排気手段と、レーザ媒質ガスにエネルギーを供給するレーザ媒質ガス励起手段(例えば、放電装置)と、レーザ媒質ガスを循環させるレーザ媒質ガス循環装置と、励起されて高温になったレーザ媒質ガスを冷却する冷却手段などで構成される。

こうしたガスレーザ発振器において、寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギー消費されるため、レーザ発振器の効率が低下してしまう。

寄生発振の対策として、下記特許文献1では、出力ミラーとリアミラーの間に複数の折返しミラーを設けて光共振器を構成した直交型ガスレーザ発振器において、複数の折返しミラーの少なくとも一部に凸面鏡を用いることが提案されている。

こうした構成により、対向する折返しミラーは、凸面鏡と凸面鏡の組合せ、または、凸面鏡と平面鏡の組合せ(互いに平行に設置されている)となる。折返しミラー間のレーザビームは急速に折返しミラーの外へ発散していくため、レーザ発振を維持するための限界ゲイン(しきい値)が大きくなる。その結果、折返しミラー間の寄生発振の発生を抑制している。

また、下記特許文献2には、入射レーザ光フィードバックミラーに垂直に入射させて、レーザ光が同一の放電領域を2回通過するように構成したガスレーザ増幅装置が開示されている。この構成では、増幅された出射レーザ光が入射レーザ光と同軸光路上に戻るため、出射レーザ光を分離するためには、波長板偏光子を組み合わせた特別の光学系が不可欠になる。

概要

増幅利得が高く、かつ簡便な構成で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置およびその光軸調整方法を提供する。ガスレーザ増幅装置は、CO2等のレーザガス封入するための筐体1と、筐体1内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極15,16と、筐体1内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー4,5と、筐体1に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材2,3などで構成される。ミラー4は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー5は、ミラー4によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー4,5は、互いに非平行に設置される。

目的

本発明の目的は、増幅利得が高く、かつ簡便な構成で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

レーザガス封入するための筐体と、筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光反射するための少なくとも2枚のミラーと、筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、第1のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、第2のミラーは、第1のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、第1および第2のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とするガスレーザ増幅装置

請求項2

レーザガスを封入するための筐体と、筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも1枚のミラーと、筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、第1のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、第1のミラーへ入射するレーザ光の光軸と、第1のミラーから出射するレーザ光の光軸とが互いに同軸でないことを特徴とするガスレーザ増幅装置。

請求項3

レーザガスを封入するための筐体と、筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも3枚のミラーと、筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、第1のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、第2のミラーは、第1のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、第3のミラーは、第2のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、第1、第2および第3のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とするガスレーザ増幅装置。

請求項4

レーザガスを封入するための筐体と、筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも1枚のミラーと、筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、レーザガスを励起した状態で、ミラー間で発生する寄生発振パワーを検出するステップと、検出した寄生発振パワーが最大となるように、各ミラーの設置角度を調整するステップと、検出した寄生発振パワーが最小となるように、少なくとも1つのミラーについて設置角度をずらすステップとを含むことを特徴とするガスレーザ増幅装置の光軸調整方法。

請求項5

レーザガスを封入するための筐体と、筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも1枚のミラーと、筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、レーザ光の光路に沿って、2つの開口を有する第1アパーチャおよび2つの開口を有する第2アパーチャを所定間隔で配置するとともに、第1アパーチャの一方の開口中心と第2アパーチャの一方の開口中心とを結ぶ第1直線が、第1アパーチャの他方の開口中心と第2アパーチャの他方の開口中心とを結ぶ第2直線に対してねじれの位置になるように調整するステップと、各ミラーの光軸に沿ってガイド光を導入するステップと、導入したガイド光が全ての開口を通過できるように、各ミラーの設置角度を調整するステップとを含むことを特徴とするガスレーザ増幅装置の光軸調整方法。

技術分野

0001

本発明は、CO2等のレーザ媒質を用いてレーザ光増幅するためのガスレーザ増幅装置およびその光軸調整方法に関する。

背景技術

0002

一般的なガスレーザ発振器は、レーザ媒質ガス(例えば、炭酸ガスヘリウムガス窒素ガスなどからなる混合ガス)を充填した低圧容器と、レーザ媒質ガスを挟んで設けたリアミラー出力ミラーとの間にレーザビーム往復させてレーザ発振させる光共振器と、レーザ媒質ガスを低圧容器に供給するレーザ媒質ガス供給手段と、レーザ媒質ガスを排気するレーザ媒質ガス排気手段と、レーザ媒質ガスにエネルギーを供給するレーザ媒質ガス励起手段(例えば、放電装置)と、レーザ媒質ガスを循環させるレーザ媒質ガス循環装置と、励起されて高温になったレーザ媒質ガスを冷却する冷却手段などで構成される。

0003

こうしたガスレーザ発振器において、寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギー消費されるため、レーザ発振器の効率が低下してしまう。

0004

寄生発振の対策として、下記特許文献1では、出力ミラーとリアミラーの間に複数の折返しミラーを設けて光共振器を構成した直交型ガスレーザ発振器において、複数の折返しミラーの少なくとも一部に凸面鏡を用いることが提案されている。

0005

こうした構成により、対向する折返しミラーは、凸面鏡と凸面鏡の組合せ、または、凸面鏡と平面鏡の組合せ(互いに平行に設置されている)となる。折返しミラー間のレーザビームは急速に折返しミラーの外へ発散していくため、レーザ発振を維持するための限界ゲイン(しきい値)が大きくなる。その結果、折返しミラー間の寄生発振の発生を抑制している。

0006

また、下記特許文献2には、入射レーザ光フィードバックミラーに垂直に入射させて、レーザ光が同一の放電領域を2回通過するように構成したガスレーザ増幅装置が開示されている。この構成では、増幅された出射レーザ光が入射レーザ光と同軸光路上に戻るため、出射レーザ光を分離するためには、波長板偏光子を組み合わせた特別の光学系が不可欠になる。

先行技術

0007

特開平11−87807号公報
特開2008−85292号公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1の構成では、折返しミラーとして凸面鏡を用いているため、レーザ光が凸面鏡によって拡散してしまい、入射レーザ光または出射レーザ光に対するビーム整形用の光学系が必要になり、全体として構成が複雑になる。

0009

特許文献2の構成では、光学系が複雑になり、光学損失も増加してしまう。

0010

本発明の目的は、増幅利得が高く、かつ簡便な構成で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置を提供することである。

0011

また本発明の目的は、簡便な手順で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0012

上記目的を達成するために、本発明に係るガスレーザ増幅装置は、レーザガス封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも2枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第1のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第2のミラーは、第1のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第1および第2のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とする。

0013

また本発明に係るガスレーザ増幅装置は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも1枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第1のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第1のミラーへ入射するレーザ光の光軸と、第1のミラーから出射するレーザ光の光軸とが互いに同軸でないことを特徴とする。

0014

また本発明に係るガスレーザ増幅装置は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも3枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第1のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第2のミラーは、第1のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第3のミラーは、第2のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第1、第2および第3のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とする。

0015

また本発明は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも1枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、
レーザガスを励起した状態で、ミラー間で発生する寄生発振のパワーを検出するステップと、
検出した寄生発振パワーが最大となるように、各ミラーの設置角度を調整するステップと、
検出した寄生発振パワーが最小となるように、少なくとも1つのミラーについて設置角度をずらすステップとを含むことを特徴とする。

0016

また本発明は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも1枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、
レーザ光の光路に沿って、2つの開口を有する第1アパーチャおよび2つの開口を有する第2アパーチャを所定間隔で配置するとともに、第1アパーチャの一方の開口中心と第2アパーチャの一方の開口中心とを結ぶ第1直線が、第1アパーチャの他方の開口中心と第2アパーチャの他方の開口中心とを結ぶ第2直線に対してねじれの位置になるように調整するステップと、
各ミラーの光軸に沿ってガイド光を導入するステップと、
導入したガイド光が全ての開口を通過できるように、各ミラーの設置角度を調整するステップとを含むことを特徴とする。

発明の効果

0017

本発明によれば、レーザ光が放電領域内を複数回通過するようなミラー配置を採用することによって、高い増幅利得を有するガスレーザ増幅装置を実現できる。また、折り返しミラー同士が互いに非平行になるように調整することにより、簡便な構成で寄生発振を抑制できる。

図面の簡単な説明

0018

本発明の実施の形態1を示す斜視図である。
本発明の実施の形態2を示す斜視図である。
本発明の実施の形態3を示す斜視図である。
放電領域を定義する説明図である。
本発明の実施の形態4を示す斜視図である。
ミラーの平行度と寄生発振の関係を示すグラフである。
本発明の実施の形態5を示す斜視図である。
アパーチャの各開口、ミラーおよびウインドウ部材の相対位置を図7のA方向から見た側面図である。
2つのアパーチャの形状の一例を示す斜視図である。

実施例

0019

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1を示す斜視図である。ガスレーザ増幅装置は、CO2等のレーザガスを封入するための筐体1と、筐体1内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極15,16と、筐体1内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー4,5と、筐体1に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材2,3などで構成される。

0020

筐体1の一側面にはウインドウ部材2が設けられ、その対向側面にはウインドウ部材3が設けられている。ミラー4は、ウインドウ部材2が配置された筐体1の側面に取り付けられ、ミラー5は、ウインドウ部材3が配置された筐体1の側面に取り付けられる。

0021

ミラー4,5は、光学面が平面である平面ミラーであることが好ましく、取り付け角度微調節が可能なように、角度調整機構を介して筐体1の側面に取り付けられる。ミラー4,5は、互いに非平行に設置されており、ミラー4の光学面の法線とミラー5の光学面の法線が、例えば、約1mradの角度を成すように設置される。

0022

放電電極15,16は、電極支持部材であるセラミック板11,12にメタライズされた電極として構成される。放電電極15,16間に交流電圧印加すると、放電電極15と放電電極16の間で放電が生じ、これによりレーザガスが励起される。

0023

図4は、放電領域を定義する説明図である。放電領域19は、放電電極15,16に挟まれた直方体の領域として定義される。従って、この放電領域19内に存在するレーザガスが励起され、放電領域19を通過するレーザ光が増幅される。

0024

図1に戻って、外部のレーザ発振器またはレーザ増幅器からのレーザ光がウインドウ部材2を通過し、入射レーザ光21としてガスレーザ増幅装置に入射すると、ミラー4で反射し、続いてミラー5で反射して、ウインドウ部材3を通過すると、最終的に出射レーザ光22として出射される。

0025

ミラー4は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー5は、ミラー4によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。従って、レーザ光は、ウインドウ部材2からミラー4へ向かう光路、ミラー4からミラー5へ向かう光路、ミラー5からウインドウ部材3へ向かう光路の順に放電領域を3回通過するようになり、計3回増幅されることになる。さらに、折り返しミラーを増やすことによって、放電領域の通過回数も増加して、より効率的な光増幅が可能になる。

0026

このように同一の放電領域にレーザ光を複数回通過させることにより、高い増幅利得が得られる。利得Gは、利得G=出射光パワーPo/入射光パワーPiで定義される。このとき、利得G≧exp[g0×L]の関係が成立する。ここで、g0は単位長さあたり小信号利得であり、Lは励起媒質長手方向の幾何学的長さ、即ち、放電領域の長手方向の長さである。

0027

同一の放電領域にレーザ光を1回だけ通過させるように構成されたガスレーザ増幅器においては、レーザ光の利得は小信号時の利得であるexp[g0×L]を上回ることはない(例えば、Amnon Yariv著、多田邦雄ら監訳「光エレクトロニクス」原書5版(2000年)を参照。小信号および小信号利得とは、入力が限りなく0に近い微小入力の条件を指す)。

0028

本実施形態において、同一の放電領域にレーザ光が3回通過するように構成しているため、レーザ光が放電領域を通過する距離は、1回通過の場合と比べて3倍になる。例えば、g0×L=1.2となる励起条件のもとで、10Wの入射レーザ光を増幅し、150Wの出射レーザ光を取り出す場合、利得Gは15であり、exp[g0×L]=3.3を超えている。

0029

また、上述のように、光学面が平面であるミラー4および5を互いに平行より約1mradずれた角度を成すように設置したことにより、簡便な構成で寄生発振を抑制する効果を奏している。

0030

仮に、ミラー4,5が互いに平行に設置されていたとすると、ミラー4,5が共振器となって、放電電極15,16で決まる放電領域内で発生した自然放出光を種光としてレーザ発振が起こる。これを寄生発振という。寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギーが消費されるため、レーザ増幅器の効率が低下してしまう。

0031

この対策として本実施形態では、ミラー4,5は、互いに平行より約1mradずれた角度を成すように設置しているため、ミラー4,5間を1往復する光路における回折損失が大きくなる。そのため、放電領域内で発生した自然放出光を種光とした寄生発振は起こらなくなり、簡便な構成で寄生発振を抑制できる。

0032

また本実施形態において、入射レーザ光21と出射レーザ光22が同軸上に戻らないように構成することが好ましく、これにより簡便な構成で発振器への戻り光を低減する効果が得られる。

0033

本実施形態において、2枚の折返しミラー4,5を用いた例を示しているが、3枚以上の折返しミラーを用いてもよく、この場合、3枚以上の折返しミラーのうちいずれの2枚について平行から微小角度目安として1mrad)を成すように設置すれば、同様の効果を奏する。

0034

また、折返しミラーの微小角度は1mrad以上であってもよく、放電領域内で増幅されたレーザ光を再び同じ放電領域内を通過するようにできる角度であれば、同様の効果を奏する。

0035

実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2を示す斜視図である。本実施形態では、レーザ光が同一の放電領域を2回通過するように構成した例を説明する。

0036

ガスレーザ増幅装置は、CO2等のレーザガスを封入するための筐体1と、筐体1内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極15,16と、筐体1内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー4と、筐体1に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材2などで構成される。

0037

筐体1の一側面にはウインドウ部材2が設けられ、その対向側面にミラー4が取り付けられる。ミラー4は、光学面が平面である平面ミラーであることが好ましく、取り付け角度の微調節が可能なように、角度調整機構を介して筐体1の側面に取り付けられる。

0038

放電電極15,16は、電極支持部材であるセラミック板11,12にメタライズされた電極として構成される。図4に示したように、放電領域19は、放電電極15,16に挟まれた直方体の領域として定義される。放電電極15,16間に交流電圧を印加すると、放電電極15と放電電極16の間で放電が生じ、これによりレーザガスが励起され、その結果、放電領域19を通過するレーザ光が増幅される。

0039

外部のレーザ発振器またはレーザ増幅器からのレーザ光がウインドウ部材2を通過し、入射レーザ光21としてガスレーザ増幅装置に入射すると、ミラー4で反射し、再びウインドウ部材2を通過すると、最終的に出射レーザ光22として出射される。

0040

ここで、入射レーザ光21の光軸と出射レーザ光22の光軸が互いに同軸とならないように、入射レーザ光21をミラー4の光学面の法線に対して、例えば、約10mradの角度で斜め入射している。このとき出射レーザ光22もミラー4の光学面の法線に対して約10mradの角度で反射する。

0041

ミラー4は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。従って、レーザ光は、ウインドウ部材2からミラー4へ向かう光路、ミラー4からウインドウ部材2へ向かう光路の順に放電領域を2回通過するようになり、計2回増幅されることになる。このように同一の放電領域にレーザ光を複数回通過させることにより、高い増幅利得が得られる。

0042

増幅利得に関して、実施の形態1と同様に、利得G=出射光パワーPo/入射光パワーPi≧exp[g0×L]の関係が成立する。本実施形態において、同一の放電領域にレーザ光が2回通過するように構成しているため、レーザ光が放電領域を通過する距離は、1回通過の場合と比べて2倍になる。例えば、g0×L=1.2となる励起条件のもとで、10Wの入射レーザ光を増幅し、40Wの出射レーザ光を取り出す場合、利得Gは4であり、exp[g0×L]=3.3を超えている。

0043

また、上述のように、入射レーザ光21の光軸と出射レーザ光22の光軸が同軸上にならないように、入射レーザ光21をミラー4の光学面の法線に対して、例えば、約10mradの角度で斜め入射することにより、簡便な構成で発振器への戻り光を抑制する効果を奏している。

0044

本実施形態において、1枚のウインドウ部材2を入射レーザ光21および出射レーザ光22が通過する構成を示しているが、入射レーザ光21が通過するウインドウ部材と、出射レーザ光22が通過するウインドウ部材とを別個に設けても同様の効果を奏する。

0045

実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3を示す斜視図である。本実施形態では、レーザ光が同一の放電領域を6回通過するように構成した例を説明する。

0046

ガスレーザ増幅装置は、CO2等のレーザガスを封入するための筐体1と、筐体1内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極15,16と、筐体1内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー4,5,6と、筐体1に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材2などで構成される。

0047

筐体1の一側面にはウインドウ部材2が設けられ、同じ側面にミラー5が取り付けられる。その対向側面には、ミラー4,6が取り付けられる。ミラー4,5,6は、光学面が平面である平面ミラーであることが好ましく、取り付け角度の微調節が可能なように、角度調整機構を介して筐体1の側面に取り付けられる。

0048

ミラー4,5は、互いに非平行に設置されており、ミラー4の光学面の法線とミラー5の光学面の法線が、例えば、約1mradの角度を成すように設置される。ミラー5,6も互いに非平行に設置されており、ミラー5の光学面の法線とミラー6の光学面の法線が、例えば、約10mradの角度を成すように設置される。

0049

放電電極15,16は、電極支持部材であるセラミック板11,12にメタライズされた電極として構成される。図4に示したように、放電領域19は、放電電極15,16に挟まれた直方体の領域として定義される。放電電極15,16間に交流電圧を印加すると、放電電極15と放電電極16の間で放電が生じ、これによりレーザガスが励起され、その結果、放電領域19を通過するレーザ光が増幅される。

0050

外部のレーザ発振器またはレーザ増幅器からのレーザ光がウインドウ部材2を通過し、入射レーザ光21としてガスレーザ増幅装置に入射すると、ミラー4→ミラー5→ミラー6→ミラー5→ミラー4の順で反射し、再びウインドウ部材2を通過すると、最終的に出射レーザ光22として出射される。

0051

ミラー4は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー5は、ミラー4によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー6は、ミラー5によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。従って、レーザ光は、ウインドウ部材2からミラー4へ向かう光路、ミラー4からミラー5へ向かう光路、ミラー5からミラー6へ向かう光路、ミラー6からミラー5へ向かう光路、ミラー5からミラー4へ向かう光路、ミラー4からウインドウ部材3へ向かう光路の順に放電領域を6回通過するようになり、計6回増幅されることになる。さらに、折り返しミラーを増やすことによって、放電領域の通過回数も増加して、より効率的な光増幅が可能になる。

0052

増幅利得に関して、実施の形態1と同様に、利得G=出射光パワーPo/入射光パワーPi≧exp[g0×L]の関係が成立する。本実施形態において、同一の放電領域にレーザ光が6回通過するように構成しているため、レーザ光が放電領域を通過する距離は、1回通過の場合と比べて6倍になる。例えば、g0×L=1.2となる励起条件のもとで、10Wの入射レーザ光を増幅し、1kWの出射レーザ光を取り出す場合、利得Gは100であり、exp[g0×L]=3.3を超えている。

0053

また、上述のように、光学面が平面であるミラー4,5,6を互いに平行より約1mradずれた角度を持つように設置したことより、簡便な構成で寄生発振を抑制する効果を奏している。

0054

仮に、ミラー4,5,6のうちいずれか2枚のミラーが互いに平行に設置されていたとすると、これらの平行ミラー同士が共振器となって、放電領域内で発生した自然放出光を種光として寄生発振が起こる。寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギーが消費されるため、レーザ増幅器の効率が低下してしまう。

0055

この対策として本実施形態では、上述のように、ミラー4,5は互いに平行より約1mradずれた角度を成し、ミラー5,6は互いに平行より約10mradずれた角度を成すように設置しているため、ミラー4,5間を1往復する光路、ミラー5,6間を1往復する光路、およびミラー4,5,6間を1往復する光路における回折損失が大きくなる。そのため、放電領域内で発生した自然放出光を種光とした寄生発振は起こらなくなり、簡便な構成で寄生発振を抑制できる。

0056

また、入射レーザ光21の光軸と出射レーザ光22の光軸が同軸上にならないように、入射レーザ光21をミラー6の光学面の法線に対して、例えば、約10mradの角度で斜め入射することにより、簡便な構成で発振器への戻り光を抑制できる。

0057

本実施形態において、1枚のウインドウ部材2を入射レーザ光21および出射レーザ光22が通過する構成を示しているが、入射レーザ光21が通過するウインドウ部材と、出射レーザ光22が通過するウインドウ部材とを別個に設けても同様の効果を奏する。

0058

なお、実施の形態1〜3では、一対の放電電極15,16を配置した例を示しているが、複数対の放電電極が光路に沿って並んでいる構成であっても、同様の効果を奏する。

0059

また、実施の形態1〜3では、放電電極15,16として、セラミック板11,12にメタライズされた電極を用いた例を示したが、放電電極15,16を他の方法で筐体1に固定しても同様の効果を奏する。

0060

また、実施の形態1〜3では、レーザ媒質としてCO2を用いた例を示しているが、エキシマレーザ等、他のレーザ媒質であっても同様の効果を奏する。

0061

また、実施の形態1〜3では、交流放電を用いてレーザガスを励起する例を示しているが、直流電圧による放電励起、光による励起など、他の励起方式を用いても同様の効果を奏する。

0062

実施の形態4.
図5は、本発明の実施の形態4を示す斜視図である。ここでは、本発明に係るガスレーザ増幅装置の光軸調整方法を説明する。以下、実施の形態1に係るガスレーザ増幅装置を例として説明するが、実施の形態2,3に係るガスレーザ増幅装置にも同様に適用できる。

0063

筐体1の外側には、入射レーザ光の光軸と交差するように、レーザ吸収機構としてダンパ42が設置され、一方、出射レーザ光の光軸と交差するように、例えば、サーモパイル型ディテクタなどのパワー検出器41が設置される。

0064

こうした構成において、ダンパ42およびパワー検出器41を取り除き、ミラー4,5の相対角度が約1mradの角度を成すように光軸を調整すると、実施の形態1と同じガスレーザ増幅装置となる。

0065

最初に、入射レーザ光の光軸上に補助ミラー(不図示)等を設置することによって、外部光源からのガイド光(例えば、ヘリウムネオンレーザ光)を入射レーザ光の光軸に沿って導入する。このときガイド光がウインドウ部材2の中心を通過し、ミラー4の光学面中心に当たるように、ガイド光の光軸を調整する。

0066

次に、ミラー4の設置角度を調整し、ミラー4で反射されたガイド光がミラー5の光学面中心に当たるようにする。続いて、ミラー5の設置角度を調整し、ミラー5で反射されたガイド光がウインドウ部材3の中心を通過するようにする。その後、補助ミラーを除去してガイド光の導入を停止する。

0067

次に、放電電極15,16に対して交流電圧を印加し、放電電極15,16によって決まる放電領域でレーザガスが励起された状態とする。ここで、ミラー4,5が互いに平行に極めて近い角度θa(例えば、1mradオーダーよりも小さい角度)をなしていれば、ミラー4,5間で寄生発振光23が発生するようになる。寄生発振光23の一部は、ミラー5で回折して回折光24となってウインドウ部材3を通ってパワー検出器41に到達し、さらにミラー4で回折して回折光25となってウインドウ部材3を通ってダンパ41に到達する。

0068

一方、ミラー4,5の相対角度が角度θaよりも大きい場合は、寄生発振が起こらず、パワー検出器41では寄生発振光が検出されない。この場合、ミラー4及び/又はミラー5の設置角度を微調整することによって、ミラー4,5の相対角度が角度θa以下となるようにミラー4,5の光軸を調整し、寄生発振が発生するアライメント状態とする。このときパワー検出器41で検出される寄生発振パワーが最大となるように設定することによって、ミラー4,5が互いに完全に平行になるように調整できる。

0069

次に、最大パワーの状態からミラー4及び/又はミラー5の設置角度を意図的にずらして、ミラー4,5の相対角度を、例えば、約1mradに設定すると、寄生発振パワーが急激に低下する。このとき寄生発振パワーが最小となるように設定すれば、寄生発振を確実に防止できる。

0070

図6は、ミラーの平行度と寄生発振の関係を示すグラフである。縦軸は、パワー検出器41で検出された寄生発振パワー(リニア任意単位)であり、横軸は、ミラー4,5の相対角度(mrad)である。ここで、寄生発振パワーが最大となるアライメント状態を原点(0mrad)としている。このグラフを見ると、ミラー4,5の相対角度を約1mrad以上に設定すれば、寄生発振パワーは最小になり、寄生発振が抑制されることが判る。

0071

こうした手法により、簡便な手順で寄生発振を抑制できるようにガスレーザ増幅装置の光軸調整を行うことができる。

0072

実施の形態5.
図7は、本発明の実施の形態5を示す斜視図である。ここでは、本発明に係るガスレーザ増幅装置の光軸調整方法を説明する。以下、実施の形態1に係るガスレーザ増幅装置を例として説明するが、実施の形態2,3に係るガスレーザ増幅装置にも同様に適用できる。

0073

筐体1内には、レーザ光の光路に沿って2枚のアパーチャ31,32が所定間隔、例えば、1mの間隔で互いに平行に設置される。アパーチャ31は2つの開口33,34を有し、アパーチャ32も2つの開口35,36を有する。これらの開口33〜36は、レーザ光が通過する空間を機械的に制限する機能を有するものであり、筐体1内の光路の数が増加すると開口の数も増加する。

0074

筐体1の外側には、ガイド光(例えば、ヘリウムネオンレーザ光)28を発生する光源51が設置される。

0075

図9は、アパーチャ31,32の形状の一例を示す斜視図である。アパーチャ31とアパーチャ32は、開口の位置を除いて同形である。アパーチャ31の開口33,34の各中心は、アパーチャ31の対称軸上に設けられている。一方、アパーチャ32に対する開口36の位置は、アパーチャ31に対する開口34の位置と同じであるが、アパーチャ32に対する開口35の位置は、アパーチャ31に対する開口35の位置よりも、例えば、2mm右側(図7のA方向の反対方向)にずらして設けられている。

0076

図8は、アパーチャ31の開口33,34、アパーチャ32の開口35,36、ミラー4,5、およびウインドウ部材2,3の相対位置を図7のA方向から見た側面図である。アパーチャ31に対する開口35の中心は、図8紙面から2mm手前に位置している。そのため、開口33の中心と開口35の中心とを結ぶ第1直線は、開口34の中心と開口36の中心とを結ぶ第2直線に対してねじれの位置になる。このときねじれ角は、2mm/1m=2mradに相当する。

0077

次に、ガイド光28を各ミラーの光軸に沿って導入する。そして、ガイド光28が開口34の中心、開口36の中心、開口33の中心、開口35の中心を通るように2枚のミラー4,5の設置角度を調整すると、ミラー4,5の相対角度(mrad)は約1mradに設定される。

0078

こうした手法により、簡便な手順で寄生発振を抑制できるようにガスレーザ増幅装置の光軸調整を行うことができる。

0079

1筐体、 2,3ウインドウ部材、 4,5,6ミラー、
11,12セラミック板、 15,16放電電極、 19放電領域、
21入射レーザ光、 22出射レーザ光、 23寄生発振光、
24,25回折光、 28ガイド光、 31,32アパーチャ、
33,34,35,36 開口、 41パワー検出器、 42ダンパ、
51光源。

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