JP2685923B2 - Laser resonator - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高分解能を有し、波長選択が可能なレーザ
共振器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a laser resonator having high resolution and capable of wavelength selection.
（従来の技術） 従来、波長選択が可能なレーザ共振器においては、そ
の共振器のリアミラーにグレーティング（回折格子）を
設け、グレーティングへの入射角を変化させることによ
り波長選択を行っている。第５図に、波長選択式の安定
形共振器の構成を示した。即ち、出力ミラー１とグレー
ティング２間で発振したレーザ光は、出力ミラー１をハ
ーフミラーとすることにより共振器内部発振の一部が出
力ミラー１から取り出される。一方、グレーティング２
は、選択された波長の光が入射角と同じ方向に回折する
リトロータイプが一般的で、CO2レーザ等では、回折次
数が１次の光を用いることが多い。なお、グレーティン
グへの入射角と回折角の関係式は、次式で表わされる。(Prior Art) Conventionally, in a laser resonator capable of wavelength selection, a grating (diffraction grating) is provided in a rear mirror of the resonator, and wavelength selection is performed by changing an incident angle to the grating. FIG. 5 shows the structure of a wavelength selective stable resonator. That is, in the laser light oscillated between the output mirror 1 and the grating 2, a part of the internal oscillation of the resonator is extracted from the output mirror 1 by using the output mirror 1 as a half mirror. On the other hand, grating 2
Is generally a Littrow type in which light of a selected wavelength is diffracted in the same direction as the incident angle, and CO 2 lasers and the like often use light of the first diffraction order. The relational expression between the incident angle on the grating and the diffraction angle is expressed by the following equation.
ｍλ＝ｄ・cosθ（sini＋sinβｍ） …（１） m :回折次数 λ：波長 i :入射角 βm:m次回折光の回折角 d :格子定数（格子間隔） θ：グレーティングの主断面と入射光のなす角 ここで、入射角が主断面内（θ＝０）で、ｍ＝１のと
き、リトロータイプの使い方（ｉ＝β）の場合、次式が
成り立つ。m λ = d · cos θ (sini + sin βm) (1) m: Diffraction order λ: Wavelength i: Incident angle βm: Diffraction angle of m-th order diffracted light d: Lattice constant (lattice interval) θ: Grating main section and incident light Angle Here, when the incident angle is within the main cross section (θ = 0) and m = 1, and the Littrow type is used (i = β), the following equation holds.
ｉ＝sin-1（λ/2d） …（２） （ただし、ｉ＝β） また、モードセレクター３により発振光の横モードが規
定されるが、一般に、光の質が重要視される場合には、
シングルモードが要求される。i = sin −1 (λ / 2d) (2) (where i = β) Further, the transverse mode of the oscillation light is defined by the mode selector 3, but in general, when the quality of light is considered important. Is
Single mode is required.
ところで、波長選択の精度を支配する要因としては、
グレーティングの角分散と分解能が考えられる。この角
分散は、２つの波長の差ｄλによってどれだけの角度分
離があるかを示す量でｄθ/dλで表される。By the way, the factors that govern the accuracy of wavelength selection are:
The angular dispersion and resolution of the grating are considered. This angular dispersion is represented by dθ / dλ, which is an amount indicating how much angular separation is caused by the difference dλ between the two wavelengths.
ｄθ/dλ＝m/d・cosθ …（３） （３）式から明らかな様に、入射角θと回折次数ｍが
一定の場合、格子定数ｄが小さい程、角分散が大きくな
る。従って、必要な波長選択精度ｄλに対して、共振器
として十分に識別可能な程度の角度分離がとれるだけの
格子定数ｄ（格子間隔）を持ったグレーティングを採用
する必要がある。一方、波長が接近していれば、グレー
ティングによって生ずるそれらの波長主極大値が、でき
るだけ細い状態に現れるようにしなければ見分けられに
くく、グレーティングで分解された２つの波長の差をΔ
λとすると、分解能Ｒは、 Ｒ＝λ／Δλ …（４） で定義される。（４）式から明らかな様に、Δλの値が
小さければ小さい程、分解能Ｒは大きくなる。Rayleigh
の判定条件によると、もし、波長（λ＋Δλ）の主極大
値が波長λの最初の極小値と重なるときが２つの波長の
光波が２つに見える限界となる。いま、グレーティング
における発振光が当たっている格子の数をＮとすると、
分解能Ｒは、 Ｒ＝ｍ・Ｎ …（５） となる。従って、格子スペクトルの分解能は格子の全数
Ｎと回折次数ｍに比例する。しかし、回折次数ｍをあま
り大きくとれない共振器では、分解能を良好にするには
格子の数Ｎを増やさなければならない。また、ピークパ
ワーの大きなパルスレーザでは、グレーティングの耐光
強度が問題になるため、グレーティングへの入射パワー
密度を小さくするという意味でも、ビーム径を大きくす
ることが要求される場合がある。dθ / dλ = m / d · cos θ (3) As is clear from the equation (3), when the incident angle θ and the diffraction order m are constant, the smaller the lattice constant d, the larger the angular dispersion. Therefore, it is necessary to adopt a grating having a lattice constant d (lattice spacing) enough to achieve sufficient angular separation as a resonator with respect to the required wavelength selection accuracy dλ. On the other hand, if the wavelengths are close to each other, it is difficult to distinguish the main wavelength maxima generated by the grating so that they appear as thin as possible, and the difference between the two wavelengths resolved by the grating is Δ.
If λ, the resolution R is defined by R = λ / Δλ (4) As is clear from the equation (4), the smaller the value of Δλ, the larger the resolution R. Rayleigh
According to the determination condition of, if the main maximum value of the wavelength (λ + Δλ) overlaps with the first minimum value of the wavelength λ, the light wave of two wavelengths becomes a limit that can be seen as two. Now, let N be the number of gratings on the grating where the oscillated light strikes,
The resolution R is R = m · N (5). Therefore, the resolution of the grating spectrum is proportional to the total number N of the gratings and the diffraction order m. However, in a resonator in which the diffraction order m cannot be made too large, the number N of gratings must be increased in order to improve resolution. Further, in a pulsed laser having a large peak power, the light resistance strength of the grating becomes a problem, and therefore, in order to reduce the incident power density to the grating, it may be required to increase the beam diameter.
以上より、波長選択精度を上げるためには、必要な角
分散の得られる格子定数ｄを有するグレーティングを採
用し、グレーティング面に当たる光束の巾を拡大し、格
子の数Ｎを大きくしてやる必要がある。また、光の質が
重要視される場合には、シングルモードが要求されるた
め、ビーム径を大きくとれないので、格子を横切る方向
のビーム径を拡大しなければならない。この様な共振器
内に用いられるビーム拡大器としては、第６図に示した
様なブリュースター角で入射させるプリズムが一般的で
ある。この様なビーム拡大器においては、プリズム４の
屈折率をn,入射ビームのビーム巾をd1，出射ビームのビ
ーム巾をd2とすると、 d2＝ｎ・d1 …（６） となる。例えば、CO2レーザでは、プリズムにZnSe等が
用いられ、ZnSeの場合ｎ2.4なので、ビーム巾を約2.4
倍にできる。もし、2.4倍で不十分な場合には、第７図
に示す様に、第１プリズム５と第２プリズム６を用いた
ダブルプリズムが採用され、このとき、 d2＝n2・d1 …（７） となる。即ち、一般に、ｘ個のプリズムを通過した光
は、 d2＝nx・d1 …（８） となる。従って、多数のプリズムを通過させる程ビーム
巾を拡大でき、耐光強度、分解能共に向上させることが
できる。From the above, in order to improve the wavelength selection accuracy, it is necessary to adopt a grating having a lattice constant d that can obtain the required angular dispersion, to expand the width of the light beam striking the grating surface, and to increase the number N of gratings. Further, when the quality of light is important, a single mode is required, and therefore the beam diameter cannot be made large, so the beam diameter in the direction crossing the grating must be enlarged. As a beam expander used in such a resonator, a prism that makes the Brewster angle incident as shown in FIG. 6 is generally used. In such a beam expander, d 2 = n · d 1 (6), where n is the refractive index of the prism 4, d 1 is the beam width of the incident beam, and d 2 is the beam width of the emitted beam. . For example, in a CO 2 laser, ZnSe or the like is used for the prism, and since ZnSe has n2.4, the beam width is about 2.4.
Can be doubled. If 2.4 times is not sufficient, a double prism using the first prism 5 and the second prism 6 is adopted as shown in FIG. 7, and at this time, d 2 = n 2 · d 1 ... (7) That is, generally, the light passing through the x prisms is d 2 = n x · d 1 (8). Therefore, the beam width can be increased as it passes through a large number of prisms, and both the light resistance strength and the resolution can be improved.
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した様な従来のレーザ共振器に
は、以下に述べる様な解決すべき課題があった。即ち、
多数のプリズムを使う程、耐光強度，分解能共に良好な
共振器となるが、プリズムの数が増える程、共振器のア
ライメントが複雑になる。特に、プリズムを共振器内に
採用すると、光軸が変化すると共に、光の偏光方向も変
化するため、一般の透過形の光学部品の２倍のアライメ
ント量が要求され、特に、複数のプリズムを使用した場
合には、プリズム同志の相対位置精度（姿勢）も共振器
のアライメントのキーポイントとなる。(Problems to be Solved by the Invention) However, the conventional laser resonator as described above has the following problems to be solved. That is,
The larger the number of prisms, the better the light resistance and resolution of the resonator. However, the larger the number of prisms, the more complicated the resonator alignment becomes. In particular, when a prism is adopted in the resonator, the optical axis changes and the polarization direction of light also changes, so that an alignment amount twice as much as that of a general transmissive optical component is required. When used, the relative positional accuracy (posture) of the prisms is also a key point for alignment of the resonator.
しかし、従来のレーザ共振器においては、第４図に示
した様に、出力ミラー、プリズムユニット、グレーティ
ングのそれぞれの姿勢が基準光軸と１対１に対応してお
り、それぞれの姿勢が決まって初めて基準光軸が定まる
構成となっているため、まず、出力ミラー、プリズムユ
ニット、グレーティングの粗調整を行い、徐々に互いの
姿勢を最良のアライメントに向けて調整していた。この
様に、従来のレーザ共振器においては、複数のプリズム
を用いたプリズムユニットのアライメント機能が不十
分、不適格であったため、共振器のアライメントに多大
な時間を要していた。However, in the conventional laser resonator, as shown in FIG. 4, the respective postures of the output mirror, the prism unit, and the grating have a one-to-one correspondence with the reference optical axis, and the respective postures are fixed. For the first time, the reference optical axis was fixed, so the output mirror, prism unit, and grating were first roughly adjusted, and then the postures were gradually adjusted toward the best alignment. As described above, in the conventional laser resonator, the alignment function of the prism unit using a plurality of prisms is insufficient and ineligible, so that it takes a lot of time to align the resonator.
本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたも
ので、その目的は、複数のプリズムを用いた場合でも、
アライメントの容易な、精度の高いレーザ共振器を提供
することにある。The present invention has been proposed in order to eliminate the above drawbacks, and its object is to use a plurality of prisms.
An object of the present invention is to provide a highly accurate laser resonator with easy alignment.
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、２つ以上のプリズムを用いて、グレーティ
ングに入射する発振光を拡大するレーザ共振器におい
て、複数個のプリズムを同一のプリズムマウント上に配
設し、入射光に対する第１プリズムの入射面の中心に、
プリズムマウントの水平回転、あおり、垂直回転、左右
方向、上下方向の５方向のアライメント軸の回転あるい
は移動中心がくるように、プリズムマウントの姿勢調整
装置を設けたことを特徴とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention uses a plurality of prisms in the same prism mount in a laser resonator that expands oscillated light incident on a grating by using two or more prisms. It is placed on the center of the incident surface of the first prism for the incident light.
The posture of the prism mount is provided so that the prism mount can be horizontally rotated, tilted, vertically rotated, or rotated or moved about the alignment axis in the left-right direction and the vertical direction.
（作用） 本発明のレーザ共振器によれば、出力ミラー側からの
基準光軸に対して、プリズムユニットを単独で調整する
ことができる。また、プリズム間のアライメントが不要
となる。(Operation) According to the laser resonator of the present invention, the prism unit can be independently adjusted with respect to the reference optical axis from the output mirror side. In addition, alignment between prisms becomes unnecessary.
（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づい
て具体的に説明する。なお、第５図乃至第７図に示した
従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省
略する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. 1 to 3. The same members as those of the conventional type shown in FIGS. 5 to 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
本実施例においては、第１図及び第２図に示した様
に、複数個のプリズム10,11を同一のプリズムマウント1
2上に備えたプリズムユニットが、出力ミラー１とグレ
ーティング２の間に配設され、出力ミラー側からの入射
光に対する第１プリズム10の入射面の中心Ａに、プリズ
ムマウント12の水平回転“a"、あおり“b"、垂直回転
“c"、左右方向“d"、上下方向“e"の５方向のアライメ
ント軸の回転あるいは移動中心がくるように、プリズム
ユニットの姿勢調整装置が設けられている。また、前記
プリズムマウント12には、第１プリズム10と第２プリズ
ム11が取付けられ、両者の相対位置精度は、プリズム単
体の形状精度とプリズムマウント12の機械加工精度によ
り確保されている。In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of prisms 10 and 11 are mounted on the same prism mount 1.
2 is provided between the output mirror 1 and the grating 2 and the prism unit 12 is horizontally rotated at the center A of the incident surface of the first prism 10 with respect to the incident light from the output mirror side. The posture adjustment device of the prism unit is installed so that the alignment axis rotates or moves in five directions: ", tilt" b ", vertical rotation" c ", horizontal direction" d ", and vertical direction" e ". There is. Further, the first prism 10 and the second prism 11 are attached to the prism mount 12, and the relative positional accuracy between them is ensured by the shape accuracy of the prism alone and the machining accuracy of the prism mount 12.
この様な構成を有する本実施例のレーザ共振器におい
ては、出力ミラー１とグレーティング２間で発振したレ
ーザ光は、グレーティング２に入射する直前に、第１プ
リズム10及び第２プリズム11により、グレーティング２
の格子を横切る方向のビーム径が拡大される。例えば、
第１及び第２プリズム10,11としてZnSeを用いた場合に
は、ビーム径は約5.8倍に拡大される。また、グレーテ
ィング２によって波長選択された光は、再び第２プリズ
ム11及び第１プリズム10を通過することにより、元のビ
ーム径に縮小されて出力ミラー１にもどされ、その一部
がレーザ出力として取り出される。この時、出力ミラー
側からの基準光軸に対して、プリズムマウントに設けら
れた姿勢調整装置を適宜調節することによって、効率良
くビーム巾を拡大することができるように、プリズムユ
ニットを単独で調整することができる。また、複数個の
プリズムは同一のプリズムマウント上に配設されている
ため、各プリズム間におけるアライメントは不要とな
る。In the laser resonator of the present embodiment having such a configuration, the laser light oscillated between the output mirror 1 and the grating 2 is reflected by the first prism 10 and the second prism 11 immediately before entering the grating 2. Two
The beam diameter in the direction crossing the grating of is expanded. For example,
When ZnSe is used for the first and second prisms 10 and 11, the beam diameter is expanded by about 5.8 times. In addition, the light whose wavelength is selected by the grating 2 passes through the second prism 11 and the first prism 10 again, is reduced to the original beam diameter, and is returned to the output mirror 1, and a part thereof is converted into a laser output. Taken out. At this time, the prism unit is individually adjusted so that the beam width can be efficiently expanded by appropriately adjusting the attitude adjusting device provided on the prism mount with respect to the reference optical axis from the output mirror side. can do. Further, since the plurality of prisms are arranged on the same prism mount, alignment between the prisms is unnecessary.
第３図に、本実施例のレーザ共振器におけるアライメ
ントのブロック図を示した。即ち、本実施例において
は、基準光軸（一般的には、放電部の中心）を中心とし
て、出力ミラーのアライメントＰ、プリズムユニットの
アライメントＱ及びプリズムユニットとグレーティング
間のアライメントＲが、プリズムマウントの姿勢調整装
置を適宜調節することにより、それぞれ独立して行え
る。FIG. 3 shows a block diagram of alignment in the laser resonator of this embodiment. That is, in this embodiment, the alignment P of the output mirror, the alignment Q of the prism unit, and the alignment R between the prism unit and the grating are centered on the reference optical axis (generally, the center of the discharge part), and These can be performed independently by appropriately adjusting the posture adjusting device.
この様に、本実施例によれば、あらかじめ規定された
基準光軸に対して、出力ミラーのアライメントＰ、プリ
ズムユニットのアライメントＱ及びプリズムユニットと
グレーティング間のアライメントＲを、単独で調整する
ことができるので、より効率の良いアライメント構成が
得られる。As described above, according to the present embodiment, the alignment P of the output mirror, the alignment Q of the prism unit, and the alignment R between the prism unit and the grating can be adjusted independently with respect to a predetermined reference optical axis. Therefore, a more efficient alignment configuration can be obtained.
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、プリズムユニットに配設されるプリズムの数は２
個以上でも良い。この場合も同様の効果が得られる。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the number of prisms arranged in the prism unit is two.
More than one is acceptable. In this case, the same effect can be obtained.
［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、複数個のプリズム
を同一のプリズムマウント上に配設し、入射光に対する
第１プリズムの入射面の中心に、プリズムマウントの水
平回転、あおり、垂直回転、左右方向、上下方向の５方
向のアライメント軸の回転あるいは移動中心がくるよう
に、プリズムマウントの姿勢調整装置を設けることによ
り、複数のプリズムを用いた場合でも、アライメントの
容易な、精度の高いレーザ共振器を提供することでき
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a plurality of prisms are arranged on the same prism mount, and the prism mount is horizontally rotated at the center of the incident surface of the first prism with respect to incident light. , A tilt, vertical rotation, left / right direction, up / down direction of the alignment axis so that the rotation or movement center of the alignment axis can be set so that alignment can be performed easily even when using multiple prisms. It is possible to provide a highly accurate laser resonator.
第１図は本発明のレーザ共振器に用いられる第１プリズ
ムの一実施例を示す斜視図、第２図は本発明のレーザ共
振器の一実施例を示す構成図、第３図は本発明のアライ
メントブロック図、第４図は従来のレーザ共振器のアラ
イメントブロック図、第５図は波長選択型の安定形レー
ザ共振器の一例を示す構成図、第６図はシングルプリズ
ムを用いた場合のビーム拡大効果を示す図、第７図はダ
ブルプリズムを用いた場合のビーム拡大効果を示す図で
ある。 １…出力ミラー、２…グレーティング、３…モードセレ
クター、４…プリズム、５…第１プリズム、６…第２プ
リズム、10…第１プリズム、11…第２プリズム、12…プ
リズムマウント。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the first prism used in the laser resonator of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of the laser resonator of the present invention, and FIG. FIG. 4 is an alignment block diagram of a conventional laser resonator, FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a wavelength selective type stable laser resonator, and FIG. 6 is a case where a single prism is used. FIG. 7 is a diagram showing a beam expanding effect, and FIG. 7 is a diagram showing a beam expanding effect when a double prism is used. 1 ... Output mirror, 2 ... Grating, 3 ... Mode selector, 4 ... Prism, 5 ... First prism, 6 ... Second prism, 10 ... First prism, 11 ... Second prism, 12 ... Prism mount.
Claims (1)
ングに入射する発振光を拡大するレーザ共振器におい
て、 前記複数個のプリズムを同一のプリズムマウント上に配
設し、入射光に対する第１プリズムの入射面の中心に、
前記プリズムマウントの水平回転、あおり、垂直回転、
左右方向、上下方向の５方向のアライメント軸の回転あ
るいは移動中心がくるように、プリズムマウントの姿勢
調整装置を設けたことを特徴とするレーザ共振器。1. A laser resonator for expanding oscillated light incident on a grating by using two or more prisms, wherein the plurality of prisms are arranged on the same prism mount, and a first prism for incident light is provided. At the center of the incident surface of
Horizontal rotation, tilt, vertical rotation of the prism mount,
A laser resonator characterized in that an attitude adjusting device for a prism mount is provided so that the center of rotation or movement of the alignment axis in five directions in the left-right direction and the up-down direction comes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25775989A JP2685923B2 (en) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | Laser resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25775989A JP2685923B2 (en) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | Laser resonator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03120772A JPH03120772A (en) | 1991-05-22 |
| JP2685923B2 true JP2685923B2 (en) | 1997-12-08 |
Family
ID=17310703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25775989A Expired - Lifetime JP2685923B2 (en) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | Laser resonator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2685923B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220124296A (en) * | 2020-03-10 | 2022-09-13 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Wavelength conversion laser device and wavelength conversion laser processing machine |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3831798B2 (en) | 2001-11-02 | 2006-10-11 | ギガフォトン株式会社 | Prism unit and laser device |
| CN108780979B (en) | 2016-04-22 | 2021-03-19 | 极光先进雷射株式会社 | Laser device |
-
1989
- 1989-10-04 JP JP25775989A patent/JP2685923B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220124296A (en) * | 2020-03-10 | 2022-09-13 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Wavelength conversion laser device and wavelength conversion laser processing machine |
| KR102528248B1 (en) * | 2020-03-10 | 2023-05-03 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Wavelength conversion laser device and wavelength conversion laser processing machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03120772A (en) | 1991-05-22 |
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