JP3591360B2

JP3591360B2 - レーザ発振装置

Info

Publication number: JP3591360B2
Application number: JP5591299A
Authority: JP
Inventors: 忍沼田
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: JP2000252573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体レーザ媒質およびガスレーザ媒質を用いるレーザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体レーザ媒質（以降、結晶と称する）を用いる固体レーザ装置は、結晶をランプにより励起するが、レーザ結晶に吸収されたランプ光のほとんどはレーザ発振には寄与せずに熱となる。この熱を除去するため、結晶表面を冷却をするが、このために結晶内部と結晶表面には、結晶の熱伝達で決まる温度勾配ができる。この結晶内部の温度勾配は、屈折率分布を発生させるため、レーザ結晶はレンズ作用を持つようになる。この作用を熱レンズ効果と言う。この熱レンズ効果は、レーザの高出力化によるランプの投入エネルギーの増加と共に大きくなり、レーザビームの品質を悪化させることとなる。
【０００３】
板状の固体レーザ結晶を用いる、スラブ型固体レーザ装置では、レーザ光がスラブ型結晶の内部を、結晶の長さ方向に結晶の厚み内をジグザグに伝播するため、熱レンズ効果の影響を受けにくい。しかし、ジグザグに伝播しない結晶の幅方向は、温度分布が生じにくいように、結晶端部に断熱材を設置しているが、実際には、熱レンズ効果を発生し、レーザ光の特性を悪くさせている。このため、スラブ型固体レーザ装置においてもビーム品質の改善が課題となっている。
【０００４】
このビーム品質は、レーザ結晶の断面積が小さいほど良くなる。例えば、特開平４−１３２２８５号公報等に開示されているような、レーザ結晶の断面積を実質的に小さくするように構成した共振器構成のスラブ型固体レーザ装置の従来例を図７に示す。図７の（ａ）は、固体レーザ結晶１の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示し、図７の（ｂ）は、固体レーザ結晶１の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示している。
【０００５】
図７の（ｂ）に示すように、固体レーザ結晶１内をレーザ光１２がジグザグに伝播し、固体レーザ結晶１の両側には、励起用のランプ１３が配置されている。また、図７の（ａ）に示すように、直角プリズム３を使用して、固体レーザ結晶ｌの幅方向に上下半分に分け、全反射鏡５から出力鏡６までにレーザ光１２が伝播する間に、レーザ光１２が固体レーザ結晶１内を２回通過し、それによりレーザ光１２の断面積が半分になるように図っている。レーザ光１２の断面積が半分になるということは、固体レーザ結晶１の断面積が実質的に小さくなるということなので、ビーム品質の向上が得られる。このような共振器構成を以降、プリズム共振器と称する。
【０００６】
このような従来のプリズム共振器は、上記全反射鏡５を保持しているミラーホルダー（図示しない）に、固体レーザ結晶１内の中心付近を通過するレーザ光１２が干渉してしまうため、この干渉を避けるためのアパーチャ１１を使用している。
【０００７】
プリズム共振器構成の従来の別の構成例を図８に示す。図８は、放電励起のガスレーザ装置であって、レーザガス媒質（以降、レーザガスと称する）を封入したレーザチェンバー７内には、励起用の放電電極であるカソード９とアノード１０が配置されている。レーザ光１２は、レーザチェンバー７に取付けられている光学窓８から外部へ取り出される。ガスレーザ装置は、熱レンズ効果が無いため、ビーム品質は固体レーザ装置に比べ良いが、取り出されるビームサイズを小さくする目的で、直角プリズム３を使用して、レーザ光１２の通過光路を、放電領域の中央で放電電極９，１０の間を上下半分に分け、全反射鏡５から出力鏡６までにレーザ光１２が伝播する間に、放電により励起されているレーザガス領域をレーザ光１２が２回通過する共振器に構成している。ガスレーザ装置の場合も、固体レーザ装置と同様の理由により、干渉防止用のアパーチャ１１を使用している。
【０００８】
従来の更に別の構成例として、本出願人が提案した特開平４−２５９２７５号公報に記載のスラブ型レーザ装置を図９，図１０および図１１に示す。
【０００９】
図９は固体レーザ結晶１の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示しており、同図に示すように、固体レーザ結晶１の端面２１に対向して反射レーザ光束Ｂを全反射する直角プリズム３を配置し、もう一方の端面２２に対向して発振レーザ光束Ｂを受ける全反射鏡５と出力鏡６とを配置して、固体レーザ結晶１とともにレーザ共振器を構成している。全反射鏡５で反射された発振レーザ光束Ｂは固体レーザ結晶１の図の上半分を通った後に直角プリズム３により反射されて固体レーザ結晶１の下半分を経由して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。従って、発振レーザ光束Ｂがレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束Ｂ_０を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅Ｗ／２をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００１０】
ここで、全反射鏡５の下側の端５ａを、図９に示すように、鋭角に形成するのが、固体レーザ結晶１がもつ幅Ｗ全体を利用して、発振レーザ光束Ｂを発振させる上で望ましい。
【００１１】
図１０、図１１も固体レーザ結晶１の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示しているが、中間反射手段として上記のような直角プリズムの代わりに複数の全反射鏡を用いた例である。図１０では中間反射手段として１対の全反射鏡を用いており、固体レーザ結晶１の左右の端面２１、２２にそれぞれ対向してレーザ共振系を構成する全反射鏡５と出力鏡６とをまず同図のように段違いに配置し、中間反射手段用の小さな２個の反射鏡（以降、小ミラーと称する）２４と２３を固体レーザ結晶１の端面２１と２２側とに振り分け、かつこれらの小ミラー２３、２４を図示のように固体レーザ結晶１に対してわずかに内側に向けて傾けた姿勢で配置する。
【００１２】
レーザ共振器内の発振レーザ光束Ｂは全反射鏡５で反射された後に固体レーザ結晶１の下半分を通って中間反射手段用の右側の小ミラー２３に至り、さらにこれにより反射されて固体レーザ結晶１の下から上へ斜めに透過して中間反射手段の左側の小ミラー２４に至り、さらにこれにより反射されて固体レーザ結晶１の上半分を通過した後に出力鏡６に達する経路、およびその逆経路を辿ってレーザ共振器内で発振される。出力レーザ光束Ｂ_Ｏは出力鏡６を介してこの発振レーザ光束Ｂと同じ幅の断面形状で取り出される。図９の例と同様に、小ミラー２３、２４は全反射鏡５、出力鏡６と同様に僅かな凹面に形成するのが有利であり、またその端２３ａ，２４ａに鋭角を付けるのが固体レーザ結晶１の幅全体を有効利用する上で望ましい。
【００１３】
図１１は中間反射手段として２対の小ミラー２３−１、２３−２、２４−１、２４−２を用いるもので、同図から容易に分かるように発振レーザ光束Ｂは固体レーザ結晶１の３分の１の幅の断面形状で発振され、出力光束Ｂ_Ｏがこれと同じ断面形状で出力鏡６から取り出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の図７や図８に示すような従来のスラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置の構造では、励起領域の近くに配置される反射鏡（または出力鏡）を保持するミラーホルダーに、励起領域中心付近を通過する光が当たってしまうため、出力鏡と全反射鏡の間にアパーチャ１１を挿入して、ミラーホルダーに当たる部分のレーザ発振が起こらないようにする必要があるが、このアパーチャ１１がレーザ媒質内にレーザ発振に利用できない部分を発生させて、励起領域を十分に使用できず、レーザ出力の低下を招くといった原因を作っていた。
【００１５】
一方、上記の図９、図１０および図１１に示すような従来のスラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置の構造では、上記のようなアパーチャを必要としないという利点はある。しかしながら、例えば図９において、レーザ調整のために全反射鏡５を光軸に対し左右（紙面に対して垂直の方向）並びに前後と移動させる際に、全反射鏡５を光軸に対し左右に振る場合は、全反射鏡５を保持するミラーホルダー（図示しない）のある一点を固定してマイクロメータを用いて微調整することとなるが、ミラーホルダーの干渉を避けて５ａのエッジ部分を固定点にすることは機構的に困難であるので、５ａのエッジ部分を動かさずに、ミラー調整を行うことは難しい。
【００１６】
更にまた、全反射鏡５のエッジ部分５ａが同図のように一方の光束Ｂの上端と接している状態を保持させ、かつ全反射鏡５のミラーホルダーを光束Ｂ中に干渉させないようにするには、ミラーホルダーは片持ち保持とならざるを得ない。全反射鏡５のミラーホルダーが片持ち構成であると、全反射鏡５の位置を微調整した後でその位置がずれる恐れが多分にあり、レーザ共振器としての微調整が可能なミラー保持は実際上困難となる。図１０および図１１の例では、全反射鏡が出力鏡と同一のミラーホルダーを使用できるが、中間反射手段としての小ミラーの位置の微調整が重要であり、この際に図９についての課題が生じることは理解できよう。
【００１７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、干渉防止用のアパーチャを不要にしてレーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができるレーザ発振装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の更なる目的は、上記目的に加えて、レーザ調整のためのミラー調整が容易で、かつそのミラー保持も容易なレーザ発振装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、厚み、幅、長さ方向で定義される板状のスラブ型固体レーザ媒質と、該スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の片側に配置されて該スラブ型固体レーザ媒質を通過するレーザ光を折り返して該スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分ずつをレーザ光が通過する光路を形成するプリズムと、前記スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の反対側に配置されて前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分ずつを通過するレーザ光を前記プリズムを介して往復するレーザ共振器を構成するための全反射鏡および出力鏡と、該全反射鏡または該出力鏡と前記スラブ型固体レーザ媒質との間に配置されて前記プリズムで折り返された前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向半分サイズのレーザ光を前記全反射鏡または前記出力鏡に向けて折曲げるための平らな一辺を有する平辺反射鏡とを具備し、該平辺反射鏡を前記平らな一辺が前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分の延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置したことを特徴とする。
【００２０】
ここで、好ましくは、前記平辺反射鏡は、前記プリズムで折り返されて前記スラブ型固体レーザ媒質を通過したレーザ光の光軸に対してほぼ４５度に傾けられて配置され、これにより該レーザ光を前記全反射鏡または前記出力鏡に向けてほぼ直角に跳ね上げる。
【００２１】
また、好ましくは、前記平辺反射鏡の代わりに、全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ部分反射鏡を用い、該部分反射鏡は全反射性と全透過性の境界が真っ直ぐであり、かつ該境界を前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置される。
【００２２】
上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明は、厚み、幅、長さ方向で定義される板状のスラブ型固体レーザ媒質と、該スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の片側に配置されて該スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分を通過するレーザ光を反射して同一光路に戻す共振器構成用の全反射鏡と、前記スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の反対側に配置されて前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の他の半分を通過するレーザ光を反射して同一光路に戻すと共にその一部を透過させる共振器構成用の出力鏡と、前記全反射鏡と前記スラブ型固体レーザ媒質との間にレーザ光の光軸に対して所定角度に傾斜して配置された全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ第１の部分反射鏡と、全反射性と全透過性の２段階の特性を持ち、前記スラブ型固体レーザ媒質と前記出力鏡との間にレーザ光の光軸に対して所定角度に傾斜して配置され、かつ該全反射性と該全透過性の位置関係を前記第１の部分反射鏡と１８０度反転させた第２の部分反射鏡とを有し、前記第１と第２の部分反射鏡は全反射性と全透過性の境界が真っ直ぐであり、かつ該境界を前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置し、これにより前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向半分ずつをレーザ光が通過する光路とし、かつ前記スラブ型固体レーザ媒質内部を斜めに通過する光路を形成するようなＺ型にレーザ光が往復する共振器を構成したことを特徴とする。
【００２３】
ここで、好ましくは、前記スラブ型固体レーザ媒質がガスであり、該ガスレーザ媒質を対向する電極間に発生する放電で励起するガスレーザ発振装置であって、レーザ光を発生する領域は該ガスレーザ媒質で満たされた直方体である。
【００２４】
【作用】
本発明では、レーザビームサイズを小さくしてビーム品質の向上を図る手段として、スラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置に使用されているプリズム共振器において、出力鏡と全反射鏡を保持するミラーホルダーがレーザ光と干渉することのないように、４５°配置の平辺反射鏡を用いて半分のレーザ光を折曲げる構成としたので、レーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【００２５】
また、本発明では、プリズム共振器を構成する固体レーザ結晶内を３回通るＺ型共振器において、一対の４５°配置の部分反射鏡を用いてレーザ結晶の上下を通る光を反転できるように構成しているので、レーザ結晶の幅方向の熱レンズ効果を軽減でき、これによりプリズム共振器の出力ビームの品質のさらなる向上を図ることができる。このＺ型共振器において、レーザ結晶の前後に配置される、レーザ結晶の上下半分のレーザ光を透過と反射に分けるための、上記部分反射鏡により、反射鏡のミラーホルダーとのレーザ光干渉を起こすことがなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示すもので、図１の（ａ）は、固体レーザ結晶の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示し、図１の（ｂ）は、固体レーザ結晶の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示している。
【００２８】
図１の（ｂ）に示すように、板状のスラブ型固体レーザ結晶１内をレーザ光１２がジグザグに伝播し、固体レーザ結晶１の両側には、励起用のランプ１３が配置されている。また、図１の（ａ）に示すように、この固体レーザ結晶１の片側には、レーザ結晶１の幅方向上下に２分割されたレーザ光を折り返すための直角プリズム３が配置されている。レーザ結晶１のその反対側には、レーザ結晶１の幅方向下半分を通過したレーザ光束の光軸に対して４５度傾いて配設された４５度全反射跳ね上げ式の平辺反射鏡２と、この平辺反射鏡により上方の直角方向に反射されたレーザ光束を再び反射して同一光路に戻す全反射鏡５と、直角プリズム３の上半分およびレーザ結晶１の幅方向上半分を通過したレーザ光束を部分反射してその一部を透過出力する出力鏡６とが配置されている。
【００２９】
このように、直角プリズム３を使用して、固体レーザ結晶ｌの幅方向に上下半分に分け、全反射鏡５から平辺反射鏡２を介して出力鏡６までにレーザ光１２が伝播する間に、レーザ光１２が固体レーザ結晶１内を２回通過し、それによりレーザ光１２の断面積が半分になるように配置している。
【００３０】
上記平辺反射鏡２は、図２の（ａ），あるいは図２の（ｂ）に示すように、平らな１辺２ｂ，２ｃを有し、全反射コーティング２ａがこの辺に対してのみ先端部まで施されている。図２の（ａ），（ｂ）には、全反射コーティング２ａが施されている鏡面上のレーザ光１２が当たる部分も実線枠で示してある。また、この平らな辺２ｂあるいは２ｃを、その先端の全反射コーティング２ａの縁部がレーザ結晶１の幅方向の中心部分に接するようにし、またレーザ結晶１の厚み方向と同一方向になるように、かつ、レーザ光束の光軸に対して４５度傾けて配置することで、レーザ結晶１の幅方向下側のレーザ光が全反射鏡５に向けて反射するようにしている。レーザ結晶１の幅方向上側のレーザ光が、平辺反射鏡２の上部を干渉せずに通過して出力鏡６に到達するような配置となっている。
【００３１】
以上述べたように、レーザ光１２がレーザ結晶１の幅方向半分ずつを往復するプリズム共振器構成において、レーザ結晶１から出た光の半分を折り曲げて反射させてそのレーザ光を全反射鏡５に向ける平らな一辺を有する平辺反射鏡２を設け、その平らな全反射コーティング面２ａの先端部をレーザ結晶１の幅方向の中心部に合わせ、かつレーザ結晶１の厚み方向と同一方向に延在させ、平辺反射鏡２で反射されず、上記先端部をかすめるようにその上方を通過した、レーザ結晶内の逆の半分から出た光がレーザ結晶の長さ方向で出力鏡６に到達するように各部品を配置構成しているので、全反射鏡５で反射された発振レーザ光束は平辺反射鏡２により直角方向に折り返され、固体レーザ結晶１の図の下半分を通った後に直角プリズム３により反射されて固体レーザ結晶１の上半分を経由して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。
【００３２】
従って、発振レーザ光束がレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束１２を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、４５度全反射跳ね上げ式の平辺反射鏡２を共振器内に配置することで、全反射鏡５を出力レーザ光束１２から十分に離れた干渉の恐れの全くない位置に配置することができるので、レーザ調整のために全反射鏡５を光軸に対し左右（紙面に対して垂直の方向）並びに前後と移動させる際の調整が干渉の心配をせずに容易となり、全反射鏡５として通常レーザ発振器に用いる円形ミラーを使用することもできるので、ミラー保持も非常に容易となる。また、約９０度に光束を折り曲げる平辺反射鏡２は、レーザ発振器のセッティング初期に、水平度、高さ、４５度程度の傾きの調整が可能であれば、レーザ発振中の平辺反射鏡２の微調整は必要ないため、角形状のミラーでも容易に保持が行える。
【００３４】
従って、本実施形態によれば、干渉防止用のアパーチャが不要なので、レーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができると共に、上記のように４５度全反射平辺反射鏡２を設けたので、レーザ調整のためのミラー調整が容易で、かつそのミラー保持も容易なレーザ発振装置を実現することができる。
【００３５】
なお、図１の全反射鏡５と出力鏡６の位置を入れ替えても、上記と同様な作用・効果を得ることができることは、容易に理解できよう。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態として、図１のスラブ型固体レーザ共振器を放電励起ガスレーザに適用した構成例を示す。レーザガスを封入したレーザチェンバー７内には、励起用の放電電極であるカソード９とアノード１０が配置されている。レーザ光１２は、レーザチェンバー７に取付けられている光学窓８から出力鏡６を通って外部へ取り出される。取り出されるビームサイズを小さくする目的で、直角プリズム３を使用して、レーザ光１２の通過光路を、放電領域の中央で放電電極９，１０の間を上下半分に分け、全反射鏡５から平辺反射鏡２を介して出力鏡６までにレーザ光が伝播する間に、放電により励起されているレーザガス領域をレーザ光が２回通過する共振器に構成している。
【００３７】
レーザチェンバー７に対する全反射鏡５、平辺反射鏡２、直角プリズム３、および出力鏡６の配置は、図１の固体レーザ結晶１に対する配置と全く同様である。従って、本実施形態の場合も、前述の第１実施形態と同様に、干渉防止用のアパーチャを不要にして最大限にレーザ出力を取り出せることができると共に、レーザ調整のためのミラー調整やミラー保持も容易に行える。
【００３８】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示す。図４の構成では、図１の平辺反射鏡２代わりに、全反射性と全透過性の２段階の特性を持つユニークな部分反射鏡４を用いている。
【００３９】
この部分反射鏡４は、図５に示すように、全反射性である４５度の全反射コーティング４ａと全透過性の無反射コーティング４ｂとが施され、その境界は直線状となっている。この境界面が図１の平辺反射鏡２の先端の平らな１辺と同位置となるように配置する。また、部分反射鏡４の反対面は、全体に、無反射コーティング４ｂのみが施されている。
【００４０】
部分反射鏡４の全反射コーティング４ａの部分は上記の平辺反射鏡２とほぼ同じ位置に配置されると共に、その反射鏡２の先端方向の全透過性の特性を持つ無反射コーティング４ｂの部分はレーザ結晶１と出力鏡６間を突き抜けて延在してレーザ光束１２を透過する。このように、部分反射鏡４の両端部分をレーザ光束から離れた位置に配置することができるので、部分反射鏡４の保持はより容易になると共に、姿勢位置の微調整も容易となる。
【００４１】
本実施形態の作用は図１の第１実施形態とほぼ同様である。すなわち、全反射鏡５で反射された発振レーザ光束は部分反射鏡４の全反射コーティング４ａにより直角方向に折り返され、固体レーザ結晶１の図の下半分を通った後に直角プリズム３により反射されて固体レーザ結晶１の上半分を経由し、部分反射鏡４の無反射コーティング４ｂを透過して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。従って、発振レーザ光束がレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束１２を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態として、本発明の第３の実施形態の変形例であるスラブ型固体レーザ共振器の構成を示す。この共振器は、図４および図５で示した部分反射鏡４を２個用いたもので、全反射鏡５、スラブ型レーザ結晶１および出力鏡６をこの順番にほぼ同方向に配列し、全反射鏡５とレーザ結晶１の一方の端面との間に第１の部分反射鏡４−１を配置し、レーザ結晶１の他方の端面と出力鏡６との間に第２の部分反射鏡４−２を配置した構成となっている。更に詳しくは、レーザ結晶１の両側には、それぞれ全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ部分反射鏡４−１、４−２と、全反射鏡５または出力鏡６が配置されている。部分反射鏡４−１、４−２は、レーザ結晶１の両側で、全反射性と全透過性が１８０度逆に配置されていて、互いの全反射性部分で、レーザ結晶１の幅方向上下に２分割されたレーザ光を、レーザ結晶１内を斜めに通過する光路を形成している。
【００４３】
全反射鏡５で反射された発振レーザ光束は、第１の部分反射鏡４−１の無反射コーティング４ｂの部分を透過して、固体レーザ結晶１の図の下半分を通った後に、第２の部分反射鏡４−２の全反射コーティング４ａにより斜めに反射されて、固体レーザ結晶１の図の下半分から上半分に向かって斜めに通過し、再び第１の部分反射鏡４−１に達してその部分反射鏡の全反射コーティング４ａによりほぼ水平に反射されて、固体レーザ結晶１の上半分を経由し、さらに第２の部分反射鏡４−２の無反射コーティング４ｂを透過して出力鏡６に入射し、出力鏡６により反射された後は逆の経路を通って全反射鏡５に帰る。従って、発振レーザ光束がレーザ共振器のこれら両鏡５と６間で発振され、その光束と同じ小さなビーム拡がり角の出力レーザ光束１２を出力鏡６から固体レーザ結晶１の半分の幅をもつ断面形状で取り出すことができる。
【００４４】
上記の説明、および図６から分かるように、本実施形態のスラブ型固体レーザ共振器は、スラブ型レーザ結晶１の内部をレーザ光が３回通過し、レーザ結晶１の上側を通る時と下側を通る時で、レーザ光は反転し、レーザ結晶１の幅方向の熱レンズ効果の影響を受けにくくしたＺ型共振器となっている。
【００４５】
本実施形態の場合も、全反射鏡５のミラーホルダー（図示しない）がレーザ光束と干渉の恐れがないので、レーザ調整のために全反射鏡５を光軸に対し左右（紙面に対して垂直の方向）並びに前後と移動させる際の調整が干渉の心配をせずに容易となり、全反射鏡５として通常レーザ発振器に用いる市販の円形ミラーを使用することもできるので、ミラー保持も非常に容易となる。また、部分反射鏡４−１、４−２は、レーザ発振器のセッティング初期に、傾き角度の微調整が必要であるが、レーザ光が干渉しないだけの大きさの円形ミラーホルダーを使用できるサイズの円形ミラーを選ぶことで、部分反射鏡４−１、４−２の保持は非常に容易になると共に、姿勢位置の微調整も非常に容易となる。さらに、全反射鏡５、第１の部分反射鏡４−１、スラブ型レーザ結晶１、第２の部分反射鏡４−２および出力鏡６の全構成要素をほぼ同方向に一列に配列できるので、構成部品の配置構成が容易となると共に、共振器のコンパクト化を図ることができる。
【００４６】
（他の実施形態）
図４〜図６に示した本発明の各実施形態におけるレーザ結晶１をそれぞれ図３に示すようなレーザチェンバー７に置き換えて、放電励起のガスレーザ装置を実現することができることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ媒質（結晶またはガス内の放電領域）の上下にレーザ光を通すプリズム共振器やＺ型共振器において、平辺反射鏡や部分反射鏡を取り入れるようにしたので、アパーチャを用いずとも出力鏡や全反射鏡のミラーホルダーヘのレーザ光干渉がなく、かつレーザ共振器としての微調整が可能なミラーへの保持が容易となり、ミラーの位置調整を容易に行なうことができる。
【００４８】
また、本発明によれば、従来のミラーホルダーへのレーザ光干渉を避けるために使用していた、アパーチャを必要としないため、レーザ媒質全体を有効に利用でき、高ビーム品質で高出力のレーザを得ることができる。
【００４９】
更に詳しくは、本発明では、レーザビームサイズを小さくしてビーム品質の向上を図る手段として、スラブ型固体レーザ装置や放電励起のガスレーザ装置に使用されているプリズム共振器において、出力鏡と全反射鏡を保持するミラーホルダーがレーザ光と干渉することのないように、４５°配置の平辺反射鏡を用いて半分のレーザ光を折曲げる構成としたので、レーザ出力の損失がなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【００５０】
また、本発明では、固体レーザ結晶内を３回通るＺ型共振器において、一対の部分反射鏡を用いてレーザ結晶の上下を通る光を反転できるように構成しているので、レーザ結晶の幅方向の熱レンズ効果を軽減でき、これにより出力ビームの品質のさらなる向上を図ることができる。このＺ型共振器において、レーザ結晶の前後に配置される、レーザ結晶の上下半分のレーザ光を透過と反射に分けるための、上記部分反射鏡により、反射鏡のミラーホルダーとのレーザ光干渉を起こすことがなく、最大限にレーザ出力を取り出せることができる。またこの構成により、レーザ調整のための全反射鏡のミラー調整が容易で、そのミラー保持も容易であるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示し、（ａ）は固体レーザ結晶の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示す平面図、（ｂ）は固体レーザ結晶の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示す正面図である。
【図２】図１の平辺反射鏡２の詳細を示し、（ａ）は角型ミラーの例、（ｂ）は円形ミラーの例を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態として、図１のスラブ型固体レーザ共振器を放電励起ガスレーザに適用した構成例を示す平面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のスラブ型固体レーザ共振器の構成例を示す平面図である。
【図５】図４の部分反射鏡４の詳細を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態として、本発明の第３の実施形態の変形例であるＺ型共振器構成のスラブ型固体レーザ共振器の構成を示す平面図である。
【図７】スラブ型固体レーザ装置のプリズム共振器構成の従来例を示し、（ａ）は固体レーザ結晶の幅が見える方向からの共振器の配置構成を示す平面図、（ｂ）は固体レーザ結晶の厚みが見える方向からの共振器の配置構成を示す正面図である。
【図８】従来のプリズム共振器構成の別の構成例としての放電励起のガスレーザ装置を示す平面図である。
【図９】従来のスラブ型レーザ装置において更に他のプリズム共振器の構成例を示す平面図である。
【図１０】従来のスラブ型レーザ装置においてＺ型共振器の構成例を示す平面図である。
【図１１】従来のスラブ型レーザ装置においてＺ型共振器の他の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１板状のスラブ型レーザ結晶（固体レーザ結晶）
２、２−１、２−２平辺反射鏡
２ａ全反射コーティング
３直角プリズム
４−２部分反射鏡
４ａ全反射コーティング
４ｂ無反射コーティング
５全反射鏡
６出力鏡
７レーザチェンバー
８光学窓
９カソード
１０アノード
１１アパーチャ
１２レーザ光（レーザ光束）
１３ランプ
２１、２２レーザ結晶の端面
２３、２３−１、２３−２反射鏡（小ミラー）
２４、２４−１、２４−２反射鏡（小ミラー）

Claims

厚み、幅、長さ方向で定義される板状のスラブ型固体レーザ媒質と、
該スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の片側に配置されて該スラブ型固体レーザ媒質を通過するレーザ光を折り返して該スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分ずつをレーザ光が通過する光路を形成するプリズムと、
前記スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の反対側に配置されて前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分ずつを通過するレーザ光を前記プリズムを介して往復するレーザ共振器を構成するための全反射鏡および出力鏡と、
該全反射鏡または該出力鏡と前記スラブ型固体レーザ媒質との間に配置されて前記プリズムで折り返された前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向半分サイズのレーザ光を前記全反射鏡または前記出力鏡に向けて折曲げるための平らな一辺を有する平辺反射鏡とを具備し、
該平辺反射鏡を前記平らな一辺が前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分の延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置したことを特徴とするレーザ発振装置。
前記平辺反射鏡は、前記プリズムで折り返されて前記スラブ型固体レーザ媒質を通過したレーザ光の光軸に対してほぼ４５度に傾けられて配置され、これにより該レーザ光を前記全反射鏡または前記出力鏡に向けてほぼ直角に跳ね上げることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
前記平辺反射鏡の代わりに、全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ部分反射鏡を用い、
該部分反射鏡は全反射性と全透過性の境界が真っ直ぐであり、かつ該境界を前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ発振装置。
厚み、幅、長さ方向で定義される板状のスラブ型固体レーザ媒質と、
該スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の片側に配置されて該スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の半分を通過するレーザ光を反射して同一光路に戻す共振器構成用の全反射鏡と、
前記スラブ型固体レーザ媒質の長さ方向の反対側に配置されて前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の他の半分を通過するレーザ光を反射して同一光路に戻すと共にその一部を透過させる共振器構成用の出力鏡と、
前記全反射鏡と前記スラブ型固体レーザ媒質との間にレーザ光の光軸に対して所定角度に傾斜して配置された全反射性と全透過性の２段階の特性を持つ第１の部分反射鏡と、
全反射性と全透過性の２段階の特性を持ち、前記スラブ型固体レーザ媒質と前記出力鏡との間にレーザ光の光軸に対して所定角度に傾斜して配置され、かつ該全反射性と該全透過性の位置関係を前記第１の部分反射鏡と１８０度反転させた第２の部分反射鏡とを有し、
前記第１と第２の部分反射鏡は全反射性と全透過性の境界が真っ直ぐであり、かつ該境界を前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向の中心部分延長線上に位置して前記スラブ型固体レーザ媒質の厚み方向に延在するように配置し、これにより前記スラブ型固体レーザ媒質の幅方向半分ずつをレーザ光が通過する光路とし、かつ前記スラブ型固体レーザ媒質内部を斜めに通過する光路を形成するようなＺ型にレーザ光が往復する共振器を構成したことを特徴とするレーザ発振装置。
前記スラブ型固体レーザ媒質がガスであり、該ガスレーザ媒質を対向する電極間に発生する放電で励起するレーザ発振装置であって、レーザ光を発生する領域は該ガスレーザ媒質で満たされた直方体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザ発振装置。