JP5088623B2

JP5088623B2 - レーザ共振器

Info

Publication number: JP5088623B2
Application number: JP2008082510A
Authority: JP
Inventors: 淳伊澤; 文夫松坂; 勝森田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP2009238983A

Description

本発明は、Ｈｏｌｄ−ｏｆｆ性能を向上させるためのレーザ共振器に関する。

高効率のレーザ共振器として、例えば特許文献１〜３が既に提案されている。

特許文献１の「レーザ共振器」は、高効率で波長変換されたレーザ光を得ることを目的とする。
そのため、このレーザ共振器は、図５に示すように、レーザ媒質５０ａおよびレーザ媒質を励起する励起光源５０ｂを有する励起装置５０と、励起装置５０から互いに反対方向に出射される基本波をそれぞれ反射する第１および第２の反射鏡５１，５２と、第１および第２の反射鏡５１，５２により反射された基本波をそれぞれ折り返し反射して励起装置を通して往復させる第３および第４の反射鏡５３，５４と、第１と第３の反射鏡５１，５３との間および第２と第４との反射鏡５２，５４の間に設けられ、基本波の一部を変換して基本波と異なる波長の変換波を出射する第１および第２の非線形光学媒質５６，５７とから成り、第１乃至第４の反射鏡５１，５２，５３，５４は、基本波を反射すると共に第１および第２の非線形光学媒質５６，５７から出射された変換波を透過する波長分離手段でなるものである。

特許文献２の「レーザ共振器及びその組立方法」は、波長変換素子をレーザ光の焦点位置に好適に配置し得ることを目的とする。
そのため、このレーザ共振器は、図６に示すように、レーザ媒質６４からレーザ光を出射してレーザ光の焦点位置に基準点を定める基本光学系に、像転写光学系を付加するレーザ共振器６７であって、像転写光学系は、レーザ光の基準点から複数のレンズ６０，６１の焦点距離ｆ１，ｆ２を用いて像転写の投影点を決定する像転写レンズ手段を備え、投影点には、レーザ光の波長を変更し得る波長変換素子６６を配置して構成されるものである。

特許文献３の「レーザ発振器」は、所望のパルス幅のレーザ光を出力できることを目的とする。
そのため、このレーザ発振器は、図７に示すように、レーザ媒質７１を挟んで設けられる一対のミラー７３，７４からなる光共振器７６と、この光共振器７６内に励起されるレーザ光をスイッチングするＱスイッチ７２と、光共振器７６内に配置されて光共振器７６内に励起された所定位置の光の像を所定距離離れた位置に転写して光共振器７６の共振器長を調整する像転写光学系７０とを具備するものである。

特開２０００−２１６４６５号公報、「レーザ共振器」特開２００５−４５１７４号公報、「レーザ共振器及びその組立方法」特開２００５−７２１３１号公報、「レーザ発振器」

図１は、Ｑ−スイッチとしてＡＯ−Ｑスイッチを用いたレーザ共振器の従来例である。このレーザ共振器１は、終端ミラー２と出力ミラー３の間にレーザ媒体４（例えばＮｄ：ＹＡＧ等）を配置し、レーザ媒体４と出力ミラー３の間に複数（図で２台）のＡＯ−Ｑスイッチ５を配置している。
すなわち、レーザ発振のＯＮ／ＯＦＦ（Ｈｏｌｄ−ｏｆｆ）の性能を向上させる手段として、この例では２台のＡＯ−Ｑスイッチ５を直列に並べている。なおこの図で６は出力レーザであり、Ｑ−スイッチを用いる場合にはパルスレーザ光である。

図２は、ＡＯ−Ｑスイッチ５の作動説明図である。ＡＯ−Ｑスイッチ５は、音響光学効果（ＡｃｕｓｔｏＯｐｔｉｃａｌｅｆｆｅｃｔ）を利用したＱスイッチであり、音響光学効果を有する媒体（石英など）に超音波ａを伝播させると、一種の回折格子として入射レーザ７をある角度（回折角）で回折反射し、超音波を停止すると直進させる特性を利用するものである。回折反射光８を「１次回折光」、直進光９を「０次光」と呼ぶ。

ＡＯ−Ｑスイッチ５は媒体の１側面にピエゾ素子等を貼り付けた構造である。すなわち、Ｑスイッチとして、ピエゾ素子に電圧を印加して超音波ａを伝播させ入射レーザを回折反射する状態がＯＦＦであり、電圧印加を中止し入射レーザを直進させる状態がＯＮである。

図３は、ＡＯ−Ｑスイッチ５の回折光８によるレーザへの影響を示す説明図である。
上述したように、ＡＯ−Ｑスイッチ５は入射レーザ光７を特定の方向に回折させることによりＨｏｌｄ−ｏｆｆを行っているが、Ｈｏｌｄ−ｏｆｆを切ってレーザが発振を開始するときには過渡状態であるため回折光８が残留しており、これがレーザ発振に影響を与える。すなわち、回折光８は回折方向の平面８ａ上にあり、その回折方向が不均等であるためレーザ光に不均等な影響を与え、ビームプロファイル形状（強度分布）の不均一化の原因になる。

そのため、図１のように、複数（２台）のＡＯ−Ｑスイッチ５を直列に並べると、ＡＯ−Ｑスイッチ５のＨｏｌｄ−ｏｆｆを切ってレーザが発振を開始する際の過渡状態における回折光の影響がさらに大きくなり、ビームプロファイル形状（強度分布）が不均一になりすぎる問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。
すなわち、本発明の目的は、複数のＡＯ−Ｑスイッチを直列に並べてレーザ発振のＯＮ／ＯＦＦ（Ｈｏｌｄ−ｏｆｆ）の性能を向上させることができ、かつＡＯ−Ｑスイッチの切り替えの過渡期に、発生するレーザ光のビームプロファイルを均一化できるレーザ共振器を提供することにある。

本発明によれば、直線偏光のレーザ光を増幅するレーザ発振器であって、
前記レーザ光の光路上に配置され、交互に直交する回折方向を有する１対又は複数対のＡＯ−Ｑスイッチと、
該対のＡＯ−Ｑスイッチの間に位置し偏光面を９０°回転させる偏光回転素子とを備える、ことを特徴とするレーザ発振器が提供される。

上記本発明の構成によれば、直線偏光のレーザ光を増幅するレーザ発振器の場合に、１対又は複数対のＡＯ−Ｑスイッチが交互に直交する回折方向を有し、その間に偏光面を９０°回転させる偏光回転素子を備えるので、Ｑスイッチ間に配置した偏光回転素子により両方のＱスイッチ素子に対して最適な偏光方向でレーザ光を入射させることができる。これにより、直交する２方向に対して均等に回折が起こり、ビームプロファイル形状（強度分布）を直交する２方向に均一化できる。

従って、複数のＡＯ−Ｑスイッチを直列に並べてレーザ発振のＯＮ／ＯＦＦ（Ｈｏｌｄ−ｏｆｆ）の性能を向上させることができ、かつＡＯ−Ｑスイッチの切り替えの過渡期に、発生するレーザ光のビームプロファイルを均一化できる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図４は、本発明によるレーザ共振器の実施形態図である。この図において、本発明のレーザ共振器１０は、直線偏光のレーザ光を増幅するレーザ発振器である。
このレーザ共振器１０は、対のＡＯ−Ｑスイッチ１２Ａ，１２Ｂと、偏光回転素子１４と、図示しないレーザ媒体と１対の反射ミラーを備える。対のＡＯ−Ｑスイッチ１２Ａ，１２Ｂは、この例では、１対（２台）であるが、複数対であってもよい。
以下、ＡＯ−Ｑスイッチが１対の場合を説明する。

レーザ媒体（図示せず）は、例えばＮｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ媒体であり、図示しない励起源により励起されレーザ光を出射する。このレーザ光は、出射時点から直線偏光であるのが好ましい。しかし、偏光フィルタ等を用いて円偏光を直線偏光に変換してもよい。

１対の反射ミラー（図示せず）は、全反射ミラーと半反射ミラーからなり、その間にレーザ媒体を軸方向に挟んで設けられ、その間で直線偏光のレーザ光を往復させて光共振によりレーザ光を増幅し、半反射ミラーを透してレーザ光を外部に出射するようになっている。

図４において、１対のＡＯ−Ｑスイッチ１２Ａ，１２Ｂは、レーザ光の光路１１上に配置され、交互に直交する回折方向ｂを有する。なお、ｃは各Ｑスイッチの最適な偏光方向であり、それぞれ回折方向ｂに対し、直交する。また、Ｘ、Ｙは各Ｑスイッチを通過する直線偏光の偏光方向を示している。この偏光方向Ｘ、Ｙは、それぞれ各Ｑスイッチの最適な偏光方向ｃと一致する。

また、偏光回転素子１４は、例えば１／２波長板であり、１対のＡＯ−Ｑスイッチ１２Ａ，１２Ｂの間に位置し、通過する直線偏光の偏光方向（偏光面）を９０°回転させるようになっている。

上述した実施形態の構成により、図で偏光方向Ｙの直線偏光がこれと同一の偏光方向ｃに最適なＡＯ−Ｑスイッチ１２Ａを通過し、偏光回転素子１４により偏光面を９０°回転して偏光方向Ｘの直線偏光となり、次いで偏光方向Ｘの直線偏光がこれと同一の偏光方向ｃに最適なＡＯ−Ｑスイッチ１２Ｂを通過する。
また、図示しないレーザ媒体と１対の反射ミラーにより、その間で直線偏光のレーザ光を往復させて光共振によりレーザ光を増幅し、半反射ミラーを透してレーザ光を外部に出射する。

従って、１対のＡＯ−Ｑスイッチ１２Ａ，１２Ｂ間に配置した偏光回転素子１４により両方のＱスイッチ素子に対して最適な偏光方向でレーザ光を入射させることができ、かつ直交する２方向Ｘ、Ｙに対して均等に回折が起こり、ビームプロファイル形状（強度分布）を直交する２方向Ｘ、Ｙに均一化できる。

上述したように、本発明の実施形態によれば、複数のＡＯ−Ｑスイッチを直列に並べてレーザ発振のＯＮ／ＯＦＦ（Ｈｏｌｄ−ｏｆｆ）の性能を向上させることができ、かつＡＯ−Ｑスイッチの切り替えの過渡期に、発生するレーザ光のビームプロファイルを均一化できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

ＡＯ−Ｑスイッチを用いたレーザ共振器の従来例である。ＡＯ−Ｑスイッチ５の作動説明図である。ＡＯ−Ｑスイッチ５の回折光８によるレーザへの影響を示す説明図である。本発明によるレーザ共振器の実施形態図である。特許文献１の「レーザ共振器」の模式図である。特許文献２の「レーザ共振器」の模式図である。特許文献３の「レーザ発振器」の模式図である。

符号の説明

１０レーザ共振器、１１レーザ光の光路、
１２Ａ，１２ＢＡＯ−Ｑスイッチ、１４偏光回転素子（１／２波長板）

Claims

直線偏光のレーザ光を増幅するレーザ発振器であって、
前記レーザ光の光路上に配置され、交互に直交する回折方向を有する１対又は複数対のＡＯ−Ｑスイッチと、
該対のＡＯ−Ｑスイッチの間に位置し偏光面を９０°回転させる偏光回転素子とを備える、ことを特徴とするレーザ発振器。