JPH03214682A - レーザ - Google Patents
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- JPH03214682A JPH03214682A JP2138625A JP13862590A JPH03214682A JP H03214682 A JPH03214682 A JP H03214682A JP 2138625 A JP2138625 A JP 2138625A JP 13862590 A JP13862590 A JP 13862590A JP H03214682 A JPH03214682 A JP H03214682A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
- H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、少なくとも１つ以上の光学段を有するレーザ
あるいはレーザ装置と呼ばれるものに関する。
あるいはレーザ装置と呼ばれるものに関する。
［従来の技術］
従来のレーザには単一の光学段があるが、それば発振段
で、発振段は活性素材から形成された活性素子および活
性素材の励起のための手段を有する。活性素子は結合さ
れた励起手段の作用によりレンズ効果を受けるが、その
レンズ効果は次の理由で生ずる。まず、励起手段により
供給されかつ活性素子に入射する光のほとんどは活性素
子中に拡散され、それによって活性素子の温度が上昇す
る。活性素子の外側は冷やされているので、そこに温度
の勾配すなわちグラジェント（ｇｒａｄｉｅｎｔ）が存
在し、その軸線に沿って最も高い温度が生ずる。活性素
子の光学的長σは温度によって変化するので、温度のグ
ラジエントが生ずる結果として、活性素子は正のレンズ
が中央の位置に配置されているような作用をする。前記
レンズは、以下においては熱銹導されたレンズと呼ぶ。
で、発振段は活性素材から形成された活性素子および活
性素材の励起のための手段を有する。活性素子は結合さ
れた励起手段の作用によりレンズ効果を受けるが、その
レンズ効果は次の理由で生ずる。まず、励起手段により
供給されかつ活性素子に入射する光のほとんどは活性素
子中に拡散され、それによって活性素子の温度が上昇す
る。活性素子の外側は冷やされているので、そこに温度
の勾配すなわちグラジェント（ｇｒａｄｉｅｎｔ）が存
在し、その軸線に沿って最も高い温度が生ずる。活性素
子の光学的長σは温度によって変化するので、温度のグ
ラジエントが生ずる結果として、活性素子は正のレンズ
が中央の位置に配置されているような作用をする。前記
レンズは、以下においては熱銹導されたレンズと呼ぶ。
熱誘導されたレンズが補正されないレーザにおいては、
ビームの発散は入力光によって変わる。
ビームの発散は入力光によって変わる。
レーザの多くの応用に関して、発振段からの出力ビーム
は、出力ミラーから好適な距離に次の光学素子を配置す
ることにより、満足すべき方法でその光学素子に結合さ
れる。
は、出力ミラーから好適な距離に次の光学素子を配置す
ることにより、満足すべき方法でその光学素子に結合さ
れる。
乙
［発明が解決しようとする課題］
レーザの応用によっては、出力ビームが平行であること
が必要である。平行なビームを得るためには、熱誘導さ
れたレンズを補正するために発振段のキャビティの内側
の固定された位置に光学素子を含むことが公知である。
が必要である。平行なビームを得るためには、熱誘導さ
れたレンズを補正するために発振段のキャビティの内側
の固定された位置に光学素子を含むことが公知である。
レーザによっては励起手段の平均出力が、作動の必要条
件に適合させるために変えられる。このように平均出力
が変えられることにより、熱誘導されたレンズの焦点距
離も変わる。また熱誘導レンズを補正するための公知の
装置には、励起手段の特定の平均出力で補正を行なうよ
うに設計されているという欠点がある。
件に適合させるために変えられる。このように平均出力
が変えられることにより、熱誘導されたレンズの焦点距
離も変わる。また熱誘導レンズを補正するための公知の
装置には、励起手段の特定の平均出力で補正を行なうよ
うに設計されているという欠点がある。
これまで発振段に続く１つ以上の増幅段を有するレーザ
が提案されてきた。そのようなレーザにおいては、増幅
段の活性素子中の熱誘導されたレンズにより増幅段の出
力ビームが収束される。収束の角度は増幅段に結合され
た励起手段の平均出力によって変わる。増幅段の出力ビ
ームの収束、より詳細には収束の角度の変化は、増幅段
の出力ビームを次の光学素子に結合することをむずかし
くする。
が提案されてきた。そのようなレーザにおいては、増幅
段の活性素子中の熱誘導されたレンズにより増幅段の出
力ビームが収束される。収束の角度は増幅段に結合され
た励起手段の平均出力によって変わる。増幅段の出力ビ
ームの収束、より詳細には収束の角度の変化は、増幅段
の出力ビームを次の光学素子に結合することをむずかし
くする。
従って本発明の目的は、少なくとも１つの光学段に生ず
るレンズ効果の変化を補正する、１つ以上の光学段を有
する、新しい、または改良されたレーザを提供すること
である。
るレンズ効果の変化を補正する、１つ以上の光学段を有
する、新しい、または改良されたレーザを提供すること
である。
［課題を解決するための手段コ
本発明により、少なくとも１つの光学段を含むレーザが
提供され、前記または各々の段は活性素材から形成され
た細長い活性素子を有し、前記または少なくとも１つの
光学段が単一の望遠鏡を備え、それにおいては前記望遠
鏡または前記望遠鏡の各々は第１のレンズ装置および第
２のレンズ装置を含み、第１のレンズ装置および結合さ
れた光学段は、活性素子の熱誘導されたレンズの見掛け
の位置が第１のレンズ装置の焦点面に配置されるように
互いに関連して配置され、前記または各々の望遠鏡は、
結合された光学段の励起手段の平均出力の変化を補正す
るために、第２のレンズ装置の実際の位置を調整するた
めの手段を備えている。
提供され、前記または各々の段は活性素材から形成され
た細長い活性素子を有し、前記または少なくとも１つの
光学段が単一の望遠鏡を備え、それにおいては前記望遠
鏡または前記望遠鏡の各々は第１のレンズ装置および第
２のレンズ装置を含み、第１のレンズ装置および結合さ
れた光学段は、活性素子の熱誘導されたレンズの見掛け
の位置が第１のレンズ装置の焦点面に配置されるように
互いに関連して配置され、前記または各々の望遠鏡は、
結合された光学段の励起手段の平均出力の変化を補正す
るために、第２のレンズ装置の実際の位置を調整するた
めの手段を備えている。
［作用］
本発明のレーザにおいて、結合された光学段の活性素子
の熱誘導されたレンズの見掛けの位置が第１のレンズ装
置の焦点面に位置するように、前記または各々の望遠鏡
を配置することにより、前記第１のレンズ装置から形成
されたレンズシステムおよび活性素子の熱誘導されたレ
ンズが一定の焦点距離を有する。結合された光学段の励
起手段の平均出力の変化を補正するために第２のレンズ
装置の位置を調整することにより、励起手段の平均出力
が変化するにもかかわらず、平行で、一定の直径を有す
る出力ビームが生ずる。
の熱誘導されたレンズの見掛けの位置が第１のレンズ装
置の焦点面に位置するように、前記または各々の望遠鏡
を配置することにより、前記第１のレンズ装置から形成
されたレンズシステムおよび活性素子の熱誘導されたレ
ンズが一定の焦点距離を有する。結合された光学段の励
起手段の平均出力の変化を補正するために第２のレンズ
装置の位置を調整することにより、励起手段の平均出力
が変化するにもかかわらず、平行で、一定の直径を有す
る出力ビームが生ずる。
［実施例］
ここで本発明を、例により図面を参照して、さらに詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は、本発明の第１の実施例によるレーザの配置図
である。
である。
第２図は、第１図のレーザの一部を形成している望遠鏡
のレンズ構成要素の位置を示すための光線図である。
のレンズ構成要素の位置を示すための光線図である。
第３図は、熱誘導されたレンズの見掛けの位置を測定す
るための光線図である。
るための光線図である。
第４図は、第１図のレーザの一部を形成しているモータ
のコントローラの構成図である。
のコントローラの構成図である。
第５図は、本発明の第２の実施例によるレーザの配置図
である。
である。
第６図は、本発明の第３の実施例によるレーザの配置図
である。
である。
第７図は、本発明の第４の実施例によるレーザの配置図
である。
である。
第８図は、本発明の第５の実施例によるレーザの配置図
である。
である。
第１図に関しては、発振段１０および単一の増幅段１１
の形の２つの光学段を含むＩ／−ザが示されている。発
振段は活性素材から形成され、かつ全反射ミラー１３と
部分反射出力ミラーｌ４（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ １４）との間に配置さ
れているロツド１２の形の活性素子を有する。
の形の２つの光学段を含むＩ／−ザが示されている。発
振段は活性素材から形成され、かつ全反射ミラー１３と
部分反射出力ミラーｌ４（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ １４）との間に配置さ
れているロツド１２の形の活性素子を有する。
この例の活性素材は、ネオジムでドープされたイッ１・
リウムアルミニウムガーネットである（ＮｄＹＡＧ）。
リウムアルミニウムガーネットである（ＮｄＹＡＧ）。
ロツド１２は１組のフラッシュランプにより励起され、
その１つは参照番号１５により図示されている。
その１つは参照番号１５により図示されている。
増幅段１１は、１組のフラッシュランプにより励起され
たＮｄ：ＹＡＧロツド１７を含み、フラッシュランプの
１つは図示され、参照番号１８により表示されている。
たＮｄ：ＹＡＧロツド１７を含み、フラッシュランプの
１つは図示され、参照番号１８により表示されている。
フラッシュランプ１５および１８は、米国特許第４，２
７６，４９７号で説明されている形を取る電源２０に接
続されている。米国特許第４，２７６，４９７号に説明
されているように、電源２０はフラッシュランプ１５、
１８に電流パルスを供給し、そのプロファイルおよび継
続時間は変えられる。各パルスの継続時間は通常０．
１ｍｓよりも大きい。レーザの出力光パルスの継続時
間およびプロファイルは、ほぼフラッシュランブ１５、
１８に供給された電流パルスの継続時間およびプロファ
イルに従う。
７６，４９７号で説明されている形を取る電源２０に接
続されている。米国特許第４，２７６，４９７号に説明
されているように、電源２０はフラッシュランプ１５、
１８に電流パルスを供給し、そのプロファイルおよび継
続時間は変えられる。各パルスの継続時間は通常０．
１ｍｓよりも大きい。レーザの出力光パルスの継続時
間およびプロファイルは、ほぼフラッシュランブ１５、
１８に供給された電流パルスの継続時間およびプロファ
イルに従う。
フラッシュランプ１５、１８により出射され、かつロツ
ド１２、１７に入射する光のほとんどは前記ロツド中で
拡散され、それによりその温度が上昇する。この例にお
いては、ロッド１２および１７は、励起光の拡散の結果
発生する熱を取り除くために水で冷却される。光はロツ
ド１２および１７中で吸収されるが、熱は外側表面から
しか取り除かれないので、各ロツド中に温度のグラジエ
ントが生じ、温度は光学軸に沿って最大になる。
ド１２、１７に入射する光のほとんどは前記ロツド中で
拡散され、それによりその温度が上昇する。この例にお
いては、ロッド１２および１７は、励起光の拡散の結果
発生する熱を取り除くために水で冷却される。光はロツ
ド１２および１７中で吸収されるが、熱は外側表面から
しか取り除かれないので、各ロツド中に温度のグラジエ
ントが生じ、温度は光学軸に沿って最大になる。
ロツドの屈折率および長さは温度によって変わり、各ロ
ツドは分布レンズとして作用する。わかりやすくするた
め、前記レンズ効果は、単一の収束レンズが中心に位置
しているようなものであると考えることができる。ロツ
ド１７の場合には、前記単一の収束レンズは破線で示さ
れ、参照文字ＬＲで表示されている。ロツド１７中の熱
誘導されたレンズＬＲにより増幅段１１の出力ビームか
収束する。レンズＬ，ｌの焦点距離、従って増幅段１１
の出力ビームの収束の度合はフラツシコ．ランプ］８の
平均出力によって変わる。レンズＬＲを補正するために
、増幅段１］は１対のレンズＬおよびＬ２から形成され
た望遠鏡を備えている。
ツドは分布レンズとして作用する。わかりやすくするた
め、前記レンズ効果は、単一の収束レンズが中心に位置
しているようなものであると考えることができる。ロツ
ド１７の場合には、前記単一の収束レンズは破線で示さ
れ、参照文字ＬＲで表示されている。ロツド１７中の熱
誘導されたレンズＬＲにより増幅段１１の出力ビームか
収束する。レンズＬ，ｌの焦点距離、従って増幅段１１
の出力ビームの収束の度合はフラツシコ．ランプ］８の
平均出力によって変わる。レンズＬＲを補正するために
、増幅段１］は１対のレンズＬおよびＬ２から形成され
た望遠鏡を備えている。
第１図からわかるように、ロツド１２、ロツド１７なら
びにレンズＬ１およびＬ２から形成された望遠鏡は共通
の光学軸２３上にある。
びにレンズＬ１およびＬ２から形成された望遠鏡は共通
の光学軸２３上にある。
第２図に関しては、ロツドｌ７とレンズＬ１との関係を
示す光線図が示されている。ロツド１７は長さしを有し
、熱誘導されたレンズＬＲはロツド１７の中心を通る平
面Ｃにある。第２図は初めにロツド１７中を光学軸２３
に平行な行路３５に沿って進む光線１９を示す。光線は
レンズＬ．で反射され、さらにロツド１７の末端表面２
１、次にレンズＬ＋で反射され、光学軸２３上の地点Ｐ
で焦点が結ばれる。
示す光線図が示されている。ロツド１７は長さしを有し
、熱誘導されたレンズＬＲはロツド１７の中心を通る平
面Ｃにある。第２図は初めにロツド１７中を光学軸２３
に平行な行路３５に沿って進む光線１９を示す。光線は
レンズＬ．で反射され、さらにロツド１７の末端表面２
１、次にレンズＬ＋で反射され、光学軸２３上の地点Ｐ
で焦点が結ばれる。
レンズＬ１から見ると、熱誘導されたレンズＬＲは平面
Ｃから軸方向に間隔を置いて配置されている平面Ｄにあ
るように見える。言い換えれば末端表面における反射の
結果として、熱誘導されたレンズＬＲは平面ＣとＤとの
間の距離だけ位置が変わったように見える。レンズＬＲ
は焦点距離ｆ，ｌを有するが、レンズＬ１から見るとレ
ンズ１１ ＬＲは焦点距離ＰＲを有するように見える。Ｆｌ＋は次
の式によって求められる。
Ｃから軸方向に間隔を置いて配置されている平面Ｄにあ
るように見える。言い換えれば末端表面における反射の
結果として、熱誘導されたレンズＬＲは平面ＣとＤとの
間の距離だけ位置が変わったように見える。レンズＬＲ
は焦点距離ｆ，ｌを有するが、レンズＬ１から見るとレ
ンズ１１ ＬＲは焦点距離ＰＲを有するように見える。Ｆｌ＋は次
の式によって求められる。
ＦＲ＝ｆＲ／ｎ ・・・ （１）ｎは
ロツド１７の素材の反射率である。第２図に示すように
、平面ＤはレンズＬ１から距Ｈｚ＋の間隔を置いた位置
にある。
ロツド１７の素材の反射率である。第２図に示すように
、平面ＤはレンズＬ１から距Ｈｚ＋の間隔を置いた位置
にある。
レンズＬＲおよびＬ，から形成されたレンズシステムの
焦点距離は次の式により求められる。
焦点距離は次の式により求められる。
１／ｆ＝１／ＦＲ ＋１／ｆｌ
−Ｚｌ／（Ｆ， ｆ＋） ・・・ （２）ｆ＋はレン
ズＬ＋の焦点距離である。
ズＬ＋の焦点距離である。
前記のように、レンズＬＲの焦点距離、従って見掛けの
焦点距離はＦＲは、フラッシュランプ１８の平均出力に
よって変わる。焦点距離ｆが前記平均出力によって変わ
ることを防ぐために、距離２，はレンズＬ，の焦点距離
ｆ１に等しく設定される。従ってレンズＬ１は、熱誘導
されたレンズＬ１の見掛けの位置がレンズＬ１の前方の
焦点面にあるように配置されている。Ｚ１をｆ１に等し
く設定した結果、方程式（２）の右側の第１項１ ９ および第３項が消去され、焦点距離ｆは次の式により求
められる。
焦点距離はＦＲは、フラッシュランプ１８の平均出力に
よって変わる。焦点距離ｆが前記平均出力によって変わ
ることを防ぐために、距離２，はレンズＬ，の焦点距離
ｆ１に等しく設定される。従ってレンズＬ１は、熱誘導
されたレンズＬ１の見掛けの位置がレンズＬ１の前方の
焦点面にあるように配置されている。Ｚ１をｆ１に等し
く設定した結果、方程式（２）の右側の第１項１ ９ および第３項が消去され、焦点距離ｆは次の式により求
められる。
１／ｆ＝１／ｆｌ ・・・ （３）こ
こで平面ＣとＤとの間の距離は第３図に関して得られる
。第３図はロツド１７の断片を通る光線１９を示す。
こで平面ＣとＤとの間の距離は第３図に関して得られる
。第３図はロツド１７の断片を通る光線１９を示す。
第３図に示すように、光線１９は地点Ｅで平面Ｃと交わ
り、そこで角度Ａで反射する。光線１９は地点Ｈで出力
表面２１と交わる。行路３５は地点Ｆで平面Ｄと交わり
、地点Ｇで出力表面２１と交わる。ロツド１７の外側で
は光線１９が行路３５と角度Ｂを形成する。
り、そこで角度Ａで反射する。光線１９は地点Ｈで出力
表面２１と交わる。行路３５は地点Ｆで平面Ｄと交わり
、地点Ｇで出力表面２１と交わる。ロツド１７の外側で
は光線１９が行路３５と角度Ｂを形成する。
角度ＡおよびＢが小さいと仮定すると、平面ＣとＤとの
間の距離ＥＦ、したがって熱誘導されたレンズＬ．の実
際の位曽と見掛けの位１との間のｌｌｌｌＩＩＩは次の
ように求められる．ＧＨ＝ＦＧ．Ｂ＝Ａ （Ｌ／２）
・・・ （４）従って、 Ｂ／Ａ＝ （Ｌ／２）／ＦＧ ・・・ （５）屈
折の法則により、 Ｂ ／ Ａ ＝ ｎ ・
・ ・ （６）方程式（５）および（６）を組み合わせ
ると、ＦＧ＝（Ｌ／２）／（ｎ） ・・・ （７
）従って、 ＥＦ＝ （Ｌ／２）−ＦＧ＝Ｌ （ｎ−１）／２ｎ
・ ・ ・ （８） 再び第１図に戻るが、レンズＬＲの焦点距離は変わるの
で、焦点Ｐの位置はレーザの光学軸２３に沿って移動す
る。前記移動を可能にするために、レンズＬ２は、焦点
ＰとレンズＬ２との間の距離Ｚ２を一定に保つように、
線形のステッパーモータ２２により軸方向に移動される
。この例においては、レンズＬ２の位置は、焦点Ｐがレ
ンズＬ２の前方の焦点面に位置するように調整されてい
る。その結果として、レーザの出力ビームは平行になる
。
間の距離ＥＦ、したがって熱誘導されたレンズＬ．の実
際の位曽と見掛けの位１との間のｌｌｌｌＩＩＩは次の
ように求められる．ＧＨ＝ＦＧ．Ｂ＝Ａ （Ｌ／２）
・・・ （４）従って、 Ｂ／Ａ＝ （Ｌ／２）／ＦＧ ・・・ （５）屈
折の法則により、 Ｂ ／ Ａ ＝ ｎ ・
・ ・ （６）方程式（５）および（６）を組み合わせ
ると、ＦＧ＝（Ｌ／２）／（ｎ） ・・・ （７
）従って、 ＥＦ＝ （Ｌ／２）−ＦＧ＝Ｌ （ｎ−１）／２ｎ
・ ・ ・ （８） 再び第１図に戻るが、レンズＬＲの焦点距離は変わるの
で、焦点Ｐの位置はレーザの光学軸２３に沿って移動す
る。前記移動を可能にするために、レンズＬ２は、焦点
ＰとレンズＬ２との間の距離Ｚ２を一定に保つように、
線形のステッパーモータ２２により軸方向に移動される
。この例においては、レンズＬ２の位置は、焦点Ｐがレ
ンズＬ２の前方の焦点面に位置するように調整されてい
る。その結果として、レーザの出力ビームは平行になる
。
モータ２２はコントローラ２４から制御信号を受け、コ
ントローラ２４は電源２０から入力信号を受ける。コン
トローラ２４の細部は第４図により詳細に示しているの
で、ここでその図に関してコントローラ２４の説明をす
る。
ントローラ２４は電源２０から入力信号を受ける。コン
トローラ２４の細部は第４図により詳細に示しているの
で、ここでその図に関してコントローラ２４の説明をす
る。
第４図に関して、コントローラ２４はコンピュータ２５
、メモリー２６およびモータ２２用のドライブ回路２７
を含む。電源２０はバス２８上でコンピュータ２５の入
力端にデジタル信号を送る。前記デジタル信号はフラッ
シュランプ１８への有効な平均入力を表示する。メモリ
ー２６は平均出力の関数としてレンズＬ２の位置に関す
る数値を示すルックアップテーブルを含む。ルックアッ
プテーブルの数値は、平行なビームが得られるまで１組
の平均出力値の各々に関してレンズＬ２の位置を手で調
整し、次にレンズＬ２の位置を示すことによって求めら
れる。フラッシュランプｌ８の有効な平均出力のために
、コンピュータ２５はメモリー２６からレンズＬ２の必
要な位置に対応する数値を検索する。必要な位置は、バ
ス２９上のデジタル信号としてドライブ回路２７に送ら
れる。ドライブ回路２７はライン３０上の出力パルスな
モータ２２に送る。モータ２２は、レンズＬ２の実際の
位置を必要な位置と同じになる１ ５ まで調整する。このようにコントローラ２４はフラッシ
ュランプ１８の平均出力の関数のＬ２の位置を調整する
。
、メモリー２６およびモータ２２用のドライブ回路２７
を含む。電源２０はバス２８上でコンピュータ２５の入
力端にデジタル信号を送る。前記デジタル信号はフラッ
シュランプ１８への有効な平均入力を表示する。メモリ
ー２６は平均出力の関数としてレンズＬ２の位置に関す
る数値を示すルックアップテーブルを含む。ルックアッ
プテーブルの数値は、平行なビームが得られるまで１組
の平均出力値の各々に関してレンズＬ２の位置を手で調
整し、次にレンズＬ２の位置を示すことによって求めら
れる。フラッシュランプｌ８の有効な平均出力のために
、コンピュータ２５はメモリー２６からレンズＬ２の必
要な位置に対応する数値を検索する。必要な位置は、バ
ス２９上のデジタル信号としてドライブ回路２７に送ら
れる。ドライブ回路２７はライン３０上の出力パルスな
モータ２２に送る。モータ２２は、レンズＬ２の実際の
位置を必要な位置と同じになる１ ５ まで調整する。このようにコントローラ２４はフラッシ
ュランプ１８の平均出力の関数のＬ２の位置を調整する
。
レンズＬＲおよびＬ，から形成されたレンズシステムの
焦点距離がレンズＬＲの焦点距離の変化にもかかわらず
一定を保ち、またレンズＬ２の位置も焦点ＰがレンズＬ
２の前方の焦点面にあるように軸方向に調整されるので
、レンズＬ２の出力ビーム径も一定を保つ。従って第１
図に示すレーザ中には、フラッシュランブ１８の出力の
変化にもかかわらず、一定のビーム径で平行を保つ出力
ビームが生ずる。これは、ただ１つの要素、すなわちレ
ンズＬ２の位置を調整することによって行なわれる。
焦点距離がレンズＬＲの焦点距離の変化にもかかわらず
一定を保ち、またレンズＬ２の位置も焦点ＰがレンズＬ
２の前方の焦点面にあるように軸方向に調整されるので
、レンズＬ２の出力ビーム径も一定を保つ。従って第１
図に示すレーザ中には、フラッシュランブ１８の出力の
変化にもかかわらず、一定のビーム径で平行を保つ出力
ビームが生ずる。これは、ただ１つの要素、すなわちレ
ンズＬ２の位置を調整することによって行なわれる。
多くの応用に関して、レーザの出力ビームが平行を保ち
、かつ一定のビーム径を有することは重要である。高出
力レーザの１つの応用において、レーザの出力ビームは
、望ましい位置への伝達のために光ファイバの入力面上
に焦点が結ばれる。
、かつ一定のビーム径を有することは重要である。高出
力レーザの１つの応用において、レーザの出力ビームは
、望ましい位置への伝達のために光ファイバの入力面上
に焦点が結ばれる。
レーザの出力ビームが収束すると、それによって１ ６
ビームが光ファイバの入力表面から外側方向に漏れ、結
果としていくらかのビームが光ファイバに沿って伝達さ
れず、ファイバの外側部分が損傷を受ける。
果としていくらかのビームが光ファイバに沿って伝達さ
れず、ファイバの外側部分が損傷を受ける。
先に挙げた例において、レーザの出力ビームは平行にな
り、平行になったビームは第１図に示すレーザのほとん
どの応用の必要条件に対応するが、応用によってはビー
ムを発散させたり収束させたりすることが必要である。
り、平行になったビームは第１図に示すレーザのほとん
どの応用の必要条件に対応するが、応用によってはビー
ムを発散させたり収束させたりすることが必要である。
これは、焦点ＰをレンズＬ２に近付けたりレンズＬ２か
ら離したりすることによって行なわれる。いずれの場合
においても、焦点ＰとレンズＬ２との間の距離は、フラ
ッシュランプ１８の平均出力の変化にもかかわらず一定
を保つ。
ら離したりすることによって行なわれる。いずれの場合
においても、焦点ＰとレンズＬ２との間の距離は、フラ
ッシュランプ１８の平均出力の変化にもかかわらず一定
を保つ。
第１図に示すレーザにおいて、ロツド１２中の熱誘導さ
れたレンズにより、レーザビームはロツド１２の末端と
出力ミラーとの間で収束する。出力ミラーにおいては、
レーザビ７ムの射線はそれに対して垂直である。出力ミ
ラー１４を越えるとレーザビームは発散する。レーザビ
ーム径がロツドｌ７の入力端とロツドｌ２の出力端とで
同じになるように、ミラー１４はロツド１２と１７との
中間に位置している。
れたレンズにより、レーザビームはロツド１２の末端と
出力ミラーとの間で収束する。出力ミラーにおいては、
レーザビ７ムの射線はそれに対して垂直である。出力ミ
ラー１４を越えるとレーザビームは発散する。レーザビ
ーム径がロツドｌ７の入力端とロツドｌ２の出力端とで
同じになるように、ミラー１４はロツド１２と１７との
中間に位置している。
第１図に関して説明したように、レンズＬ２の位置はフ
ラッシュランプ１８の平均出力の関数として調整される
。他の方法によって、レーザの出力ビームが発散してい
るか、平行か、あるいは収束しているかを探知するセン
サが与えられ、センサはビームが平行になるようにレン
ズＬ２の位置を調整するためにモータ２２によって使用
される出力信号を出す。
ラッシュランプ１８の平均出力の関数として調整される
。他の方法によって、レーザの出力ビームが発散してい
るか、平行か、あるいは収束しているかを探知するセン
サが与えられ、センサはビームが平行になるようにレン
ズＬ２の位置を調整するためにモータ２２によって使用
される出力信号を出す。
第１図のレーザにおいてロツド１２および１７は各々Ｎ
ｄ：ＹＡＧから形成されているが、Ｎｄ： ＹＡＧの代
わりにその他の活性素材、例えばネオジムがドーブされ
たガラス（Ｎｄ：ガラス）か使用される。
ｄ：ＹＡＧから形成されているが、Ｎｄ： ＹＡＧの代
わりにその他の活性素材、例えばネオジムがドーブされ
たガラス（Ｎｄ：ガラス）か使用される。
先に述べたように、第１図に示すレーザの電源２０の出
す最小のパルス継続時間はＯ．ｌｍｓである。出力パル
スが０．１ｍｓ以上の継続時間を有すると、焦点Ａにお
けるビームが空気を分解するのに十分なある瞬間の出力
密度を有する危険性はないが、レーザが、例えば１００
ｍｓよりも短い継続時間のパルスで作動するように改造
されると、その結果として焦点Ｐに生ずる高出力密度に
より空気が分解される。前記継続時間のパルスぱＱスイ
ッチレーザ中に生ずるので、ここで第５図に関して、本
発明による望遠鏡を備え、しかもその望遠鏡が空気の分
解を防ぐような構造になっているＱスイッチレーザの説
明をする。
す最小のパルス継続時間はＯ．ｌｍｓである。出力パル
スが０．１ｍｓ以上の継続時間を有すると、焦点Ａにお
けるビームが空気を分解するのに十分なある瞬間の出力
密度を有する危険性はないが、レーザが、例えば１００
ｍｓよりも短い継続時間のパルスで作動するように改造
されると、その結果として焦点Ｐに生ずる高出力密度に
より空気が分解される。前記継続時間のパルスぱＱスイ
ッチレーザ中に生ずるので、ここで第５図に関して、本
発明による望遠鏡を備え、しかもその望遠鏡が空気の分
解を防ぐような構造になっているＱスイッチレーザの説
明をする。
第５図に関しては、発振段１００および増幅段１０１を
含むＱスイッチレーザが示されている。
含むＱスイッチレーザが示されている。
発振段１００はＮｄ ： ＹＡＧから形成されたロツド
１１２、偏光子１１３、電気光学的素子１１４、全反射
ミラー１１５および部分反射出力ミラー１１６を含む。
１１２、偏光子１１３、電気光学的素子１１４、全反射
ミラー１１５および部分反射出力ミラー１１６を含む。
ロツド１１２は１組のフラッシュランプにより励起され
るが、フラッシュランプの１つは図示され、参照番号１
１７で表示されている。
るが、フラッシュランプの１つは図示され、参照番号１
１７で表示されている。
増幅段１０１は、Ｎｄ ： ＹＡＧから形成されたロツ
ド１２０および１組のフラッシュランプを含１ ｑ ？、フラッシュランプの１つは図示され、参照番号１２
１により表示されている。フラッシュランプ１１７およ
び１２１は電源１２２から電力供給を受ける。また、図
示されていないが、望ましい時直ちに電気光学的結晶１
１４を変換ずるための回路を備えている。
ド１２０および１組のフラッシュランプを含１ ｑ ？、フラッシュランプの１つは図示され、参照番号１２
１により表示されている。フラッシュランプ１１７およ
び１２１は電源１２２から電力供給を受ける。また、図
示されていないが、望ましい時直ちに電気光学的結晶１
１４を変換ずるための回路を備えている。
増幅段１０１は、両凹レンズＬ２１、両凸レンズＬ２２
および両凹レンズＬ２３を含む望遠鏡を備えている。レ
ンズＬ２＋およびＬ２２はともにレンズシステムを形成
し、このレンズシステムはロツド１２０中の熱誘導され
たレンズの見掛けの位置が前方の焦点面に位置するよう
に構成されている。
および両凹レンズＬ２３を含む望遠鏡を備えている。レ
ンズＬ２＋およびＬ２２はともにレンズシステムを形成
し、このレンズシステムはロツド１２０中の熱誘導され
たレンズの見掛けの位置が前方の焦点面に位置するよう
に構成されている。
従ってロツド１２０中で熱誘導されたレンズならびにレ
ンズＬ２１およびＬ２■から形成されたレンズシステム
の組み合わせられた焦点距離は一定で、フラッシュラン
ブ１２１の平均出力によって変わるようなことはない。
ンズＬ２１およびＬ２■から形成されたレンズシステム
の組み合わせられた焦点距離は一定で、フラッシュラン
ブ１２１の平均出力によって変わるようなことはない。
レンズＬ２３の位置は、フラッシュランプ１２１の平均
出力の変化にも関わらず平行な出力ビームが得られるよ
うに、モータ１２４により軸方向に調整される。モータ
１２４？コントローラ１２３から制御信号を受ける。コ
ントローラ１２３はフラッシュランブ１２１に供給され
た平均出力を示す電源１２２からの信号を受ける。
出力の変化にも関わらず平行な出力ビームが得られるよ
うに、モータ１２４により軸方向に調整される。モータ
１２４？コントローラ１２３から制御信号を受ける。コ
ントローラ１２３はフラッシュランブ１２１に供給され
た平均出力を示す電源１２２からの信号を受ける。
容易に理解できるように、第５図に示す例においては、
レンズＬ２１、Ｌ２■およびＬ ２３から形成された望
遠鏡は、単一の地点に増幅段１０１の出力ビームの焦点
を結ばせない。従って空気が分解される危険性はない。
レンズＬ２１、Ｌ２■およびＬ ２３から形成された望
遠鏡は、単一の地点に増幅段１０１の出力ビームの焦点
を結ばせない。従って空気が分解される危険性はない。
第６図に関しては、本発明によるレーザの別の例が示さ
れている。第６図に示すレーザは一般に第ｌ図に示すレ
ーザと同様で、同様の部品が同様の参照番号および文字
で示されているので、前記部品の詳細な説明は行なわな
い。
れている。第６図に示すレーザは一般に第ｌ図に示すレ
ーザと同様で、同様の部品が同様の参照番号および文字
で示されているので、前記部品の詳細な説明は行なわな
い。
第６図に示すレーザにおいて、レンズＬ，およびＬ ２
から形成され、かつロッド１７と結合されている望遠鏡
はロッド１０と１７との間に位置している。これは、第
１図に示すレーザにおいて望遠鏡がロツド１７の後ろの
発振段１０の出力ビームの伝播方向に配置されているの
とは対照的である。レンズＬ１はロツド１７の隣に配置
され、かつロツド１７中の熱誘導されたレンズの見掛け
の位置はレンズＬ１の後ろの焦点面に位置している。レ
ンズＬ２は発振段１０とレンズＬ１との間に位置し、そ
の軸方向の位置は以前のようにモータ２２により調整さ
れる。レンズＬ，およびＬ２から形成された望遠鏡によ
りロツド１７への入力ビームが発散し、それによってロ
ツド１７中の熱誘導されたレンズＬＲが補正される。レ
ンズＬ２の軸方向の位置は、ロツド１７からの出力ビー
ムを平行にするために調節される。
から形成され、かつロッド１７と結合されている望遠鏡
はロッド１０と１７との間に位置している。これは、第
１図に示すレーザにおいて望遠鏡がロツド１７の後ろの
発振段１０の出力ビームの伝播方向に配置されているの
とは対照的である。レンズＬ１はロツド１７の隣に配置
され、かつロツド１７中の熱誘導されたレンズの見掛け
の位置はレンズＬ１の後ろの焦点面に位置している。レ
ンズＬ２は発振段１０とレンズＬ１との間に位置し、そ
の軸方向の位置は以前のようにモータ２２により調整さ
れる。レンズＬ，およびＬ２から形成された望遠鏡によ
りロツド１７への入力ビームが発散し、それによってロ
ツド１７中の熱誘導されたレンズＬＲが補正される。レ
ンズＬ２の軸方向の位置は、ロツド１７からの出力ビー
ムを平行にするために調節される。
第７図に関しては、本発明によるレーザの別の例が示さ
れている。第７図に示すレーザは発振段２００ならびに
１対の増幅段２０１および２０２を含む。
れている。第７図に示すレーザは発振段２００ならびに
１対の増幅段２０１および２０２を含む。
発振段２００は、Ｎｄ：ＹＡＧから形成されたロツド２
０５、全反射ミラー２０６、部分反射ミラー２０７およ
び１組のフラッシュランプを有し、フラッシュランプの
１つは参照番号２０８により表示されている。
０５、全反射ミラー２０６、部分反射ミラー２０７およ
び１組のフラッシュランプを有し、フラッシュランプの
１つは参照番号２０８により表示されている。
？１の増幅段２０１は、Ｎｄ ： ＹＡＧから形成され
たロツド２１０および１組のフラッシュランプを有し、
フラッシュランプの１つは参照番号２１１で表示されて
いる。同様に、第２の増幅段２０２はＮｄ：ＹＡＧから
形成されたロツド２１３および１組のフラッシュランプ
を有し、フラッシュランプの１つは参照番号２１４で表
示されている。フラッシュランプ２０８、２１１および
２１４は電源２１５から電力供給を受ける。
たロツド２１０および１組のフラッシュランプを有し、
フラッシュランプの１つは参照番号２１１で表示されて
いる。同様に、第２の増幅段２０２はＮｄ：ＹＡＧから
形成されたロツド２１３および１組のフラッシュランプ
を有し、フラッシュランプの１つは参照番号２１４で表
示されている。フラッシュランプ２０８、２１１および
２１４は電源２１５から電力供給を受ける。
増幅段２０１は１対の収束レンズＬ３１およびＬ３２か
ら形成された望遠鏡を備える。同様に増幅段２１３は１
対の収束レンズＬ＜＋およびＬ４■から形成された望遠
鏡を備える。前記望遠鏡の各々の作動は、一般に第１図
に示すレンズＬ１およびＬ２から形成された望遠鏡の作
動と同様である。
ら形成された望遠鏡を備える。同様に増幅段２１３は１
対の収束レンズＬ＜＋およびＬ４■から形成された望遠
鏡を備える。前記望遠鏡の各々の作動は、一般に第１図
に示すレンズＬ１およびＬ２から形成された望遠鏡の作
動と同様である。
従ってロツド２１０中の熱誘導されたレンズの見掛けの
位置はレンズＬ３１の前方の焦点面に位置し、ロツド２
１３中の熱誘導されたレンズの見掛けの位置はレンズＬ
４１の前方の焦点面に位置している。レンズＬ ｓ■お
よびＬ４２の軸方向の位置は２ ３ ？ータ２２０および２２１により調整されている。より
詳細には、レンズＬ３２の位置はロツド２１３のビーム
の入力端に平行なビームを出すように調整され、レンズ
Ｌ４■の位置はレーザの出力ビームが平行になるように
調節される。
位置はレンズＬ３１の前方の焦点面に位置し、ロツド２
１３中の熱誘導されたレンズの見掛けの位置はレンズＬ
４１の前方の焦点面に位置している。レンズＬ ｓ■お
よびＬ４２の軸方向の位置は２ ３ ？ータ２２０および２２１により調整されている。より
詳細には、レンズＬ３２の位置はロツド２１３のビーム
の入力端に平行なビームを出すように調整され、レンズ
Ｌ４■の位置はレーザの出力ビームが平行になるように
調節される。
モータ２２０および２２１はコントローラ２２２から制
御信号を受け、コントローラ２２２はフラッシュランプ
２１１および２１４に供給される平均出力を示す電源２
１５から信号を受ける。
御信号を受け、コントローラ２２２はフラッシュランプ
２１１および２１４に供給される平均出力を示す電源２
１５から信号を受ける。
従って第７図に示す例において、各増幅段はロツド中に
生ずるレンズ効果を補正するために望遠鏡を備えている
。単純化したものとして、レンズＬ４１およびＬ４■か
ら形成された望遠鏡を省略することができる。その結果
としてレーザからの出力ビームは平行にならないが、応
用によっては許容される。
生ずるレンズ効果を補正するために望遠鏡を備えている
。単純化したものとして、レンズＬ４１およびＬ４■か
ら形成された望遠鏡を省略することができる。その結果
としてレーザからの出力ビームは平行にならないが、応
用によっては許容される。
第８図に関しては、本発明によるレーザの別の例が示さ
れている。第８図のレーザは、発振段３００の形の単一
の光学段を有する。
れている。第８図のレーザは、発振段３００の形の単一
の光学段を有する。
２ ４
発振段３００は、Ｎｄ：ＹＡＧから形成されたロツド３
ｏ１、全反射ミラー３０２、部分反射出力ミラー３０３
および１組のフラッシュランプを有し、フラッシュラン
プの１つは図示され、参照番号３０５で表示されている
。フラッシュランプは電源３０６から電力供給を受ける
。これまで説明した構成要素は従来のもので、例えば英
国のラグビーのルモニックス社が販売しているＪＫ７０
１型レーザに使用されている。
ｏ１、全反射ミラー３０２、部分反射出力ミラー３０３
および１組のフラッシュランプを有し、フラッシュラン
プの１つは図示され、参照番号３０５で表示されている
。フラッシュランプは電源３０６から電力供給を受ける
。これまで説明した構成要素は従来のもので、例えば英
国のラグビーのルモニックス社が販売しているＪＫ７０
１型レーザに使用されている。
ロツド３０１中で熱誘導されたレンズを補正するために
、発振段３００はレンズＬｓ＋およびＬＩ＋２から形成
された望遠鏡を備えている。ロツド３０１中の熱誘導さ
れたレンズの見掛けの位置は、レンズＬ！＋の前方の焦
点面に位置している。
、発振段３００はレンズＬｓ＋およびＬＩ＋２から形成
された望遠鏡を備えている。ロツド３０１中の熱誘導さ
れたレンズの見掛けの位置は、レンズＬ！＋の前方の焦
点面に位置している。
レンズＬＢ２の軸方向の位置は、レーザビームがレンズ
Ｔ−１１２とミラー３０３との間で平行になるようにモ
ータ３０７により調整される。その結果として出力ビー
ムも平行になる。モータ３０７はコントローラ３０８か
ら制御信号を受け、コントローラ３０８はランプ３０５
の平均出力を示す電源３０６からの信号を受ける。
Ｔ−１１２とミラー３０３との間で平行になるようにモ
ータ３０７により調整される。その結果として出力ビー
ムも平行になる。モータ３０７はコントローラ３０８か
ら制御信号を受け、コントローラ３０８はランプ３０５
の平均出力を示す電源３０６からの信号を受ける。
第１図は、本発明の第１の実施例によるレーザの配置図
である。 第２図は、第１図のレーザの一部を形成している望遠鏡
のレンズ構成要素の位置を示すための光線図である。 第３図は、熱誘導されたレンズの見掛けの位置を測定す
るための光線図である。 第４図は、第１図のレーザの一部を形成しているモータ
のコントローラの構成図である。 第５図は、本発明の第２の実施例によるレーザの配置図
である。 第６図は、本発明の第３の実施例によるレーザの配置図
である。 第７図は、本発明の第４の実施例によるレーザの配置図
である。 第８図は、本発明の第５の実施例によるレーザの配置図
である。 １０、１００，２００，３００・・・発振段、１１、１
０１、２０１、２０２・・・増幅段、１ ２、 １ ７
、 １ １ ２、 １ ２０、 ２ １０、 ２ １
３、３０１・・・ロツド、 １３、１１５、２０６、３０２・・・全反射ミラー １４、１１６、２０７、３０３・・・部分反射出力ミラ
ー １５、１８、１１７、１２１、２０５、２０８、２１１
、２１４、３０５・・・フラッシュランプ、 １９・・・光線、 ２０、１２２、２１５、３０６・・・電源、２１・・・
出力表面、 ２２、１２４、２２０、２２１、３ｏ７・・・モータ、 ２３・・・光学軸、 ２４、１２３、２２２、３０８・・・コントローラ、 ２５・・・コンピュータ、 ２６・・・メモリー ９ ７ ２７ ・ ２８、 ３０ ・ ３５ ・ １ １ ３ １ １ ４ ・・ドライブ回路、 ２９・・・バス、 ・・ライン、 ・・行路、 ・・・偏光子、 ・・・電気光学的素子。
である。 第２図は、第１図のレーザの一部を形成している望遠鏡
のレンズ構成要素の位置を示すための光線図である。 第３図は、熱誘導されたレンズの見掛けの位置を測定す
るための光線図である。 第４図は、第１図のレーザの一部を形成しているモータ
のコントローラの構成図である。 第５図は、本発明の第２の実施例によるレーザの配置図
である。 第６図は、本発明の第３の実施例によるレーザの配置図
である。 第７図は、本発明の第４の実施例によるレーザの配置図
である。 第８図は、本発明の第５の実施例によるレーザの配置図
である。 １０、１００，２００，３００・・・発振段、１１、１
０１、２０１、２０２・・・増幅段、１ ２、 １ ７
、 １ １ ２、 １ ２０、 ２ １０、 ２ １
３、３０１・・・ロツド、 １３、１１５、２０６、３０２・・・全反射ミラー １４、１１６、２０７、３０３・・・部分反射出力ミラ
ー １５、１８、１１７、１２１、２０５、２０８、２１１
、２１４、３０５・・・フラッシュランプ、 １９・・・光線、 ２０、１２２、２１５、３０６・・・電源、２１・・・
出力表面、 ２２、１２４、２２０、２２１、３ｏ７・・・モータ、 ２３・・・光学軸、 ２４、１２３、２２２、３０８・・・コントローラ、 ２５・・・コンピュータ、 ２６・・・メモリー ９ ７ ２７ ・ ２８、 ３０ ・ ３５ ・ １ １ ３ １ １ ４ ・・ドライブ回路、 ２９・・・バス、 ・・ライン、 ・・行路、 ・・・偏光子、 ・・・電気光学的素子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの光学段を含むレーザであって、前
記または各々の段は活性素材から形成された細長い活性
素子および活性素材を励起するための手段を有し、かつ
前記または少なくとも１つの光学段は単一の望遠鏡を備
え、それにおいては前記望遠鏡または前記望遠鏡の各々
が第１のレンズ装置および第２のレンズ装置を含み、第
１のレンズ装置および結合された光学段の活性素子は、
活性素子の熱誘導されたレンズの見掛けの位置が第１の
レンズ装置の焦点面に位置するように互いに関連して配
置され、前記または各々の望遠鏡が、結合された光学段
の励起手段の平均出力の変化を補正するために、第２の
レンズ装置の実際の位置を調整するための手段を備える
レーザ。 ２、前記または各々の望遠鏡において、第２のレンズ装
置の位置が、平行なビームを形成するために調整される
、請求項１記載のレーザ。 ３、前記または各々の望遠鏡において、第２のレンズ装
置の位置が結合された光学段の励起手段の平均出力の関
数として調整される、請求項１または２記載のレーザ。 ４、前記または各々の望遠鏡において、第１のレンズ装
置が単一の収束レンズを含み、第２のレンズ装置が単一
の収束レンズを含む、請求項１ないし３のいずれか１項
に記載のレーザ。 ５、前記または各々の望遠鏡において、第１のレンズ装
置が単一の発散レンズおよび単一の収束レンズから形成
されたレンズシステムを含み、第２のレンズ装置が単一
の発散レンズを含む、請求項１ないし３のいずれか１項
に記載のレーザ。 ６、前記または各々の望遠鏡が、結合された光学段の活
性素子のすぐ後ろの、レーザの出力ビームの伝播方向に
位置している、請求項１ないし５のいずれか１項に記載
のレーザ。７、単一の発振段、単一の増幅段および前記
単一の増幅段に結合された単一の望遠鏡を含む、請求項
１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ。 ８、単一の発振段、２つの増幅段および各々が増幅段の
それぞれに結合された２つの望遠鏡を含む、請求項１な
いし７のいずれか１項に記載のレーザ。 ９、発振段の形の単一の光学段および発振段に結合され
た単一の望遠鏡を含む、請求項１ないし７のいずれか１
項に記載のレーザ。 １０、前記または各々の光学段の活性素材がネオジムが
ドープされたイットリウムアルミニウムガーネットであ
る請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のレーザ。
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