JPH0426177A - 固体レーザ発振装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） この発明は固体レーザ発振装置に係わり、とくに発振さ
れるレーザ光の拡がり角を小さく維持することができる
固体レーザ発振装置に関する。

（従来の技術） たとえば、Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザなどの固体レーザ発
振装置は、複数の共振器ミラーによって形成された光共
振器を備えている。この光共振器内の光路にはロッド状
のレーザ媒質が配置されている。このレーザ媒質は励起
ランプなどの励起手段によって光励起される。それによ
って、上記レーザ媒質から放出されたレーザ光りが上記
光共振器によって増幅されて発振されるようになってい
る。

上記レーザ媒質は励起手段の熱によって損傷するのを防
止するために１、通常水冷されている。そのため、ロッ
ド状のレーザ媒質は中心部が周辺部よりも高温になるか
ら、熱歪みを生じて熱レンズ（凸レンズ）作用を示す。

その結果、たとえば強励起状態においてはレーザ光りの
拡がり角が大きくなり、集光性が悪くなるということが
生じる。

このような問題を解消するためにスラブ形固体レーザ装
置の研究がなされている。スラブ形固体レーザ装置は、
周知のようにレーザ媒質としてロッド状のものに代わり
、上下面が平行で、入出力端面から入射した光がこの平
行面の間でジグザグ反射光路をとる形状をなしたスラブ
材が用いられる。

しかしながら、スラブ形固体レーザ装置は構造が複雑で
あるばかりか、スラブ形の結晶の精密研磨加工が困難で
あるなどの理由によって実用化しずらいということがあ
る。

（発明が解決しようとする課題） このように、ロッド状のレーザ媒質を用いた従来の固体
レーザ装置においては、上記レーザ媒質の熱レンズ作用
によってレーザ光の拡がり角が大きくなり、指向性が低
下するということがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、固体レーザ媒質に熱レンズ作用が生
じたならば、そのことを検出してレーザ光の指向性が低
下するのを防止するようにした固体レーザ発振装置を提
供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、複数の共振器ミラーによって光
路を形成した光共振器と、この光共振器の光路内に設け
られた固体レーザ媒質を光励起するための励起手段と、
上記固体レーザ媒質が上記励起手段によって光励起され
ることで生じる固体レーザ媒質の熱レンズ度合を検出す
る検出手段と、この検出手段が検出する上記熱レンズ度
合に応じて上記光共振器の光路長を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、固体レーザ媒質に熱レンズ作
用が生じ、その熱レンズ作用の度合が検出手段によって
検出されると、それに応じて光共振器の光路長が制御さ
れることで、レーザ光の指向性を最適な状態に保つこと
ができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す固体レーザ発振装置はリング形の光共振器
１を備えている。この光共振器１は４５度の角度で傾斜
し、かつ反射面をそれぞれ対向させて配置された第１乃
至第４の共振器ミラー２ａ〜２ｄによって四角形状の光
路３を形成している。第１乃至第３の共振器ミラー２ａ
〜２Ｃは高反射ミラーが用いられ、第４の共振器ミラー
２ｄは上記第１乃至第３の共振器ミラー２ａ〜２ｃより
も反射率の低い低反射ミラーが用いられている。上記第
１、第２の共振器ミラー２ａ、２ｂは第１のテーブル４
上に設けられ、上記第３、第４の共振器ミラー２ｃ、２
ｄは第２のテーブル５上に設けられている。

上記第１の共振器ミラー２ａと第２の共振器ミラー２ｂ
との間には光を矢印方向にだけ通す光ダイオード６が設
けられ、上記第２の共振器ミラ２ｂと第３の共振器ミラ
ー２ｃとの間にはＮｄ：ＹＡＧレーザロッドなどロッド
状の固体レーザ媒質７がその軸線を光路３に一致させて
配置されている。

この固体レーザ媒質７の側方には励起手段としての直流
アークランプやフラッシュランプなどの一対の励起ラン
プ８が平行に配設されている。したかって、この励起ラ
ンプ８によって上記固体レーザ媒質７が光励起されるこ
とでレーザ光りが発生すると、そのレーザ光りは」二記
光共振器１内の光路３を光ダイオード６によって規制さ
れた方向に進行して増幅される。そして、レーザ光りが
所定の強度に達すると、第１乃至第３の共振器ミラー２
８〜２ｃに比べて反射率の低い第４の共振器ミラ〜２ｄ
から発振されるようになっている。

上記固体レーザ媒質７と励起レンゾ８とは冷却ジャケッ
ト９に保持されている。この冷却ジャケット９には矢印
で示すように冷却水が循環させられ、それによって上記
固体レーザ媒質７が冷却されるようになっている。固体
レーザ媒質７が冷却水によって冷却されながら励起ラン
プ８で光励起が繰り返されると、径方向周辺部に比べて
中心部の温度が高くなるから、その温度差による熱歪み
で熱レンズ（凸レンズ）作用を示す。上記光路３の第１
の共振器ミラー２ａと第４の共振器ミラー２ｄとの間の
部分にはアパーチャ１１が配置されている。レーザ光り
がこのアパーチャ１１を通過すると、レーザ光りに含ま
れる拡がり角の大きな成分が除去される。また、このア
パーチャ１１の一側には上記第１のテーブル４に固定さ
れて第１の補正レンズ１２が設けられ、他側には上記第
２テーブル５に固定されて第２の補正レンズ１３が光学
中心を光路３の中心に一致させて設けられている。これ
ら一対の補正レンズ１２．１３の間隔距離になるよう設
定される。

上記第１のテーブル４には送りねじなどからなる第１の
送り機構１４が設けられている。この第１の送り機構１
４は第１の駆動源１５によって駆動される。それによっ
て、第１のテーブル４は矢印Ｘで示す固体レーザ媒質７
の軸方向に沿って駆動されるようになっている。上記第
２のテーブル５には同じく送りねじなどからなる第２の
送り機構１６が設けられている。この第２の送り機構１
６は第２の駆動源１７によって駆動される。それによっ
て、第２のテーブル５は上記第１のテーブル４と同様矢
印Ｘで示す固体レーザ媒質７の軸方向に沿って駆動され
るようになっている。

上記第３の共振器ミラー２Ｃの外側には小出力のレーザ
光り、を出力するプローブレーザ１８が配置されている
。このプローブレーザ１８から出力されたレーザ光Ｌ１
は上記第３の共振器ミラー２ｃを透過して固体レーザ媒
質７の一端面から入射し、他端面から出射する。この固
体レーザ媒質７の他端面から出射したレーザ光り、は上
記第２の共振器ミラー２ｂを透過し、焦点距離ｆの集光
レンズ１９に入射する。この集光レンズ１９で集光され
たレーザ光Ｌ１は、この集光レンズ１９からほぼ２倍の
焦点距離２ｆで離間して配置されたイメージセンサ２０
に入射する。このイメージセンサ２０に入射するレーザ
光Ｌｌのスポットサイズは、レーザ光り、が固体レーザ
媒質７を通過するため、この固体レーザ媒質７の熱レン
ズ作用の度合によって異なる。つまり、固体レーザ媒質
７に熱レンズ作用が生じると、イメージセンサ２０の検
出面２０ａに結像されるスポットサイズが変化する。し
たがって、上記イメージセンサ２０が検出するスポラト
ラサイズから熱レンズ作用によって変化する固体レーザ
媒質７の焦点距離を検出できるようになっている。

上記イメージセンサ２０からの検出信号は変換器２１に
入力される。この変換器２１には、イメジセンサ２０が
検出するスポットサイズに対応した固体レーザ媒質７の
焦点距離の校正値が予め入力されている。そして、変換
器２１にイメージセンサ２０が検出したレーザ光Ｌ１の
スポットサイズが入力されると、このスポットサイズと
上記校正値とが比較されて固体レーザ媒質７の熱レンズ
作用で変化した焦点距離が求められるようになっている
。上記変換器２１で求められた固体レーザ媒質７の焦点
距離の信号は駆動制御装置２２に人力される。この駆動
制御装置２２は上記変換器２１からの信号に応じて上記
第１の駆動源１５と第２の駆動源１７とを作動させて第
１のテーブル４と第２のテーブル５とを駆動する。それ
によって、これらテーブル４．５に設けられた第１の補
正レンズ１２と第２の補正レンズ１３との距離りが制御
され、固体レーザ媒質７の熱レンズ作用によりレーザ光
りの拡がり角が変化するのを防止するようになっている
。

つぎに、上記構成の固体レーザ発振装置からレーザ光り
が発振される動作を説明する。まず、プローブレーザ１
８を作動させてレーザ光り、を出力させるとともに、冷
却ジャケット９に冷却水を循環させた状態で一対の励起
ランプ８に電気エネルギを供給して固体レーザ媒質７を
光励起する。

固体レーザ媒質７が光励起されると、レーザ光りが発生
する。このレーザ光りは光共振器１内の光路３を光ダイ
オード６によって規制された進路方向に沿って進行して
増幅される。レーザ光りが所定の強度まで増幅されると
、光共振器１を形成する４枚の共振器ミラーのうち、反
射率が最も低い第４の共振器ミラー２ｄから発振出力さ
れる。

固体レーザ媒質７の光励起が繰り返して行われると、こ
の固体レーザ媒質７は中心部の温度が外周部め温度より
も高くなるから、熱歪みによる熱レンズ作用を示す。そ
れによって、個体レーザ媒質７の焦点距離が変化する。

つまり、個体レーザ媒質７の焦点距離は熱レンズ作用が
少ない場合に比べて短くなる。　個体レーザ媒質７の焦
点距離が変化すると、そのことがイメージセンサ２０に
よって検出される。つまり、プローブレーザ１８から出
力されたレーザ光Ｌ１を固体レーザ媒質７を通過させて
集光レンズ１９で集光し、そのスポットサイズを上記イ
メージセンサ２０で検出するようにしているから、その
スポットサイズから上記固体レーザ媒質７の焦点距離の
変化によるスポットサイズの変化が検出される。上記イ
メージセンサ２０によって検出されたスポットサイズは
変換器２１に入力される。この変換器２１では校正値に
もとずいて固体レーザ媒質７の焦点距離の変化を算出す
る。

変換器２１によって算出された値は、駆動制御装置２２
に入力される。それによって、駆動制御装置２２は第１
の駆動源１５と第２の駆動源１７を介して第１のテーブ
ル４と第２のテーブル５とを駆動し、一対の補正レンズ
１２．１３の間隔りを制御する。つまり、上記固体レー
ザ媒質７の熱レンズ作用の程度に応じて第１のの補正レ
ンズ１２と第２の補正レンズ１３とをこれらの焦点距離
の２倍の距離りよりも近づける方向に駆動制御される。

すると、固体レーザ媒質７の熱レンズ作用が補償されて
指向性に優れた低次の横モード発振が可能となる。つま
り、拡がり角の小さなレーザ光りを第４の共振器ミラー
２ｄから発振させることができる。

この発明は上記一実施例に限定されず、その要旨の範囲
内で種々変形可能である。たとえば、上記一実施例では
四角形のリング型光共振器を用いたが、３枚の共振器ミ
ラーによって構成される三角形のリング型光共振器であ
ってもよく、またリング型の光共振器でなく、２枚の共
振器ミラーが平行に対向して配置される光共振器であっ
てもよい。

また、上記一実施例において、第２の共振器ミラーと第
４の共振器ミラーとの間に配置されたアパーチャや第１
、第２の補正レンズは必ずしも必要でなく、これらがな
くても、第１のテーブルに設けられた一対の共振器ミラ
ーと、第２のテーブルに設けられた一対の共振器ミラー
との間隔、つまり光路長を固体レーザ媒質の凸レンズ作
用の程度に応じて制御すれば、発振されるレーザ光の拡
がり角を制御することが可能である。

［発明の効果〕 以上述べたようにこの発明は、固体レーザ媒質の熱レン
ズ度合を検出し、その検出信号によって光共振器の光路
長を制御するようにした。

したがって、固体レーザ媒質に熱レンズ作用が生じても
、し〜ザ光の拡がり角が大きくなることが防止されるか
ら、集光性が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す固体レーザ発振装置
の構成図である。 １・・・光共振器、２ａ〜２ｄ・・・共振器ミラー３・
・・光路、７・・・固体レーザ媒質、８・・・励起ラン
プ（励起手段）、１９・・・集光レンズ（検出手段）、
２０・・・イメージセンサ （検出手段） １・・・変換 器 （検出手段） ２・・・駆動制御装置 （制御手 段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の共振器ミラーによって光路を形成した光共振器と
   、この光共振器の光路内に設けられた固体レーザ媒質を
   光励起するための励起手段と、上記固体レーザ媒質が上
   記励起手段によって光励起されることで生じる固体レー
   ザ媒質の熱レンズ度合を検出する検出手段と、この検出
   手段が検出する上記熱レンズ度合に応じて上記光共振器
   の光路長を制御する制御手段とを具備したことを特徴と
   する固体レーザ発振装置。