JPH118427A - 多重レーザ光発生装置および多重レーザ光発生素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビーム品質の低下を伴わない多重レーザ光発
生装置および素子を提供。 【解決手段】 レーザ光を閉じ込める光共振器と、この
共振器内のレーザ光を部分透過ミラー４−１，４−２で
多重反射させる部分とで構成され、部分透過ミラーによ
り共振器内でその中に閉じ込められた光を多重反射さ
せ、各反射の際に一部透過する光を共振器外に取り出
す。共振器はその内部にレーザ媒質１を含むレーザ共振
器でもよいし、あるいは別に設置したレーザ光発生装置
からの光を入射するように構成してもよい。また共振器
の構造としては、２枚のミラーの間を光往復するいわゆ
るファブリペロー共振器でも、また３枚以上のミラーで
構成される環状光路を一方向に光が伝播するリング共振
器でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を複数の
ビームに分割する多重レーザ光発生装置および多重レー
ザ光発生素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ装置は高強度のコヒーレン卜光を
発生し、その応用は情報伝達計測、加工、医学など、多
岐にわたっている。これらの中でレーザ光を複数の光線
に分割することによリ多大の効果を奏する場合がある。
例えば、加工分野ではレーザ光を分割することによリ、
多点加工を能率よく実行できる場合が多いし、情報分野
では、レーザ光を多数の光ファイバーに入力するために
はレーザ光を分割する必要が出てくる。

【０００３】レーザ光を分割するためには、これまで回
折格子が広く用いられてきた。回折格子は光の透過ある
いは反射部分に微細な周期パターンを形成したもので、
特定の方向にのみ光を散乱する性質を利用して、単一レ
ーザ光を複数のビームに分割することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回折格
子は便利な反面、微細な加工が要求されるため、製造に
あたっては、特殊な製造装置と技術が必要となる。また
本質的な問題として、ビーム品質低下が避けられないと
いう解決すべき課題がある。

【０００５】例えば、回折格子の直径をＤ、光の波長を
λとした場合、各分割ビームの回折角θには、

【０００６】

【数１】

【０００７】で表される幅δθが発生する。また、入射
レーザ光の波長幅がδλである場合、

【０００８】

【数２】

【０００９】による拡がりも新たに発生する。ここで、
ｍは回折の次数、ｂは格子定数である。これらの幅が分
割前のレーザ光のビーム拡がり角θに対して十分に小さ
いかどうかが問題で、場合によってはδθが無視できな
い場合も発生する。上式（１），（２）から分かる通
り、δθを小さくするためにはＤおよびｂが大きいこと
が重要であり、したがって、ビーム径の大きな光に対し
て、大口径の回折格子を用いる場合は問題は少ないが、
逆の場合はδθが大きくなって満足な性能が期待できな
い。

【００１０】本発明の目的は、上述のような従来技術の
課題を解決して、構造が簡単で、かつビーム品質の低下
を伴わない多重レーザ光発生装置および多重レーザ光発
生素子を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１形態である請求項１の発明は、レーザ
媒質を含み該レーザ媒質から出射したレーザ光を閉じ込
める光共振器と、該光共振器内のレーザ光を部分透過ミ
ラーにより多重反射させる多重反射部とで構成され、前
記部分透過ミラーの透過光を前記光共振器外に取り出す
ことを特徴とする。

【００１２】ここで、前記部分透過ミラーは、内側に部
分透過面と外側に透過面とを有する一対の対向する多重
反射ミラーであるとすることができる。

【００１３】また、前記部分透過ミラーは、前記レーザ
媒質の発振レーザ光の一部を透過する多重反射スラブで
あるとすることができる。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明の第２
形態である請求項４の発明は、レーザ媒質および該レー
ザ媒質の発振レーザ光をその高調波に変換する非線形光
学結晶を含み該発振レーザを閉じ込める光共振器と、該
光共振器内のレーザ光を多重反射して前記高調波を透過
する多重反射部とで構成され、前記多重反射部を透過す
る前記高調波を前記光共振器外に取り出すことを特徴と
する。

【００１５】ここで、前記多重反射部は、前記高調波を
透過し基本波を反射する部分透過面と、該高調波と該基
本波を透過する透過面とをそれぞれ両面に有する多重反
射スラブからなるとすることができる。

【００１６】また、前記多重反射部は、前記非線形光学
結晶を間に挟んで対向し前記高調波を透過する一対の多
重反射ミラーからなるとすることができる。

【００１７】上記目的を達成するために、本発明の第３
形態である請求項７の発明は、レーザ媒質および該レー
ザ媒質の発振レーザ光をその高調波に変換する非線形光
学結晶を含む第１光共振器と、該高調波のみが共振する
第２光共振器とを有し、前記第２光共振器内の高調波の
みが通過する部分に、前記高調波を多重反射してかつ該
高調波を透過する多重反射部を設け、該多重反射部を透
過する前記高調波を前記第２光共振器外に取り出すこと
を特徴とする。

【００１８】ここで、前記第１光共振器は、第１全反射
ミラー、前記非線形光学結晶、前記高調波のみを反射さ
せるハーモニックセパレータ、前記レーザ媒質、Ｑスイ
ッチおよび第２全反射ミラーから構成され、前記第２光
共振器は、前記第１全反射ミラー、前記非線形光学結
晶、前記ハーモニックセパレータ、第１光軸調整用ミラ
ー、前記多重反射部、第２光軸調整用ミラーおよび第３
全反射ミラーから構成されているとすることができる。

【００１９】上記目的を達成するために、本発明の第４
形態である請求項９の発明は、レーザ光を閉じ込める光
共振器と、該光共振器内のレーザ光を部分透過ミラーに
より多重反射させる多重反射部とで構成され、該多重反
射部を含む前記光共振器とは別に設置したレーザ光発生
装置からのレーザ光を該光共振器に入射させ、前記部分
透過ミラーの透過光を前記光共振器外に取り出すことを
特徴とする。

【００２０】ここで、インピーダンスマッチングを行う
ため前記光共振器を構成する一対の共振器ミラーのうち
の一方の共振器ミラーの漏れ光の光強度を測定する測定
手段と、該測定手段の測定値が最大となるように前記一
対の共振器ミラーの間隔を調節する制御手段とを具備す
るとすることができる。

【００２１】上記目的を達成するために、本発明の第５
形態である請求項１１の発明は、入射レーザ光をその高
調波に変換する非線形光学結晶を含み該レーザを閉じ込
める光共振器と、該光共振器内のレーザ光を多重反射し
て前記高調波を透過する多重反射部とで構成され、該多
重反射部を含む前記光共振器とは別に設置したレーザ光
発生装置からのレーザ光を該光共振器に入射させ、前記
部分透過ミラーの透過光を前記光共振器外に取り出すこ
とを特徴とする。

【００２２】ここで、前記光共振器としてファブリぺロ
ー共振器を用いるとすることができる。

【００２３】また、前記光共振器としてリング共振器を
用いるとすることができる。

【００２４】更に、前記リング共振器は、前記入射レー
ザ光を受け入れて４５°の該入射レーザ光の基本波と前
記高調波に対して該基本波を通すＡＲコーテイングと該
高調波を反射するＨＲコーテイングが施してある第１ハ
ーモニックセパレータと、前記非線形光学結晶と、前記
第１ハーモニックセパレータとほぼ同じ特性の第２ハー
モニックセパレータと、第１光軸調整用ミラーと、前記
多重反射部と、第２光軸調整用ミラーと、全反射ミラー
とをリング状に配置したとすることができる。

【００２５】上記目的を達成するために、本発明の第６
形態である請求項１５の発明は、第１の異方性一軸結晶
と第２の異方性一軸結晶を交互に重ねて構成される光学
素子であって、光線入射側からｎ番目の前記第１結晶に
おける異常光源の移動距離が１／２^n-1 に比例し、前記
第２結晶はその波数ベクトルを含む主断面が前記第１結
晶における波数ベクトルを含む主断面と４５°の角度を
成す１／４波長板であることを特徴とする。

【００２６】すなわち、上記本発明の目的は、本発明の
第１の形態から本発明の第５の形態によれば、レーザ光
を閉じ込める光共振器と、上記共振器内のレーザ光を部
分透過ミラーで多重反射させる部分で構成され、上記部
分透過ミラーの透過光を上記共振器外に取り出すことを
特徴とする多重レーザ光発生装置により達成される。

【００２７】同様に、上記本発明の目的は、本発明の第
６の形態により、第１の異方性一軸結晶と第２の異方性
一軸結晶を交互に重ねて構成される光学素子であり、光
線入射側からｎ番目の上記第１結晶における異常光線の
移動距離が１／２^n-1 に比例し、上記第２結晶はその波
数ベク卜ルを含む主断面が上記第１結晶における波数ベ
ク卜ルを含む主断面と４５°の角度を成す１／４波長板
であることを特徴とする多重レーザ光発生素子により達
成される。

【００２８】本発明の第１の形態から本発明の第５の形
態による装置は、光共振器内でその中に閉じ込められた
光を多重反射させ、各反射の際に一部透過する光を共振
器外に取り出す構造となっている。共振器は、その内部
にレーザ媒質を含むレーザ共振器でもよいし、あるいは
別に設置したレーザ光発生装置からの光を入射するよう
に構成したいわゆる外部共振器であつてもよい。また共
振器の構造としては、２枚のミラーの間を光往復するい
わゆるファブリペロー共振器でも、また３枚以上のミラ
ーで構成される環状光路を一方向に光が伝播するリング
共振器でもよい。

【００２９】本発明の第６の形態による光学素子では、
入射光は１段目の第１結晶で複屈折により振動方向が互
いに直交する２本の偏光に分割され、それに続く第２結
晶でそのいずれもが円偏光に変換される。２段目の第１
結晶により再び複屈折により２分割されて４本のビーム
となる。これを繰り返すことにより最終的に間隔δ₁／
２^n-1 のｎ本の平行ビームを発生する。ここで、δ₁ は
１段目の第１結晶により分割されたビーム間の距離であ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００３１】（第１実施形態）図１は本発明の第１の形
態を適用した本発明の第１実施形態の装置の構成を示
す。図中、１はレーザ媒質としてのＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ
³⁺をドープしたYttriumAluminum Garnet ）であり、こ
の図１には示していない励起光源（半導体レーザ）によ
り励起されて、波長λ＝ｌ０６４ｎｍのレーザ光を発生
する。２および３は共振器を構成するための全反射ミラ
ー、４−１，４−２は共振器内でレーザ光を多重反射さ
せるためのミラーである。５はミラー４−１，４−２の
部分透過面である。６はミラー４−１，４−２の透過面
であり、無反射（ＡＲ）コーティングが施されている。
７−１，７−２は光軸調整用ミラーである。

【００３２】この実施形態において、レーザ媒質１から
出たレーザ光はミラー２，３間を往復し、１往復につき
にミラー４−１，４−２で１６回反射して１６本のレー
ザ光ビームに分割される。

【００３３】ミラー４−１，４−２の部分透過面５の透
過率Ｔは次のように決定する。レーザ媒質１から図の右
方向に出射した光が再びレーザ媒質ｌに戻るまでに外部
に取り出される光の割合Ｌは、Ｔが小さい場合、

【００３４】

【数３】

【００３５】で表される。ここでｎは反射回数である。

【００３６】通常のレーザ共振器の構成では、多重反射
部分がない代わりに出力ミラー（例えばミラー３）に適
度な透過率を持たせ、レーザ光を外部に取り出す。した
がって、部分透過面５の透過率Ｔを決定するにあたり、
まず第１に考慮しなくてはいけないのは、上式（３）の
Ｌをこの最適透過率（通常５〜ｌ０％）に近い値にする
ことである。次に考慮する必要があるのは、分割ビーム
の強度の均一性である。この実施形態において、レーザ
媒質１に戻る光はレーザ媒質１を出る光に比べてＬだけ
強度が低下している。よって、分割ビームの強度も最大
と最小とでＬに相当する幅が存在することになる。した
がって、この幅、すなわち均一度が所定の値となるよう
にＴを決定しなければならない。本実施形態では、均−
度を５％とするために、Ｔ＝５／１６＝０．３％として
いる。

【００３７】（第２実施形態）図２は本発明の第２実施
形態の装置の構成を示し、本発明の第1 の形態を適用し
た別の例である。以下、各図の同一番号は同一名称を表
している。ここで、８はその内部でレーザ光を多重反射
させるための多重反射スラブ、９は多重反射スラブ８の
部分透過面、１０は多重反射スラブ８の透過面である。
多重反射スラブ８の両面には部分透過面９と透過面１０
がそれぞれ設けられている。

【００３８】本実施形態は、図１に示す第１実施形態と
機能的にはまったく同一であり、多重反射部に２枚のミ
ラーを用いる代わりに、多重反射スラブ８を用いた点が
異なる。多重反射スラブ８の部分透過面１０には第１実
施形態と同じ方法で求めた透過率Ｔのコーティングが施
されており、透過面ｌ０にはＡＲコーティングが施され
ている。

【００３９】（第３実施形態）図３は本発明の第２の形
態を適用した本発明の第３実施形態の装置の構成を示
す。上述の本発明の第１の形態はレーザ共振器で発生す
るレーザ光（基本波）自体を分割するものである。これ
に対して本発明の第２の形態は、非線形光学結晶により
基本波（λ＝ｌ０６４ｎｍ）をその第２高調波（λ＝５
３２ｎｍ）に変換し、その第２高調波を複数のビームに
変換するものである。

【００４０】図３中、図１、および図２と同一番号は同
一名称を表している。１１は非線形光学結晶であり、こ
こでは一例としてKTiOPO₄ （ＫＴＰ）を用いている。な
お非線形結晶としては、β‐BaB₂O₄（ＢＢＯ）、LiB₃O₅
（ＬＢＯ）、あるいはMgO ：LiNbO₃（ＭｇＯ：ＬＮ）等
を用いることも可能である。ＫＴＰ結晶１１の入出射面
１４は、基本波と第２高調波に対してＡＲコーティング
が施されている。ｌ３は第２高調波のみを反射させるた
めのハーモニックセパレータ（ミラー）であり、基本波
に対してはＡＲコーテイング、第２高調波に対しては高
反射（ＨＲ）コーティングが施されている。

【００４１】また、この実施形態では、多重反射スラブ
８の部分透過面９は基本波に対してＨＲコ−テイング、
第２高調波に対しては第１実施形態、および第２実施形
態と同じ方法で求めた透過率Ｔのコーティングが施され
ている。透過面ｌ０は基本波、２高調波のいずれに対し
てもＡＲコーティングが施されている。この実施形態で
は、全反射ミラー２、３間で発振する基本波の一部がＫ
ＴＰ結晶１１により第２高調波に変換され、この第２高
調波は全反射ミラー３とハーモニックセパレータ１３の
間に閉じ込められる。そしてこの第２高調波は多重反射
スラブ８で多重反射を繰り返し、多重反射スラブ８の透
過光が分割ビームとして外部に４方向に取り出される。

【００４２】（第４実施形態）図４は本発明の第４実施
形態の装置の構成を示し、本発明の第２の形態を適用し
た別の例である。この実施形態では、レーザ光をパルス
列として出力するためのＱスイッチ１５を用いている。
１１は、図３の第３実施形態と同様の、基本波をその第
２高調波に変換するＫＴＰ結晶であるが、この実施形態
では薄いウエハ状に加工した結晶を用いている。このＫ
ＴＰ結晶１１を一対の多重反射ミラー４−１，４−２間
に配置する。ＫＴＰ結晶１１の入出射面１４は、第３実
施形態と同様に、基本波と第２高調波に対してＡＲコー
ティングを施してある。多重反射ミラー４−１，４−２
の部分透過面５には、基本波に対してＨＲコーティン
グ、第２高調波に対してＡＲコーティングが施してあ
る。したがって、この実施形態では、基本波のみが多重
反射を繰り返し、各パスで発生した第２高調波はすべて
外部に取り出される。この波長変換は、ＫＴＰ結晶１１
の特定の方向に基本波を入射したときのみ効率よく行わ
れるので、その方向を分割ビームを取り出す方向に合わ
せることにより、本実施形態では分割ビームが２方向に
のみ出力される。

【００４３】（第５実施形態）上記の本発明の第２の形
態は１つの共振器に基本波と第２高調波を閉じ込めるも
のであるので、各光学部品のコーテイングは２波長を考
慮したものである必要がある。しかし、一般に１つの波
長に対する特性を重視すると、他の波長に対する特性は
多少犠牲にせざるをえないという問題がある。例えば、
図３の実施形態で第１に必要なのはレーザの発振効率を
高めることであるので、基本波に対する各光学部品の透
過率、あるいは反射率は限りなくｌ００％に近いことが
望ましい。その一方では、例えば多重反射スラブ８の部
分透過面９は第２高調波に対して所定の透過率が要求さ
れるわけであるので、これらの要求を満たすことができ
なくて、目的とする性能を達成することが困難な場合も
出てくる。

【００４４】これに対し、本発明の第３の形態では、多
重反射部分に第２高調波のみを通すという改良がなされ
ている。図５は本発明の第３の形態を適用した本発明の
第５実施形態の装置の構成を示す。同図の上方から、全
反射ミラー３、ＫＴＰ結晶１１、ハーモニックセパレー
タ１８、レーザ媒質１、Ｑスイッチ１５および全反射ミ
ラー２を順に一列に配列して第１共振器を構成し、さら
に全反射ミラー３、ＫＴＰ結晶１１、ハーモニックセパ
レータ１８、第１光軸調整用ミラー７−１、多重反射ス
ラブ８、第２光軸調整用ミラー７−２および全反射ミラ
ー２１により第２共振器を構成している。

【００４５】この実施形態では、基本波はミラー２、３
で構成される第１共振器のみに閉じ込められる。一方、
第２高調波はハーモニックセパレ−タ１８で反射されて
多重反射スラブ８を通過して全反射ミラー２ｌに達す
る。すなわち、第２高調波はミラー３，２１で構成され
る第２共振器に閉じ込められる。したがって、多重反射
スラブ８の部分透過面９は、第２高調波のみを考慮し、
その透過率が所定の値になるようにコーティングを行え
ばよいことになる。その他、多重反射スラブ８の透過面
１０、ミラー７−１，７−２、ミラー２１も第２高調波
のみを考慮すればよいことは勿論である。

【００４６】（第６実施形態）上述した本発明の第１の
形態、第２の形態、第３の形態は、レーザ共振器、ある
いはその一部に閉じ込められた光を多重反射させてレー
ザ光を分割するものである。これらの場合、レーザを効
率よく発振させると同時に、レーザ光の分割を最適化す
るといった２つの条件を満たすような微妙な調整が必要
となる。そこで、以下に説明する本発明の第４、第５の
形態では、こうした困難な調整を回避するため、レーザ
光分割用共振器をレーザ共振器から完全に分離する構成
にしている。

【００４７】図６は本発明の第４の形態を適用した本発
明の第６の実施形態の装置の構成を示す。本例では、レ
ーザ光分割用共振器を構成する一対の共振器ミラー２
２、２３の間に、第１光軸調整用ミラー７−１、多重反
射ミラー４−１，４−２および第２光軸調整用ミラー７
−２を配置し、更に共振器ミラー２３の外側にパワーメ
ータ２４、制御器２５を配置している。

【００４８】この構成の場合は, 別に設置したレーザ光
発生装置（レーザ共振器：図示しない）からのレーザ光
をビーム分割用の光共振器に入射させる。したがって、
共振器ミラー２２から入射する入射レーザ光は、基本波
でも、あるいは別の波長変換装置で発生した第２高調波
であってもよい。共振器ミラー２２、２３はいずれも入
射レーザ光に対してＨＲコーティングが施されている。

【００４９】この実施形態では、共振器ミラー２２、２
３の間隔を調節してインピーダンスマッチングを行う必
要がある。この場合のインピーダンスマッチングとは、
共振器内に入り、ミラー２３で反射されて再びミラー２
２から共振器の外に出る光の位相が、ミラー２２で直接
反射される光の位相とちょうど１８０°ずれてお互いに
打ち消し合い、実質上ほとんどの光が共振器内に吸い込
まれる条件をいう。この条件では共振器内に貯えられる
光のエネルギーが最大となるため、ミラー２３をわずか
に透過する光の強度も最大となる。そこで、このミラー
２３の漏れ光のパワー（光強度）をパワーメータ（光度
計）２４で測定し, この測定値が最大となるように、ミ
ラー２３を移動することでミラー２２、２３の間隔を調
節する。制御器２５はこの自動調節を行うために、パワ
ーメータ２４からの信号を受けて、ミラー２３の位置調
節を行う。このようにして共振器内に貯えられた光が多
重反射ミラー４−１，４−２の多重反射部で反射を繰り
返し、その部分透過面５を透過した光が分割レーザ光と
して外部に取り出される。

【００５０】（第７実施形態）上述の本発明の第４の形
態による装置は、レーザ光分割用共振器がレーザ共振器
から完全に独立していて、それぞれを個別に最適化する
ことができる点で有利である。しかし、上記の如く基本
波を共振器内に貯えるためのインピーダンスマッチング
の手段（２３、２４、２５）が不可欠であるという問題
がある。また、インピーダンスマッチングは特定の波長
幅に対して成り立つわけであるから、入射レーザ光の波
長幅がその特定の波長幅に合致しなければならないとい
う条件も必要である。

【００５１】これに対し、本発明の第５の形態ではこの
ような問題を解決することができる。図７は本発明の第
５の形態を適用した本発明の第７実施形態の装置の構成
を示す。図中、２６、２７はレーザ光分割用共振器を構
成するミラー（ハーモニックセパレータ）であり、基本
波としての入射レーザ光に対してＡＲコーティング、第
２高調波に対してＨＲコーテイングが施してある。これ
らミラー２６、２７間には、ＫＴＰ結晶１１、第１光軸
調整用ミラー７−１、多重反射ミラー４−１，４−２お
よび第２光軸調整用ミラー７−２を配置している。

【００５２】したがって、この実施形態では、基本波は
ミラー２６から共振器内に入ってＫＴＰ結晶１１で第２
高調波に変換され、未変換の基本波は多重反射ミラー４
−１，４−２、ミラー２７を通って共振器外に出る。し
たがって、基本波を共振器内に貯えるためのインピーダ
ンスマッチングは不要である。一方、ＫＴＰ結晶１１で
発生した第２高調波は、共振器内を往復し、多重反射ミ
ラー４−１，４−２の部分透過面５から分割ビームとし
て出力される。

【００５３】（第８実施形態）図８は本発明の第８実施
形態の装置の構成を示し、本発明の第５の形態を適用し
た別の例である。この実施形態は共振器をリング共振器
とした点で図７のものと異なつている。ミラー２８、２
９は４５°入射の基本波と第２高調波に対してそれぞ
れ、基本波を通すＡＲコーテイングと第２高調波を反射
するＨＲコーテイングが施してある。

【００５４】この構成により、基本波はミラー２８から
共振器内に入つてＫＴＰ結晶１１で第２高調波に変換さ
れ、未変換の基本波はミラー２９を通つて共振器外に出
る。ー方、ＫＴＰ結晶１１で発生した第２高調波は、ミ
ラー２９、第１光軸調整用ミラー７−１、多重反射ミラ
ー４−１，４−２、第２光軸調整用ミラー７−２，全反
射ミラー３０−１，３０−２、ミラー２８と回って、リ
ング共振器内に貯えられ、多重反射ミラー４−１，４−
２の部分透過面５から分割ビームとして出力される。こ
の場合は共振器内の光の伝播方向は一方向（右回り）で
あるから、図８に示したように分割ビームは２方向に出
力される。

【００５５】（第９実施形態）図９は本発明の第６の形
態を適用した本発明の第９実施形態の多重レーザ発生素
子の構成を示す。本実施形態は、一例として、第１結晶
に方解石、第２結晶に水晶を用い、これらの結晶の入出
射研磨面同士をいわゆるオプティカルコンタク卜の状態
で重ねたものである。入射光は直線偏光が望ましいが、
円偏光、あるいは偏光面がランダムに変化する光であっ
てもよい。本実施形態では一例として、波長λ＝５３２
ｎｍの直線偏光を入射するものとする。

【００５６】図９中、３１、３２、３３は第１結晶、３
４、３５は第２結晶である。そして、図９に示すよう
に、第１結晶３１、第２結晶３４、第１結晶３２、第２
結晶３５、第１結晶３３の順に連結して形成する。ま
た、第１結晶の波数ベクトル（方向は常光の伝播方向に
一致する）を含む主断面の方向を０°、第２結晶の波数
ベクトルを含む主断面の方向を４５°とする。図９の上
部の実線は、素子を左から眺めた場合のこれらの主断面
の方向を示している。図９の下部の両向き矢印は各部分
の直線偏光の振動方向、円は円偏光を表している。

【００５７】入射光は振動方向を４５°にセッ卜して第
１結晶３１に入射する。この入射光は第１結晶３１内で
振動方向９０°の常光と振動方向０°の異常光として伝
播し、この結晶内を進むにつれて常光と異常光の両者は
複屈折により分離する。この分離角ρは、

【００５８】

【数４】 ρ＝arctan〔(n_o/n_e)²tan θ_c 〕−θ_c （４） で表される。ここでｎ_o とｎ_e はそれぞれ常光と異常光
の屈折率、θ_c は光軸に対する常光伝播方向の角度であ
る。λ＝５３２ｎｍにおける方解石の常光に対する屈折
率ｎ_e は１．６６２、異常光に対する屈折率ｎ_e は１．
４８８である。上式（４）にこれらの値を代入して計算
すると、分離角ρはθ_c ＝４２°で最大となり、このと
きρ＝６．３２°であることがわかる。

【００５９】小さな結晶で効率よく光を分割するため
に、本実施形態では、第１結晶３１への垂直入射でθ＝
４２°となるように、この結晶が加工・研磨されてい
る。第１結晶３１（３２、３３も同様）の厚みｔ₁ は

【００６０】

【数５】 ｔ₁ ＝δ／tan ρ （５） により計算する。ここで、δは異常光のシフ卜量であ
る。本実施形態では第１段のδを４ｍｍとするため、ｔ
₁ ＝３６ｍｍとしている。

【００６１】第１結晶３１を出た２本の平行ビームはλ
／４板としての第２結晶３４に入射する。このλ／４板
は直線偏光を常光と異常光に分割し、常光と異常光の両
者の位相差をπ／２の奇数倍とするものである。また、
こ場合はθ_c ＝９０°とすることにより、δ＝０とな
る。λ／４板３４を出た光の振動方向は円運動をするた
め、これを円偏光と呼ぶ。第１結晶３１を出た光は振動
方向は０°と９０°の直線偏光であるから、これら直線
偏光を常光と異常光に分割するために、第２結晶３４の
主断面の方向は４５°とする。λ／４板３４（３５も同
様）の厚みｔ₂ は、

【００６２】

【数６】

【００６３】により計算する。ここで、ｋは０および正
の整数である。

【００６４】本実施形態では上式（５）にλ＝０．５３
２×１０^-3ｍｍおよび水晶の屈折率として、ｎ_o ＝ｌ．
５４６２、ｎ_e ＝Ｉ．５５５３を代入し、ｋ＝５０とす
ることにより、ｔ₂ ＝１．４８ｍｍとした。

【００６５】第２結晶３４で２分割された平行ビーム
は、円偏光となって２段目の第１結晶３２に入射する。
円偏光は振動方向が回転するため、結晶３２に入射する
と等しく常光と異常光に分割され、各ビームが２つに分
離して、４本の平行ビームが発生する。２段目の異常光
のシフ卜量（すなわち、ビーム間隔）δを１段目のδの
１／２とするために、２段目の第１結晶３２の厚みはｔ
₁ ＝３６／２＝１８ｍｍとしている。２段目の第１結晶
３３から出た４本の直線偏光ビームは２段目の第２結晶
３５により同様に円偏光に変換される。

【００６６】３段目は厚みｔ₁ ＝３６／４＝９ｍｍの第
１結晶３３のみであり、２段目の第２結晶３５から出た
平行ビームは、第３段目の第１結晶３３でさらに２分割
されて、最終的にδ＝１ｍｍの８本の平行ビームが発生
する。

【００６７】本実施形態では異常光のシフ卜量δを調節
するために、第１結晶の厚みｔ₁ を１段毎に１／２とし
たが、この方法ではδが小さくなるにつれてｔ₁ が小さ
くなりすぎて製作が困離な場合がある。その場合はｔ₁
の代わりにθ_c を変えることによりδを調節することも
可能である（上式（４）、（５）を参照）。また、ｎ_o
とｎ_e の差が小さい例えば水晶を第１結晶として用いる
ことも可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造が簡単で、かつビーム品質の低下を伴わないレーザ
光分割装置を提供することができる。このうち、本発明
の第1形態から本発明の第5 の形態は比較的ビーム間距
離δの大きな少数の分割ビームを得るのに適し、本発明
の第６の形態はδの小さな分割光の発生に適している。
したがつて、δの小さい多分割ビームを発生させる場合
は両者を組み合わせることにより大きな効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の形態を適用した本発明の第１実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図２】本発明の第１の形態を適用した本発明の第２実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図３】本発明の第２の形態を適用した本発明の第３実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図４】本発明の第２の形態を適用した本発明の第４実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図５】本発明の第３の形態を適用した本発明の第５実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図６】本発明の第４の形態を適用した本発明の第６実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図７】本発明の第５の形態を適用した本発明の第７実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図８】本発明の第５の形態を適用した本発明の第８実
施形態の装置の概略を示す構成図である。

【図９】本発明の第６の形態を適用した本発明の第９実
施形態の多重レーザ発生素子の概略を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ レーザ媒質 ２，３，２ｌ 全反射ミラー ２２，２３ ミラー（ＨＲコー卜ミラー） ４−１，４−２ 多重反射ミラー ５，９，１９ 部分透過面 ６，１０，２０ 透過面 ７−１，７−２ 光軸調整用ミラー ８ 多重反射スラブ １１ ＫＴＰ結晶（非線形光学結晶） １３，１８，２６，２７，２８，２９ ハーモニックセ
パレータ（ミラー） １５ Ｑスイッチ ２４ パワーメータ ２５ 制御器 ３０−１，３０−２ 全反射ミラー ３１，３２、３３ 第１結晶 ３４，３５ 第２結晶

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質を含み該レーザ媒質から出射
   したレーザ光を閉じ込める光共振器と、該光共振器内の
   レーザ光を部分透過ミラーにより多重反射させる多重反
   射部とで構成され、 前記部分透過ミラーの透過光を前記光共振器外に取り出
   すことを特徴とする多重レーザ光発生装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記部
   分透過ミラーは、内側に部分透過面と外側に透過面とを
   有する一対の対向する多重反射ミラーであることを特徴
   とする多重レーザ光発生装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、前記部
   分透過ミラーは、前記レーザ媒質の発振レーザ光の一部
   を透過する多重反射スラブであることを特徴とする多重
   レーザ光発生装置。
4. 【請求項４】 レーザ媒質および該レーザ媒質の発振レ
   ーザ光をその高調波に変換する非線形光学結晶を含み該
   発振レーザを閉じ込める光共振器と、該光共振器内のレ
   ーザ光を多重反射して前記高調波を透過する多重反射部
   とで構成され、 前記多重反射部を透過する前記高調波を前記光共振器外
   に取り出すことを特徴とする多重レーザ光発生装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、前記多
   重反射部は、前記高調波を透過し基本波を反射する部分
   透過面と、該高調波と該基本波を透過する透過面とをそ
   れぞれ両面に有する多重反射スラブからなることを特徴
   とする多重レーザ光発生装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の装置において、前記多
   重反射部は、前記非線形光学結晶を間に挟んで対向し前
   記高調波を透過する一対の多重反射ミラーからなること
   を特徴とする多重レーザ光発生装置。
7. 【請求項７】 レーザ媒質および該レーザ媒質の発振レ
   ーザ光をその高調波に変換する非線形光学結晶を含む第
   １光共振器と、該高調波のみが共振する第２光共振器と
   を有し、前記第２光共振器内の高調波のみが通過する部
   分に、前記高調波を多重反射してかつ該高調波を透過す
   る多重反射部を設け、 該多重反射部を透過する前記高調波を前記第２光共振器
   外に取り出すことを特徴とする多重レーザ光発生装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の装置において、前記第
   １光共振器は、第１全反射ミラー、前記非線形光学結
   晶、前記高調波のみを反射させるハーモニックセパレー
   タ、前記レーザ媒質、Ｑスイッチおよび第２全反射ミラ
   ーから構成され、前記第２光共振器は、前記第１全反射
   ミラー、前記非線形光学結晶、前記ハーモニックセパレ
   ータ、第１光軸調整用ミラー、前記多重反射部、第２光
   軸調整用ミラーおよび第３全反射ミラーから構成されて
   いることを特徴とする多重レーザ光発生装置。
9. 【請求項９】 レーザ光を閉じ込める光共振器と、該光
   共振器内のレーザ光を部分透過ミラーにより多重反射さ
   せる多重反射部とで構成され、 該多重反射部を含む前記光共振器とは別に設置したレー
   ザ光発生装置からのレーザ光を該光共振器に入射させ、 前記部分透過ミラーの透過光を前記光共振器外に取り出
   すことを特徴とする多重レーザ光発生装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の装置において、イン
    ピーダンスマッチングを行うため前記光共振器を構成す
    る一対の共振器ミラーのうちの一方の共振器ミラーの漏
    れ光の光強度を測定する測定手段と、該測定手段の測定
    値が最大となるように前記一対の共振器ミラーの間隔を
    調節する制御手段とを具備することを特徴とする多重レ
    ーザ光発生装置。
11. 【請求項１１】 入射レーザ光をその高調波に変換する
    非線形光学結晶を含み該レーザを閉じ込める光共振器
    と、該光共振器内のレーザ光を多重反射して前記高調波
    を透過する多重反射部とで構成され、 該多重反射部を含む前記光共振器とは別に設置したレー
    ザ光発生装置からのレーザ光を該光共振器に入射させ、 前記部分透過ミラーの透過光を前記光共振器外に取り出
    すことを特徴とする多重レーザ光発生装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置において、前
    記光共振器としてファブリぺロー共振器を用いることを
    特徴とする多重レーザ光発生装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の装置において、前
    記光共振器としてリング共振器を用いることを特徴とす
    る多重レーザ光発生装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の装置において、前
    記リング共振器は、前記入射レーザ光を受け入れて４５
    °の該入射レーザ光の基本波と前記高調波に対して該基
    本波を通すＡＲコーテイングと該高調波を反射するＨＲ
    コーテイングが施してある第１ハーモニックセパレータ
    と、前記非線形光学結晶と、前記第１ハーモニックセパ
    レータとほぼ同じ特性の第２ハーモニックセパレータ
    と、第１光軸調整用ミラーと、前記多重反射部と、第２
    光軸調整用ミラーと、全反射ミラーとをリング状に配置
    したことを特徴とする多重レーザ光発生装置。
15. 【請求項１５】 第１の異方性一軸結晶と第２の異方性
    一軸結晶を交互に重ねて構成される光学素子であって、 光線入射側からｎ番目の前記第１結晶における異常光源
    の移動距離が１／２^n-1 に比例し、前記第２結晶はその
    波数ベクトルを含む主断面が前記第１結晶における波数
    ベクトルを含む主断面と４５°の角度を成す１／４波長
    板であることを特徴とする多重レーザ光発生素子。