JPH02105478A - レーザ発振器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、縦モードシングル発振等の共振器長をミクロ
ンオーダーで制御する必要のあるレーザ発振器に関し、
特にインジェクションロック式の大出力パルスレーザ発
振器に関する。

（従来の技術） 従来のレーザ発振器の一例として、大出力ＴＥＡ　Ｃｏ
、レーザ発振器を説明する。

第４図にレーザ発振器の概略構成を示す。

大出力ＴＥＡ−ＣＯ□レーザの場合、レーザガスを循環
する必要があるため、発振器本体１内には、レーザガス
循環用の送風機、レーザガス冷却用の熱交換器、放電部
等が内蔵されている。そのため。

発振器本体１は、かなり大型のチャンバーになるため、
共振器と共に光学実験台の上に搭載することは困難で、
第４図に示す様に、共振器全体を発振器本体１から支持
することになる。

出力側共振器ユニット２５とリア側共振器ユニット２６
は、４本の低熱膨張係数の支持棒２９で、その間隔を一
定に保ち、上部２本は１発振器本体１に設けられた支持
台３３に、振動絶縁のための防振ゴム３２を介して球面
軸受３０で４点支持されている。

また、球面軸受３０の支持点のうち、出力側共振器ユニ
ット２５側の２点について、支持棒２９をストッパー３
１により発振光軸り方向のみ球面軸受３０に固定されて
いる。（固定は、出力側／リア側どちらか一方を行えば
良い） 出力ミラー及びリアミラーは、それぞれ出力ミラーマウ
ント２７とリアミラーマウント２８に収納されており、
ミラー姿勢の調整が可能となっている。

発振器本体１からのレーザの取り出し口には、ウィンド
８が設けられている。こうすることにより、環境変化等
による共振器長の伸縮は、球面軸受３０部分で吸収し、
発振器本体１等からの振動も極力共振器に伝えない構造
となっていた。しかし、球面軸受３０は、半径方向及び
軸方向のすきまが数十〜百ミクロン存在し、共振器長を
数ミクロンオーダーで制御する必要のあるレーザにとっ
ては、好ましくない構造であった。

また、防振性能も、共振器の振動を１０ミクロン程度に
は押さえられるが、振動に対してより敏感な共振器にと
っては、課題の残る構造であった。

（発明が解決しようとする課題） 同位体分離等に用いられるレーザでは、縦゛モードシン
グル発振が要求されることが多く、共振器長をミクロン
オーダーで制御する必要がある。

例えば、インジェクションロック式Ｔ　Ｅ　Ａ−Ｃｏ。

レーザを例に説明する。レーザ発振器のブロック図を第
３図に示す。既にシングル縦モードで発振しているマス
ターレーザ１９（ＣＷ発振）の光を共振器外部からベン
ダーミラー２０を介して注入しておき、パルスレーザ（
以後スレーブレーザと呼ぶ）を発振させるもので、スレ
ーブレーザ共振器内をマスターレーザ光が一周した時に
位相が整合していると、スレーブレーザ共振器は同調が
とれてマスターレーザの周波数ｆＩ１１と同じ周波数の
縦モードでのみ発振し、シングル縦モード発振となる。

この同調条件からのずれは離調度φと言い、２πｄｆ　
　　　・・・・・・　（１）φ＝　Δｆ と定義される。ここでｄｆはマスターレーザ光の周波数
ｆｍとそれに最も接近したスレーブレーザ共振器縦モー
ドの周波数ｆｓとの差、Δｆは、スレーブレーザ共振器
の縦モード間隔である。種々の注入マスターレーザ光パ
ワーに対して離調度限界が計算あるいは実測されており
、安定形共振器に対しては、概ねφ＜０．３πである。

（島田、出代ら、「外部注入方式を用いたパルスＣＯ□
レーザーの研究」、レーザ科学研究、Ｎｏ４（１９８２
）、　Ｐ１１７〜Ｐ　１２５）すると、出力０．５Ｊ　
−１００ＰＰＳ程度のＴＥＡ−ＧＯ，Ｌ／−ザでは、共
振器長が約３ｍ程度となるため、Δｆ　＝　」四−＝　
５０ＭＨｚ Ｌ （Ｃ：光速、Ｌ：共振器長） となる。すると、前記０式よりφ＝０．３πとすれば、 ｄｆ＝７．５Ｍ）Ｉｚ となる。発振波長を約１０ミクロンとすれば、ｄｆ（７
，５ＭＨｚとするためには、共振器長を約１ミクロン以
下に制御する必要がある。従って、このようなレーザ発
振器の共振器には、共振器長を１ミクロン以下に制御し
、振動も振幅を１ミクロン以下に管理する必要があった
。ところが、第４図に示した様な従来のレーザ発振器で
は、これらの条件を満足せず、安定したシングル縦モー
ド発振が得られなかった６ 本発明は、上記の点に鑑みて、シングル縦モード発振が
要求される大出力パルスレーザに対して、常に安定した
発振の得られるレーザ発振器を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために発振器本体の両サイ
ドに高性能な防振台もしくは低振動の架台を配し、お互
いの振動や変位が同期するように剛に連結する。そして
、その上に共振器を搭載し、一方の共振器ユニットは台
に固定し、他方の共振器ユニットは発振光軸方向にだけ
移動可能な様に高精度な直動システムを介して台に固定
する。また、各共振器ユニットは低熱膨張係数の支持棒
で支持し、支持点は自由のない支持方法とする。

（作　用） 以上のような構成のレーザ発振器にあっては、共振器ユ
ニット間の支持点にガタがなく、共振器長が、支持棒に
より制御され、振動の影響も１ミクロン以下に保つこと
ができ、大出力パルスレーザにおいても、安定したシン
グル縦モード発振を得ることが可能となる。

（実施例） 第１図及び第２図は１本発明によるインジェクションロ
ック式レーザ発振器の構成例であり、それぞれ正面図と
平面図を示している。架台１８に設置された発振器本体
１の両サイドに架台１７、空気ばね１６．防振台１３．
１４より成る空気ばね式防振台を配し、防振台１３及び
１４は、連結部材１５で剛に連結し、それぞれの防振や
変位が同期するようにする。出力側共振器ユニット２は
防振台１３に固定し、リア側共振器ユニット３は防振台
１４に、ローラーガイド１１とレール１２より成る直動
システムを介して固定する。また、それぞれの共振器ユ
ニットは４本の低熱膨張係数の支持棒９で固定する。こ
の支持ｎ９には、例えばパイプ状のスーパーインバー（
α＝　２　Ｘ　１．０−／℃）を用い、この中を温度制
御された水を流して、温度を一定に保つ。

こうすることにより、出力側共振器ユニット２は固定し
、リア側共振器ユニット３は１発振光軸り方向のみフリ
ーとする。出力ミラーとインジェクションミラーは、出
力側共振器ユニット２に固定された４本の低熱膨張係数
の支持棒１０に取付られた出力ミラーマウント４及びイ
ンジェクションミラーマウント５内に収納されており、
それぞれの姿勢を調整できるようになっている。リアミ
ラーはりアミラーマラン１−６内に収納されており、Ｐ
ＺＴ（ピエゾ素子）ユニット７により、共振器の発振光
軸方向に数十ミクロン移動可能となっている。マスター
レーザ１９は、出力側共振器ユニット２と同一防振台１
３に搭載し、マスターレーザ光は、ベンダーミラー２０
を介して共振器内部に注入する。また、発振器本体１か
らの光の出入口にはウィンド８を設け、共振器と発振器
本体は、完全に非接触の状態とする。

尚、レーザ発振器のブロック図は、第３図に示した通り
である。

このような構成のレーザ発振器にあっては、共振器間隔
を保持している支持棒９の支持点におけるガタがなく、
発振光軸方向にのみフリーとなっているため、熱変形の
影響が共振器のアライメントに出にくい構造となる。

また１例えば支持棒９を湿度制御するためのチラー水の
温度を±０．０５℃以下に制御すれば、共振器長が３ｍ
あったとしても、温度による共振器長の変化ΔＱは、 Δｆｆ１＝３Ｘ１０’（趨〕ｘ　２　ｘ　１０−’　（
１／’Ｃ）　ｘ　０．０５［’Ｃ）＝０．０３（μｓ〕 （支持棒はスーパーインバー製とする）となり、共振器
長をミクロンオーダー以下に制御可能となる。また、空
気ばね式防振台は、通常その固有振動数は１〜２Ｈｚと
非常に高性能であり、かつ共振器も振動源となる発振器
本体１と接触していないため、暗振動にもよるが、共振
器の振動の振幅を１ミクロン以下にすることが可能とな
る。

尚、防振台１３と１４は、連結部材１５で剛に連結され
ているため、お互いの振動が同期しており、低周波数の
振動による振動器の７ライメントずれは生じない。

本実施例で、出力側共振器ユニットを固定して、リア側
をフリーにしているのは、マスターレーザ光を出力側か
ら注入しているからで、リア側から注入する場合は、リ
ア側共振器ユニットを固定して出力側をフリーにする。

これはインジェクションミラー位置でのマスターレーザ
光の注入位置及び角度を常に一定に保つためである。

また、リアミラーをＰＺＴで微少駆動可能としであるの
は運転開始時にスレーブレーザ共振器の同調をとるため
である。

こうすることにより、大出力パルスレーザに対して、常
に安定したシングル縦モード発振を得ることができる。

尚、本実施例は、インジェクションロック式のＴＥＡ−
ＣＤ、レーザについて述べられているが、他の方式のレ
ーザやＴＥＡ−Ｃｏ□以外のレーザ発振器に適応できる
ことは言うまでもない６また。

周囲の環境が良ければ、防振台の代わりに、剛な架台を
適用してもかまわない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、共振器長のミクロンオー
ダーの制御と高精度の防振特性を可能としたため、大出
力のパルスレーザに対して、安定したシングル縦モード
発振の可能なレーザ発振器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例を示す概略構成の正面図、
第２図はその平面図、第３図は実施例のブロック図、第
４図は従来の実施例の概略構成図である。 １・・・発振器本体　　　　　　２・・・出力側共振器
ユニット３・・・リア側共振器ユニット　４・・出力ミ
ラーマウント５・・・インジェクションミラーマウント
６・・・リアミラーマウント　　７・・・ＰＺＴユニッ
ト８・・・ウィンド　　　　　　　９・・・支持棒１０
・・・支持棒　　　　　　　　１１・・・ローラーガイ
ド１２・・・レール　　　　　　　　１３・・・防振台
１４・・・防振台　　　　　　　　１５・・・連結部材
１６・・・空気ばね　　　　　　　１７・・・架台１８
・・架台　　　　　　　　　１９・・・マスターレーザ
２０・・ベンダーミラー　　　　２１・・・リアミラー
２２・・・出力ミラー　　　　　　２３・・・インジェ
クションミラー２４・・・ＰＺＴコントローラー ２６・・・リア側共振器ユニット ２８・・・リアミラーマウント ３０・・・球面軸受 ３２・・・防振ゴム ２５・・・出力側共振器ユニット ２７・・・出力ミラーマウント ２９・・・支持棒 ３１・・・ストッパー ３３・・・支持台 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸 健 第１図 第 図 Ｉ 第２図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　レーザ本体の両サイドに共振器を配し、出力側及びリ
   ア側の共振器ユニットを２本以上の低熱膨張係数の支持
   棒で共振器間隔を支持し、共振器全体を防振台等の架台
   上に配置したレーザ発振器において、出力側もしくは、
   リア側どちらか一方の共振器ユニットは架台に固定し、
   他方の共振器ユニットは、発振光軸方向の成分のみフリ
   ーにしたことを特徴とするレーザ発振器。