JPH02281776A - レーザ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、１個の励起光源で複数個のレーザ発振素子
を光励起し、目的とするレーザ波長光を効率良く発振で
きるレーザ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

まず、光源からの光でレーザ素子を光励起するレーザ装
置の原理を説明する。

第４図は、従来のレーザ装置を示すものであり、クセノ
ンランプ等のフラッシュランプを励起光源として使用す
るものである。同図（ａ）は、このレーザ装置の一部断
面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ−Ａ
−線断面図である。

内面が励起光反射面とした楕円筒１は、２つの焦線１ａ
、１ｂを有している。これらの焦線１ａ、１ｂ上には、
フラッシュランプ２とレーザ発振素子３が配置されてい
る。このレーザ発振素子３の両端外部には、反射ミラー
４と出力ミラー５が配置されている。レーザ発振素子３
としては、ネオジウム（Ｎｄ）元素をヤグ（ＹＡＧ）結
晶にドープして得られるＮｄ　：　ＹＡＧ結晶等の固体
レーザ索子が使用されており、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶により
１．０６μｍのレーザ波長が得られる。

このように配置することにより、フラッシュランプ２の
１点から出た励起光はレーザ発振素子３に低損失で集光
され、集光された励起光によりレーザビームが焦線方向
に発生する。このレーザビームは、両端外部に配置され
た反射ミラー４と出力ミラー５間を多重反射することに
より増幅され、その一部が出力ミラー５を透過して外部
ヘレーザ光として放出される。

第５図は、他の従来技術に係るレーザ装置を示し、楕円
筒の焦線方向からみた断面図である。前述した従来技術
との差異は、２つの楕円筒６Ａ。

６Ｂにおける一方の焦線を重ねて２型槽円筒６を使用し
ており、共通焦線６ｂ上にレーザ発振素子８を配置し、
他の２つの焦線６　ａ　ｓ　６　ｃ上にフラッシュラン
プ７．９を配置したものである。このように構成すると
、フラッシュランプ１本当たりの注入エネルギを半分に
することができ、フラッシュランプの寿命を大幅に延ば
すことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のレーザ装置ではレーザ素子からレ
ーザ出力を取り出す点で効率が不十分であった。これは
、励起光源であるフラッシュランプの発光スペクトルと
、レーザ発振に結び付くレーザ素子の吸収励起スペクト
ルが合致していないことから、フラッシュランプの光エ
ネルギのうち多くが無効に消費されている為である。

例えば、Ｎｄ３”：ＹＡＧ結晶は、発振に関係する吸収
線として可視、近赤外域で３６０，５３０．５９０．７
５０．８１０ｎｍ等が知られているが、フラッシュラン
プとして使用されているＸｅランプは４８０．８３０ｎ
ｍに発光ピークを持つ白色光源であり波長は合致してい
ない。

また、０．６８〜１．１８μｍの範囲で発振可能なＴｉ
”：Ａｌ２Ｏ３結晶は吸収の中心波長は５００ｎｍであ
り、７００〜８３０ｎｍの範囲で発振可能なＣｒ　”　
：　Ｂ　ｅ　Ａ　ｌ　２０４は吸収の中心波長は４２０
ｎｍでありＸｅランプの発光ピーク線と合致しない。

さらに、吸収波長と発光波長を合致させることができず
、上記発振範囲の両端近くで良好なレーザ発振を得るこ
とが実際に困難であった。

そこで本発明は、吸収波長と発光波長を合致させること
により、発振効率を向上させることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、この発明に係るレーザ装置は
、内面に励起反射面を有する複数個の楕円筒をそれぞれ
１つの焦線が共通焦線となるように重合して形成された
多重楕円筒を有するレーザ装置であって、第１レーザ光
発生手段と第２レーザ光発生手段を含んで構成されてい
る。ここで、第１レーザ光発生手段は、共通焦線以外の
一方の焦線上に配置された第１レーザ発振素子と、一方
の焦線の一端に配置され当該箱ル−ザ発振素子で発生す
るレーザビームを反射する反射ミラーと、一方の焦線の
他端に配置され当該レーザビームを部分透過する出力ミ
ラーを備えて第１レーザ光を発生する。第２レーザ光発
生手段は、共通焦線以外の他方の焦線上に配置された第
２レーザ発振素子と、他方の焦線の他端に配置され当該
第２レーザ発振素子で発生するレーザビームを反射する
と共に光学系を介して導入された第１レーザ光を透過す
る反射ミラーと、他方の焦線の一端に配置され当該レー
ザビームを部分透過する出力ミラーを備えて第２レーザ
光を発生する。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、レーザ
ヘッドの共通焦線上に配置された励起光源から出力され
た光は、一方の焦線上に配置された第１レーザ発振素子
と他方の焦線上に配置された第２レーザ発振素子へと集
光される。第１レーザ発振素子の出力ミラーから部分透
過された第１レーザ光は光学系を介して反射ミラーに導
入される。

第２レーザ発振素子は、第１レーザ光によるエンドボン
ピングと励起光によるサイドボンピングにより結晶が励
起され、第２レーザ光を発生させる。

〔実施例〕

以下、この発明に係る波長可変レーザ装置の一実施例を
添付図面に基づき説明する。

第１図は本発明に係るレーザ装置の一実施例を示す光軸
と直交する方向からみた図、第２図は本実施例のレーザ
ヘッド（励起光源、レーザ発振素子等を含む楕円筒）を
示す図である。この実施例は、基本的に、２重楕円筒１
０、励起光源１１、第１レーザ光発生手段１２、第２レ
ーザ光発生手段１３、第１レーザ光導入光学系１４を備
えて構成されている。

２重楕円筒１０は、内面を励起光反射鏡とした４分割の
湾曲板体を接合し、２つの楕円筒を重合したような形状
（第２図参照）で形成されている。

従って、この２重楕円筒１０には、３つの焦線１０ａ、
１０ｂ、１０ｃが存在する。焦線１０ｂには、励起光源
１１が配置されている。

なお、上記楕円筒の離心率は同一でもよいし、異なって
もよい。重要なことは、１つの焦線が重なっている点で
ある。

励起光源１１は、フラッシュランプ等で形成されており
、２つの楕円筒の共通焦線１０ｂ上に配置されている。

第１レーザ光発生手段１２は、第１レーザ発振素子１２
ａ１反射ミラー１２ｂ、出力ミラー１２ｃを含んで構成
されている。第１レーザ発振素子１２ａは、色素セルで
構成されており、２重楕円筒１０の焦線１０ａに配置さ
れている。反射ミラー１２ｂは、例えば高反射ミラーで
構成されており、焦線１０ａの一端（第１図における右
側）に配置されている。この反射ミラー１２ｂは、レー
ザビームを反射する為に使用される。出力ミラー１２ｃ
は、例えば出力結合ミラーで構成されており、焦線１０
ａの他端に配置されている。この出力ミラー１２ｃは、
レーザビームを部分的に透過する為に使用される。

第２レーザ光発生手段１３は、第２レーザ発振素子１３
ａ１反射ミラー１３ｂ１出力ミラー１３ｃを含んで構成
されている。第２レーザ発振素子１３ａは、固体レーザ
素子等で構成されており、２重楕円筒１０の焦線１０ｃ
に配置されている。反射ミラー１３ｂは、第２レーザ発
振素子１３ａで発生するレーザビームを最大に反射し、
かつ第１レーザ光発生手段１２で発生する第１レーザ光
を透過する機能を持ち、焦線１０ｃの他端（第１図にお
ける左側）に配置されている。

出力ミラー１３ｃは、例えば出力結合ミラーで構成され
ており、焦線１０ｃの一端に配置されている。

この出力ミラー１３ｃは、レーザビームを部分的に透過
する為に使用される。

第１レーザ光導入光学系１４は、例えば、２つの反射ミ
ラー１４ａ、１４ｂで構成されている。

反射ミラー１４ａ及び反射ミラー１４ｂは、入射光の方
向をそれぞれ９０度回転できるように配列されている。

従って、第１レーザ光は反射ミラー１４ａ、１４ｂによ
り、それぞれ方向が９０度ずつ変えられ、第２レーザ光
発生手段１３に導入される。

なお、第１レーザ光の波長は、第２レーザ光発振素子の
吸収波長に合致するように調整されているので、第２レ
ーザ光発生手段の発振効率を向上させることができる。

次に、上記実施例に係るレーザ装置の具体例を説明する
。励起光源１１はクセノン（Ｘｅ）ランプを使用し、第
１レーザ光発生手段１２の第１レーザ発振素子１２ａと
して両端に石英の窓板を張り付けた内径４ｍｍ、長さ１
００ｍｍの色素セル、レーザ物質としてクマリン５０４
色素をメタノールに溶かした溶液を用いる。ここで、色
素の濃度は０．０８ｍＭ（モル）に調整しておく。励起
光源１１からの励起光が色素セルに照射されると、中心
波長５００ｎｍ、半値幅２．８ｎｍの第１レーザ光が生
成される。なお、色素濃度を高くすればレーザ波長は長
波長になり、低くすると短波長になるので、濃度を調整
することにより簡単にし一ザ波長を設定することができ
る。

第２レーザ光発生手段１３の第２レーザ発振素子１３ａ
は、外径４ｍｍ、長さ４０ｍｍのチタンをドープしたサ
ファイア結晶（Ｔ　ｔ　３”：　Ａ　ｌ　２０３）であ
る。このサファイア結晶の吸収中心波長は５００ｎｍで
あり、第１レーザ光の中心波長と合致している。

励起光源１１と第１レーザ光発生手段１２との間には第
１フイルタ１５、励起光源１１と第２レーザ光発生手段
１３との間には第２フイルタ１６が配置されている。第
１フイルタとしては、Ｘｅランプから発光される励起光
に含まれる紫外光が色素を光分解し赤外光が色素溶液に
熱ひずみをもたらすことから、例えば、３００ｎｍより
短波長の紫外光、８００ｎｍより長波長の赤外光をカッ
トするカットフィルタを使用できる。第２フイルタ１６
としては、第２レーザ光発振素子１３ａが加熱され熱ひ
ずみによりレーザ発振の低下、停止となることから、励
起光の光量を調整する為に使用する。

この場合、レーザの時間的安定性を確保する為に、励起
光源１１の外周に同軸状に配置したガラス管（図示せず
）との間に水を流す冷却システム、第１レーザ発振素子
１２ａにレーザヘッドの外部に配置された色素溜め、循
環ポンプを接続し、色素セル内に色素溶液を循環させる
循環システムを設けてもよい。

次に、この実施例に係るレーザ装置の作用を説明する。

励起光源１１から発光された励起光は、直接的あるいは
間接的に第１レーザ発振素子１２ａ、第２レーザ発振素
子１３ａに入射される。

これらのレーザ発振素子で発生した光は、焦線方向を往
復する間に増強され、第１レーザ光が出力ミラー１２ｃ
から出力される。出力された第１レーザ光は、第１レー
ザ光導入光学系１４により、第２レーザ光発生手段１３
へ入射する。第２レーザ光発生手段１３は、励起光源１
１で発生された励起光によるサイドボンピングと、第１
レーザ光発生手段１２で発生された第１レーザ光による
エンドボンピングにより、第２レーザ光を発生する。

以上説明したように、第２レーザ発振素子の吸収波長に
合致する第１レーザ光のレーザ波長を設定しているので
、第２レーザ光を効率良く発振させることができる。な
お、従来技術による方式では６８０ｎｍの発振光は出力
が弱く不安定であったが、例えば、サファイア結晶（Ｔ
１３＋二Ａ１２０３）を用いた実施例によると、レーザ
発振範囲である短波長域６８０ｎｍ付近で安定してレー
ザ発振することが確認されている。励起光の照射により
Ｔｉ３＋はエネルギの基底状態から励起状態に励起され
る。この時、５００ｎｍのレーザ光の入射により誘導放
出（レーザ発振）が効果的に行われる。

この場合、サファイア結晶の端面からの５００ｎｍレー
ザ光の入射による励起（エンドボンピング）と、側方か
らの励起光による励起（サイドボンピング）の組み合わ
せにより、発振効率の向上ばかりでなく、高出力化を図
ることができる。エンドボンピングのみでも発振効率を
向上させることはできるが、サファイア結晶による５０
０ｎｍレーザ光の吸収が強く、結晶の他端までレーザ光
が届かないので結晶全体を励起できず、必然的に使用で
きる結晶は短くなる。しかし、Ｘｅランプ等の励起光源
によるサイドポンピングを付加すれば、その励起光によ
り結晶全体が励起されるので、５００ｎｍレーザ光によ
る結晶の透過性が増加し、使用できる結晶の長さが長く
なる。その為、高効率、高出力レーザ光を発生させるこ
とができる。

次に、この発明の他の実施例に係るレーザ装置を説明す
る。第３図は、このレーザ装置のレーザヘッドを示す図
である。上記実施例との差異は、内面を励起反射面とし
た４個の楕円筒を、それぞれ隣接する焦線が共通焦線と
なるように重合して形成された４重楕円筒を使用してお
り、励起光源及び第１レーザ光発生手段を２個ずつ備え
ている点である。４重楕円筒１５には、３つの共通焦線
１５ａ、１５ｂ、１５ｃと２つの焦線１５ｄ１１５ｅが
ある。中央の共通焦線１５ｂには、第２レーザ光発光手
段１３の第２レーザ発振素子１３ａが配置されており、
隣接する共通焦線１５ａ、１５ｃには励起光源１１．１
１が配置されている。両端にある焦線１５ｄ、１５ｅに
は、第１レーザ光発光手段１２の第１レーザ発振素子１
２　ａ　％　１２　ａがそれぞれ配置されている。なお
、反射ミラー、出力ミラー等、他の部品の構成、配置は
上記実施例と実質的に変わらないので説明は省略する。

次に、この実施例に係るレーザ装置の作用を説明する。

励起光源１１．１１から発光された励起光は、直接的あ
るいは間接的に第１レーザ発振索子１２ａ、１２ａ及び
第２レーザ発振素子１３ａに入射される。励起された結
果、レーザ発振素子から発生した光は、焦線方向を往復
する間に増強され、２本の第１レーザ光が出力ミラー（
図示せず）から出力される。出力された２本の第１レー
ザ光は、第１レーザ光導入光学系（図示せず）により、
第２レーザ光発生手段の第２レーザ発振素子１３ａへ入
射する。第２レーザ光発生手段１３は、励起光源１１か
ら発生された励起光によるサイドポンピングと、一対の
第１レーザ光発生手段１２．１２から発生された２本の
第１レーザ光によるエンドポンピングにより、第２レー
ザ光を発生する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例では第１レーザ光発生手段とし
て波長可変型レーザ、第２レーザ光発生手段として波長
固定型レーザを使用しているが、第１レーザ光発生手段
として波長固定型レーザ、第２レーザ光発生手段として
波長可変型レーザを使用してもよい。

また、レーザヘッドの外形は、内面の多重楕円筒に限定
されるものではない。重要なことは、内面の励起反射面
が楕円状に構成されている点である。

さらに、第１レーザ光発生手段と第２レーザ光発生手段
との組み合わせとして、■第１レーザ発振素子として波
長４２０ｎｍのレーザ光を発生するレーザ色素、第２レ
ーザ発振素子としてクロムをドープしたアレキサンドラ
イト結晶（Ｃｒ”：ＢｅＡｌ。０４）、■第１レーザ発
振素子とじて波長５９０ｎｍのレーザ光を発生するレー
ザ色素、第２レーザ発振素子としてネオディシウムをド
ー３＋。

ブしたヤグ結晶（Ｎｄ　　、ＹＡＧ）　、■第１レーザ
発振素子として波長７４０ｎｍのレーザ光を発生するレ
ーザ色素、第２レーザ発振素子としてクロムをドープし
たフォルステライト結晶（Ｃｒ３”：Ｍ　ｇ　２　Ｓ　
ｔ　０４）を使用することができる。

また、上記実施例では色素濃度を調整することにより第
１レーザ光の波長を変化させていたが、例えば、第１レ
ーザ光発生手段の反射ミラーの代わりに回折格子や分散
プリズム等の波長可変素子を使用してもよい。

さらに、第１レーザ光発生手段は色素レーザに限定され
るものではなく、例えば、Ｎｄ”：ＹＡＧレーザ結晶を
第１レーザ発振素子として、これから得られる１、０６
μｍ光を励起光源とするパラメトリック発振器でもよい
。また、特願昭６３−２６５４８７に示された波長可変
レーザ装置を使用することができる。フラッシュランプ
等の励起光源で励起され、波長を変えることができるし
−ザ装置であれば使用できる。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
吸収波長と発光波長を合致させることにより、発振効率
を向上させることができる。

ザ光導入光学系、 ５・・・４重楕円筒。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザ装置を示す図、
第２図はｍ１図に示すレーザ装置に使用できるレーザヘ
ッドを焦線方向からみた断面図、第３図は本発明の他の
実施例に係るレーザ装置に使用できるレーザヘッドを焦
線方向からみた断面図、第４図は従来技術に係るレーザ
装置を示す図、第５図は他の従来技術に係るレーザ装置
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内面に励起反射面を有する複数個の楕円筒をそれぞ
   れ１つの焦線が共通焦線となるように重合して形成され
   た多重楕円筒を有するレーザ装置であって、 前記共通焦線以外の一方の焦線上に配置された第１レー
   ザ発振素子、前記一方の焦線の一端に配置され当該第１
   レーザ発振素子で発生するレーザビームを反射する反射
   ミラー、前記一方の焦線の他端に配置され当該レーザビ
   ームを部分透過する出力ミラーを備えて第１レーザ光を
   発生する第１レーザ光発生手段と、 前記共通焦線以外の他方の焦線上に配置された第２レー
   ザ発振素子、前記他方の焦線の他端に配置され当該第２
   レーザ発振素子で発生するレーザビームを反射すると共
   に光学系を介して導入された前記第１レーザ光を透過す
   る反射ミラー、前記他方の焦線の一端に配置され当該レ
   ーザビームを部分透過する出力ミラーを備えて第２レー
   ザ光を発生する第２レーザ光発生手段とを含んで構成さ
   れていることを特徴とするレーザ装置。 ２、前記第１レーザ光の波長が、前記第２レーザ発振素
   子の吸収波長に合致していることを特徴とする請求項１
   記載のレーザ装置。 ３、前記共通焦線と前記第１レーザ発振素子の間に配置
   され、この共通焦線に配置される励起光源からの紫外光
   及び赤外光を遮断するフィルタを備えていることを特徴
   とする請求項１記載のレーザ装置。 ４、前記共通焦線と前記第２レーザ発振素子の間に配置
   され、この共通焦線に配置される励起光源からの光量を
   調整するフィルタを備えていることを特徴とする請求項
   １記載のレーザ装置。 ５、前記第１レーザ発振素子が、色素の濃度により波長
   が変化する色素セルである請求項１記載のレーザ装置。 ６、前記第２レーザ発振素子が、色素の濃度により波長
   が変化する色素セルである請求項１記載のレーザ装置。