JPH033288A - 応力複屈折の補償を伴うレーザ発振器／増幅器装置 - 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〕 本発明はゲイン媒体において熱誘発複屈折作用を示す発
振器および増幅器を有するレーザ装置に関する。より詳
細には、本発明は増幅器における熱誘発複屈折を片寄ら
せることによって発振器のゲイン媒体における熱誘発複
屈折の補償が達成されるレーザ発振器／増幅器装置を提
供する。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題〕ビーム
の調波発生、Ｑ−切換えおよび外部変調のような多くの
レーザ関連掻作には、線形偏向レーザビームが望ましい
、更らに、多くの応用では、所望の偏向において−様な
パワー密度を有することが望ましい。

高熱負荷条件下で熱誘発応力複屈折を示すレーザ媒体で
均一なパワー密度を有する線形偏向レーザビームを発生
させるのは事実上困難であるとわかった。従って、ＹＡ
Ｇ、ＧＳＡＧＳＧＳＧＧ。

またはＹＳＧＧのようなゲイン媒体を利用した装置では
、出力結合器とゲイン媒体との間の共振空胴に偏向器を
導入することによって、レーザにより線形偏向ビームを
放出する。偏向器は出力パワーの著しい低下およびビー
ム形状の悪化を引起す。

従来技術では、増幅すべきビームをゲイン媒体に通して
第１偏向を行い、次いでこの偏向を９０度回転させ、そ
して回転ビームを複屈折ゲイン媒体に通し直すことによ
って熱誘発複屈折を補償するようにレーザ増幅器を設計
していた。媒体を通る第１のパスの偏向解消作用は第２
のバス中に起る、同等であるが反対方向の偏向解消作用
によって補償される。変更例として、１つのゲイン媒体
を２回通すようにするのではなく、９０度回転装置を間
に介在させて２つの整合ゲイン媒体を光路に沿って設け
ることもできる。この装置では、第１ゲイン媒体におけ
る複屈折は第２ゲイン媒体における複屈折によって補償
される。１９８８年１月の５ＰＩＥ　０Ｈ−ＬＡＳＥ会
議におけるヘリティア等の「高パワーＱ−切損えレーザ
における熱作用」参照。

同様に、９０＠回転装置を間に介在させて発振器空胴内
に２つの整合ゲイン媒体を使用してレーザ発振器を実施
した。アプライド　フィジイックス　レターズ、１８巻
、第１号、１９７１年１月、３〜４真のスコツト等のｒ
Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザにおける複屈折補償およびＴＥ
ＭＯ。モード向上」参照、また、コーチナーの「ソリッ
ドステートレーザエンジニアリング」第２版、スブリン
ガー・ヴエルラグ、１９８８年、３６１〜３６７頁、参
照。

高いパワーを必要とする装置では、レーザ発振器の出力
を増幅することが望ましい。これらの従来装置は所望の
偏向における−様なパワー分布および高パワー密度を確
保するために発振器の脚部および増幅器の脚部の両方に
おいて複屈折の補償を必要としていた。このような装置
では、レーザ装置が非常に複雑になる。

従って、効率よい複屈折補償および比較的低いコストで
発振器／増幅器を実施することが望ましい。

本発明は発振器のゲイン媒体における熱誘発複屈折が増
幅器のゲイン媒体における熱誘発複屈折によって補償さ
れるレーザ発振器／増幅器装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するめの手段〕

一つの観点によれば、本発明は熱誘発複屈折を示す発振
器ゲイン媒体を間に介祉させて一端に高反射器、他端に
出力結合器を設けた発振器空胴を有するレーザビームを
発生する装置である。発振器ゲイン媒体における熱誘発
複屈折に整合する熱誘発複屈折を示す増幅器が発振器空
胴の出力を受けるように設けられている。発振器ゲイン
媒体と増幅器との間には、発振器ゲイン媒体における熱
誘発複屈折の補償が増幅器における整合熱誘発複屈折に
よって行なわれるように９０度回転装置が設けられてい
る。この９０度回転装置は、発振器空胴の内側、すなわ
ち、発振器ゲイン媒体と出力結合器との間に設けられて
もよいし、あるいは発振器空胴の外側、すなわち、出力
結合器と増幅器との間に設けられてもよい。

本発明の他の観点によれば、レーザ発振器空胴は発振器
ゲイン媒体と高反射ミラーとの間に偏向器およびＱ−ス
イッチを有している。

本発明の更らに他の観点によれば、増幅器の出力を受け
かつ補償されたビームの調波を発振する調波発振器が設
けられている。

更らに、本発明の他の観点によれば、発振器／増幅器装
置は注入播種装置を有している。

〔実施例〕

図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する
。

第１図には、本発明による発振器／増幅器装置が示され
ている。この装置は発振器１０および増幅器１１を有し
ている。発振器１０は高反射器１２と出力結合器１３と
によって構成された共振空胴を特徴としており、また高
反射器１２および出力結合器１３はこの共振空胴の内側
に光路５を構成している。この光路５に沿ってＮｄ：Ｙ
ＡＧロッドのような発振器ゲイン媒体１４が設けられて
いる。このゲイン媒体１４は当業界で周知な技術を使用
して発振器ランプ１５によってポンプされる。

ゲイン媒体１４と高反射器１２との間には、偏光器１６
、ボンケルセル１７およびｚ＠Ｌ板１８が光路に沿って
設けられている。これらのＡ波板１８およびボンケルセ
ル１７を作動してＱ−スイッチを形成し、発振器１０が
光路に沿って出力パルスを発振するようになっている。

好適な装置はスペクトラーフィジイックス・オブ・マウ
ンテイン・ビュー（カリフォニア）から市販されている
変更Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザ、モデルＤＣＲ−３または
ＤＣＲ−４である。ＤＣＲ−３およびＤＣＲ−４はゲイ
ン媒体１４と出力結合器１３との間に第２偏光器を有し
ており、この偏光器はこれを適用する必要がない場合に
は除かれる。もちろん、Ｑスイッチを当業界で公知なよ
うにモードロッカーまたは他の光学スイッチと交換する
ことができる。

ゲイン媒体１４は高熱負荷条件時に熱誘発される応力複
屈折を特徴としている。この熱誘発応力複屈折の作用は
発振器１０で発振されるビームにあられされる。

増幅器１１は発振器１０の出力の光路に沿って設けられ
たＮｄ：ＹＡＧロンドのようなゲイン媒体１９を有して
いる。増幅器におけるゲイン媒体１９は熱誘発される応
力複屈折を特徴としている。

増幅器ランプ２０が当業界で公知なようにこの増幅媒体
１９をポンプする。

出力結合器と増幅器１１との間には、９０度回転装置２
１が光路に沿って設けられている。

発振器１０内のビームの成分を出力結合器によって９０
°回転装置２１を通して増幅媒体１９の中へ伝送する。

かくして、発振器のゲイン媒体の複屈折の作用が増幅器
のゲイン媒体１９の整合作用によって補償される。

発振器の媒体１４における熱誘発複屈折と増幅媒体１９
における熱誘発複屈折との整合は、発振器のゲイン媒体
１４と物理的に同じかあるいは同様な増幅器のゲイン媒
体１９を選択し、発振器のビームの伝送成分における複
屈折の作用に整合する増幅媒体１９における複屈折を誘
発するレベルで増幅媒体１９をポンプすることによって
達成される。

実施の一例として、高反射器１２は７メートルの高反射
器ミラーである。出力結合器１３は６０値の凸レンズ面
２１および６０ｃ１１の凹レンズ面２２を有するドツト
ミラーである。望むなら、このドツトミラーの代わりに
、反射率が半径方向に可変のミラーを使用することがで
きる。高反射ミラー１２および出力結合器１３はほぼ８
０ｃｍ離れて設けられる。ゲイン媒体１４は直径８．５
ｆｉおよび長さ６２鶴のＮｄ：ＹＡＧロッドである。

増幅器のゲイン媒体１９は直径９．５ｍｍおよび長さ６
２會謙のＮｄ：ＹＡＧロッドである。

発振器ランプ１５を１８０ランプジユールでポンプし、
増幅器ランプ２０を１５０ランプジユールでポンプし、
かつＱ−スイッチモードで作動する場合、増幅器段１１
からの出力パワーの９７％以上が滑らかな出力分布で線
形に偏光されたままである。対照的に、この装置から９
０度何回転置を取りはずすことによって、所望の偏光に
おけるエネルギ一部分が６５％未満まで減少される。

増幅媒体１４は公称上０．６〜０．８％Ｎｄである。

増幅媒体１９は０．８〜１．１％Ｎｄでドープされる。

９０度回転装置２１は当業界で公知なように種々の光学
装置で実施することができる。例えば、石英回転装置を
使用することができる。

高反射器１２および出力結合器１３の゛曲率は増幅器の
大ざっばに平行化された出力をもたらすように選択され
る。

第２図は回転装置を発振器の空胴の内側に設けた他の実
施例の概略図である。

第２図には、図を簡単にするためにラップ１５．２０を
示していない。同等な構成要素の参照番号としては、第
１図に使用した参照番号を第２図にも同様に使用した。

この実施例は媒体１４と出力結合器１３との間に通常位
置決めされる第２偏光器を取りはずし、これを９０度回
転装置２１と交換することによって標準ＤＣＲ−４を変
更することにより実施することができる０本発明による
発振器／増幅器装置における回転装置および出力結合器
の順序は出力ビームの質にもそのエネルギにも実質的に
影響を及ぼさない。９０度何回転置を、発振器１０の内
側に配置するための設計考慮点としては、発振器の空胴
の内側と外側との間のパワー密度の差が挙げられる。ま
た、発振器の空胴および増幅器１１の特定の実施により
生じる空間の制限により、回転装置の他の位置が定めら
れる。

第３図は本発明による発振器／増幅器装置の他の実施例
を示している。第１図における構成要素と同等な第３図
の構成要素に同様な参照番号を付しである。

第３図の装置は第１図の装置と同等であり、出力結合１
３と９０度回転装置２１との間に負のメニカスレンズ３
０を付加えである。後方ミラー１２は発振器の出力を正
確に平行にするように選択される。メニカスレンズ３０
は増幅器における熱的レンズ作用を補償し、また非常に
平行化された出力ビームを必要とする応用例では装置の
出力を向上させるように働く。例えば、−３，５メート
ルｆ、１　（負の）メニカスレンズを付加えた場合の第
１図の装置では、出力ビームの大幅な向上が達成された
。

上述のように、多くのレーザ関連応用例に、均一なパワ
ー分布および好適な偏光を伴う高パワー平行化出力ビー
ムが望まれる。第４図に示す一応用例は調波発振である
。従って、第４図は調波発振器４０を設けた第１図の実
施例による発振器／増幅器装置を示している。調波発振
器４０は出力の周波数を２倍にするためにＮｄ　：ＹＡ
Ｇゲイン媒体とともに使用されるタイプ■、ＫＤ”Ｐ第
２調波発振器である。発振器の空胴の内側に第２偏光器
を使用したＤＣＲ−４実施例と第４図の実施例との間で
第２調波発振器の発振を比較する試験を行った。発振媒
体１４および増幅媒体１９を７０ランプジユール／パル
スでポンプした場合の３０ヘルツのパルス繰返数では、
調波発振器のエネルギ出力は標準ＤＣＲ−４おけるほぼ
２００ミリジユール／パルスから第４図の実施例におけ
るほぼ５００ミリジユール／パルスまで増大した。

しかも、ビームの質が非常に高められた。

従って、本発明による発振器／増幅器装置によって作り
出された好ましい偏光における均一なパワー密度は第２
調波発振器４０の効率の大幅な増大によってもたらされ
る。第３図の負のメニカスレンズ３０のようなビームを
平行にするためのレンズを付加えることによって効率を
もっと向上させることができる。

第５図は本発明による発振器／増幅器装置を注入播種装
置に利用した場合を示している。注入播種発振器／増幅
器装置は第３図に示すのと同じ構成要素すべてを有して
おり、いくつかの構成要素を付加えである。更らに、出
力結合器は反射率が半径方向に可変な出力結合器５０で
あることが明示されている。発振器１０は、１６０ｎｍ
で１ミリワツトまたは２パワーのＣＷ：　ＹＡＧレーザ
と、発振器１０からのフィードバックを防ぐファラデー
アイソレータとよりなる注入播種装置５１を使用して注
入播種される。この装置５１は光路５２に沿って種ビー
ムを発振し、このビームは反射器５３によって偏光器１
６へ反射される。偏光器１６はこの播種ビームをポフケ
ルセル１７を通して高反射器１２へ差し向け、そして媒
体１４に戻す。これにより発振器１０において純粋な長
さ方向モードを誘発する。

更らに、注入播種装置５１は高反射器１２用のデイザ−
制御装置を有している。当業界で知られているように、
高反射器１２はデイザ−取付けされてもよく、発振器ｌ
Ｏの長さ方向モードを播種ビーム５２の周波数と整合さ
せるようにその位置が制御される。

注入播種を用いた従来のソリッドステート装置では、空
間孔バーニングについての問題が生じる。

発振媒体における空間孔バーニングを防ぐために、代表
的には、媒体の一端に４分の１波板が設けられる。これ
により媒体の内側に円形の偏光を誘発して、空間孔バー
ニンクを誘発する定在波パターンを除去する０例えば、
コーチナー著の「ソリッド−ステート・レーザエンジニ
アリング」第２版、スプリンガーベルラグ、１９８８年
、２２３〜２２４頁参照。

４分の１波板の利用は本発明による共振器の設計に影響
しない、従って、望むなら、これらの４分の１波板を挿
入してもよい。しかしながら、これらの波板は必要でな
いことがわかる。媒体１４を通るビームに十分な楕円性
を誘発するかなりの応力誘発複屈折で媒体１４が作動さ
れるため、４分の１波板が必要でなく、また空間孔バー
ニングが著しい程度には達しないと思われる。

低いボンブカで必要とされるように媒体１４における空
間孔バーニングを防ぐために４分の１波板を使用する場
合、整合４分の１波板を増幅媒体１９のまわりに設ける
べきである。

要約すると、本発明は増幅器のゲイン媒体における熱誘
発複屈折を片寄らせることによって発振器のゲイン媒体
における熱誘発複屈折の補償が達成される発振器／増幅
器レーザを提供する。本発明を利用すると、発振器にお
ける熱誘発複屈折の空胴的補償を必要せず、また増幅器
のゲイン媒体における熱誘発複屈折の発振器空胴外の補
償を必要としないことがわかる。

本発明の好適な実施例の上記説明は例示説明のために行
ったものであり、包括的なものでなく、本発明を開示し
た当該形態に限定しようとするものではない、多くの変
更および変形が当業者にとって容易であろうことは明ら
かである。本発明の原理および実用例を最も良く説明す
るために実施例を選んで述べたので、当業者は本発明を
意図された特定の用途に適するように種々に実施し、変
更できることがわかるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は発振器空胴の外側に回転装置を設けた本発明に
よるレーザ発振器／増幅器装置の概゛略図であり、第２
図は発振器空胴の内側に回転装置を設けた本発明の他の
実施例の概略図であり、第３図は発振器空胴と増幅ゲイ
ン媒体との間に負のメニカスレンズを饅けた本発明の第
３実施例の概略図であり、第４図は周波数倍加装置を備
えた本発明によるレーザ発振器／増幅器装置の概略図で
あり、第５図は注入播種装置を備えた本発明によるレー
ザ発振器／増幅器装置の概略図である。 １０・・・・・・発振器、　　　　１１・・・・・・増
幅器、１２・・・・・・高反射器、　　　１３・・・・
・・出力結合器、１４・・・・・・発振ゲイン媒体、 １８・・・・・・Ａ波板、 １９・・・・・・増幅ゲイン媒体、 ２１・・・・・・９０度回転装置、 ５１・・・・・・注入播種装置。 ６・・・・・・偏向器、 ２０・・・・・・増幅ランプ、 ４０・・・・・・調波発振器、 手 続 補 正 書 （方式） １、事件の表示 平成２年特許願第３５９８２号 ２、発明の名称 応力複屈折の補償を伴うレーザ 発振器／増幅器装置 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 ４、代 理 人 ５、補正命令の日付 平成２年５月２９日 ６、補正の対象 明 細 書 全 図 面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光を光路に沿って反射させるための手段と、 応力複屈折の分布を特徴とし、光路に沿って設けられ、
   発振ビームを光路に沿って発振するための発振器ゲイン
   媒体とを備え、発振ビームは発振器ゲイン媒体における
   応力複屈折により影響される偏光分布を有し、 光路に沿って設けられた出力結合器を備え、反射手段、
   発振器ゲイン媒体および出力結合器が発振ビームの一成
   分を伝送するレーザ発振器を構成し、 レーザビームを発生するために光路上の光を増幅するた
   めの増幅手段を備え、この増幅手段は出力結合器が発振
   器ゲイン媒体と増幅手段との間に位置するように光路に
   沿って設けられており、増幅手段は発振器ゲイン媒体に
   おける応力複屈折分布と同様な応力複屈折分布を特徴と
   しており、 発振器ゲイン媒と増幅手段との間で光路に沿って設けら
   れ、発振器ゲイン媒体における応力複屈折の作用の補償
   が増幅手段における応力複屈折によって達成されるよう
   に発振ビームの少なくとも一成分における偏光分布を９
   ０度だけ回転させるための手段を備えたことを特徴とす
   るレーザビームを発生させる装置。 ２、回転手段は発振器ゲイン媒体と出力結合器との間に
   設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３、回転手段は出力結合器と増幅手段との間に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ４、反射手段と発振器ゲイン媒体との間で光路に設けら
   れ、発振ビームのパルスを光路に沿って発生させるため
   にレーザ発振器を切換えるための切換え手段を更らに備
   えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ５、発振器ゲイン媒体はＮｄ：ＹＡＧよりなることを特
   徴とする請求項１記載の装置。 ６、増幅手段はＮｄ：ＹＡＧよりなることを特徴とする
   請求項１記載の装置。 ７、増幅手段はＮｄ：ＹＡＧよりなることを特徴とする
   請求項１記載の装置。 ８、発振器ゲイン媒体における応力複屈折は熱誘発され
   ることを特徴とする請求項１記載の装置。 ９、発振器ゲイン媒体における応力複屈折分布は円筒形
   状で対称であることを特徴とする請求項１記載の装置。 １０、レーザビームを受けるために光路に沿って設けら
   れ、レーザビームの調波を発振するための手段を更らに
   備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 １１、出力結合器と増幅器との間に設けられ、増幅手段
   における熱的レンズ作用を補償するための手段を更らに
   備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 １２、注入播種ビームを発振器ゲイン媒体を通して供給
   するための手段を更らに備えていることを特徴とする請
   求項１記載の装置。 １３、入射光を光路に沿って反射させるための手段と、 応力複屈折分布を特徴とし、光路に沿って設けられ、発
   振ビームを光路に沿って発生させるための発振器ゲイン
   媒体とを備え、発振ビームは発振器ゲイン媒体における
   応力複屈折によって影響される偏光分布を有し、 反射手段と発振器ゲイン媒体との間で光路に設けられ、
   発振ビームのパルスを光路に沿って発生させるためにレ
   ーザ発振器を切換えるための切換え手段と、 発振器ゲイン媒体と反射手段との間で光路に沿って設け
   られ、発振ビームを偏向させるための偏向手段と、 光路に沿って設けられた出力結合器とを備え、反射手段
   、発振器ゲイン媒体および出力結合器が発振ビームの一
   成分を伝送するレーザ発振器を構成し、 レーザビームを発生させるために光路上の光を増幅する
   ための増幅手段を備え、該増幅手段は出力結合器が発振
   器ゲイン媒体と増幅手段との間に位置するように設けら
   れており、増幅手段は発振器ゲイン媒体における応力複
   屈折分布と同様な応力複屈折分布を特徴としており、発
   振器ゲイン媒体と増幅手段との間で光路に沿って設けら
   れ、発振器ゲイン媒体における応力複屈折の作用の補償
   が増幅手段の応力複屈折によって達成されるように発振
   ビームの少なくとも一成分における偏光分布を９０度だ
   け回転させるための手段を備えていることを特徴とする
   レーザビームを発生させる装置。 １４、出力結合器と増幅手段との間に設けられ、増幅手
   段における熱的レンズ作用を補償するための手段を更ら
   に備えていることを特徴とする請求項１３記載の装置。 １５、回転手段は発振器ゲイン媒体と出力結合器との間
   に設けられていることを特徴とする請求項１３記載の装
   置。 １６、回転手段は出力結合器と増幅手段との間に設けら
   れていることを特徴とする請求項１３記載の装置。 １７、発振器ゲイン媒体はＮｄ：ＹＡＧよりなることを
   特徴とする請求項１３記載の装置。 １８、増幅手段はＮｄ：ＹＡＧよりなることを特徴とす
   る請求項１３記載の装置。 １９、増幅手段はＮｄ：ＹＡＧよりなることを特徴とす
   る請求項１３記載の装置。 ２０、発振器ゲイン媒体における応力複屈折は熱誘発さ
   れることを特徴とする請求項１３記載の装置。 ２１、発振器ゲイン媒体における応力複屈折分布は円筒
   形状で対称であることを特徴とする請求項１３記載の装
   置。 ２２、レーザビームを受けるために光路に沿って設けら
   れ、レーザビームの調波を発生させるための手段を更ら
   に備えていることを特徴とする請求項１３記載の装置。 ２３、光路に沿って反射されて入射光を反射させる手段
   に差し向けられ、また発振器ゲイン媒体を通して戻され
   るように偏向手段に入射する注入播種ビームを供給する
   ための手段を更らに備えていることを特徴とする請求項
   １３記載の装置。