JPH04192574A - 周波数掃引レーザ装置 - 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、レーザ光の発振スペクトルが照射対象粒子
（以下、単に照射対象という）の光吸収スペクトル幅を
覆うようにした周波数掃引レーザ装置に関し、特に周波
数掃引後のレーザ光の増幅効率を向上させた周波数掃引
レーザ装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、色素レーザ媒質を用いたレーザ光は、可視領域
を中心とする前後の紫外領域及び近赤外領域で連続的に
波長を変更できるため、分光学の分野で用いられており
、例えば、照射対象が有する光の吸収作用を利用して照
射対象の選択励起又は同位体分離等に用いられている。

このとき、照射対象の光吸収特性は、光の周波数に対し
である程度の幅を有しているので、高効率な選択励起を
行うためには、照射対象の光吸収スペクトルを十分に覆
う発振スペクトルからなるレーザ光が要求される。

従来より、周波数掃引された色素レーザ光は、第２図の
ような照射対象の光吸収スペクトルを覆うことにより、
照射対象のエネルギ状態において断熱反転を作ることが
でき、特に高効率な選択励起及び同位体分離ができるた
め、ウラン濃縮用等に用いられている。

第３図は、例えばバイク他（Ｐｉｋｅ　ｅｔ　ａｌ）に
よる米国特許第４，６３６，２８７号明細書に記載され
た、従来の周波数掃引レーザ装置を示す構成図である。

図において、（１０）は狭スペクトル幅のレーザ光Ｌ１
を放射するレーザ発振器であり、例えば、ＣＷ（連続発
振）タイプの色素レーザ媒質（１１）と、色素レーザ媒
質（１１）と同軸上に配列された波長選択素子（１２）
と、色素レーザ媒質（１１）及び波長選択素子（１２）
を両側から挟み込むように配置された全反射ミラー（１
３）及び部分反射ミラー（１４）とを備えている。

波長選択素子（１２）は、例えば、複屈折フィルタ、エ
タロン、回折格子等で構成されており、必要に応じて設
けられている。

（２０）はレーザ発振器（１０）を励起するための励起
レーザであり、例えばエキシマレーザやアルゴンレーザ
等の励起レーザ光ＬＯを色素レーザ媒質（１１）に放射
するようになっている。更に、励起レーザ（２０）は、
銅蒸気レーザ、窒素レーザ、ＹＡＧレーザの高調波、フ
ラッシュランプなど１色素レーザ媒質（１１）を励起で
きるものであれば何を用いてもよい。

（３０）はレーザ発振器（１０）から放射されたレーザ
光Ｌ１の周波数を掃引するための周波数掃引手段であり
、レーザ光Ｌ１が通過するように配置された結晶（３１
）と、結晶（３１）に電圧信号Ｅを印加するための電力
増幅器（３２）とを備えている。

結晶（３１）は、電気光学素子からなり、例えば、Ｌｉ
Ｎｂ０．、ＬｉＴａＯ５、ＫＤＰ、＾ＤＰ、　ＤＫＤＰ
、ＤＡＤＰ等で構成されている。又、電力増幅器（３２
）は、半導体素子からなり直接スイッチングできるよう
になっている。

（４０）は電力増幅器（３２）を駆動するための周波数
信号を生成する発振器である。

（５０）は周波数掃引手段（３０）を介したレーザ光Ｌ
２を増幅するためのレーザ増幅手段であり、レーザ光Ｌ
２が通過するように配置された色素溶液等からなるレー
ザ増幅媒質（５１）と、レーザ増幅媒質（５１）を励起
するための増幅用励起源（５２）とを備えている。

増幅用励起源（５２）は、例えば、銅蒸気レーザ、エキ
シマレーザ、アルゴンレーザ、クリプトンレーザ、窒素
レーザ、ＹＡＧレーザの高調波、又は、フラッシュラン
プ等から構成されており、レーザ増幅媒質（５１）を励
起できるものなら何でもよい。

Ｌ３は周波数掃引され且つ増幅されて最終的に出力され
るレーザ光である。

（６０）は発振器（４０）に接続された検波器であり、
発振器（４０）と共にタイミング制御手段を構成し、レ
ーザ光Ｌ２の増幅タイミングを周波数掃引タイミングに
同期させている。

次に、周波数掃引状態を示す第２図の説明図を参照しな
がら、第３図に示した従来の周波数掃引レーザ装置の動
作について説明する。

レーザ発振器（１０）内の色素レーザ媒質（１１）は、
励起レーザ（２０）からの励起レーザ光ＬＯにより励起
され、波長選択素子（１２）、全反射ミラー（１３）及
び部分反射ミラー（１４）により、単一の縦モードのス
ペクトルで発振する。

レーザ発振器（１０）から放射されたレーザ光Ｌ１は、
周波数掃引手段（３０）内の結晶（３１）を通過する。

このとき、結晶（３１）には、発振器（４０）の周波数
（例えば、数ｋＨｚ）で駆動される電力増幅器（３２）
により、所定振幅及び所定周波数の電圧信号Ｅが印加さ
れている。従って、結晶（３１）の屈折率が変化し、こ
れにより、レーザ光Ｌ１は位相変調を受けて、第４図の
矢印のように周波数が掃引され、照射対象の光吸収スペ
クトル（第２図参照）を覆うようなレーザ光Ｌ２となる
。このときのレーザ光Ｌ２の周波数掃引量は、結晶（３
１）の大きさ、並びに、電圧信号Ｅの立ち上がり速度即
ち電力増幅器（３２）の容量に比例する。

こうして周波数掃引されたレーザ光Ｌ２は、続いて、レ
ーザ増幅手段（５０）内のレーザ増幅媒質（５１）を通
過する。このとき、レーザ増幅媒質（５１）は増幅用励
起源（５２）により励起されており、増幅用励起源（５
２）は、発振器（４０）の周波数信号を検波した検波器
（６０）の出力により発光タイミングが制御されている
。従って、レーザ光Ｌ２は、周波数掃引と同期して、線
形掃引に近い部分がレーザ増幅媒質（５１）により増幅
され、最終的なレーザ光Ｌ３となって出力される。

ところで、周波数掃引手段（３０）内の結晶（３０）及
びレーザ増幅手段（５０）内のレーザ増幅媒質（５１）
は入射レーザ光Ｌｌ及びＬ２に対してそれぞれ偏光特性
を有している。従って、レーザ光Ｌｌ及びＬ２が最適な
偏光特性に設定されていない場合、結晶（３１）及びレ
ーザ増幅媒質（５１）は、十分に周波数掃引機能及び増
幅機能を達成することができない。

そこで、通常、結晶（３１）のレーザ光入射側には偏光
素子（図示せず）が配置されており、レーザ光Ｌ１が結
晶（３１）に対して最適な偏光特性となるように設定さ
れている。しかしながら、レーザ増幅媒質（５１）の入
射側に対しては何ら対策がとられていないため、レーザ
増幅媒質（５１）の設置誤差等により最適な偏光特性に
設定されない場合、レーザ光Ｌ２を十分に増幅できない
おそれがある。特に、結晶（３１）を通過したレーザ光
Ｌ２は、偏光方向が回転されているため、レーザ光Ｌ２
に対してレーザ増幅媒質（５１）を最適に設置すること
は困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の周波数掃引レーザ装置は以上のように、周波数掃
引手段（３０）からのレーザ光Ｌ２をレーザ増幅手段（
５０）に直接入射しているので、増幅効率が低下すると
いう問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、レーザ増幅効率を向上させてレーザ光の出力
を十分に確保できる周波数掃引レーザ装置を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る周波数掃引レーザ装置は、周波数掃引手
段とレーザ増幅手段との間に偏光素子を挿入したもので
ある。

［作用］ この発明においては、偏光素子によりレーザ光の偏光方
向を回転させ、レーザ増幅手段に入射されるレーザ光の
偏光特性を最適に設定する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、（１０）
〜（６０）は前述と同様のものである。

増幅タイミングを制御する検波器（６０）は、遅延回路
で構成されてもよい。

（７０）は周波数掃引手段（３０）内の結晶（３１）と
レーザ増幅手段（５０）内のレーザ増幅媒質（５１）と
の間に挿入された偏光素子であり、水晶板又は雲母板な
ど（レーザ光Ｌ２の波長λに対して１／４の回転補正を
行うλ／４板の組み合わせ）から構成されている。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

レーザ励起源（２０）からの励起用レーザ光ＬＯにより
励起されたレーザ発振器（１０）は、前述と同様に狭ス
ペクトル幅で例えば単一縦モードのレーザ光Ｌ１を放射
し、周波数掃引手段（３０）は、結晶（３１）を介して
レーザ光Ｌ１の周波数を第４図の矢印のように掃引する
。

周波数掃引されたレーザ光Ｌ２は、偏光素子（７０）を
通過することにより偏光方向が補正され、レーザ増幅媒
質（５１）に対して最適な偏光特性に設定される。こう
して偏光特性が調整されたレーザ光Ｌ２は、レーザ増幅
手段（５０）内のレーザ増幅媒質（５１）を通過して増
幅され、最終的なレーザ光Ｌ３となって放射される。

このとき、レーザ増幅手段（５ｏ）に入射されるレーザ
光Ｌ２の偏光特性は、レーザ増幅媒質（５１）に対して
最適となるように補正されているので、レーザ増幅手段
（５０）の増幅効率が向上し、小数の増幅段により大出
力のレーザ光Ｌ３を得ることができる。

従って、小形のレーザ増幅手段（５０）を用いて、照射
対象に対して高効率の選択励起又は同位体分離を行うと
共に、照射対象の光吸収スペクトルを覆い、照射対象の
エネルギ状態において断熱反転状態を作り出すことがで
きる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、周波数掃引手段とレー
ザ増幅手段との間に偏光素子を挿入して、周波数掃引さ
れたレーザ光の偏光方向を回転補正し、レーザ増幅手段
に入射されるレーザ光の偏光特性を最適に設定したので
、レーザ増幅効率が向上し、小形で大出力のレーザ光を
放射可能な周波数掃引レーザ装置が得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は一
般的な照射対象の光吸収スペクトルを示す説明図、第３
図は従来の周波数掃引レーザ装置を示す構成図、第４図
は一般的な周波数掃引状態を示す説明図である。 （１０）・・・レーザ発振器　　（３０）・・・周波数
掃引手段（３１）・・・結晶　　　　　　（５０）・・
・レーザ増幅手段（５１）・・・レーザ増幅媒質　（７
０）・・・偏光素子Ｌ１〜Ｌ３・・・レーザ光　　　Ｅ
・・・電圧信号面、図中、同一符号は同−又は相当部分
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　狭スペクトル幅のレーザ光を放射するレーザ発振器と
   、 前記レーザ光が通過するように配置された結晶を含み、
   この結晶に電圧信号を印加したときの位相変調により前
   記レーザ光の周波数を掃引するための周波数掃引手段と
   、 この周波数掃引手段を介したレーザ光が通過するように
   配置されたレーザ増幅媒質を含み、周波数掃引された前
   記レーザ光を増幅するためのレーザ増幅手段とを備えた
   周波数掃引レーザ装置において、 前記周波数掃引手段と前記レーザ増幅手段との間に偏光
   素子を挿入し、 前記レーザ増幅手段に入射されるレーザ光の偏光特性を
   最適に設定したことを特徴とする周波数掃引レーザ装置
   。