JPH04255283A - ２波長発振ｑスイッチｃｏ２ レーザ装置 - Google Patents
２波長発振ｑスイッチｃｏ２ レーザ装置Info
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- JPH04255283A JPH04255283A JP3657491A JP3657491A JPH04255283A JP H04255283 A JPH04255283 A JP H04255283A JP 3657491 A JP3657491 A JP 3657491A JP 3657491 A JP3657491 A JP 3657491A JP H04255283 A JPH04255283 A JP H04255283A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ同位体分離に代表
されるレーザを用いた光化学において要求される、同一
励起空間から同軸状に２波長で発振するパルスＣＯ２
レーザ光を得るためのＱスイッチＣＯ２ レーザ装置に
関する。
されるレーザを用いた光化学において要求される、同一
励起空間から同軸状に２波長で発振するパルスＣＯ２
レーザ光を得るためのＱスイッチＣＯ２ レーザ装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のＣＯ２ レーザ技術の飛躍的な進
歩に伴い、その応用分野は従来の単純な材料加工に留ま
らず新しい分野への展開が図られている。その代表的な
例としては、パルスＣＯ２ レーザ光によるレーザ同位
体分離などの光化学プロセスに用いられる光源、遠赤外
レーザの光励起用の光源などがある。ＣＯ２ レーザの
この様な分野への適用においては、一般に赤外多光子励
起過程が用いられることから、対象となる物質は多くの
場合において分子であり、レーザの特性としては高尖頭
出力を有するパルス波形が要求される。更に、物質の励
起準位間隙は高励起準位へ行く程狭くなって行くので、
赤外多光子励起を行う場合、その励起効率は単一波長で
共鳴励起するよりも共鳴波長を含んだ複数波長で励起し
た方が著しく改善されることが知られている。
歩に伴い、その応用分野は従来の単純な材料加工に留ま
らず新しい分野への展開が図られている。その代表的な
例としては、パルスＣＯ２ レーザ光によるレーザ同位
体分離などの光化学プロセスに用いられる光源、遠赤外
レーザの光励起用の光源などがある。ＣＯ２ レーザの
この様な分野への適用においては、一般に赤外多光子励
起過程が用いられることから、対象となる物質は多くの
場合において分子であり、レーザの特性としては高尖頭
出力を有するパルス波形が要求される。更に、物質の励
起準位間隙は高励起準位へ行く程狭くなって行くので、
赤外多光子励起を行う場合、その励起効率は単一波長で
共鳴励起するよりも共鳴波長を含んだ複数波長で励起し
た方が著しく改善されることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような用途に対応
するＣＯ２ レーザとして、従来から横方向励起大気圧
動作のパルスＴＥＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ Ｅｘ
ｃｉｔｅｄ Ａｔｍｏｓｐｂｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）ＣＯ２ レーザがある。単一のＴＥＡレーザ発振器
から複数波長での発振パルスを得る方法として、Ｓｏｖ
．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 誌Ｖ
ｏｌ．１５ Ｎｏ．５ ｐ６８９−６９１ （１９８５
）に、放電励起空間を３箇所に分けて、それぞれの空間
において回折格子によって別々の波長で共振させ、３波
長での発振パルスを得る方法が提案されている。ＴＥＡ
レーザにおいては、レーザ媒質が大気圧近傍であること
からレーザ媒質相互間の衝突確率が高く、それに起因す
るレーザ励起準位ならびに下準位内での回転準位緩和が
急速に起こり、その時定数は典型的にはレーザパルス幅
の１／１０以下である。そのためＴＥＡレーザを用いて
同じ放電励起空間から複数波長発振を得ようとすると、
色素レーザにおける現象と同様に、それぞれの発振波長
間での競合が発生し出力が不安定化するという問題点が
ある。上記の例においてはこの様な問題を回避するため
それぞれの発振波長に対応して別々の放電励起空間を利
用するものとしているわけであるが、この場合放電励起
空間全体を有効に利用することは出来ないため発振効率
が低下すると共に、発振光軸が同一でないという問題点
がある。特開平１−９６９７７号公報には多波長同期型
ＴＥＡＣＯ２ パルスレーザ発振方法が開示されている
。これは、同一のスイッチング素子で同期された複数の
レーザ励起チャンバー内に組成の異なるレーザガスを入
れ複数波長パルスの発振タイミングを揃えるものであり
、複数波長のレーザパルスを同一のタイミングで得るに
は有効な方法であるが、レーザ励起チャンバーを複数要
するため装置が大型化し、かつ同軸でのレーザ発振光が
得られないという問題点が有る。
するＣＯ２ レーザとして、従来から横方向励起大気圧
動作のパルスＴＥＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ Ｅｘ
ｃｉｔｅｄ Ａｔｍｏｓｐｂｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）ＣＯ２ レーザがある。単一のＴＥＡレーザ発振器
から複数波長での発振パルスを得る方法として、Ｓｏｖ
．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 誌Ｖ
ｏｌ．１５ Ｎｏ．５ ｐ６８９−６９１ （１９８５
）に、放電励起空間を３箇所に分けて、それぞれの空間
において回折格子によって別々の波長で共振させ、３波
長での発振パルスを得る方法が提案されている。ＴＥＡ
レーザにおいては、レーザ媒質が大気圧近傍であること
からレーザ媒質相互間の衝突確率が高く、それに起因す
るレーザ励起準位ならびに下準位内での回転準位緩和が
急速に起こり、その時定数は典型的にはレーザパルス幅
の１／１０以下である。そのためＴＥＡレーザを用いて
同じ放電励起空間から複数波長発振を得ようとすると、
色素レーザにおける現象と同様に、それぞれの発振波長
間での競合が発生し出力が不安定化するという問題点が
ある。上記の例においてはこの様な問題を回避するため
それぞれの発振波長に対応して別々の放電励起空間を利
用するものとしているわけであるが、この場合放電励起
空間全体を有効に利用することは出来ないため発振効率
が低下すると共に、発振光軸が同一でないという問題点
がある。特開平１−９６９７７号公報には多波長同期型
ＴＥＡＣＯ２ パルスレーザ発振方法が開示されている
。これは、同一のスイッチング素子で同期された複数の
レーザ励起チャンバー内に組成の異なるレーザガスを入
れ複数波長パルスの発振タイミングを揃えるものであり
、複数波長のレーザパルスを同一のタイミングで得るに
は有効な方法であるが、レーザ励起チャンバーを複数要
するため装置が大型化し、かつ同軸でのレーザ発振光が
得られないという問題点が有る。
【０００４】ＱスイッチＣＯ２ レーザから複数波長の
パルス発振光を得る構成として、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅ
ｍ．誌Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．１ ｐ８６−９４（１９８
５）に、Ｑスイッチ装置として回転ミラーを用い、それ
を二つの共振器で共用する構成のものが提案されている
。この方式では、複数波長で時間的に同期されたパルス
発振光を得ることが出来るが、放電チューブが複数必要
になり装置が大型化すること、二つの共振器で一つの回
転ミラーを共有するため、その光軸調整が著しく煩雑に
なり長時間の発振の安定性の確保が困難になること、更
に発振パルスは別々の共振器から得られるため同軸のパ
ルスレーザ光として得られない等の問題点がある。
パルス発振光を得る構成として、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅ
ｍ．誌Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．１ ｐ８６−９４（１９８
５）に、Ｑスイッチ装置として回転ミラーを用い、それ
を二つの共振器で共用する構成のものが提案されている
。この方式では、複数波長で時間的に同期されたパルス
発振光を得ることが出来るが、放電チューブが複数必要
になり装置が大型化すること、二つの共振器で一つの回
転ミラーを共有するため、その光軸調整が著しく煩雑に
なり長時間の発振の安定性の確保が困難になること、更
に発振パルスは別々の共振器から得られるため同軸のパ
ルスレーザ光として得られない等の問題点がある。
【０００５】本発明の目的は、レーザ同位体分離などの
光化学分野において要求される高尖頭出力を持った２波
長のパルスＣＯ２ レーザ光を同一の空間から同軸的に
得るために、装置を大型化することなく簡単な構成で、
廉価に、かつ長時間の安定稼働に耐え得る高い信頼性を
持ったＱスイッチＣＯ２ レーザ装置を提供することに
ある。
光化学分野において要求される高尖頭出力を持った２波
長のパルスＣＯ２ レーザ光を同一の空間から同軸的に
得るために、装置を大型化することなく簡単な構成で、
廉価に、かつ長時間の安定稼働に耐え得る高い信頼性を
持ったＱスイッチＣＯ２ レーザ装置を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｑスイッチに
よりＣＯ２ レーザよりパルスレーザ光を発生させるた
めの装置において、全反射鏡と、部分反射鏡からなる出
力ミラーで構成される第一の波長で発振するレーザ共振
器内に、第一の波長を透過させ第二の波長を反射させる
波長選択性を有する二色性コーティングを施したミラー
を挿入し、該ミラーと第一の波長の共振器の出力ミラー
で第二の波長の共振器を構成することで、同一励起空間
から同軸的に２波長で発振するパルスレーザ光を取り出
し得るＱスイッチＣＯ２ レーザ装置である。
よりＣＯ２ レーザよりパルスレーザ光を発生させるた
めの装置において、全反射鏡と、部分反射鏡からなる出
力ミラーで構成される第一の波長で発振するレーザ共振
器内に、第一の波長を透過させ第二の波長を反射させる
波長選択性を有する二色性コーティングを施したミラー
を挿入し、該ミラーと第一の波長の共振器の出力ミラー
で第二の波長の共振器を構成することで、同一励起空間
から同軸的に２波長で発振するパルスレーザ光を取り出
し得るＱスイッチＣＯ２ レーザ装置である。
【０００７】
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。図３はＣＯ２
レーザのエネルギ準位を説明するためにそのレーザ励
起準位と下準位のみについて簡略化して示した説明図で
ある。ＣＯ２ 分子は対称伸縮モードｎ１ 、屈曲モー
ドｎ２ 、非対称伸縮モードｎ３ の３つの振動モード
を有し、そのエネルギ準位は（ｎ１ ｎ ｍ２ ｎ
３）で表される。ＣＯ２ レーザの代表的な発振ライン
である１０．４μｍ帯、９．４μｍ帯での発振は、（０
００ １）準位中の回転準位を上準位とし、それ
ぞれ（１ ０００）準位、（０ ２０ ０）準位
中の回転準位への遷移としてレーザ発振が得られる。そ
れぞれの振動準位には多数の回転準位が存在するため多
数の発振ラインが存在する。ここで回転準位の緩和速度
は振動準位の緩和速度に比べてかなり速く、レーザガス
の圧力に比例して大きくなる。従ってＴＥＡレーザのご
とく大気圧近傍で動作するレーザにおいては、レーザパ
ルスの立ち上がり時点において回転準位間の緩和が起き
るため、単一波長で発振させる際は効率の良い動作とな
るが、同一空間から複数の波長の遷移を得ようとすると
それぞれの遷移間で競合が発生し発振が不安定になる。 しかるにＱスイッチ発振に用いられるレーザガス圧力は
数１０ｔｏｒｒ程度である。 この程度の圧力状況においても連続波動作を行おうとす
ると上記と同様な複数の遷移間での競合が発生するが、
典型的なＱスイッチパルス幅（１００〜３００ｎｓｅｃ
）の時間幅においては、回転準位緩和は完全には終了し
ないので同一空間から異なる遷移による複数の波長を安
定して取り出すことが可能となる。
レーザのエネルギ準位を説明するためにそのレーザ励
起準位と下準位のみについて簡略化して示した説明図で
ある。ＣＯ２ 分子は対称伸縮モードｎ１ 、屈曲モー
ドｎ２ 、非対称伸縮モードｎ３ の３つの振動モード
を有し、そのエネルギ準位は（ｎ１ ｎ ｍ２ ｎ
３）で表される。ＣＯ２ レーザの代表的な発振ライン
である１０．４μｍ帯、９．４μｍ帯での発振は、（０
００ １）準位中の回転準位を上準位とし、それ
ぞれ（１ ０００）準位、（０ ２０ ０）準位
中の回転準位への遷移としてレーザ発振が得られる。そ
れぞれの振動準位には多数の回転準位が存在するため多
数の発振ラインが存在する。ここで回転準位の緩和速度
は振動準位の緩和速度に比べてかなり速く、レーザガス
の圧力に比例して大きくなる。従ってＴＥＡレーザのご
とく大気圧近傍で動作するレーザにおいては、レーザパ
ルスの立ち上がり時点において回転準位間の緩和が起き
るため、単一波長で発振させる際は効率の良い動作とな
るが、同一空間から複数の波長の遷移を得ようとすると
それぞれの遷移間で競合が発生し発振が不安定になる。 しかるにＱスイッチ発振に用いられるレーザガス圧力は
数１０ｔｏｒｒ程度である。 この程度の圧力状況においても連続波動作を行おうとす
ると上記と同様な複数の遷移間での競合が発生するが、
典型的なＱスイッチパルス幅（１００〜３００ｎｓｅｃ
）の時間幅においては、回転準位緩和は完全には終了し
ないので同一空間から異なる遷移による複数の波長を安
定して取り出すことが可能となる。
【０００８】図４は本発明の構成を説明するための模式
図である。同図（ａ）は、第一の波長（例えば９．４μ
ｍ帯の一つの波長）で発振を得るための共振器構成図で
あり、回折格子１は波長を選択するための全反射鏡とし
て動作し、部分反射鏡からなる出力ミラー２から第一の
波長の発振レーザビーム９が取り出される。同図（ｂ）
は、第二の波長（例えば１０．４μｍ帯の一つの波長）
で発振を得るための共振器構成図であり、第一の波長を
透過させ第二の波長を反射させる波長選択性を有する二
色性コーティングを施したミラー３が第二の波長に対す
る全反射鏡として動作し、部分反射鏡からなる出力ミラ
ー２から第二の波長の発振レーザビーム１０が取り出さ
れる。同図（ｃ）は（ａ），（ｂ）を合成することによ
り本発明の構成を説明した模式図である。第一の波長の
共振においては同図（ａ）に比べて二色性コーティング
を施したミラー３が挿入されたことになるが、ミラー３
の第一の波長に対する反射率は極力抑えられているので
若干の損失を伴うだけで発振は維持される。第二の波長
の共振においては、同図（ｂ）の共振器構成と全く同じ
であり、かつ前述のごとく第一の波長と競合することも
無いので安定した発振が得られる。以上のごとく二つの
波長に対する共振系は同一の出力ミラー２を共有する構
成となっているので、同一励起空間から同軸的に２波長
で発振するパルスレーザ光９，１０を得ることが可能と
なる。
図である。同図（ａ）は、第一の波長（例えば９．４μ
ｍ帯の一つの波長）で発振を得るための共振器構成図で
あり、回折格子１は波長を選択するための全反射鏡とし
て動作し、部分反射鏡からなる出力ミラー２から第一の
波長の発振レーザビーム９が取り出される。同図（ｂ）
は、第二の波長（例えば１０．４μｍ帯の一つの波長）
で発振を得るための共振器構成図であり、第一の波長を
透過させ第二の波長を反射させる波長選択性を有する二
色性コーティングを施したミラー３が第二の波長に対す
る全反射鏡として動作し、部分反射鏡からなる出力ミラ
ー２から第二の波長の発振レーザビーム１０が取り出さ
れる。同図（ｃ）は（ａ），（ｂ）を合成することによ
り本発明の構成を説明した模式図である。第一の波長の
共振においては同図（ａ）に比べて二色性コーティング
を施したミラー３が挿入されたことになるが、ミラー３
の第一の波長に対する反射率は極力抑えられているので
若干の損失を伴うだけで発振は維持される。第二の波長
の共振においては、同図（ｂ）の共振器構成と全く同じ
であり、かつ前述のごとく第一の波長と競合することも
無いので安定した発振が得られる。以上のごとく二つの
波長に対する共振系は同一の出力ミラー２を共有する構
成となっているので、同一励起空間から同軸的に２波長
で発振するパルスレーザ光９，１０を得ることが可能と
なる。
【０００９】次に、二色性ミラーコーティングについて
説明する。図５は、ＺｎＳｅ基板にコーティングを施す
ことで、１０．６μｍ近傍で高反射率を有し９．５μｍ
近傍で高透過率を実現するべく設計したミラーの光透過
率の波長依存性の計算値を示したものである。図から明
らかなごとく第一の波長に相当する９．５μｍでは９９
％以上の透過率が実現可能であり、第二の波長に相当す
る１０．６μｍでは９０％以上の反射率を持たせること
ができる。この設計においては、第二の波長に対する反
射率はこの程度が限界であった。これは第二の波長の発
振において二色性ミラー３から回折格子１の方へ１０％
以下の損失があることを意味するが、一般のＣＯ２レー
ザにおける出力ミラー２の透過率（３０％〜７０％）に
比べると充分に低い損失であるので、第二の波長の発振
の阻害要因にはならない。
説明する。図５は、ＺｎＳｅ基板にコーティングを施す
ことで、１０．６μｍ近傍で高反射率を有し９．５μｍ
近傍で高透過率を実現するべく設計したミラーの光透過
率の波長依存性の計算値を示したものである。図から明
らかなごとく第一の波長に相当する９．５μｍでは９９
％以上の透過率が実現可能であり、第二の波長に相当す
る１０．６μｍでは９０％以上の反射率を持たせること
ができる。この設計においては、第二の波長に対する反
射率はこの程度が限界であった。これは第二の波長の発
振において二色性ミラー３から回折格子１の方へ１０％
以下の損失があることを意味するが、一般のＣＯ２レー
ザにおける出力ミラー２の透過率（３０％〜７０％）に
比べると充分に低い損失であるので、第二の波長の発振
の阻害要因にはならない。
【００１０】なお図４においては第一の波長に対する全
反射鏡として回折格子１を使用する例を示したが、二色
性ミラー３の第一の波長近傍における透過特性が図５に
示したごとく急峻な場合には、金属ミラーもしくはコー
ティングが施されたミラー等の波長選択性を持たない単
純な全反射ミラーで置き換えることも可能である。また
、図５においては二つの波長として１０．６μｍと９．
５μｍの値を選択した例を示したが、二色性ミラーのコ
ーティングが実現できる領域においてどの様な組合せを
とることも可能であることは言うまでもない。Ｑスイッ
チ装置としては、レーザパルス幅をなるべく短くするた
めＱスイッチング速度が速く、耐久性が高く、共振器ア
ライメントの長時間安定性が確保できるのが良いことか
ら、回転チョッパー方式が最も好ましいが、一般に用い
られているＣｄＴｅ等の電気光学効果を利用した素子、
回転ミラー、ファブリペロエタロンのいずれであっても
よい。更に、放電励起源としては、一般に用いられてい
る直流電源、高周波交流電源のいずれでもよく、放電形
態としてはＱスイッチパルス幅を短くするという観点で
Ｑスイッチに同期されたパルス放電が好ましいが、連続
波放電であってもよい。
反射鏡として回折格子１を使用する例を示したが、二色
性ミラー３の第一の波長近傍における透過特性が図５に
示したごとく急峻な場合には、金属ミラーもしくはコー
ティングが施されたミラー等の波長選択性を持たない単
純な全反射ミラーで置き換えることも可能である。また
、図５においては二つの波長として１０．６μｍと９．
５μｍの値を選択した例を示したが、二色性ミラーのコ
ーティングが実現できる領域においてどの様な組合せを
とることも可能であることは言うまでもない。Ｑスイッ
チ装置としては、レーザパルス幅をなるべく短くするた
めＱスイッチング速度が速く、耐久性が高く、共振器ア
ライメントの長時間安定性が確保できるのが良いことか
ら、回転チョッパー方式が最も好ましいが、一般に用い
られているＣｄＴｅ等の電気光学効果を利用した素子、
回転ミラー、ファブリペロエタロンのいずれであっても
よい。更に、放電励起源としては、一般に用いられてい
る直流電源、高周波交流電源のいずれでもよく、放電形
態としてはＱスイッチパルス幅を短くするという観点で
Ｑスイッチに同期されたパルス放電が好ましいが、連続
波放電であってもよい。
【００１１】
【実施例】図１に本発明に係わる２波長発振Ｑスイッチ
ＣＯ２ レーザ装置の一実施例を示す。放電チューブ４
は、高速軸流型高周波交流放電タイプのものであり、Ｃ
Ｏ２ ，Ｎ２ ，Ｈｅの混合ガスからなる全圧５０ｔｏ
ｒｒのレーザガスが図示されないルーツブロワーによっ
て２００ｍ／ｓｅｃの線速度でレーザ光軸方向に循環す
る。放電チューブの内径は１８ｍｍであり、グロー放電
は光軸と直交方向で起こり、放電注入電力の最大値は１
０ｋＷ、放電パルス変調の最大繰り返し周波数は１０ｋ
Ｈｚである。２枚の集光レンズ６は、波長１０μｍ帯で
広帯域の無反射コートが施された焦点距離２００ｍｍの
ＺｎＳｅ製レンズであり、共焦点条件で設置されテレス
コープとして動作する。回転チョッパー７は、Ｑスイッ
チ装置であり直径１６０ｍｍの円板の周上に幅２ｍｍの
切り欠きを１２個有し、最大回転速度７０，０００ｒｐ
ｍで回転するものであり、前記テレスコープの共焦点位
置に設置されている。 ＺｎＳｅ全透過ウィンドウ５は低圧レーザガスと大気と
を遮断するために設けられた窓材であり波長１０μｍ帯
で広帯域の無反射コートが施されている。回折格子１は
１５０本／ｍｍでブレーズされたものであり、出力ミラ
ー２との間で波長９．５４μｍ（９Ｐ（１８））で共振
するように調整されている。出力ミラー２は、波長９．
５４μｍ、１０．６μｍの双方で３５％の反射率を有す
るものである。二色性ミラー３は第５図に示された設計
の下に製作されたＺｎＳｅミラーであり、波長９．５４
μｍでの透過率は９５％、波長１０．６μｍでの反射率
は９２％のものである。二色性ミラー３は低圧レーザガ
スと大気とを遮断するための窓材を兼ねて放電チューブ
４の端面に設置され、その角度は出力ミラー２を基準と
して波長１０．６μｍ（１０Ｐ（２０））で共振するよ
うに調整されている。以上の構成においてパルス繰り返
し周波数１０ｋＨｚ でＱスイッチ発振を行った結果、
９Ｐ（１８）、１０Ｐ（２０）の二本の発振ラインでほ
ぼ同じ出力比を持ったレーザパルスが安定に、全エネル
ギ４０ｍＪ、パルス半値幅１００ｎｓｅｃで得られた。 図２に本発明に係わる２波長発振ＱスイッチＣＯ２ レ
ーザ装置のその他の実施例を示す。この実施例において
は、図１の回折格子１を金コートを施した銅ミラー８に
変更し、その他の構成は図１と全く同じものである。こ
の構成でパルス繰り返し周波数１０ｋＨｚ でＱスイッ
チ発振を行った結果、第一の波長が９Ｐブランチにおけ
る最も遷移確率の大きい９Ｐ（２０）、（９．５５μｍ
）にシフトしたが、回折格子による損失が無くなった結
果、９Ｐ（２０）、１０Ｐ（２０）の二本の発振ライン
でほぼ同じ出力比を持ったレーザパルスが安定に、全エ
ネルギ５０ｍＪ、パルス半値幅１００ｎｓｅｃで得られ
た。
ＣＯ２ レーザ装置の一実施例を示す。放電チューブ４
は、高速軸流型高周波交流放電タイプのものであり、Ｃ
Ｏ２ ，Ｎ２ ，Ｈｅの混合ガスからなる全圧５０ｔｏ
ｒｒのレーザガスが図示されないルーツブロワーによっ
て２００ｍ／ｓｅｃの線速度でレーザ光軸方向に循環す
る。放電チューブの内径は１８ｍｍであり、グロー放電
は光軸と直交方向で起こり、放電注入電力の最大値は１
０ｋＷ、放電パルス変調の最大繰り返し周波数は１０ｋ
Ｈｚである。２枚の集光レンズ６は、波長１０μｍ帯で
広帯域の無反射コートが施された焦点距離２００ｍｍの
ＺｎＳｅ製レンズであり、共焦点条件で設置されテレス
コープとして動作する。回転チョッパー７は、Ｑスイッ
チ装置であり直径１６０ｍｍの円板の周上に幅２ｍｍの
切り欠きを１２個有し、最大回転速度７０，０００ｒｐ
ｍで回転するものであり、前記テレスコープの共焦点位
置に設置されている。 ＺｎＳｅ全透過ウィンドウ５は低圧レーザガスと大気と
を遮断するために設けられた窓材であり波長１０μｍ帯
で広帯域の無反射コートが施されている。回折格子１は
１５０本／ｍｍでブレーズされたものであり、出力ミラ
ー２との間で波長９．５４μｍ（９Ｐ（１８））で共振
するように調整されている。出力ミラー２は、波長９．
５４μｍ、１０．６μｍの双方で３５％の反射率を有す
るものである。二色性ミラー３は第５図に示された設計
の下に製作されたＺｎＳｅミラーであり、波長９．５４
μｍでの透過率は９５％、波長１０．６μｍでの反射率
は９２％のものである。二色性ミラー３は低圧レーザガ
スと大気とを遮断するための窓材を兼ねて放電チューブ
４の端面に設置され、その角度は出力ミラー２を基準と
して波長１０．６μｍ（１０Ｐ（２０））で共振するよ
うに調整されている。以上の構成においてパルス繰り返
し周波数１０ｋＨｚ でＱスイッチ発振を行った結果、
９Ｐ（１８）、１０Ｐ（２０）の二本の発振ラインでほ
ぼ同じ出力比を持ったレーザパルスが安定に、全エネル
ギ４０ｍＪ、パルス半値幅１００ｎｓｅｃで得られた。 図２に本発明に係わる２波長発振ＱスイッチＣＯ２ レ
ーザ装置のその他の実施例を示す。この実施例において
は、図１の回折格子１を金コートを施した銅ミラー８に
変更し、その他の構成は図１と全く同じものである。こ
の構成でパルス繰り返し周波数１０ｋＨｚ でＱスイッ
チ発振を行った結果、第一の波長が９Ｐブランチにおけ
る最も遷移確率の大きい９Ｐ（２０）、（９．５５μｍ
）にシフトしたが、回折格子による損失が無くなった結
果、９Ｐ（２０）、１０Ｐ（２０）の二本の発振ライン
でほぼ同じ出力比を持ったレーザパルスが安定に、全エ
ネルギ５０ｍＪ、パルス半値幅１００ｎｓｅｃで得られ
た。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の２波長発
振ＱスイッチＣＯ２レーザ装置によれば、単一のレーザ
放電チューブを用い簡便な構成にて、２波長のＣＯ２
レーザパルスを同一の放電励起空間を用い同軸的に取り
出すことができるので、廉価に高性能で高信頼性を持っ
た発振装置を構築できる利点を有する。
振ＱスイッチＣＯ２レーザ装置によれば、単一のレーザ
放電チューブを用い簡便な構成にて、２波長のＣＯ２
レーザパルスを同一の放電励起空間を用い同軸的に取り
出すことができるので、廉価に高性能で高信頼性を持っ
た発振装置を構築できる利点を有する。
【図１】本発明の２波長発振ＱスイッチＣＯ２ レーザ
装置の一実施例を示す構成図である。
装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】ＣＯ２ レーザのエネルギ準位を説明するため
の模式図である。
の模式図である。
【図４】本発明の構成を説明するための模式図で（ａ）
は第一の波長の発振のための共振器構成図、（ｂ）は第
二の波長の発振のための共振器構成図、（ｃ）は（ａ）
、（ｂ）を合成した構成図を示したものである。
は第一の波長の発振のための共振器構成図、（ｂ）は第
二の波長の発振のための共振器構成図、（ｃ）は（ａ）
、（ｂ）を合成した構成図を示したものである。
【図５】二色性コーティングミラーの光透過率の波長依
存性を計算した結果を示した説明図である。
存性を計算した結果を示した説明図である。
１ 回折格子
２ 出力ミラー
３ 二色性コーティングミラー
４ 放電チューブ
５ 全透過ウィンドウ
６ 集光レンズ
７ 回転チョッパー
８ 全反射金属ミラー
９ 第一の波長のレーザビーム
Claims (5)
- 【請求項１】 ＱスイッチによりＣＯ２ レーザより
パルスレーザ光を発生させるための装置において、全反
射鏡と、部分反射鏡からなる出力ミラーで構成される第
一の波長で発振するレーザ共振器内に、第一の波長を透
過させ第二の波長を反射させる波長選択性を有する二色
性コーティングを施したミラーを挿入し、該ミラーと第
一の波長の共振器の出力ミラーで第二の波長の共振器を
構成することで、同一励起空間から同軸的に２波長で発
振するパルスレーザ光を得ることを特徴とする２波長発
振ＱスイッチＣＯ２ レーザ装置。 - 【請求項２】 第一の波長の共振器の全反射鏡が回折
格子である請求項１記載の２波長発振ＱスイッチＣＯ２
レーザ装置。 - 【請求項３】 第一の波長の共振器の全反射鏡が金属
ミラーもしくはコーティングが施されたミラーである請
求項１記載の２波長発振ＱスイッチＣＯ２ レーザ装置
。 - 【請求項４】 レーザ共振器内に置かれるＱスイッチ
装置が回転チョッパー、電気光学素子、回転ミラー、フ
ァブリペロエタロンのいずれかである請求項１記載の２
波長発振ＱスイッチＣＯ２ レーザ装置。 - 【請求項５】 ＣＯ２ レーザの放電励起に用いる電
源が直流もしくは交流電源であり、放電形態が連続波状
もしくはＱスイッチに同期されたパルス放電のいずれか
である請求項１記載の２波長発振ＱスイッチＣＯ２ レ
ーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3657491A JP2928838B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | ２波長発振ｑスイッチｃｏ２ レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3657491A JP2928838B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | ２波長発振ｑスイッチｃｏ２ レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04255283A true JPH04255283A (ja) | 1992-09-10 |
| JP2928838B2 JP2928838B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=12473542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3657491A Expired - Lifetime JP2928838B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | ２波長発振ｑスイッチｃｏ２ レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2928838B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07283465A (ja) * | 1994-04-12 | 1995-10-27 | Nippon Steel Corp | Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置 |
| JP6652684B1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-02-26 | 三菱電機株式会社 | レーザ装置 |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP3657491A patent/JP2928838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07283465A (ja) * | 1994-04-12 | 1995-10-27 | Nippon Steel Corp | Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置 |
| JP6652684B1 (ja) * | 2018-10-10 | 2020-02-26 | 三菱電機株式会社 | レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2928838B2 (ja) | 1999-08-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990406 |