JPH0482069B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 活性媒体と、レーザ出力を生成するために前
記活性媒体を励起する手段と、プリズムにより構
成されたＱスイツチと、このプリズムを回転させ
る手段と、第１および第２の共振器ミラーとを備
えているレーザ装置を具備し、 前記活性媒体と前記プリズムは前記第１および
第２の共振器ミラーの間に配置され、 前記第１および第２の共振器ミラーは互いに整
列して前記活性媒体および前記プリズムを通る光
路を定めるように配置され、 前記プリズムは１以上の内部反射表面を具備
し、前記光路の光はプリズムの各回転毎に１回こ
の内部反射表面において臨界角で反射されて内部
反射角度がこの臨界角を通つて変化されるとき内
部反射と関係した光学的損失が変化されることを
特徴とするパルスレーザ装置の出力制御装置。 ２ 前記レーザ装置はCO₂TEAレーザであり、
前記プリズムを回転させる手段はＱスイツチのプ
リズムに結合されてプリズムが回転されて臨界角
になつたとき光の損失を高い損失からほぼゼロに
切替え、活性媒体の励起と臨界角を通過するプリ
ズムの回転角度との間の時間関係を、レーザパル
スが活性媒体の最大利得付近で発生されるように
調整する請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記レーザ装置はCO₂TEAレーザであり、
前記プリズムを回転させる手段はＱスイツチのプ
リズムに結合されてプリズムが回転されて臨界角
になつたとき光の損失を高い損失からほぼゼロの
切替え、活性媒体の励起と臨界角を通過するプリ
ズムの回転角度との間の時間関係を、レーザに実
質的に損失がゼロの利得切替えを許容し、テイル
の最初の部分で高い損失に切替えることによつて
パルスのテイル部分を阻止するように調整する請
求項１記載の装置。 ４ 前記プリズムは入力および出力平面および２
個の平行な平面を具備し、レーザビームはこの２
個の平行な平面に対して実質上同じ臨界角で内部
反射される請求の範囲第１項記載の装置。 発明の背景 １ 発明の分野 この発明はCO₂TEAレーザとともに使用され
る回転プリズムＱスイツチに関するものであり、
この回転プリズムＱスイツチは、臨界角より小さ
い角に対する相当量の損失と臨界角に等しいある
いは臨界角より大きい角に対する０に近い損失の
間をスイツチするような光の損失を生成るために
臨界角の近くでの内部反射（全反射）の原理を利
用している。 ２ 従来技術 CO₂レーザは以前から使用されていて、連続あ
るいはパルスレーザビームを生成するために使用
される。CO₂レーザは平均出力が高く、同時にス
ペクトル純度と空間的なコヒーレントを高く保ち
続けることができる。放電は最も一般的な励起の
方法である。窒素とヘリウムを充填ガスに加える
ことによつて動作効率と出力は著しくに増加す
る。ヘリウムは端末レーザレベルの低下
（depopulation）を促進し、N₂は衝突によるエネ
ルギー転送によつてCO₂の分子を励起させる。放
電を助長するために連続波（以下CWという）励
起されたCO₂レーザは100トル程度の低い圧力で
動作される。 共振器内のレーザ光線路を阻止し、それによつ
てレーザの発振を阻止することによつて放電媒体
中にエネルギーを蓄積することが可能である。阻
止が突然取去られると、レーザからの出力は、平
均連続波発振出力より２〜３桁大きいピーク出力
の短い持続時間のパルスが発生する。この様な動
作のモードはＱスイツチングと呼ばれる。ガスが
CW放電によつて励起されるような曲型的な従来
技術の装置では、レーザ空洞ミラーの１つを回転
ミラーと取替えることによつてＱスイツチングが
行われる。回転ミラーが反対側の静止ミラーと整
列するごとにレーザパルスが生成される。 CO₂レーザからの高いピーク出力のパルスを生
成するもつと効果的な方法は、より高い圧力でガ
ス媒体のパルス化された高圧放電を利用すること
である。この方法は CO₂TEA（トランスバーサル励起された大気中
の）レーザと呼ばれ、そのレーザ内では気圧が１
気圧近くであり、放電の速度は大変速く、光線軸
に対して横方向である。より高い圧力で動作する
ことによつて、励起されたCO₂分子の密度が高く
なり、それに比例して最大出力が大きくなる。よ
り高い圧力で放電させることの困難さは、横方向
の放電路の長さを短くすることによつて解消され
る。CO₂TEAレーザの高いピーク出力はＱスイ
ツチによつて達成されのではなく、利得をレーザ
パルスより速くする高速放電の結果による。この
方法は“利得スイツチング”と呼ばれる。 高速放電方法は多くのレーザの応用において好
ましいことではない。というのも、ピークの1/10
から1/4のパワーレベルでレーザ発振を維持する
ために最初のレーザパルスの後に十分な窒素の励
起を続けなければならない。通常“テイル”と言
われている主パルス後の出力エネルギーは曲型的
にエネルギーの半分以上を含み、数マイクロ秒続
く。レーザ測距器の応用では、テイルは受信機に
後方散乱され、このようにテイルが存在する数マ
イクロ秒の間受信機を“めくらにする”、つまり
テイルは許容できない状態になる。 テイルはＱスイツチを付加えることによつて除
去することができ、その場合Ｑスイツチは主パル
スのためにオンになり、それからテイルを阻止す
るためにオフになる。またＱスイツチはレーザパ
ルスが最大利得近くで発生するように、最初のス
イツチを開くのを遅らせることによつて最大の出
力を上げるように操作される。利得スイツチの行
われたレーザに対しては、レーザパルスの増大は
最大利得の前の発生することが十分に可能であ
り、そのためテイルエネルギーを上げることにな
る。 CO₂TEAレーザはたつた数マイクロ秒の間だ
け励起された状態であるから、ガス放電とＱスイ
ツチの開放との間の時間の遅れのに対して数百ナ
ノ秒のタイミングの正確さが要求される。これま
で、電気・光学的Ｑスイツチだけがこの様なタイ
ミングの正確さを与えることができた。しかしな
がら電気・光学的Ｑスイツチは、CO₂TEAレー
ザを使用するとコスト、複雑性、こわれやすさ、
レーザの損傷に敏感であること等重大な欠点があ
る。 発明の解決しようとする課題 この発明の目的は、共振器ミラーに駆動装置の
振動が伝達されてミラーが振動するおそれのある
回転ミラーを使用せず、比較的簡単な構成を有
し、正確なタイミングで動作するＱスイツチを備
えたパルスレーザ装置の出力制御装置を提供する
ことである。 課題解決のための手段 この発明のパルスレーザ装置の出力制御装置
は、活性媒体と、レーザ出力を生成するために前
記活性媒体を励起する手段と、プリズムにより構
成されたＱスイツチと、このプリズムを回転させ
る手段と、第１および第２の共振器ミラーとを備
えているレーザ装置を具備し、活性媒体とプリズ
ムは第１および第２の共振器ミラーの間に配置さ
れ、それら第１および第２の共振器ミラーは互い
に整列して活性媒体およびプリズムを通る光路を
定めるように配置され、プリズムは１以上の内部
反射表面を具備し、光路の光はプリズムの各回転
に対して１回この内部反射表面において臨界角で
反射されて内部反射角度がこの臨界角を通つて変
化されるとき内部反射と関係した光学的損失が変
化されることを特徴とする。 米国特許出願第637097号明細書に開示された
光・電子タイミング装置はプリズムが臨界角にあ
る時間にガス放電を同期させる方法であり、放電
はそれより約４マイクロ秒早く始まる。タイミン
グ装置の像を形成する光学系は機械的に接続さ
れ、Ｑスイツチプリズムによつて回転するグレー
デツトインデクスフアイバロツドを備えている。
タイミングパルスは回転プリズムの１回転ごとに
タイミング装置によつて生成される。レーザのエ
ネーブル信号とタイミングパルスが同時に生じる
と、レーザパルスを生成するためにガス放電が開
始する。このようにPRFはレーザのエネーブル
信号によつて制御され、パルスはタイミング装置
によつてプリズム回転と同期される。 Ｑスイツチは回転の方向を２つのうち１つを選
択することで、CO₂TEAレーザで動作すること
ができる。オンからオフにスイツチする方向の回
転によつて、CO₂TEAレーザは利得スイツチす
ることができ、主パルスのすぐ後のテイルの最初
にオフにされ、したがつてテイルを阻止する、あ
るいはオフからオンにスイツチする逆方向の回転
によつて、CO₂ガス媒体が最大利得に近くなるま
で、レーザパルスは遅延され、それによつてレー
ザパルスのピークパワーを上げる。別の実施例に
おいて、プリズムは２度スイツチするように構成
され、まずオフからオンにスイツチし、少したつ
と再びオフに戻るようにされる。

【図面の簡単な説明】

この発明の特徴と目的をさらによく理解するた
めに、添附された図に関係して以下の説明がなさ
れる。 第１図はレーザ出力パルス列を生成する回転反
射器よりなるＱスイツチを使用した従来技術によ
る連続発振型CO₂レーザの断面図であり、 第２図は電気・光学的Ｑスイツチを使用して修
正された従来技術によるCO₂TEAレーザの簡略
化した断面図であり、 第３図はこの発明によつて臨界角を通つてプリ
ズムが回転するときに100％の伝送からそれによ
り実質的に少ない伝送にスイツチされる光伝送を
生成するために、臨界角近くに全反射による回転
プリズムＱスイツチを備えたCO₂TEAレーザの
部分的断面図であり、 第４図は亜鉛セレン化物を有する回転プリズム
Ｑスイツチの臨界角近くの角で正規化された光の
強さ（伝送）を表わすグラフであり、 第５図は臨界角スイツチング技術を利用するも
う一つのプリズムの構造図であり、 第６図は光・電子タイミング装置を備える簡略
化された光学的構成部分の図であり、 第７図は第３図に示されるCO₂TEAレーザの
トリカーパルスのタイミングとその結果として生
じるレーザパルス出力とを示すタイミングのシー
ケンス図である。 同一符号は各図で同一の構成部分を表わしてい
る。

【発明の詳細な説明】

この発明を正しく説明するために従来技術によ
るCO₂レーザ装置についてまず説明される。 第１図は回転ミラーによつてＱスイツチモード
で動作するように修正された従来技術による連続
発振型高出力炭酸ガスレーザ８を示している。Ｑ
スイツチングモードでCO₂型レーザを動作するこ
との利点は、本出願の背景の部分に前述されてい
る。本質的に、Ｑスイツチングは持続時間の短い
レーザ出力パルスとピークパワーを提供する。第
１図に示されるように、Ｑスイツチングはレーザ
共振器ミラーの一つを回転ミラー１０と取替える
ことによつて達成される。簡略化した図のレーザ
８は附随的にブルースタ窓１２、耐熱管１３、冷
却（通常水）用の注入口と放出口１８と２０を備
える容器１６、気体注入口２２と放出口２４、柔
軟なベロー２５、出力ミラー２７を備えている。
電位電源２８は図に示されているように抵抗３２
を介して電極２９，３０間に接続されている。曲
型的にCO₂とN₂とHeを含む混合ガスは注入口２
２を介して管１３に注入される。ミラー２７は誘
導体で被覆され、10.6ミクロンのレーザ放射３３
に対して部分的に透明であり、部分的に反射す
る。 システムの動作中、ミラー１０と２７の光学的
な整列が周期的に生じるように、ミラー１０が回
転される。ピークパワーのレーザパルスの連続す
る列は切断や機械加工動作光通信および光レーダ
に対して有用である。 第２図は速い放電の電気励起を利用する
CO₂TEAレーザ４０（活性媒体の励起がレーザ
光線軸に対して横断方向であり、また放電がより
短いため、CO₂は縦方向に励起されたガスレーザ
に対するより高い気圧の範囲で動作することがで
きるCO₂レーザ型であり、このようにレーザ作用
をする分子がより密度が高いために単位容積に対
してより高い出力を出すことができる）を示して
いる。説明を簡単にするために、ガスと冷却用の
注入口と放出口は図には示していない。レーザ４
０は水冷を用い、また高いPRF（パルス反復周波
数）の動作のための熱交換器を介してガスを循環
させることもできる。レーザガスの混合物は１気
圧近くで耐熱管４２に導入される。耐熱管４２は
平行板電極４４と４６を備える。セラミツクコン
デンサ４８と５０はコンデンサの間に板電極４
４，４６と平行に張られた予備イオン化用トリガ
ー線５２を支持する。全反射するミラー５４と部
分反射するミラー５６は光共振器空洞を形成する
ためにレーザ４０の両端に配置される。10.6ミク
ロンにおけるレーザ出力５８は出力ミラー５６に
よつて伝送される。 システムの動作中、トリガ発生器６２は高電圧
パルス発生器６４を付勢し、高電圧パルス発生器
の出力は金属の電極４４に供給される。パルス発
生器６４によつて生じた高電圧パルスはグロー放
電を生じさせるように管４２内のガスをイオン化
し、グロー放電が発生するようにし、グロー放電
はレーザの動作のために活性媒体（この場合CO₂
分子）を反転分布状態に励起されるようにする。
トリガ発生器６２は遅延装置６６で遅延した後光
シヤツタ装置６８に高電圧パルスを供給するため
にH.V.パルス発生器６７を付勢にする。光シヤ
ツタ装置６８は前述の電気・光学的Ｑスイツチで
あり、スイツチがオンになるまでミラー５４と５
６によつて形成されるレーザ発振器内レーザの光
の伝送を妨げるのに効果的である。シヤツタ装置
６８は曲型的に各端に偏光装置６９を有する
CdTe電気・光学結晶を具備する。シヤツタ装置
６８は、H.V.パルス発生器６７からの高電圧パ
ルスがシヤツタ装置６８に供給される時、シヤツ
タ装置６８は10.6ミクロンでレーザの光を送信す
る。この様な高電圧は曲型的に一定の持続時間の
パルスである。 遅延装置６６は遅延時間が予め定められてい
て、利得媒体が最大利得に近い時に、レーザパル
スを生じさせるためにシヤツタ装置６８を開くよ
うに選ばれ、それによつてピーク出力を生じさせ
る。シヤツタ装置６８に供給される高電圧パルス
の持続時間は主パルスの後すぐにシヤツタ装置６
８を閉じるように選ばれ、それによつて通常その
後に続く低い強度のテイルを阻止する。 正確なタイミングは遅延装置６６とシヤツタ装
置６８を組合わせることによつて与えられるが、
このような組合わせは、コストがかかり、複雑
で、こわれやすく電気・光学シヤツタ６８と偏光
装置６９がレーザの損傷に敏感なため、
CO₂TEAレーザ用に使用されることは稀である。 第３図はこの発明によつて修正された第２図に
示されるCO₂TEAレーザを表わす。この発明は
CO₂TEAレーザについて説明されるが、コリメ
ートされた光のビームを急速にスイツチする他の
型のレーザでも使用できる。 内部空洞Ｑスイツチプリズム７０は軸７１を中
心に回転するように設置されている。ミラー５４
と５６の間で形成される共振器空洞で生成される
光は図に示されているようにプリズム７０の傾斜
面７６と７８によつて反射される。ミラー５４と
５６はプリズム７０の内反射傾斜面７６と７８を
介して光学的に整列されている。プリズム７０
は、ミラー５４と５６に対して垂直な共振器軸８
０に臨界角に近く、第３図に示すように傾斜して
いる２つの平行な面７６，７８をとともに、入口
端面７２，７４を有する。臨界角というのは全反
射が密度の高い媒体からそれより低い媒体に移動
する光に対して生じる最少角であり、この最少角
は境界面（また振幅が０に下がる）を掠める屈折
した光線を引起こす。それより大きい角では、入
射する実質上すべての光は内部に反射される。 この発明の１実施例である第３図の回転方向は
軸７１に対して時計方向である。共振器の軸８０
と面７６と７８が臨界角になる前の状態では、共
振器軸８０によつて定められた入射光線の実際の
部分は各々の面７６と７８で失われる。臨界角で
または臨界角の越えて、入射する光線は実際には
失われることなく、すべて反射される。入射しそ
して出力する光線はプリズム７０の方向の平行に
は関係がないことに注意すべきであり、したがつ
て共振器の整列は変化しない。 プリズム７０は整列されたミラー５４と５６に
よつて形成されるレーザのＱスイツチとして働
き、共振器のミラーに対する垂線は共振器軸と、
プリズム７０と面７６と７８とレーザ光線によつ
て作られる角とを決定する。共振器の往復トラン
シツトごとのプリズム面７６と７８での４つの内
部反射の総量はスイツチされた損失に加えられ
る。 全反射される光線の反射における正規化された
光の強さ、r_pとr_sはフレスネル公式によつて得ら
れ、次の通りに算出される。 r_p＝［R_p／A_p］²、r_s＝［R_p／A_p］² R_p＝tan（θ₁−θ_T）／tan（θ₁＋θ_T）A_p R_p＝Sin（θ₁−θ_T）／Sin（θ₁＋θ_T）A_s ＡとＲはそれぞれ入射振幅と反射振幅であり、
ｐとｓは入射面にそれぞれ平行および垂直な偏光
成分を表わす。θ₁とθ_Tはそれぞれ面の垂線に対す
る入射および送出される光線の角である。反射し
た光線（平行なまた垂直な偏光成分に対する）の
正規化された光の強さr_pとr_sは、面７６と７８か
らの反射と臨界角より小さい入射する角を表わ
す。臨界角より大きい角であるr_pとr_sは同一であ
る（つまり全反射である）。共振器の往復ごとに
面７６と７８からの４つの反射があるので、Ｑス
イツチの減衰はr_pとr_sの４倍になる。 屈折率が2.40の亜鉛セレン化物は10.6ミクロン
で動作するプリズムに適した材料である。亜鉛セ
レン化物に対するr_pとr_sの曲線は臨界角より小さ
い入射の角Δの機能として第４図に示されてい
る。曲型的なCO₂TEAレーザは15cmの放電管で
１cmにつきおよそ２％の利得がある。往復トラン
シツトにつき20％の出力結合のために、ネツト往
復利得は、0.91（１／1.5の４乗根）以下になるよ
うに正規化された光の強さを必要とす1.5である。
ネツト往復利得が9.1であるということは、角Δ
あるいは0.03以下の“ホールドオフ”角（レーザ
媒体の利得を埋合わせるのに十分なプリズム７０
の損失のある角であり、そのためレーザパルスの
増大を防ぐする）によつて達成される。ブルース
タ角の板８３が平行な偏光のみを可能にするため
に共振器に備えられるのであれば、ホールドオフ
は0.001度以下の角Δによつて達成される。 スイツチングのスピードτは、臨界角と、損失
がテイルを維持する程高くはない角の間のプリズ
ム内の内部反射された光線を回転させるための時
間である。テイルを効果的に消去するために、ス
イツチングのスピードはテイルの持続時間よりも
短くならなければならない。スイツチングスピー
ドτは次のように算出される。 τ＝Δ／6W／ｎ ここで、Ｗがrpmのプリズム回転角度であり、
Δはホールドオフ角であり、またｎは屈折率であ
る。 通常ホールドオフ角は、面７６と７８が平行で
あることとプリズム面の平坦さと回折が影響を与
えるようなプリズムの回転速度とは異なつた要因
の結合によつて大きくなる。これらの要因はレー
ザ光線の角の不鮮明さを増やし、結果的にホール
ドオフ角を大きくすることになる。632.8ナノメ
ータで、また10秒間の面７６と７８が平行な1/8
λの平坦性の規格は0.005度のホールドオフ角に
適合し、通常これら２つの要因は限定する要因と
して消去される。10.6ミクロンで動作する波長
で、ホールドオフ角は通常最大口径のシステム以
外のすべてに対して回折によつて限定される。曲
型的な20mmの口径に対し、回折によつて生じる角
の不鮮明な部分は見積りスイツチ速度を300ナノ
メータ秒にするように40Krpmのプリズム回転を
必要とする約0.03度であり、およそ10のフアクタ
で曲型的テイルの持続期間を減少させる。テイル
の間の利得はピーク利得よりずつと低いので、控
え目な見積りとなつている。 前述のＱスイツチの実施例で、プリズムがレー
ザ共振器の臨界角を通つて到達し、また通過する
とき、オンからオフにスイツチされるように第３
図のプリズム７０は反時計方向に回転する。Ｑス
イツチプリズムがこのように動作されると、
CO₂TEAレーザはＱスイツチをオンにすると利
得スイツチが可能になり、ガス放電のタイミング
は、プリズムが最初の高いピークパワーパルスの
直後とテイルの最初に臨界角に到達するように調
整される。光の損失は、角Δが到達するまでに臨
界角以下になる角とともに増加し、そのときテイ
ルを生じさせるレーザ発振はもはや維持されず存
在しなくなる。このようにテイルは主パルスの後
200から300ナノ秒内で除外される。 Ｑスイツチの第２の実施例では、プリズムが共
振器の最初の角を通つて到達し、通過するときに
共振器がオフからオンにスイツチされるようにプ
リズムは時計方向に回転する。このようにプリズ
ムが動作されると、CO₂TEAレーザのピークパ
ワーは、炭酸ガス媒体のピーク利得になるまで、
レーザパルスを遅らせることによつて増大する。
このことは、炭酸ガス媒体のピーク利得近くでレ
ーザパルスを生成するためにプリズムが適当な時
に臨界角に到達するようにガス放電のタイミング
を調整することによつて達成される。この実施例
のパルスの後Ｑスイツチはそのままなので、窒素
テイルが生成されるが、最初のレーザパルスが遅
延されるため窒素テイルは若干少なくなる。 第５図はオフ−オン−オフシーケンスで、テイ
ルを除くためにピーク利得付近でスイツチオン
し、またオフできるように、どちらの方法にもス
イツチできるように構成されたプリズムを示して
いる。プリズム９０の２個の内部反射面９２と９
４の間の角は臨界角の２倍より多少大きく作られ
ており、余分な角は好ましいＱスイツチ“オン”
時間を提供する。第５図の時計方向の回転を仮定
すると、プリズム９０は、最初に全反射する面が
臨界角に到達する時にスイツチオンし、２番目に
全反射する面が臨界角に到達するまでそのままで
ある。また図には示されていないが、レーザミラ
ーと空洞は光のビーム９８にほぼ相互作用し合う
ように配置されている。 第６図はこの発明による光・電子タイミング装
置１００を示す。電気・光学的装置と回転プリズ
ムＱスイツチの間には大きな相違があり、プリズ
ムスイツチでは、レーザパルスはプリズムの共振
器のミラーと整列されている時にだけ生じる。タ
イミング装置７９はプリズムが整列される前の適
当な時に放電を始めるために予備整列信号を生成
する。CO₂TEAレーザのために必要な先行時間
は曲型的に出力のシヨツトからシヨツトへの変化
を最少にするために10％の最大変化（パルス開始
時の反復の可能性）で約４マイクロ秒である。本
発明と米国特許出願第637097号明細書の発明の以
前は、回転プリズムＱスイツチは、ガス放電のタ
イミングに問題があるためにCO₂TEAレーザに
は使用できなかつた。 タイミング装置１００は、グレーデツドインデ
クスグラスロツド１０１と、スリツト１０２とそ
れに関連する平面１０６、ピンホール１０４と、
LED（発光ダイオード）源１１０と、フオト検出
器１１２とを備えている。グレーデツドインデク
スロツド１０１（このようなSELFOCフアイバ
の光ロツドは日本シートグラス株式会社で製造さ
れている。）はコアの屈折率がその光軸上で最大
であり、周囲に近付くにつれ連続的に減少するよ
うな半径方向の放射線状の屈折率分布を持つ。ま
たこのようにロツド１０１は通常の球面レンズの
特質を備える。光像の特性はロツドの長さと光源
対象の位置によつて決定される。 スリツト１０２とピンホール１０４は回転軸７
１を介して線からおよそ同じ距離でまた線上に位
置される。ロツドがスリツト１０２の面１０６上
にピンホールの正立の実像を形成するために、ピ
ンホール／スリツトの分離とグレーデツドインデ
クスロツドの長さが選ばれる。倒立像よりむしろ
正立の実像を形成する方が重要なのは、ピンホー
ル１０４の逆立像が、光が取込まれることによつ
て、ピンホール１０４と整列をすることによつて
ロツド１０１が回転する時にスリツト面１０６の
上で静止するからである。一方正立像は、ロツド
１０１は整列位置を通つて回転する時に矢印１０
８の方向にスリツト１０２を走査する。光の中継
をするように配置された一対のレンズ（正立像を
生じさせるために）はロツド１０１と同じ働きを
するように使用されるが、ロツド１０１は小さい
のでに従来技術である。ピンホール１０４の後面
はLED光源１１０によつて連続的に照射され、
照射されたピンホール像はスリツト１０２の後面
のPINフオトダイオード１１２によつて検出され
る。ロツド１０１の長さとピンホールの位置は像
の型を決定する。つまりスリツト１０２で像は正
立にあるいは倒立に形成される。スリツト１０２
の幅Ｗは像の幅の程度であることが好ましいが、
スリツトの長さは本発明の動作にはあまり影響し
ない。光の発出面の小さいLEDはしたがつてピ
ンホール１０４（ピンホールは像の大きさを明確
にするためにだけ使用される）の必要性を無くす
ために使用できるということに注意すべきであ
る。小さい像にはよいタイミングの正確さを得る
ために望ましいものである。ロツド１０１の１回
転ごとに１パルスだけを生成することが望ましい
ため、ピンホールの像が、矢印１１４が示すよう
な間違つたロツドの方向を向いてフオトダイオー
ド１１２を横切つて通らないように、ロツド１０
１の不明瞭さは僅かな角で、ロツドの一端をカツ
トされる。 動作中、ピンホールの像が正確なロツドの方向
を向いてスリツト１０２を横切る時、パルスはフ
オトダイオード１１２によつて生成され、電極８
８（第３図）に接続される論理レベのパルスを生
じさせる。レーザのエネーブル信号が８９に現わ
れる時、高電圧パルサ６４は付勢され、前述され
たようにまた電気・光学的Ｑスイツチを表わす第
２図のようにCO₂TEAレーザ４０でガス放電を
なす。 ピンホールとスリツトの組合わせとグレーデツ
ドインデクスロツドと共振器ミラーとプリズムと
の相対的な角の関係は先行角を設定し、この先行
角はプリズム回転の速度と共にトリガパルス先行
時間を決定する。先行角は、プリズムが臨界角に
到達する、およそ４マイクロ秒前にガス放電を開
始するように調節される。先行角は大変小さい
（曲型的に0.2度）ので、角はピンホールとスリツ
トの方向の調節によつて設定されなければなら
ず、レーザが便利なPRFで動作される間にレー
ザの出力を最も有効にする。必要とされている角
よりすこしだけ大きく角を調節し、電子回路の可
変遅延を付加することもまた有用である。 第７図にはテイルを防ぐためにスイツチがオン
からオフになるタイミングシーケンスが示されて
いる。フオトダイオードトリガパルス８８は、プ
リズムが臨界角（反時計方向で回転するプリズム
７０）より大きいように回転位置の時に、Ｑスイ
ツチがオンになるように、時間遅延１２４の後の
高圧パルス発生器を付勢する。高電圧出力パルス
１２０はグロー放電を形成する炭酸ガスの混合物
をイオン化する。レーザパルスの増大は、ガス放
電の後およそ４マイクロ秒でレーザパルス１１８
を生成するのに十分な利得が得られた時に始ま
る。放電のタイミングは、プリズムが臨界角θcに
到達するように、レーザの発振をさらに防ぐため
に最初のレーザパルスのおよそ最後に調節され、
したがつてテイル１２０は消去される。実際に
は、非常に小さいテイル部分１２２は残つてい
る。 プリズム７０は時計方向で回転し、光の損失
は、最大利得が炭酸ガス媒体で達成されるまでレ
ーザパルスを遅延するように調節されたタイミン
グとともに、オフからオンのシーケンスで生成さ
れる。このことで、レーザが利得スイツチするこ
とが可能な時より大きいピークパワー出力パルス
を作り出す。テイルはより短い持続時間ではある
がやはり生じる。 パルスタイミングの変化あるいは“ジツタ”は
本発明の重要なパラメータであり、フオト検出器
トリガパルス８８と最適のプリズムスイツチタイ
ムとの間のシヨツトからシヨツトまでの時間の変
化に関係する。タイミング装置７９のパルスジツ
タの３つの最大要因は、フオトダイオード電流パ
ルス振幅と、パルス回転速度と、パルス発生器内
の遅延時間の変化である。これらのパルスジツタ
は２％内にプリズム回転速度を制御することによ
つて減少し、パルス発生器電子とパルスの適当な
構成はフオトダイオード出力電流パルスを区分す
る。これらの制御によつて、シヨツトからシヨツ
ト時間のジエツタは約150ナノ秒RMSに保たれ、
CO₂TEAレーザＱスイツチには十分である。 本発明は、通常利得スイツチされたパルスに関
連する窒素テイルが除外されるCO₂TEAレーザ
用のＱスイツチを提供する。回転Ｑプリズムスイ
ツチと共に使用される光電子タイミングの方法は
複雑さ、こわれやすさ、電気・光学Ｑスイツチの
レーザ損傷に敏感であることを防ぐ。 本発明が先の実施例に関連して述べられたが、
多くの変化がなされ、本発明の特徴と範囲からは
なれることなく同一の物が代用されるということ
がこの分野の当業者によつて理解されるであろ
う。さらに、多くの修正が特定の状況や本発明の
本質的な教えからはなれることなしに本発明の教
えに対する要素を適用して使用される。