JPH06224500A - 半導体レーザポンピング多重分子ガスレーザ - Google Patents
半導体レーザポンピング多重分子ガスレーザInfo
- Publication number
- JPH06224500A JPH06224500A JP5293281A JP29328193A JPH06224500A JP H06224500 A JPH06224500 A JP H06224500A JP 5293281 A JP5293281 A JP 5293281A JP 29328193 A JP29328193 A JP 29328193A JP H06224500 A JPH06224500 A JP H06224500A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- laser
- pumping
- wavelength
- molecular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094049—Guiding of the pump light
- H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 どんな電力レベルに対しても容易に適応でき
る小型のガスレーザを提供する。 【構成】 半導体レーザ２０からの光は光ファイバ２６
によって伝送され、コリメータレンズ３４および集束レ
ンズ３８を介してガスレーザキャビティ４４に入射す
る。第１のガスと第２のガスとを収容したガスレーザキ
ャビティ４４はポンピング光をジグザグに伝搬する。ポ
ンピング光は第１のガスの吸収帯域内の波長を有し、こ
のような第１のガスのエネルギを第２のガスに伝達し、
第２のガスを励起して第２のガスの波長でレイジングを
行う。
る小型のガスレーザを提供する。 【構成】 半導体レーザ２０からの光は光ファイバ２６
によって伝送され、コリメータレンズ３４および集束レ
ンズ３８を介してガスレーザキャビティ４４に入射す
る。第１のガスと第２のガスとを収容したガスレーザキ
ャビティ４４はポンピング光をジグザグに伝搬する。ポ
ンピング光は第１のガスの吸収帯域内の波長を有し、こ
のような第１のガスのエネルギを第２のガスに伝達し、
第２のガスを励起して第２のガスの波長でレイジングを
行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザに関し、特
に、半導体レーザを使用したガスレーザのポンピングに
関する。
に、半導体レーザを使用したガスレーザのポンピングに
関する。
【０００２】
【従来の技術】「ポンピング」は、ガス媒質中の分子の
エネルギを振動回転エネルギ準位まで上げ、レイジング
を起こせるようにする過程である。各媒質について知ら
れている閾値以上の１立方センチメートルあたりの励起
分子全部によって「反転分布」が生成される。この反転
分布によって、励起した分子はレーザとして使えるよう
になる。すなわち、励起した分子はある励起（ポンピン
グ）エネルギ準位からさらに低い準位に落ちる時に光子
を放出してレーザとして使えるようになるのである。
エネルギを振動回転エネルギ準位まで上げ、レイジング
を起こせるようにする過程である。各媒質について知ら
れている閾値以上の１立方センチメートルあたりの励起
分子全部によって「反転分布」が生成される。この反転
分布によって、励起した分子はレーザとして使えるよう
になる。すなわち、励起した分子はある励起（ポンピン
グ）エネルギ準位からさらに低い準位に落ちる時に光子
を放出してレーザとして使えるようになるのである。
【０００３】分子ガスレーザをポンピングする方法はい
ろいろ知られている。例えば二酸化炭素（ＣＯ2）ガス
レーザでは、プラズマによってＣＯ2に電子を注入し、
電子と分子とを衝突させてガス分子を励起することで電
気的にポンピングすることができる。この方法では、レ
ーザをポンピングする毎に同じＣＯ2分子を再利用する
ことができる。ヘリウム・ネオン（ＨｅＮｅ）レーザで
も同じような方法でポンピングする。しかしながら、電
気的にポンピングしたＣＯ2レーザは、効率すなわち所
望の波長での出力光電力を全電気入力電力で除算して求
める値が例えば５〜１０％程度と極めて低い。また、高
電力ＣＯ2レーザでは、一般に熱を消散するために「閉
サイクル」内のキャビティを介してガスをポンピングす
る。これは「フローイング」レーザシステムとも呼ばれ
る。
ろいろ知られている。例えば二酸化炭素（ＣＯ2）ガス
レーザでは、プラズマによってＣＯ2に電子を注入し、
電子と分子とを衝突させてガス分子を励起することで電
気的にポンピングすることができる。この方法では、レ
ーザをポンピングする毎に同じＣＯ2分子を再利用する
ことができる。ヘリウム・ネオン（ＨｅＮｅ）レーザで
も同じような方法でポンピングする。しかしながら、電
気的にポンピングしたＣＯ2レーザは、効率すなわち所
望の波長での出力光電力を全電気入力電力で除算して求
める値が例えば５〜１０％程度と極めて低い。また、高
電力ＣＯ2レーザでは、一般に熱を消散するために「閉
サイクル」内のキャビティを介してガスをポンピングす
る。これは「フローイング」レーザシステムとも呼ばれ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】フッ化水素（ＨＦ）や
フッ化重水素（ＤＦ）などのガスレーザの場合、電子と
直接衝突させてもガス分子はレイジングを起こせる程は
励起せず、電気的にポンピングすることはできない。こ
のようなレーザでは、２個以上の原子／分子を互いに反
応させて化学的にポンピングする。例えば、ＨＦガスレ
ーザでは、弗素（Ｆ）原子をＨ2と反応させて振動的に
励起した状態のＨＦガスを作り出す。ｃｗポンピングで
は反応時に反応体が消費されるので、システムを再励起
（再ポンピング）するためには新たに反応体を補充する
必要がある。このように、ＨＦガスレーザは「消費型」
の「開サイクル」レーザシステムであり、同じ分子を再
利用することはできない。また、消費型レーザでは化学
物質を連続的に供給してポンピングしていかなければな
らないので、これを動作させるには多額の費用がかか
る。さらに、消費型システムもフローイングシステムも
ノズルや弁、配管部分などを含むポンプ設備を必要とす
るため、システム本体以外にも物理的にさらにスペース
をとってしまう。
フッ化重水素（ＤＦ）などのガスレーザの場合、電子と
直接衝突させてもガス分子はレイジングを起こせる程は
励起せず、電気的にポンピングすることはできない。こ
のようなレーザでは、２個以上の原子／分子を互いに反
応させて化学的にポンピングする。例えば、ＨＦガスレ
ーザでは、弗素（Ｆ）原子をＨ2と反応させて振動的に
励起した状態のＨＦガスを作り出す。ｃｗポンピングで
は反応時に反応体が消費されるので、システムを再励起
（再ポンピング）するためには新たに反応体を補充する
必要がある。このように、ＨＦガスレーザは「消費型」
の「開サイクル」レーザシステムであり、同じ分子を再
利用することはできない。また、消費型レーザでは化学
物質を連続的に供給してポンピングしていかなければな
らないので、これを動作させるには多額の費用がかか
る。さらに、消費型システムもフローイングシステムも
ノズルや弁、配管部分などを含むポンプ設備を必要とす
るため、システム本体以外にも物理的にさらにスペース
をとってしまう。
【０００５】ＨＦガスなどを利用したガスレーザは、化
学的にポンピングすれば高いレーザ出力を維持すること
ができ、高干渉出力光線となることも知られている。
学的にポンピングすれば高いレーザ出力を維持すること
ができ、高干渉出力光線となることも知られている。
【０００６】一方、周知のように、ガスレーザはガスを
予め定められた温度まで加熱して熱的にポンピングする
こともでき、その一例としてガスダイナミックＣＯ2レ
ーザが挙げられる。しかしながら、この方法は効率が悪
く、所望のガス温度を達成するのに加熱用のハードウェ
アや化学反応を別に必要とする。
予め定められた温度まで加熱して熱的にポンピングする
こともでき、その一例としてガスダイナミックＣＯ2レ
ーザが挙げられる。しかしながら、この方法は効率が悪
く、所望のガス温度を達成するのに加熱用のハードウェ
アや化学反応を別に必要とする。
【０００７】さらに、熱や電子などでガスレーザをポン
ピングすると、全てのエネルギ準位でポンピングが起こ
る。結果として、媒質内の励起可能な全準位でポンピン
グが起こり、考えられる全レイジング準位でレイジング
が発生する。非レイジング準位のエネルギは廃熱として
放出される。このような廃熱はガスを高速に流すことに
よって除去しなければならない。ＨＦガスやＤＦガスに
ついて見ると、１つまたは少数の出力レイジング波長
（すなわち、狭波長領域）のみを増幅するためにはレー
ザキャビティの設計を工夫しなければならない。すなわ
ち、波長識別用に回折格子などを利用し、所望の出力レ
イジング波長の光を反射（および部分的に透過）し、必
要ないレイジング波長の方は十分な反射損失で反射して
光増幅の発生を防止するようなレーザキャビティとしな
ければならない。このような形でのポンピングは、励起
状態までガスをポンピングするのに必要な全エネルギ
（すなわち各レイジングを得るために必要な個々のポン
ピングエネルギの合計）が所望の光学エネルギ出力（す
なわち１つまたは少数の出力波長）に比べると大幅に大
きく非効率的である。このように、使用しないレイジン
グ遷移部分をポンピング（励起）するために消費される
エネルギは損失となる。
ピングすると、全てのエネルギ準位でポンピングが起こ
る。結果として、媒質内の励起可能な全準位でポンピン
グが起こり、考えられる全レイジング準位でレイジング
が発生する。非レイジング準位のエネルギは廃熱として
放出される。このような廃熱はガスを高速に流すことに
よって除去しなければならない。ＨＦガスやＤＦガスに
ついて見ると、１つまたは少数の出力レイジング波長
（すなわち、狭波長領域）のみを増幅するためにはレー
ザキャビティの設計を工夫しなければならない。すなわ
ち、波長識別用に回折格子などを利用し、所望の出力レ
イジング波長の光を反射（および部分的に透過）し、必
要ないレイジング波長の方は十分な反射損失で反射して
光増幅の発生を防止するようなレーザキャビティとしな
ければならない。このような形でのポンピングは、励起
状態までガスをポンピングするのに必要な全エネルギ
（すなわち各レイジングを得るために必要な個々のポン
ピングエネルギの合計）が所望の光学エネルギ出力（す
なわち１つまたは少数の出力波長）に比べると大幅に大
きく非効率的である。このように、使用しないレイジン
グ遷移部分をポンピング（励起）するために消費される
エネルギは損失となる。
【０００８】従って、レイジング用にガスを消費せず、
冷却用にガスを高速で流す必要もなく、現段階で利用で
きるポンピングガスレーザのようにレイジングを非効率
的にすることなく、高品質なガスレーザ干渉出力光線を
生成できるガスレーザには需要がある。
冷却用にガスを高速で流す必要もなく、現段階で利用で
きるポンピングガスレーザのようにレイジングを非効率
的にすることなく、高品質なガスレーザ干渉出力光線を
生成できるガスレーザには需要がある。
【０００９】本発明の目的は、ガスを消費せずにレイジ
ング動作用励起媒質を生成できる半導体レーザポンピン
グガスレーザを提供することにある。
ング動作用励起媒質を生成できる半導体レーザポンピン
グガスレーザを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
ダイオードなどの半導体レーザを複数使用して、第１お
よび第２のガス媒質を含むガスに入射してこのガスを励
起する出力光を得る。レーザ光は、第１のガスのエネル
ギ準位と競合しない波長／エネルギで波長拡散してい
る。第１のガスのエネルギを第２の分子ガスに伝達し、
第１のガスで得られる波長とは異なる第２のガスの波長
でレイジングを起こす。
ダイオードなどの半導体レーザを複数使用して、第１お
よび第２のガス媒質を含むガスに入射してこのガスを励
起する出力光を得る。レーザ光は、第１のガスのエネル
ギ準位と競合しない波長／エネルギで波長拡散してい
る。第１のガスのエネルギを第２の分子ガスに伝達し、
第１のガスで得られる波長とは異なる第２のガスの波長
でレイジングを起こす。
【００１１】さらに本発明によれば、半導体レーザを温
度制御してレーザ出力波長をガスレーザの吸収帯域の中
心付近に調整する。
度制御してレーザ出力波長をガスレーザの吸収帯域の中
心付近に調整する。
【００１２】さらに本発明によれば、第１のガスはフッ
化水素（ＨＦ）などのハロゲン化水素を含む。また、本
発明によれば、第１のガスレイジング媒体をアルゴン
（Ａｒ）などの不活性ガスと結合し、第１のガスの吸収
周波数帯域を圧力によって広げる。さらに、本発明によ
れば、第２のガスはフッ化重水素（ＤＦ）などの第１の
ガスとは異なるハロゲン化水素を含む。
化水素（ＨＦ）などのハロゲン化水素を含む。また、本
発明によれば、第１のガスレイジング媒体をアルゴン
（Ａｒ）などの不活性ガスと結合し、第１のガスの吸収
周波数帯域を圧力によって広げる。さらに、本発明によ
れば、第２のガスはフッ化重水素（ＤＦ）などの第１の
ガスとは異なるハロゲン化水素を含む。
【００１３】また、本発明によれば、光ファイバを使用
して半導体レーザ光をガスレーザに伝搬する。さらに、
本発明によれば、光ファイバをガスレーザキャビティの
内側に沿って配置し、ファイバの側面でのエバネセント
場によって第１のガスをポンピングする。ファイバはこ
のエバネセント場の放出を最適化できるようなものを選
択する。
して半導体レーザ光をガスレーザに伝搬する。さらに、
本発明によれば、光ファイバをガスレーザキャビティの
内側に沿って配置し、ファイバの側面でのエバネセント
場によって第１のガスをポンピングする。ファイバはこ
のエバネセント場の放出を最適化できるようなものを選
択する。
【００１４】本発明では、コヒーレントのよい出力を有
し、かつ効率的な半導体レーザでポンピングできる非消
費型のガスレーザを使用することで、従来技術に比べて
大幅に改善されている。また、本発明によれば、ガスレ
ーザで少数の波長をレイジングできるので、レイジング
過程を用途に応じて細かく調節できるようになり、ガス
レーザのポンピングに伴う一般的な損失を回避すること
ができる。さらに、本発明はレーザ溶接やレーザ外科な
どのコヒーレントの良い光を必要とする用途にも適用で
きる。また、本発明は、消費型のポンピングガスレーザ
に比べて小型であり、ターン・オン時間も速くなる。さ
らに、本発明によれば、単にレーザダイオードを追加す
るだけで高い電力に応じて簡単に調節できるガスレーザ
が得られ本発明の上述した目的および他の目的や特徴、
利点などは、添付の図面を参照した以下の説明からより
一層明らかになろう。
し、かつ効率的な半導体レーザでポンピングできる非消
費型のガスレーザを使用することで、従来技術に比べて
大幅に改善されている。また、本発明によれば、ガスレ
ーザで少数の波長をレイジングできるので、レイジング
過程を用途に応じて細かく調節できるようになり、ガス
レーザのポンピングに伴う一般的な損失を回避すること
ができる。さらに、本発明はレーザ溶接やレーザ外科な
どのコヒーレントの良い光を必要とする用途にも適用で
きる。また、本発明は、消費型のポンピングガスレーザ
に比べて小型であり、ターン・オン時間も速くなる。さ
らに、本発明によれば、単にレーザダイオードを追加す
るだけで高い電力に応じて簡単に調節できるガスレーザ
が得られ本発明の上述した目的および他の目的や特徴、
利点などは、添付の図面を参照した以下の説明からより
一層明らかになろう。
【００１５】
【実施例】図１を参照すると、例えばＳｐｅｃｔｒａ
Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ ＳＤＬ−５４００などの複数の
レーザダイオード２０が示されている。これらのダイオ
ードは、電源２４からライン２２を介して供給される電
流信号によって駆動される。これらの電流信号によって
各ダイオード２０の電流を個々に制御する。連続波（ｃ
ｗ）動作を行うためにライン２２上の電流を直流すなわ
ちＤＣとし、パルスレーザ動作を行うために電流を所望
の光パルス速度でパルス化する。各レーザダイオード２
０を複数の光ファイバ２６のうちの１つの片端に接続す
る。各ファイバ２６の他方の端はバンドル２７で一つに
束ねられている。光ファイバ２６はレーザダイオード２
０から放出された光を運搬する導管として作用する。ま
た、各レーザダイオード２０を熱電（ＴＥ）冷却機２８
上に配置し、レーザダイオードの温度を調節してレーザ
ダイオードからの出力光の中心周波数を調節している。
各ＴＥ冷却機２８は、各ＴＥ冷却機２８を個々に制御す
ることのできる温度制御回路３０からライン２９を介し
て供給される信号によって駆動される。出力波長／エネ
ルギ特性で上述した必須要件を満たせるのであれば必要
に応じて他のレーザダイオードを使用してもよい。
Ｄｉｏｄｅ Ｌａｂｓ ＳＤＬ−５４００などの複数の
レーザダイオード２０が示されている。これらのダイオ
ードは、電源２４からライン２２を介して供給される電
流信号によって駆動される。これらの電流信号によって
各ダイオード２０の電流を個々に制御する。連続波（ｃ
ｗ）動作を行うためにライン２２上の電流を直流すなわ
ちＤＣとし、パルスレーザ動作を行うために電流を所望
の光パルス速度でパルス化する。各レーザダイオード２
０を複数の光ファイバ２６のうちの１つの片端に接続す
る。各ファイバ２６の他方の端はバンドル２７で一つに
束ねられている。光ファイバ２６はレーザダイオード２
０から放出された光を運搬する導管として作用する。ま
た、各レーザダイオード２０を熱電（ＴＥ）冷却機２８
上に配置し、レーザダイオードの温度を調節してレーザ
ダイオードからの出力光の中心周波数を調節している。
各ＴＥ冷却機２８は、各ＴＥ冷却機２８を個々に制御す
ることのできる温度制御回路３０からライン２９を介し
て供給される信号によって駆動される。出力波長／エネ
ルギ特性で上述した必須要件を満たせるのであれば必要
に応じて他のレーザダイオードを使用してもよい。
【００１６】周知のように、レーザダイオード２０は発
散光（コヒーレントが良いわけではなく、よってガスレ
ーザと同様に一点に集束はしない）を生成する。例えば
マイクロレンズや、レーザダイオードにファイバを溶接
するなどの標準的な技術を使用して、レーザダイオード
からの光を光ファイバ２６に供給する。光ファイバ２６
の出力は複数のレーザダイオード２０から放出された光
３２の集合となる。
散光（コヒーレントが良いわけではなく、よってガスレ
ーザと同様に一点に集束はしない）を生成する。例えば
マイクロレンズや、レーザダイオードにファイバを溶接
するなどの標準的な技術を使用して、レーザダイオード
からの光を光ファイバ２６に供給する。光ファイバ２６
の出力は複数のレーザダイオード２０から放出された光
３２の集合となる。
【００１７】発散光３２はコリメータレンズ３４を通過
して出力平行光３６となる。平行光は集束レンズ３８を
通過して集束光線４０となる。集束光線４０はレーザキ
ャビティ４４の内部に焦点４２を有する。
して出力平行光３６となる。平行光は集束レンズ３８を
通過して集束光線４０となる。集束光線４０はレーザキ
ャビティ４４の内部に焦点４２を有する。
【００１８】レーザキャビティ４４は、例えば０．９ミ
クロンなどレーザダイオードの波長で反射防止性となる
第１の鏡４６を備える。従って光４０はすべてキャビテ
ィ４４に入射する。この第１の鏡は例えば１．５ミクロ
ンなどレーザから放出される所望の出力光線４７の波長
で光を全反射する。第２の鏡４８はキャビティ４４の第
１の鏡のある端とは反対側の端に備えられている。第２
の鏡は例えば１．５ミクロンなどの出力レーザ光線の波
長で９５％反射性（５％透過性）となり、例えば０．９
ミクロンなどレーザダイオードのポンピング波長で光を
全反射する。
クロンなどレーザダイオードの波長で反射防止性となる
第１の鏡４６を備える。従って光４０はすべてキャビテ
ィ４４に入射する。この第１の鏡は例えば１．５ミクロ
ンなどレーザから放出される所望の出力光線４７の波長
で光を全反射する。第２の鏡４８はキャビティ４４の第
１の鏡のある端とは反対側の端に備えられている。第２
の鏡は例えば１．５ミクロンなどの出力レーザ光線の波
長で９５％反射性（５％透過性）となり、例えば０．９
ミクロンなどレーザダイオードのポンピング波長で光を
全反射する。
【００１９】レーザキャビティ４４の側壁は、入力ポン
ピング波長がキャビティ４４から出ないように金や誘電
コーティングなど全波長に対して高反射性のコーティン
グを施したガラス管５０を備えている。このように、管
５０は導波管のように作用する。キャビティの長さは約
２０ｃｍである。長さや直径は必要に応じて変えてもよ
い。図面を分かりやすくするために図１は縮図にはして
いない。
ピング波長がキャビティ４４から出ないように金や誘電
コーティングなど全波長に対して高反射性のコーティン
グを施したガラス管５０を備えている。このように、管
５０は導波管のように作用する。キャビティの長さは約
２０ｃｍである。長さや直径は必要に応じて変えてもよ
い。図面を分かりやすくするために図１は縮図にはして
いない。
【００２０】集束光４０はレーザキャビティ４４内をジ
グザグに伝搬するため、ポンピング光の全光路長はキャ
ビティ４４の実際の長さよりもかなり長い（後述）。ま
た、ポンピングエネルギを比較的一様に注入するために
ジグザグを利用し、実質的に均質な励起媒質を得る。
グザグに伝搬するため、ポンピング光の全光路長はキャ
ビティ４４の実際の長さよりもかなり長い（後述）。ま
た、ポンピングエネルギを比較的一様に注入するために
ジグザグを利用し、実質的に均質な励起媒質を得る。
【００２１】キャビティ４４の内側は、フッ化水素（Ｈ
Ｆ）などの上述したようなポンピング光に整合する特性
を有する第１の（ポンピング用）分子ガス利得媒質と、
第１のガスで得られる波長とは異なる出力レイジング波
長を生成し得るＤＦガスなどの第２の（レイジング）分
子ガスである。しかしながら、第１および第２のガスに
はどんな分子ガスでも使用できる。例えば、塩化水素
（ＨＣｌ）、臭化水素（ＨＢｒ）、ＤＦ、ＨＦなどのハ
ロゲン化水素を第１のガスとして使用してもよい。ま
た、このガスをＡｒなどの不活性ガスと結合して吸収周
波数帯域を広げてもよい。第２のガスにはハロゲン化水
素ガスやＣＯ2などを使用すればよい。
Ｆ）などの上述したようなポンピング光に整合する特性
を有する第１の（ポンピング用）分子ガス利得媒質と、
第１のガスで得られる波長とは異なる出力レイジング波
長を生成し得るＤＦガスなどの第２の（レイジング）分
子ガスである。しかしながら、第１および第２のガスに
はどんな分子ガスでも使用できる。例えば、塩化水素
（ＨＣｌ）、臭化水素（ＨＢｒ）、ＤＦ、ＨＦなどのハ
ロゲン化水素を第１のガスとして使用してもよい。ま
た、このガスをＡｒなどの不活性ガスと結合して吸収周
波数帯域を広げてもよい。第２のガスにはハロゲン化水
素ガスやＣＯ2などを使用すればよい。
【００２２】次に図２を参照して説明する。分子利得媒
質において発生させるレイジングに必要な「励起した」
利得媒質を生成するために、利得媒質中の分子を周知の
振動回転エネルギ準位まで励起（ポンピング）しなけれ
ばならない。振動エネルギ準位は一般にＶ量子数で示さ
れ、全エネルギ準位は一般にＪ量子数で示される。各振
動準位すなわちＶエネルギ準位は、これに関連した複数
の間隔の短い回転準位すなわちＪエネルギ副準位からな
る。一般に、数が増えれば分子のエネルギの準位（すな
わち励起の準位）も大きくなる。
質において発生させるレイジングに必要な「励起した」
利得媒質を生成するために、利得媒質中の分子を周知の
振動回転エネルギ準位まで励起（ポンピング）しなけれ
ばならない。振動エネルギ準位は一般にＶ量子数で示さ
れ、全エネルギ準位は一般にＪ量子数で示される。各振
動準位すなわちＶエネルギ準位は、これに関連した複数
の間隔の短い回転準位すなわちＪエネルギ副準位からな
る。一般に、数が増えれば分子のエネルギの準位（すな
わち励起の準位）も大きくなる。
【００２３】周知のように、分子は一度あるエネルギ準
位（すなわち励起状態）まで励起するとエネルギ準位の
低い方へと遷移し、２つの準位間のエネルギ差に関連し
た波長の光子（すなわち光パケット）が放出される。よ
り詳細に言えば、分子が高いＶ準位と低いＶ準位との間
で光学的に遷移すると、式ｖ＝ΔＥ／ｈで規定される周
知の光周波数（ｖ）を有する光子が放出される。ここ
で、ΔＥは問題の２エネルギの差であり、ｈはプランク
定数である。放出された光の波長λは、式λ＝ｃ／ｎｖ
によって放出される光の光周波数ｖと関連している。こ
こで、ｃは光速であり、ｎは媒質の屈折率である。
位（すなわち励起状態）まで励起するとエネルギ準位の
低い方へと遷移し、２つの準位間のエネルギ差に関連し
た波長の光子（すなわち光パケット）が放出される。よ
り詳細に言えば、分子が高いＶ準位と低いＶ準位との間
で光学的に遷移すると、式ｖ＝ΔＥ／ｈで規定される周
知の光周波数（ｖ）を有する光子が放出される。ここ
で、ΔＥは問題の２エネルギの差であり、ｈはプランク
定数である。放出された光の波長λは、式λ＝ｃ／ｎｖ
によって放出される光の光周波数ｖと関連している。こ
こで、ｃは光速であり、ｎは媒質の屈折率である。
【００２４】周知のように、放出の発生過程には２種類
ある。分子が外からの摂動と全く無関係に低い準位に降
下する自然放出と、分子を「トリガー」し、遷移波長に
等しい波長の光子による遷移を引き起こす誘導放出の２
つである。周知のように、誘導放出では、誘導後の光子
の波は誘導前の光子の波と周波数および位相が等しく極
性も一致するため、コヒーレントな輻射光が発生する。
従って、誘導放出では、一般に知られているレーザ作用
を起こす原子が集まっている中に入射光を通過させれば
入射波の振幅を大きくすることができる。周知のよう
に、レーザ作用を起こすためには、１立方センチメート
ル（ｃｃ）あたりの励起分子総数が各物質毎に決まって
いる周知の準位よりも準位を大きくして「反転分布」と
して知られる現象を引き起こさなければならない。
ある。分子が外からの摂動と全く無関係に低い準位に降
下する自然放出と、分子を「トリガー」し、遷移波長に
等しい波長の光子による遷移を引き起こす誘導放出の２
つである。周知のように、誘導放出では、誘導後の光子
の波は誘導前の光子の波と周波数および位相が等しく極
性も一致するため、コヒーレントな輻射光が発生する。
従って、誘導放出では、一般に知られているレーザ作用
を起こす原子が集まっている中に入射光を通過させれば
入射波の振幅を大きくすることができる。周知のよう
に、レーザ作用を起こすためには、１立方センチメート
ル（ｃｃ）あたりの励起分子総数が各物質毎に決まって
いる周知の準位よりも準位を大きくして「反転分布」と
して知られる現象を引き起こさなければならない。
【００２５】一般に、分子ガスレイジング媒質を使用し
て発生させ得るレイジング遷移にはＰ枝遷移とＲ枝遷移
の２つがある。Ｐ枝振動回転遷移ではＪ準位が増加し、
一方Ｒ枝振動回転遷移ではＪ準位は減少する。どちらの
場合もＶ準位は少なくとも１準位減少する。
て発生させ得るレイジング遷移にはＰ枝遷移とＲ枝遷移
の２つがある。Ｐ枝振動回転遷移ではＪ準位が増加し、
一方Ｒ枝振動回転遷移ではＪ準位は減少する。どちらの
場合もＶ準位は少なくとも１準位減少する。
【００２６】Ｖ準位が１段階しか減少しなければ、遷移
は「基本」レイジング遷移と呼ばれる。例えば、図２に
おいてｖ＝４、Ｊ＝１からｖ＝３、Ｊ＝２までのＰ枝基
本遷移を線１０で示す。また、線１２で示すようにエネ
ルギ準位ｖ＝３、Ｊ＝２の分子がｖ＝２、Ｊ＝１まで遷
移すると、これはＲ枝基本レイジング遷移となる。
は「基本」レイジング遷移と呼ばれる。例えば、図２に
おいてｖ＝４、Ｊ＝１からｖ＝３、Ｊ＝２までのＰ枝基
本遷移を線１０で示す。また、線１２で示すようにエネ
ルギ準位ｖ＝３、Ｊ＝２の分子がｖ＝２、Ｊ＝１まで遷
移すると、これはＲ枝基本レイジング遷移となる。
【００２７】Ｖ準位が２以上変化した場合、このような
遷移を「倍音」遷移とよぶ。従って、図２においてｖ＝
３、Ｊ＝０からｖ＝１、Ｊ＝１までの遷移はＰ枝倍音遷
移と呼ばれ、これを線１４で示しておく。周知のよう
に、上述した遷移１０、１２、１４の各々について放出
される光子の波長は互いに異なり、さらに使用する利得
媒質によっても異なる。
遷移を「倍音」遷移とよぶ。従って、図２においてｖ＝
３、Ｊ＝０からｖ＝１、Ｊ＝１までの遷移はＰ枝倍音遷
移と呼ばれ、これを線１４で示しておく。周知のよう
に、上述した遷移１０、１２、１４の各々について放出
される光子の波長は互いに異なり、さらに使用する利得
媒質によっても異なる。
【００２８】出願係属中の米国特許出願第（ＵＴＳ ｄ
ｏｃ．Ｎｏ．Ｒ−３３４７ｄｆ）に開示されているよう
に、ポンピング光のポンピング波長はポンピングガスの
吸収周波数帯域内にあり、基底状態から励起状態までガ
ス分子をポンピングできる波長であり、比較的均一に注
入されて実質的に均質な励起媒質を生成し得る波長であ
って、ポンピング光の光路長をガスにポンピング光を吸
収させるのに十分な長さとして半導体ダイオードで分子
ガスをポンピングする。
ｏｃ．Ｎｏ．Ｒ−３３４７ｄｆ）に開示されているよう
に、ポンピング光のポンピング波長はポンピングガスの
吸収周波数帯域内にあり、基底状態から励起状態までガ
ス分子をポンピングできる波長であり、比較的均一に注
入されて実質的に均質な励起媒質を生成し得る波長であ
って、ポンピング光の光路長をガスにポンピング光を吸
収させるのに十分な長さとして半導体ダイオードで分子
ガスをポンピングする。
【００２９】以下、図３を参照して説明する。効率良く
ダイオード光をポンピングするためにはレーザダイオー
ドに近いエネルギ準位を有するガスを必要とする。利用
できると思われるガス媒質を図３に示す。同図から分か
るように、分子エネルギ準位は対応するレイジング波長
とポンピング波長で間隔が開いている。
ダイオード光をポンピングするためにはレーザダイオー
ドに近いエネルギ準位を有するガスを必要とする。利用
できると思われるガス媒質を図３に示す。同図から分か
るように、分子エネルギ準位は対応するレイジング波長
とポンピング波長で間隔が開いている。
【００３０】例えば、ＨＦガスについて見ると、ＨＦ分
子は約０．８７ミクロンのダイオードポンピング波長で
ｖ＝３、Ｊ＝０準位までポンピングされる。この約０．
８７ミクロンという値は現段階で利用できるダイオード
で得られる一般的な値である。同様に、約０．９１ミク
ロンの波長はＤＦ分子やＨＣｌ分子をｖ＝４状態まで励
起する。また、０．８５ミクロンの波長はＨＢｒ分子を
ｖ＝５状態まで励起し、０．８１ミクロンの波長はＣＤ
分子をｖ＝６状態まで励起する。例えば線１００に付し
た矢印など、各エネルギ準位から下向きに示された矢印
は、遷移した時に放出された光の波長がその準位からｖ
＝０すなわち基底準位まで落ちていることを示す。同様
に、線１０２など各エネルギ準位までで終わっている矢
印は、遷移した時に放出された光の波長が１Ｖ準位上か
ら遷移していることを示す。例えば、線１０２で示され
るように、ＨＦガスはｖ＝３からｖ＝２の準位まで落ち
ると約２．８ミクロンの波長を有する光子を放出する。
子は約０．８７ミクロンのダイオードポンピング波長で
ｖ＝３、Ｊ＝０準位までポンピングされる。この約０．
８７ミクロンという値は現段階で利用できるダイオード
で得られる一般的な値である。同様に、約０．９１ミク
ロンの波長はＤＦ分子やＨＣｌ分子をｖ＝４状態まで励
起する。また、０．８５ミクロンの波長はＨＢｒ分子を
ｖ＝５状態まで励起し、０．８１ミクロンの波長はＣＤ
分子をｖ＝６状態まで励起する。例えば線１００に付し
た矢印など、各エネルギ準位から下向きに示された矢印
は、遷移した時に放出された光の波長がその準位からｖ
＝０すなわち基底準位まで落ちていることを示す。同様
に、線１０２など各エネルギ準位までで終わっている矢
印は、遷移した時に放出された光の波長が１Ｖ準位上か
ら遷移していることを示す。例えば、線１０２で示され
るように、ＨＦガスはｖ＝３からｖ＝２の準位まで落ち
ると約２．８ミクロンの波長を有する光子を放出する。
【００３１】図４（ａ）を参照すると、キャビティ４４
（図１）内の第２のガスによって第１の（ポンピングし
た）ガスの波長以外の波長を生成し、これによって第２
のガスは励起（ポンピングした）ガス分子のエネルギを
吸収して（第１のガスではなく）第２のガスの波長でレ
イジングを起こす。
（図１）内の第２のガスによって第１の（ポンピングし
た）ガスの波長以外の波長を生成し、これによって第２
のガスは励起（ポンピングした）ガス分子のエネルギを
吸収して（第１のガスではなく）第２のガスの波長でレ
イジングを起こす。
【００３２】ＨＦ（ポンピングしたガス）と第２のガス
との間でのエネルギ伝達速度は、エネルギ準位間のエネ
ルギ差の関数となる。例えば、ＨＦ分子がｖ＝３、Ｊ＝
４状態までポンピングされれば、これに関連したＨＦガ
スのエネルギは約１１，０６１ｃｍ-1となる。本願発明
者らは、ＤＦガス媒質ではｖ＝４、Ｊ＝０のエネルギ準
位が１１，０６６ｃｍ-1のＤＦガスのエネルギに相当す
ることを確認した。エネルギ差はΔＥ＝＋５ｃｍ-1と小
さいので、励起したＨＦ分子は、衝突毎にそのエネルギ
を基底状態にあるＤＦ分子に高い確率で伝達できる。こ
のように、ｖ＝３、Ｊ＝４エネルギ準位にあるＨＦ分子
からのエネルギをＤＦ分子に伝達し、線１５０および１
５１で示すようにＤＦ分子をｖ＝０、Ｊ＝１の準位から
ｖ＝４、Ｊ＝０の準位まで励起する。この結果、線１５
２によって示すようにＨＦ分子のエネルギはｖ＝３、Ｊ
＝４の準位からｖ＝０、Ｊ＝５の準位まで降下する。
との間でのエネルギ伝達速度は、エネルギ準位間のエネ
ルギ差の関数となる。例えば、ＨＦ分子がｖ＝３、Ｊ＝
４状態までポンピングされれば、これに関連したＨＦガ
スのエネルギは約１１，０６１ｃｍ-1となる。本願発明
者らは、ＤＦガス媒質ではｖ＝４、Ｊ＝０のエネルギ準
位が１１，０６６ｃｍ-1のＤＦガスのエネルギに相当す
ることを確認した。エネルギ差はΔＥ＝＋５ｃｍ-1と小
さいので、励起したＨＦ分子は、衝突毎にそのエネルギ
を基底状態にあるＤＦ分子に高い確率で伝達できる。こ
のように、ｖ＝３、Ｊ＝４エネルギ準位にあるＨＦ分子
からのエネルギをＤＦ分子に伝達し、線１５０および１
５１で示すようにＤＦ分子をｖ＝０、Ｊ＝１の準位から
ｖ＝４、Ｊ＝０の準位まで励起する。この結果、線１５
２によって示すようにＨＦ分子のエネルギはｖ＝３、Ｊ
＝４の準位からｖ＝０、Ｊ＝５の準位まで降下する。
【００３３】図４（ｂ）に示すように、ＨＦ分子がｖ＝
３、Ｊ＝５のエネルギ準位までポンピングされると、こ
れに関連したＨＦガスのエネルギは約１０，９９４ｃｍ
-1となる。ＤＦガスでは、ｖ＝４、Ｊ＝３の状態が１
０，９９８ｃｍ-1のＤＦエネルギに相当する。エネルギ
差はΔＥ＝−４ｃｍ-1と小さいので、励起したＨＦ分子
の持つエネルギは簡単にＤＦ分子に伝達され、線１５４
および１５５で示すようにＤＦ分子をｖ＝０、Ｊ＝４の
準位からｖ＝４、Ｊ＝３の準位まで励起する。この結
果、線１５６によって示すようにＨＦ分子のエネルギは
ｖ＝３、Ｊ＝５の準位からｖ＝０、Ｊ＝６の準位まで降
下する。
３、Ｊ＝５のエネルギ準位までポンピングされると、こ
れに関連したＨＦガスのエネルギは約１０，９９４ｃｍ
-1となる。ＤＦガスでは、ｖ＝４、Ｊ＝３の状態が１
０，９９８ｃｍ-1のＤＦエネルギに相当する。エネルギ
差はΔＥ＝−４ｃｍ-1と小さいので、励起したＨＦ分子
の持つエネルギは簡単にＤＦ分子に伝達され、線１５４
および１５５で示すようにＤＦ分子をｖ＝０、Ｊ＝４の
準位からｖ＝４、Ｊ＝３の準位まで励起する。この結
果、線１５６によって示すようにＨＦ分子のエネルギは
ｖ＝３、Ｊ＝５の準位からｖ＝０、Ｊ＝６の準位まで降
下する。
【００３４】図４（ｃ）に示すように、ＨＦ分子がｖ＝
３、Ｊ＝６のエネルギ準位までポンピングされると、こ
れに関連したＨＦエネルギは約１０，９２３ｃｍ-1とな
る。ＤＦガスでは、ｖ＝４、Ｊ＝５の状態が１０，９２
４ｃｍ-1のＤＦエネルギに相当する。エネルギ差はΔＥ
＝＋１ｃｍ-1と小さいので、励起したＨＦ分子の持つエ
ネルギは簡単にＤＦ分子に伝達され、線１５８および１
５９で示すようにＤＦ分子をｖ＝０、Ｊ＝６の準位から
ｖ＝４、Ｊ＝５の準位まで励起する。この結果、線１６
０によって示すようにＨＦ分子のエネルギはｖ＝３、Ｊ
＝６の準位からｖ＝０、Ｊ＝７の準位まで降下する。
３、Ｊ＝６のエネルギ準位までポンピングされると、こ
れに関連したＨＦエネルギは約１０，９２３ｃｍ-1とな
る。ＤＦガスでは、ｖ＝４、Ｊ＝５の状態が１０，９２
４ｃｍ-1のＤＦエネルギに相当する。エネルギ差はΔＥ
＝＋１ｃｍ-1と小さいので、励起したＨＦ分子の持つエ
ネルギは簡単にＤＦ分子に伝達され、線１５８および１
５９で示すようにＤＦ分子をｖ＝０、Ｊ＝６の準位から
ｖ＝４、Ｊ＝５の準位まで励起する。この結果、線１６
０によって示すようにＨＦ分子のエネルギはｖ＝３、Ｊ
＝６の準位からｖ＝０、Ｊ＝７の準位まで降下する。
【００３５】図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す３種類のＨ
Ｆ−ＤＦエネルギ伝達からも分かるように、ＨＦガスと
ＤＦガスとの間のエネルギ差はどの場合もほとんどゼロ
に近い。これは各遷移についてのエネルギ伝達の確率と
して衝突１回あたり約０．２すなわち２０％に相当す
る。ここに開示の動作条件では、全エネルギは１マイク
ロ秒以内に一方のガスから他方のガスに伝達される。
Ｆ−ＤＦエネルギ伝達からも分かるように、ＨＦガスと
ＤＦガスとの間のエネルギ差はどの場合もほとんどゼロ
に近い。これは各遷移についてのエネルギ伝達の確率と
して衝突１回あたり約０．２すなわち２０％に相当す
る。ここに開示の動作条件では、全エネルギは１マイク
ロ秒以内に一方のガスから他方のガスに伝達される。
【００３６】図５を参照すると、ＨＦガス分子からエネ
ルギを伝達してＤＦ分子をある準位まで励起してしまえ
ば、ＤＦ分子に関連した複数の波長でレイジングを起こ
すことができる。例えば、図４（ａ）を例にとってみる
と、ＤＦ分子がｖ＝４、Ｊ＝０の準位まで励起すると、
ＤＦガスのｖ＝４、Ｊ＝０からｖ＝３、Ｊ＝１までのＰ
枝基本遷移によって、線１３８で示すように波長３．８
２ミクロンの光が放出される。同様に、ｖ＝３、Ｊ＝１
の準位からｖ＝２、Ｊ＝２の準位まで落ちると第２のＤ
Ｆガス基本遷移となる。この結果、線１３９で示すよう
に波長３．７２ミクロンの光が放出される。また、ｖ＝
２、Ｊ＝２の準位からｖ＝１、Ｊ＝３の準位まで落ちる
と第３のＤＦガス基本遷移となる。この結果、線１４０
で示すように波長３．６４ミクロンの光が放出される。
このように、ＨＦガスでの１本のポンピング線によて３
つのカスケード的レイジング遷移を引き起こし、ＤＦガ
スに関する３種類のレイジング波長（線）を生成する。
ルギを伝達してＤＦ分子をある準位まで励起してしまえ
ば、ＤＦ分子に関連した複数の波長でレイジングを起こ
すことができる。例えば、図４（ａ）を例にとってみる
と、ＤＦ分子がｖ＝４、Ｊ＝０の準位まで励起すると、
ＤＦガスのｖ＝４、Ｊ＝０からｖ＝３、Ｊ＝１までのＰ
枝基本遷移によって、線１３８で示すように波長３．８
２ミクロンの光が放出される。同様に、ｖ＝３、Ｊ＝１
の準位からｖ＝２、Ｊ＝２の準位まで落ちると第２のＤ
Ｆガス基本遷移となる。この結果、線１３９で示すよう
に波長３．７２ミクロンの光が放出される。また、ｖ＝
２、Ｊ＝２の準位からｖ＝１、Ｊ＝３の準位まで落ちる
と第３のＤＦガス基本遷移となる。この結果、線１４０
で示すように波長３．６４ミクロンの光が放出される。
このように、ＨＦガスでの１本のポンピング線によて３
つのカスケード的レイジング遷移を引き起こし、ＤＦガ
スに関する３種類のレイジング波長（線）を生成する。
【００３７】同様に、例えば図４（ｂ）において、ＤＦ
ガスをｖ＝４、Ｊ＝３の準位まで励起させると、線１４
１〜１４１で示すように波長３．９１ミクロン、３．８
２ミクロン、３．７３ミクロンの光を放出して３種類の
カスケード的遷移が起こる。また、例えば図４（ｃ）に
おいて、ＤＦガスをｖ＝４、Ｊ＝５の準位まで励起させ
ると、線１４４〜１４６で示すように波長３．９８ミク
ロン、３．８９ミクロン、３．８０ミクロンの光を放出
して３種類のカスケード的遷移が起こる。このように、
第２のガスを使用することでポンピングガスの波長とは
異なる波長でレイジングを起こすことができる。この他
のＤＦガスレイジング遷移も図５に示すような形で起こ
り得ることは理解できよう。
ガスをｖ＝４、Ｊ＝３の準位まで励起させると、線１４
１〜１４１で示すように波長３．９１ミクロン、３．８
２ミクロン、３．７３ミクロンの光を放出して３種類の
カスケード的遷移が起こる。また、例えば図４（ｃ）に
おいて、ＤＦガスをｖ＝４、Ｊ＝５の準位まで励起させ
ると、線１４４〜１４６で示すように波長３．９８ミク
ロン、３．８９ミクロン、３．８０ミクロンの光を放出
して３種類のカスケード的遷移が起こる。このように、
第２のガスを使用することでポンピングガスの波長とは
異なる波長でレイジングを起こすことができる。この他
のＤＦガスレイジング遷移も図５に示すような形で起こ
り得ることは理解できよう。
【００３８】ＤＦガスは「倍音」遷移（すなわちｖ＝２
以上の遷移）する場合もあり、これを図６に示す。例え
ば、ＤＦ分子をｖ＝４、Ｊ＝０の準位まで励起した状態
でＰ枝倍音遷移が発生すると、線１４８で示すようにレ
イジング波長は１．８７ミクロンとなる。図６に示すよ
うに、ポンピングする準位を変えればこの他の倍音レイ
ジング波長とすることもできる。
以上の遷移）する場合もあり、これを図６に示す。例え
ば、ＤＦ分子をｖ＝４、Ｊ＝０の準位まで励起した状態
でＰ枝倍音遷移が発生すると、線１４８で示すようにレ
イジング波長は１．８７ミクロンとなる。図６に示すよ
うに、ポンピングする準位を変えればこの他の倍音レイ
ジング波長とすることもできる。
【００３９】従って、ＨＦガスをポンピング用ガスとし
て使用し、ＤＦガスをレイジングガスとして使用する
と、ＨＦガスだけで得られる波長とは異なるレイジング
波長を得ることができる。より詳細に説明すると、ＨＦ
ガスのＰ枝基本遷移では、上述した係属中出願の図５に
示すようにレイジング波長は約２．５５ミクロンから
３．１４ミクロンの範囲となり、ＤＦガスＰ枝基本遷移
では、同図５に示すようにレイジング波長は約３．８５
ミクロンから４．０６ミクロンの範囲となる。また、Ｈ
ＦガスのＰ枝倍音遷移では、上述した係属中出願の図６
に示すようにレイジング波長は約１．３６ミクロンから
１．４７ミクロンの範囲となり、ＤＦガスＰ枝倍音遷移
では、同図６に示すようにレイジング波長は約１．８７
ミクロンから１．９４ミクロンの範囲となる。
て使用し、ＤＦガスをレイジングガスとして使用する
と、ＨＦガスだけで得られる波長とは異なるレイジング
波長を得ることができる。より詳細に説明すると、ＨＦ
ガスのＰ枝基本遷移では、上述した係属中出願の図５に
示すようにレイジング波長は約２．５５ミクロンから
３．１４ミクロンの範囲となり、ＤＦガスＰ枝基本遷移
では、同図５に示すようにレイジング波長は約３．８５
ミクロンから４．０６ミクロンの範囲となる。また、Ｈ
ＦガスのＰ枝倍音遷移では、上述した係属中出願の図６
に示すようにレイジング波長は約１．３６ミクロンから
１．４７ミクロンの範囲となり、ＤＦガスＰ枝倍音遷移
では、同図６に示すようにレイジング波長は約１．８７
ミクロンから１．９４ミクロンの範囲となる。
【００４０】このように、本発明では、第１の（ポンピ
ング用）ガスをレーザダイオード特性に整合するように
選択し、第２の（レイジング用）ガスを所望のレイジン
グ波長を達成するように選択できる。従って、ポンピン
グしたガスのレーザダイオードの波長での吸収特性は極
めて優れているが所望の出力波長を得られないような場
合には、所望の出力波長を得られるような第２のガスを
選択し、第１のガスと第２のガスとの間のエネルギ準位
を合わせればよい。
ング用）ガスをレーザダイオード特性に整合するように
選択し、第２の（レイジング用）ガスを所望のレイジン
グ波長を達成するように選択できる。従って、ポンピン
グしたガスのレーザダイオードの波長での吸収特性は極
めて優れているが所望の出力波長を得られないような場
合には、所望の出力波長を得られるような第２のガスを
選択し、第１のガスと第２のガスとの間のエネルギ準位
を合わせればよい。
【００４１】第２のガスとして、ポンピングしたガス
（ＨＦ）とエネルギ準位の近いＨＦ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、
ＣＯ、ＮＯ、ＣＯ2などＤＦガス以外の分子ガスを使用
してもよい。また、ポンピング用のガスにＨＦガス以外
のガスを使用する場合も、第２のガスはポンピング用の
ガスと同様のエネルギ準位となるものとする。
（ＨＦ）とエネルギ準位の近いＨＦ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、
ＣＯ、ＮＯ、ＣＯ2などＤＦガス以外の分子ガスを使用
してもよい。また、ポンピング用のガスにＨＦガス以外
のガスを使用する場合も、第２のガスはポンピング用の
ガスと同様のエネルギ準位となるものとする。
【００４２】また、本発明は三種ガスエネルギ伝達シス
テムでＣＯ2などの第３のガスの励起するよう動作させ
ることもできる。ＨＦガスからＣＯ2またはＤＦからＣ
Ｏ2へエネルギを伝達する方法については周知である。
また、Ａｐｐｌｙ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ、Ｔ．Ｃｏｏｌ他著『ＤＦ−ＣＯ2とＨＦ−ＣＯ2の
連続波化学レーザ（ＤＦ−ＣＯ2 ａｎｄ ＨＦ−ＣＯ2
Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｌａｓｅｒｓ）』第１５巻、第１０号、３１８ページ
（１９６９年１１月）に記載されているように、ＤＦガ
スのエネルギ準位はＨＦガスのエネルギ準位よりＣＯ2
のエネルギ準位の方に合いやすい。この場合、ＨＦガス
が最も良い吸収特性を示し、ＤＦガスはＣＯ2に対する
伝達特性が最もよいのであれば、システムをＨＦ−ＤＦ
−ＣＯ2型とする。このようにすることで、従来用いら
れている方法よりも効率的にＣＯ2を励起させることが
できる。
テムでＣＯ2などの第３のガスの励起するよう動作させ
ることもできる。ＨＦガスからＣＯ2またはＤＦからＣ
Ｏ2へエネルギを伝達する方法については周知である。
また、Ａｐｐｌｙ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ、Ｔ．Ｃｏｏｌ他著『ＤＦ−ＣＯ2とＨＦ−ＣＯ2の
連続波化学レーザ（ＤＦ−ＣＯ2 ａｎｄ ＨＦ−ＣＯ2
Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｌａｓｅｒｓ）』第１５巻、第１０号、３１８ページ
（１９６９年１１月）に記載されているように、ＤＦガ
スのエネルギ準位はＨＦガスのエネルギ準位よりＣＯ2
のエネルギ準位の方に合いやすい。この場合、ＨＦガス
が最も良い吸収特性を示し、ＤＦガスはＣＯ2に対する
伝達特性が最もよいのであれば、システムをＨＦ−ＤＦ
−ＣＯ2型とする。このようにすることで、従来用いら
れている方法よりも効率的にＣＯ2を励起させることが
できる。
【００４３】上述の係属中出願に記載の効率すなわち量
子効率η１、レイジング効率η２、エネルギ吸収（すな
わち吸収係数と長さの積）η３、ガス緩和作用η４、レ
ーザダイオード効率η５は、多重ガスシステムの場合も
同様である。しかしながら、吸収係数は第１の（ポンピ
ングした）ガスにのみ関連し、エネルギの伝達先である
第２の（レイジング）ガスには関係ない。
子効率η１、レイジング効率η２、エネルギ吸収（すな
わち吸収係数と長さの積）η３、ガス緩和作用η４、レ
ーザダイオード効率η５は、多重ガスシステムの場合も
同様である。しかしながら、吸収係数は第１の（ポンピ
ングした）ガスにのみ関連し、エネルギの伝達先である
第２の（レイジング）ガスには関係ない。
【００４４】ここに開示の本発明では、量子効率は約８
０％、レイジング効率は６０％、吸収されるダイオード
エネルギは約６０％、ガス緩和作用は無視でき、ダイオ
ードレーザ効率は約３５％である。これらの値では、上
述した係属中出願にも記載されているように最小予測壁
コンセント効率すなわち出力光電力に対する入力駆動電
流は少なくとも１０％であり、光変換効率は少なくとも
２９％（出力光子に対する入力光子）となる。
０％、レイジング効率は６０％、吸収されるダイオード
エネルギは約６０％、ガス緩和作用は無視でき、ダイオ
ードレーザ効率は約３５％である。これらの値では、上
述した係属中出願にも記載されているように最小予測壁
コンセント効率すなわち出力光電力に対する入力駆動電
流は少なくとも１０％であり、光変換効率は少なくとも
２９％（出力光子に対する入力光子）となる。
【００４５】また、上述した係属中出願に開示されてい
るように、分子の衝突によるポンピング用（第１のガ
ス）の圧力を高め、これよりも高圧のアルゴンなどの不
活性ガスをＨＦガスに添加して吸収帯域を「圧力によっ
て広げる」こともでき、必要に応じてヘリウム（Ｈｅ）
などの他の不活性ガスを使用することもできる。また、
さらに高圧のＡｒを添加すれば、レイジング発生後の基
底状態でのＪ準位の平衡状態への再分布速度は速くな
る。このようにして線幅を広げることで、上述した係属
中出願に開示されているように半導体レーザの出力を第
１のガスの吸収帯域の中心に調整しやすくなる。
るように、分子の衝突によるポンピング用（第１のガ
ス）の圧力を高め、これよりも高圧のアルゴンなどの不
活性ガスをＨＦガスに添加して吸収帯域を「圧力によっ
て広げる」こともでき、必要に応じてヘリウム（Ｈｅ）
などの他の不活性ガスを使用することもできる。また、
さらに高圧のＡｒを添加すれば、レイジング発生後の基
底状態でのＪ準位の平衡状態への再分布速度は速くな
る。このようにして線幅を広げることで、上述した係属
中出願に開示されているように半導体レーザの出力を第
１のガスの吸収帯域の中心に調整しやすくなる。
【００４６】レーザダイオードの中心周波数をチューニ
ングするには、熱電対を逆方向に使用するなど熱電（Ｔ
Ｅ）冷却機２８（図１）を使用してレーザダイオードの
温度を変化させればよい。しかしながら、後述するよう
に必要に応じて他の方法でレーザダイオードの中心周波
数を調整することもできる。
ングするには、熱電対を逆方向に使用するなど熱電（Ｔ
Ｅ）冷却機２８（図１）を使用してレーザダイオードの
温度を変化させればよい。しかしながら、後述するよう
に必要に応じて他の方法でレーザダイオードの中心周波
数を調整することもできる。
【００４７】本発明は、上述した係属中出願に開示され
ているように、固定状態ポンピングすなわち連続波（ｃ
ｗ）またはパルス化したポンピングのいずれにおいても
使用することができる。
ているように、固定状態ポンピングすなわち連続波（ｃ
ｗ）またはパルス化したポンピングのいずれにおいても
使用することができる。
【００４８】図１において、光学素子３４、３８に光を
入射させるためにファイバ２６を使用せず、ダイオード
から放出された出力光を直接素子３４に入射させる形と
してもよい。また、レンズ３４、３８を使用せず、複数
の光源から放出される光を集束し、キャビティ４４内の
一点に集めることのできる他の光学素子を使用してもよ
い。さらに、使用するガスを半導体レーザの出力波長帯
域で適宜吸収できるのであればレーザダイオード２０で
はなく他の半導体レーザを使用してもよい。
入射させるためにファイバ２６を使用せず、ダイオード
から放出された出力光を直接素子３４に入射させる形と
してもよい。また、レンズ３４、３８を使用せず、複数
の光源から放出される光を集束し、キャビティ４４内の
一点に集めることのできる他の光学素子を使用してもよ
い。さらに、使用するガスを半導体レーザの出力波長帯
域で適宜吸収できるのであればレーザダイオード２０で
はなく他の半導体レーザを使用してもよい。
【００４９】以下、レーザダイオード２０（図１）の温
度調節について説明する。周知のように、中心部分に半
導体ウエハーを使用して製造したダイオードは、同じ材
料で製造すれば同一の周波数で動作する。この結果、Ｔ
Ｅ冷却機２８の数は少なくてすむ。ウエハーを中心とし
て製造した複数のダイオードの温度を１つのＴＥ冷却機
で同時に制御することができるからである。しかしなが
ら、エッジ部分に半導体ウエハーを使用して製造したダ
イオードは別々に制御する必要がある。
度調節について説明する。周知のように、中心部分に半
導体ウエハーを使用して製造したダイオードは、同じ材
料で製造すれば同一の周波数で動作する。この結果、Ｔ
Ｅ冷却機２８の数は少なくてすむ。ウエハーを中心とし
て製造した複数のダイオードの温度を１つのＴＥ冷却機
で同時に制御することができるからである。しかしなが
ら、エッジ部分に半導体ウエハーを使用して製造したダ
イオードは別々に制御する必要がある。
【００５０】レーザダイオードの温度調整に加え、また
はレーザダイオードの温度調整の代わりに、レーザダイ
オードの波長と線幅とを外部格子によって制御する。本
願発明者らは、外部格子を有するレーザダイオードはそ
の利得プロフィール全般を通して離散的に調整できる
が、ダイオードは一定温度に維持されることを確認し
た。この場合、レーザダイオードの線幅は３００ｋＨｚ
未満となる。
はレーザダイオードの温度調整の代わりに、レーザダイ
オードの波長と線幅とを外部格子によって制御する。本
願発明者らは、外部格子を有するレーザダイオードはそ
の利得プロフィール全般を通して離散的に調整できる
が、ダイオードは一定温度に維持されることを確認し
た。この場合、レーザダイオードの線幅は３００ｋＨｚ
未満となる。
【００５１】図７および図８を参照すると、本発明の別
の実施例が示されている。同図において、レーザダイオ
ード２０（図７および図８には示さない；図１参照）か
らレーザ管５０の内周に沿ってストリングファイバ８０
が配置されている。この場合、ガスを励起するための光
子をファイバ８０の側壁でのエバネセント場８２から得
る。エバネセント場を最適化するために、コアとクラッ
ディングの屈折率が同様すなわちほぼ等しいファイバを
選択する。
の実施例が示されている。同図において、レーザダイオ
ード２０（図７および図８には示さない；図１参照）か
らレーザ管５０の内周に沿ってストリングファイバ８０
が配置されている。この場合、ガスを励起するための光
子をファイバ８０の側壁でのエバネセント場８２から得
る。エバネセント場を最適化するために、コアとクラッ
ディングの屈折率が同様すなわちほぼ等しいファイバを
選択する。
【００５２】次に図９を参照して本発明のさらに他の実
施例を説明する。管５０の直径が十分である場合には、
レーザ管５０の周囲に複数のレーザダイオード９０を物
理的に配置し、レーザ管５０に沿った複数の位置でレー
ザ管５０に形成した小さな穴を介して光９２を管５０に
入射させる。また、固体レーザを利用してガスをポンピ
ング形の実施例とすることも可能である。
施例を説明する。管５０の直径が十分である場合には、
レーザ管５０の周囲に複数のレーザダイオード９０を物
理的に配置し、レーザ管５０に沿った複数の位置でレー
ザ管５０に形成した小さな穴を介して光９２を管５０に
入射させる。また、固体レーザを利用してガスをポンピ
ング形の実施例とすることも可能である。
【００５３】図１において、光学素子３４、３８に光を
入射させるためにファイバ２６を使用せず、ダイオード
から放出された出力光を直接素子３４に入射させる形と
してもよい。また、レンズ３４、３８を使用せず、複数
の光源から放出される光を集束し、キャビティ４４内の
一点に集めることのできる他の光学素子を使用してもよ
い。さらに、使用するガスを半導体レーザの出力波長帯
域で適宜吸収できるのであればレーザダイオード２０で
はなく他の半導体レーザを使用してもよい。
入射させるためにファイバ２６を使用せず、ダイオード
から放出された出力光を直接素子３４に入射させる形と
してもよい。また、レンズ３４、３８を使用せず、複数
の光源から放出される光を集束し、キャビティ４４内の
一点に集めることのできる他の光学素子を使用してもよ
い。さらに、使用するガスを半導体レーザの出力波長帯
域で適宜吸収できるのであればレーザダイオード２０で
はなく他の半導体レーザを使用してもよい。
【００５４】さらに、上述した係属中出願に開示されて
いるように、光ポンピングは連続波（ｃｗ）であっても
パルス化したものであってもよい。
いるように、光ポンピングは連続波（ｃｗ）であっても
パルス化したものであってもよい。
【００５５】例えば増幅器は共振器（レーザ）、その他
動作時に励起した媒質を必要とする装置などの様々な用
途に適用できる励起分子ガス媒質を得るために本発明を
利用できることは当業者らによって容易に理解できよ
う。さらに、少数のレイジング波長を必要とする装置
や、出力レイジング波長の選択的な制御を必要とする装
置などに本発明を利用してその目的を達成することもで
きる。
動作時に励起した媒質を必要とする装置などの様々な用
途に適用できる励起分子ガス媒質を得るために本発明を
利用できることは当業者らによって容易に理解できよ
う。さらに、少数のレイジング波長を必要とする装置
や、出力レイジング波長の選択的な制御を必要とする装
置などに本発明を利用してその目的を達成することもで
きる。
【００５６】また、ポンピングした（第１の）ガスと第
２のガス（第１のガスのエネルギの伝達先）との間の各
エネルギ準位でのエネルギ差がΔＥ＝０〜２０ｃｍ2と
比較的小さければ第２のガスがどのような分子ガスであ
っても本発明は同様に動作することも理解できよう。
２のガス（第１のガスのエネルギの伝達先）との間の各
エネルギ準位でのエネルギ差がΔＥ＝０〜２０ｃｍ2と
比較的小さければ第２のガスがどのような分子ガスであ
っても本発明は同様に動作することも理解できよう。
【００５７】レーザダイオード２０（図１）を互いに位
相ロック（コヒーレントに結合）する必要はないが、同
じ周波数で動作するものでなければならないことは理解
できよう。この結果、本発明は所望の数のポンピングレ
ーザダイオードを追加するだけでどんな電力レベルに対
しても容易に適応できるようになる。
相ロック（コヒーレントに結合）する必要はないが、同
じ周波数で動作するものでなければならないことは理解
できよう。この結果、本発明は所望の数のポンピングレ
ーザダイオードを追加するだけでどんな電力レベルに対
しても容易に適応できるようになる。
【００５８】以上、本発明の特定の実施例について説明
してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することな
く様々な変更、削除および追加を施し得ることは当業者
らによって容易に理解できよう。
してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することな
く様々な変更、削除および追加を施し得ることは当業者
らによって容易に理解できよう。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスレーザで少数の波長をレイジングできるので、レイ
ジング過程を用途に応じて細かく調節できるようにな
り、ガスレーザのポンピングに伴う一般的な損失を回避
することができる。さらに、本発明はレーザ溶接やレー
ザ外科などの高干渉光を必要とする用途にも適用でき
る。また、本発明は、消費型のポンピングガスレーザに
比べて小型であり、ターン・オン時間も速くなる。さら
に、本発明によれば、単にレーザダイオードを追加する
だけで高い電力に応じて簡単に調節できるガスレーザが
得られる。
ガスレーザで少数の波長をレイジングできるので、レイ
ジング過程を用途に応じて細かく調節できるようにな
り、ガスレーザのポンピングに伴う一般的な損失を回避
することができる。さらに、本発明はレーザ溶接やレー
ザ外科などの高干渉光を必要とする用途にも適用でき
る。また、本発明は、消費型のポンピングガスレーザに
比べて小型であり、ターン・オン時間も速くなる。さら
に、本発明によれば、単にレーザダイオードを追加する
だけで高い電力に応じて簡単に調節できるガスレーザが
得られる。
【図１】光学素子を介して光を放出し、ガスを充満させ
たレーザキャビティをポンピングする光ファイバに結合
された本発明による複数のレーザダイオードを示す図で
ある。
たレーザキャビティをポンピングする光ファイバに結合
された本発明による複数のレーザダイオードを示す図で
ある。
【図２】本発明による分子ガス媒体における相対分子エ
ネルギ準位とレイジング遷移の種類とを示す図である。
ネルギ準位とレイジング遷移の種類とを示す図である。
【図３】本発明による具体的なガス媒体における相対分
子エネルギ準位とレイジング遷移とを示す図である。
子エネルギ準位とレイジング遷移とを示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明による二種
ガスシステムにおける３種類の異なるエネルギ準位から
のＨＦガスからＤＦガスへのエネルギの遷移を示す図で
ある。
ガスシステムにおける３種類の異なるエネルギ準位から
のＨＦガスからＤＦガスへのエネルギの遷移を示す図で
ある。
【図５】本発明によるｖ＝４からｖ＝３、ｖ＝３からｖ
＝２、ｖ＝２からｖ＝１の準位へのＤＦガスのＰ枝基本
レイジング遷移と、これに関連したレイジング波長を示
す図である。
＝２、ｖ＝２からｖ＝１の準位へのＤＦガスのＰ枝基本
レイジング遷移と、これに関連したレイジング波長を示
す図である。
【図６】本発明によるｖ＝４からｖ＝２の準位へのＤＦ
ガスのＰ枝上音レイジング遷移と、これに関連したレイ
ジング波長を示す図である。
ガスのＰ枝上音レイジング遷移と、これに関連したレイ
ジング波長を示す図である。
【図７】本発明の一実施例によるガスレーザ媒質を励起
するために使用するレーザキャビティ内の光ファイバを
示す図である。
するために使用するレーザキャビティ内の光ファイバを
示す図である。
【図８】レイジング管の断面図であり、本発明の一実施
例によるレーザ管の内側半径周辺に配置された光ファイ
バを示している。
例によるレーザ管の内側半径周辺に配置された光ファイ
バを示している。
【図９】本発明の一実施例によるポンピング輻射をレー
ザ管の側面に注入する複数のレーザダイオードを示す図
である。
ザ管の側面に注入する複数のレーザダイオードを示す図
である。
２０…半導体レーザ ２６…光ファイバ ３０…温度制御回路 ３４…コリメータレンズ ３８…集束レンズ ４４…レーザキャビティ
Claims (22)
- 【請求項１】 ポンピング波長を有するポンピング光を
放出する複数の半導体レーザと、 吸収周波数帯域を有する第１の分子ガスと、 予め定められたレイジング波長を有する第２の分子ガス
と、 前記複数の半導体レーザから放出される前記ポンピング
光の光路に配置され、前記第１および第２の分子ガスを
収容し、前記ポンピング波長の光を受け、前記第２のガ
スに相当するレイジング波長を有する出力レーザ光を放
出するガスレーザキャビティ手段とを備え、 前記半導体レーザの前記ポンピング波長は、前記第１の
ガスの前記吸収周波数帯域内の波長であって、かつ基底
状態から励起状態まで前記第１のガスをポンピングでき
る波長であり、 前記ポンピング光は比較的一様に前記ガスレーザキャビ
ティ手段に入射して実質的に均質な励起媒質を生成し、
前記ポンピング光の光路長は前記第１のガスに前記ポン
ピング光を吸収させ得る十分な光路長であり、 前記第１のガスは、前記第２のガスの第２のエネルギ準
位に近い値の第１のエネルギ準位までポンピングされ、 前記第１のガスの前記第１のエネルギ準位を前記第２の
ガスの前記第２のエネルギ準位まで遷移させ、前記第２
のガスを励起してそのレイジングを可能にする半導体レ
ーザポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項２】 前記ガスレーザキャビティ手段は、 前記第１のガスおよび前記第２のガスを収容する導波管
であって、前記ポンピング波長および前記レイジング波
長で反射性となる導波管と前記導波管の第１の端に配置
され、前記ポンピング波長で透過性となり、前記レイジ
ング波長で反射性となる第１の鏡と、 前記導波管の前記第１の端部に対向する第２の端部に配
置され、前記ポンピング波長で反射性となり、前記レイ
ジング波長で透過性となる第２の鏡とを備える請求項１
記載の半導体レーザポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項３】 前記導波管は、高反射率コーティングで
被覆されたガラス管である請求項２記載の半導体レーザ
ポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項４】 前記導波管はヒートシンクとして動作す
る請求項３記載の半導体レーザポンピング多重分子ガス
レーザ。 - 【請求項５】 前記複数の半導体レーザの各々に結合さ
れ、前記ポンピング光を前記半導体レーザから前記ガス
レーザキャビティ手段に伝搬する光ファイバを備える請
求項１記載の半導体レーザポンピング多重分子ガスレー
ザ。 - 【請求項６】 前記複数の半導体レーザの各々に結合さ
れた前記光ファイバは、側面からエバネセント場を放出
して前記第１のガスを励起する請求項５記載の半導体レ
ーザポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項７】 前記半導体レーザから放出した発散光を
前記ガスレーザキャビティ手段内で前記第１のガスに入
射する集束光に変換する光学手段を備える請求項１記載
の半導体レーザポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項８】 前記ポンピング光の前記ポンピング周波
数を前記吸収帯域の中心付近に制御する周波数制御手段
を備える請求項１記載の半導体レーザポンピング多重分
子ガスレーザ。 - 【請求項９】 前記周波数制御手段は、前記半導体レー
ザ上に配置された熱電冷却機を備える請求項８記載の半
導体レーザポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項１０】 前記第１および前記第２の分子ガスは
ハロゲン化水素ガスである請求項１記載の半導体レーザ
ポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項１１】 前記第１の分子ガスは、ＨＦ、ＤＦ、
ＨＣｌ、ＨＢｒおよびＣＯからなる群から選択され、前
記第２の分子ガスは、ＨＦ、ＤＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、Ｃ
ＯおよびＣＯ2からなる群から選択される請求項１記載
の半導体レーザポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項１２】 前記第１のガスよりも分圧が高く、前
記吸収周波数帯域を圧力によって広げる不活性ガスを含
む請求項１記載の半導体レーザポンピング多重分子ガス
レーザ。 - 【請求項１３】 前記不活性ガスはアルゴンを含む請求
項１２記載の半導体レーザポンピング多重分子ガスレー
ザ。 - 【請求項１４】 前記ポンピング光は連続波である請求
項１記載の半導体レーザポンピング多重分子ガスレー
ザ。 - 【請求項１５】 前記ポンピング光は予め定められたパ
ルス幅で律動的に送られる請求項１記載の半導体レーザ
ポンピング多重分子ガスレーザ。 - 【請求項１６】 ポンピング波長を有するポンピング光
を放出する複数の半導体レーザと、 吸収周波数帯域を有する第１の分子ガスと、 予め定められたレイジング波長を有する第２の分子ガス
と、 前記複数の半導体レーザから放出される前記ポンピング
光の光路に配置され、前記第１および第２の分子ガスを
収容し、前記ポンピング波長の光を受けるガス収容手段
とを備え、 前記半導体レーザの前記ポンピング波長は、前記第１の
ガスの前記吸収周波数帯域内の波長であって、かつ基底
状態から励起状態まで前記第１のガスをポンピングでき
る波長であり、 前記ポンピング光は比較的一様に前記ガス収容手段に入
射して実質的に均質な励起媒質を生成し、前記ポンピン
グ光の光路長は前記第１のガスに前記ポンピング光を吸
収させ得る十分な光路長である励起多重分子ガス媒質供
給装置。 - 【請求項１７】 前記複数の半導体レーザの各々に結合
され、前記ポンピング光を前記半導体レーザから前記ガ
スレーザ収容手段に伝搬する光ファイバを備える請求項
１６記載の励起多重分子ガス媒質供給装置。 - 【請求項１８】 前記半導体レーザから放出した発散光
を前記ガス収容手段内で前記ガスに入射する集束光に変
換する光学手段を備える請求項１６記載の励起多重分子
ガス媒質供給装置。 - 【請求項１９】 前記ポンピング光の前記ポンピング周
波数を前記吸収帯域の中心付近に制御する波長制御手段
を備える請求項１６記載の励起多重分子ガス媒質供給装
置。 - 【請求項２０】 前記波長制御手段は、前記半導体レー
ザ上に配置された熱電冷却機を備える請求項１６記載の
励起多重分子ガス媒質供給装置。 - 【請求項２１】 前記第１および前記第２のガスはハロ
ゲン化水素である請求項１６記載の励起多重分子ガス媒
質供給装置。 - 【請求項２２】 前記第１の分子ガスは、ＨＦ、ＤＦ、
ＨＣｌ、ＨＢｒおよびＣＯからなる群から選択され、前
記第２の分子ガスは、ＨＦ、ＤＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、Ｃ
ＯおよびＣＯ2からなる群から選択される請求項１６記
載の励起多重分子ガス媒質供給装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US980,020 | 1992-11-23 | ||
| US07/980,020 US5379315A (en) | 1992-11-23 | 1992-11-23 | Semiconductor laser pumped multiple molecular gas lasers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224500A true JPH06224500A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=25527292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5293281A Pending JPH06224500A (ja) | 1992-11-23 | 1993-11-24 | 半導体レーザポンピング多重分子ガスレーザ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5379315A (ja) |
| EP (1) | EP0599248A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06224500A (ja) |
| DE (1) | DE599248T1 (ja) |
| ES (1) | ES2071604T1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349369A (ja) * | 1999-06-03 | 2000-12-15 | Trw Inc | 高出力ファイバリボンレーザー及び増幅器 |
| JP2013197371A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Fujikura Ltd | 駆動回路、光源装置、光増幅器、および、駆動方法 |
| JP7898510B1 (ja) * | 2022-09-08 | 2026-07-31 | イズテック ビー．ブイ． | レーザ励起光源及びプラズマのレーザ点火方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4490251D2 (de) * | 1993-01-22 | 1997-07-31 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Phasengesteuertes fraktales Lasersystem |
| DE4447356A1 (de) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Max Born Inst Fuer Nichtlinear | Anordnung zur Erzeugung von Laserstrahlung |
| US6331993B1 (en) * | 1998-01-28 | 2001-12-18 | David C. Brown | Diode-pumped gas lasers |
| US8897332B2 (en) * | 2000-09-29 | 2014-11-25 | Donald B Hilliard | Circular optical cavity electronically switched between at least two distinct cavity modes |
| US7435391B2 (en) | 2003-05-23 | 2008-10-14 | Lucent Technologies Inc. | Light-mediated micro-chemical reactors |
| US7391936B2 (en) | 2005-01-21 | 2008-06-24 | Lucent Technologies, Inc. | Microfluidic sensors and methods for making the same |
| US7780813B2 (en) | 2005-06-09 | 2010-08-24 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | Electric field mediated chemical reactors |
| US7476111B2 (en) * | 2007-05-17 | 2009-01-13 | United Technologies Corporation | Two-plug electrical outlet with dual voltage |
| RU2548372C2 (ru) * | 2010-07-19 | 2015-04-20 | Юрий Александрович Чивель | Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления |
| US9014220B2 (en) * | 2011-03-10 | 2015-04-21 | Coherent, Inc. | High-power CW fiber-laser |
| US9083140B2 (en) | 2011-03-10 | 2015-07-14 | Coherent, Inc. | High-power CW fiber-laser |
| JP2013115257A (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-10 | Mitsubishi Electric Corp | 光モジュール |
| US11875986B2 (en) * | 2020-03-05 | 2024-01-16 | Isteq B.V. | Laser-pumped light source and method for laser ignition of plasma |
| US11191147B2 (en) * | 2020-03-05 | 2021-11-30 | Rnd-Isan, Ltd | High-brightness laser-pumped plasma light source |
| US11503696B2 (en) * | 2020-03-05 | 2022-11-15 | Rnd-Isan, Ltd | Broadband laser-pumped plasma light source |
| US10964523B1 (en) * | 2020-03-05 | 2021-03-30 | Rnd-Isan, Ltd | Laser-pumped plasma light source and method for light generation |
| CN114406462B (zh) * | 2022-02-18 | 2024-08-13 | 江苏星链激光科技有限责任公司 | 一种激光焊接系统及其光斑轨迹控制方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3982201A (en) * | 1975-01-24 | 1976-09-21 | The Perkin-Elmer Corporation | CW solid state laser |
| US4126832A (en) * | 1977-05-26 | 1978-11-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Diffraction grating coupled optically pumped laser |
| FR2403666A1 (fr) * | 1977-09-14 | 1979-04-13 | Us Energy | Laser a tetrafluorure de carbone isotopique et procede pour produire une radiation infrarouge coherente |
| US4177435A (en) * | 1977-10-13 | 1979-12-04 | United Technologies Corporation | Optically pumped laser |
| US4276517A (en) * | 1977-12-19 | 1981-06-30 | Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. | CO Pumped CO2 16 micron laser |
| US4318060A (en) * | 1979-05-01 | 1982-03-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Optically pumped atomic iodine laser |
| US4710940A (en) * | 1985-10-01 | 1987-12-01 | California Institute Of Technology | Method and apparatus for efficient operation of optically pumped laser |
| US4942586A (en) * | 1989-04-25 | 1990-07-17 | Intelligent Surgical Lasers Inc. | High power diode pumped laser |
| US5058980A (en) * | 1990-02-21 | 1991-10-22 | Sfa, Inc. | Multimode optical fiber interconnect for pumping Nd:YAG rod with semiconductor lasers |
| JPH0485978A (ja) * | 1990-07-30 | 1992-03-18 | Sony Corp | 端面励起型固体レーザー発振器 |
-
1992
- 1992-11-23 US US07/980,020 patent/US5379315A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-11-22 DE DE0599248T patent/DE599248T1/de active Pending
- 1993-11-22 EP EP93118764A patent/EP0599248A1/en not_active Withdrawn
- 1993-11-22 ES ES93118764T patent/ES2071604T1/es active Pending
- 1993-11-24 JP JP5293281A patent/JPH06224500A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349369A (ja) * | 1999-06-03 | 2000-12-15 | Trw Inc | 高出力ファイバリボンレーザー及び増幅器 |
| JP2013197371A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Fujikura Ltd | 駆動回路、光源装置、光増幅器、および、駆動方法 |
| JP7898510B1 (ja) * | 2022-09-08 | 2026-07-31 | イズテック ビー．ブイ． | レーザ励起光源及びプラズマのレーザ点火方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0599248A1 (en) | 1994-06-01 |
| US5379315A (en) | 1995-01-03 |
| DE599248T1 (de) | 1995-06-29 |
| ES2071604T1 (es) | 1995-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5379315A (en) | Semiconductor laser pumped multiple molecular gas lasers | |
| US5506857A (en) | Semiconductor Laser Pumped molecular gas lasers | |
| JP4050328B2 (ja) | 高出力レーザ装置 | |
| Bridges et al. | CO2 waveguide lasers | |
| US5673281A (en) | Solid state system for frequency conversion using raman-active media and non-linear media | |
| US6963591B2 (en) | Solid state system and method for generating ultraviolet light | |
| US5682397A (en) | Er:YALO upconversion laser | |
| JP2010532587A (ja) | 誘導ビリルアン散乱を使用しないファイバｍｏｐａシステム | |
| JPH07106665A (ja) | 固体レーザ装置 | |
| US4717842A (en) | Mode-matched laser/raman coupled unstabled resonators | |
| WO1994007286A1 (en) | Scalable and stable, cw photolytic atomic iodine laser | |
| Zhdanov et al. | DPAL: historical perspective and summary of achievements | |
| US5022041A (en) | Near resonant Nd3+, solid state laser system | |
| US3582814A (en) | Two-photon liquid laser | |
| US7974318B2 (en) | Infra-red multi-wavelength laser source | |
| EP1236250B1 (en) | Laser effects and laser devices | |
| CN103326235A (zh) | 一种适用于钠激光导星的光源 | |
| US4140978A (en) | Method and apparatus for producing laser radiation following two-photon excitation of a gaseous medium | |
| KR100243313B1 (ko) | 청록색 레이저 발진방법 및 소자 그리고 이를 적용한 장치 | |
| RU2503105C1 (ru) | Лазер на парах щелочных металлов с диодной накачкой | |
| Luhs et al. | He-Ne laser pumped dimer lasers | |
| Antyukhov et al. | High-power multibeam CO2 laser excited by an ac discharge | |
| JP4474756B2 (ja) | レーザ光発生装置 | |
| Wang et al. | cw optically resonance pumped transfer laser in DF‐CO2 system | |
| Bloom | CW pumped dye lasers |