JPH10107344A

JPH10107344A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH10107344A
Application number: JP26196896A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawaguchi; 滋川口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で大出力を実現すること。【解決手段】レーザ励起空間４でレーザ励起媒質を励起
し、出力ミラー１および出力ミラー１と光学的に対向配
置されるフィードバックミラー２の間でレーザ発振し、
出力ミラー１から共振器内励起光の一部をレーザ光とし
て出力するレーザ装置において、レーザ励起空間４の形
状を、中心部分に非励起空間を有する円盤状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を発生す
るレーザ装置に係り、特にレーザ励起空間の形状および
共振器ミラーの構成・形状を改良したレーザ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レーザ励起空間でレーザ励起
媒質を励起し、出力ミラーおよび出力ミラーと光学的に
対向配置されるフィードバックミラー間でレーザ発振
し、出力ミラーから共振器内励起光の一部をレーザ光と
して出力するレーザ装置が、多く用いられてきている。

【０００３】以下、この種のレーザ装置について、ＣＯ
₂ レーザ装置と、ロッドＹＡＧレーザ装置を例として説
明する。図１８は、ＣＯ₂ レーザ装置におけるレーザ励
起空間および共振器の構成例を示す概略図である。

【０００４】図１８において、レーザ励起空間４では、
グロー放電によりレーザ励起媒質を励起し、その両端に
設けられた出力ミラー１およびこの出力ミラー１と光学
的に対向配置されるフィードバックミラー５の間でレー
ザ発振・増幅し、出力ミラー１から共振器内励起光の一
部をレーザ光として出力するようになっている。

【０００５】図１９は、同ＣＯ₂ レーザ装置におけるレ
ーザ励起空間４である放電部の構成例を示す断面図であ
る。図１９において、アノード電極７とカソード電極８
との間で、グロー放電させるようになっている。

【０００６】従って、レーザ励起空間４は、図２０に立
体図を示すように、細長い円柱状または四角柱状の形状
になる。図２１は、ロッドＹＡＧレーザ装置におけるレ
ーザ励起空間および共振器の構成例を示す概略図であ
り、図１８と同一要素には同一符号を付して示してい
る。

【０００７】図２１において、レーザ励起空間では、フ
ラッシュランプ等によりレーザ励起媒質であるＹＡＧロ
ッド２４を励起し、その両端に設けられた出力ミラー１
およびこの出力ミラー１と光学的に対向配置されるフィ
ードバックミラー５の間でレーザ発振・増幅し、出力ミ
ラー１から共振器内励起光の一部をレーザ光として出力
するようになっている。

【０００８】この場合にも、レーザ励起空間は、図２０
に立体図を示すように、細長い円柱状の形状になる。と
ころで、以上のような構成のレーザ装置においては、レ
ーザ励起空間断面（ＣＯ₂ レーザ装置ならばグロ放電断
面、ロッドＹＡＧレーザ装置ならばロッド径）を大きく
することができない。

【０００９】これは、ＣＯ₂ レーザ装置の場合には、ア
ノ一ド電極７とカソード電極８とのギャップ間隔をあま
り大きくできず、またロッドＹＡＧレーザ装置の場合に
は、良質で大口径のＹＡＧロッド２４が製作できないた
めである。

【００１０】従って、レーザ装置において、ある程度以
上の大きさの出力（大出力）を達成しようとすれば、あ
る限られたビーム径で出力を稼がなければならないた
め、レーザ励起空間を長くする必要があり、結果的にレ
ーザ装置が大型化してしまうという問題点を抱えてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
レーザ装置においては、ある程度以上の大きさの大出力
を達成しようとすると、レーザ励起空間が長くなって装
置が大型化するという問題があった。本発明の目的は、
小型で大出力を実現することが可能なレーザ装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明では、レーザ励起
空間でレーザ励起媒質を励起し、出力ミラーおよび出力
ミラーと光学的に対向配置されるフィードバックミラー
の間でレーザ発振し、出力ミラーから共振器内励起光の
一部をレーザ光として出力するレーザ装置において、レ
ーザ励起空間の形状を、中心部分に非励起空間を有する
円盤状としている。

【００１３】従って、請求項１に対応する発明のレーザ
装置においては、レーザ励起空間の形状を、中心部分に
非励起空間を有する円盤状とすることにより、レーザ励
起空間を狭い空間に納めて、従来のレーザ装置よりも大
幅に小型化することができる。

【００１４】また、請求項２に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明のレーザ装置において、レーザ
励起媒質をガス媒質としている。従って、請求項２に対
応する発明のレーザ装置においては、レーザ励起媒質を
ガス媒質とすることにより、従来のガスレーザ装置と同
じ電極ギャップ間隔でも、放電空間を円盤状とすること
によって、レーザ励起空間を寸法的にコンパクト化し
て、レーザ装置を小型化することができる。

【００１５】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項２に対応する発明のレーザ装置において、レー
ザ励起空間のレーザ励起媒質を循環冷却する手段を備え
ている。

【００１６】従って、請求項３に対応する発明のレーザ
装置においては、レーザ励起媒質を循環冷却することに
より、大出力でかつ小型のガスレーザ装置を得ることが
できる。

【００１７】一方、請求項４に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明のレーザ装置において、レーザ
励起媒質を固体媒質としている。従って、請求項４に対
応する発明のレーザ装置においては、レーザ励起媒質を
固体媒質とすることにより、厚さは薄いがある程度の寸
法の円盤状固体媒質を適用することによって、大出力で
かつ小型の固体レーザ装置を得ることができる。

【００１８】また、請求項５に対応する発明では、上記
請求項４に対応する発明のレーザ装置において、固体媒
質の形状を、中心部分に円錐状の窪みを有する円盤状と
し、かつ円盤外周面の一部と円錐状の窪み面に全反射コ
ーティングを施すと共に、円盤上面のうちの円錐状の窪
みに対向する面に部分反射コーティングを施している。

【００１９】従って、請求項５に対応する発明のレーザ
装置においては、固体媒質の形状を、中心部分に円錐状
の窪みを有する円盤状とし、その外周面の一部と円錐状
の窪み面に全反射コーティングを施し、円錐状の窪みと
対向する面に部分反射コーティングを施すことにより、
固体媒質が共振器を兼ねる構造として、共振器ミラーレ
スの超小型固体レーザ装置を得ることができる。

【００２０】さらに、請求項６に対応する発明では、上
記請求項１に対応する発明のレーザ装置において、出力
ミラーとフィードバックミラーとの間に、中間ミラーと
してその反射面が頂角９０度の円錐形状ミラーを配し、
フィードバックミラーを円筒状の内面に反射面を有する
ミラーで構成し、円錐状の中間ミラーとフィードバック
ミラーとの間の空間にレーザ励起空間を配設している。

【００２１】従って、請求項６に対応する発明のレーザ
装置においては、出力ミラーとフィードバックミラーと
の間に、中間ミラーとしてその反射面が頂角９０度の円
錐形状ミラーを配し、フィードバックミラーを円筒状の
内面に反射面を有するミラーで構成し、円錐状の中間ミ
ラーとフィードバックミラーとの間の空間にレーザ励起
空間を配設することにより、請求項１に対応する発明の
レーザ装置のレーザ励起空間からレーザ光を取り出すこ
とができる。

【００２２】一方、請求項７に対応する発明では、上記
請求項６に対応する発明のレーザ装置において、出力ミ
ラーと中間ミラーとの間の空間にもレーザ励起空間を配
設している。

【００２３】従って、請求項７に対応する発明のレーザ
装置においては、出力ミラーと中間ミラーとの間の空間
にもレーザ励起空間を配設することにより、共振器光路
空間をレーザ発振に最大限利用することができ、装置寸
法に対する取り出し出力をより一層大きくすることがで
きる。

【００２４】また、請求項８に対応する発明では、上記
請求項６に対応する発明のレーザ装置において、出力ミ
ラーの反射面の形状を、球面、円筒面、平面のいずれか
で構成し、かつレーザ光に対して半透過ミラーとしてい
る。

【００２５】従って、請求項８に対応する発明のレーザ
装置においては、出力ミラーの反射面の形状を、球面、
円筒面、平面のいずれかとし、かつレーザ光に対して半
透過ミラーとすることにより、安定型の共振器を組むこ
とができる。

【００２６】さらに、請求項９に対応する発明では、上
記請求項６に対応する発明のレーザ装置において、フィ
ードバックミラーの反射断面の形状を凹面状の円弧と
し、かつ円弧面が、円弧を含む円の中心が円錐状ミラー
の頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する面上に存在
するように配設している。

【００２７】従って、請求項９に対応する発明のレーザ
装置においては、フィードバックミラーの反射断面形状
を凹面状の円弧とし、その円弧面が、円弧を含む円の中
心が円錐状ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直
交する面上に存在するように配設することにより、請求
項６に対応する発明のレーザ装置の共振器が、フィード
バックミラーが平面の安定型共振器であったのに対し
て、フィードバックミラーが凹面の安定型共振器を組む
ことができる。

【００２８】さらにまた、請求項１０に対応する発明で
は、上記請求項６に対応する発明のレーザ装置におい
て、フィードバックミラーの反射断面の形状を凸面状の
円弧とし、かつ円弧面が、円弧を含む円の中心が円錐状
ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する面上
に存在するように配設している。

【００２９】従って、請求項１０に対応する発明のレー
ザ装置においては、フィードバックミラーの反射断面形
状を凸面状の円弧とし、その円弧面が、円弧を含む円の
中心が円錐状ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ
直交する面上に存在するように配設することにより、フ
ィードバックミラーが凸面の安定型共振器を組むことが
できる。

【００３０】一方、請求項１１に対応する発明では、上
記請求項９に対応する発明のレーザ装置において、出力
ミラーの反射面の形状を凸面とし、かつその中心部分に
全反射コーティングを施すと共に、その他のリング状の
面に無反射コーティングを施している。

【００３１】従って、請求項１１に対応する発明のレー
ザ装置においては、出力ミラーの反射面形状を凸面と
し、その中心部分に全反射コーティングを施し、その他
のリング状の面に無反射コーティングを施すことによ
り、正枝不安定型共振器を組むことができる。

【００３２】また、請求項１２に対応する発明では、上
記請求項９に対応する発明のレーザ装置において、出力
ミラーの反射面の形状を凹面とし、かつその中心部分に
全反射コーティングを施すと共に、その他のリング状の
面に無反射コーティングを施している。

【００３３】従って、請求項１２に対応する発明のレー
ザ装置においては、出力ミラーの反射面形状を凹面と
し、その中心部分に全反射コーティングを施し、その他
のリング状の面に無反射コーティングを施すことによ
り、負枝不安定型共振器を組むことができる。

【００３４】さらに、請求項１３に対応する発明では、
上記請求項９に対応する発明のレーザ装置において、共
振器の出力側に、凸面の全反射ミラーと、レーザ光軸に
対して傾けてリング状の全反射ミラーとを配設してい
る。

【００３５】従って、請求項１３に対応する発明のレー
ザ装置においては、共振器の出力側に、凸面の全反射ミ
ラーと、レーザ光軸に対して傾けてリング状の全反射ミ
ラーとを配設することにより、出力側ミラーが請求項１
１に対応する発明のレーザ装置の共振器とは異なった構
成の正枝不安定型共振器を組むことができ、ミラーのレ
ーザ光に対する耐光強度が強く、小型でかつ大出力しか
も長寿命のレーザ装置を得ることができる。

【００３６】さらにまた、請求項１４に対応する発明で
は、上記請求項９に対応する発明のレーザ装置におい
て、共振器の出力側に、凹面の全反射ミラーと、レーザ
光軸に対して傾けてリング状の全反射ミラーとを配設し
ている。

【００３７】従って、請求項１４に対応する発明のレー
ザ装置においては、共振器の出力側に、凹面の全反射ミ
ラーと、レーザ光軸に対して傾けてリング状の全反射ミ
ラーとを配設することにより、出力側ミラーが請求項１
２に対応する発明のレーザ装置の共振器とは異なった構
成の負枝不安定型共振器を組むことができ、ミラーのレ
ーザ光に対する耐光強度が強く、小型でかつ大出力しか
も長寿命のレーザ装置を得ることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。（第１の実施の形態）：請求項１、請求項２、請求項
６、請求項８に対応図１は、本実施の形態によるレーザ
装置の一例を示す構成図であり、図１８乃至図２１と同
一部分には同一符号を付して示している。

【００３９】すなわち、本実施の形態では、レーザ励起
空間４の形状を、図２に立体図を示すように、中心部分
に円柱状の非励起空間を有するリング状の円盤状として
いる。

【００４０】一方、共振器の構成は、図１に示すよう
に、レーザ励起空間４の非励起空間の中心に、円錐状の
中間ミラー３を配置し、またレーザ励起空間４を挟むよ
うに、円筒状のフィードバックミラー２を配置してい
る。

【００４１】すなわち、出力ミラー１とフィードバック
ミラー２との間に、中間ミラー３としてその反射面が頂
角９０度の円錐形状ミラーを配し、フィードバックミラ
ー２を円筒状の内面に反射面を有するミラーで構成し、
円錐状の中間ミラー３とフィードバックミラー２との間
の空間にレーザ励起空間４を配設している。

【００４２】また、出力ミラー１は、中間ミラー３の頂
点ａから底面におろした垂線の延長線（図１中の点線）
が発振光軸となるように、中間ミラー３に光学的に対向
配置している。

【００４３】ここで、出力ミラー１の反射面の形状は、
球面、円筒面、平面のいずれかで構成し（本例では、凹
面状の球面）、かつレーザ光の波長に対して半透過のミ
ラー（部分反射ミラー）としている。

【００４４】また、レーザ励起媒質を、ガス媒質として
いる。次に、以上のように構成した本実施の形態のレー
ザ装置においては、出力ミラー１で反射された共振器内
レーザ発振光束の中心光（図示点線）は、中間ミラー３
の頂点ａから放射状に発散し、フィードバックミラー２
で反射されて元の中心光に収束して、出力ミラー１へ戻
される。

【００４５】一方、共振器内レーザ発振光束の最外周の
光は、中間ミラー３の点ｂ，ｃを含む円周から放射状に
発散し、同様にしてフィードバックミラー２で反射され
て元の最外周の光として、出力ミラー１へ戻される。

【００４６】このプロセスは、物理的にフィードバック
ミラーが平面ミラーであることに等価となる。図３に、
従来の安定型共振器において、出力ミラー１が凹面ミラ
ー、フィードバックミラー５が平面ミラーの場合の構成
例を示した。従って、本実施の形態の共振器（図１）と
従来の安定型共振器（図３）とは、物理的に等価であ
る。

【００４７】ここで、装置サイズを比較するために、従
来のレーザ装置のレーザ励起空間４を、断面が一辺の長
さＸの正方形で長さがＬの直方体とし、また本実施の形
態のレーザ装置のレーザ励起空間４を、直径Ｄで高さ
Ｘ、中心の非励起空間の直径を２Ｘとする。

【００４８】すると、従来のレーザ装置のレ一ザ励起空
間４の体積Ｖ１は、Ｖ１＝Ｘ² ・Ｌ本実施の形態のレーザ装置のレーザ励起空間４の体積Ｖ
２は、Ｖ２＝π・（Ｄ² −４Ｘ² ）・（Ｘ／４）となり、ＶｌとＶ２が等しいと仮定すると、Ｄ＝２Ｘ・（１＋Ｌ／（π・Ｘ））^1/2 一般のガスレーザ装置においては、放電長さＬが放電ギ
ャップＸの２０〜５０倍程度あるため、本実施の形態の
レーザ励起空間４の直径Ｄは、放電長さＬの１／４〜１
／６のサイズとなる。

【００４９】従来のレーザ装置の大きさを決めている支
配的な寸法は、放電部の長さＬであるので、本実施の形
態のレーザ装置は、従来のレーザ装置の１／５程度の大
きさにすることができる。

【００５０】上述したように、本実施の形態のレーザ装
置においては、レーザ励起空間４の形状を、中心部分に
非励起空間を有する円盤状とし、それに適合する共振器
構成としているので、レーザ励起空間を狭い空間に納め
て、従来のレーザ装置よりも小型でかつ大出力のレーザ
装置を得ることが可能となる。

【００５１】また、レーザ励起媒質をガス媒質としてい
るので、従来のガスレーザ装置と同じ電極ギャップ間隔
でも、放電空間を円盤状とすることによって、レーザ励
起空間４を寸法的にコンパクト化して、レーザ装置を小
型化することが可能となる。

【００５２】さらに、出力ミラー１とフィードバックミ
ラー２との間に、中間ミラー３としてその反射面が頂角
９０度の円錐形状ミラーを配し、フィードバックミラー
２を円筒状の内面に反射面を有するミラーで構成し、円
錐状の中間ミラー３とフィードバックミラー２との間の
空間にレーザ励起空間４を配設しているので、レーザ励
起空間４からレーザ光を取り出すことが可能となる。

【００５３】さらにまた、出力ミラー１の反射面の形状
を、球面、円筒面、平面のいずれかとし、かつレーザ光
に対して半透過ミラーとしているので、安定型の共振器
を組むことが可能となる。

【００５４】（第２の実施の形態）：請求項３に対応図４は、本実施の形態によるレーザ装置の一例を示す構
成図であり、図１、図１８乃至図２１と同一部分には同
一符号を付して示している。

【００５５】すなわち、本実施の形態では、図４に示す
ように、前記図１で述べたレーザ励起空間４と共振器、
およびアノード電極７とカソード電極８を、発振器筐体
６内に収納している。

【００５６】リング円盤状のアノード電極７とカソード
電極８との間でグロー放電させ、レーザ励起空間４を形
成している。また、発振器筐体６内のレーザガスを排気
配管１１から排気し、熱交換器９でレーザガスを冷却し
た後に、ガス循環ポンプ１０により給気配管１２から発
振器筐体６にレーザガスを戻すようにしている。すなわ
ち、レーザ励起空間４のレーザ励起媒質を循環冷却する
手段を備えている。

【００５７】ここで、ガス循環ポンプ１０の能力や、排
気配管１１の取り出し口の数等を変えることにより、発
振器筐体６内のレーザ励起媒質（ガス）循環流量を変え
ることができる。

【００５８】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、レーザ励起空間４内のレーザ
励起媒質（ガス）を、熱交換器９とガス循環ポンプ１０
とによって循環冷却することにより、前記第１の実施の
形態のレーザ装置において大出力を実現することができ
る。

【００５９】これにより、大出力のレーザ装置において
も、従来のレーザ装置の１／５程度の大きさの小型なレ
ーザ装置を得ることができる。上述したように、本実施
の形態のレーザ装置においては、レーザ励起媒質を循環
冷却するようにしているので、大出力でかつ小型のガス
レーザ装置を得ることが可能となる。

【００６０】（第３の実施の形態）：請求項４に対応図５は、本実施の形態によるレーザ装置の一例を示す構
成図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示し
ている。

【００６１】すなわち、本実施の形態では、前記第１の
実施の形態におけるレーザ励起媒質を固体媒質１３と
し、フィードバックミラー２の代わりに、固体媒質１３
の外周端面のうちのレーザ発振に必要な部分だけ、全反
射コーティング１４を施している。

【００６２】ここで、固体媒体１３は、図６に立体図を
示すように、中心に空間を有するリング状の円盤であ
り、その外周端面の一部に全反射コーティング１４を施
している。

【００６３】また、出力ミラー１と中間ミラー３は、前
記第１の実施の形態の場合と同様な形状・配置としてい
る。次に、以上のように構成した本実施の形態のレーザ
装置においては、前記第１の実施の形態における、レー
ザ励起媒質を固体媒質１３とし、その外周端面に全反射
コーティング１４を施すことにより、第１の実施の形態
の場合と同様なレーザ発振・増幅が可能な固体レーザを
実現することができる。

【００６４】ここで、固体媒質１３の一部が、フィード
バックミラーを兼ねているため、ガスレーザ装置よりも
さらに小型化することができる。なお、固体媒質１３に
全反射コーティング１４を施さず、図１に示すようにフ
ィードバックミラーを設けても、同様の作用・効果が得
られることは言うまでもない。

【００６５】また、例えば図５に示す固体媒体１３の底
面を冷却し、上面からフラッシュランプ等の励起光を供
給する構成とすることにより、第２の実施の形態の場合
と同様に本実施の形態においても大出力の固体レーザ装
置を実現することができる。

【００６６】上述したように、本実施の形態のレーザ装
置においては、レーザ励起媒質を固体媒質１３としてい
るので、厚さは薄いがある程度の寸法の円盤状固体媒質
を適用することによって、大出力でかつ小型の固体レー
ザ装置を得ることが可能となる。

【００６７】（第４の実施の形態）：請求項５に対応図７は、本実施の形態によるレーザ装置の一例を示す構
成図であり、図５および図６と同一部分には同一符号を
付して示している。

【００６８】すなわち、本実施の形態では、前記第３の
実施の形態における円盤状の固体媒質１３の中心部に円
錐状の窪みを設け、かつ円盤外周面の一部と円錐状の窪
み面に全反射コーティング１４を施すと共に、円盤上面
のうちの円錐状の窪みに対向する面に部分反射コーティ
ング１５を施している。

【００６９】図８は、本実施の形態によるレーザ装置の
他の例を示す構成図であり、図７と同一部分には同一符
号を付して示している。すなわち、本実施の形態では、
図７における円盤の上面の部分反射コーティング１５を
施した面を凸面としている。

【００７０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、固体媒質１３が共振器の機能
を兼ね備えることにより、固体媒質１３にリング状の励
起光を与えると、前記第３の実施の形態のレーザ装置の
場合と同様にレーザ発振する。

【００７１】これにより、共振器ミラーレスの超小型固
体レーザ装置を実現することができる。なお、図７は共
振器の出力ミラー・フィードバックミラーが共に平面ミ
ラーの場合の例であり、図８は出力ミラーが凹面（反射
面）でフィードバックミラーが平面ミラーの場合の例で
ある。

【００７２】上述したように、本実施の形態のレーザ装
置においては、固体媒質１３の形状を、中心部分に円錐
状の窪みを有する円盤状とし、その外周面の一部と円錐
状の窪み面に全反射コーティング１４を施し、円錐状の
窪みと対向する面に部分反射コーティング１５を施して
いるので、固体媒質１３が共振器を兼ねる構造として、
共振器ミラーレスの超小型固体レーザ装置を得ることが
可能となる。

【００７３】（第５の実施の形態）：請求項７に対応図９は、本実施の形態によるレーザ装置の一例を示す構
成図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示し
ている。

【００７４】すなわち、本実施の形態では、前記第１の
実施の形態における共振器ミラー構成と同じであるが、
レーザ励起空間は、円盤状のレーザ励起空間４の他に、
出力ミラー１と中間ミラー３との間の空間にも円柱状の
レーザ励起空間１６を追加配設した構成としている。

【００７５】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、前記第１の実施の形態のレー
ザ装置にレーザ励起空間１６を付加することにより、共
振器内のレーザ励起空間を最大限に活用して、より一層
大出力のレーザ装置を実現することができる。

【００７６】上述したように、本実施の形態のレーザ装
置においては、出力ミラー１と中間ミラー３との間の空
間にもレーザ励起空間１６を配設しているので、共振器
光路空間をレーザ発振に最大限利用することができ、装
置寸法に対する取り出し出力をより一層大きくすること
が可能となる。

【００７７】（第６の実施の形態）：請求項９に対応図１０は、本実施の形態によるレーザ装置の一例を示す
構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示
している。

【００７８】すなわち、本実施の形態では、前記第１の
実施の形態における共振器ミラー配置およびレーザ励起
空間の構成と同じであるが、フィードバックミラー１７
の反射断面形状を凹面状の゛円弧とし、かつその円弧面
が、円弧を含む円の中心が円錐状ミラーの頂点を含みレ
ーザ発振光軸とほぼ直交する面上に存在するように配設
した構成としている。

【００７９】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、前記第１の実施の形態のレー
ザ装置における、フィードバックミラー１７の反射面を
凹面にすることにより、共振器の構成が、出力ミラー１
・フィードバックミラー１７共に凹面の安定型共振器と
物理的に等価となる。

【００８０】また、出力ミラー１を平面ミラーにするこ
とにより、平面−凹面の共振器と等価となる。これによ
り、共振器は、そのレーザ装置の用途によって、出力ミ
ラー１とフィードバックミラー１７の構成を、平面−平
面、凹面−平面、凹面−凹面、平面−凹面、凹面−凸
面、凸面−凹面のいずれかを選定することにより、前記
第１の実施の形態のレーザ装置において、凹面−凹面、
平面−凹面の共振器を組むことができる。

【００８１】上述したように、本実施の形態のレーザ装
置においては、フィードバックミラー１７の反射断面形
状を凹面状の円弧とし、その円弧面が、円弧を含む円の
中心が円錐状ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ
直交する面上に存在するように配設しているので、前記
第１の実施の形態のレーザ装置の共振器が、フィードバ
ックミラーが平面の安定型共振器であったのに対して、
フィードバックミラー１７が凹面の安定型共振器を組む
ことが可能となる。

【００８２】（第７の実施の形態）：請求項１０に対応図１１は、本実施の形態によるレーザ装置の一例を示す
構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示
している。

【００８３】すなわち、本実施の形態では、前記第１の
実施の形態における共振器ミラー配置およびレーザ励起
空間の構成と同じであるか、フィードバックミラー１８
の反射断面形状を凸面状の円弧とし、かつその円弧面
が、円弧を含む円の中心が円錐状ミラーの頂点を含みレ
ーザ発振光軸と直交する面上に存在するように配設した
構成としている。

【００８４】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、前記第１の実施の形態のレー
ザ装置における、フィードバックミラー１８を凸面にす
ることにより、共振器の構成が、出力ミラー１が凹面、
フィードバックミラー１８が凸面の安定型共振器と物理
的に等価となる。

【００８５】これにより、第１実施の形態のレーザ装置
において、凹面−凸面の共振器を組むことができる。上
述したように、本実施の形態のレーザ装置においては、
フィードバックミラー１８の反射断面形状を凸面状の円
弧とし、その円弧面が、円弧を含む円の中心が円錐状ミ
ラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する面上に
存在するように配設しているので、フィードバックミラ
ー１８が凸面の安定型共振器を組むことが可能となる。

【００８６】（第８の実施の形態）：請求項１１、請求
項１２に対応図１２および図１３は、本実施の形態によるレーザ装置
の一例および他の例をそれぞれ示す構成図であり、図１
乃至図１１と同一部分には同一符号を付して示してい
る。

【００８７】すなわち、前記第１乃至第７の各実施の形
態では、安定型共振器の実施の形態であったが、本実施
の形態では、不安定型共振器の実施の形態としている。
ここで、不安定型共振器には、正枝不安定型共振器と負
枝不安定型共振器とがあり、図１４が正枝不安定型共振
器の例を、図１５が負枝不安定型共振器の例をそれぞれ
示している。

【００８８】図１２の実施の形態では、前記第６の実施
の形態における、出力ミラー１の反射面形状を凸面と
し、中心部分には全反射コーティング１４を施し、その
他のリング状の面には無反射コーティングを施してい
る。

【００８９】また、図１３の実施の形態では、前記第６
の実施の形態における、出力ミラー１の反射面形状を凹
面とし、中心部分には全反射コーティング１４を施し、
その他のリング状の面には無反射コーティングを施して
いる。

【００９０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、図１２の実施の形態では、前
記第１の実施の形態のレーザ装置において、物理的に図
１４に示すような正枝不安定型共振器を組んだことと等
価になる。また、図１３の実施の形態では、前記第１の
実施の形態のレーザ装置において、物理的に図１５に示
すような負枝不安定型共振器を組んだことと等価にな
る。

【００９１】これにより、本実施の形態により、第１の
実施の形態のレーザ装置において、不安定型共振器を組
むことができる。上述したように、本実施の形態のレー
ザ装置においては、出力ミラー１の反射面形状を凸面と
し、その中心部分に全反射コーティング１４を施し、そ
の他のリング状の面に無反射コーティングを施している
ので、正枝不安定型共振器を組むことが可能となる。

【００９２】また、出力ミラー１の反射面の形状を凹面
とし、かつその中心部分に全反射コーティング１４を施
すと共に、その他のリング状の面に無反射コーティング
を施しているので、負枝不安定型共振器を組むことが可
能となる。

【００９３】（第９の実施の形態）：請求項１３、請求
項１４に対応図１６および図１７は、本実施の形態によるレーザ装置
の一例および他の例をそれぞれ示す構成図であり、図１
２乃至図１５と同一部分には同一符号を付して示してい
る。

【００９４】すなわち、前記第８の実施の形態では、出
力ミラーに透過型ミラーを配設した不安定型共振器の実
施の形態であったが、本実施の形態では、出力ミラーに
全反射ミラーを配設した不安定型共振器の実施の形態と
している。

【００９５】図１６の実施の形態では、図１２の実施の
形態における共振器の出力側に、出力ミラー１の代わり
に、凸面全反射ミラー２２と、レーザ光軸に対して４５
度傾けてリング状全反射ミラー２１とを配設して共振器
を組んでいる。

【００９６】また、図１７の実施の形態では、図１３の
実施の形態における共振器の出力側に、出力ミラー１の
代わりに、凹面全反射ミラー２３と、レーザ光軸に対し
て４５度傾けてリング状全反射ミラー２１とを配設して
共振器を組んでいる。

【００９７】次に、以上のように構成した本実施の形態
のレーザ装置においては、図１６の実施の形態では、前
記第８の実施の形態（図１２）のレーザ装置において、
出力ミラーを全反射ミラー２１，２２で構成した正枝不
安定型共振器を組むことができる。

【００９８】また、図１７の実施の形態では、前記第８
の実施の形態（図１３）のレーザ装置において、出力ミ
ラーを全反射ミラー２１，２３で構成した負枝不安定型
共振器を組むことができる。

【００９９】これにより、共振器のミラーを全て全反射
ミラー（ＣＯ₂ レーザ装置の場合には金属ミラー）で構
成することができ、ミラーのレーザ光に対する耐光強度
が強く、小型・大出力・長寿命のレーザ装置を実現する
ことができる。

【０１００】上述したように、本実施の形態のレーザ装
置においては、共振器の出力側に、凸面の全反射ミラー
２２と、レーザ光軸に対して傾けてリング状の全反射ミ
ラー２１とを配設しているので、出力側ミラーが前記第
８の実施の形態のレーザ装置の共振器とは異なった構成
の正枝不安定型共振器を組むことができ、ミラーのレー
ザ光に対する耐光強度が強く、小型でかつ大出力しかも
長寿命のレーザ装置を得ることが可能となる。

【０１０１】また、共振器の出力側に、凹面の全反射ミ
ラー２３と、レーザ光軸に対して傾けてリング状の全反
射ミラー２１とを配設しているので、出力側ミラーが前
記第８の実施の形態のレーザ装置の共振器とは異なった
構成の負枝不安定型共振器を組むことができ、ミラーの
レーザ光に対する耐光強度が強く、小型でかつ大出力し
かも長寿命のレーザ装置を得ることが可能となる。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る発明によれば、レーザ励起空間でレーザ励起媒質を励
起し、出力ミラーおよび出力ミラーと光学的に対向配置
されるフィードバックミラーの間でレーザ発振し、出力
ミラーから共振器内励起光の一部をレーザ光として出力
するレーザ装置において、レーザ励起空間の形状を、中
心部分に非励起空間を有する円盤状としたので、レーザ
励起空間を狭い空間に納めて、小型で大出力を実現する
ことが可能なレーザ装置が提供できる。

【０１０３】また、請求項２に対応する発明によれば、
上記請求項１に対応する発明のレーザ装置において、レ
ーザ励起媒質をガス媒質としたので、従来のガスレーザ
装置と同じ電極ギャップ間隔でも、レーザ励起空間を寸
法的にコンパクト化して、小型で大出力を実現すること
が可能なレーザ装置が提供できる。

【０１０４】さらに、請求項３に対応する発明によれ
ば、上記請求項２に対応する発明のレーザ装置におい
て、レーザ励起空間のレーザ励起媒質を循環冷却する手
段を備えたので、レーザ励起媒質を循環冷却して、小型
で大出力を実現することが可能なガスレーザ装置が提供
できる。

【０１０５】一方、請求項４に対応する発明によれば、
上記請求項１に対応する発明のレーザ装置において、レ
ーザ励起媒質を固体媒質としたので、厚さは薄いがある
程度の寸法の円盤状固体媒質を適用して、小型で大出力
を実現することが可能な固体レーザ装置が提供できる。

【０１０６】また、請求項５に対応する発明によれば、
上記請求項４に対応する発明のレーザ装置において、固
体媒質の形状を、中心部分に円錐状の窪みを有する円盤
状とし、かつ円盤外周面の一部と円錐状の窪み面に全反
射コーティングを施すと共に、円盤上面のうちの円錐状
の窪みに対向する面に部分反射コーティングを施したの
で、固体媒質が共振器を兼ねる構造として、小型で大出
力を実現することが可能な共振器ミラーレスの超小型固
体レーザ装置が提供できる。

【０１０７】さらに、請求項６に対応する発明では、上
記請求項１に対応する発明のレーザ装置において、出力
ミラーとフィードバックミラーとの間に、中間ミラーと
してその反射面が頂角９０度の円錐形状ミラーを配し、
フィードバックミラーを円筒状の内面に反射面を有する
ミラーで構成し、円錐状の中間ミラーとフィードバック
ミラーとの間の空間にレーザ励起空間を配設したので、
レーザ励起空間からレーザ光を取り出すことが可能なレ
ーザ装置が提供できる。

【０１０８】一方、請求項７に対応する発明によれば、
上記請求項６に対応する発明のレーザ装置において、出
力ミラーと中間ミラーとの間の空間にもレーザ励起空間
を配設したので、共振器光路空間をレーザ発振に最大限
利用して、装置寸法に対する取り出し出力をより一層大
きくすることが可能なレーザ装置が提供できる。

【０１０９】また、請求項８に対応する発明によれば、
上記請求項６に対応する発明のレーザ装置において、出
力ミラーの反射面の形状を、球面、円筒面、平面のいず
れかで構成し、かつレーザ光に対して半透過ミラーとし
たので、安定型の共振器を組むことが可能なレーザ装置
が提供できる。

【０１１０】さらに、請求項９に対応する発明によれ
ば、上記請求項６に対応する発明のレーザ装置におい
て、フィードバックミラーの反射断面の形状を凹面状の
円弧とし、かつ円弧面が、円弧を含む円の中心が円錐状
ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する面上
に存在するように配設したので、フィードバックミラー
が凹面の安定型共振器を組むことが可能なレーザ装置が
提供できる。

【０１１１】さらにまた、請求項１０に対応する発明に
よれば、上記請求項６に対応する発明のレーザ装置にお
いて、フィードバックミラーの反射断面の形状を凸面状
の円弧とし、かつ円弧面が、円弧を含む円の中心が円錐
状ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する面
上に存在するように配設したので、フィードバックミラ
ーが凸面の安定型共振器を組むことが可能なレーザ装置
が提供できる。

【０１１２】一方、請求項１１に対応する発明によれ
ば、上記請求項９に対応する発明のレーザ装置におい
て、出力ミラーの反射面の形状を凸面とし、かつその中
心部分に全反射コーティングを施すと共に、その他のリ
ング状の面に無反射コーティングを施したので、正枝不
安定型共振器を組むことが可能なレーザ装置が提供でき
る。

【０１１３】また、請求項１２に対応する発明によれ
ば、上記請求項９に対応する発明のレーザ装置におい
て、出力ミラーの反射面の形状を凹面とし、かつその中
心部分に全反射コーティングを施すと共に、その他のリ
ング状の面に無反射コーティングを施したので、負枝不
安定型共振器を組むことが可能なレーザ装置が提供でき
る。

【０１１４】さらに、請求項１３に対応する発明によれ
ば、上記請求項９に対応する発明のレーザ装置におい
て、共振器の出力側に、凸面の全反射ミラーと、レーザ
光軸に対して傾けてリング状の全反射ミラーとを配設し
たので、ミラーのレーザ光に対する耐光強度が強く、小
型でかつ大出力しかも長寿命のレーザ装置が提供でき
る。

【０１１５】さらにまた、請求項１４に対応する発明に
よれば、上記請求項９に対応する発明のレーザ装置にお
いて、共振器の出力側に、凹面の全反射ミラーと、レー
ザ光軸に対して傾けてリング状の全反射ミラーとを配設
したので、ミラーのレーザ光に対する耐光強度が強く、
小型でかつ大出力しかも長寿命のレーザ装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ装置の第１の実施の形態を
示す構成図。

【図２】同第１の実施の形態のレーザ装置におけるレー
ザ励起空間を示す立体図。

【図３】同第１の実施の形態のレーザ装置における作用
効果を説明するための対象となる従来の安定型共振器を
示す構成図。

【図４】本発明によるレーザ装置の第２の実施の形態を
示す構成図。

【図５】本発明によるレーザ装置の第３の実施の形態を
示す構成図。

【図６】同第３の実施の形態のレーザ装置における固体
媒質を示す立体図。

【図７】本発明によるレーザ装置の第４の実施の形態の
一例を示す構成図。

【図８】本発明によるレーザ装置の第４の実施の形態の
他の例を示す構成図。

【図９】本発明によるレーザ装置の第５の実施の形態を
示す構成図。

【図１０】本発明によるレーザ装置の第６の実施の形態
を示す構成図。

【図１１】本発明によるレーザ装置の第７の実施の形態
を示す構成図。

【図１２】本発明によるレーザ装置の第８の実施の形態
の一例を示す構成図。

【図１３】本発明によるレーザ装置の第８の実施の形態
の他の例を示す構成図。

【図１４】同第８の実施の形態のレーザ装置における正
枝不安定型共振器の一例を示す構成図。

【図１５】同第８の実施の形態のレーザ装置における負
枝不安定型共振器の一例を示す構成図。

【図１６】本発明によるレーザ装置の第９の実施の形態
の一例を示す構成図。

【図１７】本発明によるレーザ装置の第９の実施の形態
の他の例を示す構成図。

【図１８】従来のＣＯ₂ レーザ装置を示す構成図。

【図１９】従来のＣＯ₂ レーザ装置における放電部を示
す断面図。

【図２０】従来のレーザ装置におけるレーザ励起空間を
示す立体図。

【図２１】従来のロッドＹＡＧレーザ装置を示す構成
図。

【符号の説明】

１…出力ミラー、２…フィードバックミラー、３…中間ミラー、４…レーザ励起空間、５…フィードバックミラー、６…発振器筐体、７…アノード電極、８…カソード電極、９…熱交換器、１０…ガス循環ポンプ、１１…排気配管、１２…給気配管、１３…固体媒質、１４…全反射コーティング、１５…部分反射コーティング、１６…レーザ励起空間、１７…凹面フィードバックミラー、１８…凸面フィードバックミラー、１９…レーザ出力光パターン、２０…無反射コーティング、２１…リング状全反射ミラー、２２…凸面全反射ミラー、２３…凹面全反射ミラー、２４…ＹＡＧロッド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ励起空間でレーザ励起媒質を励起
し、出力ミラーおよび当該出力ミラーと光学的に対向配
置されるフィードバックミラーの間でレーザ発振し、前
記出力ミラーから共振器内励起光の一部をレーザ光とし
て出力するレーザ装置において、前記レーザ励起空間の形状を、中心部分に非励起空間を
有する円盤状としたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】前記請求項１に記載のレーザ装置におい
て、前記レーザ励起媒質がガス媒質であることを特徴とする
レーザ装置。
【請求項３】前記請求項２に記載のレーザ装置におい
て、前記レーザ励起空間のレーザ励起媒質を循環冷却する手
段を備えて成ることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】前記請求項１に記載のレーザ装置におい
て、前記レーザ励起媒質が固体媒質であることを特徴とする
レーザ装置。
【請求項５】前記請求項４に記載のレーザ装置におい
て、前記固体媒質の形状を、中心部分に円錐状の窪みを有す
る円盤状とし、かつ当該円盤外周面の一部と円錐状の窪
み面に全反射コーティングを施すと共に、円盤上面のう
ちの円錐状の窪みに対向する面に部分反射コーティング
を施したことを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】前記請求項１に記載のレーザ装置におい
て、前記出力ミラーとフィードバックミラーとの間に、中間
ミラーとしてその反射面が頂角９０度の円錐形状ミラー
を配し、前記フィードバックミラーを円筒状の内面に反
射面を有するミラーで構成し、前記円錐状の中間ミラー
とフィードバックミラーとの間の空間にレーザ励起空間
を配設したことを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】前記請求項６に記載のレーザ装置におい
て、前記出力ミラーと中間ミラーとの間の空間にもレーザ励
起空間を配設したことを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】前記請求項６に記載のレーザ装置におい
て、前記出力ミラーの反射面の形状を、球面、円筒面、平面
のいずれかで構成し、かつレーザ光に対して半透過ミラ
ーとしたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】前記請求項６に記載のレーザ装置におい
て、前記フィードバックミラーの反射断面の形状を凹面状の
円弧とし、かつ当該円弧面が、円弧を含む円の中心が円
錐状ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する
面上に存在するように配設したことを特徴とするレーザ
装置。
【請求項１０】前記請求項６に記載のレーザ装置にお
いて、前記フィードバックミラーの反射断面の形状を凸面状の
円弧とし、かつ当該円弧面が、円弧を含む円の中心が円
錐状ミラーの頂点を含みレーザ発振光軸とほぼ直交する
面上に存在するように配設したことを特徴とするレーザ
装置。
【請求項１１】前記請求項９に記載のレーザ装置にお
いて、前記出力ミラーの反射面の形状を凸面とし、かつその中
心部分に全反射コーティングを施すと共に、その他のリ
ング状の面に無反射コーティングを施したことを特徴と
するレーザ装置。
【請求項１２】前記請求項９に記載のレーザ装置にお
いて、前記出力ミラーの反射面の形状を凹面とし、かつその中
心部分に全反射コーティングを施すと共に、その他のリ
ング状の面に無反射コーティングを施したことを特徴と
するレーザ装置。
【請求項１３】前記請求項９に記載のレーザ装置にお
いて、前記共振器の出力側に、凸面の全反射ミラーと、レーザ
光軸に対して傾けてリング状の全反射ミラーとを配設し
たことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１４】前記請求項９に記載のレーザ装置にお
いて、前記共振器の出力側に、凹面の全反射ミラーと、レーザ
光軸に対して傾けてリング状の全反射ミラーとを配設し
たことを特徴とするレーザ装置。