JPS6037630B2 - 導波形炭酸ガスレ−ザ発振器 - Google Patents
導波形炭酸ガスレ−ザ発振器Info
- Publication number
- JPS6037630B2 JPS6037630B2 JP18638280A JP18638280A JPS6037630B2 JP S6037630 B2 JPS6037630 B2 JP S6037630B2 JP 18638280 A JP18638280 A JP 18638280A JP 18638280 A JP18638280 A JP 18638280A JP S6037630 B2 JPS6037630 B2 JP S6037630B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- mirror
- curvature
- output coupling
- carbon dioxide
- 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.)
- Expired
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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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/0315—Waveguide lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Lasers (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は導波形Ｃ０２レーザ発振器に関し、レーザ装置
の全長を従来技術のものと同一にしたま）出力を大中に
増大する事を目的とする。
の全長を従来技術のものと同一にしたま）出力を大中に
増大する事を目的とする。
炭酸ガスレーザ（以下Ｃ０２レーザという）には相似別
ｇ。
ｇ。
・ｄ＝一定 ・…・・【１｝ｌｓ・ｄ
＝一定 ・・．・・・‘２１（Ｐ。／
Ｖ）・坪＝一定 ・・・・・・‘３’が成立す
る。ここでｇ。は小信号利得、ｌｓは飽和パラメータ、
Ｐ。はしーザ出力、Ｖは利得部体積、ｄはしーザ管径で
ある。これよりｇ。およびｌｓは管蓬に逆比例、出力／
体積比は管蓬の二乗に逆比例することが分る。従来技術
のＣ０２導波形レーザは第１図に示すようなもので１１
は導波形放電管、１２は導波路、１３は出力結合鏡、１
４は全反射鏡でありレーザ管径すなわち導波路１２の径
ｄニ１柳◇程度に選ばれ出力／体積比は通常の拡散冷却
レーザの０．５Ｗ／ｃｃに比較してｌＯＷ／ｃｃと２ぴ
音も大きいと云う特徴がある。但し細径管を用いるので
利得部体積Ｖそのものが小さく放電管単位長当りの出力
は従来レーザの５０Ｗ／のに比較してｌ０Ｗ／仇とかえ
って低い値になると云う欠点がある。従って従来の導波
形Ｃ０２レーザは高出力が不要である通信用などに利用
されるに過ぎず折角小形レーザの可能性を持ちながらエ
ネルギー源としては用いられていない。本発明は上記の
ような従来の欠点を解消し、導波形Ｃ０２レーザの高出
力化をはかることを目的とする。
＝一定 ・・．・・・‘２１（Ｐ。／
Ｖ）・坪＝一定 ・・・・・・‘３’が成立す
る。ここでｇ。は小信号利得、ｌｓは飽和パラメータ、
Ｐ。はしーザ出力、Ｖは利得部体積、ｄはしーザ管径で
ある。これよりｇ。およびｌｓは管蓬に逆比例、出力／
体積比は管蓬の二乗に逆比例することが分る。従来技術
のＣ０２導波形レーザは第１図に示すようなもので１１
は導波形放電管、１２は導波路、１３は出力結合鏡、１
４は全反射鏡でありレーザ管径すなわち導波路１２の径
ｄニ１柳◇程度に選ばれ出力／体積比は通常の拡散冷却
レーザの０．５Ｗ／ｃｃに比較してｌＯＷ／ｃｃと２ぴ
音も大きいと云う特徴がある。但し細径管を用いるので
利得部体積Ｖそのものが小さく放電管単位長当りの出力
は従来レーザの５０Ｗ／のに比較してｌ０Ｗ／仇とかえ
って低い値になると云う欠点がある。従って従来の導波
形Ｃ０２レーザは高出力が不要である通信用などに利用
されるに過ぎず折角小形レーザの可能性を持ちながらエ
ネルギー源としては用いられていない。本発明は上記の
ような従来の欠点を解消し、導波形Ｃ０２レーザの高出
力化をはかることを目的とする。
本発明の導波形レーザは、近接した二枚の冷却平行板の
間にレーザ媒体ガスを閉じ込めたもので導波路断面は矩
形状であり、レーザガスが、冷却された壁に接近してい
るため通路の導波形レーザの長所である冷却効果はその
まま維持され高い出力体積比を示す。
間にレーザ媒体ガスを閉じ込めたもので導波路断面は矩
形状であり、レーザガスが、冷却された壁に接近してい
るため通路の導波形レーザの長所である冷却効果はその
まま維持され高い出力体積比を示す。
さらに本発明では矩形状の導波路断面のよこ辺長をたて
辺長に比して十分に長くしたもので、たとえばよこ辺長
／たて辺長ニ１００ ・・・・・・■程度に選ん
で活性領域の増大をはかっている。
辺長に比して十分に長くしたもので、たとえばよこ辺長
／たて辺長ニ１００ ・・・・・・■程度に選ん
で活性領域の増大をはかっている。
この１０の音という数値は、放電の難易度により制限さ
れる上限値であると考えてよい。この時冷却効果はほぼ
従来の導波形レーザに近いので【１｝〜■式はそのまま
成立して出力／体積比は通常の導波形レーザの値に近い
ものになり、一方利得体積は｛４｝式より約１０び音‘
こなるので出力も約１０の音になるのである。第２図に
本発明によるＣ０２導波形レーザの構成を示す。
れる上限値であると考えてよい。この時冷却効果はほぼ
従来の導波形レーザに近いので【１｝〜■式はそのまま
成立して出力／体積比は通常の導波形レーザの値に近い
ものになり、一方利得体積は｛４｝式より約１０び音‘
こなるので出力も約１０の音になるのである。第２図に
本発明によるＣ０２導波形レーザの構成を示す。
同図で２１はパィレックス、石英、ベリリァなどからな
る絶縁体であり図には示されていない方法で冷却がなさ
れている。もちろん空冷でも良い。２２はこの絶縁体中
に設けられた中空放電領域でたて辺長は約１肋、横辺長
が５０〜１００脚程度に選ばれる。
る絶縁体であり図には示されていない方法で冷却がなさ
れている。もちろん空冷でも良い。２２はこの絶縁体中
に設けられた中空放電領域でたて辺長は約１肋、横辺長
が５０〜１００脚程度に選ばれる。
この放電領域２２には公知の技術である。多数の電極群
２５ならびに２６により横方向放電が行なわれて一様な
グロ−放電が得られている。放電はまた無電極の高周波
放電を行っても均一なグロー領域を得ることができる。
２３は全反視鏡、２４は出力結合鏡であるがそれらの反
射鏡はたて方向に曲率半径Ｒｖ、よこ方向に曲率半径Ｒ
ｈを持つ非球面鏡である必要がある。その理由は本発明
のレーザ共振器はたて方向には導波形共振器でありよこ
方向にはフアブリーベロー形共振器である一種の複合共
振器であり両者の共振器が安定動作のために要求する曲
率がそれぞれ異っているからである。たて方向の曲率Ｒ
ｖの値は導波形レーザ共振器を安定に動作させるために
、Ｒｖ＝Ｚ十ぜ／Ｚ ……（５）ｂ：誌
・・・・畑の関係を満たすようにえらべばよい。
２５ならびに２６により横方向放電が行なわれて一様な
グロ−放電が得られている。放電はまた無電極の高周波
放電を行っても均一なグロー領域を得ることができる。
２３は全反視鏡、２４は出力結合鏡であるがそれらの反
射鏡はたて方向に曲率半径Ｒｖ、よこ方向に曲率半径Ｒ
ｈを持つ非球面鏡である必要がある。その理由は本発明
のレーザ共振器はたて方向には導波形共振器でありよこ
方向にはフアブリーベロー形共振器である一種の複合共
振器であり両者の共振器が安定動作のために要求する曲
率がそれぞれ異っているからである。たて方向の曲率Ｒ
ｖの値は導波形レーザ共振器を安定に動作させるために
、Ｒｖ＝Ｚ十ぜ／Ｚ ……（５）ｂ：誌
・・・・畑の関係を満たすようにえらべばよい。
これは一義的でないので実際にはＲｖが与えられるとＲ
ｖよりや）近くに反射鏡を置きＺを変えて発振出力が塚
大になるように調整する。ここでＺは導波路端と反射鏡
間位置、ｄは導波路たて辺長、＾は波長で１０．６仏で
ある。一方横方向の曲率ＲＨは反射鏡間隔を１とすれば
フアブリベロー形共振器が安定に動作する領域として季
＜ＲＨ＜のの任意の値を選べばよい。ところで本発明の
発振器よりの出力ビームはたて方向と横方向の回折によ
る発散角が異る変則的なビームで、ニアフイールドとフ
ァーフイールドにおけるパターンがたてよこ比が逆転す
る関係にある。
ｖよりや）近くに反射鏡を置きＺを変えて発振出力が塚
大になるように調整する。ここでＺは導波路端と反射鏡
間位置、ｄは導波路たて辺長、＾は波長で１０．６仏で
ある。一方横方向の曲率ＲＨは反射鏡間隔を１とすれば
フアブリベロー形共振器が安定に動作する領域として季
＜ＲＨ＜のの任意の値を選べばよい。ところで本発明の
発振器よりの出力ビームはたて方向と横方向の回折によ
る発散角が異る変則的なビームで、ニアフイールドとフ
ァーフイールドにおけるパターンがたてよこ比が逆転す
る関係にある。
熱処理などレーザビームで一様に加工物の広い表面を走
査する応用に本発明の発振器を適用する場合はこのま）
のビームでよいが、一般の応用には第３図に示す如く出
力結合鏡から出てきた出力ビームを非球面光学系を用い
て円形断面ビームに変換する必要がある。第３図ａは非
球面レンズによる場合であり、６は非球面反射鏡による
場合である。３１は出力結合鏡で第２図の２３にあたる
。
査する応用に本発明の発振器を適用する場合はこのま）
のビームでよいが、一般の応用には第３図に示す如く出
力結合鏡から出てきた出力ビームを非球面光学系を用い
て円形断面ビームに変換する必要がある。第３図ａは非
球面レンズによる場合であり、６は非球面反射鏡による
場合である。３１は出力結合鏡で第２図の２３にあたる
。
なお放電管は図示してない。３２は非球面光学系、３３
は出力結合鏡におけるレーザビームのニァフィールドパ
ターン、３４は光学系に至る迄の回折により拡がりつつ
あるビーム、３５は光学系によりほぼ円形断面を持たせ
た射出ビームである。
は出力結合鏡におけるレーザビームのニァフィールドパ
ターン、３４は光学系に至る迄の回折により拡がりつつ
あるビーム、３５は光学系によりほぼ円形断面を持たせ
た射出ビームである。
第３図の原理は次の通りである。回折拡がり角はビーム
径に反比例するのでニアフイールドパターンとファーフ
ィールドパターンは丁度たて横比が逆転した関係になり
、或る距離進行した所でたてよこビ−ム径が等しくなる
点が存在する。この点と出力結合鏡間の距離をＬとする
と非球面光学系はよこ方向にはしンズ作用がなくたて方
向に丁度焦点距離Ｌを持つ様にしてこの点に位置させて
おけばよい。即ち横方向には拡がり角が無視できるし光
学系通過後もほぼ平行光線として進行し、たて方向は出
力鏡より射出後回折拡がりが箸るしいが丁度焦点から発
するビームとなるので光学系通過後は同じく平行光線に
なる。この様にして非球面光学系通過後のビームはほぼ
円形断面を持つ平行ビームとなる。以上述べた如く本発
明は近接する二枚のヒートシンク坂間に囲まれたよこた
て比が約１０の音程度の矩形断面をもつ導波形Ｃ０２レ
ーザ発振器であり通常の導波形Ｃ０２レーザの高い出力
／体積比を有し、かつ通常の導波形レーザの約１０川音
の共振器体積を有するので出力値が従来値の約１０ぴ音
１こ増大するものである。
径に反比例するのでニアフイールドパターンとファーフ
ィールドパターンは丁度たて横比が逆転した関係になり
、或る距離進行した所でたてよこビ−ム径が等しくなる
点が存在する。この点と出力結合鏡間の距離をＬとする
と非球面光学系はよこ方向にはしンズ作用がなくたて方
向に丁度焦点距離Ｌを持つ様にしてこの点に位置させて
おけばよい。即ち横方向には拡がり角が無視できるし光
学系通過後もほぼ平行光線として進行し、たて方向は出
力鏡より射出後回折拡がりが箸るしいが丁度焦点から発
するビームとなるので光学系通過後は同じく平行光線に
なる。この様にして非球面光学系通過後のビームはほぼ
円形断面を持つ平行ビームとなる。以上述べた如く本発
明は近接する二枚のヒートシンク坂間に囲まれたよこた
て比が約１０の音程度の矩形断面をもつ導波形Ｃ０２レ
ーザ発振器であり通常の導波形Ｃ０２レーザの高い出力
／体積比を有し、かつ通常の導波形レーザの約１０川音
の共振器体積を有するので出力値が従来値の約１０ぴ音
１こ増大するものである。
さらに本発明は発振器よりの出力ビームはたてよこのス
ポットサイズ、回折拡がり角が双方とも異る変則的なビ
ームであるが発振器端より特定位置に設けた非球面光学
系により通常のビームに変換することができる。
ポットサイズ、回折拡がり角が双方とも異る変則的なビ
ームであるが発振器端より特定位置に設けた非球面光学
系により通常のビームに変換することができる。
第１図は従来の導波形レーザの概略図、第２図は本発明
の一実施例における導波型炭酸ガスレーザ発振器の斜視
図、第３図ａ，ｂは同レーザ発振器の出力ビームのコリ
メータ光学系を示す斜視図である。 １１・・・・・・導波形放電管、１２・…・・導波路、
１３・・・・・・出力結合鏡、１４・・・・・・全反射
鏡、２１・・・・・・導波形放電管、２２・・・…導波
路、２３・・・・・・出力結合鏡、２４…・・・全反射
鏡鏡、２５，２６・・・・・・放電電極群、３１・・・
・・・出力結合鏡、３２…・・・非球面光学系、３３…
…ニアフイールドパターン、３４……ビームの回折拡が
り、３５・・・・・・コリメートされた射出ビーム。 第１図 第２図 第３図
の一実施例における導波型炭酸ガスレーザ発振器の斜視
図、第３図ａ，ｂは同レーザ発振器の出力ビームのコリ
メータ光学系を示す斜視図である。 １１・・・・・・導波形放電管、１２・…・・導波路、
１３・・・・・・出力結合鏡、１４・・・・・・全反射
鏡、２１・・・・・・導波形放電管、２２・・・…導波
路、２３・・・・・・出力結合鏡、２４…・・・全反射
鏡鏡、２５，２６・・・・・・放電電極群、３１・・・
・・・出力結合鏡、３２…・・・非球面光学系、３３…
…ニアフイールドパターン、３４……ビームの回折拡が
り、３５・・・・・・コリメートされた射出ビーム。 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 導波路を有する導波形放電管と、出力結合鏡と、全
反射鏡とを少なくとも具備し、前記導波形放電管の導波
路の断面形状が矩形状をなし、導波路断面のよこ辺長を
たて辺長より十分長く構成し、前記出力結合鏡及び全反
射鏡が、たて方向曲率Ｒ＿Ｖとよこ方向曲率Ｒ＿ＨがＲ
＿Ｖ＝Ｚ＋（π＾２ｄ＾４）／（２５６λ＾２Ｚ）１／
２＜Ｒ＿Ｈ＜∝但し、 Ｚ：導波路端と反射鏡間距離 ｄ：導波路たて辺長 λ：波長 ｌ：出力結合鏡と全反射鏡間間隔 の関係を満たす非球面鏡であることを特徴とする導波形
炭酸ガスレーザ発振器。 ２ 上記出力結合鏡から射出されたビームのたて方向及
びよこ方向スポツト径が等しくなる位置に、非球面光学
系を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の導波形炭酸ガスレーザ発振器。 ３ 上記非球面光学系のたて方向曲率半径が出力結合鏡
と非球面光学系間距離の２倍に等しく、よこ方向曲率半
径が曲率を有さないように選定したことを特徴する特許
請求の範囲第２項記載の導波形炭酸ガスレーザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18638280A JPS6037630B2 (ja) | 1980-12-26 | 1980-12-26 | 導波形炭酸ガスレ−ザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18638280A JPS6037630B2 (ja) | 1980-12-26 | 1980-12-26 | 導波形炭酸ガスレ−ザ発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57109390A JPS57109390A (en) | 1982-07-07 |
| JPS6037630B2 true JPS6037630B2 (ja) | 1985-08-27 |
Family
ID=16187405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18638280A Expired JPS6037630B2 (ja) | 1980-12-26 | 1980-12-26 | 導波形炭酸ガスレ−ザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6037630B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59207677A (ja) * | 1983-05-11 | 1984-11-24 | Toshiba Corp | 固体レ−ザ装置 |
-
1980
- 1980-12-26 JP JP18638280A patent/JPS6037630B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57109390A (en) | 1982-07-07 |
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