(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーにおける波長選択方法において、
互いに対向しそれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器において、前記レーザー共振器内に配設された広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーと、前記レーザー共振器内に配設されるとともに添着された音響波入力手段により音響波が入力されかつ前記波長可変固体レーザーからの出射光が入力される複屈折の性質を有する波長選択用結晶とが、前記入射側ミラー側から前記出射側ミラー側へ向けて順次配設されており、
前記音響波入力手段によって音響波を前記波長選択用結晶に入力し、前記音響波の周波数に応じて前記波長可変固体レーザーの波長可変域内の特定の波長に対して偏光を変化させ特定波長に対してレーザー発振させ、音響波の周波数に応じて選択する波長を変える
ことを特徴とする波長可変固体レーザーにおける波長選択方法。
【請求項２】
広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーにおける波長選択方法において、
互いに対向しぞれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器内に配設されるとともに、音響波入力手段を添着され、広範囲の波長域においてレーザー発振可能であるとともに前記音響波入力手段により音響波を入力される複屈折の性質を有する波長可変固体レーザーを有し、
前記音響波入力手段によって音響波を前記波長可変固体レーザーに入力し、前記音響波の周波数に応じて偏光を変化された所定波長にのみ前記共振器を構成し、特定波長に対してレーザー発振させる
ことを特徴とする波長可変固体レーザーにおける波長選択方法。
【請求項３】
互いに対向しそれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器と、
前記レーザー共振器内に配設された広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーと、
前記レーザー共振器内に配設され、前記波長可変固体レーザーからの出射光が入力される複屈折の性質を有する波長選択用結晶と、
前記レーザー共振器内に配設され、前記波長選択用結晶からの出射光の中で所定の偏光面を有する出射光のみを透過する偏光手段と、
前記波長選択用結晶に添着され、前記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長を備えた前記波長選択用結晶からの出射光の偏光面が、前記偏光手段を透過する偏光面となるように、前記波長選択用結晶に音響波を入力するための音響波入力手段と
を有し、
前記レーザー共振器内において、前記波長可変固体レーザーと前記波長選択用結晶と前記偏光手段とが、前記入射側ミラー側から前記出射側ミラー側へ向けて順次配設され、前記波長可変固体レーザーからの出射光の中で、前記音響波入力手段によって前記波長選択用結晶に入力された音響波の周波数に応じた波長の出射光は、前記波長選択用結晶に入力されると偏光面が回転されて前記波長選択用結晶から出射され、前記偏光手段を透過して前記出射側ミラーによって反射されて前記レーザー共振器内を往復し、前記音響波の周波数に応じた波長の出射光のみが増幅されてレーザー発振されるものであって、前記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長に応じて、前記音響波入力手段によって前記波長選択用結晶に入力される音響波の周波数を制御することにより、前記音響波の周波数に応じて選択する出射レーザー光の波長を変える
ことを特徴とする波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置。
【請求項４】
互いに対向しそれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器と、
前記レーザー共振器内に配設され、広範囲の波長域においてレーザー発振可能である複屈折の性質を有する波長可変固体レーザーと、
前記レーザー共振器内に配設され、前記波長可変固体レーザーからの出射光の中で所定の偏光面を有する出射光のみを透過する偏光手段と、
前記波長可変固体レーザーに添着され、前記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長を備えた前記波長可変固体レーザーからの出射光の偏光面が、前記偏光手段を透過する偏光面となるように、前記波長可変固体レーザーに音響波を入力するための音響波入力手段と
を有し、
前記レーザー共振器内において、前記波長可変固体レーザーと前記偏光手段とが、前記入射側ミラー側から前記出射側ミラー側へ向けて順次配設され、前記波長可変固体レーザーからの出射光の中で、前記音響波入力手段によって前記波長可変固体レーザーに入力された音響波の周波数に応じた波長の出射光は、偏光面が回転されて前記波長可変固体レーザーから出射され、前記偏光手段を透過して前記出射側ミラーによって反射されて前記レーザー共振器内を往復し、前記音響波の周波数に応じた波長の出射光のみが増幅されてレーザー発振されるものであって、前記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長に応じて、前記音響波入力手段によって前記波長可変固体レーザーに入力される音響波の周波数を制御することにより、前記音響波の周波数に応じて選択する出射レーザー光の波長を変える
ことを特徴とする波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、波長可変固体レーザーにおける波長選択方法および波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置に関し、さらに詳細には、例えば、同位体分離において、所望の同位体の吸収スペクトルにレーザー光の波長を高精度に一致させたり、あるいはレーザー・レーダーとして大気中の物質の微量分子の濃度を測定するために、当該大気中の物質の吸収スペクトルにレーザー光の波長を高精度に一致させたりするなどの際に用いて好適な、波長可変固体レーザーにおける波長選択方法および波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置に関する。
【０００２】
【発明の背景および発明が解決しようとする課題】
固体レーザーとしては、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３（チタン・サファイア）レーザー結晶などのように、広範囲な波長帯域において発振可能な固体レーザーが知られており、こうした固体レーザーは、一般的に波長可変固体レーザーと称されている。
【０００３】
従来、こうした波長可変固体レーザーを所望な波長で発振させるための波長選択法としては、例えば、波長可変固体レーザーを収容したレーザー共振器内に回折格子ミラーや複屈折板などを配設し、こうした回折格子ミラーや複屈折板などを機械的に回転することにより、波長可変固体レーザーから出射される出射光の中から所望の波長の出射光のみを取り出し、取り出した出射光を波長可変固体レーザーに対して反射させて増幅してレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から所望の波長のレーザー光のみを出射させるようにした波長選択法が知られている。
【０００４】
しかしながら、上記したような従来の波長選択法を用いた場合においては、機械的に回折格子ミラーや複屈折板などを回転させるため、レーザー共振器内にこれらの回転機構を構成する必要があるので、装置全体が大型化せざるを得ないとともに、回転機構にがたつきが生じた場合には、波長選択作用に悪影響を及ぼす恐れがあるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、従来の技術の有するこのような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転機構などのような機械的作動部分を設ける必要をなくして、装置全体の小型化を図るとともに安定した波長選択作用を実現することができるようにした、波長可変固体レーザーにおける波長選択方法および波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成するために、本発明における波長可変固体レーザーにおける波長選択方法および波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置は、従来の回折格子ミラーや複屈折板などを用いる手法とは全く異なる観点からなされたものであり、結晶中に音響波を発生させると、当該結晶に入射された光の中で当該音響波の周波数に応じた特定波長の光の偏光面や出射角度が、他の波長の光とは異なるようになる点に着目してなされたものである。
【０００７】
図１は、音響波による特定波長の光の偏光作用を用いた波長選択作用を示す概念図であるが、複屈折の性質を有する結晶１００中に、波長λ０、角周波数ωＩの入射光１０２を入射するものとする。さらに、結晶１００中に、周波数ωｅの音響波１０４を与えると、回折光１０６が得られることになる。
【０００８】
即ち、上記のように結晶１００中に入射光１０２および音響波１０４を与えると、入射光１０２の波長ω０は、音響波１０４との相互作用により「ω０＝ωｅ＋ωＩ」とシフトしたものとなり、波長（ωｅ＋ωＩ）の回折光１０６が得られることになる。
【０００９】
また、このときに、位相整合条件「△ｋ＝ｋ０−ｋｅ−ｋＩ」が、同時に与えられることになる。ここにおいて、ｋｅは音響波１０４の波数ベクトルを示し、ｋＩは入射光１０２の波数ベクトルを示し、ｋ０は回折光１０６の波数ベクトルを示すものであり、回折光１０６の偏光面が入射光１０２に対して垂直になるように、結晶１００中に与える音響波１０４の方向を制御する。
【００１０】
上記した位相整合条件「△ｋ＝ｋ０−ｋｅ−ｋＩ」において、「△ｋ＝０」となるときに強い回折が起こるものであるため、「△ｋ＝０」となるように、音響波１０４の周波数を調整する。
【００１１】
ところで、位相整合条件「△ｋ＝ｋ０−ｋｅ−ｋＩ」は入射光１０２の波長が変わると変化するため、広範囲の波長帯域の光が入射光１０２として結晶１００中に入射された場合には、音響波１０４の周波数との関係で「△ｋ＝０」が成立する周波数の入射光１０２の成分のみに関して、入射光１０２に対して垂直方向に偏光面が回転されることになる。こうして、偏光面が入射光１０２に対して垂直方向に回転された回折光１０６を、偏光板１０８によって取り出すことにより、広範囲の波長帯域の入射光１０２から、所望の波長の回折光１０６のみを選択的に取り出すことができる。
【００１２】
本発明による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法および波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置は、上記した原理に基づきなされたものである。
即ち、本発明による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法は、広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーにおける波長選択方法において、互いに対向しそれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器において、上記レーザー共振器内に配設された広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーと、上記レーザー共振器内に配設されるとともに添着された音響波入力手段により音響波が入力されかつ上記波長可変固体レーザーからの出射光が入力される複屈折の性質を有する波長選択用結晶とが、上記入射側ミラー側から上記出射側ミラー側へ向けて順次配設されており、上記音響波入力手段によって音響波を上記波長選択用結晶に入力し、上記音響波の周波数に応じて上記波長可変固体レーザーの波長可変域内の特定の波長に対して偏光を変化させ特定波長に対してレーザー発振させ、音響波の周波数に応じて選択する波長を変えるようにしたものである。
【００１３】
また、本発明による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法は、広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーにおける波長選択方法において、互いに対向しぞれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器内に配設されるとともに、音響波入力手段を添着され、広範囲の波長域においてレーザー発振可能であるとともに上記音響波入力手段により音響波を入力される複屈折の性質を有する波長可変固体レーザーを有し、上記音響波入力手段によって音響波を上記波長可変固体レーザーに入力し、上記音響波の周波数に応じて偏光を変化された所定波長にのみ上記共振器を構成し、特定波長に対してレーザー発振させるようにしたものである。
【００１４】
さらに、本発明による波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置は、互いに対向しそれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器と、上記レーザー共振器内に配設された広範囲の波長域においてレーザー発振可能な波長可変固体レーザーと、上記レーザー共振器内に配設され、上記波長可変固体レーザーからの出射光が入力される複屈折の性質を有する波長選択用結晶と、上記レーザー共振器内に配設され、上記波長選択用結晶からの出射光の中で所定の偏光面を有する出射光のみを透過する偏光手段と、上記波長選択用結晶に添着され、上記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長を備えた上記波長選択用結晶からの出射光の偏光面が、上記偏光手段を透過する偏光面となるように、上記波長選択用結晶に音響波を入力するための音響波入力手段とを有し、上記レーザー共振器内において、上記波長可変固体レーザーと上記波長選択用結晶と上記偏光手段とが、上記入射側ミラー側から上記出射側ミラー側へ向けて順次配設され、上記波長可変固体レーザーからの出射光の中で、上記音響波入力手段によって上記波長選択用結晶に入力された音響波の周波数に応じた波長の出射光は、上記波長選択用結晶に入力されると偏光面が回転されて上記波長選択用結晶から出射され、上記偏光手段を透過して上記出射側ミラーによって反射されて上記レーザー共振器内を往復し、上記音響波の周波数に応じた波長の出射光のみが増幅されてレーザー発振されるものであって、上記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長に応じて、上記音響波入力手段によって上記波長選択用結晶に入力される音響波の周波数を制御することにより、上記音響波の周波数に応じて選択する出射レーザー光の波長を変えるようにしたものである。
【００１５】
さらに、本発明による波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置は、互いに対向しそれぞれ所定の透過性を有する入射側ミラーと出射側ミラーとにより構成されるレーザー共振器と、上記レーザー共振器内に配設され、広範囲の波長域においてレーザー発振可能である複屈折の性質を有する波長可変固体レーザーと、上記レーザー共振器内に配設され、上記波長可変固体レーザーからの出射光の中で所定の偏光面を有する出射光のみを透過する偏光手段と、上記波長可変固体レーザーに添着され、上記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長を備えた上記波長可変固体レーザーからの出射光の偏光面が、上記偏光手段を透過する偏光面となるように、上記波長可変固体レーザーに音響波を入力するための音響波入力手段とを有し、上記レーザー共振器内において、上記波長可変固体レーザーと上記偏光手段とが、上記入射側ミラー側から上記出射側ミラー側へ向けて順次配設され、上記波長可変固体レーザーからの出射光の中で、上記音響波入力手段によって上記波長可変固体レーザーに入力された音響波の周波数に応じた波長の出射光は、偏光面が回転されて上記波長可変固体レーザーから出射され、上記偏光手段を透過して上記出射側ミラーによって反射されて上記レーザー共振器内を往復し、上記音響波の周波数に応じた波長の出射光のみが増幅されてレーザー発振されるものであって、上記出射側ミラーから出射させたい出射レーザー光の波長に応じて、上記音響波入力手段によって上記波長可変固体レーザーに入力される音響波の周波数を制御することにより、上記音響波の周波数に応じて選択する出射レーザー光の波長を変えるようにしたものである。
【００１６】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法および波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の実施例を詳細に説明するものとする。
【００１７】
図２には、本発明の第１の実施例による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法を実施するための波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置（以下、単に「レーザー発振装置」と称する。）の概略構成説明図が示されている。
【００１８】
このレーザー発振装置においては、所定の透過性を有する入射側ミラー１０と出射側ミラー１２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００１９】
レーザー共振器内には、波長可変固体レーザーとしてＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４と、波長選択用結晶１６と、偏光板１８とが、入射側ミラー１０側から出射側ミラー１２側へ向けて順次配設されている。
【００２０】
そして、波長選択用結晶１６には、音響波入力手段としてＲＦ電源２０により駆動される圧電素子２２が添着されている。従って、ＲＦ電源２０により圧電素子２２を駆動させて、圧電素子２２に歪みを生じさせると、この圧電素子２２の歪みに基づいて、当該歪み応じた周波数の音響波が波長選択用結晶１６に入力されることになる。
【００２１】
また、偏光板１８は、所定の偏光面を備えた光のみ透過するように構成されている。
【００２２】
なお、圧電素子２２は、出射側ミラー１２から出射させたい出射レーザー光２６の波長を備えた出射光の偏光面が、偏光板１８を透過する所定の偏光面となるように、波長選択用結晶１６に音響波を入力するように構成されている。
【００２３】
以上の構成において、励起レーザー光２４としてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー１２から出射させたい出射レーザー光２６の波長に応じてＲＦ電源２０の周波数を制御し、圧電素子２２を駆動する。
【００２４】
上記のようにすると、波長選択用結晶１６に入射されたＡｌ２Ｏ３レーザー結晶１４から出射された広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０の周波数に応じた波長の出射光に関しては、偏光面が回転されて所定の偏光面とされて波長選択用結晶１６から出射されることになる。こうして、波長選択用結晶１６から出射された出射光の中で、上記した所定の偏光面を備えた出射光のみが偏光板１８を透過して出射側ミラー１２により反射され、レーザー共振器内を往復することになる。こうして、当該周波数の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から所望の波長の出射レーザー光２６のみを出射させることができる。
【００２５】
また、図３には、本発明の第２の実施例によるレーザー発振装置の概略構成説明図が示されている。なお、第１の実施例と同一の構成部材に関しては、同一の符号により示している。
【００２６】
即ち、この第２の実施例によるレーザー発振装置においても、第１の実施例によるレーザー発振装置と同様に、所定の透過性を有する入射側ミラー１０と出射側ミラー１２とによりレーザー共振器が構成されている。
【００２７】
レーザー共振器内には、波長可変固体レーザーとしてＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４と、偏光板１８とが、入射側ミラー１０側から出射側ミラー１２側へ向けて順次配設されている。
【００２８】
また、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４には、音響波入力手段としてＲＦ電源２０により駆動される圧電素子２２が添着されている。従って、ＲＦ電源２０により圧電素子２２を駆動させて、圧電素子２２に歪みを生じさせると、この圧電素子２２の歪みに基づいて、当該歪み応じた周波数の音響波がＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４に入力されることになる。
【００２９】
そして、第１の実施例と同様に、偏光板１８は所定の偏光面を備えた光のみ透過するように構成されており、圧電素子２２は、出射側ミラー１２から出射させたい出射レーザー光２６の波長を備えた出射光の偏光面が、偏光板１８を透過する所定の偏光面となるように、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４に音響波を入力するように構成されている。
【００３０】
以上の構成において、励起レーザー光２４としてＮｄ：ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いてＴｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４を励起する。また、上記した原理に基づいて、出射側ミラー１２から出射させたい出射レーザー光２６の波長に応じてＲＦ電源２０の周波数を制御し、圧電素子２２を駆動する。
【００３１】
上記のようにすると、Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４から出射される広範囲の波長帯域の出射光の中で、ＲＦ電源２０の周波数に応じた波長の出射光の偏光面のみが回転されて出射されることになる。こうして、Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶１４から出射された偏光面が回転された出射光のみが偏光板１８を透過して出射側ミラー１２により反射され、レーザー共振器内を往復することになる。こうして、当該周波数の光のみが増幅されてレーザー発振を生ぜしめ、レーザー共振器から所望の波長の出射レーザー光２６のみを出射させることができる。
【００３２】
図４は、第２の実施例に示すレーザー発振装置を用いて、以下に示す実験条件において実験した結果を示すグラフであり、ＲＦ電源２０の周波数を変化させたときの出射レーザー光２６の出力と波長との関係を示している。この図４に示す実験結果から明らかなように、本発明によるレーザー発振装置を用いれば、波長が約７００ｎｍから約８００ｎｍの範囲においては、任意の波長を選択してレーザー発振させることができるものである。
【００３３】
0003619848.tif 000002
【００３４】
なお、上記した実施例においては、圧電素子２２によって発生される音響波により偏光面を回転させた場合に関して説明したが、波長選択用結晶１６あるいはＡｌ２Ｏ３レーザー結晶１４に与える圧電素子２２によって発生される音響波の方向を制御して、波長選択用結晶１６あるいはＡｌ２Ｏ３レーザー結晶１４から出射される出射光の中で、音響波の波長に応じた特定の周波数の出射光の出射角度を変化させるようにしてもよい。
【００３５】
また、本発明は、色素レーザーなどの他の波長可変レーザーにも利用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、回転機構などのような機械的作動部分を設けずに、出射レーザー光の波長を選択することができるので、装置全体の小型化を図ることができるようになるとともに、安定した波長選択作用を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響波による特定波長の光の偏光作用を用いた波長選択作用を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施例による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法を実施するための波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構成説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例による波長可変固体レーザーにおける波長選択方法を実施するための波長可変固体レーザーにおける波長選択可能なレーザー発振装置の概略構成説明図である。
【図４】第２の実施例に示すレーザー発振装置を用いた場合の実験における、ＲＦ電源の周波数を変化させたときの出射レーザー光の出力と波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０          入射側ミラー
１２          出射側ミラー
１４          Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３レーザー結晶（波長可変固体レーザー）
１６          波長選択用結晶
１８        偏光板
２０        ＲＦ電源
２２        圧電素子
２４        励起レーザー光
２６        出射レーザー光
１００        結晶
１０２        入射光
１０４        音響波
１０６        回折光
１０８        偏光板
【図１】
0003619848.tif 000003
【図２】
0003619848.tif 000004
【図３】
0003619848.tif 000005
【図４】
0003619848.tif 000006