(57)【要約】【課題】全反射ミラーの機能とトロイダルミラーの機能を結合してビーム損失の少ない新しいレーザー光学素子を創出すること。【解決手段】透明度の高い固体から、図１に示すようにビーム入射面(ABB'A面）、出射面(ACC'A'面）および反射面(BCC'B'面)を備えたブロックを切り出し、反射面をトロイダル面に研磨する。母材の屈折率は固体内での反射が全反射となるように選ぶ。トロイダル面は、反射面の中心(o点)にレーザービームが入射角alphaで入射し、ビームを含む面内で焦点距離がfh、それに垂直な方向の焦点距離がfvとするとき、トロイダル面のメリディオナルプレーン曲率半径はRh = 2fh/cos(alpha)、サジタルプレーン曲率半径はRv = 2fvcos(alpha)とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射機能と収束機能を合わせもつ全反射トロイダルミラー
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レーザービーム用光学素子に関する発明
【背景技術】
【０００２】
レーザービームによる高エネルギーイオンビームの荷電変換やレーザーコンプトン散乱ガンマ線源では、トロイダルミラーを用いるレーザービーム増幅用リング共振器に大強度のレーザービームを蓄積し、リング内でレーザービームと標的ビームを衝突させることが有効である。このとき、固体の外側の面での反射によるトロイダルミラーでは反射に伴う損失を低減するため、反射防止コーティングが施されることがある。一方、レーザービーム光学系では、ビームを９０度変向する時、ビームの損失を極力少なくするために、直角プリズムの固体内で斜面による全反射を利用することがある。この場合斜面は平面であり変向の機能を持つが、ビームを収束発散する機能は持っていない。しかし、図１に示すように、斜面をトロイダル面とすることにより収束発散の機能を合わせ持たせることができる。このような全反射トロイダルミラーは反射に伴うビーム損失を低減することに有効であると考えられる。レーザービームの波長によっては、固体内のビームパスに沿ってレーザー発光原子を添加することにより、固体外より半導体レーザー等によるポンピングを行いビーム強度を増強する増幅媒体を兼ねることも可能になる。このように全反射トロイダルミラーは、大強度のレーザービームを蓄積するためのリング共振器の構成要素として有効な光学素子となることが期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】[1]”非球面光学素子トロイダルミラー”、加藤茂樹、島津評論、第６４巻、第１，２号、2007. [2]"Laser Storage Ring - 2 Plane 2 toroidal Ring Resonator with Gain", I. Yamane, M. Nakamura and H. Okuno, KEK Report 2011-2, June 2011, A. [3]"Optical Resonators, Fundamentals, Advanced Concepts and Applications", N. Hodgson and H. Weber, Springer, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全反射ミラーの全反射機能とトロイダルミラーの収束機能を結合した機能を持つ光学素子の創出。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
透明な固体にレーザービームを入射する面(図1のABB'A'面)、出射する面(同ACC'A'面)および反射面(同BCC'B'面)を設け、反射面をトロイダル面とする。固体の屈折率はレーザービームを反射面に利用上必要な入射角で入射し反射させるとき全反射となる条件を満たすように選ぶ。トロイダル面の形状については、入射角がalphaであるとき、メリディオナルプレーン曲率半径Rhはレーザービームを含む面内の焦点距離をfhとしてRh = 2fh/cos(alpha)とし、また、サジタルプレーン曲率半径Rvはレーザービームを含む面に垂直の方向の焦点距離をfvとして、Rv = 2fvcos(alpha)とする。
【発明の効果】
【０００６】
全反射トロイダルミラーは、レーザービームに対し収束機能と全反射機能を結合した機能をもつ。したがって、母材の屈折率、メリディオナルプレーン曲率半径およびサジタルプレーン曲率半径を適切に選び、入射面と出射面での損失を出来るだけ低く抑えるように製作することにより、ビーム損失の少ない光学素子を製作することができる。更にこのような光学素子では、反射面と入射、出射面の間のレーザービーム軌道に沿ってレーザー発光原子を添加し、外部より半導体レーザー等によりポンピングすることにより、ビーム強度を増幅することが可能になる。特に、Rv = Rh(cos(alpha))^2とすれば、fh = fv (= f)である。この場合、Gaussian Beamに近い良質のレーザービームを反射面の前方fの距離にある点にウエストを形成して入射すれば、反射したビームは反射面の後方fの距離にある点にウエストを形成する。この光学系はレーザービーム増幅用リング共振器を構成するのに有用であるが、全反射トロイダルミラーを用いることにより光学素子とレーザー増幅媒体を一体化できるので、ビームロスをより低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は全反射トロイダルミラーの１例。この例では、ABCA'B'C'を頂点とする透明度の高い固体から切り出された厚さtのブロックで、ABB'A'面をレーザービームの入射面ACC'A'面を出射面とする。BCC'B'を頂点とする面はトロイダル面で、メリディオナルプレーン曲率半径をRh、サジタルプレーン曲率半径をRvとする。レーザービームはトロイダル面の中心o点に入射し、入射角、反射角はalphaである。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
トロイダルミラーを用いるレーザー増幅用リング共振器では、高エネルギーイオンビームや高エネルギー電子ビーム等を共振器内に導き、共振器内でレーザービームと衝突させることが可能である。このため、共振器内に蓄積されたビームの一部を取り出す必要は無く、共振器内に蓄積された大強度のビームをそのまま利用できる。このような方法はレーザービームの新しい利用法であり、高エネルギーイオンビームの荷電変換や高エネルギーガンマ線ビーム発生といった応用分野に新規の方法を提供する。この方法によれば、高エネルギーイオンビームの荷電変換では固体薄膜又はガスによる従来の方法に伴う周辺の放射化の問題がないので、維持保守作業に伴う作業員の放射線被爆を大幅に低減する。また、高エネルギーガンマ線ビームの発生では従来より飛躍的に高線量のビームを発生することが可能となる。このガンマ線ビームは放射性核廃棄物の非破壊検査を可能にするので、これまで原子炉で大量に排出され蓄積されている核廃棄物の詳細を把握するために有効な手段となることが期待され、この分野の新しい産業を開拓することが考えられる。全反射トロイダルミラーは従来の固体の外表面での反射を利用するトロイダルミラーと異なり、全反射の機能をレーザービーム収束機能と結合しビームの損失を低減することを可能にする。また、固体の中のレーザービームパスはレーザー増幅媒体としても利用可能である。このように、全反射トロイダルミラーはレーザー増幅用リング共振器用の光学素子として従来のトロイダルミラーより幅広い利用が可能であると考えられる。
【図１】
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