(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平行に配置された第一および第二のレーザ媒質と、上記第一および第二のレーザ媒質の間に上記第一および第二のレーザ媒質にほぼ平行に配置され、上記第一および第二のレーザ媒質を励起する光源と、上記第一および第二のレーザ媒質および上記光源を収納した励起キャビティと、上記第一のレーザ媒質から出射されたレーザ光の偏光を９０度回転させたのちに第二のレーザ媒質に入射させる手段とを有するレーザ増幅器において、上記手段として、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつレーザ光の偏光方向を保持するプリズムと、上記第一のレーザ媒質と上記プリズムの間に設置した１／２波長板とを備えたことを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ増幅器と、第二のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に、上記第二のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、上記第二のレーザ媒質の一端側と上記全反射鏡との間に設置された１／４波長板とを備えたことを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項３】
請求項１記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質および第二のレーザ媒質に対してプリズムと反対側に設置され、出射光を入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつレーザ光の偏光方向を保持する第二のプリズムと、上記第二のレーザ媒質からの出射光を入射させ、上記第二のレーザ媒質の一端側と上記第二のプリズムとの間に設置された１／２波長板とを備えたことを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項４】
請求項３記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に設置された偏光子と、上記偏光子と第二のプリズムとの間に設置された９０度ローテータとを備え、第二のプリズムの出射光を上記９０度ローテータを通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させることを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項５】
請求項１記載のレーザ増幅器と、第二のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に、上記第二のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、第一のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に設置された出力鏡とを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６】
請求項３記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に設置された偏光子と、第二のプリズムと上記偏光子との間の第二のプリズムの出射光の経路に順に設置されたレンズと、アイソレータと、旋光子とを備え、上記第二のプリズムの出射光を上記レンズと、アイソレータと、旋光子を通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させると共に一部を出力することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７】
ほぼ平行に回転対称に配置された第一、第二、第三および第四のレーザ媒質と、上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質の間の回転対称の中心に上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質にほぼ平行に配置され、上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質を励起する光源と、上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質および上記光源を収納した励起キャビティと、上記第一のレーザ媒質から出射されたレーザ光の偏光を９０度回転させたのちに第三のレーザ媒質に入射させる手段と、上記第二のレーザ媒質から出射されたレーザ光の偏光を９０度回転させたのちに第四のレーザ媒質に入射させる手段とを有するレーザ増幅器において、第一のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつレーザ光の偏光方向を保持する第一のプリズムと、上記第一のレーザ媒質と第一のプリズムの間に設置した第一の１／２波長板とを備えて第一のレーザ媒質からの出射光を第二のレーザ媒質に入射させ、第一のレーザ媒質および第二のレーザ媒質に対して第一のプリズムと反対側の第二のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつレーザ光の偏光方向を保持する第二のプリズムと、上記第二のレーザ媒質と第二のプリズムの間に設置した第二の１／２波長板と、第二のプリズムと第三のレーザ媒質との間に設置した９０度ローテータとを備えて第二のレーザ媒質からの出射光を第三のレーザ媒質に入射させ、第三のレーザ媒質に対して第一のプリズムと同一側の第三のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつレーザ光の偏光方向を保持する第三のプリズムと、上記第三のレーザ媒質と第三のプリズムの間に設置した第三の１／２波長板とを備えて、第三のレーザ媒質からの出射光を第四のレーザ媒質に入射させることを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項８】
請求項７記載のレーザ増幅器と、第四のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第四のレーザ媒質の一端側に、上記第四のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、上記第四のレーザ媒質の一端側と上記全反射鏡との間に設置された１／４波長板とを備えたことを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項９】
請求項７記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第一のレーザ媒質の一端側に設置された偏光子と、第四のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第四のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつレーザ光の偏光方向を保持する第四のプリズムと、上記第四のレーザ媒質と第四のプリズムの間に設置した第四の１／２波長板とを備え、第四のレーザ媒質の出射光を上記第四の１／２波長板を通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させることを特徴とするレーザ増幅器。
【請求項１０】
請求項７記載のレーザ増幅器と、第四のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第四のレーザ媒質の一端側に、上記第四のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、第一のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第一のレーザ媒質の一端側に設置された出力鏡とを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１１】
請求項９記載のレーザ増幅器と、第四のプリズムと偏光子との間の第四のプリズムの出射光の経路に順に設置されたレンズと、アイソレータと、旋光子とを備え、上記第四のプリズムの出射光を上記レンズと、アイソレータと、旋光子を通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させると共に一部を出力することを特徴とするレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はレーザ増幅器またはレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、米国ＣＯＨＥＲＥＮＴ社のカタログおよび技術資料に示された型名Ｉｎｆｉｎｉｔｙ４０−１００パルスＮｄ：ＹＡＧレーザ・システムのレーザ増幅器の部分の構成を示したものである。ここで１ａおよび１ｂはそれぞれ第一および第二のレーザ媒質、２は励起光源、３は励起キャビティ、４は９０度ローテータ、５ａおよび５ｂはレンズ、６は真空セル、７は光を反射させる凹面反射鏡、８は１／４波長板、９は位相共役鏡、１０は偏光子である。本装置では第一および第二のレーザ媒質１としてＮｄ：ＹＡＧ、励起光源２としてフラッシュランプを用いている。
【０００３】
次に動作について説明する。励起キャビティ３内に配置された２本のレーザ媒質１ａおよび１ｂを同じ励起光源２で励起しているため、第一および第二のレーザ媒質に入射する励起光源２からの光の発光スペクトルおよび発光強度はそれぞれ等しく、第一のレーザ媒質１ａおよび第二のレーザ媒質１ｂ内に形成される熱分布は励起光源２を中心としたほぼ対称な熱分布となる。入力光は偏光子１０を通過することで直線偏光となり、第一のレーザ媒質１ａに入射するが、励起により生じる熱による複屈折（以下、熱複屈折と呼ぶ）により位相変化を受けロッド半径方向の偏光成分およびロッド接線方向の偏光成分生じる。ここで生じる位相変化量はレーザ光が通過する第一のレーザ媒質１ａの位置により異なる。第一のレーザ媒質１ａの出射光は、レンズ５ａ、真空セル６、凹面反射鏡７、真空セル６、レンズ５ｂおよび９０度ローテータ４を通過し、第二のレーザ媒質１ｂに入射する。このときレンズ５ａおよび５ｂ、凹面反射鏡７は第一のレーザ媒質１ａ出射時とほぼ同じレーザビーム径で第一のレーザ媒質１ａ通過時とほぼ同じ熱分布となる第二のレーザ媒質１ｂの位置を通過するように配置されている。
【０００４】
また、真空セル６はレンズ５ａおよび５ｂにより集光されたレーザ光が集光点での放電することを防止するために配置されている。また第二のレーザ媒質１ｂに入射するレーザ光は９０度ローテータ４により第一のレーザ媒質出射時の偏光状態と比較して、偏光成分がそれぞれ９０度回転させられている。第二のレーザ媒質１ｂでもロッド半径方向の偏光成分およびロッド接線方向の偏光成分が生じる。しかし第一のレーザ媒質１ａおよび第二のレーザ媒質１ｂを通過するレーザ光の偏光が互いに９０度回転しているため、第一のレーザ媒質１ａでロッド半径方向の偏光成分およびロッド接線方向の偏光成分が生じたものは、第二のレーザ媒質１ｂではそれぞれロッド接線方向の偏光方向成分およびロッド半径方向の偏光成分を生じる。第一のレーザ媒質１ａおよび第二のレーザ媒質１ｂの熱分布がほぼ励起光源２を中心とした対称な分布になっているため、受ける熱複屈折によるロッド半径方向およびロッド接線方向のそれぞれの位相変化量は、第一のレーザ媒質１ａおよび第二のレーザ媒質１ｂで同じである。このため、熱複屈折により生じる直線偏光からの変化を補償することができる。第二のレーザ媒質１ｂを出射したレーザ光は１／４波長板８を通過し、位相共役鏡９により進行方向を逆進させられ、再び１／４波長板８を通過し偏光方向が９０度回転して第二のレーザ媒質１ｂに入射する。再び第二のレーザ媒質１ｂで熱複屈折をうける。第二のレーザ媒質１ｂを出射したレーザ光は９０度ローテータ４を通過し偏光方向をそれぞれ９０度回転させられたのちに、レーザ光はレンズ５ｂを通過し、真空セル６、凹面反射鏡７、真空セル６、レンズ５ａを通過し第一のレーザ媒質１ａに入射する。
【０００５】
前述したように、第二のレーザ媒質１ｂで生じた熱複屈折は第一のレーザ媒質１ａで補償される。第一のレーザ媒質１ａを出射したレーザ光の偏光は、入射光と直交しているため偏光子１０より出力光として取り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、図１３で示したように、第一のレーザ媒質１ａを出射したレーザ光を複数の光学素子を介して再び第二のレーザ媒質１ｂに入射させるため、装置全体が大きくなるという問題があった。具体的には従来例で用いられている真空セル６は、レーザ光ビーム径が縮小している領域をすべて包含しなければならないので真空セル６が大きくなり、そのため装置全体が大きくなるという問題があった。また、真空セル６はつねの真空に保っておかなくてはならないので、装置全体のメンテナンスが複雑になるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のレーザ増幅器は、ほぼ平行に配置された第一および第二のレーザ媒質と、上記第一および第二のレーザ媒質の間に上記第一および第二のレーザ媒質にほぼ平行に配置され、上記第一および第二のレーザ媒質を励起する光源と、上記第一および第二のレーザ媒質および上記光源を収納した励起キャビティと、上記第一のレーザ媒質から出射されたレーザ光の偏光を９０度回転させたのちに第二のレーザ媒質に入射させる手段とを有するレーザ増幅器において、上記手段として、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつ入射光の偏光状態と出射光の偏光状態が一定の関係にあるプリズムと、上記第一のレーザ媒質と上記プリズムの間に設置した１／２波長板とを備えたものである。
【０００８】
請求項２記載のレーザ増幅器は、請求項１記載のレーザ増幅器と、第二のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に、上記第二のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、上記第二のレーザ媒質の一端側と上記全反射鏡との間に設置された１／４波長板とを備えたものである。
【０００９】
請求項３記載のレーザ増幅器は、請求項１記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質および第二のレーザ媒質に対してプリズムと反対側に設置され、出射光を入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつ入射光の偏光状態と出射光の偏光状態が一定の関係にある第二のプリズムと、上記第二のレーザ媒質からの出射光を入射させ、上記第二のレーザ媒質の一端側と上記第二のプリズムとの間に設置された１／２波長板とを備えたものである。
【００１０】
請求項４記載のレーザ増幅器は、請求項３記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に設置された偏光子と、上記偏光子と第二のプリズムとの間に設置された９０度ローテータとを備え、第二のプリズムの出射光を上記９０度ローテータを通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させるものである。
【００１１】
請求項５記載のレーザ発振器は、請求項１記載のレーザ増幅器と、第二のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に、上記第二のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、第一のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に設置された出力鏡とを備えたものである。
【００１２】
請求項６記載のレーザ発振器は、請求項３記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質のレーザ増幅器外方の一端側に設置された偏光子と、第二のプリズムと上記偏光子との間の第二のプリズムの出射光の経路に順に設置されたレンズと、アイソレータと、旋光子とを備え、上記第二のプリズムの出射光を上記レンズと、アイソレータと、旋光子を通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させると共に一部を出力するものである。
【００１３】
請求項７記載のレーザ増幅器は、ほぼ平行に配置された第一、第二、第三および第四のレーザ媒質と、上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質の間に上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質にほぼ平行に配置され、上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質を励起する光源と、上記第一、第二、第三および第四のレーザ媒質および上記光源を収納した励起キャビティと、上記第一のレーザ媒質から出射されたレーザ光の偏光を９０度回転させたのちに第三のレーザ媒質に入射させる手段と、上記第二のレーザ媒質から出射されたレーザ光の偏光を９０度回転させたのちに第四のレーザ媒質に入射させる手段とを有するレーザ増幅器において、第一のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつ入射光の偏光状態と出射光の偏光状態が一定の関係にある第一のプリズムと、上記第一のレーザ媒質と第一のプリズムの間に設置した第一の１／２波長板とを備えて第一のレーザ媒質からの出射光を第二のレーザ媒質に入射させ、第一のレーザ媒質および第二のレーザ媒質に対して第一のプリズムと反対側の第二のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつ入射光の偏光状態と出射光の偏光状態が一定の関係にある第二のプリズムと、上記第二のレーザ媒質と第二のプリズムの間に設置した第二の１／２波長板と、第二のプリズムと第三のレーザ媒質との間に設置した９０度ローテータとを備えて第二のレーザ媒質からの出射光を第三のレーザ媒質に入射させ、第三のレーザ媒質に対して第一のプリズムと同一側の第三のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつ入射光の偏光状態と出射光の偏光状態が一定の関係にある第三のプリズムと、上記第三のレーザ媒質と第三のプリズムの間に設置した第三の１／２波長板とを備えて、第三のレーザ媒質からの出射光を第四のレーザ媒質に入射させるものである。
【００１４】
請求項８記載のレーザ増幅器は、請求項７記載のレーザ増幅器と、第四のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第四のレーザ媒質の一端側に、上記第四のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、上記第四のレーザ媒質の一端側と上記全反射鏡との間に設置された１／４波長板とを備えたものである。
【００１５】
請求項９記載のレーザ増幅器は、請求項７記載のレーザ増幅器と、第一のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第一のレーザ媒質の一端側に設置された偏光子と、第四のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第四のレーザ媒質の一端側に設置され、入射点と出射点が異なり、出射光が入射光に対しほぼ平行に折り返えし、かつ入射光の偏光状態と出射光の偏光状態が一定の関係にある第四のプリズムと、上記第四のレーザ媒質と第四のプリズムの間に設置した第四の１／２波長板とを備え、第四のレーザ媒質の出射光を上記第四の１／２波長板を通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させるものである。
【００１６】
請求項１０記載のレーザ発振器は、請求項７記載のレーザ増幅器と、第四のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第四のレーザ媒質の一端側に、上記第四のレーザ媒質からの出射光を元に戻すよう設置された全反射鏡と、第一のレーザ媒質に対して第二のプリズムと同一側の第一のレーザ媒質の一端側に設置された出力鏡とを備えたものである。
【００１７】
請求項１１記載のレーザ発振器は、請求項９記載のレーザ増幅器と、第四のプリズムと偏光子との間の第四のプリズムの出射光の経路に順に設置されたレンズと、アイソレータと、旋光子とを備え、上記第四のプリズムの出射光を上記レンズと、アイソレータと、旋光子を通して上記偏光子に戻し、第一のレーザ媒質に入射させると共に一部を出力するものである。
【００１８】
【作用】
請求項１〜４の発明に関するレーザ増幅器においては、プリズムおよび１／２波長板を用いることにより、第一のレーザ媒質から出射されたレーザ光がほぼ平行に折り返され、かつ、レーザ光の偏光方向がそれぞれ９０度回転され、第二のレーザ媒質に入射することを利用している。これにより、光軸上に配置する光学部品を減らすこと、特に、真空セルをなくすことができ、光学部品の少ない簡単な構成でかつメンテナンスが簡単なレーザ増幅器を得ることができる。
【００１９】
請求項５、６の発明に関するレーザ発振器においては、前記プリズムおよび前記１／２波長板を用いることにより、第一のレーザ媒質から出射されたレーザ光がほぼ平行に折り返され、かつ、レーザ光の偏光方向がそれぞれ９０度回転され、第二のレーザ媒質に入射することを利用している。これにより光軸上に配置する光学部品を減らすこと、特に、真空セルをなくすことができ、光学部品の少ない簡単な構成で、かつ、メンテナンスが簡単なレーザ発振器を得ることができる。
【００２０】
請求項７〜９の発明に関するレーザ増幅器においては、前記プリズムおよび前記１／２波長板を用いることにより、第一または第二のレーザ媒質を出射したレーザ光がほぼ平行に折り返され、かつ、レーザ光の偏光方向がそれぞれ９０度回転され、第三または第四のレーザ媒質に入射することを利用している。これにより光軸上に配置する光学部品を減らすこと、特に、真空セルをなくすことができ、光学部品の少ない簡単な構成で、かつ、メンテナンスが簡単なレーザ増幅器を得ることができる。
【００２１】
請求項１０、１１の発明に関するレーザ発振器においては、前記プリズムおよび前記１／２波長板を用いることにより、第一または第二のレーザ媒質を出射したレーザ光がほぼ平行に折り返され、かつ、レーザ光の偏光方向がそれぞれ９０度回転され、第三または第四のレーザ媒質に入射することを利用している。これにより光軸上に配置する光学部品を減らすこと、特に、真空セルをなくすことができ、簡単な構成でかつメンテナンスが簡単なレーザ発振器を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
実施例１．
図１はこの発明の実施例１の構成を示す図である。図において、１００は全反射を利用してレーザ媒質１ａから出射したレーザ光の直交する２方向の偏光成分間の位相差を保持し出射するプリズム、１３は１／２波長板である。また、図２はプリズムの説明図である。図において、１００〜１０７はプリズムのそれぞれの面である。
【００２３】
図２に基づいてプリズム１００について説明する。各斜面は、面１０２が面１０１となす角度は４５度かつ面１０３となす角度が９０度であり、面１０４が面１０１となす角度が９０度かつ面１０３となす角度が４５度、面１０６が面１０１となす角度は９０度かつ面１０７となす角度は９０度である。
【００２４】
図２でおいてｙ軸に対して角度θだけ傾斜している直線偏光のレーザ光がプリズム１００に入射するとする。レーザ光は、プリズム１００へ面１０１の点Ａから入射する。レーザ光の電界強度ベクトルは図２中の直交座標のｘ，ｙに沿う、直交する２成分に分けられる。ｘ方向の成分は点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順次全反射されそれぞれの反射はＰ型、Ｓ型、Ｓ型、Ｐ型となる。ここでＰ型反射とはレーザ光の電界強度ベクトルが、レーザ光の進行方向ベクトルと反射面の法線ベクトルを含む面に対して平行である反射であり、またＳ型反射とはレーザ光の電界強度ベクトルが、レーザ光の進行方向ベクトルと反射面の法線ベクトルを含む面に対して垂直である反射のことである。また、ｙ方向の成分は点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅでの全反射はＳ型、Ｐ型、Ｐ型、Ｓ型となる。全反射による電界の位相変化は通常、入射角度、Ｐ型反射、Ｓ型反射により異なるが、プリズム１００では、電界強度ベクトルのｘ方向成分、ｙ方向成分ともに２回ずつ、Ｐ型反射、Ｓ型反射を行うため、プリズム１００を通過した両方向成分に位相差は生じない。このため点Ａでの偏光は、点Ｆで保存される。
【００２５】
以上によりレーザ光はプリズム１００により、レーザの偏光方向を保持したままほぼ平行に折り返される。
【００２６】
プリズム１００と１／２波長板１３によるレーザ光の偏光方向についてジョーンズ行列を用いて説明する。レーザ光の偏光は直交するｘ軸、ｙ軸の２つの成分で表される。この時、任意のレーザ光の偏光は次式であらわされる。
【００２７】
【数１】
0003596068.tif 000002
【００２８】
プリズム１００のジョーンズ行列は、入射時と出射時で位相差が変化せず、ｙ軸の方向が逆転するため、次式で表せる。
【００２９】
【数２】
0003596068.tif 000003
【００３０】
１／２波長板１３は、遅軸がｘ軸よりφだけ傾いているとする。１／２波長板１３のジョーンズ行列は次式で表せる。
【００３１】
【数３】
0003596068.tif 000004
【００３２】
式（２）および式（３）よりプリズム１００および１／２波長板１３の合成のジョーンズ行列は、式（２）および式（３）の行列の積で表せ、次式となる。
【００３３】
【数４】
0003596068.tif 000005
【００３４】
偏光成分（Ｅｘ，Ｅｙ）で１／２波長板、プリズム１００に入射したレーザ光のプリズム出射時の偏光成分（Ｅｘ’，Ｅｙ’）は次式となる。
【００３５】
【数５】
0003596068.tif 000006
【００３６】
プリズム１００と１／２波長板１３を組み合わせることにより、レーザ光の偏光方向が９０度回転するとすれば、次式が成立する。
【００３７】
【数６】
0003596068.tif 000007
【００３８】
式（６）を満たす条件はφ＝４５度または、φ＝１３５度となる。以上から、φを前述の値にとれば、プリズム１００と１／２波長板１３を組み合わせることにより、レーザ光をほぼ平行に折り返し、かつ任意のレーザ光の偏光を９０度回転させることができる。
【００３９】
動作について説明する。図１の構成では、図１３と同様に第一および第二の２本のレーザ媒質１ａおよび１ｂを１本の励起光源で励起していることから、第一のレーザ媒質１ａと第二のレーザ媒質１ｂの熱分布は励起光源２を中心としたほぼ対称な熱分布となる。第一のレーザ媒質１ａに入射する入力光は、第一のレーザ媒質１ａを直進するにしたがって熱複屈折の影響を受けロッド半径方向およびロッド接線方向の偏光成分が生じる。生じた偏光成分の大きさおよび方向はロッド断面内の位置により異なる。第一のレーザ媒質１ａから出射された光は、１／２波長板１３を通過し、プリズム１００に入射する。プリズム１００の出射光は上述のように偏光方向を９０度回転させられかつほぼ平行に折り返されて第二のレーザ媒質１ｂに入射する。第二のレーザ媒質１ｂでも前記第一のレーザ媒質１ａと同様に複屈折を受けるが、偏光方向が９０度回転していることおよび第一のレーザ媒質１ａおよび第二のレーザ媒質１ｂの熱分布が、励起光源２を中心としてほぼ対称であるからロッド半径方向およびロッド接線方向にうける位相変化量は、それぞれ第一のレーザ媒質１ａで受けたロッド接線方向およびロッド半径方向と等しいため、ロッド半径方向とロッド接線方向での位相差は０となり熱複屈折による直線偏光からの変化が補償される。
【００４０】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことから固体レーザ装置の小型化がはかれる。真空セルを用いないため、装置のメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００４１】
実施例２．
図３は本発明の実施例２を示す図である。図において、５０は上述したレーザ増幅器である。
【００４２】
次に動作について説明する。入力光は偏光子１０を通過することで直線偏光となり、レーザ増幅器５０に入射する。レーザ増幅器５０に入射した入力光は、上述したように熱複屈折の影響が補償され、レーザ増幅器５０から出射される。レーザ増幅器５０を出射した入力光は、１／４波長板８を通過し、全反射鏡１１で反射され、レーザ光は逆進し、再び１／４波長板８を通過する。１／４波長板８を２回通過しているので、偏光は９０度回転している。入力光は再びレーザ増幅器５０に入射するが、ここでも上述したよに熱複屈折の影響は補償され、出射される。レーザ増幅器５０を出射したレーザ光の偏光は、入射光と直交しているため偏光子１０より出力光として取り出される。
【００４３】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないためメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００４４】
実施例３．
図４は本発明の実施例３を示す図である。図において、１００ａは第二の入射光と出射光の偏光方向を保持するプリズム、１３ａは第二の１／２波長板である。
【００４５】
本実施例では、レーザ増幅器５０に正対するように第二のプリズム１００ａを配置し、レーザ光が循環するようにしている。続いて動作について説明する。偏光子１０を通過することにより直線偏光となったレーザ光は、レーザ増幅器５０に入射する。レーザ増幅器５０に入射した入力光は、上述したように熱複屈折が補償されレーザ増幅器５０から出射され、第二の１／２波長板１３ａと第二のプリズム１００ａに入射する。第二のプリズムを通過したレーザ光の偏光は、入力光と平行であるため、偏光子１０で出力として取り出される。
【００４６】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないためメンテナンスが簡単である。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００４７】
実施例４．
図５は本発明の実施例４を示す図である。
【００４８】
本実施例では、レーザ増幅器５０に正対するように第二のプリズム１００ａを配置し、レーザ光が循環するようにしている。続いて動作について説明する。偏光子１０を通過することにより直線偏光となったレーザ光は、レーザ増幅器５０に入射する。レーザ増幅器５０に入射した入力光は、上述したように熱複屈折が補償され出射され、第二の１／２波長板１３ａ、第二のプリズム１００ａ、９０度ローテータ４に入射する。９０度ローテータ４を通過したレーザ光の偏光は入力光と直交しているであるため、偏光子１０を通過し、再びレーザ増幅器５０、第二の１／２波長板１３ａ、第二のプリズム１００ａ、９０度ローテータ４に入射する。２回目に９０度ローテータ４を通過したレーザ光の偏光は入力光と平行であるため、偏光子１０で出力として取り出される。
【００４９】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。また、レーザ増幅器５０を２回通過するので、増幅効率が向上する。真空セルがないためメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００５０】
実施例５．
図６は本発明の実施例５を示す図である。
【００５１】
動作について説明する。レーザ光はレーザ増幅器５０に入射する。レーザ増幅器５０に入射したレーザ光は、上述したように熱複屈折を補償されてレーザ増幅器５０から出射し、全反射鏡１１で反射され、逆進する。全反射鏡１１で反射され逆進したレーザ光は、再びレーザ増幅器５０に入射するがこのときも上述したように熱複屈折が補償され、レーザ増幅器から出射される。レーザ増幅器５０を出射したレーザ光の一部は出力鏡１２を通過して出力光として取り出される。
【００５２】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないことからメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００５３】
実施例６．
図７は本発明の実施例６を示す図である。図において、１５は出力結合量を調整する旋光子、１６はレーザ光の進行方向を規定するアイソレータ、１７はビーム径を調整するためのレンズである。
【００５４】
本実施例で、レーザ増幅器５０と第二のプリズム１００ａは正対し、レーザ光が循環するように配置されている。続いて動作について説明する。レーザ増幅器５０に入射したレーザ光は上述したように熱複屈折を補償され、出射される。レーザ増幅器５０から出射されたレーザ光は第二の１／２波長板１３ａと第二のプリズム１００ａに入射する。第二のプリズム１００ａを通過したレーザ光は、レンズ１７を通過し、レーザビーム径を調整され、偏光方向を９０度回転され、アイソレータ１６を通過し、旋光子１５により出力量を調整されたのち、偏光子１０でレーザ光の一部が出力として取り出される。
【００５５】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないことから、メンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００５６】
実施例７．
図８は本発明の実施例７を示す図である。
【００５７】
動作について説明する。レーザ媒質１ａ〜１ｄは同一の励起光源２で励起されているので、第一〜第四のレーザ媒質に入射する励起光源２からの光の発光スペクトルおよび発光強度はそれぞれ等しく、第一および第二および第三および第四のレーザ媒質１は励起光源２を中心としたほぼ４５度回転対称な熱分布をもつ。レーザ光は、第一のレーザ媒質１ａに入射するが、熱複屈折の影響を受けロッド半径方向およびロッド接線方向の偏光成分が生じる。生じた偏光成分は大きさおよび方向はロッド断面内の位置により異なる。第一のレーザ媒質１ａから出射されたレーザ光は、第一の１／２波長板１３ａと第一のプリズム１００ａに入射するが、プリズム１００ａの出射光は上述のように偏光方向を９０度回転させられかつほぼ平行に折り返されレーザ光は第二のレーザ媒質１ｂに入射する。第二のレーザ媒質１ｂでも前記第一のレーザ媒質１ａと同様に熱複屈折を受ける。第二のレーザ媒質１ｂから出射されたレーザ光は、第二の１／２波長板１３ｂと第二のプリズム１００ｂに入射する。プリズム１００ｂから出射されたレーザ光は、上述したように偏光方向を９０度回転されたのち、９０度ローテータ４に入射し、偏光方向を９０度回転させられたのちに第三のレーザ媒質１ｃに入射する。第三のレーザ媒質１ｃに入射し、熱複屈折の影響を受けるが、第一のレーザ媒質１ａおよび第三のレーザ媒質１ｃの熱分布が励起光源２を中心としてほぼ対称なことおよび互いに偏光方向が９０度回転していることからロッド半径方向およびロッド接線方向にうける位相変化量は、それぞれ第一のレーザ媒質１ａで受けたロッド接線方向およびロッド半径方向と等しいため、ロッド半径方向とロッド接線方向での位相差は０となり第一のレーザ媒質で生じた熱複屈折が第三のレーザ媒質１ｃで補償され、レーザ光は第三のレーザ媒質１ｃから出射される。第三のレーザ媒質１ｃから出射されたレーザ光は、第三の１／２波長板１３ｃと第三のプリズム１００ｃに入射する。第三のプリズム１００ｃから出射されたレーザ光は偏光方向を９０度回転させられ、第四のレーザ媒質１ｄに入射する。第四のレーザ媒質１ｄでも前記第三のレーザ媒質１ｃと同様に熱複屈折を受けるが、第二のレーザ媒質１ｂおよび第四のレーザ媒質１ｄの熱分布が励起光源２を中心としてほぼ対称なことおよび互いに偏光方向が９０度回転していることからロッド半径方向およびロッド接線方向にうける位相変化量は、それぞれ第二のレーザ媒質１ｂで受けたロッド接線方向およびロッド半径方向と等しいため、ロッド半径方向とロッド接線方向での位相差は０となり熱複屈折が補償され第四のレーザ媒質１ｄから出射される。
【００５８】
以上のように第一のレーザ媒質１ａで生じた熱複屈折は第三のレーザ媒質１ｃで補償され、また第二のレーザ媒質１ｂで生じた熱複屈折は第四のレーザ媒質１ｄで補償される。以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ装置の小型化がはかれる。真空セルがないことから、メンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００５９】
実施例８．
図９は本発明の実施例８を示す図である。図において、６０はレーザ増幅器である。
【００６０】
次に動作について説明する。入力光は偏光子１０を通過することで直線偏光となり、レーザ増幅器６０に入射する。レーザ増幅器６０では上述したように熱複屈折の影響が補償され、レーザ増幅器６０から出射される。レーザ増幅器６０を出射した光は、１／４波長板８を通過し、全反射鏡１１で反射され、レーザ光は逆進し、再び１／４波長板８を通過する。１／４波長板８を２回通過しているので、偏光は９０度回転している。入力光は再びレーザ増幅器６０に入射するが、ここでも上述したように熱複屈折の影響が補償され、出射される。レーザ増幅器６０を出射したレーザ光の偏光は、入射光と直交しているため偏光子１０より出力光として取り出される。
【００６１】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないため、メンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光が平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００６２】
実施例９．
図１０は本発明の実施例９を示す図である。図において、１００ｄは第四の入射光と出射光の偏光方向を保持するプリズム、１３ｄは第四の１／２波長板である。
【００６３】
本実施例では、レーザ増幅器６０の第一のレーザ媒質１ａの端面および第四のレーザ媒質１ｄの端面および第一のプリズム１００ａに正対するように第四のプリズム１００ｄを配置し、レーザ光が循環するようにしている。続いて動作について説明する。偏光子１０を通過することにより直線偏光となったレーザ光は、レーザ増幅器６０に入射する。レーザ増幅器６０に入射した入力光は、上述したように熱複屈折が補償されて、出射され、第四の１／２波長板１３ｄと第四のプリズム１００ｄに入射する。偏光方向を９０度回転して第四のプリズム１００ｄを出射したレーザ光の偏光は入力光と直交しているため、偏光子１０で出力として取り出される。
【００６４】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないためメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００６５】
実施例１０．
図１１は本発明の実施例１０を示す図である。
【００６６】
動作について説明する。レーザ光はレーザ増幅器６０に入射する。レーザ光は、レーザ増幅器６０で上述したように熱複屈折を補償されて出射し、全反射鏡１１で反射され逆進する。全反射鏡１１で反射され逆進したレーザ光は、再びレーザ増幅器６０に入射するがこのときも上述したように熱複屈折が補償され、レーザ増幅器から出射される。レーザ増幅器６０を出射したレーザ光の一部は出力鏡１２を通過して出力光として取り出される。
【００６７】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないためメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光が平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００６８】
実施例１１．
図１２は本発明の実施例１１を示す図である。
【００６９】
本実施例で、レーザ増幅器６０の第一のレーザ媒質１ａの端面および第四のレーザ媒質１ｄおよび第一のプリズム１００ａと第四のプリズム１００ｄは正対し、レーザ光が循環するように配置されている。続いて動作について説明する。レーザ増幅器６０に入射したレーザ光は上述したように熱複屈折を補償され、出射される。レーザ増幅器５０から出射されたレーザ光は第四の１／２波長板１３ｄと第二のプリズム１００ｄに入射する。第四のプリズム１００ｄを通過したレーザ光は、レンズ１７を通過し、レーザビーム径を調整され、偏光方向を９０度回転され、アイソレータ１６を通過し、旋光子１５により出力量を調整されたのち、偏光子１０でレーザ光の一部が出力として取り出される。
【００７０】
以上の作用により、光学部品が少ない簡単な構成で熱複屈折を補償することができる。光学部品が少ないことからレーザ発振器の小型化がはかれる。真空セルがないことからメンテナンスが簡単になる。プリズムに入射および出射するレーザ光がほぼ平行であるため、レーザ装置の組み立ておよび調整が容易になるという利点がある。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の発明によれば、簡単かつメンテナンスが容易な構成で、励起によりレーザ媒質に生じた熱による複屈折効果を補償でき、小型で増幅効率が向上されたレーザ増幅器を得られるという効果がある。
【００７２】
また、請求項４記載の発明によれば、レーザ光がレーザ増幅器を２回通過するので、増幅効率をさらに向上できる。
【００７３】
請求項５、６記載の発明によれば、簡単かつメンテナンスが容易な構成で、励起によりレーザ媒質に生じた熱による複屈折効果を補償でき、小型で発振効率が向上されたレーザ発振器を得られるという効果がある。
【００７４】
また、請求項６記載の発明によれば、レーザ光が循環するので、発振効率をさらに向上できる。
【００７５】
請求項７〜９記載の発明によれば、簡単かつメンテナンスが容易な構成で、励起によりレーザ媒質に生じた熱による複屈折効果を補償でき、小型で増幅効率が向上されたレーザ増幅器を得られるという効果がある。
【００７６】
また、請求項８記載の発明によれば、レーザ光がレーザ増幅器を２回通過するので、増幅効率をさらに向上できる。
【００７７】
また、請求項９記載の発明によれば、レーザ光が循環するので、増幅効率をさらに向上できる。
【００７８】
請求項１０、１１記載の発明によれば、簡単かつメンテナンスが容易な構成で、励起によりレーザ媒質に生じた熱による複屈折効果を補償でき、小型で発振効率が向上されたレーザ発振器を得られるという効果がある。
【００７９】
また、請求項１１記載の発明によれば、レーザ光が循環するので、発振効率をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１によるレーザ増幅器の構成図である。
【図２】この発明の偏光保持するプリズムの説明図である。
【図３】この発明の実施例２によるレーザ増幅器の構成図である。
【図４】この発明の実施例３によるレーザ発振器の構成図である。
【図５】この発明の実施例４によるレーザ発振器の構成図である。
【図６】この発明の実施例５によるレーザ発振器の構成図である。
【図７】この発明の実施例６によるレーザ発振器の構成図である。
【図８】この発明の実施例７によるレーザ増幅器の構成図である。
【図９】この発明の実施例８によるレーザ増幅器の構成図である。
【図１０】この発明の実施例９によるレーザ増幅器の構成図である。
【図１１】この発明の実施例１０によるレーザ発振器の構成図である。
【図１２】この発明の実施例１１によるレーザ発振器の構成図である。
【図１３】従来例のレーザ増幅器の構成図である。
【符号の説明】
１  レーザ媒質、２  励起光源、３  励起キャビティ、
４  ９０度ローテータ、５  集光レンズ、６  真空セル、７  凹面反射鏡、
８  １／４波長板、９  位相共役鏡、１０  偏光子、１１  全反射鏡、１２  出力鏡、１３  １／２波長板、１５  旋光子、１６  アイソレータ、
１７  レンズ、５０  レーザ増幅器、６０  レーザ増幅器、１００  プリズム、１０１〜１０７  面。
【図１】
0003596068.tif 000008
【図２】
0003596068.tif 000009
【図３】
0003596068.tif 000010
【図４】
0003596068.tif 000011
【図５】
0003596068.tif 000012
【図６】
0003596068.tif 000013
【図７】
0003596068.tif 000014
【図８】
0003596068.tif 000015
【図９】
0003596068.tif 000016
【図１０】
0003596068.tif 000017
【図１１】
0003596068.tif 000018
【図１２】
0003596068.tif 000019
【図１３】
0003596068.tif 000020