(57)【要約】【課題】増幅利得が高く、かつ簡便な構成で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置およびその光軸調整方法を提供する。【解決手段】ガスレーザ増幅装置は、ＣＯ２等のレーザガスを封入するための筐体１と、筐体１内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極１５，１６と、筐体１内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー４，５と、筐体１に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材２，３などで構成される。ミラー４は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー５は、ミラー４によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー４，５は、互いに非平行に設置される。【選択図】図１
2011159932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも２枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第１のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第２のミラーは、第１のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第１および第２のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とするガスレーザ増幅装置。
【請求項２】
レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも１枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第１のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第１のミラーへ入射するレーザ光の光軸と、第１のミラーから出射するレーザ光の光軸とが互いに同軸でないことを特徴とするガスレーザ増幅装置。
【請求項３】
レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも３枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第１のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第２のミラーは、第１のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第３のミラーは、第２のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第１、第２および第３のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とするガスレーザ増幅装置。
【請求項４】
レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも１枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、
レーザガスを励起した状態で、ミラー間で発生する寄生発振のパワーを検出するステップと、
検出した寄生発振パワーが最大となるように、各ミラーの設置角度を調整するステップと、
検出した寄生発振パワーが最小となるように、少なくとも１つのミラーについて設置角度をずらすステップとを含むことを特徴とするガスレーザ増幅装置の光軸調整方法。
【請求項５】
レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも１枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、
レーザ光の光路に沿って、２つの開口を有する第１アパーチャおよび２つの開口を有する第２アパーチャを所定間隔で配置するとともに、第１アパーチャの一方の開口中心と第２アパーチャの一方の開口中心とを結ぶ第１直線が、第１アパーチャの他方の開口中心と第２アパーチャの他方の開口中心とを結ぶ第２直線に対してねじれの位置になるように調整するステップと、
各ミラーの光軸に沿ってガイド光を導入するステップと、
導入したガイド光が全ての開口を通過できるように、各ミラーの設置角度を調整するステップとを含むことを特徴とするガスレーザ増幅装置の光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２等のレーザ媒質を用いてレーザ光を増幅するためのガスレーザ増幅装置およびその光軸調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガスレーザ発振器は、レーザ媒質ガス（例えば、炭酸ガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどからなる混合ガス）を充填した低圧容器と、レーザ媒質ガスを挟んで設けたリアミラーと出力ミラーとの間にレーザビームを往復させてレーザ発振させる光共振器と、レーザ媒質ガスを低圧容器に供給するレーザ媒質ガス供給手段と、レーザ媒質ガスを排気するレーザ媒質ガス排気手段と、レーザ媒質ガスにエネルギーを供給するレーザ媒質ガス励起手段（例えば、放電装置）と、レーザ媒質ガスを循環させるレーザ媒質ガス循環装置と、励起されて高温になったレーザ媒質ガスを冷却する冷却手段などで構成される。
【０００３】
こうしたガスレーザ発振器において、寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギーが消費されるため、レーザ発振器の効率が低下してしまう。
【０００４】
寄生発振の対策として、下記特許文献１では、出力ミラーとリアミラーの間に複数の折返しミラーを設けて光共振器を構成した直交型ガスレーザ発振器において、複数の折返しミラーの少なくとも一部に凸面鏡を用いることが提案されている。
【０００５】
こうした構成により、対向する折返しミラーは、凸面鏡と凸面鏡の組合せ、または、凸面鏡と平面鏡の組合せ（互いに平行に設置されている）となる。折返しミラー間のレーザビームは急速に折返しミラーの外へ発散していくため、レーザ発振を維持するための限界ゲイン（しきい値）が大きくなる。その結果、折返しミラー間の寄生発振の発生を抑制している。
【０００６】
また、下記特許文献２には、入射レーザ光をフィードバックミラーに垂直に入射させて、レーザ光が同一の放電領域を２回通過するように構成したガスレーザ増幅装置が開示されている。この構成では、増幅された出射レーザ光が入射レーザ光と同軸の光路上に戻るため、出射レーザ光を分離するためには、波長板と偏光子を組み合わせた特別の光学系が不可欠になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−８７８０７号公報
【特許文献２】特開２００８−８５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の構成では、折返しミラーとして凸面鏡を用いているため、レーザ光が凸面鏡によって拡散してしまい、入射レーザ光または出射レーザ光に対するビーム整形用の光学系が必要になり、全体として構成が複雑になる。
【０００９】
特許文献２の構成では、光学系が複雑になり、光学損失も増加してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、増幅利得が高く、かつ簡便な構成で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置を提供することである。
【００１１】
また本発明の目的は、簡便な手順で寄生発振を抑制できるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係るガスレーザ増幅装置は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも２枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第１のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第２のミラーは、第１のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第１および第２のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係るガスレーザ増幅装置は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも１枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第１のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第１のミラーへ入射するレーザ光の光軸と、第１のミラーから出射するレーザ光の光軸とが互いに同軸でないことを特徴とする。
【００１４】
また本発明に係るガスレーザ増幅装置は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも３枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備え、
第１のミラーは、前記放電電極のうちのある一対の放電電極によって決まる放電領域内を通過した光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第２のミラーは、第１のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第３のミラーは、第２のミラーによって折り返された光を反射させて、再び該放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーであり、
第１、第２および第３のミラーは、互いに非平行に設置されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも１枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、
レーザガスを励起した状態で、ミラー間で発生する寄生発振のパワーを検出するステップと、
検出した寄生発振パワーが最大となるように、各ミラーの設置角度を調整するステップと、
検出した寄生発振パワーが最小となるように、少なくとも１つのミラーについて設置角度をずらすステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、レーザガスを封入するための筐体と、
筐体内に設けられ、レーザガスを励起するための放電電極と、
筐体内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するための少なくとも１枚のミラーと、
筐体に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材とを備えるガスレーザ増幅装置の光軸調整方法であって、
レーザ光の光路に沿って、２つの開口を有する第１アパーチャおよび２つの開口を有する第２アパーチャを所定間隔で配置するとともに、第１アパーチャの一方の開口中心と第２アパーチャの一方の開口中心とを結ぶ第１直線が、第１アパーチャの他方の開口中心と第２アパーチャの他方の開口中心とを結ぶ第２直線に対してねじれの位置になるように調整するステップと、
各ミラーの光軸に沿ってガイド光を導入するステップと、
導入したガイド光が全ての開口を通過できるように、各ミラーの設置角度を調整するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、レーザ光が放電領域内を複数回通過するようなミラー配置を採用することによって、高い増幅利得を有するガスレーザ増幅装置を実現できる。また、折り返しミラー同士が互いに非平行になるように調整することにより、簡便な構成で寄生発振を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態２を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態３を示す斜視図である。
【図４】放電領域を定義する説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４を示す斜視図である。
【図６】ミラーの平行度と寄生発振の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態５を示す斜視図である。
【図８】アパーチャの各開口、ミラーおよびウインドウ部材の相対位置を図７のＡ方向から見た側面図である。
【図９】２つのアパーチャの形状の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１を示す斜視図である。ガスレーザ増幅装置は、ＣＯ２等のレーザガスを封入するための筐体１と、筐体１内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極１５，１６と、筐体１内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー４，５と、筐体１に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材２，３などで構成される。
【００２０】
筐体１の一側面にはウインドウ部材２が設けられ、その対向側面にはウインドウ部材３が設けられている。ミラー４は、ウインドウ部材２が配置された筐体１の側面に取り付けられ、ミラー５は、ウインドウ部材３が配置された筐体１の側面に取り付けられる。
【００２１】
ミラー４，５は、光学面が平面である平面ミラーであることが好ましく、取り付け角度の微調節が可能なように、角度調整機構を介して筐体１の側面に取り付けられる。ミラー４，５は、互いに非平行に設置されており、ミラー４の光学面の法線とミラー５の光学面の法線が、例えば、約１ｍｒａｄの角度を成すように設置される。
【００２２】
放電電極１５，１６は、電極支持部材であるセラミック板１１，１２にメタライズされた電極として構成される。放電電極１５，１６間に交流電圧を印加すると、放電電極１５と放電電極１６の間で放電が生じ、これによりレーザガスが励起される。
【００２３】
図４は、放電領域を定義する説明図である。放電領域１９は、放電電極１５，１６に挟まれた直方体の領域として定義される。従って、この放電領域１９内に存在するレーザガスが励起され、放電領域１９を通過するレーザ光が増幅される。
【００２４】
図１に戻って、外部のレーザ発振器またはレーザ増幅器からのレーザ光がウインドウ部材２を通過し、入射レーザ光２１としてガスレーザ増幅装置に入射すると、ミラー４で反射し、続いてミラー５で反射して、ウインドウ部材３を通過すると、最終的に出射レーザ光２２として出射される。
【００２５】
ミラー４は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー５は、ミラー４によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。従って、レーザ光は、ウインドウ部材２からミラー４へ向かう光路、ミラー４からミラー５へ向かう光路、ミラー５からウインドウ部材３へ向かう光路の順に放電領域を３回通過するようになり、計３回増幅されることになる。さらに、折り返しミラーを増やすことによって、放電領域の通過回数も増加して、より効率的な光増幅が可能になる。
【００２６】
このように同一の放電領域にレーザ光を複数回通過させることにより、高い増幅利得が得られる。利得Ｇは、利得Ｇ＝出射光パワーＰｏ／入射光パワーＰｉで定義される。このとき、利得Ｇ≧ｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］の関係が成立する。ここで、ｇ０は単位長さあたり小信号利得であり、Ｌは励起媒質の長手方向の幾何学的長さ、即ち、放電領域の長手方向の長さである。
【００２７】
同一の放電領域にレーザ光を１回だけ通過させるように構成されたガスレーザ増幅器においては、レーザ光の利得は小信号時の利得であるｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］を上回ることはない（例えば、Amnon Yariv著、多田邦雄ら監訳「光エレクトロニクス」原書５版（２０００年）を参照。小信号および小信号利得とは、入力が限りなく０に近い微小入力の条件を指す）。
【００２８】
本実施形態において、同一の放電領域にレーザ光が３回通過するように構成しているため、レーザ光が放電領域を通過する距離は、１回通過の場合と比べて３倍になる。例えば、ｇ０×Ｌ＝１．２となる励起条件のもとで、１０Ｗの入射レーザ光を増幅し、１５０Ｗの出射レーザ光を取り出す場合、利得Ｇは１５であり、ｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］＝３．３を超えている。
【００２９】
また、上述のように、光学面が平面であるミラー４および５を互いに平行より約１ｍｒａｄずれた角度を成すように設置したことにより、簡便な構成で寄生発振を抑制する効果を奏している。
【００３０】
仮に、ミラー４，５が互いに平行に設置されていたとすると、ミラー４，５が共振器となって、放電電極１５，１６で決まる放電領域内で発生した自然放出光を種光としてレーザ発振が起こる。これを寄生発振という。寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギーが消費されるため、レーザ増幅器の効率が低下してしまう。
【００３１】
この対策として本実施形態では、ミラー４，５は、互いに平行より約１ｍｒａｄずれた角度を成すように設置しているため、ミラー４，５間を１往復する光路における回折損失が大きくなる。そのため、放電領域内で発生した自然放出光を種光とした寄生発振は起こらなくなり、簡便な構成で寄生発振を抑制できる。
【００３２】
また本実施形態において、入射レーザ光２１と出射レーザ光２２が同軸上に戻らないように構成することが好ましく、これにより簡便な構成で発振器への戻り光を低減する効果が得られる。
【００３３】
本実施形態において、２枚の折返しミラー４，５を用いた例を示しているが、３枚以上の折返しミラーを用いてもよく、この場合、３枚以上の折返しミラーのうちいずれの２枚について平行から微小角度（目安として１ｍｒａｄ）を成すように設置すれば、同様の効果を奏する。
【００３４】
また、折返しミラーの微小角度は１ｍｒａｄ以上であってもよく、放電領域内で増幅されたレーザ光を再び同じ放電領域内を通過するようにできる角度であれば、同様の効果を奏する。
【００３５】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２を示す斜視図である。本実施形態では、レーザ光が同一の放電領域を２回通過するように構成した例を説明する。
【００３６】
ガスレーザ増幅装置は、ＣＯ２等のレーザガスを封入するための筐体１と、筐体１内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極１５，１６と、筐体１内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー４と、筐体１に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材２などで構成される。
【００３７】
筐体１の一側面にはウインドウ部材２が設けられ、その対向側面にミラー４が取り付けられる。ミラー４は、光学面が平面である平面ミラーであることが好ましく、取り付け角度の微調節が可能なように、角度調整機構を介して筐体１の側面に取り付けられる。
【００３８】
放電電極１５，１６は、電極支持部材であるセラミック板１１，１２にメタライズされた電極として構成される。図４に示したように、放電領域１９は、放電電極１５，１６に挟まれた直方体の領域として定義される。放電電極１５，１６間に交流電圧を印加すると、放電電極１５と放電電極１６の間で放電が生じ、これによりレーザガスが励起され、その結果、放電領域１９を通過するレーザ光が増幅される。
【００３９】
外部のレーザ発振器またはレーザ増幅器からのレーザ光がウインドウ部材２を通過し、入射レーザ光２１としてガスレーザ増幅装置に入射すると、ミラー４で反射し、再びウインドウ部材２を通過すると、最終的に出射レーザ光２２として出射される。
【００４０】
ここで、入射レーザ光２１の光軸と出射レーザ光２２の光軸が互いに同軸とならないように、入射レーザ光２１をミラー４の光学面の法線に対して、例えば、約１０ｍｒａｄの角度で斜め入射している。このとき出射レーザ光２２もミラー４の光学面の法線に対して約１０ｍｒａｄの角度で反射する。
【００４１】
ミラー４は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。従って、レーザ光は、ウインドウ部材２からミラー４へ向かう光路、ミラー４からウインドウ部材２へ向かう光路の順に放電領域を２回通過するようになり、計２回増幅されることになる。このように同一の放電領域にレーザ光を複数回通過させることにより、高い増幅利得が得られる。
【００４２】
増幅利得に関して、実施の形態１と同様に、利得Ｇ＝出射光パワーＰｏ／入射光パワーＰｉ≧ｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］の関係が成立する。本実施形態において、同一の放電領域にレーザ光が２回通過するように構成しているため、レーザ光が放電領域を通過する距離は、１回通過の場合と比べて２倍になる。例えば、ｇ０×Ｌ＝１．２となる励起条件のもとで、１０Ｗの入射レーザ光を増幅し、４０Ｗの出射レーザ光を取り出す場合、利得Ｇは４であり、ｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］＝３．３を超えている。
【００４３】
また、上述のように、入射レーザ光２１の光軸と出射レーザ光２２の光軸が同軸上にならないように、入射レーザ光２１をミラー４の光学面の法線に対して、例えば、約１０ｍｒａｄの角度で斜め入射することにより、簡便な構成で発振器への戻り光を抑制する効果を奏している。
【００４４】
本実施形態において、１枚のウインドウ部材２を入射レーザ光２１および出射レーザ光２２が通過する構成を示しているが、入射レーザ光２１が通過するウインドウ部材と、出射レーザ光２２が通過するウインドウ部材とを別個に設けても同様の効果を奏する。
【００４５】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３を示す斜視図である。本実施形態では、レーザ光が同一の放電領域を６回通過するように構成した例を説明する。
【００４６】
ガスレーザ増幅装置は、ＣＯ２等のレーザガスを封入するための筐体１と、筐体１内に設けられ、レーザガスを励起するための一対の放電電極１５，１６と、筐体１内に設けられ、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射するためのミラー４，５，６と、筐体１に設けられ、筐体内部と外部の間でレーザ光の通過を許容するためのウインドウ部材２などで構成される。
【００４７】
筐体１の一側面にはウインドウ部材２が設けられ、同じ側面にミラー５が取り付けられる。その対向側面には、ミラー４，６が取り付けられる。ミラー４，５，６は、光学面が平面である平面ミラーであることが好ましく、取り付け角度の微調節が可能なように、角度調整機構を介して筐体１の側面に取り付けられる。
【００４８】
ミラー４，５は、互いに非平行に設置されており、ミラー４の光学面の法線とミラー５の光学面の法線が、例えば、約１ｍｒａｄの角度を成すように設置される。ミラー５，６も互いに非平行に設置されており、ミラー５の光学面の法線とミラー６の光学面の法線が、例えば、約１０ｍｒａｄの角度を成すように設置される。
【００４９】
放電電極１５，１６は、電極支持部材であるセラミック板１１，１２にメタライズされた電極として構成される。図４に示したように、放電領域１９は、放電電極１５，１６に挟まれた直方体の領域として定義される。放電電極１５，１６間に交流電圧を印加すると、放電電極１５と放電電極１６の間で放電が生じ、これによりレーザガスが励起され、その結果、放電領域１９を通過するレーザ光が増幅される。
【００５０】
外部のレーザ発振器またはレーザ増幅器からのレーザ光がウインドウ部材２を通過し、入射レーザ光２１としてガスレーザ増幅装置に入射すると、ミラー４→ミラー５→ミラー６→ミラー５→ミラー４の順で反射し、再びウインドウ部材２を通過すると、最終的に出射レーザ光２２として出射される。
【００５１】
ミラー４は、放電領域内を通過した光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー５は、ミラー４によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。ミラー６は、ミラー５によって折り返された光を反射させて、再び同じ放電領域内へ導くように設置された折り返しミラーである。従って、レーザ光は、ウインドウ部材２からミラー４へ向かう光路、ミラー４からミラー５へ向かう光路、ミラー５からミラー６へ向かう光路、ミラー６からミラー５へ向かう光路、ミラー５からミラー４へ向かう光路、ミラー４からウインドウ部材３へ向かう光路の順に放電領域を６回通過するようになり、計６回増幅されることになる。さらに、折り返しミラーを増やすことによって、放電領域の通過回数も増加して、より効率的な光増幅が可能になる。
【００５２】
増幅利得に関して、実施の形態１と同様に、利得Ｇ＝出射光パワーＰｏ／入射光パワーＰｉ≧ｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］の関係が成立する。本実施形態において、同一の放電領域にレーザ光が６回通過するように構成しているため、レーザ光が放電領域を通過する距離は、１回通過の場合と比べて６倍になる。例えば、ｇ０×Ｌ＝１．２となる励起条件のもとで、１０Ｗの入射レーザ光を増幅し、１ｋＷの出射レーザ光を取り出す場合、利得Ｇは１００であり、ｅｘｐ［ｇ０×Ｌ］＝３．３を超えている。
【００５３】
また、上述のように、光学面が平面であるミラー４，５，６を互いに平行より約１ｍｒａｄずれた角度を持つように設置したことより、簡便な構成で寄生発振を抑制する効果を奏している。
【００５４】
仮に、ミラー４，５，６のうちいずれか２枚のミラーが互いに平行に設置されていたとすると、これらの平行ミラー同士が共振器となって、放電領域内で発生した自然放出光を種光として寄生発振が起こる。寄生発振が発生すると、本来の発振領域以外においても励起エネルギーが消費されるため、レーザ増幅器の効率が低下してしまう。
【００５５】
この対策として本実施形態では、上述のように、ミラー４，５は互いに平行より約１ｍｒａｄずれた角度を成し、ミラー５，６は互いに平行より約１０ｍｒａｄずれた角度を成すように設置しているため、ミラー４，５間を１往復する光路、ミラー５，６間を１往復する光路、およびミラー４，５，６間を１往復する光路における回折損失が大きくなる。そのため、放電領域内で発生した自然放出光を種光とした寄生発振は起こらなくなり、簡便な構成で寄生発振を抑制できる。
【００５６】
また、入射レーザ光２１の光軸と出射レーザ光２２の光軸が同軸上にならないように、入射レーザ光２１をミラー６の光学面の法線に対して、例えば、約１０ｍｒａｄの角度で斜め入射することにより、簡便な構成で発振器への戻り光を抑制できる。
【００５７】
本実施形態において、１枚のウインドウ部材２を入射レーザ光２１および出射レーザ光２２が通過する構成を示しているが、入射レーザ光２１が通過するウインドウ部材と、出射レーザ光２２が通過するウインドウ部材とを別個に設けても同様の効果を奏する。
【００５８】
なお、実施の形態１〜３では、一対の放電電極１５，１６を配置した例を示しているが、複数対の放電電極が光路に沿って並んでいる構成であっても、同様の効果を奏する。
【００５９】
また、実施の形態１〜３では、放電電極１５，１６として、セラミック板１１，１２にメタライズされた電極を用いた例を示したが、放電電極１５，１６を他の方法で筐体１に固定しても同様の効果を奏する。
【００６０】
また、実施の形態１〜３では、レーザ媒質としてＣＯ２を用いた例を示しているが、エキシマレーザ等、他のレーザ媒質であっても同様の効果を奏する。
【００６１】
また、実施の形態１〜３では、交流放電を用いてレーザガスを励起する例を示しているが、直流電圧による放電励起、光による励起など、他の励起方式を用いても同様の効果を奏する。
【００６２】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４を示す斜視図である。ここでは、本発明に係るガスレーザ増幅装置の光軸調整方法を説明する。以下、実施の形態１に係るガスレーザ増幅装置を例として説明するが、実施の形態２，３に係るガスレーザ増幅装置にも同様に適用できる。
【００６３】
筐体１の外側には、入射レーザ光の光軸と交差するように、レーザ吸収機構としてダンパ４２が設置され、一方、出射レーザ光の光軸と交差するように、例えば、サーモパイル型ディテクタなどのパワー検出器４１が設置される。
【００６４】
こうした構成において、ダンパ４２およびパワー検出器４１を取り除き、ミラー４，５の相対角度が約１ｍｒａｄの角度を成すように光軸を調整すると、実施の形態１と同じガスレーザ増幅装置となる。
【００６５】
最初に、入射レーザ光の光軸上に補助ミラー（不図示）等を設置することによって、外部光源からのガイド光（例えば、ヘリウムネオンレーザ光）を入射レーザ光の光軸に沿って導入する。このときガイド光がウインドウ部材２の中心を通過し、ミラー４の光学面中心に当たるように、ガイド光の光軸を調整する。
【００６６】
次に、ミラー４の設置角度を調整し、ミラー４で反射されたガイド光がミラー５の光学面中心に当たるようにする。続いて、ミラー５の設置角度を調整し、ミラー５で反射されたガイド光がウインドウ部材３の中心を通過するようにする。その後、補助ミラーを除去してガイド光の導入を停止する。
【００６７】
次に、放電電極１５，１６に対して交流電圧を印加し、放電電極１５，１６によって決まる放電領域でレーザガスが励起された状態とする。ここで、ミラー４，５が互いに平行に極めて近い角度θａ（例えば、１ｍｒａｄオーダーよりも小さい角度）をなしていれば、ミラー４，５間で寄生発振光２３が発生するようになる。寄生発振光２３の一部は、ミラー５で回折して回折光２４となってウインドウ部材３を通ってパワー検出器４１に到達し、さらにミラー４で回折して回折光２５となってウインドウ部材３を通ってダンパ４１に到達する。
【００６８】
一方、ミラー４，５の相対角度が角度θａよりも大きい場合は、寄生発振が起こらず、パワー検出器４１では寄生発振光が検出されない。この場合、ミラー４及び／又はミラー５の設置角度を微調整することによって、ミラー４，５の相対角度が角度θａ以下となるようにミラー４，５の光軸を調整し、寄生発振が発生するアライメント状態とする。このときパワー検出器４１で検出される寄生発振パワーが最大となるように設定することによって、ミラー４，５が互いに完全に平行になるように調整できる。
【００６９】
次に、最大パワーの状態からミラー４及び／又はミラー５の設置角度を意図的にずらして、ミラー４，５の相対角度を、例えば、約１ｍｒａｄに設定すると、寄生発振パワーが急激に低下する。このとき寄生発振パワーが最小となるように設定すれば、寄生発振を確実に防止できる。
【００７０】
図６は、ミラーの平行度と寄生発振の関係を示すグラフである。縦軸は、パワー検出器４１で検出された寄生発振パワー（リニア、任意単位）であり、横軸は、ミラー４，５の相対角度（ｍｒａｄ）である。ここで、寄生発振パワーが最大となるアライメント状態を原点（０ｍｒａｄ）としている。このグラフを見ると、ミラー４，５の相対角度を約１ｍｒａｄ以上に設定すれば、寄生発振パワーは最小になり、寄生発振が抑制されることが判る。
【００７１】
こうした手法により、簡便な手順で寄生発振を抑制できるようにガスレーザ増幅装置の光軸調整を行うことができる。
【００７２】
実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５を示す斜視図である。ここでは、本発明に係るガスレーザ増幅装置の光軸調整方法を説明する。以下、実施の形態１に係るガスレーザ増幅装置を例として説明するが、実施の形態２，３に係るガスレーザ増幅装置にも同様に適用できる。
【００７３】
筐体１内には、レーザ光の光路に沿って２枚のアパーチャ３１，３２が所定間隔、例えば、１ｍの間隔で互いに平行に設置される。アパーチャ３１は２つの開口３３，３４を有し、アパーチャ３２も２つの開口３５，３６を有する。これらの開口３３〜３６は、レーザ光が通過する空間を機械的に制限する機能を有するものであり、筐体１内の光路の数が増加すると開口の数も増加する。
【００７４】
筐体１の外側には、ガイド光（例えば、ヘリウムネオンレーザ光）２８を発生する光源５１が設置される。
【００７５】
図９は、アパーチャ３１，３２の形状の一例を示す斜視図である。アパーチャ３１とアパーチャ３２は、開口の位置を除いて同形である。アパーチャ３１の開口３３，３４の各中心は、アパーチャ３１の対称軸上に設けられている。一方、アパーチャ３２に対する開口３６の位置は、アパーチャ３１に対する開口３４の位置と同じであるが、アパーチャ３２に対する開口３５の位置は、アパーチャ３１に対する開口３５の位置よりも、例えば、２ｍｍ右側（図７のＡ方向の反対方向）にずらして設けられている。
【００７６】
図８は、アパーチャ３１の開口３３，３４、アパーチャ３２の開口３５，３６、ミラー４，５、およびウインドウ部材２，３の相対位置を図７のＡ方向から見た側面図である。アパーチャ３１に対する開口３５の中心は、図８の紙面から２ｍｍ手前に位置している。そのため、開口３３の中心と開口３５の中心とを結ぶ第１直線は、開口３４の中心と開口３６の中心とを結ぶ第２直線に対してねじれの位置になる。このときねじれ角は、２ｍｍ／１ｍ＝２ｍｒａｄに相当する。
【００７７】
次に、ガイド光２８を各ミラーの光軸に沿って導入する。そして、ガイド光２８が開口３４の中心、開口３６の中心、開口３３の中心、開口３５の中心を通るように２枚のミラー４，５の設置角度を調整すると、ミラー４，５の相対角度（ｍｒａｄ）は約１ｍｒａｄに設定される。
【００７８】
こうした手法により、簡便な手順で寄生発振を抑制できるようにガスレーザ増幅装置の光軸調整を行うことができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  筐体、  ２，３  ウインドウ部材、  ４，５，６  ミラー、
１１，１２  セラミック板、  １５，１６  放電電極、  １９  放電領域、
２１  入射レーザ光、  ２２  出射レーザ光、  ２３  寄生発振光、  
２４，２５  回折光、  ２８  ガイド光、  ３１，３２  アパーチャ、
３３，３４，３５，３６  開口、  ４１  パワー検出器、  ４２  ダンパ、
５１  光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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