(57)【要約】【課題】  所望のパルス幅のレーザ光を出力することのできる簡易に設計可能なレーザ発振器を提供する。【解決手段】  レーザ媒質１を挟んで設けられる一対のミラー３，４からなる光共振器６と、この光共振器６内に励起されるレーザ光をスイッチングするＱスイッチ２と、上記光共振器６内に配置されて該光共振器６内に励起された所定位置の光の像を所定距離離れた位置に転写して前記光共振器６の共振器長を調整する像転写光学系１０とを具備する。【選択図】      図３
2005072131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を挟んで設けられる一対のミラーからなる光共振器と、
この光共振器内に励起されるレーザ光をスイッチングするＱスイッチと、
上記光共振器内に配置されて該光共振器内に励起された所定位置の光の像を所定距離離れた位置に転写して前記光共振器の共振器長を調整する像転写光学系と
を具備したことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
前記像転写光学系は、前記レーザ媒質または前記Ｑスイッチと前記光共振器の一方のミラーとの間に所定の距離を隔てて同軸に設けられた複数のレンズからなり、入力光の像に対する出力光の像を一定に保持するものである請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記像転写光学系は、前記Ｑスイッチと対峙する前記光共振器の一方のミラーとの間に所定の距離を隔てて同軸に設けられた二枚のレンズからなり、入力光の像に対する出力光の像を一定に保持するものである請求項１に記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器に係り、特にＱスイッチを用いて高出力のパルスレーザ光を得るレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からレーザビーム加工機等に用いられるような高エネルギーのレーザ光は、例えばＱスイッチを用いたレーザ発振器によって作られている。このレーザ発振器は、例えば図４に示すように固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＡＧ）１およびＱスイッチ２を第一の反射鏡（全反射ミラー）３と第二の反射鏡（部分反射ミラー）４とを挟み込んで形成されている。この固体レーザ媒質１は、クリプトンランプ等の励起源５によりエネルギーが与えられて上記光路中に励起光を射出するようになっている。
【０００３】
このように構成されたレーザ発振器は、Ｑスイッチ２をオフして固体レーザ媒質１を励起する。そして励起が充分に進んで固体レーザ媒質１の反転分布が最高域に達したとき、Ｑスイッチ２をオンする。すると、固体レーザ媒質１によって励起されて射出された励起光は、全反射ミラー３と部分反射ミラー４との間で往復する。この励起光は、全反射ミラー３および部分反射ミラー４との間で反射を繰り返して光共振を起こす。この光共振によって光のエネルギーが増幅されて、部分反射ミラー４からパルス状の高エネルギーレーザ光が出射される。そして、固体レーザ媒質１の反転分布が解消されると、Ｑスイッチ２はオフされ、再び固体レーザ媒質１の励起を行う。このような過程を連続的に繰り返すことで誘導放出が連続的に効率よく発生し、高エネルギーのレーザ光を得ることができる。
【０００４】
ところで、上述したように構成されたレーザ発振器から出力されるレーザ光のパルス幅は、全反射ミラー３と部分反射ミラー４との間の距離に比例することが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。この原理を応用して、レーザ光の出力エネルギーとパルス幅とを制御するレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このレーザ装置は、出力エネルギーとパルス幅とを連続的に可変制御する目的で全反射ミラーと部分反射ミラーとの距離を連続的に可変できるようにしたものである。また、光共振器でレーザ共振したレーザ光を検出して、この検出結果に基づいて光共振器の共振器長を調整し、パルス幅を可変するレーザ装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開平９−２８３８２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１７７９号公報
【非特許文献１】エムノン  ヤリブ（Amnon Yariv）著，「量子エレクトロニクス（Quantum Electronics）」，（米国），第２版，ジョンウイリー＆ソンズ株式会社（John Wiley & Sons,Inc.,），１９７５，ｐ．１４１−１４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したレーザ発振器のレーザ光のパルス幅を変えるには、光共振器長を変化させればよいものの、光共振器長を変化させることによってレーザビーム径および拡がり角度などの空間特性が変化することが否めない。このためレーザ光のパルス幅を変えるには、単に光共振器長を変えるだけでなく空間特性をも考慮する必要があり、光共振器の設計が複雑になるという問題があった。また、レーザ媒質によっては、光共振器長を自由に設計することができず、所望のパルス幅を得るレーザ発振器を作ることが困難であるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、所望のパルス幅のレーザ光を出力することのできる簡易に設計可能なレーザ発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するため、本発明に係るレーザ発振器は、レーザ媒質を挟んで設けられる一対のミラーからなる光共振器と、
この光共振器内に励起されるレーザ光をスイッチングするＱスイッチと、
上記光共振器内に配置されて該光共振器内に励起された所定位置の光の像を所定距離離れた位置に転写して前記光共振器の共振器長を調整する像転写光学系と
を具備したことを特徴としている。
【０００８】
好ましくは、前記像転写光学系は、前記レーザ媒質または前記Ｑスイッチと前記光共振器の一方のミラーとの間に所定の距離を隔てて同軸に設けられた複数のレンズからなり、入力光の像に対する出力光の像を一定に保持するものとして構成されることが望ましい。
より好ましくは、前記像転写光学系は、前記Ｑスイッチと対峙する前記光共振器の一方のミラーとの間に所定の距離を隔てて同軸に設けられた二枚のレンズからなり、入力光の像に対する出力光の像を一定に保持することが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
このように構成されたレーザ発振器によれば、励起された光の像を所定距離離れた位置に転写して前記光共振器の共振器長を調整する像転写光学系が光共振器内に介挿されているので、共振器内のレーザ光の空間特性を変えることなく所望のパルス幅のレーザ光を出力するレーザ発振器を簡易に設計することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係るレーザ発振器に関し、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るレーザ発振器の概略構成を示す機能構成図である。この図において図４の構成と同一部材は図４と同一の番号を付してその説明を略述する。
図１において３および４は、全反射ミラーおよび部分反射ミラーであって、それぞれが対峙するように設けられて光共振器６が形成される。この光共振器６には、全反射ミラー３および部分反射ミラー４によって挟まれたレーザ媒質１が設けられている。このレーザ媒質１は、例えばクリプトンランプ等の励起源５により励起されるようになっている。また、光共振器６内には、励起源５によって励起されてレーザ媒質１から射出される励起光を透過または反射させるＱスイッチ２が設けられている。そして、光共振器６内のレーザ光の光路中には、光共振器６の共振器長を調整する像転写光学系１０が設けられている。この像転写光学系１０は、複数のレンズからなり、この像転写光学系１０に入力された入力光の像に対する出力光の像を一定に保持する役割を担う。
【００１１】
基本的には上述したように構成されたレーザ発振器において、本発明が特徴とするところは、光共振器６内の光路内に、像転写光学系１０を介挿すると共に、この像転写光学系に入力された入力光の像に対する出力光の像を一定に保持する点にある。つまりレーザ媒質１を挟んで設けられる一対のミラー３，４からなる光共振器６と、この光共振器６に励起されるレーザ光をスイッチングするＱスイッチ２とからなる基本光学系の光共振器６内に光共振器６内に励起された所定位置の光の像を所定距離離れた位置に転写して前記光共振器６の共振器長を調整する像転写光学系１０を配置したことを特徴としている。
【００１２】
このような特徴ある本発明に係るレーザ発振器において、このレーザ発振器が出力するレーザ光のパルス幅を変更するには、所望のパルス幅になるよう全反射ミラー３と部分反射ミラー４との間隔（共振器長）を変更すればよい。これは、上述したように光学的な共振器長とレーザ光のパルス幅には相関関係があることによる。具体的には、図２に示すレーザ発振器（以下、基準レーザ発振器と称する）から得られるレーザ光のパルス幅が［ｗ］であり、このパルス幅の２倍のパルスの幅［２ｗ］のレーザ光を得たい場合は、基準レーザ発振器に設けられた全反射ミラー３と部分反射ミラー４との間隔（距離）Ｌを２倍にすればよい。
【００１３】
このとき、パルス幅以外の基準レーザ発振器の空間特性を維持しつつパルス幅の異なるレーザ発振器を得るため、基準レーザ発振器の光路中に所定の基準点Ｂを定める。例えばこの基準点Ｂは、図２に示すようにＱスイッチ２と部分反射ミラー４との間に定める。このとき基準点ＢとＱスイッチ２の端面との距離が［ａ］、基準点Ｂと部分反射ミラー４の端面との距離が［ｂ］であったとする。
【００１４】
次に所望のパルス幅を得るための共振器長（全反射ミラー３と部分反射ミラー４との距離）を計算によって求める。例えば基準レーザ発振器の共振器長が［Ｌ］、パルス幅が［ｗ］であり、所望するパルス幅をこの２倍の［２ｗ］にする場合は、共振器長を２倍の［２Ｌ］とすればよい。
一方、第一のレンズ１１の焦点距離を［ｆ１］、第二のレンズ１２の焦点距離を［ｆ２］とすれば、次式を満足するようそれぞれのレンズの焦点距離を設定すればよい。
【００１５】
［２Ｌ−Ｌ＝２（ｆ１＋ｆ２）］
∴［Ｌ＝ｆ１＋ｆ２］
そして、この式で求められる焦点距離を有する二つのレンズ１１，１２で形成される像転写光学系１０を図３に示すようにＱスイッチ２と部分反射ミラー４との間の光路中に挿入すればよい。
【００１６】
この像転写光学系１０の挿入位置は、第１のレンズ１１の焦点距離［ｆ１］が、前述した基準点ＢとＱスイッチ２の端面との距離［ａ］となるように位置づける。そして、第一のレンズ１１の焦点距離［ｆ１］と第二のレンズ１２の焦点距離［ｆ２］との和［ｆ１＋ｆ２］の位置に第二のレンズ１２を位置づける。すると、像転写光学系１０の第二のレンズ１２の焦点距離［ｆ２］は、基準点Ｂと部分反射ミラー４の端面との距離［ｂ］に一致する。
【００１７】
このとき、第一のレンズ１１の焦点距離［ｆ１］（基準点Ｂ）に形成されるレーザ光の像は、像転写光学系１０を介して、第二のレンズ１２の焦点距離［ｆ２］（投影点Ｐ）に同じ空間特性を有するレーザ光の像として投影される。この像は、基準レーザ発振器の光路中の基準点Ｂと部分反射ミラー４の端面との距離［ｂ］に一致した点に形成されるので、基準レーザ発振器によって部分反射ミラー４に形成されるレーザ光と空間特性が一致した像を得ることができる。
【００１８】
逆に部分反射ミラー４によって反射されたレーザ光にあっても、元の基準点ＢとＱスイッチ２の端面との距離［ａ］に一致した点に同じ像が形成されるので、そのレーザ光の空間特性が変化しない。つまり、本発明に係るレーザ発振器は、光共振器６中に所定の距離を隔てて同軸に設けられた複数のレンズからなる像転写光学系１０によって、入力光の像に対する出力光の像を一定に保持するため、共振器長を変えたとしても上述したように像転写光学系１０の焦点距離を設定すれば、光学特性を変化させることなく任意のパルス幅のレーザ光を得ることが可能となる。
【００１９】
尚、光学的特性の変化をより少なくするため、好ましくは第一および第二のレンズ１１，１２は、同じ光学特性を有するレンズを用いることが望ましい。例えば、上述したようにパルス幅を基準パルス発振器の２倍にする場合、それぞれのレンズの焦点距離が等しく［ｆ＝ｆ１＝ｆ２］であるとすれば、［ｆ＝Ｌ／４＝０.２５Ｌ］を満足するようレンズの焦点距離を設定すればよい。
【００２０】
尚、上述した実施形態においては、Ｑスイッチ２と部分反射ミラー４との間に像転写光学系１０を介挿したが、光共振器６のレーザ光路内の任意の箇所に介挿してもかまわない。例えば、レーザ媒質１とＱスイッチ２との間の光路中、或いはレーザ媒質１と全反射ミラー３との間の光路中に像転写光学系１０を挿入してもよい。いずれの場合であっても、上述した実施形態と同様に所望の共振器長を満たす像転写光学系１０を用いればよい。
【００２１】
また、上述した実施形態においては、理解を容易にするため二枚のレンズ（第一のレンズ１１および第二のレンズ１２）とで構成された像転写光学系１０について説明したが、入力光の像に対する出力光の像を一定に保持するものであれば、二枚以上の複数枚のレンズを組み合わせて構成してもよいということは言うまでもない。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ発振器の一例を示す概略構成図である。
【図２】レーザ発振器の基本光学系を示す概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ発振器における像転写光学系の焦点距離の関係を示す図である。
【図４】従来のレーザ発振器の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
１      レーザ媒質
２      Ｑスイッチ
３      全反射ミラー
４      部分反射ミラー
５      励起源
６      光共振器
１０      像転写光学系
１１      第一のレンズ
１２      第二のレンズ
【図１】
2005072131.tif 000003
【図２】
2005072131.tif 000004
【図３】
2005072131.tif 000005
【図４】
2005072131.tif 000006