(57)【要約】【課題】  ブリュースター角度の入出力面を持つレーザーロッドにより、同一水平面内に光軸の収まるリング型再生増幅器において、チタンサファイアレーザーなどのように広帯域、極短パルス、高強度のレーザー光に使用できる反射鏡は、一般に、容易に高反射率が得られるＳ偏光用のものではなく、高反射率を得るのが容易ではないＰ偏光用のものであり、製造可能であったとしても非常に高価になるなどの問題があった。【解決手段】  安価で製作が容易なＳ偏光反射鏡のみを用いてリング型再生増幅器を構成する。再生増幅器中の光スイッチを構成要素に分離し、この構成要素でレーザーロッドを挟み込むことにより、ロッド位置ではブリュースター角度に一致したＰ偏光、反射鏡位置では低損失高反射率のＳ偏光とし、部品点数を増やすことなく、かつ調整の容易な同一水平面内での光軸配置を可能にした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング型のレーザー共振器であって、レーザー増幅媒体を半波長板及び光スイッチ用偏光回転素子で挟み込み、共振器を構成する反射鏡をＳ偏光用の反射鏡とするとともに、共振器の光軸を同一平面上に構築することを特徴としたレーザー共振器。
【請求項２】
上記共振器は、再生型レーザー増幅器であることを特徴とする請求項１記載のレーザー共振器。
【請求項３】
上記レーザー増幅媒体は、固体レーザーであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザー共振器。
【請求項４】
上記レーザー増幅媒体は、チタンサファイアレーザーであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザー共振器。
【請求項５】
上記光スイッチ用偏光回転素子は、ポッケルスセルであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザー共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製作が容易な反射鏡で高効率を得るレーザー増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー増幅器の中で再生増幅器は同じ増幅媒質中を被増幅光が何度も通過して、通過のつど利得を得るため、小型で簡単な構成ながら高効率で高利得が得られるという特長がある。従来、再生増幅器の構成は、レーザー発振器と同様の共振器内に光スイッチを入れ、これにより種パルスを導入し、出力パルスを取出し、また共振器形式としては往復型を取る場合が多い。しかし、共振器形式としてリング型を採用することにより、増幅光路が光軸に沿った一本だけに限定されるため増幅されたレーザー光のモードがシングルモードに近いきれいなものになること、励起体積と増幅体積を一致させやすく、増幅効率を上げやすいこと、一式の光スイッチで入力と出力が完全に分離できること、などの更なる利点が得られる。
【０００３】
一方で、リング共振器を構成するためには、最低でも３枚、通常は、４枚以上の反射鏡が必要である。高効率増幅を行なうためには、共振器内部の損失を極力抑える必要があり、特に同一光路上で多数回の増幅を行なう再生増幅器においては一回あたりの反射率のわずかな低下が結果的に大きな損失を招く。レーザーロッドの入出力面における反射損失を避けるためには、レーザーロッドの入出力面をブリュースター角度にカットしたものを使用するのが一般的である（下記特許文献１参照）。しかしながら、下記特許文献１にも記載されているように、ブリュースター角度にカットされたレーザー結晶を用いた増幅器を低損失で通過するレーザー光は、Ｐ偏光に限定される。したがって、光軸を同一平面内に維持したままリング型共振器を構成しようとすれば、使用する反射鏡は、全てＰ偏光となる。
【０００４】
図２に、従来のリング型再生増幅器の構成例を示す。ブリュースター角度にカットされたレーザーロッド１と、４枚のＰ偏光反射鏡２及びレンズ３で共振器を構成し、入出力の切り替えを行なう光スイッチ４は、半波長板５、ポッケルスセル等の偏光回転素子６及び偏光板７からなる。
【０００５】
ところが、図２の構成によると、チタンサファイアレーザーなどのように広帯域、極短パルス、高強度のレーザー光に使用できる反射鏡としては、一般に、容易に高反射率が得られるＳ偏光のものではなく、高反射率を得るのが容易ではないＰ偏光のものが必要になる。Ｐ偏光反射光の場合、高反射率鏡が製造可能であったとしても非常に高価になるなどの問題があった。
【０００６】
この改善策として、レーザーロッドを９０度回転させ、リング共振器を同一水平面内ではなく立体的に配置するする方法がある。しかしながら、この配置によるとレーザーロッド位置で光軸高さが変わるため、光軸高さを補正する手段が必要となる。このために挿入する光学素子による損失が発生する上に、リング共振器は往復型共振器に比べてその調整に熟練を要するものであり、これを立体的に配置すれば、調整作業は格段に困難なものとなる。レーザービームが同一水平面内ではなく上下方向にも進行する構成は、安全面からも問題がある。また、レーザーロッドの前後に偏光を９０度回転させる素子を挿入する方法も考えられるが、今度はそれらの素子による損失が問題となる。
【特許文献１】特開平９−１８１２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、リング型共振器においてＰ偏光用の反射鏡を用いる場合に生じる損失を抑制し、効率を上げる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光スイッチの構成要素を分離し、レーザーロッドの前後に半波長板及び光スイッチ用変更回転素子を別々に置くことにより、リング型共振器を全てＳ偏光の反射鏡で構成した点にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のリング型再生増幅器は、損失の原因となる部品点数を増やすことなく、調整の容易な同一水平面上での配置でありながら、安価で入手が容易なＳ偏光の高反射率反射鏡のみで構成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
可能な限り低損失で、部品点数を増やすことなく、安価で入手容易な反射鏡のみを用いて実現した。レーザーとしては、固体レーザーが好ましく、特に、チタンサファイアレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー等が好ましい。半波長板は偏光面を９０度回転する素子である。また、光スイッチ用偏光回転素子としては、ポッケルスセル、カー効果素子及び音響光学素子等である。超短パルスを扱う上ではポッケルスセルが最も好ましい。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明装置の１実施例の構成図であって、ブリュースター角度にカットされたレーザーロッド１と、４枚のＳ偏光反射鏡２及びレンズ３で共振器を構成し、入出力の切り替えを行なう光スイッチ４は、半波長板５、ポッケルスセル等の偏光回転素子６及び偏光板７からなる。
【００１２】
種パルスレーザー光としての入射光ａは、垂直偏光であって、偏光板７によって反射され、リング共振器内に入る。この種パルスは、レーザーロッド１によって増幅された後、半波長板５によって偏光方向が９０度回転し、水平偏光となる。そしてＳ偏光の反射鏡２によってリング光路上を周回した後、ポッケルスセル６に入るが、この時点では、ポッケルスセルには電圧が印加されていないため、偏光方向に影響はなく、水平偏光のままである。従って偏光板７では反射されることなく透過し、再びレーザーロッドに入って増幅される。
【００１３】
ポッケルスセルに最初に入るまでのこの最初の一周回のみは、偏光方向がレーザーロッドのブリュースター角度および反射鏡の指定偏光方向と一致しないため大きな損失が生じるが、この時点でのパルスエネルギーは、最終出力と比較するとごく僅かであり、ここでの損失は全体のエネルギー効率からは無視できる。２周回目以降はポッケルスセルに半波長電圧を印加する。そのためポッケルスセルを通過した光は、電気光学効果により偏光方向が９０度回転する。
【００１４】
偏光板を透過したパルスは、水平偏光であり、レーザーロッドの入出力面は、垂直方向にブリュースター角度にカットされているので、水平偏光すなわちＰ偏光の光は、無損失で透過する。ロッドから出た直後に半波長板を通り、パルスレーザー光は、垂直偏光となる。従ってレーザー光の偏光方向と反射鏡の偏光方向がともにＳ偏光で一致し、レーザー光は低損失高反射率で反射される。
【００１５】
十分な回数周回し、レーザーロッドに蓄積されたエネルギーが最大効率でパルスレーザーエネルギーに変換された時点で、ポッケルスセルの印加電圧をゼロにする。すると電気光学効果が消失し、偏光が回転しなくなるため、ポッケルスセルを出た光は垂直偏光のままとなり、偏光板によってリング共振器外に出力パルスレーザー光ｂとして取出される。
【００１６】
このように光スイッチの構成要素を分離し、レーザーロッドの前後を挟み込む構成とすることにより、安価で製造が容易なＳ偏光の反射鏡のみで構成したにもかかわらず、最初の１周回を除いては、全ての位置において偏光方向は最適化されており、部品点数を増やすことなく、また調整の容易な同一水平面内に全ての光軸が収まる。したがって、本発明によれば容易に高効率なリング型再生増幅器を実現できるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
チタンサファイアレーザーの再生増幅器は、従来は、高価で効率が悪く、調整も煩雑であったために、もっぱら科学技術研究用途に使用されてきたが、本発明により、安価で容易に高効率再生増幅器が実現できるようになったため、加工や計測など幅広い産業分野への適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のリング型再生増幅器の実施方法を示した構成図
【図２】従来のリング型再生増幅器の例を示した構成図
【符号の説明】
【００１９】
１    レーザーロッド
２    反射鏡
３    レンズ
４    光スイッチ
５    半波長板
６    ポッケルスセル
７    偏光板
【図１】
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【図２】
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