(57)【要約】【課題】レーザ光の軸線のずれ方向や、レーザ媒体の性質によらず、レーザ光の軸線を調整することができるレーザ装置を提供すること。レーザ光の軸線のずれ方向によらず、またレーザ媒質の性質によらず、レーザ光の軸線のずれを補正することができるレーザ装置を提供すること。【解決手段】レーザ光を発振あるいは増幅するレーザ装置において、互いに平行な二端面を有するレーザロッド１０と、前記レーザロッド１０の端面に対向配置され、前記レーザロッド１０と対向する位置に凹面部２１を有する全反射ミラー２０と、前記レーザロッド１０と前記全反射ミラー２０との間に設けられ、前記レーザ光の光軸Ｌ０を、当該レーザ光の光軸Ｌ０と直交する方向に移動させて、前記レーザ光の光軸Ｌ０と前記全反射ミラー２０の凹面部２１とを直角にする平行平板４０とを具備する。【選択図】      図１
2007035960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振あるいは増幅するレーザ装置において、
互いに平行な二端面を有するレーザ媒体と、
前記レーザ媒体の端面に対向配置され、前記レーザ媒体と対向する位置に曲率面を有するレーザミラーと、
前記レーザ媒体と前記レーザミラーとの間に設けられ、前記レーザ光の光軸を、当該レーザ光の光軸と直交する方向に移動させて、前記レーザミラーに、前記レーザ光を入射させる光軸調整手段とを具備することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記光軸調整手段は、前記レーザ光の光軸と前記レーザミラーの曲率面とが直角を成すように、前記レーザ光を前記レーザミラーに入射させることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記光軸調整手段は、
前記レーザ光の光軸を中心として回転可能に、かつ前記レーザ光の光軸と直交する軸を中心として回転可能に支持された平行平板であることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光軸調整手段は、
前記レーザ光の光軸と直交する第１の軸を中心として回転可能に支持された第１の平行平板と、
前記レーザ光の光軸及び前記第１の軸と直交する第２の軸を中心として回転可能に支持された第２の平行平板とから構成されることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第２の平行平板は、前記レーザ光の光軸と前記レーザミラーの曲率面とが直角を成すように、前記レーザ光を前記レーザミラーに入射させることを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の光軸を調整する光軸調整機能を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置では、レーザ光の光軸が設計位置にあることが非常に重要である。しかしながら、レーザ装置の部品点数が増加すると、各部品の精度や組立精度などの影響により、レーザ光の光軸が設計位置からずれてしまうことがある。レーザ光の光軸が設計位置からずれたままレーザ発振を継続すると、大きなエネルギーの損失が生じ、レーザ発振が停止することがある。
【０００３】
レーザ光の光軸を調整する手法として、市販のミラーホルダーを使用する方法が知られている。市販のミラーホルダーでは、バネで付勢されたミラーをネジなどで押し引きしてミラーの角度を調整する。すなわち、この方法では、ミラー自体の角度を変えることで、レーザ光の反射角を変え、レーザ光の光軸を調整する。
【０００４】
また、航空機搭載などの耐震性が要求される用途では、２枚のウェッジ板を使用する方法が知られている。この方法は、２枚のウェッジ板を回転することで、レーザ光のシフト量とシフト方向を調整する。
【０００５】
また、レーザ光の光軸を調整する手法として、レーザ媒体とレーザミラーとの間に平行平板を配置したレーザ発振器が開示されている。このレーザ発振器では、平行平板の角度を変えることにより、レーザ光をシフトさせ、当該レーザ光の光軸をポリプリズムの稜線上に位置決めしている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特公平７−１０５５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の手法には、それぞれ問題がある。
【０００７】
例えば、市販のミラーホルダーを使用する方法は、耐震性に劣り、車載や航空機搭載等の環境下では、レーザ光の光軸を保持することができない。
【０００８】
また、２枚のウェッジ板を使用する方法は、耐震性に優れているが、１枚のウェッジ板を回転すると、レーザ光のシフト量とシフト方向とが両方ずれてしまい、調整が容易ではない。そのため、調整作業にかなりの時間を要する。
【０００９】
さらに、特許文献１のレーザ発振器は、レーザ光の光軸をポリプリズムの稜線と直交する方向にシフトさせることはできるが、ポリプリズムの稜線と平行な方向にシフトさせることはできない。
【００１０】
すなわち、このポリプリズムは、平面ミラーとしての機能しか持っていないため、レーザ媒質の材料が熱レンズ効果を持っている場合には、レーザミラーとしてポリプリズムを使用することができない。
【００１１】
例えば、レーザ媒体が熱レンズ効果により凸レンズや凹レンズとして振る舞うと、レーザ媒体を透過したレーザ光が縮径あるいは拡径することになる。したがって、このような場合には、レーザミラーでレーザ光の光断面を拡縮させる必要があるが、平面ミラーとしての機能しか持たないポリプリズムでは、レーザ光の光断面を拡縮することができない。
【００１２】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、レーザ光の軸線のずれ方向や、レーザ媒体の性質によらず、レーザ光の軸線を調整することができるレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ装置は次のように構成されている。
【００１４】
すなわち、レーザ光を発振あるいは増幅するレーザ装置において、互いに平行な二端面を有するレーザ媒体と、前記レーザ媒体の端面に対向配置され、前記レーザ媒体と対向する位置に曲率面を有するレーザミラーと、前記レーザ媒体と前記レーザミラーとの間に設けられ、前記レーザ光の光軸を、当該レーザ光の光軸と直交する方向に移動させて、前記レーザミラーに、前記レーザ光を入射させる光軸調整手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ光の軸線のずれ方向や、レーザ媒体の性質によらず、レーザ光の軸線を精度良く調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態〜第３実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１実施形態）  
図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。  
先ず、レーザ発振器の構成について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るレーザ発振器の構成図、図２（ａ）、（ｂ）は同実施形態に係る平行平板４０と各軸との関係図である。
【００１８】
図１に示すように、このレーザ発振器は、レーザロッド（レーザ媒体）１０、全反射ミラー（レーザミラー）２０、出力ミラー３０、及び平行平板４０を備えている。図１における符号Ｌ０は、このレーザ発振器により発振されたレーザ光の光軸を示している。
【００１９】
レーザロッド１０は丸棒状をしており、その両端面は互いに略平行である。レーザロッド１０としては、例えばＹＡＧ等の母材に対して、Ｎｄ等のレーザ媒質を添加したものが用いられる。
【００２０】
また、レーザロッド１０の近傍には、レーザ媒質を励起するための励起源（図示しない）が配設されている。励起源としては、例えばタングステンヨウ素ランプ等が使用される。
【００２１】
全反射ミラー２０は、レーザロッド１０と対向する位置に、レーザ光の反射面となる凹面部２１を備えている。本実施形態において、凹面部２１の曲率半径は、約５００ｍｍである。
【００２２】
平行平板４０は円板状をしており、レーザロッド１０と全反射ミラー２０の間に配設されている。この平行平板４０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光の光軸Ｌ０と直交する第１の軸Ｌ１を中心として回転可能に（図２（ａ）に図示）、かつレーザ光の光軸Ｌ０を中心として回転可能に（図２（ｂ）に図示）支持されている。
【００２３】
次に、平行平板４０によるレーザ光のシフトについて説明する。
【００２４】
平行平板４０が第１の軸Ｌ１を中心に回転すると、すなわち平行平板４０がレーザ光の光軸Ｌ０に対して傾斜すると、平行平板４０を透過したレーザ光の光軸Ｌ０が、当該光軸Ｌ０及び第１の軸Ｌ１と直交する第２の軸Ｌ２の方向にシフトする。このシフト量は、平行平板４０の板厚と傾斜角とにより定まるものである。
【００２５】
次に、この傾斜角を維持したまま、平行平板４０が光軸Ｌ０を中心に回転すると、平行平板４０の傾斜方向が変化して、レーザ光の光軸Ｌ０のシフト方向が変化する。このとき、レーザ光のシフト量は変化しない。
【００２６】
したがって、平行平板４０の光軸Ｌ０に対する傾斜角と平行平板４０の回転角とを調整すれば、平行平板４０を透過したレーザ光の光軸Ｌ０を、任意の方向に任意の量だけシフトすることができる。
【００２７】
レーザ光の光軸Ｌ０がシフトすると、全反射ミラー２０の凹面部２１におけるレーザ光の反射位置が変化し、その結果、全反射ミラー２０の凹面部２１に対するレーザ光の反射角が変化する。
【００２８】
したがって、平行平板４０の傾斜角と回転角とを調整すれば、レーザ光の反射角を０度にすることができる。すなわち、レーザ光の光軸Ｌ０が、全反射ミラー２０の凹面部２１に対して直角を成すようにして、レーザ光を入射させることができる。
【００２９】
レーザ光の光軸Ｌ０が全反射ミラー２０の凹面部２１に対して直角となると、全反射ミラー２０と出力ミラー３０との間でレーザ光が繰り返し反射しても、その光軸Ｌ０がずれることが無くなる。そのため、レーザ光の光軸Ｌ０の位置ズレに起因するエネルギー損失が低減するから、安定したレーザ光が継続的に発振されることになる。
【００３０】
次に、平行平板４０の傾斜角とレーザ光のシフト量との関係について説明する。
【００３１】
図３は同実施形態に係る平行平板４０の傾斜角とレーザ光のシフト量との関係を示すグラフである。なお、図３における曲線（イ）〜曲線（ホ）は、それぞれ平行平板４０の板厚が１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍである場合の関係を示している。また、平行平板４０の傾きの単位はｍｒａｄであり、レーザ光の光軸Ｌ０のシフト量の単位はｍｍである。
【００３２】
図３に示すように、平行平板４０の板厚に関係なく、レーザ光のシフト量は、平行平板４０の傾斜角に対して、リニアに変化していることがわかる。
【００３３】
次に、平行平板４０の傾斜角と全反射ミラーの凹面部２１におけるレーザ光の反射角との関係について説明する。
【００３４】
図４は、同実施形態に係る平行平板４０の傾斜角とレーザ光の反射角との関係を示すグラフである。なお、図４における曲線（イ）〜曲線（ホ）は、平行平板４０の板厚が１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍである場合の関係を示している。また、平行平板４０の傾斜角、及びレーザ光の反射角の単位はｍｒａｄである。
【００３５】
図４を見ると、最も厚い２０ｍｍの平行平板４０であっても、レーザ光の反射角は、平行平板４０の傾斜角の１／１００倍程度であることがわかる。すなわち、平行平板４０の傾斜角の調整感度は、レーザ光の反射角の１００倍程度となっている。当然、平行平板４０が薄くなれば、平行平板４０の傾斜角の調整感度は、レーザ光の反射角の１００倍を越えることになる。
【００３６】
一方、レーザ光の反射角は、全反射ミラー２０の傾斜角と全く同じである。すなわち、全反射ミラー２０の傾斜角の調整感度は、レーザ光の反射角と同じである。
【００３７】
したがって、レーザ光の反射角を少しだけ変化させたい場合には、全反射ミラー２０の傾斜角を調整する代わりに、平行平板４０の傾斜角を調整することで、調整作業が極めて簡単化し、しかも正確なものとなる。
【００３８】
次に、本実施形態に係るレーザ発振器の作用について説明する。
【００３９】
本実施形態では、平行平板４０の傾斜角と回転角とを調整することにより、レーザ光の光軸Ｌ０をシフトさせている。
【００４０】
そのため、平行平板４０を透過したレーザ光の光軸Ｌ０を任意の方向に任意の量だけシフトさせることができる。その結果、本実施形態における全反射ミラー２０のように、レーザ光を反射する反射面が凹面であっても、レーザ光の光軸Ｌ０と反射面とが、直角を成すように設定することができる。したがって、本実施形態に係る平行平板４０がレーザ発振器に搭載されることで、レーザ光の光軸Ｌ０が設計位置に正しく位置決めされることになるから、安定したレーザが継続的に発振される。
【００４１】
また、全反射ミラー２０の傾斜角をほんの少しだけ調整するといった極めて困難な作業をすることなく、レーザ光の反射角を調整することができる。
【００４２】
なお、本実施形態において、全反射ミラー２０は凹面部２１を有しているが、これに限定されるものではなく、二次元的に湾曲する曲面であれば、例えば凸面部であっても良い。
【００４３】
また、本実施形態において、平行平板４０は、レーザロッド１０と全反射ミラー２０との間に配設されているが、これに限定されるものではなく、出力ミラー３０の反射面が凹面型あるいは凸面型である場合には、平行平板４０がレーザロッド１０と出力ミラー３０との間に配設されていても前記同様の効果が得られる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、図５を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成及び作用については、その説明を省略することにする。
【００４５】
図５は本発明の第２実施形態に係るレーザ増幅器の構成図である。
【００４６】
図５に示すように、本実施形態に係るレーザ増幅器は、第１実施形態に係るレーザ発振器から出力ミラー３０が取り外され、代わりに１／４波長板６０とポラライザ７０が追加されたものである。図５における符号Ｌ０は、このレーザ増幅器により増幅されるレーザ光の光軸を示している。
【００４７】
１／４波長板６０は、レーザロッド１０に対向配置されており、透過するレーザ光の偏光を１／４ｒａｄだけ回転させるものである。したがって、１／４波長板６０を往復、すなわち２回透過したレーザ光は、当初の偏光に対して１／２ｒａｄだけずれることになる。さらに換言すると、Ｓ偏光のレーザ光が１／４波長板６０を往復すると、Ｐ偏光のレーザ光に変換されることになる。
【００４８】
ポラライザ７０は、Ｓ偏光のレーザ光のみを反射し、Ｐ偏光のレーザ光を透過させるものである。したがって、当初はポラライザ７０を透過できなかったＳ偏光のレーザ光も、１／４波長板６０を往復することで、ポラライザ７０を透過できるようになる。
【００４９】
次に、本実施形態に係るレーザ増幅器の動作について簡単に説明する。
【００５０】
外部から入力されたＳ偏光のレーザ光は、ポラライザ７０で反射して、１／４波長板６０に到達する。このレーザ光は、１／４波長板６０の作用により、偏光が１／４ｒａｄだけ回転されて、レーザロッド１０に入射する。
【００５１】
レーザロッド１０に入射したレーザ光は、レーザロッド１０に添加されたレーザ媒質により増幅されたのち、平行平板４０で光軸がシフトされて、全反射ミラー２０の凹面部２１で反射する。平行平板４０が調整に調整されていれば、レーザ光の反射角は略０度、すなわちレーザ光が全反射ミラー２０の凹面部２１で直角に反射するはずである。
【００５２】
全反射ミラー２０の凹面部２１で反射したレーザ光は、再び平行平板４０で光軸がシフトされて、レーザロッド１０に入射する。レーザロッド１０に入射したレーザ光は、レーザロッド１０に添加されたレーザ媒質により増幅されたのち、１／４波長板６０に到達する。このレーザ光は、１／４波長板６０の作用により、偏光が１／４ｒａｄだけ回転されて、ポラライザ７０に到達する。
【００５３】
このレーザ光は、１／４波長板６０を往復することで、Ｐ偏光となっているため、ポラライザ７０を透過する。ポラライザ７０を透過したレーザ光は、このレーザ増幅器の出力となる。
【００５４】
本実施形態のように、レーザ光を増幅するためのレーザ増幅器に対し、本発明の平行平板４０を適用しても、第１実施形態と同等の効果が得られることは言うまでもない。
【００５５】
（第３実施形態）
次に、図６を参照しながら、本発明の第３実施について説明する。なお、以下の説明において、第１、第２実施形態と同様の構成及び作用については、その説明を省略することにする。
【００５６】
図６は、本発明の第３実施形態に係る第１、第２の平行平板４０Ａ、４０Ｂの構成図である。
【００５７】
図６に示すように、本実施形態では、第１、第２実施形態で使用された平行平板４０の代わりに、第１、第２の平行平板４０Ａ、４０Ｂが使用されている。これら第１、第２の平行平板４０Ａ、４０Ｂは、レーザロッド１０と全反射ミラー２０との間に所定間隔で並設されており、それぞれ前記第１、第２の軸Ｌ１、Ｌ２を中心にして回転可能に支持されている。
【００５８】
本実施形態において、第１、第２の平行平板４０Ａ、４０Ｂが、互いに直交する第１、第２の軸Ｌ１、Ｌ２を中心にして回転しても、レーザ光の光軸Ｌ０は任意の方向に任意の量だけシフトすることになるから、前述の第１、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５９】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ発振器の構成図。
【図２】同実施形態に係る平行平板と各軸との関係図。
【図３】同実施形態に係る平行平板の傾斜角とレーザ光のシフト量との関係を示すグラフ。
【図４】同実施形態に係る平行平板の傾斜角とレーザ光の反射角との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザ増幅器の構成図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る平行平板の構成図。
【符号の説明】
【００６１】
１０…レーザロッド（レーザ媒体）、２１…凹面部（曲率面）、２０…全反射ミラー（レーザミラー）、４０…平行平板（光軸調整手段）、４０Ａ…平行平板（第１の平行平板）、４０Ｂ…平行平板（第２の平行平板）、Ｌ０…光軸、Ｌ１…第１の軸（軸）。
【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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