(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レ−ザ発振器と、開口を有し上記レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光のビ−ム形状を成形する規制板と、多段に配置され上記開口を通過したレ−ザ光を順次増幅する複数のレ−ザ増幅器と、上記レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光および各レ−ザ増幅器から出力されたレ−ザ光をそれぞれ伝送する複数の結像光学系とを具備し、
最終段またはその前段の結像光学系の倍率をｍｘ  、最終段またはその前段のレ−ザ増幅器の励起領域をｄｘ  、そのレ−ザ増幅器へ入射するレ−ザ光の口径をＤｘ  、出射口径をφｘ  としたとき、下記（１）式ないし（３）式の条件を満たすことを特徴とするレ−ザ装置。
ｄｘ  ・ｍｘ  ＜φｘ              …（１）式
Ｄｘ  ＞ｄｘ              …（２）式
Ｄｘ  ・ｍｘ  ＝φｘ                （３）式
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレ−ザ光を出力するレ−ザ発振器と、そのレ−ザ光を増幅する複数のレ−ザ増幅器から構成されたレ−ザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば核融合などにおいては、大出力のレ−ザ光が要求される。そのような場合、レ−ザ装置として色素レ−ザ装置が用いられ、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光を複数の増幅器で順次増幅して所望する出力のレ−ザ光を得るようにしている。
【０００３】
図２に従来の色素レ−ザ装置Ａを示す。同図中１はレ−ザ発振器である。このレ−ザ発振器１から出力されたレ−ザ光Ｌは規制板２に形成された開口３を通過することでその断面形状が円形または矩形などに成形される。
【０００４】
上記開口３を通過したレ−ザ光Ｌは複数のレ−ザ増幅器４ａ、…４ｎによって順次増幅されて取り出される。上記レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光Ｌおよび各レ−ザ増幅器４ａ、…４ｎによって増幅されたレ−ザ光Ｌはそれぞれ伝送光学系５、５ａ、…５ｎによって伝送される。ここで、各伝送光学系は、レ−ザ光Ｌのビ−ム口径Ｄ1 、Ｄ2 、…Ｄn が各レ−ザ増幅器４ａ、…４ｎの励起領域ｄ1 、ｄ2 、…ｄn および出射口径φ1 、φ2 、…φn と一致する倍率に設定されていた。
【０００５】
このような色素レ−ザ装置において、最終段の伝送光学系５n から出力される増幅されたレ−ザ光の強度分布は、レ−ザ発振器１から出力された増幅前のレ−ザ光Ｌの強度分布に比べて不均一となっていた。
【０００６】
最終段の伝送光学系５から出力されるレ−ザ光Ｌの強度分布の不均一化は、各色素レ−ザ装置Ａ内を伝播することによるフレネル回析の影響で発生し、その度合は装置Ａ内の光学的等価伝播距離Ｌett によって決定される。
【０００７】
、このとき、Ｌett はレ−ザ光Ｌの伝送光学系を結像光学系とすることで小さくすることが可能であるが、製作精度や収差によって完全に０とすることはできない。伝送光学系が結像光学系である場合、上記Ｌett は以下の式で表される。
【０００８】
0003923648.tif 000002
上記（４）式において、ｍ1 〜ｍn は各光学系の結像倍率、ΔＬ1 〜ΔＬn+1 は各光学系で発生するピントずれ量（像位置のずれ量ともいう）に対応している。
【０００９】
上記（４）式により、各光学系で発生したピントずれ量は、各光学系の倍率に応じて後段に伝送され、最終的には全体のＬett を増加させることが分かる。Ｌett の増加は、その増加分だけ余計にレ−ザ光Ｌを伝播させたことと等価であるから、その結果、フレネル回析による強度分布の不均一化も拡大されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のレ−ザ装置は、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光が複数のレ−ザ増幅器を伝播して増幅されることで、フレネル回析の影響を大きく受け、像位置のずれにより強度分布の不均一化を招くということがあった。
【００１１】
この発明は上記事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、レ−ザ光を複数のレ−ザ増幅器で増幅して取り出す場合に、フレネル回析の影響により、強度分布が不均一化するのを防止するようにしたレ−ザ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明は、レ−ザ発振器と、開口を有し上記レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光のビ−ム形状を成形する規制板と、多段に配置され上記開口を通過したレ−ザ光を順次増幅する複数のレ−ザ増幅器と、上記レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光および各レ−ザ増幅器から出力されたレ−ザ光をそれぞれ伝送する複数の結像光学系とを具備し、
最終段またはその前段の結像光学系の倍率をｍｘ  、最終段またはその前段のレ−ザ増幅器の励起領域をｄｘ  、そのレ−ザ増幅器へ入射するレ−ザ光の口径をＤｘ  、出射口径をφｘ  としたとき、下記（１）式ないし（３）式の条件を満たすことを特徴とする。
ｄｘ  ・ｍｘ  ＜φｘ              …（１）式
Ｄｘ  ＞ｄｘ              …（２）式
Ｄｘ  ・ｍｘ  ＝φｘ                （３）式
上記構成によれば、（１）式によって最終段またはその前段の結像光学系の倍率を低くできるから、その倍率低下に応じてレ−ザ装置内の光学的等価伝播距離を小さくすることができる。
【００１３】
ｄx ・ｍx ＞φx             …（１）式
Ｄx ＞ｄx             …（２）式
Ｄx ・ｍx ＝φx               （３）式
上記構成によれば、（１）式によって最終段またはその前段の結像光学系の倍率を低くできるから、その倍率低下に応じてレ−ザ装置内の光学的等価伝播距離を小さくすることができる。
【００１４】
【実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。
図１に示すこの発明のレ−ザ装置Ｂは色素溶液をレ−ザ媒質とするレ−ザ発振器１１を備えている。このレ−ザ発振器１１から出力されたレ−ザ光Ｌは規制板１２に形成された円形や矩形の開口１３を通過して成形される。
【００１５】
上記規制板１２の開口１３によって成形されたレ−ザ光Ｌは、複数のレ−ザ増幅器１４ａ、…１４ｎによって順次増幅される。上記レ−ザ発振器１１から出力されたレ−ザ光Ｌおよび各レ−ザ増幅器１４ａ、…１４ｎで増幅されたレ−ザ光Ｌは伝送光学系としての結像光学系１５、１５ａ、…１５ｎによってそれぞれ伝送される。
【００１６】
つまり、レ−ザ発振器１１から出力されたレ−ザ光Ｌは最初の結像光学系１５ａによって最初のレ−ザ増幅器１４ａへ伝送され、最初のレ−ザ増幅器１４ａで増幅されたレ−ザ光Ｌはつぎの結像光学系１５ｂによってつぎのレ−ザ増幅器１４ｂへ伝送される。以下同様にして順次伝送され、最終段のレ−ザ増幅器１４ｎから出力されたレ−ザ光Ｌは最終段の結像光学系１５ｎによって結像され、出射光Ｌｎとしてレ−ザ装置Ｂから出力されることになる。
【００１７】
各結像光学系１５、１５ａ、…１５ｎの結像倍率はそれぞれｍ、ｍ1 、ｍ2 、…ｍn-1 、ｍn に設定されている。最終段のレ−ザ増幅器１４ｎにおけるレ−ザ光Ｌの励起領域をｄn 、最終段のレ−ザ増幅器１４ｎに入射するレ−ザ光Ｌのビ−ム径をＤn 、最終段の結像光学系１５ｎから出射する出射光Ｌｎの幾何学的口径をφn とすると、上記レ−ザ装置Ｂにおいては、以下の（１）ないし（３）式を満たすように設定されている。
【００１８】
各結像光学系１５、１５ａ、…１５ｎの結像倍率はそれぞれｍ、ｍ１  、ｍ２  、…ｍｎ−１  、ｍｎ  に設定されている。最終段のレ−ザ増幅器１４ｎにおけるレ−ザ光Ｌの励起領域をｄｎ  、最終段のレ−ザ増幅器１４ｎに入射するレ−ザ光Ｌのビ−ム径をＤｎ  、最終段の結像光学系１５ｎから出射する出射光Ｌｎの幾何学的口径をφｎ  とすると、上記レ−ザ装置Ｂにおいては、以下の（１）ないし（３）式を満たすように設定されている。
ｄｎ ・ｍｎ  ＜φｎ              …（１）式
Ｄｎ  ＞ｄｎ               …（２）式
Ｄｎ  ・ｍｎ  ＝φｎ               …（３）式
上記（１）式は、各結像光学系において、最終段の結像光学系１５ｎの倍率ｍｎ  がその最終段のレ−ザ増幅器１４ｎの励起領域ｄと出射光Ｌn の口径φに比べて小さく設定されていることを示し、上記（２）式は最終段のレ−ザ増幅器１４ｎに入射するレ−ザ光Ｌのビ−ム径Ｄｎ  がその励起領域ｄｎ  よりも大きいことを示している。
【００１９】
さらに、上記（３）式は最終段のレ−ザ増幅器１４ｎに入射するレ−ザ光Ｌのビ−ム径Ｄn と、出射光Ｌｎの口径φn とが等しくなるよう結像光学系１５ｎの倍率が設定されていることを示している。
なお、規制板１２の開口１３は上記（１）式の比に応じて大きく設定する。
【００２０】
このように、最終段の結像光学系１５ｎの倍率ｍn がその最終段のレ−ザ増幅器１４ｎの励起領域ｄn と出射光Ｌn の口径φn に比べて小さく設定されていることにより、この発明の従来技術の項目で述べたＬett を表す（１）式において、各結像光学系の倍率のうち、ｍn ・ΔＬ1 、ｍn ・ΔＬ2 、…ｍn ・ΔＬn の値を小さくすることができる。それによって、Ｌett のト−タルの値も小さくすることができるから、レ−ザ装置Ｂにおける像の位置ずれによる強度分布の不均一化を低減することができる。
【００２１】
とくに、上記（１）式の設定とともに、上記（２）式と（３）式の設定を行うことで、像の位置ずれに対して影響の大きい最終段での結像光学系１５ｎの倍率を小さくできるよう、全体の構成を決定することができる。
【００２２】
また、最終段のレ−ザ増幅器１４ｎに入射するレ−ザ光Ｌの口径Ｄn は、その励起領域ｄn よりも大きくなるが、その増幅器１４ｎの増幅利得が飽和している場合には効率の低下はほとんど起こらないから、実用上、無視できる。
【００２３】
なお、上記一実施の形態では最終段の結像光学系１５ｎの倍率を小さく設定したが、最終段の前段の結像光学系１５n-1 の倍率を小さく設定しても、像の位置ずれによる強度分布の不均一化を効率よく低減することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明のレ−ザ装置は、最終段またはその前段の結像光学系の倍率をｍx 、最終段またはその前段のレ−ザ増幅器の励起領域をｄx 、そのレ−ザ増幅器へ入射するレ−ザ光の口径をＤx 、出射口径φx したとき、
ｄｘ  ・ｍｘ  ＜φｘ              …（１）式
Ｄｘ  ＞ｄｘ              …（２）式
Ｄｘ  ・ｍｘ  ＝φｘ                （３）式
を満たすよう構成したことを特徴とする。
したがって、最終段またはその前段の結像光学系の倍率を従来に比べて小さくできることで、フレネル回析による強度分布の不均一化を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態のレ−ザ装置の全体構成図。
【図２】従来のレ−ザ装置の全体構成図。
【符号の説明】
１１…レ−ザ発振器
１２…規制板
１３…開口
１４ａ〜１４ｎ…レ−ザ増幅器
１５ａ〜１５ｎ…結像光学系
【図１】
0003923648.tif 000003
【図２】
0003923648.tif 000004