(57)【要約】【課題】導波管を多段配置した構成において、半透鏡、反射鏡及び全反射鏡による反射損失を低減してレーザ光の出力効率を向上する。また、装置自体を小型化する。【解決手段】導波管を複数の分割導波管とする。各分割導波管は、互いに連続するように一方の端部を近接させて折り返し状となるように傾斜配置する。分割導波管相互の接続箇所に、互いの光軸が一致するようにレーザ光を反射する中間反射鏡を設ける。【選択図】        図１
2009071203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のレーザ利得に応じた長さで、内部に気体レーザ媒質が充填される導波管と、導波管内の気体レーザ媒質に電場を作用して励起する電極と、導波管の出力側に配置され、導波管内を伝搬するレーザ光を反射すると共に所定の割合で透過する半透鏡と、導波管の終端側に配置され、伝搬するレーザ光を全反射する全反射鏡とからなり、導波管内を伝搬するレーザ光を半透鏡及び全反射鏡により共振させて所定のレーザ利得で増幅して出力する導波管レーザ発振装置において、
導波管は、複数の分割導波管とし、
各分割導波管は、互いに連続するように一方の端部を近接させて折り返し状となるように傾斜配置すると共に分割導波管相互の接続箇所に、互いの光軸が一致するようにレーザ光を反射する中間反射鏡を設けた導波管レーザ発振装置。
【請求項２】
請求項１の分割導波管は、ガス不透過性の誘電体材料で、内部にレーザ媒質気体が充填される中空部を有した軸線直交方向断面が円形状及び矩形状のいずれかとした導波管レーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の導波管を使用してレーザ媒質としての気体分子を励起して所定のレーザ利得で増幅されたレーザ光を発振する導波管レーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波管型レーザ発振装置にあっては、例えばレーザ媒質としてのＣＯ2ガスを含む混合気体が封入され、レーザ利得に応じた長さの導波管の一方端部に半透鏡を、また他方端部に全反射鏡を配置し、印加される電場により気体分子を励起して放出される放出光を半透鏡及び反射鏡間にて共振させることにより混合気体分子からレーザ光を誘導放出させて導波管の長さに応じたレーザ利得で増幅されたレーザ光を発振している。この種の導波管型レーザ発振装置にあっては、レーザ利得が低く、所望の出力を得るには、装置自体が大型化する。
【０００３】
この欠点を解決するため、例えば特許文献１の図２に示すレーザ装置（但し、特許分計１に示すレーザ装置は、導波管を放電励起室としている。）においては、レーザ媒質としての気体がそれぞれ封入された第１放電励起室４６ａと第２放電励起室４６ｂを平行に多段配置し、第１放電励起室４６ａの出力側に半透鏡２２を配置すると共に第２放電励起室４６ｂの終端側に全反射鏡２３を配置し、半透鏡２２の反対側に位置する第１放電励起室４６ａの端部側及び全反射鏡２３の反対側に位置する第２放電励起室４６ｂの端部側に中間反射鏡２９・２８を光軸に対して４５°の角度を設けてそれぞれ配置し、放電励起室の長さを短くして装置を小型化している。
【０００４】
そして該レーザ装置は、第１及第２放電励起室４６ａ・４６ｂにそれぞれ配置された電極間にて高周波電圧を印加して電場を作用させることにより混合気体分子を励起して放出される光を、半透鏡２２、２個の中間反射鏡２９・２８及び全反射鏡２３により第１及第２放電励起室４６ａ・４６ｂ内で共振させることにより、混合気体分子からレーザ光を誘導放出させることにより所望のレーザ利得で増幅されたレーザ光を、半透鏡を介して出力するように構成している。
【０００５】
上記したレーザ装置にあっては、短い長さの放電励起室４６ａ・４６ｂを多段配置して導波管の導波距離を実質的に長くすることにより所望のレーザ利得で増幅可能にし、装置自体を小型化することができるが、２個の中間半透鏡による反射損失を考慮すると、レーザ光の出力効率が悪かった。
【０００６】
即ち、例えば、半透鏡のレーザ光透過率が８％、中間反射鏡のレーザ光反射率が９９．５〜９９．７％、従って反射損失が０．３〜０．５％で、第１及び第２放電励起室内を１回、共振してレーザ光が出力される場合、半透鏡を透過するレーザ光が８％であるのに対し、２個の中間反射鏡による反射損失が最大で２％、従って出力の１／４が中間反射鏡により損失されることになり、レーザ光の出力効率が極めて悪い。
【０００７】
このため、中間反射鏡の反射損失を考慮しながらレーザ光を高出力化するには、各導波管を長くしたり、大容量の電源を使用して電極に印加される電流を増大する必要があり、装置自体を小型化するという所期の目的を達成できない。特に、電源を大型化した場合には、電源の発熱を抑えるため、大型の冷却ファンを設ける必要があり、装置を小型化するのに障害になっている。
【特許文献１】特開平１１−６８２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、半透鏡を透過するレーザ光の割合に対し、中間反射鏡による反射損失が高く、レーザ光の出力効率が悪い点にある。また、上記の問題点から、所望の出力を得るには、導波管をある程度、長くすると共に電源を大容量化する必要があり、装置自体を小型化するという所期の目的を達成できない点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、所定のレーザ利得に応じた長さで、内部に気体レーザ媒質が充填される導波管と、導波管内の気体レーザ媒質に電場を作用して励起する電極と、導波管の出力側に配置され、導波管内を伝搬するレーザ光を反射すると共に所定の割合で透過する半透鏡と、導波管の終端側に配置され、伝搬するレーザ光を全反射する全反射鏡とからなり、導波管内を伝搬するレーザ光を半透鏡及び全反射鏡により共振させて所定のレーザ利得で増幅して出力する導波管レーザ発振装置において、導波管は、複数の分割導波管とし、各分割導波管は、互いに連続するように一方の端部を近接させて折り返し状となるように傾斜配置すると共に分割導波管相互の接続箇所に、互いの光軸が一致するようにレーザ光を反射する中間反射鏡を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、導波管を多段配置した構成において、半透鏡、反射鏡及び全反射鏡による反射損失を低減してレーザ光の出力効率を向上することができる。また、装置自体を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、導波管を複数の分割導波管とし、各分割導波管は、互いに連続するように一方の端部を近接させて折り返し状となるように傾斜配置すると共に分割導波管相互の接続箇所に、互いの光軸が一致するようにレーザ光を反射する中間反射鏡を設けたことを最良の形態とする。
【実施例】
【００１２】
以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１及び図２において、導波管レーザ発振装置１のハウジング３内には、２本の分割導波管５・７を、一方の端部が近接するように、所要の角度で傾斜した状態で配置する。各分割導波管５・７は、例えばアルミナ（ＡＬ2Ｏ3）、強化ガラス（ＳｉＯ2基材）、失透ガラス（ガラスセラミックス）、酸化金属（ＢｅＯ、ＴｉＯ2等）のようにガス不透過性の誘電体材料で、内部にレーザ媒質としてのＣＯ2を含む混合気体が封入される中空部を有している。これら分割導波管５・７は、その断面形状が円形状、矩形状のいずれであってもよい。
【００１３】
今、１本の導波管により構成されるレーザ発振装置の長さを、例えば１０００mmとして所定の出力のレーザ光を発振する場合、本実施例の分割導波管５・７にあっては、同様のレーザ光出力条件において、長さを、約半分の５５０mmとする。ちなみに、平行２段分割導波管型のレーザ発振装置にあっては、上記した単段導波管型のレーザ発振装置と同等出力のレーザ光を発振するには、分割導波管長さを、約６２０mmに設定する必要がある。
【００１４】
各分割導波管５・７の中空部内には、レーザ媒質としての混合気体が所定のガス圧力で封入される。混合気体の封入態様としては、封じ切り態様、又は端部間にバイパス流路を設けると共に該バイパス流路内に循環ポンプを設けて循環封じ切り態様、更に一方端部に補充タンクを接続し、混合気体を補充可能にした態様のいずれであってもよい。
【００１５】
また、各分割導波管５・７の外周には、軸線方向の全体に亘って延びる一対のＲＦ電極９・１１が互いに電気的絶縁状態で設けられる。これらＲＦ電極９・１１は、印加される高周波電流により封入された混合気体を高周波励起してプラズマ化して発光させる。
【００１６】
図示する上方に位置する分割導波管５の出力側（図示する右側）には、半透鏡１３が配置される。該半透鏡１３は、ＺｎＳｅ等の基材表面に反射膜がコーティングされ、所定波長を部分反射（反射率：約９２％）、従って８％の割合で透過させる特性を有している。
【００１７】
又、互いに近接する各分割導波管５・７の図示する左側端部側には、中間反射鏡１５が配置される。また、図示する下方に位置する分割導波管７の右側端部側には、全反射鏡１７が配置される。これら中間反射鏡１５及び全反射鏡１７は、銅、シリコン等の基材表面にＡｕ等の反射膜がコーティングされ、反射率：９９．５〜９９．７％で全反射する。
【００１８】
中間反射鏡１５は、一方の分割導波管５における光軸と、他方の分割導波管７における光軸とが一致する所定の反射角度で反射するように配置される。また、全反射鏡１７は、平面鏡又は凹面鏡で、他方の分割導波管７における光軸からの入射光を、該光軸と一致する方向へ全反射するように配置される。
【００１９】
次に、導波管レーザ発振装置１によるレーザ光の増幅発振作用及び方法を説明する。
図１に示すように、各分割導波管５・７のＲＦ電極９・１１に高周波電圧を印加して内部に封入された混合気体に高周波電場を作用して励起して自然放出光を放出させると、該自然放出光は、例えば半透鏡１３の反射面により反射されて１段目の分割導波管５内を図示する左方向へ伝搬して中間反射鏡１５により反射させられて２段目の分割導波管７内に入射されて図示する右側に向かって伝搬した後に、全反射鏡１７により全反射させられて分割導波管５・７内にて共振させられる。
【００２０】
その際に、高周波電場により高準位に励起された混合気体分子に特定波長の光が吸収されてコヒーレントなレーザ光を誘導放出させながら各分割導波管５・７内を伝搬することによりレーザ光を、分割導波管５・７の導波長さに応じたレーザ利得で増幅させる。そして所定のレーザ利得で増幅されたレーザ光は、半透鏡１３を所定の透過率で透過して外部に出力される。
【００２１】
上記した各分割導波管５・７内を共振する際に、各分割導波管５・７が、１個の中間反射鏡１５により連続するように構成されるため、各分割導波管５・７を２個の中間反射鏡で接続する従来の導波管レーザ発振装置に比べて中間反射鏡による反射損失を１／２に低減することができ、従来に比べて短い長さの分割導波管５・７を使用して所定出力のレーザ光を効率的に出力させることができる。
【００２２】
今、例えば長さ１０００mmの導波管を使用して所定出力のレーザ光を出力する１段構成の導波管レーザ発振装置を基準とすると、図３に示すように平行２段配置された２個の分割導波管を、２個の中間反射鏡で接続する従来型の導波管レーザ発振装置にあっては、各分割導波管の長さを６２５mmとして長さを３７．５％、短くすることができるが、本実施例の導波管レーザ発振装置１にあっては、中間反射鏡１５を１個とすることにより各分割導波管５・７の長さを５５５mmとして長さを４４．５％、短くすることができる。
【００２３】
これによりＲＦ電極９・１１に高周波電圧を供給する電源容量を増大することなく、短い長さの分割導波管５・７を使用して所定のレーザ出力に増幅することができ、装置自体を小型化することができる。また、電源の発熱を抑えることができ、大型の冷却ファンを使用する必要がないため、装置自体を低コスト化及び小型化することができる。
【００２４】
上記説明は、２本の分割導波管を使用した導波管レーザ発振装置１に付いて説明したが、３本以上の分割導波管を使用し、分割導波管本数より１個、少ない個数の中間反射鏡を使用して各分割導波管を連続させてもよい。尚、上記説明と同一の部材に付いては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
即ち、図４（図４は、３本の分割導波管を使用した例を示すが、本発明においては、２本以上の分割導波管を使用する場合であればよい。）に示すように、導波管レーザ発振装置５１は、３本の分割導波管５３・５５・５７を使用して構成され、図示する上方に位置する分割導波管５３の出力端と反対側の端部側に、２段目の分割導波管５５の端部を近接した状態で、傾斜配置すると共に２段目の分割導波管５５の他方端部に３段目の分割導波管５７の端部を、近接した状態で傾斜配置する。
【００２６】
そして１段目の分割導波管５３の出力側に半透鏡１３を配置する。また、互いに近接する１段目の分割導波管５３端部と２段目の分割導波管５５端部及び２段目の分割導波管５５端部と３段目の分割導波管５７端部に中間反射鏡５９・６１をそれぞれ配置すると共に３段目の分割導波管５７の他方端部に全反射鏡６３を配置する。
【００２７】
一方の中間反射鏡５９は、１段目の分割導波管５３における光軸と、２段目の分割導波管５５における光軸とが一致する所定の反射角度で反射するように配置される。また、他方の中間反射鏡６１は、２段目の分割導波管５５における光軸と、３段目の分割導波管５７における光軸とが一致する所定の反射角度で反射するように配置される。更に、全反射鏡６３は、３段目の分割導波管５７における光軸からの入射光を、該光軸と一致する方向へ全反射するように配置される。
【００２８】
この導波管レーザ発振装置５１にあっては、短い導波長さの分割導波管５５・５５・５７を使用して所望のレーザ利得に応じて増幅されたレーザ光を出力させることができる。その際に、各分割導波管５３・５５・５７を連続させる中間反射鏡の個数を、複数の分割導波管を平行多段配置する場合に比べて少なくすることができ、その分、中間反射鏡による反射損失を低減することができる。
【００２９】
これにより中間反射鏡５９・６１による反射損失を低減して所望のレーザ利得で増幅された所定出力レーザ光を、効率的に出力させることができる。また、短い長さの分割導波管５３・５５・５７を使用することができ。装置を小型化することができる。
【００３０】
上記と同様に、例えば長さ１０００mmの導波管を使用して所定出力のレーザ光を出力する１段構成の導波管レーザ発振装置を基準とすると、図５に示す導波管レーザ発振装置５１にあっては、各分割導波管５３・５５・５７の長さを４５４mmとして長さを５４．６％、短くすることができる。
【００３１】
また、上記説明においては、複数本の分割導波管を、図示する上下方向に折り返し状に多段配置する構成としたが、複数本の分割導波管を、水平方向に折り返し状に多段配置する構成、上下方向へ多段に折り返し配置された複数本の分割導波管と水平方向へ多段に折り返し配置された複数本の分割導波管を組合わせた構成であってもよい。この場合にあっては、多数本の分割導波管を使用して導波距離を長くしながら装置の体積を低減して小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を具体化した実施例の導波管レーザ発振装置を示す平面ブロック図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線縦断面図である。
【図３】導波管長さの比較例を示す説明図である。
【図４】導波管レーザ発振装置の変更例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  導波管レーザ発振装置
３  ハウジング
５・７  分割導波管
９・１１  ＲＦ電極
１３  半透鏡
１５  中間鏡
１７  全反射鏡
【図１】
2009071203.tif 000003
【図２】
2009071203.tif 000004
【図３】
2009071203.tif 000005
【図４】
2009071203.tif 000006