JPS62189781A - Laser resonator - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08018—Mode suppression
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザー光を得るためのレーザー共振器に関
するもので、特に、２枚の反射鏡を正対させ、その間に
レーザー共振器を配置することによって、レーザー発振
をさせるようにした、カップリング鏡方式のレーザー共
振器に関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a laser resonator for obtaining laser light, and in particular, it relates to a laser resonator for obtaining laser light. This invention relates to a coupling mirror-type laser resonator that allows laser oscillation to occur by doing so.
（従来の技術）
近年、レーザー光によって微細加工を行うなど、レーザ
一応用技術の分野が広がりつつあり、それに伴って、よ
り大出力のレーザー光が求められるようになってきてい
る。(Prior Art) In recent years, the field of laser-based applied technology, such as microfabrication using laser light, has been expanding, and as a result, higher output laser light has been required.
このようなレーザー光を得る場合、一般には、１００％
近い反射率を有する全反射鏡と、出力取出し用の光学素
子とからなる開放型のレーザー共振器が用いられている
。その出力取出し用の光学素子としては、光を一部透過
させ得る反射率の小さな反射鏡が用いられることが多い
、このような全反射鏡と半透過性の反射鏡、すなわち出
力取出し鏡とを正対させ、その間にレーザー媒質を配置
するようにしたものが、カップリング鏡方式と称される
レーザー共振器である。When obtaining such laser light, generally 100%
An open type laser resonator is used, which consists of a total reflection mirror with a similar reflectance and an optical element for output extraction. As the optical element for output extraction, a reflector with a low reflectance that can partially transmit light is often used.Such a total reflection mirror and a semi-transparent reflection mirror, that is, an output extraction mirror, are used. A laser resonator that is made to face each other and a laser medium is placed between them is called a coupling mirror type laser resonator.
このカフプリング鏡方式によるレーザー共振器は、構造
が極めて簡単であるという利点を有しているが、その半
面、レーザー発振の横モードが多重モードとなることは
避けられない、そのために、レーザービームの形状が不
整となったり、ビームの広がりが大きくなったりすると
いう問題がある。This cuff-pull mirror type laser resonator has the advantage of an extremely simple structure, but on the other hand, the transverse mode of laser oscillation inevitably becomes multiple modes, so the laser beam There are problems in that the shape becomes irregular and the beam spread becomes large.
そこで、このようなカップリング鏡方式のレーザー共振
器において、レーザー発振が単一横モード（ＴＥＭｏｏ
モード）となるようにするために、いくつかの方法が試
みられている。Therefore, in such a coupling mirror type laser resonator, laser oscillation occurs in a single transverse mode (TEMMoo
Several methods have been tried to achieve this.
その一つは、レーザー共振器の光軸上にピンホールを有
する遮蔽板を設置して、そのピンホールを通過する光の
みを共振させるようにした、ピンホール法である。また
、出力取出し鏡として凸面鏡を用い、反射光が分散する
非安定共振器を構成するようにした、非安定共振器法も
考えられている。One of them is the pinhole method, in which a shielding plate with a pinhole is installed on the optical axis of a laser resonator, and only the light passing through the pinhole is resonated. Furthermore, an unstable resonator method has also been considered in which a convex mirror is used as an output mirror to form an unstable resonator in which reflected light is dispersed.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、ピンホール法では、そのピンホールを通
過する光景外は、遮蔽板での吸収や几反射によって内部
損失となってしまうので、取り出されるレーザー出力が
大幅に低下するという問題がある。(Problem to be solved by the invention) However, in the pinhole method, the outside of the scene that passes through the pinhole becomes an internal loss due to absorption and reflection by the shielding plate, so the extracted laser output is significantly reduced. There is a problem that the value decreases.
また、非安定共振器法では、出力取出し鏡及び全反射鏡
によってそれぞれ１回の反射が行われるだけであるので
、使用されるレーザー媒質の増幅度が十分に大きいこと
が必要となる。そのために、使用し得るレーザー媒質が
限られてしまう、しかも、２枚の反射鏡間の距離が一定
の条件を満たしていなければならないので、取り出され
るレーザー出力を変えようとすると、動作が不安定とな
ってしまうという問題もある。Furthermore, in the unstable resonator method, since each of the output extraction mirror and the total reflection mirror performs only one reflection, it is necessary that the amplification degree of the laser medium used is sufficiently large. For this reason, the laser medium that can be used is limited, and the distance between the two reflecting mirrors must meet certain conditions, so if you try to change the output laser output, the operation will be unstable. There is also the problem that it becomes
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、カップリング鏡方式により、単一横モ
ードで大出力のレーザー光が得られるようにすることで
ある。The present invention has been made in view of these problems, and its purpose is to make it possible to obtain high-output laser light in a single transverse mode using a coupling mirror system.
また、本発明の他の目的は、レーザー媒質のいかんにか
かわらず、レーザー出力が安定して取り出せるようにす
ることである。Another object of the present invention is to enable stable laser output regardless of the laser medium.
（問題点を解決するための手段）
この目的を達成するために、本発明では、出力取出し鏡
として、ピンホール法におけるピンホール径と同程度の
小径のものを使用するようにしている。そして、その小
径の出力取出し鏡の周囲に、反射率の高い反射鏡を設け
るようにしている。(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, the present invention uses a mirror with a small diameter comparable to the pinhole diameter in the pinhole method as the output extraction mirror. A reflective mirror with high reflectance is provided around the small diameter output take-out mirror.
（作用）
このように構成することにより、小径の出力取出し鏡と
これに正対する全反射鏡との間では、ピンホール法と同
様に、単一横モードの光のみが往復反射されることにな
る。また、出力取出し鏡の周囲に広がった光は、その周
囲に設けられた反射鏡によって反射され、これに正対す
る全反射鏡に戻される。そして、この全反射鏡によって
反射された光の一部が、出力取出し鏡を通して外部に取
り出される。したがって。(Function) With this configuration, only light in a single transverse mode is reflected back and forth between the small-diameter output extraction mirror and the total reflection mirror that directly opposes it, similar to the pinhole method. Become. Further, the light spread around the output extraction mirror is reflected by the reflection mirrors provided around the output extraction mirror, and is returned to the total reflection mirror directly opposite thereto. A part of the light reflected by this total reflection mirror is extracted to the outside through an output extraction mirror. therefore.
出力取出し鏡・の周囲に広がった光のエネルギも有効に
利用されるようになり、その内部損失が低減する。The energy of the light spread around the output mirror can also be used effectively, reducing its internal loss.
この出力取出し鏡及びその周囲の反射鏡は平面鏡あるい
は凹面鏡とすることができるから、こうして構成される
レーザー共振器は安定共振器となる。したがって、非安
定共振器法の欠点も解消される。Since this output extraction mirror and the surrounding reflecting mirrors can be plane mirrors or concave mirrors, the laser resonator thus constructed becomes a stable resonator. Therefore, the drawbacks of the non-stable resonator method are also eliminated.
（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.
図中、第１図は本発明によるレーザー共振器の一実施例
を示す要部縦断概略側面図であり、第２図はその共振器
に用いられるカップリング鏡の−・方の正面図である。In the drawings, FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional side view of a main part showing an embodiment of a laser resonator according to the present invention, and FIG. 2 is a front view of a coupling mirror used in the resonator. .
第１図から明らかなように、このレーザー共振器は、第
１及び第２カップリング鏡１．２と、その間に設けられ
るレーザー媒質３とを備えている。これらカップリング
鏡１．２は平面鏡で、′ａ宜の間隔を置いて互いに正対
するように配置されている。そして、レーザー媒質３は
、その光軸の中心がこれらカップリング鏡１．２の中心
軸線上に位置するように配置されている。このレーザー
媒質３は、例えばＮｄ ：ＹＡＧ結晶で、その側面には
、これに光エネルギを供給するためのフラッシュランプ
４が設けられている。更に第１及び第２カツプリング鏡
１．２間には、その中心軸線上にＱスイッチ５が設けら
れている。As is clear from FIG. 1, this laser resonator includes first and second coupling mirrors 1.2 and a laser medium 3 provided therebetween. These coupling mirrors 1.2 are plane mirrors, and are arranged so as to face each other at an appropriate distance. The laser medium 3 is arranged such that the center of its optical axis is located on the central axis of the coupling mirrors 1.2. This laser medium 3 is, for example, a Nd:YAG crystal, and a flash lamp 4 for supplying light energy to the side surface thereof is provided. Further, a Q switch 5 is provided between the first and second coupling mirrors 1.2 on the central axis thereof.
一方のカップリング鏡１は、円板状の鏡体基板６の一表
面に反射鏡面を形成したもので、その基板６は、レーザ
ー光を十分に透過させ、かつ、光学的に損傷を受けにく
い材質のものとされている。第１．２図から明らかなよ
うに、その基板６に形成される反射鏡面は、中心部の出
力取出し鏡７とその周囲を取り囲む反射鏡８とからなっ
ている。出力取出し鏡７は、直径２薦真程度の小径のも
ので、所定の反射率で光を反射し、残りの光の大部分を
透過させ得るものとされている。固体レーザーの場合に
は、その出力取出し鏡７として、反射率が１０−４０％
の間のものが選ばれる０周囲の反射鏡８は、十分に径の
大きいもので、その反射率は高いほどよく、１００％に
近い反射率を有するものとされている。One coupling mirror 1 has a reflective mirror surface formed on one surface of a disk-shaped mirror substrate 6, and the substrate 6 sufficiently transmits laser light and is not easily damaged optically. It is said to be made of materials. As is clear from FIG. 1.2, the reflecting mirror surface formed on the substrate 6 consists of an output take-out mirror 7 at the center and a reflecting mirror 8 surrounding it. The output extraction mirror 7 has a small diameter of about 2 cm diameter, and is capable of reflecting light with a predetermined reflectance and transmitting most of the remaining light. In the case of a solid-state laser, the output extraction mirror 7 has a reflectance of 10-40%.
The reflecting mirror 8 around 0, which is selected between the two, has a sufficiently large diameter, and the higher the reflectance, the better, and it is said to have a reflectance close to 100%.
レーザー媒質３の後面側に設けられる第２カツプリング
ｉａ２は、はぼ１００％の反射率を有する全反射鏡とさ
れている。The second coupling ia2 provided on the rear surface side of the laser medium 3 is a total reflection mirror having a reflectance of almost 100%.
このように構成されたレーザー共振器において、フラッ
シュランプ４に電力エネルギを供給すると２ レーザー
媒質３に光エネルギが加えられ、そのレーザー媒質３内
の電子が励起される。そして、そのレーザー媒質３から
発射された光が、第１及び第２カップリング鏡１．２に
よって反射され、レーザー媒質３を通るときに増幅され
る。このようにして、カップリング鏡１．２による反射
が繰り返されることによって光エネルギが大きく増幅さ
れ、レーザー発振が行われる。この間において、出力取
出しｔＱ７に照射された光のかなりの部分は、その出力
取出し鏡７を透過して、外部に導き出される。こうして
、レーザー出力が取り出される。In the laser resonator configured in this manner, when electric power is supplied to the flash lamp 4, optical energy is applied to the laser medium 3, and electrons within the laser medium 3 are excited. The light emitted from the laser medium 3 is reflected by the first and second coupling mirrors 1.2, and is amplified when passing through the laser medium 3. In this way, the light energy is greatly amplified by repeated reflections by the coupling mirror 1.2, and laser oscillation is performed. During this time, a considerable portion of the light irradiated to the output extraction tQ7 is transmitted through the output extraction mirror 7 and guided to the outside. In this way, laser power is extracted.
出力取出し鏡７の直径は、この共振器によって作られる
単一横モードの光の径とほぼ同等の小さなものとされて
いるので、こうして得られるレーザー光は単一横モード
となる。また、第１カツプリング鏡１の周辺部に照射さ
れた光は、出力取出し鏡７の周囲に設けられた反射率の
高い反射鏡８によって反射され、第２カツプリングｆｉ
２に戻される。そして、その第２カツプリング鏡２によ
って反射され、再び第１カツプリング！ａｌに戻される
。このようにカップリング鏡１．２によって反射が繰り
返される間に、その光はある程度広がる。したがって、
当初カップリング鏡１の周辺部に照射された光も、かな
りの部分がその中心部の出力取出し鏡７に導かれるよう
になる。しかも、その光は、反射が繰り返される間にレ
ーザー媒質３を通ることによって増幅されている。した
がって、出力取出し鏡７から出力の高いレーザー光が得
られることになる。Since the diameter of the output extraction mirror 7 is set to be approximately as small as the diameter of the single transverse mode light produced by this resonator, the laser light thus obtained becomes a single transverse mode. Further, the light irradiated onto the peripheral area of the first coupling mirror 1 is reflected by a highly reflective mirror 8 provided around the output take-out mirror 7, and is reflected by the second coupling mirror 1.
Returned to 2. Then, it is reflected by the second coupling mirror 2, and the first coupling is reflected again! Returned to al. During this repeated reflection by the coupling mirror 1.2, the light spreads to some extent. therefore,
A considerable portion of the light that was initially irradiated to the periphery of the coupling mirror 1 is now guided to the output extraction mirror 7 at the center. Furthermore, the light is amplified by passing through the laser medium 3 during repeated reflections. Therefore, a high output laser beam can be obtained from the output mirror 7.
Ｑスイッチ動作を行わせるときには、Ｑスイッチ５によ
りエネルギを貯えておき、それを極めて短時間で放出さ
せることにより、ジャイアントパルス発振を行わせる。When a Q-switch operation is performed, energy is stored by the Q-switch 5 and released in an extremely short period of time, thereby causing giant pulse oscillation.
第３図は、このようなレーザー共振器によって得られる
レーザー出力を測定した結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the laser output obtained by such a laser resonator.
この実験には、全反射鏡である第２カツプリング鏡２と
して、曲率半径の異なる凹面鏡（曲率半径が無限大の場
合は平面１りを数種用いた。レーザー媒１ｆ１３はＮｄ
：ＹＡＧ結晶である。そして、出力取出しｔＱ ７の反
射率は１０％、その半径は２＋＋ｓとした。また、フラ
ッシュランプ４に印加する電力エネルギは、第１カツプ
リング鏡ｌとして全面が反射率１０％の半透過性の鏡を
用いたときのレーザー出力が１ｏｈＪとなる大きさに設
定した。In this experiment, several types of concave mirrors with different radii of curvature (if the radius of curvature is infinite, a flat surface 1 is used) were used as the second coupling mirror 2, which is a total reflection mirror.The laser medium 1f13 was Nd
: YAG crystal. The reflectance of the output output tQ7 was 10%, and its radius was 2++s. Further, the power energy applied to the flash lamp 4 was set to such a value that the laser output would be 1 ohJ when a semi-transparent mirror with a reflectance of 10% on the entire surface was used as the first coupling mirror 1.
このようなレーザー共振器を用いて、フラッシュランプ
４の発光時間を２００ ｈ ｓｅｃとしてノーマル発振
をさせたときと、Ｑスイッチ５によりジャイアントパル
ス発振をさせたときとの二つの場合について、レーザー
出力の測定を行った。Ｑスイッチ５としては、ボッケル
セル型のものを用いた。Using such a laser resonator, the laser output was determined in two cases: when the flash lamp 4 was used for normal oscillation with a light emission time of 200 h sec, and when the Q switch 5 was used for giant pulse oscillation. Measurements were taken. As the Q switch 5, a Bockel cell type one was used.
第３図から明らかなように、このレーザー共振器によれ
ば、ノーマルモードで２０〜４０ ａ＋Ｊ ／パルス、
Ｑスイッチモードで２５〜３０ｍＪ／パルスのレーザー
出力が得られた。しかも、得られるレーザー光は単一横
モードであることが確認された。As is clear from FIG. 3, according to this laser resonator, in the normal mode, 20 to 40 a+J/pulse,
A laser output of 25-30 mJ/pulse was obtained in Q-switch mode. Moreover, it was confirmed that the obtained laser light was in a single transverse mode.
これに対して、同様の実験を、直径２ｍ層のビン、ホー
ルを用いたピンホール法によって行ったところ、単一横
モードのレーザー光は得られたが、その出力は、ノーマ
ルモード、Ｑスイッチモードとも、わずか８ｓＪにすぎ
なかった。On the other hand, when a similar experiment was conducted using the pinhole method using a 2m-diameter layer of bottles and holes, a single transverse mode laser beam was obtained, but the output was normal mode, Q-switch In both modes, it was only 8sJ.
なお、上記実施例においては、第１カツプリング鏡ｌを
平面鏡としているが、これを凹面鏡とすることもできる
。また、出力取出し鏡７及びその周囲の反射鏡８を一体
のものとしているが、これを別体のものとすることもで
きる。そのような場合には、出力取出し鏡７の周囲に反
射鏡８を貼り付けるようにしてもよい。In the above embodiment, the first coupling mirror l is a plane mirror, but it can also be a concave mirror. Further, although the output extraction mirror 7 and the reflecting mirror 8 surrounding it are integrated, they can also be made separate. In such a case, a reflecting mirror 8 may be attached around the output extraction mirror 7.
（発明の効果）
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、出力
取出し鏡を小径のものとして、その周囲に反射率の高い
反射鏡を設けるようにしているので、安定共振器の特徴
を生かして、レーザー媒質にかかわりなく、極めて安定
に単一横モードのレーザー光を取り出すことができるよ
うになる。また、小径の出力取出し鏡の周囲に照射され
た光も、反射率の高い反射鏡によって反射され、レーザ
ー出力として取り出されるようになるので、高いレーザ
ー出力が得られるようになる。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, the output take-off mirror is of small diameter and a reflector with high reflectivity is provided around it, so that the stable resonator is Taking advantage of these characteristics, it will be possible to extract laser light in a single transverse mode extremely stably, regardless of the laser medium. Furthermore, the light irradiated around the small-diameter output extraction mirror is also reflected by the highly reflective mirror and extracted as a laser output, so that a high laser output can be obtained.
第１図は、本発明によるレーザー共振器の一実施例を、
要部を縦断して示す概略側面
図、
第２図は、そのレーザー共振器に用いられる一方のカッ
プリング鏡の正面図、
第３図は、そのレーザー共振器によるレーザー出力を測
定するために行った実験結果のグラフである。
ｌ・・・第１カツプリング鏡
２・・・第２カツプリング鏡（全反射鏡）３・・・レー
ザー媒質FIG. 1 shows an embodiment of a laser resonator according to the present invention.
Fig. 2 is a front view of one of the coupling mirrors used in the laser resonator, and Fig. 3 is a schematic side view showing the main parts longitudinally. This is a graph of the experimental results. l...First coupling mirror 2...Second coupling mirror (total reflection mirror) 3...Laser medium
Claims (1)
ほぼすべての光を反射する全反射鏡２とを正対させ、そ
の間にレーザー媒質３を配置したレーザー共振器におい
て； 前記出力取出し鏡７を、前記全反射鏡２との間で共振す
る光の横モードが単一横モードとなる程度に小径のもの
とするとともに、 その出力取出し鏡７の周囲に、反射率の高い反射鏡８を
、前記全反射鏡２に正対させて設けたことを特徴とする
、 レーザー共振器。[Claims] A semi-transparent output extraction mirror 7 having a predetermined light reflectance;
In a laser resonator in which a total reflection mirror 2 that reflects almost all of the light is directly opposed, and a laser medium 3 is placed between them; The diameter is small enough that the transverse mode is a single transverse mode, and a reflector 8 with a high reflectance is provided around the output take-out mirror 7 so as to directly face the total reflector 2. Features a laser resonator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069886A JPS62189781A (en) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | Laser resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069886A JPS62189781A (en) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | Laser resonator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62189781A true JPS62189781A (en) | 1987-08-19 |
Family
ID=12310877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3069886A Pending JPS62189781A (en) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | Laser resonator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62189781A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH021191A (en) * | 1988-03-03 | 1990-01-05 | Fanuc Ltd | Laser oscillating device |
| JPH02166778A (en) * | 1988-12-21 | 1990-06-27 | Amada Co Ltd | Optical resonator for gas laser |
| US5506858A (en) * | 1992-10-21 | 1996-04-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Laser system with transverse mode selecting output coupler |
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-
1986
- 1986-02-17 JP JP3069886A patent/JPS62189781A/en active Pending
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