JPH065798B2 - レ−ザ増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ増幅器、特に、電流によって発生する
電磁力にもとづくフラッシュランプの破壊の大幅な改善
を図ったボックス型ディスク増幅器形成のレーザ増幅器
に関する。

〔従来の技術〕

ネオジミュウム（Neodymium,Nd）原子を含むレーザディ
スクガラスをレーザ光の光路に配置したうえ、このレー
ザディスクガラスをキセノンランプ等のフラッシュラン
プ（flash lamp）で照射することによりレーザ光を増幅
する増幅器はディスク増幅器の通称でロッド増幅器と対
比して知られている。

このようなディスク増幅器にもまた、円筒型とボックス
型との２つの型式がある。円筒型は全体が円筒形状のケ
ースの両端がレーザ光入出力用のガラス製ウインドウで
あって内部に必要枚数のレーザディスクガラスを配置す
る。円筒は必要な長さにわたって石英ガラス等によるガ
ラス側壁を形成し、このガラス側壁の周囲には必要個数
のフラッシュランプが等間隔，等円配置される。ただ
し、これらフラッシュランプのうち、レーザディスクガ
ラスに対する無効照射エネルギーの大きいものは後述す
る電磁力バランスの最適化を考慮して電流を通電するだ
けのダミーランプとして利用される。円筒型の場合のダ
ミーランプは互いに約180度相対位置の異るそれぞれ１
個もしくは２個程度のものが配置利用される。

一方、ボックス型について言えば次のとおりである。す
なわち、レーザディスクガラスを収容するケースが箱型
形状であり、その長手方向の面にはレーザ入出力用のウ
インドウを、また２つの側面、すなわちレーザ光路に平
行な側面は石英ガラス等を利用するシールドガラスを備
え、このシールドガラスを介してフラッシュランプによ
る励起光がレーザディスクガラスに照射されるようにな
っている。また、フラッシュランプは、シールドガラス
側方に等間隔に面配列され、通常はシールドガラスをそ
の一面として利用しケースと一体化構造として形成され
るランプチェンバーに収容される。これらフラッシュラ
ンプの上下両端からフラッシュランプ配列間隔の位置で
片面それぞれ２個のダミーランプが取付けられている。

このようなボックス型レーザディスクガラス形式のレー
ザ増幅器は、円筒型の同型式のレーザ増幅器に比し高効
率，安価等の特徴を有し近時多用されつつある。これら
レーザ増幅器はレーザ光のビーム幅を加減するレーザ光
用空間フィルタやレーザ光に所定の偏光角を与えるファ
ラデー回転子等と併用して必要枚数直列に利用し所望の
レーザ出力を得る目的に利用されている。

ところで、このような目的に利用されるディスク形式の
レーザ増幅器の励起用フラッシュランプには、放電電流
による電磁力が誘起し、しかもボックス型の方が相互位
置関係の対称性を保持する円筒型に比し誘起電磁力の不
平衡による影響が大きい。

この電磁力は、たとえば相隣る２つのフラッシュランプ
ｉ，ｊ間では次の(1)式で示される。

(1)式のカッコ内は単位長さ当りの力を表わす。(1)式で
示す電磁力Ｆは、２つの隣接フラッシュランプを流れる
放電電流の向きが互いに逆であるときは相反発し合う形
で、また、放電電流が同一方向のときは相引合う形で作
用する。この電磁力の大きさを具体的に示すと、たとえ
ば大電力レーザ増幅等で放電電流が6000Ａ（アンペ
ア），フラッシュランプ中心間距離が２５mmの場合約29
0Ｎ／ｍ（ニュートン／メートル）となる。

１個のフラッシュランプには他のすべてのフラッシュラ
ンプとの間に(1)式で示される電磁力が誘起する。従っ
てｎ個のフラッシュランプそれぞれはこのような電磁力
を受けつつ動作することとなり、その大きさ如何によっ
ては破壊の危険性にさらされる。

この電磁力は放電電流の向きによる反発，引合い力が互
いに相殺し合う形で現れる。通常、ビーム径数１０cm，
数ＫＪ（キロジュール）といった大出力レーザを得るた
めに利用されるレーザ増幅器にあっては、フラッシュラ
ンプは電源条件等から２個を１単位として利用し、従っ
て放電電流の方向性はフラッシュランプごとに反転する
ような使われ方が多い。このような利用形態のもとで
は、電磁力による影響はフラッシュランプの位置が互い
に対称な円筒型の方が２面に分散配置する形式のボック
ス型よりも遥に小さいものとなることは明らかである。

前述したダミーランプはこのような電磁力によるフラッ
シュランプの破壊，劣化を極力排除しようとするもので
あり、その使い方は電磁力の相殺効果を助長してバラン
スをとり、各フラッシュランプに加わる電磁力の影響を
等価的に低減せしめるものである。ボックス型のレーザ
増幅器は、前述した如く、互いに平行な２平面に等間隔
で配置したフラッシュランプ群の上，下端からフラッシ
ュランプの配列間隔に等しい位置にダミーランプを配置
し、特に配列端末ならびにその近傍において強調される
電磁力の影響の低減を図っている。

第５図は従来のレーザ増幅器のフラッシュランプの配列
の一例を示す説明図である。

第５図の場合は、偶数１６個のフラッシュランプと４個
のダミーランプがそれぞれ等間隔ｄ_ｏで配置されている
状態を示す。第５図の如く偶数個のフラッシュランプを
利用する場合は明らかに中心となるフラッシュランプが
第３図の２−８もしくは３−８の如く１個で特定するこ
とができず、従って配列対称性にもとづく反発，引合力
の相殺効果も低減するうえダミーランプの位置も電磁力
最小位置を選んでいないので全体として電磁力の低下に
対するダミーランプの効果は大幅に低下したものとな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような上述した従来のボックス型レ
ーザ増幅器は、電磁力のバランスをとるためのダミーラ
ンプをフラッシュランプの配列間隔と同様な位置に配置
するようにしているため、(1)式からも明らかな如く、
発生電磁力は放電電流の大きさと方向が同じならばフラ
ッシュランプ間の距離に依存するので、電磁力影響の減
少を図るためにはこの距離条件を配慮したものであるこ
とが必要であるが、ダミーランプもフラッシュランプ同
様の配列間隔で配置されているための電磁力のバランス
に対する効果は極めて不充分なものにならざるを得ない
という欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、ダミーランプを
電磁力を最小とする最適距離に配置する手段を設けるこ
とにより電磁力によるフラッシュランプの破壊の危険性
を大幅に改善したボックス型ディスク増幅器形式のレー
ザ増幅器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のレーザ増幅器は、ボックス型ディスク増幅器形
式のレーザ増幅器において、レーザ光路に対して互いに
平行な左右の２平面のそれぞれに配置すべき励起用のフ
ラッシュランプは奇数個を互いに平行かつ等間隔に配列
したうえこのフラッシュランプ列にはたらく電磁力バラ
ンス用のダミーランプは前記電磁力を最小とする前記フ
ラッシュランプ両端からの位置に配置する構造を有して
構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す透視図である。

第１図に示すレーザ増幅器は、ボックス型ディスク増幅
器形式をなし、レーザ光路に対して互いに平行な左右の
２平面のフラッシュランプ列の両端から距離ｄの位置に
配置されたダミーランプ１−ａ，１−ｂ，１−ｃ，１−
ｄ，互いに平行かつ等間隔に配置された奇数１５個のフ
ラッシュランプ２−１〜２−１５および３−１〜３−１
５，フラッシュランプのそれぞれに対する凹面リフレク
タを構成するリフレクタ４−ａ，４−ｂ（図示せず），
レーザディスクガラス５−ａ，５−ｂ，レーザ入力用の
ウィンドウ６−ａ，レーザ出力用のウィンドウ６−ｂ，
フラッシュランプならびにダミーランプを収容する独立
チェンバとしてのランプチェンバ７−ａ，７−ｂ，フラ
ッシュランプの励起光を照射するためのシールドガラス
８−ａ，８−ｂとケース９を備えて構成される。

第２図は第１図に示す実施例の横断面図である。以下に
第２図を参照しつつ第１図に示す実施例について説明す
る。

フラッシュランプ２−１〜２−１５および３−１〜３−
１５はそれぞれ２個ずつを１単位として動作させ、従っ
て放電電流の方向はフラッシュランプごとに交互に反転
する。

第３図は第１図に示すフラッシュランプの配列並びに電
流方向説明図である。フラッシュランプ列の上下両端か
ら距離ｄの位置にダミーランプ１−ａ〜１−ｄが配置さ
れる。フラッシュランプのそれぞれにはＰで表わす紙面
背後から垂直前方への、およびＱで表わす紙面前方から
垂直後方への放電電流が流れ、どのフラッシュランプに
も他のすべてのフラッシュランプとの間に前述の(1)式
で示される電磁力がはたらく。４個のダミーランプには
隣接するフラッシュランプと反対方向の電流を流通させ
フラッシュランプと距離ｄだけ離して配置する。この距
離ｄはダミーランプによる電磁力減殺効果が最大となる
位置すなわちフラッシュランプ列にはたらく電磁力が最
小となる位置として選択される。この位置は、２つのフ
ラッシュランプ間にはたらく電磁力による反発および引
合い力の総当り的和を２個のダミーロードと１５個のフ
ラッシュランプとの組合せを対象として各フラッシュラ
ンプごとに(1)式にもとづく演算によりシミュレーショ
ンし、各フラッシュランプのシミュレーション値が最小
となる位置として設定される。

この場合、フラッシュランプの数を奇数とする目的は、
フラッシュランプの中央に位置する８番目のフラッシュ
ランプを中心としてダミーランプを含み完全な上下配列
の対称性が得られ、これによって放電電流方向による電
磁力の相殺効果を最適化することにある。

本実施例ではフラッシュランプ間隔ｄ_ｏは２５mmであり
ダミーランプまでの距離ｄは３７mmとなっている。

このようなダミーランプ位置設定により電磁力の影響を
低減し、特にフラッシュランプの両端で電磁力の影響の
大となるフラッシュランプ２−１，２−１５や３−１，
３−１５および隣接する近傍フラッシュランプに対して
の影響を大幅に抑制するのに役立つ。

ここで、ウインドウ６−ａから入力するレーザ光はレー
ザディスクガラス５−ａ，５−ｂを透過してウィンドウ
６−ｂから出力されるが、レーザディスクガラス５−
ａ，５−ｂはフラッシュランプ２−１〜２−１５，３−
１〜３−１５によって光励起され、これを通過するレー
ザ光のエネルギーを増大せしめる。フラッシュランプは
所定のデューティでフラッシュを行ない、リフレクタ４
−ａ，４−ｂによる反射も含んでシールドガラス８−
ａ，８−ｂを介してレーザディスクガラス５−ａ，５−
ｂを励起する。

レーザディスクガラス５−ａ，５−ｂは楕円形状のディ
スクガラスを有し、その垂直面を所定の角度αだけ傾け
て配置される。第２図の横断面図に示すように角度αだ
け傾けて配置したレーザディスクガラスの楕円受光面は
入力する大口径のレーザ光に対してはほぼ円形として振
舞うとともにフラッシュランプに対しては有効な照射野
を提供する。さらに角度αの傾きは、入力する大口径レ
ーザ光を全透過せしめるためのブリュウスタ（Ｂｒｅｗ
ｓｔｅｒ）角，すなわちtan^-1α＝ｎ（ｎはレーザディ
スクガラスの屈折率）として決定される。

こうして、フラッシュランプによる励起光を受けつつレ
ーザディスクガラス５−ａ，５−ｂによる２枚増幅によ
って所定のエネルギーレベルまで増幅されたレーザ光は
ウィンドウ６−ｂから出力される。

本実施例ではダミーランプを配置すべき距離ｄを以上の
如く、電磁力最小の状態とする位置に選んでいる。この
効果をさらに具体的に示すと次のとおりである。

第４図は第１図に示すフラッシュランプに加わる電磁力
の特性の一例を示すフラッシュランプ作用電磁力特性図
である。

第４図に示す特性Ａ，ＢおよびＣはそれぞれリフレクタ
１面当り、すなわちレーザ光に対して平行な左右２面の
１面当りに配置するフラッシュランプ数が１６，１５お
よび１５であり、かつフラッシュランプ列からダミーラ
ンプまでの距離ｄがそれぞれ２５mm，２５mmおよび３７
mmとした場合の各フラッシュランプに加わる電磁力の特
性を示すものである。ただし、フラッシュランプに作用
する電磁力はフラッシュランプの配列中心を基準として
上下対称性を有しており、従って第４図は配列の下半分
に関する特性を示している。つまりランプNo.(1)と示す
ものは奇数１５の場合は最上部から８番目のフラッシュ
ランプを、またNo.(8)は１５番目のフラッシュランプに
対応する。さらに、フラッシュランプが偶数１６の場合
には、No.(1)〜No.(8)は９〜１６に対応し、これと対称
的に１〜８が折返した上部位置に配置されることとな
る。

第４図の縦軸は電磁力（Ｎ／ｍ）を、また比較参照用の
尺度として円筒型ディスク増幅器の電磁力を相対値で示
している。この円筒型ディスク増幅器は、４個のダミー
ランプと３２個のフラッシュランプを等円配列した構成
であり、従って特性Ａの場合と同じく総計３２個の偶数
フラッシュランプを利用するものを例とし、相対値１と
は各フラッシュランプにはたらく電磁力３３Ｎ／ｍに相
当する。

また横軸は、フラッシュランプ配列中心からの距離と対
応（ランプNo.）とを示し、ダミーランプ（ＤＬ）の値
Ｘは特性Ａ，Ｂの場合は(8)，（(8)）からそれぞれ２５
mm，また特性Ｃの場合は(8)から３７mmとなる。ここに
（(1)）および（(8)）は偶数１６個のフラッシュランプ
の位置を示し、また２５mmはフラッシュランプの配列間
隔，また３７mmは奇数１５個において各フラッシュラン
プにはたらく電磁力最小のダミランプの位置である。さ
らに、この場合の放電電流は6000Ａの場合を例としてい
る。

第４図の意味するところは次のようである。すなわち、
偶数１６個のフラッシュランプを利用し、さらに同配列
間隔２５ｍの位置にダミーランプ１−ａ，１−ｂ，１−
ｃ，１−ｄを配置した場合の特性Ａではダミーランプに
はたらく電磁力が280Ｎ／ｍを超す値となり、各フラッ
シュランプにはたらく電磁力も特性Ｂ，Ｃに比し遥に高
いものとなる。また全体として配列端に近づく程作用電
磁力は大きくなる。このことは、ボックス型の平面配列
のフラッシュランプにおいては、電流方向による電磁力
影響の相殺効果が配列端に近づくほど減少するという基
本的問題を示すものである。さて、ダミーランプに対す
る距離ｄは不変としたままフラッシュランプの個数を奇
数とし、電磁力相殺効果の改善を図ったものが特性Ｂで
ある。電磁力の最大値を含み全体として特性Ａの場合よ
りも著しい低下を示している。すなわち、奇数配列条件
のみでこれだけの効果が得られる。しかしながら、配列
端のNo.８ランプは依然として高水準の電磁力を受けて
いる。一方、配列中心にあっては円筒型ディスク増幅器
におけるフラッシュランプにはたらく電磁力を遥に下廻
る値に抑圧されている。

次に特性Ｃはダミーランプの位置を３７mmとした奇数１
５個のフラッシュランプの場合である。３７mmとして設
定された距離ｄは、(1)式にもとづいてフラッシュラン
プ相互間で総当り的に演算した電磁力が最小となる位置
として設定されたものであるから全体は特性Ｂの場合よ
りもさらに低下した電磁力を示すものとなる。ただし最
末端にあるダミーランプにはかなりのレベルの電磁力が
はたらくが、逆に言えばこのようなダミーランプの存在
によって他のフラッシュランプの電磁力による破壊が大
幅に抑止されているわけである。本実施例の場合は、こ
うして配列端ならびにその近傍を含む全フラッシュラン
プにわたって作用電磁力を円筒型の場合以下に抑圧し、
電磁力によるフラッシュランプの破壊可能性を著しく改
善したものとしている。

〔発明の効果〕

本発明のレーザ増幅器は、ボックス型ディスク増幅器形
式をなし、フラッシュランプ列の両端からフラッシュラ
ンプにはたらく電磁力が最小となる位置にフラッシュラ
ンプとは異る配列間隔でダミーランプを配置することに
より、電磁力によるフラッシュランプの破壊の可能性を
大幅に減少しうるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す透視図、第２図は第１
図に示す実施例の横断面図、第３図は第１図に示すフラ
ッシュランプの配列並びに電流方向説明図、第４図は第
１図に示すフラッシュランプに加わる電磁力の特性の一
例を示すフラッシュランプ作用電磁力特性図、第５図は
従来のレーザ増幅器のフラッシュランプの配列の一例を
示すフラッシュランプ配列説明図である。 １−ａ，１−ｂ，１−ｃ，１−ｄ……ダミーランプ、２
−１〜２−１５，３−１〜３−１５……フラッシュラン
プ、４−ａ，４−ｂ……リフレクタ、５−ａ，５−ｂ…
…レーザディスクガラス、６−ａ，６−ｂ……ウィンド
ウ、７−ａ，７−ｂ……ランプチェンバ、８−ａ，８−
ｂ……シールドガラス、９……ケース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−35684（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−43878（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボックス型ディスク増幅器形式のレーザ増
   幅器において、レーザ光路に対して互いに平行な左右の
   ２平面のそれぞれに配置すべき励起用のフラッシュラン
   プは奇数個を互いに平行かつ等間隔に配列したうえこの
   フラッシュランプ列にはたらく電磁力バランス用のダミ
   ーランプは前記電磁力を最小とする前記フラッシュラン
   プ列両端からの位置に配置したものであることを特徴と
   するレーザ増幅器。