JPH0797671B2 - 狭帯域レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレーザ光を狭帯域化させるための狭帯域レー
ザ装置に関する。

（従来の技術） たとえばエキシマレーザなどの狭帯域レーザ装置におい
て、狭帯域化されたレーザ光を効率よく取出すために自
己増幅型共振器を用いるようにしたものがある。つま
り、レーザ励起部で発生したレーザ光を狭帯域化素子を
含む光共振器で狭帯域化したのち、そのレーザ光を反射
鏡で折り返して上記レーザ励起部の他の部分へ入射さ
せ、それによって増幅して取出すようにしている。この
ような自己増幅型の狭帯域レーザ装置によれば、数倍の
出力を得ることが可能となる。

従来、このような自己増幅型のレーザ装置としては第３
図あるいは第４図に示すように構成されていた。すなわ
ち、第３図において図中１はたとえばエキシマレーザな
どのレーザ励起部である。このレーザ励起部１は図示し
ないガスレーザ媒質とそのガスレーザ媒質の励起手段と
からなる。このレーザ励起部１の一端側には狭帯域化素
子としての第１のエタロン２と、第１の高反射ミラー３
とが順次配置され、他端側には同じく狭帯域化素子とし
ての第２のエタロン４と回析格子５とが順次配置されて
いる。なお、第１、第２のエタロン２、４に入射するレ
ーザ光Ｌはそれぞれスリット6aが形成された規制部材６
によって拡がり角が規制されるようになっている。

上記回析格子５で反射したレーザ光Ｌのうちの、所定の
波長の光が反射する方向には第２の高反射ミラー７が配
置されている。この第２の高反射ミラー７で反射したレ
ーザ光Ｌは凹レンズ８と凸レンズ９とからなるビームエ
キスパンダ11でビーム径が拡大されて上記レーザ励起部
１の先程と異なる部分に戻され、そこで増幅されてレー
ザ励起部１の一端側から出力されるようになっている。

しかしながら、このような構成によると、狭帯域化され
たレーザ光Ｌは第２の高反射ミラー７、凹レンズ８およ
び凸レンズ９などのたくさんの光学部品を通って出力さ
れる。そのため、レーザ光Ｌはこれらの光学部品によっ
て吸収や散乱が生じ、損失が大きくなるばかりか、出力
されるレーザ光Ｌに散乱光が含まれてしまうなどのこと
が生じる。

第４図に示す狭帯域レーザ装置はレーザ励起部１の一端
側に出力ミラー21を配置し、他端側に狭帯域化素子とし
てのプリズム22と回析格子23とを配置する。また、レー
ザ励起部１の両端にはそれぞれ上部スリット24aと下部
スリット24bが形成された規制部材24を配置する。

上記レーザ励起部１で発生したレーザ光Ｌはレーザ励起
部１の他端側に配置された一方の規制部材24の上部スリ
ット24aを通って上記プリズム22で拡大されて回析格子2
3に入射し、ここで所定の波長の光だけが入射方向と同
方向に反射する。そして、上記規制部材24の上部スリッ
ト24a、レーザ励起部１および他方の規制部材24の上部
スリット24aを通って出力ミラー21から出力される。

狭帯域化されて上記出力ミラー21から出力されたレーザ
光Ｌは第１乃至第３の反射ミラー25a〜25cで順次反射し
他方の規制部材24の下部スリット24bを通過して上記レ
ーザ励起部１の先程と異なる部分に入射する。それによ
って、レーザ光Ｌは増幅され、他方の規制部材24の下部
スリット24bから出力されることになる。

しかしながら、このような構成によると、狭帯域化され
たレーザ光Ｌは出力ミラー21を通過したり、第１乃至第
３の反射ミラー25a〜25cで反射して出力されるため、第
３図に示したレーザ装置と同様上記出力ミラー21や反射
ミラー25a〜25cで吸収や散乱が生じ、損失が大きくなる
ばかりか、出力されるレーザ光Ｌに散乱光が含まれてし
まう。しかも、複数の反射ミラー25a〜25cを用いなけれ
ばならないことにより、光軸のズレを招いたり、保守性
が低下するなどのことも生じる。

（発明が解決しようとする課題） このように、レーザ光をレーザ励起部に折り返して通過
させることで自己増幅させる従来の狭帯域レーザ装置に
おいては、狭帯域化されたレーザ光を出力させるために
たくさんの光学部品を通さなければならないから、レー
ザ光がこれらの光学部品いよって吸収されたり、散乱さ
せられたりして損失が大きくなったり、出力されるレー
ザ光に散乱光が含まれてしまうなどのことがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、狭帯域化されたレーザ光を、レーザ
光の吸収や散乱を招くたくさんの光学部品を用いずに出
力させることができるようにした狭帯域レーザ装置を提
供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用） 上記課題を解決するためにこの発明は、レーザ媒質を収
容したレーザ励起部と、このレーザ励起部で発生するレ
ーザ光の光軸上で上記レーザ励起部の一端側に対向して
配置された高反射ミラーと、上記レーザ励起部の他端側
に配設され上記高反射ミラーで反射して所定の拡がり角
で進行するレーザ光のビーム断面の一部に挿入して設け
られ上記レーザ光を分割する第１の手段と、この第１の
手段で分割されたレーザ光を狭帯域化して上記レーザ励
起部へ戻す第２の手段とを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、第２の手段で狭帯域化されて
外部へ取出されるレーザ光は従来に比べて反射や透過す
る光学部品の数が少なくなるから、吸収や散乱が生じに
くくなる。

（実施例） 以下、この発明の第１の実施例を第１図を参照して説明
する。同図中31はたとえばエキシマレーザなどのレーザ
励起部である。このレーザ励起部31は図示しないガスレ
ーザ媒質とそのガスレーザ媒質を励起するための励起手
段とからなる。レーザ励起部31の両端にはそれぞれ窓32
a、32bが形成されている。レーザ励起部31の一方の窓31
aに対向する一端側には、スリット33aが形成された規制
部材33を介して高反射ミラー34が配置され、他端側には
プリズム35および狭帯域化素子であり、しかも上記高反
射ミラー34とで光共振器を形成する回析格子36が順次配
置されている。

上記レーザ励起部31で発生したレーザ光Ｌは上記プリズ
ム35で屈折して拡大され、上記回析格子36に入射する。
この回析格子36は所定の波長の光に対して入射角と反射
角とが等しくなる角度で配置されている。それによっ
て、上記レーザ励起部31で発生したのち、上記回析格子
36で反射して狭帯域化されたレーザ光Ｌはレーザ励起部
31内へ戻る。

すなわち、この実施例では回析格子36がレーザ励起部31
で発生したレーザ光Ｌの一部を狭帯域化する狭帯域化手
段および狭帯域化されたレーザ光Ｌをプリズム35へ戻す
折り返し手段とを兼ねた第２の手段となっている。

狭帯域化されたレーザ光は規制部材33のスリット33aを
通って高反射ミラー34で反射し、再び上記スリット33a
を通って所定の拡がり角でレーザ励起部31内へ入射する
ことで増幅されたのち、他方の窓32bから出射される。
上記プリズム35は、他方の窓32bから出射するレーザ光
Ｌの一部だけを屈折させて上記回析格子36に導くように
配置されている。他方の窓32bから出射して上記プリズ
ム35に入射しなかったレーザ光Ｌは出力として光共振器
外へ出力として取出されることになる。

上記レーザ励起部31で発生するレーザ光Ｌの断面形状の
サイズが5mm×20mm、規制部材33のスリット33aの幅寸法
が2mm、このスリット33aを通るレーザ光Ｌの拡がり角が
3mrad、上記プリズム35がスリット33aから1m離れて配置
されているとすると、このプリズム35の位置におけるレ
ーザ光Ｌの断面形状は5mm×20mmとなる。したがって、
このレーザ光Ｌの5mmの幅寸法のうち、第１図における
幅方向上側の2mmの部分を上記プリズム35に入射するよ
うにこのプリズム35を配置すれば、幅方向下側の3mmの
部分を外部へ出力させることができる。

なお、レーザ光Ｌの断面形状のうちの20mmの寸法は、励
起手段としての図示しない一対の放電電極のギャップ長
によって決定される。

このような構成の狭帯域レーザ装置によれば、プリズム
35で屈折拡大されて回析格子36に入射し、ここで狭帯域
化されたレーザ光Ｌは高反射ミラー34で折り返されてレ
ーザ励起部31に再度入射することによって増幅される。

一方、上記高反射ミラー34で反射し、規制部材33のスリ
ット33aを通って所定の拡がり角で他方の窓32bから出射
したレーザ光Ｌは、その一部だけがプリズム35に入射
し、残りは出力として外部へ取出されることになる。し
たがって、レーザ光Ｌは、狭帯域化されたのちに高反射
ミラー34で反射するだけで外部（光共振器の光路外）へ
取出され、他の光学部品で反射したり、通過するなどの
ことがないから、光学部品での吸収や散乱による損失が
ほとんどないばかりか、出力されるレーザ光Ｌに散乱光
が含まれるということもない。

さらに、回析格子36にはプリズム35で分割されたレーザ
光Ｌだけが入射して狭帯域化されるため、上記回析格子
36を照射するレーザ光Ｌの光量が低減される。その結
果、上記回析格子36の寿命を延長させることができる。

第２図はこの発明の第２の実施例で、この実施例は狭帯
域化素子として回析格子36に代わりエタロン41を用いる
ようにしたもので、そのエタロン41はプリズム35で拡大
されたレーザ光Ｌが入射する位置に設置するとともに、
このエタロン41に対向して高反射ミラー42を配置し、こ
の高反射ミラー42によってエタロン41で狭帯域化された
レーザ光Ｌをプリズム35を介してレーザ励起部31に戻す
ようにしたものである。

すなわち、この実施例ではエタロン41が狭帯域化手段を
なし、高反射ミラー42が折り返し手段をなし、これら両
者によって第２の手段を構成している。

このような構成においても、上記第１の実施例と同様狭
帯域化されたレーザ光Ｌを光学部品によって吸収させた
り、散乱させることなく取出すことができる。

なお、上記各実施例ではエキシマレーザに適用した例を
挙げたが、それ以外のレーザ、たとえばCO₂レーザなど
ほかのレーザ装置にも適用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、第２の手段で狭帯域化さ
れたレーザ光はたくさんの光学部品で反射したり、透過
することなく取出されるから、吸収や散乱による損失が
ほとんどないばかりか、出力されるレーザ光に散乱光が
含まれるようなこともない。また、使用する光学部品が
少ないことにより、光軸のアライメントや保守性の向上
が計れる。

さらに、第２の手段には第１の手段で分割されたレーザ
光だけを入射させるようにしたので、この第２の手段を
照射する光量が低減され、長寿命化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示すレーザ装置の構
成図、第２図は同じくこの発明の第２の実施例を示すレ
ーザ装置の構成図、第３図と第４図はそれぞれ従来のレ
ーザ装置の構成図である。 31……レーザ励起部、34……高反射ミラー（光共振
器）、35……プリズム、36……回析格子（狭帯域化素
子）、41……エタロン（狭帯域化素子）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ媒質を収容したレーザ励起部と、 このレーザ励起部で発生するレーザ光の光軸上で上記レ
   ーザ励起部の一端側に対向して配置された高反射ミラー
   と、 上記レーザ励起部の他端側に配設され上記高反射ミラー
   で反射して所定の拡がり角で進行するレーザ光のビーム
   断面の一部に挿入して設けられ上記レーザ光を分割する
   第１の手段と、 この第１の手段で分割されたレーザ光を狭帯域化して上
   記レーザ励起部へ戻す第２の手段と を具備したことを特徴とする狭帯域レーザ装置。
2. 【請求項２】上記第２の手段は、レーザ光を狭帯域化す
   る狭帯域化手段と、 この狭帯域化手段で狭帯域化されたレーザ光を上記レー
   ザ励起部へ戻す折り返し手段とからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の狭帯域化レーザ装置。