JPH11201900A

JPH11201900A - 自己補償形レーザ共振器

Info

Publication number: JPH11201900A
Application number: JP377098A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yanagisawa; 隆行柳澤; Yoshihito Hirano; 嘉仁平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、簡単な構造で、レーザ光の利用効
率の低下を防止するとともに、レーザ光の品質を向上さ
せることを目的とするものである。【解決手段】互いに直角に配置された第１及び第２の
反射面２１ａ，２１ｂを有する第１の反射装置２１と、
互いに直角に配置された第３及び第４の反射面２２ａ，
２２ｂを有する第２の反射装置２２とを、稜線２１ｃ，
２２ｃが直交するように互いに対向させ、第１の反射面
２１ａと第３の反射面２２ａとの間にレーザ媒質２３を
配置し、レーザ光が稜線２１ｃ，２２ｃを通らないよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星
や航空機等の飛翔体に搭載される固体レーザ装置に用い
られ、反射面の傾きを補償する自己補償形レーザ共振器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は例えばＳｐｒｉｎｇｅｒＳｅ
ｒｉｅｓｉｎＯｐｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ．１「Ｓｐｌｉｄ−ＳｔａｔｅＬａｓｅｒＥ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ第４版」ＷａｌｔｅｒＫｏｅｃ
ｈｎｅｒ著（１９９５年ドイツＳｐｒｉｎｇｅｒ社発
行）１９７ページに示された従来のレーザ共振器を示す
構成図である。図において、１，２は互いに対向して配
置されレーザ光を閉じ込める一対の反射鏡、３は反射鏡
１，２間に配置されているレーザ媒質、４はレーザ媒質
３を励起する光源、５はレーザ共振器の光軸、６は反射
鏡２から反射鏡１へ進むレーザ光の光路、７は反射鏡１
から反射鏡２へ進むレーザ光の光路である。

【０００３】次に、動作について説明する。上記のよう
なレーザ共振器では、レーザ光が光路６，７を往復し、
同じ光路６，７を通り同じ位相状態を保持するレーザ光
のみが選択的に閉じ込められて増幅され、発振モードが
形成される。反射鏡１，２が互いに平行に配置されてい
る場合、レーザ光は、反射鏡１，２間で繰り返し反射さ
れ、光軸５に平行な光路６，７を往復する。このとき、
レーザ光は、励起光源４により励起されたレーザ媒質３
を繰り返し通過して増幅されていく。

【０００４】これに対し、図１８に示すように、一方の
反射鏡１が傾斜して反射鏡１，２が平行でなくなった場
合、光軸５に平行な光路６を進むレーザ光は、光軸５に
対して角度をなす光路８上に反射される。従って、往復
したレーザ光は同じ光路を通らず、発振モードを形成す
ることができない。

【０００５】このような問題を解決する手段として、上
記「Ｓｐｌｉｄ−ＳｔａｔｅＬａｓｅｒＥｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ」２２７ページには、図１９に示すような
自己補償形のレーザ共振器も示されている。図におい
て、１１はＺ軸に平行な稜線１１ａを有するルーフプリ
ズム、１２はＸ軸と平行な稜線１２ａを有するルーフプ
リズム、１３はルーフプリズム１１，１２に対向して配
置されているコーナキューブプリズムであり、このコー
ナキューブプリズム１３とルーフプリズム１１との間に
レーザ媒質３が配置されている。

【０００６】このようなレーザ共振器では、レーザ光
は、光軸１４上を進行し、ルーフプリズム１２上で反射
される。ルーフプリズム１２で反射されたレーザ光は、
コーナキューブ１３で折り返され、励起光源４で励起さ
れたレーザ媒質３を透過して増幅される。レーザ媒質３
で増幅されたレーザ光は、ルーフプリズム１１上で反射
されて、再びレーザ媒質３により増幅される。この後、
レーザ光は、元の位置に戻り、レーザ共振器内に閉じ込
められる。

【０００７】次に、図２０は図１９のルーフプリズム１
２に入射したレーザ光の反射状態を示す説明図である。
図において、稜線１２ａを挟む反射面１２ｂ，１２ｃ
は、互いに直角に固定され、かつ光軸１４とのなす角度
が４５度になっている。光軸１４と平行な光路１５を進
み、ルーフプリズム１２に入射したレーザ光は、反射面
１２ｂにより９０度、反射面１２ｃにより９０度、計１
８０度の方向の変化を与えられる。このようにして反射
されたレーザ光の光路１６は、やはり光軸１４と平行に
なる。即ち、ループプリズム１２は、入射したレーザ光
を、入射したレーザ光と平行で進行方向が逆方向のレー
ザ光として反射する。

【０００８】また、図２１に示すように、ルーフプリズ
ム１２が稜線１２ａを中心軸として角度α傾いた場合、
反射面１２ｂにより与えられる角度変化は９０―２α、
反射面１２ｃにより与えられる角度変化は９０＋２αと
なり、光路１５を進むレーザ光とルーフプリズム１２に
より反射されたレーザ光の光路１６の角度変化は計１８
０度となる。従って、稜線１２ａを中心軸とした傾きが
生じた場合でも、ループプリズム１２は、入射したレー
ザ光を、入射したレーザ光と平行で進行方向が逆方向の
レーザ光として反射する。

【０００９】さらに、入射するレーザ光が光軸１４に対
して傾いた場合も同様に、ルーフプリズム１２は、入射
したレーザ光を、入射したレーザ光と平行で進行方向が
逆方向のレーザ光として反射する。なお、図２０及び図
２１では、説明のため、光路１５及び光路１６を光軸１
４からずらして示したが、実際には、従来は、光路１５
も光路１６もビームの中心が光軸１４に一致し、レーザ
光は稜線１２ａを含む範囲内に照射され反射される。

【００１０】さらにまた、図１９に示したように、ルー
フプリズム１１の稜線１１ａ及びルーフプリズム１２の
稜線１２ａを、互いに直交する方向に配置することによ
り、ルーフプリズム１１，１２の傾きが互いに補償さ
れ、自己補償形のレーザ共振器が構成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の自己補償形レーザ共振器においては、レーザ光
がルーフプリズム１１，１２の稜線１１ａ，１２ａを含
む範囲に照射されるため、回折による損失が生じ、レー
ザ光の利用効率が低下してしまう。また、微視的には稜
線１１ａ，１２ａ上では図２０に示したような反射が生
じず、稜線１１ａ，１２ａでレーザ光が切断されるた
め、レーザ光が２つ又は４つに割れ易く、レーザ光の品
質が劣化してしまう。さらに、長い光路長を小さなレー
ザ共振器で実現しようとした場合、ルーフプリズム１
１，１２とは別に、コーナキューブプリズム１３のよう
な折り返しのための光学素子が別に必要となり、レーザ
共振器の構成が複雑になってしまう。

【００１２】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、簡単な構成
で、レーザ光の利用効率の低下を防止することができる
とともに、レーザ光の品質を向上させることができる自
己補償形レーザ共振器を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る自
己補償形レーザ共振器は、互いに直角に配置された第１
及び第２の反射面を有する第１の反射装置と、互いに直
角に配置された第３及び第４の反射面を有し、第１の反
射装置に対向している第２の反射装置と、第１の反射面
と第３の反射面との間に設けられているレーザ媒質と、
このレーザ媒質を励起する光源とを備え、第３及び第４
の反射面を含む２つの平面がなす第２の稜線は、第１及
び第２の反射面を含む２つの平面がなす第１の稜線にほ
ぼ直交する面に含まれ、レーザ媒質から第１の反射面へ
向けて出射されたレーザ光は、第１の反射面、第２の反
射面、第３の反射面、第４の反射面、第２の反射面、第
１の反射面、第４の反射面及び第３の反射面の順に反射
されてレーザ媒質に入射されるものである。

【００１４】請求項２の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、互いに直角に配置された２つの平面反射鏡をそ
れぞれ有する第１及び第２の反射装置を用いたものであ
る。

【００１５】請求項３の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、２つの平面反射鏡を、それぞれ互いに間隔をお
いて配置し、連結部材により互いに連結したものであ
る。

【００１６】請求項４の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、それぞれレーザ光の入射面と、互いに直角に配
置された２つの反射面とを有するプリズムを第１及び第
２の反射装置として用いたものである。

【００１７】請求項５の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、プリズムの第１及び第２の稜線の部分を削除し
たものである。

【００１８】請求項６の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、レーザ光の光路に、レーザ光を一方向にのみ透
過するアイソレータを設けたものである。

【００１９】請求項７の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、第１ないし第４の反射面のいずれか１つの反射
面に、レーザ出力用の部分反射鏡を設けたものである。

【００２０】請求項８の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、第１ないし第４の反射面のいずれかの反射面
に、レーザ光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分のうちのいず
れか一方を選択的に透過して外部へ出力し、他方を反射
する偏光反射手段を設け、かつレーザ光の光路に、偏光
反射手段に対してレーザ光を任意の割合でＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分とに分ける偏光成分調整手段を設けたもので
ある。

【００２１】請求項９の発明に係る自己補償形レーザ共
振器は、レーザ光の光路に、レーザ光のＰ偏光成分及び
Ｓ偏光成分のうちのいずれか一方を選択的に透過し、他
方を反射して外部へ出力する偏光反射手段を設け、かつ
レーザ光の光路に、偏光反射手段に対してレーザ光を任
意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光成分
調整手段を設けたものである。

【００２２】請求項１０の発明に係る自己補償形レーザ
共振器は、レーザ光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分のうち
のいずれか一方を選択的に透過し、他方を反射して外部
へ出力する２つの偏光反射手段、ファラデローテータ及
び１／２波長板を有し、レーザ光を一方向にのみ透過す
るアイソレータと、このアイソレータに対してレーザ光
を任意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光
成分調整手段とを、レーザ光の光路に設けたものであ
る。

【００２３】請求項１１の発明に係る自己補償形レーザ
共振器は、偏光成分調整手段として１／２波長板を用い
たものである。

【００２４】請求項１２の発明に係る自己補償形レーザ
共振器は、偏光成分調整手段として、印可された電圧に
より複屈折効果が得られる複屈折素子を用いたものであ
る。

【００２５】請求項１３の発明に係る自己補償形レーザ
共振器は、偏光反射手段からレーザ光の光路にシーダ光
を入射させるシーダ光発生装置を備えたものである。

【００２６】請求項１４の発明に係る自己補償形レーザ
共振器は、レーザ光の光路に、レーザ光のビーム径を変
換するビーム径変換装置を設けたものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による自
己補償形レーザ共振器を示す構成図である。図におい
て、２１は互いに直角に配置された第１及び第２の反射
面２１ａ，２１ｂを有する第１の反射装置、２２は互い
に直角に配置された第３及び第４の反射面２２ａ，２２
ｂを有し、第１の反射装置２１に対向している第２の反
射装置であり、これら第１及び第２の反射装置２１，２
２としては、例えば図２に示すように、互いに直角に配
置された２つの平面反射鏡２７，２８を有するものが用
いられる。また、図２には第２の反射装置２２のみを示
すが、第１の反射装置２１についても構成は同様であ
る。

【００２８】また、第３及び第４の反射面２２ａ，２２
ｂがなす第２の稜線２２ｃは、第１及び第２の反射面２
１ａ，２１ｂがなす第１の稜線２１ｃにほぼ直交する面
に含まれ、第１及び第２の２１ａ，２１ｂと第３及び第
４の反射面２２ａ，２２ｂとが互いに対向するように配
置されている。２３は第１の反射面２１ａと第３の反射
面２２ａとの間に設けられているレーザ媒質、２４はレ
ーザ媒質２３を励起する光源である。

【００２９】次に、動作について説明する。光路Ｌ１を
進むレーザ光は、レーザ媒質２３を通過して増幅された
後、第１の反射面２１ａ及び第２の反射面２１ｂで順次
反射され、光路Ｌ１と平行な光路Ｌ２を光路Ｌ１と反対
方向へ進む。光路Ｌ２を進むレーザ光は、第３の反射面
２２ａ及び第４の反射面２２ｂで順次反射され、光路Ｌ
２と平行な光路Ｌ３を光路Ｌ２と反対方向へ進む。光路
Ｌ３を進むレーザ光は、第２の反射面２１ｂ及び第１の
反射面２１ａで順次反射され、光路Ｌ３と平行な光路Ｌ
４を光路Ｌ３と反対方向へ進む。

【００３０】そして、光路Ｌ４を進むレーザ光は、第４
の反射面２２ｂ及び第３の反射面２２ａで順次反射さ
れ、光路Ｌ１へ戻り、レーザ媒質２３でさらに増幅され
る。従って、レーザ光は、第１の反射装置２１の稜線２
１ｃ及び第２の反射装置２２の稜線２２ｃの上を通らず
に、レーザ共振器内に閉じ込められ増幅されていく。

【００３１】このような自己補償形レーザ共振器では、
レーザ光が反射装置２１，２２の稜線２１ｃ，２２ｃ上
を通らないため、稜線２１ｃ，２２ｃの回折による損失
がなく、レーザ光の利用効率の低下が防止される。ま
た、レーザ光が稜線２１ｃ，２２ｃにより切断されない
ため、レーザ光の品質が向上する。さらに、４つの光路
Ｌ１〜Ｌ４を平行に配置することができ、第１及び第２
の反射装置２１，２２以外の反射手段が不要であるた
め、レーザ共振器の構造を簡単にして小形化を図ること
ができる。さらにまた、平面反射鏡２７，２８は重量が
軽いため、反射装置２１，２２及びレーザ共振器全体を
さらに軽量化することができる。

【００３２】なお、上記の例ではレーザ媒質２３を光路
Ｌ１上に配置したが、光路Ｌ１〜Ｌ４のいずれに配置し
てもよい。また、複数組のレーザ媒質２３及び励起光源
２４を、複数の光路に配置してもよい。

【００３３】実施の形態２．また、稜線２１ｃ，２２ｃ
の部分にはレーザ光が通らないため、平面反射鏡２７，
２８の稜線２１ｃ，２２ｃの部分は削除してもよい。即
ち、図３に示すように、図２のものよりも面積の小さい
平面反射鏡２９，３０を、互いに間隔をおいて配置し、
連結部材３１で互いに連結してもよく、レーザ共振器を
さらに小形軽量化することができる。

【００３４】実施の形態３．次に、図４はこの発明の実
施の形態３による自己補償形レーザ共振器の反射装置を
示す斜視図である。この例では、図１の反射装置２１，
２２としてルーフプリズム２５が用いられている。ルー
フプリズム２５は、レーザ光の入射面２５ａと、互いに
直角に配置された２つの反射面２５ｂ，２５ｃと、稜線
２５ｄとを有している。また、入射面２５ａと反射面２
５ｂ，２５ｃとがなす角度は、それぞれ４５度である。
さらに、入射面２５ａ及び反射面２５ｂ，２５ｃ以外の
面（図の上面及び底面）は、レーザ光が通過する部分に
干渉しない限り、任意の形状、角度とすることができ
る。他の構成は、実施の形態１と同様である。

【００３５】次に、動作について説明する。レーザ光は
入射面２５ａを透過し、反射面２５ｂにより全反射され
る。反射面２５ｂにより全反射されたレーザ光は、反射
面２５ｃにより全反射され、入射したレーザ光に平行で
反対の方向に反射され、入射面２５ａから出力される。

【００３６】次に、この例のルーフプリズム２５を反射
装置２１，２２として用いたレーザ共振器におけるレー
ザ光の偏光状態の変化について考える。まず、レーザ光
が平面上で反射する場合、入射光及び反射光の光線を含
む面内で振動する偏光成分をＰ偏光、入射光及び反射光
の光線を含む面に垂直に振動する偏光成分をＳ偏光とす
る。レーザ光は、ルーフプリズム２５の反射面２５ｂ，
２５ｃで反射する際に位相の変化を与えられる。この位
相の変化量は、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なるため、例えば
光路Ｌ４における偏光状態が反射面２５ｃに対してＰ偏
光の成分のみ、又はＳ偏光の成分のみの場合を除いて、
光路Ｌ４のレーザ光の偏光状態は光路Ｌ１において変化
する。

【００３７】ここで、光路Ｌ１における任意の偏光のｘ
軸成分をＥｘ、ｚ軸成分をＥｚとし、光路Ｌ１からＬ３
へ伝搬するレーザ光の偏光状態を考える。レーザ光のｘ
軸成分Ｅｘは、光路Ｌ１から光路Ｌ３へ伝搬する間に、
第１の反射装置２１によりＳ偏光として２回反射され、
第２の反射装置２２によりＰ偏光として２回反射され
る。また、レーザ光のｚ軸成分Ｅｚは、光路Ｌ１から光
路Ｌ３へ伝搬する間に、第１の反射装置２１によりＰ偏
光として２回反射され、第２の反射装置２２によりＳ偏
光として２回反射される。

【００３８】ｘ軸成分Ｅｘ、ｚ軸成分Ｅｚ共に、Ｓ偏光
の反射による位相変化と、Ｐ偏光の反射による位相変化
とをそれぞれ２回ずつ受け、位相の変化量がｘ軸成分Ｅ
ｘとｚ軸成分Ｅｚとで同じ量になるため、光路Ｌ１の偏
光状態は光路Ｌ３において保存される。従って、任意の
偏光状態のレーザ光に対して、光路Ｌ１と光路Ｌ３とは
互いに同じ偏光状態を保持し、光路Ｌ２と光路Ｌ４は互
いに同じ偏光状態を保持する。対角線の位置関係にある
光路Ｌ１，Ｌ３、又は光路Ｌ２，Ｌ４に光学部品を配置
すれば、プリズムの反射による偏光状態の変化が打ち消
されるため、レーザ共振器の設計が容易になる。

【００３９】このように、反射装置２１，２２としてル
ーフプリズム２５を用いた場合も、レーザ光が稜線２５
ｃ上を通らない自己補償形のレーザ共振器を構成するこ
とができ、簡単な構成により、レーザ光の利用効率の低
下を防止できるとともに、レーザ光の品質を向上させる
ことができる。また、反射面２５ｂ，２５ｃの角度のず
れが生じにくく、安定した自己補償形レーザ共振器を得
ることができる。さらに、対角の関係にある光路では、
反射面２５ｂ，２５ｃでの反射による偏光状態の変化が
ないため、レーザ共振器の設計が容易になる。

【００４０】実施の形態４．なお、上記の例では稜線２
５ｄを有するルーフプリズム２５を示したが、例えば図
５に示すように、入射面２６ａと、互いに直角に配置さ
れた反射面２６ｂ，２６ｃとを有し、反射面２６ｂ，２
６ｃを含む２つの平面がなす稜線２６ｄ付近を切断した
ルーフプリズム２６を用いてもよい。即ち、稜線２６ｄ
付近は、レーザ光が通過しないため、その部分を削除し
て断面台形としてもよい。また、切断面２６ｅは、レー
ザ光が通過する部分に干渉しない限り、任意の形状、角
度とすることができる。このように、稜線２６ｄの付近
を切断したルーフプリズム２６を用いることにより、レ
ーザ共振器全体の軽量化及び小形化を図ることができ
る。

【００４１】実施の形態５．次に、図６はこの発明の実
施の形態５による自己補償形レーザ共振器を示す構成図
である。この例では、第２の反射装置２２の第４の反射
面２２ｂの一部、即ち光路Ｌ４との交差部分にレーザ出
力用の部分反射鏡３２が設けられている。他の構成は、
実施の形態１と同様である。

【００４２】このような自己補償形レーザ共振器では、
実施の形態１と同様に、レーザ光が光路Ｌ１〜Ｌ４の順
で進行し増幅されていく。また、部分反射鏡３２では、
レーザ光の一部が透過されて外部に出力され、残りが反
射されてレーザ共振器内をさらに周回する。このよう
に、第４の反射面２２ｂに部分反射鏡３２を設けること
により、簡単な構造でレーザ光出力を得ることができ、
また光学部品が少ないため、レーザ光の損失を抑えるこ
とができる。

【００４３】なお、上記の例では光路Ｌ４が第４の反射
面２２ｂと交差する部分に部分反射鏡３２を設けたが、
第１ないし第４の反射面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２
ｂのいずれに設けてもよい。

【００４４】実施の形態６．次に、図７はこの発明の実
施の形態６による自己補償形レーザ共振器を示す構成図
である。図において、３３は光路Ｌ４の途中に配置され
ている偏光成分調整手段としての１／２波長板、３４は
光路Ｌ４が第４の反射面２２ｂと交差する部分に設けら
れている偏光反射手段としての偏光反射鏡であり、この
偏光反射鏡３４は、レーザ光のＰ偏光を透過し、Ｓ偏光
を反射する。但し、入射光及び反射光の光線を含む平面
内で振動するレーザ光の成分をＰ偏光、入射光及び反射
光の光線を含む平面に垂直に振動するレーザ光の成分を
Ｓ偏光とする。

【００４５】このような自己補償形レーザ共振器では、
偏光反射鏡３４に対してＳ偏光のレーザ光のみが偏光反
射鏡３４で反射されるため、偏光反射鏡３４に対してＳ
偏光のレーザ光のみがレーザ共振器内を周回する。

【００４６】ここで、図８は図７の自己補償形レーザ共
振器におけるレーザ光の偏光成分の変化を示す説明図で
あり、１／２波長板３３及び偏光反射鏡３４の前後につ
いて示している。１／２波長板３３は、偏光方向を任意
の角度に回転させる作用を持ち、偏光反射鏡３４に対し
てレーザ光を任意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに
分けることができる。従って、１／２波長板３３を通過
したレーザ光が偏光反射鏡３４に入射されると、Ｓ偏光
成分が反射され、Ｐ偏光成分がレーザ光としてレーザ共
振器外へ出力される。

【００４７】このような自己補償形レーザ共振器では、
簡単な構造でレーザ光出力を得ることができ、また光学
部品が少ないため、レーザ光の損失を抑えることができ
る。また、１／２波長板３３によりＰ偏光成分とＳ偏光
成分とを任意の割合で分けることができるため、１／２
波長板３３を選択することにより、レーザ共振器の外部
に出力されるレーザ光の割合を任意に変えることができ
る。

【００４８】なお、上記の例では光路Ｌ４が第４の反射
面２２ｂと交差する部分に偏光反射鏡３４を設けたが、
第１ないし第４の反射面２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２
ｂのいずれに設けてもよい。

【００４９】また、上記の例では、レーザ光のＰ偏光を
透過しＳ偏光を反射する偏光反射鏡３４を示したが、レ
ーザ光のＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射するものとして
もよい。さらに、１／２波長板３３は光路Ｌ４に配置し
たが、光路Ｌ１〜Ｌ４のいずれに配置しても良い。

【００５０】実施の形態７．さらにまた、上記の例で
は、偏光反射鏡３４を透過したレーザ光が外部へ出力さ
れるように偏光反射鏡３４を反射面２２ｂ上に配置した
が、例えば図９に示すように、光路Ｌ４上の１／２波長
板３３と第４の反射面２２ｂとの間に偏光反射鏡３４を
配置し、偏光反射鏡３４を透過したレーザ光がレーザ共
振器内を周回し、偏光反射鏡３４で反射されたレーザ光
がレーザ共振器外へ出力されるようにしてもよい。

【００５１】実施の形態８．次に、図１０はこの発明の
実施の形態８による自己補償形レーザ共振器を示す構成
図である。図において、３５は光路Ｌ４の途中に設けら
れ、印可電圧により複屈折効果が得られる偏光成分調整
手段として複屈折素子であり、この複屈折素子３５とし
ては、例えばリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）か
らなるポッケルスセルを有するものが用いられる。３６
は複屈折素子３５に接続されているポッケルスセル電源
である。

【００５２】このような自己補償形レーザ共振器では、
偏光反射鏡３４を通過したレーザ光がＰ偏光の直線偏光
となり、偏光反射鏡３４に対してＰ偏光のレーザ光のみ
がレーザ共振器内を周回される。また、レーザ共振器内
を周回するレーザ光は、複屈折素子３５に入射される。
複屈折素子３５は、ポッケルスセル電源３６により電圧
を印可されることにより、波長板の性質を生じ、直線偏
光を円偏光に変換したり、偏光方向を回転させたりする
ことができる。即ち、印可電圧により、偏光反射鏡３４
に対してレーザ光を任意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光成
分とに分けることができる。

【００５３】このように、複屈折素子３５によりＰ偏光
成分とＳ偏光成分とに分けられたレーザ光は、偏光反射
鏡３４に入射され、Ｐ偏光成分が透過してレーザ共振器
内を周回し、Ｓ偏光成分がレーザ光としてレーザ共振器
外へ出力される。従って、複屈折素子３５の印可電圧に
よりＰ偏光成分とＳ偏光成分とを任意の割合で分け、レ
ーザ共振器の外部に出力されるレーザ光の割合を、任意
に変えることができる。

【００５４】なお、上記の例では、レーザ光のＰ偏光を
透過しＳ偏光を反射する偏光反射鏡３４を示したが、レ
ーザ光のＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射するものとして
もよい。また、複屈折素子３５及び偏光反射鏡３４は光
路Ｌ４に配置したが、光路Ｌ１〜Ｌ４のいずれに配置し
てもよい。

【００５５】実施の形態９．次に、図１１はこの発明の
実施の形態９による自己補償形レーザ共振器を示す構成
図である。図において、３６は光路Ｌ４の途中に設けら
れているアイソレータである。また、図１２は図１１の
アイソレータの原理を説明する説明図であり、アイソレ
ータ３６は、第１の偏光反射鏡３７、ファラデローテー
タ３８、１／２波長板３９及び第２の偏光反射鏡４０を
有している。さらに、偏光反射鏡３７，４０は、いずれ
も偏光反射手段としてレーザ光のＳ偏光を反射し、Ｐ偏
光を透過するものである。

【００５６】このような自己補償形レーザ共振器では、
アイソレータ３６に入射したレーザ光は、まず第１の偏
光反射鏡３７を通過することにより、ｘ軸方向の直線偏
光にされる。この後、レーザ光は、ファラデローテタ３
８により偏光方向をｘ軸からｚ軸方向に４５度回転され
る。ファラデローテータ３８を透過したレーザ光は、１
／２波長板３９で、偏光方向をｚ軸からｘ軸方向に４５
度回転される。さらに、１／２波長板３９を透過したレ
ーザ光は、第２の偏光反射鏡４０を透過する。

【００５７】ここで、アイソレータ３６に第２の偏光反
射鏡４０側からレーザ光が入射した場合を考える。第２
の偏光反射鏡４０を透過したレーザ光は、１／２波長板
３９で偏光方向をｘ軸からｚ軸方向に４５度回転され
る。この後、レーザ光は、ファラデローテタ３８により
偏光方向をｘ軸からｚ軸方向に４５度回転される。従っ
て、ファラデローテータ３８を透過した光の偏光方向
は、ｚ軸方向となる。ｚ軸方向の偏光を持つレーザ光
は、第１の偏光反射鏡３７を透過することはできず、全
て偏光反射鏡３７により外部へ出力される。従って、ア
イソレータ３６は、レーザ光を一方向のみ通過させる作
用を持つことになる。

【００５８】このようなアイソレータ３６を設けたレー
ザ共振器では、レーザ共振器を周回するレーザ光の方向
を一方向に規定することができ、レーザ光を安定させる
ことができる。

【００５９】なお、上記の例では、偏光反射鏡３７，４
０としてレーザ光のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する
ものを示したが、レーザ光のＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を
透過するものでもよい。また、アイソレータ３６は光路
Ｌ４に配置したが、光路Ｌ１〜Ｌ４のいずれに配置して
もよい。

【００６０】実施の形態１０．次に、図１３はこの発明
の実施の形態１０による自己補償形レーザ共振器を示す
構成図である。この例では、実施の形態９と同様のアイ
ソレータ３６の上流側に１／２波長板４１が配置されて
いる。

【００６１】このような自己補償形レーザ共振器では、
１／２波長板４１により、レーザ光がアイソレータ３６
の第１の偏光反射鏡３７に対して任意の割合でＰ偏光成
分とＳ偏光成分とに分けられる。そして、ここではＰ偏
光成分が透過してレーザ共振器内を周回し、Ｓ偏光成分
がレーザ光としてレーザ共振器外へ出力される。従っ
て、レーザ光の周回方向を一方向に規定しつつ、レーザ
共振器外部に出力されるレーザ光の割合を任意に調整す
ることができる。また、アイソレータ３６の偏光反射鏡
３７をレーザ出力用としても兼用できるため、光学部品
を少なくすることができ、レーザ光の損失を低減するこ
とができるとともに、レーザ共振器全体を小形化するこ
とができる。

【００６２】なお、上記の例では、偏光反射鏡３７とし
てレーザ光のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過するものを
示したが、レーザ光のＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過す
るものでもよい。また、上記の例では、アイソレータ３
６及び１／２波長板４１を光路Ｌ４に配置したが、光路
Ｌ１〜Ｌ４のいずれに配置してもよい。

【００６３】さらに、１／２波長板４１の代わりに、実
施の形態８（図１０）で示したような複屈折素子３５を
用いてもよい。この場合、レーザ共振器を周回する方向
を一方向に規定しつつ、レーザ共振器外部に出力される
レーザ光の割合を、ポッケルスセルに印可する電圧によ
り任意に変えることができる。

【００６４】実施の形態１１．次に、図１４はこの発明
の実施の形態１１による自己補償形レーザ共振器を示す
構成図である。図において、４２はレーザ共振器に単波
長の光、即ちシーダ（Ｓｅｅｄｅｒ）光を入射させるシ
ーダ光発生装置であり、このシーダ光発生装置４２は、
例えば光ファイバ等により構成されたシーダ光用光路
（図示せず）を介して偏光反射鏡３４の光路Ｌ４との交
点にシーダ光を入射する。入射されたシーダ光は、偏光
反射鏡３４で反射されて光路Ｌ４上を進む。他の構成
は、実施の形態７と同様である。

【００６５】次に、動作について説明する。レーザ媒質
２３は、励起光源２４により励起され、レーザ共振器の
安定したモードに結合することにより、レーザ発振を生
じる。しかし、励起されたレーザ媒質２３から初期に放
出される光は、蛍光と呼ばれる自然放出光のみであり、
この自然放出光をレーザ共振器内で周回させて徐々に増
幅するには長時間を要する。また、自然放出光は、色々
な波長を含んでおり、それぞれの波長が増幅されてしま
う。

【００６６】そこで、シーダ光発生装置４２で生成され
た単波長のシーダ光を、運転開始時にレーザ共振器に入
射する。入射されたシーダ光は、レーザ共振器内を周回
して増幅され、シーダ光と同じ周回方向の発振モードに
レーザ発振を生じる。これに対し、シーダ光と反対方向
に周回する光は自然放出光のみであり、この自然放出光
が増幅されレーザ発振を生ずるためには長い時間を必要
とする。従って、シーダ光と反対方向に周回する安定モ
ードがレーザ発振する前に、シーダ光と同じ方向に周回
する安定モードのレーザ発振によりレーザ媒質２３に蓄
えられたエネルギーが費やされるため、レーザ発振はシ
ーダ光と同じ方向に規定される。

【００６７】このように、レーザ共振器にシーダ光を入
射することにより、レーザ光がレーザ共振器を周回する
方向を一方向に規定することができ、また単波長で高品
質なレーザ光を得ることができる。また、レーザ出力用
の偏光反射鏡３４をシーダ光の入射用に利用できるた
め、少ない光学部品でレーザ光の周回方向を一方向に規
定でき、レーザ品質を向上させることができるととも
に、レーザ共振器を小形化することができる。

【００６８】実施の形態１２．次に、図１５はこの発明
の実施の形態１２による自己補償形レーザ共振器を示す
構成図である。図において、４５は光路Ｌ４の途中に設
けられ、レーザ光のビーム径を変換するビーム径変換装
置であり、このビーム径変換装置４５は、例えば図１６
に示すように、凹レンズ４６と凸レンズ４７とを有して
いる。

【００６９】ここで、凹レンズ４６の焦点距離を−ｆ
１、凸レンズ４７の焦点距離をｆ２、凹レンズ４６と凸
レンズ４７との間隔をＤとすると、ビーム径変換装置４
５の焦点距離ｆは、ｆ＝（−ｆ１×ｆ２）／（−ｆ１＋
ｆ２−Ｄ）で表される。Ｄ＝ｆ２−ｆ１のとき、ビーム
径変換装置４５の焦点距離は∞となり、凹レンズ４６側
のビーム径を１とした場合、凸レンズ４７側のビーム径
はｆ２／ｆ１倍に変換される。従って、凹レンズ４６及
び凸レンズ４７の焦点距離を適当に選択することによ
り、ビーム径を自由に調節することができる。

【００７０】このようなレーザ共振器の発振モードは、
レーザ共振器を周回するレーザ光のビーム径に依存する
ので、ビーム径変換装置４５の変換倍率を調整すること
により、レーザ共振器の発振モードを調整することがで
きる。また、レーザ共振器の発振モードを調整すること
により、レーザ共振器を周回するレーザ光のビームの形
状を調整することが容易となる。

【００７１】なお、上記の例ではビーム変換装置４５を
光路Ｌ４に配置したが、光路Ｌ１〜Ｌ４のいずれに配置
してもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
自己補償形レーザ共振器は、互いに直角に配置された第
１及び第２の反射面を有する第１の反射装置と、互いに
直角に配置された第３及び第４の反射面を有する第２の
反射装置とを稜線がほぼ直交するように互いに対向さ
せ、第１の反射面と第３の反射面との間にレーザ媒質を
配置したので、レーザ媒質から第１の反射面へ向けて出
射されたレーザ光が、第１の反射面、第２の反射面、第
３の反射面、第４の反射面、第２の反射面、第１の反射
面、第４の反射面及び第３の反射面の順に反射されてレ
ーザ媒質に入射され、レーザ光が反射装置の稜線上を通
らず、従って稜線の回折による損失がなく、レーザ光の
利用効率の低下を防止することができる。また、レーザ
光が稜線により切断されないため、レーザ光の品質を向
上させることができる。さらに、レーザ共振器の構造を
簡単にして小形化を図ることができる。

【００７３】請求項２の発明の自己補償形レーザ共振器
は、互いに直角に配置された２つの平面反射鏡をそれぞ
れ有する第１及び第２の反射装置を用いたので、レーザ
共振器全体を軽量化することができる。

【００７４】請求項３の発明の自己補償形レーザ共振器
は、２つの平面反射鏡を、それぞれ互いに間隔をおいて
配置し、連結部材により互いに連結したので、２つの平
面反射鏡を直接交差させて固定する必要がなく、反射装
置を小形化することができる。

【００７５】請求項４の発明の自己補償形レーザ共振器
は、第１及び第２の反射装置としてプリズムを用いたの
で、反射面の角度のずれが生じにくく、安定した自己補
償形レーザ共振器を得ることができる。また、対角の関
係にある光路では、反射面での反射による偏光状態の変
化がないため、レーザ共振器の設計が容易になる。

【００７６】請求項５の発明の自己補償形レーザ共振器
は、プリズムの第１及び第２の稜線の部分を削除したの
で、反射装置を小形化することができる。

【００７７】請求項６の発明の自己補償形レーザ共振器
は、レーザ光の光路に、レーザ光を一方向にのみ透過す
るアイソレータを設けたので、レーザ共振器を周回する
レーザ光の方向を一方向に規定することができ、レーザ
光を安定させることができる。

【００７８】請求項７の発明の自己補償形レーザ共振器
は、第１ないし第４の反射面のいずれか１つの反射面
に、レーザ出力用の部分反射鏡を設けたので、簡単な構
造で容易にレーザ光を出力することができる。

【００７９】請求項８の発明の自己補償形レーザ共振器
は、第１ないし第４の反射面のいずれかの反射面に、レ
ーザ光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分のうちのいずれか一
方を選択的に透過して外部へ出力し、他方を反射する偏
光反射手段を設け、かつレーザ光の光路に、偏光反射手
段に対してレーザ光を任意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光
成分とに分ける偏光成分調整手段を設けたので、レーザ
共振器の外部に出力されるレーザ光の割合を任意に変え
ることができる。

【００８０】請求項９の発明の自己補償形レーザ共振器
は、レーザ光の光路に、レーザ光のＰ偏光成分及びＳ偏
光成分のうちのいずれか一方を選択的に透過し、他方を
反射して外部へ出力する偏光反射手段を設け、かつレー
ザ光の光路に、偏光反射手段に対してレーザ光を任意の
割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光成分調整
手段を設けたので、レーザ共振器の外部に出力されるレ
ーザ光の割合を任意に変えることができる。

【００８１】請求項１０の発明の自己補償形レーザ共振
器は、レーザ光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分のうちのい
ずれか一方を選択的に透過し、他方を反射して外部へ出
力する２つの偏光反射手段、ファラデローテータ及び１
／２波長板を有し、レーザ光を一方向にのみ透過するア
イソレータと、このアイソレータに対してレーザ光を任
意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける偏光成分
調整手段とを、レーザ光の光路に設けたので、レーザ共
振器の外部に出力されるレーザ光の割合を任意に変える
ことができるとともに、レーザ共振器を周回するレーザ
光の方向を一方向に規定することができ、レーザ光を安
定させることができる。また、アイソレータの偏光反射
手段をレーザ光の出力用に兼用したので、光学部品を少
なくしてレーザ光の損失を少なくして効率を上げること
ができるとともに、全体を小形化することができる。

【００８２】請求項１１の発明の自己補償形レーザ共振
器は、偏光成分調整手段として１／２波長板を用いたの
で、簡単な構造でレーザ光を任意の割合でＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分とに分けることができる。

【００８３】請求項１２の発明の自己補償形レーザ共振
器は、偏光成分調整手段として、印可された電圧により
複屈折効果が得られる複屈折素子を用いたので、Ｐ偏光
成分とＳ偏光成分との割合を容易に調整することができ
る。

【００８４】請求項１３の発明の自己補償形レーザ共振
器は、シーダ光発生装置で発生したシーダ光を偏光反射
手段からレーザ光の光路に入射させるようにしたので、
レーザ光がレーザ共振器を周回する方向を一方向に規定
することができ、また単波長で高品質なレーザ光を得る
ことができる。また、レーザ出力用の偏光反射手段をシ
ーダ光の入射用に利用できるため、少ない光学部品でレ
ーザ光の周回方向を一方向に規定でき、レーザ品質を向
上させ、損失を少なくして効率を上げることができると
ともに、レーザ共振器を小形化することができる。

【００８５】請求項１４の発明の自己補償形レーザ共振
器は、レーザ光の光路に、レーザ光のビーム径を変換す
るビーム径変換装置を設けたので、レーザ共振器の発振
モードを調整して、レーザ共振器を周回するレーザ光の
ビームの形状を調整することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による自己補償形レ
ーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図２】図１の反射装置の一例を示す斜視図である。

【図３】この発明の実施の形態２による自己補償形レ
ーザ共振器の反射装置を示す斜視図である。

【図４】この発明の実施の形態３による自己補償形レ
ーザ共振器の反射装置を示す斜視図である。

【図５】この発明の実施の形態４による自己補償形レ
ーザ共振器の反射装置を示す斜視図である。

【図６】この発明の実施の形態５による自己補償形レ
ーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図７】この発明の実施の形態６による自己補償形レ
ーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図８】図７の自己補償形レーザ共振器におけるレー
ザ光の偏光成分の変化を示す説明図である。

【図９】この発明の実施の形態７による自己補償形レ
ーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態８による自己補償形
レーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図１１】この発明の実施の形態９による自己補償形
レーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図１２】図１１のアイソレータの原理を説明する説
明図である。

【図１３】この発明の実施の形態１０による自己補償
形レーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図１４】この発明の実施の形態１１による自己補償
形レーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図１５】この発明の実施の形態１２による自己補償
形レーザ共振器を示す概略の構成図である。

【図１６】図１５のビーム径変換装置の一例を示す構
成図である。

【図１７】従来のレーザ共振器の一例を示す構成図で
ある。

【図１８】図１７の一方の反射鏡が傾斜した場合を示
す構成図である。

【図１９】従来の自己補償形レーザ共振器の一例を示
す構成図である。

【図２０】図１９のルーフプリズムに入射したレーザ
光の反射状態を示す説明図である。

【図２１】図２０のルーフプリズムが傾斜した状態を
示す説明図である。

【符号の説明】

２１第１の反射装置、２１ａ第１の反射面、２１ｂ
第２の反射面、２１ｃ第１の稜線、２２第２の反
射装置、２２ａ第３の反射面、２２ｂ第４の反射
面、２２ｃ第２の稜線、２３レーザ媒質、２４光
源、２５，２６ルーフプリズム、２５ａ，２６ａ入射
面、２５ｂ，２５ｃ，２６ｂ，２６ｃ反射面、２７，２
８，２９，３０平面反射鏡、３１連結部材、３２
部分反射鏡、３３，，３９，４１１／２波長板（偏光
成分調整手段）、３４偏光反射鏡（偏光反射手段）、
３５複屈折素子（偏光成分調整手段）、３６アイソ
レータ、３７第１の偏光反射鏡（偏光反射手段）、３
８ファラデローテータ、４０第２の偏光反射鏡（偏
光反射手段）、４２シーダ光発生装置、４５ビーム径
変換装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに直角に配置された第１及び第２の
反射面を有する第１の反射装置と、互いに直角に配置された第３及び第４の反射面を有し、
上記第１の反射装置に対向している第２の反射装置と、上記第１の反射面と第３の反射面との間に設けられてい
るレーザ媒質と、このレーザ媒質を励起する光源とを備え、上記第３及び
第４の反射面を含む２つの平面がなす第２の稜線は、上
記第１及び第２の反射面を含む２つの平面がなす第１の
稜線にほぼ直交する面に含まれており、上記レーザ媒質
から上記第１の反射面へ向けて出射されたレーザ光は、
上記第１の反射面、上記第２の反射面、上記第３の反射
面、上記第４の反射面、上記第２の反射面、上記第１の
反射面、上記第４の反射面及び上記第３の反射面の順に
反射されて上記レーザ媒質に入射されることを特徴とす
る自己補償形レーザ共振器。
【請求項２】第１及び第２の反射装置は、互いに直角
に配置された２つの平面反射鏡をそれぞれ有しているこ
とを特徴とする請求項１記載の自己補償形レーザ共振
器。
【請求項３】各反射装置の２つの平面反射鏡は、それ
ぞれ互いに間隔をおいて配置され、連結部材により互い
に連結されていることを特徴とする請求項２記載の自己
補償形レーザ共振器。
【請求項４】第１及び第２の反射装置は、それぞれレ
ーザ光の入射面と、互いに直角に配置された２つの反射
面とを有するプリズムであることを特徴とする請求項１
記載の自己補償形レーザ共振器。
【請求項５】プリズムの第１及び第２の稜線の部分が
削除されていることを特徴とする請求項４記載の自己補
償形レーザ共振器。
【請求項６】レーザ光の光路には、レーザ光を一方向
にのみ透過するアイソレータが設けられていることを特
徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の自
己補償形レーザ共振器。
【請求項７】第１ないし第４の反射面のいずれか１つ
の反射面には、レーザ出力用の部分反射鏡が設けられて
いることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれ
かに記載の自己補償形レーザ共振器。
【請求項８】第１ないし第４の反射面のいずれかの反
射面には、レーザ光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分のうち
のいずれか一方を選択的に透過して外部へ出力し、他方
を反射する偏光反射手段が設けられており、かつ上記レ
ーザ光の光路には、上記偏光反射手段に対して上記レー
ザ光を任意の割合でＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分ける
偏光成分調整手段が設けられていることを特徴とする請
求項１ないし請求項６のいずれかに記載の自己補償形レ
ーザ共振器。
【請求項９】レーザ光の光路には、レーザ光のＰ偏光
成分及びＳ偏光成分のうちのいずれか一方を選択的に透
過し、他方を反射して外部へ出力する偏光反射手段が設
けられており、かつ上記レーザ光の光路には、上記偏光
反射手段に対して上記レーザ光を任意の割合でＰ偏光成
分とＳ偏光成分とに分ける偏光成分調整手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいず
れかに記載の自己補償形レーザ共振器。
【請求項１０】レーザ光の光路には、レーザ光のＰ偏
光成分及びＳ偏光成分のうちのいずれか一方を選択的に
透過し、他方を反射して外部へ出力する２つの偏光反射
手段、ファラデローテータ及び１／２波長板を有し、レ
ーザ光を一方向にのみ透過するアイソレータと、このア
イソレータに対して上記レーザ光を任意の割合でＰ偏光
成分とＳ偏光成分とに分ける偏光成分調整手段とが設け
られていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の
いずれかに記載の自己補償形レーザ共振器。
【請求項１１】偏光成分調整手段は、１／２波長板で
あることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいず
れかに記載の自己補償形レーザ共振器。
【請求項１２】偏光成分調整手段は、印可された電圧
により複屈折効果が得られる複屈折素子であることを特
徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の
自己補償形レーザ共振器。
【請求項１３】偏光反射手段からレーザ光の光路にシ
ーダ光を入射させるシーダ光発生装置を備えていること
を特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれかに記
載の自己補償形レーザ共振器。
【請求項１４】レーザ光の光路には、レーザ光のビー
ム径を変換するビーム径変換装置が設けられていること
を特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記
載の自己補償形レーザ共振器。