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激光振蕩器以及激光放大器的制作方法

文檔序號(hào):6990497閱讀:286來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:激光振蕩器以及激光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及產(chǎn)生激光的激光振蕩器。另外,本發(fā)明涉及對(duì)激光進(jìn)行放大的激光放大器。
背景技術(shù)
在以往的激光振蕩器中,為了從増益分布上具有各向異性或者不均勻性的激光介質(zhì)取出各向同性優(yōu)良的激光,在光諧振器內(nèi)的光路中使用多個(gè)反射鏡來(lái)構(gòu)成像旋轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng),將光軸作為旋轉(zhuǎn)軸,以將激光的強(qiáng)度分布旋轉(zhuǎn)為期望的角度的狀態(tài)穿過(guò)激光介質(zhì),從而補(bǔ)償增益分布的各向異性,產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的激光(例如,專利文獻(xiàn)1)。另外,在以往的激光放大器中,構(gòu)成使用了正交型反射鏡的反轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng),使光束以空間方式反轉(zhuǎn),從而降低了激光介質(zhì)的非対稱性的影響(例如,專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平5-275778號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2003-115627號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)平3-66185號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在以往的激光振蕩器中,使用多個(gè)反射鏡來(lái)構(gòu)成像旋轉(zhuǎn)光學(xué)系統(tǒng),所以光諧振器的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,而且反射鏡的角度調(diào)整也顯著煩雜,裝置的組裝性、保養(yǎng)性降低。另外,根據(jù)激光的旋轉(zhuǎn),偏振光的極化面也會(huì)旋轉(zhuǎn),所以難以取出直線偏振的激光。進(jìn)而,所使用的反射鏡的數(shù)量増加,所以即使在某ー個(gè)反射鏡中產(chǎn)生了微少的角度偏移的情況下,與反射鏡的數(shù)量相應(yīng)地,光諧振器內(nèi)的光軸角度也會(huì)幾何性地變化,存在激光輸出變得不穩(wěn)定的傾向。另外,與所使用的反射鏡的數(shù)量相應(yīng)地,需要許多具備用于保持并調(diào)整反射鏡的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的反射鏡保持架,導(dǎo)致裝置的制造成本増加、大型化。本發(fā)明的目的在于提供ー種激光振蕩器,能夠通過(guò)簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu),補(bǔ)償激光介質(zhì)中的光學(xué)特性的各向異性,并穩(wěn)定地產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光。另外,本發(fā)明的目的在于提供一種激光放大器,能夠通過(guò)簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu),補(bǔ)償激光介質(zhì)中的光學(xué)特性的各向異性,并對(duì)各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光穩(wěn)定地進(jìn)行放大。為了達(dá)成上述目的,在本發(fā)明的第1方式中,提供ー種激光振蕩器,具備往返型的光諧振器,具有反射反射鏡以及輸出反射鏡;激光介質(zhì),設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于對(duì)光進(jìn)行放大;以及偏振光選擇元件,設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于將振蕩光規(guī)定為直線偏振光,反射反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式,配置了偏振光選擇元件,以振蕩光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線為平行的方式,配置了正交型反射
^Mi ο
在本發(fā)明的第2方式中,提供ー種激光振蕩器,具備往返型的光諧振器,具有反射反射鏡以及輸出反射鏡;激光介質(zhì),設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于對(duì)光進(jìn)行放大;以及偏振光選擇元件,設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于將振蕩光規(guī)定為直線偏振光,反射反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為垂直的方式,配置了偏振光選擇元件,以振蕩光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線為垂直的方式,配置了正交型反射
^Mi ο在本發(fā)明的第3方式中,提供ー種激光振蕩器,具備往返型的光諧振器,具有反射反射鏡以及輸出反射鏡;激光介質(zhì),設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于對(duì)光進(jìn)行放大;以及偏振光選擇元件,設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于將振蕩光規(guī)定為直線偏振光,反射反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式,配置了偏振光選擇元件,在正交型反射鏡的各反射面形成了反射膜,該反射膜使得在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差。上述方式所涉及的激光振蕩器是激光氣流的方向被設(shè)定在相對(duì)光諧振器的光軸垂直的第1方向、放電方向被設(shè)定在相對(duì)光軸以及第1方向垂直的第2方向的正交型氣體激光振蕩器,所述基準(zhǔn)軸被設(shè)定為相對(duì)放電方向以45度的角度交叉。在本發(fā)明的第4方式中,提供一種激光放大器,具備折返反射鏡,用于對(duì)沿著規(guī)定的光軸行進(jìn)的直線偏振的激光沿著相同的光軸進(jìn)行反射;以及激光介質(zhì),用于對(duì)沿著光軸行進(jìn)的激光進(jìn)行放大,折返反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以正交型反射鏡的谷線相對(duì)于在與所述光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式,進(jìn)而以激光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線成為45度的方式,配置了正交型反射鏡。上述方式所涉及的激光放大器是激光氣流的方向被設(shè)定在相對(duì)激光的光軸垂直的第1方向、放電方向被設(shè)定在相對(duì)光軸以及第1方向垂直的第2方向的正交型氣體激光放大器,所述基準(zhǔn)軸被設(shè)定為相對(duì)放電方向以45度的角度交叉。根據(jù)本發(fā)明,能夠在激光的去路與歸路之間,通過(guò)正交型反射鏡的設(shè)置角度,使激光的強(qiáng)度分布繞光軸旋轉(zhuǎn)為期望的角度。因此,即使激光介質(zhì)的增益分布在空間上非対稱, 也能夠緩和對(duì)激光的光學(xué)特性造成的影響,能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生或者放大各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的立體圖。圖2是示出在圖1中沿著光諧振器的光軸方向觀察了 90度折彎反射鏡3時(shí)的配置關(guān)系的說(shuō)明圖。圖3是示出正交型反射鏡1的光學(xué)作用的說(shuō)明圖。圖4是示出激光介質(zhì)的小信號(hào)増益分布的說(shuō)明圖。圖5是示出從光諧振器由球面反射鏡構(gòu)成的以往的激光振蕩器得到的激光的強(qiáng)度分布的圖像。圖6是從實(shí)施方式1的激光振蕩器得到的激光的強(qiáng)度分布的圖像。圖7是示出在實(shí)施方式2中沿著光諧振器的光軸方向觀察了 90度折彎反射鏡3 時(shí)的配置關(guān)系的說(shuō)明圖。圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的立體圖。圖9是示出在圖8中沿著光諧振器的光軸方向觀察了 90度折彎反射鏡3時(shí)的配置關(guān)系的說(shuō)明圖。圖10是示出在實(shí)施方式4中沿著光諧振器的光軸方向觀察了 90度折彎反射鏡3 時(shí)的配置關(guān)系的說(shuō)明圖。圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的立體圖。圖12是示出正交型反射鏡1的光學(xué)作用的說(shuō)明圖。圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的立體圖。(符號(hào)說(shuō)明)1 正交型反射鏡;2 部分反射反射鏡;3 90度折彎反射鏡;4 激光;7 高頻電源;8 供電線;9 氣流的方向;11 輝光放電;12 沿著χ方向的小信號(hào)増益分布;13 沿著y 方向的小信號(hào)増益分布;14 基準(zhǔn)軸;15 偏振光分束器;41,42,461,471 偏振方向;46 去路的激光;47 歸路的激光;51、52 電介體板;61、62 放電電極;101 谷線;102 第1反射面;103 第2反射面;401 入射光;402 射出光;411、421 =S偏振光分量;412、432 =P偏振光分量。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1.圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的立體圖。激光振蕩器具備光諧振器,具有正交型反射鏡1以及部分反射反射鏡2 ;激光氣體,被供給到放電電極61、62之間,作為激光介質(zhì)發(fā)揮功能;以及90度折彎反射鏡3,作為偏振光選擇元件發(fā)揮功能。在此,為易于理解,以將激光氣流的方向設(shè)為χ方向、將放電電極61、62的放電方向設(shè)為y方向、將部分反射反射鏡2與90度折彎反射鏡3之間的光軸設(shè)為ζ方向的正交型氣體激光振蕩器為例子而進(jìn)行說(shuō)明。部分反射反射鏡2作為將由光諧振器振蕩出的激光的一部分作為激光4而取出到外部的輸出反射鏡發(fā)揮功能。以光諧振器的一方為末端的正交型反射鏡1具有正交的2個(gè)反射面,將兩個(gè)反射面交叉的線在本說(shuō)明書中稱為“谷線”。90度折彎反射鏡3在途中使光諧振器的光軸折彎為90度,并且在其反射面設(shè)置了如下反射膜,該反射膜是使以入射角45度入射的光的S偏振光分量(與光入射面垂直的偏振光分量)的反射率比P偏振光分量(與光入射面平行的偏振光分量)的反射率高的反射膜。因此,在光諧振器內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩時(shí),P偏振光的光學(xué)損耗比S偏振光増加,其結(jié)果,選擇性地振蕩出具有符號(hào)41所示的偏振方向的直線偏振的激光。在本實(shí)施方式中,以正交型反射鏡1的谷線相對(duì)激光的偏振方向41平行的方式, 配置了正交型反射鏡1。放電電極61、62分別設(shè)置在與電介體板51、52的對(duì)向面相反的背面,經(jīng)由供電線8 而與高頻電源7連接。如果對(duì)放電電極61、62之間施加交變電壓,則形成均勻的輝光放電。 在放電電極61、62之間,在箭頭9所示的方向上被供給有激光氣體,如果通過(guò)輝光放電而激光氣體中的分子或者原子被激勵(lì)到激光上能級(jí),則呈現(xiàn)光的放大作用。例如,在作為激光氣體使用了包含(X)2分子的混合氣體的情況下,通過(guò)(X)2分子的振動(dòng)能級(jí)間的遷移而得到波長(zhǎng) 10.6μπι的激光振蕩光。圖2是示出在圖1中從部分反射反射鏡2朝向-ζ方向觀察了 90度折彎反射鏡3 時(shí)的配置關(guān)系的說(shuō)明圖。在放電電極61、62之間產(chǎn)生輝光放電11,在與光軸正交的xy面內(nèi)放電方向成為y方向,將基準(zhǔn)軸14設(shè)定為相對(duì)該y方向?yàn)?5度角度的方向。另外,以激光振蕩光的偏振方向41相對(duì)該基準(zhǔn)軸14為平行的方式,設(shè)定了 90度折彎反射鏡3的設(shè)置角度。進(jìn)而,以沿著通過(guò)90度折彎反射鏡3折彎了 90度的光軸行進(jìn)的激光振蕩光的偏振方向41相對(duì)正交型反射鏡1的谷線為平行的方式,設(shè)定了正交型反射鏡1的設(shè)置角度。圖3是示出正交型反射鏡1的光學(xué)作用的說(shuō)明圖。在此,為易于理解,假設(shè)入射光 401的強(qiáng)度分布具有相對(duì)谷線101向左傾斜了 45度的B字型的剖面形狀。入射光401朝向正交型反射鏡1的谷線101行迸,碰撞到2個(gè)反射面。此時(shí),在左反射面上反射的光在右反射面上再次反射而向紙面這邊行迸。另ー方面,在右反射面上反射的光在左反射面上再次反射而向紙面這邊行迸。這樣,射出光402以谷線101為基準(zhǔn)軸而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn),具有鏡像反轉(zhuǎn)B字型相對(duì)谷線向右傾斜了 45度那樣的剖面形狀。因此,能夠通過(guò)任意設(shè)定正交型反射鏡1的谷線101相對(duì)入射光401的設(shè)置角度, 來(lái)使入射光401的鏡面對(duì)稱像即射出光402旋轉(zhuǎn)為任意的角度。返回圖2,基準(zhǔn)軸14被設(shè)定為相對(duì)y軸成為45度角度的方向,相對(duì)該基準(zhǔn)軸14, 平行地設(shè)定激光的偏振方向41,并相對(duì)該偏振方向41,平行地設(shè)定正交型反射鏡1的谷線。從部分反射反射鏡2朝向-ζ方向的去路的激光在90度折彎反射鏡3上反射而入射到正交型反射鏡1,在此以谷線101為基準(zhǔn)軸而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn),再次在90度折彎反射鏡 3上反射,成為朝向ζ方向的歸路的激光。該歸路的激光相比于去路的激光,相對(duì)基準(zhǔn)軸14 線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn)。在該情況下,以y軸為基準(zhǔn),歸路的激光等于使去路的激光的鏡面對(duì)稱像繞光軸旋轉(zhuǎn)了 90度的像。另ー方面,由干與直線偏振光的偏振方向41平行地設(shè)置了正交型反射鏡1的谷線 101,所以不會(huì)由于正交反射鏡1的反射作用而偏振方向發(fā)生變化。不依賴于去路的激光的旋轉(zhuǎn)角度。因此,在向正交型反射鏡1的入射前后,能夠恒定地維持直線偏振光的偏振方向 41。圖4是示出激光介質(zhì)的小信號(hào)増益分布的說(shuō)明圖。在與光軸正交的xy面內(nèi),將輝光放電方向設(shè)定在y方向,將氣流的方向設(shè)定在χ方向。判斷出小信號(hào)増益分布沿著y方向呈現(xiàn)大致恒定的分布,但沿著Χ方向大幅變化。這是因?yàn)?,在激光氣體穿過(guò)輝光放電11 中時(shí),隨著穿過(guò)時(shí)間的増加,激光上能級(jí)被逐步積蓄。其結(jié)果,小信號(hào)増益成為如下的山型的分布形狀在輝光放電11的氣體上游側(cè)低,在氣體下游側(cè)最高,在輝光放電11的外側(cè)逐漸降低。這樣,判斷出在正交型氣體激光振蕩器中,沿著y方向的小信號(hào)増益分布13和沿著χ方向的小信號(hào)増益分布12大幅不同。圖5是示出從光諧振器由球面反射鏡構(gòu)成的以往的激光振蕩器得到的激光的強(qiáng)度分布的圖像。圖6是示出從實(shí)施方式1的激光振蕩器得到的激光的強(qiáng)度分布的圖像。在以往的激光振蕩器中,如圖4的說(shuō)明,判斷出沿著y方向的均勻的小信號(hào)増益分布的影響大幅作用,相比于χ方向,在y方向上產(chǎn)生高次的橫摸。另ー方面,在本實(shí)施方式的激光振蕩器中,以y軸為基準(zhǔn),歸路的激光等于使去路的激光的鏡面對(duì)稱像繞光軸旋轉(zhuǎn)了 90度的像,所以沿著y方向的小信號(hào)増益分布13的影響和沿著χ方向的小信號(hào)増益分布12的影響被平均化。其結(jié)果,如圖6所示,在χ方向以及y方向上,高次的橫模都被抑制,能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光。另外,在本實(shí)施方式中,以正交型反射鏡1的谷線相對(duì)激光的偏振方向41為平行的方式,配置了正交型反射鏡1。因此,在向正交型反射鏡1的入射前后,偏振方向被維持為恒定,所以能夠可靠地維持光諧振器中的直線偏振振蕩。廣泛地已知在向表面由鏡面構(gòu)成的一般的材料斜入射了光的情況下,相比于P偏振光,S偏振光的反射率更高。在本實(shí)施方式中,由于針對(duì)正交型反射鏡1,激光始終以S偏振光入射,所以具有如下優(yōu)點(diǎn)相比于以 P偏振光入射的其他結(jié)構(gòu),不僅易于得到高的反射率,而且直線偏振光的選擇能力進(jìn)ー步提高,能夠維持高的直線偏振率。進(jìn)而,由于正交型反射鏡1的光學(xué)特性,即使在正交型反射鏡1中產(chǎn)生了以谷線 101為旋轉(zhuǎn)軸的角度偏移,也不會(huì)在向正交型反射鏡1的入射光與反射光之間產(chǎn)生角度偏移。因此,相比于使用平面反射鏡或者球面反射鏡作為光諧振器的末端反射鏡的以往的激光振蕩器,難以產(chǎn)生因機(jī)械振動(dòng)等干擾而引起的光軸偏移,對(duì)激光輸出帶來(lái)的影響變小,激光輸出的穩(wěn)定性提高。其結(jié)果,光諧振器的對(duì)準(zhǔn)靈敏度降低,光軸調(diào)整也變得格外容易。實(shí)施方式2.在本實(shí)施方式中,說(shuō)明在實(shí)施方式1中基準(zhǔn)軸14的角度設(shè)定為任意的情況。在上述實(shí)施方式1中,為易于理解,以如下情況為例子而進(jìn)行了說(shuō)明在與光軸正交的xy面內(nèi), 將基準(zhǔn)軸14設(shè)定在放電電極61、62的放電方向、即相對(duì)y方向?yàn)?5度角度的方向。但是,基準(zhǔn)軸14也可以設(shè)定在相對(duì)y方向?yàn)?5度角度以外的方向,優(yōu)選設(shè)定為最能夠減輕激光介質(zhì)中的小信號(hào)増益、折射率等光學(xué)特性的不均勻性的影響的角度。例如,如圖7所示,在與光軸正交的xy面內(nèi),將基準(zhǔn)軸14設(shè)定在相對(duì)y方向形成角度θ的方向的情況下,通過(guò)調(diào)整90度折返反射鏡3的設(shè)置角度,以偏振方向相對(duì)基準(zhǔn)軸 14為平行的方式選擇直線偏振光41,并且以使該直線偏振光41和谷線為平行的方式設(shè)置正交型反射鏡1,從而得到與實(shí)施方式1同樣的效果。實(shí)施方式3.圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的立體圖。激光振蕩器具備光諧振器,具有正交型反射鏡1以及部分反射反射鏡2 ;激光氣體,被供給到放電電極61、62之間,作為激光介質(zhì)發(fā)揮功能;以及90度折彎反射鏡3,作為偏振光選擇元件發(fā)揮功能。在此,為易于理解,以將激光氣流的方向設(shè)為χ方向、將放電電極61、62的放電方向設(shè)為y方向、將部分反射反射鏡2與90度折彎反射鏡3之間的光軸設(shè)為ζ方向的正交型氣體激光振蕩器為例子而進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式中的各個(gè)構(gòu)成要素與實(shí)施方式1相同,所以省略重復(fù)說(shuō)明。在本實(shí)施方式中,以正交型反射鏡1的谷線相對(duì)激光的偏振方向41為垂直的方式,配置正交型反射鏡1。圖9是在圖8中從部分反射反射鏡2朝向-ζ方向觀察了 90度折彎反射鏡3時(shí)的配置關(guān)系的說(shuō)明圖。在放電電極61、62之間產(chǎn)生輝光放電,在與光軸正交的xy面內(nèi),放電方向成為y方向,將基準(zhǔn)軸14設(shè)定在相對(duì)該y方向?yàn)?5度角度的方向。然后,以激光振蕩光的偏振方向41相對(duì)該基準(zhǔn)軸14為垂直的方式,設(shè)定90度折彎反射鏡3的設(shè)置角度。進(jìn)而,以沿著通過(guò)90度折彎反射鏡3折彎了 90度的光軸行進(jìn)的激光振蕩光的偏振方向41相對(duì)正交型反射鏡1的谷線為垂直的方式,設(shè)定正交型反射鏡1的設(shè)置角度。從部分反射反射鏡2朝向-ζ方向的去路的激光在90度折彎反射鏡3上反射而入射到正交型反射鏡1,在此以正交型反射鏡1的谷線為基準(zhǔn)軸而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn),再次在90 度折彎反射鏡3上反射,成為朝向ζ方向的歸路的激光。該歸路的激光相比于去路的激光相對(duì)基準(zhǔn)軸14線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn)。在該情況下,以y軸為基準(zhǔn),歸路的激光等于使去路的激光的鏡面對(duì)稱像繞光軸旋轉(zhuǎn)了 90度的像。因此,如圖6所示,沿著y方向的小信號(hào)増益分布13的影響和沿著χ方向的小信號(hào)増益分布12的影響被平均化。其結(jié)果,在χ方向以及 y方向上,高次的橫模都被抑制,能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光。另ー方面,與直線偏振光的偏振方向41垂直地設(shè)置了正交型反射鏡1的谷線101, 所以不會(huì)由于正交反射鏡1的反射作用而偏振方向發(fā)生變化。不依賴于去路的激光的旋轉(zhuǎn)角度。因此,能夠在向正交型反射鏡1的入射前后,恒定地維持直線偏振光的偏振方向41, 能夠可靠地維持光諧振器中的直線偏振振蕩。進(jìn)而,由于正交型反射鏡1的光學(xué)特性,即使在正交型反射鏡1中產(chǎn)生了以谷線 101為旋轉(zhuǎn)軸的角度偏移,在向正交型反射鏡1的入射光與反射光之間也不會(huì)產(chǎn)生角度偏移。因此,難以產(chǎn)生因機(jī)械振動(dòng)等干擾而引起的光軸偏移,對(duì)激光輸出帶來(lái)的影響變小,激光輸出的穩(wěn)定性提高。其結(jié)果,光諧振器的對(duì)準(zhǔn)靈敏度降低,光軸調(diào)整也變得格外容易。實(shí)施方式4.在本實(shí)施方式中,說(shuō)明在實(shí)施方式3中基準(zhǔn)軸14的角度設(shè)定為任意的情況。在上述實(shí)施方式3中,為易于理解,以如下情況為例子而進(jìn)行了說(shuō)明在與光軸正交的xy面內(nèi), 將基準(zhǔn)軸14設(shè)定在放電電極61、62的放電方向、即相對(duì)y方向?yàn)?5度角度的方向。但是,基準(zhǔn)軸14也可以設(shè)定在相對(duì)y方向?yàn)?5度角度以外的方向,優(yōu)選設(shè)定為最能夠減輕激光介質(zhì)中的小信號(hào)増益、折射率等光學(xué)特性的不均勻性的影響的角度。例如,如圖10所示,在與光軸正交的xy面內(nèi),將基準(zhǔn)軸14設(shè)定在相對(duì)y方向形成角度θ的方向的情況下,通過(guò)調(diào)整90度折返反射鏡3的設(shè)置角度,以偏振方向相對(duì)基準(zhǔn)軸 14為垂直的方式選擇直線偏振光41,并且以使該直線偏振光41和谷線為垂直的方式設(shè)置正交型反射鏡1,從而得到與實(shí)施方式3同樣的效果。實(shí)施方式5.
圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的立體圖。激光振蕩器具備光諧振器,具有正交型反射鏡1以及部分反射反射鏡2;激光氣體,被供給到放電電極61、62之間,作為激光介質(zhì)發(fā)揮功能;以及90度折彎反射鏡3,作為偏振光選擇元件發(fā)揮功能。在此,為易于理解,以將激光氣流的方向設(shè)為χ方向、將放電電極61、62的放電方向設(shè)為y方向、將部分反射反射鏡2與90度折彎反射鏡3之間的光軸設(shè)為ζ方向的正交型氣體激光振蕩器為例子而進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式中的各個(gè)構(gòu)成要素與實(shí)施方式1相同,所以省略重復(fù)說(shuō)明。在本實(shí)施方式中,在正交型反射鏡1的反射面中,形成了反射膜,該反射膜使以入射角45度入射的激光在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差。另外,90度折彎反射鏡3使光諧振器的光軸向-y方向折彎90度,并且在其前后選擇了與χ方向平行的直線偏振光41。 進(jìn)而,以振蕩光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡1的谷線為45度的方式,配置正交型反射鏡 1。圖12是示出本實(shí)施方式的正交型反射鏡1的光學(xué)作用的說(shuō)明圖。入射到正交型反射鏡1的直線偏振光41可以分離為針對(duì)正交型反射鏡1的第1反射面102以S偏振光入射的分量411、和以P偏振光入射的分量412而考慮。在此,設(shè)想如下情況在正交型反射鏡1的各反射面中,形成了在S偏振光分量 411和P偏振光分量412中不產(chǎn)生相位差的通常的反射膜。如上所述,由于正交型反射鏡 1的反射作用,P偏振光分量412向符號(hào)432所示的箭頭的朝向,以谷線101為基準(zhǔn)軸而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn)。另ー方面,與谷線101平行的S偏振光分量411在第2反射面103中也如符號(hào)421所示的箭頭那樣,維持入射到第1反射面102的S偏振光分量411。其結(jié)果,入射到第1反射面102的直線偏振光41成為S偏振光分量421和P偏振光分量432的合成矢量,偏振方向會(huì)向符號(hào)43所示的箭頭的方向變化。即,偏振方向也以正交型反射鏡1的谷線101為基準(zhǔn)軸而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn)。相對(duì)于此,在如本實(shí)施方式那樣,在正交型反射鏡1的反射面中形成了在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差的反射膜的情況下,由于在第1反射面102 和第2反射面103中受到的2次反射作用,在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生與二分之一波長(zhǎng)量相當(dāng)?shù)南辔徊?。因此,在形成了在P偏振光與S偏振光之間不產(chǎn)生相位差的通常的反射膜的情況下,第2反射面103射出的P偏振光成為箭頭432所示的方向,與此相対,如本實(shí)施方式那樣形成了在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差的反射膜的情況下,第2反射面103射出的P偏振光的方向反轉(zhuǎn),成為箭頭422所示的方向。因此,判斷出作為P偏振光和S偏振光的合成矢量的第2反射面103射出的光線的偏振方向成為箭頭42所示的方向,入射到正交型反射鏡1的光線的偏振方向41被維持?;氐綀D11,從部分反射反射鏡2朝向-ζ方向的去路的激光在90度折彎反射鏡3 上反射而入射到正交型反射鏡1,在此以正交型反射鏡1的谷線為基準(zhǔn)軸而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn),再次在90度折彎反射鏡3上反射,成為朝向Z方向的歸路的激光。該歸路的激光相比于去路的激光,相對(duì)基準(zhǔn)軸14而線對(duì)稱形地反轉(zhuǎn)。在該情況下,以y軸為基準(zhǔn),歸路的激光等于使去路的激光的鏡面對(duì)稱像繞光軸旋轉(zhuǎn)了 90度的像。因此,如圖6所示,沿著y方向的小信號(hào)増益分布13的影響和沿著χ方向的小信號(hào)増益分布12的影響被平均化。其結(jié)果, 在χ方向以及y方向上,高次的橫模都被抑制,能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光。另外,在正交型反射鏡1的反射面中,形成了使以入射角45度入射的激光在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差的反射膜。因此,不論入射到正交型反射鏡1的直線偏振光的偏振方向如何,始終能夠維持恒定方向的直線偏振光。另外,在本實(shí)施方式中,示出了直線偏振光41相對(duì)正交型反射鏡1的谷線101形成45度的角度而入射的結(jié)構(gòu),但直線偏振光41相對(duì)谷線101的角度不限于此,不論所入射的直線偏振光41的角度是多少,都能夠在入射光和反射光中維持恒定的偏振方向。其結(jié)果,不論正交型反射鏡1 的設(shè)置角度為多少,都能夠選擇期望的任意方向的直線偏振光,根據(jù)用途而選擇最佳的偏振方向,從而激光4的處理變得格外容易。另外,在本實(shí)施方式中,示出了選擇與χ方向平行的偏振方向,并且將正交型反射鏡1的谷線的方向配置為相對(duì)Z軸形成45度角度的結(jié)構(gòu),但所選擇的偏振方向、正交型反射鏡的角度不限于此??傊?,只要使用形成了使得在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差的反射膜的正交型反射鏡1,就能夠任意獨(dú)立地選擇通過(guò)正交型反射鏡 1反轉(zhuǎn)像的反轉(zhuǎn)方向和直線偏振光的方向,所以只要將正交型反射鏡1的谷線的角度設(shè)定為最減輕激光介質(zhì)中的小信號(hào)増益、折射率等光學(xué)特性的不均勻性的影響的角度并且將激光的偏振方法選擇為最適合用途的方向即可。另外,在實(shí)施方式1 5中,示出了使用90度折彎反射鏡3來(lái)選擇直線偏振光的偏振方向的結(jié)構(gòu),但直線偏振光的選擇方法不限于此,也可以使用任意的偏振光光學(xué)元件、 例如通常的偏振鏡、布氏片(Brewster plate)等。實(shí)施方式6.圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的立體圖。激光放大器具備偏振光分束器15, 使垂直偏振光的激光反射,使水平偏振光的激光通過(guò);正交型反射鏡1,用于沿著相同的光軸使在偏振光分束器15上反射的激光進(jìn)行反射;以及激光氣體,被供給到放電電極61、62 之間,作為激光介質(zhì)發(fā)揮功能。在此,為易于理解,以將激光氣流的方向設(shè)為χ方向、將放電電極61、62的放電方向設(shè)為y方向、將偏振光分束器15與正交型反射鏡1之間的光軸設(shè)為ζ方向的正交型氣體激光放大器為例子而進(jìn)行說(shuō)明。放電電極61、62分別設(shè)置于與電介體板51、52的對(duì)置面相反的背面,經(jīng)由供電線8 而與高頻電源7連接。如果對(duì)放電電極61、62之間施加了交變電壓,則形成均勻的輝光放電。在放電電極61、62之間,在箭頭9所示的方向上被供給有激光氣體,如果通過(guò)輝光放電而激光氣體中的分子或者原子被激勵(lì)至激光上能級(jí),則呈現(xiàn)光的放大作用。例如,在作為激光氣體使用了包含ω2分子的混合氣體的情況下,能夠通過(guò)(X)2分子的振動(dòng)能級(jí)間的遷移, 進(jìn)行波長(zhǎng)10.6μπι的激光放大。在本實(shí)施方式中,在與光軸正交的Xy面內(nèi),放電方向成為y方向,將基準(zhǔn)軸設(shè)定在相對(duì)該y方向成為45度角度的方向。然后,以正交型反射鏡1的谷線相對(duì)該基準(zhǔn)軸為平行的方式,進(jìn)而以激光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡1的谷線成為45度的方式,配置正交型反射鏡1。作為被放大光的去路的激光46是向箭頭461所示的朝向、即y方向偏振的直線偏振光,向偏振光分束器15以S偏振光入射,行進(jìn)方向被折彎90度,在由放電電極61、62進(jìn)行了放電激勵(lì)的激光氣體中穿過(guò)的同時(shí)被放大。接下來(lái),被放大的激光通過(guò)正交型反射鏡 1沿著相同的光軸反射。在此,正交型反射鏡1的谷線被設(shè)定為相對(duì)放電方向即y方向成為45度角度的方向,且被設(shè)定為相對(duì)去路的激光46的偏振方向461也形成45度角度。由于通過(guò)正交型反射鏡1實(shí)現(xiàn)的像反轉(zhuǎn)效果,歸路的激光47的偏振方向471相對(duì)去路的激光 46的偏振方向461旋轉(zhuǎn)90度,與χ方向平行,再次在由放電電極61、62進(jìn)行了放電激勵(lì)的激光氣體中穿過(guò)的同時(shí)被放大。歸路的激光47成為P偏振光而透射偏振光分束器15,被供給到外部。通過(guò)這樣設(shè)定為激光的直線偏振方向相對(duì)正交型反射鏡1的谷線成為45度,從而無(wú)需使用波片、偏振光轉(zhuǎn)子等偏振光光學(xué)元件,就能夠通過(guò)簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)使激光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。因此,能夠構(gòu)成能夠通過(guò)偏振光分束器15分離去路的激光46和歸路的激光47 的往返型的激光放大器。另外,正交型反射鏡1是反射型的光學(xué)元件,所以相比于使用了透射型的波片、偏振光轉(zhuǎn)子等偏振光光學(xué)元件的情況,能夠降低因光吸收引起的光學(xué)元件的畸變的影響,進(jìn)而,相比于使用了利用雙折射性的偏振光光學(xué)元件的情況,能夠以更廉價(jià)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成往返型的激光放大器。另外,在將正交型反射鏡1的谷線設(shè)定為相對(duì)放電方向即y方向成為45度角度的方向的情況下,當(dāng)激光在激光氣體中往返吋,如圖6所示,沿著y方向的小信號(hào)増益分布13 的影響和沿著χ方向的小信號(hào)増益分布12的影響被平均化。其結(jié)果,能夠?qū)Ω飨蛲詢?yōu)良的直線偏振的激光穩(wěn)定地進(jìn)行放大。另外,只要正交型反射鏡1的谷線和激光的偏振方向維持45度的關(guān)系,則也可以將與正交型反射鏡1的谷線平行的基準(zhǔn)軸設(shè)定為相對(duì)放電方向即y方向成為45度角度以外的方向,優(yōu)選設(shè)定為最能夠減輕激光介質(zhì)中的小信號(hào)増益、折射率等光學(xué)特性的不均勻性的影響的角度。在以上的各實(shí)施方式中,以正交型氣體激光振蕩器或者正交型氣體激光放大器為例子進(jìn)行了說(shuō)明,但即使在使用了同軸狀地構(gòu)成激光軸和氣流的軸流型氣體激光、固體激光介質(zhì)的情況下,也能夠通過(guò)適合地選定正交型反射鏡的設(shè)置角度、以及偏振方向,得到同樣的效果。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明在能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光的點(diǎn)上,在產(chǎn)業(yè)上極其有用。
權(quán)利要求
1.ー種激光振蕩器,其特征在干,具備往返型的光諧振器,具有反射反射鏡以及輸出反射鏡; 激光介質(zhì),設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于對(duì)光進(jìn)行放大;以及偏振光選擇元件,設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于將振蕩光規(guī)定為直線偏振光, 反射反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式,配置了偏振光選擇元件,以振蕩光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線為平行的方式,配置了正交型反射鏡。
2.ー種激光振蕩器,其特征在干,具備往返型的光諧振器,具有反射反射鏡以及輸出反射鏡; 激光介質(zhì),設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于對(duì)光進(jìn)行放大;以及偏振光選擇元件,設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于將振蕩光規(guī)定為直線偏振光, 反射反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為垂直的方式,配置了偏振光選擇元件,以振蕩光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線為垂直的方式,配置了正交型反射鏡。
3.ー種激光振蕩器,其特征在干,具備往返型的光諧振器,具有反射反射鏡以及輸出反射鏡; 激光介質(zhì),設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于對(duì)光進(jìn)行放大;以及偏振光選擇元件,設(shè)置于光諧振器內(nèi),用于將振蕩光規(guī)定為直線偏振光, 反射反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式,配置了偏振光選擇元件,在正交型反射鏡的各反射面形成了反射膜,該反射膜使得在P偏振光與S偏振光之間產(chǎn)生四分之一波長(zhǎng)量的相位差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意ー項(xiàng)所述的激光振蕩器,其特征在干,激光振蕩器是激光氣流的方向被設(shè)定在相對(duì)光諧振器的光軸垂直的第1方向、放電方向被設(shè)定在相對(duì)光軸以及第1方向垂直的第2方向的正交型氣體激光振蕩器, 所述基準(zhǔn)軸被設(shè)定為相對(duì)放電方向以45度的角度交叉。
5.一種激光放大器,其特征在干,具備折返反射鏡,用于對(duì)沿著規(guī)定的光軸行進(jìn)的直線偏振的激光沿著相同的光軸進(jìn)行反射;以及激光介質(zhì),用于對(duì)沿著光軸行進(jìn)的激光進(jìn)行放大, 折返反射鏡是2個(gè)反射面正交的正交型反射鏡,以正交型反射鏡的谷線相對(duì)于在與所述光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式, 進(jìn)而以激光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線成為45度的方式,配置了正交型反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光放大器,其特征在干,激光放大器是激光氣流的方向被設(shè)定在相對(duì)激光的光軸垂直的第1方向、放電方向被設(shè)定在相對(duì)光軸以及第1方向垂直的第2方向的正交型氣體激光放大器,所述基準(zhǔn)軸被設(shè)定為相對(duì)放電方向以45度的角度交叉。
全文摘要
激光振蕩器具備光諧振器,具有正交型反射鏡以及部分反射反射鏡;激光氣體,被供給到放電電極之間,作為激光介質(zhì)發(fā)揮功能;以及90度折彎反射鏡,作為偏振光選擇元件發(fā)揮功能。正交型反射鏡的2個(gè)反射面正交。以振蕩光的偏振方向相對(duì)于在與光諧振器的光軸正交的面內(nèi)設(shè)定的基準(zhǔn)軸為平行的方式,配置90度折彎反射鏡,以振蕩光的偏振方向相對(duì)正交型反射鏡的谷線為平行的方式,配置正交型反射鏡。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu),能夠補(bǔ)償激光介質(zhì)中的光學(xué)特性的各向異性,穩(wěn)定地產(chǎn)生各向同性優(yōu)良的直線偏振的激光。
文檔編號(hào)H01S3/081GK102549855SQ201080043109
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者山本達(dá)也, 藤川周一, 西前順一, 谷野陽(yáng)一 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社
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