CN108199250B - 选择放大装置 - Google Patents

Abstract

一种选择放大装置，从多模式激光选择特定模式的激光进行放大。将多模式激光(8A)和放大用激发光(34A)这两者以两者的光轴一致的关系向放大用增益介质(62)输入。在放大用增益介质(62)中，设为放大用激发光的实效性的射束直径为特定模式的激光的实效性的射束直径以下的关系。其结果是，在放大用激发光(34A)的照射范围内行进的特定模式以下的激光被选择性地放大。输出进行了模式清理的激光(40A)。

Description

选择放大装置

技术领域

在本说明书中，公开了对多模式的激光中所包含的特定模式的激光进行选择放大的技术。

背景技术

激光产生装置产生的激光多包含从低次模式至高次模式的多个模式。根据用途，仅基本模式为高强度，高次模式有时需要低强度的激光。只要仅基本模式能得到优越的激光即可，将对激光进行处理的光学系统的设计/设定容易化。或者，缩小聚光直径而提高每单位面积的强度这样的情况成为可能。在激光微细加工、激光计测或光通信技术等较多的技术领域中，有时仅仅是特定的次数或次数带的模式需要优越的激光。

为了从包含由基本模式至高次模式的多个模式的多模式的激光中得到基本模式优越的激光，可采用向激光的传播路径插入光圈，将基本模式以外的激光切断的方法。图1对该方法进行说明，从利用由半导体激光装置2发射的激发光4激发的振荡用增益介质6发射的激光8除了基本模式的激光8a之外，还包含高次模式的激光8b。从振荡用增益介质6发射的基本模式的激光8a几乎不扩展地行进，相对于此，高次模式的激光8b一边扩展一边行进。在光圈10形成有使不扩展而行进的激光通过并遮挡一边扩展一边行进的激光的开口。通过了开孔的激光8c成为基本模式优越的激光。在本说明书中，将从包含由基本模式至高次模式的多个模式的多模式的激光得到特定的模式优越的激光的情况称为模式清理。如图1所示，通过利用具有开孔的光圈10，能够清理成基本模式。但是，在该方法中，在通过了开口之后的激光8c的周围附随有衍射光8d。只能得到仅仅是基本模式优越的激光，因此无法称为本来的模式清理。需要说明的是，参照编号12、14、16所示的图示出通过观测光束的对应位置的横截面而得到的明暗图案。

根据图2的光学系统，能够抑制衍射光的产生并进行模式清理。在图2的光学系统中，追加了聚光透镜18和准直透镜20。当通过聚光透镜18、光圈10、准直透镜20的组合，经由傅立叶变换过程(影像转换)时，能够避免衍射光的产生。但是，在该技术中，在对强激光进行处理时，在聚光点产生空气击穿。为了避免在高强度激光的聚光点产生空气击穿，需要将聚光点放置在真空环境下，需要具备窗22、26的真空容器24。在图2的方法中，即使激光产生装置小型化，也需要与之不同的大的真空容器24，无法享受使激光产生装置小型化的优点。需要说明的是，参照编号12、28所示的图示出通过观测光束的对应位置处的横截面而能得到的明暗图案，参照编号30表示模式清理后的基本模式的激光。

专利文献1公开了利用光纤锥或光纤环那样的模式滤光器进行模式清理的技术。专利文献1的技术需要光纤锥或光纤环这样特殊的光纤。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】美国专利公报5818630号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

在本说明书中，公开了既不利用光圈、也不利用傅立叶变换用光学系统、真空容器、特殊光纤而进行模式清理的技术。

【用于解决课题的方案】

本说明书公开的选择放大装置将在多模式激光中包含的一部分的模式的激光放大。该选择放大装置具备：振荡用增益介质，产生多模式激光；放大用增益介质；及放大用激发光产生装置，产生放大用激发光，所述放大用激发光在向放大用增益介质输入时生成反转分布状态。多模式激光和放大用激发光这双方向放大用增益介质输入。此时，设为多模式激光的光轴与放大用激发光的光轴一致的关系。而且，设为放大用增益介质中的放大用激发光的实效性的射束直径小于多模式激光的实效性的射束直径的关系。在此所说的实效性的射束直径是指包含光功率的99％的射束直径。例如，在特定模式为基本模式且该基本模式的激光的1/e²射束半径为w时，基本模式的激光的实效性的射束直径成为π×w(参照西格曼(Siegman)的著作“激光(LASERS)”p.666)。高次模式的激光的实效性的射束直径与1/e²射束直径大致相等。

当处于上述的关系时，从放大用增益介质输出将一部分的模式的激光放大后的激光。

振荡用增益介质与放大用增益介质可以为分体，但也可以为一体。可以将通用的增益介质的一部分利用为振荡用增益介质，将另一部分利用为放大用增益介质。

虽然多模式激光的光轴与放大用激发光的光轴需要一致，但是它们的行进方向可以为同一方向，也可以为相反方向。例如，也可以是放大用增益介质具备一对端面，多模式激光从一方的端面向放大用增益介质输入，放大用激发光从另一方的端面向放大用增益介质输入的关系。

多模式激光在放大用增益介质中可以单行，也可以往复。放大后的激光可以从所述的另一方的端面发射，也可以从所述的一方的端面发射。

放大用激发光在放大用增益介质中可以单行，也可以往复，还可以多次往复。放大用激发光可以从所述的一方的端面发射，也可以从所述的另一方的端面发射。也可以具备使从放大用增益介质发射的放大用激发光再次返回放大用增益介质的光学系统。

放大用增益介质中的放大用激发光的实效性的射束直径与放大用增益介质中被选择性地放大的一部分的模式的激光的实效性的射束直径相等。

如果放大用增益介质中的放大用激发光的实效性的射束直径设为放大用增益介质中的基本模式的激光的实效性的射束直径以下的关系，则能够输出将基本模式的激光选择性地放大后的激光。

例如，存在想要仅将具有TEM_nm(n、m从0开始。n、m的值越大，则为越高次模式)的次数的激光放大的情况。这种情况下，如果放大用增益介质中的(n、m)次模式的激光的射束空间分布与放大用增益介质中的放大用激发光的射束空间分布重合，则能够对具有(n、m)的次数的激光进行选择放大。例如如果为TEM₀₀模式，则成为基本高斯模式(以后，称为基本模式)，因此利用中心部明亮而横截面为圆形的形状的放大用激发光进行放大。如果为TEM_01*的模式，则成为横截面为环状的射束空间分布。这种情况下，利用横截面为环状的放大用激发光进行放大。需要的次数的模式放大，不需要的次数的模式不放大，由此能够提高需要的次数的模式与不需要的次数的模式的对比度。这等价于对激光进行了清理的情况。通过将混入有多个模式的激光的特定模式选择性地放大，能够得到进行了模式清理的激光。即，为了从多模式激光中得到TEM₀₀模式优越的激光，只要仅将多模式激光的中心部选择性地放大即可。为了从多模式激光中得到TEM_01*模式优越的激光，只要利用环状的放大用激发光进行激发即可。

振荡用增益介质和放大用增益介质的材质/组成没有特别制约。只要得到反转分布状态而产生受激发射现象即可。例如，也可以是单晶或多晶性陶瓷等的固体。当利用固体的增益介质时，装置结构简单化。此外，在基于非线性光学介质的光学参量光放大中也能期待同样的效果。

【发明效果】

根据本说明书公开的技术，能得到特定模式优越的高强度激光，激光的品质提高。例如，能够增加在激光加工机、发动机的激光点火装置、太赫兹波产生装置、高次谐波产生或参量产生等的非线性波长转换装置、计测设备或医疗器具等中利用的激光的每单位面积的功率。或者，能够增大在光通信中能够利用的信息量。

附图说明

图1对选择基本模式的以往装置进行说明。

图2对选择基本模式的另一以往装置进行说明。

图3(a)和图3(b)对实施例1的选择放大装置进行说明。

图4(a)和图4(b)对实施例2的选择放大装置进行说明。

图5对实施例3的选择放大装置进行说明。

图6对实施例4的选择放大装置进行说明。

图7对实施例5的选择放大装置进行说明。

图8对实施例6的选择放大装置进行说明。

图9对实施例7的选择放大装置进行说明。

图10对实施例7的选择放大装置利用的放大装置进行说明。

图11对实施例7的选择放大装置利用的另一放大装置进行说明。

图12示出多模式激光和放大用激发光的距光轴的距离与强度的关系。

图13示出放大用激发光的持续时间与增益的关系。

图14示出放大用激发光的持续时间和选择放大后的射束轮廓。

图15(a)示出放大用激发光的持续时间和选择放大后的射束轮廓，图15(b)示出放大前的多模式激光的射束轮廓，图15(c)示出选择性地放大后的激光的射束轮廓。

图16(A)示出放大前的射束轮廓，图16(B)示出选择放大后的射束轮廓。

图17示出增益与对比度的关系。

图18示出增益与选择放大后的激光的射束直径的关系。

【标号说明】

2：半导体激光装置(激光振荡用)

4：振荡用激发光

6：振荡用增益介质

8：多模式激光

8a：基本模式

8b：高次模式

8c：通过了光圈的激光

8d：衍射光

10：光圈

12：通过光圈前的激光的横向剖视图。

14：刚通过光圈后的激光的横向剖视图。

16：行进后的激光的横向剖视图。

18：聚光透镜

20：准直透镜

22：窗

24：真空容器

26：窗

28：刚通过光圈后的激光的横向剖视图。

30：基本模式的激光

32：半导体激光装置(放大用)

34：放大用激发光

36：反射镜

38：放大用增益介质

40：被模式清理而放大后的基本模式的激光

42：放大用增益介质

44：反射镜

46：放大用增益介质

48：反射镜

50：PBS(Polarized Beam Splitter)

52：反射镜

54：λ/2板

56：PBS

58：PBS

60：λ/4板

62：放大用增益介质

64：可饱和吸收体(Q开关)

70：所选择的次数的模式被放大后的激光

72：激光放大装置

74：放大用激发光

78：透明散热板

80：放大用增益介质

82：放大用增益介质

84：放大用激发光

88：被多级放大后的基本模式的激光

具体实施方式

先列举以下说明的实施例的特征。

(特征1)多模式激光在放大用增益介质中单行(通过)。

(特征2)多模式激光在放大用增益介质中往复。

(特征3)放大用激发光在放大用增益介质中单行(通过)。

(特征4)放大用激发光在放大用增益介质中往复。

(特征5)多模式激光和放大用激发光从同一面向放大用增益介质输入。

(特征6)多模式激光和放大用激发光从相反面向放大用增益介质输入。

(特征7)激光的射束半径w或射束直径根据其定义而定义为与光强度的空间分布相关的惯性矩。因此，相对于基本模式的激光的光轴上的光强度，从光轴沿半径方向分隔w的位置处的光强度成为1/e²时，基本模式的激光的射束半径成为w。

但是，在基本高斯模式的情况下，即使距光轴超过1/e²半径，激光的强度也不会立即成为0，进行高斯分布。例如，在使基本模式的激光向直径为2w的针孔通过时，失去较多的成分。为了得到99％的光功率所需的孔的直径成为π×w(参照西格曼(Siegman)的著作“激光(LASERS)”p.666)。

在激光放大中，使用更高次的(换言之射束品质差的)光，增强品质高即特定模式的光强度。即，放大用激发光使用高次模式的激光。需要说明的是，在高次模式光的情况下，强度分布的边界急剧变化，因此根据惯性矩的定义，在1/e²半径下，不是如基本模式那样的拉拽下摆，光强度急剧下降(参照图12、C21或C22)。

根据上述的考察，本说明书中所说的基本模式的激光的实效性的射束直径是指包含基本模式成分的99％的直径(π×w)。相对于此，放大用激发光的实效性的射束直径与1/e²直径大致相等。如果将放大用激发光的实效性的射束直径设为2.15×w，则成为放大用激发光的实效性的射束直径(2.15×w)比基本模式的激光的实效性的射束直径(3.14×w)小的关系，对基本模式进行选择放大。

(特征8)相对于基本模式的激光的实效性的射束直径(3.14×w)而将放大用激发光的实效性的射束直径设为2.3×w以下。能得到与特征7的情况大致相同的对比度。

(特征9)将放大用激发光的实效性的射束直径设为1.43×w。放大用激发光的实效性的射束直径(1.43×w)比基本模式的激光的实效性的射束直径(3.14×w)小，对基本模式进行选择放大。

(特征10)相对于基本模式的激光的实效性的射束直径(3.14×w)而将放大用激发光的实效性的射束直径设为1.57×w以下。能得到与特征9的情况大致相同的对比度。

(特征11)在利用脉冲状的放大用激发光对放大用增益介质进行了激发的状态下，将脉冲状的多模式激光向放大用增益介质输入。

(特征12)将放大增益设为2以上。

【实施例】

(实施例1的选择放大装置)

在图3中，参照编号2是发射振荡用激发光4的半导体激光装置。参照编号6是当振荡用激发光4输入时被激发(反转分布状态发展)而发射激光8的振荡用增益介质。

振荡用增益介质6的左端面利用不反射振荡用激发光4而反射激光8的膜进行涂层。参照编号52是对振荡用激发光4进行反射并对激光8的一部分进行反射而对一部分不进行反射的反射镜。通过振荡用增益介质6的左端面和反射镜52，构成激光共振系统。激光8从反射镜52向右行进。激光8是多模式激光。在激光共振系统之中插入PBS(Polarized BeamSplitter：偏振分光棱镜)50，从λ/2板54向右侧行进的多模式激光8进行直线偏振。8α所示的记号表示偏振面与纸面垂直的情况。需要说明的是，振荡用增益介质6的右侧的端面利用既不反射振荡用激发光4也不反射激光8的膜进行涂层，PBS50利用既不反射振荡用激发光4也不反射激光8的材质形成。需要说明的是，也可以利用反射振荡用激发光4而不反射激光8的膜对振荡用增益介质6的右端面进行涂层，这种情况下，PBS50和反射镜52的对于振荡用激发光4的反射特性不再受到制约。

PBS56和PBS58对于偏振面与纸面垂直的激光8进行反射。激光8通过λ/4板60，向放大用增益介质62输入。

参照编号32是发射放大用激发光34的半导体激光装置，放大用激发光34向放大用增益介质62输入。激光8和放大用激发光34在两者的光轴一致的状态下，从相反侧的端面向放大用增益介质62输入。

放大用增益介质62的左端面利用不反射放大用激发光34而反射激光8的膜进行涂层，右侧端面利用反射放大用激发光34而不反射激光8的膜进行涂层。激光8由放大用增益介质62的左端面反射而在放大用增益介质62内往复，放大用激发光34由放大用增益介质62的右端面反射而在放大用增益介质62内往复。在放大用增益介质62中，如果激光8也往复，则放大用激发光34也往复。较高地得到放大的增益。

放大用增益介质62内的、基本模式的激光8的实效性的射束直径与放大用激发光34的实效性的射束直径的关系参照图12而如后所述处于前者>后者的关系。在放大用增益介质62中行进期间，多模式的激光8中的基本模式被选择性地放大。放大后的基本模式的激光40从放大用增益介质62的右端面向右侧行进。激光8、40在λ/4板60中总计通过2次，因此从λ/4板60向右侧行进的激光40的偏振面旋转90°。40β所示的记号表示偏振面与纸面平行的情况。偏振面与纸面平行的激光40(40β)未由PBS58反射而直线前进。从PBS58向右侧行进的激光40(40β)是将多模式激光8包含的基本模式选择性地放大的激光。图3的装置输出仅将多模式激光8中所包含的基本模式选择性地放大的激光40(40β)。

如图3(b)所示，能够将增益介质5的一部分利用于振荡用增益介质6，将另一部分利用于放大用增益介质62。即，也可以将振荡用增益介质6与放大用增益介质62进行一体化。

(实施例2)

在图4所示的实施例2的选择放大装置中，在由振荡用增益介质6的左端面和反射镜构成的激光共振系统之中插入作为Q开关进行动作的可饱和吸收体64，从可饱和吸收体64的右端面发射脉冲激光8A。在本实施例中，在可饱和吸收体64的右端面涂敷与图3的反射镜52对应的膜。需要说明的是，对于已说明的构件标注相同参照编号而省略重复说明。

半导体激光装置32A由脉冲状的电压来驱动，产生脉冲状的放大用激发光34A。脉冲状的放大用激发光34A向放大用增益介质62输入。脉冲状激光8A的脉冲宽度(持续时间)比脉冲状放大用激发光34A的脉冲宽度(持续时间)短。而且，从基于脉冲状放大用激发光34A的激发开始时刻至可饱和吸收体64的透过度下降为止的时间能够控制。利用脉冲状放大用激发光34A开始激发，由此使放大用增益介质62发展出反转分布状态，在发展出反转分布状态的状态下，输入脉冲状激光8A而产生受激发射并放大。从脉冲状放大用激发光34A的激发开始时刻至脉冲状激光8A的输入时刻的时间差越长，则发展出越强的反转分布状态，放大时的增益(gain)升高。在此所说的增益是将放大后的激光的能量除以放大前的基本模式的激光的能量所得到的值。需要说明的是，图4所示的附标A表示脉冲状的情况。

在本实施例中，一边改变从脉冲状放大用激发光34A的激发开始时刻至脉冲状激光8A的输入时刻的时间差，一边计测增益。为此，使用了由于来自外部的刺激而透过度下降的可饱和吸收体64。即，使用了主动型的Q开关。在使用于实用用途时，可以使用作为被动Q开关进行动作的可饱和吸收体64。

如图4(b)所示，在本实施例中，也可以将增益介质5的一部分利用于振荡用增益介质6，将另一部分利用于放大用增益介质62。即，也可以将振荡用增益介质6与放大用增益介质62进行一体化。

使用图4所示的实施例进行的实验结果如下所示。

图12的曲线C1表示在放大用增益介质62中行进的激光8的射束轮廓，横轴是距光轴的距离，纵轴表示每单位面积的强度。每单位体积的强度是将光轴上的值标准化为1.00的强度。图示的直径φ1是其直径内包含基本模式成分的99％的直径，在本实施例中为2040μm。

射束直径的定义方法存在多个种类。在基本高斯射束的情况下，推荐通过ISO来计测1/e²半径的情况，业界习惯于此。1/e²半径是从激光的光轴分离的位置处的每单位面积的光强度成为光轴上的每单位面积的光强度的1/e²的距离的半径。在本实施例中，为650μm。基本模式成分也向1/e²半径的外侧扩展，包含基本模式成分的99％的半径比1/e²半径宽。包含基本模式成分的99％的实效性的射束直径φ1处于π×(1/e²半径)的关系。在本实施例中，计测1/e²半径，由此求出基本模式的实效性的射束直径(φ1)。需要说明的是，处于φ1＝π×(1/e²半径)的关系的情况记载于安东尼E·西格曼(Anthony E.Siegman)讲授的“激光(LASERS)”这样的书籍等中。

图12的曲线C21表示在第一实验中使用的第一放大用激发光的射束轮廓。在实验中，在发射放大用激发光34的半导体激光装置32与放大用增益介质62之间使用直径900微米的光纤，由该光纤引导的放大用激发光34通过扩径光学系统向放大用增益介质62输入。由光纤引导的射束轮廓未成为高斯分布，在从光轴分离了规定距离的位置处急速减衰。包含放大用激发光34的99％的直径φ21为1400μm。即，基本模式的激光的实效性的射束直径为π×w，相对于此，放大用激发光的实效性的射束直径为2.15×w。

第一实验使用的放大用激发光34的实效性的射束直径φ21(1400μm)比基本模式的激光的实效性的射束直径φ1(2040μ射束m)细。这种情况下，仅将在基本模式的激光中的放大用激发光34的实效性的射束直径φ21内存在的激光选择性地放大。

在后述的第二实验中，在半导体激光装置32与放大用增益介质62之间使用直径600微米的光纤，使由该光纤引导的放大用激发光34通过扩径光学系统向放大用增益介质62输入。图12的曲线C22表示在第二实验中使用的第二放大用激发光的射束轮廓。该实验使用的包含放大用激发光34的99％的直径φ22为930μm。即，基本模式的激光的实效性的射束直径为π×w，相对于此，放大用激发光的实效性的射束直径为1.43×w。第二实验使用的放大用激发光34的实效性的射束直径φ22(930μm)比基本模式的激光的实效性的射束直径φ1(2040μm)细。因此，仅将在基本模式的激光中的放大用激发光34的实效性的射束直径φ22内存在的激光选择性地放大。

图13示出从脉冲状放大用激发光34A的激发开始时刻至脉冲状激光8A的输入时刻的时间差(激发时间)与增益的关系。曲线C4表示放大用激发光34的直径φ22＝930μm时的计测结果，曲线C5表示放大用激发光34的直径φ21＝1400μm时的计测结果。φ22＝930μm的情况与φ21＝1400μm的情况相比，每单位面积的强度高，因此增益也高。从曲线C4、C5可知，激发时间越长，增益越上升。伴随着激发时间而反转分布状态发展。但是，如果激发时间达到上位水平寿命，则反转分布状态无法进一步发展，增益饱和。

图14示出通过直径φ21为1400μm的放大用激发光34进行了选择放大后的激光40A的横截面的由CCD相机拍摄的结果。图中的tp表示从脉冲状的放大用激发光34A的激发开始时刻至脉冲状激光8A的输入时刻的时间差(即放大时的增益)。tp越长，则增益越大。

图15示出通过直径φ22为930μm的放大用激发光34进行了选择放大后的激光40A的横截面的由CCD相机拍摄的结果。图15(b)示出tp＝0时(即放大前)的多模式激光8A的横截面，在中心的高强度区域152的周围存在高次的激光范围154。图15(c)示出tp＝500μ秒(根据图13而增益为3.2倍左右)时的放大后激光40A的横截面。在图15(b)中存在的高次模式的照射范围154消失，可知执行了高次模式的清理。而且，中心的高强度区域156的大小也比图15(b)的152缩小。这与图12的曲线C1的下摆部包含的高次成分被清理的情况相对应。从图15(b)(c)可知，通过进行选择放大而模式的清理进展。而且，根据图14和图15中的与tp相关的变化可知，越提高放大的增益，则模式清理越有效地进展。而且，根据图13与图14的比较可知，将放大用激发光的实效性的射束直径缩减得越细，则模式清理越有效地进展。为了仅取出基本模式，使放大用激发光34的实效性的射束直径变细并提高增益的情况有利。

图16示出放大前后的激光的射束轮廓。图16(A)示出放大用激发光34的直径φ21＝1400μm的情况，图16(B)示出放大用激发光34的直径φ22＝930μm的情况。曲线C1表示放大前的激光8的射束轮廓，与图12的曲线C1相等。C7～C9和C10～C12表示选择放大后的激光40A的射束轮廓。通过进行选择放大而下摆部分的曲线变化为随着直径的增大而进行减衰的曲线。在图15的(b)和(c)中，中心的高强度区域对应于从152收缩成156的情况。放大用激发光的实效性的射束直径越细，增益越上升，则该变化越显著。

根据图16的坐标图，计测了对比度。对比度设为选择放大前的激光的射束轮廓C1中的从光轴分离的最初的峰值存在的位置(C6的位置)处的“选择放大前的激光的每单位面积的强度/选择放大后的激光的每单位面积的强度”。在图16(A)的坐标图中，通过使增益从1.95增大为2.92而对比度从5上升为16.7。在相对于基本模式的激光的实效性的射束直径(π×w)而放大用激发光的实效性的射束直径设为2.15×w时，通过使增益为2以上而对比度变得清晰。需要说明的是，在放大用激发光的实效性的射束直径设为2.3×w时，通过使增益为2以上而对比度也清晰化。

在图16(B)的坐标图中，通过使增益从2.34增大为3.32而对比度从5上升至250。在相对于基本模式的激光的实效性的射束直径(π×w)而将放大用激发光的实效性的射束直径设为1.43×w时，通过使增益为2以上而对比度显著地清晰化。需要说明的是，在将放大用激发光的实效性的射束直径设为1.57×w时，通过使增益为2以上而对比度也显著地清晰化。

图17示出增益与对比度的关系。图17的纵轴表示前文所示的对比度，越靠上方则对比度越清晰。实验使用的射束未必非要为左右对称，因此在光轴的左侧和右侧分别进行了计测。曲线C16表示利用930μm的放大用激发光而得到的右侧对比度，伴随着增益的增大而清晰化。曲线C14表示利用930μm的放大用激发光而得到的左侧对比度，伴随着增益的增大而清晰化。曲线C15表示利用1400μm的放大用激发光而得到的右侧对比度，伴随着增益的增大而清晰化。曲线C13表示利用1400μm的放大用激发光而得到的左侧对比度，伴随着增益的增大而清晰化。根据C15与C16的比较、以及C13与C14的比较可知，若为相同增益，则放大用激发光的直径越细而对比度越清晰化。

图18示出选择放大后的激光40A的直径。曲线C17和C18表示1/e²直径。相对于此，曲线C19和C20表示半值直径。半值直径是每单位面积的强度成为光轴上的强度的半值的直径。曲线C17和C19表示放大用激发光为1400μm的情况，曲线18和C20表示放大用激发光为930μm的情况。放大用激发光越细，而且增益越高，则选择放大后的激光越集中于光轴的周围，越能除去高次模式。

(实施例3)

在图5所示的实施例3中，激光8、40在放大用增益介质38内单行。这种情况下，装置结构简单化。

振荡用激发光4的波长与激光8的波长不同。振荡用增益介质6的上端面利用不反射振荡用激发光4而反射激光8的膜进行涂层，振荡用增益介质6的下端面利用对振荡用激发光4进行反射且激光8的一部分反射而一部分透过的膜进行涂层。而且，放大用激发光34的波长与激光8的波长不同。反射镜36反射激光8且不反射放大用激发光34。放大用增益介质38的左端面利用不反射激光8和放大用激发光34的膜进行涂层，放大用增益介质38的右端面利用反射放大用激发光34且不反射激光8的膜进行涂层。在振荡用增益介质6形成的激光共振系统设计成以基本模式为中心进行振荡，但是也发射高次模式的激光。

向放大用增益介质38输入的多模式的激光8的光轴与放大用激发光34的光轴一致。激光8的实效性的射束直径比放大用激发光34的实效性的射束直径大。放大用增益介质38中的、放大用激发光34通过的范围被激发，成为反转分布状态。当激光8向此输入时，产生受激发射，发射比激光8高强度的光40。上述现象在放大用激发光34和激光8这双方输入的范围内产生。激光8中的比放大用激发光34的实效性的射束直径小的直径内所包含的激光由放大用激发光34和放大用增益介质38放大。所选择的模式被放大后的激光40从放大用增益介质38发射。

(实施例4)

参照图6，对实施例4进行说明。在图6所示的实施例中，放大用增益介质42的右端面利用不反射放大用激发光34和激光8的膜进行涂层。因此，从放大用增益介质42的右端面发射选择放大后的激光40和通过了放大用增益介质42的放大用激发光34。反射镜44反射选择放大后的激光40而不反射放大用激发光34，因此将选择放大后的激光40与放大用激发光34分离。

将实施例3与4进行比较时，在实施例3中，放大用激发光34在放大用增益介质38中往复，相对于此，在实施例4中，放大用激发光34在放大用增益介质42中单行。前者在放大用增益介质38中发展出强的反转分布，相对于此，后者得到的反转分布弱。前者能够进行较大的增益的放大。而且前者不需要将选择放大后的激光40与放大用激发光34分离的反射镜44。

(实施例5)

在实施例3和4中，激光8与放大用激发光34从同一方向向放大用增益介质42输入，但也可以从相反方向输入。

如图7所示，激光8从左侧向放大用增益介质46输入，放大用激发光34从右侧向放大用增益介质46输入。反射镜48反射放大用激发光34而不反射选择放大后的激光40，因此在反射镜48的右侧，仅得到选择放大后的激光40。

(实施例6)

根据该技术，不仅清理成基本模式，而且也能够将TEM_nm(从0开始，n或m的值越大，则越为高次模式)下的特定的次数带的激光进行选择放大。这种情况下，如图8所示，使用横截面为环状的放大用激发光34B。当放大用激发光为环状时，能够选择属于特定的次数带(例如TEM_01*)的激光而放大。

(实施例7)

也能够将选择放大后的激光进一步放大。图9示出如下装置：将图3或图4的利用选择放大装置选择放大后的激光40向放大器72输入，将利用放大器72进一步放大后的激光88从PBS58取出。参照编号74表示放大器72用的激发光。放大器72的右侧端面利用反射激光40而不反射激发光74的膜进行涂层，左侧端面利用不反射激光40而反射激发光74的膜进行涂层。无论是激光40还是激发光74都在放大器72内往复。

需要说明的是，虽然在图9中未图示，但是在放大器72与PBS58之间配置有λ/4板，从PBS58向右前进的激光的偏振面与朝着PBS58向左前进的激光的偏振面为旋转90°的关系。由此，仅仅是利用放大器72进一步放大后的激光88从PBS58向下行进。

图10示出放大器72的一例。放大用增益介质板80与对其进行冷却的透明散热板78交替地层叠。该放大器72在输入放大用激发光74而产生了反转分布的状态下，当激光40输入时产生受激发射现象而发射激光88。该激光88与激光40相比为高强度且被放大。需要说明的是，放大器72的详情记载在日本特愿2016-116603号附带的说明书中。例如，放大用增益介质板80可以利用Nd：YAG，透明散热板78可以利用蓝宝石。这种情况下，能够不需要对两者的端面实施特殊的涂层。位于两端的放大用增益介质板80只要曝露于空气下即可。而且，也可以通过调整激光40和放大用激发光74的实效性的射束直径，而利用放大器72进一步进行模式清理。

图11示出放大器72的另一例，从放大用增益介质板80的侧面向放大用增益介质板80输入放大用激发光84。由于从侧面入射，因此无法对模式进行选择放大，但是由于将模式清理后的激光40放大，因此能够将图11的放大器利用为放大器72。

需要说明的是，本发明没有限定为上述实施例，基于本发明的主旨而能够进行各种变形，不能将这些变形从本发明的范围排除。

在本说明书或附图中说明的技术要素单独地或者通过各种组合而发挥技术上的有用性，没有限定为申请时的权利要求记载的组合。而且，在本说明书或附图中例示的技术同时实现多个目的，实现其中的一个目的的情况自身具有技术上的有用性。

Claims (6)

1.一种选择放大装置，选择在多模式激光中包含的一部分的激光进行放大，其中，

所述选择放大装置具备：

振荡用增益介质，产生所述多模式激光；

放大用增益介质；及

放大用激发光产生装置，产生放大用激发光，所述放大用激发光在向所述放大用增益介质输入时生成反转分布状态，

在所述多模式激光的光轴与所述放大用激发光的光轴一致的关系下，所述多模式激光和所述放大用激发光向所述放大用增益介质输入，

在所述放大用增益介质中，处于所述放大用激发光的实效性的射束直径小于所述多模式激光的实效性的射束直径的关系，

从所述放大用增益介质输出选择存在于所述放大用激发光的实效性的射束直径内的所述多模式激光进行放大后的激光，该放大后的激光是具有在所述放大用增益介质中与所述放大用激发光的实效性的射束直径相等的实效性的射束直径的激光。

2.根据权利要求1所述的选择放大装置，其特征在于，

将所述振荡用增益介质与所述放大用增益介质一体化。

3.根据权利要求1或2所述的选择放大装置，其特征在于，

所述放大用增益介质具备一对端面，

所述多模式激光从一方的端面向所述放大用增益介质输入，所述放大用激发光从另一方的端面向所述放大用增益介质输入。

4.根据权利要求1或2所述的选择放大装置，其特征在于，

所述放大用激发光的实效性的射束直径为基本模式的激光的实效性的射束直径以下，输出将基本模式放大后的激光。

5.根据权利要求1或2所述的选择放大装置，其特征在于，

所述放大用激发光的横截面为环状。

6.根据权利要求1或2所述的选择放大装置，其特征在于，

所述振荡用增益介质和所述放大用增益介质为单晶或多晶性陶瓷。

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