JP2002535696A - ブリュアン散乱相共役ミラーを用いた光学アイソレータおよびその光学増幅器系への適用 - Google Patents
ブリュアン散乱相共役ミラーを用いた光学アイソレータおよびその光学増幅器系への適用Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10076—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating using optical phase conjugation, e.g. phase conjugate reflection
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Abstract
(57)【要約】
完全な除去率とその光学増幅器系への適用。誘発ブリュアン散乱相共役ミラーが対称的に配備され、クロス−タイプの光学増幅器系を形成し、これが光学系をその光学的アライメントに対して無感覚にしている。光学系がレーザ増幅器と併用される場合、レーザ増幅器の出力電力は同じ反復率で所望するように増加することができる。
Description
【０００１】 （技術分野） 本発明は光学デバイス、より詳しくは誘発ブリュアン散乱相共役ミラーを使用
する光学アイソレータに関する。本発明はまた光学増幅器系内のこの種の光学ア
イソレータに関する。
する光学アイソレータに関する。本発明はまた光学増幅器系内のこの種の光学ア
イソレータに関する。
【０００２】 （背景技術） デバイスがレーザと併用される場合、デバイスから反射されたビームは、ビー
ムがレーザに戻ると、レーザを妨害する。特に、パルス・タイプのレーザにとっ
ては、反射されたビームは予期せぬように増幅され、またレーザの光学要素に損
傷を与えることがある。従って、光学アイソレータが損傷を阻止するのに使用さ
れる。
ムがレーザに戻ると、レーザを妨害する。特に、パルス・タイプのレーザにとっ
ては、反射されたビームは予期せぬように増幅され、またレーザの光学要素に損
傷を与えることがある。従って、光学アイソレータが損傷を阻止するのに使用さ
れる。
【０００３】 従来の光学アイソレータの例は、１／４波長プレート（クオータ・ウエーブ・
プレート；以後「ＱＷ」という）またはファラディ・ローテータ（以後「ＦＲ」
という）を使用する受動光学アイソレータおよびポッケル・セル（以後「ＰＣ」
という）を使用する能動光学アイソレータである。しかし、これらの光学アイソ
レータの絶縁（遮断）効果は、ポラライザの他の直交偏光要素に対する除去率が
完全でないために、完全でない。例えば、非線形クリスタル偏光子の除去率は約
１０００で、多層偏光子のそれは約１００である。すなわち、従来の光学アイソ
レータの除去率は、１００と１０００の間であり、レーザ中の反射ビームの増幅
を誘導するか、あるいは反射ビームが次のステージ内の増幅器で合成されれば、
レーザに厳しい損傷を与えることになる。
プレート；以後「ＱＷ」という）またはファラディ・ローテータ（以後「ＦＲ」
という）を使用する受動光学アイソレータおよびポッケル・セル（以後「ＰＣ」
という）を使用する能動光学アイソレータである。しかし、これらの光学アイソ
レータの絶縁（遮断）効果は、ポラライザの他の直交偏光要素に対する除去率が
完全でないために、完全でない。例えば、非線形クリスタル偏光子の除去率は約
１０００で、多層偏光子のそれは約１００である。すなわち、従来の光学アイソ
レータの除去率は、１００と１０００の間であり、レーザ中の反射ビームの増幅
を誘導するか、あるいは反射ビームが次のステージ内の増幅器で合成されれば、
レーザに厳しい損傷を与えることになる。
【０００４】 従来の光学アイソレータの動作例については添付図面で説明し、その問題を検
討する。
討する。
【０００５】 図１Ａは従来の受動光学アイソレータのブロック図である。この受動光学アイ
ソレータ１００は偏光ビーム・スプリッタ（以後「ＰＢＳ」という）１１０と、
偏光変換器１２０とからなる。ＰＢＳ１１０は偏光セパレタであって、水平偏光
ビームを通過させるが、垂直偏光ビームは反射させる。偏光変換器１２０は１／
４波長だけ相を遅らせるＱＷであるか、または４５°だけ偏光平面を回転するＦ
Ｒのいずれかである。すなわち、ビームがＱＷを通過する度に、直線偏光ビーム
が円形偏光ビームに交換されるか、またはこれと逆に交換される。従って、ＱＷ
を介するビームの二重（度）通過は前回偏光状態に対して直交する偏光状態にあ
る結果となる。同様にして、ＦＲを介するビームの二重通過は上述の結果と同じ
ことになる。受動光学アイソレータ１００の動作を理解するために、水平偏光パ
ルス入力ビーム１０５が、図１Ａに示したようにＰＢＳ１１０を通過すると仮定
してみよう。ＰＢＳ１１０からのビームが偏光変換器１２０を通過するとき、４
５°だけ回転される偏光平面で円形偏光ビームまたは線形偏光ビームに変換され
る。従って、ビームが反射され、また偏光変換器１２０を再度通過するとき、水
平偏光ビームと直交する垂直偏光ビームに変換され、ＰＢＳ１１０から反射ビー
ム１３０として放出される。これが光学アイソレーション（絶縁）効果となる。
ソレータ１００は偏光ビーム・スプリッタ（以後「ＰＢＳ」という）１１０と、
偏光変換器１２０とからなる。ＰＢＳ１１０は偏光セパレタであって、水平偏光
ビームを通過させるが、垂直偏光ビームは反射させる。偏光変換器１２０は１／
４波長だけ相を遅らせるＱＷであるか、または４５°だけ偏光平面を回転するＦ
Ｒのいずれかである。すなわち、ビームがＱＷを通過する度に、直線偏光ビーム
が円形偏光ビームに交換されるか、またはこれと逆に交換される。従って、ＱＷ
を介するビームの二重（度）通過は前回偏光状態に対して直交する偏光状態にあ
る結果となる。同様にして、ＦＲを介するビームの二重通過は上述の結果と同じ
ことになる。受動光学アイソレータ１００の動作を理解するために、水平偏光パ
ルス入力ビーム１０５が、図１Ａに示したようにＰＢＳ１１０を通過すると仮定
してみよう。ＰＢＳ１１０からのビームが偏光変換器１２０を通過するとき、４
５°だけ回転される偏光平面で円形偏光ビームまたは線形偏光ビームに変換され
る。従って、ビームが反射され、また偏光変換器１２０を再度通過するとき、水
平偏光ビームと直交する垂直偏光ビームに変換され、ＰＢＳ１１０から反射ビー
ム１３０として放出される。これが光学アイソレーション（絶縁）効果となる。
【０００６】 図１Ｂは従来の能動光学アイソレータのブロック図である。能動光学アイソレ
ータ１５０は二つのＰＢＳ１６０と１６５及びＰＣ１７０からなる。第１ＰＢＳ
１６０が水平偏光ビームを通過し、また第２ＰＢＳ１６５が垂直偏光ビームを通
過する。高電圧が所定時間間隔でＰＣ１７０に印加されると、偏光方向が時間間
隔中のみ垂直方向に回転することができる。能動光学アイソレータ１５０の動作
を理解するために、水平偏光パルス入力ビーム１４５が図１Ｂに示したように第
１ＰＢＳ１６０を通過するを仮定してみよう。
ータ１５０は二つのＰＢＳ１６０と１６５及びＰＣ１７０からなる。第１ＰＢＳ
１６０が水平偏光ビームを通過し、また第２ＰＢＳ１６５が垂直偏光ビームを通
過する。高電圧が所定時間間隔でＰＣ１７０に印加されると、偏光方向が時間間
隔中のみ垂直方向に回転することができる。能動光学アイソレータ１５０の動作
を理解するために、水平偏光パルス入力ビーム１４５が図１Ｂに示したように第
１ＰＢＳ１６０を通過するを仮定してみよう。
【０００７】 第１ＰＢＳ１６０からの水平偏光ビームが、ＰＣ１７０を通過するとき、通過
ビームのパルス幅に対応する時間間隔で高電圧がＰＣ１７０に印加されると、水
平偏光ビームがＰＣ１７０を通過するにつれて垂直偏光ビームに変換される。従
って、垂直偏光ビームが、変化なしに第２ＰＢＳ１６５を通過する。その後、垂
直偏光ビームがどこからか反射した後戻ってきたときに、垂直偏光ビームが第１
ＰＢＳ１６０から通過される代わりに反射される。これは高電圧がＰＣ１７０に
印加されないからである。これも光学アイソレーションという結果になる。
ビームのパルス幅に対応する時間間隔で高電圧がＰＣ１７０に印加されると、水
平偏光ビームがＰＣ１７０を通過するにつれて垂直偏光ビームに変換される。従
って、垂直偏光ビームが、変化なしに第２ＰＢＳ１６５を通過する。その後、垂
直偏光ビームがどこからか反射した後戻ってきたときに、垂直偏光ビームが第１
ＰＢＳ１６０から通過される代わりに反射される。これは高電圧がＰＣ１７０に
印加されないからである。これも光学アイソレーションという結果になる。
【０００８】 しかし、ＰＢＳ、ＰＣ、ＱＷまたはＦＲのような光学アイソレータ要素に普通
欠陥がある。例えば、ＰＢＳ中の垂直偏光ビームと水平偏光ビームの分離率がわ
ずか約数１０ないし数１００である。ＰＣ、ＱＷまたはＦＲの偏光回転はいずれ
にしても完全ではなく、また除去率はまったく完全ではない。反射ビームの不完
全光学アイソレータを介しての入力端への漏洩が、近接増幅器間の増幅結合とな
って、光学デバイスに損傷を与えることになり、あるいはレーザ・オッシレータ
の出力モード中の不安定な発振につながる。
欠陥がある。例えば、ＰＢＳ中の垂直偏光ビームと水平偏光ビームの分離率がわ
ずか約数１０ないし数１００である。ＰＣ、ＱＷまたはＦＲの偏光回転はいずれ
にしても完全ではなく、また除去率はまったく完全ではない。反射ビームの不完
全光学アイソレータを介しての入力端への漏洩が、近接増幅器間の増幅結合とな
って、光学デバイスに損傷を与えることになり、あるいはレーザ・オッシレータ
の出力モード中の不安定な発振につながる。
【０００９】 従って、ジャッケル他は、誘発ブリュアン散乱相共役ミラー（以後「ＳＢＳ−
ＰＣＭ」という）を使用する光学アイソレータを示唆している。しかし、この構
造においてさえも、ＳＢＳ−ＰＣＭの反射率は１００％未満であり、また増幅器
はレーザ・オッシレータへ反射するビームを完全に遮断することはできない。従
って、完全な除去率を有する光学アイソレータがハイ・パワ・レーザ増幅器を形
成するのに必要である。
ＰＣＭ」という）を使用する光学アイソレータを示唆している。しかし、この構
造においてさえも、ＳＢＳ−ＰＣＭの反射率は１００％未満であり、また増幅器
はレーザ・オッシレータへ反射するビームを完全に遮断することはできない。従
って、完全な除去率を有する光学アイソレータがハイ・パワ・レーザ増幅器を形
成するのに必要である。
【００１０】 本発明の発明者は、米国特許第５，８３２，０２０号において高い反復率とハ
イ・パワを備えた固体レーザを提示した。固体レーザの反復率は、冷却速度に依
存し、従来技術において増幅器システム用に使用されたレーザ・ロッドの直径は
所望のレーザ出力の増大に応じて増大させなければならず、これが反復率を低下
させている。米国特許第５，８３２，０２０号に開示された技術は、問題を解決
しているが、この種のレーザ構造の下においてさえも、不完全波長プレートまた
はＰＢＳは帰還ビームを完全に遮断せず、光学系が増幅ビームによって損傷を受
けることになる。
イ・パワを備えた固体レーザを提示した。固体レーザの反復率は、冷却速度に依
存し、従来技術において増幅器システム用に使用されたレーザ・ロッドの直径は
所望のレーザ出力の増大に応じて増大させなければならず、これが反復率を低下
させている。米国特許第５，８３２，０２０号に開示された技術は、問題を解決
しているが、この種のレーザ構造の下においてさえも、不完全波長プレートまた
はＰＢＳは帰還ビームを完全に遮断せず、光学系が増幅ビームによって損傷を受
けることになる。
【００１１】 （発明の開示） 従って、本発明の目的は、完全なビーム・アイソレーション効果によって光学
系に対する損傷を阻止する光学アイソレータを提供することである。
系に対する損傷を阻止する光学アイソレータを提供することである。
【００１２】 本発明の他の目的は、この種のレーザのような光学系を損傷することなしに出
力を増大できる光学増幅器系を提供することである。
力を増大できる光学増幅器系を提供することである。
【００１３】 目的を達成する本発明の光学アイソレータは、偏光ビーム・スプリッタと偏光
変換器を使用することにおいては従来技術と同様であるが、偏光変換器を通過す
るビームを反射させる誘発ブリュアン散乱相共役ミラーによって特徴付けること
ができる。偏光変換のために、１／４波長だけビームの相を遅らせる１／４波長
プレートまたは４５°だけ偏光プレートを回転させるファラディ・ローテータを
使用できる。
変換器を使用することにおいては従来技術と同様であるが、偏光変換器を通過す
るビームを反射させる誘発ブリュアン散乱相共役ミラーによって特徴付けること
ができる。偏光変換のために、１／４波長だけビームの相を遅らせる１／４波長
プレートまたは４５°だけ偏光プレートを回転させるファラディ・ローテータを
使用できる。
【００１４】 他の目的を達成する本発明の光学増幅器系は、少なくとも二つの増幅器ステー
ジからなり、また各光学増幅器ステージは本発明の光学アイソレータを含んでい
る。すなわち、各増幅器ステージは光学アイソレータと、光学アイソレータから
の増幅ビームを反射させるが、偏光は変換され、変換ビームが光学アイソレータ
内に含まれた偏光ビーム・スプリッタを通るビームと、偏光ビーム・スプリッタ
で反射されることによって合成される。増幅器ステージはチェーン・タイプに構
成されるので、前段増幅器ステージからのビームが次の増幅器ステージ内に含ま
れた偏光ビーム・スプリッタに導入される。誘発ブリュアン散乱相共役ミラーが
光学アイソレータからのビームを反射させるのに使用でき、また１／４波長プレ
ートあるいはファラディ・ローテータのいずれかがビームの偏光を変換するのに
使用できる。
ジからなり、また各光学増幅器ステージは本発明の光学アイソレータを含んでい
る。すなわち、各増幅器ステージは光学アイソレータと、光学アイソレータから
の増幅ビームを反射させるが、偏光は変換され、変換ビームが光学アイソレータ
内に含まれた偏光ビーム・スプリッタを通るビームと、偏光ビーム・スプリッタ
で反射されることによって合成される。増幅器ステージはチェーン・タイプに構
成されるので、前段増幅器ステージからのビームが次の増幅器ステージ内に含ま
れた偏光ビーム・スプリッタに導入される。誘発ブリュアン散乱相共役ミラーが
光学アイソレータからのビームを反射させるのに使用でき、また１／４波長プレ
ートあるいはファラディ・ローテータのいずれかがビームの偏光を変換するのに
使用できる。
【００１５】 光学増幅器系がレーザ・オッシレータからのビームを、光学増幅器ステージの
第１番目内に導入されれば、ハイパワ・ビームを得ることができる。光学増幅器
系はさらに、ビームのサイズを拡大するために近接光学増幅器ステージ間に配備
されたビーム・サイズ拡大手段を備えているのが好ましい。
第１番目内に導入されれば、ハイパワ・ビームを得ることができる。光学増幅器
系はさらに、ビームのサイズを拡大するために近接光学増幅器ステージ間に配備
されたビーム・サイズ拡大手段を備えているのが好ましい。
【００１６】 光学増幅器系はレーザのタイプに依存してロッド−タイプあるいはスラブ−タ
イプとすることができる。さらに、光学アイソレータと光学増幅器の少なくとも
一つがアレイ・タイプに構成でき、この場合において、ウエッジ・タイプ・ビー
ム・スプリッタが光路内に付加され、ビームがアレイのそれぞれに伝送される。
イプとすることができる。さらに、光学アイソレータと光学増幅器の少なくとも
一つがアレイ・タイプに構成でき、この場合において、ウエッジ・タイプ・ビー
ム・スプリッタが光路内に付加され、ビームがアレイのそれぞれに伝送される。
【００１７】
パルス・タイプ・レーザ・ビームが、本発明の光学アイソレータと光学増幅器
系両方のために使用されるときに、反射対入力エネルギーは図２のグラフに示す
ように非線形である。図２において、ＳＢＳ−ＰＣＭの非線形反射がゼロから突
然増大する臨界値はＩthとして規定され、また反射率の９０％を有する入射ビー
ムのエネルギーはＩ0.9として規定される。
系両方のために使用されるときに、反射対入力エネルギーは図２のグラフに示す
ように非線形である。図２において、ＳＢＳ−ＰＣＭの非線形反射がゼロから突
然増大する臨界値はＩthとして規定され、また反射率の９０％を有する入射ビー
ムのエネルギーはＩ0.9として規定される。
【００１８】 図３Ａと図３Ｂは本発明の実施例に基づく光学アイソレータのブロック図であ
る。
る。
【００１９】 図３Ａを参照して、光学アイソレータ３００がＰＢＳ３１０とＱＷ３２０とＳ
ＢＳ−ＰＣＭ３４０からなる。図２のＩthより高いエネルギーを有するレーザ・
オッシレータから垂直偏光ビーム３０５がＰＢＳ３１０に入射されると、ＰＢＳ
３１０によって反射され、ＱＷ３２０を通過後、ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０に入射さ
れる。この時点で、ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０に入射されたビームのエネルギーがＩ th より高ければ、ビームはＳＢＳ−ＰＣＭ３４０の反射率がゼロでないので反射
される。特に、Ｉ0.9よりも高いエネルギーを有するビームがＳＢＳ−ＰＣＭ３
４０に入射されたときに、ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０の反射率が約９０％であり、ま
た従来のミラーの反射率を有する。一般的に、ＳＢＳ−ＰＣＭによって反射され
たビームは相共役波で、入射ビームに関する相共役を有している。ビームの相は
、光学系がこれを歪ませたときに、補正されることを意味している。付加的に、
相共役波は、波が反射されたときに、入射経路にトレース・バックする特徴を有
している。
ＢＳ−ＰＣＭ３４０からなる。図２のＩthより高いエネルギーを有するレーザ・
オッシレータから垂直偏光ビーム３０５がＰＢＳ３１０に入射されると、ＰＢＳ
３１０によって反射され、ＱＷ３２０を通過後、ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０に入射さ
れる。この時点で、ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０に入射されたビームのエネルギーがＩ th より高ければ、ビームはＳＢＳ−ＰＣＭ３４０の反射率がゼロでないので反射
される。特に、Ｉ0.9よりも高いエネルギーを有するビームがＳＢＳ−ＰＣＭ３
４０に入射されたときに、ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０の反射率が約９０％であり、ま
た従来のミラーの反射率を有する。一般的に、ＳＢＳ−ＰＣＭによって反射され
たビームは相共役波で、入射ビームに関する相共役を有している。ビームの相は
、光学系がこれを歪ませたときに、補正されることを意味している。付加的に、
相共役波は、波が反射されたときに、入射経路にトレース・バックする特徴を有
している。
【００２０】 さらに、ＳＢＳ−ＰＣＭの反射が図２に示すように非線形でないので、空間的
周波数フィルタ効果を示す。すなわち、弱いビーム強度を有する空間的周波数成
分がＳＢＳ−ＰＣＭによる低い反射率を有し、また、強いビーム強度を有する空
間的周波数成分がＳＢＳ−ＰＣＭによる高い反射率を有し、従って、強いビーム
強度を有する空間的周波数成分のみが増幅されるとともに、空間的フィルタ効果
を呈する。従って、ＳＢＳ−ＰＣＭによって反射されたビームの質は従来のミラ
ーのものよりも優れている。
周波数フィルタ効果を示す。すなわち、弱いビーム強度を有する空間的周波数成
分がＳＢＳ−ＰＣＭによる低い反射率を有し、また、強いビーム強度を有する空
間的周波数成分がＳＢＳ−ＰＣＭによる高い反射率を有し、従って、強いビーム
強度を有する空間的周波数成分のみが増幅されるとともに、空間的フィルタ効果
を呈する。従って、ＳＢＳ−ＰＣＭによって反射されたビームの質は従来のミラ
ーのものよりも優れている。
【００２１】 ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０によって反射されたビームが再度ＱＷ３２０を通過する
とき、入射ビームと直交する水平偏光ビームに変換され、ＰＢＳ３１０を通過す
る。他方において、ＰＢＳ３１０からの出力ビームが次の光学系によって反射さ
れるとき、ほとんどの反射ビームＩbackがＰＢＳ３１０によって反射される。Ｐ
ＢＳ３１０を通過するビームＩleakが再度ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０に入射されるが
、このビームは非常に弱く、その強度はＳＢＳ−ＰＣＭの反射臨界値Ｉth未満で
ある。これはビームがまったくレーザ・オッシレータに戻るように反射されない
ということである。
とき、入射ビームと直交する水平偏光ビームに変換され、ＰＢＳ３１０を通過す
る。他方において、ＰＢＳ３１０からの出力ビームが次の光学系によって反射さ
れるとき、ほとんどの反射ビームＩbackがＰＢＳ３１０によって反射される。Ｐ
ＢＳ３１０を通過するビームＩleakが再度ＳＢＳ−ＰＣＭ３４０に入射されるが
、このビームは非常に弱く、その強度はＳＢＳ−ＰＣＭの反射臨界値Ｉth未満で
ある。これはビームがまったくレーザ・オッシレータに戻るように反射されない
ということである。
【００２２】 図３Ｂに示したように、ＰＢＳ３６０を通過するビーム３４５が水平方向に偏
光されたときに、ＱＷ３７０とＳＢＳ−ＰＣＭ３９０を通って戻るビームがＰＢ
Ｓ３６０によって反射され、また図３Ａに示すような同じ結果となる。
光されたときに、ＱＷ３７０とＳＢＳ−ＰＣＭ３９０を通って戻るビームがＰＢ
Ｓ３６０によって反射され、また図３Ａに示すような同じ結果となる。
【００２３】 図４は本発明の他の実施例に基づく光学増幅器系のブロック図であり、またＳ
ＢＳ−ＰＣＭ光学アイソレータが汎用多段増幅器系に適用される。図４を参照し
て、光学増幅器系が複数の光学増幅器ステージ４００、４５０、．．．からなる
。
ＢＳ−ＰＣＭ光学アイソレータが汎用多段増幅器系に適用される。図４を参照し
て、光学増幅器系が複数の光学増幅器ステージ４００、４５０、．．．からなる
。
【００２４】 光学増幅器系の機能を第１光学増幅器ステージ４００につき説明する。垂直偏
光レーザ・パルス・ビーム３９５が、第１光学アイソレータ４１０に含まれたＰ
ＢＳ４１２に入射されると、ＰＢＳ１ ４１２によって反射され、ＱＷ１ ４１
４を通過するときに円形偏光ビームに変換される。この円形偏光ビームが、ＳＢ
Ｓ−ＰＣＭ４１６によって反射された後、ＱＷ １４１４を通過されると、水平
偏光ビームに変換され、ＰＢＳ１ ４１２を通過できる。ビームがＳＢＳ光学増
幅器４２０に含まれているマルチパス増幅器１ ４２２を通過されることによっ
て増幅されるとき、ＱＷ４２４を通過するビームがＳＢＳ−ＰＣＭ２ ４２６に
よって反射され、ＱＷ２ ４２４を再度通過し、これで垂直偏光ビームに変換さ
れる。ＱＷ２ ４２４は４５°だけ偏光平面を回転するファラディ・ローテータ
と置換することができる。従って、ビームはマルチパス増幅器１ ４２２を通過
することによって再度増幅され、ＰＢＳ１ ４１２によって反射され、第２増幅
器ステージ４５０の第２光学アイソレータ４６０内に含まれたＰＢＳ２ ４６２
に入射される。第２増幅器ステージ４５０が第１増幅器ステージ４００と同じ要
素を有しており、第２光学アイソレータ４６０と第２ＳＢＳ光学増幅器４７０か
らなる。全体として、光学増幅器ステージ４００、４５０、．．．は各々同じ構
造をなし、またチェーン・タイプに構成されているので、前段増幅器ステージか
らのビームが次の増幅器ステージ中に含まれるＰＢＳに導入される。このように
なっている光学増幅器系の形態がレーザ・ビームのエンハンスト増幅を提供する
とともに、反射ビームによるレーザへの損傷を除去する。
光レーザ・パルス・ビーム３９５が、第１光学アイソレータ４１０に含まれたＰ
ＢＳ４１２に入射されると、ＰＢＳ１ ４１２によって反射され、ＱＷ１ ４１
４を通過するときに円形偏光ビームに変換される。この円形偏光ビームが、ＳＢ
Ｓ−ＰＣＭ４１６によって反射された後、ＱＷ １４１４を通過されると、水平
偏光ビームに変換され、ＰＢＳ１ ４１２を通過できる。ビームがＳＢＳ光学増
幅器４２０に含まれているマルチパス増幅器１ ４２２を通過されることによっ
て増幅されるとき、ＱＷ４２４を通過するビームがＳＢＳ−ＰＣＭ２ ４２６に
よって反射され、ＱＷ２ ４２４を再度通過し、これで垂直偏光ビームに変換さ
れる。ＱＷ２ ４２４は４５°だけ偏光平面を回転するファラディ・ローテータ
と置換することができる。従って、ビームはマルチパス増幅器１ ４２２を通過
することによって再度増幅され、ＰＢＳ１ ４１２によって反射され、第２増幅
器ステージ４５０の第２光学アイソレータ４６０内に含まれたＰＢＳ２ ４６２
に入射される。第２増幅器ステージ４５０が第１増幅器ステージ４００と同じ要
素を有しており、第２光学アイソレータ４６０と第２ＳＢＳ光学増幅器４７０か
らなる。全体として、光学増幅器ステージ４００、４５０、．．．は各々同じ構
造をなし、またチェーン・タイプに構成されているので、前段増幅器ステージか
らのビームが次の増幅器ステージ中に含まれるＰＢＳに導入される。このように
なっている光学増幅器系の形態がレーザ・ビームのエンハンスト増幅を提供する
とともに、反射ビームによるレーザへの損傷を除去する。
【００２５】 図５は本発明の光学増幅器系のロッド・タイプ・レーザへの適用例を示す。図
５を参照して、レーザ・オッシレータ５００からのビーム５０５は、第１増幅器
ステージ５１０を通過するときに、第１ＳＢＳ光学増幅器５３０によって増幅さ
れ、帰還ビームが第１光学アイソレータ５２０によって遮断される。図４の光学
増幅器系のステージと各増幅器ステージ間の差異は、ＳＢＳ−ＰＣＭの前方にレ
ンズがあって、ビームの焦点を調整していることである。他の差異は第２増幅器
ステージ５４０内の第２ＳＢＳ光学増幅器５６０が２Ｘ２アレイ・タイプであり
、また、ウエッジ・タイプ・ビーム・スプリッタ５６２がビームを各アレイに伝
送するのに使用されていることである。第３増幅器ステージ５７０において、第
３ＳＢＳ光学増幅器５９０は４ｘ４アレイ・タイプであり、また第３光学アイソ
レータ５８０が２ｘ２アレイ・タイプである。ウエッジ・タイプ・ビーム・スプ
リッタ５８２と５９２もビームを各アレイに伝送するのに使用される。さらに、
光学増幅器ステージ５１０、５４０、５７０、．．．間にビーム拡大装置５３５
、５６５、．．．があって、ビームのサイズを調整している。このようにしてレ
ーザ増幅器系を構成することによって、増幅器ステージを所望のように付加する
ことができ、また出力エネルギーを、同じ反復率を維持しながら光学系に損傷を
与えることなく高めることができる。
５を参照して、レーザ・オッシレータ５００からのビーム５０５は、第１増幅器
ステージ５１０を通過するときに、第１ＳＢＳ光学増幅器５３０によって増幅さ
れ、帰還ビームが第１光学アイソレータ５２０によって遮断される。図４の光学
増幅器系のステージと各増幅器ステージ間の差異は、ＳＢＳ−ＰＣＭの前方にレ
ンズがあって、ビームの焦点を調整していることである。他の差異は第２増幅器
ステージ５４０内の第２ＳＢＳ光学増幅器５６０が２Ｘ２アレイ・タイプであり
、また、ウエッジ・タイプ・ビーム・スプリッタ５６２がビームを各アレイに伝
送するのに使用されていることである。第３増幅器ステージ５７０において、第
３ＳＢＳ光学増幅器５９０は４ｘ４アレイ・タイプであり、また第３光学アイソ
レータ５８０が２ｘ２アレイ・タイプである。ウエッジ・タイプ・ビーム・スプ
リッタ５８２と５９２もビームを各アレイに伝送するのに使用される。さらに、
光学増幅器ステージ５１０、５４０、５７０、．．．間にビーム拡大装置５３５
、５６５、．．．があって、ビームのサイズを調整している。このようにしてレ
ーザ増幅器系を構成することによって、増幅器ステージを所望のように付加する
ことができ、また出力エネルギーを、同じ反復率を維持しながら光学系に損傷を
与えることなく高めることができる。
【００２６】 図６は本発明の光学増幅器系のスラブ・タイプ・レーザへの適用例を示す。図
５の光学増幅器系と比較すると、第２ＳＢＳ光学増幅器６６０と異なる点は、２
ｘ１アレイ・タイプであり、第３光学増幅器６９０が４ｘ１アレイ・タイプであ
って、第３光学アイソレータ６８０が、スラブ・タイプ・レーザに適した２ｘ１
アレイ・タイプである。
５の光学増幅器系と比較すると、第２ＳＢＳ光学増幅器６６０と異なる点は、２
ｘ１アレイ・タイプであり、第３光学増幅器６９０が４ｘ１アレイ・タイプであ
って、第３光学アイソレータ６８０が、スラブ・タイプ・レーザに適した２ｘ１
アレイ・タイプである。
【００２７】 本発明の光学系は数個の光学系を示す図７Ａから図７Ｃに説明されたアライメ
ントに対して不感覚である。図７Ａから図７Ｃ中の同様の要素には同じ参照符号
を付している。
ントに対して不感覚である。図７Ａから図７Ｃ中の同様の要素には同じ参照符号
を付している。
【００２８】 図７Ａは二つの対称配備ＳＢＳ−ＰＣＭを使用する本発明の光学増幅系のアラ
イメント感度を示す。この形態において、レーザ・オッシレータ７００からのビ
ームがアライメントからΔθだけ変位したＰＢＳ７１０に入射しているが、対称
配置されたＳＢＳ−ＰＣＭ７２０からの出力ビームの位置と方向は入射ビームの
方向と一致している。
イメント感度を示す。この形態において、レーザ・オッシレータ７００からのビ
ームがアライメントからΔθだけ変位したＰＢＳ７１０に入射しているが、対称
配置されたＳＢＳ−ＰＣＭ７２０からの出力ビームの位置と方向は入射ビームの
方向と一致している。
【００２９】 図７Ｂはただ一つのＳＢＳ−ＰＣＭを使用する光学系のアライメント感度を示
す。この場合において、ＰＢＳ７１０はアライメントからΔθだけ変位しておれ
ば、出力ビームはアライメントからΔψ（＝２Δθ）だけ変位する。
す。この場合において、ＰＢＳ７１０はアライメントからΔθだけ変位しておれ
ば、出力ビームはアライメントからΔψ（＝２Δθ）だけ変位する。
【００３０】 図７Ｃは両端に従来のミラー７２２を使用する光学系のアライメント感度を示
す。この場合において、出力ビームはアライメントからδだけ変位する。
す。この場合において、出力ビームはアライメントからδだけ変位する。
【００３１】 一方、本発明の光学増幅器系において、レーザ・ロッドの熱誘導複屈折が問題
となる。この複屈折効果は図８Ａから図８Ｃに示した光学増幅器ステージを構築
することによって補正できる。
となる。この複屈折効果は図８Ａから図８Ｃに示した光学増幅器ステージを構築
することによって補正できる。
【００３２】 図８Ａは２パス光学ステージを示し、二つの増幅器手段８２０と８２２を含ん
でいる。両者間に、９０°の偏光ローテータ８３０がある。増幅器ステージ８０
０の両端において、４５°のファラディ・ローテータか、あるいは１／４波長プ
レート８３２がある。ＳＢＳ−ＰＣＭ８１０によって反射されたビームが、増幅
器ステージ８００の一端に再入射される。
でいる。両者間に、９０°の偏光ローテータ８３０がある。増幅器ステージ８０
０の両端において、４５°のファラディ・ローテータか、あるいは１／４波長プ
レート８３２がある。ＳＢＳ−ＰＣＭ８１０によって反射されたビームが、増幅
器ステージ８００の一端に再入射される。
【００３３】 図８Ｂは４パス増幅器ステージを示す。増幅器ステージ８５０は増幅器手段８
７０を含み、ＰＢＳ８９０と４５°ファラディ・ローテータまたは１／４波長プ
レート８３２が増幅器ステージ８００の両端にある。ＰＢＳ８９０によるスプリ
ット・ビームがミラー８９２とＳＢＳ−ＰＣＭ８６０それぞれによって反射され
、増幅器手段８７０からのビームがＰＣ８８２を通過する。
７０を含み、ＰＢＳ８９０と４５°ファラディ・ローテータまたは１／４波長プ
レート８３２が増幅器ステージ８００の両端にある。ＰＢＳ８９０によるスプリ
ット・ビームがミラー８９２とＳＢＳ−ＰＣＭ８６０それぞれによって反射され
、増幅器手段８７０からのビームがＰＣ８８２を通過する。
【００３４】 図８Ｃは内部に複屈折非線形クリスタルを配備された光学増幅器ステージを示
す。ＳＢＳ−ＰＣＭ８９６によって反射されたビームの一部は９０°偏光ローテ
ータ８３４を通過することが許容され、残りの部分は複屈折非線形クリスタル８
９４を通過することを許容される。その後、ビームは増幅器手段８７２と４５°
偏光ローテータまたは１／４波長プレート８３２を連続して通過する。
す。ＳＢＳ−ＰＣＭ８９６によって反射されたビームの一部は９０°偏光ローテ
ータ８３４を通過することが許容され、残りの部分は複屈折非線形クリスタル８
９４を通過することを許容される。その後、ビームは増幅器手段８７２と４５°
偏光ローテータまたは１／４波長プレート８３２を連続して通過する。
【００３５】 本発明の光学増幅器系は、光学増幅器系に含まれた誘発ブリュアン散乱相共役
ミラーで反射されたビームの相ロッキングによってビームを視準する手段をさら
に備えることができる。この視準手段は、自己発生バック・シーディング法また
は音響−光学誘導相ロッキング法のいずれかを利用できる。
ミラーで反射されたビームの相ロッキングによってビームを視準する手段をさら
に備えることができる。この視準手段は、自己発生バック・シーディング法また
は音響−光学誘導相ロッキング法のいずれかを利用できる。
【００３６】 （産業上の利用の可能性） 本発明の光学アイソレータが使用されるとき、反射ビームによる光学系への損
傷が完全に阻止できる。さらに、本発明の光学増幅器系によれば、同じ反復率を
維持しながら出力エネルギーが増大できる。また光学系がアライメントに対して
不感覚であるため、取扱が便利である。
傷が完全に阻止できる。さらに、本発明の光学増幅器系によれば、同じ反復率を
維持しながら出力エネルギーが増大できる。また光学系がアライメントに対して
不感覚であるため、取扱が便利である。
【図１】 図１Ａは従来の受動光学アイソレータのブロック図、図１Ｂは従来の能動光学
アイソレータのブロック図。
アイソレータのブロック図。
【図２】 誘発ブリュアン散乱相共役ミラー対入力パルス・エネルギーの反射率を示す図
。
。
【図３】 図３Ａは本発明の実施例による光学アイソレータのブロック図、３Ｂは発明の
実施例による光学アイソレータのブロック図。
実施例による光学アイソレータのブロック図。
【図４】 本発明の他の実施例による光学増幅器系のブロック図。
【図５】 本発明の光学増幅器系のロッド・タイプ・レーザへの適用例を示す図。
【図６】 本発明の光学増幅器系のスラブ・タイプ・レーザへの他の適用例を示す図。
【図７】 図７Ａは光学系のアライメント感度を説明する図、図７Ｂは光学系のアライメ
ント感度を説明する図、図７Ｃは光学系のアライメント感度を説明する図。
ント感度を説明する図、図７Ｃは光学系のアライメント感度を説明する図。
【図８】 図８Ａはレーザ・ロッドの熱誘導複屈折を補正するための補正手段からなる本
発明の光学増幅器系の増幅ステージを示す図、図８Ｂはレーザ・ロッドの熱誘導
複屈折を補正するための補正手段からなる本発明の光学増幅器系の増幅ステージ
を示す図、図８Ｃはレーザ・ロッドの熱誘導複屈折を補正するための補正手段か
らなる本発明の光学増幅器系の増幅ステージを示す図。
発明の光学増幅器系の増幅ステージを示す図、図８Ｂはレーザ・ロッドの熱誘導
複屈折を補正するための補正手段からなる本発明の光学増幅器系の増幅ステージ
を示す図、図８Ｃはレーザ・ロッドの熱誘導複屈折を補正するための補正手段か
らなる本発明の光学増幅器系の増幅ステージを示す図。
Claims (11)
- 【請求項１】 入射ビームの偏光に依存して入射ビームを反射または通過さ
せる偏光ビーム・スプリッタと； ビームを該偏光変換手段に２度通過させた後、ビームの前記偏光変換手段を通
過する前に、ビームの偏光と直交して前記偏光ビーム・スプリッタで反射または
通過されるビームの偏光を変換する偏光変換手段と； 前記偏光変換手段を通過したビームを反射させるための誘発ブリュアン散乱相
共役ミラーと； を具備する光学アイソレータ。 - 【請求項２】 前記偏光変換手段が、ビームの相を１／４波長だけ遅らせた
１／４波長プレートか、または４５°だけ偏光を回転させるファラデー・ローテ
ータである請求項１に記載の光学アイソレータ。 - 【請求項３】 少なくとも二つの光学増幅器ステージを有する光学増幅器系
であって、各増幅器ステージが、 入射ビームの偏光に依存して入射ビームを反射または通過させる偏光ビーム・
スプリッタと； ビームの第１偏光変換手段の二重（度）通過後、ビームの前記第１偏光変換手
段を通過する前に、ビームの偏光と直交して変換するための前記第１偏光変換手
段と、前記第１偏光変換手段を通過したビームを反射させるための誘発ブリュア
ン散乱相共役ミラーとを含む誘発ブリュアン散乱光学アイソレータと； ビームの該増幅手段の二度通過中に前記偏光ビーム・スプリッタを通るビーム
を増幅するための増幅手段と、該第２偏光変換手段をビームが２度通過した後、
該第２偏光変換手段を通過する前に、ビームの偏光と直交する増幅ビームの偏光
を変換するための第２偏光変換手段と、前記第２偏光変換手段を通過するビーム
を反射させるための第２誘発ブリュアン散乱相共役ミラーとを含む誘発ブリュア
ン散乱光学増幅器と； を具備し、 前記増幅ステージがチェーン・タイプに配備され、これによって前段の増幅器
ステージからのビームが次段の増幅器ステージ内に含まれた偏光ビーム・スプリ
ッタに導入されることを特徴とする光学増幅器系。 - 【請求項４】 前記第１および第２偏光変換手段が、各々１／４波長だけビ
ームの相を遅らせた１／４波長プレートか、または４５°だけ偏光を回転させる
ファラデー・ローテータである請求項３に記載の光学増幅器系。 - 【請求項５】 レーザ・オッシレータからのビームが、前記光学増幅器ステ
ージの第１段に含まれた偏光ビーム・スプリッタに入射される請求項３に記載の
光学増幅器系。 - 【請求項６】 ビームのサイズを拡大するために光学増幅器ステージ近傍間
に配備されたビーム・サイズ拡大手段をさらに含んでいる請求項５に記載の光学
増幅器系。 - 【請求項７】 前記誘発ブリュアン散乱光学増幅器が、ロッド・タイプかス
ラブ・タイプのいずれかである請求項５に記載の光学増幅器系。 - 【請求項８】 前記誘発ブリュアン散乱光学アイソレータと前記誘発ブリュ
アン散乱光学増幅器の少なくとも一つが、アレイ・タイプに構成され、またウエ
ッジ・タイプ・ビーム・スプリッタが光路に付加されてビームを前記アレイの各
々に伝送する請求項５に記載の光学増幅器系。 - 【請求項９】 前記増幅手段の熱誘導複屈折を補正するための補正手段をさ
らに含んでいる請求項７に記載の光学増幅器系。 - 【請求項１０】 前記誘発ブリュアン散乱相共役ミラーで反射されたビーム
の相ロッキングによってビームを視準するための手段をさらに含んでいる請求項
５に記載の光学増幅器系。 - 【請求項１１】 前記視準手段が自己バック・シーディング法か、音響−光
学誘導相ロッキング法のいずれかを使用する請求項１０に記載の光学増幅器系。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| KR1999/1187 | 1999-01-16 | ||
| PCT/KR2000/000028 WO2000042465A1 (en) | 1999-01-16 | 2000-01-17 | Optical isolator using stimulated brillouin scattering phase conjugation mirrors and its application to an optical amplifier system |
Publications (2)
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR100318520B1 (ja) |
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| KR100458677B1 (ko) * | 2002-09-09 | 2004-12-03 | 학교법인단국대학 | 유도 브릴루앙 산란 및 내부 공진기형 2차 조화파 발생을이용한 라만 레이저 발진 장치 및 방법 |
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| KR100784838B1 (ko) * | 2006-03-08 | 2007-12-14 | 한국과학기술원 | 유도브릴루앙 산란 위상공액거울의 위상 안정화장치를 이용한 광증폭장치 |
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| CN105136178B (zh) * | 2015-08-27 | 2017-09-05 | 太原理工大学 | 混沌布里渊光相干域分析的分布式光纤传感装置及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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