JP2007227448A - Regenerative amplifier, mode lock laser, and gain smoothing method - Google Patents

Regenerative amplifier, mode lock laser, and gain smoothing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a regenerative amplifier, or the like capable of obtaining a flat, total gain, and hence obtaining ultra-short pulsed light having high energy and large peak power. <P>SOLUTION: The regenerative amplifier for composing a resonator by two reflectors 3, 4 arranged so that they oppose optically comprises: two solid laser media 21, 22 that are arranged on the light axis of the resonator between the two reflectors 3, 4, generate a gain, and amplify incident light; a polarizer 5 arranged on the light axis of the resonator between the reflector 3 and the solid laser medium 21; and a polarizing switch 8 that is arranged on the light axis in the resonator between the reflector 3 and the polarizer 5 and controls a polarization direction by applying voltage. Light entering from the polarizer 5 is amplified with the flat amplification gain that depends on wavelengths obtained by combining amplification gains having different peak wavelengths generated from the solid laser media 21, 22 each. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、加工用レーザ装置やレーザを用いた計測装置において、高ピーク、短パルスレーザ光を得る再生増幅器、モードロックレーザ及び利得平滑化方法に関するものである。   The present invention relates to a regenerative amplifier, a mode-locked laser, and a gain smoothing method for obtaining a high-peak, short-pulse laser beam in a processing laser apparatus or a measuring apparatus using a laser.

パルスエネルギーの小さなレーザ光を増幅させる手段として再生増幅器がある。再生増幅器は、小さなエネルギーのレーザ光を、複数回レーザ媒質を通過させて増幅し、大きなエネルギーのレーザ光として取り出すことができる。再生増幅器は、一般に、最低2枚の反射鏡により構成される共振器と、共振器内に配置されたレーザ媒質、偏光子、偏光スイッチにより構成される。共振器内に入射した小さなエネルギーのレーザ光は、偏光スイッチにより偏光方向を回転され、共振器内に閉じ込められる。閉じ込められたレーザ光は、共振器内を複数回往復することから、レーザ媒質を複数回通過して、エネルギーが増幅する。十分に大きくなった時点で再び偏光スイッチにより偏光方向を回転させることで、偏光子から大きなエネルギーのレーザ光を取り出すものである。   There is a regenerative amplifier as means for amplifying laser light having a small pulse energy. The regenerative amplifier can amplify a laser beam with a small energy by passing it through a laser medium a plurality of times and extract it as a laser beam with a large energy. The regenerative amplifier is generally composed of a resonator composed of at least two reflecting mirrors, and a laser medium, a polarizer, and a polarization switch arranged in the resonator. The laser beam having a small energy incident on the resonator is rotated in the polarization direction by the polarization switch and confined in the resonator. Since the confined laser beam reciprocates a plurality of times in the resonator, the laser beam passes through the laser medium a plurality of times and the energy is amplified. When it becomes sufficiently large, the polarization direction is rotated again by the polarization switch, so that a laser beam with a large energy is extracted from the polarizer.

再生増幅器では、レーザ媒質の利得が小さく、レーザ光がレーザ媒質を1回通過する際の増幅率が小さい場合でも、レーザ光は複数回レーザ媒質を通過するために、最終的には大きなエネルギーをレーザ媒質から抽出することができ、この結果、大きなエネルギーのレーザ光を得ることができる。   In the regenerative amplifier, even when the gain of the laser medium is small and the amplification factor when the laser light passes through the laser medium once is small, the laser light passes through the laser medium a plurality of times. It can be extracted from the laser medium, and as a result, a laser beam with large energy can be obtained.

増幅器において留意しなければならない点の一つに、レーザ媒質からの自然放出光の増幅(ASE:Amplified Spontaneous Emission)がある。ASEは、レーザ媒質の利得が高いほど発生し易く、再生増幅器では、さらに、周回数が多く、増幅率が大きいほど発生し易い。ASEは、意図しない光の増幅であり、ASEの発生によりレーザ媒質に蓄えられたエネルギーが抽出されるため、レーザ光の増幅出力は、低下するという問題があった。   One of the points to be noted in the amplifier is amplification of spontaneous emission light (ASE: Amplified Spontaneous Emission) from the laser medium. ASE is more likely to occur as the gain of the laser medium is higher. In a regenerative amplifier, the ASE is more likely to occur as the number of turns is larger and the amplification factor is larger. ASE is unintentional amplification of light, and the energy stored in the laser medium is extracted by the generation of ASE, so that there is a problem that the amplification output of the laser light is reduced.

このような不具合を解決するものとして、従来の再生増幅器がある(例えば、特許文献1参照)。従来の再生増幅器では、増幅器の共振器内に過飽和吸収体を配置する。過飽和吸収体は、小さなエネルギーが入射した場合は、光出力を吸収し損失源となり、一定以上のエネルギーが入射した場合は、透明体となり低損失で通過させる特性を持つ。このため、レーザ媒質から放出される微弱な自然放出光は過飽和吸収体で吸収されるため、共振器内を往復せず、次々と増幅することが無い。一方、レーザ光の入射エネルギーを過飽和吸収体が透明になるしきい値以上にすることで、共振器内を往復させ、大きなエネルギーをレーザ媒質から抽出することができる。このため、再生増幅器の周回数を多数回に設定し、増幅率を大きくした場合でもASEの発生は無く、大きなエネルギーのレーザ光を得ることができるなどの特徴がある。   As a solution to such a problem, there is a conventional regenerative amplifier (see, for example, Patent Document 1). In the conventional regenerative amplifier, a saturable absorber is disposed in the resonator of the amplifier. The saturable absorber absorbs light output when small energy is incident and becomes a loss source. When the energy exceeds a certain level, the saturable absorber becomes transparent and has a low loss. For this reason, the weak spontaneous emission light emitted from the laser medium is absorbed by the saturable absorber, so that it does not reciprocate within the resonator and is not amplified one after another. On the other hand, by making the incident energy of the laser light equal to or greater than the threshold value at which the saturable absorber becomes transparent, it is possible to reciprocate in the resonator and extract large energy from the laser medium. For this reason, even when the number of regenerative amplifiers is set to a large number of times and the amplification factor is increased, ASE is not generated, and a laser beam with large energy can be obtained.

特開平7−94816号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-94816

しかしながら、従来の再生増幅器では、周回数が多いほど、増幅されたレーザ光の波長帯域の狭窄化が強く起こり、再生増幅器への入射光に比べ、出力光の波長帯域は狭いものになる。このため、パルスの時間幅が長くなり、パルスのピーク出力が低下するなどの問題がある。   However, in the conventional regenerative amplifier, as the number of rotations increases, the wavelength band of the amplified laser light is more narrowed, and the wavelength band of the output light is narrower than the incident light to the regenerative amplifier. For this reason, there is a problem that the time width of the pulse becomes long and the peak output of the pulse decreases.

レーザ媒質は、励起が行われることで、活性媒質の種類やホストの材料に応じて、ピーク波長と利得帯域のある利得を発生させる。レーザ光の増幅は、その利得に応じて増幅される。利得の高いピーク波長では高い増幅率が得られ、利得の低い波長では小さな増幅率になる。再生増幅器では、単一の周回で高い増幅が得られるピーク波長は、次の周回でより高い増幅が得られることとなり、多数回の周回後には利得の低い波長に比べ、利得の高い波長の出力は非常に大きなものとなる。このため、波長幅は狭くなり、波長帯域の狭窄化が起こる。このような波長帯域の狭窄化は、再生増幅器の周回数が多いほど強く起こる。   The laser medium is excited to generate a gain having a peak wavelength and a gain band according to the type of the active medium and the host material. Laser light is amplified in accordance with the gain. A high gain is obtained at a peak wavelength with a high gain, and a small gain is obtained at a wavelength with a low gain. In a regenerative amplifier, the peak wavelength that provides high amplification in a single cycle will result in higher amplification in the next cycle. Will be very big. For this reason, the wavelength width is narrowed and the wavelength band is narrowed. Such narrowing of the wavelength band becomes stronger as the number of regenerative amplifiers is increased.

固体レーザ媒質が例えばTi:Sapphireの場合には、励起には固体レーザの2次高調波が必要であるため、システムが大型で複雑なものであるが、利得が高いため、高効率のエネルギー抽出となる飽和増幅が行われるまでの周回数は比較的少ない。このため、出力光の波長帯域の狭窄化の影響は小さい。一方、活性媒質がYb系の固体レーザ媒質の場合には、半導体レーザによる直接励起が可能であるため、システムが小型で簡便に構成可能であるが、利得が小さいため、高効率のエネルギー抽出となる飽和増幅を行うためには、周回数はより多く必要となる。このため、Yb系の固体レーザ媒質を用いた再生増幅器では、出力光の波長帯域の狭窄化がより強く起こることとなる。   If the solid-state laser medium is, for example, Ti: Sapphire, the second harmonic of the solid-state laser is required for excitation, so the system is large and complex, but the gain is high, so high-efficiency energy extraction The number of rounds until saturation amplification is performed is relatively small. For this reason, the influence of narrowing of the wavelength band of output light is small. On the other hand, when the active medium is a Yb-based solid-state laser medium, direct excitation by a semiconductor laser is possible, so the system can be made compact and simple. However, since the gain is small, highly efficient energy extraction and In order to perform saturation amplification, a larger number of circulations is required. For this reason, in the regenerative amplifier using the Yb solid-state laser medium, the wavelength band of the output light is more narrowed.

図8に、例えば、固体レーザ媒質として、Yb:KYWを用いて再生増幅器を構成した場合の、出力光波長の周回数依存性の計算結果の一例を示す。周回数が増加するごとに波長帯域は狭くなり、入射光の波長幅が、例えば17nmである場合、1周回で波長幅は15.3nm、10周回で8.0nm、100周回で3.0nmまで狭窄化される。   FIG. 8 shows an example of a calculation result of the frequency dependence of the output light wavelength when a regenerative amplifier is configured using, for example, Yb: KYW as a solid-state laser medium. When the number of turns increases, the wavelength band becomes narrower, and when the wavelength width of incident light is 17 nm, for example, the wavelength width is 15.3 nm in one turn, 8.0 nm in 10 turns, and 3.0 nm in 100 turns. It is narrowed.

レーザ光の時間幅と波長帯域幅はフーリエ変換の関係にあるため、波長帯域の広いレーザ光は、時間的に短いパルス光となり、波長帯域の狭いレーザ光は、時間的に長いパルス光となる。従って、再生増幅器で波長帯域が狭窄化した出力光は、時間的に長いパルス光となるため、ピーク出力は低いものとなるなどの問題があった。   Since the time width and the wavelength bandwidth of the laser light are in a Fourier transform relationship, the laser light with a wide wavelength band becomes a pulse light with a short time, and the laser light with a narrow wavelength band becomes a pulse light with a long time. . Accordingly, the output light whose wavelength band is narrowed by the regenerative amplifier becomes a pulse light that is long in time, and there is a problem that the peak output becomes low.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、平坦な合計の利得が得られ、多数回の周回による波長帯域の狭窄化が抑制され、波長幅が広い出力光が得られ、このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光を得ることができる再生増幅器、モードロックレーザ及び利得平滑化方法を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to obtain a flat total gain, to suppress narrowing of the wavelength band due to many rounds, and to have a wide wavelength width. Reproducing amplifier, mode-locked laser, and gain smoothing capable of obtaining ultrashort pulsed light with high energy and high peak power. Get the method.

この発明に係る再生増幅器は、光学的に対向して配置された第1及び第2の反射鏡から共振器を構成する再生増幅器であって、前記第1及び第2の反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置され、利得を発生し、入射した光を増幅する第1及び第2の固体レーザ媒質と、前記第1の反射鏡及び前記第1の固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置された偏光子と、前記第1の反射鏡及び前記偏光子の間で前記共振器の光軸上に配置され、電圧印可により偏光方向の制御を行う偏光スイッチとを設け、前記第1及び第2の固体レーザ媒質がそれぞれ発生するピーク波長が異なる増幅利得を組合せた波長依存性の平坦な増幅利得により、前記偏光子から入射した光を増幅するものである。   The regenerative amplifier according to the present invention is a regenerative amplifier that constitutes a resonator from first and second reflecting mirrors that are optically opposed to each other, and is arranged between the first and second reflecting mirrors. The first and second solid-state laser media disposed on the optical axis of the resonator, generating gain and amplifying incident light, and the first reflector and the first solid-state laser medium A polarizer disposed on the optical axis of the resonator, and a polarization switch disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the polarizer and controlling a polarization direction by applying a voltage; And the light incident from the polarizer is amplified by a flat amplification gain having a wavelength dependency obtained by combining amplification gains having different peak wavelengths generated by the first and second solid-state laser media.

この発明に係る再生増幅器は、平坦な合計の利得が得られ、多数回の周回による波長帯域の狭窄化が抑制され、波長幅が広い出力光が得られ、このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光を得ることができるという効果を奏する。   In the regenerative amplifier according to the present invention, a flat total gain is obtained, narrowing of the wavelength band due to many rounds is suppressed, and output light with a wide wavelength width is obtained. There is an effect that pulsed light is obtained, ultrashort pulsed light having high energy and high peak power can be obtained.

実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る再生増幅器について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る再生増幅器の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 1 FIG.
A regenerative amplifier according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a diagram showing a configuration of a regenerative amplifier according to Embodiment 1 of the present invention. In the following, in each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

図1において、この実施の形態1に係る再生増幅器1は、光学的に対向して配置された反射鏡(第1の反射鏡)3と反射鏡(第2の反射鏡)4により構成される共振器の同軸上に、かつ上記共振器内に、偏光スイッチ8と、偏光子5と、固体レーザ媒質(第1の固体レーザ媒質)21と、固体レーザ媒質(第2の固体レーザ媒質)22とが設けられている。   In FIG. 1, a regenerative amplifier 1 according to the first embodiment includes a reflecting mirror (first reflecting mirror) 3 and a reflecting mirror (second reflecting mirror) 4 that are optically opposed to each other. A polarization switch 8, a polarizer 5, a solid-state laser medium (first solid-state laser medium) 21, and a solid-state laser medium (second solid-state laser medium) 22 on the same axis as the resonator and in the resonator. And are provided.

偏光スイッチ8は、反射鏡3と偏光子5の間で共振器の光軸上に配置され、例えば、偏光回転手段6と、1/4波長板7とから構成される。入射光31は、偏光子5から共振器内に入射される。周回光32は、共振器内で周回する。出力光33は、偏光子5から取り出される。   The polarization switch 8 is disposed on the optical axis of the resonator between the reflecting mirror 3 and the polarizer 5 and includes, for example, a polarization rotating means 6 and a quarter wavelength plate 7. Incident light 31 enters the resonator from the polarizer 5. The circulating light 32 circulates in the resonator. The output light 33 is extracted from the polarizer 5.

反射鏡3と反射鏡4は、入射光31の波長帯域、および、固体レーザ媒質21、固体レーザ媒質22の利得帯域で全反射となる反射鏡である。反射鏡としては、例えば、光学材料に誘電体膜を積層して構成する。反射鏡3と反射鏡4は、光学的に対向して配置され、共振器を構成する。共振モードを構成するよう反射鏡3と反射鏡4は、曲面、または、平面としてもよいし、反射鏡3と反射鏡4の間にレンズや曲率鏡などの光学部品を配置して共振モードを形成してもよい。   The reflecting mirror 3 and the reflecting mirror 4 are reflecting mirrors that are totally reflected in the wavelength band of the incident light 31 and the gain bands of the solid-state laser medium 21 and the solid-state laser medium 22. As the reflecting mirror, for example, a dielectric film is laminated on an optical material. The reflecting mirror 3 and the reflecting mirror 4 are optically opposed to each other and constitute a resonator. The reflecting mirror 3 and the reflecting mirror 4 may be curved or flat so as to constitute the resonance mode, and an optical component such as a lens or a curvature mirror is arranged between the reflecting mirror 3 and the reflecting mirror 4 to set the resonance mode. It may be formed.

偏光回転手段6は、例えば、電圧印可時に偏光を回転させるポッケルスセルなどを用いる。1/4波長板7は、通過する光の偏光を回転させる素子であり、直線偏光の単一パスで円偏光に回転させ、往復パスで入射光と90°直交した直線偏光に回転させるものである。   The polarization rotation means 6 uses, for example, a Pockels cell that rotates polarized light when a voltage is applied. The quarter-wave plate 7 is an element that rotates polarized light of light passing therethrough, and is rotated to circularly polarized light by a single path of linearly polarized light, and rotated to linearly polarized light that is 90 ° orthogonal to incident light by a reciprocating path. is there.

偏光子5は、偏光方向により、透過、または、反射するものであり、図1紙面に平行な偏光を透過させ、紙面に鉛直な偏光を反射させる特性を持つ。   The polarizer 5 transmits or reflects depending on the polarization direction, and has a characteristic of transmitting polarized light parallel to the paper surface of FIG. 1 and reflecting vertical polarized light to the paper surface.

固体レーザ媒質21と固体レーザ媒質22は、ホスト材料に活性媒質が添加されたものである。ホスト材料は、結晶、セラミック、ガラスなどにより構成されていてもよく、活性媒質は、Ybなどの利得帯域の広い材料をもちいてもよい。例えば、Yb:YAG、Yb:KYW、Yb:KGW、Yb:Glass、Yb:YAB、Yb:YCOB、Yb:GdCOB、Yb:LnCOB、Yb:S−FAPなどを用いることができる。   The solid laser medium 21 and the solid laser medium 22 are obtained by adding an active medium to a host material. The host material may be composed of crystal, ceramic, glass, or the like, and the active medium may be a material with a wide gain band such as Yb. For example, Yb: YAG, Yb: KYW, Yb: KGW, Yb: Glass, Yb: YAB, Yb: YCOB, Yb: GdCOB, Yb: LnCOB, Yb: S-FAP can be used.

つぎに、この実施の形態1に係る再生増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係る再生増幅器の固体レーザ媒質の増幅利得の波長依存性の一例を示す図である。   Next, the operation of the regenerative amplifier according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing an example of the wavelength dependence of the amplification gain of the solid-state laser medium of the regenerative amplifier according to Embodiment 1 of the present invention.

入射光31は、図1紙面に平行な偏光の短パルス光である。このため、入射光31は、偏光子5を通過して、共振器内に導入される。短パルス光は、時間的に引き延ばされたチャープパルス光であってもよいし、引き延ばしのない超短パルス光であってもよい。超短パルス光は、時間幅が短いため小さなエネルギーでも高いピークパワーを持つ。このため、超短パルス光を増幅した場合、所定のエネルギーに達する前に高いピークパワーで増幅器内の光学部品が損傷する場合があり、高出力のエネルギーの増幅光が得られないなどの課題がある。このため、超短パルス光を時間的に引き延ばし、ピークパワーを低下させたチャープパルス光を増幅する方式が知られている。ピークパワーの低いチャープパルス光を所定のエネルギーまで増幅して出力光として取り出し、圧縮器で時間的に圧縮することで、高エネルギーの超短パルス光を得ることができる。   The incident light 31 is a short pulse light polarized in parallel to the paper surface of FIG. For this reason, the incident light 31 passes through the polarizer 5 and is introduced into the resonator. The short pulse light may be chirped pulse light that is extended in time, or may be ultrashort pulse light that is not extended. Ultra-short pulse light has a high peak power even with a small energy because of its short time width. For this reason, when an ultrashort pulse light is amplified, optical components in the amplifier may be damaged at a high peak power before reaching a predetermined energy, and there is a problem that amplified light with high output energy cannot be obtained. is there. For this reason, a method is known in which ultrashort pulse light is extended in time to amplify chirped pulse light with reduced peak power. A high-energy ultrashort pulsed light can be obtained by amplifying chirped pulsed light with a low peak power to a predetermined energy, taking it out as output light, and compressing it temporally with a compressor.

偏光子5から共振器内に入射した入射光31は、反射鏡3で反射され、偏光回転手段6と1/4波長板7を往復通過する。このとき、偏光回転手段6には、電圧の印可が無く、偏光の回転はない。一方、1/4波長板7を往復通過するために、往復通過時の偏光方向は、90°回転する。従って、偏光子5を通過して共振器内に入射した入射光31は、反射鏡3で反射され、再び反射鏡3に戻ってきた際には偏光方向が90°回転し、図1紙面鉛直方向の偏光になるため、偏光子5で反射する。   Incident light 31 incident on the resonator from the polarizer 5 is reflected by the reflecting mirror 3 and passes back and forth between the polarization rotating means 6 and the quarter wavelength plate 7. At this time, the polarization rotation means 6 has no voltage applied, and there is no polarization rotation. On the other hand, in order to pass back and forth through the quarter-wave plate 7, the polarization direction during the reciprocating pass is rotated by 90 °. Therefore, the incident light 31 that has passed through the polarizer 5 and entered the resonator is reflected by the reflecting mirror 3, and when returning to the reflecting mirror 3, the polarization direction is rotated by 90 °, and the vertical direction of FIG. Since it becomes polarized light in the direction, it is reflected by the polarizer 5.

偏光子5で反射した光は、固体レーザ媒質21、固体レーザ媒質22を通過して光出力が増幅される。図1には、固体レーザ媒質21、22の裏面を反射面とする構成について示したが、透過させる構成でもよい。また、固体レーザ媒質21、22を2個用いる構成について示したが、個数の制限はなく用いることができる。   The light reflected by the polarizer 5 passes through the solid laser medium 21 and the solid laser medium 22 to amplify the light output. Although FIG. 1 shows a configuration in which the back surfaces of the solid-state laser media 21 and 22 are reflective surfaces, a configuration in which light is transmitted may be used. Further, although the configuration using two solid-state laser media 21 and 22 has been shown, the number of the laser media can be used without any limitation.

固体レーザ媒質21、22を通過した光は、反射鏡3と光学的に対向して配置された反射鏡4で反射され、再び固体レーザ媒質21、22を通過して光出力が増幅される。さらに、増幅された光は、再び偏光子5で反射される。   The light that has passed through the solid-state laser media 21 and 22 is reflected by the reflecting mirror 4 that is disposed optically facing the reflecting mirror 3, passes through the solid-state laser media 21 and 22 again, and the light output is amplified. Further, the amplified light is reflected by the polarizer 5 again.

このようにして入射光31が共振器内を1往復する間に、偏光回転手段6に電圧を印可して、偏光回転手段6を単一通過で1/4波長、往復通過で1/2波長回転するように設定する。このため、2周回目の光は、偏光回転手段6の往復通過で90°、1/4波長板7の往復通過で90°の偏光回転を受け、合計で180°偏光方向が回転する。180°の偏光回転では、図1紙面鉛直方向の偏光が、再び鉛直方向になるため、実質の偏光回転は無く、2周回目の光は、偏光子5で反射することとなる。偏光子5を反射した光は、固体レーザ媒質21、22で光出力を増幅され反射鏡4で反射されて、再び偏光子5側に戻り、反射されて3周回目の光路をとる。   In this way, while the incident light 31 reciprocates once in the resonator, a voltage is applied to the polarization rotation means 6, and the polarization rotation means 6 is ¼ wavelength for single pass and ½ wavelength for reciprocation. Set to rotate. For this reason, the second round of light undergoes 90 ° polarization rotation in the reciprocating passage of the polarization rotating means 6 and 90 ° in the reciprocating passage of the quarter wavelength plate 7, and the polarization direction is rotated by 180 ° in total. When the polarization rotation is 180 °, the polarization in the vertical direction in FIG. 1 becomes the vertical direction again, so that there is no substantial polarization rotation, and the second round of light is reflected by the polarizer 5. The light reflected from the polarizer 5 is amplified by the solid-state laser media 21 and 22 and reflected by the reflecting mirror 4, returns to the polarizer 5 again, is reflected, and takes the third optical path.

このようにして、偏光回転手段6に電圧を印可して偏光を回転させている間は、偏光子5から入射した入射光31は、反射鏡3と反射鏡4の間の共振器内に閉じ込められ、周回光32となる。周回光32は、周回を重ね、固体レーザ媒質21、22を通過するたびに増幅され、固体レーザ媒質21、22からエネルギーを抽出して、大きなエネルギーのレーザ光となる。   In this way, the incident light 31 incident from the polarizer 5 is confined in the resonator between the reflecting mirror 3 and the reflecting mirror 4 while the polarization rotating means 6 is applied with a voltage to rotate the polarized light. And becomes the circulating light 32. The circling light 32 overlaps the circling light and is amplified every time it passes through the solid-state laser mediums 21 and 22, extracts energy from the solid-state laser media 21 and 22, and becomes high-energy laser light.

大きなエネルギーのレーザ光になった時点で、偏光回転手段6の印可電圧を落とすことで、偏光回転を無くす。このため、1/4波長板7の往復通過による90°偏光回転により、図1紙面水平方向の偏光となるため偏光子5を通過し、再生増幅器1の出力として出力光33を取り出すことができる。   When the laser beam has a large energy, the rotation of the polarization is eliminated by dropping the applied voltage of the polarization rotation means 6. For this reason, the 90 ° polarization rotation caused by the reciprocating passage of the quarter wavelength plate 7 results in the polarization in the horizontal direction of FIG. 1, so that it can pass through the polarizer 5 and take out the output light 33 as the output of the regenerative amplifier 1. .

共振器内に配置した固体レーザ媒質21、固体レーザ媒質22は、異方性を持つ固体レーザ媒質であってもよい。異方性の固体レーザ媒質では、固体レーザ媒質の結晶軸、または、光学軸ごとに利得のピーク波長や波長帯域が異なる場合がある。例えば、図2に示すように、Yb:KYWのa軸方向では、利得のピーク波長1025nm、利得幅(半値全福)21nmであり、b軸方向では、利得のピーク波長1039nm、利得幅(半値全福)24nmである。   The solid-state laser medium 21 and the solid-state laser medium 22 disposed in the resonator may be solid-state laser media having anisotropy. In an anisotropic solid-state laser medium, the peak wavelength and wavelength band of gain may be different for each crystal axis or optical axis of the solid-state laser medium. For example, as shown in FIG. 2, in the a-axis direction of Yb: KYW, the gain peak wavelength is 1025 nm and the gain width (full width at half maximum) is 21 nm, and in the b-axis direction, the gain peak wavelength is 1039 nm and the gain width (half value). Zenpuku) 24nm.

固体レーザ媒質21と固体レーザ媒質22の結晶軸、または、光学軸をそれぞれ、異なる方向にとり、配置する。例えば、図1紙面鉛直方向に平行な周回光32の偏光方向に対し平行な光学軸を、固体レーザ媒質21ではa軸とし、固体レーザ媒質22ではb軸にする。このように配置することで、利得のピーク波長の異なる固体レーザ媒質21と固体レーザ媒質22の合計の利得が得られることとなる。ピーク波長の異なる利得の合成の利得となるため、利得の平坦性が高く、より広い利得帯域が得られる。それぞれの利得の大きさは、添加する活性媒質の濃度や励起率の大きさ、固体レーザ媒質の個数などで調整可能なため、それぞれのピーク波長間の利得を平坦にすることが可能である。   The crystal axes or optical axes of the solid laser medium 21 and the solid laser medium 22 are arranged in different directions. For example, the optical axis parallel to the polarization direction of the circulating light 32 parallel to the vertical direction of FIG. 1 is the a-axis in the solid-state laser medium 21 and the b-axis in the solid-state laser medium 22. By arranging in this way, the total gain of the solid-state laser medium 21 and the solid-state laser medium 22 having different gain peak wavelengths can be obtained. Since the gain is a combination of gains having different peak wavelengths, the flatness of the gain is high and a wider gain band can be obtained. Since the magnitude of each gain can be adjusted by the concentration of the active medium to be added, the magnitude of the excitation rate, the number of solid-state laser media, etc., the gain between the respective peak wavelengths can be made flat.

例えば、図2には、Yb:KYWのa軸とb軸の合成の利得として、1025nmから1039nmまでほぼ平坦な利得が得られ、利得幅(半値全福)は32nmとより広帯域が得られる。このように構成したため平坦で幅の広い利得が得られる。   For example, in FIG. 2, a substantially flat gain is obtained from 1025 nm to 1039 nm as the combined gain of Yb: KYW a-axis and b-axis, and a wider bandwidth is obtained with a gain width (full width at half maximum) of 32 nm. With this configuration, a flat and wide gain can be obtained.

共振器内を多数回周回することで発生する増幅光の波長帯域狭窄化は、利得が大きい波長がより強く増幅されることから生じる。一方、この実施の形態1によれば、平坦で幅の広い利得が得られるため、多数回の周回による波長帯域の狭窄化は抑制され、波長帯域の広い出力光33が得られる。   The narrowing of the wavelength band of the amplified light generated by making many rounds in the resonator occurs because the wavelength having a large gain is more strongly amplified. On the other hand, according to the first embodiment, since a flat and wide gain is obtained, narrowing of the wavelength band due to many rounds is suppressed, and output light 33 having a wide wavelength band is obtained.

このように、再生増幅器1内に、軸方位を変えた異方性の固体レーザ媒質21、22を配置したため、平坦な合計の利得が得られ、多数回の周回による波長帯域の狭窄化は抑制され、波長幅が広い出力光33が得られる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。   As described above, since the anisotropic solid-state laser media 21 and 22 having different axial directions are arranged in the regenerative amplifier 1, a flat total gain is obtained, and the narrowing of the wavelength band due to many rounds is suppressed. As a result, output light 33 having a wide wavelength width is obtained. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained.

この実施の形態1に係る再生増幅器1に配置する固体レーザ媒質21、22を、異方性の固体レーザ媒質の他に、等方性の固体レーザ媒質を用いてもよい。また、等方性媒質と異方性媒質の両方を用いる構成としてもよい。   As the solid-state laser mediums 21 and 22 arranged in the regenerative amplifier 1 according to the first embodiment, an isotropic solid-state laser medium may be used in addition to the anisotropic solid-state laser medium. Further, both an isotropic medium and an anisotropic medium may be used.

等方性の固体レーザ媒質では、軸方位による利得のピーク波長や利得帯域の違いは無い。しかし、固体レーザ媒質21と固体レーザ媒質22を、ピーク波長の異なる別材料を用いることで、合計の利得を平坦にすることができる。例えば、固体レーザ媒質21を、利得のピーク波長が1030nmのYb:YAG、固体レーザ媒質22を、利得のピーク波長が1039nmのYb:KYWのb軸とする。それぞれの利得の大きさは、添加する活性媒質の濃度や励起率の大きさ、固体レーザ媒質の個数などで調整可能なため、それぞれのピーク波長間の利得を平坦にすることが可能である。   In an isotropic solid laser medium, there is no difference in gain peak wavelength or gain band depending on the axial direction. However, the total gain can be flattened by using different materials having different peak wavelengths for the solid-state laser medium 21 and the solid-state laser medium 22. For example, the solid laser medium 21 is Yb: YAG having a gain peak wavelength of 1030 nm, and the solid laser medium 22 is Yb: KYW b-axis having a gain peak wavelength of 1039 nm. Since the magnitude of each gain can be adjusted by the concentration of the active medium to be added, the magnitude of the excitation rate, the number of solid-state laser media, etc., the gain between the respective peak wavelengths can be made flat.

このように、再生増幅器1内に別材料の固体レーザ媒質を複数個配置したため、平坦な合計の利得が得られ、多数回の周回による波長帯域の狭窄化は抑制され、波長幅が広い出力光33が得られる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。   In this way, since a plurality of different solid-state laser media are arranged in the regenerative amplifier 1, a flat total gain is obtained, narrowing of the wavelength band due to many rounds is suppressed, and output light with a wide wavelength width is obtained. 33 is obtained. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained.

なお、図1では、偏光子5を通過させることで共振器内に入射光31を導入する構成について示したが、入射光31の偏光方向を図1紙面鉛直方向として、偏光子5を反射させることで共振器内に入射光31を導入する構成としてもよい。この構成の場合、共振器の光軸を、偏光子5を通過させる方向にとることで、同様の周回や増幅が可能である。   In FIG. 1, the configuration in which the incident light 31 is introduced into the resonator by passing through the polarizer 5 is shown. However, the polarization direction of the incident light 31 is set to the vertical direction in FIG. Thus, the configuration may be such that the incident light 31 is introduced into the resonator. In the case of this configuration, the same rotation and amplification are possible by taking the optical axis of the resonator in the direction in which the polarizer 5 passes.

偏光回転手段6は、電圧印可時に偏光が回転し、電圧印可が無いときに偏光は回転しない場合について説明したが、電圧印可時に偏光回転が無く、電圧印可が無いときに偏光回転するようにしてもよい。   The polarization rotation means 6 has been described with respect to the case where the polarized light rotates when voltage is applied and the polarized light does not rotate when there is no voltage applied. However, the polarization rotation means 6 does not rotate when the voltage is applied and rotates when the voltage is not applied. Also good.

偏光スイッチ8は、単一通過で1/4波長、往復通過で1/2波長回転するように設定した偏光回転手段6と、1/4波長板7で構成した例について説明したが、同様の動作となる他の構成であってもよい。例えば、偏光スイッチ8は、電圧印可により単一通過で1/4波長、往復通過で1/2波長回転するように設定した偏光回転手段であってもよい。この場合、電圧印可の有無を上記説明と逆にすることで、上記動作と同様の動作が得られる。   The polarization switch 8 has been described with respect to the example constituted by the polarization rotation means 6 set so as to rotate 1/4 wavelength in a single pass and 1/2 wavelength in a reciprocating pass, and the 1/4 wavelength plate 7. Other configurations for operation may be used. For example, the polarization switch 8 may be a polarization rotation unit that is set to rotate by a quarter wavelength by a single pass and by a half wavelength by a round trip by applying a voltage. In this case, an operation similar to the above operation can be obtained by reversing whether or not voltage is applied.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る再生増幅器について図3を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係る再生増幅器の構成を示す図である。なお、特に説明を行わない個所については、上記の実施の形態1と同様である。
Embodiment 2. FIG.
A regenerative amplifier according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a regenerative amplifier according to Embodiment 2 of the present invention. Note that portions that are not particularly described are the same as those in the first embodiment.

図3において、この実施の形態2に係る再生増幅器1では、共振器内に異方性の固体レーザ媒質23、24を複数個配置する。このとき、固体レーザ媒質23、24の結晶軸、または、光学軸は、同一の向きとする。また、共振器の光軸上で固体レーザ媒質23、24の間に1/2波長板10を配置する。   In FIG. 3, in the regenerative amplifier 1 according to the second embodiment, a plurality of anisotropic solid-state laser media 23 and 24 are arranged in the resonator. At this time, the crystal axes or the optical axes of the solid-state laser media 23 and 24 have the same orientation. A half-wave plate 10 is disposed between the solid-state laser media 23 and 24 on the optical axis of the resonator.

偏光子5を透過して共振器内に入射した入射光31は、反射鏡3で反射されて、偏光回転手段6と1/4波長板7を往復通過して偏光方向が回転し、偏光子5で反射する図3紙面鉛直方向の偏光方向となる。偏光子5で反射した光は、固体レーザ媒質23を通過することで光出力が増幅される。次に、1/2波長板10を通過し、偏光方向が90°回転し、図3紙面平行な方向の偏光となり、固体レーザ媒質24を通過する。さらに、反射鏡4で反射され、再び固体レーザ媒質24を通過しながら増幅し、再び、1/2波長板10を通過することで偏光方向が90°回転し、図3紙面鉛直方向の変更となる。さらに、再び、固体レーザ媒質23を通過して増幅した光は、再び偏光子5で反射して、1往復する。この後、偏光回転手段6の偏光回転により、1往復した入射光31は、共振器内に閉じ込められ、周回光32となり、周回を重ねるたびに次々と増幅され、最終的には大きなエネルギーを固体レーザ媒質23、24から抽出して、出力光33が得られる。   The incident light 31 that has passed through the polarizer 5 and entered the resonator is reflected by the reflecting mirror 3 and reciprocally passes through the polarization rotating means 6 and the quarter-wave plate 7 to rotate the polarization direction. The direction of polarization reflected in FIG. The light reflected by the polarizer 5 passes through the solid-state laser medium 23 and the light output is amplified. Next, the light passes through the half-wave plate 10, the polarization direction is rotated by 90 °, becomes polarized light in a direction parallel to the plane of FIG. 3, and passes through the solid-state laser medium 24. Further, the light is reflected by the reflecting mirror 4, amplified while passing through the solid laser medium 24 again, and again through the half-wave plate 10, the polarization direction is rotated by 90 °, and the change in the vertical direction in FIG. Become. Further, the light amplified again after passing through the solid-state laser medium 23 is reflected again by the polarizer 5 and makes one round trip. Thereafter, the incident light 31 reciprocated once by the polarization rotation of the polarization rotating means 6 is confined in the resonator to become the circulating light 32, and is amplified one after another, and finally a large amount of energy is solidified. Extracted from the laser media 23 and 24, the output light 33 is obtained.

このように、固体レーザ媒質23と固体レーザ媒質24の間に1/2波長板10を配置して、周回光32の偏光方向を回転させるように構成したため、固体レーザ媒質23と固体レーザ媒質24の結晶軸、または、光学軸を同一方向に配置した場合でも、固体レーザ媒質23と固体レーザ媒質24で周回光32が受ける利得ピーク波長と利得帯域は、それぞれ、異なる。このため、共振器を1周回した際に受ける合計の利得は平坦にすることができるため、共振器を多数回周回する際に発生する波長帯域の狭窄化を抑制し、広帯域の出力光33を得ることができる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。さらに、本構成で用いる複数個の固体レーザ媒質23、24は、同一材料で、同一軸方向に設置が可能であるため、固体レーザ媒質23、24を励起し利得を与える励起モジュールの製作が1種類でよく、より簡便に再生増幅器を構成できるなどの特徴がある。   As described above, since the half-wave plate 10 is disposed between the solid-state laser medium 23 and the solid-state laser medium 24 and the polarization direction of the circulating light 32 is rotated, the solid-state laser medium 23 and the solid-state laser medium 24 are configured. Even when the crystal axes or the optical axes are arranged in the same direction, the gain peak wavelength and the gain band received by the circulating light 32 in the solid laser medium 23 and the solid laser medium 24 are different from each other. For this reason, since the total gain received when the resonator is circulated once can be flattened, the narrowing of the wavelength band that occurs when the resonator is circulated many times is suppressed, and the broadband output light 33 is reduced. Obtainable. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained. Further, since the plurality of solid-state laser media 23 and 24 used in this configuration are made of the same material and can be installed in the same axial direction, it is possible to manufacture an excitation module that excites the solid-state laser media 23 and 24 and gives gain. There is a feature that a regenerative amplifier can be configured more easily.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る再生増幅器について図4を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態3に係る再生増幅器の構成を示す図である。なお、特に説明を行わない個所については、上記の実施の形態1と同様である。
Embodiment 3 FIG.
A regenerative amplifier according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a regenerative amplifier according to Embodiment 3 of the present invention. Note that portions that are not particularly described are the same as those in the first embodiment.

図4において、この実施の形態3に係る再生増幅器1では、共振器内に異方性の固体レーザ媒質25を配置する。また、共振器の光軸上で固体レーザ媒質25と反射鏡4の間に1/4波長板(偏光方向回転素子)11を配置する。さらに、固体レーザ媒質25から偏光子5へ向かう共振器の光軸に同軸で、固体レーザ媒質25から偏光子5へ向かう光が偏光子5を通過した位置に反射鏡4と光学的に対向して反射鏡(第3の反射鏡)12を配置する。   In FIG. 4, in the regenerative amplifier 1 according to the third embodiment, an anisotropic solid-state laser medium 25 is disposed in the resonator. A quarter-wave plate (polarization direction rotating element) 11 is disposed between the solid-state laser medium 25 and the reflecting mirror 4 on the optical axis of the resonator. Further, it is coaxial with the optical axis of the resonator from the solid-state laser medium 25 to the polarizer 5, and optically opposes the reflecting mirror 4 at a position where the light from the solid-state laser medium 25 to the polarizer 5 passes through the polarizer 5. Then, a reflecting mirror (third reflecting mirror) 12 is arranged.

図4紙面に平行な偏光の入射光31は、偏光子5を通過して共振器内に入射する。共振器内に入射した入射光31は、反射鏡3で反射されて、偏光回転手段6と1/4波長板7を往復通過して偏光方向が回転し、偏光子5で反射する図4紙面鉛直方向の偏光方向となる。偏光子5で反射した光は、固体レーザ媒質25を通過することで光出力が増幅される。次に、1/4波長板11を通過し、反射鏡4で反射して再び1/4波長板11を通過する。1/4波長板を往復で2回通過するために、偏光方向は90°回転し、図4紙面平行な方向の偏光となる。再び、固体レーザ媒質25に入射する光の偏光方向は、偏光子5側から固体レーザ媒質25に入射する光と直交しているため、固体レーザ媒質25で受ける増幅は、利得ピーク波長が異なる2つの利得の重ね合わせになるため、合計の利得は平坦にすることができる。固体レーザ媒質25を通過した光は、偏光子5を通過する方向の偏光であるため、偏光子5を通過して、反射鏡4と光学的に対向して配置された反射鏡12で反射されて、再び偏光子5を通過して、再び固体レーザ媒質25側に進む。固体レーザ媒質25を通過した光は、反射鏡4で反射されて1/4波長板11を往復通過して偏光方向を90°回転し、図4紙面鉛直方向の偏光となり、固体レーザ媒質25を通過する。さらに、偏光子5では反射されるため、共振器内を1周回できる。この後、偏光回転手段6の偏光回転により1周回した入射光31は、共振器内に閉じ込められ、周回光32となり、周回を重ねるたびに次々と増幅され、最終的には大きなエネルギーを固体レーザ媒質から抽出して、出力光33が得られる。   The incident light 31 polarized in parallel with the paper surface of FIG. 4 passes through the polarizer 5 and enters the resonator. The incident light 31 that has entered the resonator is reflected by the reflecting mirror 3, passes back and forth through the polarization rotating means 6 and the quarter wavelength plate 7, rotates in the polarization direction, and is reflected by the polarizer 5. The polarization direction is the vertical direction. The light reflected by the polarizer 5 passes through the solid-state laser medium 25 and the light output is amplified. Next, the light passes through the quarter-wave plate 11, is reflected by the reflecting mirror 4, and passes through the quarter-wave plate 11 again. In order to pass through the quarter-wave plate twice in a reciprocating manner, the polarization direction is rotated by 90 ° to be polarized in a direction parallel to the paper surface of FIG. Again, since the polarization direction of the light incident on the solid-state laser medium 25 is orthogonal to the light incident on the solid-state laser medium 25 from the polarizer 5 side, amplification received by the solid-state laser medium 25 has a different gain peak wavelength. The total gain can be flat because of the superposition of two gains. Since the light that has passed through the solid-state laser medium 25 is polarized in the direction that passes through the polarizer 5, the light passes through the polarizer 5 and is reflected by the reflecting mirror 12 that is optically opposed to the reflecting mirror 4. Then, the light again passes through the polarizer 5 and proceeds again to the solid-state laser medium 25 side. The light that has passed through the solid-state laser medium 25 is reflected by the reflecting mirror 4 and reciprocates through the quarter-wave plate 11 to rotate the polarization direction by 90 ° to become polarized light in the vertical direction in FIG. pass. Furthermore, since it is reflected by the polarizer 5, it can make one round in the resonator. Thereafter, the incident light 31 rotated once by the polarization rotation of the polarization rotating means 6 is confined in the resonator, becomes the circulating light 32, and is amplified one after another, and finally a large energy is transferred to the solid-state laser. By extracting from the medium, output light 33 is obtained.

このように構成したため、共振器内に配置する固体レーザ媒質25が1つの場合でも、固体レーザ媒質25を通過する偏光方向を往復で回転させることができるので、周回光32が受ける利得ピーク波長と利得帯域を異方性の固体レーザ媒質25の2つの軸に合わせることができる。このため、共振器を1周回した際に受ける合計の利得は、平坦にすることができるため、共振器を多数回周回する際に発生する波長帯域の狭窄化を抑制し、広帯域の出力光33を得ることができる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。さらに、本構成で用いる固体レーザ媒質25は、最低1個で構成可能なため、より簡便に再生増幅器を構成できるなどの特徴がある。   With this configuration, even when there is only one solid-state laser medium 25 arranged in the resonator, the polarization direction passing through the solid-state laser medium 25 can be reciprocally rotated. The gain band can be aligned with the two axes of the anisotropic solid-state laser medium 25. For this reason, since the total gain received when the resonator is circulated once can be flattened, the narrowing of the wavelength band that occurs when the resonator is circulated many times is suppressed, and the broadband output light 33 is reduced. Can be obtained. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained. Furthermore, since the solid-state laser medium 25 used in this configuration can be configured with at least one, there is a feature that a regenerative amplifier can be configured more easily.

なお、1/4波長板11を用いる代わりに、90°の回転角を持つファラデーローテータを用いても同様の効果がある。さらには、1/4波長板11を用いる代わりに、45°の回転角を持つファラデーローテータと、偏光方向が45°回転する軸方位に配置した1/2波長板を用いても同様の効果がある。   The same effect can be obtained by using a Faraday rotator having a rotation angle of 90 ° instead of using the quarter-wave plate 11. Furthermore, instead of using the quarter wave plate 11, the same effect can be obtained by using a Faraday rotator having a rotation angle of 45 ° and a half wave plate arranged in an axial direction in which the polarization direction rotates 45 °. is there.

実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る再生増幅器について図5を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態4に係る再生増幅器の構成を示す図である。なお、特に説明を行わない個所については、上記の実施の形態1と同様である。
Embodiment 4 FIG.
A regenerative amplifier according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a regenerative amplifier according to Embodiment 4 of the present invention. Note that portions that are not particularly described are the same as those in the first embodiment.

図5において、この実施の形態4に係る再生増幅器1では、共振器内に異方性の固体レーザ媒質25を配置する。また、共振器の光軸上で固体レーザ媒質25と反射鏡4の間に1/4波長板(第1の偏光方向回転素子)11を配置する。さらに、固体レーザ媒質25から偏光子5へ向かう共振器の光軸に同軸で、固体レーザ媒質25と偏光子5の間に45°の回転角を持つファラデーローテータ13と1/2波長板14を配置する。なお、ファラデーローテータ13及び1/2波長板14は、第2の偏光方向回転素子に相当する。   In FIG. 5, in the regenerative amplifier 1 according to the fourth embodiment, an anisotropic solid-state laser medium 25 is disposed in the resonator. A quarter-wave plate (first polarization direction rotating element) 11 is disposed between the solid-state laser medium 25 and the reflecting mirror 4 on the optical axis of the resonator. Further, a Faraday rotator 13 and a half-wave plate 14 that are coaxial with the optical axis of the resonator from the solid-state laser medium 25 toward the polarizer 5 and have a rotation angle of 45 ° between the solid-state laser medium 25 and the polarizer 5 are provided. Deploy. The Faraday rotator 13 and the half-wave plate 14 correspond to a second polarization direction rotating element.

図5紙面に平行な偏光の入射光31は、偏光子5を通過して共振器内に入射する。共振器内に入射した入射光31は、反射鏡3で反射されて、偏光回転手段6と1/4波長板7を往復通過して偏光方向が回転し、偏光子5で反射する図5紙面鉛直方向の偏光方向となる。偏光子5で反射した光は、ファラデーローテータ13と1/2波長板14を通過する。1/2波長板14では、+45°の偏光回転するように1/2波長板14の軸方位を設定しておくことで、ファラデーローテータ13と1/2波長板14を通過した光は、合計で90°偏光が回転する。このため、固体レーザ媒質25を通過する偏光方向は、図5紙面に平行な方向であり、その後、1/4波長板11と反射鏡4により、偏光方向をさらに90°回転され、再び固体レーザ媒質25に入射する。このため、復路での偏光方向は、往路と90°直交した図5紙面に鉛直な偏光となる。このため、固体レーザ媒質25で受ける増幅は、利得ピーク波長が異なる2つの利得の重ね合わせになるため、合計の利得は平坦にすることができる。   The incident light 31 polarized in parallel with the paper surface of FIG. 5 passes through the polarizer 5 and enters the resonator. The incident light 31 incident on the resonator is reflected by the reflecting mirror 3, passes back and forth through the polarization rotating means 6 and the quarter wavelength plate 7, rotates in the polarization direction, and is reflected by the polarizer 5. The polarization direction is the vertical direction. The light reflected by the polarizer 5 passes through the Faraday rotator 13 and the half-wave plate 14. In the half-wave plate 14, by setting the axial direction of the half-wave plate 14 so as to rotate the polarization by + 45 °, the light passing through the Faraday rotator 13 and the half-wave plate 14 is totaled. The 90 ° polarized light rotates. Therefore, the polarization direction passing through the solid-state laser medium 25 is a direction parallel to the paper surface of FIG. 5, and then the polarization direction is further rotated by 90 ° by the quarter-wave plate 11 and the reflecting mirror 4, and again the solid-state laser Incident on the medium 25. For this reason, the polarization direction on the return path is polarized perpendicular to the paper surface of FIG. For this reason, since the amplification received by the solid-state laser medium 25 is a superposition of two gains having different gain peak wavelengths, the total gain can be made flat.

固体レーザ媒質25を通過した光は、再び、1/2波長板14とファラデーローテータ13を通過する。ここで、ファラデーローテータ13は、非可逆な素子であるため、偏光子5から固体レーザ媒質25へ進む光の偏光方向が1/2波長板14と合わせて合計で90°回転する場合は、固体レーザ媒質25から偏光子5へ進む光の偏光方向の回転は発生せずに通過する。このため、図5紙面に鉛直な偏光のまめ通過するため、偏光子5で反射して1往復することができる。この後、偏光回転手段6の偏光回転により1周回した入射光31は、共振器内に閉じ込められ、周回光32となり、周回を重ねるたびに次々と増幅され、最終的には大きなエネルギーを固体レーザ媒質から抽出して、出力光33が得られる。   The light that has passed through the solid-state laser medium 25 passes through the half-wave plate 14 and the Faraday rotator 13 again. Here, since the Faraday rotator 13 is an irreversible element, when the polarization direction of the light traveling from the polarizer 5 to the solid-state laser medium 25 rotates together with the half-wave plate 14 by 90 ° in total, it is solid. The light traveling from the laser medium 25 to the polarizer 5 passes through without rotating in the polarization direction. For this reason, since the perpendicular polarized light passes through the plane of FIG. 5, it can be reflected by the polarizer 5 to make one round trip. Thereafter, the incident light 31 rotated once by the polarization rotation of the polarization rotating means 6 is confined in the resonator, becomes the circulating light 32, and is amplified one after another, and finally a large energy is transferred to the solid-state laser. By extracting from the medium, output light 33 is obtained.

また、偏光子5から固体レーザ媒質25へ進む光に対して、1/2波長板14の偏光回転が−45°となるように、1/2波長板14の軸方位を設定しておいてもよい。この場合、偏光子5から固体レーザ媒質25へ進む光は、1/2波長板14とファラデーローテータ13を通過することで、合計の偏光回転が0°となり、図5紙面に鉛直な偏光で固体レーザ媒質25を通過する。反射鏡4で反射され、1/4波長板11を往復で通過した光の偏光方向は、90°回転し、復路で図5紙面に平行な方向で固体レーザ媒質25を通過して、さらに、1/2波長板14とファラデーローテータ13を通過する。ここで、ファラデーローテータ13は、非可逆な素子であるため、偏光子5から固体レーザ媒質25へ進む光の偏光方向が1/2波長板14と合わせて偏光回転が無い場合は、固体レーザ媒質25から偏光子5へ進む光の偏光は、−90°回転するため、通過後の偏光方向は、図5紙面に鉛直な偏光となり、偏光子5で反射され周回が可能である。このため、同様の特徴が得られる。   The axial direction of the half-wave plate 14 is set so that the polarization rotation of the half-wave plate 14 is −45 ° with respect to the light traveling from the polarizer 5 to the solid-state laser medium 25. Also good. In this case, the light traveling from the polarizer 5 to the solid-state laser medium 25 passes through the half-wave plate 14 and the Faraday rotator 13 so that the total polarization rotation becomes 0 °, and the solid light is polarized perpendicular to the paper surface of FIG. Passes through the laser medium 25. The polarization direction of the light reflected by the reflecting mirror 4 and reciprocally passing through the quarter-wave plate 11 is rotated by 90 °, passes through the solid laser medium 25 in the direction parallel to the paper surface of FIG. It passes through the half-wave plate 14 and the Faraday rotator 13. Here, since the Faraday rotator 13 is an irreversible element, when the polarization direction of light traveling from the polarizer 5 to the solid laser medium 25 is aligned with the half-wave plate 14 and there is no polarization rotation, the solid laser medium Since the polarization of the light traveling from 25 to the polarizer 5 rotates by −90 °, the polarization direction after passing becomes a polarization perpendicular to the paper surface of FIG. 5, and can be reflected by the polarizer 5 and circulate. For this reason, the same feature is obtained.

このように構成したため、共振器内に配置する固体レーザ媒質25が1つの場合でも、固体レーザ媒質25を通過する偏光方向を往復で回転させることができるので、周回光32が受ける利得ピーク波長と利得帯域を異方性の固体レーザ媒質25の2つの軸に合わせることができる。このため、共振器を1周回した際に受ける合計の利得は、平坦にすることができるため、共振器を多数回周回する際に発生する波長帯域の狭窄化を抑制し、広帯域の出力光33を得ることができる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。さらに、本構成で用いる固体レーザ媒質25は、最低1個で構成可能なため、より簡便に再生増幅器を構成できるなどの特徴がある。   With this configuration, even when there is only one solid-state laser medium 25 arranged in the resonator, the polarization direction passing through the solid-state laser medium 25 can be reciprocally rotated. The gain band can be aligned with the two axes of the anisotropic solid-state laser medium 25. For this reason, since the total gain received when the resonator is circulated once can be flattened, the narrowing of the wavelength band that occurs when the resonator is circulated many times is suppressed, and the broadband output light 33 is reduced. Can be obtained. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained. Furthermore, since the solid-state laser medium 25 used in this configuration can be configured with at least one, there is a feature that a regenerative amplifier can be configured more easily.

なお、45°の回転角を持つファラデーローテータ13と、1/2波長板14を用いる代わりに、90°の回転角を持つファラデーローテータを用いても同様の効果がある。   The same effect can be obtained by using a Faraday rotator having a rotation angle of 90 ° instead of using the Faraday rotator 13 having a rotation angle of 45 ° and the half-wave plate 14.

実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係る再生増幅器について図6を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態5に係る再生増幅器の構成を示す図である。なお、特に説明を行わない個所については、上記の実施の形態1と同様である。
Embodiment 5 FIG.
A regenerative amplifier according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a regenerative amplifier according to Embodiment 5 of the present invention. Note that portions that are not particularly described are the same as those in the first embodiment.

図6において、この実施の形態5に係る再生増幅器1では、共振器内に固体レーザ媒質26(第1及び第2の固体レーザ媒質)を配置する。固体レーザ媒質26は、等方性の固体レーザ媒質、または、異方性の固体レーザ媒質を組み合わせて1つのチップに整形した複合の固体レーザ媒質である。組み合わせる材料として、利得のピーク波長が異なるレーザ媒質、または、結晶軸方位であり、合計の利得を平坦にすることができる。このため、共振器を1周回した際に受ける合計の利得は、平坦にすることができるため、共振器を多数回周回する際に発生する波長帯域の狭窄化を抑制し、広帯域の出力光33を得ることができる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。   In FIG. 6, in the regenerative amplifier 1 according to the fifth embodiment, a solid-state laser medium 26 (first and second solid-state laser media) is disposed in the resonator. The solid-state laser medium 26 is an isotropic solid-state laser medium or a composite solid-state laser medium shaped into one chip by combining anisotropic solid-state laser media. As a material to be combined, laser media having different peak wavelengths of gain or crystal axis orientations can be obtained, and the total gain can be flattened. For this reason, since the total gain received when the resonator is circulated once can be flattened, the narrowing of the wavelength band that occurs when the resonator is circulated many times is suppressed, and the broadband output light 33 is reduced. Can be obtained. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained.

固体レーザ媒質26は、異なる固体レーザ媒質、または、異なる結晶軸方位に配置した固体レーザ媒質をそれぞれ光学的に一体とすることが望ましい。例えば、拡散接合により一体とすることができる。また、光学的に透明な接着剤により接合することも可能である。さらには、セラミックの製作手法を用いて、一体にすることもできる。1つのチップに整形された複合の固体レーザ媒質26を用いているため、固体レーザ媒質26を励起し利得を与える励起モジュールの製作が1種類でよく、より簡便に再生増幅器を構成できるなどの特徴がある。   The solid-state laser medium 26 is desirably optically integrated with different solid-state laser media or solid-state laser media arranged in different crystal axis orientations. For example, they can be integrated by diffusion bonding. It is also possible to join with an optically transparent adhesive. Further, it can be integrated by using a ceramic manufacturing method. Since the composite solid-state laser medium 26 shaped into one chip is used, only one type of pump module for pumping the solid-state laser medium 26 and providing gain is required, and a regenerative amplifier can be configured more easily. There is.

実施の形態6.
この発明の実施の形態6に係るモードロックレーザについて図7を参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態6に係るモードロックレーザの構成を示す図である。なお、特に説明を行わない個所については、上記の実施の形態1〜5と同様である。
Embodiment 6 FIG.
A mode-locked laser according to Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a mode-locked laser according to Embodiment 6 of the present invention. Note that portions that are not particularly described are the same as in the first to fifth embodiments.

図7において、この実施の形態6に係るモードロックレーザ50は、光学的に対向して配置された出力鏡51と反射鏡52により構成される共振器の同軸上に、かつ上記共振器内に、分散補償手段53と、固体レーザ媒質21と、固体レーザ媒質22と、モードロック手段54とが設けられている。なお、共振光35は、上記共振器内を周回する。出力光36は、出力鏡51から取り出される。   In FIG. 7, the mode-locked laser 50 according to the sixth embodiment is on the same axis as the resonator composed of the output mirror 51 and the reflecting mirror 52 that are optically opposed to each other, and in the resonator. Dispersion compensation means 53, solid laser medium 21, solid laser medium 22, and mode lock means 54 are provided. The resonant light 35 circulates in the resonator. The output light 36 is extracted from the output mirror 51.

モードロックレーザ50は、短パルス光のレーザ発振器であり、受動モードロックレーザと能動モードロックレーザに分けられる。受動モードロックレーザでは、モードロック手段54として、例えば、過飽和吸収体などを用いて受動的にモードロックレーザを発生させる。一方、能動モードロックレーザでは、モードロック手段54として、例えば、電圧印可により制御可能な音響光学素子などを用いて、能動的に制御を行い、モードロックレーザを発生させる。いずれにせよ、モードロック手段54により広帯域な波長領域で位相の揃ったレーザ光が得られるので、超短パルスが得られるものである。   The mode-locked laser 50 is a short-pulse laser oscillator, and is classified into a passive mode-locked laser and an active mode-locked laser. In the passive mode-locked laser, the mode-locked laser 54 is passively generated using, for example, a saturable absorber as the mode-locking means 54. On the other hand, in the active mode-locked laser, the mode-locked laser 54 is actively controlled using, for example, an acousto-optic device that can be controlled by applying a voltage as the mode-locking unit 54 to generate a mode-locked laser. In any case, since the mode-locking means 54 can obtain laser light having a uniform phase in a wide wavelength region, an ultrashort pulse can be obtained.

また、一般に、モードロックレーザ50では、共振器内に分散補償手段53を配置する。分散補償手段53は、例えば、プリズムペアやグレーティングなどを用いる。分散補償手段53により、共振器内の光学部品の屈折率や、反射、透過特性の波長依存性の補償を行うため、波長間の位相をより広帯域に高精度に揃えることができるので、より短パルスの出力光36が得られるなどの特徴がある。   In general, in the mode-locked laser 50, the dispersion compensation means 53 is disposed in the resonator. The dispersion compensation unit 53 uses, for example, a prism pair or a grating. Since the dispersion compensation means 53 compensates for the refractive index of the optical components in the resonator and the wavelength dependence of the reflection and transmission characteristics, it is possible to align the phase between wavelengths over a wider band with high accuracy. There is a feature that a pulse output light 36 is obtained.

このような、モードロックレーザ50において、利得を持つレーザ媒質が発生させる自然放出光が共振器内で複数回周回して光出力を増大させ、その一部が周回毎に出力鏡51から出力光36として取り出される。出力鏡51は、部分反射鏡であり、出力鏡51に入射した共振光35の一部を透過させ、出力光36となり、一部を反射させ、共振光35として共振器内にもどる。出力鏡51で一部が透過するため、出力鏡51で反射した共振光35の出力は減少するが、共振器を1周回する際に通過する固体レーザ媒質21、22で増幅されるため、各周回で一定の出力光36を得ることができる。このように共振光35の一部が反射して周回する場合、平均的には多数回の周回をしていると見なすことができ、固体レーザ媒質21、22を複数回通過した後、出力光36として取り出されるとみなせる。ここで、固体レーザ媒質21、22の利得が小さく、出力鏡51の反射率が高い場合には、平均的にはより多数回の周回をしていると見なすことができ、利得が小さく、出力鏡51の反射率が低い場合には、周回数は少ないものと見なすことができる。   In such a mode-locked laser 50, spontaneous emission light generated by a laser medium having a gain circulates a plurality of times in the resonator to increase the light output, and a part of the light is output from the output mirror 51 every turn. 36 is taken out. The output mirror 51 is a partial reflection mirror, which transmits a part of the resonance light 35 incident on the output mirror 51 to become output light 36, reflects a part thereof, and returns to the resonator as the resonance light 35. Since a part of the light is transmitted through the output mirror 51, the output of the resonant light 35 reflected by the output mirror 51 is reduced, but is amplified by the solid-state laser mediums 21 and 22 that pass through the resonator once. A constant output light 36 can be obtained in the round. When a part of the resonance light 35 is reflected and circulates in this way, it can be considered that the light circulates many times on average, and after passing through the solid-state laser media 21 and 22 a plurality of times, the output light 36 can be regarded as being taken out. Here, when the gains of the solid-state laser media 21 and 22 are small and the reflectance of the output mirror 51 is high, it can be considered that, on average, the laser beam is rotated more times, and the gain is small. When the reflectance of the mirror 51 is low, it can be considered that the number of turns is small.

Yb系の固体レーザ媒質の場合には、一般的には発生する利得は小さいため、モードロックレーザを構成した場合の見かけの周回数は多い。このため、固体レーザ媒質のもつ利得帯域幅に比べ、出力光36の波長帯域は、利得狭窄化の影響により狭いものとなる。   In the case of a Yb-based solid laser medium, the generated gain is generally small, so that the apparent number of rounds when a mode-locked laser is configured is large. For this reason, the wavelength band of the output light 36 is narrower than the gain band width of the solid-state laser medium due to the effect of gain narrowing.

ここで、この実施の形態6によれば、共振器内に、固体レーザ媒質21と、利得ピーク波長の異なる固体レーザ媒質22を配置したため、共振器を1周回した際の合計の利得は、広帯域で平坦なものとなる.このため、共振器内で増幅される共振光35の波長帯域の狭窄化は抑制され、波長帯域の広い出力光36が得られる。   Here, according to the sixth embodiment, since the solid-state laser medium 21 and the solid-state laser medium 22 having different gain peak wavelengths are arranged in the resonator, the total gain when the resonator is circulated once is wideband. Makes it flat. For this reason, narrowing of the wavelength band of the resonance light 35 amplified in the resonator is suppressed, and output light 36 having a wide wavelength band is obtained.

このように、モードロックレーザ50内に、利得ピークの異なる固体レーザ媒質21、22を配置したため、平坦な合計の利得が得られ、多数回の周回による波長帯域の狭窄化は抑制され、波長幅が広い出力光36が得られる。このため、時間的に短い超短パルス光が得られ、エネルギーが高く、かつ、ピークパワーの大きい超短パルス光が得られるなどの特徴がある。   As described above, since the solid-state laser media 21 and 22 having different gain peaks are arranged in the mode-locked laser 50, a flat total gain is obtained, the narrowing of the wavelength band due to many rounds is suppressed, and the wavelength width is reduced. A wide output light 36 is obtained. For this reason, there are features such that ultrashort pulse light with a short time can be obtained, ultrashort pulse light with high energy and high peak power can be obtained.

この発明の実施の形態1に係る再生増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the regenerative amplifier which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る再生増幅器の固体レーザ媒質の増幅利得の波長依存性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wavelength dependence of the amplification gain of the solid-state laser medium of the regenerative amplifier which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2に係る再生増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the regenerative amplifier which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係る再生増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the regenerative amplifier which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に係る再生増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the regenerative amplifier which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5に係る再生増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the regenerative amplifier which concerns on Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6に係るモードロックレーザの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the mode-locked laser which concerns on Embodiment 6 of this invention. 固体レーザ媒質(Yb:KYW)を用いた再生増幅器の出力光波長の周回数依存性の計算結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation result of the frequency | count dependence of the output light wavelength of the reproduction | regeneration amplifier using a solid state laser medium (Yb: KYW).

符号の説明Explanation of symbols

1 再生増幅器、3 反射鏡、4 反射鏡、5 偏光子、6 偏光回転手段、7 1/4波長板、8 偏光スイッチ、10 1/2波長板、11 1/4波長板、12 反射鏡、13 ファラデーローテータ、14 1/2波長板、21 固体レーザ媒質、22 固体レーザ媒質、23 固体レーザ媒質、24 固体レーザ媒質、25 固体レーザ媒質、26 固体レーザ媒質、50 モードロックレーザ、51 出力鏡、52 反射鏡、53 分散補償手段、54 モードロック手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Regenerative amplifier, 3 Reflection mirror, 4 Reflection mirror, 5 Polarizer, 6 Polarization rotation means, 7 1/4 wavelength plate, 8 Polarization switch, 10 1/2 wavelength plate, 11 1/4 wavelength plate, 12 Reflection mirror, 13 Faraday rotator, 14 1/2 wavelength plate, 21 Solid laser medium, 22 Solid laser medium, 23 Solid laser medium, 24 Solid laser medium, 25 Solid laser medium, 26 Solid laser medium, 50 Mode-locked laser, 51 Output mirror, 52 reflector, 53 dispersion compensation means, 54 mode lock means.

Claims (12)

光学的に対向して配置された第1及び第2の反射鏡から共振器を構成する再生増幅器であって、
前記第1及び第2の反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置され、利得を発生し、入射した光を増幅する第1及び第2の固体レーザ媒質と、
前記第1の反射鏡及び前記第1の固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置された偏光子と、
前記第1の反射鏡及び前記偏光子の間で前記共振器の光軸上に配置され、電圧印可により偏光方向の制御を行う偏光スイッチとを備え、
前記第1及び第2の固体レーザ媒質がそれぞれ発生するピーク波長が異なる増幅利得を組合せた波長依存性の平坦な増幅利得により、前記偏光子から入射した光を増幅する
ことを特徴とする再生増幅器。
A regenerative amplifier that forms a resonator from first and second reflecting mirrors that are optically opposed to each other,
A first and a second solid-state laser medium disposed on the optical axis of the resonator between the first and second reflecting mirrors to generate gain and amplify incident light;
A polarizer disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the first solid-state laser medium;
A polarization switch disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the polarizer and controlling a polarization direction by applying a voltage;
A regenerative amplifier characterized by amplifying light incident from the polarizer by a wavelength-dependent flat amplification gain obtained by combining amplification gains having different peak wavelengths generated by the first and second solid-state laser media, respectively. .
前記第1及び第2の固体レーザ媒質は、異方性であり、
前記第1及び第2の固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置され、入射した光の偏光方向を回転させる1/2波長板をさらに備えた
ことを特徴とする請求項1記載の再生増幅器。
The first and second solid-state laser media are anisotropic;
2. A half-wave plate disposed on the optical axis of the resonator between the first and second solid-state laser media and further rotating a polarization direction of incident light. The regenerative amplifier described.
光学的に対向して配置された第1及び第2の反射鏡から共振器を構成する再生増幅器であって、
前記第1及び第2の反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置され、利得を発生し、入射した光を増幅する異方性の固体レーザ媒質と、
前記第1の反射鏡及び前記固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置された偏光子と、
前記第1の反射鏡及び前記偏光子の間で前記共振器の光軸上に配置され、電圧印可により偏光方向の制御を行う偏光スイッチと、
前記第2の反射鏡及び前記固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置され、入射した光の偏光方向を回転させる偏光方向回転素子と、
前記固体レーザ媒質から前記偏光子へ向かう光が前記偏光子を通過した位置で前記第2の反射鏡と光学的に対向して配置された第3の反射鏡とを備え、
前記異方性の固体レーザ媒質の軸方位に対する増幅光の偏光方向を変えることで、前記異方性の固体レーザ媒質が発生するピーク波長が異なる複数の増幅利得を重ね合わせた波長依存性の平坦な増幅利得により、前記偏光子から入射した光を増幅する
ことを特徴とする再生増幅器。
A regenerative amplifier that forms a resonator from first and second reflecting mirrors that are optically opposed to each other,
An anisotropic solid-state laser medium disposed on the optical axis of the resonator between the first and second reflecting mirrors to generate gain and amplify incident light;
A polarizer disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the solid-state laser medium;
A polarization switch disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the polarizer and controlling a polarization direction by applying a voltage;
A polarization direction rotating element disposed on the optical axis of the resonator between the second reflecting mirror and the solid-state laser medium, and rotating a polarization direction of incident light;
A third reflecting mirror disposed optically opposite to the second reflecting mirror at a position where light directed from the solid-state laser medium toward the polarizer passes through the polarizer;
By changing the polarization direction of the amplified light with respect to the axial direction of the anisotropic solid-state laser medium, the wavelength-dependent flatness obtained by superimposing a plurality of amplification gains with different peak wavelengths generated by the anisotropic solid-state laser medium A regenerative amplifier that amplifies the light incident from the polarizer with a high amplification gain.
光学的に対向して配置された第1及び第2の反射鏡から共振器を構成する再生増幅器であって、
前記第1及び第2の反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置され、利得を発生し、入射した光を増幅する異方性の固体レーザ媒質と、
前記第1の反射鏡及び前記固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置された偏光子と、
前記第1の反射鏡及び前記偏光子の間で前記共振器の光軸上に配置され、電圧印可により偏光方向の制御を行う偏光スイッチと、
前記第2の反射鏡及び前記固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置され、入射した光の偏光方向を回転させる第1の偏光方向回転素子と、
前記偏光子及び前記固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置され、入射した光の偏光方向を回転させる第2の偏光方向回転素子とを備え、
前記異方性の固体レーザ媒質の軸方位に対する増幅光の偏光方向を変えることで、前記異方性の固体レーザ媒質が発生するピーク波長が異なる複数の増幅利得を重ね合わせた波長依存性の平坦な増幅利得により、前記偏光子から入射した光を増幅する
ことを特徴とする再生増幅器。
A regenerative amplifier that forms a resonator from first and second reflecting mirrors that are optically opposed to each other,
An anisotropic solid-state laser medium disposed on the optical axis of the resonator between the first and second reflecting mirrors to generate gain and amplify incident light;
A polarizer disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the solid-state laser medium;
A polarization switch disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the polarizer and controlling a polarization direction by applying a voltage;
A first polarization direction rotating element disposed on the optical axis of the resonator between the second reflecting mirror and the solid-state laser medium, and rotating a polarization direction of incident light;
A second polarization direction rotating element that is disposed on the optical axis of the resonator between the polarizer and the solid-state laser medium and rotates a polarization direction of incident light;
By changing the polarization direction of the amplified light with respect to the axial direction of the anisotropic solid-state laser medium, the wavelength-dependent flatness obtained by superimposing a plurality of amplification gains with different peak wavelengths generated by the anisotropic solid-state laser medium A regenerative amplifier that amplifies the light incident from the polarizer with a high amplification gain.
光学的に対向して配置された第1及び第2の反射鏡から共振器を構成する再生増幅器であって、
前記第1及び第2の反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置され、利得を発生し、入射した光を増幅する第1及び第2の固体レーザ媒質と、
前記第1の反射鏡及び前記第1の固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置された偏光子と、
前記第1の反射鏡及び前記偏光子の間で前記共振器の光軸上に配置され、電圧印可により偏光方向の制御を行う偏光スイッチとを備え、
前記第1及び第2の固体レーザ媒質が光学的に一体とされ、それぞれ発生するピーク波長が異なる増幅利得を組合せた波長依存性の平坦な増幅利得により、前記偏光子から入射した光を増幅する
ことを特徴とする再生増幅器。
A regenerative amplifier that forms a resonator from first and second reflecting mirrors that are optically opposed to each other,
A first and a second solid-state laser medium disposed on the optical axis of the resonator between the first and second reflecting mirrors to generate gain and amplify incident light;
A polarizer disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the first solid-state laser medium;
A polarization switch disposed on the optical axis of the resonator between the first reflecting mirror and the polarizer and controlling a polarization direction by applying a voltage;
The first and second solid-state laser media are optically integrated, and light incident from the polarizer is amplified by a wavelength-dependent flat amplification gain obtained by combining amplification gains having different peak wavelengths. A regenerative amplifier.
光学的に対向して配置された出力鏡及び反射鏡から共振器を構成するモードロックレーザであって、
前記出力鏡及び反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置され、利得を発生し、入射した光を増幅する第1及び第2の固体レーザ媒質と、
前記出力鏡及び前記第1の固体レーザ媒質の間で前記共振器の光軸上に配置され、波長依存性の補償を行う分散補償手段と、
前記第2の固体レーザ媒質及び前記反射鏡の間で前記共振器の光軸上に配置されたモードロック手段とを備え、
前記第1及び第2の固体レーザ媒質がそれぞれ発生するピーク波長が異なる増幅利得を組合せた波長依存性の平坦な増幅利得により、光出力の増幅を行いレーザ発振を行う
ことを特徴とするモードロックレーザ。
A mode-locked laser that constitutes a resonator from an optically opposed output mirror and a reflecting mirror,
A first and a second solid-state laser medium disposed on the optical axis of the resonator between the output mirror and the reflecting mirror to generate gain and amplify incident light;
Dispersion compensation means arranged on the optical axis of the resonator between the output mirror and the first solid-state laser medium to compensate for wavelength dependence;
Mode-locking means disposed on the optical axis of the resonator between the second solid-state laser medium and the reflecting mirror;
A mode lock characterized by amplifying the optical output and performing laser oscillation with a wavelength-dependent flat amplification gain obtained by combining amplification gains having different peak wavelengths generated by the first and second solid-state laser media, respectively. laser.
第1の固体レーザ媒質が発生する第1のピーク波長をもつ増幅利得と、第2の固体レーザ媒質が発生する第2のピーク波長をもつ増幅利得とを組合せた波長依存性の平坦な合成増幅利得により、入射した光を増幅する
ことを特徴とする利得平滑化方法。
Wavelength-dependent flat synthetic amplification combining the amplification gain having the first peak wavelength generated by the first solid-state laser medium and the amplification gain having the second peak wavelength generated by the second solid-state laser medium A gain smoothing method comprising amplifying incident light by gain.
前記第1及び第2の固体レーザ媒質は、異方性であり、
前記第1及び第2の固体レーザ媒質の結晶軸又は光学軸をそれぞれ異なる方向にとって配置する
ことを特徴とする請求項7記載の利得平滑化方法。
The first and second solid-state laser media are anisotropic;
The gain smoothing method according to claim 7, wherein crystal axes or optical axes of the first and second solid-state laser media are arranged in different directions.
前記第1及び第2の固体レーザ媒質は、異方性であり、同一材料で、かつ同一軸方向に配置し、
前記第1及び第2の固体レーザ媒質を結ぶ光軸上に配置された1/2波長板により、光の偏光方向を回転させる
ことを特徴とする請求項7記載の利得平滑化方法。
The first and second solid-state laser media are anisotropic, are made of the same material and are arranged in the same axial direction,
The gain smoothing method according to claim 7, wherein the polarization direction of the light is rotated by a half-wave plate disposed on an optical axis connecting the first and second solid-state laser media.
前記第1及び第2の固体レーザ媒質が光学的に一体とされた
ことを特徴とする請求項7記載の利得平滑化方法。
The gain smoothing method according to claim 7, wherein the first and second solid-state laser media are optically integrated.
単一の異方性の固体レーザ媒質が発生するピーク波長が異なる複数の増幅利得を重ね合わせた波長依存性の平坦な合成増幅利得により、入射した光を増幅する
ことを特徴とする利得平滑化方法。
Gain smoothing characterized by amplifying incident light with a flat, wavelength-dependent combined amplification gain that combines multiple amplification gains with different peak wavelengths generated by a single anisotropic solid-state laser medium Method.
偏光方向回転素子により前記異方性の固体レーザ媒質の軸方位に対する増幅光の偏光方向を変えることで、ピーク波長が異なる複数の増幅利得を得る
ことを特徴とする請求項11記載の利得平滑化方法。
The gain smoothing according to claim 11, wherein a plurality of amplification gains having different peak wavelengths are obtained by changing a polarization direction of the amplified light with respect to an axial direction of the anisotropic solid-state laser medium by a polarization direction rotating element. Method.
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