JP2634312B2 - Phase conjugate mirror and laser resonator - Google Patents

Phase conjugate mirror and laser resonator

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自己励起型の位相共役ミラーと、これを用い
たレーザ共振器に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a self-excitation type phase conjugate mirror and a laser resonator using the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

通常のレーザ発振器では、増幅媒質で生じたビームの
不均一性がレーザ共振器でそのまま反射、増幅され、従
って出力ビームの液面は不均一になってしまう。これに
対し、レーザ共振器の一方のミラーを自己励起型の位相
共役ミラーとしたシステムでは、位相共役が持つ位相歪
補償により、出力ビームの波面はきれいなものになる。
このようなシステムは、例えば特表昭59−500888号(国
際公開番号WO83/04144号)公報に示されている。
In a normal laser oscillator, the non-uniformity of the beam generated in the amplification medium is reflected and amplified by the laser resonator as it is, so that the liquid level of the output beam becomes non-uniform. On the other hand, in a system in which one mirror of the laser resonator is a self-excitation type phase conjugate mirror, the wavefront of the output beam becomes clean due to the phase distortion compensation of the phase conjugate.
Such a system is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 59-500888 (International Publication No. WO83 / 04144).

第4図に位相共役ミラーを用いた従来システムを示
す。図示の通り、アルゴンガスなどの増幅媒質1の一方
の側には通常の反射ミラー2が設けられ、他方の側には
レンズ3を挟んで位相共役ミラー4が設けられる。ここ
で、位相共役ミラー4としては例えばBTO(BaTiO3)結
晶などが用いられる。
FIG. 4 shows a conventional system using a phase conjugate mirror. As shown, a normal reflection mirror 2 is provided on one side of an amplification medium 1 such as an argon gas, and a phase conjugate mirror 4 is provided on the other side with a lens 3 interposed therebetween. Here, as the phase conjugate mirror 4, for example, a BTO (BaTiO 3 ) crystal or the like is used.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

このようなシステムに用いられた位相共役ミラー4の
反射率は、一般に通常のミラーに比べて反射率が40%程
度と低い。このため、高いレーザ出力を得ようとする
と、増幅媒質1として増幅率の大きなものが必要にな
り、実用に適さない。
The reflectivity of the phase conjugate mirror 4 used in such a system is generally lower than that of a normal mirror, such as about 40%. Therefore, in order to obtain a high laser output, a medium having a large amplification factor is required as the amplification medium 1, which is not suitable for practical use.

そこで本発明は、反射率の高い自己励起型の位相共役
ミラーと、きれいな波面をもったレーザ出力を高効率で
実現できるレーザ共振器とを提供することを目的とす
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a self-excitation type phase conjugate mirror having a high reflectance and a laser resonator capable of realizing a laser output having a clean wavefront with high efficiency.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明に係る自己励起型の位相共役ミラーは、光学的
な非線形媒質からなる光学部材と、非線形媒質の屈折率
を時間的に変調させるエネルギーを光学部材に供給する
変調手段とを備えることを特徴とする。
A self-excitation type phase conjugate mirror according to the present invention includes: an optical member made of an optical nonlinear medium; and a modulation unit that supplies energy for temporally modulating the refractive index of the nonlinear medium to the optical member. And

また、本発明に係るレーザ共振器は、上記の位相共役
ミラーをレーザ共振器の一方のミラーに用いたことを特
徴とする。
Further, a laser resonator according to the present invention is characterized in that the above-described phase conjugate mirror is used as one mirror of the laser resonator.

〔作用〕[Action]

本発明によれば、変調手段によって光学的非線形媒質
の屈折率が時間的に変調されることにより、その媒質の
反射率が増大し、ミラーとしての反射率が向上する。こ
のため、この位相共役ミラーをレーザ共振器に用いる
と、レーザ出力の効率が向上し、かつレーザ出力光の波
面はきれいになる。
According to the present invention, the refractive index of the optical non-linear medium is temporally modulated by the modulating means, so that the reflectivity of the medium increases and the reflectivity as a mirror improves. Therefore, when this phase conjugate mirror is used in a laser resonator, the efficiency of laser output is improved and the wavefront of laser output light is clear.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

具体的な実施例の説明に先立ち、本発明を完成するに
至った経緯について若干説明すると、W.B.Whittenらに
よる文献(“OPTICS LETTERS/Vol.9,No.2/1984年2月/
P.44〜46"等)によると、位相共役波を発生させるのに
用いられる4光波混合では、書き込み光の一方を若干周
波数シフトしてやり、結晶上で干渉縞を動かすことによ
って反射率を向上させた報告がある。また、本発明に係
る自己励起型の位相共役光学系でも、結晶内で信号光が
受動的に周波数シフトを受けるために反射率が増大して
いるものと考えられるが、その効果を制御するのは難し
い。そこで本発明は、自己位相共役ミラーおよびこれを
持ったレーザ共振器において、外部より位相共役ミラー
である非線形光学材料に屈折率変調に加えて、ミラーの
反射率をさらに大きくし、また制御することもできるよ
うにするものである。
Prior to the description of specific examples, a brief description of the circumstances leading to the completion of the present invention will be given in the literature by WB Whitten et al. (“OPTICS LETTERS / Vol.9, No.
According to P.44-46 "etc., in four-wave mixing used to generate a phase conjugate wave, one of the writing lights is slightly shifted in frequency, and the reflectance is improved by moving interference fringes on the crystal. In the self-excited phase conjugate optical system according to the present invention, it is considered that the reflectivity is increased because the signal light is passively subjected to the frequency shift in the crystal. It is difficult to control the effect, so the present invention relates to a method of controlling the reflectivity of a mirror in addition to a refractive index modulation to a nonlinear optical material, which is a phase conjugate mirror, from the outside in a self-phase conjugate mirror and a laser resonator having the same. It is to make it even larger and control it.

第1図は第1実施例に係る位相共役ミラーと、これを
用いたレーザ共振器の構成図である。図示の通り、この
実施例では、位相共役ミラー4はBTO結晶41と、この両
端に取り付られたC軸に垂直な電極42a,42bと、この間
に電圧を加えてBTO結晶41に交流電場を印加する電源43
とを有している。ここで、変調手段はBTO結晶41に外部
電場を印加するように構成されているが、後述の第2実
施例のように、超音波の疎密波を印加するように構成さ
れていてもよい。
FIG. 1 is a configuration diagram of a phase conjugate mirror according to the first embodiment and a laser resonator using the same. As shown in the figure, in this embodiment, the phase conjugate mirror 4 includes a BTO crystal 41, electrodes 42a and 42b attached to both ends of the BTO crystal 41, and a voltage applied between them to apply an AC electric field to the BTO crystal 41. Power supply to be applied 43
And Here, the modulation means is configured to apply an external electric field to the BTO crystal 41, but may be configured to apply an ultrasonic compression wave as in a second embodiment described later.

このような位相共役ミラーを備えた第1図のレーザ装
置において、レーザ発振が始まってアルゴンレーザ光が
BTO結晶41に入射されると、その強い非線形性によってB
TO結晶41の結晶内で屈折率分布が変調される。このと
き、BTO結晶41内の光は1Hz以下程度の周波数変調を受
け、この受動的な周波数シフトのために位相共役ミラー
としての反射率が増大する。それに加えて、本実施例に
おいては、電源43から電極42a,42bを介してBTO結晶41に
印加される電場を時間変調させ、屈折率をこれに応じて
時間変調させることにより、BTO結晶41の内部に構成さ
れる屈折率格子を時間変調している。すると、前述の受
動的に周波数シフトによる反射率向上に比べて、更に大
きな反射率向上を実現できる。
In the laser device of FIG. 1 having such a phase conjugate mirror, laser oscillation starts and argon laser light is emitted.
When incident on the BTO crystal 41, B
The refractive index distribution is modulated in the crystal of the TO crystal 41. At this time, the light in the BTO crystal 41 undergoes frequency modulation of about 1 Hz or less, and the reflectance as a phase conjugate mirror increases due to the passive frequency shift. In addition, in the present embodiment, the electric field applied to the BTO crystal 41 from the power supply 43 via the electrodes 42a and 42b is time-modulated, and the refractive index is time-modulated in accordance with the electric field. The refractive index grating formed inside is time-modulated. As a result, it is possible to further increase the reflectance as compared with the above-described passive reflectance shift.

第2図は第2実施例に係る位相共役ミラーと、これを
用いたレーザ共振器の構成を示している。この実施例で
は、位相共役ミラー4はBTO結晶41と、この両端に取り
付けられたC軸に垂直な超音波発生用のトランスデュー
サ44a,44bと、これらを駆動する電源43とを有してい
る。これによれば、BTO結晶41に超音波による疎密波が
発生させられ、超音波の振幅や周期が時間的に変化され
る。すると、BTO結晶41の屈折率が時間的に変調され、
そこに形成された屈折率格子は時間的に変化される。そ
の結果として位相共役ミラーとしての反射率が向上す
る。
FIG. 2 shows a configuration of a phase conjugate mirror according to the second embodiment and a laser resonator using the same. In this embodiment, the phase conjugate mirror 4 has a BTO crystal 41, transducers 44a and 44b attached to both ends thereof for generating ultrasonic waves perpendicular to the C-axis, and a power supply 43 for driving these. According to this, the compression wave is generated by the ultrasonic wave in the BTO crystal 41, and the amplitude and the cycle of the ultrasonic wave are temporally changed. Then, the refractive index of the BTO crystal 41 is temporally modulated,
The refractive index grating formed there is changed over time. As a result, the reflectance as a phase conjugate mirror is improved.

第2図に示す実施例のレーザ装置では、このような位
相共役ミラーを一方のミラーに用いてレーザ共振器を構
成すると共に、レーザ媒質としてローダミン6Gなどの色
素セル11を用いている。そして、この色素セル11にポン
プ光としてアルゴンイオンレーザ光などを照射し、励起
によって生じる螢光を増幅させることでレーザ発振を生
じさせている。この実施例では、色素セル11の発振スペ
クトルが狭まり、また発振波長が勝手にスキャンされる
特徴がある。したがって、BTO結晶41の屈折率を時間的
に変調させることにより、レーザ光出力のパワーを向上
できるだけでなく、狭帯域のレーザ光についてスキャン
の波長や速度などを制御できる特徴がある。このため、
分光学の分野での応用が期待できる。なお、YAG結晶を
レーザ増幅媒質に用いたときにも、同様のレーザ装置が
実現できる。
In the laser device of the embodiment shown in FIG. 2, such a phase conjugate mirror is used as one of the mirrors to constitute a laser resonator, and a dye cell 11 such as rhodamine 6G is used as a laser medium. Then, the dye cell 11 is irradiated with an argon ion laser beam or the like as pump light to amplify fluorescence generated by excitation, thereby causing laser oscillation. This embodiment is characterized in that the oscillation spectrum of the dye cell 11 is narrowed and the oscillation wavelength is scanned without permission. Therefore, by temporally modulating the refractive index of the BTO crystal 41, not only can the power of the laser light output be improved, but also the wavelength and speed of scanning of narrow-band laser light can be controlled. For this reason,
Applications in the field of spectroscopy can be expected. Note that a similar laser device can be realized when a YAG crystal is used as a laser amplification medium.

第3図は第3実施例に係る位相共役ミラーと、これを
用いたレーザ共振器の構成図である。この実施例では、
強度が時間の関数I(t)で表わされ、かつ周波数も時
間の関数f(t)で表わされるポンプ光がBTO結晶41に
入射され、これにより位相共役ミラー4が実現されてい
る。このように、強度と周波数が時間的に変化するポン
プ光をBTO結晶41に入射すると、屈折率格子が時間的に
変調されて位相共役ミラーとしての反射率が高まる。し
たがって、この位相共役ミラー4を用いて第3図のレー
ザ装置を構成したときにも、きれいな波面をもった高出
力のレーザ光が得られる。
FIG. 3 is a configuration diagram of a phase conjugate mirror according to a third embodiment and a laser resonator using the same. In this example,
Pump light whose intensity is represented by a function of time I (t) and whose frequency is also represented by a function of time f (t) is incident on the BTO crystal 41, thereby realizing the phase conjugate mirror 4. As described above, when the pump light whose intensity and frequency change over time is incident on the BTO crystal 41, the refractive index grating is modulated over time, and the reflectance as a phase conjugate mirror increases. Therefore, even when the laser device shown in FIG. 3 is configured using the phase conjugate mirror 4, high-power laser light having a clear wavefront can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、詳細に説明した通り本発明によれば、変調手段
によって光学的非線形媒質の屈折率が時間的に変調され
ることにより、その媒質の反射率が増大し、ミラーとし
ての反射率が向上する。このため、この位相共役ミラー
をレーザ共振器に用いると、レーザ出力のパワー効率は
向上し、しかもレーザ出力光の波面がきれいになる効果
がある。
As described above in detail, according to the present invention, the refractive index of the optical nonlinear medium is temporally modulated by the modulating means, so that the reflectivity of the medium increases and the reflectivity as a mirror improves. . Therefore, when this phase conjugate mirror is used for a laser resonator, there is an effect that the power efficiency of the laser output is improved and the wavefront of the laser output light is clear.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1実施例に係る位相共役ミラーと、
これを用いたレーザ共振器の構成を示す図、第2図は本
発明の第2実施例に係る位相共役ミラーと、これを用い
たレーザ共振器の構成を示す図、第3図は本発明の第3
実施例に係る位相共役ミラーと、これを用いたレーザ共
振器の構成を示す図、第4図は従来例に係る位相共役ミ
ラーと、これを用いたレーザ共振器の構成を示す図であ
る。 1……増幅媒質、2……反射ミラー、3……レンズ、4
……位相共役ミラー、41……BTO結晶。
FIG. 1 shows a phase conjugate mirror according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser resonator using the same, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a phase conjugate mirror according to a second embodiment of the present invention and a laser resonator using the same, and FIG. The third
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a phase conjugate mirror according to an embodiment and a laser resonator using the same, and FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional phase conjugate mirror and a laser resonator using the same. 1 ... Amplifying medium, 2 ... Reflection mirror, 3 ... Lens, 4
… Phase conjugate mirror, 41… BTO crystal.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光学的な非線形媒質からなる光学部材と、
前記非線形媒質の屈折率を時間的に変調させるエネルギ
ーを前記光学部材に供給する変調手段とを備えることを
特徴とする自己励起型の位相共役ミラー。
An optical member comprising an optical nonlinear medium;
A self-excitation type phase conjugate mirror, comprising: a modulation unit that supplies energy for temporally modulating the refractive index of the nonlinear medium to the optical member.
【請求項2】前記光学部材に供給されるエネルギーが時
間的に変調された超音波、電場もしくは光である請求項
1記載の位相共役ミラー。
2. The phase conjugate mirror according to claim 1, wherein the energy supplied to said optical member is a temporally modulated ultrasonic wave, electric field or light.
【請求項3】レーザ増幅媒質を挟んで設けられる一対の
ミラーを備えるレーザ共振器において、 前記一対のミラーの一方が、光学的な非線形媒質からな
る光学部材と、前記非線形媒質の屈折率を時間的に変調
させるエネルギーを前記光学部材に供給する変調手段を
有していることを特徴とするレーザ共振器。
3. A laser resonator comprising a pair of mirrors provided with a laser amplifying medium interposed therebetween, wherein one of the pair of mirrors is an optical member made of an optical nonlinear medium and the refractive index of the nonlinear medium is time-dependent. A laser resonator comprising: a modulation unit that supplies energy to be optically modulated to the optical member.
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