JP2678173B2 - 光パルス発生装置 - Google Patents
光パルス発生装置Info
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- JP2678173B2 JP2678173B2 JP18780891A JP18780891A JP2678173B2 JP 2678173 B2 JP2678173 B2 JP 2678173B2 JP 18780891 A JP18780891 A JP 18780891A JP 18780891 A JP18780891 A JP 18780891A JP 2678173 B2 JP2678173 B2 JP 2678173B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は変調をかけることなし
に、光パルスを発生しうるレーザ装置に関するものであ
る。
に、光パルスを発生しうるレーザ装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザから光パルスを発生させる
には、ポンピングを変調し、利得をスイッチングする方
法、レーザ発振器中に変調器あるいは、可飽和吸収体を
挿入して損失をスイッチングする方法がとられていた。
には、ポンピングを変調し、利得をスイッチングする方
法、レーザ発振器中に変調器あるいは、可飽和吸収体を
挿入して損失をスイッチングする方法がとられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの方法を採った場合においても、何らかの変調
をかけるための装置が必要となり、光パルス発生装置と
して複雑かつ高価なものであった。この発明は、上述し
た事情に鑑みてなされたものであり、変調をかけるため
の装置をいっさい必要としない光パルス発生装置を提供
することを目的とする。
たいずれの方法を採った場合においても、何らかの変調
をかけるための装置が必要となり、光パルス発生装置と
して複雑かつ高価なものであった。この発明は、上述し
た事情に鑑みてなされたものであり、変調をかけるため
の装置をいっさい必要としない光パルス発生装置を提供
することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
直線偏波で発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器
の出力光の一部を偏波面を９０°回転させ、該レーザ発
振器に帰還させる光学系とを具備することを特徴とす
る。請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明に
おいて、前記光学系は、前記レーザ発振器の出力光を反
射して前記レーザ発振器へと帰還させる反射鏡と、前記
レーザ発振器および前記反射光間を往復する光の光路の
途中に介挿されたファラデー回転子あるいは１／４波長
板とによって構成されることを特徴とする。請求項３に
係る発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器の出力
光の一部を発振方向と一致させずに該レーザ発振器に帰
還させる光学系とを具備することを特徴とする。請求項
４に係る発明は、対向配置された２枚の共振用反射鏡
と、これらの共振用反射鏡間に配置されたブルースター
板および無偏波にて発振するレーザ媒質とにより構成さ
れる発振器と、前記発振器の出力光の一部を偏波面を９
０°回転させ、該発振器に帰還させる光学系とを具備す
ることを特徴とする。
直線偏波で発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器
の出力光の一部を偏波面を９０°回転させ、該レーザ発
振器に帰還させる光学系とを具備することを特徴とす
る。請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明に
おいて、前記光学系は、前記レーザ発振器の出力光を反
射して前記レーザ発振器へと帰還させる反射鏡と、前記
レーザ発振器および前記反射光間を往復する光の光路の
途中に介挿されたファラデー回転子あるいは１／４波長
板とによって構成されることを特徴とする。請求項３に
係る発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器の出力
光の一部を発振方向と一致させずに該レーザ発振器に帰
還させる光学系とを具備することを特徴とする。請求項
４に係る発明は、対向配置された２枚の共振用反射鏡
と、これらの共振用反射鏡間に配置されたブルースター
板および無偏波にて発振するレーザ媒質とにより構成さ
れる発振器と、前記発振器の出力光の一部を偏波面を９
０°回転させ、該発振器に帰還させる光学系とを具備す
ることを特徴とする。
【０００５】
【作用】固体レーザ、ガラスレーザ、ＣＯ2レーザ、半
導体レーザなどは、その動的特性が、反転分布と光子数
の変化（いわゆるレート方程式）のみで記述される。上
記発明によれば、この種のレーザが普遍的に有している
緩和振動が、遅延帰還光として帰還されることにより、
レーザが共鳴的に励振し、自発的に光パルスが発生され
る。このように、レーザに対し、光を帰還させるための
光学系のみを付加することにより光パルスの発生が行わ
れる。本発明はレーザに変調をかけるための装置を全く
必要としない。
導体レーザなどは、その動的特性が、反転分布と光子数
の変化（いわゆるレート方程式）のみで記述される。上
記発明によれば、この種のレーザが普遍的に有している
緩和振動が、遅延帰還光として帰還されることにより、
レーザが共鳴的に励振し、自発的に光パルスが発生され
る。このように、レーザに対し、光を帰還させるための
光学系のみを付加することにより光パルスの発生が行わ
れる。本発明はレーザに変調をかけるための装置を全く
必要としない。
【０００６】
【実施例】［第１実施例］図１は本発明の第１実施例に
よる光パルス発生装置の構成を説明する図である。この
図において、１は直線偏波で発振するレーザ発振器、２
は１／４波長板、３は反射鏡である。この光パルス発生
装置を動作させるには、まず、レーザ発振器１を直線偏
波で発振させる。半導体レーザや他の異方性を有する固
体レーザなどでは自動的に直線偏波で発振する。レーザ
発振器１の出力光は、１／４波長板２を通過することに
より、円偏波に変換される。そして、反射鏡３によって
反射され、この反射光は逆まわりの円偏波となり再び１
／４波長板２を通過する。そして、発振直線偏波と直交
した直線偏波になって、レーザ発振器１に帰還されるこ
とになる。なお、１／４波長板２の代りにファラデー回
転子を使用することも可能である。この際に、直線偏波
をファラデー回転子によって、４５゜回転させ、その
際、その偏波のみを通過させる検光子をファラデー回転
子と鏡の間に配置する。これにより、反射光は再び検光
子を通過し、ファラデー回転子によって、さらに４５゜
回転され、出射光と９０゜偏向方向の違う直線偏波に変
換される。レーザ発振器１に帰還された光は、発振偏波
成分をもたないため、発振に寄与しないが、レーザ中に
形成されている反転分布を誘導放出により消費する効果
をもたらす。
よる光パルス発生装置の構成を説明する図である。この
図において、１は直線偏波で発振するレーザ発振器、２
は１／４波長板、３は反射鏡である。この光パルス発生
装置を動作させるには、まず、レーザ発振器１を直線偏
波で発振させる。半導体レーザや他の異方性を有する固
体レーザなどでは自動的に直線偏波で発振する。レーザ
発振器１の出力光は、１／４波長板２を通過することに
より、円偏波に変換される。そして、反射鏡３によって
反射され、この反射光は逆まわりの円偏波となり再び１
／４波長板２を通過する。そして、発振直線偏波と直交
した直線偏波になって、レーザ発振器１に帰還されるこ
とになる。なお、１／４波長板２の代りにファラデー回
転子を使用することも可能である。この際に、直線偏波
をファラデー回転子によって、４５゜回転させ、その
際、その偏波のみを通過させる検光子をファラデー回転
子と鏡の間に配置する。これにより、反射光は再び検光
子を通過し、ファラデー回転子によって、さらに４５゜
回転され、出射光と９０゜偏向方向の違う直線偏波に変
換される。レーザ発振器１に帰還された光は、発振偏波
成分をもたないため、発振に寄与しないが、レーザ中に
形成されている反転分布を誘導放出により消費する効果
をもたらす。
【０００７】次に、なぜこのように簡単な構成で光パル
スが発生できるのかを物理的に説明する。この種のレー
ザはレート方程式に従い、 周波数 ｆQO＝（1/2π）｛（Ｗ−１）／τfτp｝1/2 減衰定数 α＝Ｗ／２τf で表わされる緩和振動を呈する。ここで、Ｗ＝Ｐ／Ｐth
（Ｐ：ポンピングパワー、Ｐth：しきい値ポンピングパ
ワー）、τf：反転分布の寿命、τp：光子寿命である。
このような緩和振動を呈するレーザからの出力光が遅延
帰還されると、遅延時間の間に発生した緩和振動する出
力光の一部が反転分布に変調をもたらすことになる。従
って、レーザはｆQOの周波数で変調されることになる
（一般に、この種のレーザをｆQOの周波数で変調すると
緩和振動が共鳴的に励振されることが知られてい
る。）。よって、出力光はさらに深く変調された緩和振
動を呈する。このような正帰還により緩和振動が共鳴的
に励振され、減衰力とバランスした時点でｆQOで振動す
る尖い光パルスを発生することになる。以上の機構か
ら、光パルス発生の条件には、遅延時間Ｔ、外部鏡から
の帰還係数γ、ポンピングパワーに依存した減衰定数お
よび帰還光量が関連している。図２は、安定な光パルス
発生領域を示す。ポンピングを上昇させると、帰還光量
が増加するため、深い変調がかかるが、同時に減衰定数
も増加するため、遅延時間の間に振動が緩和してしま
い、ポンピングが高すぎると光パルスが発生しえない。
図２に示された安定領域はこの状態に対応する。以上の
原理により図３のごとき光パルスを発生することができ
る。
スが発生できるのかを物理的に説明する。この種のレー
ザはレート方程式に従い、 周波数 ｆQO＝（1/2π）｛（Ｗ−１）／τfτp｝1/2 減衰定数 α＝Ｗ／２τf で表わされる緩和振動を呈する。ここで、Ｗ＝Ｐ／Ｐth
（Ｐ：ポンピングパワー、Ｐth：しきい値ポンピングパ
ワー）、τf：反転分布の寿命、τp：光子寿命である。
このような緩和振動を呈するレーザからの出力光が遅延
帰還されると、遅延時間の間に発生した緩和振動する出
力光の一部が反転分布に変調をもたらすことになる。従
って、レーザはｆQOの周波数で変調されることになる
（一般に、この種のレーザをｆQOの周波数で変調すると
緩和振動が共鳴的に励振されることが知られてい
る。）。よって、出力光はさらに深く変調された緩和振
動を呈する。このような正帰還により緩和振動が共鳴的
に励振され、減衰力とバランスした時点でｆQOで振動す
る尖い光パルスを発生することになる。以上の機構か
ら、光パルス発生の条件には、遅延時間Ｔ、外部鏡から
の帰還係数γ、ポンピングパワーに依存した減衰定数お
よび帰還光量が関連している。図２は、安定な光パルス
発生領域を示す。ポンピングを上昇させると、帰還光量
が増加するため、深い変調がかかるが、同時に減衰定数
も増加するため、遅延時間の間に振動が緩和してしま
い、ポンピングが高すぎると光パルスが発生しえない。
図２に示された安定領域はこの状態に対応する。以上の
原理により図３のごとき光パルスを発生することができ
る。
【０００８】［第２実施例］図４は本発明の第２実施例
を示すものである。この図において、１１は無偏光で発
振するレーザ媒質、１２、１３は共振器鏡、１４はブル
ースター板であり、これらにより、発振器が構成されて
いる。また、１５は１／４波長板（もしくはファラデー
回転子）、１６は反射鏡であり、発振器の出力光の偏波
面を９０度回転させて発振器に戻す光学系を構成してい
る。ブルースター板１４により帰還光は排除されるため
発振に寄与せず第１実施例と全く同様の原理により光パ
ルスが発生される。
を示すものである。この図において、１１は無偏光で発
振するレーザ媒質、１２、１３は共振器鏡、１４はブル
ースター板であり、これらにより、発振器が構成されて
いる。また、１５は１／４波長板（もしくはファラデー
回転子）、１６は反射鏡であり、発振器の出力光の偏波
面を９０度回転させて発振器に戻す光学系を構成してい
る。ブルースター板１４により帰還光は排除されるため
発振に寄与せず第１実施例と全く同様の原理により光パ
ルスが発生される。
【０００９】［第３実施例］図５に本発明の第３実施例
を示す。この図において、１１はレーザ媒質、１２、１
３は共振器用ミラー、２４〜２６は帰還用の反射鏡、２
７は集光レンズである。要素２４〜２６によって構成さ
れるフィードバックループは光ファイバを用いても達成
できる。この実施例においても上記第１および第２実施
例と全く同様の帰還光の効果が得られ、光パルスが発生
される。
を示す。この図において、１１はレーザ媒質、１２、１
３は共振器用ミラー、２４〜２６は帰還用の反射鏡、２
７は集光レンズである。要素２４〜２６によって構成さ
れるフィードバックループは光ファイバを用いても達成
できる。この実施例においても上記第１および第２実施
例と全く同様の帰還光の効果が得られ、光パルスが発生
される。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、レーザが本質的に有している緩和振動が遅延帰還に
より自己増殖的に共鳴励振され、短パルスが発生され
る。このように本発明は、いっさい外部変調素子を必要
とせずかつ、レーザパラメータ（ポンピング、反転分布
ならびに光る寿命）で決定される固有振動周波数で安定
な光パルスを得られるという利点がある。半導体レーザ
と例にとると、τf≒１ｎｓ、τp＝１ｐｓであり、ｆQO
＞１ＧＨｚ以上の繰返しの光パルスを容易に得ることが
できる。
ば、レーザが本質的に有している緩和振動が遅延帰還に
より自己増殖的に共鳴励振され、短パルスが発生され
る。このように本発明は、いっさい外部変調素子を必要
とせずかつ、レーザパラメータ（ポンピング、反転分布
ならびに光る寿命）で決定される固有振動周波数で安定
な光パルスを得られるという利点がある。半導体レーザ
と例にとると、τf≒１ｎｓ、τp＝１ｐｓであり、ｆQO
＞１ＧＨｚ以上の繰返しの光パルスを容易に得ることが
できる。
【図１】 本発明の第１実施例による光パルス発生装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２】 同実施例における光パルス発生領域を説明す
る図である。
る図である。
【図３】 同実施例によって得られる光パルスを例示す
る波形図である。
る波形図である。
【図４】 本発明の第２実施例による光パルス発生装置
の構成図である。
の構成図である。
【図５】 本発明の第３実施例による光パルス発生装置
の構成図である。
の構成図である。
１…直線偏波発振レーザ共振器、２…１／４波長板、３
…帰還用反射鏡、１１…レーザ媒質、１２、１３…共振
器ミラー、１４…ブルースター板、１５…１／４波長
板、１６…帰還用反射鏡、２４〜２６…反射鏡、２７…
集光用レンズ
…帰還用反射鏡、１１…レーザ媒質、１２、１３…共振
器ミラー、１４…ブルースター板、１５…１／４波長
板、１６…帰還用反射鏡、２４〜２６…反射鏡、２７…
集光用レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 直線偏波で発振するレーザ発振器と、前
記レーザ発振器の出力光の一部を偏波面を９０°回転さ
せ、該レーザ発振器に帰還させる光学系とを具備するこ
とを特徴とする光パルス発生装置。 - 【請求項２】 前記光学系は、前記レーザ発振器の出力
光を反射して前記レーザ発振器へと帰還させる反射鏡
と、前記レーザ発振器および前記反射光間を往復する光
の光路の途中に介挿されたファラデー回転子あるいは１
／４波長板とによって構成されることを特徴とする請求
項１記載の光パルス発生装置。 - 【請求項３】 レーザ発振器と、前記レーザ発振器の出
力光の一部を発振方向と一致させずに該レーザ発振器に
帰還させる光学系とを具備することを特徴とする光パル
ス発生装置。 - 【請求項４】 対向配置された２枚の共振用反射鏡と、
これらの共振用反射鏡間に配置されたブルースター板お
よび無偏波にて発振するレーザ媒質とにより構成される
発振器と、前記発振器の出力光の一部を偏波面を９０°
回転させ、該発振器に帰還させる光学系とを具備するこ
とを特徴とする光パルス発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18780891A JP2678173B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 光パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18780891A JP2678173B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 光パルス発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537061A JPH0537061A (ja) | 1993-02-12 |
| JP2678173B2 true JP2678173B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=16212609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18780891A Expired - Fee Related JP2678173B2 (ja) | 1991-07-26 | 1991-07-26 | 光パルス発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2678173B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6092405B2 (ja) * | 2012-10-23 | 2017-03-08 | ザ プロクター アンド ギャンブル カンパニー | キャリア部材 |
-
1991
- 1991-07-26 JP JP18780891A patent/JP2678173B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537061A (ja) | 1993-02-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070801 Year of fee payment: 10 |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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