JP3320021B2 - レーザ増幅装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、励起光によって
励起されレーザ光を増幅するレーザ増幅装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、例えば特願平９−０１５９８
号に記載された従来のレーザ増幅装置の構成図である。
図において、１は色素レーザ入射光Ｄ１と色素レーザ増
幅光Ｄ２を分離する第１の偏光ビームスプリッタ、２は
ファラディローテータ、３は第２の偏光ビームスプリッ
タ、４は偏光回転素子、５はレーザ媒質である色素溶液
６を収納する色素セル、７は励起領域８を形成するスリ
ット、９はレーザ光を再び励起領域に戻すための第１の
全反射鏡、１０は第２の全反射鏡、Ｄは色素レーザ光、
Ｐ１は第１のパス、Ｐ２は第２のパス、Ｐ３は第３のパ
ス、Ｐ４は第４のパス、Ｐは励起光である。

【０００３】次に従来装置の動作について説明する。透
明な色素セル５には、色素レーザ媒体である色素溶液６
が封入あるいは循環されている。この色素セル５のスリ
ット７中に励起光Ｐが照射されると、色素溶液６内の色
素分子が光を吸収し励起され、色素セル５のスリット７
中に励起領域８を形成する。

【０００４】色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光分離手段と
しての第１の偏光ビームスプリッタ１に対し透過できる
偏光方向の直線偏光で入射される。透過された色素レー
ザ入射光Ｄ１は、偏光方向回転手段としての磁気光学素
子であるファラディローテータ２を通過し、４５°偏光
方向が回転される。

【０００５】偏光面が回転された色素レーザ入射光の偏
光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２の偏光
ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２の偏光
ビームスプリッタ３を透過し、第１のパスＰ１方向に進
行する色素レーザ入射光Ｄ１を、例えばλ／４波長板な
どの偏光回転素子４に入射し、直線偏光から右回りある
いは左回りの円偏光に変換する。

【０００６】円偏光に変換された色素レーザ光Ｄは、色
素セル５内のスリット７の励起領域８を通過し利得を得
たのち、第１の全反射鏡９で垂直に反射される。垂直に
反射された色素レーザ光Ｄは、第１の全反射鏡９に入射
した色素レーザ光Ｄと同じ光軸上を逆向きに進行し、偏
光の回転方向も逆向きになった状態で再び励起領域８を
通過し利得を得、偏光回転子４によって、色素レーザ入
射光Ｄ１の偏光方向と直交方向の直線偏光に変換される
ため、第２の偏光ビームスプリッタ３で第２のパスＰ２
方向に反射される。

【０００７】第２の偏光ビームスプリッタ３で反射され
た色素レーザ光Ｄは、第２の全反射鏡１０によって垂直
に反射し、第２の全反射鏡１０に入射した色素レーザ光
Ｄと同じ光軸上を逆向きに進行し、再び、第２の偏光ビ
ームスプリッタで第３のパスＰ３方向に反射され、偏光
回転子４で、直線偏光から左回りあるいは右回りの円偏
光に変換され、３たび励起領域８を通過し利得を得る。

【０００８】３たび励起領域８を通過した色素レーザ光
Ｄは、第１の全反射鏡９で垂直に反射され、第１の全反
射鏡９に入射した色素レーザ光Ｄと同じ光軸上を逆向き
に進行し、偏光の回転方向も逆向きになった状態で４た
び励起領域８を通過し利得を得、偏光回転子４によっ
て、色素レーザ入射光Ｄ１の偏光方向と同方向の直線偏
光に変換されるため、第２の偏光ビームスプリッタ３を
通過し第４のパスＰ４方向に進行し、ファラディローテ
ータ２を通過する。

【０００９】ファラディローテータ２を通過した色素レ
ーザ光Ｄは偏光面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方
向に回転され、第１の偏光ビームスプリッタ１で反射さ
れ、色素レーザ増幅光Ｄ２が出射される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１８に示す従来のレ
ーザ増幅装置は、以上の様に構成されており、励起領域
を互いに逆方向に進行しながら通過する第１のパスと第
２のパスおよび第３のパスと第４のパスの偏光方向が励
起領域で一致するため、レーザ光の相互作用により、励
起領域に空間的な利得の分布が発生するいわゆる空間的
ホールバーニングが起こり、レーザ増幅光のスペクトル
帯域が拡がるとともに、時間的に強度変調が起こるとい
う問題があった。

【００１１】また、偏光回転素子４を色素セル５と第１
の全反射鏡９の間に配置する構成としても、励起領域を
互いに逆方向に進行しながら通過する第１のパスと第４
のパスおよび第２のパスと第３のパスの偏光方向が励起
領域で一致するため、同様の問題があった。

【００１２】この発明はかかる問題点を解消するために
なされたもので、励起領域でレーザ光を全て重複させな
い構成、あるいは、励起領域で逆方向に進行するレーザ
光を同一偏光方向で重複させない構成により、励起領域
で対向するレーザ光の相互作用による空間的ホールバー
ニングの発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域
の拡大および時間的な強度変調を抑制するレーザ増幅装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るレ
ーザ増幅器は、レーザ媒質を励起することによりレーザ
媒質に励起領域を形成するとともに、励起領域にレーザ
光を入射させ、レーザ光が励起領域を４回通過すること
によりレーザ光の増幅を行う際に、励起領域を１回目か
ら４回目に通過するレーザ光全てが励起領域で重複させ
ないように光路調整する第１及び第２の反射手段を備え
たものである。

【００１４】請求項２の発明に係るレーザ増幅器は、第
１及び第２の反射手段が、励起領域を１回目から４回目
に通過するレーザ光の全てが上記励起領域で重複せず、
かつ平行であるように光路調整する。

【００１５】請求項３の発明に係るレーザ増幅器は、第
１及び第２の反射手段並びに偏光回転素子が、励起領域
を逆方向に進行するレーザが励起領域で重複しないよう
に光路調整する。

【００１６】請求項４の発明に係るレーザ増幅器は、第
１及び第２の反射手段並びに偏光回転素子が、励起領域
を逆方向に進行するレーザが励起領域で重複せず、かつ
励起領域を１回目に通過するレーザ光と２回目に通過す
る上記レーザ光に対してそれぞれ３回目および４回目に
通過する上記レーザ光と光軸を一致させるように光路調
整する。

【００１７】請求項５の発明に係るレーザ増幅器は、レ
ーザ媒質を励起することによりレーザ媒質に励起領域を
形成するとともに、励起領域にレーザ光を入射させ、レ
ーザ光が励起領域を４回通過することにより上記レーザ
光の増幅を行う際に、励起領域を逆方向に進行する上記
レーザを偏光方向にて直交した状態で励起領域で重複さ
せる第１及び第２の反射手段並びに偏光回転素子を備え
たものである。

【００１８】請求項６の発明に係るレーザ増幅器は、レ
ーザ光の強度に対応して励起領域の利得を調整する励起
手段を備えたものである。

【００１９】請求項７の発明に係るレーザ増幅器は、レ
ーザ光の強度に対応して励起領域の利得を調整する励起
手段を備えたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１に係るレーザ増幅装置を図に基づき具体的
に説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係るレー
ザ増幅装置としての色素レーザ増幅装置を示す構成図で
ある。図において、１は色素レーザ入射光Ｄ１を色素レ
ーザ入射光Ｄ１と色素レーザ増幅光Ｄ２を分離する第１
の偏光ビームスプリッタ、２は色素レーザ入射光Ｄ１を
４５°偏向方向に回転させるファラディローテータ、３
は４５°偏向方向に回転させられた色素レーザ入射光Ｄ
１を第１パスＰ１方向と第２パスＰ２方向に分離する第
２の偏光ビームスプリッタ、４は入射され色素レーザ入
射光を直線偏光／円偏光する偏光回転素子、５はレーザ
媒質である色素溶液６を収納する色素セル、７は色素レ
ーザ光Ｄを励起光Ｐにより励起する励起領域８を形成す
るスリット、９はレーザ光を再び第４のパスＰ４方向よ
り励起領域に戻すための第１の全反射鏡、１０は第２の
偏光ビームスプリッタ３で第２のパスＰ２方向に分離さ
れた色素レーザ光を第３のパスＰ３方向に全反射させる
第２の全反射鏡である。

【００２１】次に動作について説明する。透明な色素セ
ル５は例えば石英、光学ガラス、サファイアなどの色素
レーザ光Ｄおよび励起光Ｐに対して光学的に透明な材質
で構成されており、レーザ媒質である色素溶液６はシー
リングされた色素セル５のスリット７中に封入されてい
るか、もしくは循環している。

【００２２】例えば、ネオジウム固体レーザの第２高調
波、銅蒸気レーザ、エキシマレーザなどの励起光Ｐを色
素セル５中の色素溶液６に入射すると、この励起光Ｐに
より、色素溶液内の色素分子が光を吸収し励起され、色
素セル５のスリット７の内側に沿って励起領域を形成す
る。

【００２３】色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光分離手段と
しての第１の偏光ビームスプリッタ１に対し透過できる
偏光方向の直線偏光で入射される。透過された色素レー
ザ入射光Ｄ１は、偏光方向回転手段としての磁気光学素
子であるファラディローテータ２を通過し、４５°偏光
方向が回転される。偏光面が回転された色素レーザ入射
光の偏光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２
の偏光ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２
の偏光ビームスプリッタ３を透過し、第１のパスＰ１方
向に進行する色素レーザ入射光Ｄ１を、例えばλ／４波
長板などの偏光回転素子４に入射し、直線偏光から右回
りあるいは左回りの円偏光に変換する。

【００２４】円偏光に変換された色素レーザ光Ｄは、色
素セル５内のスリット７の励起領域８を通過し利得を得
たのち、第１の全反射鏡９で第１のパスと励起領域でビ
ームが重ならない角度で反射される。反射された色素レ
ーザ光Ｄは、第１の全反射鏡９に入射した色素レーザ光
Ｄと逆向きに進行し、偏光の回転方向も逆向きになった
状態で再び励起領域８を通過し利得を得、偏光回転子４
によって、色素レーザ入射光Ｄ１の偏光方向と直交方向
の直線偏光に変換されるため、第２の偏光ビームスプリ
ッタ３で第２のパスＰ２方向に反射される。

【００２５】第２の偏光ビームスプリッタ３で反射され
た色素レーザ光Ｄは、第２の全反射鏡１０によって第１
のパスおよび第２のパスと励起領域でビームが重ならな
い角度で反射し、第２の全反射鏡１０に入射した色素レ
ーザ光Ｄと逆向きに進行し、再び、第２の偏光ビームス
プリッタ３で第３のパスＰ３方向に反射され、偏光回転
子４で、直線偏光から左回りあるいは右回りの円偏光に
変換され、３たび励起領域８を通過し利得を得る。

【００２６】３たび励起領域８を通過した色素レーザ光
Ｄは、第１の全反射鏡９で第１のパスおよび第２のパス
Ｐ２、第３のパスＰ３と励起領域でビームが重ならない
角度で反射され、第１の全反射鏡９に入射した色素レー
ザ光Ｄと逆向きに進行し、偏光の回転方向も逆向きにな
った状態で４たび励起領域８を通過し利得を得、偏光回
転子４によって、色素レーザ入射光Ｄ１の偏光方向と同
方向の直線偏光に変換されるため、第２の偏光ビームス
プリッタ３を通過し第４のパスＰ４方向に進行し、ファ
ラディローテータ２を通過する。

【００２７】ファラディローテータ２を通過した色素レ
ーザ光Ｄは偏光面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方
向に回転され、第１の偏光ビームスプリッタ１で反射さ
れ、色素レーザ増幅光Ｄ２が出射される。

【００２８】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を１回目から４回目に通過する際の光軸が異なり、ビー
ムが重複しないので、励起領域８を通過する色素レーザ
光Ｄ同士のの相互作用による空間的ホールバーニングの
発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大お
よび時間的な強度変調を抑制できる。

【００２９】図２は、図１に示す実施の形態１による色
素レーザ増幅装置において、第１の全反射鏡９と第２の
全反射鏡１０をそれぞれ第１のレンズ凹面鏡ペア、第２
のレンズ凹面鏡ペアに置き換えたものである。図におい
て、１３は第１のレンズである。

【００３０】次に動作について説明する。色素レーザ入
射光Ｄ１は、偏光分離手段としての第１の偏光ビームス
プリッタ１に対し透過できる偏光方向の直線偏光で入射
される。透過された色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光方向
回転手段としての磁気光学素子であるファラディローテ
ータ２を通過し、４５°偏光方向が回転された後、第１
のレンズ１３によって収束光に変換される。

【００３１】偏光面が回転された色素レーザ入射光の偏
光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２の偏光
ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２の偏光
ビームスプリッタ３を透過し、第１のパスＰ１方向に進
行する色素レーザ入射光Ｄ１を、例えばλ／４波長板な
どの偏光回転素子４に入射し、直線偏光から右回りある
いは左回りの円偏光に変換する。

【００３２】円偏光に変換された色素レーザ光Ｄは、色
素セル５内のスリット７の励起領域８で集光しながら通
過し利得を得たのち、第１のレンズ凹面鏡ペア１９で第
１のパスと励起領域でビームが重ならない角度で反射さ
れる。反射された色素レーザ光Ｄは、励起領域８で集光
するビームに変換され、第１の全反射鏡９に入射した色
素レーザ光Ｄと逆向きに進行し、偏光の回転方向も逆向
きになった状態で再び励起領域８を通過し利得を得、偏
光回転子４によって、色素レーザ入射光Ｄ１の偏光方向
と直交方向の直線偏光に変換されるため、第２の偏光ビ
ームスプリッタ３で第２のパスＰ２方向に反射される。

【００３３】第２の偏光ビームスプリッタ３で反射され
た色素レーザ光Ｄは、第２のレンズ凹面鏡ペア１８によ
って第１のパスおよび第２のパスと励起領域でビームが
重ならない角度で反射し、反射された色素レーザ光Ｄ
は、励起領域８で集光するビームに変換され、入射した
色素レーザ光Ｄと逆向きに進行し、再び、第２の偏光ビ
ームスプリッタ３で第３のパスＰ３方向に反射され、偏
光回転子４で、直線偏光から左回りあるいは右回りの円
偏光に変換され、３たび励起領域８を通過し利得を得
る。

【００３４】３たび励起領域８を通過した色素レーザ光
Ｄは、第１の全反射鏡９で第１のパスおよび第２のパ
ス、第３のパスと励起領域でビームが重ならない角度で
反射され、励起領域８で集光するビームに変換され、第
１の全反射鏡９に入射した色素レーザ光Ｄと逆向きに進
行し、偏光の回転方向も逆向きになった状態で４たび励
起領域８を通過し利得を得、偏光回転子４によって、色
素レーザ入射光Ｄ１の偏光方向と同方向の直線偏光に変
換されるため、第２の偏光ビームスプリッタ３を通過し
第４のパスＰ４方向に進行し、ファラディローテータ２
を通過する。

【００３５】ファラディローテータ２を通過した色素レ
ーザ光Ｄは偏光面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方
向に回転され、第１の偏光ビームスプリッタ１で反射さ
れ、色素レーザ増幅光Ｄ２が出射される。

【００３６】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を１回目から４回目に通過する際の光軸が異なり、ビー
ムが重複しないので、励起領域８を通過する色素レーザ
光Ｄ同士のの相互作用による空間的ホールバーニングの
発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大お
よび時間的な強度変調を抑制できる。

【００３７】また、色素レーザ光Ｄは、励起領域８で集
光しているため、色素レーザ光Ｄの強度を高くできるの
で、さらなる増幅倍率の向上ができる。

【００３８】また、第１の凹面鏡レンズペア１７および
第２の凹面鏡レンズペア１８において、色素レーザ光Ｄ
と異なる光軸の励起領域８から発生するＡＳＥを除去で
きるので、色素レーザ増幅光Ｄ２に含まれるＡＳＥの割
合を低減できる。さらに、第１の凹面鏡レンズペア１７
および第２の凹面鏡レンズペア１８のいずれか一方ある
いは両方の色素レーザ光Ｄの集光位置にピンホール等の
絞りを挿入することで、さらに色素レーザ増幅光Ｄ２に
含まれるＡＳＥの割合を低減できる。

【００３９】また、第１の凹面鏡レンズペア１７および
第２の凹面鏡レンズペア１８のいずれか一方あるいは両
方を２枚のレンズと平面全反射鏡の組合せに置き換えて
も同様の効果を奏する。

【００４０】なお、この実施の形態では、色素セル５に
対して励起光Ｐを片側から照射する構成を示したが、励
起光Ｐを両側から照射する構成としても同様の効果を奏
する。

【００４１】また、この実施の形態では、偏光回転素子
としてλ／４波長板を用いたが、フレネルロムあるいは
ファラディーローテータを用いても同様の効果を奏す
る。

【００４２】また、この実施の形態では、色素レーザ光
が色素セル内面で反射しない構成を示したが、色素レー
ザ光が色素セル内面で反射する構成としても同様の効果
を奏する。

【００４３】さらに、この実施の形態では、第１の偏光
ビームスプリッタ１、ファラディローテータ２、第２の
変更ビームスプリッタ３と偏光回転子４の組合せによ
り、偏光を制御し、色素レーザ光Ｄが励起領域８を４回
通過するとともに、色素レーザ増幅光Ｄ２を色素レーザ
入射光Ｄ１と分離する構成としたが、ファラディローテ
ータ２および偏光回転子４を省略し、第１の偏光ビーム
スプリッタ１および第２の変更ビームスプリッタ３の変
わりに全反射鏡を用いてもよく、この際の色素レーザ光
Ｄの偏光方向が励起光Ｐの偏光方向に対して垂直である
とさらに増幅倍率を向上することができる。

【００４４】図３では、図２に示す実施の形態１で、色
素レーザ光が色素セル内面で反射する構成とした色素レ
ーザ増幅装置において得られた増幅出力と色素レーザ増
幅光Ｄ２の中心スペクトル強度に対する中心光周波数か
ら５GHz離れた光周波数でのスペクトルサイドバンドの
割合（非同軸光学系：●で記す実線の特性曲線）の例を
示す。

【００４５】また、図３に示したような励起領域を通過
する色素レーザ光が同軸である場合において得られた増
幅出力と色素レーザ増幅光の中心スペクトル強度に対す
る中心光周波数から５GHz離れた光周波数でのスペクト
ルサイドバンドの割合（同軸光学系：黒色のΔで記す破
線の特性曲線）の例も合わせて示す。

【００４６】ここで、色素レーザ入射光Ｄ１は、単一縦
モードの発振の連続発振光で、色素レーザ増幅光Ｄ２の
出力エネルギーは、励起光Ｐのパルス幅に相当する時間
内のエネルギーとした。図１８に示す構成では、色素レ
ーザ増幅光のエネルギーが10μJの時サイドバンドの割
合が１０^−７台であり、従来の同軸光学系による構成に
比べて約１／５になっている。即ち、従来の同軸光学系
に比べ、図２の構成では、色素レーザ増幅光Ｄ２のスペ
クトル帯域の拡大が抑制されている。

【００４７】図４では、図２に示す実施の形態１による
色素レーザ増幅装置において得られたレーザ増幅光Ｄ２
と励起光Ｐの強度の時間波形（(a)非同軸光学系）の例
を示す。また、図１８に示したような励起領域を通過す
る色素レーザ光が同軸である場合において得られたレー
ザ増幅光と励起光の強度の時間波形（(b)非同軸光学
系）の例を合わせて示す。

【００４８】図２に示す構成では、色素レーザ光Ｄ２の
強度の時間波形は滑らかであるのに対して、従来の同軸
光学系で得られた色素レーザ増幅光の強度の時間波形
は、短い周期の強度変動が重畳されている。即ち、従来
の同軸光学系に比べ、図２の構成では、色素レーザ増幅
光Ｄ２の強度変調が抑制されている。

【００４９】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２に係るレーザ増幅装置としての色素レーザ装置を示
す構成図である。図において、１１はプリズム、１４は
第２のレンズである。

【００５０】次に動作について説明する。色素レーザ入
射光Ｄ１は、偏光分離手段としての第１の偏光ビームス
プリッタ１に対し透過できる偏光方向の直線偏光で入射
される。透過された色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光方向
回転手段としての磁気光学素子であるファラディローテ
ータ２を通過し、４５°偏光方向が回転される。

【００５１】偏光面が回転された色素レーザ入射光の偏
光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２の偏光
ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２の偏光
ビームスプリッタ３を透過し、第１のパスＰ１方向に進
行する色素レーザ入射光Ｄ１を、例えばλ／４波長板な
どの偏光回転素子４に入射し、直線偏光から右回りある
いは左回りの円偏光に変換する。

【００５２】円偏光に変換された色素レーザ光Ｄは、色
素セル５内のスリット７の励起領域８を通過し利得を得
たのち、第２のレンズ１４で全反射鏡９に集光される。
全反射鏡９で反射された色素レーザ光Ｄは第１のパスと
励起領域でビームが重ならない角度で反射され、第２の
レンズ１４により第１のパスと平行な光軸にされ、全反
射鏡９に入射した色素レーザ光Ｄと逆向きに進行し、偏
光の回転方向も逆向きになった状態で再び励起領域８を
通過し利得を得、偏光回転子４によって、色素レーザ入
射光Ｄ１の偏光方向と直交方向の直線偏光に変換される
ため、第２の偏光ビームスプリッタ３で第２のパスＰ２
方向に反射される。

【００５３】第２の偏光ビームスプリッタ３で反射され
た色素レーザ光Ｄは、プリズム１１により第１のパスお
よび第２のパスと励起領域でビームが重ならない間隔で
反射し、入射した色素レーザ光Ｄと逆向きに平行な光軸
で進行し、再び、第２の偏光ビームスプリッタで第３の
パスＰ３方向に反射され、偏光回転子４で、直線偏光か
ら左回りあるいは右回りの円偏光に変換され、３たび励
起領域８を通過し利得を得る。

【００５４】３たび励起領域８を通過した色素レーザ光
Ｄは、第２のレンズ１４と第１の全反射鏡９で第１のパ
スおよび第２のパス、第３のパスと励起領域でビームが
重ならない間隔で反射され、第２のレンズ１４に入射し
た色素レーザ光Ｄと逆向きに平行な光軸で進行し、偏光
の回転方向も逆向きになった状態で４たび励起領域８を
通過し利得を得、偏光回転子４によって、色素レーザ入
射光Ｄ１の偏光方向と同方向の直線偏光に変換されるた
め、第２の偏光ビームスプリッタ３を通過し第４のパス
Ｐ４方向に進行し、ファラディローテータ２を通過す
る。

【００５５】ファラディローテータ２を通過した色素レ
ーザ光Ｄは偏光面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方
向に回転され、第１の偏光ビームスプリッタ１で反射さ
れ、色素レーザ増幅光Ｄ２が出射される。

【００５６】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を１回目から４回目に通過する際の光軸が異なり、ビー
ムが重複しないので、励起領域８を通過する色素レーザ
光Ｄ同士のの相互作用による空間的ホールバーニングの
発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大お
よび時間的な強度変調を抑制できる。

【００５７】また、色素レーザ光Ｄは、励起領域８を１
回目から４回目に通過する際の光軸が平行であるので、
励起領域８に占める色素レーザ光Ｄの透過領域を大きく
することができるので、励起光Ｐから色素レーザ増幅光
Ｄ２へのエネルギー変換効率を向上できる。

【００５８】さらに、この実施の形態では、第１の偏光
ビームスプリッタ１、ファラディローテータ２、第２の
変更ビームスプリッタ３と偏光回転子４の組合せによ
り、偏光を制御し、色素レーザ光Ｄが励起領域８を４回
通過するとともに、色素レーザ増幅光Ｄ２を色素レーザ
入射光Ｄ１と分離する構成としたが、ファラディローテ
ータ２および偏光回転子４を省略し、第１の偏光ビーム
スプリッタ１および第２の変更ビームスプリッタ３の変
わりに全反射鏡を用いてもよく、この際の色素レーザ光
Ｄの偏光方向が励起光Ｐの偏光方向に対して垂直である
とさらに増幅倍率を向上することができる。

【００５９】図６は、図５に示す実施の形態２による色
素レーザ増幅装置において、第２のレンズ１４および全
反射鏡９を第２のプリズム１２に置き換えたものであ
り、同様の効果を奏するとともに部品点数を低減でき
る。

【００６０】また、この実施の形態では、プリズムと色
素セルを個別の構成として示したが、プリズムを色素セ
ルに接着するなどして一体化する構成としても同様の効
果を奏するとともに装置をコンパクト化できる。

【００６１】さらに、この実施の形態では、第１の偏光
ビームスプリッタ１、ファラディローテータ２、第２の
変更ビームスプリッタ３と偏光回転子４の組合せによ
り、偏光を制御し、色素レーザ光Ｄが励起領域８を４回
通過するとともに、色素レーザ増幅光Ｄ２を色素レーザ
入射光Ｄ１と分離する構成としたが、ファラディローテ
ータ２および偏光回転子４を省略し、第１の偏光ビーム
スプリッタ１および第２の変更ビームスプリッタ３の変
わりに全反射鏡を用いてもよく、この際の色素レーザ光
Ｄの偏光方向が励起光Ｐの偏光方向に対して垂直である
とさらに増幅倍率を向上することができる。

【００６２】図７は、図５に示す実施の形態２による色
素レーザ増幅装置において、偏光回転素子４の位置を色
素セル５の第１の全反射鏡９側に変更し、第２のレンズ
１４を複屈折結晶３０で置き換え、色素レーザ光Ｄが全
反射鏡９へ垂直入射する構成としたものであり、同様の
効果を奏するとともに光軸の調整が容易になる。

【００６３】また、この実施の形態では、複屈折結晶と
色素セルを個別の構成として示したが、複屈折結晶を色
素セルに接着するか、色素セルを複屈折結晶で製作する
などして一体化する構成としても同様の効果を奏すると
ともに装置をコンパクト化できる。

【００６４】なお、この実施の形態では、色素セル５に
対して励起光Ｐを片側から照射する構成を示したが、励
起光Ｐを両側から照射する構成としても同様の効果を奏
する。

【００６５】また、この実施の形態では、偏光回転素子
としてλ／４波長板を用いたが、フレネルロムあるいは
ファラディーローテータを用いても同様の効果を奏す
る。

【００６６】また、この実施の形態では、第２のパスＰ
２を反射し、第３のパスＰ３を得るためにプリズム１１
を用いたが、レンズと全反射鏡の組合せとしても同様の
効果を奏する。

【００６７】また、この実施の形態では、色素レーザ光
が色素セル内面で反射しない構成を示したが、色素レー
ザ光が色素セル内面で反射する構成としても同様の効果
を奏する。

【００６８】実施の形態３．図８はこの発明の実施の形
態３によるレーザ増幅装置としての色素レーザ増幅装置
を示す構成図である。

【００６９】次に動作について説明する。色素レーザ入
射光Ｄ１は、偏光分離手段としての第１の偏光ビームス
プリッタ１に対し透過できる偏光方向の直線偏光で入射
される。透過された色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光方向
回転手段としての磁気光学素子であるファラディローテ
ータ２を通過し、４５°偏光方向が回転される。

【００７０】偏光面が回転された色素レーザ入射光の偏
光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２の偏光
ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２の偏光
ビームスプリッタ３を透過する。第１のパスＰ１方向に
進行する色素レーザ光Ｄは、色素セル５内のスリット７
の励起領域８を通過し利得を得たのち、複屈折結晶３０
を通過し、例えばλ／４波長板などの偏光回転素子４を
透過し、直線偏光から右回りあるいは左回りの円偏光に
変換され、第１の全反射鏡９で垂直に反射される。

【００７１】垂直に反射された色素レーザ光Ｄは、第１
の全反射鏡９に入射した色素レーザ光Ｄと同じ光軸上を
逆向きに進行し、偏光の回転方向も逆向きになった状態
で再び偏光回転素子４を透過し、第１のパスの色素レー
ザ光Ｄの偏光方向と直交した偏光方向に変換される。こ
の色素レーザ光が複屈折結晶３０を通過すると、第１の
パスＰ１と偏光方向が直交しているため、屈折角が異な
り、第１のパスと異なった光軸で励起領域８を通過し利
得を得る。

【００７２】ここで、複屈折結晶３０における光路長を
励起領域８で第１のパスＰ１と第２のパスＰ２で色素レ
ーザ光Ｄが重ならないように設定する。励起領域８通過
した色素レーザ光は、第２の偏光ビームスプリッタ３で
第２のパスＰ２方向に反射される。第２の偏光ビームス
プリッタ３で反射された色素レーザ光Ｄは、プリズム１
１で垂直に反射し、入射した色素レーザ光Ｄと平行な光
軸上を励起領域８で第２のパスＰ２が第４のパスＰ４の
色素レーザ光Ｄと重なる間隔で逆向きに進行し、再び、
第２の偏光ビームスプリッタ３で第３のパスＰ３方向に
反射され、３たび励起領域８を通過し利得を得る。

【００７３】励起領域８を通過した色素レーザ光Ｄは、
複屈折結晶３０を第２のパスＰ２と同じ屈折角で透過
し、偏光回転子４と第１の全反射鏡９によって第３のパ
スＰ３の色素レーザ光と同軸光軸上を直交した偏光方向
で逆方向に進み、複屈折結晶３０を通過する。このと
き、屈折角は第１のパスＰ１と同じ角度になり、色素レ
ーザ光Ｄは、第４のパスＰ４として第２のパスＰ２と同
じ光軸上で励起領域８を通過し利得を得る。

【００７４】励起領域８を通過した色素レーザ光Ｄは、
第２の偏光ビームスプリッタ３を通過し第４のパスＰ４
方向に進行し、ファラディローテータ２を通過する。フ
ァラディローテータ２を通過した色素レーザ光Ｄは偏光
面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方向に回転され、
第１の偏光ビームスプリッタ１で反射され、色素レーザ
増幅光Ｄ２が出射される。

【００７５】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を２回目と４回目に通過する際の光軸のみが重なり、偏
光方向が等しく逆方向へ進行するビームが重複しないの
で、励起領域８を通過する色素レーザ光Ｄ同士の相互作
用による空間的ホールバーニングの発生を防止し、レー
ザ増幅光のスペクトル帯域の拡大および時間的な強度変
調を抑制できる。

【００７６】また、色素レーザ光Ｄは、励起領域８を１
回目から４回目に通過する際の光軸が平行であり、かつ
励起領域８が色素レーザ光Ｄのビーム幅の３倍にできる
ので、励起領域８に占める色素レーザ光Ｄの透過領域の
割合を大きくすることができるとともに励起光Ｐの強度
を高くすることができるので、励起光Ｐから色素レーザ
増幅光Ｄ２へのエネルギー変換効率を向上できる。

【００７７】なお、この実施の形態では、第２のパスＰ
２と第４のパスＰ４の色素レーザ光Ｄの光軸が重なる構
成を示したが、第１のパスＰ１と第３のパスＰ３の色素
レーザ光Ｄの光軸が重なる構成としても同様の効果を奏
する。

【００７８】また、この実施の形態では、色素セル５に
対して励起光Ｐを片側から照射する構成を示したが、励
起光Ｐを両側から照射する構成としても同様の効果を奏
する。

【００７９】また、この実施の形態では、偏光回転素子
としてλ／４波長板を用いたが、フレネルロムあるいは
ファラディーローテータを用いても同様の効果を奏す
る。

【００８０】また、この実施の形態では、第２のパスＰ
２を反射し、第３のパスＰ３を得るためにプリズム１１
を用いたが、レンズと全反射鏡の組合せとしても同様の
効果を奏する。

【００８１】また、この実施の形態では、色素レーザ光
が色素セル内面で反射しない構成を示したが、色素レー
ザ光が色素セル内面で反射する構成としても同様の効果
を奏する。

【００８２】実施の形態４．図９はこの発明の実施の形
態４によるレーザ増幅装置としての色素レーザ増幅装置
を示す構成図である。

【００８３】次に動作について説明する。色素レーザ入
射光Ｄ１は、偏光分離手段としての第１の偏光ビームス
プリッタ１に対し透過できる偏光方向の直線偏光で入射
される。透過された色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光方向
回転手段としての磁気光学素子であるファラディローテ
ータ２を通過し、４５°偏光方向が回転される。

【００８４】偏光面が回転された色素レーザ入射光の偏
光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２の偏光
ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２の偏光
ビームスプリッタ３を透過する。

【００８５】第１のパスＰ１方向に進行する色素レーザ
光Ｄは、色素セル５内のスリット７の励起領域８を通過
し利得を得たのち、例えばλ／４波長板などの偏光回転
素子４を透過し、直線偏光から右回りあるいは左回りの
円偏光に変換され、第２のレンズ１４で全反射鏡９に集
光される。

【００８６】全反射鏡９で反射された色素レーザ光Ｄは
第１のパスと励起領域でビームが重ならない角度で反射
され、第２のレンズ１４により第１のパスと平行な光軸
にされ、全反射鏡９に入射した色素レーザ光Ｄと逆向き
に進行し、第１のパスと異なった光軸で励起領域８を通
過し利得を得る。

【００８７】励起領域８通過した色素レーザ光は、第２
の偏光ビームスプリッタ３で第２のパスＰ２方向に反射
される。第２の偏光ビームスプリッタ３で反射された色
素レーザ光Ｄは、プリズム１１で垂直に反射し、入射し
た色素レーザ光Ｄと平行な光軸上を励起領域８で第３の
パスＰ３が第１のパスＰ１の色素レーザ光Ｄと重なる間
隔で逆向きに進行し、再び、第２の偏光ビームスプリッ
タで第３のパスＰ３方向に反射され、３たび励起領域８
を通過し利得を得る。

【００８８】励起領域８を通過した色素レーザ光Ｄは、
第１のパスＰ１と偏光方向が直交した状態で同じ光軸上
を進み、第２のレンズ１４と全反射鏡９により反射さ
れ、第２のパスＰ２の色素レーザ光Ｄと同じ光軸で励起
領域８を通過し利得を得る。励起領域８を通過した色素
レーザ光Ｄは、第２の偏光ビームスプリッタ３を通過し
第４のパスＰ４方向に進行し、ファラディローテータ２
を通過する。

【００８９】ファラディローテータ２を通過した色素レ
ーザ光Ｄは偏光面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方
向に回転され、第１の偏光ビームスプリッタ１で反射さ
れ、色素レーザ増幅光Ｄ２が出射される。

【００９０】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を１回目と３回目、２回目と４回目に通過する際の光軸
が重なり、偏光方向が等しく逆方向へ進行するビームが
重複しないので、励起領域８を通過する色素レーザ光Ｄ
同士のの相互作用による空間的ホールバーニングの発生
を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大および
時間的な強度変調を抑制できる。

【００９１】また、色素レーザ光Ｄは、励起領域８を１
回目から４回目に通過する際の光軸が平行であり、かつ
励起領域８が色素レーザ光Ｄのビーム幅の２倍にできる
ので、励起領域８に占める色素レーザ光Ｄの透過領域の
割合を大きくすることができるとともに励起光Ｐの強度
を高くすることができるので、励起光Ｐから色素レーザ
増幅光Ｄ２へのエネルギー変換効率を向上できる。

【００９２】図１０は、図９に示す実施の形態４による
色素レーザ増幅装置において、第２のレンズ１４および
全反射鏡９を第２のプリズム１２に置き換えたものであ
り、同様の効果を奏するとともに部品点数を低減でき
る。

【００９３】また、この実施の形態では、プリズムと色
素セルを個別の構成として示したが、プリズムを色素セ
ルに接着するなどして一体化する構成としても同様の効
果を奏するとともに装置をコンパクト化できる。

【００９４】また、この実施の形態では、色素セル５に
対して励起光Ｐを片側から照射する構成を示したが、励
起光Ｐを両側から照射する構成としても同様の効果を奏
する。

【００９５】また、この実施の形態では、偏光回転素子
としてλ／４波長板を用いたが、フレネルロムあるいは
ファラディーローテータを用いても同様の効果を奏す
る。

【００９６】また、この実施の形態では、第２のパスＰ
２を反射し、第３のパスＰ３を得るためにプリズム１１
を用いたが、レンズと全反射鏡の組合せとしても同様の
効果を奏する。

【００９７】また、この実施の形態では、色素レーザ光
が色素セル内面で反射しない構成を示したが、色素レー
ザ光が色素セル内面で反射する構成としても同様の効果
を奏する。

【００９８】実施の形態５．図１１はこの発明の実施の
形態５によるレーザ増幅装置としての色素レーザ増幅装
置を示す構成図である。

【００９９】次に動作について説明する。色素レーザ入
射光Ｄ１は、偏光分離手段としての第１の偏光ビームス
プリッタ１に対し透過できる偏光方向の直線偏光で入射
される。透過された色素レーザ入射光Ｄ１は、偏光方向
回転手段としての磁気光学素子であるファラディローテ
ータ２を通過し、４５°偏光方向が回転される。

【０１００】偏光面が回転された色素レーザ入射光の偏
光方向に対して偏光分離・合成手段としての第２の偏光
ビームスプリッタ３の透過偏光を一致させ、第２の偏光
ビームスプリッタ３を透過する。第１のパスＰ１方向に
進行する色素レーザ光Ｄは、色素セル５内のスリット７
の励起領域８を通過し利得を得たのち、例えばλ／４波
長板などの偏光回転素子４を透過し、直線偏光から右回
りあるいは左回りの円偏光に変換され、全反射鏡９に垂
直に入射される。

【０１０１】全反射鏡９で反射された色素レーザ光Ｄ第
１のパスと同じ光軸で逆向きに進行し、偏光回転素子４
を透過することで、第１のパスと直交した偏光方向で励
起領域８を通過し利得を得る。励起領域８を通過した色
素レーザ光は、第２の偏光ビームスプリッタ３で第２の
パスＰ２方向に反射される。第２の偏光ビームスプリッ
タ３で反射された色素レーザ光Ｄは、プリズム１１で垂
直に反射し、入射した色素レーザ光Ｄと平行な光軸上を
励起領域８で第３のパスＰ３が第１のパスＰ１の色素レ
ーザ光Ｄと重ならない間隔で逆向きに進行し、再び、第
２の偏光ビームスプリッタで第３のパスＰ３方向に反射
され、３たび励起領域８を通過し利得を得る。励起領域
８を通過した色素レーザ光Ｄは、偏光回転素子４と全反
射鏡９により偏光方向は直交に変換、反射され、第３の
パスＰ３の色素レーザ光Ｄと同じ光軸で励起領域８を通
過し利得を得る。励起領域８を通過した色素レーザ光Ｄ
は、第２の偏光ビームスプリッタ３を通過し第４のパス
Ｐ４方向に進行し、ファラディローテータ２を通過す
る。

【０１０２】ファラディローテータ２を通過した色素レ
ーザ光Ｄは偏光面が色素レーザ入射光Ｄ１と直交した方
向に回転され、第１の偏光ビームスプリッタ１で反射さ
れ、色素レーザ増幅光Ｄ２が出射される。

【０１０３】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を１回目と２回目、３回目と４回目に通過する際の光軸
が重なり、偏光方向が等しく逆方向へ進行するビームが
重複しないので、励起領域８を通過する色素レーザ光Ｄ
同士のの相互作用による空間的ホールバーニングの発生
を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大および
時間的な強度変調を抑制できる。

【０１０４】また、色素レーザ光Ｄは、励起領域８を１
回目から４回目に通過する際の光軸が平行であり、かつ
励起領域８が色素レーザ光Ｄのビーム幅の２倍にできる
ので、励起領域８に占める色素レーザ光Ｄの透過領域の
割合を大きくすることができるとともに励起光Ｐの強度
を高くすることができるので、励起光Ｐから色素レーザ
増幅光Ｄ２へのエネルギー変換効率を向上できる。

【０１０５】また、この実施の形態では、色素セル５に
対して励起光Ｐを片側から照射する構成を示したが、励
起光Ｐを両側から照射する構成としても同様の効果を奏
する。

【０１０６】また、この実施の形態では、偏光回転素子
としてλ／４波長板を用いたが、フレネルロムあるいは
ファラディーローテータを用いても同様の効果を奏す
る。

【０１０７】また、この実施の形態では、第２のパスＰ
２を反射し、第３のパスＰ３を得るためにプリズム１１
を用いたが、レンズと全反射鏡の組合せとしても同様の
効果を奏する。

【０１０８】また、この実施の形態では、色素レーザ光
が色素セル内面で反射しない構成を示したが、色素レー
ザ光が色素セル内面で反射する構成としても同様の効果
を奏する。

【０１０９】実施の形態６．図１２はこの発明の実施の
形態６によるレーザ増幅装置としての色素レーザ増幅装
置の励起手段を示す構成図である。図において４０は励
起手段である。

【０１１０】次に動作について説明する。色素レーザ光
Ｄは、実施の形態１〜５で示した手段などにより励起領
域８で全てあるいは一部が重複しない状態において、第
１のパスＰ１から第４のパスＰ４を励起光Ｐの進行方向
に対して垂直な方向に配置する。一方、励起光Ｐは、空
間を鏡あるいは光ファイバー４０で伝送され、励起領域
８に入射されるが、このとき励起光Ｐは強度分布を持っ
て色素溶液６に照射され、励起領域８を形成する。

【０１１１】このとき、例えば図１３に示す様な励起光
Ｐの強度分布がある場合に、色素レーザ光Ｄが励起領域
８を第１のパスＰ１で通過する領域から第４のパスＰ４
で通過する領域に向けて励起高強度が大きくなる様に制
御し、色素レーザ増幅光Ｄ２を得る。

【０１１２】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を通過する第１のパスＰ１から第４のパスＰ４に向けて
励起光Ｐの強度分布が大きくなるので、励起光Ｐから色
素レーザ増幅光Ｄ２へのエネルギー変換効率を向上する
ことができる。

【０１１３】図１４は、図１２に示す実施の形態６によ
る色素レーザ増幅装置において、強制的に励起光Ｐの強
度分布を制御したものである。図において４１は転写レ
ンズ、４２は矩形導波路、４３は光ファイバーである。

【０１１４】次に動作について説明する。色素レーザ光
Ｄは、実施の形態１〜５で示した手段などにより励起領
域８で全てあるいは一部が重複しない状態において、第
１のパスＰ１から第４のパスＰ４を励起光Ｐの進行方向
に対して垂直な方向に配置する。一方、励起光Ｐは、空
間を鏡あるいは光ファイバー４０で伝送され、励起領域
８に入射されるが、このとき励起光Ｐは例えば４段の矩
形導波路４１と転写レンズ４２の組合せによる励起手段
４３によって色素溶液６に照射され、励起領域８を形成
する。

【０１１５】このとき、例えば図１５に示す様に色素レ
ーザ光Ｄが励起領域８を第１のパスＰ１で通過する領域
から第４のパスＰ４で通過する領域向けて励起高強度が
大きくなる様に励起手段４３によって制御し、色素レー
ザ増幅光Ｄ２を得る。

【０１１６】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を通過する第１のパスＰ１から第４のパスＰ４で異なっ
た利得が得られ、励起光Ｐの強度分布を調整することに
より、励起光Ｐから色素レーザ増幅光Ｄ２へのエネルギ
ー変換効率を向上することができる。

【０１１７】なお、この実施の形態では、色素セル５に
対して励起光Ｐを片側から照射する構成を示したが、励
起光Ｐを両側から照射する構成としても同様の効果を奏
する。

【０１１８】実施の形態７．図１６はこの発明の実施の
形態７によるレーザ増幅装置としての色素レーザ増幅装
置励起手段を示す構成図である。

【０１１９】次に動作について説明する。色素レーザ光
Ｄは、実施の形態１〜５で示した手段などにより励起領
域８で重複しない状態において、第１のパスＰ１から第
４のパスＰ４を励起光Ｐの進行方向に対して平行な方向
に配置するとともに、第４のパスから順に励起光入射側
に配置する。一方、励起光Ｐは、空間を鏡あるいは光フ
ァイバー４０で伝送され、励起領域８に入射されるが、
励起領域８で励起光Ｐは色素溶液６中の色素分子に吸収
されるため、進行するとともに強度が減衰し、例えば図
１７に示す様な強度分布になる。従って、色素レーザ光
Ｄが励起領域８を第１のパスＰ１で通過する領域に比
べ、第２のパスＰ２、第３のパスＰ３、第４のパスＰ４
で通過する領域の励起光強度が順に大きくなる。

【０１２０】このように色素レーザ光Ｄは、励起領域８
を通過する第１のパスＰ１より第２のパスＰ２で異なっ
た利得が得られ、色素溶液６中の色素分子の濃度を調節
することで励起光Ｐの強度分布を調整でき、励起光Ｐか
ら色素レーザ増幅光Ｄ２へのエネルギー変換効率を向上
することができる。

【０１２１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、レーザ媒質を励起することにより上記レーザ媒質に
励起領域を形成するとともに、上記励起領域にレーザ光
を入射させ、上記レーザ光が上記励起領域を４回通過す
ることにより上記レーザ光の増幅を行うレーザ増幅装置
において、上記励起領域を１回目から４回目に通過する
上記レーザ光全てが上記励起領域で重複しないための第
１及び第２の反射手段を備えたものにすることにより、
上記レーザ光の相互作用による空間的ホールバーニング
の発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大
および時間的な強度変調を抑制できる効果がある。

【０１２２】請求項２の発明によれば、励起領域を１回
目から４回目に通過する上記レーザ光全てが上記励起領
域で重複せず、かつ平行であるための第１及び第２の反
射手段を備えたものにすることにより、上記レーザ光の
相互作用による空間的ホールバーニングの発生を防止
し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大および時間的
な強度変調を抑制できることに加え、励起領域の体積に
対して上記レーザ光が通過する体積の割合を大きくでき
るため、励起光から上記レーザ増幅光への変換効率を増
大させて大きな増幅倍率が得られる効果がある。

【０１２３】請求項３の発明によれば、レーザ媒質を励
起することにより上記レーザ媒質に励起領域を形成する
とともに、上記励起領域にレーザ光を入射させ、上記レ
ーザ光が上記励起領域を４回通過することにより上記レ
ーザ光の増幅を行うレーザ増幅装置において、上記励起
領域を逆方向に進行する上記レーザが上記励起領域で重
複しないための第１及び第２の反射手段並びに偏光回転
素子を備えたものにすることにより、上記レーザ光の相
互作用による空間的ホールバーニングの発生を防止し、
レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大および時間的な強
度変調を抑制できることに加え、同方向に進行する上記
レーザ光を励起領域で重複できるため、励起光から上記
レーザ増幅光への変換効率を増大させて大きな増幅倍率
が得られる効果がある。

【０１２４】請求項４の発明によれば、請求項第３にお
いて、上記励起領域を逆方向に進行する上記レーザが上
記励起領域で重複せず、かつ上記励起領域を１回目に通
過する上記レーザ光と２回目に通過する上記レーザ光に
対してそれぞれ３回目および４回目に通過する上記レー
ザ光と光軸を一致させるための第１及び第２の反射手段
並びに偏光回転素子を備えたものにすることにより、上
記レーザ光の相互作用による空間的ホールバーニングの
発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域の拡大お
よび時間的な強度変調を抑制できることに加え、１回目
と３回目および２回目と４回目に励起境域を通過する上
記レーザ光を励起領域で重複できるため、励起光から上
記レーザ増幅光への変換効率を増大させて大きな増幅倍
率が得られる効果がある。

【０１２５】請求項５の発明によれば、レーザ媒質を励
起することにより上記レーザ媒質に励起領域を形成する
とともに、上記励起領域にレーザ光を入射させ、上記レ
ーザ光が上記励起領域を４回通過することにより上記レ
ーザ光の増幅を行うレーザ増幅装置において、上記励起
領域を逆方向に進行する上記レーザが偏光方向が直交し
た状態で上記励起領域で重複するための第１及び第２の
反射手段並びに偏光回転素子を備えたものにすることに
より、上記レーザ光の相互作用による空間的ホールバー
ニングの発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域
の拡大および時間的な強度変調を抑制できることに加
え、励起境域を逆方向に進行する上記レーザ光を励起領
域で重複できるため、励起光から上記レーザ増幅光への
変換効率を増大させて大きな増幅倍率が得られる効果が
ある。

【０１２６】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
請求項５において、上記レーザ光の強度に対応して上記
励起領域の利得を調整する励起手段を備えたものにする
ことにより、上記レーザ光の相互作用による空間的ホー
ルバーニングの発生を防止し、レーザ増幅光のスペクト
ル帯域の拡大および時間的な強度変調を抑制できること
に加え、上記レーザ光の強度に対応して上記励起領域の
利得を調整することにより励起光から上記レーザ増幅光
への変換効率を増大させて大きな増幅倍率が得られる効
果がある。

【０１２７】請求項７の発明によれば、請求項１ないし
５において、上記レーザ光の強度に対応して上記励起領
域の利得を調整する励起手段を備えたものにすることに
より、上記レーザ光の相互作用による空間的ホールバー
ニングの発生を防止し、レーザ増幅光のスペクトル帯域
の拡大および時間的な強度変調を抑制できることに加
え、上記励起領域の利得に対応して上記レーザ光の強度
を選択することにより励起光から上記レーザ増幅光への
変換効率を増大させて大きな増幅倍率が得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による色素レーザ増
幅光のスペクトルサイドバンドの割合の例を示す図であ
る。

【図４】 この発明の実施の形態１による色素レーザ増
幅光の時間波形の例を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態２によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態２によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態２によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態３によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態４によるレーザ増幅装
置を示す構成図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４によるレーザ増幅
装置を示す構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５によるレーザ増幅
装置を示す構成図である。

【図１２】 この発明の実施の形態６によるレーザ増幅
装置の励起手段を示す構成図である。

【図１３】 この発明の実施の形態６による励起光の強
度分布を示す構成図である。

【図１４】 この発明の実施の形態６によるレーザ増幅
装置の励起手段を示す構成図である。

【図１５】 この発明の実施の形態６による励起光の強
度分布を示す構成図である。

【図１６】 この発明の実施の形態７によるレーザ増幅
装置の励起手段を示す構成図である。

【図１７】 この発明の実施の形態７による励起光の強
度分布を示す構成図である。

【図１８】 従来のレーザ増幅装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 第１の偏光ビームスプリッタ、２ ファラディロー
テータ、３ 第２の偏光ビームスプリッタ、４ 偏光回
転素子、５ 色素セル、６ 色素溶液、７ スリット、
８ 励起領域、９ 第１の全反射鏡、１０ 第２の全反
射鏡、１１ プリズム、１３ 第１のレンズ、１４ 第
２のレンズ、１５ 第１のレンズペア、１６ 第２のレ
ンズペア、１７ 第１のレンズ凹面鏡ペア、１８ 第２
のレンズ凹面鏡ペア、３０ 複屈折結晶、４０ 励起手
段、４１ 矩形導波路、４２ 転写レンズ、Ｄ 色素レ
ーザ光、Ｄ１ 色素レーザ入射光、Ｄ２ 色素レーザ増
幅光、Ｐ１ 第１のパス、Ｐ２ 第２のパス、Ｐ 励起
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 藤田 修一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−215018（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90680（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−198875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/106 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質を励起することにより上記レ
   ーザ媒質に励起領域を形成するとともに、上記励起領域
   にレーザ光を入射させ、上記レーザ光が上記励起領域を
   ４回通過することにより上記レーザ光の増幅を行うレー
   ザ増幅装置であって、レーザ入射光とレーザ増幅光を分離する偏光分離手段
   と、 上記レーザ入射光を４５°偏光方向に回転させる偏光方
   向回転手段と、 ４５°偏光方向に回転させられたレーザ入射光を第１の
   パスのレーザ光と第２のパスのレーザ光に分離する偏光
   分離・合成手段と、 上記レーザ光を直線偏光から円偏光に変換する偏光回転
   素子と、 上記レーザ媒質である色素溶液を収納する色素セルと、 入射した第１及び第３のパスのレーザ光をそれぞれ第２
   及び第４のパスのレーザ光として全反射し上記色素溶液
   の励起領域に戻すための第１の反射手段と、 入射した第２のパスのレーザ光を第３のパスのレーザ光
   として全反射する第２の反射手段とを備えた レーザ増幅
   装置において、上記第１の反射手段は、入射した第１及び第３のパスの
   レーザ光を上記励起領域でビーム同士が重ならない角度
   でそれぞれ第２及び第４のパスのレーザ光として反射
   し、 上記第２の反射手段は、入射した第２のパスのレーザ光
   を上記励起領域でビーム同士が重ならない角度で第３の
   パスのレーザ光として反射し、 上記励起領域を１回目から４回目に通過する上記レーザ
   光全てが上記励起領域で重複させないようにしたことを
   特徴とするレーザ増幅装置。
2. 【請求項２】 レーザ媒質を励起することにより上記レ
   ーザ媒質に励起領域を形成するとともに、上記励起領域
   にレーザ光を入射させ、上記レーザ光が上記励起領域を
   ４回通過することにより上記レーザ光の増幅を行うレー
   ザ増幅装置であって、 レーザ入射光とレーザ増幅光を分離する偏光分離手段
   と、 上記レーザ入射光を４５°偏光方向に回転させる偏光方
   向回転手段と、 ４５°偏光方向に回転させられたレーザ入射光を第１の
   パスのレーザ光と第２のパスのレーザ光に分離する偏光
   分離・合成手段と、 上記レーザ光を直線偏光から円偏光に変換する偏光回転
   素子と、 上記レーザ媒質である色素溶液を収納する色素セルと、 入射した第１及び第３のパスのレーザ光をそれぞれ第２
   及び第４のパスのレーザ光として全反射し上記色素溶液
   の励起領域に戻すための第１の反射手段と、 入射した第２のパスのレーザ光を第３のパスのレーザ光
   として全反射する第２の反射手段と を備えたレーザ増幅
   装置において、 上記第１の反射手段は、入射した第１及び第３のパスの
   レーザ光を上記励起領域でビーム同士が重ならない間隔
   でそれぞれ第２及び第４のパスのレーザ光として反射
   し、 上記第２の反射手段は、入射した第２のパスのレーザ光
   を上記励起領域でビーム同士が重ならない間隔で第３の
   パスのレーザ光として反射し、 上記励起領域を１回目から４回目に通過する上記レーザ
   光全てが上記励起領域で重複せず、かつ平行であるよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載のレーザ増幅装
   置。
3. 【請求項３】 レーザ媒質を励起することにより上記レ
   ーザ媒質に励起領域を形成するとともに、上記励起領域
   にレーザ光を入射させ、上記レーザ光が上記励起領域を
   ４回通過することにより上記レーザ光の増幅を行うレー
   ザ増幅装置であって、 レーザ入射光とレーザ増幅光を分離する偏光分離手段
   と、 上記レーザ入射光を４５°偏光方向に回転させる偏光方
   向回転手段と、 ４５°偏光方向に回転させられたレーザ入射光を第１の
   パスのレーザ光と第２のパスのレーザ光に分離する偏光
   分離・合成手段と、 上記レーザ光を直線偏光から円偏光に変換する偏光回転
   素子と、 上記レーザ媒質である色素溶液を収納する色素セルと、 入射した第１及び第３のパスのレーザ光をそれぞれ第２
   及び第４のパスのレー ザ光として全反射し上記色素溶液
   の励起領域に戻すための第１の反射手段と、 入射した第２のパスのレーザ光を第３のパスのレーザ光
   として全反射する第２の反射手段と を備えたレーザ増幅
   装置において、 上記第１の反射手段及び上記偏光回転素子は、入射した
   第１及び第３のパスのレーザ光を上記励起領域でビーム
   同士が重なる間隔でそれぞれ第２及び第４のパスのレー
   ザ光として反射し、 上記第２の反射手段は、入射した第２のパスのレーザ光
   を上記励起領域でビーム同士が重ならない間隔で第３の
   パスのレーザ光として反射し、 上記励起領域を１回目から４回目に通過する上記レーザ
   光のうち、１回目及び３回目に通過するレーザ光と２回
   目及び４回目に通過するレーザ光が上記励起領域で重複
   させないようにした ことを特徴とする レーザ増幅装置。
4. 【請求項４】 上記励起領域を１回目から４回目に通過
   する上記レーザ光のうち、１回目及び３回目に通過する
   レーザ光が上記励起領域で重複し、かつ２回目及び４回
   目に通過するレーザ光が上記励起領域で重複するように
   したことを特徴とする請求項３記載のレーザ増幅装置。
5. 【請求項５】 レーザ媒質を励起することにより上記レ
   ーザ媒質に励起領域を形成するとともに、上記励起領域
   にレーザ光を入射させ、上記レーザ光が上記励起領域を
   ４回通過することにより上記レーザ光の増幅を行うレー
   ザ増幅装置であって、 レーザ入射光とレーザ増幅光を分離する偏光分離手段
   と、 上記レーザ入射光を４５°偏光方向に回転させる偏光方
   向回転手段と、 ４５°偏光方向に回転させられたレーザ入射光を第１の
   パスのレーザ光と第２のパスのレーザ光に分離する偏光
   分離・合成手段と、 上記レーザ光を直線偏光から円偏光に変換する偏光回転
   素子と、 上記レーザ媒質である色素溶液を収納する色素セルと、 入射した第１及び第３のパスのレーザ光をそれぞれ第２
   及び第４のパスのレーザ光として全反射し上記色素溶液
   の励起領域に戻すための第１の反射手段と、 入射した第２のパスのレーザ光を第３のパスのレーザ光
   として全反射する第２の反射手段と を備えたレーザ増幅
   装置において、 上記第１の反射手段及び上記偏光回転素子は、入射した
   第１のパスのレーザ光を上記励起領域でビーム同士が重
   複し直交した偏光方向をもって逆方向に進行する第２の
   パスのレーザ光として反射するとともに、入射した第３
   のパスのレーザ光を上記励起領域でビーム同士が重複し
   直交した偏光方向をもって逆方向に進行する第４のパス
   のレーザ光として反射し、 上記第２の反射手段は、入射した第２のパスのレーザ光
   を上記励起領域でビーム同士が重ならない間隔で第３の
   パスのレーザ光として反射し、 上記励起領域を１回目から４回目に通過する上記レーザ
   光のうち、１回目及び２回目に通過するレーザ光と３回
   目及び４回目に通過するレーザ光が上記励起領域で重複
   させないようにした ことを特徴とするレーザ増幅装置。
6. 【請求項６】 上記レーザ光の進行方向に対して、垂直
   な方向に第１のパスから第４のパスの順に励起光強度が
   大きくなるように励起光を照射する励起手段をさらに備
   えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
   載のレーザ増幅装置。
7. 【請求項７】 上記レーザ光の進行方向に対して、平行
   な方向に第１のパスから第４のパスの順に励起光強度が
   大きくなるように励起光を照射する励起手段 をさらに備
   えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
   載のレーザ増幅装置。