JP5363787B2 - Ｒｇｂレーザ光を生成するための方法および装置 - Google Patents
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- H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
Description
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００７年１１月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／９８９，２６６号（発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ＲＧＢ Ｌａｓｅｒ Ｌｉｇｈｔ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」）からの優先権を主張する。上記仮特許出願の開示全体は、参照によって本明細書に援用される。
本出願は、２００７年１１月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／９８９，２６６号（発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ＲＧＢ Ｌａｓｅｒ Ｌｉｇｈｔ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」）からの優先権を主張する。上記仮特許出願の開示全体は、参照によって本明細書に援用される。
（背景）
いくつかの技術が、デジタルホログラフィに対して必要とされる光の３つの可視色を達成するために提案されてきた。デジタルホログラフィは、様々なディスプレイ技術において組込まれる、より一般的な赤、緑、青色（ＲＧＢ）技術と異なる特性を明白に必要とする。特に、デジタルホログラフィで用いられる多層のＲＧＢフィルムを現像するために必要とされるパルス幅は、ディスプレイ技術において一般的に利用される５〜１０ｎｓのパルス幅をはるかに超えている。デジタルホログラフィに対して要求されるその他の重要な特性は、長いコヒーレンス長、ショット間（ｓｈｏｔ−ｔｏ−ｓｈｏｔ）の安定したパルスエネルギー、およびより良好なポインティング安定性を含む。ディスプレイ市場に対して開発されたＲＧＢレーザ技術は、このきびしいデジタルホログラフィ用途に必要とされる要件につながらない。従って、デジタルホログラフィにおけるフィルム露光などの用途に有用な実用的ＲＧＢレーザに対するニーズが存続する。
いくつかの技術が、デジタルホログラフィに対して必要とされる光の３つの可視色を達成するために提案されてきた。デジタルホログラフィは、様々なディスプレイ技術において組込まれる、より一般的な赤、緑、青色（ＲＧＢ）技術と異なる特性を明白に必要とする。特に、デジタルホログラフィで用いられる多層のＲＧＢフィルムを現像するために必要とされるパルス幅は、ディスプレイ技術において一般的に利用される５〜１０ｎｓのパルス幅をはるかに超えている。デジタルホログラフィに対して要求されるその他の重要な特性は、長いコヒーレンス長、ショット間（ｓｈｏｔ−ｔｏ−ｓｈｏｔ）の安定したパルスエネルギー、およびより良好なポインティング安定性を含む。ディスプレイ市場に対して開発されたＲＧＢレーザ技術は、このきびしいデジタルホログラフィ用途に必要とされる要件につながらない。従って、デジタルホログラフィにおけるフィルム露光などの用途に有用な実用的ＲＧＢレーザに対するニーズが存続する。
（概要）
本明細書において、二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器が記載される。このレーザ発信器は、長いパルス幅、長いコヒーレンス長、ならびにショット間の良好なエネルギー安定性および良好なポインティング安定性を有するパルスレーザ信号を生成し、ホログラフィック記録用のＲＧＢレーザ光を生成するためのレーザシステムにおける使用に適している。レーザ発振器は、同じ光軸に沿った、出力カプラと後部ミラーとの間に形成された第１のキャビティと、出力カプラとキャビティ内部ミラー（ｉｎｔｒａ−ｃａｖｉｔｙ ｍｉｒｒｏｒ）（出力カプラと後部ミラーとの間に配置されたミラー）との間に形成された第２のキャビティとを含む。高損失キャビティ光学素子（出力カプラは低反射率を有する）および受動Ｑスイッチは、キャビティ内におけるレーザ光の非常に大きな往復回数を達成するために結合し、それによってキャビティモードの数を２または３まで低減する。二重キャビティ設計はさらに、残存モードの間を弁別し、ＳＬＭ動作を可能にする。このレーザ発振器の編成は、シーディング（ｓｅｅｄｉｎｇ）の必要性なしにＳＬＭ動作を達成し、費用効果の高い設計を結果としてもたらす。
本明細書において、二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器が記載される。このレーザ発信器は、長いパルス幅、長いコヒーレンス長、ならびにショット間の良好なエネルギー安定性および良好なポインティング安定性を有するパルスレーザ信号を生成し、ホログラフィック記録用のＲＧＢレーザ光を生成するためのレーザシステムにおける使用に適している。レーザ発振器は、同じ光軸に沿った、出力カプラと後部ミラーとの間に形成された第１のキャビティと、出力カプラとキャビティ内部ミラー（ｉｎｔｒａ−ｃａｖｉｔｙ ｍｉｒｒｏｒ）（出力カプラと後部ミラーとの間に配置されたミラー）との間に形成された第２のキャビティとを含む。高損失キャビティ光学素子（出力カプラは低反射率を有する）および受動Ｑスイッチは、キャビティ内におけるレーザ光の非常に大きな往復回数を達成するために結合し、それによってキャビティモードの数を２または３まで低減する。二重キャビティ設計はさらに、残存モードの間を弁別し、ＳＬＭ動作を可能にする。このレーザ発振器の編成は、シーディング（ｓｅｅｄｉｎｇ）の必要性なしにＳＬＭ動作を達成し、費用効果の高い設計を結果としてもたらす。
レーザ発振器の出力は、増幅され、ホログラフィック記録に適する赤、緑、青色（ＲＧＢ）のレーザパルスを生成するためのレーザシステムへのポンプ入力として用いられ得る。ＲＧＢレーザシステムは、非線形光学素子（光学パラメトリック増幅器および和周波数ミキサ、ならびに２逓倍結晶（ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌ）など）を有する波長変換ステージを含み、この波長変換ステージは、ポンプパルスエネルギーを、赤、緑、および青色波長のパルスへと変換する。光学パラメトリック増幅器は、ポンプ波長のパルスを、シーダ（ｓｅｅｄｅｒ）により提供された信号波長のパルスへと変換する。和周波数ミキサは、ポンプ波長のパルスを信号波長のパルスと結合することによって、赤色波長のパルスを生成する。青色波長のパルスは、信号パルスをポンプパルスとの和周波数混合の前に周波数２逓倍することにより、同様な方法で生成され得る。緑色波長のパルスは、ポンプ波長のパルスを周波数２逓倍することによって生成され得る。さまざまな異なる構成が、ＲＧＢの光パルスを生成するために用いられ得、特定の構成要素（ポンプレーザ、シーダ、光学パラメトリック増幅器、およびキャビティ光学素子など）が、２つ以上の色の生成において用いられ得る。
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
パルスレーザ信号を生成するための二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器であって、
出力カプラと、
該出力カプラとともに第１のキャビティを形成する後部ミラーと、
該出力カプラと該後部ミラーとの間で共通の軸に沿って配置され、該出力カプラとともに第２のキャビティを形成するキャビティ内部ミラーと、
該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された、レーザ光を発生させるためのレーザ媒質と、
該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された受動Ｑスイッチであって、該受動Ｑスイッチは、該レーザ発振器内の数多くのモードが３以下になるように制限し、該第１のキャビティおよび該第２のキャビティは、さらなるモード弁別を提供するように構成され、その結果、該レーザ発振器は、単一縦モードレーザパルスを生成する、受動Ｑスイッチと
を備える、レーザ発振器。
パルスレーザ信号を生成するための二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器であって、
出力カプラと、
該出力カプラとともに第１のキャビティを形成する後部ミラーと、
該出力カプラと該後部ミラーとの間で共通の軸に沿って配置され、該出力カプラとともに第２のキャビティを形成するキャビティ内部ミラーと、
該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された、レーザ光を発生させるためのレーザ媒質と、
該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された受動Ｑスイッチであって、該受動Ｑスイッチは、該レーザ発振器内の数多くのモードが３以下になるように制限し、該第１のキャビティおよび該第２のキャビティは、さらなるモード弁別を提供するように構成され、その結果、該レーザ発振器は、単一縦モードレーザパルスを生成する、受動Ｑスイッチと
を備える、レーザ発振器。
（項目２）
上記レーザ光は、上記レーザ発振器を介して１，０００回より多く通過させられる、項目１に記載のレーザ発振器。
上記レーザ光は、上記レーザ発振器を介して１，０００回より多く通過させられる、項目１に記載のレーザ発振器。
（項目３）
上記出力カプラは、上記レーザ信号の波長において３０％未満の反射をする、項目１に記載のレーザ発振器。
上記出力カプラは、上記レーザ信号の波長において３０％未満の反射をする、項目１に記載のレーザ発振器。
（項目４）
上記出力カプラは、上記レーザ信号の波長において１０％未満の反射をする、項目１に記載のレーザ発振器。
上記出力カプラは、上記レーザ信号の波長において１０％未満の反射をする、項目１に記載のレーザ発振器。
（項目５）
上記キャビティ内部ミラーは、上記第１のキャビティと上記第２のキャビティとの間にレーザエネルギーのほぼ等しい分配を可能にする反射率を有する、項目１に記載のレーザ発振器。
上記キャビティ内部ミラーは、上記第１のキャビティと上記第２のキャビティとの間にレーザエネルギーのほぼ等しい分配を可能にする反射率を有する、項目１に記載のレーザ発振器。
（項目６）
上記レーザ発振器は、シードされない、項目１に記載のレーザ発振器。
上記レーザ発振器は、シードされない、項目１に記載のレーザ発振器。
（項目７）
ポンプレーザであって、
項目１に記載のレーザ発振器と、
該レーザ発振器によって生成された該ＳＬＭレーザパルスのエネルギーを増幅するための増幅器と
を備える、ポンプレーザ。
ポンプレーザであって、
項目１に記載のレーザ発振器と、
該レーザ発振器によって生成された該ＳＬＭレーザパルスのエネルギーを増幅するための増幅器と
を備える、ポンプレーザ。
（項目８）
赤、緑、青色（ＲＧＢ）レーザ光を発生させるためのレーザシステムであって、
ポンプ波長においてポンプパルスを生成するように構成された、二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器を備えるポンプレーザと、
該ポンプパルスから赤、緑、青色パルスを生成するように構成された非線型光学素子を備える波長変換ステージと
を備える、レーザシステム。
赤、緑、青色（ＲＧＢ）レーザ光を発生させるためのレーザシステムであって、
ポンプ波長においてポンプパルスを生成するように構成された、二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器を備えるポンプレーザと、
該ポンプパルスから赤、緑、青色パルスを生成するように構成された非線型光学素子を備える波長変換ステージと
を備える、レーザシステム。
（項目９）
上記波長変換ステージは、
信号波長においてレーザ光でシードされた光学パラメトリック増幅器であって、上記ポンプパルスから該信号波長において信号パルスを生成する、光学パラメトリック増幅器と、
該信号パルスと該ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、赤色波長において上記赤色パルスを生成するように構成された和周波数ミキサと
を備える、項目８に記載のレーザシステム。
上記波長変換ステージは、
信号波長においてレーザ光でシードされた光学パラメトリック増幅器であって、上記ポンプパルスから該信号波長において信号パルスを生成する、光学パラメトリック増幅器と、
該信号パルスと該ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、赤色波長において上記赤色パルスを生成するように構成された和周波数ミキサと
を備える、項目８に記載のレーザシステム。
（項目１０）
上記光学パラメトリック増幅器は、少なくとも１つの非線形結晶を備える単一経路、キャビティなし増幅器である、項目９に記載のレーザシステム。
上記光学パラメトリック増幅器は、少なくとも１つの非線形結晶を備える単一経路、キャビティなし増幅器である、項目９に記載のレーザシステム。
（項目１１）
上記和周波数ミキサは、少なくとも１つの非線形結晶を備える、項目９に記載のレーザシステム。
上記和周波数ミキサは、少なくとも１つの非線形結晶を備える、項目９に記載のレーザシステム。
（項目１２）
上記信号パルスの一部分を周波数２逓倍するように構成された周波数２逓倍ステージと、
該周波数２逓倍された信号パルスと上記ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、青色波長において上記青色パルスを生成するように構成された第２の和周波数ミキサと
をさらに備える、項目９に記載のレーザシステム。
上記信号パルスの一部分を周波数２逓倍するように構成された周波数２逓倍ステージと、
該周波数２逓倍された信号パルスと上記ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、青色波長において上記青色パルスを生成するように構成された第２の和周波数ミキサと
をさらに備える、項目９に記載のレーザシステム。
（項目１３）
上記赤色パルスの一部分と上記ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、青色波長において上記青色パルスを生成するように構成された第２の和周波数ミキサをさらに備える、項目９に記載のレーザシステム。
上記赤色パルスの一部分と上記ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、青色波長において上記青色パルスを生成するように構成された第２の和周波数ミキサをさらに備える、項目９に記載のレーザシステム。
（項目１４）
上記波長変換ステージは、
信号波長においてレーザ光でシードされた光学パラメトリック増幅器であって、上記ポンプパルスから該信号波長において信号パルスを生成する、光学パラメトリック増幅器と、
該信号パルスを周波数２逓倍するように構成された周波数２逓倍ステージと、
該周波数２逓倍された信号パルスと該ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、青色波長において上記青色パルスを生成するように構成された和周波数ミキサと
を備える、項目８に記載のレーザシステム。
上記波長変換ステージは、
信号波長においてレーザ光でシードされた光学パラメトリック増幅器であって、上記ポンプパルスから該信号波長において信号パルスを生成する、光学パラメトリック増幅器と、
該信号パルスを周波数２逓倍するように構成された周波数２逓倍ステージと、
該周波数２逓倍された信号パルスと該ポンプパルスの少なくとも一部分との和周波数混合によって、青色波長において上記青色パルスを生成するように構成された和周波数ミキサと
を備える、項目８に記載のレーザシステム。
（項目１５）
上記波長変換ステージは、緑色波長において上記緑色パルスを生成するために、上記ポンプパルスを周波数２逓倍するように構成された周波数２逓倍ステージを備える、項目８に記載のレーザシステム。
上記波長変換ステージは、緑色波長において上記緑色パルスを生成するために、上記ポンプパルスを周波数２逓倍するように構成された周波数２逓倍ステージを備える、項目８に記載のレーザシステム。
（項目１６）
パルスレーザ信号を生成する方法であって、
二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器においてレーザ光を生成して、その結果該レーザ光の光子が、出力カプラと後部ミラーとの間に形成された第１のキャビティと、該出力カプラと該後部ミラーとの間で共通の軸に沿って配置されたキャビティ内部ミラーと該出力カプラとの間に形成された第２のキャビティと、を介して伝播することであって、該レーザ光が、該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された受動Ｑスイッチに当たる、ことと、
該レーザ発振器を介して該レーザ光を発振して、その結果該レーザ発振器からＳＬＭパルスレーザ信号として出る前に、該レーザ光は該レーザ発振器を介して１，０００回より多く通過させられることと
を包含する、方法。
パルスレーザ信号を生成する方法であって、
二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器においてレーザ光を生成して、その結果該レーザ光の光子が、出力カプラと後部ミラーとの間に形成された第１のキャビティと、該出力カプラと該後部ミラーとの間で共通の軸に沿って配置されたキャビティ内部ミラーと該出力カプラとの間に形成された第２のキャビティと、を介して伝播することであって、該レーザ光が、該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された受動Ｑスイッチに当たる、ことと、
該レーザ発振器を介して該レーザ光を発振して、その結果該レーザ発振器からＳＬＭパルスレーザ信号として出る前に、該レーザ光は該レーザ発振器を介して１，０００回より多く通過させられることと
を包含する、方法。
（項目１７）
上記受動Ｑスイッチは、上記レーザ発振器内の数多くのモードが３以下になるように制限し、上記第１のキャビティおよび上記第２のキャビティは、単一縦モード動作を達成するためにさらなるモード弁別を行う、項目１６に記載の方法。
上記受動Ｑスイッチは、上記レーザ発振器内の数多くのモードが３以下になるように制限し、上記第１のキャビティおよび上記第２のキャビティは、単一縦モード動作を達成するためにさらなるモード弁別を行う、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
シード信号によって上記レーザ発振器をシードすることなく該レーザ発振器が動作することをさらに包含する、項目１６に記載の方法。
シード信号によって上記レーザ発振器をシードすることなく該レーザ発振器が動作することをさらに包含する、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
赤、緑、青色（ＲＧＢ）レーザ光を発生させる方法であって、
シードされていない二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器を備えるポンプレーザを用いてポンプ波長においてポンプパルスを生成することと、
該ポンプパルスから赤、緑、および青色パルスを生成することと
を包含する、方法。
赤、緑、青色（ＲＧＢ）レーザ光を発生させる方法であって、
シードされていない二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器を備えるポンプレーザを用いてポンプ波長においてポンプパルスを生成することと、
該ポンプパルスから赤、緑、および青色パルスを生成することと
を包含する、方法。
（項目２０）
上記ポンプパルスの光学パラメトリック増幅を介して信号波長において信号パルスを生成することと、
上記赤色パルスを生成するために、該信号パルスを該ポンプパルスの少なくとも一部分と和周波数混合することと
をさらに包含する、項目１９に記載の方法。
上記ポンプパルスの光学パラメトリック増幅を介して信号波長において信号パルスを生成することと、
上記赤色パルスを生成するために、該信号パルスを該ポンプパルスの少なくとも一部分と和周波数混合することと
をさらに包含する、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
上記信号パルスを生成することは、少なくとも１つの非線形結晶を備えるキャビティなし光学パラメトリック増幅器を介する上記ポンプパルスの単一経路を実行することを含む、項目２０に記載の方法。
上記信号パルスを生成することは、少なくとも１つの非線形結晶を備えるキャビティなし光学パラメトリック増幅器を介する上記ポンプパルスの単一経路を実行することを含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
上記信号パルスの一部分を周波数２逓倍することと、
上記青色パルスを生成するために、該周波数２逓倍された信号パルスと上記ポンプパルスの少なくとも一部分とを和周波数混合することと
をさらに包含する、項目２０に記載の方法。
上記信号パルスの一部分を周波数２逓倍することと、
上記青色パルスを生成するために、該周波数２逓倍された信号パルスと上記ポンプパルスの少なくとも一部分とを和周波数混合することと
をさらに包含する、項目２０に記載の方法。
（項目２３）
上記青色パルスを生成するために、上記赤色パルスの一部分と上記ポンプパルスの少なくとも一部分とを和周波数混合することをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
上記青色パルスを生成するために、上記赤色パルスの一部分と上記ポンプパルスの少なくとも一部分とを和周波数混合することをさらに包含する、項目２０に記載の方法。
（項目２４）
上記ポンプパルスの光学パラメトリック増幅を介して信号波長において信号パルスを生成することと、
該信号パルスを周波数２逓倍することと、
上記青色パルスを生成するために、該周波数２逓倍された信号パルスと該ポンプパルスの少なくとも一部分とを和周波数混合することと
をさらに包含する、項目１９に記載の方法。
上記ポンプパルスの光学パラメトリック増幅を介して信号波長において信号パルスを生成することと、
該信号パルスを周波数２逓倍することと、
上記青色パルスを生成するために、該周波数２逓倍された信号パルスと該ポンプパルスの少なくとも一部分とを和周波数混合することと
をさらに包含する、項目１９に記載の方法。
（項目２５）
上記緑色パルスを生成するために、上記ポンプパルスを周波数２逓倍することをさらに包含する、項目１９に記載の方法。
上記緑色パルスを生成するために、上記ポンプパルスを周波数２逓倍することをさらに包含する、項目１９に記載の方法。
（摘要）
二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器は、長いパルス幅、長いコヒーレンス長、およびショット間の良好なエネルギー安定性を有するパルスレーザ信号を生成する。レーザ発振器は、出力カプラと後部ミラーとの間の第１のキャビティと、出力カプラとキャビティ内部ミラー（出力カプラと後部ミラーとの間に配置されたミラー）との間の第２のキャビティとを有する。高損失キャビティ光学素子および受動Ｑスイッチは、非常に大きな往復回数を達成し、キャビティモードの数を２または３まで低減する。二重キャビティ設計はさらに、残存モードの間を弁別し、ＳＬＭ動作を可能にする。レーザ発振器および増幅器は、レーザシステムのためのポンプレーザとして用いられ得、そのレーザシステムは、ホログラフィック記録のための赤、緑、青色パルスを生成する。波長変換ステージは、光学パラメトリック増幅器、２逓倍結晶、および和周波数ミキサを用いて、ＲＧＢ光をポンプパルスから作り出す。
二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器は、長いパルス幅、長いコヒーレンス長、およびショット間の良好なエネルギー安定性を有するパルスレーザ信号を生成する。レーザ発振器は、出力カプラと後部ミラーとの間の第１のキャビティと、出力カプラとキャビティ内部ミラー（出力カプラと後部ミラーとの間に配置されたミラー）との間の第２のキャビティとを有する。高損失キャビティ光学素子および受動Ｑスイッチは、非常に大きな往復回数を達成し、キャビティモードの数を２または３まで低減する。二重キャビティ設計はさらに、残存モードの間を弁別し、ＳＬＭ動作を可能にする。レーザ発振器および増幅器は、レーザシステムのためのポンプレーザとして用いられ得、そのレーザシステムは、ホログラフィック記録のための赤、緑、青色パルスを生成する。波長変換ステージは、光学パラメトリック増幅器、２逓倍結晶、および和周波数ミキサを用いて、ＲＧＢ光をポンプパルスから作り出す。
添付の図面は、実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組込まれ、本明細書の一部分を構成する。図面は、実施形態を例示し、記述とともに、実施形態の原理を説明することに役立つ。その他の実施形態および多くの実施形態の意図される利点は、以下の詳細な説明への参照によってそれらがよりよく理解されるので、容易に認識され得る。図面の要素は、互いに対して必ずしも縮尺が合っていない。同様な参照番号は、対応する同様な部品を指し示す。
（詳細な説明）
本明細書中に記載するシステムは、レーザ発振器（安定なショット間のパルスエネルギーおよび長いパルス幅を有する単一縦モード（ＳＬＭ）動作を達成する）、キャビティなし光学パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、および事後混合ステージ（ホログラフィックな記録を実行するための適切な波長（例えば、赤、緑および青色、あるいは「ＲＧＢ」）でレーザパルスを生成するため）を含む。
本明細書中に記載するシステムは、レーザ発振器（安定なショット間のパルスエネルギーおよび長いパルス幅を有する単一縦モード（ＳＬＭ）動作を達成する）、キャビティなし光学パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）、および事後混合ステージ（ホログラフィックな記録を実行するための適切な波長（例えば、赤、緑および青色、あるいは「ＲＧＢ」）でレーザパルスを生成するため）を含む。
ＲＧＢのホログラフィックフィルムを露光するための、デジタルホログラフィック記録システム１００の簡略化したブロック図が、図１において示される。ホログラフィックレーザ１１０は、ホログラフィックフィルム１５０を露光するための、赤色の波長（６３２．６ｎｍ）、緑色の波長（５３２ｎｍ）、および青色の波長（４５０ｎｍ）で、一組の３つのパルスを定期的に生成する。各ＲＧＢパルスの組におけるパルスは、実質的に同時に並列に生成され得る。フィルム１５０は、例えば、多数の層を有し得、それらの層は、赤、緑、青色光によってそれぞれ露光される。記録システム１００は、本質的に干渉計として動作する。特に、ＲＧＢレーザパルスは、ビームスプリッタ１２０によって２つのビームの組に分割され、それらの組は、２つのそれぞれの経路に沿って伝わり、フィルム１５０上に干渉縞を形成するように再結合される。一方のＲＧＢビームの組は、参照レッグ（ｌｅｇ）に沿って伝わり、リフレクタ１３０によってフィルム１５０のピクセル１４０上へと向けられる。もう一方のＲＧＢビームの組は、データレッグに沿って伝わり、そこでは、変調器１６０がデータを用いて赤、緑、青色パルスを変調する。パルスに適用されるデータは、例えば、デジタル画像またはコンピュータが生成したモデルから引き出され得る。変調器は本質的に、データに従って特定の手法で各色のパルスの波面を改変し、フィルム上のピクセル位置で所望された干渉縞を作り出す。変調されたＲＧＢパルスは、変調されなかったＲＧＢ参照パルスとの３つのそれぞれの干渉縞（各色に１つ）を形成するためにピクセル１４０上に向けられ、ピクセル１４０の位置でフィルム１５０を露光する。各ピクセル位置でそのような干渉図形を形成することによって、ホログラフィ画像がフィルム１５０上に形成され得る。単一のピクセルは、例えば、単一の「ショット」（すなわち、レーザ１１０から出る単一の組のＲＧＢパルス）を用いて露光され得る。ビームをフィルムに関して連続的に平行移動させることにより、異なるピクセル位置が露光され得、それによって、一連のレーザ「ショット」が、それぞれの一連のピクセルを露光することにより、ピクセル毎に露光が進行する（例えば、ビーム集光要素またはフィルムのいずれかが、フィルムの相対的な移動を達成するために可動キャリッジ上に実装され得る）。
干渉計システム（例えば、図１に示されたシステムなど）を用いるホログラフィックフィルムの適切な露光は、正確なポインティング安定性を有するソースレーザを必要とする。このソースレーザは、相対的に長いパルス幅および長いコヒーレンス長、そしてショット間のパルスエネルギーにおける最小の変動を有するパルスを生成する。これらの動作上の要件は、ホログラフィック記録に適切なＲＧＢレーザを、ディスプレイ技術に用いられる典型的なＲＧＢレーザと区別する。
パルス幅に関して、標準的な５〜１０ｎｓのパルスレーザおよび連続波（ＣＷ）レーザは、一般にディスプレイ技術において用いられる。十分により長いパルス幅（例えば、２５〜１００ｎｓ）が、ホログラフィックフィルムを適切に露光するために概して必要とされ、フィルム材料の化学的性質および反応速度に依存する。
標準的な非直線ナロー化された（ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｎａｒｒｏｗｅｄ）ＹＡＧレーザソースは、サブセンチメートル（ｓｕｂ−ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ）のコヒーレンス長を提供する。しかし、実用的な距離にわたって干渉縞を作り出すためには、数センチメートルのコヒーレンス長が必要とされ、干渉計の経路長を適切に一緒に作用させたまま、フィルム上に所望された干渉縞を形成する。レーザパルスのコヒーレンス長がより長いほど、露光システムの干渉計の光学素子内の経路長の許容範囲をより緩和させ得る。逆にコヒーレンス長がより短いほど、経路長の許容範囲はより狭くなければならない。
キャビティ内にＮｄ：ＹＡＧ（ネオジムをドーピングしたイットリウムアルミニウムガーネット；Ｎｄ：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）結晶レーザ放出媒質を有する従来の固体レーザは、パルスエネルギーにおいて約５％〜１０％ｒｍｓの変動を経験し得、１つのパルスから次のパルスへのパルスエネルギーの変化（または、「ショット間の」エネルギー変動）を結果としてもたらす。デジタルホログラフィに関連して、そのような変動は、ピクセルからピクセルへの異なる露光レベルに相当する。ホログラフィ画像全体のより均一な露光と、よりむらのない外観とを作り出すために、極めて良好なショット間のエネルギー安定性が要求される。
ホログラフィック記録システムにおいて、レーザから出る光のビームポインティングまたはアライメントのいかなる誤差も干渉計の光学素子を介して伝播し、フィルム上の所望された中央点上にビームの焦点を合わせることにおいて、角度合わせ誤差を結果としてもたらす。レーザとフィルムとの間の光学的な距離がより大きいほど、特定のポインティング誤差によって引き起こされる角度合わせ誤差はより大きくなる。より良好なポインティング安定性は、干渉計の光学素子のより長い経路長および緩和された許容範囲を可能にする。標準的なレーザは、約１００マイクロラジアンのポインティング安定性を有し得る。実用的なホログラフィック記録システムに対して、はるかに良好なポインティング安定性が所望される。
図２は、本発明の実施形態に従う、ホログラフィック記録システムに適するＲＧＢパルスを生成するためのレーザアセンブリ２００のトップレベルのブロック図である。このシステムは、ポンプレーザ２１０および波長変換ステージ２４０を含む。ポンプレーザ２１０は、単一縦モード（ＳＬＭ）二重キャビティレーザおよびレーザ増幅器２３０を含む。波長変換ステージ２４０は、ポンプレーザパルスから赤、緑、青色波長において出力パルスを作り出すための、適切な非線形生成ステージを含む。
図３は、長いパルス幅のパルス（例えば、２５ｎｓから１００ｎｓ）と、数センチメートルのオーダーのコヒーレンス長とを生成する能力のある、安定な、二重キャビティＳＬＭレーザ発振器２２０を例示するより詳細なブロック図である。最初に、より長いキャビティが、出力カプラ３１０と後部ミラー３２０との間に形成され、第２のより短いキャビティが、出力カプラ３１０とキャビティ内部ミラー３３０との間に形成される。このキャビティ内部ミラー３３０は、出力カプラ３１０と後部ミラー３２０との共通の光軸に沿って、出力カプラ３１０と後部ミラー３２０との間のビーム経路内に置かれる。受動Ｑスイッチ３５０およびレーザ媒質３４０は、出力カプラ３１０とキャビティ内部ミラー３３０との間のビーム経路内に配置される。レーザ媒質３４０は、例えば、１０６４ｎｍの波長で動作するＮｄ：ＹＡＧ結晶であり得る。以下でさらに詳しく説明されるように、レーザ発振器２２０は、シードされていない（ｎｏｎ−ｓｅｅｄｅｄ）レーザ発振器であり得る。
パルスレーザ発振器内の高損失キャビティ光学素子および受動Ｑスイッチの機能は、キャビティ内におけるレーザ光の光子の非常に大きな（１，０００より大きい）往復回数を達成するために結合し、その往復回数は、キャビティモードの数を２または３まで低減する。二重キャビティ設計は、それからさらに残存モードの間を弁別し、このことは単一縦モード（ＳＬＭ）動作を可能にする。特に、高損失キャビティ設計は、出力カプラ３１０の低減された反射率に起因する。限定でない例として、出力カプラ３１０は、ポンプ波長において３０％未満の反射率を有するように設計され得る（すなわち、７０％を超えるエネルギーがキャビティの外部に伝達される）。随意に、出力カプラは、ポンプ波長において２０％未満の反射率を有するように設計され得る（すなわち、８０％を超えるエネルギーがキャビティの外部に伝達される）。随意に、出力カプラは、ポンプ波長において１０％未満の反射率を有するように設計され得る（すなわち、９０％を超えるエネルギーがキャビティの外部に伝達される）。受動Ｑスイッチは、本質的に可飽和吸収体であり、ビームが特定のフルエンスを達成するまで暗く（ｄａｒｋ）とどまり、次いでそのフルエンスレベルより上において明るく（ｃｌｅａｒ）なる。この特性は、それが、パワーが特定のレベルに到達するまで（すなわち、キャビティ内を通る経路が十分にあるまで）、パワーが収容されていることを可能にする。Ｑスイッチおよび高損失キャビティ設計のこの構成は、キャビティ内に大きい数の経路を結果としてもたらし、結果としてモードの数を２または３まで低減する。２つまたは３つのモードのレーザ出力は、概してホログラフィックイメージングなどの用途に対して容認できない。なぜなら、複数のモードが互いにビート（ｂｅａｔ）し、非常にとがったモードビートパルスを一時的に作り出すからであり、時間におけるそれらの強度は、厳しい発振により変動する。換言すると、モード間の競合は、ショット間から容認できない変化をする、不安定な光度を作り出す。
図３に示される二重キャビティ設計は、１つのモードを除いたすべてのモードをキャンセルすることによって、ＳＬＭ動作に対してさらなるモード弁別を達成するように構成される。モードの数を単一縦モードまで低減することによって、ショット間の非常に良好なエネルギー安定性と時間的に平滑なパルスプロファイルとが達成され得る。特に、後部ミラー３２０は完全に反射性であり、一方でキャビティ内部ミラー３３０は、この２つのミラー間のエネルギーのほぼ均等な分配を達成するように設計された反射率を有することにより、キャビティ内部ミラーの寄与は、約５０％である。例えば、３０％と４０％との間（例えば、約３６％）のキャビティ内部ミラーの反射率は、この結果を作り出すことが見い出されてきた。ビーム経路に沿ってキャビティ内部ミラーを（後部ミラーに向かってまたは後部ミラーから離れるように）動かすことによって、位置が見い出され得、望ましくない隣接するモードを同調外れ（キャンセル）にする。例えば、図３に示された二重レーザキャビティ構成において、キャビティ内部レーザミラーは、隣接するモードに対するＣ／２Ｌ弁別を提供する。
レーザ発振器が固定された波長を長時間維持することを保証するために、キャビティ長の機械的安定性は、温度を制御すること、機械的な調節をすること、または両方によって対処されなければならない。例えば、非常に安定した水の供給が、レーザ媒質とキャビティ長とを可能な限り安定に保つために、レーザロッドに適用され得る。そのような手段なしで、固定された波長は、長時間維持され得ない。なぜなら、キャビティ長が変化し、レーザが異なる波長へとモードホップする（ｍｏｄｅ−ｈｏｐ）からである。この波長シフトは、主としてレーザゲイン材料の熱的変動に帰される。用途に依存して、特定の量のモードジャンプおよび波長変化は許容され得る。温度調節がない場合でさえ、デジタルホログラフィ用途は、記載された二重キャビティと関連づけられる非常に小さなモードホップを許容することが可能であり得る。なぜなら、フィルムの吸収帯域が広くあり得るからである。
記載されたＳＬＭレーザ発振器は、数千ドルかかり得るシーダを必要としないという点において通常とは異なる。キャビティ設計とレーザ光の大きな往復回数とに起因して、受動Ｑスイッチがまさにビームの中央で最初にオンすることにより、受動Ｑスイッチは、数多くの経路にわたってビームを空間的にクリーンアップする空間フィルタとして作動する。上で説明されたように、特別なキャビティ内部ミラーは、次いで望ましくない残存モードを追い出し、単一縦モードの出力パルスを作り出す。典型的なシードされたＳＬＭレーザは、最適化された出力カプラによって高いゲインシステムを有する。そのようなレーザは、受動Ｑスイッチというよりも電気光学的Ｑスイッチを含み得る。ＳＬＭ動作は、そのようなシステムにおいて、所望される周波数のシード信号（例えば、ＣＷレーザからの光）をキャビティに注入することによってのみ達成され得る。このシード信号は、レーザ媒質からのレーザエネルギーにシード周波数を受け入れさせる。しかし、シードレーザに対するこの要件は、このアプローチを非常に高価なものにする。対照的に、１つの特別なキャビティ内部ミラーの小さなコストと引き替えに、上で記載された二重キャビティレーザ発振器は、ＳＬＭ動作を遂行し得る。
限定ではない例として、レーザ発振器２２０の出力パルスのエネルギーは、約６００ミクロンまたは７００ミクロンのパルス直径で、約３ミリジュールであり得る。これらの出力パルスは、レーザ増幅器２３０に供給され、この増幅器は、ゲイン媒質にビームを通過させ、パルスエネルギーを増大させる。この増幅器は、任意の適切なゲイン媒質（例えば、より多くのＮｄ：ＹＡＧロッド、ファイバ増幅器など）を含み得る。ポンプレーザ２１０の出力にもたらされるパルスは、例えば、約３５０〜３６０ヘルツのパルス繰返しレートにおいて、約５０ミリジュールのエネルギーを有する。ＳＬＭ動作に起因して、これらのパルスは、ホログラフィック記録の使用に適するパルス幅、コヒーレンス長およびショット間のエネルギー安定性を有する。
図２をさらに参照すると、レーザアセンブリ２００の次のステージは、波長変換ステージ２４０であり、それは、非線形光学（ＮＬＯ）生成ステージ（例えば、光学パラメトリック増幅および和周波数混合）を含み、入力ポンプレーザパルス（例えば、１０６４ｎｍの波長を有する）から所望された波長を作り出す。図４は、６３２．６ｎｍの波長を有する出力パルス（赤色光）を生成するための、一可能性としての編成４００を概念的に例示する。ビーム形成レンズが、図に示されるアセンブリ全体にわたって用いられ得るが、簡略化のために図面から省略されていることに注意されたい。ポンプレーザ２１０は、ポンプ波長（λＰ）のパルスを単一経路の光学パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）４１０に供給する。この増幅器４１０は、パラメトリック増幅能力を有する非線形媒質である。随意に、ポンプレーザビームの一部分は、ビームスプリッタ４３０によって反射されて、ＯＰＡ４１０をバイパスし得、以下でさらに詳細に説明されるように、ＯＰＡ４１０の出力と下流で再結合する。シーダ４０５（例えば、ＣＷレーザダイオード）は、所望の出力信号波長（λＳ：例えば、１５６０ｎｍ）で、シード信号を供給する。このシード信号は、リフレクタ４１５を介してビームコンバイナ４２０に向けられ、ＯＰＡ４１０の入力においてポンプビームと結合される。特に、シーダ４０５は、入手可能な（ｏｆｆ−ｔｈｅ−ｓｈｅｌｆ）テレコム用レーザであり得、このレーザは、非常に効果的にスペクトル線の幅を狭くし、安定な動作のために信号波長を固定する。
ＯＰＡ４１０の非線形媒質は、１つ以上の非線形光学結晶を含み得、その光学結晶は、パラメトリック出力を作り出す能力を有する任意の結晶性材料から形成される。上記結晶性材料は、限定されないけれども以下の、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴＰ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｔｅｔａｎａｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、チタン酸ヒ酸カリウム（ＫＴＡ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｔｅｔａｎａｌ ａｒｓｅｎａｔｅ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、周期分極（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄ）ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、銀亜セレン酸ガリウム（ＡｇＧａＳｅ２）、および銀硫化ガリウム（ＡｇＧａＳ２）を含む。図４に示されたシステムにおいて、光学パラメトリック増幅器４１０は、単一経路、キャビティなし編成であり得、そこにおいて、パルスは非線形媒質を１回通過する（すなわち、キャビティ内で発振しない）。しかし、代替として、マルチ経路のＯＰＡキャビティ編成が用いられ得る。
ポンプビームが非線形結晶を介して伝播するときに、ポンプ波長における光子は、２つのより長い波長において光子の対に変換され、これらの２つの波長において２つのより低いエネルギーのビームを結果としてもたらす。これらの２つの波長は、慣習的に信号波長およびアイドラー波長として示される。信号ビームおよびアイドラービームの周波数の和は、ポンプビームの周波数と等しい（または等価的には、１／λＰ＝１／λＳ＋１／λＩ、ここでλＩはアイドラー波長である）。非線形結晶の角度を調整することによって、エネルギーは、信号ビームとアイドラービームとに選択的に配分され得る。アイドラービームが、所望される波長を生成する際に関心を持たれないので、アイドラービームは簡略化のために図面において示されない。シーダ４０５は、所望される信号波長（λＳ）によって非線形結晶を事前にロードする（ｐｒｅ−ｌｏａｄ）。その結果、ＯＰＡを介するポンプパルスの単一の経路上で、１０６４ｎｍのポンプパルスエネルギーの多くが１５６０ｎｍの信号波長においてエネルギーに変換される。ＯＰＡ４１０の出力において、リフレクタ４４０は、信号波長における出力パルスを伝達する一方で、ポンプ波長におけるエネルギーをビームダンプ（ｄｕｍｐ）４５０に反射し得る。ＯＰＡ４１０の上流のビームスプリッタ４３０によって迂回させられた入力ポンプビームの一部分は、リフレクタ４６０と４７０とによってリフレクタ４４０に向けられ、ＯＰＡ４１０の下流で出力信号ビームと結合され得る。
ＯＰＡ４１０からの信号ビームとバイパスされたポンプビームとは、次いで和周波数ミキサ４８０に供給され、この和周波数ミキサ４８０は、波長６３２．６ｎｍのパルス（赤色光）を波長１０６４ｎｍのポンプパルスおよび波長１５６０ｎｍの信号パルスから作り出す。和周波数ミキサ４８０は、別の非線形光学結晶（例えば、ＰＰＬＮ結晶）を含み、この非線形結晶はまた、運動量保存の関係（すなわち、１／λＰ＋１／λＳ＝１／λＲＥＤ（１／１０６４ｎｍ＋１／１５６０ｎｍ＝１／６３３ｎｍ））に従う。しかしながら、この場合において、より長いポンプ波長および信号波長における光子は、より短い赤色の波長において光子を作り出すために結合され、結果として赤色の波長において出力パルスをもたらす（ＯＰＡにおいては、逆のプロセスが起こり、そこでは、より短い波長の光子が２つのより長い波長の光子に分割される）。換言すると、和周波数ミキサの名前が示唆するように、赤色の出力パルスの周波数は、入力のポンプパルスおよび信号パルスの周波数の和である。和周波数ミキサ４８０から出る任意の残余のポンプおよび信号エネルギーが、適切なメカニズムによって除去され得る（例えば、ビーム経路からビームダンプへと反射される）。
（この場合には信号の波長における）ＯＰＡ出力が、非線形結晶内において別の波長（この場合にはポンプ波長）と混合され、それぞれ最終的な色（この場合には赤色）を生成するとき、和周波数混合ステージ４８０は、ホログラムの露光のための改善された性能に寄与する。２つの有意な効果がこの混合を介して起こる。第１に、和周波数混合ステージ４８０は、存在する光強度のための結晶の長さの適切な選択を介して、最終出力を飽和させるように設定され、従って、ショット間のピークエネルギー変動において著しい（２〜３倍の）低減を達成し得る（本質的にクランプ効果である）。第２に、ＯＰＡ出力信号ビームと結合されるポンプ混合ビームは、所望された波長で効率的な生成物（ｐｒｏｄｕｃｔ）を生成するために時間的なオーバーラップを有しなければならない。ビームが結合される場合に、時間的な分布における変化が起こり得る。最終的な赤色、青色の生成物（青色光を発生させるための編成は、以下に記載される）は、最終的なパルスを時間的に方形にすること（ｓｑｕａｒｉｎｇ）を実際に達成し得る。これらの両方の効果、時間的な一致およびショット間のエネルギー低減は、露光の間のホログラム産出プロセス全体の均一性を大いに改善し得る。
図４に示された編成において、和周波数ミキサ４８０内の信号エネルギーと結合されるポンプエネルギーは、「クリーンな」信号であり、それは、ＯＰＡ４１０をバイパスされ、それによって、いかなる歪み（例えば、ＯＰＡ４１０に起こり得る散乱および時間的な効果）の発生をも防止される。このバイパスポンプビームを用いることは、より良好な、よりクリーンな赤色波長のパルス出力をもたらす。しかし、周波数変換ステージの動作要件およびアーキテクチャに依存して、和周波数ミキサ内で信号ビームと混合するために、ポンプビームのバイパスを省き、ＯＰＡから出る残余のポンプビームを単純に用いることは可能であり得る。再び図４を参照して、この場合には、ビームスプリッタ４３０ならびにリフレクタ４４０、４６０、および４７０が取り除かれ得、ＯＰＡ４１０からのポンプビームおよび信号出力ビームは、和周波数ミキサ４８０に供給される。ポンプビームに対するビームダンプへのスプリッタは、和周波数ミキサ４８０の下流に今度は置かれ得る。ここでまた、ＯＰＡをバイパスしたクリーンなポンプビームの代わりに、ＯＰＡを通過したポンプビームを用いることに起因する劣化は、多くの状況において有意であり得ない。
図５は、４５０ｎｍ（青色光）の波長を有する出力パルスを生成するための、一可能性としての編成５００を概念的に例示する。図４で示された赤色波長の編成と同様に、図５において、１つのポンプレーザ２１０は、ポンプ波長（λＰ）のパルスを単一経路の光学パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）５１０に供給する。随意に、ポンプレーザ光の一部分は、ビームスプリッタ５３０によって反射されて、ＯＰＡ５１０をバイパスし得、和周波数混合のために下流で再結合する。シーダ５０５（例えば、ＣＷレーザダイオード）は、所望される出力信号波長（λＳ）でシード信号を供給する。このシード信号は、リフレクタ５１５を介してビームコンバイナ５２０に向けられ、ＯＰＡ５１０の入力においてポンプビームと結合される。
ＯＰＡは、１０６４ｎｍにおけるポンプパルスエネルギーを１５６０ｎｍの信号波長におけるエネルギーに変換する。ＯＰＡ５１０の出力において、リフレクタ５４０は、信号波長における出力パルスを伝達する一方で、ポンプ波長におけるエネルギーをビームダンプ５５０に反射し得る。出力信号ビームは、周波数２逓倍器５５５に供給され、その周波数２逓倍器は、例えば、タイプＩ−ＸＹ ＬＢＯ ＳＦＧ結晶などの第２高調波発生器であり得る。周波数２逓倍器５５５は、信号波長の半分（λＳ／２）、例えば、７８０ｎｍの波長を有する出力ビームを作り出す。
ＯＰＡ５１０の上流のビームスプリッタ５３０によって迂回させられた入力ポンプビームの一部分は、リフレクタ５６０と５７０とによってビームコンバイナ５７５に向けられ、周波数２逓倍器５５５の下流の周波数２逓倍された信号ビームと結合され得る。赤色パルス発生器の場合のように、ＯＰＡ５１０から出るポンプビームが、ポンプビームのクリーンな、バイパスされた部分の代わりに用いられ得、一定の劣化の可能性を結果としてもたらすけれども、バイパス光学素子の必要性を取り除くことに注意されたい。しかし、この場合には、信号ビームのみが、周波数２逓倍されていることにより、ポンプビームは、依然として周波数２逓倍器５５５をバイパスしなければならない。
周波数２逓倍された信号ビームおよびポンプビームは、和周波数ミキサ５８０に供給される。この和周波数ミキサ５８０は、波長４５０ｎｍのパルス（青色光）を、波長１０６４ｎｍのポンプパルスと波長７８０ｎｍの周波数２逓倍された信号パルスとから作り出す。和周波数ミキサ５８０から出る、任意の残余のポンプおよび周波数２逓倍された信号のエネルギーが、適切なメカニズムによって除去され得る（例えば、ビーム経路からビームダンプへと反射される）。
青色波長のパルスを生成する代替のアプローチは、図４で示されたスキームを介して生成された赤色波長のパルス（６３３ｎｍ）の一部分を、ポンプパルス（１５６０ｎｍ）の一部分と、次の和周波数混合ステージにおいて混合することである。
図６は、緑色波長の出力パルスを生成するための編成６００を例示する。ポンプレーザ２１０は、ポンプ波長（λＰ）のパルスを周波数２逓倍器６１０に供給し、この周波数２逓倍器６１０は、ポンプ波長の半分（λＰ／２）、すなわち、波長５３２ｎｍ（緑色の波長）を有する出力ビームを作り出す。
図４〜図６は、赤、緑、青色光のパルスを生成するための３つの別個のアセンブリを概念的に示すけれども、一方で構成要素の多くは、ＲＧＢの出力パルスを生成するために共通に用いられ得ることが認識される。例えば、３つの別個のポンプレーザが、それぞれ赤、緑、青色の経路に対して用いられ得るか、または単一のポンプレーザが、ビームスプリッタを用いて、同時にポンプビームをすべての３つの経路に供給するように用いられ得る。別のオプションは、２つのポンプレーザを用いて、うち１つのポンプレーザの出力を２つに分割することによって、全部で３つのポンプビームを作り出す。別個のシーダが、赤色、青色の経路に対して別個のＯＰＡをシードするように用いられ得るか、または１つのシーダが、シード信号を赤色および青色の両方の経路に供給するように用いられ得る。同様に、２つの別個の光学パラメトリック増幅器が、赤色および青色の経路に対して用いられ得るか、または同じＯＰＡが、両方の経路に対して用いられ得る。上述されたように、青色のパルスは、生成された赤色パルスをビーム分割し、ポンプパルスとの追加の和周波数混合を実行することによって生成され得る。従って、本発明は、赤、緑、青色波長のパルスを生成するための、いかなる特定のアーキテクチャにも限定されないことが認識される。
図７は、ＲＧＢレーザシステムを実装するための、一可能性としてのスキームを例示する。ここでは、単一の二重キャビティＳＬＭポンプレーザ（例えば、１０６４ｎｍにおけるＮｄ：ＹＡＧ）は、リフレクタ７１０、ビームスプリッタ７２０、７３０、およびリフレクタ７４０を介して、ポンプパルスを緑、赤、および青色の経路のそれぞれに供給するように使用され得る。特にビームスプリッタ７２０は、ポンプビームの一部分を緑色の経路に供給し、その緑色の経路において、２逓倍結晶６１０が、周波数を２逓倍する（すなわち、波長を５３２ｎｍに半減させる）ことによって緑色のパルスを生成する。ビームスプリッタ７３０は、ポンプビームの一部分を赤色の経路に向ける。上述されたように、シード信号は、ビームスプリッタ７３０を通過し、ポンプビームとともにＯＰＡ４１０と和周波数ミキサ４８０とに供給され、赤色波長の出力パルスを生成する（ここでは、ＯＰＡから出るポンプ信号がミキサにおいて用いられることにより、ポンプのバイパスが省略される）。
最終的に、リフレクタ７４０は、ポンプビームの残存部分を青色の経路に向ける。シード信号は、リフレクタ７４０を通過し、信号波長でパルスを生成するＯＰＡ５１０にポンプビームとともに供給される。信号ビームは、周波数を２逓倍され、ポンプビームとともに和周波数ミキサ５８０に供給される。上述されたように、この和周波数ミキサ５８０は、青色波長のパルスを生成する。ＯＰＡ５１０から出るポンプビームは、和周波数混合のためにこの場合用いられ、リフレクタ７５０、７６０、７７０、および７８０は、ポンプビームが、周波数２逓倍された信号ビームと再結合される前に２逓倍結晶をバイパスすることを可能にするために用いられることに注意されたい。
ＲＧＢレーザシステムの動作は、図８のフローチャートにおいて要約され、図８では、プロセスにおけるいくつかの異なるオプションを例示する。動作８００において、長いパルス幅を有する単一縦モード（ＳＬＭ）パルスが、ポンプ波長で生成される。図８で示されるように、複数のパルスの単一のシーケンスは、単一のＳＬＭレーザ発振器によって生成され、後で３つの別個のポンプビームに分割され得るか、またはポンプパルスの３つ（または可能性としては２つ）の同時発生のシーケンスが、異なるレーザ発振器によって並列に生成され得るかのいずれかである。動作８１０において、ポンプパルスは増幅される。１つ以上のパルスストリームが生成されるか否かに依存して、ビーム分割は、動作８２０において実行され、３つのポンプビームをそれぞれ赤、緑、青色の経路に対して作り出す。
緑色波長のパルスは、ポンプ波長のパルスを周波数２逓倍するによって生成される（動作８３０）。赤色波長の経路において、信号波長のパルスは、信号波長においてシードすることによって助力された光学パラメトリック増幅を介してポンプ波長のパルスから生成される（動作８４０）。信号パルスおよびポンプパルスは、赤色波長のパルスを作り出すために和周波数混合される（動作８６０）。随意に、動作８５０によって示されるように、信号パルスの一部分は、ＯＰＡの出力において分割され、青色波長のパルスを生成するために用いられ得る。別のオプションは、図８の動作８７０によって示されるように、別個の光学パラメトリック増幅器を介して、ポンプ波長のパルスから信号波長のパルスを生成することである。どちらの場合（動作８５０または動作８７０）にも、信号波長のパルスは、周波数２逓倍され（動作８８０）、次いでポンプ波長のパルスと和周波数混合されて、青色波長のパルスを生成する。上述されたように、別のオプションは、赤色波長のパルスの一部分をポンプパルスと混合し、青色波長のパルスを作り出すことである（図８には示されない）。
記載されたシステムによって生成されるＲＧＢレーザパルスは、デジタルホログラフィの使用に適しており、このことは、長いパルス幅、長いコヒーレンス長、ショット間の優れたエネルギー安定性、および良好なポインティング安定性に起因している。それにもかかわらず、本発明は、デジタルホログラフィ用途に限定されず、特に上記のような特性が有用となる、任意の適切なコンテキストにおいて用いられ得る。より具体的に、二重キャビティＳＬＭレーザ発振器は、パルスが複数の波長において生成されるか否かにかかわらず、上記のような特性を必要とする任意のシステムに対して、ポンプレーザにおいて使用され得る。同様に、赤、緑、および青色以外の波長を用いるマルチ波長システムは、記載された二重キャビティＳＬＭレーザ発振器のスキームから潜在的に利益を得ることができ、本発明は、いかなる特定の波長または波長の数にも限定されない。
ＲＧＢレーザ光を発生させるための方法および装置の実施形態が記載されてきて、他の改変、変化、および変更が、本明細書中に記載された教示を考慮する当業者に対して示唆されることは考えられる。従って、そのような変化、改変および変更のすべてが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲に入ると考えられることは当然である。特定の用語が本明細書中に利用されるけれども、その用語は限定の目的のためにではなく、単に一般的な意味および説明的な意味において用いられる。
１００ デジタルホログラフィック記録システム
１１０ ホログラフィックレーザ
１２０ ビームスプリッタ
１３０、１７０ リフレクタ
１４０ ピクセル
１５０ フィルム、ホログラフィックフィルム
１６０ 変調器
２１０ ポンプレーザ
２２０ ＳＬＭレーザ発振器
２３０ レーザ増幅器
２４０ 波長変換ステージ
３１０ 出力カプラ
３２０ 後部ミラー
３３０ キャビティ内部ミラー
３４０ レーザ媒質
３５０ 受動Ｑスイッチ
１１０ ホログラフィックレーザ
１２０ ビームスプリッタ
１３０、１７０ リフレクタ
１４０ ピクセル
１５０ フィルム、ホログラフィックフィルム
１６０ 変調器
２１０ ポンプレーザ
２２０ ＳＬＭレーザ発振器
２３０ レーザ増幅器
２４０ 波長変換ステージ
３１０ 出力カプラ
３２０ 後部ミラー
３３０ キャビティ内部ミラー
３４０ レーザ媒質
３５０ 受動Ｑスイッチ
Claims (9)
- パルスレーザ信号を生成するための二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器であって、
出力カプラと、
該出力カプラとともに第１のキャビティを形成する後部ミラーと、
該出力カプラと該後部ミラーとの間で共通の軸に沿って配置され、該出力カプラとともに第２のキャビティを形成するキャビティ内部ミラーと、
該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された、レーザ光を発生させるためのレーザ媒質と、
該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された受動Ｑスイッチであって、該受動Ｑスイッチと、該出力カプラの反射率とは、該レーザ発振器内のモードの数が３以下になるように制限されるように構成され、該第１のキャビティおよび該第２のキャビティは、該キャビティ内部ミラーの位置により、さらなるモード弁別を提供するように構成され、その結果、該レーザ発振器は、単一縦モードレーザパルスを生成する、受動Ｑスイッチと
を備える、レーザ発振器。 - 前記レーザ媒質は、前記レーザ発振器を１，０００回より多く通過させられるレーザ光を生成するように構成される、請求項１に記載のレーザ発振器。
- 前記出力カプラは、前記レーザ信号の波長において３０％未満の反射をする、請求項１に記載のレーザ発振器。
- 前記出力カプラは、前記レーザ信号の波長において１０％未満の反射をする、請求項１に記載のレーザ発振器。
- 前記キャビティ内部ミラーは、３０％〜４０％の反射率を有する、請求項１に記載のレーザ発振器。
- 前記レーザ発振器は、シードされない、請求項１に記載のレーザ発振器。
- ポンプレーザであって、
請求項１に記載のレーザ発振器と、
該レーザ発振器によって生成されたＳＬＭレーザパルスのエネルギーを増幅するための増幅器と
を備える、ポンプレーザ。 - パルスレーザ信号を生成する方法であって、
二重キャビティ単一縦モード（ＳＬＭ）レーザ発振器においてレーザ光を生成して、その結果該レーザ光の光子が、出力カプラと後部ミラーとの間に形成された第１のキャビティと、該出力カプラと該後部ミラーとの間で共通の軸に沿って配置されたキャビティ内部ミラーと該出力カプラとの間に形成された第２のキャビティの中を伝播することと、
該レーザ光が、該出力カプラと該キャビティ内部ミラーとの間に配置された受動Ｑスイッチに当たることであって、該受動Ｑスイッチと、該出力カプラの反射率とは、該レーザ発振器内のモードの数が３以下になるように制限されるように構成され、該第１のキャビティおよび該第２のキャビティは、該キャビティ内部ミラーの位置により、さらなるモード弁別を提供することによって、単一縦モード動作を達成する、ことと
該レーザ光が、該レーザ発振器を介して発振することであって、該レーザ発振器からＳＬＭパルスレーザ信号として出る前に、該レーザ発振器を１，０００回より多く通過させられる、ことと
を包含する、方法。 - シード信号によって前記レーザ発振器をシードすることなく該レーザ発振器を動作させることをさらに包含する、請求項８に記載の方法。
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