JPH01102985A - マルチビームラマン変換器および方法 - Google Patents

マルチビームラマン変換器および方法

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JPH01102985A
JPH01102985A JP26082087A JP26082087A JPH01102985A JP H01102985 A JPH01102985 A JP H01102985A JP 26082087 A JP26082087 A JP 26082087A JP 26082087 A JP26082087 A JP 26082087A JP H01102985 A JPH01102985 A JP H01102985A
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mirrors
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英夫 田代
Katsumi Midorikawa
克美 緑川
Susumu Nanba
難波 進
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/305Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in a gas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H01S3/08068Holes; Stepped surface; Special cross-section

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は赤外光高出力レーザーの高性能化に係わり、特
に赤外レーザーを用いたレーザー同位体分離、例えばウ
ラン濃縮用レーザーのマルチビームラマン変換器に関す
る。
(従来技術) 分子のラマン散乱によるシフト(誘導ラマン効果)によ
り、励起レーザー光の波長を変換して赤外長波長域で発
振するラマンレーザーは、一般に長波長域における利得
係数が小さいため、実効媒質長を長くするマルチパスの
方法が用いられている。具体的には、第3A、3B図に
示すような一対の凹面ミラーを平行に対向させて、光軸
外から入力させた励起レーザー光を第1のミラー31の
入力ロスポット位置0から入射させ、この鏡面間で集光
させなから反射を繰り返した後、第2のミラー32の出
力ロスポット位置25からラマンレーザーを出力するマ
ルチパスラマン変換器によって利得の増大が図られてい
る。第5図は、すでに開発されている低温型ラマンレー
ザー発振装置の断面図であり、内筒セル53の内部に活
性媒質のバラ水素ガスを充填して、その中に第1、第2
のミラー51.52を対向させ外部から励起レーザーを
入力してラマンレーザーを出力するものである。このよ
うに、従来装置では各ミラー面上に1つの孔を設けたも
のを入力口あるいは出力口として用いて、1つのラマン
変換器で1つの励起用ビームバスを構成するものであっ
た。
一般的に分子法に基づくレーザーウラン濃縮では、用い
るレーザーの単位断面積当たりのエネルギーに限界があ
るため、同位体分離装置を複数個設けて、その各々の分
離装置にレーザービームを照射する方法がとられている
。第4図に示すように、1つのラマン変換セル45内に
2対以上のミラー41.42および43.44を対向さ
せて配置し、入力ビーム数を増やして多ビームで出力す
るような実用的装置の実現を試みた例があった。
(発明が解決しようとする問題点) 従来のラマン変換器では、1つのラマン変換器から1つ
のビーム出力しか得られない、このため1対のミラーで
構成したラマン変換器を多数配置し、各々のミラ一対に
対して励起レーザー光を入力して複数のラマンレーザー
を出力する対策が検討されてきた。しかし、ウラン濃縮
等の同位体分離を目的とする実用装置を実現するために
は、装置が大掛かりとなり、レーザー効率、経済効率等
が著しく劣るという問題があった。
本発明は、ラマン変換器内に一対のミラーQみを構成し
、マルチビーム方式をとることにより、多ビーム多波長
型ラマンレーザー発振を実現してラマンレーザーシステ
ムを高効率化、簡素化することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 一対の凹面ミラーを平行に対向させ、このミラー面間で
所定回数の反射を繰り返すマルチパス光学系において、
ミラー面上の反射スポット位置は、ミラー面上の同一円
周上を等分割した点に配列される。
本発明は、相対向する第1のミラーと第2のミラーとを
構成して、各々のミラーの中心から異なる同径上の反射
スポット位置にレーザー光入力口が前記第1のミラー側
に、前記入力口と同数のレーザー光出力口が前記第2の
ミラー側にそれぞれ設けられていることを特徴とするラ
マン変換器、前記の入出力口の対がミラーの中心から等
しい円周上に複数個設けられており、この複数個の入出
力口の対にそれぞれ同一波長の励起レーザー光を所定の
時間に併せて入力し、レーザービーム間で相互作用を生
じせしめラマン変換を促進することを特徴とするラマン
変換方法、 互いに異なる波数を有する第1および第2のレーザー光
を、異なる位置から相対向するミラー間に入射し、第1
および第2のレーザー光を前舊己ミラー間で所定の回数
反射して前記第1および第2のレーザー光間で相互作用
を生じせしめ、第2のレーザー光の波長を変換するラマ
ン変換方法によって解決される。
(作用) ミラーの中心から相異なる半径上に複数の円周を有し、
その各々の円周上に1つの入出力孔を設けた第11第2
のミラーを設置した場合、入力励起レーザー光を同時に
、しかも同波長同エネルギーで入力したとすれば、これ
らのビームは互いに交差することがなく、ミラー間でラ
マン変換した後、はぼ同エネルギーのラマンレーザーを
出力することができる。
他方、同一円周上に2つ以上の入出力孔を設けた場合に
は、ビームは互いに交差し相互作用を誘起する。誘導ラ
マン散乱現象において、励起レーザー光ν、とストーク
ス光ν、とはラマンシフト量をΔν1とすると、シ3−
シ、−Δν諏の周波数整合の関係が満たされていれば、
ラマン変換を起こすために必ずしも励起レーザー光とス
トークス光が同軸上に存在する必要はない、従って、1
つのビーム光路上にストークス光または励起レーザー光
を入力し、他のビーム光路から励起レーザー光を同時に
入力することによって、1つのビーム光路上のストーク
ス光ν3を他のビーム上の励起レーザー光νPで励起す
ることが可能となる。
本発明によって、1つの励起レーザー光を入力して1つ
のラマンレーザーを出力する従来装置での出力の限界を
越えてストークス発振させることが可能になる。
また、第3A、3B図のマルチパス光学系において、ミ
ラー面上のビームスポットの大きさdは、波長λ、ミラ
ー間の距離し、ミラーの曲率Rによって表され、 となる。従って、ストークス光λ、に対してN個−のス
ポットをミラー上に生じるために円周半径r0は、 re”1/2π・dN となる。半径r0の円周上の外側に更にもう1つのビー
ム光路をつくる場合には、第1A、18図におけるその
半径r、は、 r、=r0+a で表す位置となる。これによるミラー面積Sの増加面積
量ΔSは、 ΔS=π (r’+”  −ro” ) −、ΔS /
 S−2d / r 。
であり、d / r o = 0.1〜0.2であるか
ら第4図に示すような複数のビームをそれぞれ独立した
ミラ一対により発振させる従来装置よりも、1つのミラ
ー径の大きさを数十パーセント増加させることによって
、ラマンレーザー発振等の装置を簡素化し、しかも効率
的に発振させることが実現できる。また、外側円周に対
して、そのスポット数は、Nx (r6 +d)/r。
となるのでスポット数すなわち折り返しパスの数を更に
増加することも可能である。
(発明の効果) 本発明によって、ラマン変換器のミラーの大きさを従来
のものより10%程度大きくすることにより、1つのラ
マン変換器で同時に多数のビームをラマン変換できるよ
うになり、ラマン変換能力または効率を大幅に高めるこ
とが可能になった。
(実施例) 以下に、本発明に基づ〈実施例を図面を参照しなから詳
細に説明する。
励起CO!レーザーを入力源とする赤外のラマンレーザ
ーは、第5図に示すようなミラ一対をラマン媒質が充填
されたラマン変換器内に設けて励起ビームを所定回数反
射させて光路長を増長し、誘導ラマン変換により発振さ
せる。゛第1A、18図は本発明の第1の実施例を示す
もので、ミラ一対の各々の正面図である。ミラーの中心
から相異なる2つの円周(同心円)上にスポット位置を
有する第1のミラー11と第2のミラー12において、
第1のミラー11には、その各円周上の任意のスポット
位置に各々A、Bの1個の入力口を開け、同様に第2の
ミラー12には所定の反射回数を繰り返して出射する出
力口を、Aに対してa、Bに対してbを開ける。このミ
ラ一対から成るラマン変換器を第5図のラマンセル53
内に配置し、2つの同一波長の励起CO!レーザー光を
第1のミラー側から同時に入力させ、例えばスポット位
置0の入力口から入力したレーザー光は第2のミラーの
スポット位置1で反射し、また第1のミラーのスポット
位置3で反射される。このように往復反射を繰り返し、
例えば出力口37に至るまでの間にラマン変換した後、
2ビームのラマンレーザーを出射させる。ラマン変喚内
で2つのビームは集束しなから反射が繰り返されるが2
つのビームは反射スポットの径が任意の距離ずれている
ので、相互に接触することがなく、入力励起レーザーの
波長が同じであればラマンレーザーはほぼ同エネルギー
で出射される。
第2図は、本発明の第2の実施例を示す第1および第2
のミラーの正面図である。第1のミラー21において、
ミラーの中心から相異なる2つの円周を設け、その外側
の円周上には2つの入力口、C,Dを、内側の円周上に
は1つの入力口Eを設ける。第1のミラー21とその対
称をなす第2のミラー22には、第1のミラーと同数の
出力口、Cに対してcsDに対してd、Hに対してeを
設ける。前記第1のミラーと第2のミラーを対向させて
、入力口Cからは、高効率のラマン変換が起こるしきい
値以上のエネルギーを有するCotパルスレーザ−を入
力し、他方、入力口り、Eからはラマン変換のしきい値
に到達しない弱いパルスレーザ−を、Cの入力レーザー
に対して時間的なタイミングを図って入力する。入力口
Cから入射したCO!パルスレーザ−は、出力口りと同
一円周上にあるためミラーの反射光路で重なり、Dのパ
ルスレーザ−を補助励起光源として成長し、その出力は
増大する。一方、Dの出射ビームではラマン出力は観測
されない、また、入力口Eから入射したパルスレーザ−
は、前述した第1の実施例と同様に、入力口が相異なる
円周上に設けられているため、CのビームあるいはDの
ビームと重ならず、相互作用を及ぼさない、従って、入
力口Eから入射のパルスレーザ−は独立したラマン変換
過程を起こす、Eのパルスエネルギーがしきい値に達し
ていないのでラマン出力はほとんど観測されない。
このように、ビ°−ム重畳法によって入力口りから入力
したビームを入力口Cのビーム側にラマン散乱作用によ
ってパルスエネルギーを移乗させることができ、また、
この方法によりポンプパルスのビームをラマンビームに
統合することもできる。
本発明は、前述した第1、第2の実施例のほかにミラー
の中心から半径の異なる多数の円周上に第1、第2の実
施例に示すような構成を組み合わせて、あるいは単純化
して高出力のラマンレーザーを多ビームで出力すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1A図および第1B図は、本発明に基づく第1の実施
例を示すミラ一対の各々の正面図、第2A図および第2
B図は、本発明に基づく第゛2の実施例を示すミラ一対
の各々の正面図、第3A図は、従来装置に用いたミラ一
対を構成する斜視図、第3B図は、第3A図の断面図、
第4図は、従来検討された複数のミラ一対による同位体
分離装置の概念図、 第5図は、従来のラマンレーザー発振装置の断面図を示
す。 (符号の説明) 11.21.31.41.43.51・・・・・・第1
のミラー12.22.32.42.44.52・・・・
・・第2のミラー45.53  ・・・・・・ラマンセ
ルA、B、C,D、E・・・・・・入力口a、b、c、
d、、e”−・・・出力口図面の浄書<pigに変更な
しλ 第1A図 第1B図 手続補正書く方式) 6F2.15 昭和  年  月  日 1、事件の表示   昭和62年特許願第260820
号2、発明の名称   マルチビームラマン変換器およ
び方法3、補正をする者 事件との関係  出願人 名称 (679)理化学研究所 4、代理人 7、補正の内容    別紙のとおり

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)相対向する第1のミラーと第2のミラーとを備え
    、複数個のレーザー光入力口とこれら入力口の各々に対
    応する複数個のレーザー出力口が前記第1および前記第
    2のミラーに設けられているマルチビームラマン変換器
  2. (2)前記レーザー光入力口およびこの入力口に対応す
    るレーザー光出力口が、ミラーの中心から同一径上に設
    けられており、入力口同士、出力口同士は異なる径上に
    設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第(1
    )項記載のマルチビームラマン変換器。
  3. (3)前記入力口および出力口同士がミラーの中心から
    等しい円周上に設けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲(1)記載のマルチビームラマン変換器。
  4. (4)互いに異なる波長を有する第1および第2のレー
    ザー光を、異なる位置から相対向するミラー間に入射し
    、第1および第2のレーザー光を前記ミラー間で所定の
    回数反射して前記第1および第2のレーザー光間で相互
    作用を生じせしめ、第2のレーザー光の波長を変換する
    ラマン変換方法。
  5. (5)前記第1および第2のレーザー光が前記ミラーの
    同一径上から入射され、同一径上から出射されることを
    特徴とする特許請求の範囲第(4)項記載のラマン変換
    方法。
  6. (6)同一の波長を有する第1および第2のレーザー光
    を、相対向する一対のミラーの同一径上から併せて所定
    の時間前記ミラー間に入力し、これらレーザービーム間
    で相互作用を生ぜしめラマン変換を促進することを特徴
    とするラマン変換方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000028631A1 (fr) * 1998-11-10 2000-05-18 Tokyo Denshi Kabushiki Kaisha Appareil pour photoreaction

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000028631A1 (fr) * 1998-11-10 2000-05-18 Tokyo Denshi Kabushiki Kaisha Appareil pour photoreaction
US6487003B1 (en) 1998-11-10 2002-11-26 Tokyo Denshi Kabushiki Kaisha Optical interaction device

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