JPH01147881A - モードロックされたレーザ - Google Patents
モードロックされたレーザInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1112—Passive mode locking
-
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- H01S—DEVICES 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
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- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
-
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
-
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- H01S—DEVICES 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
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H01S3/1304—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by using an active reference, e.g. second laser, klystron or other standard frequency source
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の利用分野）
この発明はレーザに、特に、モードロックされたレーザ
に関するものである。
に関するものである。
受動的（Ｐａｓｓｉｖｅ）モードロッキングは、レーザ
を用いて超短パルス（即ち、１００ｐ秒半値全幅（ＦＷ
ＨＭ）以下のパルス）を作るための公知の方法である。
を用いて超短パルス（即ち、１００ｐ秒半値全幅（ＦＷ
ＨＭ）以下のパルス）を作るための公知の方法である。
（例えば、Ｎ、Ｒ，ベラシェンコフ（Ｂｅ−Ｉａｓｈｅ
ｎｋｏｖ）氏他によるｒ ＹＡＧ：Ｎｄ”−Ｌａｓｅ
ｒ ｆｏｒＳｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓＪ、Ｉｎ５ｔｒ、＆ Ｅｘｐ。
ｎｋｏｖ）氏他によるｒ ＹＡＧ：Ｎｄ”−Ｌａｓｅ
ｒ ｆｏｒＳｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓＪ、Ｉｎ５ｔｒ、＆ Ｅｘｐ。
Ｔｅｃｈ、Ｎｏ、 １．１９８７年２０４〜２０５頁参
照。）受動的モードロッキングを行うために、レーザの
共振器中の共振ミラーの直前に、レーザ波長を吸収する
色素溶液を入れた薄いキュベツトを配置することが知ら
れている。適切に選択した色素を用いると、色素溶液の
透過度は入射光の強度によって決まる。なぜなら、顕著
な変動（光子ノイズ）がまだ存在しているレーザの振動
の開始時に、光強度が強い時はより多くの色素分子が、
レーザ光を吸収できないかあるいは非常に僅かにしか吸
収できない（即ち、退色（ａｕｓｂｌｅｉｃｈｅｎ）す
る）励起状態にされるために、最も顕著なノイズビーク
のみが比較的少量の減衰を受けるだけで色素溶液を通過
することができ、一方、より弱いノイズピークは大きく
抑圧されるためである。共振器においては、前後に移動
し次第に急峻かつ短くなるパルスが形成され、そのパル
スか出力ミラー（Ａｕｓｋｏｐｐｅ−Ｉｓｐｉｅｇｅｌ
）に当る毎に、パルスのある程度の分が外部に結合され
る。このようにして、レーザの出力には超短パルス列が
現われる。
照。）受動的モードロッキングを行うために、レーザの
共振器中の共振ミラーの直前に、レーザ波長を吸収する
色素溶液を入れた薄いキュベツトを配置することが知ら
れている。適切に選択した色素を用いると、色素溶液の
透過度は入射光の強度によって決まる。なぜなら、顕著
な変動（光子ノイズ）がまだ存在しているレーザの振動
の開始時に、光強度が強い時はより多くの色素分子が、
レーザ光を吸収できないかあるいは非常に僅かにしか吸
収できない（即ち、退色（ａｕｓｂｌｅｉｃｈｅｎ）す
る）励起状態にされるために、最も顕著なノイズビーク
のみが比較的少量の減衰を受けるだけで色素溶液を通過
することができ、一方、より弱いノイズピークは大きく
抑圧されるためである。共振器においては、前後に移動
し次第に急峻かつ短くなるパルスが形成され、そのパル
スか出力ミラー（Ａｕｓｋｏｐｐｅ−Ｉｓｐｉｅｇｅｌ
）に当る毎に、パルスのある程度の分が外部に結合され
る。このようにして、レーザの出力には超短パルス列が
現われる。
この方法の欠点は、特に、色素溶液の光化学的安定性が
低いこと、色素濃度及び色素キュベツトの位鐙と厚さの
設定が微妙であるという点にある。この場合、しばしば
要求される半波長の発光は、周波数を、総じて特に有効
な共振器内ではなく、周波数を２倍にする結晶によって
外部で２倍にすることによってしか達成できない。なぜ
なら、レーザ波長の２分の１では、色素溶液はしばしば
、損失を高くする顕著な吸収性を呈するためである。（
例えば、フォーク（Ｆａｌｋ）氏他によるｒＰｕｌｓｅ
Ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ
ＩｎｔｅｒｖａｌｌｙＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｏｕｂ
ｌｅｄ Ｌａ５ｅｒ Ｊ ｊＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＱｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ
、 ＱＥ−１１、Ｎｏ、７．１９７５年７月−３６５〜
３６７頁、ウメガキ（Ｓ、Ｕｍ’ｅｇａｋｉ）氏による
ｒ Ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ
５ｅｃｏｎｄ Ｈａｒｎ＋ｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏ
ｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ ｔｏ Ｌａ５ｅｒ Ｃ
ａｖｉｔｙ Ｊ ＪＡＰＡＮ。
低いこと、色素濃度及び色素キュベツトの位鐙と厚さの
設定が微妙であるという点にある。この場合、しばしば
要求される半波長の発光は、周波数を、総じて特に有効
な共振器内ではなく、周波数を２倍にする結晶によって
外部で２倍にすることによってしか達成できない。なぜ
なら、レーザ波長の２分の１では、色素溶液はしばしば
、損失を高くする顕著な吸収性を呈するためである。（
例えば、フォーク（Ｆａｌｋ）氏他によるｒＰｕｌｓｅ
Ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ
ＩｎｔｅｒｖａｌｌｙＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｏｕｂ
ｌｅｄ Ｌａ５ｅｒ Ｊ ｊＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＱｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ
、 ＱＥ−１１、Ｎｏ、７．１９７５年７月−３６５〜
３６７頁、ウメガキ（Ｓ、Ｕｍ’ｅｇａｋｉ）氏による
ｒ Ａｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ
５ｅｃｏｎｄ Ｈａｒｎ＋ｏｎｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏ
ｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ ｔｏ Ｌａ５ｅｒ Ｃ
ａｖｉｔｙ Ｊ ＪＡＰＡＮ。
Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、１５（１９７６）Ｎ
ｏ、８．１５９５〜１５９６頁参照。） さらに、多くの場合、正確に時間同期した、超短レーザ
放出パルスの列を提供する２つの異なるタイプのレーザ
が要求されることがある。これまでは、この要求は相当
な費用をかけてしか達成することができなかった。２つ
のレーザな同期させるための１つの公知の方法では、モ
ードロックされたマスク発振器を用いて、他のレーザ（
通常は色素レーザ）を直接または第２高調波で同期的に
ボンピングする。これに伴う欠点は、マスク発振器自体
がモードロックされねばならず、また、この方法によっ
て同期させることのできる異るレーザの組合わせの数に
限界があるということである。
ｏ、８．１５９５〜１５９６頁参照。） さらに、多くの場合、正確に時間同期した、超短レーザ
放出パルスの列を提供する２つの異なるタイプのレーザ
が要求されることがある。これまでは、この要求は相当
な費用をかけてしか達成することができなかった。２つ
のレーザな同期させるための１つの公知の方法では、モ
ードロックされたマスク発振器を用いて、他のレーザ（
通常は色素レーザ）を直接または第２高調波で同期的に
ボンピングする。これに伴う欠点は、マスク発振器自体
がモードロックされねばならず、また、この方法によっ
て同期させることのできる異るレーザの組合わせの数に
限界があるということである。
別の公知の同期方法では、色素レーザ中に、レーザ発振
可能な吸収材料色素を用いて、これら２つのレーザ媒体
のモードロッキングが生じるようにする。（Ｚ、Ａ、ヤ
サ（Ｙａｓａ）氏他、Ａｐｐｌ、Ｐｈ−ｙｓ、Ｌｅｔｔ
、３０、Ｎｏ、１ｊ９７７．２４〜２６頁、Ｗ、デイ−
チル（Ｄｉｅｔｅｌ）氏他、ｒＯＰＴＩｃｓ ＣＯＭＭ
ＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ 」３５、Ｎｏ、 ３．１９８０
年１２月、４４５〜４４６頁参照。）この方法の欠点は
、ボンピングレーザ波長がレーザ色素による吸収に適合
するようにされねばならず、従って、これも可能なレー
ザの組合せの数に限界があるということである。さらに
、異なる波長の超短パルス、例えば、２つのモードロッ
クされたレーザの放射の和周波数あるいは差周波数を持
った超短パルスを作りたい場合がしばしばある。
可能な吸収材料色素を用いて、これら２つのレーザ媒体
のモードロッキングが生じるようにする。（Ｚ、Ａ、ヤ
サ（Ｙａｓａ）氏他、Ａｐｐｌ、Ｐｈ−ｙｓ、Ｌｅｔｔ
、３０、Ｎｏ、１ｊ９７７．２４〜２６頁、Ｗ、デイ−
チル（Ｄｉｅｔｅｌ）氏他、ｒＯＰＴＩｃｓ ＣＯＭＭ
ＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ 」３５、Ｎｏ、 ３．１９８０
年１２月、４４５〜４４６頁参照。）この方法の欠点は
、ボンピングレーザ波長がレーザ色素による吸収に適合
するようにされねばならず、従って、これも可能なレー
ザの組合せの数に限界があるということである。さらに
、異なる波長の超短パルス、例えば、２つのモードロッ
クされたレーザの放射の和周波数あるいは差周波数を持
った超短パルスを作りたい場合がしばしばある。
これまでは、この目的のためには、別の非直線性の媒体
が使用されていた。
が使用されていた。
（発明の概要）
活性媒体と、第１と第２のミラーによって画定され、活
性媒体が配置される光共振器と、活性媒体と第２のミラ
ーの間に配置された受動的モードロッキング用非線形光
学手段とを有するモードロックされたレーザから出発し
て、この発明は、良好な安定性を持ち、＃Ｊ単に使用す
ることが可能であり、応答時間が短く、共振器内での周
波数増倍、あるいは、より一般化して言えば、周波数変
換を可能とする受動的モードロッキング用の改良された
手段を有するモードロックされたレーザを提供するとい
う問題を解決する。
性媒体が配置される光共振器と、活性媒体と第２のミラ
ーの間に配置された受動的モードロッキング用非線形光
学手段とを有するモードロックされたレーザから出発し
て、この発明は、良好な安定性を持ち、＃Ｊ単に使用す
ることが可能であり、応答時間が短く、共振器内での周
波数増倍、あるいは、より一般化して言えば、周波数変
換を可能とする受動的モードロッキング用の改良された
手段を有するモードロックされたレーザを提供するとい
う問題を解決する。
この発明によれば、第２のミラーと組合わせた非線形の
光学手段が、強度の低い放射に比して高強度の放射が優
先的に反射されるようにし、レーザの基本周波数の放射
を第１と第２の周波数に可逆的に変換するが、この場合
、強度の増大に伴って、第２の周波数の放射の部分が増
加し、かつ、第２のミラーが第１の周波数よりも第２の
周波数で大きく反射するように変換が行われる。非線形
光学手段は、例えば、周波数を２倍にする光学素子ある
いはパラメトリック光学素子を含めることかてきる。前
者の場合は、第１の周波数はレーザの基本周波数ｆＯで
あり、第２の周波数は２ｆｏである。後者の場合は、ｆ
Ｏよりも低い２つの周波数ｆ１とｆ２が生成される。
光学手段が、強度の低い放射に比して高強度の放射が優
先的に反射されるようにし、レーザの基本周波数の放射
を第１と第２の周波数に可逆的に変換するが、この場合
、強度の増大に伴って、第２の周波数の放射の部分が増
加し、かつ、第２のミラーが第１の周波数よりも第２の
周波数で大きく反射するように変換が行われる。非線形
光学手段は、例えば、周波数を２倍にする光学素子ある
いはパラメトリック光学素子を含めることかてきる。前
者の場合は、第１の周波数はレーザの基本周波数ｆＯで
あり、第２の周波数は２ｆｏである。後者の場合は、ｆ
Ｏよりも低い２つの周波数ｆ１とｆ２が生成される。
この発明によれば、モードロックされるレーザの形式に
関し、大幅な制限を受けることなしに、簡単な方法で２
つのレーザなモードロックすることができる。あるいく
つかの特定の実施例においては、２つのレーザのレーザ
周波数の和または差の周波数を利用することができる。
関し、大幅な制限を受けることなしに、簡単な方法で２
つのレーザなモードロックすることができる。あるいく
つかの特定の実施例においては、２つのレーザのレーザ
周波数の和または差の周波数を利用することができる。
この発明による装置を用いると、レーザの受動的モード
ロッキングにより、超短パルスの発生を従来に比して大
幅に安定したものとすることができる。公知の非線形光
学結晶は、一般に、色素溶液を有するキュベツトに比し
て非常に高い破壊閾値を持っており、その性質は色素溶
液に比して時間的に一定している。さらに、この発明の
装置は組立てと調整が簡単で、他の補助的手段、例えば
、色素溶液を入れたキュベツトを用いる時、溶液中に縞
模様が発生しないようにし、かつ、いくらか長期の吸収
安定性を得るために必要とされるような循環ポンプなど
を必要としない。さらに、従来法によれば、溶液中の色
素の緩和時間が有限であるのに対し、この出願の方法で
は、純粋に電子的な操作で、測定できないほど短い応答
時間が得られ、従って、従来の方法と対照的に、達成で
きるパルスの短さは活性媒体のみに依存することになる
。
ロッキングにより、超短パルスの発生を従来に比して大
幅に安定したものとすることができる。公知の非線形光
学結晶は、一般に、色素溶液を有するキュベツトに比し
て非常に高い破壊閾値を持っており、その性質は色素溶
液に比して時間的に一定している。さらに、この発明の
装置は組立てと調整が簡単で、他の補助的手段、例えば
、色素溶液を入れたキュベツトを用いる時、溶液中に縞
模様が発生しないようにし、かつ、いくらか長期の吸収
安定性を得るために必要とされるような循環ポンプなど
を必要としない。さらに、従来法によれば、溶液中の色
素の緩和時間が有限であるのに対し、この出願の方法で
は、純粋に電子的な操作で、測定できないほど短い応答
時間が得られ、従って、従来の方法と対照的に、達成で
きるパルスの短さは活性媒体のみに依存することになる
。
この発明を少し改変するだけで、２つのレーザのモード
ロ・ンキングと同期化とを簡単な方法で行うことがてき
る。この特徴は広く応用可能であり、同期化するレーザ
の波長領域については実用上回の制限も受けない。
ロ・ンキングと同期化とを簡単な方法で行うことがてき
る。この特徴は広く応用可能であり、同期化するレーザ
の波長領域については実用上回の制限も受けない。
（実施例の説明）
第１図のレーザは、第１の共振器ミラー７と第２の共振
器ミラー５とを有するレーザ共振器と、活性媒体６と、
例えば、反射防止被膜を有する入口及び出口面２．３を
有する周波数２逓倍結晶ｌのような周波数２逓倍素子、
回転可能に設けられた面平行ガラス板４、及び、レーザ
媒体６によって放出される放射の基本波長に対して比較
的高い透過性を有し、周波数が２倍にされた放射の波長
に対しては最大の反射性を呈するダイクロイックミラー
８とを含んでいる。共振器ミラー７は基本波長て最大の
反射性を示し、一方、共振器ミラー５は周波数が２倍の
放射に対して最大の反射性を有すると共に、基本波長に
対しては、２倍の周波数の放射に対する反射よりも低い
反射性を呈する０例えば、Ｒは、０．０５〜０．３及び
それ以上である。
器ミラー５とを有するレーザ共振器と、活性媒体６と、
例えば、反射防止被膜を有する入口及び出口面２．３を
有する周波数２逓倍結晶ｌのような周波数２逓倍素子、
回転可能に設けられた面平行ガラス板４、及び、レーザ
媒体６によって放出される放射の基本波長に対して比較
的高い透過性を有し、周波数が２倍にされた放射の波長
に対しては最大の反射性を呈するダイクロイックミラー
８とを含んでいる。共振器ミラー７は基本波長て最大の
反射性を示し、一方、共振器ミラー５は周波数が２倍の
放射に対して最大の反射性を有すると共に、基本波長に
対しては、２倍の周波数の放射に対する反射よりも低い
反射性を呈する０例えば、Ｒは、０．０５〜０．３及び
それ以上である。
活性媒体６かレーザ発振の閾値を越えてボンピングされ
ると、周波数２逓倍結晶ｌでは、基本周波数のレーザ放
射の一部が２倍の周波数の放射に変換される。変換の程
度ηは、当然ながら、レーザ放射の強度に比例して大き
くなる。ミラー５によって反射された２倍の周波数の放
射が周波数２逓倍結晶に再入射する時に正しい位相位置
を持っている場合には、そのほとんどが再び基本周波数
に変換される。２つの波長に対する空気中及びガラス中
での分散度か異るので、上記の再変換は、例えば、ガラ
ス板４を小さな角度だけ回転させて、これらの条件が満
足されるいくらか異った光路長を形成することにより、
あるいは、ミラー５を光軸に沿って動かすことにより、
あるいは、共振器中の空気圧を適当に変えることによっ
て、行われる。こうして得られる効果は、ミラー５と基
本周波数に対する周波数２逓倍結晶との組合わせによっ
て、周波数２逓倍な行わない場合、あるいは、基本周波
数と高調波との間の位相整合が正確に行われていない場
合にくらべて、実効的により高い反射率が得られる。
ると、周波数２逓倍結晶ｌでは、基本周波数のレーザ放
射の一部が２倍の周波数の放射に変換される。変換の程
度ηは、当然ながら、レーザ放射の強度に比例して大き
くなる。ミラー５によって反射された２倍の周波数の放
射が周波数２逓倍結晶に再入射する時に正しい位相位置
を持っている場合には、そのほとんどが再び基本周波数
に変換される。２つの波長に対する空気中及びガラス中
での分散度か異るので、上記の再変換は、例えば、ガラ
ス板４を小さな角度だけ回転させて、これらの条件が満
足されるいくらか異った光路長を形成することにより、
あるいは、ミラー５を光軸に沿って動かすことにより、
あるいは、共振器中の空気圧を適当に変えることによっ
て、行われる。こうして得られる効果は、ミラー５と基
本周波数に対する周波数２逓倍結晶との組合わせによっ
て、周波数２逓倍な行わない場合、あるいは、基本周波
数と高調波との間の位相整合が正確に行われていない場
合にくらべて、実効的により高い反射率が得られる。
もっと正確な理論的考察を行うと１周波数２ｉ倍結晶の
この非線形のふるまいによって生しる実効的反射率Ｒ１
１は次のように表わせることがわかる。
この非線形のふるまいによって生しる実効的反射率Ｒ１
１は次のように表わせることがわかる。
Ｒｎ＋＝ ［ηＲ２＋（１−η）Ｒ＋ ］ （１−ｔａ
ｎｈ２（［ηＩｌｚ＋（１−７７）Ｒ＋ ］ ” ・ａ
ｒｔａｎｈ丁Ｗ−ここで、Ｒ□は基本波長に対するミラ
ー５の（線形）反射係数、Ｒ２は周波数が２倍にされた
放射に対するミラー５の（線形）反射係数である。η＝
０．５、即ち、基本周波数の高調波への変換の効率が５
０％の場合について、周波数２逓倍結晶１、ガラス板４
及びミラー５の組合わせによる、Ｒ１をパラメータとし
た、正規化された入力強度の関数としての１反射放射の
強度を表わす曲線を示す。
ｎｈ２（［ηＩｌｚ＋（１−７７）Ｒ＋ ］ ” ・ａ
ｒｔａｎｈ丁Ｗ−ここで、Ｒ□は基本波長に対するミラ
ー５の（線形）反射係数、Ｒ２は周波数が２倍にされた
放射に対するミラー５の（線形）反射係数である。η＝
０．５、即ち、基本周波数の高調波への変換の効率が５
０％の場合について、周波数２逓倍結晶１、ガラス板４
及びミラー５の組合わせによる、Ｒ１をパラメータとし
た、正規化された入力強度の関数としての１反射放射の
強度を表わす曲線を示す。
ここで、各ケースにおいて、実線は非線形の反射１１ｎ
ｌを表わし、点線は周波数２逓倍結晶を用いない場合の
線形反射Ｒ０を示す。次に、より正確な理論的説明を示
す。
ｌを表わし、点線は周波数２逓倍結晶を用いない場合の
線形反射Ｒ０を示す。次に、より正確な理論的説明を示
す。
この発明によるレーザ構成を用いると、大きな強度のノ
イズピークは、公知の受動的モードロッキング用装置を
用いた場合と同様に、反射率が高くなり、従って、全体
的増幅度が大きくなるので、単一の超短パルスが形成さ
れ、このパルスは共振器中を循環する。その結果、基本
波長たけでなく、高調波においても超短パルスが形成さ
れるが、このパルスは、はとんどか、上述したようにし
て、周波数２逓倍結晶によって基本波長に再変換される
。しかし、再変換されなかった２倍の周波数の光の残り
の部分はダイクロイックミラー８によって、基本波の波
長の２分の１の短いパルスとして出力される。
イズピークは、公知の受動的モードロッキング用装置を
用いた場合と同様に、反射率が高くなり、従って、全体
的増幅度が大きくなるので、単一の超短パルスが形成さ
れ、このパルスは共振器中を循環する。その結果、基本
波長たけでなく、高調波においても超短パルスが形成さ
れるが、このパルスは、はとんどか、上述したようにし
て、周波数２逓倍結晶によって基本波長に再変換される
。しかし、再変換されなかった２倍の周波数の光の残り
の部分はダイクロイックミラー８によって、基本波の波
長の２分の１の短いパルスとして出力される。
第３図は第１図に示す構成によって生成されるレーザパ
ルス列の時間的プロフィールを示すオシログラムである
。このオシログラムは、３５０ｐ秒の立上り時間をもつ
ホトダイオードとオシログラ。
ルス列の時間的プロフィールを示すオシログラムである
。このオシログラムは、３５０ｐ秒の立上り時間をもつ
ホトダイオードとオシログラ。
の組合わせを用いてとったものなので、実際のパルス幅
は明瞭ではない。しかし、非線形光学的方法を用いた場
合にはこの幅は１００ｐ秒より短いことがわかっている
。達成可能な半値全幅の下限は非線形光学媒体６のみに
よって決まり、非線形光学結晶、ガラス板及びミラーか
らなる構成によっては決定されない。なぜなら、非線形
光学結晶の応答時間は純粋に電子工学的手段によって制
御され、従って、実用上測定し得ないほど短いからであ
る。
は明瞭ではない。しかし、非線形光学的方法を用いた場
合にはこの幅は１００ｐ秒より短いことがわかっている
。達成可能な半値全幅の下限は非線形光学媒体６のみに
よって決まり、非線形光学結晶、ガラス板及びミラーか
らなる構成によっては決定されない。なぜなら、非線形
光学結晶の応答時間は純粋に電子工学的手段によって制
御され、従って、実用上測定し得ないほど短いからであ
る。
第１図の実施例は周波数２逓倍結晶を用いた特に簡単な
ケースであるが、この発明では、原理的に１周波数２逓
倍結晶の代りに、基本周波数を１以上の他の波長に可逆
的に変換する他の非線形光学手段を用いることかできる
。従って、非線形光学手段として、共同して公知のやり
方で周波数を３倍にすることのできる２個の結晶を有す
る構成や、あるいは、基本周波数を、加えると再び基本
周波数と等しくなる、基本周波数より低い２つの周波数
に分割するパラメトリック光学結晶を用いることもでき
る。周波数を２倍にする結晶を用いた前述の例から種々
の変形を引出すことは、この技術分野の知識を有する者
には容易なのて、詳細な説明は行わない。同様に、必要
とあれば容易に実施し得るような別の変形も可能である
。例えば、ダイクロイックミラー８を省略し、非線形媒
体６によって伝送された周波数を２倍にされた放射の外
部への結合をミラー７によって行うようにすることもで
きる。この場合、ミラー７は周波数が２倍にされた放射
に対して最大の透過率を呈することが好ましい。しかし
、この変形は、周波数を２倍にされた波に対して、活性
媒体６がいかなる感知し得る程の吸収性をも持たない時
にのみ、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧを用いたようなう場合に
のみ有効である。また、既に述べたが、位相整合に用い
るガラス板４は巾に回動させることによって位相整合を
得られる特に便利な手段の代表例であるが、空気の分散
作用を非線形光学結晶ｌとミラー５の間（この間の距離
は正確に設定しなければならない）で利用する場合には
省略できる。これも既に述べたが、ミラーの位置を変え
る代りに、空気圧を変化させることもできる。これは特
に、装置全体を、例えば、はこりから保護するために圧
力容塁中に収容する場合には有効な方法である。
ケースであるが、この発明では、原理的に１周波数２逓
倍結晶の代りに、基本周波数を１以上の他の波長に可逆
的に変換する他の非線形光学手段を用いることかできる
。従って、非線形光学手段として、共同して公知のやり
方で周波数を３倍にすることのできる２個の結晶を有す
る構成や、あるいは、基本周波数を、加えると再び基本
周波数と等しくなる、基本周波数より低い２つの周波数
に分割するパラメトリック光学結晶を用いることもでき
る。周波数を２倍にする結晶を用いた前述の例から種々
の変形を引出すことは、この技術分野の知識を有する者
には容易なのて、詳細な説明は行わない。同様に、必要
とあれば容易に実施し得るような別の変形も可能である
。例えば、ダイクロイックミラー８を省略し、非線形媒
体６によって伝送された周波数を２倍にされた放射の外
部への結合をミラー７によって行うようにすることもで
きる。この場合、ミラー７は周波数が２倍にされた放射
に対して最大の透過率を呈することが好ましい。しかし
、この変形は、周波数を２倍にされた波に対して、活性
媒体６がいかなる感知し得る程の吸収性をも持たない時
にのみ、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧを用いたようなう場合に
のみ有効である。また、既に述べたが、位相整合に用い
るガラス板４は巾に回動させることによって位相整合を
得られる特に便利な手段の代表例であるが、空気の分散
作用を非線形光学結晶ｌとミラー５の間（この間の距離
は正確に設定しなければならない）で利用する場合には
省略できる。これも既に述べたが、ミラーの位置を変え
る代りに、空気圧を変化させることもできる。これは特
に、装置全体を、例えば、はこりから保護するために圧
力容塁中に収容する場合には有効な方法である。
この発明の別の態様では、同時に、Ｑの切換えを、公知
の方法、例えば、ポッケルスセルを用いて共振器中て行
う。また、公知の受動的モードロッキングの方法と全く
同様に、この発明の方法は、例えば、音響光学モードカ
ブラを用いて、旋動的モードロッキング法と共に用いる
ことができる。知られているように、このようにすると
、特に高い振幅安定性が得られる。
の方法、例えば、ポッケルスセルを用いて共振器中て行
う。また、公知の受動的モードロッキングの方法と全く
同様に、この発明の方法は、例えば、音響光学モードカ
ブラを用いて、旋動的モードロッキング法と共に用いる
ことができる。知られているように、このようにすると
、特に高い振幅安定性が得られる。
非線形光学手段に適する材料は、ＫＤＰ （リン酸二水
素カリウム）、ＫＴＰ（にＴｉ０ＰＯ−−リン酸チタニ
ルカリウム）、ＫＤＤＰ（重水素化リン酸二水素カリウ
ム）、ニオブ酸リチウム等の結晶である。
素カリウム）、ＫＴＰ（にＴｉ０ＰＯ−−リン酸チタニ
ルカリウム）、ＫＤＤＰ（重水素化リン酸二水素カリウ
ム）、ニオブ酸リチウム等の結晶である。
この発明の推奨実施例では、共振器の長さは約１ｍであ
り、これはそれほど臨界的なものではない。さらに、活
性レーザ媒体はＮｄ−ＹＡＧてあり、非線形光学手段は
ＫＴＰの周波数２逓倍結晶である。Ｎｄ−ＹＡＧ放射の
基本波長１１０６０ｎにおける一方の共振器ミラー５の
反射率は約３０％であり、周波数を２倍にされた放射（
即ち、波長５３０ｎｓ）に対する反射率はほぼ１００％
である。
り、これはそれほど臨界的なものではない。さらに、活
性レーザ媒体はＮｄ−ＹＡＧてあり、非線形光学手段は
ＫＴＰの周波数２逓倍結晶である。Ｎｄ−ＹＡＧ放射の
基本波長１１０６０ｎにおける一方の共振器ミラー５の
反射率は約３０％であり、周波数を２倍にされた放射（
即ち、波長５３０ｎｓ）に対する反射率はほぼ１００％
である。
第４図に示すレーザ装置は、第１のミラー１２と第２の
ミラー１４によって画定される第１の光共振キャビティ
、即ち、レーザ共振器１０と、第３のミラー１８と第２
のミラー１４とによって画定される第２のレーザ共振器
１６とを含む。第１の共振器１０には、第１の活性レー
ザ媒体２０が、また、第２の共振器には第２の活性レー
ザ媒体２２が設けられている。この装置には、さらに、
ビーム合成手段２４、例えば、偏光器（ポラライザ）構
成あるいはダイクロイックミラー、を含み、このビーム
合成手段２４を通ってミラー１２と１４の間のビーム通
路が直進する。このビーム合成手段２４はミラー１４と
１８との間では、ビーム通路を９０″曲げている。手段
２４と第２の共通のミラー１４との間のビーム通路の共
通部分には、非線形光学媒体２６、位相設定用として可
回転的に取付けられた面平行ガラス板２８、及び、選択
的に反射する出力ミラー３０が配置されている。
ミラー１４によって画定される第１の光共振キャビティ
、即ち、レーザ共振器１０と、第３のミラー１８と第２
のミラー１４とによって画定される第２のレーザ共振器
１６とを含む。第１の共振器１０には、第１の活性レー
ザ媒体２０が、また、第２の共振器には第２の活性レー
ザ媒体２２が設けられている。この装置には、さらに、
ビーム合成手段２４、例えば、偏光器（ポラライザ）構
成あるいはダイクロイックミラー、を含み、このビーム
合成手段２４を通ってミラー１２と１４の間のビーム通
路が直進する。このビーム合成手段２４はミラー１４と
１８との間では、ビーム通路を９０″曲げている。手段
２４と第２の共通のミラー１４との間のビーム通路の共
通部分には、非線形光学媒体２６、位相設定用として可
回転的に取付けられた面平行ガラス板２８、及び、選択
的に反射する出力ミラー３０が配置されている。
非線形媒体２６は周波数混合結晶、例えば、ＫＤＰ、Ｋ
ＴＰ、ＫＤＤＰ、ニオブ酸リチウム等の結晶とすること
ができ、従って、例えば、２つの活性レーザ媒体２０と
２２によって生成される基本周波数の和の周波数を生成
する。しかし、この代りに、パラメトリック媒体を用い
てもよく、その場合は、前述したような差の周波数が供
給される。
ＴＰ、ＫＤＤＰ、ニオブ酸リチウム等の結晶とすること
ができ、従って、例えば、２つの活性レーザ媒体２０と
２２によって生成される基本周波数の和の周波数を生成
する。しかし、この代りに、パラメトリック媒体を用い
てもよく、その場合は、前述したような差の周波数が供
給される。
共通の第２のミラー１４は、和または差の周波数をでき
るだけ完全に反射するが、２つの活性レーザ媒体２０と
２２の基本周波数の反射は少いトリクロイツク（ｔｒｉ
ｃｈｒｏｉｓｃｈｅｎ ）ミラーである。第４図の装置
の動作モードは後で詳細に説明する。
るだけ完全に反射するが、２つの活性レーザ媒体２０と
２２の基本周波数の反射は少いトリクロイツク（ｔｒｉ
ｃｈｒｏｉｓｃｈｅｎ ）ミラーである。第４図の装置
の動作モードは後で詳細に説明する。
第５図に示す装置も第１のミラー１２と第２のミラー１
４とで画定される第１のレーザ共振器ｌＯを有し、この
ミラー１２と１４の間には、順に、活性レーザ媒体２０
、ビーム合成手段２４、出力ミラー３０、非線形光学媒
体２６及び位相設定用の可回転的に取付けられた面平行
板２８が設けられている。第５図の装置の第４図の装置
との相違は、第２のレーザ共振器が第１のレーザ共振器
とは別で、それ自身が全体として４６で示したレーザに
属する２つのミラー４２と４４を備えている点である。
４とで画定される第１のレーザ共振器ｌＯを有し、この
ミラー１２と１４の間には、順に、活性レーザ媒体２０
、ビーム合成手段２４、出力ミラー３０、非線形光学媒
体２６及び位相設定用の可回転的に取付けられた面平行
板２８が設けられている。第５図の装置の第４図の装置
との相違は、第２のレーザ共振器が第１のレーザ共振器
とは別で、それ自身が全体として４６で示したレーザに
属する２つのミラー４２と４４を備えている点である。
レーザ４６は超短レーザ放射パルスの列４８を発生し、
このパルス列はビーム合成手段２４によって第１のレー
ザ共振器ｌＯのビーム通路中へ反射される。
このパルス列はビーム合成手段２４によって第１のレー
ザ共振器ｌＯのビーム通路中へ反射される。
勿論、活性レーザ媒体２０と２２及びレーザ４６のレー
ザ媒体（図示せず）には、それぞれのボンピング手段（
図示せず）が設けられている。これらのボンピング手段
の形式は使用される特定のレーザ手段によって決まり、
それぞれのレーザ媒体中でレーザ発光に充分な分布の反
転が生じるようにする。２つのモードロックされたレー
ザの共振器キャビティの光学的な長さは同じである。ト
リクロイツクミラーによって反射される光発振波の正し
い位相関係は、第１図に示した装置におけると同様、非
線形媒体とトリクロイツクミラーとの間の距離を変える
ことにより、あるいは、これらの間の空気圧を変えるこ
とによって、あるいは任意適当な方法によって設定する
ことができる。
ザ媒体（図示せず）には、それぞれのボンピング手段（
図示せず）が設けられている。これらのボンピング手段
の形式は使用される特定のレーザ手段によって決まり、
それぞれのレーザ媒体中でレーザ発光に充分な分布の反
転が生じるようにする。２つのモードロックされたレー
ザの共振器キャビティの光学的な長さは同じである。ト
リクロイツクミラーによって反射される光発振波の正し
い位相関係は、第１図に示した装置におけると同様、非
線形媒体とトリクロイツクミラーとの間の距離を変える
ことにより、あるいは、これらの間の空気圧を変えるこ
とによって、あるいは任意適当な方法によって設定する
ことができる。
次に、共通のレーザ共振器部分を有する第４図に示した
２つのレーザのモードロッキングの原理及び第５図に示
した共振器１０を含むレーザにレーザ４６をモードロッ
キングする原理を詳細に説明する。これら両方の装置に
おいて、ビーム合成手段２４、非線形媒体２６及びトリ
クロイツクミラー１４は不可欠のものである。
２つのレーザのモードロッキングの原理及び第５図に示
した共振器１０を含むレーザにレーザ４６をモードロッ
キングする原理を詳細に説明する。これら両方の装置に
おいて、ビーム合成手段２４、非線形媒体２６及びトリ
クロイツクミラー１４は不可欠のものである。
ある条件下では、手段２４の側から非線形媒体２６に入
る２つのレーザ放射の基本周波数ｗ１とｗ２の光発振波
に対する反射率は、その光発振の強度と共に増加する。
る２つのレーザ放射の基本周波数ｗ１とｗ２の光発振波
に対する反射率は、その光発振の強度と共に増加する。
その条件とは、和または差周波数におけるトリクロイツ
クミラー１４の反射率Ｒ３が１００％に近づくこと、レ
ーザ媒体２０と２２の基本周波数Ｗ１とＷ２におけるミ
ラー１４の反射率Ｒ１とＲ２がＲ３よりも小さく、トリ
クロイツクミラー１４によって反射される３つの光の発
振波が正しい位相関係を持つことである。レーザの基本
周波数Ｗ１とＷ２に対するミラー１４の反射率Ｒ１とＲ
２（及び、第１図の場合は、ミラー１８の反射率Ｒ１と
Ｒ２）の最適な値は実験的に決定することができ、循環
に対する増幅度（ＶｅｒｓｔＭｒｋｕｎｇ ｐｒｏ Ｕ
ｍｌａｕｆ）や飽和強度などの装置−のパラメータに左
右される。Ｒ１とＲ２は、例えば、Ｒ３が１００％に近
い時は、０．０５％と９５％の間である。一般に、Ｒ３
の値はＲ１とＲ２の値の一方よりも大でなければならな
い。
クミラー１４の反射率Ｒ３が１００％に近づくこと、レ
ーザ媒体２０と２２の基本周波数Ｗ１とＷ２におけるミ
ラー１４の反射率Ｒ１とＲ２がＲ３よりも小さく、トリ
クロイツクミラー１４によって反射される３つの光の発
振波が正しい位相関係を持つことである。レーザの基本
周波数Ｗ１とＷ２に対するミラー１４の反射率Ｒ１とＲ
２（及び、第１図の場合は、ミラー１８の反射率Ｒ１と
Ｒ２）の最適な値は実験的に決定することができ、循環
に対する増幅度（ＶｅｒｓｔＭｒｋｕｎｇ ｐｒｏ Ｕ
ｍｌａｕｆ）や飽和強度などの装置−のパラメータに左
右される。Ｒ１とＲ２は、例えば、Ｒ３が１００％に近
い時は、０．０５％と９５％の間である。一般に、Ｒ３
の値はＲ１とＲ２の値の一方よりも大でなければならな
い。
さらに詳しく考察すると、２つのレーザの基本周波数Ｗ
１とＷ２に対する非線形媒体２６とトリクロイツクミラ
ー１４の組合せの非線形反射率１１ＮＬとＲ２ＮＬは、
非線形媒体２６によって和周波数Ｗ３＝ Ｗ１＋ Ｗ２
が生成される場合は、次の式によつて与えられることが
わかった。
１とＷ２に対する非線形媒体２６とトリクロイツクミラ
ー１４の組合せの非線形反射率１１ＮＬとＲ２ＮＬは、
非線形媒体２６によって和周波数Ｗ３＝ Ｗ１＋ Ｗ２
が生成される場合は、次の式によつて与えられることが
わかった。
ＲＩＮＬ＝Ａ （１−ｓｎ２［（−５−ｓｎ−” （丁
ｔｒ、Ｊ”’ｉｒ＞＋Ｒ２”＝β （Ｂ−Ａ＋Ｒ１”）
（３）ここで、
β＝ ｎｌ／ｎ２は２つの入力基本波の正規化された光
子数の比、ηは基本波Ｗ１の和周波数放射への光子変換
効率である。従って、 八〇（ｌ−η） Ｒ１＋Ｒ３（４） Ｂ＝（１／β−η） Ｒ２＋ Ｒ３（５）となる− 式２において、５口（ｕ、ｍ）とｓｎ−’（ｕ、 ｍ）
はヤコどの楕円関数とその逆数、また、Ｒ１とＲ２は２
つのレーザ媒体２０と２２の基本周波数におけるトリク
ロイツクミラーの反射率である。第６図と第７図に、非
線形反射率ＲＩＮＬとＲ２ＮＬのηに対する依存性が示
されている。変換効率は入力強度に比例するから、反射
率は明らかに光の強度と共に増加する。このような特性
をもった非線形光学手段なレーザ共振器キャビティの内
部に配置すれば、知られているように、パルス振幅の選
択及びパルスの短縮が可能となり、従って、初期の統計
的な光変動から、最終的には単一の超短光パルスが得ら
れる。従って、非線形媒体とトリクロイツクミラーとの
組合わせは、共振器の一部を共有する２つのレーザの同
期的モードロッキングを行う非線形光学装置として見る
ことがてきる。
ｔｒ、Ｊ”’ｉｒ＞＋Ｒ２”＝β （Ｂ−Ａ＋Ｒ１”）
（３）ここで、
β＝ ｎｌ／ｎ２は２つの入力基本波の正規化された光
子数の比、ηは基本波Ｗ１の和周波数放射への光子変換
効率である。従って、 八〇（ｌ−η） Ｒ１＋Ｒ３（４） Ｂ＝（１／β−η） Ｒ２＋ Ｒ３（５）となる− 式２において、５口（ｕ、ｍ）とｓｎ−’（ｕ、 ｍ）
はヤコどの楕円関数とその逆数、また、Ｒ１とＲ２は２
つのレーザ媒体２０と２２の基本周波数におけるトリク
ロイツクミラーの反射率である。第６図と第７図に、非
線形反射率ＲＩＮＬとＲ２ＮＬのηに対する依存性が示
されている。変換効率は入力強度に比例するから、反射
率は明らかに光の強度と共に増加する。このような特性
をもった非線形光学手段なレーザ共振器キャビティの内
部に配置すれば、知られているように、パルス振幅の選
択及びパルスの短縮が可能となり、従って、初期の統計
的な光変動から、最終的には単一の超短光パルスが得ら
れる。従って、非線形媒体とトリクロイツクミラーとの
組合わせは、共振器の一部を共有する２つのレーザの同
期的モードロッキングを行う非線形光学装置として見る
ことがてきる。
第５図の場合のように、パルス列４８が、ミラー１２と
１４で画定されたレーザ共振キャビティへ外部から結合
される場合には、条件は同様である。結合されたパルス
列は、同期的モードロッキングが行われるように、活性
媒体２０によって生成されたレーザ放射に対する反射率
を変調する。
１４で画定されたレーザ共振キャビティへ外部から結合
される場合には、条件は同様である。結合されたパルス
列は、同期的モードロッキングが行われるように、活性
媒体２０によって生成されたレーザ放射に対する反射率
を変調する。
以上説明した実施例には種々の改変を行うことができる
。例えば、非線形媒体を非共線的和または差周波数の生
成に適するようにしてもよい。その場合、同じ長さでな
ければならない２つのレーザ共振器の光軸、即ち、光路
は非線形媒体が配置される点で交差し、また、非線形媒
体から出た放射を再び非線形媒体へ反射する別のミラー
が設けられる。第１と第２のミラーの間のビーム通路に
おかれたこのミラー及び／または第２のミラー１４は和
または差周波数に対し高い反射率を有し、レーザ放射周
波数に対しては低い反射率を持っている。また、非線形
手段にはラマン活性媒体を設けることができる。その場
合は、レーザ周波ｉＷ１とＷ２は次の条件を満足しなけ
ればならない。
。例えば、非線形媒体を非共線的和または差周波数の生
成に適するようにしてもよい。その場合、同じ長さでな
ければならない２つのレーザ共振器の光軸、即ち、光路
は非線形媒体が配置される点で交差し、また、非線形媒
体から出た放射を再び非線形媒体へ反射する別のミラー
が設けられる。第１と第２のミラーの間のビーム通路に
おかれたこのミラー及び／または第２のミラー１４は和
または差周波数に対し高い反射率を有し、レーザ放射周
波数に対しては低い反射率を持っている。また、非線形
手段にはラマン活性媒体を設けることができる。その場
合は、レーザ周波ｉＷ１とＷ２は次の条件を満足しなけ
ればならない。
Ｗｌ−Ｊ２＝Ω または ｗｚ−ｗｉ＝Ω （６）
ここで、Ωは媒体のラマン周波数シフトである。
ここで、Ωは媒体のラマン周波数シフトである。
第１図は、この発明の推奨実施例によるモードロックさ
れたレーザの構成の概略図、 第２図は、この発明を説明するための入力強度と反射強
度の関係を示す図、 第３図は、第１図のレーザで発生されたレーザパルス列
の時間的変化を示す図、 第４図は、合成レーザ共振器構成をもった２つの同期的
にモードロックされたレーザの概略図、第５図は、ある
レーザな他のモードロックされたレーザのパルス列に同
期的にモードロッキングするための構成を示す図、 第６図と第７図は、第４図と第５図のレーザの動作モー
トを説明するための光子変換効率と反射率との関係を示
す図である。 １．２６・・・・非線形光学手段、６．２０・・・・・
活性媒体、７．１２・・・・第１のミラー、５．１４・
・・・第２のミラー、２４・・・・別の周波数のレーザ
放射を結合する手段。
れたレーザの構成の概略図、 第２図は、この発明を説明するための入力強度と反射強
度の関係を示す図、 第３図は、第１図のレーザで発生されたレーザパルス列
の時間的変化を示す図、 第４図は、合成レーザ共振器構成をもった２つの同期的
にモードロックされたレーザの概略図、第５図は、ある
レーザな他のモードロックされたレーザのパルス列に同
期的にモードロッキングするための構成を示す図、 第６図と第７図は、第４図と第５図のレーザの動作モー
トを説明するための光子変換効率と反射率との関係を示
す図である。 １．２６・・・・非線形光学手段、６．２０・・・・・
活性媒体、７．１２・・・・第１のミラー、５．１４・
・・・第２のミラー、２４・・・・別の周波数のレーザ
放射を結合する手段。
Claims (16)
- （１）活性媒体と、第１と第２のミラーによって画定さ
れ、上記活性媒体が配置されている共振器と、上記活性
媒体と第２のミラーとの間に配置されており、低い強度
の放射に比して高い強度の放射の優先的増幅を行わせる
ための受動的モードロッキング用非線形光学手段とを含
むモードロックされたレーザであって、特徴として、 上記非線形光学手段がレーザの基本周波数放射を第１と
第２の周波数の放射に、強度の増加に伴って第２の周波
数の放射の割合が増加するように、可逆的に変換し、さ
らに、上記第２のミラーが第１の周波数よりも第２の周
波数において大きな反射率を呈するようにされたモード
ロックされたレーザ。 - （２）請求項（１）に記載のレーザであって、上記非線
形光学手段が周波数２逓倍光学素子を含み、上記第１の
周波数がレーザの基本周波数であり、上記第２の周波数
が基本周波数の２倍の周波数であることを特徴とするモ
ードロックされたレーザ。 - （３）請求項（１）に記載のレーザであって、上記第１
の周波数がレーザの基本周波数で、上記第２の周波数が
上記基本周波数の３倍となるように上記非線形光学手段
が構成されていることを特徴とするモードロックされた
レーザ。 - （４）請求項（１）に記載のレーザであって、上記非線
形光学手段が、基本周波数が第１と第２の周波数の和で
あるようなパラメトリック光学素子を含むものであるこ
とを特徴とするモードロックされたレーザ。 - （５）請求項（１）乃至（４）の１つに記載のレーザで
あって、さらに、上記第２のミラーによって反射された
放射の位相位置を設定するための手段を有することを特
徴とするモードロックされたレーザ。 - （６）請求項（５）に記載のレーザであって、上記位相
位置設定手段が上記非線形光学手段と第２のミラーとの
間に可回転的に配置された面平行ガラス板を含むことを
特徴とするモードロックされたレーザ。 - （７）請求項（１）乃至（６）の１つに記載のレーザで
あって、上記活性媒体と非線形光学手段との間に、上記
共振器から第２の波長の放射を外部に結合する手段が配
置されていることを特徴とするモードロックされたレー
ザ。 - （８）請求項（７）に記載のレーザであって、上記第２
の波長の放射を外部に結合する手段が、第１の周波数の
放射よりも第２の周波数の放射をより多く反射するダイ
クロイックミラーを含むことを特徴とするモードロック
されたレーザ。 - （９）基本周波数の放射を放出するための活性媒体と、
第１と第２のミラーによって画定され、上記活性媒体が
配置されている共振器と、上記活性媒体と第２のミラー
との間に配置され、上記第２のミラーと協働して、低い
強度の放射よりも高い強度の放射を優先的に反射させる
ように働き、かつ、基本周波数の放射を第１と第２の周
波数の放射に、強度の増加に伴って上記第２の周波数の
放射の割合が増加するような態様で、可逆的に変換する
非線形光学手段とを含み、上記第２のミラーは上記第１
の周波数の放射より上記第２の周波数の放射をより多く
反射するものであり、さらに、別の周波数のレーザ放射
を上記非線形光学手段に結合するための手段と、上記非
線形光学手段から放出される放射の通路中に配置されて
おり、基本周波数の放射と上記別の周波数の放射に対す
る反射率が上記非線形光学手段中における上記２つのレ
ーザ放射の相互作用により生じる放射に対する反射率よ
りも低い反射器構体とを含むモードロックされたレーザ
。 - （１０）請求項（９）に記載のレーザであって、上記別
の周波数のレーザ放射を結合する手段が、上記第１と第
２のミラーの間の第１のビーム通路中で上記活性媒体と
非線形光学手段との間に、かつ、上記別の周波数の放射
のための第２のビーム通路中に配置され、上記別の周波
数の放射を上記第１のビーム通路の上記非線形光学手段
を含む部分へ偏向するビーム合成手段であり、さらに、
上記反射器構体が上記第２のミラーで構成されているこ
とを特徴とするモードロックされたレーザ。 - （１１）請求項（１０）に記載のレーザであって、上記
第２のビーム通路が第２の活性レーザ媒体を含み、かつ
、この第２のビーム通路が第３のミラーによって上記ビ
ーム合成手段から上記第２のレーザ媒体の側に画定され
ていることを特徴とするモードロックされたレーザ。 - （１２）請求項（１０）に記載のレーザであって、上記
第２のビーム通路が別のレーザを含んでいることを特徴
とするモードロックされたレーザ。 - （１３）請求項（９）に記載のレーザであって、上記別
の周波数のレーザ放射が、上記第１と第２のミラー間の
ビーム通路と上記非線形光学手段において交わり、別の
ミラーによって画定されるビーム通路を通り、また、上
記反射器構体が上記第２及び／または別のミラーによっ
て形成されていることを特徴とするモードロックされた
レーザ。 - （１４）請求項（９）に記載のレーザであって、上記非
線形光学手段が２つのレーザ放射の和または差の周波数
を生成する結晶を含むことを特徴とするモードロックさ
れたレーザ。 - （１５）請求項（９）に記載のレーザであって、上記非
線形光学手段がラマン活性媒体を含み、２つのレーザ周
波数が、Ｗ１とＷ２をこれら２つのレーザ放射の周波数
とし、Ωを上記非線形光学媒体のラマン偏移として、Ｗ
１−Ｗ２＝ΩまたはＷ２−Ｗ１＝Ωを満足するものであ
ることを特徴とするモードロックされたレーザ。 - （１６）請求項（９）に記載のレーザであって、上記非
線形光学手段がパラメトリックな手段を含んでいること
を特徴とするモードロックされたレーザ。
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|---|---|
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| JP2660227B2 JP2660227B2 (ja) | 1997-10-08 |
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