JPH0240223B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 産業上の利用分野 本発明は波長とパルス幅とを調節できる、特に
スペクトロスコピー、フオトバイオロジーおよび
医科学において用いるための超短光パルスを作り
出す装置に関する。

従来の技術 反射鏡共振器を用いる通常のレーザーと共に、
分散フイードバツクを用いるレーザー（DFBL―
Distributed Feedback Laser）がこの技術分野
においてますます重要になつてきている。数ナノ
秒の比較的長いポンピング用パルスによつてポン
ピングした場合でも、DFBLの単一レーザーパル
スとして数ピコ秒のパルス幅を有するものを作り
出すことができると言うことは知られている。こ
の場合に、そのポンピング用エネルギーは西ドイ
ツ特許出願公開第2900728号公報に開示されてい
るように、そのDFBレーザーの閥値エネルギー
を20％以上超えるべきでない。

これが強力な短い単一パルスの形成を阻害す
る。その解決方法の一つはDFBLを後続配置され
た増輻回路を共に使用することであるが、しかし
ながらこれは技術的煩労を著しく増大させる。こ
のようにして作り出されたパルスのパルス幅の変
化はポンピング用パルスの全パルス幅について限
定的にしか可能でない。

DFBL内でフイードバツクを形成させるために
は屈折率の変調やそのレーザー活性媒体の利得率
の変調が必要である。

この後者は一般にポンピング用レーザーによつ
て作り出された二つの部分線束の干渉によつて達
成される。

ビームスプリツタとして用いられる上述の反射
鏡は下記のような種々の欠点を示す。

すなわち、そのポンピング輻射線の空間的およ
び時間的コヒーレンスが低いことが作り出される
べき干渉パターンの可視性に対して直接に不利な
影響を及ぼす。公知のビームスプリツテイング板
では偏光に無関係なビームスプリツテイングは全
く保証されず、利得の変調の可視性は低くなる。
そのビームスプリツテイング板は特にDFBLの励
起に重要な輻射線の紫外領域において著しい強度
の損失をまねく。このような損失は作り出された
DFBレーザーの半値幅やエネルギーにとつて不
利である。

西ドイツ特許出願公開第2900728号公報から、
DFBL用のビームスプリツタとしてホログラフの
格子を用いることが知られており、その際この
DFBL中での必要なフイードバツクはこの格子の
±１次の部分回折線の干渉によつて作り出され
る。

このような技術手段は、そのポンピング用エネ
ルギーの限定が作り出されたレーザーパルスのエ
ネルギーをも制限すると言う欠点を有する。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的の一つは上述の種々の欠点を除く
ことである。

本発明のもう一つの目的は簡単な技術手段でポ
ンピングエネルギーを充分に利用して、そして波
長とパルス幅とを調節できるような超短光パルス
と共に著しいエネルギー上昇を達成することを許
容するような方法と装置とを提供することであ
る。

本発明の更にもう一つの目的は、そのポンピン
グエネルギーがそのレーザー活性媒体の閥値を著
しく超えて上昇した場合にも調節可能な波長とパ
ルス幅とを有する超短光パルスを、ポンピングパ
ルス幅が一定に保持されている場合にも作り出す
ことを許容するような方法と装置とを提供するこ
とである。

〔発明の構成〕

問題点を解決するための手段 本発明に従えば、レーザー活性媒体に実質的に
コヒーレントな輻射線束の二つの部分線束を重畳
させて送り込んで干渉パターンを作り出すことに
より超短光パルスを作り出す方法において、上記
最初の部分線束に加えて、上記コヒーレント輻射
線束から第３の部分線束をそのレーザー活性媒体
に送り込んでそのレーザー発生領域内におけるポ
ンピング用輻射線のフオトン束の密度を変化させ
ることを特徴とする方法が提供される。上記第３
の部分線束は直接にそのレーザー発生領域中に送
り込まれてもよく、或いはまたレーザー発生領域
内で作り出されたレーザーパルスがそれを通過す
るような、レーザー活性媒体中の領域にこれを送
り込んでもよい。

レーザー発生領域を上記第３の部分線束が浸入
する領域に対して相対的に変位させること及び／
又は最初の二つの部分線束のエネルギーを第３の
部分線束のエネルギーに対して相対的に変化させ
ることによつて、レーザー活性媒体中、すなわち
上記レーザー発生領域内のポンピング用輻射線の
フオトン束の密度が変化する。

本発明の別な目的は、実質的にコヒーレントな
ポンピング用輻射線源からの輻射線束中に二つの
コヒーレントな部分線束を作り出し、そして照準
するための手段が後続して設けられているような
超短光パルス発生用装置を提供することである。
それぞれの部分線束に一つづつの転向手段がそれ
ら両方の部分線束を重ね合わせるため、およびレ
ーザー活性媒体中に干渉パターンを形成させるた
めに組み合わされている。上記の二つの部分線束
はレーザー活性媒体の第１のレーザー発生領域に
入射する。上記二つの部分線束を加えて第３の部
分線束がレーザー活性媒体の上記第１領域に隣り
合つた第２領域に指向され、上記第１領域におい
てレーザーパルスが作り出されてこれが上記第２
領域を通過する。第１および第２の領域を相互に
変位させるためにそれぞれの手段が備えられてい
る。更に第１部分線束中のエネルギーを第３部分
線束中のエネルギーに対して相対的に制御するた
めの手段が設けられている。

最初の二つの部分線束には透過格子又は反射格
子の二つの１次回折線が用いられるけれども、第
３の部分線束は零次の線がこれを構成する。最初
の二つの部分線束のエネルギーを第３の部分線束
のそれに対して相対的に制御するために、この格
子はその格子線方向に平行に可変のコントラスト
を有し、そしてポンピング用輻射線源の輻射線束
に対して相対的に格子線の方向に変位することが
できる。

上記二つの領域を互いに変位させるためには有
利には、ポンピング用輻射線源と照準用手段との
間に傾動可能な面平行プレートが設けられ、そし
てその傾動の軸が格子線の方向に平行に延びてい
るのがよい。或いはまた、照準用手段、格子、転
向手段、およびレーザー活性媒体が或る共通のマ
ウントに固定されており、このマウントがポンピ
ング用輻射線源からの輻射線束の伝播方向に対し
て直角に且つ格子線の方向に対して直角に変位可
能であつてもよい。また、各転向手段とレーザー
活性媒体とだけが上記共通マウントに固定されて
いることも可能である。

最初の二つの部分線束の間の干渉によつてレー
ザー活性媒体中で利得率の変調が得られ、それに
よつて分散フイードバツクレーザーが形成され
る。実験によれば、DFBLパルスのエネルギー、
半値幅および形状はポンピング用輻射線のフオト
ン束の密度によつて１次的に決定される。

もしその分散フイードバツクの領域においてフ
オトン束の密度がそのポンピングパルスの全幅に
わたつて比較的高いときには、比較的長くて構造
化されたパルスが得られる。しかしながらもしポ
ンピングパルスの最大強度の部分においてのみフ
オトン束の密度が充分に高い場合には、レーザー
活性媒体の性質に依存してポンピングのパルス幅
よりも比較的短いパルスが作り出される。両方の
領域を前述した態様で互いに変位させるか、或い
は追加的に最初の二つの部分線束のエネルギーを
第３線束のエネルギーに対して相対的に制御する
ことによつて、その分散フイードバツク領域の全
体またはその一部分に入射するか、或いはまた全
く入射しないような第３の部分線束を用いること
によつて、上記フオトン束の密度の制御が可能で
ある。レーザーの形成に直接に干渉するか、また
は増幅器として作用する上記第２領域を通してそ
の作り出された光パルスが通過するので、ポンピ
ング用輻射線の全エネルギーがこのレーザー活性
媒体から放射される輻射線のエネルギーに寄与す
る。

第３の部分線束が全てその分散フイードバツク
領域に入射するときにはポンピング用輻射線は全
てレーザービームの形成に直接用いられる。第３
の部分線束がその分散フイードバツク領域の隣の
領域に入射したときにそのDFBLパルスは増幅さ
れる。第３の部分線束の領域およびレーザー発生
領域が部分的に重なり合つた場合に中間の状態が
得られる。本発明に従う技術手段によつてレーザ
ー発生領域内のフオトン束の密度を制御すること
により非常に短い光パルスを作り出すことができ
る。この非常に短い光パルスのパルス幅およびそ
の周波数は調節可能であり、そしてそのエネルギ
ーは存在する後増幅に基づいてそのレーザー活性
媒体の破壊閥値によつてのみ制限される。周波数
の調節は、既にDFBLレーザーについて知られて
いる方法により行なわれる。

実施例 本発明をより容易に理解できるように、本発明
の二つの具体例を図式的に示す添付の図面の参照
のもとに以下本発明を更に詳細に説明する。

第１図において励起用輻射源、すなわちパルス
化レーザー１に後続してその実質的にコヒーレン
トな輻射線束２に沿つて面平行プレート３、円柱
レンズ４およびホログラフ格子５が設けられてい
る。

格子５によつて作り出され、この実施例の場合
にはそれぞれ±１次の回折線である部分線束６，
７の中に転向用反射８，９が設けられており、こ
れらが上記二つの部分線束６および７を、セル１
１の中に収容されているレーザー活性媒体１０の
中で合体させる。分散フイードバツク領域である
上記レーザー活性媒体１０の重畳領域１２の中で
上記二つの部分線束６および７を重畳することに
よつて干渉パターンが作り出される。この干渉パ
ターンの各面に直角にレーザーパルス１３がこの
レーザー活性媒体１０から放射される。

後で各用途に利用しようとするレーザーパルス
１３はセル１１の領域１５を通過するが、この領
域に格子５からの零次の部分線束１４が指向され
ている。レーザーパルス１３のエネルギー、半値
幅、および構造等の種々ののパラメータに影響を
与えるための、分散フイードバツク領域１２中の
フオトン束の密度の変化は下記のようにして行な
われる。

面平行プレート３を格子１６の格子線に平行な
回転軸１７の周りに回転させることによつてビー
ム２はそれ自身に平行に変位し、それによつて部
分線束６，７および１４を発生させる位置が格子
５の上で変位する。従つてその重畳される部分線
束６および９のセル１１内での、より正確には領
域１２内での入射点が部分線束１４の領域１５中
への入射点に対して相対的に変位する。更に、部
分線束６，７および１４の中に含まれるそれぞれ
のエネルギーを変化させるために格子５はその格
子線の方向に平行に異なつたコントラストを有
し、そして格子５は図示されていない手段によつ
て線束２に対して相対的に格子線の方向に移動す
るこができる。

第２図では、セル１１の中に包含されている円
柱レンズ４、格子５、転向反射鏡８，９およびレ
ーザー媒体１０は或る共通のマウント１８の上に
設けられており、このマウントは両先矢印で示す
ように線束２の伝播方向に対して垂直方向に変位
可能である。マウント１８を両先矢印Ａに示す方
向に変位させることによつて領域１２と領域１５
との相互の変位が得られ、これは第１図において
プレート３を回転させることによつて得られた項
かど同じ効果である。域いはまた、転向反射鏡
８，９およびセル１１を共通マウント１８の上に
設けることも可能であり、これは図において矢印
Ｂ，ＣおよびＤ並びに点線B′，C′およびD′で示
されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う装置の１具体例の作動を
説明する図式図であり、第２図はもう一つの具体
例の図式図である。 １…ポンピング輻射線源、２…コヒーレント輻
射線束、３…面平行プレート、４…円柱レンズ、
５…ホログラフ格子、６，７，１４…部分線束、
８，９…転向手段、１０…レーザー活性媒体、１
１…セル、１２…重畳領域、１３…レーザーパル
ス、１６…格子線、１７…回転軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポンピング輻射線として実質的にコヒーレン
   トな輻射線束を作り出し、上記輻射線束から第
   １、第２および第３の部分輻射線を導き出し、上
   記第１および第２の部分輻射線束をレーザー活性
   媒体の干渉パターン形成領域の中でこれらが重な
   り合うように且つその中に干渉パターンが形成さ
   れ、続いてレーザービームが作り出されるように
   上記干渉パターン形成領域中に指向させ、そして
   上記第３の部分輻射線束をレーザー活性媒体へ指
   向させて上記ポンピング用輻射線の中のフオトン
   束の密度を変化させることを特徴とする、超短光
   パルスを作り出す方法。 ２ 上記第３の部分輻射線束をレーザー活性媒体
   のレーザービーム形成領域である第１領域と隣り
   合つている第２領域に指向させ、その際上記第１
   領域内で作り出されたレーザービームがこの第２
   領域を通過し、また上記第１および第２の各領域
   は上記ポンピング輻射線のフオトン束の密度を変
   化させるために互いに変位させることができ、そ
   して上記第１および第２の各領域の相互の位置は
   完全な重なり合いから全く重なり合わないところ
   まで変化できる、特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 上記最初の二つの輻射線束中のエネルギーを
   上記フオトン束の密度の変化のために上記第３の
   部分輻射線束中のエネルギーに対して相対的に変
   化させる、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 実質的にコヒーレントな輻射線束を放出する
   ポンピング用輻射線源と、上記コヒーレントな輻
   射線束の中で後続して上記コヒーレントな輻射線
   束を照準する手段と、コヒーレント輻射線束の第
   １および第２の各部分線束を作り出す手段と、第
   １転向手段と、および第２転向手段とを含み、そ
   の際上記第１転向手段と上記第２転向手段とは、
   上記第１および第２の各部分線束が重ね合わされ
   るように、そしてレーザー活性媒体中に干渉パタ
   ーンが形成されるように上記第１部分線束および
   上記第２部分線束とそれぞれ組み合わされてい
   る、超短光パルスを作り出す装置において、 上記レーザー活性媒体の第１領域内でレーザー
   輻射線を作り出す上記最初の二つの部分輻射線束
   に加えて、第３の部分線束が上記レーザー活性媒
   体の第２領域に照射され、その際上記第１領域と
   上記第２領域とは少なくとも隣り合つて配置され
   ており、上記レーザー輻射線が上記第２領域を通
   過し、上記第１および第２の各領域を互いに変位
   させるための手段が設けられており、そして上記
   最初の二つの部分線束のエネルギーを上記第３の
   部分線束中のエネルギーに対して相対的に制御す
   る手段を備えていることを特徴とする、上記超短
   光パルスを作り出す装置。 ５ 上記第３の部分線束が格子の零次の回折線で
   あつて上記最初の二つの部分線束がこの格子の二
   つの１次回折線である、特許請求の範囲第４項記
   載の装置。 ６ 上記最初の二つの部分線束のエネルギーを上
   記第３の部分線束中のエネルギーに対して相対的
   に制御するための手段が上記格子のコントラスト
   を上記格子線の方向に平行に変化させる手段であ
   り、そして上記格子は上記コヒーレント輻射線に
   対して格子線の方向に沿つて変位させることがで
   きる、特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 上記ポンピング用輻射線源と上記コヒーレン
   ト輻射線束を照準する手段との間に傾動可能な面
   平行プレートが設けられており、この面平行プレ
   ートの傾動軸が上記格子線の方向に平行であつ
   て、また上記面平行プレートは上記第１領域と上
   記第２領域とを相互に変位させる役目をする。特
   許請求の範囲第６項記載の装置。 ８ 上記照準用手段、上記格子、上記第１および
   第２の各転向手段、および上記レーザー活性媒体
   が上記第１領域と上記第２領域とを相互に変位さ
   せ得るように共通のマウントに固定されており、
   このマウントは上記コヒーレントな輻射線束の伝
   播方向に対して直角に、且つ格子線の方向に対し
   て直角に変位可能である、特許請求の範囲第５項
   記載の装置。 ９ 上記照準用手段、上記格子、上記第１および
   第２の各転向手段、およびレーザー活性媒体が上
   記第１領域と上記第２領域とを相互に変位させ得
   るように共通のマウントに固定されており、この
   マウントは上記コヒーレントな輻射線束の伝播方
   向に対して直角に、且つ格子線の方向に対して直
   角に変位可能である、特許請求の範囲第６項記載
   の装置。 １０ 上記第１および第２の各転向手段、および
   上記レーザー活性媒体が上記第１領域を上記第２
   領域に対して相対的に変位させ得るように共通の
   マウントに固定されており、このマウントは上記
   コヒーレントな輻射線束の伝播方向に対して直角
   に、且つ格子線の方向に対して直角に変位可能で
   ある、特許請求の範囲第５項記載の装置。 １１ 上記第１および第２の各転向手段、および
   上記レーザー活性媒体が上記第１領域を上記第２
   領域に対して相対的に変位させ得るように共通の
   マウントに固定されており、このマウントは上記
   コヒーレントな輻射線束の伝播方向に対して直角
   に、且つ格子線の方向に対して直角に変位可能で
   ある、特許請求の範囲第６項記載の装置。