JPH03132725A - 逆反射されたシードビームを生成するために疑似共役器を使用する自己ポンプ光位相共役方法および装置 - Google Patents

逆反射されたシードビームを生成するために疑似共役器を使用する自己ポンプ光位相共役方法および装置

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JPH03132725A
JPH03132725A JP2270655A JP27065590A JPH03132725A JP H03132725 A JPH03132725 A JP H03132725A JP 2270655 A JP2270655 A JP 2270655A JP 27065590 A JP27065590 A JP 27065590A JP H03132725 A JPH03132725 A JP H03132725A
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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] 本発明は一般に光位相共役、特に自己ポンプ位相共役反
射器構造において逆反射されたシードビームを生成する
疑似共役器の使用に関する。
[従来技術] 位相共役反射器は波頭反転、すなわち入射ビームの時反
転反射を生成し、共役ビームの位相は空間の全ての点に
おいて入射ビームの位相から反転される。位相共役ビー
ムを生成する複数の方法は技術的に知られているが、4
波混合、刺激されたブリローイン散乱(SBS)、刺激
されたラーマン散乱(SR8)および刺激された光屈折
(SPS)を含む。これらの方法に関する詳細な論文は
、B、 Ya 、  Zel’dovlch氏他による
文献(“Pr1nciples of  P hase
  ConjugaHon  、  S prlnge
r −Vcrlag 、  Berlin  (198
5年))に示されている。
[発明の解決すべき課題] 位相共役反射器は、4波ミキサまたは自己ポンプ装置に
おけるような外部ポンプビームを設けられることができ
る。D unntng氏による上記で参照された関連す
る特許明細書は外部ポンプ構造を使用する。自己ホンブ
構造は、入力ビーム以外の光ビームが必要ないという点
で有効である。自己ポンプ位相共役器において、入力ビ
ームは2波混合利得を得ることができる光学的な非直線
媒体に導入される。媒体における入力ビームの散乱に−
より結果的に、入力ビームに関して空間を通して反転さ
れる位相フロントを存する入力ビームと反対の方向に伝
播する背景散乱された共役ビームが生成される。
一度共役ビームが生成されると、それは入力ビームと2
波混合することにより増幅されることができる。共役ビ
ームを生成するために雑音しきい鎖状態は抑制されなけ
ればならない。非直線媒体における雑音源の例には、熱
雑音および不完全な結晶の散乱が含まれる。共役ビーム
が生成され維持されるために、それは雑音しきい値を克
服するのに十分に増幅されなければならない。共役ビー
ムを生成するためにチタン酸バリウム結晶のような材料
を使用し、シードされない背景散乱だけに依存するSP
S適用において、2波混合利得は雑音しきい値を克服す
るために太きく(e30程度)なければならない。ブリ
ローインおよびラーマン媒体に対して、指数は材料の利
得係数gと入力ビームの強度との積および非直線媒体の
相互作用の長さである。光屈折媒体において、指数は光
屈折利得係数と相互作用長の積である。光屈折利得係数
は非常に低い強度の場合だけに直線的に比例する。等価
な暗強度より上の高い強度において、光屈折利得係数は
それとは無関係である。
入力ビーム強度、材料の利得係数および、または媒体の
長さは十分に大きくないかも知れないので、全種類のシ
ードを行わずにしきい値を克服するのに十分な利得が実
際の適用において必ず得られるとは限らない。SPS適
用におけるこの制限を軽減する従来の方法は、入力ビー
ムを“シードビーム”として非直線媒体を通して反射さ
せる“シード″技術の使用を含み、これはしきい値より
大きい強度を有する。試みられる2つのクラスのシード
は共役シード(共役器がSPS結晶の下流に位置される
。)と“雑音シード”を含み、後者では拡散反射器がS
PS結晶を越えて位置されるか、または結晶上に直接付
着されている(例えばホワイトタイプライタ−補正液を
使用して)。
後者の場合、雑音源(鏡面反射シードに対向するような
)は、SPS結晶が反射されたシードビームを増幅する
ことができるために発生する“画像プリントスルー”を
防止するために必要である。
拡散共役シードを提供する一例は、P 、 G unt
er氏他による文献(“SELF−PUMPED PH
0TOREFRACTIVE  Ba TI O,、O
pt、 Coll1m、、 Vol、55 。
no、3.210乃至214頁)に示されている。
これら2クラスのシードの欠点は以下のようなものであ
る。
(1)共役シード(空間的に理想的であっても)は別の
位相共役反射器を使用する必要があり、これはシステム
を複雑にし、その費用を著しく高くする。
(2)拡散シード(多数の空間モードの発生に関して理
想的であっても)は、結果的に結晶に戻る拡散散乱光の
比較的小部分にしかならない広角度の光散乱が大きいた
めに効果的でない。さらに、塗られた拡散散乱器はいく
つかの場合において部分的に背景反射成分によると予測
されるG unter氏他により説明されたような共役
反射率の不安定性をもたらす。
従来技術に存在する別のしきい値に関連した制限は、チ
タン酸バリウムおよびある場合にはニオブ酸リチウムの
ような少数の結晶材料だけがシードされないSPS共役
適用において使用されるのに十分に高い内部利得および
寸法を有することである。
SBSおよびSRSを使用する自己ポンプ位相共役反射
器は一般的にNd:YAGレーザのような高いパワーの
パルスレーザビームと共に使用されるが、HeNeまた
はアルゴンイオンレーザのような低いパワーレーザで動
作しない(少なくとも自由空間バルク構造において)。
さらに、これらのシステムにおいて固Hのストークス周
波数シフトはある適用において望ましくない。
光屈折相互作用を含む従来の方法は、M、cr。
n1n−G oloo+b氏他による文献(−Theo
ry and Applications of’  
Four−Wave Mixing in  Ph。
torerractlve  Media” 、  I
IEEE JQE、 QE−20、n。
、1.1984年、12乃至30頁)において論じられ
た外部ループ幾何学形状およびJ 、  F einb
erl;氏による文献(’ S elr−pumped
、 cotlnuous−wave phasecon
jugator  using  1nternal 
 rel”raction     Opt、 Let
t、、  Vol、7. no、lo 、  1982
年、486乃至488頁)において論じられた内部ルー
プ幾何学形状を含む。
R、A praham1an氏他による別の構造は、米
国特許節4.794,605号明細書(1988年12
月27I]出願、“METIIOD AND APPA
RATUS FORC0NTR0L OF PIIAS
ECONJLIGATION CELLS ’ )に記
載されており、SBSセルのような1つ以上の位相共役
セルがセル中に注入されるシードビームを使用すること
によって制御される技術を示唆している。シードビーム
は予測された位相共役ビームと同じ周波数で同じ方向に
注入され、位相および位相共役ビームの別の特性を制御
するために調節される。多数セルのアレイにおいて、多
数のビームの位相コヒーレンスを保証するためにシード
ビームが使用される。
低いエネルギ適用に対して、シードビームの使用は位相
共役セルをシードビームなしで必要とされるよりも低い
エネルギの入射ビームにより動作させることを許容する
SPS結晶の内部幾何学形状を使用する別の方法は、T
、 Y、  Chang氏他による文献(“Optic
al  Phase  Conjugation by
 backscattering in barlum
 titanatc  、  Opt、 Lett、V
ol、lO。
no、8 (1985) 、 408乃至410頁)お
よびA、V。
M amaev氏他による文献(P hysics o
f 5pecklc f’1cld 1nteract
ions in phtorcfractlvc cr
ystals   、1989年CL E OConf
’crencc 、  B altladore、 M
 D ; paper M D 4 )において論じら
れている。
SPSにおける利得制限を克服する別の方法は、G、 
Valley氏他に対する米国特許節4,773,73
9号明細書(1988年9月27日出願、“S EL 
F −P U M P E DPIIASE C0NJ
UGATE MIRRORAND METIIOD U
SING AC−FllEL、D ENIIANCIE
D PIIOTOREFRACTIVE EFPECT
’ ) ニ記載されており、約90″の光屈折格子シフ
トを行うように光屈折結晶を横切る交流電界をどのよう
に印加するかを示唆し、結晶利得を位相共役が発生する
ことができるレベルにする。
内部ループタイプ共役器に対して逆方向シードされたS
PSには少なくとも3つの重要な利点がある。第1に、
シードされたSPS幾何学形状の相互作用領域は複数の
非常に局部化された相互作用領域でなく長手に対して分
配されるため、マスター発振器のパワー増幅器配置中の
独立した増幅器脚部から複数のビームの正確な結合を得
ることは容易でなければならない。第2に内部ループは
ないので、強いフィラメントビームの関連した内部コー
ナー反射と共に高い損傷しきい値がシード化されたSP
S幾何学形状から予測されなければならない。最終的に
、シード化されたSPS幾何学形状は結晶においてビー
ムを逆伝播することによって生成された非常に小さい周
期格子を含んでいるため、速い応答時間を期待すること
ができる。
Valley氏に対する特許において示唆されたような
外部交流電界の印加はある適用において実際的ではない
可能性がある。
本発明は、5BSSSRSSSPSおよびその他の自己
ポンプされた刺激された散乱位相共役器におけるしきい
値制限を克服する光子シード技術の使用を含む。これは
、送信されたビームを再度導いて非直線媒体中に戻す逆
反射アレイまたは“疑似共役器”を設けることによって
実現される。
本発明の目的は位相共役器のしきい値を減少する簡単な
方法および装置を実現することであり、SPS共役器お
よびアレイ、すなわち共通ビームに対して全て位相基準
化されることが必要な多数の共役器のモザイク構造の場
合に特にa効である。
疑似共役器は要求されるシードビームを供給することを
確実に約束するものである。それは復帰されたビームを
部分的に共役しく結果的に前方ポンプによる後方向シー
ドの良好な記録またはオーバーラツプを生じる)、同時
に送信ビームを完全に共役しないのでシードが雑音を有
することを保証する。さらに、それは比較的小さい固定
角度に逆反射されたビームの大部分を導くので拡散散乱
器よりも光子効率が大きい。疑似共役器シードは内部反
射を含まないので、自己整列し容易に大きい開口に対し
てスケール可能であり、また高エネルギシステムに対し
てスケール可能である。最後に、それは簡単、軽量、コ
ンパクト(平坦なシートの形状において)、安価であり
、エネルギスケールおよび共役器のモザイクアレイの位
相ロック用の大きいシートにおいて使用されることがで
きる。
これは単一の共役器がシステム中の全エネルギを供給す
ることができないか、または個々の共役器の最大の物理
的寸法が制限された場合に重要である。
本発明のシード技術は、シードを使用しないしきい値条
件の下になる結晶中でSPS共役器を生成することがで
きる。共役の忠実度は高いことが示されており、結晶は
別の技術に関して見られる望ましくない不安定性を示さ
ない。
[課題解決のための手段] 本発明によると、光入力ビームは移動する格子がある場
合に光屈折ブリローイン、ラーマン、または局部的に応
答する非直線媒体(例えば、ソジウム原子の蒸気、G 
a A s SM Q W s 、 CS 2の超格子
、多数および、またはろ過された層の量子ウェル構造、
半導体マイクロ結晶等)のようなその他の非直線光学メ
カニズムによる2波混合利得を得ることができる非直線
媒体を通して伝送される。疑似共役器は、媒体を通過し
た入力ビームを媒体に戻るように逆反射する。逆反射さ
れたビームは、刺激された散乱によって媒体中で自己ポ
ンプ共役反射ビームを発生するためにしきい値を低くす
るシードとして動作する。疑似共役器は球体またはコー
ナー反射器の形態で逆反射する素子の平坦なアレイであ
り得る。共役器素子のモザイクパターンは、マスター発
振器、パワー増幅器(MOPA)またはFWM構造にお
いて大きい開口および、またはエネルギスケールを生成
するために位相ロックされることができる。逆共役ビー
ムシードは、共役ビームに情報を一時的にエンコードす
るように変調され、およびまたはシステム効率を高める
ように偏光されることができる。入力および自己ポンプ
共役反射ビームは、FWM構造において基準またはポン
プビームとして使用されることができる。
SPSの場合、非直線媒体は結晶の形態であり、入力ビ
ームの背景散乱を最大にする結晶軸に関しである角度で
配向されている。
本発明のこれらおよび別の特徴および利点は以下の詳細
な説明および同じ参照番号が同じ部品を示す添付図面か
ら当業者に明らかになるであろう。
[実施例] 本発明を使用した位相共役装置は、エネルギスケール、
ビーム結合および干渉に高度に有効である。このクラス
の共役器はまたレンズのない画像生成(例えば、フォト
リソグラフ)、遠隔センサ、逆変調器および光フアイバ
リンク通信システムのような適用に有効である。それは
広帯域であり、さらにパルスSBS共役器技術に適用可
能であり、これは周波数シフトの付加を含んでもよい。
第1図を参照すると、位相共役反射器構造において使用
される光位相共役装置は全体的にIOで示され、SPS
により2波混合を行うことができる非直線媒体12を含
む。典型的に、媒体12は矢印14によって示されるよ
うに配向された結晶のC軸を有するチタン酸バリウム(
BaTiOi ) 、GaAsまたはInP単結晶のよ
うな材料である。本発明の重要な特徴によると、疑似共
役器として動作する逆反射器アレイ16は媒体の背面に
位置される。
レーザ20によって生成されたコヒーレントな光ビーム
であることが好ましい入力光ビーム18は、図面に示さ
れたように左下端を通して媒体12中に導入される。入
力ビーム18と媒体12の結晶軸14との間の角度は、
ビーム18が相互作用領域22においてほぼファン形状
のパターンを生成するように媒体12において屈曲また
は“ファン”される(前方光屈折散乱を介して)ように
選択される。入力ビーム18は媒体12の内側で屈折さ
れた後、右下端を通ってそれを出て、逆反射器アレイ1
6に当たる。
アレイ16はある間隔で(ゼロであってもよい)、それ
が媒体12から現れたのと同じ通路に沿って入力ビーム
を逆反射して媒体12に戻すように選択された角度で媒
体12の背後に設けられる。逆反射されたビームは、光
屈折媒体12の雑音しきい値より大きい強度を有する光
シードビームを構成する。
このシードは、共役波が形成されることができるように
刺激された背景散乱に対するしきい値を低める。この共
役波は、相互作用領域22において入力ビーム18との
2波混合相互作用により増幅され、それは自己ポンプ位
相共役ビーム24として伝播して媒体12を通して戻る
さらに第1図には1方向平面反射器として構成されてい
る光ビーム分割器2Bが示されている。レーザ20によ
り生成された入力ビーム18は示されたように右方向に
ビーム分割器26を通過し、媒体12を連続的に通過す
る。共役シードビームはアレイ16によって逆反射され
、媒体12において自己ポンプ共役ビーム24を発生さ
せる。ビーム24は左方向に媒体12を通過し、ビーム
分割器26によって出力ビームとして下方に反射される
。装置loは位相共役反射器として機能し、ビーム24
は入力ビーム18の位相共役反射である。入力および共
役ビーム18および24はそれぞれビームスプリッタ2
6と媒体12との間で逆方向に伝播することを理解すべ
きである。
出力ビーム24は、実験的な構造において光検出器28
または等価なものに、或は実際の適用において装置10
の外部に導かれる。集束レンズ29を含むものとして示
された光学システムは媒体12に入力ビーム18の焦点
を結ぶ。
装置10はさらに媒体12と逆反射器アレイ16との間
に位置された集束レンズ21のような光素子を含む。レ
ンズ21は媒体12の忠実性の改善および、または実効
的な雑音しきい値の低下を行うことによって効果的な動
作のためにアレイ18上に入力ビーム18を送りおよび
、または画像化するように機能する。さらに、逆反射さ
れたビームから減極されたシード成分を除去するように
内蔵されたポラライザ23が示されている。典型的に、
逆反射されたビームが入射ビームと同じ偏光を有する場
合に2波利得は最も良く作用する。しかしながら、いく
つかの場合において疑似共役器は逆反射されたビームを
減極することができる。このような成分の存在は共役の
忠実性の劣化および、または媒体12の雑音しきい値の
増加を招く。レンズ21およびポラライザ23の相対的
な位置は特定の適用の要求に応じて逆にされることもで
きる。
媒体12は、屈折率整合流体32を充填された容器30
に浸漬されてもよい。媒体12の材料がチタン酸バリウ
ムである場合、流体32は理想的には媒体12と整合す
るように選択された約2,4の屈折率を有する。流体3
2は1.57の屈折率を持ツCedar  G r。
ve、NJのカージル社によって製造された“コード4
0″として示された石油生成物である。入力ビーム18
は典型的に結晶軸14に関してほぼ30°で、または媒
体12において光屈折背景散乱効果を最適化するように
経験的に選択された別の角度で媒体12に入射する。前
方および後方散乱に対する角度的依存性の論議はG、 
Valley氏による論文(’ CoBetltlon
  between  rorvard −andba
ckward−stimulated phoLore
l’racLive scatLer−Ing  In
 BaTi0i  、  J、 Opt、  Sco、
 Am。
B/vo1.4 、  no、1. 1987年1月、
  14乃至18頁)に示されている。
上記に参照された特許出願においてValley氏によ
り示唆された交流電界の適用は光屈折誘導空間電荷フィ
ールドを強化し、一方SPS媒体において強度干渉パタ
ーンと回折光子の屈折率との間の所望の90@位相シフ
トを維持する。直流(交流でない)電界の適用は位相シ
フトを減少し除去することができる。要求された場合、
位相シフトはシードビームに周波数シフトδを誘導する
ように時間に関してのこぎり歯状で(ランプ形状で)媒
体12に対して逆反射アレイI6をレシプロ運動するこ
とによって再挿入される。したがって、光干渉パターン
は光屈折応答を最適化するように(δによって)選択さ
れた速度で媒体を通って移動する。
アレイ16は非常に多数の密接にパックされた逆反射素
子を含み、これらは典型的にコーナー反射器または堅牢
なまたはフレキシブルなシート中に埋設された球体であ
る。このようなアレイは、安全な反射器として販売され
ているフレキシブルなプラスチックシートの形状でスポ
ーツ店または自動車アクセサリ店で市販されている。ア
レイは入射光がそれと平行に反射される純粋な位相共役
反射器と適合することができる。これは、一般的に入射
光と異なる角度で光を反射する平面反射器の動作と対対
照的である。
逆反射アレイ■Bは、3M社によって製造された’ S
 pecial  E I’[’ects  P ro
jecLion S creen# 7615−900
X ’のセクションであることが好ましい。スクリーン
は、47ミクロン程度の直径を有する非常に多数の透明
および半透明の球体を埋設されたブラックシートを含む
。シートの表面のほぼ35%は球体で被覆されている。
広範囲の変形された別の逆反射器アレイが本発明の技術
的範囲内において使用されることができるが、3M社の
スクリーンは1″程度の特に高い逆反射精度および好ま
しい雑音特性を有していることが認められた。
しかしながら、逆反射器アレイは純粋の位相共役反射ビ
ームを生成せず、したがって“疑似共役”と呼ばれる。
これは、各素子から反射されたビームは入射ビームに平
行であ゛るが、それは反転されて短距離だけそれから移
動されるためである。さらに、個々の逆反射素子は入力
ビームの波頭に正確に対応しない複合反射波頭を生成す
る。したがって、本発明による反射共役シードを生成す
るために逆反射器として使用される疑似共役は、それが
上記に論じられた拡散反射器に対向するように狭い反射
シードビームおよび入射平面波の場合に平坦な反射器に
よって生成された単一の空間モードに対向するように多
数空間モードを発生する″雑音”を含む反射シードビー
ムを生成することにおいて有効である。逆反射器の一般
的な原理は、J earl  Walker氏による論
文(“The Aa+atcurScientist 
 ”     S  clentiric  A LI
lerican  、  vol、254 、 no、
4.1988年、 11g乃至124頁)に示されてい
る。
コーナー反射器またはプリズム原理を使用する逆反射器
40は第2図に示されており、非常に多数の小さい密接
した間隔の透明な四面体プリズム44を埋設されたほぼ
平坦でフレキシブルな支持シート42を含む。このタイ
プの種々の材料は、ニュープリテン、CTのRefle
xite社から市販されている。プリズム44は、1面
44aがシート42に平行であり、面44aに対向した
コーナー44bがシート42に埋設されるように配向さ
れている。通路46に沿ってプリズム44に入射する入
力光ビームはプリズム44の少なくとも2つの内面から
反射され、通路46に平行で反対方向の通路48に沿っ
て現れる。通路46および48は距離49だけ移動され
、これはプリズム44の幾何学形状の関数である。
示されていないが、四面体プリズム44は本発明による
少なくとも部分的な逆反射を生成するその他の構造によ
って置換されてもよい。プリズム44の可能な変形は3
つでなく2つの交差面を有し、3次元でなく2次元の平
坦な面からの逆反射を生成する形状である。プリズム4
4はその内面から逆反射を生成するが、それは外面から
の逆反射を生成するシート42に形成された等価な中空
形状によって置換されることができる。
第2のタイプの逆反射器アレイ50は第3図に示されて
おり、非常に多数の小さい透明な球体54を埋設されて
いるシート52(上記に論じられた3M社スクリーン8
7615は、逆反射器アレイのこのタイプの好ましい例
である)を含む。通路56に沿って各球体54に入射し
た入力ビームは球体54の露出面54aの湾曲した凸形
状のために屈折され、通路58に沿って球体54の湾曲
した内面54bから反射され、球体54の直径に対応し
た距離59だけそれから移動される。
上記に論じられたように、本発明は別のタイプの刺激さ
れた散乱に適用可能であり、SBS、SR3,刺激され
たレイリーウィング散乱(SRWS)等を含む。第4図
はこのような装置60を含み、ここにおいて対応した素
子は第1図で使用された同じ参照番号により示され、対
応しているが修正された素子はプライム符号を付けられ
た同じ参照番号で示されている。装置60はSBS、S
RSまたは局部的に応答した非直線性のようなその他の
形態の刺激された散乱を行うことができる非直線材料(
例えば、GaAs、Na蒸気またはC82のようなケル
媒体)を含む媒体12−を含んでいる。
この場合、要求された周波数下方シフトはGH2−の範
囲のものである。SBSに対して、媒体12−は典型的
にN2 、X e 、 CH4またはSF6のようなガ
スを含むセルによって構成される。
第1図に示されたレーザ20、ビーム分割器26および
逆反射器アレイ16に加えて、装置60は、媒体12′
における材料のストークス周波数に等しい量だけ、ここ
で24′で示された逆反射された共役ビームの周波数を
入力ビーム18の周波数に関して下方シフトするために
周波数シフタ62を含む。これは、媒体12=において
ブリローイン増幅によって2波混合を生成するために必
要である。周波数シフタ62は電子・光変調器、音波・
光変調器または所望の周波数シフトを生成するその他の
単一または二重通路装置中に含まれてもよい。典型的に
、シフタ62によって生成される下方シフトはSBSに
対して100MHz乃至LOG HzおよびSR3に対
してIOG Hz乃至1.000 G Hz程度である
。その代りとして、任意の適切なタイプの別の変調器6
4が共役ビームへの情報の一時的エンコードを含み、パ
ルスエンコードまたはスイッチングを行うために設けら
れてもよい。
例1 逆反射器アレイとして3Mスクリーン# 7615を使
用する第1図に示された装置IOは本発明の基本的原理
を示すために使用された。逆反射器アレイ16がブロッ
クされると位相共役ビーム24は観察されなかった。ア
レイ16をブロックしないと、位相共役ビーム24は、
光検出器28からの光出力信号の出現および媒体12の
内面からのフレネル反射の観察により明らかにされるよ
うに生成され始める。
反射率がその一定した安定値に達すると、DavldP
 epper氏による文献(−0bscrvatlon
  orD 1m1nished  S pecula
r Ref’1ectivlty  f’roraPh
ase−Conjugate  Mirrors  、
  Phys、Rev。
L ett、、  vol、62.  no、25 、
 1989年、  2945乃至2948頁)で論じら
れているように消滅した鏡面反射の結果から明らかにフ
レネル反射は消滅することが観察された。安定状態にお
いて、装置10は光検出器28によって測定されるよう
にほぼ60%の高さの共役ビーム反射を生成した。
例2 装置10は、本発明によって達成可能な共役忠実度を示
すように第5図に示されるように修正された。第5図に
おいて、第1図のものと共通の装置70の素子は同じ番
号で示され、対応しているが修正された素子は二重プラ
イム符号を付けられた同じ番号で示されている。
レーザ20からの入力ビーム18は、試験パターン74
として使用された透明な空車分解能チャートを照明する
ようにビーム拡張器72によって拡張されコリメートさ
れた。試験パターン74によって変調された入力ビーム
18はビーム分割器26を通って送信され、レンズ29
によって非直線媒体12に集束された。
写真フィルム7Gは、ビーム分割器26から反射された
24゛°で示された共役ビームを受信するように設けら
れた。さらに、試験パターン74の画像を歪めるように
設けられた収差装置78が示されている。
本発明の位相共役効果は、写真フィルム76を使用して
共役ビーム24°°の写真を生成することによって示さ
れた。収差装置78は試験パターン74の画像をかなり
歪めたが、画像は入力ビーム18と反対方向に収差装置
78を通る通路によって共役ビーム24°゛によって効
率的に生成された。比較のために、その代わりとしてア
レイ16が平面反射器および拡散ホワイトペイントによ
り被覆された表面によって置換された。これらの両比較
試験は、試験パターン74の高度に歪められた画像を生
成し、逆反射器アレイ16によって生成されたものより
かなり低い位相共役効果を示した。
第6図乃至第10図に示されているように、本発明を利
用した光位相共役装置は種々の別の光学装置に集積され
ることができる。第6図に示されるように、装置80は
第1図および第4図の基本的実施例に示されたビーム分
割器26と集束レンズ29との間に配置された増幅器8
2を含む。レーザ増幅器または2波増幅器であってもよ
い増幅器82を付加することにより、装置80はマスタ
ー発振器、パワー増幅器(MOP A)構造に発展され
る。レーザ20は比較的低いパワー人カビーム18を生
成するが、入力ビームおよび共役反射ビームは、高い輝
度を有し、レンズなしの画像化を含む適用に適している
強い光ビーム84を生成するように増幅器82を通る2
つの各通路を通して増幅される。集束レンズ21、ポラ
ライザ23、位相シフタ62および変調器64は、任意
の組合せおよび相互関係位置で任意に設けられることが
できる。
第7図を参照すると、本発明を使用した装置9゜は、3
つの別々のソースによって発生されるが、或は1つのソ
ースによって発生され示されていない手段により3つの
ビームに分割される3つノ平行な入力ビーム92.94
および96を受信する。入力ビームはビーム分割器26
より大きいことが必要であるビーム分割器98を通過し
、さらに3つの増幅器100.102および104をそ
れぞれ通過する。増幅後のビームは、大型の集束レンズ
100によって媒体12に集束される。入力ビームは重
ねられて互いに空間的にオーバーラツプする関係にされ
、媒体12および任意の所望の補助素子を通って同時に
伝播し、アレイIGによって逆反射される。自己ポンプ
共役反射ビームは装置を通って逆方向に伝播し、出力ビ
ーム108 、110および112としてそれぞれビー
ム分割器98によって外部に反射される。
装置90の基本動作は装置80のものと類似している。
しかしながら、逆反射アレイ16による入力ビームの疑
似共役反射は、上記に参照されたA prahamia
n氏他による特許出願に記載されたように出力ビームを
コヒーレントに結合させるか、或は互いに同位相でロッ
クさせる。しかしながら、本発明は、多数の逆方向シー
ドビームを生成するために複雑で正確なビーム分割器の
必要性をなくすることによって前記特許出願によって示
唆された装置を改善するものである。
本発明は外部のポンプビームの必要なしに自己ポンプ構
造における光位相共役を実現するが、2つ以上のビーム
を使用する混合を行う装置に本発明の基本的概念を導入
することができる。第8図は、4波ミキサ(FWM)構
造においてポンプまたは基準ビームとして第1図または
第4図の実施例の入力および共役反射ビームを使用する
本発明を利用した装置120を示す。示されたように、
入力ビーム18はレンズ29と媒体12との間の通路、
および非直線媒体を含むセル124の中をビーム18に
関して反対方向に伝播する上記の方法による自己ポンプ
共役反射ビーム122を生成する。セル124はSBS
動作用の気体材料または所望の非直線混合処理用のその
他の適切な材料を含む。平行または非平行であり得る入
力またはプローブビーム128 、128および130
は適切な角度でセル124に向けられる。逆伝播ビーム
18および122はポンプまたは基準ビームを構成し、
セル124の材料中にビーム1285128および13
0と共に回折格子を形成し、入力ビームの散乱させて逆
伝播する共役反射ビーム132.134および136を
それぞれ生成させる。装置120は広い視界FWM共役
として構成され、プローブビームのフェイズアップ(位
相ロックまたはコヒーレントな結合)だけでなくプロー
ブビーム歪みの補正を行う。
第9図は、入力ビーム142.144および14Gが非
直線媒体14g 、150および152に導かれる本発
明を使用した別の装置140を示す。媒体はSF3用の
チタン酸バリウム結晶、またはその他の適切な非直線材
料である。装置140において、入力ビーム142 、
144および14Bは各媒体148.150および15
2、集束レンズ10Bおよび装置のその他の素子を通っ
て伝播し、上記に示された方法でシードビーム154.
15Bおよび158からそれぞれ逆伝播する反射共役ビ
ーム108.110および112を生成する。共役反射
ビームはコヒーレントに結合され、第7図を参照して上
記に示された方法で同位相でロックされる。装置140
は、大きい開口のシステムおよびエネルギスケールに対
して有効である2tL共役のモザイクアレイを構成する
。共通の疑似共役シードを使用することによって個々の
2波ミキサの制限されたエネルギ限界を回避する。
第10図は、第7図を参照して示された方法で逆伝播す
る共役反射ビーム168.170および172をそれぞ
れ生成するために光ビーム182.1B4および166
を受信する本発明の別の実施例の装置160を示す。各
ビームは第8図を参照して示された方法でポンプまたは
基準ビームを構成するように非直線媒体174.17B
および178中を逆伝播する。
プローブビーム180.182および184は共役反射
ビーム18B 、18gおよび190をそれぞれ生成す
るために媒体174.17Bおよび178に導かれ、基
準ビームによって形成された回折格子によって散乱され
る。媒体はそれぞれ4波ミキサを構成する。
装置180は、大きい開口システム適用において特に有
効である4波共役のフェイズアップモザイクアレイであ
る。
第7図乃至第10図において入力および別の対応したビ
ームの数は3本として示されているが、本発明はそれに
限定されず、任意の実際的な数のビームが適用されても
よい。
本発明の複数の実施例が説明され図示されているが、当
業者は本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変
形および別の実施例が得られることを理解するであろう
。したがって、本発明は特定の実施例だけに限定される
ものではない。種々の修正は、添付された特許請求の範
囲の各請求項によって限定された本発明の技術的範囲を
逸脱することなく考慮され実行されることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はSPS構造における本発明の第1の実施例を示
す概略図である。 第2図および第3図は本発明において使用される逆反射
アレイの原理を示す部分的な斜視図である。 第4図はSBSまたはSR8構造における本発明の第2
の実施例を示す概略図である。 第5図は本発明の1例を形成するように構成された実験
的な装置を示す概略図である。 第6図は本発明を実施しているMOPA装置を示す。 第7図は本発明の位相ロックされた多数のMOPAアレ
イを示す。 第8図は本発明を実施した広い視界のFWM共役を示す
。 第9図は本発明の別の実施例のモザイク共役アレイを示
す。 第1O図は本発明を実施した位相ロックされたFWM共
役アレイを示す。

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非直線光媒体と、 媒体を通して送信された光入力ビームを逆反射して媒体
    に戻し、逆反射されたビームが媒体において自己ポンプ
    位相共役ビームを発生するために必要なしきい値を低め
    るシードとして動作する疑似共役器手段とを具備してい
    る自己ポンプ光位相共役装置。
  2. (2)媒体は刺激された光屈折散乱によって2波混合利
    得を得ることができるものである請求項1記載の装置。
  3. (3)媒体は光屈折性のものである請求項1記載の装置
  4. (4)媒体はチタン酸バリウム結晶を含む請求項3記載
    の装置。
  5. (5)媒体は光屈折材料の結晶を含み、材料中で入力ビ
    ームの光屈折および最大背景散乱を発生させる材料の結
    晶軸に対して角度を有して入力ビームを受信するように
    配向されている請求項1記載の装置。
  6. (6)疑似共役器手段は逆反射素子のアレイを含む請求
    項1記載の装置。
  7. (7)逆反射素子は湾曲面を有する請求項1記載の装置
  8. (8)逆反射素子は球体である請求項7記載の装置。
  9. (9)逆反射素子は平坦な面を有する請求項6記載の装
    置。
  10. (10)逆反射素子はコーナー反射器である請求項9記
    載の装置。
  11. (11)アレイは実質的に平坦である請求項6記載の装
    置。
  12. (12)媒体は刺激されたブリローイン散乱によって2
    波混合利得を得ることができるものである請求項1記載
    の装置。
  13. (13)さらに媒体のストークス周波数に等しい周波数
    によって入力ビームに関して逆反射されたビームを下方
    シフトするために媒体と疑似共役器手段との間に配置さ
    れた周波数シフト手段を含む請求項12記載の装置。
  14. (14)媒体は刺激されたレーマン散乱によって2波混
    合利得を得ることができるものである請求項1記載の装
    置。
  15. (15)さらに媒体のストークス周波数に等しい周波数
    によって入力ビームに関して前記逆反射されたビームを
    下方シフトするために媒体と疑似共役器手段との間に配
    置された周波数シフト手段を含む請求項14記載の装置
  16. (16)媒体は刺激されたレイリーウィング散乱によっ
    て2波混合利得を得ることができるものである請求項1
    記載の装置。
  17. (17)媒体は非直線性に局部的に応答することにより
    刺激散乱することができる請求項1記載の装置。
  18. (18)さらに前記逆反射されたビームの減極成分を遮
    断するための、媒体と疑似共役器手段との間に配置され
    た偏光手段を含んでいる請求項1記載の装置。
  19. (19)さらに前記逆反射されたビームを変調するため
    の、媒体と疑似共役器手段との間に配置された変調手段
    を含む請求項1記載の装置。
  20. (20)媒体を通って伝送の前に入力ビームを増幅し、
    入力ビームに関して逆伝播する自己ポンプ位相共役ビー
    ムをさらに増幅するように配置されている増幅手段を含
    む請求項1記載の装置。
  21. (21)さらに疑似共役器手段に入力ビームを集束する
    ために媒体と疑似共役器手段との間に配置された光集束
    手段を含む請求項1記載の装置。
  22. (22)非直線光媒体と、 媒体を通して送信された複数の空間的にオーバーラップ
    された光入力ビームを互いに関してコヒーレントな結合
    関係で媒体に戻すように逆反射する疑似共役器手段とを
    含んでいる自己ポンプ光位相共役装置。
  23. (23)入力ビームは媒体を通って伝送される前には空
    間的に互いに離れており、装置はさらに空間的に互いに
    オーバーラップされた関係で媒体に入力ビームを集束す
    る光集束手段を具備している請求項22記載の装置。
  24. (24)媒体を通って伝送される前にそれぞれ空間的に
    離れた入力ビームを増幅し、各入力ビームに関して逆伝
    播する、前記逆反射されたビームに応答して媒体によっ
    て発生される自己ポンプ共役ビームをさらに増幅するよ
    うに配置されている複数の増幅手段を含む請求項23記
    載の装置。
  25. (25)複数の非直線光媒体と、 疑似共役器手段と、 複数の媒体をそれぞれ介して互いに関して空間的にオー
    バーラップされた関係で疑似共役器手段中に伝送される
    光入力ビームを集束する光集束手段と、各媒体を通って
    伝送された空間的にオーバーラップされた光入力ビーム
    を互いにコヒーレントに結合して各媒体中に逆反射して
    戻す疑似共役器手段とを具備している自己ポンプ光位相
    共役装置。
  26. (26)第1の非直線光媒体と、 第2の非直線光媒体と、 第1および第2の媒体において入力ビームに関して逆伝
    播する自己ポンプ共役ビームを発生するように第1およ
    び第2の媒体を通って連続的に伝送された光入力ビーム
    を逆反射して第2の媒体中に戻す疑似共役器手段と、 基準ビームを構成する第1の媒体における入力および自
    己ポンプ共役ビームと、 光プローブビームと基準ビームとの相互作用により位相
    共役反射ビームを発生するために基準ビームに関して予
    め定められた角度で第1の媒体に光プローブビームを導
    く手段とを含んでいる光位相共役装置。
  27. (27)第1の非直線光媒体と、 第2の非直線光媒体と、 第1および第2の媒体において入力ビームに関して逆伝
    播する自己ポンプ共役ビームを発生するように第1およ
    び第2の媒体を通って連続的に伝送された光入力ビーム
    を逆反射して第2の媒体中に戻す疑似共役器手段と、 基準ビームを構成する第1の媒体における入力および自
    己ポンプ共役ビームと、 光プローブビームと基準ビームとの相互作用により互い
    にコヒーレントに結合された位相共役反射ビームを発生
    するために基準ビームに関して予め定められた角度で第
    1の媒体に複数の光プローブビームを導く手段とを含ん
    でいる光位相共役装置。
  28. (28)プローブビームは互いに平行ではない請求項2
    7記載の装置。
  29. (29)複数の第1の非直線光媒体と、 第2の非直線光媒体と、 第1の各媒体を通ってそれぞれ第2の媒体に伝送された
    入力ビームを空間的に集束する光集束手段と、 第2の媒体を通って伝送された空間的にオーバーラップ
    された光入力ビームを互いに関してコヒレントな結合関
    係で第2の媒体中に逆反射して戻す疑似共役器手段と、 各第1の媒体で入力ビームに関して逆伝播する各自己ポ
    ンプ共役ビームを発生するために第2の媒体中で入力ビ
    ームに関して逆伝播する逆共役ビームと、 基準ビームを構成する各第1の媒体における入力および
    自己ポンプ共役ビームと、 光プローブビームと基準ビームとの相互作用により位相
    共役反射ビームを発生するために基準ビームに関して予
    め定められた角度で各第1の媒体に光プローブビームを
    導く手段とを含んでいる光位相共役装置。
  30. (30)(a)非直線光媒体中に入力ビームを導入し、 (b)媒体を通して伝送された入力ビームを逆反射して
    媒体に戻す疑似共役器を使用し、前記逆反射されたビー
    ムが媒体中で自己ポンプ位相共役ビームを発生するため
    に必要なしきい値を低めるシードとして動作するステッ
    プを含む光入力ビームの自己ポンプ位相共役方法。
  31. (31)媒体は刺激された光屈折散乱を行うことができ
    、前記ステップ(a)は媒体中で入力ビームの光屈折お
    よび最大背景散乱を発生させる角度で媒体に入力ビーム
    を導入することを含む請求項30記載の方法。
  32. (32)媒体は刺激されたブリローイン散乱を行うこと
    ができ、方法はさらに、 (c)媒体のストークス周波数に等しい周波数により入
    力ビームに関して前記逆反射されたビームを下方シフト
    するステップを含む請求項30記載の方法。
  33. (33)媒体は刺激されたラーマン散乱を行うことがで
    き、方法はさらに、 (c)媒体のストークス周波数に等しい周波数により入
    力ビームに関して前記逆反射されたビームを下方シフト
    するステップを含む請求項30記載の方法。
  34. (34)媒体は刺激されたレイリーウィング散乱を行う
    ことができる請求項30記載の方法。
  35. (35)媒体は局部的に応答する非直線性によって刺激
    された一散乱を行うことができる請求項30記載の方法
  36. (36)(a)非直線光媒体に複数の空間的にオーバー
    ラップされた光入力ビームを導入し、 (b)媒体を通して伝送された入力ビームを逆反射して
    媒体に戻す疑似共役器を使用し、前記逆反射されたビー
    ムが互いにコヒーレントに結合されるステップを含む光
    位相共役方法。
  37. (37)(a)入力ビームを第1および第2の非直線媒
    体を通って連続的に伝送させ、 (b)第1および第2の媒体において入力ビームに関し
    て逆伝播する自己ポンプ共役ビームを発生するために入
    力ビームを逆反射して第2の媒体に戻すために疑似共役
    器を使用し、第1の媒体中の入力および自己ポンプ共役
    ビームが基準ビームを構成し、 (c)光プローブビームと基準ビームとの相互作用によ
    り位相共役反射ビームを発生するために基準ビームに関
    して予め定められた角度で第1の媒体に光プローブビー
    ムを導くステップを含む光位相共役方法。
  38. (38)(a)入力ビームを第1および第2の非直線媒
    体を通って連続的に伝送させ、 (b)第1および第2の媒体において入力ビームに関し
    て逆伝播する自己ポンプ共役ビームを発生するために入
    力ビームを逆反射して第2の媒体に戻すために疑似共役
    器を使用し、第1の媒体中の入力および自己ポンプ共役
    ビームが基準ビームを構成し、 (c)光プローブビームと基準ビームとの相互作用によ
    り互いにコヒーレントに結合された各位相共役反射ビー
    ムを発生するために基準ビームに関して予め定められた
    角度で第1の媒体に複数の光プローブビームを導くステ
    ップを含む光位相共役方法。
  39. (39)(a)光入力ビームを複数の第1の非直線媒体
    を通ってそれぞれ連続的に伝送させ、 (b)第2の非直線媒体に第1の媒体を通して伝送され
    た入力ビームを集束して空間的に互いに関してオーバー
    ラップし、 (c)各第1の媒体中で入力ビームに関して逆伝播する
    自己ポンプ共役ビームを発生するために互いに関してコ
    ヒーレントな結合関係で第2の媒体を通して伝送された
    空間的にオーバーラップされた入力ビームを逆反射して
    第2の媒体に戻す疑似共役器を使用し、各第1の媒体中
    の入力および自己ポンプ共役ビームが基準ビームを構成
    し、(d)光プローブビームと基準ビームとの相互作用
    により位相共役反射ビームを発生するために基準ビーム
    に関して予め定められた角度で各第1の媒体にそれぞれ
    光プローブビームを導くステップを含む光位相共役方法
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