JPH03500226A

JPH03500226A - 改良された共振器を備えた結晶変調レーザ

Info

Publication number: JPH03500226A
Application number: JP1505786A
Authority: JP
Inventors: ラム，アルバート・ジエイ; ワング，ジヨン・エツチ・エス; ストバル，エッチ・デーン; フイ，キン‐クオツク; チエン，クエイール
Original assignee: ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1991-01-17
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: US4885752A; IL89383A; EP0362372B1; IL89383A0; JP2553211B2; TR25220A; WO1989009504A1; EP0362372A1

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】改良された共振器を備えた結晶変調レーザ［発明の背景］１、発明の技術分野この発明は結晶変調レーザに関し、特に熱レンズ作用その他の効果に対する補償により電子光学的結晶変調器の挿入損失を減少させる共振器構造に関する。

２、関連技術の説明導波管ＣＯ□レーザのような通常の結晶変調レーザは、レーザ利得媒体と出力結合器ミラーとの間に直接配置された電子光学的結晶を使用している。結晶はその結晶に周期的に変化する電圧を供給することによってレーザ光を周波数変調するために使用される。周期的に変化する電圧は結晶の屈折率を変調電圧と同期して変化させる。この変化はレーザ共振器の実効的長を変化させ、レーザ光の周波数を変調する。

通常の安定な共振器では、高い強度のレーザ光は結晶を急速に加熱して熱レンズ効果を生じさせる。この熱レンズ効果は結晶の外部周辺が熱除去媒体と接触し、または近接し、一方結晶の中心はそうでないために生じるものである。これは不均一な加熱を生じさせ、温度差が結晶中に生成されて結晶を不均一に膨張させる。結晶の中心のほうが温度が高いために外側よりも膨張し、それによって結晶をレンズのような形状にする。熱レンズは歪みと変調レーザのパワー損失の原因の一つである。

レーザ構造中に結晶変調器を導入することによる別の問題は複屈折である。複屈折は異なる偏光に対して屈折率が異なることによって特徴付けられるある種の結晶の性質である。

高度に複屈折性の結晶は一つの偏光から別の偏向に光を回転させることができ、そのため２つの偏光が互いに干渉してしよるレーザ光の吸収は全てレーザの特性を悪化させる。したがってレーザ空洞中へ結晶変調器を導入することはレーザのパワーを、典型的には前の値の半分に減少させる。これは通常の技術を使用するコンパクトで実用的な設計の送信機レーザを約１０ワツトの出力レベルに制限する。

レーザ空洞中へ結晶変調器を導入することによりもたらされる上記の制限により、高電力送信機のためにマスター発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）のようなかさばって効率の悪い構成に頼ることが必要になる。

［発明の概要］この発明は、熱レンズ効果を実質的に補償し、送信機空洞損失を減少させることによってレーザの効率を改善するものである。その結果得られるレーザ送信機はコンパクトな送信機構造を犠牲にすることなく約２０ワツトに増加されることができる。

この発明によれば、結晶変調レーザはレーザ光を発生するためのレーザ利得媒体を有している。この媒体は第１および第２の端部を有する。第１の反射手段がほぼ第１の端部に隣接して配置され、出力結合反射手段がほぼ第２の端部に隣接してそれから離れて配置される。結晶変調器はほぼ第２の端部に隣接して第２の端部と出力結合反射手段との間に位置している。結晶変調器はレーザ光を受けてそれにより加熱される。この加熱は結晶変調器に熱レンズ作用を生じる。しかしながらこの熱レンズ作用は結晶中の熱レンズ作用を実質上補償するような充分な距離だけ結晶変調器から離して出力結合反射手段を配置することによって補償される。所望の補償を行うことのできる距離ｄは次の式で与えられる。

ｄ−ｆ／　［１＋（ｆ／ｚ）　２］　−Ｌ／２ここで、ｆ　”１　（２，１ＸＩＧ−’ｘ　Ｐｃ　ｘ　Ｌ）″’８ｍｚ　−１４，５ｃｍＬ−前記結晶変調器の長さくｃｍ）Ｐｃ−前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット）所望ならば、第１の反射手段は全反射または格子で構成してもよい。出力結合反射手段は平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、またはレンズと反射鏡の組み合わせ等で構成されることができる。結晶変調器から上記の距離ｄに出力結合反射手段を位置させることが好ましいが、所望の結果はまた代りにレーザ利得媒体の第１の端部から距離ｄを隔てて第１の反射器を配置しても得られる。その代りに第１の反射手段と出力結合反射手段の両者の変位の和が上記の出力結合反射手段のみを変位するために定められた距離ｄに等しいように両方の反射手段が変位されてもよい。

この発明およびその目的、利点をさらに完全に理解するために、添付図面を参照して以下詳細に説明する。

［図面の簡単な説明］第１図はこの発明の結晶変調器の図式側面図である。

第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図は波がそのもとの位置に反射して戻される３つの異なる実施例を示す。

第３図は出力結合器の距離ｄの関数として出力パワーを示したグラフである。

第４図は第３図に示された５個の点に対するレーザ光のモード形状を示す。

［好ましい実施例の説明］第１図を参照すると、この発明の結晶変調レーザは全体をｌＯで示されている。

レーザはレーザ利得媒体１２を具備し、それはＣＯ２のようなレーザ媒体を充填したある長さの導波管または管でよい。レーザ利得媒体１２は第１および第２の端部１４および１６を有する。全反射器または格子１８が第１の端部１４に隣接して配置される。所望ならば反射器１８容器からガス媒体が出ないようにするために第１の端部１４に封着されてもよい。第２の端部Ｉ６には窓２０が設けられ、それはガス媒体が出ないようにするために第２の端部１６に封着されている。

窓２０に直接隣接して結晶変調器を形成する電気光学的結晶２２が配置されている。結晶２２はＣｄＴｅ材料の結晶から構成され、変調信号で結晶を励起するためにリード線２４を有する。結晶２２はレーザ光ビーム２６の通路中に位置している。

第２の端部Ｉにほぼ隣接して間隔を隔てて出力結合反射鏡または反射器２８が配置されている。出力結合反射鏡２８は結晶２２の端部３０から距離ｄを有している。この距離ｄは結晶２２中の熱レンズ効果を実質的に補償するように選択されている。

ＣｄＴｅ結晶と平面鏡の出力結合反射鏡２８を使用しＣＯ２導波管レーザの場合に、距離ｄは次の式で与えられる。

ｄ−ｆ／　［１＋（ｆ／ｚ）　２］　−Ｌ／２ここで、ｆ　＝　（２，Ｉ　Ｘｌ０−’ｘ　Ｐｃ　ｘ　Ｌ）　−”ｃｓ＋ｚ　−１４，５ｃ。

Ｌ−前記結晶変調器の長さくｃｍ）Ｐｃ−前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット）平面鏡の出力結合反射鏡の代りとして、この発明では第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図に示されるような形状の出力結合器を使用して実現することもできる。第２Ａ図においては出力結合器は凹面出力結合器である。第２Ｂ図においては出力結合器は凸面出力結合器である。第２Ｃ図においては出力結合器はレンズ３６と平面鏡３８の組み合わせである。

動作においてレーザ利得媒体は反射器１８と出力結合反射鏡２８との間で反射して往復し、その都度結晶変調器を通過するレーザ光を発生させる。レーザ光の一部は結合レーザビームの形態で出力結合反射鏡２８から放射される。リード線２４の変調信号を制御することにより結晶２２の屈折率は変化され、それによって反射器１８と出力結合反射鏡２８との間の実効的光路の光学的長さは変化する。

これは結果として放射されるレーザ光の周波数を変化させる。

ビーム路中に結晶２２を配置することにより、結晶はレーザエネルギの少量の部分を吸収することによって急速に加熱される。結晶２２の出力端は取付は構造および、または周囲雰囲気のような熱放散媒体と良好な熱接触状態にあるから、結晶２２の外端は中央よりも冷却される傾向にあり、結晶中に温度差が生じる。この温度差は熱レンズ効果を生成し、温度の高い中央は温度の低い外周部よりも膨張して結晶をレンズ形状にする。レーザ光はこのレンズ形状の結晶を通過するからレーザビームの位相波頭は歪みを生じる。これは共振器中のパワー損失をもたらし、不所望な高次モード形成が行われることになる。

しかしながら熱レンズ効果は結晶２２の端部３０から距離ｄを隔てて出力結合反射鏡２８を配置することによって補償される。

結晶２２の端部３０から間隔を隔てた出力結合反射鏡２８の配置はそのもとの位相波頭にレーザビームを再イメージさせる。基本モードはしたがって保存され、導波管損失は減少する。

この発明の結果は第３図および第４図に示されている。第３図および第４図は結晶変調器２２と平面鏡出力結合反射鏡２８を備えた折曲げレーザ４０を使用する第３図に示された試験装置について示されている。折曲げレーザ４０であるため、第１の端部１４と第２の端部１６は図示のように並んで配置されている。

第３図に示された結果は、平面鏡出力結合反射鏡２８が結晶変調器２２の端部から移動するにしたがってレーザパワーが増加し、結晶変調器２２の端部から約１．６インチで最大値に達することを示している。さらに第４図に示されるように、出力結合反射鏡２８が結晶変調器２２の端部から移動して離れるにしたがってモードが基本モードに収斂する。第４図は、第３図のグラフの点１および２においてモード形状が円であり、基本モードであることを示している。出力結合反射鏡２８が結晶変調器２２に近付くように移動する（点３および４）にしたがってモード形状は楕円形状になってゆく。出力結合反射鏡２Ｂが通常行われているように結晶変調器２２に直接隣接するときモード形状は第４図で点５に示すように著しく悪化する。

以上この発明を好ましい実施例に関連して説明してきたが、添付された請求の範囲に記載されたこの発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変形、変更を行うことができることが理解できるであろう。例えばＣｄＴｅの結晶変調器が例示されたがＧａＡｓおよびその他の変調器構造使用されることが可能である。またＣＯ２導波管レーザが例示されたが他のレーザもまた使用できる。

、−１−−〜、−−−，，−，−−−−ＰＣＴ／＋１；　ＩＦノ○０５３６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１および第２の端部を有するレーザ利得媒体と、前記第１の端部にほぼ隣接して位置している第１の反射手段と、前記第２の端部にほぼ隣接してそれから間隔を隔てて位置している出力結合反射手段と、前記第２の端部にほぼ隣接して、前記第２の端部と前記出力結合反射手段と間に位置している結晶変調器手段とを具備し、前記結晶変調器はレーザ光を受けてそれにより加熱され、その加熱は前記結晶変調器中に熱レンズ作用を生成し、前記出力結合反射手段は前記結晶変調器中の熱レンズ作用を実質的に補償する距離だけ前記結晶変調器から離れていることを特徴とする結晶変調レーザ。
（２）前記の距離は次の式、ｄ−ｆ／〔１＋（ｆ／ｚ）２］−Ｌ／２で与えられ、ここで、ｆ■（２．１×ｌ０−４×Ｐｃ×Ｌ）−１ｃｍｚ＝１１４．５ｃｍＬ＝前記結晶変調器の長さ（ｃｍ）Ｐｃ＝前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット）である請求の範囲１記載のレーザ。
（３）前記結晶変調器はＣｄＴｅ結晶を具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（４）前記第１の反射手段は全反射器を具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（５）前記第１の反射手段は格子を具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（６）前記出力結合反射手段は平面鏡を具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（７）前記出力結合反射手段は凹面鏡を具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（８）前記出力結合反射手段は凸面鏡を具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（９）前記出力結合反射手段はレンズおよび反射鏡の組合わせを具備する請求の範囲１記載のレーザ。
（１０）レーザ光を生成するレーザ利得媒体を使用し、前記レーザ光の光路に結晶変調器を配置し、この結晶変調器は前記レーザ光によって加熱され、その加熱により結晶変調器中に熱レンズ作用が生成され、前記レーザ光の光路中の前記レーザ利得媒体の１端部に全反射手段を配置し、前記レーザ光の光路中の前記レーザ利得媒体の他端部に出力結合反射手段を配置し、前記結晶変調器に関する前記出力結合手段の位置を調整して前記結晶変調器中の前記熱レンズ作用を実質的に補償することを特徴とする結晶変調レーザの動作方法。
（１１）前記位置の調整は前記結晶変調器から距離を隔てて前記出力結合手段を配置することにより行われる請求の範囲１０記載の方法。
（１２）前記の距離は次の式、ｄ＝ｆ／［１＋（ｆ／ｚ）２〕−Ｌ／２で与えられ、ここで、ｆ■（２．１×ｌ０−４×Ｐｃ×Ｌ）−１ＣｍＺ＝１４．５ｃｍＬ＝前記結晶変調器の長さ（ｃｍ）Ｐｃ＝前記レーザ光の空洞内循環パワー（ワット）である請求の範囲１１記載の方法。
（１３）前記全反射手段を前記レーザ利得媒体から第２の距離を隔てて配置し、前記距離および第２の距離は組合わせて前記結晶変調器中の前記熱レンズ作用を実質的に補償するように選択されている請求の範囲１１記載の方法。
（１４）平坦でない出力結合手段を前記レーザ光路中に配置する請求の範囲１０記載の方法。
（１５）レンズおよび反射鏡の組合わせを前記レーザ光路中に配置する請求の範囲１０記載の方法。