JPH04147683A - レーザパルスストレッチャー - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明はたとえば色素レーザのレーザパルス幅を広げ
るレーザパルスストレッチャーに関する。

（従来の技術） たとえば、大出力の色素レーザシステムにおいては、出
力を増大するために色素レーザ発振器と色素レーザ増幅
器とからなるシステムが用いられている。このような色
素レーザシステムでは、出力の増大を計る手段として、
色素レーザ増幅器から出力されたレーザ光を上記色素レ
ーザ増幅器を用いて増幅するだけでなく、上記レーザ光
のパルス幅をレーザパルスストレッチャーによって広げ
、そのレーザ光を色素レーザ増幅器で増幅することで増
幅効果を増大させるということが行われている。

従来、上記レーザパルスストレッチャーとしては第３図
あるいは第４図に示す構成のものが用いられていた。す
なわち、第３図に示すレーザパルスストレッチャーは、
パルスレーザ光りに対して４５度の角度で傾斜して配置
された両面反射ハーフミラ−１を有する。この両面反射
ハーフミラ−１の一方の反射面１ａに４５度の角度で入
射したレーザ光りは、透過光Ｌ１と反射光Ｌ２とに分け
らイる。

上記両面反射ハーフミラ−１の第１の反射口１ａで反射
した反射光Ｌ２は、第１乃至第４のｂ射ミラー２〜５の
反射面２ａ〜５ａで順次４５度σ角度で反射して矩形ル
ープ状に走行して所定時■遅延され、ビーム補正レンズ
６でビーム径が補■されたのち、上記両面反射ハーフミ
ラ−１の他スの反射面１ｂで反射する。それによって、
反射畏Ｌ２は上記両面反射ハーフミラ−１を透過した４
過光Ｌ１と所定時間遅延して合成されるから、戸ルス幅
が拡大されたレーザ光り一を得ることができる。

一方、第４図に示す構成のレーザパルスストレッチャー
は、パルスレーザ光りが４５度の角度で配置された第１
のビームスプリッタ１ｏにょつて透過光り、と反射光Ｌ
２とに分割される。透過光り、はハーフミラ−１１を透
過するようになっている。上記反射光Ｌ２は第１の反射
ミラー１２で反射して第１の凹面反射ミラー１３に形成
された第１の通孔１４から入射し、上記第１の凹面反射
ミラー１３の反射面１３ａと、この第１の凹面反射ミラ
ー１３に対面して配置された第２の凹面反射ミラー１５
の反射面１５ａとの間で多重反射して所定時間遅延され
る。そして、第２の凹面反射ミラー１５に形成された第
２の通孔１６から出射し、第２の反射ミラー１７で反射
してビーム補正レンズ１８でビーム径が補正されたのち
、上記ハフミラー１１で反射する。それによって、反射
光Ｌ２は透過光Ｌ１と所定時間遅延して合成されるから
、合成されたレーザ光Ｌ′のパルス幅を拡大することが
できる。

しかしながら、第３図に示された従来の構成では、第１
乃至第４の反射ミラー２〜５の間隔を変えて反射光Ｌ２
の遅延時間の調節を行わなければならず、第４図に示さ
れた構成では一対の凹面反射ミラー１３．１５によって
遅延時間を調節しなければならない。そのため、これら
従来の構成によると、上記第１乃至第４の反射ミラー２
〜５や一対の凹面反射ミラー１３．１５などの光学系の
調節に多くの手間が掛かるということがあった。

また、反射光Ｌ２を遅延させることで透過光り。

とビーム径が異なってくるから、その違いを補正するた
めに、補正レンズ６．１８を用いなければならないとい
うこともある。さら、所定の遅延時間を得るためには、
第３図に示された構成では各反射ミラー２〜５間の間隔
を大きくしなければならないから、装置が大形化すると
いうことがあり、また第４図に示す構成では一対の凹面
反射ミラー１３．１５間での多重反射回数を増大させな
ければならないから、その調節が非常に難しくなるなど
のことが生じる。

（発明が、解決しようとする課題） このように、従来のレーザパルスストレッチャーは、光
学系によって遅延時間を調節するのに多くの手間が掛か
るばかりか、全体の構成が大形化するなどのことがあっ
た。

この発明は上記事情にもとづきなされたもので、その目
的とするところは、遅延時間の調節が容易に行えるとと
もに、全体の構成が大形化することがないレーザパルス
ストレッチャーを提供することにある。

Ｃ発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、第１の入射端と第１の出射端と
を有し上記第１の入射端からパルスレーザ光が入射する
第１の光ファイバと、第２の入射端と第２の出射端とを
有しこれら入射端と出射端とを光学的に接続してループ
状をなした第２の先ファイバと、上記第１の光ファイバ
と第２の光ファイバとの中途部を光学的に接続し上記第
１の光ファイバに入射したパルスレーザ光を上記第１の
光ファイバと第２の光ファイバとに所定の割合で分配す
る分配手段とを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、第１の光ファイバから第２の
光ファイバに分配されたレーザ光が、この第２の光ファ
イバを通ることで所定時間遅延したのち、その一部が上
記第１の光ファイバに分配されることで上記第１の光フ
ァイバから出射するレーザ光のパルス幅を拡大すること
ができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図を参照して説明する
。第１図に示すレーザパルスストレッチャーは第１の光
ファイバ２１と第２の光ファイバ２２とを備えている。

この第１の光ファイバ２１は、一端が第１の入射端２３
ａに形成され、他端が第１の出射端２３ｂに形成されて
いる。上記第１の入射端２３ａからは入射側レンズ２４
を介してパルス状のレーザ光りが入射し、上記第１の出
射端２３ｂからは後述するごとくパルス幅が拡大された
レーザ光り一が出射側レンズ２５を介して出射される。

上記第２の光ファイバ２２は一端が第２の入射端２６ｇ
に形成され、他端が第２の出射端２６ｂに形成されてい
て、これら入射端２６ａと出射端２６ｂとはコネクタ２
７によって光学的に結合されている。それによって、第
２の光ファイバ２２はループ状をなしている。

上記第１の光ファイバ２１と第２の光ファイバ２２との
中途部は、分配手段を構成する方向性結合器２８によっ
て光学的に接続されている。すなわち、この方向性結合
器２８は、第１の光ファイバ２１の第１の入射端２３ａ
に入射したレーザ光りを上記第１の光ファイバ２１と上
記第２の光ファイバ２２とに所定の分配比で分配するよ
うになっている。それによって、第１の光ファイバ２１
に入射したレーザ光りは、上記方向性結合器２８に設定
された分配比にもとづいて一部が第２の光ファイバ２２
に分配されるようになっている。第２の光ファイバ２２
に分配されたレーザ光りは、この第２の光ファイバ２２
を通過することで所定時間遅延したのち、その一部は上
記方向性結合器２８において第１の光ファイバ２１に分
配され、残りの一部は再び第２の光ファイバ２２を循環
することでさらに所定時間遅延されて分配されるという
ことが繰り返される。したがって、第１の光ファイバ２
１の第１の出射端２３ｂからは、パルス幅が拡大された
レーザ光Ｌ′が出射されることになる。

上記第１の光ファイバ２１に入射するレーザ光りのパル
ス幅をＴ、ピーク値を１、方向性結合器２８による第１
の光ファイバ２１と第２の光ファイバ２２への分配比を
（Ａ：Ｂ）、第１の光ファイバ２１から出射されるパル
スレーザ光り相互の遅延時間をΔｔとすると、第１の光
ファイバ２１に入射したレーザ光りは、その出射端２３
ｂには（Ａ／　（Ａ＋Ｂ））の割合で分配されて外部に
出射される。

上記方向性結合器２８において、第２の光ファイバ２２
へは（Ｂ／　（Ａ十Ｂ））の割合で分配される。第２の
光ファイバ２２に分配されたレーザ光りは、第２の光フ
ァイバ２２を−回りすることでΔを時間遅延し、再び上
記方向性結合器２８で第１の光ファイバ２１と第２の光
ファイバ２２とに（Ａ：Ｂ）の割合で分配される。よっ
て、このときに（Ａ　−Ｂ／　（Ａ＋Ｂ）　２）の割合
で分配されて第１の光ファアイバ２１の出射端２３ｂか
ら出射するレーザ光りがその前に出射端２３ｂ側に（Ａ
／　（Ａ＋Ｂ）Ｊの割合で分配されたレーザ光りとΔｔ
だけ遅れて重なり合う。

また、第２の光ファイバ２２へ（Ｂ２／　（Ａ十Ｂ）２
）の割合で分配されたレーザ光りは前回と同様にΔを時
間遅延して再び第１の光ファイバ２１と第２の光ファイ
バ２２とに分配される。第１の光ファイバ２１へは（Ａ
−Ｂ２／　（Ａ＋Ｂ）　３１の割合で出射され、そのま
えに（Ａ　−Ｂ／　（Ａ十Ｂ）２）の割合で分配された
レーザ光りとΔｔだけ遅延して重なり合う。

このように、方向性結合器２８によって分配されたレー
ザ光りは、ピークがそれぞれ（Ａ／　（Ａ＋Ｂ）ｉ　　
　（Ａ　−Ｂ／　（Ａ＋Ｂ）　２）　　　（Ａ・Ｂ２／
　（Ａ＋Ｂ）３　）　　・・・・・・となり、パルス幅
Ｔで遅延時間Δｔずつ遅れて重なり合うことになる。

したがって、全体としてみたパルスレーザ光りは、分配
されたレーザ光りの和になることから、方向性結合器２
８の分配比（Ａ　：　Ｂ）と、遅延時間Δｔ１すなわち
第２の光ファイバ２２の長さを適当に設定することで、
パルス幅を変えることができる。

また、パルスレーザ光りの横モードは、シングルモード
の第１、第２の光ファイバ２１．２２を通過することで
安定したシングルモードになり、レーザ光りのパターン
も発振時に色素セルの回折を受けた状態から円形になる
。したがって、第１、第２の光ファイバ２１．２２のコ
ア径、コアとクラッドの屈折率の差等の条件を使用する
色素レーザの波長に適合させることで、このレーザパル
スストレッチャーの後段に設置される増幅器（図示せず
）との空間マツチングを向上させることができる。

第３図に示される従来の装置において、たとえば２０ｎ
ｓｅｃの遅延時間を取りたい場合には、空気中の光速度
はおよそ３Ｘ１０８ｍ／ｓであるから、両面反射ハーフ
ミラ−１で反射したのち、第１乃至第４の反射ミラー２
〜５で反射するレーザ光りの遅延光路の長さを６ｍにし
なければならない。そのため、装置が大きくなり、設置
場所の確保が難しいことがある。

第４図に示される従来の装置では、一対の凹面反射ミラ
ー１３．１５で多重反射させて遅延時間を得るため、装
置自体は小形化が可能である。しかしながら、一対の凹
面反射ミラー１３．１５の間隔を０．１ｍとし、その他
の光路長を０．１　ｍとした場合、レーザ光りを一対の
凹面反射ミラー１３．１５間で５８回反射させたのち、
第２の凹面反射ミラー１５の第２の通孔１６から出射さ
せることで２０ｎｓｅｅの遅延時間を得ることが可能と
なる。そのため、レーザ光りを一対の凹面反射ミラー１
３．１５間で５８回反射させてから取り出すための調節
に多大な手間が掛かることになる。

これに対してこの発明の構成で２０ｎｓｅｃの遅延時間
を得るには、遅延回路となる第２の光フアイバ２２内に
おける散乱光の伝播速度は、光ファイバの材質を石英と
すると、およそ２．Ｉ　Ｘ　１０”　ｔａｇｓであるか
ら、上記第２の光ファイバ２２の全長を４．２ｍにすれ
ばよい。光ファイバは巻き上げることが可能であるから
、長くても場所をとらずにすむ。しかも、遅延時間を変
更する場合には第２の光ファイバ２２の長さを変えるだ
けでよく、従来のように手間の掛かる光学系の調節を必
要としない。さらに、遅延を受けるレーザ光りも、遅延
を受けないレーザ光りも第１、第２の光ファイバ２１．
２２を通るため、両者のビーム径に差が生じることがな
い。したがって、従来のようにビーム径を合わせるため
の補正レンズが不要となる。

また、下記（１）式の関係を満すことによって特定の波
長のレーザ光をレンズモードにすることが可能である。

（２π・ｎ−ａｆ丁了）／λ＜　２．０４５−（１）式
ただし、ｎ：コアの屈折率、Δ：コアとクラッドの屈折
率差、ａ：コアの半径、λ：レーザ光の波長である。

そこで、λ−６００ｎｍ　、ｎ−１，５、Δ■０．３％
とした場合、シングルモードの条件はａ＜４μｍとなる
。このように、レーザ光りをシングルモードとすること
で、出射されるレーザ光りの強度分布をガウシアンモー
ドにできるから、後段に設置された増幅器との空間のマ
ツチングを向上させることができる。

なお、上記一実施例では、第１の光ファイバ２１と第２
の光ファイバ２２との中途部を方向性結合器２８で直接
光学的に接続したが、方向性結合器２８の内部には予め
光学的に接続された２本の短い光ファイバ３１．３２を
内蔵しておき、これらの端部を第２図に示すように方向
性結合器２８の側面に設けられた４つのコネクタ３１ａ
１Ｂｌｂ、３２ａ、３２ｂの一端に接続する一方、第１
、第２の光ファイバ２１．２２はそれぞれ２つに分割す
る。そして、対応する各一対のコネクタの他端にそれぞ
れ２つに分割された第１の光ファイバ２１の一端部２１
ａと他端部２１ｂおよび第２の光ファイバ２２の一端部
２２ｇと他端部２２ｂをそれぞれ接続する構成としても
よい。このような構成によれば、第１、第２の光ファイ
バ２１．２２を方向性結合器２８に対して着脱できるこ
とで、これら先ファイバの長さの調節などを容易に行う
ことができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、光ファイバを用いてレー
ザ光のパルス幅を拡大することができるようにしたので
、装置の小形化が計れるばかりか、所定のパルス幅のレ
ーザ光を得るための調節を容易に行うことができるなど
の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は一
同じくこの発明の他の実施例を示す構成図、第３図と第
４図はそれぞれ従来の構成を示す説明図である。 ２１・・・第１の光ファイバ、２２・・・第２の光ファ
イバ、２８・・・方向性結合器（分配手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の入射端と第１の出射端とを有し上記第１の入射端
   からパルスレーザ光が入射する第１の光ファイバと、第
   ２の入射端と第２の出射端とを有しこれら入射端と出射
   端とを光学的に接続してループ状をなした第２の光ファ
   イバと、上記第１の光ファイバと第２の光ファイバとの
   中途部を光学的に接続し上記第１の光ファイバに入射し
   たパルスレーザ光を上記第１の光ファイバと第２の光フ
   ァイバとに所定の割合で分配する分配手段とを具備した
   ことを特徴とするレーザパルスストレッチャー。