JPH04225290A - 光学装置 - Google Patents
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- JPH04225290A JPH04225290A JP3062480A JP6248091A JPH04225290A JP H04225290 A JPH04225290 A JP H04225290A JP 3062480 A JP3062480 A JP 3062480A JP 6248091 A JP6248091 A JP 6248091A JP H04225290 A JPH04225290 A JP H04225290A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08018—Mode suppression
- H01S3/08022—Longitudinal modes
- H01S3/08031—Single-mode emission
- H01S3/08036—Single-mode emission using intracavity dispersive, polarising or birefringent elements
-
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-
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- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1112—Passive mode locking
- H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
-
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-
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
- H01S3/0078—Frequency filtering
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザに関し、特に、
光学的にポンピングされるモードロックレーザに関する
。
光学的にポンピングされるモードロックレーザに関する
。
【０００２】
【従来の技術】連続波（ＣＷ）モードロックレーザは、
極短光パルスを生成するのに重要である。このようなレ
ーザ（例：衝突パルスモードロックレーザ）は、ピコ秒
以下の光パルスの安定な光源である。この極短光パルス
は、分光学から電気光サンプリングまでの技術の超高速
現象の観察に使用される。
極短光パルスを生成するのに重要である。このようなレ
ーザ（例：衝突パルスモードロックレーザ）は、ピコ秒
以下の光パルスの安定な光源である。この極短光パルス
は、分光学から電気光サンプリングまでの技術の超高速
現象の観察に使用される。
【０００３】種々の型のノイズがＣＷモードロックレー
ザからの極短光パルスに付随することが知られている。 そのようなレーザのノイズは、振幅ノイズと位相ノイズ
とに分類できる。Ｕ．Ｋｅｌｌｅｒ他の論文（ＩＥＥＥ
Ｊ．ＱｕａｎｔＥＬＥＣＴ．の第２５巻３号の２８０−
２８８ページ）とｖｏｎ ｄｅｒ Ｌｉｎｄｅ他の
論文（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．Ｂ，３９ ２０１−
２１７ページ）を参照のこと。
ザからの極短光パルスに付随することが知られている。 そのようなレーザのノイズは、振幅ノイズと位相ノイズ
とに分類できる。Ｕ．Ｋｅｌｌｅｒ他の論文（ＩＥＥＥ
Ｊ．ＱｕａｎｔＥＬＥＣＴ．の第２５巻３号の２８０−
２８８ページ）とｖｏｎ ｄｅｒ Ｌｉｎｄｅ他の
論文（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．Ｂ，３９ ２０１−
２１７ページ）を参照のこと。
【０００４】この振幅ノイズは、実験では高感度性能を
制限しながら、信号検知バンド幅内の測定変動の原因と
なる。この高感度は、ショットノイズ処理のみに制限さ
れる感度を意味する。また、位相ノイズは、実験の仮分
解能を低下させる測定ノイズを生成する。
制限しながら、信号検知バンド幅内の測定変動の原因と
なる。この高感度は、ショットノイズ処理のみに制限さ
れる感度を意味する。また、位相ノイズは、実験の仮分
解能を低下させる測定ノイズを生成する。
【０００５】光プローブビームが測定下の変数に比例し
て変調されるような光プローブの実験では、光プローブ
ビームを生成するレーザの振幅スペクトルを理解するこ
とは重要である。従来技術ではレーザの振幅スペクトル
の理解は、スペクトル中に現れるソースノイズを分析せ
ずに、スペクトルを単に分析するのみであった。振幅ス
ペクトルのノイズの影響を除去するかまたは改善する技
術が工夫されている。それは、例えば、検知バンド幅の
減少またはチョッピング技術による検知信号のより高い
周波数への移行である。
て変調されるような光プローブの実験では、光プローブ
ビームを生成するレーザの振幅スペクトルを理解するこ
とは重要である。従来技術ではレーザの振幅スペクトル
の理解は、スペクトル中に現れるソースノイズを分析せ
ずに、スペクトルを単に分析するのみであった。振幅ス
ペクトルのノイズの影響を除去するかまたは改善する技
術が工夫されている。それは、例えば、検知バンド幅の
減少またはチョッピング技術による検知信号のより高い
周波数への移行である。
【０００６】振幅ノイズは、プローブビームの光学強度
の変動を引き起こす。検知バンド幅内の強度変動は、直
接、測定された変数の変動が、測定値のＳＮ比を悪化さ
せるようにする。検知バンド幅を減少することにより、
測定装置に入力される振幅ノイズの量を減らすことが可
能である。都合の悪いことに、この方法を光学プローブ
実験に用いると、この方法は、測定変数の長期間変動の
影響を受けやすい受入れがたい測定時間を必要とする。
の変動を引き起こす。検知バンド幅内の強度変動は、直
接、測定された変数の変動が、測定値のＳＮ比を悪化さ
せるようにする。検知バンド幅を減少することにより、
測定装置に入力される振幅ノイズの量を減らすことが可
能である。都合の悪いことに、この方法を光学プローブ
実験に用いると、この方法は、測定変数の長期間変動の
影響を受けやすい受入れがたい測定時間を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、提案されている方法は、チョッピング技術による
検知信号のより高い周波数への移行であるが、その理由
は、多くのレーザのノイズは、周波数の増加と共に減少
するからである。チョッピング周波数における残留振幅
ノイズは、ある測定時間での最低検知信号を制限するこ
とにより、感受性を減少させる。振幅ノイズピークが、
パワースペクトルに現れると、通常の技術でこのチョッ
ピング周波数をノイズピークから離すようにする。衝突
パルスモードロックレーザのようなレーザでは、ノイズ
ピークは、通常の間隔で、背景ノイズレベルの４０ｄＢ
以上で数百ｋＨｚの幅をもって発生する。
めに、提案されている方法は、チョッピング技術による
検知信号のより高い周波数への移行であるが、その理由
は、多くのレーザのノイズは、周波数の増加と共に減少
するからである。チョッピング周波数における残留振幅
ノイズは、ある測定時間での最低検知信号を制限するこ
とにより、感受性を減少させる。振幅ノイズピークが、
パワースペクトルに現れると、通常の技術でこのチョッ
ピング周波数をノイズピークから離すようにする。衝突
パルスモードロックレーザのようなレーザでは、ノイズ
ピークは、通常の間隔で、背景ノイズレベルの４０ｄＢ
以上で数百ｋＨｚの幅をもって発生する。
【０００８】従来技術で振幅ノイズ分析、その悪影響の
解析と振幅ノイズの存在下で効果的に実験を行う幾つか
の手法を開発してきたが、振幅ノイズのソースの特定に
は何等努力は払われなかった。しかも、振幅ノイズのレ
ベルを削除したり、減少したりするのに開発された装置
や技術は知られていなかった。
解析と振幅ノイズの存在下で効果的に実験を行う幾つか
の手法を開発してきたが、振幅ノイズのソースの特定に
は何等努力は払われなかった。しかも、振幅ノイズのレ
ベルを削除したり、減少したりするのに開発された装置
や技術は知られていなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この振幅ノイズは、光ポ
ンプモードロックレーザにおいて、光ポンプモードロッ
クレーザに光学的に接続された連続波（ＣＷ）ポンプレ
ーザ内のキャビティ内またはキャビティ外モード選択素
子を有することにより、劇的に改善される。このモード
選択素子は、ポンプレーザから生成される光ビームを、
名目上単一周波数ですなわち、単一縦軸方向モードで動
作させる。このモード選択は、空間配置または固体材料
のファブリペローエタロンで実現される。
ンプモードロックレーザにおいて、光ポンプモードロッ
クレーザに光学的に接続された連続波（ＣＷ）ポンプレ
ーザ内のキャビティ内またはキャビティ外モード選択素
子を有することにより、劇的に改善される。このモード
選択素子は、ポンプレーザから生成される光ビームを、
名目上単一周波数ですなわち、単一縦軸方向モードで動
作させる。このモード選択は、空間配置または固体材料
のファブリペローエタロンで実現される。
【００１０】本発明の実施例では、このモードロックレ
ーザは、キャビティ内ファブリペローエタロンを有する
アルゴンレーザでポンピングされた標準の衝突パルスモ
ードロックレーザで、アルゴンポンプレーザに単一の縦
軸方向モードでポンプ光ビームを生成させる。
ーザは、キャビティ内ファブリペローエタロンを有する
アルゴンレーザでポンピングされた標準の衝突パルスモ
ードロックレーザで、アルゴンポンプレーザに単一の縦
軸方向モードでポンプ光ビームを生成させる。
【００１１】
【実施例】振幅ノイズは，図１に示されるような光学ポ
ンプモードロックレーザにとって問題であった。ただし
、ポンプレーザは、連続波（ＣＷ）モードで動作する。 衝突パルスモードロックレーザをポンピングするＣＷア
ルゴンイオンレーザのこの組合わせは、図３のカーブ３
２に示されるような振幅ノイズスペクトルの疑似変調サ
イドバンドを表す。ポンプレーザに出力された光ビーム
は、縦軸方向モード発振に起因するポンプレーザキャビ
ティ周回（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐ）周波数の調和周波数
でわずかな量の疑似変調を含むことが観測された。
ンプモードロックレーザにとって問題であった。ただし
、ポンプレーザは、連続波（ＣＷ）モードで動作する。 衝突パルスモードロックレーザをポンピングするＣＷア
ルゴンイオンレーザのこの組合わせは、図３のカーブ３
２に示されるような振幅ノイズスペクトルの疑似変調サ
イドバンドを表す。ポンプレーザに出力された光ビーム
は、縦軸方向モード発振に起因するポンプレーザキャビ
ティ周回（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐ）周波数の調和周波数
でわずかな量の疑似変調を含むことが観測された。
【００１２】ポンプレーザからの疑似変調とモードロッ
クレーザから出力された光ビームパルスとを混合するこ
とにより、一組の離散型個別ノイズ疑似変調サイドバン
ドがモードロックレーザから出力された光ビーム中に生
成された。このモードロックレーザから出力された光ビ
ーム中の一組の離散型ノイズ疑似変調サイドバンドは、
ＣＷポンプレーザを単一縦軸方向モードで動作させるこ
とにより、除去できるか、少なくとも、相当量減少でき
ることを見出だした。
クレーザから出力された光ビームパルスとを混合するこ
とにより、一組の離散型個別ノイズ疑似変調サイドバン
ドがモードロックレーザから出力された光ビーム中に生
成された。このモードロックレーザから出力された光ビ
ーム中の一組の離散型ノイズ疑似変調サイドバンドは、
ＣＷポンプレーザを単一縦軸方向モードで動作させるこ
とにより、除去できるか、少なくとも、相当量減少でき
ることを見出だした。
【００１３】従来の光学ポンプモードロックレーザ装置
が図１に図示されている。この装置は、モードロックレ
ーザ１０に光学結合されたＣＷポンプレーザ２０を有す
る。このＣＷポンプレーザ２０はアルゴンイオンレーザ
で、モードロックレーザ１０は衝突パルスモードロック
レーザである。この両方のレーザとも公知であり、以下
に簡単に触れる。
が図１に図示されている。この装置は、モードロックレ
ーザ１０に光学結合されたＣＷポンプレーザ２０を有す
る。このＣＷポンプレーザ２０はアルゴンイオンレーザ
で、モードロックレーザ１０は衝突パルスモードロック
レーザである。この両方のレーザとも公知であり、以下
に簡単に触れる。
【００１４】一般的に、ポンプレーザは連続波で広バン
ドで動作する。即ち、ポンプレーザは複数の波長で同時
に動作する。このポンプレーザは少なくとも各端部に特
定のの周波数で透過な材料の包囲体２０１を有する。ま
た、ＣＷポンプレーザ２０は、アルゴンイオンを含むプ
ラズマチューブ２０２と、反射面２０４，２０５を有す
る。他のイオンとしては、ＫｒとＮｄ：ＹＡＧである。 反射面２０４，２０５は、所定距離離間配置され、その
間で共鳴キャビティを形成し、プラズマチューブ内の励
起イオンからコヒーレントな誘導放出をし、公称ポンプ
波長周囲の出力光ビーム２０６を生成する。反射面２０
４，２０５は、高反射ミラー等である。図１に示すよう
に、ポンプレーザからの光ビーム２０６をミラー２０７
を介してモードロックレーザ１０に結合する必要がある
。
ドで動作する。即ち、ポンプレーザは複数の波長で同時
に動作する。このポンプレーザは少なくとも各端部に特
定のの周波数で透過な材料の包囲体２０１を有する。ま
た、ＣＷポンプレーザ２０は、アルゴンイオンを含むプ
ラズマチューブ２０２と、反射面２０４，２０５を有す
る。他のイオンとしては、ＫｒとＮｄ：ＹＡＧである。 反射面２０４，２０５は、所定距離離間配置され、その
間で共鳴キャビティを形成し、プラズマチューブ内の励
起イオンからコヒーレントな誘導放出をし、公称ポンプ
波長周囲の出力光ビーム２０６を生成する。反射面２０
４，２０５は、高反射ミラー等である。図１に示すよう
に、ポンプレーザからの光ビーム２０６をミラー２０７
を介してモードロックレーザ１０に結合する必要がある
。
【００１５】このモードロックレーザの例として、カラ
ーセンターレーザ、衝突パルスモードロックレーザ等が
ある。またこのモードロック技術には、受動モードロッ
ク技術、能動モードロック技術、付加パルスモードロッ
ク技術などが含まれる。
ーセンターレーザ、衝突パルスモードロックレーザ等が
ある。またこのモードロック技術には、受動モードロッ
ク技術、能動モードロック技術、付加パルスモードロッ
ク技術などが含まれる。
【００１６】一般的に、レーザが、縦軸方向キャビティ
モードまたは横方向キャビティモードで一旦動作すると
、この異なるモード間の位相関係は、ランダムになる。 レーザのモードロックは、モード間の明確な位相関係を
確立するためのメカニズムを採用する。ここでの説明は
縦軸方向モードロックに限定する。そのようなプロセス
では、レーザの仮出力は、モード分離周波数ν（これは
キャビティ周回時間の逆数である）で、モード間のコヒ
ーレント相互作用により変調される。
モードまたは横方向キャビティモードで一旦動作すると
、この異なるモード間の位相関係は、ランダムになる。 レーザのモードロックは、モード間の明確な位相関係を
確立するためのメカニズムを採用する。ここでの説明は
縦軸方向モードロックに限定する。そのようなプロセス
では、レーザの仮出力は、モード分離周波数ν（これは
キャビティ周回時間の逆数である）で、モード間のコヒ
ーレント相互作用により変調される。
【００１７】複数ｎのモードがロックされると、出力は
短パルス列で、周回時間をｎで割った値の幅である。レ
ーザのゲインバンド幅はｎの数を制限し、最短パルスは
、大きなバンド幅システムから生成される。このパルス
幅は、バンド幅を減少させるために、エタロンをレーザ
キャビティ内に挿入することにより、増加する。このモ
ードロックプロセスは、自由走レーザ内で振動するモー
ド間位相コヒーレンスを単に確立するものではない。 むしろ、モード間のコヒーレント相互作用とロッキング
メカニズムのため、より多くの数の縦軸方向モードが、
モードロックレーザに現れる。
短パルス列で、周回時間をｎで割った値の幅である。レ
ーザのゲインバンド幅はｎの数を制限し、最短パルスは
、大きなバンド幅システムから生成される。このパルス
幅は、バンド幅を減少させるために、エタロンをレーザ
キャビティ内に挿入することにより、増加する。このモ
ードロックプロセスは、自由走レーザ内で振動するモー
ド間位相コヒーレンスを単に確立するものではない。 むしろ、モード間のコヒーレント相互作用とロッキング
メカニズムのため、より多くの数の縦軸方向モードが、
モードロックレーザに現れる。
【００１８】常磁性イオンレーザのモードロッキングは
、ＣＷレーザと繰返しＱスイッチレーザの両方を動作さ
せるＣＷポンプイステムで観測される。このＣＷレーザ
は、受動モードロック技術、溶融状態色素のような可飽
和吸収体または追加パルスモードロッキングを採用し、
吸収体ロスをなくすために必要な短パルスを生成するた
めに、レーザモードを位相ロックさせる。
、ＣＷレーザと繰返しＱスイッチレーザの両方を動作さ
せるＣＷポンプイステムで観測される。このＣＷレーザ
は、受動モードロック技術、溶融状態色素のような可飽
和吸収体または追加パルスモードロッキングを採用し、
吸収体ロスをなくすために必要な短パルスを生成するた
めに、レーザモードを位相ロックさせる。
【００１９】活性モードロッキング、周波数νでレーザ
キャビティの振幅または位相のいずれかを変調するキャ
ビティ内要素の挿入は、パルスレーザとＣＷポンプレー
ザの両方に使用される。共通の常磁性イオンレーザによ
り達成されたパルス幅は、ガスレーザで観測されるそれ
よりも短く、モードロック色素レーザ、カラーセンター
レーザ、半導体レーザからのパルスである１−１０ピコ
秒より長い。
キャビティの振幅または位相のいずれかを変調するキャ
ビティ内要素の挿入は、パルスレーザとＣＷポンプレー
ザの両方に使用される。共通の常磁性イオンレーザによ
り達成されたパルス幅は、ガスレーザで観測されるそれ
よりも短く、モードロック色素レーザ、カラーセンター
レーザ、半導体レーザからのパルスである１−１０ピコ
秒より長い。
【００２０】モードロックレーザ１０が衝突パルスレー
ザとしては図１に図示されている。このようなモードロ
ックレーザの詳細は、米国特許第４４００８１４号明細
書に記載されている。
ザとしては図１に図示されている。このようなモードロ
ックレーザの詳細は、米国特許第４４００８１４号明細
書に記載されている。
【００２１】図１に示すように、ミラー１０１−１０７
は、リングレーザキャビティを形成するよう、配置され
ている。ミラー１０１−１０７は１００％の反射性で、
ミラー１０２は部分透過性で、結合されるべきリングレ
ーザキャビティ内で生成されたパルスをキャビティから
透過させる。ミラー１０３−１０６の曲率の選択は、レ
ーザが最低横軸モードで動作できるようなものである。
は、リングレーザキャビティを形成するよう、配置され
ている。ミラー１０１−１０７は１００％の反射性で、
ミラー１０２は部分透過性で、結合されるべきリングレ
ーザキャビティ内で生成されたパルスをキャビティから
透過させる。ミラー１０３−１０６の曲率の選択は、レ
ーザが最低横軸モードで動作できるようなものである。
【００２２】さらに、ミラー１０３と１０４（１０ｃｍ
の半径）が配置され、生成された光パルスをゲイン媒体
流１１０内に集光させる。このゲイン媒体流１１０は、
ローダマイン（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ）６Ｇをエチレング
リコール中に５１４５オングストロームポンプ光の約９
０％を吸収する濃度で含む。ミラー１０５と１０６（５
ｃｍの半径）が配置され、生成された光パルスを可飽和
吸収流１１１内に集光させる。この可飽和吸収流１１１
は、ＤＯＤＣＩ（ｄｉｅｔｈｙｌｏｘａｄｉｃａｒｂｏ
ｃｙａｎｉｎｅ ｉｏｄｉｄｅ）をエチレングリコール
中に吸収ピーク（５８０ｍｍ）で約２０％の信号ロスと
なるような濃度で含む。
の半径）が配置され、生成された光パルスをゲイン媒体
流１１０内に集光させる。このゲイン媒体流１１０は、
ローダマイン（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ）６Ｇをエチレング
リコール中に５１４５オングストロームポンプ光の約９
０％を吸収する濃度で含む。ミラー１０５と１０６（５
ｃｍの半径）が配置され、生成された光パルスを可飽和
吸収流１１１内に集光させる。この可飽和吸収流１１１
は、ＤＯＤＣＩ（ｄｉｅｔｈｙｌｏｘａｄｉｃａｒｂｏ
ｃｙａｎｉｎｅ ｉｏｄｉｄｅ）をエチレングリコール
中に吸収ピーク（５８０ｍｍ）で約２０％の信号ロスと
なるような濃度で含む。
【００２３】ミラー１０３−１０６の曲率は、増幅領域
と吸収領域（ＡａとＡｂのそれぞれ）でビームクロス部
分と、増幅器と吸収体分子クロス部分（σａとσｂのそ
れぞれ）を含む安定条件を達成させるよう選択される。 これらのパラメータは、式ｓ＝ｋ（Ａａσｂ／Ａｂσａ
）の関係がある。
と吸収領域（ＡａとＡｂのそれぞれ）でビームクロス部
分と、増幅器と吸収体分子クロス部分（σａとσｂのそ
れぞれ）を含む安定条件を達成させるよう選択される。 これらのパラメータは、式ｓ＝ｋ（Ａａσｂ／Ａｂσａ
）の関係がある。
【００２４】この実施例では、飽和は定在波で表される
ため、ｋは２で、ミラーの曲率はビセーム交差領域Ａａ
とＡｂが１よりはるか大きいパラメータｓとなるよう、
選択される。
ため、ｋは２で、ミラーの曲率はビセーム交差領域Ａａ
とＡｂが１よりはるか大きいパラメータｓとなるよう、
選択される。
【００２５】ゲイン媒体の回復時間に比較して短い先行
パルスの後時間遅延をして１つのパルスがそこを通過す
るよう、ゲインストリームを配置することを避けること
が好ましい。短い時間遅延の条件は、１つのパルスの振
幅を他のそれよりも大きくし、そして、それが、干渉パ
ターンのコントラストを悪化させる。これに対する１つ
の例外がおきるのは、ゲインストリームが吸収ストリー
ムに完全に反対する時である。その後、２つのパルスが
ゲインストリームを全く同時に通過し、ゲインストリー
ム中の干渉パターンを吸収ストリーム中に形成されるそ
れと同じようにする。この条件は、いくらかの付加的な
パルス短縮を生成する。
パルスの後時間遅延をして１つのパルスがそこを通過す
るよう、ゲインストリームを配置することを避けること
が好ましい。短い時間遅延の条件は、１つのパルスの振
幅を他のそれよりも大きくし、そして、それが、干渉パ
ターンのコントラストを悪化させる。これに対する１つ
の例外がおきるのは、ゲインストリームが吸収ストリー
ムに完全に反対する時である。その後、２つのパルスが
ゲインストリームを全く同時に通過し、ゲインストリー
ム中の干渉パターンを吸収ストリーム中に形成されるそ
れと同じようにする。この条件は、いくらかの付加的な
パルス短縮を生成する。
【００２６】ゲイン媒体ストリーム１１０を生成するの
に使用されるノズルは、従来から市販のステンレススチ
ール製のノズルで、その内部厚さは、０．０１５インチ
であり、一方、可飽和吸収ストリーム１１１を生成する
のに使用されるノズルは、約１０ミクロンの厚さを有す
る吸収ストリームを生成するようここに記述するような
方法で構成される。ゲインストリーム１１０は、連続ア
ルゴンレーザ２０でポンピングされ、その出力光ビーム
２０６は、ミラー１０３で結合される。レーザ２０から
のこのポンプビームは、ミラー１０３で反射され、その
ビームがゲイン媒体ストリーム１１０に注入する。
に使用されるノズルは、従来から市販のステンレススチ
ール製のノズルで、その内部厚さは、０．０１５インチ
であり、一方、可飽和吸収ストリーム１１１を生成する
のに使用されるノズルは、約１０ミクロンの厚さを有す
る吸収ストリームを生成するようここに記述するような
方法で構成される。ゲインストリーム１１０は、連続ア
ルゴンレーザ２０でポンピングされ、その出力光ビーム
２０６は、ミラー１０３で結合される。レーザ２０から
のこのポンプビームは、ミラー１０３で反射され、その
ビームがゲイン媒体ストリーム１１０に注入する。
【００２７】図１に示された光学ポンプモードロックレ
ーザ装置では、ＣＷアルゴンイオンポンプレーザが衝突
パルスモードロックレーザに結合され、その振幅ノイズ
スペクトルは、図３のカーブ３２に示すとうりである。 このカーブの側波帯と補助ピークは、ポンプレーザキャ
ビティとモードロックレーザキャビティとの縦軸方向モ
ード鼓動周波数の高調波の非直線結合から発生する。
ーザ装置では、ＣＷアルゴンイオンポンプレーザが衝突
パルスモードロックレーザに結合され、その振幅ノイズ
スペクトルは、図３のカーブ３２に示すとうりである。 このカーブの側波帯と補助ピークは、ポンプレーザキャ
ビティとモードロックレーザキャビティとの縦軸方向モ
ード鼓動周波数の高調波の非直線結合から発生する。
【００２８】図３の振幅ノイズスペクトルを生成するた
めに、衝突パルスモードロックレーザは、約３ワットで
５１４ｎｍのスペクトルラインのアルゴンイオンレーザ
（コヒーレントモデルＩ−２００Ｉ）でポンピングされ
る。この衝突パルスモードロックレーザのキャビティ長
は約１００ＭＨｚパルスの繰返し周波数に初期設定され
た。この衝突パルスモードロックレーザの出力は、波長
６２５ｎｍで１００ｆｓの持続時間を有する出力光ビー
ムのパルスを有するリングレーザキャビティの２つの出
力ビームの各々に入る２５−３０ｍＷのである。
めに、衝突パルスモードロックレーザは、約３ワットで
５１４ｎｍのスペクトルラインのアルゴンイオンレーザ
（コヒーレントモデルＩ−２００Ｉ）でポンピングされ
る。この衝突パルスモードロックレーザのキャビティ長
は約１００ＭＨｚパルスの繰返し周波数に初期設定され
た。この衝突パルスモードロックレーザの出力は、波長
６２５ｎｍで１００ｆｓの持続時間を有する出力光ビー
ムのパルスを有するリングレーザキャビティの２つの出
力ビームの各々に入る２５−３０ｍＷのである。
【００２９】図３の周波数スパンでは、光学ポンプモー
ドロックレーザ装置は、振幅ノイズを有する疑似側波帯
を有し、その振幅ノイズは、数百ｋＨｚのバンド幅を有
するバックグラウンド上約４０−５０ｄＢを生成する。 図３のカーブ３１は、衝突パルスモードロックレーザか
らの出力光ビームがブロックされたときの測定システム
用のシステムノイズを形成する。
ドロックレーザ装置は、振幅ノイズを有する疑似側波帯
を有し、その振幅ノイズは、数百ｋＨｚのバンド幅を有
するバックグラウンド上約４０−５０ｄＢを生成する。 図３のカーブ３１は、衝突パルスモードロックレーザか
らの出力光ビームがブロックされたときの測定システム
用のシステムノイズを形成する。
【００３０】疑似側波帯の除去とこれによる振幅ノイズ
の劇的な減少は、本発明によれば、モード選択素子をポ
ンプレーザと組合わせて配置し、ポンプレーザを単一縦
軸方向モード動作させることである。キャビティ内とキ
ャビティ外ファブリペローエタロンがこのモード選択素
子として使用される。これらのエタロンは、離間配置さ
れた反射面を有し、この反射面間に空気または固体材料
（例：溶融シリカ）を有する。本発明の代表的な実施例
が図２に示されている。この本発明の装置が疑似振幅ノ
イズ側波帯を除去する様子が図３のカーブ３３に示され
ている。このカーブ３３は、図２の装置の振幅ノイズス
ペクトルを表す。
の劇的な減少は、本発明によれば、モード選択素子をポ
ンプレーザと組合わせて配置し、ポンプレーザを単一縦
軸方向モード動作させることである。キャビティ内とキ
ャビティ外ファブリペローエタロンがこのモード選択素
子として使用される。これらのエタロンは、離間配置さ
れた反射面を有し、この反射面間に空気または固体材料
（例：溶融シリカ）を有する。本発明の代表的な実施例
が図２に示されている。この本発明の装置が疑似振幅ノ
イズ側波帯を除去する様子が図３のカーブ３３に示され
ている。このカーブ３３は、図２の装置の振幅ノイズス
ペクトルを表す。
【００３１】ポンプレーザ２１は、キャビティ内ファブ
リペローエタロン２１９かキャビティ外ファブリペロー
エタロン２４０のいずれかを有し、ポンプ光ビーム２３
をほぼ単一縦軸方向モードに強制する。このキャビティ
内ファブリペローエタロン２１９は、離間配置された反
射面２１６，２１７とキャビティ材料２１８を有する。 誘電体コーティングまたは他の公知技術がこのエタロン
反射面に使用される。
リペローエタロン２１９かキャビティ外ファブリペロー
エタロン２４０のいずれかを有し、ポンプ光ビーム２３
をほぼ単一縦軸方向モードに強制する。このキャビティ
内ファブリペローエタロン２１９は、離間配置された反
射面２１６，２１７とキャビティ材料２１８を有する。 誘電体コーティングまたは他の公知技術がこのエタロン
反射面に使用される。
【００３２】空気または溶融シリカのような固体材料キ
ャビティ材料２１８として使用される。ファブリペロー
エタロン２１９のようなキャビティ内エタロンの使用が
好ましいが、ＣＷレーザの出力面に光学結合されるキャ
ビティ外エタロンの使用も可能である。そのようなキャ
ビティ外エタロンの例としてファブリペローエタロン２
４０があるが、これは、離間配置された反射面２４１，
２４２とキャビティ材料２４３を有する。また、誘電体
コーティングまたは他の公知技術がこのエタロン反射面
に使用され、空気または溶融シリカのような固体材料キ
ャビティ材料２４３として使用される。
ャビティ材料２１８として使用される。ファブリペロー
エタロン２１９のようなキャビティ内エタロンの使用が
好ましいが、ＣＷレーザの出力面に光学結合されるキャ
ビティ外エタロンの使用も可能である。そのようなキャ
ビティ外エタロンの例としてファブリペローエタロン２
４０があるが、これは、離間配置された反射面２４１，
２４２とキャビティ材料２４３を有する。また、誘電体
コーティングまたは他の公知技術がこのエタロン反射面
に使用され、空気または溶融シリカのような固体材料キ
ャビティ材料２４３として使用される。
【００３３】ポンプレーザ２１は、更に、包囲体２１１
と反射面２１４、２１５とプラズマチューブ２１２を有
する。これらの構成要素は、ポンプレーザ２０用に前記
した構成要素と類似である。反射面２１４、２１５は、
その間で光学共鳴キャビティを形成するような関係に離
間配置される。
と反射面２１４、２１５とプラズマチューブ２１２を有
する。これらの構成要素は、ポンプレーザ２０用に前記
した構成要素と類似である。反射面２１４、２１５は、
その間で光学共鳴キャビティを形成するような関係に離
間配置される。
【００３４】プリズム２１３は、ポンプレーザ２１用の
キャビティ内分散素子である。その分散効果が単一のス
ペクトルのみを発振させるのに使用されるのは、ブリュ
ースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）角プリズムである。レー
ザの別のスペクトル線は、反射面２１４を含むプリズム
構成をポンプレーザ２１の縦軸方向についてずらすこと
により、得られる。このプリズムがレーザを単一スペク
トル線で動作させても、キャビティ内エタロン２１９の
ないレーザの出力は、多くの明白な周波数がスペクトル
線のゲインプロフィールの下で現れることを示唆してい
る。レーザにキャビティ内エタロン２１９を入れること
により、単一縦軸方向モード動作が可能である。このプ
リズム装置と組合わせると、キャビティ内エタロンは、
単一縦軸モード動作と単一スペクトル線動作を提供でき
る。
キャビティ内分散素子である。その分散効果が単一のス
ペクトルのみを発振させるのに使用されるのは、ブリュ
ースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）角プリズムである。レー
ザの別のスペクトル線は、反射面２１４を含むプリズム
構成をポンプレーザ２１の縦軸方向についてずらすこと
により、得られる。このプリズムがレーザを単一スペク
トル線で動作させても、キャビティ内エタロン２１９の
ないレーザの出力は、多くの明白な周波数がスペクトル
線のゲインプロフィールの下で現れることを示唆してい
る。レーザにキャビティ内エタロン２１９を入れること
により、単一縦軸方向モード動作が可能である。このプ
リズム装置と組合わせると、キャビティ内エタロンは、
単一縦軸モード動作と単一スペクトル線動作を提供でき
る。
【００３５】他の代表的なキャビティ内分散素子には、
回析格子などがある。この回析格子は、高解像度または
低解像度のいずれかで実現可能できる。低解像度格子は
、ブリュースター角プリズムのそれに比較して低分散で
ある。かくして、低解像度格子は、単一スペクトル線を
選択するに適している。これに対し、高解像度格子は、
非常に高分散で、同時モードスペクトル線選択性の別の
利点がある。従って、高解像度格子は、キャビティ内エ
タロンとしてもキャビティ内分散素子としても使用でき
る。ポンプレーザとして使用されるある種のレーザは、
単一スペクトル線で動作するが、単一スペクトル線選択
性を確保するのに、キャビティ内分散素子は必ずしも必
要ない。
回析格子などがある。この回析格子は、高解像度または
低解像度のいずれかで実現可能できる。低解像度格子は
、ブリュースター角プリズムのそれに比較して低分散で
ある。かくして、低解像度格子は、単一スペクトル線を
選択するに適している。これに対し、高解像度格子は、
非常に高分散で、同時モードスペクトル線選択性の別の
利点がある。従って、高解像度格子は、キャビティ内エ
タロンとしてもキャビティ内分散素子としても使用でき
る。ポンプレーザとして使用されるある種のレーザは、
単一スペクトル線で動作するが、単一スペクトル線選択
性を確保するのに、キャビティ内分散素子は必ずしも必
要ない。
【００３６】このエタロンは、本質的にバンドパスフィ
ルタで、このエタロンにより選択された１つのモード以
外のキャビティ内縦軸モードに十分な損失を導入する。 このモードは、いつでも単一のレーザ発振である。ファ
ブリペローエタロンの光学パス長は、どのモードが選択
されるべきかを決定する。光学パス長は、反射面間のの
実際の離間距離とエタロンのキャビティ内の材料の屈折
率に依存する。
ルタで、このエタロンにより選択された１つのモード以
外のキャビティ内縦軸モードに十分な損失を導入する。 このモードは、いつでも単一のレーザ発振である。ファ
ブリペローエタロンの光学パス長は、どのモードが選択
されるべきかを決定する。光学パス長は、反射面間のの
実際の離間距離とエタロンのキャビティ内の材料の屈折
率に依存する。
【００３７】所望のモードを選択するエタロンを設定す
る技術は公知である。例えば、固体溶融シリカキャビテ
ィ内エタロンは、アルゴンイオンレーザ内で所望の縦軸
モードを抽出するには、約１ｃｍの長さを有する。キャ
ビティ内エタロンを、レーザ２１の縦軸に関し、エタロ
ンをずらしたり、エタロンのキャビティ材料の屈折率を
温度変調、電流変調させることにより、他の縦軸方向モ
ード合わせることもできる。
る技術は公知である。例えば、固体溶融シリカキャビテ
ィ内エタロンは、アルゴンイオンレーザ内で所望の縦軸
モードを抽出するには、約１ｃｍの長さを有する。キャ
ビティ内エタロンを、レーザ２１の縦軸に関し、エタロ
ンをずらしたり、エタロンのキャビティ材料の屈折率を
温度変調、電流変調させることにより、他の縦軸方向モ
ード合わせることもできる。
【００３８】キャビティ内ファブリペローエタロン２１
２がポンプレーザに採用されると、光ビーム２２，２３
は、同一である。その理由は、キャビティ外エタロン２
４０は、使用されないからである。ポンプ光ビーム２３
は、モードロックレーザ４０に結合されて、レーザを光
学的にポンピングする。出力光ビーム４１がモードロッ
クレーザ４０から出される。
２がポンプレーザに採用されると、光ビーム２２，２３
は、同一である。その理由は、キャビティ外エタロン２
４０は、使用されないからである。ポンプ光ビーム２３
は、モードロックレーザ４０に結合されて、レーザを光
学的にポンピングする。出力光ビーム４１がモードロッ
クレーザ４０から出される。
【００３９】ＣＷモード動作と適当な波長またはモード
ロックレーザをポンピングする波長範囲のレーザもポン
プレーザ２１として採用できる。同様に、能動モードロ
ッキング、受動モードロッキング、付加パルスモードロ
ッキングによるモードロック動作ができるいかなるレー
ザもモードロックレーザ４０として使用できる。カーブ
３３を得るために、キャビティ内エタロン２１９は、衝
突パルスモードロックレーザと結合されたＣＷアルゴン
イオンポンプレーザと共に使用された。
ロックレーザをポンピングする波長範囲のレーザもポン
プレーザ２１として採用できる。同様に、能動モードロ
ッキング、受動モードロッキング、付加パルスモードロ
ッキングによるモードロック動作ができるいかなるレー
ザもモードロックレーザ４０として使用できる。カーブ
３３を得るために、キャビティ内エタロン２１９は、衝
突パルスモードロックレーザと結合されたＣＷアルゴン
イオンポンプレーザと共に使用された。
【００４０】他の実施例として、衝突パルスモードロッ
クレーザと結合されたクリプトンイオンポンプレーザと
、色素中心モードロックレーザと結合されたＮｄ：ＹＡ
Ｇポンプレーザとが考えられる。
クレーザと結合されたクリプトンイオンポンプレーザと
、色素中心モードロックレーザと結合されたＮｄ：ＹＡ
Ｇポンプレーザとが考えられる。
【００４１】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、光
ポンプモードロックレーザに光学的に接続された連続波
（ＣＷ）ポンプレーザ内のキャビティ内またはキャビテ
ィ外モード選択素子を有することにより、振幅ノイズレ
ベルが劇的に改善される。
ポンプモードロックレーザに光学的に接続された連続波
（ＣＷ）ポンプレーザ内のキャビティ内またはキャビテ
ィ外モード選択素子を有することにより、振幅ノイズレ
ベルが劇的に改善される。
【図１】従来技術による光学的にポンプされたモードロ
ックレーザの説明図である。
ックレーザの説明図である。
【図２】本発明の光学的にポンプされたモードロックレ
ーザの説明図である。
ーザの説明図である。
【図３】第１図と第２図の装置のノイズスペクトルを表
すグラフである。
すグラフである。
１０ モードロックレーザ
２０ ＣＷポンプレーザ
２１ ポンプレーザ
２３ 光ビーム
２０１ 包囲体
２０２ プラズマチューブ
２０４ 反射面
２０５ 反射面
２０６ 光ビーム
２１２ プラズマチューブ
２１６ 反射面
２１７ 反射面
２１８ キャビティ材料
２１９ ファブリペローエタロン
２４１ 反射面
２４２ 反射面
２４３ キャビティ材料
Claims (11)
- 【請求項１】 第１光ビームを生成する連続波（ＣＷ
）ポンプレーザと、前記第１光ビームに応答して、第２
光ビームを生成するモードロックポンプレーザとを有す
る光学装置において、前記ポンプレーザは、複数の縦軸
モードを生成するために、その間で光学共鳴キャビティ
を形成するよう離間配置された第１と第２の反射面と、
前記光学共鳴キャビティに光学的に結合され、第１光ビ
ームのみが単一の周波数で動作するよう制限されるよう
、複数のモードから単一の縦軸方向モードを選択する手
段とを有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項２】 前記選択手段は、前記光学共鳴キャビ
ティ内に配置されたファブリペローエタロンを有し、前
記エタロンは、単一の縦軸方向モードの選択が可能とな
る十分な所定距離はなれて離間配置された第３と第４の
反射面を有することを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項３】 前記エタロンは、第３と第４の反射面
の間に空気を有することを特徴とする請求項２の装置。 - 【請求項４】 前記エタロンは、第３と第４の反射面
の間に固体材料を有することを特徴とする請求項２の装
置。 - 【請求項５】 前記固体材料は溶融シリカであること
を特徴とする請求項４の装置。 - 【請求項６】 前記選択手段は、前記光学共鳴キ
ャビティ外に配置されたファブリペローエタロンを有し
、前記エタロンは、単一の縦軸方向モードの選択が可能
となる十分な所定距離はなれて離間配置された第３と第
４の反射面を有し、前記第３反射面は前記光学共鳴キャ
ビティに光学的に結合され、前記第１光ビームは、前記
第４反射面から放射されることを特徴とする請求項１の
装置。 - 【請求項７】 前記エタロンは、第３と第４の反射面
の間に空気を有することを特徴とする請求項６の装置。 - 【請求項８】 前記エタロンは、第３と第４の反射面
の間に固体材料を有することを特徴とする請求項６の装
置。 - 【請求項９】 前記固体材料は溶融シリカであること
を特徴とする請求項８の装置。 - 【請求項１０】 前記モードロックレーザは、衝突パ
ルスモードロックレーザであることを特徴とする請求項
３の装置。 - 【請求項１１】 前記モードロックレーザは、衝突パ
ルスモードロックレーザであることを特徴とする請求項
４の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US502096 | 1990-03-30 | ||
| US07/502,096 US5042040A (en) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | Amplitude noise reduction for optically pumped modelocked lasers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225290A true JPH04225290A (ja) | 1992-08-14 |
| JPH07109913B2 JPH07109913B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=23996320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3062480A Expired - Fee Related JPH07109913B2 (ja) | 1990-03-30 | 1991-03-05 | 光学装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5042040A (ja) |
| EP (1) | EP0449526B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07109913B2 (ja) |
| DE (1) | DE69100518T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
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