JPH04229675A - レーザー短パルスの発生方法およびレーザー装置 - Google Patents
レーザー短パルスの発生方法およびレーザー装置Info
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- JPH04229675A JPH04229675A JP3105865A JP10586591A JPH04229675A JP H04229675 A JPH04229675 A JP H04229675A JP 3105865 A JP3105865 A JP 3105865A JP 10586591 A JP10586591 A JP 10586591A JP H04229675 A JPH04229675 A JP H04229675A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094026—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light for synchronously pumping, e.g. for mode locking
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
- H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
- H01S3/1024—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping for pulse generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/20—Liquids
- H01S3/213—Liquids including an organic dye
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/02—ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof
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- 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、レーザーの出力放射に
おける高周波パワースペクトルを低減する方法、短いレ
ーザーパルスを発生する方法、およびこれらの目的に用
いるレーザー装置に関する。そして、短いパルスのため
の特に簡単で安定したコンパクトな構造のレーザーを得
ることに関する。
おける高周波パワースペクトルを低減する方法、短いレ
ーザーパルスを発生する方法、およびこれらの目的に用
いるレーザー装置に関する。そして、短いパルスのため
の特に簡単で安定したコンパクトな構造のレーザーを得
ることに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザーの出力放射の高周波パワースペ
クトルとは、周波数範囲が１００ｋＨｚから数ＧＨｚ
、特に１００ｋＨｚから４ＭＨｚのパワースペクトルで
ある。
クトルとは、周波数範囲が１００ｋＨｚから数ＧＨｚ
、特に１００ｋＨｚから４ＭＨｚのパワースペクトルで
ある。
【０００３】本発明による方法および本発明によるレー
ザーは、連続レーザーにおいては出力放射に含まれる高
周波パワースペクトルを減らし、パルスレーザーにおい
てはパワースペクトルの減少の結果として、レーザーパ
ルスの最大強度および継続時間を安定化させる。
ザーは、連続レーザーにおいては出力放射に含まれる高
周波パワースペクトルを減らし、パルスレーザーにおい
てはパワースペクトルの減少の結果として、レーザーパ
ルスの最大強度および継続時間を安定化させる。
【０００４】レーザーの自然放出とは、放射周波数がレ
ーザーの出力放射に等しい放射である。この放射は、ポ
ンピングされるが発振しないレーザーにおいて、発振レ
ーザーの場合に出力放射が進行するであろうレーザー共
振器内の方向に進む。ポンピングされるレーザーは、た
とえば共振鏡を傾けることによって発振するのが防止で
きる。
ーザーの出力放射に等しい放射である。この放射は、ポ
ンピングされるが発振しないレーザーにおいて、発振レ
ーザーの場合に出力放射が進行するであろうレーザー共
振器内の方向に進む。ポンピングされるレーザーは、た
とえば共振鏡を傾けることによって発振するのが防止で
きる。
【０００５】モード結合されたレーザーとは、ピコ秒以
下のパルスを発生するためのレーザーであり、この範囲
で共振器において能動的または受動的な損失変調、増幅
変調または位相変調が実行される。
下のパルスを発生するためのレーザーであり、この範囲
で共振器において能動的または受動的な損失変調、増幅
変調または位相変調が実行される。
【０００６】光学的に非線形の要素を含むフィードバッ
ク経路を用いて短いレーザーパルスを発生する方法は、
Ｐ．Ｎ．Ｋｅａｎ ｅｔ ａｌ． ”Ｅｎｈａｎｃｅｄ
ｍｏｄｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｏｆ ｃｏｌｏｒ−ｃｅ
ｎｔｅｒｌａｓｅｒｓ” Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ． １９８
９ 年１月１日号，Ｖｏｌ．１４， Ｎｏ．１， ｐｐ
．３９−４１により公知である。この公知の方法におい
て、ＫＣＬ：ＴＬ着色中心結晶を有する着色中心レーザ
ーは、固定モードのＮｄ：ＹＡＧレーザーで連続的にポ
ンピングされる。レーザー共振器の解離鏡の反射は、８
０パーセントである。共振器外部の解離鏡の側に配置さ
れた放射分割器により、レーザー出力の一部は長さ２．
２ｍのゲルマニウムを含んだ単一導波路に送入される。 導波路の端部には鏡が設けられていて、この導波路から
出る光は再び導波路にフィードバックされる。導波路の
端部と導波路鏡との間隔は、圧電移動装置（ＰＺＴ）で
調整できる。導波路に送入されたエネルギーは、ニュー
トラルフィルター（ＮＤフィルター）によって減衰され
る。放射分割器によって導波路に送入されたレーザー光
は導波路を通過し、導波路鏡で反射し、再度導波路を通
過し、放射分割器および解離鏡を通って再びレーザー共
振器に送入される。レーザーパルスによって誘発された
カー効果によって引き起こされた導波路における光学的
な非線形性に基づき、導波路内で拡散するパルスの周波
数拡張が生じる。レーザー共振器におけるレーザー光と
導波路を通ってフィードバックされた放射との最適な位
相関係は、電子解析回路によって調整される。電子解析
回路は導波路鏡を移動装置を介して導波路端部との最適
な距離に動かす。レーザー共振器内で発振するレーザー
パルスと、導波路によって周波数が拡張されたパルスと
の重畳により、レーザー共振器においてパルス幅がピコ
秒以下のレーザーパルスを発生する。導波路に送入され
たエネルギーもニュートラルフィルターで最適化する場
合は、１．１ｐｓ（ピコ秒＝１０−１２秒）程度の極端
に短いレーザーパルスを生じる。導波路２４ｃｍに短縮
すると、パルス２６０ｆｓ（フェムト秒＝１０−１５）
のレーザーパルスが得られる。
ク経路を用いて短いレーザーパルスを発生する方法は、
Ｐ．Ｎ．Ｋｅａｎ ｅｔ ａｌ． ”Ｅｎｈａｎｃｅｄ
ｍｏｄｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｏｆ ｃｏｌｏｒ−ｃｅ
ｎｔｅｒｌａｓｅｒｓ” Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ． １９８
９ 年１月１日号，Ｖｏｌ．１４， Ｎｏ．１， ｐｐ
．３９−４１により公知である。この公知の方法におい
て、ＫＣＬ：ＴＬ着色中心結晶を有する着色中心レーザ
ーは、固定モードのＮｄ：ＹＡＧレーザーで連続的にポ
ンピングされる。レーザー共振器の解離鏡の反射は、８
０パーセントである。共振器外部の解離鏡の側に配置さ
れた放射分割器により、レーザー出力の一部は長さ２．
２ｍのゲルマニウムを含んだ単一導波路に送入される。 導波路の端部には鏡が設けられていて、この導波路から
出る光は再び導波路にフィードバックされる。導波路の
端部と導波路鏡との間隔は、圧電移動装置（ＰＺＴ）で
調整できる。導波路に送入されたエネルギーは、ニュー
トラルフィルター（ＮＤフィルター）によって減衰され
る。放射分割器によって導波路に送入されたレーザー光
は導波路を通過し、導波路鏡で反射し、再度導波路を通
過し、放射分割器および解離鏡を通って再びレーザー共
振器に送入される。レーザーパルスによって誘発された
カー効果によって引き起こされた導波路における光学的
な非線形性に基づき、導波路内で拡散するパルスの周波
数拡張が生じる。レーザー共振器におけるレーザー光と
導波路を通ってフィードバックされた放射との最適な位
相関係は、電子解析回路によって調整される。電子解析
回路は導波路鏡を移動装置を介して導波路端部との最適
な距離に動かす。レーザー共振器内で発振するレーザー
パルスと、導波路によって周波数が拡張されたパルスと
の重畳により、レーザー共振器においてパルス幅がピコ
秒以下のレーザーパルスを発生する。導波路に送入され
たエネルギーもニュートラルフィルターで最適化する場
合は、１．１ｐｓ（ピコ秒＝１０−１２秒）程度の極端
に短いレーザーパルスを生じる。導波路２４ｃｍに短縮
すると、パルス２６０ｆｓ（フェムト秒＝１０−１５）
のレーザーパルスが得られる。
【０００７】
【実施例】以下に、本発明によるレーザー、および高周
波パワースペクトルが少ないレーザー出力放射、特にパ
ワースペクトルの減少に基づき短い安定したレーザーパ
ルスを発生する本発明による方法の実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
波パワースペクトルが少ないレーザー出力放射、特にパ
ワースペクトルの減少に基づき短い安定したレーザーパ
ルスを発生する本発明による方法の実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
【０００８】図１に示す短いパルスを発生するための色
素レーザーは、２つの共振鏡３および５と、作動方法に
とって重要でない１つの反射率ほぼ １００％の反射鏡
７とを備えたレーザー共振器１を有する。共振鏡３の反
射率はほぼ１００％であり、解離鏡として働く他の共振
鏡５の反射率は８７％である。２つの共振鏡３および５
は、１．８３ｍの間隔に配置されている。レーザー共振
器１の内部には、色素流９（いわゆるジェット）および
周波数を決定する要素としてエタロン１１が配置されて
いる。エタロン１１によって、波長１．２５〜１．３５
μｍの放射を発生するようにレーザー共振器１を調整す
ることができる。以下に述べる方法のために、波長１．
３μｍのレーザーパルスが発生するように調整される。 ジェット９の色素としては、赤外色素Ｃ４４Ｈ３０Ｓ２
ＣｌＦ７Ｏ２がＮｏ．２６ ＋ ＨＦＢ − の商標名
称で公知であり、Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｉｓｉｃｓ社など
で購入できる。赤外色素はα−ヒドロキシトルエン、す
なわちベンジルアルコールに溶解している。これはｇｏ
ｌｄｅｎ ｌａｂｅｌの商標名称で Ａｌｄｒｉｃｈ社
などで購入できる。
素レーザーは、２つの共振鏡３および５と、作動方法に
とって重要でない１つの反射率ほぼ １００％の反射鏡
７とを備えたレーザー共振器１を有する。共振鏡３の反
射率はほぼ１００％であり、解離鏡として働く他の共振
鏡５の反射率は８７％である。２つの共振鏡３および５
は、１．８３ｍの間隔に配置されている。レーザー共振
器１の内部には、色素流９（いわゆるジェット）および
周波数を決定する要素としてエタロン１１が配置されて
いる。エタロン１１によって、波長１．２５〜１．３５
μｍの放射を発生するようにレーザー共振器１を調整す
ることができる。以下に述べる方法のために、波長１．
３μｍのレーザーパルスが発生するように調整される。 ジェット９の色素としては、赤外色素Ｃ４４Ｈ３０Ｓ２
ＣｌＦ７Ｏ２がＮｏ．２６ ＋ ＨＦＢ − の商標名
称で公知であり、Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｉｓｉｃｓ社など
で購入できる。赤外色素はα−ヒドロキシトルエン、す
なわちベンジルアルコールに溶解している。これはｇｏ
ｌｄｅｎ ｌａｂｅｌの商標名称で Ａｌｄｒｉｃｈ社
などで購入できる。
【０００９】ジェット９に、ポンピングパルス１３とし
て、パルス幅４ｐｓおよび反復周波数８２ＭＨｚ のＮ
ｄ：ＹＡＧレーザー１５のレーザーパルスが共振器長さ
１．８３ｍと同調して入射される。このようなレーザー
の励起は同期ポンピングと呼ばれる。このようなＮｄ：
ＹＡＧレーザーパルスの発生は、たとえばＢ．Ｚｙｓｓ
ｃｔ ｅｔ ａｌ． ”２００−ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎ
ｄ ｐｕｌｓｅｓ ａｔ １．０６ μｍ ｇｅｎｅｒ
ａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｄｏｕｂｌｅ−ｓｔａｇｅ
ｐｕｌｓｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ”， Ｏｐｔ．Ｌｅ
ｔｔ．， １９８６ 年５月，Ｖｏｌ．１１， ｐｐ．
１５６−１５８に記載されている。上記の色素の励起さ
れたレーザーレベルの寿命は、約１１ｐｓである。以下
に述べる副フィードバック装置１７を有しない色素レー
ザーによって生み出されたレーザーパルスのパルス幅は
３００ｆｓ であり、主光経路上を共振鏡３および５の
間を８２ＭＨｚ で往復する。図２に、このレーザーパ
ルスの高周波エネルギースノイズ成分を、８０〜８４メ
ガヘルツの範囲で示す。８２メガヘルツの周波数を包囲
するパワースペクトルは、最大ノイズレベル約５２ｄＢ
ｍ を有する８２ＭＨｚ 値の基部の周りにほぼ鐘形に
分布している。
て、パルス幅４ｐｓおよび反復周波数８２ＭＨｚ のＮ
ｄ：ＹＡＧレーザー１５のレーザーパルスが共振器長さ
１．８３ｍと同調して入射される。このようなレーザー
の励起は同期ポンピングと呼ばれる。このようなＮｄ：
ＹＡＧレーザーパルスの発生は、たとえばＢ．Ｚｙｓｓ
ｃｔ ｅｔ ａｌ． ”２００−ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎ
ｄ ｐｕｌｓｅｓ ａｔ １．０６ μｍ ｇｅｎｅｒ
ａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｄｏｕｂｌｅ−ｓｔａｇｅ
ｐｕｌｓｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ”， Ｏｐｔ．Ｌｅ
ｔｔ．， １９８６ 年５月，Ｖｏｌ．１１， ｐｐ．
１５６−１５８に記載されている。上記の色素の励起さ
れたレーザーレベルの寿命は、約１１ｐｓである。以下
に述べる副フィードバック装置１７を有しない色素レー
ザーによって生み出されたレーザーパルスのパルス幅は
３００ｆｓ であり、主光経路上を共振鏡３および５の
間を８２ＭＨｚ で往復する。図２に、このレーザーパ
ルスの高周波エネルギースノイズ成分を、８０〜８４メ
ガヘルツの範囲で示す。８２メガヘルツの周波数を包囲
するパワースペクトルは、最大ノイズレベル約５２ｄＢ
ｍ を有する８２ＭＨｚ 値の基部の周りにほぼ鐘形に
分布している。
【００１０】レーザー共振器１の外部で解離鏡５の側に
、副フィードバック装置１７と呼ばれる、光学的に線形
に作用する要素の配置構成がある。これらの要素は、レ
ーザー共振器１内で生み出されるレーザーパルスの強度
の一部を再び共振器１のモード体にフィードバックする
。この配置構成は、２つの共振鏡３および５を用いて発
生されたレーザーパルスの主フィードバック装置と区別
するために、副フィードバック装置１７と呼んだ。図１
に示す副フィードバック装置１７は、放射分割器１９、
調整可能な減衰器２０および鏡２１を有する。
、副フィードバック装置１７と呼ばれる、光学的に線形
に作用する要素の配置構成がある。これらの要素は、レ
ーザー共振器１内で生み出されるレーザーパルスの強度
の一部を再び共振器１のモード体にフィードバックする
。この配置構成は、２つの共振鏡３および５を用いて発
生されたレーザーパルスの主フィードバック装置と区別
するために、副フィードバック装置１７と呼んだ。図１
に示す副フィードバック装置１７は、放射分割器１９、
調整可能な減衰器２０および鏡２１を有する。
【００１１】放射分割器１９は共振鏡５を貫通するレー
ザーパルスの強度のほぼ １００％を偏向させ、レーザ
ーパルスの強度の１０−２だけを透過させる。減衰器２
０は、減衰器２０を貫通するパルスを非減衰係数１０−
２以下で調整可能に減衰できるように設計されている。 鏡２１は、発生する強度の１０−２を再び放射に反射し
返すように設計されている。鏡２１の位置は、レーザー
光軸上で数ミリメートル移動させることができる。解離
鏡５、放射分割器１９、減衰器２０および鏡２１は、鏡
２１に衝突する減衰されたレーザーパルスが、レーザー
共振器１内で発振する共振波（レーザーパルス）のジェ
ット９のモード体に再び進入されるように配置されてい
る。共振鏡３と５の間の主光経路、および解離鏡５と鏡
２１の間の副光経路は、長さが等しくなるように選択さ
れている。すなわち、鏡２１から再びレーザー共振器１
に反射し返されたレーザーパルスの強度成分は、必ずジ
ェット９におけるそれぞれ後続のレーザーパルスに重畳
される。鏡２１の正確な位置は、すでに上述し、また以
下に詳しく述べるように、レーザーパルスを最適化する
ために、レーザー光の方向において数ミリメートル移動
させることができる。調整のメカニズム、および一旦調
整された鏡２１の光学距離を光学波長の程度に維持する
ための制御については、詳述しない。
ザーパルスの強度のほぼ １００％を偏向させ、レーザ
ーパルスの強度の１０−２だけを透過させる。減衰器２
０は、減衰器２０を貫通するパルスを非減衰係数１０−
２以下で調整可能に減衰できるように設計されている。 鏡２１は、発生する強度の１０−２を再び放射に反射し
返すように設計されている。鏡２１の位置は、レーザー
光軸上で数ミリメートル移動させることができる。解離
鏡５、放射分割器１９、減衰器２０および鏡２１は、鏡
２１に衝突する減衰されたレーザーパルスが、レーザー
共振器１内で発振する共振波（レーザーパルス）のジェ
ット９のモード体に再び進入されるように配置されてい
る。共振鏡３と５の間の主光経路、および解離鏡５と鏡
２１の間の副光経路は、長さが等しくなるように選択さ
れている。すなわち、鏡２１から再びレーザー共振器１
に反射し返されたレーザーパルスの強度成分は、必ずジ
ェット９におけるそれぞれ後続のレーザーパルスに重畳
される。鏡２１の正確な位置は、すでに上述し、また以
下に詳しく述べるように、レーザーパルスを最適化する
ために、レーザー光の方向において数ミリメートル移動
させることができる。調整のメカニズム、および一旦調
整された鏡２１の光学距離を光学波長の程度に維持する
ための制御については、詳述しない。
【００１２】鏡２１によってレーザー共振器１にフィー
ドバックされたレーザーパルスの放射の一部は、減衰器
２０の調整に応じて、係数１０−６〜１０−１０ で減
衰される。つまり、共振波の自然放出の強度の０．５〜
５０，０００倍の程度の強度がレーザー共振器１にフィ
ードバックされる。極端な場合には、数ホトンがフィー
ドバックされるにすぎない。
ドバックされたレーザーパルスの放射の一部は、減衰器
２０の調整に応じて、係数１０−６〜１０−１０ で減
衰される。つまり、共振波の自然放出の強度の０．５〜
５０，０００倍の程度の強度がレーザー共振器１にフィ
ードバックされる。極端な場合には、数ホトンがフィー
ドバックされるにすぎない。
【００１３】極端に小さいパルス強度が発振レーザーパ
ルスに時間的に同調してジェット９内のモード体にフィ
ードバックされることによって、発生したレーザーパル
スの高周波パワースペクトルは、図２に示す高周波パワ
ースペクトルと比較して激減する。フィードバックされ
る強度が１０−８のレーザーパルスのパワースペクトル
を図３に示す。鐘形のノイズラインと異なり、ここでは
指数ノイズラインが８２ＭＨｚ のピーク値に続いてい
る。最大ノイズレベルは６７ｄＢｍ であり、図２に示
すものより１５ｄＢｍ と著しく低い。図２と図３を比
較する際には、周波数レベルが縦座標に対数値、すなわ
ちデジベル（ｄＢｍ）で与えられていることに注意しな
ければならない。ほぼ８０ＭＨｚ と８４ＭＨｚ にお
ける周波数レベルのピーク２３ａおよび２３ｂは、試験
構成の特別の条件に起因するが、これについては詳述し
ない。ピーク２３ａおよび２３ｂは、図２にかろうじて
認められるピーク２５ａおよび２５ｂよりノイズレベル
が高いために、存在が顕著である。
ルスに時間的に同調してジェット９内のモード体にフィ
ードバックされることによって、発生したレーザーパル
スの高周波パワースペクトルは、図２に示す高周波パワ
ースペクトルと比較して激減する。フィードバックされ
る強度が１０−８のレーザーパルスのパワースペクトル
を図３に示す。鐘形のノイズラインと異なり、ここでは
指数ノイズラインが８２ＭＨｚ のピーク値に続いてい
る。最大ノイズレベルは６７ｄＢｍ であり、図２に示
すものより１５ｄＢｍ と著しく低い。図２と図３を比
較する際には、周波数レベルが縦座標に対数値、すなわ
ちデジベル（ｄＢｍ）で与えられていることに注意しな
ければならない。ほぼ８０ＭＨｚ と８４ＭＨｚ にお
ける周波数レベルのピーク２３ａおよび２３ｂは、試験
構成の特別の条件に起因するが、これについては詳述し
ない。ピーク２３ａおよび２３ｂは、図２にかろうじて
認められるピーク２５ａおよび２５ｂよりノイズレベル
が高いために、存在が顕著である。
【００１４】副フィードバック装置１７の副光経路の長
さは、正確に調整されなければならない。そして、一旦
調整された値は、レーザー波長の部分においても、動作
中安定的に維持されなければならない。副光経路の長さ
を変えるための鏡２１の位置調節とフィードバックされ
た強度との関係を図４に示す。ここでは、横座標に副光
経路を通るパルスの強度の減衰係数が表されている。縦
座標には、鏡２１の放射方向における移動を表わす。こ
の場合、正もしくは負の値は、鏡２１が解離鏡５から離
れるか、これに接近することを意味する。破線で示す曲
線２７は、線影領域２９を包囲する。この線影領域には
、測定点３１でエネルギー測定装置３２で測定したレー
ザー共振器１の個々のレーザーパルスのエネルギー変動
が０．５％以下であるすべての測定値が存在する。この
０．５％という小さいエネルギー変動は、レーザーパル
スの強度の１０−６〜１０−１０ をフィードバックし
、鏡２１を±０．５ｍｍ以下移動させることによって維
持できる。副光経路の延長部分は、鏡２１の移動の２倍
に対応する。
さは、正確に調整されなければならない。そして、一旦
調整された値は、レーザー波長の部分においても、動作
中安定的に維持されなければならない。副光経路の長さ
を変えるための鏡２１の位置調節とフィードバックされ
た強度との関係を図４に示す。ここでは、横座標に副光
経路を通るパルスの強度の減衰係数が表されている。縦
座標には、鏡２１の放射方向における移動を表わす。こ
の場合、正もしくは負の値は、鏡２１が解離鏡５から離
れるか、これに接近することを意味する。破線で示す曲
線２７は、線影領域２９を包囲する。この線影領域には
、測定点３１でエネルギー測定装置３２で測定したレー
ザー共振器１の個々のレーザーパルスのエネルギー変動
が０．５％以下であるすべての測定値が存在する。この
０．５％という小さいエネルギー変動は、レーザーパル
スの強度の１０−６〜１０−１０ をフィードバックし
、鏡２１を±０．５ｍｍ以下移動させることによって維
持できる。副光経路の延長部分は、鏡２１の移動の２倍
に対応する。
【００１５】上に述べた構成の副フィードバック装置１
７の代わりに、これをコンパクトなユニット３３として
形成することができる。これは、レーザー共振器１の解
離鏡５に対応する解離鏡３５、副光経路用の鏡２１に対
応する鏡３６および放射分割器１９に対応する放射分割
器４１を有する。減衰器２０に対応する減衰器は、以下
に説明するように、省略される。
７の代わりに、これをコンパクトなユニット３３として
形成することができる。これは、レーザー共振器１の解
離鏡５に対応する解離鏡３５、副光経路用の鏡２１に対
応する鏡３６および放射分割器１９に対応する放射分割
器４１を有する。減衰器２０に対応する減衰器は、以下
に説明するように、省略される。
【００１６】ユニット３３は、図５に示すように、光学
的に線形に作用する材料からなる分割された立方体３３
として形成されている。これは、レーザー光軸に対して
傾けて反射防止処理されたパルス入射面３７を備えてい
る。入射面３７は、レーザー光をレーザー共振器１にフ
ィードバックしない。傾いたパルス入射面３７と向き合
う立方体面４３の鏡面３６は、放射分割器として作用す
る分離面４１を介して偏向されたレーザーパルスが当た
ると、その強度の１０−２を反射するように、鏡面処理
（つまり反射防止処理）されている。２つの立方体部分
３３ａおよび３３ｂの分離面４１の反射率は、ほぼ全強
度が立方体面４３に対して直角な立方体面３９に反射さ
れ、１０−３のみが立方体面４３を透過するように、選
択されている。鏡面３５を有する立方体面３９は、解離
鏡５に相当して被覆されており、やはりレーザー共振器
の解離鏡として用いられる。この場合、上述の例に対応
して、レーザーパルス強度の８７％がレーザー共振器１
に反射され（主光経路）、残りの１３％がほぼ完全に出
力パルスとしてレーザー共振器１を出る。立方体面４３
における鏡３６の反射率は、分離面４１の透過とあいま
って、１０−８の強度減衰が実現されるように選択され
ている。反射された強度は、ジェット９におけるレーザ
ー光のモード体において最初の反射と作用する。それに
よって、上述したノイズレベルの小さいレーザーパルス
が再び生み出される。最初に述べた配置構成とは異なり
、ここでは副フィードバック装置は直接レーザー共振器
内にあり、フィードバックされたレーザーパルスはこれ
を生み出すパルスと直接作用する。この場合も、副光経
路を通ってフィードバックされる強度は、レーザー共振
器の自然放出の程度である。
的に線形に作用する材料からなる分割された立方体３３
として形成されている。これは、レーザー光軸に対して
傾けて反射防止処理されたパルス入射面３７を備えてい
る。入射面３７は、レーザー光をレーザー共振器１にフ
ィードバックしない。傾いたパルス入射面３７と向き合
う立方体面４３の鏡面３６は、放射分割器として作用す
る分離面４１を介して偏向されたレーザーパルスが当た
ると、その強度の１０−２を反射するように、鏡面処理
（つまり反射防止処理）されている。２つの立方体部分
３３ａおよび３３ｂの分離面４１の反射率は、ほぼ全強
度が立方体面４３に対して直角な立方体面３９に反射さ
れ、１０−３のみが立方体面４３を透過するように、選
択されている。鏡面３５を有する立方体面３９は、解離
鏡５に相当して被覆されており、やはりレーザー共振器
の解離鏡として用いられる。この場合、上述の例に対応
して、レーザーパルス強度の８７％がレーザー共振器１
に反射され（主光経路）、残りの１３％がほぼ完全に出
力パルスとしてレーザー共振器１を出る。立方体面４３
における鏡３６の反射率は、分離面４１の透過とあいま
って、１０−８の強度減衰が実現されるように選択され
ている。反射された強度は、ジェット９におけるレーザ
ー光のモード体において最初の反射と作用する。それに
よって、上述したノイズレベルの小さいレーザーパルス
が再び生み出される。最初に述べた配置構成とは異なり
、ここでは副フィードバック装置は直接レーザー共振器
内にあり、フィードバックされたレーザーパルスはこれ
を生み出すパルスと直接作用する。この場合も、副光経
路を通ってフィードバックされる強度は、レーザー共振
器の自然放出の程度である。
【００１７】副光経路の長さは、もはや解離鏡３５を基
準に決められず、共振鏡３を基準に決められる。その際
、主光経路および副光経路は分離面４１はすでに相当合
流している。副光経路の長さ調整は、鏡３６を支持する
立方体部分３３ｂとその分離面４１とを、解離鏡３５を
支持する立方体部分３３ｂに沿って移動させることによ
って調節される。
準に決められず、共振鏡３を基準に決められる。その際
、主光経路および副光経路は分離面４１はすでに相当合
流している。副光経路の長さ調整は、鏡３６を支持する
立方体部分３３ｂとその分離面４１とを、解離鏡３５を
支持する立方体部分３３ｂに沿って移動させることによ
って調節される。
【００１８】鏡３６を極めて小さい反射率で形成する代
わりに、立方体面４３を拡散反射するように形成するこ
ともできる。
わりに、立方体面４３を拡散反射するように形成するこ
ともできる。
【００１９】ユニット３３を立方体面３３ａおよび３３
ｂを有する分割された立方体として形成する代わりに、
図６に示すように、解離鏡５も解離鏡３５もしくは５に
対応する曲率および反射率をもった解離鏡４５に改造で
きる。解離鏡４５の前に、解離鏡表面と平行に延びる反
射ワイヤ４７がある。このワイヤは、それ以外はレーザ
ー共振器１と類似に形成されたレーザー共振器４９内を
レーザー光方向と平行に移動させることができる。ワイ
ヤ４７は、図６に局部的強度分布を破線で示した解離鏡
４５に衝突するレーザーパルスの中心から距離ｂに張ら
れている。距離ｂは、ワイヤ４７がレーザーパルスの局
部的強度分布の最も外側とのみ接するように選択されて
いる。ワイヤ表面からジェット９のモード体に反射され
たレーザーパルスの強度は、共振波の自然放出の程度と
なるように選択されている。
ｂを有する分割された立方体として形成する代わりに、
図６に示すように、解離鏡５も解離鏡３５もしくは５に
対応する曲率および反射率をもった解離鏡４５に改造で
きる。解離鏡４５の前に、解離鏡表面と平行に延びる反
射ワイヤ４７がある。このワイヤは、それ以外はレーザ
ー共振器１と類似に形成されたレーザー共振器４９内を
レーザー光方向と平行に移動させることができる。ワイ
ヤ４７は、図６に局部的強度分布を破線で示した解離鏡
４５に衝突するレーザーパルスの中心から距離ｂに張ら
れている。距離ｂは、ワイヤ４７がレーザーパルスの局
部的強度分布の最も外側とのみ接するように選択されて
いる。ワイヤ表面からジェット９のモード体に反射され
たレーザーパルスの強度は、共振波の自然放出の程度と
なるように選択されている。
【００２０】副フィードバック装置を解離鏡５，３５も
しくは４５と組み合わせる代わりに、ほぼ １００％反
射する鏡３と組み合わせることもできる。
しくは４５と組み合わせる代わりに、ほぼ １００％反
射する鏡３と組み合わせることもできる。
【００２１】立方体３３もしくは鏡・ワイヤ構成４５／
４７からなる副フィードバック装置が副フィードバック
装置１７よりすぐれている点は、簡単に形成でき、コン
パクトで機械的強度の大きい仕様である。この場合、電
子的安定化方策は省略できる。それによって操作が著し
く簡単であり、製造費も大幅に削減される。
４７からなる副フィードバック装置が副フィードバック
装置１７よりすぐれている点は、簡単に形成でき、コン
パクトで機械的強度の大きい仕様である。この場合、電
子的安定化方策は省略できる。それによって操作が著し
く簡単であり、製造費も大幅に削減される。
【００２２】α−ヒドロキシトルエンに溶解させた赤外
色素Ｃ４４Ｈ３０Ｓ２ＣｌＦ７Ｏ２の代わりに他の色素
および溶剤ならびに着色中心結晶も使用できる。色素レ
ーザーの代わりに他のレーザー、たとえば固体レーザー
やダイオードレーザー、またレーザー媒質として組み込
まれた導波路を有するレーザーも使用できる。
色素Ｃ４４Ｈ３０Ｓ２ＣｌＦ７Ｏ２の代わりに他の色素
および溶剤ならびに着色中心結晶も使用できる。色素レ
ーザーの代わりに他のレーザー、たとえば固体レーザー
やダイオードレーザー、またレーザー媒質として組み込
まれた導波路を有するレーザーも使用できる。
【００２３】安定な短いパルスを得るために出力レーザ
ーパルスにおける高周波パワースペクトルを低減させる
代わりに、本発明による方法および本発明によるレーザ
ー構成は、連続レーザーで出力放射における出力レーザ
ーパルスの高周波パワースペクトルを低減するために使
用することも可能である。
ーパルスにおける高周波パワースペクトルを低減させる
代わりに、本発明による方法および本発明によるレーザ
ー構成は、連続レーザーで出力放射における出力レーザ
ーパルスの高周波パワースペクトルを低減するために使
用することも可能である。
【図１】副フィードバック装置を有する短いパルスを発
生するための色素レーザーの模式図である。
生するための色素レーザーの模式図である。
【図２】Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの４ｐｓのレーザーパル
スを反復周波数８２ＭＨｚ で同期的にポンピングされ
た、副フィードバック装置を有しない色素レーザーのレ
ーザーパルスの高周波パワースペクトルである。
スを反復周波数８２ＭＨｚ で同期的にポンピングされ
た、副フィードバック装置を有しない色素レーザーのレ
ーザーパルスの高周波パワースペクトルである。
【図３】本発明による副フィードバック装置によって図
２より少ない色素レーザーのレーザーパルスの高周波パ
ワースペクトルである。
２より少ない色素レーザーのレーザーパルスの高周波パ
ワースペクトルである。
【図４】副フィードバック装置の副光経路の長さの変化
と副経路で減衰されたレーザーパルスの減衰された係数
との関係を示すグラフである。
と副経路で減衰されたレーザーパルスの減衰された係数
との関係を示すグラフである。
【図５】副フィードバック装置の構成である。
【図６】他の副フィードバック装置の構成である。
１…レーザー共振器
３…共振鏡
５…共振鏡
１７…副フィードバック装置
３３…立方体
３３ａ…立方体部分
３３ａ…立方体部分
３５…共振鏡
３７…パルス入射面
３９…外面
４１…分離面
４３…外面
４５…共振鏡
４９…レーザー共振器
Claims (12)
- 【請求項１】 レーザー光における高周波パワースペ
クトル低減方法において、レーザー共振器のフィードバ
ックのほかに、レーザー光の部分が、光学的に非線形に
作用する要素を含まない副光経路を通って、共振鏡（３
，５，３５，４５）の間で発振するレーザー共振波のモ
ード体に再びフィードバックされ、その際、前記部分の
強度がレーザーの自然放出の０．５〜５０，０００倍の
程度にすぎないように、前記部分を小さくすることを特
徴とする方法。 - 【請求項２】 前記レーザー光の部分が前記レーザー
の出力強度の１０−６〜１０−１０ に調整される請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 モード結合した前記レーザーを用いて
、特にパルス幅がピコ秒以下のレーザー短パルス発生方
法において、各々の前記レーザーパルスの部分が前記副
光経路を通って時間的に遅らせてフィードバックされる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法
。 - 【請求項４】 前記副光経路を通るホトン群が前記レ
ーザー共振器（１，４９）内で発振する前記レーザーパ
ルスに送入されるように、該副光経路の大きさを選択す
る請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記副光経路の長さが、前記レーザー
パルスの最適化のために、共振鏡（３，５；３５；４５
）の間の主光経路の光学的長さの±０．５ｍｍの範囲（
２９）で調整される請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれか
１項に記載の方法を実施するためのレーザーにおいて、
レーザー共振器のフィードバックのほかに、レーザー光
の部分を、主光経路を通って、共振鏡（３，５，３５，
４５）の間で発振するレーザー共振波のモード体に再び
フィードバックする副フィードバック装置（１７；３３
；４５／４７）を具備し、該副フィードバック装置が光
学的に非線形に作用する要素を含まないように形成され
、その際、フィードバックされる部分の強度が前記レー
ザーの自然放出の０．５〜５０，０００倍の程度にとど
まるように、該部分を小さくすることを特徴とするレー
ザー装置。 - 【請求項７】 請求項３に記載の方法を実施するため
のモード結合したレーザーにおいて、前記副フィードバ
ック装置（１７；３３；４５／４７）が、ピコ秒以下の
レーザーパルスを得るために、副放射を時間的に遅らせ
て共振器（１，４９）にフィードバックするように形成
されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザー
装置。 - 【請求項８】 前記副フィードバック装置（３３；４
５／４７）と前記共振鏡（３，３５，４５）の１つとが
、統一体をなす請求項６または請求項７に記載のレーザ
ー装置。 - 【請求項９】 前記副フィードバック装置（４５／４
７）が、前記共振鏡（４５）の側方に調節可能に配置さ
れた副共振鏡（４７）を具備し、その際、前記レーザー
共振器内で発振する共振波の前記副共振鏡に当たる側方
領域のうち、該共振器のモード体に反射し返される強度
がレーザーの自然放出の０．５〜５０，０００倍の程度
にすぎないように、共振鏡（４５）との側方ずれ（ｂ）
および副共振鏡（４７）の反射率を選択する請求項８に
記載のレーザー装置。 - 【請求項１０】 前記副フィードバック装置が、放射
をモード体にフィードバックしない１つのパルス入射面
（３７）と、少なくとも一部鏡面処理された２つの外面
（３９，４３）とを具備する分割された立方体（３３）
であり、その際、該立方体（３３）に入射する放射の一
部が該立方体（３３）の第１の鏡面処理された外面（４
３）に案内され、ここから再び分離面（４１）を通って
一部がモード体にフィードバックされ、該分離面（４１
）で反射されたレーザー光の放射が該立方体（３３）の
第２の鏡面処理された外面（３９）で再び該分離面（３
９）を介して前記モード体に反射されるように、該分離
面（４１）が配置されており、その際、レーザーの自然
放出の０．５〜５０，０００倍の程度の放射のみがフィ
ードバックされるように、該分離面（４１）の透過度お
よび前記第１の鏡面処理された前記外面（４３）の反射
率を選択し、前記第２の外面（３９）の鏡面処理された
部分が共振鏡として作用するように、該第２の外面（３
９）の鏡面処理された部分および該分離面（４１）の反
射率を選択する請求項８に記載のレーザー装置。 - 【請求項１１】 前記立方体（３３）の２つの部分（
３３ａ，３３ｂ）が前記分離面（４１）に沿って移動可
能であり、その際、前記第２の鏡面処理された外面（３
９）がその位置にとどまり、前記第１の外面（４３）と
、これに対向する共振鏡（３）との間隔が可変である請
求項１０に記載のレーザー装置。 - 【請求項１２】 前記立方体（３３）の前記第１の外
面（４３）が拡散的に反射するように形成された請求項
１０または請求項１１に記載のレーザー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH161090 | 1990-05-11 | ||
| CH01610/90-6 | 1990-05-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229675A true JPH04229675A (ja) | 1992-08-19 |
| JP3226936B2 JP3226936B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=4214461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10586591A Expired - Fee Related JP3226936B2 (ja) | 1990-05-11 | 1991-05-10 | レーザー短パルスの発生方法およびレーザー装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5151911A (ja) |
| EP (1) | EP0455991B1 (ja) |
| JP (1) | JP3226936B2 (ja) |
| DE (1) | DE59107563D1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5987045A (en) * | 1997-04-02 | 1999-11-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High power narrow pulse laser diode circuit |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2597845B2 (ja) * | 1987-06-09 | 1997-04-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 高繰り返しパルスレーザー装置 |
-
1991
- 1991-04-06 DE DE59107563T patent/DE59107563D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-04-06 EP EP91105467A patent/EP0455991B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-04-23 US US07/689,487 patent/US5151911A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-10 JP JP10586591A patent/JP3226936B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0455991B1 (de) | 1996-03-20 |
| DE59107563D1 (de) | 1996-04-25 |
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| EP0455991A3 (en) | 1992-11-19 |
| US5151911A (en) | 1992-09-29 |
| JP3226936B2 (ja) | 2001-11-12 |
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