JPH05243656A - 光増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本願発明の光増幅装置１は、励起光源２と、
被増幅光光源３と、励起光Ｌ₁を反射し被増幅光Ｌ₂を透
過するダイクロイックミラー４と、入射する被増幅光Ｌ
₂を増幅し増幅光Ｌ₂₁として出射する利得媒質５と、励
起光Ｌ₁及び被増幅光Ｌ₂を利得媒質５に集光し該利得媒
質５から出射する励起光Ｌ₁₁及び増幅光Ｌ_{2 1}を平行にす
る一対の共焦点レンズ６，７と、この励起光Ｌ₁₁及び増
幅光Ｌ₂₁を反射する光反射手段８とを具備してなること
を特徴とする。また、光反射手段は複数としてもよい。 【効果】 一対の共焦点レンズと光反射手段とを用いて
光路の多重化を行い、利得媒質により被増幅光を効果的
に増幅することができ、１０フェムト秒台の極短光パル
スを容易かつ安定的に発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構成が簡単で、１０フ
ェムト秒台（１フェムトは１０^ー15）の光パルスを容易
に発生させることができる光増幅装置に係り、特に、量
子エレクトロニクス、光物性、光通信、光コンピュータ
等に用いられる高速光デバイス等の各研究分野における
超高速物理現象の測定用に用いて好適な光増幅装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】パルス幅の短い極短光パルスは、超高速
物理現象研究用の光源としてだけでなく高速光デバイス
研究開発用の光源や光通信用の光源としても必要不可欠
であり、より簡便によりパルス幅の短い光パルスを発生
する装置が求められている。現在において得られている
世界最短の光パルスは６フェムト秒のものである（参考
文献：Ｆork et al.:Ｏpt.Ｌett.,vol.12,483,（198
7））。

【０００３】光のパルス幅は、光の周波数領域において
位相相関のある周波数幅で原理的に制限され、同一の位
相で広い周波数幅をもつほど光のパルス幅は短くなるこ
とが知られている。また、高出力短パルスレーザー光等
を非線形光学現象の一つであるカー効果をしめす媒質中
に導入すると、自己位相変調効果により位相相関のある
周波数幅が広がることも知られている。さらにその際、
異なった周波数成分の位相を一定に揃えれば、より短い
パルス幅の光が得られる。この効果を短光パルス発生あ
るいは光パルス圧縮に利用するためには、十分な光強
度、相互作用長、媒質の非線形性が必要とされ、この要
請を満たすことは容易ではない。

【０００４】このような非線形性を利用しパルス圧縮を
可能とする具体的な方法としては、例えば、石英光ファ
イバー等を利用したファイバーパルス圧縮が知られてい
る（参考文献：Ｎakatuka et al.:Ｐhys.Ｒev.Ｌett.,v
ol.47,910,（1981））。このファイバーパルス圧縮を効
果的に行うには、まず、高ピーク出力のレーザー光を用
いる必要がある。特に、１０フェムト秒台の極短光パル
スを発生させるためにはモード同期レーザーの出力では
不十分であり、なんらかの光増幅器が必要となる。この
光増幅器としては、銅蒸気レーザー励起の色素多重光路
光増幅器が知られている（参考文献：Ｋnox et al.:Ｊ.
Ｑuantum Ｅlectron.,vol.24,388,（1988））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
色素多重光路光増幅器では、レーザー媒質として用いら
れる色素の劣化が大きく、したがって頻繁に色素を交換
する必要があるという問題の他に、保守性の悪さや動作
時に厳密にタイミングを制御する必要がある等の様々な
問題があり、また、構成が複雑であるので、安定性や信
頼性に欠けるという欠点もあった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、構成が簡単で、１０フェムト秒台の光パルス
を容易に発生させることができる光増幅装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な光増幅装置を採用した。すなわ
ち、請求項１記載の光増幅装置は、励起光源と、被増幅
光を発生する被増幅光光源と、前記励起光源から発生す
る励起光を反射し、前記被増幅光光源から発生する被増
幅光を透過するダイクロイックミラーと、入射する被増
幅光を増幅し増幅光として出射する利得媒質と、前記励
起光及び被増幅光を前記利得媒質に集光し該利得媒質か
ら出射する励起光及び増幅光を平行にする一対の共焦点
レンズと、この励起光及び増幅光を反射する光反射手段
とを具備してなることを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の光増幅装置は、請求
項１記載の光増幅装置において、前記光反射手段を複数
個具備してなることを特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明の請求項１記載の光増幅装置では、一対
の共焦点レンズと光反射手段とを用いて光路の２重化を
行い、利得媒質は励起光を有効に吸収し入射する被増幅
光を増幅する。これより、被増幅光は増幅された後に再
度増幅され、１０フェムト秒台の極短光パルスの発生が
可能となる。

【００１０】また、請求項２記載の光増幅装置では、一
対の共焦点レンズと複数の光反射手段とを用いて光路の
多重化を行い、利得媒質は励起光を有効に吸収し入射す
る被増幅光を増幅する。これより、被増幅光は多数回増
幅され、パルス幅がより短い極短光パルスの発生が可能
となる。

【００１１】上記の光増幅装置では、高繰り返しの出来
る励起光源はパルスエネルギーが限定されているため励
起光を利得媒質に効率よく集光する必要がある。そのた
めには、前記利得媒質は利得領域が小さく細長い形状の
ものが望ましい。また、多重光路光増幅器の構築のため
には、光ビームの励起領域へのよい重なりが可能な光学
系の構築が必要である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る光増幅装置の各実施例に
ついて図面に基づき説明する。 （実施例１）図１は、請求項１記載の光増幅装置の一実
施例を示す構成図である。この光増幅装置１は、励起光
源２、被増幅光光源３、ダイクロイックミラー４、利得
媒質５、一対の共焦点レンズ６，７、光反射手段８、全
反射ミラー９、ビームストッパ１０から概略構成される
もので、２光路増幅の光増幅装置である。

【００１３】励起光源２としては、銅蒸気レーザーなど
に比べ扱いが容易で、なおかつ高繰り返しが可能な、共
振器内倍波発生ｃｗ−ＱスイッチＹＡＧレーザー（１〜
５ｋＨｚ）が好適に用いられる。また、被増幅光光源３
としては、１５０フェムト秒の光パルスを発生させるこ
とができる受動モード同期チタンサファイア（Ｔｉ：Ａ
ｌ₂Ｏ₃）レーザーが好適に用いられる。

【００１４】利得媒質５は、共焦点レンズ６，７の焦点
位置に配置され、入射する励起光を吸収することにより
被増幅光を増幅し増幅光として出射するもので、利得帯
域が広く、蛍光寿命が長く（３マイクロ秒）かつタイミ
ング制御が容易な、チタンサファイア（Ｔｉ：Ａｌ
₂Ｏ₃）結晶が好適に用いられる。

【００１５】光反射手段８は、共焦点レンズ７を透過し
た励起光及び増幅光を全反射しこれらの光を平行移動さ
せ再度共焦点レンズ７に入射させるもので、折り返し直
角プリズムまたはルーフレフレクタのいずれか一方が好
適に用いられる。

【００１６】次に、この光増幅装置１の作用について説
明する。まず、ダイクロイックミラー４により励起光Ｌ
₁を反射し被増幅光Ｌ₂を透過することで入射方向の異な
るこれらの光を重ね合わせ、次いで、共焦点レンズ６に
よりこれらの光Ｌ₁，Ｌ₂を利得媒質５中に集光させる。

【００１７】利得媒質５中では、励起光Ｌ₁を吸収し
（一部透過）被増幅光Ｌ₂の増幅を行う。次いで、共焦
点レンズ７により該利得媒質５から出射した励起光Ｌ₁₁
及び増幅光Ｌ₂₁を平行光とする。次いで、光反射手段８
により励起光Ｌ₁₁及び増幅光Ｌ₂₁を全反射しこれらの光
を平行移動させ、再度共焦点レンズ７を透過させて利得
媒質５中に入射させる。該利得媒質５中では励起光Ｌ₁₁
を吸収し（一部透過）増幅光Ｌ₂₁を更に増幅させる。

【００１８】利得媒質５から出射した残留励起光Ｌ₁₂及
び増幅光Ｌ₂₂は再度共焦点レンズ６に入射し平行光とな
る。該残留励起光Ｌ₁₂及び増幅光Ｌ₂₂はダイクロイック
ミラー４により残留励起光Ｌ₁₂が除去され増幅光Ｌ₂₂の
みとなって出射される。

【００１９】図２は、上記光増幅装置１により得られる
増幅後の光パルス列を示す図である。ここでは、被増幅
光としては受動モード同期チタンサファイアレーザーか
ら発生する８２ＭＨｚ，１５０フェムト秒の光パルスを
用いた。また、この光増幅装置１の利得は、１光路増幅
器で約１５倍、２光路増幅で約１００倍であり、増幅率
は最大１００倍、増幅持続時間はおよそ５００ナノ秒で
あった。

【００２０】この図により、上記光増幅装置１は、従来
の銅蒸気レーザー励起の色素多重光路増幅装置に比べて
タイミング制御に関する要請が緩いことが解り、その結
果、パルス圧縮を行い高繰り返し１０フェムト秒台の極
短パルス発生を可能とするために十分なピーク出力
（０．７ＭＷ）を得ることができ、１０フェムト秒台の
極短光パルスを容易かつ安定的に発生させ得ることが明
白である。

【００２１】以上説明した様に、この実施例１の光増幅
装置１によれば、一対の共焦点レンズ６，７と光反射手
段８とを用いて光路の２重化を行い、利得媒質５により
被増幅光Ｌ₂（増幅光Ｌ₂₁）を効果的に増幅することが
でき、１０フェムト秒台の極短光パルスを容易かつ安定
的に発生させることができる。

【００２２】（実施例２）図３は、請求項２記載の光増
幅装置の一実施例を示す構成図である。この光増幅装置
２１は、上記実施例の光増幅装置１において、ダイクロ
イックミラー４と共焦点レンズ６との間に光反射手段８
と同一の構成からなる光反射手段２２を設けたもので、
４光路増幅の光増幅装置である。なお、図３において、
図１と同一の構成要素については同一の符号を付し説明
を省略する。

【００２３】この光増幅装置２１では、利得媒質５から
出射した励起光Ｌ₁₁及び増幅光Ｌ₂₁は、光反射手段８及
び光反射手段２２により繰り返し全反射され、そのたび
毎に利得媒質５により増幅光が増幅される。４回増幅さ
れた増幅光Ｌ₂₃は、ダイクロイックミラー４により残留
する励起光Ｌ₁₃が除去され増幅光Ｌ₂₃のみとなって出射
される。この場合、増幅率は最大２５０倍である。

【００２４】この光増幅装置２１においても、光増幅装
置１と同様の作用、効果を奏することができる。しか
も、４光路増幅の光増幅装置であるので、被増幅光を４
回増幅することができ、パルス幅がより短い極短光パル
スを容易かつ安定的に発生させることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の請求項１記
載の光増幅装置によれば、励起光源と、被増幅光を発生
する被増幅光光源と、前記励起光源から発生する励起光
を反射し、前記被増幅光光源から発生する被増幅光を透
過するダイクロイックミラーと、入射する被増幅光を増
幅し増幅光として出射する利得媒質と、前記励起光及び
被増幅光を前記利得媒質に集光し該利得媒質から出射す
る励起光及び増幅光を平行にする一対の共焦点レンズ
と、この励起光及び増幅光を反射する光反射手段とを具
備してなることとしたので、一対の共焦点レンズと光反
射手段とを用いて光路の２重化を行い、利得媒質により
被増幅光を効果的に増幅することができ、１０フェムト
秒台の極短光パルスを容易かつ安定的に発生させること
ができる。

【００２６】また、請求項２記載の光増幅装置によれ
ば、請求項１記載の光増幅装置において、前記光反射手
段を複数個具備してなることとしたので、一対の共焦点
レンズと複数の光反射手段とを用いて光路の多重化を行
い、利得媒質により被増幅光を効果的に多数回増幅する
ことができ、パルス幅がより短い極短光パルスを容易か
つ安定的に発生させることができる。

【００２７】以上により、構成が簡単で、１０フェムト
秒台の光パルスを容易かつ安定的に発生させることがで
きる光増幅装置を提供することができる。この光増幅装
置は、特に、量子エレクトロニクス、光物性、光通信や
光コンピュータ等に用いられる高速光デバイス等におけ
る超高速物理現象の測定用として広く利用することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光増幅装置を示す構成図
である。

【図２】本発明の第１実施例の光増幅装置により得られ
る増幅後の光パルス列を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例の光増幅装置を示す構成図
である。

【符号の説明】

１ 光増幅装置 ２ 励起光源 ３ 被増幅光光源 ４ ダイクロイックミラー ５ 利得媒質 ６，７ 共焦点レンズ ８ 光反射手段 ９ 全反射ミラー １０ ビームストッパ ２１ 光増幅装置 ２２ 光反射手段 Ｌ₁，Ｌ₁₁，Ｌ₁₂，Ｌ₁₃ 励起光 Ｌ₂ 被増幅光 Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃ 増幅光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光源と、被増幅光を発生する被増幅
   光光源と、前記励起光源から発生する励起光を反射し、
   前記被増幅光光源から発生する被増幅光を透過するダイ
   クロイックミラーと、入射する被増幅光を増幅し増幅光
   として出射する利得媒質と、前記励起光及び被増幅光を
   前記利得媒質に集光し該利得媒質から出射する励起光及
   び増幅光を平行にする一対の共焦点レンズと、この励起
   光及び増幅光を反射する光反射手段とを具備してなるこ
   とを特徴とする光増幅装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光増幅装置において、 前記光反射手段を複数個具備してなることを特徴とする
   光増幅装置。