JPH05249513A - 誘導ラマン散乱による波長変換方法およびこれを用いた波長可変レーザー装置 - Google Patents

誘導ラマン散乱による波長変換方法およびこれを用いた波長可変レーザー装置

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JPH05249513A
JPH05249513A JP4873492A JP4873492A JPH05249513A JP H05249513 A JPH05249513 A JP H05249513A JP 4873492 A JP4873492 A JP 4873492A JP 4873492 A JP4873492 A JP 4873492A JP H05249513 A JPH05249513 A JP H05249513A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 波長可変域が広く、広帯域において高出力な
コヒーレント光を得ることのできる誘導ラマン散乱によ
る波長変換方法およびこれを用いた波長可変レーザー装
置を提供する。 【構成】 励起光源となる波長可変固体レーザー1等か
ら射出されたレーザー光2を、複数のレンズ等からなる
平行ビーム生成機構3によって平行ビームとし、この平
行ビームをまず高圧ラマンセル4によって波長変換す
る。そして、高圧ラマンセル4によって波長変換された
レーザー光をさらに多重反射型ラマンセル5によって波
長変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、科学測定用機器、赤外
吸収を利用した微量検出器、同位体分離等の光源に利用
できる誘導ラマン散乱による波長変換方法およびこれを
用いた波長可変レーザー装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、科学測定用機器、赤外吸収を
利用した微量検出器、同位体分離等の光源として、各種
のレーザー装置が用いられている。
【0003】ところで、高強度のレーザー光がラマン活
性な物質に入射すると、この物質に特有なエネルギー量
だけ波長が長波長側にシフトしたストークス光と呼ばれ
るコヒーレント光が誘導ラマン散乱の過程を通して発生
する。そこで、このような誘導ラマン散乱を利用してレ
ーザー光源からのレーザー光の波長を変換し、より広帯
域のレーザー光を得る方法が知られている。
【0004】また、波長可変固体レーザーを励起源と
し、多種類のラマン物質を用いた2 段階の誘導ラマン散
乱を行い、さらに広帯域な赤外光を得る方法も提案され
ている。すなわち、この方法では、 第1段のラマン変換で水素の回転ラマン散乱、第2
段のラマン変換で水素の振動ラマン散乱を起こす方法。
【0005】 第1段のラマン変換で水素の振動ラマ
ン散乱、第2段のラマン変換で重水素の振動ラマン散乱
を起こす方法。
【0006】 第1段のラマン変換で水素の振動ラマ
ン散乱、第2段のラマン変換で窒素のラマン散乱を起こ
す方法。
【0007】等によって、2 段階の誘導ラマン散乱によ
り、さらに広帯域な赤外光を得る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た2 段階のラマン変換による波長変換方法では、従来通
常使用されているラマン変換セルを用いた場合、必要と
する特定のラマン変換過程を選択的に誘起するようなこ
とができず、反ストークス光、あるいは、高次のストー
クス光等を生起する不必要なラマン変換も同時に発生し
てしまうため、所望とする波長における変換効率が非常
に低くなってしまい、高出力を得ることが困難であると
いう問題があった。
【0009】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、波長可変域が広く、広帯域において高出
力なコヒーレント光を得ることのできる誘導ラマン散乱
による波長変換方法およびこれを用いた波長可変レーザ
ー装置を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の誘導
ラマン散乱による波長変換方法は、波長可変レーザーを
励起光源とし、この励起光源からのレーザー光をエネル
ギーのシフト量の異なる少なくとも2段階の誘導ラマン
散乱により、波長変換する方法において、前記励起光源
からのレーザー光を平行ビームとし、この平行ビームを
高圧ラマンセルに入射させて波長変換を行い、次にこの
波長変換されたレーザー光を多重反射型ラマンセルに入
射させてさらに波長変換することを特徴とする。
【0011】また、本発明の波長可変レーザー装置は、
励起光源となる波長可変レーザーと、前記波長可変レー
ザーからのレーザー光を平行ビームとする平行ビーム生
成機構と、内部に高圧なガスが充填され、前記平行ビー
ム生成機構からの平行ビームを波長変換する高圧ラマン
セルと、前記高圧ラマンセルによって波長変換されたレ
ーザー光をさらに波長変換する多重反射型ラマンセルと
を具備したことを特徴とする。
【0012】
【作用】前述した従来の技術においては、図2(A)に
示すように、第1段のラマン変換で、1次のストークス
光(S1)、2次のストークス光(S2)、3次のスト
ークス光(S3)等が発生し、これに伴って第2段のラ
マン変換でも同様に、不要なストークス光が発生するた
め、例えば3次のストークス光(SR3)が所望の波長
域であったとしても、エネルギー変換効率が低くなり、
高い出力を得ることができない。
【0013】そこで、上記構成の本発明の誘導ラマン散
乱による波長変換方法およびこれを用いた波長可変レー
ザー装置では、例えば、図2(B)および図2(C)に
示すように、第1段のラマン変換で、1次のストークス
光(S1)あるいは2次のストークス光(S2)を選択
的に発生させ、第2段のラマン変換でも同様に、3次の
ストークス光(SR3)あるいは2次のストークス光
(SR2)を選択的に発生させることにより、エネルギ
ー変換効率を向上させ、高い出力を得ることができるよ
うにする。
【0014】すなわち、本発明においては、図1に示す
ように、励起光源となる波長可変固体レーザー1等から
射出されたレーザー光2を、複数のレンズ等からなる平
行ビーム生成機構3によって平行ビームとし、この平行
ビームをまず高圧ラマンセル4によって波長変換する。
そして、高圧ラマンセル4における水素等の媒質圧力の
高圧化による分散効果の増大、および、平行ビームを用
いることによる複雑なラマン混合(集光ビームでは必然
的に生じる)の抑制効果により、入力パワー密度を制御
することによって1次、2次、3次のストークス光を選
択的に発生させることを可能とする。なお、入力パワー
密度の制御は、入射ビーム径を調節することにより行う
ことができる。また、例えば媒質が水素の場合、回転散
乱、振動散乱の発生は、励起光の偏光状態とラマンセル
の圧力とをパラメータとして制御できるが、励起光が直
線偏光の場合は振動散乱仮定のみが発生し、励起光が回
転偏光の場合はどちらの散乱も発生するものの高圧側で
は振動散乱が、低圧側では回転散乱が支配的に発生す
る。このため、高圧ラマンセル4内では振動散乱が支配
的に発生する。
【0015】次に、この高圧ラマンセル4によって波長
変換されたレーザー光を、さらに多重反射型ラマンセル
(マルチパスラマンセル)5によって波長変換する。こ
のように、第2段のラマン変換にマルチパスラマンセル
5を用いることにより、ラマンセル中での相互作用長を
長くし、第1段のラマン変換による弱いストークス光で
あってもラマン変換を達成することができるようにする
とともに、このマルチパスラマンセル5のパス数を選ぶ
ことにより、所望の次数への変換効率を最適化できるよ
うにする。
【0016】これにより、広帯域において高出力なコヒ
ーレント光を得ることができる。なお、マルチパスラマ
ンセル5に入射する入射光の偏光状態を直線偏光とすれ
ば、振動ラマン散乱のみを選択的生じさせることがで
き、円偏光とすれば回転ラマン散乱のみを選択的生じさ
せることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の波長可変レーザー装置の詳細
を、一実施例について図面を参照して説明する。
【0018】図3は、本発明の一実施例の波長可変レー
ザー装置の構成を示すもので、図において、11は波長
可変励起光源としてのマルチモードQ−スイッチアレキ
サンドライトレーザーであり、波長可変域は720 〜800
nmである。このアレキサンドライトレーザー11からの
レーザー光は、複数のレンズ等から構成される平行ビー
ム生成機構12によって平行ビームとされ、第1段のラ
マン変換を行う高圧ラマンセル13に入射するよう構成
されている。
【0019】本実施例では、この高圧ラマンセル13
は、100atmの圧力に絶えられる構造とされており、内部
に高圧の水素あるいは重水素等のラマン媒質が充填され
る。このように、高圧ラマンセル13を用いるのは、媒
質の分散効果を増大させ、位相整合条件を積極的に崩す
ことによって、特定のストークス光へエネルギーを集中
させるためであり、図4および図5に示す測定結果から
分かるように、このガス圧は、好ましくは15 atm以上で
あり、さらに好ましくは20 atm以上である。
【0020】図4のグラフは、上記高圧ラマンセル13
の1 次の反ストークス光出力と、ガス圧との関係を調べ
た結果を示すもので、このグラフに示すように、1 次の
反ストークス光出力は、ガス圧が10 atmを越えると徐々
に減少し、20 atm以上ではほとんどゼロとなった。ま
た、図3のグラフは、上記高圧ラマンセル13の1 次の
ストークス光出力と、ガス圧との関係を調べた結果を示
すもので、このグラフに示すように、高圧ラマンセル1
3の1 次のストークス光出力は、圧力20 atm付近まで急
速に増加する。
【0021】上記高圧ラマンセル13で波長変換された
レーザー光は、次に多重反射型ラマンセル(マルチパス
ラマンセル)14に入射し、ここで第2段のラマン変換
が行われる。このマルチパスラマンセル14は、ラマン
セル中に2 枚の凹面鏡によって共振器を形成し、多重反
射により利得長を稼ぐことができるよう構成されおり、
本実施例の場合、このマルチパスラマンセル14のキャ
ビティ長は2250±100mmであり、両端に直径100 mmの凹
面鏡を取り付けた構造となっている。また、パス数は、
キャビティ長を変えることによって最大37パスにまで設
定することができるよう構成されている。
【0022】なお、図3において15は1/4 波長板、1
6は前述した波長のアレキサンドライトレーザー11か
らのレーザー光を反射するためのミラー、17は所望の
赤外領域以外の波長の光を除去するための赤外透過フィ
ルターである。
【0023】上記構成の装置では、高圧ラマンセル13
の圧力およびこの高圧ラマンセル13に入射するレーザ
ー光(平行ビーム)のビーム径を図示しないビーム径制
御機構等によって制御することにより、高圧ラマンセル
13内において高効率で選択的に1次あるいは2次ある
いは3次のストークス光を発生させる。
【0024】そして、このストークス光を、マルチパス
ラマンセル14の前に設けた図示しない偏光制御機構等
によって例えば直線偏光あるいは円偏光に制御しつつマ
ルチパスラマンセル14に入射させて波長変換する。こ
の時、マルチパスラマンセル14のパス数を選ぶことに
より、所望の次数への変換効率を最適化する。
【0025】このようにしてマルチパスラマンセル14
からの出力を測定したところ、アレキサンドライトレー
ザー11の基本波から波長1500nmまで連続的に、エネル
ギーが従来に比べて高いレーザー光を得ることができ
た。
【0026】なお、図6および図7に、励起光と第1段
のラマン変換および第2段のラマン変換によって得られ
る光の波長の関係を示す。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の誘導ラマ
ン散乱による波長変換方法およびこれを用いた波長可変
レーザー装置によれば、波長可変域が広く、広帯域にお
いて高出力なコヒーレント光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を原理的に示す図。
【図2】本発明の原理を従来技術と比較して説明するた
めの図。
【図3】本発明の一実施例の構成を示す図。
【図4】1 次の反ストークス光出力とガス圧との関係を
調べた結果を示すグラフ。
【図5】1 次のストークス光出力とガス圧との関係を調
べた結果を示すグラフ。
【図6】第1段および第2段のラマン変換によって得ら
れる波長域の関係を示す図。
【図7】第1段および第2段のラマン変換によって得ら
れる波長域の関係を示す図。
【符号の説明】
1 波長可変固体レーザー 2 レーザー光 3 平行ビーム生成機構 4 高圧ラマンセル 5 マルチパスラマンセル

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波長可変レーザーを励起光源とし、この
    励起光源からのレーザー光をエネルギーのシフト量の異
    なる少なくとも2段階の誘導ラマン散乱により、波長変
    換する方法において、 前記励起光源からのレーザー光を平行ビームとし、この
    平行ビームを高圧ラマンセルに入射させて波長変換を行
    い、次にこの波長変換されたレーザー光を多重反射型ラ
    マンセルに入射させてさらに波長変換することを特徴と
    する誘導ラマン散乱による波長変換方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の誘導ラマン散乱による波
    長変換方法において、前記高圧ラマンセル中で、振動ラ
    マン散乱により1次〜3次のストークス光のいずれかを
    選択的に発生させ、前記多重反射型ラマンセル中で、振
    動ラマン散乱あるいは回転ラマン散乱を必要な次数まで
    生じさせることを特徴とする誘導ラマン散乱による波長
    変換方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の誘導ラマン散乱による波
    長変換方法において、前記多重反射型ラマンセル中に入
    射させる入射光の偏光状態を変化させ、振動ラマン散乱
    あるいは回転ラマン散乱を選択的に発生させることを特
    徴とする誘導ラマン散乱による波長変換方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の誘導ラマン散乱による波
    長変換方法において、前記高圧ラマンセルにおける圧力
    および入射ビームのビーム径を調整することによって所
    望のストークス光への変換効率を最大化し、前記多重反
    射型ラマンセルにおける多重反射回数を選択することに
    よって所望のストークス光への変換効率を最大化するこ
    とを特徴とする誘導ラマン散乱による波長変換方法。
  5. 【請求項5】 励起光源となる波長可変レーザーと、 前記波長可変レーザーからのレーザー光を平行ビームと
    する平行ビーム生成機構と、 内部に高圧なガスが充填され、前記平行ビーム生成機構
    からの平行ビームを波長変換する高圧ラマンセルと、 前記高圧ラマンセルによって波長変換されたレーザー光
    をさらに波長変換する多重反射型ラマンセルとを具備し
    たことを特徴とする波長可変レーザー装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1630912A1 (en) 2004-08-23 2006-03-01 Furukawa Co., Ltd. Frequency-doubled solid-state Raman laser
CN105024275A (zh) * 2014-04-25 2015-11-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种高阶斯托克斯光产生装置

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EP1630912A1 (en) 2004-08-23 2006-03-01 Furukawa Co., Ltd. Frequency-doubled solid-state Raman laser
CN105024275A (zh) * 2014-04-25 2015-11-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种高阶斯托克斯光产生装置

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