JPH0794816A

JPH0794816A - 再生増幅器

Info

Publication number: JPH0794816A
Application number: JP25747193A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Kobayashi; 尊道小林; Naoya Hamada; 直也浜田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】固体レーザを用いてレーザ光を増幅する装置
に於て、入射パルスの時間・空間波形を再現しつつ、効
率よく増幅し得る、小型の再生増幅器を構成する。【構成】固体レーザを用いてレーザ光を増幅する再生
増幅器に於て、レーザ媒質と、１個以上の偏光ビームス
プリッターと、２組以上の偏光スイッチと、過飽和吸収
体と、１組の光アイソレータと、３枚の反射鏡とを配置
し、レーザ媒質を通過する偏光のレーザ光に対して増幅
器部分を構成し、過飽和吸収体を通過する偏光のレーザ
光に対して自然放出光の増幅に対する減衰器部分を構成
する。そして偏光スイッチのスイッチングにより、入射
パルスを増幅器と減衰器とを交互に通過させることで、
入射パルスの時間、空間波形を再現する被増幅レーザパ
ルスを発生せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、増幅器内に配置したレ
ーザ媒質によって入射レーザパルスを増幅し、レーザ加
工及び非線形光学を用いたレーザ計測に応用することの
できる高ピーク、極短パルスレーザ光を得ることを目的
とした再生増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスエネルギーの小さなレーザ光を増
幅する技術として、マルチパス増幅器と再生増幅器との
２種類の構成が知られている。

【０００３】レーザ媒質を１回、あるいは数回通過させ
るマルチパス増幅器は、レーザ光がレーザ媒質を１回通
過するごとに受ける利得が大きな場合に用いられ、一般
に、１回あるいは数回の増幅で飽和利得に到達する程度
の、ある程度大きなエネルギを有するレーザパルスを入
射パルスに使用する。このマルチパス増幅器の構成は、
図７に示すように、レーザ媒質４を通過するレーザ光の
光軸を、複数の反射鏡１８〜２１を用いてわずかにずら
して反射させることにより、共振器を構成せずに数回に
わたってレーザ光に利得を与えるものである。

【０００４】再生増幅器は、レーザ光がレーザ媒質を１
回通過するごとに受ける利得が小さな場合に用いられ、
一般に、非常に小さなエネルギのレーザパルスを複数回
レーザ媒質を往復させることにより、マルチパス増幅器
の入射パルス程度に増幅することを目的とするものであ
る。その構成は、最低２枚の反射鏡を対向させて光共振
器としてレーザ媒質を構成するものであり、共振器の光
軸に合わせて入射パルスを導入し、共振器中を複数回往
復させることで入射パルスに利得を与える。この再生増
幅器は、レーザ光の偏光特性を利用し、共振器内に配置
した偏光スイッチと偏光ビームスプリッタとを用いて入
射パルスの取り込み増幅と増幅パルスの取り出しとを行
うものである。

【０００５】さて、パルスの増幅を行う際に問題になる
点に、レーザ媒質からの自然放出光の増幅（ＡＳＥ：Am
plified Spontaneous Emission）がある。パルスの増幅
は、入射パルスの時間・空間波形を再現しつつ、そのパ
ルスに対してレーザ媒質に蓄えたエネルギを与えること
が目的である。ところがＡＳＥが発生すると、レーザ媒
質に蓄えたエネルギをＡＳＥが吸収し、入射パルスの時
間幅が広がり、空間モードが乱れることによってパルス
の波形を再現することができなくなるため、入射パルス
を効率よく増幅することが不可能となる。その結果、増
幅されたパルスのピークパワーは上昇せず、また、空間
波形が乱れるために取り出したパルスの集光性が劣化す
るという弊害が生じる。このＡＳＥの発生は、入射パル
スのエネルギおよびレーザ媒質にも依存するが、入射パ
ルスエネルギが小さく、レーザ媒質の自然放出確率が大
きく、かつレーザ媒質を通過するごとに受ける利得（１
パスゲイン）が大きいほど、ＡＳＥは発生し易い。例え
ば、数μＪのエネルギのパルスを１パスゲイン５程度の
ガラスレーザで増幅した場合、利得が約１０，０００を
越えるところでＡＳＥが発生する。

【０００６】ＡＳＥを抑制する手法としては、増幅器外
部で抑制する手法と、増幅器内部で抑制する手法とがあ
る。まず、増幅器外部で抑制する手法は、ＡＳＥが重畳
したパルスを増幅器の外に取り出し、パルス整形装置を
通過させたのちに別の増幅器に再びパルスを導入するこ
とが特徴である。

【０００７】パルスの整形には、空間モード整形と時間
波形整形（ペデスタル除去）とがある。そして空間モー
ド整形としては、２枚のレンズ間にピンホールを配置し
た空間フィルタが一般的である。この空間フィルタは、
レーザ光の空間モード整形装置であるため、増幅された
パルスの空間波形の歪は除去できるが、時間波形のＡＳ
Ｅ成分を除去することはできないという欠点がある。ま
た、空間モードと時間波形との同時整形には、レーザ光
をある程度の割合で吸収し、その吸収総量がしきい値に
達すると光を透過する過飽和吸収体、さらには、レーザ
光の強度に依存して偏光が回転するという光ファイバの
特徴を利用し、光ファイバと偏光ビームスプリッタとを
組み合わせるパルスクリーナがある。

【０００８】空間モード及び時間波形整形のための過飽
和吸収体を利用した場合、通常の過飽和吸収体を１回通
過しただけではＡＳＥを完全に取り除くことはできず、
ＡＳＥの混在したパルスを次段の増幅器に導入すること
になる。これを防ぐには、複数の過飽和吸収体を設置す
るか、あるいは複数回にわたって過飽和吸収体を通過さ
せねばならないが、これらの手法では、装置が複雑化す
るという欠点がある。

【０００９】これを補う方法として、”Opt.Lett.17,13
6(1992) ”誌には、光ファイバと偏光ビームスプリッタ
とを用いたパルスクリーナの技術が示されている。この
パルスクリーナの特徴は、光ファイバを通過する際に、
レーザ光強度に依存して偏光回転が生じる点を利用する
ことにある。つまり、パルス中のレーザ光強度が強い部
分の偏光がちょうど９０度回転するように光ファイバの
長さを設定すると、パルス中のレーザ光強度の弱い部分
は偏光回転が少ないため、その成分を偏光ビームスプリ
ッタによって取り除くことでパルス整形が容易となる。

【００１０】しかしながらこの手法では、入射パルスを
光ファイバに導入するために複数のオプティクスが必要
となり、低カプリング効率に起因してパルスエネルギ損
失が生じたり、光ファイバを通過することに伴って増幅
されたパルスが光ファイバに吸収されるため、パルスの
エネルギが減衰したりする等の欠点がある。いずれにせ
よ、増幅器外部でＡＳＥを除去する手法に於ては、増幅
システムが大型化するという問題がある。

【００１１】次に、増幅器内部でＡＳＥを抑制する手法
の代表的なものとしては、レーザ媒質の有効径よりも小
さなピンホールを増幅器内部に設け、空間波形を強制的
に入射パルスに合わせることでＡＳＥの増幅を抑える手
法がある。ところがこの手法では、レーザ媒質の有効
径、すなわち、利得体積を制限することになり、レーザ
媒質が蓄えたエネルギを有効に利用できない。また、空
間フィルタと同様に、空間モードの歪は除去できるが、
時間波形のＡＳＥ成分除去は不可能である。

【００１２】ＡＳＥの時間、空間成分を除去する手法と
して、増幅器の内部に過飽和吸収体を設置する方法につ
いて図８に示した。この構成は、２つの反射鏡１１・１
２間に偏光ビームスプリッタ７・８、偏光スイッチ９・
１０、及び１／４波長板２２を設置し、一方の偏光ビー
ムスプリッタ８と偏光スイッチ９同士間に過飽和吸収体
１４を設置するものである。この手法によると、偏光ビ
ームスプリッタ１と、ファラデーローテータ２と、１／
２波長板３とを介して増幅器に導入される入射パルスの
光強度が弱い場合には、入射パルスが増幅を受けると同
時に過飽和吸収体１４に吸収されるため、増幅器全体の
利得が小さくなり、増幅効率が低下するという致命的な
欠点が生じる。また、光ファイバを含むパルスクリーナ
の増幅器内部への導入は、現在実現されていないが、そ
のカプリング効率の低さゆえ、たとえ実現しても低増幅
効率しか得られず、有効とは言い難い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するために案出されたものであり、その
主な目的は、再生増幅器に於て、入射レーザパルスに高
利得を与える際のＡＳＥの発生を抑制し、数段の増幅器
を使用するという大型のシステムを構成することなく、
単一の再生増幅器により、時間、空間波形ともに入射パ
ルスを再現し得る高エネルギパルスレーザ光を発生させ
ることのできる固体レーザ媒質の再生増幅器を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の再生増幅器は、レーザ媒質を挟んで対向する
２枚の反射鏡を設置し、レーザ媒質と第１の反射鏡との
間に１個以上の偏光ビームスプリッタを配置し、偏光ビ
ームスプリッタとレーザ媒質との間に１つの偏光スイッ
チを配置し、偏光ビームスプリッタと第１の反射鏡との
間に別の偏光スイッチを配置し、偏光ビームスプリッタ
で反射される偏光のレーザ光に対して第１の反射鏡と対
向する第３の反射鏡を設置し、第３の反射鏡と偏光ビー
ムスプリッタとの間に過飽和吸収体を設置することによ
り、ＡＳＥの発生を抑制しつつ、高効率にて入射パルス
を増幅し、高エネルギパルスレーザ光の発生が可能とに
るようにした。

【００１５】

【作用】まず、光アイソレータＩＳＯの作用について図
１を参照して説明する。発振器から、紙面に平行な偏光
面（Ｐ偏光）を有する入射パルスが光アイソレータＩＳ
Ｏに入射する。図１に於て、光アイソレータＩＳＯは、
偏光ビームスプリッタ１と、外部磁場を結晶に加えるこ
とで偏光回転が生じるファラデー効果を利用して偏光を
４５゜回転する４５゜ファラデーローテータ２と、１／
２波長板３とから構成される。なお、１／２波長板３
は、結晶軸を入射パルス偏光の軸と２２．５゜回転させ
て設置する。

【００１６】Ｐ偏光を有する入射パルスは、偏光ビーム
スプリッタ１を透過し、４５゜ファラデーローテータ２
によって４５゜偏光を回転する。次に１／２波長板３を
通過した入射パルスは、偏光を更に４５゜回転し、その
結果、偏光面は紙面に垂直（Ｓ偏光）となる。これとは
逆に、Ｓ偏光を有する被増幅パルスが増幅器ＡＭＰから
光アイソレータＩＳＯに入射した場合は、１／２波長板
３を通過するのに伴って入射パルスと直交する方向に偏
光を４５°回転する。このパルスが、能動的な偏光回転
素子である４５゜ファラデーローテータ２を通過する
と、１／２波長板３で回転した方向とは逆方向に偏光が
４５°回転し、Ｓ偏光を有するパルスとなり、偏光ビー
ムスプリッタ１で反射されて発振器に戻ることなく増幅
システム外部に取り出される。つまり、光アイソレータ
の作用は、発振器から増幅器に入射パルスを導入すると
同時に、増幅器から発振器への被増幅パルスの逆流を抑
制する。

【００１７】次に、パルスの取り込み・増幅過程、
ＡＳＥの吸収・抑制過程、パルス抽出過程、に分割し
て本発明を説明する。

【００１８】まず、パルスを取り込み増幅する過程に
ついて説明する。一般に入射パルスは、モード同期発振
器の出力パルスを利用することから、時間幅数が１００
fsec〜数１００psecであり、かつ繰り返し周波数が６０
MHz 〜１００MHz 弱の高繰り返しを有するパルス列であ
る。一般に、増幅器の目的は単一パルスの増幅であるた
め、パルス増幅に於ては、パルス列の１本を増幅器に取
り込む必要がある。従来の再生増幅器の大半は、単一パ
ルスの取り込みのために、偏光スイッチと、１／２波長
板と、偏光ビームスプリッタとからなるシングルパルス
セレクタ（パルススライサ）を増幅器の直前に配置する
が、本発明の再生増幅器に於ては、増幅システムの簡略
化および小型化を目的とし、再生増幅器自体がシングル
パルスセレクタとして作用する機能を付加している。

【００１９】図１に於て、光アイソレータＩＳＯを通過
したＳ偏光入射パルスは、増幅器ＡＭＰ内部に設置され
た偏光ビームスプリッタ８によって反射鏡１１方向に反
射され、増幅器ＡＭＰ内部に導入される。次に、偏光を
９０゜回転させ得る１／２波長電圧が印加された偏光ス
イッチ９を入射パルスが通過すると、その偏光面が９０
゜回転し、Ｐ偏光を有するパルスとなり、偏光ビームス
プリッタ７及びレーザ媒質４を透過し、反射鏡１１で反
射され、再度レーザ媒質４及び偏光ビームスプリッタ７
を透過する。そして偏光スイッチ９を通過するのに伴っ
てパルスの偏光が更に９０゜回転してＳ偏光となり、偏
光ビームスプリッタ８で反射されて光アイソレータＩＳ
Ｏへ戻る。これはすなわち増幅器が構成されていない状
況であり、この状態に於ける偏光スイッチ９の状況を模
式的に示したものが図２のＩである。上記作用に於て
は、図２に示した偏光スイッチ１０・１７のスイッチン
グの影響を考慮する必要はない。

【００２０】入射パルス列から単一パルスを増幅器ＡＭ
Ｐに取り込むためには、偏光スイッチ９のスイッチング
を利用する。図１に於て、偏光スイッチ９と反射鏡１１
との間に入射パルスが存在する瞬間に偏光スイッチ９に
印加していた電圧をゼロにすると、Ｐ偏光を有する入射
パルスは、偏光スイッチ９を通過した後にその偏光面を
保存するため、Ｐ偏光パルスとして偏光ビームスプリッ
タ８と、電圧が印加されていない偏光スイッチ１０とを
通過し、反射鏡１２で反射される。そして再度偏光スイ
ッチ１０を通過したパルスは、Ｐ偏光面を保存し、偏光
ビームスプリッタ８と、電圧の印加されていない偏光ス
イッチ９と、偏光ビームスプリッタ７とを通過し、入射
パルスのラウンドトリップが完了する。つまり、偏光ス
イッチ９・１０の電圧がゼロの時に反射鏡１１・１２の
間で共振器が構成され、これが再生増幅器として作用
し、増幅器ＡＭＰ内部をパルスが往復することになる。
図２のＩに、この状態における偏光スイッチ９・１０の
状況を模式的に示した。

【００２１】偏光スイッチ９と反射鏡１１間の距離は約
１ｍであり、偏光スイッチ９を通過した入射パルスが反
射鏡１１で反射され、偏光スイッチ９に戻るまでに約７
nsecの時間を必要とする。一般に偏光スイッチのスイッ
チング速度は３〜５nsecであるため、入射パルスが偏光
スイッチ９と反射鏡１１間を往復する間に偏光スイッチ
９のスイッチングは充分行える。

【００２２】以上の作用により、入射パルスはレーザ媒
質４に蓄えられたエネルギを吸収し、利得を受けてパル
スエネルギ、ピークパワー共に増加する。図２のIIの状
況に於て、偏光スイッチ９よりも左側、すなわち発振器
側に存在する後続の入射パルス列は、偏光スイッチ９を
通過する際にＳ偏光を保存するため、偏光ビームスプリ
ッタ７にて反射し、増幅器ＡＭＰ外部に散逸する。つま
り、偏光スイッチ９のスイッチングにより、入射パルス
列から単一パルスを増幅器ＡＭＰに取り込むことが可能
となる。ここで、パルスを増幅するためにレーザ媒質４
にエネルギを蓄える手法であるが、光エネルギを与える
手法としてはランプ励起であっても、レーザ励起であっ
ても良い。

【００２３】次に、ＡＳＥを吸収、抑制する過程につ
いて説明する。増幅中のパルスにＡＳＥが混在すると、
その時間、空間波形は図３に示すように歪む。本増幅器
に於て、反射鏡１１・１２間で反射され、繰り返し増幅
を受けているパルスの反射鏡１２からの漏れ光を、反射
鏡１２の後方に設置した高速フォトディテクタ１５によ
って観測し、その時間波形を評価する。入射パルスが増
幅器ＡＭＰ内部に取り込まれてから、図３の点線で示さ
れるようなパルス波形が観測されるまでの時間を測定
し、ＡＳＥが発生するまでの増幅器ＡＭＰ内のパルス往
復回数ｎを計測する。そして、偏光スイッチ９のスイッ
チングに対して次式で示される時間遅れＴ1 を与えた
後、偏光スイッチ１０のスイッチングを行い、１／２波
長電圧を印加する。図２のIIIに、この状態における偏
光スイッチ９・１０の状況を模式的に示した。Ｔ1 ＝（２ｎ−１）Ｌ1 ／ｃ但し、Ｌ1 ：増幅器長（反射鏡１１・１２間距離）、
ｃ：光速

【００２４】図２のIIIの状態に於て、偏光スイッチ１
０と反射鏡１２間に存在するパルスは、偏光スイッチ１
０を通過するのに伴って偏光を９０゜回転してＳ偏光と
なり、偏光ビームスプリッタ８にて反射され、かつ反射
鏡１３で反射される。反射鏡１３で反射されたパルス
は、再度偏光ビームスプリッタ８にて反射され、偏光ス
イッチ１０を通過するのに伴ってその偏光をＰ偏光と
し、反射鏡１２で反射される。

【００２５】上記作用により、反射鏡１２・１３間で共
振器が構成され、パルスが往復する。その間パルスは、
可飽和吸収体１４を通過し、空間モードの歪んだ成分で
ある光強度の弱いＡＳＥ成分が吸収される。これによ
り、反射鏡１２・１３間に減衰器ＡＴＴが構成される。
高ピーク強度を有する増幅パルス部分が過飽和吸収体１
４を通過すると、吸収総量が吸収しきい値に達し、次の
瞬間から過飽和吸収体１４はパルスに対して透明とな
り、パルスは透過する。可飽和吸収体１４の回復時間、
即ち、光吸収の飽和が初期状態に復帰する時間は、材料
にもよるが、一般に１nsec以下であるので、パルスが反
射鏡１２・１３間を往復し、再び可飽和吸収体を通過す
るまでには、その吸収効果は充分復活する。

【００２６】反射鏡１３の後方に設置した高速フォトデ
ィテクタ１６でパルスの時間波形を観測し、ＡＳＥが完
全に吸収される往復回数を計測して偏光スイッチ１０の
印加電圧を遮断する時間Ｔ2 を決定する。ここでＴ2 の
値を次式に示す。Ｔ2 ＝（２ｎ−１）Ｌ2 ／ｃ但し、Ｌ2 ：反射鏡１２・１３間距離、ｃ：光速

【００２７】偏光スイッチ１０に電圧が印加している
間、パルスは反射鏡１２・１３間を往復する。偏光スイ
ッチ１０の電圧がゼロとなった時点で偏光スイッチ１０
と反射鏡１２間に存在するパルスは、偏光スイッチ１０
を通過するのに伴ってＰ偏光を保存し、偏光ビームスプ
リッタ８を透過して反射鏡１１・１２の間で共振器が構
成され、パルスは再び増幅を受ける。偏光スイッチ１０
と反射鏡１２間の距離は約１ｍであり、偏光スイッチ１
０と反射鏡１３間の距離は約２０cmである。また、偏光
スイッチ１０と反射鏡１２間にパルスが存在する時間は
約７nsecであり、偏光スイッチ１０と反射鏡１３間にパ
ルスが存在する時間は約１nsecである。一般に、偏光ス
イッチのスイッチング速度は３〜５nsecであるため、パ
ルスが偏光スイッチ１０と反射鏡１２間を往復する間に
偏光スイッチ１０のスイッチングは充分行える。

【００２８】ところで、偏光スイッチ１０と反射鏡１３
間にパルスが存在するときに偏光スイッチ１０のスイッ
チングが生じると、偏光スイッチ１０と反射鏡１３間に
パルスが存在する時間よりも偏光スイッチ１０のスイッ
チング時間の方が遅いため、偏光スイッチの機能が果た
されず、パルスの偏光が楕円偏光となる。仮に、この様
な結果が観測された場合、偏光スイッチ１０の電圧印加
時間を１nsecだけ増加し、Ｔ2 nsecからＴ2 ＋１nsecに
変更すれば、偏光スイッチ１０と反射鏡１３間にパルス
が存在することはなくなるので、上記の状況は回避可能
である。具体的には、偏光スイッチ１０の電圧印加時間
は、偏光スイッチ用電源の充電回路内部に設置された開
放端ＢＮＣケーブル（図示せず）長で決定されるため、
電圧印加時間を１nsec増加するためには、開放端ＢＮＣ
ケーブル長を１０cm延長すれば良い。

【００２９】以上説明したように、時間Ｔ1 ・Ｔ2 間隔
で偏光スイッチ１０のスイッチングを行って上記作用を
繰り返すことにより、ＡＳＥ吸収およびパルス増幅が繰
り返し行われる。

【００３０】次に、パルスを抽出する過程について説
明する。反射鏡１１・１２間をパルスが往復して増幅を
受けており、かつ偏光スイッチ９と反射鏡１２間にパル
スが存在する状況で、偏光スイッチ９に１／２波長電圧
を印加すると、パルスは９０゜偏光回転してＳ偏光とな
り、偏光ビームスプリッタ７で反射され、増幅器出力と
して抽出される。偏光スイッチ９のスイッチングタイミ
ングに於て、偏光スイッチ９と反射鏡１１間にパルスが
存在した場合には、偏光スイッチ９を通過するのに伴っ
てＳ偏光に変化したパルスは、偏光ビームスプリッタ８
で反射されて光アイソレータＩＳＯへと進み、光アイソ
レータＩＳＯ中の偏光ビームスプリッタ１で反射されて
増幅器ＡＭＰ外部に抽出される。この時の偏光スイッチ
のスイッチング状態を図２のIVに示した。

【００３１】以上の説明から分かるように、光アイソレ
ータＩＳＯを出力鏡として使用するのであれば、増幅器
ＡＭＰ内部の偏光ビームスプリッタ７は不要となり、本
増幅器ＡＭＰ内部には、最低１個の偏光ビームスプリッ
タが必要となることが分かる。

【００３２】偏光スイッチ９と反射鏡１２間距離は約
１．２ｍであり、その間にパルスが存在する時間は約８
nsecである。また偏光スイッチ９と反射鏡１１間距離は
約１ｍであり、その間にパルスが存在する時間は約７ns
ecである。よって、仮に光アイソレータＩＳＯ中の偏光
ビームスプリッタ１でパルスが反射されて増幅器ＡＭＰ
外部に抽出される状況が観測された場合、この状況を回
避するには、偏光スイッチ９のスイッチングに７nsecの
遅延を持たせれば良い。具体的には、偏光スイッチ９の
電源に取り付けた開放端高圧ＢＮＣケーブル（図示せ
ず）長を、７０cm延長すれば良い。

【００３３】図２のIIIの状況に於ては、反射鏡１１・
１２間ではＡＳＥが発生することとなるが、増幅された
パルスと比較してＡＳＥ成分は非常に小さく、かつ入射
パルスとは時間的に一致しないため、増幅されるパルス
に与える影響は問題とならない。しかしながら、この状
況でＡＳＥを完全に抑制するためには、もう一つの偏光
スイッチが必要となる。図６に示すように、レーザ媒質
４と反射鏡１１間に第３の偏光スイッチ１７を設置し、
偏光スイッチ１０と同期させて１／４波長電圧を印加す
ることにより、入射パルスが反射鏡１２・１３間を往復
する間、反射鏡１１・１２間で共振器を構成せずに、Ａ
ＳＥの発生を完全に抑制することも可能である。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。図１は、本発明が適用された再生
増幅器の第１実施例を示す模式図である。増幅器ＡＭＰ
の入射パルスには、パルス幅８０psec、パルスエネルギ
１００pＪ、パルス間隔８６MHz 、波長８４０nmのチタ
ンサファイアレーザを用いた。

【００３５】レーザ媒質４には、クロムを１．５原子％
添加したライサフ(Cr:LiSrAlF₆) 結晶（５mmφ×７０mm
ｌ）を使用し、励起光源５・６には、アーク長５０mm、
ボア径６mmφのＸｅランプを２本使用した。

【００３６】光アイソレータＩＳＯとして使用した偏光
ビームスプリッタ１には、有効径８mmφのグランレーザ
プリズムを使用し、４５゜ファラデーローテータ２に
は、６mmφ×３０mmｌのファラデーガラスを使用し、永
久磁石で磁界を与えた。また、１／２波長板３には、バ
ビネソレイユ波長板を用い、波長８４０nm用に設定し
た。

【００３７】反射鏡１１・１２・１３は、表面が平坦
で、かつ光の入射角度が０度の時に８００nm〜８５０nm
の波長の光に対して９９％以上の反射率を有するコーテ
ィングを施した。反射鏡１１・１２間の距離は２．２
ｍ、反射鏡１２・１３間の距離は１．２ｍである。

【００３８】偏光ビームスプリッタ７・８は、表面が平
坦で、かつ光の入射角度が５７度の時に波長８４０nmの
Ｐ偏光に対して９７％以上の透過率を有し、Ｓ偏光に対
して９９％以上の反射率を有するコーティングを施して
あり、入射角度を４５度から６０度まで変化させること
で、７８０nmから９００nmまでの偏光ビームスプリッタ
として使用できる。なお、本実施例の出力鏡は偏光ビー
ムスプリッタ７である。

【００３９】偏光スイッチ９・１０は、有効径８mmφの
ＫＤ^*Ｐ結晶であり、その両端面に、８００nm〜８５０n
mの波長の光に対して９９％以上の透過率を有するコー
ティングを施してある。波長８４０nmの光に対する１／
２波長電圧は５．４kVであり、図示されていない２台の
電源からそれぞれ供給される。

【００４０】過飽和吸収体１４は、７００nm〜９００nm
の波長の光を吸収する過飽和色素（ＩＲ１２５）２ｇを
ジメチルサルフォキサイド（ＤＭＳＯ）１リットルに溶
解希釈し、図示されていないサーキュレータポンプを用
い、８００nm〜８５０nmの波長の光に対して９９％以上
の透過率を有するコーティングが両端面に施されている
ガラスセル中を循環させて使用した。

【００４１】偏光スイッチ９の電圧がゼロを保存する時
間は３５６nsecであり、３５．６ｍの高圧ＢＮＣケーブ
ル開放端の反射を利用した。また、偏光スイッチ１０の
タイミングは、図２のIIの状況が１０２．７nsec、III
の状況が２４nsecに設定した。２４nsecという短時間の
スイッチングは、偏光スイッチ１０の充電回路内部に使
用している高圧ＢＮＣケーブル（図示せず）２．４ｍの
開放端の反射で行った。この結果、入射パルスはレーザ
媒質４を１４回通過して増幅を受け、次に過飽和吸収体
１４を６回通過してパルスクリーニングされ、この一連
の動作を２周期繰り返した後、さらにレーザ媒質４を１
４回通過して増幅器ＡＭＰ外部に出力パルスとして抽出
される。

【００４２】偏光スイッチのスイッチングトリガ信号系
統を図４に示す。発振器の全反射鏡から漏洩する入射パ
ルス列の光をフォトダイオードで検出し、その信号をＴ
ＴＬレベルの電気信号に変換して使用した。偏光スイッ
チ９・１０間の遅延時間は、遅延時間を１psecの分解能
で与えることが可能な遅延回路を用いて制御した。

【００４３】上記実施例に於て、入射パルスは、レーザ
媒質４を４２回通過することになる。その結果、入射パ
ルスは、１．７×１０⁷倍の増幅を受け、パルスエネル
ギー１．７mＪ、ピークパワー強度２１MWに増幅され、
その時間波形、空間モード共に、入射パルスを再現する
ものとなる。図８に示した従来の増幅器に本実施例と同
一のレーザ媒質４を用いて４２パス増幅を行うと、増幅
率は１．４×１０⁶、パルスエネルギ１４０μＪ、ピー
クパワー強度１．８MWであり、増幅効率が低下し、パル
スエネルギーの小さなパルスが抽出される。

【００４４】図５は本発明の第２の実施例を示してい
る。光アイソレータとして使用している偏光ビームスプ
リッター１が増幅器の出力鏡である。その他については
実施例１と全く等しい。

【００４５】図６は本発明の第３の実施例を示してい
る。レーザ媒質４と反射鏡１１の間に設置された偏光ス
イッチ１７は、有効径８mmφのＫＤ^*Ｐ結晶であり、そ
の両端面には８００nm〜８５０nmの波長の光に対して９
９％以上の透過率を有するコーティングを施してある。
波長８４０nmの光に対する１／４波長電圧は２．７kVで
あり、図示されていない電源から供給される。またその
スイッチングに関しては、第１の実施例の偏光スイッチ
１０に等しい。その結果、入射パルスは、増幅率１．８
×１０⁷、パルスエネルギー１．８mＪ、ピークパワー強
度２２MWにまで増幅された。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の再生増幅
器によれば、入射パルスを増幅する際に発生するレーザ
媒質からの自然放出光の増幅（ＡＳＥ）を、偏光スイッ
チの切り替えによって過飽和吸収体に吸収させ、増幅器
部分と減衰器部分とを交互に入射パルスを通過させるこ
とで、入射パルスの時間、空間波形を再現しつつ、効率
よく増幅できるので、小型で高効率な再生増幅器を簡便
に構築できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による再生増幅器の第１の実施例を示す
構成図。

【図２】偏光スイッチのスイッチングタイミングを示す
模式図。

【図３】パルスにＡＳＥが重畳した場合の時間、空間波
形の概念図。

【図４】偏光スイッチのトリガー信号の説明図。

【図５】本発明による再生増幅器の第２の実施例を示す
構成図。

【図６】本発明による再生増幅器の第３の実施例を示す
構成図。

【図７】従来の技術を示す構成図。

【図８】従来の技術を示す構成図。

【符号の説明】１偏光ビームスプリッタ２４５゜ファラデーローテータ３１／２波長板４固体レーザ媒質５・６Ｘｅランプ７・８偏光ビームスプリッタ９・１０・１７偏光スイッチ１１・１２・１３反射鏡１４過飽和吸収体１５・１６高速フォトダイオード１８・１９・２０・２１反射鏡２２１／４波長板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体レーザ媒質と、反射鏡と、偏光スイ
ッチと、偏光ビームスプリッタと、光アイソレータとか
らなる再生増幅器に於て、固体レーザ媒質を挟んで第１と第２との反射鏡を対向配
置し、前記固体レーザ媒質と前記第１の反射鏡との間に
１個以上の偏光ビームスプリッタを配置し、前記偏光ビ
ームスプリッタと前記固体レーザ媒質との間に第１の偏
光スイッチを配置し、前記偏光ビームスプリッタと前記
第１の反射鏡との間に第２の偏光スイッチを配置し、前
記偏光ビームスプリッタで反射される偏光のレーザ光に
対して前記第１の反射鏡と対向する第３の反射鏡を配置
し、前記第３の反射鏡と前記偏光ビームスプリッタとの
間に過飽和吸収体を配置することを特徴とする再生増幅
器。
【請求項２】前記固体レーザ媒質と前記第２の反射鏡
との間に第３の偏光スイッチを配置することを特徴とす
る請求項１に記載の再生増幅器。