JPS59197188A - 高輝度ラマン・レ−ザ・パルスを作る方法および装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はうマン・セルのエネルギ変換を用い高輝度パ
ルス（ｈｉｇｈ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｐｕｌｓｅｓ）
を発生さｌるレーリ゛装置に関覆る。

［ラマン・ノノギ］ムレータ・セル」は、ラマン活・１
４−ガス（例えば′、ＣＩ−！４．　ｌ−１□、Ｃ８２
）を含むＩＦｔ］　１．；られた容器であり、２つの所
定の隣接周波数ν、およびν３（≦ν、）で事実上完全
に反則（容器の内部から児で）する２個の平行側壁を持
つとともに、周波数ν、およびｖｓならびに第３の所定
隣接周波数ν、５　（≦４）で事実−１−透明な２個の
対向端壁を持っている。

ラマン活性ガス中にお【ブる例えば周波数がν一部の事
実上単色放射の伝搬（ま、ス１ヘークス周波数と呼ばれ
る一連の周波数シーシ士ν、ν±ＩＰ ν２・・・（Ｄ＜シ１ζシ２・・・）で誘導ラマン散乱
を生じ、この場合周波数変移　１△ν１−ν４．ν、・
・・は通常中心（レイリー）周波数ν一ν、の小ざな端
数であり、ラマン活性ガスの分子振動の効果を証明する
。水素ガス（１−１□、ＨＤおよびＤ２）ならびにＣＨ
４，Ｏ８２などのような他の原子量の低い分子ガスは大
きな振動変移を持つが、変移周波数で狭い線幅をも有す
るガスはうマン散乱用として好適である。ラマン敗乱光
線は、ガスが入ｑｌ光線を散乱りるにつれでガスの特有
４１分子撮動がエネルギを吸収する（△ν＜０）かコー
ネルギを出す（△ν＞０）かによって、スト−クス紳（
△シーーーシ４．−シ２・・・）、１、た（Ｊ反ス１−
一りス線（Δし・土し４．：！ンノ、・・・）で・あり
１ｒＩる、１エネル１゛）のラマン・セル変換（１′）
の周波数７）ｒ　＋ら別の周波数への変換）が高輝疫レ
ーザ光線を作るのに役立つ手段でｄうる。／Ｉ−「なら
ば、光線のＬネルギがラマン・ボンピングにより媒体内
に一１１１蓄１＋’ｉされ、また所定の限界を上回るポ
ンプのパワー密度で変移周波数のス１ヘークス波によっ
て抽出されるからでｄ５る。

ここで遭３１！ｌ　’Ｊ−る１つの問題（、ヨ、第１ス
トークス波庖使つ（輝度を増し４ｇがら、奇牛波として
（］ばしば作用する異なる周波数の高位ス１−−クス波
の出現である。

本発明は、セルからエネルギをスイッチＪるために第２
ス１−一りス波を用いて、高輝痕し−リ゛光線のラマン
・セルを作る方法おにび）装置である３、 したがって本発明の１つの目的は、ラマン・セルから］
゛ネルギを有効にスイッチＪ゛る方法ｄ３よび装置を提
供Ｊることである。

本発明のもう１つの目的は、ラマン・セル内の第２スト
ークス波を一時抑制する方法および装置を提供すること
である。

本発明のもう１つの目的は、ラマン・セル内の寄生波発
生を最小にづるｈ法ｄ５よび装置を提供することである
。

本発明のもう１つの目的は、ラマン・セル・エネルギを
高輝度レーリ゛光線に変換する方法および装置を提供す
ることでｄうる。

本発明に」；り上記目的を達成するために、本発明の方
法は、所定の周波数ν、て光線を発生ざぜるラマン・ポ
ンプａ（木を含む第一１１ｉ８１幅器セルと、第２の所
定周波数ν、（ν５≦ν、）で光線を発生させる第１ス
トークス波媒体を含む第２増幅器レルとを提供する工程
からなる。ラマン活性媒体を含むラマン・アギコムレー
タが含まれており、その利得／損失曲線は周波数ν＝ν
、おＪ：びν一部、でそこを通過する光線の伝搬の利得
を表わすとともに、周波数νくν２．（ここでν２ｓは
ポンプ周波数ν、に対応する第２ス１ヘークス周波数で
ある）での光線伝搬の実質的損失を表わｌ−てい・る。

ラマン・ポンプ周波数は励起されて、狭く定められた周
波数ν政情つ光線ポンプ・パルスを作る。このポンプ・
パルスは、ポンプ・パルスに含まれる事実−」ニずべて
の−１−ネルギをランン媒１ホに菩偵されるエネルギに
変換ザるように、ラマン・アキユムレータを通して最低
２度伝搬される。第１ス１〜−クス波ダ１１体１よ励起
されＣ，狭く定められた周波数弓を持つ第１ス１−一り
ス波を作り、先行りるポンプ・パルスが辿った光通路と
事実上同じ光通路に冶ってラマン・ｉ’　、−１＝　：
Ｊ−ムレークを通って伝ＪＩ］２され、ポンプ・パルス
の通過にＪ、リラー、ノン媒体【、二蓄積されたコーネ
ルニ髪の　部を吸取りる。狭く定めらｌ′ｔた周波客（
ν２５の狛）２スト−クス（皮が１尾供され、第１ス１
〜−クス波の伝搬プｊ向と事実上反ス４の方向にかつ第
１ス１−一りス波の′ラマン・セル通過と同時に一ラマ
ン・アギコムレータを通して最低２度伝搬８れ、これに
、よって第１ストークス波に含まれるｌ−ネル′：）の
大部分は第２ストークス波の１−ネルギに変換され、ラ
マン・アギコムレータから抽出される。

本発明の方法および装置は、エネルギのラマン・セル変
換により作られる高位ス１ヘークス波の１つ、りなわち
第２ス１〜−クス波を用いてラマン・セルからエネルギ
をスイッチする。これに関連して、ラマン・セル内Ｃ１
′［られた第２ストークス波は一時的に抑制され、寄生
波発生は最小に押えられる。

以下に図面を参照して本発明を説明する。

第２図に示したように、［ラマン・／キコムレータ・セ
ル」は、ラマン話−１’ｌ：ガス（例えばＣ）−１４，
Ｈ２，ＣＳ２）を含む閉いられた容器であり、２つの所
定の隣接周波数し、Ｊ３よびν、（ニジ−で各々事実上
完全に反則〈容器の内部から見て）する２個の平行側壁
１２ａおよび１２１１　　（アギコムレータの第１Ｊ”
ｉＪ、び第２喘ミレー〉を持つとともに、周波数ν、お
よびν５ならびに第３の所定隣接周波数ν２５にＳ１）
、）で事実上透明な２個の対向端壁１４ａおよび１４ｂ
を持つ。

光空洞に含まれるラス７ンＪ、た［Ｊ、ブリまアン媒体
から幅用エネルギをスイッチアラ＋−Ｖる装置（１５、
この出願と同じ出願人（こＪ、る米１］、ｊ特許出願？
（′１３Ｇ３９７１号＜　１’１８２年３月３１日出願
日）に記載されている。本発明は、装置に中に１個の光
通路と１周の光空洞だりが必要であるような、より一層
簡１１５な手段て゛このスイッーｙ−アウ１へを達成−
４る１□ 第１図は、ＩＩＩ波改ν；；刀、：Ｉ＋、Ｎ）、！ｓｉ
ν（ｃＩｌｌ　　＞　）関数どしてラマン活性１１ダ乱
／′増幅媒体（１９１１えぽ１）２まｌζはＣＨ４）の
４・１１帽、／　ｌｊｉ失曲線曲線わＪ−０曲ｊ！♀の
利得領域ν、くν〈ν２（代表的にｔより≦−シ低３（
１０ｃｍ　　）　ｔＪＡ３いて、媒体（よ負損失（利得
）を表わし、また・１ζζジブ波数ν、のｊ０当な選択
により、しｒｔｉ）　Ｊ、び第１ス１ヘークス波周波数
Σい３（、いす１′丸も利（１１領１或くν、・：、ν
、てν、・ミν２）内（、：置かれるｌ）、第２ス１−
一りス波）７４波故シ２５　’ま利１９領域の外側にあ
るので第２ス１〜−ラス波ｔ、ｊ、減衰される。これら
の選択によっ−（、−での媒体を含む光空洞に導入され
ｔこレージ、またはレージ５のシード・パルスは飽和す
るまでほぼ指数的に成長する。

ポンプ・パルス（ν＝ν、）はポンプ・セルづなわら第
ル−ザ１１（第２図）により作られ、図示の通りラマン
・アキ１ムレーノ・セル１５に導入され、セルを通して
伝（般され、事実上完全に反身〕するミラー１７によっ
て常時反・用され、さらにセル１５を通して反対方向に
戻される。

このポンプ・パルスはセル１５に含ま才乏るラマン活性
ガスににるエネルギの抽出により枯渇されるので、ポン
プ・パルスはアキュムレ−タ・セル１５を通る１回以上
の往復の間ポンプ・セル１１を通過することににつて補
充される。

充分な」−ネルギがアキュムレータ・しル１５に移さ゛
れだ後、ポンプ・セル１１の中の増幅は抑制され、隣接
ス１〜−クス・セル１３は活性化されて、アキュムレ−
タ・セル１５を）ｍるポンプ・パルス通路と事づミ上同
じ往復光通路に沿って伝搬される＋ｈ１波数らの第１ス
トークス波を作る。周波数ν、およびν、はいずれもア
キュムレータ・セルのカス媒体の利得領域にあるの−（
゛、いすれもセル１５５においで強い利１！′７を表わ
ｔａ第１ス１−一りス波は第１のプノ向（第２図の左か
ら（Ｅ　）　Ｊｊよぴ逆り向に最低２回通過゛リ−るた
めのアキュノ、レーク・セルを通過する際に、周波Ｈ，
２ν、５の第２ス１−一りス波は図示の通り右からｈベ
ゼル１５を同時に通過し、完全に反則するミラー１９か
ら反射され、この波の最初の通過とＩＪ　ＩＩ；実上反
則の方向（左から右）にアキュムし・−タ・セルを通っ
て戻される。訝）２ストークス波は毎回アキ１ムレーノ
・セルを通過するの（、それ（Ｊ１ア１：二ｒｌ＼レー
タ・セルを右から〕ｒに通過される反伝播の第１ス１−
一りス波かｌ）の２４）実」−りへての」ネルギ（こ出
会ってこれを抽出する３、増幅された第２ス１ヘークス
波は次いで、レーリ゛隔解ドライバどして用いるためま
たは他の１−目的て・、右に向ってアキ１ムレーノ／・
セルから出される。この装置ａ５よび関連方法は、２つ
の目的でア：１−」ムレーク・セル１５庖使川り−る。

７！ｌ　’／：ｒ−わら、パルス−第１ス１−−ラス・
」ネルキ移動の１こめ、ならびに第１ス１−一りス　第
２ス１ヘークスのエネルギ・スイッチアラ１−のためで
ある。

第２図はポンプ・セルおＪ、びス１−−クス波セル（そ
れぞれの周波数シー３よびν５Ｃ放制線を非同口、テに
作る）の位置関係を示し、周波数ν、およびし、０２つ
のビームが事実上同じ光通路を走行してアキュムレータ
・セル１５を通る。これを達成する１つの手段は、調節
可能な全内部反則による三重セル組合せ構造であり、こ
れについては、この出願と同じ出願人により１０８３年
３月８０イ」で米国特Ｖｉ庁に出願された米国特許出願
（発明の名称［２つの異なるレーザ周波数を作るダブル
・デユーティ光空洞（Ｄ　０１４１１１０　ｄ旧ｙｏｐ
ｔｉｃａｌ　ｃａｖｉｔｙ　ｆｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　ｔＮｖｏ　ｄｉｓ−ｔｒｉｃｔ　１ａｓｅ
ｒ　ｆｒｅｑｕＯｎｃｉｅｓ　’）　ｊ　、発明者　イ
ー。

ブイ、ジ］−ジ等）に示されている。

第３図は、本発明の別な実施例を承りしのであり、ポン
プ・パルスおよびストークス波が事実上同じ光通路を走
行Ｊるようにラマン・アキュムレータ・セル１５の異な
る端からン土人される゛。これ（、二は、周波数ν、で
事実」一完全に反則するが一部が周波敗残で透過Ｊ−る
２色リフレクタ２１　、　ＪＪよび周波数）ノ、で事実
上完全イ〒リフレクク（あるが一部または全部が周波数
シ、Ｃ透過刀る第２の２邑リフ１ノクタ２３の使用を必
要とする。

ラマン・セル媒体そのものは周波数ν一ν２゜で（また
同様にそれより低い周波数ｒ）損失を表わづが、第１ス
トークス波（周波数ν５）そのしのは、反伝播の第２ス
］〜−クス波（周波数ν、５）が移動ザる「媒体」とし
て見た場合、第２ス１−一りス波へのＬネルギ移動にＪ
、つ〆容易に枯渇される「利１ワ」を衷ねり。かり−（
−１第２ストークス波の成長は、ソ１１スｉ〜−クス波
が第２ス１−一りス波の高速増幅を＊ｒ’？Ｊだ（ｌＪ
活動的になるＪ、ｒｉ１月１ｉｉ）自在に遅延される。

以上の説明は、本発明の原Ｊ！ｌ！およびその実際の応
用を最良に示ＪＩζめの本発明の好ましい実／７用例に
ついて４ｊされたしのである。本発明はこれらの実施態
様に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々の
変更や修正が可能であることを理解Ｊ′べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のラマン・セルに用いるのに適したラ
マン活性媒体の、周波数ν（’Ｓｅ’ｃ−’）または波
数ν（ｃｍ　　）の関数どして表わされる、増幅器利得
／損失曲線のグラフであり：第２図は、ラマン・アキュ
ムレータに対Ｊるポンプ・セルおよびストークス・セル
の配回を示す本発明の１つの実施例の概略図であり：第
３図はポンプ・セルおよびストークス・セルがラマン・
アキュムレータの対向両端に配億さねＣいる本発明のも
う１つの実施例の概略図であるー。 １１・・・ポンプ・ヒル、１２ａ　、　１２ｈ・・・側
壁、１３・・・ス１ヘークス・アキコムレータ・ヒル、
１４ａ　、　１４．１）−・・端壁、１５　＝−ラマン
・セル、１７゜１つ・・・ミラー、２１．２３・・・２
色リフレクタ。 ｍ面の浄卑（内容に変更なし） 手続補正書（方式） １、　事件の表示 昭和５ｑ年特　許　願第４２８０４号 ２、発明の名称 高光鴇培うマレ乙−汀′′昌ｏＩＬスｈ４１３ろミと洩
・必°、≠を≦３、　補正をする者 ４代理人〒１０４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１所定周波数ν、ｔ１３よび隣接する第２所定周
   波数し、（ニジＰ）で利得を表わＪ増幅器利得２・′損
   失曲線を持つラマン活性カスを含むラマン・アユ１：ユ
   ムレータであって、ν５は周波数）ノ。 での該ガスのボンピングにター１応りる７、、ヘガスの
   第１ス１−一りス波周波数であり、該ガスは−での第２
   ス１−一りス波周波数である隣接りる第３所定周波数ν
   ２ｓ＜／、し、）で事実」−の損失を表；１′＞　８Ｊ
   ようなラマン・アキュムレータを設（）る二り稈： 周波数ν、の放射ポンプ・パルスを前記ラマン・アキコ
   ムレークの一端１）ｚ　ｌう他端ｌ＼最低２回伝搬さＵ
   て、該ポンプ・パルスに含まれる事実」−ツべてのエネ
   ルギを該ラマン活性ノｊスに蓄積される］ネルギに変換
   する工程：第１ストークス波が該ポンプ・パルスにｊ：
   つて該ラマン活性ガスに蓄積された敢０・ｊ１ネルギを
   事実上づ−べて吸収り“るようにラマン・アキュムレー
   タを通る該ポンプ・パルスと同期しかつその通過に続い
   て、ポンプ・パルスが辿つノζ光通路と事実上同じ光通
   路に沿つ℃周波数ν５の１１ストークス波敢川パルスを
   該ラマン・アキコムレータに最低２回伝搬させる工程； 該ラマン・アキコムレークを通る第１ストークス波の伝
   １般方向に対して仝休として反対の方向に、該アキュム
   レータを通る第１ストークス波の最低２回の通過と同時
   に、該ラマン・アキュムレータに周波数ν２Ｓの第２ス
   ！−一りス波放射パルスを伝搬させる工程からなり、 これによって該ポンプ・パルスに、ｌ　ｖで蓄積された
   事実上すべての放射エネルギが周波数ν２．の放射エネ
   ルギに変換されて核アキュムレータｈｓ　ｒら抽出され
   るようにしたことを特徴どづる高輝度ラマン・レーリ７
   ・パルスを作る　方　ン人　。 ２、周波数ν、の成用ポンプ・パルスａ５よσ第１ス１
   〜−クス波は、該ラマン・アキュムレータの同じ端に置
   かれたポンプ・ヒルならびにストークス波セルによって
   それぞれ伝１般される’ｌ’Ｊ’　ＫＴ請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、周波数ν、の放射ポンプ・パルスＪ３Ｊ、び第１ス
   １〜−クス波は、該ラマン・フッ二１コｌル−タの対向
   両端（こ買かれたポンプ・セルならびにスｉ−−クス波
   セルによってそれぞれ伝搬される特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ４．２つの所定の隣接周波数ν、お」、びν５（〜ν、
   ）で事実上完全に反射する第１４５よび第２の平行な側
   壁を持つととしに周波数ν、とν５と第３の所定の隣接
   周波数ν２．（≦ν、）どＣ事実上透明な第１７ｔ；　
   ｊ、び第２の対向幅ｉ　％４ｙを乃ちかつ第１の所定周
   波数ν、ならびに隣接覆る第２の所定周波数ν５（＝ν
   、）℃゛利１１−７を表、ｈす増幅器列’＜’；ｉ／Ｉ
   Ｇ１．失曲線を持′つラマン活計ガスを含むラマン・ア
   キコムレータであって、殊は該ラマン活性ガス用のν、
   のポンプ周波数に対応−りる第１ストークス波周波数で
   あり、該ガスは該ラマン活性媒体用のポンプ周波数ν、
   に対応づる第２スト・−クス波周波数である隣接する第
   ３所定周波数ν２．（≦ν、）で事実上の損失を表わす
   ようなラマン・アギュムレータ；該アキュムレークから
   隔置されて、指向性の強い事実上単色の周波数ν、の放
   射パルスを作り１！７る媒体を含み、ざらにかかる敢川
   パルスが該アキュムレータの第１高反則側壁から最イ１
   （一度反則して該アキュムレータからその第２透明端壁
   を通（〕て出るようにかかる放射パルスを該アキコムレ
   ータの第１透明端壁に指向するように置かれたポンプ・
   セル：該アキ】ムレータに隣接し−（周波数ν、および
   ν、で事実上完全に反射Ｊ−るように置かれ、かつ該ア
   キコムレータから第２喘ミラーを通って発せられて該敢
   川パルスが該アキコムレータを通るその第１の通過で走
   行した光通路と事実、［同じ光通路に沿って該アキ１ム
   レータを通ってしどる周波数ν、の該放射パルスを反則
   りるように該ア；Ｖユｌル−タに隣接して置かれ／ζ第
   １ミラー； 該ポンプ・セルに隣接して限アキー１ムレータから隔置
   されかつ指向性の強い事実上単色の周波数棒の放射パル
   スを作り得る媒体を含み、該ポンプ・パルスが辿った光
   通路と事実−１同じ光通路に沿い該アキコムレータを通
   ってかかる放射パルスを指向づるように置かれたス［−
   −クス・セル； 該アキュムレータから隔置されて、指向１」の強い事実
   上単色の同波数し２．の敢ａ＝Ｊパルスを作り、該アキ
   ュムレータを通る第１ストークス波パルスの第１の通過
   と同期（〕かつその方向に対し全体として反対のｈ向に
   向ｔプて該アキ１ムレータを通る該放射パルスを１つの
   透明喘ミラーから１１！２の端ミラーに指向り−るよう
   置かれＩζ放剣源′ＪＡ装；および 周波数ν　で放射パルスを事実上完全に反５ 射し、該パルスが一度該アキュムレータを通過した後第
   ２ス［−一りス波パルスを反則しかつ第１ストークス波
   パルスが該アキュムレータを二痩目に通過するのと同時
   に該アキコームレークを通って該パルスを二反目に戻す
   ように該アキコムレータに隣接して置かれた第２のミラ
   ーからなることを特徴とする高輝度ラマン・レーザ・パ
   ルスを作る装置。 ５、第１所定周波数ν、および隣接する第２所定周波数
   ν、（≦νＰ）で利得を表わす増幅器利得／／損失曲線
   を持つシマン活性ガスを含むラマン・アキュムレータで
   あって、ν５は該ラマン活性ガス用のν、のポンプ＠波
   数に対応Ｊる第１ストークス波周波数であり、前記ガス
   は該ラマン活性媒体用のポンプ周波数ν、に対応づる第
   ２ストークス波周波数である隣接する第３所定周波数ν
   ２．（／；ｖｓ）で事実上の損失を表わすようなラマン
   ・アキュムレータ：該アキ：しムレータから隔置されで
   、指向性の強い事実上単色の周波数ν、の放射パルスを
   作り１ワる媒体を含み、さらにかかる放射パルスが該ア
   キコムレークの第１高反則側壁がら最低一度反射して該
   アキュムレータから王の第２透明６１ル：壁を通して出
   るようにかかる反則パルスを該アキ】ムレータの第１透
   明端壁に指向りるＪζうに置かれたポンプ・セル：周波
   数し、で事実上完全ｔこ反射して周波数ν５で一部透過
   し、該アキコムレータからその第２端ミラーを通って光
   ぜられて該放射パルスが該アキュムレータを通るその第
   １の通過で走行した光通路と事実上同じ光通路に沿って
   該アキコムレータを通って−しどる周波数ν、の該放岨
   パルスを反射するように該アキコムレークに隣接して置
   かれた第１の２色リフレクタ： 該第１０）２色リフレクタに隣接する該ノｌ；１：Ｊム
   レータから隔置されたス１−−クス・１ごルであって、
   該第１の２色リフレクタば該アキ」ムレータと該ス１〜
   −クス・セルとの間にあり、指向性の強い周波数ν５の
   中実上単色の放射パルスを作り賀る媒体を含み、かつ該
   ポンプ・パルスが辿っｌζ光通路と事実上同じ光通路に
   沿って該第１の２色すルり／）、（ｂＪ−び該アキュム
   レータを通ってかかる６９．　躬パルスを指向づるよう
   に置かれたス１〜−クス・セル；該ポンプ・セルと該ア
   キコムレークの第１端ミラーとの間に置かれて周波数ν
   ５で事実上完全に反射するとともに周波数ν、で一部を
   透過し、ま１ｃ該アキコムレータから（の第１端ミラー
   を通って発せられて該放射パルスが該アキュムレータを
   通るその第１の通過で走行した光通路と事実上同じ光通
   路に沿い該アキュムレータを通っ−（もどる周波数らの
   該放射パルスを反射するように置かれた第１の２邑リフ
   レクタ； 該アキュムレータから隔置されて、指向性の強い事実−
   １−中色の周波数ν２．の放射パルスを作り、該アキュ
   ムレータを通る第１ストークス波パルスの第１の透過と
   同期しかつその方向に対し全体として反対の方向に向り
   て該デー１−フムレータを通る該成用パルスを該アキコ
   ムレークの１つの透明端ミラーから他メ透明端ミラーに
   指向りるように置かれた放射源゛装置：およσ １７ｉ１波故シ２５で成用パルスを事実」一完全に反１
   Ｊｆｆ　Ｌ、該パルスが一度該アキュｌ、レークを通過
   し／、：後第２ス１〜−クス波パルスを反則しかつ第１
   ス］−一りス波パルスが該アキコムレークをニー項目に
   通過覆るのと同期して該アキコムレータを通って、該パ
   ルスを二度目に戻すよ゛）に該アキコムレークに隣接し
   て置かれたミラーからなることを特徴とする高輝度ラマ
   ン・ｌノーリ゛・パルスを作る装置。