JPS59500888A - 同期ポンピング位相共役レ−ザ - 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】 同期ポンピング位相共役レーザ 発明の背景 この発明は一般に位相共役反射素子を採用したレーザに関し、特に位相共役反射 器がパルス化レーザエネルギによりポンピングされる位相共役レーザに関する。

過去１．０年間、位相共役反射器を採用したレーザシステムの開発が盛んに成さ れた。位相共役の概念では、光学的に非線形の媒体を使用し、これはがなり歪ん だ光学ビームをもとの転（シていない状態にもどすように、入射レーザエネルギ により付勢することができる。光学位相共役の一般的な１９８１年４月発行の” 　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｔｏｄａｙ　”にＣｏｕｃｅｔｔｏ　Ｒ，Ｇｕｌｊａｎｏに よって記載された”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｐｈａ ｓｅ　Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ”に記載されている。

さらに位相の原理は、レーザ共振器を形成するのに採用されてきた。このような 装置は米国特許第４．２３３，５．７１号の”　Ｌａ５ｅｒ　Ｈａｖｉｎｇ　ａ 　Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　ＰｈａｓｅＣｏｎｊｕｇａｔｅ　Ｒｅｆ　１ｅｃｔｏｒ 　”に記載されている。ここに開示されたレーザはレーザ共振器のエンドミラー の１つが位相共役反射器に置換えられたものである。４波混合、３波混合、疑似 ラマン散乱、誘発ブリーアン散乱あるいは光子エコーゾロセスを利用した種々の 位相共役反射器を採用することができる。これらの位相共役原理は一般にその分 野において公知であり、いくつかは上述したＧｉｕｌｉａｎｏの刊行物に記載さ れている。

現在性われている研究では、光学共振器に位相共役反射器を利用し、その出力が 高品質のスペーシャルビームにより特徴づけられる新しいタイプのレーザを生み 出す方向にある。しかし、これらのレーザの南する利点を引き出すためには、少 くとも共振器空胴往復時間より長い期間、位相共役反射器および全胴内増幅器が 適度に高反射値および高増幅を維持することが絶対必要である。このような制約 は位相共役反射器および増幅器をポンピングするのに、使用されるレーザは光エ ネルギの条件が厳しくなる。長時間にわたり必要とされる高ピーク電力により、 しばしば熱の問題を生じ、高速位相−共役反射器にょるＣＷ動作を非常に困難に する。

従って位相共役反射器と全胴内増幅器のポンピングの必要性を最小限にしたレー ザシステムを提供することはレーザ技術の改良になる。又適度の平均的電力でも って、改良された位相共役効率および増幅利得が得られるレーザシステムを提供 することは利点がある。

又ボンプレーサの熱の問題ならひに全体のエネルギを減少したレーザシステムを 提゛供することは改良になる。

さらに短いパルス出方に応答するように設計された位相共役レーザシステムを提 供することは改良である。

発明の戟約 一ト述した改良を得るために、この発明は、光路に沿って適度に配置されたレー ・ソング媒体、位相共役反射器および出力結合装置を組み込み、レーザ共振器を 形成している。この発明の目的からして、一般的なエンドミラーと他のエンドミ ラーとしての位相共役反射器を有したレーザ共振器は位相共役レーザと考えると とができる。出力結合装置はレーザの一方のエンドミラーを形成し、位相共役反 射器は他方のエンドミラーを形成する。出力結合装置は入射されるエネルギの実 質部を反射し、レーザエネルギの一部を伝搬し、レーザの出力ビームを形成する ように構成されている。位相共役反射器はレーザ共振器の第２エンドミラーとし て使用され、入射される位相共役のエネルギを反射する。この発明のこの部分は 、上述した米国特許第４．２３３，５７１号に開示されている装置と同じである 。

この発明の改良点はレーザパルスを位相−共役反射器に印加するパルスポンプ源 を採用したことにある。

レーザパルスは相対的に高いピーク電力と、相対的に低い平均電力を有している 。これらのノクルスは、レーザエネルギがレーザ共振器を横切る往復時間に一致 した所定周期を有している。これらのボンｆ）’？ルスは、共振器を横切るエネ ルギに同期して位相−共役反射器に印加される。

さらに、レージング媒体も、一般的ガレ−サシステムの場合のように連続ポンプ によるか、あるいは位相−共役反射器をポンピングするのに使用される源と同様 のパルスポンプ源によりポンピングされる。Ａルスモードでは、レージング媒体 は別のポンプ源でポンピングするか、マスク発振器を用いて両媒体をポンピング することができる。このポンプ源によって供給されるパルスは、レーザを横切る エネルギに同期して印加されるように適切な時間、前記レージング媒体に印加さ れる。従って、このレージング媒体へのパルスの印加は、ポンプエネルギが、位 相−共役反射器によって供給されたポンプエネルギと同期して印加されるように タイミングが取られている。

この発明は位相共役反射器として採用することのできる手法として４波混合、３ 波混合あるいは光子エコーを使用している。これらの手法は、非線形媒体での反 射ノロセスを誘発するようにホンプレーザラ使用する。レーザ波長、非線形媒体 およびレージング媒体の選択に応じて位相共役反射器の反射能は一単位に近づく か又は超える。高反射能および適切な利得媒体の使用の条件下では、この発明に よれば、位相−共役反射器用のパルスポンプ源を無くすことができる。例えば、 位相共役レーザの自己ポンピングを得るために、出力結合装置によって共振器か ら結合された電力をフィードバックして、４波混合位相共役反射器のポンプエネ ルギを得ることができる。このようなシステムでは、レーザ共振器の始動機構に パルスポンプ源を使用することができる。この場合、一度共振器が十分に動作可 能状態になった後では、パルスポンプ源をオフにすることができる。しかしなが ら、レージング媒体のポンプ源はいつでも動作している。

図面の簡単な説明 この発明の特徴と利点は、添付図面に関連した以下の詳細な説明を参照すること により、さらに良く理解できる。なお同一部には同符号が付しである。

第１図は、この発明の原理に基づいた同期ポンピング位相共役レーザの第１実施 例を示す図；第２図は、特に４波混合を位相共役処理として用いた場合の第１図 に示すレーザの詳細図；および第３図はこの発明の原理に基づいたレーザの自己 ポンピング実施例を示す図である。

発明の詳細な説明 第１図を参照すると、この発明の原理に基づいた同期Ｉンプ位相位相共役処理０ が示されている。レーザ２０は、光路に沿って配置された位相−共役反射器２１ 、レージング媒体２２および出力結合装置２３とで構成される。レーザ共振器は 位相−共役反射器２１および出力結合装置２３との間に形成されている。この位 相−共役反射器２１は、４波混合、３波混合、光子ｘコープロセスあるいはそれ と同等物を使用した多くの位相−共役反射装置のいずれでも良い。これらの処理 は公知であり、多くの特許文献および刊行物に記載があるが、例えば、”　Ａｐ ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　０ｐｔｉｃａｌＰｈａｓｅ　Ｃｏｎｊｕｇａｔｉ ｏｎ　”および上述した米国特許第４．２３３，５７１号が挙げられる。

出力結合装置２３は従来技術において知られた一般的なレーザ共振器あるいは他 の装置にあるような部分反射および部分伝搬するミラーで良い。このレージング 媒体２２は染料、ネオジムＹＡＧ　（Ｎ　ｄ　：ＹＡＧ　）、ＣＯ２、ルビー等 で良い。位相−共役反射器２１、レージング媒体２２および出力結合装置２３は 互換性のある適切な動作周波期間を有している。Ｇｉｕｌｉａｎｏの文献には種 々のレージング媒体、位相共役処理、非線形媒体、および種々のレーザ波長に対 する位相−共役反射器の測定された反射能を示すテーブルが示されている。

パルスポンプ源２４およびポンプ源２５は、それぞれ位相−共役反射器２１とレ ージング媒体２２をポンピングするように設けられている。ポンプ源２５は一般 的なポンプ源として示されているが、パルスポンプ源２４と同様にパルス化して も良い。ポンプ２５の別の性質については後で詳述する。パルスポンプ源２４は 位相−共役反射器２ノに使用される非線形媒体と互換性のある一般的なモードロ ックレーザで良い。例えば、ノヤルスポンプ源２４は位相−共役反射器２１に４ 波混合を発生するのに使用されるＱスイッチおよびモードロックされたネジラム ＹＡＧレーザで良い。乙の処理では、位相−共役反射器２１に使用される非線形 媒体はシリコン、飽和可能吸収材等で良い。この４波混合構成は、１９７９年１ ０月に発行された’　０ｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ　”の４巻第１０号にＲ，に 、Ｊａｉｎ他によって書かれた“Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｄｅｇｅｎ ｅｒａｔｅ　Ｆｏｕｒ−ＮａｖｅＭｉｘｉｎｇ　ｏｆ　１．０６　Ｍｉｃｒｏｎ 　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　５ｉｌｉｃｏｎ　”のタイトル記事に記載されて いる。さらに、上述したテーブルに示すように多くの他の材料やレーザを使用す ることができる。

正しく動作させるためには、・？レスポンプ源２４はレーザ２０で共振するエネ ルギの空胴往復時間に一致する周期で脈動しなければならない。又、開始時間と 期間を含む、ノヤルスポンプ源２４からの励振パルスのタイミングは、ポンプエ ネルギが共振エネルギに伝搬されるように適切に制御されなければならない。こ れは自動的に唯一のパルスポンプ源２４（例えばポンプ源２４）が使用される場 合である。何故ならばこの源がシステムを駆動し、それゆえ共振器のタイミング を制御するからである。しかしながら、ポンプ源２５もパルスポンプ源である場 合には、レージング媒体２２を介してエネルギが横切るとき、エネルギを適切に ポンピンクスるように、パルスポンプ源２４に関して適切なタイミング条件を持 たなければならない。ｌ？ルスボンプ源２４により供給されるノヤルスエネルギ の性質は、相対的に高いピーク電力と相対的に低い平均電力を有しているという ことである。パルスポンプ源２４によって供給されるパルスのエネルギ条件とＡ ）レス期間はレーザ２０に使用される部品の選択によって異る。

ポンプ源２５も・ぐレスモードで動作する場合には、両ポンプ２４．２５にマス ク発振器を持たせることができる。両ポンプ源が脈動される場合は、ポンピング するのに必要な光エネルギを最小に保持するように共振器を構成すれば良い。位 相共役反射器２１とレージング媒体２２に〜２つの異る波長を使用したい場合に はマスク発振器に光周波数シフト装置を設ければ良い。

２つのポンプ源２４．２５がパルスモードで動作しかつ共通の源（マスク発振器 ）でない場合、最適動作に要求される２つのポンプ源２４　、２５の同期と相対 タイミングを制御するのにタイミング回路あるいは光学ディレィラインを用いる ことができる。各レーザパルスはビームスシリツタ３０等により分光され、非線 形媒体２６の対向端にｉ４ルス３１．３２として印加される。非線形媒体２６に 衝突する前に、パルス３１．３２が横切る各光路長は、非線形媒体２６の両端に 印加された・ぐルスが、コヒーレンス時間よりも短かい期間内で、媒体２６に到 達するようにタイミングが取られるように、はぼ一致させなければならない。

位相共役は、コヒーレンス時間よりも短かい期間内に、非線形媒体２６に、両ポ ンプパルス３１．３２が入射されたときに生ずる。非線形媒体２６のコヒーレン ス時間は、媒体２６が入射パルスを検知する緩和時間に相当する。さらに、レー ザ２ｏ内の全胴内電力を表わし、位相共役を受ける第３・ぐルス３３すなわちグ ロ＝プパルス３３も適切にタイミングが取られねばならない。これら３つのパル ス３１．３２．’３．３が非線形媒体に印加されると、プローブノＲルス３３の 位相共役である後方散乱・々シス３４を発生する。非線形媒体２６は、これら３ つのパルス３１，３２．３３が加えられると、非線形媒体２６の適切な緩和時間 よりも短かい相対時間遅延で位相共役エネルギを生じる。この結果位相−共役反 射器２ノが、印加されたレーザパルス３１　、３２　。

３３の期間ならびに周期および非線形媒体２６の緩和時間により、オン、オフさ れる。従ってレーザシステムの全体の利得は相対的に低いデユーティサイクルを 持つように変調できる。これによりシステム全体のエネルギを低く保つ一方、高 い位相共役効率とボンプレー→ノーパルスの高ピーク電力により、レーザ２ｏの 出力パルス３５として高いピーク電力を供給することができる。

レーザ２θが正常に動作するには、位相−共役反射器２ノの応答時間と非線形媒 体２６のレーザ・ぐルス３１．３２．３３の期間は空胴往復時間よりもはるかに 小さくなければならない。この空胴往復時間は・ぐルスボンゾ源２４によって供 給されたパルス列の周期に一致する。さらに、ポンプ源２５が／Ｆルスモードで 駆動される場合、レーザノ９ルス３３がレージング媒体２２　’ｘ中を横切ると きにパルスがレージング媒体２２に印加されなければならない。それゆえ、ノ々 ルス３３および反射パルス３４によって表わされる、レーザ共振器内を連環する パルスは、それぞれポンプ源２５．２４により各媒体２６．２２がオンになった そのときにレージング媒体２２および非線形媒体２６に到達する。残りの期間で は、位相−共役反射器２ノとレージング媒体２２はオフになる。

ある条件下では、位相−共役反射器２ノによって供給される反射能を非常に高く 、又一単位を超えるようにすることができる。これは例えはパルスポンプ源２４ にパルス色素レーザを、非線形媒体２６としてソジウムを使用した場合である。

その他の例も上述のＧｊｕｌｊａｎの文献に示されたテーブルに載っている。第 ３図において、位相共役反射器２１の反射能が犬であり、レージング媒体２２の 利得が十分高くできるときは、システムが動作した後はノクルスＩンプ源２４を 消去できる。これは、非常に大きなエネルギが出力・ぞルス３５に得られ、（所 望であれば）共振空胴外で増幅したパルスの一部をフィードパンクさせて４波混 合処理を誘発する・やルスを作り出すことができる。このフィードバックルーズ は、出力パルスの一部を位相−共役反射器２１に戻すように、ビームスプリッタ 等により設けることができる。このためには、出力結合装置２３は大部分のエネ ルギを伝搬し、このエネルギが部分的に位相共役反射器２１に帰還されるように 結合される。ポンプビームに所望のエネルギが得られるように外付の利得媒体３ ７をフィードバックルーズに使用しても良い。この栴成では、ポンプ源２５は依 然として、レージング媒体２２に反転母莱団を発生するのに必要である。

以」二低平均電力で短かいパルス動作が得られる新規で改良された同期ポンプ位 相共役レーザシステムについて述べた。とれらのパルスに相関した短かい・ぐル ス励振と高いピーク電力により、高い位相共役効率と高増幅利得が得られ、他方 励振の繰返しの性質により、最適平均電力を使用するレーザのようなレージング 動作を組立てることができる。電力消費の節減により１、ｊ？ポンプ源要求され る全体のエネルギを下げることが、熱の問題を最小限にすることができる。

−に述天施例は、この発明の原理の応用例を表わす多くの実施例のうちいくつか を例示したに過ぎない。

他の多くの変更を、この発明の精神と範囲を逸脱することなく当業者が即考案で きることは明らかである。

Ｆｉｇ、　１゜ １．事件の表示 ＰＣＴ／Ｕ３８３１００５６１ 、発明の名称 同期ポンピング位相共役レーザ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ヒユー、ｅ・エアクラフト・カンパニー４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門１丁目２６番５−シー　第１７森ビル７、補正の内容 別紙の通り（内容に変更なし） 国　際　調　査　報　告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光路に沿って配置されたレージング媒体と、前記レージング媒体に隣接する 前記光路の一端に配置され、入射されるレーザエネルギの位相共役であるレーザ エネルギを反射する位相共役反射手段と、前記位相共役反射手段と前記出力結合 手段との間にし０ザ共振器を形成するように前記レージング媒体に隣接する前記 光路の他端に配置され、レーザ動作を持続するように、入射されるエネルギの実 質部を反射し、レーザエネルギの一部を出力ビームとして伝搬する出力結合手段 とから成るレーザ装置において、 前記位相−共役反射手段と前記レージング媒体にレーザパルスを印加するポンピ ング手段を備え、前記レーザパルスは相対的に高いピーク電力と相対的に低い平 均電力を有し、前記レーザパルスは、レーザエネルギ、が前記共振器を横切る往 復時間に一致する所定周期を有し、前記共振器を横切るレーザエネルギが前記共 振器内に存在するとき、前記位相共役反射手段および前記レージング媒体に印加 されることを特徴とするレーザ装置。 ２　前記ポンピング手段によって前記位相共役反射手段に供給されるレーザエネ ルギに同期して前記レージング媒体にレーザパルスを印加する第２ポンピング手 段を更に有したことを特徴とする請求の範囲１に記載のレーザ装置。 ３　前記ポンピング手段は前記レーザパルスを供給するように前記出力結合手段 と前記位相共役反射手段との間に形成されたフィードツクツク構成から成り、そ れにより自己ポンプレーザ構成を供給することを特徴とする請求の範囲１又は２ に記載のレーザ装置。 ４　前記フィード・シック構成は、前記フィード・ぐツク構成内に配置され、前 記位相共役反射手段に印加されたレーザパルスの電力を制御する利得媒体をさら に有したことを特徴とする請求の範囲１，２又は３に記載のレーザ装置。 浄’ｊｊｒ　（内容（こ変更なし） １