JPH01259330A - 全光学的画像増幅器 - Google Patents
全光学的画像増幅器Info
- Publication number
- JPH01259330A JPH01259330A JP8855888A JP8855888A JPH01259330A JP H01259330 A JPH01259330 A JP H01259330A JP 8855888 A JP8855888 A JP 8855888A JP 8855888 A JP8855888 A JP 8855888A JP H01259330 A JPH01259330 A JP H01259330A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical image
- input
- pump light
- gain medium
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は誘導放出過程を利用した画像増幅器に係わり、
特に画像光の波長、位相、入射方向を維持したまま増幅
することが可能な全光学的画像増幅器に関するものであ
る。
特に画像光の波長、位相、入射方向を維持したまま増幅
することが可能な全光学的画像増幅器に関するものであ
る。
従来、二次元画像信号の増幅装置としては、光を光電面
に当てて光学像を電子像に変換した後増幅し、増幅した
電子を螢光仮に当てて再び光学像に戻すイメージインテ
ンシファイアが実用化されている。
に当てて光学像を電子像に変換した後増幅し、増幅した
電子を螢光仮に当てて再び光学像に戻すイメージインテ
ンシファイアが実用化されている。
また光を電子に変換せず、光そのものを増幅するものと
しては誘導放出を利用したレーザが広く使用されており
、またL< A?J放出過程を二次元的な画像形成に応
用したものとしてファイバー或いはGaAs結晶を用い
た素子が知られている。例えば、それぞれはファイバー
レーザープレートを発振させる強度よりも僅かに小さい
レベルであり、重ね合わせると発振レベルよりも大きい
レベルとなる2つの画像光を入射させ、両画像光が重な
りあった領域では発振レベルを越えるようにして、ファ
イバーレーザプレートの出力光として両画像光のAND
出力を得るようにしたものが提案されている(Appl
、Phys、Lett、37(3)、1^ugust
1980 p260 FIG、1参照)。
しては誘導放出を利用したレーザが広く使用されており
、またL< A?J放出過程を二次元的な画像形成に応
用したものとしてファイバー或いはGaAs結晶を用い
た素子が知られている。例えば、それぞれはファイバー
レーザープレートを発振させる強度よりも僅かに小さい
レベルであり、重ね合わせると発振レベルよりも大きい
レベルとなる2つの画像光を入射させ、両画像光が重な
りあった領域では発振レベルを越えるようにして、ファ
イバーレーザプレートの出力光として両画像光のAND
出力を得るようにしたものが提案されている(Appl
、Phys、Lett、37(3)、1^ugust
1980 p260 FIG、1参照)。
しかしなから、イメージインテンシファイアにおいては
、入射光を電子に変えて増幅しているため、光電変換の
過程で入射光のコヒーレンス性、並びに入射方向に関す
る情報は失われてしまうという問題がある。
、入射光を電子に変えて増幅しているため、光電変換の
過程で入射光のコヒーレンス性、並びに入射方向に関す
る情報は失われてしまうという問題がある。
また従来のレーザは、共振器をもつものも持たないもの
も含めて、増幅率の空間分布の検討はなされているが、
これは出力光の均一性を達成するためにのみ注意が払わ
れており、空間分布を積極的に利用するという視点はな
い。
も含めて、増幅率の空間分布の検討はなされているが、
これは出力光の均一性を達成するためにのみ注意が払わ
れており、空間分布を積極的に利用するという視点はな
い。
さらにファイバー、或いはGaAs結晶を用いた素子は
、人力画像光自身がポンピング光の役割を果たしている
ので、強度が大きい必要があり、光演算素子には使えた
としても画像増幅の機能は無く、また出力画像が赤外域
で不可視であるという問題がある。
、人力画像光自身がポンピング光の役割を果たしている
ので、強度が大きい必要があり、光演算素子には使えた
としても画像増幅の機能は無く、また出力画像が赤外域
で不可視であるという問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、入射光の
コヒーレンス性、入射方向が保存され、空間的に増幅率
を変えて利用することが可能であり、可視領域での増幅
が可能である全光学的画像増幅器を提供することを目的
とする。
コヒーレンス性、入射方向が保存され、空間的に増幅率
を変えて利用することが可能であり、可視領域での増幅
が可能である全光学的画像増幅器を提供することを目的
とする。
そのために本発明の全光学的画像増幅器は、光励起手段
と、光励起手段からのポンプ光が入射されて励起される
と共に、入力光が入射される利得媒体を有する増幅素子
と、入出力光学系とからなり、咳増幅素子への人力光を
誘導放出過程により増幅することを特徴とする。
と、光励起手段からのポンプ光が入射されて励起される
と共に、入力光が入射される利得媒体を有する増幅素子
と、入出力光学系とからなり、咳増幅素子への人力光を
誘導放出過程により増幅することを特徴とする。
本発明の全光学的画像増幅器は、利得媒体をポンプ光に
より励起し、励起された利得媒体に人力光を入射させて
誘導放出を生じさせることにより入射光のコヒーレンス
性、入射方向が保存され、空間的に増幅率を変えて利用
することが可能であり、可視領域での増幅が可能となる
。
より励起し、励起された利得媒体に人力光を入射させて
誘導放出を生じさせることにより入射光のコヒーレンス
性、入射方向が保存され、空間的に増幅率を変えて利用
することが可能であり、可視領域での増幅が可能となる
。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の全光学的画像増幅器の概念を説明する
ための図、第2図は全光学的画像増幅器の一実施例を示
す図で、図中、1は増幅器、3.5は入力画像、7.9
は増幅された画像、11は入力光学系、13はハーフミ
ラ−115は利得媒体、17はカットオフフィルタ、1
9は出力光学系、21はポンプ光学系、23はポンプ光
、25はマスクである。
ための図、第2図は全光学的画像増幅器の一実施例を示
す図で、図中、1は増幅器、3.5は入力画像、7.9
は増幅された画像、11は入力光学系、13はハーフミ
ラ−115は利得媒体、17はカットオフフィルタ、1
9は出力光学系、21はポンプ光学系、23はポンプ光
、25はマスクである。
第1図において、入力画像3は増幅器lにより光のまま
増幅されて画像7として出力され、また入力画像5は同
様に増幅されて画像9として出力される。以下に詳述す
るように、出力画像はコヒーレンス性は保持されると共
に、方向性が保持されζいる。
増幅されて画像7として出力され、また入力画像5は同
様に増幅されて画像9として出力される。以下に詳述す
るように、出力画像はコヒーレンス性は保持されると共
に、方向性が保持されζいる。
次に第2図により本発明の詳細な説明する。
全光学的画像増幅器lは、画像増幅の要となる利得媒体
15、利得媒体を活性化させるためのポンプ光学系21
、入出力光学系1119からなっている。
15、利得媒体を活性化させるためのポンプ光学系21
、入出力光学系1119からなっている。
利得媒体15は薄いポリカーボネイトフィルム中にドー
プされた色素4− (N、N−ジエチルアミノ)−4′
−ニトロスチルベンからなり、色素濃度は0.7M (
mo l/drn3)程度である。
プされた色素4− (N、N−ジエチルアミノ)−4′
−ニトロスチルベンからなり、色素濃度は0.7M (
mo l/drn3)程度である。
このフィルムを石英ガラス基板からなるカントオフフィ
ルタ17に接着等により貼付する。フィルムの厚さは1
)tm程度であり、フィルタの厚みは1〜2.5.mm
程度である。フィルタ17はポンプ光を吸収して出力側
に出ないようにするためのものである。なお、フィル1
、としてはポリスチレンフィルム、ポリメチルアクリレ
ートフィルム等を、また色素としては、ローダミン系色
素、クマリン系色素等レーザー発振に使える一般の色素
を使用してもよい。そし−ζ、第3図に示すように、こ
の色素をポンプ光によって基底状態のレベルlからレベ
ル3へ励起すると、励起された分子は熱放出を行ってレ
ベル2の状態になる。このレベル2の状態にある分子数
が基底状態の分子数を上回る状態、即ち反転分布状態を
生じせしめる。このときの励起エネルギー密度は1〜数
10mJ/csiである。こうして活性化された利得媒
体は、レベルlとレベル2のエネルギー差の入射光によ
り誘ifi放出を生じて入射光を増幅する。入射光と増
幅された光は同じ波長、位相をもっており、また増幅の
前後でコヒーレンス性が保たれている。またレベル2は
ある幅を持っているので所定の波長帯域の増幅が可能で
ある。
ルタ17に接着等により貼付する。フィルムの厚さは1
)tm程度であり、フィルタの厚みは1〜2.5.mm
程度である。フィルタ17はポンプ光を吸収して出力側
に出ないようにするためのものである。なお、フィル1
、としてはポリスチレンフィルム、ポリメチルアクリレ
ートフィルム等を、また色素としては、ローダミン系色
素、クマリン系色素等レーザー発振に使える一般の色素
を使用してもよい。そし−ζ、第3図に示すように、こ
の色素をポンプ光によって基底状態のレベルlからレベ
ル3へ励起すると、励起された分子は熱放出を行ってレ
ベル2の状態になる。このレベル2の状態にある分子数
が基底状態の分子数を上回る状態、即ち反転分布状態を
生じせしめる。このときの励起エネルギー密度は1〜数
10mJ/csiである。こうして活性化された利得媒
体は、レベルlとレベル2のエネルギー差の入射光によ
り誘ifi放出を生じて入射光を増幅する。入射光と増
幅された光は同じ波長、位相をもっており、また増幅の
前後でコヒーレンス性が保たれている。またレベル2は
ある幅を持っているので所定の波長帯域の増幅が可能で
ある。
なお、ポンプ光は励起と共に、一定程度誘真放出を生じ
させ、このときの光は入射光と同じ波長域であるのでフ
ィルタ17によってはカットすることができないが、あ
らかじめポンプ光による誘寡放山分を求めておき、これ
を差し引くようにすればよい。
させ、このときの光は入射光と同じ波長域であるのでフ
ィルタ17によってはカットすることができないが、あ
らかじめポンプ光による誘寡放山分を求めておき、これ
を差し引くようにすればよい。
ポンプ光学系21は利得媒体15を活性化させる役割を
果たし、反転分布状態の持続時間は色素の励起状態の寿
命できまり、この値はフィルム中では100ピコ秒(1
0−10秒)以内である。したがって、反転分布状態を
つくりだすためには速やかに励起することが必要である
。即ち、第4図(イ)に示すようなパルス光でボンピン
グすると、反転分布は第4図(ロ)のような時間波形を
描いて減衰し、ピーク値のl/eになるのが励起されて
から100ピコ秒である。したがってポンプ光としては
時間幅50ピコ秒以下であることが望ましく、本増幅器
においては時間幅30ピコ秒のパルス光をポンプ光とし
て用いた。そして、第4図(ハ)に示すように、この反
転分布状態が得られている間に増幅すべき光を入射させ
る必要がある。
果たし、反転分布状態の持続時間は色素の励起状態の寿
命できまり、この値はフィルム中では100ピコ秒(1
0−10秒)以内である。したがって、反転分布状態を
つくりだすためには速やかに励起することが必要である
。即ち、第4図(イ)に示すようなパルス光でボンピン
グすると、反転分布は第4図(ロ)のような時間波形を
描いて減衰し、ピーク値のl/eになるのが励起されて
から100ピコ秒である。したがってポンプ光としては
時間幅50ピコ秒以下であることが望ましく、本増幅器
においては時間幅30ピコ秒のパルス光をポンプ光とし
て用いた。そして、第4図(ハ)に示すように、この反
転分布状態が得られている間に増幅すべき光を入射させ
る必要がある。
そしてポンプ光の発光タイミングから入射タイミングま
での時間差τは、一定の増幅率を得るためには一定とす
る必要があり、また反転分布がなるべく大きい状態で入
射するようにすれば大きい増幅率が得られる。
での時間差τは、一定の増幅率を得るためには一定とす
る必要があり、また反転分布がなるべく大きい状態で入
射するようにすれば大きい増幅率が得られる。
なお、ポンプ光の波長としては4− (N、N−ジエチ
ルアミノ)−4′−ニトロスチルヘンの吸収波長域であ
る530〜355nmを選んだ。
ルアミノ)−4′−ニトロスチルヘンの吸収波長域であ
る530〜355nmを選んだ。
また、レーザー光は第5図に示すように空間的にガウシ
アン分布をしており、周辺の強度が弱いので、−様なポ
ンプ光を得たい場合には、第6図に示すようにAのよう
な光を絞り27に通すことにより、Bのような光を得て
ポンプ光として利用すればよい。また、第2図における
マスク25は空間的にポンプ光の強度分布を変えようと
するもので、これにより空間的に増幅率を変えることが
可能となる。なお、利得媒体における色素のドープ量を
場所的に変えて増幅率を空間的に変えることも可能であ
る。ハーフミラ−13はポンプ光の波長のみを選択的に
反射し、入力光の波長は透過するような誘電体多層膜を
蒸着しである。ハーフミラ−13で反射されたポンプ光
により利得媒体15が励起される。
アン分布をしており、周辺の強度が弱いので、−様なポ
ンプ光を得たい場合には、第6図に示すようにAのよう
な光を絞り27に通すことにより、Bのような光を得て
ポンプ光として利用すればよい。また、第2図における
マスク25は空間的にポンプ光の強度分布を変えようと
するもので、これにより空間的に増幅率を変えることが
可能となる。なお、利得媒体における色素のドープ量を
場所的に変えて増幅率を空間的に変えることも可能であ
る。ハーフミラ−13はポンプ光の波長のみを選択的に
反射し、入力光の波長は透過するような誘電体多層膜を
蒸着しである。ハーフミラ−13で反射されたポンプ光
により利得媒体15が励起される。
入出力光学系は、光源からの光を平行光に直して利得媒
体に導くための入力光学系11、及び増幅された光を検
出器の受光面に集光するための出力光学系19からなっ
ている。また、光源としてはモード同期ネオジウム(N
d):YAGレーザの基本波(1064nm)を第7図
に示すように重水31に集光して得た白色光スポットを
用いた。
体に導くための入力光学系11、及び増幅された光を検
出器の受光面に集光するための出力光学系19からなっ
ている。また、光源としてはモード同期ネオジウム(N
d):YAGレーザの基本波(1064nm)を第7図
に示すように重水31に集光して得た白色光スポットを
用いた。
以上のような構成により、本増幅器では600〜700
nI++の波長領域の光を増幅することができた。
nI++の波長領域の光を増幅することができた。
第8図は本発明の他の実施例を示す図で、第2図と同一
番号は同一内容を示している。
番号は同一内容を示している。
本実施例においては石英基板33に利得媒体を貼付し、
その裏側にカットオフフィルタ17が設けられ、石英基
板33の周囲からポンプ光を入射させてエバネノセンス
波により励起を行っている。
その裏側にカットオフフィルタ17が設けられ、石英基
板33の周囲からポンプ光を入射させてエバネノセンス
波により励起を行っている。
即ち、石英基板33と利得媒体15との境界で反射され
る光は、実際には第9図の破線で示すように利得媒体1
5側に滲み出してから反射し“ζおり、この滲み出した
光、即ちエバ不ノセンス波で励起を行う。このエバネッ
センス波による励起は非常に均一な励起を行うことがで
きる。
る光は、実際には第9図の破線で示すように利得媒体1
5側に滲み出してから反射し“ζおり、この滲み出した
光、即ちエバ不ノセンス波で励起を行う。このエバネッ
センス波による励起は非常に均一な励起を行うことがで
きる。
なお、この場合はポンプ光を狭い範囲に入射させる必要
があるのでポンプ光学系は縮小ビーム系を構成している
。
があるのでポンプ光学系は縮小ビーム系を構成している
。
とごろでエハ不フセンス波による励起では、ポンプ光の
大部分は励起に使用されずに透過してしまうので、これ
を有効に利用する実施例を第11図に示す。
大部分は励起に使用されずに透過してしまうので、これ
を有効に利用する実施例を第11図に示す。
第10図においては、利得媒体と石英基板からなる増幅
素子を複数個シリーズに並べ、第1の増幅素子を透過し
たポンプ光を反射鏡35.37で反射させて第2の増幅
素子−1入射させてポンプ光とし、また第2の増幅素子
を透過したポンプ光を反射fI239.41で反射させ
て第3の増幅素子へ入射させ゛ζポンプ光としている。
素子を複数個シリーズに並べ、第1の増幅素子を透過し
たポンプ光を反射鏡35.37で反射させて第2の増幅
素子−1入射させてポンプ光とし、また第2の増幅素子
を透過したポンプ光を反射fI239.41で反射させ
て第3の増幅素子へ入射させ゛ζポンプ光としている。
こうすることによりポンプ光を有効に活用することが可
能となる。
能となる。
以上のように本発明によれば、コヒーレンス性を保った
まま画像増幅が行われるので、人力画像がコヒーレント
光であれば出力画像を別の画像光と干渉させることが可
能であり、また入力光の方向が保たれたまま増幅するこ
とができる。またポンプ光の強度に空間分布を持た一U
ることにより、入力画像光の任意の部分の増幅率を変え
ることができ、さらに人力光と出力光は同一波長であり
、可視部から近赤外までの領域を利用することが可能と
なる。
まま画像増幅が行われるので、人力画像がコヒーレント
光であれば出力画像を別の画像光と干渉させることが可
能であり、また入力光の方向が保たれたまま増幅するこ
とができる。またポンプ光の強度に空間分布を持た一U
ることにより、入力画像光の任意の部分の増幅率を変え
ることができ、さらに人力光と出力光は同一波長であり
、可視部から近赤外までの領域を利用することが可能と
なる。
第1図は本発明の全光学的画像増幅器の概念を説明する
ための図、第2図は全光学的画像増幅器の一実施例を示
す図、第3図は誘導放出を説明するだめの図、第4図は
ポンプ光と入力光のタイミングを説明するための図、第
5図はレーザー光のガウシアン分布を示す図、第6図は
強度が均一なポンプ光を得るための構成を示す図、第7
図は白色光を発生させる構成を示す図、第8図は本発明
の他の実施例を示す図、第9図はエバ名ノセンス波を説
明するための図、第1O図は本発明の他の実施例を示す
図である。 1・・・増幅器、3.5・・・人力画像、7.9・・・
増幅された画像、11・・・入力光学系、13・・・ハ
ーフミラ−115・・・利得媒体、17・・・カットオ
フフィルタ、19・・・出力光学系、21・・・ポンプ
光学系、23・・・ポンプ光、25・・・マスク。 出 願 人 浜松ホトニクス株式会社代 理
人 弁理士 蛭 川 昌 信第1図 第2図 第3図 第4図 第7図 第8図
ための図、第2図は全光学的画像増幅器の一実施例を示
す図、第3図は誘導放出を説明するだめの図、第4図は
ポンプ光と入力光のタイミングを説明するための図、第
5図はレーザー光のガウシアン分布を示す図、第6図は
強度が均一なポンプ光を得るための構成を示す図、第7
図は白色光を発生させる構成を示す図、第8図は本発明
の他の実施例を示す図、第9図はエバ名ノセンス波を説
明するための図、第1O図は本発明の他の実施例を示す
図である。 1・・・増幅器、3.5・・・人力画像、7.9・・・
増幅された画像、11・・・入力光学系、13・・・ハ
ーフミラ−115・・・利得媒体、17・・・カットオ
フフィルタ、19・・・出力光学系、21・・・ポンプ
光学系、23・・・ポンプ光、25・・・マスク。 出 願 人 浜松ホトニクス株式会社代 理
人 弁理士 蛭 川 昌 信第1図 第2図 第3図 第4図 第7図 第8図
Claims (8)
- (1)光励起手段と、光励起手段からのポンプ光が入射
されて励起されると共に、入力光が入射される利得媒体
を有する増幅素子と、入出力光学系とからなり、該増幅
素子への入力光を誘導放出過程により増幅することを特
徴とする全光学的画像増幅器。 - (2)利得媒体は前面から入射するポンプ光により励起
される特許請求の範囲第1項記載の全光学的画像増幅器
。 - (3)利得媒体はエバネッセンス波により励起される特
許請求の範囲第1項記載の全光学的画像増幅器。 - (4)ポンプ光の空間強度分布をマスクにより変えるこ
とにより増幅率を空間的に異ならせた特許請求の範囲第
1項記載の全光学的画像増幅器。 - (5)利得媒体の色素ドープ量を空間的に異ならせるこ
とにより増幅率を空間的に異ならせた特許請求の範囲第
1項記載の全光学的画像増幅器。 - (6)増幅素子は複数個シリーズに並べられ、各増幅素
子は前段の増幅素子の透過ポンプ光をポンプ光としてそ
のエバネッセンス波により励起される特許請求の範囲第
1項記載の全光学的画像増幅器。 - (7)ポンプ光は先鋭なパルス光からなる特許請求の範
囲第1項記載の全光学的画像増幅器。 - (8)入力光は、ポンプ光の発光タイミングから一定時
間後に入力する特許請求の範囲第1項記載の全光学的画
像増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63088558A JP2653824B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 全光学的画像増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63088558A JP2653824B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 全光学的画像増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259330A true JPH01259330A (ja) | 1989-10-17 |
| JP2653824B2 JP2653824B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=13946195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63088558A Expired - Lifetime JP2653824B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 全光学的画像増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2653824B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02284131A (ja) * | 1989-03-24 | 1990-11-21 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | 光学ビーム間の相関用装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49120656A (ja) * | 1973-02-27 | 1974-11-18 | ||
| JPS57125925A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical amplifying element |
| JPS6065585A (ja) * | 1983-09-21 | 1985-04-15 | Tokyo Daigaku | レ−ザ輝度増幅型投影装置 |
-
1988
- 1988-04-11 JP JP63088558A patent/JP2653824B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49120656A (ja) * | 1973-02-27 | 1974-11-18 | ||
| JPS57125925A (en) * | 1981-01-29 | 1982-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical amplifying element |
| JPS6065585A (ja) * | 1983-09-21 | 1985-04-15 | Tokyo Daigaku | レ−ザ輝度増幅型投影装置 |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02284131A (ja) * | 1989-03-24 | 1990-11-21 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | 光学ビーム間の相関用装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2653824B2 (ja) | 1997-09-17 |
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