JPH01503505A - 位相に関してモードがロックされたレーザー発生装置 - 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】 位相に関してモードがロックされたし・−ザー発生装置本発明は、位相に関して モードがロックされたレーザー発生装置であって、反射性の後部ミラーと半反射 性の出口ミラーとにより限定された共振キャビティを備えたレーザー発生装置に 関する。

第１図は、後部ミラー１と出口ミラー２とより成り、後部ミラー１と出口ミラー ２との間に長さしを有する径路を限定していて、光が径路上に置かれた活性な増 幅器媒体３を通過するよう構成された従来のレーザー源の配置を示した図である 。従来のレーザー源についてはいろいろなタイプのものが知られているが、第１ 図は、活性な媒体３の特性と幾何学的な形状を表示するやり方について限定して いるものではない。

従来のレーザー源は発振器を構成しており、発振器の共振キャビティを光が通過 する複数の前後方向の径路が存在するとともに、特別な考慮を払わないことを前 提とすれば、従来のレーザー源は、時間軸が期間Ｔ＝２Ｌ／ｃ（１）の周期的な ノイズの時間軸であるレーザーの放射を提供している。ここで、Ｌは２つのミラ ー１と２の間の距離であり、Ｃは光の速度である。時間の関数としての光の強さ ｉ　（ｔ）の形状が第３図に示されている。第３図は、放射された信号のスペク トル幅Δｆの逆数を表している相関関係の時間ｄｔを示している。第４図は、第 ３図に示されている周期的なノイズ１（１）の周波数のスペクトルＩ　（ｆ）を 示す。従来のレーザーの放射に対応した周波数のスペクトルが、時間信号ｉ　（ ｔ）の期間Ｔの逆数であるグループ間の間隔ｄｆを有する複数のグループの等距 離ラインより成ることは理解することができ上う。したがって、ｄｆ＝ｃ／２Ｌ （２）となる。ここで、Ｌは２つのミラーｌと２の間の距離であり、Ｃは光の速 度である。

しかし、第４図に示されている周波数のスペクトルを見れば判るように、等距離 ラインのグループの強さと位相はランダムに分散している。したがって、周波数 のスペクトルは、レーザー・エネルギーが濃縮されて゛モード″　ト呼ばれてい る周波数のグループを表している言語の誤用に関係したものである。

周期的なノイズ・タイプの従来のレーザーの放射では、ノイズのパワーの変動の 振幅は放射の平均パワーＰに等しい。

レーザー源を示している図である第２図の矩形４により表示されているいろいろ 異なった手段によりレーザーの放射のモードをロックするためにすでに提案が行 なわれている。前記手段はすべて、ミラー１と２の間にある共振キャビティの中 にある前後方向の通路で光が受けるロスまたはゲインを周期的に変調することに 頼っており、等式（２）の中で限定されている周波数ｄｆ−ｃ／２Ｌで変調が行 われている。この変調は、周期的なノイズｉ　（ｔ）の中の特定の領域の優先的 な増幅を周期的に増大させている。したがって、周期Ｔ＝２Ｌ／、Ｃ内で間隔を あけたパルスの特殊な連続した持続時間Ｔ。

のノイズはしだいに弱くなるが、前記持続時間ＴＯが増大すると、最適切な位相 を持たない領域を損なうことになる。強さｉ　（ｔ）のレーザー信号はそのラン ダムな特性を失い、第５図に示されている規則正しい形状を呈する。周波数のス ペクトルＩ　（ｆ）も、間隔ｄｆ＝ｃ／２Ｌで規則正しく隔置されていて、それ ぞれの幅が１／ＴＯであるピークを有する第６図に示されている規則正しい形状 を呈する。

第５図と第６図に示されているレーザー放射の形態は、゛発振器のモードがロッ クされている、位相がロックされているまたは同期状態にある′の用語により一 般的に表示されている。このタイプのレーザーの放射にさいしては、エネルギー は、平均のパワーよりさらに強力であって、最大のパワーＰｍａｘ＃Ｐ・（Ｔ／ ｄｔ）（３）を提供することができる狭いパルスの中に濃縮されている。ここで 、Ｔは等式（１）の中の期間２　Ｌ　／　ｃを表しており、ｄｔはスペクトルの 幅Δｆの逆数を表している。

例として、長さが１．５ｍの共振キャビティの中で（Δｆ＝ＩＱ１１ヘルツであ る）ネオジウムを封入したＹＡＧ結晶により作られた平均パワーＰ＝１ワットを 有する放射にはピーク・パワーが約１．０００ワツトであるパルスが包有されて いる。

さらに小さい平均パワーから大きい瞬間的なパワーを得ることによりレーザー源 の使用分野を拡大させることが可能であり、したがって、位相に関してモードが ロックされたタイプのレーザー放射を使用することは実用土の特長を増大させる ものである。しかしながら、位相に関してモードがロックされたレーザーの放射 を得る公知のいろいろな解決策は、現在のところ完全に満足なものではない。

したがって、増幅媒体が瞬間的に圧送される規則的に律動するタイプのレーザー 発生装置については、いわゆる゛消極的に′位相をロックすることは、透明度が 光の強さの関数として変化する特性を有するキャビティの中に媒体を導入するこ とにより行なわれている。媒体は染料と溶剤（クロロベンゼン、ジクロロエタン 等）の混合物であって、゛飽和可能な吸収剤″と呼ばれている。この液体は、セ ルの中に包有されていて、低い照明レベルでは透明度が非常に低く、一方、入射 光の強さが特性値、すなわち、飽和強さを越えると、透明度は非常に高くなる。

強さがこのしきい値を越えた光のパルスは、無視できる程度の減衰を伴なって伝 達される。モードがロックされたパルス・レーザーは、約Ｉｏｎｓの間隔を育す る連続した約１５の短いパルス（３９ｐｓ）の形で放射され、時間のプロフィー ルがガウス的であるエンベロープにより振幅が変調される。最も強力なパルスは 、約１ｍＪのエネルギーを移送する。

位相をロックさせるために染料と溶剤の混合物を使用することにはいくつかの欠 点が付随しており、主な欠点は次の通りである。

染料の密度は重要であるが、時間が経過する間、非常に不安定であること： 飽和可能な吸収剤の溶液は消耗することが問題であって、頻繁に（約４０時間の 使用ごとに）新しいものと取り換えなければならないこと： これらの吸収剤は、少数の放射の波長についてだけ使用に供せられていて、すべ てのタイプのレーザーに適しているわけではないこと： これらの吸収剤はレーザー・パルスの強さに上限を課するものではなく、このた めパワーの安定性を低めるとともに、レーザーの構成部分を損傷させる危険があ ること：圧送の繰返し速度が１ヘルツを越えると、染料を循環させる手段を用意 することが必要であること。

連続的なレーザー発生装置には、いわゆる゛活性的に′位相をロックすることが 一般に使用されている。連続的な圧送を行うためにレーザーの放射モードを同期 化させる方法の骨子は、音響光学変調器により上記の等式（２）のｃ　／　２　 Ｌに等しい周波数でキャビティ内のロスを定期的に変調させることにある。例え ば、１０ナノ秒間隔がおいているＹＡＧ／Ｎｄとアルゴンのレーザーの中で、例 えば、約１００ピコ秒持続する一連の短い光のパルスによりレーザー・ビームを 構成するよう、変調と位相が合った光の信号だけを増幅させることができる。こ れらのパルスそれぞれのエネルギは約１０１Ｊである。

このタイプの連続的なレーザー発生装置のモードの位相をロックすることにも欠 点を伴う。放射されたレーザー・パルスはそれぞれ、レーザー・キャビティを通 過する多数の往復動にもとづいている。（一般に８０メガヘルツから１００メガ ヘルツまでの範囲にある）音響光学要素の変調周波数は、常に正確に発振器を通 過する１回の往復動に要する時間の逆数に対応していなければならない。この結 果、変調器は非常に安定していなければならず、またその安定性は約１０ヘルツ の範囲内で正確でなければならない。したがって、使用されるマイクロウェーブ の周波数源の結晶は安定化されていなければならず、また温度変化のためキャビ ティの長さが変化する径路を持続するため、変調周波数を定期的に再調節しなけ ればならない。さらに、音響光学技術とその変調源は一般に高価である。

全体的に見て、レーザーのモードの位相をロックするいろいろな装置は、実用上 の要求をすべて満足させていない。

１９８５年９月１日に雑誌゛光学通信′の第５５巻第３号の２０１ページより２ ０６ページまでに発表されている゛ソリトンの伝播とカー光学的非線形によるレ ーザー・ビームの自己制限″のタイトルが付されているエイ・バルセレミとニス ・マヌーフとシー・フレーり共著になる論文は、反射率が強さに左右される媒体 の反射率の自己誘導変化の存在のもとで強いレーザー輻射を再現可能に安定した 状態で伝播させる方法を説明している。

しかし、実際には、例えば、１９８０年９月２９日に雑誌゛物理レビュ・レター ″の第４５巻第１３号の１０９５ページから１０９８ページまでに発表されてい る゛ピコ秒のパルスを狭くすることと光ファイバーの中でのソリトンの実験的な 観察′のタイトルが付されたエル・エフ・モーレナウアーとアール・エッチ・ス トーレンとジェイ・ビー・ゴルダン共著になる論文に説明されているように、単 一モードの光フアイバー内でピコ秒のパルスを短くするごとき非常に特殊な用途 についてだけしかソリトンの効果の利用は考慮されていない。

１９８４年１月に雑誌゛光学レター′の第９巻第１号の１３ページから１５ペー ジまでに発表されている゛ソリトン・レーザー″のタイトルが付されているエル ・エフ・モーレナウアーとアール・エッチ・ストーレン゛共著になる論文に″ソ リトン・レーザー゛　ト呼ばれている装置が提案されている。この論文によれば 、補足的に活性状態で変調を行う従来の音響光学手段を備えているカラー・セン ター・モードがロックされたレーザーは、従来の基本的なレーザー発生装置の主 レーザ−・キャビティに外部調節を提供する第２の゛ソリトン・パルス″キャビ ティと連結されている。外部調節ループは、ピコ秒のパルスが伝播する単一モー ドの非線形分散ファイバーより成る。このファイバーが適当な形態の分散を持つ ようにするためには、基本的なレーザー発生装置が１６３ミクロンより長い波長 を有する連続的なタイプのものであることが必要である。

特に、音響光学タイプの補足的な活性状態の変調を使用する必要上、モードがロ ックされた連続的なレーザー発生装置について上述されている欠点のすべてがこ のような装置に付随しており、非線形の分散ファイバーの使用と併せて、基本的 なレーザー発生装置の外側に第２のキャビティを設けることが必要である。した がって、装置は複雑であり、かさばっていて、調節が困難であり、うまく限定さ れたタイプのレーザー発生装置にしか使用することができない。

本発明の目的は、上述の欠点を解消するとともに、設計が簡単で信頼性があり、 最初の調節の後、頻繁に再調節することを必要とせず、非常に広い範囲の波長に わたって動作することができ、動作上の原理のおかげで連続したパルス間のパワ ーの安定性を改善した、モードがロックされたレーザーを提供することである。

上記の目的は、説明の当初に特定されているタイプのレーザー発生装置であって 、該レーザー発生装置がさらに、レーザー発生装置のモードの位相をロックする 装置を備えており、該装置が、増幅を活性化する媒体と後部反射ミラーとの間に 設けられていて、第一に、前記後部ミラーと接触した状態に置かれている非分散 性で非線形の媒体を備えているとともに、第二に、増幅器媒体から到達した円形 対称のガウス的なビームを前記非線形の媒体の中でソリトンを伝播させるに適し た形態のビームに変換する手段を備えていることを特徴とするレーザー発生装置 により達成されたのである。

し几がって、本発明は、波長にかかわりなく、連続タイプのレーザー発生装置と 期間的に律動するタイプのレーザー発生装置の両方に適用することができる。基 本的なレーザー発生装置のキャビティの内側で生じるソリトンの伝播によりモー ド間の同期が用意されており、基本的なレーザー発生装置に補足的な変調器また は補足的なレーザー・キャビティを付加する必要がない。脈動する準単色のビー ムは非分散性で非線形の媒体の中で伝播する。

さらに詳しく言えば、本発明の一実施例においては、ガウス的なビームを変換す る手段は、２つの二次波を形成するレーザー・ビームの振幅分割干渉装置と、ス ペース・フィルターと、振幅分割干渉装置の中で作られた干渉パターンの小さく なった像を形成するために２つの二次波の径路上に設けられた無限焦点系とより 成り、前記の像は後部ミラーに向かい合った非線形の媒体の入口の面上に形成さ れる。

干渉装置と無限焦点系とスペース・フィルターは、いろいろ異なったやり方で作 ることができる。　第１の実施態様においては、ガウス的なビームを変換する手 段は、ウオラストン・プリズムと、該ウオラストン・プリズムにより形成された ２つの二次波のうちの一方の径路上に設けられた半波プレートと、第１の収斂レ ンズと、スペース・フィルターと、第２の収斂レンズとより成る。

第２の実施態様においては、ガウス的なビームを変換する手段は、ウオラストン ・プリズムと、該ウオラストン・プリズムにより形成された２つの二次波のうち の一方の径路上に設けられた半波プレートと、２つの二次波を収斂させるよう該 ２つの二次波の径路上に設けられた第１と第２のミラーと、非線形の媒体の前に 設けられたスペース・フィルターとより成る。

第３の実施態様においては、ガウス的なビームを変換する手段は、２つの二次波 を作るスクリーンまたはホログラムにより構成された干渉装置と、第１の収斂レ ンズと、スペース・フィルターと、第２の収斂レンズとより成る。

ガウス的なビームを変換する手段が、非常に細長い矩形の形状を呈している非線 形の媒体の入口の面上で干渉領域を形成するために焦点が前記の面と一致してい る円筒影のレンズを備えていることが好ましい。

非線形の媒体は、二硫化炭素のごとき一様な非線形の材料を包有していて、透明 な入口の面を有するバットと、後部反射ミラーにより閉止された入口の面に向か い合った面とから構成するようにしてもよい。

別の可能性のある実施態様においては、非線形の媒体は、高い反射率を有する非 線形の材料を取り囲んでいる低い反射率を有する透明な誘電材料から作られた２ つの層から構成された横方向の単一モードの非線形のフラットなウェーブガイド より成り、後部ミラーは、フラットな非線形のウェーブガイドと接触していて、 前記ウェーブガイドを構成しているいろいろな層に関して直角をなしている。

この場合、増幅を活性化する媒体は、反射防止処理を受けた出口の面を有する半 導体のレーザー・ダイオードにより構成してもよく、またガウス的なビームを変 換する手段は、レーザー・ダイオードと横方向の単一モードのフラットな非線形 の媒体との間に介在しても設けられた収斂レンズより成るようにしてもよい。

増幅を活性化させる媒体は、共通の基体に植え込まれていて、反射防止処理を受 けた出口の面を提供しているレーザー・ダイオードより成るようにしてもよく、 またガウス的なビームを変換する手段は、無限焦点装置により構成されていると ともに、１字数だけ高いモードを励起するように非線形ウェーブガイドの入口の 面上でダイオードの凹路網の出口の面の簡単な像を形成するスペース・フィルタ ーにより構成された光学系より成るようにしてもよい。

本発明のその他の特性と特長は、添付図面を参照して例として示されている本発 明の特定の実施例に関する下記の説明より明らかとなるであろう、、　第１図は 、従来の独立モードのレーザー発生装置を示す図である。

第２図は、従来のモードがロックされているタイプのレーザー発生装置を示す図 である。

第３図と第４図はそれぞれ、独立モードでレーザーを放射したときの時間軸とス ペクトル軸を示す。すなわち、第３図と第４図は、時間ｔの関数としての放射さ れたレーザー・ビームの強さｉ　（ｔ）と、周波数の関数としての放射されたレ ーザー・ビームの強さＩ（ｆ）を示すグラフである。

第５図と第６図はそれぞれ、モードがロックされたレーザーのビームを放射した ときの時間軸とスペクトル軸を示す。すなわち、第５図と第６図は、第３図と第 ４図のグラフと同じやり方で時間ｔの関数としての強さｉ　（ｔ）と、周波数ｆ の関数としての強さＩ（ｆ）を示すグラフである。

第７図は、カー非線形を存する媒体の中でのレーザー・ビームのソリトンを自己 制限する状態を示す斜視図である。

第８図は、本発明に従ってソリトン・ビームによりモードの位相がロックされた レーザー発生装置の一例を示す斜視図である。

第９図は、本発明に従って位相をロックさせんモードを存するレーザーの放射に もとづいて応答が迅速な光検出器により送達された電気信号の波形の一例を示す 。

第１Ｏ図は、本発明に従ってレーザー発生装置に使用可能なフラットな非線形の ガイドの一例を示す斜視図である。

第１１図より第１３図までは、非線形の媒体の中でのソリトンの伝播を使用する ことによりレーザー発生装置のモードの位相をロックする装置の３つの実施例を 示す図である。

第１４図と第１５図は、モードの位相がソリトン・ビームによりロックされてい て、それぞれレーザー・ダイオードとレーザー・ダイオードの回路網を備えたレ ーザー発生装置を示す図である。

まず、゛非線形′の用語が、反射係数が材料を通過する光のビームの強さの関数 として変化する材料を意味することを思い出していただきたい（光学的なカー効 果参照）。光学的な非線形が、゛反射係数の自己誘導された変化′の表現により 表示されることがしばしばである。

本発明の本質的な手段は、レーザー発生装置のモードの位相をロックすることを 可能ならしめる特殊な目的のためにソリトンの伝播を実施することにある。

さて、例えば、二硫化炭素（ＣＳ　ｔ）のごときカー非線形を存する媒体５内に おけるレーザー・ビームのソリトンの自己制限の状態を第７図を参照しながら簡 単に説明することから説明を始めたい。

高さ方向すにおける正弦波状の干渉により変調されるｂ　）　ａにより表示され る矩形の部分ｂｘについて波長λの狭いレーザー・ビームを考える場合、ビーム のパワー密度が限界値Ｐｓｏｌより小さい限り、ビームは通常の角度的な開口ξ ＝λ／ａをもって水平方向に拡散するが（曲線６参照）、ソリトン・パワーＰｓ ｏｌに達すると、水平方向の拡散を正確に解消する垂直方向にフラットなウェー ブガイドを作る（曲線７参照）ことが観察されている。

もし、特殊な手段がレーザー発生装置の共振キャビティの中に挿入されると、′ ソリトン効果′として知られているこの再現可能な現象は、レーザーのパワー濾 過を同時に行いながら、レーザー放散のモードの位相をロックすることに貢献す る。　本発明を実施するに適した装置の一例を示した第８図を参照しながら上記 の現象を説明する。

第８図は、伝達率が、例えば、３５％である出口ミラー２を備えていて、モード がロックされた出口レーザー・ビーム８を通過させるレーザー発生装置を示して いる。増幅を活性する媒体３、例えば、直径が５ｍｍを上回って使用されるに適 している瞬間的に圧送されたネオジウム封入ガラス・ロッドが、出口ミラー２と 完全反射後部ミラー１との間に介在して設けられている。

本発明によれば、例えば、二硫化炭素のようなカー媒体を包有したバットのごと き非拡散性の線形媒体５を包有したセルが、共振キャビティの後部ミラーｌが非 線形のセルと接触するようなやり方で設けられている。したがって、ミラーｌは 、カー液体５を包有しているバットの面のうちの１つを直接構成している。

本来一般的に使用されているいろいろな光学的な構成要素が、軸回りの対称が通 常のやり方でほぼガウス的であるビームが後部ミラー１から見て反対側にある非 線形の媒体５まで入口の面上をソリトンの伝播に適した形態を有するビームに変 換されるようなやり方で、増幅媒体３と該増幅媒体３を通過する主レーザ−・ビ ームを変換させる非線形の媒体５との間に介在して設けられている。

干渉パターンを設定するとともに、主レーザ−・ビーム２０を２つの二次ビーム ２】と２２に分割するウオラストン・プリズム１１が第８図に例示されている。

ウオラストン・プリズム１１により設定された直交する分極が平行状態となるよ うにイるため、ギ波プレート１２が二次ビームのうちの一方にａけられている。

２つの円形の収斂レンズ１３と１５は、ウオラストン・プリズム１１の中で作ら れた干渉パターンを（例えば、ファクター４により）小さく１゜た像を形成する 無限焦点系を構成している。焦点がセル５０入口の面の平面と合致している円筒 状のレンズ１６は、〒渉領域が（第７図に示されているように）非常に細長い矩 形の杉状を呈するよう、光のビームの水平方向の′−Ｊ法を限定している。レン ズ１３と１５との間に設けられたスペース・フィルター１４がレーザー・ビーム のパワーを濾過するのに貢献している。

第８図に示されている装置は次ぎのように動作する。

パワーか低いときは、ソリトン・ビームは存在しない。後部ミラーｌは、レーザ ー・キャビティのモードのうちのどれにも対応しない円筒形の拡散波を受け取る 。ソリトン・パワーでは、後部ミラー１は往復移動を行うことができる平行なビ ームを受け取り、該平行なビームは、発振器のミラー１と２の間を歪みを伴うこ となく通過する。かくして、キャビティのＱファクターはソリトン・パワーで最 大値に達する。増幅媒体３がこのパワーを提供することができるとき、発振器は 、出口ミラー２の伝達性ファクターぶん減少したソリトン・パワーに等しいパワ ーで一連の周期的なパルスを発生する。

照明か弱すぎると、ビームは拡散する。照明が所要のレベルより大きいときは、 無秩序な自己焦点合わせ工程が現れ、これにより輻射のさいのスペースと時間の 干渉性がなくなる。したがって、幾何学的なソリトン構造の自己案内伝播を発生 させるために必要とされるパワーに上下の限界があり、またレーザー発生装置に より放射されるパルスのパワーにも上下の限界がある。

カー液体５を包有したバラ）・と、キャビティのミラー１のうちの１つをレーザ ー発生装置に導入するとともに、円形対称のガウス的なビームを適当な形態のビ ームに変換するために使用されるレンズと分極用の構成要素にもとづいた装置を １ノ−ザー発生装置に導入することを骨子とする提案された技術は、次の特長を 提供するものである。

装置は、一旦はすべての構成要素について調節されるが、頻繁に再調節すること を必要としないこと。

装置は、（可視赤外線と近赤外線のごとき）非常に広い範囲の波長にわたって動 作するのに適していること。

連続したパルス間のパワーの安定性が、装置が動作する原理のおかげで改善され ること。

第１Ｏ図は、本発明に従ってモードがロックされたレーザーの放射を受け取るナ ノセカンドの応答性を有する光検出器から送達される電気信号の一例を示す。

円形対称を有する通常のビームを非線形の媒体５の入口で提供されることを必要 とするようなソリトンの伝播に形態が適しているビームに変換するため、いろい ろな従来の光学的な組み合わせを使用することができる。これらの組み合わせそ れぞれにより、レーザー・キャビティに合った異なった輪郭が生じる。

第８図の実施例に対応した第１の輪郭が第１！図に拡大代で示されている。

第１２図に示されている第２の可能性のある輪郭では、第１１図のレンズ１３と １５は、第１１図の対応した要素に類似したウオラストン・プリズム１１１によ り形成される第２のビーム２１と２２を収斂させる２つのミラー１１３と１１５ と取り換えられている。

二次ビーム２１と２２の一方に置かれている半波プレート１１２は、ビーム２１ と２２の分極を平行ならしめる働きをしている。円筒形のレンズ＋１６は、第１ １図のレンズ１６と同じ作用を行う。フィルター・スロット１１４は、非線形の 媒体５の前に置かれている。

第１３ＥＤの輪郭では、スクリーンまたはホログラム２１１は、干渉しまの組織 を形成するために主ビーム２０上に置かれていて、第１１Ｅのウオラストン・プ リズム１１と半波プレート１２により構成されたアッセンブリと取り代わってい る。構成要素２１３より２１６までは、第１１図の構成要素１３より１６までと 類似している。

上記の場合、例えば、カー液体５で充填されたバットにより構成されている一様 な非線形の媒体が考慮されている。

しかし、第１０図に示されているフラットな非線形のウェーブガイド５０は、第 ８図と第１１図より第１３図までに示されている構成の後部ミラー１１と接触し た状態にある一様な非線形の材料と取り代わってもさしつかない。

第１０図のウェーブガイド５０は、フラットな光のウェーブガイドの壁体（この 場合は水平の壁体）により面（例えば、水平な面）内にあるソリトンの自己案内 を垂直な面内の案内と組み合わせている。このフラットな光学的なウェーブガイ ドは、低い反射率ｎｌを有し、合わせ材として機能し、反射率がｎｌより高くて 芯を構成している非線形の（カー）媒体５２を取り囲んでいる透明な誘電材料か ら作られた２つの層５１と５２により構成されている。入射ビームの特性的な寸 法は、１つのウェーブガイド・モード（基礎的なモードまたはさらに高い次数の モード）だけが励起されるよう選択されている。

層５１と５２の率ｎ１は、ウェーブガイド５０が置かれている大気の媒体の率ｎ ｏより大きいが、常に層５２の可変率より小さい。

フラットな非線形のウェーブガイド５０を使用することは、ソリトン−ビームが 形成されるしきい値を減少させることが必要なとき、例えば、増幅を活性化する 媒体３が連続的に圧送されて、低いパワーを発生するときに特に有利である。

一般に、共振キャビティの後部ミラーｌと協働するために使用される非線形の材 料は、放射波長では高度に透明でなければならず、強さと関連して反射率の変化 係数が高くなければならず、また増幅媒体の増幅帯の往復持続期間より短いカー 効果応答時間を持つものでなければならない。

本発明は、半導体レーザー・タイプのレーザー発生装置にも適用することができ る。この場合、第１０図に示されているウェーブガイドに類似したフラットな非 線形のウェーブガイドを使用することが必要である。

レーザー・ダイオード３０については、該ダイオード３０は反射防止処理を受け た面３１を備えていなければならず、またレンズ３１４、例えば、球面円筒状レ ンズは、横方向のシングル・モードのフラットな非線形のウェーブガイド５０の 中にビームを最適切に入射させるため、ダイオード３０と後部ミラー１と関連し た非線形のフラットなウェーブガイド５０との間に配置されている。ダイオード ３０は、反射防止処理がほどこされた面３１に向かい合った面３２を備えている 。

第４５図は、共通の基体の中に植え込まれていて、反射防止処理を受けた面！３ １を有するレーザー・ダイオード１３０の回路網を使用したレーザー発生装置を 示している。第１１図に示されている対応した構成要素に類似した構成要素によ り構成された光学系１３と１４と１５は、１次数だけ高いモードを励起させるた め、非線形のウェーブガイド５０の入口の面上にレーザー・ダイオード１３０の 回路網の面１３１の簡単な像を形成する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １／後部反射ミラー（１）と出口の半反射ミラー（２）とにより限定された共振 キャビティを備えていて、活性な増幅媒体（３）が前記後部反射ミラー（１）と 出口の半反射ミラー（２）との間に設けられているモードをロックさせた状態の レーザー発生装置であって、該レーザー発生装置がさらに、レーザー発生装置の モードの位相をロックする装置を備えており、該装置が、増幅を活性化する媒体 （３）と後部反射ミラー（１）との間に設けられていて、第一に前記後部反射ミ ラー（１）と接触した状態に置かれている非分散性で非線形の媒体（５：５０） を備えているとともに、第二に、増幅器媒体から到来した円形対称のガウス的な ビームを前記非線形の媒体（５：５０）の中でソリトンを伝播させるに適したビ ームに変換する手段（１１より１６まで；１１１より１１６まで；２１１、２１ ３より２１６まで；１３１より３１４まで）を備えていることを特徴とするレー ザー発生装置。 ２／ガウス的なビームを変換する手段（１１より１６まで）が、２つの二次波（ ２１、２２）を形成するレーザー・ビーム振幅分割干渉装置と、スペース・フィ ルターと、振幅分割干渉装置（１１）で作られた干渉パターンの小さくなった像 を形成するために２つの二次波の径路上に配置された無限焦点系（１３、１５） とより成り、前記像が、後部ミラー（１）と向かい合った非線形媒体（５）の入 口の面上に形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザー発生装置。 ３／ガウス的なビームを変換する手段が、ウオラストン・プリズム（１１）と、 該ウオラストン・プリズム（１１）により形成された２つの二次波（２１、２２ ）のうちの一方（２１）の径路上に設けられた半波プレート（１２）と、第１の 収斂レンズ（１３）と、スペース・フィルター（１４）と、第２の収斂レンズ（ １５）より成ることを特徴とする請求項２記載のレーザー発生装置。 ４／ガウス的なビームを変換する手段が、ウオラストン・プリズム（１１１）と 、該ウオラストン・プリズム（１１１）により形成された２つの二次波（２１、 ２２）のうちの一方（２１）の径路上に設けられた半波プレート（１１２）と、 ２つの二次波（２１、２２）を収斂させるよう２つの二次波（２１、２２）の径 路上に設けられた第１と第２のミラー（１１３、１１４）とより成ることを特徴 とする請求項２記載にレーザー発生装置。 ５／ガウス的なビームを変換する手段が、２つの二次波（２１、２２）を作るス クリーンまたはホログラム（２１１）により構成された干渉装置と、第１の収斂 レンズ（２１３）と、スペース・フィルター（２１４）と、第２の収斂レンズ（ ２１５）とより成ることを特徴とする請求項２記載のレーザー発生装置。 ６／ガウス的なビームを変換する手段がさらに、非常に細長い矩形の形状を有す る非線形の媒体（５）の入口の面上に干渉領域を形成するために、焦点が前記の 面と合致する円筒形のレンズ（１６：１１６：２１６）を備えていることを特徴 とする請求項２より５までのいずれか１項記載のレーザー発生装置。 ７／非線形媒体（５）が、二硫化炭素のごとき一様な非線形材料を包有していて 、透明な入口の面を有するバットと、後部反射ミラー（１）により閉止された入 口の面に向かい合った面とにより構成されていることを特徴とする請求項２より ６までのいずれか１項に記載のレーザー発生装置。 ８／増幅を活性化する媒体（３）が、瞬間的に圧巻されたネオジウムを封入した ガラス・ロッドにより構成されていることを特徴とする請求項２より７までのい ずれか１項記載のレーザー発生装置。 ９／非線形の媒体が、高い反射率を有する非線形の材料（５２）を取り囲んでい る低い反射率（ｎｌ）を有する透明な誘電材料から作られた２つの層（５１、５ ３）により構成された横方向の単一モードの非線形のフラットなウエーブガイド （５０）より成ることと、後部ミラー（１）が、フラットな非線形ウエーブガイ ド（５０）と接触していて、前記ウエーブガイドを構成しているいろいろな層（ ５１より５３まで）に関して直角であることとを特徴とする請求項１記載のレー ザー発生装置。 １０／増幅を活性化する媒体（３）が、連続的に圧送されるレーザー増幅媒体に より構成されていることを特徴とする請求項９記載のレーザー発生装置。 １１／増幅を活性化する媒体（３）が、反射防止処理を受けた出口の面（３１） を有する半導体レーザー・ダイオード（３０）により構成されていることと、ガ ウス的なビームを変換する手段が、レーザー・ダイオード（３０）と横方向の単 一モードのフラットな非線形の媒体（５０）との間に介在して設けられた収斂レ ンズ（３１４）より成ることとを特徴とする請求項９記載のレーザー発生装置。 １２／増幅を活性化する媒体（３）が、共通の基体状に植え込まれていて、反射 防止処理を受けた出口の面（１３１）を提供しているレーザー・ダイオード（１ ３０）の回路網より成ることと、ガウス的なビームを変換する手段が、無限焦点 装置（１３、１５）と、１字数だけ高いモードを励起するようなやり方で非線形 のウエーブガイド（１４）の入口の面上にダイオードの回路網（１３０）の出口 の面（１３１）の簡単な像を形成するスペース・フィルター（１４）とにより構 成された光学的な系より成ることを特徴とする請求項９記載のレーザー発生装置 。