JPH0533837B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 低エネルギーで高質位相波面で高いスペクト
ル純度の発振器をさらに備えている主発振器と、 前記主発振器からの出力が導入されるところに
沿う光路に沿つて少なくとも一つのレーザ媒体増
加要素を備えている増幅段と、 前記主発振器の出力放射線の所定の割合を前記
光路に沿つて前記増加要素に選択的に結合すると
同時に前記主発振器に再入射しないように前記増
幅段を出射するいくらか増幅した放射線の所定の
割合でほとんどを防止するための結合手段と、 前記結合手段のように前記増加要素の対向側の
前記光路上に沿つて配置し、その上に入射するレ
ーザ放射線の位相共役を反射する為の位相共役手
段と、 及び、前記増幅段増加要素と前記位相共役手段
の間に配置し、前記主発振器横軸から前記光路に
沿つて結合した放射線パルスがいくらかの反射し
た放射線が前記位相共役手段から前記増加要素に
入射する前に前記レーザ媒体増加手段から十分に
前記位相共役手段に向けて出射される遅延手段
と、を備えている所望した高出力レーザ放射を備
える為に増幅する増幅段に導入される放射線源を
備えている主発振器に主発振器出力増幅形態を利
用しているレーザ装置。

２ 前記遅延手段は、前記増加要素及び前記位相
共役鏡の間にその距離Ｄが Ｄ＝１／２（τ）cn の関係式によつて定義され値に等しいかもしくは
それよりも大きい光路分離距離を備えている請求
の範囲第１記載のレーザ装置。

ここで（τ）は前記主発振器から発射した放射
線のパルスの持続時間、ｃは光の速度、そしてｎ
は、通過される媒体に関する屈折率である。

３ 前記結合手段は、前記光路に沿つて主発振器
からの放射線に関して偏光方向依存伝達特性を有
し、前記レーザ装置は、更に前記増加要素から再
入射する放射線の偏光方向を回転し、前記光路に
沿つて結合手段に向かつて出射する為の偏光回転
手段を備えている請求の範囲第１項記載のレーザ
装置。

４ 前記結合手段は、前記主発振器からの出力光
路に対してブリユースタ角に配置した高質光学平
面を備え、前記偏光回転手段は、偏光ローテータ
ー、1/4波長板、もしくは前記平面に接近する周
波数二倍器を備えている請求の範囲第３項記載の
レーザ装置。

５ 前記増加要素のレーザ媒体からの位相情報の
最大限の移送を前記位相共役鏡及びその後方に提
供する為に前記位相共役手段と前記増加要素の間
の前記光路に沿つて配置した映像手段を更に備え
ている請求の範囲第１項記載のレーザ装置。

６ 破壊を防止する為に焦点で放射線の強度を十
分に減少するように所定の方法で放射線を歪ませ
る為の前記映像手段と前記結合手段の間の光路に
沿つて配置した収差手段を更に備えている請求の
範囲第５項記載のレーザ装置。

７ 所定したエネルギー強度を越えたレーザ放射
が前記増幅段から前記主発振器に再入射すること
を防ぐ上記主発振器と前記結合手段の間に配置し
た光学分離手段を更に備えている請求の範囲第１
項記載のレーザ装置。

８ 前記光学分離手段はプラズマシヤツターを備
えている請求の範囲第７項記載のレーザ装置。

９ 前記結合手段及び前記位相共役手段の間の前
記光路に沿つて配置した少なくとも第２のレーザ
媒体増加要素を更に備えている請求の範囲第１項
記載のレーザ装置。

１０ 一方の増加要素から他方の増加要素びその
後方に位相情報の最大限の移送を提供する為に前
記増加要素と前記第２の増加要素との間の前記光
路に沿つて配置した映像手段を更に備えている請
求の範囲第９項記載のレーザ装置。

１１ 前記増加要素と第２の増加要素との間に配
置した筒型レンズ装置を備えている請求の範囲第
９項記載レーザ装置。

１２ 前記増加要素と前記位相共役手段の間の前
記光路に沿つて配置されている前記位相共役手段
にレーザ放射線を集光する為の集光手段を更に備
えている請求の範囲第１項記載のレーザ装置。

１３ 前記位相共役手段は、所定の望んだ波長で
動作する誘発ブリユアン散乱媒体（SBS媒体）を
更に備えている請求の範囲第１項記載のレーザ装
置。

１４ 前記SBS媒体は導波管を備えている請求の
範囲第１３項記載のレーザ装置。

１５ 前記SBS媒体は、メタンもしくはテトラ蛍
光メタンの種類から選択した圧縮気体媒体を含ん
でいる囲いを備えている請求の範囲第１３項記載
のレーザ装置。

１６ 位相共役手段は、所定の望んだ波長で動作
する誘発ラマン散乱媒体を備えている請求の範囲
第１項記載のレーザ装置。

発明の背景 この発明は、レーザ装置に関し、より詳細に
は、波面歪みを補正する位相共役反射鏡を備えて
いるレーザ発振器／増幅器に関する。

レーザ装置及びレーザシステムは、波面歪み及
びスペクトル幅のいくつかの原因によつて損害を
うける。熱的な応力すなわち勾配、振動もしくは
収差によつて起こつた問題点は、全てレーザの到
達している放射線波面の歪みに寄与する問題であ
る。更に加えて、熱的な影響は、安定した状態作
用の熱平衡が光学要素に到達されるまでの立上が
り間の動作において大きな過渡効果を引起こす。
もしレーザが連発で作動されると、過渡周期がそ
のとき総合的なレーザ作動サイクルに対して大き
い比率をしめるために、この影響は、パルスした
レーザ及びCWレーザにおいて重要な問題であ
る。

波面歪みは、レーザ光の性能を低下し、不十分
なエネルギー摘出効率及びビーム発散を引起こ
す。出力ビームの質及び出力レベルに影響するの
で、レーザの内部成分の波面歪みは、記述した応
用の為に不適当なことがある。これは、発展した
通信組織又は略回折規制したレーザ出力が望まれ
るトラツキングシステムに対して特に調整が必要
とされる。更に、たとえもし安定した状態動作が
通常の手段によつて十分に作ることができるとし
ても、高出力すなわち高エネルギー密度レーザで
の熱影響は、安定状態動作の前の最初の立上がり
周期の間、まだ不満足な性能を生じ、それからレ
ーザ装置要素は熱平衡を獲得する。

いくつかの技術は、限定した後方反射鏡及び変
形可能なミラーを備えて波面歪み防止及び除去の
為に提供されている。特別な固体状態レーザロツ
ドにおいて、ポンピングによつて発生した熱的な
勾配は、負レンズによつて修正可能な正レンズイ
ング（positive lensing）として知られる影響を
引起こす。しかしながら過渡状態のに対して機械
駆動は、交換レンズイング（changing lensing）
を動作的に補正するように利用されなけねばなら
ない。これはいくつかの成功例に利用される一方
で、いくつかの欠点がある。第１に、平面構成レ
ーザ増加媒体のように径方向に対象的でない配置
構成の為に媒体レンズイング結果（media
lensing effects）は単一レンズではなく、複合レ
ンズ構造が補正におおじて必要とされる。第２
に、いくつかの“動的な”レンズシステムは、高
速で感知し調整する正確な閉じたループを必要と
する。このことは、大きいレーザシステムにおい
て電気的な制御、機械的な駆動、変形可能すなわ
ちフレキシブルな鏡及びフイードバツクループや
サーボシステムの開発に向けられている。以上か
ら明白なように、これらのものはレーザすなわち
レーザ装置をより複雑にさせ、高価で、所望した
ものよりアライメントエラーの傾向がある。また
この研究方法も、応用の多様性に対して十分に補
正するような過渡効果速度を調和することができ
ない応答（速度）限界を有している。機械式では
ない装置は、略回折制限したレーザ装置の発展し
たために補正の所望したレベルを為遂げている。

更に、多くの応用では所望の効果的な動作内部
でのウオームアツプすなわち動作の立上がり位相
の間でも所望の効果的な動作を必要とする。前に
提案した精巧な機械式の熱レンズイング補正装置
でさえも、過渡ウオームアツプ状態における効率
の点において良い性能を為遂げることができな
い。回折制限した性質は、安定した状態における
実験室のレーザにおいてのみ証明されている。

レーザ装置において収差補正をする為の種々の
提案は、位相共役ミラーを使用することである。
ここで増加媒体からのレーザエネルギーは、位相
共役鏡によつて反射され、位相共役鏡は通常のレ
ーザ鏡に取つて代えられ、それから増加媒体を複
光路形態で通過される。

位相共役鏡は、波面が入射した波面を時間的逆
再生として作用する反射による放射を提供する。
これは、同一の光路を再通過する放射を提供し、
いくらかの収差を備えているとき、逆向きにおい
て歪んでいない波面となる。これはV.V.
Shkunov and B.Y.Zel′dovich in SCIENTIFIC
AMERICAN253 ＃６，54（Dce 1985）
“Optical Phase Conjugation”においてより詳
細に論述される。この提案では、位相共役は、簡
単に述べると定常状態光学歪みを補正するのと同
様に応答や動作の短い時間を受動的に補正するの
に利用される。しかしながら、提供した案、すな
わち文献に記載した具体例の一方は、実証されて
おらず、発振器出力の相対的に大きい量を必要と
し、結果として相対的に非効率的であり、増幅媒
体において増幅した自発放射によつて強制したエ
ネルギー摘出においてアドレス制限がない。

発振器／増幅器の配列の基本事項は下に記述す
る。すぐれたビーム質及び一時的な過渡性能をも
つ発振器は低い出力のときに得られる。発振器が
より高い出力で測定されるとき、レーザ媒体の熱
的な問題は進歩することが難しく、そのことは高
質の発振器、過渡性能の向上、及び効率の向上を
同様に獲得することが進歩することを難しくさせ
る。同様の問題が増幅器において起こる。しかし
ながら増幅器におけるこれらの問題は、位相共
役、もしくは他の技術によつて容易に解決され
る。これらによつて、発振器／増幅器において発
振器内のエネルギーの総出力、及び入力の分離を
最少にすることが要求可能である。位相共役を使
用している発振器／増幅器は、“Cancellation of
Phase Destortions in an Amprifying Medium
with ａ Brillouin Mirror，”O.Y.Nosach，et
al，ZHEFTPIS.RED.Vol.16，No.11，pp.617−
621（５ December1972）及び“Conection
between the Wave Fronts of the Reflected
and Exciting Light in Stimulated
Mandl′Shtam−Brillouin Scattering，”B.Y.Zel
dovich，et al，，ZHEFTPIS.RED.，Vol.15，
No.3，pp.160−164（５ February 1972）ような
雑誌上のソビエト文献において記述されている。
しかしながら、この文献では、高いエネルギーで
作動するパルス装置が記述されており、高い反復
率でこれらは作動するため低い利得とエネルギー
となつている。

付加したレーザすなわちレーザ装置は、エブト
ホフによる米国特許番号4321550及びワングなど
による米国特許番号4233571に記述されている。
これらの特許は、出力が増加媒体を通過して単一
及び複光路通過レーザ放射の後で獲得されるレー
ザ装置を含んでいる。エネルギーは、ワンラウン
ドトリツプ上の増加媒体の外側で抽出される。こ
れらのレーザ装置が収差補正及び補正した波面出
力を提供する為に明らかにされるが、この装置
は、媒体が効果的に飽和状態に駆動されない為に
駆動する為の相対的に大量の発振器エネルギーを
必要とする。これらの形態もまた、レーザ媒体の
光学的歪み幅が広いことを許さず、その結果過渡
性能が悪く、性能が狭い出力範囲に制限されたり
する。

必要とされることは、レーザ増加要素を飽和さ
せる方法であり、そしてこの発明では発振器性能
の必要性を最少にしているため高い摘出効率を獲
得する。このことは、増幅器が高い利得を有する
ことを要求する。しかしながら利得は増幅した自
発人射によつて制限されるために、この結果を制
限する方法もまた必要とされる。同時に位相共役
が光学歪みの広い範囲で効果的におこなわれ、過
渡と広い出力範囲で操作が許されるとき光学形態
を補正するための方法が必要である。

発明の概要 この発明の第１の目的は、位相共役を利用して
いる間、獲得媒体からエネルギーの最大摘出を認
めることである。

この発明の第２の目的は、出力パワーの範囲及
び位相共役したレーザ装置に対する過渡反応を改
善することである。

この発明の第３の目的は、発振器エネルギーに
対する増幅の比率を最大にすることによつて発振
器／増幅器構成の総合の効率を増加させることで
ある。

この発明の第４の目的は、光路に沿う位相情報
の損失を最少限にする光学的な形状によつて位相
共役の正確さを最大にすることである。

この発明のこれらと他の目的では、主発振器出
力増幅器（MOPA）を利用しているレーザ装置
で実現され、そこでは主発振器は光源を提供し、
その放射は、所望のより高い出力パワー放射を供
給するために増幅する増幅段に導かれる。主発振
器は、低エネルギーを備え、高位相面精度、及び
レーザ放射のパルスを提供する高スペクトラル純
度レーザを備えている。パルスは、発振器媒体使
用したタイプと同様に所望のレーザ応用に応じて
限定した継続時間および波長を有している。

増幅段は、一端に配置した位相共役手段と他端
に配置した結合手段の間に延出している光路に沿
つて配置した少なくとも一つのレーザ増加要素を
備えている。

主発振器からのエネルギーは、増加要素を通過
した光路に沿つて主発振器からの出力の所定の割
合を選択的に結合する為に結合手段を利用してい
る増加要素内で結合される。

レーザ装置は、位相共役手段から反射した放射
線が再び増加要素に入射される前に、主発振器出
力からの放射パルスを前記位相共役鏡の方へ十分
に出射するために、前記位相共役手段と増加要素
の間に配置した遅延手段を更に利用している。

遅延手段は、長さがＤ＝１／2τcnとして定義
される距離Ｄに等しいか、もしくはそれよりも大
きく増加要素と位相共役鏡の間の光路を規定する
ことによつて為遂げられる。ここで（τ）は主発
振器から発射した放射線のパルスの持続時間、ｃ
は光の速度、そしたｎは通過される媒体に関する
屈折率である。

この発明の他の状況において、結合手段は、増
加要素光路に沿つてもしくはその中に放射線の偏
光依存伝達性を有し、そしてレーザ装置は位相共
役鏡によつて反射した放射線の偏光を回転し、及
び光路に沿つて結合手段の方向に通過するために
更に偏光回転手段を備えている。これは、なるべ
くなら主発振器入力放射線が、偏光ローテータ及
び1/4波長板、もしくは周波数２倍器がブリユー
スタ板に対してブリユースタ角で配置された高質
光学平面を使用して為遂げられる。

この配置は、発振器及び増幅器の間の分離を提
供する。

この発明の他の状況において、レーザ装置は、
媒体から位相共役鏡及びその後方に位相情報の十
分な最大限の移送が提供されるように増加要素と
位相共役鏡の間の光路に沿つて配置した１つもし
くはそれ以上の映像要素を使用する。これは、共
役の正確差、増幅及び飽和の効率、そして装置が
動作できる値を越えた出力の範囲を増加する。

この発明の他の状況において、主発振器及び増
幅段階は、互いに好ましくはプラズマシヤツター
からなる分離手段によつて特別に光学的に分離さ
れる。これは増幅段階から主発振器に再入射する
ことに対して所定したエネルギー強度以上のレー
ザ放射を防止する。

この発明のなお他の見地にいて、レーザ増加要
素は最初の増加要素と位相共役鏡の間の光路に沿
つて配置されてもよい。位相共役鏡は、所望した
波長や導波管で作動する誘発ブリユアン散乱媒体
を備えている。

図面の簡単な記述 この発明の記述は、同様の符号は同様の部分を
参照する成された図面との関連が取入られるとき
に添えた記述からより理解されるかもしれない。

第１図は、この発明の原理に従う高摘出レーザ
装置の線図を示す。

第２図は、映像の重要な原理及び多数の増加要
素を利用しているこの発明の原理に従う高摘出レ
ーザ装置の線図を示す。

第３図は、位相共役鏡の二者択一の具体例を示
す。

具体例の詳細な記述 この発明は、増幅器段と複光路反射の為の位相
共役反射鏡との間に配置した遅延手段と共に主発
振器と増幅器との間に結合手段を有している基礎
的な主発振器出力増幅器配置（MOPA）を利用
しているレーザ装置を備えている。この配置は、
レーザ増加媒体からの検出効率が増加され、高い
出力パワーという利点がある。

発明の原理は、さらに第１図に示され、示され
ているレーザ装置１０は、単一レーザ増加要素１
４にポンプするために放射性のパルスを供給する
主発振器源１２を備えている。第１図の具体例に
おいて、主発振器は、好ましくは、レーザ発振器
であり、相対的に形状において従来のものであ
る。レーザ発振器は、いくつかの知られたレーザ
装置及びレーザタイプのどれかを備えることがで
き、そしてそれには、ガス、色素もしくは固体状
態レーザ媒体が使用される。通常の具体例におけ
るレーザ発振器は、特別に高質な出力ビーム、即
ち単一放射及び軸モード性能を備えている。けれ
ども、発振器の出力は、どれでも所定の、すなわ
ちレーザ装置１０の要求した位相面を有するよう
に形成されることができる。レーザ装置１０の出
力は、この発振器位相面を繰返すであろう。後に
のべる他の要素との結合によるMOPA構成は、
増加要素１４によつてレーザ装置１０のエネルギ
ー摘出を増加させ、そのために、数mJほどの非
常に弱いエネルギーで作動する発振器を許す。こ
の構造は、従来のレーザ構造と異なり、そしてさ
らに非常に高質出力を有する発振器の構成の容易
さを増す。これは、より低エネルギー、出力モー
ドの質、発散、及びスペクトル幅の制御がより容
易であるという事実から理解される。

発振器１２は、特有に増幅器１４のエネルギー
レベルの１から２％で作動される。この形状に付
け加えられる好都合は、全体のレーザ効率に重大
に影響することなしに瞬時の状態の下で良い性質
を有するように更に容易に作られることのできる
発振器１２の動作である。発振器１２の出力は、
結合手段１６を用いて増加要素１４に結合され
る。結合手段１６は、返還を認める要素２４との
結合において、発振器出力の全部ではない所望し
た割合で、増加要素１４の外側に導いている光路
に伝達することのできる光学要素を備えている。
第１図の最適の具体例では、ブリユースター板を
利用している。結合手段１６は、技術分野におい
て知られた他の要素から構成されることもでき、
多数の偏光子、コートした光学平面、もしくは減
衰器に制限されない。

ブリユースタ板は、いくつかの目的に有用であ
る。それは波面収差が位相共役によつて補正され
る以上に平板を限定する。ブリユースタ板の後方
の光学列に配置される全ての光学構成要素は、そ
れらの収差が補正される。さらに重要なことは、
発振器及び増幅器をそれぞれに分離させるために
もまた有用である。ブリユースタ板は、光学物理
の原理に従い、使用したガラスの種類に依存する
が、大まかに発振器の出力の略15％は媒体１４に
反射する。これは、入射発振器出力の２つの偏光
モード、Ｐ偏光及びＳ偏光への自動的な分岐によ
つて為遂げられる。発振器出力の全てがＰ偏光に
なるように配列されているので、発振器出力の15
％だけが増幅段に入射される。相互に、Ｐ偏光を
有しているいくらか増幅した自然放出の15％だけ
が増加要素１４から発振器１２に入射される。こ
れは、大まかに、生じた損失の16dBは、増加媒
体や発振器を通過する複光路の結果として生じて
いるものから増幅した自発放出を効果的に除去す
る分離を提供する。もしこれが不可能であつたな
ら、加えられた損失は、ブリユースター板に種々
のガラスを使用、減衰器、もしくは他の手段のど
れか一つが導入されてもよい。

上項は、増加要素が高い利得を有している間
で、しかも発振器パルスが入射される前での増幅
器からの発振器の分離の重要さを明記している。

発振器パルスが発生した後に、増幅段からの高
いエネルギーよつて発振器が衝突されることから
分離もしくは、遮断することも重要です。偏光ブ
リユースタ板及び選定において２２もしくは２４
の一方で要素を変換する偏光子の結合がこの作用
をする。もし一方の要素２２もしくは２４（２つ
は同時に利用されることはない）が1/4波長板も
しくは45度フアラデー回転子のとき、結合は技術
においてよく知られた方法である。この場合は、
その伝達するＳ偏光反射が極めて小さな比である
ために、ブリユースター板は、特に有効である。
もし要素２４が90度位相マツチングとして知られ
ている高効率周波数複光路動作の時には、発振器
の効果的な保護が為遂げられる。

第１図の最適の具体例において、ブリユースタ
ー板１６は、コーテイングされていない光学平面
である、その結果、その損害しきい値は高い。し
かしそれだけに限定されず他の光学要素、例え
ば、多重層絶縁コーテイングを有するビームスプ
リツタを結合部１６に利用することができる。し
かしながら、絶縁コーテイングは、結果として低
い損害しきい値を有している。この場合に、レー
ザ装置１０は、良い増幅エネルギー抽出に有用な
高い緩やかなレベルは、損害なしに利用すること
はできないために、ここに記述したような簡単は
効果的な構成では作動することができない。コー
テイングされないブリユースタ板の利用は、増加
要素を許容の許されるレーザ放射フルエンス
（laser radiation fluence）を制限している光学
要素を増加要素にする。

増加要素１４は、放射線が要素１４を横切り光
路にそつて反射鏡２０に出射するとき、結合部１
６によつて注入した放射線を増幅する。反射鏡２
０は、いくつかの知られている位相共役材料もし
くは位相共役要素を備えることができる位相共役
鏡である。しかしながら、最適の具体例そしてよ
り高い出力効率のために、いくつかの位相共役機
構は、この応用のために適していない。具体例と
して、４波合成要素は、特別に付加ポンピングビ
ームもしくは、より大きい出力と、その結果とし
て増加した複雑性に加えて入力エネルギーに比べ
て低い出力を発生させる光学系とを必要とする。

他の複雑化する要素は、４波合成は、また本質
的にいくつかの入射放射エネルギーで本質的に共
役をおこなうという事実である。いくつかの低エ
ネルギーの誘発する入射は、常に供給されるのだ
から、その入射光は、反射され、増幅されてしま
い、そのことは、望む結果ではない。

その結果として、提供した位相共役鏡は、誘発
散乱型媒体を備えている。誘発ブリユアン散乱
（SBS）反射鏡２０は、最適の具体例に使用した
増加要素の線幅によつて容易に容認されることが
できる小さな波長シフトを誘発する。

誘発散乱位相共役反射鏡の他のとても重要な利
点は、しきい値効果の存在である。しきい値効果
は、位相共役鏡２０を備えている媒体に限界強度
が投射されるまで位相共役の発生が行われないこ
とを意図している。提出した具体例において、位
相共役は、その結果としてそのしきい値がいくら
かの予想される自発放射よりも高く、しかし効果
的な反射が発生する増幅した発振器パルスよりも
低くなるようにあらかじめ形成される。

しきい値効果は、増加要素からの増幅した自発
入射放射が非常に低い強度を有するように反射も
しくは位相共役されないであろうことを意味して
いる。この分離は、受動型で単純な方法でSBS反
射鏡によつて提供される。このような分離は、普
通の手段によつて成し遂げることは非常に難しい
であろう。いくつかのタイプの精巧な分離装置が
なく、通常のミラーによるレーザ装置１０の動作
は、増加要素の固有振動が非常に高い利得にポン
プされ、それが確実に起こされるために不可能で
あろう。この振動は、増幅要素の低レベル自発放
射に対して本質的に反射率ゼロを有するように形
成されることができる為に、SBSミラーによつて
発生されないであろう。

位相共役鏡２０の配置は、この発明の機能に決
定的なものでもある。位相共役鏡を利用してあら
かじめ備えたレーザ装置では、この重要性を認知
することはない。その結果としての構成物の目
的、減少する発散、その他のために媒体に接近し
て位相共役ミラーを有することの好ましいことは
無条件に考えられる。しかしながら、これはその
ケースではない。反射鏡１８から反射した放射に
要する時間は、レーザ１０の効率に寄与している
重要な要因である。

発振器１２は、放射のパルス（CWではないと
仮定する）を光路にそつて増加要素１４を通過し
て反射鏡２０に照射する。このパルスは、いくつ
かの有限時間を有し、10〜30フイート（大まかに
1nSに1ft進むとして）の物理的距離に相当する略
10〜30nSで固有に振動する。同時に増加要素１
４は、長さにして通常数インチだけである。もし
増加要素１４が数フイートの長さあつたとしても
発振器パルスがその一部が同時に増幅器を通過す
ることは明らかである。

この存在する実状で、もし反射鏡２０が非常に
増加要素１４に接近するとき、パルス面は、全パ
ルスが増加要素１４を離れる前に要素反射鏡２０
から反射されるように発射されるであろう。その
結果として、位相共役の前の接近や、一般に実際
は複光路増幅であるという理由で、完全なパルス
が第１光路を離れる前にパルスの一部が増加要素
の戻るということが起こる。これは、始めに照射
したパルスのいくつかが、まだ増幅されている
間、返還したパルスのいくつかは、すでにポンプ
した増加要素の外にエネルギーが取出されている
ことを意味する。

記述したレーザ応用過程の項において、増幅す
る媒体に伝達しているパルスは、エネルギー的に
ポンピングした原子もしくは分子から発生してい
る放射によつて増幅される。パルスの小量のエネ
ルギーに対して、利得は例えば100に対し１の比
率というように高い。同じ過程が重要な差異を有
して反射されたパルスによつて生じる。返還する
パルスエネルギーは、すでに利得が飽和されるほ
どに高くされ（増幅され）、その結果比率は10に
対し１というように低くなる。

一般に利得は、増加要素内に蓄積されたエネル
ギーに比例する。レーザ装置１０は、蓄積したエ
ネルギーの最大の摘出が要素１４を通過して放射
線の第２光路もしくは最終光路に発生するように
構成される。レーザ構成及び増加要素の技術に置
いて知られる利用技術は分析され、そして発振器
エネルギーが第１光路利得は高く、そして増加要
素媒体からの効果的に摘出され、非常に高いエネ
ルギーを生じている増加要素媒体から効果的な照
射を発生している返還パルスによつて飽和される
ように発振器エネルギーが調整されることであ
る。もし良く分離されないならば、増幅要素で高
い利得を得ることは、不可能である。

もし第１放射光路が第２と同時に発生したなら
ば、入射しているパルスの後部は、蓄積したエネ
ルギーの主要な一部、及びその結果の増加がすで
に除去されているために非常に小さく増幅され
る。始めのパルスが全てでなく増幅されるため
に、このケースにおいて、反射しパルスは返還光
路において飽和を確実にするための十分なエネル
ギーを有していない結果となる。他の方法で置換
えると、始めのパルスのいくらかが、エネルギー
を増加しようと努めている間に、高エネルギーで
返還したパルスは、媒体で減少されている。発振
器１２から入射しているパルスの最終部分は、こ
の叙述の為に十分に増幅されることはない。その
結果として２０から反射したとき、パルスの最終
部分は、返還において増幅器媒体で飽和すること
もなく、最適の出力にはならない結果となる。過
去に、この問題に対し提出した解決解決手段は、
最終光路での結果総摘出に最初に十分なエネルギ
ーを有するパルスを提供する手段として高いエネ
ルギー発振器を利用することである。このことは
他の問題を発生させる。第１により高いエネルギ
ー及び出力、そしてその結果としてより難しい利
用上効果的でない高質発振器が必要とされる。第
２に反射鏡１６及び２０は、より高いエネルギー
量を効果的に反射することを許容しなければなら
ず、それは一方の損失がレーザ効率においてより
大きい影響を有することである。第３は、パルス
の一時的な構造におけるより大きな歪みが発生す
ることある。

レーザ装置１０は、位相共役反射鏡２０と増加
要素１４との間に、最初のパルスの全てが返還前
に媒体を通過するように確保する光学遅延手段を
備えることによつてこれらの問題を解決する。光
学遅延手段を使用することで遅延のない配置での
エネルギー摘出困難性を除去する。可能な最大の
利得は、増加要素１４がこの光路上に急激に減少
されない蓄積したエネルギーを有しているため、
第１放射光路の間で為遂げられる。

高い摘出は、増加が非常に小さく減小され、そ
して発振器エネルギーは、第１光路がそれを増幅
した増幅器によつて飽和フルエンスを越えて増幅
するよう選択されるため第２光路上でなしとげら
れる。

光学遅延手段は、その長さＤが距離1/2τcより
も大きいか、または等しくなるように選択される
光路２６として、第１図に記述した具体例で満た
される。ここでｃは、光の速度であり、その光
は、発振器のパルス継続時間τの間に伝達する。
パルスは、第２の発振を始める前にこのように増
幅器の第１の伝達を完全にする。この特徴は、小
さな発振器エネルギーによつて増幅器の非常に効
果的な作用を許す。

今、増加要素を励起している増幅したパルス
は、結合手段１６に再び衝突する。もしパルスの
偏光が入力偏光から90度近く回転されると、パル
スはレーザ装置の外に発射される。ブリユースタ
ー板から反射によつてエネルギーの15％の移動に
関してより速い応答でコースが回復するとき、回
転したパルスの非偏光のエネルギーの15％のみが
発振器１２に戻るであろう。

所望した高比率の出力及び発振器への低比率の
反射返還を成すために、増加要素１４からの出力
は、発振器からの入力に対し垂直に直線偏光され
ている。これは、周波数ダブラー、1/4波長板、
45度フアデイー回転板等を備えているいくつかの
手段の一つを利用することによつて為遂げられ
る。第１図に記述した具体例では、増加要素１４
と反射板２０の間の２２か、もしくはブリユース
タ板１６と増加要素１４の間の２４、すなわち周
波数ダブラー２４のいずれか一箇所に45度フアラ
デー回転板もしくは1/4波長板を配置する。この
ように出力は、ブリユースタ板を損失なく透過す
ることができる。２２及び２４の符号は、異なる
具体例において異な光学要素を意味してもよい。

記述したように、ビームの偏光が変化する構成
は、増幅連鎖に置いて必要とされる。もし、位相
共役鏡を補正している非偏光が使用されるとき、
フアラデー回転板もしくは周波数ダブラーのよう
な往復を用しない要素が必要とされるだろう。

この発明の基本原理のほとんどは、第１図に記
述されているが、更に他の要素が、レーザ装置１
０の出力をより良くするために利用することがで
きる。これらの付加物は、第２図に示され、そこ
では、レーザ１００は、基本的MOPA構成を使
用して描かれている。第１図に示したものと同一
の番号を有する要素は、同一のものであり、要素
１１２，１１４，１１６及びそれと同様のもの
は、第１図における１２，１４，１６およびそれ
と同様のもの機能に等しい。

第２図において、主発振器１１２は、ポンピン
グレーザ増加要素１１４ａ及び１１４ｂの為にパ
ルスを提供する。

複合増加要素は、増加したエネルギーや、出力
パワーを増加するために利用される。記述した具
体例において、それらが使用される間に増幅した
自発放射を防止するために離して配置した２つの
ロツドが利用される。しかしながら、いくつかの
横軸の幾何配置は、ASE構成と一致して利用さ
れることができる。

複合増加要素を利用する際に、それぞれの要素
の口径サイズは、互いに連続する要素が手前の口
径よりも小さくなるように調整される。なぜなら
位相共役鏡は、有限の反射率を有するために、効
率を考慮すると、位相共役鏡から小量のエネルギ
ーが反射されることが望ましい。もし類別したサ
イズの複合増幅器が使用された際には、位相共役
鏡のエネルギー損失は小さいであろう。この発明
の実施化において、この発明によつて出力が
850mであつて、鏡でのエネルギー量は略100mで
あつたとき、略20mは失われる。

レーザ装置１００の発振器１１２入力部分は、
孤立した増幅出力から発振器の増加された保護の
為に提供する付加要素を有している。周波数二倍
器１２４が増加要素１１４に近接してレーザ装置
１００内に備えられているとき、残りの複合しな
かつたエネルギーの15％は、ブリユースタ板１１
６によつて発振器の方向に反射される。これは、
発振器に損害を与える。これは、周波数二倍器と
他の何かが使用され、もし重要な非偏光が、出力
の大きい比率が入力のように同じ偏光を有するこ
とを許するように与えられるときも、生じること
ができる。この損害を防止するために、プラズマ
シヤツターのように配置した筒状対物レンズ１３
０は、発振器出力の光路の配置される。筒状対物
レンズ１３０は、放射を狭いウエストすなわちス
ポツトにフオーカスするレンズ要素を備えてい
る。関連した構成要素の重要な損害耐久性を取入
れるという要因によつて、レンズ要素は、発振器
出力を越えるエネルギーレベルに対してエアース
パークが発生されるように選択される。ブリユー
スタ角偏光ビームスプリツタは、第１図のよう
に、再び発振器１１２の偏光出力の除去を提供す
る。そして、ブリユースター板１１６との結合の
おいて、便利さ、折曲げ角、移動に対して影響な
いという点で役に立つ。

もし、更に付加保護や、分離が必要とされると
きは、ブリユースタ角や他の受動的な飽和可能な
吸収装置色素Ｑスイツチが主発振器と、増幅要素
と発振器出力結合の為に配置した複合イタロンの
間に配置することができる。これは、また孤立し
た増幅出力から発振器を保護し、従来のレーザ装
置からＱスイツチオープニングにして増幅器及び
発振器の偏光を防止する。

単一口径は、アポダイズされても、またされな
くてもよく、すなわちロツドエンドから構成され
ても、またされなくてもよく、増幅ビームを投射
スポツトサイズ近くに限定するのに使用される。
１つのビーム制限口径だけが、ビームによつて衝
突されるということは重要である。

第２図の具体例では、更にこの発明の利用によ
るレーザ作動の効率面で提供した他の改良点が描
かれている。レーザ装置１００の光路に沿つてい
くつかの点に配置したものは、画像素子として使
用したレンズ群、１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ
及び、レンズ１３２であり、他の点から見た相互
のビーム伝達の為に用いたレンズ１３２である。
これらのレンズは、位相情報のすべてを増加要素
から通過し、すなわちそれぞれからそして位相共
役鏡１１８に十分に伝達することによつてレーザ
装置１００の改良作動の為に備えられている。

良い位相共役正確度を成し遂げる為に、ビーム
の位相情報の略すべてが位相共役によつて選択さ
れなければならない。ビームが長い光路を通過す
る際、回折が発生し、全体のビームよりもより小
さい通過比率を有している収差に関係した位相情
報は、収差の通過サイズに逆比例したより大きい
発散角に広がる。もしこれらの大きい角でのエネ
ルギーが位相共役鏡に達する前の光路内のどこか
で口径によつて除去されると、その伝達する位相
情報は、失われ、正確さは、同程度に粗末であ
る。

光学要素は意図する口径より、偶然にでは有る
が効果的にでき、以下の効果を有している。例え
ば、第２図において、もしこの発明の特徴（レン
ズ１２８）の１つが備えられていなかつたなら
ば、増幅要素１１４ｂの外部直径は、増幅要素１
１４ａによつてビーム内に含んだ位相情報を除去
するであろう。要素１２８ａは、要素１１４ａの
孔を１１４ｂの孔に投影するという技術において
知られた方法で配置したレンズである。要素１２
８ａの通過サイズは、発散した位相情報が所望し
た正確さを提供するように選択されるのに十分な
程度になる形状で選択される。

この像技術は、位相共役を伴う、もしく伴わな
い使用されたレーザ発振器／増幅器では以前には
有していない。この一つの理由は、対象及び像板
として技術で知られる間のいくつかの点に、ビー
ムによる結果像はフオーカスされていることであ
る。これは、高出力レーザにおける問題であり、
なぜなら空気破壊、もしくは焦点に近接する材料
損害は、もし焦点が空の空胴内でないならば発生
する。しかしながら、この発明では、この問題点
は、２つの方法によつて抑制される。第１にいく
つかの像平面内の付加レンズ群１３２は、光学系
から離れた焦点位置で使用される。第２に、規定
した手段でビームの位相面を故意に歪めるための
収差装置１３６が、映像板内、もしくはそれに接
近して配置される。各焦点におけるこの結果は、
空気もしくはガス破損するには十分にではない。
第２の技術は、もし反射鏡１２０が位相共役であ
るときには単に作動することである。映像技術は
全ての光学増幅器に適応される。

増幅器１１４ａ，１１４ｂと位相共役する反射
鏡１２０の間の距離は大きくてもよいために、付
加物遅延映像レンズ１２８ｂ，１２８ｃは、第２
図の具体例に利用されている。保持反射鏡１３４
は、強度、エネルギー密度、及び影響する波長の
為に適確なプリズム及び従来の鏡要素を備えるこ
とができる。要素１３４の利用は、短いレーザ装
置が実施されるように長い光学遅延光路１２６の
ために考慮するものである。位相共役鏡１２０
は、再び好ましくは、励起ブリユアン散乱
（SBS）型反射鏡である。典型的なSBS反射鏡は、
光学式クリア入力窓を有している圧縮したガスセ
ル内のメタンもしくはテトラ蛍光メタンからな
る。しかしながら、この発明は、この媒体やすな
わちSBSに制限されるわけではない。位相共役の
技術に熟練した人々によつて理解されるであろう
が、他の非線形光学過程及び液体、固体結晶、ガ
ラス及びプラズマ等の他の媒体の形態は利用され
ることができる。

他の位相共役の結合構成は、都合よく利用され
ることができる。その１つの具体例は、第３図に
簡単に描かれている。ここで要素２２２は、収差
装置１２２のように同じ方法でレンズ１２８ｃの
映像板に配置される収差装置である。レンズ２３
２は、位相共役を生じている非線形光学媒体を構
成している光ガイド２２０の入口面に、板２２２
の拡大されない像を発生するために配置される。
光ガイドは、固体光学フアイバー及び上に述べた
ような同種のガス状もしくは液体状の媒体で満た
されたチユーブであつてもよい。この配置構成の
利点は、実際的にその位相情報の全てが位相共役
鏡によつて選択されることであり、そのことは略
完全な位相共役を維持することを意味している。
この返還によつて増加要素内の波面及びその結果
としてのエネルギーの伝達及びレーザ装置１００
の効率を補償する。

具体例 100mm焦点距離レンズを利用してビームがフオ
ーカスされるところに圧縮したメタン及びテトラ
蛍光メタンで満たされた６インチ長セルからなる
記述されている具体例に関する位相共役鏡で、位
相共役は後方のSBSで為遂げられる。記述されて
いる装置のしきい値は略10mJで発生した。

光学系略図は本質的に出力制限エネルギー
850mJの装置の第２図に示され、10パルス／ｓ
で、増幅器段及び12mJ出力を有する発振器とし
て２つの３インチのYAGロツド（直径において
一方は1/4インチで、他方は5/16インチ）の使用
で説明される。