JPH0721600B2 - 光屈折効果を高めた交流電界を使用する自己ポンプ位相共役ミラ−及びその方法 - Google Patents
光屈折効果を高めた交流電界を使用する自己ポンプ位相共役ミラ−及びその方法Info
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- JPH0721600B2 JPH0721600B2 JP62501225A JP50122587A JPH0721600B2 JP H0721600 B2 JPH0721600 B2 JP H0721600B2 JP 62501225 A JP62501225 A JP 62501225A JP 50122587 A JP50122587 A JP 50122587A JP H0721600 B2 JPH0721600 B2 JP H0721600B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
-
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- G02F1/3538—Four-wave interaction for optical phase conjugation
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は、位相共役ミラーを形成するための装置及び
その方法に関し、特に共役媒体として光屈折材料を使用
する位相共役ミラーに関する。
その方法に関し、特に共役媒体として光屈折材料を使用
する位相共役ミラーに関する。
先行技術の説明 位相共役は、近年無視できない注意を引付けてきたオプ
ティカル現象である。印刷物で説明されてきた位相共役
されたビームを作り出す多くの異なった方法は、４波ミ
クサ、誘導ブリューアン散乱、ラマン散乱、３波ミクサ
及び光子エコーデバイスを含んでいる。オプティカル位
相共役の種々の適用の概観は、Giuliano in Physics To
day,“Applications of Optical Phase Conjuction"Apr
il 1981,pages27−35に表されている。電界の一般的な
概観は、A.Yariv,IEEE,J.Quantum Electronics QE14,65
0（1978）及びR.Fisher,“Optical Phase Conjuction",
Academic Press,N.Y.,1983で与えられる。
ティカル現象である。印刷物で説明されてきた位相共役
されたビームを作り出す多くの異なった方法は、４波ミ
クサ、誘導ブリューアン散乱、ラマン散乱、３波ミクサ
及び光子エコーデバイスを含んでいる。オプティカル位
相共役の種々の適用の概観は、Giuliano in Physics To
day,“Applications of Optical Phase Conjuction"Apr
il 1981,pages27−35に表されている。電界の一般的な
概観は、A.Yariv,IEEE,J.Quantum Electronics QE14,65
0（1978）及びR.Fisher,“Optical Phase Conjuction",
Academic Press,N.Y.,1983で与えられる。
基本的に、位相共役ミラーPCMは、反射点での入射ビー
ムのそれから逆転された反射ビームの位相の信号に伴っ
て、入射ビームの逆反射を作り出す。先行技術で知られ
る代表的なPCMが、第１図に示される。これは、４波ミ
クサとして表されるもので、逆方向のレーザビーム２及
び４が、オプティカル合成媒体６中に指向される。ビー
ム２及び４の周波数に等しいプローブレーザビームE
Iは、合成媒体の側面から入射される。前記合成媒体内
の種々のビームの作用の結果、Ｒを反射力の係数とする
と、反射されたビームREI ★は、入射ビームEIと反対方
向に反射される。故にパワーは、ビーム２及び４によっ
てシステム中にポンプされ、リフレクタは１より大きい
Ｒを作成する倍率を作り出し得る。前記入射ビームに逆
反射的なものに加えて、位相共役反射ビームもまた反射
点での入射ビームに応じて逆の位相を受ける。
ムのそれから逆転された反射ビームの位相の信号に伴っ
て、入射ビームの逆反射を作り出す。先行技術で知られ
る代表的なPCMが、第１図に示される。これは、４波ミ
クサとして表されるもので、逆方向のレーザビーム２及
び４が、オプティカル合成媒体６中に指向される。ビー
ム２及び４の周波数に等しいプローブレーザビームE
Iは、合成媒体の側面から入射される。前記合成媒体内
の種々のビームの作用の結果、Ｒを反射力の係数とする
と、反射されたビームREI ★は、入射ビームEIと反対方
向に反射される。故にパワーは、ビーム２及び４によっ
てシステム中にポンプされ、リフレクタは１より大きい
Ｒを作成する倍率を作り出し得る。前記入射ビームに逆
反射的なものに加えて、位相共役反射ビームもまた反射
点での入射ビームに応じて逆の位相を受ける。
第１図に表された４波ミクサのように、PCMは、外部ポ
ンピングビーム、すなわち“自己ポンプ”デバイスのよ
うに、外部ポンプビームのための要求の除去に帰する前
記自己ポンプ変化の利益の何れも提供することができ
る。自己ポンプされたPCMの、ブリューアンまたはラマ
ン散乱を使用するそれらは、一般的に、このようなNd:Y
AGレーザから高パワーパルスレーザビームに関連して使
用されるが、HeNeのような低パワーレーザでは作用しな
い。自己ポンプPCMのもう１つのタイプは、位相共役媒
体として大きなエレクトロ−オプティック係数の光屈折
材料の使用に基かされる。
ンピングビーム、すなわち“自己ポンプ”デバイスのよ
うに、外部ポンプビームのための要求の除去に帰する前
記自己ポンプ変化の利益の何れも提供することができ
る。自己ポンプされたPCMの、ブリューアンまたはラマ
ン散乱を使用するそれらは、一般的に、このようなNd:Y
AGレーザから高パワーパルスレーザビームに関連して使
用されるが、HeNeのような低パワーレーザでは作用しな
い。自己ポンプPCMのもう１つのタイプは、位相共役媒
体として大きなエレクトロ−オプティック係数の光屈折
材料の使用に基かされる。
それは、光屈折材料を識別する特性を簡単に説明するた
めに、この点で有用になる。一般に、光屈折材料は、レ
ーザビームのような供給された光の作用を受けて変化す
る屈折率の１つである。前記光は、前記光屈折材料内で
移動すると共に分離するために電荷が発生し、内部静電
界を作り出している。この電界は、リニアエレクトロ−
オプティック効果（ポッケル効果）による結晶の屈折率
の変化を産み出す。光屈折の“インデックス格子”、す
なわち前記結晶の屈折率の周期的変化は、前記インデッ
クスに於ける変化の量である。
めに、この点で有用になる。一般に、光屈折材料は、レ
ーザビームのような供給された光の作用を受けて変化す
る屈折率の１つである。前記光は、前記光屈折材料内で
移動すると共に分離するために電荷が発生し、内部静電
界を作り出している。この電界は、リニアエレクトロ−
オプティック効果（ポッケル効果）による結晶の屈折率
の変化を産み出す。光屈折の“インデックス格子”、す
なわち前記結晶の屈折率の周期的変化は、前記インデッ
クスに於ける変化の量である。
光屈折率格子の形態は、第２図に示されるもので、水平
軸は、光屈折結晶内の２つのビームの干渉によって形成
された格子の垂線に沿った間隔を表す。一番上のグラフ
は、前記結晶内の空間的に周期的な強度Ｉの光パターン
を表し、次のグラフは、前記結晶内の結果的に生じる電
荷密度ρを表す。正極性で表される可動電荷は、光強度
パターンの暗範囲を蓄積する傾向がある。結果的に生じ
る周期的な電荷分布は、ポアソンの方程式による周期的
な静電界Ｅを作り出す。この電界は、第２図の３つ目の
グラフに表され、リニアエレクトロ−オプティック効果
による前記結晶の屈折率ΔＮの変化が生じる。この光屈
折効果は、第２図の最後のグラフに表されるもので、光
強度のピークで発生しない最大屈折率変化に於ける局部
的なものではない。第２図に於いて、ΔＮとＩ間の空間
的なシフトは、格子周期の1/4であり90゜の位相に相応
する。
軸は、光屈折結晶内の２つのビームの干渉によって形成
された格子の垂線に沿った間隔を表す。一番上のグラフ
は、前記結晶内の空間的に周期的な強度Ｉの光パターン
を表し、次のグラフは、前記結晶内の結果的に生じる電
荷密度ρを表す。正極性で表される可動電荷は、光強度
パターンの暗範囲を蓄積する傾向がある。結果的に生じ
る周期的な電荷分布は、ポアソンの方程式による周期的
な静電界Ｅを作り出す。この電界は、第２図の３つ目の
グラフに表され、リニアエレクトロ−オプティック効果
による前記結晶の屈折率ΔＮの変化が生じる。この光屈
折効果は、第２図の最後のグラフに表されるもので、光
強度のピークで発生しない最大屈折率変化に於ける局部
的なものではない。第２図に於いて、ΔＮとＩ間の空間
的なシフトは、格子周期の1/4であり90゜の位相に相応
する。
代表的な光屈折材料は、LiNbO3、KNbO3、BaTiO3、SBN、
Bi12SiO20、Bi12Tio20、Bi12GeO20、GaAs及びInPであ
る。ノン−ゼロエレクトロ−オプティック係数及び大き
なドナー−トラップ母集団に伴った他の材料は、光屈折
となるべく予期される。10ピコメートル／ボルトより実
質上大きいエレクトロ−オプティック係数に伴って、光
屈折材料の小さい数のみ、本質的に自己ポンプされたPC
Mを作り出すことが可能となるべく見出されてきた。お
およそ10ピコメートル／ボルトまたはそれ未満のエレク
トロ−オプティック係数の光屈折材料は、自己ポンプ動
作を指示するため、不適切な利得を表すために見出され
てきた。
Bi12SiO20、Bi12Tio20、Bi12GeO20、GaAs及びInPであ
る。ノン−ゼロエレクトロ−オプティック係数及び大き
なドナー−トラップ母集団に伴った他の材料は、光屈折
となるべく予期される。10ピコメートル／ボルトより実
質上大きいエレクトロ−オプティック係数に伴って、光
屈折材料の小さい数のみ、本質的に自己ポンプされたPC
Mを作り出すことが可能となるべく見出されてきた。お
およそ10ピコメートル／ボルトまたはそれ未満のエレク
トロ−オプティック係数の光屈折材料は、自己ポンプ動
作を指示するため、不適切な利得を表すために見出され
てきた。
BaTiO3（チタン酸バリウム）及びSn1−xBaxNb2O6（ニオ
ブ酸ストロンチウムバリウム）を使用している自己ポン
プPCMは、以前に説明してきた（White他、Appl.Phys.Le
tt.40,p.450,（1982）;Feinberg,Opt.Lett.7,486,（198
2））。前記エレクトロ−オプティック効果の論理は、
A.Yarivの“Introduction to Optical Electronics,2d
ed."pp.246−53（1976）によって、本分に述べられる。
最大エレクトロ−オプティック係数は、BaTiO3で1640pm
/Vである。しかしながら、これらの材料は、多くの欠点
を有する。これらは、良好なオプティカル品質及び多き
なサイズ於いて得られるために困難なものであり、相対
的に小さい温度範囲（BaTio3は５℃で破壊的な位相変化
を有する）で動作し、相対的にゆっくりとした応答時間
を要し、かつ重要性の全波長で鋭敏ではない。これらの
材料に対する１つの波長範囲は特に鋭敏なものではない
が、それは多くの商業的な適用のために非常に重要なも
のであり、約0.7ミクロンから約11ミクロンの範囲であ
り、この範囲内の商業的な適用は、オプティカルデータ
処理、ビーム結合、適応性オプティック、フォトリソグ
ラフィー及びその他のものを含む。
ブ酸ストロンチウムバリウム）を使用している自己ポン
プPCMは、以前に説明してきた（White他、Appl.Phys.Le
tt.40,p.450,（1982）;Feinberg,Opt.Lett.7,486,（198
2））。前記エレクトロ−オプティック効果の論理は、
A.Yarivの“Introduction to Optical Electronics,2d
ed."pp.246−53（1976）によって、本分に述べられる。
最大エレクトロ−オプティック係数は、BaTiO3で1640pm
/Vである。しかしながら、これらの材料は、多くの欠点
を有する。これらは、良好なオプティカル品質及び多き
なサイズ於いて得られるために困難なものであり、相対
的に小さい温度範囲（BaTio3は５℃で破壊的な位相変化
を有する）で動作し、相対的にゆっくりとした応答時間
を要し、かつ重要性の全波長で鋭敏ではない。これらの
材料に対する１つの波長範囲は特に鋭敏なものではない
が、それは多くの商業的な適用のために非常に重要なも
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り、この範囲内の商業的な適用は、オプティカルデータ
処理、ビーム結合、適応性オプティック、フォトリソグ
ラフィー及びその他のものを含む。
White他の出版物及びFeinberg文書の何年か後、文書の
続きが、説明された（Optics Communications 53,292,A
pril 1,1985;Proc.of ICO−13,Sapporo 1984;Sov.Tech.
Phys.Lett.10（11）,November 1984）位相共役及びホロ
グラフィーの両者のための光屈折材料の使用に於いて、
Stepanov及びPetrovによって発表された。これらの文書
は、イメージ処理適用及びホログラフィックのための、
その２波合成する利得係数を増加するために光屈折材料
に交番磁界を供給することによる概念が発達する。これ
は、ホログラフィー及びイメージ処理のための光屈折材
料の先行の使用に渡る改善として示唆されたもので、直
流電界は前記材料の利得を増加するために使用されてき
た。故に、Stepanov及びPetrovは、交番磁界から改善さ
れた結果を公表するが、これらの中の本当に同じ文書は
２波ホログラフィーのための交番磁界の使用を明らかに
し、これらは位相結合のための４波外部ポンピング配列
の連続を示唆する。示唆しないことは、自己ポンプPCM
の関係のために作られる。
続きが、説明された（Optics Communications 53,292,A
pril 1,1985;Proc.of ICO−13,Sapporo 1984;Sov.Tech.
Phys.Lett.10（11）,November 1984）位相共役及びホロ
グラフィーの両者のための光屈折材料の使用に於いて、
Stepanov及びPetrovによって発表された。これらの文書
は、イメージ処理適用及びホログラフィックのための、
その２波合成する利得係数を増加するために光屈折材料
に交番磁界を供給することによる概念が発達する。これ
は、ホログラフィー及びイメージ処理のための光屈折材
料の先行の使用に渡る改善として示唆されたもので、直
流電界は前記材料の利得を増加するために使用されてき
た。故に、Stepanov及びPetrovは、交番磁界から改善さ
れた結果を公表するが、これらの中の本当に同じ文書は
２波ホログラフィーのための交番磁界の使用を明らかに
し、これらは位相結合のための４波外部ポンピング配列
の連続を示唆する。示唆しないことは、自己ポンプPCM
の関係のために作られる。
発明の摘要 先行技術に関連した前述の問題の目的として、それは自
己ポンプされるオプティカル位相共役のための装置及び
その方法を提供するため、この発明の目的となり、相対
的に低い持続波レーザビーム強度での動作が可能とな
り、容易に利用可能な材料を使用することができるもの
で、且つ先行の自己ポンプされた光屈折PCMより短い応
答時間及び商業的に重要な波長範囲の重要な感光度を有
する。
己ポンプされるオプティカル位相共役のための装置及び
その方法を提供するため、この発明の目的となり、相対
的に低い持続波レーザビーム強度での動作が可能とな
り、容易に利用可能な材料を使用することができるもの
で、且つ先行の自己ポンプされた光屈折PCMより短い応
答時間及び商業的に重要な波長範囲の重要な感光度を有
する。
もう１つの目的は、自己ポンプされた共役器で使用され
た光屈折材料より、実質上低いエレクトロ−オプティッ
ク係数を有する光屈折材料を使用するこのような位相共
役及びその方法の達成であり、10pm/V及びそれ以下の範
囲に落ちる。
た光屈折材料より、実質上低いエレクトロ−オプティッ
ク係数を有する光屈折材料を使用するこのような位相共
役及びその方法の達成であり、10pm/V及びそれ以下の範
囲に落ちる。
この発明のこれら及び他の目的の仕上げとして、自己ポ
ンプ位相結合システム及びその方法は、結晶と交差する
十分な振幅及び周波数の交番磁界を供給することにより
光屈折結晶内に確立され、約90゜のシフトで高められた
光屈折率格子に於いて明らかにされる。結晶を介して送
出された入力プローブレーザビームは、前記結晶内の前
記プローブビームに限定された角度で後方に偏向させる
もので、前記角度は前記プローブビームの位相共役出力
を誘導するために十分な利得を得るため、十分に小さい
ものである。この技術は、GaAs（砒化ガリウム）のよう
な、もっと多くの豊富で高価な半導体材料を使用するた
めに可能なそれを作成し、Bi12（Si,Ge,Ti）O20のよう
な他の材料は、10pm/V未満のエレクトロ−オプティック
係数を有する。
ンプ位相結合システム及びその方法は、結晶と交差する
十分な振幅及び周波数の交番磁界を供給することにより
光屈折結晶内に確立され、約90゜のシフトで高められた
光屈折率格子に於いて明らかにされる。結晶を介して送
出された入力プローブレーザビームは、前記結晶内の前
記プローブビームに限定された角度で後方に偏向させる
もので、前記角度は前記プローブビームの位相共役出力
を誘導するために十分な利得を得るため、十分に小さい
ものである。この技術は、GaAs（砒化ガリウム）のよう
な、もっと多くの豊富で高価な半導体材料を使用するた
めに可能なそれを作成し、Bi12（Si,Ge,Ti）O20のよう
な他の材料は、10pm/V未満のエレクトロ−オプティック
係数を有する。
交番磁界の周期は、結晶材料の再結合時間より長いもの
であるが、格子構成時間より短い。成功した自己ポンプ
動作は、容易に達成可能な電界力及び周波数範囲に伴
う、相対的に低いエレクトロ−オプティック係数材料で
達成される。前記共役器は、外部でないポンプを要求
し、ブリューアンまたはラマンデバイスの何れよりも重
要に低い光強度で動作し、且つ高エレクトロ−オプティ
ック係数光屈折材料が、供給された電界外へ本質的に自
己ポンピングされるよりも早い応答及び大きな感度範囲
を有すると共に得るため、非常に容易な材料を使用する
ことができる。
であるが、格子構成時間より短い。成功した自己ポンプ
動作は、容易に達成可能な電界力及び周波数範囲に伴
う、相対的に低いエレクトロ−オプティック係数材料で
達成される。前記共役器は、外部でないポンプを要求
し、ブリューアンまたはラマンデバイスの何れよりも重
要に低い光強度で動作し、且つ高エレクトロ−オプティ
ック係数光屈折材料が、供給された電界外へ本質的に自
己ポンピングされるよりも早い応答及び大きな感度範囲
を有すると共に得るため、非常に容易な材料を使用する
ことができる。
この発明のこれら及び他の目的と特徴は、添付の図面と
共に得られる以下の好ましい実施例の説明から当業者に
よって明らかにされる。
共に得られる以下の好ましい実施例の説明から当業者に
よって明らかにされる。
図面の説明 第１図は先行技術の４波ミクサを使用するPCMの実例
図、 第２図は光屈折媒体の光屈折率格子の構成を表す連続し
たグラフ、 第３図はこの発明に従って構成されたPCMを示すブロッ
ク図、 第４図は供給された交番磁界の振幅及び周波数と、前記
媒体内のプローブ及び帰還ビーム間の角結合に、自己ポ
ンプ共役媒体としてGaAsの蓄積された利得の関係するグ
ラフ、 第５図はこの発明を満たすための交代する物理的配列の
ブロック図である。
図、 第２図は光屈折媒体の光屈折率格子の構成を表す連続し
たグラフ、 第３図はこの発明に従って構成されたPCMを示すブロッ
ク図、 第４図は供給された交番磁界の振幅及び周波数と、前記
媒体内のプローブ及び帰還ビーム間の角結合に、自己ポ
ンプ共役媒体としてGaAsの蓄積された利得の関係するグ
ラフ、 第５図はこの発明を満たすための交代する物理的配列の
ブロック図である。
好ましい実施例の詳細な説明 第３図は、この発明の望ましい完成を表す。交流電圧源
８は立方形状に作られ、リード線10及び12によって結晶
18の対向面に位置される電極14及び16に接続されるもの
で、光屈折材料から形成される。それが切取られる結晶
の方向は、垂直軸（０ ０ １）、水平軸（１ １
０）及び紙面と垂直のｚ軸（１ １ ０）で図面に表示
される。電極14及び16は、光屈折結晶の対向面上に塗布
されるか、デポジットされる導電性材料のフィルムか
ら、好ましく形成される。入力プローブレーザビーム20
は、前記結晶の方へ指向され、前記結晶内の経路22の上
に屈折される。前記ビームは、それが出力ビーム24とし
て前記結晶の反対側に現われると、その最初の方向に再
び屈折される。この出力ビームは、帰還ビーム30として
前記結晶を介して一対の転換ミラー26、28によって偏向
される。前記転換ミラー26、28は、出力ビーム24と帰還
ビーム30間の角度が十分に小さいと、単一コーナーミラ
ーとして満たされることができ、すなわちこれらは曲げ
られたオプティカルファイバのような、幾つかの他のビ
ーム偏向デバイスによって逆行することができる。
８は立方形状に作られ、リード線10及び12によって結晶
18の対向面に位置される電極14及び16に接続されるもの
で、光屈折材料から形成される。それが切取られる結晶
の方向は、垂直軸（０ ０ １）、水平軸（１ １
０）及び紙面と垂直のｚ軸（１ １ ０）で図面に表示
される。電極14及び16は、光屈折結晶の対向面上に塗布
されるか、デポジットされる導電性材料のフィルムか
ら、好ましく形成される。入力プローブレーザビーム20
は、前記結晶の方へ指向され、前記結晶内の経路22の上
に屈折される。前記ビームは、それが出力ビーム24とし
て前記結晶の反対側に現われると、その最初の方向に再
び屈折される。この出力ビームは、帰還ビーム30として
前記結晶を介して一対の転換ミラー26、28によって偏向
される。前記転換ミラー26、28は、出力ビーム24と帰還
ビーム30間の角度が十分に小さいと、単一コーナーミラ
ーとして満たされることができ、すなわちこれらは曲げ
られたオプティカルファイバのような、幾つかの他のビ
ーム偏向デバイスによって逆行することができる。
前記ミラー装置は、角度Ａで結晶内のプローブビーム22
と交差するために、帰還ビーム30の指向する。互いに交
差結合する２つのビームは、帰還ビーム30からエネルギ
ーを転送すると共に前記プローブビームの位相共役を形
成するもので、前記位相共役されたビーム32は、最初の
プローブビーム20に対して実質上逆反射される経路に沿
って結晶から現われる。この位相結合ビームを作り出す
ための交差結合は、前記背景分野で述べられたように、
チタン酸バリウムのような高エレクトロ−オプティック
係数を有している光屈折材料に於いてのみ、以前に観察
されてきた。しかしながら、前記結晶に対する交番磁界
の適用は、本質的な自己ポンピングを許すために標準的
にあまり低いエレクトロ−オプティック係数を有する光
屈折材料のための一様な同様の位相共役効果での結果と
するために見出されてきた。この技術は、空間電荷電界
の振幅の強化及び前記結晶内で90゜の屈折率格子シフト
を作り出し、それは位相共役のために必要な状態となる
べく信じられる。
と交差するために、帰還ビーム30の指向する。互いに交
差結合する２つのビームは、帰還ビーム30からエネルギ
ーを転送すると共に前記プローブビームの位相共役を形
成するもので、前記位相共役されたビーム32は、最初の
プローブビーム20に対して実質上逆反射される経路に沿
って結晶から現われる。この位相結合ビームを作り出す
ための交差結合は、前記背景分野で述べられたように、
チタン酸バリウムのような高エレクトロ−オプティック
係数を有している光屈折材料に於いてのみ、以前に観察
されてきた。しかしながら、前記結晶に対する交番磁界
の適用は、本質的な自己ポンピングを許すために標準的
にあまり低いエレクトロ−オプティック係数を有する光
屈折材料のための一様な同様の位相共役効果での結果と
するために見出されてきた。この技術は、空間電荷電界
の振幅の強化及び前記結晶内で90゜の屈折率格子シフト
を作り出し、それは位相共役のために必要な状態となる
べく信じられる。
入射される前記プローブビーム20上の結晶面36に軸34が
垂直に描かれると、この軸とプローブ及び帰還ビームと
の間の角度は、実質上等しくなる、ということが注目さ
れるべきである。他の方向を使用することができる一
方、この方向は最大の光屈折媒体のための最大利得及び
最強共役ビームを作り出す。エレクトロ−オプティック
テンソルの対角線を外れた構成要素の大きな値による他
の材料（チタン酸バリウムのような）に伴って、最大ビ
ーム結合は結晶面に応じて軸を傾けることによってなし
遂げることができる。
垂直に描かれると、この軸とプローブ及び帰還ビームと
の間の角度は、実質上等しくなる、ということが注目さ
れるべきである。他の方向を使用することができる一
方、この方向は最大の光屈折媒体のための最大利得及び
最強共役ビームを作り出す。エレクトロ−オプティック
テンソルの対角線を外れた構成要素の大きな値による他
の材料（チタン酸バリウムのような）に伴って、最大ビ
ーム結合は結晶面に応じて軸を傾けることによってなし
遂げることができる。
現今では、特定の結合構造の位相共役効果の製造は、十
分に理解されていない。一般に、その説明は、光が結晶
を介して両者の通過に渡って散乱されるものであり、そ
して位相共役逆反射経路の散乱された光は他の光より増
倍されると思われる。しかしながら、如何に効果の正確
な性質でも、交番磁界の適用が、光屈折材料の大きな範
囲に対する効果を広げることができるということが明か
されてきており、前述の達成可能とされるものよりも適
用の広い度数の、より有効なシステムを産する。
分に理解されていない。一般に、その説明は、光が結晶
を介して両者の通過に渡って散乱されるものであり、そ
して位相共役逆反射経路の散乱された光は他の光より増
倍されると思われる。しかしながら、如何に効果の正確
な性質でも、交番磁界の適用が、光屈折材料の大きな範
囲に対する効果を広げることができるということが明か
されてきており、前述の達成可能とされるものよりも適
用の広い度数の、より有効なシステムを産する。
自己ポンプ光屈折共役は、BaTiO3のような強誘電体材料
に対して以前に限定されたもので、それらは貧困な有効
性、相当に小さい結晶、相対的にゆっくりとした応答時
間及び0.7−11ミクロンのような重要な波長に対して貧
困な感光度を有するが持続波レーザのために有効なもの
であった。この発明に従った適切な交番磁界の追加によ
る、Bi12SiO20、Bi12TiO20及びBi12GeO20のような絶縁
体、及びGaAs、InP及びCdTeのような半導体に対する自
己ポンプ能力の拡張は、先行技術のこれらの制限を克服
する。
に対して以前に限定されたもので、それらは貧困な有効
性、相当に小さい結晶、相対的にゆっくりとした応答時
間及び0.7−11ミクロンのような重要な波長に対して貧
困な感光度を有するが持続波レーザのために有効なもの
であった。この発明に従った適切な交番磁界の追加によ
る、Bi12SiO20、Bi12TiO20及びBi12GeO20のような絶縁
体、及びGaAs、InP及びCdTeのような半導体に対する自
己ポンプ能力の拡張は、先行技術のこれらの制限を克服
する。
交番磁界の作用の下に光屈折材料のオプティカル利得係
数は、約10cm-1以上に類似することができ、これはBaTi
O3の位相共役を得るために必要な利得係数を超過する、
ということが予め考慮されてきている。実際問題とし
て、最小必要利得は、共役所の結合構成及び前記材料の
性質のような要因によって変化する。標準的に、これは
約５−25cm-1範囲内とされる状態に予想される。光屈折
材料の利得を最初に決定する要因は、多くの空のトラッ
プとこの材料のエレクトロ−オプティック係数、供給さ
れた電界の振幅と周波数、そして前記プローブ及び帰還
ビーム間の角度を使用した材料のタイプである。この角
度は、結晶内のビーム間で角度Ａ、または前記結晶の外
側のビーム間のより大きな角度Ｂの何れでも表すことが
できるもので、その差異は屈折（第３図を見よ）による
とみなされる。例えば、本質的に自己ポンプチタン酸バ
リウムのための最適の角度は、結晶の外側30゜及び内側
12゜に類似され、一方、本質的でない自己ポンプ砒化ガ
リウムのために最適な角度は、前記結晶の外側10゜未満
及び内側３゜未満とされる。
数は、約10cm-1以上に類似することができ、これはBaTi
O3の位相共役を得るために必要な利得係数を超過する、
ということが予め考慮されてきている。実際問題とし
て、最小必要利得は、共役所の結合構成及び前記材料の
性質のような要因によって変化する。標準的に、これは
約５−25cm-1範囲内とされる状態に予想される。光屈折
材料の利得を最初に決定する要因は、多くの空のトラッ
プとこの材料のエレクトロ−オプティック係数、供給さ
れた電界の振幅と周波数、そして前記プローブ及び帰還
ビーム間の角度を使用した材料のタイプである。この角
度は、結晶内のビーム間で角度Ａ、または前記結晶の外
側のビーム間のより大きな角度Ｂの何れでも表すことが
できるもので、その差異は屈折（第３図を見よ）による
とみなされる。例えば、本質的に自己ポンプチタン酸バ
リウムのための最適の角度は、結晶の外側30゜及び内側
12゜に類似され、一方、本質的でない自己ポンプ砒化ガ
リウムのために最適な角度は、前記結晶の外側10゜未満
及び内側３゜未満とされる。
予め考慮されたビーム角度に関係したグラフで、砒化ガ
リウムのための利得対電界力及び電界周波数が第４図に
提供されるもので、それらは最初の時間のこの発明が、
自己ポンプ位相共役システムを使用し得ることによっ
て、特に有効な半導体となる。前記ビーム間の周期的な
格子及び角度を表す水平軸、これら２つの要因は互いに
逆のものであり、またオプティカル利得係数を表す垂直
軸もである。図面は、１ワット/cm2の入力強度で１、
２、５及び10kV/cmの電界力のために与えられる。前記
利得は、増加する電界強度及び周波数に伴って一般的に
増加するが、値が上がる前記ビーム間の内部角度として
減少することがわかることができる。最良の動作は、砒
化ガリウムのために約３゜未満の内部ビーム角度で達成
され、そして一般的な半導体材料のため、前記内部ビー
ム角度は約５゜未満とされるべきであるということが信
じられる。これは、チタン酸バリウムのような、強誘電
材料に関連した最適のビーム角度より相当に小さいもの
であり、本質的な自己ポンピング特性を有する。
リウムのための利得対電界力及び電界周波数が第４図に
提供されるもので、それらは最初の時間のこの発明が、
自己ポンプ位相共役システムを使用し得ることによっ
て、特に有効な半導体となる。前記ビーム間の周期的な
格子及び角度を表す水平軸、これら２つの要因は互いに
逆のものであり、またオプティカル利得係数を表す垂直
軸もである。図面は、１ワット/cm2の入力強度で１、
２、５及び10kV/cmの電界力のために与えられる。前記
利得は、増加する電界強度及び周波数に伴って一般的に
増加するが、値が上がる前記ビーム間の内部角度として
減少することがわかることができる。最良の動作は、砒
化ガリウムのために約３゜未満の内部ビーム角度で達成
され、そして一般的な半導体材料のため、前記内部ビー
ム角度は約５゜未満とされるべきであるということが信
じられる。これは、チタン酸バリウムのような、強誘電
材料に関連した最適のビーム角度より相当に小さいもの
であり、本質的な自己ポンピング特性を有する。
一般に半導体は、強誘電材料より早い応答時間を有して
おり、適用の大きい範囲の位相共役システムを供給して
いる。例えば、大気中の適用に於けるゆっくりとした応
答強誘電材料の有効性は、空気の乱れ及び収差のために
可能となると共に、前記結晶が共役された逆反射ビーム
に応ずると共に作り出すことができる以前、変化に生ず
ることによって制限される。対比によって、早い応答半
導体材料に伴って、前記結合されたビームは、前記空気
の乱れが変化に要する時間を有する以前に伝播経路に沿
って標準的に後方に送信される。相対的に低いパワーの
ための光屈折材料の重要性と同時に、持続波ビームが強
調されてきており、半導体的材料の使用は、大きい結晶
がチタン酸バリウムのような先行の強誘電材料よりも得
られることができるので、より高いパワー制度での動作
のための可能性を有するということもまた、理解される
べきである。前記半導体もまた大きい帯域幅を有してお
り、0.7−11ミクロンの範囲の動作に、これらの能力の
商業的な重要性が、既に言及されてきていた。しかしな
がら、故に一般に半導体材料は、チタン酸バリウムのよ
うな本質的に自己ポンピング強誘電材料より低いエレク
トロ−オプティック係数を有しており、共役媒体として
半導体を使用する実際的な自己ポンプ共役が、これまで
容易に有効とされていなかった。
おり、適用の大きい範囲の位相共役システムを供給して
いる。例えば、大気中の適用に於けるゆっくりとした応
答強誘電材料の有効性は、空気の乱れ及び収差のために
可能となると共に、前記結晶が共役された逆反射ビーム
に応ずると共に作り出すことができる以前、変化に生ず
ることによって制限される。対比によって、早い応答半
導体材料に伴って、前記結合されたビームは、前記空気
の乱れが変化に要する時間を有する以前に伝播経路に沿
って標準的に後方に送信される。相対的に低いパワーの
ための光屈折材料の重要性と同時に、持続波ビームが強
調されてきており、半導体的材料の使用は、大きい結晶
がチタン酸バリウムのような先行の強誘電材料よりも得
られることができるので、より高いパワー制度での動作
のための可能性を有するということもまた、理解される
べきである。前記半導体もまた大きい帯域幅を有してお
り、0.7−11ミクロンの範囲の動作に、これらの能力の
商業的な重要性が、既に言及されてきていた。しかしな
がら、故に一般に半導体材料は、チタン酸バリウムのよ
うな本質的に自己ポンピング強誘電材料より低いエレク
トロ−オプティック係数を有しており、共役媒体として
半導体を使用する実際的な自己ポンプ共役が、これまで
容易に有効とされていなかった。
先行技術で知られると共に、この発明で供給することの
できる別の物理的なセットアップは第５図に表されるも
ので、その中で第３図と共通の素子と認められるものは
同じ参照番号を使用する。この実施例に於いて、入力レ
ーザビーム38は光屈折結晶18の面40に垂直に指向され
る。前記入力ビームの散乱及びファニングは、対向した
ミラー42及び44間の結晶を介してオプティカル共振の結
果となる前記結晶の不連続に払われるべきであり、それ
らは結晶の反対側に位置されると共にプローブビーム軸
からオフセットされる。前記２つのミラーは、好ましく
増倍される散乱及びファニングされた入力ビーム光の経
路に沿って配置される。逆反射位相共役ビーム46は、前
記プローブビームと、前記ミラー間で共振するビームと
の間の結晶内の結合の結果として誘導される。また、交
流電圧源８及び電極14、16を経た結晶に対する交番磁界
の適用が、前記結晶のための半導体材料を使用するた
め、そしてこのような材料に伴う利益を達成するために
可能となるそれを作成する、高められた利得特性を提供
する。
できる別の物理的なセットアップは第５図に表されるも
ので、その中で第３図と共通の素子と認められるものは
同じ参照番号を使用する。この実施例に於いて、入力レ
ーザビーム38は光屈折結晶18の面40に垂直に指向され
る。前記入力ビームの散乱及びファニングは、対向した
ミラー42及び44間の結晶を介してオプティカル共振の結
果となる前記結晶の不連続に払われるべきであり、それ
らは結晶の反対側に位置されると共にプローブビーム軸
からオフセットされる。前記２つのミラーは、好ましく
増倍される散乱及びファニングされた入力ビーム光の経
路に沿って配置される。逆反射位相共役ビーム46は、前
記プローブビームと、前記ミラー間で共振するビームと
の間の結晶内の結合の結果として誘導される。また、交
流電圧源８及び電極14、16を経た結晶に対する交番磁界
の適用が、前記結晶のための半導体材料を使用するた
め、そしてこのような材料に伴う利益を達成するために
可能となるそれを作成する、高められた利得特性を提供
する。
分離ミラーが、最初のビームで交差結合するために前記
結晶中に逆行する前記プローブビームを偏向するため、
第３図及び第５図の実施例で示され、一方、幾つかの共
役器が外部ミラーの使用なしに結晶自体外へ反射を得
る。前記ミラーの機能は、結晶の反射的コーティングと
して満たされることができ、幾つかの場合として固有の
反射は、結晶表面の外で得られる。この発明の目的で、
結晶を介して逆行するプローブビームを偏向するためこ
のような機構は、分離ミラーの使用と同等のものであ
る。
結晶中に逆行する前記プローブビームを偏向するため、
第３図及び第５図の実施例で示され、一方、幾つかの共
役器が外部ミラーの使用なしに結晶自体外へ反射を得
る。前記ミラーの機能は、結晶の反射的コーティングと
して満たされることができ、幾つかの場合として固有の
反射は、結晶表面の外で得られる。この発明の目的で、
結晶を介して逆行するプローブビームを偏向するためこ
のような機構は、分離ミラーの使用と同等のものであ
る。
故に、共役媒体として光屈折材料を使用する自己ポンプ
位相共役ミラー及び関連した方法の種々の実施例が、示
されると共に述べられてきた。多数の変化及び二者択一
的な実施例が当業者によって生じ、この発明が添付の請
求の範囲によってのみ制限されるべきであるということ
が意味される。
位相共役ミラー及び関連した方法の種々の実施例が、示
されると共に述べられてきた。多数の変化及び二者択一
的な実施例が当業者によって生じ、この発明が添付の請
求の範囲によってのみ制限されるべきであるということ
が意味される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ，ｖｏｌｕｍ41，ｎｏ．８，Ｏ ｃｔｏｂｅｒ 1982，（Ｎｅｗ Ｙｏｒ ｋ，ＵＳ），Ｈ．Ｃｒｏｎｉｎ−Ｇｏｌｏ ｍｂ ｅｔ ａｌ．：“Ｐａｓｓｉｖｅ （ｓｅｌｆ−ｐｕｍｐｅｄ）ｐｈａｓｅ ｃｏｒｊｕｇａｔｅ ｍｉｒｒｏｒ’．ｔ ｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅ ｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔ ｉｏｎ" Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ ｏｎｓ，ｖｏｌｕｍｅ53，ｎｏ．５，Ａｐ ｒｉｌ 1985，（Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，Ｎ Ｌ），Ｓ．Ｉ．Ｓｔｅｆａｎｏｖｅｔ ａ ｌ．：“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｎｓｔａ ｔｉｏｎａｒｙ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｐｈｏｔｏ ｒｅ ｆｒａｃｔｉｖｅ ｃｒｙｓｔａｌｓ ａ ｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｌｔｅｒｎａ ｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌ ｄ”.
Claims (13)
- 【請求項１】自己ポンプ位相共役を本来的に維持するの
に十分高くないエレクトロ−オプティック係数を有する
光屈折材料から形成され、オプティカルプローブビーム
の受信用に適合される結晶と、 前記結晶内で約90゜の光屈折率格子シフトを安定させる
のに十分な振幅及び周波数の結晶に、その周期が前記光
屈折材料の格子形成時間よりも短いが再結合時間よりも
長い二者択一的な電界を供給する手段と、 前記結晶内で前記プローブビームに対して帰還角度で前
記結晶を介して逆行するプローブビームを偏向するため
に適合され、自己ポンプ位相共役が維持可能なレベルで
前記結晶内の空間電荷フィールドを高めるのに十分に小
さい外部ビーム偏向手段と を具備する自己ポンプ位相共役ミラー（PCM）。 - 【請求項２】前記光屈折材料は約10ピコメートル／ボル
ト未満のエレクトロ−オプティック係数を有する請求の
範囲第１項記載の自己ポンプPCM。 - 【請求項３】前記光屈折材料は半導体を備える請求の範
囲第１項記載の自己ポンプPCM。 - 【請求項４】前記ビーム偏向手段は約５゜未満の前記結
晶内のプローブビームに対する角度で前記結晶を介して
逆行する帰還ビームを偏向する請求の範囲第３項記載の
自己ポンプPCM。 - 【請求項５】前記結晶材料は約0.7ミクロン乃至11ミク
ロンの範囲の電磁放射線に対して光屈折的に鋭敏である
請求の範囲第１項記載の自己ポンプPCM。 - 【請求項６】自己ポンプ位相共役ミラー（PCM）であっ
て、 自己ポンプ位相共役を本来的に維持するのに十分高くな
いエレクトロ−オプティック係数を有する光屈折材料か
ら形成され、オプティカルプローブビームの受信用に適
合される本体と、 前記光屈折材料の格子形成時間よりも短いが再結合時間
よりも長い周期を有して、前記本体に二者択一的な電界
を供給する手段と、 外部ポンプビームなしに前記プローブビームの位相共役
を誘導するために約５゜未満の前記本体内の前記プロー
ブビームに対する角度で前記本体を介して送信されたレ
ーザビームを偏向するために適合される外部ビーム偏向
手段と を具備する自己ポンプPCM。 - 【請求項７】前記光屈折材料は半導体を備える請求の範
囲第６項記載の自己ポンプPCM。 - 【請求項８】プローブオプティカルビームの位相共役を
形成する方法であって、自己ポンプ位相共役を本来的に
支持するのに十分高くないエレクトロ−オプティック係
数を有する光屈折材料を形成する工程と、 前記光屈折材料の本体を介して第１の方向に前記ビーム
を指向させる工程と、 前記光屈折材料の格子形成時間よりも短いが再結合時間
よりも長い周期で、前記光屈折材料の本体内で約90゜の
光屈折率格子シフトを安定させるために十分な振幅及び
周波数の光屈折材料の本体に二者択一的な電界を供給す
る工程と、 前記本体内で空間電荷フィールドを高めるように前記本
体内の前記第１の方向に対して十分に小さい鋭角で、前
記プローブビームの位相共役を誘導する前記本体を介し
て逆行する第２の方向にビームを指向させる工程と を具備する方法。 - 【請求項９】前記プローブオプティカルビームは持続波
レーザビームを備える請求の範囲第８項記載の方法。 - 【請求項１０】前記光屈折材料は半導体を備え、前記ビ
ームは前記第１の方向に対して約５゜未満の角度で前記
本体を介して逆向きに指向される請求の範囲第８項記載
の方法。 - 【請求項１１】前記ビームは約３゜未満の前記結晶内の
前記プローブビームに対する角度で前記結晶を介して逆
向きに指向される請求の範囲第10項記載の方法。 - 【請求項１２】前記二者択一的な電界は前記屈折率格子
シフトを安定させるために前記結晶と交差して供給され
る請求の範囲第８項記載の方法。 - 【請求項１３】自己ポンプ位相共役ミラー（PCM）であ
って、 自己ポンプ位相共役を本来的に支持するのに十分でない
低いエレクトロ−オプティック係数を有する光屈折半導
体材料から形成され、オプティカルプローブビームの受
信用に適合される本体と、 約90゜の光屈折率格子シフトを安定させると共に、自己
ポンプ位相共役を支持することの可能な本体を作成する
ように前記本体内で空間電荷を高めるために、十分な振
幅及び周波数の本体に二者択一的な電界を供給する手段
と、 外部ポンプビームなしに前記プローブビームの位相共役
を誘導するために約５゜未満の前記プローブビームに対
する逆向きの角度で前記本体を介して送信してきた前記
プローブビームを偏向するのに適合される外部ビーム偏
向手段と を具備する自己ポンプPCM。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/836,679 US4773739A (en) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | Self-pumped phase conjugate mirror and method using AC-field enhanced photorefractive effect |
| US836679 | 1986-03-05 | ||
| PCT/US1987/000114 WO1987005406A1 (en) | 1986-03-05 | 1987-01-27 | Self-pumped phase conjugate mirror |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63502622A JPS63502622A (ja) | 1988-09-29 |
| JPH0721600B2 true JPH0721600B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=25272478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62501225A Expired - Lifetime JPH0721600B2 (ja) | 1986-03-05 | 1987-01-27 | 光屈折効果を高めた交流電界を使用する自己ポンプ位相共役ミラ−及びその方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4773739A (ja) |
| EP (1) | EP0259374B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0721600B2 (ja) |
| KR (1) | KR910008008B1 (ja) |
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