JP2653824B2 - 全光学的画像増幅器 - Google Patents
全光学的画像増幅器Info
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- JP2653824B2 JP2653824B2 JP63088558A JP8855888A JP2653824B2 JP 2653824 B2 JP2653824 B2 JP 2653824B2 JP 63088558 A JP63088558 A JP 63088558A JP 8855888 A JP8855888 A JP 8855888A JP 2653824 B2 JP2653824 B2 JP 2653824B2
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- Japan
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- light
- input
- incident
- optical
- gain medium
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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。
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。
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
た電子を螢光板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。
面に当てて光学像を電子像に変換した後増幅し、増幅し
た電子を螢光板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、また誘導放出過程を二次的な画像形成に応用したも
のとしつてファイバー或いはCaAs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、画像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）.1August1980p260FIG.1参照）。
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、また誘導放出過程を二次的な画像形成に応用したも
のとしつてファイバー或いはCaAs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、画像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）.1August1980p260FIG.1参照）。
しかしながら、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。
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。
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。
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。
さらにファイバー、或いはGaAs結晶を用いた素子は、
入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。
入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。
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。
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、エバネッセンス波により
励起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。
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、エバネッセンス波により
励起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。
また、本発明は、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、或いは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素子の増幅率を空
間的に異ならせたことを特徴とする。
より変えることにより、或いは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素子の増幅率を空
間的に異ならせたことを特徴とする。
〔作用〕 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入力光を入射させ
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。
により励起し、励起された利得媒体に入力光を入射させ
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
ー、15は利得媒体、17はカットオフフィルタ、19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。
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
ー、15は利得媒体、17はカットオフフィルタ、19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１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、方向性が保持されている。
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、方向性が保持されている。
次に第２図により本発明を詳細に説明する。
全光学的画像増幅器１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11、19からなっている。
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11、19からなっている。
利得媒体15は薄いポリカーボネイトフイルム中にドー
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（mol/dm3）
程度である。このフィルムを石英ガラス基板からなるカ
ットオフフィルタ17に接着等により貼付する。フィルム
の厚さは１μｍ程度であり、フィルタの厚みは１〜2.5m
m程度である。フィルア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、フィルム
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。そして、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１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10
mJ/cm2である。こうして活性化された利得媒体は、レベ
ル１とレベル２のエネルギー差の入射光により誘導放出
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。
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（mol/dm3）
程度である。このフィルムを石英ガラス基板からなるカ
ットオフフィルタ17に接着等により貼付する。フィルム
の厚さは１μｍ程度であり、フィルタの厚みは１〜2.5m
m程度である。フィルア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、フィルム
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。そして、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１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10
mJ/cm2である。こうして活性化された利得媒体は、レベ
ル１とレベル２のエネルギー差の入射光により誘導放出
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、一定程度誘導放出を生
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導放出分を求めておき、これ
を差し引くようにすればよい。
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導放出分を求めておき、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（10
-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ポンピングす
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1/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。
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（10
-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ポンピングす
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1/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。
なお、ポンプ光の波長としては４−（N,N−ジエチル
アミノ）−４′−ニトロスチルベンの吸収波長域である
530〜355nmを選んだ。
アミノ）−４′−ニトロスチルベ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、一様な
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。
ハーフミラー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
してある。ハーフミラー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。
シアン分布をしており、周辺の強度が弱いので、一様な
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。
ハーフミラー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
してある。ハーフミラー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。
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。
以上のような構成により、本増幅器では600〜700nmの
波長領域の光を増幅することができた。
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。
一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ッセンス波に
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15側に滲み出してから反射しており、
この滲み出した光、即ちバネッ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。
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ッセンス波に
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15側に滲み出してから反射しており、
この滲み出した光、即ちバネッ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。
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。
ところでエバネッ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。
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。
第10図においては、利得媒体を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
へ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鏡39、41で反射させて第３の増幅素
子へ入射させて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。
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
へ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鏡39、41で反射させて第３の増幅素
子へ入射させて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。
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、入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せ
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、さらに入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。
たまま画像増幅が行われるので、入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せ
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、さらに入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ための図、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図はエバネッセンス波を説
明するための図、第10図は本発明の他の実施例を示す図
である。 １……増幅器、３、５……入力画像、７、９……増幅さ
れた画像、11……入力光学系、13……ハーフミラー、15
……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。
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ための図、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図はエバネッセンス波を説
明するための図、第10図は本発明の他の実施例を示す図
である。 １……増幅器、３、５……入力画像、７、９……増幅さ
れた画像、11……入力光学系、13……ハーフミラー、15
……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。
Claims (4)
- 【請求項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、エ
バネッセンス波により励起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。 - 【請求項２】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請求項１記
載の全光学的画像増幅器。 - 【請求項３】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
得媒体を有し、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。 - 【請求項４】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
得媒体を有し、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。
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 JPH01259330A (ja) | 1989-10-17 |
| JP2653824B2 true 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) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1232051B (it) * | 1989-03-24 | 1992-01-23 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Dispositivo per la correlazione fra fasci ottici |
Family Cites Families (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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01259330A (ja) | 1989-10-17 |
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