JP2941855B2 - リングレーザ共振器 - Google Patents
リングレーザ共振器Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0606—Crystal lasers or glass lasers with polygonal cross-section, e.g. slab, prism
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- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は一般的にレーザに係り、特にリング・レーザ
に関するものである。
に関するものである。
[従来技術の問題点および解決手段] (定 義) 「バイリシック」装置とは、一対のディスクリートコ
ンポーネントとから成る装置である。
ンポーネントとから成る装置である。
「リング」とは、リング・レーザ内のレーザ・ビーム
によって横切られる閉経路である。
によって横切られる閉経路である。
リング・レーザの「サポート・モード」とは、リング
まわりの単一経路に対する正味増幅度が1に等しいかま
たは1より大であるモードである。
まわりの単一経路に対する正味増幅度が1に等しいかま
たは1より大であるモードである。
リング・レーザの非サポート・モードとは、リングま
わりの単一経路に対する正味増幅度が1より小であるモ
ードである。
わりの単一経路に対する正味増幅度が1より小であるモ
ードである。
「一対の平面の間のマイナー角」とは、一対の交さ平
面の間に形成される2つの角の小さい方の角である。平
行平面は、定義により、ゼロ度の交さマイナー角を有し
ている。
面の間に形成される2つの角の小さい方の角である。平
行平面は、定義により、ゼロ度の交さマイナー角を有し
ている。
従来のレーザにおいては、レーザ・キャビティが定在
波モードを確立しこのモードがレーザが作動する周波数
を選択するべく機能する。オプティカルファイバを利用
する光通信を含む多くの応用において、単一モードの光
ビームを提供することがレーザにとって有利である。光
ファイバ通信に関しては、この単一モードの波長は光フ
ァイバが最小減衰および/または最小分散を有する波長
レンジ以内にあるべきである。現在では、この波長は1.
3ミクロンのオーダにある。
波モードを確立しこのモードがレーザが作動する周波数
を選択するべく機能する。オプティカルファイバを利用
する光通信を含む多くの応用において、単一モードの光
ビームを提供することがレーザにとって有利である。光
ファイバ通信に関しては、この単一モードの波長は光フ
ァイバが最小減衰および/または最小分散を有する波長
レンジ以内にあるべきである。現在では、この波長は1.
3ミクロンのオーダにある。
商業的に発展するためには、レーザは低電力必要条
件、高信頼性、適度の大きさおよび手ごろなコストを有
するべきである。100メガボーのデータ速度に適応する
ためには、この単一レーザ・モードの線幅はヘテロダイ
ン検波および位相シフト・キーイング・データ・エンコ
ーディングを用いて200キロヘルツより小であるべきで
ありかつレーザ周波数は等しく安定であるべきである。
リング・レーザは、これらの必要条件に合致することが
立証されている。
件、高信頼性、適度の大きさおよび手ごろなコストを有
するべきである。100メガボーのデータ速度に適応する
ためには、この単一レーザ・モードの線幅はヘテロダイ
ン検波および位相シフト・キーイング・データ・エンコ
ーディングを用いて200キロヘルツより小であるべきで
ありかつレーザ周波数は等しく安定であるべきである。
リング・レーザは、これらの必要条件に合致することが
立証されている。
リング・レーザにおいては、従来のレーザの定在モー
ドの代りに進行モードが利用されている。光学ソース
が、レーザ内の閉経路(「リング」)のまわりに進行す
る光を提供する。典型的なリング・レーザ(たとえば、
1974年7月16日発行の「固体単一周波数レーザ」と題す
るミッチェルJ.ブリンザ氏外による米国特許第3,824,49
2号を参照のこと)は、リングのまわりに進行波を導く
ための3個またはそれ以上の反射素子を包含している。
波はこのリングのまわりにいずれの方向にも進行するこ
とができるので、このようなリングはそのまわりを互い
に反対方向にまわる複数のモードをサポートしてしまう
ことがあり得る。
ドの代りに進行モードが利用されている。光学ソース
が、レーザ内の閉経路(「リング」)のまわりに進行す
る光を提供する。典型的なリング・レーザ(たとえば、
1974年7月16日発行の「固体単一周波数レーザ」と題す
るミッチェルJ.ブリンザ氏外による米国特許第3,824,49
2号を参照のこと)は、リングのまわりに進行波を導く
ための3個またはそれ以上の反射素子を包含している。
波はこのリングのまわりにいずれの方向にも進行するこ
とができるので、このようなリングはそのまわりを互い
に反対方向にまわる複数のモードをサポートしてしまう
ことがあり得る。
このレーザの単一モード発振を確実にするために、リ
ング・レーザの設計はこれら2つの進行波モードの一方
のみをサポートするべきである。この理由は、両進行方
向のモードがサポートされるものとすると、これらのモ
ードは空間的に干渉してリングのまわりにビーム強度の
空間的変動を生じることにある。ここには、互いに1/4
波長だけ離れている節と波腹が周期的に繰り返されるパ
ターンが存在する。利得の飽和によって、光学的輝度が
最大であるところで利得が減少する。従って、この利得
は、最大利得領域が光学的干渉パターンの節にあるとい
う形で、空間的にも変調される。この現象は、「空間ホ
ール・バーニング」として知られている。隣接モードの
波長は僅かに異なるので、これら2つのモードによって
発生する空間干渉パターンが一致することはない。した
がって、各モードは、隣接モードによって飽和されてい
ない空間領域から利得を抽出することになる。このた
め、二方向性リングおよび線形リング共振器は、1つの
モード以上で発振する傾向がある。
ング・レーザの設計はこれら2つの進行波モードの一方
のみをサポートするべきである。この理由は、両進行方
向のモードがサポートされるものとすると、これらのモ
ードは空間的に干渉してリングのまわりにビーム強度の
空間的変動を生じることにある。ここには、互いに1/4
波長だけ離れている節と波腹が周期的に繰り返されるパ
ターンが存在する。利得の飽和によって、光学的輝度が
最大であるところで利得が減少する。従って、この利得
は、最大利得領域が光学的干渉パターンの節にあるとい
う形で、空間的にも変調される。この現象は、「空間ホ
ール・バーニング」として知られている。隣接モードの
波長は僅かに異なるので、これら2つのモードによって
発生する空間干渉パターンが一致することはない。した
がって、各モードは、隣接モードによって飽和されてい
ない空間領域から利得を抽出することになる。このた
め、二方向性リングおよび線形リング共振器は、1つの
モード以上で発振する傾向がある。
これら2つの進行モードの一方のみをサポートするこ
とは、別の利点を有している。多くのレーザの応用に
は、レーザから放射された光のある部分がこのレーザに
対して逆反射される結果が伴う。このような被反射光
は、このレーザの動作を不安定にすることになる。リン
グ・レーザの場合は、このような被反射光は非サポート
進行波モードの方向にあり、そしてこのため、この被反
射光はレーザの動作に著しく影響を与えないうちに減衰
される。
とは、別の利点を有している。多くのレーザの応用に
は、レーザから放射された光のある部分がこのレーザに
対して逆反射される結果が伴う。このような被反射光
は、このレーザの動作を不安定にすることになる。リン
グ・レーザの場合は、このような被反射光は非サポート
進行波モードの方向にあり、そしてこのため、この被反
射光はレーザの動作に著しく影響を与えないうちに減衰
される。
典型的なディスクリート・コンポーネント・リング・
レーザ(1974年7月16日発行の「固体単一周波数レー
ザ」と題するブリンザ氏外による米国特許第3,824,492
号を参照のこと)においては、進行波ビームの偏光はウ
ェーブ・プレートによって回転を受けるとともにフェラ
デー・ロテータによっても回転を受ける。サポーテッド
・モードに関しては、この偏光がリングの完全トラバー
スによって不変であるようにこれら2つの回転は相殺す
る。非サポート・モードに関しては、これら2つの回転
は足し合わされて、リングのまわりに正味回転を生じ
る。偏光子がリング内にあって、非サポート・モードを
減衰させかつサポート・モードの概ねじすべてを送出す
る。この選択的減衰によって、これら2つのモードの一
方だけのサポートを確実なものにする。
レーザ(1974年7月16日発行の「固体単一周波数レー
ザ」と題するブリンザ氏外による米国特許第3,824,492
号を参照のこと)においては、進行波ビームの偏光はウ
ェーブ・プレートによって回転を受けるとともにフェラ
デー・ロテータによっても回転を受ける。サポーテッド
・モードに関しては、この偏光がリングの完全トラバー
スによって不変であるようにこれら2つの回転は相殺す
る。非サポート・モードに関しては、これら2つの回転
は足し合わされて、リングのまわりに正味回転を生じ
る。偏光子がリング内にあって、非サポート・モードを
減衰させかつサポート・モードの概ねじすべてを送出す
る。この選択的減衰によって、これら2つのモードの一
方だけのサポートを確実なものにする。
1988年5月24日発行の“クォリプレーナ・モノリシッ
ク一方向性リング・レーザ(Quali Planar Monolithic
Unidirectional Ring Laser)”と題するツルツナJr.氏
外による米国特許第4,747,111号に開示されている一方
向性リング・レーザにおいては、リングのまわりに進行
波ビームを導きかつこのビームの偏光を回転させるため
に単一ブロックの物質が形成され、これによってウェー
ブ・プレートの必要を回避している。このビームは、こ
のブロックの4つの面から反射する。このブロックは、
この進行波ビームの波長でレーザ動作を行うように選択
されかつ印加磁界の存在中でファラデー・ロテータとし
て作用するように選択された物質で形成されている。リ
ングのまわりの一方向に関しては、ファラデー回転によ
って相殺される平面外反射によって誘起された幾何学的
偏光回転が存在し、偏光出力ミラーからの低減衰反射を
可能ならしめている。他方向においては、2つの回転が
足し合わされて損失をともなう偏光子によるビームの減
衰を生じる。あいにく、このレーザは同調性を有しない
ので、単一ビーム周波数しか必要としない応用に限られ
ている。
ク一方向性リング・レーザ(Quali Planar Monolithic
Unidirectional Ring Laser)”と題するツルツナJr.氏
外による米国特許第4,747,111号に開示されている一方
向性リング・レーザにおいては、リングのまわりに進行
波ビームを導きかつこのビームの偏光を回転させるため
に単一ブロックの物質が形成され、これによってウェー
ブ・プレートの必要を回避している。このビームは、こ
のブロックの4つの面から反射する。このブロックは、
この進行波ビームの波長でレーザ動作を行うように選択
されかつ印加磁界の存在中でファラデー・ロテータとし
て作用するように選択された物質で形成されている。リ
ングのまわりの一方向に関しては、ファラデー回転によ
って相殺される平面外反射によって誘起された幾何学的
偏光回転が存在し、偏光出力ミラーからの低減衰反射を
可能ならしめている。他方向においては、2つの回転が
足し合わされて損失をともなう偏光子によるビームの減
衰を生じる。あいにく、このレーザは同調性を有しない
ので、単一ビーム周波数しか必要としない応用に限られ
ている。
[解決しようとする問題点および解決手段] 図説の好適実施例によれば、可同調リング・レーザが
開示されている。このレーザは、光源と、ギャップによ
って隔離された2個のブロックとを包含している。この
ブロックの少なくとも1個は選択されたレーザ波長でレ
ーザ機能を果す能力を有しまたこのブロック少なくとも
1個は、印加磁界の存在中で、レーザ・ビームがリング
のまわりを進行するにつれてこのレーザ・ビームのファ
ラデー回転を生じる。
開示されている。このレーザは、光源と、ギャップによ
って隔離された2個のブロックとを包含している。この
ブロックの少なくとも1個は選択されたレーザ波長でレ
ーザ機能を果す能力を有しまたこのブロック少なくとも
1個は、印加磁界の存在中で、レーザ・ビームがリング
のまわりを進行するにつれてこのレーザ・ビームのファ
ラデー回転を生じる。
これら2つのブロックは、閉経路(「リング」)のま
わりにビームを反射するように整置されている少なくと
も4つの反射表面を含んでいる。リングのまわりの進行
の1つの方向(「サポート・モード方向」)に関して
は、レーザ・ビームはリングのまわりの反対方向(「非
サポート・モード方向」)よりも大きい増幅を受ける。
ループをちょうど1周した場合の正味増幅度は、サポー
ト・モードに対しては1より大でありそして非サポート
・モードに対しては1より小である。
わりにビームを反射するように整置されている少なくと
も4つの反射表面を含んでいる。リングのまわりの進行
の1つの方向(「サポート・モード方向」)に関して
は、レーザ・ビームはリングのまわりの反対方向(「非
サポート・モード方向」)よりも大きい増幅を受ける。
ループをちょうど1周した場合の正味増幅度は、サポー
ト・モードに対しては1より大でありそして非サポート
・モードに対しては1より小である。
これらの2つのブロックは、一方のブロックを他方の
ブロックに関して移動させることができる移動ステージ
上に装着されている。このように移動は、両ブロック間
のギャップの幅を変化させ、サポート・モードの周波数
を変化させる。
ブロックに関して移動させることができる移動ステージ
上に装着されている。このように移動は、両ブロック間
のギャップの幅を変化させ、サポート・モードの周波数
を変化させる。
第1のクラスの実施例の場合は、このリングはこれら
2つのブロックの1つとこれら2つのブロック間のギャ
ップとから成る領域内に含まれている。第2のクラスの
実施例の場合は、このリングは両ブロックおよびこれら
2つのブロック間のギャップから成る領域内に含まれて
いる。第3のクラスの実施例の場合は、一方のブロック
はガラスでありまた他のブロックは、レーザ機能を果た
しかつファラデー回転を導入する能力を有するネオジム
によってドープされたイットリウム・アルミニウム・ガ
ーネット(Nd:YAGと表わす)またはネオジムによってド
ープされたガドリニウム・ガリウム・ガーネット(Nd:G
GGと表わす)のような物質である。第4のクラスの実施
例の場合は、両ブロックの一方はレーザ機能を果たし得
る物質でできており、また他方のブロックは印加磁界内
にファラデー回転を生じる能力を有する物質でできてい
る。この最後のクラスの実施例は、レーザ機能を果たし
得る物質およびファラデー回転を生じ得る物質を互いに
独立して選択できるという利点があり、これによりこれ
らの物質を個別に最適化できる。
2つのブロックの1つとこれら2つのブロック間のギャ
ップとから成る領域内に含まれている。第2のクラスの
実施例の場合は、このリングは両ブロックおよびこれら
2つのブロック間のギャップから成る領域内に含まれて
いる。第3のクラスの実施例の場合は、一方のブロック
はガラスでありまた他のブロックは、レーザ機能を果た
しかつファラデー回転を導入する能力を有するネオジム
によってドープされたイットリウム・アルミニウム・ガ
ーネット(Nd:YAGと表わす)またはネオジムによってド
ープされたガドリニウム・ガリウム・ガーネット(Nd:G
GGと表わす)のような物質である。第4のクラスの実施
例の場合は、両ブロックの一方はレーザ機能を果たし得
る物質でできており、また他方のブロックは印加磁界内
にファラデー回転を生じる能力を有する物質でできてい
る。この最後のクラスの実施例は、レーザ機能を果たし
得る物質およびファラデー回転を生じ得る物質を互いに
独立して選択できるという利点があり、これによりこれ
らの物質を個別に最適化できる。
[実施例] 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。図面において、参照番号の最初の数字はその参照番
号で示されている部品がある最初の図を示しいる。
る。図面において、参照番号の最初の数字はその参照番
号で示されている部品がある最初の図を示しいる。
第1A図〜第1D図は、バイリシック・レーザ共振器11お
よび光学的ポンプ源12から成る可同調リング・レーザを
図説している。バイリシック・レーザ共振器11は、ギャ
ップ115によって隔離されている第1のブロック14およ
び第2のブロック15を包含している。ブロック15は、第
1の端部表面16、第2の端部表面17、一対の側部表面1
8、19、一対の傾斜表面110、111、上部表面112および底
部表面113によって境界付けられている。ブック14は、
このブロック14の表面114上の反射頂点Aを通して光源1
2から入力ビーム13を導く。このビームは次に、諸表面1
10、117、111および114から反射してリングABCDAを形成
する。反時計方向にリングABCDAのまわりを進行するサ
ポーテッド・モードに関しては、反射頂点B、Cおよび
Dにおける反射は全内部反射である。ビームは、表面16
が部分偏光子として作用するようにこの表面16にブルー
スタ角で入射しかつ出て行く。第1B図の平面に偏光され
た光は伝達に関して反射損失を全く受けないが、第1B図
の平面に対して垂直に偏光された光は著しく反射される
(YAGについて大略30%)。表面114は、反射頂点Aにお
いてはレーザ・ビームの大部分が反射されるが、レーザ
・ビームの一部分がレーザ出力ビーム116としてブロッ
ク14を通して出るように、多層誘電体薄膜でコートされ
ている。表面114は曲面化されており、光ビームがこの
表面から反射されるときにこの光ビームを集束させてい
る。表面117はまた、ブロック14が表面114からの軸外反
射および屈折によって導入される出力ビーム116内の光
学的収差の一部を補正するように、表面114に関して曲
率を有している。
よび光学的ポンプ源12から成る可同調リング・レーザを
図説している。バイリシック・レーザ共振器11は、ギャ
ップ115によって隔離されている第1のブロック14およ
び第2のブロック15を包含している。ブロック15は、第
1の端部表面16、第2の端部表面17、一対の側部表面1
8、19、一対の傾斜表面110、111、上部表面112および底
部表面113によって境界付けられている。ブック14は、
このブロック14の表面114上の反射頂点Aを通して光源1
2から入力ビーム13を導く。このビームは次に、諸表面1
10、117、111および114から反射してリングABCDAを形成
する。反時計方向にリングABCDAのまわりを進行するサ
ポーテッド・モードに関しては、反射頂点B、Cおよび
Dにおける反射は全内部反射である。ビームは、表面16
が部分偏光子として作用するようにこの表面16にブルー
スタ角で入射しかつ出て行く。第1B図の平面に偏光され
た光は伝達に関して反射損失を全く受けないが、第1B図
の平面に対して垂直に偏光された光は著しく反射される
(YAGについて大略30%)。表面114は、反射頂点Aにお
いてはレーザ・ビームの大部分が反射されるが、レーザ
・ビームの一部分がレーザ出力ビーム116としてブロッ
ク14を通して出るように、多層誘電体薄膜でコートされ
ている。表面114は曲面化されており、光ビームがこの
表面から反射されるときにこの光ビームを集束させてい
る。表面117はまた、ブロック14が表面114からの軸外反
射および屈折によって導入される出力ビーム116内の光
学的収差の一部を補正するように、表面114に関して曲
率を有している。
ブロック14の主要機能は、ビーム143をブロック15に
進めること、レーザ・ビームの一部分を出力ビーム116
として退出させること、および反射頂点Dから反射頂点
Aに入射するビームの大部分を反射することである。し
たがって、ブロック14の材料の選択に関しては、ガラス
や水晶を含み、広い選択が可能である。
進めること、レーザ・ビームの一部分を出力ビーム116
として退出させること、および反射頂点Dから反射頂点
Aに入射するビームの大部分を反射することである。し
たがって、ブロック14の材料の選択に関しては、ガラス
や水晶を含み、広い選択が可能である。
ブロック15は、レーザ・ビームを増幅しかつレーザ・
ビームの偏光を回転させるように機能する。したがっ
て、ブロック15は、誘導放出によってレーザ・ビームを
増幅することができかつファラデー回転によってレーザ
・ビームの偏光を回転させることができるネオジムによ
ってドープされたイットリウム・アイアン・ガーネット
(Nd:YAGと表わす)のような物質から成っている。
ビームの偏光を回転させるように機能する。したがっ
て、ブロック15は、誘導放出によってレーザ・ビームを
増幅することができかつファラデー回転によってレーザ
・ビームの偏光を回転させることができるネオジムによ
ってドープされたイットリウム・アイアン・ガーネット
(Nd:YAGと表わす)のような物質から成っている。
入力ビーム13は第1B図の平面に平行に偏光され、この
ビームのうちのブロック14に伝達される部分の割合をこ
の偏光の関数として最大にするとともにこれと同じ偏光
が反射頂点Aに現れるようにしている。磁界Hが存在す
る場合は、この偏光はブロック15内をビームが進行する
につれて回転せしめられる。表面16、110、17および111
に対する法線の方向およびファラデー回転の量は、サポ
ート・モードに関して、非平坦形状によって誘起される
幾何学的偏光とファラデー回転とが相殺するように選択
される。この場合は、低損失の直線偏光が、各周回で変
化を受けることなく、ブルースタ角偏光子(表面16)を
通って循環する。換言すれば、直線偏光の光は共振器の
偏光モードである。しかしながら、非サポート・モード
に関しては、2つの偏光が足し合わされて、偏光モード
がより高損失の楕円偏光となる。
ビームのうちのブロック14に伝達される部分の割合をこ
の偏光の関数として最大にするとともにこれと同じ偏光
が反射頂点Aに現れるようにしている。磁界Hが存在す
る場合は、この偏光はブロック15内をビームが進行する
につれて回転せしめられる。表面16、110、17および111
に対する法線の方向およびファラデー回転の量は、サポ
ート・モードに関して、非平坦形状によって誘起される
幾何学的偏光とファラデー回転とが相殺するように選択
される。この場合は、低損失の直線偏光が、各周回で変
化を受けることなく、ブルースタ角偏光子(表面16)を
通って循環する。換言すれば、直線偏光の光は共振器の
偏光モードである。しかしながら、非サポート・モード
に関しては、2つの偏光が足し合わされて、偏光モード
がより高損失の楕円偏光となる。
ある具体的な実施例では、各種のパラメータが以下の
ように選択することによって、サポート・モードについ
ての最小減衰が得られる:幅W=4.91mm、長さL=4.70
mm、素子14の厚さt=1mm、ギャップWg=0.7mm、印加磁
界約2,000ガウス、ポンプしきい値10mW、Ndドーパント
密度1.1%、表面114の曲率半径4mm、表面110および111
に対する約0.45度の離平面(out−of−plane)法線、お
よび表面17に対する約1度の離平面法線。これら法線の
方向は、45度より小である平面ABD(すなわち、反射頂
点A、BおよびDを含む平面)と平面CBD(すなわち、
反射頂点C、BおよびDを含む表面)の間にマイナー角
φを生じるように選択される。角度φは、0.5〜2.0度の
レンジ内にあることが好ましい。角度φのこのような選
択は、ビームのファラデー回転の量も等しく小さい値に
なることを意味している。このことは比較的小さい磁界
(100ガウスのオーダ)の使用を可能ならしめ、これに
よって廉価な磁石118を使用して磁界Hを生じることを
可能ならしめる。角度φがこのように小さいということ
は、幾何学的偏光回転がYAG結晶内のわずかなファデー
回転によって相殺できるように十分に小さいということ
を意味する。φが過大であると、1周したときに0でな
い正味の偏光回転が現れ、損失の大きい楕円偏光モード
がもたらされる。φが過大であると、キャビティ内損失
が過大になりレーザ作用を維持することが困難になる。
ように選択することによって、サポート・モードについ
ての最小減衰が得られる:幅W=4.91mm、長さL=4.70
mm、素子14の厚さt=1mm、ギャップWg=0.7mm、印加磁
界約2,000ガウス、ポンプしきい値10mW、Ndドーパント
密度1.1%、表面114の曲率半径4mm、表面110および111
に対する約0.45度の離平面(out−of−plane)法線、お
よび表面17に対する約1度の離平面法線。これら法線の
方向は、45度より小である平面ABD(すなわち、反射頂
点A、BおよびDを含む平面)と平面CBD(すなわち、
反射頂点C、BおよびDを含む表面)の間にマイナー角
φを生じるように選択される。角度φは、0.5〜2.0度の
レンジ内にあることが好ましい。角度φのこのような選
択は、ビームのファラデー回転の量も等しく小さい値に
なることを意味している。このことは比較的小さい磁界
(100ガウスのオーダ)の使用を可能ならしめ、これに
よって廉価な磁石118を使用して磁界Hを生じることを
可能ならしめる。角度φがこのように小さいということ
は、幾何学的偏光回転がYAG結晶内のわずかなファデー
回転によって相殺できるように十分に小さいということ
を意味する。φが過大であると、1周したときに0でな
い正味の偏光回転が現れ、損失の大きい楕円偏光モード
がもたらされる。φが過大であると、キャビティ内損失
が過大になりレーザ作用を維持することが困難になる。
リングABCDAをちょうど一回りした後、正味ゼロの偏
光変化で反射頂点Aにビームが戻ってくる。リングABCD
Aの経路長は、サポート・モードの波長の整数倍数であ
る。ギャップ115の幅Wgが変化すると、サポート・モー
ドの波長はリングのまわりの波長の数を一定に保つべく
変化せしめられる。レーザ・ビームの波長はギャップ11
5の幅を変化させることによって同調をとる。
光変化で反射頂点Aにビームが戻ってくる。リングABCD
Aの経路長は、サポート・モードの波長の整数倍数であ
る。ギャップ115の幅Wgが変化すると、サポート・モー
ドの波長はリングのまわりの波長の数を一定に保つべく
変化せしめられる。レーザ・ビームの波長はギャップ11
5の幅を変化させることによって同調をとる。
他の実施例の場合は、入力ポンピング・ビーム13はポ
イントA以外のリング内のあるポイントにおいて注入可
能である。たとえば、表面110に対する法線は、光が全
部内部的に反射されるのではなく、光がポイントBにお
いて注入されかつこの同一ポイントにおいて抽出可能で
あるような角度で反射するように、選択可能である。誘
電体薄膜ミラーを表面210上にデポジットして、レーザ
・モードに対する反射率を増補することができる。
イントA以外のリング内のあるポイントにおいて注入可
能である。たとえば、表面110に対する法線は、光が全
部内部的に反射されるのではなく、光がポイントBにお
いて注入されかつこの同一ポイントにおいて抽出可能で
あるような角度で反射するように、選択可能である。誘
電体薄膜ミラーを表面210上にデポジットして、レーザ
・モードに対する反射率を増補することができる。
第2A図〜第2D図は、リングがレーザ共振器の両コンポ
ーネント内に延びかつレーザ共振器の両コンポーネント
とこれら両セクション間のギャップとから成る領域内に
含まれているバイリシック・レーザ共振器を図説してい
る。この実施例は、第1A図〜第1D図の実施例に密接に一
致している。これら2つの実施例における対応素子は、
第1図においてはすべての参照番号が1で始まりまたは
第2図においてはすべての参照番号が2で始まる点のみ
が異なる参照番号で示されている。この実施例の場合は
反射頂点Aが表面217上に存在しているが、第1A図〜第1
D図の実施例の場合は反射頂点Aが表面114上に存在して
いる。この差異の結果として、リングの一部がブロック
24内に含まれているが、第1A図〜第1D図の実施例の場合
はリングのいずれの部分もブロック14内に含まれていな
い。
ーネント内に延びかつレーザ共振器の両コンポーネント
とこれら両セクション間のギャップとから成る領域内に
含まれているバイリシック・レーザ共振器を図説してい
る。この実施例は、第1A図〜第1D図の実施例に密接に一
致している。これら2つの実施例における対応素子は、
第1図においてはすべての参照番号が1で始まりまたは
第2図においてはすべての参照番号が2で始まる点のみ
が異なる参照番号で示されている。この実施例の場合は
反射頂点Aが表面217上に存在しているが、第1A図〜第1
D図の実施例の場合は反射頂点Aが表面114上に存在して
いる。この差異の結果として、リングの一部がブロック
24内に含まれているが、第1A図〜第1D図の実施例の場合
はリングのいずれの部分もブロック14内に含まれていな
い。
これら2つの実施例間のこの差異は、第2A図〜第2D図
の実施例の次のような利点をもたらしている。増幅のす
べてがブロック24によってもたらされることができ、ま
たファラデー回転のすべてがブロック25によってもたら
されることができる。このことは、ブロック24の材料の
選択を、この材料がファラデー回転をももたらさなけれ
ばならないと言う制約を課することなく、可能ならしめ
るとともに、ブロック25の材料の選択を、この材料がレ
ーザ機能をも発揮することができなければならないと言
う制約を課することなく、可能ならしめる。したがっ
て、これら両選択の各々は別個に最適化される。ブロッ
ク24に対する好適な選択は、Ndドープ化イットリウム・
アルミニウム・ガーネット(Nd:YAG)結晶およびNdドー
プ化ガドリニウム・ガリウム・ガーネット(Nd:GGG)結
晶のような希土ドープ結晶である。特に、Ndドープ化YA
G結晶は、これらが現在のところでは最良のレーザ機能
発揮材料であるので好ましい。ブロック25に対する好適
な選択は、大きいバーデット(Verdet)定数(すなわ
ち、強いファラデー回転を呈する)を有するとともに1.
3ミクロンにおいて低吸収を有するすべての材料であ
る。たとえば、アメリカ合衆国サウスカロライナ州2992
8、ヒルトン・ヘッド、マーシュランド100のキグレ(Ki
gre)社からM16ファラデー回転ガラスが入手可能であ
る。ブロック25に対する他の選択としては、ペンシルバ
ニア州18642、ドゥリエー、ヨーク・アベニー400のショ
ット・グラス・テクノロジー社から入手可能なSF−6お
よびSF−57はもとより、亜鉛セレン化物水晶がある。
の実施例の次のような利点をもたらしている。増幅のす
べてがブロック24によってもたらされることができ、ま
たファラデー回転のすべてがブロック25によってもたら
されることができる。このことは、ブロック24の材料の
選択を、この材料がファラデー回転をももたらさなけれ
ばならないと言う制約を課することなく、可能ならしめ
るとともに、ブロック25の材料の選択を、この材料がレ
ーザ機能をも発揮することができなければならないと言
う制約を課することなく、可能ならしめる。したがっ
て、これら両選択の各々は別個に最適化される。ブロッ
ク24に対する好適な選択は、Ndドープ化イットリウム・
アルミニウム・ガーネット(Nd:YAG)結晶およびNdドー
プ化ガドリニウム・ガリウム・ガーネット(Nd:GGG)結
晶のような希土ドープ結晶である。特に、Ndドープ化YA
G結晶は、これらが現在のところでは最良のレーザ機能
発揮材料であるので好ましい。ブロック25に対する好適
な選択は、大きいバーデット(Verdet)定数(すなわ
ち、強いファラデー回転を呈する)を有するとともに1.
3ミクロンにおいて低吸収を有するすべての材料であ
る。たとえば、アメリカ合衆国サウスカロライナ州2992
8、ヒルトン・ヘッド、マーシュランド100のキグレ(Ki
gre)社からM16ファラデー回転ガラスが入手可能であ
る。ブロック25に対する他の選択としては、ペンシルバ
ニア州18642、ドゥリエー、ヨーク・アベニー400のショ
ット・グラス・テクノロジー社から入手可能なSF−6お
よびSF−57はもとより、亜鉛セレン化物水晶がある。
上記の説明のとおり、バイリシック共振器の使用は、
(a)可同調性を提供すること、(b)コンポーネント
間のギャップの変化によって上記のような可同調性を可
能ならしめる最小数(2)にコンポーネント数を制限す
ること、および(c)レーザ機能材料とファラデー回転
材料が別個に選択可能な諸実施例を可能にすることの利
点を有している。コンポーネント数を2に制限すること
によって、レーザが可同調であることの制約に対して所
要アライメントの量が最小化される。
(a)可同調性を提供すること、(b)コンポーネント
間のギャップの変化によって上記のような可同調性を可
能ならしめる最小数(2)にコンポーネント数を制限す
ること、および(c)レーザ機能材料とファラデー回転
材料が別個に選択可能な諸実施例を可能にすることの利
点を有している。コンポーネント数を2に制限すること
によって、レーザが可同調であることの制約に対して所
要アライメントの量が最小化される。
ギャップすなわち2個のブロック間のギャップの幅Wg
を変化させるために利用できる多数の現存装置がある。
たとえば、ローラ・ベアリング・ステージおよびたわみ
ピボット・ステージは、具体例である。第2A図に図説さ
れている好適実施例の場合は、ブロック24および25は、
圧電結晶220および223と電極221、222、224、および225
とから成る圧電剪断変形プレート上に装着されている。
この具体的な実施例では、プレート221とプレート222と
の間の極性はプレート224とプレート225との間の極性と
反対になっていて、これら2つの剪断変形プレートがプ
ッシュプル配列、すなわち、剪断変形プレート220がブ
ロック25を−y方向に動かすときに、剪断変形プレート
223がブロック24を+y方向に動かすような配列で動作
するようにしている。代替実施例の場合は、これら2つ
の剪断変形プレートの一方または他方がその関連ブロッ
クに対する固定マウントによって置換されている。この
ようにする代りに、長さが伸びるように動作する圧電結
晶をブロックの一端に取り付けて、そのブロックを横に
動かすこともできる。これらの実施例は、簡単性および
両ブロックに対して固定的サポートを提供する利点を有
している。
を変化させるために利用できる多数の現存装置がある。
たとえば、ローラ・ベアリング・ステージおよびたわみ
ピボット・ステージは、具体例である。第2A図に図説さ
れている好適実施例の場合は、ブロック24および25は、
圧電結晶220および223と電極221、222、224、および225
とから成る圧電剪断変形プレート上に装着されている。
この具体的な実施例では、プレート221とプレート222と
の間の極性はプレート224とプレート225との間の極性と
反対になっていて、これら2つの剪断変形プレートがプ
ッシュプル配列、すなわち、剪断変形プレート220がブ
ロック25を−y方向に動かすときに、剪断変形プレート
223がブロック24を+y方向に動かすような配列で動作
するようにしている。代替実施例の場合は、これら2つ
の剪断変形プレートの一方または他方がその関連ブロッ
クに対する固定マウントによって置換されている。この
ようにする代りに、長さが伸びるように動作する圧電結
晶をブロックの一端に取り付けて、そのブロックを横に
動かすこともできる。これらの実施例は、簡単性および
両ブロックに対して固定的サポートを提供する利点を有
している。
圧電材料はヒステリシスを呈するので、印加電圧と対
応するブロックの平行移動の量との間に1対1の関係が
成立しない。したがって、ギャップWgの変位の量を判断
するために1つのメカニズムが包含されている。一実施
例の場合は、光学式エンコーダがブロックの一方または
両方に包含され、また検出手段がブロックが平行移動さ
れる量を測定している。他の実施例の場合は、レーザ周
波数が測定され、そしてこの値がこのレーザ周波数が選
択周波数に等しくなるまでWgを調整するために使用され
ている。
応するブロックの平行移動の量との間に1対1の関係が
成立しない。したがって、ギャップWgの変位の量を判断
するために1つのメカニズムが包含されている。一実施
例の場合は、光学式エンコーダがブロックの一方または
両方に包含され、また検出手段がブロックが平行移動さ
れる量を測定している。他の実施例の場合は、レーザ周
波数が測定され、そしてこの値がこのレーザ周波数が選
択周波数に等しくなるまでWgを調整するために使用され
ている。
本発明は、以上のように構成され、作用するものであ
るから、上記した課題を達成することができるレーザ共
振器を提供しうるという効果が得られる。
るから、上記した課題を達成することができるレーザ共
振器を提供しうるという効果が得られる。
第1A図はリングが第1のブロック及びこのブロックと第
2のブロックとの間のギャップ内にふくまれている第1
実施例に係るリング・レーザの斜視図である。 第1B図、第1C図、第1D図は、第1A図のリング・レーザの
それぞれ平面図、背面図、側面図である。 第2A図は、リングが第1のブロックおよびこのブロック
と第2のブロックとの間のギャップ内に含まれているリ
ング・レーザの第1の実施例の斜視図である。 第2B図、第2C図、第2D図は、第2A図のリング・レーザの
それぞれ平面図、背面図、側面図である。 14,24:第1のブロック。 15,25:第2のブロック。 115,215:間隙。 間隙の幅を変化させる手段:220乃至224。 ABCDA:リング。
2のブロックとの間のギャップ内にふくまれている第1
実施例に係るリング・レーザの斜視図である。 第1B図、第1C図、第1D図は、第1A図のリング・レーザの
それぞれ平面図、背面図、側面図である。 第2A図は、リングが第1のブロックおよびこのブロック
と第2のブロックとの間のギャップ内に含まれているリ
ング・レーザの第1の実施例の斜視図である。 第2B図、第2C図、第2D図は、第2A図のリング・レーザの
それぞれ平面図、背面図、側面図である。 14,24:第1のブロック。 15,25:第2のブロック。 115,215:間隙。 間隙の幅を変化させる手段:220乃至224。 ABCDA:リング。
Claims (2)
- 【請求項1】第1のブロックと、 前記第1のブロックからギャップによって離間されてお
り、レーザ機能を有しかつファラデー回転を生じる物質
でできた第2のブロックと、 前記ギャップの長さを変化させる手段と、 前記第2のブロックと前記ギャップで構成される領域中
に少なくとも4つの非共平面を成す反射頂点を含む一方
向性の共振リングを画定する手段と、 前記共振リングにポンピング用の入力光ビームを注入す
る入力手段と、 前記一方向性共振リング中の光から出力レーザビームを
取り出す出力手段とを具備しており、 前記入力手段と前記出力手段は、前記第1のブロックの
前記入力光ビームが入射される第1の表面を含んでお
り、前記入力光ビームの一部分が前記第1の表面を通過
して前記共振リング中に入ることと、 前記第1のブロックにおける前記第1の表面と該表面に
対向する第2の表面の両面が曲面を成していることと、 前記共振リングの反射頂点の1つを前記第2の表面上に
有すること を特徴とする、リングレーザ共振器。 - 【請求項2】前記第2の表面が多層誘電体薄膜でコーテ
ィングされていることを特徴とする請求項1に記載のリ
ングレーザ共振器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/234,432 US5007065A (en) | 1988-08-19 | 1988-08-19 | Bilithic unidirectional ring laser |
US234,432 | 1988-08-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02102587A JPH02102587A (ja) | 1990-04-16 |
JP2941855B2 true JP2941855B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=22881373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1211203A Expired - Lifetime JP2941855B2 (ja) | 1988-08-19 | 1989-08-16 | リングレーザ共振器 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5007065A (ja) |
EP (1) | EP0354985A3 (ja) |
JP (1) | JP2941855B2 (ja) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US5177764A (en) * | 1989-12-28 | 1993-01-05 | Harmonic Lightwaves, Inc. | Unidirectional, planar ring laser with birefringence |
DE4008226A1 (de) * | 1990-03-15 | 1991-09-19 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Laserdioden-gepumpter festkoerper-ringlaser |
DE4139395C2 (de) * | 1991-11-29 | 1998-07-02 | Hannover Laser Zentrum | Festkörper-Ringlaser |
US5227911A (en) * | 1992-02-28 | 1993-07-13 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University | Monolithic total internal reflection optical resonator |
US5321711A (en) * | 1992-08-17 | 1994-06-14 | Alliedsignal Inc. | Segmented solid state laser gain media with gradient doping level |
IT1256472B (it) * | 1992-12-10 | 1995-12-07 | Italtel Spa | Dispositivo laser monomodale |
GB9304077D0 (en) * | 1993-03-01 | 1993-04-14 | Univ Southampton | Acousto-optic device |
CA2160998C (en) * | 1993-04-21 | 2006-01-24 | James Richards | Diode pumped slab laser |
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US5815523A (en) * | 1996-11-27 | 1998-09-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Variable power helix laser amplifier and laser |
DE19702681C2 (de) * | 1997-01-25 | 1999-01-14 | Lzh Laserzentrum Hannover Ev | Nichtplanarer Ringlaser mit Güteschaltung im Einfrequenzbetrieb |
DE19814199A1 (de) | 1998-03-25 | 1999-10-07 | Las Laser Analytical Systems G | Verfahren und Vorrichtung zur abstimmbaren Frequenzkonversion |
DE19818612B4 (de) * | 1998-04-20 | 2005-03-10 | Spectra Physics Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Frequenzkonversion, insbesondere zur Frequenzverdopplung von Festfrequenzlasern |
KR100269028B1 (ko) * | 1998-04-21 | 2000-10-16 | 정명세 | 반일체 고리형 공진기를 이용한 단방향 발진 레이저 장치 |
DE19827699A1 (de) * | 1998-06-22 | 1999-12-23 | Siemens Ag | Wellenlängenstabilisierte Laseranordnung |
WO2002069462A1 (en) * | 2001-02-15 | 2002-09-06 | Aculight Corporation | External frequency conversion of surface-emitting diode lasers |
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FR2853061B1 (fr) * | 2003-03-25 | 2006-01-20 | Thales Sa | Gyrolaser a etat solide stabilise |
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JP2009069359A (ja) * | 2007-09-12 | 2009-04-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光導波路デバイス、及び、光出力モジュール |
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CN106253035A (zh) * | 2016-08-26 | 2016-12-21 | 中国科学院光电研究院 | 多边形的激光增益结构、激光振荡器以及激光放大器 |
US11394168B1 (en) * | 2019-06-05 | 2022-07-19 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Micro non-planar ring oscillator with optimized output power and minimized noise in a reduced size package |
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1988
- 1988-08-19 US US07/234,432 patent/US5007065A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-06-13 EP EP89110674A patent/EP0354985A3/en not_active Withdrawn
- 1989-08-16 JP JP1211203A patent/JP2941855B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02102587A (ja) | 1990-04-16 |
EP0354985A2 (en) | 1990-02-21 |
US5007065A (en) | 1991-04-09 |
EP0354985A3 (en) | 1990-07-11 |
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