JPH04215491A - ２セルレーザラーマン変換器 - Google Patents
２セルレーザラーマン変換器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
-
- H—ELECTRICITY
- 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
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- H01S3/305—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in a gas
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ、特にレーザポン
プからこれまでよりも多数のストークスシフトされた波
を得るために刺激されたラーマン散乱を使用する方法お
よび装置に関する。
プからこれまでよりも多数のストークスシフトされた波
を得るために刺激されたラーマン散乱を使用する方法お
よび装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】刺激されたラーマン散乱（ＳＲＳ）は１
９６２年にヒューズエアクラフト社によって発見された
。約１０年前まではＳＲＳは科学的に重要であり、種々
のスペクトルスコープ作業用の器具として使用されてい
たが、一般的に実質的なエネルギまたはパワーを持つ新
しいレーザラインの生成には適用されていなかった。ヒ
ューズエアクラフト社において、ラーマン変換は最終的
にレーザによる雲の高さのインジケータに使用され、後
にアイセイフレンジファインダ（ＭＥＬＩＯＳ）に使用
された。これらのシステムは振動的なラーマン媒体とし
てメタン（ＣＨ４）を使用した。１．０６４ ミクロン
の通常のＮｄ：ＹＡＧラインは１．５４ミクロンにシフ
トされ、これは生成されたエネルギにおけるアイセイフ
と考えられた。 一般に使用される他のラーマン媒体は水素（Ｈ２）およ
び重水素（Ｄ２）である。
９６２年にヒューズエアクラフト社によって発見された
。約１０年前まではＳＲＳは科学的に重要であり、種々
のスペクトルスコープ作業用の器具として使用されてい
たが、一般的に実質的なエネルギまたはパワーを持つ新
しいレーザラインの生成には適用されていなかった。ヒ
ューズエアクラフト社において、ラーマン変換は最終的
にレーザによる雲の高さのインジケータに使用され、後
にアイセイフレンジファインダ（ＭＥＬＩＯＳ）に使用
された。これらのシステムは振動的なラーマン媒体とし
てメタン（ＣＨ４）を使用した。１．０６４ ミクロン
の通常のＮｄ：ＹＡＧラインは１．５４ミクロンにシフ
トされ、これは生成されたエネルギにおけるアイセイフ
と考えられた。 一般に使用される他のラーマン媒体は水素（Ｈ２）およ
び重水素（Ｄ２）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】いくつかの適用に対し
て、刺激された回転ラーマン散乱（ＳＲＲＳ）は振動的
なＳＲＳより望ましいと考えられている。多くの分子の
回転励起は振動的励起より著しく低いエネルギであり、
したがって小さい波長シフトを生成する。ある従来技術
のストークス波発生器は、一連の長い波長にポンプ波長
を変換するために刺激された回転ラーマン散乱（ＳＲＲ
Ｓ）を使用する単一セルを使用している。このような従
来技術のストークスシフト波の発生方法は典型的に出力
において２または可能な場合には３つのストークスライ
ンを呈している。このような単一セルシステムにおいて
強度を高めることによってさらに高いオーダーを得る試
みはラーマン媒体の光学的ブレークダウンのために失敗
した。
て、刺激された回転ラーマン散乱（ＳＲＲＳ）は振動的
なＳＲＳより望ましいと考えられている。多くの分子の
回転励起は振動的励起より著しく低いエネルギであり、
したがって小さい波長シフトを生成する。ある従来技術
のストークス波発生器は、一連の長い波長にポンプ波長
を変換するために刺激された回転ラーマン散乱（ＳＲＲ
Ｓ）を使用する単一セルを使用している。このような従
来技術のストークスシフト波の発生方法は典型的に出力
において２または可能な場合には３つのストークスライ
ンを呈している。このような単一セルシステムにおいて
強度を高めることによってさらに高いオーダーを得る試
みはラーマン媒体の光学的ブレークダウンのために失敗
した。
【０００４】ストークスシフトされた波を生成するため
に使用されてきた別の装置は発振器・増幅器構造または
主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）である。このような
増幅器は２つのセルを使用する。ＭＯＰＡにおいて、ポ
ンプの小部分は発振器セル中に偏向され、ここにおいて
シードが増幅器セルを駆動するために生成される。発振
器内の低いパワーレベルは良好なシードビーム品質を提
供する。発振器からのシードは増幅器内のポンプエネル
ギの残りのものと結合され、ここにおいて刺激された放
射方法はシードを増幅し、良好なビーム品質を持つ高パ
ワーラーマンシフト出力を発生する。他の実験は単一の
ストークスラインへの高い変換効率を得るためにこの構
造を使用している。しかしながら、この構造は多数のス
トークスシフト波を発生させない。
に使用されてきた別の装置は発振器・増幅器構造または
主発振器パワー増幅器（ＭＯＰＡ）である。このような
増幅器は２つのセルを使用する。ＭＯＰＡにおいて、ポ
ンプの小部分は発振器セル中に偏向され、ここにおいて
シードが増幅器セルを駆動するために生成される。発振
器内の低いパワーレベルは良好なシードビーム品質を提
供する。発振器からのシードは増幅器内のポンプエネル
ギの残りのものと結合され、ここにおいて刺激された放
射方法はシードを増幅し、良好なビーム品質を持つ高パ
ワーラーマンシフト出力を発生する。他の実験は単一の
ストークスラインへの高い変換効率を得るためにこの構
造を使用している。しかしながら、この構造は多数のス
トークスシフト波を発生させない。
【０００５】したがって、本発明の目的は、レーザポン
プから生成することのできるストークスシフト波数を増
加することである。
プから生成することのできるストークスシフト波数を増
加することである。
【０００６】本発明の別の目的はラーマン変換器を改良
することである。
することである。
【０００７】本発明の別の目的は、比較的多数のストー
クスシフト波を得るために刺激された回転ラーマン散乱
を使用することである。
クスシフト波を得るために刺激された回転ラーマン散乱
を使用することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザポンプ
波が刺激されたラーマン散乱（ＳＲＳ）によって長い波
長の放射線に変換される２つ以上のセルを具備する。残
留ポンプおよびストークス成分を含む第１のセルの出力
は類似した第２のセル中に送られる。各ストークス波は
次に高いオーダーのストークス波用のポンプとして作用
する。２つのセル中の圧力は、ストークスラインへのポ
ンプエネルギの最大変換を行うために最適化される。特
定の構造は、最大回転ストークス利得に対して最適化さ
れたセル圧力により刺激された回転ラーマン散乱（ＳＲ
ＲＳ）を使用する。
波が刺激されたラーマン散乱（ＳＲＳ）によって長い波
長の放射線に変換される２つ以上のセルを具備する。残
留ポンプおよびストークス成分を含む第１のセルの出力
は類似した第２のセル中に送られる。各ストークス波は
次に高いオーダーのストークス波用のポンプとして作用
する。２つのセル中の圧力は、ストークスラインへのポ
ンプエネルギの最大変換を行うために最適化される。特
定の構造は、最大回転ストークス利得に対して最適化さ
れたセル圧力により刺激された回転ラーマン散乱（ＳＲ
ＲＳ）を使用する。
【０００９】本発明は、単一セルから生成され得るもの
より多数のストークスシフトされた波をレーザポンプか
ら生成する。多数のストークスシフトされた波は、多数
セル概念がラーマン利得長を増大し、第１のものに続く
セル中の処理に対して“シード”を与えるので得られる
。
より多数のストークスシフトされた波をレーザポンプか
ら生成する。多数のストークスシフトされた波は、多数
セル概念がラーマン利得長を増大し、第１のものに続く
セル中の処理に対して“シード”を与えるので得られる
。
【００１０】
【実施例】以下の説明は当業者が本発明を製造して使用
することを可能にするために与えられ、発明者によって
なされた最適モードを示す。しかしながら、本発明の基
本原理はここでは特に比較的多数の回転ストークスシフ
ト波を発生させるように最適化されたラーマン変換シス
テムを提供することに限定されているため、当業者は種
々の修正が残っていることを容易に認識するであろう。
することを可能にするために与えられ、発明者によって
なされた最適モードを示す。しかしながら、本発明の基
本原理はここでは特に比較的多数の回転ストークスシフ
ト波を発生させるように最適化されたラーマン変換シス
テムを提供することに限定されているため、当業者は種
々の修正が残っていることを容易に認識するであろう。
【００１１】刺激されたラーマン散乱の基本原理による
と、波長λ１を持つ光子は、長い波長λ２で光子を放出
する材料を活性化し、一方熱の形態で材料中にエネルギ
を残す。波長λ１およびλ２の差は材料の特性である。 波長λ１のエネルギはポンプと呼ばれ、一方波長λ２は
第１のストークスラインと呼ばれる。波長λ２のエネル
ギは波長λ３の第２のストークスライン等を発生させる
ために高いオーダーのストークスラインに類似した転移
を経ることができる。生成されたストークス波長の強度
は以下のように与えられる。
と、波長λ１を持つ光子は、長い波長λ２で光子を放出
する材料を活性化し、一方熱の形態で材料中にエネルギ
を残す。波長λ１およびλ２の差は材料の特性である。 波長λ１のエネルギはポンプと呼ばれ、一方波長λ２は
第１のストークスラインと呼ばれる。波長λ２のエネル
ギは波長λ３の第２のストークスライン等を発生させる
ために高いオーダーのストークスラインに類似した転移
を経ることができる。生成されたストークス波長の強度
は以下のように与えられる。
【００１２】
Ｉｓ＝Ｉｓｏｅｘｐ（ｇｓＩｐｚ）
（１）ここで、 Ｉｓ ＝生成されたストークスラインの強度Ｉｓｏ＝
ストークスラインの初期の強度ｇｓ ＝ラーマン利得 Ｉｐ ＝そのストークスオーダーをポンプするライン
の強度 ｚ ＝利得長 この関係は各ストークスオーダーに対して保たれる。
（１）ここで、 Ｉｓ ＝生成されたストークスラインの強度Ｉｓｏ＝
ストークスラインの初期の強度ｇｓ ＝ラーマン利得 Ｉｐ ＝そのストークスオーダーをポンプするライン
の強度 ｚ ＝利得長 この関係は各ストークスオーダーに対して保たれる。
【００１３】図１は第１および第２のラーマンセル１５
，２３および４つのレンズ１３，１９，２１，２７を含
むシステムを示す。ポンプビーム１１は第１の集束レン
ズ１３によって集束され、集束されたビームは第１のラ
ーマンセル１５に供給される。第１のラーマンセル１５
の出力１７は第１のリコリメートレンズ１９によってリ
コリメートされ、その出力は第２の集束レンズ２１によ
って集束され、第２のラーマンセル２３に供給される。 第２のラーマンセル２３の出力２５は第２のリコリメー
トレンズ２７に供給され、それは最後の回転ラーマン出
力に光をリコリメートする。
，２３および４つのレンズ１３，１９，２１，２７を含
むシステムを示す。ポンプビーム１１は第１の集束レン
ズ１３によって集束され、集束されたビームは第１のラ
ーマンセル１５に供給される。第１のラーマンセル１５
の出力１７は第１のリコリメートレンズ１９によってリ
コリメートされ、その出力は第２の集束レンズ２１によ
って集束され、第２のラーマンセル２３に供給される。 第２のラーマンセル２３の出力２５は第２のリコリメー
トレンズ２７に供給され、それは最後の回転ラーマン出
力に光をリコリメートする。
【００１４】好ましい実施例によると、各ラーマンセル
１５，２３はＳＲＳ工程に加わる材料またはラーマン媒
体を含む。セルに先行するポンプエネルギは、材料内で
高い強度Ｉｐを発生させるために集束され、出力放射線
がリコリメートされる。１つのセルより２つのセルが有
効なことは式（１）から理解されることができる。第１
のセル１５において生成されるストークスラインは第２
のセル２３中により高い初期のストークス強度Ｉｓｏを
与え、第２のセル２３は付加的な利得長ｚを提供する。
１５，２３はＳＲＳ工程に加わる材料またはラーマン媒
体を含む。セルに先行するポンプエネルギは、材料内で
高い強度Ｉｐを発生させるために集束され、出力放射線
がリコリメートされる。１つのセルより２つのセルが有
効なことは式（１）から理解されることができる。第１
のセル１５において生成されるストークスラインは第２
のセル２３中により高い初期のストークス強度Ｉｓｏを
与え、第２のセル２３は付加的な利得長ｚを提供する。
【００１５】好ましい実施例において、第１および第２
の各ラーマンセル１５，２３におけるラーマン媒体は水
素（Ｈ２）である。問題はＨ２の５つの回転ラインすな
わち５４９ ，５６７ ，５８７ ，６０８ および６
３０ ナノメータ（ｎｍ）にできるだけ均一に入力ポン
プビーム１１のエネルギを分配することである。
の各ラーマンセル１５，２３におけるラーマン媒体は水
素（Ｈ２）である。問題はＨ２の５つの回転ラインすな
わち５４９ ，５６７ ，５８７ ，６０８ および６
３０ ナノメータ（ｎｍ）にできるだけ均一に入力ポン
プビーム１１のエネルギを分配することである。
【００１６】回転ラインへの最大変換を行い、一方望ま
しくない振動的ラインが著しく生成されることを避ける
ために、各ラーマンセル１５，２３における圧力は別々
に最適化される。好ましい実施例による１つの構造にお
いて、最適化された圧力は第１のラーマンセル１５に対
して１平方インチゲージ当り１０ポンド（ｐｓｉｇ）Ｈ
２であり、第２のラーマンセル２３に対して２０ｐｓｉ
ｇＨ２である。
しくない振動的ラインが著しく生成されることを避ける
ために、各ラーマンセル１５，２３における圧力は別々
に最適化される。好ましい実施例による１つの構造にお
いて、最適化された圧力は第１のラーマンセル１５に対
して１平方インチゲージ当り１０ポンド（ｐｓｉｇ）Ｈ
２であり、第２のラーマンセル２３に対して２０ｐｓｉ
ｇＨ２である。
【００１７】同じ構造において、ポンプビーム１１は技
術的に知られている位相共役周波数二重Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザによって生成された５３２ ナノメータ（ｎｍ）レ
ーザビームである。ポンプ１１はＭＯＰＡ構造によって
形成され、振動的ＳＲＳを励起しないように円偏波され
ることが好ましい。入力ポンプエネルギは、６ｍｍのビ
ーム直径、０．６ ミリラジアンの発散および最大の半
分で２５ナノ秒の全幅のパルス幅でほぼ２３０ ミリジ
ュール（ｍＪ）である。 第１のレンズ１３は＋５０ｃｍの焦点距離を有し、第１
のラーマンセル１５内で１３ＧＷ（ギガワット）／ｃｍ
２の近似強度（Ｉｐ）を発生させるように入力ポンプビ
ーム１１を集束する。第２のレンズ１９は＋５０ｃｍの
焦点距離を有し、第１のセル１５の出力をリコリメート
する。この出力はほとんど次のように構成される： ポンプ ２３ｍＪ第１
のストークス ５８ｍＪ第２のストークス
１０８ｍＪ 第３のストークス ３０ｍＪ第３のレンズ２
１は＋５０センチメータの焦点距離を有し、第２のラー
マンセル２３に放射線を集束し、第２のラーマンセル２
３内で次のような初期のストークス強度（Ｉｓｏ）を生
成する。
術的に知られている位相共役周波数二重Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザによって生成された５３２ ナノメータ（ｎｍ）レ
ーザビームである。ポンプ１１はＭＯＰＡ構造によって
形成され、振動的ＳＲＳを励起しないように円偏波され
ることが好ましい。入力ポンプエネルギは、６ｍｍのビ
ーム直径、０．６ ミリラジアンの発散および最大の半
分で２５ナノ秒の全幅のパルス幅でほぼ２３０ ミリジ
ュール（ｍＪ）である。 第１のレンズ１３は＋５０ｃｍの焦点距離を有し、第１
のラーマンセル１５内で１３ＧＷ（ギガワット）／ｃｍ
２の近似強度（Ｉｐ）を発生させるように入力ポンプビ
ーム１１を集束する。第２のレンズ１９は＋５０ｃｍの
焦点距離を有し、第１のセル１５の出力をリコリメート
する。この出力はほとんど次のように構成される： ポンプ ２３ｍＪ第１
のストークス ５８ｍＪ第２のストークス
１０８ｍＪ 第３のストークス ３０ｍＪ第３のレンズ２
１は＋５０センチメータの焦点距離を有し、第２のラー
マンセル２３に放射線を集束し、第２のラーマンセル２
３内で次のような初期のストークス強度（Ｉｓｏ）を生
成する。
【００１８】
ポンプ １．３２ＧＷ
／ｃｍ２第１のストークス ３．３ＧＷ／ｃ
ｍ２第２のストークス ６．１ＧＷ／ｃｍ２
第３のストークス １．７ＧＷ／ｃｍ２第２
のセル２３の出力は、＋５０センチメータの焦点距離を
有する第４のレンズ２７によって最後の出力にリコリメ
ートされる。
／ｃｍ２第１のストークス ３．３ＧＷ／ｃ
ｍ２第２のストークス ６．１ＧＷ／ｃｍ２
第３のストークス １．７ＧＷ／ｃｍ２第２
のセル２３の出力は、＋５０センチメータの焦点距離を
有する第４のレンズ２７によって最後の出力にリコリメ
ートされる。
【００１９】動作において、第１のセル１５の出力は第
１の２つの回転ストークスラインへの３０乃至４０％の
変換および第３のストークスラインへのほぼ１０％の変
換から構成される。少量の第４および第５の回転ストー
クスラインおよび第１の振動的ストークスラインも存在
している。
１の２つの回転ストークスラインへの３０乃至４０％の
変換および第３のストークスラインへのほぼ１０％の変
換から構成される。少量の第４および第５の回転ストー
クスラインおよび第１の振動的ストークスラインも存在
している。
【００２０】上記されているように、第２のセル２３の
使用は飽和を避け、高いオーダーのストークスラインを
発生させる付加的な利得長を提供する。第１のセル１５
の出力は第２のセル２３において高いオーダーのラーマ
ンラインを生成するためのシードとして動作する。２セ
ル構造により得られる波長分布は図２に示されており、
５３２ｎｍ ポンプ波長乃至６３０ｎｍ における第５
の回転ストークスラインまでの比較的広く均一の分布を
含む。合計出力のほぼ ２．５％が６５５ｎｍ の第６
のストークスラインにおいて測定され、少量の第７のス
トークスおよび最初の３つの反ストークスラインもまた
観察された。種々のラーマンラインへの５３２ｎｍ の
ポンプエネルギの変換のために７５％より大きい全体効
果が維持された。したがって、２セル構造は単一セル構
造より著しく広い波長分布を提供し、一方高い全エネル
ギ変換効果を依然として維持することを示している。
使用は飽和を避け、高いオーダーのストークスラインを
発生させる付加的な利得長を提供する。第１のセル１５
の出力は第２のセル２３において高いオーダーのラーマ
ンラインを生成するためのシードとして動作する。２セ
ル構造により得られる波長分布は図２に示されており、
５３２ｎｍ ポンプ波長乃至６３０ｎｍ における第５
の回転ストークスラインまでの比較的広く均一の分布を
含む。合計出力のほぼ ２．５％が６５５ｎｍ の第６
のストークスラインにおいて測定され、少量の第７のス
トークスおよび最初の３つの反ストークスラインもまた
観察された。種々のラーマンラインへの５３２ｎｍ の
ポンプエネルギの変換のために７５％より大きい全体効
果が維持された。したがって、２セル構造は単一セル構
造より著しく広い波長分布を提供し、一方高い全エネル
ギ変換効果を依然として維持することを示している。
【００２１】単一および二重の両セル構造に関して、高
いストークスオーダーへの変換効果はポンプレーザ特性
およびラーマンセルにポンプを集束するために使用され
る幾何学的形状に依存する。例示的な単一セルおよび二
重セル特性の比較において、レーザおよび集束特性は両
場合において同じである。
いストークスオーダーへの変換効果はポンプレーザ特性
およびラーマンセルにポンプを集束するために使用され
る幾何学的形状に依存する。例示的な単一セルおよび二
重セル特性の比較において、レーザおよび集束特性は両
場合において同じである。
【００２２】
入力エネルギ −２３０ ｍＪポンプビーム
発散 −０．６ ｍラド集束構造
−Ｆ／８０（５０ｃｍ焦点距離，０．６ｃｍ ビーム
直径）ストークスオーダーへの変換（および残留ポンプ
中に残っているエネルギ）は入力エネルギのパーセンテ
ージで表される。（例えば、１００ ｍＪポンプがスト
ークスラインの１０ｍＪを生成するならば、そのライン
の変換効果は１０％である。）単一セルおよび二重セル
構造に対する典型的な変換効果は以下に示され、図２に
おいてグラフで示されている。
発散 −０．６ ｍラド集束構造
−Ｆ／８０（５０ｃｍ焦点距離，０．６ｃｍ ビーム
直径）ストークスオーダーへの変換（および残留ポンプ
中に残っているエネルギ）は入力エネルギのパーセンテ
ージで表される。（例えば、１００ ｍＪポンプがスト
ークスラインの１０ｍＪを生成するならば、そのライン
の変換効果は１０％である。）単一セルおよび二重セル
構造に対する典型的な変換効果は以下に示され、図２に
おいてグラフで示されている。
【００２３】
したがって、好ましい実施例の２セル変換器は多数の高
いオーダーのストークス波を生成する。回転ラーマン変
換に対して、セル中の圧力は上記の振動的なＭＯＰＡ構
造に対するよりもかなり低い。ラーマン媒体の分子欠乏
による飽和はさらに顕著になる。できる限り多くのスト
ークスオーダーへの変換は第１のセル１５において望ま
しい。第２のセル２３は入力を正確に増幅するが、付加
的なストークスオーダーを得るために使用されない。
いオーダーのストークス波を生成する。回転ラーマン変
換に対して、セル中の圧力は上記の振動的なＭＯＰＡ構
造に対するよりもかなり低い。ラーマン媒体の分子欠乏
による飽和はさらに顕著になる。できる限り多くのスト
ークスオーダーへの変換は第１のセル１５において望ま
しい。第２のセル２３は入力を正確に増幅するが、付加
的なストークスオーダーを得るために使用されない。
【００２４】２セル構造は与えられたデータおよび図面
によって示されるように単一セル方法に対して明確な利
点を有する。２セル構造は第１の５つの回転ストローク
オーダーで少くとも１０％の変換を効果的に生成する。 単一セルおよび発振器・増幅器の両設計は高いオーダー
のストークスラインに対してこの特性を複写する。単一
セルは高い強度の焦点領域における分子数のラーマン媒
体の誘電ブレークダウンおよび飽和のために第１の３つ
のストークスオーダーに限定される。
によって示されるように単一セル方法に対して明確な利
点を有する。２セル構造は第１の５つの回転ストローク
オーダーで少くとも１０％の変換を効果的に生成する。 単一セルおよび発振器・増幅器の両設計は高いオーダー
のストークスラインに対してこの特性を複写する。単一
セルは高い強度の焦点領域における分子数のラーマン媒
体の誘電ブレークダウンおよび飽和のために第１の３つ
のストークスオーダーに限定される。
【００２５】上記のＭＯＰＡ構造は１つのラインに限定
される。ＭＯＰＡ発振器は単一のセル装置と同じ制限を
有している。すなわち増幅器は、増幅器内でコリメート
された幾何学的形状がしきい値を越えるのに十分に高い
強度を生成しないため、発振器においてすでに発生され
たストークスオーダーだけしか増幅することができない
。
される。ＭＯＰＡ発振器は単一のセル装置と同じ制限を
有している。すなわち増幅器は、増幅器内でコリメート
された幾何学的形状がしきい値を越えるのに十分に高い
強度を生成しないため、発振器においてすでに発生され
たストークスオーダーだけしか増幅することができない
。
【００２６】したがって、本発明は従来技術において使
用された構造のいずれかによって生成され得るよりも多
い２つ以上の回転ラーマンオーダーを効率的に生じさせ
る。２セル設計の最適化により、すでに開示されたもの
以上の付加的なオーダーの発生が予測される。
用された構造のいずれかによって生成され得るよりも多
い２つ以上の回転ラーマンオーダーを効率的に生じさせ
る。２セル設計の最適化により、すでに開示されたもの
以上の付加的なオーダーの発生が予測される。
【００２７】一定のポンプ強度および低いストークス強
度に対して、ストークス波は上記の式（１）にしたがっ
て成長する。１単位長当りの利得はポンプ強度に比例す
るため、ポンプビーム強度が高い場合にストークス波に
ポンプ波を変換するために要する距離は短い。実際に、
ポンプ強度はビームにおける半径および縦方向の位置と
共に変動する。時間および空間において変動するポンプ
強度のために出力は残留ポンプ波長と複数のストークス
オーダーの組合せである。ポンプ強度が高い場合、さら
に高いストークスオーダーへの変換はポンプ強度が低い
領域以外で生じる。
度に対して、ストークス波は上記の式（１）にしたがっ
て成長する。１単位長当りの利得はポンプ強度に比例す
るため、ポンプビーム強度が高い場合にストークス波に
ポンプ波を変換するために要する距離は短い。実際に、
ポンプ強度はビームにおける半径および縦方向の位置と
共に変動する。時間および空間において変動するポンプ
強度のために出力は残留ポンプ波長と複数のストークス
オーダーの組合せである。ポンプ強度が高い場合、さら
に高いストークスオーダーへの変換はポンプ強度が低い
領域以外で生じる。
【００２８】ＳＲＳに対するしきい値強度は通常かなり
高いため、しきい値は気体中でコリメートされたビーム
に対して容易に得られない。レンズによりセル中にビー
ムを集束することによって、しきい値を越えるのに十分
高い強度が焦点の近くで得られることができる。この高
い強度の領域の長さはしばしば“共焦点パラメータ”と
呼ばれる用語によって説明されている。共焦点パラメー
タは２ｚ０として定められ、ここでｚ０はレイリー距離
として知られるビームに対するスケール長である。レイ
リー長は次の式を使用して計算されることができる。
高いため、しきい値は気体中でコリメートされたビーム
に対して容易に得られない。レンズによりセル中にビー
ムを集束することによって、しきい値を越えるのに十分
高い強度が焦点の近くで得られることができる。この高
い強度の領域の長さはしばしば“共焦点パラメータ”と
呼ばれる用語によって説明されている。共焦点パラメー
タは２ｚ０として定められ、ここでｚ０はレイリー距離
として知られるビームに対するスケール長である。レイ
リー長は次の式を使用して計算されることができる。
【００２９】ｚ０＝πｗｏ２／λ
ここでｗｏはビームのくびれの半径であり、λは放射線
の波長である。変換効率は利得（強度の関数である）と
相互作用長（共焦点パラメータによって表される）との
関数である。短い焦点距離は結果的に短い共焦点パラメ
ータ、その領域内における高い強度、したがってそこに
おける高い利得を生じさせる。しかしながら、利得の増
大は共焦点パラメータの長さの減少によって消去される
。変換効率は原理的に焦点距離に依存しない。しかしな
がら、実際には長い焦点距離が結果的に大きい共焦点パ
ラメータを生じるため、高い利得領域は適切な長さのセ
ル内に限定されることができない。短い焦点距離のレン
ズの利点はセル長を小さくすることができることである
が、これはラーマン変換効率を高めない。しかしながら
、焦点距離は気体の光学的ブレークダウン、刺激された
ブリローイン散乱（ＳＢＳ）または他の類似した非直線
光学効果の任意のものを避けるのに十分に大きくなけれ
ばならない。
の波長である。変換効率は利得（強度の関数である）と
相互作用長（共焦点パラメータによって表される）との
関数である。短い焦点距離は結果的に短い共焦点パラメ
ータ、その領域内における高い強度、したがってそこに
おける高い利得を生じさせる。しかしながら、利得の増
大は共焦点パラメータの長さの減少によって消去される
。変換効率は原理的に焦点距離に依存しない。しかしな
がら、実際には長い焦点距離が結果的に大きい共焦点パ
ラメータを生じるため、高い利得領域は適切な長さのセ
ル内に限定されることができない。短い焦点距離のレン
ズの利点はセル長を小さくすることができることである
が、これはラーマン変換効率を高めない。しかしながら
、焦点距離は気体の光学的ブレークダウン、刺激された
ブリローイン散乱（ＳＢＳ）または他の類似した非直線
光学効果の任意のものを避けるのに十分に大きくなけれ
ばならない。
【００３０】好ましい実施例による２つのセルを使用す
ることは、ブレークダウンする気体がなくなるまで強度
を減少させる。２つ以上のセルは折返された形態で構成
されることができる。もっと利得を得るためにさらにセ
ルが付加されてもよい。高いオーダーのストークス波に
対してでもセルをシードするようにそれらに対するオー
ダーで第２のセルに高いオーダーのストークス波を転送
する必要がある。現在構成されていないが、変換工程を
さらに制御するために種々のストークスオーダーの通路
を修正するために光学的拡散またはその他の手段を使用
することができる。
ることは、ブレークダウンする気体がなくなるまで強度
を減少させる。２つ以上のセルは折返された形態で構成
されることができる。もっと利得を得るためにさらにセ
ルが付加されてもよい。高いオーダーのストークス波に
対してでもセルをシードするようにそれらに対するオー
ダーで第２のセルに高いオーダーのストークス波を転送
する必要がある。現在構成されていないが、変換工程を
さらに制御するために種々のストークスオーダーの通路
を修正するために光学的拡散またはその他の手段を使用
することができる。
【００３１】上記の論議から理解されるように、当業者
は本発明の技術的範囲を逸脱することなく示された好ま
しい実施例の種々の調節および修正が行われることがで
きることを理解するであろう。したがって、本発明は添
付された特許輪請求の範囲内でここに特に限定された以
外に実現され得ることが理解されるであろう。
は本発明の技術的範囲を逸脱することなく示された好ま
しい実施例の種々の調節および修正が行われることがで
きることを理解するであろう。したがって、本発明は添
付された特許輪請求の範囲内でここに特に限定された以
外に実現され得ることが理解されるであろう。
【図１】本発明の好ましい実施例のブロック図。
【図２】好ましい実施例の動作のグラフ。
Claims (18)
- 【請求項１】 ポンプビームから多数のストークス（
Ｓｔｏｋｅｓ ）シフトされた波を発生するラーマン（
Ｒａｍａｎ）変換器において、第１の最適化された低圧
力で第１のラーマン媒体を含み、ポンプビームを受けて
第１の出力を生成する第１のラーマンセル手段と、第２
の最適化された低圧力で第２のラーマン媒体を含み、前
記第１の出力ビームを受けて第２の出力を生成する第２
のラーマンセル手段とを具備していることを特徴とする
ラーマン変換器。 - 【請求項２】 前記第１のラーマンセル手段は、第１
のラーマンセルと、前記第１のラーマンセルに前記ポン
プビームを集束する集束レンズ手段とを具備している請
求項１記載のラーマン変換器。 - 【請求項３】 前記第２のラーマンセルは、第２のラ
ーマンセルと、リコリメートされたビームを生成するよ
うに前記第１の出力をリコリメートする手段と、前記第
２のラーマンセルに前記リコリメートされたビームを集
束する手段とを具備している請求項２記載のラーマン変
換器。 - 【請求項４】 前記第２のラーマンセル手段はさらに
前記第２の出力をリコリメートする手段を具備している
請求項３記載のラーマン変換器。 - 【請求項５】 第１のラーマン媒体および第２のラー
マン媒体はそれぞれ水素を含んでいる請求項４記載のラ
ーマン変換器。 - 【請求項６】 第１および第２の最適化された低圧力
はそれぞれ１０ｐｓｉｇおよび２０ｐｓｉｇである請求
項５記載のラーマン変換器。 - 【請求項７】 前記第１のラーマンセルの出力は、ポ
ンプ波長、ならびに第１、第２および第３のストークス
ラインを含んでいる請求項６記載のラーマン変換器。 - 【請求項８】 前記第２のセルは第１、第２および第
３のストークスラインおよび第４、第５および第６のス
トークスラインを具備している請求項７記載のラーマン
変換器。 - 【請求項９】 前記ポンプビームは主発振器パワー増
幅構造によって発生された円偏波されたビームである請
求項１記載のラーマン変換器。 - 【請求項１０】 第１の波長を有しているレーザポン
プビームを発生する手段と、前記ポンプビーム並びに第
１、第２、第３、第４、第５および第６のストークスラ
インの波長を含む光出力を生成するように前記ポンプビ
ームに応答する手段とを具備しているレーザ装置。 - 【請求項１１】 前記ポンプビームに応答する前記手
段は第１および第２のラーマンセルを具備し、第１のラ
ーマンセルは前記第２のラーマンセルに出力を供給する
ように配列されている請求項１０記載のレーザ装置。 - 【請求項１２】 さらに前記第１のラーマンセルに前
記ポンプビームを集束する第１の集束レンズ手段を具備
している請求項１１記載のレーザ装置。 - 【請求項１３】 さらに、リコリメートされた出力を
発生させるように前記第１のラーマンセルの出力をリコ
リメートする第１のリコリメートレンズ手段を具備して
いる請求項１２記載のレーザ装置。 - 【請求項１４】 さらに第２のラーマンセルに前記リ
コリメートされた出力を集束する第２の集束レンズ手段
を具備している請求項１３記載のレーザ装置。 - 【請求項１５】 さらに前記第２のラーマンセルの出
力をリコリメートする手段を具備している請求項１４記
載のレーザ装置。 - 【請求項１６】 前記第１および第２のセルはそれぞ
れストークスラインへの変換を最大にするために最適化
された各圧力でラーマン媒体を含んでいる請求項１１記
載のレーザ装置。 - 【請求項１７】 前記第１および第２のセルはそれぞ
れ１０ｐｓｉｇおよび２０ｐｓｉｇの圧力で水素を含ん
でいる請求項１１記載のレーザ装置。 - 【請求項１８】 レーザポンプビームを生成する前記
手段は主発振器パワー増幅構造を具備している請求項１
０記載のレーザ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US48434090A | 1990-02-26 | 1990-02-26 | |
| US484340 | 1990-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04215491A true JPH04215491A (ja) | 1992-08-06 |
| JP2716277B2 JP2716277B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=23923747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3031010A Expired - Lifetime JP2716277B2 (ja) | 1990-02-26 | 1991-02-26 | ２セルレーザラーマン変換器 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0444435B1 (ja) |
| JP (1) | JP2716277B2 (ja) |
| KR (1) | KR940010000B1 (ja) |
| DE (1) | DE69108961T2 (ja) |
| ES (1) | ES2072461T3 (ja) |
| IL (1) | IL97167A (ja) |
| NO (1) | NO910601L (ja) |
| TR (1) | TR26759A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9115556D0 (en) * | 1991-07-18 | 1991-11-06 | Gec Ferranti Defence Syst | A raman laser |
| CN100487433C (zh) * | 2005-06-07 | 2009-05-13 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 基于拉曼光源的车载测污激光雷达装置 |
| CN100487623C (zh) * | 2005-10-10 | 2009-05-13 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 封闭式双晶体可调温控盒 |
| EP2256879B1 (de) * | 2009-05-26 | 2013-10-02 | High Q Laser GmbH | Ultrakurzpulslasersystem und Verfahren zur Erzeugung von Femto- oder Pikosekundenpulsen |
| US8089998B2 (en) | 2009-05-26 | 2012-01-03 | High Q Technologies Gmbh | Ultra-short pulse laser system and method for producing femtosecond or picosecond pulses |
| CN101902010B (zh) * | 2009-05-26 | 2013-07-17 | 高质激光有限公司 | 超短脉冲激光***和产生飞秒或皮秒脉冲的方法 |
| CN112186494A (zh) * | 2019-07-04 | 2021-01-05 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种co2级联紫外拉曼激光器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01278791A (ja) * | 1988-04-30 | 1989-11-09 | Nobuhiko Ishibashi | 可変波長レーザー光源 |
-
1991
- 1991-02-04 DE DE69108961T patent/DE69108961T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-02-04 ES ES91101465T patent/ES2072461T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-02-04 EP EP91101465A patent/EP0444435B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-02-06 IL IL97167A patent/IL97167A/xx not_active IP Right Cessation
- 1991-02-12 TR TR91/0135A patent/TR26759A/xx unknown
- 1991-02-14 NO NO91910601A patent/NO910601L/no unknown
- 1991-02-25 KR KR1019910003027A patent/KR940010000B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-02-26 JP JP3031010A patent/JP2716277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01278791A (ja) * | 1988-04-30 | 1989-11-09 | Nobuhiko Ishibashi | 可変波長レーザー光源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR920000159A (ko) | 1992-01-10 |
| EP0444435A3 (en) | 1992-05-06 |
| JP2716277B2 (ja) | 1998-02-18 |
| EP0444435B1 (en) | 1995-04-19 |
| IL97167A0 (en) | 1992-05-25 |
| KR940010000B1 (ko) | 2020-03-26 |
| DE69108961T2 (de) | 1995-08-24 |
| TR26759A (tr) | 1995-05-15 |
| DE69108961D1 (de) | 1995-05-24 |
| ES2072461T3 (es) | 1995-07-16 |
| NO910601D0 (no) | 1991-02-14 |
| NO910601L (no) | 1991-08-27 |
| EP0444435A2 (en) | 1991-09-04 |
| IL97167A (en) | 1993-05-13 |
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