專利名稱：光放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光放大裝置。
背景技術(shù)：
產(chǎn)生具有從皮秒到飛秒程度的脈沖寬度的脈沖光的高強(qiáng)度極短脈 沖激光源，其尺寸大，通常設(shè)置在光學(xué)平臺(tái)上使用。另外，構(gòu)成激光 源的各個(gè)光學(xué)部件通過帶有調(diào)整功能的透鏡支架被保持在自由空間。 因此，激光源的應(yīng)該調(diào)整的場所存在著多個(gè)，其調(diào)整不容易。
另一方面，使用作為光放大介質(zhì)的光纖的光纖激光源高能量化， 試著用于激光加工等產(chǎn)業(yè)。光纖激光源幾乎克服了上述的課題，在連 續(xù)輸出方面，實(shí)現(xiàn)了如光纖磁盤激光源那樣的高輸出的光源。
然而，光纖激光源中，由于光纖將光束截面限定得很小，因而在 脈沖輸出方面，脈沖能量被限制在幾W的程度，不能實(shí)現(xiàn)高輸出。由 于不存在這樣的小型，高輸出且穩(wěn)定性優(yōu)異、調(diào)整簡便的激光源，因而 高強(qiáng)度極短脈沖激光源的利用實(shí)際上局限于研究用途。
謀求小型化和穩(wěn)定化的光放大裝置，已知有專利文獻(xiàn)l、 2所公開 的構(gòu)成的光放大裝置。專利文獻(xiàn)1所公開的光放大裝置具備能夠簡便 地延長共振器長的小型的光共振器。并且，專利文獻(xiàn)2所公開的光放 大裝置具備在共振光路上設(shè)有與光放大介質(zhì)不同的偏振波保持光纖的 光共振器。
專利文獻(xiàn)l:日本特許第3540741號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-165652號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，專利文獻(xiàn)1所公開的光放大裝置，由于光在光共振器內(nèi)的 大氣中傳播，因而共振器長延長，小型化有限。并且，專利文獻(xiàn)2所 公開的光放大裝置，由于在光共振器內(nèi)具有光纖，因而能夠?qū)崿F(xiàn)小型 化，但是在脈沖輸出方面，脈沖能量被限制為幾W的程度，無法實(shí)現(xiàn)高輸出。
本發(fā)明是為了解決上述問題點(diǎn)而提出的，其目的在于，提供一種 小型化、高輸出化以及穩(wěn)定化容易的光放大裝置。
本發(fā)明所涉及的光放大裝置，其特征在于，具備(1)光放大部， 包括對被放大光進(jìn)行光放大的光放大介質(zhì)、以及使被放大光多次通過 的透明介質(zhì)；(2)能量供給部，向光放大介質(zhì)供給激發(fā)能量。該光放 大裝置中，光放大介質(zhì)從能量供給部接受激發(fā)能量的供給，將光放大 并輸出。并且，透明介質(zhì)使光放大介質(zhì)中的被放大光多次通過。透明 介質(zhì)，例如，能夠使被放大光在其內(nèi)部曲折地傳播。優(yōu)選光放大部從 外部輸入被放大光，使該放大光在光放大介質(zhì)中多次通過，并進(jìn)行光 放大。
優(yōu)選光放大部包括使被放大光共振的光共振器，在該光共振器的 共振光路上具有光放大介質(zhì)和透明介質(zhì)。在此情況下，光放大裝置具 有通過在光共振器內(nèi)引發(fā)激光振動(dòng)，從而產(chǎn)生激光的激光振動(dòng)功能。
光放大部包括使被放大光共振的光共振器，優(yōu)選還包括(a)光導(dǎo) 入單元，設(shè)在共振光路上，從光共振器的外部將被放大光導(dǎo)入至共振 光路上；(b)光導(dǎo)出單元，設(shè)在共振光路上，經(jīng)過一定時(shí)間將在光共 振器內(nèi)進(jìn)行過光放大的被放大光向光共振器的外部導(dǎo)出。在此情況下， 光放大裝置具有能夠在光共振器內(nèi)使激光放大的再生放大功能。
本發(fā)明涉及的光放大裝置，其特征在于，將由上述的本發(fā)明涉及 的光放大裝置(以下，稱為"第l光放大裝置")產(chǎn)生的光作為種光， 由上述的本發(fā)明涉及的光放大裝置(以下，稱為"第2光放大裝置") 對種光進(jìn)行光放大并將其輸出。并且，優(yōu)選第1光放大裝置和第2光 放大裝置的各自的光放大介質(zhì)、透明介質(zhì)或能量供給部是共同的。
本發(fā)明涉及的光放大裝置中，優(yōu)選被放大光為脈沖光。在此情況 下，優(yōu)選本發(fā)明涉及的光放大裝置，還具備對輸入至光放大介質(zhì)的被 放大光的脈沖寬度進(jìn)行拉伸的脈沖寬度拉伸部。優(yōu)選透明介質(zhì)對輸入 至光放大介質(zhì)的被放大光的脈沖寬度介質(zhì)進(jìn)行拉伸。并且，優(yōu)選，本 發(fā)明涉及的光放大裝置還具備對進(jìn)行過光放大并從光放大介質(zhì)輸出的 被放大光的脈沖寬度進(jìn)行壓縮的脈沖寬度壓縮部。在此情況下，通過 拉伸輸入至光放大介質(zhì)的被放大光的脈沖寬度，能夠避免構(gòu)成光放大裝置的光學(xué)部件的損傷，而且，通過壓縮進(jìn)行過光放大并從光放大介 質(zhì)輸出的被放大光的脈沖寬度，使得從光放大裝置輸出的脈沖光的峰 值功率升高。
優(yōu)選本發(fā)明涉及的光放大裝置還具備將光延遲的光延遲系統(tǒng)，將 由光放大部產(chǎn)生的光作為種光，由光延遲系統(tǒng)將種光延遲，由光放大 部對延遲的種光進(jìn)行光放大并將其輸出。
優(yōu)選光放大介質(zhì)和透明介質(zhì)中的至少一個(gè)為固體。并且，優(yōu)選本 發(fā)明所涉及的光放大裝置還具備使光放大介質(zhì)和透明介質(zhì)中的至少一 個(gè)的溫度穩(wěn)定化的溫度穩(wěn)定化單元。
優(yōu)選能量供給部包括輸出應(yīng)該向光放大介質(zhì)供給的激發(fā)光的半導(dǎo) 體激光元件。優(yōu)選光放大部還包括調(diào)整被放大光的光路的光路調(diào)整單 元。優(yōu)選構(gòu)成光放大部的包括光放大介質(zhì)和透明介質(zhì)的多個(gè)構(gòu)成要素 中的任意2個(gè)以上-體化。
優(yōu)選在光放大介質(zhì)或者透明介質(zhì)上，在被放大光入射或者出射的 任一個(gè)地方施加有低反射涂層。另外，優(yōu)選在光放大介質(zhì)或者透明介 質(zhì)上，在被放大光反射的任一個(gè)地方施加有高反射涂層。
優(yōu)選在光放大介質(zhì)或者透明介質(zhì)上，被放大光入射或者出射的任 一個(gè)地方的光入射出射角為布儒斯特角D另外，優(yōu)選透明介質(zhì)使在內(nèi) 部傳播的被放大光在壁面全反射。
優(yōu)選本發(fā)明涉及的光放大裝置還具備真空容器，該真空容器在內(nèi) 部空間具有光放大部和能量供給部，并使該內(nèi)部空間為減壓氛圍。
依照本發(fā)明，能夠提供小型化、高輸出化以及穩(wěn)定化容易的光放 大裝置。


圖1是第1實(shí)施方式涉及的光放大裝置1A的構(gòu)成圖。
圖2是第2實(shí)施方式涉及的光放大裝置1B的構(gòu)成圖。
圖3是第3實(shí)施方式涉及的光放大裝置1C的構(gòu)成圖。
圖4是第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的構(gòu)成圖。
圖5是第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的具體的構(gòu)成圖。
圖6是第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的變形例的構(gòu)成圖。圖7是第5實(shí)施方式涉及的光放大裝置的構(gòu)成圖。 圖8是第6實(shí)施方式涉及的光放大裝置的構(gòu)成圖。
圖9是第7實(shí)施方式涉及的光放大裝置1J的構(gòu)成圖。
圖10是第8實(shí)施方式涉及的光放大裝置1K的構(gòu)成圖。
圖11是第9實(shí)施方式涉及的光放大裝置1L的構(gòu)成圖。
圖12是表示脈沖寬度壓縮部50的構(gòu)成例的圖。
圖13是表示脈沖寬度壓縮部50的構(gòu)成例的圖。
圖14是表示脈沖寬度壓縮部50的構(gòu)成例的圖。
圖15是表示脈沖寬度壓縮部50的構(gòu)成例的圖。
圖16是第IO實(shí)施方式涉及的光放大裝置的部分構(gòu)成圖。
圖17是第11實(shí)施方式涉及的光放大裝置的部分構(gòu)成圖。
圖18是第12實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10M的構(gòu)成圖。
圖19是第13實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10N的構(gòu)成圖。
圖20是第13實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Na的構(gòu)成圖。
圖21是第14實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10P的構(gòu)成圖。
圖22是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10Q的構(gòu)成圖。
圖23是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Qa的構(gòu)成圖。
圖24是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Qb的構(gòu)成圖。
圖25是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Qc的構(gòu)成圖。
圖26是表示第16實(shí)施方式涉及的光放大裝置中的透明介質(zhì)12的 構(gòu)成例的圖。
圖27是表示第16實(shí)施方式涉及的光放大裝置中的透明介質(zhì)12的 構(gòu)成例的圖。圖28是表示第16實(shí)施方式涉及的光放大裝置中的透明介質(zhì)12的
構(gòu)成例的圖。
圖29是表示第16實(shí)施方式涉及的光放大裝置中的透明介質(zhì)12的 構(gòu)成例的圖。
圖30是表示第16實(shí)施方式涉及的光放大裝置中的透明介質(zhì)12的 構(gòu)成例的圖。
圖31是第17實(shí)施方式涉及的光放大裝置1R的構(gòu)成圖。
圖32是表示第7實(shí)施方式涉及的光放大裝置1J的延遲系統(tǒng)23的
變形例的構(gòu)成的圖。
圖33是表示第7實(shí)施方式涉及的光放大裝置1J的延遲系統(tǒng)23的
其它的變形例的構(gòu)成的圖。
符號(hào)說明
1A 1R光放大裝置
10A 10R光放大部
11光放大介質(zhì)
12透明介質(zhì)
13鏡
14波長板
15光調(diào)制部
16偏振分束器
17法拉第旋光器
21光導(dǎo)入單元
22光導(dǎo)出單元
23光延遲系統(tǒng)
24光路調(diào)整單元
30能量供給部
40脈沖寬度拉伸部
50脈沖寬度壓縮部
51折返鏡
52反射型衍射光柵53透過型衍射光柵
54分散介質(zhì)
55棱鏡
60溫度穩(wěn)定化單元
61珀?duì)柼?br> 62電源
63放熱部
70溫度穩(wěn)定化單元
71珀?duì)柼?br> 72電源
73水冷放熱部
74循環(huán)泵
75水槽
80真空容器
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。 并且，在附圖的說明中，對同一或同等的要素標(biāo)記同一符號(hào)，省略重 復(fù)的說明。
圖1是第1實(shí)施方式涉及的光放大裝置1A的構(gòu)成圖。該圖所示的 光放大裝置1A具備光放大部10A和能量供給部30。光放大部10A包 括光放大介質(zhì)11和透明介質(zhì)12。能量供給部30是向光放大介質(zhì)11供 給激發(fā)能量(例如激發(fā)光)的裝置。光放大介質(zhì)ll接受該激發(fā)光的供 給，將光放大并輸出。另外，透明介質(zhì)12是使光放大介質(zhì)11中的被 放大光多次通過的介質(zhì)。透明介質(zhì)12，例如能夠使被放大光在其內(nèi)部 曲折地傳播。透明介質(zhì)12例如由剛體的玻璃塊形成。
由于透明介質(zhì)12的折射率比空氣的折射率高，因而在透明介質(zhì)12 中，被放大光傳播的距離變長，從而能夠延長光程長。因此，與選取 被放大光在空氣中傳播同樣的距離的構(gòu)成的情況相比，本實(shí)施方式涉 及的光放大裝置1A，通過被放大光在透明介質(zhì)12中傳播，從而能夠 實(shí)現(xiàn)小型化。放大的輸出光IouT從光放大裝置1A出射。圖2是第2實(shí)施方式涉及的光放大裝置IB的構(gòu)成圖。該圖所示的
光放大裝置IB具備光放大部10B和能量供給部30。光放大部10B包 括光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12以及鏡13。能量供給部30是向光放大 介質(zhì)11供給激發(fā)能量(例如激發(fā)光)的裝置。光放大介質(zhì)11接受該 激發(fā)光的供給，將來自外部的種光生成器SG的種光放大并輸出。透明 介質(zhì)12是使光放大介質(zhì)11中的被放大光多次通過的介質(zhì)。另外，反 光鏡13使從能量供給部30輸出的激發(fā)光通過并入射至光放大介質(zhì)11， 而且，反射種光(被放大光)。
;玄笛？定淪卡^姊》的1協(xié)十站罟且右-姑故十來沐脊放大部
10B的光放大介質(zhì)11內(nèi)至少通過2次的多通道構(gòu)造。從種光發(fā)生器SG 入射至透明介質(zhì)12的光，在透明介質(zhì)12內(nèi)，不通過相同的光路，從 透明介質(zhì)12出射。這樣，在光放大部10B中，光路可以為不僅在透明 介質(zhì)12內(nèi)，還在光放大介質(zhì)11內(nèi)多次往返的構(gòu)成。在此情況下，光 放大裝置1B為具有多通道放大功能的構(gòu)成。從光放大裝置1B的透明
介質(zhì)12出射輸出光IouT，該輸出光I(XJT成為通過在光放大部10B內(nèi)往
返而放大的種光。
圖3是第3實(shí)施方式涉及的光放大裝置1C的構(gòu)成圖。該圖所示的 光放大裝置1C具備光放大部10C和能量供給部30。光放大部10C包 括光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12以及鏡13廣134。與第1實(shí)施方式相比， 第3實(shí)施方式涉及的光放大裝置1C的不同點(diǎn)在于，光放大部10C還包 括鏡13, 134。鏡13,使從能量供給部30輸出的激發(fā)光通過并入射至光 放大介質(zhì)ll，而且，反射被放大光。鏡132使被放大光的一部分通過， 使剩余部分反射。鏡13,和鏡132是構(gòu)成法布里-珀羅(Fabry-Perot)型 的光共振器RS的鏡，在兩者間的共振光路上配置有光放大介質(zhì)11、 透明介質(zhì)12以及鏡133、 134。鏡133、 134是反射被放大光的鏡，相互 夾著透明介質(zhì)12而相對地配置，使被放大光在透明介質(zhì)12內(nèi)曲折地 傳播。
這樣，第3實(shí)施方式中，通過選取帶有光共振器的構(gòu)造，能夠積 蓄光。在此情況下，光放大裝置1C成為具有通過在光共振器RS內(nèi)引 起激光振動(dòng)而能夠產(chǎn)生激光的激光振動(dòng)功能的構(gòu)成。例如，通過使用 He-Ne等氣體、溶解了色素等的液體、Nd:YAG等的固體，以作為光放大介質(zhì)11，并向包括透明介質(zhì)12的光放大部10C附加光共振器，從 而能夠?qū)崿F(xiàn)小型的激光振動(dòng)裝置。
放大的光，經(jīng)由鏡132而作為光輸出IouT向外部出射。被放大光， 例如，可以沿與光輸出IouT的出射方向相反的方向而入射至鏡132。被
放大光通過透明介質(zhì)12內(nèi)，到達(dá)光放大介質(zhì)11內(nèi)，被鏡13,反射，再 次沿反方向通過光放大介質(zhì)11內(nèi)，然后，再次入射至透明介質(zhì)12內(nèi)。 該入射光沿反方向在原來的光路傳播，被鏡133、 134反射后，到達(dá)鏡 132。在鏡132，再次反射該光。當(dāng)該共振路徑內(nèi)往復(fù)時(shí)，被放大光放 大，其一部分經(jīng)由鏡132而向外部輸出。
圖4是第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的構(gòu)成圖。該圖所示的 光放大裝置1D具備光放大部10D和能量供給部30。光放大部10D包 括光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12、鏡13,、鏡132、光導(dǎo)入單元21以及 光導(dǎo)出單元22。與第l實(shí)施方式相比，第4實(shí)施方式涉及的光放大裝 置1D不同點(diǎn)在于，光放大部IOD還包括鏡13,、鏡132、光導(dǎo)入單元 21以及光導(dǎo)出單元22。
鏡13,使從能量供給部30輸出的激發(fā)光通過并入射至光放大介質(zhì) 11，而且，反射從種光生成器SG經(jīng)由光導(dǎo)入單元21而被導(dǎo)入至光放 大部10D的內(nèi)部的被放大光。鏡132使被放大光反射。鏡13,和鏡132 是構(gòu)成法布里-珀羅型的光共振器RS的鏡，在兩者間的共振光路上配 置有光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12、光導(dǎo)入單元21以及光導(dǎo)出單元22。
第4實(shí)施方式中，光導(dǎo)入單元21將被放大光從光共振器的外部的 種光生成器SG導(dǎo)入至共振光路上。另外，光導(dǎo)出單元22經(jīng)過一定時(shí) 間，將光共振器器內(nèi)的進(jìn)行過光放大的被放大光作為光輸出Iout而向 光共振器RS的外部導(dǎo)出。這樣，向光放大部IOD附加光共振器RS， 再由光導(dǎo)入單元21將成為被放大光的本源的種光從光共振器外導(dǎo)入至 光共振器內(nèi)，將其關(guān)入光共振器內(nèi)一段時(shí)間后，由光導(dǎo)出單元22向光 共振器外導(dǎo)出。在此情況下，光放大裝置1D能夠產(chǎn)生與種光同等性質(zhì) 且能量大的放大光，成為具有用于對光進(jìn)行放大的再生放大功能的構(gòu) 成。種光生成器SG，例如能夠使用纖維激光源。
圖5是第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的具體的構(gòu)成圖。如該 圖所示，光導(dǎo)入單元21包括波長板14,、光調(diào)制部15,以及偏振分束器16,。另外，光導(dǎo)出單元22包括波長板142、光調(diào)制部152以及偏振分
束器162。光調(diào)制部15,和光調(diào)制部152分別控制光的偏向狀態(tài)或偏振
狀態(tài)，例如能夠使用具有聲光效應(yīng)或電光效應(yīng)的光學(xué)晶體等。
如果向由聲光效應(yīng)元件構(gòu)成的光調(diào)制部15,、 152施加由規(guī)定的交 流電壓構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則通過在元件內(nèi)部形成的衍射光柵的衍射作 用，使得入射的光的出射方向偏向，向由電光效應(yīng)元件構(gòu)成的光調(diào)制 部15,、 152施加由規(guī)定的電壓構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過施加電光晶體內(nèi) 部的電場，從而改變偏光方位，通過控制通過電光晶體的光的偏光方 位，能夠控制配置在光的傳播路徑內(nèi)的分光鏡16,、 162中的透過/反射。 即，這些光調(diào)制部能夠作為控制光的傳播方向的光開關(guān)而起作用。
例如，在不對作為聲光元件的光調(diào)制部15,、 152賦予驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 情況下，從它們出射的光的行進(jìn)方向與共振時(shí)在共振器內(nèi)往復(fù)的光的 路徑的方向一致。即，例如，當(dāng)向光調(diào)制部15，、 152施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，
不進(jìn)行種光向共振器內(nèi)的導(dǎo)入和輸出光I(XJT的導(dǎo)出。當(dāng)不向光調(diào)制部
15,、 152施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，進(jìn)行種光向共振器內(nèi)的導(dǎo)入和輸出光I0UT 的導(dǎo)出。在使用聲光元件的情況下，后段的分束器162可以為半透半反 鏡，在此情況下，可以事先從共振路徑上取下半透半反鏡，以在特定 的時(shí)機(jī)向半透半反鏡照射光的方式使光偏向。
另外，在不對作為聲光元件的光調(diào)制部15,、 152賦予驅(qū)動(dòng)信號(hào)的 情況下，如果光透過偏振分束器16,、 162，則當(dāng)不向光調(diào)制部15i、 152 施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，光透過偏振分束器16p光被導(dǎo)入至共振器內(nèi)部，當(dāng) 向光調(diào)制部15,施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，光被偏振分束器16,反射，光不被導(dǎo) 入至共振器內(nèi)。另一方面，在光被導(dǎo)入至共振器內(nèi)部的狀態(tài)下，如果 向光調(diào)制部152賦予驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則入射至偏振分束器16,的光的偏振方 位旋轉(zhuǎn)，光被導(dǎo)出至外部。在偏振分束器16" 162為同一構(gòu)造的情況 下，可以調(diào)整后段的波長板142所賦予的相位差，當(dāng)向光調(diào)制部152施 加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，在偏振分束器162中反射光。
另外，共振器由鏡13,、 132之間的要素組構(gòu)成。如果如此地控制 偏向方向或控制偏振方位，那么，能夠控制在共振器內(nèi)往復(fù)的光的 ON/OFF、經(jīng)由光導(dǎo)出單元22而從共振器出射的光輸出I0UT的ON/OFF。
光導(dǎo)入單元21通過由光調(diào)制部15i控制光的偏振狀態(tài)或偏向狀態(tài)，從而在某個(gè)時(shí)機(jī)將來自種光生成器SG的種光導(dǎo)入至光共振器內(nèi)，然 后，使該種光(被放大光)在光共振器內(nèi)往復(fù)。該光共振器由鏡13,、 132之間的光路構(gòu)成。而且，光導(dǎo)出單元22通過由光調(diào)制部152控制光
的偏振狀態(tài)或偏向狀態(tài)，從而在導(dǎo)入光后經(jīng)過一定時(shí)間后的某個(gè)時(shí)機(jī)，
將該被放大光作為光輸出I(xjt而向光共振器的外部導(dǎo)出。并且，在種
光為脈沖光的情況下，為了避免光學(xué)部件的損傷，可以在通過適當(dāng)?shù)?分散元件拉伸脈沖寬度后在進(jìn)行導(dǎo)入。
圖6是第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的變形例的構(gòu)成圖。如 該圖所示，光導(dǎo)入單元21和光導(dǎo)出單元22可以為共同的裝置。即， 用光導(dǎo)入單元21 (波長板14,、光調(diào)制部15^偏振分束器16,)代替 圖5中的光導(dǎo)出單元22 (波長板142、光調(diào)制部152、偏振分束器162)。 該情況的各單元的功能與上述相同。通過使光調(diào)制部15,0FF且不賦予 驅(qū)動(dòng)電壓，從而從種光生成器SG入射至偏振分束器16,的S偏振的光 被偏振分束器16,反射，透過光調(diào)制部15p入射至波長板14,，賦予入/4 的相位差，入射至鏡132。鏡132反射該光，被反射的光在波長板14, 再次被賦予人/4的相位差，透過光調(diào)制部15,，其偏振方位最終旋轉(zhuǎn)90 度，作為P偏振，通過偏振分束器16,。入射至透明介質(zhì)12后的光的 路徑與上述相同。其間通過使光調(diào)制部15,ON且賦予驅(qū)動(dòng)電壓，使得 從透明介質(zhì)12返回來的光再次入射至偏振分束器16,，在光調(diào)制部15, 被賦予的相位差，在波長板1+被賦予X/4的相位差，到達(dá)鏡132， 被鏡132反射，在波長板14,被賦予人/4的相位差，在光調(diào)制部15j皮 賦予入/4的相位差，因而最終旋轉(zhuǎn)180度，依然以P偏振而被關(guān)入共振 器內(nèi)。通過在光充分地放大的適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)，使光調(diào)制部15,OFF，從 而在波長板14,被兩次賦予的相位差，于是，偏振旋轉(zhuǎn)90度，作 為S偏振，被偏振分束器16,反射，作為光輸出Iout而向外部出射。
艮P，賦予光調(diào)制部15,驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在光調(diào)制部15,OFF時(shí)，導(dǎo)入光， 在ON時(shí)關(guān)入共振器內(nèi)，在再次OFF時(shí)導(dǎo)出。
波長板14,為1/4波長板，能夠因2次的通過而使得偏振方向旋轉(zhuǎn) 90度。并且，光調(diào)制部15,在ON時(shí)，起到與1/4波長板相同的作用， 在OFF時(shí)，對光不起作用。
圖7是第5實(shí)施方式涉及的光放大裝置的構(gòu)成圖。該圖所示的光放大裝置具備產(chǎn)生種光的光放大裝置1E和對該種光進(jìn)行光放大并將其 輸出的光放大裝置1F。作為種光生成器的光放大裝置IE構(gòu)成種光生
成器SG，具有與第3實(shí)施方式涉及的光放大裝置1C (圖3)相同的構(gòu) 成。而且，光放大裝置1F具有與第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D 的變形例(圖6)大致相同的構(gòu)成，將第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置 1D的鏡132置換為鏡135，在種光生成器SG和偏振分束器16,之間具 有光放大部IOF，該光放大部10F通過依次配置鏡138、偏振分束器163、 法拉第旋光器17、波長板143而形成。光放大裝置1F中，光導(dǎo)入單元 21和光導(dǎo)出單元22為共同的裝置。
光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出單元22)除了包括波長板14,、光調(diào)制部
15, 以及偏振分束器16,以外，還包括鏡138、波長板143、法拉第旋光 器17以及偏振分束器163。波長板14,、光調(diào)制部15,以及偏振分束器
16, 設(shè)在光放大部10F的光共振器的共振光路上。該光共振器由鏡135 和鏡13,之間的光路構(gòu)成。波長板143、法拉第旋光器17以及偏振分束 器163設(shè)在反光鏡138和偏振分束器16,之間。光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出 單元22)通過由光調(diào)制部15,和法拉第旋光器17控制光的偏振狀態(tài)， 從而在某個(gè)時(shí)機(jī)，將來自光放大裝置1E的種光導(dǎo)入至光放大裝置1F 的光共振器內(nèi)，然后，使該種光(被放大光)在光放大裝置1F的光共 振器內(nèi)往復(fù)，而且，在導(dǎo)入光后經(jīng)過一定時(shí)間后的某個(gè)時(shí)機(jī)，將該被
放大光作為光輸出I()ut而向光共振器的外部導(dǎo)出。
在圖7中，圖3所示的光放大裝置lC作為種光發(fā)生器m (SG) 而起作用。
種光發(fā)生器1E (SG)的光為P偏振，透過偏振分束器163后，從 行進(jìn)方向看，法拉第旋光器17的偏振波面的旋轉(zhuǎn)角為45度，波長板 143所賦予的相位差為45度。因此，偏振旋轉(zhuǎn)90度的種光被偏振分束 器16,反射，導(dǎo)入至共振器內(nèi)。而且，在導(dǎo)出光時(shí)，法拉第旋光器17 在消除波長板143所賦予的相位差的方向，給予-45度的旋轉(zhuǎn)角。由此， 從鏡138入射至偏振分束器163的P偏振的光在放大后，作為S偏振而 被偏振分束器163反射，并作為光輸出Iout而向外部瑜出。
而且，光放大裝置1F，可以具有與第4實(shí)施方式涉及的光放大裝 置1D (圖4 圖6)相同的構(gòu)成，也可以具有與第2實(shí)施方式涉及的光放大裝置1B (圖2)相同的構(gòu)成，而且，也可以同時(shí)具有兩者。
光導(dǎo)入單元21和光導(dǎo)出單元22分別由控制光的光調(diào)制部等實(shí)現(xiàn)， 光調(diào)制部能夠由使用聲光效應(yīng)或電光效應(yīng)的光學(xué)晶體和波長板等的光 學(xué)元件的組合構(gòu)成。在種光生成器產(chǎn)生的種光為脈沖光的情況下，為 了避免光學(xué)部件的損傷，可以在拉伸種光的脈沖寬度后進(jìn)行導(dǎo)入。并
且，光導(dǎo)入單元21和光導(dǎo)出單元22可以共有同一裝置。
圖8是第6實(shí)施方式涉及的光放大裝置的構(gòu)成圖。該圖所示的光 放大裝置具備產(chǎn)生種光的光放大裝置1G和對該種光進(jìn)行光放大并將 其輸出的光放大裝置1H。作為種光生成器的光放大裝置1G具有與第 3實(shí)施方式涉及的光放大裝置1C (圖3)大致相同的構(gòu)成。另外，光 放大裝置1H具有與第4實(shí)施方式涉及的光放大裝置1D的變形例(圖 6)大致相同的構(gòu)成。光放大裝置1H中，光導(dǎo)入單元21和光導(dǎo)出單元 22為共同的裝置。光放大裝置1G和光放大裝置1H共有一個(gè)光放大介 質(zhì)ll，共有一個(gè)透明介質(zhì)12，而且，共有一個(gè)能量供給部30。
光放大裝置1G的光放大部10G中，鏡13,和鏡132構(gòu)成光共振器， 在兩者間的共振光路上配置有光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12以及鏡133、 134。鏡133、 134為反射被放大光的鏡，相互夾著透明介質(zhì)12并相對 配置，被放大光在透明介質(zhì)12內(nèi)曲折地傳播。
光放大裝置1H的光放大部10H中，鏡13,和鏡132構(gòu)成光共振器， 在兩者間的共振光路上配置有光放大介質(zhì)U、透明介質(zhì)12以及鏡136、 137。鏡136、 137為反射被放大光的鏡，相互夾著透明介質(zhì)12并相對 配置，被放大光在透明介質(zhì)12內(nèi)曲折地傳播。
光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出單元22)除了包括波長板14,、光調(diào)制部
15, 以及偏振分束器16,以外，還包括波長板143、法拉第旋光器17、 偏振分束器163以及鏡138。波長板14,、光調(diào)制部15,以及偏振分束器
16, 設(shè)在光放大部10H的光共振器的共振光路上。波長板143和法拉第 旋光器17設(shè)在偏振分束器16j口偏振分束器163之間。
光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出單元22)通過由光調(diào)制部15JP法拉第旋 光器17控制光的偏振狀態(tài)，從而在某個(gè)時(shí)機(jī)，將來自光放大裝置1G 的種光導(dǎo)入至光放大裝置1H的光共振器內(nèi)，然后，使該種光(被放大 光)在光放大裝置1H的光共振器內(nèi)往復(fù)，而且，在導(dǎo)入光后經(jīng)過一定時(shí)間后的某個(gè)時(shí)機(jī)，將該被放大光向光共振器的外部導(dǎo)出。
這樣，第6實(shí)施方式中，通過在光放大裝置1G和光放大裝置1H 之間共有光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12或能量供給部30，能夠減少部 件數(shù)，能夠小型化。
上述第1 第6實(shí)施方式中，被放大光可以為連續(xù)激光，也可以為
脈沖激光。
圖9是第7實(shí)施方式涉及的光放大裝置1J的構(gòu)成圖。該圖所示的 光放大裝置1J由于具備光延遲系統(tǒng)23，因而能夠產(chǎn)生種光，并對該種 光進(jìn)行光放大。光延遲系統(tǒng)23包括鏡135 137，波長板14,，光調(diào)制部 15卜152，偏振分束器16" 162和法拉第旋光器17。光調(diào)制部152設(shè)在 光放大介質(zhì)11和透明介質(zhì)12之間的共振光路上。光調(diào)制部15,設(shè)在透 明介質(zhì)12和鏡132之間的共振光路12上。偏振分束器16,設(shè)在透明介 質(zhì)12和光調(diào)制部15,之間的共振光路I2上。偏振分束器16"鏡135、 鏡136、鏡137、偏振分束器162、法拉第旋光器17和波長板14,構(gòu)成 按照該順序配置為環(huán)狀的光路。
該光放大裝置1J中，通過由光調(diào)制部15,控制光的偏振狀態(tài)，從 而在某個(gè)時(shí)機(jī)，使得來自光放大部10J的法布里-珀羅型光共振器的種 光被偏振分束器16i反射，導(dǎo)入至光延遲系統(tǒng)23的環(huán)型光路，進(jìn)行傳 播。然后，種光被偏振分束器16,再次反射，回到光放大部10J的法布 里-珀羅型光共振器?；氐焦夥糯蟛?0J的法布里-珀羅型光共振器的種 光，通過由配置在光放大介質(zhì)11和透明介質(zhì)12之間的共振光路IL上 的光調(diào)制部152控制光的偏振狀態(tài)，從而被關(guān)入到共振器內(nèi)，進(jìn)行光放 大。進(jìn)而，在其后的某個(gè)時(shí)機(jī)，通過控制從光調(diào)制部152出射的光II 的光的偏振狀態(tài)，使得在光放大部10J的法布里-珀羅型光共振器中進(jìn) 行過光放大的被放大光被偏振分束器16!反射，在波長板14,和法拉第 旋光器17將偏振方向旋轉(zhuǎn)90度后，通過偏振分束器162向外部輸出。 這樣，第7實(shí)施方式中，光放大裝置1J，由于具備光延遲系統(tǒng)23，因 而能夠產(chǎn)生種光，并對該種光進(jìn)行光放大。
圖32是向所述延遲系統(tǒng)23的內(nèi)部附加透明介質(zhì)12A的實(shí)施例。 通過在延遲系統(tǒng)23的光路12上使用折射率高于空氣的透明介質(zhì)12A， 能夠延長光程長，能夠延長延遲時(shí)間。在此，由于在延遲系統(tǒng)23傳播的光為強(qiáng)度小的種光，因而，透明介質(zhì)12A可以為類似于偏振波面保 持纖維的光纖。通過用虛線表示的循環(huán)光路后，光輸出Iout從偏振分 束器162輸出。
圖33是所述延遲系統(tǒng)23的構(gòu)成附加光調(diào)制部153以替代波長板 14,和法拉第旋光器17，而且，附加鏡138以替代偏振分束器162，還 附加偏振分束器163的實(shí)施例。來自共振器的種光通過光路I2，其偏振 狀態(tài)被控制，導(dǎo)入至延遲系統(tǒng)23。然后，通過由光調(diào)制部153將偏振 狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，使得種光不被偏振分束器16,反射，而在環(huán)狀的延遲 系統(tǒng)23內(nèi)重復(fù)地傳播。在其后的某個(gè)時(shí)機(jī)，通過由光調(diào)制部153控制 光的偏振狀態(tài)，使得種光被偏振分束器16,反射，導(dǎo)入至共振器內(nèi)?；?到光放大部10J的法布里-珀羅型光共振器的種光，通過由光調(diào)制部152 控制光的偏振狀態(tài)，從而被關(guān)入共振器內(nèi)，進(jìn)行光放大。進(jìn)而，在其 后的某個(gè)時(shí)機(jī)，通過由光調(diào)制部152控制光的偏振狀態(tài)，使得在光放大 部10J的法布里-珀羅型光共振器中進(jìn)行過光放大的共振光路IL內(nèi)的 被放大光，被偏振分束器163反射，向外部輸出。這樣，通過種光在延 遲系統(tǒng)23內(nèi)部重復(fù)地傳播，能夠延長延遲時(shí)間。此時(shí)，當(dāng)種光在延遲 系統(tǒng)23傳播時(shí)，可以進(jìn)行控制，使得種光生成時(shí)和光放大時(shí)的能量供 給部的輸出為最佳。
圖10是第8實(shí)施方式涉及的光放大裝置1K的構(gòu)成圖。該圖所示 的光放大裝置1K具備光放大部IOK、能量供給部30以及脈沖寬度拉 伸部40。光放大部IOK包括光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12、鏡13廣134 以及光導(dǎo)入單元21 (兼作光導(dǎo)出單元22)。光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出單 元22)除了包括波長板14,、光調(diào)制部15,以及偏振分束器16,以外， 還包括波長板143、法拉第旋光器17以及偏振分束器163。
波長板14"光調(diào)制部15,以及偏振分束器16,設(shè)在光放大部10K 的光共振器的共振光路上。波長板143和法拉第旋光器17設(shè)在偏振分 束器16,和偏振分束器163之間。光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出單元22)，通 過由光調(diào)制部15,和法拉第旋光器17控制光的偏振狀態(tài)，從而在某個(gè) 時(shí)機(jī)，將來自脈沖寬度拉伸部40的種光導(dǎo)入至光放大裝置1K的光共 振器內(nèi)，然后，使該種光(被放大光)在光放大裝置1K的光共振器內(nèi) 往復(fù)，而且，在導(dǎo)入光后經(jīng)過一定時(shí)間后的某個(gè)時(shí)機(jī)，將該被放大光向光共振器的外部導(dǎo)出。
脈沖寬度拉伸部40拉伸來自種光生成器的種光(脈沖光)的脈沖 寬度，拉伸后的種光輸入至光放大部10K的光共振器內(nèi)。為了抑制因 高強(qiáng)度脈沖光而引起的光學(xué)部件的損傷，將由脈沖寬度拉伸部40暫時(shí)
拉長的種光導(dǎo)入至光放大部IOK內(nèi)。例如，脈沖寬度拉伸部40，使用
光纖等的分散介質(zhì)，并且，利用衍射光柵或棱鏡等的波長分散元件。
在此，如果使用分散介質(zhì)以作為透明介質(zhì)12，那么，由于該透明介質(zhì) 12具有與脈沖寬度拉伸部相同的功能，因而沒有必要另外設(shè)置脈沖寬 度拉伸部40。
圖11是第9實(shí)施方式涉及的光放大裝置1L的構(gòu)成圖。與第8實(shí) 施方式的構(gòu)成(圖10)相比，該圖所示的第9實(shí)施方式涉及的光放大 裝置1L的不同點(diǎn)在于，還具備脈沖寬度壓縮部50。脈沖寬度壓縮部 50壓縮進(jìn)行過光放大并從光放大部IOL輸出的被放大光(脈沖光)IP 的脈沖寬度，輸出壓縮后的脈沖光。
該光放大裝置1L中，來自種光生成器SG的種光(脈沖光)，在 由脈沖寬度拉伸部40拉伸脈沖寬度后，由光導(dǎo)入單元21輸入至光放 大部10L的光共振器內(nèi)。然后，由光放大部10L的光共振器進(jìn)行過光 放大的脈沖光IP，在由光導(dǎo)出單元22導(dǎo)出后，由脈沖寬度壓縮部50 壓縮脈沖寬度并輸出。從光放大裝置1L輸出的脈沖光是峰值功率高的 脈沖光。圖12 圖15分別是表示脈沖寬度壓縮部50的構(gòu)成例的圖。
圖12所示的脈沖寬度壓縮部50a包括折返鏡51和反射型衍射光 柵52,、 522。折返鏡51中，兩枚平面鏡以各自的反射面相互成90度 的方式組合，入射的光IP被一個(gè)平面鏡反射后，能夠被另一個(gè)平面鏡 反射并出射。向著該折返鏡51的入射光和出射光的各自的光路互相平 行，卻互相不同。輸入至該脈沖寬度壓縮部50a的光IP，由反射型衍 射光柵52,分光，由反射型衍射光柵522使各波長成分互相平行，由折 返鏡51使光路折返，由反射型衍射光柵522將各波長成分聚光至反射 型衍射光柵52,，由反射型衍射光柵52，合波并輸出。如果使用這樣的 構(gòu)成的脈沖寬度壓縮部50a，那么，能夠?qū)γ}沖光有效地賦予負(fù)的組速 度分散。
圖13所示的脈沖寬度壓縮部50b包括折返鏡51和透過型衍射光柵53,、 532。輸入至該脈沖寬度壓縮部50b的光IP，由透過型衍射光 柵53,分光，由透過型衍射光柵532使各波長成分互相平行，由折返鏡 51使光路折返，由透過型衍射光柵532使各波長成分聚光至透過型衍 射光柵53,，由透過型衍射光柵53,合波并輸出。如果使用這樣構(gòu)成的 脈沖寬度壓縮部50b，那么，能夠?qū)γ}沖光有效地賦予負(fù)的群速度分散。 并且，脈沖寬度壓縮部50b中，由于使用透過型衍射光柵，因而沒有 必要像反射型衍射光柵那樣在表面施加金等高反射涂層。
圖14所示的脈沖寬度壓縮部50c包括折返鏡51、透過型衍射光柵 53^ 532以及分散介質(zhì)54。該脈沖寬度壓縮部50c相對于上述的脈沖 寬度壓縮部50b，為在透過型衍射光柵53,和透過型衍射光柵532之間 設(shè)有分散介質(zhì)54的構(gòu)造，其它的構(gòu)造相同。由此，脈沖寬度壓縮部50c 能夠小型化。
圖15所示的脈沖寬度壓縮部50d包括折返鏡51以及棱鏡55,、552。 輸入至該脈沖寬度壓縮部50d的光IP，由棱鏡55,分光，由棱鏡552使 各波長成分相互平行，由折返鏡51使光路折返，由棱鏡552使各波長 成分聚光至棱鏡55p由棱鏡55,合波并輸出。如果使用這樣的構(gòu)成的 脈沖寬度壓縮部50d，那么，能夠?qū)γ}沖光有效地賦予負(fù)的群速度分散。
上述第9實(shí)施方式中，可以使用具有光調(diào)制功能的光學(xué)元件以替 代折返鏡51。例如，可以使用液晶空間光調(diào)制器或變形鏡(deformable mirror)等。此時(shí)，也能夠控制輸出脈沖光的時(shí)間特性或波面。另夕卜， 也可以為不使用折返鏡而使用4個(gè)衍射光柵或棱鏡的構(gòu)造。除此以外， 在脈沖寬度壓縮部，也可以使用將棱鏡和光柵組合的分散元件，即棱 柵(grism)。
上述第1 第9實(shí)施方式的構(gòu)成中，能夠使用固體激光介質(zhì)，以作 為光放大部的光放大介質(zhì)。例如，使用鈦藍(lán)寶石(Ti-Sapphire)、Nd:YAG、 Yb:KGW、 Yb:KYW等。另外，能夠使用例如合成石英等的固體介質(zhì)， 以作為透明介質(zhì)12。合成石英在從紫外線區(qū)域到紅外線區(qū)域的寬廣的 波長區(qū)域中，透明性高，而且，由于熱膨脹系數(shù)小，因而熱穩(wěn)定性優(yōu) 異。除此以外，透明介質(zhì)12可以為硼硅酸鹽玻璃或鈉鈣玻璃等的其它 的玻璃材質(zhì)，丙烯或聚丙烯等的塑料材質(zhì)，藍(lán)寶石、金剛石等單晶體 材質(zhì)，POF (Plastic Optical Fiber)等的大口徑光纖。圖16是第10實(shí)施方式涉及的光放大裝置的部分構(gòu)成圖。該圖表 示光放大部所包括的光放大介質(zhì)11以及使該光放大介質(zhì)11的溫度穩(wěn) 定化的溫度穩(wěn)定化單元60。在光路IL上配置有光放大介質(zhì)11。其它
部分的構(gòu)成與第1 第9實(shí)施方式的構(gòu)成相同。溫度穩(wěn)定化單元60包括 與光放大介質(zhì)11相接地設(shè)置的珀?duì)柼?1、向該珀?duì)柼?1供 給電力的電源62、以及與珀?duì)柼?1相接地設(shè)置的放熱部63。通 過具備將光放大介質(zhì)11的溫度保持為一定的溫度的溫度穩(wěn)定化單元 60，從而對于在光放大介質(zhì)11內(nèi)部產(chǎn)生的熱的放出等有效，能夠謀求 工作的穩(wěn)定化。溫度穩(wěn)定化單元60也可以為其它的水冷放熱裝置、或 者同樣地施加熱的加熱裝置、或者使用超聲波而使工作穩(wěn)定化的超聲 波裝置。
圖17是第11實(shí)施方式涉及的光放大裝置的部分構(gòu)成圖。該圖表 示光放大部所包括的透明介質(zhì)12以及使該透明介質(zhì)12的溫度穩(wěn)定化 的溫度穩(wěn)定化單元70。在光路IL上配置有鏡133、 134以及光放大介質(zhì) 12。其它部分的構(gòu)成與第1 第IO實(shí)施方式的構(gòu)成相同。溫度穩(wěn)定化單 元70包括與透明介質(zhì)12相接地設(shè)置的珀?duì)柼?1、向該珀?duì)柼?件71供給電力的電源72、與珀?duì)柼?1相接地設(shè)置的放熱部73、 用于經(jīng)由水路P而向該水冷放熱部73供給冷卻水的循環(huán)泵74、以及經(jīng) 由水路P而將從水冷放熱部73排出的冷卻水歸還的水槽75。
通過具備將透明介質(zhì)12的溫度保持為一定的溫度的溫度穩(wěn)定化單 元70，從而能夠更加穩(wěn)定地工作。例如，在透明介質(zhì)12為合成石英的 情況下，其熱膨脹系數(shù)大約為5.5xlO力X:，因而，如果透明介質(zhì)12的 溫度變化在rC以內(nèi)，那么，能夠在波長階數(shù)水平(order level)抑制 透明介質(zhì)12的膨脹。溫度穩(wěn)定化單元70也可以為其它的同樣地施加 熱的加熱裝置，或者使用超聲波而使工作穩(wěn)定化的超聲波裝置。
第1 第11實(shí)施方式的構(gòu)成中，能夠使用半導(dǎo)體激光源，以作為能 量供給部30。在此，如果將具有與光放大介質(zhì)11的吸收光譜一致的振 動(dòng)波長的半導(dǎo)體激光源作為能量供給部30而使用，那么，能夠提高光 放大介質(zhì)11的激發(fā)效率。在光放大介質(zhì)11為固體激光介質(zhì)的情況下， 例如Yb系列的激光介質(zhì)的吸收波長，與市售的半導(dǎo)體激光源的振動(dòng)波 長的匹配性良好。此時(shí)，由于用激光向光放大介質(zhì)ll供給激發(fā)能量，因而優(yōu)選在使半導(dǎo)體激光源的光透過的同時(shí)，將反射被放大光的分色 鏡作為鏡B,而使用。
圖18是第12實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10M的構(gòu)成 圖。而且，在該圖中，省略能量供給部的圖示，與上述的實(shí)施方式相
同，從適當(dāng)?shù)奈恢美珑R13,的背面將激發(fā)光導(dǎo)入至光路IL內(nèi)。該圖 所示的光放大部10M除了具備光放大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12以及鏡 13, 134以外，還具備光路調(diào)整單元24。光路調(diào)整單元24是調(diào)整并修 正鏡13,和鏡132之間的光共振器中的被放大光的光路IL的長度的裝 置。光路調(diào)整單元24，例如能夠通過使用光調(diào)制元件、壓電元件、自 動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等來實(shí)現(xiàn)。光路調(diào)整單元24，在利用光調(diào)制元件的情況 下，使用例如具有電光效應(yīng)的KTN晶體等是有效的。通過正交配置 KTN晶體的晶體軸，能夠獨(dú)立地在2軸方向上調(diào)整光。
圖19是第13實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10N的構(gòu)成 圖。而且，在該圖中，也省略了能量供給部的圖示，從適當(dāng)?shù)奈恢脤?激發(fā)光導(dǎo)入至光放大介質(zhì)11內(nèi)。作為激發(fā)光的半導(dǎo)體激光SL經(jīng)由鏡 13,，入射至配置在共振光路內(nèi)的光放大介質(zhì)11內(nèi)。鏡13,為半透半反 鏡。該圖所示的光放大部ION中，光放大介質(zhì)ll、透明介質(zhì)12、構(gòu)成 光共振器的鏡13, 136以及光導(dǎo)入單元21 (兼作光導(dǎo)出單元22)的一 部分光學(xué)地接合并一體化。
光導(dǎo)入單元21 (光導(dǎo)出單元22)包括波長板14,、光調(diào)制部15,、 偏振分束器16,、偏振分束器163、波長板143以及法拉第旋光器17。 波長板14,、光調(diào)制部15,以及偏振分束器16,設(shè)在光放大部10N的光 共振器的共振光路上。偏振分束器163、波長板143以及法拉第旋光器 17設(shè)在種光生成器SG和偏振分束器16,之間。
鏡132、波長板l+、光調(diào)制部15,以及偏振分束器16,設(shè)在透明介 質(zhì)12的槽部內(nèi)。其中，鏡132、波長板14,和光調(diào)制部15i固定在透明 介質(zhì)12的槽部的一個(gè)側(cè)壁上，偏振分束器16,固定在透明介質(zhì)12的槽 部的另一個(gè)側(cè)壁上。另外，鏡133 136固定在透明介質(zhì)12的壁面上。
鏡133在光放大介質(zhì)11和鏡134之間反射光。鏡134在鏡133和鏡 135之間反射光。鏡135在鏡134和鏡136之間反射光。并且，鏡136在 鏡135和偏振分束器16,之間反射光。這些鏡133 136以如此地在透明介質(zhì)12內(nèi)設(shè)定被放大光的光路的方式固定在透明介質(zhì)12的壁面上。 即，必要時(shí)，透明介質(zhì)12的壁面中的固定有鏡133~136的部分傾斜。
將各部件的一體化時(shí)，可以使用光學(xué)粘合劑或者使用光學(xué)接觸技 術(shù)。光學(xué)接觸技術(shù)是通過將各部件光學(xué)地研磨并互相貼合，從而不使 用粘合劑也能夠充分地接合的技術(shù)。通過各部件一體化，能夠?qū)崿F(xiàn)裝 置的小型化和穩(wěn)定化。
圖20是第13實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Na的構(gòu)成圖。而且，在該圖中，也省略了能量供給部的圖示，從適 當(dāng)?shù)奈恢脤⒓ぐl(fā)光導(dǎo)入至光放大介質(zhì)11內(nèi)。作為激發(fā)光的半導(dǎo)體激光 SL經(jīng)由鏡13,，入射至配置在共振光路內(nèi)的光放大介質(zhì)11內(nèi)。與圖19 所示的構(gòu)造相比，該圖所示的光放大部10Na的不同點(diǎn)在于，除了光放 大介質(zhì)11、透明介質(zhì)12、構(gòu)成光共振器的鏡13廣136以及光導(dǎo)入單元 21 (兼作光導(dǎo)出單元22)的一部分以外，還光學(xué)地接合有脈沖寬度壓 縮部50并一體化。該圖所示的脈沖寬度壓縮部50，具有與圖14所示 的脈沖寬度壓縮部50c相同的構(gòu)成。通過使脈沖寬度壓縮部50也一體 化，能夠謀求進(jìn)一步的小型化。
在此，通過使用飛秒激光等的光加工技術(shù)，以替代將各部件光學(xué) 地接合，從而能夠在透明介質(zhì)12內(nèi)形成具有各功能的光學(xué)元件并將其 一體化。
圖21是第14實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10P的構(gòu)成 圖。在該圖中，也省略了能量供給部的圖示，從適當(dāng)?shù)奈恢脤⒓ぐl(fā)光 導(dǎo)入至光放大介質(zhì)11內(nèi)。該圖所示的光放大部10P中，在光放大介質(zhì) 11上的光入射出射的地方施加有低反射涂層ARn、 AR12，在透明介質(zhì) 12上的光入射出射的地方施加有低反射涂層AR21、 AR22，而且，在透 明介質(zhì)12上的光反射的地方施加有高反射涂層HR21 HR24。
與未施加有低反射涂層的情況相比，通過施加有低反射涂層，反 射率變低，光放大介質(zhì)11或者透明介質(zhì)12上的光入射出射時(shí)的損失 降低。與未施加有高反射涂層的情況相比，通過施加有高反射涂層， 反射率變高。透明介質(zhì)12上的高反射涂層HR2, HR24作為與透明介質(zhì) 12—體化的鏡而起作用。
低反射涂層和高反射涂層能夠由電介質(zhì)多層膜實(shí)現(xiàn)。另外，高反射涂層也可以由金屬膜實(shí)現(xiàn)。由于低反射涂層或者高反射涂層直接形 成于光放大介質(zhì)11或者透明介質(zhì)12，因而，沒有調(diào)整的必要，能夠穩(wěn)
定地工作。
另外，也可以在透明介質(zhì)12的壁面上形成光柵膜，不僅作為鏡， 也能夠附加暫時(shí)伸長脈沖光的功能。在此情況下，由于具有與脈沖寬 度拉伸部相同的功能，因而能夠?qū)⒚}沖寬度拉伸部小型化，沒有必要 另外設(shè)置脈沖寬度拉伸部。
圖22是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的光放大部10Q的構(gòu)成
圖。而且，在該圖中，也省略了能量供給部的圖示，從適當(dāng)?shù)奈恢脤?br> 激發(fā)光導(dǎo)入至光放大介質(zhì)11內(nèi)。作為激發(fā)光的半導(dǎo)體激光SL經(jīng)由鏡 13,，入射至配置在共振光路內(nèi)的光放大介質(zhì)11內(nèi)。該圖所示的光放大 部10Q中，在透明介質(zhì)12上的光反射的地方施加有高反射涂層 HR21 HR24。另外，在光放大介質(zhì)11和透明介質(zhì)12上，光分別入射出 射的地方的光入射出射角為布儒斯特(Brewster)角，而且，以這樣的 方式，分別設(shè)定光放大介質(zhì)11和透明介質(zhì)12的形狀或配置。
如該圖所示，通過將由與透明介質(zhì)12相同的材質(zhì)形成的三角塊 121、 122貼附在透明介質(zhì)12的光入射出射地方，從而將光入射出射角 作為布儒斯特角，能夠降低光入射出射時(shí)的損失。貼附三角塊121、 122 時(shí)，可以使用光學(xué)粘合劑或者使用光學(xué)接觸技術(shù)。如果將具有布儒斯 特角的部分作為針對光的偏振方向的輸入輸出結(jié)合器而使用，那么能 夠進(jìn)行與偏振分束器相同的工作。
圖23是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Qa的構(gòu)成圖。圖22所示的構(gòu)成中，向透明介質(zhì)12貼附三角塊121、 122，而圖23所示的構(gòu)成中，通過修正透明介質(zhì)12的光入射出射地方 的形狀，從而將光入射出射角作為布儒斯特角。在此情況下，如果也 將具有布儒斯特角的部分作為針對光的偏振方向的輸入輸出結(jié)合器而 使用，那么，能夠進(jìn)行與偏振分束器同樣的工作。
圖24是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Qb的構(gòu)成圖。圖22所示的構(gòu)成中，在透明介質(zhì)12上的光反射的地 方施加的高反射涂層HR2廣HR24互相平行，而圖24所示的構(gòu)成中，高 反射涂層HRu、 HR^傾斜。另外，以高反射涂層HR^、 HR24傾斜的方式，將由與透明介質(zhì)12相同的材質(zhì)形成的三角塊123、 124貼附在 透明介質(zhì)12的反射地方，在這些三角塊123、 124上施加有高反射涂 層HR^、 HR24。通過將三角塊123、 124的角度設(shè)計(jì)為適當(dāng)?shù)慕嵌?，?夠以光按照任意的角度向透明介質(zhì)12內(nèi)部折返的方式選取光路。
圖25是第15實(shí)施方式涉及的光放大裝置的變形例的光放大部 10Qc的構(gòu)成圖。圖23所示的構(gòu)成中，在透明介質(zhì)12上的光反射的地 方施加的高反射涂層HR2廣HR24互相平行，而圖25所示的構(gòu)成中，高 反射涂層HR^、 HR24傾斜。并且，圖24所示的構(gòu)成中，為了使高反 射涂層HR"、 HR24傾斜，將三角塊貼附在透明介質(zhì)12上，而圖25所 示的構(gòu)成中，通過修正透明介質(zhì)12的反射地方的形狀，從而使高反射 涂層HR2I、 HR24傾斜。這樣，通過使透明介質(zhì)12為適當(dāng)?shù)慕嵌鹊男?狀并施加高反射涂層，以替代貼附三角塊，也能夠得到同樣的效果。
到此為止己說明的透明介質(zhì)12大致為長方體形狀，光向一個(gè)端面 入射，從與其相對的端面出射，在兩端面之間，光進(jìn)行往復(fù)。但是， 透明介質(zhì)12的形狀和透明介質(zhì)12的內(nèi)部中的光的光路，能夠有各種 變形例。圖26 圖30上分別表示第16實(shí)施方式涉及的光放大裝置中的 透明介質(zhì)12的各種構(gòu)成例的圖。
圖26所示的透明介質(zhì)12a大致為長方體形狀，矩形截面的某個(gè)角 落部被進(jìn)行倒角并施加有低反射涂層AR2,，其它的某個(gè)角落部被進(jìn)行 倒角并施加有低反射涂層AR22，該進(jìn)行過倒角并施加有低反射涂層 AR21、 AR22的地方為光入射出射地方。在該透明介質(zhì)12a中，在內(nèi)部 傳播的光被壁面反射時(shí)，向該壁面入射的入射角為臨界角以上。例如， 在透明介質(zhì)12a由合成石英構(gòu)成的情況下，由于其折射率約為1.45， 因而相對于空氣的臨界角約為43.6度。因此，如果在由合成石英構(gòu)成 的透明介質(zhì)12a中傳播的光相對于壁面以45度的角度行進(jìn)，那么，光 被壁面(合成石英和空氣的界面)全反射。因此，在此情況下，沒有 必要在反射地方施加有高反射涂層。入射的光II在透明介質(zhì)12a的側(cè) 面的內(nèi)面，以在內(nèi)部傳播的光的光路正交的方式多次反射，作為光12 從透明介質(zhì)12a出射。
圖27所示的透明介質(zhì)12b大致為長方體形狀，矩形截面的某兩個(gè) 角落部被進(jìn)行倒角，在該進(jìn)行過倒角的地方，光以布儒斯特角入射出射，而且，在內(nèi)部傳播的光相對于透明介質(zhì)12b的壁面以45度的角度行進(jìn)。
這些透明介質(zhì)12a、 12b中，在光入射出射地方施加有低反射涂層，
或者，入射出射角為布儒斯特角，能夠抑制輸入輸出時(shí)的損失。另外，
例如，在透明介質(zhì)12a、 12b具有約50mm角的矩形截面的情況下，如 果在透明介質(zhì)12a、 12b內(nèi)傳播的光相對于壁面以7mm的間隔重復(fù)反 射，那么，光能夠在透明介質(zhì)12a、 12b內(nèi)繞7周，光路約為lm。此 時(shí)，如果例如透明介質(zhì)12a、 12b的折射率為1.5，那么，得到約為1.5m 的光程長。
圖28所示的透明介質(zhì)12c具有六角柱形狀。 一般而言，透明介質(zhì) 可以為五角形以上的多角柱。例如，在透明介質(zhì)由合成石英構(gòu)成的情 況下，由于該透明介質(zhì)為五角形以上的多角柱形，因而在透明介質(zhì)的 內(nèi)部行進(jìn)的光相對于透明介質(zhì)的壁面以45度以上的入射角入射，并被 全反射，不需要高反射涂層。而且，如果是五角形以上的多角柱，那 么，由于與長方體相比，反射角變大，因而，容易滿足全反射條件。 入射至透明介質(zhì)12c的光II，在透明介質(zhì)12c的內(nèi)部一邊在多角柱的 軸周邊旋轉(zhuǎn)一邊前進(jìn)，作為光I2出射。在透明介質(zhì)12c的內(nèi)部傳播的 光的光路，以與透明介質(zhì)12c的多角形側(cè)面所成的角度大致相同的角 度交叉。
如該圖所示，如果多角柱的形狀為正多角柱的一部分延伸的形狀， 那么，在透明介質(zhì)內(nèi)傳播的光不通過同一光路，能夠?yàn)橐栽谕该鹘橘|(zhì) 內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方式行進(jìn)的配置。并且，由于多角柱的各自的角為相同的角 度，因而，可以使向透明介質(zhì)的壁面入射的入射角為一定。通過在光 的入射出射地方施加有低反射涂層AR21、 AR22，能夠抑制光入射出射 時(shí)的損失。在此，在多角柱尤其為六角柱的情況下，光的輸入輸出面 能夠?yàn)橄鄬τ诠廨S成90度的構(gòu)成。通過在輸入輸出部施加有低反射涂 層AR"、 AR22，能夠進(jìn)一步減少損失。而且，在此情況下，輸入輸出 部可以為布儒斯特角的形狀。
圖29所示的透明介質(zhì)12d在光入射地方施加有低反射涂層AR21、 AR22，該反射地方的壁面傾斜，使得在內(nèi)部傳播的光相對于壁面(光 入射地方除外)以45度入射角入射并被反射。圖(a)表示平面圖，圖(b)表示截面圖。在例如透明介質(zhì)12d由合成石英構(gòu)成的情況下， 在內(nèi)部傳播的光在反射部分以臨界角以上的入射角入射，在垂直方向 上被全反射，因而，沒有必要在壁面施加高反射涂層。并且，壁面的 形狀可以為在水平方向上以45度的角度進(jìn)行全反射的形狀。入射至透 明介質(zhì)12d的光I1改變厚度方向的高度，同時(shí)在內(nèi)部多次反射，作為 光I2而向外部輸出。
圖30所示的透明介質(zhì)12e大致為長方體形狀，在光入出射地方貼 附有由相同材質(zhì)形成的三角塊121、 122，而且，在這些三角塊121、 122的光入射出射面上施加有低反射涂層AR21、 AR22。另外，該透明 介質(zhì)12e使輸入至三角塊121的低反射涂層AR21的光Il被各壁面重復(fù) 全反射，以螺旋狀行進(jìn)，然后，從三角塊122的低反射涂層八1122向外 部輸出光12。例如，在透明介質(zhì)12e由合成石英構(gòu)成的情況下，在透 明介質(zhì)12e內(nèi)部傳播的光，如果相對于壁面以45度的角度行進(jìn)，那么， 被各壁面全反射，因而，沒有必要在壁面上施加低反射涂層。
而且，通過使透明介質(zhì)12e內(nèi)部的光路為稍稍傾向垂直方向的構(gòu) 成，能夠使光在透明介質(zhì)12中以螺旋狀傳播，得到長的光程長。在此， 透明介質(zhì)的形狀可以為五角形以上的多角柱的形狀。并且，輸入輸出 部作為相對于光軸具有適當(dāng)?shù)慕嵌鹊男螤睿┘佑袩o反射涂層，或者 作為布儒斯特角的形狀，從而能夠抑制輸入輸出時(shí)的損失。
此外，上述透明部件12a 12e中，其一部分或者全部可以兼作光 放大介質(zhì)11。
圖31是第17實(shí)施方式涉及的光放大裝置1R的構(gòu)成圖。該圖所示 的光放大裝置1R具備包括光放大介質(zhì)11和透明介質(zhì)12的光放大部 IOR、以及能量供給部30，放大部10R和能量供給部30被放入真空容 器80內(nèi)。真空容器80能夠使其內(nèi)部空間為減壓氛圍。在此情況下， 通過光在真空中傳播，能夠謀求穩(wěn)定化。例如，種光生成器和能量供 給部，在其自身穩(wěn)定的情況或者像光纖激光源那樣不在大氣中傳播的 情況下，可以設(shè)置在真空容器80外。
產(chǎn)業(yè)上利用可能性 本發(fā)明能夠用于光放大裝置中。
權(quán)利要求
1. 一種光放大裝置，其特征在于，具備光放大部，包括對被放大光進(jìn)行光放大的光放大介質(zhì)、以及使所述被放大光多次通過的透明介質(zhì)；能量供給部，向所述光放大介質(zhì)供給激發(fā)能量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光放大裝置，其特征在于， 所述光放大部從外部輸入所述被放大光，使該放大光在所述光放大介質(zhì)中多次通過，并進(jìn)行光放大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光放大裝置，其特征在于， 所述光放大部包括使所述被放大光共振的光共振器，在該光共振器的共振光路上具有所述光放大介質(zhì)和所述透明介質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光放大裝置，其特征在于， 所述光放大部還包括光導(dǎo)入單元，設(shè)在所述共振光路上，從所述光共振器的外部將所 述被放大光導(dǎo)入至所述共振光路上；以及，光導(dǎo)出單元，設(shè)在所述共振光路上，經(jīng)過一定時(shí)間將在所述光共 振器內(nèi)進(jìn)行過光放大的所述被放大光向所述光共振器的外部導(dǎo)出。
5. —種光放大裝置，其特征在于，將如權(quán)利要求3所述的光放大裝置作為第1光放大裝置， 將由該第1光放大裝置產(chǎn)生的光作為種光， 將如權(quán)利要求2或4所述的光放大裝置作為第2光放大裝置， 由該第2光放大裝置對所述種光進(jìn)行光放大并將其輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光放大裝置，其特征在于，所述第1光放大裝置和所述第2光放大裝置的各自的所述光放大 介質(zhì)、所述透明介質(zhì)或者所述能量供給部是共同的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 所述被放大光為脈沖光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光放大裝置，其特征在于，還具備將光延遲的光延遲系統(tǒng)，將由所述光放大部產(chǎn)生的光作為種光，由所述光延遲系統(tǒng)將所述 種光延遲，由所述光放大部對該延遲的種光進(jìn)行光放大并將其輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光放大裝置，其特征在于， 還具備對輸入至所述光放大介質(zhì)的所述被放大光的脈沖寬度進(jìn)行拉伸的脈沖寬度拉伸部。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光放大裝置，其特征在于， 所述透明介質(zhì)對輸入至所述光放大介質(zhì)的所述被放大光的脈沖寬度進(jìn)行拉伸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光放大裝置，其特征在于， 還具備對進(jìn)行過光放大并從所述光放大介質(zhì)輸出的所述被放大光的脈沖寬度進(jìn)行壓縮的脈沖寬度壓縮部。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 所述光放大介質(zhì)和所述透明介質(zhì)中的至少一個(gè)為固體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光放大裝置，其特征在于， 還具備使所述光放大介質(zhì)和所述透明介質(zhì)中的至少一個(gè)的溫度穩(wěn)定化的溫度穩(wěn)定化單元。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 所述能量供給部包括作為所述能量供給部的輸出應(yīng)該向所述光放大介質(zhì)供給的激發(fā)光的半導(dǎo)體元件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1~14中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 所述光放大部還包括調(diào)整所述被放大光的光路的光路調(diào)整單元。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1 15中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于，構(gòu)成所述光放大部的包括所述光放大介質(zhì)和所述透明介質(zhì)的多個(gè)構(gòu)成要素中的任意2個(gè)以上一體化。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 在所述光放大介質(zhì)或者所述透明介質(zhì)上，在所述被放大光入射或者出射的任一個(gè)地方施加有低反射涂層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1 17中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 在所述光放大介質(zhì)或者所述透明介質(zhì)上，在所述被放大光反射的任一個(gè)地方施加有高反射涂層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1 18中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 在所述光放大介質(zhì)或者所述透明介質(zhì)上，所述被放大光入射或者出射的任一個(gè)地方的光入射出射角為布儒斯特角。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1 19中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 所述透明介質(zhì)使在內(nèi)部傳播的所述被放大光在壁面進(jìn)行內(nèi)部全反射。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1 20中任一項(xiàng)所述的光放大裝置，其特征在于， 還具備真空容器，該真空容器在內(nèi)部空間具有所述光放大部和所
22.述能量供給部，并使該內(nèi)部空間為減壓氛圍。
全文摘要
提供一種小型化、高輸出化以及穩(wěn)定化容易的光放大裝置。光放大裝置(1A)具備光放大部(10A)和能量供給部(30)。光放大部(10A)包括光放大介質(zhì)(11)和透明介質(zhì)(12)。能量供給部(30)是向光放大介質(zhì)(11)供給激發(fā)能量(例如激發(fā)光)的裝置。光放大介質(zhì)(11)接受該激發(fā)光的供給將光放大并將其輸出。并且，透明介質(zhì)(12)是使光放大介質(zhì)(11)中的被放大光多次通過的介質(zhì)。透明介質(zhì)(12)，例如能夠使被放大光在其內(nèi)部曲折地傳播。
文檔編號(hào)H01S3/10GK101490914SQ20078002639
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者伊藤晴康, 坂本繁, 大石真吾, 山本晃永, 森口俊治, 河田陽一, 藤本正俊, 青島伸一郎, 高橋宏典 申請人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社