(57)【要約】【課題】小型化，高出力化および安定化が容易な光増幅装置を提供する。【解決手段】光増幅装置１Ａは、光増幅部１０Ａおよびエネルギ供給部３０を備える。光増幅部１０Ａは、光増幅媒質１１および透明媒質１２を含む。エネルギ供給部３０は、光増幅媒質１１に励起エネルギ（例えば励起光）を供給するものである。光増幅媒質１１は、その励起光の供給を受けて光を増幅し出力する。また、透明媒質１２は、光増幅媒質１１における被増幅光を複数回通過させるものである。透明媒質１２は、例えば、その内部で被増幅光をジグザグに伝播させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被増幅光を光増幅する光増幅媒質と、前記被増幅光を複数回通過させる透明媒質と、を含む光増幅部と、
前記光増幅媒質に励起エネルギを供給するエネルギ供給部と、
を備えることを特徴とする光増幅装置。
【請求項２】
前記光増幅部が、前記被増幅光を外部から入力して、その増幅光を前記光増幅媒質に複数回通過させて光増幅する、ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項３】
前記光増幅部が、前記被増幅光を共振させる光共振器を含み、この光共振器の共振光路上に前記光増幅媒質および前記透明媒質を有する、ことを特徴とする請求項１記載の光増幅装置。
【請求項４】
前記光増幅部が、
前記共振光路上に設けられ、前記光共振器の外部から前記被増幅光を前記共振光路上に取り込む光取り込み手段と、
前記共振光路上に設けられ、一定期間に亘って前記光共振器内において光増幅された前記被増幅光を前記光共振器の外部へ取り出す光取り出し手段と、
を更に含むことを特徴とする請求項３記載の光増幅装置。
【請求項５】
請求項３記載の光増幅装置（以下「第１光増幅装置」という。）により発生する光を種光とし、請求項２または４に記載の光増幅装置（以下「第２光増幅装置」という。）により前記種光を光増幅して出力する、ことを特徴とする光増幅装置。
【請求項６】
前記第１光増幅装置および前記第２光増幅装置それぞれの前記光増幅媒質，前記透明媒質または前記エネルギ供給部が共通である、ことを特徴とする請求項５記載の光増幅装置。
【請求項７】
前記被増幅光がパルス光であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項８】
光を遅延させる光遅延系を更に備え、
前記光増幅部により発生する光を種光とし、この種光を前記光遅延系により遅延させ、この遅延させた種光を前記光増幅部により光増幅して出力する、
ことを特徴とする請求項７記載の光増幅装置。
【請求項９】
前記光増幅媒質に入力される前記被増幅光のパルス幅を伸長するパルス幅伸長部を更に備えることを特徴とする請求項７記載の光増幅装置。
【請求項１０】
前記透明媒質が、前記光増幅媒質に入力される前記被増幅光のパルス幅を伸長する、ことを特徴とする請求項７記載の光増幅装置。
【請求項１１】
前記光増幅媒質から光増幅されて出力される前記被増幅光のパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮部を更に備えることを特徴とする請求項７記載の光増幅装置。
【請求項１２】
前記光増幅媒質および前記透明媒質の少なくとも一方が固体であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項１３】
前記光増幅媒質および前記透明媒質の少なくとも一方の温度を安定化する温度安定化手段を更に備えることを特徴とする請求項１２記載の光増幅装置。
【請求項１４】
前記エネルギ供給部が、前記エネルギ供給部として前記光増幅媒質に供給すべき励起光を出力する半導体レーザ素子を含む、ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項１５】
前記光増幅部が、前記被増幅光の光路を調整する光路調整手段を更に含む、ことを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項１６】
前記光増幅部を構成する前記光増幅媒質および前記透明媒質を含む複数の構成要素の何れか２以上のものが一体化されていることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項１７】
前記光増幅媒質または前記透明媒質において前記被増幅光が入射または出射する何れかの箇所に低反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項１８】
前記光増幅媒質または前記透明媒質において前記被増幅光が反射する何れかの箇所に高反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項１９】
前記光増幅媒質または前記透明媒質において前記被増幅光が入射または出射する何れかの箇所での光入出射角がブリュースタ角であることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項２０】
前記透明媒質が、内部を伝搬する前記被増幅光を壁面において内部全反射させる、ことを特徴とする請求項１〜１９の何れか１項に記載の光増幅装置。
【請求項２１】
前記光増幅部および前記エネルギ供給部を内部空間に有し該内部空間を減圧雰囲気とする真空容器を更に備えることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の光増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピコ秒からフェムト秒程度のパルス幅を有するパルス光を発生する高強度極短パルスレーザ光源は、サイズが大きく、通常は光学定盤に設置されて用いられる。また、レーザ光源を構成する各光学部品は、調整機能付きのマウントにより自由空間に保持されている。このことから、レーザ光源は、調整すべき箇所が多数存在し、その調整が容易でない。
【０００３】
その一方で、光増幅媒質として光ファイバを用いるファイバレーザ光源は、高エネルギ化されており、レーザ加工などの産業への利用が試みられている。ファイバレーザ光源は、前述のような課題をほとんど克服しており、連続出力ではファイバディスクレーザ光源のように高出力のものが実現されている。
【０００４】
ところが、ファイバレーザ光源では、光ファイバがビーム断面を小さく限定してしまうことから、パルス出力ではパルスエネルギが数μＪ程度に制限され、高い出力を実現することができない。このように小型・高出力かつ安定性が優れており調整が簡便なレーザ光源が存在しないことから、高強度極短パルスレーザ光源の利用は研究用途に限られているのが実状である。
【０００５】
小型化および安定化を意図した光増幅装置として、特許文献１，２に開示されたような構成のものが知られている。特許文献１に開示された光増幅装置は、簡便に共振器長を長くすることが可能で小型の光共振器を備えている。また、特許文献２に開示された光増幅装置は、光増幅媒質とは別に偏波保持光ファイバが共振光路上に設けられた光共振器を備えている。
【特許文献１】特許第３５４０７４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された光増幅装置は、光共振器内において大気中に光が伝播することから、共振器長が長くなってしまい、小型化には限界がある。また、特許文献２に開示された光増幅装置は、光共振器内に光ファイバを有していることから小型化の実現が可能であるものの、パルス出力ではパルスエネルギが数μＪ程度に制限され、高い出力を実現することができない。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化，高出力化および安定化が容易な光増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光増幅装置は、(1) 被増幅光を光増幅する光増幅媒質と、被増幅光を複数回通過させる透明媒質と、を含む光増幅部と、(2) 光増幅媒質に励起エネルギを供給するエネルギ供給部と、を備えることを特徴とする。この光増幅装置では、光増幅媒質は、エネルギ供給部から励起エネルギの供給を受けて光を増幅し出力する。また、透明媒質は、光増幅媒質における被増幅光を複数回通過させる。透明媒質は、例えば、その内部で被増幅光をジグザグに伝播させることができる。光増幅部が、被増幅光を外部から入力して、その増幅光を光増幅媒質に複数回通過させて光増幅するのが好適である。
【０００９】
光増幅部が、被増幅光を共振させる光共振器を含み、この光共振器の共振光路上に光増幅媒質および透明媒質を有するのが好適である。この場合、光増幅装置は、光共振器内でレーザ発振が起きることによって、レーザ光を発生させることが可能なレーザ発振機能を有する。
【００１０】
光増幅部が、被増幅光を共振させる光共振器を含み、(a) 共振光路上に設けられ、光共振器の外部から被増幅光を共振光路上に取り込む光取り込み手段と、(b) 共振光路上に設けられ、一定期間に亘って光共振器内において光増幅された被増幅光を光共振器の外部へ取り出す光取り出し手段と、を更に含むのが好適である。この場合、光増幅装置は、光共振器内でレーザ光を増幅させることが可能な再生増幅機能を有する。
【００１１】
本発明に係る光増幅装置は、上記の本発明に係る光増幅装置（以下「第１光増幅装置」という。）により発生する光を種光とし、上記の本発明に係る光増幅装置（以下「第２光増幅装置」という。）により種光を光増幅して出力することを特徴とする。また、第１光増幅装置および第２光増幅装置それぞれの光増幅媒質，透明媒質またはエネルギ供給部が共通であるのが好適である。
【００１２】
本発明に係る光増幅装置では、被増幅光がパルス光であるのが好適である。この場合、本発明に係る光増幅装置は、光増幅媒質に入力される被増幅光のパルス幅を伸長するパルス幅伸長部を更に備えるのが好適である。透明媒質が、光増幅媒質に入力される被増幅光のパルス幅を伸長するのも好適である。また、本発明に係る光増幅装置は、光増幅媒質から光増幅されて出力される被増幅光のパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮部を更に備えるのが好適である。この場合、光増幅媒質に入力される被増幅光のパルス幅を伸長することで、光増幅装置を構成する光学部品の損傷を避けることができ、また、光増幅媒質から光増幅されて出力される被増幅光のパルス幅を圧縮することで、光増幅装置から出力されるパルス光のピークパワーが高くなる。
【００１３】
本発明に係る光増幅装置は、光を遅延させる光遅延系を更に備え、光増幅部により発生する光を種光とし、この種光を光遅延系により遅延させ、この遅延させた種光を光増幅部により光増幅して出力するのが好適である。
【００１４】
光増幅媒質および透明媒質の少なくとも一方が固体であるのが好適である。また、本発明に係る光増幅装置は、光増幅媒質および透明媒質の少なくとも一方の温度を安定化する温度安定化手段を更に備えるのが好適である。
【００１５】
エネルギ供給部が、光増幅媒質に供給すべき励起光を出力する半導体レーザ素子を含むのが好適である。光増幅部が、被増幅光の光路を調整する光路調整手段を更に含むのが好適である。光増幅部を構成する光増幅媒質および透明媒質を含む複数の構成要素の何れか２以上のものが一体化されているのが好適である。
【００１６】
光増幅媒質または透明媒質において被増幅光が入射または出射する何れかの個所に低反射コーティングが施されているのが好適である。また、光増幅媒質または透明媒質において被増幅光が反射する何れかの個所に高反射コーティングが施されているのも好適である。
【００１７】
光増幅媒質または透明媒質において被増幅光が入射または出射する何れかの個所での光入出射角がブリュースタ角であるのが好適である。また、透明媒質が、内部を伝搬する被増幅光を壁面において全反射させるのが好適である。
【００１８】
本発明に係る光増幅装置は、光増幅部およびエネルギ供給部を内部空間に有し該内部空間を減圧雰囲気とする真空容器を更に備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型化，高出力化および安定化が容易な光増幅装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、第１実施形態に係る光増幅装置１Ａの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ａは、光増幅部１０Ａおよびエネルギ供給部３０を備える。光増幅部１０Ａは、光増幅媒質１１および透明媒質１２を含む。エネルギ供給部３０は、光増幅媒質１１に励起エネルギ（例えば励起光）を供給するものである。光増幅媒質１１は、その励起光の供給を受けて光を増幅し出力する。また、透明媒質１２は、光増幅媒質１１における被増幅光を複数回通過させるものである。透明媒質１２は、例えば、その内部で被増幅光をジグザグに伝播させることができる。
【００２２】
透明媒質１２の屈折率は空気の屈折率より高いので、透明媒質１２中において被増幅光が伝播する距離を長くすることで、光路長を長くすることができる。したがって、空気中で同様の距離を被増幅光が伝播する構成をとる場合と比べて、本実施形態に係る光増幅装置１Ａは、透明媒質１２中を被増幅光が伝播することで、小型化を実現することができる。
【００２３】
図２は、第２実施形態に係る光増幅装置１Ｂの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ｂは、光増幅部１０Ｂおよびエネルギ供給部３０を備える。光増幅部１０Ｂは、光増幅媒質１１，透明媒質１２およびミラー１３を含む。エネルギ供給部３０は、光増幅媒質１１に励起エネルギ（例えば励起光）を供給するものである。光増幅媒質１１は、その励起光の供給を受けて、外部の種光生成器からの種光を増幅し出力する。透明媒質１２は、光増幅媒質１１における被増幅光を複数回通過させるものである。また、ミラー１３は、エネルギ供給部３０から出力される励起光を通過させて光増幅媒質１１に入射させ、また、種光（被増幅光）を反射させる。
【００２４】
この第２実施形態に係る光増幅装置１Ｂは、光増幅部１０Ｂの光増幅媒質１１内で被増幅光が少なくとも２回通過するマルチパス構造を有している。このように、光増幅部１０Ｂにおいて、光路は透明媒質１２内のみならず、光増幅媒質１１内で複数回往復する構成であってもよい。この場合、光増幅装置１Ｂはマルチパス増幅機能を有する構成となる。
【００２５】
図３は、第３実施形態に係る光増幅装置１Ｃの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ｃは、光増幅部１０Ｃおよびエネルギ供給部３０を備える。光増幅部１０Ｃは、光増幅媒質１１，透明媒質１２およびミラー１３１〜１３４を含む。第１実施形態のものと比較すると、この第３実施形態に係る光増幅装置１Ｃは、光増幅部１０Ｃがミラー１３１〜１３４を更に含む点で相違する。ミラー１３１は、エネルギ供給部３０から出力される励起光を通過させて光増幅媒質１１に入射させ、また、被増幅光を反射させる。ミラー１３２は、被増幅光の一部を通過させ、残部を反射させる。ミラー１３１およびミラー１３２は、ファブリペロ型の光共振器を構成するミラーであり、両者間の共振光路上に光増幅媒質１１，透明媒質１２およびミラー１３３，１３４が配置されている。ミラー１３３，１３４は、被増幅光を反射させるものであり、透明媒質１２を互いに挟んで対向して配置されており、透明媒質１２内で被増幅光をジグザグに伝播させる。
【００２６】
このように、第３実施形態では、光共振器をもつ構造にすることによって、光を蓄積することができる。この場合、光増幅装置１Ｃは、光共振器内でレーザ発振が起きることによって、レーザ光を発生させることが可能なレーザ発振機能を有する構成となる。例えば、光増幅媒質１１として、Ｈｅ-Ｎｅなどの気体、色素などを溶解した液体、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体を用い、透明媒質１２を含む光増幅部１０Ｃに光共振器を付加することで、小型のレーザ発振装置を実現することができる。
【００２７】
図４は、第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ｄは、光増幅部１０Ｄおよびエネルギ供給部３０を備える。光増幅部１０Ｄは、光増幅媒質１１，透明媒質１２，ミラー１３１，ミラー１３２，光取り込み手段２１および光取り出し手段２２を含む。第１実施形態のものと比較すると、この第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄは、光増幅部１０Ｄがミラー１３１，ミラー１３２，光取り込み手段２１および光取り出し手段２２を更に含む点で相違する。
【００２８】
ミラー１３１は、エネルギ供給部３０から出力される励起光を通過させて光増幅媒質１１に入射させ、また、被増幅光を反射させる。ミラー１３２は、被増幅光を反射させる。ミラー１３１およびミラー１３２は、ファブリペロ型の光共振器を構成するミラーであり、両者間の共振光路上に光増幅媒質１１，透明媒質１２，光取り込み手段２１および光取り出し手段２２が配置されている。
【００２９】
この第４実施形態において、光取り込み手段２１は、光共振器の外部の種光生成器から被増幅光を共振光路上に取り込む。また、光取り出し手段２２は、一定期間に亘って光共振器内において光増幅された被増幅光を光共振器の外部へ取り出す。このように、光増幅部１０Ｄに光共振器を付加し、さらに光共振器外から被増幅光の元となる種光を光取り込み手段２１によって光共振器内に取り込んで、一定時間これを光共振器内に閉じ込めた後、光取り出し手段２２によって光共振器外へ取り出す。この場合、光増幅装置１Ｄは、種光と同等な質であって且つエネルギの大きな増幅光を生成することが可能であり、光を増幅するための再生増幅機能を有する構成となっている。種光生成器としては、例えばファイバレーザ光源を用いることができる。
【００３０】
図５は、第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの具体的な構成図である。この図に示されるように、光取り込み手段２１は、波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１を含む。また、光取り出し手段２２は、波長板１４２，光変調部１５２および偏光ビームスプリッタ１６２を含む。光変調部１５１および光変調部１５２それぞれは、光の偏光状態を制御するものであって、例えば、音響光学効果や電気光学効果を有する光学結晶などを用いることができる。
【００３１】
光取り込み手段２１は、光変調部１５１により光の偏光状態の制御することで、或るタイミングで種光生成器からの種光を光共振器内に取り込み、その後は、その種光（被増幅光）を光共振器内で往復させる。そして、光取り出し手段２２は、光変調部１５２により光の偏光状態の制御することで、光を取り込んでから一定時間経過した後の或るタイミングで、その被増幅光を光共振器の外部へ取り出す。なお、種光がパルス光である場合には、光学部品の損傷を避けるために、適当な分散素子を通してパルス幅を伸長してから取り込んでもよい。
【００３２】
図６は、第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの変形例の構成図である。この図に示されるように、光取り込み手段２１と光取り出し手段２２とは共通のものであってもよい。
【００３３】
図７は、第５実施形態に係る光増幅装置の構成図である。この図に示される光増幅装置は、種光を発生する光増幅装置１Ｅと、この種光を光増幅して出力する光増幅装置１Ｆと、を備える。種光生成器としての光増幅装置１Ｅは、第３実施形態に係る光増幅装置１Ｃ（図３）と同様の構成を有している。また、光増幅装置１Ｆは、第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの変形例（図６）と略同様の構成を有している。光増幅装置１Ｆでは、光取り込み手段２１と光取り出し手段２２とが共通のものとなっている。
【００３４】
光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１に加えて、ミラー１３５，波長板１４３，ファラデローテータ１７および偏光ビームスプリッタ１６３を含む。波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１は、光増幅部１０Ｆの光共振器の共振光路上に設けられている。波長板１４３，ファラデローテータ１７および偏光ビームスプリッタ１６３は、ミラー１３５と偏光ビームスプリッタ１６３との間に設けられている。光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、光変調部１５１およびファラデローテータ１７により光の偏光状態の制御することで、或るタイミングで光増幅装置１Ｅからの種光を光増幅装置１Ｆの光共振器内に取り込み、その後は、その種光（被増幅光）を光増幅装置１Ｆの光共振器内で往復させ、また、光を取り込んでから一定時間経過した後の或るタイミングで、その被増幅光を光共振器の外部へ取り出す。
【００３５】
なお、光増幅装置１Ｆとしては、第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄ（図４〜図６）と同様の構成を有していてもよいし、第２実施形態に係る光増幅装置１Ｂ（図２）と同様の構成を有していてもよいし、また、両者を共に有していてもよい。
【００３６】
光取り込み手段２１および光取り出し手段２２それぞれは、光を制御する光変調部などで実現され、光変調部は、音響光学効果や電気光学効果を用いた光学結晶と、波長板などの光学素子との組合せによって構成することができる。種光生成器で発生した種光がパルス光である場合には、光学部品の損傷を避けるために、種光のパルス幅を伸長してから取り込んでもよい。また、光取り込み手段２１および光取り出し手段２２は、同一のものを共有してもよい。
【００３７】
図８は、第６実施形態に係る光増幅装置の構成図である。この図に示される光増幅装置は、種光を発生する光増幅装置１Ｇと、この種光を光増幅して出力する光増幅装置１Ｈと、を備える。種光生成器としての光増幅装置１Ｇは、第３実施形態に係る光増幅装置１Ｃ（図３）と略同様の構成を有している。また、光増幅装置１Ｈは、第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの変形例（図６）と略同様の構成を有している。光増幅装置１Ｈでは、光取り込み手段２１と光取り出し手段２２とが共通のものとなっている。光増幅装置１Ｇおよび光増幅装置１Ｈは、１つの光増幅媒質１１を共有し、１つの透明媒質１２を共有し、また、１つのエネルギ供給部３０を共有している。
【００３８】
光増幅装置１Ｇの光増幅部１０Ｇでは、ミラー１３１およびミラー１３２が光共振器を構成していて、両者間の共振光路上に光増幅媒質１１，透明媒質１２およびミラー１３３，１３４が配置されている。ミラー１３３，１３４は、被増幅光を反射させるものであり、透明媒質１２を互いに挟んで対向して配置されており、透明媒質１２内で被増幅光をジグザグに伝播させる。
【００３９】
光増幅装置１Ｈの光増幅部１０Ｈでは、ミラー１３１およびミラー１３５が光共振器を構成していて、両者間の共振光路上に光増幅媒質１１，透明媒質１２およびミラー１３６，１３７が配置されている。ミラー１３６，１３７は、被増幅光を反射させるものであり、透明媒質１２を互いに挟んで対向して配置されており、透明媒質１２内で被増幅光をジグザグに伝播させる。
【００４０】
光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１に加えて、波長板１４３，ファラデローテータ１７，偏光ビームスプリッタ１６３およびミラー１３８を含む。波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１は、光増幅部１０Ｈの光共振器の共振光路上に設けられている。波長板１４３およびファラデローテータ１７は、偏光ビームスプリッタ１６１と偏光ビームスプリッタ１６３との間に設けられている。
【００４１】
光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、光変調部１５１およびファラデローテータ１７により光の偏光状態の制御することで、或るタイミングで光増幅装置１Ｇからの種光を光増幅装置１Ｈの光共振器内に取り込み、その後は、その種光（被増幅光）を光増幅装置１Ｈの光共振器内で往復させ、また、光を取り込んでから一定時間経過した後の或るタイミングで、その被増幅光を光共振器の外部へ取り出す。
【００４２】
このように、第６実施形態では、光増幅装置１Ｇおよび光増幅装置１Ｈの間で光増幅媒質１１，透明媒質１２またはエネルギ供給部３０を共有することにより、部品点数を減らすことができ、小型化することができる。
【００４３】
上記第１〜第６の実施形態において、被増幅光は連続レーザ光であってもパルスレーザ光であってもよい。
【００４４】
図９は、第７実施形態に係る光増幅装置１Ｊの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ｊは、光遅延系２３を備えることにより、種光を生成するとともに、その種光を光増幅することができるものである。光遅延系２３は、ミラー１３５〜１３７、波長板１４１、光変調部１５１，１５２、偏光ビームスプリッタ１６１，１６２、およびファラデローテータ１７を含む。光変調部１５２は、光増幅媒質１１と透明媒質１２との間の共振光路上に設けられている。光変調部１５１は、透明媒質１２とミラー１３２との間の共振光路上に設けられている。偏光ビームスプリッタ１６１は、透明媒質１２と光変調部１５１との間の共振光路上に設けられている。偏光ビームスプリッタ１６１，ミラー１３５，ミラー１３６，ミラー１３７，偏光ビームスプリッタ１６２，ファラデローテータ１７および波長板１４１は、この順にリング状に配置されている光路を構成している。
【００４５】
この光増幅装置１Ｊでは、光変調部１５１により光の偏光状態の制御することで、或るタイミングで、光増幅部１０Ｊのファブリペロ型光共振器からの種光を、偏光ビームスプリッタ１６１で反射させて、光遅延系２３のリング型光路に取り込んで伝播させる。種光は、その後、偏光ビームスプリッタ１６１で再び反射されて、光増幅部１０Ｊのファブリペロ型光共振器に戻される。光増幅部１０Ｊのファブリペロ型光共振器に戻された種光は、光変調部１５２により光の偏光状態を制御することで、共振器内に閉じ込められ、光増幅される。更に、その後の或るタイミングで、光変調部１５２により光の偏光状態を制御することで、光増幅部１０Ｊのファブリペロ型光共振器で光増幅された被増幅光を、偏光ビームスプリッタ１６１で反射させ、波長板１４１およびファラデローテータ１７で偏光方向を９０度回転した後、偏光ビームスプリッタ１６２を通過させて外部へ出力する。このように、第７実施形態では、光増幅装置１Ｊは、光遅延系２３を備えることにより、種光を生成するとともに、その種光を光増幅することができる。
【００４６】
図３２は、前記遅延系２３の内部に透明媒質１２Ａを付加した実施例である。遅延系２３の光路上に空気よりも屈折率の高い透明媒質１２Ａを用いることで、光路長を長くすることができ、遅延時間を長くすることが可能となる。ここで、遅延系２３を伝播する光は強度の小さい種光であるため、透明媒質１２Ａは偏波面保持ファイバのような光ファイバであってもよい。
【００４７】
図３３は、前記遅延系２３の構成が、波長板１４１およびファラデローテータ１７の代わりに光変調部１５３を付加し、また、偏光ビームスプリッタ１６２の代わりにミラー１３８を付加し、更に偏光ビームスプリッタ１６３を付加した実施例である。共振器からの種光は偏光状態を制御されて遅延系２３に取り込まれる。その後、光変調部１５３によって偏光状態を９０度回転させることにより、種光は偏光ビームスプリッタ１６１で反射されることなくリング状の遅延系２３内を繰返し伝播する。その後の或るタイミングで、光変調部１５３により光の偏光状態を制御することで、種光は偏光ビームスプリッタ１６１で反射され、共振器内に取り込まれる。光増幅部１０Ｊのファブリペロ型光共振器に戻された種光は、光変調部１５２により光の偏光状態を制御することで、共振器内に閉じ込められ、光増幅される。更に、その後の或るタイミングで、光変調部１５２により光の偏光状態を制御することで、光増幅部１０Ｊのファブリペロ型光共振器で光増幅された被増幅光を、偏光ビームスプリッタ１６３で反射させ、外部へ出力する。このように、種光を遅延系２３内部で繰返し伝播させることにより、遅延時間を長くとることが可能となる。このとき、種光が遅延系２３を伝播している間に、種光生成時と光増幅時のエネルギ供給部の出力を最適になるように制御してもよい。
【００４８】
図１０は、第８実施形態に係る光増幅装置１Ｋの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ｋは、光増幅部１０Ｋ，エネルギ供給部３０およびパルス幅伸長部４０を備える。光増幅部１０Ｋは、光増幅媒質１１，透明媒質１２，ミラー１３１〜１３４および光取り込み手段２１（光取り出し手段２２を兼ねる）を含む。光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１に加えて、波長板１４３，ファラデローテータ１７および偏光ビームスプリッタ１６３を含む。
【００４９】
波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１は、光増幅部１０Ｋの光共振器の共振光路上に設けられている。波長板１４３およびファラデローテータ１７は、偏光ビームスプリッタ１６１と偏光ビームスプリッタ１６３との間に設けられている。光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、光変調部１５１およびファラデローテータ１７により光の偏光状態の制御することで、或るタイミングでパルス幅伸長部４０からの種光を光増幅装置１Ｋの光共振器内に取り込み、その後は、その種光（被増幅光）を光増幅装置１Ｋの光共振器内で往復させ、また、光を取り込んでから一定時間経過した後の或るタイミングで、その被増幅光を光共振器の外部へ取り出す。
【００５０】
パルス幅伸長部４０は、種光生成器からの種光（パルス光）のパルス幅を伸長して、その伸長後の種光を光増幅部１０Ｋの光共振器に入力させる。高強度パルス光による光学部品の損傷を抑えるため、パルス幅伸張部４０により時間的に引き伸ばされた種光が光増幅部１０Ｋ内に取り込まれる。例えば、パルス幅伸張部４０として、光ファイバなどの分散媒質が用いられ、また、回折格子やプリズムなどの波長分散素子も利用される。ここで、透明媒質１２として分散媒質であるものを用いれば、この透明媒質１２は、パルス幅伸張部と同様の機能を有するので、パルス幅伸張部４０を別途設ける必要はない。
【００５１】
図１１は、第９実施形態に係る光増幅装置１Ｌの構成図である。この図に示される第９実施形態に係る光増幅装置１Ｌは、第８実施形態の構成（図１０）と比較すると、パルス幅圧縮部５０を更に備える点で相違する。パルス幅圧縮部５０は、光増幅部１０Ｌから光増幅されて出力される被増幅光（パルス光）のパルス幅を圧縮して、その圧縮後のパルス光を出力するものである。
【００５２】
この光増幅装置１Ｌでは、種光生成器からの種光（パルス光）は、パルス幅伸長部４０によりパルス幅が伸長された後に、光取り込み手段２１により光増幅部１０Ｌの光共振器に入力される。そして、光増幅部１０Ｌの光共振器により光増幅されたパルス光は、光取り出し手段２２により取り出された後に、パルス幅圧縮部５０によりパルス幅が圧縮されて出力される。この光増幅装置１Ｌから出力されるパルス光は、ピークパワーが高いものとなる。図１２〜図１５それぞれは、パルス幅圧縮部５０の構成例を示す図である。
【００５３】
図１２に示されるパルス幅圧縮部５０ａは、折り返しミラー５１および反射型回折格子５２１，５２２を含む。折り返しミラー５１は、各々の反射面が互いに９０度となるように２枚の平面ミラーが組み合わされたもので、入射した光を一方の平面ミラーで反射させた後に他方の平面ミラーで反射させて出射することができる。この折り返しミラー５１への入射光および出射光それぞれの光路は、互いに平行であるが、互いに異なる。このパルス幅圧縮部５０ａに入力された光は、反射型回折格子５２１により分光され、反射型回折格子５２２により各波長成分が互いに平行にされ、折り返しミラー５１により光路を折り返され、反射型回折格子５２２により各波長成分が反射型回折格子５２１に集光され、反射型回折格子５２１により合波されて出力される。このような構成のパルス幅圧縮部５０ａを用いれば、パルス光に対して実効的に負の群速度分散を与えることができる。
【００５４】
図１３に示されるパルス幅圧縮部５０ｂは、折り返しミラー５１および透過型回折格子５３１，５３２を含む。このパルス幅圧縮部５０ｂに入力された光は、透過型回折格子５３１により分光され、透過型回折格子５３２により各波長成分が互いに平行にされ、折り返しミラー５１により光路を折り返され、透過型回折格子５３２により各波長成分が透過型回折格子５３１に集光され、透過型回折格子５３１により合波されて出力される。このような構成のパルス幅圧縮部５０ｂを用いれば、パルス光に対して実効的に負の群速度分散を与えることができる。また、パルス幅圧縮部５０ｂでは、透過型回折格子を用いるので、反射型回折格子のように表面に金などの高反射コーティングを施す必要がない。
【００５５】
図１４に示されるパルス幅圧縮部５０ｃは、折り返しミラー５１，透過型回折格子５３１，５３２および分散媒質５４を含む。このパルス幅圧縮部５０ｃは、上記のパルス幅圧縮部５０ｂに対し、透過型回折格子５３１と透過型回折格子５３２との間に分散媒質５４が設けられた構造となっている。これにより、パルス幅圧縮部５０ｃは小型化ができる。
【００５６】
図１５に示されるパルス幅圧縮部５０ｄは、折り返しミラー５１およびプリズム５５１，５５２を含む。このパルス幅圧縮部５０ｄに入力された光は、プリズム５５１により分光され、プリズム５５２により各波長成分が互いに平行にされ、折り返しミラー５１により光路を折り返され、プリズム５５２により各波長成分がプリズム５５１に集光され、プリズム５５１により合波されて出力される。このような構成のパルス幅圧縮部５０ｄを用いれば、パルス光に対して実効的に負の群速度分散を与えることができる。
【００５７】
上記第９実施形態において、折り返しミラー５１の代わりに、光変調機能を有する光学素子を用いてもよい。例えば、液晶空間光変調器やデフォーマブルミラーなどを用いてもよい。このとき、出力パルス光の時間特性や波面の制御をすることもできる。また、折り返しミラーを用いずに、回折格子やプリズムを４つ用いた構造にしてもよい。その他にも、パルス幅圧縮部には、プリズムとグレーティングとを組み合わせた分散素子であるグリズムを用いてもよい。
【００５８】
上記第１〜第９の実施形態の構成において、光増幅部の光増幅媒質として、固体レーザ媒質を用いることができる。例えば、チタンサファイア、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷなどが用いられる。また、透明媒質１２として、例えば合成石英などの固体媒質を用いることができる。合成石英は、紫外域から赤外域にかけての広い波長域で透明性が高く、さらに、熱膨張係数が小さいので熱的安定性にも優れている。その他、透明媒質１２は、ホウケイ酸ガラスやソーダ石灰ガラスなどの他のガラス材質や、アクリルやポリプロピレンなどのプラスチック材質や、サファイア、ダイヤモンドなどの単結晶材質や、ＰＯＦ（Plastic Optical Fiber）などの大口径光ファイバであってもよい。
【００５９】
図１６は、第１０実施形態に係る光増幅装置の一部構成図である。この図は、光増幅部に含まれる光増幅媒質１１、および、この光増幅媒質１１の温度を安定化する温度安定化手段６０を示す。他の部分の構成は、第１〜第９の実施形態の構成と同様である。温度安定化手段６０は、光増幅媒質１１に接して設けられたペルチェ素子６１と、このペルチェ素子６１に電力を供給する電源６２と、ペルチェ素子６１に接して設けられた放熱部６３と、を含む。光増幅媒質１１の温度を一定の温度に保持する温度安定化手段６０を備えることにより、光増幅媒質１１内部で発生する熱の放出などに対して有効となり、動作の安定化を図ることができる。温度安定化手段６０は、その他、水冷放熱装置や、熱を一様に加える加熱装置や、超音波を使って動作を安定化させる超音波装置であってもよい。
【００６０】
図１７は、第１１実施形態に係る光増幅装置の一部構成図である。この図は、光増幅部に含まれる透明媒質１２、および、この透明媒質１２の温度を安定化する温度安定化手段７０を示す。他の部分の構成は、第１〜第１０の実施形態の構成と同様である。温度安定化手段７０は、透明媒質１２に接して設けられたペルチェ素子７１と、このペルチェ素子７１に電力を供給する電源７２と、ペルチェ素子７１に接して設けられた水冷放熱部７３と、この水冷放熱部７３に冷却水を供給するための循環ポンプ７４および水槽７５と、を含む。
【００６１】
透明媒質１２の温度を一定の温度に保持する温度安定化手段７０を備えることにより、より安定に動作をさせることができる。例えば、透明媒質１２が合成石英である場合、その熱膨張係数はおよそ５.５×１０-７／℃であるので、透明媒質１２の温度変化を１℃以内にすれば、波長オーダーレベルで透明媒質１２の膨張を抑えることができる。温度安定化手段７０は、その他、熱を一様に加える加熱装置や、超音波を使って動作を安定化させる超音波装置であってもよい。
【００６２】
第１〜第１１の実施形態の構成において、エネルギ供給部３０として半導体レーザ光源を用いることができる。ここで、光増幅媒質１１の吸収スペクトルと一致した発振波長をもつ半導体レーザ光源をエネルギ供給部３０として用いれば、光増幅媒質１１の励起効率を向上させることができる。光増幅媒質１１が固体レーザ媒質である場合、例えばＹｂ系のレーザ媒質の吸収波長は、市販されている半導体レーザ光源の発振波長との整合性が良い。このときは、レーザ光で光増幅媒質１１に励起エネルギが供給されるので、半導体レーザ光源の光を透過させる一方で被増幅光を反射させるダイクロイックミラーをミラー１３１として用いることが好適である。
【００６３】
図１８は、第１２実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｍの構成図である。なお、この図では、エネルギ供給部の図示が省略されている。この図に示される光増幅部１０Ｍは、光増幅媒質１１，透明媒質１２およびミラー１３１〜１３４を備える他、光路調整手段２４をも備える。光路調整手段２４は、ミラー１３１とミラー１３２との間の光共振器における被増幅光の光路を調整し補正するものである。光路調整手段２４は、例えば、光変調素子、ピエゾ素子、自動ミラー駆動機構などを用いて実現することができる。光路調整手段２４は、光変調素子を利用する場合、例えば電気光学効果を有するＫＴＮ結晶などを用いることが有効である。ＫＴＮ結晶の結晶軸を直交させて配置することにより、独立して光を２軸方向に調整することができる。
【００６４】
図１９は、第１３実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｎの構成図である。なお、この図でも、エネルギ供給部の図示が省略されている。この図に示される光増幅部１０Ｎは、光増幅媒質１１、透明媒質１２、光共振器を構成するミラー１３１〜１３６および光取り込み手段２１（光取り出し手段２２を兼ねる）の一部が光学的に接合され一体化されている。
【００６５】
光取り込み手段２１（光取り出し手段２２）は、波長板１４１，光変調部１５１，偏光ビームスプリッタ１６１，偏光ビームスプリッタ１６３，波長板１４３およびファラデローテータ１７を含む。波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１は、光増幅部１０Ｎの光共振器の共振光路上に設けられている。偏光ビームスプリッタ１６３，波長板１４３およびファラデローテータ１７は、種光生成器と偏光ビームスプリッタ１６１との間に設けられている。
【００６６】
ミラー１３１，波長板１４１，光変調部１５１および偏光ビームスプリッタ１６１は、透明媒質１２の溝部に設けられている。そのうち、ミラー１３１，波長板１４１および光変調部１５１は透明媒質１２の溝部の一方の側壁に固定され、偏光ビームスプリッタ１６１は透明媒質１２の溝部の他方の側壁に固定されている。また、ミラー１３３〜１３６は透明媒質１２の壁面に固定されている。
【００６７】
ミラー１３３は、光増幅媒質１１とミラー１３４との間で光を反射させる。ミラー１３４は、ミラー１３３とミラー１３５との間で光を反射させる。ミラー１３５は、ミラー１３４とミラー１３６との間で光を反射させる。また、ミラー１３６は、ミラー１３５と偏光ビームスプリッタ１６１との間で光を反射させる。これらミラー１３３〜１３６は、このように透明媒質１２内において被増幅光の光路が設定されるように透明媒質１２の壁面に固定されている。すなわち、透明媒質１２の壁面のうちミラー１３３〜１３６が固定される部分は、必要に応じて傾斜している。
【００６８】
各部品を一体化するには、光学接着剤を用いたり、或いはオプティカルコンタクト技術を用いたりすればよい。オプティカルコンタクト技術は、各部品を光学的に研磨して互いに貼り合せることで、接着剤がなくても十分な接合ができる技術である。各部品が一体化されることにより、装置の小型化および安定化が実現され得る。
【００６９】
図２０は、第１３実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｎａの構成図である。なお、この図でも、エネルギ供給部の図示が省略されている。この図に示される光増幅部１０Ｎａは、図１９に示された構成と比較すると、光増幅媒質１１、透明媒質１２、光共振器を構成するミラー１３１〜１３６および光取り込み手段２１（光取り出し手段２２を兼ねる）の一部に加えて、パルス幅圧縮部５０も光学的に接合され一体化されている点で相違する。この図に示されたパルス幅圧縮部５０は、図１４に示されたパルス幅圧縮部５０ｃと同様の構成のものである。パルス幅圧縮部５０をも一体化させることにより、さらなる小型化を図ることができる。
【００７０】
ここで、各部品を光学的に接合する代わりに、フェムト秒レーザ光などを用いた光加工技術によって、透明媒質１２内に各機能を有する光学素子を形成して一体化してもよい。
【００７１】
図２１は、第１４実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｐの構成図である。なお、この図でも、エネルギ供給部の図示が省略されている。この図に示される光増幅部１０Ｐでは、光増幅媒質１１において光が入出射する個所に低反射コーティングＡＲ１１，ＡＲ１２が施され、透明媒質１２において光が入出射する個所に低反射コーティングＡＲ２１，ＡＲ２２が施され、また、透明媒質１２において光が反射する個所に高反射コーティングＨＲ２１〜ＨＲ２４が施されている。
【００７２】
低反射コーティングが施されない場合と比較して、低反射コーティングが施されることにより、反射率が低くなり、光増幅媒質１１または透明媒質１２における光入出射の際の損失が低減される。高反射コーティングが施されない場合と比較して、高反射コーティングが施されることにより反射率が高くなる。透明媒質１２における高反射コーティングＨＲ２１〜ＨＲ２４は、透明媒質１２と一体化されたミラーとして作用する。
【００７３】
低反射コーティングおよび高反射コーティングは、誘電体多層膜で実現することができる。また、高反射コーティングは、金属膜でも実現することができる。低反射コーティングまたは高反射コーティングが光増幅媒質１１または透明媒質１２に直接に形成されているので、調整の必要がなく、安定に動作させることができる。
【００７４】
その他、透明媒質１２の壁面にグレーティング膜を形成してもよく、ミラーとしてだけではなく、パルス光を時間的に引き伸ばす機能も付加することができる。この場合、パルス幅伸張部と同様の機能を有するので、パルス幅伸張部を小型化することができ、パルス幅伸張部を別に設ける必要がない。
【００７５】
図２２は、第１５実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｑの構成図である。なお、この図でも、エネルギ供給部の図示が省略されている。この図に示される光増幅部１０Ｑでは、透明媒質１２において光が反射する個所に高反射コーティングＨＲ２１〜ＨＲ２４が施されている。また、光増幅媒質１１および透明媒質１２それぞれにおいて光が入出射する個所での光入出射角がブリュースタ角となっており、また、そのようになるように光増幅媒質１１および透明媒質１２それぞれの形状や配置が設定されている。
【００７６】
この図に示されるように、透明媒質１２と同じ材質からなる三角ブロック１２１，１２２を透明媒質１２の光入出射個所に貼り付けることにより、光入出射角をブリュースタ角として、光入出射時の損失を低減することができる。三角ブロック１２１，１２２の貼り付けに際しては、光学接着剤を用いたり、或いはオプティカルコンタクト技術を用いたりすればよい。ブリュースタ角を有する部分を光の偏光方向に対する入出力結合器として用いれば、偏光ビームスプリッタと同様の動作をさせることができる。
【００７７】
図２３は、第１５実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｑａの構成図である。図２２に示された構成では透明媒質１２に三角ブロック１２１，１２２を貼り付けたのに対して、この図２３に示される構成では、透明媒質１２の光入出射個所の形状を修正することにより、光入出射角をブリュースタ角としている。この場合も、ブリュースタ角を有する部分を光の偏光方向に対する入出力結合器として用いれば、偏光ビームスプリッタと同様の動作をさせることができる。
【００７８】
図２４は、第１５実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｑｂの構成図である。図２２に示された構成では透明媒質１２において光が反射する個所に施された高反射コーティングＨＲ２１〜ＨＲ２４が互いに平行であったのに対して、この図２４に示される構成では、高反射コーティングＨＲ２１，ＨＲ２４が傾斜している。また、高反射コーティングＨＲ２１，ＨＲ２４が傾斜するように、透明媒質１２と同じ材質からなる三角ブロック１２３，１２４を透明媒質１２の反射個所に貼り付け、これら三角ブロック１２３，１２４に高反射コーティングＨＲ２１，ＨＲ２４が施されている。三角ブロック１２３，１２４の角度を適当な角度で設計することにより、光が任意の角度で透明媒質１２内部へ折り返すように光路をとることができる。
【００７９】
図２５は、第１５実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｑｃの構成図である。図２３に示された構成では透明媒質１２において光が反射する個所に施された高反射コーティングＨＲ２１〜ＨＲ２４が互いに平行であったのに対して、この図２５に示される構成では、高反射コーティングＨＲ２１，ＨＲ２４が傾斜している。また、図２４に示された構成では高反射コーティングＨＲ２１，ＨＲ２４を傾斜させるために三角ブロックを透明媒質１２に貼り付けたのに対して、この図２５に示される構成では、透明媒質１２の反射個所の形状を修正することにより高反射コーティングＨＲ２１，ＨＲ２４を傾斜させている。このように、三角ブロックを貼り付ける代わりに、透明媒質１２を適当な角度になるような形状にして高反射コーティングを施すことによっても同様なことが可能である。
【００８０】
これまでに説明してきた透明媒質１２は、概略的には直方体形状のものであって、一方の端面に光が入射し、これに対向する端面から光が出射し、両端面の間で光が往復するものであった。しかし、透明媒質１２の形状や、透明媒質１２の内部における光の光路には、種々の変形例があり得る。図２６〜図３０それぞれは、第１６実施形態に係る光増幅装置における透明媒質１２の種々の構成例を示す図である。
【００８１】
図２６に示される透明媒質１２ａは、概略的には直方体形状のものであって、矩形断面の或るコーナー部が面取りされて低反射コーティングＡＲ２１が施され、他の或るコーナー部が面取りされて低反射コーティングＡＲ２２が施されていて、その面取りされて低反射コーティングＡＲ２１，ＡＲ２２が施された個所が光入出射個所となっている。この透明媒質１２ａでは、内部を伝播する光が壁面で反射される際に、その壁面への入射角が臨界角以上となる。例えば、透明媒質１２ａが合成石英で構成されている場合、その屈折率は凡そ１.４５であることから、空気に対する臨界角は凡そ４３.６度である。したがって、合成石英からなる透明媒質１２ａ中を伝播する光が壁面に対して４５度の角度で進行すれば、その光は壁面（合成石英と空気との界面）で全反射される。よって、この場合には、反射個所に高反射コーティングを施す必要がない。
【００８２】
図２７に示される透明媒質１２ｂは、概略的には直方体形状のものであって、矩形断面の或る２つのコーナー部が面取りされていて、その面取りされた個所においてブリュースタ角で光が入出射するようになっており、また、内部を伝播する光が壁面に対して４５度の角度で進行するようになっている。
【００８３】
これら透明媒質１２ａ，１２ｂでは、光入出射個所に低反射コーティングが施されていたり、或いは、入出射角がブリュースタ角となっていたりして、入出力時の損失を抑えることができる。また、例えば、透明媒質１２ａ，１２ｂが約５０ｍｍ角の矩形断面を有する場合、透明媒質１２ａ，１２ｂ内を伝播する光が壁面に対して７ｍｍの間隔で反射を繰り返すようにすると、光は透明媒質１２ａ，１２ｂ内を７周することが可能であり、光路は約１ｍとなる。このとき、例えば透明媒質１２ａ，１２ｂの屈折率が１.５であれば、約１.５ｍの光路長が得られる。
【００８４】
図２８に示される透明媒質１２ｃは、六角柱形状を有する。一般に透明媒質は五角形以上の多角柱であってもよい。例えば、透明媒質が合成石英で構成されている場合、この透明媒質を五角形以上の多角柱とすることで、透明媒質の内部を進行する光は、透明媒質の壁面に対して４５度以上の入射角で入射して全反射されることになり、高反射コーティングを必要としない。また、五角形以上の多角柱であれば、直方体と比べて反射角が大きくなるので、全反射条件を満たすことが容易となる。
【００８５】
この図に示されるように、多角柱の形状を正多角柱の一部を伸ばした形状にすれば、透明媒質内を伝播する光が同一の光路を通ることなく、透明媒質内を回るように進行する配置とすることもできる。また、多角柱のそれぞれの角が同じ角度となるので、透明媒質の壁面への入射角を一定にすることもできる。光の入出射個所に低反射コーティングＡＲ２１，ＡＲ２２が施されることにより、光入出射の際の損失を抑えることができる。ここで、多角柱が特に六角柱である場合には、光の入出力面が光軸に対して９０度をなす構成とすることができる。入出力部には低反射コーティングＡＲ２１，ＡＲ２２を施すことで、損失をさらに減らすことができる。さらに、この場合においても、入出力部はブリュースタ角の形状であってもよい。
【００８６】
図２９に示される透明媒質１２ｄは、光入射個所に低反射コーティングＡＲ２１，ＡＲ２２が施されており、内部を伝播する光が壁面（光入射個所以外）に対して入射角４５度で入射して反射するように、当該反射個所の壁面が傾斜している。同図（ａ）は平面図を示し、同図（ｂ）は断面図を示す。例えば透明媒質１２ｄが合成石英で構成される場合、内部を伝播する光は、反射部分で臨界角以上の入射角で入射して、垂直方向に全反射されるので、壁面に高反射コーティングを施す必要がない。また、壁面の形状は水平方向に４５度の角度で全反射する形状であってもよい。
【００８７】
図３０に示される透明媒質１２ｅは、概略的には直方体形状のものであって、同じ材質からなる三角ブロック１２１，１２２が光入出射個所に貼り付けていて、また、それらの三角ブロック１２１，１２２の光入出射面に低反射コーティングＡＲ２１，ＡＲ２２が施されている。また、この透明媒質１２ｅは、三角ブロック１２１の低反射コーティングＡＲ２１に入力された光を各壁面で繰返し全反射させて螺旋状に進行させ、その後に三角ブロック１２２の低反射コーティングＡＲ２２から外部へ光を出力する。例えば、透明媒質１２ｅが合成石英で構成される場合、透明媒質１２ｅ内部を伝播する光は、壁面に対して４５度の角度で進行すれば、各壁面で全反射されるので、壁面に低反射コーティングを施す必要がない。
【００８８】
さらに、透明媒質１２ｅ内部における光路を垂直方向にもわずかに傾けるような構成とすることによって、光は透明媒質１２中を螺旋状に伝播し、長い光路長を得ることが可能となる。ここで、透明媒質の形状は、五角形以上の多角柱の形状であってもよい。また、入出力部は光軸に対して適当な角度をもつ形状として無反射コーティングを施したり、或いは、ブリュースタ角の形状としたりすることによって、入出力時の損失を抑えることができる。
【００８９】
なお、上記透明部材１２ａ〜１２ｅにおいて、その一部または全部が光増幅媒質１１を兼ねていてもよい。
【００９０】
図３１は、第１７実施形態に係る光増幅装置１Ｒの構成図である。この図に示される光増幅装置１Ｒは、光増幅媒質１１および透明媒質１２を含む光増幅部１０Ｒと、エネルギ供給部３０とを備え、これら光増幅部１０Ｒおよびエネルギ供給部３０が真空容器８０内に入れられている。真空容器８０は、その内部空間を減圧雰囲気とすることができる。この場合、真空中で光を伝播させることによって、安定化を図ることができる。例えば、種光生成器やエネルギ供給部は、それ自身が安定である場合や、ファイバレーザ光源のように大気中を伝播しない場合には、真空容器８０外に設置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】第１実施形態に係る光増幅装置１Ａの構成図である。
【図２】第２実施形態に係る光増幅装置１Ｂの構成図である。
【図３】第３実施形態に係る光増幅装置１Ｃの構成図である。
【図４】第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの構成図である。
【図５】第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの具体的な構成図である。
【図６】第４実施形態に係る光増幅装置１Ｄの変形例の構成図である。
【図７】第５実施形態に係る光増幅装置の構成図である。
【図８】第６実施形態に係る光増幅装置の構成図である。
【図９】第７実施形態に係る光増幅装置１Ｊの構成図である。
【図１０】第８実施形態に係る光増幅装置１Ｋの構成図である。
【図１１】第９実施形態に係る光増幅装置１Ｌの構成図である。
【図１２】パルス幅圧縮部５０の構成例を示す図である。
【図１３】パルス幅圧縮部５０の構成例を示す図である。
【図１４】パルス幅圧縮部５０の構成例を示す図である。
【図１５】パルス幅圧縮部５０の構成例を示す図である。
【図１６】第１０実施形態に係る光増幅装置の一部構成図である。
【図１７】第１１実施形態に係る光増幅装置の一部構成図である。
【図１８】第１２実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｍの構成図である。
【図１９】第１３実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｎの構成図である。
【図２０】第１３実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｎａの構成図である。
【図２１】第１４実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｐの構成図である。
【図２２】第１５実施形態に係る光増幅装置の光増幅部１０Ｑの構成図である。
【図２３】第１５実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｑａの構成図である。
【図２４】第１５実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｑｂの構成図である。
【図２５】第１５実施形態に係る光増幅装置の変形例の光増幅部１０Ｑｃの構成図である。
【図２６】第１６実施形態に係る光増幅装置における透明媒質１２の構成例を示す図である。
【図２７】第１６実施形態に係る光増幅装置における透明媒質１２の構成例を示す図である。
【図２８】第１６実施形態に係る光増幅装置における透明媒質１２の構成例を示す図である。
【図２９】第１６実施形態に係る光増幅装置における透明媒質１２の構成例を示す図である。
【図３０】第１６実施形態に係る光増幅装置における透明媒質１２の構成例を示す図である。
【図３１】第１７実施形態に係る光増幅装置１Ｒの構成図である。
【図３２】第７実施形態に係る光増幅装置１Ｊにおける遅延系２３の変形例の構成を示す図である。
【図３３】第７実施形態に係る光増幅装置１Ｊにおける遅延系２３の他の変形例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１Ａ〜１Ｒ…光増幅装置、１０Ａ〜１０Ｒ…光増幅部、１１…光増幅媒質、１２…透明媒質、１３…ミラー、１４…波長板、１５…光変調部、１６…偏光ビームスプリッタ、１７…ファラデローテータ、２１…光取り込み手段、２２…光取り出し手段、２３…光遅延系、２４…光路調整手段、３０…エネルギ供給部、４０…パルス幅伸長部、５０…パルス幅圧縮部、５１…折り返しミラー、５２…反射型回折格子、５３…透過型回折格子、５４…分散媒質、５５…プリズム、６０…温度安定化手段、６１…ペルチェ素子、６２…電源、６３…放熱部、７０…温度安定化手段、７１…ペルチェ素子、７２…電源、７３…水冷放熱部、７４…循環ポンプ、７５…水槽、８０…真空容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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