(57)【要約】【課題】超短パルス光のための位相共役鏡とそれを用いた光増幅器を提供する。【解決手段】レーザー素子からの波形Ａの超短パルス光は偏向ビームスプリッター２とファラデー回転子３で回転される。該超短パルス光は第１の半波長板４を通って鏡５で反射され、シリンドリカルレンズ６を介して励起ダイオードで励起される増幅器７で増幅され、次段のシリンドリカルレンズ８を介して第２の半波長板９、レンズ１０を通って鏡２２、レンズ２３、鏡２４を介して超短パルス光用の位相共役鏡に入射される。鏡２４からの信号光は、まず固体媒質１１に入射され、第１のレンズ１２を通って鏡１４で反射され、鏡１５で更に反射されて、第２のレンズ１３を通って再び固体媒質１１に入射されて、位相共役波として出射される。出射された光は逆のルートを通り、増幅器７で更に増幅されて、ファラデー回転子３で回転された後、偏向ビームスプリッター２から波形Ｂの超短パルス光の出力が得られる。【選択図】            図１０
2005070108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー素子からの信号光が入射されるフォトリフラクティブ材料の固体媒質と、焦点距離ｆの第１のレンズと、焦点距離ｆの第２のレンズと、第１のレンズの鏡と、第２のレンズの鏡とからなり、該第１のレンズと該第２のレンズは固体媒質の中心から夫々の焦点距離ｆだけ離間して配置され、かつ第１のレンズと第２のレンズは互いに角度θで配置され、該第１のレンズと該レンズの鏡及び該第２のレンズと該レンズの鏡でもって外部共振器を構成してなることを特徴とする超短パルス光のための位相共役鏡。
【請求項２】
フォトリフラクティブ材料の固体媒質と、焦点距離ｆ２  の第１のレンズと、焦点距離ｆ２  の第２のレンズと、第１のレンズの鏡と、第２のレンズの鏡とからなり、該第１のレンズと該第２のレンズは固体媒質の中心から夫々の焦点距離ｆ２  だけ離間して配置され、該第１のレンズと該第２のレンズは互いに角度θで配置され、該固体媒質の前方には、レーザー素子から異なる波長の信号光が入射される回折格子もしくはプリズムと焦点距離ｆ１  の第３のレンズが配置され、該第３のレンズは該プリズムの中心と固体媒質の中心から夫々の焦点距離ｆ１  だけ離間して配置され、該第１のレンズと該レンズの鏡及び該第２のレンズと該レンズの鏡でもって外部共振器を構成してなることを特徴とする波長毎に分離した超短パルス光のための位相共役鏡。
【請求項３】
レーザー素子からの信号光が入射されるフォトリフラクティブ材料の固体媒質と、第１の凹面鏡と、第２の凹面鏡と、反射鏡とからなり、該反射鏡は該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡と夫々の焦点距離だけ離間して配置され、該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡及び該反射鏡により外部共振器を構成してなることを特徴とする超短パルス光のための位相共役鏡。
【請求項４】
フォトリフラクティブ材料の固体媒質と、第１の凹面鏡と、第２の凹面鏡と、反射鏡とからなり、該反射鏡は該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡と夫々の焦点距離だけ離間して配置され、該固体媒質の前方には、レーザー素子から異なる波長の信号光が入射される回折格子もしくはプリズムと第３の凹面鏡が配置され、該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡及び該反射鏡により外部共振器を構成してなることを特徴とする波長毎に分離した超短パルス光のための位相共役鏡。
【請求項５】
前記フォトリフラクティブ材料の固体媒質は、Ｒｈ：ＢａＴｉＯ３、Ｃｅ：ＢａＴｉＯ３、Ｃｏ：ＢａＴｉＯ３、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３、Ｓｎ２Ｐ２Ｓ６のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の超短パルス光のための位相共役鏡。
【請求項６】
前記レーザー素子としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＫＧｄ（ＷＯ３）２、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡｌ３（ＢＯ３）４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧｄ（ＷＯ３）２のうちのいずれかを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の超短パルス光のための位相共役鏡。
【請求項７】
入力信号源であるレーザー光源と、偏向ビームスプリッターと、ファラデー回転子と、第１の半波長板と、鏡と、第１のシリンドリカルレンズと、励起ダイオードで励起される増幅器と、第２のシリンドリカルレンズと、第２の半波長板と、レンズと、超短パルス光のための位相共役鏡とからなり、かつ、これらが順次接続され、該偏向ビームスプリッターから出力光が出射されることを特徴とする超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器。
【請求項８】
前記超短パルス光のための位相共役鏡として、上記の請求項１乃至請求項６記載のいずれかの位相共役鏡を用いることを特徴とする請求項７記載の超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密加工に利用可能な高出力レーザーを得ることができる超短パルス光のための位相共役鏡とそれを用いた光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超短パルスレーザーによる精密加工が注目を集めているが、超短パルスレーザー発振器自身での出力はたかだか数Ｗである。このため、一般には増幅器を組み合わせ高出力化している。従来、ナノ波やＣＷ（連続波）領域では位相共役鏡による波面補償をおこなうものが種々提案され実現されていた。
【０００３】
位相共役波の発生は記録されたホログラムの実像再生と同じである。図１にその概要を示しているが、図において、信号光Ｅ１  と前進励起光Ｅ２  、後進励起光Ｅ３  を固体媒質に入射することにより、位相共役波Ｅ＊Ｅ２Ｅ３  のホログラムが実像再生させられる。そして、記録再生を同時に行なうホログラムという意味でリアルタイムホログラムとも呼ばれる。
【０００４】
信号光を位相共役鏡で時間反転した位相共役波は、図２の位相共役鏡を用いた光増幅器の基本図に示すように、普通の反射波と違い、時間反転した光で、入射した元の状態に戻す性質がある。その結果、きれいな光ではあるがパワーが小さい入射信号光は位相共役鏡で反射されることにより、波面を歪ませる媒質（例えば、励起エネルギーで増幅される増幅器等）を一往復すると歪みがなかったかのように元の波面に戻るが、強度や振幅は元に戻ることはなく、きれいな光でかつパワーも大きい増幅光が出射される。
【０００５】
従来、よく用いられている位相共役鏡は、図１１に示すように、例えばＲｈ：ＢａＴｉＯ３  の固体媒質１１のみで構成され、レーザーからの信号を入射すると、固体媒質１１中で荒いホログラムと細かいホログラムが生じ、それらをの合成となる位相共役波が出射される。このタイプでは、図１２に示すように、利用可能な利得はスペクトル幅が０．４ｎｍ程度の範囲にすぎない。
【０００６】
このような位相共役鏡を用いて、ナノ波やＣＷ（連続波）領域では位相共役鏡による波面補償を行なうもので、特に、石英ガラスを大出力レーザ用の固体媒質ＳＢＳ位相共役鏡として用いる高出力レーザパルス位相補償装置に関する発明も提案されているが（例えば、特許文献１参照。）、この発明は誘導ブリルアン散乱を使用したナノ波を対象とするものであり、ピコ秒の超短パルス光を対象とするものではない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１４９０９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のものは、増幅器を通過したレーザー光は出力こそ大きくなるものの、位相共役鏡が示すスペクトルフィルタリング効果（波長選択性）により、発生する位相共役波は入射したパルスより周波数幅が狭く、また、パルス幅も広くなり、入射パルスに含まれる有用な情報がカットされる原因となり、ビーム品質の低下は避けらず、ピコ秒の超短パルス光に対して実用レベルの反射率を示す位相共役鏡は存在しなかった。
【０００９】
超短パルス光はスペクトル幅が広いので、パルス幅が広がったり、位相共役鏡から光が戻ってこなかったりする、所謂、反射率の低下をきたしかねないので、広いパルス幅をもつ光に対して動作する広い利得帯域を必要とする。そこで本発明は、超短パルス光のための位相共役鏡とそれを用いた光増幅器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に係る超短パルス光のための位相共役鏡は、レーザー素子からの信号光が入射されるフォトリフラクティブ材料の固体媒質と、焦点距離ｆの第１のレンズと、焦点距離ｆの第２のレンズと、第１のレンズの鏡と、第２のレンズの鏡とからなり、該第１のレンズと該第２のレンズは固体媒質の中心から夫々の焦点距離ｆだけ離間して配置され、かつ第１のレンズと第２のレンズは互いに角度θで配置され、該第１のレンズと該レンズの鏡及び該第２のレンズと該レンズの鏡でもって外部共振器を構成した。
【００１１】
これにより、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡は、等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができ、超短パルスのきれいな信号光を位相共役鏡で時間反転した位相共役波が入射した元の状態に戻されることになる。
【００１２】
この発明の請求項２に係る超短パルス光のための位相共役鏡は、フォトリフラクティブ材料の固体媒質と、焦点距離ｆ２  の第１のレンズと、焦点距離ｆ２  の第２のレンズと、第１のレンズの鏡と、第２のレンズの鏡とからなり、該第１のレンズと該第２のレンズは固体媒質の中心から夫々の焦点距離ｆ２  だけ離間して配置され、該第１のレンズと該第２のレンズは互いに角度θで配置され、該固体媒質の前方には、レーザー素子から異なる波長の信号光が入射される回折格子もしくはプリズムと焦点距離ｆ１  の第３のレンズが配置され、該第３のレンズは該プリズムの中心と固体媒質の中心から夫々の焦点距離ｆ１  だけ離間して配置され、該第１のレンズと該レンズの鏡及び該第２のレンズと該レンズの鏡でもって外部共振器を構成して波長毎に分離した超短パルス光のための位相共役鏡を構成した。
【００１３】
これにより、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡は、等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができ、異なる波長の光を波長毎に違う位置にホログラムが記録できるように、回析格子あるいはプリズムとレンズを用いて波長を空間的に分離処理し、ホログラム全体のコントラストの低下を防ぐことができ、超短パルスのきれいな信号光を位相共役鏡で時間反転した波長毎の位相共役波が入射した元の状態に戻されることになる。
【００１４】
この発明の請求項３に係る超短パルス光のための位相共役鏡は、レーザー素子からの信号光が入射されるフォトリフラクティブ材料の固体媒質と、第１の凹面鏡と、第２の凹面鏡と、反射鏡とからなり、該反射鏡は該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡と夫々の焦点距離だけ離間して配置され、該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡及び該反射鏡により外部共振器を構成した。
【００１５】
これにより、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡は、等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができ、超短パルスのきれいな信号光を位相共役鏡で時間反転した位相共役波が入射した元の状態に戻されることになり、結像光学系に屈折光学素子を用いず反射光学素子を用いることも可能とする。
【００１６】
この発明の請求項４に係る超短パルス光のための位相共役鏡は、フォトリフラクティブ材料の固体媒質と、第１の凹面鏡と、第２の凹面鏡と、反射鏡とからなり、該反射鏡は該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡と夫々の焦点距離だけ離間して配置され、該固体媒質の前方には、レーザー素子から異なる波長の信号光が入射される回折格子もしくはプリズムと第３の凹面鏡が配置され、該第１の凹面鏡と該第２の凹面鏡及び該反射鏡により外部共振器を構成して波長毎に分離した超短パルス光のための位相共役鏡を構成した。
【００１７】
これにより、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡は、結像光学系に屈折光学素子を用いず反射光学素子を用いることも可能とし、等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができ、異なる波長の光を波長毎に違う位置にホログラムが記録できるように、回析格子あるいはプリズムとレンズを用いて波長を空間的に分離処理し、ホログラム全体のコントラストの低下を防ぐことができ、超短パルスのきれいな信号光を位相共役鏡で時間反転した波長毎の位相共役波が入射した元の状態に戻されることになる。
【００１８】
この発明の請求項５に係る超短パルス光のための位相共役鏡は、前記請求項１乃至請求項４記載の超短パルス光のための位相共役鏡において、前記フォトリフラクティブ材料の固体媒質は、Ｒｈ：ＢａＴｉＯ３、Ｃｅ：ＢａＴｉＯ３、Ｃｏ：ＢａＴｉＯ３、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３、Ｓｎ２Ｐ２Ｓ６のうちのいずれかであることを特徴とした。
【００１９】
この発明の請求項６に係る超短パルス光のための位相共役鏡は、前記請求項１乃至請求項４記載の超短パルス光のための位相共役鏡において、前記レーザー素子としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＫＧｄ（ＷＯ３）２、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡｌ３（ＢＯ３）４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧｄ（ＷＯ３）２のうちのいずれかを使用することを特徴とした。
【００２０】
これにより、上記フォトリフラクティブ効果を示す材料と飽和増幅効果を示す材料をを選択することにより、超短パルス光は非常に短いパルスのため、普通の現象では追従できないが、ホログラムのように複数のパルスで起こる現象を時間積分して記録できるような素子を実現できる。
【００２１】
この発明の請求項７に係る超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器は、入力信号源であるレーザー光源と、偏向ビームスプリッターと、ファラデー回転子と、第１の半波長板と、鏡と、第１のシリンドリカルレンズと、励起ダイオードで励起される増幅器と、第２のシリンドリカルレンズと、第２の半波長板と、レンズと、超短パルス光のための位相共役鏡とからなり、かつ、これらが順次接続され、該偏向ビームスプリッターから出力光が出射される構成とした。
【００２２】
この発明の請求項８に係る超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器は、入力信号源であるレーザー光源と、偏向ビームスプリッターと、ファラデー回転子と、第１の半波長板と、鏡と、第１のシリンドリカルレンズと、励起ダイオードで励起される増幅器と、第２のシリンドリカルレンズと、第２の半波長板と、レンズと、超短パルス光のための位相共役鏡とからなり、かつ、これらが順次接続され、該偏向ビームスプリッターから出力光が出射される構成とし、前記超短パルス光のための位相共役鏡として、上記の請求項１乃至請求項６記載のいずれかの位相共役鏡を用いた構成とした。
【００２３】
これにより、等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができ、超短パルスのきれいな信号光を位相共役鏡で時間反転した位相共役波は、入射した元の状態に戻され、励起エネルギーで増幅される増幅器等の波面を歪ませる媒質を一往復することにより、強度や振幅は増幅された状態で歪みがなかったかのように元の波面に戻り、きれいな光でかつパワーも大きい増幅光が出射される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡にできるホログラムについて説明する。図３のフォトリフラクティブ材料の固体媒質に信号光と参照光を入射した時に生じるホログラムにおいて、ホログラム間隔をΛ、結合係数あるいは二光波混合利得係数をκ、干渉縞のコントラストをｍとした時の利得スペクトル幅をΔλとすれば、次式の関係がある。
【数１】
Δλ∝ｍκΛ２
【００２５】
従って、利得スペクトル幅Δλを大きくするには、κの大きな材料を選ぶ、ホログラム間隔Λを大きくする、干渉縞のコントラストｍを上げると良い。ホログラム間隔Λを大きくするには、外部共振器を有する位相共役鏡にし、κの大きな材料としては、フォトリフラクティブ材料であるＲｈ：ＢａＴｉＯ３、Ｃｅ：ＢａＴｉＯ３、Ｃｏ：ＢａＴｉＯ３、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３、Ｓｎ２Ｐ２Ｓ６を使用してフォトリフラクティブ効果を用いた位相共役鏡とすれば良い。これらの材料を使用してフォトリフラクティブ効果を用いた位相共役鏡は、光の平均パワー（瞬間的な光の強さではなく）で現象が起こるので、素子自体の速度は遅いが、時間積分すると超短パルス光でも使用できる。
【００２６】
次に、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡の実施形態を図面に基づいて説明する。図４は本発明の外部共振器を有する位相共役鏡の第１の実施形態である。図において、１１は上記フォトリフラクティブ材料の固体媒質、１２は焦点距離ｆの第１のレンズ、１３は焦点距離ｆの第２のレンズ、１４は第１のレンズ１２の鏡Ｍ１、１５は第２のレンズ１３の鏡Ｍ２である。第１のレンズ１２と第２のレンズ１３は固体媒質１１の中心から夫々の焦点距離ｆだけ離間して配置されている。また、第１のレンズ１２と第２のレンズ１３は互いに角度θでかつ略２ｆの距離の間に配置される。
【００２７】
そして、第１のレンズ１２と鏡１４及び第２のレンズ１３と鏡１５でもって外部共振器を構成している。レーザー光源であるレーザー素子からの信号光は、まず固体媒質１１に入射され、第１のレンズ１２を通って鏡１４で反射され、鏡１５で更に反射されて、第２のレンズ１３を通って再び固体媒質１１に入射されて、位相共役波として出力される。こうして等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができる。信号光の通過は第２のレンズ１３から第１のレンズ１２を通るルートでも同じである。
【００２８】
この時のレーザー素子としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＫＧｄ
（ＷＯ３）２、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡｌ３（ＢＯ３）４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＫＧｄ（ＷＯ３）２が適している。
【００２９】
ここで、数１の式は次式に変換できる。
【数２】
Δλ∝ｍκ（λ／２ｓｉｎθ）２
【００３０】
この結果、κの大きな材料を選ぶことにより、ホログラム間隔Λを大きくすることができ、また、干渉縞のコントラストを上げることができる。そして、第１のレンズ１２と第２のレンズ１３の互いの角度θは小さい程、利得スペクトル幅Δλを大きくすることができる。本発明の位相共役鏡の利得スペクトル特性は、図５に示すように、利用可能な利得はスペクトル幅が１ｎｍ程度の範囲に拡大することができる。
【００３１】
本発明の外部共振器を有する位相共役鏡の第２の実施形態を図６を参照して説明する。これは波長毎に空間分離したホログラム（所謂、スペクトルホログラム）を利用した、複数の波長の超短パルス光の外部共振器を有する位相共役鏡である。超短パルス光はスペクトル幅の広い光であるから、異なる波長の光が同じ位置にホトグラムを記録してしまうと波長毎のホログラムが互いに打ち消しあい、ホログラム全体のコントラストが低下する。そこで波長毎に違う位置にホログラムが記録できるように、回析格子あるいはプリズムとレンズを用いて波長を空間的に分離処理するものである。図４と同等物には同じ符号を付している。
【００３２】
図６において、１１は上記フォトリフラクティブ材料の固体媒質、１２は焦点距離ｆ２  の第１のレンズ、１３は焦点距離ｆ２  の第２のレンズ、１４は第１のレンズ１２の鏡Ｍ１、１５は第２のレンズ１３の鏡Ｍ２である。第１のレンズ１２と第２のレンズ１３は固体媒質１１の中心から夫々の焦点距離ｆ２  だけ離間して配置されている。また、第１のレンズ１２と第２のレンズ１３は互いに角度θでかつ略２ｆ２  の距離の間に配置される。
【００３３】
固体媒質１１の前方には、回折格子もしくはプリズム１６と焦点距離ｆ１  の第３のレンズ１７が配置される。レンズ１７はプリズム１６の中心と固体媒質１１の中心から夫々の焦点距離ｆ１  だけ離間して配置されている。
【００３４】
そして、第１のレンズ１２と鏡１４及び第２のレンズ１３と鏡１５でもって外部共振器を構成している。レーザー光源であるレーザー素子からの異なる波長λ１  、λ２  、λ３  の信号光は、プリズム１６を介して分離され、焦点距離ｆ１  の第３のレンズ１７を通って固体媒質１１に入射される。
【００３５】
固体媒質１１からの光は、第１のレンズ１２を通って鏡１４で反射され、鏡１５で更に反射されて、第２のレンズ１３を通って再び固体媒質１１に入射される。固体媒質１１では、異なる波長λ１  、λ２  、λ３  の信号光毎のホログラムが形成され、各波長成分が第３のレンズ１７を通ってプリズム１６に帰還され、該プリズム１６で異なる波長λ１  、λ２  、λ３  の信号光に分離されて位相共役波として出力される。こうして等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にし、ホログラム全体のコントラストの低下を防止することができる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態として反射光学系を用いた位相共役鏡の実施形態を図７を参照して説明する。図において、１１は上記フォトリフラクティブ材料の固体媒質、１８は第１の凹面鏡、１９は第２の凹面鏡、２０は反射鏡である。反射鏡２０は第１の凹面鏡１８と第２の凹面鏡１９と夫々の焦点距離だけ離間して配置されている。
【００３７】
そして、第１の凹面鏡１８と第２の凹面鏡１９及び反射鏡２０により外部共振器を構成している。レーザー光源であるレーザー素子からの信号光は、まず固体媒質１１に入射され、第１の凹面鏡１８を通って反射鏡２０で反射され、第２の凹面鏡１９で更に反射されて再び固体媒質１１に入射され、位相共役はとして出力される。こうして等倍結像光学系を外部に付加して外部共振器を構成することにより、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができる。信号光の通過は第２の凹面鏡１９から第１の凹面鏡１８を通るルートでも同じである。
【００３８】
本発明の第４の実施形態として反射光学系を用いた位相共役鏡の別の実施形態実施形態を図８を参照して説明する。これは波長毎に空間分離したホログラム（所謂、スペクトルホログラム）を利用した、複数の波長の超短パルス光の外部共振器を有する位相共役鏡であり、図６に示す本発明の位相共役鏡の変形である。
【００３９】
図において、１１は上記フォトリフラクティブ材料の固体媒質、１８は第１の凹面鏡、１９は第２の凹面鏡、２０は反射鏡である。反射鏡２０は第１の凹面鏡１８と第２の凹面鏡１９と夫々の焦点距離だけ離間して配置されている。固体媒質１１の前方には、回折格子もしくはプリズム１６との第３の凹面鏡２１が配置される。
【００４０】
レーザー光源であるレーザー素子からの異なる波長λ１  、λ２  、λ３  の信号光は、プリズム１６を介して分離され、第３の凹面鏡２１を通って固体媒質１１に入射される。固体媒質１１からの光は、第１の凹面鏡１８を通って反射鏡２０で反射され、更に第２の凹面鏡１９を通って再び固体媒質１１に入射される。固体媒質１１では、異なる波長λ１  、λ２  、λ３  の信号光毎のホログラムが形成され、各波長成分が第３の凹面鏡２１を通ってプリズム１６に帰還され、該プリズム１６で異なる波長λ１  、λ２  、λ３  の信号光に分離されて位相共役波として出力される。
【００４１】
次に、かかる本発明の超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器の実施形態について、図９を参照して説明する。図において、１は超短パルス光のための位相共役鏡、２は偏向ビームスプリッター、３はファラデー回転子、４は第１の半波長板、５は鏡、６は第１のシリンドリカルレンズ、７は励起ダイオードで励起される増幅器、８は第２のシリンドリカルレンズ、９は第２の半波長板、１０はレンズである。
【００４２】
レーザー素子からの波形Ａの超短パルス光（例えば、３０ｍＷ，７ｐｓ）は偏向ビームスプリッター２により４５°偏向され、次いでファラデー回転子３により更に４５°回転される。該超短パルス光は第１の半波長板４を通って鏡５で反射され、シリンドリカルレンズ６を介して励起ダイオードで励起される増幅器７で増幅され、次段のシリンドリカルレンズ８を介して第２の半波長板９、レンズ１０を通って超短パルス光用の位相共役鏡１に入射される。
【００４３】
超短パルス光用の位相共役鏡１での光の作用は上記した通りであり、位相共役鏡１から出射された光は逆のルートを通り、増幅器７で更に増幅されて、ファラデー回転子３で４５°回転された後、偏向ビームスプリッター２から波形Ｂの超短パルス光（例えば、６Ｗ，７ｐｓ）の出力が得られる。この結果、パルス幅はそのままで振幅のみが大きい超短パルス光を実現できる。
【００４４】
図４に説明した本発明の超短パルス光のための位相共役鏡を例にして、光増幅器の具体的な実施形態について、図１０を参照して説明する。図において、図４及び図９と同一物には同じ符号を付している。
【００４５】
レーザー素子からの波形Ａの超短パルス光（例えば、３０ｍＷ，７ｐｓ）は偏向ビームスプリッター２により４５°偏向され、次いでファラデー回転子３により更に４５°回転される。該超短パルス光は第１の半波長板４を通って鏡５で反射され、シリンドリカルレンズ６を介して励起ダイオードで励起される増幅器７で増幅され、次段のシリンドリカルレンズ８を介して第２の半波長板９、レンズ１０を通って鏡２２、レンズ２３、鏡２４を介して超短パルス光用の位相共役鏡に入射される。
【００４６】
超短パルス光用の位相共役鏡での光の作用は、図４のように、鏡２４からの信号光は、まず固体媒質１１に入射され、第１のレンズ１２を通って鏡１４で反射され、鏡１５で更に反射されて、第２のレンズ１３を通って再び固体媒質１１に入射されて、位相共役波として出射される。
【００４７】
位相共役鏡の固体媒質１１から出射された光は、逆のルートを通り増幅器７で更に増幅されて、ファラデー回転子３で４５°回転された後（ファラデー回転子は光の方向に関わらず一方向の回転方向を示す。）、偏向ビームスプリッター２から波形Ｂの超短パルス光（例えば、６Ｗ，７ｐｓ）の出力が得られる。この結果、パルス幅はそのままで振幅のみが大きい超短パルス光を実現できる。
【００４８】
このように、図９の超短パルス光用の位相共役鏡１に代えて上述した本発明の外部共振型位相共役鏡を適用して、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器を実現できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の超短パルス光のための位相共役鏡は、位相共役鏡に記録されるホログラム間隔を広げることができ、等倍結像光学系としての共振器を外部に付加して、プローブ光と対向励起光のビーム重なりを良好にすることができる。また、入射光を回折格子もしくはプリズムなどを用いてスペクトル分解し、位相共役鏡の異なる位置に回折格子を記録することにより（スペクトルホログラム）、異なる波長の超短パルス光毎の共役波を分離処理することができる。
【００５０】
本発明の超短パルス光のための位相共役鏡を用いた光増幅器は、位相共役鏡のスペクトルフィルタリング効果（波長選択性）を低減し、超短パルス光に対しても高い反射率を示す位相共役鏡を実現できる。この結果、高出力でかつ回折限界に迫る高いビーム品質の超短パルスレーザーが実現でき、パルス幅はそのままで振幅のみが大きい超短パルス光を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホログラムの実像再生の概要図。
【図２】位相共役鏡を用いた光増幅器の基本図。
【図３】固体媒質に信号光と参照光を入射した時に生じるホログラム。
【図４】本発明の外部共振器を有する位相共役鏡の第１の実施形態図。
【図５】本発明の位相共役鏡の利得スペクトル特性図。
【図６】本発明の外部共振器を有する位相共役鏡の第２の実施形態図。
【図７】本発明の反射光学系を用いた位相共役鏡の第３の実施形態図。
【図８】本発明の反射光学系を用いた位相共役鏡の第４の実施形態図。
【図９】本発明の位相共役鏡を用いた光増幅器の実施形態図。
【図１０】本発明の位相共役鏡を用いた光増幅器の具体的な実施形態図。
【図１１】従来の位相共役鏡の構成図。
【図１２】従来の位相共役鏡の利得スペクトル図。
【符号の説明】
１                                位相共役鏡
２                                偏向ビームスプリッター
３                                ファラデー回転子
４，９                        半波長板
５，１４，１５
２２，２３    鏡
６，８                        シリンドリカルレンズ
７                                増幅器
１０                            レンズ
１１                            固体媒質
１２，１３，
１７，２３    レンズ
１６                            回折格子もしくはプリズム
１８，１９，２１    凹面鏡
２０                            反射鏡
【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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