JP3472471B2 - Polarization-maintaining self-compensating reflector, laser resonator and laser amplifier - Google Patents
Polarization-maintaining self-compensating reflector, laser resonator and laser amplifierInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、反射鏡の傾きを
補償しかつ入射した光の偏光を保存して反射する偏光保
持自己補償反射装置と、これを用いたレーザ共振器及び
レーザ増幅器に関し、特に人工衛星や航空機などの飛翔
体に搭載される固体レーザの反射装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization-maintaining self-compensating reflecting device for compensating the tilt of a reflecting mirror and preserving and reflecting the polarization of incident light, and a laser resonator and a laser amplifier using the same. In particular, the present invention relates to a solid-state laser reflector mounted on a flying body such as an artificial satellite or an aircraft.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の反射装置としては図8乃
至図10に示すようなものが知られている。図8乃至図
10は、Walter Koechner, "Splid-State Laser Engine
ergin"4th Ed, Springer Series in Optical Sciences,
Vol.1 (Springer, Germany,1995) の227ページに記
載されているレーザ発振器において、反射装置として用
いられているルーフプリズムを示したものである。図8
において、100はルーフプリズム、101〜105は
プリズム100を構成する各面、106は面102と面
103が交差する稜線である。2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of reflecting device, ones shown in FIGS. 8 to 10 have been known. 8 to 10 show Walter Koechner, "Splid-State Laser Engine".
ergin "4th Ed, Springer Series in Optical Sciences,
3 shows a roof prism used as a reflecting device in a laser oscillator described on page 227 of Vol. 1 (Springer, Germany, 1995). Figure 8
In the above, reference numeral 100 denotes a roof prism, 101 to 105 each surface constituting the prism 100, and 106 a ridgeline where the surfaces 102 and 103 intersect.
【0003】更に、図8を参照して、この従来のプリズ
ム100について詳細に説明する。プリズム100の各
斜面について、面101が面102となす角度は45度
かつ面103となす角度は45度、面102が面103
となす角度は90度であり、面104および面105
は、面101〜103それぞれとほぼ90度の角度をな
すように構成されている。Further, the conventional prism 100 will be described in detail with reference to FIG. For each slope of the prism 100, the angle formed by the surface 101 with the surface 102 is 45 degrees, the angle formed with the surface 103 is 45 degrees, and the surface 102 is the surface 103.
Is 90 degrees, and the surfaces 104 and 105 are
Are configured to make an angle of approximately 90 degrees with each of the surfaces 101 to 103.
【0004】次に、図8乃至図10を参照して、プリズ
ム100の動作を説明する。図8において、稜線106
の方向をx軸、ルーフプリズム100に入射する入力光
の進行方向に垂直な平面内のx軸に垂直な方向をy軸と
し、入力光は面101にほぼ垂直に入射するものとす
る。Next, the operation of the prism 100 will be described with reference to FIGS. In FIG. 8, the ridge line 106
Is the x-axis, and the direction perpendicular to the x-axis in the plane perpendicular to the traveling direction of the input light incident on the roof prism 100 is the y-axis, and the input light is incident on the surface 101 substantially perpendicularly.
【0005】ルーフプリズム100の面101にほぼ垂
直に入射した入力光は、面102に対して入射角θ10で
入射する。入力光は面102から反射され、面103に
対して入射角θ11で入射され、面103から反射され
て、面101から出力光として射出される。Input light that has entered the surface 101 of the roof prism 100 substantially vertically enters the surface 102 at an incident angle θ 10 . Input light is reflected from the surface 102, enters the surface 103 at an incident angle θ 11 , is reflected from the surface 103, and is emitted from the surface 101 as output light.
【0006】図9を参照して、ルーフプリズム100に
入射したレーザ光の反射方向を説明する。図9におい
て、L1は入射した入力光の光路、L2はルーフプリズ
ム100により反射された出力光の光路である。面10
2と面103は互いに90度に固定されているため、面
101と光路L1のなす角θ10、および面101と光路
L1のなす角θ11はそれぞれほぼ45度となり、θ10と
θ11の和は90度となる。The reflection direction of the laser light incident on the roof prism 100 will be described with reference to FIG. In FIG. 9, L1 is an optical path of incident input light, and L2 is an optical path of output light reflected by the roof prism 100. Face 10
Since 2 and the surface 103 are fixed at 90 degrees to each other, the angle θ 10 formed by the surface 101 and the optical path L1 and the angle θ 11 formed by the surface 101 and the optical path L1 are approximately 45 degrees, respectively, and the angles θ 10 and θ 11 are The sum is 90 degrees.
【0007】光路L1を進み、ルーフプリズム100に
入射した入力光は、面102によりほぼ90度、面10
3によりほぼ90度の角度変化が与えられ、二つの面が
入力光に与える全角度変化は、合計180度となる。す
なわち、ルーフプリズム100により反射された出力光
の光路L2は光路L1と平行になる。The input light that has traveled along the optical path L1 and is incident on the roof prism 100 is incident on the surface 102 by approximately 90 degrees.
3 gives an angle change of almost 90 degrees, and the total angle change given to the input light by the two surfaces is 180 degrees in total. That is, the optical path L2 of the output light reflected by the roof prism 100 is parallel to the optical path L1.
【0008】次に、図10を参照して、ルーフプリズム
100が、x軸に平行な軸を回転軸として角度β傾いた
ときに入射したレーザ光の反射方向を説明する。図10
に示すように、入力光がルーフプリズム100に入射さ
れたときに、入力光が面102により与えられる角度変
化は(90+2β)度、面102から反射した入力光が
面103により与えられる角度変化は(90−2β)度
となり、光路L1と光路L2がなす角度は合計180度
となる。従って、ルーフプリズム100に、稜線106
を中心とした傾きが生じた場合でも、ルーフプリズム1
00は、入射した入力光を、入射した入力光に平行で進
行方向が逆方向の出力光として反射される。そのため、
ルーフプリズム100は、x軸に平行な軸を回転軸とし
たアライメントずれに対して、アライメントずれを補償
する自己補償反射装置として作用する。Next, with reference to FIG. 10, the reflection direction of the laser light incident when the roof prism 100 is inclined by the angle β with the axis parallel to the x-axis as the rotation axis will be described. Figure 10
As shown in, when the input light is incident on the roof prism 100, the angle change given by the surface 102 by the input light is (90 + 2β) degrees, and the angle change given by the surface 103 by the input light reflected from the surface 102 is (90-2β) degrees, and the angle formed by the optical paths L1 and L2 is 180 degrees in total. Therefore, the roof prism 100 has the ridge 106
The roof prism 1
00 reflects incident input light as output light parallel to the incident input light and traveling in the opposite direction. for that reason,
The roof prism 100 acts as a self-compensating reflection device that compensates for alignment misalignment with an axis parallel to the x-axis as a rotation axis.
【0009】次に、ルーフプリズム100から反射され
る出力光の偏光状態を考える。光が1つの平面から反射
する場合、入力光と出力光を含む平面に垂直方向の偏光
成分をS偏光、入力光と出力光を含む平面内で振動し、
S偏光に垂直な方向の偏光成分をP偏光という。例え
ば、面101において、入力光のx軸方向の偏光成分が
S偏光、y軸方向の偏光成分がP偏光となる。プリズム
内の全反射面では、入射角θの入力光に対し、S偏光成
分はδ(θ)位相が進み、P偏光成分はδ(θ)の位相
の遅れが生じる。ここで、δ(θ)はプリズム材料の屈
折率nを用いて、下式〔数1〕により表わされる。Next, consider the polarization state of the output light reflected from the roof prism 100. When light is reflected from one plane, a polarization component in the direction perpendicular to the plane containing the input light and the output light is S-polarized, and is oscillated in the plane containing the input light and the output light.
A polarization component in a direction perpendicular to S-polarized light is called P-polarized light. For example, on the surface 101, the polarization component of the input light in the x-axis direction is S-polarized light, and the polarization component in the y-axis direction is P-polarized light. On the total reflection surface in the prism, the S polarized component has a δ (θ) phase advance and the P polarized component has a δ (θ) phase delay with respect to the input light having an incident angle θ. Here, δ (θ) is expressed by the following formula [Formula 1] using the refractive index n of the prism material.
【0010】[0010]
【数1】 [Equation 1]
【0011】入力光の偏光をx軸方向の成分Exとy軸
方向の成分Eyに分離すると、任意の入力光の偏光は次
式〔数2〕で表される。When the polarized light of the input light is separated into a component Ex in the x-axis direction and a component Ey in the y-axis direction, the polarized light of the arbitrary input light can be expressed by the following equation [Equation 2].
【0012】[0012]
【数2】 [Equation 2]
【0013】面102における位相の変化J102、お
よび面103における位相の変化J103はジョーンズ
マトリクスを用いて下式〔数3〕及び〔数4〕のように
表される。The phase change J102 on the surface 102 and the phase change J103 on the surface 103 are expressed by the following equations [Equation 3] and [Equation 4] using the Jones matrix.
【0014】[0014]
【数3】 [Equation 3]
【0015】[0015]
【数4】 [Equation 4]
【0016】従って、プリズム100を通過した光の位
相の全変化量を表すジョーンズマトリクスJ100は下
式〔数5〕のように表される。Therefore, the Jones matrix J100, which represents the total amount of change in the phase of the light that has passed through the prism 100, is expressed by the following equation (Equation 5).
【0017】[0017]
【数5】 [Equation 5]
【0018】〔数5〕により、出力光のx軸成分とy軸
成分は、2(δ(θ10)+δ(θ11))の位相差が生ず
る。入力光の偏光がx軸成分とy軸成分を共に持つ場合
には、通常の光学材料ではδ(θ)はゼロでない値を持
つため、入力光と出力光の偏光状態は変化する。According to [Equation 5], the x-axis component and the y-axis component of the output light have a phase difference of 2 (δ (θ 10 ) + δ (θ 11 )). When the polarization of the input light has both the x-axis component and the y-axis component, δ (θ) has a non-zero value in a normal optical material, and therefore the polarization states of the input light and the output light change.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の反射装置においては、〔数5〕で示したように、入
力光の偏光のx軸成分とy軸成分で異なった位相変化が
生ずるため、入力光の偏光がx軸成分とy軸成分を持つ
場合、入力光と出力光の偏光状態が変化してしまうとい
う問題があった。具体的には、レーザ共振器やレーザ増
幅器の反射鏡や折り返し鏡において、偏光を保持して反
射させるには、入力光の偏光成分をx軸成分またはy軸
成分のみにする必要があり、そのため、光学系が複雑に
なるという問題があった。However, in the above-described conventional reflecting device, as shown in [Equation 5], different phase changes occur in the x-axis component and the y-axis component of the polarization of the input light. When the polarization of the input light has the x-axis component and the y-axis component, there is a problem that the polarization states of the input light and the output light change. Specifically, in order to hold and reflect the polarized light in the reflection mirror or the folding mirror of the laser resonator or the laser amplifier, the polarization component of the input light needs to be only the x-axis component or the y-axis component. There was a problem that the optical system became complicated.
【0020】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、反射装置のアライメントずれを自己
補償するとともに、偏光方向を調整する光学部品を必要
とせず、少ない光学部品の簡単な光学系により、任意の
偏光を持つ入力光に対し偏光を保存して反射するように
した偏光保持自己補償反射装置とレーザ共振器及びレー
ザ増幅器を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems. It self-compensates for the misalignment of the reflection device, does not require an optical component for adjusting the polarization direction, and has a small number of optical components. It is an object of the present invention to provide a polarization-maintaining self-compensating reflection device, a laser resonator, and a laser amplifier, in which an input light having an arbitrary polarization is preserved and reflected by an optical system.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
にかかる偏光保持自己補償反射装置は、入力光を入力光
とほぼ平行方向に反射して出力し、入力光に対し垂直な
平面内の第1の軸方向の偏光の位相変化量と入力光に対
し垂直な平面内の第1の軸に垂直な第2の軸方向の偏光
の位相変化量の差がπとなるように構成されたプリズム
と、軸方向が前記第1の軸または第2の軸と一致するよ
うに配置された1/4波長板とを備え、入力光が前記1
/4波長板に入射して透過し、前記プリズムに入射して
反射され、前記1/4波長板に再度入射して透過し、出
力光として出力されるものである。A polarization-maintaining self-compensating reflecting device according to the present invention as defined in claim 1 reflects input light in a direction substantially parallel to the input light and outputs it, and is a plane perpendicular to the input light. The difference between the phase change amount of the polarized light in the first axis direction in the above and the phase change amount of the polarized light in the second axis direction perpendicular to the first axis in the plane perpendicular to the input light is π. And a quarter wave plate arranged so that the axial direction thereof coincides with the first axis or the second axis, and the input light is
/ 4 wavelength plate is incident and transmitted, then is incident on the prism
It is reflected, re-enters the quarter-wave plate, passes through, and exits.
It is output as force light .
【0022】請求項2に記載の本発明にかかるレーザ共
振器は、請求項1に記載の偏光保持自己補償反射装置
と、この偏光保持自己補償反射装置の出力光を入力光と
してほぼ平行に反射するように配置された反射素子と、
前記偏光保持自己補償反射装置と前記反射素子とにより
形成される光路上に配置されたレーザ媒質と、このレー
ザ媒質を励起する励起光源とを備えるようにしたもので
ある。The laser resonator according to the present invention described in claim 2 is substantially parallel to the reflected and polarization-maintaining self-compensating reflector according, the output light of the polarization maintaining self-compensating reflector as an input light in claim 1 And a reflective element arranged to
A laser medium arranged on an optical path formed by said polarization maintaining self-compensating reflector and the reflective element, is obtained by so and a pump light source that pumps the laser <br/> laser medium.
【0023】請求項3に記載の本発明にかかるレーザ共
振器は、前記反射素子として、コーナーキューブを用い
るようにしたものである。請求項4に記載の本発明にか
かるレーザ共振器は、入力光を入力光とほぼ平行方向に
反射して出力し、入力光に対し垂直な平面内の第1の軸
方向の偏光の位相変化量と入力光に対し垂直な平面内の
第1の軸に垂直な第2の軸方向の偏光の位相変化量の差
がπとなるように構成され、第1の軸方向に稜線を有す
る第1のプリズムと、軸方向が前記第1の軸または第2
の軸と一致するように配置された第1の1/4波長板と
を備え、入力光が前記第1の1/4波長板に入射して透
過し、前記第1のプリズムに入射して反射され、前記第
1の1/4波長板に再度入射して透過し、出力光として
出力される第1の偏光保持自己補償反射装置と、入力光
を入力光とほぼ平行方向に反射して出力し、入力光に対
し垂直な平面内の第3の軸方向の偏光の位相変化量と入
力光に対し垂直な平面内の第3の軸に垂直な第4の軸方
向の偏光の位相変化量の差がπとなるように構成され、
第3の軸方向に稜線を有する第2のプリズムと、軸方向
が前記第3の軸または第4の軸と一致するように配置さ
れた第2の1/4波長板とを備え、入力光が前記第2の
1/4波長板に入射して透過し、前記第2のプリズムに
入射して反射され、前記第2の1/4波長板に再度入射
して透過し、出力光として出力される第2の偏光保持自
己補償反射装置であって、前記第1の偏光保持自己補償
反射装置の出力光を入力光としてほぼ平行に反射するよ
うに配置され、前記第1のプリズムの第1の軸の方向
と、前記第2のプリズムの第3の軸の方向がお互いに直
交するように配置された第2の偏光保持自己補償反射装
置と、前記第1の偏光保持自己補償反射装置と前記第2
の偏光保持自己補償反射装置とにより形成される光路上
に配置されたレーザ媒質と、このレーザ媒質を励起する
励起光源と、を備えるようにしたものである。In the laser resonator according to the present invention as defined in claim 3, a corner cube is used as the reflecting element. A laser resonator according to a fourth aspect of the present invention reflects input light in a direction substantially parallel to the input light and outputs the reflected light, and a phase change of polarization in a first axis direction in a plane perpendicular to the input light. The difference between the phase change amount of the polarized light in the second axis direction perpendicular to the first axis in the plane perpendicular to the input light is π, and has a ridge line in the first axis direction. 1 prism and the axial direction is the first axis or the second
And a first quarter-wave plate arranged so as to coincide with the axis of the input light, the input light is incident on the first quarter-wave plate and transmitted.
Then, it is incident on the first prism and is reflected, and then is again incident on the first quarter-wave plate and transmitted therethrough, and is output as output light.
A first polarization-maintaining self-compensating reflector for output and an input light reflected in a direction substantially parallel to the input light for output, and a phase change amount of polarization in a third axis direction in a plane perpendicular to the input light. And a difference in the amount of phase change of the polarized light in the direction of the fourth axis perpendicular to the third axis in the plane perpendicular to the input light is π,
A second prism having a ridge line in a third axial direction, and a second quarter-wave plate arranged so that the axial direction coincides with the third axis or the fourth axis, the input light is provided. Is the second
The light enters the quarter-wave plate and is transmitted therethrough, and then is transmitted to the second prism.
It is incident, reflected, and re-enters the second quarter-wave plate.
The second polarization-maintaining light that is transmitted through and is output as output light.
A self-compensating reflector, which is arranged so as to reflect the output light of the first polarization-maintaining self-compensating reflector as input light substantially in parallel, and the first axis direction of the first prism, and A second polarization-maintaining self-compensating reflector which is arranged such that the directions of the third axes of the second prisms are orthogonal to each other; the first polarization-maintaining self-compensating reflector; and the second
And a pumping light source for pumping the laser medium.
【0024】請求項5に記載の本発明にかかるレーザ増
幅器は、光を入射するための偏光子と、前記偏光子から
の光路上に配置されたレーザ媒質と、このレーザ媒質を
励起する励起光源と、前記レーザ媒質からの入射光を反
射するよう配置された請求項1に記載の偏光保持自己補
償反射装置と、前記レーザ媒質と前記偏光保持自己補償
反射装置との間に配置された偏光回転素子とを備え、前
記偏光回転素子は、前記偏光回転素子に入射して透過し
たレーザ光が、前記偏光保持自己補償反射装置により反
射されて、前記偏光回転素子に再度入射して出力され、
入射したレーザ光の偏光方向と出力されたレーザ光の偏
光方向が、レーザ光の進行方向に垂直な平面内でお互い
に直交するように配置されたものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a laser amplifier, which comprises a polarizer for injecting light, and the polarizer.
Of the laser medium disposed in the optical path, the excitation light source for exciting the laser medium, a polarization maintaining self-compensating reflector device according to claim 1, arranged to reflect incident light from the laser medium, the and a polarization rotation element disposed between the laser medium and the polarization maintaining self-compensating reflector, before
The polarization rotator enters the polarization rotator and transmits it.
Laser light is reflected by the polarization-maintaining self-compensating reflector.
Is emitted, is incident on the polarization rotation element again, and is output,
The polarization direction of the incident laser light and the polarization of the output laser light
The light directions are mutually perpendicular in the plane perpendicular to the direction of travel of the laser light.
It is arranged so as to be orthogonal to .
【0025】請求項6に記載の本発明にかかるレーザ増
幅器は、前記偏光回転素子として、1/4波長板を用
い、ファスト軸またはスロー軸を入射光の偏光方向に対
して45度の角度をなすように前記1/4波長板を配置
するようにしたものである。According to a sixth aspect of the laser amplifier of the present invention, a ¼ wavelength plate is used as the polarization rotation element, and a fast axis or a slow axis is formed at an angle of 45 degrees with respect to the polarization direction of the incident light. the way form is obtained to arrange the quarter-wave plate.
【0026】請求項7に記載の本発明にかかるレーザ増
幅器は、前記偏光回転素子として、1回の通過で45度
偏光を回転させるファラデーローテータを用いるように
したものである。According to a seventh aspect of the laser amplifier of the present invention, a Faraday rotator that rotates the polarized light by 45 degrees in one pass is used as the polarization rotating element.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、添付図面、図1乃至図7に
基づき、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は
本発明の実施の形態1における偏光保持自己補償反射装
置の構成を示す図、図2は図1に示す偏光保持自己補償
反射装置を構成するプリズムの説明図、図3は図1に示
す偏光保持自己補償反射装置における偏光方向の説明
図、図4は本発明の実施の形態2におけるレーザ共振器
の構成を示す図、図5は本発明の実施の形態3における
レーザ共振器の構成を示す図、図6は本発明の実施の形
態4におけるレーザ共振器の構成を示す図、図7は本発
明の実施の形態5におけるレーザ増幅器の構成を示す図
である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings and FIGS. 1 to 7. 1 is a diagram showing a configuration of a polarization-maintaining self-compensating reflector in Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a prism constituting the polarization-maintaining self-compensating reflector shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view of a polarization direction in the polarization maintaining self-compensating reflecting device shown in FIG. 4, FIG. 4 is a view showing a configuration of a laser resonator according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a configuration of a laser resonator according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a laser resonator according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a laser amplifier according to the fifth embodiment of the present invention.
【0028】実施の形態1.まず、図1及び図2を参照
して、本発明の実施の形態1における偏光保持自己補償
反射装置の構成を説明する。図1において、1は位相変
化量(後述する)を調整する波長板、3は偏光保持自己
補償反射装置、10は入力光に対し垂直な平面内のx軸
方向(第1の軸方向)の偏光の位相変化量と入力光に対
し垂直な平面内のx軸に垂直なy軸方向(第2の軸方
向)の偏光の位相変化量の差がπとなるように構成され
たプリズムである。また、図2において、11乃至15
はプリズム10を構成するそれぞれの面である。Embodiment 1. First, the configuration of the polarization-maintaining self-compensating reflecting device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, 1 is a wave plate for adjusting the amount of phase change (described later), 3 is a polarization-maintaining self-compensating reflecting device, and 10 is an x-axis direction (first axis direction) in a plane perpendicular to the input light. The prism is configured so that the difference between the phase change amount of polarization and the phase change amount of polarization in the y-axis direction (second axis direction) perpendicular to the x-axis in a plane perpendicular to the input light is π. . Further, in FIG. 2, 11 to 15
Are respective surfaces constituting the prism 10.
【0029】波長板1はファスト(fast)軸方向の
偏光成分の位相を進め、ファスト軸に垂直なスロー(s
low)軸方向の偏光成分の位相を遅らせる作用を持
つ。波長板1は、ファスト軸に与える位相変化量とスロ
ー軸に与える位相変化量の差が2α=π/2+mπ(m
は整数)となるように構成され、ファスト軸またはスロ
ー軸がx軸またはy軸と一致するように配置される。The wave plate 1 advances the phase of the polarized light component in the fast axis direction, and slows (s) perpendicular to the fast axis.
low) has the effect of delaying the phase of the polarization component in the axial direction. In the wave plate 1, the difference between the amount of phase change given to the fast axis and the amount of phase change given to the slow axis is 2α = π / 2 + mπ (m
Is an integer) and is arranged such that the fast axis or the slow axis coincides with the x axis or the y axis.
【0030】図2に基づき、プリズム10について説明
する。各斜面は、面11が面13となす角度が90度で
あり、面12が面11となす角度は45度でかつ面13
となす角度は90度、面14が面11となす角度は90
度でかつ面13となす角度は135度、面15が面11
となす角度は90度でかつ面14となす角度は90度で
ある。The prism 10 will be described with reference to FIG. Each slope has an angle of 90 degrees between the surface 11 and the surface 13, and an angle between the surface 12 and the surface 11 of 45 degrees and the surface 13.
The angle between the surface 14 and the surface 11 is 90 degrees.
And the angle formed with the surface 13 is 135 degrees, and the surface 15 is the surface 11.
The angle formed with is 90 degrees, and the angle formed with the surface 14 is 90 degrees.
【0031】プリズム10に入射する入力光は、面11
にほぼ垂直に入射し、入射角θ1の角度で面12に入射
し、反射される。面12により反射された入力光は、入
射角θ2で面14に入射し、反射される。面14により
反射された入力光は、入射角θ3で面15に入射し、反
射される。面15で反射された入力光は、入射角θ4で
面12に再び入射し、反射され、面11から出力光とし
て出力される。Input light incident on the prism 10 is reflected by the surface 11
To the surface 12 at an angle of incidence θ1 and is reflected. The input light reflected by the surface 12 enters the surface 14 at an incident angle θ2 and is reflected. The input light reflected by the surface 14 enters the surface 15 at an incident angle θ3 and is reflected. The input light reflected by the surface 15 is incident on the surface 12 again at the incident angle θ4, is reflected, and is output from the surface 11 as output light.
【0032】プリズム10に入射する入力光のx軸方向
の偏光成分は、面12に対してP偏光、y軸方向の偏光
成分が面12に対してS偏光となるため、面12におけ
るジョーンズマトリクスJ12は次式〔数6〕で表され
る。The polarization component of the input light incident on the prism 10 in the x-axis direction is P-polarized light on the surface 12, and the polarization component in the y-axis direction is S-polarized light on the surface 12, so that the Jones matrix on the surface 12 is obtained. J12 is represented by the following equation [Equation 6].
【0033】[0033]
【数6】 [Equation 6]
【0034】同様に、面14および面15に対しては、
x軸方向の偏光成分がS偏光、y軸方向の偏光成分がP
偏光となるため、面14と面15の反射のジョーンズマ
トリクスJ14−15は下記〔数7〕のように表され
る。Similarly, for surfaces 14 and 15,
The polarization component in the x-axis direction is S polarization, and the polarization component in the y-axis direction is P polarization.
Since it becomes polarized light, the Jones matrix J14-15 of reflection on the surfaces 14 and 15 is expressed by the following [Equation 7].
【0035】[0035]
【数7】 [Equation 7]
【0036】ここで、面14と面15がなす稜線に対象
な方向の電界方向が反転することを考慮した。さらに、
面12により再び反射するため、入射から出射までのプ
リズム10のジョーンズマトリクスは、次式〔数8〕で
表される。Here, it was taken into consideration that the electric field direction which is symmetrical to the ridgeline formed by the surfaces 14 and 15 is reversed. further,
Since the light is reflected again by the surface 12, the Jones matrix of the prism 10 from the incidence to the emission is expressed by the following equation [Equation 8].
【0037】[0037]
【数8】 [Equation 8]
【0038】ここで、θ1〜θ4はすべて45度となる
ので、δ(θ1)=δ(θ2)=δ(θ3)=δ(θ
4)となり、〔数8〕は下記〔数9〕のようになる。Since θ1 to θ4 are all 45 degrees, δ (θ1) = δ (θ2) = δ (θ3) = δ (θ
4), and the [Equation 8] becomes the following [Equation 9].
【0039】[0039]
【数9】 [Equation 9]
【0040】次に、図3に基づき、波長板1とプリズム
10を組み合わせたときのジョーンズマトリクスを考え
る。図3において、2は波長板1のファスト軸である。
波長板1は、ファスト軸方向の偏光成分とファスト軸に
垂直な方向(スロー軸)の偏光成分に異なった位相変化
を与える。ファスト軸とx軸のなす角度をφとし、ファ
スト軸とスロー軸の偏光成分に与える位相変化の差を2
αとすると、波長板1のジョーンズマトリクスは次式
〔数10〕で表される。Next, a Jones matrix when the wave plate 1 and the prism 10 are combined will be considered with reference to FIG. In FIG. 3, 2 is a fast axis of the wave plate 1.
The wave plate 1 gives different phase changes to the polarized light component in the fast axis direction and the polarized light component in the direction perpendicular to the fast axis (slow axis). The angle between the fast axis and the x axis is φ, and the difference in phase change given to the polarization components of the fast axis and the slow axis is 2
Assuming α, the Jones matrix of the wave plate 1 is expressed by the following equation [Equation 10].
【0041】[0041]
【数10】 [Equation 10]
【0042】偏光板1のファスト軸とx軸のなす角度φ
をφ=nπ/2(nは整数)、かつファスト軸とスロー
軸に与える位相変化の差2αを2α=π/2+mπとし
たとき、波長板1に入射し、プリズム10を通過して、
再び波長板1から出射される場合の入射から出射までの
ジョーンズマトリクスJは次式〔数11〕で表される。Angle φ formed between the fast axis of the polarizing plate 1 and the x axis
Is φ = nπ / 2 (n is an integer), and the difference 2α in phase change given to the fast axis and the slow axis is 2α = π / 2 + mπ, the light enters the wave plate 1, passes through the prism 10, and
The Jones matrix J from the entrance to the exit when the light is again emitted from the wave plate 1 is expressed by the following equation [Equation 11].
【0043】[0043]
【数11】 [Equation 11]
【0044】従って、y軸方向の偏光成分とx軸方向の
偏光成分に対して、同じ位相の変化を与えるため、任意
の偏光状態の入力光に対しても、偏光の状態を保持して
出力光として出射される。Therefore, since the same phase change is given to the polarization component in the y-axis direction and the polarization component in the x-axis direction, the polarization state is maintained and output even for the input light of any polarization state. It is emitted as light.
【0045】また、上述したように、プリズム10の面
14と面15とにより構成されるルーフプリズム形状に
より、x軸に平行な軸を回転軸としたアライメントずれ
を補償する自己補償反射装置として作用する。以上の説
明により、x軸に平行な軸を回転軸としたアライメント
ずれを補償し、かつ任意の偏光状態の入力光をその偏光
状態を保持したまま反射する偏光保持自己補償反射装置
を構成することができる。Further, as described above, the roof prism shape formed by the surface 14 and the surface 15 of the prism 10 serves as a self-compensating reflecting device for compensating the alignment deviation about the axis parallel to the x-axis as the axis of rotation. To do. According to the above description, a polarization-maintaining self-compensating reflection device that compensates for misalignment about an axis parallel to the x-axis as a rotation axis and reflects input light of an arbitrary polarization state while maintaining the polarization state You can
【0046】実施の形態2.まず、図4を参照して、本
発明の実施の形態2における自己補償型レーザ共振器
(以下、レーザ共振器という)の構成を説明する。図4
において、1は波長板、3は図1に示したものと同様な
偏光保持自己補償反射装置、4はレーザ媒質、5は励起
光源、6は反射素子、10はプリズムである。Embodiment 2. First, with reference to FIG. 4, a configuration of a self-compensation type laser resonator (hereinafter referred to as a laser resonator) in the second embodiment of the present invention will be described. Figure 4
In FIG. 1, 1 is a wave plate, 3 is a polarization-maintaining self-compensating reflecting device similar to that shown in FIG. 1, 4 is a laser medium, 5 is an excitation light source, 6 is a reflecting element, and 10 is a prism.
【0047】次に、図4を参照して、本発明の実施の形
態2におけるレーザ共振器の動作を説明する。反射素子
6は偏光保持自己補償反射装置3からの出力光をほぼ平
行に反射するように配置され、レーザ光が装置内に閉じ
こめられるようにしたレーザ共振器を構成する。レーザ
媒質4はレーザ光の光路上に配置され、励起光源5によ
り励起されている。装置内に閉じこめられたレーザ光が
レーザ媒質を通過すると、レーザ光が増幅され、レーザ
発振器として動作する。Next, the operation of the laser resonator according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The reflecting element 6 is arranged so as to reflect the output light from the polarization-maintaining self-compensating reflecting device 3 substantially in parallel, and constitutes a laser resonator in which the laser light is confined in the device. The laser medium 4 is arranged on the optical path of the laser light and is excited by the excitation light source 5. When the laser light confined in the device passes through the laser medium, the laser light is amplified and operates as a laser oscillator.
【0048】偏光保持自己補償反射装置3は、反射素子
6や光路中に配置された光学部品のx軸に平行な軸を中
心としたアライメントずれを補償する。また、例えば1
つの軸方向の偏光が発振し易いなど、レーザ媒質が偏光
依存性を持つ場合、偏光保持自己補償反射装置3による
反射が偏光を保存するため、レーザ媒質の偏光依存性に
あわせた自由な方向の偏光でレーザ発振を生ずることが
可能となる。The polarization-maintaining self-compensating reflection device 3 compensates for alignment deviation about the axis parallel to the x-axis of the reflection element 6 and the optical component arranged in the optical path. Also, for example, 1
When the laser medium has polarization dependency such that polarized light in one axial direction easily oscillates, the reflection by the polarization-maintaining self-compensating reflection device 3 preserves the polarization, so that the free direction in accordance with the polarization dependency of the laser medium is maintained. It is possible to generate laser oscillation with polarized light.
【0049】さらに、レーザ媒質4の励起光源5による
励起分布は、特にレーザ媒質4の側面から励起を行う場
合に生ずることが多いが、光軸に対して非対称な分布に
なることがある。励起分布が非対称な場合には、レーザ
光にも非対称な強度分布が生ずることになる。偏光保持
自己補償反射装置3は、プリズムの稜線を中心として線
対称な強度分布で入力光を反射するので、レーザ共振器
を周回すると、x軸に対して折り返されるため、レーザ
光の強度分布は、光軸を中心とした軸対称に近い形状と
なる。Further, the pumping distribution of the laser medium 4 by the pumping light source 5 often occurs especially when pumping is performed from the side surface of the laser medium 4, but it may be asymmetrical with respect to the optical axis. When the excitation distribution is asymmetric, an asymmetric intensity distribution is generated in the laser light as well. The polarization-maintaining self-compensating reflector 3 reflects the input light with an intensity distribution that is line-symmetric with respect to the ridgeline of the prism. Therefore, when the laser resonator goes around, it is folded back with respect to the x-axis. , And the shape is close to axisymmetric about the optical axis.
【0050】上記のような作用により、レーザ媒質の偏
光依存性にあわせた自由な偏光方向で発振させることが
可能であり、アライメントずれに対して自己補償の機能
を有する安定したレーザ共振器を構成することができ
る。また、レーザ媒質の励起分布が非対称性を持つ場合
でも、軸対称に近い形状のレーザ出力を得ることができ
る。With the above operation, it is possible to oscillate in a free polarization direction according to the polarization dependence of the laser medium, and a stable laser resonator having a self-compensating function for misalignment is constructed. can do. Further, even if the excitation distribution of the laser medium has asymmetry, it is possible to obtain a laser output having a shape close to axial symmetry.
【0051】実施の形態3.まず、図5を参照して、本
発明の実施の形態3における自己補償型レーザ共振器
(以下、レーザ共振器という)の構成を説明する。図5
において、1は波長板、3は図1に示したものと同様な
偏光保持自己補償反射装置、4はレーザ媒質、5は励起
光源、7はコーナーキューブリフレクタ、10はプリズ
ムである。Embodiment 3. First, with reference to FIG. 5, a configuration of a self-compensation type laser resonator (hereinafter referred to as a laser resonator) in the third embodiment of the present invention will be described. Figure 5
In FIG. 1, 1 is a wave plate, 3 is a polarization-maintaining self-compensating reflecting device similar to that shown in FIG. 1, 4 is a laser medium, 5 is an excitation light source, 7 is a corner cube reflector, and 10 is a prism.
【0052】次に、図5を参照して、本発明の実施の形
態3におけるレーザ共振器の動作を説明する。コーナー
キューブリフレクタ7は偏光保持自己補償反射装置3か
らの出力光をほぼ平行に反射するように配置され、レー
ザ光が装置内に閉じこめられるようにしたレーザ共振器
を構成する。レーザ媒質4はレーザ光の光路上に配置さ
れ、励起光源5により励起される。装置内に閉じこめら
れたレーザ光は、レーザ媒質を通過するときに増幅さ
れ、レーザ発振器として動作する。Next, the operation of the laser resonator according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The corner cube reflector 7 is arranged so as to reflect the output light from the polarization-maintaining self-compensating reflecting device 3 substantially in parallel, and constitutes a laser resonator in which the laser light is confined in the device. The laser medium 4 is arranged on the optical path of the laser light and is excited by the excitation light source 5. The laser light trapped inside the device is amplified when passing through the laser medium, and operates as a laser oscillator.
【0053】コーナーキューブリフレクタ7は、3つの
反射面が互いに90度の角度をなすように構成されてお
り、コーナーキューブリフレクタ7を構成する反射面の
一つに入射した入力光を、入力光と平行で進行方向が反
対の出力光として反射する。従って、コーナキューブリ
フレクタ7は、偏光保持自己補償反射装置3のy軸方向
のアライメントずれや光路中に配置された光学部品のア
ライメントずれによるレーザ光の光路の傾きを補償し、
安定したレーザ共振器を構成することが可能となる。The corner cube reflector 7 is constructed so that the three reflecting surfaces form an angle of 90 degrees with each other, and the input light incident on one of the reflecting surfaces forming the corner cube reflector 7 is regarded as the input light. It is reflected as output light that is parallel and has opposite traveling directions. Therefore, the corner cube reflector 7 compensates the inclination of the optical path of the laser light due to the misalignment of the polarization-maintaining self-compensating reflecting device 3 in the y-axis direction and the misalignment of the optical components arranged in the optical path.
It is possible to construct a stable laser resonator.
【0054】さらに、レーザ媒質4の励起光源5による
励起分布は、特にレーザ媒質4の側面から励起を行う場
合に生ずることが多いが、光軸に対して非対称な分布に
なることがある。励起分布が非対称な場合には、レーザ
光にも非対称な強度分布が生ずることになる。偏光保持
自己補償反射装置3は、プリズム10の稜線を中心とし
て線対称な強度分布で入力光を反射し、コーナーキュー
ブリフレクタは、3つの面がなす稜線で強度分布を折り
返して反射するため、レーザ共振器を周回すると、複数
方向でレーザ光の強度分布が折り返され、光軸を中心と
した軸対称に近い形状となる。Further, the pumping distribution of the laser medium 4 by the pumping light source 5 often occurs especially when pumping is performed from the side surface of the laser medium 4, but it may be asymmetrical with respect to the optical axis. When the excitation distribution is asymmetric, an asymmetric intensity distribution is generated in the laser light as well. The polarization-maintaining self-compensating reflection device 3 reflects the input light with an intensity distribution that is line-symmetric with respect to the ridgeline of the prism 10, and the corner cube reflector folds and reflects the intensity distribution at the ridgeline formed by the three surfaces. When the resonator circulates, the intensity distribution of the laser light is folded back in a plurality of directions, and the shape becomes close to axial symmetry about the optical axis.
【0055】上記のような作用により、アライメントず
れに対して自己補償の機能を有する安定した自己補償型
レーザ共振器を構成することができる。また、レーザ媒
質の励起分布が非対称性を持つ場合でも、軸対称に近い
形状のレーザ出力を得ることができる。With the above operation, a stable self-compensation type laser resonator having a function of self-compensating for misalignment can be constructed. Further, even if the excitation distribution of the laser medium has asymmetry, it is possible to obtain a laser output having a shape close to axial symmetry.
【0056】実施の形態4.まず、図6を参照して、本
発明の実施の形態4における自己補償型レーザ共振器
(以下、レーザ共振器という)の構成を説明する。図6
において、1a及び1bは波長板、3a及び3bは図1
に示したものと同様な偏光保持自己補償反射装置、4は
レーザ媒質、5は励起光源、10a及び10bはプリズ
ムである。Fourth Embodiment First, with reference to FIG. 6, a configuration of a self-compensation type laser resonator (hereinafter referred to as a laser resonator) in the fourth embodiment of the present invention will be described. Figure 6
1a and 1b are wave plates, and 3a and 3b are shown in FIG.
A polarization-maintaining self-compensating reflector similar to that shown in 4 is a laser medium, 5 is an excitation light source, and 10a and 10b are prisms.
【0057】次に、図6を参照して、本発明の実施の形
態4におけるレーザ共振器の動作を説明する。偏光保持
自己補償反射装置3bは偏光保持自己補償反射装置3a
からの出力光(その出力光路を第3の軸とする)をほぼ
平行に反射し、その反射光路(その反射光路を第4の軸
とする)を中心軸として90度回転するように配置さ
れ、レーザ光が装置内に閉じこめられるようにしたレー
ザ共振器を構成する。尚、前記第1の軸と第2の軸とは
直交するよう配置する。レーザ媒質4はレーザ光の光路
上に配置され、励起光源5により励起されている。閉じ
こめられたレーザ光がレーザ媒質を通過すると、レーザ
光が増幅され、レーザ発振器として動作する。Next, the operation of the laser resonator according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The polarization maintaining self-compensating reflector 3b is a polarization maintaining self-compensating reflector 3a.
Is arranged so as to reflect the output light from (the output optical path is the third axis) substantially in parallel, and to rotate 90 degrees about the reflected optical path (the reflection optical path is the fourth axis) as the central axis. , A laser resonator configured so that laser light is confined in the device. The first axis and the second axis are arranged so as to be orthogonal to each other. The laser medium 4 is arranged on the optical path of the laser light and is excited by the excitation light source 5. When the confined laser light passes through the laser medium, the laser light is amplified and operates as a laser oscillator.
【0058】偏光保持自己補償反射装置3bは、偏光保
持自己補償反射装置3aや光路中に配置された光学部品
のy軸に平行な軸を中心としたアライメントずれを補償
し、偏光保持自己補償反射装置3aは、偏光保持自己補
償反射装置3bや光路中に配置された光学部品のx軸に
平行な軸を中心としたアライメントずれを補償する。ま
た、例えば一つの軸方向の偏光が発振しやすいなど、レ
ーザ媒質が偏光依存性を持つ場合、偏光保持自己補償反
射装置3a、3bによる反射が偏光を保存するため、レ
ーザ媒質の偏光依存性にあわせた自由な方向の偏光でレ
ーザ発振を生じさせることができる。The polarization-maintaining self-compensating reflector 3b compensates for the polarization deviation of the polarization-maintaining self-compensating reflector 3a and the optical components arranged in the optical path about the axis parallel to the y-axis, and maintains the polarization-maintaining self-compensating reflection. The device 3a compensates for misalignment about the axis parallel to the x-axis of the polarization-maintaining self-compensating reflecting device 3b and the optical components arranged in the optical path. In addition, when the laser medium has polarization dependency, for example, polarized light in one axial direction is likely to oscillate, the reflection by the polarization-maintaining self-compensating reflectors 3a and 3b preserves the polarization. Laser oscillation can be generated by the combined polarized light in free directions.
【0059】さらに、レーザ媒質4の励起光源5による
励起分布は、特にレーザ媒質4の側面から励起を行う場
合に生ずることが多いが、光軸に対して非対称な分布に
なることがある。励起分布が非対称な場合には、レーザ
光にも非対称な強度分布が生ずることになる。偏光保持
自己補償反射装置3aおよび3bは、プリズムの稜線を
中心として線対称な強度分布で入力光を反射するので、
レーザ共振器を周回すると、x軸およびy軸に対して複
数回折り返されるため、レーザ光の強度分布は、光軸を
中心とした軸対称に近い形状となる。Further, the pumping distribution of the laser medium 4 by the pumping light source 5 often occurs particularly when pumping is performed from the side surface of the laser medium 4, but it may be asymmetrical with respect to the optical axis. When the excitation distribution is asymmetric, an asymmetric intensity distribution is generated in the laser light as well. Since the polarization-maintaining self-compensating reflectors 3a and 3b reflect the input light with a line-symmetric intensity distribution centered on the ridgeline of the prism,
When the laser resonator circulates, it is reflected back a plurality of times with respect to the x-axis and the y-axis, so that the intensity distribution of the laser light has a shape that is nearly axisymmetric about the optical axis.
【0060】上記のような作用により、レーザ媒質の偏
光依存性にあわせた自由な偏光方向で発振させることが
可能であり、アライメントずれに対し自己補償の機能を
有する安定したレーザ共振器を構成することができる。
また、レーザ媒質の励起分布が非対称性を持つ場合で
も、軸対称に近い形状のレーザ出力を得ることができ
る。With the above operation, it is possible to oscillate in a free polarization direction according to the polarization dependence of the laser medium, and a stable laser resonator having a function of self-compensating for misalignment is constructed. be able to.
Further, even if the excitation distribution of the laser medium has asymmetry, it is possible to obtain a laser output having a shape close to axial symmetry.
【0061】実施の形態5.まず、図7を参照して、本
発明の実施の形態5におけるレーザ増幅器の構成を説明
する。図7において、1は波長板、3は図1に示したも
のと同様な偏光保持自己補償反射装置、4はレーザ媒
質、5は励起光源、8は偏光子、9は偏光回転素子、1
0はプリズムである。Embodiment 5. First, the configuration of the laser amplifier according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, 1 is a wave plate, 3 is a polarization-maintaining self-compensating reflecting device similar to that shown in FIG. 1, 4 is a laser medium, 5 is an excitation light source, 8 is a polarizer, 9 is a polarization rotation element, and 1
0 is a prism.
【0062】次に、図7を参照して、本発明の実施の形
態5におけるレーザ増幅器の動作を説明する。偏光子8
は、第1の軸方向の偏光を反射し、光路に対して垂直な
平面内の第一の軸に垂直な第2の軸方向の偏光を透過す
る。偏光子8により反射するような偏光方向で入射した
レーザ光は、励起光源5によって励起されたレーザ媒質
4を通過するときに増幅される。レーザ媒質4から出射
したレーザ光は、偏光回転素子9を透過して偏光保持自
己補償反射装置3に入射する。レーザ光は偏光保持自己
補償反射装置3により、入射方向とほぼ平行に反射さ
れ、再び偏光回転素子9に入射する。偏光回転素子9
は、偏光保持反射装置3に入射する前と後で、偏光方向
をお互いに直交する方向に回転させる作用を持つ。レー
ザ光は、再びレーザ媒質4により増幅され、偏光子8を
透過して外部に出力される。偏光保持自己補償反射装置
3は、偏光回転素子9や光路中に配置された光学部品の
x軸に平行な軸を中心としたアライメントずれを補償す
る。Next, the operation of the laser amplifier according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Polarizer 8
Reflects polarized light in a first axial direction and transmits polarized light in a second axial direction perpendicular to the first axis in a plane perpendicular to the optical path. The laser light incident in the polarization direction that is reflected by the polarizer 8 is amplified when passing through the laser medium 4 excited by the excitation light source 5. The laser light emitted from the laser medium 4 passes through the polarization rotation element 9 and enters the polarization maintaining self-compensating reflection device 3. The laser light is reflected by the polarization-maintaining self-compensating reflection device 3 substantially in parallel with the incident direction, and then enters the polarization rotation element 9 again. Polarization rotator 9
Has the action of rotating the polarization directions in directions orthogonal to each other before and after entering the polarization maintaining / reflecting device 3. The laser light is again amplified by the laser medium 4, passes through the polarizer 8 and is output to the outside. The polarization-maintaining self-compensating reflection device 3 compensates for misalignment about the axis parallel to the x-axis of the polarization rotator 9 and the optical components arranged in the optical path.
【0063】偏光回転素子9としては、例えば、1/4
波長板(図示せず)を用いる方法がある。入射したレー
ザ光の偏光方向に対してファスト軸またはスロー軸が4
5度の角度をなすように1/4波長板を配置すれば、偏
光保持自己補償反射装置3に入射する前のレーザ光は円
偏光となり、偏光保持自己補償反射装置3により偏光状
態を保持して反射される。再び1/4波長板に入射した
円偏光のレーザ光は、入射したレーザ光の偏光方向に対
して垂直方向の直線偏光に変換され、1/4波長板より
出力される。従って、入射したレーザ光の偏光方向に対
してファスト軸またはスロー軸が45度の角度をなすよ
うに配置された1/4波長板は、偏光回転素子9として
動作する。The polarization rotation element 9 is, for example, 1/4.
There is a method of using a wave plate (not shown). The fast axis or slow axis is 4 with respect to the polarization direction of the incident laser light.
If the quarter-wave plate is arranged so as to form an angle of 5 degrees, the laser light before entering the polarization-maintaining self-compensating reflector 3 becomes circularly polarized light, and the polarization-maintaining self-compensating reflector 3 maintains the polarization state. Is reflected. The circularly polarized laser light that has entered the quarter-wave plate again is converted into linearly polarized light that is perpendicular to the polarization direction of the incident laser light, and is output from the quarter-wave plate. Therefore, the quarter-wave plate arranged such that the fast axis or the slow axis forms an angle of 45 degrees with respect to the polarization direction of the incident laser light operates as the polarization rotation element 9.
【0064】また、偏光回転素子9として、ファラデー
ローテータ(図示せず)を用いても良い。ファラデーロ
ーテータは、入力光の偏光状態に関わらず、偏光をある
一定角度回転させる作用を持つ。偏光回転素子9とし
て、45度の偏光回転角を持つファラデーローテータを
配置すると、レーザ光はファラデーローテータを2度通
過するので、偏光回転素子9として動作する。ファラデ
ーローテータを偏光回転素子9として用いたレーザ増幅
器では、ファラデーローテータは波長板1にあるような
軸を持たないため、軸あわせの調整を必要とせず、調整
が容易になる。A Faraday rotator (not shown) may be used as the polarization rotation element 9. The Faraday rotator has the function of rotating the polarized light by a certain angle regardless of the polarization state of the input light. When a Faraday rotator having a polarization rotation angle of 45 degrees is arranged as the polarization rotator 9, the laser light passes through the Faraday rotator twice, and thus operates as the polarization rotator 9. In the laser amplifier using the Faraday rotator as the polarization rotator 9, since the Faraday rotator does not have the axis as in the wave plate 1, the adjustment is not necessary and the adjustment becomes easy.
【0065】さらに、レーザ媒質4の励起光源5による
励起分布は、光軸に対して非対称な分布になることがあ
る。励起分布が非対称な場合、レーザ光にも非対称な強
度分布が生ずることになる。偏光保持自己補償反射装置
3は、プリズム10の稜線を中心として線対称な強度分
布で入力光を反射するので、レーザ光の強度分布がx軸
に対して折り返されるため、出力光は光軸を中心とした
軸対称に近い形状となる。Further, the excitation distribution of the laser medium 4 by the excitation light source 5 may be asymmetric with respect to the optical axis. When the excitation distribution is asymmetric, an asymmetric intensity distribution is generated in the laser light as well. The polarization-maintaining self-compensating reflector 3 reflects the input light with an intensity distribution that is line-symmetric with respect to the ridge of the prism 10, so that the intensity distribution of the laser light is folded back with respect to the x-axis, so that the output light has the optical axis. The shape is close to the axial symmetry about the center.
【0066】上記のような作用により、本実施の形態
は、アライメントずれに対して自己補償の機能を有する
安定したレーザ増幅器を構成することが可能となる。ま
た、レーザ媒質の励起分布が非対称性を持つ場合でも、
軸対称に近い形状のレーザ出力を得ることができる。さ
らに、ファラデーローテータを偏光回転素子9として用
いた場合には、調整の容易なレーザ増幅器を得ることが
できる。With the above operation, the present embodiment can construct a stable laser amplifier having a function of self-compensating for misalignment. In addition, even if the excitation distribution of the laser medium has asymmetry,
It is possible to obtain a laser output having a shape close to axial symmetry. Furthermore, when the Faraday rotator is used as the polarization rotator 9, a laser amplifier that can be easily adjusted can be obtained.
【0067】[0067]
【発明の効果】請求項1に記載の発明にかかる偏光保持
自己補償反射装置は、上記のように構成し、特にルーフ
プリズム形状としたことにより、1つの軸を中心とした
アライメントずれを補償することができ、またx軸方向
及びy軸方向の偏向成分に対し同じ位相の変化を与える
ようにしたため、任意の偏光を持つ入力光に対してもそ
の偏光状態を完全に保持して反射し出力光として出力す
ることができる。そのため、例えば、レーザ共振器の反
射鏡やレーザ増幅器の折り返し鏡に使用した場合、偏光
方向を調整する光学部品を必要とせず、簡単な構成且つ
少ない光学部品で、安定な光学系を構成することができ
る。The polarization-maintaining self-compensating reflecting device according to the first aspect of the present invention is configured as described above, and in particular has a roof prism shape to compensate for misalignment about one axis. In addition, since the same phase change is given to the polarization components in the x-axis direction and the y-axis direction, the polarization state is completely retained and reflected even for input light with arbitrary polarization. It can be output as light. Therefore, for example, when it is used as a reflecting mirror of a laser resonator or a folding mirror of a laser amplifier, an optical component for adjusting the polarization direction is not required, and a stable optical system can be configured with a simple configuration and a small number of optical components. You can
【0068】また、請求項2乃至請求項4に記載の発明
にかかるレーザ共振器は、請求項1に記載の偏光保持自
己補償反射装置と反射手段としてそれぞれ反射素子、コ
ーナーキューブリフレクタまたは第2の偏光保持自己補
償反射装置とを使用したことにより、アライメントずれ
に対して自己補償の機能を有する安定したレーザ共振器
を得ることができ、また偏光保持自己補償反射装置から
の反射が偏光を保持するため、レーザ光が周回すること
により、レーザ媒質の励起分布が非対称性を持つ場合で
も、軸対称に近い形状のレーザ出力を得ることができ
る。The laser resonator according to any one of claims 2 to 4 is a polarization maintaining self-compensating reflecting device according to claim 1 and a reflecting element, a corner cube reflector or a second reflecting means, respectively. By using the polarization-maintaining self-compensating reflector, it is possible to obtain a stable laser resonator having the function of self-compensating for misalignment, and the reflection from the polarization-maintaining self-compensating reflector retains the polarized light. Therefore, when the laser light circulates, even if the excitation distribution of the laser medium has asymmetry, it is possible to obtain a laser output having a shape close to axial symmetry.
【0069】さらに、請求項2乃至請求項4に記載の発
明にかかるレーザ共振器は、偏光依存性を有するレーザ
媒質を使用した場合、レーザ媒質の偏光依存性にあわせ
た自由な偏光方向で発振させることが可能である。Further, in the laser resonator according to the invention described in any one of claims 2 to 4, when a laser medium having polarization dependency is used, oscillation occurs in a free polarization direction matched with the polarization dependency of the laser medium. It is possible to
【0070】また、請求項5乃至請求項7に記載の発明
にかかるレーザ増幅器は、請求項1に記載の偏光保持自
己補償反射装置と偏光回転素子とを使用したことによ
り、アライメントずれを補償する自己補償型レーザ増幅
器を構成することができるとともに、レーザ媒質の励起
分布が非対称な場合でも、軸対称に近い形状のレーザ出
力を得ることができる。Further, the laser amplifier according to the invention described in claims 5 to 7 uses the polarization maintaining self-compensating reflection device and the polarization rotating element according to claim 1 to compensate for the alignment deviation. A self-compensation type laser amplifier can be constructed, and even if the pumping distribution of the laser medium is asymmetric, it is possible to obtain a laser output having a shape close to axial symmetry.
【0071】さらに、請求項7に記載の発明にかかるレ
ーザ増幅器は、偏光回転素子9としてファラデーローテ
ータを使用したことにより、調整が容易なレーザ増幅器
を得ることができる。Further, in the laser amplifier according to the invention described in claim 7, since the Faraday rotator is used as the polarization rotation element 9, a laser amplifier which can be easily adjusted can be obtained.
【図1】 本発明の実施の形態1における偏光保持自己
補償反射装置の構成を示す図、FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polarization maintaining self-compensating reflecting device according to a first embodiment of the present invention,
【図2】 図1に示す偏光保持自己補償反射装置を構成
するプリズムの説明図、2 is an explanatory view of a prism that constitutes the polarization-maintaining self-compensating reflecting device shown in FIG. 1,
【図3】 図1に示す偏光保持自己補償反射装置におけ
る偏光方向の説明図、3 is an explanatory view of polarization directions in the polarization-maintaining self-compensating reflecting device shown in FIG. 1,
【図4】 本発明の実施の形態2における自己補償型レ
ーザ共振器の構成を示す図、FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a self-compensation type laser resonator according to a second embodiment of the present invention,
【図5】 本発明の実施の形態3における自己補償型レ
ーザ共振器の構成を示す図、FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a self-compensation type laser resonator according to a third embodiment of the present invention,
【図6】 本発明の実施の形態4における自己補償型レ
ーザ共振器の構成を示す図、FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a self-compensation type laser resonator according to a fourth embodiment of the present invention,
【図7】 本発明の実施の形態5におけるレーザ増幅器
の構成を示す図、FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a laser amplifier according to a fifth embodiment of the present invention,
【図8】 従来の自己補償反射装置の構成を示す図、FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional self-compensating reflecting device,
【図9】 従来の自己補償反射装置の反射方向を説明す
る説明図、FIG. 9 is an explanatory view illustrating a reflection direction of a conventional self-compensating reflection device,
【図10】 従来の自己補償反射装置にアライメントず
れが生じたときの反射方向を説明する説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a reflection direction when an alignment shift occurs in a conventional self-compensating reflection device.
1 波長板、 2 波長板のファスト軸、 3 偏光保
持自己補償反射装置、4 レーザ媒質、 5 励起光
源、 7 コーナーキューブリフレクタ、6 反射素
子、 8 偏光子、 9 偏光回転素子、 10 プリ
ズム、11〜15 面、 100 ルーフプリズム、
101〜105 面、106 稜線。1 wave plate, 2 fast axis of wave plate, 3 polarization maintaining self-compensating reflection device, 4 laser medium, 5 excitation light source, 7 corner cube reflector, 6 reflection element, 8 polarizer, 9 polarization rotation element, 10 prism, 11 to 11 15 faces, 100 roof prism,
101-105 faces, 106 ridges.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−222792(JP,A) 特開 平7−162065(JP,A) 特開 平9−321367(JP,A) 特開 平5−102618(JP,A) 特開 昭52−149996(JP,A) 特開 昭55−146992(JP,A) 特開 昭54−124694(JP,A) 特開 昭57−75486(JP,A) 実開 昭60−116262(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-222792 (JP, A) JP-A-7-162065 (JP, A) JP-A-9-321367 (JP, A) JP-A-5- 102618 (JP, A) JP 52-149996 (JP, A) JP 55-146992 (JP, A) JP 54-124694 (JP, A) JP 57-75486 (JP, A) Actual Development Sho 60-116262 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30
Claims (7)
て出力し、入力光に対し垂直な平面内の第1の軸方向の
偏光の位相変化量と入力光に対し垂直な平面内の第1の
軸に垂直な第2の軸方向の偏光の位相変化量の差がπと
なるように構成されたプリズムと、軸方向が前記第1の
軸または第2の軸と一致するように配置された1/4波
長板とを備え、入力光が前記1/4波長板に入射して透
過し、前記プリズムに入射して反射され、前記1/4波
長板に再度入射して透過し、出力光として出力されるこ
とを特徴とする偏光保持自己補償反射装置。1. An input light is reflected in a direction substantially parallel to the input light and output, and a phase change amount of polarization in a first axis direction in a plane perpendicular to the input light and a plane perpendicular to the input light. A prism configured such that the difference in the amount of phase change of polarized light in the second axis direction perpendicular to the first axis of is equal to π, and the axial direction matches the first axis or the second axis. And a 1/4 wavelength plate disposed at the input side of the 1/4 wavelength plate.
And then enters and is reflected by the prism.
A polarization-maintaining self-compensating reflection device characterized in that it is incident on a long plate again, is transmitted therethrough, and is output as output light.
装置と、この偏光保持自己補償反射装置の出力光を入力
光としてほぼ平行に反射するように配置された反射素子
と、前記偏光保持自己補償反射装置と前記反射素子とに
より形成される光路上に配置されたレーザ媒質と、この
レーザ媒質を励起する励起光源とを備えたことを特徴と
するレーザ共振器。[2 claim] and polarization maintaining self-compensating reflector according to claim 1, and a reflective element arranged to reflect substantially parallel output light of the polarization maintaining self-compensating reflector as the input light, the polarization retention a laser medium arranged on an optical path formed by the self-compensation reflector and the reflective element, the laser resonator characterized by comprising a pump light source that pumps the <br/> laser medium.
を用いたことを特徴とする請求項2記載のレーザ共振
器。3. The laser resonator according to claim 2, wherein a corner cube is used as the reflecting element.
出力し、入力光に対し垂直な平面内の第1の軸方向の偏
光の位相変化量と入力光に対し垂直な平面内の第1の軸
に垂直な第2の軸方向の偏光の位相変化量の差がπとな
るように構成され、第1の軸方向に稜線を有する第1の
プリズムと、軸方向が前記第1の軸または第2の軸と一
致するように配置された第1の1/4波長板とを備え、
入力光が前記第1の1/4波長板に入射して透過し、前
記第1のプリズムに入射して反射され、前記第1の1/
4波長板に再度入射して透過し、出力光として出力され
る第1の偏光保持自己補償反射装置と、 入力光を入力光とほぼ平行方向に反射して出力し、入力
光に対し垂直な平面内の第3の軸方向の偏光の位相変化
量と入力光に対し垂直な平面内の第3の軸に垂直な第4
の軸方向の偏光の位相変化量の差がπとなるように構成
され、第3の軸方向に稜線を有する第2のプリズムと、
軸方向が前記第3の軸または第4の軸と一致するように
配置された第2の1/4波長板とを備え、入力光が前記
第2の1/4波長板に入射して透過し、前記第2のプリ
ズムに入射して反射され、前記第2の1/4波長板に再
度入射して透過し、出力光として出力される第2の偏光
保持自己補償反射装置であって、前記第1の偏光保持自
己補償反射装置の出力光を入力光としてほぼ平行に反射
するように配置され、前記第1のプリズムの第1の軸の
方向と、前記第2のプリズムの第3の軸の方向がお互い
に直交するように配置された第2の偏光保持自己補償反
射装置と、 前記第1の偏光保持自己補償反射装置と前記第2の偏光
保持自己補償反射装置とにより形成される光路上に配置
されたレーザ媒質と、 このレーザ媒質を励起する励起光源と、を備えたことを
特長とするレーザ共振器。4. An input light is reflected in a direction substantially parallel to the input light and output, and a phase change amount of polarization in a first axis direction in a plane perpendicular to the input light and a plane perpendicular to the input light. A first prism having a ridgeline in the first axial direction and having a difference in the amount of phase change of polarized light in the second axial direction perpendicular to the first axis of A first quarter-wave plate arranged to coincide with the one axis or the second axis ,
The input light enters the first quarter-wave plate and is transmitted therethrough,
Is incident on and reflected by the serial first prism, the first 1 /
It is incident on the four-wave plate again, transmitted, and output as output light.
And a first polarization-maintaining self-compensating reflection device for reflecting the input light in a direction substantially parallel to the input light and outputting the same, and a phase change amount of the polarization in the third axis direction in a plane perpendicular to the input light and the input The fourth perpendicular to the third axis in the plane perpendicular to the light
A second prism having a ridgeline in the third axial direction, which is configured so that the difference in the amount of phase change of the polarized light in the axial direction is π;
A second quarter-wave plate arranged so that its axial direction coincides with the third axis or the fourth axis, and input light is applied to the second quarter-wave plate. incident and transmitted, the second pre
Incident on the second quarter wave plate and reflected again.
The second polarized light that is incident once, transmitted, and output as output light.
A holding self-compensating reflecting device, arranged to reflect the output light of the first polarization-maintaining self-compensating reflecting device as substantially parallel light as input light, and a direction of a first axis of the first prism, A second polarization-maintaining self-compensating reflector which is arranged such that the directions of the third axes of the second prisms are orthogonal to each other; the first polarization-maintaining self-compensating reflector; and the second polarization-maintaining A laser resonator comprising: a laser medium arranged on an optical path formed by a self-compensating reflection device; and a pumping light source for pumping the laser medium.
子からの光路上に配置されたレーザ媒質と、このレーザ
媒質を励起する励起光源と、前記レーザ媒質からの入射
光を反射するよう配置された請求項1に記載の偏光保持
自己補償反射装置と、前記レーザ媒質と前記偏光保持自
己補償反射装置との間に配置された偏光回転素子とを備
え、前記偏光回転素子は、前記偏光回転素子に入射して
透過したレーザ光が、前記偏光保持自己補償反射装置に
より反射されて、前記偏光回転素子に再度入射して出力
され、入射したレーザ光の偏光方向と出力されたレーザ
光の偏光方向が、レーザ光の進行方向に垂直な平面内で
お互いに直交するように配置されたことを特徴とするレ
ーザ増幅器。 5. A polarizer for injecting light, and the polarized light
A laser medium arranged on an optical path from the child, an excitation light source for exciting the laser medium, a polarization maintaining self-compensating reflector device according to claim 1, arranged to reflect incident light from the laser medium , and a polarization rotation device arranged between the laser medium and the polarization maintaining self-compensating reflector, the polarization rotation element is incident on the polarization rotation element
The transmitted laser light is transmitted to the polarization maintaining self-compensating reflector.
More reflected and then re-incident on the polarization rotator and output
The output laser is the polarization direction of the incident laser light
In the plane where the polarization direction of the light is perpendicular to the direction of travel of the laser light
A laser amplifier characterized by being arranged so as to be orthogonal to each other .
を用い、ファスト軸またはスロー軸を入射光の偏光方向
に対して45度の角度をなすように前記1/4波長板を
配置したことを特徴とする請求項5記載のレーザ増幅
器。As claimed in claim 6, wherein the polarization rotation element, using a 1/4-wavelength plate, and arranging the quarter-wave plate at an angle of 45 degrees fast axis or slow axis with respect to the polarization direction of the incident light The laser amplifier according to claim 5, wherein:
45度偏光を回転させるファラデーローテータを用いた
ことを特徴とする請求項5記載のレーザ増幅器。7. The laser amplifier according to claim 5, wherein a Faraday rotator that rotates polarized light by 45 degrees in one pass is used as the polarization rotation element.
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