JP4425409B2 - 光反射器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力ビームを受け取ると共に、オプション的に入力ビームに重なり合わせた逆方向で且つ平行な出力ビームを伝送することを目的とする光反射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的構成要素が取り付けられた装置の品質は、その光学的構成要素を整合させることによって決まることは周知である。このため、任意の自動整合性、すなわち、出力光束の性質が１つ又は幾つかの構成要素の方向又は位置によって殆ど影響を受けない任意の組立体が必要とされている。
【０００３】
古くから公知である自動整合式の後方反射系の内、例示目的のため次のものを掲げることができる。すなわち、図１に図示したキューブコーナであり、これにより、反射直交三面体３上における入射ビーム１、１´は、そのキューブの対角線に対する入射角度及び入射点４の位置を問わずに、平行な出力ビーム２、２´を発生させる。
【０００４】
光学軸線９に対して実質的に垂直なミラー１０が配置された焦点面内にて、光学軸線９を有する収斂光学系８から成る、いわゆる猫の眼組立体が公知である。コリメートした入射ビーム１１、１１´は、ミラー１０上に収斂し且つ該ミラーにより反射され、次に、光学系８の上にて拡がり、該光学系８は、同様に、コリメートされ且つ入力ビーム１１に対して平行な出力ビーム１２、１２´を発生させる。かかる猫の目は、図２に図示してある。
【０００５】
上述したこれら光学系の双方は、それぞれ、１、１´、１１、１１´で示した入力ビームにて出力ビーム２、２´、１２、１２´の方向を２方向に、すなわち、入力ビームの方向に対して平行な全ての面内にて自動的に整合させる。特定の光学系においては、一方向に自動的に整合させなければならない。次に、図１の三面体に代えて、直交の二面体又は円筒状の猫の眼を使用する、すなわち、図２の場合の球状の光学系８に代えて、レンズ又は円筒状の光学系を使用する。二面体は、その筒形レンズの母線に対し垂直な面内にてその端縁及び円筒状の猫の眼に対し垂直な面内での自動整合を保証する。平行な面内において、これら光学系の双方は、ミラーのように挙動する。
【０００６】
単一の入射ビームから、互いに対して平行な２つの出力ビームを発生させる、自動整合した分離型の光学的構成要素又は装置もまた、公知である。これらは、例えば、その表面の一部におけるその反射率を修正し得るようにその一方に部分的に金属被覆した平行な面を有する展望鏡又はブレードとすることができる。
【０００７】
しかしながら、従来の二面体及び三面体は、ビームの全反射のみを許容する一方、特定の適用例において、第一の後方反射出力に加えて、第二の部分的な出力が必要とされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、出力ビームを形成し得るように、２つの干渉ビームの各々に影響を与える反射数に対応して相反的（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）ビーム及び非相反的（ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）ビームとしてそれぞれ特定された、２つのビームを発生させることのできるサニャック干渉計の干渉装置を具体化するものである。
【０００９】
サニャック干渉計は、周知である。これらのサニャック干渉計は、ビームスプリッタと、リングとから成る、すなわち、閉じた光ビームはビームスプリッタにて開始し且つ該ビームスプリッタにて終わる。
【００１０】
入射ビームが２つの二次的ビームに分割され、その二次的ビームの各々が、それぞれ反対方向に向けてリング内を循環するように、このリング及びビームスプリッタが配置されている。
【００１１】
このように、これらビームの各々に対応する波は、戻るとき、干渉し且つ２つの出力ビームを発生させる。
【００１２】
このリングは、３つの独立的なミラーから成っていることがしばしばであり、このため、リング内で循環する間に、干渉波を同一回数、反射させる相反的出力と、干渉波を異なる多数回、反射させる非相反的出力とが発生されることが周知である。
【００１３】
「適合した相前面」という語によって、我々は、干渉縞を完全に消滅する程度まで拡げ得るようにミラーの方向を調節したときに、得られる干渉状態を意味するものとする。
【００１４】
本発明の目的は、光反射器から成り、自動整合式の反射装置の有利な点による利点を享受し、また、特に調節が簡単であり、その長期の安定性が向上した、サニャック干渉計を提供することである。
【００１５】
本発明のもう１つの有利な点は、多分、最小損失状態にて、最適化した状態中に出力光ビームを抽出することを可能にする、連続的に波長が調節可能なレーザの構造を可能にすることである。
【００１６】
本発明の別の実施の形態によれば、ＡＳＥ（増幅した瞬間的放出）から生ずる背景ノイズをスペクトル的にフィルタリングし且つこのため、レーザの放出波長にてより優れた効率を具体化するレーザを提供することが可能である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このように、本発明は、入力ビームを受け取ると共に、後方に反射した相反的出力ビームを伝送する光反射器であって、互いに対して平行な第一の二次的ビーム及び第二の二次的ビームを提供するビームスプリッタと、二次的ビームをビームスプリッタに向けて再方向決めし且つサニャック干渉計を形成する後方反射手段とを備える、光反射器に関するものである。
【００１８】
本発明によれば、反射手段は、自動整合した全反射器を備え、ビームスプリッタは、自動整合されている。
【００１９】
好ましくは、本発明の色々な実施の形態において、その各々は、次のようなそのそれぞれの有利な点を有している。
【００２０】
自動整合した全反射器が単一方向型であること；
自動整合した全反射器が二方向型であること；
ビームスプリッタがエネルギ不釣合い型である一方、このため、上記反射器は非相反的な出力ビームを伝送即ちトランスミット（ｔｒａｎｓｍｉｔ）すること；
光反射器は、全反射器と共に、リットマン−メトカフ（Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ）系を形成する回折格子を備えること；
回折格子がビームスプリッタと全反射器との間に配置されること；
また、本発明は、全反射器と、リットマン−メカトフ形態の格子とに共にサニャック干渉計により形成された光反射器を有する増幅器媒体と、後方反射型の拡散装置とを備える、外部キャビティを有するレーザにも関するものである。次のようにすると好都合である。
【００２１】
増幅器媒体が、導波管であり、また、該増幅器媒体が、コリメート光学素子と関係し、これにより、該光学素子が発生させるビームをコリメートさせること；
導波管の外面が全反射型であり、非相反的ビームは、発生源により伝送（ｔｒａｎｓｍｉｔ）された単一のビームであること；
二面体が波長を変化させ得るように回転すべく可動であること；
二面体が波長を連続的に変化させ得るように回転し且つ並進すべく可動であること；
レーザ源が後方反射−拡散装置に対してある角度にてずらした幾つかの増幅器導波管を備え、幾つかの波長に亙って源を伝送（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）することを可能にすること。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付図面に関して以下により詳細に説明する。
【００２３】
図３に図示した光反射器は、ビームスプリッタ２０と、自動整合した全反射器２１とを備えている。
【００２４】
自動整合したスプリッタ２０は、入力ビーム２２を２つの平行なビーム、すなわち、自由空間内を伝播する第一の分割ビーム２３と、第二の分割ビーム２４とに分割する。第一の分割ビーム２３は、自動整合した反射器２１により反射され、反射した分割ビーム２３´を形成し、この反射した分割ビーム２３´はビームスプリッタ２０に方向決めされる。該ビームスプリッタ２０は、そのビームを部分的に反射し且つ部分的に透過する。透過したビーム２３´´は入力ビーム２２の平行及び逆方向に戻される。
【００２５】
スプリッタ２０より反射されたビームは、重ね合わされ且つ入力ビーム２２に対し逆方向のビーム２３´´である。同様に、反射により入力ビーム２２からスプリッタ２０に発生されたビーム２４は、それ自体全反射器２１により反射され、ビーム２４´を形成し、そのビームをスプリッタ２０に戻し、このスプリッタ２０は、ビームをそれぞれ２４´´及び２４´´´の２つのビームに分割する。これらの２つのビームはビーム２３´´及び２３´´´と干渉し、これにより、互いに対して平行な、それぞれ２７、２８で示した２つの出力ビームを発生させる。ビーム２８は、２３´´´´、２４´´´´の干渉により発生される。これらビーム２３´´´´、２４´´´´は、各々がスプリッタ２０の単一の反射面に露出される。この相反的ビーム２８は、入力ビーム２２に重ね合わさり且つ逆方向となる。
【００２６】
これと逆に、スプリッタ２０の任意の反射面に露呈されなかったビーム２３´´及び同一のスプリッタにおける２つの反射面に露呈されたビーム２４´´の干渉により、ビーム２７が発生される。ビームの各々が露出されるこの反射数の相違は、π−ラジアル位相シフトを提供し、出力２７は非相反的出力と称される。
【００２７】
このため、本発明による装置は光反射器であり、この光反射器は、入力ビーム２２からそれぞれ相反的ビーム２８、非相反的ビーム２７である２つのビームを発生させる。これらのビームは、互いに対して平行で且つ入力ビームの上で自動整合される。相反的ビーム２８は、入力ビーム２２に重ね合わされる一方、非相反的ビーム２７はずれるようにされる。
【００２８】
自動整合した全反射器２１を具体化することは、装置の調節を容易にし且つこのためその収率を向上させる。
【００２９】
スプリッタ２０が５０／５０スプリッタであれば、分割されたビーム２３、２４の強さは等しく、その再組み合わせの間、全体のエネルギは相反的出力にて１つのビーム２８に集められる一方、ビーム２４´´、２３´´の波の間にて更に位相変位するビーム２７は、零エネルギを有する、すなわち位相変位は存在しない。
【００３０】
エネルギ不釣合い型スプリッタ２０を使用し、出力ビーム２７、２８の双方の間にて入射エネルギを分配し得るようにすることが可能である。Ｒ、Ｔは、それぞれ、スプリッタ２０のエネルギの反射効率及び透過効率であり、入射エネルギは、非相反的出力（１−４ＲＴ）にて見ることができる。例えば、Ｒ＝９０％、Ｔ＝１０％の場合、非相反的出力にて（１−４ＲＴ）＝６４％となる。
【００３１】
自動整合したスプリッタ２０は、分割型境界面２０´と、該分割型境界面に対して平行な２つのミラー２５、２６とを備える、凹凸スプリッタとすることが好都合である。
【００３２】
光ビームの経路の上で回折格子２９を使用することは、出力にて光束のスペクトルを幾何学的に拡散し且つその光束の一部分を選択することを可能にする。
【００３３】
この回折格子２９は、自動整合したビームスプリッタ２０と自動整合した全反射器２１との間でリットマン−メトカフの形態にて配置すれると好都合である。
【００３４】
図４、図５には、本発明によるレーザ源のそれぞれ側面図及び平面図が図示されており、これら図面において、図３の構成要素と共通の構成要素は同一の参照番号で表示してある。
【００３５】
好ましくは、その内端部３０´が中心点３１´のコリーメーションレンズ３１の焦点に配置される増幅器導波管３０である増幅器媒体がコリメートした入力ビーム２２を発生させるようにする。この増幅器導波管３０の外面３０´´は全反射型であり、スプリッタ２０は不釣合い型である。このため、全反射面３０´´と自動整合した全反射器２１との間に相反的出力を通じてレーザキャビティが形成され、このレーザキャビティにて、ビーム２８が入力ビーム２２に重ね合わさる。ずらした非相反的出力２７は、レーザの出力を構成し、よって伝達されたビームを形成する。
【００３６】
このレーザ源において、自動整合した全反射器２１を備えるリットマン−メトカフ形態の格子２９が存在することは、非相反的出力２７がＡＳＥ光線で連続的な不要な背景をスペクトル的にフィルタリングし、これにより、レーザの伝送線を隔離することを可能にする。
【００３７】
格子を回転させ、又は全反射器２１を回転させ、或いは格子２９と全反射器２１とにより形成された組立体を回転させることにより、伝送波長を調節することが実現可能となる。フィルタリングした非相反的ビーム２７は、入力ビームに対して平行であるから、安定した状態を保つ。このビームは、オプション的に単モード光ファイバ内で結合することができる。
【００３８】
格子２９の動きに伴い、反射二面体２１が回転し且つ／又は調和状態の並進動作をすることにより、連続的に調節可能なレーザ源を提供することが可能となる。かかる調和動作は、例えば、フランス国特許第２，７２４，４９６号に開示されている。
【００３９】
かかるレーザ源は、レンズ３１の焦点面内に配置された幾つかの増幅器媒体又は導波管３０を備えて形成することもできる。このことは、各々が１つの導波管に対応し、その波長を反射型拡散装置から見ることのできるような該導波管からの角度に依存する、幾つかのレーザ束を重ね合わせることにより形成された多重波長源を提供することを可能にする。
【００４０】
図面及び上記の説明は、自動整合した反射器、キューブコーナ又は二面体を使用する場合について説明したものであるが、猫の眼を使用することにより、同様の結果を得ることができる。キューブコーナ及び二面体は、平面型ミラーにより形成することができるが、全内反射式に作動する、完全な三面体及び矩形の二等辺プリズムにて形成することもできる。
【００４１】
自動整合したスプリッタ２０は、凹凸スプリッタとして上記に説明した。該自動整合したスプリッタは、平行面を有するブレードとすることもできる。かかるブレード４０は図６に図示されている。
【００４２】
その出力面４１は、一部分、反射防止コーティング４２にて被覆され、また、全反射コーテイング４３にて被覆されている。
【００４３】
その出力面４４は、一部分、部分反射コーティング４５にて被覆し、別の面は、反射防止コーティング被覆４６で被覆する。
【００４４】
このように、入射ビーム４７は部分的に透過４８し、残留束は２回反射した後、透過する４９。これにより、必要とされる機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の二方向に自動整合した装置を構成するキューブコーナの図である。
【図２】従来技術の二方向に自動整合した装置を構成する猫の眼の図である。
【図３】本発明による光反射器の図である。
【図４】本発明によるレーザの側面図である。
【図５】本発明によるレーザの平面図である。
【図６】自動整合させたビームスプリッタとして使用可能な平行な面を有するブレードの図である。
【符号の説明】
２０ ビームスプリッタ ２０´ 分割型境界面
２１ 自動整合した全反射器 ２２ 入力ビーム
２３ 第一の分割ビーム ２３´ 反射した分割ビーム
２３´´、２３´´´ ビーム ２４ 第二の分割ビーム
２４´ 反射された分割ビーム ２４´´、２４´´´ ビーム
２５、２６ ミラー ２７ 非相反的出力
２８ 相反的出力 ２９ 回折格子
３０ 増幅器導波管 ３０´ 増幅器導波管の内端部
３０´´ 増幅器導波管の全反射面
３１ コリメーションレンズ ３１´ コリメーションレンズの中心点
４０ ブレード ４１ 出力面
４２ 反射防止被覆 ４３ 全反射被覆
４４ 出力面 ４５ 部分反射被覆
４６ 反射防止被覆 ４７ 入射ビーム
４８、４９ ビーム

Claims (13)

1. 入力ビームを受け取ると共に、後方で反射した相反的出力ビームを伝送する光反射器であって、互いに対して平行な第一の二次的ビーム及び第二の二次的ビームを提供するビームスプリッタと、二次的ビームを当該ビームスプリッタに向けて再方向決めし且つサニャック干渉計を形成する後方反射手段とを備え、当該ビームスプリッタは分割型境界面と当該分割型境界面に平行な２つのミラーとを備える光反射器において、
   前記後方反射手段が、前記ビームスプリッタからの二次的ビームの入射角度及び入射点の位置を問わずに二次的ビームと平行で伝播方向が逆向きの出力ビームを発生させる全反射器を備え、
   前記ビームスプリッタが入力ビームと平行で伝播方向が逆向きの出力ビームを発生する、光反射器。
2. 請求項１による光反射器において、
   前記全反射器が、入力ビームに平行な直交２面に偏光成分を有する出力ビームを発生する、光反射器。
3. 請求項１による光反射器において、
   前記全反射器が、入力ビームに平行な１面に偏光成分を有する出力ビームを発生する、光反射器。
4. 請求項１による光反射器において、
   前記ビームスプリッタが、第一の二次的ビーム及び第二の二次的ビームの双方の間にて入射エネルギを分配し得るエネルギ不釣合い型である一方、
   前記光反射器が非相反的出力ビームを伝送する、光反射器。
5. 請求項１による光反射器において、
   前記全反射器と共に、リットマン−メトカフ系を形成する回折格子を備える、光反射器。
6. 請求項５による光反射器において、
   前記回折格子が前記ビームスプリッタと前記全反射器との間に配置される、光反射器。
7. 増幅器媒体と、後方反射型の拡散装置とを備える、外部キャビティを有するレーザ源において、
   前記後方反射型の拡散装置が、入力ビームを受け取ると共に、後方で反射した相反的出力ビームを伝送し、
   前記後方反射型の拡散装置は、
   互いに対して平行な第一の二次的ビーム及び第二の二次的ビームを提供するビームスプリッタであって、分割型境界面と当該分割型境界面に平行な２つのミラーとを備えるビームスプリッタと、
   二次的ビームを前記ビームスプリッタに向けて再方向決めし且つサニャック干渉計を形成する後方反射手段と
   を備え、
   前記後方反射手段が、前記ビームスプリッタからの二次的ビームの入射角度及び入射点の位置を問わずに二次的ビームと平行で伝播方向が逆向きの出力ビームを発生させる全反射器を備え、
   前記ビームスプリッタが入力ビームと平行で伝播方向が逆向きの出力ビームを発生し、
   前記後方反射型の拡散装置が、前記全反射器と共に、リットマン−メトカフ系を形成する回折格子を備える、レーザ源。
8. 請求項７による外部キャビティを有するレーザ源において、
   前記後方反射型の拡散装置の前記回折格子が前記ビームスプリッタと前記全反射器との間に配置される、レーザ源。
9. 請求項７による外部キャビティを有するレーザ源において、
   前記増幅器媒体が導波路であり、且つ、
   該増幅器媒体が、発生されたビームをコリメートさせるコリメート光学素子の焦点に配置された、レーザ源。
10. 請求項９による外部キャビティを有するレーザ源において、
    前記導波路の反射面が全反射型であり、
    非相反的ビームが、ビームの発生源により伝送された単一ビームである、レーザ源。
11. 請求項７による外部キャビティを有するレーザ源において、
    前記全反射器が波長を変化させ得るように回転すべく可動である、レーザ源。
12. 請求項１１による外部キャビティを有するレーザ源において、
    前記全反射器が波長を連続的に変化させ得るように回転し且つ並進すべく可動である、レーザ源。
13. 請求項９による外部キャビティを有するレーザ源において、
    前記後方反射型の拡散装置に対しある角度にてずらした幾つかの増幅器導波路を備え、
    幾つかの波長に亙ってレーザを重ね合わせた多重波長源を提供することを可能にする、レーザ源。

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