ОПТИЧЕСКОЕ УСИЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК H01S3/10 H01S3/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к оптическому усилительному устройству.

Предшествующий уровень техники

Мощный источник лазерного излучения со сверхкоротким импульсом, который формирует импульсный свет, имеющий длительность импульса приблизительно от пикосекунд до фемтосекунд, имеет большой размер и обычно устанавливается и используется на оптическом столе. Соответствующие оптические компоненты источника лазерного излучения удерживаются в свободном пространстве с помощью опоры с регулирующими функциями. На этом основании источник лазерного излучения имеет много точек, которые должны быть настроены, и такие настройки не являются простыми.

С другой стороны, существует источник лазерного излучения на основе волокна, использующий оптическое волокно в качестве оптической усиливающей среды, которая усиливает энергию, и промышленностью предпринята попытка использования такой лазерной обработки. Источник лазерного излучения на основе волокна обычно решает описанную выше проблему, и в случае обеспечения на выходе длительной мощности источник лазерного излучения на основе волокна с высокой выходной мощностью реализуется как волоконный дисковый источник лазерного излучения.

Однако в источнике лазерного излучения на основе волокна оптическое волокно ограничивает сечение пучка до небольшого, так что по импульсной выходной мощности энергия импульса ограничивается приблизительно несколькими микроДж, и высокая выходная мощность не может быть реализована. Таким образом, не существует источника лазерного излучения, который является небольшим по размеру, обладает высокой выходной мощностью, является прекрасным по стабильности и легко настраивается; поэтому в действительности использование мощного источника лазерного излучения со сверхкоротким импульсом ограничивается исследовательскими целями.

В качестве оптического усилительного устройства, которое предназначено для уменьшения габаритов и стабилизирования, известны конфигурации, раскрытые в Патентном документе 1 и 2. Оптическое усилительное устройство, раскрытое в Патентном документе 1, допускает обычное увеличение длины резонатора и обладает малогабаритным оптическим резонатором. Оптическое усилительное устройство, раскрытое в Патентном документе 2, включает в себя оптический резонатор, имеющий поддерживающее поляризацию оптоволокно, предусмотренное на резонансном оптическом пути отдельно от оптической усиливающей среды.

Патентный документ 1: Патент Японии № 3540741

Патентный документ 2: Опубликованная не прошедшая экспертизу заявка на патент Японии № 2004-165652

Раскрытие изобретения

Проблема, которая должна быть решена изобретением

Тем не менее, в оптическом усилительном устройстве, раскрытом в Патентном документе 1, свет распространяется в атмосфере в оптическом резонаторе, так что длина резонатор становится большой и уменьшение габаритов ограничено. Оптическое усилительное устройство, раскрытое в Патентном документе 2, имеет оптическое волокно в оптическом резонаторе, так что может быть осуществлено уменьшение габаритов, однако по импульсной выходной мощности энергия импульса ограничивается приблизительно несколькими микроДж, и высокая выходная мощность не может быть реализована.

Настоящее изобретение было сделано для решения описанной выше проблемы, и целью его является предоставление оптического усилительного устройства, которое может быть легко уменьшено в размерах, увеличено по выходной мощности и стабилизировано.

Средство для решения проблемы

Оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению включает в себя (1) оптический усилитель, включающий в себя оптическую усиливающую среду, которая оптически усиливает подлежащий усилению свет, и прозрачную среду, через которую подлежащий усилению свет проходит множество раз; и (2) источник (поставщик) энергии, который поставляет энергию возбуждения оптической усиливающей среде. В этом оптическом усилительном устройстве оптическая усиливающая среда усиливает свет путем снабжения его энергией возбуждения от поставщика энергии и выводит его. Подлежащий усилению свет множество раз проходит через прозрачную среду в оптическом усилительном устройстве. Прозрачная среда может распространять внутри подлежащий усилению свет, например, зигзагообразно. Предпочтительно, чтобы оптический усилитель вводил подлежащий усилению свет извне и оптически усиливал подлежащий усилению свет путем вынуждения усиленного света проходить через оптическую усиливающую среду множество раз.

Предпочтительно, чтобы оптический усилитель включал в себя оптический резонатор, который резонирует подлежащий усилению свет и имеет оптическую усиливающую среду и прозрачную среду на резонансном оптическом пути этого оптического резонатора. В этом случае оптическое усилительное устройство имеет функцию генерирования лазерной осцилляции, допускающее формирование лазерного излучения с помощью вызова осцилляций (колебаний) лазера внутри оптического резонатора.

Предпочтительно, чтобы оптический усилитель включал в себя оптический резонатор, который резонирует подлежащий усилению свет, и дополнительно включал в себя (a) средство захвата света, которое предусмотрено на резонансном оптическом пути и захватывает подлежащий усилению свет в резонансный оптический путь снаружи оптического резонатора; и (b) средство вывода света, которое предусмотрено на резонансном оптическом пути и выводит подлежащий усилению свет, который оптически усиливался внутри оптического резонатора в течение заранее установленного периода, за пределы оптического резонатора. В этом случае оптическое усилительное устройство имеет функцию регенеративного усиления, допускающую усиление лазерного излучения в оптическом резонаторе.

Характерно, что оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению использует свет, образованный описанным выше оптическим усилительным устройством (далее называемого "первым оптическим усилительным устройством") согласно настоящему изобретению, в качестве подлежащего усилению света, и оптически усиливает подлежащий усилению свет с помощью описанного выше оптического усилительного устройства (далее называемого "вторым оптическим усилительным устройством") согласно настоящему изобретению и выводит его. Предпочтительно, чтобы первое оптическое усилительное устройство и второе оптическое усилительное устройство совместно использовали оптическую усиливающую среду, прозрачную среду или поставщиков энергии.

В оптическом усилительном устройстве согласно настоящему изобретению предпочтительным является, чтобы подлежащий усилению свет являлся импульсным светом. В этом случае предпочтительно, чтобы оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению дополнительно включало в себя расширитель импульсов, который расширяет длительность импульса у подлежащего усилению света, который должен быть введен в оптическую усиливающую среду. Также предпочтительно, чтобы прозрачная среда расширяла длительность импульса подлежащего усилению света, который должен быть введен в оптическую усиливающую среду. Предпочтительно, чтобы оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению дополнительно включало в себя уплотнитель импульсов, который сжимает длительность импульса у подлежащего усилению света, который оптически усиливается и выводится из оптической усиливающей среды. В этом случае с помощью растяжения длительности импульса у подлежащего усилению света, который должен быть введен в оптическую усиливающую среду, может быть исключено повреждение оптических компонентов оптического усилительного устройства, и с помощью сжатия длительности импульса у подлежащего усилению света, который оптически усиливается и выводится из оптической усиливающей среды, увеличивается пиковая мощность импульсного света, который должен быть выведен из оптического усилительного устройства.

Предпочтительно, чтобы оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению дополнительно включало в себя оптическую систему задержки, которая задерживает свет и использует свет, сгенерированный оптическим усилителем, в качестве подлежащего усилению света, задерживает этот подлежащий усилению свет с помощью оптической системы задержки и оптически усиливает этот задержанный подлежащий усилению свет с помощью оптического усилителя и выводит его.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере либо оптическая усиливающая среда, либо прозрачная среда была твердой. Предпочтительно, чтобы оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению дополнительно включало в себя средство стабилизации температуры для стабилизации температуры по меньшей мере у оптической усиливающей среды либо у прозрачной среды.

Предпочтительно, чтобы поставщик энергии включал в себя полупроводниковый лазерный элемент, который выполнен с возможностью обеспечивать энергию возбуждения в виде света, которая должна быть передана оптической усиливающей среде. Предпочтительно, чтобы оптический усилитель дополнительно включал в себя средство настройки оптического пути для настройки оптического пути у подлежащего усилению света. Предпочтительно, чтобы объединялись любые два или более из множества компонентов оптического усилителя, включая оптическую усиливающую среду и прозрачную среду.

Предпочтительно, чтобы любой участок, на который падает или испускается подлежащий усилению свет в оптической усиливающей среде или прозрачной среде, покрывался слабоотражающим покрытием. Также предпочтительно, чтобы любой участок, на котором отражается подлежащий усилению свет в оптической усиливающей среде или прозрачной среде, покрывался высокоотражающим покрытием.

Предпочтительно, чтобы угол падения/испускания света на любом участке, на который падает или испускается подлежащий усилению свет в оптической усиливающей среде или прозрачной среде, являлся углом Брюстера. Кроме того, предпочтительно, чтобы прозрачная среда полностью отражала распространяющийся внутри подлежащий усилению свет с помощью поверхностей стенок.

Предпочтительно, чтобы оптическое усилительное устройство согласно настоящему изобретению дополнительно включало в себя вакуумный сосуд, который содержит оптический усилитель и поставщика энергии в своем внутреннем пространстве и создает атмосферу с пониженным давлением во внутреннем пространстве.

Результат изобретения

Настоящее изобретение может предоставить оптическое усилительное устройство, которое может быть легко уменьшено в размерах, увеличено по выходной мощности и стабилизировано.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1А из первого варианта осуществления;

Фиг. 2 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1B из второго варианта осуществления;

Фиг. 3 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1С из третьего варианта осуществления;

Фиг. 4 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления;

Фиг. 5 - подробный схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления;

Фиг. 6 - схематичный вид конфигурации типовой разновидности оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления;

Фиг. 7 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства из пятого варианта осуществления;

Фиг. 8 - схематичный вид конфигурации усилительного устройства из шестого варианта осуществления;

Фиг. 9 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1J из седьмого варианта осуществления;

Фиг. 10 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1K из восьмого варианта осуществления;

Фиг. 11 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1L из девятого варианта осуществления;

Фиг. 12 - вид, показывающий пример конфигурации уплотнителя 50 импульсов;

Фиг. 13 - вид, показывающий пример конфигурации уплотнителя 50 импульсов;

Фиг. 14 - вид, показывающий пример конфигурации уплотнителя 50 импульсов;

Фиг. 15 - вид, показывающий пример конфигурации уплотнителя 50 импульсов;

Фиг. 16 - частичный схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства из десятого варианта осуществления;

Фиг. 17 - частичный схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства из одиннадцатого варианта осуществления;

Фиг. 18 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10М в оптическом усилительном устройстве из двенадцатого варианта осуществления;

Фиг. 19 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10N в оптическом усилительном устройстве из тринадцатого варианта осуществления;

Фиг. 20 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10Na в примерном варианте оптического усилительного устройства из тринадцатого варианта осуществления;

Фиг. 21 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10Р в оптическом усилительном устройстве из четырнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 22 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10Q в оптическом усилительном устройстве из пятнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 23 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10Qa в примерном варианте оптического усилительного устройства из пятнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 24 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10Qb в примерном варианте оптического усилительного устройства из пятнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 25 - схематичный вид конфигурации оптического усилителя 10Qc в примерном варианте оптического усилительного устройства из пятнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 26 - вид, показывающий пример конфигурации прозрачной среды 12 в оптическом усилительном устройстве из шестнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 27 - вид, показывающий пример конфигурации прозрачной среды 12 в оптическом усилительном устройстве из шестнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 28 - вид, показывающий пример конфигурации прозрачной среды 12 в оптическом усилительном устройстве из шестнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 29 - вид, показывающий пример конфигурации прозрачной среды 12 в оптическом усилительном устройстве из шестнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 30 - вид, показывающий пример конфигурации прозрачной среды 12 в оптическом усилительном устройстве из шестнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 31 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1R из семнадцатого варианта осуществления;

Фиг. 32 - вид, показывающий конфигурацию примерного варианта системы 23 задержки в оптическом усилительном устройстве 1J из седьмого варианта осуществления; и

Фиг. 33 - вид, показывающий конфигурацию другого примерного варианта системы 23 задержки в оптическом усилительном устройстве 1J из седьмого варианта осуществления.

Описание обозначений

1A-1R: оптическое усилительное устройство

10A-10R: оптический усилитель

11: оптическая усиливающая среда

12: прозрачная среда

13: зеркало

14: волновая пластина

15: оптический модулятор

16: поляризационный светоделитель

17: фарадеевский вращатель

21: средство захвата света

22: средство вывода света

23: оптическая система задержки

24: средство настройки оптического пути

30: поставщик энергии

40: расширитель импульсов

50: уплотнитель импульсов

51: отражающее зеркало

52: отражающая дифракционная решетка

53: пропускающая дифракционная решетка

54: дисперсионная среда

55: призма

60: средство стабилизации температуры

61: элемент Пельтье

62: источник питания

63: излучатель

70: средство стабилизации температуры

71: элемент Пельтье

72: источник питания

73: излучатель с водяным охлаждением

74: циркуляционный насос

75: водяной бак

80: вакуумный сосуд

Лучший вариант для осуществления изобретения

Ниже будет подробно описываться лучший вариант для осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. В описании чертежей идентичные или эквивалентные элементы обозначаются одинаковым обозначением, и частично совпадающие части описания будут исключены.

Фиг. 1 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1А согласно первому варианту осуществления изобретения. Оптическое усилительное устройство 1А, показанное на этой фигуре, включает в себя оптический усилитель 10А и поставщика 30 энергии. Оптический усилитель 10А включает в себя оптическую усиливающую среду 11 и прозрачную среду 12. Поставщик 30 энергии передает энергию возбуждения (например, излучение возбуждения) оптической усиливающей среде 11. Оптическая усиливающая среда 11 снабжается излучением возбуждения и усиливает и выводит свет. Подлежащий усилению свет множество раз проходит через прозрачную среду 12 в оптическом усилителе 10А. Прозрачная среда 12 может распространять внутри подлежащий усилению свет, например, зигзагообразно. Прозрачная среда 12 изготавливается, например, из твердого стеклянного блока.

Показатель преломления у прозрачной среды 12 выше, чем показатель преломления воздуха, так что путем удлинения дальности распространения подлежащего усилению света в прозрачной среде 12 может быть увеличена длина оптического пути. Поэтому по сравнению с конфигурацией, в которой подлежащий усилению свет распространяется на то же расстояние в воздухе, оптическое усилительное устройство 1А из настоящего варианта осуществления может осуществить уменьшение габаритов путем распространения подлежащего усилению света в прозрачной среде 12. Из оптического усилительного устройства 1А излучается усиленный выходной свет I_OUT.

Фиг. 2 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1B из второго варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство 1В, показанное на этой фигуре, включает в себя оптический усилитель 10В и поставщика 30 энергии. Оптический усилитель 10В включает в себя оптическую усиливающую среду 11, прозрачную среду 12 и зеркало 13. Поставщик 30 энергии подает энергию возбуждения (например, излучение возбуждения) оптической усиливающей среде 11. Оптическая усиливающая среда 11 снабжается излучением возбуждения и усиливает излучение затравки от внешнего генератора SG излучения затравки и выводит его. Подлежащий усилению свет множество раз проходит через прозрачную среду 12 в оптической усиливающей среде 11. Зеркало 13 пропускает через себя излучение возбуждения, выведенное от поставщика 30 энергии, и заставляет его попадать на оптическую усиливающую среду 11 и отражает излучение затравки (подлежащий усилению свет).

Оптическое усилительное устройство 1В из второго варианта осуществления изобретения обладает многопроходной структурой, через которую подлежащий усилению свет проходит по меньшей мере дважды внутри оптической усиливающей среды 11 в оптическом усилителе 10В. Свет, попавший на прозрачную среду 12 из генератора SG излучения затравки, испускается из прозрачной среды 12 без прохождения по тому же оптическому пути внутри прозрачной среды 12. Таким образом, в оптическом усилителе 10В оптический путь может быть образован многократным возвратно-поступательным движением не только внутри прозрачной среды 12, но также внутри оптической усиливающей среды 11. В этом случае оптическое усилительное устройство 1В образуется с помощью наличия функции многопроходного усиления. Из прозрачной среды 12 оптического усилительного устройства 1В излучается выходной свет I_OUT в виде излучения затравки, усиленного с помощью возвратно-поступательного движения внутри оптического усилителя 10В.

Фиг. 3 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1С из третьего варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство 1С, показанное на этой фигуре, включает в себя оптический усилитель 10С и поставщика 30 энергии. Оптический усилитель 10С включает в себя оптическую усиливающую среду 11, прозрачную среду 12 и зеркала 13₁ - 13₄. Оптическое усилительное устройство 1С согласно данному третьему варианту осуществления отличается от устройства из первого варианта осуществления в том, что оптический усилитель 10С дополнительно включает в себя зеркала 13₁-13₄. Зеркало 13₁ передает излучение возбуждения, выведенное от поставщика 30 энергии, и заставляет его попадать на оптическую усиливающую среду 11 и отражает подлежащий усилению свет. Зеркало 13₂ передает часть подлежащего усилению света и отражает оставшуюся часть. Зеркало 13₁ и зеркало 13₂ являются зеркалами оптического резонатора RS Фабри-Перо, и на резонансном оптическом пути между этими зеркалами располагаются усиливающая среда 11, прозрачная среда 12 и зеркала 13₃ и 13₄. Зеркала 13₃ и 13₄ отражают подлежащий усилению свет и располагаются напротив друг друга поперек прозрачной среды 12 и зигзагообразно распространяют подлежащий усилению свет внутри прозрачной среды 12.

Таким образом, в третьем варианте осуществления свет может накапливаться благодаря конструкции, включающей в себя оптический резонатор. В этом случае оптическое усилительное устройство 1С конфигурируется, чтобы иметь функцию генерирования лазерного излучения, допускающую генерирование лазерного излучения с помощью вызова колебаний лазера внутри оптического резонатора RS. Например, в качестве оптической усиливающей среды 11 используется газ, например He-Ne, жидкость, в которой растворен пигмент и т.д., или твердое тело, например Nd: YAQ и т.д., и к оптическому усилителю 10С добавляется оптический резонатор, включающий в себя прозрачную среду 12, и соответственно может быть реализовано малогабаритное устройство генерации лазерного излучения.

Усиленный свет испускается наружу в виде оптического выхода I_OUT через зеркало 13₂. Например, подлежащий усилению свет можно заставить падать на зеркало 13₂ в направлении, противоположном направлению излучения оптического выхода I_OUT. Подлежащий усилению свет проходит внутри прозрачной среды 12, достигает внутренней части оптической усиливающей среды 11 и отражается зеркалом 13₁, и затем снова проходит внутри оптической усиливающей среды 11 в противоположном направлении, и затем снова попадает на внутреннюю часть прозрачной среды 12. Этот падающий свет распространяется по исходному оптическому пути в противоположном направлении и отражается зеркалами 13₃ и 13₄, и затем достигает зеркала 13₂. Зеркало 13₂ снова отражает этот свет. Во время возвратно-поступательного движения внутри этого резонансного пути подлежащий усилению свет усиливается, и часть его выводится наружу через зеркало 13₂.

Фиг. 4 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1D согласно четвертому варианту осуществления изобретения. Оптическое усилительное устройство 1D, показанное на этой фигуре, включает в себя оптический усилитель 10D и поставщика 30 энергии. Оптический усилитель 10D включает в себя оптическую усиливающую среду 11, прозрачную среду 12, зеркало 13₁, зеркало 13₂, средство 21 захвата света и средство 22 вывода света. Оптическое усилительное устройство 1D из этого четвертого варианта осуществления отличается от устройства из первого варианта осуществления в том, что оптический усилитель 10D дополнительно включает в себя зеркало 13₁, зеркало 13₂, средство 21 захвата света и средство 22 вывода света.

Зеркало 13₁ передает излучение возбуждения от поставщика 30 энергии и заставляет его падать на оптическую усиливающую среду 11, и отражает подлежащий усилению свет, который был захвачен, во внутреннюю часть оптического усилителя 10D через средство 21 захвата света от генератора SG излучения затравки. Зеркало 13₂ отражает подлежащий усилению свет. Зеркало 13₁ и зеркало 13₂ являются зеркалами оптического резонатора RS Фабри-Перо, и на резонансном оптическом пути между этими зеркалами располагаются оптическая усиливающая среда 11, прозрачная среда 12, средство 21 захвата света и средство 22 вывода света.

В этом четвертом варианте осуществления средство 21 захвата света захватывает подлежащий усилению свет от генератора SG излучения затравки снаружи оптического резонатора на резонансном оптическом пути. Средство 22 вывода света выводит подлежащий усилению свет, который оптически усиливался внутри оптического резонатора для заранее установленного периода, за пределы оптического резонатора RS в виде оптического выхода I_OUT. Таким образом, оптический резонатор RS добавляется к оптическому усилителю 10D, и более того, излучение затравки снаружи оптического резонатора, которое становится источником подлежащего усилению света, захватывается в оптический резонатор с помощью средства 21 захвата света и удерживается в оптическом резонаторе в течение заранее установленного времени и затем выводится за пределы оптического резонатора с помощью средства 22 вывода света. В этом случае оптическое усилительное устройство 1D может формировать усиленный свет, который обладает качеством, эквивалентным качеству излучения затравки, и высокой энергией, и соответственно его конфигурация имеет функцию регенеративного усиления для усиления света. В качестве генератора SG излучения затравки может использоваться, например, волоконный источник лазерного излучения.

Фиг. 5 - подробный схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления изобретения. Как показано на этой фигуре, средство 21 захвата света включает в себя волновую пластину 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁. Средство 22 вывода света включает в себя волновую пластину 14₂, оптический модулятор 15₂ и поляризационный светоделитель 16₂. Оптический модулятор 15₁ и оптический модулятор 15₂ и т.д. управляют состоянием преломления или состоянием поляризации у света, и могут использоваться, например, оптические кристаллы, имеющие соответственно акустооптический эффект и электрооптический эффект.

Когда сигнал возбуждения, состоящий из заранее установленного переменного напряжения, подводится к оптическим модуляторам 15₁ и 15₂, состоящим из элементов с акустооптическим эффектом, вследствие дифракционного эффекта у дифракционной решетки, образованной внутри элементов, отклоняются направления испускаемого излучения у падающего света, и с помощью применения электрического поля внутри электрооптических кристаллов путем подачи сигнала возбуждения, состоящего из заранее установленного напряжения, на оптические модуляторы 15₁ и 15₂, состоящие из элементов с электрооптическим эффектом, изменяется направление поляризации, и с помощью управления направлением поляризации света, который проходит через электрооптические кристаллы, можно управлять передачей/отражением у светоделителей 16₁ и 16₂, расположенных на путях распространения света. Другими словами, эти оптические модуляторы могут быть изготовлены функционирующими в качестве оптических переключателей, которые управляют направлением распространения света.

Например, когда сигнал возбуждения не поступает на оптические модуляторы 15₁ и 15₂ в виде акустооптических элементов, предполагается, что направление продвижения света, который намеревается исходить из этих элементов, совпадает с ориентацией пути света, который совершает возвратно-поступательное движение внутри резонатора при резонировании. Другими словами, например, когда сигнал возбуждения подается на оптические модуляторы 15₁ и 15₂, захват излучения затравки в резонатор и вывод выходного света I_OUT не выполняются. Когда сигнал возбуждения подается на оптические модуляторы 15₁ и 15₂, выполняются захват излучения затравки в резонатор и вывод выходного света I_OUT. Когда используются акустооптические элементы, светоделитель 16₂ на крайнем этапе может быть полузеркалом, и в этом случае полузеркало устанавливается вне резонансного пути, и свет может отклоняться, чтобы освещать полузеркало по специальному расписанию.

Когда предполагается, что свет передается через поляризационные светоделители 16₁ и 16₂ в случае, где сигнал возбуждения не подается на оптические модуляторы 15₁ и 15₂ в виде электрооптических элементов, свет проникает через поляризационный светоделитель 16₁ , когда сигнал возбуждения не подается на оптические модуляторы 15₁ и 15₂, и свет захватывается внутрь резонатора, а если сигнал возбуждения подается на оптический модулятор 15₁, то свет отражается поляризационным светоделителем 16₁ и не захватывается в резонатор. С другой стороны, когда сигнал возбуждения подается на оптический модулятор 15₂ в состоянии, где свет захватывается внутрь резонатора, направление поляризации света, который падает на поляризационный светоделитель 16₁ , чередуется и свет выводится наружу. Когда поляризационные светоделители 16₁ и 16₂ обладают одинаковой конструкцией, сдвиг фаз, полученный от волновой пластины 14₂ на крайнем этапе, может регулироваться, так что свет отражается поляризационным светоделителем 16₂, когда сигнал возбуждения подается на оптический модулятор 15₂.

Резонатор состоит из группы элементов между зеркалами 13₁ и 13₂. Таким образом, с помощью управления направлением отклонения или направлением поляризации может управляться включение/выключение света, который совершает возвратно-поступательное движение внутри резонатора, и включение/выключение оптического выхода I_OUT, который испускается из резонатора через средство 22 вывода света.

Средство 21 захвата света захватывает излучение затравки из генератора SG излучения затравки в оптический резонатор при определенной синхронизации путем управления состоянием поляризации или состоянием отклонения света с помощью оптического модулятора 15₁, и после этого заставляет излучение затравки (подлежащий усилению свет) совершать возвратно-поступательное движение внутри оптического резонатора. Данный оптический резонатор конфигурируется посредством оптического пути между зеркалами 13₁ и 13₂. Средство 22 вывода света выводит подлежащий усилению свет за пределы оптического резонатора в виде оптического выхода I_OUT по определенному расписанию после истечения заранее установленного времени с того момента, как свет захватывается, путем управления состоянием поляризации или состоянием отклонения света с помощью оптического модулятора 15₂. Когда излучение затравки является импульсным светом, чтобы исключить повреждение оптических компонентов, излучение затравки может быть захвачено после того, как увеличена его длительность импульса с помощью принудительного прохождения его через подходящий дисперсионный элемент.

Фиг. 6 - схематичный вид конфигурации примерного варианта оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления. Как показано на этой фигуре, средство 21 захвата света и средство 22 вывода света могут быть общими. Другими словами, средство 21 захвата света (волновая пластина 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁) используется вместо средства 22 вывода света на фиг. 5 (волновая пластина 14₂, оптический модулятор 15₂ и поляризационный светоделитель 16₂). Функции соответствующего средства в этом случае те же, что и описаны выше. С помощью выключения оптического модулятора 15₁ и отсутствием подачи напряжения возбуждения свет с S-поляризацией, падающий на поляризационный светоделитель 16₁ от генератора SG излучения затравки, отражается поляризационным светоделителем 16₁ , передается через оптический модулятор 15₁ и падает на волновую пластину 14₁, подвергнутую сдвигу фазы, равному λ/4, затем падает на зеркало 13₂. Зеркало 13₂ отражает этот свет, и отраженный свет дополнительно подвергается сдвигу фазы, равному λ/4, с помощью волновой пластины 14₁, передается через оптический модулятор 15₁ и поворачивается в направлении поляризации в конечном счете на 90 градусов и проходит через поляризационный светоделитель 16₁ в виде света с Р-поляризацией. Путь свет после попадания на прозрачную среду 12 является таким, который описан выше. Во время этого, с помощью включения оптического модулятора 15₁ и приложения напряжения возбуждения свет, который возвращен из прозрачной среды 12, снова попадает на поляризационный светоделитель 16₁ , подвергается сдвигу фазы, равному λ/4, с помощью оптического модулятора 15₁, повергается сдвигу фазы, равному λ/4, с помощью волновой пластины 14₁ и достигает зеркала 13₂ и затем отражается зеркалом 13₂ и повергается сдвигу фазы, равному λ/4, с помощью волновой пластины 14₁ и повергается сдвигу фазы, равному λ/4, с помощью оптического модулятора 15₁, так что он поворачивается в конечном счете на 180 градусов и удерживается внутри резонатора, так как он является светом с Р-поляризацией. С помощью выключения оптического модулятора 15₁ в подходящее время, когда свет достаточно усилен, поляризованный свет поворачивается на 90 градусов путем подвергания сдвигу фазы, равному λ/4, дважды с помощью волновой пластины 14₁ и отражается виде света с S-поляризацией с помощью поляризационного светоделителя 16₁ и испускается наружу в виде оптического выхода I_OUT.

Другими словами, сигнал возбуждения подается на оптический модулятор 15_1, и свет захватывается путем выключения оптического модулятора 15₁, удерживается внутри резонатора путем включения оптического модулятора 15₁ и выводится снова путем выключения оптического модулятора 15₁.

Волновая пластина 14₁ может быть 1/4 волновой пластины, так что направление поляризации поворачивается на 90 градусов в два прохода. Оптический модулятор 15₁ действует аналогично 1/4 волновой пластины, когда он включен, и оптический модулятор не воздействует на свет, когда он выключен.

Фиг. 7 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства из пятого варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство, показанное на этой фигуре, включает в себя оптическое усилительное устройство 1Е, которое генерирует излучение затравки, и оптическое усилительное устройство 1F, которое оптически усиливает это излучение затравки и выводит его. Оптическое усилительное устройство 1Е в виде генератора излучения затравки образует генератор SG излучения затравки и имеет ту же конфигурацию, что и у оптического усилительного устройства 1С (фиг. 3) из третьего варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство 1F имеет по существу ту же конфигурацию, что и примерный вариант (фиг. 6) оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления, и имеет оптический усилитель 10F, в котором зеркало 13₅ заменяет зеркало 13₂ в оптическом усилительном устройстве 1D из четвертого варианта осуществления, и зеркало 13₈, поляризационный светоделитель 16₃, фарадеевский вращатель 17 и волновая пластина 14₃ размещаются по порядку между генератором SG излучения затравки и поляризационным светоделителем 16₁. В оптическом усилительном устройстве 1F средство 21 захвата света и средство 22 вывода света являются общими.

Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) включает в себя зеркало 13₈, волновую пластину 14₃, фарадеевский вращатель 17 и поляризационный светоделитель 16₃ в дополнение к волновой пластине 14₁, оптическому модулятору 15₁ и поляризационному светоделителю 16₁. Волновая пластина 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁ предусмотрены на резонансном оптическом пути оптического резонатора в оптическом усилителе 10F. Данный оптический резонатор образуется оптическим путем между зеркалом 13₅ и зеркалом 13₁. Волновая пластина 14₃, фарадеевский вращатель 17 и поляризационный светоделитель 16₃ размещаются между зеркалом 13₈ и поляризационным светоделителем 16₁. Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) захватывает излучение затравки из оптического усилительного устройства 1Е в оптический резонатор оптического усилительного устройства 1F по определенному расписанию с помощью управления состоянием поляризации света посредством оптического модулятора 15₁ и фарадеевского вращателя 17, и после этого заставляет излучение затравки (подлежащий усилению свет) совершать возвратно-поступательное движение внутри оптического резонатора в оптическом усилительном устройстве 1F, и в заданный момент после истечения заранее установленного времени с того момента, как свет захватывается, выводит подлежащий усилению свет за пределы оптического резонатора в виде оптического выхода I_OUT.

Оптическое усилительное устройство 1С, показанное на фиг. 3, функционирует в качестве генератора 1Е излучения затравки (SG) на фиг. 7.

Свет из генератора 1Е излучения затравки (SG) является светом с Р-поляризацией, и после того, как свет передается через поляризационный светоделитель 16₃, угол поворота поверхности поляризации у фарадеевского вращателя 17 равен 45 градусов при наблюдении в направлении продвижения, и примененный волновой пластиной 14₃ сдвиг фазы равен 45 градусам. Поэтому излучение затравки с поляризацией, повернутой на 90 градусов, отражается поляризационным светоделителем 16₁ и захватывается в резонатор. При выводе света фарадеевский вращатель 17 применяет угол поворота в -45 градусов в направлении аннулирования сдвига фазы, примененного волновой пластиной 14₃. Соответственно, свет с Р-поляризацией, падающий на поляризационный светоделитель 16₃ от зеркала 13₈, отражается в виде света с S-поляризацией с помощью поляризационного светоделителя 16₃ после усиления и выводится наружу в виде оптического выхода I_OUT.

Оптическое усилительное устройство 1F может иметь ту же конфигурацию, что и оптическое усилительное устройство 1D (фиг. 4-6) из четвертого варианта осуществления, или ту же конфигурацию, что и оптическое усилительное устройство 1В (фиг. 2) из второго варианта осуществления, и т.д., или может иметь обе эти конфигурации.

Средство 21 захвата света и средство 22 вывода света соответственно реализуются оптическими модуляторами, которые управляют светом, и оптический модулятор может быть сконфигурирован с помощью сочетания оптического кристалла, использующего акустооптический эффект или электрооптический эффект, и оптического элемента, например волновой пластины. Когда излучение затравки, сформированное генератором излучения затравки, является импульсным светом, излучение затравки может быть поглощено (захвачено) после того, как увеличена его длительность импульса, чтобы исключить повреждение оптических компонентов. В качестве средства 21 захвата света и средства 22 вывода света могут широко применяться те же средства.

Фиг. 8 - схематический вид конфигурации оптического усилительного устройства из шестого варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство, показанное на этой фигуре, включает в себя оптическое усилительное устройство 1G, которое генерирует излучение затравки, и оптическое усилительное устройство 1H, которое оптически усиливает это излучение затравки и выводит его. Оптическое усилительное устройство 1G в качестве генератора излучения затравки имеет по существу ту же конфигурацию, что и оптическое усилительное устройство 1С (фиг. 3) из третьего варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство 1Н имеет по существу ту же конфигурацию, что и примерный вариант (фиг. 6) оптического усилительного устройства 1D из четвертого варианта осуществления. В оптическом усилительном устройстве 1Н средство 21 захвата света и средство 22 вывода света являются общими. Оптическое усилительное устройство 1G и оптическое усилительное устройство 1Н совместно используют одну оптическую усиливающую среду 11, совместно используют одну прозрачную среду 12 и совместно используют одного поставщика 30 энергии.

В оптическом усилителе 10G оптического усилительного устройства 1G зеркало 13₁ и зеркало 13₂ составляют оптический резонатор, и на резонансном оптическом пути между этими зеркалами располагаются оптическая усиливающая среда 11, прозрачная среда 12 и зеркала 13₃ и 13₄. Зеркала 13₃ и 13₄ отражают подлежащий усилению свет и располагаются напротив друг друга поперек прозрачной среды 12, и зигзагообразно распространяют подлежащий усилению свет внутри прозрачной среды 12.

В оптическом усилителе 10Н оптического усилительного устройства 1Н зеркало 13₁ и зеркало 13₅ составляют оптический резонатор, и на резонансном оптическом пути между этими зеркалами располагаются оптическая усиливающая среда 11, прозрачная среда 12 и зеркала 13₆ и 13₇. Зеркала 13₆ и 13₇ отражают подлежащий усилению свет и располагаются напротив друг друга поперек прозрачной среды 12, и зигзагообразно распространяют подлежащий усилению свет внутри прозрачной среды 12.

Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) включает в себя волновую пластину 14₃, фарадеевский вращатель 17, поляризационный светоделитель 16₃ и зеркало 13₈ в дополнение к волновой пластине 14₁, оптическому модулятору 15₁ и поляризационному светоделителю 16₁. Волновая пластина 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁ размещаются на резонансном оптическом пути оптического резонатора в оптическом усилителе 10Н. Волновая пластина 14₃ и фарадеевский вращатель 17 размещаются между поляризационным светоделителем 16₁ и поляризационным светоделителем 16₃.

Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) захватывает излучение затравки из оптического усилительного устройства 1G в оптический резонатор оптического усилительного устройства 1Н по определенному расписанию с помощью управления состоянием поляризации света посредством оптического модулятора 15₁ и фарадеевского вращателя 17, и после этого заставляет излучение затравки (подлежащий усилению свет) совершать возвратно-поступательное движение внутри оптического резонатора в оптическом усилительном устройстве 1Н, и по определенному расписанию после истечения заранее установленного времени с того момента, как свет захватывается, выводит подлежащий усилению свет за пределы оптического резонатора.

Таким образом, в шестом варианте осуществления оптическая усиливающая среда 11, прозрачная среда 12 или поставщик 30 энергии совместно используются оптическим усилительным устройством 1G и оптическим усилительным устройством 1Н, и таким образом количество компонентов может быть уменьшено, и может быть реализовано уменьшение габаритов.

В описанных выше вариантах осуществления с первого по шестой подлежащий усилению свет может быть непрерывным лазерным излучением или импульсным светом.

Фиг. 9 - схематичный вид конфигурации оптического усилительного устройства 1J из седьмого варианта осуществления. Оптическое усилительное устройство 1J, показанное на этой фигуре, включает в себя оптическую систему 23 задержки, так что она может формировать излучение затравки и оптически его усиливать. Оптическая система 23 задержки включает в себя зеркала 13₅-13₇, волновую пластину 14₁, оптические модуляторы 15₁ и 15₂, поляризационные светоделители 16₁ и 16₂ и фарадеевский вращатель 17. Оптический модулятор 15₂ располагается на резонансном оптическом пути между оптической усиливающей средой 11 и прозрачной средой 12. Оптический модулятор 15₁ располагается на резонансном оптическом пути I2 между прозрачной средой 12 и зеркалом 13₂. Поляризационный светоделитель 16₁ располагается на резонансном оптическом пути I2 между прозрачной средой 12 и оптическим модулятором 15₁. Поляризационный светоделитель 16₁, зеркало 13₅, зеркало 13₆, зеркало 13₇, поляризационный светоделитель 16₂, фарадеевский вращатель 17 и волновая пластина 14₁ образуют оптический путь, в котором они располагаются в этом порядке в форме кольца.

В этом оптическом усилительном устройстве 1J путем управления состоянием поляризации света с помощью оптического модулятора 15₁ излучение затравки от оптического резонатора Фабри-Перо в оптическом усилителе 10J отражается поляризационным светоделителем 16₁ по определенному расписанию и поглощается и распространяется по кольцевому оптическому пути в оптической системе 23 задержки. Излучение затравки затем отражается снова с помощью поляризационного светоделителя 16₁ и возвращается оптическому резонатору Фабри-Перо в оптическом усилителе 10J. Излучение затравки, возвращенное оптическому резонатору Фабри-Перо в оптическом усилителе 10J, удерживается в резонаторе и оптически усиливается с помощью управления состоянием поляризации света посредством оптического модулятора 15₂, расположенного на резонансном оптическом пути IL между оптической усиливающей средой 11 и прозрачной средой 12. Более того, в определенный более поздний момент с помощью управления состоянием поляризации света I1, испускаемого из оптического модулятора 15₂, подлежащий усилению свет, который оптически усиливался оптическим резонатором Фабри-Перо в оптическом усилителе 10J, отражается поляризационным светоделителем 16₁, и его направление поляризации поворачивается на 90 градусов с помощью волновой пластины 14₁ и фарадеевского вращателя 17, и затем свет заставляют проходить через поляризационный светоделитель 16₂ и выводят наружу. Таким образом, в седьмом варианте осуществления оптическое усилительное устройство 1J включает в себя оптическую систему 23 задержки, так что оно может генерировать излучение затравки и оптически усиливать излучение затравки.

Фиг. 32 показывает вариант осуществления, в котором прозрачная среда 12А добавляется к содержимому системы 23 задержки. В результате использования прозрачной среды 12А с показателем преломления, выше показателя преломления воздуха, на оптическому пути I2 в системе 23 задержки может быть увеличена длина оптического пути и может быть увеличено время задержки. Здесь свет для распространения в системе 23 задержки является излучением затравки с малой интенсивностью, так что прозрачная среда 12А может быть оптическим волокном, наподобие поддерживающего поляризацию волокна. После прохождения через оборотный оптический путь, указанный пунктирной линией, оптический выход I_OUT выводится из поляризационного светоделителя 16₂.

Фиг. 33 показывает вариант осуществления, в котором в конфигурацию системы 23 задержки добавляется оптический модулятор 15₃ вместо волновой пластины 14₁ и фарадеевского вращателя 17, зеркало 13₈ добавляется вместо поляризационного светоделителя 16₂, и дополнительно добавляется поляризационный светоделитель 16_3. Излучение затравки от резонатора проходит по оптическому пути I2 и управляется в состоянии поляризации и захватывается в систему 23 задержки. После этого состояние поляризации поворачивается на 90 градусов с помощью оптического модулятора 15₃, и соответственно излучение затравки многократно распространяется в кольцевой системе 23 задержки без отражения поляризационным светоделителем 16₁. В определенный более поздний момент с помощью управления состоянием поляризации света посредством оптического модулятора 15₃ излучение затравки отражается поляризационным светоделителем 16₁ и захватывается в резонатор. Излучение затравки, возвращенное оптическим резонатором Фабри-Перо в оптическом усилителе 10J, управляется в состоянии поляризации света с помощью оптического модулятора 15₂, и соответственно удерживается в резонаторе и оптически усиливается. Более того, в определенный более поздний момент в результате управления состоянием поляризации света посредством оптического модулятора 15₂ подлежащий усилению свет на резонансном оптическом пути IL, оптически усиленный оптическим резонатором Фабри-Перо в оптическом усилителе 10J, отражается поляризационным светоделителем 16₃ и выводится наружу. Соответственно, путем многократного распространения излучения затравки внутри системы 23 задержки может быть увеличено время задержки. В это время, во время распространения излучения затравки внутри системы 23 задержки выходы поставщика энергии при формировании излучения затравки и при усилении света могут управляться, чтобы быть оптимальными.

Фиг. 10 - схема оптического усилительного устройства 1K согласно восьмому варианту осуществления изобретения. Оптическое усилительное устройство 1К, показанное на этой фигуре, включает в себя оптический усилитель 10К, поставщика 30 энергии и расширитель 40 импульсов. Оптический усилитель 10К включает в себя оптическую усиливающую среду 11, прозрачную среду 12, зеркала 13₁-13₄ и средство 21 захвата света (обычно служит в качестве средства 22 вывода света). Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) включает в себя волновую пластину 14₃, фарадеевский вращатель 17 и поляризационный светоделитель 16₃ в дополнение к волновой пластине 14₁, оптическому модулятору 15₁ и поляризационному светоделителю 16₁.

Волновая пластина 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁ размещаются на резонансном оптическом пути оптического резонатора в оптическом усилителе 10К. Волновая пластина 14₃ и фарадеевский вращатель 17 размещаются между поляризационным светоделителем 16₁ и поляризационным светоделителем 16₃. Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) захватывает излучение затравки из расширителя 40 импульсов в оптический резонатор оптического усилительного устройства 1К по определенному расписанию с помощью управления состоянием поляризации света посредством оптического модулятора 15₁ и фарадеевского вращателя 17, и после этого заставляет излучение затравки (подлежащий усилению свет) совершать возвратно-поступательное движение внутри оптического резонатора в оптическом усилительном устройстве 1К, по определенному расписанию после истечения заранее установленного времени с того момента, как свет захватывается, выводит подлежащий усилению свет за пределы оптического резонатора.

Расширитель 40 импульсов расширяет длительность импульса у излучения затравки (импульсного света) из генератора излучения затравки и вводит расширенное излучение затравки в оптический резонатор оптического усилителя 10К. Чтобы предотвратить повреждение оптических компонентов из-за мощного импульсного света, излучение затравки, временно расширенное расширителем 40 импульсов, захватывается в оптический усилитель 10К. Например, в качестве расширителя 40 импульсов используется дисперсионная среда, например оптическое волокно, и также используется диспергирующий элемент длины волны, такой как дифракционная решетка или призма. Здесь, когда дисперсионная среда используется в качестве прозрачной среды 12, эта прозрачная среда 12 имеет ту же функцию, что и расширитель импульсов, так что нет необходимости отдельно обеспечивать расширитель 40 импульсов.

Фиг. 11 - схема конфигурации оптического усилительного устройства 1L согласно девятому варианту осуществления изобретения. Оптическое усилительное устройство 1L согласно девятому варианту осуществления, показанное на этой фигуре, отличается от схемы конфигурации (фиг. 10) восьмого варианта осуществления в том, что оптическое усилительное устройство 1L дополнительно включает в себя уплотнитель 50 импульсов. Уплотнитель 50 длительности импульсов сжимает (уплотняет) длительность импульса у подлежащего усилению света IP (импульсный свет), который оптически усиливается и выводится из оптического усилителя 10L, и выводит уплотненный импульсный свет.

В этом оптическом усилительном устройстве 1L излучение затравки (импульсный свет) от генератора SG излучения затравки расширяется по длительности импульса с помощью расширителя 40 импульсов и затем вводится в оптический резонатор оптического усилителя 10L с помощью средства 21 захвата света. Затем импульсный свет IP, оптически усиленный оптическим резонатором в оптическом усилителе 10L, выводится с помощью средства 22 вывода света и затем уплотняется по длительности импульса с помощью уплотнителя 50 импульсов и выводится. Импульсный свет, выведенный из оптического усилительного устройства 1L, обладает более высокой пиковой мощностью. Фиг. с 12 по 15 являются схемами, показывающими, соответственно, примеры конфигурации уплотнителя 50 импульсов.

Уплотнитель 50а импульсов, показанный на фиг. 12, включает в себя отражающее зеркало 51 и отражающие дифракционные решетки 52₁ и 52₂. Отражающее зеркало 51 образуется путем объединения двух плоских зеркал так, что их отражающие грани находятся по углом 90 градусов друг от друга, и после того, как одно плоское зеркало отражает падающий свет IP, другое плоское зеркало может отразить и вывести его. Соответственно свет, который должен падать, и свет, который должен испускаться от этого отражающего зеркала 51, имеют оптические пути, которые отличаются друг от друга, хотя они параллельны друг другу. Свет IP, введенный в этот уплотнитель 50а импульсов, рассеивается отражающей дифракционной решеткой 52₁, и соответствующие составляющие длины волны делаются параллельными друг другу с помощью отражающей дифракционной решетки 52₂, оптический путь которой отражается отражающим зеркалом 51, соответствующие составляющие длины волны концентрируются на отражающую дифракционную решетку 52₁ с помощью отражающей дифракционной решетки 52₂ и мультиплексируются с помощью отражающей дифракционной решетки 52₁ и выводятся. В результате использования таким образом сконфигурированного уплотнителя 50а импульсов отрицательная дисперсия групповой скорости может эффективно применяться к импульсному свету.

Уплотнитель 50b импульсов, показанный на фиг. 13, включает в себя отражающее зеркало 51 и пропускающие дифракционные решетки 53₁ и 53₂. Свет IP, введенный в этот уплотнитель 50b импульсов, рассеивается пропускающей дифракционной решеткой 53₁, соответствующие составляющие длины волны делаются параллельными друг другу с помощью пропускающей дифракционной решетки 53₂, оптический путь которой отражается отражающим зеркалом 51, и соответствующие компоненты длины волны концентрируются на пропускающую дифракционную решетку 53₁ с помощью пропускающей дифракционной решетки 53₂ и мультиплексируются с помощью пропускающей дифракционной решетки 53₁ и выводятся. В результате использования таким образом сконфигурированного уплотнителя 50b импульсов отрицательная дисперсия групповой скорости может эффективно применяться к импульсному свету. В уплотнителе 50b импульсов используются пропускающие дифракционные решетки, так что высокоотражающее покрытие на поверхности отражающей дифракционной решетки, например золото, не требуется.

Уплотнитель 50с импульсов, показанный на фиг. 14, включает в себя отражающее зеркало 51, пропускающие дифракционные решетки 53₁ и 53₂ и дисперсионную среду 54. Этот уплотнитель 50с импульсов конструируется путем снабжения описанного выше уплотнителя 50b импульсов дисперсионной средой 54 между пропускающей дифракционной решеткой 53₁ и пропускающей дифракционной решеткой 53₂, и за исключением этого конструкция является той же, что и у уплотнителя 50b импульсов. Соответственно, уплотнитель 50с импульсов может быть уменьшен в габаритах.

Уплотнитель 50d импульсов, показанный на фиг. 15, включает в себя отражающее зеркало 51 и призмы 55₁ и 55₂. Свет IP, введенный в этот уплотнитель 50d импульсов, рассеивается призмой 55₁, составляющие длины волны делаются параллельными друг другу с помощью призмы 55₂, оптический путь отражается отражающим зеркалом 51, и соответствующие составляющие длины волны концентрируются на призме 55₁ с помощью призмы 55₂, и мультиплексируются с помощью призмы 55₁ и выводятся. В результате использования таким образом сконфигурированного уплотнителя 50d импульсов отрицательная дисперсия групповой скорости может эффективно применяться к импульсному свету.

В описанном выше девятом варианте осуществления оптический элемент, имеющий функцию оптического модулирования, может использоваться вместо отражающего зеркала 51. Например, может использоваться пространственный оптический модулятор на жидких кристаллах или деформируемое зеркало и т.д. В этом случае могут контролироваться временные характеристики и волновой фронт выходного импульсного света. Также допускается использование конструкции, которая не использует отражающее зеркало, но включает в себя четыре дифракционные решетки или призмы. Также допускается, чтобы в уплотнителе импульсов использовалась призма, которая является дисперсионным элементом, включающим в себя сочетание призмы и решетки.

В описанных выше конфигурациях вариантов осуществления с первого по девятый в качестве оптической усиливающей среды в оптическом усилителе может использоваться твердотельная лазерная среда. Например, могут использоваться титановый сапфир, Nd: YAQ, Yb: KGW и Yb: KYW и т.д. В качестве прозрачной среды 12 может использоваться, например, твердотельная среда, такая как синтетический диоксид кремния. Синтетический диоксид кремния обладает высокой прозрачностью в широком диапазоне волн от ультрафиолетовой области до инфракрасной области и к тому же обладает небольшим коэффициентом теплового расширения, так что он проявляет отличные по термостойкости характеристики. К тому же прозрачная среда 12 может быть другими стеклянными материалами, например боросиликатным стеклом и известковым стеклом, пластмассами, например акрилом и полипропиленом, монокристаллическими материалами, например сапфиром и алмазом, или оптоволокном большого диаметра, например POF (пластиковым оптоволокном).

Фиг. 16 - частичная схема конфигурации оптического усилительного устройства согласно десятому варианту осуществления изобретения. Эта фигура показывает оптическую усиливающую среду 11 и средство 60 стабилизации температуры для стабилизации температуры оптической усиливающей среды 11, включенные в оптический усилитель. На оптическом пути IL располагается оптическая усиливающая среда 11. Конфигурации других частей являются теми же, что и в вариантах осуществления с первого по девятый. Средство 60 стабилизации температуры включает в себя элемент 61 Пельтье, предусмотренный в контакте с оптической усиливающей средой 11, источник 62 питания, который подает электроэнергию элементу 61 Пельтье, и излучатель 63 в контакте с элементом 61 Пельтье. Предоставление средства 60 стабилизации температуры для сохранения температуры оптической усиливающей среды 11 неизменной является эффективным для излучения тепла, сгенерированного внутри оптической усиливающей среды 11 и т.д., так что работа может быть стабилизирована. В качестве альтернативы средство 60 стабилизации температуры может быть излучающим устройством с водяным охлаждением, нагревательным устройством, которое равномерно применяет тепло, или ультразвуковым устройством, которое стабилизирует работу с использованием ультразвука.

Фиг. 17 - частичная схема конфигурации оптического усилительного устройства согласно одиннадцатому варианту осуществления изобретения. Эта фигура показывает прозрачную среду 12 и средство 70 стабилизации температуры для стабилизации температуры этой прозрачной среды 12, включенные в оптический усилитель. На оптическому пути IL располагаются зеркала 13₃ и 13₄ и оптическая усиливающая среда 12. Конфигурации других частей являются теми же, что и в вариантах осуществления с первого по десятый. Средство 70 стабилизации температуры включает в себя элемент 71 Пельтье, предусмотренный в контакте с прозрачной средой 12, источник 72 питания, который подает электроэнергию элементу 71 Пельтье, излучатель 73 с водяным охлаждением, предусмотренный в контакте с элементом 71 Пельтье, циркуляционный насос 74 для подачи охлаждающей воды излучателю 73 с водяным охлаждением через водяной канал Р и водяной бак 75, в который охлаждающая вода, выпущенная из излучателя 73 с водяным охлаждением, возвращается по водяному каналу Р.

В результате предоставления средства 70 стабилизации температуры, которое поддерживает температуру прозрачной среды 12 неизменной (т.е. постоянной), может быть реализована более стабильная работа. Например, когда прозрачной средой 12 является синтетический диоксид кремния, его коэффициент теплового расширения равен приблизительно 5,5×10^-7/°C, так что с помощью обеспечения изменений температуры прозрачной среды 12 находиться в пределах 1°C может быть остановлено расширение прозрачной среды 12 на уровне порядка длины волны. В качестве альтернативы средство 70 стабилизации температуры может быть нагревательным устройством, которое равномерно применяет тепло, или ультразвуковым устройством, которое стабилизирует работу с использованием ультразвука.

В конфигурациях вариантов осуществления изобретения с первого по одиннадцатый в качестве поставщика 30 энергии может использоваться полупроводниковый источник лазерного излучения.

В этом документе в результате использования полупроводникового источника лазерного излучения в качестве поставщика 30 энергии, имеющего длину волны генерации, совпадающую со спектром поглощения оптической усиливающей среды 11, может быть повышена эффективность возбуждения оптической усиливающей среды 11. Когда оптическая усиливающая среда 11 является твердотельной лазерной средой, например, длина волны поглощения у лазерной среды Yb обладает прекрасной согласованностью с длиной волны генерации доступного для приобретения полупроводникового источника лазерного излучения. В этом случае энергия возбуждения передается оптической усиливающей среде 11 с помощью лазерного излучения, так что дихроичное зеркало, которое передает свет полупроводникового источника лазерного излучения, но отражает подлежащий усилению свет, используется предпочтительно в качестве зеркала 13₁.

Фиг. 18 - схема конфигурации оптического усилителя 10М в оптическом усилительном устройстве согласно двенадцатому варианту осуществления изобретения. На этой фигуре иллюстрация поставщика энергии опущена, однако тем же способом, что и в описанных выше вариантах осуществления, он вводит излучение возбуждения в оптический путь IL из подходящего положения, например, тыльной стороны зеркала 13₁. Оптический усилитель 10М, показанный на этой фигуре, также включает в себя средство 24 настройки оптического пути в дополнение к оптической усиливающей среде 11, прозрачной среде 12 и зеркалам 13₁-13₄. Средство 24 настройки оптического пути настраивает и корректирует длину оптического пути IL у подлежащего усилению света в оптическом резонаторе между зеркалом 13₁ и зеркалом 13₂. Средство 24 настройки оптического пути может быть реализовано, например, с использованием оптического элемента модуляции, пьезоэлемента и автоматического механизма привода зеркала и т.д. Когда средство 24 настройки оптического пути использует, например, оптический элемент модуляции, то кристалл KTN, имеющий электрооптический эффект, используется эффективно. С помощью ортогонального размещения осей кристалла KTN свет может настраиваться независимо по двум осям.

Фиг. 19 - схема конфигурации оптического усилителя 10N в оптическом усилительном устройстве согласно тринадцатому варианту осуществления изобретения. На этой фигуре иллюстрация поставщика энергии также опущена, однако он вводит излучение возбуждения в оптическую усиливающую среду 11 из подходящего положения. Полупроводниковое лазерное излучение SL в качестве излучения возбуждения падает внутрь оптической усиливающей среды 11, расположенной на резонансном оптическом пути, через зеркало 13₁. Зеркало 13₁ является полузеркалом. В оптическом усилителе 10N, показанном на этой фигуре, оптическая усиливающая среда 11, прозрачная среда 12, зеркала 13₁-13₆, образующие оптический резонатор, и часть средства 21 поглощения света (обычно служит в качестве средства 22 вывода света) оптически соединяются и объединяются.

Средство 21 захвата света (средство 22 вывода света) включает в себя волновую пластину 14₁, оптический модулятор 15₁, поляризационный светоделитель 16₁, поляризационный светоделитель 16₃, волновую пластину 14₃ и фарадеевский вращатель 17. Волновая пластина 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁ размещаются на резонансном оптическом пути оптического резонатора в оптическом усилителе 10N. Поляризационный светоделитель 16₃, волновая пластина 14₃ и фарадеевский вращатель 17 размещаются между генератором SG излучения затравки и поляризационным светоделителем 16₁ .

Зеркало 13₂, волновая пластина 14₁, оптический модулятор 15₁ и поляризационный светоделитель 16₁ размещаются в выемке прозрачной среды 12. Среди этих элементов зеркало 13₂, волновая пластина 14₁ и оптический модулятор 15₁ прикреплены к одной боковой стенке выемки в прозрачной среде 12, а поляризационный светоделитель 16₁ прикреплен к другой боковой стенке выемки в прозрачной среде 12. Зеркала 13₃ - 13₆ прикреплены к поверхностям стенок прозрачной среды 12.

Зеркало 13₃ отражает свет между оптической усиливающей средой 11 и зеркалом 13₄. Зеркало 13₄ отражает свет между зеркалом 13₃ и зеркалом 13₅. Зеркало 13₅ отражает свет между зеркалом 13₄ и зеркалом 13₆. Зеркало 13₆ отражает свет между зеркалом 13₅ и поляризационным светоделителем 16₁ . Эти зеркала 13₃-13₆ прикрепляются к поверхностям стенок прозрачной среды 12, так что оптический путь подлежащего усилению света задается внутри прозрачной среды 12, как описано выше. Точнее говоря, участки, к которым прикреплены зеркала 13₃-13₆ на поверхностях стенок прозрачной среды 12, наклонены соответствующим образом.

Для объединения соответствующих компонентов может использоваться оптический клей либо может использоваться методика оптического контакта. Согласно методике оптического контакта, без использования связующего вещества удовлетворительное соединение реализуется с помощью оптического полирования и прикрепления соответствующих компонентов друг к другу. В результате объединения соответствующих компонентов может быть получено устройство, которое реализует уменьшение габаритов и стабилизацию.

Фиг. 20 - схема конфигурации оптического усилителя 10Na в примерном варианте оптического усилительного устройства согласно тринадцатому варианту осуществления изобретения. На этой фигуре иллюстрация поставщика энергии также опускается, однако он вводит излучение возбуждения в оптическую усиливающую среду 11 из подходящего положения. Через зеркало 13₁ полупроводниковое лазерное излучение SL в качестве излучения возбуждения попадает внутрь оптической усиливающей среды 11, расположенной на резонансном оптическом пути. Оптический усилитель 10Na, показанный на этой фигуре, отличается от конфигурации, показанной на фиг. 19, тем, что уплотнитель 50 импульсов также оптически соединяется и объединяется, как и оптическая усиливающая среда 11, прозрачная среда 12, зеркала 13₁-13₆, образующие оптический резонатор, и часть средства 21 захвата света (обычно служащая в качестве средства 22 вывода света). Уплотнитель 50 импульсов, показанный на этой фигуре, имеет ту же конфигурацию, что и уплотнитель 50с импульсов, показанный на фиг. 14. В результате объединения уплотнителя 50 импульсов также может быть реализовано дополнительное уменьшение габаритов.

Здесь вместо оптического соединения соответствующих компонентов также допускается, чтобы оптические элементы, имеющие соответствующие функции, формировались в прозрачной среде 12 и объединялись с использованием методики оптической механической обработки, использующей фемтосекундное лазерное излучение и т.д.

Фиг. 21 - схема конфигурации оптического усилителя 10Р в оптическом усилительном устройстве согласно четырнадцатому варианту осуществления изобретения. На этой фигуре иллюстрация поставщика энергии также опускается, однако он вводит излучение возбуждения в оптическую усиливающую среду 11 из подходящего положения. В оптическом усилителе 10Р, показанном на этой фигуре, участки, где свет падает и испускается из оптической усиливающей среда 11, покрываются слабоотражающими покрытиями AR₁₁ и AR₁₂, участки, где свет падает и испускается из прозрачной среды 12, покрываются слабоотражающими покрытиями AR₂₁ и AR₂₂, и участки, на которых свет отражается от прозрачной среды 12, покрываются высокоотражающими покрытиями HR₂₁-HR₂₄.

По сравнению со случаем, где слабоотражающие покрытия не наносятся, отражательная способность уменьшается, и потеря при падении света и излучении из усиливающей свет среды 11 или прозрачной среды 12 снижается с помощью слабоотражающих покрытий. По сравнению со случаем, где высокоотражающие покрытия не наносятся, отражательная способность увеличивается с помощью высокоотражающих покрытий. Высокоотражающие покрытия HR₂₁ - HR₂₄ на прозрачной среде 12 служат в качестве зеркал, объединенных с прозрачной средой 12.

Слабоотражающие покрытия и высокоотражающие покрытия могут быть реализованы с помощью многослойного диэлектрического покрытия. Высокоотражающие покрытия могут реализовываться даже с помощью металлической пленки. Слабоотражающие покрытия или высокоотражающие покрытия образуются непосредственно на оптической усиливающей среде 11 или прозрачной среде 12, так что стабильные операции могут быть реализованы без необходимости в настройке.

Более того, на поверхностях стенок прозрачной среды 12 может быть образована сеточная пленка, и может быть временно добавлена не только функция зеркала, но также и функция расширения импульсного света. В этом случае предоставляется та же функция, что и у расширителя импульсов, поэтому расширитель импульсов может быть уменьшен в габаритах, и нет необходимости отдельно обеспечивать расширитель импульсов.

Фиг. 22 - схема конфигурации оптического усилителя 10Q в оптическом усилительном устройстве согласно пятнадцатому варианту осуществления изобретения. На этой фигуре иллюстрация поставщика энергии также опускается, однако он вводит излучение возбуждения в оптическую усиливающую среду 11 из подходящего положения. Через зеркало 13₁ полупроводниковое лазерное излучение SL в качестве излучения возбуждения попадает внутрь оптической усиливающей среды 11, расположенной на резонансном оптическом пути. В оптическом усилителе 10Q, показанном на этой фигуре, участки, на которых свет отражается от прозрачной среды 12, покрываются высокоотражающими покрытиями HR₂₁-HR₂₄. Углы падения и испускания света на участках, где свет падает или испускается из оптической усиливающей среды 11 и прозрачной среды 12, являются углами Брюстера, и формы и размещение оптической усиливающей среды 11 и прозрачной среды 12 соответственно задаются так, чтобы углы соответствовали углам Брюстера.

Как показано на этой фигуре, посредством прикрепления треугольных блоков 121 и 122, выполненных из того же материала, что и прозрачная среда 12, на участки падения и испускания света в прозрачной среде 12 углы падения и испускания света могут быть заданы углами Брюстера, и могут быть уменьшены потери при падении и испускании света. Для прикрепления треугольных блоков 121 и 122 может использоваться оптический клей или методика оптического контакта. В результате использования участка, имеющего угол Брюстера, в качестве входного/выходного ответвителя по отношению к направлению поляризации света может быть реализована та же функция, что и у поляризационного светоделителя.

Фиг. 23 - схема конфигурации оптического усилителя 10Qa в примерном варианте оптического усилительного устройства согласно пятнадцатому варианту осуществления изобретения. В показанной на фиг. 22 конфигурации треугольные блоки 121 и 122 прикрепляются к прозрачной среде 12, а с другой стороны, в показанной на фиг. 23 конфигурации углы падения и излучения света задаются углами Брюстера посредством корректировки профилей участков падения и испускания света в прозрачной среде 12. В этом случае в результате использования участка с углом Брюстера в качестве входного/выходного ответвителя по отношению к направлению поляризации света также может быть реализована та же функция, что и у поляризационного светоделителя.

Фиг. 24 - схема конфигурации оптического усилителя 10Qb в примерном варианте оптического усилительного устройства согласно пятнадцатому варианту осуществления изобретения. В показанной на фиг. 22 конфигурации высокоотражающие покрытия HR₂₁-HR₂₄, нанесенные на участки, где свет отражается от прозрачной среды 12, являются параллельными друг другу, а с другой стороны, в показанной на фиг. 24 конфигурации высокоотражающие покрытия HR₂₁ и HR₂₄ имеют наклон. К тому же треугольные блоки 123 и 124, изготовленные из того же материала, что и прозрачная среда 12, прикрепляются к отражающим областям прозрачной среды 12, так что высокоотражающие покрытия HR₂₁ и HR₂₄ будут иметь наклон, и эти треугольные блоки 123 и 124 покрываются высокоотражающими покрытиями HR₂₁ и HR₂₄. В результате соответственного проектирования углов у треугольных блоков 123 и 124 оптический путь может быть задан таким образом, что свет отражается с произвольным углом к внутренней части прозрачной среды 12.

Фиг. 25 - схема конфигурации оптического усилителя 10Qc в примерном варианте оптического усилительного устройства согласно пятнадцатому варианту осуществления изобретения. В показанной на фиг. 23 конфигурации высокоотражающие покрытия HR₂₁-HR₂₄, нанесенные на участки, где свет отражается от прозрачной среды 12, являются параллельными друг другу, а с другой стороны, в показанной на фиг. 25 конфигурации высокоотражающие покрытия HR₂₁ и HR₂₄ имеют наклон. К тому же треугольные блоки прикрепляются к прозрачной среде 12 для наклона высокоотражающих покрытий HR₂₁ и HR₂₄ в показанной на фиг. 24 конфигурации, а с другой стороны, в показанной на фиг. 25 конфигурации высокоотражающие покрытия HR₂₁ и HR₂₄ наклоняются с помощью корректировки форм отражающих участков прозрачной среды 12. Таким образом, одинаковый эффект получается даже при формировании соответствующих углов на прозрачной среде 12 и нанесении высокоотражающих покрытий вместо прикрепления треугольных блоков.

Прозрачная среда 12, описанная выше, схематически имеет форму прямоугольного параллелепипеда, и свет падает на одну торцевую грань и свет испускается из противоположной торцевой грани, и свет совершает возвратно-поступательное движение между торцевыми гранями. Однако могут быть различные примерные варианты формы прозрачной среды 12 и оптического пути света внутри прозрачной среды 12. Фиг. с 26 по 30 иллюстрируют видами, различные примеры конфигураций прозрачной среды 12, соответственно, в оптическом усилительном устройстве согласно шестнадцатому варианту осуществления изобретения.

Прозрачная среда 12а, показанная на фиг. 26, схематически имеет форму прямоугольного параллелепипеда, и заданный угол прямоугольного участка скашивается и покрывается слабоотражающим покрытием AR₂₁, а другой заданный угол скашивается и покрывается слабоотражающим покрытием AR₂₂, и участки, скошенные и покрытые слабоотражающими покрытиями AR₂₁ и AR₂₂, являются участками падения и испускания света. В этой прозрачной среде 12а, когда распространяющийся внутри свет отражается от поверхности стенки, угол падения на поверхность стенки равен критическому углу или больше. Например, когда прозрачная среда 12а изготовлена из синтетического диоксида кремния, ее показатель преломления равен приблизительно 1,45, так что критический угол с воздухом равен приблизительно 43,6°. Поэтому, когда свет, распространяющийся внутри прозрачной среды 12а, выполненный из синтетического диоксида кремния, перемещается на угол в 45 градусов с поверхностью стенки, свет полностью отражается поверхностью стенки (граница раздела синтетического диоксида кремния и воздуха). Поэтому в этом случае отсутствует необходимость в высокоотражающем покрытии на отражающем участке. Падающий свет I1 отражается множество раз от внутренней поверхности боковой грани прозрачной среды 12а, так что оптический путь распространяющегося внутри света поворачивается перпендикулярно и испускается в виде света I2 из прозрачной среды 12а.

Прозрачная среда 12b, показанная на фиг. 27, схематически имеет форму прямоугольного параллелепипеда, и два заданных угла прямоугольного участка скашиваются, и свет падает и испускается из скошенных областей под углом Брюстера, а распространяющийся внутри свет перемещается на угол в 45 градусов с поверхностью стенки прозрачной среды 12b.

В этих прозрачных средах 12а и 12b области падения и испускания света покрываются слабоотражающими покрытиями либо угол падения и излучения света задается углом Брюстера, чтобы дать возможность остановить потерю входной и выходной мощности. Например, когда прозрачные среды 12а и 12b имеют прямоугольное сечение приблизительно 50 мм кв., распространяющийся внутри прозрачных сред 12а и 12b свет многократно отражается с интервалами в 7 мм на поверхностях стенок, и соответственно свет может выполнить семь проходов внутри прозрачных сред 12a и 12b, и оптический путь увеличивается приблизительно на 1 м. В этом случае, например, когда показатель преломления прозрачных сред 12a и 12b равен 1,5, получается длина оптического пути приблизительно в 1,5 м.

Прозрачная среда 12с, показанная на фиг. 28, имеет гексагональную столбчатую форму. Как правило, прозрачная среда может иметь многоугольный столб, имеющий пять или более сторон. Например, когда прозрачная среда изготавливается из синтетического диоксида кремния путем придания этой прозрачной среде формы многоугольного столба, имеющего пять или более сторон, перемещающийся внутри прозрачной среды свет попадает на поверхность стенки прозрачной среды под углом падения в 45 градусов или более и полностью отражается, так что не требуются высокоотражающие покрытия. Когда прозрачной среде придается форма многоугольного столба, имеющего пять или более сторон, угол отражения становится больше, чем в случае формы прямоугольного параллелепипеда, так что условия полного внутреннего отражения легко удовлетворяются. Свет I1, падающий на прозрачную среду 12с, перемещается вместе с вращением вокруг оси многоугольного столба внутри прозрачной среды 12с и испускается в виде света I2. Оптический путь света, распространяющегося внутри прозрачной среды 12с, поворачивается практически на тот же угол, что и угол боковых граней многоугольника в прозрачной среде 12с.

Как показано на этой фигуре, в результате формирования многоугольной столбчатой формы с помощью расширения части квадратного столба его можно расположить так, что распространяющийся внутри прозрачной среды свет перемещается, чтобы циркулировать внутри прозрачной среды без прохождения по тому же оптическому пути. Соответствующие углы многоугольного столба являются одним и тем же углом, так что углы падения на поверхности стенок прозрачной среды также могут быть зафиксированы. В результате нанесения слабоотражающих покрытий AR₂₁ и AR₂₂ на области падения и испускания света можно остановить потерю падения и испускания света. Здесь, в частности когда многоугольный столб является шестиугольным столбом, грани входа и выхода света могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы составить 90 градусов с оптической осью. Путем нанесения слабоотражающих покрытий AR₂₁ и AR₂₂ на участки входа и выхода потеря может быть дополнительно снижена. Более того, даже в этом случае входные и выходные участки могут иметь формы с углом Брюстера.

Прозрачная среда 12d, показанная на фиг. 29, имеет участки падения света, покрытые слабоотражающими покрытиями AR₂₁ и AR₂₂, и поверхности стенок отражающих участков наклоняются так, что распространяющийся внутри свет падает на поверхность стенки (отличной от областей падения света) под углом падения в 45 градусов. Фиг. 29(а) является видом сверху, а Фиг. 29(b) является видом в разрезе. Например, когда прозрачная среда 12d выполнена из синтетического диоксида кремния, распространяющийся внутри свет падает на отражающие участки под углом падения, равным критическому углу или более, и полностью отражается перпендикулярно, так что нет необходимости наносить высокоотражающие покрытия на поверхности стенок. Поверхностям стенок может быть придана такая форма, чтобы полностью отражать свет под углом в 45 градусов горизонтально. Свет I1, падающий на прозрачную среду 12d, отражается внутри множество раз наряду с изменением его высоты в направлении толщины и выводится наружу в виде света I2.

Прозрачная среда 12е, показанная на фиг. 30, схематически имеет форму прямоугольного параллелепипеда, треугольные блоки 121 и 122, выполненные из того же материала, прикрепляются к участками падения и испускания света, и поверхности падения и испускания света у треугольных блоков 121 и 122 покрываются слабоотражающими покрытиями AR₂₁ и AR₂₂. Эта прозрачная среда 12е многократно полностью отражает свет I1, введенный в слабоотражающее покрытие AR₂₁ треугольного блока 121 посредством соответствующих поверхностей стенок, и вынуждает свет перемещаться по спирали, и после этого выводит свет I2 наружу из слабоотражающего покрытия AR₂₂ треугольного блока 122. Например, в случае, где прозрачная среда 12е выполняется из синтетического диоксида кремния, когда свет, распространяющийся внутри прозрачной среды 12е, перемещается на угол в 45 градусов с поверхностями стенок, он полностью отражается соответствующими поверхностями стенок, так что поверхности стенок не нужно покрывать слабоотражающими покрытиями.

Более того, также в результате конфигурирования легкого наклона оптического пути вертикально внутри прозрачной среды 12е свет распространяется по спирали внутри прозрачной среды 12, так что может быть получена большая длина оптического пути. Здесь форма прозрачной среды может быть многоугольной столбчатой формой, имеющей пять или более сторон. С помощью придания формы участкам входа и выхода, чтобы получить подходящий угол с оптической осью, и нанесения слабоотражающих покрытий на эти участки или с помощью придания формы, чтобы получить угол Брюстера, можно остановить потерю входной и выходной мощности.

Часть или все прозрачные элементы 12а-12е в большинстве случаев могут служить в качестве оптической усиливающей среды 11.

Фиг. 31 - схема конфигурации оптического усилительного устройства 1R согласно семнадцатому варианту осуществления изобретения. Оптическое усилительное устройство 1R, показанное на этом чертеже, включает в себя оптический усилитель 10R, включающий в себя оптическую усиливающую среду 11 и прозрачную среду 12, и поставщика 30 энергии, и этот оптический усилитель 10R и поставщик 30 энергии помещаются в вакуумный сосуд 80. Во внутреннем пространстве вакуумного сосуда 80 можно сделать атмосферу с пониженным давлением. В этом случае стабилизация реализуется в результате распространения света в вакууме. Например, когда генератор излучения затравки и поставщик энергии стабильны сами по себе или они не позволяют выводить распространение в атмосферу, как волоконный источник лазерного излучения, они могут быть установлены вне вакуумного сосуда 80.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть применено к оптическому усилительному устройству.

Устройство относится к оптическим усилителям. Устройство содержит: оптический усилитель, включающий в себя оптическую усиливающую среду (11), которая оптически усиливает подлежащий усилению свет, и прозрачную среду (12), через которую подлежащий усилению свет проходит множество раз; и "источник (30) энергии, который поставляет энергию возбуждения оптической усиливающей среде (11). Причем множество компонентов, включая оптическую усиливающую среду (11) и прозрачную среду (12) оптического усилителя, объединены. При этом прозрачная среда (12) имеет: форму прямоугольного параллелепипеда или многоугольного столба, имеющего пять или более сторон, и причем свет (II), падающий на прозрачную среду (12), полностью отражается поверхностями стенок прозрачной среды (12), перемещаясь вместе с вращением внутри прозрачной среды (12). Технический результат заключается в обеспечении возможностей уменьшения размера, увеличения мощности и стабилизации устройства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 33 ил.

1. Оптическое усилительное устройство, содержащее: оптический усилитель, включающий в себя оптическую усиливающую среду (11), которая оптически усиливает подлежащий усилению свет, и прозрачную среду (12), через которую подлежащий усилению свет проходит множество раз; и источник (30) энергии, который поставляет энергию возбуждения оптической усиливающей среде (11), причем множество компонентов, включая оптическую усиливающую среду (11) и прозрачную среду (12) оптического усилителя, объединены, причем прозрачная среда (12) имеет: форму прямоугольного параллелепипеда или многоугольного столба, имеющего пять или более сторон, и причем свет (11), падающий на прозрачную среду (12), полностью отражается поверхностями стенок прозрачной среды (12), перемещаясь вместе с вращением, внутри прозрачной среды (12).

2. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором оптический усилитель вводит подлежащий усилению свет извне и оптически усиливает подлежащий усилению свет с помощью принуждения усиленного света пройти через оптическую усиливающую среду множество раз.

3. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором оптический усилитель включает в себя оптический резонатор, который резонирует подлежащий усилению свет и имеет оптическую усиливающую среду (11) и прозрачную среду (12) на резонансном оптическом пути в оптическом резонаторе, и причем оптический резонатор объединен вместе с объединенными оптической усиливающей средой (11) и прозрачной средой (12).

4. Оптическое усилительное устройство по п.3, в котором оптический усилитель дополнительно включает в себя: средство (21) захвата света, которое предусматривается на резонансном оптическом пути и захватывает подлежащий усилению свет в резонансный оптический путь снаружи оптического резонатора; и средство (22) вывода света, которое предусматривается на резонансном оптическом пути и выводит подлежащий усилению свет, который оптически усиливался внутри оптического резонатора в течение заранее установленного периода, за пределы оптического резонатора, причем средство (21) захвата света и средство (22) вывода света объединены вместе с объединенными оптической усиливающей средой (11) и прозрачной средой (12).

5. Оптическое усилительное устройство, в котором оптическое усилительное устройство по п.3 используется в качестве первого оптического усилительного устройства, свет, произведенный из первого оптического усилительного устройства, используется в качестве излучения затравки, оптическое усилительное устройство по п.2 или 4 используется в качестве второго оптического усилительного устройства, и излучение затравки оптически усиливается вторым оптическим усилительным устройством и выводится.

6. Оптическое усилительное устройство по п.5, в котором первое оптическое усилительное устройство и второе оптическое усилительное устройство совместно используют оптическую усиливающую среду, прозрачную среду или источники энергии.

7. Оптическое усилительное устройство по любому из пп.1-6, в котором подлежащий усилению свет является импульсным светом.

8. Оптическое усилительное устройство по п.7, дополнительно содержащее: оптическую систему (23) задержки, которая задерживает свет, причем оптическое усилительное устройство использует свет, произведенный оптическим усилителем, в качестве излучения затравки, задерживает излучение затравки с помощью оптической системы (23) задержки, и оптически усиливает задержанное излучение затравки с помощью оптического усилителя и выводит его.

9. Оптическое усилительное устройство по п.7, дополнительно содержащее: расширитель (40) импульсов, который расширяет длительность импульса подлежащего усилению света, который нужно ввести в оптическую усиливающую среду (11), причем расширитель (40) импульсов объединен вместе с объединенными оптической усиливающей средой (11) и прозрачной средой (12).

10. Оптическое усилительное устройство по п.7, в котором прозрачная среда (12) расширяет длительность импульса подлежащего усилению света, который нужно ввести в оптическую усиливающую среду.

11. Оптическое усилительное устройство по п.7, дополнительно содержащее: уплотнитель (50) импульсов, который сжимает длительность импульса подлежащего усилению света, который оптически усиливается и выводится из оптической усиливающей среды (11), причем уплотнитель (50) импульсов объединен вместе с объединенными оптической усиливающей средой (11) и прозрачной средой (12).

12. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором по меньшей мере либо оптическая усиливающая среда (11), либо прозрачная среда (12) является твердотельной.

13. Оптическое усилительное устройство по п.12, дополнительно содержащее: средство (60, 70) стабилизации температуры для стабилизации температуры по меньшей мере либо оптической усиливающей среды (11), либо прозрачной среды (12).

14. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором источник (30) энергии включает в себя полупроводниковый лазерный элемент, который позволяет обеспечить энергию возбуждения в виде света, которую источник энергии должен передать оптической усиливающей среде (11).

15. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором оптический усилитель дополнительно включает в себя средство настройки оптического пути для настройки оптического пути подлежащего усилению света.

16. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором любой участок, на который падает или с которого испускается подлежащий усилению свет в оптической усиливающей среде (11) или прозрачной среде (12), покрыт слабоотражающим покрытием.

17. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором любой участок, на который отражается подлежащий усилению свет в оптической усиливающей среде (11) или прозрачной среде (12), покрыт высокоотражающим покрытием.

18. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором угол падения/испускания света на любом участке, на который падает или с которого испускается подлежащий усилению свет в оптической усиливающей среде (11) или прозрачной среде (12), является углом Брюстера.

19. Оптическое усилительное устройство по п.1, в котором прозрачная среда (12) полностью отражает подлежащий усилению свет, распространяющийся внутри, с помощью внутренних поверхностей стенок.

20. Оптическое усилительное устройство по п.1, дополнительно содержащее: вакуумный сосуд (60), который содержит оптический усилитель и источник (30) энергии в своем внутреннем пространстве и создает во внутреннем пространстве атмосферу с пониженным давлением.