JP6420726B2 - レーザ増幅システム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ増幅システムに関する。

レーザ増幅システムには、種々の増幅方式がある。増幅方式の一つとして、励起光を用いてレーザ光を増幅する光励起方式が知られている。光励起方式では、例えば、励起光及びレーザ光がレーザ利得媒質に照射される。

励起光は、レーザ光を増幅するためのエネルギー源として用いられる。励起光の一部は、レーザ利得媒質に入射すると、レーザ利得媒質に吸収される。励起光の一部がレーザ利得媒質に吸収されることによって、レーザ利得媒質は、励起状態となる。そして、励起状態のレーザ利得媒質は、レーザ光と相互作用することにより、エネルギーをレーザ光に与える。

しかしながら、レーザ利得媒質に入射した励起光の全てがレーザ利得媒質に吸収されるわけではない。レーザ利得媒質に吸収されなかった励起光は、レーザ光の増幅に寄与することなく、レーザ利得媒質を透過する。

レーザ利得媒質を透過した励起光を有効に活用する方法の一つとして、特許文献１は、次のレーザシステムを開示している。特許文献１に開示されたレーザシステムは、励起源レーザと、主レーザと、帰還路とを備える。励起源レーザから出力された励起光は、主レーザに入射される。主レーザを透過した透過光は、帰還路を経由して励起源レーザに帰還する。

特開平１−９５５８０号公報

本発明の目的は、レーザ利得媒質を透過した励起光を有効に活用することができるレーザ増幅システムを提供することである。

以下に、「発明を実施するための形態」で使用される符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」との対応関係を明確にするために付加されたものである。これらの符号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いられるものではない。

実施の形態におけるレーザ増幅システムは、
励起光源（１）と、
前記励起光源から出力された励起光（ＥＬ）が供給されるレーザ利得媒質（２）と、
前記励起光源と前記レーザ利得媒質との間に配置されている励起光供給経路（ＯＰ_ＥＬ）と、
前記レーザ利得媒質を透過した励起光が帰還光（ＥＬ_ＲＥ）として前記レーザ利得媒質へ帰還するための帰還経路（ＯＰ_ＲＥ）と、
前記帰還経路に配置されており、前記帰還光の光学特性を変える光学特性変換器（３）と、
前記励起光供給経路に配置されており、前記励起光源から出力された前記励起光と、前記光学特性変換器によって光学特性が変化した前記帰還光とを合流させる励起光合流器（４）と
を有する。

前記光学特性変換器は、前記帰還光の偏光状態を第１偏光状態から第２偏光状態に変換する光偏光素子（３０）を含んでいてもよい。
前記励起光合流器は、第１光学素子（４０）を含んでいてもよい。
前記第１光学素子（４０）は、
前記励起光源から出力された前記第１偏光状態の前記励起光と、前記光偏光素子によって変換された前記第２偏光状態の前記帰還光とのうちの一方を透過させるとともに、
前記励起光源から出力された前記第１偏光状態の前記励起光と、前記光偏光素子によって変換された前記第２偏光状態の前記帰還光とのうちの一方を反射させてもよい。

前記光学特性変換器は、前記帰還光の波長を第１波長から第２波長に変換する波長変換素子（３１）を含んでいてもよい。
前記励起光合流器は、第２光学素子（４１）を含んでいてもよい。
前記第２光学素子は、
前記励起光源から出力された前記第１波長の前記励起光と、前記波長変換素子によって変換された前記第２波長の前記帰還光とのうちの一方を透過させるとともに、
前記励起光源から出力された前記第１波長の前記励起光と、前記波長変換素子によって変換された前記第２波長の前記帰還光とのうちの一方を反射させてもよい。

前記レーザ増幅システムは、
前記励起光供給経路に配置されている第１偏波保持ファイバ（５_１）と、
前記励起光源と前記光学特性変換器との間に配置されており、前記励起光源から出力された前記励起光を前記第１偏波保持ファイバへ導入するための第１光学レンズ（６_１）と
を更に有していてもよい。

前記レーザ増幅システムは、
前記帰還経路に配置されている第２偏波保持ファイバ（５_２）と、
前記レーザ利得媒質を透過した励起光としての前記帰還光を前記第２偏波保持ファイバへ導入する第２光学レンズ（６_２）と
を更に有していてもよい。

前記光学特性変換器は、半波長板であってもよい。
前記励起光合流器は、偏光子であってもよい。

レーザ利得媒質を透過した励起光を有効に活用することができるレーザ増幅システムが提供される。

図１は、光励起方式においてレーザ利得媒質を透過する励起光を説明するための模式図である。 図２は、図１に示すレーザ利得媒質が適用されたレーザ増幅システムの一例を示すブロック図である。 図３は、レーザ増幅システムＳＹＳ１の構成例を示すブロック図である。 図４は、励起光の伝搬経路に着目したレーザ増幅システムＳＹＳ１のブロック図である。 図５Ａは、帰還光ＥＬ_ＲＥが帰還経路ＯＰ_ＲＥを１回目に通る場合のレーザ増幅システムＳＹＳ１を示すブロック図である。 図５Ｂは、帰還光ＥＬ_ＲＥが帰還経路ＯＰ_ＲＥを２回目に通る場合のレーザ増幅システムＳＹＳ１を示すブロック図である。 図６は、レーザ増幅システムＳＹＳ１の具体的な構成例を示す模式図である。 図７は、レーザ増幅システムＳＹＳ１ａの構成例を示す模式図である。 図８は、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｂの構成例を示す模式図である。 図９は、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｃの構成例を示す模式図である。 図１０は、励起光の伝搬経路に着目したレーザ増幅システムＳＹＳ１ｄのブロック図である。 図１１は、励起光の伝搬経路に着目したレーザ増幅システムＳＹＳ１ｅのブロック図である。 図１２は、レーザ増幅システムＳＹＳ１が適用されたレーザシステムＳＹＳ２の構成例を示すブロック図である。 図１３は、光共振器として用いられたレーザ増幅システムＳＹＳ１ｆの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に関連づけて説明する。

１．本発明者によって認識された事項
初めに、レーザ利得媒質を透過する励起光について述べる。図１は、光励起方式においてレーザ利得媒質を透過する励起光を説明するための模式図である。図１（ａ）は、Ｘ−Ｙ平面に配置されたレーザ利得媒質ａ１の上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ１−Ｘ１におけるレーザ利得媒質ａ１の断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）の説明では、励起光の照射方式として、端面励起型（End Pump）を例に挙げる。なお、以下の説明は、側面励起型（Side Pump）方式についても成り立つ。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、端面励起型では、例えば、励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌが、レーザ利得媒質ａ１の入射面ａ１１に同軸に照射される。レーザ光Ｌは、レーザ利得媒質ａ１に入射すると、レーザ利得媒質ａ１の中を直進し、出射面ａ１２から出射する。レーザ光Ｌは、レーザ利得媒質ａ１において、励起光ＥＬからエネルギーを受ける。その結果、レーザ光Ｌは、増幅される。言い換えれば、レーザ光は励起光と重なるレーザ利得媒質中の領域で増幅されると言える。レーザ光Ｌと同様に、励起光ＥＬも、レーザ利得媒質ａ１に入射すると、レーザ利得媒質ａ１の中を進み、出射面ａ１２から出射する。

レーザ光Ｌと比べると、励起を目的とする励起光ＥＬには、高いビーム品質が要求されない。また、レーザ利得媒質ａ１に入射した励起光ＥＬの全てがレーザ利得媒質ａ１に吸収されるわけではない。レーザ利得媒質ａ１に吸収されなかった励起光ＥＬは、比較的高いエネルギーを持ったまま、レーザ利得媒質ａ１の出射面ａ１２から出射する。

図２は、図１に示すレーザ利得媒質が適用されたレーザ増幅システムの一例を示すブロック図である。図２に示すレーザ増幅システムは、レーザ利得媒質ａ１を透過した励起光（ＥＬ_ＲＥ）を再利用することができるように構成されている。具体的には、レーザ増幅システムは、例えば、レーザ利得媒質ａ１と、励起光源ａ２とを有する。

励起光源ａ２とレーザ利得媒質ａ１の入射面ａ１１との間には、励起光供給経路ＯＰａが配置されている。レーザ利得媒質ａ１の出射面ａ１２と励起光源ａ２との間には、帰還経路ＯＰ_ｂが設けられている。レーザ光Ｌは、レーザ増幅システムの外部からレーザ利得媒質ａ１へ供給される。

図２に示すレーザ増幅システムは、次のように動作する。先ず、励起光源ａ２が励起光ＥＬを発生させる。そして、発生された励起光ＥＬがレーザ光Ｌとともに、レーザ利得媒質ａ１に供給される。レーザ利得媒質ａ１の中で増幅されたレーザ光Ｌは、レーザ利得媒質ａ１から出力される。

一方、レーザ利得媒質ａ１を透過した励起光は、帰還光ＥＬ_ＲＥとして、帰還経路ＯＰ_ｂを経由して励起光源ａ２に導入される。即ち、帰還光ＥＬ_ＲＥは、励起光源ａ２に帰還する。そして、励起光源ａ２は、新たに発生させた励起光とともに、帰還光ＥＬ_ＲＥを出力する。

しかしながら、図２に示すレーザ増幅システムの場合、適用可能な励起光源ａ２の構成に制限がある。レーザ利得媒質ａ１を透過した励起光を再利用するため、励起光を導入できるように励起光源ａ２が構成されている。

例えば、励起光源ａ２として固体レーザ利得媒質を適用する場合を考える。固体レーザ利得媒質の場合、励起光を外部から固体レーザ利得媒質に導入することは、技術的に可能である。しかしながら、例えば、励起光源ａ２として半導体レーザ装置を適用する場合、励起光を外部から半導体レーザ装置に導入することは、技術的に困難である。その理由としては、半導体レーザ装置の構造上、活性領域に励起光を導入することが難しいためである。

図２に示すレーザ増幅システムの場合、たとえ、励起光自体を導入できるように励起光源ａ２が構成されていても、励起光源ａ２の照射精度が下がる場合がある。照射精度が下がる理由は、励起光源ａ２に帰還した励起光ＥＬを、励起光源ａ２によって新たに発生された励起光と同軸及び同径で励起光源ａ２から出力することが難しいためである。

２．第１の実施の形態
２．１．概要
第１の実施の形態の概要について説明する。図３は、レーザ増幅システムＳＹＳ１の構成例を示すブロック図である。レーザ増幅システムＳＹＳ１は、励起光源１の構成に依存することなく、レーザ利得媒質２を透過した励起光（ＥＬ_ＲＥ）を回収して再利用することができるレーザ増幅システムである。図３に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１は、レーザ利得媒質２を透過した励起光（ＥＬ_ＲＥ）が励起光源１ではなくレーザ利得媒質２へ帰還するように構成されている。

レーザ利得媒質２を透過した励起光が帰還光ＥＬ_ＲＥとしてレーザ利得媒質２に帰還するためには、励起光源１とレーザ利得媒質２との間で、帰還光ＥＬ_ＲＥが励起光源１から出力された励起光ＥＬと合流すればよい。そのため、光学特性変換器３及び励起光合流器４が設けられている。

（構成）
レーザ増幅システムＳＹＳ１は、次のように構成されている。レーザ増幅システムＳＹＳ１は、励起光源１と、レーザ利得媒質２と、光学特性変換器３と、励起光合流器４と、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬと、帰還経路ＯＰ_ＲＥとを有する。

レーザ増幅システムＳＹＳ１は、励起光を用いてレーザ光を増幅する光励起方式のレーザ増幅システムである。励起光の照射方式として、端面励起型を例に挙げる。なお、端面励起型の代わりに、側面励起型を用いてもよい。レーザ増幅システムＳＹＳ１は、例えば、連続発振方式である。

レーザ利得媒質２は、入射面２１と、出射面２２とを備える。入射面２１は、レーザ光Ｌ、励起光ＥＬ（後述の帰還光ＥＬ_ＲＥを含む）が入射する面である。出射面２２は、レーザ光Ｌ、及びレーザ利得媒質２を透過した励起光が出射する面である。レーザ利得媒質２には、種光源から出力されたレーザ光Ｌと、励起光源１から出力された励起光ＥＬとが供給される。

励起光供給経路ＯＰ_ＥＬは、励起光源１とレーザ利得媒質２との間に配置されている。言い換えれば、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬは、励起光源１からレーザ利得媒質２の入射面２１までの光路である。

帰還経路ＯＰ_ＲＥは、レーザ利得媒質２を透過した励起光が帰還光ＥＬ_ＲＥとしてレーザ利得媒質２へ帰還するための経路の一部である。具体的には、帰還経路ＯＰ_ＲＥは、レーザ利得媒質２の出射面２２から光学特性変換器３を経由した励起光合流器４までの光路である。

光学特性変換器３は、帰還経路ＯＰ_ＲＥに配置されており、帰還光ＥＬ_ＲＥの光学特性を変える。

励起光合流器４は、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに配置されており、励起光源１から出力された励起光ＥＬと、光学特性変換器３によって光学特性が変化した帰還光ＥＬ_ＲＥとを合流させる。

（動作）
レーザ増幅システムＳＹＳ１は、次のように動作する。図３に示すように、励起光源１は、励起光ＥＬを励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに供給している。レーザ利得媒質２には、種光源から出力されたレーザ光Ｌと、励起光源１から出力された励起光ＥＬとが励起光供給経路ＯＰ_ＥＬを通って供給される。レーザ光Ｌは、レーザ利得媒質２で増幅され、レーザ利得媒質２から出力される。

一方、励起光ＥＬの一部は、レーザ利得媒質２を励起する。励起光の一部は、レーザ利得媒質２を透過する。レーザ利得媒質２を透過した励起光は、帰還光ＥＬ_ＲＥとして帰還経路ＯＰ_ＲＥに供給される。光学特性変換器３は、帰還光ＥＬ_ＲＥを受光し、受光した帰還光ＥＬ_ＲＥの光学特性を変える。そして、励起光合流器４は、励起光源１から出力された励起光ＥＬと、光学特性変換器３によって光学特性が変化した帰還光ＥＬ_ＲＥとを合流させる。そして、帰還光ＥＬ_ＲＥは、励起光合流器４で合流した励起光ＥＬとともに、レーザ利得媒質２に供給される。つまり、レーザ利得媒質２を透過した励起光が帰還経路ＯＰ_ＲＥを通ってレーザ利得媒質２に帰還する。

（効果）
上述のように、レーザ増幅システムＳＹＳ１は、レーザ利得媒質２を透過した励起光が励起光源１ではなくレーザ利得媒質２に帰還するように構成されている。そのため、励起光源１の構成に依存することなく、レーザ利得媒質２を透過した励起光を回収することができる。更には、レーザ利得媒質２を透過した励起光が励起光源１に帰還しないので、励起光源１の照射精度が下がることが抑制される。

２．２．光学特性変換器・励起光合流器
励起光は光である。したがって、励起光は、光学特性を持っている。光学特性は、例えば、偏光状態、又は波長を含む。励起光源とレーザ利得媒質との間で、帰還光が励起光源から出力された励起光と合流するために、光学特性変換器、及び励起光合流器が配置される。

以下に、光学特性変換器、及び励起光合流器の構成について説明する。図４は、励起光の伝搬経路に着目したレーザ増幅システムＳＹＳ１のブロック図である。なお、図４の説明では、レーザ光に関する説明を省略する。

（構成）
始めに、光学特性変換器３、及び励起光合流器４の構成について述べる。図４に示すように、光学特性変換器（３）は、例えば、光偏光素子３０である。光偏光素子３０は、光の光学特性を変える素子である。第１の実施の形態では、光偏光素子３０は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を変える。具体的には、光偏光素子３０は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を第１偏光状態（例えば、縦偏光）から第２偏光状態（例えば、横偏光）に変える。光偏光素子３０は、例えば、半波長板（λ／２板）である。

励起光合流器（４）は、例えば、第１光学素子４０である。第１光学素子４０は、特定の光学特性を持つ光を透過させ、他の光学特性を持つ光を反射させる素子である。簡単に言えば、第１光学素子４０は、特定の光学特性を持つ光を透過させるフィルタの役目と、他の光学特性を持つ光を反射させるミラーの役目を併せ持つ。第１の実施の形態では、第１光学素子４０は、励起光源１から出力された第１偏光状態（例えば、縦偏光）の励起光ＥＬを透過させ、光偏光素子３０によって変換された第２偏光状態（例えば、横偏光）の帰還光ＥＬ_ＲＥを反射させる。即ち、第１光学素子４０は、励起光源１から出力された励起光ＥＬの偏光状態と同じ偏光状態の励起光だけを透過させ、他の偏光状態の励起光を反射させる。具体的には、光偏光素子３０は、例えば、偏光子で構成されている。第１光学素子４０は、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬと帰還経路ＯＰ_ＲＥとの交点において、反射された帰還光ＥＬ_ＲＥがレーザ利得媒質２へ供給されるように配置されている。

（第１光学素子４０の機能）
第１光学素子４０の機能について述べる。第１光学素子４０は、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬと帰還経路ＯＰ_ＲＥとの交点に配置されている。したがって、励起光合流器４としては、次の特性を持っている素子が望ましい。一つ目は、励起光源１から出力された励起光ＥＬを透過させることである。二つ目は、帰還光ＥＬ_ＲＥを反射させて励起光供給経路ＯＰ_ＥＬへ供給することである。２つの特性を持つ素子としては、第１光学素子４０（例えば、偏光子）が好適である。

（光偏光素子３０の機能）
光偏光素子３０の機能について述べる。上述のように、第１光学素子４０は、励起光源１から出力された励起光ＥＬの偏光状態と同じ偏光状態の励起光だけを透過させ、他の偏光状態の励起光を反射させる。もし、光偏光素子３０が設けられていない場合、帰還光ＥＬ_ＲＥが第１光学素子４０によって反射されない。帰還光ＥＬ_ＲＥが反射されない理由は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態が励起光ＥＬの偏光状態と同じだからである。したがって、帰還光ＥＬ_ＲＥが第１光学素子４０によって反射されるためには、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を変えることが必要である。

以下に、具体例を挙げて、光偏光素子３０の機能について説明する。ただし、以下の説明では、レーザ増幅システムＳＹＳ１を次のように単純化する。第１に、励起光源１がレーザダイオード（半導体レーザ）で構成されている場合を例示する。この場合、一般に励起光ＥＬは、直線偏光である。第２に、励起光ＥＬの偏光状態が直線偏光である場合を例に挙げる。第３に、第１光学素子４０が縦偏光の励起光を透過させ、他の偏光状態の励起光を反射させる場合を例に挙げる。ここで、縦偏光は、例えば、Ｙ軸に沿った方向の偏光である。図４において示される記号「↑」及び「↓」は、縦偏光を表している。他の偏光状態は、縦偏光以外の偏光であって、例えば、横偏光である。横偏光は、例えば、Ｘ軸に沿った方向の偏光である。図４において示される記号「→」及び「←」は、横偏光を表している。

先ず、励起光源１から出力された励起光ＥＬがレーザ利得媒質２へ供給されるまでの過程に着目する。励起光ＥＬの偏光状態が縦偏光である場合、第１光学素子４０は、縦偏光の励起光ＥＬを透過させる。したがって、励起光ＥＬは、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬを通ってレーザ利得媒質２へ供給される。

次に、レーザ利得媒質２を透過した励起光（帰還光ＥＬ_ＲＥ）が、励起光源１から出力された励起光ＥＬと合流するまでの過程に着目する。レーザ利得媒質２を透過した励起光の偏光状態は、縦偏光のままである。即ち、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態は、縦偏光である。もし、光偏光素子３０が設けられていない場合、第１光学素子４０は、縦偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを受光する。第１光学素子４０は、縦偏光の励起光を透過させるフィルタの役割を持つ。したがって、帰還光ＥＬ_ＲＥは、第１光学素子４０透過する。そのため、帰還光ＥＬ_ＲＥが励起光ＥＬと合流することができない。即ち、帰還光ＥＬ_ＲＥがレーザ利得媒質２へ帰還しない。

以上のことから、帰還光ＥＬ_ＲＥが励起光ＥＬと合流するために、光偏光素子３０は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を変化させる機能を有する。例えば、光偏光素子３０は、縦偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥに変換する。したがって、光偏光素子３０によって変換された帰還光ＥＬ_ＲＥを第１光学素子４０が反射することができる。その結果、帰還光ＥＬ_ＲＥは、レーザ利得媒質２へ帰還する。

２．３．励起光の回収
図４に示すレーザ増幅システムＳＹＳ１の場合、レーザ利得媒質を透過した励起光は、一度だけレーザ利得媒質に回収される。つまり、帰還光は、レーザ利得媒質２へ一度だけ帰還する。励起光の回収について、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明する。

図５Ａは、帰還光ＥＬ_ＲＥが帰還経路ＯＰ_ＲＥを１回目に通る場合のレーザ増幅システムＳＹＳ１を示すブロック図である。図５Ｂは、帰還光ＥＬ_ＲＥが帰還経路ＯＰ_ＲＥを２回目に通る場合のレーザ増幅システムＳＹＳ１を示すブロック図である。図５Ａ及び５Ｂにおいて示される記号「↑」及び「↓」は、縦偏光を表している。記号「→」及び「←」は、横偏光を表している。なお、図５Ａ及び図５Ｂの説明では、レーザ光に関する説明を省略する。

（１回目）
先ず、図５Ａを参照して、帰還光ＥＬ_ＲＥが帰還経路ＯＰ_ＲＥを１回目に通る場合について説明する。励起光源１から出力された励起光ＥＬの偏光状態が縦偏光である場合について考える。この場合、励起光ＥＬは、第１光学素子４０を透過してレーザ利得媒質２へ供給される。レーザ利得媒質２を透過した励起光の偏光状態は、縦偏光のままである。即ち、帰還光ＥＬ_ＲＥは、縦偏光である。縦偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、帰還経路ＯＰ_ＲＥを通って光偏光素子３０へ供給される。光偏光素子３０は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を縦偏光から横偏光に変換する。そして、第１光学素子４０は、光偏光素子３０によって変換された横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを反射させて励起光供給経路ＯＰ_ＥＬへ導入する。横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬを通ってレーザ利得媒質２へ帰還する。

（２回目）
次に、図５Ｂを参照して、帰還光ＥＬ_ＲＥが帰還経路ＯＰ_ＲＥを２回目に通る場合について説明する。帰還光ＥＬ_ＲＥがレーザ利得媒質２へ帰還した後に、レーザ利得媒質２を透過する励起光には、２種類ある。一つは、横偏光の励起光である。横偏光の励起光は、第１光学素子４０で反射された帰還光ＥＬ_ＲＥである。もう一つは、縦偏光の励起光である。縦偏光の励起光は、励起光源１から出力された励起光ＥＬである。ここでは、説明を簡単にするために、第１光学素子４０で反射された帰還光ＥＬ_ＲＥ、即ち、横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥに着目する。

横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、帰還経路ＯＰ_ＲＥを通って光偏光素子３０へ導入される。光偏光素子３０は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を横偏光から縦偏光に変換する。帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態が横偏光から縦偏光に変換されたので、第１光学素子４０は、光偏光素子３０によって変換された縦偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを透過させる。言い換えれば、光偏光素子３０は、同じ帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を２度目に変える場合、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を元に戻す。そして、第１光学素子４０は、光偏光素子３０によって偏光状態が元の偏光状態に戻った帰還光ＥＬ_ＲＥを透過させる。したがって、縦偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、レーザ利得媒質２へ帰還しない。

以上のことから、図４（図５Ａ及び図５Ｂ）に示すレーザ増幅システムＳＹＳ１の場合、レーザ利得媒質を透過した励起光が、一度だけレーザ利得媒質に回収されることが分かる。励起光の役割は、レーザ利得媒質の原子を励起（ポンピング）することである。したがって、励起光を有効に活用するという観点では、励起光を一度でもレーザ利得媒質に回収することができれば、有益である。また、横偏光及び縦偏光の励起光がレーザ利得媒質に供給されても、励起光の役割の観点からは、レーザ増幅システムに悪影響をもたらすことはない。

２．４．具体的な構成
図６は、レーザ増幅システムＳＹＳ１の具体的な構成例を示す模式図である。図６に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１は、励起光源１と、レーザ利得媒質２と、光偏光素子３０と、第１光学素子４０と、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬと、帰還経路ＯＰ_ＲＥとに加え、第１偏波保持ファイバ５_１を有する。

レーザ増幅システムＳＹＳ１は、第１光学レンズ６_１と、第２光学レンズ６_２と、第３光学レンズ６_３と、第４光学レンズ６_４と、第１ダイクロイックミラー７_１と、第２ダイクロイックミラー７_２と、第１ミラー８_１と、第２ミラー８_２とのうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。レーザ利得媒質２は、レーザ増幅器（ＡＭＰ）２０に包含されている。なお、光偏光素子３０及び第１光学素子４０の構成については、説明を省略する。

励起光源１は、例えば、レーザダイオードである。励起光源１は、励起光ＥＬを発生させて、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに供給する。励起光ＥＬの波長は、レーザ光Ｌの波長と異なる。なお、励起光源１の構成は、任意である。例えば、励起光源１が固体レーザ利得媒質で構成されていてもよい。

レーザ利得媒質２には、レーザ光Ｌの波長に適した物質が使用される。レーザ利得媒質２に固体のレーザ利得媒質を適用する場合、固体としては、例えば、イッテルビウム３価イオン（Ｙｂ^３＋）を含んだイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）が挙げられる。レーザ利得媒質２に液体のレーザ利得媒質を適用する場合、液体としては、例えば、蛍光性の有機色素（例えば、オキサジン系色素）が溶剤（例えば、アルコール）に融解した液体が挙げられる。なお、レーザ利得媒質２に気体のレーザ利得媒質を適用してもよいし、あるいはファイバ形式のレーザ利得媒質を適用してもよい。

レーザ増幅器２０は、種光としてのレーザ光Ｌが増幅するように構成されている。レーザ増幅器２０は、レーザ利得媒質２に加え、種々の光学部品を備えていてもよい。種々の光学部品は、例えば、レーザ増幅器２０に供給されたレーザ光及び励起光をレーザ利得媒質２へ同軸に導くためのミラーを含んでいる。レーザ増幅器２０は、レーザ利得媒質２によって増幅されたレーザ光Ｌと、レーザ利得媒質２を透過した励起光（帰還光ＥＬ_ＲＥ）とを出力する。なお、レーザ光Ｌの強度は、任意である。

第１偏波保持ファイバ５_１は、入力端５１_１と、出力端５１_２とを備える。第１偏波保持ファイバ５_１は、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに配置されている。第１偏波保持ファイバ５_１は、導入された光の偏光状態（偏波面の状態）が保持されたまま出力されるように構成されている。つまり、第１偏波保持ファイバ５_１から出力された光の偏光状態は、第１偏波保持ファイバ５_１に導入された光の偏光状態と同じである。図６の例では、入力端５１_１に励起光ＥＬが導入される。第１偏波保持ファイバ５_１に導入された励起光ＥＬは、偏光状態を保持したまま出力端５１_２に出力される。

図６に示すように、第１偏波保持ファイバ５_１が設けられる場合、帰還光ＥＬ_ＲＥを励起光ＥＬと同軸にすることが容易となる。その上、帰還光ＥＬ_ＲＥの径を励起光ＥＬの径と同じにすることも容易となる。

更には、第１偏波保持ファイバ５_１が用いられることにより、次の効果も得られる。光路（例えば、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬ）はできるだけ単純である方が良い。しかしながら、光路は、レーザ増幅システムＳＹＳ１の構成の制約を受けやすい。そのため、例えば、励起光源１及びレーザ増幅器２０の双方を直線状の光路に配置することが難しい場合がある。そこで、第１偏波保持ファイバ５_１が設けられている。第１偏波保持ファイバ５_１は、光ファイバのような柔軟性を持つ。その上、第１偏波保持ファイバ５_１には、外部から振動（衝撃）が加わっても、偏光状態が保持されるという特色がある。そのため、例えば、非直線状の光路に励起光源１及びレーザ増幅器２０の双方を配置することができる。つまり、レーザ増幅システムＳＹＳ１の設計の自由度が高まる。

第１光学レンズ６_１は、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬにおいて、励起光源１と第１光学素子４０との間に配置されている。第１光学レンズ６_１は、励起光源１から出力された励起光ＥＬを集光して第１偏波保持ファイバ５_１の入力端５１_１に導入する。なお、第１光学レンズ６_１は、励起光ＥＬが第１偏波保持ファイバ５_１の入力端５１_１に導入されるように、第１光学素子４０と第１偏波保持ファイバ５_１の入力端５１_１との間に配置されていてもよい。

第２光学レンズ６_２は、帰還経路ＯＰ_ＲＥにおいて、第２ダイクロイックミラー７_２と第１ミラー８_１との間に配置されている。なお、図６の例では、第２光学レンズ６_２は、例えば、帰還経路ＯＰ_ＲＥにおいて、第１ミラー８_１と第２ミラー８_２との間に配置されていてもよい。また、図６の例では、第２光学レンズ６_２は、設けられていなくてもよい。

第３光学レンズ６_３は、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬにおいて、第１偏波保持ファイバ５_１と第１ダイクロイックミラー７_１との間に配置されている。第３光学レンズ６_３は、第１偏波保持ファイバ５_１の出力端５１_２から出力された励起光ＥＬを受光し、励起光ＥＬを第１ダイクロイックミラー７_１へ導入する。簡単に言えば、第３光学レンズ６_３は、第１偏波保持ファイバ５_１から出力された励起光ＥＬをレーザ利得媒質２へ導入する。

第４光学レンズ６_４は、帰還経路ＯＰ_ＲＥにおいて、光偏光素子３０と第１光学素子４０との間に配置されている。第４光学レンズ６_４は、光偏光素子３０から出力された帰還光ＥＬ_ＲＥを受光し、帰還光ＥＬ_ＲＥを集光して第１光学素子４０へ導入する。なお、第４光学レンズ６_４は、設けられていなくてもよい。

第１ダイクロイックミラー７_１について述べる。基本的に、励起光ＥＬの波長は、レーザ光Ｌの波長と異なる。また、図６の例では、レーザ光Ｌは、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに対して垂直にＹ軸の正方向から負方向の向きに入射する。種光源から出力されたレーザ光Ｌと、励起光源１から出力された励起光ＥＬとをレーザ増幅器２０（レーザ利得媒質２）へ供給するためには、光学素子としてダイクロイックミラーが好適である。ダイクロイックミラーは、特定の波長の光を透過させ、他の波長の光を反射させる。

第１ダイクロイックミラー７_１は、レーザ光Ｌをレーザ増幅器２０へ供給し、励起光ＥＬを透過させる役割を持つ。具体的には、第１ダイクロイックミラー７_１は、第１偏波保持ファイバ５_１から出力された励起光ＥＬを透過させ、種光源から出力されたレーザ光Ｌを反射させる。第１ダイクロイックミラー７_１は、レーザ光ＬがＸ軸の正方向に反射するように、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに配置されている。

第２ダイクロイックミラー７_２は、第１ダイクロイックミラー７_１と同様に、特定の波長の光を透過させ、他の波長の光を反射させる。ただし、第２ダイクロイックミラー７_２は、第１ダイクロイックミラー７_１と次の点で異なる。第２ダイクロイックミラー７_２は、帰還光ＥＬ_ＲＥをレーザ増幅器２０へ帰還させる役割を持つ。そのため、第２ダイクロイックミラー７_２は、帰還光ＥＬ_ＲＥがＹ軸の負方向に反射するように、帰還経路ＯＰ_ＲＥに配置されている。第２ダイクロイックミラー７_２は、レーザ増幅器２０から出力されたレーザ光Ｌを透過させる。更に、第２ダイクロイックミラー７_２は、励起光としての帰還光ＥＬ_ＲＥを第１ミラー８_１へ向けて反射させる。

第１ミラー８_１は、例えば、全反射ミラーである。第１ミラー８_１は、帰還経路ＯＰ_ＲＥにおいて、第２ダイクロイックミラー７_２からＹ軸の負方向へ所定の距離を隔てた位置に配置されている。第１ミラー８_１は、第２ダイクロイックミラー７_２によって反射された帰還光ＥＬ_ＲＥを受光し、帰還光ＥＬ_ＲＥを第２ミラー８_２へ向けて反射させる。

第２ミラー８_２は、例えば、全反射ミラーである。第２ミラー８_２は、帰還経路ＯＰ_ＲＥにおいて、第１ミラー８_１からＸ軸の負方向へ所定の距離を隔てた位置に配置されている。第２ミラー８_２は、第１ミラー８_１によって反射された帰還光ＥＬ_ＲＥを受光し、帰還光ＥＬ_ＲＥを光偏光素子３０へ向けて反射させる。

２．５．動作
励起光に着目し、レーザ増幅システムＳＹＳ１の動作を説明する。励起光源１から出力された励起光ＥＬは、第１光学レンズ６_１を通過して第１光学素子４０に導入される。そして、励起光ＥＬは、第１光学素子４０を透過して、第１偏波保持ファイバ５_１に導入される。第１偏波保持ファイバ５_１に導入された励起光ＥＬは、偏光状態が保持されたまま出力される。第１偏波保持ファイバ５_１から出力された励起光ＥＬは、第３光学レンズ６_３を通過して第１ダイクロイックミラー７_１へ導入される。そして、励起光ＥＬは、第１ダイクロイックミラー７_１を透過して、レーザ増幅器２０（レーザ利得媒質２）へ供給される。

レーザ利得媒質２を透過した励起光は、帰還光ＥＬ_ＲＥとしてレーザ増幅器２０から出力される。帰還光ＥＬ_ＲＥは、第２ダイクロイックミラー７_２によって反射され、帰還経路ＯＰ_ＲＥに導入される。そして、帰還光ＥＬ_ＲＥは、第１ミラー８_１及び第２ミラー８_２によって反射され、光偏光素子３０へ導入される。例えば、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態が縦偏光の場合、光偏光素子３０は、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を縦偏光から横偏光に変換する。そして、第１光学素子４０は、光偏光素子３０によって変換された横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを反射させて励起光供給経路ＯＰ_ＥＬへ導入する。その後、帰還光ＥＬ_ＲＥは、上述の励起光ＥＬが辿った経路と同様の経路をたどり、レーザ利得媒質２へ帰還する。

第１の実施の形態によれば、励起光源１の構成に依存することなく、レーザ利得媒質２を透過した励起光（ＥＬ_ＲＥ）を回収して再利用することができる。

３．第２の実施の形態
第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、励起光の偏光状態を利用することにより、励起光を回収する例を挙げた。励起光の回収にあたっては、励起光の偏光状態の代わりに、励起光の波長を利用することができる。

図７は、レーザ増幅システムＳＹＳ１ａの構成例を示す模式図である。図７に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１ａでは、図６に示す光偏光素子３０の代替手段として、波長変換素子３１が設けられている。更に、図６に示す第１光学素子４０の代替手段として、第２光学素子４１が設けられている。言い換えれば、図３に示す光学特性変換器（３）は、波長変換素子３１を含む。図３に示す励起光合流器（４）は、第２光学素子４１を含む。

励起光源１によって発生された励起光ＥＬの波長は、励起光源１の仕様によって決まっている。以下の説明では、励起光ＥＬが第１波長を持つと仮定する。

波長変換素子３１は、帰還光ＥＬ_ＲＥの波長を第１波長から第２波長に変換する。第２波長は、第１波長より長くてもよいし、第１波長より短くてもよい。第２波長は、第１波長と異なる波長であればよい。

第２光学素子４１は、励起光源１から出力された第１波長の励起光を透過させるとともに、波長変換素子３１によって変換された第２波長の帰還光ＥＬ_ＲＥを反射させる。

第１の実施の形態と同様に、帰還光ＥＬ_ＲＥの光学特性を変えることにより、帰還光ＥＬ_ＲＥが励起光源１から出力された励起光ＥＬと合流する。その結果、レーザ利得媒質２には、２種類の励起光が供給される。一つは、第１波長の励起光である。もう一つは、第２波長の帰還光ＥＬ_ＲＥである。レーザ利得媒質２は、２種類の励起光の各々と相互作用することで励起される。

第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、励起光源１の構成に依存することなく、レーザ利得媒質２を透過した励起光を回収して再利用することができる。

４．第３の実施の形態
第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態で説明したように、偏波保持ファイバは、レーザ増幅システムの設計の自由度を高めることに貢献する。第３の実施の形態では、レーザ増幅システムの設計の自由度が更に高まるレーザ増幅システムについて説明する。

図８は、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｂの構成例を示す模式図である。図８に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｂは、第２偏波保持ファイバ５_２を更に備える。第２偏波保持ファイバ５_２が帰還経路ＯＰ_ＲＥ設けられたので、第１ミラー８_１及び第２ミラー８_２は、不要である。

第２偏波保持ファイバ５_２は、入力端５２_１と、出力端５２_２とを備える。第２偏波保持ファイバ５_２の構造自体は、第１偏波保持ファイバ５_１の構造と同じである。ただし、第２偏波保持ファイバ５_２は、帰還経路ＯＰ_ＲＥに配置されている。

第２光学レンズ６_２は、レーザ利得媒質２を透過した励起光を帰還光ＥＬ_ＲＥとして、第２偏波保持ファイバ５_２の入力端５２_１に導入する。

第４光学レンズ６_４は、第２偏波保持ファイバ５_２の出力端５２_２から出力された帰還光ＥＬ_ＲＥを受光し、帰還光ＥＬ_ＲＥを第１光学素子４０へ導入する。簡単に言えば、第４光学レンズ６_４は、第２偏波保持ファイバ５_２から出力された帰還光ＥＬ_ＲＥを第１光学素子４０へ導入する。

第３の実施の形態によれば、帰還経路ＯＰ_ＲＥの一部が第２偏波保持ファイバ５_２で構成されている。したがって、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬにおいて、帰還光ＥＬ_ＲＥを励起光ＥＬと同軸にすることが更に容易となる。その上、励起光供給経路ＯＰ_ＥＬにおいて、帰還光ＥＬ_ＲＥの径を励起光ＥＬの径と同じ径にすることも容易となる。また、レーザ増幅システムの設計の自由度を更に高めることができる。言うまでもなく、第１の実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

５．第４の実施の形態
第４の実施の形態について説明する。偏波保持ファイバを励起光供給経路ではなく、帰還経路に配置することもできる。

図９は、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｃの構成例を示す模式図である。図９に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｃは、第２偏波保持ファイバ５_２を更に備える。第２偏波保持ファイバ５_２が帰還経路ＯＰ_ＲＥに設けられている。なお、図９の例では、第１光学レンズ６_１及び第３光学レンズ６_３（図６参照）が、設けられていない。無論、第１光学レンズ６_１及び第３光学レンズ６_３が励起光供給経路ＯＰ_ＥＬに設けられていてもよい。

第２偏波保持ファイバ５_２は、帰還経路ＯＰ_ＲＥに配置されている。第２光学レンズ６_２は、レーザ利得媒質２を透過した励起光を帰還光ＥＬ_ＲＥとして第２偏波保持ファイバ５_２へ導入する。第４光学レンズ６_４は、第２偏波保持ファイバ５_２から出力された帰還光ＥＬ_ＲＥを第１光学素子４０へ導入する。

第４の実施の形態によれば、帰還経路ＯＰ_ＲＥの一部が第２偏波保持ファイバ５_２で構成されている。したがって、レーザ増幅システムの設計の自由度を高めることができる。言うまでもなく、第１の実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

６．第５の実施の形態
第５の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、励起光の回収にあたって、励起光源から出力された励起光が透過し、レーザ利得媒質２から出力された帰還光が反射される場合を例示した。第５の実施の形態では、励起光源から出力された励起光が反射し、レーザ利得媒質から出力された帰還光が透過する場合について説明する。

図１０は、励起光の伝搬経路に着目したレーザ増幅システムＳＹＳ１ｄのブロック図である。図１０において示される記号「↑」及び「↓」は、縦偏光を表している。記号「→」及び「←」は、横偏光を表している。

図１０に示すレーザ増幅システムＳＹＳ１ｄの構成は、図４に示すレーザ増幅システムＳＹＳ１の構成と次の点で異なる。なお、以下の説明では、図４の説明と同様に、励起光源１から出力された励起光ＥＬの偏光状態が縦偏光であるとする。

一つ目は、光偏光素子３０ａの機能である。光偏光素子３０ａは、例えば、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を縦偏光から横偏光に変換する。二つ目は、第１光学素子４０ａの機能である。第１光学素子４０ａは、光偏光素子３０ａによって変換された横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを透過させ、励起光源１から出力された縦偏光の励起光を反射させる。三つ目は、励起光源１の配置である。励起光源１から出力された励起光ＥＬが第１光学素子４０ａによって反射され、反射された励起光ＥＬが励起光供給経路ＯＰ_ＥＬへ供給される位置に励起光源１は配置されている。

レーザ増幅システムＳＹＳ１ｄの動作は、次の通りである。励起光源１から出力された縦偏光の励起光ＥＬは、第１光学素子４０ａによって反射されて励起光供給経路ＯＰ_ＥＬへ供給される。そして、縦偏光の励起光ＥＬは、レーザ利得媒質２へ供給される。レーザ利得媒質２を透過した帰還光ＥＬ_ＲＥは、縦偏光のままである。縦偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、帰還経路ＯＰ_ＲＥを通って、光偏光素子３０ａへ導入される。光偏光素子３０ａは、帰還光ＥＬ_ＲＥの偏光状態を縦偏光から横偏光に変換する。光偏光素子３０ａによって変換された横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、第１光学素子４０ａへ導入される。第１光学素子４０ａは、横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥを透過させる。第１光学素子４０ａを透過した横偏光の帰還光ＥＬ_ＲＥは、レーザ利得媒質２へ帰還する。

第５の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、励起光源１の構成に依存することなく、レーザ利得媒質２を透過した励起光を回収して再利用することができる。

７．第６の実施の形態
第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態では、励起光の波長を利用することで、励起光源から出力された励起光が反射し、レーザ利得媒質から出力された帰還光が透過する場合について説明する。

図１１は、励起光の伝搬経路に着目したレーザ増幅システムＳＹＳ１ｅのブロック図である。図１１に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｅでは、図１０に示す光偏光素子３０ａの代替手段として、波長変換素子３１ａが設けられている。更に、図１０に示す第１光学素子４０ａの代替手段として、第２光学素子４１ａが設けられている。以下の説明では、励起光源１によって発生された励起光ＥＬが第１波長を持つとする。

波長変換素子３１ａは、帰還光ＥＬ_ＲＥの波長を第１波長から第２波長に変換する。第２光学素子４１ａは、励起光源１から出力された第１波長の励起光を反射させるとともに、波長変換素子３１ａによって変換された第２波長の帰還光ＥＬ_ＲＥを透過させる。

第６の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、励起光源１の構成に依存することなく、レーザ利得媒質２を透過した励起光を回収して再利用することができる。

８．第７の実施の形態
第７の実施の形態は、レーザ増幅システムが適用されたレーザシステムに関する。図１２は、レーザ増幅システムＳＹＳ１が適用されたレーザシステムＳＹＳ２の構成例を示すブロック図である。

図１２に示すように、レーザシステムＳＹＳ２は、レーザ増幅システムＳＹＳ１と、種光源９とを有する。種光源９は、レーザ光Ｌの発生源である。種光源９は、発生させたレーザ光Ｌをレーザ利得媒質２へ供給する。選択的に、第２から第６の実施の形態におけるレーザ増幅システムＳＹＳ１ａ−ＳＹＳ１ｅのうちのいずれかをレーザシステムＳＹＳ２に適用してもよい。

第７の実施の形態によれば、励起光源の構成に依存することなく、レーザ利得媒質を透過した励起光を回収して再利用するレーザシステムを提供することができる。

９．第８の実施の形態
レーザ増幅システムを光共振器（レーザ発振器）として用いることができる。図１３は、光共振器として用いられた場合のレーザ増幅システムＳＹＳ１ｆの構成例を示すブロック図である。図１３に示すように、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｆは、ミラー２３と、ハーフミラー２４とを更に備えていてもよい。例えば、ミラー２３は、レーザ利得媒質２の端部に配置されている。ハーフミラー２４は、ミラー２３と対向するように、レーザ利得媒質２の他端部に配置されている。なお、図１３において、ミラー２３及びハーフミラー２４の配置は、説明の便宜を図るために簡略化されて図示されている。

図１３に示すように、レーザ増幅システムを光共振器として用いる場合、レーザ光をレーザ利得媒質２へ導入する必要は無い。励起光ＥＬがレーザ利得媒質２へ導入されると、励起光ＥＬの一部はレーザ利得媒質２に吸収される。その結果、自然放射によって、レーザ利得媒質２から光が発生する。発生した光は、ミラー２３及びハーフミラー２４の間を何度も反射する。発生した光がミラー２３及びハーフミラー２４の間を何度も往復することにより、コヒーレントな光、つまりレーザ光が生成される。以上のように、レーザ増幅システムＳＹＳ１ｆを光共振器として用いることができる。

以上、全ての実施の形態について説明した。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、本発明に種々の変更を加えることができる。例えば、帰還経路を工夫することによって、レーザ利得媒質を透過した励起光を２回以上回収することができる。

技術的な矛盾が生じない範囲内で、全ての実施の形態を好適に組み合わせることができる。例えば、第２の実施の形態を第３の実施の形態と組み合わせてもよい。

１…励起光源、２…レーザ利得媒質、３…光学特性変換器、４…励起光合流器、５_１…第１偏波保持ファイバ、５_２…第２偏波保持ファイバ、６_１…第１光学レンズ、６_２…第２光学レンズ、６_３…第３光学レンズ、６_４…第４光学レンズ、７_１…第１ダイクロイックミラー、７_２…第２ダイクロイックミラー、８_１…第１ミラー、８_２…第２ミラー、９…種光源、２０…レーザ増幅器、３０…光偏光素子、３１…波長変換素子、４０…第１光学素子、４１…第２光学素子、ＥＬ…励起光、ＥＬ_ＲＥ…帰還光、Ｌ…レーザ光、ＯＰ_ＥＬ…励起光供給経路、ＯＰ_ＲＥ…帰還経路、ＳＹＳ１、ＳＹＳ１ａ、ＳＹＳ１ｂ、ＳＹＳ１ｃ…レーザ増幅システム、ＳＹＳ２…レーザシステム

Claims (4)

1. 励起光を出力する励起光源と、
   帰還励起光と前記励起光源からの前記励起光を合成して合成励起光を生成する励起光合成器と、
   前記合成励起光を用いる励起によりレーザビームを増幅し、増幅されたレーザビームと励起後の前記合成励起光とを出力するレーザ利得媒質と、
   前記励起光合成器と前記レーザ利得媒質との間に配置され、前記励起光合成器からの前記合成励起光と、前記レーザビームとを受け、前記合成励起光が前記レーザビームの幅よりも広い幅を有し、且つ前記合成励起光の幅内に前記レーザビームを含むように、前記合成励起光と前記レーザビームを前記レーザ利得媒質に供給する励起光供給経路と、
   前記レーザ利得媒質からの出力から前記合成励起光を取り出し、前記帰還励起光として前記励起光合成器に供給する帰還励起光経路と
   を有し、
   前記励起光供給経路は、
   第１偏波保持ファイバと、
   前記レーザビームを反射し、また前記第１偏波保持ファイバからの前記合成励起光を透過することにより、前記レーザビームと前記合成励起光を前記レーザ利得媒質に供給する第１ダイクロイックミラーと、
   前記第１偏波保持ファイバと前記第１ダイクロイックミラーの間に設けられ、前記第１偏波保持ファイバから出力される前記合成励起光を、前記レーザビームより広い幅を持つように、且つ前記レーザビームを含むように、前記第１ダイクロイックミラーを介して前記レーザ利得媒質に集光する第３のレンズと
   を含み、
   前記励起光合成器は、
   前記励起光を前記励起光源から前記励起光供給経路に透過し、前記帰還励起光を前記励起光供給経路に反射することにより前記合成励起光を生成する第１光学素子と、
   前記励起光を前記第１偏波保持ファイバの入射口に、前記第１光学素子を介して集光する第１レンズと、
   前記帰還励起光経路からの前記帰還励起光を、前記励起光と同じ径で前記第１光学素子により反射されて前記第１偏波保持ファイバの入射口に集光する第２レンズと
   を含み、
   前記帰還励起光経路は、
   前記レーザ利得媒質の出力光から励起後の前記合成励起光を前記帰還励起光として取り出す第２ダイクロイックミラーを有する
   レーザ増幅システム。
2. 前記励起光合成器は、
   前記帰還励起光経路からの前記帰還励起光の偏光状態を第１偏光状態から第２偏光状態に変換する光偏光素子を更に含み、
   前記第１光学素子は、
   前記励起光源から出力された前記第１偏光状態の前記励起光を前記励起光源から前記励起光供給経路に透過するとともに、
   前記光偏光素子からの前記第２偏光状態の前記帰還励起光を前記励起光供給経路に反射する
   請求項１に記載のレーザ増幅システム。
3. 前記励起光合成器は、
   前記帰還励起光経路からの前記帰還励起光の波長を第１波長から第２波長に変換する波長変換素子を更に含み、
   前記第１光学素子は、
   前記励起光源から出力された前記第１波長の前記励起光を前記励起光源から前記励起光供給経路に透過するとともに、
   前記波長変換素子からの前記第２波長の前記帰還励起光を前記励起光供給経路に反射する
   請求項１に記載のレーザ増幅システム。
4. 前記帰還励起光経路は、
   第２偏波保持ファイバと、
   前記第２ダイクロイックミラーから出力される前記帰還励起光を前記第２偏波保持ファイバへ導入する第２光学レンズと
   を更に有する
   請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ増幅システム。
   

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