JP2014521219A - 増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び受動的方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）を用いた、増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のための方法及び受動デバイスに関する。本発明によると、デバイスは、振幅分割リング干渉計であって、入射光学ビーム（Ｓ_０）を受光し、それを第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）へと空間的に分割するように配置された光学分割及び再合成手段と、干渉計内で環状形態の光学経路を規定するように配置された光学誘導手段と、リング干渉計の光学経路上に配置された少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）とを備え、前記分割及び再合成手段が、第１の２次出力ビーム（Ｈ_１ ^’’）と第２の２次出力ビーム（Ｈ_２ ^’’）とを受光して空間的、時間的、且つコヒーレントに再合成し、コヒーレント出力ビームを形成するように配置される干渉計を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エネルギー、及び／又は平均パワー、及び／又はピークパワーに制限がある光学構成要素によって変換された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び方法に関する。特に、本発明は、例えば２つの独立した光学増幅器によって増幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び方法に関する。本発明は、２つの独立したスペクトル拡幅デバイスによってスペクトルが拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び方法にも関する。本発明は、例えば２つの非線形光学増幅器によって増幅され、スペクトルが拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイス及び方法にも関する。

益々高いピークパワー及び／又は平均パワーを有する光学ビーム、特にエネルギーレーザービームを開発すると同時に優れた空間品質を有する光学ビームを有することが探求されている。更に、光学ファイバ増幅器等の一体的な光学構成要素の使用、或いは中空細管ファイバ、大口径（ＬＭＡ又は大モード面積）ファイバ、又は特定の分散特性を有する小口径ファイバに基づくスペクトル拡幅デバイスの使用に基づいて低容積デバイスを開発することも探求されている。しかしながら、これらの光学構成要素は、エネルギー、及び／又は平均パワー、及び／又はピークパワーに制限がある。各々がエネルギー、及び又は平均パワー、及び／又はピークパワーに制限のある幾つかの独立した光学構成要素の間でビームのエネルギーを分散させるための様々なデバイスが提案されてきた。この場合の難点は、様々なビームのエネルギー、平均パワー、ピークパワーを高めると同時に、これらのビームの空間品質、スペクトル品質、時間品質を維持するようにこれらのビームをコヒーレントに再合成することである。光学増幅の場合、高エネルギー光学ビームを得るための第１の手法は、２つの連続する増幅段によってビームを増幅することである。１０ｐＪから１μＪの領域内の初期パルスを発生させる発振器から始まり、前置増幅器は、１０ｎＪから数μＪの中間エネルギーを有するパルスを得ることを可能にする。第２の光学パワー増幅器は、殆どの用途で要求される１０μＪから数ｍＪのエネルギーに達する必要がある。しかしながら、非線形光学媒質中の光学増幅は、増幅されたビームの光学品質、より正確には光学ビームの時間（超短パルス）特性及び／又はスペクトル特性の劣化の要因となる非線形効果（自己位相変調、）を発生させやすい。更に、高い平均パワー増幅は、熱光学効果に起因して、ビーム（単一モードビーム）の空間特性を劣化させる可能性がある。

高エネルギー、及び／又は高パワー、及び／又は高ピークパワーのビームを得る別の手法は、幾つかの光源又は幾つかの独立した増幅器を用い、これらの様々な光源又は様々な増幅器からのビームを合成することである。しかしながら、レーザービームの全ての品質を維持するためには、様々なビームの再合成は、これらのビームの空間的且つ時間的な重畳のみならず、コヒーレント再合成、すなわち、位相差が経時的に一定であることを可能にする必要がある。増幅されたレーザービームのコヒーレント合成は、高エネルギー、及び／又は高平均パワー、及び／又は高ピークパワーのレーザーシステムの開発において非常に有望な手法である。しかしながら、様々なビームの相対位相は、急激に変動する可能性がある。コヒーレント再合成によって課される最も困難な技術課題は、様々な光学ビームの間で一定の相対位相を維持することである。

それにも関わらず、幾つかの光学ビームのコヒーレント再合成は、受動デバイス又は能動デバイスのうちのどちらかを用いて行われてきた。

Ｔ．Ｙ．Ｆａｎの発表論文「Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈ−ｒａｄｉａｎｃｅ ｓｏｕｒｃｅｓ（高パワー、高放射輝度の光源に向けたレーザービーム合成）」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（量子電子工学における抜粋論文のＩＥＥＥジャーナル）、第１１巻、第３号、２００５年は、レーザービームの再合成を実施するのに必要とされる基本条件（合成すべき各ビームのパワー制御、相対位相、偏光、振幅、及び整合）を示し、空間品質、時間品質、スペクトル品質、及びほぼ理想的な偏光品質を有する高平均パワーのビームを得るための光学ビームのコヒーレント合成のための様々な方法が開示されている。

米国特許第５３０７３６９号（Ｄ．Ｅ．Ｋｉｍｂｅｒｌｉｎ）は、半反射ミラーによって２つのサブキャビティに分割された共通の共振空洞の内側に配置された２つの増幅器のコヒーレント合成のための受動システムが開示されている。このデバイスは、二重光学対向反応発振器に類似し、第１のレーザー増幅器によって放出されたビームの一部が第２のレーザー増幅器のサブキャビティ内に注入され、その逆方向にも同様のことが行われる。出力合成レーザービームは、レーザー空洞内で発生する複数回のコヒーレント反射の結果である。このデバイスは、２つのレーザーによって放出された連続レーザービーム又は同期レーザーパルスの平均パワーを２倍にすることを可能にする。しかしながら、２つのサブキャビティの間の光学経路の差は、受動デバイス及び出力パワーの安定性を制限する位相シフトを誘発する。

受動合成が制限のあるものに思われたので、光学ビームのコヒーレント再合成のための様々な能動デバイスが提案されてきた。能動再合成は、合成すべき光学ビームの間の相対位相の直接測定又は間接測定と、各光学ビームへの、フィードバックループによって能動的に制御された位相シフトの導入とに基づく。一般的にコヒーレント再合成のための能動デバイスは、再合成の前又は後のビームの一部を取得し、そこから、各光学ビームの間の位相シフトの測定値を抽出し、各ビームの相対位相を、音響光学変調器、圧電性ミラーを用いて、又は光学ポンピングパワーの調節によって実時間で適合させる。

従って、増幅器では、一般的にコヒーレント合成のための能動デバイスが用いられる［Ｗｅｉ Ｌｉａｎｇ、Ｎａｒｅｓｈ Ｓａｔｙａｎ、Ｆｉｒｏｏｚ Ａｆｌａｔｏｕｎｉ、Ａｍｎｏｎ Ｙａｒｉｖ、Ａｎｔｈｏｎｙ Ｋｅｗｉｔｓｃｈ、Ｇｅｏｒｇｅ Ｒａｋｕｌｊｉｃ、及びＨｏｓｓｅｉｎ Ｈａｓｈｅｍｉ著「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐｓ（多レベル光学位相ロックループを用いたコヒーレントビーム合成）」、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ２４、２９３０〜２９３９ページ（２００７年）、Ｔ．Ｓｈａｙ、Ｖ．Ｂｅｎｈａｍ、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ、Ａ．Ｄ．Ｓａｎｃｈｅｚ、Ｄ．Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ、及びＣ．Ａ．Ｌｕ著論文、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．１３、４８０ページ（２００７年）］。コヒーレント合成は、連続レジーム及びほぼ連続するレジーム、最近ではフェムト秒レジームにおいて示されている。［Ｌ．Ｄａｎｉａｕｌｔ、Ｍ．Ｈａｎｎａ、Ｌ．Ｌｏｍｂａｒｄ、Ｙ．Ｚａｏｕｔｅｒ、Ｅ．Ｍｏｔｔａｙ、Ｄ．Ｇｏｕｌａｒ、Ｐ．Ｂｏｕｒｄｏｎ、Ｆ．Ｄｒｕｏｎ、及びＰ．Ｇｅｏｒｇｅｓの発表論文「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｗｏ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｆｉｂｅｒ ｃｈｉｒｐｅｄ−ｐｕｌｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（２つのフェムト秒ファイバチャープパルス増幅器のコヒーレントビーム合成）」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３６、６２１〜６２３ページ（２０１１年）、及びＥｎｒｉｃｏ Ｓｅｉｓｅ、Ａｒｎｏ Ｋｌｅｎｋｅ、Ｊｅｎｓ Ｌｉｍｐｅｒｔ、及びＡｎｄｒｅａｓ Ｔｕｎｎｅｒｍａｎｎの発表論文「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ−ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ（増幅された超短レーザーパルスのコヒーレント加算）」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ１８、２７８２７〜２７８３５ページ（２０１０年）を参照されたい］。

しかしながら、コヒーレント再合成のための能動デバイスは、実装が困難で高価な実時間フィードバック電子システムを必要とすることから複雑である。

従って、コヒーレント再合成のための能動デバイスの、より高いエネルギー及び／又は平均パワーを目的とするパワー増加は、問題を抱えたままである。

米国特許ＵＳ第５３０７３６９号広報

Ｔ．Ｙ．Ｆａｎ著「Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈ−ｒａｄｉａｎｃｅ ｓｏｕｒｃｅｓ（高パワー、高放射輝度の光源に向けたレーザービーム合成）」、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（量子電子工学における抜粋論文のＩＥＥＥジャーナル）、第１１巻、第３号、２００５年 Ｗｅｉ Ｌｉａｎｇ、Ｎａｒｅｓｈ Ｓａｔｙａｎ、Ｆｉｒｏｏｚ Ａｆｌａｔｏｕｎｉ、Ａｍｎｏｎ Ｙａｒｉｖ、Ａｎｔｈｏｎｙ Ｋｅｗｉｔｓｃｈ、Ｇｅｏｒｇｅ Ｒａｋｕｌｊｉｃ、及びＨｏｓｓｅｉｎ Ｈａｓｈｅｍｉ著「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐｓ（多レベル光学位相ロックループを用いたコヒーレントビーム合成）」、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ２４、２９３０〜２９３９ページ（２００７年） Ｔ．Ｓｈａｙ、Ｖ．Ｂｅｎｈａｍ、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ、Ａ．Ｄ．Ｓａｎｃｈｅｚ、Ｄ．Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ、及びＣ．Ａ．Ｌｕ著論文、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．１３、４８０ページ（２００７年） Ｌ．Ｄａｎｉａｕｌｔ、Ｍ．Ｈａｎｎａ、Ｌ．Ｌｏｍｂａｒｄ、Ｙ．Ｚａｏｕｔｅｒ、Ｅ．Ｍｏｔｔａｙ、Ｄ．Ｇｏｕｌａｒ、Ｐ．Ｂｏｕｒｄｏｎ、Ｆ．Ｄｒｕｏｎ、及びＰ．Ｇｅｏｒｇｅｓ著「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｗｏ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｆｉｂｅｒ ｃｈｉｒｐｅｄ−ｐｕｌｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（２つのフェムト秒ファイバチャープパルス増幅器のコヒーレントビーム合成）」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３６、６２１〜６２３ページ（２０１１年） Ｅｎｒｉｃｏ Ｓｅｉｓｅ、Ａｒｎｏ Ｋｌｅｎｋｅ、Ｊｅｎｓ Ｌｉｍｐｅｒｔ、及びＡｎｄｒｅａｓ Ｔｕｎｎｅｒｍａｎｎ著「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ−ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ（増幅された超短レーザーパルスのコヒーレント加算）」、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ１８、２７８２７〜２７８３５ページ（２０１０年）

本発明の１つの目的は、長期間にわたる光学安定性を有し、高いエネルギー、及び／又はパワー、及び／又はピークパワーに対応して、これらを発生させることができる、増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを提案することである。

本発明の別の目的は、連続レジームからフェムト秒パルスまでのあらゆる時間レジーム、あらゆる種類の光学増幅器、又はあらゆる種類のスペクトル拡幅デバイスに適用することができ、必要に応じて増幅が同時にスペクトル拡幅を誘導することができるデバイス及び方法を提案することである。

本発明は、従来技術の欠点を改善することを目的とし、より具体的には増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスに関する。本発明によると、上記のデバイスは、振幅分割リング干渉計であって、
− 入射光学ビームを受光し、それを第１の２次入力ビームと第２の２次入力ビームへと空間的に分割するように配列された光学分割及び再合成手段と、
− 第１の２次出力ビームを形成するために上記第１の２次入力ビームがリング干渉計を通じて時計回り方向に、第２の２次出力ビームを形成するために上記第２の２次入力ビームがリング干渉計を通じて反時計回り方向にそれぞれ進む環光学経路を上記干渉計内で定義するように配列された光学誘導手段と、
− 上記リング干渉計の光学経路上に配列され、一方で時計回り方向に伝播する２次光学ビームを、もう一方で反時計回り方向に伝播する２次光学ビームを増幅及び／又はスペクトル拡幅するように適合された少なくとも１つの双方向光学構成要素と、
を備え、
− 上記分割及び再合成手段は、上記第１の２次出力ビームと上記第２の２次出力ビームとを受光して空間的、時間的、且つコヒーレントに再合成し、増幅及び／又はスペクトル拡幅された出力コヒーレントビームを形成するように配列される、
ことを特徴とする干渉計を備える。

本発明の様々な特定の実施形態によると、デバイスは、
− 入射光学ビームと増幅及び／又はスペクトル拡幅された出力コヒーレントビームとを空間的に分割するように、上記リング干渉計の上流に配列された光学分離手段と、
− 上記光学誘導手段が、高反射ミラー、チャープミラー、光学ファイバセクション、及び／又は偏光維持光学ファイバセクション及び／又は特定の散乱光学ファイバセクションを備えることと、
− 第１の２次出力ビーム及び第２の２次出力ビームが、コヒーレントに再合成される前にもう一度リング干渉計を通じて、それぞれ互いに逆方向に進むようにこれらの第１の２次ビーム及び第２の２次ビームをリング干渉計に向かって反射するために、分割及び再合成光学手段の出力上に配列された反射ミラー又はファラデーミラーを上記デバイスが更に備えることと、
− 上記分割及び再合成光学手段が、入射ビームを、直交偏光の直線偏光状態にある第１の２次入力ビームと第２の２次入力ビームとに分割するように配列された偏光スプリッタを備え、上記デバイスが、リング干渉計の経路上に配列された偏光手段を更に備え、この偏光手段が、第１の２次出力ビームが第２の２次入力ビームと同じ偏光で直線偏光され、第２の２次出力ビームが第１の２次入力ビームと同じ偏光で直線偏光されるように構成されることと、
− 上記偏光手段が、半波長板か、２つの４分の１波長板、半波長板、又は２つの半波長板か、ファラデー回転子又はファラデーミラーか、偏光分割立方体と４分の１波長板と反射ミラーとを備える部分ユニットかを備えることと、
− 上記光学分割及び再合成手段が、互いにに対して直交偏光状態にある第１の２次出力ビームと第２の２次出力ビームとを同じ偏光状態で再合成するように構成された偏光子、及び／又は波長板、及び／又は光学アイソレータを備えることと、
− 上記少なくとも１つの双方向光学構成要素が、共伝播ポンピング及び／又は拡幅光学対向伝播ポンピングを用いる光学増幅器を備えることと、
− 上記少なくとも１つの双方向光学構成要素が、第１の双方向光学増幅器と第２の双方向光学増幅器とを備え、これらの光学増幅器が、リング干渉計の光学経路上に直列で配列されることと、
− 上記第１の光学増幅器が第１の光学ファイバ増幅器を備え、上記第２の光学増幅器が第２の光学ファイバ増幅器を備えることと、
− 上記少なくとも１つの双方向光学構成要素が、上記２次光学ビームをスペクトル拡幅するように適合された第１の双方向光学構成要素と、この２次光学ビームをスペクトル拡幅するように適合された第２の双方向光学構成要素とを備えることと、
を含む。

本発明は、増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームの受動的コヒーレント合成のための方法であって、
− 振幅分割リング干渉計であって、光学分割及び再合成手段と、このリング干渉計の光学経路上に配列され、一方で干渉計内を時計回り方向に伝播する２次出力ビームを、もう一方で干渉計内を反時計回り方向に伝播する２次出力ビームを増幅及び／又はスペクトル拡幅するように適合された少なくとも１つの双方向光学構成要素とを備える振幅分割リング干渉計に入射光学ビームを結合する段階と、
− 上記光学分割及び再合成手段によって、入射光学ビームを第１の２次入力ビームと第２の２次入力ビームとに空間的に振幅分割する段階と、
− 上記第１の２次入力ビームがリング干渉計を通じて時計回り方向に進み、上記少なくとも１つの光学構成要素によって増幅及び／又はスペクトル拡幅されて、上記光学分割及び再合成手段に向かって導かれる第１の２次出力ビームが形成されるように、この第１の２次入力ビームを光学的に誘導する段階と、
− 上記第２の２次入力ビームがリング干渉計を通じて反時計回り方向に進み、上記少なくとも１つの光学構成要素によって増幅及び／又はスペクトル拡幅されて、上記光学分割及び再合成手段に向かって導かれる第２の２次出力ビームが形成されるように、この第２の２次入力ビームを光学的に誘導する段階と、
− 上記光学分割及び再合成手段によって第１の２次出力ビームと第２の２次出力ビームとをコヒーレントで空間的に再合成し、増幅及び／又はスペクトル拡幅された出力コヒーレントビームを形成する段階と、
を含む方法にも関する。

好ましい実施形態によると、コヒーレント合成法は、
− 第１の２次入力ビームと第２の２次入力ビームとへの入射光学ビームの空間振幅分割段階が偏光分割段階を含み、これらの第１の２次入力ビームと第２の２次入力ビームとが直交偏光されることと、
− リング干渉計内での光学誘導段階が、９０度の偏光回転を含み、上記第１の２次出力ビームが第２の２次入力ビームと同じ偏光を有し、第２の２次出力ビームが第１の２次入力ビームと同じ偏光を有することと、
− コヒーレント空間再合成が、第１の２次出力ビームと第２の２次出力ビームとの再合成を含み、第１の２次出力ビームの偏光と第２の２次出力ビームの偏光とが直交することと、
を含む。

本発明は、ビームの良好な光学品質を有する高いエネルギー及び／又はパワー、及び／又は高いピークパワーのレーザー光源の製造において特に有用な用途を見出すことになる。

また、本発明は、以下の説明からより明らかになり、単独で又は何らかの技術的に可能な組み合わせを考慮する必要がある特徴に関する。

単に非限定的な実施例を提示する本明細書は、添付図面を参照して本発明の実施方法を良好に理解することを可能にするはずである。

本発明の第１の実施形態による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスを示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第１の変形例による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスを示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第２の変形例による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスを示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第３の変形例による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第４の変形例による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを、一方の入力偏光成分について示す概略図である。 図５と同じデバイスを、もう一方の入力偏光成分について示す図である。 本発明の第２の実施形態の第５の変形例による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを、一方の入力偏光成分について示す概略図である。 図７と同じデバイスを、もう一方の入力偏光成分について示す図である。 本発明の第３の実施形態による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスを示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の第５の変形例による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを示す概略図である。 ３５ＭＨｚで２０Ｗの合計パワー、及び１ＭＨｚで１０Ｗの合計パワーそれぞれにおける増幅フェムト秒パルスについての自己相関測定値を示す図である。 ３５ＭＨｚで２０Ｗの合計パワー（青色）、及び１ＭＨｚで１０Ｗの合計パワー（赤色）それぞれにおける増幅フェムト秒パルスについての光学スペクトル測定値を示す図である。 増幅パルスのコヒーレント合成の効率の測定値を、１ＭＨｚ及び３５ＭＨｚの繰り返し周波数におけるパルスエネルギーの関数として示す図である。 ２つの増幅段を有する従来のアーキテクチャ、及び本発明による２つの増幅器のコヒーレント再合成のためのアーキテクチャにおける自己相関測定値を示す図である。 第１の増幅ビーム（９Ａ）のみにおけるビームプロファイル及びビーム品質測定値の像を示す図である。 第２の増幅ビーム（９Ｂ）のみにおけるビームプロファイル及びビーム品質測定値の像を示す図である。 合成ビーム（９Ｃ）におけるビームプロファイル及びビーム品質測定値の像を示す図である。 本発明の第３の実施形態の第１の変形例による、２つのスペクトル拡幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスを示す概略図である。 本発明の第３の実施形態の第２の変形例による、２つのスペクトル拡幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスを示す概略図である。 本発明の第３の実施形態の第３の変形例による、２つのスペクトル拡幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを示す概略図である。

以下に、各々が平均パワー、及び／又はピークパワー、及び／又はエネルギーに制限がある２つの光学増幅器のコヒーレント合成のためのデバイス及び方法への本発明の第１の適用を図１から図１５に関連して説明する。

第１の実施形態によるコヒーレント再合成のための受動デバイスを図１に示している。動作原理は、対向する光学経路の相反性を好都合に用いるリング干渉計、例えばサニャック干渉計の使用に基づく。

一般的にサニャック干渉計は、サニャック効果を測定し、そこから回転測定値を推定するために用いられる。構造的に、サニャック干渉計内を時計回り方向及び反時計回り方向にそれぞれ伝播する光学波は、完全に相反する光学経路を辿る。サニャック干渉計は、光学構成要素を自由空間内で用い、又は光学ファイバと共に用い、振幅が非常に小さいサニャック効果に対して感度を有するのに十分に長い光学ループを形成する。光学ファイバジャイロスコープでは、光学ループの長さは、一般的に数百メートルと数キロメートルとの間で構成される。

図１は、本発明の第１の実施形態による、２つの増幅ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。光源１は、増幅される入射光ビームＳ_０を発生する。光学サーキュレータ２は、入射ビームＳ_０をリング干渉計の入力に送る。図１の概略図には、干渉計の環状経路を形成する一組の高反射ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を備える、自由空間内の干渉計が示されている。分割板３は、入射ビームＳ_０を、第１の２次入力ビームＨ_１と第２の２次入力ビームＨ_２とに空間的に分割する。好ましくは、分割板は、２次入力ビームＨ_１とＨ_２とが等しいパワーを有するように選ばれる。しかしながら、干渉計の２つの光学経路のパワー、及び／又はピークパワー、及び／又は偏光、及び／又は非線形効果において起こり得る不均衡を補償するために、２つの２次ビームの不等な分割を好都合に用いることもできる。この場合、２次入力ビームＨ_１とＨ_２とのこの不等分散は、コヒーレント合成のより良好な効率を可能にすることになる。第１の２次入力ビームＨ_１は分割板３によって反射され、リング干渉計の光学経路に沿って時計回り周回方向に、第１の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _１）を透過させる分割板３まで進む。それとは逆に、第２の２次入力ビームＨ_２は、分割板３の透過によってリング干渉計内に入射し、リング干渉計の光学経路に沿って反時計回り周回方向に、第２の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _２）を反射する分割板３まで進む。

リング干渉計の光学経路上には、第１の光学増幅器Ａ１と第２の光学増幅器Ａ２とが直列に配置される。２つの光学増幅器Ａ１、Ａ２は双方向光学増幅器である、すなわち、これらの光学増幅器は、２つのそれぞれ反対の方向に伝播する光学ビームを増幅するようになっている。各光学増幅器Ａ１、Ａ２には、各々独自の光学ポンピング手段（図示していない）が設けられる。好ましくは、２つの光学増幅器は同様のものであり（同じ利得、同じ帯域幅）、リング干渉計の光学経路上に対称に配置される。しかしながら、２つの光学増幅器Ａ１、Ａ２が厳密に同じである必要はない。この場合、第１の２次入力ビームＨ_１は、まず第１の増幅器Ａ１を通過し、続いて第２の増幅器Ａ２を通過する。従って、第１の２次入力ビームＨ_１は、最初に第１の増幅器Ａ１によって増幅されて１回増幅ビームＨ^’ _１が形成され、続いてこの１回増幅ビームＨ^’ _１自体が、第２の増幅器Ａ２によって増幅されて第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１（２回増幅された）が形成される。これとは逆に、第２の２次入力ビームＨ_２は、最初に第２の増幅器Ａ２を通過し、続いて第１の増幅器Ａ１を通過する。従って、第２の２次入力ビームＨ_２は、最初に第２の増幅器Ａ２によって増幅されて１回増幅ビームＨ^’ _２が形成され、続いてこの１回増幅ビームＨ^’ _２自体が、第１の増幅器Ａ１によって増幅されて第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２（２回増幅された）が形成される。分割板３は、第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１と第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２とを受光し、これらをコヒーレントに再合成して出力増幅ビームＳ_１を形成する。光学サーキュレータ２は、光学源の破損を回避するために、入射ビームＳ_０の出力増幅ビームＳ_１を空間的に分割する。

第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１と第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２とは、リング干渉計を通じて互いに対して一次的に相反性の経路に沿って進んだ。実際にこれらの２つのビームは、リング干渉計を通じて、互いに空間的に重畳された光学経路を辿って進む。時計回り方向を辿る光学経路と反時計回り方向を辿る光学経路とが同じ波長を有する場合には、同様に第１の２次出力ビームＨ^’’ _１と第２の２次出力ビームＨ^’’ _２とが互いに時間的に重畳される。これらの２つのビームは、各々、分割板３上での透過及び反射、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３上での同じ回数の反射、第１の光学増幅器Ａ１による増幅、並びに第２の光学増幅器Ａ２による増幅を受ける。従って第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１及び第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２は、構造的に一次的に安定した相対位相を有する。従って相反する光学経路を辿る環状構造は、第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１と第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２とをコヒーレントに再合成することを可能にする。好ましい実施形態によると、第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１と第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２とは、干渉計の出力において再合成されるビームが最大強度を有するように等しい振幅を有する。第１の増幅器Ａ１及び第２の増幅器Ａ２の光学ポンピング手段は、２つの増幅器Ａ１、Ａ２の平衡増幅を確実にするように調節することができる。或いは、増幅器Ａ１内に蓄積される位相と増幅器Ａ２内に蓄積される位相とがπだけ異なる場合には、コヒーレント合成は出力Ｓ２に対して実施される。

図２は、本発明の第２の実施形態の第１の変形例による、２つの増幅ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図であり、同じ参照符号は、図１に関連して詳細に説明したものと同じ要素に相応する。図２に例示している実施形態は、２次ビームが辿る経路を区別する上で偏光状態を用いる。図２のデバイスは、この場合、直線偏光状態にある入射ビームＳ_０を発生する光源１を備える。図２では、作図面に対して平行な偏光（偏光ｐ）に従う直線偏光状態にあるビームを双方向矢印で表し、作図面に対して垂直な偏光状態にあるビーム（偏光ｓ）を円盤で表している。図２のデバイスは、例えば、ファラデー回転子、位相板、又は４分の１波長板である第１の偏光回転子２２が続く第１の偏光分割立方体２１も備える。分割板３は、第１の偏光分割立方体２１に対して平行に向きが定められた第２の偏光分割立方体３２によって置き換えられている。第２の偏光分割立方体３２は、リング干渉計の入力−出力部を形成する。図１のデバイスと同様に、リング干渉計は、干渉計の相反する光学経路上に直列に配置された第１の光学増幅器Ａ１及び第２の光学増幅器Ａ２を備える。更に干渉計は、リング干渉計の光学経路上の、例えば図２に示しているように第１の増幅器Ａ１と第２の増幅器Ａ２との間に配置された第２の偏光回転子４を備える。当業者は、第２の偏光回転子をリング干渉計の光学経路上の別の場所に配置することができ、特に第１の光学増幅器Ａ１及び／又は第２の光学増幅器Ａ２に統合することができることを理解されたい。

図２のデバイスの入力において、偏光ｐの直線偏光入射ビームＳ_０は、入射ビームＳ_０の偏光に対して平行に向きが定められた第１の偏光分割立方体２１によって透過される。第１の偏光回転子２２は、ｐ偏光入射ビームＳ_０を受光し、入射ビームの偏光軸を４５度だけ回転させる。第２の偏光分割立方体３２は、偏光ｐの成分と偏光ｓの成分とを含む直線偏光入射ビームを受光するように構成される。第２の偏光分割立方体３２は、入射ビームを、偏光ｓの第１の２次入力ビームＨ_１及び偏光ｐの第２の２次入力ビームＨ_２という直交偏光状態にある２つの２次入力ビームへと分割する。第１の２次ビームは、干渉計を通じて分割立方体３２の第１のポートから、同じ分割立方体３２の第２のポートへと時計回り方向に進む。それとは逆に、第２の２次ビームは、干渉計を通じて分割立方体３２の第２のポートから、同じ分割立方体３２の第１のポートへと反時計回り方向に進む。偏光ｓの第１の２次入力ビームＨ_１は、第１の増幅器Ａ１によって増幅されて、偏光ｓの１回増幅ビームＨ^’ _１が形成される。第２の偏光回転子４は、例えば半波長板である。第２の偏光回転子４は、第２の増幅器Ａ２に向かって導かれる偏光ｐのビームが形成されるように、ビームＨ^’ _１の偏光を９０度だけ回転させる。第２の増幅器Ａ２は、偏光ｐの第１の２次１回増幅ビームを増幅して偏光ｐの第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１を形成する。それとは逆に、偏光ｐの第２の２次入力ビームＨ_２は第２の増幅器Ａ２によって増幅されて、偏光ｐの第２の１回増幅ビームＨ^’ _２が形成される。第２の偏光回転子４は、第１の増幅器Ａ１に向かって導かれる偏光ｓのビームが形成されるように、ビームＨ^’ _２の偏光を９０度だけ回転させる。第１の増幅器Ａ１は、偏光ｓの第２の１回増幅２次ビームを増幅して、偏光ｓの第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２を形成する。偏光分割立方体３２は、第２のポート上で偏光ｐの第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１を受光し、第１のポート上で偏光ｓの第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２を受光し、これらのビームをコヒーレントに再合成して、４５度の直線偏光状態にある、すなわち、同じ振幅の偏光ｐの成分と偏光ｓの成分とを含む出力増幅ビームＳ_１を形成する。第１の偏光回転子２２は、偏光ｓの出力増幅ビームＳ_１を形成するために、増幅コヒーレントビームの偏光軸を４５度だけ回転させる。第１の偏光分割立方体２１は、偏光ｓの増幅ビームＳ_１を偏光ｐの入射ビームＳ_０から分割するために、ビームＳ_１を反射する。こうして図２のデバイスは、第１の出力増幅２次ビームＨ^’’ _１と第２の出力増幅２次ビームＨ^’’ _２とを空間的に、時間的に、コヒーレントに、同じ偏光状態に従って再合成することを可能にする。

図２のデバイスの入力では、直線偏光入射ビームＳ_０は偏光ｐのものである。当業者は、デバイスを、偏光ｓの直線偏光入射ビームＳ_０に容易に適合させることになろう。

図３は、本発明の第２の実施形態の第２の変形例による、２つの増幅ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。図３のデバイスも、時計回りの２次ビームが辿る経路と反時計回りの２次ビームが辿る経路とをそれぞれ区別する上で偏光状態を用い、同じ参照文字は、図２のものと同じ要素に対応する。分割立方体２１及び第１の偏光回転子２２の代わりに、互いに対して４５度で交差する２つの偏光子の間に配置されたファラデー回転子で構成されたファラデーアイソレータが用いられる。光学ループの入力にあるビームスプリッタ−コンバイナ構成要素３２は、振幅ビームスプリッタであり、２次出力ビームの偏光再合成は、ファラデーアイソレータ２３の第１の偏光立方体上で実施される。更に、図３のデバイスの動作は、図２のデバイスのものと同様である。他方で、位相板４の向きに従って、再合成信号Ｓ_２を、偏光分割立方体３１の第２の出力上で回収することは好都合である。アイソレータ上の出力Ｓ_３は、Ｓ_１内で除外されずＳ_２内に再合成される出力信号の相補部分に相当する。

随意選択的に、図３のデバイスは、２つの２次ビームの間でパワー分散を調節するために、位相板２７、例えば半波長板を備えることができる。位相板２７の向きは、２つの２次ビームのパワーを５０％−５０％に平衡化するのを可能にする、又は平衡化せずに２つの経路の間で４５％−５５％又は３０％−７０％のパワー分散を得ることを可能にすることができる。実際には、２つの２次出力ビーム上で等しいパワーを得るのは場合によって困難であり、２つの増幅器Ａ１とＡ２とは必ずしも均等ではない。半波長板２７は、時計回り経路と反時計回り経路との間のパワー又はエネルギーの非対称性を作り出して、結果的にコヒーレント合成効率を高めることを可能にすることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態の第３の変形例による、２つの増幅ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。図４のデバイスも、２次ビームが辿る経路を区別する上で偏光状態を用い、同じ参照符号は、図２のものと同じ要素に対応する。偏光回転子４の代わりに、図４のデバイスは、第３の偏光分割立方体４１と、４分の１波長板４２又はファラデー回転子と、リターンミラー４３とを備える。図２のデバイスと同様に、入射ビームＳ_０は、同じパワーの、直交偏光状態にある２つの２次入力ビームＨ_１、Ｈ_２へと分割される。第１の２次入力ビームＨ_１は、第１の光学増幅器Ａ１によって増幅され、それに対して第２の２次入力ビームＨ_２は、第２の光学増幅器Ａ２によって増幅される。この１回目の増幅の出力では、１回増幅ビームＨ^’ _１及びＨ^’ _２が、第３の偏光分割立方体４１によって空間的にカバーされる。ｓ偏光の第１の１回増幅２次ビームＨ^’ _１は、反射され、それに対してｐ偏光の第２の１回増幅２次ビームＨ^’ _２は第３の偏光分割立方体４１によって透過される。この場合、１回増幅２次ビームＨ^’ _１及びＨ^’ _２は共通の経路を辿り、ミラー４３によって反射され、各々が、４分の１波長板４２内で２回通過を受ける。この２回通過は、各２次ビームＨ^’ _１及びＨ^’ _２それぞれの直線偏光状態の９０度の回転を誘導する。続いて、ｐ偏光の第１の２次ビームＨ^’ _１は、第２の増幅器Ａ２に向かって導かれる。同様に、ｓ偏光の第２の２次ビームＨ^’ _２は、第１の増幅器Ａ１に向かって導かれる。従って第１の２次ビームＨ_１は、Ａ１及びＡ２において順次増幅され、第２の２次ビームＨ_２ではその逆順で増幅される。続いて、同位相、同じ群遅延、直交直線偏光状態、及び同じ空間プロファイルを有する出力増幅ビームＨ^’’ _１及びＨ^’’ _２は、偏光分割立方体３３上で再合成される。最後に、偏光回転子２２及び分割立方体２１内における通過が、２つの直交偏光成分を再合成し、ｐ偏光入力ビームＳ_０からｓ偏光出力コヒーレント増幅ビームＳ_１を分割することを可能にする。

図５及び図６は、本発明の第２の実施形態の第４の変形例による、２つの増幅ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。図５は、入力ビームのｓ偏光成分の伝播を示し、図６は、入力ビームのｐ偏光成分の伝播を示しており、同じ参照符号は、図２におけるものと同じ要素に対応する。偏光回転子４の代わりに、図５のデバイスは、偏光分割立方体３２の出力上に配置されたファラデーミラー４４を備える。図５では、ｓ偏光の第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）は、最初に第１の光学増幅器Ａ１によって、続いて第２の光学増幅器Ａ２によって増幅されながら、偏光の変化を伴わずに偏光干渉計を通じて時計回り方向に進む。時計回り方向の周回の終点において、２回増幅ビームＨ^’’ _１が、偏光分割立方体３２によってファラデーミラー４４に向かって反射される。ファラデーミラー４４上での反射の後には増幅ビームＨ^’’ _１は偏光が変化してしまい、ｐ偏光状態にあり、偏光分割立方体３２によって、この場合も再度時計回り方向の干渉計の光学ループに向かって透過される。続いて第１の２次ビームは、同じ経路を辿るが、最初の通過時のものに対して垂直な偏光を伴って、第１の光学増幅器Ａ１によって、続いて第２の光学増幅器Ａ２によってもう１度増幅される。この場合、第１の２次ビームは、第１の増幅器Ａ１によって２回、第２の増幅器Ａ２によって２回増幅され、分割立方体３２上にｐ偏光ビームＨ^’’’’ _１が形成され、ビームＨ^’’’’ _１は、そこで光学アイソレータ２３に向かって透過される。

相反的に、図６でわかるように、ｐ偏光の第２の２次入力ビームＨ_２は、最初に干渉計のループに沿って反時計回り方向を辿って偏光の変化を伴わずに進み、この場合、最初に第２の光学増幅器Ａ２によって、更に第１の光学増幅器Ａ１によって増幅されたビームＨ^’’ _２が、偏光分割立方体３２によってファラデーミラー４４に向かって透過される。ファラデーミラー４４上での反射の後に、増幅ビームＨ^’’ _２は、偏光分割立方体３２によって、この場合も再度反時計回りの干渉計の光学ループに向かって反射されるが、今回はｓ偏光状態にある。続いて第２の２次ビームは、同じ反時計回り経路を辿りながら、第２の光学増幅器Ａ２によって、続いて第１の光学増幅器Ａ１によってもう一度増幅される。４回増幅された第２の２次ビームが分割立方体に戻ると、このビームは、光学アイソレータ２３に向かって透過される。

分割立方体３２及び光学アイソレータ２３は、各々が２つの光学増幅器Ａ１及びＡ２内の２回通過によって増幅された２つの２次出力ビームＨ^’’’’ _１とＨ^’’’’ _２とを偏光において再合成する。従って図５のデバイスは、各増幅器内のビームの通過回数を２倍にすることを可能にする。この構成は、低利得光学増幅器Ａ１、Ａ２の場合に特に好都合である。

図７及び図８は、本発明の第２の実施形態の第５の変形例による、２つの増幅ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。このデバイスは、図５及び図６に関連して説明したものと同様であり、この場合、ファラデーミラー４４が、反射中にビームの偏光を変更しない高反射ミラーＭ４によって置き換えられている。しかしながら、図７では、２次ビームが、干渉計のループに沿って時計回り方向に１回進み、ミラーＭ４上で反射され、続いて、偏光の変化を伴わずに干渉計のループに沿って反時計回り方向にもう一度進むことがわかる（図７参照）。相反的に、図８では、２次ビームが干渉計のループに沿って反時計回り方向に１回進み、ミラーＭ４上で反射され、更に、偏光の変化を伴わずに干渉計のループに沿って時計回り方向にもう一度進むことがわかる（図８参照）。この第５の変形例によると、ｓ偏光２次ビームは、分割立方体３１によって４回反射される。それとは逆に、ｐ偏光２次ビームは、分割立方体３１によって４回透過される。また、図７及び図８のデバイスは、増幅器Ａ１の２回の通過と増幅器Ａ２の２回の通過とによって各２次ビームを４回増幅する。

図９は、本発明の第３の実施形態による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。図９のデバイスは、干渉計の光学経路上に単一の双方向光学ファイバ増幅器Ａ１と半波長板４７とを備える。入力ビームＳ_０は直線偏光状態にあり、光学アイソレータ２３を通過した後に、入力ビームの偏光軸は、リング干渉計の入力にある偏光スプリッタ３２の正規の軸に対して４５度である。スプリッタは、ｓ偏光成分Ｈ_１とｐ偏光成分Ｈ_２とを分割する。図９の概略図では、最初にｓ偏光状態にある成分Ｈ_１は、干渉計を通じて反時計回り方向に進み、それに対して最初にｐ偏光状態にある成分Ｈ_２は、干渉計を通じて時計回り方向に進む。２次ビームＨ_１は、半波長板を通過してｐ偏光状態になる。増幅器Ａ１は、反時計回り方向に伝播するｐ偏光２次ビームＨ_１を受光して増幅し、増幅２次ビームＨ^’ _１を形成する。それとは逆に、増幅器Ａ１は、時計回り方向に伝播するｐ偏光２次ビームＨ_２を受光して増幅し、増幅２次ビームＨ^’ _２を形成する。増幅２次ビームＨ^’ _２は、半波長板を通過してｓ偏光状態になる。偏光スプリッタ−コンバイナ３２は、ｐ偏光Ｈ^’ _１及びｓ偏光Ｈ^’ _２の２つの増幅２次ビームを再合成する。２つの増幅２次ビームＨ^’ _１とＨ^’ _２とが同じ振幅を有する場合には、再合成されたビームは、偏光スプリッタ−コンバイナ３２の正規軸に対して４５度の偏光軸を有する直線偏光状態にある。好都合には増幅器Ａ１は、一方の端部によって共伝播方式でポンピングされ、もう一方の端部によって対向伝播方式でポンピングされる光学ファイバ増幅器である。二重ポンピングは、反転分布、利得の長手方向分散、従って増幅器Ａ１の２つの増幅方向の非線形性を対称化することを可能にする。しかしながら、２つの増幅２次ビームは、リング干渉計内で相反する光学経路に沿って進むことから、これらのビームの再合成はコヒーレントである。好都合には、光学ファイバ増幅器Ａ１は、正規軸が２次ビームの偏光に対して整合される偏光維持増幅光学ファイバを備える。第３の実施形態の変形例によると、半波長板は、２次ビームＨ^’ _１及びＨ_２の光学経路上に配置される。第３の実施形態の別の変形例では、デバイスは、増幅器Ａ１の両側に配置される２つの半波長板を備える。第３の実施形態の他の変形例によると、これらの波長板が、光学ビームの偏光状態を変化させないように整合される場合、波長板は光学経路上に配置されない。この場合、２次出力ビームＨ^’ _１の偏光は、２次入力ビームＨ_１の偏光と同じである。それとは逆に、２次出力ビームＨ^’ _２の偏光は、２次入力ビームＨ_２の偏光と同じである。従って、ビームのコヒーレント再合成は、出力Ｓ_２上で実施される。

第３の実施形態の第１の変形例によると、図９のデバイスは、増幅器Ａ１によって１回増幅された２つの２次ビームをリング干渉計に向かって反射するために、信号Ｓ_２の出力ポート上に配置された高反射ミラーＭ４を備える。それによって、各２次ビームは、最初のループとは逆の経路を辿り、同じ偏光を伴って再度リング干渉計を通じて進む。この変形例は、２次ビームを再合成する前に、単一の増幅器Ａ１によって各２次ビームを２回増幅することを可能にする。

第３の実施形態の第２の変形例によると、デバイスは、増幅器Ａ１によって１回増幅された２つの２次ビームをリング干渉計に向かって反射するために、信号Ｓ_２の出力ポート上に配置されたファラデーミラー４４を備える。それによって、各２次ビームは、最初のループとは逆の経路を辿り、直交偏光を伴って再度リング干渉計を通じて進む。この変形例は、２次ビームを再合成する前に、単一の増幅器Ａ１によって各２次ビームを２回増幅することを可能にする。

図１０は、本発明の第４の実施形態による、２つの増幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスを表している。この場合の分割／再合成デバイスも、ビームの偏光を用いる。増幅器Ａ１及びＡ２は、希土類でドーピングされた偏光維持光学ファイバ増幅器である。例示的な実施形態によると、各増幅器Ａ１、Ａ２は、イッテルビウムでドーピングされたコアを有し、二重被覆された長さ１．６ｍの光学ファイバセクションを備える。光源は、３５ＭＨｚの繰り返し率で２５０ｆｓのパルスを発生させる発振器である。発振器には、パルスピッカー１１と、パルスを最大で１５０ｐｓまで時間的に伸張するストレッチャー７とが続く。ストレッチャー７から到着する入射ビームはリング干渉計に結合され、出力ビームＳ_１は、増幅パルスを時間的に再圧縮するコンプレッサ８へと透過される。デバイスは、光学アイソレータ２３と半波長板２４と偏光スプリッタ立方体３３とを備える。光学アイソレータ２３は、増幅ビームのコヒーレント再合成及び増幅ビームＳ_１の抽出を可能にする。アイソレータ２３は、増幅ビームＨ^’’ _１とＨ^’’ _２とが互いに干渉するように、４５度にある２つの直交偏光を投影することを可能にする。アイソレータ２２の第１の出力は、出力ビームの非再合成部分Ｓ_２を除外する。アイソレータ２２の第２の出力は、再合成ビームＳ_１を抽出することを可能にする。干渉計内の半波長板（４、５、及び６）及び干渉計の外側の半波長板（２４）は、最良のコヒーレント合成度を得るようにアーム間のパワー分散を微調節するために用いられる。各時点で、第１の増幅器Ａ１は、干渉計の時計回り方向に伝播する第１の２次ビームＨ_１と、第２の増幅器Ａ２によって１回増幅され、反時計回り方向に伝播する第２の２次ビームＨ^’ _２とを増幅する。同様に各時点で、第２の増幅器Ａ２は、干渉計の反時計回り方向に伝播する第２の２次ビームＨ_２と、第１の増幅器Ａ１によって１回増幅され、時計回り方向に伝播する第１の２次ビームＨ^’ _１とを増幅する。この場合、各増幅器Ａ１、Ａ２それぞれは、２次ビームに対する前置増幅器及びもう一方の２次ビームに対するパワー増幅器として動作する。各ビームＨ_１、Ｈ_２は、２つの同一の増幅器Ａ１及びＡ２内で増幅される。２つの光学増幅器Ａ１、Ａ２は、伝播方向の各々において増幅が可能であるように構成される。出力において、増幅器の入力がもう一方の増幅器の出力内に注入され、その逆も同様に行われる。従って、ビームＨ^’ _１は再度Ａ２で増幅され、ビームＨ^’ _２はＡ１で増幅され、この場合、伝播方向は逆である。システムは対称であり、対向方向に伝播する２つのビームは、同じ光学経路を経て同じ増幅利得を得る。確かにこの干渉計はサニャック干渉計と同様であるが、ループ内に配置された非線形光学増幅器を備えるという顕著な相違点がある。こうして２つの２回増幅ビームは、入力−出力スプリッタ上で、同じ位相、同じ群遅延、同じ偏光状態、及び同じ空間プロファイルを伴って再合成される。従って、パワーのほぼ全てが偏光分割立方体３２によって偏光回転子２２に向かって転送される。偏光回転子２２内の通過によって、偏光状態は、再合成出力ビームＳ_１が、第１の偏光分割立方体２１によって出射されるように変更される。実際の実験システム内に現れる非対称性の補償は、システム内の多くの場所において行うことができる（整合、増幅器のポンピング、２次入力ビームのパワー分散等）。

各２次ビームに対して、ポンピングは、最初の増幅中には共伝播であり、２回目の増幅では対向伝播である。この構成は、自己位相変調（ＳＰＭ）に起因するＢ積分を制限し、結果的に光学ビームの優れた空間品質を保持することを可能にする。干渉計内での完全周回のための光学ビームの長さは５ｍである。従って、このデバイスは、１０ＭＨｚよりも低い周波数の位相ノイズ、及び１０ｋＨｚを超えて制限される熱ノイズ及び音響ノイズの影響をそれ程受けない。従って、干渉計の出力でのビームの合成は、位相が非常に安定しており、環境擾乱に対して耐性を有する。

図１０のデバイスは、最初に３５ＭＨｚの繰り返し周波数と、３００ｍＷの入射ビームＳ_０のパワーとで動作する。各増幅器Ａ１、Ａ２における５０Ｗのポンピングパワーは、９５％の合成効率によって２０Ｗのパワーを有する出力ビームを得ることを可能にする。合成効率の不足は、本質的に、増幅される自然放出、及び整合不良に起因する。３５ＭＨｚの繰り返し周波数で２０Ｗのパルスに関する自己相関、及び１ＭＨｚの繰り返し周波数で１０Ｗのパルスに関する自己相関をそれぞれ表す図１１に示すように、パルス持続時間は比較的良好に保持され、出力パルス持続時間は２７０ｆｓ（ＦＷＨＭ）である。

より高いピークパワーを得るために、繰り返し周波数は１ＭＨｚに固定される。しかしながら、累積された非線形位相は無視することができなくなり、良好な合成効率を維持するためには、２つの相対伝播ビームにおいて同一である必要がある。実際には、これはポンプのパワー及び注入条件を調節することによって行うことができる。自己位相変調が、特にパワー増幅器の出力において発生することを考慮して、各増幅器Ａ１、Ａ２は、２つのビームのうちの一方だけの非線形位相を、もう一方のビームへの影響がほとんどない状態で制御する。このことは、実験的に観測され、ポンプパワーに対する許容誤差は約１００ｍＷである。図１２は、３５ＭＨｚの繰り返し周波数で２０Ｗのパルス、及び１ＭＨｚの繰り返し周波数で１０Ｗのパルスそれぞれについての光学スペクトルを示している。１０Ｗでは、エネルギーは約１０μＪであり、各ビームにおけるＢ積分は１２ｒａｄである。この高いＢ積分値は、パルスを完全に変形する（図１１及び図１２を参照）が、コヒーレント合成効率は８４％で高いままに留まる。

図１３は、コヒーレント合成効率の測定値を、１ＭＨｚ及び３５ＭＨｚの繰り返し周波数におけるパルスエネルギーの関数として示している。２つのポンプのパワーの精密な調節にも関わらず、パルスエネルギーの関数としての合成効率の緩慢な低下が認められる。この効果は、とりわけ、完全には対称ではない２つのファイバの間の相互再注入から生じる可能性がある。時計回り光学経路と反時計回り光学経路との間の相対スペクトル位相は、完全には平衡化されない高次の項を有することから、非線形伝播は、このパラメータによる影響を受ける。

本発明のデバイスの増幅アーキテクチャは、標準の２段増幅アーキテクチャと比較した場合に、干渉計内にアイソレータを挿入することによって利点をもたらす。図１４は、本発明のコヒーレント合成のための受動デバイス及び標準の２段増幅デバイス内での１ＭＨｚの繰り返し周波数で２Ｗの出力パワーにおける自己相関の測定値を示している。本発明のデバイスは、従来の構成において見受けられる時間歪曲を完全に抑制することを可能にする。コヒーレント合成ビーム上で測定されるパワー変動は、分離状態にあると考えられる各ビームのパワー変動と同一である。このことは、位相ノイズが、出力パワーの安定性において取るに足らない役割しか果たさないことを示す。

図１５は、得られたビームプロファイル及び測定されたパラメータＭ^２の値を示している。パラメータＭ^２は、レーザービームの空間品質を評価するために用いられるデジタルパラメータであり、その理想値は１に等しい。図１５Ａは、第１の増幅２次ビーム（Ｈ^’’ _１）のプロファイルを示している。図１５Ｂは、第２の増幅２次ビーム（Ｈ^’’ _２）のプロファイルを示している。図１５Ｃは、出力されるコヒーレント合成ビーム（Ｓ_１）のプロファイルを示している。干渉計の慎重な整合及び集束を前提とすると、得られるビーム品質は満足のいくものである。この整合は、ビームの重畳及び高い合成効率を得る上で極めて重要である。

本発明は、２つの独立したレーザー増幅器の受動的なコヒーレント合成のための光学システムを提案する。システムの動作原理は、２つの増幅器内で逆の順序で異なる時点において増幅されるが、エネルギーレベル及び累積光学位相レベルが高い効率のコヒーレント合成を可能にするまで両方ともに増幅される２つの２次ビームへの入力信号の振幅分割に基づく。システムの出力において、相反して増幅された２つの２次ビームが、最初の分割を可能にしたものと同じ光学構成要素上でコヒーレントに再合成される。出力されるコヒーレント増幅ビームは、光学アイソレータを用いて入力信号から分離することができる。

本発明のデバイスは、位相測定及び実時間の負のフィードバックのための複雑な電子デバイスを必要とすることなく安定するという受動システムの全ての利点を有する。更に、ここでは２つの増幅器を有することによって、デバイスは、単一の増幅器を有するシステムに対して光学パワー、エネルギー、及びピークパワーを、従来の光学構成要素を用いて２倍にすることを可能にする。比較として、２つの増幅段を直列で用いる従来技術の光学増幅器デバイスでは、第２の増幅段は最大照射ピークパワーに対応し、それによって、第２のパワー増幅器に対する負の非線形効果が生じる。それとは逆に、本発明のデバイスは、増幅パワーを２つの増幅器の間で分散させることを可能にし、それによって各増幅器内における望ましくない効果（特に熱効果及び非線形効果）の累積をより容易に制限することが可能になる。合計パワーは、２つの増幅器の外側で、コヒーレント合成のための受動システムによって再合成される。本発明のデバイスは、光学ビームの優れた空間品質を保持しながら、高い再合成効率（最大で９５％又は更には最大で１００％）を得ることを可能にする。

次に、図１６から図１８に関連して、各々が、パワー、及び／又はエネルギー、及び／又はピークパワーに制限がある２つの光学スペクトル拡幅デバイスのコヒーレント合成のためのシステムを備える、スペクトル拡幅のためのデバイス及び方法への本発明の第２の適用を説明することにする。

図１６は、本発明の第３の実施形態の第１の変形例による、２つのスペクトル拡幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。図１６のデバイスは、中空芯細管ファイバとも呼ぶ２つの中空細管光学ファイバＡ１及びＡ２を備える。中空細管光学ファイバは、高エネルギー及び／又は高パワーのレーザーパルスをスペクトル伸張するために用いられる。しかしながら、細管ファイバはエネルギーに制限があり、最大エネルギーは、数十ｆｓのパルスでは１０ｍＪ程度のものである。図１６のデバイスは、リング干渉計の光学経路上に直列に配置された２つの中空細管ファイバＡ１及びＡ２を備える。好ましくは、入射ビームＳ_０を、２つの直線偏光２次入力ビームＨ_１及びＨ_２へと分割するために偏光分割立方体３１が用いられる。細管ファイバ内での拡幅は、好ましくは円偏光で動作し、４分の１波長板４５、４６それぞれが、分割立方体３１と各細管ファイバＡ１、Ａ２との間に配置される。直線ｓ偏光の第１の２次ビームＨ_１は、第１の４分の１波長板４５を通過し、その偏光は円になる。円偏光の第１の２次ビームは、第１の中空細管ファイバＡ１によって１回目のスペクトル拡幅を受け、続いて第２の中空細管ファイバＡ２によって２回目のスペクトル拡幅を受ける。２回スペクトル拡幅され、なおも円偏光の第１の２次ビームは、第２の４分の１波長板４６を通過し、その後、第１の２次出力ビームはｐ偏光状態にある。それとは逆に、直線ｐ偏光の第２の２次ビームＨ_２は、第２の４分の１波長板４６を通過し、その偏光は円になる。円偏光の第２の２次ビームは、第２の中空細管ファイバＡ２によって１回目のスペクトル拡幅を受け、続いて第１の中空細管ファイバＡ１によって２回目のスペクトル拡幅を受ける。２倍にスペクトル拡幅され、なおも円偏光の第２の２次ビームは、第１の４分の１波長板４５を通過するので、第２の２次出力ビームはｓ偏光状態にある。その後、分割立方体３１は、各々が２倍にスペクトル拡幅された２つの２次出力ビームを再合成する。

図１７は、本発明の第３の実施形態の第２の変形例による、２つのスペクトル拡幅光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスの概略図である。図１７のデバイスは、高いエネルギー及び／又はパワーのレーザーパルスをスペクトル拡幅するための２つの中空細管ファイバＡ１及びＡ２を備える。偏光分割立方体の代わりに、この場合には薄膜偏光子３４が用いられる。チャープミラーＭ１１、Ｍ１２、及びＭ１３も用いられる。図１７のデバイスは、一般的に良好でないスペクトル位相特性を有する光学アイソレータを排除することを可能にする。この場合、図１７のデバイスの出力において、８００ｎｍの波長において１パルス当たり２０ｍＪよりも高いエネルギーを有する２０フェムト秒のパルスを得ることができる。好都合には、図１６又は図１７のデバイスは、例えば、第１の中空細管ファイバＡ１の端部の像を、第２の中空細管ファイバＡ２の反対側の端部上に形成するために、例えば光学システム２ｆ−２ｆで構成された結像システムを備える（図示せず）。

図１８は、本発明の第３の実施形態の第３の変形例による、２つのスペクトル拡幅光学ビームのコヒーレント合成のためのデバイスの概略図である。図１８のデバイスは、２つの大モード光学ファイバ（大モード面積ファイバ）（Ａ１、Ａ２）を備え、詳細には低エネルギー超短レーザーパルスのスペクトル拡幅に適合する。図１８のデバイスは、入力ビームＳ_０を、それぞれｓ及びｐの直線偏光の２つの２次ビームへと分割する光学アイソレータ２３を備える。大モードファイバは、好ましくはシリカの単一モードファイバであり、直線偏光で動作する。このデバイスは、１０３０ｎｍの波長において、５００ｆｓのパルスを有し、１パルス当たり２μＪよりも高いエネルギーを有する出力コヒーレント再合成ビームを生成することを可能にする。

図１６から図１８に示しているデバイスは、レーザービームのスペクトル拡幅への適用を例示しており、デバイスは、リング干渉計の経路上に配置された２つの光学構成要素の間で光学ビームのエネルギー及び／又はパワーを分散させて、２つの光学構成要素のうちの１つのものによって許容される最大制限値よりも高いエネルギー及び／又はパワーを有する出力ビームを形成することを可能にする。

１ 光源
２ 光学サーキュレータ
３ 分割板
Ａ１ 第１の光学増幅器
Ａ２ 第２の光学増幅器
Ｍ１ 高反射ミラー
Ｍ２ 高反射ミラー
Ｍ３ 高反射ミラー
Ｍ４ 高反射ミラー
Ｓ_０ 入射光ビーム
Ｓ_１ 出力増幅ビーム
Ｈ_１ 第１の２次入力ビーム
Ｈ^’’ _１ 第１の２次出力ビーム
Ｈ_２ 第２の２次入力ビーム
Ｈ^’’ _２ 第２の２次出力ビーム

Claims (13)

1. 増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームのコヒーレント合成のための受動デバイスであって、該デバイスは、
   振幅分割リング干渉計を備え、
   前記干渉計は、
   入射光学ビーム（Ｓ_０）を受光し、それを第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）へと空間的に分割するように構成された光学分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）と、
   第１の２次出力ビーム（Ｈ_１ ^’’）を形成するために前記第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）が前記リング干渉計を通って時計回り方向に、第２の２次出力ビーム（Ｈ_２ ^’’）を形成するために前記第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）が前記リング干渉計を通って反時計回り方向にそれぞれ進む環状光学経路を前記干渉計内で規定するように配置された光学誘導手段（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３）と、
   前記リング干渉計の前記光学経路上に配置され、一方で時計回り方向に伝播する２次入力ビーム（Ｈ_１，Ｈ_２）を、他方で反時計回り方向に伝播する２次入力ビーム（Ｈ_１，Ｈ_２）を増幅及び／又はスペクトル拡幅するように構成される少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）と、
   を備え、
   前記分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）は、前記第１の２次出力ビーム（Ｈ_１ ^’’）と前記第２の２次出力ビーム（Ｈ_２ ^’’）とを受光して空間的、時間的、且つコヒーレントに再合成し、増幅及び／又はスペクトル拡幅された出力コヒーレントビーム（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を形成するように配置される、
   ことを特徴とする、コヒーレント合成のための受動デバイス。
2. 前記入射光学ビーム（Ｓ_０）と前記増幅及び／又はスペクトル拡幅された出力コヒーレントビーム（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）とを空間的に分割するように、前記リング干渉計の上流に配置された光学分離手段（２，２１，２２，２３）を更に備える、請求項１に記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
3. 前記光学誘導手段（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３）は、高反射ミラー（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）、チャープミラー（Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ１３）、光学ファイバセクション、及び／又は偏光維持光学ファイバセクション及び／又は特定の分散光学ファイバセクションを備える、請求項１又は２に記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
4. 前記第１の２次出力ビーム（Ｈ_１ ^’’）及び前記第２の２次出力ビーム（Ｈ_２ ^’’）を前記リング干渉計に向かって反射するように、前記分割及び再合成光学手段の出力上に配置された反射ミラー（Ｍ４）又はファラデーミラー（４４）を更に備え、前記第１の２次ビーム及び前記第２の２次ビームが、コヒーレントに再合成される前に再度、前記リング干渉計を通って進むようになっている、請求項１から３のいずれかに記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
5. 前記分割及び再合成光学手段は、前記入射ビーム（Ｓ_０）を、第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）とに分割するように構成された偏光スプリッタ（３１，３２，３３）を備え、前記第１の２次入力ビーム（Ｈ１）及び前記第２の２次入力ビーム（Ｈ２）は、直交偏光に直線偏光され、前記デバイスは、前記リング干渉計の前記経路上に配置された偏光手段（４，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７）を更に備え、前記偏光手段（４，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７）は、前記第１の２次出力ビーム（Ｈ_１ ^’’）が前記第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）と同じ偏光で直線偏光され、前記第２の２次出力ビーム（Ｈ_２ ^’’）が前記第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と同じ偏光で直線偏光されるように構成される、請求項１から４のいずれかに記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
6. 前記偏光手段は、半波長板（４，４７）、又は、２つの４分の１波長板（４５，４６）又は２つの半波長板、又は、ファラデー回転子（４２）又はファラデーミラー（４４）、又は、偏光分割立方体（４１）と４分の１波長板（４２）と反射ミラー（４３）とを備える部分ユニットを備える、請求項５に記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
7. 前記光学分割及び再合成手段は、相互に直交偏光状態にある前記第１の２次出力ビーム（Ｈ_１ ^’’）と前記第２の２次出力ビーム（Ｈ_２ ^’’）とを同じ偏光状態で再合成するように構成された偏光子、及び／又は波長板（２２，２４，２７）、及び／又は光学アイソレータ（２３）を備える、請求項５又は６に記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
8. 前記少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）は、光学増幅器（Ａ１）を備える、請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
9. 前記少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）は、第１の双方向光学増幅器（Ａ１）と第２の双方向光学増幅器（Ａ２）とを備え、前記光学増幅器（Ａ１，Ａ２）は、前記リング干渉計の前記光学経路上に直列に配置される、請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
10. 前記第１の光学増幅器（Ａ１）は第１の光学ファイバ増幅器を備え、前記第２の光学増幅器（Ａ２）は第２の光学ファイバ増幅器を備える、請求項９に記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
11. 前記少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）は、前記２次光学ビーム（Ｈ_１，Ｈ^’ _２）をスペクトル拡幅するように構成された第１の双方向光学構成要素（Ａ１）と、前記２次光学ビーム（Ｈ_２，Ｈ^’ _１）をスペクトル拡幅するように構成された第２の双方向光学構成要素（Ａ２）とを備える、請求項１から７のいずれかに記載のコヒーレント合成のための受動デバイス。
12. 増幅及び／又はスペクトル拡幅された２つの光学ビームの受動的コヒーレント合成のための方法であって、
    振幅分割リング干渉計に入射光学ビーム（Ｓ_０）を結合する段階であって、前記リング干渉計が、光学分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）と、該リング干渉計の光学経路上に配置される少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）とを備え、該少なくとも１つの双方向光学構成要素（Ａ１，Ａ２）が、一方で前記リング干渉計内を時計回り方向に伝播する２次光学ビームを、他方で前記リング干渉計内を反時計回り方向に伝播する２次光学ビームを増幅及び／又はスペクトル拡幅するようになった段階と、
    前記光学分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）によって、前記入射光学ビーム（Ｓ_０）を、第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）とに空間的に振幅分割する段階と、
    前記第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）が前記リング干渉計を通って時計回り方向に進み、前記少なくとも１つの光学構成要素（Ａ１，Ａ２）によって増幅及び／又はスペクトル拡幅されて、前記光学分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）に向かって導かれる第１の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _１）が形成されるように、該第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）を光学的に誘導する段階と、
    前記第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）が前記リング干渉計を通って反時計回り方向に進み、前記少なくとも１つの光学構成要素（Ａ１，Ａ２）によって増幅及び／又はスペクトル拡幅されて、前記光学分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）に向かって導かれる第２の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _２）が形成されるように、該第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）を光学的に誘導する段階と、
    前記光学分割及び再合成手段（３，３１，３２，３３）によって前記第１の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _１）と前記第２の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _２）とをコヒーレントで空間的に再合成し、増幅及び／又はスペクトル拡幅された出力コヒーレントビーム（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を形成する段階と、
    を含む、コヒーレント合成のための方法。
13. 前記入射光学ビーム（Ｓ_０）を第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）へ空間振幅分割する段階は、偏光分割する段階を含み、前記第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）及び前記第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）が直交偏光され、
    前記リング干渉計内における前記光学誘導段階は９０度の偏光回転を含み、前記第１の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _１）は、前記第２の２次入力ビーム（Ｈ_２）と同じ偏光を有し、前記第２の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _２）は、前記第１の２次入力ビーム（Ｈ_１）と同じ偏光を有し、
    前記コヒーレント空間再合成は、前記第１の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _１）と前記第２の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _２）との再合成を含み、前記第１の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _１）の偏光と前記第２の２次出力ビーム（Ｈ^’’ _２）の偏光とは直交する、
    請求項１１に記載のコヒーレント合成のための方法。