JP6276471B2 - 超短光パルス発生のための方法及び発生器 - Google Patents

Description

本提案の発明は、レーザ技術の分野に関し、具体的には、パルス発生器の異なる部分における、光学透明材料内の光Ｋｅｒｒ効果で生じる増幅光パルスのスペクトル拡幅と光パルスの二重分光と、による超短光パルス発生の方法と発生器とに関する。

光ファイバのテーパ部分の周りを関連ポリマーとカーボンナノチューブの混合物で包んで作製された可飽和吸収体を利用して実現されるモード同期である、縦方向レーザモード同期に基づく運転により、超短光パルスを発生させる方法と装置が知られている。光ファイバのテーパ部を通って伝播する光は、外へ突き抜けてカーボンナノチューブと相互作用する。カーボンナノチューブの特異な特性により、可飽和吸収とモード同期が可能である。既知の方法及び装置は、米国特許出願公開第２０１１／０２８０２６３号明細書（２０１１）に記載されている。

この方法と装置の欠点は、カーボンナノチューブとポリマー混合物とによる可飽和吸収体は、半導体可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭ）と同様に劣化しやすいことである。発振器の寿命は、この不利な特性によって強く制約される。さらに、この方法では、カーボンナノチューブの不適当なスペクトル、時間及びエネルギ特性のためにモード同期を達成できないことがある。

光ファイバ内部での光Ｋｅｒｒ効果による非線形偏光回転効果によるモードの縦方向レーザモード同期に基づく運転による、超短光パルス発生の方法と装置が知られている。ここでは、正常分散を有する共振子内部でのパルス発生は、光学透明材料内での光Ｋｅｒｒ効果による自己位相変調によって生じるスペクトル拡幅されたパルスをスペクトルフィルタリングすることによって達成される。スペクトルフィルタリングにより強くチャープされた（ｃｈｉｒｐｅｄ）ピコ秒パルスが発振器の共振子内に発生され、レーザパルスは発振器の出力部ではフェムト秒の長さにまで圧縮可能である。この既知の方法と装置は、米国特許出願公開第２０１０／２２０７５１号明細書（２０１０）に記載されている。

この既知の方法と装置の不利な点は、全ての外部擾乱に対して非常に不安定であり、周辺温度の変動に対して敏感であり、実験室条件下での使用にしか適していないことである。その場合においても、モード同期が非偏向維持光ファイバを利用して達成されるために、発生パルスのパラメータは、予測できないことが多い。

本発明の目的は、発生した超短光パルスの出力安定性、光学方式の信頼性と簡略性、外部環境の擾乱に対する耐力、経時劣化に対する耐力、を向上させ、コストを低減することである。

上記の問題を解決するために、本提案の超短光パルス発生方法によれば、パルスが閉軌道内を伝播する発生器光学ループ内部における一往復の超短光パルス形成行程において、光パルスの増幅し、光学透明材料における光Ｋｅｒｒ効果によって、増幅された光パルスをスペクトル拡幅し、第１のスペクトル感知光学素子を用いたスペクトル拡幅された光パルスのスペクトル成分を選択することであって、異なる波長の拡幅された光パルスの二重スペクトル選択を行う、ステップとを含む。第１のスペクトル感知光学素子が所定の波長の光パルスを選択し、そこでその他の波長の光パルスは発生器の光学ループの外に向けられる。第１のスペクトル感知光学素子を用いて選択された所定の波長の光パルスは再度増幅することが可能であり、さらに別の光学透明材料又は上記の光学透明材料における光Ｋｅｒｒ効果によって２度目のスペクトル拡幅をされ、２度目のスペクトル拡幅された光パルスは、第２のスペクトル感知光学素子を用いて、光パルスの中から所定波長のスペクトル成分を選択することによってスペクトル成分に分離され、そこでその他の波長を有する光パルスは、発生器光学ループの外に向けられる。ここで、第１のスペクトル感知光学素子を用いて選択された光パルスの所定の波長は、第２のスペクトル感知光学素子を用いて選択された光パルスの波長とは異なる。この運転手順のサイクルが発生器光学ループ内での光パルスの伝播によって反復されて超短光パルスが発生する。

光パルスが伝播する閉軌道は円形軌道であってよく、超短光パルス発生器のリング型光学ループを形成する。

光パルスが伝播する閉軌道は光パルスが同一の重畳軌道を往復して伝播する直線型であってよく、超短光パルス発生器の直線型光学ループを形成する。

本発明の別の実施形態によれば、超短光パルス発生器が提案される。これは光学ループを備え、そこには、少なくとも１つの光パルス増幅器と、光Ｋｅｒｒ効果を現す少なくとも１つの光学透明材料と、スペクトル感知光学素子と、光学ループの外へ光パルスを抽出する手段と、光学ループ内へ種パルスを投入するための手段と、が配置される。ここで、所定の波長の光パルスのスペクトル成分を選択するように設計された２つのスペクトル感知光学素子が備えられ、第１のスペクトル感知光学素子を利用して選択される所定の波長は、第２のスペクトル感知光学素子を利用して選択される所定の波長とは異なる。光Ｋｅｒｒ効果を現す光学透明材料と光増幅器は、超短光パルス発生器の光学ループ内の複数のスペクトル感知光学素子の間に配置される。上記の少なくとも１つの光学透明材料内で光パルスのスペクトルが拡幅されるまでは選択されたそのスペクトルが重ならないか、又はスペクトルの重なりにより光学ループ内に形成されたレーザ共振子の損失がその振幅よりも大きくなるまでは選択スペクトルが重なるかのいずれかとなるように第１と第２のスペクトル感知光学素子は選択される。発生器光学ループの外へ光パルスを抽出する手段は、スペクトル感知光学素子で選択される所定の波長とは異なる波長の光パルスを抽出するように設計されている。

発生器の光学ループは、リング型であってよい。このリング型光学ループには、少なくとも１つの増幅器と、対応するスペクトル感知光学素子に対して交互に配置された光Ｋｅｒｒ効果を発現する２つの光学透明材料と、が配置される。

発生器の光学ループは、直線型であってよい。この直線型光学ループには、２つのスペクトル感知光学素子があり、その間には光Ｋｅｒｒ効果を発現する少なくとも１つの上記の光学透明材料と、少なくとも１つの増幅器とが配置される。ここで直線型光学ループのエンドリフレクタが備えられて、選択された波長の光パルスを反射してパルス発生器の光学ループに戻す。

種パルスを投入するための手段は、パルス発生器の少なくとも１つの入力ブランチを備え、これはパルス光源、好ましくはパルスレーザ光源に光学的に連結されてよい。

発生器の外へ光パルスを抽出するための手段は、パルス発生器のパルス出力ブランチを備え、出力ブランチの少なくとも１つは、発生器の種パルス入力ブランチに光学手段を介して光学的に連結されてよい。この光学手段は、レーザのＱスイッチ又は光学スイッチであり得る。

スペクトル感知光学素子は、上記の増幅器であり、光パルスのスペクトル選択フィルタ機能は、増幅器の波長依存利得バンドによって遂行される。

光パルスは、例えば利得ファイバ又はレーザ利得媒体などの同一の光学透明利得材料内での光Ｋｅｒｒ効果により、増幅されかつスペクトル拡幅される。

任意の発生器出力ブランチに光学的に連結された外部増幅器、好ましくはファイバ増幅器が備えられる。

超短光パルス発生器は全てファイバで設計されている。即ち、全てが光ファイバとファイバ部品とで構築されている。超短光パルス発生器全体は、ファイバ要素、即ち、光ファイバとファイバ部品で構築されている。

本方法は、エネルギが数ナノジュール（ｎＪ）で、持続時間が約１ｐｓの光パルスの発生を可能とする。多くの場合パルス発生器の設計の特徴に依存して、発生した光パルスは直線的にチャープされる。そうして外部パルス圧縮器を利用してフェムト秒の持続時間にまで圧縮可能である。パルス発生器は、光ファイバを用いて構築可能である。これは偏波保持ファイバ又は偏波非保持ファイバであってよい。またパルス発生器は、極めて安定で温度変動耐力がある。これは半導体可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭ）のような劣化要素がないために安定であって信頼性が高い。設計特性（受動光ファイバ及び強制光ファイバの長さ、ファイバのコア直径、スペクトル選択性光学素子のスペクトル特性、増幅器の特性および利得）により、発生した光パルスのパラメータ（パルス持続時間、エネルギ、反復速度、時間特性、スペクトル特性、など）について非常に広範囲な実用的な選択が可能である。パルス発生は、パルス発生器の全方式分散とは無関係とすることが可能であり、パルス発生器方式の全分散を、ゼロ、ノーマル、アノーマルとすることができる。パルスの時間特性とスペクトル特性のみが、パルス発生器の方式分散に依存する。

光パルスのスペクトル拡幅は、光Ｋｅｒｒ効果に関する任意の非線形効果、即ち、自己位相変調、相互位相変調、四光波混合の任意のものを利用して実現可能である。一般に、パルススペクトル拡幅は、光Ｋｅｒｒ効果が発現する（３次非線形性が０でない、即ち、χ^（３）≠０）任意の光学透明材料（ガラス、光ファイバ、液体、フォトニック結晶、気体、など）において実現可能である。光パルスは、レーザ（量子）増幅器、光学パラメトリック増幅器（三光波または四光波非線形相互作用原理で動作する）、ラマン増幅器、ブリルアン増幅器、半導体光増幅器、ファイバ増幅器の任意の増幅器を利用して増幅可能である。光パルスのスペクトル選択は、誘電体フィルタ（バンドパス、ショートパス、ロングパス、マルチパス、等）、ブラッグミラー、ファイバブラッグ格子、回折格子、リオフィルタ、音響光学チューナブルフィルタ、ファブリ・ペロ干渉計、又は波長感度によって特徴づけられる他の任意の光学素子を利用して遂行可能である。

超短光パルス発生器は、種入力ブランチを介して種パルスを注入するか、発生器の種入力ブランチを発生器の出力ブランチに短時間連結することにより運転を開始可能である。こうして、発生器の光学ループが短時間の間（この連結の時間は光パルスが発生器の光学ループを１周する時間にほぼ等しいかそれよりも短い）分光的に開放され、それがレーザ共振子を形成して、そこに自発ノイズから種パルスが生じる。発生器の種入力ブランチと出力ブランチは、周知の、強制と受動の両方のスイッチである、パルスレーザＱスイッチ、高速光学スイッチ（音響光学変調器、ポッケルスセル、電気光学変調器、機械的スイッチ、回転プリズム又は回転ミラー、圧電スイッチ、半導体可飽和吸収体ＳＥＳＡＭ、など））を利用することで光学的に連結可能である。または、スペクトル選択光学素子のスペクトル特性を短時間重ねて、それによって自発ノイズから種パルスが生じるレーザ共振子を形成することによって超短パルス発生器を開始させることが可能である。種パルスのパラメータは発生器出力パルスのパラメータ（持続時間、エネルギ、スペクトル幅、スペクトル位相、時間的形状など）と近似的に合致してさえいればよく、数オーダで異なっていてもよい。種パルスが発生器光学ループ内に入ると、数往復の後に関連する特性を有する発生器パルスが形成され、発生器の出力ブランチにおいて安定した特性（エネルギ、時間特性、スペクトル）を有する超短光パルスが発生する。パルス発生器の光学ループ内に、１つの循環パルスのみではなく、いくつかのパルスを励起、発生させることができる。パルス発生器をリング回路構成とすることで、逆伝搬パルスの発生が可能である。パルス発生器は、発生器光学ループ内に生じるフレネル反射及びファブリ・ペロエタロンに対する耐力があり、このために発生器光学ループは異なる種類の光ファイバから成ることが可能である。光学ループ内部では、潜在的に発生器の稼働を妨げる可能性のあるフレネル反射を危惧せずに、中空のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）を接合することができる。パルス発生器は、ファイバを相互接合し、またその他のファイバ部品（ファイバハブ、ＷＤＭ、ファイバブラッグ格子、ファイバ偏光子、ファイバミラー、ピグテール型ファイバポンプダイオード）と接合することにより、全ファイバ型とすることができる。発生器は、偏波保持及び非保持光ファイバ、単一モード及び広モード域ファイバから作ることが可能である。発生したパルスは、異常群速度分散を有する適切な長さの中空ＰＣＦファイバ（例えばＮＫＴフォトニクス社のＨＣ−１０６０ファイバ）を発生器の出力ブランチに連結することによって、発生器の出口でスペクトル限界パルス時間（フェムト秒）にまで圧縮可能である。

使用される用語
スペクトル選択性光学素子ＳＳＯＥ（波長感知光学素子）：誘電体フィルタ、干渉フィルタ、ダイクロイックミラー、ファイバブラッグ格子、ボリュームブラッグ格子、回折格子、プリズム、リオフィルタ、音響光学チューナブルフィルタ、ファブリ・ペロ干渉計、対応利得幅の増幅器、及びその他のスペクトル選択性を有する手段。

増幅器：レーザ（量子）増幅器、光学パラメトリック増幅器（三光波または四光波非線形相互作用原理で動作する）、ラマン増幅器、ブリルアン増幅器、半導体光増幅器、光ファイバ増幅器、及びその他の光増幅手段。

光Ｋｅｒｒ効果を特徴とする光学透明材料：光ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、フォトニック結晶、ガラス、液体、光学利得ファイバ、又は３次（キュービック）光学非線形性χ^（３）≠０を有するその他の任意の光学透明材料。

Ｑスイッチ又は光学スイッチ：音響光学変調器、ポッケルスセル、電気光学変調器、機械的スイッチ、回転プリズム又は回転ミラー、圧電スイッチ、ＳＥＳＡＭ、半導体可飽和吸収体など。

光学的手段：増幅器、光Ｋｅｒｒ効果を特徴とする（３次光学非線形性χ^（３）≠０を有する）光学透明材料、及びスペクトル選択性光学素子。

パルス発生器光学ループ：光パルスが伝播し、パルス発生器の光学手段が配置された、閉軌道。レーザ共振子との類似性から、パルス発生器の光学ループは、光パルスが円形の一方向に伝播する円形構成であってよく、あるいはパルス発生器の光学ループは、光パルスが同一の閉鎖重畳軌道を往復する直線構成であってもよい。

光学透明材料を通って伝播する光パルスは、光Ｋｅｒｒ効果によってスペクトル拡幅される。スペクトル拡幅されたパルスが第１のスペクトル選択性光学素子（ＳＳＯＥＩ）に入り、そこで光パルスの特定の波長が選択され、それが増幅器に向けられる。他の波長は第１の出力ブランチに向けられる。ＳＳＯＥＩによってスペクトル分離された光パルスは、（ただし必ずしもそうではないが）第２の増幅器で増幅されて、光学透明材料内で光Ｋｅｒｒ効果によって再度スペクトル拡幅される。スペクトル拡幅された光パルスは第２のスペクトル選択素子（ＳＳＯＥＩＩ）に入り、ＳＳＯＥＩで選択されたのと同じではない、光パルスの特定の波長が選択され、それが第１の増幅器へ向けられる。ＳＳＯＥＩＩの他の波長は第２の出力ブランチに向けられる。ＳＳＯＥＩＩによってスペクトル選択された光パルスは、第１の増幅器で再度増幅されて光学透明材料内での光Ｋｅｒｒ効果によってスペクトル拡幅される。この光パルス増幅、光Ｋｅｒｒ効果による光パルスのスペクトル拡幅、及びスペクトル分離が連続的に反復されて、超短光パルスが発生する。第１と第２のスペクトル選択性光学素子は、任意のスペクトル特性であってもよい。ただし、ＳＳＯＥＩとＳＳＯＥＩＩは同時に同じ波長を選択しない。その結果発生器光学ループに戻ってくる光パルスのスペクトルは分離され、光パルスが完全に１往復した光パルスに対してスペクトル的に閉じられる。発生器の光学ループがスペクトル的に閉じられた結果、縦方向レーザモードは存在し得ず、このために本提案のパルス発生方法は通常のモード同期には関係しない。

パルス発生器光学ループの長さは、光パルスが元の位置に戻って同一方向に伝播するまでの発生器の光学ループ内の光パルスの全伝播経路である。パルス発生器の光学ループは、パルスが光学ループの周りを一方向に進むリング構成であってもよい。あるいはパルス発生器の光学ループは、パルスが同一の重畳軌道を前後に進む直線構成であってもよい

全ての光学手段が円形に順番に配置され、超短光パルス発生器のリング型光学ループを構成する、本提案の発生器の光学ループである。 全ての光学手段が順番に配置され、光パルスが同一の重畳閉軌道を前後に伝播し、複数の手段が超短光パルス発生器の線形光学ループを形成している、本提案の装置の光学方式ある。さらに、この方式には、超短光パルス発生器の励起用のＱスイッチも示されている。 第１と第２のスペクトル選択性光学素子、この特定の場合にはスペクトルフィルタ、の波長に依存する透過特性の例である。 全てがファイバとファイバ部品から成り、ファイバ発生器の方式構成が直線的である、本提案の発生器の方式を示す。

提案された超短光パルスを発生させる方法であって、パルスが閉軌道内を伝播する発生器光学ループ内部における一往復の超短光パルス形成において、光パルスを増幅し、光学透明材料における光Ｋｅｒｒ効果により、増幅された光パルスのスペクトルを拡幅し、第１のスペクトル選択性光学素子（ＳＳＯＥＩ）を用いてスペクトル拡幅された光パルスのスペクトル成分を選択することであって、所定の波長の光パルスを分離して、その他の波長を発生器光学ループから外へ向けさせ、スペクトル分離した光パルスをＳＳＯＥＩで（必要があれば）増幅し、増幅された光パルスのスペクトルを光学透明材料での光Ｋｅｒｒ効果により拡幅し、スペクトル拡幅された光パルスを第２のスペクトル選択性光学素子（ＳＳＯＥＩＩ）を用いてスペクトル分離し、ＳＳＯＥＩによって分離された波長とは異なる所定の波長の光パルスを選択し、その他の波長は第２の出力ブランチに向けさせる、ステップを含む。ＳＳＯＥＩＩでスペクトル分離された光パルスは、元の位置に戻され、運転手順が周期的に反復される。

提案された超短光パルス発生器であって、図１に示す光学透明材料（３、４）内の光Ｋｅｒｒ効果により光パルスがスペクトル拡幅される。全ての光学手段（５、３、１、６、４、２）は、円の中に一貫して配置され、光パルスの伝播軌道経路がリング型の光学ループ１１を形成する。増幅器５で増幅される光パルスは、光学透明材料３内でスペクトル拡幅される。スペクトル拡幅された光パルスは、特定の波長の光パルスを選択するＳＳＯＥＩ１を通って伝播する。他の波長の光パルスは、第１の出力ブランチ７へ向けられる。ＳＳＯＥＩ１を透過するスペクトル分離された光パルスは、増幅器６へ向けられる。増幅器６で増幅された（ただし必ずしも必要ではない）光パルスは、光学透明材料４で再度スペクトル拡幅され、特定の波長の光パルスを選択するＳＳＯＥＩＩ２に入る。その他の波長の光パルスは、第２の出力ブランチ８へ向けられる。ＳＳＯＥＩ１とＳＳＯＥＩＩ２は、同一波長の光パルスを選択（透過）しない。ＳＳＯＥＩＩ２を通過するスペクトル分離された光パルスは、増幅器５へ向けられる。その後、この運転手順が周期的に再度反復される。超短光パルス発生器は、種入力ブランチ（９、１０）のいずれかを通って種パルスを注入する、又は、第１の出力ブランチ７を第１の種入力ブランチ９に又は第２の出力ブランチ８を第２の種入力ブランチ１０に光学的に短時間連結することによって開始される。さらに、超短光パルス発生器は、ＳＳＯＥＩ１とＳＳＯＥＩＩ２のスペクトル特性を時間的に重ねることによって開始可能である。したがって、パルス発生器の光学ループ１１は、ペクトル的に開放され、レーザ共振子が形成され、種パルスが自発ノイズから発生する。さらに、ＳＳＯＥＩ１によりスペクトル選択された光パルスのピーク出力が、光学透明材料４内でのスペクトル拡幅に十分であれば、増幅器６は必要ない。

図１は、リング型回路を有する超短光パルス発生装置である。ここで、１は第１のスペクトル選択性光学素子である。２は第２のスペクトル選択性光学素子である。３、４は、光学透明材料であり、光Ｋｅｒｒ効果（自己位相変調、又は相互位相変調、又は四波混合）により光パルスのスペクトルが拡幅される。５、６は増幅器であり、光パルスが増幅される。７、８は、超短光パルス発生器の第１と第２の出力ブランチである。９、１０は第１と第２の種入力ブランチである。１１はリング型方式の超短光パルス発生器である。

図２は、直線型光学ループ（１１）を有する別の超短光パルス発生装置を示す。ここで、全ての光学手段（２、４、５、３、１）は順番に配置され、前進と後退の光パルス伝播経路が重なって直線型の光学ループ１１を構成する。光パルスは光学透明材料３、４における光Ｋｅｒｒ効果によりスペクトル拡幅される。増幅器５で増幅された光パルスは、光学透明材料３内でスペクトル拡幅される。そしてスペクトル拡幅された光パルスは、特定の波長の光パルスのみが選択されて戻されるＳＳＯＥＩ１に入る。他の波長の光パルスは第１の出力ブランチ７へ送られる。ＳＳＯＥＩ１でスペクトル分離されて戻された光パルスは、再度光学透明材料３に入る。パルスが後退方向に光学透明材料３を貫通して伝播する間に、スペクトル分離されて戻されるパルスのピーク出力が不十分であれば、パルススペクトルはわずかに拡幅され得る。その後、光パルスは増幅器５に再入力され、増幅器５で増幅された光パルスはもう１つの光学透明材料４でスペクトル拡幅され、特定の波長の光パルスだけを分離して戻すＳＳＯＥＩＩ２に入る。他の波長は、第２の出力ブランチ８へ到達する。ＳＳＯＥＩ１とＳＳＯＥＩＩ２は、ともに同じ波長をもつ光パルスを分離して発生器ループ１１へ戻すことはしない。ＳＳＯＥＩＩ２でスペクトル分離された光パルスは戻され、光学透明材料４に再度入る。スペクトル分離され戻されたパルスのピーク出力が不十分であれば、光パルスは、光学透明材料４中を後退方向に伝播する間に、パルススペクトルが僅かに拡幅され得る。その後パルスは再び増幅器５に再入射され、こうして運転手順が周期的に繰り返される。超短パルス発生器は、種入力ブランチ（９、１０）のいずれかを介して種パルスを注入するか、又は出力ブランチ８を種入力ブランチ１０に短時間連結するかによって開始される。Ｑスイッチ１２が短時間開かれ、ミラー１３が出力ブランチ８を種入力ブランチ１０に連結した状態で、レーザ共振子が形成されて種パルスが自発ノイズから生成される。同様に、第１の発生器出力ブランチ７を有する、第１の種入力ブランチ９を連結することも可能である。または、ＳＳＯＥＩ１とＳＳＯＥＩＩ２ろのスペクトル特性を短時間重ねることによって、超短光パルス発生器を開始することも可能である。これはパルス発生器の直線光学ループ１１がスペクトル的に開放されてレーザ共振子が形成され、種パルスが自発ノイズから成長するからである。さらに、ＳＳＯＥ１から戻る光パルスの強度が十分に大きくて光学透明材料３内で適切なスペクトル拡幅を達成するので、光学透明材料４は必要でない。

図２は、種パルス生成のためのＱスイッチ１２を備えた、直線型方式の超短光パルス発生器である。１は第１のスペクトル選択性光学素子である。２は第２のスペクトル選択性光学素子である。３、４は光学透明材料であり、ここで光Ｋｅｒｒ効果（自己位相変調、又は相互位相変調、又は四波混合）により光パルスのスペクトルが拡幅される。５は増幅器であり、ここで光パルスが増幅される。７、８は光パルス発生器の第１と第２の出力ブランチである。９、１０は第１と第２の種入力ブランチである。１１はパルス発生器の直線型回路である。１２はＱスイッチ（変調器）である。１３はミラーである。

図３は、この例ではフィルタである第１と第２のスペクトル選択性光学素子（１、２）の波長に依存する透過特性の例を示す。図３ａは、バンドパスフィルタのスペクトル特性を示し、第１と第２のフィルタ（１、２）の透過帯域が分離されている。スペクトルフィルタ（１、２）の透過帯域は、形成されたレーザ共振子の損失が増幅よりも大きくなるまではわずかに重なり、レーザ放出は開始されない。図３ｂは、エッジフィルタの特性を示す。第１のフィルタ１は短波長のみを通し、第２のフィルタ２は長波長のみを通す。図３ｃは、マルチバンドフィルタの特性を示す。第１と第２のフィルタ（１、２）の帯域は重ならないか、重なってもレーザ放出を開始しない。図３ｃには、第１のフィルタ１がバンドパスフィルタであり、第２のフィルタ２が長波長のみを透過するエッジカットフィルタである場合が示されている。全ての例において、第１のフィルタ１と第２のフィルタ２のスペクトル透過関数は重ならないか、形成されたレーザキャビティの損失が増幅より大きくなるまでは重ならず、自励発生は開始されない。

図３は、この例ではフィルタである第１のスペクトル選択性光学素子１と第２のスペクトル選択性光学素子２の波長に依存する透過特性の例である。ａは、第１のフィルタ１と第２のフィルタ２がバンドパスフィルタの例である。ｂは、エッジフィルタの例である。第１のフィルタ１はショートパスフィルタ、第２のフィルタ２はロングパスフィルタである。ｃは、マルチバンドフィルタの例である。第１のフィルタ１と第２のフィルタ２の帯域は重ならないか、レーザ共振子が形成されて自励発生が始まるまで、即ち、形成されたレーザ共振子の損失がその増幅よりも大きくなるまで重なる。

図４は、直線型光学ループを有する別の全ファイバ製の超短光パルス発生装置を示す。超短光パルス発生装置の全体は、相互に接合された、光ファイバとファイバ部品とで構築されている。この特定の場合には、スペクトル選択性光学素子（１、２）は、ファイバブラッグ格子（１４、１５）であり、光パルスは、イッテルビウム（Ｙｂ）イオン添加であり得る利得ファイバ２２内で増幅され、光パルスは光ファイバ３、４内でスペクトル拡幅される。利得ファイバ２２で増幅された光パルスは、信号−ポンプ結合器１９を通って伝播し、光ファイバ３でスペクトル拡幅される。スペクトル拡幅されたパルスは、第１のファイバブラッグ格子１４に入り、光パルススペクトルの特定部分がファイバブラッグ格子１４から反射されて戻され、パルススペクトルの透過部分はコネクタ１６を有する第１の出力ブランチ／種入力ブランチを通って出て行く。戻りのスペクトル分離された光パルスは再度光ファイバ３を通り、信号−ポンプ結合器１９を通って利得ファイバ２２に入る。増幅された光パルスは、信号−ポンプ結合器２０を通り、光ファイバ４でスペクトル拡幅される。スペクトル拡幅されたパルスは、第２のファイバブラッグ格子１５に入り、光パルススペクトルの特定部分がファイバブラッグ格子で反射されて戻され、パルススペクトルの透過部分は、コネクタ１７を有する第２の出力ブランチ／種入力ブランチを通って出て行く。ファイバブラッグ格子１５から反射されて戻された光パルスは、再び光ファイバ（４）を通って伝播し、信号−ポンプ結合器２０を通って利得ファイバ２２に入る。この後は、この運転手順が周期的に何度も反復される。第１と第２のファイバブラッグ格子１４、１５の反射スペクトルは重ならないか、形成されたレーザ共振子の損失がその増幅よりも大きくなるまでしか重ならない。超短光パルス発生器は、コネクタ（１６、１７）を有する任意の種入力／出力ブランチを介して種パルスを注入するか、又は発生器で発生した放射をコネクタ（１６、１７）の有る任意の出力ブランチに短時間反射してレーザ共振子を発生させて自発ノイズから種パルスを成長させることによって開始される。ポンプ放射が信号−ポンプファイバ結合器１９のポンプ放射入力ブランチ１８を介して利得ファイバ２２に入射される。ファイバ２２に吸収されないポンプ放射は、ポンプ−信号ファイバ結合器２０のポンプ放射出力ブランチ２１を介して遂行される。

図４は、全ファイバ製の超短光パルス発生器である。スペクトル拡幅された光パルスはファイバブラッグ格子（１４、１５）によりフィルタリングされる。３、４は、パルスが光Ｋｅｒｒ効果によりスペクトル拡幅される受動光ファイバである。１６、１７はコネクタを有する超短光パルス出力及び種入力ブランチである。１９、２０は、ポンプと信号の結合器（ＷＤＭ）である。１８は、ポンプ入力ブランチである。２１は、非吸収ポンプ放射の出力ブランチである。２２は、利得ファイバである。

超短光パルス発生器は、所定の波長の光パルス成分を分離することを意図した３つ以上のスペクトル選択性光学素子を持ち得る。そうして他の波長の光パルスは発生器から出力ブランチを介して搬出される。本発生器においては、スペクトル選択性光学素子の間に、発生器方式を形成する光Ｋｅｒｒ効果を特徴とする光学透明材料が配置される。そこには少なくとも１つの光増幅器が配置され、そのスペクトル選択性光学素子のそれぞれが異なる波長の光パルスをスペクトル分離し、隣接するスペクトル選択性光学素子間を伝播するときはスペクトルの重なりは可能である。しかしながら、発生器光学ループ内の閉軌道にある上記の全てのスペクトル選択性光学素子を光パルスが通過した後は、上記の光学透明材料内での光Ｋｅｒｒ効果によって光パルスのスペクトルがスペクトル拡幅されるまではこれらのスペクトルは重ならない。あるいは、形成されたレーザ共振子の損失がスペクトルの重なりによってその増幅よりも高くなるまではスペクトルが重なる。

Claims (10)

1. 超短光パルスを発生する方法であって、パルスが閉軌道内を伝播する発生器光学ループ内部における前記超短光パルス形成の一往復の行程において、
   増幅器（５、６）において光パルスを増幅し、
   第１の光学透明材料（３）における光Ｋｅｒｒ効果によって、前記増幅された光パルスをスペクトル拡幅し、
   第１のスペクトル感知光学素子（１）を用いて、前記スペクトル拡幅された光パルスのスペクトル成分を選択し、
   前記第１のスペクトル感知光学素子（１）は、光パルスの中から第１の所定範囲の波長に対応する前記スペクトル成分を選択し、他の波長の光パルスのスペクトル成分は前記発生器光学ループの外に向けられ、
   前記第１のスペクトル感知光学素子を用いて選択された前記第１の所定範囲の波長の光パルスは、再度増幅可能であり、さらに第２の光学透明材料（４）又は上記の第１の光学透明材料（３）における光Ｋｅｒｒ効果によって２度目のスペクトル拡幅がなされ、
   前記２度目のスペクトル拡幅がなされた光パルスは、第２のスペクトル感知光学素子（２）を用いて、光パルスの中から第２の所定範囲の波長に対応するスペクトル成分を選択することによって分離され、他の波長を有する前記光パルスのスペクトル成分は前記発生器光学ループの外へ向けられ、
   前記光パルスを前記発生器光学ループ内で伝播することにより上記の運転手順のサイクルが反復され、前記超短光パルスが形成される、
   ステップを含む、方法であって、
   前記第１のスペクトル感知光学素子（１）を用いて選択された光パルスの第１の所定範囲の波長は、前記第２のスペクトル感知光学素子（２）を用いて選択された前記光パルスの前記第２の所定範囲の波長とはスペクトル的に重ならない、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記光パルスが伝播する前記閉軌道は円形軌道であり、前記超短光パルス発生器のリング型光学ループを形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記光パルスが伝播する前記閉軌道は、前記光パルスが同一の重畳軌道を往復して伝播する直線型であり、前記超短光パルス発生器の直線型光学ループを形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 光学ループ（１１）を備える光パルスを発生するための超短光パルス発生器であって、
   前記光学ループには、
   少なくとも１つの光パルス増幅器（５、６）と、
   光Ｋｅｒｒ効果を現す、少なくとも１つの光学透明材料（３、４）と、
   第１の所定範囲の波長の光パルスのスペクトル成分を選択するように設計された第１のスペクトル感知光学素子（１）と、
   前記光学ループの外へ前記光パルスを抽出する手段（７、８）と、
   前記光学ループ内へ種パルスを投入するように設計された手段（９、１０）と、
   第２の所定範囲の波長の光パルスのスペクトル成分を選択するように設計された第２のスペクトル感知光学素子（２）と
   が配置され、
   光Ｋｅｒｒ効果を現す前記光学透明材料（３、４）及び前記光増幅器（５、６）は、前記超短光パルス発生器の前記光学ループ（１１）内の前記スペクトル感知光学素子（１）と（２）の間に配置された、
   発生器であって、
   前記第１と第２のスペクトル感知光学素子（１）と（２）とは、前記第１の所定範囲の波長と前記第２の所定範囲の波長とが異なり、且つ重なり合わないように選択され、
   前記発生器光学ループの外へ前記光パルスを抽出する前記手段（７、８）は、前記スペクトル感知光学素子（１）と（２）で選択される前記第１と第２の所定範囲の波長とは異なる波長の光パルスを抽出するように設計されている、
   ことを特徴とする発生器。
5. 前記発生器の前記光学ループ（１１）はリング型であり、
   前記リング型の光学ループ（１１）には、
   少なくとも１つの増幅器（５、６）と、
   対応する前記スペクトル感知光学素子（１）と（２）に対して交互に配置された、光Ｋｅｒｒ効果を現す２つの前記光学透明材料（３）と（４）と、
   が配置される、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の発生器。
6. 前記発生器の前記光学ループ（１１）は直線型であり、
   前記直線型の光学ループ（１１）には、２つのスペクトル感知光学素子（１）と（２）が配置され、その間には、
   光Ｋｅｒｒ効果を現す、少なくとも１つの上記光学透明材料（３、４）と、
   少なくとも１つの増幅器（５、６）と、
   が配置され、
   前記選択された波長の前記光パルスを反射し、前記パルス発生器の光学ループ（１１）に戻す、前記直線型光学ループのエンドリフレクタを備える、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の発生器。
7. 前記種パルスを投入するための前記手段は、パルス光源、好ましくはパルスレーザ光源に光学的に連結された、前記発生器の少なくとも１つの入力ブランチ（９、１０）を備える、ことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の発生器。
8. 前記発生器の外へ前記光パルスを抽出するための前記手段（７、８）は、前記パルス発生器の光パルス出力ブランチ（７、８）を備え、
   前記出力ブランチ（７、８）の少なくとも１つは前記発生器の種パルス入力ブランチ（９、１０）の少なくとも１つに光学手段を介して光学的に連結され、
   前記光学手段は、前記レーザのＱスイッチ又は光学スイッチである、
   ことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の発生器。
9. 前記発生器出力ブランチ（７）又は（８）のいずれかに光学的に連結された外部増幅器、好ましくはファイバ増幅器がさらに備えられている、ことを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか一項に記載の発生器。
10. 超短光パルス発生器は、全てファイバで設計されている、即ち全て光ファイバとファイバ部品とで構築されている、ことを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか一項に記載の発生器。