CN103904545B - 脉冲整形装置和脉冲整形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了脉冲整形装置和脉冲整形方法，该脉冲整形装置包括脉冲生成器，其被配置为通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；和光学构件，被设置在所述脉冲生成器的后级并被配置为压缩所述脉冲光的脉冲时间宽度。所述脉冲光具有第一频率分散状态。所述光学构件将第二频率分散状态赋给所述脉冲光，所述第二频率分散状态是与所述第一频率分散状态相反的频率分散状态。

Description

脉冲整形装置和脉冲整形方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月25日提交的日本优先权专利申请JP2012-280736的权益，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种脉冲整形装置和一种脉冲整形方法。

背景技术

在精密零件的加工和光通信的领域中，其中以均匀间隔发射具有一定脉冲时间宽度的光的脉冲激光器（脉冲灯）被广泛使用。诸如Ti:Sa激光器的固态激光器经常被用作这种脉冲灯的主激光器。

能够通过进行脉冲压缩和缩短脉冲光的脉冲时间宽度来增加峰值功率（峰值强度）。作为脉冲压缩的方法，例如，使用棱镜对（一对棱镜）或光栅对（一对衍射光栅）的方法是已知的。

此外，例如，日本未经审查的专利申请公开（PCT申请的翻译）第2002-502061号公开了一种技术，其用于通过在由诸如氧化碲（TeO2）、硫化锌（ZnS）或硒化锌（ZnSe）的材料制成的块构件内传播脉冲光来进行脉冲压缩。此外，日本未经审查的专利申请公开第2009-271528号公开了一种技术，其用于通过组合渐变折射率（GRIN）光纤透镜和脉冲压缩纤维来进行脉冲压缩。

发明内容

然而，在日本未经审查的专利申请公开（PCT申请的翻译）第2002-502061号和日本未经审查的专利申请公开第2009-271528号中公开的脉冲压缩技术采用压缩机以外的光学构件，诸如脉冲扩展器或GRIN光纤透镜，因此，其装置具有复杂而大型的结构。

此外，近几年，半导体激光器已被广泛用作激光元件，且已尝试使用半导体激光器作为脉冲光的主激光器。在日本未经审查的专利申请公开（PCT申请的翻译）第2002-502061号和日本未经审查的专利申请公开第2009-271528号中公开的脉冲压缩技术是使用固态激光器作为主激光器的脉冲光的技术，并因此有一种可能性，即不对使用半导体激光器的脉冲光进行足够的脉冲压缩。

因此，本发明的一个实施方式提供了一种新颖和改进了的脉冲整形装置和脉冲整形方法，其能够通过简单的结构对使用半导体激光器的脉冲光进行脉冲压缩。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种脉冲整形装置，其包括脉冲生成器，其被配置为通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；和光学构件，其被设置在脉冲生成器的后级并被配置为压缩脉冲光的脉冲时间宽度。脉冲光具有第一频率分散状态，且其中光学构件将第二频率分散状态赋给脉冲光，第二频率分散状态是与第一频率分散状态相反的频率分散状态。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种脉冲整形装置，其包括脉冲生成器，其被配置为通过使用用于发射波长范围从350nm至500nm的光的半导体激光器产生脉冲光；石英玻璃块，其被设置在脉冲生成器的后级；和反射镜，其被设置在石英玻璃块的前级和后级中的至少一个上并被设置为反射从脉冲生成器发射的脉冲光。脉冲光仅沿由反射镜反射的预定光路长度传播通过石英玻璃块的内部。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种脉冲整形装置，其包括脉冲生成器，其被配置为通过使用用于发射波长范围从350nm至500nm的光的半导体激光器产生脉冲光；单模光纤，被设置在脉冲生成器的后级；第一透镜，被配置为将脉冲光引导至单模光纤；和第二透镜，被配置为从单模光纤发射脉冲光。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种脉冲整形方法，包括：通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；和通过允许脉冲光穿过光学构件的内部压缩脉冲光的脉冲时间宽度。脉冲光具有第一频率分散状态，且其中光学构件将第二频率分散状态赋给脉冲光，第二频率分散状态是与第一频率分散状态相反的频率分散状态。

根据本发明的一个或多个实施方式，通过使用半导体激光器产生的脉冲光穿过用于赋给与脉冲光的第一频率分散状态的频率分散状态相反的第二频率分散状态的光学构件，从而允许脉冲光的脉冲时间宽度被压缩。

根据上述本发明的一个或多个实施方式，能够使用简单结构的半导体激光器进行脉冲压缩脉冲光。

附图说明

图1是具有MOPA系统的脉冲生成器的示例性配置的示意图；

图2是用于解释使用棱镜对的脉冲压缩方法；

图3是用于解释使用光栅对的脉冲压缩方法；

图4是示出用于使用半导体激光器利用脉冲蓝光的棱镜对的脉冲压缩的结果；

图5是示出石英玻璃和NBH52的分散值的波长依赖性；

图6是根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置的示例性配置的示意图；

图7A是示出由根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置进行的脉冲压缩的效果；

图7B是示出由根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置进行的脉冲压缩的效果；

图8是示出根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置的修改例的示例性配置的示意图；

图9是示出根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置的示例性配置的示意图；和

图10是示出由根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置进行的脉冲压缩的效果。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细描述本发明的优选实施方式。需注意，在本说明书和附图中，具有大致相同的功能和结构的结构元件用相同的参考标号表示，并且省略对这些结构元件的重复解释。

将按下面的顺序进行描述。

1.使用半导体激光器的脉冲光的脉冲压缩的考虑因素

1.1.脉冲生成器（MOPA）的配置

1.2.脉冲压缩方法

2.第一实施方式

3.第二实施方式

4.总结

<1.使用半导体激光器的脉冲光的脉冲压缩的考虑因素>

为了使本发明被更容易地理解，将描述已经由本发明人构思的做出本发明的原因。

如在日本未经审查的专利申请公开（PCT申请的翻译）第2002-502061号和日本未经审查的专利申请公开第2009-271528号中所公开的，已经关于用于对通过使用固态激光器产生的脉冲光进行脉冲压缩的技术进行了许多研究。然而，不一定清楚类似于固态激光器的情况的技术是否适用用于对通过使用半导体激光器产生的脉冲光进行脉冲压缩的技术。

因此，本发明人已经考虑了使用半导体激光器的脉冲光的脉冲压缩。具体而言，本发明人已经考虑了脉冲整形装置和通过组合脉冲生成器和光学构件进行脉冲压缩的脉冲整形方法。脉冲生成器被配置为通过使用发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光，且光学构件被设置在脉冲生成器的后级并压缩脉冲光的脉冲时间宽度。在下文中，将按顺序来描述脉冲生成器和光学构件。

[1.1.脉冲生成器（MOPA）的配置]

根据本发明的一个实施方式的脉冲生成器包括所谓的MOPA（主振荡功率放大器）系统。MOPA系统是一种系统，其中，允许半导体激光器以外腔形式被操作的锁模激光二极管（MLLD）被用作主激光器且来自锁模激光二极管的输出由半导体光放大器（SOA）放大。

参考图1，现在将描述具有MOPA系统的脉冲生成器的示例性配置。图1是示出具有MOPA系统的脉冲生成器的示例性配置的示意图。还需注意，应用于根据本实施方式的脉冲生成器10的MOPA系统不限于图1所示的配置。任何已知的MOPA系统都可被应用于脉冲生成器10。

参考图1，根据本发明的一个实施方式的脉冲生成器10包括锁模振荡器110、透镜120a、120b和120c、隔离器130、棱镜对140、λ/2板150和SOA160。图1示出作为根据本实施方式的脉冲生成器10的实例的发射脉冲蓝光（其波长范围从约350nm至约500nm的脉冲光）的脉冲生成器10的配置。然而，根据本实施方式的脉冲生成器10不限于发射脉冲蓝光的配置，因此其可具有发射其它波长带的脉冲光的配置。此外，当脉冲生成器10发射其它波长带的脉冲光时，可根据所发射的脉冲光的波长带适当地调整构成脉冲生成器10的每个组件的光学特性。在以下的描述中，蓝灯指示波长范围从约350nm至约500nm的光，除非另有规定之外。

锁模振荡器110通过使发射具有预定波长的光的半导体激光器的输出由腔结构共振来发射脉冲激光。锁模振荡器110包括激光二极管111、准直透镜112、带通滤波器（BPF）113和输出镜114。

在本实施方式中，激光二极管111是由GaInN作为主要材料制成的二等分激光二极管（BS-LD）。此外，激光二极管111可充当锁模激光二极管（MLLD）且发射波长带范围约为350nm至约500nm的脉冲光。

从激光二极管111发射的脉冲光穿过准直透镜112、带通滤波器113和输出镜114，并然后从锁模振荡器110发射。从锁模振荡器110发射的脉冲光由带通滤波器113调整为例如约405nm的波长。

从激光二极管111发射的脉冲光依次穿过设置在后级中的透镜120a、隔离器130、棱镜对140、λ/2板150和透镜120b并然后入射在SOA160上。由λ/2板150调整脉冲光的偏振方向。此外，在SOA上入射的脉冲光的耦合效率通过使脉冲光穿过棱镜对140而提高。由SOA160放大的脉冲光经由透镜120c被发射到外部。

在上文中，已经参考图1描述了根据本发明的一个实施方式的脉冲生成器10的示例性配置。在具有如上所述的MOPA系统的脉冲生成器10中，能够产生具有约100W的功率和约3ps的脉冲时间宽度的脉冲光。

在这方面，即使对于图1所示的脉冲生成器10，也有很大的需求，即缩短脉冲光的脉冲时间宽度且获得高功率脉冲光。因此，本发明人进一步考虑了压缩从脉冲生成器10发射的脉冲光的方法。

[1.2.脉冲压缩方法]

作为一种使用固态激光器对脉冲光进行脉冲压缩的方法，使用棱镜对和使用光栅对的方法是已知的。现在将简要地描述这些脉冲压缩方法。

参考图2，现在将描述使用棱镜对的脉冲压缩方法。图2是用于解释使用棱镜对的脉冲压缩方法。例如，如图2所示，脉冲光入射到彼此以距离d布置的一对棱镜910a和910b。入射的脉冲光在棱镜内被分为彼此沿不同的光路传播的相对较长的波长光（具有长波长分量的光）和相对较短的波长光（具有短波长分量的光）。例如，在图2中所示的实例中，传播具有短波长分量的光的光学距离（光路长度）在棱镜910a和910b之间长于传播具有长波长分量的光的光学距离。传播具有短波长分量的光的光学距离（光路长度）在棱镜910b中短于传播具有长波长分量的光的光学距离。以这种方式，具有入射到一对棱镜910a和910b上的脉冲光的长波长分量的光所行进的光学距离不同于具有入射到一对棱镜910a和910b上的脉冲光的短波长分量的光所行进的光学距离。因此，能够通过控制棱镜910a和910b之间的距离d、每个棱镜的折射率或类似值来控制光路长度的差。

另一方面，例如，在具有正线性调频（positive chirp）的脉冲光中，已知短波长分量位于靠近脉冲的后端且长波长分量位于靠近脉冲的前端处。因此，可通过布置棱镜910a和910b使得具有短波长分量的光的光路长度和具有长波长分量的光的光路长度处于所需的关系中来临时压缩入射的脉冲光。因此，使用棱镜对的脉冲压缩方法赋予作为频率分散状态的负分散。

接下来，参考图3，现在将描述使用光栅对脉冲压缩方法。图3是用于解释使用光栅对的脉冲压缩方法的图。在该方法中，如图3所示，一对光栅920a和920b在如下状态中以预定距离被布置，其中，每个光栅的其上形成槽（光栅）的表面（反射表面）彼此面对且每个光栅相对于光轴以预定角度倾斜。此外，一对球面透镜940a和940b设置在光栅920a和920b之间。具体而言，球面透镜940a以相对于光栅920a的预定距离L被布置在面对光栅920a的反射表面的位置处。同样，球面透镜940b以相对于光栅920b的预定距离L被布置在面对光栅920b的反射表面的位置处。此外，球面透镜940a和940b之间的距离被调整为球面透镜940a和940b的焦距f的两倍的距离（2f）。

脉冲光（以预定入射角入射在光栅920a上）由光栅920a的反射表面反射和衍射、依次穿过球面透镜940a和940b，且然后入射到光栅920b的反射表面上。入射到光栅920b上的脉冲光进一步由光栅920b的反射表面反射和衍射，且然后向外部发射。脉冲光（其从光栅920b发射）由反射镜950反射，且然后在由反射镜950反射之前沿光行进的光路反向上行进。换言之，脉冲光由光栅的反射表面920b反射和衍射、依次穿过球面透镜940b和940a、进一步由光栅的反射表面920a反射和衍射、由反射镜930反射，并然后被取出到外部。

在如上所述的传播脉冲光的一系列程序中，当脉冲光由光栅920a和920b衍射时，脉冲光根据每个衍射光的波长而在不同方向上衍射，且由此衍射的脉冲光沿对于每个波长彼此不同的光路行进。例如，图3示出（作为彼此不同的光路的实例）具有短波长分量的光穿过的光路和具有长波长分量的光穿过的光路。在这个实例中，根据使用图3中所示的光栅对的脉冲压缩方法，能够调整具有长波长分量的光的光路长度和具有短波长分量的光的光路长度。光路长度的这种调整可通过调整光栅920a和球面透镜940a之间的距离L和光栅920b和球面透镜940b之间的距离L来实现。具体而言，能够通过调整距离L使得距离L小于焦距f（L<f）来将正分散赋给脉冲光。此外，能够通过调整距离L使得距离L大于焦距f（L>f）来将负分散赋给脉冲光。以这种方式，可通过布置光栅920a和920b与球面透镜940a和940b使得具有短波长分量的光的光路长度和具有长波长分量的光的光路长度处于所需的关系中来临时压缩入射的脉冲光。

本发明人已经尝试通过采用使用棱镜对的脉冲压缩方法和使用光栅对的脉冲压缩方法对从图1中所示的脉冲生成器10发射的脉冲蓝光进行脉冲压缩。其结果是，在使用光栅对的脉冲压缩方法中，发现了脉冲蓝光在光栅中的透射率低，且因此使用光栅对的脉冲压缩方法作为脉冲压缩方法是低效的。

另一方面，通过如图4中所示的使用棱镜对的脉冲压缩方法不能获得脉冲压缩的效果。图4是示出用于利用使用半导体激光器的脉冲蓝光的棱镜对的脉冲压缩的结果。

在图4中，绘制了用于使用半导体激光器的脉冲蓝光的脉冲压缩的结果，其中，横轴表示棱镜对中的棱镜之间的距离且纵轴表示通过进行脉冲压缩所获得的结果的脉冲时间宽度。如图4中所示，即使当棱镜之间的距离变化时，脉冲时间宽度也不会发生很大变化。从这一点，可以看出，相对于使用半导体激光器的脉冲蓝光，不能通过使用棱镜对的脉冲压缩方法足以获得脉冲压缩的效果。

根据这种考虑的结果，可以说使用棱镜对的脉冲压缩方法和使用光栅对的脉冲压缩方法相对于使用半导体激光器的脉冲蓝光不是一种有效的脉冲压缩方法。

在这方面，如上所述，已知使用棱镜对的脉冲压缩方法赋给作为频率分散状态的负分散。因此，如图4所示，通过使用棱镜对的脉冲压缩方法不能足以获得脉冲压缩的效果的事实，可认为使用半导体激光器的脉冲蓝光具有作为频率分散状态的负分散状态。

根据上述考虑，本发明人已经构思了以下想法：使用被配置为赋给作为频率分散状态的正分散状态的光学构件以便压缩使用半导体激光器的脉冲蓝光是有效的。此外，在上面的考虑中，已经通过举例使用脉冲蓝光作为使用半导体激光器的脉冲光的情况进行了考虑。然而，更一般而言，认为能够通过使用被配置为赋予相对脉冲光的频率分散状态的频率分散状态的光学构件来进行对使用半导体激光器的脉冲光进行脉冲压缩。

本发明人已经考虑了石英玻璃和NBH52（为用于这样的光学构件中的材料的实例的一种类型的光学玻璃）。对于石英玻璃和NBH52，通过考虑在脉冲压缩中给予脉冲光的分散量而获得的结果示于图5中。图5是示出石英玻璃和NBH52的分散量的波长依赖性的示图。

参考图5，绘制了石英玻璃和NBH52的特性，其中，横轴表示脉冲光的波长（纳米）且竖轴表示给予对应波长的脉冲光的分散量（GVD：群速度分散）（fs2/mm）。在图5中，示出在竖轴的值大（即分散量大）时脉冲光的压缩程度大。

同时，石英玻璃和NBH52即使对于光的吸收率也具有波长依赖性。具体而言，蓝光（例如，波长为405nm的光）对于NBH52的吸收率比对于石英玻璃的吸收率高。另一方面，红光（例如，波长为780nm的光）对于NBH52和石英玻璃的吸收率基本上相同，因此，吸收率比波长为405nm的光的情况低。

在这方面，用于脉冲压缩的光学构件的材料需要同时满足大量分散和低吸收率的这两个特性。这是因为能够在图5中所示的分散量较大时更有效地进行脉冲压缩，且有可能在吸收率较低时抑制脉冲光入射时的损失。然而，在分散量和光吸收率中具有波长依赖性，因此可根据入射光的波长选择任何合适的材料。

例如，假设其中脉冲蓝光（例如，波长为405nm的光）被用作脉冲光的情况。在这种情况下，如果NBH52被用作光学材料，则分散量较大，而吸收率较高，因此损失较大。因此，优选使用具有较低吸收率的石英玻璃。

此外，例如，假设脉冲红光（例如，波长为780nm的光）被用作脉冲光的情况。在这种情况下，如上所述，NBH52的吸收率基本类似于石英玻璃的吸收率。因此，可优选使用具有大分散量的NBH52。

如上所述，作为用于脉冲压缩中的光学构件的材料，能够根据将经受脉冲压缩的脉冲光的波长通过考虑其分散量和吸收率来选择合适的材料。此外，作为光学构件的材料的实例，石英玻璃和NBH52的分散量被示于图5中，然而即使对于基于实验值、计算值（模拟值）、文献值或类似值的其它材料也可获得其分散量和吸收率的波长依赖性。因此，相对于任何波长的脉冲光，也能够选择作为在脉冲压缩中使用的光学构件的合适材料。

如上所述，本发明人已经构思了以下方法，作为考虑对使用半导体激光器的脉冲光进行脉冲压缩方法的结果。换言之，能够通过使用被配置为将相对脉冲光的频率分散状态的频率分散状态赋给使用半导体激光器的脉冲光的光学构件来进行脉冲压缩。此外，可通过考虑光的吸收率或分散量根据脉冲光的波长来适当地选择光学构件的材料。

例如，在使用半导体激光器的脉冲光是由具有图1中所示的MOPA系统的脉冲生成器10产生的脉冲蓝光的情况下，脉冲光具有作为频率分散状态的负分散状态。因此，能够通过使用能够赋予正分散的材料作为光学构件的材料来压缩脉冲光。此外，优选在这样的材料中使用石英玻璃用于脉冲蓝光。

在下文中，将根据以上考虑详细描述由本发明人构思的脉冲压缩方法的优选实施方式。在下文中提到的第一和第二实施方式中，将通过采用其中使用半导体激光器的脉冲光是由具有图1中所示的MOPA系统的脉冲生成器10产生的脉冲蓝光的情况作为实例来给出描述。

<2.第一实施方式>

将参考图6来描述本发明的第一实施方式。图6是示出根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置的示例性配置的示意图。需注意，在下文中提到的第一和第二实施方式中，将在从脉冲生成器朝向设置在脉冲生成器的后级的光学构件的方向是x轴的前提下给出描述。

参考图6，根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置1包括脉冲生成器10、由石英玻璃制成的光学元件20以及反射镜210a、210b和210c。

脉冲生成器10通过使用发射具有预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光。在第一实施方式中，脉冲生成器10具有例如图1中所示的MOPA系统并分散脉冲蓝光。

由石英玻璃制成的光学元件20是用于进行脉冲压缩的由石英玻璃制成的光学构件的实例，且该光学元件20在图6中所示的实例中是由石英玻璃（石英玻璃块）形成的块状构件。此外，反射镜210a和210b中的每个都设置在分别位于由石英玻璃制成的光学元件20的光轴上的前级和后级，使得由石英玻璃制成的光学元件20插在这些反射镜之间。

在这方面，如上面的<1.对使用半导体激光器的脉冲光的脉冲压缩的考虑因素>中所描述的，认为在脉冲生成器10中所发射的脉冲光的频率分散状态是负分散状态。因此，能够将正分散赋给脉冲光，且能够通过使用由更具有相对低的吸收率的石英玻璃构成的光学构件来有效地进行脉冲压缩。

具体而言，如图6所示，从脉冲生成器10发射的脉冲光入射到由石英玻璃制成的光学元件20上，同时在x轴的正方向上传播。脉冲光的脉冲时间宽度通过穿过由石英玻璃制成的光学元件20的内部被压缩。

此外，在第一实施方式中，如图6所示，穿过由石英玻璃制成的光学元件20的内部的脉冲光由设置在由石英玻璃制成的光学元件20的后级的反射镜210a反射。由反射镜210a发射的脉冲光再次入射在由石英玻璃制成的光学元件20上，同时在x轴的相反方向上传播。然后，在x轴的相反方向上穿过由石英玻璃制成的光学元件20的内部的脉冲光再次由设置在由石英玻璃制成的光学元件20的前级的反射镜210b反射。换言之，从脉冲生成器10发射的脉冲光穿过由石英玻璃制成的光学元件20的内部，以通过允许反射镜210a和210b反射脉冲光而在x轴方向上往复运动。

可通过调整由石英玻璃制成的光学元件20的尺寸和反射镜210a和210b的布置位置和角度来调整其上穿过脉冲光由石英玻璃制成的光学元件20的内部的距离（光路长度）。如参考图7A在后面将要描述的，由脉冲压缩压缩脉冲时间宽度的程度依赖于光穿过光学构件的内部的光路长度。因此，能够通过调整由石英玻璃制成的光学元件20的尺寸和反射镜210a和210b的布置位置和角度来控制脉冲压缩的程度。

在如图6所示的实例中，由反射镜210a和210b沿所需的光路长度传播的脉冲光最终在x轴的反方向上传播通过由石英玻璃制成的光学元件20的内部，然后通过设置在脉冲生成器10和由石英玻璃制成的光学元件20之间的反射镜210c在可选方向上取出。以这种方式，最后取出在x轴的反方向上传播的光的配置在如下描述中被称为反射取出配置。由反射镜210c取出的脉冲光被引导到设置在脉冲整形装置1的进一步后级的其它光学装置（未示出），并可能被用作其它光学装置的光源。

将参考图7A和图7B来描述由根据第一实施方式的脉冲整形装置1进行的脉冲压缩的效果。图7A和图7B是示出根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置1进行的脉冲压缩的效果。

图7A示出绘制脉冲光传播通过由石英玻璃（石英玻璃块）制成的光学元件20的内部的光路长度和脉冲光的脉冲时间宽度之间的关系的曲线图。在该曲线图中，横轴表示光路长度且纵轴表示脉冲时间宽度。参考图7A，可以看出，满足脉冲时间宽度随着光路长度越长而单调减小直到光路长度达到约2500mm为止的关系。同时，如果光路长度超过约2500mm，则脉冲时间宽度不会发生很大变化。在如图7A所示的实例中，在光路长度为0mm的情况下，即在脉冲光不穿过由石英玻璃制成的光学元件20时，脉冲时间宽度是约2.8ps。然后，脉冲时间宽度在光路长度是约2500mm以上的最高压缩点上被压缩到约0.72ps。

图7A中所示的关系是在其中脉冲光是波长为405nm的蓝光且光学构件是石英玻璃块的情况下的光路长度和脉冲时间宽度之间的关系。如果脉冲光的波长或光学构件的材料变化，则它们之间的关系也相应地变化。然而，能够通过实验、模拟或类似操作获得类似于图7A的关系的关系来确定最佳执行每个波长的脉冲光的所需脉冲压缩的光学构件和光路长度的材料。

图7B示出当脉冲光在由石英玻璃（石英玻璃块）制成的光学元件20内的光路长度为3200mm时穿过由石英玻璃制成的光学元件20之前和之后的脉冲相关波形。在这方面，脉冲相关波形被绘制为相对于包括在脉冲光中的一个波长（一个脉冲）的脉冲、横轴表示时间（ps）且竖轴表示光强度（a.u.）。然而，如图7B所示，竖轴表示的光强度（a.u.）被归一化用于脉冲光的输出，使得其最小值为0且其最大值为1，以便在与脉冲时间宽度比较时更加容易。参考图7B，可以看出，脉冲时间宽度被根据第一实施方式的脉冲整形装置1压缩至约1/4。

此外，对于脉冲整形装置1的由石英玻璃制成的光学元件20中的脉冲光的透射率，检查了与使用其它光学构件的情况的不同之处。其结果是，使用一般的玻璃构件作为光学构件的情况的透射率为约20％且使用一般光栅对作为光学构件的情况的透射率为约50％。与此相反，由石英玻璃制成的光学元件20的使用使得有可能获得约90％的高透射率。因此，脉冲整形装置1可抑制由于脉冲压缩引起的脉冲光的损失，因此能够更有效地进行脉冲压缩。

现在将参考图8描述根据第一实施方式的脉冲整形装置1的修改例。图8是示出根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置1的修改例的示例性配置的示意图。需注意，在本修改例的描述中，解释主要集中在修改例和图6中所示的脉冲整形装置1之间的差异，且省略了相同配置的重复解释。

参考图8，根据本修改例的脉冲整形装置1a包括脉冲生成器10、由石英玻璃制成的光学元件20，和反射镜220a和220c。以这种方式，根据本修改例的脉冲整形装置1a基本类似于在图6所示的脉冲整形装置，不同之处在于反射镜的配置。

参考图8，在脉冲整形装置1a中，由反射镜220a和220c沿所需光路长度传播的脉冲光最终在x轴的正方向上传播通过由石英玻璃制成的光学元件20的内部，然后被取出到外部。换言之，根据本修改例的脉冲整形装置1a不同于图6中所示的脉冲整形装置1，不同之处在于：脉冲整形装置1具有反射取出配置，但脉冲整形装置1a具有最终在x轴的正方向上传播的光被取出的配置。因此，在以下的描述中，最终在x轴的正方向上传播的光被取出的配置被称为透射取出配置。即使当脉冲整形装置1a是具有透射取出配置的脉冲整形装置时，也仅是脉冲光被最终取出的方向不同，因此能够获得如图7A和图7B所示的脉冲压缩的效果。

此外，作为脉冲整形装置，可根据将设置在各自脉冲整形装置的后级的其它光学装置的配置、布置或类似结构来适当地选择是否使用反射取出配置或使用透射取出配置的确定。

在上文中，已经参考图6、图7A、图7B和图8描述了根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置1和1a的配置和脉冲压缩其效果。如上所述，在根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置1或1a中，相对于使用半导体激光器的脉冲蓝光（其具有作为频率分散状态的负分散状态），由石英玻璃（石英玻璃块）制成的光学元件20进行脉冲压缩。因此，能够通过较简单的结构更有效地压缩脉冲光的脉冲时间宽度。

此外，在根据第一实施方式的脉冲整形装置1或1a中，通过石英玻璃块的尺寸和设置在石英玻璃块的前级和后级的多个反射镜的布置位置和角度调整脉冲光在其上穿过石英玻璃块的内部的光路长度。因此，能够将脉冲光压缩到所需的脉冲时间宽度。

在上面的描述中，虽然反射镜210a、210b和210c或220a和220c设置在由石英玻璃制成的光学元件20的前级和后级，但是第一实施方式不限于此。如果能够通过调整由石英玻璃制成的光学元件20的尺寸仅穿过由石英玻璃制成的光学元件20一次来确保所需的光路长度，则可以不提供这些反射镜。

<3.第二实施方式>

接下来，将参考图9描述本发明的第二实施方式。图9是示出根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置的示例性配置的示意图。

参考图9，根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置2包括脉冲生成器10、单模光纤（SMF）30以及透镜310a和310b。

脉冲生成器10的功能和配置基本类似于第一实施方式。换言之，脉冲生成器10通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光。在第二实施方式中，脉冲生成器10具有例如图1中所示的MOPA系统并发射脉冲蓝光。

单模光纤30是由石英玻璃制成的光学构件的一个实例，且单模光纤的芯由石英玻璃形成。此外，透镜310a是提供用于使光入射到单模光纤30的透镜，且透镜310b是提供用于使来自单模光纤30的光发射到后级中的构件的透镜。需注意，单模光纤30和透镜310a和310b的配置不限于在图9中所示的实例，且可应用本领域中已知的任何光纤的配置。

类似于第一实施方式，脉冲生成器10的频率分散状态被认为是负分散状态。因此，能够将正分散赋给脉冲光，且能够通过使用由具有相对低的吸收率的石英玻璃构成的光学构件来更有效地进行脉冲压缩。

具体而言，如图9所示，从脉冲生成器10发射的脉冲光在x轴的正方向上传播的同时经由透镜310a入射到单模光纤30。脉冲光的脉冲时间宽度通过由石英玻璃构成的芯在单模光纤30内传播而被压缩。脉冲压缩的脉冲光然后再次从透镜310b朝向设置在后级中的其它光学装置或类似装置发射。

现在将参考图10来描述由根据第二实施方式的脉冲整形装置2进行的脉冲压缩的效果。图10是示出由根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置2进行的脉冲压缩的效果。图10示出在穿过单模光纤30之前和之后的脉冲相关波形。在这方面，图10的脉冲相关波形被绘制为相对于包括在脉冲光中的一个波长（一个脉冲）的脉冲、横轴表示时间（ps）且竖轴表示光强度（a.u.），这类似于图7B中所示的脉冲相关波形。

参考图10，可以看出，脉冲时间宽度由根据第二实施方式的脉冲整形装置2压缩。在图10中所示的实例中，脉冲时间宽度在穿过单模光纤30之后是约2.5ps，且脉冲时间宽度在穿过单模光纤30之前被压缩至约1.2ps。此外，即使在第二实施方式中，类似于第一实施方式，脉冲时间宽度由脉冲压缩压缩的程度也依赖于光在其上穿过光学构件（单模光纤30）的光路长度。因此，能够通过调整单模光纤30的长度来控制脉冲压缩的程度。

在上文中，已经参考图9和图10描述了根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置2的配置及其脉冲压缩其效果。在根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置2中，除了由根据上面提到的<2.第一实施方式>中所述的第一实施方式的脉冲整形装置1或1a获得的效果之外，还可获得以下效果。

如上所述，在根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置2中，单模光纤30被用作光学构件。因此，当脉冲整形装置2被用作其它光学装置的光源时，将单模光纤30用作光学构件可使得能够灵活地配置从脉冲整形装置2到其它光学装置的光路的布局。换言之，可由单模光纤30同时进行脉冲压缩和将光从脉冲整形装置2引导到其它光学装置，因此能够简化装置的整个结构（包括脉冲整形装置2、其它光学装置和其它光学元件的整体配置）。

<4.总结>

如上所述，根据本发明的第一和第二实施方式，能够获得以下效果。

在根据本发明的第一实施方式的脉冲整形装置1或1a中，相对于使用半导体激光器的脉冲蓝光（其具有作为频率分散状态的负分散状态），可通过由石英玻璃（石英玻璃块）制成的光学元件20进行脉冲压缩。因此，能够通过较简单的结构更有效地压缩脉冲光的脉冲时间宽度。

此外，在根据第一实施方式的脉冲整形装置1或1a中，通过石英玻璃块的尺寸和设置在石英玻璃块的前级和后级的多个反射镜的布置位置和角度调整脉冲光在其上穿过石英玻璃块的内部的光路长度。因此，能够将脉冲光压缩到所需的脉冲时间宽度。

此外，在根据本发明的第二实施方式的脉冲整形装置2中，单模光纤30被用作光学构件。因此，当脉冲整形装置2被用作其它光学装置的光源时，将单模光纤用作光学构件可使得能够灵活地配置从脉冲整形装置2到其它光学装置的光路的布局。

此外，在本发明的第一实施方式和第二实施方式中，通过使从脉冲生成器10发射的脉冲光穿过由石英玻璃（石英玻璃块）制成的光学元件20或单模光纤30的内部来进行脉冲压缩。因此，可通过较简单的结构进行脉冲压缩且与相关技术中的脉冲压缩方法相比可减少有关装置配置的成本。

虽然在上面的第一和第二实施方式中已经描述了脉冲生成器10使用半导体激光器发射脉冲蓝光的情况，但是本发明不限于此。脉冲生成器10可发射其它波长频带的脉冲光。即使当脉冲生成器10发射蓝色波长以外的波长带的脉冲光时，也能够通过使用被配置为将相对脉冲光的频率分散状态的频率分散状态赋给使用半导体激光器的脉冲光的光学构件来进行脉冲压缩。此外，可根据脉冲光的波长而通过考虑其吸收率和分散量来适当地选择光学构件的材料。例如，在其中脉冲生成器10发射脉冲红色光（例如，波长为780nm的光）的情况下，NBH52可被用作用于进行脉冲压缩的光学构件的实例。

虽然参考附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明的技术范围不限定于此。本领域技术人员应理解，在本领域中根据设计要求和其它因素可能会出现各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

例如，在本发明的上述第一和第二实施方式中，如图6、图8和图9中所示，反射镜210a、210b和210c或220a和220c，或透镜310a和310b被用作由石英玻璃制成的光学元件20和单模光纤30以外的光学元件。然而，本发明不限定于这样的配置。例如，在进行脉冲压缩的前级和/或后级，可进一步提供常用的不同类型的光学元件（诸如透镜、反射镜和不同类型的过滤器）以便控制脉冲光的行为。

此外，本技术也可被配置如下。

（1）一种脉冲整形装置，其包括：

脉冲生成器，被配置为通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；和

光学构件，被设置在脉冲生成器的后级并被配置为压缩脉冲光的脉冲时间宽度，

其中，脉冲光具有第一频率分散状态，且

其中，光学构件将第二频率分散状态赋给脉冲光，第二频率分散状态是与所述第一频率分散状态相反的频率分散状态。

（2）根据（1）所述的脉冲整形装置，

其中脉冲光具有范围从350nm至500nm的波长，

其中，第一频率分散状态为负分散，且

其中，光学构件通过赋予作为第二频率分散状态的正分散来压缩脉冲光。

（3）根据（2）所述的脉冲整形装置，其中，光学构件是由石英玻璃制成的光学构件。

（4）根据（3）所述的脉冲整形装置，其中，光学构件是由石英玻璃制成的光学元件。

（5）根据（3）所述的脉冲整形装置，其中，光学构件是单模光纤。

（6）根据（1）至（5）中任一项所述的脉冲整形装置，其中，脉冲光的脉冲时间宽度被压缩的程度根据脉冲光穿过光学构件的光路长度而变化。

（7）根据（1）至（6）中任一项所述的脉冲整形装置，其中，脉冲生成器包括主振荡功率放大器（MOPA）系统，所述主主振荡功率放大器系统用于通过使用允许半导体激光器以外腔形式被操作的锁模激光二极管而使来自锁模激光二极管（MLLD）的输出由半导体光放大器（SOA）放大。

（8）一种脉冲整形装置，包括：

脉冲生成器，被配置为通过使用用于发射波长范围从350nm至500nm的光的半导体激光器产生脉冲光；

石英玻璃块，被设置在脉冲生成器的后级；和

反射镜，其设置在石英玻璃块的前级和后级中的至少一个上并被设置为反射从脉冲生成器发射的脉冲光，

其中，脉冲光通过所述反射镜的反射，仅沿预定光路长度传播通过石英玻璃块的内部。

（9）一种脉冲整形装置，包括：

脉冲生成器，被配置为通过使用用于发射波长范围从350nm至500nm的光的半导体激光器产生脉冲光；

单模光纤，被设置在脉冲生成器的后级；

第一透镜，被配置为将脉冲光引导至所述单模光纤；和

第二透镜，被配置为从单模光纤发射脉冲光。

（10）一种脉冲整形方法，包括：

通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；和

通过使脉冲光穿过光学构件的内部压缩所述脉冲光的脉冲时间宽度，

其中，脉冲光具有第一频率分散状态，且

其中，光学构件将第二频率分散状态赋予所述脉冲光，第二频率分散状态是与第一频率分散状态相反的频率分散状态。

Claims (10)

1.一种脉冲整形装置，包括：

脉冲生成器，被配置为通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；

光学构件，被设置在所述脉冲生成器的后级中并被配置为使得在X轴的正方向上传播的所产生的脉冲光在所述光学构件上入射，并且所述光学构件被配置为压缩所述脉冲光的脉冲时间宽度；以及

反射镜，设置在所述光学构件的后级上，并被配置为反射从所述光学构件发射的脉冲光使得从所述反射镜反射的光仅沿预定光路长度传播通过所述光学构件的内部；

其中，所述脉冲光具有第一频率分散状态，且

其中，所述光学构件将第二频率分散状态赋给所述脉冲光，所述第二频率分散状态是与所述第一频率分散状态相反的频率分散状态。

2.根据权利要求1所述的脉冲整形装置，

其中，所述脉冲光具有从350nm至500nm的范围的波长，

其中，所述第一频率分散状态为负分散，以及

其中，所述光学构件通过赋予作为所述第二频率分散状态的正分散来压缩所述脉冲光。

3.根据权利要求2所述的脉冲整形装置，其中，所述光学构件是由石英玻璃制成的光学构件。

4.根据权利要求3所述的脉冲整形装置，其中，所述光学构件是由石英玻璃制成的光学元件。

5.根据权利要求3所述的脉冲整形装置，其中，所述光学构件是单模光纤。

6.根据权利要求1所述的脉冲整形装置，其中，所述脉冲光的所述脉冲时间宽度被压缩的程度根据所述脉冲光穿过所述光学构件的光路长度而变化。

7.根据权利要求1所述的脉冲整形装置，其中，所述脉冲生成器包括主振荡功率放大器(MOPA)系统，所述主振荡功率放大器系统用于通过使用允许所述半导体激光器以外腔形式被操作的锁模激光二极管(MLLD)使来自所述锁模激光二极管的输出由半导体光放大器(SOA)放大。

8.根据权利要求1所述的脉冲整形装置，所述脉冲生成器包括锁模振荡器、透镜、隔离器、棱镜对、λ/2板和半导体光放大器。

9.一种脉冲整形装置，包括：

脉冲生成器，被配置为通过使用用于发射波长范围从350nm至500nm的光的半导体激光器产生脉冲光；

石英玻璃块，被设置在所述脉冲生成器的后级中，并被配置为使得在X轴的正方向上传播的所产生的脉冲光在所述石英玻璃块上入射，并且所述石英玻璃块被配置为压缩所述脉冲光的脉冲时间宽度；以及

反射镜，被设置在所述石英玻璃块的后级上并被配置反射从所述石英玻璃块发射的脉冲光使得从所述反射镜反射的光仅沿预定光路长度传播通过所述石英玻璃块的内部；

其中，所述脉冲光具有第一频率分散状态，且

其中，所述石英玻璃块将第二频率分散状态赋给所述脉冲光，所述第二频率分散状态是与所述第一频率分散状态相反的频率分散状态。

10.一种脉冲整形方法，包括：

通过使用用于发射预定波长的光的半导体激光器产生脉冲光；在X轴的正方向上传播的所产生的脉冲光在光学构件上入射，通过使所述脉冲光穿过光学构件的内部来压缩所述脉冲光的脉冲时间宽度；以及

通过设置在所述光学构件的后级上的反射镜反射从所述光学构件发射的脉冲光使得从所述反射镜反射的光仅沿预定光路长度传播通过所述光学构件的内部；

其中，所述脉冲光具有第一频率分散状态，且

其中，所述光学构件将第二频率分散状态赋给所述脉冲光，所述第二频率分散状态是与所述第一频率分散状态相反的频率分散状态。