DE112021006583T5

DE112021006583T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse

Info

Publication number: DE112021006583T5
Application number: DE112021006583.1T
Authority: DE
Inventors: Koji Takahashi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2023-10-12
Also published as: JP7441780B2; TW202224824A; KR20230117619A; US20240106185A1; JP2022098192A; WO2022137719A1; CN116635776A

Abstract

Eine Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung beinhaltet einen optischen Resonator vom modengekoppelten Typ, eine Lichtquelle und eine Wellenformsteuereinrichtung. Der optische Resonator enthält ein optisches Verstärkungsmedium und erzeugt, verstärkt und gibt Laserlicht aus. Die Lichtquelle ist optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt und liefert Anregungslicht an das optische Verstärkungsmedium. Die Wellenformsteuereinrichtung ist im optischen Resonator angeordnet und steuert eine zeitliche Wellenform des Laserlichts innerhalb einer vorgegebenen Periode, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält. Der optische Resonator verstärkt die optische Impulsfolge nach der vorgegebenen Periode und gibt die verstärkte optische Impulsfolge als Laserlicht aus.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse und ein Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse.
Stand der Technik
Nichtpatentliteratur 1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung des Zeitintervalls zwischen optischen Impulsen durch Laser-Oszillation einer Vielzahl von optischen Impulsen in einem modengekoppelten optischen Faserlaser und Justierung der Pumplichtintensität. Nichtpatentliteratur 2 offenbart ein Verfahren zur diskreten Änderung des Zeitintervalls zwischen zwei zeitlich nahe beieinander liegenden optischen Impulsen durch Einstellung der Pumplichtintensität. Nichtpatentliteratur 3 offenbart eine Technik zur Steuerung der Anzahl optischer Impulse durch Anordnung eines variablen Bandfilters in einem optischen Resonator in einem modengekoppelten optischen Faserlaser und Einstellung der Pumplichtintensität und der Filterbreite des variablen Bandfilters.
Zitateliste
Nichtpatent-Literatur
Nichtpatent-Literatur 1: Ying Yu et al., „Pulse-spacing manipulation in a passively mode-locked multipulse fiber laser“, Optics Express, Bd. 25, Ausgabe 12, S. 13215-13221, 2017
Nichtpatent-Literatur 2: F. Kurtz et al., „Resonant excitation and all-optical switching of femtosecond soliton molecules", Nature Photonics, Bd. 14, S. 9-13, 2020
Nichtpatent-Literatur 3: Zengrun Wen et al., „Effects of spectral filtering on Impulse dynamics in a mode-locked fiber laser with a bandwidth tunable filter", Journal of the Optical Society of America B, Bd. 36, Ausgabe 4, S. 952-958, 2019
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In den letzten Jahren wurden Anwendungen einer optischen Impulsfolge mit zwei oder mehr zeitlich nahen ultrakurzen optischen Impulsen untersucht. Der ultrakurze optische Impuls ist ein optischer Impuls mit einer Dauer von z B. weniger als 1 Nanosekunde. Der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen in der optischen Impulsfolge beträgt beispielsweise weniger als 10 Nanosekunden. Diese optische Impulsfolge wird beispielsweise im Bereich der Laserbearbeitung eingesetzt, bei der Laserlicht zur Bearbeitung der Form eines Objekts verwendet wird. Im Bereich der Laserbearbeitung ist es möglich, durch nicht-thermische Bearbeitung mit ultrakurzen optischen Impulsen eine hochpräzise Bearbeitung unabhängig von den Materialien zu realisieren. Darüber hinaus ist es möglich, den Durchsatz durch Burst-Laserbearbeitung, bei der eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr aufeinanderfolgenden optischen Impulsen wiederholt auf das Objekt gerichtet wird, im Vergleich zur wiederholten Aussendung eines einzelnen optischen Impulses auf ein Objekt zu erhöhen. Wichtige Parameter bei der Burst-Laserbearbeitung und ähnlichen Verfahren sind die Anzahl der Impulse in einer Impulsfolge und das Zeitintervall zwischen den Impulsen. Daher ist es wünschenswert, dass eine optische Impulsfolge mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen und einem vorbestimmten Zeitintervall stabil und mit guter Reproduzierbarkeit ausgegeben werden kann.
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine optische Impulserzeugungsvorrichtung und ein optisches Impulserzeugungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, Laserlicht stabil auszugeben, das eine optische Impulsfolge ist, der zwei oder mehr zeitlich nah beieinander liegende ultrakurze optische Impulse enthält, mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen und einem vorbestimmten Zeitintervall mit guter Reproduzierbarkeit.
Lösung des Problems
Eine Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen optischen Resonator vom modengekoppelten Typ, eine Lichtquelle und eine Wellenformsteuereinrichtung. Der optische Resonator enthält ein optisches Verstärkungsmedium und erzeugt, verstärkt und gibt Laserlicht aus. Die Lichtquelle ist optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt und liefert Anregungslicht an das optische Verstärkungsmedium. Die Wellenformsteuereinrichtung ist im optischen Resonator angeordnet und steuert eine zeitliche Wellenform des Laserlichts innerhalb einer vorgegebenen Periode, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält. Der optische Resonator verstärkt die optische Impulsfolge nach der vorgegebenen Periode und gibt die verstärkte optische Impulsfolge als Laserlicht aus.
Ein Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Laserlichterzeugung, eine Wellenformsteuerung und eine Ausgabe. Bei der Laserlichterzeugung wird Laserlicht in einem optischen Resonator vom modengekoppelten Typ erzeugt und verstärkt, indem Anregungslicht auf ein optisches Verstärkungsmedium in dem optischen Resonator angewendet wird. Bei der Wellenformsteuerung wird die zeitliche Wellenform des Laserlichts im optischen Resonator innerhalb einer vorgegebenen Periode gesteuert, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält. Am Ausgang wird die optische Impulsfolge im optischen Resonator nach der vorbestimmten Periode verstärkt und als Laserlicht an die Außenseite des optischen Resonators ausgegeben.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung und dem Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Laserlicht, das eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr zeitlich nahen ultrakurzen optischen Impulsen ist, mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen und einem vorbestimmten Zeitintervall mit guter Reproduzierbarkeit stabil auszugeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung eines optischen Resonators.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Impulsformers als Beispiel für eine Wellenformsteuerungsvorrichtung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine Modulationsfläche eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse zeigt.
- (a) und (b) in 6 sind Diagramme, die die einzelnen Phasen des Betriebs der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung zeigen.
- (a) und (b) in 7 sind Diagramme, die die einzelnen Phasen des Betriebs der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung zeigen.
- (a) und (b) in 8 sind Diagramme, die die einzelnen Phasen des Betriebs Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung zeigen.
9 ist ein Diagramm, das die einzelnen Stufen des Betriebs der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung zeigt.
- (a) in 10 zeigt eine spektrale Wellenform von ultrakurz gepulstem Einzelimpuls-Laserlicht, und (b) in 10 zeigt eine zeitliche Intensitätswellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts.
- (a) in 11 zeigt eine spektrale Wellenform des Ausgangslichts von einem Impulsformer, wenn der SLM eine Rechteckwellen-Phasenspektrummodulation durchführt, und (b) in 11 zeigt eine zeitliche Intensitätswellenform des Ausgangslichts.
12 ist ein Diagramm, das eine Prozedur zur Berechnung des Phasenspektrums durch eine iterative Fourier-Transformationsmethode zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Berechnung einer Phasenspektrumsfunktion zeigt.
14 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Berechnung der spektralen Intensität zeigt.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Erzeugung eines Zielspektrogramms zeigt.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Berechnung einer Intensitätsspektrumfunktion zeigt.
1. (a) in 17 ist ein Diagramm, das ein Spektrogramm SG_IFTA (ω, t) zeigt, und (b) in 17 ist ein Diagramm, das ein Zielspektrogramm TargetSG₀ (ω, t) zeigt, zu dem das Spektrogramm SG_IFTA (ω, t) geändert wird.
18 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse und eines Verfahrens zur Erzeugung optischer Impulse gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel zeigt.
19 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse gemäß einem zweiten Änderungsbeispiel zeigt.
20 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse und ein Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel zeigt.
21 ist ein Graph mit Beispielen für einen Anfangswert, der beim 0. Umlauf nach Beginn der Anregung in einer Simulation festgelegt wurde.
1. (a) in 22 ist ein Graph, der Änderungen in der Spitzenleistung eines optischen Impulses für jeden Umlauf in einer Simulation zeigt, und (b) in 22 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Sättigungsenergie eines optischen Verstärkungsmediums und der Spitzenleistung eines optischen Impulses in einer Simulation zeigt.
23 ist ein Graph, der die zeitliche Wellenform eines optischen Impulses zeigt, der erzeugt wird, wenn die Sättigungsenergie auf 600 pJ festgelegt ist und ein bestimmtes Zufallsrauschen als Anfangswert in einer Simulation festgelegt wird. (a) in 23 zeigt eine zeitliche Wellenform des Zufallsrauschens, das ein Anfangswert ist, und (b) in 23 zeigt eine zeitliche Wellenform eines optischen Impulses, der entsprechend (a) in 23 erzeugt wird.
24 ist ein Graph, der eine zeitliche Wellenform eines optischen Impulses zeigt, der erzeugt wird, wenn die Sättigungsenergie auf 600 pJ festgelegt ist und ein Zufallsrauschen, das sich von dem in 23 unterscheidet, als Anfangswert in einer Simulation eingestellt wird. (a) in 24 zeigt eine Zeitwellenform des Zufallsrauschens, das ein Anfangswert ist, und (b) in 24 zeigt eine Zeitwellenform eines optischen Impulses, der entsprechend (a) in 24 erzeugt wird.
25 ist ein Graph, der die zeitliche Wellenform eines optischen Impulses zeigt, der erzeugt wird, wenn die Sättigungsenergie auf 600 pJ festgelegt ist und ein Zufallsrauschen, das sich von dem in 23 und 24 unterscheidet, als Anfangswert in einer Simulation festgelegt wird. (a) in 25 zeigt eine Zeitwellenform des Zufallsrauschens, das ein Anfangswert ist, und (b) in 25 zeigt eine Zeitwellenform eines optischen Impulses, der entsprechend (a) in 25 erzeugt wird.
26 ist ein Graph, der die zeitliche Wellenform eines optischen Impulses zeigt, der erzeugt wird, wenn die Sättigungsenergie auf 600 pJ festgelegt ist und ein Zufallsrauschen, das sich von dem in 23 bis 25 unterscheidet, als Anfangswert in einer Simulation festgelegt wird. (a) in 26 zeigt eine Zeitwellenform des Zufallsrauschens, das ein Anfangswert ist, und (b) in 26 zeigt eine Zeitwellenform eines optischen Impulses, der entsprechend (a) in 26 erzeugt wird.
27 ist ein Graph, der ein Ergebnis zeigt, das durch die Durchführung einer Simulation auf Basis der Konfiguration einer Ausführungsform mit dem in (a) in 23 dargestellten Zufallsrauschen als Anfangswert erhalten wurde. (a) in 27 zeigt eine Zeitwellenform beim 1000. Umlauf, (b) in 27 zeigt eine Zeitwellenform beim 2000.
28 ist ein Graph, der ein Ergebnis zeigt, das durch die Durchführung einer Simulation basierend auf der Konfiguration einer Ausführungsform mit dem in (a) in 24 gezeigten Zufallsrauschen als Anfangswert erhalten wurde. (a) in 28 zeigt eine Zeitwellenform beim 1000. Umlauf, (b) in 28 zeigt eine Zeitwellenform beim 2000.
29 ist ein Graph, der ein Ergebnis zeigt, das durch die Durchführung einer Simulation basierend auf der Konfiguration einer Ausführungsform mit dem in (a) in 25 gezeigten Zufallsrauschen als Anfangswert erhalten wurde. (a) in 29 zeigt eine Zeitwellenform beim 1000. Umlauf, (b) in 29 zeigt eine Zeitwellenform beim 2000.
30 ist ein Graph, der ein Ergebnis zeigt, das durch die Durchführung einer Simulation basierend auf der Konfiguration einer Ausführungsform mit dem in (a) in 26 gezeigten Zufallsrauschen als Anfangswert erhalten wurde. (a) in 30 zeigt eine Zeitwellenform beim 1000sten Umlauf, (b) in 30 zeigt eine Zeitwellenform beim 2000sten Umlauf, und (c) in 30 zeigt eine Zeitwellenform beim 5000sten Umlauf.
31 ist ein Graph, der das Verifizierungsergebnis der Kontrollierbarkeit eines Zeitintervalls zwischen optischen Impulsen in einer Ausführungsform zeigt, und (a) bis (d) in 31 zeigen Fälle, in denen das Zeitintervall zwischen zwei optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, auf 20 ps, 50 ps, 100 ps bzw. 150 ps eingestellt ist.
32 ist ein Graph, der das Ergebnis der Überprüfung der Steuerbarkeit der Anzahl der optischen Impulse in einer Ausführungsform zeigt, und (a) bis (d) in 32 zeigen Fälle, in denen die Anzahl der optischen Impulse, die eine optische Impulsfolge bilden, auf 1, 2, 3 bzw. 4 eingestellt ist.
33 ist ein Graph, der zeigt, wie sich die Anzahl der optischen Impulse in einer Simulation ändert.
- (a) bis (c) in 34 sind Graphen, die die zeitlichen Wellenformen einer optischen Impulsfolge zeigen, der in jeder Phase der Änderung der Anzahl der optischen Impulse laseroszilliert.
- (a) bis (c) in 35 sind Graphen, die die zeitlichen Wellenformen einer optischen Impulsfolge zeigen, der in jeder Phase der Änderung der Anzahl der optischen Impulse laseroszilliert.
- (a) bis (c) in 36 sind Graphen, die die zeitlichen Wellenformen einer optischen Impulsfolge zeigen, der in jeder Phase der Änderung der Anzahl der optischen Impulse laseroszilliert.
- (a) in 37 ist ein Graph, der Änderungen bei der Sättigungsenergie in Abhängigkeit von der Anzahl der Umläufe zeigt, und (b) in 37 ist ein Graph, der Änderungen der Spitzenleistung eines optischen Impulses in Abhängigkeit von der Anzahl der Umläufe zeigt.
38 ist ein Graph, der die zeitliche Wellenform einer optischen Impulsfolge mit 19 optischen Impulsen zeigt, die von einer Wellenformsteuereinrichtung vom Typ Spektralbereichsmodulation erzeugt werden.
39 ist ein Graph, der Änderungen in einer Zeitwellenform zeigt, wenn die Zeitwellenform mehrfach durch einen Impulsformer in einem Fall gesteuert wird, in dem die mittleren Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, gleich sind. (a) in 39 zeigt eine Zeitwellenform nach der ersten Wellenformsteuerung, (b) in 39 zeigt eine Zeitwellenform nach der zweiten Wellenformsteuerung, (c) in 39 zeigt eine Zeitwellenform nach der dritten Wellenformsteuerung, und (d) in 39 zeigt eine Zeitwellenform nach der vierten Wellenformsteuerung.
40 ist ein Graph, der Änderungen in einer Zeitwellenform zeigt, wenn die Zeitwellenform mehrfach durch einen Impulsformer in einem Fall gesteuert wird, in dem die mittleren Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, voneinander verschieden sind. (a) in 40 zeigt eine Zeitwellenform nach der ersten Wellenformsteuerung, (b) in 40 zeigt eine Zeitwellenform nach der zweiten Wellenformsteuerung, (c) in 40 zeigt eine Zeitwellenform nach der dritten Wellenformsteuerung, und (d) in 40 zeigt eine Zeitwellenform nach der vierten Wellenformsteuerung.
- (a) bis (c) in 41 sind Graphen, die drei optische Impulse mit unterschiedlichen Zentralwellenlängen zeigen.
- (a) bis (c) in 42 sind Graphen, die die zeitlichen Wellenformen zeigen, die für jeden optischen Impuls als Ergebnis des gleichzeitigen Umlaufs der drei in 41 gezeigten optischen Impulse in einem optischen Resonator in einer Simulation erhalten wurden.
43 ist ein Graph, der zeigt, wie die mittlere Wellenlänge jedes optischen Impulses konvergiert.
- (a) bis (c) in 44 sind Graphen, die die Ergebnisse zeigen, die durch die Durchführung der Wellenformkontrolle für die Umwandlung in drei optische Impulse mit unterschiedlichen Zentralwellenlängen über zehn Umläufe in einer Simulation erhalten wurden.
- (a) bis (c) in 45 sind Graphen, die die Ergebnisse zeigen, die durch die Durchführung der Wellenformkontrolle für die Umwandlung in drei optische Impulse mit unterschiedlichen Zentralwellenlängen über zehn Umläufe in einer Simulation erhalten wurden.
- (a) bis (c) in 46 sind Graphen, die Ergebnisse zeigen, die durch die Durchführung der Wellenformkontrolle für die Umwandlung in drei optische Impulse mit unterschiedlichen Zentralwellenlängen über zehn Umläufe in einer Simulation erhalten wurden.
- (a) in 47 ist ein Graph, der Änderungen der Spitzenposition jedes optischen Impulses zeigt, und (b) in 47 ist ein Graph, der einen Teil der 500. bis 510.
48 ist eine schematische Darstellung eines Impulsteilers, der eine Kombination aus Teilern und Verzögerern ist, als Beispiel für eine Wellenformsteuerungsvorrichtung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen optischen Resonator vom modengekoppelten Typ, eine Lichtquelle und eine Wellenformsteuereinrichtung. Der optische Resonator enthält ein optisches Verstärkungsmedium und erzeugt, verstärkt und gibt Laserlicht aus. Die Lichtquelle ist optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt und liefert Anregungslicht an das optische Verstärkungsmedium. Die Wellenformsteuereinrichtung ist im optischen Resonator angeordnet und steuert eine zeitliche Wellenform des Laserlichts innerhalb einer vorgegebenen Periode, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält. Der optische Resonator verstärkt die optische Impulsfolge nach der vorgegebenen Periode und gibt die verstärkte optische Impulsfolge als Laserlicht aus.
Ein Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Laserlichterzeugung, eine Wellenformsteuerung und eine Ausgabe. Bei der Laserlichterzeugung wird Anregungslicht auf ein optisches Verstärkungsmedium in einem modengekoppelten optischen Resonator angewendet, um Laserlicht in dem optischen Resonator zu erzeugen und zu verstärken. Bei der Wellenformsteuerung wird die zeitliche Wellenform des Laserlichts im optischen Resonator innerhalb einer vorgegebenen Periode gesteuert, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält. Am Ausgang wird die optische Impulsfolge im optischen Resonator nach der vorbestimmten Periode verstärkt und als Laserlicht an eine Außenseite des optischen Resonators ausgegeben.
In dem modengekoppelten optischen Resonator wird bei Anregung des optischen Verstärkungsmediums periodisch ein ultrakurzer optischer Impuls in Form von Laserlicht erzeugt und ausgegeben. Abhängig von den Schwingungsbedingungen, wie z.B. der Intensität des Anregungslichts, werden dann zwei oder mehr ultrakurze optische Impulse erzeugt, die zeitlich nahe beieinander liegen. In früheren Berichten war das Zeitintervall zwischen zwei oder mehr ultrakurzen optischen Impulsen jedoch zufällig, und es war nicht möglich, das Zeitintervall zu steuern.
Andererseits ist in der oben beschriebenen Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung die Wellenformsteuereinrichtung in dem modengekoppelten optischen Resonator vorgesehen. Die Wellenformsteuereinrichtung steuert die zeitliche Wellenform des Laserlichts innerhalb einer vorbestimmten Periode, um das Laserlicht in zwei oder mehr optische Impulse umzuwandeln. In ähnlicher Weise wird bei dem oben beschriebenen Optikimpuls-Erzeugungsverfahren bei der Wellenformsteuerung die zeitliche Wellenform des Laserlichts im optischen Resonator innerhalb einer vorbestimmten Periode gesteuert, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr optischen Impulsen innerhalb einer Periode des optischen Resonators umzuwandeln. Wenn in diesen Fällen weiterhin eine angemessene Menge an Anregungslicht auf das optische Verstärkungsmedium einwirkt, wird die optische Impulsfolge im optischen Resonator verstärkt und als Laserlicht ausgegeben. Die Anzahl der im Laserlicht enthaltenen optischen Impulse entspricht der Anzahl der optischen Impulse in der ursprünglichen optischen Impulsfolge. Das Zeitintervall zwischen den im Laserlicht enthaltenen optischen Impulsen entspricht dem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen in der ursprünglichen optischen Impulsfolge oder entspricht dem Zeitintervall, das theoretisch aus dem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen in der ursprünglichen optischen Impulsfolge berechnet wurde. Daher ist es gemäß der obigen Konfiguration möglich, Laserlicht, das eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr zeitlich nahen ultrakurzen optischen Impulsen ist, mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen und einem vorgegebenen Zeitintervall mit guter Reproduzierbarkeit stabil auszugeben.
In der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung können die Anzahl der zwei oder mehr optischen Impulse und ein Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen variabel sein. In dem Optikimpuls-Erzeugungsverfahren können nach der Ausgabe die Wellenformsteuerung und die Ausgabe wiederholt werden, indem mindestens eine der Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen und das Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen geändert wird. Wie oben beschrieben, sind bei der Burst-Laserbearbeitung oder ähnlichem die Anzahl der Impulse in einer Impulsfolge und das Zeitintervall zwischen den Impulsen wichtige Parameter. Die ultrakurze Impulsfolge mit einem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen von weniger als 10 Nanosekunden kann z. B. auch mit einem Interferometer erzeugt werden. Bei der Interferometermethode ist es jedoch zeitaufwendig, die Anzahl der Impulse in einer Impulsfolge und den zeitlichen Abstand zwischen den Impulsen zu ändern, und häufige Änderungen dieser Parameter führen zu einer Verringerung des Durchsatzes. Daher eignet sich das Verfahren mit einem Interferometer für die Wiederholung der gleichen Bearbeitung eines bestimmten Objekts, ist aber praktisch ungeeignet für die Wiederholung der Bearbeitung bei gleichzeitiger Optimierung der Bearbeitungsbedingungen für verschiedene Materialien und Formen von Objekten. Andererseits ist es bei der oben beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse und bei der Methode zur Erzeugung optischer Impulse einfach, die Anzahl der Impulse und das Zeitintervall zwischen den Impulsen der in der Wellenformsteuerung erzeugten optischen Impulsfolge variabel zu gestalten, da die Lichtintensität der optischen Impulsfolge vor der Verstärkung nur größer als das Rauschen sein muss . Daher ist es möglich, die Bearbeitung leicht zu wiederholen und gleichzeitig die Bearbeitungsbedingungen entsprechend den verschiedenen Materialien und Formen der Objekte zu optimieren.
Wenn die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen variabel ist, kann die Lichtintensität des Anregungslichts variabel sein, und die Lichtintensität des Anregungslichts kann erhöht werden, wenn die Anzahl von optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge bilden, steigt. In ähnlicher Weise kann die Lichtintensität des Anregungslichts, das auf das optische Verstärkungsmedium einwirkt, bei Wiederholung der Wellenformsteuerung und der Ausgabe unter Änderung der Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen erhöht werden, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge bilden, in der Ausgabe steigt. Falls die Intensität des Anregungslichts im Verhältnis zur Anzahl der Lichtimpulse zu gering ist, können einige Lichtimpulse verschwinden, ohne ausreichend verstärkt zu werden. Falls die Intensität des Anregungslichts im Verhältnis zur Anzahl der optischen Impulse zu groß ist, kann ein Teil des Rauschens, der nichts mit der optischen Impulsfolge zu tun hat, verstärkt werden, was zu einer unbeabsichtigten Erhöhung der Anzahl der optischen Impulse führt. Durch Erhöhung der Lichtintensität des Anregungslichts mit zunehmender Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge bilden, kann das Anregungslicht mit einer geeigneten Lichtintensität entsprechend der Anzahl der optischen Impulse auf das optische Verstärkungsmedium angewendet werden.
Bevor die Wellenformsteuerung nach der Ausgabe wiederholt wird, kann die Anzahl der optischen Impulse auf einen reduziert werden, indem die Lichtintensität des Anregungslichts, das auf das optische Verstärkungsmedium angewendet wird, von einer Größe, die der Anzahl der optischen Impulse entspricht, die die optische Impulsfolge bilden, auf eine Größe, die einem optischen Impuls entspricht, geändert wird, und der eine optische Impuls kann als Laserlicht im optischen Resonator verstärkt werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der optischen Impulse stabil verändert werden, indem die Anzahl der optischen Impulse auf einen reduziert wird, bevor zwei oder mehr optische Impulse in der Wellenformsteuerung erzeugt werden. Wenn die Lichtintensität des Anregungslichts von der Lichtintensität, die zwei oder mehr optischen Impulsen entspricht, auf die Lichtintensität reduziert wird, die einem einzelnen optischen Impuls entspricht, bleibt gemäß der Simulation der Erfinder einer der zwei oder mehr optischen Impulse übrig und die anderen optischen Impulse verschwinden.
Die Wellenformsteuereinrichtung kann Folgendes umfassen: einen optischen Pfadschalter mit mindestens einem Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüssen; und eine Wellenformsteuervorrichtung, die die zeitliche Wellenform des Laserlichts steuert, um das Laserlicht in die optische Impulsfolge umzuwandeln. Der optische Resonator kann einen ersten optischen Pfad, einen zweiten optischen Pfad und einen dritten optischen Pfad umfassen. Der erste optische Pfad ist mit einem Ende optisch an den einen Eingangsanschluss des optischen Pfadschalters gekoppelt. Ein Ende des zweiten optischen Pfades ist optisch mit einem der Ausgangsports des optischen Pfadschalters gekoppelt, das andere Ende ist optisch mit dem anderen Ende des ersten optischen Pfades gekoppelt. Ein Ende des dritten optischen Pfades ist optisch mit dem anderen der Ausgangsports des optischen Pfadschalters gekoppelt und das andere Ende ist optisch mit dem anderen Ende des ersten optischen Pfades gekoppelt. Das optische Verstärkungsmedium kann auf dem ersten optischen Pfad angeordnet sein. Die Wellenformsteuerungsvorrichtung kann auf dem dritten optischen Pfad angeordnet sein. Der optische Pfadschalter kann den dritten optischen Pfad in der vorbestimmten Periode auswählen und den zweiten optischen Pfad in anderen Perioden auswählen. In diesem Fall ist es einfach zu realisieren, dass die Wellenformsteuereinrichtung die zeitliche Wellenform des Laserlichts nur innerhalb der vorbestimmten Periode steuert.
Die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: einen Fotodetektor, der optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt ist und das vom optischen Resonator ausgegebene Licht detektiert, um ein elektrisches Detektionssignal zu erzeugen; und eine Schaltsteuereinrichtung, die den optischen Pfadschalter steuert. Die Schaltsteuereinrichtung kann einen Zeitpunkt für die Auswahl des dritten optischen Pfads auf Basis des Detektionssignals vom Fotodetektor bestimmen. In diesem Fall kann der Schaltzeitpunkt des optischen Pfades in dem optischen Pfadschalter stabil gesteuert werden.
Die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung kann einen Polarisationsschalter und eine Vorrichtung zur Steuerung der Wellenform umfassen. Der Polarisationsschalter ist in dem optischen Resonator angeordnet, um eine Polarisationsebene des Laserlichts zu steuern. Die Wellenformsteuervorrichtung steuert die Zeitwellenform des Laserlichts, um das Laserlicht in die optische Impulsfolge umzuwandeln, wenn das Laserlicht eine erste Polarisationsebene hat, und steuert die Zeitwellenform des Laserlichts nicht, wenn das Laserlicht eine zweite Polarisationsebene hat, die sich von der ersten Polarisationsebene unterscheidet. Der Polarisationsschalter kann die Polarisationsebene des Laserlichts in der vorbestimmten Periode auf die erste Polarisationsebene einstellen und die Polarisationsebene des Laserlichts in anderen Perioden auf die zweite Polarisationsebene einstellen. In diesem Fall kann man leicht erkennen, dass die Wellenformsteuerung die zeitliche Wellenform des Laserlichts nur innerhalb der vorgegebenen Periode steuert.
Die Wellenformsteuereinrichtung kann ferner Folgendes umfassen: einen Fotodetektor, der optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt ist und das vom optischen Resonator ausgegebene Licht detektiert, um ein elektrisches Detektionssignal zu erzeugen; und eine Schaltsteuerung, die den Polarisationsschalter steuert. Die Schaltsteuerung kann einen Zeitpunkt zum Einstellen der Polarisationsebene des Laserlichts auf die erste Polarisationsebene auf Basis des Detektionssignals vom Fotodetektor bestimmen. In diesem Fall kann der Schaltzeitpunkt der Polarisationsebene in dem Polarisationsschalter stabil gesteuert werden.
Der optische Resonator kann das Laserlicht als einen einzigen Impuls vor der vorbestimmten Periode erzeugen. Die Wellenformsteuereinrichtung kann ein Spektralelement, einen räumlichen Lichtmodulator und ein optisches System umfassen. Das Spektralelement beugt das Laserlicht. Der räumliche Lichtmodulator führt eine Modulation zur Umwandlung des Laserlichts in die optische Impulsfolge für mindestens ein Intensitätsspektrum und ein Phasenspektrum des Laserlichts nach der spektralen Beugung durch und gibt moduliertes Licht aus. Das optische System verdichtet das modulierte Licht und gibt die optische Impulsfolge aus. Beispielsweise kann eine solche Wellenformsteuereinrichtung die optische Impulsfolge, die zwei oder mehr zeitlich nahe beieinander liegende ultrakurze optische Impulse enthält, mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen und einem vorgegebenen Zeitintervall stabil erzeugen.
Der optische Resonator kann das Laserlicht als kontinuierliche Welle vor der vorbestimmten Periode erzeugen. Die Wellenformsteuereinrichtung kann das Laserlicht durch Modulation der Intensität des Laserlichts in die optische Impulsfolge umwandeln. Eine solche Wellenformsteuereinrichtung kann beispielsweise auch die optische Impulsfolge, die zwei oder mehr zeitlich nahe beieinander liegende ultrakurze optische Impulse umfasst, mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen und einem vorgegebenen Zeitintervall stabil erzeugen.
Zentral-Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuereinrichtung oder die Wellenform-Steuerung können miteinander übereinstimmen. In diesem Fall kann der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen zu Beginn der Umwandlung beibehalten werden, ohne durch die chromatische Dispersion im optischen Resonator beeinflusst zu werden.
Zentral-Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuereinrichtung oder die Wellenform-Steuerung können sich voneinander unterscheiden. In diesem Fall vergrößert oder verkleinert sich der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen nach der Umwandlung allmählich aufgrund des Einflusses der chromatischen Dispersion im optischen Resonator. Gemäß der Simulation der Erfinder konvergiert die mittlere Wellenlänge jedes optischen Impulses mit der Zeit auf eine Wellenlänge. Daher vergrößert sich der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen nicht über einen bestimmten Wert hinaus oder verringert sich nicht unter einen bestimmten Wert. Darüber hinaus kann die Größe des Zeitabstands zwischen den optischen Impulsen im Voraus anhand von Parametern wie der chromatischen Dispersion berechnet werden. Daher ist es möglich, das Laserlicht mit einem Impulsabstand auszugeben, der größer oder kleiner ist als der Impulsabstand, der in der Wellenformsteuereinrichtung und der Wellenformsteuerung realisiert werden kann.
Die zeitliche Wellenform des Laserlichts kann nur einmal innerhalb des vorbestimmten Zeitraums gesteuert werden. Alternativ kann die zeitliche Wellenform des Laserlichts mehrmals innerhalb der vorbestimmten Periode gesteuert werden. Insbesondere dann, wenn die mittleren Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen unmittelbar nach der Umwandlung voneinander verschieden sind, wird die zeitliche Wellenform des Laserlichts mehrmals innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums gesteuert, so dass der Zeitabstand zwischen den optischen Impulsen während des Zeitraums vergrößert werden kann. Daher ist es möglich, Laserlicht mit einem größeren Impulsabstand auszugeben.
Ein Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen kann 10 Femtosekunden oder mehr und 10 Nanosekunden oder weniger betragen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung und eines Optikimpuls-Eugungsverfahrens unter Bezugnahme auf die begleitenden Diagramme im Detail beschrieben. In der Beschreibung der Diagramme sind dieselben Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und die wiederholte Beschreibung derselben wird weggelassen. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern wird durch die Ansprüche definiert und soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs umfassen, die den Ansprüchen entsprechen. In der folgenden Beschreibung bedeutet, sofern nicht anders angegeben, das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen ein Intervall, in dem die Lichtintensität des optischen Impulses ihren Spitzenwert erreicht.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Vorrichtung zur Erzeugung optischer Impulse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In 1 zeigen durchgezogene Pfeile optische Pfade (optische Fasern oder räumliche optische Pfade) und gepunktete Pfeile zeigen elektrische Verdrahtung. Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform einen modengekoppelten optischen Resonator 20 und eine Wellenformsteuereinrichtung 30.
Der optische Resonator 20 ist ein optisches System (modengekoppelter Laser), das Laserlicht erzeugt und verstärkt und das verstärkte Laserlicht ausgibt. 2 ist eine schematische Darstellung des optischen Resonators 20. 2 zeigt einen Ringresonator als Beispiel für den optischen Resonator 20. Als optischer Resonator 20 kann anstelle des Ringresonators zum Beispiel ein Achter-Laserresonator, ein Neuner-Laserresonator und ein Fabry-Perot-Resonator verwendet werden. Der optische Resonator 20 der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass er ein optisches Verstärkungsmedium 21, einen Isolator 22, einen Splitter 23 und einen sättigbaren Absorber 24 umfasst. Der optische Resonator 20 umfasst einen ersten optischen Pfad 201, einen zweiten optischen Pfad 202 und einen dritten optischen Pfad 203. Der erste optische Pfad 201, der zweite optische Pfad 202 und der dritte optische Pfad 203 sind z.B. optische Fasern.
Das optische Verstärkungsmedium 21 ist auf dem ersten optischen Pfad 201 angeordnet und wird durch den Empfang von Anregungslicht (Pumplicht) Pa angeregt, das von außerhalb des optischen Resonators 20 zugeführt wird. Das optische Verstärkungsmedium 21 verstärkt Licht, das im optischen Resonator 20 zirkuliert und eine andere Wellenlänge als das Anregungslicht Pa hat, wenn das Licht das optische Verstärkungsmedium 21 durchläuft. Das optische Verstärkungsmedium 21 ist z.B. eine Erbium-dotierte Faser, eine Ytterbium-dotierte Faser, eine Thulium-dotierte Faser oder ein Neodym-dotierter YAG-Kristall. Das im optischen Resonator 20 zirkulierende Licht schwingt, während es durch das optische Verstärkungsmedium 21 zu Laserlicht verstärkt wird.
Der sättigbare Absorber 24 ist ein Element, das durch intensitätsabhängige Absorptionsänderung eine Modenkopplung durchführt. Der sättigbare Absorber 24 ist zusammen mit dem optischen Verstärkungsmedium 21 auf dem ersten optischen Pfad 201 angeordnet. Der sättigbare Absorber 24 absorbiert zunächst das im optischen Resonator 20 erzeugte Laserlicht, bis er gesättigt ist, und erhöht die Transmission für das nach der Sättigung einfallende Laserlicht im Vergleich zu dem vor der Sättigung. Dann kehrt der sättigbare Absorber 24 wieder in den ungesättigten Zustand zurück und verringert die Durchlässigkeit für das Laserlicht. Infolgedessen wird periodisch ultrakurz gepulstes Laserlicht erzeugt. Der sättigbare Absorber 24 ist z.B. ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder ein sättigbarer Halbleiter-Absorberspiegel (SESAM). Als Verfahren zur Modenverriegelung kann anstelle des Verfahrens mit dem sättigbaren Absorber 24 beispielsweise eine nichtlineare Polarisationsdrehung, eine nichtlineare Phasenverschiebung oder eine Selbstmodenverriegelung durch den optischen Kerr-Effekt (Ker-Linsen-Modenverriegelung) eingesetzt werden.
Der Isolator 22 ist auf dem ersten optischen Pfad 201 angeordnet, um zu verhindern, dass sich das im optischen Resonator 20 zirkulierende Licht rückwärts bewegt. Der Splitter 23 ist auf dem ersten optischen Pfad 201 angeordnet und teilt das im optischen Resonator 20 erzeugte Laserlicht auf und gibt das Laserlicht Pout, das ein Teil des Laserlichts ist, von einem Ausgangsanschluss aus. Der Splitter 23 kann z. B. ein Faserkoppler oder ein Strahlteiler sein.
Die Wellenformsteuereinrichtung 30 ist innerhalb des optischen Resonators 20 angeordnet. Die Wellenformsteuereinrichtung 30 steuert die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlichts innerhalb einer vorgegebenen Periode. Die Wellenformsteuereinrichtung 30 wandelt das ultrakurz gepulste Einzelimpuls-Laserlicht in eine optische Impulsfolge um, die zwei oder mehr ultrakurze optische Impulse innerhalb der Periode des optischen Resonators 20 enthält. Die vorgegebene Periode ist beispielsweise die Zeit, die der optische Impuls benötigt, um einmal im optischen Resonator 20 zu zirkulieren. Alternativ kann die vorgegebene Periode die Zeit sein, die der optische Impuls benötigt, um mehrfach im optischen Resonator 20 zu zirkulieren, z.B. 10 Mal oder weniger. Die Länge des vorbestimmten Zeitraums hängt von der optischen Weglänge des optischen Resonators 20 ab. Nach einer vorgegebenen Periode verstärkt der optische Resonator 20 die optische Impulsfolge und gibt die verstärkte optische Impulsfolge als Laserlicht aus. Die Wellenformsteuereinrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass er einen optischen Pfadschalter 31, eine Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 und einen Koppler 33 umfasst. Der Koppler 33 ist in 1 nicht gezeigt.
Der optische Pfadschalter 31 hat mindestens einen Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüsse. Das Ende des ersten optischen Pfads 201 ist optisch mit dem Eingangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 gekoppelt. Die Spitze des zweiten optischen Pfads 202 ist optisch mit einem Ausgangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 gekoppelt. Die Spitze des dritten optischen Pfads 203 ist optisch mit einem anderen Ausgangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 gekoppelt. Der Koppler 33 hat mindestens zwei Eingangsanschlüsse und mindestens einen Ausgangsanschluss. Das Ende des zweiten optischen Pfads 202 ist optisch mit einem Eingangsport des Kopplers 33 gekoppelt. Das Ende des dritten optischen Pfades 203 ist optisch mit einem anderen Eingangsport des Kopplers 33 gekoppelt. Der Ausgangsanschluss des Kopplers 33 ist optisch mit der Spitze des ersten optischen Pfads 201 gekoppelt. Der optische Pfadschalter 31 wählt entweder den zweiten optischen Pfad 202 oder den dritten optischen Pfad 203 als Laufweg für das vom ersten optischen Pfad 201 ankommende Laserlicht aus. Der optische Pfadschalter 31 wählt den dritten optischen Pfad 203 in einem vorbestimmten Zeitraum aus und wählt den zweiten optischen Pfad 202 in den anderen Zeiträumen aus. Der optische Pfadschalter 31 kann beispielsweise eine Kombination aus einem elektro-optischen Modulator (EO-Modulator) und einem polarisierenden Strahlteiler, einem akusto-optischen Modulator (AO-Modulator) oder einem optischen Mach-Zehnder-Modulator sein.
Die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 ist auf dem dritten optischen Pfad 203 angeordnet. Die Wellenformsteuervorrichtung 32 steuert die zeitliche Wellenform des Laserlichts, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, der zwei oder mehr ultrakurze optische Impulse innerhalb der Periode des optischen Resonators 20 enthält. Die mittleren Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenform-Steuereinrichtung 32 können gleich oder unterschiedlich sein. Die Intensität jedes optischen Impulses, der die optische Impulsfolge bildet, muss nur größer sein als das Rauschen im optischen Resonator 20.
3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Impulsformers 32A als Beispiel für die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 zeigt. Der Impulsformer 32Ahat ein Beugungsgitter 321, eine Linse 322, einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) 323, eine Linse 324 und ein Beugungsgitter 325. Das Beugungsgitter 321 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Spektralelement und ist über den dritten optischen Pfad 203 optisch mit einem anderen Ausgangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 gekoppelt. Der SLM 323 ist über die Linse 322 optisch mit dem Beugungsgitter 321 gekoppelt. Das Beugungsgitter 321 trennt eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten, die im ultrakurz gepulsten Laserlicht Pb enthalten sind, für jede Wellenlänge räumlich auf. Als Spektralelement kann anstelle des Beugungsgitters 321 auch ein anderes optisches Bauteil wie z.B. ein Prisma verwendet werden.
Das ultrakurze gepulste Laserlicht Pb fällt schräg auf das Beugungsgitter 321, um so in eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten zerlegt zu werden. Das Licht Pc, das eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten enthält, wird für jede Wellenlängenkomponente durch die Linse 322 gebündelt, so dass das Bild auf der Modulationsoberfläche des SLM 323 gebildet wird. Die Linse 322 kann eine konvexe Linse sein, die aus einem lichtdurchlässigen Element besteht, oder sie kann ein konkaver Spiegel mit einer konkaven lichtreflektierenden Oberfläche sein.
Der SLM 323 moduliert die Phasen der mehreren Wellenlängenkomponenten, die von dem Beugungsgitter 321 ausgegeben werden, so dass die Phasen der mehreren Wellenlängenkomponenten gegeneinander verschoben werden, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in eine optische Impulsfolge Pe umzuwandeln. Daher empfängt der SLM 323 ein Steuersignal von einem in 1 dargestellten Steuergerät für die Wellenformsteuerung 41 und führt gleichzeitig eine Modulation des Phasenspektrums und des Intensitätsspektrums des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb durch. Der SLM 323 kann nur die Modulation des Phasenspektrums oder nur die Modulation des Intensitätsspektrums durchführen. Der SLM 323 ist zum Beispiel vom Typ Phasenmodulation. In einer Ausführungsform ist der SLM 323 vom Typ LCOS (Liquid crystal on silicon, Flüssigkristall auf Silizium). Obwohl das SLM 323 in der Abbildung transmissiv dargestellt ist, kann es auch reflektiv sein. In diesem Fall können das Beugungsgitter 321 und das Beugungsgitter 325 durch ein gemeinsames Beugungsgitter und die Linse 322 und die Linse 324 durch eine gemeinsame Linse konfiguriert werden.
4 ist ein Diagramm, das eine Modulationsfläche 326 des SLM 323 zeigt. Wie in 4 gezeigt, sind auf der Modulationsfläche 326 eine Vielzahl von Modulationsbereichen 327 entlang einer vorbestimmten Richtung AA ausgerichtet, und jeder Modulationsbereich 327 erstreckt sich in einer Richtung AB, die die Richtung AA kreuzt. Die Richtung AA ist eine Spektralrichtung des Beugungsgitters 321. Die Modulationsfläche 326 funktioniert als Fourier-Transformationsfläche, und jede entsprechende Wellenlängenkomponente nach der spektralen Beugung fällt auf jeden der mehreren Modulationsbereiche 327. Der SLM 323 moduliert das Phasenspektrum und das Intensitätsspektrum jeder einfallenden Wellenlängenkomponente unabhängig von anderen Wellenlängenkomponenten in jedem Modulationsbereich 327. Da es sich bei dem SLM 323 der vorliegenden Ausführungsform um einen Phasenmodulationstyp handelt, wird die Modulation des Intensitätsspektrums durch das auf der Modulationsfläche 326 dargestellte Phasenmuster (Phasenbild) realisiert.
Jede Wellenlängenkomponente des vom SLM 323 modulierten Lichts Pd wird von der Linse 324 an einem Punkt des Beugungsgitters 325 aufgefangen. Die Linse 324 fungiert zu diesem Zeitpunkt als kondensierendes optisches System, das das modulierte Licht Pd kondensiert. Die Linse 324 kann eine konvexe Linse sein, die aus einem lichtdurchlässigen Element besteht, oder ein konkaver Spiegel mit einer konkaven lichtreflektierenden Oberfläche. Das Beugungsgitter 325 fungiert als optisches Multiplexsystem und multiplexiert die modulierten Wellenlängenkomponenten. Das heißt, dass mehrere Wellenlängenkomponenten des modulierten Lichts Pd durch die Linse 324 und das Beugungsgitter 325 kondensiert und gemultiplext werden, um die optische Impulsfolge Pe mit zwei oder mehr ultrakurzen optischen Impulsen zu bilden. Die Anzahl von zwei oder mehr ultrakurzen optischen Impulsen, die in der optischen Impulsfolge Pe enthalten sind, und das Zeitintervall dazwischen sind variabel und können frei eingestellt werden, indem das Steuersignal vom Steuergerät für die Wellenformsteuerung 41, das dem SLM 323 zugeführt wird, geändert wird.
Es wird erneut auf 1 Bezug genommen. Die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A umfasst ferner einen Pumplaser 42, einen Stromregler 43, einen Funktionsgenerator 44, einen Splitter 45, einen Fotodetektor 46 und einen Impulsgenerator 47.
Der Pumplaser 42 ist eine Lichtquelle, die optisch an den optischen Resonator 20 gekoppelt ist und das Anregungslicht Pa auf das optische Verstärkungsmedium 21 überträgt. Wie in 2 dargestellt, ist im ersten optischen Pfad 201 des optischen Resonators 20 ein Koppler 25 angeordnet. Der Pumplaser 42 ist über den Koppler 25 optisch an das optische Verstärkungsmedium 21 gekoppelt. Bei dem Pumplaser 42 kann es sich beispielsweise um eine Laservorrichtung mit einer Laserdiode handeln. Alternativ kann der Pumplaser 42 auch ein Festkörperlaser oder ein Faserlaser sein. Der Pumplaser 42 und der Koppler 25 sind optisch miteinander gekoppelt, z. B. über eine optische Faser. Die Lichtintensität des Anregungslichts Pa ist variabel, und die Lichtintensität des Anregungslichts Pa wird höher eingestellt, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, größer wird.
Der Stromregler 43 ist elektrisch mit dem Pumplaser 42 verbunden und liefert einen Antriebsstrom Jd an den Pumplaser 42 und steuert die Größe des Antriebsstroms Jd. Der Stromregler 43 empfängt ein Steuersignal Sc1 aus dem Funktionsgenerator 44, der später beschrieben wird, und steuert die Größe des Treiberstroms Jd auf Basis des Steuersignals Sc1. Der Stromregler 43 kann z.B. eine analoge Schaltung mit Transistoren sein.
Der Funktionsgenerator 44 stellt das Steuersignal Sc1 dem Stromregler 43 bereit. Darüber hinaus fungiert der Funktionsgenerator 44 als Schaltersteuerung, die den optischen Pfadschalter 31 steuert. Der Funktionsgenerator 44 ist elektrisch mit dem Steueranschluss des optischen Pfadschalters 31 verbunden und versorgt den Steueranschluss des optischen Pfadschalters 31 mit einem Steuersignal Sc2 zum Umschalten zwischen dem zweiten optischen Pfad 202 und dem dritten optischen Pfad 203. Wie oben beschrieben, steuert der Funktionsgenerator 44 den optischen Pfadschalter 31, um den dritten optischen Pfad 203 in einer vorbestimmten Periode auszuwählen und den zweiten optischen Pfad 202 in den anderen Perioden auszuwählen.
Der Splitter 45 ist optisch mit einem Ausgangsanschluss des Splitters 23 gekoppelt. Der Splitter 45 teilt das Laserlicht Pout, das von einem Ausgangsanschluss des Splitters 23 ausgegeben wird, in Laserlicht Pout1 und Laserlicht Pout2. Das Laserlicht Pout1 wird an die Außenseite der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A ausgegeben. Das Laserlicht Pout2 wird in den Fotodetektor 46 eingespeist. Der Splitter 45 kann z.B. ein Faserkoppler oder ein Strahlenteiler sein.
Der Fotodetektor 46 detektiert das vom optischen Resonator 20 ausgegebene Laserlicht Pout und erzeugt ein elektrisches Detektionssignal Sd. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt der Fotodetektor 46 das elektrische Detektionssignal Sd entsprechend der Lichtintensität des Laserlichts Pout2, das durch den Splitter 45 vom Laserlicht Pout getrennt wurde. Der Fotodetektor 46 kann beispielsweise eine Photodiode oder eine Photomultiplier-Röhre sein. Der Fotodetektor 46 wird hauptsächlich zur Detektion des Ausgangszeitpunkts des Laserlichts Pout, das ein Ultrakurzpulslaser ist, verwendet.
Der Impulsgenerator 47 ist elektrisch mit dem Fotodetektor 46 verbunden. Der Impulsgenerator 47 empfängt das Detektionssignal Sd von dem Fotodetektor 46 und erzeugt ein Synchronisationssignal Sy, das ein mit dem Detektionssignal Sd synchronisiertes Impulssignal ist. Der Impulsgenerator 47 liefert das erzeugte Synchronisationssignal Sy an den Funktionsgenerator 44. Auf Basis des Synchronisationssignals Sy bestimmt der Funktionsgenerator 44 den Schaltzeitpunkt des optischen Pfadschalters 31 (insbesondere den Zeitpunkt für die Auswahl des dritten optischen Pfads 203) und den Zeitpunkt für die Änderung der Größe des Treiberstroms Jd.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit dem Betrieb der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform mit der obigen Konfiguration beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse zeigt. Die 6 bis 9 sind Diagramme, die jede Stufe des Betriebs der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A zeigen.
Zuerst stellt der Funktionsgenerator 44 den optischen Pfadschalter 31 auf einen optischen Pfad ein, der nicht durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 verläuft, d. h. den zweiten optischen Pfad 202 (Schritt ST11 in 5). Der Pfeil B in jedem Diagramm zeigt die Auswahlrichtung des optischen Pfadschalters 31 an. Dann stellt der Funktionsgenerator 44 die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa über den Stromregler 43 auf eine Lichtintensität ein, bei der das Laserlicht als Einzelimpuls im optischen Resonator 20 schwingt. Dann legt der Pumplaser 42 das Anregungslicht Pa an das optische Verstärkungsmedium 21 im optischen Resonator 20 an, um die Anregung des optischen Verstärkungsmediums 21 zu starten. Zu Beginn der Anregung zirkuliert, wie in (a) in 6 gezeigt, Licht Pn mit viel Rauschen im optischen Resonator 20. Wie in (b) in 6 gezeigt, wird ein optischer Impuls aus dem Rauschen mit dem Verstreichen der Zeit verstärkt, und das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb, das ein einzelner optischer Impuls ist, wird im optischen Resonator 20 erzeugt und verstärkt (Laserlichterzeugungsschritt ST12 in 5) . Das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb wird aus dem optischen Resonator 20 als das in den 1 und 2 dargestellte Laserlicht Pout ausgegeben.
Wie in (a) in 7 gezeigt, stellt der Funktionsgenerator 44 den optischen Pfadschalter 31 auf einen optischen Pfad ein, der durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 verläuft, d.h. den dritten optischen Pfad 203 (Schritt ST13 in 5). Daher wird das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb, das im optischen Resonator 20 zirkuliert, zur Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 geleitet.
Die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 steuert die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in eine beliebige optische Impulsfolge Pe umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse in der Periode des optischen Resonators 20 enthält, wie in (b) in 7 gezeigt (Wellenform-Steuerungsschritt ST14 in 5). Wie oben beschrieben, werden die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen, die in der optischen Impulsfolge Pe enthalten sind, und das Zeitintervall dazwischen von dem Steuergerät für die Wellenformsteuerung 41 frei gesteuert. Das Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen beträgt beispielsweise 10 Femtosekunden oder mehr und 10 Nanosekunden oder weniger. Die volle Breite bei halbem Maximum jedes optischen Impulses, der in den zwei oder mehr optischen Impulsen enthalten ist, beträgt beispielsweise 10 Femtosekunden oder mehr und 1 Nanosekunde oder weniger. Die Intensität jedes optischen Impulses braucht nur größer zu sein als das Rauschen im optischen Resonator 20. Die mittleren Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch den Wellenformsteuerungsschritt ST14 können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Periode ab dem Einstellen des optischen Pfadschalters 31 in den dritten optischen Pfad 203 stellt der Funktionsgenerator 44 den optischen Pfadschalter 31 wieder auf einen optischen Pfad ein, der nicht durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 verläuft, d.h. den zweiten optischen Pfad 202 ((a) in 8, Schritt ST15 in 5). Infolgedessen wird die in den optischen Resonator 20 eingeführte optische Impulsfolge Pe in dem optischen Resonator, der den ersten optischen Pfad 201 und den zweiten optischen Pfad 202 umfasst, begrenzt. Wie oben beschrieben, ist die vorbestimmte Periode beispielsweise eine Zeit, die der optische Impuls benötigt, um einmal im optischen Resonator 20 zu zirkulieren. In diesem Fall wird der Vorgang der Umwandlung in die optische Impulsfolge Pe nur einmal in einer vorgegebenen Periode durchgeführt. Alternativ kann die vorbestimmte Periode eine Zeit sein, die der optische Impuls benötigt, um mehrfach im optischen Resonator 20 zu zirkulieren. In diesem Fall wird der Vorgang der Umwandlung in die optische Impulsfolge Pe mehrmals in einer vorbestimmten Periode durchgeführt.
Der Funktionsgenerator 44 ändert die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 über den Stromregler 43 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die Lichtintensität, die der Anzahl der optischen Impulse entspricht, die die optische Impulsfolge Pe bilden ((b) in 8, Schritt ST16 in 5) . In (b) in 8 entspricht die Anzahl der pfeilfederförmigen Figuren, die das Anregungslicht Pa darstellen, der Lichtintensität des Anregungslichts Pa. Zu diesem Zeitpunkt wird die Lichtintensität des Anregungslichts Pa erhöht, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, zunimmt. Wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, N beträgt (N ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr), wird die Lichtintensität des Anregungslichts Pa typischerweise auf das N-fache der Lichtintensität des Anregungslichts Pa eingestellt, wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb erzeugt wird, das ein einzelner optischer Impuls ist. Die Reihenfolge der Schritte ST15 und ST16 kann umgedreht werden.
Danach wird, wie in 9 gezeigt, die optische Impulsfolge Pe im optischen Resonator 20 laserverstärkt, um ultrakurz gepulstes Laserlicht zu werden, das zwei oder mehr optische Impulse enthält und sich von dem ultrakurz gepulsten Laserlicht Pb unterscheidet. Dieses ultrakurz gepulste Laserlicht wird aus dem optischen Resonator 20 als das in den und dargestellte Laserlicht Pout ausgegeben (Ausgabeschritt ST17 in ).
Das ultrakurz gepulste Laserlicht, das zwei oder mehr optische Impulse enthält, wird eine Zeit lang aus dem optischen Resonator 20 ausgegeben. Danach wird bestimmt, ob die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, oder das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge Pe bilden, oder beides geändert werden soll (Schritt ST18 in 5) oder nicht. Wenn nichts davon geändert wird (Schritt ST18; NEIN), wird das Anregungslicht Pa ausgeschaltet, um den Betrieb der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A zu beenden. Wenn eines davon geändert werden soll (Schritt ST18; JA), ändert (dimmt) der Funktionsgenerator 44 die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 über den Stromregler 43 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die dem einzelnen optischen Impuls entsprechende Lichtintensität (Schritt ST19 in 5) . Dadurch wird die Anzahl der optischen Impulse, die im optischen Resonator 20 laseroszillieren, auf einen reduziert, und der eine optische Impuls wird als Laserlicht im optischen Resonator 20 verstärkt. Danach werden die Schritte ST13 bis ST18 wiederholt.
Effekte, die durch das optische Impulserzeugungsverfahren und die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform mit der obigen Konfiguration erzielt werden, werden beschrieben. In einem modengekoppelten optischen Resonator wird, wenn ein optisches Verstärkungsmedium angeregt wird, ein ultrakurzer optischer Impuls, der Laserlicht ist, periodisch erzeugt und ausgegeben. Je nach den Schwingungsbedingungen, z. B. der Intensität des Anregungslichts, werden zwei oder mehr ultrakurze optische Impulse erzeugt, die zeitlich nahe beieinander liegen. In früheren Berichten war der zeitliche Abstand zwischen zwei oder mehr ultrakurzen optischen Impulsen jedoch zufällig, und es war nicht möglich, den zeitlichen Abstand zu steuern. Daher untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur freien Steuerung des zufälligen Zeitintervalls und der Anzahl der ultrakurzen optischen Impulse. Als Ergebnis fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass das Zeitintervall zwischen ultrakurzen optischen Impulsen und die Anzahl der ultrakurzen optischen Impulsen frei durch sofortige Wellenformsteuerung in einem modengekoppelten optischen Resonator geändert werden könnte.
In der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform ist die Wellenformsteuereinrichtung 30 in dem modengekoppelten optischen Resonator 20 vorgesehen. Die Wellenformsteuereinrichtung 30 steuert die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb innerhalb einer vorbestimmten Periode, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in eine optische Impulsfolge Pe mit zwei oder mehr optischen Impulsen umzuwandeln. In ähnlicher Weise wird in dem optischen Impulserzeugungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform in dem Wellenformsteuerungsschritt ST14 die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb in dem optischen Resonator 20 innerhalb einer vorbestimmten Periode gesteuert, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in die optische Impulsfolge Pe umzuwandeln, der zwei oder mehr optische Impulse innerhalb der Periode des optischen Resonators 20 enthält. Wenn in diesen Fällen weiterhin eine angemessene Menge an Anregungslicht Pa auf das optische Verstärkungsmedium 21 einwirkt, wird die optische Impulsfolge Pe im optischen Resonator 20 verstärkt und als Laserlicht Pout ausgegeben. Die Anzahl der im Laserlicht Pout enthaltenen optischen Impulse entspricht der Anzahl der optischen Impulse in der ursprünglichen optischen Impulsfolge Pe. Darüber hinaus entspricht das Zeitintervall zwischen den im Laserlicht Pout enthaltenen optischen Impulsen dem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen in der ursprünglichen optischen Impulsfolge Pe oder entspricht dem Zeitintervall, das theoretisch aus dem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen in der ursprünglichen optischen Impulsfolge Pe berechnet wurde. Daher ist es gemäß der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A und dem Optikimpuls-Erzeugungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform möglich, das Laserlicht Pout, das eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr zeitlich nahen ultrakurzen optischen Impulsen ist, mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen und einem vorbestimmten Zeitintervall mit guter Reproduzierbarkeit stabil auszugeben.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform können die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen und das Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen variabel sein. Nach dem Ausgabeschritt ST17 können der Wellenformsteuerungsschritt ST14 und der Ausgabeschritt ST17 wiederholt werden, indem die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen und/oder das Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen geändert wird. Wie oben beschrieben, sind bei der Burst-Laserbearbeitung oder ähnlichem die Anzahl der Impulse in einer Impulsfolge und das Zeitintervall zwischen den Impulsen wichtige Parameter. Die ultrakurze Impulsfolge mit einem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen von weniger als 1 Nanosekunde kann z. B. auch mit einem Interferometer erzeugt werden. Bei der Methode mit einem Interferometer ist es jedoch zeitaufwendig, die Anzahl der Impulse in einer Impulsfolge und den zeitlichen Abstand zwischen den Impulsen zu ändern, und häufige Änderungen dieser Parameter führen zu einer Verringerung des Durchsatzes. Daher eignet sich das Verfahren mit einem Interferometer für die Wiederholung der gleichen Bearbeitung eines bestimmten Objekts, ist aber praktisch ungeeignet für die Wiederholung der Bearbeitung bei gleichzeitiger Optimierung der Bearbeitungsbedingungen für verschiedene Materialien und Formen von Objekten. In der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A und dem Optikimpuls-Erzeugungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform muss die Lichtintensität der optischen Impulsfolge Pe vor der Verstärkung nur größer sein als das Rauschen des in (a) in 6 gezeigten Lichts Pn. Daher kann die Anzahl der Impulse und das Zeitintervall zwischen den Impulsen in der optischen Impulsfolge Pe, die in der Wellenformsteuereinrichtung 30 erzeugt wird, leicht variiert werden, indem zum Beispiel der in 3 gezeigte Impulsformer 32A verwendet wird. Daher ist es gemäß der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A und dem Optikimpuls-Erzeugungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Verarbeitung leicht zu wiederholen, während die Verarbeitungsbedingungen gemäß verschiedenen Materialien und Formen von Objekten optimiert werden.
Wie bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Lichtintensität des Anregungslichts Pa variabel, wenn die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen variabel ist. Daher kann die Lichtintensität des Anregungslichts Pa erhöht werden, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, zunimmt. Wenn der Wellenformsteuerungsschritt ST14 und der Ausgabeschritt ST17 wiederholt werden, während die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen geändert wird, kann im Ausgabeschritt S17 (genauer gesagt im Schritt ST16 vor dem Ausgabeschritt S17) die Lichtintensität des Anregungslichts Pa, das an das optische Verstärkungsmedium 21 angelegt wird, erhöht werden, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, zunimmt. Wenn die Lichtintensität des Anregungslichts Pa im Verhältnis zur Anzahl der optischen Impulse zu gering ist, können einige optische Impulse verschwinden, ohne ausreichend verstärkt zu werden. Wenn die Lichtintensität des Anregungslichts Pa im Verhältnis zur Anzahl der optischen Impulse zu groß ist, kann ein Teil des Rauschens, der nichts mit der optischen Impulsfolge Pe zu tun hat, verstärkt werden und eine unbeabsichtigte Erhöhung der Anzahl der optischen Impulse verursachen. Durch Erhöhen der Lichtintensität des Anregungslichts Pa, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, zunimmt, kann das Anregungslicht Pa mit einer geeigneten Lichtintensität entsprechend der Anzahl der optischen Impulse auf das optische Verstärkungsmedium 21 angewendet werden.
Wie bei der vorliegenden Ausführungsform kann vor der Wiederholung des Wellenformsteuerungsschritts ST14 nach dem Ausgabeschritt ST17 die Lichtintensität des Anregungslichts Pa, das auf das optische Verstärkungsmedium 21 angewendet wird, von der Größe, die der Anzahl der optischen Impulse entspricht, die die optische Impulsfolge Pe bilden, auf die Größe geändert werden, die einem optischen Impuls entspricht. Dadurch wird die Anzahl der optischen Impulse auf einen reduziert, und der eine optische Impuls wird als ultrakurz gepulstes Laserlicht Pb im optischen Resonator 20 verstärkt. Indem die Anzahl der optischen Impulse immer auf nur einen reduziert wird, bevor zwei oder mehr optische Impulse im Wellenformsteuerungsschritt ST14 erzeugt werden, kann auf diese Weise eine beliebige Anzahl von optischen Impulsen im nachfolgenden Wellenformsteuerungsschritt ST14 stabil erzeugt werden. Daher kann die Anzahl der optischen Impulse stabil geändert werden. Wenn die Lichtintensität des Anregungslichts Pa von der Lichtintensität, die zwei oder mehr optischen Impulsen entspricht, auf die Lichtintensität reduziert wird, die einem einzelnen optischen Impuls entspricht, bleibt einer der zwei oder mehr optischen Impulse übrig, und die anderen optischen Impulse verschwinden, wie später beschrieben wird.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Wellenformsteuereinrichtung 30 den optischen Pfadschalter 31 und die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 haben, die die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb steuert, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in die optische Impulsfolge Pe umzuwandeln. Der optische Resonator 20 kann den ersten optischen Pfad 201, den zweiten optischen Pfad 202 und den dritten optischen Pfad 203 umfassen. Wie oben beschrieben, ist ein Ende des ersten optischen Pfades 201 optisch mit einem Eingangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 gekoppelt. Der zweite optische Pfad 202 ist mit einem Ende optisch an einen Ausgangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 und mit dem anderen Ende optisch an das andere Ende des ersten optischen Pfades 201 gekoppelt. Der dritte optische Pfad 203 ist mit einem Ende optisch an einen anderen Ausgangsanschluss des optischen Pfadschalters 31 und mit dem anderen Ende optisch an das andere Ende des ersten optischen Pfades 201 gekoppelt. Das optische Verstärkungsmedium 21 und der sättigbare Absorber 24 können auf dem ersten optischen Pfad 201 angeordnet sein. Die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 kann auf dem dritten optischen Pfad 203 angeordnet sein. Der optische Pfadschalter 31 kann den dritten optischen Pfad 203 in einer vorbestimmten Periode auswählen und den zweiten optischen Pfad 202 in den anderen Perioden auswählen. In diesem Fall ist es einfach zu erkennen, dass die Wellenformsteuereinrichtung 30 die zeitliche Wellenform des Laserlichts im optischen Resonator 20 nur innerhalb einer vorbestimmten Periode steuert.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A den Fotodetektor 46 und den Funktionsgenerator 44 umfassen. Wie oben beschrieben, ist der Fotodetektor 46 optisch mit dem optischen Resonator 20 gekoppelt und detektiert das vom optischen Resonator 20 ausgegebene Laserlicht Lout und erzeugt das elektrische Detektionssignal Sd. Der Funktionsgenerator 44 ist eine Schaltsteuerung, die den optischen Pfadschalter 31 steuert. Der Funktionsgenerator 44 kann den Zeitpunkt für die Auswahl des dritten optischen Pfads 203 auf Basis des Detektionssignals Sd vom Fotodetektor 46 bestimmen. In diesem Fall kann das Schalttiming des optischen Pfades in dem optischen Pfadschalter 31 stabil gesteuert werden.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann der optische Resonator 20 ein ultrakurz gepulstes Laserlicht Pb mit einem einzigen Impuls vor einer vorbestimmten Periode erzeugen. Die Wellenformsteuereinrichtung 30 kann das Beugungsgitter 321, den SLM 323, die Linse 324 und das Beugungsgitter 325 aufweisen. Wie oben beschrieben, ist das Beugungsgitter 321 ein Spektralelement für die spektrale Beugung des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb. Der SLM 323 führt eine Modulation durch, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in eine optische Impulsfolge Pe für das Intensitätsspektrum oder das Phasenspektrum oder beides des Lichts Pc nach der spektralen Beugung umzuwandeln, und gibt das modulierte Licht Pd aus. Die Linse 324 und das Beugungsgitter 325 sind ein optisches Multiplexsystem, das das modulierte Licht Pd sammelt und die optische Impulsfolge Pe ausgibt. Beispielsweise kann eine solche Wellenformsteuereinrichtung 30 die optische Impulsfolge Pe, die zwei oder mehr zeitlich nahe beieinander liegende ultrakurze optische Impulse enthält, mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen und einem vorgegebenen Zeitintervall stabil erzeugen.
Wie oben beschrieben, können die Zentral-Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuereinrichtung 30 (oder unmittelbar nach der Umwandlung durch den Wellenform-Steuerschritt ST14) gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Wenn die Zentral-Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen gleich sind, kann der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen zu Beginn der Umwandlung beibehalten werden, ohne durch die chromatische Dispersion im optischen Resonator 20 beeinflusst zu werden. Wenn die Zentral-Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen voneinander verschieden sind, vergrößert sich der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen nach der Umwandlung aufgrund des Einflusses der chromatischen Dispersion im optischen Resonator 20 allmählich. Gemäß später zu beschreibenden Simulationen konvergiert die Zentral-Wellenlänge jedes optischen Impulses mit der Zeit allmählich auf eine Wellenlänge, so dass der Zeitabstand zwischen den optischen Impulsen nicht über eine bestimmte Größe hinaus zunimmt. Darüber hinaus kann die Größe des Zeitabstands zwischen zwei oder mehr optischen Impulsen im Voraus anhand von Parametern wie der chromatischen Dispersion berechnet werden. Daher ist es möglich, das Laserlicht Lout mit einem größeren Impulsintervall auszugeben als das Impulsintervall, das in der Wellenformsteuereinrichtung 30 oder dem Wellenformsteuerschritt ST14 realisiert werden kann.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die zeitliche Wellenform des Laserlichts, das im optischen Resonator 20 zirkuliert, nur einmal innerhalb einer vorbestimmten Periode gesteuert werden, oder sie kann mehrfach innerhalb einer vorbestimmten Periode gesteuert werden. Insbesondere dann, wenn die Zentral-Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen unmittelbar nach der Umwandlung voneinander verschieden sind, wird die zeitliche Wellenform des Laserlichts mehrfach innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums gesteuert, so dass der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen während des Zeitraums zunimmt. Daher ist es möglich, Laserlicht mit einem größeren Impulsabstand auszugeben.
Hier wird ein Modulationsverfahren zur Umwandlung des ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlichts Pb in die optische Impulsfolge Pe im SLM 323 des in 3 gezeigten Impulsformers 32A im Detail beschrieben. Ein Bereich vor der Linse 324 (Spektraldomäne) und ein Bereich hinter dem Beugungsgitter 325 (Zeitdomäne) stehen in einem Fourier-Transformationsverhältnis zueinander. Die Phasenmodulation im Spektralbereich beeinflusst die Wellenform der Zeitintensität im Zeitbereich. Daher kann das Ausgangslicht des Impulsformers 32A je nach dem Phasenmuster des SLM 323 verschiedene Zeitintensitätswellenformen aufweisen, die sich von denen des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb unterscheiden.
(a) in 10 zeigt als Beispiel eine spektrale Wellenform (spektrale Phase G11 und spektrale Intensität G12) des ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlichts Pb. (b) in 10 zeigt eine zeitliche Intensitätswellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb. (a) in 11 zeigt als Beispiel eine spektrale Wellenform (spektrale Phase G21 und spektrale Intensität G22) des Ausgangslichts vom Impulsformer 32A, wenn der SLM 323 eine Rechteckwellen-Phasenspektrummodulation durchführt. (b) in 11 zeigt eine zeitliche Intensitätswellenform des Ausgangslichts. In (a) in 10 und 11 gibt die horizontale Achse eine Wellenlänge (nm) an, die linke vertikale Achse den Intensitätswert (jede Einheit) des Intensitätsspektrums und die rechte vertikale Achse die Phasenwerte (rad) des Phasenspektrums. In (b) in 10 und 11 gibt die horizontale Achse die Zeit (Femtosekunden) und die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) an.
In diesem Beispiel wird ein Einzelimpuls des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb in einen Doppelimpuls mit Licht höherer Ordnung umgewandelt, indem eine rechteckige Phasenspektrum-Wellenform auf das Ausgangslicht angewendet wird. Das Spektrum und die Wellenform in 11 sind ein Beispiel. Durch die Kombination verschiedener Phasenspektren und Intensitätsspektren kann die Zeit-Intensitäts-Wellenform des Ausgangslichts aus dem Impulsformer 32A in verschiedene Formen gebracht werden.
Das Phasenmuster zur Annäherung der zeitlichen Intensitätswellenform des Ausgangslichts des Impulsformers 32A an die gewünschte Wellenform wird als Daten zur Steuerung des SLM 323 konfiguriert, d.h. als Daten, die eine Tabelle der Intensität der komplexen Amplitudenverteilung oder der Intensität der Phasenverteilung enthalten. Das Phasenmuster ist z.B. ein computergeneriertes Hologramm (CGH). In der vorliegenden Ausführungsform werden Phasenmuster, einschließlich eines Phasenmusters für die Phasenmodulation, das dazu dient, ein Phasenspektrum zur Erzielung einer gewünschten Wellenform auf das Ausgangslicht anzuwenden, und eines Phasenmusters für die Intensitätsmodulation, das dazu dient, ein Intensitätsspektrum zur Erzielung einer gewünschten Wellenform auf das Ausgangslicht anzuwenden, vom SLM 323 präsentiert.
Hier wird die gewünschte Zeitintensitätswellenform als eine Funktion der Zeitdomäne ausgedrückt, und das Phasenspektrum wird als eine Funktion der Frequenzdomäne ausgedrückt. Daher wird ein Phasenspektrum, das der gewünschten Zeitintensitätswellenform entspricht, zum Beispiel durch eine iterative Fourier-Transformation auf Basis der gewünschten Zeitintensitätswellenform erhalten. 12 ist ein Diagramm, das das Verfahren zur Berechnung des Phasenspektrums durch die iterative Fourier-Transformation zeigt.
Zunächst werden eine anfängliche Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) und eine Phasenspektrumsfunktion Ψ₀(ω), die Funktionen einer Frequenzω sind, erstellt (Prozess Nummer (1) im Diagramm). In einem Beispiel geben die Intensitätsspektrumfunktion A (₀(ω) und die Phasenspektrumfunktion Ψ₀ (ω) die spektrale Intensität bzw. die spektrale Phase des Eingangslichts an. Dann wird eine Wellenformfunktion (a) in der Frequenzdomäne erstellt, die die Intensitätsspektrumsfunktion A₀ (ω) und die Phasenspektrumsfunktion Ψ₀ (ω) enthält (Prozess Nummer (2) im Diagramm).
[Ausdruck 1] $\sqrt{A_{0} (ω)} exp {i Ψ_{n} (ω)}$
Der Index n steht für nach dem n-ten Fourier-Transformationsprozess. Vor dem ersten Fourier-Transformationsprozess wird die oben beschriebene anfängliche Phasenspektrumsfunktion Ψ₀ (ω) als Phasenspektrumsfunktion Ψ_n (ω) verwendet. i ist eine Imaginärzahl.
Anschließend wird die Funktion (a) einer Fourier-Transformation aus der Frequenzdomäne in die Zeitdomäne unterzogen (Pfeil A1 im Diagramm). Als Ergebnis erhält man eine Wellenformfunktion (b) im Frequenzbereich, die eine Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b_n(t) und eine Zeitphasen-Wellenformfunktion Θ_n(t) enthält (Prozess Nummer (3) im Diagramm).
[Ausdruck 2] $\sqrt{b_{n} (t)} exp {i Θ_{n} (t)}$
Anschließend wird die in der Funktion (b) enthaltene Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b_n(t) durch eine Zeitintensitäts-Wellenformfunktion Target₀(t) ersetzt, die auf einer gewünschten Wellenform (z.B. dem Zeitintervall und der Anzahl der optischen Impulse) basiert (Prozesse Nummer (4) und (5) im Diagramm).
[Ausdruck 3] $b_{n} (t) : = T a r g e t_{0} (t)$

[Ausdruck 4] $\sqrt{{Target}_{0} (t)} exp {i Θ_{n} (t)}$
Anschließend wird die Funktion (d) einer inversen Fourier-Transformation aus der Zeitdomäne in die Frequenzdomäne unterzogen (Pfeil A2 im Diagramm). Als Ergebnis erhält man eine Wellenformfunktion (e) in der Frequenzdomäne, die eine Intensitätsspektrumsfunktion B_n(ω) und eine Phasenspektrumsfunktion Ψn(ω) beinhaltet (Prozess Nummer (6) im Diagramm).
[Ausdruck 5] $\sqrt{B_{n} (ω)} exp {i Ψ_{n} (ω)}$
Um die in der Funktion (e) enthaltene Intensitätsspektrumsfunktion B_n(ω) einzuschränken, wird anschließend die Intensitätsspektrumsfunktion B_n(ω) durch die anfängliche Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) ersetzt (Prozess Nummer (7) im Diagramm).
[Ausdruck 6] $B_{n} (ω) : = A_{0} (ω)$
Danach kann durch mehrfaches Wiederholen der Prozesse Nummer (2) bis (7) die Phasenspektrumsform, die durch die Phasenspektrumsfunktion Ψ_n(ω) in der Wellenformfunktion repräsentiert wird, der Phasenspektrumsform angenähert werden, die der gewünschten Zeitintensitätswellenform entspricht. Auf Basis einer schließlich erhaltenen Phasenspektrumsfunktion Ψ_IFTA(ω) wird ein Phasenmuster zur Erzielung einer gewünschten Zeitintensitätswellenform, d.h. der optischen Impulsfolge Pe mit zwei oder mehr optischen Impulsen, erzeugt.
Bei der oben beschriebenen iterativen Fourier-Methode ist es möglich, die zeitliche Intensitätswellenform zu steuern, aber es ist nicht möglich, die Frequenzkomponenten (Bandwellenlängen) zu steuern, die die zeitliche Intensitätswellenform bilden. Wenn daher die Zentralwellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge Pe bilden, so eingestellt sind, dass sie sich voneinander unterscheiden, werden die Phasenspektrumsfunktion und die Intensitätsspektrumsfunktion, auf denen das Phasenmuster basiert, unter Verwendung einer Berechnungsmethode berechnet, die weiter unten beschrieben wird. 13 ist ein Diagramm, das das Verfahren zur Berechnung der Phasenspektrumsfunktion zeigt.
Zunächst werden eine anfängliche Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) und eine Phasenspektrumsfunktion Φ₀(ω), die Funktionen der Frequenz ω sind, erstellt (Prozess Nummer (1) im Diagramm) . In einem Beispiel geben die Intensitätsspektrumfunktion A(₀ω) und die Phasenspektrumfunktion Φ₀(ω) die spektrale Intensität bzw. die spektrale Phase des Eingangslichts an. Dann wird eine erste Wellenformfunktion (g) im Frequenzbereich erstellt, die die Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) und die Phasenspektrumsfunktion Φ₀(ω) enthält (Prozess Nummer (2-a)). Dabei ist i eine Imaginärzahl.
[Ausdruck 7] $\sqrt{A_{0} (ω)} exp {i Φ_{0} (ω)}$
Anschließend wird die Funktion (g) einer Fourier-Transformation aus der Frequenzdomäne in die Zeitdomäne unterzogen (Pfeil A3 im Diagramm). Als Ergebnis erhält man eine zweite Wellenformfunktion (h) in der Zeitdomäne, die eine Zeitintensitäts-Wellenformfunktion a₀(t) und eine Zeitphasen-Wellenformfunktion φ₀(t) enthält (Prozess Nummer (3)).
[Ausdruck 8] $\sqrt{a_{0} (t)} exp {i φ_{0} (t)}$
Anschließend wird, wie im folgenden Ausdruck (i) gezeigt, die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion Target₀(t), die auf der gewünschten Wellenform (z.B. dem Zeitintervall und der Anzahl der optischen Impulse) basiert, in die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b₀(t) (Prozess Nummer (4-a)) eingesetzt.
[Ausdruck 9] $b_{0} (t) = T a r g e t_{0} (t)$
Anschließend wird, wie im folgenden Ausdruck (j) gezeigt, die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion a₀(t) durch die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b₀(t) ersetzt. Das heißt, dass die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion a₀(t), die in der Funktion (h) enthalten ist, durch die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion Target₀(t) auf Basis der gewünschten Wellenform (z.B. des Zeitintervalls und der Anzahl der optischen Impulse) ersetzt wird (Prozess Nummer (5)).
[Ausdruck 10] $\sqrt{b_{0} (t)} exp {i φ_{0} (t)}$
Anschließend wird die zweite Wellenformfunktion (j) so modifiziert, dass sich das Spektrogramm der zweiten Wellenformfunktion (j) nach der Ersetzung einem Zielspektrogramm annähert, das im Voraus entsprechend dem gewünschten Wellenlängenband erzeugt wurde. Zunächst wird die zweite Wellenformfunktion (j) nach der Ersetzung einer Zeit-Frequenz-Umwandlung unterzogen und in ein Spektrogramm SG_0,k (ω, t) umgewandelt (Prozess Nummer (5-a) im Diagramm) . Der Index k bezeichnet den k-ten Umwandlungsprozess.
Hier bezieht sich die Zeit-Frequenz-Umwandlung auf die Durchführung einer Frequenzfilterverarbeitung oder einer numerischen Berechnungsverarbeitung an einem zusammengesetzten Signal, z.B. einer zeitlichen Wellenform, und die Umwandlung des zusammengesetzten Signals in dreidimensionale Informationen einschließlich Zeit, Frequenz und Intensität der Signalkomponente (spektrale Intensität). Die numerische Berechnungsverarbeitung ist zum Beispiel eine Verarbeitung zur Ableitung des Spektrums für jede Zeit durch Multiplikation unter Verschiebung der Fensterfunktion. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Ergebnis der Umwandlung (Zeit, Frequenz und spektrale Intensität) als „Spektrogramm“ bezeichnet. Beispiele für die Zeit-Frequenz-Umwandlung sind z.B. die Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT) und die Wavelet-Transformation (Haar-Wavelet-Transformation, Gabor-Wavelet-Transformation, Mexican-Hat-Wavelet-Transformation, Morlet-Wavelet-Transformation) .
Außerdem wird ein Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t) erfasst, das im Voraus entsprechend dem gewünschten Wellenlängenband erzeugt wurde. Das Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t) hat ungefähr den gleichen Wert wie die Zielzeitwellenform (Zeitintensitätswellenform und Frequenzkomponenten, die die Zeitintensitätswellenform bilden) und wird in der Zielspektrogrammfunktion des Prozesses Nummer (5-b) erzeugt.
Dann wird ein Mustervergleich zwischen dem Spektrogramm SG_0,k(ω,t) und dem Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t) durchgeführt, um den Grad der Ähnlichkeit (wie sehr diese übereinstimmen) zu prüfen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Bewertungswert als Index berechnet, der den Grad der Ähnlichkeit angibt. In dem nachfolgenden Prozess Nummer (5-c) wird dann festgestellt, ob der erhaltene Bewertungswert die vorgegebenen Endbedingungen erfüllt oder nicht. Wenn die Bedingungen erfüllt sind, geht der Prozess weiter zu Prozess Nummer (6), und wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, geht der Prozess weiter zu Prozess Nummer (5-d). Im Prozess Nummer (5-d) wird die Zeitphasen-Wellenformfunktion φ₀(t), die in der zweiten Wellenformfunktion enthalten ist, in eine beliebige Zeitphasen-Wellenformfunktion φ_0,k(t) geändert. Die zweite Wellenformfunktion wird nach der Änderung der Zeitphasen-Wellenformfunktion durch eine Zeit-Frequenz-Umwandlung wie STFT wieder in ein Spektrogramm umgewandelt.
Danach werden die oben beschriebenen Prozesse Nummer (5-a) bis (5-d) wiederholt. Auf diese Weise wird die zweite Wellenformfunktion so modifiziert, dass sich das Spektrogramm SG_0,k(ω,t) allmählich dem Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t) nähert. Danach wird eine inverse Fourier-Transformation an der modifizierten zweiten Wellenformfunktion (Pfeil A4 im Diagramm) durchgeführt, um eine dritte Wellenformfunktion (k) im Frequenzbereich zu erzeugen (Prozess Nummer (6)).
[Ausdruck 11] $\sqrt{B_{0, k} (ω)} exp {i Φ_{0, k} (ω)}$
Die in der dritten Wellenformfunktion (k) enthaltene Phasenspektrumsfunktion Φ_0,k(ω) wird zu einer schließlich ermittelten, gewünschten Phasenspektrumsfunktion Φ_TWC-TFD(ω). Auf Basis der Phasenspektrumsfunktion Φ_TWC-TFD(ω) wird ein Phasenmuster erzeugt.
14 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Berechnung der spektralen Intensität zeigt. Da die Verfahrensnummern (1) bis (5-c) mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Berechnung der spektralen Phase identisch sind, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Wenn der Evaluierungswert, der den Grad der Ähnlichkeit zwischen dem Spektrogramm SG_0,k(ω,t) und dem Zielspektrogramm Target SG₀(ω, t) angibt, die vorgegebenen Endbedingungen nicht erfüllt, wird die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b₀(t) in eine beliebige Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b_0,k(t) geändert, während die in der zweiten Wellenformfunktion enthaltene Zeitphasen-Wellenformfunktion φ₀(t) auf den Anfangswert beschränkt wird (Prozess Nummer (5-e)). Die zweite Wellenformfunktion wird nach Änderung der Zeitintensitäts-Wellenformfunktion durch eine Zeit-Frequenz-Umwandlung wie STFT wieder in ein Spektrogramm umgewandelt.
Danach werden die Prozesse Nummer (5-a) bis (5-c) wiederholt. Auf diese Weise wird die zweite Wellenformfunktion so modifiziert, dass sich das Spektrogramm SG_0,k(ω,t) allmählich dem Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t) nähert. Danach wird eine inverse Fourier-Transformation an der modifizierten zweiten Wellenformfunktion (Pfeil A4 im Diagramm) durchgeführt, um eine dritte Wellenformfunktion (m) im Frequenzbereich zu erzeugen (Prozess Nummer (6)).
[Ausdruck 12] $\sqrt{B_{0, k} (ω)} exp {i Φ_{0, k} (ω)}$
Anschließend wird in Prozess Nummer (7-b) eine Filterverarbeitung auf Basis des Intensitätsspektrums des Eingangslichts an der Intensitätsspektrumsfunktion B_0,k(ω) durchgeführt, die in der dritten Wellenformfunktion (m) enthalten ist. Insbesondere wird von dem Intensitätsspektrum, das durch Multiplikation der Intensitätsspektrumsfunktion B_0,k(ω) mit einem Koeffizientenα erhalten wird, ein Teil, der die Grenzintensität für jede Wellenlänge überschreitet, die auf Basis des Intensitätsspektrums des Eingangslichts bestimmt wurde, abgeschnitten. Damit soll verhindert werden, dass die Intensitätsspektrumsfunktion αB_0,k(ω) die spektrale Intensität des Eingangslichts in allen Wellenlängenbereichen überschreitet.
In einem Beispiel wird die Grenzintensität für jede Wellenlänge so eingestellt, dass sie dem Intensitätsspektrum (in der vorliegenden Ausführungsform der anfänglichen Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω)) des Eingangslichts entspricht. In diesem Fall wird, wie im folgenden Ausdruck (n) ausgedrückt, bei Frequenzen, bei denen die Intensitätsspektrumsfunktion αB_0,k(ω) größer ist als die Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω), der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) als der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion A_TWC-TFD(ω) genommen. Außerdem wird bei Frequenzen, bei denen die Intensitätsspektrumsfunktion αB_0,k(ω) gleich oder kleiner als die Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) ist, der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion αB_0,k(ω) als der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion A_TWC-TFD(ω) angenommen (Prozess Nummer (7-b) im Diagramm).
[Ausdruck 13] $A_{TWC-TFD} (ω) = {\begin{cases} A_{0} (ω) A_{0} (ω) < α B_{0, k} (ω) \\ α B_{0, k} (ω) A_{0} (ω) \geq α B_{0, k} (ω) \end{cases}$
Die Funktion des Intensitätsspektrums A_TWC-TFD(ω) wird als gewünschte spektrale Intensität verwendet, um ein Phasenmuster zu erzeugen.
Dann wird ein Phasenmodulationsmuster (z.B. computergenerierte Hologramme) berechnet, um dem Ausgangslicht eine durch die Phasenspektrumsfunktion Φ_TWC-TFD(ω) angegebene spektrale Phase und eine durch die Intensitätsspektrumsfunktion A_TWC-TFD(ω) angegebene spektrale Intensität zu verleihen. 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Erzeugung des Zielspektrogramms TargetSG₀(ω,t) zeigt. Da das Zielspektrogramm Target SG₀(ω,t) eine Zielzeitwellenform angibt (Zeitintensitätswellenform und Frequenzkomponenten (Wellenlängenbandkomponenten), die die Zeitintensitätswellenform bilden), ist die Erzeugung des Zielspektrogramms ein äußerst wichtiger Schritt für die Steuerung der Frequenzkomponenten (Wellenlängenbandkomponenten) .
Wie in 15 gezeigt, werden zunächst eine spektrale Wellenform (anfängliche Intensitätsspektrumsfunktion A₀(ω) und anfängliche Phasenspektrumsfunktion Φ₀(ω)) und eine gewünschte zeitliche Intensitätswellenformfunktion Target₀(t) eingegeben. Darüber hinaus wird eine Zeitfunktion p₀ (t) eingegeben, die Informationen über das gewünschte Frequenz- (Wellenlängen-) band enthält (Prozess Nummer (1)). Dann wird z. B. mit Hilfe der iterativen Fourier-Transformationsmethode, die in 12 dargestellt ist, eine Phasenspektrumsfunktion Φ_IFTA(ω) für die Realisierung der Zeitintensitätswellenformfunktion Target₀(t) berechnet (Prozess Nummer (2)). Dann wird durch Anwendung der iterativen Fourier-Transformationsmethode unter Verwendung der zuvor erhaltenen Phasenspektrumsfunktion Φ_IFTA(ω) eine Intensitätsspektrumsfunktion A_IFTA(ω) zur Realisierung der Zeitintensitätswellenformfunktion Target₀(t) berechnet (Prozess Nummer (3)). 16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verfahren zur Berechnung der Intensitätsspektrumsfunktion A_IFTA(ω) zeigt.
Zunächst werden eine anfängliche Intensitätsspektrumsfunktion A_k=0(ω) und eine Phasenspektrumsfunktion Ψ₀(ω) erstellt (Prozess Nummer (1) im Diagramm) . Dann wird eine Wellenformfunktion (o) in der Frequenzdomäne erstellt, die eine Intensitätsspektrumsfunktion A_k(ω) und die Phasenspektrumsfunktion Ψ₀ (ω) enthält (Prozess Nummer (2) im Diagramm).
[Ausdruck 14] $\sqrt{A_{k} (ω)} exp {i Ψ_{0} (ω)}$
Der Index k steht für nach der k-ten Fourier-Transformation. Vor der ersten Fourier-Transformation wird die oben beschriebene anfängliche Intensitätsspektrumsfunktion A_k=0(ω) als Intensitätsspektrumsfunktion A_k(ω) verwendet. i ist eine Imaginärzahl.
Anschließend wird die Funktion (o) einer Fourier-Transformation aus der Frequenzdomäne in die Zeitdomäne unterzogen (Pfeil A5 im Diagramm). Als Ergebnis erhält man eine Wellenformfunktion (p) im Frequenzbereich, die eine Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b_k(t) enthält (Prozess Nummer (3) im Diagramm).
[Ausdruck 15] $\sqrt{b_{k} (t)} exp {i Θ_{k} (t)}$
Anschließend wird die in der Funktion (p) enthaltene Zeitintensitäts-Wellenformfunktion b_k(t) durch die Zeitintensitäts-Wellenformfunktion Target₀(t) auf Basis einer gewünschten Wellenform (z.B. des Zeitintervalls und der Anzahl der optischen Impulse) ersetzt (Prozesse Nummer (4) und (5) im Diagramm) .
[Ausdruck 16] $b_{k} (t) : = {Target}_{0} (t)$

[Ausdruck 17] $\sqrt{{Target}_{0} (t)} exp {i Θ_{k} (t)}$
Anschließend wird die Funktion (r) einer inversen Fourier-Transformation vom Zeitbereich in den Frequenzbereich unterzogen (Pfeil A6 im Diagramm). Als Ergebnis erhält man eine Wellenformfunktion (s) im Frequenzbereich mit einer Intensitätsspektrumsfunktion C_k(ω) und einer Phasenspektrumsfunktion Ψ_k(ω) (Prozess Nummer (6) im Diagramm).
[Ausdruck 18] $\sqrt{C_{k} (ω)} exp {i Ψ_{k} (ω)}$
Um die in der Funktion (s) enthaltene Phasenspektrumsfunktion Ψ_k(ω) einzuschränken, wird anschließend die Phasenspektrumsfunktion Ψ_k(ω) durch die anfängliche Phasenspektrumsfunktion Ψ₀(ω) ersetzt (Prozess Nummer (7-a) im Diagramm).
[Ausdruck 19] $Ψ_{k} (ω) : = Ψ_{0} (ω)$
Darüber hinaus wird die Intensitätsspektrumsfunktion C_k(ω) im Frequenzbereich nach der inversen Fourier-Transformation auf Basis des Intensitätsspektrums des Eingangslichts einer Filterung unterzogen. Spezifisch wird von dem Intensitätsspektrum, das durch die Intensitätsspektrumsfunktion C_k(ω) ausgedrückt wird, ein Teil, der die Grenzintensität für jede Wellenlänge überschreitet, die auf Basis des Intensitätsspektrums des Eingangslichts bestimmt wurde, abgeschnitten.
In einem Beispiel wird die Grenzintensität für jede Wellenlänge so eingestellt, dass sie dem Intensitätsspektrum (z.B. der anfänglichen Intensitätsspektrumfunktion A_k=0(ω)) des Eingangslichts entspricht. In diesem Fall wird, wie im folgenden Ausdruck (u) ausgedrückt, bei Frequenzen, bei denen die Intensitätsspektrumsfunktion C_k(ω) größer ist als die Intensitätsspektrumsfunktion A_k=0(ω), der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion A_k=0(ω) als der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion A_k(ω) genommen. Bei Frequenzen, bei denen die Intensitätsspektrumsfunktion C_k(ω) gleich oder kleiner als die Intensitätsspektrumsfunktion A_k=0(ω) ist, wird der Wert der Intensitätsspektrumsfunktion C_k(_ω) als Wert der Intensitätsspektrumsfunktion A_k(ω) angenommen (Prozess Nummer (7-b) im Diagramm)
[Ausdruck 20] $A_{k} (ω) = {\begin{cases} A_{k = 0} (ω) {, A}_{k = 0} (ω) < C_{k} (ω) \\ C_{k} (ω) {, A}_{k = 0} (ω) \geq C_{k} (ω) \end{cases}$
Die in der Funktion (s) enthaltene Intensitätsspektrumfunktion C_k(ω) wird nach der Filterung gemäß Ausdruck (u) durch die Intensitätsspektrumfunktion A_k(ω) ersetzt.
Danach werden die obigen Prozesse (2) bis (7-b) wiederholt. Als Ergebnis kann die Form des Intensitätsspektrums, die durch die Intensitätsspektrumsfunktion A_k(ω) in der Wellenformfunktion dargestellt wird, an die Form des Intensitätsspektrums angenähert werden, die der gewünschten Zeitintensitätswellenform entspricht. Schließlich erhält man die Intensitätsspektrumsfunktion A_IFTA(ω).
Es wird erneut auf 15 Bezug genommen. Durch Berechnung der Phasenspektrumsfunktion Φ_IFTA(ω) und der Intensitätsspektrumsfunktion A_IFTA(ω) in den oben beschriebenen Prozessen Nummer(2) und (3) in 15 erhält man eine dritte Wellenformfunktion (v) in der Frequenzdomäne, die diese Funktionen enthält (Prozess Nummer (4)).
[Ausdruck 21] $\sqrt{A_{I F T A} (ω)} exp {i Φ_{I F T A} (ω)}$
Dann wird die Wellenformfunktion (v) Fourier-transformiert. Als Ergebnis erhält man eine vierte Wellenformfunktion (w) in der Zeitdomäne (Prozess Nummer (5)).
[Ausdruck 22] $\sqrt{a_{I F T A} (t)} exp {i φ_{I F T A} (t)}$
Dann wird die vierte Wellenformfunktion (w) durch Zeit-Frequenz-Konvertierung in ein Spektrogramm SG_IFTA(ω,t) umgewandelt (Prozess Nummer (6)). In Prozess Nummer (7) wird durch Modifikation des Spektrogramms SG_IFTA(ω,t) auf Basis der Zeitfunktion p₀(t) einschließlich der gewünschten Frequenz- (Wellenlängen-) Bandinformation das Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t) erzeugt. Zum Beispiel wird ein charakteristisches Muster, das in dem durch zweidimensionale Daten konfigurierten Spektrogramm SG_IFTA(ω,t) erscheint, teilweise ausgeschnitten, und die Frequenzkomponente des Teils wird auf Basis der Zeitfunktion p₀ (t) manipuliert. Nachfolgend wird ein spezifisches Beispiel dafür im Detail beschrieben.
Als Beispiel wird ein Fall betrachtet, in dem Dreifachimpulse mit einem Zeitintervall von 2 Pikosekunden als gewünschte Zeitintensitäts-Wellenformfunktion Target₀(t) festgelegt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist das resultierende Spektrogramm SG_IFTA(ω,t) in (a) in 17 dargestellt. In (a) in 17 zeigt die horizontale Achse die Zeit (Einheit: Femtosekunde) und die vertikale Achse die Wellenlänge (Einheit: nm) an. Darüber hinaus wird der Wert des Spektrogramms durch die Helligkeit und die Schattierung des Diagramms angezeigt. Mit zunehmender Helligkeit nimmt der Wert des Spektrogramms zu. In diesem Spektrogramm SG_IFTA(ω,t) erscheinen die Dreifachpulse als Bereiche D₁ , D₂ und D₃ , die auf der Zeitachse im Abstand von 2 Pikosekunden angeordnet sind. Die mittleren (Spitzen-)Wellenlängen der Bereiche D₁, D₂ und D₃ sind 800 nm.
Wenn nur die zeitliche Intensitätswellenform des Ausgangslichts gesteuert werden soll (man möchte einfach Dreifachimpulse erhalten), ist es nicht erforderlich, diese Bereiche D₁, D₂ und D₃ zu manipulieren. Wenn jedoch das Frequenzband (Wellenlänge) jedes Impulses gesteuert werden soll, ist es erforderlich, diese Bereiche D₁, D₂ und D₃ zu manipulieren. Das heißt, wie in (b) in 17 gezeigt, bedeutet die Bewegung der Bereiche D₁, D₂ und D₃ unabhängig voneinander in einer Richtung entlang der Wellenlängenachse (vertikale Achse) eine Änderung der Komponentenfrequenz (Wellenlängenband) jedes Impulses. Eine solche Änderung der Komponentenfrequenz (des Wellenlängenbandes) jedes Impulses wird auf Basis der Zeitfunktion p₀(t) durchgeführt.
Es wird beispielsweise angenommen, dass die Zeitfunktion p₀(t) so geschrieben wird, dass die Spitzenwellenlänge der Domäne D₂ auf 800 nm festgelegt ist und die Spitzenwellenlängen der Domänen D₁ und D₃ um -2 nm bzw. + 2 nm verschoben werden. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich das Spektrogramm SG_IFTA (ω,t) in das Zielspektrogramm TargetSG₀(ω,t), das in (b) in 17 dargestellt ist. Indem das Spektrogramm beispielsweise einer solchen Verarbeitung unterzogen wird, ist es möglich, ein Zielspektrogramm zu erzeugen, bei dem die Frequenzkomponente (Wellenlängenband) jedes Impulses beliebig gesteuert wird, ohne die Form der Zeitintensitätswellenform zu ändern.
(Erstes Modifikationsbeispiel)
18 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A und ein Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel zeigt. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Lichtintensität des Anregungslichts Pa auf die Lichtintensität eingestellt, bei der das ultrakurz gepulste Einzelimpuls-Laserlicht Pb erzeugt wird, und das ultrakurz gepulste Einzelimpuls-Laserlicht Pb wird durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 in die optische Impulsfolge Pe umgewandelt. Andererseits wird in diesem Änderungsbeispiel die Lichtintensität des Anregungslichts Pa auf die Lichtintensität eingestellt, bei der Dauerlaserlicht (kontinuierliches Licht) erzeugt wird. Die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 wandelt das Laserlicht in die optische Impulsfolge Pe um, indem sie die Intensität des Dauerstrich-Laserlichts moduliert. In diesem Fall kann die Wellenform-Steuervorrichtung 32 durch einen EOM (Electro Optic Modulator) oder einen integrierten Steuerchip konfiguriert werden.
Das EOM ist ein Intensitätsmodulationselement, das den elektrooptischen Effekt nutzt. Das EOM kann die Lichtintensität mit hoher Geschwindigkeit modulieren und das Laserlicht durch Modulation der Intensität des Dauerstrich-Laserlichts in eine beliebige optische Impulsfolge Pe umwandeln. Der integrierte Steuerchip ist ein miniaturisierter Chip, der z. B. durch die Integration eines EOM, eines Mach-Zehnder-Interferometers und einer CMOS-Schaltung auf einem einzigen Substrat entsteht.
Wie in 18 gezeigt, wird in diesemModifikationsbeispiel zunächst der optische Pfadschalter 31 auf den zweiten optischen Pfad 202 eingestellt (Schritt ST21) . Dann wird die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die Lichtintensität eingestellt, bei der das Laserlicht im optischen Resonator 20 kontinuierlich schwingt. Dann gibt der Pumplaser 42 das Anregungslicht Pa an das optische Verstärkungsmedium 21 im optischen Resonator 20 ab, um die Anregung des optischen Verstärkungsmediums 21 zu starten. Infolgedessen wird im optischen Resonator 20 Dauerstrich-Laserlicht erzeugt und verstärkt (Schritt ST22 zur Erzeugung von Laserlicht) . Dieses Laserlicht wird aus dem optischen Resonator 20 als das in den und dargestellte Laserlicht Pout ausgegeben.
Dann wird der optische Pfadschalter 31 auf den dritten optischen Pfad 203 eingestellt (Schritt ST23) . Infolgedessen wird das im optischen Resonator 20 laseroszillierende Laserlicht zur Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 geleitet. Die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 steuert die zeitliche Wellenform des Laserlichts, um das Laserlicht in die optische Impulsfolge Pe umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb der Periode des optischen Resonators 20 umfasst (Wellenformsteuerungsschritt ST24). Die mittleren Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse sind unmittelbar nach der Umwandlung durch den Wellenformsteuerungsschritt ST24 gleich groß.
Nach Verstreichen einer vorbestimmten Periode ab der Einstellung des Schalters für den optischen Pfad 31 im dritten optischen Pfad 203 wird der optische Pfadschalter 31 wieder im zweiten optischen Pfad 202 eingestellt (Schritt ST25). Im Ergebnis wird die in den optischen Resonator 20 eingeführte optische Impulsfolge Pe in dem optischen Resonator, der den ersten optischen Pfad 201 und den zweiten optischen Pfad 202 umfasst, eingegrenzt. Die Länge der vorbestimmten Periode ist die gleiche wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.
Dann wird die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa zu der Lichtintensität verändert, die der Anzahl der optischen Impulse entspricht, die die optische Impulsfolge Pe bilden (Schritt ST26). Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird zu diesem Zeitpunkt die Lichtintensität des Anregungslichts Pa erhöht, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, zunimmt. Wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, N beträgt (N ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr), wird die Lichtintensität des Anregungslichts Pa typischerweise auf das N-fache der Lichtintensität des Anregungslichts Pa eingestellt, wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb erzeugt wird, das ein einzelner optischer Impuls ist. Die Reihenfolge der Schritte ST25 und ST26 kann umgedreht werden.
Danach wird die optische Impulsfolge Pe im optischen Resonator 20 laserverstärkt, um ultrakurz gepulstes Laserlicht mit zwei oder mehr optischen Impulsen zu erzeugen. Das ultrakurz gepulste Laserlicht wird aus dem optischen Resonator 20 als das in 1 und 2 gezeigte Laserlicht Pout ausgegeben (Ausgabeschritt ST27) .
Das ultrakurz gepulste Laserlicht, das zwei oder mehr optische Impulse enthält, wird für eine beliebige Zeit aus dem optischen Resonator 20 ausgegeben. Danach wird bestimmt, ob die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, oder das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge Pe bilden, oder beides geändert werden soll (Schritt ST28). Wenn keines von beiden geändert wird (Schritt ST28; NEIN), wird das Anregungslicht Pa ausgeschaltet, um den Betrieb der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A zu beenden. Wenn eines davon geändert werden soll (Schritt ST28; JA), wird die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die entsprechende Lichtintensität geändert (Schritt ST29) . Infolgedessen wird im optischen Resonator 20 wieder kontinuierliches Wellen-Laserlicht erzeugt und verstärkt. Danach werden die Schritte ST23 bis ST28 wiederholt.
Wie in diesem Modifikationsbeispiel kann der optische Resonator 20 vor einer vorbestimmten Zeitdauer kontinuierliches Wellen-Laserlicht erzeugen. Dann kann die Wellenformsteuereinrichtung 30 das Laserlicht durch Modulation der Intensität des Laserlichts in die optische Impulsfolge Pe umwandeln. Eine solche Wellenformsteuereinrichtung 30 kann beispielsweise auch die optische Impulsfolge Pe stabil erzeugen, die zwei oder mehr zeitlich nahe beieinander liegende ultrakurze optische Impulse mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen und einem vorgegebenen Zeitintervall umfasst.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird eine Konfiguration angenommen, in der der zweite optische Pfad 202 und der dritte optische Pfad 203 durch den optischen Pfadschalter 31 ausgewählt werden. Wenn das kontinuierliche Wellen-Laserlicht in die optische Impulsfolge Pe umgewandelt wird, wie in diesem Modifikationsbeispiel, kann die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32, die zu einer Hochgeschwindigkeitsmodulation in der Lage ist, verwendet werden. In einer solchen Konfiguration kann es sein, dass der optische Pfadschalter 31 und der zweite optische Pfad 202 nicht vorgesehen sind. Wenn der optische Pfadschalter 31 und der zweite optische Pfad 202 nicht vorhanden sind, wird das Laserlicht immer durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 geleitet. Wenn es jedoch möglich ist, das EIN/AUS der Modulation mit hoher Geschwindigkeit zu steuern, ist es möglich, den Umwandlungsvorgang nur einmal oder mehrere Male innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, der extrem kurz ist, durchzuführen.
(Zweites Modifikationsbeispiel)
19 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1B gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel zeigt. Die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1B des Modifikationsbeispiels enthält eine Wellenformsteuereinrichtung 34 anstelle der Wellenformsteuereinrichtung 30 in der oben beschriebenen Ausführungsform. Die Wellenformsteuereinrichtung 34 hat einen Polarisationsschalter 35 und eine änderungsabhängige Wellenform-Steuereinrichtung 36. In diesem Modifikationsbeispiel verfügt der optische Resonator 20 nicht über den zweiten optischen Pfad 202, und die Wellenformsteuereinrichtung 34 verfügt nicht über den optischen Pfadschalter 31 und den Koppler 33. Das heißt, dass der optische Pfad des optischen Resonators 20 nur durch den ersten optischen Pfad 201 und den dritten optischen Pfad 203 konfiguriert ist. Der Polarisationsschalter 35 und die Wellenformsteuerungsvorrichtung 36 sind auf dem dritten optischen Pfad 203 im optischen Resonator 20 angeordnet.
Der Polarisationsschalter 35 steuert die Polarisationsebene des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb, das im optischen Resonator 20 zirkuliert. Der Polarisationsschalter 35 setzt die Polarisationsebene des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb auf eine erste Polarisationsebene (z.B. eine der p-Polarisationsebeneundder s-Polarisationsebene) in einer vorbestimmten Periode, während der die Wellenformsteuerung durchgeführt wird, und setzt die Polarisationsebene des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb auf eine zweite Polarisationsebene (z.B. die andere der p-Polarisationsebene und der s-Polarisationsebene), die sich von der ersten Polarisationsebene in den anderen Perioden unterscheidet. Der Polarisationsschalter 35 wird durch den Funktionsgenerator 44 (Schaltersteuerung) zum gleichen Zeitpunkt gesteuert wie der optischen Pfadschalter 31 in der oben beschriebenen Ausführungsform. Basierend auf dem Detektionssignal Sd des Fotodetektors 46 bestimmt der Funktionsgenerator 44 den Zeitpunkt für die Einstellung der Polarisationsebene des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb auf die erste Polarisationsebene. Daher kann der Zeitpunkt der Polarisationsumschaltung im Polarisationsschalter 35 stabil gesteuert werden. Der Polarisationsschalter 35 kann z.B. von einem EOM konfiguriert werden.
Wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb die erste Polarisationsebene hat, steuert die Wellenform-Steuervorrichtung 36 die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in die optische Impulsfolge Pe umzuwandeln. Wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb die zweite Polarisationsebene hat, steuert die Wellenform-Steuervorrichtung 36 nicht die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb. Eine solche Wellenform-Steuervorrichtung 36 kann leicht realisiert werden, indem der SLM 323 ein polarisationsabhängiger Typ ist, z.B. ein Flüssigkristall-Typ LCOS (Liquid Crystal on Silicon)-SLM in dem in 3 gezeigten Impulsformer 32A, zum Beispiel. Das heißt, wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb die erste Polarisationsebene hat, moduliert der SLM 323 die Phase des Lichts Pc nach der spektralen Beugung. Wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb die zweite Polarisationsebene hat, überträgt der SLM 323 das Licht Pc nach der spektralen Beugung einfach, ohne eine Phasenmodulation durchzuführen.
20 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1B und ein Optikimpuls-Erzeugungsverfahren dieses Änderungsbeispiels zeigt. Zunächst stellt der Funktionsgenerator 44 den Polarisationsschalter 35 auf eine Polarisationsebene, die nicht durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 36 wellenformgesteuert ist, d.h. die zweite Polarisationsebene (Schritt ST31). Dann wird die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die Lichtintensität eingestellt, bei der das Laserlicht als Einzelimpuls im optischen Resonator 20 schwingt. Dann gibt der Pumplaser 42 das Anregungslicht Pa an das optische Verstärkungsmedium 21 im optischen Resonator 20 ab, um die Anregung des optischen Verstärkungsmediums 21 zu starten. Im Ergebnis wird das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb, bei dem es sich um einen einzelnen optischen Impuls handelt, im optischen Resonator 20 erzeugt und verstärkt (Laserlichterzeugungsschritt ST32). Das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb wird aus dem optischen Resonator 20 als das in 19 dargestellte Laserlicht Pout ausgegeben.
Dann stellt der Funktionsgenerator 44 den Polarisationsschalter 35 auf eine Polarisationsebene ein, die von der Wellenformsteuerungsvorrichtung 36 wellenformgesteuert wird, d. h. die erste Polarisationsebene (Schritt ST33) . Dies ermöglicht es der Wellenformsteuerungsvorrichtung 36, die Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb zu steuern.
Die Wellenformsteuerungsvorrichtung 36 steuert die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb, um das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb in die optische Impulsfolge Pe umzuwandeln (Wellenformsteuerungsschritt ST34). Die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen, die in der optischen Impulsfolge Pe enthalten sind, und das Zeitintervall dazwischen werden von dem Steuergerät für die Wellenformsteuerung 41 frei gesteuert. Die mittleren Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch den Wellenformsteuerungsschritt ST34 können gleich oder unterschiedlich sein.
Nach Verstreichen einer vorbestimmten Periode ab der Einstellung des Polarisationsschalters 35 auf die erste Polarisationsebene stellt der Funktionsgenerator 44 den Polarisationsschalter 35 wieder auf die Polarisationsebene ein, die nicht durch die Wellenformsteuerungsvorrichtung 36 wellenformgesteuert wird, d.h. die zweite Polarisationsebene (Schritt ST35). Auf diese Weise kann die optische Impulsfolge Pe die Wellenformsteuerungsvorrichtung 36 einfach durchlaufen. Die Länge der vorbestimmten Periode ist die gleiche wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.
Dann wird die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die Lichtintensität geändert, die der Anzahl der optischen Impulse entspricht, die die optische Impulsfolge Pe bilden (Schritt ST36). Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird zu diesem Zeitpunkt die Lichtintensität des Anregungslichts Pa erhöht, wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, zunimmt. Wenn die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, N beträgt (N ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr), wird die Lichtintensität des Anregungslichts Pa typischerweise auf das N-fache der Lichtintensität des Anregungslichts Pa eingestellt, wenn das ultrakurz gepulste Laserlicht Pb erzeugt wird, das ein einzelner optischer Impuls ist. Die Reihenfolge der Schritte ST35 und ST36 kann umgedreht werden.
Danach wird die optische Impulsfolge Pe im optischen Resonator 20 laserverstärkt, um ultrakurz gepulstes Laserlicht mit zwei oder mehr optischen Impulsen zu erzeugen, das sich vom ultrakurz gepulsten Laserlicht Pb unterscheidet. Das ultrakurz gepulste Laserlicht wird aus dem optischen Resonator 20 als das in 19 gezeigte Laserlicht Pout ausgegeben (Ausgabeschritt ST37) .
Nachdem das ultrakurz gepulste Laserlicht, das zwei oder mehr optische Impulse enthält, für eine beliebige Zeit vom optischen Resonator 20 ausgegeben wurde, wird bestimmt, ob die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, oder das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge Pe bilden, oder beides geändert werden soll (Schritt ST38) . Wenn nichts davon geändert wird (Schritt ST38; NO), wird das Anregungslicht Pa ausgeschaltet, um den Betrieb der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1B zu beenden. Wenn eines davon geändert werden soll (Schritt ST38; JA), wird die Lichtintensität des vom Pumplaser 42 ausgegebenen Anregungslichts Pa auf die dem einzelnen optischen Impuls entsprechende Lichtintensität geändert (gedimmt) (Schritt ST39). Infolgedessen wird die Anzahl der im optischen Resonator 20 laseroszillierenden optischen Impulse auf einen reduziert, und der eine optische Impuls wird im optischen Resonator 20 als Laserlicht verstärkt. Danach werden die Schritte ST33 bis ST38 wiederholt.
Selbst mit der Konfiguration dieses Modifikationsbeispiels können die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus ist es möglich, auf einfache Weise eine Konfiguration zu realisieren, in der die Wellenformsteuereinrichtung 34 die zeitliche Wellenform des ultrakurz gepulsten Laserlichts Pb nur innerhalb einer vorbestimmten Periode steuert. Dieses Änderungsbeispiel kann mit der Konfiguration des ersten Änderungsbeispiels kombiniert werden.
(Beispiele)
Um die Effekte der oben beschriebenen Ausführungsform und jedes Änderungsbeispiels zu verifizieren, führten die Erfinder numerische Simulationen durch. Die Ergebnisse sind unten gezeigt. In den Simulationen wurde eine Erbium-dotierte optische Faser als optisches Verstärkungsmedium 21, ein optischer Faserkoppler als Splitter 23, ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen als sättigbarer Absorber 24 und eine optische Einzelmodus-Faser als erster optischer Pfad 201, zweiter optischer Pfad 202 und dritter optischer Pfad 203 verwendet.
Zunächst führten die Erfinder eine Simulation zur Überprüfung der Multipuls-Oszillation in einem modengekoppelten Faserlaser durch. Der in 21 gezeigte Graph GA ist ein Graph, der Beispiele für einen Anfangswert zeigt, der in dieser Simulation auf den 0. Im Graphen GA zeigt die vertikale Achse die Wellenlänge (Einheit: nm), die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps) und die Farbschattierung die Lichtintensität (beliebige Einheit) an. Ein entlang der vertikalen Achse gezeichneter Grsaph GB zeigt eine Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtintensität, und ein entlang der horizontalen Achse gezeichneter Graph GC zeigt eine Beziehung zwischen der Zeit und der Lichtintensität. Wie in 21 gezeigt, ist zu erkennen, dass der größte Teil der Lichtkomponenten in den Anfangswerten unmittelbar nach dem Beginn der Anregung vom Zufallsrauschen eingenommen wird. Diese Simulation wurde durchgeführt, indem die Anfangswerte wie in 21 gezeigt gesetzt wurden und sich die Anzahl der Umläufe überschnitt.
(a) in 22 ist ein Graph, der Änderungen in der Spitzenleistung des optischen Impulses für jeden Umlauf in dieser Simulation zeigt. In (a) in 22 zeigt die vertikale Achse die Spitzenleistung (Einheit: W), und die horizontale Achse zeigt die Anzahl der Umläufe. Aus (a) in 22 ist ersichtlich, dass der Laseroszillationszustand in dieser Simulation bei etwa 800 Umläufen erreicht wurde. Darüber hinaus zeigt (b) in 22 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Sättigungsenergie eines optischen Verstärkungsmediums und der Spitzenleistung des optischen Impulses in dieser Simulation darstellt. In (b) in 22 zeigt die vertikale Achse die Spitzenleistung (Einheit: W), und die horizontale Achse zeigt die Sättigungsenergie Esat (Einheit: pJ) des optischen Verstärkungsmediums. Unter Bezugnahme auf (b) in 22 nimmt in dieser Simulation die Spitzenleistung allmählich zu, wenn die Sättigungsenergie Esat in einem Bereich ansteigt, in dem die Sättigungsenergie Esat 400 pJ nicht überschreitet. Wenn die Sättigungsenergie Esat jedoch 400 pJ übersteigt, beginnt das Verhältnis zwischen der Sättigungsenergie Esat und der Spitzenleistung gestört zu werden, und in einem Bereich, in dem die Sättigungsenergie Esat 500 pJ übersteigt, fällt die Spitzenleistung auf etwa die Hälfte des Wertes unmittelbar davor. Dies bedeutet, dass eine Doppelimpulsoszillation auftritt, wenn die Anregungslichtintensität zunimmt, und deutet darauf hin, dass die Anzahl der Impulse mit zunehmender Anregungslichtintensität steigt.
23 bis 26 sind Graphen, die die zeitlichen Wellenformen von optischen Impulsen zeigen, die erzeugt werden, wenn die Sättigungsenergie Esat auf 600 pJ festgelegt ist und verschiedene Zufallsrauschen als Anfangswerte in der oben beschriebenen Simulation eingestellt werden. In 23 bis 26 zeigt (a) die zeitliche Wellenform des Zufallsrauschens, das einen Anfangswert darstellt, und (b) zeigt die zeitliche Wellenform eines optischen Impulses, der entsprechend (a) erzeugt wird. In (a) und (b) zeigt die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) und die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps). Das Impulsintervall in (b) in 23 beträgt 4 ps, das Impulsintervall in (b) in 24 beträgt 31 ps, das Impulsintervall in (b) in 25 beträgt 26 ps, und das Impulsintervall in (b) in 26 beträgt 14 ps. Aus diesem Ergebnis geht hervor, dass das Impulsintervall unbestimmt ist, wenn die Doppelimpulsoszillation durch einfache Erhöhung der Anregungslichtintensität durchgeführt wird.
Anschließend wurde eine Simulation unter Verwendung der oben beschriebenen Konfiguration durchgeführt. 27 bis 30 sind Diagramme, die Simulationsergebnisse zeigen. In den 27 bis 30 zeigt (a) eine Zeitwellenform beim 1000sten Umlauf, (b) eine Zeitwellenform beim 2000sten Umlauf und (c) eine Zeitwellenform beim 5000sten Umlauf. In (a) bis (c) zeigt die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) und die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps). In dieser Simulation wurde zunächst eine Laseroszillation mit einem Einzelimpuls durchgeführt, und der Einzelimpuls wurde von der Wellenformsteuereinrichtung 30 beim 2000sten Umlauf in die optische Impulsfolge Pe umgewandelt. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen, die in der optischen Impulsfolge Pe enthalten sind, auf 100 ps (27 und 28) oder 300 ps (29 und 30) eingestellt. Die Sättigungsenergie Esat wurde bis zum 2000sten Umlauf auf 300 pJ und ab dem 2001sten Umlauf auf 600 pJ festgelegt. Die Anfangswerte der Zeitwellenformen beim 0. Umlauf in den 27 bis 30 sind die gleichen wie in (a) in den 23, 24, 25 und 26.
Unter Bezugnahme auf die 27 bis 30 (insbesondere (b) und (c) in jedem Diagramm) kann man sehen, dass in der Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsform eine Laseroszillation auftritt, während die Anzahl der Impulse (zwei Impulse) und das Zeitintervall (100 ps oder 300 ps) der optischen Impulsfolge Pe, der von der Wellenformsteuereinrichtung 30 angewendet wird, beibehalten wird. Somit ist es gemäß der Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung 1A und dem Optikimpuls-Erzeugungsverfahren der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, das Laserlicht, das eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr zeitlich nahen ultrakurzen optischen Impulsen ist, mit einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen und einem vorgegebenen Zeitintervall mit guter Reproduzierbarkeit stabil auszugeben.
31 ist ein Graph, der das Ergebnis der Überprüfung der Kontrollierbarkeit des Zeitintervalls zwischen optischen Impulsen in der oben beschriebenen Ausführungsform zeigt. (a) bis (d) in 31 zeigen Fälle, in denen das Zeitintervall zwischen zwei optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge Pe bilden, auf 20 ps, 50 ps, 100 ps und 150 ps eingestellt ist. Die Sättigungsenergie Esat und die Zeitsteuerung der Wellenform sind die gleichen wie in den 27 bis 30. Die Simulation ergab, dass das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen nach der Laseroszillation 21, 3 ps, 50, 2 ps, 100 ps und 150 ps betrug. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform hat die Simulation also gezeigt, dass ein gewünschter Impulsabstand realisiert werden kann, auch wenn ein kleiner Fehler enthalten ist.
32 ist ein Graph, der das Ergebnis der Überprüfung der Kontrollierbarkeit der Anzahl der optischen Impulse in der oben beschriebenen Ausführungsform zeigt. (a) bis (d) in 32 zeigen Fälle, in denen die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, auf 1, 2, 3 und 4 eingestellt ist. Für jede Anzahl von Impulsen in (a) bis (d) in 32 wurde die Sättigungsenergie Esat auf 300 pJ, 600 pJ, 900 pJ und 1200 pJ eingestellt. Alle Zeitintervalle zwischen den optischen Impulsen wurden auf 50 ps festgelegt. Das Timing der Wellenformsteuerung ist das gleiche wie in den 27 bis 30. Das Ergebnis der Simulation ist, dass die Anzahl der optischen Impulse nach der Laseroszillation 1, 2, 3 und 4 beträgt. Entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform zeigte das Simulationsergebnis, dass die Anzahl der Impulse der optischen Impulsfolge Pe auch nach der Laseroszillation beibehalten wird.
Als Nächstes wird eine Simulation beschrieben, bei der die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge Pe bilden, mehrfach geändert wird. 33 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Anzahl der optischen Impulse in dieser Simulation ändert. In 33 zeigt die vertikale Achse die Anzahl der Umläufe, die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps) und die Farbschattierung die Lichtintensität (beliebige Einheit). Je heller die Farbe ist, desto größer ist die Lichtintensität. 34 bis 36 sind Diagramme, die die zeitlichen Wellenformen einer optischen Impulsfolge zeigen, die in jeder Phase der Änderung der Anzahl der optischen Impulse laseroszilliert. In 34 bis 36 zeigt die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) und die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps) an. (a) in 37 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Sättigungsenergie Esat in Abhängigkeit von der Anzahl der Umläufe zeigt. In (a) in 37 zeigt die vertikale Achse die Sättigungsenergie Esat (Einheit: pJ), und die horizontale Achse zeigt die Anzahl der Umläufe. (b) in 37 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Spitzenleistung des optischen Impulses in Abhängigkeit von der Anzahl der Umläufe zeigt. In (b) in 37 zeigt die vertikale Achse die Spitzenleistung (Einheit: W), und die horizontale Achse zeigt die Anzahl der Umläufe.
In dieser Simulation wurde die Sättigungsenergie Esat beim 0. bis 1999. Umlauf auf eine Größe (etwa 20 pJ) eingestellt, die einem Einzelimpuls entspricht. Zu diesem Zeitpunkt trat, wie in (b) in 37 gezeigt, bei etwa 1500 Umläufen eine Laseroszillation auf, die ultrakurz gepulstes Einzelimpuls-Laserlicht erzeugte ((a) in 34). Beim 2000. Umlauf wurde das ultrakurz gepulste Einzelimpuls-Laserlicht in eine optische Impulsfolge mit zwei optischen Impulsen (Zeitintervall von 100 ps) umgewandelt, und die Sättigungsenergie Esat wurde auf eine den beiden optischen Impulsen entsprechende Größe (etwa 40 pJ) geändert. Beim 2000. bis 2999. Umlauf wurde die optische Impulsfolge dann mit einem Laser verstärkt ((b) in 34). Anschließend wurde beim 3000. bis 3999. Umlauf die Sättigungsenergie Esat auf einen Wert (etwa 20 pJ) reduziert, der dem Einzelimpuls entspricht. Dann, wie in (b) in 37 gezeigt, wurde die Spitzenleistung der beiden optischen Impulse einmal stark reduziert, aber wie in 33 gezeigt, verschwand einer der beiden optischen Impulse bei etwa 3400 Umläufen und der verbleibende eine optische Impuls wurde laserverstärkt, um zum ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlicht zurückzukehren ((c) in 34).
Anschließend wurde beim 4000. Umlauf das ultrakurz gepulste Laserlicht in eine optische Impulsfolge mit drei optischen Impulsen (Zeitintervall 100 ps) umgewandelt, und die Sättigungsenergie Esat wurde auf eine den drei optischen Impulsen entsprechende Größe (etwa 60 pJ) geändert. Beim 4000. bis 4999. Umlauf wurde die optische Impulsfolge dann mit einem Laser verstärkt ((a) in 35). Anschließend wurde beim 5000. bis 5999. Umlauf die Sättigungsenergie Esat wieder auf einen Wert (etwa 20 pJ) reduziert, der dem Einzelimpuls entspricht. Infolgedessen wurde, wie in (b) in 37 gezeigt, die Spitzenleistung der drei optischen Impulse einmal stark reduziert, und dann, wie in 33 gezeigt, verschwand einer der drei optischen Impulse bei etwa 5300 Umläufen und ein anderer bei etwa 5500 Umläufen, und nur ein optischer Impuls blieb übrig, um zum ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlicht zurückzukehren ((b) in 35).
Anschließend wurde beim 6000. Umlauf das ultrakurz gepulste Einzelimpuls-Laserlicht in eine optische Impulsfolge mit vier optischen Impulsen (Zeitintervall von 100 ps) umgewandelt, und die Sättigungsenergie Esat wurde auf eine den vier optischen Impulsen entsprechende Größe (etwa 80 pJ) geändert. Beim 6000. bis 6999. Umlauf wurde die optische Impulsfolge dann mit einem Laser verstärkt ((c) in 35). Anschließend wurde beim 7000. bis 7999. Umlauf die Sättigungsenergie Esat wieder auf einen Wert (etwa 20 pJ) reduziert, der dem Einzelimpuls entspricht. Infolgedessen wurde, wie in (b) in 37 gezeigt, die Spitzenleistung der vier optischen Impulse einmal stark reduziert, und dann, wie in 33 gezeigt, verschwanden zwei der vier optischen Impulse bis zu 7500 Umläufen und ein weiterer bis zu 7700 Umläufen, und nur ein optischer Impuls blieb übrig, um zum ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlicht zurückzukehren ((a) in 36).
Anschließend wurde beim 8000. Umlauf das ultrakurz gepulste Einzelimpuls-Laserlicht in eine optische Impulsfolge mit drei optischen Impulsen mit ungleichen Zeitintervallen (Zeitintervalle von 100 ps und 200 ps) umgewandelt, und die Sättigungsenergie Esat wurde auf eine den drei optischen Impulsen entsprechende Größe (etwa 60 pJ) geändert. Beim 8000. bis 8999. Umlauf wurde die optische Impulsfolge dann mit einem Laser verstärkt ((b) in 36). Anschließend wurde beim 9000. bis 10000. Umlauf die Sättigungsenergie Esat wieder auf einen Wert (etwa 20 pJ) reduziert, der dem Einzelimpuls entspricht. Infolgedessen wurde, wie in (b) in 37 gezeigt, die Spitzenleistung der drei optischen Impulse einmal stark reduziert, und dann, wie in 33 gezeigt, verschwanden zwei der drei optischen Impulse bis zu 9300 Umläufen, und nur ein optischer Impuls blieb übrig, um zu dem ultrakurz gepulsten Einzelimpuls-Laserlicht zurückzukehren ((c) in 36).
Aus diesem Simulationsergebnis ist ersichtlich, dass gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform das Laserlicht, das eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr ultrakurzen optischen Impulsen ist, stabil und mit guter Reproduzierbarkeit ausgegeben werden kann, während die Anzahl der Impulse und das Zeitintervall geändert werden. Wie in dieser Simulation kann vor der Änderung der Anzahl der optischen Impulse und/oder des Zeitintervalls nach der Ausgabe des Laserlichts, das zwei oder mehr optische Impulse enthält, die Anzahl der optischen Impulse auf einen reduziert werden, indem die Lichtintensität des Anregungslichts auf eine Größe geändert wird, die einem einzelnen optischen Impuls entspricht, und der eine optische Impuls kann als Laserlicht im optischen Resonator verstärkt werden. Auf diese Weise kann eine beliebige Anzahl von optischen Impulsen stabil erzeugt werden, indem die Anzahl der optischen Impulse auf einen reduziert wird, bevor zwei oder mehr optische Impulse durch Wellenformsteuerung erzeugt werden.
Hier werden die Vorteile, die sich daraus ergeben, dass sich die Zentral-Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, voneinander unterscheiden, im Detail beschrieben. 38 ist ein Diagramm, das die zeitliche Wellenform einer optischen Impulsfolge mit 19 optischen Impulsen zeigt, die von einer Wellenformsteuerung vom Typ Spektralbereichsmodulation erzeugt werden. In 38 zeigt die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) und die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps). Wie in diesem Diagramm gezeigt, nimmt die Spitzenleistung des optischen Impulses mit zunehmendem Abstand vom zeitlichen Mittelpunkt des optischen Impulses ab, wenn eine optische Impulsfolge durch eine Wellenformsteuerung vom Typ Spektralbereichsmodulation erzeugt wird (z.B. der Impulsformer 32A in 3). Da der Verlust mit zunehmendem Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen zunimmt, ist das realisierbare Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen wesentlich begrenzt. Daher ist ein Verfahren zur Vergrößerung des Zeitintervalls zwischen optischen Impulsen wirksam, indem die mittleren Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge bilden, voneinander verschieden gemacht werden, was unten beschrieben wird.
39 ist ein Graph, der Änderungen in einer Zeitwellenform zeigt, wenn die Zeitwellenform mehrfach durch den Impulsformer 32A in einem Fall gesteuert wird, in dem die mittleren Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, zueinander gleich sind. 40 ist ein Graph, der Änderungen in einer Zeitwellenform zeigt, wenn die Zeitwellenform mehrfach durch den Impulsformer 32A in einem Fall gesteuert wird, in dem die mittleren Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, voneinander verschieden sind. In 39 und 40 zeigt (a) die Zeit nach der ersten Wellenformsteuerung, (b) die Zeit nach der zweiten Wellenformsteuerung, (c) die Zeit nach der dritten Wellenformsteuerung und (d) die Zeit nach der vierten Wellenformsteuerung. Wie in (a) bis (d) in 39 gezeigt, werden die Anzahl der optischen Impulse und das Zeitintervall instabil, wenn die Wellenform mehrfach gesteuert wird, wenn die Zentral-Wellenlängen gleich sind. Andererseits wird, wie in (a) bis (d) in 40 gezeigt, bei unterschiedlichen Zentral-Wellenlängen das Zeitintervall allmählich größer (oder kleiner), wenn die Wellenform mehrfach gesteuert wird, während die Anzahl der optischen Impulse beibehalten wird. Da die zentralen Wellenlängen der jeweiligen Impulse unterschiedlich sind, unterscheidet sich außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit jedes optischen Impulses aufgrund der chromatischen Dispersion im optischen Resonator. Daher vergrößert oder verkleinert sich das Impulsintervall zusätzlich zum wellenformgesteuerten Betrag.
Die durch die chromatische Dispersion verursachte Vergrößerung oder Verkleinerung des Zeitintervalls hält jedoch nicht dauerhaft an. (a) bis (c) in 41 sind Graphen, die drei optische Impulse mit unterschiedlichen Zentralwellenlängen zeigen. In (a) bis (c) in 41 zeigt die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) und die horizontale Achse die Wellenlänge (Einheit: nm) an. Die Zentral-Wellenlänge des optischen Impulses in (a) in 41 beträgt 1553 nm, die Zentral-Wellenlänge des optischen Impulses in (b) in 41 beträgt 1550 nm und die Zentral-Wellenlänge des optischen Impulses in (c) in 41 beträgt 1547 nm. In der Simulation zirkulierten die drei optischen Impulse gleichzeitig im optischen Resonator, und als Ergebnis konvergierten die zeitlichen Wellenformen der jeweiligen optischen Impulse zu den in (a) bis (c) in 42 gezeigten Zeitwellenformen. (a) bis (c) in 42 entsprechen jeweils (a) bis (c) in 41. Die Zentral-Wellenlängen der in (a) bis (c) in 42 gezeigten optischen Impulse lagen alle bei 1550 nm.
43 ist ein Graph, der zeigt, wie die Zentral-Wellenlänge jedes optischen Impulses konvergiert. In 43 zeigt ein Graph G31 Änderungen der Zentral-Wellenlänge eines optischen Impulses, dessen anfängliche Zentral-Wellenlänge 1553 nm beträgt. Ein Graph G32 zeigt Änderungen der mittleren Wellenlänge eines optischen Impulses, dessen anfängliche Zentral-Wellenlänge 1550 nm beträgt. Ein Graph G33 zeigt die Änderungen der Zentral-Wellenlänge eines optischen Impulses, dessen anfängliche Zentral-Wellenlänge 1547 nm beträgt. Wie in 43 gezeigt, konvergiert die Zentral-Wellenlänge jedes optischen Impulses bis zu etwa 150 Umläufen auf 1550 nm.
Selbst wenn die Zentral-Wellenlängen von zwei oder mehr optischen Impulsen, die eine optische Impulsfolge bilden, anfänglich unterschiedlich sind, konvergieren die Zentral-Wellenlängen der jeweiligen optischen Impulse allmählich zu einer Wellenlänge, indem die Wellenformsteuerung mehrfach durchgeführt wird. Nach der Konvergenz der Zentral-Wellenlänge nimmt der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen nicht weiter zu oder ab. Darüber hinaus kann die Größe des vergrößerten Zeitintervalls theoretisch aus der Größe der Differenz zwischen den Zentral-Wellenlängen, der chromatischen Dispersion im optischen Resonator und ähnlichem berechnet werden.
44 bis 46 sind Graphen, die die Ergebnisse zeigen, die durch die Durchführung der Wellenformkontrolle für die Umwandlung in drei optische Impulse mit unterschiedlichen Zentralwellenlängen über zehn Umläufe in einer Simulation erhalten wurden. Jede der bis zeigt die zeitliche Wellenform des optischen Impulses, wobei die vertikale Achse die Lichtintensität (beliebige Einheit) und die horizontale Achse die Zeit (Einheit: ps) angibt. (a) in 44 zeigt einen Einzelimpuls (ultrakurz gepulstes Laserlicht Pb) beim 499sten Umlauf (vor der Wellenformumwandlung) . (b) und (c) in 44, (a) bis (c) in 45 und (a) bis (c) in 46 zeigen optische Impulsfolgen beim 500., 501., 502., 503., 504., 508., 509. Bzw. 1000. Umlauf. In dieser Simulation wurde die Wellenformsteuerung kontinuierlich über insgesamt 10 Umläufe vom 500. Umlauf bis zum 509. Umlauf durchgeführt. Das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen bei einer Kontrolle wurde auf 10 ps festgelegt. Die Intensität jedes Impulses wurde angepasst, um die Intensitätsschwankungen der Impulsfolge aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung in der Verstärkungsfaser zu korrigieren.
(a) in 47 ist ein Graph, der Änderungen der Spitzenposition jedes optischen Impulses zeigt, und (b) in 47 ist ein Graph, der einen Teil der 500. bis 510. Umläufe in (a) in 47 in vergrößerter Weise zeigt. In 47 zeigt die vertikale Achse die Spitzenposition (Einheit: ps, die Spitzenposition des zentralen optischen Impulses ist auf 0 gesetzt), und die horizontale Achse zeigt die Anzahl der Umläufe.
Wie in den 44 bis 47 gezeigt, vergrößerte sich das Zeitintervall zwischen den drei optischen Impulsen, die unterschiedliche Zentral-Wellenlängen hatten, jedes Mal, wenn die Wellenformsteuerung wiederholt wurde, und erreichte 100 ps, wie beim 509sten Umlauf vorgesehen. Danach dehnte sich die Zeitwellenform für eine Weile nach dem Ende der Wellenformsteuerung allmählich aus, und der Zeitabstand zwischen den optischen Impulsen hörte bei etwa 600 Umläufen auf, weiter zuzunehmen, und die Spitzenposition jedes optischen Impulses stabilisierte sich. Das Zeitintervall nach der Stabilisierung betrug in dieser Simulation 121 ps. Die Ausdehnung der Zeitwellenform auch nach Beendigung der Wellenformsteuerung ist auf den Einfluss der chromatischen Dispersion (Gruppengeschwindigkeitsdispersion) der optischen Faser im optischen Resonator 20 zurückzuführen. Um das Zeitintervall zwischen den optischen Impulsen genau zu steuern, ist es daher notwendig, die chromatische Dispersion (Gruppengeschwindigkeitsdispersion) zu berücksichtigen. In dieser Simulation wurde die zeitliche Wellenform über mehrere Umläufe gesteuert. Aber auch wenn die Steuerung der Zeitkurvenform nur für einen einzigen Umlauf durchgeführt wird, ist es möglich, den Zeitabstand zwischen den optischen Impulsen aufgrund der chromatischen Dispersion (Gruppengeschwindigkeitsdispersion) zu vergrößern.
Die Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung und das Optikimpuls-Erzeugungsverfahren der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen möglich. Zum Beispiel sind in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Anzahl von zwei oder mehr optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge Pe bilden, und das Zeitintervall dazwischen variabel. Es kann jedoch auch nur die Anzahl der optischen Impulse oder das Zeitintervall variabel sein, oder sowohl die Anzahl der optischen Impulse als auch das Zeitintervall können fest sein.
Obwohl der Impulsformer 32A in der oben beschriebenen Ausführungsform als Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 dargestellt ist, kann die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32 auch durch einen AOPDF (Akustooptischer, programmierbarer dispersiver Filter), eine Kombination aus einem Teiler und einem Verzögerer, einen integrierten Steuerchip oder ähnliches konfiguriert sein.
Der AOPDF ist eine Vorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein akusto-optisches Element enthält. Durch geeignete Beaufschlagung des akusto-optischen Elements mit Schallwellen können das Intensitätsspektrum und das Phasenspektrum des das akusto-optische Element pasierenden Lichts gesteuert werden. Infolgedessen kann der einfallende ultrakurze optische Impuls im Frequenzbereich so gesteuert werden, dass der einfallende ultrakurze optische Impuls in eine optische Impulsfolge umgewandelt werden kann.
48 ist ein schematisches Diagramm, das einen Impulsteiler 32B zeigt, der eine Kombination von Teilern und Verzögerern ist, als ein Beispiel für die Wellenformsteuerungsvorrichtung 32. Der Impulsteiler 32B ist hauptsächlich so konfiguriert, dass er Teiler 371 und 372, Koppler 373 und 374, Verzögerungsleitungen 381 und 382, Dämpfungsglieder (Stärke-Dämpfungsglieder) 391 bis 394 und Spiegel 401 bis 404 umfasst. Wenn ein einzelner optischer Impuls P1 (entsprechend dem ultrakurz gepulsten Laserlicht Pb in 1) in den Impulsteiler 32B eingegeben wird, wird der einzelne optische Impuls P1 durch den Teiler 371 zweigeteilt. Ein geteilter optischer Einzelimpuls P11 durchläuft das Dämpfungsglied 391 und erreicht den Koppler 373. Der andere geteilte optische Einzelimpuls P12 durchläuft die Verzögerungsleitung 381 und das Dämpfungsglied 392 und erreicht den Koppler 373. Diese optischen Einzelimpulse P11 und P12 werden durch den Koppler 373 mit einer Zeitdifferenz durch die Verzögerungsleitung 381 kombiniert, um eine optische Impulsfolge P2 mit zwei optischen Impulsen zu bilden.
Die optische Impulsfolge P2 wird durch den Splitter 372 in zwei Teile geteilt. Eine geteilte optische Impulsfolge P21 durchläuft die Verzögerungsleitung 382 und das Dämpfungsglied 393 und erreicht den Koppler 374. Die andere geteilte optische Impulsfolge P22 durchläuft das Dämpfungsglied 394 und erreicht den Koppler 374. Diese optischen Impulsfolgen P21 und P22 werden vom Koppler 374 mit einer Zeitdifferenz durch die Verzögerungsleitung 382 zu einer optischen Impulsfolge P3 mit vier optischen Impulsen kombiniert. Die optische Impulsfolge P3 wird als die in 1 dargestellte optische Impulsfolge Pe ausgegeben.
Im Impulsteiler 32B ist es möglich, die Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge bilden, zu ändern, indem man die Anzahl der Teiler ändert. Durch Änderung der Verzögerung in der Verzögerungsleitung kann der zeitliche Abstand zwischen den optischen Impulsen, die die optische Impulsfolge bilden, geändert werden.
Der integrierte Steuerchip ist ein miniaturisierter Chip, der z. B. durch die Integration des in 48 gezeigten Impulsteilers 32B, eines optischen Modulators und einer CMOS-Schaltung auf einem einzigen Substrat entsteht.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Ausführungsformen können als optische Impulserzeugungsvorrichtung und optisches Impulserzeugungsverfahren verwendet werden, die in der Lage sind, Laserlicht stabil auszugeben, das eine optische Impulsfolge mit zwei oder mehr zeitlich nahen ultrakurzen optischen Impulsen ist, mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen und einem vorbestimmten Zeitintervall mit guter Reproduzierbarkeit.
Bezugszeichenliste
1A, 1B: Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung, 20: Optischer Resonator, 21: Optisches Verstärkungsmedium, 22: Isolator, 23: Splitter, 24: Sättigbarer Absorber, 25: Koppler, 30: Wellenformsteuereinrichtung, 31: Optischer Pfadschalter, 32: Wellenformsteuerungsvorrichtung, 32A: Impulsformer, 33: Koppler, 34: Wellenformsteuereinrichtung, 35: Polarisationsschalter, 36: Wellenformsteuervorrichtung, 41: Steuergerät für Wellenformsteuerung, 42: Pumplaser, 43: Stromregler, 44: Funktionsgenerator, 45: Splitter, 46: Fotodetektor, 47: Impulsgenerator, 201: erster optischer Pfad, 202: zweiter optischer Pfad, 203: dritter optischer Pfad, 321: Beugungsgitter, 322: Linse, 323: räumlicher Lichtmodulator (SLM), 324: Linse, 325: Beugungsgitter, 326: Modulationsfläche, 327: Modulationsbereich, AA, AB: Richtung, Jd: Treiberstrom, Lout: Laserlicht, Pa: Anregungslicht, Pb: ultrakurz gepulstes Laserlicht, Pc: Licht, Pd: moduliertes Licht, Pe: optische Impulsfolge, Pn: Licht, Pout, Pout1, Pout2: Laserlicht, Sc1, Sc2: Steuersignal, Sd: Detektionssignal, ST14, ST24, ST34: Wellenform-Steuerschritt, ST17, ST27, ST37: Ausgabeschritt, Sy: Synchronisationssignal.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

F. Kurtz et al., „Resonant excitation and all-optical switching of femtosecond soliton molecules“, Nature Photonics, Bd. 14, S. 9-13 [0004]
Zengrun Wen et al., „Effects of spectral filtering on Impulse dynamics in a mode-locked fiber laser with a bandwidth tunable filter“, Journal of the Optical Society of America B, Bd. 36, Ausgabe 4, S. 952-958 [0005]

Claims

Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung, umfassend: einen optischen Resonator vom modengekoppelten Typ, wobei der optische Resonator ein optisches Verstärkungsmedium enthält und so konfiguriert ist, dass er Laserlicht erzeugt, verstärkt und ausgibt; eine Lichtquelle, die optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt und so konfiguriert ist, dass sie Anregungslicht an das optische Verstärkungsmedium liefert; und eine Wellenformsteuereinrichtung, die in dem optischen Resonator angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie eine Zeitwellenform des Laserlichts innerhalb einer vorbestimmten Periode steuert, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält, wobei der optische Resonator die optische Impulsfolge nach der vorbestimmten Periode verstärkt und die verstärkt seiende optische Impulsfolge als das Laserlicht ausgibt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Anzahl der zwei oder mehr optischen Impulse und ein Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen variabel sind.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Anzahl der zwei oder mehr optischen Impulse variabel ist, eine Lichtintensität des Anregungslichts variabel ist und die Lichtintensität des Anregungslichts mit zunehmender Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge bilden, zunimmt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wellenformsteuereinrichtung beinhaltet: einen optischen Pfadschalter mit mindestens einem Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüssen; und eine Wellenformsteuerungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die zeitliche Wellenform des Laserlichts steuert, um das Laserlicht in die optische Impulsfolge umzuwandeln, der optische Resonator beinhaltet: einen ersten optischen Pfad, dessen eines Ende optisch mit dem einen Eingangsanschluss des optischen Pfadschalters gekoppelt ist; einen zweiten optischen Pfad, dessen eines Ende optisch mit einem der Ausgangsports des optischen Pfadschalters und dessen anderes Ende optisch mit einem anderen Ende des ersten optischen Pfades gekoppelt ist; und einen dritten optischen Pfad, dessen eines Ende optisch mit einem anderen der Ausgangsports des optischen Pfadschalters und dessen anderes Ende optisch mit einem anderen Ende des ersten optischen Pfades gekoppelt ist, das optische Verstärkungsmedium auf dem ersten optischen Pfad angeordnet ist, die Wellenformsteuerungsvorrichtung auf dem dritten optischen Pfad angeordnet ist, und der optische Pfadschalter den dritten optischen Pfad in der vorbestimmten Periode auswählt und den zweiten optischen Pfad in einer anderen Periode auswählt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, ferner umfassend: einen Fotodetektor, der optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er das vom optischen Resonator ausgegebene Licht detektiert, um ein elektrisches Detektionssignal zu erzeugen; und eine Schaltsteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie den optischen Pfadschalter steuert, wobei die Schaltsteuerung einen Zeitpunkt für die Auswahl des dritten optischen Pfades auf Basis des Detektionssignals vom Fotodetektor bestimmt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wellenformsteuerung umfasst: einen Polarisationsschalter, der in dem optischen Resonator angeordnet und so konfiguriert ist, dass er eine Polarisationsebene des Laserlichts steuert; und eine Wellenformsteuerungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Zeitwellenform des Laserlichts steuert, um das Laserlicht in die optische Impulsfolge umzuwandeln, wenn das Laserlicht eine erste Polarisationsebene hat, wobei die Wellenformsteuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Zeitwellenform des Laserlichts nicht steuert, wenn das Laserlicht eine zweite Polarisationsebene hat, die sich von der ersten Polarisationsebene unterscheidet, und der Polarisationsschalter die Polarisationsebene des Laserlichts in der vorbestimmten Periode auf die erste Polarisationsebene einstellt und die Polarisationsebene des Laserlichts in einer anderen Periode auf die zweite Polarisationsebene einstellt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, ferner umfassend: einen Fotodetektor, der optisch mit dem optischen Resonator gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er das vom optischen Resonator ausgegebene Licht detektiert, um ein elektrisches Detektionssignal zu erzeugen; und eine Schaltsteuerung, die zur Steuerung des Polarisationsschalters konfiguriert ist, wobei die Schaltsteuerung einen Zeitpunkt zum Einstellen der Polarisationsebene des Laserlichts auf die erste Polarisationsebene auf Basis des Detektionssignals aus dem Fotodetektor bestimmt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der optische Resonator das Laserlicht als Einzelimpuls vor der vorbestimmten Periode erzeugt, und die Wellenformsteuereinrichtung umfasst: ein Spektralelement zur spektralen Beugung des Laserlichts; einen räumlichen Lichtmodulator, der so konfiguriert ist, dass er ein Intensitätsspektrum und/oder ein Phasenspektrum des Laserlichts nach spektraler Beugung moduliert, um das Laserlicht in die optische Impulsfolge umzuwandeln, wobei der räumliche Lichtmodulator moduliertes Licht ausgibt; und ein optisches System, das so konfiguriert ist, dass es das modulierte Licht bündelt und die optische Impulsfolge ausgibt.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der optische Resonator eine kontinuierliche Welle als das Laserlicht vor der vorbestimmten Periode erzeugt, und die Wellenformsteuereinrichtung das Laserlicht in die optische Impulsfolge umwandelt, indem er die Intensität des Laserlichts moduliert.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zentral-Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuereinrichtung miteinander übereinstimmen.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zentral-Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuereinrichtung voneinander verschieden sind.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die zeitliche Wellenform des Laserlichts nur einmal in der vorgegebenen Periode gesteuert wird.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die zeitliche Wellenform des Laserlichts mehrmals in der vorbestimmten Periode gesteuert wird.
Optikimpuls-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen 10 Femtosekunden oder mehr und 10 Nanosekunden oder weniger beträgt.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren, umfassend: Durchführen einer Laserlichterzeugung von Erzeugung und Verstärkung von Laserlicht in einem optischen Resonator des modengekoppelten Typs durch Anlegen von Anregungslicht an ein optisches Verstärkungsmedium in dem optischen Resonator; Durchführen einer Wellenformsteuerung zum Steuern einer Zeitwellenform des Laserlichts in dem optischen Resonator innerhalb einer vorbestimmten Periode, um das Laserlicht in eine optische Impulsfolge umzuwandeln, die zwei oder mehr optische Impulse innerhalb einer Periode des optischen Resonators enthält; und Durchführen einer Ausgabe der Verstärkung der optischen Impulsfolge in dem optischen Resonator nach der vorbestimmten Periode und Ausgeben der verstärkten optischen Impulsfolge als Laserlicht nach außerhalb des optischen Resonators.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß Anspruch 15, wobei nach der Ausgabe mindestens eine der Anzahl der zwei oder mehr optischen Impulse und ein Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen geändert wird, um die Wellenformsteuerung und die Ausgabe zu wiederholen.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß Anspruch 16, wobei am Ausgang die Lichtintensität des Anregungslichts, das an dem optischen Verstärkungsmedium angelegt wird, mit zunehmender Anzahl der optischen Impulse, die die optische Impulsfolge bilden, zunimmt.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß Anspruch 17, wobei vor der Wiederholung der Wellenformsteuerung nach der Ausgabe die Anzahl der optischen Impulse auf einen reduziert wird, indem die Lichtintensität des Anregungslichts, das an das optische Verstärkungsmedium angelegt wird, von einer Größe, die der Anzahl von optischen Impulsen entspricht, die die optische Impulsfolge bilden, auf eine Größe geändert wird, die einem optischen Impuls entspricht, und ein optischer Impuls als das Laserlicht in dem optischen Resonator verstärkt wird.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Zentral-Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuerung miteinander übereinstimmen.
Verfahren zur Erzeugung optischer Impulse gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Zentral-Wellenlängen der zwei oder mehr optischen Impulse unmittelbar nach der Umwandlung durch die Wellenformsteuerung voneinander verschieden sind.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die zeitliche Wellenform des Laserlichts nur einmal in der vorgegebenen Periode gesteuert wird.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß Anspruch 20, wobei die zeitliche Wellenform des Laserlichts mehrmals in der vorbestimmten Periode gesteuert wird.
Optikimpuls-Erzeugungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei ein Zeitintervall zwischen den zwei oder mehr optischen Impulsen 10 Femtosekunden oder mehr und 10 Nanosekunden oder weniger beträgt.