JP2000214500A - 光パルス幅圧縮装置 - Google Patents
光パルス幅圧縮装置Info
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- JP2000214500A JP2000214500A JP11017140A JP1714099A JP2000214500A JP 2000214500 A JP2000214500 A JP 2000214500A JP 11017140 A JP11017140 A JP 11017140A JP 1714099 A JP1714099 A JP 1714099A JP 2000214500 A JP2000214500 A JP 2000214500A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮す
る光パルス幅圧縮装置を経済的かつ簡便な方法で提供す
る。 【解決手段】 光パルス幅圧縮装置は、入射光パルスの
波長を二光子吸収するガス（例えば、希ガス類）を充填
した中空光ファイバ１と、入射光パルスＬI を入射する
ために集光する球面反射鏡２と、出射パルスＬO を平行
光束で取り出す球面反射鏡３と、中空光ファイバ１に上
記ガスを充填させるためのガス充填容器４と、ガスの圧
力を調整する圧力調整バルブ５とを有する。ガス充填容
器４には光パルスが入射する光パルス入射窓６と、二光
子吸収によりパルス幅圧縮された光パルスＬO が出射す
る光パルス出射窓７とが設けられる。短パルス光ＬI を
希ガスを充填した中空ファイバ１に入射させて励振さ
せ、中空ファイバ１を伝搬した光パルスを取り出すの
で、高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮できる。
る光パルス幅圧縮装置を経済的かつ簡便な方法で提供す
る。 【解決手段】 光パルス幅圧縮装置は、入射光パルスの
波長を二光子吸収するガス（例えば、希ガス類）を充填
した中空光ファイバ１と、入射光パルスＬI を入射する
ために集光する球面反射鏡２と、出射パルスＬO を平行
光束で取り出す球面反射鏡３と、中空光ファイバ１に上
記ガスを充填させるためのガス充填容器４と、ガスの圧
力を調整する圧力調整バルブ５とを有する。ガス充填容
器４には光パルスが入射する光パルス入射窓６と、二光
子吸収によりパルス幅圧縮された光パルスＬO が出射す
る光パルス出射窓７とが設けられる。短パルス光ＬI を
希ガスを充填した中空ファイバ１に入射させて励振さ
せ、中空ファイバ１を伝搬した光パルスを取り出すの
で、高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高出力短パルス光
を効率良くパルス幅圧縮する光パルス幅圧縮装置に関す
る。
を効率良くパルス幅圧縮する光パルス幅圧縮装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光パルスのパルス幅圧縮の基本的な原理
は、既に解明されており、周波数を時間的に変化させた
（チャーピング）単一パルスを、そのチャーピング特性
を補正する装置、あるいは媒質中に伝搬させることによ
り、そのパルス幅を圧縮できることを利用している。
は、既に解明されており、周波数を時間的に変化させた
（チャーピング）単一パルスを、そのチャーピング特性
を補正する装置、あるいは媒質中に伝搬させることによ
り、そのパルス幅を圧縮できることを利用している。
【０００３】チャーピング特性の補正後のパルス幅（Δ
τ）とスぺクトル幅（Δω）の関係は、フーリェ変換か
ら、
τ）とスぺクトル幅（Δω）の関係は、フーリェ変換か
ら、
【０００４】
【数１】 Δω・Δτ ＞ Ｋ （１） が成り立つ。ここで、Ｋは定数でパルス時間波形の関数
により決まる値である。この関係式で等号が成り立つと
きは、フーリェ変換限界パルスと呼んでいる。
により決まる値である。この関係式で等号が成り立つと
きは、フーリェ変換限界パルスと呼んでいる。
【０００５】上記関係式（１）から理解できるように、
超短光パルスを発生させるためには、スぺクトル幅の広
いことが不可欠である。通常の短パルス光発生において
は、スぺクトル幅が広く、かつ、パルス時間内で光周波
数（波長）が線形に変化するチャーピング特性を持つパ
ルスを作成し、その後、そのチャーピング特性を補正す
るパルス圧縮器を用いてパルス幅を狭くしている。パル
ス圧縮方法として、これまで、１）プリズム対、２）回
折格子対、３）１．５μｍ帯における光ファイバによる
ソリトン圧縮法が良く知られている。
超短光パルスを発生させるためには、スぺクトル幅の広
いことが不可欠である。通常の短パルス光発生において
は、スぺクトル幅が広く、かつ、パルス時間内で光周波
数（波長）が線形に変化するチャーピング特性を持つパ
ルスを作成し、その後、そのチャーピング特性を補正す
るパルス圧縮器を用いてパルス幅を狭くしている。パル
ス圧縮方法として、これまで、１）プリズム対、２）回
折格子対、３）１．５μｍ帯における光ファイバによる
ソリトン圧縮法が良く知られている。
【０００６】図６に、上記１）のプリズム対、並びに、
上記２）の回折格子対を用いた従来の光パルス幅圧縮装
置の構成例を示す。図６の（ａ）は、プリズムを用いた
場合であって、チャーピングした光パルスＬI が第１の
プリズム１１に入射すると波長分散により、このプリズ
ム１１からの光パルスは波長毎にプリズム１１の空間的
に異なる角度で出射する。即ち、波長毎に次のプリズム
１２に入射するまでの空間距離が異なるため、波長の異
なるパルスの先端部と後端部の時間差を空間伝搬距離の
量の差（３００μｍの空間伝搬時間は１００ｆｓ（フェ
ムト秒））で調整し、先端部と後端部の時間差を補正す
ることにより、第２のプリズム１２を出射した光パルス
ＬO のパルス幅を狭くするこができる。
上記２）の回折格子対を用いた従来の光パルス幅圧縮装
置の構成例を示す。図６の（ａ）は、プリズムを用いた
場合であって、チャーピングした光パルスＬI が第１の
プリズム１１に入射すると波長分散により、このプリズ
ム１１からの光パルスは波長毎にプリズム１１の空間的
に異なる角度で出射する。即ち、波長毎に次のプリズム
１２に入射するまでの空間距離が異なるため、波長の異
なるパルスの先端部と後端部の時間差を空間伝搬距離の
量の差（３００μｍの空間伝搬時間は１００ｆｓ（フェ
ムト秒））で調整し、先端部と後端部の時間差を補正す
ることにより、第２のプリズム１２を出射した光パルス
ＬO のパルス幅を狭くするこができる。
【０００７】図６の（ｂ）に示す回折格子対１３、１４
の場合も基本的には、同じ原理であり、周波数（波長）
毎の空間伝搬距離を調整することにより、チャーピング
した入射光パルスのパルス幅を圧縮することができる。
の場合も基本的には、同じ原理であり、周波数（波長）
毎の空間伝搬距離を調整することにより、チャーピング
した入射光パルスのパルス幅を圧縮することができる。
【０００８】一方、上記の３）の方法として、通常の石
英光ファイバの非線形屈折率効果と１．５μｍ帯の異常
分散とからもたらされる光パルスの非線形伝搬に伴うパ
ルス圧縮法が提案されている。この方法は、強度の大き
い光パルスを光ファイバに入射したとき、光ファイバの
自己位相変調効果により、光パルスの先端部では、波長
が長波長側にシフトし、一方、光パルスの後端部では短
波長側にシフトする現象を利用している。特に、１．５
μｍ帯では異常分散領域であるため、先端部の光パルス
の速度は遅く、一方、後端部の光パルスの速度は早くな
り、このことにより、パルス幅の圧縮が起きる。即ち、
上記の３）の方法は、光ファイバの非線形効果を積極的
に用いる方法であって、光ファイバ内でチャーピング光
を作るとともに、パルス圧縮を伝搬に伴い行っているも
のである。
英光ファイバの非線形屈折率効果と１．５μｍ帯の異常
分散とからもたらされる光パルスの非線形伝搬に伴うパ
ルス圧縮法が提案されている。この方法は、強度の大き
い光パルスを光ファイバに入射したとき、光ファイバの
自己位相変調効果により、光パルスの先端部では、波長
が長波長側にシフトし、一方、光パルスの後端部では短
波長側にシフトする現象を利用している。特に、１．５
μｍ帯では異常分散領域であるため、先端部の光パルス
の速度は遅く、一方、後端部の光パルスの速度は早くな
り、このことにより、パルス幅の圧縮が起きる。即ち、
上記の３）の方法は、光ファイバの非線形効果を積極的
に用いる方法であって、光ファイバ内でチャーピング光
を作るとともに、パルス圧縮を伝搬に伴い行っているも
のである。
【０００９】上述したこれらの従来方法は、光パルスエ
ネルギーの小さい光パルス幅の庄縮に一般的に用いられ
ている。しかしながら、入射光パルスのエネルギーが大
き場合には、プリズム対、あるいは光ファイバを用いた
構成はそのガラス材料への損傷が発生するため、使用す
ることができない。また、回折格子対を用いた構成の場
合でも、入射光パルスの光強度が大きい場合には、回折
格子対に損傷を与える恐れがあるので、光パルスのビー
ム径を大きくして、損傷をさける方法が用いられてい
る。しかしながら、ビーム径を大きくした場合には、回
折格子対自体の精度と同時に光学軸の精密な調整が必要
となり、必ずしも経済的かつ簡便な方法とはなっていな
い。
ネルギーの小さい光パルス幅の庄縮に一般的に用いられ
ている。しかしながら、入射光パルスのエネルギーが大
き場合には、プリズム対、あるいは光ファイバを用いた
構成はそのガラス材料への損傷が発生するため、使用す
ることができない。また、回折格子対を用いた構成の場
合でも、入射光パルスの光強度が大きい場合には、回折
格子対に損傷を与える恐れがあるので、光パルスのビー
ム径を大きくして、損傷をさける方法が用いられてい
る。しかしながら、ビーム径を大きくした場合には、回
折格子対自体の精度と同時に光学軸の精密な調整が必要
となり、必ずしも経済的かつ簡便な方法とはなっていな
い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように、高出力短
パルスレーザ光のパルス幅の圧縮に、通常のガラスファ
イバの光非線形性を用いた方法では、高出力短パルスレ
ーザ光の入射光強度が大きいので光ファイバの損傷が生
じて利用できず、また、プリズム対を用いた方法も媒質
（プリズム）に損傷が発生するので用いることができな
い。そのため、大きな寸法の回折格子対を用いることが
不可欠であったが、高精度の大きな回折格子対は高価で
あるばかりでなく、回折格子対の光軸調整が極めて難し
いという点があった。
パルスレーザ光のパルス幅の圧縮に、通常のガラスファ
イバの光非線形性を用いた方法では、高出力短パルスレ
ーザ光の入射光強度が大きいので光ファイバの損傷が生
じて利用できず、また、プリズム対を用いた方法も媒質
（プリズム）に損傷が発生するので用いることができな
い。そのため、大きな寸法の回折格子対を用いることが
不可欠であったが、高精度の大きな回折格子対は高価で
あるばかりでなく、回折格子対の光軸調整が極めて難し
いという点があった。
【００１１】本発明の目的は、従来技術の上記のような
課題に鑑み、高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮
する光パルス幅圧縮装置を経済的かつ簡便な方法で実現
することにある。
課題に鑑み、高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮
する光パルス幅圧縮装置を経済的かつ簡便な方法で実現
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の光パルス幅圧縮装置の発明は、光パルス
を入射する光パルス入射ポートと、該光パルス入射ポー
トから入射した入射光パルスの波長を二光子吸収するガ
スを充填した中空光ファイバーと、該二光子吸収により
パルス幅圧縮された光パルスを出射する光パルス出射ポ
ートとを有することを特徴とする。
め、請求項１の光パルス幅圧縮装置の発明は、光パルス
を入射する光パルス入射ポートと、該光パルス入射ポー
トから入射した入射光パルスの波長を二光子吸収するガ
スを充填した中空光ファイバーと、該二光子吸収により
パルス幅圧縮された光パルスを出射する光パルス出射ポ
ートとを有することを特徴とする。
【００１３】ここで、好ましくは、前記ガスは希ガス類
である。
である。
【００１４】また、好ましくは、前記ガスはＣｓガスで
ある。
ある。
【００１５】また、好ましくは、前記入射光パルスの波
長は前記ガスの二光子吸収波長よりも若干短波長であ
る。
長は前記ガスの二光子吸収波長よりも若干短波長であ
る。
【００１６】上記構成により、本発明によれば、短パル
ス光を希ガスを充填した中空ファイバに入射させて励振
させ、中空ファイバを伝搬した光パルスを取り出すの
で、高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮できる。
ス光を希ガスを充填した中空ファイバに入射させて励振
させ、中空ファイバを伝搬した光パルスを取り出すの
で、高出力短光パルスを効率良くパルス幅圧縮できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明の一実施形態の光パルス幅圧
縮装置の構成を示す。ここで、１は入射光パルスの波長
を二光子吸収するガス（例えば、希ガス類）を充填した
中空光ファイバ、２は入射光パルスＬI を集光する球面
反射鏡、３は出射パルスＬOを平行光束にする球面反射
鏡、４は中空光ファイバ１を内部に保持して上記ガスを
充填させるためのガス充填容器、５はガス充填容器４の
ガス導入管に取り付けられてガスの圧力を調整する圧力
調整バルブである。また、６はガス充填容器４の一端に
設けられて光パルスを入射する光パルス入射窓、７はガ
ス充填容器４の他端に設けられて二光子吸収によりパル
ス幅圧縮された光パルスＬO を出射する光パルス出射窓
である。
縮装置の構成を示す。ここで、１は入射光パルスの波長
を二光子吸収するガス（例えば、希ガス類）を充填した
中空光ファイバ、２は入射光パルスＬI を集光する球面
反射鏡、３は出射パルスＬOを平行光束にする球面反射
鏡、４は中空光ファイバ１を内部に保持して上記ガスを
充填させるためのガス充填容器、５はガス充填容器４の
ガス導入管に取り付けられてガスの圧力を調整する圧力
調整バルブである。また、６はガス充填容器４の一端に
設けられて光パルスを入射する光パルス入射窓、７はガ
ス充填容器４の他端に設けられて二光子吸収によりパル
ス幅圧縮された光パルスＬO を出射する光パルス出射窓
である。
【００１９】短パルス光ＬI を第１の球面反射鏡２によ
り、希ガスを充填した中空ファイバ１に入射させて励振
させ、中空ファイバ１を伝搬した光パルスを第2 の球面
反射鏡３により取り出す。尚、球面反射鏡２、３は入射
レーザ光ＬI の強度が小さい場合には、必ずしも使用す
る必要はない。また、圧力を調整するバルブ５は最適な
圧力に希ガス充填終了後は、必要はない。
り、希ガスを充填した中空ファイバ１に入射させて励振
させ、中空ファイバ１を伝搬した光パルスを第2 の球面
反射鏡３により取り出す。尚、球面反射鏡２、３は入射
レーザ光ＬI の強度が小さい場合には、必ずしも使用す
る必要はない。また、圧力を調整するバルブ５は最適な
圧力に希ガス充填終了後は、必要はない。
【００２０】次に、図１の光パルス幅圧縮器の動作原理
を述べる。使用する希ガスとして、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ等があるが、ここでは、一例として、Ｘｅガ
スについて詳細な検討結果を述べる。
を述べる。使用する希ガスとして、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ等があるが、ここでは、一例として、Ｘｅガ
スについて詳細な検討結果を述べる。
【００２１】図２はＸｅのエネルギー準位図である。基
底状態５Ｐ6 と励起状態５Ｐ5 ６Ｐ状態に着目するとそ
の遷移周波数はω02で、その遷移エネルギーは約１０ｅ
Ｖである。したがって、このエネルギー準位間では、Ｘ
ｅガスは波長約１２５ｎｍの光波を吸収する。一方、非
線型光学効果である二光子吸収効果を用いると、上記エ
ネルギー準位間に対応する光波の波長の半分の波長の光
波が吸収される。即ち、波長約２５０ｎｍの光波がＸｅ
によって吸収されることになる。
底状態５Ｐ6 と励起状態５Ｐ5 ６Ｐ状態に着目するとそ
の遷移周波数はω02で、その遷移エネルギーは約１０ｅ
Ｖである。したがって、このエネルギー準位間では、Ｘ
ｅガスは波長約１２５ｎｍの光波を吸収する。一方、非
線型光学効果である二光子吸収効果を用いると、上記エ
ネルギー準位間に対応する光波の波長の半分の波長の光
波が吸収される。即ち、波長約２５０ｎｍの光波がＸｅ
によって吸収されることになる。
【００２２】一般的に、二光子吸収の吸収係数は小さ
く、吸収効率の向上には、遷移エネルギーの中間のエネ
ルギーに励起エネルギーが存在することが重要であり、
Ｘｅの場合、基底状態から８．４ｅＶに５Ｐ5 ６Ｓエネ
ルギー準位が存在するために、二光子吸収係数は大きく
なることが期待できる。さらに、一般に、ガス中に光強
度の大きいレーザ光が入射すると、そのガスの屈折率が
変化する非線形効果が発生する。
く、吸収効率の向上には、遷移エネルギーの中間のエネ
ルギーに励起エネルギーが存在することが重要であり、
Ｘｅの場合、基底状態から８．４ｅＶに５Ｐ5 ６Ｓエネ
ルギー準位が存在するために、二光子吸収係数は大きく
なることが期待できる。さらに、一般に、ガス中に光強
度の大きいレーザ光が入射すると、そのガスの屈折率が
変化する非線形効果が発生する。
【００２３】他方、希ガスが充填されていない中空光フ
ァイバ内の光波の伝搬特性については、既に解明されて
おり、通常の通信用の光ファイバと異なり、光波が中空
ファイバの管壁での全反射を繰り返しながら伝搬する
時、光波が伝搬する領域の屈折率が中空ファイバの構成
材科よりも小さいため、伝搬損失が生じる。そのため、
長い距離の伝搬には適していないが、基本モードである
ＥＨ11モードでは、数ｍ程度の伝搬には殆どその伝搬損
失は無視できる。尚、希ガスを中空光ファイバに充填し
ても、充填することによる屈折率の変化は少ないので伝
搬特性は変化しない。したがって、中空光ファイバ伝搬
時における空間モードはー定で、ＥＨ11であるとみなす
ことができる。
ァイバ内の光波の伝搬特性については、既に解明されて
おり、通常の通信用の光ファイバと異なり、光波が中空
ファイバの管壁での全反射を繰り返しながら伝搬する
時、光波が伝搬する領域の屈折率が中空ファイバの構成
材科よりも小さいため、伝搬損失が生じる。そのため、
長い距離の伝搬には適していないが、基本モードである
ＥＨ11モードでは、数ｍ程度の伝搬には殆どその伝搬損
失は無視できる。尚、希ガスを中空光ファイバに充填し
ても、充填することによる屈折率の変化は少ないので伝
搬特性は変化しない。したがって、中空光ファイバ伝搬
時における空間モードはー定で、ＥＨ11であるとみなす
ことができる。
【００２４】このような、Ｘｅガスを充填した図１の中
空ファイバ１を伝搬する光パルスの伝搬特性は、上で述
べた非線形性を取り込んだ非線形シュレジンガーの方程
式で記述できる。即ち、入射光パルス振幅時間波形とし
て、次式（２）を用いることができる。
空ファイバ１を伝搬する光パルスの伝搬特性は、上で述
べた非線形性を取り込んだ非線形シュレジンガーの方程
式で記述できる。即ち、入射光パルス振幅時間波形とし
て、次式（２）を用いることができる。
【００２５】
【数２】 Ａ（０、τ）＝Ｎｓｅｃｈ（τ／τ0 ）ｅｘｐ（−ｉＣτ2 ／２τ0 2）（２） ここで、Ｎは振幅強度、τは時間、τ0 は光パルス幅／
１．７７６である。Ｃは、光パルスのチャーピング特性
を示すパラメータであり、ｓｅｃｈはセカンド・ハイパ
ボリック（関数）を表わす。
１．７７６である。Ｃは、光パルスのチャーピング特性
を示すパラメータであり、ｓｅｃｈはセカンド・ハイパ
ボリック（関数）を表わす。
【００２６】中空ファイバ１に入射する入射光パルスの
波長は、Ｘｅの二光子吸収波長にはぼ対応している。上
記（２）式の入射光パルス波形に対して非線形シュレジ
ンガーの方程式を用いて解析した入射光パルスのＸｅ充
填中空光ファイバ伝搬特性の計算結果を図３に示す。こ
こで、中空光ファイバ１のＸｅの圧力は１０気圧であ
り、中空ファイバ１の長さは１２ｃｍである。また、中
空ファイバ１の材料には屈折率が１．５２のガラスを考
えた。中空ファイバ１の内径は１４０μｍである。入射
光パルスエネルギーは２１μＪ（マイクロ・ジュール）
とし、励起波長２４０ｎｍと２６０ｎｍについての計算
結果を示した。
波長は、Ｘｅの二光子吸収波長にはぼ対応している。上
記（２）式の入射光パルス波形に対して非線形シュレジ
ンガーの方程式を用いて解析した入射光パルスのＸｅ充
填中空光ファイバ伝搬特性の計算結果を図３に示す。こ
こで、中空光ファイバ１のＸｅの圧力は１０気圧であ
り、中空ファイバ１の長さは１２ｃｍである。また、中
空ファイバ１の材料には屈折率が１．５２のガラスを考
えた。中空ファイバ１の内径は１４０μｍである。入射
光パルスエネルギーは２１μＪ（マイクロ・ジュール）
とし、励起波長２４０ｎｍと２６０ｎｍについての計算
結果を示した。
【００２７】図３の（ａ），（ｂ）および図３の（ｃ)
，（ｄ）は、中空ファイバ伝搬前後における励起波長
２４０ｎｍ、２６０ｎｍのパルス時間波形、並びに、ス
ペクトル特性の結果を示す。図３の（ａ），（ｃ）中の
Ａは、入射光パルスの時間波形であり、１００ｆｓ（フ
ェムト秒）とした。同図中のＢは、Ｘｅガス充填の中空
ファイバ１を伝搬後の出射光パルスの時間波形である。
図３の（ｂ），（ｄ）中のＡ，Ｂはそれぞれ入射光スペ
クトル、出射光スペクトルに対応している。
，（ｄ）は、中空ファイバ伝搬前後における励起波長
２４０ｎｍ、２６０ｎｍのパルス時間波形、並びに、ス
ペクトル特性の結果を示す。図３の（ａ），（ｃ）中の
Ａは、入射光パルスの時間波形であり、１００ｆｓ（フ
ェムト秒）とした。同図中のＢは、Ｘｅガス充填の中空
ファイバ１を伝搬後の出射光パルスの時間波形である。
図３の（ｂ），（ｄ）中のＡ，Ｂはそれぞれ入射光スペ
クトル、出射光スペクトルに対応している。
【００２８】図３の（ａ），（ｂ）から、励起波長が２
４０ｎｍの場合には、その伝搬後の光パルス波形Ｂは、
スペクトル幅が広がると共に、明らかにパルスが約１５
ｆｓにせばまり、光ピーク強度が非常に大きくなってい
ることが分かる。しかしながら、図３の（ｃ) に示すよ
うに、入射光パルス（波形Ａ）の励起波長が２６０ｎｍ
では、Ｘｅガス充填の中空ファイバ１を伝搬後の出射光
パルス（波形Ｂ）のパルス幅はむしろ広がった。このこ
とは、二光子吸収における非線形屈折率が二光子吸収の
共鳴波長（Ｘｅの場合は、約２５０ｎｍ）を中心に短波
長側では負になるのに対して、長波長側では正になり、
中空光ファイバの分散特性によるパルス広がり効果を前
者では補正するのに対して、後者の条件ではその効果が
無いことに起因している。
４０ｎｍの場合には、その伝搬後の光パルス波形Ｂは、
スペクトル幅が広がると共に、明らかにパルスが約１５
ｆｓにせばまり、光ピーク強度が非常に大きくなってい
ることが分かる。しかしながら、図３の（ｃ) に示すよ
うに、入射光パルス（波形Ａ）の励起波長が２６０ｎｍ
では、Ｘｅガス充填の中空ファイバ１を伝搬後の出射光
パルス（波形Ｂ）のパルス幅はむしろ広がった。このこ
とは、二光子吸収における非線形屈折率が二光子吸収の
共鳴波長（Ｘｅの場合は、約２５０ｎｍ）を中心に短波
長側では負になるのに対して、長波長側では正になり、
中空光ファイバの分散特性によるパルス広がり効果を前
者では補正するのに対して、後者の条件ではその効果が
無いことに起因している。
【００２９】図４の（ａ），（ｂ）には、図３と同ー条
件のもとで、波長２４０ｎｍの入射光パルスの伝搬に伴
う、時間波形とスぺクトルの伝搬に伴う変化を示す。図
４から明らかに、中空ファイバ１内での光パルスの伝搬
に伴い、その光パルスのパルス幅が庄縮される振る舞い
と（図４の（ｂ）参照）、それに対応して光パルスのス
ペクトル幅が広くなっていく様子（図４の（ａ）参照）
が理解される。
件のもとで、波長２４０ｎｍの入射光パルスの伝搬に伴
う、時間波形とスぺクトルの伝搬に伴う変化を示す。図
４から明らかに、中空ファイバ１内での光パルスの伝搬
に伴い、その光パルスのパルス幅が庄縮される振る舞い
と（図４の（ｂ）参照）、それに対応して光パルスのス
ペクトル幅が広くなっていく様子（図４の（ａ）参照）
が理解される。
【００３０】また、入射光パルスのチャーピング特性を
変化させた時の出力光パルス時間波形の変化を図５に示
す。実線は入射光パルスの時間波形であり、上記（２）
式を表わすチャーピング特性を示すパラメータＣを変化
させると、出力光パルスの時間波形が変化することが分
かる。しかしながら、出力パルスのパルス幅は、どの場
合にも入射光パルスに比べて狭くなっており、パルス圧
縮効果が現われている。
変化させた時の出力光パルス時間波形の変化を図５に示
す。実線は入射光パルスの時間波形であり、上記（２）
式を表わすチャーピング特性を示すパラメータＣを変化
させると、出力光パルスの時間波形が変化することが分
かる。しかしながら、出力パルスのパルス幅は、どの場
合にも入射光パルスに比べて狭くなっており、パルス圧
縮効果が現われている。
【００３１】
【表１】
【００３２】上記の表１に、上記の伝搬特性の計算に用
いた基本パラメータを示す。図３から図５に示した計算
結果から、Ｘｅガス充填中空光ファイバ１に短光パルス
を入射し、特定の距離を伝搬させることにより、パルス
幅が圧縮されることが分かる。そのときの入射パルスの
波長は、二光子吸収波長よりも短波長であることが必要
とされる。
いた基本パラメータを示す。図３から図５に示した計算
結果から、Ｘｅガス充填中空光ファイバ１に短光パルス
を入射し、特定の距離を伝搬させることにより、パルス
幅が圧縮されることが分かる。そのときの入射パルスの
波長は、二光子吸収波長よりも短波長であることが必要
とされる。
【００３３】尚、上記解析は、Ｘｅガスを用いた場合で
あるが、他の希ガス、あるいはＣｓガス等においても本
発明は適用できる。下記の表２に、本光パルス幅圧縮器
に使用可能なガス類の二光子吸収特性を示す。
あるが、他の希ガス、あるいはＣｓガス等においても本
発明は適用できる。下記の表２に、本光パルス幅圧縮器
に使用可能なガス類の二光子吸収特性を示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
希ガス類あるいはCsガス等を充填した中空光ファイバに
光パルスを入射させることでパルス幅圧縮を実現するの
で、高出カ光パルスのパルス幅を圧縮するのに従来障害
となっていた大きな回折格子を用いる場合の経済性の問
題や、その回折格子の光学軸の高度な調整の必要性の問
題等を解決することができ、高出力短光パルスを効率良
くパルス幅圧縮する光パルス幅圧縮装置を経済的かつ簡
便な方法で提供できる。従って、本発明によれば、簡便
な高出力超短光パルスの発生の実現に多大の効果を発揮
することができる。
希ガス類あるいはCsガス等を充填した中空光ファイバに
光パルスを入射させることでパルス幅圧縮を実現するの
で、高出カ光パルスのパルス幅を圧縮するのに従来障害
となっていた大きな回折格子を用いる場合の経済性の問
題や、その回折格子の光学軸の高度な調整の必要性の問
題等を解決することができ、高出力短光パルスを効率良
くパルス幅圧縮する光パルス幅圧縮装置を経済的かつ簡
便な方法で提供できる。従って、本発明によれば、簡便
な高出力超短光パルスの発生の実現に多大の効果を発揮
することができる。
【図１】本発明の一実施形態における光パルス幅圧縮装
置の基本構成を示す模式図である。
置の基本構成を示す模式図である。
【図２】Ｘｅガスのエネルギー準位を示す特性図であ
る。
る。
【図３】Ｘｅガス充填中空ファイバ伝搬における入・出
射光パルスの時間波形とスぺクトル変化を示す特性図で
ある。
射光パルスの時間波形とスぺクトル変化を示す特性図で
ある。
【図４】Ｘｅガス充填中空ファイバ伝搬時のパルス幅
（ｂ）、スぺクトル変化（ａ）を示す特性図である。
（ｂ）、スぺクトル変化（ａ）を示す特性図である。
【図５】Ｘｅガス充填中空ファイバ伝搬後の光パルス波
形のチャーピング特性依存性を示す特性図である。
形のチャーピング特性依存性を示す特性図である。
【図６】従来の光パルス幅圧縮装置の構成例を示す光路
図である。
図である。
１ 中空光ファイバ（希ガス充填ずみ） ２、３ 球面反射鏡 ４ ガス充填容器 ５ 圧力調整バルブ １１、１２ プリズム １３、１４ 回折格子
Claims (4)
- 【請求項１】 光パルスを入射する光パルス入射ポート
と、 該光パルス入射ポートから入射した入射光パルスの波長
を二光子吸収するガスを充填した中空光ファイバーと、 該二光子吸収によりパルス幅圧縮された光パルスを出射
する光パルス出射ポートとを有することを特徴とする光
パルス幅圧縮装置。 - 【請求項２】 前記ガスは希ガス類であることを特徴と
する請求項１に記載の光パルス幅圧縮装置。 - 【請求項３】 前記ガスはＣｓガスであることを特徴と
する請求項１に記載の光パルス幅圧縮装置。 - 【請求項４】 前記入射光パルスの波長は前記ガスの二
光子吸収波長よりも若干短波長であることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載の光パルス幅圧縮装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01714099A JP3464401B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 光パルス幅圧縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01714099A JP3464401B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 光パルス幅圧縮装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000214500A true JP2000214500A (ja) | 2000-08-04 |
| JP3464401B2 JP3464401B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=11935715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01714099A Expired - Fee Related JP3464401B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 光パルス幅圧縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3464401B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232722A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | Honeywell Internatl Inc | 航空勾配ジャイロスコープ |
| WO2012000719A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Femtolasers Produktions Gmbh | A device for increasing the spectral bandwidth of optical pulses as well as an arrangement and a method for reducing the duration of optical pulses with the use of such a device |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP01714099A patent/JP3464401B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007232722A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-13 | Honeywell Internatl Inc | 航空勾配ジャイロスコープ |
| WO2012000719A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Femtolasers Produktions Gmbh | A device for increasing the spectral bandwidth of optical pulses as well as an arrangement and a method for reducing the duration of optical pulses with the use of such a device |
| US8284478B2 (en) | 2010-06-30 | 2012-10-09 | Femtolasers Produktions Gmbh | Device for increasing the spectral bandwidth of optical pulses as well as an arrangement and a method for reducing the duration of optical pulses with the use of such a device |
| JP2013533506A (ja) * | 2010-06-30 | 2013-08-22 | フェムトレーザース プロドゥクシオンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光パルスのスペクトルバンド幅を増大させるための装置、並びにそのような装置の使用により光パルスの持続時間を低減させるための構成及び方法 |
| KR101804878B1 (ko) | 2010-06-30 | 2018-01-10 | 펨토레이저스 프로덕션스 게엠베하 | 광 펄스의 스펙트럼 대역폭을 증가시키는 장치 및 이러한 장치의 사용으로 광 펄스의 지속 시간을 감소시키는 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3464401B2 (ja) | 2003-11-10 |
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