JP2001066653A - 超短光パルス発生装置 - Google Patents

超短光パルス発生装置

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JP2001066653A
JP2001066653A JP24142299A JP24142299A JP2001066653A JP 2001066653 A JP2001066653 A JP 2001066653A JP 24142299 A JP24142299 A JP 24142299A JP 24142299 A JP24142299 A JP 24142299A JP 2001066653 A JP2001066653 A JP 2001066653A
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JP
Japan
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light
signal light
signal
pulse generator
dispersion
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JP24142299A
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Inventor
Takayoshi Kobayashi
孝嘉 小林
Akira Shirakawa
晃 白川
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University of Tokyo NUC
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University of Tokyo NUC
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長可変性を有するとともにパルス幅が10
fsを下回る超短光パルスを発生させる。 【解決手段】 信号光取出部1は、信号光として白色光
を取り出し、励起光取出部2は、励起光として第2高調
波光を取り出す。これら白色光及び第2高調波光は所定
の角度を以て、すなわち、出射すべき信号光及びアイド
ラー光の群速度の不整合が消失するようにBBO結晶3
aに入射する。BBO結晶3aから出射する信号光の分
散は分散補償部5によって補償される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超短光パルスを発
生させる超短光パルス発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】凝縮系の位相緩和、化学反応等の過程
は、数フェムト秒(fs)から数十フェムト秒での非常
に速い時間領域における現象である。これらの過程を追
跡するためには、20フェムト秒を下回るとともに波長
可変性を有する超短光パルスを発生させることが好まし
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、白色連続光発生
−圧縮法によって、パルス幅を4.5フェムト秒まで短
縮させることができるようになったが、白色連続光発生
−圧縮法を用いた場合、発生するパルスが波長可変性を
有さず、これまでのところ、波長可変性を有するととも
にパルス幅が20フェムト秒を下回る超短光パルスを発
生させることができなかった。
【0004】本発明の目的は、波長可変性を有するとと
もにパルス幅が20フェムト秒を下回る超短光パルスを
発生させることができる超短光パルス発生装置を提供す
ることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による超短光パル
ス発生装置は、光源と、その光源が発した光から信号光
を取り出す信号光取出手段と、前記光源が発した光から
励起光を取り出す励起光取出手段と、前記信号光及び励
起光が所定の角度を以て入射し、群速度の不整合が消失
した信号光及びアイドラー光を出射する光入射及び出射
手段と、前記光入射及び出射手段から出射される信号光
の分散を補償する分散補償手段とを具えることを特徴と
するものである。
【0006】本発明によれば、信号光取出手段が、光源
が発した光から信号光を取り出し、かつ、励起光取出手
段が、光源が発した光から励起光を取り出す。これら信
号光及び励起光は所定の角度を以て、すなわち、出射す
べき信号光及びアイドラー光の群速度の不整合が消失す
るように光入射及び出射手段に入射する。光入射及び出
射手段から出射する信号光の分散は分散補償手段によっ
て補償される。
【0007】このように群速度の不整合が消失した信号
光及びアイドラー光を出射することによって、パルスが
広い変換帯域を有すること、すなわち、パルスが波長可
変性を有することができる。また、出射手段から出射す
る信号光の分散は分散補償手段によって補償されること
によって、パルス幅が20フェムト秒を下回る超短光パ
ルスを発生させることができる。
【0008】好適には、前記励起光のパルス面傾角補償
を行い、前記信号光のパルス幅伸延効果を除去するパル
ス面整合励起手段を更に具える。さらに好適には、前記
分散補償手段が、プリズム対と、回折格子対又はチャー
プ鏡とを有する。なお、前記信号光を白色光とし、励起
光を第二高調波光とし、前記信号光出射手段が非線形光
学結晶を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明による超短光パルス発生装
置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図
1は、本発明による超短光パルス発生装置の概略図であ
る。この超短光パルス発生装置は、図示しない光源と、
光源が発した光から信号光を取り出す信号光取出部1
と、光源が発した光から励起光を取り出す励起光取出部
2と、信号光及び励起光が入射し、かつ、信号光及びア
イドラー光を出射する光入射及び出射部3と、信号光及
び励起光が光入射及び出射部3に入射するタイミングを
調整するタイミング調整部4と、光入射及び出射3から
出射される信号光の分散を補償する分散補償部5とを具
える。
【0010】図示しない光源は、エネルギーが300μ
J、パルス幅が120fs、繰り返し数が1kHz及び
波長が790nmの光を発する。その光は、信号光取出
部1のビームサンプラ1aによって1μジュールのエネ
ルギーの光とそれ以外の光とに分離される。1μジュー
ルのエネルギーの光は、平面鏡1b及び凸レンズ1cを
介してサファイア結晶1dによって白色種光を発生さ
せ、その白色種光を、凹面鏡1e及び平面鏡1fを介し
てノッチフィルタ1gに入射させる。ノッチフィルタ1
gは、790nmの波長のみ減衰し、それ以外の波長域
の白色光を透過し、その白色光は、信号光として平面鏡
1gを介して光入射及び出射部3に入射される。
【0011】ビームサンプラ1aによって分離されたそ
れ以外の光は、第二高調波発生(SHG)素子2aに入
射される。SHG素子2aから出射した第二高調波光
は、ハーモニックセパレータ2bによって790nmの
波長の光と100μJのエネルギー及び395nmの波
長の第二高調波光に分離され、100μJのエネルギー
及び395nmの波長の第二高調波光がタイミング調整
部4に入射される。
【0012】タイミング調整部4に入射された第二高調
波光は、励起光として反射部4a、平面鏡4b、凸レン
ズ4c及び凹レンズ4dを介して光入射及び出射部3に
入射される。なお、白色光及び第二高調波光が光入射及
び出射部3に入射するタイミングは、ミラー部4aを図
1において上下方向に移動させることによって行われ
る。
【0013】また、タイミング調整部4と光入射及び出
射部3との間に、白色光及び第二高調波光のパルス面を
整合するためのパルス面整合励起部を配置するのが好ま
しく、これを図2に示す。タイミング調整部を出射した
第二高調波光は、パルス面整合励起部6(図2)のプリ
ズム6a、凸レンズ6b及び凸レンズ6cを介して光入
射及び出射部3に入射される。本例では、プリズム6a
の傾角を45°とし、第二高調波光がそのプリズムの一
面に対して49°の入射角で入射するようにする。さら
に、凸レンズ6b及び6cの焦点距離をそれぞれ200
mm及び70mmとする。このようなパルス面整合励起
部6は、プリズム6aを通して第二高調波光すなわち励
起光のパルス面傾角補償を行い、白色光すなわち信号光
のパルス幅伸延効果を除去する。
【0014】光入射及び出射部3はβ−BaB24
(BBO)結晶3aを有する。タイミング調整部4から
出射される第二高調波光は、BBO結晶3aの一面に入
射する。それに対して、信号光取出部1からの白色光
は、BBO結晶3aから出射する信号光とアイドラー光
の群速度不整合が消失するような位相整合が行われるよ
うに、第二高調波光と所定の角度をなす。
【0015】光入射及び出射部3から出射される信号光
は、分散の補償を行うために分散補償部5の凸レンズ5
a、平面鏡5b、プリズム5d、プリズム5e、平面鏡
5f、プリズム5e、プリズム5da介し、往路と光軸
高さを変えて平面鏡5cから出力される。なお、光入射
及び出射部3からは破線の矢印で示すようなアイドラー
光を出射するが、これについては後に説明する。
【0016】本実施の形態によれば、白色光すなわち信
号光と第二高調波光すなわち励起光を非平行に位相整合
して、信号光とアイドラー光の群速度不整合が消失し、
信号光と励起光を平行にした場合に比べて1桁大きな変
換バンド幅を有することができる。
【0017】光源をフェムト秒チタンサファイア再生増
幅器とし、その出力の第二高調波光を励起光し、白色光
を信号光としてBBO結晶中で光パラメトリック増幅を
行うことによって、160THzに及ぶ広帯域の信号増
幅を行うことができる。
【0018】白色光のチャープによって、白色光及び第
二高調波光がBBO結晶に入射するタイミングをずらす
のみで結晶角を変更することなく550nmから700
nmまで連続的に広帯域信号光を発生させることができ
る。
【0019】BBO結晶から出射する信号光の位相は、
光学系に存在する分散媒質によって著しく歪められる
が、分散補償を行うことによって550〜700nmに
亘る波長可変で幅が15fs以下のパルスを得ることが
できる。なお、図1の分散補償部5は、プリズム対5
d,5eに加えて回折格子対(図3A)又はチャープ鏡
(3B)を用いることもでき、回折格子対(図3A)を
プリズム対5d,5eと併用する場合には、可視域で幅
が8fs以下のパルスを発生させることができ、チャー
プ鏡(図3B)をプリズム対5d,5eと併用した場合
には、可視域で幅が5fs以下のパルスを発生させるこ
とができる。
【0020】次に、アイドラー光角分散補償を、図4を
用いて説明する。群速度整合は周波数下方変換における
アクロマティック位相整合と等価であり、励起光7が広
帯域の信号光8と位相整合するためにアイドラー光9は
大きな角分散を以て扇状に出射する。アイドラー光9の
角度分散を、凹面鏡10a及び円筒面鏡10bからなる
全反射型望遠鏡10及び回折格子11で補償することに
よって、色分散のない広帯域近赤外ビームが得られる。
【0021】この場合も、0.9〜1.3μmに亘って
波長可変であり、BBO結晶3から非位相整合の第二高
調波光が同軸に出射するので、整合は容易である。信号
光の正チャープの結果、アイドラー光は負チャープとな
り、正分散プリズム圧縮器によって圧縮すると、1μm
帯におけるサブ10fsパルスを発生させることができ
る。最短で8.4fsのパルス幅が得られ、電場振動に
して2周期という極限的なパルスである。
【0022】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、本発明による超短光パルス発生装置を、図1に示し
た配置以外のものとすることができ、信号光及び励起光
をそれぞれ白色光及び第二高調波光以外のものとするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による超短光パルス発生装置の概略図
である。
【図2】 パルス面整合励起部の概略図である。
【図3】 分散補償部の他の例を示す図である。
【図4】 アイドラー光角分散補償を説明するための図
である。
【符号の説明】 1 信号光取出部 1a ビームサンプラー 1b,1f,1h,4b,5b,5c,5f 平面鏡 1c,4c,5a,6b,6c 凸レンズ 1d サファイア結晶 1e 凹面鏡 1g ノッチフィルタ 2 励起光取出部 2a SHG素子 2b ハーモニックセパレーター 3 光入射及び出射部 3a BaB24 結晶3a 4 タイミング調整部 4a 反射部 4d 凹レンズ 5 分散補償部 6 パルス面整合励起部 5d,5e,6a プリズム 7 励起光 8 信号光 9 アイドラー光 10 全反射型望遠鏡 10a 凹面鏡 10b,12 円筒面鏡 11 回折格子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、その光源が発した光から信号光
    を取り出す信号光取出手段と、前記光源が発した光から
    励起光を取り出す励起光取出手段と、前記信号光及び励
    起光が所定の角度を以て入射し、群速度の不整合が消失
    した信号光及びアイドラー光を出射する光入射及び出射
    手段と、前記光入射及び出射手段から出射される信号光
    の分散を補償する分散補償手段とを具えることを特徴と
    する超短光パルス発生装置。
  2. 【請求項2】 前記励起光のパルス面傾角補償を行い、
    前記信号光のパルス幅伸延効果を除去するパルス面整合
    励起手段を更に具えることを特徴とする請求項1記載の
    超短光パルス発生装置。
  3. 【請求項3】 前記分散補償手段が、プリズム対と、回
    折格子対又はチャープ鏡とを有することを特徴とする請
    求項1又は2記載の超短光パルス発生装置。
  4. 【請求項4】 前記信号光を白色光とし、励起光を第二
    高調波光とし、前記信号光出射手段が非線形光学結晶を
    有することを特徴とする請求項1から3のうちのいずれ
    か1項に記載の超短光パルス発生装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010281891A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Japan Atomic Energy Agency レーザー装置及びレーザー増幅方法
JP2011215382A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Hamamatsu Photonics Kk 電磁波発生装置
US8248687B2 (en) 2008-01-21 2012-08-21 Nikon Corporation Wide-band optical amplifier, optical pulse generator, and optical instrument
JP2016166804A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 日本電信電話株式会社 成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法

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