JP2004287243A - 光周波数線形チャープ量可変装置 - Google Patents
光周波数線形チャープ量可変装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】チャープ量を変化させる毎の光軸あわせを必要としない誘電体多層膜鏡を用いた光周波数線形チャープ量可変装置を提供する。
【解決手段】誘電体多層膜面２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内に配設した可動鏡４とを有する。可動鏡４は、２枚の誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３の一端から斜めに入射し複数回反射した入射光５を誘電体多層膜鏡面２に平行、入射光５と誘電体多層膜鏡２の面法線６で決定される入射面７内、かつ一端３ａ方向に反射する。可動鏡４は、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ入射面７内の方向に移動可能であり、この方向に沿って可動鏡４を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を変化させる。
【選択図】 図１
【解決手段】誘電体多層膜面２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内に配設した可動鏡４とを有する。可動鏡４は、２枚の誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３の一端から斜めに入射し複数回反射した入射光５を誘電体多層膜鏡面２に平行、入射光５と誘電体多層膜鏡２の面法線６で決定される入射面７内、かつ一端３ａ方向に反射する。可動鏡４は、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ入射面７内の方向に移動可能であり、この方向に沿って可動鏡４を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を変化させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光化学反応分野、光材料加工分野、あるいは、超高速光通信分野で使用する光周波数チャープ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、分子状態や固体の電子状態の制御、化学反応制御、あるいは材料加工等において、フェムト秒光パルスが様々な形態で利用されている（非特許文献１〜５参照）。また、フェムト秒光パルスの応用が広がるにつれ、より時間幅の狭いフェムト秒光パルス発生装置や、コスト、利便性に優れたフェムト秒光パルス応用装置への要求が高まっている。
これらの要求を満たすためには、フェムト秒光パルスの周波数線形チャープ技術が重要である。周波数チャープとは、光パルスの瞬時周波数が時間的に変化する現象であり、時間とともに線形に増加する場合を正チャープ、線形に減少する場合を負チャープと呼ぶ。
【０００３】
フェムト秒光パルスの発生は、時間幅が広がった光パルスのスペクトル成分間の相対位相を制御して、フーリエ変換限界程度に時間幅を圧縮する技術である。光パルスの時間軸上の拡がりは、光パルスのスペクトル成分間の相対位相関係によって生ずるので、周波数に対して相対位相を補償することによって、すなわちチャープさせてパルス圧縮が行われる（非特許文献６参照）。線形チャープは、光の伝搬定数が、一定の群速度分散を有する場合、すなわち、周波数の２乗依存性を有する場合に生じることから、二次分散とも呼ばれる。
上記のように、フェムト秒光パルスの時間幅をさらに狭くする要求が高まっているが、光パルスの時間幅を狭めると、それに対応して周波数スペクトル幅が拡大するので、拡大した周波数スペクトルの成分間全てにチャープを与えることが必要になり、従来よりも広い周波数範囲にわたって、大きなチャープを与えることが必要になる。
【０００４】
また、近年、フェムト秒光パルスを照射することによって誘起される物質の電子状態が、チャープの方向によって変化することが発見され、このような新たな原理に基づいて新物質を合成するためには、チャープの方向、チャープ量の大きさを精密に制御することが必要となってきた。
また、光通信の分野においても、光パルス信号の時間拡がりや、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）における各波長信号間の時間遅れを無くすために、チャープの方向、チャープ量の大きさを任意に制御できる、コスト、利便性に優れたチャープ制御装置が必要とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、線形チャープ技術に対する要望は極めて大きくなってきているが、下記に説明する従来の線形チャープ技術では、対応が困難である。
一般に、光パルスに正チャープを加えることは容易であるが、負チャープを加えるためには複雑な機構を要する。従来のチャープ量を制御する装置は、プリズム対、あるいは回折格子対を用い、この各対間の距離を変えて負チャープ量を変化させる装置が一般的であるが（非特許文献７参照）、これらの装置によって、広い周波数スペクトル範囲にわたって大きな負チャープを加えようとすると線形チャープ、すなわち二次分散だけでなく、二次分散よりも高次の分散も加わってしまうという課題がある。
また、光パルスのスペクトルを周波数に依存して空間分散させ、周波数毎の異なった位置に空間配置した液晶デバイスや可変回折格子鏡を用い、周波数毎に所定の位相を加えてから合波し、チャープ量を制御する装置がある。しかし、これらの装置は、例えば、液晶素子は、光エネルギーに対する損傷しきい値が低く、高エネルギー光パルスの使用に耐えない、また、装置がいずれも大型になるため、コストが高くなると共に、利便性が悪くなるといった課題がある。
【０００６】
また、チャープ量を制御する装置としては、誘電体多層膜鏡がある（非特許文献８参照）。誘電体多層膜鏡は、屈折率（誘電率）の異なる光学薄膜を膜厚を制御して交互に複数積層し、この積層膜から反射する光が、周波数に比例した位相を持つようにしたものである。この装置は、光エネルギーに対する損傷しきい値が高い光学物質、例えば、ＳｉＯ２ やＴｉＯ２ を誘電体多層膜として使用するので、高エネルギー光パルスの使用に耐える。また、光パルスを誘電体多層膜で反射させるだけなので、装置が小型である。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｋａｚｕｈｉｋｏ Ｍｉｓａｗａ ａｎｄ Ｔａｋａｙｏｓｉ Ｋｏｂａｙａｓｉ Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．１１３，（２００）
【非特許文献２】
Ｇ．Ｃｅｒｕｌｌｏ，Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，Ｑ．Ｗａｎｇ，ａｎｄ Ｃ．Ｖ．Ｓｈａｎｋ，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２６２，３６２（１９９６）
【非特許文献３】
Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，Ｑ．Ｗａｎｇ，ａｎｄ Ｃ．Ｖ．Ｓｈａｎｋ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７５，３４１０
【非特許文献４】
Ｊ．Ｃａｏ，Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，ａｎｄ Ｋ．Ｒ．Ｗｉｌｓｏｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８０，１４０６（１９９８）
【非特許文献５】
Ｊｅｎｎｉｆｅｒ ｌ．Ｈｅｒｅｋ，Ｗｅｎｄｅｌ Ｗｏｈｌｌｅｂｅｎ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｊ．Ｃｏｇｄｅｌｌ，Ｄｉｒｋ Ｚｅｉｄｅｒ ＆ Ｍａｒｃｕｓ Ｍｏｔｚｋｕｓ Ｎａｔｕｒｅ ４１７，５３３（２００２）
【非特許文献６】
Ｍａｒｕｚｅｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 電子・情報・通信偏 矢島達夫編 丸善株式会社 平成２年３月１５日発行 １８〜１９頁
【非特許文献７】
Ｍａｒｕｚｅｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 電子・情報・通信偏 矢島達夫編 丸善株式会社 平成２年３月１５日発行 ９６〜９７頁
【非特許文献８】
Ｒｏｂｅｒｔ Ｓｚｉｐｏｃｓ，Ｋｄｒｐｄｔ Ｆｅｒｅｎｃｚ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｓｐｉｌｅｍａｎｎ ａｎｄ Ｆｅｒｅｎｃ Ｋｒａｕｓｚ“Ｃｈｉｒｐｅｄ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｓ”Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１９，２０１（１９９４）
【非特許文献９】
Ｒｉｃｋ Ｔｒｅｂｉｎｏ，Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｗ．Ｄｅｌｏｎｇ，ＤａｖｉｄＮ．Ｆｉｔｔｉｎｇｈｏｆｆ，Ｊｏｈｎ Ｎ．Ｓｗｅｅｔｓｅｒ，ＭａｒｃｏＡ．Ｋｒｕｍｂｕｇｅｌ，ａｎｄ Ｂｒｕｃｅ Ａ．Ｒｉｃｈｍａｎ，ａｎｄＤａｎｉｅｌ Ｊ．Ｋａｎｅ，“Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｉｍｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｕｓｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ− ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｔｉｎｇ”， Ｒｅｖ．Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍ． ６８（９），３２７７（１９９７）
【０００８】
しかしながら、誘電体多層膜鏡を使用した従来の線形チャープ装置は以下に説明する課題がある。
図５は従来の誘電体多層膜鏡を使用した線形チャープ装置を示す図である。この装置は、平行に配置した誘電体多層膜鏡５１，５１からなり、誘電体多層膜鏡５１，５１の相対位置を調節することによって、光パルス５２の誘電体多層膜鏡５１，５１による反射回数を制御して、光パルス５２に加える負チャープ量を制御する。
図５（ａ）は反射回数２回の場合を示しており、図５（ｂ）は反射回数が４回の場合を示しており、図の点線は（ａ）に示した反射回数２回の場合の光軸を示している。すなわち、チャープ量を少なくするには、（ａ）に示すように誘電体多層膜鏡２１，２１の相対位置を離して反射回数を減らし、負チャープ量を多くするには、（ｂ）に示すように、誘電体多層膜鏡２１，２１の相対位置を近づけて反射回数を増やす。
この構成においては、図５（ｂ）の実線と点線に示すように、設定した反射回数毎に、すなわちチャープ量を変化させる毎に光軸がずれてしまう。このように、従来の誘電体多層膜鏡を用いたチャープ量を可変できる装置は、チャープ量を変化させる毎に光軸あわせを必要とし、あるいは、光軸を再調整するための光学系を必要とし、このため、極めて利便性が低かった。
【０００９】
上記課題に鑑み本発明は、誘電体多層膜鏡を用いたチャープ量可変装置において、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせを必要としない光周波数線形チャープ量可変装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置は、誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、この２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な可動鏡とを有しており、可動鏡の所定の傾きは、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から斜めに入射し複数回反射した入射光を誘電体多層膜鏡面に平行、入射光と誘電体多層膜鏡の面法線で決定される入射面内、かつ空間の一端に反射する傾きである。所定の方向は誘電体多層膜鏡面に平行、かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って可動鏡を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を変化させる構成で成る。
【００１１】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡の一端から入射した光は、２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して可動鏡に至り、可動鏡で反射されて誘電体多層膜鏡面と平行、かつ入射面内の光線となって出射する。
従って、可動鏡を前進または後進することによって入射光の反射回数を制御して反射回数に比例したチャープ量を付加できると共に、可動鏡の位置によらずに同一方向の出射光が得られる。そのため、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせが必要なくなり、また、光軸あわせのための光学系を付加する必要が無く、低コスト、利便性に優れた光周波数線形チャープ量可変装置を提供できる。
【００１２】
また、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第二の構成は、誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡と第２の可動鏡を有しており、第１の可動鏡の所定の傾きは、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射する入射光を反射し、入射光と誘電体多層膜鏡の面法線で決定される入射面内で複数回反射させる傾きであり、第２の可動鏡の所定の傾きは、複数回反射した入射光を誘電体多層膜鏡面に平行、入射面内、かつ、空間の他端方向に反射する傾きである。所定の方向は誘電体多層膜鏡面に平行、かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して、付加するチャープ量を変化させることを特徴としている。
【００１３】
この第二の構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射した光は第１の可動鏡によって反射し、２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して第２の可動鏡に至り、第２の可動鏡で反射されて２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の他端から入射方向と同一方向に出射する。第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を可変することができると共に、入射方向と同一方向の出射光を得ることができる。すなわち、この第二の光周波数線形チャープ量可変装置は、装置に入射する光の方向と出射する方向とが同一であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第三の構成は、誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内の中心に配設した、所定の傾きを有する第１の反射面と第２の反射面を有する固定鏡と、固定鏡の両側に配置した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡と第２の可動鏡とを有しており、固定鏡の所定の傾きを有する第１の反射面の傾きは、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射する入射光を反射し、入射光と誘電体多層膜鏡面法線で決定される入射面内で複数回反射させる傾きであり、第１の可動鏡の所定の傾きは、複数回反射した入射光を反射して、誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内に反射する傾きであり、第２の可動鏡の所定の傾きは、第１の可動鏡によって反射された光を反射し、入射面内で複数回反射させる傾きであり、固定鏡の所定の傾きを有する第２の反射面の傾きは、第２の可動鏡で反射され複数回反射した光を誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内に反射する傾きである。所定の方向は誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して付加するチャープ量を変化させることを特徴とするものである。
【００１５】
この第三の構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射した光は、固定鏡の第１の反射面で反射し２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して第１の可動鏡に至り、第１の可動鏡で入射方向と同一方向に反射されて第２の可動鏡に至り、第２の可動鏡で反射し２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して固定鏡の第２の反射面に至り、第２の反射面で反射して２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の他端から入射方向と同一方向へ出射する。第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して付加するチャープ量を可変する。第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御することによって入射光の反射回数を制御し、反射回数に比例したチャープを付加し、入射方向と同一方向に出射光を得ることができると共に、可動鏡の厚みによる制限を受けずに反射させることができるので、入射角をより小さくすることができ、その結果、単位長さあたりの反射回数を多くすることができるので、より大きなチャープ量を制御することができる。
【００１６】
本発明の装置は、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせを必要とせず、また、一回の反射によるチャープ量が決まっているためにパルスに加えたチャープ量が反射の回数で直ちに確認できる。また、誘電体多層膜であるので高エネルギー光パルスの使用に耐える。また、構造が簡単なため小型化が可能であり、低コスト、利便性に優れた装置である。このように本発明の装置によれば、従来のチャープ量制御装置が有していた全ての課題を克服することができる。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、実質的に同一の部材又は部分には同一の符号を用いて説明する。
図１は、本発明の光周波数チャープ量可変装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。（ａ）は本装置の構成を示し、（ｂ）は、入射光と誘電体多層膜鏡の法線とで決定される入射面を模式的に示す図である。
本発明の光周波数チャープ量可変装置１０は、図１（ａ）に示すように、誘電体多層膜面２ａ，２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な可動鏡４とを有している。
【００１８】
誘電体多層膜鏡２，２は、上記したように、屈折率（誘電率）の異なる光学薄膜を膜厚を制御して交互に複数積層し、この積層膜から反射する光が、光周波数に比例した位相を持つようにしたものである（非特許文献８参照）。光エネルギーに対する損傷しきい値が高い光学物質、例えば、ＳｉＯ２ やＴｉＯ２ を誘電体多層膜として使用するので、高エネルギー光パルスの使用に耐える。
【００１９】
可動鏡４の傾きは、空間３の一端３ａから斜めに入射し、誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射した入射光５を、入射面７内の誘電体多層膜鏡面２ａに平行な方向に、かつ空間３の一端３ａ方向に反射する傾きである。ここで、入射面とは図１（ｂ）に示すように、入射光５の光線ベクトルと誘電体多層膜鏡面２ａの面法線ベクトル６とで決定される面７のことであり、また、入射角とは入射光５の光線ベクトルと面法線ベクトル６とがなす角のことであり、以後の説明においても同様とする。
可動鏡４の移動可能な方向は、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って可動鏡４を前進または後進させることにより付加するチャープ量を可変する。
【００２０】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２の一端３ａから入射した入射光５は、誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射して可動鏡４に至り、可動鏡４で反射されて誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａに平行、かつ入射面７内の光線となって出射光８となる。従って、可動鏡４を前進または後進することによって入射光５の反射回数を制御して反射回数に比例したチャープ量を付加できると共に、可動鏡４の位置によらずに同一方向の出射光８が得られる。従って、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせが必要なくなり、または、光軸あわせのための光学系を付加する必要が無くなり、低コスト、利便性に優れた光周波数線形チャープ量可変装置が得られる。
【００２１】
次に本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第２の実施形態を説明する。図２は、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第２の実施形態の構成を示す図である。図１に示した装置においては入射方向と出射方向が異なるが、この装置は入射方向と出射方向を揃えることができることを特徴としている。
第２の実施形態の光周波数線形チャープ量可変装置２０は、誘電体多層膜面２ａ，２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとを具備している。
【００２２】
第１の可動鏡４ａの傾きは、空間３の一端３ａから誘電体多層膜鏡面２ａに平行に入射する入射光５を、誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射させ、かつ空間３の他端３ｂ方向に向かわせる傾きである。
第２の可動鏡４ｂの傾きは、複数回反射した入射光５を誘電体多層膜鏡面２ａに平行で、入射面７内、かつ、空間３の他端３ｂ方向に反射する傾きである。
可動鏡４ａ，４ｂの移動可能方向は、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ入射面７内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御して、付加するチャープ量を可変する。
【００２３】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２の一端から誘電体多層膜鏡面２ａに平行に入射した入射光５は第１の可動鏡４ａによって反射し、誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射して第２の可動鏡４ｂに至り、第２の可動鏡４ｂで反射されて２枚の誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３の他端３ｂから入射方向と同一方向に出射する。第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、付加するチャープ量を可変することができると共に入射方向と同一方向の出射光を得ることができる。
【００２４】
次に本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第３の実施形態を説明する。図３は、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第３の実施形態の構成を示す図である。図２に示した装置は、図から明らかなように、入射光の入射角を小さくしていくと反射光が可動鏡の厚みに遮られるようになり、入射角に限界がある。
第３の実施形態の装置は、入射角を小さくすることができ、従って付加するチャープ量を大きくできることを特徴としている。
第３の実施形態に係る光周波数線形チャープ量可変装置３０は、誘電体多層膜面２ａ，２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内の中心に配設した固定鏡９と、固定鏡９の両側に配置した、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとを有している。
【００２５】
固定鏡９は、所定の傾きを有する第１の反射面９ａと第２の反射面９ｂとを有しており、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂは、所定の傾きを有し、また、所定の方向に移動可能である。
固定鏡９の第１の反射面９ａの傾きは、空間３の一端３ａから誘電体多層膜鏡面２に平行に入射する入射光５を、入射面７内で、かつ誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射させ、かつ、第１の可動鏡４ａ方向に戻す傾きであり、第１の可動鏡４ａの傾きは、複数回反射した入射光５を入射面７内で、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ第２の可動鏡４ｂ方向に反射させる傾きであり、第２の可動鏡４ｂの傾きは、第１の可動鏡４ａによって反射された光を入射面７内で、誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射させ、かつ固定鏡９の第２の反射面９ｂ方向に戻す傾きであり、固定鏡９の第２の反射面９ｂの傾きは、第２の可動鏡４ｂで反射され複数回反射した光を入射面７内で、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ空間３の他端３ｂ方向に反射する傾きである。
可動鏡４ａ，４ｂの移動可能方向は誘電体多層膜鏡面２ａに平行かつ入射面７内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御して付加するチャープ量を可変する。
【００２６】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２の一端３ａから誘電体多層膜鏡面２ａに平行に入射した入射光５は、固定鏡９の第１の反射面９ａで反射し誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射して第１の可動鏡４ａに至り、第１の可動鏡４ａで入射方向と同一方向に反射されて第２の可動鏡４ｂに至り、第２の可動鏡４ｂで反射し誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射して固定鏡９の第２の反射面９ｂに至り、第２の反射面９ｂで反射して空間３の他端３ｂから入射方向と同一方向に出射する。第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御して付加するチャープ量を可変する。
【００２７】
第３の実施形態の装置では、誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間の複数回反射が、常に可動鏡の反射面の前面で起こるようになるので、図１及び図２の構成に比べて、入射光線の入射角を小さくすることができる。従って、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御することによって、入射光の反射回数を制御し、反射回数に比例したチャープを付加し、入射方向と同一方向に出射光を得ることができると共に、入射角をより小さくすることができる。その結果、単位長さあたりの反射回数を多くすることができ、より大きなチャープ量を制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の実施例を説明する。
本実施例は、図１に示した本発明の第１の実施形態による光周波数線形チャープ量可変装置を用いて行った。用いた誘電体多層膜鏡は、シグマ光機株式会社製のシグマ光機ＧＦＭ−ＳＥＴ−５０ｆｓ２である。
入射光にフェムト秒光パルスを用い、第１の実施形態の装置を用い、可動鏡の位置を変えて、反射回数を変化させた。出力光の光パルスの瞬時周波数をＦＲＯＧ（Ｆｒｅｑｕｅｃｙ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇａｔｉｎｇ：非特許文献６参照）法を用いて測定した。
図４は、実施例の測定結果を示す図である。横軸は時間軸であり、右側の縦軸はフェムト秒光パルスの電界強度（任意メモリ）を示し、左側の縦軸は瞬時周波数を表す。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、この順番に反射回数を増やして測定した結果を示す図である。図において、曲線Ａは、フェムト秒光パルスの時間軸状の電界強度分布を表し、曲線ＢはＦＲＯＧ測定装置の出力を表している。直線Ｃは曲線Ｂから求めた瞬時周波数を表す。尚、図中の数値はチャープレートと呼ばれる単位時間あたりの周波数変化量を示す量であり、直線Ｃの勾配である。
図にみられるように、直線Ｃは、反射回数を増やすに従って勾配が負方向に大きくなり、線形負チャープ量が反射回数に比例して増加していることがわかる。なお、図４（ａ）において、直線Ｃが正の勾配を有しているのは、入射光のフェムト秒光パルスが正の線形チャープ量を有しているため、（ａ）の測定における反射回数では正の線形チャープ量を補償仕切れないためである。
【００２９】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明の装置によれば、極めて広帯域な周波数にわたって大きなチャープ量を付加することができ、しかも、付加するチャープ量毎に光軸あわせをする必要が無い。また光パルスの入射方向によらずに一定方向に、あるいは入射方向と同一方向に出力光を得ることができる。
従って、本発明は、今後必要とされる、パルス幅のより狭いフェムト秒光パルスの生成に、あるいは、チャープ量を簡便、低コスト、かつ任意に制御することが必要な、光化学反応分野、光材料加工分野、あるいは、超高速光通信分野で使用すれば極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光周波数チャープ量可変装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の光周波数チャープ量可変装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図３】本発明の光周波数チャープ量可変装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】実施例の測定結果を示す図である。
【図５】従来の誘電体多層膜鏡を使用した線形チャープ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２ 誘電体多層膜鏡
２ａ 誘電体多層膜面
３ 誘電体多層膜鏡で挟まれる空間
３ａ 空間の一端
３ｂ 空間の他端
４ 可動鏡
４ａ 第１の可動鏡
４ｂ 打２の可動鏡
５ 入射光
６ 誘電体多層膜面の面法線
７ 入射面
８ 出射光
９ 固定鏡
９ａ 第１の反射面
９ｂ 第２の反射面
１０ 第１の実施の形態の光周波数チャープ量可変装置
２０ 第２の実施の形態の光周波数チャープ量可変装置
３０ 第３の実施の形態の光周波数チャープ量可変装置
５１ 誘電体多層膜鏡
５２ 入射光パルス
【発明の属する技術分野】
この発明は、光化学反応分野、光材料加工分野、あるいは、超高速光通信分野で使用する光周波数チャープ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、分子状態や固体の電子状態の制御、化学反応制御、あるいは材料加工等において、フェムト秒光パルスが様々な形態で利用されている（非特許文献１〜５参照）。また、フェムト秒光パルスの応用が広がるにつれ、より時間幅の狭いフェムト秒光パルス発生装置や、コスト、利便性に優れたフェムト秒光パルス応用装置への要求が高まっている。
これらの要求を満たすためには、フェムト秒光パルスの周波数線形チャープ技術が重要である。周波数チャープとは、光パルスの瞬時周波数が時間的に変化する現象であり、時間とともに線形に増加する場合を正チャープ、線形に減少する場合を負チャープと呼ぶ。
【０００３】
フェムト秒光パルスの発生は、時間幅が広がった光パルスのスペクトル成分間の相対位相を制御して、フーリエ変換限界程度に時間幅を圧縮する技術である。光パルスの時間軸上の拡がりは、光パルスのスペクトル成分間の相対位相関係によって生ずるので、周波数に対して相対位相を補償することによって、すなわちチャープさせてパルス圧縮が行われる（非特許文献６参照）。線形チャープは、光の伝搬定数が、一定の群速度分散を有する場合、すなわち、周波数の２乗依存性を有する場合に生じることから、二次分散とも呼ばれる。
上記のように、フェムト秒光パルスの時間幅をさらに狭くする要求が高まっているが、光パルスの時間幅を狭めると、それに対応して周波数スペクトル幅が拡大するので、拡大した周波数スペクトルの成分間全てにチャープを与えることが必要になり、従来よりも広い周波数範囲にわたって、大きなチャープを与えることが必要になる。
【０００４】
また、近年、フェムト秒光パルスを照射することによって誘起される物質の電子状態が、チャープの方向によって変化することが発見され、このような新たな原理に基づいて新物質を合成するためには、チャープの方向、チャープ量の大きさを精密に制御することが必要となってきた。
また、光通信の分野においても、光パルス信号の時間拡がりや、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）における各波長信号間の時間遅れを無くすために、チャープの方向、チャープ量の大きさを任意に制御できる、コスト、利便性に優れたチャープ制御装置が必要とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、線形チャープ技術に対する要望は極めて大きくなってきているが、下記に説明する従来の線形チャープ技術では、対応が困難である。
一般に、光パルスに正チャープを加えることは容易であるが、負チャープを加えるためには複雑な機構を要する。従来のチャープ量を制御する装置は、プリズム対、あるいは回折格子対を用い、この各対間の距離を変えて負チャープ量を変化させる装置が一般的であるが（非特許文献７参照）、これらの装置によって、広い周波数スペクトル範囲にわたって大きな負チャープを加えようとすると線形チャープ、すなわち二次分散だけでなく、二次分散よりも高次の分散も加わってしまうという課題がある。
また、光パルスのスペクトルを周波数に依存して空間分散させ、周波数毎の異なった位置に空間配置した液晶デバイスや可変回折格子鏡を用い、周波数毎に所定の位相を加えてから合波し、チャープ量を制御する装置がある。しかし、これらの装置は、例えば、液晶素子は、光エネルギーに対する損傷しきい値が低く、高エネルギー光パルスの使用に耐えない、また、装置がいずれも大型になるため、コストが高くなると共に、利便性が悪くなるといった課題がある。
【０００６】
また、チャープ量を制御する装置としては、誘電体多層膜鏡がある（非特許文献８参照）。誘電体多層膜鏡は、屈折率（誘電率）の異なる光学薄膜を膜厚を制御して交互に複数積層し、この積層膜から反射する光が、周波数に比例した位相を持つようにしたものである。この装置は、光エネルギーに対する損傷しきい値が高い光学物質、例えば、ＳｉＯ２ やＴｉＯ２ を誘電体多層膜として使用するので、高エネルギー光パルスの使用に耐える。また、光パルスを誘電体多層膜で反射させるだけなので、装置が小型である。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｋａｚｕｈｉｋｏ Ｍｉｓａｗａ ａｎｄ Ｔａｋａｙｏｓｉ Ｋｏｂａｙａｓｉ Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．１１３，（２００）
【非特許文献２】
Ｇ．Ｃｅｒｕｌｌｏ，Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，Ｑ．Ｗａｎｇ，ａｎｄ Ｃ．Ｖ．Ｓｈａｎｋ，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２６２，３６２（１９９６）
【非特許文献３】
Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，Ｑ．Ｗａｎｇ，ａｎｄ Ｃ．Ｖ．Ｓｈａｎｋ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７５，３４１０
【非特許文献４】
Ｊ．Ｃａｏ，Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｄｅｅｎ，ａｎｄ Ｋ．Ｒ．Ｗｉｌｓｏｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８０，１４０６（１９９８）
【非特許文献５】
Ｊｅｎｎｉｆｅｒ ｌ．Ｈｅｒｅｋ，Ｗｅｎｄｅｌ Ｗｏｈｌｌｅｂｅｎ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｊ．Ｃｏｇｄｅｌｌ，Ｄｉｒｋ Ｚｅｉｄｅｒ ＆ Ｍａｒｃｕｓ Ｍｏｔｚｋｕｓ Ｎａｔｕｒｅ ４１７，５３３（２００２）
【非特許文献６】
Ｍａｒｕｚｅｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 電子・情報・通信偏 矢島達夫編 丸善株式会社 平成２年３月１５日発行 １８〜１９頁
【非特許文献７】
Ｍａｒｕｚｅｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 電子・情報・通信偏 矢島達夫編 丸善株式会社 平成２年３月１５日発行 ９６〜９７頁
【非特許文献８】
Ｒｏｂｅｒｔ Ｓｚｉｐｏｃｓ，Ｋｄｒｐｄｔ Ｆｅｒｅｎｃｚ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｓｐｉｌｅｍａｎｎ ａｎｄ Ｆｅｒｅｎｃ Ｋｒａｕｓｚ“Ｃｈｉｒｐｅｄ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｌａｓｅｒｓ”Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．１９，２０１（１９９４）
【非特許文献９】
Ｒｉｃｋ Ｔｒｅｂｉｎｏ，Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｗ．Ｄｅｌｏｎｇ，ＤａｖｉｄＮ．Ｆｉｔｔｉｎｇｈｏｆｆ，Ｊｏｈｎ Ｎ．Ｓｗｅｅｔｓｅｒ，ＭａｒｃｏＡ．Ｋｒｕｍｂｕｇｅｌ，ａｎｄ Ｂｒｕｃｅ Ａ．Ｒｉｃｈｍａｎ，ａｎｄＤａｎｉｅｌ Ｊ．Ｋａｎｅ，“Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｉｍｅ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｕｓｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ− ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｔｉｎｇ”， Ｒｅｖ．Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍ． ６８（９），３２７７（１９９７）
【０００８】
しかしながら、誘電体多層膜鏡を使用した従来の線形チャープ装置は以下に説明する課題がある。
図５は従来の誘電体多層膜鏡を使用した線形チャープ装置を示す図である。この装置は、平行に配置した誘電体多層膜鏡５１，５１からなり、誘電体多層膜鏡５１，５１の相対位置を調節することによって、光パルス５２の誘電体多層膜鏡５１，５１による反射回数を制御して、光パルス５２に加える負チャープ量を制御する。
図５（ａ）は反射回数２回の場合を示しており、図５（ｂ）は反射回数が４回の場合を示しており、図の点線は（ａ）に示した反射回数２回の場合の光軸を示している。すなわち、チャープ量を少なくするには、（ａ）に示すように誘電体多層膜鏡２１，２１の相対位置を離して反射回数を減らし、負チャープ量を多くするには、（ｂ）に示すように、誘電体多層膜鏡２１，２１の相対位置を近づけて反射回数を増やす。
この構成においては、図５（ｂ）の実線と点線に示すように、設定した反射回数毎に、すなわちチャープ量を変化させる毎に光軸がずれてしまう。このように、従来の誘電体多層膜鏡を用いたチャープ量を可変できる装置は、チャープ量を変化させる毎に光軸あわせを必要とし、あるいは、光軸を再調整するための光学系を必要とし、このため、極めて利便性が低かった。
【０００９】
上記課題に鑑み本発明は、誘電体多層膜鏡を用いたチャープ量可変装置において、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせを必要としない光周波数線形チャープ量可変装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置は、誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、この２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な可動鏡とを有しており、可動鏡の所定の傾きは、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から斜めに入射し複数回反射した入射光を誘電体多層膜鏡面に平行、入射光と誘電体多層膜鏡の面法線で決定される入射面内、かつ空間の一端に反射する傾きである。所定の方向は誘電体多層膜鏡面に平行、かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って可動鏡を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を変化させる構成で成る。
【００１１】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡の一端から入射した光は、２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して可動鏡に至り、可動鏡で反射されて誘電体多層膜鏡面と平行、かつ入射面内の光線となって出射する。
従って、可動鏡を前進または後進することによって入射光の反射回数を制御して反射回数に比例したチャープ量を付加できると共に、可動鏡の位置によらずに同一方向の出射光が得られる。そのため、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせが必要なくなり、また、光軸あわせのための光学系を付加する必要が無く、低コスト、利便性に優れた光周波数線形チャープ量可変装置を提供できる。
【００１２】
また、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第二の構成は、誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡と第２の可動鏡を有しており、第１の可動鏡の所定の傾きは、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射する入射光を反射し、入射光と誘電体多層膜鏡の面法線で決定される入射面内で複数回反射させる傾きであり、第２の可動鏡の所定の傾きは、複数回反射した入射光を誘電体多層膜鏡面に平行、入射面内、かつ、空間の他端方向に反射する傾きである。所定の方向は誘電体多層膜鏡面に平行、かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して、付加するチャープ量を変化させることを特徴としている。
【００１３】
この第二の構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射した光は第１の可動鏡によって反射し、２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して第２の可動鏡に至り、第２の可動鏡で反射されて２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の他端から入射方向と同一方向に出射する。第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を可変することができると共に、入射方向と同一方向の出射光を得ることができる。すなわち、この第二の光周波数線形チャープ量可変装置は、装置に入射する光の方向と出射する方向とが同一であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第三の構成は、誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内の中心に配設した、所定の傾きを有する第１の反射面と第２の反射面を有する固定鏡と、固定鏡の両側に配置した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡と第２の可動鏡とを有しており、固定鏡の所定の傾きを有する第１の反射面の傾きは、２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射する入射光を反射し、入射光と誘電体多層膜鏡面法線で決定される入射面内で複数回反射させる傾きであり、第１の可動鏡の所定の傾きは、複数回反射した入射光を反射して、誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内に反射する傾きであり、第２の可動鏡の所定の傾きは、第１の可動鏡によって反射された光を反射し、入射面内で複数回反射させる傾きであり、固定鏡の所定の傾きを有する第２の反射面の傾きは、第２の可動鏡で反射され複数回反射した光を誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内に反射する傾きである。所定の方向は誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して付加するチャープ量を変化させることを特徴とするものである。
【００１５】
この第三の構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡の一端から誘電体多層膜鏡面に平行に入射した光は、固定鏡の第１の反射面で反射し２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して第１の可動鏡に至り、第１の可動鏡で入射方向と同一方向に反射されて第２の可動鏡に至り、第２の可動鏡で反射し２枚の誘電体多層膜鏡間で複数回反射して固定鏡の第２の反射面に至り、第２の反射面で反射して２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の他端から入射方向と同一方向へ出射する。第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して付加するチャープ量を可変する。第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御することによって入射光の反射回数を制御し、反射回数に比例したチャープを付加し、入射方向と同一方向に出射光を得ることができると共に、可動鏡の厚みによる制限を受けずに反射させることができるので、入射角をより小さくすることができ、その結果、単位長さあたりの反射回数を多くすることができるので、より大きなチャープ量を制御することができる。
【００１６】
本発明の装置は、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせを必要とせず、また、一回の反射によるチャープ量が決まっているためにパルスに加えたチャープ量が反射の回数で直ちに確認できる。また、誘電体多層膜であるので高エネルギー光パルスの使用に耐える。また、構造が簡単なため小型化が可能であり、低コスト、利便性に優れた装置である。このように本発明の装置によれば、従来のチャープ量制御装置が有していた全ての課題を克服することができる。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、実質的に同一の部材又は部分には同一の符号を用いて説明する。
図１は、本発明の光周波数チャープ量可変装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。（ａ）は本装置の構成を示し、（ｂ）は、入射光と誘電体多層膜鏡の法線とで決定される入射面を模式的に示す図である。
本発明の光周波数チャープ量可変装置１０は、図１（ａ）に示すように、誘電体多層膜面２ａ，２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な可動鏡４とを有している。
【００１８】
誘電体多層膜鏡２，２は、上記したように、屈折率（誘電率）の異なる光学薄膜を膜厚を制御して交互に複数積層し、この積層膜から反射する光が、光周波数に比例した位相を持つようにしたものである（非特許文献８参照）。光エネルギーに対する損傷しきい値が高い光学物質、例えば、ＳｉＯ２ やＴｉＯ２ を誘電体多層膜として使用するので、高エネルギー光パルスの使用に耐える。
【００１９】
可動鏡４の傾きは、空間３の一端３ａから斜めに入射し、誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射した入射光５を、入射面７内の誘電体多層膜鏡面２ａに平行な方向に、かつ空間３の一端３ａ方向に反射する傾きである。ここで、入射面とは図１（ｂ）に示すように、入射光５の光線ベクトルと誘電体多層膜鏡面２ａの面法線ベクトル６とで決定される面７のことであり、また、入射角とは入射光５の光線ベクトルと面法線ベクトル６とがなす角のことであり、以後の説明においても同様とする。
可動鏡４の移動可能な方向は、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ入射面内の方向であり、この方向に沿って可動鏡４を前進または後進させることにより付加するチャープ量を可変する。
【００２０】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２の一端３ａから入射した入射光５は、誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射して可動鏡４に至り、可動鏡４で反射されて誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａに平行、かつ入射面７内の光線となって出射光８となる。従って、可動鏡４を前進または後進することによって入射光５の反射回数を制御して反射回数に比例したチャープ量を付加できると共に、可動鏡４の位置によらずに同一方向の出射光８が得られる。従って、チャープ量を変化させる毎の光軸あわせが必要なくなり、または、光軸あわせのための光学系を付加する必要が無くなり、低コスト、利便性に優れた光周波数線形チャープ量可変装置が得られる。
【００２１】
次に本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第２の実施形態を説明する。図２は、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第２の実施形態の構成を示す図である。図１に示した装置においては入射方向と出射方向が異なるが、この装置は入射方向と出射方向を揃えることができることを特徴としている。
第２の実施形態の光周波数線形チャープ量可変装置２０は、誘電体多層膜面２ａ，２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内に配設した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとを具備している。
【００２２】
第１の可動鏡４ａの傾きは、空間３の一端３ａから誘電体多層膜鏡面２ａに平行に入射する入射光５を、誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射させ、かつ空間３の他端３ｂ方向に向かわせる傾きである。
第２の可動鏡４ｂの傾きは、複数回反射した入射光５を誘電体多層膜鏡面２ａに平行で、入射面７内、かつ、空間３の他端３ｂ方向に反射する傾きである。
可動鏡４ａ，４ｂの移動可能方向は、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ入射面７内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御して、付加するチャープ量を可変する。
【００２３】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２の一端から誘電体多層膜鏡面２ａに平行に入射した入射光５は第１の可動鏡４ａによって反射し、誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射して第２の可動鏡４ｂに至り、第２の可動鏡４ｂで反射されて２枚の誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３の他端３ｂから入射方向と同一方向に出射する。第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、付加するチャープ量を可変することができると共に入射方向と同一方向の出射光を得ることができる。
【００２４】
次に本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第３の実施形態を説明する。図３は、本発明の光周波数線形チャープ量可変装置の第３の実施形態の構成を示す図である。図２に示した装置は、図から明らかなように、入射光の入射角を小さくしていくと反射光が可動鏡の厚みに遮られるようになり、入射角に限界がある。
第３の実施形態の装置は、入射角を小さくすることができ、従って付加するチャープ量を大きくできることを特徴としている。
第３の実施形態に係る光周波数線形チャープ量可変装置３０は、誘電体多層膜面２ａ，２ａを向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２と、誘電体多層膜鏡２，２によって挟まれる空間３内の中心に配設した固定鏡９と、固定鏡９の両側に配置した、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとを有している。
【００２５】
固定鏡９は、所定の傾きを有する第１の反射面９ａと第２の反射面９ｂとを有しており、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂは、所定の傾きを有し、また、所定の方向に移動可能である。
固定鏡９の第１の反射面９ａの傾きは、空間３の一端３ａから誘電体多層膜鏡面２に平行に入射する入射光５を、入射面７内で、かつ誘電体多層膜面２ａ，２ａ間で複数回反射させ、かつ、第１の可動鏡４ａ方向に戻す傾きであり、第１の可動鏡４ａの傾きは、複数回反射した入射光５を入射面７内で、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ第２の可動鏡４ｂ方向に反射させる傾きであり、第２の可動鏡４ｂの傾きは、第１の可動鏡４ａによって反射された光を入射面７内で、誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射させ、かつ固定鏡９の第２の反射面９ｂ方向に戻す傾きであり、固定鏡９の第２の反射面９ｂの傾きは、第２の可動鏡４ｂで反射され複数回反射した光を入射面７内で、誘電体多層膜鏡面２ａに平行、かつ空間３の他端３ｂ方向に反射する傾きである。
可動鏡４ａ，４ｂの移動可能方向は誘電体多層膜鏡面２ａに平行かつ入射面７内の方向であり、この方向に沿って第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御して付加するチャープ量を可変する。
【００２６】
この構成によれば、互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡２，２の一端３ａから誘電体多層膜鏡面２ａに平行に入射した入射光５は、固定鏡９の第１の反射面９ａで反射し誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射して第１の可動鏡４ａに至り、第１の可動鏡４ａで入射方向と同一方向に反射されて第２の可動鏡４ｂに至り、第２の可動鏡４ｂで反射し誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間で複数回反射して固定鏡９の第２の反射面９ｂに至り、第２の反射面９ｂで反射して空間３の他端３ｂから入射方向と同一方向に出射する。第１の可動鏡４ａまたは第２の可動鏡４ｂを前進または後進させることにより、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御して付加するチャープ量を可変する。
【００２７】
第３の実施形態の装置では、誘電体多層膜鏡面２ａ，２ａ間の複数回反射が、常に可動鏡の反射面の前面で起こるようになるので、図１及び図２の構成に比べて、入射光線の入射角を小さくすることができる。従って、第１の可動鏡４ａと第２の可動鏡４ｂとの間の距離を制御することによって、入射光の反射回数を制御し、反射回数に比例したチャープを付加し、入射方向と同一方向に出射光を得ることができると共に、入射角をより小さくすることができる。その結果、単位長さあたりの反射回数を多くすることができ、より大きなチャープ量を制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の実施例を説明する。
本実施例は、図１に示した本発明の第１の実施形態による光周波数線形チャープ量可変装置を用いて行った。用いた誘電体多層膜鏡は、シグマ光機株式会社製のシグマ光機ＧＦＭ−ＳＥＴ−５０ｆｓ２である。
入射光にフェムト秒光パルスを用い、第１の実施形態の装置を用い、可動鏡の位置を変えて、反射回数を変化させた。出力光の光パルスの瞬時周波数をＦＲＯＧ（Ｆｒｅｑｕｅｃｙ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇａｔｉｎｇ：非特許文献６参照）法を用いて測定した。
図４は、実施例の測定結果を示す図である。横軸は時間軸であり、右側の縦軸はフェムト秒光パルスの電界強度（任意メモリ）を示し、左側の縦軸は瞬時周波数を表す。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、この順番に反射回数を増やして測定した結果を示す図である。図において、曲線Ａは、フェムト秒光パルスの時間軸状の電界強度分布を表し、曲線ＢはＦＲＯＧ測定装置の出力を表している。直線Ｃは曲線Ｂから求めた瞬時周波数を表す。尚、図中の数値はチャープレートと呼ばれる単位時間あたりの周波数変化量を示す量であり、直線Ｃの勾配である。
図にみられるように、直線Ｃは、反射回数を増やすに従って勾配が負方向に大きくなり、線形負チャープ量が反射回数に比例して増加していることがわかる。なお、図４（ａ）において、直線Ｃが正の勾配を有しているのは、入射光のフェムト秒光パルスが正の線形チャープ量を有しているため、（ａ）の測定における反射回数では正の線形チャープ量を補償仕切れないためである。
【００２９】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明の装置によれば、極めて広帯域な周波数にわたって大きなチャープ量を付加することができ、しかも、付加するチャープ量毎に光軸あわせをする必要が無い。また光パルスの入射方向によらずに一定方向に、あるいは入射方向と同一方向に出力光を得ることができる。
従って、本発明は、今後必要とされる、パルス幅のより狭いフェムト秒光パルスの生成に、あるいは、チャープ量を簡便、低コスト、かつ任意に制御することが必要な、光化学反応分野、光材料加工分野、あるいは、超高速光通信分野で使用すれば極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光周波数チャープ量可変装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の光周波数チャープ量可変装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図３】本発明の光周波数チャープ量可変装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】実施例の測定結果を示す図である。
【図５】従来の誘電体多層膜鏡を使用した線形チャープ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２ 誘電体多層膜鏡
２ａ 誘電体多層膜面
３ 誘電体多層膜鏡で挟まれる空間
３ａ 空間の一端
３ｂ 空間の他端
４ 可動鏡
４ａ 第１の可動鏡
４ｂ 打２の可動鏡
５ 入射光
６ 誘電体多層膜面の面法線
７ 入射面
８ 出射光
９ 固定鏡
９ａ 第１の反射面
９ｂ 第２の反射面
１０ 第１の実施の形態の光周波数チャープ量可変装置
２０ 第２の実施の形態の光周波数チャープ量可変装置
３０ 第３の実施の形態の光周波数チャープ量可変装置
５１ 誘電体多層膜鏡
５２ 入射光パルス
Claims (3)
- 誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、この２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内に配設した所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な可動鏡とを有し、
上記可動鏡の所定の傾きは、上記２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から斜めに入射し複数回反射した入射光を上記誘電体多層膜鏡面に平行、上記入射光と上記誘電体多層膜鏡の面法線で決定される入射面内、かつ上記一端方向に反射する傾きであり、
上記移動可能な所定の方向は上記誘電体多層膜鏡面に平行、かつ上記入射面内の方向であり、
この方向に沿って可動鏡を前進または後進させることにより、付加するチャープ量を変化させることを特徴とする、光周波数線形チャープ量可変装置。 - 誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、この２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内に配設した所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡と第２の可動鏡とを有し、
第１の可動鏡の所定の傾きは、上記２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から上記誘電体多層膜鏡面に平行に入射する入射光を反射し、この入射光と上記誘電体多層膜鏡の面法線で決定される入射面内で複数回反射させる傾きであり、
第２の可動鏡の所定の傾きは、上記複数回反射した入射光を上記誘電体多層膜鏡面に平行、上記入射面内、かつ、上記空間の他端方向に反射する傾きであり、
上記移動可能な所定の方向は上記誘電体多層膜鏡面に平行、かつ上記入射面内の方向であり、
この方向に沿って第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して、付加するチャープ量を変化させることを特徴とする、光周波数線形チャープ量可変装置。 - 誘電体多層膜面を向き合わせて互いに平行に配列した２枚の誘電体多層膜鏡と、この２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間内の中心に配設した、所定の傾きを有する第１の反射面と第２の反射面を有する固定鏡と、この固定鏡の両側に配置した、所定の傾きを有し、かつ所定の方向に移動可能な第１の可動鏡と第２の可動鏡とを有し、
上記固定鏡の所定の傾きを有する第１の反射面の傾きは、上記２枚の誘電体多層膜鏡によって挟まれる空間の一端から上記誘電体多層膜鏡面に平行に入射する入射光を反射し、この入射光と上記誘電体多層膜鏡面法線で決定される入射面内で複数回反射させる傾きであり、
第１の可動鏡の所定の傾きは、上記複数回反射した入射光を反射して、上記誘電体多層膜鏡面に平行かつ上記入射面内に複数回反射する傾きであり、
第２の可動鏡の所定の傾きは、第１の可動鏡によって反射された光を反射し、上記入射面内で複数回反射させる傾きであり、
上記固定鏡の所定の傾きを有する第２の反射面の傾きは、第２の可動鏡で反射され複数回反射した光を上記誘電体多層膜鏡面に平行、上記入射面内、かつ上記空間の他端に反射する傾きであり、
上記移動可能な所定の方向は上記誘電体多層膜鏡面に平行かつ入射面内の方向であり、
この方向に沿って第１の可動鏡または第２の可動鏡を前進または後進させることにより、第１の可動鏡と第２の可動鏡との間の距離を制御して付加するチャープ量を変化させることを特徴とする、光周波数線形チャープ量可変装置。
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