JP2009265683A - 高出力光パルスの発生装置および発生方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の高出力光パルスの発生装置は、信号光を生成するファイバー発振器10と、非線形位相遅れをもち信号光を受光して増幅するとともに圧縮するソリトン・ラマン圧縮器(SRC)を兼ねた増幅ファイバー11と、増幅された光パルスを周波数変換して高出力光パルスとする周波数変換器であるPPLN(周期性ポーリングLiNbO3)20とを有する。分散補償ファイバー18により分散が補償される。また、ファラデー回転鏡(FRM)19により光パルスが反射されてダブルパス形態を取っている。ポンプ16から注入されるポンプ光からのエネルギーを得て、信号光は増幅されるとともに圧縮され、PPLN周波数変換器20により周波数変換された波長で、フェムト秒台の高出力光パルスが得られる。
【選択図】 図1
Description
・PPLNにおける倍調波化過程の共振性
・パルスチャープに起因する影響
・結晶内での継続した二次非線形性の影響
・PPLN20の二次または三次の非線形性の虚数部に起因する影響
・PPLN20内での高次の非線形性間での相互作用に起因する影響
などである。これ以降では、この非線形過程は、単に「和周波発生様の周波数変換(SLF)」と呼ぶものとする。
前述の実施例の全てにおいて、もっとドーピングレベルが低いファイバーを使用した場合に比べて、これらの形式の増幅器の量子効率が減少するにもかかわらず、700〜1500ppmの間という比較的高いエルビウムのドーピングレベルが採用されている。このような高いドーピングレベルにより、採用されている増幅器の長さを最小化することが可能になる。パルス幅100フェムト秒でエネルギー1nJのパルスは、10kWのピークパワーを持つので、コア径の大きな増幅器を使用したとしても、たった20〜30cmの長さのファイバーで本質的な非線形性が実現される。さらに、パルス幅100フェムト秒のパルスは、増幅ファイバー11内で三次分散の影響を受ける。したがって、パルスの質を最良にし、得られるパルス幅を最小化することは、増幅システムの長さを最小化する上で有用である。しかしながら、一般的に言って、増幅システムの長さはあまり短すぎてもいけない。なぜならば、本質的なパルスの短縮化が可能であるためには、少なくともワンセットの高次のソリトン圧縮が起こることが保証される必要があるからである。実際に、増幅器の非線形性があまりに小さいと、図5に示すように、負分散ファイバー内での自己位相変調がパルスの拡散につながってしまうのである。
13:偏光ビームスプリッター 14,15:波長板 16:ポンプ
17:波長分割多重化カップラー(WDM)
18:分散補償ファイバー 19:ファラデー回転鏡(FRM)
20:PPLN(周期性ポーリングLiNbO3)結晶
21,22:波長板 23,L1,L2:レンズ系
60:ソリトン・ラマン圧縮器(SRC)
61,62:波長分割多重化カップラー(WDM) 63,64:ポンプ
80:非ドープファイバー
81,82:増幅ファイバー(ドーピングレベルが互いに異なる)
90:ダブルクラッド・ファイバー 91:ダイオードアレイ
92:ダイクロイックミラー(二色鏡)
100:マルチモード・ファイバー
Claims (34)
- 信号光パルスを発生させる光源と、
該光源により発生させられた該信号光パルスの偏光状態を調節する偏光制御器と、
非線形位相遅れをもち、該偏光制御器で偏光状態が調節された該信号光パルスを受光する非線形ファイバー増幅器と、
該非線形ファイバー増幅器からの光パルス出力を圧縮するために配列されたファイバパルス圧縮器と、
前記非線形ファイバー増幅器から光パルス出力を受光し、出力端で高パワー光パルスを供給する周波数変換器と、
を有することを特徴とする高パワー光パルスを発生する装置。 - 信号光パルスを発生させる光源と、
非線形位相遅れをもち、該光源により発生させられた該信号光パルスを受光する非線形ファイバー増幅器と、
該非線形ファイバー増幅器からの光パルス出力を圧縮するために配列されたファイバパルス圧縮器と、
前記非線形ファイバー増幅器から光パルス出力を受光し、出力端で高パワー光パルスを供給する周波数変換器と、
を有し、該非線形ファイバー増幅器が偏光面保存ファイバーであることを特徴とする高パワー光パルスを発生する装置。 - 前記ファイバーパルス圧縮器は、ソリトン・ラマン圧縮器(SRC)であることを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記非線形ファイバー増幅器の増幅ファイバーはダブルクラッドファイバーで、ポンプ光と信号光が該増幅ファイバーのコアの中に入射されることを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記非線形ファイバー増幅器はマルチモードファイバーからなり、その中の信号光パルスは、主に該マルチモード増幅ファイバーの基本モードにされていることを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- パルス圧縮が前記非線形ファイバー増幅器で行われることを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記光源は、ファイバー発振器を有することを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記非線形増幅器は、増幅ファイバーを有することを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記増幅ファイバーは、0.15未満の開口数(NA)をもつことを特徴とする請求項8記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記増幅ファイバーは、50μm2より大きいコアの断面積をもつことを特徴とする請求項8記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記増幅ファイバーは、パルス圧縮を行うことを特徴とする請求項8記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記非線形増幅器からの光パルス出力を圧縮するために配列されたパルス圧縮器をさらに有することを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記非線形増幅器は、増幅ファイバー及び出力端の非ドープファイバーを有することを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- さらに、分散補償ファイバーを有することを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記周波数変換器のスペクトル許容帯域幅は、前記非線形ファイバー増幅器からの前記光パルス出力のスペクトルの拡がりより小さく、
該周波数変換器は、該スペクトル許容帯域幅よりも大きい該非線形ファイバー増幅器からの光パルス出力のスペクトルの一部から、エネルギーを該スペクトル許容帯域幅へと変換することを特徴とする請求項1或いは2記載の高パワー光パルスを発生する装置。 - 信号光を発生させる光源と、
非線形位相遅れをもち、該光源により発生させられた該信号光を受光する非線形ファイバー増幅器と、
該非線形ファイバー増幅器からの光パルス出力を圧縮するために配列されたファイバパルス圧縮器と、
出力端で高パワー光パルスを供給する周波数変換器と、
を有し、該ファイバパルス圧縮器の屈折率分布がファイバーの長さ方向でほぼ一様であることを特徴とする高パワー光パルスを発生する装置。 - 前記ファイバーパルス圧縮器は、ソリトン・ラマン圧縮器(SRC)であることを特徴とする請求項16記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記ソリトン・ラマン圧縮器は、前記光源から発生された信号光パルスの波長からシフトした中心波長をもつラマンパルスを発生することを特徴とする請求項17記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記波長シフトしたラマンパルスは、ある程度の波長可変性を可能にすることを特徴とする請求項18記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記ラマンパルスの波長シフト量は、前記ファイバー圧縮器に入力される光パルスのパワーレベルで調整されることを特徴とする請求項17ないし19のいずれか記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記周波数変換器の許容帯域幅は、前記ラマンパルスのスペクトル広がりと同等或いはそれ以下に調節され、該周波数変換器の周波数逓倍された出力の波長可変性を可能にすることを特徴とする請求項17ないし19のいずれか記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記ファイバー圧縮器は、偏光面保存ファイバーであることを特徴とする請求項18記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記非線形ファイバー増幅器及び前記ファイバー圧縮器は、偏光面保存ファイバーを有することを特徴とする請求項18記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 信号光を発生させる光源と、
非線形位相遅れをもち、該光源により発生させられた該信号光を受光する非線形ファイバー増幅器と、
該非線形ファイバー増幅器から光パルス出力を受光し、出力端で高パワー光パルスを供給する周波数変換器と、
を有し、該非線形ファイバー増幅器はマルチモード増幅ファイバーを有し、前記信号光は、主に該マルチモード増幅ファイバーの基本モードにされていることを特徴とする高パワー光パルスを発生する装置。 - 前記非線形ファイバー増幅器は、シングルモードの第1ファイバーとマルチモードの圧縮器ファイバーを有することを特徴とする請求項24記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記マルチモード圧縮器ファイバーは、ソリトン・ラマン圧縮器であり、ラマンシフトが該マルチモード圧縮器ファイバーで行われることを特徴とする請求項25記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 前記マルチモード圧縮器ファイバーは、偏光面保存ファイバーであることを特徴とする請求項25記載の高パワー光パルスを発生する装置。
- 信号光を発生させる光源と、
非線形位相遅れをもち、該光源により発生させられた該信号光を受光する非線形ファイバー増幅器と、
該非線形ファイバー増幅器から光パルス出力を受光する周波数変換器と、
を有し、パルス圧縮が該非線形ファイバー増幅器で行われ、該周波数変換器が高パワー増幅器の注入シーディングに使用する高パワー光パルスを供給することを特徴とする高パワー超短光パルスを発生する装置。 - 請求項1、2、16、24或いは28記載の高パワー光パルスを発生する装置を含む2光子共焦点顕微鏡。
- 信号光パルスを発生させるステップと、
増幅された信号光パルスを生成するために該信号光パルスを非線形増幅するステップと、
該信号光パルスと異なる波長の高パワー光パルスを生成するために該増幅された信号光パルスを周波数変換するステップと、
を有することを特徴とする高パワー光パルスを発生する方法。 - 前記信号光パルスの偏光状態を制御するための偏光制御ステップを有することを特徴とする請求項30記載の高パワー光パルスを発生する方法。
- 前記信号光パルスを圧縮する圧縮ステップを有することを特徴とする請求項30記載の高パワー光パルスを発生する方法。
- 前記非線形増幅するステップにおいて、前記信号光パルスを圧縮することを特徴とする請求項30記載の高パワー光パルスを発生する方法。
- 信号光パルスを発生させるステップと、
該信号光パルスの偏光状態を制御するための偏光制御ステップと、
増幅された信号光パルスを生成するために偏光状態が制御された該信号光パルスを非線形増幅するステップと、
圧縮された信号光パルスを生成するための該増幅された信号光パルスを圧縮する圧縮ステップと、
該信号光パルスと異なる波長の高パワー光パルスを生成するために該圧縮された信号光パルスを周波数変換するステップと、
を有し、該非線形増幅するステップでは光ポンピング手段でポンプされたダブルクラッドファイバーが非線形増幅を行い、
さらに、ポンプ光と信号光パルスを該ダブルクラッドファイバーの内側コアに直接注入するステップを有することを特徴とする高パワー光パルスを発生する方法。
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