JP2009543114A - 3次分散チャーピングを用いたスペクトル倍増光媒介型チャープパルス増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図5
Description
図2Eは、従来の技術によるパルス伸張系における回折格子反平行構造による信号光チャーピングを示すグラフである。
しかしながら、上記の如き構造の光媒介型チャープパルス増幅装置には、下記の如き問題点がある。
すなわち、従来の2次分散(群速度分散)及び4次分散などの偶数次分散は、光媒介型チャープパルス増幅に当たって、信号光と余剰光において大きさのみが同じであり、且つ、反対の符号を有するため、パルス圧縮系において同時に保障することは困難であるが、本発明に適用される3次分散などの奇数次分散は大きさ及び符号が同じであるため、パルス圧縮系において補償が容易であるというメリットがある。
余剰光を活用するために、共線形位相整合時に下記の関係式
<関係式>
λs≒2λp≒λi
(ここで、λsは信号光波長、λpはポンプ光波長、λiは余剰光波長を示す。)
を満足することを特徴とする。
前記パルス伸張系においては、中心波長の進行を遅らせ、周辺波長を先行させるような方式のチャーピングを与えることが好ましく、中心波長を先行させ、周辺波長の進行を遅らせるような方式のチャーピングを与えてもよい。
前記偶数次分散を除去するための手段には、音響光学フィルター、チャープミラーなどが好ましい。
図5を参照すると、本発明による光媒介型チャープパルス増幅装置は、大きく、パルス伸張系100と、ポンプレーザー200と、光媒介増幅部300と、光信号分離部400と、ビーム除去部(ビーム除去装置)500及びパルス圧縮系600を備えてなる。
パルス伸張系100は、レーザー光を、周波数ごとに光経路を異ならせて時間的に伸ばすが、短波長(または、長波長)を先行させるような方式のチャーピングを与える装置である(図9参照)。すなわち、パルス伸張系100においては、極超短レーザー出力光のパルスの長さ(pulse duration)を時間的に元の数フェムト秒(fs;10−15秒)/数十ピコ秒(ps;10−12秒)の領域から数百ピコ秒(ps;10−12秒)/数ナノ秒(ns;10−9秒)までの領域に伸ばす。
先ず、図6Aを参照すると、光媒介型チャープパルス増幅装置のパルス伸張系100及びパルス圧縮系600は、それぞれ回折格子反平行構造と回折格子平行構造の直列構成からなる。
その光経路を調べてみると、入力信号(光)は、回折格子反平行構造(オフナー−トリプレット型)の回折格子131に入射して反射された後、第2の球状ミラー133に入射・反射される。前記反射された光は第1の球状ミラー132に入射・反射された後、さらに第2の球状ミラー133に入射・反射される。前記反射された光は回折格子131に入射し、再び反射されてプリズム134に入射する。その光は前記プリズム134により高さのみが変更されて反射されるが、回折格子131、第2の球状ミラー133、第1の球状ミラー132を通過し、さらに第2の球状ミラー133、回折格子131を通って出光される。
すなわち、回折格子反平行構造において1次回折を利用しており、回折格子の溝数は1740line/mm、入射角は62.8°、回折角は70.8°、対応する分離距離は530mmに設定している。なお、回折格子平行構造において、−1次回折を利用しており、回折格子の溝数は850line/mm、入射角は5.0°、回折角は79.4°、対応する分離距離は692mmに設定している。
その結果、1054nmの波長を中心として2次分散は打ち消されながら3次分散は累積/強調されるようなU字状のチャーピング構造を有するチャープパルス発生器を設計することができる。
(a);C1+a1*(w−w0)+a2*(w−w0)2+...(図7Cにおけるグラフ(a)に相当する)
(b);C2+b1*(w−w0)+b2*(w−w0)2+...(図7Cにおけるグラフ2(b)に相当する)
(ただし、C1、C2、a1、a2、b1、b2などは定数である。)
式中、(a)式と(b)式を合計すると、下記の通りである。
前式は近似的にwに対する2次関数の形態となり、元の位相関数の3次分散だけの影響によるU字状のチャープを有することになる。このため、上記の両光学系において、a1=−b1にするが、a2とb2は累積されて大きな値を有しうるように設計されるならば、両光学系の一連の配列はU字状のチャープパルス発生器として動作することができる。
λs≒2λp≒λi
ここで、λsは信号光波長、λpはポンプ光波長、λiは余剰光波長を示す。
上記のように構成された本発明による光媒介型チャープパルス増幅装置の動作及び作用について説明する。
要するに、前記光媒介増幅部の出力光は、減衰されたポンプ光、増幅された信号光及び余剰光となる。ここで、前記信号光及び余剰光は同じ大きさを有する。
200:ポンプレーザー、
300:光媒介増幅部(OPA)、
400:光信号分離部(ポンプ光除去用の二色性ミラー)、
500:ビーム除去部、
600:パルス圧縮系、
710〜770:ビーム経路切換え用のミラー、
800:ポンプ光流入用の二色性ミラー、
Claims (24)
- 奇数次分散を用いてチャーピングされたレーザー光を出力するパルス伸張系と、
ポンプレーザー光を出力するポンプレーザーと、
前記ポンプレーザー光及びチャーピングされたレーザー光(信号光)を入力とし、前記ポンプレーザー光を用いて信号光を増幅させ、余剰光を発生させる光媒介増幅部と、
前記光媒介増幅部の出力光を信号光と余剰光及びそれ以外の光(ポンプ光)に分離する光信号分離部と、
前記パルス伸張系により与えられた奇数次分散によるパルスチャーピングを逆に補償して前記重なり合う信号光及び余剰光を同時に時間的に圧縮するパルス圧縮系と、
を備え、
共線形位相整合時に下記の関係式
<関係式>
λs≒2λp≒λi
(ここで、λsは信号光波長、λpはポンプ光波長、λiは余剰光波長を示す。)
を満足することを特徴とする光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系及びパルス圧縮系は、2次分散(群速度分散)が打ち消され、3次分散が極大化されるように設計されることを特徴とする請求項1に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系及びパルス圧縮系は、3次分散を用いたU字状のチャープ構造の半分を信号光として利用し、残りの半分は余剰光として利用することを特徴とする請求項1に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系は、中心波長の進行を遅らせ、周辺波長を先行させるような方式のチャーピングを与えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系は、中心波長を先行させ、周辺波長の進行を遅らせるような方式のチャーピングを与えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 残余の偶数次分散を除去するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記偶数次分散除去手段は、音響光学フィルターまたはチャープミラーのいずれか1種であることを特徴とする請求項6に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記偶数次分散除去手段は、光媒介増幅部(OPA)手前の光経路上に位置付けることを特徴とする請求項6に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系は、回折格子反平行構造と回折格子平行構造を直列に構成してパルスチャーピング時に2次分散(群速度分散)を除去することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス圧縮系は、回折格子反平行構造と回折格子平行構造が直列に構成されたものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記回折格子反平行構造及び回折格子平行構造に適用される回折格子に関するパラメータを異ならせて適用することを特徴とする請求項9に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記回折格子反平行構造及び回折格子平行構造に適用される回折格子に関するパラメータを異ならせて適用することを特徴とする請求項10に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系及びパルス圧縮系は、設計される前記パルス伸張系の回折格子反平行構造と回折格子平行構造に適用される回折格子に関するパラメータがそれぞれ回折格子並行構造及び回折格子反並行構造で用いられる回折格子に関するパラメータと同じであることを特徴とする請求項11または12に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記回折格子平行構造は、平行構図を有する2つの回折格子と、入射光の高さのみを変更して反射させる1つのミラーと、を備えてなることを特徴とする請求項9に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記回折格子平行構造は、平行構図を有する2つの回折格子と、入射光の高さのみを変更して反射させる1つのミラーと、を備えてなることを特徴とする請求項10に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記光媒介増幅部は、非線形光学媒質を用いることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記非線形光学媒質は、ベータバリウムボレート、リチウムトリボレート、チタンリン酸カリウム及びリン酸二水素カリウムよりなる群から選ばれるいずれか1種であることを特徴とする請求項16に記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記光信号分離部は、光媒介増幅部から出力された余剰光及び増幅された信号光は反射させ、それ以外の光(ポンプ光)は透過させて余剰光、増幅された信号光及びそれ以外の光に分離するポンプ光除去用の二色性ミラーであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記光信号分離部において分離されたポンプ光を除去するビーム除去器をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系及びポンプレーザーの出力光を入力されて光媒介増幅部に送るミラー(ポンプ光流入用の二色性ミラー)をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記パルス伸張系の後段に設けられて入射した光の経路をポンプ光流入用の二色性ミラーに切り換えるビーム経路切換え用のミラーをさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 前記光信号分離部において分離された信号光と余剰光の経路をパルス圧縮系に切り換えるビーム経路切換え用のミラーをさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 奇数次分散を用いてチャーピングされたレーザー光を出力するパルス伸張系と、
ポンプレーザー光を出力するポンプレーザーと、
前記ポンプレーザー光及びチャーピングされたレーザー光(信号光)を入力とし、前記ポンプレーザー光を用いて信号光を増幅させ、余剰光を発生させる光媒介増幅部と、
前記光媒介増幅部の出力光を信号光と余剰光及びそれ以外の光(ポンプ光)に分離する光信号分離部と、
前記パルス伸張系により与えられた奇数次分散によるパルスチャーピングを逆に補償して前記重なり合う信号光及び余剰光を同時に時間的に圧縮するパルス圧縮系と、
を備え、
前記パルス伸張系及びパルス圧縮系は、2次分散(群速度分散)が打ち消され、3次分散が極大化されるように設計され、共線形位相整合時に下記の関係式
<関係式>
λs≒2λp≒λi
(ここで、λsは信号光波長、λpはポンプ光波長、λiは余剰光波長を示す。)
を満足することを特徴とする光媒介型チャープパルス増幅装置。
- 奇数次分散を用いてチャーピングされたレーザー光を出力するパルス伸張系と、
ポンプレーザー光を出力するポンプレーザーと、
前記ポンプレーザー光及びチャーピングされたレーザー光(信号光)を入力とし、前記ポンプレーザー光を用いて信号光を増幅させ、余剰光を発生させる光媒介増幅部と、
前記光媒介増幅部の出力光を信号光と余剰光及びそれ以外の光(ポンプ光)に分離する光信号分離部と、
前記パルス伸張系により与えられた奇数次分散によるパルスチャーピングを逆に補償して前記重なり合う信号光及び余剰光を同時に時間的に圧縮するパルス圧縮系と、
を備え、
前記パルス伸張系及びパルス圧縮系は、3次分散を用いたU字状のチャープ構造の半分を信号光として利用し、残りの半分は余剰光として利用し、
共線形位相整合時に下記の関係式
<関係式>
λs≒2λp≒λi
(ここで、λsは信号光波長、λpはポンプ光波長、λiは余剰光波長を示す。)
を満足することを特徴とする光媒介型チャープパルス増幅装置。
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